高中生物 第6章 第3节 种群基因组成的变化与物种的形成(1)教学案 新人教版必修第二册

一、种群和种群基因库

1．种群

(1)概念：三要素

(2)特点：种群是生物进化和繁殖的基本单位。

2．基因库

一个种群中全部个体所含有的全部基因构成。

3．基因频率

一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值。

二、种群基因频率的变化

1．可遗传的变异的来源

2．可遗传的变异的形成

(1)可遗传的变异的形成：基因突变产生的等位基因，通过有性生殖过程中的基因重组，可以形成多种多样的基因型，从而使种群中出现多种多样可遗传的变异类型。

(2)可遗传的变异的特点

(3)可遗传的变异的结果：使种群基因频率发生了改变。

3．可遗传的变异的利害性：变异的有利和有害是相对的，是由生存环境决定的。

4．种群基因突变数＝个体基因数×突变率×个体数。

三、自然选择对种群基因频率变化的影响

1．原因：在自然选择的作用下，具有有利变异的个体有更多的机会产生后代，种群中相应的基因的频率会不断提高；相反，具有不利变异的个体留下后代的机会少，种群中相应基因的频率会下降。

2．选择的对象

(1)直接作用对象：个体的表型。

(2)实质：决定表型的基因。

3．选择的结果

(1)生物性状上：朝着有利变异的方向不断进化。

(2)基因上：种群基因频率会发生定向改变。

4．进化的实质：种群基因频率的改变。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．一个池塘中全部的鱼是一个种群。(　　)

2．生物进化的实质是种群基因频率的变化。(　　)

3．自然选择决定了生物变异和进化的方向。(　　)

4．生物进化的原材料源于基因突变和基因重组。(　　)

5．自然选择过程中，直接受选择的是表型。(　　)

提示：1.×　一个池塘中的鱼包括多个物种，而种群是同种生物所有个体的总和。

2．√

3．×　生物变异是不定向的，自然选择决定了生物进化的方向，但不能决定生物变异的方向。

4．×　基因突变、染色体变异和基因重组产生生物进化的原材料。

5．√

种群和种群基因库

[问题探究]

1．在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中基因型AA的个体占24%，基因型Aa的个体占72%，基因型aa的个体占4%。该种群中基因A和基因a的频率分别是多少？

提示：A%＝AA%＋1/2Aa%＝60%；a%＝aa%＋1/2Aa%＝40%。

2．某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因的携带者为15人，患者为5人，男性患者为11人。那么，这个群体中色盲基因的频率为多少？

提示：据题意分析，基因型XBXb有15人，基因型XbXb有5人，基因型XbY有11人，所以，Xb共有36个，女性有2条X染色体，男性只有1条X染色体，所以等位基因总数＝200×2＋200＝600。因此，Xb的基因频率是36/600×100%＝6%。

1．以一对等位基因(A、a)和其组成的基因型(AA、Aa、aa)为例

(1)A或a的基因频率为

×100%

(2)AA或Aa或aa的基因型频率为

×100%

题型一　已知调查的各种基因型的个体数，计算基因频率

某基因频率＝×100%

A＝×100%

a＝×100%

A、a为基因，AA、Aa、aa为三种基因型个体数。

题型二　已知基因型频率求基因频率

常染色体上一个等位基因的频率＝该等位基因纯合子的频率＋1/2×杂合子的频率

A＝AA＋1/2Aa；a＝aa＋1/2Aa。

题型三　X染色体上基因的基因频率的计算

XY型性别决定的生物，基因在X染色体上，Y染色体上无等位基因，计算时只计X染色体上的基因数，不考虑Y染色体。ZW型性别决定也是这样。例如，用N表示个体数，则有

Xb＝＝

不涉及Y染色体，XB＋Xb＝1。

题型四　利用哈代—温伯格定律，由基因频率计算基因型频率

(1)成立前提

①种群非常大；②所有雌雄个体之间自由交配；③没有迁入和迁出；④没有自然选择；⑤没有突变。

(2)计算公式

当等位基因只有两个(A、a)时，设p表示A的基因频率，q表示a的基因频率，则基因型AA的频率为p2，Aa的频率为2pq，aa的频率为q2。如果一个种群达到遗传平衡，其基因型频率应符合：p2＋2pq＋q2＝1。

误区警示：伴X染色体遗传病中，男性中患者的表型概率(色盲)＝相关基因型(XbY)的频率＝相关基因(b)的频率。

2．自交、自由交配与基因频率改变的关系

(1)自交是指基因型相同的个体交配，雌雄同株植物是指自花传粉。结果是杂合基因型频率降低，纯合基因型频率增加，在无选择条件下，各基因频率不变。

(2)自由交配是指种群内不同基因型的个体间相互交配。在无选择的条件下，基因频率、基因型频率均保持不变，相关计算可按哈代—温伯格定律进行。

(3)只要种群的基因频率不变，即使基因型频率改变，种群也未发生进化。

1．果蝇的长翅(V)和残翅(v)由一对常染色体上的等位基因控制。假定某果蝇种群有20 000只果蝇，其中残翅果蝇个体数量长期维持在4%，若再向该种群中引入20 000只纯合长翅果蝇，在不考虑其他因素影响的前提下，关于纯合长翅果蝇引入后种群的叙述，错误的是(　　)

A．v基因频率降低了50%

B．V基因频率增加了50%

C．杂合果蝇比例降低了50%

D．残翅果蝇比例降低了50%

B　[因该果蝇种群vv的基因型频率为4%，由遗传平衡定律公式算出v＝0.2，V＝0.8，进而计算出引入纯种长翅果蝇前，基因型为vv的果蝇有0.04×20 000＝800(只)，基因型为Vv的果蝇有2×0.2×0.8×20 000＝6 400(只)，VV有0.8×0.8×20 000＝12 800(只)。引入20 000只纯合长翅果蝇后，基因频率v＝(800×2＋6 400)/(40 000×2)＝0.1，V＝1－0.1＝0.9，故A正确、B错误；因Vv、vv的数目不变，而该种群的总数增加一倍，所以Vv、vv的基因型频率降低了50%，C、D正确。]

2．在一个随机交配的中等大小的种群中，经调查发现控制某性状的基因型只有两种：AA基因型的频率为20%，Aa基因型的频率为80%，aa基因型(致死型)的频率为0。那么随机交配繁殖一代后，AA基因型的个体占(　　)

A．1/5　　　    B．1/4

C．3/7      D．11/21

C　[根据题干信息，亲代中，A的基因频率为20%＋80%×(1/2)＝60%，a基因的频率为80%×(1/2)＝40%。随机交配得到的子一代的基因型及其比例为AA∶Aa∶aa＝(60%×60%)∶(2×60%×40%)∶(40%×40%)＝36%∶48%∶16%。又因aa基因型为致死型，故随机交配繁殖一代后，AA基因型的个体占36%/(36%＋48%)＝3/7。]

种群基因频率的变化

[问题探究]

1．所有的变异都能导致种群基因频率的改变吗？为什么？

提示：不是。只有可遗传的变异才能影响种群基因的组成，才能改变基因频率。

2．突变具有低频性，还能为生物进化提供原材料吗？

提示：虽然突变的频率低，但一个种群往往由许多个体组成，而每一个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因，所以在种群中每一代都会产生大量突变。

3．生物进化的实质是什么？如何判断一个种群是否发生了进化？

提示：进化的实质是种群基因频率的改变。判断的依据是种群基因频率是否发生改变。

1．理解“可遗传的变异”的含义

(1)来源：基因突变、基因重组以及染色体变异。其中基因突变和染色体变异统称为突变，都能产生新的基因型，但只有基因突变能产生新的基因。

(2)数量大

①突变数大：突变的频率虽然很低，但一个种群往往由许多个体组成，而且每一个个体的每一个细胞都含有成千上万个基因，所以在种群中每一代都会产生大量的突变。

②基因重组：基因突变产生的等位基因，通过有性生殖过程中的基因重组，可以形成多种多样的基因型，从而使种群出现大量的可遗传变异。

(3)意义：为生物进化提供原材料，但不能决定生物进化的方向。

2．自然选择对种群基因频率变化的影响

(1)在自然选择的作用下，具有有利变异的个体有更多的机会产生后代，种群中相应基因的频率会逐渐提高。具体过程：

种群中产生变异(不定向)(定向)―→基因频率定向改变―→生物朝一定方向进化。

(2)自然选择的对象

①直接对象是生物的表型。

②间接对象是相关的基因型。

③根本对象是与表型相对应的基因。

(3)生物进化的实质：种群基因频率的改变。

(4)生物进化的方向：变异是不定向的，自然选择是定向的，定向的自然选择决定了生物进化的方向。

误区警示：

(1)生物进化是以种群为单位的，而不是以个体或物种为单位的。因为同一物种个体可能分布在不同地域而不能进行基因交流。

(2)突变包括基因突变和染色体变异两种，并非仅指基因突变。

(3)基因频率与生物进化的关系

只要基因频率改变，生物就进化；只要生物进化，基因频率一定改变。若基因频率不变，则生物就不进化，基因频率是否改变是判断生物是否进化的有效依据。

1．下列有关变异和进化的说法中，正确的是(　　)

A．自然选择决定了基因突变的方向

B．若没有外界因素的影响，基因就不会发生突变

C．自然界中即使没有突变发生，生物也会进化

D．在生物进化过程中，显性基因频率比隐性基因频率增加得快

C　[基因突变是不定向的，自然选择决定生物进化的方向，但不能决定基因突变的方向，A错误；若没有外界因素的影响，在生物体内部因素的作用下，基因也会发生突变，B错误；突变和基因重组、自然选择等都会导致种群的基因频率发生变化，因此自然界中即使没有突变发生，生物也会进化，C正确；在生物进化过程中，种群基因频率总是变化的，而基因频率的改变方向决定于自然选择，显性基因频率与隐性基因频率增加的快慢取决于哪种性状表现更能适应当前环境，D错误。]

2．桦尺蠖的体色受一对等位基因控制，其中黑色(S)对浅色(s)为显性。将某桦尺蠖种群分成两组，分别迁移到A、B两个区域，A地是煤炭工业重镇，B地是闭塞的山区，数年后抽样调查，结果如表所示。下列有关说法中不正确的是(　　)

B．A地的大部分s基因突变为S基因，故S基因的频率升高

C．从上述材料得知生物进化的方向是由自然选择决定的

D．从上述材料得知生物进化的实质就是种群基因频率的变化

B　[由题干中的数据可知，A种群内S基因的频率＝(80×2＋18)/(80×2＋18×2＋2×2)×100%＝%，s基因的频率＝1－%＝11%：而B种群内S基因的频率＝(2×2＋8)/(100×2)×100%＝6%，s基因的频率＝1－6%＝94%。可见A种群内控制黑色的S基因的频率较高，而B种群内控制浅色的s基因的频率较高，这些不同与这两个种群的生活环境有关。A种群生活在污染严重的环境中，而B种群生活在基本未受污染的环境中。可见生物进化的实质是自然选择使生物的基因频率发生改变。]

[课堂小结]

A．种群是生物进化和繁殖的基本单位

B．一个池塘中的全部鱼是一个种群

C．一个种群中的全部基因构成该种群的基因库

D．种群内的个体会死亡，但基因库却可在代代相传的过程中得到保持和发展

B　[一个池塘中的全部鱼一般都由多种不同的鱼组成，属于不同的物种，不能构成一个种群。]

2．根据现代生物进化理论判断，下列说法正确的是(　　)

A．自然选择决定了生物变异和进化的方向

B．生物进化的实质是种群基因型频率的改变

C．种群内基因频率的改变在世代间具有连续性

D．种群内基因频率改变的偶然性随种群数量下降而减小

C　[变异是不定向的，自然选择不能决定生物变异的方向，但能决定生物进化的方向，A错误；生物进化的实质是种群基因频率的改变，B错误；通过遗传能使种群基因频率的改变在前后代保持一定的连续性，C正确；种群内基因频率改变的偶然性随种群数量下降而增大，D错误。]

3．在一次大风暴后，有人搜集了100只受伤的麻雀，并把它们饲养起来，结果活下来只。在死去的个体中，大部分是个体比较大、变异类型特殊的，下列有关叙述正确的是(　　)

A．突变和基因重组是定向的

B．自然选择会改变种群的基因频率

C．特殊的变异类型都是不利的

D．不产生变异的生物才能生存

B　[突变和基因重组是不定向的，A错误；自然选择通过定向改变种群的基因频率决定生物进化的方向，B正确；变异是不定向的，可能是有利的，也可能是有害的，利与害取决于环境，C错误；变异是普遍存在的，产生有利变异的个体存活下来，产生不利变异的个体会在自然选择中被淘汰，D错误。]

4．某植物种群中，r基因纯合的个体不能存活。已知该种群的基因型分别为YYRR、YyRR、yyRR、YYRr、YyRr、yyRr，它们的基因型频率依次为30%、20%、20%、10%、10%、10%。则Y和y的基因频率依次为(　　)

A．55%和45%　    B．45%和55%

C．27.5%和22.5%      D．22.5%和27.5%

A　[基因频率是该基因占所有等位基因数的比率，而与非等位基因无关，由题中数据可知，YY占40%，Yy占30%，yy占30%，所以Y的基因频率为40%＋30%×(1/2)＝55%，y的基因频率为45%。]

5．在一个海岛上的一种海龟中有的脚趾是连趾(ww)，有的脚趾是分趾(Ww、WW)。连趾海龟便于划水，游泳能力强，分趾海龟游泳能力较弱。开始时，连趾和分趾的基因频率各为0.5，当岛上食物不足时，连趾的海龟更容易从海中得到食物。若干万年后，W的基因频率变为0.2，w的基因频率变为0.8。

(1)该种群中所有海龟所含有的全部基因称为该种群的________，基因频率发生变化后，从理论上计算，杂合子占分趾海龟的比例为________。

(2)该种群中海龟多种多样的类型来源于可遗传的变异，但由于变异是________的，因此只为生物进化提供原材料。

(3)该海龟种群______(填“是”或“否”)发生了进化，理由是________。

[解析]　(1)一个种群中所有个体所含的全部基因，称为该种群的基因库；由题意可知，基因频率发生变化后，WW的基因型频率＝0.2×0.2×100%＝4%，ww的基因型频率＝0.8×0.8×100%＝%，Ww的基因型频率＝1－%－4%＝32%，因此杂合子占分趾海龟的比例为32%÷(4%＋32%)＝8/9。(2)该种群中海龟有多种多样的类型，其中可遗传的变异来源于突变和基因重组，但由于变异是不定向的，因此只是产生了进化的原材料。(3)生物进化的实质是种群基因频率的改变，该海龟种群中基因频率发生了改变，因此海龟发生了进化。

[答案]　(1)基因库　8/9　(2)不定向　(3)是　种群基因频率已经改变

教材课后练习与应用

教材P114

一、概念检测

1．(1)√　(2)×　(3)√

2．D　种群是指生活在一定区域的同种生物的全部个体。

3．C　在一对等位基因中，一个基因的频率＝含该基因的纯合子的基因型频率＋杂合子的基因型频率×(1/2)。故基因B的频率为18%＋78%×(1/2)＝57%，基因b的频率为1－57%＝43%。

4．C　环境温度变化，突变体的生存能力发生变化，这说明突变的有害或有利取决于环境条件。

二、拓展应用

1．提示：如选择育种和杂交育种。

2．提示：如果气候等其他条件也合适，并且这个种群具有一定的繁殖能力，该种群的个体数会迅速增加。否则，该种群也可能仍然处于濒危状态甚至绝灭。

3．(1)有关联。因为随着人均抗生素使用量的增加，这种细菌的耐药率在升高。

(2)抗生素对耐药性细菌进行了定向选择。

(3)略

(4)略