2020-2021學(xué)年高中生物 第7章 現(xiàn)代生物進(jìn)化理論 第2節(jié) 第1課時 種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化學(xué)案 新人教版必修2

1、2020-2021學(xué)年高中生物 第7章 現(xiàn)代生物進(jìn)化理論 第2節(jié) 第1課時 種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化學(xué)案 新人教版必修22020-2021學(xué)年高中生物 第7章 現(xiàn)代生物進(jìn)化理論 第2節(jié) 第1課時 種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化學(xué)案 新人教版必修2年級：姓名：- 14 -第1課時種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化1.運用實例分析,建立種群、基因庫、基因頻率的概念模型。(科學(xué)思維)2.運用數(shù)據(jù)分析,討論基因頻率和基因型頻率變化規(guī)律。(科學(xué)思維)3.運用進(jìn)化與適應(yīng)觀,闡明突變和基因重組產(chǎn)生生物進(jìn)化的原材料。(生命觀念)4.運用數(shù)據(jù)分析,討論自然選擇決定生物進(jìn)化的方向。(科學(xué)思維)必備知識自主學(xué)習(xí)答案解析

2、p172一、種群是生物進(jìn)化的基本單位1.種群的概念:下列描述中為一個種群的是。一個池塘中所有的魚一座山上所有的蛇一片草原上所有的狼兩個分隔的池塘中所有的鯽魚水稻田中所有的福壽螺青藏高原上所有的成年藏羚羊2.種群的基因庫:依據(jù)基因庫的概念,判斷下列說法的正誤(正確的打“”,錯誤的打“”):(1)控制果蠅眼色的全部基因構(gòu)成基因庫。()(2)生活在同一地域的東北虎的全部基因構(gòu)成一個種群基因庫。()(3)秦嶺地區(qū)所有金絲猴的全部基因構(gòu)成基因庫。()3.基因型頻率和基因頻率:果蠅的灰身(b)對黑身(b)為顯性,一個隨機(jī)交配的果蠅種群中,bbbbbb=221,則該種群中bb的基因型頻率是;b和b的基因頻率

3、分別是、。基因型頻率改變一定會導(dǎo)致基因頻率改變嗎?舉例說明。二、突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料(1)可遺傳變異的來源(2)可遺傳變異產(chǎn)生進(jìn)化的原材料:可遺傳變異的形成:基因突變產(chǎn)生的,通過過程中的基因重組,可以形成多種多樣的。可遺傳變異的特點可遺傳變異的結(jié)果:只提供了生物進(jìn)化的原材料,不能決定。(3)可遺傳的變異的利害性:變異的有利和有害是的,是由決定的。(4)種群基因突變數(shù)=個體基因數(shù)個體數(shù)三、自然選擇決定生物進(jìn)化的方向1.原因:不斷淘汰具有的個體,選擇保留具有的個體。2.選擇的對象:(1)直接作用對象:個體的。(2)最終選擇的對象:決定表現(xiàn)型的。3.選擇的結(jié)果:(1)生物性狀方面:朝著變異

4、的方向不斷進(jìn)化。(2)基因方面:種群會發(fā)生改變。關(guān)鍵能力合作學(xué)習(xí)答案解析p172知識點一 現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容1.種群是生物進(jìn)化的基本單位:(1)判斷種群的“三要素”。生活在一定的自然區(qū)域內(nèi);同一種生物;全部個體的總和。(2)種群是生物進(jìn)化的基本單位的理由。達(dá)爾文認(rèn)為的自然選擇直接作用的生物個體的表現(xiàn)型會隨著個體的死亡而消亡。決定生物的性狀的基因可以通過生殖而世代延續(xù),并且在群體中擴(kuò)散,而生殖是以種群為基本單位的。2.突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料:(1)問題一:突變具有低頻性,還能為生物進(jìn)化提供原材料嗎?解讀:雖然突變的頻率低,但一個種群往往由許多個體組成,而每一個個體的每一個細(xì)胞內(nèi)都

5、有成千上萬個基因,所以在種群中每一代都會產(chǎn)生大量突變。(2)問題二:突變具有多害少利性,還能為生物進(jìn)化提供原材料嗎?解讀:生物變異是否有利,取決于它們的生存環(huán)境,微小有利的變異不斷積累也能導(dǎo)致生物進(jìn)化。(3)問題三:突變和基因重組能決定生物進(jìn)化的方向嗎?解讀:突變和基因重組是隨機(jī)的、不定向的,不能決定生物進(jìn)化的方向。3.自然選擇決定生物進(jìn)化方向的原理及實例分析:(1)原理分析:(2)實例分析(樺尺蠖體色進(jìn)化):特別提醒:生物進(jìn)化實質(zhì)上是種群基因頻率發(fā)生改變,即在生物進(jìn)化過程中某基因的頻率如果逐漸增大,反映該基因控制的性狀對環(huán)境的適應(yīng)能力較強(qiáng)。1.拓展探究: 一個果蠅種群中,由于環(huán)境的變化,基因

6、型為aa的個體不能存活,隨機(jī)交配繁殖多代后,a的基因頻率將如何變化?(科學(xué)思維)2.情境探究:假設(shè)森林里的樹干變黑,是否影響淺色樺尺蠖的出生率?(科學(xué)思維)如圖為抗青霉素細(xì)菌的產(chǎn)生過程,表示死亡的個體,a、b表示兩個階段。下列敘述正確的是()a.a階段使用青霉素后少部分細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性存活下來b.b階段存活細(xì)菌的抗藥性均比a階段細(xì)菌的抗藥性強(qiáng)c.經(jīng)過ab階段的人工選擇導(dǎo)致抗藥細(xì)菌的比例增大d.b階段存活的細(xì)菌可能是若干個突變累加在一起的產(chǎn)物(2020福州高一檢測)金魚起源于野生鯽魚。福州是中國金魚之都,通過長期人工選育,現(xiàn)有上百個珍稀品種。下列敘述正確的是()a.金魚在人工選育過程中基因發(fā)生定向

7、變異b.金魚與野生鯽魚存在dna序列的同源性c.人工選擇可以提高金魚對自然環(huán)境的適應(yīng)性d.人工選擇縮小了金魚和野生鯽魚間的基因庫差異知識點二 基因頻率和基因型頻率的相關(guān)計算1.基因頻率的計算:(1)某基因頻率=100%。例如,a%(a的基因頻率)=100%。(2)已知基因型頻率計算基因頻率。常染色體上基因頻率的計算:一對等位基因中某基因的頻率=該基因純合子的基因型頻率+1/2雜合子的基因型頻率。例如,a%(a的基因頻率)=aa%(aa的基因型頻率)+1/2aa%(aa的基因型頻率)。x染色體上基因頻率的計算:如某種群中基因型有xbxb、xbxb、xbxb、xby、xby,b%(xb的基因頻率)

8、=100%。2.隨機(jī)交配情況下的計算:(1)設(shè)a的基因頻率為p,a的基因頻率為q,則p+q=1。雄配子雌配子a(p)a(q)a(p)aa(p2)aa(pq)a(q)aa(pq)aa(q2)即:aa的基因型頻率=p2,aa的基因型頻率=2pq,aa的基因型頻率=q2。(2)實例:若已知aa的基因型頻率為m,則a的基因頻率為。3.自交和自由交配時基因頻率和基因型頻率的變化規(guī)律:交配方式基因頻率基因型頻率自交不改變改變,且純合子增多,雜合子減少處于遺傳平衡不改變不改變不處于遺傳平衡不改變改變拓展探究:(1)有的同學(xué)認(rèn)為基因型頻率發(fā)生改變,生物一定發(fā)生了進(jìn)化,你認(rèn)為該同學(xué)的說法是否合理?并說出你的理由

9、。(科學(xué)思維)(2)一個繁殖多代的種群,基因頻率都未發(fā)生變化,分析其原因有哪些。(科學(xué)思維)某小島上原有果蠅20000只,其中基因型為vv、vv和vv的果蠅分別占 15%、55%和30%。若此時從島外侵入了2000只基因型為vv的果蠅,且所有果蠅均隨機(jī)交配,則f1中v基因的基因頻率約是()a.43%b.48%c.52%d.57%(2020恩施高一檢測)現(xiàn)有各自可隨機(jī)交配、混合后也可隨機(jī)交配的兩個果蠅種群,其基因型及個體數(shù)量見下表,其中種群2隨機(jī)交配子代基因型仍只有aa、aa兩種,但將種群1和種群2中基因型為aa的果蠅混合后,隨機(jī)交配子代中各種基因型個體均存活。請分析下列敘述正確的是()項目種群

10、1種群2基因型aaaaaaaa個體數(shù)量500500500500a.種群1和種群2中a基因頻率相等b.若種群1中a基因頻率變化,則種群1肯定發(fā)生了突變與基因重組c.若只將兩種群aa的雌雄果蠅混合,則子一代的a基因頻率為50%d.種群2隨機(jī)交配子代基因型只有aa、aa的原因是含a的配子不能存活核心素養(yǎng)情境探究答案解析p1721.【科技情境】在果蠅體內(nèi)重現(xiàn)帝王蝶毒素抗性的演化路徑,帝王蝶是少數(shù)具有毒性的蝴蝶,它的毒性來自食物馬利筋。馬利筋會分泌“強(qiáng)心甾”,專門和動物體內(nèi)的鈉鉀泵結(jié)合,量大可致命。但是帝王蝶的鈉鉀泵發(fā)生了突變,所以能將馬利筋的毒素儲存在自己的身體里。研究者利用基因測序技術(shù)發(fā)現(xiàn)能夠抵抗“

11、強(qiáng)心甾”的昆蟲的鈉鉀泵均有突變,且為多次獨立演化。所有突變中,111、119和122 這三個位點上的突變頻率最高。研究者還對轉(zhuǎn)基因果蠅進(jìn)行了 “癲癇-癱瘓” 測試,將果蠅置于瓶內(nèi)劇烈晃動,并記錄其恢復(fù)站立所需時間,用以反映神經(jīng)系統(tǒng)應(yīng)對突發(fā)機(jī)械刺激的能力。野生型果蠅會在震動后立即重新站起,但122突變的果蠅90秒后才能重新站立,111突變的果蠅花費約50秒,而119突變的果蠅和野生型并無二致。111+119雙突變和111+119+122三突變的果蠅組內(nèi)差異較大,但平均值接近正常野生型果蠅。“癲癇-癱瘓” 測試中純合比雜合需要更漫長的恢復(fù)時間。在此之前,演化學(xué)家通常將目光集中在現(xiàn)存的生物當(dāng)中,但這

12、項“真的重現(xiàn)了演化歷史”的研究使人們知道可以通過基因編輯對突變之間的相互作用進(jìn)行研究,一步一步復(fù)原最有可能的演化軌跡。探究:(1)帝王蝶獲得抗毒性狀是怎樣實現(xiàn)的?其他種類的昆蟲也存在相同的方式嗎?(科學(xué)思維)(2)111、119、122位點上突變頻率最高,帶來了有利變異,怎么區(qū)分變異的利害呢?(科學(xué)思維)2.【材料情境】在某一溫泉地區(qū),50年前由于有溫泉水的補(bǔ)給,區(qū)內(nèi)兩個湖泊(x和y)的水溫都常年保持在3035。科學(xué)家觀察到湖水中和湖畔灘地上生存著一些喜溫動、植物,其中包括一種體型小、繁殖周期短的p魚。他們調(diào)查了兩湖泊中p魚的水溫適應(yīng)性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種魚的水溫適應(yīng)范圍很狹窄:水溫低于27,p魚的

13、受精卵不能正常孵化;水溫低于22或高于40則死亡。 后來由于地質(zhì)狀況發(fā)生變化,溫泉補(bǔ)給水量有所增減,導(dǎo)致湖泊水溫逐漸發(fā)生不同變化。調(diào)查得知,x湖水溫從50年前的3035逐年下降,至今已穩(wěn)定保持在2226,而且湖畔灘地增加了一些適應(yīng)較低溫度的動植物種類,但湖中p魚的種群規(guī)模保持不變。y湖水溫仍保持在3035,生物群落和p魚的特性較50年前無明顯變化。探究:(1)根據(jù)現(xiàn)代進(jìn)化理論,x湖中各種生物進(jìn)化的單位是什么?(生命觀念)(2)50年后,使x湖中p魚的性狀發(fā)生顯著差異的內(nèi)在因素是什么?(生命觀念)(3)已知p魚體內(nèi)一對等位基因a、a與對環(huán)境溫度的適應(yīng)性有關(guān),其中的a基因表達(dá)為更適應(yīng)較低溫度。假設(shè)

14、x湖中p魚群體中基因型aaaaaa的比例50年前為121,則現(xiàn)在的比例可能有什么變化?(科學(xué)思維)課堂檢測素養(yǎng)達(dá)標(biāo)答案解析p1721.下列關(guān)于現(xiàn)代生物進(jìn)化理論內(nèi)容的敘述,合理的是。環(huán)境通過選擇個體的表現(xiàn)型而使生物發(fā)生進(jìn)化基因突變會導(dǎo)致基因頻率的改變大腸桿菌可以通過基因重組而發(fā)生進(jìn)化自然選擇能定向改變種群的基因頻率抗生素能誘導(dǎo)細(xì)菌發(fā)生基因突變產(chǎn)生抗藥性,而使細(xì)菌發(fā)生進(jìn)化2.(2020莆田高一檢測)下列與生物進(jìn)化相關(guān)的敘述,正確的是()a.進(jìn)化總是由突變引起的b.進(jìn)化時基因頻率總是變化的c.變異個體總是適應(yīng)環(huán)境的d.進(jìn)化改變的是個體而不是群體3.(2020紹興高一檢測)自然選擇是進(jìn)化的因素之一,下

15、列敘述錯誤的是()a.各類變異都是自然選擇和生物進(jìn)化的前提b.自然選擇是生物進(jìn)化的重要動力和機(jī)制c.自然選擇對影響個體存活和繁殖的差異進(jìn)行選擇d.長期自然選擇使種群中的微小有利變異積累成顯著變異4.某種群由不同基因型的個體組成,其中ee個體40個,ee個體40個,ee個體20個,則基因e的頻率是()a.20%b.40%c.60%d.80%5.下列各項對種群的基因頻率沒有影響的是()a.隨機(jī)交配b.自然選擇c.基因突變d.染色體變異6.下列有關(guān)種群基因庫的敘述,不正確的是()a.一個種群的基因庫包括這個種群所含有的全部基因b.生物的個體總是要死亡的,但基因庫卻因種群個體的繁殖而代代相傳c.種群中

16、每個個體都含有種群基因庫的全部基因d.基因突變可以改變基因庫的組成7.英國的曼徹斯特地區(qū)有一種樺尺蠖。在自然條件下,樺尺蠖的體色受一對等位基因s和s控制,黑色(s)對淺色(s)是顯性。19世紀(jì)中葉以前,樺尺蠖種群中s基因的頻率很低。隨著英國工業(yè)的發(fā)展,樺尺蠖種群中s基因的頻率提高了很多,如表。基因基因頻率19世紀(jì)中葉以前20世紀(jì)中葉s5%95%s95%5%請根據(jù)上述材料回答:(1)1850年以前,淺色樺尺蠖比例很高,黑色樺尺蠖比例很低,這表明稀有的黑色型是由淺色型通過產(chǎn)生的。(2)從1850年到1898年間,黑色樺尺蠖逐漸取代淺色樺尺蠖,這表明黑色基因(s)和淺色基因(s)的頻率均發(fā)生。(3)

17、被污染的環(huán)境使得淺色樺尺蠖容易被鳥類捕食而處于選擇劣勢,黑色樺尺蠖由于具有保護(hù)色而處于選擇優(yōu)勢。這一事實表明,種群中產(chǎn)生的變異是,經(jīng)過長期的,使種群的發(fā)生定向的改變,導(dǎo)致生物朝著一定的方向緩慢地進(jìn)化。第2節(jié)現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容第1課時種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化一、1.2.(1)提示:基因庫指一個種群的全部基因,而非某一對等位基因。(2)(3)3.40%60%40%【問答】提示:不一定。例如一個基因型為aa的豌豆種群,此時a基因的頻率為1/2,若此種群自交,得到的f1中,aaaaaa=121,f1中a的基因頻率仍然為1/2。二、(1)基因突變?nèi)旧w變異突變(2)等位基因有性生殖基因型隨機(jī)

18、性不定向性生物進(jìn)化的方向(3)相對生存環(huán)境(4)突變率三、1.不利變異有利變異2.表現(xiàn)型基因3.有利基因頻率定向知識點一【思考探究】1.提示:基因型為aa的個體不斷被淘汰,但a基因隨著雜合子保存下來,所以a基因的基因頻率將越來越小,但不會為0。2.提示:因為樹干變黑后,淺色樺尺蠖易于被發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致其個體數(shù)減少,其中包括有生育能力的淺色樺尺蠖數(shù)量的減少,從而影響淺色樺尺蠖的出生率。【典例示范】d抗藥性變異在使用青霉素之前就已經(jīng)產(chǎn)生了,a錯誤。b階段存活細(xì)菌均具有抗藥性,但其抗藥性不一定比a階段細(xì)菌的抗藥性強(qiáng),b錯誤。經(jīng)過ab階段的青霉素的選擇導(dǎo)致抗藥細(xì)菌的比例增大,c錯誤。b階段存活的細(xì)菌可能是若

19、干個突變累加在一起的產(chǎn)物,d正確。【類題精練】b變異是不定向的,故金魚在人工選育過程中不會發(fā)生定向變異,a錯誤。因為金魚起源于野生鯽魚,故金魚與野生鯽魚存在dna序列的同源性,b正確。人工選擇可以改變金魚種群的基因頻率,能夠選擇人們需要的個體,但并不能提高金魚對自然環(huán)境的適應(yīng)性,c錯誤。人工選擇加大了金魚和野生鯽魚間的基因庫差異,d錯誤。知識點二【思考探究】(1)提示:不合理,基因型頻率發(fā)生改變,基因頻率不一定發(fā)生變化,而生物進(jìn)化的實質(zhì)是基因頻率的改變。(2)提示:種群足夠大、能隨機(jī)交配、沒有遷入和遷出、自然選擇對其無作用、不發(fā)生突變等?！镜淅痉丁縝由題意知,原種群數(shù)量是20 000,則可以

20、得出基因型vv為20 00015%=3 000;基因型vv為20 000 55% = 11 000;基因型vv為20 00030%=6 000,后侵入了2 000只基因型為vv的個體,該種群中基因型vv為3 000+2 000=5 000,該種群總數(shù)為22 000只,所以該種群中基因型vv占5/22、基因型vv占11/22、基因型vv 占6/22。該種群的個體隨機(jī)交配,由于沒有發(fā)生自然選擇導(dǎo)致基因的丟失,所以該種群的基因頻率不變,則v基因的基因頻率為5/22+11/221/2=21/44,即約為48%。【類題精練】c種群1中aaaa=11,aa=1/2,aa=1/2,a=1/21/2+1/2=

21、3/4;種群2中aaaa=11,aa=1/2,aa=1/2,a=1/21/2=1/4,a錯誤。種群基因頻率的變化與突變和基因重組、自然選擇、遷入遷出等多種因素有關(guān),故如果種群1中a基因頻率變化,不能肯定其發(fā)生了突變與基因重組,b錯誤。根據(jù)題干信息可知,若將兩種群aa的雌雄果蠅混合,混合以后基因型為aa的雌雄果蠅仍可以隨機(jī)交配,且子代中各種基因型個體均能存活,故子一代的基因型及比例為aaaaaa=121,a的基因頻率=1/4+1/21/2=1/2,c正確。種群2隨機(jī)交配子代基因型只有aa、aa兩種,存在aa基因型的個體,所以不可能是含a的配子不能存活,可能是aa基因型的個體不能存活,d錯誤。1.

22、(1)提示:帝王蝶獲得抗毒性狀是通過突變產(chǎn)生原來不存在的新基因。其他種類的昆蟲也存在通過基因突變獲得抗毒能力,這從分子(或基因)水平揭示了趨同進(jìn)化的遺傳基礎(chǔ)。(2)提示:凡是變異引起性狀的改變是適應(yīng)環(huán)境的,就為有利變異,不適應(yīng)環(huán)境的為有害變異。2.(1)提示:種群是生物進(jìn)化的基本單位。(2)提示:50年后,使x湖中p魚的性狀發(fā)生顯著差異的內(nèi)在因素是可遺傳變異(或突變或基因突變或遺傳物質(zhì)的變化)。(3)提示:假設(shè)x湖中50年前p魚群體中基因型aaaaaa的比例為121,則a的基因頻率為0.5,a的基因頻率為0.5,x湖水溫從50年前的3035逐年下降,至今已穩(wěn)定保持在2226,a基因表達(dá)為更適應(yīng)較低溫度,a的基因頻率上升。1.【解析】選。環(huán)境無法識別