2023-2024學(xué)年 人教版 必修二 種群基因組成的變化 學(xué)案

第3節(jié)種群基因組成的變化與物種的形成第4節(jié)協(xié)同進(jìn)化與生物多樣性的形成第1課時(shí)種群基因組成的變化1．闡明具有優(yōu)勢(shì)性狀的個(gè)體在種群中所占比例將會(huì)增多。2．說(shuō)明自然選擇促進(jìn)生物更好地適應(yīng)特定的生存環(huán)境。1．初步運(yùn)用進(jìn)化與適應(yīng)觀，闡明可遺傳的變異提供了生物進(jìn)化的原材料。2．運(yùn)用統(tǒng)計(jì)與概率的相關(guān)知識(shí)，解釋并預(yù)測(cè)種群內(nèi)某一遺傳性狀的分布與變化。3．基于給定的條件探究自然選擇對(duì)種群基因頻率的影響。一、種群和種群基因庫(kù)1．種群的概念及特點(diǎn)(1)概念：生活在一定區(qū)域的同種生物全部個(gè)體的集合。(2)特點(diǎn)：種群是生物進(jìn)化的基本單位，種群中的雌雄個(gè)體可以通過(guò)繁殖將各自的基因遺傳給后代。種群也是生物繁殖的單位。2．基因庫(kù)一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因，叫作這個(gè)種群的基因庫(kù)。3．基因頻率(1)概念：在一個(gè)種群基因庫(kù)中，某個(gè)基因占全部等位基因數(shù)的比值。(2)計(jì)算基因頻率＝種群中某基因的總數(shù)該基因及其等位基因的總數(shù)×100%如圖表示某個(gè)種群基因型的組成情況，A、a為一對(duì)等位基因。則該種群中a的基因頻率是多少？提示：50%。二、種群基因頻率的變化1．可遺傳變異的來(lái)源2．可遺傳變異的形成、特點(diǎn)和作用(1)形成：基因突變產(chǎn)生的等位基因，通過(guò)有性生殖過(guò)程中的基因重組，可以形成多種多樣的基因型。(2)特點(diǎn)：隨機(jī)的、不定向的。(3)作用：只是提供生物進(jìn)化的原材料，不能決定生物進(jìn)化的方向。(4)可遺傳變異的利害性：變異的有利和有害是相對(duì)的，是由生存環(huán)境決定的。若沒(méi)有突變，進(jìn)化還能發(fā)生嗎？為什么？提示：不能。突變和基因重組提供了生物進(jìn)化的原材料。若沒(méi)有突變，就不可能產(chǎn)生新的等位基因，基因重組也就沒(méi)有意義了，生物就不可能產(chǎn)生可遺傳的變異，也就不能進(jìn)化了。三、自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響1．原因：在自然選擇的作用下，具有有利變異的個(gè)體有更多的機(jī)會(huì)產(chǎn)生后代，種群中相應(yīng)基因的頻率會(huì)不斷提高；相反，具有不利變異的個(gè)體留下后代的機(jī)會(huì)少，種群中相應(yīng)基因的頻率會(huì)下降。2．選擇的對(duì)象：直接作用對(duì)象是個(gè)體的表型，最終選擇的對(duì)象是決定表型的基因。3．結(jié)果：在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會(huì)發(fā)生定向改變，導(dǎo)致生物朝著一定的方向不斷進(jìn)化。生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是什么？提示：種群基因頻率的定向改變。(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)1．一個(gè)池塘中全部的魚(yú)是一個(gè)種群。 ()2．控制果蠅眼色的全部基因構(gòu)成基因庫(kù)。 ()3．生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率的變化。 ()4．自然選擇決定了生物變異和進(jìn)化的方向。 ()5．生物進(jìn)化的原材料源于基因突變和基因重組。 ()6．自然選擇過(guò)程中，直接受選擇的是表型。 ()提示：1．×一個(gè)池塘中的魚(yú)包括多個(gè)物種，而種群是生活在一定區(qū)域的同種生物全部個(gè)體的集合。2．×基因庫(kù)是指一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因，而非控制某一性狀的全部基因。3．√4．×生物變異是不定向的，自然選擇決定了生物進(jìn)化的方向，但不能決定生物變異的方向。5．×基因突變、染色體變異和基因重組產(chǎn)生生物進(jìn)化的原材料。6．√種群基因組成的變化及自然選擇對(duì)生物進(jìn)化的影響碳青霉烯類(lèi)抗生素是治療重度感染的一類(lèi)藥物。下表為2005～2008年該類(lèi)抗生素在某醫(yī)院住院患者中的人均使用量，以及從患者體內(nèi)分離得到的某種細(xì)菌對(duì)該類(lèi)抗生素的耐藥率變化。年份2005200620072008住院患者該類(lèi)抗生素的人均使用量/g0.0740.120.140.19某種細(xì)菌對(duì)該類(lèi)抗生素的耐藥率/%2.66.1110.925.51．依據(jù)表中數(shù)據(jù)分析，這種細(xì)菌耐藥率的變化與抗生素的使用量之間存在什么關(guān)系？提示：正相關(guān)的關(guān)系(這種細(xì)菌耐藥率隨抗生素使用量的增加而提高)。2．該種細(xì)菌抗藥性變異的來(lái)源是什么？是使用抗生素導(dǎo)致的嗎？抗生素起的作用是什么？提示：基因突變。不是?？股仄疬x擇作用。3．細(xì)菌耐藥率逐漸升高的實(shí)質(zhì)是什么？提示：細(xì)菌抗藥性基因頻率升高。4．請(qǐng)概括自然選擇與種群基因頻率、生物進(jìn)化的關(guān)系。提示：在自然選擇的作用下，種群的基因頻率發(fā)生定向改變，導(dǎo)致生物朝著一定的方向不斷進(jìn)化。1．突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料(1)雖然突變的頻率很低，但一個(gè)種群往往由許多個(gè)體組成，而每一個(gè)個(gè)體的每一個(gè)細(xì)胞內(nèi)都有成千上萬(wàn)個(gè)基因，所以在種群中每一代都會(huì)產(chǎn)生大量突變。(2)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)變異的有利和有害是相對(duì)的，由生存環(huán)境決定。2．自然選擇決定生物進(jìn)化的方向3．進(jìn)化中的“定向”與“不定向”(1)變異是不定向的。(2)自然選擇是定向的。(3)自然選擇引起的種群基因頻率的變化是定向的。(4)生物進(jìn)化是定向的。4．影響種群基因頻率變化的因素(1)外因：自然選擇。(2)內(nèi)因：基因突變和部分染色體變異(如缺失和重復(fù)等)能直接引起基因頻率的變化，基因重組只改變了基因型頻率，在自然選擇的作用下淘汰部分個(gè)體后可引起基因頻率的變化。1．科研人員從一種溶桿菌屬的細(xì)菌中提取到一種新型抗生素(LysocinE)，它能對(duì)抗常見(jiàn)抗生素?zé)o法對(duì)付的超級(jí)細(xì)菌——耐甲氧西林金黃色葡萄球菌。下列相關(guān)敘述正確的是()A．施用新型抗生素(LysocinE)一定會(huì)使耐甲氧西林金黃色葡萄球菌種群消亡B．該超級(jí)細(xì)菌的抗藥性變異來(lái)源于染色體變異C．“耐甲氧西林金黃色葡萄球菌”這一超級(jí)細(xì)菌的形成可能意味著該種群發(fā)生了進(jìn)化D．超級(jí)細(xì)菌的形成是因?yàn)榭股卣T發(fā)細(xì)菌產(chǎn)生了耐藥性變異C[在耐甲氧西林金黃色葡萄球菌種群中存在抗新型抗生素的個(gè)體，該菌不會(huì)消亡，A錯(cuò)誤；該超級(jí)細(xì)菌為原核生物，此抗藥性變異只能來(lái)自基因突變，B錯(cuò)誤；超級(jí)細(xì)菌的形成，說(shuō)明該種群的抗性基因頻率增大，種群發(fā)生進(jìn)化，C正確，超級(jí)細(xì)菌的形成是因?yàn)榭股貙?duì)耐藥性變異的細(xì)菌進(jìn)行了定向選擇，D錯(cuò)誤。]2．白車(chē)軸草中有毒物質(zhì)氫氰酸(HCN)的產(chǎn)生由H、h和D、d兩對(duì)等位基因決定，H和D同時(shí)存在時(shí)，個(gè)體產(chǎn)HCN，能抵御草食動(dòng)物的采食。如圖表示某地不同區(qū)域白車(chē)軸草種群中有毒個(gè)體的比例，下列分析錯(cuò)誤的是()A．草食動(dòng)物是白車(chē)軸草種群進(jìn)化的選擇壓力B．城市化會(huì)影響白車(chē)軸草種群的進(jìn)化C．與鄉(xiāng)村相比，市中心種群中h的基因頻率更高D．基因重組會(huì)影響種群中H、D的基因頻率D[分析題意可知，草食動(dòng)物能采食不含氫氰酸的白車(chē)軸草，故草食動(dòng)物是白車(chē)軸草種群進(jìn)化的選擇壓力，A正確；分析題中曲線可知，從市中心到市郊再到鄉(xiāng)村，白車(chē)軸草種群中產(chǎn)HCN個(gè)體所占比例逐漸增加，說(shuō)明城市化會(huì)影響白車(chē)軸草的進(jìn)化，B正確；與鄉(xiāng)村相比，市中心種群中產(chǎn)HCN個(gè)體所占比例小，即基因型為H_D_的個(gè)體所占比例小，h、d的基因頻率高，C正確；基因重組是控制不同性狀的基因的重新組合，對(duì)基因沒(méi)有選擇作用，不會(huì)影響種群的基因頻率，D錯(cuò)誤。]基因頻率和基因型頻率的計(jì)算材料1某工廠有男女職工各200名，對(duì)他們進(jìn)行調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，女性色盲基因的攜帶者為15人，患者為5人，男性患者為11人。材料2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%。此時(shí)從島外入侵了2000只基因型為VV的果蠅。1．材料1所述的群體中色盲基因的頻率是多少？提示：6%。2．材料2中某小島上被基因型為VV的果蠅入侵后，且所有果蠅均隨機(jī)交配，則F1中V的基因頻率如何計(jì)算？提示：原有的20000只果蠅中，基因型為VV的果蠅有20000×15%＝3000只，基因型為Vv的果蠅有20000×55%＝11000只，基因型為vv的果蠅有20000×30%＝6000只。從島外入侵了2000只基因型為VV的果蠅后，三種基因型的果蠅所占比例發(fā)生變化：VV占5000/22000＝5/22，Vv占11000/22000＝1/2，vv占6000/22000＝3/11。故F1中V的基因頻率是5/22＋1/2×1/2＝21/44≈48%。1．基因頻率的計(jì)算(1)定義法求解基因頻率某基因頻率＝該基因總數(shù)該基因及其等位基因總數(shù)×100%。例如，A的基因頻率＝AA+a×(2)已知基因型頻率計(jì)算基因頻率①常染色體上基因頻率的計(jì)算一對(duì)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的基因頻率＝AA的基因型頻率＋1/2Aa的基因型頻率。②X染色體上基因頻率的計(jì)算如某種群中基因型有XBXB、XBXb、XbXb、XBY、XbY，Xb的基因頻率＝XbXB(1)定義法求解常染色體上的基因頻率時(shí)，每個(gè)個(gè)體的基因都是成對(duì)存在的。(2)計(jì)算X染色體上的基因頻率時(shí)，要注意雄性體內(nèi)的基因只存在于X染色體上，Y染色體上沒(méi)有。(3)基因型頻率改變時(shí)，基因頻率不一定發(fā)生改變。2．隨機(jī)交配情況下的計(jì)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(shí)例：若已知AA的基因型頻率為m，則A的基因頻率為m。(3)符合遺傳平衡定律的條件：種群非常大、所有雌雄個(gè)體間都能自由交配并產(chǎn)生后代、沒(méi)有遷入和遷出、沒(méi)有自然選擇、沒(méi)有基因突變、不同表型的個(gè)體生存和繁殖的機(jī)會(huì)是均等的。3．自交和自由交配時(shí)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，雜合子減少自由交配處于遺傳平衡不改變不改變不處于遺傳平衡不改變改變3．兩個(gè)非常大的果蠅種群被隔離在兩個(gè)不同地區(qū)，種群內(nèi)個(gè)體間隨機(jī)交配，無(wú)遷入和遷出，無(wú)突變發(fā)生。種群中的基因頻率如表所示。果蠅種群A的基因頻率a的基因頻率種群180%20%種群260%40%假設(shè)這兩個(gè)種群大小相等，地理隔離不再存在，兩個(gè)種群完全合并，則下一代中Aa的基因型頻率是()A．75% B．50%C．42% D．21%C[種群1中A的基因頻率為80%，a的基因頻率為20%，種群2中A的基因頻率為60%，a的基因頻率為40%，由于兩個(gè)種群大小相等，因此完全合并后A的基因頻率為(80%＋60%)÷2＝70%，a的基因頻率為(20%＋40%)÷2＝30%，按照遺傳平衡定律，隨機(jī)交配一代，Aa的基因型頻率＝2×70%×30%＝42%，C正確。]4．某種群中TT個(gè)體占20%，Tt個(gè)體占60%，tt個(gè)體占20%，由于某種病害導(dǎo)致tt個(gè)體全部死亡，TT和Tt個(gè)體數(shù)量均未變化，則病害發(fā)生后該種群中T的基因頻率是()A．62.5% B．25%C．50% D．20%A[某種群中TT個(gè)體占20%，Tt個(gè)體占60%，tt個(gè)體占20%，假設(shè)該種群個(gè)體數(shù)為100個(gè)，則TT有20個(gè)，Tt個(gè)體有60個(gè)，tt個(gè)體有20個(gè)。由于某種病害導(dǎo)致tt個(gè)體全部死亡，TT和Tt個(gè)體數(shù)量均未變化，則TT的頻率為20/(20＋60)×100%＝25%，Tt的頻率為75%。因此，病害發(fā)生后該種群中T的基因頻率是25%＋1/2×75%＝62.5%。]自然選擇有三種類(lèi)型，穩(wěn)定性選擇是把種群中極端變異個(gè)體淘汰，保留中間類(lèi)型；分裂性選擇是把種群中極端變異個(gè)體按照不同方向保留，淘汰中間個(gè)體；單向性選擇是在種群中保存趨于某一極端變異個(gè)體，淘汰另一極端變異個(gè)體。自然選擇不同類(lèi)型建模如下圖所示。通過(guò)對(duì)自然選擇不同類(lèi)型建模的分析與比較可知，種群個(gè)體中變異的有利與不利是相對(duì)的，是由其生存環(huán)境決定的，自然選擇可促進(jìn)生物更好地適應(yīng)特定的生存環(huán)境。(1)結(jié)合圖文分析，圖1、2、3分別屬于哪種自然選擇類(lèi)型？提示：圖1屬于穩(wěn)定性選擇，圖2屬于分裂性選擇，圖3屬于單向性選擇。(2)馬德拉、克格倫島上經(jīng)常刮大風(fēng)，島上的甲蟲(chóng)朝著不同的方向進(jìn)化，才逐漸形成殘翅、無(wú)翅或翅膀特別發(fā)達(dá)的類(lèi)型，而具有一般飛行能力的逐漸被淘汰。甲蟲(chóng)發(fā)生的選擇類(lèi)型與樺尺蛾黑化形成的選擇類(lèi)型相同嗎？分析無(wú)翅的甲蟲(chóng)特別多的原因。提示：不相同，前者屬于分裂性選擇，后者屬于單向性選擇。由于這個(gè)島嶼上經(jīng)常刮大風(fēng)，那些有翅能飛但翅膀不夠強(qiáng)大的甲蟲(chóng)，就常常被大風(fēng)吹到海里，因而生存和繁殖后代的機(jī)會(huì)較少，而無(wú)翅或殘翅的甲蟲(chóng)，由于不能飛，就不容易被風(fēng)吹到海里，因而生存和繁殖后代的機(jī)會(huì)就多。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的自然選擇之后，海島上無(wú)翅或殘翅的甲蟲(chóng)就特別多，這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是自然選擇。1．一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因，叫作這個(gè)種群的基因庫(kù)。2．基因頻率：在一個(gè)種群基因庫(kù)中，某個(gè)基因占全部等位基因數(shù)的比值。3．種群是生物繁殖的基本單位，也是生物進(jìn)化的基本單位。4．突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料，突變和基因重組都是隨機(jī)的、不定向的。5．在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會(huì)發(fā)生定向改變，導(dǎo)致生物朝著一定的方向不斷進(jìn)化。6．生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是基因頻率的改變。1．下列有關(guān)種群基因庫(kù)的敘述，不正確的是()A．一個(gè)種群的基因庫(kù)包括這個(gè)種群所含有的全部基因B．生物的個(gè)體總是要死亡的，但基因庫(kù)卻因種群個(gè)體的繁殖而代代相傳C．種群中每個(gè)個(gè)體都含有種群基因庫(kù)的全部基因D．基因突變可以改變種群基因庫(kù)的組成C[基因庫(kù)是一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因，由于不同個(gè)體之間在基因上具有差異，所以不可能每個(gè)個(gè)體都含有種群基因庫(kù)的全部基因，A正確、C錯(cuò)誤；種群是生物繁殖的基本單位，所以基因庫(kù)不會(huì)因個(gè)體死亡而消失，會(huì)代代相傳，B正確；可遺傳的變異可以改變種群基因庫(kù)的組成，D正確。]2．兔的脂肪白色(F)對(duì)淡黃色(f)為顯性，由常染色體上一對(duì)等位基因控制。某兔群由500只純合白色脂肪兔和1500只淡黃色脂肪兔組成，F(xiàn)、f的基因頻率分別是()A．15%、85% B．25%、75%C．35%、65% D．45%、55%B[由題意可知，該兔種群由500只純合白色脂肪兔(FF)和1500只淡黃色脂肪兔(ff)組成，故F的基因頻率＝F/(F＋f)×100%＝(500×2)/(2000×2)×100%＝25%，f的基因頻率＝1－25%＝75%，B正確。]3．科研人員新研制了一種針對(duì)三化螟的高效殺蟲(chóng)劑，但隨著殺蟲(chóng)劑的持續(xù)使用，三化螟表現(xiàn)出越來(lái)越強(qiáng)的抗藥性。下列敘述錯(cuò)誤的是()A．殺蟲(chóng)劑誘發(fā)了三化螟抗藥性基因的產(chǎn)生B．三化螟強(qiáng)抗藥性狀是可遺傳的有利變異C．殺蟲(chóng)劑對(duì)三化螟的定向選擇是其抗藥性增強(qiáng)的必要條件D．三化螟抗藥性的增強(qiáng)是抗藥性變異逐漸積累的結(jié)果A[殺蟲(chóng)劑選擇了三化螟抗藥性基因，A錯(cuò)誤；殺蟲(chóng)劑的持續(xù)使用，三化螟仍然可以存活，且抗藥性越來(lái)越強(qiáng)，說(shuō)明抗藥性狀是可遺傳的有利變異，B正確；自然選擇能定向改變生物性狀，故殺蟲(chóng)劑對(duì)三化螟的定向選擇是其抗藥性增強(qiáng)的必要條件C正確；自然選擇能讓有利變異不斷積累，殺蟲(chóng)劑使三化螟抗藥性變異不斷積累，D正確。]4．為探究?jī)煞N抗生素對(duì)某細(xì)菌的抑菌效果，設(shè)計(jì)如圖所示實(shí)驗(yàn)方案，在無(wú)菌固體培養(yǎng)基表面上涂布被檢測(cè)細(xì)菌，放置甲、乙和丙三個(gè)圓形濾紙片(抗生素可在培養(yǎng)基擴(kuò)散，濾紙片周?chē)霈F(xiàn)抑菌圈的大小能反映其抑菌效果)，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．抑菌最有效的是抗生素bB．浸泡濾紙片的抗生素a、b濃度應(yīng)相同C．丙濾紙片起到對(duì)照作用D．此方法可檢測(cè)抗生素對(duì)病毒的抑制效果D[分析題圖，浸泡過(guò)抗生素b的抑菌圈最大，說(shuō)明抗生素b的抑菌效果最好，A正確；該實(shí)驗(yàn)的自變量為是否浸泡抗生素和抗生素的種類(lèi)，兩種抗生素的濃度應(yīng)相同，目的是保證單一變量，B正確；浸泡過(guò)無(wú)菌水的丙組應(yīng)為空白對(duì)照組，C正確；抗生素可抑制細(xì)菌生長(zhǎng)，但不能抑制病毒的繁殖，故不能檢測(cè)對(duì)病毒的抑制效果，D錯(cuò)誤。]5．某地區(qū)從1964年開(kāi)始使用殺蟲(chóng)劑殺滅蚊子幼蟲(chóng)，至1967年中期停用。如圖是五年間蚊子幼蟲(chóng)基因型頻率變化曲線。R表示殺蟲(chóng)劑抗性基因，S表示野生敏感型基因。據(jù)圖回答下列問(wèn)題：(1)R基因的出現(xiàn)是________________的結(jié)果。(2)在RR基因型頻率達(dá)到峰值時(shí)，RS、SS基因型頻率分