1、第2节现代生物进化理论的主要内容第1课时种群基因频率的改变与生物进化学 习 目 标核 心 素 养1.解释种群、基因库和基因频率的概念。2.种群基因频率的计算和影响因素分析。(重、难点)3.解释生物进化的实质。(重点)1.通过用数学方法讨论基因频率的变化，掌握基因频率和基因型频率的相关计算。2.结合某海岛上残翅和无翅昆虫的形成过程等事实，阐明突变和基因重组是生物进化的原材料。3.通过探究自然选择对种群基因频率的影响，理解自然选择决定生物进化的方向。一、种群是生物进化的基本单位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基因库由一个种群中全部个体所含有的全部基因构成。3基
2、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率。二、突变和基因重组产生进化的原材料1可遗传的变异的来源2可遗传的变异是进化的原材料(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。(2)可遗传的变异的特点(3)可遗传的变异的结果：只提供了生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。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、自然选择决定生物进化的方向1原因：不断淘汰发生不利变异的个体，选择保留发生有利变异的个体。2选择的对象(1)直接作用对象：个体的表现型。(2)
3、实质：决定表现型的基因。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，直接受选择的是表现型。()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。23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
4、的原材料。5种群是生物进化的基本单位问题探究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，XBXb有15人，XbXb有5人，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2002200600。因此，Xb的
5、基因频率是36/600100%6%。归纳总结 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%A100%a100%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AAA1/2Aa；aaa1/2Aa。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
6、。ZW型性别决定也是这样。例如：N表示个体数。Xb不涉及Y染色体，XBXb1。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)成立前提种群非常大；所有雌雄个体之间自由交配；没有迁入和迁出；没有自然选择；没有基因突变。(2)计算公式当等位基因只有两个时(A、a)，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：p22pqq21。误区警示：伴X染色体遗传病中，男性中患者的表现型概率(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
7、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现有两个非常大的某昆虫种群，个体间随机交配，没有迁入和迁出，无突变，自然选择对A和a基因控制的性状没有作用。种群1的A基因频率为50%，a基因频率为50%；种群2的A基因频率为70%，a基因频率为30%，假设这两个种群大小相等，地理隔离不再存在，两个种群完全合并为一个可随
8、机交配的种群，则下一代中Aa的基因型频率是()A24% B48%C56%D64%B由于这两个种群大小相等，因此两个种群合成一个种群后，该种群的基因频率是A(70%50%)260%，a(30%50%)240%。根据题干信息“该种群非常大、个体间随机交配，没有迁入和迁出，无突变，自然选择对A和a基因控制的性状没有作用”可知，遵循遗传平衡定律，所以两个种群完全合并为一个可随机交配的种群，则下一代中Aa的基因型频率60%40%248%。2调查某校学生中某种性状的各种基因型及比例如表所示，则该校学生中XB和Xb的基因频率分别是()基因型XBXBXBXbXbXbXBYXbY比例(%)41201362A.8
9、8%、12% B76%、24%C85.2%、14.8% D12%、88%C假定调查人数是100人，则女生XBXB有41人，XBXb有20人，XbXb有1人，男生中XBY有36人，XbY有2人，则XB的基因频率是(4122036)(62238)100%85.2%，Xb的基因频率是185.2%14.8%。突变和基因重组产生进化的原材料、自然选择决定生物进化的方向问题探究请根据图示，结合教材相关内容，回答下列问题：(1)桦尺蠖种群中产生的可遗传变异有哪些类型？提示：突变(包括基因突变和染色体变异)和基因重组。 (2)所有的变异都能导致种群基因频率的改变吗？提示：基因突变和染色体变异可导致种群基因频率
10、的改变，基因重组以及不可遗传的变异不会使种群基因频率发生改变。(3)对桦尺蠖种群来说，在自然选择过程中直接受选择的是表现型还是基因型？为什么？提示：直接受选择的是表现型。因为天敌看到的是性状，而不是控制性状的基因。(4)桦尺蠖种群发生进化了吗？生物进化的实质是什么？提示：桦尺蠖种群发生进化了。生物进化的实质是种群基因频率的改变。(5)决定桦尺蠖进化方向的是变异还是自然选择？为什么？提示：自然选择。因为变异是不定向的，自然选择是定向的，自然选择决定生物进化的方向。归纳总结 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
11、因型，但只有基因突变能产生新的基因。(2)数量大突变数大：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。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自然选择决定生物进化的方向(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。具体过程是：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
12、象直接对象是生物的表现型。间接对象是相关的基因型。根本对象是与表现型相对应的基因。(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。1下列有关变异和进化的叙述，不正确的是()A新物种形成的标志是产生了生殖隔离，进化的实质是种群基因频率的改变B种群中控制某性状的全部等位基因称为种群的基因库C具有生殖隔离的两个物种未必存在地理隔离D生物变异的有利性是相对的，自然选择决定生物进化的方向B种群的基因库是指一个种群中全部个体所含有的全部基因。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
13、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()区域SS(%)Ss(%)ss(%)A80182B2890AA地S基因的频率为89%，B地S基因的频率为6%BA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(80218)/(80218222)100%89%，s基因的频率189%11%：而B种群内S基因的频率(228)/(1002)100%6%，s基因的频率16%94%。
14、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。课堂小结知 识 网 络 构 建核 心 语 句 归 纳1.一个种群中全部个体所含有的全部基因称为基因库。2.种群是生物进化的基本单位。3.突变和基因重组产生进化的原材料。4.自然选择决定生物进化的方向。5.生物进化的实质是基因频率的改变。1下列有关种群基因库的叙述中，不正确的是()A一个种群的基因库包括这个种群所含有的全部基因B生物的个体总是要死亡的，但基因库却因种
15、群个体的繁殖而代代相传C种群中每个个体都含有种群基因库的全部基因D基因突变可以改变基因库的组成C基因库是一个种群的全部个体所含的全部基因，由于不同个体之间在基因上具有差异，所以不可能每个个体都含有种群基因库中的全部基因，A正确，C错误。种群是生物繁殖的基本单位，所以基因库不会因个体死亡而消失，会代代相传，B正确。可遗传的变异均可能改变基因库的组成，D正确。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
16、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下列有关物种形成的说法不正确的是()A自然选择可以定向改变种群的某些基因频率，因而可能导致新物种的形成B突变和基因重组可以使种群产生定向变异，因而可能导致新物种的形成C突变和基因重组、自然选择及隔离，是物种形成的三个基本环节D一些生物经过长期的地理隔离，最后出现生殖隔离，而导致新物种的形成B突变具有不定向性，突变和基因重组只能产生进化的原材料，不能决定生物进化的方向。4某植物种群中
17、，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()A55%和45% B45%和55%C27.5%和22.5% D22.5%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在一个海岛中，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
18、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，而进化的方向则由 决定。(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0.20.2100%4%
19、，ww的基因型频率0.80.8100%64%，Ww的基因型频率164%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，进化的方向是由自然选择决定的。(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)不定向自然选择(3)是种群基因频率已经改变教材课后习题(教师用书独具)一、基础题1C种群是指生活在一定区域的同种生物的全部个体。2C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157%43%。3C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。4突变和基因重组产生进化的原材料。如果没有突变，就不可能产生新的等位基因，基因重组也就没有意义，生物就不可能产生可遗传的变异，也就不可能进化。二、拓展题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，也可能仍然处于濒危状态甚至绝灭。