1、第3节种群基因组成的变化与物种的形成第4节协同进化与生物多样性的形成第1课时种群基因组成的变化课标内容要求核心素养对接1阐明具有优势性状的个体在种群中所占比例将会增多。2说明自然选择促进生物更好地适应特定的生存环境。1生命观念：初步运用进化与适应观，阐明可遗传的变异提供了生物进化的原材料。2科学思维：运用统计与概率的相关知识，解释并预测种群内某一遗传性状的分布与变化。3科学探究：基于给定的条件探究自然选择对种群基因频率的影响。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基因库由一个种群中全部个体所含有的全部基因构成。3基因频率在一个种群基因库中，某
2、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、自然选择对种群基因频率变化的影响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：个体的表型。(2)实质：决定表型的基因。3选择的结果
3、(1)生物性状方面：朝着有利变异的方向不断进化。(2)基因方面：种群的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。()答案1提示：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提示：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提示：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种群基
4、因组成的变化1判断种群的“三要素”(1)生活在一定区域；(2)同种生物；(3)全部个体的集合。2突变和基因重组产生进化的原材料(1)问题一：突变具有低频性，还能为生物进化提供原材料吗？解读：虽然突变的频率很低，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。(2)问题二：突变具有多害少利性，还能为生物进化提供原材料吗？解读：生物变异是否有利，取决于它们的生存环境，微小有利的变异不断积累也能导致生物进化。(3)问题三：突变和基因重组能决定生物进化的方向吗？解读：突变和基因重组是随机的、不定向的，不能决定生物进化的方向。3自然选择对种
5、群基因频率变化影响的原理及实例分析(1)原理分析：(2)实例分析(桦尺蛾体色进化)：由以上可以看出，生物进化实质上是种群基因频率发生改变，即在生物进化过程中某基因的频率如果逐渐增大，反映该基因控制的性状对环境的适应能力较强。合作探究：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：生物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64只。在死去的个体中，大部分是
6、个体比较大、变异类型特殊的，下列有关叙述正确的是()A突变和基因重组决定生物进化的方向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突变和基因重组为生物的进化提供原材料，不决定进化的方向，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。2(不定项)桦尺蛾的体色受一对等位基因控制，其中黑色(S)对浅色(s)为显性。将某桦尺蛾种群分成两组，分别迁移到A、B两个区域，A地是煤炭
7、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是种群基因型频率的变化BD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%。可见A种群内控制黑色的S基因的频率较高，而B种
8、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。变异与选择之间的关系(1)变异是不定向的，在自然选择的作用下，基因频率发生定向改变，导致自然选择是定向的。(2)自然选择的过程十分缓慢，其结果符合优胜劣汰、适者生存的原则。基因频率的相关计算1基因频率和基因型频率的计算以一对等位基因(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%2常见题型分析(1)题型一已知调查的各种基因型的个体
9、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。(2)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。(3)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，计算时只计算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：N表示个体数。Xb不涉及Y染色体，XBXb1。(4)题型四利用哈代温伯格定律，由基因频率计算基因型频率成立前提a种群非常大；b.所有雌雄个体之间自由交配；c.没有迁入和迁出；
10、d.没有自然选择；e.没有基因突变。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。应用实践：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，
11、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的基因频率是36/600100%6%。1(不定项)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，正确的是()Av基因频率降低了50%BV基因频率增加了50%C杂合果蝇比例降低了50%D残翅果蝇
12、比例降低了50%ACD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v0.2，V0.8，进而计算出引入纯种长翅果蝇前，基因型为vv的果蝇有0.0420 000800(只)，基因型为Vv的果蝇有20.20.820 0006 400(只)，VV有0.80.820 00012 800(只)。引入20 000只纯合长翅果蝇后，基因频率v(80026 400)/(40 0002)0.1，V10.10.9，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某植物可自交或自由交配，在不考虑生物变异和致死情况下，下列哪种情况可使
13、基因型为Aa的该植物连续交配3次后所得子三代中Aa所占比例为2/5()A基因型为Aa的该植物连续自交3次，且每代子代中不去除aa个体B基因型为Aa的该植物连续自交3次，且每代子代中均去除aa个体C基因型为Aa的该植物连续自由交配3次，且每代子代中不去除aa个体D基因型为Aa的该植物连续自由交配3次，且每代子代中均去除aa个体D基因型为Aa的该植物连续自交3次，且每代子代中不去除aa个体，则子三代中Aa所占比例为1/231/8，A项不符合题意；基因型为Aa的该植物连续自交3次，且每代子代中均去除aa个体，则子三代中Aa所占比例为2/(231)2/9，B项不符合题意；基因型为Aa的该植物连续自由交
14、配3次，且每代子代中不去除aa个体，符合遗传平衡定律。A的基因频率a的基因频率1/2，而且每一代的基因型频率均不变，则子三代中Aa的基因型频率(所占比例)21/21/21/2，C项不符合题意；基因型为Aa的该植物连续自由交配3次，且每代子代中均去除aa个体，由于存在选择作用，所以每一代的基因频率均会发生改变，需要逐代进行计算。基因型为Aa的该植物自由交配一次，子一代中AAAaaa121，去除aa个体，则子一代中有1/3 AA和2/3 Aa。子一代中A的基因频率1/31/22/32/3，a的基因频率1/3，子一代再自由交配，子二代中AA的基因型频率(2/3)24/9、Aa的基因频率22/31/3
15、4/9，去除aa个体，子二代中有1/2AA和1/2Aa。子二代中A的基因频率1/21/21/23/4，a的基因频率1/4，子二代再自由交配，在子三代中AA的基因型频率(3/4)29/16、Aa的基因型频率23/41/46/16，去除aa个体，则子三代中Aa所占比例为6/16(9/166/16)2/5，故D项符合题意。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
16、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。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，叫作这个种群的基因库。2.种群是生物繁殖的基本单位。3.突变和基因重组产生进化的原材料，突变和基因重组是随机的，不定向的。4.在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。5.生物进化的实质是基因频率的改变。1(不定项)下列关于种群的叙述中，正确的是()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，
17、但基因库却可在代代相传的过程中得到保持和发展ACD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
18、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。3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()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
19、率为40%30%(1/2)55%，y的基因频率为45%。4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()A1/5 B1/4C3/7D11/21C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AAAaaa(60%60%)(260%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%/(
20、36%48%)3/7。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%，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
