1、第3节种群基因组成的变化与物种的形成学习目标1.举例说明种群、基因库、基因频率的概念，学会用数学方法讨论基因频率的变化。2.结合教材阐明突变和基因重组是生物进化的原材料。3.探究自然选择对种群基因频率的影响。第1课时种群基因组成的变化知识点一种群和种群基因库1种群是生物进化的基本单位自然选择直接作用的是生物个体，而且是个体的表型，但个体表型会随着个体的死亡而消失，决定表型的基因却可以通过生殖而世代延续，并且在群体中扩散，因此生物进化应该研究群体的基因组成的变化。2种群和种群基因库(1)种群概念：生活在一定区域的同种生物的全部个体的集合。(2)种群特点种群中的个体并不是机械地集合在一起。一个种群
2、其实就是一个繁殖的单位，雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。(3)基因库和基因频率基因库：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。基因频率a概念：在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值。b计算公式：基因频率。,种群的基因库是一直不变的吗？试分析原因。提示：不是。基因突变、染色体变异、自然选择、种群个体的迁入、迁出等都会使种群的基因库发生改变。 例1德国小蠊(二倍体)是常见的室内昆虫。随机取样的德国小蠊个体中，ss个体数为6，SS个体数为26，Ss个体数为18。则s的基因频率为()A0.26B0.3 C0.4
3、6D0.58解题分析s的基因频率100%30%。答案B例2蜗牛的有条纹(A)对无条纹(a)为显性。在一个地区的蜗牛种群内，有条纹(AA)个体占55%，无条纹个体占15%，若蜗牛间进行自由交配得到F1，则A基因的频率是()A30%B62% C60%D70%解题分析根据题意可知，Aa个体占30%，则A的基因频率为55%30%1/270%，a的基因概率为15%30%1/230%，D正确。答案D例3在一次红绿色盲的调查中共调查男女各200名，调查发现，女性红绿色盲基因的携带者15人，女性色盲5人，男性色盲11人。那么这个群体中红绿色盲基因的频率是()A4.5%B6% C9%D7.8%解题分析XBXb1
4、5人，XbXb5人，XbY 11人，所以基因b的数目1515211136个，因此，红绿色盲基因的频率100%6%。答案B例4在某一遵循遗传平衡定律的人群中，经调查得知，隐性性状者为16%，则该性状不同类型的基因型频率分别是(按AA、Aa、aa顺序排列)()A0.36、0.48、0.16B0.48、0.36、0.16C0.16、0.48、0.36D0.16、0.36、0.38解题分析由题干可知，该人群中隐性性状者为16%，即aa16%，根据遗传平衡公式a2aa基因型频率可得，a的基因频率是%即40%，A的基因频率是140%60%，因此该人群中AA的基因型频率(A的基因频率)260%60%0.36
5、，Aa的基因型频率2(A的基因频率)(a的基因频率)240%60%0.48，A正确。答案A技法提升有关基因频率计算题的解法(1)常染色体上基因频率的计算已知各基因型及其个体的数量，求基因频率。此类题型可用定义公式计算，即某基因的频率(该基因纯合子个体数2杂合子个体数)(总个体数2)100%。已知基因型频率，求基因频率。此类题型可以将百分号去掉，按定义公式计算或直接用“某基因的基因频率该基因纯合子的百分比杂合子百分比的1/2”来代替。如基因A的频率AA的频率1/2Aa的频率，基因a的频率1基因A的频率。(2)位于性染色体上基因频率的计算A的基因频率100%，a的基因频率100%。(N表示基因型的
6、个体数)(3)遗传平衡状态下基因频率的计算遗传平衡状态的条件：a种群非常大。b种群中所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代。c没有基因突变的发生。d没有迁入和迁出。e没有自然选择(不同个体生存和繁殖的机会是相等的)。基因频率与基因型频率的计算公式设A的基因频率为p，a的基因频率为q，则pq1。雄配子雌配子A(p)a(q)A(p)AA(p2)Aa(pq)a(q)Aa(pq)aa(q2)即：AA的基因型频率p2，Aa的基因型频率2pq，aa的基因型频率q2。若已知AA的基因型频率为m，则A的基因频率为。知识点二种群基因频率的变化和自然选择对种群基因频率的影响1种群基因频率的变化 (2)可遗传变异的
7、形成基因突变产生新的等位基因，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。(3)变异的有利和有害是相对的，是由环境决定的。2自然选择对种群基因频率的影响(1)实例分析(桦尺蠖体色进化)(2)原理分析(3)生物进化的实质：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。 例1根据现代生物进化理论，下列说法正确的是()A突变、重组和自然选择都是定向的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解题分析突变和重组是不定向的，自然选择
8、是定向的，A错误；生物进化的实质是种群基因频率的改变，B错误；种群中基因频率的改变在世代间具有连续性，导致生物不断进化，C正确；种群中基因频率改变的偶然性随种群数量下降而增大，D错误。答案C例2下列有关基因频率与生物进化的描述，正确的是()A生物在进化的过程中不一定有基因频率的改变B生物只要发生进化，基因频率就会改变C变异使基因频率定向改变D只有基因突变，才导致基因频率发生改变解题分析生物进化的实质是种群基因频率的改变，只要生物进化了，基因频率一定发生了改变，A错误，B正确；变异是不定向的，自然选择可使基因频率发生定向改变，C错误；基因频率的改变与突变、迁入和迁出、自然选择等多种因素有关，D错
9、误。答案B知识点三探究抗生素对细菌的选择作用1原理：一般情况下，一定浓度的抗生素会杀死细菌，但变异的细菌可能产生耐药性。在实验室连续培养细菌时，如果向培养基中添加抗生素，耐药菌有可能存活下来。2目的要求：通过观察细菌在含有抗生素的培养基上的生长状况，探究抗生素对细菌的选择作用。3方法步骤(1)用记号笔在培养皿的底部画2条相互垂直的直线，将培养皿分为4个区域，分别标记为。(2)取少量细菌的培养液，用无菌的涂布器(或无菌棉签)均匀地涂抹在培养基平板上。(3)用无菌的镊子先夹取1张不含抗生素的纸片放在号区域的中央，再分别夹取1张抗生素纸片放在号区域的中央，盖上皿盖。(4)将培养皿倒置于37_的恒温箱
10、中培养1216 h。(5)观察培养基上细菌的生长状况。纸片附近是否出现了抑菌圈？如果有，测量和记录每个实验组中抑菌圈的直径，并取平均值。(6)从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌，接种到已灭菌的液体培养基中培养，然后重复步骤(2)(5)。如此重复几代，记录每一代培养物抑菌圈的直径。注意：实验结束后，应将耐药菌、培养基、纸片等进行高温灭菌处理。4结果在培养基上有(填“有”或“无”)细菌生长，在放有抗生素纸片的区域无(填“有”或“无”)细菌生长。连续培养几代后，抑菌圈的直径会变小。5结论抗生素对细菌具有定向选择作用。 为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？提示：抗生素能够杀死细菌，在抑菌圈边缘抗生素浓度较
11、低，可能存在具有耐药性的细菌，因此要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌。在本实验的培养条件下，耐药菌所产生的变异是有利还是有害的？你怎么理解变异是有利还是有害的？提示：有利的，基因突变具有随机性和不定向性，有利或有害取决于所处的环境条件，在本实验的环境条件下，耐药性细菌的存活率高，故为有利变异。有利于细菌的变异对人类是有害的，面对不同的主体，应辩证地看待变异的有利有害性。滥用抗生素的现象十分普遍。例如，有人生病时觉得去医院很麻烦，就直接吃抗生素；有的禽畜养殖者将抗生素添加到动物饲料中。你认为这些做法会有什么后果？提示：滥用抗生素会使病菌的抗药基因不断积累，抗药性不断增强，导致抗生素药物失效。 例12
12、015年4月14日楚天都市报报道：湖北爆发致命超级细菌，导致一名3岁男童死亡。超级细菌是指对多数抗生素耐药的细菌，能让抗生素失效造成人体严重感染。下列关于超级细菌的叙述不符合达尔文进化观点的是()A超级细菌对多数抗生素具有耐药性，是抗生素不断选择的结果B细菌中原来就存在对抗生素具有耐药性的个体C抗生素的选择和细菌的变异都是定向的D新品种抗生素的使用会影响超级细菌的进化解题分析抗生素的选择是人为条件下的选择，是定向的，但细菌的变异是非定向的，C项符合题意；细菌中本来就有对抗生素具有耐药性的和不具有耐药性的个体，在抗生素的使用过程中，具有耐药性的细菌存活下来，并将这种耐药性遗传给下一代，不具有耐药
13、性的细菌死亡，所以超级细菌对多数抗生素具有耐药性是抗生素不断选择的结果，A项和B项均不符合题意；环境的定向选择作用决定着生物进化的方向，当环境因素发生改变时，会影响生物进化的方向，所以新品种抗生素的使用会影响超级细菌的进化，D项不符合题意。答案C例2医学上在治疗由细菌引起的感染性疾病时，通常要进行细菌的耐药性监测，实验方法如下：将含有一定浓度但抗生素种类不同的滤纸片，放置在已接种被检菌的固体培养基表面，抗生素向周围扩散，如果抑制细菌生长，则在滤纸片周围出现抑菌圈(图中里面的圈)，结果如图所示。(1)图中最有效的是_培养皿中的抗生素，原因是_。(2)用上述最有效的抗生素对细菌进行处理，并测定细菌
14、数量变化，实验结果如图所示，向培养基中加抗生素的时刻为b点，理由是抗生素使细菌中_的个体大量死亡而数量下降。尽管有抗药性基因存在，但使用抗生素仍然能治疗由细菌引起的感染，原因在于细菌种群中_。(3)如果长期使用同一种抗生素，细菌抗药性会增强的原因是_。解题分析(1)抗生素抑制细菌生长的作用越强，抑菌圈的直径越大。(2)b点处细菌数量减小，虽然细菌中极少数具有抗药性，但大多数不具有抗药性的细菌能够被杀死。(3)抗生素不断对细菌进行选择，抗药性不断积累。答案(1)BB的抑菌圈最大(2)不具抗药性有抗药性基因的个体占极少数(3)抗生素对细菌的抗药性变异进行了定向选择1对种群概念的正确叙述是()A不同
15、空间中同种生物个体的总和B生活在一定区域的同种生物的全部个体C一片水田中的所有鱼的总和D一个生态环境中有相互关系的动植物的总和答案B2下列可作为一个基因库的是()A一条染色体上的全部基因B一个个体所携带的全部基因C一个生物具有的全部基因D一个种群所含的全部基因答案D3下列哪项不是生物进化的原材料()A基因突变B基因重组C不遗传的变异D染色体变异答案C解析突变和基因重组为生物进化提供了原材料，其中突变又包括基因突变和染色体变异。4生物的变异可以为进化提供原材料。下列关于变异与进化的叙述，不正确的是()A自然选择直接选择的是个体的表型B种群中控制某一性状的全部等位基因的总和称为基因库C自然选择导致
16、种群的基因频率发生定向改变D桦尺蠖种群颜色的变化是一种适应性进化，这种适应性变化是自然选择所造成的答案B解析一个种群中全部个体所含有的全部基因，称为这个种群的基因库，B错误。5某植物种群中，AA基因型个体占30%，aa基因型个体占20%，则：(1)植物种群中的A、a基因频率分别是_、_。(2)若该植物自交，后代中AA、aa基因型个体分别占_、_。这时，A、a的基因频率分别是_、_。(3)依据现代生物进化理论，这种植物是否发生了进化？_。原因是_。(4)进化的基本单位是_，进化的原材料是由_提供的，进化的实质是_。答案(1)55%45%(2)42.5%32.5%55%45%(3)没有发生进化种群的基因频率没有发生改变(4)种群突变和基因重组种群基因频率的改变解析(1)由题意可知，Aa基因型个体占50%，则A的基因频率30%50%55%，a的基因频率155%45%。(2)(3)若该植物自交，后代中产生的基因型比例为：AA30%50%42.5%；aa20%50%32.5%；Aa50%25%。此时A、a的基因频率分别为A42.5%25%55%，a155%45%。通过计算可以发现前后代的基因频率没有发生改变，说明生物没有发生进化。(4)种群是生物进化的基本单位，突变和基因重组提供了进化的原材料，生物进化的实质是种群基因频率的改变。