1、第第 3 3 节节 种群基因组成的变化与物种的形成种群基因组成的变化与物种的形成 第第 1 1 课时课时 种群基因组成的变化种群基因组成的变化 种群和种群基因库 自主梳理 (1)在环境条件保持稳定的前提条件下，种群的基因频率不会发生变化() 提示：影响基因频率的因素不只是环境，还有突变、生物的迁移等。 (2)若亲子代间基因频率不变，基因型频率也一定不变() 提示：如杂合子 Aa 自交后代，基因频率不变，而基因型频率改变。 (3)种群是生物进化的基本单位，自然选择的直接选择对象是个体的表型() 典例 1 (2020 合肥市高一期末)在一个种群中基因型为 AA 的个体占 70%，Aa 的个体占 2
2、0%，aa 的个体占 10%。A 基因和 a 基因的基因频率分别是( ) A.70%、30% B.50%、50% C.90%、10% D.80%、20% 解析 在一个种群中基因型为 AA 的个体占 70%， Aa 的个体占 20%， 则 A70% 1/220%80%，a1A20%。 答案 D 对点练 1 B/b 是仅位于果蝇 X 染色体上的一对等位基因。现有一果蝇种群，雌 雄各 1 000 只。其中，基因型为 XBXB的果蝇 200 只，基因型为 XbXb的果蝇 300 只，基因型为 XBY 的果蝇 600 只。该果蝇种群中 b 的基因频率为( ) A.40% B.60% C.50% D.70
3、% 解析 雌果蝇中 XBXB、XBXb和 XbXb的数目分别为 200、500 和 300 只；而雄果 蝇中 XBY 和 XbY 的数目分别为 600 只和 400 只，所以 b 的基因频率(500 3002400)/(1 00021 000)100%50%。 答案 C 素养提升 构建种群基因组成变化的数学模型 在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因为 A，决定翅色为褐色的基因为 a，从 这个种群中随机抽取 100 个个体， 测得基因型为 AA、 Aa 和 aa 的个体分别是 30、 60 和 10 个，就这对等位基因来说，每个个体可以看作含有 2 个基因。假设该昆 虫种群非常大，所有的雌雄个体
4、间都能自由交配并产生后代，没有迁入和迁出， 不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均 等的，基因 A 和 a 都不产生突变，据此内容回答下列问题： (1)计算出亲代种群中 AA、Aa 和 aa 三种基因型个体所占的比例(即 AA、Aa 和 aa 的基因型频率)，填入下表相应位置。 显、隐性配子的比例就是显隐性基因 的基因频率 (2)根据孟德尔的分离定律， 计算出该亲代种群产生的 A 配子的比例(即 A 的基因 频率)p 和 a 配子的比例(即 a 的基因频率)q，填入下表相应位置。 (3)计算出亲代种群雌雄个体随机交配所产生的子一代的基因型频率和基因频率， 填入下表相应位置。 基因型频率该基因型个体
5、数/该种群个体总数100% (4)求出子一代自由交配所产生的子二代的基因型频率和基因频率，填入下表相 应位置。 (5)求出子二代自由交配所产生的子三代的基因型频率和基因频率，填入下表相 应位置。 基因型频率 基因频率 AA Aa aa A(p) a(q) 亲代 30% 60% 10% 60% 40% 子一代 36% 48% 16% 60% 40% 子二代 36% 48% 16% 60% 40% 子三代 36% 48% 16% 60% 40% 由表可知，子二代、子三代以及以后若干代，种群的基因频率和基因型频率都与 子一代(填“亲代”或“子一代”)一样。 典例 2 (2019 诸暨中学期中)在一个
6、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 基因型的百分比为 20%，Aa 基因型的百分 比为 80%，aa 基因型(致死型)的百分比为 0，那么随机交配繁殖一代后，AA 基 因型的个体占( ) A.1/4 B.1/5 C.3/7 D.11/21 解析 已知某种群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，则 A 的基因频率20% 1/280%60%，a 的基因频率1/280%40%，根据遗传平衡定律，其随机 交配繁殖一代后，AA 基因型频率60%60%36%，Aa 的基因型频率 26
7、0%40%48%，aa 的基因型频率40%40%16%，其中 aa 为致死型， 因此 AA 基因型的个体占 36/(3648)3/7，C 正确。 答案 C 对点练 2 (2019 湖北部分重点中学期末)在一个随机交配的种群中，调查发现 AA 占 20%，Aa 占 40%，aa 占 40%，在某种条件发生变化的情况下，显性个 体每年递增 10%，隐性个体每年递减 10%，则一年后 A 基因的频率约为( ) A.43.1% B.40% C.36.7% D.44% 解析 设群体中有 100 个个体，则调查时 AA 为 20 个，Aa 为 40 个，aa 为 40 个。由题干信息可知，显性个体每年递增
8、 10%，隐性个体每年递减 10%，则一 年后 AA 为 22 个，Aa 为 44 个，aa 为 36 个。则此时 A 的基因频率为(222) 44/(224436)288/20443.1%。 答案 A 联想质疑 种群必备“三要素”： 三个要素 a.生活在一 定区域 b.同种生物 c.全部个体 PA 2n1n2 2（n1n2n3） PAA 1 2PAa Pa 2n3n2 2（n1n2n3） Paa 1 2PAa PAPa1PAAPAaPaa 种群中任意一对等位基因的基因频率之和等于 1，基因型频率之和也等于 1。 (1)自然选择直接作用的对象是什么？ 提示：生物的个体，而且是个体的表型。 (2
9、)影响种群基因频率变化的因素主要有哪些？(列举两种即可) 提示：迁入迁出；突变；自然选择和人工选择等。 种群基因频率的变化及自然选择对种群基因 频率变化的影响 自主梳理 1.基因突变使种群基因频率发生变化的原因 基因突变产生新的等位基因，这就可以使种群的基因频率发生变化。 2.可遗传的变异提供了生物进化的原材料 3.探究自然选择对种群基因频率变化的影响 4.自然选择使种群的基因频率发生定向改变 (1)突变具有低频性，不能为生物进化提供原材料() 提示：生物进化的基本单位是种群，虽然生物发生突变的频率很低，但种群由许 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
10、都会产生大量的突变。 (2)有害突变不能成为生物进化的原材料() 提示：生物变异是否有利，取决于它们的生存环境。 (3)所有变异都不能决定生物进化的方向，但都能提供进化的原材料() 提示：可遗传的变异为生物进化提供原材料，自然选择决定生物进化的方向。 典例 3 (2019 通州区期末)家蝇对拟除虫菊酯类杀虫剂产生抗性，原因是神经细 胞膜上某通道蛋白中的一个亮氨酸替换为苯丙氨酸。 如表是对某市不同地区家蝇 种群对该杀虫剂的敏感性和抗性基因型频率调查分析的结果。 下列叙述正确的是 ( ) 家蝇种群来源 敏感型纯合子 /% 抗性杂合子 /% 抗性纯合子 /% 甲地区 78 20 2 乙地区 64 3
11、2 4 丙地区 84 15 1 A.甲地区家蝇种群中抗性基因频率为 22% B.乙地区抗性基因频率相对较高是杀虫剂选择的结果 C.目前在三地区使用拟除虫菊酯类杀虫剂效果最不明显的应该是丙 D.上述通道蛋白中氨基酸改变的根本原因是在基因表达过程中出现了差错 解析 由表格信息可知，甲地区抗性纯合子的基因型频率是 2%，抗性杂合子基 因型频率是 20%，则抗性基因频率是 2%20% 212%，A 错误；乙地区抗性 基因频率相对较高是杀虫剂选择的结果，B 正确；由表格信息可知，目前在三地 区使用拟除虫菊酯类杀虫剂效果最不明显的应该是乙，C 错误；通道蛋白中氨基 酸改变的根本原因可能是基因碱基替换的结果
12、，D 错误。 答案 B 对点练 3 (2019 宝鸡中学月考)在某一种群中， AA、 Aa、 aa 的基因型频率相等， 当自然选择分别对隐性基因或显性基因不利时， 对应的有利基因的基因频率就会 上升，但其上升的幅度不同，如图所示。下列有关叙述错误的是( ) A.自然选择过程中，直接受选择的是表型，进而导致基因频率的改变 B.在甲选择条件下，显性基因的频率可以降为零 C.乙为自然选择对隐性基因不利时的曲线 D.该种群基因频率的变化只与环境的选择作用有关 解析 自然选择过程中，直接受选择的是表型，进而导致基因频率的改变，A 正 确；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，种群相
13、 应的基因频率会不断提高， 因此一般来说频率高的基因控制后代的性状会更适应 环境，相反，具有不利变异的个体留下后代的机会少，种群中相应的基因频率会 下降。在持续选择的条件下，控制不利变异的基因频率有可能降为 0，B 正确； 当自然选择对隐性基因不利时，aa 个体的生存能力低，AA、Aa 生存能力高，A 基因频率增加的速率较慢， 因此乙曲线可以表示当自然选择对隐性基因不利时显 性基因频率变化曲线，C 正确；种群基因频率的变化与突变和基因重组、迁入与 迁出和环境的选择等多种因素有关，D 错误。 答案 D 联想质疑 染色体片段的缺失、重复和染色体数目变异能造成基因数目的变化，所以能引起 种群基因频率
14、的变化； 而染色体片段的易位和倒位只改变了基因在染色体上的排 列顺序，不改变基因的种类和比例，所以不会直接引起基因频率的变化。 工业化初期的桦尺蛾种群 工业化中后期的桦尺蛾种群 (1)决定生物进化方向的是可遗传变异还是自然选择？为什么？ 提示：自然选择。变异是不定向的，不能决定生物进化的方向，只能为生物进化 提供原材料；自然选择是定向的，决定着生物进化的方向。 (2)变异的有利和有害是绝对的吗？为什么？ 提示：不是；变异的有利或者有害是取决于它们所处的环境，是相对的而非绝对 的。 自然选择决定生物进化方向的原理 自然选择直接作用于生物的表型而不是基因型， 最终使种群的基因频率发生定 向改变。
15、探究抗生素对细菌的选择作用 自主梳理 (1)抗生素诱导细菌产生了耐药性的变异。() 提示：抗生素并非诱变因素，不能诱发细菌产生耐药性变异。 (2)一般情况下，一定浓度的抗生素会杀死细菌。() (3)在实验室连续培养细菌时，如果向培养基中添加抗生素，所有的细菌都将被 杀死。() 提示：耐药菌有可能存活下来。 典例 4 (2020 西峡一高高一月考)在一块马铃薯甲虫成灾的地里，喷了一种新的 农药后，约 98%的甲虫死了，约 2%的甲虫生存下来，生存下来的原因是( ) A.有基因突变产生的抗药性个体存在 B.以前曾喷过某种农药，对农药有抵抗力 C.约有 2%的甲虫未吃到沾有农药的叶子 D.生存下来的
16、甲虫是身强体壮的年轻个体 解析 生存下来的甲虫是由于本来就具有抗药性基因， 而新基因的产生来自基因 突变。 答案 A 对点练 4 (2019 辽阳期末)滥用抗生素往往会导致细菌产生耐药性，下列叙述错 误的是( ) A.种群是细菌进化的基本单位 B.细菌的抗药性变异来源于细菌的基因突变 C.抗生素的定向选择使细菌的抗药基因频率增大 D.细菌的定向变异决定细菌的进化方向 解析 种群是生物进化的基本单位，A 正确；细菌没有染色体，不能进行有性生 殖，其抗药性变异来源于细菌的基因突变，B 正确；抗生素对细菌种群中存在的 不定向变异进行了定向的选择，使细菌的抗药基因频率增大，C 正确；变异是不 定向的，
17、自然选择决定生物的进化方向，D 错误。 答案 D 联想质疑 滥用抗生素，增强细菌的抗性 细菌产生耐药性变异的过程是定向的吗？为什么？ 提示：不是。因为细菌产生耐药性变异的过程属于基因突变，而基因突变具有不 定向性。 为什么要从抑菌圈的边缘的菌落上挑取细菌？ 提示：抑菌圈边缘生长的细菌可能是耐药菌。 思维导图 晨读必背 1.生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。 2.一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。在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基 因数的比值，叫作基因频率。 3.基因突变产生新的等位基因，可以使种群的基因频率发 生变化。 4.可遗传的变异提供了生物进
18、化的原材料。可遗传的变异 来源于基因突变、基因重组和染色体变异。其中，基因突 变和染色体变异统称为突变。 5.突变和重组都是随机的、不定向的。突变的有害和有利 也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。 6.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。 教材答案与提示 一、问题探讨 这两种观点都有一定的道理，但都不全面。因为它们忽视了鸡和蛋在基因组成上 的一致性， 也忽视了生物的进化是以种群为单位而不是以个体为单位这一重要观 点。 生物进化的过程是种群基因库在环境的选择作用下定向改变的过程，以新种 群与祖先种群形成生殖隔离为标志， 并不是在某一时刻突然有
19、一个个体或一个生 殖细胞成为一个新物种。 二、练习与应用 概念检测 1.(1) (2) (3) 2.D 3.C 4.C 拓展题 1.如选择育种和杂交育种。 2.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 体总数会迅速增加。否则，也可能仍然处于濒危状态甚至灭绝。 3.(1)二者存在正相关的关系。依据是调查数据。 (2)随着抗生素人均使用量的增加，不耐药的细菌生存和繁殖的机会减少，耐药 菌生存和繁殖的机会增加，耐药性基因在细菌种群中的基因频率逐年上升。 (3)由于细菌繁殖很快，耐药率的上升速度也较快，因此需要加强监控。我国卫 生部门建立了相关监测机制，说明党和政府关注民生
20、。医疗机构及时通报预警信 息，有利于全国各医院机构共同及时采取措施，如更换新的抗生素类药物，将细 菌耐药率控制在低水平。 (4)提示：合理使用抗生素，防止滥用抗生素。 随堂检测 1.下列有关种群的叙述中，错误的是( ) A.种群是生物进化的基本单位 B.种群内的个体彼此可以交配 C.种群是同种个体的机械集合 D.种群是生物繁殖的基本单位 解析 同一种群的不同个体相互联系， 并通过交配保持一个共同的基因库， 因此， 种群不是同种个体的机械集合。 答案 C 2.关于基因库的相关描述，错误的是( ) A.基因库是指一个种群所含有的全部基因 B.生物个体总是要死亡的，但基因库却因种群个体的繁殖而代代相
21、传 C.种群中每个个体都含有该种群基因库的全部基因 D.基因突变可改变基因库的组成 解析 基因库是指种群中所含有的全部基因， 所以每个个体中不可能都含有该种 群基因库的全部基因。基因库中只要有一个基因发生变化，则基因库组成一定会 发生变化。种群是繁殖的基本单位，基因库随繁殖的进行而不断延续。 答案 C 3.(2020 全国高一课时练习)下列各项中，不会导致种群基因频率改变的是( ) A.遗传漂变 B.基因突变 C.自然选择 D.基因重组 解析 遗传漂变、基因突变和自然选择都能改变种群的基因频率，基因重组只改 变基因型，不改变基因，不能导致种群基因频率改变，D 正确。 答案 D 4.腕足类动物海
22、豆芽，从 4 亿年前出现至今面貌基本没变，又没有灭绝，对此现 象的合理解释是( ) A.自然选择对其不发生作用 B.海豆芽在漫长的年代中基因频率发生了较大变化 C.海豆芽很少变异，适应性强 D.海豆芽的生活环境基本没有改变 解析 自然选择决定了生物进化的方向，该生物的“面貌基本没变”，说明其生 存环境基本没变，基因频率也基本没变，所以性状基本没变。 答案 D 5.杂交实验表明，桦尺蛾体色受一对等位基因 S 和 s 控制，黑色(S)对浅色(s)是显 性。在 19 世纪中期以前，桦尺蛾种群中 S 基因频率很低，在 5%以下，到了 20 世纪上升到 95%以上。试分析产生这一变化的原因： (1)在
23、19 世纪时，桦尺蛾的栖息地曼彻斯特地区树干上长满了地衣，在此环境条 件下，种群 s 的基因频率高的原因是_。 (2)随着英国工业的发展，工业炼铜使地衣不能生存，树皮暴露，并被煤烟熏成 黑 褐 色 ， 在 此 环 境 条 件 下 ， 种 群S的 基 因 频 率 升 高 的 原 因 是 _。 (3)上述事例说明，种群中产生的变异是_，经过长期的_，其中 不利变异被不断_，有利变异则逐渐_，从而使种群的_ 发生定向改变，导致生物朝着一定方向缓慢地进化。因此生物进化的方向是由 _决定的。 解析 (1)在 19 世纪时，由于树干上长满了地衣，所以浅色型(ss)桦尺蛾与环境 色彩一致，不易被鸟类所食，后
24、代繁殖个体多，群体中 ss 的比例增加，所以 s 基因频率增高。(2)当树皮暴露，并被煤烟熏成黑褐色，所以黑色型(SS 或 Ss)桦 尺蛾的黑色成了一种保护色，黑色型个体逐渐增多，所以 S 基因频率升高。(3) 种群产生的变异是不定向的，经过长期的自然选择，其中不利变异被不断淘汰； 有利变异则逐渐积累，从而使种群的基因频率发生定向改变，导致生物朝着一定 方向缓慢地进化。因此生物进化的方向是由自然选择决定的。 答案 (1)浅色型(ss)桦尺蛾与环境色彩一致， 不易被鸟类所食， 后代繁殖个体多， 导致 s 基因频率高 (2)黑色型(SS 或 Ss)桦尺蛾的黑色成了一种保护色，黑色型个体逐渐增多，导致 S 基因频率升高 (3)不定向的 自然选择 淘汰 积累 基因频率 自然选择