导学案-现代生物进化理论

第一节生物进化理论（Ⅰ）【目标导航】1．结合教材内容，阐明种群、基因库、基因频率的概念，并学会基因频率的有关计算规律。2．结合已学知识，理解可遗传的变异为生物进化提供原材料。三、现代综合进化理论1．代表者杜布赞斯基等。2．内容eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(种群是生物进化的基本单位,自然选择决定生物进化的方向,突变、选择和隔离是物种形成和生物进化的机制))3．种群进化的实质：种群内基因频率的改变。（1）种群：生活在同一地点的同种生物的全部个体。种群不仅是生殖的基本单位，也是生物进化的基本单位。（2）基因库：一个生物种群中全部个体所有基因的总和。（3）基因频率：群体中某一等位基因在该位点上可能出现的比例。（4）基因型频率：指某种基因型的个体在群体中所占的比例。（5）影响基因频率的因素：突变、自然选择、基因重组、迁移、遗传漂变等。判断正误（1）基因频率改变，生物一定进化。（）（2）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。（）答案（1）√（2）×三、种群是生物进化的基本单位1．种群的概念种群是指生活在同一地点的同种生物的一群个体。其中的“种”是生物分类的基本单位，理解种群概念应把握如下内容：（1）两个要素：“同种”和“全部”。（2）两个条件：“时间”和“空间”，即种群具有一定的时空限制，离开一定的空间和时间的种群是不存在的。（3）两个方面eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(宏观方面：种群是生物繁殖的基本单位,微观方面：种群是生物进化的基本单位))（4）种群中的个体不是机械地集合在一起的，而是通过种内关系组成的一个有机整体，个体间能彼此交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代。（5）同一种群中的生物属于同一物种，个体具有的形态特征基本相同，生态要求基本一致。2．种群的基因库（1）每个种群都有自己的基因库。（2）种群中每个个体所含的基因，只是种群基因库的一个组成部分。（3）个体携带的基因随着个体的死亡而从基因库中消失，随着繁殖把自身的一部分基因传给后代，通过突变使新基因进入基因库，所以基因库在代代相传的过程中保持和发展。3．基因频率（1）对于某对等位基因而言，每个种群都有自己的基因频率，且基因频率是会随环境的变迁而改变的。（2）种群中基因频率的改变反映出生物进化的方向，即在进化过程中某基因的频率如果逐渐增大，说明该基因控制的性状对环境的适应能力较强。4．有关种群基因频率和基因型频率的计算：（1）已知基因型的个体数计算基因频率某基因频率＝eq\f(该基因总数,该基因及其等位基因总数)×100%例如：A%（A的基因频率）＝eq\f(A,A＋a)×100%。（2）已知基因型频率计算基因频率设有N个个体的种群，AA、Aa、aa的个体数分别为n1、n2、n3，A、a的基因频率分别用PA、Pa表示，AA、Aa、aa的基因型频率分别用PAA、PAa、Paa表示，则：PA＝eq\f(2n1＋n2,2N)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n1,N)＋\f(1,2)×\f(n2,N)))＝PAA＋eq\f(1,2)PAaPa＝eq\f(2n3＋n2,2N)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(n3,N)＋\f(1,2)×\f(n2,N)))＝Paa＋eq\f(1,2)PAa由以上公式可得出结论：一对等位基因中某基因的频率＝该基因纯合子的基因型频率＋eq\f(1,2)杂合子的基因型频率。（3）理想条件下的基因频率和基因型频率的计算①理想条件（遗传平衡定律）：在一个有性生殖的自然种群中，在符合以下5个条件的情况下，各等位基因的频率和基因型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的，或者说是保持着遗传平衡的。这5个条件是：a．种群是极大的；b．种群中个体间的交配是随机的；c．没有突变发生；d．没有新基因加入；e．没有自然选择。②基因频率与基因型频率的关系：设某对等位基因为Aa，A的基因频率为p，a的基因频率为q，则：A．任何一个位点全部基因频率之和等于1，即p＋q＝1。B．在某群体中，某一基因型在所有个体中所占的比例为基因型频率，各基因型频率之和也等于1，即p2＋2pq＋q2＝1。C．某基因型频率等于该基因型各个基因频率之积，具体见下表：雄配子雌配子A（p）a（q）A（p）AA（p2）Aa（pq）a（q）Aa（pq）aa（q2）即：AA%＝p2，Aa%＝2pq，aa%＝q2。实例：若已知AA的基因型频率为m，则A的基因频率为eq\r(m)。1．种群的基因库是一直不变的吗？试分析原因。答案不是。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。2．若已知基因型为XBXB、XBXb、XbXb、XBY和XbY的个体数分别为a1、a2、a3、a4、a5，试求XB的基因频率。答案XB的基因频率＝eq\f(XB的数目,XB＋Xb的总数目)×100%＝eq\f(2a1＋a2＋a4,2a1＋a2＋a3＋a4＋a5)×100%3．某动物种群中AA、Aa和aa的基因型频率分别为、和，请回答：（1）该种群中a基因的频率为_____。（2）如果该种群满足五个基本条件，即种群________、不发生________、不发生________、没有迁入迁出，且种群中个体间随机交配，则理论上该种群的子一代中aa的基因型频率为________；如果该种群的子一代再随机交配，其后代中aa的基因型频率________（会、不会）发生改变。（3）假定该动物种群满足上述四个基本条件，但不发生随机交配，只在相同基因型之间进行交配，则理论上该种群的子一代中AA、Aa和aa的基因型频率分别为________、________和________；如果子一代也同样只发生相同基因型之间的交配，其后代中AA、Aa和aa的基因型频率________（会、不会）发生改变。【问题导析】明确：（1）隐性基因的基因频率＝隐性纯合子的基因型频率＋eq\f(1,2)杂合子的基因型频率；（2）在理想条件下，种群达到遗传平衡，种群的基因频率和基因型频率都不变。答案（1）（2）足够大基因突变（或突变）选择不会（3）会解析（1）AA＝、Aa＝、aa＝，所以a＝×eq\f(1,2)＋＝。（2）由a＝，可以计算出后代中aa的基因型频率是（）2＝，且该基因型的频率不会发生改变，但是该结论的前提条件是种群足够大、不发生基因突变、不发生选择、没有迁入迁出，且种群中个体间随机交配；（3）AA＝，Aa＝，aa＝,题目中叙述的情况相当于植物的自交，结果如下：AA×AA得到,Aa×Aa得到、、,aa×aa得到aa，所以相同基因型之间进行交配，后代中AA＝＋＝、Aa＝、aa＝＋＝，同理可以计算该代相同基因型个体之间的交配后代中AA＝、Aa＝、aa＝，所以基因型频率会发生改变。【一题多变】（1）题中亲代动物种群是否已达到了遗传平衡？答案没有。因为AA%≠（A%）2，aa%≠（a%）2，Aa%≠2×A%×a%。（2）题中种群个体间随机交配、种群相同基因型之间进行交配两种情况下，种群是否发生了进化？答案两种情况下，A、a基因频率始终为，没有改变，故种群均未进化。3．在一个种群中随机抽出100个个体，其中基因型为AA的个体占24个，基因型为Aa的个体占72个，基因型为aa的个体占4个，那么基因A和基因a的频率分别是（）A．28%、72%B．36%、64%C．57%、43%D．60%、40%答案D解析在100个个体中，AA占24个，Aa占72个，aa占4个，则AA%＝24%，Aa%＝72%，aa%＝4%。根据公式得A%＝AA%＋eq\f(1,2)Aa%＝24%＋36%＝60%，a%＝aa%＋eq\f(1,2)Aa%＝4%＋36%＝40%。4．1万年前，科罗拉多大峡谷中的松鼠被一条河流分隔成两个种群，两个种群现在已经发生明显的分化。研究人员指出，经过长期演化可能形成两个物种，如图所示。请分析回答下列问题。（1）结合现代生物进化理论分析可知，b的实质变化是____________________。（2）①～⑥的存在说明了_________________。（3）原松鼠种群（处于遗传平衡状态）中黑毛基因A的基因频率为50%。环境变化后，峡谷北侧山高林密，生活于其中的松鼠种群中基因型为AA、Aa的个体数量在一年后各增加20%，基因型为aa的个体数量减少20%。则一年后a的基因频率为________，基因型为aa的个体的比例为____________。答案（1）种群基因频率的改变（2）变异是不定向的（3）%%解析松鼠种群在不同的环境选择下进化，产生各种特异性变异，导致种群基因频率发生差异性变化，直至成为不同物种。由题意可知，A的基因频率为50%，则原来种群中AA、Aa、aa的基因型频率分别为25%、50%、25%，可设其分别为25只、50只、25只，则一年后种群中基因型为AA、Aa、aa的个体数量分别为30只、60只、20只，其基因型频率分别为%、%、%，所以此时a的基因频率为%。【基础巩固】1．下列叙述中，属于“获得性遗传”观点的是（）A．前一代形成的性状可以遗传给后一代B．后代可以获得亲代的全部性状C．后代可以得到亲代的遗传物质D．生物所有性状的获得都是遗传的结果答案A2．《物种起源》出版已有150年，但依然深深影响着现代科学研究，达尔文（）①提出了适者生存，不适者被淘汰的观点②提出了用进废退的理论③认为种群是生物进化的基本单位④认识到变异广泛存在并能遗传给后代A．①②B．①C．②③D．①④答案D解析②项是拉马克的观点，③项是现代生物进化理论的观点。3．对达尔文自然选择学说的正确解释是（）①环境的改变使生物产生适应性变异②能遗传的变异是生物进化的基础③变异是不定向的④变异是定向的⑤变异经过长期的自然选择和积累就可能产生出生物的新类型A．②④⑤B．②③⑤C．①②④D．①③⑤答案B解析达尔文认为变异是不定向的，而题目中的①、④与之相矛盾，故正确答案为B。4．下列有关种群的叙述中，不正确的是（）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答案C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，种群不是个体的机械集合。5．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传C．种群中每个个体含有种群基因库的全部基因D．基因突变可改变基因库的组成答案C解析基因库是指种群中所含有的全部基因，由于个体之间存在着差异，所以每个个体中不可能含有种群基因库的全部基因。基因库中只要有一个发生变化，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。6．如图表示某个种群基因型的组成情况，A、a为一对等位基因。则该种群中a的基因频率是（）A．B．C．D．答案C解析由图中可知AA∶Aa∶aa＝1∶1∶1，所以a的基因频率为aa＋eq\f(1,2)Aa＝eq\f(1,3)＋eq\f(1,2)×eq\f(1,3)＝。【巩固提升】7．科学家对某一种蟹的体色深浅进行了研究，结果如图所示。不同体色的蟹的数量不同，为什么会形成这样的差别呢？下列解释中最合理的是（）A．中间体色与环境颜色相适应，不易被天敌捕食B．深体色和浅体色的个体繁殖能力弱C．深体色和浅体色的个体食物来源太少D．中间体色是新形成的一种适应性更强的性状答案A解析按照达尔文自然选择学说，自然选择是定向的，只有适应环境的变异类型方可被保留，并繁殖后代，否则将被淘汰。8．1937年，某人把原产丹麦和德国的白三叶草移到瑞典栽培，这里的气候比较寒冷。最初白三叶草茎、叶的单位面积产量很低，但经过若干年后，产量显著提高。人们对这一事实做出以下几点解释，其中不符合达尔文学说的是（）A．不耐寒的个体被自然淘汰B．耐寒的个体得以生存并繁衍C．白三叶草在生长过程中逐渐适应了新的环境D．这是一个自然选择的过程答案C解析白三叶草本身存在抗寒个体的变异，环境（气候比较寒冷）使抗寒个体得以生存并繁衍，从而使耐寒性状在后代中积累和加强。不耐寒的个体在与无机环境的斗争中被自然淘汰，故A、B、D是正确的。而C的解释完全是拉马克“用进废退”、“获得性遗传”理论的再现，与达尔文学说不符。9．某豌豆的基因型为Aa，让其连续自交三代（遗传符合孟德尔遗传定律），其第4代中的基因频率和基因型频率变化情况是（）A．基因频率变化，基因型频率不变B．基因频率不变，基因型频率变化C．两者都变化D．两者都不变答案B解析自交不会改变基因频率，但会改变基因型频率。10．水稻非糯性（Y）对糯性（y）为显性，抗病（R）对不抗病（r）为显性。用非糯性抗病和糯性不抗病的两纯种水稻杂交，让F1自交三代，在自然情况下，基因频率的变化是（）A．Y逐渐增大，R逐渐增大B．Y逐渐减小，R逐渐减小C．Y基本不变，R基本不变D．Y基本不变，R逐渐增大答案D解析非糯性抗病和糯性不抗病的两纯种水稻的基因型分别为YYRR和yyrr，杂交得F1（YyRr）。F1自交三代，由于自然选择的作用，后代中抗病个体增加，不抗病个体逐渐被淘汰，即R的基因频率逐渐增大；而非糯性与糯性性状基本不受环境影响，后代中Y的基因频率基本不变。11．如果基因型为Aa的个体自交产生的后代在某一环境中的生存能力或竞争能力是AA＝Aa>aa，则在长期的自然选择过程中，下列能比较正确地表示A基因和a基因之间的比例变化的曲线是（）答案A解析AA和Aa个体生存能力较强，而aa被淘汰的可能性最大，所以a的基因频率会降低，由于Aa的存在，a的基因频率不可能降至0。12．某昆虫种群的翅色有绿色（AA）、浅褐色（Aa）和褐色（aa）三种表现型。抽样调查得知当年绿色、浅褐色和褐色个体各占60%、30%和10%，现假设该种群中绿色个体每年增加10%，浅褐色个体数目不变，褐色个体每年减少10%，则第二年该种群中决定翅色的A基因的频率是（）A．%B．%C．%D．%答案D解析假设第一年总数目为100，则第二年绿色个体（AA）数目为60＋60×10%＝66、浅褐色个体（Aa）数目为30、褐色个体（aa）数目为10－10×10%＝9，所以第二年该种群中决定翅色的A基因的频率＝eq\f(66×2＋30,66＋30＋9×2)×100%≈%。13．在超市中无公害蔬菜很多，也很受市民的欢迎。这些无公害蔬菜在生产中，不使用农药、杀虫剂和化肥等。假如在蔬菜的生产中长期使用某种杀虫剂，其结果是（）A．杀虫剂诱发了害虫抗药性基因的产生，使害虫的抗药性增强B．杀虫剂对害虫具有选择作用，使抗药性害虫的数量增加C．杀虫剂能诱导害虫分解药物的基因大量表达D．人为喷洒农药，导致害虫抗药性增强，这是人工选择作用的结果答案B解析杀虫剂构成了害虫的“自然选择因素”，在该选择因素的长期作用下，害虫中抗药性个体成为“适者”而被保留，抗药性不断增强。14．综合大熊猫化石及现存种类生活习性和生活环境等多方面的研究，传统的观点认为大熊猫的濒危是进化历程的必然。最新群体遗传学的研究表明，现存大熊猫并未走到进化历史的尽头，仍然具有进化潜力。请依据现代生物进化理论的主要观点和内容及上述资料回答以下问题：（1）一个大熊猫种群的全部个体所含的全部基因，是这个种群的________。（2）现代生物进化理论认为，种群是________的基本单位。影响种群基因频率变化的因素有多种，如自然选择和________等。（3）突变、________和________是物种形成和生物进化的机制。（4）如果大熊猫种群无限大，群体内的个体随机交配，没有突变发生，没有任何形式的选择压力，那么群体中的各种基因型的比例每代保持不变。对某地一个种群随机抽样调查，测知该种群中有基因型AA、Aa、aa的个体若干只，由此可以计算出A和a的基因频率。而根据A和a的基因频率，可以推测出这个种群中Aa的频率（N）大约是（）A．0≤N≤100%B．0<N≤50%C．0≤N<50%D．N>50%（5）如图中曲线a表示使用诱变剂前青霉菌菌株数和产量之间的关系，曲线b、c、d表示使用诱变剂后青霉菌菌株数和产量之间的关系。据图分析：①由a变为b、c、d体现了________。②最符合人们生产要求的变异类型是曲线________。答案（1）基因库（2）生物进化基因突变、基因重组、染色体变异（突变、基因重组）（3）选择隔离（4）B（5）变异的多方向性d15．某地区从1964年开始使用杀虫剂杀灭蚊子幼虫，至1967年中期停用。如图是五年间蚊子幼虫基因型频率变化曲线。R表示杀虫剂抗性基因，S表示野生敏感型基因。据图回答问题。（1）R基因的出现是________的结果。（2）在RR基因型频率达到峰值时，RS、SS基因型频率分别为4%和1%，此时R基因的频率为______________________。（3）1969年中期RR基因型几近消失，表明在________的环境条件下，RR基因型幼虫比SS基因型幼虫的生存适应能力________。（4）该地区从此不再使用杀虫剂。预测未来种群中，最终频率最高的基因型是________，原因是_______，____。答案（1）基因突变（2）97%（3）不再使用杀虫剂低（4）SS在不使用杀虫剂环境下，持续的选择作用使R基因频率越来越低解析（1）R基因是新产生的基因，只有基因突变能产生新的基因。（2）RR的基因型频率为95%，Rr的基因型频率为4%，所以R基因的频率为eq\f(95×2＋4,200)×100%＝97%。（3）1969年时，RR的个体明显减少，说明在不使用杀虫剂的时候，RR基因型幼虫比SS基因型幼虫的生存适应能力低。（4）根据曲线的变化可以看出，在不使用杀虫剂后，RR个体越来越少，R的基因频率越来越低，SS个体越来越多，S的基因频率越来越高。【走进高考】16．（2022·江苏卷，8）某医院对新生儿感染的细菌进行了耐药性实验，结果显示70%的致病菌具有耐药性。下列有关叙述正确的是（）。