新教材生物人教版必修2学案6-3种群基因组成的变化与物种的形成

第3节种群基因组成的变化与物种的形成核心素养能力培优知识点一种群基因组成的变化1．种群的概念：下列关于种群概念的叙述，正确的是③⑤。①一个池塘中所有的鱼②个体是繁殖的单位，种群是进化的单位③一片草原上所有的梅花鹿④两个分隔的池塘中所有的鲫鱼⑤水稻田中所有的福寿螺⑥青藏高原上所有的成年藏羚羊2．种群的基因库：依据基因库的概念，判断下列说法的正误：(1)控制果蝇眼色的全部基因构成基因库。(×)提示：基因库指一个种群的全部基因，而非某一对等位基因。(2)生活在同一地域的东北虎的全部基因构成一个种群基因库。(√)(3)秦岭地区所有金丝猴的全部基因构成基因库。(√)3．基因型频率和基因频率：果蝇的灰身(B)对黑身(b)为显性，一个随机交配的果蝇种群中，BBBbbb＝221，则该种群中Bb的基因型频率是40%；B和b的基因频率分别是60%、40%。4．种群基因频率的变化(2)可遗传变异产生进化的原材料：①可遗传变异的形成：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。③可遗传变异的利害性：变异的有利和有害是相对的，是由生存环境决定的。(3)种群基因突变数＝个体基因数×突变频率×个体数。5．自然选择对种群基因频率变化的影响(1)原因：不断淘汰具有不利变异的个体，选择保留具有有利变异的个体。(2)选择的对象：①直接作用对象：个体的表型。②最终选择的对象：决定表型的基因。(3)选择的结果：①生物性状方面：朝着适应环境的方向不断进化。②基因方面：种群基因频率会发生定向改变。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。★思考·讨论1．一个果蝇种群中，由于环境的变化，基因型为aa的个体不能存活，随机交配繁殖多代后，a的基因频率将如何变化？(科学思维)提示：基因型为aa的个体不断被淘汰，但a基因随着杂合子保存下来，所以a基因的基因频率将越来越小，但不会为0。2．如果树干变黑，是否影响浅色桦尺蛾的出生率？(科学思维)提示：影响。因为树干变黑后，浅色桦尺蛾易于被发现，导致其个体数减少，当然包括有生育能力的浅色桦尺蛾数量的减少，从而影响出生率。4．基因频率与基因型频率的相关计算(1)基因频率的计算：①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。常染色体上基因频率的计算：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＋1/2杂合子的基因型频率。例如，A%(A的基因频率)＝AA%(AA的基因型频率)＋1/2Aa%(Aa的基因型频率)。X染色体上基因频率的计算：如某种群中基因型有XBXB、XBXb、XbXb、XBY、XbY，b%(Xb的基因频率)＝eq\f(Xb,XB＋Xb)×100%。(2)随机交配情况下的计算：①设A的基因频率为p，a的基因频率为q，则p＋q＝1。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。②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)。(3)自交和自由交配时基因频率和基因型频率的变化规律：交配方式基因频率基因型频率自交不改变改变，且纯合子增多，杂合子减少自由交配处于遗传平衡不改变不改变不处于遗传平衡不改变改变★思考·讨论3．有的同学认为基因型频率发生改变，生物一定发生了进化，你认为该同学的说法是否合理？并说出你的理由。(科学思维)提示：不合理，基因型频率发生改变，基因频率不一定发生变化，而生物进化的实质是基因频率的改变。1．在一次大风暴后，有人搜集了100只受伤的麻雀并饲养，结果活下来64只。在死去的个体中，大部分是个体比较大、变异类型特殊的，下列有关叙述正确的是(B)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解析：突变和基因重组为生物的进化提供原材料，不决定生物进化的方向，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，是相对而言的，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被淘汰，D错误。★素养·探究1——情境迁移达尔文考察了格克伦岛，这个岛屿上经常刮大风，岛上的少数昆虫翅特别发达，大多数昆虫翅退化。请思考下列问题：(1)在这个海岛上昆虫翅长差异的根本来源是什么？(科学思维)提示：基因突变。(2)在这个岛屿上，为什么无翅的昆虫特别多？(科学思维)提示：由于这个岛屿上经常刮大风，那些有翅能飞但翅膀不够强大的昆虫，就常常被大风吹到海里，因而生存和繁殖后代的机会较少，而无翅或残翅的昆虫，由于不能飞翔，就不容易被风吹到海里，因而生存和繁殖后代的机会就多。经过一段时间的自然选择之后，海岛上无翅或残翅的昆虫就特别多，这种现象产生的原因是自然选择。【方法规律】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。2．下列与生物进化相关的叙述，正确的是(B)A．进化总是由突变引起的B．进化时基因频率总是变化的C．变异个体总是适应环境的D．进化改变的是个体而不是群体解析：进化的原材料由突变和基因重组提供，然后通过自然选择的作用，使得基因频率发生定向改变，所以A错误、B正确；有利变异能适应环境，而不利变异则被环境所淘汰，所以C错误；进化的基本单位不是个体而是种群，所以D错误。3．某小岛上原有果蝇20000只，其中基因型为VV、Vv和vv的果蝇分别占15%、55%和30%。若此时从岛外侵入了2000只基因型为VV的果蝇，且所有果蝇均随机交配，则F1中V基因的基因频率约是(B)A．43% B．48%C．52% D．57%解析：由题意知，原种群数量是20000，则可以得出基因型VV为20000×15%＝3000；基因型Vv为20000×55%＝11000；基因型vv为20000×30%＝6000，后侵入了2000只基因型为VV的个体，该种群中基因型VV为3000＋2000＝5000，该种群总数为22000只，所以该种群中基因型VV占5/22、基因型Vv占11/22、基因型vv占6/22。该种群的个体随机交配，则V基因的基因频率为5/22＋11/22×1/2＝21/44，即约为48%。★素养·探究2——母题追问科学思维——比较与分析题中从岛外侵入了2000只基因型为VV的果蝇随机交配一代后，该种群是否发生了进化？并说明理由。提示：发生了进化。原来种群中基因型为VV、Vv和vv的果蝇分别占15%、55%和30%，则V基因的基因频率为15%＋55%÷2＝42.5%；从岛外侵入了2000只基因型为VV的果蝇随机交配一代后，该种群基因频率增加，所以该种群发生了进化。4．在一个种群中随机抽取一定数量的个体，其中基因型为AA的个体占总数的24%，基因型为Aa的个体占总数的72%，基因型为aa的个体占总数的4%，那么，A和a的基因频率分别是(D)A．24%和72%B．36%和64%C．57%和43%D．60%和40%解析：依据公式计算A的基因频率为24%＋72%÷2＝60%，则a的基因频率为1－60%＝40%。知识点二隔离在物种形成中的作用1．物种的概念基于对物种概念的理解，判断下列关于物种描述的正误：(1)一个物种就是一个种群。(×)提示：一个种群的生物肯定是一个物种，但一个物种可以有多个种群。(2)能相互交配产生可育后代的生物是一个物种。(√)(3)不同物种的生物一定不能产生后代。(×)提示：不同物种的生物可能会产生不可育的后代，比如马和驴。(4)能相互交配产生后代的一群生物一定是同一物种。(×)提示：能相互交配产生可育后代的一群生物才是同一物种。2．隔离及其在物种形成中的作用(1)隔离：①含义：不同群体间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。②类型：(2)隔离在物种形成中的作用：①新物种形成的一般过程：②隔离的作用：隔离是物种形成的必要条件。1．物种的概念种群和物种的比较项目种群物种概念生活在一定区域的同种生物全部个体的集合能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物范围较小范围内的同种生物的所有个体由分布在不同区域内的同种生物的许多种群组成判断标准①同一时间、同一地点、同一物种；②同一物种的不同种群不存在生殖隔离，交配能够产生可育后代①主要是具有一定的形态结构、生理功能和在自然条件下能自由交配并且产生可育后代；②不同物种之间存在生殖隔离联系(1)一个物种可以包括许多种群；(2)同一个物种的多个种群之间存在着地理隔离，长期发展下去可成为不同的亚种，进而可能形成多个新物种★思考·讨论4．只要不同种群的基因库产生了明显差异，就一定产生新物种吗？(科学思维)提示：不一定。不同种群的基因库产生了明显差异，不一定产生新物种，只有出现生殖隔离后才能形成新物种。5．新物种形成的标志是什么？(生命观念)提示：出现生殖隔离。2．隔离及其在物种形成中的作用(1)物种形成的三种方式：①渐变式。模型：实例：加拉帕戈斯群岛上13种地雀经过长期的地理隔离而达到生殖隔离，从而形成新物种，这是物种形成的主要方式。②爆发式。模型：实例：自然界多倍体植物是在短时间内通过染色体变异的方式形成新物种。③人工创造新物种：通过植物体细胞杂交(如番茄—马铃薯)、多倍体育种(如八倍体小黑麦)等方式也可以创造新物种。(2)物种形成的三个环节：①内容突变和基因重组产生进化的原材料。自然选择导致种群基因频率的定向改变。隔离导致物种形成。②关系图(3)地理隔离和生殖隔离的比较：①图解：②表解：比较项目地理隔离(图中A)生殖隔离(图中B)特点一旦发生某种地质变化，两个分开的小种群重新相遇，可以再融合在一起一旦形成就保持物种间基因的不可交流性，从而保证了物种的相对稳定联系地理隔离是物种形成的量变阶段；生殖隔离是物种形成的质变阶段，是形成新物种的标志长期的地理隔离不一定形成生殖隔离，生殖隔离的形成也不一定经过地理隔离★思考·讨论6．生物进化一定导致新物种的形成吗？(科学思维)提示：不一定。生物进化的实质是种群基因频率的变化，所以生物进化不一定导致新物种的形成。7．发现一种外形很像紫花苜蓿的植物，如何确定它和紫花苜蓿是不是同一物种？(科学探究)提示：自然状态下，让该植物与紫花苜蓿杂交，观察是否能产生可育后代。5．基于对种群和物种概念的理解，判断下列说法不正确的是(B)A．不同种群的生物可能属于同一个物种B．一个物种只含有一个种群C．同一物种具有相似的形态结构和生理功能D．自然状态下，能通过有性生殖繁殖后代，且后代也有繁殖能力解析：能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物称为一个物种，所以不同种群的生物可能属于同一物种，A、D正确；一个物种可能含有多个种群，B错误；同一物种的形态结构和生理功能表现相似，C正确。★素养·探究1——情境迁移三倍体牡蛎肉鲜味美，素有“海的玄米”之称。三倍体牡蛎培育的过程是：用适宜浓度的6­二甲氨基嘌呤诱导二倍体牡蛎处于减数分裂Ⅱ的次级卵母细胞，抑制第二极体的释放，然后让该细胞与二倍体牡蛎的精子结合。(1)三倍体牡蛎和二倍体牡蛎是两个物种吗？为什么？(科学思维)提示：三倍体牡蛎是不育的，因此不是一个物种，二倍体牡蛎是可育的，是一个物种。(2)在三倍体牡蛎培育过程中，主要利用了哪种可遗传的变异？(科学思维)提示：染色体变异。6．“虎狮兽”是由雄虎和母狮杂交产生的后代。下列对此现象的叙述正确的是(D)A．虎狮兽属于动物中的一个新物种B．虎狮兽再与虎或狮杂交，均能生出杂种后代C．雄虎与母狮能杂交且能产生后代，所以不属于生殖隔离D．虎狮兽无繁殖能力解析：雄虎和母狮是两个物种，存在生殖隔离，它们杂交产生的后代是不育的，A、B、C错误。因为虎狮兽细胞核中无同源染色体，减数分离异常，因此虎狮兽无繁殖能力，D正确。7．大约一万年前，某大峡谷中的松鼠被一条河流分隔成甲、乙两个种群，两个种群所发生的变化如图所示，下列叙述正确的是(B)A．地球上新物种的形成都必须先经历a过程，最终达到生殖隔离B．b过程的实质就是定向改变种群的基因频率，使生物发生进化C．①～⑥只能表示新物种形成过程中基因突变是不定向和随机的D．品系1和品系2种群基因库出现了差异，立刻形成物种1和物种2解析：图中a过程表示地理隔离，物种的形成不一定经过地理隔离，如多倍体的形成；图中b过程表示自然选择，可定向改变种群的基因频率，使生物发生进化；①～⑥表示可遗传的变异，可遗传的变异包括基因突变、基因重组和染色体变异，三者均是不定向的；当品系1和品系2种群基因库出现较大差异，即产生生殖隔离时才会导致新物种的形成。★素养·探究2——母题追问(1)科学思维——分析与综合品系1和品系2能否杂交产生后代？提示：能。两个品系还没有形成新的物种，不存在生殖隔离，可以杂交产生后代。(2)科学思维——分析与比较物种1和物种2构成的种群的本质区别是什么？提示：两个种群的基因库不同。【方法规律】判断进化与物种形成的标准8．如图甲、乙是不同的进化类型示意图，a、b、c、d表示不同物种。下列叙述正确的是(A)A．可利用核酸分子杂交或分析生物体内的蛋白质种类等手段来判断物种间的亲缘关系B．a、b由共同的原始祖先进化而来，二者之间不存在生殖隔离C．海豚和鲨鱼外表相似但亲缘关系较远，不能用图乙表示D．甲、乙两图不能说明自然选择在进化中的作用解析：据图可知，甲、乙两种进化方式分别属于趋异进化和趋同进化。因核酸、蛋白质等分子具有物种特异性，可利用核酸分子杂交或分析生物体内的蛋白质种类等手段来判断物种间的亲缘关系；a、b属于两个不同的物种，二者之间存在生殖隔离；海豚和鲨鱼属于两个不同的物种，亲缘关系较远，但外表相似，可用图乙表示；甲、乙两图中物种进化的方向不同，这是自然选择不同造成的，故甲、乙两图能说明自然选择在进化中的作用。课题调研：计算类题目——种群基因频率[典范例题]某植物种群，AA基因型个体占30%，aa基因型个体占20%，则：(1)该植物种群的A、a基因频率分别是________。(2)若该植物种群自交一代，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)依现代生物进化理论，这种植物在两年中________(是/否)发生了进化，原因是____________________。[模板构建·思路导引]eq\a\vs4\al(明原理)明确计算所依据的原理，种群的基因频率是指某一基因占其所有等位基因总数的比例，即A/(A＋a)；种群的基因型频率为特定基因型的个体数占该种群个体总数的比例eq\a\vs4\al(理关系)结合计算所依据的原理，理顺数量关系，假设A的基因频率为p，a的基因频率为q，则p＋q＝1eq\a\vs4\al(准计算)在明确原理、理顺关系的基础上进行准确计算，同时注意一些方法技巧的灵活运用[规范答案·警示失误](1)55%、45%(2)42.5%、32.5%55%、45%错答：第一空答为30%、20%错因：不能正确理解自交的含义，实际上自交后代基因频率不变，但基因型频率会发生变化。(3)否基因频率没发生改变错答：第二空答为基因型频率没发生改变错因：不理解生物进化的实质，误认为进化的实质是种群基因型频率的改变。课堂对点素养达标一、选择题1．关于基因库描述错误的是(C)A．基因库指一个种群所含有的全部基因B．生物个体总要死亡的，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解析：基因库是指一个种群所含有的全部基因，因而种群中每个个体不可能含有种群基因库的全部基因。2．有关基因频率和生物进化的关系，以下说法正确的是(A)A．生物只要发生进化，基因频率就会改变B．只有新物种形成时，才发生基因频率的改变C．基因频率的改变不一定引起生物的进化D．生物在进化的过程中不一定有基因频率的改变解析：生物进化的实质是种群基因频率的改变。所以基因频率改变生物就进化，基因频率不改变生物就没有进化。3．根据现代生物进化理论，下列说法正确的是(C)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解析：生物变异的方向是不定向的，而自然选择是定向的，故生物进化的方向是由定向的自然选择决定的，A项错误；生物进化的实质是种群基因频率的改变，而不是种群基因型频率的改变，B项错误；种群内基因频率的改变可在世代间逐渐变化，即在世代间具有连续性，C项正确；种群内基因频率改变的偶然性是随着种群数量下降而增大的，D项错误。4．根据现代生物进化理论，下列观点中正确的是(D)A．人工培育的新物种只能生活在人工环境中B．生物进化的方向与基因突变的方向一致C．冬季来临时植物叶中可溶性糖含量增高是为了更好地防止冻害D．受农药处理后种群中抗药性强的个体有更多机会将基因传递给后代解析：抗药性强的个体更能适应环境，生存下来的个体有更多的机会将基因传给后代，D项正确；通过人工培育获得的新物种也能生活在自然环境中；生物进化的方向是定向的，而基因突变是不定向的，二者的方向不一定相同；C项不属于现代生物进化理论的观点。二、非选择题5．(1)19世纪中叶以来，随着英国重工业的发展，尺蛾中黑化蛾的比例越来越高。为了研究环境改变对尺蛾种群变化的影响，1950年科学工作者在英国的两个地区利用标志重捕法进行了调查，获得如下结果：请回答下列问题：①自然选择是适者生存，不适者被淘汰的过程。②表中两组数据53.2%大于25.0%、13.7%大于4.7%，共同支持“自然选择决定生物进化方向”这一论点。(2)20世纪50年代后，英国开始实行煤烟控制计划，大气环境污染得到了治理。请根据图说出三者的变化关系并解释原因。①由于煤烟排放量减少，SO2浓度逐年降低。②由于SO2浓度降低，树干上地衣数量逐渐增多。原因是地衣对SO2敏感，SO2浓度降低，有利于地衣生长。③由于地衣数量增多，