2023-2024学年 人教版 必修二种群基因组成的变化 学案

第3节种群基因组成的变化与物种的形成第1课时种群基因组成的变化学习目标核心素养1.阐述种群、种群基因库、基因频率等概念的内涵2.结合教材阐明突变和基因重组是生物进化的原材料，学会用数学方法讨论基因频率的变化3.阐明自然选择对种群基因频率变化的影响1.生命观念：通过对种群基因频率的变化的学习，进一步促进学生进化与适应观的形成2.科学思维：通过桦尺蛾黑化和地雀喙的差异等实例，引导学生在学习中运用推理、总结、归纳等一系列思维方法得出结论3.科学探究：“探究自然选择对种群基因频率变化的影响”和“探究抗生素对细菌的选择作用”，让学生进一步了解科学探究的基本过程和原理，增强对自然现象的好奇心和求知欲4.社会责任：细菌的耐药性形成等知识的学习使学生能参与到社会问题的讨论中，能用所学知识解释具体现象，培养学生的社会责任知识点1种群和种群基因库1．种群概念和特点(1)种群概念：生活在eq\x(\s\up1(01))一定区域的eq\x(\s\up1(02))同种生物eq\x(\s\up1(03))全部个体的集合。(2)种群特点①种群中的个体并不是机械地集合在一起。②一个种群其实就是一个eq\x(\s\up1(04))繁殖的单位，雌雄个体可以通过繁殖将各自的eq\x(\s\up1(05))基因遗传给后代。③种群在繁衍过程中，eq\x(\s\up1(06))个体有新老交替，eq\x(\s\up1(07))基因却代代相传。2．种群基因库和基因频率(1)基因库：一个种群中全部个体所含有的eq\x(\s\up1(08))全部基因，叫作这个种群的基因库。(2)基因频率①概念：在一个种群基因库中，某个基因占eq\x(\s\up1(09))全部等位基因数的比值。②计算公式：基因频率＝eq\f(某种基因数目,控制同种性状的等位基因的总数)×100%。(1)一个湖泊中的全部鱼是一个种群。(×)(2)培养皿中由一种大肠杆菌形成的一个菌落是一个种群。(√)(3)达尔文进化论以个体为单位研究，现代进化论以种群为单位研究。(√)(4)种群的基因库是一直不变的。(×) 知识点2种群基因频率的变化和自然选择对种群基因频率变化的影响1．种群基因频率的变化(1)可遗传变异的来源eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(突变\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\x(\s\up1(01))基因突变,\x(\s\up1(02))染色体变异)),基因重组))(2)可遗传变异提供了生物进化的原材料的原因①种群由许多个体组成，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，每一代就会产生大量的突变。②eq\x(\s\up1(03))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eq\x(\s\up1(04))基因型，从而使种群中出现多种多样可遗传的变异类型。2．自然选择对种群基因频率变化的影响(1)实例分析(桦尺蛾体色进化)(2)原理分析(3)选择的对象①直接作用对象：eq\x(\s\up1(08))个体的表型。②间接作用对象：eq\x(\s\up1(09))决定表型的基因型。③根本作用对象：eq\x(\s\up1(10))与表型相对应的基因。(4)选择的结果①生物性状上：朝eq\x(\s\up1(11))有利变异方向不断进化。②基因上：种群eq\x(\s\up1(12))基因频率会发生eq\x(\s\up1(13))定向改变。(5)生物进化的实质：在eq\x(\s\up1(14))自然选择的作用下，种群的基因频率会发生eq\x(\s\up1(15))定向改变，导致生物朝着eq\x(\s\up1(16))一定的方向不断进化。(1)若生物进化了，种群基因频率一定改变。(√)(2)若种群基因频率改变了，生物一定进化了。(√)(3)突变、自然选择、迁入迁出等会导致种群基因频率改变。(√)知识点3探究抗生素对细菌的选择作用1．原理：一般情况下，eq\x(\s\up1(01))一定浓度的抗生素会杀死细菌，但变异的细菌可能产生eq\x(\s\up1(02))耐药性。在实验室连续培养细菌时，如果向培养基中添加eq\x(\s\up1(03))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eq\x(\s\up1(04))选择作用。3．方法步骤步骤1分组、编号、作标记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①～④步骤2接种取少量细菌的培养液，用eq\x(\s\up1(05))无菌的涂布器(或无菌棉签)均匀地涂抹在培养基平板上步骤3自变量控制用无菌的镊子先夹取1张eq\x(\s\up1(06))不含抗生素的纸片放在①号区域的中央，再分别夹取1张eq\x(\s\up1(07))抗生素纸片放在②～④号区域的中央，盖上皿盖步骤4培养将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12～16h步骤5因变量观测观察培养基上细菌的生长状况以及纸片附近是否出现抑菌圈。如果有，测量、记录抑菌圈的直径，并取平均值步骤6连续培养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，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eq\x(\s\up1(08))高温灭菌处理。4．结果在培养基上eq\x(\s\up1(09))有(填“有”或“无”)细菌生长，在放有抗生素纸片的区域出现抑菌圈。连续培养几代后，抑菌圈的直径会eq\x(\s\up1(10))变小。5．结论抗生素对细菌具有eq\x(\s\up1(11))定向选择作用。1．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。2．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。3．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，突变的有利或有害取决于生物的生存环境，在本实验的环境条件下，耐药性细菌的存活率高，故耐药菌所产生的变异为有利变异。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。课堂小结1．(目标1)下列关于基因库的描述，错误的是()A．基因库是一个种群的全部个体所含的全部基因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．种群中每个个体都含有种群基因库中的全部基因D．基因突变可能改变基因库的组成答案C解析种群是生物繁殖的基本单位，所以基因库不会因个体死亡而消失，会代代相传，B正确；由于不同个体之间在基因上具有差异，所以每个个体不可能含有种群基因库中的全部基因，C错误。2．(目标2)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()A．0.26 B．0.3C．0.46 D．0.58答案B解析s的基因频率＝eq\f(s基因总数,S基因总数＋s基因总数)×100%＝eq\f(6×2＋18,（6＋26＋18）×2)×100%＝30%。3．(目标2)下列说法错误的是()A．基因突变产生新的等位基因B．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C．突变的有害和有利不是绝对的，往往取决于生物的生存环境D．生物突变的频率很低，而且许多突变是有害的，所以不能够作为生物进化的原材料答案D解析尽管自然条件下基因突变频率很低，且大多数对生物有害，但由于种群的个体数量多，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，这样每一代就会产生大量的突变，此外突变的有害和有利取决于生物的生存环境，所以突变可以为进化提供原材料，D错误。4．(不定项)(目标3)19世纪中叶到20世纪中叶，英国曼彻斯特地区随着工业的发展，工厂排出的煤烟使树干变黑，黑色型桦尺蛾数量逐渐增加，浅色型桦尺蛾数量逐渐减少。下列相关叙述正确的是()A．煤烟诱使桦尺蛾由浅色型突变成黑色型B．控制桦尺蛾体色的基因频率发生了定向改变C．桦尺蛾种群进化过程中直接受选择的是表型D．树干变黑会造成桦尺蛾种群中浅色个体的出生率降低答案BCD解析煤烟将树干熏黑，使浅色型的桦尺蛾更容易被天敌发现，黑色型的桦尺蛾更难被天敌发现，从而使黑色型个体存活并留下后代的机会更多，煤烟不能使桦尺蛾由浅色型突变成黑色型，A错误；环境对桦尺蛾进行了定向选择，使桦尺蛾的基因频率发生了定向改变，B正确；自然选择直接作用的是生物的个体，而且是个体的表型，C正确；树干变黑后，许多浅色个体可能在进行交配、产卵前就被天敌捕食，从而导致种群中浅色个体的出生率降低，D正确。5．(目标1、2)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)若该种群中植物自交，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%×eq\f(1,2)＝55%，a的基因频率＝1－55%＝45%。(2)(3)若该种群中植物自交，后代中产生的基因型比例为：AA＝30%＋eq\f(1,4)×50%＝42.5%；aa＝20%＋eq\f(1,4)×50%＝32.5%；Aa＝eq\f(1,2)×50%＝25%。此时A、a的基因频率分别为A＝42.5%＋25%×eq\f(1,2)＝55%，a＝1－55%＝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。题型一基因频率和基因型频率的相关计算[例1]某种昆虫的翅型受常染色体上等位基因V/v的控制，基因V控制正常翅，基因v控制残翅。该昆虫的种群足够大，雌雄个体之间随机交配。在不同年份该昆虫种群中VV和Vv个体的基因型频率如图所示。下列相关分析正确的是()A．残翅个体生存能力降低，逐渐被自然选择淘汰B．第10年残翅个体数量最少，残翅基因的频率为0.3C．在0～15年期间，该昆虫种群的正常翅基因频率逐渐减小D．第15年该种群繁殖一代，若后代个体全部存活，则子代残翅个体的频率为0.25解题分析分析题图可知，在0～15年期间，残翅个体(vv)在第5年约为0.3，第10年约为0.1，第15年约为0.4，所以残翅个体生存能力并不是一直降低，A错误；分析题图可知，第10年残翅的基因型频率为0.1，为0～15年间的最小值，残翅基因v的频率为(0.1×2＋0.3)÷2＝0.25，B错误；分析题图可知，在0～15年期间，种群的正常翅基因频率出现先减小后增大再减小的变化，C错误；第15年种群VV的频率为0.4，Vv的频率为0.2，vv的频率为0.4，则V的基因频率为0.5，v的基因频率为0.5，该种群繁殖一代，子代残翅个体vv的频率为0.5×0.5＝0.25，D正确。答案D[例2]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()A．4.5% B．6%C．9% D．7.8%解题分析由题意知，XBXb15人，XbXb5人，XbY11人，所以基因b的数目＝15×1＋5×2＋11×1＝36个，因此，红绿色盲基因的频率＝eq\f(36,200×2＋200)×100%＝6%。答案B[例3](不定项)由于生存条件的改变，大熊猫已经从食肉进化到以吃竹子为主的阶段。现有一个大熊猫种群，若基因B/b为一对位于常染色体上的等位基因，已知该种群中B的基因频率为80%，b的基因频率为20%，下列相关叙述错误的是()A．遗传平衡状态下，该种群中bb的频率为40%B．遗传平衡状态下，该种群中显性个体中出现杂合个体的概率为32%C．大熊猫从食肉进化到以吃竹子为主，内因是生存斗争的压力D．若群体中近亲繁殖比例升高，则后代中纯合子的比例会升高解题分析若B/b位于常染色体上，则遗传平衡状态下BB频率为64%，Bb频率为32%，bb频率为4%，显性个体中杂合概率为33.3%，A、B错误；进化的内因是遗传和变异，生存斗争是进化的动力，C错误；近亲繁殖意味着基因型相同的个体交配几率增大，即自交比例增多，连续自交后代纯合子比例升高，D正确。答案ABC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①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%。②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”来计算。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＝eq\f(2NXAXA＋NXAXa＋NXAY,2（NXAXA＋NXAXa＋NXaXa）＋（NXAY＋NXaY）)×100%，a的基因频率＝eq\f(2NXaXa＋NXAXa＋NXaY,2（NXaXa＋NXAXa＋NXAXA）＋（NXaY＋NXAY）)×100%。(N表示基因型的个体数)(3)遗传平衡状态下基因频率的计算①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)。②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p＋q＝1。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。③若已知AA的基因型频率为m，则A的基因频率为eq\r(m)。题型二自然选择与进化的关系[例4]选择系数是表征某基因型在特定环境中不利于生存程度的指标，即某基因型的个体在某环境中适应性越差，选择系数越大。下列说法正确的是()A．同一基因型的个