种群基因组成的变化与物种的形成高一下学期生物人教版必修2

第3节

种群基因组成的变化与物种的形成

先有鸡还是先有蛋？

甲同学说：当然是先有鸡蛋了，因为只有生殖细胞产生的基因突变才能遗传给后代，体细胞即使发生了基因突变，也不能影响后代的性状。

乙同学说：不对，人们在养鸡过程中，是根据鸡的性状来选择的，只让符合人类需求的鸡繁殖后代，因此是先有鸡后有蛋。你同意哪位同学的观点？理由是什么讨论温故知新长颈鹿祖先过度繁殖大量长颈鹿生存斗争长颈长腿的长颈鹿存活率高适者生存有利变异逐代积累，形成新的适应环境的现代长颈鹿出现长颈长腿的个体遗传变异干旱时期缺乏青草1.自然选择直接作用的对象是生物的基因型还是表型？2.这个长颈长腿的个体会永远存活吗？3.个体死亡，表型消失，长颈长腿的个体会从此消失吗？4.研究生物进化，仅研究个体和表型够吗？生物表型(性状)没有个体是永生的。不会。个体的表型会随着个体的死亡而消失，但决定该表型的基因却可以随着生殖而世代延续，并且在群体中扩散。不够，还必须研究种群基因组成的变化。1.种群：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。2.特点：种群是可进行基因交流的群体，是生物生存、繁殖和进化的基本单位。一、种群和种群基因库一片树林中的全部猕猴一个培养皿中大肠杆菌例：判断下列例子是否为一个种群：1.一片森林中的所有的蜘蛛。（）2.一片森林中的所有金丝猴。（）3.一个池塘里的全部青蛙。（）××√为什么进化必须以种群为单位？假定：猕猴群体中有一只雄性个体发生了变异（超猴），变异使其在生存斗争中获得了优势。为什么进化必须以种群为单位？1.超猴使猕猴种群强大起来，但没有合适伴侣孤独一生，其死后猕猴群体又恢复到原来的样子，这能不能说猕猴群体进化了？2.假如超猴降低一点择偶标准，与普通雌性交配生小猴子。当超猴死去，多年之后，超猴的表型（基因）能不能在群体中扩散开来？不能能☞个体的变异如果没有机会交流对进化没有意义。1.基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因。2.基因频率：某个基因占全部等位基因数的比值。一、种群和种群基因库问：一条金鱼体内所有细胞的全部基因是一个基因库吗？注：基因库包含该种群全部个体的全部基因，无论“优劣”。种群中每个个体的基因，都是基因库的一部分。个体间的差异越

，基因库也就越

。不是大大3.基因型频率：在一个种群基因库中，某种基因型

的个体占个体总数的比值。某昆虫种群中，A基因决定翅色为绿色，a基因决定翅色为褐色，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，求A和a的基因频率。方法1：每个个体看作含有2个基因，则：100个个体共有____个基因，A基因的数量=

个；a基因的数量=

个；A基因的频率=

%；a基因的频率=

%。方法2：根据基因型频率计算AA基因型频率：

；Aa基因型频率：

；aa基因型频率：

；A基因频率=

；a基因频率=

。2002×30+60=1202×10+60=80120÷200=6080÷200=40

30÷100=30%

60÷100=60%10÷100=10%

30%+1/2×60%=60%10%+1/2×60%=40%种群中，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。基因频率=纯合子频率+1/2杂合子频率1.基因位于常染色体或X、Y染色体的同源区段上基因频率=某基因的数目该基因的等位基因的总数×100%2.基因位于X染色体的非同源区段上基因频率=某基因的总数雌性个体数×2+雄性个体数×100%例1：某学校男女生各有50名，基因型XBXB有20人，XBXb有20人，XBY有30人，XbY有20人，计算：×100%2×XBXB＋XBXb＋XBY2×女数＋1×男数XB基因频率=XBXB基因型频率=XBY基因型频率=Xb基因频率=×100%2×XbXb＋XBXb＋XbY2×女数＋1×男数×100%40＋20＋302×50＋50==60%×100%20＋20＋202×50＋50==40%XBXB个体数/所有个体XBY个体数/所有个体=30/（50+50）=30%=20/（50+50）=20%假设：①昆虫种群非常大，②所有雌雄个体间都能自由交配并产生后代，③没有迁入和迁出，④不同翅色的个体生存和繁殖的机会均等，⑤基因A和a都不产生突变。计算：亲代基因型的频率AA（30%）Aa（60%）aa（10%）配子的比率A()A()a()a()子一代基因型频率AA()Aa()aa()子一代基因频率A()a()子二代基因型频率AA()Aa()aa(

)子二代基因频率A()a()30%30%30%10%36%48%16%60%40%36%48%16%60%40%子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频率会同子一代一样吗？会，若干代以后，种群的基因频率、基因型频率保持不变。当一个种群满足以下五个条件时：①种群非常大；②所有雌雄个体都能自由交配并产生后代；③没有迁入与迁出；④没有自然选择；⑤没有突变。遗传平衡定律（哈代-温伯格定律）种群基因频率在世代繁衍过程中不会发生变化，称为遗传平衡。设A基因频率为p,a基因频率为q，自由交配，则：雌配子雄配子A(p)a(q)A(p)a(q)AA(p2)Aa(pq)Aa(pq)aa(q2)(p+q)2=1p+q=1(p+q)2=p2+2pq+q2=1AA%Aa%aa%亲本基因频率子代基因型频率2.现有两个非常大的某昆虫种群，个体间随机交配，没有迁入和迁出，无突变，自然选择对A和a基因控制的性状没有作用。种群1的A基因频率为80%，a的基因频率为20%；种群2的A基因频率为60%，a基因频率为40%。假设这两个种群大小相等，地理隔离不再存在，两个种群完全合并为一个可随机交配的种群，则下一代中Aa的基因型频率是（

）

A.75%B.50%

C.42%D.21%C3.经调查，某地区隐性遗传病白化病的发病率是16%，一对表型正常的夫妇在进行遗传咨询时，发现丈夫的母亲是白化病患者，请估算该对夫妇所生子女患病的概率是多少？由题干可知丈夫基因型为Aa，该地区：aa=16%，则a基因频率=40%妻子的基因型是Aa的概率为：则：AA=Aa=子女患病（基因型aa）的概率：4/7×1/4

=1/7A基因频率=60%36%48%4/7

4.在欧洲人群中，每2500人中就有一人患囊性纤维性变性，这是一种常染色体上的隐性遗病。一对健康的夫妇有一个患此病的孩子。以后该妇女又与一健康的男子再婚，问这对再婚夫妇生一个孩子，孩子患病的几率是（）A．1/25B．1/5C．1/102D．1/625C以人类的色盲基因遗传为例。因为女性的染色体组成为XX，男性的染色体组成为XY，Y染色体上无该等位基因，所以：在男性群体中：基因频率=基因型频率=表现型频率。设XB的频率为p，Xb的频率为q，则XB的频率=XBY的频率=p，Xb的频率=XbY的频率=q，且p+q=1。由于男性中的XB、Xb均来自于女性，故在女性群体中：XB的频率也为p，Xb的频率也为q，p+q=1。基因频率在男性、女性群体中、人群中是相同的5.人的色盲是X染色体上的隐性遗传病。在人类群体中，男性中患色盲的概率大约为8%，那么，在人类中色盲基因的概率以及在女性中色盲的患病率各是（

）A.4%,0.16%

B.16%，4%C.8%，0.16%

D.8%,

0.64%已知人群中男性色盲概率为8%，也即色盲基因(Xb)的基因频率就应该是q(Xb)=0.08。这样，在女性中色盲(XbXb)的发病率应该为q2=（0.08)2=0.0064D6.若在果蝇种群中，XB的基因频率为80%，Xb的基因频率为20%，雌雄果蝇数相等，理论上，XbXb、XbY的基因型频率依次（

）A.1%2%B.8%8%C.2%10%D.2%8%C7．现有一个由AA、Aa、aa三种基因型个体组成的动物种群，已知该种群中具有繁殖能力的个体之间通过随机交配进行繁殖，而aa个体不具有繁殖能力。该种群繁殖一代，若子代中AA∶Aa∶aa＝9∶6∶1，则亲代中AA、Aa和aa的数量比可能为()A．4∶3∶4 B．5∶5∶1

C．6∶2∶3 D．4∶1∶4B8.(2022·重庆高考)人的扣手行为属于常染色体遗传，右型扣手(A)对左型扣手(a)为显性。某地区人群中AA、Aa、aa基因型频率分别为0.16、0.20、0.64。下列叙述正确的是(

)A.该群体中两个左型扣手的人婚配，后代左型扣手的概率为3/50B.该群体中两个右型扣手的人婚配，后代左型扣手的概率为25/324C.该群体下一代AA基因型频率为0.16，aa基因型频率为0.64D.该群体下一代A基因频率为0.4，a基因频率为0.6B8．(2024·重庆模拟)某家蚕种群中SS、Ss和ss的基因型频率分别为0.4、0.2和0.4，如果该种群没有发生迁入、迁出、突变，各基因型个体生存能力相同，但只有表型相同的个体之间才能交配(S对s为完全显性)，则下列说法正确的是(

)A.F1中ss的基因型频率为5/12B.F1中SS的基因型频率为25/36C.F1中Ss的基因型频率为1/12D.F1中S的基因频率为2/3A9.某种植物种群中AA个体占16％，aa个体占36％，该种群随机自由交配产生的后代中AA个体的百分比，A的基因频率和自交产生的后代中AA个体的百分比，A的基因频率变化依次是（）A.增大，不变，不变，不变B.不变，增大，增大，不变C.不变，不变，增大，不变D.不变，不变，不变，增大C交配方式基因频率基因型频率自交自由交配处于遗传平衡不处于遗传平衡改变纯合子增多杂合子减少不改变改变不改变不改变不改变综上可见：基因重组对基因频率无影响小结对自然界的种群来说，这5个条件都能成立吗？思考不可能同时都成立。例如，翅色与环境色彩较一致的，被天敌发现的机会就少些。所以，自然界中种群的基因频率是不断发生变化的。如果该种群出现新突变型（基因型为A2a或A2A2），即产生新的等位基因A2，种群的基因频率会发生变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？思考突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。基因A2的频率是上升还是下降，要看这一突变对生物体是有益的还是有害的。自然界中，一般不存在遗传平衡群体的（无法进化）。能使种群基因频率发生变化的因素有许多，着重学习的是

及

。突变和基因重组自然选择种群规模小非自由交配迁入和迁出突变和基因重组自然选择基因频率随机变化有偏好的基因频率改变出现基因交流基因频率不定向改变基因频率定向改变自然种群基因频率改变进化可遗传的变异基因重组突变基因突变染色体变异问：自然情况下突变的频率很低，且大多是有害的，那么突变为什么还能作为生物进化的原材料？新基因新基因型例1：果蝇1组染色体上约有1.3×104个基因，假定每个基因的突变频率都为10-5，对一个中等大小的种群（约108个个体）来说，每一代出现的基因突变数将是：

。2×1.3×104×10－5×108＝2.6×107（个）结论：虽然基因突变频率很低，但种群是由多个个体组成的，每个个体的基因数目很多，这样每一代就会产生大量的突变。例2：有翅的昆虫中有时会出现残翅和无翅的突变类型，这类昆虫在正常情况下很难生存下去。但是，在经常刮大风的海岛上，这类昆虫却因为不能飞行而避免被海风吹到海里淹死。生物突变的有利和有害不是绝对的，往往取决于

。生存环境

基因突变→新

→基因重组→

多种多样的

→种群中出现大量

的可遗传变异→为

提供了丰富的原材料基因基因型随机的、不定向生物进化突变和重组都是不定向的，那么种群基因频率的改变是否也是不定向的呢？思考第3节

第二课时探究自然选择对种群基因频率变化的影响英国曼彻斯特地区有一种桦尺蛾（其幼虫叫桦尺蠖）。它们夜间活动，白天栖息在树干上。其体色受一对等位基因控制，黑色（S）对浅色（s）是显性的。19世纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是浅色型，该种群中S基因的频率很低，在5%以下。到了20世纪中叶，黑色型的桦尺蛾却成了常见的类型，S基因的频率上升到95%以上。长满地衣的树干上的桦尺蛾黑色树干上的桦尺蛾桦尺蛾种群中S基因的频率为什么越来越高？由于环境变化导致树干变黑，黑色桦尺蛾更易生存，黑色（S）基因频率不断上升。因此，环境的选择作用（自然选择）使种群的基因频率发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。第1年第2年第3年第4年……基因型个体SS10Ss20ss70基因型频率SS10%Ss20%ss70%基因频率S20%s80%假设：1870年，桦尺蛾种群基因型频率为SS10%,Ss20%,ss70%,S基因的频率为20%。11226311.5%22.9%65.6%23%77%25.8%61.3%25.8%74.2%12.9%12245771.1%28.9%14.4%56.7%28.9%132651

假如树干变黑不利于浅色桦尺蛾的生存，使种群中浅色个体每年减少10%,黑色个体每年增加10%。第2~10年间，该种群每年的基因型频率、S和s的基因频率是多少？969390直接受选择的是表型，不是基因型。因为天敌看到的是桦尺蛾的体色(表型)而不是控制体色的基因。自然选择。因为在自然选择作用下，具有有利变异的个体有更多机会产生后代，种群中相应基因的频率会不断提高；相反，具有不利变异的个体留下后代的机会少，相应基因的频率会下降。(2)在自然选择过程中，直接受选择的是基因型还是表型（体色）？(1)根据资料分析，决定桦尺蛾进化方向的是什么？结果：

在自然选择的作用下，种群的基因频率发生定向改变，

导致生物朝着一定的方向不断进化。新性状种群中的不定向变异（可遗传）突变基因重组不利变异淘汰有利变异积累加强自然选择：直接选择:根本选择:个体的表型基因多次选择和积累，通过遗传种群基因频率定向改变生物定向进化定向核心归纳：

生物进化的基本单位是

；

生物进化的实质是

；

生物进化的原材料是

；

决定生物进化方向的是

。种群种群基因频率的定向改变突变和基因重组自然选择1.某地区红绿色盲患者在男性中约占8%，在女性中约占0.64%，由此可知，红绿色盲基因Xb的基因频率约为8%。（

）2.基因频率变化是由基因突变和基因重组引起的，不受环境的影响。（

）3.生物进化的实质是种群基因频率在自然选择作用下的定向改变。（

）4.从根本上讲，没有突变，就没有生物的进化。（

）5.有害突变不能成为生物进化的原材料。（

）6.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。（

）7.生物进化的实质是种群基因型频率的改变。（

）

√√×√×××三、探究抗生素对细菌的选择作用一般情况下，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。【实验原理】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。【实验目的】抑菌圈注：培养基上有细菌生长，但在含抗生素的圆纸片及周围，细菌不能生长从而形成透明抑菌圈。直径越大，抗生素的作用越强步骤：①②③④1.用记号笔在培养皿的底部画相互垂直的两条线，将培养基分为4个区并标号。2.用无菌涂布器将细菌涂布在培养基平板上。3.用无菌镊子在①号区域中央放置不含抗生素纸片，在②③④号区域中央放置含抗生素的纸片。步骤：4.将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h。5.观察并测量抑菌圈直径，并取平均值。6.从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌培养，重复以上步骤。观察有无抑菌圈：测量抑菌圈直径：有抑菌圈→抗生素抑菌越大→抑菌性越强；越小→抑菌性越弱组别抑菌圈直径/cm第一代第二代第三代12.261.891.6222.411.911.6732.421.871.69平均值2.361.891.66结果：有抑菌圈：抑菌圈越来越小：说明抗生素对细菌有选择作用；说明抗生素对细菌抑制作用越来越弱。1.为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？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.在本实验条件下，耐药菌所产生的变异是有利的还是有害的？有利或有害取决于所处的环境条件。本实验条件下，耐药菌产生的变异有利于其在特定环境中生存和繁殖，在此环境中是有利变异。核心：①细菌抗药性的出现来源于

。②在细菌菌群中天然存在

，但是使用抗生素仍可治疗由细菌引起的感染，原因在于菌群中

。③细菌耐药性的形成原因抗生素对细菌进行

的结果，其内在实质是

。抗药性基因可遗传变异有抗药性的细菌占少数定向选择菌群中抗药性基因频率增大3.滥用抗生素的现象十分普遍。会有什么后果？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。四、隔离在物种形成中的作用1、物种：能够在自然状态下相互交配并产生可育后代的一群生物称为一个物种。Q1.世界上不同肤色的人

同个物种。Q2.马和驴

同个物种。Q3.狮子和老虎

同个物种。Q4.金鱼和野生鲫鱼

同个物种。不是，因为后代三倍体西瓜不可育。（同一物种可以分布在不同区域）是不是不是是Q5.三倍体西瓜

一个新物种。Q6.二倍体西瓜和四倍体西瓜

同个物种。任何一种金鱼都可以与野生鲫鱼杂交，并产生可育后代。不是不是骡子（2n=63）马（2n=64）驴（2n=62）四、隔离在物种形成中的作用2、隔离：不同群体的个体，自然条件下基因不能自由交流的现象。地理隔离：由于地理阻隔而不能发生基因交流的现象生殖隔离：无法交配或交配后不能产生可育后代的现象狮虎兽（不可育）生殖隔离东北虎华南虎分析图6-11，思考地理隔离和生殖隔离有没有什么联系？思考在一个山谷中，生活着一个鼠种群。雌鼠和雄鼠之间可以自由交配，繁衍后代。后来一条大河出现。鼠种群的个体一半在河这边，一半在河那边。就这样过了几千年。1.当这群鼠被大河分开后它们是一个种群还是两个种群？2.若几千年后，大河才干涸，两个鼠种群彼此大不相同，相遇后还能繁殖后代吗？为什么？这说明什么？有可能形成了生殖隔离，不能繁衍后代。说明地理隔离可能导致生殖隔离。四、隔离在物种形成中的作用

加拉帕戈斯群岛（南美洲附近的太平洋中）上生活着13种地雀。这些地雀的喙差别很大，不同种之间存在生殖隔离。而在南美洲大陆上却看不到这13种地雀的踪影。不同岛屿的环境有较大差别，比如岛的低洼地带，布满棘刺状的灌丛；而在只有大岛上才有的高地，则生长着茂密的森林。

这些岛屿是500万年前由海底的火山喷发后形成的，比南美洲大陆的形成晚得多。因此，可推测这些地雀的共同祖先来自南美洲大陆，以后在各个岛屿上形成了不同的种群。1.设想南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕戈斯群岛后，先在两个岛屿上形成两个初始种群，种群个体数量都不多。它们的基因频率一样吗?由于种群的个体数量都不多，因此两个种群的基因频率可能不同。2.不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？不一样。因为突变是随机发生的。3.对不同岛屿上的地雀种群来说，环境的作用有没有差别？这对种群基因频率的变化会产生什么影响？不同岛屿的自然环境条件不一样，因此环境的作用会有差别，最终导致不同种群的基因频率朝着不同的方向改变。4.如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？不