第3节 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学有目标——课标要求必明记在平时——核心语句必背1.阐述种群、种群基因库、基因频率等概念的内涵。2.运用数学方法讨论种群基因频率的变化。3.阐明自然选择对种群基因频率变化的影响。4.说明隔离在物种形成中的作用。1.种群是生物进化的基本单位。2.突变和基因重组提供进化的原材料。3.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。4.隔离是物种形成的必要条件。同种全部繁殖全部全部等位基因数染色体变异突变有性生殖基因频率基因型不定向性3．可遗传的变异的利害性变异的有利和有害是

的，是由

决定的。4．种群基因突变数的计算方法某种群基因突变数＝个体基因数×

×个体数。相对生存环境突变率三、自然选择对种群基因频率变化的影响1．原因：在自然选择的作用下，具有

的个体有更多的机会产生后代，种群中相应基因的频率会不断

；相反，具有

的个体留下后代的机会少，种群中相应基因的频率会

。2．选择的对象(1)直接作用对象：个体的

。(2)实质：决定表型的

。3．选择的结果(1)生物性状上：朝着

变异的方向不断进化。(2)基因上：种群的

会发生

改变。4．进化的实质：种群

的改变。有利变异提高不利变异表型基因下降有利基因频率定向基因频率相互交配可育自由交流类型发生范围结果生殖隔离

物种间a.不能___________b.即使交配成功，也不能产生

后代地理隔离

生物使种群间不能发生_________不同相互交配可育同种基因交流。2．隔离在物种形成中的作用(1)新物种的形成过程：(2)结论：

是物种形成的必要条件。隔离【教材微点发掘】1．请根据图示，结合教材相关内容，回答下列问题：(1)桦尺蛾种群中产生的可遗传变异的类型有__________________________________________。突变(包括基因突变和染色体变异)和基因重组(3)桦尺蛾种群

(填“发生”或“没发生”)进化。生物进化的实质是

。(4)决定桦尺蛾进化方向的是变异还是自然选择？为什么？提示：自然选择。因为变异是不定向的，自然选择是定向的，自然选择决定生物进化的方向。发生种群基因频率的改变(2)对桦尺蛾种群来说，在自然选择过程中直接受选择的是表型还是基因型？请说明理由。提示：直接受选择的是表型，因为天敌看到的是性状，而不是控制性状的基因。2．斑马的染色体数为22对，驴的染色体数为31对，斑马和驴杂交产生的后代兼具斑马和驴的特征，称为斑驴兽或驴斑兽，俗称“斑驴”。(教材第118页练习“拓展应用”第1题发掘)(1)杂交产生的后代是不可育的，因为斑马和驴存在

。(2)从染色体组的角度解释杂交产生的后代不可育的原因是___________________________________________________________________。生殖隔离斑马和驴的杂交后代染色体数为53条，无法通过减数分裂产生正常的配子4．题型四利用哈迪-­温伯格定律，由基因频率计算基因型频率①成立前提：a．种群非常大；b.所有雌雄个体之间自由交配；c.没有迁入和迁出；d.没有自然选择；e.没有基因突变。②计算公式：当等位基因只有两个时(A、a)，设p表示A的基因频率，q表示a的基因频率，则：基因型AA的频率＝p2；基因型Aa的频率＝2pq；基因型aa的频率＝q2。如果一个种群达到遗传平衡，其基因型频率应符合：p2＋2pq＋q2＝1。[思考·讨论](1)在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中基因型AA的个体占24%，基因型Aa的个体占72%，基因型aa的个体占4%。该种群中基因A和基因a的频率分别是多少？提示：A%＝AA%＋1/2Aa%＝60%；a%＝aa%＋1/2Aa%＝40%。(2)某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因的携带者为15人，患者为5人，男性患者为11人。那么，这个群体中色盲基因的频率为多少？提示：色盲是伴X染色体隐性遗传病，设相关基因用B、b表示，据题意分析可知，XBXb有15人，XbXb有5人，XbY有11人，所以Xb共有36个，女性有2条X染色体，男性只有1条X染色体，所以等位基因总数＝200×2＋200＝600。因此，Xb的基因频率是36/600×100%＝6%。【典题·例析】[例1]果蝇的长翅(V)和残翅(v)由一对常染色体上的等位基因控制。假定某果蝇种群有20000只果蝇，其中残翅果蝇个体数量长期维持在4%，若再向该种群中引入20000只纯合长翅果蝇，在不考虑其他因素影响的前提下，关于纯合长翅果蝇引入后种群的叙述，错误的是

(

)A．v基因频率降低了50%B．V基因频率增加了50%C．杂合果蝇比例降低了50%D．残翅果蝇比例降低了50%[解析]

因该果蝇种群vv的基因型频率为4%，由遗传平衡定律公式算出v基因频率＝0.2，V基因频率＝0.8，进而计算出引入纯种长翅果蝇前，基因型为vv的果蝇有0.04×20000＝800(只)，基因型为Vv的果蝇有2×0.2×0.8×20000＝6400(只)，基因型为VV的果蝇有0.8×0.8×20000＝12800(只)。再引入20000只纯合长翅果蝇后，v基因频率＝(800×2＋6400)/(40000×2)＝0.1，V＝1－0.1＝0.9，A正确，B错误；因基因型为Vv、vv的果蝇数目不变，而该种群的总数增加一倍，所以Vv、vv的基因型频率降低了50%，C、D正确。[答案]

B[例2]

(2024·湖北高考)某二倍体动物的性别决定方式为ZW型，雌性和雄性个体数的比例为1∶1。该动物种群处于遗传平衡，雌性个体中有1/10患甲病(由Z染色体上h基因决定)。下列叙述正确的是(

)A．该种群有11%的个体患该病B．该种群h基因的频率是10%C．只考虑该对基因，种群繁殖一代后基因型共有6种D．若某病毒使该种群患甲病雄性个体减少10%，H基因频率不变[解析]

由题干“该动物种群处于遗传平衡，雌性个体中有1/10患甲病(由Z染色体上h基因决定)”可知，雌性中h基因的频率为10%，故雄性中h基因的频率也为10%，雄性中ZhZh＝10%×10%＝1%，由于雌性和雄性个体数的比例为1∶1，整个种群有(10%＋1%)÷2＝5.5%的个体患该病，A错误；该种群h基因的频率与雌性个体中ZhW的基因型频率相等，均为10%，B正确；只考虑该对基因，则种群繁殖一代后存在ZHZH、ZHZh、ZhZh、ZHW、ZhW共五种基因型，C错误；若某病毒使该种群患甲病雄性个体减少10%，导致ZhZh个体减少，h基因数量减少，h基因频率会降低，而h基因频率和H基因频率之和为100%，故H基因频率会升高，D错误。[答案]

B方法规律————————————————————————————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【应用·体验】1．某植物种群中，AA基因型个体占30%，aa基因型个体占20%。若该种群植物自交，后代中AA、aa基因型个体出现的频率以及A、a基因频率分别为(

)A．55%、45%、45%、55%B．55%、45%、55%、45%C．42.5%、32.5%、45%、55%D．42.5%、32.5%、55%、45%解析：由题干信息可知，Aa基因型个体占1－30%－20%＝50%，该种群植物自交后，AA基因型个体占30%＋50%×1/4＝42.5%，aa基因型个体占20%＋50%×1/4＝32.5%，Aa基因型个体占1－42.5%－32.5%＝25%，则a的基因频率为32.5%＋1/2×25%＝45%，A的基因频率为1－45%＝55%。故选D。答案：D

2．(2023·湖北高考)某二倍体动物种群有100个个体，其常染色体上某基因有A1、A2、A3三个等位基因。对这些个体的基因A1、A2、A3进行PCR扩增，凝胶电泳及统计结果如图所示。该种群中A3的基因频率是

(

)

A．52%

B．27%

C．26%

D．2%解析：该动物种群个体数为100，由题图可知，其中有2个个体的基因型为A3A3,15个个体的基因型为A1A3,35个个体的基因型为A2A3，则A3的基因频率＝(2×2＋15＋35)÷(100×2)×100%＝27%，B符合题意。答案：B

新知探究(二)种群基因频率的变化及自然选择对生物进化的影响

【拓展·深化】(一)突变和基因重组产生进化的原材料(1)由于突变和基因重组都是随机的、不定向的，因此它们只提供了生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。(2)变异的有利和有害是相对的，由生存环境决定。(二)自然选择决定生物进化的方向[思考·讨论](1)所有的变异都能导致种群基因频率的改变吗？为什么？提示：不是。只有可遗传的变异才能影响种群基因的组成，才能改变基因频率。(2)突变具有低频性，还能为生物进化提供原材料吗？请说明理由。提示：能。虽然突变的频率低，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。(3)生物进化的实质是什么？如何判断一个种群是否发生了进化？提示：生物进化的实质是种群基因频率的改变。判断的依据是种群基因频率是否发生改变。【典题·例析】[例1]

(2025·安徽高考)粗糙玉蜀螺是一种分布于海岸边的小海螺，其天冬氨酸转氨酶活性受一对等位基因Aat100和Aat120控制。至1987年，这对等位基因的频率在该种群世代间保持相对稳定(低潮带Aat120基因频率为0.4)。1988年，该螺分布区发生了一次有毒藻类爆发增殖，藻类分泌的藻毒素使低潮带个体大量死亡，而高潮带个体受影响较小，此后高潮带个体向低潮带扩散。1993年，种群又恢复到1987年的相对稳定状态。Aat120基因频率变化如图所示。下列叙述正确的是(

)A．1987年，含Aat120基因的个体在低潮带比高潮带具有更强的适应能力B．在自然选择作用下，1993年后低潮带Aat100基因频率将持续上升C．1988～1993年，影响低潮带种群基因频率变化的主要因素是个体迁移D．1993年，含Aat100基因的个体在低潮带种群中所占比例为84%[解析]根据题图信息可推知，1987年，含Aat120基因的个体在高潮带比低潮带具有更强的适应能力，A错误。1993年，种群又恢复到1987年的相对稳定状态，在自然选择作用下，理论上Aat100基因频率不会持续上升，B错误。根据题意可知，1988年，有毒藻类爆发增殖，藻类分泌的藻毒素使低潮带个体大量死亡，而高潮带个体受影响较小，高潮带个体迁入低潮带，导致低潮带Aat120基因频率升高，之后由于含Aat100基因的个体在低潮带有更强的适应能力，在自然选择的作用下，1993年，种群又恢复到1987年的相对稳定状态，C错误。1993年，Aat120基因频率为0.4，含Aat100基因的个体在低潮带种群中所占比例为1－0.4×0.4＝84%，D正确。[答案]

D[例2]

(2023·浙江6月选考)浙江浦江县上山村发现了距今1万年的稻作遗址，证明我国先民在1万年前就开始了野生稻驯化。经过长期驯化和改良，现代稻产量不断提高。尤其是袁隆平院士团队培育成的超级杂交稻品种，创造水稻高产新纪录，为我国粮食安全作出杰出贡献。下列叙述正确的是

(

)A．自然选择在水稻驯化过程中起主导作用B．现代稻的基因库与野生稻的基因库完全相同C．驯化形成的现代稻保留了野生稻的各种性状D．超级杂交稻品种的培育主要利用基因重组原理[解析]

在水稻驯化过程中起主导作用的是人工选择，A错误；经过长期驯化和改良后，现代稻的基因库与野生稻的基因库不完全相同，B错误；驯化形成的现代稻并没有保留野生稻的各种性状，野生稻的某些性状在长期驯化过程中可能已消失，C错误；超级杂交稻品种的培育属于杂交育种，利用了基因重组原理，D正确。[答案]

D归纳拓展————————————————————————————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。——————————————————————————————【应用·体验】1．(2021·天津和平区高一检测)下列有关变异和进化的说法，正确的是

(

)A．自然选择决定了基因突变的方向B．若没有外界因素的影响，基因就不会发生突变C．自然界中即使没有突变发生，生物也会进化D．在生物进化过程中，显性基因频率比隐性基因频率增加得快解析：基因突变是不定向的，自然选择决定生物进化的方向，但不能决定基因突变的方向，A错误；若没有外界因素的影响，在生物体内部因素的作用下，基因也会发生突变，B错误；突变和基因重组、自然选择等都会导致种群的基因频率发生变化，因此自然界中即使没有突变发生，生物也会进化，C正确；在生物进化过程中，种群基因频率总是变化的，而基因频率的改变方向决定于自然选择，显性基因频率与隐性基因频率增加的快慢取决于哪种性状表现更能适应当前环境，D错误。答案：C

2．等位基因F＋、F控制某食草昆虫的长翅和短翅，原种群中F＋基因频率为80%，随机分布到三座孤岛上后因风力较大，阻碍了孤岛间个体基因交流。下列说法正确的是

(

)A．该昆虫原种群中杂合长翅个体所占比例约为16%B．孤岛上该昆虫种群中F基因频率可能会升高C．新出现的无翅个体是大风环境造成的基因突变且突变率与风力大小呈正相关D．每个岛屿上的种群个体间自由交配，种群基因频率不发生变化解析：F＋基因控制长翅，其基因频率为80%，则该昆虫原种群中，杂合长翅个体的比例约为80%×20%×2＝32%，A错误；孤岛上风力大，长翅昆虫不易成活，而短翅食草昆虫的生存机会增大，从而导致孤岛上该昆虫种群中F基因频率可能会升高，B正确；基因突变是不定向的，大风不能使该昆虫产生无翅突变体，仅起选择作用，C错误；每个岛屿上自然选择等因素会导致种群基因频率发生改变，D错误。答案：B

新知探究(三)隔离在物种形成中的作用

【探究·深化】[问题驱动]

如图是我国黄河两岸某种生物a的演化过程模式图，请据图分析回答下列问题：(1)自然状态下，b、c之间能进行基因交流吗？为什么？提示：不能，因为存在地理隔离。(2)b、c的进化方向相同吗？为什么？提示：不同。因为b、c两种群生活的环境不同，自然选择的方向不同，基因频率改变的方向就不同。(3)研究表明，某基因的频率在b、d之间有很大差别，是否说明二者不是同一物种？提示：不能。某个基因频率的差别不能说明二者不是同一物种，只有基因库的差别大到可以形成生殖隔离才能说明二者不是同一物种了。(4)黄河北岸的b物种迁到黄河南岸后，不与c物种进化为同一物种，其原因可能是什么？提示：二者间已形成生殖隔离。(5)若在黄河南岸，由于某种原因，二倍体c的染色体加倍成了四倍体e，那么c和e还是同一物种吗？为什么？提示：二倍体c与四倍体e不是同一物种，因为二者杂交的后代为三倍体，高度不育，存在生殖隔离。[重难点拨]

一、地理隔离和生殖隔离的比较1．图中A属于地理隔离，一旦发生某种地质变化，两个分开的小种群若重新相遇，可以再融合在一起。2．图中B属于生殖隔离，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。3．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。二、物种形成的两种方式(一)渐变式此方式经过长期的地理隔离达到生殖隔离，形成新物种。(二)爆发式此方式通过异源多倍体的染色体变异方式形成新物种，一旦出现，在很短时间内即可形成生殖隔离(基因频率改变)。三、物种形成与生物进化的关系内容物种形成生物进化标志生殖隔离出现种群基因频率改变变化后生物与原生物的关系属于不同物种可能属于一个物种二者关系生物进化的实质是种群基因频率的改变，这种改变可大可小，不一定会突破物种的界限，生物进化不一定会导致新物种的形成【典题·例析】[例1]

(2025·广东高考)果蝇外骨骼角质中表皮烃的含量不仅影响果蝇的环境适应能力，也影响果蝇的交配对象选择(如图)。表皮烃的合成受mFAS基因控制。下列叙述错误的是(

)A．突变和自然选择驱动果蝇物种A和物种B的形成B．自然选择使具有低表皮烃性状的果蝇适应潮湿环境C．果蝇种群A和种群B交配减少加速了新物种的形成D．mFAS基因突变带来的双重效应足以导致生殖隔离[解析]突变产生生物进化的原材料，自然选择使种群的基因频率发生定向的改变并决定生物进化的方向，故突变和自然选择驱动果蝇物种A和物种B的形成，A正确；在潮湿环境中，低表皮烃个体因更高的存活率和繁殖力，其基因频率在种群中逐渐上升，即自然选择使具有低表皮烃性状的果蝇适应潮湿环境，B正确；果蝇种群A和种群B交配减少，导致种群间的基因交流减少，基因频率发生改变，最终形成生殖隔离，加速了新物种的形成，C正确；由题图可知，果蝇种群A和果蝇种群B有少量交配行为，说明mFAS基因突变带来的双重效应不足以导致生殖隔离，生殖隔离需多因素协同作用，如基因库的长期积累、地理隔离、自然选择等，D错误。[答案]

D[例2]如图表示渐变式新物种形成的基本环节，对图示的相关分析正确的是

(

)A．图中①表示基因突变和基因重组，为进化提供了原材料B．图中②表示地理隔离，地理隔离使种群间基因交流受阻C．图中③表示生殖隔离，指两种生物不能交配且不能产生可育后代D．种群基因型频率的改变一定会导致新物种形成[解析]

基因突变、基因重组和染色体变异为生物进化提供原材料，A错误；地理隔离使种群间不能发生基因交流，当地理隔离导致种群基因库的差别较大时，就可能产生生殖隔离，进而形成新的物种，B正确；生殖隔离是指不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育的后代，C错误；种群基因频率的改变是生物进化的实质，但不一定会导致新物种形成，D错误。[答案]

B易错提醒————————————————————————————与物种形成有关的两个“不一定”(1)物种的形成不一定都需要经过地理隔离，如多倍体的产生。(2)生物进化不一定导致新物种的形成。生物进化的实质是种群基因频率的改变，这种变化可大可小，不一定会突破物种的界限，即生物进化不一定导致新物种的形成。但新物种一旦形成，则说明生物发生了进化。———————————————————————————————【应用·体验】1．下列关于物种和隔离的叙述，错误的是

(

)A．物种是生物分类的基本单位B．二倍体西瓜与四倍体西瓜属于同一物种C．不同的物种之间必然存在着生殖隔离D．虽然马和驴交配能产生骡，但其属于不同物种解析：二倍体西瓜与四倍体西瓜之间存在着生殖隔离，属于不同的物种。故选B。答案：B

2.(2024·甘肃高考)青藏高原隆升引起的生态地理隔离促进了物种的形成。该地区某植物不同区域的两个种群，进化过程中出现了花期等性状的分化，种群甲花期结束约20天后，种群乙才开始开花，研究发现两者间人工授粉不能形成有活力的种子。下列叙述错误的是(

)A．花期隔离标志着两个种群间已出现了物种的分化B．花期隔离进一步增大了种群甲和乙的基因库差异C．地理隔离和花期隔离限制了两种群间的基因交流D．物种形成过程实质上是种间生殖隔离建立的过程解析：花期隔离会导致种群间个体不能进行交配，但不一定导致生殖隔离，即花期隔离不能标志两个种群间已出现了物种的分化，A错误；花期隔离使得两个种群间不能进行交配，进一步增大了种群甲和乙的基因库差异，B正确；地理隔离和花期隔离都能导致不同种群间的个体在自然条件下不能进行交配，都限制了两种群间的基因交流，C正确；生殖隔离是物种形成的标志，故物种形成过程实质上是种间生殖隔离建立的过程，D正确。答案：

A科学探究——探究抗生素对细菌的选择作用1．实验原理一般情况下，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，耐药菌有可能存活下来。2．方法步骤【素养评价】1．某文章称随着全球范围内抗生素的广泛和大量应用，抗药细菌不断出现，它可以通过多种途径对抗生素产生抗药性，抗生素在不久的将来有可能成为一堆废物。请分析抗生素对细菌抗药性的产生所起的作用

(

)A．抗生素的不断使用，使细菌逐渐适应而产生抗药性B．细菌的变异是不定向的，抗生素对细菌进行了定向选择C．细菌的变异是定向的，抗生素对细菌进行了定向选择D．抗生素使细菌产生了定向变异解析：细菌抗药性在使用抗生素之前就已存在，而不是由于抗生素的不断使用，A错误；细菌的变异是不定向的，抗生素对细菌进行了定向选择，使具有抗药性的细菌留存下来，B正确，C错误；变异是不定向的，且细菌变异不是由于抗生素的使用，D错误。答案：B

2．抗青霉素葡萄球菌是一种突变型菌种。将未接触过青霉素的葡萄球菌接种到含青霉素的培养基上，结