6.3 种群基因组成的变化与物种的形成-【晨读晚练】2024-2025学年高一生物知识速记与提升（人教版2019必修2）

6.3 种群基因组成的变化与物种的形成 （必背要点+必知重难+知识检测） 一、种群和种群基因库 1.种群：生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群。种群中的个体并不是机械地集合在一起。一个种群其实就是一个繁殖的单位，雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。 2.种群基因库、基因频率：一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫做这个种群的基因库。在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值，叫做基因频率。例如，在某昆虫种群中随机抽取100个体，测得基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个，则A基因的频率为60%；a基因的频率为40%。 3.用数学方法讨论基因频率的变化：在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，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。假设该昆虫种群非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代，没有迁入和迁出，自然选择对翅色这一相对性状没有作用，基因A和a都不产生突变，根据孟德尔的分离定律计算：子一代基因型的频率分别是AA占36%，Aa占48%，aa占16%。子一代种群的基因频率分别是A占60%，a占40%。若计算子二代、子三代以及若干代以后种群的基因频率，其与子一代相比有何特点：子三代、子四代以及若干代以后，种群的基因频率与子一代一样。上述计算结果是建立在五个假设条件基础上的，这五个假设条件中的两个是：没有自然选择、没有突变，其他三个是：种群非常大、所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代、没有迁入和迁出。对自然界种群来说，这五个条件不可能同时（同时、不可能同时）都成立。例如，如果该种群出现新的突变型(基因型为A2a或A2A2)，也就是产生新的等位基因A2，种群的基因频率会（会、不会）发生变化。 二、种群基因频率的变化 1.可遗传的变异来源：现代遗传学研究表明，可遗传的变异来源于基因突变、基因重组和染色体变异。其中，基因突变和染色体变异统称为突变。 2.可遗传变异为生物进化提供原材料 （1）基因突变在自然界是普遍存在的，生物自发突变的频率很低，而且许多突变是有害的。但是，因为种群是由许多个体组成的，每个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因，这样，每一代就会产生大量的突变。 （2）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，从而使种群出现多种多样可遗传的变异类型。 三、自然选择对种群基因频率变化的影响 1.探究实践 （1）探究自然选择对种群基因频率变化的影响 ①相关材料：英国曼彻斯特地区桦尺蛾的演变。（详见P112-113“教材”） ②提出问题：桦尺蛾种群中s基因（决定浅色性状）的频率为什么越来越低呢？ ③作出假设：自然选择使桦尺蛾种群基因频率定向改变。 ④探究思路：用创设数字化问题情境的方法来探究。 ⑤制订并实施研究方案 第一步：创设数字化的问题情境。（略。详见P113“设计探究思路-创设情境示例”） 第二步：计算2〜10年间桦尺蠖种群各基因型频率、基因频率。假设1870年，桦尺蠖种群的基因型频率如下：SS10%，Ss20%，ss70%，则S基因的频率为20%。在树干变黑这一环境条件下，假如树干变黑不利于浅色桦尺蠖的生存，使得种群中浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%。则第２、3、4年，SS的基因型频率依次是：11.5%、13%、14.6%；Ss的基因型频率依次是：22.9%、26%、29.2%；ss的基因型频率依次是：65.6%、61%、56.2%。第２、3、4年，S的基因频率依次是：23%、26%、29.2%；s的基因频率依次是：77%、74%、70.8%。 第三步：根据上述计算结果，对环境的选择作用的大小进行适当调整，比如，把浅色个体每年减少的数量百分比定高些，重新计算种群基因型频率和基因频率的变化，与第二步中所得的数据进行比较。 ⑥分析结果，得出结论：第二步、第三步的计算结果支持假设，由此得出结论：自然选择使桦尺蛾种群基因频率定向改变。 （2）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选择作用。 ③材料用具：略（详见P115“材料用具”） ④方法步骤： 第一步：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。 第二步：取少量细菌的培养液，用无菌的涂布器（或无菌棉签）均匀地涂抹在培养基平板上。 第三步：用无菌的镶子先夹取1张不含抗生素的纸片放在①号区域的中央，再分别夹取1张抗生素纸片放在②〜④号区域的中央，盖上皿盖。 第四步：将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12-16h。 第五步：观察培养基上细菌的生长状况。纸片附近是否出现了抑菌圈？如果有，测量和记录每个实验组中抑菌圈的直径，并取平均值。 第六步：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，然后重复步骤第二步到第五步。如此重复几代，记录每一代培养物抑菌圈的直径。 ⑤预期结果、结论：在培养基上有（有、没有）细菌生长，在放有抗生素纸片的区域没有（有、没有）细菌生长；在连续培养几代后，抑菌圈的直径变小（变大、变小、不变），这说明抗生素对细菌具有定向选择作用。 2.自然选择对种群基因频率变化的影响：在自然选择的作用下，具有有利变异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提髙；相反，具有不利变异的个体留下后代的机会少，种群中相应基因的频率会下降。 3.自然选择与生物进化：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。 四、物种、隔离的概念 1.物种：在遗传学和进化论的研究中，把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。 2.隔离： （1）概念：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统称为隔离。 （2）类型：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，这种现象叫做生殖隔离。同种生物由于地理障碍而分成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流的现象，叫作地理隔离。 五、隔离在物种形成中的作用 1.实例：在加拉帕戈斯群岛上生活着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。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，最终形成的不同种的地雀。 2.加拉帕戈斯群岛上13种地雀的形成过程：加拉帕戈斯群岛地雀的祖先属于同一个物种，从南美洲大陆迁来后，逐渐分布到不同的岛屿上。由于各个岛上的地雀种群可能会出现不同的突变和基因重组，而一个种群的突变和基因重组对另一个种群的基因频率没有影响。因此，不同种群的基因频率就会发生不同的变化。由于各个岛上的食物和栖息条件互不相同，自然选择对不同种群基因频率的改变所起的作用就有差别：在一个种群中，某些基因被保留下来，在另一个种群中，被保留下来的可能是另一些基因。久而久之，这些种群的基因库就会形成明显的差异，并逐步出现生殖隔离。生殖隔离一旦形成，原来属于一个物种的地雀，就成了不同的物种。 3.结论：隔离是物种形成的必要条件。 4.物种形成的意义：物种形成本身表示生物类型的增加。同时，它也意味着生物能够以新的方式利用环境条件，从而为生物的进一步发展开辟新的前景。 一.物种的形成与生物进化 1.物种形成的环节及相互关系 注意：可遗传的变异是生物进化的前提，但需要指出的是，并不是所有可遗传的变异都能成为生物进化的原材料，只有引起种群中个体的存活率和繁殖率出现差异的变异才能成为生物进化的原材料。 2.物种形成的方式 （1）渐变式：绝大多数，需要长期的地理隔离才可形成。 （2）爆发式：无需地理隔离，短时间内即可形成，如自然界中多倍体的形成。 （3）人工创造新物种 3.物种形成与进化的关系 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 可能属于同一物种； 也可能属于不同物种 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 二、基因频率的相关计算 1.基因频率和基因型频率的计算 以一对等位基因(A、a)和其组成的基因型(AA、Aa、aa)为例 (1)A或a的基因频率为 (2)AA或Aa或aa的基因型频率为： 2．常见题型分析 (1)题型一　已知调查的各种基因型的个体数，计算基因频率 (2)题型二　已知基因型频率求基因频率 常染色体上一个等位基因的频率＝该等位基因纯合子的频率＋1/2×杂合子的频率 A＝AA＋1/2Aa；  a＝aa＋1/2Aa。 (3)题型三　X染色体上基因的基因频率的计算 XY型性别决定的生物，基因在X染色体上，Y染色体上无等位基因，计算时只计算X染色体上的基因数，不考虑Y染色体。ZW型性别决定也是这样。例如：N表示个体数。 (4)题型四　利用哈代—温伯格定律（也叫遗传平衡），由基因频率计算基因型频率 ①成立前提（理想种群） 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，即p+q=1；则基因型AA的频率为p2，Aa的频率为2pq，aa的频率为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。 ③适用条件 a、题中一般出现自由交配或随机交配这样的条件 b、题中只给出了很少的相关信息（比如只给了患病率），而需要进行计算 （限时：15min） 一、单选题 1．在对雷公山某植物种群进行调查时，发现基因型为AA和aa的植株所占比例分别为16%和64%，假定各种基因型个体的生存能力相同。第二年对该植物种群进行调查，发现基因型为AA和aa的植株所占比例分别为8%和56%。下列相关叙述正确的是（    ） A．该种群一个个体所含有的全部基因构成该种群的基因库 B．第二年该种群中A和a的基因频率分别为20%和80% C．种群中基因型为Aa的植株由20%变为36%，说明该种群发生了进化 D．现代生物进化理论认为自然选择会导致种群基因频率发生定向改变 【答案】D 【分析】生物进化的实质是种群基因频率的定向改变。基因频率及基因型频率的相关计算如下：（1）在种群中一对等位基因的频率之和等于1，基因型频率之和也等于1；（2）一个等位基因的频率=该等位基因纯合子的频率+1/2杂合子的频率。 【详解】A、种群基因库是指一个种群中所有个体的全部基因，A错误 ； B、第二年基因型为AA和aa的植株所占比例分别为8%和56%，则Aa的比例为36%，故A的基因频率=AA%＋1/2Aa%=8%＋1/2×36%=26%，a的基因频率=1-26%=74%，B错误； C、生物进化的实质是种群基因频率的改变，种群中基因型为Aa的植株由20%变为36%，结合B可知，第二年种群A的基因频率为26%，第一年中A的基因频率=16%＋1/2（1-16%-64%）=26%，种群基因频率不变，所以种群没有发生进化，C错误； D、现代生物进化理论认为自然选择会导致种群基因频率发生定向改变，进而导致进化，D正确。 2．下列有关基因库、基因频率和基因型频率的叙述，不正确的是（    ） A．当某种群数量剧减时，可能增加该种群基因频率改变的偶然性 B．种群中杂合子的频率减小不一定导致基因频率改变 C．基因频率改变的快慢与其控制的性状和环境适应的程度有关 D．因为男性色盲患者较多，所以男性群体中色盲基因频率大于女性群体 【答案】D 【分析】生物进化的实质在于种群基因频率的改变。突变和基因重组、自然选择及隔离是物种形成过程的三个基本环节。突变和基因重组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。 【详解】A、当某种群数量剧减时，会使得种群基因频率发生改变，进而增加该种群基因频率改变的偶然性，A正确； B、当种群内两种纯合子，即显性纯合子和隐性纯合子比例相等时，则种群中杂合子的频率改变不会引起种群基因频率的改变，B正确； C、基因频率改变的快慢是由自然选择决定的，而环境的改变是自然选择的重要因素，因此基因频率改变的快慢与其控制的性状和环境适应的程度有关，C正确； D、色盲是伴X隐性遗传病，因此男性色盲患者较多，但男性群体中色盲基因频率和女性群体中色盲基因频率是相等的，D错误。 3．下列关于生物进化的叙述，正确的是（　　） A．基因频率变化是由突变和染色体变易引起的，不受环境的影响 B．农药的使用使稻飞虱产生了抗药性的变异 C．生物进化的实质是种群基因型频率的改变 D．昆虫的残翅变异不一定属于有害变异 【答案】D 【分析】现代生物进化理论:种群是生物进化的基本单位，生物进化的实质是种群基因频率的改变。突变和基因重组，自然选择及隔离是物种形成过程的三个基本环节，通过它们的综合作用，种群产生分化，最终导致新物种形成。在这个过程中，突变和基因重组产生生物进化的原材料，自然选择使种群的基因频率定向改变并决定生物进化的方向，隔离是新物种形成的必要条件。 【详解】A、基因频率的改变同样受环境的影响，如环境改变，淘汰某种不适应的基因型个体，会导致基因频率的改变，A错误； B、稻飞虱原本就存在着抗药性变异，而不是农药的使用使其产生变异。稻飞虱抗药性的形成是农药对其定向选择的结果，B错误； C、生物进化的实质是种群基因频率的改变，C错误； D、变异的有利和有害是相对的，它取决于生物的生存环境，适应环境的变异就是有利变异，不适应环境的变异是不利变异，而昆虫的残翅突变不一定不适应环境，故不一定属于有害变异，D正确。 4．根据现代生物进化理论，下列说法错误的是（    ） A．种群基因频率的改变是产生生殖隔离的前提条件 B．同一物种不同种群基因频率改变会导致基因库的差别变大，但生物没有进化 C．自然选择过程中，直接受选择的是表现型，进而导致基因频率的改变 D．自然选择、突变或种群过小，都可能导致种群基因频率发生变化 【答案】B 【分析】现代生物进化理论认为：生物进化的单位是种群，生物进化的实质是种群基因频率的改变，引起生物进化的因素包括突变、自然选择、迁入和迁出、非随机交配、遗传漂变等；可遗传变异为生物进化提供原材料，可遗传变异包括基因突变、染色体变异、基因重组，基因突变和染色体变异统称为突变；自然选择决定生物进化的方向；隔离导致新物种的形成。 【详解】A、自然选择导致种群基因频率的定向改变，种群基因频率的改变是产生生殖隔离的前提条件，A正确； B、生物进化的实质是种群基因频率的改变，当种群基因频率改变时，生物就已经进化了，B错误； C、自然选择直接作用的是生物的表现型，进而导致基因频率发生改变，C正确； D、生物进化的实质是种群基因频率的改变，引起生物进化的因素包括突变、自然选择、迁入和迁出、非随机交配等，D正确。 5．某生物兴趣小组为探究链霉素对大肠杆菌的选择作用进行了相关实验，发现随着大肠杆菌培养代数的增加，抑菌圈的直径逐渐缩小。下列说法错误的是（    ） A．大肠杆菌对链霉素的抗药性变异最可能来源于基因突变 B．根据抑菌圈大小可判定药物抑菌效果，抑菌圈越小，抑菌作用越弱 C．随着培养代数的增加，大肠杆菌对链霉素的耐药性逐代增强 D．长期使用某种抗生素会使细菌产生抗药性变异，从而产生耐该抗生素的菌群 【答案】D 【分析】生物进化的实质是种群基因频率的改变。自然选择能使基因频率发生定向变化。如常年使用抗生素，种群中抗药基因的频率会定向增加。 【详解】A、基因重组不能产生产生新基因，故菌的抗药性变异来源于基因突变，A正确； B、抑菌圈大小可判定药物抑菌效果，抑菌圈越大抑菌作用越强，抑菌圈越小，抑菌作用越弱，B正确； C、由于链霉素对大肠杆菌抗药性进行了定向选择，导致细菌耐药率逐代提高，C正确； D、长期使用抗生素，对细菌的抗药性进行选择，所以会导致耐药菌群的出现，变异是不定向的，D错误。 6．下图是物种形成的一种模式。物种a因为地理障碍分隔为两个种群a1和a2，经过漫长的进化，分别形成新物种b和c。在此进程中的某一时刻，a1种群的部分群体越过障碍外迁与a2同域分布，向d方向进化。下列有关叙述正确的是（ ） A．b和d存在地理隔离，所以一定存在生殖隔离 B．c和d不存在地理隔离，却可能存在生殖隔离 C．a1中的外迁群体与当时留居群体的基因频率相同，则b和d是同一物种 D．a1中的外迁群体与当时a2种群的基因频率不同，则c和d是不同物种 【答案】B 【详解】A、通过地里隔离形成两个种群a1和a2，有分别演化出b、c、d三个种群，虽然有地理隔离，但是不一定会产生生殖隔离，A错误； B、由于d是由a1演变而来，所以c与d之间可能存在生殖隔离，B正确； C、基因频率的改变不一定会导致生殖隔离产生新的物种，但是产生生殖隔离了的种群，基因频率一定会变化，a1中的外迁群体与当时留居群体的基因频率相同，但是b和d由于地理隔离存在，所以可能不是同一物种，C错误； D、即使a1中的外迁群体与当时a2种群的基因频率不同，只要c和d不存在生殖隔离他们仍是同一物种，D错误。 7．许多年前，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。下列叙述错误的是（    ） A．a表示地理隔离，长期的地理隔离可能导致生殖隔离 B．b表示突变和基因重组，能为生物进化提供原材料 C．c可以定向改变种群的基因频率，导致生物定向进化 D．渐变式的物种形成方式，不一定都经过d 【答案】D 【分析】隔离是物种形成的必要条件，形成新物种一定会经过生殖隔离，但不一定会经历地理隔离。 【详解】A、a表示地理隔离，长期的地理隔离，使同一物种不同种群间的基因库出现差异，当种群间的基因库出现显著差异时，最终可导致种群间产生生殖隔离，A正确； B、b表示突变和基因重组，属于可遗传的变异，能为生物进化提供了原材料，B正确； C、c是自然选择，自然选择导致基因库产生差别，定向改变种群的基因频率，导致生物定向进化，C正确； D、d是生殖隔离，生殖隔离是新物种形成的标志，因此渐变式和爆发式的物种形成方式，都要经过d，D错误。 8．在一个果蝇种群中，雌雄果蝇数量相等，且雌雄个体之间可以自由交配。若种群中A的基因频率为80%，a的基因频率为20%。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ时间段都经历多次繁殖过程，定期随机抽取计算出A和a的基因频率变化曲线如图所示。则下列说法错误的是（    ） 说明：实线表示A的基因频率变化，虚线表示a的基因频率变化 A．若该基因位于常染色体上，Ⅰ和Ⅲ的时间阶段中雌雄杂合子的基因型频率都是32%，Ⅱ时间段中杂合子的基因型频率可以达到最大值 B．若该对等位基因只位于X染色体上，经历三个时间段后，种群中、的基因型频率分别为32%、20% C．在第Ⅰ和Ⅲ时间段中A和a的基因频率不变，多次繁殖的后代基因型频率也不变 D．经历了三个时间段的多次繁殖，该种群基因频率发生了改变说明产生了进化 【答案】B 【分析】现代生物进化理论认为：种群是生物进化的基本单位，生物进化的实质是种群基因频率的改变。突变和基因重组、自然选择及隔离是物种形成过程的三个基本环节，通过它们的综合作用，种群产生分化，最终导致新物种形成。在这个过程中，突变和基因重组产生生物进化的原材料，自然选择使种群的基因频率定向改变并决定生物进化的方向，隔离是新物种形成的必要条件。生殖隔离的产生是新物种形成的标志。 【详解】A、若该等位基因位于常染色体时，在Ⅰ和Ⅲ的两个时间阶段中，雌雄杂合子的基因型频率都是2×80%×20%=32%，假设A的基因频率为X，则a的基因频率为1-X，故杂合子的基因型频率=2×X×（1-X）=2X-2X2，=1/2-2（X-1/2）2，若杂合子的基因型频率达到最大值，则A的基因频率即X=0.5，由于Ⅱ时间段中存在A和a基因频率相等的时段，即A的基因频率0.5，此时杂合子的基因型频率可以达到最大值，即为2×1/2×1/2=1/2，A正确； B、若该对等位基因只位于X染色体上，则雌果蝇中XAXa的基因型率为2×0.8×0.2=32%，雄果蝇中XAY的基因型频率为20%，雌雄果蝇数量相等，因此XAXa、XAY的基因型频率分别为16%、10%，B错误； C、由于在第Ⅰ和第Ⅲ时间段中，A和a的基因频率都不变，该个体是自由交配的个体，所以后代的基因型频率也不变，C正确； D、在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ时间段中基因频率发生了改变，所以该种群产生了进化，D正确。 二、非选择题 9．一万多年前，某地区有许多湖泊（A、B、C、D），湖泊之间通过纵横交错的溪流连结起来，湖中有不少鳉鱼。后来，气候逐渐干旱，小溪流渐渐消失，形成了若干个独立的湖泊（如图1），湖中的鱼形态差异也变得明显。请分析回答下列问题： (1)溪流消失后，各个湖泊中的鳉鱼不再发生基因交流，原因是存在 。各个种群通过 产生进化的原材料。 (2)C湖泊中的鏘鱼某对染色体上有一对等位基因A和a，该种群内的个体自由交配。图2为某段时间内种群A基因频率的变化情况，假设无基因突变，则该种群在 时间段内发生了进化，判断依据是 。 (3)若在某一段时间内，种群足够大且没有其他因素干扰，种群内随机交配产生子代，此时种群中Aa与aa基因型频率相等，则其产生的子代中隐性纯合子所占的比例为 。 (4)在5000年前，A湖的浅水滩生活着甲水草（二倍体），如今科学家发现了另一些植株较硕大的乙水草，经基因组分析发现，甲、乙两种水草完全相同。经染色体组分析，水草甲含有18对同源染色体，水草乙的染色体组数是水草甲的2倍。则乙水草产生的原因最可能是 。 【答案】(1) 地理隔离 突变和基因重组 (2) Y1-Y3 种群中基因A的基因频率发生变化 (3)4/9 (4)低温导致甲水草幼苗或种子有丝分裂过程中纺锤体形成受到抑制，进而导致染色体组成倍增加形成四倍体水草乙 【分析】现代生物进化理论认为:生物进化的单位是种群，种群是一定区域内的同种生物的全部个体，种群中所有个体的全部基因叫基因库;突变和基因重组为生物进化提供原材料，自然选择决定生物进化的方向，生物进化的实质是种群基因频率改变;隔离是新物种形成的必要条件。 【详解】（1）溪流消失后，各个湖泊中的鳉鱼不再发生基因交流，原因是存在地理隔离；突变和基因重组是进化的原材料。 （2）生物进化的实质是种群基因频率的改变，C湖泊中的鏘鱼的A基因频率在Y1-Y3之间发生变化，因此该阶段发生了进化。 （3）Aa与aa基因型频率相等，设都为Aa所占比例为x与aa也为x，AA为1-2x,基因频率a为3x/2，A的基因频率为1-2x+x/2，因种群自由交配，下一代该种群Aa与aa基因型频率也相等，故aa的基因型频率3x/2×3x/2=Aa的基因型频率2×3x/2×（1-2x+x/2）解得x=4/9，即为aa所占比例。 （4）水草甲含有18对同源染色体，水草乙的染色体组数是水草甲的2倍，说明水草乙的染色体发生了加倍，原因最可能是低温导致甲水草幼苗或种子有丝分裂过程中纺锤体形成受到抑制，进而导致染色体组成倍增加形成四倍体水草乙。 4 / 4 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 6.3 种群基因组成的变化与物种的形成 （必背要点+必知重难+知识检测） 一、种群和种群基因库 1.种群： 叫做种群。种群中的个体并不是机械地集合在一起。一个种群其实就是一个 的单位，雌雄个体可以通过 将 遗传给后代。 2.种群基因库、基因频率： 叫做这个种群的基因库。在一个种群基因库中， ，叫做基因频率。例如，在某昆虫种群中 抽取100个体，测得基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个，则A基因的频率为 ；a基因的频率为 。 3.用数学方法讨论基因频率的变化：在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，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。假设该昆虫种群非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代，没有迁入和迁出，自然选择对翅色这一相对性状没有作用，基因A和a都不产生突变，根据孟德尔的分离定律计算：子一代基因型的频率分别是 。子一代种群的基因频率分别是 。若计算子二代、子三代以及若干代以后种群的基因频率，其与子一代相比有何特点： 。上述计算结果是建立在五个假设条件基础上的，这五个假设条件中的两个是：没有自然选择、没有突变，其他三个是： 。对自然界种群来说，这五个条件 （同时、不可能同时）都成立。例如，如果该种群出现新的突变型(基因型为A2a或A2A2)，也就是产生新的等位基因A2，种群的基因频率 （会、不会）发生变化。（P111“思考•讨论”1、2） 二、种群基因频率的变化 1.可遗传的变异来源：现代遗传学研究表明，可遗传的变异来源于 。其中， 统称为突变。 2.可遗传变异为生物进化提供原材料 （1）基因突变在自然界是普遍存在的，生物自发突变的频率 ，而且许多突变是 的。但是，因为种群是由 组成的，每个个体的每一个细胞内都有 个基因，这样，每一代就会产生 突变。 （2）基因突变产生的等位基因，通过有性生殖过程中的 ，可以形成多种多样的基因型，从而使种群出现多种多样 。 三、自然选择对种群基因频率变化的影响 1.探究实践 （1）探究自然选择对种群基因频率变化的影响 ①相关材料：英国曼彻斯特地区桦尺蛾的演变。（详见P112-113“教材”） ②提出问题：桦尺蛾种群中s基因（决定浅色性状）的频率为什么越来越低呢？ ③作出假设： 。 ④探究思路：用创设 的方法来探究。 ⑤制订并实施研究方案 第一步：创设数字化的问题情境。 第二步：计算2〜10年间桦尺蠖种群各基因型频率、基因频率。假设1870年，桦尺蠖种群的基因型频率如下：SS10%，Ss20%，ss70%，则S基因的频率为 。在树干变黑这一环境条件下，假如树干变黑不利于浅色桦尺蠖的生存，使得种群中浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%。则第２、3、4年，SS的基因型频率依次是： ；Ss的基因型频率依次是： ；ss的基因型频率依次是： 。第２、3、4年，S的基因频率依次是： ；s的基因频率依次是： 。 第三步：根据上述计算结果，对 进行适当调整，比如，把浅色个体每年减少的数量百分比定高些，重新计算种群基因型频率和基因频率的变化，与第二步中所得的数据进行比较。 ⑥分析结果，得出结论：第二步、第三步的计算结果支持假设，由此得出结论： 。 （2）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 的细菌可能产生耐药性。在实验室 细菌时，如果向培养基中添加抗生素， 菌有可能存活下来。 ②目的要求：通过观察细菌 ，探究抗生素对细菌的选择作用。 ③材料用具：略（详见P115“材料用具”） ④方法步骤： 第一步：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。 第二步：取少量细菌的培养液，用 （或无菌棉签）均匀地涂抹在培养基平板上。 第三步：用无菌的镶子先夹取1张 的纸片放在①号区域的中央，再分别夹取1张 纸片放在②〜④号区域的中央，盖上皿盖。 第四步：将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12-16h。 第五步：观察培养基上细菌的生长状况。纸片附近 ？如果有，测量和记录每个实验组中 ，并取 。 第六步：从 的菌落上挑取细菌,接种到 的液体培养基中培养，然后重复步骤第二步到第五步。如此重复几代，记录每一代培养物 。 ⑤预期结果、结论：在培养基上 （有、没有）细菌生长，在放有抗生素纸片的区域 （有、没有）细菌生长；在连续培养几代后，抑菌圈的直径 （变大、变小、不变），这说明 。 2.自然选择对种群基因频率变化的影响：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，具有不利变异的个体留下后代的机会 ，种群中相应基因的频率会 。 3.自然选择与生物进化：在自然选择的作用下，种群的 会发生定向改变，导致生物朝着 。 四、物种、隔离的概念 1.物种：在遗传学和进化论的研究中，把 称为一个物种。 2.隔离： （1）概念：不同 间的个体，在自然条件下 的现象统称为隔离。 （2）类型：不同物种之间一般是 相互交配的，即使交配成功，也不能产生 ，这种现象叫做 。 生物由于 而分成不同的种群，使得 的现象，叫作地理隔离。 五、隔离在物种形成中的作用 1.实例：在加拉帕戈斯群岛上生活着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。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，最终形成的不同种的地雀。 2.加拉帕戈斯群岛上13种地雀的形成过程：加拉帕戈斯群岛地雀的祖先属于同一个物种，从南美洲大陆迁来后，逐渐分布到不同的岛屿上。由于各个岛上的地雀种群可能会出现不同的 ，而 。因此，不同种群的 就会发生不同的变化。由于各个岛上的 互不相同，自然选择对不同种群 所起的作用就有差别： 。久而久之，这些种群的 就会形成明显的差异，并逐步出现 。 一旦形成，原来属于一个物种的地雀，就成了不同的物种。 3.结论： 是物种形成的必要条件。 4.物种形成的意义：物种形成本身表示 的增加。同时，它也意味着 ，从而为生物的进一步发展开辟新的前景。 一.物种的形成与生物进化 1.物种形成的环节及相互关系 注意：可遗传的变异是生物进化的前提，但需要指出的是，并不是所有可遗传的变异都能成为生物进化的原材料，只有引起种群中个体的存活率和繁殖率出现差异的变异才能成为生物进化的原材料。 2.物种形成的方式 （1）渐变式：绝大多数，需要长期的地理隔离才可形成。 （2）爆发式：无需地理隔离，短时间内即可形成，如自然界中多倍体的形成。 （3）人工创造新物种 3.物种形成与进化的关系 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 可能属于同一物种； 也可能属于不同物种 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 二、基因频率的相关计算 1.基因频率和基因型频率的计算 以一对等位基因(A、a)和其组成的基因型(AA、Aa、aa)为例 (1)A或a的基因频率为 (2)AA或Aa或aa的基因型频率为： 2．常见题型分析 (1)题型一　已知调查的各种基因型的个体数，计算基因频率 (2)题型二　已知基因型频率求基因频率 常染色体上一个等位基因的频率＝该等位基因纯合子的频率＋1/2×杂合子的频率 A＝AA＋1/2Aa；  a＝aa＋1/2Aa。 (3)题型三　X染色体上基因的基因频率的计算 XY型性别决定的生物，基因在X染色体上，Y染色体上无等位基因，计算时只计算X染色体上的基因数，不考虑Y染色体。ZW型性别决定也是这样。例如：N表示个体数。 (4)题型四　利用哈代—温伯格定律（也叫遗传平衡），由基因频率计算基因型频率 ①成立前提（理想种群） 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，即p+q=1；则基因型AA的频率为p2，Aa的频率为2pq，aa的频率为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。 ③适用条件 a、题中一般出现自由交配或随机交配这样的条件 b、题中只给出了很少的相关信息（比如只给了患病率），而需要进行计算 （限时：15min） 一、单选题 1．在对雷公山某植物种群进行调查时，发现基因型为AA和aa的植株所占比例分别为16%和64%，假定各种基因型个体的生存能力相同。第二年对该植物种群进行调查，发现基因型为AA和aa的植株所占比例分别为8%和56%。下列相关叙述正确的是（    ） A．该种群一个个体所含有的全部基因构成该种群的基因库 B．第二年该种群中A和a的基因频率分别为20%和80% C．种群中基因型为Aa的植株由20%变为36%，说明该种群发生了进化 D．现代生物进化理论认为自然选择会导致种群基因频率发生定向改变 2．下列有关基因库、基因频率和基因型频率的叙述，不正确的是（    ） A．当某种群数量剧减时，可能增加该种群基因频率改变的偶然性 B．种群中杂合子的频率减小不一定导致基因频率改变 C．基因频率改变的快慢与其控制的性状和环境适应的程度有关 D．因为男性色盲患者较多，所以男性群体中色盲基因频率大于女性群体 3．下列关于生物进化的叙述，正确的是（　　） A．基因频率变化是由突变和染色体变易引起的，不受环境的影响 B．农药的使用使稻飞虱产生了抗药性的变异 C．生物进化的实质是种群基因型频率的改变 D．昆虫的残翅变异不一定属于有害变异 4．根据现代生物进化理论，下列说法错误的是（    ） A．种群基因频率的改变是产生生殖隔离的前提条件 B．同一物种不同种群基因频率改变会导致基因库的差别变大，但生物没有进化 C．自然选择过程中，直接受选择的是表现型，进而导致基因频率的改变 D．自然选择、突变或种群过小，都可能导致种群基因频率发生变化 5．某生物兴趣小组为探究链霉素对大肠杆菌的选择作用进行了相关实验，发现随着大肠杆菌培养代数的增加，抑菌圈的直径逐渐缩小。下列说法错误的是（    ） A．大肠杆菌对链霉素的抗药性变异最可能来源于基因突变 B．根据抑菌圈大小可判定药物抑菌效果，抑菌圈越小，抑菌作用越弱 C．随着培养代数的增加，大肠杆菌对链霉素的耐药性逐代增强 D．长期使用某种抗生素会使细菌产生抗药性变异，从而产生耐该抗生素的菌群 6．下图是物种形成的一种模式。物种a因为地理障碍分隔为两个种群a1和a2，经过漫长的进化，分别形成新物种b和c。在此进程中的某一时刻，a1种群的部分群体越过障碍外迁与a2同域分布，向d方向进化。下列有关叙述正确的是（ ） A．b和d存在地理隔离，所以一定存在生殖隔离 B．c和d不存在地理隔离，却可能存在生殖隔离 C．a1中的外迁群体与当时留居群体的基因频率相同，则b和d是同一物种 D．a1中的外迁群体与当时a2种群的基因频率不同，则c和d是不同物种 7．许多年前，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。下列叙述错误的是（    ） A．a表示地理隔离，长期的地理隔离可能导致生殖隔离 B．b表示突变和基因重组，能为生物进化提供原材料 C．c可以定向改变种群的基因频率，导致生物定向进化 D．渐变式的物种形成方式，不一定都经过d 8．在一个果蝇种群中，雌雄果蝇数量相等，且雌雄个体之间可以自由交配。若种群中A的基因频率为80%，a的基因频率为20%。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ时间段都经历多次繁殖过程，定期随机抽取计算出A和a的基因频率变化曲线如图所示。则下列说法错误的是（    ） 说明：实线表示A的基因频率变化，虚线表示a的基因频率变化 A．若该基因位于常染色体上，Ⅰ和Ⅲ的时间阶段中雌雄杂合子的基因型频率都是32%，Ⅱ时间段中杂合子的基因型频率可以达到最大值 B．若该对等位基因只位于X染色体上，经历三个时间段后，种群中、的基因型频率分别为32%、20% C．在第Ⅰ和Ⅲ时间段中A和a的基因频率不变，多次繁殖的后代基因型频率也不变 D．经历了三个时间段的多次繁殖，该种群基因频率发生了改变说明产生了进化 二、非选择题 9．一万多年前，某地区有许多湖泊（A、B、C、D），湖泊之间通过纵横交错的溪流连结起来，湖中有不少鳉鱼。后来，气候逐渐干旱，小溪流渐渐消失，形成了若干个独立的湖泊（如图1），湖中的鱼形态差异也变得明显。请分析回答下列问题： (1)溪流消失后，各个湖泊中的鳉鱼不再发生基因交流，原因是存在 。各个种群通过 产生进化的原材料。 (2)C湖泊中的鏘鱼某对染色体上有一对等位基因A和a，该种群内的个体自由交配。图2为某段时间内种群A基因频率的变化情况，假设无基因突变，则该种群在 时间段内发生了进化，判断依据是 。 (3)若在某一段时间内，种群足够大且没有其他因素干扰，种群内随机交配产生子代，此时种群中Aa与aa基因型频率相等，则其产生的子代中隐性纯合子所占的比例为 。 (4)在5000年前，A湖的浅水滩生活着甲水草（二倍体），如今科学家发现了另一些植株较硕大的乙水草，经基因组分析发现，甲、乙两种水草完全相同。经染色体组分析，水草甲含有18对同源染色体，水草乙的染色体组数是水草甲的2倍。则乙水草产生的原因最可能是 。 4 / 4 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$