内容正文:
第6章 基因突变及其他变异
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
第6章生物的进化
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第6章生物的进化
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目录
contents
Part 01 一、课前预习 打基础
Part 02 二、课堂探究 陪素养
Part 03 三、随堂达标 勤演练
Part 04 课时作业(十九)
第6章生物的进化
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课前预习 打基础
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①②③
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全部等位基因数
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新的等位基因
基因重组
新的基因型
随机性
基因突变
不定向性
生物进化
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表型
不利变异
基因
有利
有利变异
基因频率
定向
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课堂探究 陪素养
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课标要求
素养目标
4.2.4概述现代生物进化理论以自然选择学说为核心,为地球上的生命进化史提供了科学的解释
1.基于生物学事实和证据,建立模型,运用数学方法分析种群基因频率的变化。(科学思维) 2.运用进化与适应观,生物进化的本质是种群基因频率的定向改变。(生命观念)
一、什么是种群?什么是种群的基因库?
1.下列实例属于一个种群的是 。(填序号)
①一个池塘里的所有的鲫鱼
②一片森林中的全部猕猴
③一片草地上所有的山羊
④一块田里的老鼠
⑤一片池塘里所有的鱼
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。( )
(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.基因频率的计算公式:
某基因数, ×100%
提示:基因库指一个种群的全部基因,而非某一对等位基因。
答案:1× 2.√ 3.√
二、生物进化的原材料有哪些?自然选择对种群基因频率变化有什么影响?
1.可遗传变异的来源
突变
染色体变异
2.可遗传变异是生物进化原材料的原因:
(1)基因突变产生 ,基因重组产生 。
(2)可遗传变异的两大特点
(3)可遗传变异的结果:提供 的原材料。
3.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 的个体,选择保留具有 的个体。
(2)选择的对象。
①直接作用对象:个体的 。
②最终选择的对象:决定表型的 。
(3)选择的结果。
①生物性状方面:朝着 变异的方向不断进化。
②基因方面:种群 会发生 改变。
【思考】 自然选择如何决定生物进化的方向?
提示:自然选择可以使适应环境的性状保存下来,不适应环境的性状被淘汰,这样生物就朝着有利变异的方向定向进化。
基因库、基因频率和基因型频率
分析材料,根据孟德尔的分离定律,回答下列问题。
材料 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的个体数量分别为30、60和10,就这对等位基因来说,每个个体可以看作含有2个基因。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。
1.该种群产生的A配子和a配子的比率各是多少?子一代基因型的频率各是多少?
提示 A配子占60%,a配子占40%。子一代基因型的频率:AA占36%,Aa占48%,aa占16%。
2.子一代种群的基因频率各是多少?
提示 子一代种群的基因频率:A占60%,a占40%。
3.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?请完成下表。
亲代基因型的频率
AA(30%)
Aa(60%)
aa(10%)
配子的比率
A(30%)
A(30%)
a(30%)
a(10%)
子一代基因型频率
AA(36%)
Aa(48%)
aa(16%)
子一代基因频率
A(60%)
a(40%)
子二代基因型频率
AA(____)
Aa(____)
aa(____)
子二代基因频率
A(____)
a(____)
提示 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。
【答案】 36% 48% 16% 60% 40%
4.若上述计算结果是建立在五个假设条件基础上的。对自然界种群来说,这五个条件都成立吗?你能举出哪些实例?
提示 对自然界的种群来说,这五个条件不可能同时都成立。例如,昆虫的翅色与环境色彩不一致,容易被天敌发现,自然选择对种群翅色这一性状有选择作用。
种群中基因频率的计算规律
1.在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。
3.根据基因型频率计算基因频率的方法
A的基因频率=AA的基因型频率+1/2Aa的基因型频率,a的基因频率=aa的基因型频率+1/2Aa的基因型频率
4.根据遗传平衡定律计算基因频率和基因型频率
(1)遗传平衡定律
在一个有性生殖的自然种群中,在符合以下5个条件的情况下,各等位基因的频率和基因型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的,或者说是保持着基因平衡的,又称为哈迪—温伯格定律。
①种群足够大;
②种群中个体间的交配是随机的;
③没有突变发生;
④没有新基因加入;
⑤没有自然选择。
(2)基因频率与基因型频率的特点
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。
(2021·四川雅安高二期末)某动物种群中AA、Aa和aa的基因型频率分别为20%、40%和40%。请回答下列问题。
(1)该种群中a基因的频率为________。
(2)如果该种群满足以下基本条件,即种群________、不发生________________、不发生________________,没有迁入和迁出,且种群中个体间随机交配,则理论上该种群的子一代中aa的基因型频率为________;如果该种群的子一代再随机交配,其后代中aa的基因型频率________(填“会”或“不会”)发生改变。
(3)假定该动物种群满足上述基本条件,但不发生随机交配,只在相同基因型之间进行交配,则理论上该种群的子一代中AA、Aa和aa的基因型频率分别为________、________和________;如果子一代也同样只发生相同基因型之间的交配,其后代中AA、Aa和aa的基因型频率________(填“会”或“不会”)发生改变。
【解析】 (1)由题意可知,AA的基因型频率=20%,Aa的基因型频率=40%,aa的基因型频率=40%,该种群中a的基因频率为40%+40%×1/2=60%。(2)如果该种群足够大、不发生突变、没有自然选择、没有迁入和迁出,且种群中个体间随机交配,则该种群的遗传符合遗传平衡定律,即理论上该种群的子一代中aa的基因型频率是(60%)2=36%;如果继续随机交配,其后代中aa的基因型频率不会发生改变。(3)假定该动物种群满足上述基本条件,但不发生随机交配,只在相同基因型之间进行交配,即交配方式是AA×AA、Aa×Aa、aa×aa,理论上该种群的子一代中AA、Aa、aa的基因型频率分别是AA=20%+40%×1/4=30%,Aa=40%×1/2=20%,aa=40%+40%×1/4=50%;如果子一代也同样只发生相同基因型之间的交配,按上述方法进行计算,其后代(子二代)中AA、Aa和aa的基因型频率会发生改变。
配,按上述方法进行计算,其后代(子二代)中AA、Aa和aa的基因型频率会发生改变。
【答案】 (1)60% (2)足够大 基因突变(或突变) 自然选择 36% 不会 (3)30% 20% 50% 会
【练1】 (多选)下列关于基因频率、基因型频率与生物进化的叙述,正确的是( )
A.一个种群中,控制一对相对性状的各种基因型频率的改变,基因频率不一定改变
B.色盲患者中男性数量大于女性,说明男性群体中色盲基因的频率大于女性群体
C.基因型为Aa的个体自交后代所形成的群体中,A基因的频率大于a基因的频率
D.一个种群中,控制相对性状的等位基因的频率之和、基因型频率之和都为1
【解析】 种群中控制一对相对性状的各基因型频率改变,基因频率不一定改变,A项正确;色盲患者中男性数量大于女性,是因为男性X染色体上只要携带色盲基因就会患色盲,并不能说明男性群体中色盲基因的频率大于女性群体,B项错误;在不发生突变、自然选择、迁移等情况下,基因型为Aa的个体自交后代所形成的群体中,A基因的频率等于a基因的频率,C项错误;一个种群中,控制相对性状的等位基因的频率之和、基因型频率之和都为1,D项正确。
【答案】 AD
自然选择对种群基因频率变化的影响
某桦尺蛾种群中,黑色体色的基因为S,浅色体色的基因为s,抽样调查测得SS、Ss、ss的基因型频率为10%、20%、70%。桦尺蛾种群在树干变黑这一环境条件下,种群中浅色个体每年减少10%,黑色个体每年增加10%。第2年、第3年,该种群每年的基因频率是多少?根据基因型频率计算每年基因频率,将结果写在下表中。
计算项目
第1年
第2年
第3年
基因型频率
SS
10%
11.5%
13%
Ss
20%
22.9%
26%
ss
70%
65.6%
61%
基因频率
S
20%
______
________
s
80%
______
________
结论:自然选择会使种群基因频率发生________改变。
【答案】 23% 26% 77% 74% 定向
。
(2)自然选择的对象
①直接对象是生物的表型。
②间接对象是相关的基因型。
③根本对象是与表型相对应的基因。
(3)生物进化的实质:种群基因频率的改变。
(4)生物进化的方向:变异是不定向的,自然选择是定向的,定向的自然选择决定了生物进化的方向。
2.生物进化的实质是种群基因频率的定向改变。
(多选)桦尺蛾的体色受一对等位基因控制,其中黑色(S)对浅色(s)为显性。将某桦尺蛾种群分成两组,分别迁移到A、B两个区域,A地是煤炭工业重镇,B地是闭塞的山区,数年后抽样调查,结果如表所示。下列有关说法不正确的是( )
区域
SS(%)
Ss(%)
ss(%)
A
80
18
2
B
2
8
90
A.A地S基因的频率为89%,B地S基因的频率为6%
B.A地的大部分s基因突变为S基因,故S基因的频率升高
C.从上述材料得知生物进化的方向是由自然选择决定的
D.从上述材料得知生物进化的实质就是种群基因频率的变化
【解析】 由题干中的数据可知,A地种群内S基因的频率=[(80×2+18)/(80×2+18×2+2×2)]×100%=89%,s基因的频率=1-89%=11%;而B地种群内S基因的频率=[(2×2+8)/(100×2)]×100%=6%,s基因的频率=1-6%=94%。可见A地种群内控制黑色的S基因的频率较高,而B地种群内控制浅色的s基因的频率较高,这些不同与这两地种群的生活环境有关。A地种群生活在污染严重的环境中,而B地种群生活在基本未受污染的环境中。可见生物进化的实质是自然选择使种群的基因频率发生改变。
【答案】 B
【练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,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%
【解析】 种群1中,AA的基因型频率为80%×80%=64%,Aa的基因型频率为2×80%×20%=32%,aa的基因型频率为20%×20%=4%;种群2中,AA的基因型频率为60%×60%=36%,Aa的基因型频率为2×60%×40%=48%,aa的基因型频率为40%×40%=16%。两个非常大的种群合并后,AA的基因型频率为64%+36%,2=50%,Aa的基因型频率为32%+48%,2=40%,aa的基因型频率为4%+16%,2=10%,合并后的种群中,A基因的频率为50%+1,2×40%=70%,a基因的频率为30%。种群中的个体随机交配,下一代中Aa的基因型频率为2×70%×30%=42%。
【答案】 C
探究抗生素对细菌的选择作用
结合教材P115“探究抗生素对细菌的选择作用”,讨论解决下列问题。
1.在培养基上是否有细菌生长?在放有抗生素纸片的区域呢?
提示 在培养基上有细菌生长繁殖。在放有抗生素纸片的区域可能有细菌生长繁殖,也可能没有细菌生长繁殖。
2.连续培养几代后,抑菌圈的直径发生了什么变化?这说明抗生素对细菌产生了什么作用?
提示 连续培养几代后,抑菌圈的直径会变小,说明通过抗生素的选择作用,细菌中的耐药性个体越来越多。
3.在本实验的培养条件下,耐药菌所产生的变异是有利的还是有害的?你怎么理解变异是有利的还是有害的?
提示 细菌产生的耐药性变异有利于细菌的生存,属于有利变异。变异的有利与有害是根据环境而定的,例如细菌的耐热性变异。在较高温度环境下,耐热性变异有利于细菌生存,属于有利变异;但在较低温度环境下,耐热性变异不利于细菌生存,属于不利变异。在生物进化中,生物产生的有利变异是指有利于生物生存,适应环境的变异,而不是对人类有利的变异。
4.滥用抗生素的现象十分普遍,请举例说明滥用抗生素的危害。
提示 ①增强细菌抗药性:抗生素的滥用在一定程度上减弱抗生素的药效,甚至完全不起作用。②不良反应繁多:滥用抗生素导致大量不良反应产生。如抗生素中应用氯霉素时可引发再生障碍性贫血。③菌群失调:抗生素的长期大量滥用,使未被抑制的细菌类型迅速繁殖,造成菌群失调的情况,导致患者免疫力下降,病情加重或产生新的病变。
1.实验变量分析
自变量
有无抗生素
因变量
抗生素的抑菌能力(抑菌圈直径大小)
无关变量
温度、培养时间等
2.抑菌圈直径与抗药性的关系
抑菌圈的直径大小表明该种抗生素的杀菌能力,直径越大,杀菌能力越强。
检测细菌对各种抗生素的药敏程度实验方法如下。在固体培养基中培养着状态相同的某种细菌,将含有一定浓度的不同抗生素的滤纸片(大小相同)放置在不同固体培养基的表面,抗生素会向周围扩散,如果抑制该细菌生长,则在滤纸片周围出现抑菌圈(图1中里面的圈),结果如下图所示。
(1)衡量本实验结果的指标是________________。
(2)图1中抑制细菌最有效的是________培养皿中的抗生素。
(3)用上述最有效的抗生素对细菌进行处理,并测定细菌数量变化,如图2所示。
①向培养基中加抗生素的时刻为________点。
②细菌种群进化是定向的,而变异是________,细菌的抗药性产生于环境变化之________(填“前”“中”或“后”),抗生素对细菌变异的作用不是“诱导”,而是________。
③自然状态下,尽管有抗药性基因存在,但使用抗生素仍然能治疗由细菌引起的感染,原因在于细菌种群中_____________________________
【解析】 (1)本实验是研究抗生素抑制细菌生长的作用大小,可用抑菌圈的大小作为衡量指标。(2)通过抑菌圈的大小来确定杀菌能力,即抑菌圈越大,杀菌能力越强。(3)①抗生素会使细菌中不具有抗药性的个体大量死亡而数量下降,所以b点是使用抗生素的时刻。②变异是不定向的,而自然选择是定向的,细菌的抗药性在环境变化之前就已经产生了,环境是性状的选择者,而不是诱导者。③自然状态下,在细菌种群中,含有抗药性基因的个体只占极少数。
【答案】 (1)抑菌圈的大小
(2)B
(3)①b ②不定向的 前 选择 ③有抗药性基因的个体占极少数
【练3】 为探究两种抗生素对某细菌的抑菌效果,设计如下图所示实验方案,在无菌固体培养基表面上涂布被检测的细菌,放置甲、乙和丙三个圆形滤纸片(抗生素可在培养基扩散,滤纸片周围出现抑菌圈的大小能反映其抑菌效果),下列说法错误的是( )
A.抑菌最有效的是抗生素b
B.浸泡滤纸片的抗生素a、b浓度应相同
C.丙滤纸片起到对照作用
D.此方法可检测抗生素对病毒的抑制效果
【答案】 D
【解析】 分析题图可知,浸泡过抗生素b的滤纸片周围的抑菌圈最好,说明抗生素b的抑菌效果最好,A项正确;该实验中两种抗生素的浓度应相同,目的是保证单一变量,B项正确;浸泡过无菌水的丙组应为空白对照组,C项正确;抗生素可抑制细菌生长,但不能抑制病毒的繁殖,故不能检测对病毒的抑制效果,D项错误。故选D项。
1.随着科学发展,人们对生物进化的认识不断深入,形成了以自然选择学说为核心的现代生物进化理论。下列关于现代生物进化理论内容的相关叙述,合理的是________。
①环境通过选择个体的表型而使生物发生进化
②基因突变会导致基因频率的改变
③大肠杆菌可以通过基因重组而发生进化
④自然选择能定向改变种群的基因频率
⑤抗生素能诱导细菌发生基因突变产生抗药性,而使细菌发生进化
【答案】 ①②④
【解析】 环境无法识别生物的基因型,是通过选择表型来选择适应环境的个体的,①正确;基因突变会产生新的等位基因,从而使基因频率发生改变,②正确;基因重组只发生在有性生殖过程中,大肠杆菌不进行有性生殖,不能发生基因重组,③错误;自然选择能使基因频率发生定向改变,从而使种群发生定向进化,④正确;抗生素能选择具有抗药性的细菌,但不会诱导细菌基因突变,即环境选择变异而非诱导变异,⑤错误。
2.腕足类动物海豆芽,从4亿年前出现至今面貌基本没变,又没有灭绝,对此现象的合理解释是( )
A.自然选择对其不发生作用
B.海豆芽在漫长的年代中基因频率发生了较大变化
C.海豆芽很少变异,适应性强
D.海豆芽的生活环境基本没有改变
【解析】 自然选择决定了生物进化的方向,该生物的“面貌基本没变”,说明其生存环境基本没变,基因频率也基本没变,所以性状基本没变。
【答案】 D
3.某种有翅昆虫有时会出现残翅的突变类型,残翅昆虫在大陆上难以生存,但在常刮大风的海岛上,残翅昆虫在种群中的比例却上升。下列对该现象的有关叙述中,与现代生物进化理论观点不符的是( )
A.昆虫适应海岛环境而产生了残翅变异
B.海岛上残翅昆虫具有更多的生存繁殖机会
C.环境对昆虫的变异进行了定向选择
D.昆虫种群的基因频率发生了定向改变
【答案】 A
【解析】 海岛环境选择了残翅变异,而不是昆虫为适应环境主动产生残翅变异;海岛上残翅昆虫具有更多的生存繁殖机会;环境对昆虫的变异进行了定向选择;昆虫种群的基因频率发生了定向改变,导致生物进化。
4.下列哪项对种群的基因频率一定没有影响( )
A.随机交配 B.基因突变
C.自然选择 D.染色体变异
【答案】A
【解析】 基因突变、自然选择、染色体变异都有可能使种群基因频率发生变化,随机交配不影响种群基因频率的变化,故选A项。
5.在没有盗猎的自然环境下,非洲南部只有2%~4%的雌性象不会长牙。在1977~1992年,非洲南部的大象,因为象牙的暴利惨遭毒手。现在出生的雌性大象,有三分之一都没长象牙,而且就算是长了象牙,象牙也变小了,其中公象的小了五分之一,母象的小了三分之一。
(1)有人认为,为了防止人的猎杀,象群产生了小象牙甚至是无象牙的变异。这种观点对吗?请从进化和适应的角度分析原因是什么?
(2)请解释小象牙或无象牙逐渐增多的原因。
【解析】 种群是生物进化的基本单位,突变和基因重组为生物进化提供了原材料,自然选择决定生物进化的方向。
【答案】 (1)不对。象群会产生各种变异,人类猎杀导致长象牙的个体被捕杀,剩余小象牙或无象牙个体。
(2)经过变异和选择,小象牙或无象牙的性状,通过世代遗传被积累了下来。
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