6.3 种群基因组成的变化与物种的形成 学案 2024—2025学年高一下学期生物人教版必修2

6．3 种群基因组成的变化与物种的形成 【知识目标】 1．理解种群、种群基因库、基因频率等概念的内涵。 2．学会运用数学方法讨论种群基因频率的变化。 3．掌握基因频率与基因型频率相关计算。 【能力目标】 使学生掌握本节知识，并形成知识系统。 目标一：种群和种群基因库 【自主学习】 1．种群：生活在 的 生物 的集合叫做种群。例如，一片树林中的全部猕猴是一个 。一片草地上的所有蒲公英也是一个 。 　特点： 是生物进化的基本单位。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 遗传给后代。 2．基因库：一个种群中 个体所含有的 基因，叫作这个种群的基因库。 3．基因频率：在一个种群基因库中，某个基因占 的比值。 　计算：基因频率＝ ×100%。 【合作学习】 1．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，从种群中随机抽出100个个体，测知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。那么A和a的基因频率是多少？ 2．假设上述昆虫种群非常大，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，不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的，基因A和a都不产生突变，根据孟德尔的分离定律计算： （1）该种群产生的A配子和a配子的比率是多少？ 基因型频率=（该基因型个体数/该种群个体总数）×100% （2）子代基因型的频率各是多少？子代种群的基因频率各是多少？ （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？ （4）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种群的基因频率会发生变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？ 【典型例题】 例1．已知人眼的褐色(A)对蓝眼(a)是显性，在一个有300人的群体中，蓝眼的有36人，褐眼的有264人，其中杂合子个体有144人，那么，在这一个人群中A和a基因频率分别为（ ） A．0.64和0.36　　　　B．0.36和0.64　　　　C．0.50和0.50　　　　D．0.82和0.18 目标二：种群基因频率的变化 【自主学习】 1．基因突变产生 ，这就可以使 。 2．可遗传变异提供了 。 （1）可遗传变异来源于 、 、 ，其中 、 统称为突变。 （2）生物自发突变的 ，许多突变是有害的。 （3）变异的有害和有利不是 的，这往往取决于生物的 。 3．基因突变产生的 ，通过有性生殖过程中的 ，可以形成多种多样的基因型，从而使种群中出现多种多样可遗传的变异类型。 4．遗传漂变：是指小的群体中，由于不同基因型个体生育的子代个体数有所变动而导致基因频率的随机波动。群体中，不同基因型个体所生子女数目不尽相同，致使子代的等位基因数发生改变，在处于相对隔离状态的小群体中会产生基因频率的随机波动。 5．基因漂移：是指一个群体的遗传变异转移到另外一个群体的现象。基因漂移是生物种群间遗传多样性转移的重要机制。高水平基因漂移可降低两个群体间的遗传分化，增加同质性。在某些情况下，基因漂移可能导致一个物种或种群的基因库中增加新的遗传变异。许多因素可以影响不同群体之间的基因漂移速率，这些因素包括物种本身的特性（比如扩散移动性）、群体间的物理距离和群体大小等。因高度分离缺乏基因漂移的群体，易发生近亲繁殖。 【合作学习】 1．自然选择对种群基因频率变化的影响 英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蠖。在自然条件下，桦尺蠖的体色受一对等位基因S和s控制，黑色（S）对浅色（s）是显性。19世纪中叶以前，桦尺蠖种群中S基因的频率很低。随着英国工业的发展，桦尺蠖种群中S基因的频率提高了很多。 根据上述材料回答 （1）1850年以前，浅色桦尺蠖比例很高，黑色桦尺蠖比例很低，这表明稀有的黑色型是由浅色型通过________产生的。 （2）从1850年到1898年间，黑色桦尺蠖逐渐取代浅色桦尺蠖，这表明黑色基因（S）和浅色基因（s）的频率均发生_____________。 （3）1870年桦尺蠖的基因型频率SS10% ；Ss20%；ss70%，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%，以后的几年内，桦尺蠖种群每年的基因型频率与基因频率是多少呢？ 被污染的环境使得浅色桦尺蠖容易被鸟类捕食而处于选择劣势，黑色桦尺蠖由于具有保护色而处于选择优势。在 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 ；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 。因此，在 的作用下，种群的基因频率会发生 ，导致生物朝着一定的方向不断进化。 进化，又称演化，在生物学中是指种群里的遗传性状在世代之间的变化。所谓性状是指基因的表现，在繁殖过程中，基因会经复制并传递到子代，基因的突变可使性状改变，进而造成个体之间的遗传变异。新性状又会因物种迁徙或是物种间的水平基因转移，而随着基因在种群中传递。当这些遗传变异受到非随机的自然选择或随机的遗传漂变影响，在种群中变得较为普遍或不再稀有时，就表示发生了进化。 简略地说，进化的实质便是：种群基因频率的改变。 2．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，耐药菌有可能存活下来。 （1）目的要求：通过观察细菌在含有_________的培养基上的生长状况，探究抗生素对细菌的选择 （2）材料用具：经高温灭菌的牛肉膏蛋白胨液体培养基及固体培养基平板，细菌菌株（如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等），含有抗生素（如青霉素、卡那霉素等）的圆形滤纸片（以下简称“抗生素纸片”），不含抗生素的纸片，镊子，涂布器，无菌棉签，酒精灯，记号笔，直尺等。 （3）方法步骤： ①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。 ②取少量细菌的培养液，用_________的涂布器（或无菌棉签）均匀地涂抹在培养基平板上。 ③用无菌的镊子先夹取1张_________的纸片放在①号区域的中央，再分别夹取含有抗生素纸片各一张放在②~④号区域的中央，盖上皿盖。 ④将培养皿_________于37 ℃的恒温箱中培养12~16 h。 ⑤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。 ⑥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_________处理。 （4）结果和结论 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？ ②在连续培养几代后，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？ 讨论1．为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？ 2．你的数据是否支持“耐药菌是普遍存在的”这一说法？说说你的理由。 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？ 【典型例题】 例2．一种果蝇的突变体在21℃的气温下，生存能力很差，但是，当气温上升到25.5℃时，突变体的生存能力大大提高。这说明（ ） A． 突变是不定向的 B． 突变是随机发生的 C． 突变的有害或有利取决于环境条件 D． 环境条件的变化对突变体都是有害的 目标三：基因频率与基因型频率相关计算 【合作学习】 1．基因频率与基因型频率相关计算 （1）位于常染色体上或X、Y染色体同源区段上的基因频率的计算 ①已知各基因型个体的数量，求基因频率。此题型可用以下公式计算，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。显性基因频率＝________基因型频率＋杂合子基因型频率×1/2；隐性基因频率＝________基因型频率＋杂合子基因型频率×1/2。 ②位于性染色体上的基因频率的计算 （2）伴X染色体遗传（假设A、a位于X染色体与Y染色体的非同源区段上，用NXAXA、NXAXa、NXaXa、NXAY、NXaY分别表示相应基因型个体数） p=（2 NXAXA + NXAXa + NXAY）/ [（2 NXAXA +2 NXAXa + 2NXaXa）+（NXAY+NXaY）] q=（2 NXaXa + NXAXa + NXaY）/ [（2 NXAXA +2 NXAXa + 2NXaXa）+（NXAY+NXaY）] （p为___的基因频率，q为___的基因频率） 计算方法：准确运用男性基因型频率计算该地区X染色体上的基因频率红绿色盲为伴X染色体隐性遗传病，色盲基因b位于X染色体上。对男性（XY）而言，每个男性体细胞中只有一条X染色体，含有致病基因就为患者，不含则为正常个体，无________。若某地区男性中红绿色盲占x，则此地区Xb的基因频率也为x，此地区女性患红绿色盲的概率则为x2。 注意：因为只位于X染色体上的基因在雄性个体中成单存在，如红绿色盲基因，Y染色体上无其等位基因，所以雄性基因总数与雌性体内等位基因总数有差别，在确定种群等位基因及其总数时应分别考虑。 （3）用遗传平衡定律（哈代—温伯格定律）计算基因频率 当等位基因只有两个（A、a）时，设p表示________的基因频率，q表示a的________，则基因型AA的频率为________，Aa的频率为2pq，________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：______________。 注意：伴X染色体遗传病中，男性中患者的表型概率（色盲）＝相关基因型（XbY）的频率＝相关基因（b）的频率。 （4）自交、自由交配条件下基因频率和基因型频率的计算 ①自交是指基因型相同的个体交配，雌雄同株植物是指自花传粉。结果是杂合子基因型频率____，纯合子基因型频率____，在无选择的条件下，各基因频率不变。 ②自由交配是指种群内不同基因型的个体间相互交配。在无选择的条件下，基因频率、基因型频率均____________，相关计算可按哈代一温伯格（遗传平衡）定律进行。 ③只要种群的基因频率不变，种群就未发生进化。 【典型例题】 例3．对某人群中的血友病进行调查后发现，基因型XHXH的比例为42.32%，基因型XHXh的比例为7.36%，基因型XhXh的比例为0.32%，基因型XHY的比例为46%，基因型XhY的比例为4%．则该人群中XH和Xh的基因频率分别为（ ） A. 6%、8% B． 8%、92% C． 78%、92% D． 92%、8% 读书不觉已春深，一寸光阴一寸金。第 1 页 共 3 页 学科网（北京）股份有限公司 $