6.3.1种群基因组成的变化与物种的形成学案-2025-2026学年高一下学期生物人教版必修2

湖 第六章生物的进化 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 一、学习目标 1.举例说明种群、基因库、基因频率的概念，学会用数学方法讨论基因频率的变化 2.概述突变和基因重组是生物进化的原材料 3.探究自然选择对种群基因频率的影响，理解自然选择决定生物的进化方向 二、学习重难点 1.学习重点：①种群、基因库、基因频率的概念 ②学会用数学方法讨论基因频率的变化 2.学习难点：①学会用数学方法讨论基因频率的变化 ②自然选择对种群基因频率的影响 三、教学过程 一、问题导入：（2min） 根据课本P110问题探讨“先有鸡还是先有蛋”引入问题探讨中忽视的生物进化是以种群为单位而不是以个体为单位的重要观点。然后回顾一下什么是种群？ 知识点一：种群和种群基因库（10min） 1. 种群 （1)种群的概念：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。 （2)对种群概念的理解 ①三个要素：“一定区域”“同种”和“全部”。 ②两个条件：“时间”和“空间”，即种群具有一定的时空限制，离开一定的空间和时间的种群是不存在的。 ③两个基本单位：“种群是生物繁殖的基本单位”和“种群是生物进化的基本单位”。 （3)实例分析 ①一片树林中的全部猴，不是一个种群，因为全部猴不是同种生物。 ②甲地树林中的猕猴和乙地树林中的猕猴，不是一个种群，因为甲地和乙地不是同一区域。 ③一片树林中所有幼年猕猴，不是一个种群，因为幼年猕猴不是同种生物的全部个体。 ④培养皿中的一个大肠杆菌，是一个种群。 练习1：下列关于种群的叙述，正确的是（ ） A.一个森林中的全部蛇是一个种群 B.黄山和华山的黄松是一个种群 C.种群是生物进化的基本单位 D.种群内的雌雄个体间不能相互交配完成生殖过程 2.基因库 （1）概念：一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫作这个种群的基因库。 （2）特点： ①每个种群都有自己的基因库。②种群中每个个体所含的基因,只是种群基因库的一个 ③个体携带的基因随着个体的死亡而从基因库中消失,随着繁殖把自身的一部分基因传给后代,通过突变使新基因进入基因库,所以基因库在代代相传的过程中保持和发展。 名师提醒 每个个体所含有的基因只是种群基因库中的一个组成部分，种群中的个体一代代地死亡，但基因库却代代相传，并在传递过程中得以保持和发展。 练习2：下列有关种群基因库的叙述，错误的是（ ） A.一个种群的基因库包括这个种群中全部个体所含有的全部基因 B.种群中每个个体都含有种群基因库的全部基因 C.生物的个体总是要死亡的，但是基因库却因种群个体的繁殖而代代相传 D.基因突变可以改变基因库的组成 3.基因频率 （1)基因频率的概念： 在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值。例如：A%(A的基因频率)＝×100%。 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＝显性纯合子基因型频率＋1/2杂合子基因型频率; 隐性基因频率＝隐性纯合子基因型频率＋1/2杂合子基因型频率. 即一对等位基因中某基因的频率＝该基因纯合子的基因型频率＋1/2杂合子的基因型频率 （2)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，无携带者。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。 教材延伸： 遗传平衡定律（哈代－温伯格定律） （1)使用条件： ①种群个体数量足够多；②所有的雌雄个体间都能自由交配并产生可育后代；③没有迁入和迁出； ④不同表型的个体生存和繁殖的机会是均等的；⑤基因A和a都不发生突变。 （2)实质与性质： 同时满足上述5个条件的种群，处于遗传平衡状态，其种群基因频率和基因型频率将世代保持不变。 （3)数学表达式： 设A的基因频率为p,a的基因频率为q,且p+q=1,则AA的基因型频率＝p2,aa的基因型频率＝q2,Aa的基因型频率＝2pq,且p2+2pq+q2=1. 即： A．任何一个位点全部基因频率之和等于1，即p＋q＝1。 B．在某群体中，某一基因型在所有个体中所占的比例为基因型频率，各基因型频率之和也等于1，即p2＋2pq＋q2＝1。 C．某基因型频率等于该基因型各个基因频率之积，具体见下表： 雌配子 雄配子 A(p) a(q) A(p) AA(p2) Aa(pq) A(q) Aa(pq) aa(q2) 即：AA%＝p2，Aa%＝2pq，aa%＝q2。 练习3：(安徽高考）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，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% 练习4. 蜗牛的有条纹（A)对无条纹（a)为显性。在一个地区的蜗牛种群内，有条纹（AA)个体占55%,无条纹（aa)个体占15%,若蜗牛个体间进行自由交配得到F1,则进行自由交配前种群中A基因的频率和F1中Aa基因型的频率分别是（ ） A.30%,21% B.30%,42% C.70%,21% D.70%,42% 练习5.对某人群中的血友病(假设相关基因为H、h)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% 知识点二：种群基因频率的变化（10min） 1.可遗传的变异的来源 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.可遗传的变异的形成 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，从而使种群中出现多种多样可遗传的变异类型。 3.可遗传的变异的特点： 突变和重组都是随机的、不定向的。 4.可遗传的变异的作用： 只是提供生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。 5.可遗传的变异的利害性 变异的有利和有害是相对的，是由生物的生存环境决定的。同样的变异在不同的生存环境中可能有利，也可能有害。 例如： 名师提醒： （1)生物进化是以种群为单位的，而不是以个体或物种为单位的。因为同一物种的不同种群可能分布在不同地域，而使个体间不能进行基因交流。 （2)突变包括基因突变和染色体变异两种，并非仅指基因突变。 （3)染色体片段的缺失、重复和染色体数目变异能造成基因数目的变化，所以能引起种群基因频率的变化。 （4)染色体片段的易位和倒位只改变了基因在染色体上的排列顺序，不改变基因的种类和比例，所以不会直接引起基因频率的变化。 （5）突变的频率虽然很低，但一个种群往往由许多个体组成，而且每一个个体中的每一个细胞都含有成千上万个基因，所以在种群中每一代都会产生大量的突变。 练习4：下列关于种群基因频率的叙述，错误的是（ ） A.基因频率是指某种基因占全部等位基因数的比值 B.基因频率越大，突变率越高 C.基因突变、基因重组和自然选择会造成基因频率的改变 D.自然选择会使原来同一种群的基因频率向着不同的方向发展 知识点三：自然选择对种群基因频率变化的影响（10min） 1.探究自然选择对种群基因频率变化的影响 （1)提出问题——桦尺蛾种群中s基因的频率为什么越来越低呢？ （2)作出假设——自然选择使桦尺蛾种群的基因频率发生定向改变。 （3)讨论探究思路——创设数字化情境引导学生通过数学方法探究并验证假设。 （4)制订并实施探究方案 ①创设数字化的问题情境：假设1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为SS 10%,Ss 20%,ss 70%,S基因的频率为20%.树干变黑不利于浅色桦尺蛾的生存，使得种群中浅色（ss)个体每年减少10%,黑色（SS和Ss)个体每年增加10%. （5)改变环境，重新计算 将环境的作用的大小进行调整，比如将浅色个体每年减少的数量百分比调为20%,重新计算种群基因型频率和基因频率，与（4)中所得的数据进行比较。 （6)分析结果，得出结论 自然选择可以定向改变种群的基因频率，且环境的选择作用越大，改变的幅度也越大。 2．理解“自然选择”的含义 (1)选择的对象： ①表面对象：生物的变异性状。②实质对象：控制性状的基因。 (2) 选择的结果： ①从生物性状上看，生物朝着一定的方向进化，形成生物的适应性； ②从实质上看，种群基因频率发生改变。 3.生物进化的实质：种群基因频率发生改变 4．自然选择决定生物进化的方向 不利变异（基因）―→淘汰 自然选择 不定向变异――――――→ 多次选择和积 种群的基 通过生存斗争实现 有利变异（基因）――――――→因频率定向改变―→生物定向进化 累，通过遗传 5．进化中的“定向”与“不定向” （1）变异是不定向的。 （2）自然选择是定向的。 （3）种群基因频率的变化是定向的。 （4）生物进化是定向的。 定向的自然选择决定了生物进化的方向。 名师提醒：基因频率与生物进化的关系： 基因频率是否改变是判断生物是否进化的有效依据。只要基因频率改变，生物就进化；只要生物进化，基因频率一定改变。若基因频率不变，生物就没有进化。 练习5：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（ ） 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 知识点四：探究抗生素对细菌的选择作用（10min） 探究抗生素对细菌的选择作用 1.实验原理 （1)一般情况下，一定浓度的抗生素能杀死细菌，但变异的细菌可能产生耐药性。 （2)在实验室连续培养细菌时，如果向培养基中添加抗生素，耐药菌有可能活下来。 3.实验结果 与区域①相比，区域②③④纸片周围会出现抑菌圈；②③④区域抑菌圈的平均直径逐代越来越小。 4.实验结论 （1)细菌耐药性的出现是发生了可遗传的变异；（2)抗生素的选择作用导致耐药菌比例逐代升高。 名师提醒 （1)抗生素不是诱变因子，因此细菌耐药性变异的产生与抗生素无关。 （2)细菌产生耐药性变异的过程属于基因突变，而基因突变具有不定向性。 （3)滤纸片上的抗生素杀死了其周围的细菌，使其不能形成菌落而出现抑菌圈。 练习6：（不定项选择）利用“抗生素纸片扩散法”观察某细菌在含有抗生素的培养基上的生长状况，可探究抗生素对细菌的选择作用。下列关于该实验的说法错误的是（ ） A.实验中应将不含抗生素的纸片和抗生素纸片分别放置在培养基的不同区域 B.实验结果显示在抗生素纸片的区域出现抑菌圈，不能说明细菌本身存在变异 C.从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌继续培养，连续选择几代后抑菌圈的直径会变大 D.在本实验条件下，细菌的耐药性变异是有利变异 背诵内容 1.种群 （1)种群的概念：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。 （2)对种群概念的理解 ①三个要素：“一定区域”“同种”和“全部”。 ②两个条件：“时间”和“空间”，即种群具有一定的时空限制，离开一定的空间和时间的种群是不存在的。 ③两个基本单位：“种群是生物繁殖的基本单位”和“种群是生物进化的基本单位”。 2.基因库 （1）概念：一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫作这个种群的基因库。 （2）特点： ①每个种群都有自己的基因库。②种群中每个个体所含的基因,只是种群基因库的一个 ③个体携带的基因随着个体的死亡而从基因库中消失,随着繁殖把自身的一部分基因传给后代,通过突变使新基因进入基因库,所以基因库在代代相传的过程中保持和发展。 名师提醒 每个个体所含有的基因只是种群基因库中的一个组成部分，种群中的个体一代代地死亡，但基因库却代代相传，并在传递过程中得以保持和发展。 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＝显性纯合子基因型频率＋1/2杂合子基因型频率; 隐性基因频率＝隐性纯合子基因型频率＋1/2杂合子基因型频率. 即一对等位基因中某基因的频率＝该基因纯合子的基因型频率＋1/2杂合子的基因型频率 遗传平衡定律（哈代－温伯格定律） （1)使用条件：①种群个体数量足够多；②所有的雌雄个体间都能自由交配并产生可育后代；③没有迁入和迁出；④不同表型的个体生存和繁殖的机会是均等的；⑤基因A和a都不发生突变。 （2)实质与性质：同时满足上述5个条件的种群，处于遗传平衡状态，其种群基因频率和基因型频率将世代保持不变。 （3)数学表达式： 设A的基因频率为p,a的基因频率为q,且p+q=1,则AA的基因型频率＝p2,aa的基因型频率＝q2,Aa的基因型频率＝2pq,且p2+2pq+q2=1. 1.可遗传的变异的来源 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.可遗传的变异的形成 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，从而使种群中出现多种多样可遗传的变异类型。 3.可遗传的变异的特点：突变和重组都是随机的、不定向的。 4.可遗传的变异的作用：只是提供生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。 5.可遗传的变异的利害性 变异的有利和有害是相对的，是由生物的生存环境决定的。同样的变异在不同的生存环境中可能有利，也可能有害 2．理解“自然选择”的含义 (1)选择的对象：①表面对象：生物的变异性状。②实质对象：控制性状的基因。 (2)选择的结果：①从生物性状上看，生物朝着一定的方向进化，形成生物的适应性； ②从实质上看，种群基因频率发生改变。 3.生物进化的实质：种群基因频率发生改变 4．自然选择决定生物进化的方向 不利变异（基因）―→淘汰 自然选择 不定向变异――――――→ 多次选择和积 种群的基 通过生存斗争实现 有利变异（基因）――――――→因频率定向改变―→生物定向进化 累，通过遗传 5．进化中的“定向”与“不定向” （1）变异是不定向的。 （2）自然选择是定向的。 （3）种群基因频率的变化是定向的。 （4）生物进化是定向的。 定向的自然选择决定了生物进化的方向。 第 一 页 共 5 页 学科网（北京）股份有限公司 $