6.3种群基因组成的变化与物种的形成（第1课时）（导学案）生物人教版必修2

该高中生物学导学案聚焦种群基因组成变化与物种形成，涵盖种群、基因库、基因频率等核心概念，通过填空梳理基础，结合实验探究（如基因频率计算、桦尺蛾案例分析）搭建学习支架，衔接遗传变异与进化理论，引导学生逐步深入。 此导学案以小组合作讨论和数学建模（如基因频率计算表格）为特色，通过案例分析与多样习题（如小鼠体色、底鳉基因频率）培养学生科学思维和探究实践能力，强化进化与适应的生命观念，助力学生理解生物进化实质，提升解决实际问题的能力。

6.3　种群基因组成的变化与物种的形成（导学案） 1.阐明种群、基因库、基因频率的概念及基因频率的计算方法 2.理解遗传平衡定律及其成立条件 3.说明突变和基因重组为进化提供原材料，自然选择使种群基因频率定向改变 4.说出生物进化的实质是种群基因频率的定向改变 5.通过桦尺蛾案例分析，认同自然选择决定生物进化的方向 【学习重点】 1.种群、基因库、基因频率的概念； 2.自然选择对种群基因频率的影响；生物进化的实质。 【学习难点】 1.基因频率的计算； 2.遗传平衡定律的理解； 3.自然选择如何定向改变基因频率。 1. 种群是指生活在 的 的 的集合。种群是生物进化的 。 2. 一个种群中 所含有的 ，叫作这个种群的 。 3. 基因频率是指在一个种群基因库中， 占 的比值。对于 上一对等位基因，基因频率＝纯合子频率＋1/2杂合子频率。 4. 哈代—温伯格定律（遗传平衡定律）的五个条件： ； ； ； ； 。 5. 可遗传的变异来源于 、 和 ，其中 （基因突变和染色体变异）和 为进化提供原材料。 6. 突变的有害和有利取决于生物的 ，而不是绝对的。 7. 在自然选择的作用下，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。生物进化的实质是 。 8. 桦尺蛾黑化现象中，树干变黑使浅色个体容易被天敌捕食，导致 频率下降， 频率上升。 实验探究→ 一、种群和种群基因库 阅读课本p111，小组合作完成任务。 【讨论】1.什么叫做种群及其实例？ 【讨论】2.什么叫做种群基因库？ 【讨论】3.什么叫做基因频率及其计算公式？ 【讨论】4. 阅读课本思考·讨论: 用数学方法讨论基因频率的变化，完成表格: 亲代基因型的频率 AA（30%） Aa（60%） aa（10%） 亲代基因的比率 A（ ） A( ) a( ) a( ) 子一代基因型频率 AA（ ） Aa( ) aa( ) 子一代基因频率 A（ ） a( ) 子二代基因型频率 AA（ ） Aa( ) aa( ) 子二代基因频率 A（ ） a( ) 实验探究→二、种群基因频率的变化 阅读课本p112， 小组合作完成任务。 【讨论】1.种群基因频率发生改变的条件为？ 【讨论】2.可遗传变异包括？ 【讨论】3.生物自发突变的频率很低，而且许多突变是有害的，那么，它为什么还能够作为生物进化的原材料呢？ 【讨论】4.突变的有害和有利主要取决于什么因素？并举例说明 实验探究→三、自然选择对种群基因频率变化的影响 阅读课本p113， 小组合作完成任务。 阅读课本探究·实践 探究自然选择对种群基因频率变化的影响完成讨论1和2 【讨论】1.树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率吗？为什么？ 【讨论】2.在自然选择过程中，直接受选择的是基因型还是表型？为什么？ 【讨论】3.生物进化的实质为？ 1．外显率是指特定环境条件下，群体中某一基因型个体表现出相应表型的百分率。小鼠的体色由一对等位基因A、a控制，已知某种基因型的个体无法存活，基因型为aa的小鼠外显率为75%，即75%表现为黄色，其余25%表现为灰色。两只灰色小鼠杂交，F1的表型为灰色：黄色=3∶1，F1随机交配得到F2。下列叙述正确的是（    ） A．亲本小鼠基因型组合有三种可能 B．F1中A基因频率为50% C．F2中灰色：黄色=5∶3 D．该种群a基因频率将会逐代降低 2．北大西洋西海岸的加拿大底鳉是一种小型鱼类，其体内线粒体中与细胞呼吸有关的乳酸脱氢酶基因LDH-B有多种等位基因，其中等位基因LDH-Bb出现的比例随温度和纬度的关系如图所示。下列分析错误的是（　　） A．随着水温环境的改变，加拿大底鳉的等位基因LDH-Bb频率会发生定向改变 B．推测等位基因LDH-Bb可能与低温下供能有关，能使加拿大底鳉更好地游动 C．基因LDH-B的多种等位基因是基因突变的结果，体现了基因突变的随机性 D．多种等位基因的产生丰富了自然选择的素材，为生物进化提供了原材料 3．某植物种群中，AA个体占16%，aa个体占36%。该种群个体自交产生的后代中，AA基因型频率、A基因频率的变化依次是（　　） A．增加、增加 B．不变、增加 C．不变、不变 D．增加、不变 4．遗传漂变是一种由群体较小和偶然事件而造成基因频率随机波动的现象。下图表示种群数量（N）分别是25、250、2500的种群中A基因频率的变化。下列说法错误的是（　　） A．突变、遗传漂变、迁移都会影响图中种群的A基因频率 B．遗传漂变在小种群中对进化的影响更明显，大种群中影响微弱 C．某种群因干旱导致部分个体死亡，耐旱基因频率升高，属于遗传漂变 D．若群体随机交配至150代，则N为2500的群体中Aa基因型频率为0.5 5．现代生物都是由共同祖先进化而来的，物种的进化体现在种群基因频率的改变。下列不能引起基因频率改变的因素是（    ） A．自然选择 B．自交 C．基因突变 D．遗传漂变 6．某昆虫在一年中可繁殖多代，其体色绿色（G）对黄色（g）为显性，若体色与环境差异大则易被天敌捕食。分别在春季和秋季调查该昆虫的基因频率和基因型频率，并调查其成虫体色的表现型比例（某种体色个体数/成虫总数）。下列叙述错误的是（　　） A．绿色的表现型比例春季高于秋季 B．秋季gg的基因型频率高于春季 C．春季G的基因频率小于秋季 D．秋季g的基因频率高于春季 7．β-半乳糖苷酶是大肠杆菌利用乳糖的关键酶。现有β-半乳糖苷酶活性降低突变体m1和活性增强突变体m2。下列叙述正确的是（　　） A．乳糖环境诱导m1和m2的产生 B．大肠杆菌的进化方向是由m2决定的 C．在乳糖环境中，突变体m2是有利的 D．产生m1和m2说明进化中基因频率的改变是不定向的 8．果蝇的直毛和分叉毛分别受A和a基因控制，长翅和残翅分别受B和b基因控制。将纯合直毛长翅果蝇与分叉毛残翅果蝇杂交，产生的后代记为第0代。将它们放置在合适的容器中培养，容器内顶盖上悬挂装有食物的培养瓶（残翅个体难以进入取食），连续培养多代，雌雄个体间随机交配。计算每一代a、b的基因频率，结果如下图所示。下列相关叙述错误的是（　　） A．控制直毛、分叉毛的基因和控制长翅、残翅的基因独立遗传 B．从第1代到第7代容器内果蝇种群的基因库发生了变化 C．食物对不同果蝇的选择导致各代果蝇中a、b基因频率的变化不同 D．同样条件下继续培养，当某一代中果蝇无残翅个体出现时，b基因频率为0 1. 遗传漂变：由于小种群中偶然事件导致的基因频率随机波动。种群越小，漂变影响越大。 2. 自然选择的类型：定向选择（如桦尺蛾）、稳定选择（淘汰极端类型）、分裂选择（淘汰中间类型）。 3. 思考：为什么说“生物进化的基本单位是种群而不是个体”？ / 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（导学案） 1.阐明种群、基因库、基因频率的概念及基因频率的计算方法 2.理解遗传平衡定律及其成立条件 3.说明突变和基因重组为进化提供原材料，自然选择使种群基因频率定向改变 4.说出生物进化的实质是种群基因频率的定向改变 5.通过桦尺蛾案例分析，认同自然选择决定生物进化的方向 【学习重点】 1.种群、基因库、基因频率的概念； 2.自然选择对种群基因频率的影响；生物进化的实质。 【学习难点】 1.基因频率的计算； 2.遗传平衡定律的理解； 3.自然选择如何定向改变基因频率。 1. 种群是指生活在一定区域的同种生物的全部个体的集合。种群是生物进化的基本单位。 2. 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。 3. 基因频率是指在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值。对于常染色体上一对等位基因，基因频率＝纯合子频率＋1/2杂合子频率。 4. 哈代—温伯格定律（遗传平衡定律）的五个条件：种群非常大；自由交配；没有迁入和迁出；没有自然选择；没有突变。 5. 可遗传的变异来源于基因突变、基因重组和染色体变异，其中突变（基因突变和染色体变异）和基因重组为进化提供原材料。 6. 突变的有害和有利取决于生物的生存环境，而不是绝对的。 7. 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。生物进化的实质是种群基因频率的定向改变。 8. 桦尺蛾黑化现象中，树干变黑使浅色个体容易被天敌捕食，导致s基因频率下降，S基因频率上升。 实验探究→ 一、种群和种群基因库 阅读课本p111，小组合作完成任务。 【讨论】1.什么叫做种群及其实例？ 概念:生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。 实例:一片树林中的全部猕猴；一片草地上的所有蒲公英 【讨论】2.什么叫做种群基因库及其决定因素？ 概念:一个种群中全部个体所含有的全部基因。 决定因素:基因库大小与种群中基因总数呈正相关，与基因种类无关。 【讨论】3.什么叫做基因频率及其计算公式？ 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 计算公式: 【讨论】4. 阅读课本思考·讨论: 用数学方法讨论基因频率的变化，完成表格: 实验探究→二、种群基因频率的变化 阅读课本p112， 小组合作完成任务。 【讨论】1.种群基因频率发生改变的条件为？ 基因突变产生新的等位基因，这就可以使种群的基因频率发生变化。 【讨论】2.可遗传变异包括？ 可遗传的变异来源:①基因重组;②基因突变;③染色体变异 【讨论】3.生物自发突变的频率很低，而且许多突变是有害的，那么，它为什么还能够作为生物进化的原材料呢？ 原因: ➡种群是由许多个体组成的，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，这样，每一代就会产生大量的突变。 【讨论】4.突变的有害和有利主要取决于什么因素？并举例说明 突变的有害和有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。 实例: 有翅的昆虫中有时会出现残翅和无翅的突变类型，这类昆虫在正常情况下很难生存下去。但是在经常刮大风的海岛上，这类昆虫却因为不能飞行而避免了被海风吹到海里淹死。 实验探究→三、自然选择对种群基因频率变化的影响 阅读课本p113， 小组合作完成任务。 阅读课本探究·实践 探究自然选择对种群基因频率变化的影响完成讨论1和2 【讨论】1.树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率吗？为什么？ 会。因为树干变黑后，浅色个体容易被发现，被捕食的概率增加，许多浅色个体可能在没有交配，产卵前就已被天敌捕食，导致其个体数减少，影响出生率。 【讨论】2.在自然选择过程中，直接受选择的是基因型还是表型？为什么？ 直接受选择的是表型(体色)，而不是基因型，基因型并不能在自然选择中起直接作用，因为天敌在捕食桦尺蛾时，看到的是桦尺蛾的体色而不是控制体色的基因。 【讨论】3.生物进化的实质为？ 生物进化的实质：种群基因频率在自然选择作用下的定向改变。 1．外显率是指特定环境条件下，群体中某一基因型个体表现出相应表型的百分率。小鼠的体色由一对等位基因A、a控制，已知某种基因型的个体无法存活，基因型为aa的小鼠外显率为75%，即75%表现为黄色，其余25%表现为灰色。两只灰色小鼠杂交，F1的表型为灰色：黄色=3∶1，F1随机交配得到F2。下列叙述正确的是（    ） A．亲本小鼠基因型组合有三种可能 B．F1中A基因频率为50% C．F2中灰色：黄色=5∶3 D．该种群a基因频率将会逐代降低 【答案】C 【详解】A、根据题意，只有基因型为aa的个体可出现黄色，且已知某基因型致死。两只灰色小鼠杂交，F1​表型比为灰色：黄色=3：1，可推出：A对a显性，AA纯合致死，Aa均表现为灰色，aa中75%为黄色、25%为灰色，亲本基因型只能为Aa×Aa，A错误； B、F1​中AA致死，存活个体基因型及比例为Aa：aa=2：1，A的基因频率=2/（2×2+1×2）​=1/3​≈33.3%，不是50%，B错误； C、F1配子中A频率为1/3，a频率为2/3，随机交配后后代原基因型比例为AA：Aa：aa=1：4：4，AA致死，存活个体Aa：aa=1：1；Aa全为灰色，aa中25%表现为灰色、75%表现为黄色，因此灰色：黄色=（1+1×25%）：（1×75%）=5：3，C正确； D、AA纯合致死导致A基因无法通过AA个体传递，A基因频率逐代降低，a基因频率逐代升高，D错误。 2．北大西洋西海岸的加拿大底鳉是一种小型鱼类，其体内线粒体中与细胞呼吸有关的乳酸脱氢酶基因LDH-B有多种等位基因，其中等位基因LDH-Bb出现的比例随温度和纬度的关系如图所示。下列分析错误的是（　　） A．随着水温环境的改变，加拿大底鳉的等位基因LDH-Bb频率会发生定向改变 B．推测等位基因LDH-Bb可能与低温下供能有关，能使加拿大底鳉更好地游动 C．基因LDH-B的多种等位基因是基因突变的结果，体现了基因突变的随机性 D．多种等位基因的产生丰富了自然选择的素材，为生物进化提供了原材料 【答案】C 【详解】A、从图中可见，纬度越高（水温越低），等位基因LDH-Bb出现比例越高；纬度越低（水温越高），其比例越低。说明水温环境改变时，该等位基因频率会定向改变，A正确； B、LDH-Bb在低温环境中比例高，而乳酸脱氢酶与细胞呼吸有关，推测该基因可能帮助鱼类在低温下更好供能、维持游动，B正确； C、基因LDH-B的多种等位基因是基因突变的结果，体现的是基因突变的不定向性，C错误； D、基因突变产生的多种等位基因属于可遗传变异，是自然选择的素材，为生物进化提供原材料，D正确。 3．某植物种群中，AA个体占16%，aa个体占36%。该种群个体自交产生的后代中，AA基因型频率、A基因频率的变化依次是（　　） A．增加、增加 B．不变、增加 C．不变、不变 D．增加、不变 【答案】D 【详解】已知某植物种群中，AA个体占16%，aa个体占36%，则Aa个体占比为1-16% -36%= 48%。先计算初始种群中A基因频率=AA基因型频率+1/2Aa基因型频率，即16%+1/2×48% = 16% + 24% =40%。分析自交后AA基因型频率的变化，AA个体自交后代全部是AA，Aa个体自交后代中AA占1/4，aa个体自交后代全部是aa。设种群个体总数为100个，则AA个体有16个，自交后代AA有16个；Aa个体有48个，自交后代AA有48×1/4=12个；aa个体有36个，自交后代aa有36个。 自交后AA基因型频率为（16+12）/100=28%，相比初始的16%，AA基因型频率增加。自交过程中没有发生自然选择等会改变基因频率的因素，A基因在自交后代中的频率不变，仍为40%，D正确，ABC错误。 4．遗传漂变是一种由群体较小和偶然事件而造成基因频率随机波动的现象。下图表示种群数量（N）分别是25、250、2500的种群中A基因频率的变化。下列说法错误的是（　　） A．突变、遗传漂变、迁移都会影响图中种群的A基因频率 B．遗传漂变在小种群中对进化的影响更明显，大种群中影响微弱 C．某种群因干旱导致部分个体死亡，耐旱基因频率升高，属于遗传漂变 D．若群体随机交配至150代，则N为2500的群体中Aa基因型频率为0.5 【答案】C 【详解】A、突变会产生新的等位基因，从而直接改变基因频率；遗传漂变会导致基因频率随机波动；迁移会使不同种群之间的基因交流，也会影响种群的基因频率，所以突变、遗传漂变、迁移都会影响图中种群的A基因频率，A正确； B、据图可知，种群数量N=25时，A基因频率的波动明显；而种群数量N=2500时，A基因频率相对稳定，这表明遗传漂变在小种群中对进化的影响更明显，大种群中影响微弱，B正确； C、种群因干旱导致部分个体死亡，耐旱基因频率升高，这是自然选择的结果，自然选择是定向的，不是偶然事件导致的随机波动，所以不属于遗传漂变，C错误； D、据图可知，当第150代，N为2500的群体中，A的基因频率为50%，a的基因频率为50%，所以Aa基因型频率2×50%×50%=50%，即0.5，D正确。 5．现代生物都是由共同祖先进化而来的，物种的进化体现在种群基因频率的改变。下列不能引起基因频率改变的因素是（    ） A．自然选择 B．自交 C．基因突变 D．遗传漂变 【答案】B 【详解】A、自然选择是指生物在面临生存压力时，具有更适应环境特征的个体更容易生存和繁殖后代，而不适应的个体则被淘汰。在这个过程中，适应环境的基因会有更多机会传递给下一代，导致种群中相应基因的频率增加；不适应环境的基因频率则会降低。所以自然选择会引起基因频率的改变，A错误； B、自交是指具有相同基因型的个体之间交配。在一个没有其他因素（如自然选择、基因突变、迁入迁出等）干扰的理想群体中，自交只是基因型的分离和组合，不会改变基因本身，也不会改变种群中基因的频率，B正确； C、基因突变是指DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变。基因突变会产生新的等位基因，从而改变种群的基因库，导致基因频率发生变化。所以基因突变可以引起基因频率的改变，C错误； D、遗传漂变是指由于偶然因素（如小种群中某些个体的意外死亡或繁殖差异等）导致种群基因频率发生随机改变的现象。在小种群中，遗传漂变的影响更为明显，它可以使某些基因频率在种群中随机上升或下降。因此，遗传漂变能引起基因频率的改变，D错误。 6．某昆虫在一年中可繁殖多代，其体色绿色（G）对黄色（g）为显性，若体色与环境差异大则易被天敌捕食。分别在春季和秋季调查该昆虫的基因频率和基因型频率，并调查其成虫体色的表现型比例（某种体色个体数/成虫总数）。下列叙述错误的是（　　） A．绿色的表现型比例春季高于秋季 B．秋季gg的基因型频率高于春季 C．春季G的基因频率小于秋季 D．秋季g的基因频率高于春季 【答案】C 【详解】A、春季环境以绿色为主，绿色（G_）个体与环境颜色相近，不易被天敌捕食，存活比例高；秋季环境偏黄色，绿色个体易被捕食，因此绿色表现型比例春季高于秋季，A正确； B、秋季黄色（gg）个体与环境颜色相近，生存优势大，存活比例高，春季黄色个体易被捕食，存活比例低，因此秋季gg的基因型频率高于春季，B正确； C、春季绿色个体生存优势大，种群中G的基因频率更高；秋季绿色个体被大量捕食，G的基因频率降低，因此春季G的基因频率大于秋季，C错误； D、秋季黄色个体生存优势大，gg基因型频率高，因此g的基因频率高于春季，D正确。 7．β-半乳糖苷酶是大肠杆菌利用乳糖的关键酶。现有β-半乳糖苷酶活性降低突变体m1和活性增强突变体m2。下列叙述正确的是（　　） A．乳糖环境诱导m1和m2的产生 B．大肠杆菌的进化方向是由m2决定的 C．在乳糖环境中，突变体m2是有利的 D．产生m1和m2说明进化中基因频率的改变是不定向的 【答案】C 【详解】A、基因突变具有随机性和不定向性，乳糖环境仅起到选择作用，不能定向诱导突变体产生，A错误； B、生物进化的方向由自然选择决定，突变仅能为进化提供原材料，不能决定进化方向，B错误； C、变异的有利性取决于是否适应生存环境，乳糖环境中，m2的β-半乳糖苷酶活性增强，更利于大肠杆菌利用乳糖存活，属于有利变异，C正确； D、进化的实质是种群基因频率的定向改变，基因突变是不定向的，但自然选择会使种群基因频率发生定向改变，D错误。 8．果蝇的直毛和分叉毛分别受A和a基因控制，长翅和残翅分别受B和b基因控制。将纯合直毛长翅果蝇与分叉毛残翅果蝇杂交，产生的后代记为第0代。将它们放置在合适的容器中培养，容器内顶盖上悬挂装有食物的培养瓶（残翅个体难以进入取食），连续培养多代，雌雄个体间随机交配。计算每一代a、b的基因频率，结果如下图所示。下列相关叙述错误的是（　　） A．控制直毛、分叉毛的基因和控制长翅、残翅的基因独立遗传 B．从第1代到第7代容器内果蝇种群的基因库发生了变化 C．食物对不同果蝇的选择导致各代果蝇中a、b基因频率的变化不同 D．同样条件下继续培养，当某一代中果蝇无残翅个体出现时，b基因频率为0 【答案】D 【详解】A、根据题意，容器内顶盖上悬挂装有食物的培养瓶对果蝇的翅形进行选择，导致b基因频率改变，a基因频率的变化与b不同步，说明两对基因位于非同源染色体上，A正确； B、因食物的选择作用，从第1代到第7代容器内果蝇种群的基因库发生了变化，B正确； C、食物对果蝇的选择主要影响残翅果蝇的生存，会导致各代果蝇中a、b基因频率的变化不同，C正确； D、同样条件下继续培养，当某一代中果蝇无残翅个体出现时，果蝇中还可能存在Bb基因型的个体，因此b基因频率不一定为0，D错误。 1. 遗传漂变：由于小种群中偶然事件导致的基因频率随机波动。种群越小，漂变影响越大。 2. 自然选择的类型：定向选择（如桦尺蛾）、稳定选择（淘汰极端类型）、分裂选择（淘汰中间类型）。 3. 思考：为什么说“生物进化的基本单位是种群而不是个体”？ 答案：个体的基因型在生命周期中固定不变，只有种群中基因频率的世代变化才代表进化。个体不能进化，种群才能进化。 / 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