新课改地区学年高中生物第7章现代生物进化理论第2节第1课时种群基因频率的改变与生物进化学案新人.docx

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新课改地区学年高中生物第7章现代生物进化理论第2节第1课时种群基因频率的改变与生物进化学案新人

第1课时　种群基因频率的改变与生物进化

学习目标导引

核心素养对接

关键术语

1.阐明具有优势性状的个体在种群中所占比例将会增加；

2.说明自然选择导致生物更好地适应特定的生存环境；

3.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.生命观念——分析、认同种群是生物进化的基本单位；

2.科学思维——运用归纳与概括、批判性思维阐释生物进化的原因；

3.科学探究——运用统计与概率的相关知识，解释并预测某一性状的分布及变化；

4.社会责任——引导人们关注不正确使用抗生素带来的危害，关注人体健康。

种群基因库

基因频率

|预知概念|

一、种群是生物进化的基本单位

1.种群的含义和特点

（1）含义

①范围：

一定区域。

②组成：

同种生物的全部个体。

（2）特点

①不是机械地集合在一起。

②彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代。

2.基因库与基因频率

（1）基因库

（2）基因频率

二、突变和基因重组产生进化的原材料

1.可遗传变异的来源

2.可遗传变异是生物进化原材料的原因

（1）基因突变产生新的等位基因，基因重组产生新的基因型。

（2）可遗传变异的两大特点

（3）可遗传变异的结果：

提供生物进化的原材料。

三、自然选择决定生物进化的方向

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）生物性状上：

朝着有利变异的方向不断进化。

（2）基因上：

种群基因频率会发生定向改变。

|过程评价|

1.一个池塘中所有的鱼是一个种群（　　）

2.一个种群中某个个体的所有的基因叫做这个种群的基因库（　　）

3.某个种群中某等位基因如A和a的频率之和等于1（　　）

4.变异不仅为生物进化提供了原材料，而且决定了生物进化的方向（　　）

5.种群的基因频率不变时，则生物没有发生进化（　　）

6.生物变异是不定向的，但生物进化是定向的（　　）

答案　1.×　2.×　3.√　4.×　5.√　6.√

|联想·质疑|

★种群必备“三要素”：

三个要素

★PA＝

＝PAA＋

PAa

Pa＝

＝Paa＋

PAa

PA＋Pa＝1＝PAA＋PAa＋Paa

★种群中任意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。

★突变的有害和有利不是绝对的，往往取决于生物的生存环境。

生物进化的实质是基因频率发生定向的改变，哪些因素会导致基因频率发生改变？

提示：

突变、基因重组、迁入和迁出以及选择等。

探究点1　种群是生物进化的基本单位、基因库及基因频率的计算

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，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，据此内容回答下列问题：

（1）为什么生物进化的基本单位是种群而不是个体？

提示：

因为个体的寿命是有限的，个体表现型会随着个体的死亡而消失。

决定生物性状的基因可以通过生殖而世代延续，并且在群体中扩散，因此生物进化应该研究群体的基因组成的变化。

（2）根据孟德尔的分离定律计算：

该种群产生的A配子和a配子的比率各是多少？

提示：

A配子占60%，a配子占40%。

（3）子一代基因型的频率各是多少？

提示：

AA占36%，Aa占48%，aa占16%。

（4）子一代种群的基因频率各是多少？

提示：

A占60%，a占40%。

（5）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？

提示：

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（36%）

Aa（48%）

aa（16%）

子二代基因频率

A（60%）

a（40%）

由表可知，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。

【探究应用】

某小岛上原有果蝇20000只，其中基因型MM、Mm和mm的果蝇分别占15%、55%和30%。

若从岛外入侵了2000只基因型为MM的果蝇，且所有果蝇均随机交配，则F1中m的基因频率约为（　　）

A.43%B.48%

C.52%D.57%

解析　随机交配，基因频率保持不变，所以计算出22000只果蝇中m的基因频率就是F1中m的基因频率，即

≈52%。

答案　C

【一题多变】

（1）如果没有入侵的果蝇，该种群的果蝇随机交配，m的基因频率会发生改变吗？

提示：

不会

（2）没有入侵的果蝇时，如何根据基因型频率求出基因频率？

提示：

设有N个个体的种群，AA、Aa、aa的个体数分别为n1、n2、n3，A、a的基因频率分别用PA、Pa表示，AA、Aa、aa的基因型频率分别用PAA、PAa、Paa表示，则：

PA＝

＝

＝PAA＋

PAa

Pa＝

＝

＝Paa＋

PAa

由以上公式可以得出下列结论：

某等位基因的频率＝该等位基因纯合子的频率＋1/2杂合子的频率。

影响基因频率变化的因素

（1）基因突变，由于基因突变可以产生新的基因，从而使基因的种类发生变化进而导致基因频率的改变。

（2）基因重组，通过基因重组可以产生新的基因型，从而出现新的表现型，不同表现型个体对环境的适应能力不同，因此通过自然选择导致基因频率的改变。

（3）自然选择，变异是不定向的自然选择是定向的，通过自然选择，不适应环境的个体被淘汰，适应环境的个体生存下来并繁殖后代，使某些基因频率增加，另一些基因频率减少。

（4）迁移：

迁移必然导致基因的流动，若迁入群体较大，且迁入群体与原群体的某些基因的频率存在较大差异，则对原群体的基因频率有较大影响。

科学探究2　自然选择和生物变异在生物进化中的作用

在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中基因型AA的个体占24%，基因型Aa的个体占72%。

一年后，种群中基因型AA的个体占48%，基因型Aa的个体占24%，据此回答下列问题：

（1）突变具有低频性，能为生物进化提供原材料吗？

提示：

突变的频率虽然很低，但一个种群往往由许多个体组成，而且每一个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因，所以在种群中每一代都会产生大量的突变，可以为生物进化提供原材料。

（2）突变大多数对生物体是不利的，能为进化提供原材料吗？

提示：

生物变异是否有利，取决于它们的生存环境，微小有利的变异不断积累也能导致生物进化。

（3）生物变异和自然选择哪个能决定生物进化的方向？

为什么？

提示：

自然选择决定生物进化的方向。

因为生物进化的方向是定向的，生物变异是不定向的，而自然选择是定向的，所以生物进化的方向是由定向的自然选择所决定的。

（4）这一年间种群是否进化了？

提示：

该种群中基因A和基因a的频率：

A%＝AA%＋1/2Aa%＝60%；a%＝aa%＋1/2Aa%＝40%。

一年后，A%＝AA%＋1/2Aa%＝60%；a%＝aa%＋1/2Aa%＝40%；种群的基因频率没有变化，生物没有进化。

【探究应用】

如果基因型为Aa的个体自交产生的后代在某一环境中的生存能力或竞争能力是AA＝Aa>aa，则在长期的自然选择过程中，下列能正确地表示A基因和a基因之间的比例变化的曲线是（　　）

解析　AA和Aa个体生存能力较强，而aa被淘汰的可能性最大，所以a的基因频率会降低，由于Aa的存在，a的基因频率不可能降至0。

答案　A

【一题多变】

（1）在这个过程中种群进化了吗？

提示：

进化了，因为种群的基因频率改变了。

（2）决定进化方向的是什么？

提示：

自然选择。

自然选择决定生物进化方向的原理

【运用概念】

1.下列有关种群的叙述中，不正确的是（　　）

A.种群是生物进化的基本单位

B.种群内的个体彼此可以交配

C.种群是同种个体的机械集合

D.种群是生物繁殖的基本单位

解析　同一种群的不同个体相互联系，并通过交配保持一个共同的基因库，因此，种群不是个体的机械集合。

答案　C

2.关于基因库的相关描述，错误的是（　　）

A.基因库是指一个种群所含有的全部基因

B.生物个体总是要死亡的，但基因库却因种群个体的繁殖而代代相传

C.种群中每个个体含有种群基因库的全部基因

D.基因突变可改变基因库的组成

解析　基因库是指种群中所含有的全部基因，由于个体之间存在着差异，所以每个个体中不可能含有种群基因库的全部基因。

基因库中只要有一个基因发生变化，则基因库组成一定会发生变化。

种群是繁殖的基本单位，基因库随繁殖的进行而不断延续。

答案　C

3.下列哪项不是生物进化的原材料（　　）

A.基因突变B..基因重组

C.不遗传的变异D..染色体变异

解析　突变和基因重组为生物进化提供了原材料，其中突变又包括基因突变和染色体变异。

答案　C

【科学思维】

4.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

5.杂交实验表明，桦尺蛾体色受一对等位基因S和s控制，黑色（S）对浅色（s）是显性。

在19世纪中期以前，桦尺蛾种群中S基因频率很低，在5%以下，到了20世纪上升到95%以上。

试分析产生这一变化的原因：

（1）在19世纪时，桦尺蛾的栖息地曼彻斯特地区树干上长满了地衣，在此环境条件下，种群s的基因频率高的原因是__________________________________

____________________________________________________________________。

（2）随着英国工业的发展，工业炼铜使地衣不能生存，树皮暴露，并被煤烟熏成黑褐色，在此环境条件下，种群S的基因频率升高的原因是________________

_____________________________________________________________________。

（3）上述事例说明，种群中产生的变异是，经过长期的，其中不利变异被不断，有利变异则逐渐，从而使种群的发生定向改变，导致生物朝着一定方向缓慢地进化。

因此生物进化的方向是由决定的。

解析　

（1）由于浅色型（ss）桦尺蛾与环境色彩一致，不易被鸟类所食，后代繁殖个体多，群体中ss的比例增加，所以s基因频率增高。

（2）由于黑色型（SS或Ss）桦尺蛾的黑色成了一种保护色，黑色型个体逐渐增多，所以S基因频率升高。

（3）种群产生的变异是不定向的，经过长期的自然选择，其中不利变异被不断淘汰；有利变异则逐渐积累，从而使种群的基因频率发生定向改变，导致生物朝着一定方向缓慢地进化。

因此生物进化的方向是由自然选择决定的。

答案　

（1）浅色型（ss）桦尺蛾与环境色彩一致，不易被鸟类所食，后代繁殖个体多，导致s基因频率高　

（2）黑色型（SS或Ss）桦尺蛾的黑色成了一种保护色，黑色型个体逐渐增多，导致S基因频率升高　（3）不定向的　自然选择　淘汰　积累　基因频率　自然选择

课时提升训练

（时间：

30分钟　满分：

50分）

【运用概念】

1.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说明物种在不断进化

B.在一个种群中，控制一对相对性状的各种基因频率之和为1

C.基因型Aa的个体自交后代所形成的种群中，A基因的频率大于a基因的频率

D.因色盲患者中男性数量多于女性，所以男性群体中色盲的基因频率大于女性群体

解析　在一个种群中，控制一对相对性状的各种基因频率之和为1，基因型频率之和也等于1。

答案　B

2.如图表示某个种群基因型的组成情况，A、a为一对等位基因。

则该种群中a的基因频率是（　　）

A.0.11B..0.4

C.0.5D..0.55

解析　由图中可知AA∶Aa∶aa＝1∶1∶1，所以a的基因频率为aa＋

Aa＝

＋

×

＝0.5。

答案　C

3.人工养殖了一群鸡，下列措施不会造成该鸡群基因库发生变化的是（　　）

A.淘汰鸡群中体质较弱的个体

B.从外地引进新的品种加入鸡群

C.将该鸡群置于条件与原来不同的环境中饲养

D.让该鸡群中的雌、雄个体自由交配繁殖后代

解析　基因库包括种群内所有个体的全部基因，所以只要有外界环境的变化，对种群进行定向选择，使部分个体被淘汰，或加入新品种都会导致基因库发生变化。

答案　D

4.下列关于基因频率与生物进化关系的叙述，正确的是（　　）

A.种群基因频率的改变不一定引起生物的进化

B.只有在新物种形成时，才发生基因频率的改变

C.生物进化的实质是种群基因频率的改变

D.生物性状的改变一定引起生物的进化

解析　生物进化的实质是种群基因频率的改变。

只要基因频率发生改变则生物一定在进化，生物的性状受基因和外界环境的共同作用，性状变了基因不一定改变，所以基因频率不一定改变，生物也不一定在进化。

答案C

5.对现代生物进化理论的认识，不正确的是（　　）

A.种群是进化的基本单位

B.自然选择决定种群基因频率发生改变的方向

C.突变和基因重组产生进化的原材料

D.自然选择决定种群内基因突变发生的频率和方向

解析　种群是生物进化的基本单位，个体会产生各种各样的变异，它为自然选择提供了原材料，自然选择是定向的，而变异是不定向的。

答案　D

6.某豌豆的基因型为Aa，让其连续自交三代，其后代中a基因的频率是（　　）

A.12.5%B..25%

C.50%D..75%

解析　由Aa自交一代后，AA与aa所占比例相同，各占1/4,而Aa占1/2,不管连续自交多少次AA与aa的比例都是相同的，由于Aa中基因A与基因a比例相同，所以A与a的频率均为50%。

答案　C

7.根据达尔文自然选择学说图解（如图），下列对现代生物进化理论的补充、完善等内容中，不正确的是（　　）

A.现代生物进化理论是在研究种群中基因频率变化的基础上发展起来的

B.种群是生物进化的基本单位

C.生物进化的实质是种群基因频率的改变

D.种群中每个个体都含有种群基因库的全部基因

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原材料。

从实质上看生物进化是种群基因频率变化的结果，种群基因库是种群中全部生物个体的全部基因的总和，每个个体只有种群基因库的一部分基因。

答案　D

8.下列与生物进化相关的叙述，正确的是（　　）

A.进化总是由突变引起的

B.进化时基因频率总是变化的

C.变异个体总是适应环境的

D.进化改变的是个体而不是群体

解析　生物进化中发生改变的是种群的基因频率，单位是种群，故改变的是种群的特征，而非个体；自然选择、迁入和迁出等只要改变种群的基因频率就能引起生物进化；变异是不定向的，并具有多害少利特征，此处的“害”与“利”即指能否适应所生存的环境。

答案　B

9.某小麦种群中TT个体占20%，Tt个体占60%，tt个体占20%，由于某种病害导致tt个体全部死亡，则病害发生前后该种群中T的基因频率分别是（　　）

A.50%、50%B..50%、62.5%

C.62.5%、50%D..50%、100%

解析　由题意可知，病害发生前T的基因频率为（20×2＋60）÷200＝50%；由于某种病害导致tt个体全部死亡，病害发生后T的基因频率为（20×2＋60）÷（200－20×2）＝62.5%。

答案　B

10.某豌豆的基因型为Aa，让其连续自交三代（遗传符合孟德尔遗传定律），其第4代中的基因频率和基因型频率变化情况是（　　）

A.基因频率变化，基因型频率不变

B.基因频率不变，基因型频率变化

C.两者都变化

D.两者都不变

解析　自交不会改变基因频率，但会改变基因型频率。

答案　B

【科学思维】

11.在一个基因库中，显性基因和隐性基因的比例相等，如果每一代隐性基因型的个体都不能产生后代，则（　　）

A.对基因型的比例影响很小

B.会降低隐性基因的比例

C.会使隐性基因灭绝

D.会提高杂合子的比例

解析　由于aa个体不能产生后代，所以后代中a的基因频率降低。

又由于Aa个体具有繁殖能力，所以a基因不可能消失。

答案　B

12.由于真菌传染而使某森林所有树的颜色都变成灰白色。

多年以后，不同颜色的蛾类增长率最可能的结果是（　　）

解析　环境对生物进行自然选择，由于所有的树的颜色都变成了灰白色，所以在生存斗争中，体色与环境色彩相近的蛾类易于生存下来，并产生子代个体，这种情况逐代进行就会使个体中体色与环境色彩相近的个体数越来越多，但由于变异是不定向的，所以在群体中可能还会有棕色等其他颜色的个体存在。

答案　D

13.许多生物特别是动物，在不同生活季节中，数量有很大差异：

春季繁殖，夏季数量增加到最多，到了冬季，由于寒冷、缺少食物等种种原因而大量死亡。

第二年春季，又由残存的少量个体繁殖增多。

因此形成一个如瓶颈样的模式（如图所示，

为抗药性个体），其中瓶颈部分即为动物数量减少的时期。

据图回答：

（1）在图中所示的三年间，该生物种群是否发生了进化？

为什么？

__________

____________________________________________________________________。

（2）在使用杀虫剂防治害虫时，敏感性个体大多被杀死了，保留下来的大都是抗药性个体，这是由于的选择作用，其实质是增加了的频率。

而在自然越冬无杀虫剂作用时，敏感性个体反而被选择，导致下一代害虫中敏感性基因频率升高，出现这种现象是由于_____________________________________

_____________________________________________________________________。

解析　

（1）生物进化的实质在于种群基因频率的不断变化，由于图中所示的三年间种群中（·）基因频率发生了改变，因此该种群进化了。

（2）由于杀虫剂对害虫的选择作用，具抗药性的个体大都被保留下来，抗药性基因的频率逐渐增大；但是到了越冬时期，由于敏感性个体的生活适应力一般都强于抗药性个体，因而越冬后存活的个体多数为敏感性个体。

答案　

（1）该种群进化了，因为该种群的基因频率在不断改变

（2）杀虫剂　抗药性基因　变异的有利与有害取决于环境的变化，在冬天敏感性个体适应力强于抗药性个体

14.原产某地的一年生植物a，分别引种到低纬度和高纬度地区种植，很多年以后移植到原产地，开花植株比例如图所示，回答下列问题：

（1）现代生物进化理论认为：

是生物进化的基本单位。

决定生物进化的方向。

（2）在对b植物的某一种群进行的调查中，发现基因型为DD和dd的植株所占的比例分别为10%和70%（各种基因型个体生存能力相同），第二年对同一种群进行的调查中，发现基因型为DD和dd的植株所占的比例分别为4%和64%，在这一年中，该植物种群是否发生了进化？

，理由是____________________

_____________________________________________________________________。

（3）预测上述b植物中D基因频率可能会如何变化？

①___________________________________________________________________，

②___________________________________________________________________，

③___________________________________________________________________。

（4）若要使c植物的后代基因频率维持在这一理想状态下，除了具有庞大的种群外，还应具有哪些条件？

_________________________________________________

_____________________________________________________________________。

解析　

（1）种群是生物进化的基本单位，自然选择决定生物进化的方向。

（2）生物进化的实质为种群基因频率的变化，若种群基因频率不变则生物没有进化。

（3）根据自然选择的不同可以分为三种情况，即上升、不变、下降。

（4）基因频率维持不变的条件有：

①种群足够大；②没有迁入和迁出；③没有基因突变；④自然选择不起作用；⑤个体间自由交配。

答案　

（1）种群　自然选择

（2）否　种群基因频率没有变化

（3）①若D控制的性状更能适应环境，则D基因频率上升

②若D控制的性状对环境适应性差，则D基因频率下降

③若环境对各性状无选择作用，则D基因频率不变

（4）没有迁入和迁出，自然选择不起作用，个体间自由交配，无基因突变

【科学探究】

15.自然选择学说的创立，为生物进化提供了可行性的依据，阅读以下材料：

材料一

科学家做了下面的实验：

把家蝇分成多组，每组再分为A、B两部分，用DDT处理每组的A部分，B部分不接触DDT。

处理后选死亡率最低的那一组的B部分饲养繁殖，再把后代分成许多组：

每组分成A、B两部分，重复上述实验。

这样一代一代选择下去，就可以从B部分选出抗药性强的家蝇。

材料二

镰刀型细胞贫血症患者在幼年时期会夭折，但在疟疾流行的地区，镰刀型细胞贫血症基因的携带者对疟疾的感染率比正常人低得多。

现对A、B两地区进行调查，其中B地区流行疟疾。

回答下列问题：

（1）材料一的实验说明：

①抗药性的出现是的结果，DDT起作用。

②是不定向的，是定向的。

（2）材料一中，若家蝇的长翅（T）对残翅（t）为显性，长肢（R）对短肢（r）为显性，在随机交配后，表现型比例为长翅长肢63%，长翅短肢21%，残翅长肢12%，残翅短肢为4%，则基因型为TT__和TTRR的个体所占的比例分别为、。

（3）材料二中A地区人群中各种基因型比例如下图：

①计算A地区中A的基因频率为。

②画出B地区人群中各种基因型的大致比例图。

③镰刀型细胞贫血症的出现反映了基因对性状控制的途径是______________

__________________________________________________________________。

④通过上述材料充分说明了生物进化的实质为。

解析　

（1）由于每组中的B部分以及重复多次后，它自始至终没有接触过DDT，而其中有较多的抗药性个体，说明抗药性的出现不是来自于DDT的诱导，DDT对其有选择作用。

（2）此题的突破点为随机交配，说明不会改变基因频率，可用遗传平衡定律来解题，由题干中数