高中生物《种群基因频率的改变与生物进化》导学案+课时作业.docx
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高中生物《种群基因频率的改变与生物进化》导学案+课时作业
第2节 现代生物进化理论的主要内容
第1课时 种群基因频率的改变与生物进化
[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.结合教材阐明突变和基因重组是生物进化的原材料。
3.通过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进化的方向。
知识点一 种群是生物进化的基本单位
知识梳理
1.以种群作为生物进化单位的理由
(1)达尔文认为自然选择直接作用的是生物个体,而且是个体的
表现型,而个体
表现型会随着个体的死亡而消失。
(2)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.种群
(1)概念:
生活在
一定区域的
同种生物的
全部个体。
(2)特点:
种群中的个体彼此可以
交配,并且通过繁殖将各自的
基因传给后代。
(3)
种群是生物进化的基本单位。
3.基因库和基因频率
(1)基因库:
一个种群中全部个体所含有的
全部基因,叫做这个种群的基因库。
(2)基因频率
①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率。
②计算公式:
基因频率=
。
1.种群的基因库是一直不变的吗?
试分析原因。
提示:
不是。
基因突变、染色体变异、自然选择、种群个体的迁入、迁出等都会使种群的基因库发生改变。
2.基因库会不会随着个体的死亡而消失?
试分析原因。
提示:
不会。
个体自身所携带的基因随着个体的死亡而从基因库中消失,但是个体会通过繁殖把自身的基因传给后代,所以基因库不会伴随着个体的死亡而消失,而是在代代相传中得到保持和发展。
典题精析
[例1] 德国小蠊(二倍体)是常见的室内昆虫。
随机取样的德国小蠊个体中,ss个体数为6,SS个体数为26,Ss个体数为18。
则s的基因频率为( )
A.0.26B.0.3C.0.46D.0.58
解题分析 随机取样的德国小蠊个体中,ss个体数为6,SS个体数为26,Ss个体数为18,则s的基因频率=
×100%=30%。
答案 B
[例2] 某植物种群中,AA基因型个体占30%,aa基因型个体占20%。
若该种群植物自交,后代中AA、aa基因型个体出现的频率以及A、a基因频率分别为( )
A.55%、45%、45%、55%
B.55%、45%、55%、45%
C.42.5%、32.5%、45%、55%
D.42.5%、32.5%、55%、45%
解题分析 Aa基因型个体占:
1-30%-20%=50%,该种群植物自交后,AA占30%+50%×1/4=42.5%,aa占20%+50%×1/4=32.5%,Aa占1-42.5%-32.5%=25%,则a的基因频率为32.5%+1/2×25%=45%,A的基因频率为1-45%=55%。
答案 D
技法提升
常染色体上基因频率的计算
(1)已知各基因型个体的数量,求基因频率。
此类题型可用定义公式计算,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。
此类题型可以将百分号去掉,按定义公式计算或直接用“某基因的基因频率=该基因纯合子的百分比+杂合子百分比的1/2”来代替。
如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=1-A的基因频率。
[例3] 在一次红绿色盲的调查中共调查男女各200名,调查发现,女性红绿色盲基因的携带者为15人,患者5人,男性患者11人。
那么这个群体中红绿色盲基因的频率是( )
A.4.5%B.6%C.9%D.7.8%
解题分析 因为女性的性染色体组成为XX,男性为XY,红绿色盲基因(用b表示)及其等位基因只位于X染色体上,所以基因b共有36(即15×1+5×2+11×1)个,因此,红绿色盲基因的频率=
×100%=6%。
答案 B
技法提升
位于性染色体上基因频率的计算
p=
×100%,
q=
×100%。
(p为XA频率,q为Xa频率,N表示基因型的个体数)
[例4] 在某一遵循遗传平衡定律的人群中,已调查得知,隐性性状者为16%,则该性状不同类型的基因型频率分别是(按AA、Aa、aa顺序排列)( )
A.0.36、0.48、0.16B.0.48、0.36、0.16
C.0.16、0.48、0.36D.0.16、0.36、0.38
解题分析 由题干可知,该人群中隐性性状者为16%,即aa=16%,根据遗传平衡公式可得a的基因频率是a=40%,A的基因频率是A=1-40%=60%,因此该人群中AA的基因型频率是AA=60%×60%=0.36,Aa的基因型频率是Aa=2×40%×60%=0.48,因此,该性状不同类型的基因型频率是AA为0.36,Aa为0.48,aa为0.16,A正确。
答案 A
技法提升
遗传平衡状态下基因频率的计算
(1)遗传平衡状态的条件
①种群是极大的。
②种群中个体间的交配是随机的。
③没有突变发生。
④没有迁入和迁出。
⑤没有自然选择。
(2)基因频率与基因型频率的计算公式
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。
(3)实例:
若已知AA的基因型频率为m,则A的基因频率为
。
知识点二 突变、基因重组和自然选择与进化的关系
知识梳理
1.突变和基因重组
(1)可遗传变异的来源
(2)可遗传变异的形成、特点和作用
①形成:
基因突变产生等位基因,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,从而使种群出现大量的可遗传变异。
②特点:
随机的、
不定向的。
③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。
(3)变异的有利和有害是相对的,是由
环境决定的。
2.自然选择决定生物进化的方向
(1)原理分析
(2)实例分析(桦尺蠖体色进化)
(3)生物进化的实质:
种群的基因频率发生
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。
突变和基因重组能产生进化的原材料,据此分析回答下列问题:
1.突变具有低频性,为什么还能为生物进化提供原材料?
提示:
生物进化的单位是种群,虽然突变的频率很低,但一个种群往往由许多个体组成,而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。
2.突变大多数对生物体是不利的,为什么还能为进化提供原材料?
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.举例说明哪些因素可导致基因频率发生改变?
提示:
突变、自然选择、迁入和迁出等。
典题精析
[例1] 根据现代生物进化理论,下列说法正确的是( )
A.自然选择决定了生物变异和进化的方向
B.生物进化的实质是种群基因型频率的改变
C.种群内基因频率的改变在世代间具有连续性
D.种群内基因频率改变的偶然性随种群数量下降而减小
解题分析 自然选择使种群的基因频率发生定向改变,从而使生物定向进化,所以自然选择决定了生物进化的方向,而生物的变异是不定向的,生物进化的实质是种群基因频率的改变,A、B错误;种群中基因频率的改变在世代间具有连续性,导致生物不断进化,C正确;种群中基因频率改变的偶然性随种群数量下降而增大,D错误。
答案 C
[例2] 下列有关基因频率与生物进化的描述,正确的是( )
A.生物在进化的过程中不一定有基因频率的改变
B.生物只要发生进化,基因频率就会改变
C.变异使基因频率定向改变
D.只有基因突变,才导致基因频率发生改变
解题分析 生物进化的实质是种群基因频率的改变,只要生物进化了,基因频率一定发生了改变,A错误,B正确;变异是不定向的,自然选择可使基因频率发生定向改变,C错误;基因频率的改变与突变、迁入和迁出、自然选择等多种因素有关,D错误。
答案 B
当堂检测——查漏补缺 巩固提升
1.对种群概念的正确叙述是( )
A.不同空间中同种生物个体的总和
B.生活在一定区域的同种生物的一群个体
C.一片水田中的所有鱼的总和
D.一个生态环境中有相互关系的动植物的总和
答案 B
解析 种群是指生活在一定区域的同种生物的全部个体。
例如:
一个池塘中全部的鲤鱼是一个种群,包括所有的大鲤鱼、小鲤鱼和鲤鱼苗。
这里必须具体到“鲤鱼”,而不能是“鱼”,因为后者还包括其他种类的鱼。
2.下列可作为一个基因库的是( )
A.一条染色体上的全部基因
B.一个个体所携带的全部基因
C.一个生物具有的全部基因
D.一个种群所含的全部基因
答案 D
解析 种群基因库的概念:
指一个种群的所有个体的全部基因,由基因库的概念可知,基因库是指一个种群所含的全部基因,D正确,A、B、C错误。
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
答案 C
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。
4.生物的变异可以为进化提供原材料。
下列关于变异与进化的叙述,正确的是( )
A.自然选择直接选择的是个体的基因型
B.种群中控制某一性状的全部等位基因的总和称为基因库
C.可遗传的变异是自然选择和生物进化的前提
D.自然选择决定生物变异和进化的方向
答案 C
解析 自然选择直接选择的是个体的表现型,A错误;一个种群中全部个体所含有的全部基因,称为这个种群的基因库,B错误;可遗传的变异为生物进化提供原材料,所以可遗传的变异是自然选择和生物进化的前提,C正确;变异是不定向的,自然选择决定生物进化的方向,D错误。
5.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%,无条纹个体占15%,若蜗牛间进行自由交配得到F1,则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%
答案 D
解析 由于AA=55%,aa=15%,所以Aa个体占30%,蜗牛间进行自由交配时,产生A配子的概率=55%+30%×1/2=70%,a配子的概率=15%+30%×1/2=30%,则A基因的频率为70%,自由交配得到F1各基因型的频率分别为AA49%、Aa42%、aa9%,D正确。
[基础对点]
知识点一 种群是生物进化的基本单位
1.下列有关种群的叙述中,不正确的是( )
A.一个树林中的全部杜鹃是一个种群
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
答案 C
解析 生活在同一区域的同种生物的全部个体叫做种群,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。
2.下列关于基因库的叙述,不正确的是( )
A.一个种群所含有的全部基因叫做这个种群的基因库
B.生物个体会死亡,但基因库却因种群个体的繁殖而代代相传
C.种群中每个个体都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
答案 C
解析 基因库是一个种群的全部个体所含的全部基因,由于不同个体之间在基因上具有差异,所以不可能每个个体都含有种群基因库中的全部基因,A正确,C错误;种群是生物繁殖的基本单位,所以基因库不会因个体死亡而消失,而是代代相传,B正确;可遗传的变异均可能改变基因库的组成,D正确。
3.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.0.4C.0.5D.0.55
答案 C
解析 由图可知,AA∶Aa∶aa=1∶1∶1,所以a的基因频率为aa%+
Aa%=
+
×
=0.5。
4.在一个随机交配的中等大小的种群中,经调查发现控制某性状的基因型只有两种:
AA基因型的频率为40%,Aa基因型的频率为60%,aa基因型(致死型)的频率为0。
那么随机交配繁殖一代后,AA基因型的个体占( )
A.49/91B.49/100
C.11/20D.11/17
答案 A
解析 由题意可知,A的基因频率为70%,a的基因频率为30%,根据遗传平衡定律,其随机交配繁殖一代后,AA基因型频率=70%×70%=49%,Aa的基因型频率=2×70%×30%=42%,aa的基因型频率=30%×30%=9%,其中aa为致死型,因此AA基因型的个体占
=
。
5.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
答案 B
解析 自交不会改变基因频率,但会改变基因型频率。
知识点二 突变、基因重组和自然选择与进化的关系
6.现代生物进化理论认为,决定生物进化方向的是( )
A.基因重组B.有性生殖
C.自然选择D.生物遗传
答案 C
解析 现代生物进化理论认为,决定生物进化方向的是自然选择。
7.自然选择直接作用于生物的( )
A.表现型B.基因型
C.不利基因D.肽链结构
答案 A
解析 自然选择使适应环境的个体生存下来,而不适应环境的个体被淘汰,所以其直接作用于生物的表现型。
8.现代进化理论认为,突变和基因重组产生生物进化的原材料,下列哪种变异现象不属于此类突变的范畴( )
A.黄色
黄色、绿色B.红眼果蝇中出现了白眼
C.猫叫综合征D.无子西瓜
答案 A
解析 “突变和基因重组为生物进化提供原材料”中的突变包括基因突变和染色体变异,B属于基因突变,C、D属于染色体变异;A中绿色的出现属于性状分离,不属于突变和基因重组。
9.下列有关现代生物进化理论的叙述,错误的是( )
A.种群是生物进化的基本单位
B.自然选择学说是现代生物进化理论的核心
C.生物进化过程的实质是种群基因频率的改变
D.生物进化过程的实质在于有利变异的保存
答案 D
解析 种群是生物进化的基本单位,生物进化的实质是种群基因频率的改变,在这个过程中有利变异保存而不利变异被淘汰,从而改变了基因频率。
10.一种果蝇的突变体在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
答案 C
解析 由于变异的不定向性,果蝇种群内产生多种不同变异,变异性状对生物个体有利还是有害决定于生物生存的环境,环境条件对不同变异性状起到定向选择的作用。
[能力提升]
11.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.在一个种群中,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型频率之和为1
C.基因型为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
答案 B
解析 种群基因频率的改变才能说明物种进化,A错误;Aa自交后代中,A的基因频率始终等于a的基因频率,C错误;色盲患者男性多于女性,原因是男性只要有一个色盲基因就表现患病,而女性只有同时具有两个色盲基因才表现患病,色盲基因频率在男女群体中是相同的,D错误。
12.有一个随机交配的种群,在没有迁移等条件下,该种群两年内基因型频率的变化如下表,根据现代生物进化理论,在这两年中,下列与这对基因有关的推断正确的是( )
年份
AA(%)
Aa(%)
aa(%)
1
30
40
30
2
25
50
25
A.该种群将朝着Aa增多的方向进化
B.该种群没有表现出生物的进化
C.该种群的生活环境有较大的变化
D.该种群将较容易发生基因突变
答案 B
解析 第1年A的基因频率=30%+1/2×40%=50%,a的基因频率=50%。
第2年A的基因频率=25%+1/2×50%=50%,a的基因频率=50%。
可见两年中A和a的基因频率没有发生变化,故该种群没有表现出生物进化。
13.回答下列有关生物进化的问题。
(1)图1中X、Y分别是__________________、________________。
(2)该小岛上的蜥蜴原种由许多个体组成,这些个体的总和称为________,这是生物进化的________。
(3)该小岛上所有蜥蜴个体含有的全部基因,称为该种群的________。
(4)小岛上蜥蜴原种的脚趾逐渐出现两种性状,W代表蜥蜴脚趾的分趾基因;w代表联趾(趾间有蹼)基因。
图2表示这两种性状比例变化的过程。
A
B
C
图2
①由于蜥蜴过度繁殖,导致________加剧。
②小岛上食物短缺,联趾蜥蜴个体比例反而逐渐上升,其原因可能是
______________________________。
③图2所示的过程说明,自然环境的变化引起不同性状蜥蜴的比例发生变化,其本质是因为蜥蜴群体内的________发生了改变。
答案
(1)突变和基因重组 自然选择
(2)种群 基本单位 (3)基因库
(4)①生存斗争(或种内斗争) ②联趾型个体趾间有蹼,适合于游泳,可以从水中获取食物。
因此,在岛上食物短缺时,联趾个体的生存和繁殖机会较多(合理即可) ③基因频率
解析
(1)生物进化的基本环节是突变和基因重组、自然选择和隔离,蜥蜴原种产生了新性状是基因突变的结果;具有适应环境性状的个体生存下来和具有不适应环境性状的个体被淘汰是自然选择的过程。
14.某植物种群中,AA基因型个体占30%,aa基因型个体占20%,则:
(1)植物种群中的A、a基因频率分别是________、________。
(2)若该植物自交,后代中AA、aa基因型个体分别占________、________。
这时,A、a的基因频率分别是________、________。
(3)依据现代生物进化理论,这种植物是否发生了进化?
________。
原因是__________。
(4)进化的基本单位是________,进化的原材料是由__________________提供的,决定生物进化方向的是________________,进化的实质是________________________。
答案
(1)55% 45%
(2)42.5% 32.5% 55% 45%
(3)没有发生进化 种群的基因频率没有发生改变
(4)种群 突变和基因重组 自然选择 种群基因频率的改变
解析
(1)由于AA=30%,aa=20%,则Aa基因型个体占50%,则A的基因频率=30%+50%×
=55%,a的基因频率=1-55%=45%。
(2)(3)若该植物自交,后代中产生的基因型比例为:
AA=30%+
×50%=42.5%;aa=20%+
×50%=32.5%;Aa=
×50%=25%。
此时A、a的基因频率分别为A=42.5%+25%×
=55%,a=45%。
通过计算可以发现前后代的基因频率没有发生改变,说明生物没有发生进化。
15.杂交实验表明,桦尺蠖体色受到一对等位基因S和s的控制,黑色S对浅色s为显性。
在曼彻斯特地区,19世纪中叶以前,种群中S基因的频率很低,随着英国工业的发展,桦尺蠖中S基因的频率提高了很多,如下表所示,请分析回答问题。
基因
基因频率
19世纪中叶
20世纪中叶
S
5%
95%
s
95%
5%
(1)从遗传的角度分析:
最初的S基因是通过________出现的。
它为生物进化提供了________。
(2)试用现代生物进化理论分析这一变化的原因:
①19世纪,桦尺蠖的栖息地(树干)长满了地衣,在此环境下,种群s基因频率高的原因是____________________。
②随着英国工业的发展,工厂排出的煤烟使地衣不能生长,树皮暴露,并被煤烟熏成黑褐色,在此环境条件下,种群S基因频率升高的原因是_________。
③上述事实说明,种群中产生的变异是____________,经过长期的__________,其中不利变异不断________,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。
因此生物的进化方向是由______________决定的。
答案
(1)基因突变 原材料
(2)①浅色(ss)桦尺蠖的体色与环境色彩一致,不易被鸟类捕食,繁殖的个体中生存下来的多,导致s基因频率高
②黑色个体在被污染成黑褐色的树皮上不易暴露从而生存下来并繁殖后代,导致S基因频率升高
③不定向的 自然选择 被淘汰 积累 基因频率 自然选择
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