创新设计高中生物中图版必修2学案412 自然选择对基因频率的影响.docx
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创新设计高中生物中图版必修2学案412自然选择对基因频率的影响
第二节 自然选择对基因频率的影响
目标导航
1.结合实例,简述遗传平衡规律。
2.运用数学方法,理解自然选择使基因频率变化。
一、遗传平衡定律
1.基因频率:
是指种群中某基因在全部等位基因数中所占的比例。
在自然状态下,个体间的交配是随机的,配子的比例就是基因频率。
2.基因型频率:
指某种基因型的个体在种群中所占的比例。
3.遗传平衡定律的内容:
在种群极大,且没有发生迁移、突变和选择的时候,种群的基因频率和基因型频率是不会发生变化的。
二、自然选择使基因频率变化
1.基因频率改变的原因:
在自然界不会有极大的随机交配的种群,也不可能不发生突变,最重要的是自然选择无处不在,因此基因频率不会保持不变。
在诸多影响因素中,自然选择是重要因素。
2.自然选择对基因频率的影响
自然选择引起等位基因频率的变化,从而使种群基因库也发生了改变,导致了种内进化,最终将形成新的物种。
判断正误:
(1)基因频率改变,生物一定进化。
( )
(2)隔离产生后,自然选择对不同种群基因频率的改变所起的作用是有差别的。
( )
(3)在种群极大,且没有发生迁移、突变和选择的时候,种群的基因频率不变,基因型频率是发生变化的。
( )
(4)突变和基因重组提供了进化的原材料。
( )
答案
(1)√
(2)√ (3)× (4)√
一、遗传平衡定律
1.已知各种基因型的个体数计算基因频率
计算公式:
某基因频率=
×100%
例如:
A的基因频率=
×100%;a的基因频率=
×100%。
2.已知基因型频率求基因频率
计算公式:
一对等位基因中某基因的频率=该基因纯合体的基因型频率+
杂合体的基因型频率
例如:
A的基因频率=AA的基因型频率+
Aa的基因型频率;
a的基因频率=aa的基因型频率+
Aa的基因型频率。
3.利用遗传平衡定律计算基因频率或基因型频率
(1)遗传平衡定律
在一个有性生殖的自然种群中,在符合以下5个条件的情况下,各等位基因的频率和基因型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的,或者说是保持着基因平衡的。
这5个条件是:
a.种群是极大的;
b.种群中个体间的交配是随机的;
c.没有突变发生;
d.没有新基因加入;
e.没有自然选择。
(2)内容与计算
依据如下表:
设A基因频率为p,则a基因频率为q,则p+q=1,(p+q)2=p2+2pq+q2=1。
雄配子
雌配子
A(p)
a(q)
A(p)
AA(p2)
Aa(pq)
a(q)
Aa(pq)
aa(q2)
即:
或
1.若已知种群中基因型为AA、Aa和aa的个体数目分别为a1、a2、a3,如何计算种群中A的基因频率?
答案 A的基因频率=
×100%=
×100%
2.若已知AA、Aa和aa的基因型频率分别为P1、P2、P3,如何计算A的基因频率?
答案 A的基因频率=AA的基因型频率+
Aa的基因型频率=P1+
P2
3.若已知基因型为XBXB、XBXb、XbXb、XBY和XbY的个体数分别为a1、a2、a3、a4、a5,试求XB的基因频率。
答案 XB的基因频率=
×100%=
×100%
1.某动物种群中AA、Aa和aa的基因型频率分别为0.3、0.4和0.3,请回答:
(1)该种群中a基因的频率为_____________________________________________。
(2)如果该种群满足四个基本条件,即种群________、不发生________、不发生________、没有迁入迁出,且种群中个体间随机交配,则理论上该种群的子一代中aa的基因型频率为________;如果该种群的子一代再随机交配,其后代中aa的基因型频率________(会、不会)发生改变。
(3)假定该动物种群满足上述四个基本条件,但不发生随机交配,只在相同基因型之间进行交配,则理论上该种群的子一代中AA、Aa和aa的基因型频率分别为________、________和________________;如果子一代也同样只发生相同基因型之间的交配,其后代中AA、Aa和aa的基因型频率________(会、不会)发生改变。
问题导析
(1)隐性基因的基因频率=隐性纯合体的基因型频率+
杂合体的基因型频率。
(2)在理想条件下,种群达到遗传平衡,种群的基因频率和基因型频率都不变,否则种群的基因型频率可能改变。
由a=0.5,可以计算出后代中aa的基因型频率是(0.5)2=0.25,且该基因型的频率不会发生改变,但是该结论的前提条件是种群足够大、不发生基因突变、不发生选择、没有迁入迁出,且种群中个体间随机交配。
(3)AA=0.3,Aa=0.4,aa=0.3,题目中叙述的情况相当于植物的自交,结果如下:
0.3AA×AA得到0.3AA,0.4Aa×Aa得到0.1AA、0.2Aa、0.1aa,0.3aa×aa得到0.3aa,所以相同基因型之间进行交配,后代中AA=0.3+0.1=0.4、Aa=0.2、aa=0.3+0.1=0.4,同理可以计算该代相同基因型个体之间的交配后代中AA=0.45、Aa=0.1、aa=0.45,所以基因型频率会发生改变。
答案
(1)0.5
(2)足够大 基因突变(或突变) 选择 0.25 不会 (3)0.4 0.2 0.4 会
一题多变
(1)当满足上述四个基本条件并随机交配时,A和a的基因频率分别是多少?
答案 满足上述四个基本条件,说明种群达到了遗传平衡,种群的基因频率不变,即A和a的基因频率均为0.5。
(2)第(3)问中,若只在相同基因型之间进行交配,A和a的基因频率分别是多少?
种群进化了吗?
答案 A的基因频率=AA的基因型频率+
Aa的基因型频率=0.4+
×0.2=0.4+0.1=0.5,可得a的基因频率=1-0.5=0.5;由于种群的基因频率没有改变,因此种群没有进化。
二、自然选择使基因频率变化
1.对突变和基因重组提供了进化的原材料的理解
(1)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,从而使种群出现大量的可遗传变异。
(2)由于突变和基因重组都是随机的、不定向的,因此它们只是提供了生物进化的原材料,不能决定生物进化的方向。
2.对自然选择决定生物进化方向的理解
(1)自然选择定向改变种群的基因频率
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,另一些基因频率减小。
因此,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。
自然选择决定生物进化方向可表示为:
(2)自然选择对隐性基因和显性基因的选择作用
①选择对隐性性状不利时,隐性基因频率会下降,但不会消失。
②选择对显性性状不利时,显性基因频率会下降,直至消失。
③选择系数相同时,对不利于生存的显性性状的选择更有效。
(3)对生物进化的实质是种群基因频率改变的理解
①生物进化的过程实际上是种群基因频率发生变化的过程,也就是种群基因频率从一个世代到另一个世代连续变化的过程。
②只要是种群的基因频率发生改变,则生物一定是发生了进化,反之亦然。
在自然选择过程中,直接受选择的是基因型还是表现型?
简要说明原因。
答案 直接受选择的是表现型,因为天敌看到的是性状,而不是控制性状的基因。
2.遗传育种中筛选是一个重要环节,下图是某研究小组对由A、a基因控制的性状进行优选时种群中两种基因比例变化,下列有关叙述中不正确的是( )
A.在该育种过程中,隐性个体最终消失
B.种群中A基因频率逐渐增大
C.生物进化的实质是种群基因频率的改变
D.种群中杂合个体比例会逐渐下降
问题导析
(1)由图可知:
优选时种群中A基因频率逐渐增大,因此种群中AA个体比例会逐渐升高,Aa个体比例会逐渐下降。
(2)生物进化的实质是种群基因频率的改变。
(3)在育种的过程中,a的基因频率逐渐降低,但不会消失。
答案 A
一题多变
对种群的基因频率没有影响的是( )
A.自然选择B.基因突变
C.染色体变异D.自由交配
答案 D
1.有关基因频率和生物进化的关系,以下说法正确的是( )
A.生物只要发生进化,基因频率一定发生了改变
B.基因频率的改变不一定引起生物的进化
C.生物在进化过程中不一定有基因频率的改变
D.自然选择是影响基因频率的唯一因素
答案 A
解析 解此题的关键是正确理解生物进化的实质。
生物进化的实质是基因频率的改变。
生物只要发生进化,基因频率一定发生改变,基因频率只要发生变化,说明生物一定发生进化。
自然选择是影响基因频率的因素,但不是唯一因素。
2.在一个进行无性生殖、个体数量庞大而又被充分隔离的自然种群中,基因频率发生变化的主要原因是( )
A.基因突变、自然选择
B.基因突变、基因重组、自然选择
C.基因重组、自然选择
D.遗传漂变(某些基因丢失)、迁移
答案 A
解析 无性生殖的种群中不会有基因重组,基因重组是伴随有性生殖的过程而发生的;而漂变、迁移在题干所述条件下只能是影响基因频率变化的次要因素。
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.0.4
C.0.5D.0.55
答案 C
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。
4.某地区有一种桦尺蠖,其体色受一对等位基因控制,其中黑色(S)对浅色(s)为显性,1870年以来,S基因频率的变化如下表,下列有关叙述中,正确的是( )
年份
1870
1900
1930
1960
1990
S基因
频率(%)
10
50
65
50
12
A.1870年,种群中浅色个体的比例为90%
B.从1900年至1960年,该物种始终没有进化
C.到1990年,该桦尺蠖已经进化成了两个物种
D.自然选择导致S基因频率定向改变
答案 D
解析 1870年,S基因频率为10%,s基因频率为90%,所以种群中浅色个体的比例为90%×90%=81%,A错误;生物进化的实质是种群基因频率的改变,B错误;新物种形成的标志是产生生殖隔离,到1990年,该桦尺蠖并没有与原来的种群产生生殖隔离,C错误;自然选择导致S基因频率定向改变,D正确。
5.某植物种群,AA基因型个体占30%,aa基因型个体占20%,则:
(1)植物的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,这种植物在两年中是否发生了进化?
________。
原因是________________________________________________________________________。
(4)由此可知,进化的基本单位是________,进化的原材料由________提供,生物进化的方向决定于________,进化的实质是________。
答案
(1)55%、45%
(2)42.5% 32.5% 55%、45%
(3)没进化 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 种群的基因频率的改变
解析
(1)由题知Aa基因型的个体占50%,假设该群体有100个个体,则A基因的总数=30×2+50=110,100个个体含有A、a基因的总数=100×2=200,所以A的基因频率=
=55%,则a的基因频率=45%。
(2)若该植物自交,自交后代产生基因型比例为:
AA=30%+
×50%=42.5%;aa=20%+
×50%=32.5%;Aa=
×50%=25%。
同法可求出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。
可见,种群是生物进化的单位,变异为自然选择提供了选择材料,生物进化的实质实际上就是基因频率的变化。
基础巩固
1.某植物种群中,AA个体占16%,aa个体占36%,该种群随机交配产生的后代中AA个体百分比、A基因频率和自交产生的后代中AA个体百分比、A基因频率依次是( )
A.增大,不变;不变,不变B.不变,增大;增大,不变
C.不变,不变;增大,不变D.不变,不变;不变,增大
答案 C
解析 由遗传平衡定律得知,随机交配后代的基因频率不会改变;连续自交产生的后代中纯合体会越来越多,导致种群中纯合体比例增大,但基因频率不会发生改变。
2.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%
答案 B
解析 由题意得出病害发生前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%。
3.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规律),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。
4.果蝇长翅(V)和残翅(v)由一对常染色体上的等位基因控制。
假定某果蝇种群有20000只果蝇,其中残翅果蝇个体数量长期维持在4%。
若再向该种群中引入20000只纯合长翅果蝇,在不考虑其他因素影响的前提下,关于纯合长翅果蝇引入后种群的叙述,错误的是( )
A.v基因频率降低了50%
B.V基因频率增加了50%
C.杂合果蝇比例降低了50%
D.残翅果蝇比例降低了50%
答案 B
解析 因该果蝇种群长期保持vv的基因型频率为4%,由此算出v=0.2,V=0.8,进而计算出引入纯种长翅果蝇前,vv基因型的果蝇有0.04×20000=800只,Vv基因型的果蝇有2×0.2×0.8×20000=6400只,VV基因型的果蝇有0.8×0.8×20000=12800只。
引入后,v基因频率=(800×2+6400)/(40000×2)=0.1,V基因频率=1-0.1=0.9,故A正确,B错误。
因Vv、vv基因型果蝇的数目不变,而该种群的总数增加一倍,所以Vv、vv的基因型频率降低50%,C、D正确。
巩固提升
5.水稻非糯性(Y)对糯性(y)为显性,抗病(R)对不抗病(r)为显性。
用非糯性抗病和糯性不抗病的两纯种水稻杂交,让F1自交三代,在自然情况下,基因频率的变化是( )
A.Y逐渐增大,R逐渐增大
B.Y逐渐减小,R逐渐减小
C.Y基本不变,R基本不变
D.Y基本不变,R逐渐增大
答案 D
解析 非糯性抗病和糯性不抗病的两纯种水稻的基因型分别为YYRR和yyrr,杂交得F1(YyRr)。
F1自交三代,由于自然选择的作用,后代中抗病个体增加,不抗病个体逐渐被淘汰,即R的基因频率逐渐增大;而非糯性与糯性性状基本不受环境影响,后代中Y的基因频率基本不变。
6.人类的MN血型系统中,基因型LMLM的个体表现为M血型;基因型LMLN的个体表现为MN血型;基因型LNLN的个体表现为N血型。
某城市血站调查了1788人,发现有397人是M血型,861人是MN血型,530人是N血型,那么LM和LN的基因频率分别是( )
A.46%、54%B.23%、29%
C.50%、50%D.54%、46%
答案 A
解析 根据题意:
LM的频率为:
=46%,LN的频率为:
=54%。
7.某动物种群中,AA、Aa和aa基因型的个体依次占25%、50%、25%。
若该种群中的aa个体没有繁殖能力,其他个体间可以随机交配,理论上,下一代AA∶Aa∶aa基因型个体的数量比为( )
A.3∶3∶1B.4∶4∶1
C.1∶2∶0D.1∶2∶1
答案 B
解析 若该种群中的aa个体没有繁殖能力,其他个体间可以随机交配,就是AA、Aa这两种基因型的雌雄个体间的交配,AA占
、Aa占
(用棋盘法)。
产生雌雄配子的概率
A
a
A
AA
Aa
a
Aa
aa
理论上,下一代AA∶Aa∶aa基因型个体的数量比为4∶4∶1,故选B。
8.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,下列能比较正确地表示A基因和a基因之间的比例变化的曲线是( )
答案 A
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。
9.回答下列有关生物进化和生物多样性的问题。
(1)现代综合进化论认为生物进化的基本单位是__________________________。
(2)材料一 某种蛾易被蝙蝠捕食,千百万年之后,此种蛾中的一部分当感受到蝙蝠的超声波时,便会运用复杂的飞行模式,逃脱危险,其身体也发生了一些其他改变。
当人工使变化后的蛾与祖先蛾交配后,产出的受精卵不具有生命力。
材料二 蛙是幼体生活于水中,成体可生活于水中或陆地的动物。
由于剧烈的地质变化,使某种蛙生活的水体分开,蛙被隔离为两个种群。
千百万年之后,这两个种群不能自然交配。
依据以上材料,回答下列问题。
①这两则材料中发生的相似事件是________。
A.适应辐射B.地理隔离
C.生存竞争D.生殖隔离
②在材料一中,蛾复杂飞行模式的形成是____________________的结果。
③在材料二中,若发生剧烈地质变化后,其中一个蛙种群生活的水体逐渐干涸,种群中个体数减少,导致该种群的__________________变小。
④下表为V基因在种群A和B中的基因型个体数。
计算Va在A种群中的频率______________________。
就V基因而言,比较A种群和B种群的遗传多样性,并利用表中数据陈述判断依据_______________________________________。
基因型 A种群(个) B种群(个)
VaVb 200 0
VaVa 50 120
VbVc 100 200
VcVc 150 50
VaVc 100 80
答案
(1)种群
(2)①D ②自然选择(适者生存)
③基因库 ④33% A种群的遗传多样性高于B种群;因为A种群的基因型为5种,B种群为4种(A种群基因型多于B种群)
10.1万年前,科罗拉多大峡谷中的松鼠被一条河流分隔成两个种群.两个种群现在已经发生明显的分化。
研究人员指出,经过长期演化可能形成两个物种,如图所示。
请分析回答下列问题。
(1)结合现代生物进化理论分析可知,b的实质变化是
________________________________________________________________________。
(2)①~⑥的存在说明了___________________________________________________。
(3)原松鼠种群中黑毛基因A的基因频率为50%。
环境变化后,峡谷北侧山高林密,生活于其中的松鼠种群中基因型为AA、Aa的个体数量在一年后各增加20%,基因型为aa的个体数量减少20%。
则一年后a的基因频率为__________________________________________,
基因型为aa的个体的比例为__________________________________________________。
答案
(1)种群基因频率的改变
(2)变异是不定向的(3)45.45% 18.18%
解析 松鼠种群在不同的环境选择下进化,产生各种特异性变异,导致种群基因频率发生差异性变化,直至成为不同物种。
由题意可知,A的基因频率为50%,则原来种群中AA、Aa、aa的基因型频率分别为25%、50%、25%,可设其分别为25只、50只、25只,则一年后种群中基因型为AA、Aa、aa的个体数量分别为30只、60只、20只,其基因型频率分别为27.27%、54.55%、18.18%,所以此时a的基因频率为45.45%。
走进高考
11.(2014·上海卷,9)果蝇的长翅(V)对残翅(v)为显性。
在一个由600只长翅果蝇和400只残翅果蝇组成的种群中,若杂合体占所有个体的40%,那么隐性基因v在该种群内的基因频率
为( )
A.20%B.40%C.60%D.80%
答案 C
解析 VV、Vv、vv共1000只,其中Vv为40%×1000=400只,因此隐性基因v在该种群内的基因频率为(400+2×400)÷2000×100%=60%,C项正确。
12.(2015·安徽卷,5)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%
答案 C
解析 根据题意可知,两个非常大的某昆虫种群,在理想情况下合并为一个种群,可以认为原先两个种群的大小相同,再根据两个种群的基因频率可知合并后的种群的A基因频率为70%,a基因频率为30%,根据遗传平衡定律可知下一代中的Aa的基因型频率为42%,所以C正确。
13.(2015·全国卷Ⅰ,32)假设某果蝇种群中雌雄个体数目相等,且对于A和a这对等位基因来说只有Aa一种基因型。
回答下列问题:
(1)若不考虑基因突变和染色体变异,则该果蝇种群中A基因频率∶a基因频率为________________。
理论上,该果蝇种群随机交配产生的第一代中AA、Aa和aa的数量比为________,A的基因频率为________。
(2)若该果蝇种群随机交配的实验结果是第一代中只有Aa和aa两种基因型,且比例为2∶1,则对该结果最合理的解释是________________________。
根据这一解释,第一代再随机交配,第二代中Aa和aa基因型个体数量的比例应为________。
答案
(1)1∶1 1∶2∶1 0.5
(2)A基因纯合致死 1∶1
解析
(1)由题干可知种群中只有Aa一种基因型个体,因此种群中A∶a比例是1∶1,产生的配子中A配子∶a配子=1∶1,配子随机结合,后代中基因型AA为
×
=
、Aa为2×
×
=
、aa基因型为
×
=
。
A的基因频率为AA基因型频率+
的Aa基因型频率=
+
×
=
。
(2)该种群随机交配后,由于后代只有Aa和aa两种基因型
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