学年高中生物第五章生物进化的动力与种群基因频率的平衡和变化学案浙科版.docx
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学年高中生物第五章生物进化的动力与种群基因频率的平衡和变化学案浙科版
第1课时 生物进化的动力与种群基因频率的平衡和变化
1.概述自然选择是生物进化的动力。
2.掌握种群基因频率的平衡和变化。
[学生用书P72]
一、选择是进化的动力
1．人工选择
2．自然选择
同种生物普遍存在着变异个体
3．自然选择是进化的一个重要动力和机制。
二、种群的变异性
1．可遗传变异的来源是基因突变、基因重组和染色体畸变，是不定向的。
生物通过基因突变产生新基因，通过基因重组产生形形色色的基因型。
2．可遗传变异是自然选择的前提，也是生物进化的前提。
三、种群基因频率的平衡和变化
1．含义
（1）基因库：
一个生物种群的全部等位基因的总和。
（2）基因频率＝
×100%。
（3）基因型频率＝
×100%。
2．相关计算
（1）若有一对等位基因A和a，基因A的频率为p，基因a的频率为q，则p＋q＝1；
（2）若基因型AA、Aa、aa的频率分别为D、H、R，种群总个体数为N，则p＝D＋1/2H，q＝R＋1/2H。
3．遗传平衡定律
在一个大的随机交配的种群里，基因频率和基因型频率在没有迁移、突变、选择的情况下，世代相传不发生变化，并且基因型频率是由基因频率所决定的。
4．促使种群基因频率变化的因素主要有：
突变、基因迁移、遗传漂变、非随机交配、自然选择等。
判断下列叙述是否正确。
（1）进化时基因频率总是变化的，总是由突变引起的（×）
（2）生物通过变异产生新的基因，这里的变异包括染色体畸变（×）
（3）自然状态下的种群通常不处于遗传平衡状态（√）
（4）达尔文自然选择学说能解释生物进化的原因及物种多样性的形成（√）
（5）环境改变诱导生物产生变异，不同环境选择不同的变异得以保存，因此变异是定向的，选择是不定向的（×）
人工选择与自然选择[学生用书P73]
1．比较
人工选择
自然选择
选择因素
人
自然环境
选择对象
家养生物
自然界中的生物
选择目的
满足人们需要
适应当地环境
选择手段
人工挑选
生存斗争
进化速度
较快
十分缓慢
结果
培育出人类需
要的新品种
优胜劣汰，适者生存
2.自然选择的几个问题
（1）选择的对象：
从分子水平上，自然选择实质上是对变异所对应的基因的选择，从而改变着种群中不同基因的基因频率。
（2）选择的因素：
对生物的变异起选择作用的是个体所处的自然环境。
（3）选择的手段：
生物繁殖产生的大量后代与有限生活条件之间的矛盾，必然引起并加剧生存斗争。
通过生存斗争，使少数具有有利变异的生物个体生存下来，从而完成一次自然对生物的选择。
（4）选择的结果：
自然选择选择了与环境相适应的变异类型。
自然选择决定着生物进化的方向，是定向的。
1．科学家对某一种蟹的体色深浅进行了研究，结果如图所示。
不同体色的蟹的数量不同，为什么会形成这样的差别呢？
下列解释中最合理的是（ ）
A．中间体色与环境颜色相适应，不易被天敌捕食
B．深体色和浅体色的个体繁殖能力弱
C．深体色和浅体色的个体食物来源太少
D．中间体色是新形成的一种适应性更强的性状
解析：
选A。
由图可知中间体色数量最多，应是其最适应环境，生存几率高，故A正确。
深体色和浅体色的个体数量少，但不能说明繁殖能力弱，故B错误。
也不能说明是因为它们的食物来源少，故C错误。
中间体色是原本就有的性状，不是新形成的，是在自然选择中留下来的，故D错误。
2．（2017·浙江4月选考）经调查发现，某地区菜青虫种群的抗药性不断增强，其原因是连续多年对菜青虫使用农药。
下列叙述正确的是（ ）
A．使用农药导致菜青虫发生抗药性变异
B．菜青虫抗药性的增强是人工选择的结果
C．通过选择导致菜青虫抗药性变异不断积累
D．环境是造成菜青虫抗药性不断增强的动力
解析：
选C。
抗药性的产生并不是因为农药的自然选择才产生的，而是在自然选择之前就已经出现，所以不能说自然选择导致变异，故A错误；抗药性增强是自然选择的结果，故B错误；自然选择是进化的动力，故D错误；自然选择可导致有利变异的积累，故C正确。
自然选择学说中有关“变异”的分析
（1）环境因素的作用会提高突变的频率，但任何情况下变异都是不定向的，所以环境不能起到定向诱导变异的作用，它的作用是对不定向的变异进行定向选择。
（2）在运用达尔文自然选择学说分析问题时，要注意“变异在前，选择在后”的思路。
基因频率计算的相关类型[学生用书P74]
1．根据已知调查的各种基因型的个体数计算基因频率
计算公式：
某基因频率＝某基因的总数/种群中全部等位基因的总数×100%。
即：
A的基因频率＝A/（A＋a）×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＝该基因纯合子的基因型频率＋1/2杂合子的基因型频率。
即：
A的基因频率＝AA的基因型频率＋1/2Aa的基因型频率。
3．根据遗传平衡定律计算基因频率
（1）依据下表：
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）
AA、Aa、aa三种基因型频率和为：
p2＋2pq＋q2＝1，即为（p＋q）2＝p2＋2pq＋q2＝1。
（2）实例：
AA的基因型频率为m，则A的基因频率为
。
（3）适用条件：
①种群是极大的。
②种群个体间的交配是随机的，也就是说，种群中每一个个体与种群中其他个体的交配机会是相等的。
③没有突变产生。
④种群之间不存在个体的迁移或基因交流。
⑤没有自然选择。
4．X染色体上基因的基因频率的计算：
Xb的基因频率＝Xb/（XB＋Xb）×100%。
突破1 常染色体上基因频率的计算
3．某生物种群由基因型为AA、Aa、aa的个体组成，其中基因a的频率为45%，则该种群中基因A的频率为（ ）
A．30% B．45%
C．55%D．80%
解析：
选C。
基因a的频率为45%，所以其等位基因A的基因频率为1－45%＝55%。
突破2 X染色体上基因频率的计算
4．据某生物研究性学习小组调查，某校学生中基因型比例为XBXB∶XBXb∶XbXb∶XBY∶XbY＝44∶5∶1∶43∶7，则Xb的基因频率为（ ）
A．13.2%B．5%
C．14%D．9.3%
解析：
选D。
基因频率是指一个种群基因库中某个基因占全部等位基因数的比率。
Xb的基因频率＝Xb/（XB＋Xb）×100%（因为B、b只位于X染色体上，Y染色体上没有）。
女性体内有两条X染色体，因此有两个此类基因（包括B和b），男性体内只有1条X染色体，因此只有1个此类基因（B或b）。
被调查的种群中，Xb：
5%＋1%×2＋7%＝14%；XB＋Xb：
44%×2＋5%×2＋43%＋1%×2＋7%＝150%。
所以，Xb的基因频率＝Xb/（XB＋Xb）×100%＝14%/150%×100%≈9.3%。
突破3 随机交配条件下、基因型频率的计算
5．在某一个人群中，经调查得知，隐性性状者为16%，该性状不同类型的基因型频率是多少（按AA、Aa、aa顺序排列答案）（ ）
A．0.36、0.48、0.16B．0.36、0.24、0.16
C．0.16、0.48、0.36D．0.16、0.36、0.48
解析：
选A。
在一个大群体随机交配的情况下，其基因频率和基因型频率在没有突变、选择和迁移的条件下世代相传，不发生变化，基因型频率是由基因频率决定的。
种群中一对等位基因频率之和等于1，基因型频率之和也等于1。
题中隐性性状者为16%，即a2＝16%，则a＝40%。
A＝1－40%＝60%。
因此AA＝60%×60%＝0.36，Aa＝2×40%×60%＝0.48。
突破4 随机交配和自交条件下基因频率和基因型频率变化的比较
6．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基因频率的变化依次为（ ）
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
解析：
选C。
随机交配的种群的基因频率和基因型频率稳定不变，保持平衡，符合遗传平衡定律。
自交时，基因频率不变，杂合子所占比例会逐代减少，纯合子所占比例逐代增多，所以AA个体百分比会增大。
关于基因频率与基因型频
率变化的三个易混警示
（1）杂合子连续自交时，尽管基因频率不变，但后代的基因型频率会发生改变，表现为纯合子所占比例不断增大，杂合子所占比例不断减小。
（2）在无基因突变、无迁入和迁出、各种基因型的个体生活力相同时，自由交配遵循遗传平衡定律，上下代之间种群的基因频率及基因型频率不变。
（3）基因频率相同的两个种群，它们的基因型频率不一定相同；当基因型频率发生改变时，基因频率不一定发生改变。
核心知识小结
[要点回眸]
[规范答题]
1.选择是生物进化的动力。
2.生物通过变异产生新基因，通过基因重组产生新的基因型，逐渐形成独特的有差异的个体。
3.一对等位基因的频率之和等于一。
4.在一个大的随机交配的种群里，基因频率和基因型频率在没有迁移、突变、选择的情况下，世代相传不发生变化。
[随堂检测][学生用书P75]
1．某地区共同生活着具有捕食关系的甲、乙两种动物，两者的个体数长期保持稳定。
下列叙述正确的是（ ）
A．乙物种的灭绝必然导致甲物种的灭绝，反之亦然
B．在长期进化中，甲、乙两物种必然互为选择因素
C．甲物种基因的突变必然导致乙物种基因的突变，反之亦然
D．甲、乙个体数的长期稳定说明两个种群的基因频率没有改变
解析：
选B。
由题意知，甲、乙两物种存在捕食关系，若捕食者仅有一种食物来源，则被捕食者灭绝，捕食者也会因缺少食物而灭绝；若捕食者有多种食物来源，则其中一种被捕食者灭绝不会导致捕食者灭绝；若捕食者灭绝，则被捕食者在一段时间内数量会增加，达到一定数量后会减少，最终在一定数量上维持平衡。
在长期进化中，二者相互选择，可使基因频率发生定向改变，共同进化。
两种群的基因突变是由环境影响产生的，两种群之间互不影响。
基因突变产生新的等位基因，可能使种群的基因频率发生改变，种群数量保持稳定不能说明基因频率未发生改变。
2．如图表示长期使用一种农药后，害虫种群密度的变化情况，下列有关叙述中不正确的是（ ）
A．a点种群中存在很多种变异类型，原因是变异具有不定向性
B．a→b的变化是农药作用的结果
C．b→c是害虫的抗药性逐代积累的结果
D．农药对害虫的抗药性变异进行定向选择，使害虫产生了抗药性变异
解析：
选D。
在使用农药前，害虫存在多种变异类型，有抗药性强的个体，也有抗药性弱的个体；图中ab段下降的原因是大部分害虫没有抗药性或抗药性弱，从而被淘汰；bc段上升的原因是抗药性强的害虫在生存斗争中存活并大量繁殖。
农药的作用不是产生抗药性，抗药性早已存在于该种群，只是将抗药性弱的个体淘汰了。
3．某生物种群由基因型为AA、Aa、aa的个体组成，基因A的频率为70%，则基因a的频率为（ ）
A．30% B．60%
C．35%D．70%
解析：
选A。
该种群一对等位基因中A的基因频率为70%，则a的基因频率为1－70%＝30%。
4．某地区从1964年开始使用杀虫剂杀灭蚊子幼虫，至1967年中期停用。
如图是五年间蚊子幼虫基因型频率变化曲线。
R表示杀虫剂抗性基因，S表示野生敏感型基因。
据图回答：
（1）R基因的出现是________的结果。
（2）在RR基因型频率达到峰值时，RS、SS基因型频率分别为4%和1%，此时R基因的频率为________。
（3）1969年中期RR基因型几近消失，表明在__________________________的环境条件下，RR基因型幼虫比SS基因型幼虫的生存适应能力________。
（4）该地区从此不再使用杀虫剂。
预测未来种群中，最终频率最高的基因型是________，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：
（1）R基因是新产生的基因，只有基因突变能产生新的基因。
（2）RR的基因型频率为95%，所以R基因的频率为（95×2＋4）/200×100%＝97%。
（3）1969年时，RR的个体明显减少，说明在不使用杀虫剂的时候，RR基因型幼虫比SS基因型幼虫的生存适应能力低。
（4）根据曲线的变化可以看出，在不使用杀虫剂后，RR个体越来越少，R的基因频率越来越低，SS个体越来越多，S的基因频率越来越高。
答案：
（1）基因突变
（2）97% （3）不再使用杀虫剂 低
（4）SS 在不使用杀虫剂环境下，持续的选择作用使R的基因频率越来越低
[课时作业][学生用书P131（单独成册）]
一、选择题
1．当“601”药问世时，治疗病毒性感冒疗效很好，几年后疗效渐低，其根本原因可能是（ ）
A．病毒接触了药物后，慢慢地产生了抗药性
B．病毒为了适应环境，产生了抗药性变异
C．药物的定向选择使病毒的抗药性积累、增强
D．后来的药量用得过少，产生了抗药性变异
答案：
C
2．对达尔文自然选择学说的理解正确的是（ ）
①环境改变使生物产生适应性的变异
②可遗传的变异是生物进化的基础
③变异是不定向的
④变异是定向的
⑤变异经过长期自然选择和积累可以产生出生物的新类型
A．②④⑤ B．②③⑤
C．②④D．①③⑤
解析：
选B。
达尔文学说认为变异是不定向的，而题目中④的含义是与之矛盾的。
①实质上是说变异都是适应性的，也就是定向的，与题目中④是一致的。
这样排除①和④，故选B。
3．突变引起基因频率的改变是普遍存在的。
研究人员调查了某地区某物种后发现，此物种共有a个个体，每个个体有b对基因。
假设每个基因的突变率都是c，则此物种每一代出现的基因突变数大约为（ ）
A．2abcB．abc
C．1/2abcD．（2/a）bc
解析：
选A。
基因库中所有的基因都有突变的可能，每个基因的突变率为c，该基因库中共有基因个数为2ab，所以每一代中出现的基因突变数大约为2abc。
4．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型频率之和为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大于女性，所以男性群体中色盲的基因频率大于女性群体
解析：
选B。
基因频率的改变才能说明物种的进化；Aa自交后代，A的基因频率始终等于a的基因频率；男性色盲患者多于女性患者，原因是色盲是伴X隐性遗传而不是色盲基因频率在男女群体中不同。
5．在豚鼠中，黑毛对白毛是显性，如果基因库中，90%是显性基因B，10%是隐性基因b，则种群中基因型BB、Bb、bb的频率分别是（ ）
A．81%、18%、1%B．45%、40%、15%
C．18%、81%、1%D．45%、45%、10%
解析：
选A。
此题可根据遗传平衡定律公式来计算，如果用p代表基因B的频率，q代表基因b的频率，那么，遗传平衡定律可以写成：
（p＋q）2＝p2＋2pq＋q2，其中p2代表一个等位基因B纯合子的频率，q2代表另一个等位基因b纯合子的频率，2pq代表杂合子Bb的频率。
如果一个种群达到了遗传平衡，其基因型频率应当符合p2＋2pq＋q2＝1。
故可得出：
BB基因型频率＝p2＝（90%）2＝81%；Bb基因型频率＝2pq＝2×90%×10%＝18%；bb基因型频率＝q2＝（10%）2＝1%。
6．在非洲人群中，约每10000个人中有4个人患囊性纤维原癌，该病属于常染色体遗传。
一对正常夫妇生有一患病的孩子。
此后，该妇女与另一健康男性再婚，他们所生的孩子患此病的概率是（ ）
A．1/25B．1/50
C．1/100D．1/102
解析：
选D。
若与该病相关的基因用A、a表示，P（aa）＝4/10000，P（a）＝0.02，P（A）＝0.98，P（AA）＝0.98×0.98，P（Aa）＝2×0.98×0.02，正常人中出现Aa的概率＝P（Aa）/[P（AA）＋P（Aa）]＝4/102。
Aa与4/102Aa产生aa的概率＝4/102×1/4＝1/102。
本题极易出现计算失误，尤其是忽略“正常人中出现Aa的概率”的计算。
7．下列哪项对种群的基因频率没有影响（ ）
A．染色体变异B．随机交配
C．自然选择D．基因突变
解析：
选B。
染色体变异会使基因的数量发生改变，进而影响种群的基因频率，A项错误；随机交配不会产生新的基因，也不会改变基因的数量，对基因频率没有影响，B项正确；自然选择使种群的基因频率发生定向改变，C项错误；基因突变是新基因产生的途径，对基因频率有影响，D项错误。
8．如图，某种群自由交配，获得F1，F1自由交配获得F2，整个过程中没有自然选择以及基因突变等使基因频率改变的因素，下列说法正确的是（ ）
种群
F1
F2
A．F1和F2基因频率不同
B．F1和F2基因型频率不相同
C．整个过程没有发生进化
D．F1和F2纯合子比例不同
解析：
选C。
整个过程中没有自然选择以及基因突变等使基因频率改变的因素，自由交配也不使基因频率发生改变，所以F1和F2基因频率相同；自由交配时，达到遗传平衡，继续自由交配，基因型频率不变，F1和F2基因型频率相同，F1和F2纯合子比例相同。
9．金鱼的一对相对性状由一对等位基因（A、a）控制，其中a基因在纯合时使胚胎致死（aa、XaXa、XaY均为纯合子）。
现取一对金鱼杂交，F1金鱼共67只，其中雄性金鱼21只，则F1金鱼自由交配所得F2成活个体中，a基因的频率为（ ）
A．1/8B．1/6
C．1/11D．1/14
解析：
选C。
由题意知，一对金鱼杂交，F1金鱼共67只，其中雄性金鱼21只，雌性个体∶雄性个体≈2∶1，说明金鱼的这一对等位基因位于X染色体上，亲本的基因型为XAXa、XAY，F1中，雌性个体的基因型为XAXa、XAXA，产生卵细胞的基因型及比例是：
XA∶Xa＝3∶1，雄性个体的基因型为XAY，产生的精子的基因型及比例是XA∶Y＝1∶1，因此F1金鱼自由交配所得F2的基因型及比例是：
XAXA∶XAXa∶XAY∶XaY＝3∶1∶3∶1，其中XaY死亡，所以成活个体中XAXA∶XAXa∶XAY＝3∶1∶3；Xa的基因频率＝1÷（3×2＋1×2＋3）＝1/11。
10．不同基因型的褐鼠对灭鼠灵药物的抗性及对维生素K的依赖性（即需要从外界环境中获取维生素K才能维持正常的生命活动）的表现型如表。
若对维生素K含量不足环境中的褐鼠种群长期连续使用灭鼠灵进行处理，则褐鼠种群（ ）
基因型
rr
Rr
RR
对灭鼠灵的抗性
敏感
抗性
抗性
对维生素K的依赖性
无
中度
高度
A.基因r的频率最终下降至0
B．抗性个体RR∶Rr＝1∶1
C．RR个体数量增加，rr个体数量减少
D．绝大多数抗性个体的基因型为Rr
解析：
选D。
由于环境是维生素K含量不足的环境，所以依赖度较高的RR个体数量减少，长期使用灭鼠灵rr个体数量大量减少，所以Rr个体的数量最多，所以两种基因频率都不为0。
11．某种群由基因型为AA、Aa和aa的个体组成。
若该种群中基因a的频率是50%，则基因A的频率是（ ）
A．0% B．35%
C．50%D．100%
解析：
选C。
一个种群中A、a基因频率之和为1，已知a的基因频率为50%，则A的基因频率为50%。
12．某自花传粉植物种群中，亲代中AA基因型个体占30%，aa基因型个体占20%，则亲代中A的基因频率和F1中AA的基因型频率分别是（ ）
A．55%和32.5%B．55%和42.5%
C．45%和42.5%D．45%和32.5%
解析：
选B。
根据题目中已知条件，基因型频率AA＝30%，aa＝20%，可得Aa＝50%，则基因频率A＝AA%＋1/2×Aa%＝30%＋1/2×50%＝55%，a＝aa%＋1/2×Aa%＝20%＋1/2×50%＝45%。
由于该植物为自花传粉，所以AA后代全部为AA，aa后代全部为aa，Aa后代出现性状分离（1/4为AA，1/4为aa，1/2为Aa），所以F1中AA的比例为AA%＋Aa%×1/4＝30%＋50%×1/4＝42.5%。
二、非选择题
13．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________。
解析：
（1）因为该种群只有Aa一种基因型，若不考虑基因突变和染色体变异，该种群中A和a的基因频率均为0.5，所以A基因频率∶a基因频率＝1∶1。
如果该果蝇种群随机交配且不考虑基因突变和染色体变异，根据遗传平衡定律可知，AA的基因型频率为0.25，aa的基因型频率也是0.25，则Aa的基因型频率为0.5，所以AA、Aa和aa的数量比为1∶2∶1，且A和a的基因频率仍然都是0.5。
（2）由于该种群初始只有Aa一种基因型，所以理论上随机交配产生的后代中，应含有三种基因型，且比例为1∶2∶1。
但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，最可能的原因是显性基因纯合（AA）致死，从而导致子代中无基因型为AA的个体存在。
子一代中Aa和aa的比例为2∶1，即Aa和aa的概率分别是2/3和1/3，所以A和a的基因频率分别是1/3和2/3。
如果不考虑基因纯合致死，随机交配符合遗传平衡定律，产生的子二代中AA＝1/3×1/3＝1/9，Aa＝（1/3×2/3）×2＝4/9，aa＝2/3×2/3＝4/9，所以AA∶Aa∶aa＝1∶4∶4，AA个体致死，所以Aa和aa的个体数量比应为1∶1。
答案：
（1）1∶1 1∶2∶1 0.5
（2）A基因纯合致死 1∶1
14．用水蚤（一种水生小动物）进行如图所示的实验。
请回答下列问题：
（1）实验结果表明，多数水蚤生活的最适温度为________。
（2）有些水蚤能在20℃环境中生活，还有些水蚤能在28℃环境中生活，这表明水蚤个体之间存在着________，从而体现了生物的变异一般具有________。
（3）能在20℃环境中生存的个体都是___________________________________的个体，而在28℃环境中生存的个体都是________________________________的个体。
所以，温度的改变对水蚤
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