学年人教版必修2 第7章 第2节 第1课时 种群基因频率的改变与生物进化 学案.docx

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学年人教版必修2第7章第2节第1课时种群基因频率的改变与生物进化学案

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