高中生物第七章现代生物进化理论第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教学.docx

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高中生物第七章现代生物进化理论第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教学

第1课时　种群基因频率的改变与生物进化

[学习导航]　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。

[重难点击]　1.用数学方法讨论基因频率的变化。

2.自然选择对生物进化的作用。

19世纪，英国杰出的生物学家发现了生物发展的规律，证明所有的物种都有共同的祖先。

达尔文的这一重大发现，对生物学具有划时代的意义。

人们在达尔文自然选择理论的基础之上，逐步完善和发展进化论，最终建立了现代生物进化理论。

这节课就让我们一起来学习现代生物进化理论。

一、种群是生物进化的基本单位

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，并且是个体的表现型，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基因组成的变化。

2．种群的概念

生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群。

它是生物进化的基本单位，彼此之间可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代。

3．基因库与基因频率

（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：

一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率，叫做基因频率。

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，根据孟德尔的分离定律计算：

1．该种群产生的A配子和a配子的比率各是多少？

答案　A配子占60%，a配子占40%。

2．子一代基因型的频率各是多少？

答案　AA占36%，Aa占48%，aa占16%。

3．子一代种群的基因频率各是多少？

答案　A占60%，a占40%。

4．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？

答案

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。

5．若上述计算结果是建立在五个假设条件基础上的。

对自然界种群来说，这五个条件都成立吗？

你能举出哪些实例？

答案　对自然界的种群来说，这五个条件不可能同时都成立。

例如，翅色与环境色彩较一致，被天敌发现的机会就少些。

知识整合　当某种群非常大，所有雌雄个体间都能自由交配，没有迁入和迁出，没有自然选择和突变时，这样的种群称为理想种群。

理想种群中，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。

1．下列关于种群的叙述中，不正确的是（　　）

A．种群是生物进化的基本单位，也是生物群落的基本单位

B．种群内个体间彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代

C．两个池塘内的全部青蛙是一个种群

D．一个树林中的全部杜鹃是一个种群

答案　C

解析　种群是在一定区域内（即同一地点）同种生物的全部个体的总和，而C项为两个池塘，属于两个种群。

2．在一个种群中随机抽取一定数量的个体，其中基因型为AA的个体占18%，基因型为Aa的个体占78%，基因型为aa的个体占4%，A和a的基因频率分别是（　　）

A．18%、82%B．36%、64%

C．57%、43%D．92%、8%

答案　C

解析　A基因频率＝AA基因型频率＋1/2Aa基因型频率＝18%＋1/2×78%＝57%，a基因频率＝aa基因型频率＋1/2Aa基因型频率＝4%＋1/2×78%＝43%。

3．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

答案　A

解析　本题考查基因遗传平衡定律的应用。

根据基因库中隐性性状者（aa）的频率为16%。

则q2＝0.16，q＝0.4，而p＝1－0.4＝0.6，根据遗传平衡公式，[p（A）＋q（a）]2＝p2（AA）＋2pq（Aa）＋q2（aa）可计算出AA的频率为0.36，Aa的频率为0.48，aa的频率为0.16。

方法链接

　1.已知基因型频率计算基因频率

设有某种群，AA、Aa、aa的基因型频率分别用PAA、PAa、Paa表示，A、a的基因频率分别用PA、Pa表示，则：

PA＝PAA＋

PAa；Pa＝Paa＋

PAa。

2．理想条件下的基因频率和基因型频率的计算

理想种群中，一对等位基因为A和a，设A的基因频率为p，a的基因频率为q，则p＋q＝A%＋a%＝1。

如果这个种群达到了遗传平衡，那么遗传平衡定律可以表示为：

（p＋q）2＝p2＋2pq＋q2＝1。

（1）p2代表纯合子AA的基因型频率；

（2）2pq代表杂合子Aa的基因型频率；

（3）q2代表纯合子aa的基因型频率。

即：

AA%＝p2，Aa%＝2pq，aa%＝q2。

二、突变和基因重组、自然选择

1．突变和基因重组产生进化的原材料

（1）可遗传变异的来源

可遗传变异来源

（2）可遗传变异的形成、特点和作用

①形成：

a.基因突变产生等位基因；b.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。

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，是由生存环境决定的。

2．自然选择决定生物进化的方向

（1）原因：

在自然选择的作用下，具有有利变异的个体更易产生后代，相应的基因频率会不断提高，具有不利变异的个体很难产生后代，相应的基因频率会不断下降。

（2）结果：

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。

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？

答案　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？

答案　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．突变和基因重组能决定生物进化的方向吗？

答案　不能。

突变和基因重组都是随机的、不定向的，不能决定生物进化的方向。

4．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%，这一年间种群是否进化了？

分析　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%。

答案　种群的基因频率没有变化，生物没有进化。

知识整合　生物进化的单位是种群，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，其中那些微小有利的变异不断积累导致生物进化，但突变本身不能决定生物进化的方向，起决定作用的是自然选择。

生物进化的实质是种群基因频率的变化。

4．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

答案　C

解析　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，生物进化的实质是种群基因频率的改变。

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。

种群中基因频率改变的偶然性随种群数量下降而增大。

5．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

答案　B

解析　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；变异是不定向的，自然选择可使基因频率发生定向改变；基因频率的改变与基因突变、迁入和迁出、自然选择等多种因素有关。

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。

其中的“种”是生物分类的基本单位，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

答案　C

解析　基因库是指一个种群中全部个体所含有的全部基因，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。

3．在一次大风暴后，有人搜集了100只受伤的麻雀，把它们饲养起来，结果活下来64只。

在死去的个体中，大部分是个体比较大、变异类型特殊的，下列有关叙述正确的是（　　）

A．突变和基因重组决定生物进化的方向

B．自然选择会改变种群的基因频率

C．特殊的变异类型都是不利的

D．不产生变异的生物才能生存

答案　B

解析　突变和基因重组为生物的进化提供原材料，这种变异是不定向的，可能是有利的，也可能是有害的。

产生有利变异的个体存活下来，产生不利变异的个体会在自然选择中被淘汰，自然选择的过程就是种群基因频率发生变化的过程。

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　AA自交产生AA的比率为40%×40%＝16%，AA与Aa杂交也产生AA，比率为2×40%×60%×

＝24%，Aa自交也产生AA，比率为60%×60%×

＝9%，而aa产生的比例为60%×60%×

＝9%，所以AA占的比例为49%，而总数变为1－9%（被淘汰的aa）＝91%，此时AA的比例为

。

5．下图中的小圆圈表示物种，箭头表示物种的变异，箭头线上有两条短线代表被淘汰的变异个体。

请根据此图解完成下列关于达尔文自然选择学说的问题：

（1）此图说明了一个什么观点？

________________________________。

（2）图解中为什么有的箭头被淘汰？

_____________________________________。

（3）图解中画出的未被淘汰的箭头综合说明了什么？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）变异是不定向的，自然选择是定向的　

（2）在生存斗争中，不利生存的变异个体在斗争中被淘汰

（3）说明在生存斗争中适于生存的变异个体被保留，并逐代通过遗传而不断积累加强（说明了自然选择是定向的）

解析　依图所示，每个小圆圈表示的物种，都有多个变异的方向，但每次都只有一个方向（且同一方向）保留下来，其他变异均被淘汰。

说明①生物的变异可向各方向发展，一般是不定向的；②生物被保存下来的变异是与环境相适宜的，即自然选择是定向的，当生物产生了变异后，由环境决定其生存还是被淘汰。

图中大多数的箭头（即变异）被淘汰，就是因为不适应环境的缘故。

图中未被淘汰的箭头始终朝向一个方向，除了说明外界环境未变，选择方向没变外，更重要的是物种在进化过程中，通过遗传，使有利变异在后代得到不断积累和加强，并最终达到进化目的。

课时作业

1．如果一个种群中，控制某一性状的基因频率增加，将会出现（　　）

A．控制该性状的基因不能传递给子代

B．该种群的全部个体为纯合子

C．该种群的繁殖速度加快

D．该性状对环境条件有很大的适应性

答案　D

解析　基因频率是某种基因在某个种群的基因库中占全部等位基因数的比率。

在自然界中，由于存在基因突变、基因重组和自然选择等因素，种群的基因频率总是在不断地变化，生物进化的过程实际上就是种群基因频率发生变化的过程。

而自然选择决定着生物进化的方向，经过自然选择，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，导致生物朝着一定的方向不断进化。

2．某相对独立的海岛上，原有果蝇20000只，其中基因型为AA、Aa和aa的果蝇分别占15%、55%和30%。

若此时从岛外入侵了2000只基因型为AA的果蝇，且所有果蝇均随机交配，则理论上F1中A的基因频率约是（　　）

A．43%B．48%

C．52%D．57%

答案　B

解析　原海岛上基因型为AA的果蝇的数量为20000×15%＝3000只，基因型为Aa的果蝇数量为20000×55%＝11000只，基因型为aa的果蝇数量为20000×30%＝6000只，侵入2000只基因型为AA的果蝇后，基因型为AA的果蝇数量为5000只，该岛上果蝇种群总数量为22000只，所以各种基因型的果蝇的基因型频率分别为AA＝5000÷22000＝5/22，Aa＝11000÷22000＝11/22，aa＝6000÷22000＝6/22，故A的基因频率＝5/22＋1/2×11/22＝21/44≈48%。

3．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。

4．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。

5．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，下列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有0.04×20000＝800，Vv有2×0.2×0.8×20000＝6400，VV有0.8×0.8×20000＝12800。

引入后，基因频率v＝（800×2＋6400）/（40000×2）＝0.1，V＝1－0.1＝0.9，故A正确，B错误；因Vv、vv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。

6．（2015·安徽，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种群的A基因频率为70%，a基因频率为30%，根据哈温定律可知下一代中的Aa的基因型频率为42%。

7．已知蜗牛壳上有条纹与无条纹的性状是由一对等位基因A和a控制的。

研究人员调查了某地区的1000只蜗牛，对存活的个体数和被鸟捕食后剩下的蜗牛空壳数进行了统计，结果如下表所示，请分析并回答下列问题：

有条纹（显性）

无条纹（隐性）

合计

存活个体数

178

211

389

空壳数

332

279

611

合计

510

490

1000

（1）在这1000只蜗牛中，aa的基因型频率为__________；如果Aa的基因型频率为42%，则a基因的基因频率为________。

（2）根据表中数据推断，壳上________（有条纹、无条纹）的蜗牛更易被鸟捕食。

经多个世代后，该种群中a基因的基因频率将会________（增大、减小），这种基因频率的改变是通过________实现的。

答案　

（1）49%　70%　

（2）有条纹　增大　自然选择

解析　

（1）1000只蜗牛中，aa个体总数为490只，所以aa基因型频率＝490÷1000×100%＝49%，若Aa的基因型频率为42%，a的基因频率＝49%＋1/2×42%＝70%。

（2）根据表格中的数据统计可知，有条纹蜗牛空壳数多于无条纹的蜗牛空壳数，说明有条纹的蜗牛容易被天敌发现而被捕食，从而使A基因频率减小，a基因频率增大，该变化是由于长期自然选择的结果。

8．回答下列有关生物进化的问题：

（1）图1表示某小岛上蜥蜴进化的基本过程，X、Y、Z表示生物进化中的基本环节，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）小岛上能进行生殖的所有蜥蜴个体含有的全部基因，称为蜥蜴的________________。

（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，回答下列问题：

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（种内斗争）　②联趾型个体趾间有蹼，适于游泳，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