学年 人教版 选择性必修二种群基因组成的变化与物种的形成教案.docx

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学年人教版选择性必修二种群基因组成的变化与物种的形成教案

第3节　种群基因组成的变化与物种的形成

课标要求

核心素养

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．说明自然选择促进生物更好地适应特定的生存环境。

3．阐述变异、选择和隔离可导致新物种形成。

1.生命观念：

初步运用进化与适应观，阐明可遗传的变异提供了生物进化的原材料；运用生物进化观念阐明隔离在物种形成中的作用。

2．科学思维：

运用统计与概率的相关知识，解释并预测种群内某一遗传性状的分布及变化；运用分类与比较的观念，分析地理隔离和生殖隔离在物种形成中的作用。

[学生用书P93]

一、种群基因组成的变化

1．种群和种群基因库

2．种群基因频率的变化

3．自然选择对种群基因频率变化的影响

[提醒]　自然选择直接作用于生物的表型而不是基因型，最终使种群的基因频率发生定向改变。

二、隔离在物种形成中的作用

1．物种的概念：

能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物。

2．隔离

（1）概念：

不同群体间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象。

（2）常见类型

项目

类型　　

发生范围

结果

生殖隔离

不同物种间

①不能相互交配；

②即使交配成功，也不能产生可育后代

地理隔离

同种生物

使种群间不能发生基因交流

3.新物种的形成过程

↓

↓

——基因库形成明显的差异，并逐渐出现生殖

隔离，从而形成不同的物种

4．物种形成的必要条件：

隔离。

（1）一个种群中某基因占所有基因的比值叫作基因频率。

（×）

（2）基因突变产生的有利变异决定生物进化的方向。

（×）

（3）自然选择决定了生物变异和进化的方向。

（×）

（4）存在生殖隔离的种群不一定存在地理隔离。

（√）

（5）地理隔离的出现导致基因频率的改变，标志新物种的形成。

（×）

知识点一　种群基因组成的变化[学生用书P94]

1．相关概念的比较

比较

项目

含义

变化后与进化的关系

基因型

频率　

×100%

生物不一定进化

基因频

率　　

×100%

生物进化

基因库

种群中全部个体所含有的全部基因

可导致生物进化，它的变化是形成新物种的前提

2.自然选择对种群基因频率变化影响的原理及实例分析

（1）原理分析

（2）实例分析（桦尺蛾体色进化）

由以上可以看出，在生物进化过程中某基因的频率如果逐渐增大，反映该基因控制的性状对环境的适应能力较强。

结论：

生物进化实质上是种群基因频率发生改变。

[温馨提示]　进化中的“定向”与“不定向”

（1）变异是不定向的。

（2）自然选择是定向的。

（3）种群基因频率的变化是定向的。

（4）生物进化是定向的。

1．（2021·广东广州高一检测）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，基因型频率发生改变，这说明生物在进化

B．在一个种群中，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．因红绿色盲患者中男性数量多于女性，所以男性群体中红绿色盲基因的频率大于女性群体中红绿色盲基因的频率

解析：

选B。

生物进化的实质是种群基因频率发生改变，基因型频率发生改变不能说明生物在进化，A错误；基因型为Aa的个体自交后代形成的种群中，A、a基因的频率大小取决于自然选择，C错误；红绿色盲是伴X染色体隐性遗传病，虽然红绿色盲患者中男性多于女性，但是男性群体中红绿色盲基因的频率等于女性群体中红绿色盲基因的频率，D错误。

2．桦尺蛾的体色受一对等位基因控制，其中黑色（S）对浅色（s）为显性。

将某桦尺蛾种群分成两组，分别迁移到A、B两个区域，A地是煤炭工业重镇，B地是闭塞的山区，数年后抽样调查，结果如下表所示。

下列有关说法不正确的是（　　）

区域

SS（%）

Ss（%）

ss（%）

A

80

18

2

B

2

8

90

A.A地S基因的频率为89%，B地S基因的频率为6%

B．A地的大部分s基因突变为S基因，故S基因的频率升高

C．从上述材料可知生物进化的方向是由自然选择决定的

D．从上述材料可知生物进化的实质就是种群基因频率的变化

解析：

选B。

由题干中的数据可知，A地种群内S基因的频率＝80%＋18%×（1/2）＝89%，s基因的频率＝1－89%＝11%；而B地种群内S基因的频率＝2%＋8%×（1/2）＝6%，s基因的频率＝1－6%＝94%，A正确。

由上述分析可知，A地种群内控制体色黑色的S基因的频率较高，而B地种群内控制体色浅色的s基因的频率较高，这与这两地种群的生活环境对其的选择有关，B错误。

A地种群生活在污染严重的环境中，而B地种群生活在基本未受污染的环境中，可见生物进化的方向是自然选择决定的，生物进化的实质是种群的基因频率发生改变，C、D正确。

发展素养__长句特训____________与高考接轨

（1）（科学思维）上题中的B地区种群s的基因频率高的原因是

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________。

提示：

浅色型（ss）桦尺蛾体色与环境色彩一致，不易被鸟类捕食，生存和繁殖后代的机会多，导致s基因频率高

（2）（科学思维）若将煤炭工业迁至B地区，种群S的基因频率又会升高，其原因是_______________________________________________________________

_______________________________________________________________。

提示：

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，导致S基因频率升高

知识点二　基因频率和基因型频率的有关计算[学生用书P95]

1．基因频率的计算

（1）某基因频率＝

×100%。

例如，A的基因频率＝

×100%。

（2）已知基因型频率计算基因频率

①常染色体上基因频率的计算

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。

例如，A基因的频率＝AA的基因型频率＋1/2Aa的基因型频率。

②X染色体上基因频率的计算

如某种群中基因型有XBXB、XBXb、XbXb、XBY、XbY，

Xb的基因频率＝

×100%。

（3）遗传平衡时基因频率与基因型频率的计算

2．自交和自由交配时基因频率和基因型频率的变化规律

交配方式

基因频率

基因型频率

自交

不改变

改变，纯合子增多，杂合子减少

自由交配

处于遗传平衡

不改变

不改变

不处于遗传

平衡　　　

不改变

改变

[温馨提示]　

（1）基因型频率改变时，基因频率不一定发生改变。

（2）只有处于遗传平衡的种群自由交配遵循遗传平衡定律，亲代与子代之间种群的基因频率及基因型频率均不变。

1．在某一人群中，经调查得知，隐性性状者的比例为16%，该性状不同类型的基因型频率分别是（按AA、Aa、aa顺序排列答案）（　　）

A．36%、48%、16%　　　B．36%、24%、16%

C．16%、48%、36%D．16%、36%、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。

题中隐性性状者的比例为16%，即aa的基因型频率为16%，则a的基因频率为40%，A的基因频率为1－40%＝60%。

因此AA的基因型频率为60%×60%＝36%，Aa的基因型频率为2×40%×60%＝48%。

2．某植物种群中，基因型为AA的个体占16%，aa个体占36%。

该种群随机交配产生的后代中AA的基因型频率、A基因的频率和自交产生的后代中AA的基因型频率、A基因的频率的变化依次为（　　）

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，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的基因型频率会增大。

发展素养__长句特训____________与高考接轨

（1）（科学思维）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________。

提示：

9.3%

（2）（科学思维）有的同学认为基因型频率发生改变，生物一定发生了进化，你认为该同学的说法是否合理？

________。

说明你的理由。

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________。

提示：

不合理　基因型频率发生改变，基因频率不一定发生变化，而生物进化的实质是基因频率发生改变

知识点三　隔离与物种的形成[学生用书P96]

1．地理隔离和生殖隔离的比较

2．物种形成的方式

3．物种形成的三个环节

4．物种形成与生物进化的比较

项目

物种形成

生物进化

标志

生殖隔离出现

基因频率改变

变化后生物和原来生物的关系

新物种形成，生殖隔离，质变，属于不同的物种

生物进化，基因频率改变，量变，仍属于一个物种

联系

（1）生物进化不一定导致新物种的形成；

（2）新物种一旦形成，则说明生物肯定发生了进化

[温馨提示]　

（1）生殖隔离不一定来自地理隔离，如爆发式物种形成的过程。

（2）不能认为隔离是新物种形成的标志，因为隔离包括地理隔离和生殖隔离，其中生殖隔离才是形成新物种的标志。

1．（2021·江西新余高一期末）下图表示某群岛上蝉的物种演化示意图，其中甲、乙、丙、丁、戊分别代表不同种类的蝉。

下列叙述不正确的是（　　）

A．戊和丁的形成是由地理隔离造成的生殖隔离

B．由乙形成丙和丁的过程说明变异是不定向的

C．由甲形成乙和戊的过程是自然选择的结果

D．图示说明新物种的形成一定要经过地理隔离

解析：

选D。

分析题图可知，A岛和B岛存在地理隔离，环境不同，选择方向不同，最终导致戊和丁形成生殖隔离，A正确；由乙形成丙和丁的过程说明变异是不定向的，B正确；新物种的形成是自然选择的结果，由于环境的不同，自然选择的方向不同，C正确；新物种的形成不一定经过地理隔离，D错误。

2．下图表示生物新物种形成的基本环节，下列相关分析正确的是（　　）

A.图中A表示基因突变和基因重组，为进化提供原材料

B．种群基因频率的定向改变是形成新物种的前提

C．图中B表示地理隔离，短时间内会导致生殖隔离

D．图中C表示生殖隔离，指两种生物不能杂交产生后代解析：

选B。

题图中A表示进化的原材料，由突变和基因重组提供，其中突变包括基因突变和染色体变异，A错误；生物进化是物种形成的前提，而生物进化的实质是种群基因频率的改变，B正确；图中B表示地理隔离，需要经过长期地理隔离才能形成生殖隔离，C错误；图中C表示生殖隔离，是物种形成的标志，具有生殖隔离的个体之间可能可以杂交，但是不能产生可育后代，D错误。

发展素养__长句特训____________与高考接轨

（1）（科学思维）某小岛上原有果蝇20000只，其中基因型为VV、Vv和vv的果蝇分别占15%、55%和30%。

若此时从岛外侵入了2000只基因型为VV的果蝇，且所有果蝇均随机交配，则F1中V基因的频率约是多少？

该种群是否发生了进化？

并说明理由。

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________。

提示：

F1中V基因的频率约为47.73%。

发生了进化。

原来种群中V基因的频率为15%＋（1/2）×55%＝42.5%；从岛外侵入了2000只基因型为VV的果蝇随机交配一代后，随机交配产生的F1中V基因的频率为[（20000×15%＋2000）×2＋20000×55%]/[（20000＋2000）×2]×100%≈47.73%，该种群的基因频率发生了变化，所以该种群发生了进化

（2）（科学探究）现发现一种外形很像紫花苜蓿的植物，如何确定它和紫花苜蓿是不是同一物种。

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________。

提示：

自然状态下，让该植物与紫花苜蓿杂交，观察是否能产生可育后代

是否属于新物种的判断方法

核心知识小结

[要点回眸]

[规范答题]

1．一个种群中全部个体所含有的全部基因称为基因库。

2．种群是生物繁殖的单位。

3．突变和基因重组产生进化的原材料。

4．自然选择决定生物进化的方向。

5．生物进化的实质是基因频率的改变。

6．物种指的是能够在自然状态下相互交配且能产生可育后代的一群生物。

7．隔离指的是群体的不同种群间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象，分为地理隔离和生殖隔离。

8．隔离是物种形成的必要条件，不同种群间如果存在生殖隔离才是不同的物种。

[随堂检测][学生用书P97]

1．（2021·云南曲靖高一月考）下列有关种群的叙述，不正确的是（　　）

A．种群内的个体之间可交配繁殖

B．种群是生物进化的基本单位

C．一定区域中的所有蛇组成一个种群

D．种群是指同一自然区域中同种生物的全部个体

解析：

选C。

种群是指生活在一定区域的同种生物的全部个体。

种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因遗传给后代。

种群是进化和繁殖的基本单位。

一定区域中的所有蛇是不同的种群。

2．（2021·陕西咸阳高一测试）下列有关基因频率、基因型频率与生物进化的叙述，正确的是（　　）

A．红绿色盲患者中男性多于女性，所以男性群体中色盲基因频率大于女性群体

B．生物进化的实质是种群的基因型频率发生定向改变

C．基因型为Aa的个体逐代自交，子代所形成的种群中，A基因频率大于a基因频率

D．新物种的形成通常要经过突变和基因重组、自然选择及隔离三个基本环节

解析：

选D。

男性红绿色盲患者的性染色体组成是XY，Y染色体上没有色盲基因及其等位基因，因此男性患者多于女性患者，男性群体中色盲基因来自母亲并传递给女儿，所以男性群体中的色盲基因频率与女性群体中的色盲基因频率相等，A项错误；生物进化的实质是种群的基因频率发生定向改变，B项错误；基因型为Aa的个体自交，如果没有突变、选择、迁入和迁出等，基因频率不会发生改变，即A基因频率等于a基因频率，C项错误；突变和基因重组、自然选择及隔离是新物种形成的三个基本环节，D项正确。

3．（2021·河南周口高一期末）在一个种群中基因型为AA的个体占60%，Aa的个体占20%，aa的个体占20%。

A基因和a基因的频率分别是（　　）

A．70%、30%　　　　　　　B．50%、50%

C．90%、10%D．80%、20%

解析：

选A。

根据遗传平衡定律可知，A基因的频率为60%＋20%×（1/2）＝70%，a基因的频率为1－70%＝30%，故选A。

4．下表是某地区随着工业化发展，桦尺蛾种群基因型频率各年统计数据。

下列分析错误的是（　　）

时间

第1年

第2年

第3年

第4年

…

基因型频率

SS（黑色）

10%

11.5%

15%

19%

Ss（黑色）

20%

23%

31%

35%

ss（浅色）

70%

65.5%

54%

46%

A.第2年S基因的频率是23%、s基因的频率是77%

B．工业发展过程中，污染物促使s基因向S基因突变

C．该现象说明自然选择的直接作用对象是生物的表型

D．黑色个体更适应工业化环境是自然选择的结果

解析：

选B。

由表格信息可知，第2年，SS的基因型频率为11.5%、Ss的基因型频率为23%、ss的基因型频率为65.5%，因此S基因的频率为11.5%＋（1/2）×23%＝23%，s基因的频率为65.5%＋（1/2）×23%＝77%，A正确；工业发展中污染的环境使S和s基因的频率发生定向改变，B错误；该现象说明自然选择的直接作用对象是生物的表型，C正确；黑色个体更适应工业化环境是自然选择的结果，D正确。

5．金鱼的一对相对性状由一对等位基因（A、a）控制，其中a基因纯合时使胚胎死亡（aa、XaXa、XaY等均为纯合子）。

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．1/8　　　　　　　　　　B．1/6

C．1/11D．1/14

解析：

选C。

由题意可知，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，产生的配子比例为XA∶Xa＝3∶1，雄性个体的基因型为XAY，产生的配子比例为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，其中基因型为XaY的个体死亡，所以成活个体中XAXA∶XAXa∶XAY＝3∶1∶3，则Xa基因的频率＝1/（3×2＋1×2＋3）＝1/11。

6．某山地的蜗牛被突然隆起的山丘分隔成两个种群，若干年后，两个种群发生了明显的进化，而后山丘障碍消失，进化过程如下图所示。

下列相关说法正确的是（　　）

A．b1和c1间出现了地理隔离，二者之间也一定出现了生殖隔离

B．c1→c2的过程中种群的基因频率一定发生了改变

C．d1和d2形态差别较大，所以二者之间一定出现了生殖隔离

D．生物圈中物种的形成都必须经历这种长期的地理隔离

解析：

选B。

山丘的形成将蜗牛分成了两个种群，b1和c1之间出现了地理隔离，但不一定形成生殖隔离，A错误；c1到c2的过程中种群发生了进化，进化的实质就是种群基因频率发生改变，B正确；生殖隔离出现的标志是两种生物之间无法交配或交配后不能产生可育的后代，而形态差别大的生物之间不一定出现了生殖隔离，C错误；不经过地理隔离也可以形成新物种，如四倍体西瓜，D错误。

7．回答以下问题：

Ⅰ.右图为三倍体无子西瓜育种过程：

（1）三倍体无子西瓜是高度不育的，说明了二倍体西瓜与四倍体西瓜_______________________________________________________________

_______________________________________________________________。

（2）三倍体无子西瓜不育的原因是

_______________________________________________________________

_______________________________________________________________。

（3）要使三倍体西瓜可育，可采用的方法是

_______________________________________________________________

________________。

Ⅱ.我国育种工作者利用野生黑麦与普通小麦培育了既高产又适应高原环境的八倍体小黑麦，请判断八倍体小黑麦是否为一个新物种？

________（填“是”或“否”）。

答案：

Ⅰ.

（1）是不同的物种，它们之间存在生殖隔离

（2）在减数分裂过程中染色体联会紊乱，不能形成正常的配子　（3）用秋水仙素处理