2021_2021学年高中生物第7章现代生物进化理论第2节第1课时种群基因频率的改变与生物进化学案新人教版必修.doc

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1、第1课时种群基因频率的改变与生物进化1.运用实例分析,建立种群、基因库、基因频率的概念模型。(科学思维)2.运用数据分析,讨论基因频率和基因型频率变化规律。(科学思维)3.运用进化与适应观,阐明突变和基因重组产生生物进化的原材料。(生命观念)4.运用数据分析,讨论自然选择决定生物进化的方向。(科学思维)必备知识自主学习答案解析P172一、种群是生物进化的基本单位1.种群的概念:下列描述中为一个种群的是。一个池塘中所有的鱼一座山上所有的蛇一片草原上所有的狼两个分隔的池塘中所有的鲫鱼水稻田中所有的福寿螺青藏高原上所有的成年藏羚羊2.种群的基因库:依据基因库的概念,判断下列说法的正误(正确的打“”,

2、错误的打“”):(1)控制果蝇眼色的全部基因构成基因库。()(2)生活在同一地域的东北虎的全部基因构成一个种群基因库。()(3)秦岭地区所有金丝猴的全部基因构成基因库。()3.基因型频率和基因频率:果蝇的灰身(B)对黑身(b)为显性,一个随机交配的果蝇种群中,BBBbbb=221,则该种群中Bb的基因型频率是;B和b的基因频率分别是、。基因型频率改变一定会导致基因频率改变吗?举例说明。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)可遗传变异产生进化的原材料:可遗传变异的形成:基因突变产生的,通过过程中的基因重组,可以形成多种多样的。可遗传变异的特点可遗传变异的结果:只提供了生物

3、进化的原材料,不能决定。(3)可遗传的变异的利害性:变异的有利和有害是的,是由决定的。(4)种群基因突变数=个体基因数个体数三、自然选择决定生物进化的方向1.原因:不断淘汰具有的个体,选择保留具有的个体。2.选择的对象:(1)直接作用对象:个体的。(2)最终选择的对象:决定表现型的。3.选择的结果:(1)生物性状方面:朝着变异的方向不断进化。(2)基因方面:种群会发生改变。关键能力合作学习答案解析P172知识点一 现代生物进化理论的主要内容1.种群是生物进化的基本单位:(1)判断种群的“三要素”。生活在一定的自然区域内;同一种生物;全部个体的总和。(2)种群是生物进化的基本单位的理由。达尔文认

4、为的自然选择直接作用的生物个体的表现型会随着个体的死亡而消亡。决定生物的性状的基因可以通过生殖而世代延续,并且在群体中扩散,而生殖是以种群为基本单位的。2.突变和基因重组产生进化的原材料:(1)问题一:突变具有低频性,还能为生物进化提供原材料吗?解读:虽然突变的频率低,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突变。(2)问题二:突变具有多害少利性,还能为生物进化提供原材料吗?解读: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)问题三:突变和基因重组能决定生物进化的方向吗?解读:突变和基因重

5、组是随机的、不定向的,不能决定生物进化的方向。3.自然选择决定生物进化方向的原理及实例分析:(1)原理分析:(2)实例分析(桦尺蠖体色进化):特别提醒:生物进化实质上是种群基因频率发生改变,即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。1.拓展探究: 一个果蝇种群中,由于环境的变化,基因型为aa的个体不能存活,随机交配繁殖多代后,a的基因频率将如何变化?(科学思维)2.情境探究:假设森林里的树干变黑,是否影响浅色桦尺蠖的出生率?(科学思维)如图为抗青霉素细菌的产生过程,表示死亡的个体,a、b表示两个阶段。下列叙述正确的是()A.a阶段使用青霉素后少部分细

6、菌产生抗药性存活下来B.b阶段存活细菌的抗药性均比a阶段细菌的抗药性强C.经过ab阶段的人工选择导致抗药细菌的比例增大D.b阶段存活的细菌可能是若干个突变累加在一起的产物(2020福州高一检测)金鱼起源于野生鲫鱼。福州是中国金鱼之都,通过长期人工选育,现有上百个珍稀品种。下列叙述正确的是()A.金鱼在人工选育过程中基因发生定向变异B.金鱼与野生鲫鱼存在DNA序列的同源性C.人工选择可以提高金鱼对自然环境的适应性D.人工选择缩小了金鱼和野生鲫鱼间的基因库差异知识点二 基因频率和基因型频率的相关计算1.基因频率的计算:(1)某基因频率=100%。例如,A%(A的基因频率)=100%。(2)已知基因

7、型频率计算基因频率。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%(A的基因频率)=AA%(AA的基因型频率)+1/2Aa%(Aa的基因型频率)。X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,b%(Xb的基因频率)=100%。2.随机交配情况下的计算:(1)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)即:AA的基因型频率=p2,Aa的基因型频率=2pq,aa的基因型频率=q2。(2)

8、实例:若已知AA的基因型频率为m,则A的基因频率为。3.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,且纯合子增多,杂合子减少处于遗传平衡不改变不改变不处于遗传平衡不改变改变拓展探究:(1)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?并说出你的理由。(科学思维)(2)一个繁殖多代的种群,基因频率都未发生变化,分析其原因有哪些。(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

9、的基因频率约是()A.43%B.48%C.52%D.57%(2020恩施高一检测)现有各自可随机交配、混合后也可随机交配的两个果蝇种群,其基因型及个体数量见下表,其中种群2随机交配子代基因型仍只有AA、Aa两种,但将种群1和种群2中基因型为Aa的果蝇混合后,随机交配子代中各种基因型个体均存活。请分析下列叙述正确的是()项目种群1种群2基因型AaaaAAAa个体数量500500500500A.种群1和种群2中a基因频率相等B.若种群1中A基因频率变化,则种群1肯定发生了突变与基因重组C.若只将两种群Aa的雌雄果蝇混合,则子一代的A基因频率为50%D.种群2随机交配子代基因型只有AA、Aa的原因是

10、含a的配子不能存活核心素养情境探究答案解析P1721.【科技情境】在果蝇体内重现帝王蝶毒素抗性的演化路径,帝王蝶是少数具有毒性的蝴蝶,它的毒性来自食物马利筋。马利筋会分泌“强心甾”,专门和动物体内的钠钾泵结合,量大可致命。但是帝王蝶的钠钾泵发生了突变,所以能将马利筋的毒素储存在自己的身体里。研究者利用基因测序技术发现能够抵抗“强心甾”的昆虫的钠钾泵均有突变,且为多次独立演化。所有突变中,111、119和122 这三个位点上的突变频率最高。研究者还对转基因果蝇进行了 “癫痫-瘫痪” 测试,将果蝇置于瓶内剧烈晃动,并记录其恢复站立所需时间,用以反映神经系统应对突发机械刺激的能力。野生型果蝇会在震动

11、后立即重新站起,但122突变的果蝇90秒后才能重新站立,111突变的果蝇花费约50秒,而119突变的果蝇和野生型并无二致。111+119双突变和111+119+122三突变的果蝇组内差异较大,但平均值接近正常野生型果蝇。“癫痫-瘫痪” 测试中纯合比杂合需要更漫长的恢复时间。在此之前,演化学家通常将目光集中在现存的生物当中,但这项“真的重现了演化历史”的研究使人们知道可以通过基因编辑对突变之间的相互作用进行研究,一步一步复原最有可能的演化轨迹。探究:(1)帝王蝶获得抗毒性状是怎样实现的?其他种类的昆虫也存在相同的方式吗?(科学思维)(2)111、119、122位点上突变频率最高,带来了有利变异,

12、怎么区分变异的利害呢?(科学思维)2.【材料情境】在某一温泉地区,50年前由于有温泉水的补给,区内两个湖泊(X和Y)的水温都常年保持在3035。科学家观察到湖水中和湖畔滩地上生存着一些喜温动、植物,其中包括一种体型小、繁殖周期短的P鱼。他们调查了两湖泊中P鱼的水温适应性,结果发现这种鱼的水温适应范围很狭窄:水温低于27,P鱼的受精卵不能正常孵化;水温低于22或高于40则死亡。 后来由于地质状况发生变化,温泉补给水量有所增减,导致湖泊水温逐渐发生不同变化。调查得知,X湖水温从50年前的3035逐年下降,至今已稳定保持在2226,而且湖畔滩地增加了一些适应较低温度的动植物种类,但湖中P鱼的种群规模

13、保持不变。Y湖水温仍保持在3035,生物群落和P鱼的特性较50年前无明显变化。探究:(1)根据现代进化理论,X湖中各种生物进化的单位是什么?(生命观念)(2)50年后,使X湖中P鱼的性状发生显著差异的内在因素是什么?(生命观念)(3)已知P鱼体内一对等位基因A、a与对环境温度的适应性有关,其中的a基因表达为更适应较低温度。假设X湖中P鱼群体中基因型AAAaaa的比例50年前为121,则现在的比例可能有什么变化?(科学思维)课堂检测素养达标答案解析P1721.下列关于现代生物进化理论内容的叙述,合理的是。环境通过选择个体的表现型而使生物发生进化基因突变会导致基因频率的改变大肠杆菌可以通过基因重组

14、而发生进化自然选择能定向改变种群的基因频率抗生素能诱导细菌发生基因突变产生抗药性,而使细菌发生进化2.(2020莆田高一检测)下列与生物进化相关的叙述,正确的是()A.进化总是由突变引起的B.进化时基因频率总是变化的C.变异个体总是适应环境的D.进化改变的是个体而不是群体3.(2020绍兴高一检测)自然选择是进化的因素之一,下列叙述错误的是()A.各类变异都是自然选择和生物进化的前提B.自然选择是生物进化的重要动力和机制C.自然选择对影响个体存活和繁殖的差异进行选择D.长期自然选择使种群中的微小有利变异积累成显著变异4.某种群由不同基因型的个体组成,其中EE个体40个,Ee个体40个,ee个体

15、20个,则基因e的频率是()A.20%B.40%C.60%D.80%5.下列各项对种群的基因频率没有影响的是()A.随机交配B.自然选择C.基因突变D.染色体变异6.下列有关种群基因库的叙述,不正确的是()A.一个种群的基因库包括这个种群所含有的全部基因B.生物的个体总是要死亡的,但基因库却因种群个体的繁殖而代代相传C.种群中每个个体都含有种群基因库的全部基因D.基因突变可以改变基因库的组成7.英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蠖。在自然条件下,桦尺蠖的体色受一对等位基因S和s控制,黑色(S)对浅色(s)是显性。19世纪中叶以前,桦尺蠖种群中S基因的频率很低。随着英国工业的发展,桦尺蠖种群中S基因的

16、频率提高了很多,如表。基因基因频率19世纪中叶以前20世纪中叶S5%95%s95%5%请根据上述材料回答:(1)1850年以前,浅色桦尺蠖比例很高,黑色桦尺蠖比例很低,这表明稀有的黑色型是由浅色型通过产生的。(2)从1850年到1898年间,黑色桦尺蠖逐渐取代浅色桦尺蠖,这表明黑色基因(S)和浅色基因(s)的频率均发生。(3)被污染的环境使得浅色桦尺蠖容易被鸟类捕食而处于选择劣势,黑色桦尺蠖由于具有保护色而处于选择优势。这一事实表明,种群中产生的变异是,经过长期的,使种群的发生定向的改变,导致生物朝着一定的方向缓慢地进化。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一、

17、1.2.(1)提示:基因库指一个种群的全部基因,而非某一对等位基因。(2)(3)3.40%60%40%【问答】提示:不一定。例如一个基因型为Aa的豌豆种群,此时A基因的频率为1/2,若此种群自交,得到的F1中,AAAaaa=121,F1中A的基因频率仍然为1/2。二、(1)基因突变染色体变异突变(2)等位基因有性生殖基因型随机性不定向性生物进化的方向(3)相对生存环境(4)突变率三、1.不利变异有利变异2.表现型基因3.有利基因频率定向知识点一【思考探究】1.提示:基因型为aa的个体不断被淘汰,但a基因随着杂合子保存下来,所以a基因的基因频率将越来越小,但不会为0。2.提示:因为树干变黑后,浅

18、色桦尺蠖易于被发现,导致其个体数减少,其中包括有生育能力的浅色桦尺蠖数量的减少,从而影响浅色桦尺蠖的出生率。【典例示范】D抗药性变异在使用青霉素之前就已经产生了,A错误。b阶段存活细菌均具有抗药性,但其抗药性不一定比a阶段细菌的抗药性强,B错误。经过ab阶段的青霉素的选择导致抗药细菌的比例增大,C错误。b阶段存活的细菌可能是若干个突变累加在一起的产物,D正确。【类题精练】B变异是不定向的,故金鱼在人工选育过程中不会发生定向变异,A错误。因为金鱼起源于野生鲫鱼,故金鱼与野生鲫鱼存在DNA序列的同源性,B正确。人工选择可以改变金鱼种群的基因频率,能够选择人们需要的个体,但并不能提高金鱼对自然环境的

19、适应性,C错误。人工选择加大了金鱼和野生鲫鱼间的基因库差异,D错误。知识点二【思考探究】(1)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的改变。(2)提示:种群足够大、能随机交配、没有迁入和迁出、自然选择对其无作用、不发生突变等。【典例示范】B由题意知,原种群数量是20 000,则可以得出基因型VV为20 00015%=3 000;基因型Vv为20 000 55% = 11 000;基因型vv为20 00030%=6 000,后侵入了2 000只基因型为VV的个体,该种群中基因型VV为3 000+2 000=5 000,该种群总数为22 000只,所以

20、该种群中基因型VV占5/22、基因型Vv占11/22、基因型vv 占6/22。该种群的个体随机交配,由于没有发生自然选择导致基因的丢失,所以该种群的基因频率不变,则V基因的基因频率为5/22+11/221/2=21/44,即约为48%。【类题精练】C种群1中Aaaa=11,Aa=1/2,aa=1/2,a=1/21/2+1/2=3/4;种群2中AAAa=11,AA=1/2,Aa=1/2,a=1/21/2=1/4,A错误。种群基因频率的变化与突变和基因重组、自然选择、迁入迁出等多种因素有关,故如果种群1中A基因频率变化,不能肯定其发生了突变与基因重组,B错误。根据题干信息可知,若将两种群Aa的雌雄

21、果蝇混合,混合以后基因型为Aa的雌雄果蝇仍可以随机交配,且子代中各种基因型个体均能存活,故子一代的基因型及比例为AAAaaa=121,A的基因频率=1/4+1/21/2=1/2,C正确。种群2随机交配子代基因型只有AA、Aa两种,存在Aa基因型的个体,所以不可能是含a的配子不能存活,可能是aa基因型的个体不能存活,D错误。1.(1)提示:帝王蝶获得抗毒性状是通过突变产生原来不存在的新基因。其他种类的昆虫也存在通过基因突变获得抗毒能力,这从分子(或基因)水平揭示了趋同进化的遗传基础。(2)提示:凡是变异引起性状的改变是适应环境的,就为有利变异,不适应环境的为有害变异。2.(1)提示:种群是生物进

22、化的基本单位。(2)提示:50年后,使X湖中P鱼的性状发生显著差异的内在因素是可遗传变异(或突变或基因突变或遗传物质的变化)。(3)提示:假设X湖中50年前P鱼群体中基因型AAAaaa的比例为121,则A的基因频率为0.5,a的基因频率为0.5,X湖水温从50年前的3035逐年下降,至今已稳定保持在2226,a基因表达为更适应较低温度,a的基因频率上升。1.【解析】选。环境无法识别生物的基因型,是通过选择表现型来选择适应环境的个体的,正确;基因突变会产生新的等位基因,从而使基因频率发生改变,正确;基因重组只发生在有性生殖过程中,大肠杆菌不进行有性生殖,不能发生基因重组,错误;自然选择能使基因频

23、率发生定向改变,从而使种群发生定向进化,正确;抗生素能选择具有抗药性的细菌,但不会诱导细菌基因突变,即环境选择变异而非诱导变异,错误。2.B突变和基因重组为进化提供了原材料,基因突变是不定向的,自然选择导致基因频率发生定向变化,决定了进化的方向。种群是生物进化的基本单位,进化的结果是使种群的适应性进一步增强。进化过程中,种群的基因频率是处于不断变化中的。3.A可遗传的变异为进化提供了原材料,是生物进化的前提条件,A错误。自然选择是进化的一个重要动力和机制,B正确。自然选择直接作用于生物的表现型,对影响个体存活和繁殖的差异进行选择,C正确。通过自然选择,适者生存,不适者被淘汰,故长期自然选择使种

24、群中的微小有利变异积累成显著变异,D正确。4.B5.A6.C基因库是一个种群的全部个体所含的全部基因,由于不同个体之间在基因上具有差异,所以不可能每个个体都含有种群基因库中的全部基因,A正确,C错误。种群是生物繁殖的基本单位,所以基因库不会因个体死亡而消失,会代代相传,B正确。可遗传的变异均可能改变基因库的组成,D正确。7.【解析】(1)稀有的黑色型是由浅色型通过突变产生的。(2)黑色桦尺蠖逐渐取代浅色桦尺蠖,这表明黑色基因(S)和浅色基因(s)的频率均发生定向改变。(3)种群产生的变异是不定向的,在自然选择的作用下,不利变异不断被淘汰,有利的变异逐渐积累,从而使种群基因频率发生定向改变。答案:(1)突变(2)定向改变(3)不定向的自然选择基因频率- 12 -