第3節(jié)種群基因組成的變化與物種的形成第1課時種群基因組成的變化一、種群和種群基因庫1.種群的概念生活在一定區(qū)域的 的集合。2.基因庫:一個 中全部個體所含有的全部 。3.基因頻率(1)概念:在一個種群基因庫中,某個基因占 的比值。(2)計算公式:基因頻率=種群中某基因的總數(shù)該基因及其等位基因的總數(shù)×100%二、種群基因頻率的變化1. 產生新的等位基因,這就可以使種群的基因頻率發(fā)生變化。2.可遺傳變異的來源3.可遺傳變異的形成、特點和作用(1)形成:基因突變產生的等位基因,通過有性生殖過程中的 ,可以形成多種多樣的基因型。(2)特點:隨機的、 。(3)作用:只是提供生物進化的 。4.變異的有利和有害是相對的,是由 決定的。三、自然選擇對種群基因頻率變化的影響1.探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響的方法: 。2.自然選擇對種群基因頻率變化的影響(1)原因:在自然選擇的作用下,具有有利變異的個體有更多的機會產生后代,種群中相應基因的頻率會 ;相反,具有 的個體留下后代的機會少,種群中相應基因的頻率會下降。(2)結果:在自然選擇的作用下, 會發(fā)生定向改變,導致生物朝著一定的方向不斷進化。生物進化的實質是 。(1)一個湖泊中的全部魚是一個種群。()(2)種群中每個個體都含有種群基因庫的全部基因。()(3)在環(huán)境條件保持穩(wěn)定的前提條件下種群的基因頻率不會發(fā)生變化。()(4)生物性狀的改變一定引起生物的進化。()(5)自然選擇的直接選擇對象是個體的基因型,本質是基因頻率的定向改變。()(6)只有基因突變和基因重組才能產生生物進化的原材料。()(7)生物的變異是不定向的,但生物進化的方向是定向的,自然選擇決定生物進化的方向。()任務一種群和種群基因庫【情境】閱讀教材P110、P111及“思考·討論”用數(shù)學方法討論基因頻率的變化。[分析](1)請計算子一代、子二代的基因頻率和基因型頻率,填寫在下表中。親代基因型頻率AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比值A( %)A( %)a( %)a( %)子一代基因型頻率AA( %)Aa( %)aa( %)基因頻率A( %)a( %)子二代基因型頻率AA( %)Aa( %)aa( %)基因頻率A( %)a( %)(2)分析計算結果可知,子三代以及若干代以后,種群的基因頻率與子一代 (填“相同”或“不同”)。(3)上述計算結果是建立在五個假設條件基礎之上的,這五個條件是 。(4)對自然界的種群來說,這五個條件不可能同時都成立。如:①昆蟲的某種翅色與環(huán)境色彩較一致,被天敵發(fā)現(xiàn)的機會就少,生存和繁殖的機會就變大了,對應的基因頻率就會變 。②如果該種群出現(xiàn)新的突變型(基因型為A2a或A2A2),也就是產生新的等位基因A2,種群的基因頻率 (填“會”或“不會”)發(fā)生變化。若種群的基因頻率會發(fā)生變化,請推測基因A2的頻率可能會怎樣變化。 有關基因頻率和基因型頻率的計算(一)基因頻率和基因型頻率的計算以一對等位基因(A、a)和其組成的基因型(AA、Aa、aa)為例:1.A或a的基因頻率:該基因總數(shù)(A或a)/該基因及其等位基因總數(shù)(A+a)×100%。2.AA或Aa或aa的基因型頻率:該基因型個體數(shù)(AA或Aa或aa)/該種群個體總數(shù)×100%。(二)常見題型分析1.題型一已知調查的各種基因型的個體數(shù),計算基因頻率某基因頻率=該基因總數(shù)該基因及其等位基因總數(shù)A=2AAa=Aa+2A、a分別代表該基因頻率,AA、Aa、aa代表三種基因型個體數(shù)。2.題型二已知基因型頻率求基因頻率常染色體上一個等位基因的頻率=該等位基因純合子的頻率+1/2×雜合子的頻率,即A=AA+1/2Aa;a=aa+1/2Aa。3.題型三X染色體上基因的基因頻率計算XY型性別決定的生物,如B/b基因在X染色體上,Y染色體上無其等位基因,計算時只計算X染色體上的基因數(shù),不考慮Y染色體。ZW型性別決定也是這樣。XB基因頻率=XBXb基因頻率=Xb不涉及Y染色體,XB+Xb=1。4.題型四利用哈迪—溫伯格定律,由基因頻率計算基因型頻率①成立前提a.種群非常大;b.所有雌雄個體之間自由交配;c.沒有遷入和遷出;d.不同基因型個體生存、繁殖機會均等(無自然選擇);e.沒有基因突變。②計算公式:當?shù)任换蛑挥袃蓚€時(A、a),設p表示A的基因頻率,q表示a的基因頻率,則:基因型AA的頻率=p2;基因型Aa的頻率=2pq;基因型aa的頻率=q2。如果一個種群達到遺傳平衡,其基因頻率和基因型頻率應符合:(p+q)2=p2+2pq+q2=1。例1[2024·陜西漢中期中]某閉花傳粉的植物種群,親代中基因型為AA的個體占40%,基因型為aa的個體占20%,則親代A基因的頻率和F1中AA基因型的頻率分別是()A.60%和50% B.40%和40%C.60%和36% D.40%和16%例2某生物興趣小組抽樣調查的200人中,各種基因型和人數(shù)情況如下表所示,則這200人中,Xb基因的頻率為()基因型XBXBXBXbXbXbXBYXbY人數(shù)781487030A.85% B.30%C.20% D.15%任務二種群基因頻率的變化【資料】一個果蠅約有104對基因,假定每個基因的突變頻率都是10-5,一個中等數(shù)量果蠅種群約有108個個體。[分析](1)該果蠅種群中每一代出現(xiàn)的突變基因數(shù)為 個。(2)該果蠅種群每一代出現(xiàn)的基因突變 (填“一定”或“不一定”)對果蠅的性狀產生影響,這些突變有利還是有害取決于 。(3)基因突變產生 ,可以使基因頻率發(fā)生變化。(4)可遺傳變異的來源還有 和 , 和 統(tǒng)稱為突變?？蛇z傳變異為生物的進化提供了 。(5)突變和基因重組能決定生物進化的方向嗎?為什么?如果不能,生物進化的方向是由什么決定的? 例3下列關于基因突變和生物進化的敘述,不正確的是()A.基因突變?yōu)樯镞M化提供原材料,但不一定都能改變生物的表型B.基因突變后種群的基因頻率發(fā)生改變,會導致生物進化C.發(fā)生在體細胞中的基因突變也有可能遺傳給下一代D.基因突變的方向與環(huán)境的誘導及環(huán)境的選擇作用均有關例4[2024·江蘇南京期中]下列關于生物進化的敘述,錯誤的是()A.生物進化離不開可遺傳變異,可遺傳變異為生物進化提供原材料B.自然選擇決定了生物進化的方向,但不能決定生物變異的方向C.種群基因頻率的改變,是通過環(huán)境對生物基因型的直接選擇來實現(xiàn)的D.突變和基因重組是隨機的和不定向的[總結]自然選擇決定生物進化的方向任務三探究·實踐——探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響1.實驗目的(1)闡明自然選擇對種群基因頻率變化的影響。(2)運用數(shù)學方法討論種群基因頻率的變化。2.實驗原理(1)自然選擇能夠提高種群的適應度,它既可以對隱性基因起到選擇作用,也可以對顯性基因起到選擇作用,即自然選擇可以使 產生改變。(2)本探究所用的基本方法是 。3.方法步驟(1)提出問題:樺尺蛾種群中s基因(決定淺色性狀)的頻率為什么越來越低呢?(2)作出假設:黑褐色的生活環(huán)境,不利于淺色樺尺蛾的生存,對黑色樺尺蛾生存有利,這種環(huán)境的選擇作用使該種群的s基因的頻率越來越低,即自然選擇可以使種群的基因頻率發(fā)生定向改變。(3)創(chuàng)設數(shù)字化的問題情境。如下面的示例(其中數(shù)字是假設的):1870年,樺尺蛾種群的基因型頻率為SS10%,Ss20%,ss70%,S基因的頻率為20%。在樹干變黑這一環(huán)境條件下,假如樹干變黑不利于淺色樺尺蛾的生存,使得種群中淺色個體每年減少10%,黑色個體每年增加10%。則第2~10年間,該種群每年的基因型頻率各是多少?每年的基因頻率是多少?(4)計算,將計算結果填入表中(如下表):第1年第2年第3年基因型頻率SS10%11.5%Ss20%22.9%ss70%65.6%基因頻率S20%23%s80%77%(5)根據(jù)計算結果,對環(huán)境的選擇作用的大小進行適當調整,比如,把淺色個體每年減少的數(shù)量百分比定為20%,黑色個體每年增加20%,重新計算種群基因型頻率和基因頻率的變化,將計算結果填入表中,并與步驟(4)中所得數(shù)據(jù)進行比較。第1年第2年第3年基因型頻率SS10%13.0%Ss20%26.1%ss70%60.9%基因頻率S20%26%s80%74%4.實驗思考(1)在自然選擇過程中,直接受選擇的是 。(2)樹干變黑會影響樺尺蛾種群中淺色個體的出生率,這是因為 。(3)本實驗可以說明:生物進化的實質是 , 決定生物進化的方向。[拓展]遺傳平衡狀態(tài)下,自交和自由交配時基因頻率和基因型頻率的變化規(guī)律交配方式基因頻率基因型頻率自交不改變改變,且純合子增多,雜合子減少自由交配不改變不改變例5樺尺蛾體色有兩種表型:野生型是灰色的,突變型是黑色的。在工業(yè)區(qū)森林中,樹干和巖石呈現(xiàn)深暗色,黑色樺尺蛾占有生存優(yōu)勢,逐漸取代了原先占優(yōu)勢的灰色樺尺蛾。下列相關敘述錯誤的是()A.灰色樺尺蛾突變?yōu)楹谏珮宄叨晔巧镞M化的結果B.推測森林污染后,自然選擇的方向發(fā)生了變化C.黑色樺尺蛾個體在工業(yè)區(qū)森林中具有繁殖的優(yōu)勢D.黑色樺尺蛾對環(huán)境的適應是自然選擇的結果例6[2024·北京海淀區(qū)期中]達芬島2004—2005年旱災后,研究者調查了島內以植物種子為食的中地雀的數(shù)量,得到下表所示結果(L和S為一對等位基因)。下列敘述不正確的是()基因型/表型旱災后存活的中地雀/只旱災中死亡的中地雀/只存活率/%LL/喙較大61430.0LS/喙居中171553.1SS/喙較小14573.7A.旱災前L的基因頻率為50.7%B.L及S的基因頻率在旱災前后均發(fā)生了變化C.基因重組是S基因頻率升高的原因D.旱災前后,島內以植物種子為食的中地雀發(fā)生了進化任務四探究·實踐——探究抗生素對細菌的選擇作用1.實驗目的通過觀察細菌在含有抗生素的培養(yǎng)基上的生長狀況,探究抗生素對細菌的選擇作用。2.實驗原理一般情況下,一定濃度的抗生素會殺死細菌,但變異的細菌可能產生 。在實驗室連續(xù)培養(yǎng)細菌時,如果向培養(yǎng)基中添加 ,耐藥菌有可能存活下來。3.材料用具經高溫滅菌的牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基及固體培養(yǎng)基平板,細菌菌株(如大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等),含有抗生素(如青霉素、卡那霉素等)的圓形濾紙片(以下簡稱“抗生素紙片”),不含抗生素的紙片,鑷子,涂布器,無菌棉簽,酒精燈,記號筆,直尺等。4.方法步驟步驟操作方法1用記號筆在培養(yǎng)皿的底部畫2條相互 的直線,將培養(yǎng)皿分為4個區(qū)域,分別標記為①~④2取少量細菌的培養(yǎng)液,用無菌的涂布器(或無菌棉簽)均勻地涂抹在培養(yǎng)基平板上3用無菌的鑷子先夾取1張不含抗生素的紙片放在①號區(qū)域的中央,再分別夾取1張抗生素紙片放在②~④號區(qū)域的中央,蓋上皿蓋4將培養(yǎng)皿倒置于 ℃的恒溫箱中培養(yǎng)12~16h5觀察培養(yǎng)基上細菌的生長狀況。紙片附近是否出現(xiàn)了抑菌圈?如果有,測量和記錄每個實驗組中抑菌圈的直徑,并取 6從 的菌落上挑取細菌,接種到已滅菌的液體培養(yǎng)基中培養(yǎng),然后重復步驟2~5。如此重復幾代,記錄每一代培養(yǎng)物抑菌圈的 注意事項:(1)接種過程中不要讓菌液污染實驗者或其他人及物品;注意不要將平板劃破。(2)接種過程中,注意皿蓋不能完全打開,接種后,培養(yǎng)皿倒置。(3)測量抑菌圈直徑過程中,要防止接觸菌落。(4)重復培養(yǎng)時,從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細菌。(5)實驗結束后,應將耐藥菌、培養(yǎng)基、紙片等進行高溫滅菌處理。5.實驗思考(1)實驗過程中,要從抑菌圈邊緣挑取細菌的原因是 。(2)變異的有利還是有害取決于 ,在本實驗的培養(yǎng)條件下,耐藥菌所產生的變異是 (填“有利”或“有害”)的。(3)濫用抗生素的現(xiàn)象十分普遍。例如,有人生病時覺得去醫(yī)院很麻煩,就直接吃抗生素;有的禽畜養(yǎng)殖者將抗生素添加到動物飼料中。你認為這些做法會有什么后果? 例7[2024·湖北武漢期中]為探究某種抗生素對細菌的選擇作用,實驗人員在接種了大腸桿菌的培養(yǎng)基中放置了含某種抗生素的圓形濾紙片和不含抗生素的圓形濾紙片,一段時間后測量濾紙片周圍抑菌圈的直徑。然后從相應位置挑取菌落,并重復上述步驟培養(yǎng)多代,結果如圖所示。下列有關敘述正確的是()A.培養(yǎng)基①號區(qū)域的濾紙片是用無菌水處理后的濾紙