高中同步學案優(yōu)化設計GAOZHONGTONGBUXUEANYOUHUASHEJI第1課時種群基因組成的變化第6章種群基因組成的變化與物種的形成內容索引0102課前篇自主預習課堂篇探究學習【學習目標】

課前篇自主預習一、種群和種群基因庫(一)種群的概念及特點1.概念:生活在一定區(qū)域的同種生物全部個體的集合叫作種群。2.特點:(1)種群是生物進化的基本單位。(2)種群是生物繁殖的基本單位。種群中的雌雄個體可以通過繁殖將各自的基因傳給后代。(二)基因庫一個種群中全部個體所含有的全部基因,叫作這個種群的基因庫。(三)基因頻率1.概念:在一個種群基因庫中,某個基因占全部等位基因數的比值,叫作基因頻率。二、種群基因頻率的變化(一)可遺傳的變異的來源(二)可遺傳變異的形成、特點和作用1.形成:a.基因突變產生的等位基因;b.通過有性生殖過程中的基因重組,可以形成多種多樣的基因型。2.特點:隨機的、不定向的。3.作用:只是提供生物進化的原材料,不能決定生物進化的方向?！疚⑺伎肌咳旧w結構變異和染色體數目變異都能引起種群基因頻率的變化嗎?提示染色體結構的改變,會使排列在染色體上的基因數目和排列順序發(fā)生改變,導致基因的表達受到影響,從而引起種群基因頻率的變化;染色體數目變異的染色體上的基因數目也會隨之改變,引起種群基因頻率的變化。三、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不斷提高;相反,具有不利變異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.在自然選擇的作用下,種群的基因頻率會發(fā)生定向改變,導致生物朝著一定的方向不斷進化。四、探究抗生素對細菌的選擇作用1.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耐藥性。在實驗室連續(xù)培養(yǎng)細菌時,如果向培養(yǎng)基中添加抗生素,耐藥菌有可能存活下來。2.方法步驟第1步:用記號筆在培養(yǎng)皿的底部畫2條相互垂直的直線,將培養(yǎng)皿分為4個區(qū)域,分別標記為①~④。→第2步: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。→第3步: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?！?步:將培養(yǎng)皿倒置于37℃的恒溫箱中培養(yǎng)12~16h?！?步:觀察培養(yǎng)基上細菌的生長狀況。若紙片附近出現了抑菌圈,測量和記錄每個實驗組中抑菌圈的直徑,并取平均值。→第6步:從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細菌,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)物抑菌圈的直徑。

【微思考】實驗結束后,為什么應將耐藥菌、培養(yǎng)基、紙片等進行高溫滅菌處理?提示防止對環(huán)境造成污染。自我檢測1.判斷下列關于種群和種群基因頻率的敘述是否正確。(1)一個種群中某基因占所有基因數的比值叫作基因頻率。(

)(2)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。(

)(3)若親子代間基因頻率不變,基因型頻率也一定不變。(

)(4)種群是生物進化的基本單位,自然選擇的直接選擇對象是個體的表型。(

)×××√2.判斷下列關于變異與進化的關系的敘述是否正確。(1)從根本上講,沒有突變,就沒有生物的進化。(

)(2)突變具有低頻性,不能為生物進化提供原材料。(

)(3)有害突變不能成為生物進化的原材料。(

)(4)所有變異都不能決定生物進化的方向,但都能提供進化的原材料。(

)√×××3.現代生物進化理論認為,突變和基因重組產生生物進化的原材料,下列哪種變異現象不屬于此類突變的范疇?(

)A.黃色×黃色→黃色、綠色B.紅眼果蠅中出現了白眼C.貓叫綜合征D.無子西瓜答案A解析現代生物進化理論中的突變是廣義的突變,包括基因突變和染色體變異兩個方面。黃色×黃色出現綠色性狀的變異屬于性狀分離,不屬于此類突變的范疇。紅眼果蠅中出現白眼的變異屬于基因突變,貓叫綜合征屬于染色體結構變異,無子西瓜屬于染色體數目變異,故選A項。課堂篇探究學習探究點一基因庫、基因頻率和基因型頻率【情境探究】1.[材料分析]理想條件下基因頻率的變化分析材料,根據孟德爾的分離定律,回答下列問題。材料在某昆蟲種群中,決定翅色為綠色的基因為A,決定翅色為褐色的基因為a,從這個種群中隨機抽取100個個體,測得基因型為AA、Aa和aa的個體數量分別為30、60和10,就這對等位基因來說,每個個體可以看作含有2個基因。假設該昆蟲種群非常大,所有的雌雄個體間都能自由交配并產生后代,沒有遷入和遷出,自然選擇對翅色這一相對性狀沒有作用,基因A和a都不產生突變。(1)該種群產生的A配子和a配子的比率各是多少?子一代基因型的頻率各是多少?提示

A配子占60%,a配子占40%。子一代基因型的頻率:AA占36%,Aa占48%,aa占16%。(2)子一代種群的基因頻率各是多少?提示子一代種群的基因頻率:A占60%,a占40%。(3)子二代、子三代以及若干代以后,種群的基因頻率及基因型頻率會同子一代一樣嗎?

。請完成下表。

親代基因型的頻率AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比率A(30%)A(30%)a(30%)a(10%)子一代基因型頻率AA(36%)Aa(48%)aa(16%)子一代基因頻率A(60%)a(40%)子二代基因型頻率AA(

)

Aa(

)

aa(

)

子二代基因頻率A(

)

a(

)

一樣36%48%16%60%40%(4)若上述計算結果是建立在五個假設條件基礎上的。對自然界種群來說,這五個條件都成立嗎?你能舉出哪些實例?提示對自然界的種群來說,這五個條件不可能同時都成立。例如,昆蟲的翅色與環(huán)境色彩不一致時,容易被天敵發(fā)現,自然選擇對種群翅色這一性狀有選擇作用。(5)若上述探究中的五個假設條件不成立,對種群基因頻率有什么影響?提示

①小的群體中,由于不同基因型個體生育的子代個體數有所變動而導致基因頻率的隨機波動稱為遺傳漂變。因此在處于相對隔離狀態(tài)的小群體容易發(fā)生遺傳漂變,會產生基因頻率的隨機波動。②如果aa個體不育,后代a基因頻率下降。③遷入或者遷出部分個體,基因頻率會發(fā)生變化。④在植被豐茂的環(huán)境中,褐色個體被淘汰,a基因頻率下降。⑤發(fā)生基因突變,產生新的等位基因,基因頻率發(fā)生改變。2.[生命觀念]種群為什么會是繁殖、進化的基本單位?提示種群內的雌雄個體可以相互交配并產生后代,所以種群是繁殖的基本單位;個體不會長生不死,表型也會隨著個體的死亡而消失,決定表型的基因卻可以通過繁殖傳遞給子代,從而實現世代延續(xù),所以種群也是進化的基本單位。3.基因頻率與基因型頻率的比較

項目基因頻率基因型頻率定義一個種群的基因庫中,某個基因占全部

的比值

指群體中具有某一基因型的個體所占的比例外延生物進化的實質是

基因型頻率改變,基因頻率

改變

計算公式某基因頻率=(該基因的數量/該基因與其等位基因的總數)×100%某基因型頻率=(該基因型個體數/該種群個體總數)×100%等位基因數

種群基因頻率的改變不一定【歸納提升】種群中基因頻率的計算規(guī)律1.在種群中一對等位基因的基因頻率之和等于1,基因型頻率之和也等于1。2.基因頻率的計算規(guī)律(以人類為例)(1)若某基因在常染色體上,則(2)若某基因只出現在X染色體上,則3.根據基因型頻率計算基因頻率的方法A的基因頻率=AA的基因型頻率+1/2Aa的基因型頻率,a的基因頻率=aa的基因型頻率+1/2Aa的基因型頻率4.根據遺傳平衡定律計算基因頻率和基因型頻率(1)遺傳平衡定律在一個有性生殖的自然種群中,在符合以下5個條件的情況下,各等位基因的頻率和基因型頻率在一代一代的遺傳中是穩(wěn)定不變的,或者說是保持著基因平衡的,又稱為哈迪—溫伯格定律。①種群足夠大;②種群中個體間的交配是隨機的;③沒有突變發(fā)生;④沒有新基因加入;⑤沒有自然選擇。(2)基因頻率與基因型頻率的特點設A的基因頻率為p,a的基因頻率為q,則p+q=1。即AA的基因型頻率=p2,Aa的基因型頻率=2pq,aa的基因型頻率=q2。雌配子雄配子A(p)a(q)A(p)AA(p2)Aa(pq)a(q)Aa(pq)aa(q2)【探究應用】1.蝸牛的有條紋(A)對無條紋(a)為顯性。在一個地區(qū)的蝸牛種群內,有條紋(AA)個體占55%,無條紋個體占15%,若蝸牛間進行自由交配得到F1,則A基因的頻率和F1中Aa基因型的頻率分別是(

)A.30%,21% B.30%,42%C.70%,21% D.70%,42%答案D解析親本中AA占55%,aa占15%,所以Aa占30%,因此在親本中A的基因頻率為(55+30/2)/100×100%=70%,故a的基因頻率為100%-70%=30%。則自由交配得到的子代中出現Aa的基因型頻率為2×0.7×0.3×100%=42%,故選D項。2.對某校學生進行色盲遺傳病調查研究后發(fā)現:780名女生中有患者23人,攜帶者52人;820名男生中有患者65人。那么該群體中色盲基因的頻率是(

)A.4.4% B.5.1%C.6.8% D.10.2%答案C探究點二自然選擇對種群基因頻率變化的影響【情境探究】1.自然選擇的作用

自然選擇

基因頻率2.[生命觀念]在自然選擇過程中,直接受選擇的是基因型還是表型?簡要說明原因。提示直接受選擇的是表型,例如天敵看到的是性狀,而不是控制性狀的基因。3.[科學思維]結合教材P112~113“探究·實踐”提供的資料,分析說明樹干變黑是否會影響樺尺蠖淺色個體的出生率?為什么?提示會。因為種群中淺色個體更多地被天敵捕食,失去了繁殖后代的機會,整個種群中產生s配子的比例就會下降,后代中ss淺色個體就會減少。4.[材料分析]某樺尺蛾種群中,黑色體色的基因為S,淺色體色的基因為s,抽樣調查測得SS、Ss、ss的基因型頻率為10%、20%、70%。樺尺蛾種群在樹干變黑這一環(huán)境條件下,種群中淺色個體每年減少10%,黑色個體每年增加10%。第2年、第3年,該種群每年的基因頻率是多少?根據基因型頻率計算每年基因頻率,將結果寫在下表中。計算項目第1年第2年第3年基因型頻率SS10%11.5%13%Ss20%22.9%26%ss70%65.6%61%基因頻率S20%

s80%

結論:自然選擇會使種群基因頻率發(fā)生

改變。

22.95%77.05%26%

74%定向【歸納提升】自然選擇對種群基因頻率變化的影響(1)自然選擇的具體過程(2)自然選擇的對象①直接對象是生物的表型。②間接對象是相關的基因型。③根本對象是與表型相對應的基因。(3)生物進化的實質:種群基因頻率的改變。(4)生物進化的方向:變異是不定向的,自然選擇是定向的,定向的自然選擇決定了生物進化的方向?！咎骄繎谩?.(多選)果蠅長翅(V)和殘翅(v)由常染色體上的一對等位基因控制。假定某果蠅種群有20000只果蠅,其中殘翅果蠅個體數量長期維持在4%,若再向該種群中引入20000只純合長翅果蠅,在不考慮其他因素影響的前提下,關于純合長翅果蠅引入后種群的敘述,錯誤的是(

)A.v基因頻率降低了45%B.V基因頻率增加了50%C.雜合果蠅比例降低了50%D.殘翅果蠅比例降低了50%答案AB解析由題干信息知,該果蠅種群中,vv的基因型頻率為4%,可計算出基因頻率分別為v=0.2、V=0.8,進而計算出引入純種長翅果蠅前,不同基因型個體數:vv有0.04×20000=800(只),Vv有2×0.2×0.8×20000=6400(只),VV有0.8×0.8×20000=12800(只)。引入后,基因頻率=0.1,V=1-0.1=0.9,V基因頻率降低了約11.1%,v基因頻率降低了50%,故A、B兩項錯誤;因Vv、vv的數目不變,而該種群的總數增加一倍,所以Vv、vv的基因型頻率各降低50%,C、D兩項正確。2.鐮狀細胞貧血由基因突變引起,其致病基因為隱性基因(用a表示)。只有隱性純合子才會發(fā)病,攜帶者不發(fā)病且對瘧疾的抵抗力高于正常人。在非洲某些瘧疾流行的地區(qū),攜帶者比例在20%左右;現在美洲黑人中攜帶者的比例已降到了8%。下列敘述錯誤的是(

)A.非洲瘧疾流行地區(qū)a基因的基因頻率大約為30%B.美洲黑人中a基因頻率的下降是自然選擇的結果C.非洲瘧疾流行地區(qū),鐮狀細胞貧血致病基因攜帶者的比例可能會增加D.在一定外界條件下,突變基因的有害性與有利性是可以轉化的答案A解析根據題干信息無法計算出非洲瘧疾流行地區(qū)a基因的基因頻率,A項錯誤;基因頻率的改變是自然選擇的結果,B項正確;非洲瘧疾流行地區(qū),鐮狀細胞貧血致病基因攜帶者不發(fā)病,且對瘧疾的抵抗力更高,更適應環(huán)境,所以其所占比例可能會增加,C項正確;在一定外界條件下,突變基因的有害性與有利性是可以轉化的,D項正確。探究點三究抗生素對細菌的選擇作用【情境探究】1.[材料分析]結合教材P115“探究抗生素對細菌的選擇作用”,討論解決下列問題。(1)在培養(yǎng)基上是否有細菌生長?在放有抗生素紙片的區(qū)域呢?提示在培養(yǎng)基上有細菌生長繁殖。在放有抗生素紙片的區(qū)域可能有細菌生長繁殖,也可能沒有細菌生長繁殖。(2)連續(xù)培養(yǎng)幾代后,抑菌圈的直徑發(fā)生了什么變化?這說明抗生素對細菌產生了什么作用?提示連續(xù)培養(yǎng)幾代后,抑菌圈的直徑會變小,說明通過抗生素的選擇作用,細菌中的耐藥性個體越來越多。(3)在本實驗的培養(yǎng)條件下,耐藥菌所產生的變異有利還是有害?你怎么理解變異是有利還是有害的?提示細菌產生的耐藥性變異有利于細菌的生存,屬于有利變異。變異的有利與有害是根據環(huán)境而定的,例如細菌的耐熱性變異。在較高溫度環(huán)境下,耐熱性變異有利于細菌生存,屬于有利變異;但在較低溫度環(huán)境下,耐熱性變異不利于細菌生存,屬于不利變異。在生物進化中,生物產生的有利變異是指有利于生物生存,適應環(huán)境的變異,而不是對人類有利的變異。(4)濫用抗生素的現象十分普遍,請舉例說明濫用抗生素的危害。提示

①增強細菌抗藥性:抗生素的濫用及不合理使用會在一定程度上減弱抗生素的藥效,甚至完全失去作用。②不良反應多:濫用抗生素導致大量不良反應產生。如抗生素中的氯霉素可引發(fā)再生障礙性貧血發(fā)生。③菌群失調:抗生素的長期大量濫用,使未被抑制的細菌類型繁殖迅速,造成菌群失調的情況,導致患者免疫力下降,病情加重或產生新的病變。2.[生命觀念]是不是抗生素使細菌產生了抗藥性變異?提示不是。抗生素不是引導基因產生突變的物質,其只能對細菌已有變異進行選擇。而細菌在接觸抗生素之前就已經有抗藥性變異了,如果沒有抗藥性變異,接觸抗生素的所有細菌都會死亡。即變異在前,選擇在后?！練w納提升】1.實驗變量分析2.抑菌圈直徑與抗藥性的關系抑菌圈的直徑大小表明該種抗生素的殺菌能力,直徑越大,殺菌能力越強。自變量有無抗生素因變量抗生素的抑菌能力(抑菌圈直徑大小)無關變量溫度、培養(yǎng)時間等【探究應用】1.為探究兩種抗生素對某細菌的抑菌效果,設計如下圖所示實驗方案,在無菌固體培養(yǎng)基表面上涂布被檢測的細菌,放置甲、乙和丙三個圓形濾紙片(抗生素可在培養(yǎng)基擴散,濾紙片周圍出現抑菌圈的大小能反映其抑菌效果),下列說法錯誤的是(

)A.抑菌最有效的是抗生素bB.浸泡濾紙片的抗生素a、b濃度應相同C.丙濾紙片起到對照作用D.此方法可檢測抗生素對病毒的抑制效果答案D解析分析題圖可知,浸泡過抗生素b的濾紙片周圍的抑菌圈最大,說明抗生素b的抑菌效果最好,A項正確;該實驗中兩種抗生素的濃度應相同,目的是保證單一變量,B項正確;浸泡過無菌水的丙組應為空白對照組,C項正確;抗生素可抑制細菌