高中生物人教版 (2019)必修2《遗传与进化》一 种群基因组成的变化第1课时学案及答案

第3、4节　种群基因组成的变化与物种的形成、协同进化与生物多样性的形成

第1课时　种群基因组成的变化

一、种群和种群基因库

1．种群的概念及特点

(1)概念：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。如一片树林中的全部猕猴或一片草地上的所有蒲公英都可以看作一个种群。

(2)特点：种群是生物进化的基本单位，种群中的雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。种群也是生物繁殖的单位。

2．基因库

一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫作这个种群的基因库。

3．基因频率

(1)概念：在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值。

(2)计算：基因频率＝×100%。

二、种群基因频率的变化

1．原因：基因突变。

2．可遗传的变异来源

3．可遗传变异的形成、特点和作用

(1)形成：①基因突变产生新的等位基因；②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。

(4)变异的有利和有害是相对的，是由生存环境决定的。

三、自然选择对种群基因频率变化的影响

1．原因：在自然选择的作用下，具有有利变异的个体有更多的机会产生后代，种群中相应基因的频率会不断提高；相反，具有不利变异的个体留下后代的机会少，种群中相应基因的频率会下降。

2．选择的对象

(1)直接作用对象：个体的表型。

(2)实质：决定表型的基因。

3．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。

4．进化的实质：种群基因频率的改变。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．一个池塘中全部的鱼是一个种群。 (　　)

2．控制果蝇眼色的全部基因构成基因库。 (　　)

3．生物进化的实质是种群基因频率的变化。 (　　)

4．自然选择决定了生物变异和进化的方向。 (　　)

5．生物进化的原材料源于基因突变和基因重组。 (　　)

6．自然选择过程中，直接受选择的是表型。 (　　)

提示：1．×　一个池塘中的鱼包括多个物种，而种群是同种生物所有个体的总和。

2．×　基因库是指一个种群的全部基因，而非控制某一性状的全部基因。

3．√

4．×　生物变异是不定向的，自然选择决定了生物进化的方向，但不能决定生物变异的方向。

5．×　基因突变、染色体变异和基因重组产生生物进化的原材料。

6．√

　种群基因组成的变化

1．种群和种群基因库

(1)种群的概念及特点

(2)种群基因库

2．突变和基因重组产生进化的原材料

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突变。

3．突变和基因重组是随机的，不定向的，不能决定生物进化的方向。

4．种群基因频率的变化

(1)染色体片段的缺失、重复和染色体数目变异能造成基因数目的变化，所以能引起种群基因频率的变化。

(2)染色体片段的易位和倒位只改变了基因在染色体上的排列顺序，不改变基因的种类和比例，所以不会直接引起基因频率的变化。

1．一种果蝇的突变体在21 ℃的气温下，生存能力很差，但是，当气温上升到25.5 ℃时，突变体的生存能力大大提高，这说明什么？

提示：突变的有害或有利取决于环境条件。

2．若没有突变，进化还能发生吗？为什么？

提示：不能。突变和基因重组提供了生物进化的原材料。若没有突变，就不可能产生新的等位基因，基因重组也就没有意义，生物就不可能产生可遗传的变异，也就不能进化了。

1．下列有关种群基因库的叙述，错误的是(　　)

A．一个种群的基因库包括这个种群中全部个体所含有的全部基因

B．种群中每个个体都含有种群基因库的全部基因

C．生物的个体总是要死亡的，但是基因库却因种群个体的繁殖而代代相传

D．基因突变可以改变基因库的组成

B　[一个种群的基因库包括这个种群全部个体所含有的全部基因，A正确；种群基因库含有该种群全部个体的全部基因，但是每个个体不一定含有种群基因库的全部基因，B错误；基因库会通过种群个体的繁殖而代代相传，C正确；基因突变能产生新基因，可以改变基因库的组成，D正确。]

2．腕足类动物海豆芽，从4亿年前出现至今面貌基本没变，又没有灭绝，对此现象的合理解释是  (　　)

A．自然选择对其不起作用

B．海豆芽在漫长的年代中基因频率发生了较大变化

C．海豆芽很少变异，适应性强

D．海豆芽的生活环境基本没有改变

D　[自然选择决定了生物进化的方向，该生物的“面貌基本没变”，说明其生存环境基本没变，基因频率也基本没变，所以性状基本没变。]

　变异与选择之间的关系

(1)变异是不定向的，在自然选择的作用下，基因频率发生定向改变，导致自然选择是定向的。

(2)自然选择的过程十分缓慢，其结果符合优胜劣汰、适者生存的原则。

　基因频率和基因型频率的相关计算

1．基因频率的计算

(1)定义法求解基因频率

某基因频率＝×100%。例如，A%(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%(A的基因频率)＝AA%(AA的基因型频率)＋1/2Aa%(Aa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，b%(Xb的基因频率)＝×100%。

　(1)定义法求解常染色体上基因频率时，每个个体的基因都是成对存在的。

(2)X染色体上基因频率计算时，要注意雄性体内的基因只存在于X染色体上，Y染色体上没有。

(3)基因型频率改变时，基因频率不一定发生改变。

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。

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)实例：若已知AA的基因型频率为m，则A的基因频率为。

　符合遗传平衡定律的条件：种群足够大、所有雌雄个体间都能自由交配并产生后代、没有迁入和迁出、没有自然选择、没有基因突变。

3．自交和自由交配时基因频率和基因型频率的变化规律

1．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%，基因型aa的个体占4%。该种群中基因A和基因a的频率分别是多少？

提示：A%＝AA%＋1/2Aa%＝60%；a%＝aa%＋1/2Aa%＝40%。

2．某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因的携带者为15人，患者为5人，男性患者为11人。那么，这个群体中色盲基因的频率为多少？

提示：据题意分析，XBXb有15人，XbXb有5人，XbY有11人，所以，Xb共有36个，女性有2条X染色体，男性只有1条X染色体，所以等位基因总数＝200×2＋200＝600。因此，Xb的基因频率是36/600×100%＝6%。

1．某小岛上原有果蝇20 000只，其中基因型为VV、Vv和vv的果蝇分别占15%、55%和30%。若此时从岛外入侵了2 000只基因型为VV的果蝇，且所有果蝇均随机交配，则F1中V的基因频率约是 (　　)

A．43%　 B．48%

C．52% D．57%

B　[原有的20 000只果蝇中，基因型为VV的果蝇有20 000×15%＝3 000(只)，基因型为Vv的果蝇有20 000×55%＝11 000(只)，基因型为vv的果蝇有20 000×30%＝6 000(只)。从岛外入侵2 000只基因型为VV的果蝇后，三种基因型的果蝇所占比例发生变化：VV占5 000/22 000＝5/22，Vv占11 000/22 000＝1/2，vv占6 000/22 000＝3/11。故F1中V的基因频率是5/22＋1/2×1/2＝21/44≈48%。]

2．两个非常大的果蝇种群被隔离在两个不同地区，种群内个体间随机交配，无迁入和迁出，无突变发生。种群中的基因频率如表所示。

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，则下一代中Aa的基因型频率是(　　)

A．75% B．50%

C．42% D．21%

C　[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%，由于两个种群大小相等，因此完全合并后A的基因频率为(80%＋60%)÷2＝70%，a的基因频率为(20%＋40%)÷2＝30%，按照遗传平衡定律，随机交配一代，Aa＝2×70%×30%＝42%，C正确。]

海岛上昆虫发生翅长变异的有利与不利是相对的，是由生存环境决定的。通过比较分析可知自然选择促进生物更好地适应特定的生存环境。

1．在这个海岛上昆虫翅长差异的根本来源是什么？(科学思维)

提示：基因突变。

2．在这个岛屿上，为什么无翅的昆虫特别多？(科学思维)

提示：由于这个岛屿上经常刮大风，那些有翅能飞但翅膀不够强大的昆虫，就常常被大风吹到海里，因而生存和繁殖后代的机会较少，而无翅或残翅的昆虫，由于不能飞，就不容易被风吹到海里，因而生存和繁殖后代的机会就多。经过长时间的自然选择之后，海岛上无翅或残翅的昆虫就特别多，这种现象产生的原因是自然选择。

[课堂小结]

1．下列属于种群的是(　　)

A．一块水田里的全部青蛙

B．一块棉田里的全部蚜虫

C．一块朽木上的全部真菌

D．一个池塘中的全部鱼

B　[一块水田里的全部青蛙还有蝌蚪才能构成一个种群，A错误；一块朽木上的全部真菌包括许多菌种，不属于种群，C错误；一个池塘中的全部鱼不是一个物种，不属于种群，D错误。]

2．下列关于基因库的描述，错误的是(　　)

A．基因库是一个种群的全部个体所含的全部基因

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．种群中每个个体都含有种群基因库中的全部基因

D．基因突变可能改变基因库的组成

C　[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；由于不同个体之间在基因上具有差异，所以每个个体不可能含有种群基因库中的全部基因，C错误；可遗传的变异均可能改变基因库的组成，D正确。]

3．(2021·广东学业水平选择性考试)兔的脂肪白色(F)对淡黄色(f)为显性，由常染色体上一对等位基因控制。某兔群由500只纯合白色脂肪兔和1 500只淡黄色脂肪兔组成，F、f的基因频率分别是(　　)

A．15%、85% B．25%、75%

C．35%、65% D．45%、55%

B　[由题意可知，该兔种群由500只纯合白色脂肪兔(FF)和1 500只淡黄色脂肪兔(ff)组成，故F的基因频率＝F/(F＋f)＝(500×2)/(2 000×2)＝25%，f的基因频率＝1－25%＝75%，B正确。故选B。]

4．下列有关变异和进化的说法中，正确的是(　　)

A．自然选择决定了基因突变的方向

B．若没有外界因素的影响，基因就不会发生突变

C．自然界中即使没有突变发生，生物也会进化

D．在生物进化过程中，显性基因频率比隐性基因频率增加得快

C　[基因突变是不定向的，自然选择决定生物进化的方向，但不能决定基因突变的方向，A错误；若没有外界因素的影响，在生物体内部因素的作用下，基因也会发生突变，B错误；突变和基因重组、自然选择等都会导致种群的基因频率发生变化，因此自然界中即使没有突变发生，生物也会进化，C正确；在生物进化过程中，种群基因频率总是变化的，而基因频率的改变方向决定于自然选择，显性基因频率与隐性基因频率增加的快慢取决于哪种性状表现更能适应当前环境，D错误。]

5．在一个海岛中，一种海龟中有的脚趾是连趾(ww)，有的脚趾是分趾(Ww、WW)。连趾海龟便于划水，游泳能力强，分趾海龟游泳能力较弱。开始时，连趾和分趾的基因频率各为0.5，当岛上食物不足时，连趾的海龟更容易从海中得到食物。若干万年后，W的基因频率变为0.2，w的基因频率变为0.8。

(1)该种群中所有海龟所含有的全部基因称为该种群的________________________，基因频率发生变化后，从理论上计算，杂合子占分趾海龟的比例为______________________。

(2)该种群中海龟多种多样的类型来源于可遗传的变异，但由于变异是______________________的，因此只为生物进化提供原材料，而进化的方向则由__________决定。

(3)该海龟种群________(填“是”或“否”)发生了进化，理由是__________________。

[解析]　(1)一个种群中所有个体所含的全部基因，称为该种群的基因库；由题意可知，基因频率发生变化后，WW的基因型频率＝0.2×0.2×100%＝4%，ww的基因型频率＝0.8×0.8×100%＝64%，Ww的基因型频率＝1－64%－4%＝32%，因此杂合子占分趾海龟的比例为32%÷(4%＋32%)＝8/9。(2)该种群中海龟有多种多样的类型，其中可遗传的变异来源于突变和基因重组，但由于变异是不定向的，因此只是产生了进化的原材料，进化的方向是由自然选择决定的。(3)生物进化的实质是种群基因频率的改变，该海龟种群中基因频率发生了改变，因此海龟发生了进化。

[答案]　(1)基因库　8/9　(2)不定向　自然选择

(3)是　种群基因频率已经改变