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-1-第3节种群基因组成的变化与物种的形成(1)学习目标核心素养1.解释种群、基因库和基因频率的概念。2．种群基因频率的计算和影响因素分析。(重、难点)3．解释生物进化的实质。(重点)1.通过用数学方法讨论基因频率的变化，掌握基因频率和基因型频率的相关计算。2．结合某海岛上残翅和无翅昆虫的形成过程等事实，阐明突变和基因重组是生物进化的原材料。3．通过探究自然选择对种群基因频率的影响，理解自然选择决定生物进化的方向。一、种群和种群基因库1．种群(1)概念：三要素生活在一定区域同种生物全部个体(2)特点：种群是生物进化和繁殖的基本单位。2．基因库一个种群中全部个体所含有的全部基因构成。3．基因频率一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值。二、种群基因频率的变化1．可遗传的变异的来源基因重组基因突变染色体变异统称为突变2．可遗传的变异的形成(1)可遗传的变异的形成：基因突变产生的等位基因，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，从而使种群中出现多种多样可遗传的变异类型。(2)可遗传的变异的特点随机性不定向性(3)可遗传的变异的结果：使种群基因频率发生了改变。3．可遗传的变异的利害性：变异的有利和有害是相对的，是由生存环境决定的。4．种群基因突变数＝个体基因数×突变率×个体数。三、自然选择对种群基因频率变化的影响-2-1．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，种群中相应的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．选择的结果(1)生物性状上：朝着有利变异的方向不断进化。(2)基因上：种群基因频率会发生定向改变。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．生物进化的实质是种群基因频率的变化。()3．自然选择决定了生物变异和进化的方向。()4．生物进化的原材料源于基因突变和基因重组。()5．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．√3．×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。4．×基因突变、染色体变异和基因重组产生生物进化的原材料。5．√种群和种群基因库[问题探究]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，基因型XBXb有15人，基因型XbXb有5人，基因型XbY有11人，所以，-3-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%。[归纳总结]1．以一对等位基因(A、a)和其组成的基因型(AA、Aa、aa)为例(1)A或a的基因频率为该基因数[A（或a）]该基因及其等位基因总数（A＋a）×100%(2)AA或Aa或aa的基因型频率为该基因型个体数[AA（或Aa、aa）]种群个体总数×100%题型一已知调查的各种基因型的个体数，计算基因频率某基因频率＝该基因总数该基因及其等位基因总数×100%A＝2AA＋Aa2（AA＋Aa＋aa）×100%a＝Aa＋2aa2（AA＋Aa＋aa）×100%A、a为基因，AA、Aa、aa为三种基因型个体数。题型二已知基因型频率求基因频率常染色体上一个等位基因的频率＝该等位基因纯合子的频率＋1/2×杂合子的频率A＝AA＋1/2Aa；a＝aa＋1/2Aa。题型三X染色体上基因的基因频率的计算XY型性别决定的生物，基因在X染色体上，Y染色体上无等位基因，计算时只计X染色体上的基因数，不考虑Y染色体。ZW型性别决定也是这样。例如，用N表示个体数，则有Xb＝XbXB＋Xb＝2NXbXb＋NXBXb＋NXbY2NXX＋NXY不涉及Y染色体，XB＋Xb＝1。题型四利用哈代—温伯格定律，由基因频率计算基因型频率(1)成立前提①种群非常大；②所有雌雄个体之间自由交配；③没有迁入和迁出；④没有自然选择；⑤没有突变。(2)计算公式当等位基因只有两个(A、a)时，设p表示A的基因频率，q表示a的基因频率，则基因型AA的频率为p2，Aa的频率为2pq，aa的频率为q2。如果一个种群达到遗传平衡，其基因型频率应符合：p2＋2pq＋q2＝1。误区警示：伴X染色体遗传病中，男性中患者的表型概率(色盲)＝相关基因型(XbY)的频-4-率＝相关基因(b)的频率。2．自交、自由交配与基因频率改变的关系(1)自交是指基因型相同的个体交配，雌雄同株植物是指自花传粉。结果是杂合基因型频率降低，纯合基因型频率增加，在无选择条件下，各基因频率不变。(2)自由交配是指种群内不同基因型的个体间相互交配。在无选择的条件下，基因频率、基因型频率均保持不变，相关计算可按哈代—温伯格定律进行。(3)只要种群的基因频率不变，即使基因型频率改变，种群也未发生进化。1．果蝇的长翅(V)和残翅(v)由一对常染色体上的等位基因控制。假定某果蝇种群有20000只果蝇，其中残翅果蝇个体数量长期维持在4%，若再向该种群中引入20000只纯合长翅果蝇，在不考虑其他因素影响的前提下，关于纯合长翅果蝇引入后种群的叙述，错误的是()A．v基因频率降低了50%B．V基因频率增加了50%C．杂合果蝇比例降低了50%D．残翅果蝇比例降低了50%B[因该果蝇种群vv的基因型频率为4%，由遗传平衡定律公式算出v＝0.2，V＝0.8，进而计算出引入纯种长翅果蝇前，基因型为vv的果蝇有0.04×20000＝800(只)，基因型为Vv的果蝇有2×0.2×0.8×20000＝6400(只)，VV有0.8×0.8×20000＝12800(只)。引入20000只纯合长翅果蝇后，基因频率v＝(800×2＋6400)/(40000×2)＝0.1，V＝1－0.1＝0.9，故A正确、B错误；因Vv、vv的数目不变，而该种群的总数增加一倍，所以Vv、vv的基因型频率降低了50%，C、D正确。]2．在一个随机交配的中等大小的种群中，经调查发现控制某性状的基因型只有两种：AA基因型的频率为20%，Aa基因型的频率为80%，aa基因型(致死型)的频率为0。那么随机交配繁殖一代后，AA基因型的个体占()A．1/5B．1/4C．3/7D．11/21C[根据题干信息，亲代中，A的基因频率为20%＋80%×(1/2)＝60%，a基因的频率为80%×(1/2)＝40%。随机交配得到的子一代的基因型及其比例为AA∶Aa∶aa＝(60%×60%)∶(2×60%×40%)∶(40%×40%)＝36%∶48%∶16%。又因aa基因型为致死型，故随机交配繁殖一代后，AA基因型的个体占36%/(36%＋48%)＝3/7。]种群基因频率的变化-5-[问题探究]1．所有的变异都能导致种群基因频率的改变吗？为什么？提示：不是。只有可遗传的变异才能影响种群基因的组成，才能改变基因频率。2．突变具有低频性，还能为生物进化提供原材料吗？提示：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。3．生物进化的实质是什么？如何判断一个种群是否发生了进化？提示：进化的实质是种群基因频率的改变。判断的依据是种群基因频率是否发生改变。[归纳总结]1．理解“可遗传的变异”的含义(1)来源：基因突变、基因重组以及染色体变异。其中基因突变和染色体变异统称为突变，都能产生新的基因型，但只有基因突变能产生新的基因。(2)数量大①突变数大：突变的频率虽然很低，但一个种群往往由许多个体组成，而且每一个个体的每一个细胞都含有成千上万个基因，所以在种群中每一代都会产生大量的突变。②基因重组：基因突变产生的等位基因，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，从而使种群出现大量的可遗传变异。(3)意义：为生物进化提供原材料，但不能决定生物进化的方向。2．自然选择对种群基因频率变化的影响(1)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逐渐提高。具体过程：种群中产生变异(不定向)――――→自然选择不利变异被淘汰有利变异积累(定向)―→基因频率定向改变―→生物朝一定方向进化。(2)自然选择的对象①直接对象是生物的表型。②间接对象是相关的基因型。③根本对象是与表型相对应的基因。(3)生物进化的实质：种群基因频率的改变。(4)生物进化的方向：变异是不定向的，自然选择是定向的，定向的自然选择决定了生物进化的方向。误区警示：(1)生物进化是以种群为单位的，而不是以个体或物种为单位的。因为同一物种个体可能-6-分布在不同地域而不能进行基因交流。(2)突变包括基因突变和染色体变异两种，并非仅指基因突变。(3)基因频率与生物进化的关系只要基因频率改变，生物就进化；只要生物进化，基因频率一定改变。若基因频率不变，则生物就不进化，基因频率是否改变是判断生物是否进化的有效依据。1．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。]2．桦尺蠖的体色受一对等位基因控制，其中黑色(S)对浅色(s)为显性。将某桦尺蠖种群分成两组，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，结果如表所示。下列有关说法中不正确的是()区域SS(%)Ss(%)ss(%)A80182B2890A．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．从上述材料得知生物进化的方向是由自然选择决定的D．从上述材料得知生物进化的实质就是种群基因频率的变化B[由题干中的数据可知，A种群内S基因的频率＝(80×2＋18)/(80×2＋18×2＋2×2)×100%＝89%，s基因的频率＝1－89%＝11%：而B种群内S基因的频率＝(2×2＋8)/(100×2)×100%＝6%，s基因的频率＝1－6%＝94%。可见A种群内控制黑色的S基因的频率较高，而B种群内控制浅色的s基因的频率较高，这些不同与这两个种群的生活环境有关。A种群生活在污染严重的环境中，而B种群生活在基本未受污染的环境中。可见生物进化的实质是自然选择使生物的基因频率发生改变。][课堂小结]-7-知识网络构建核心语句归纳1.一个种群中全部个体所含有的全部基因称为基因库。2．种群是生物繁殖的基本单位。3．突变和基因重组产生进化的原材料，突变和基因重组是随机的，不定向的。4．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。5．生物进化的实质是基因频率的改变。1．下列关于种群的叙述中，错误的是()A．种群是生物进化和繁殖的基本单位B．一个池塘中的全部鱼是一个种群C．一个种群中的全部基因构成