2023-2024學年 人教版 必修二種群基因組成的變化 學案

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學習目標核心素養(yǎng)1.闡述種群、種群基因庫、基因頻率等概念的內(nèi)涵2.結(jié)合教材闡明突變和基因重組是生物進化的原材料，學會用數(shù)學方法討論基因頻率的變化3.闡明自然選擇對種群基因頻率變化的影響1.生命觀念：通過對種群基因頻率的變化的學習，進一步促進學生進化與適應觀的形成2.科學思維：通過樺尺蛾黑化和地雀喙的差異等實例，引導學生在學習中運用推理、總結(jié)、歸納等一系列思維方法得出結(jié)論3.科學探究：“探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響”和“探究抗生素對細菌的選擇作用”，讓學生進一步了解科學探究的基本過程和原理，增強對自然現(xiàn)象的好奇心和求知欲4.社會責任：細菌的耐藥性形成等知識的學習使學生能參與到社會問題的討論中，能用所學知識解釋具體現(xiàn)象，培養(yǎng)學生的社會責任知識點1種群和種群基因庫1．種群概念和特點(1)種群概念：生活在eq\x(\s\up1(01))一定區(qū)域的eq\x(\s\up1(02))同種生物eq\x(\s\up1(03))全部個體的集合。(2)種群特點①種群中的個體并不是機械地集合在一起。②一個種群其實就是一個eq\x(\s\up1(04))繁殖的單位，雌雄個體可以通過繁殖將各自的eq\x(\s\up1(05))基因遺傳給后代。③種群在繁衍過程中，eq\x(\s\up1(06))個體有新老交替，eq\x(\s\up1(07))基因卻代代相傳。2．種群基因庫和基因頻率(1)基因庫：一個種群中全部個體所含有的eq\x(\s\up1(08))全部基因，叫作這個種群的基因庫。(2)基因頻率①概念：在一個種群基因庫中，某個基因占eq\x(\s\up1(09))全部等位基因數(shù)的比值。②計算公式：基因頻率＝eq\f(某種基因數(shù)目,控制同種性狀的等位基因的總數(shù))×100%。(1)一個湖泊中的全部魚是一個種群。(×)(2)培養(yǎng)皿中由一種大腸桿菌形成的一個菌落是一個種群。(√)(3)達爾文進化論以個體為單位研究，現(xiàn)代進化論以種群為單位研究。(√)(4)種群的基因庫是一直不變的。(×) 知識點2種群基因頻率的變化和自然選擇對種群基因頻率變化的影響1．種群基因頻率的變化(1)可遺傳變異的來源eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(突變\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(\x(\s\up1(01))基因突變,\x(\s\up1(02))染色體變異)),基因重組))(2)可遺傳變異提供了生物進化的原材料的原因①種群由許多個體組成，每個個體的細胞中都有成千上萬個基因，每一代就會產(chǎn)生大量的突變。②eq\x(\s\up1(03))基因突變產(chǎn)生的等位基因，通過有性生殖過程中的基因重組，可以形成多種多樣的eq\x(\s\up1(04))基因型，從而使種群中出現(xiàn)多種多樣可遺傳的變異類型。2．自然選擇對種群基因頻率變化的影響(1)實例分析(樺尺蛾體色進化)(2)原理分析(3)選擇的對象①直接作用對象：eq\x(\s\up1(08))個體的表型。②間接作用對象：eq\x(\s\up1(09))決定表型的基因型。③根本作用對象：eq\x(\s\up1(10))與表型相對應的基因。(4)選擇的結(jié)果①生物性狀上：朝eq\x(\s\up1(11))有利變異方向不斷進化。②基因上：種群eq\x(\s\up1(12))基因頻率會發(fā)生eq\x(\s\up1(13))定向改變。(5)生物進化的實質(zhì)：在eq\x(\s\up1(14))自然選擇的作用下，種群的基因頻率會發(fā)生eq\x(\s\up1(15))定向改變，導致生物朝著eq\x(\s\up1(16))一定的方向不斷進化。(1)若生物進化了，種群基因頻率一定改變。(√)(2)若種群基因頻率改變了，生物一定進化了。(√)(3)突變、自然選擇、遷入遷出等會導致種群基因頻率改變。(√)知識點3探究抗生素對細菌的選擇作用1．原理：一般情況下，eq\x(\s\up1(01))一定濃度的抗生素會殺死細菌，但變異的細菌可能產(chǎn)生eq\x(\s\up1(02))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eq\x(\s\up1(03))抗生素，耐藥菌有可能存活下來。2．目的要求：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eq\x(\s\up1(04))選擇作用。3．方法步驟步驟1分組、編號、作標記用記號筆在培養(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步驟2接種取少量細菌的培養(yǎng)液，用eq\x(\s\up1(05))無菌的涂布器(或無菌棉簽)均勻地涂抹在培養(yǎng)基平板上步驟3自變量控制用無菌的鑷子先夾取1張eq\x(\s\up1(06))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eq\x(\s\up1(07))抗生素紙片放在②～④號區(qū)域的中央，蓋上皿蓋步驟4培養(yǎng)將培養(yǎng)皿倒置于37℃的恒溫箱中培養(yǎng)12～16h步驟5因變量觀測觀察培養(yǎng)基上細菌的生長狀況以及紙片附近是否出現(xiàn)抑菌圈。如果有，測量、記錄抑菌圈的直徑，并取平均值步驟6連續(xù)培養(yǎng)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)，重復步驟2～5。如此重復幾代，記錄每一代培養(yǎng)物抑菌圈的直徑注意：實驗結(jié)束后，應將耐藥菌、培養(yǎng)基、紙片等進行eq\x(\s\up1(08))高溫滅菌處理。4．結(jié)果在培養(yǎng)基上eq\x(\s\up1(09))有(填“有”或“無”)細菌生長，在放有抗生素紙片的區(qū)域出現(xiàn)抑菌圈。連續(xù)培養(yǎng)幾代后，抑菌圈的直徑會eq\x(\s\up1(10))變小。5．結(jié)論抗生素對細菌具有eq\x(\s\up1(11))定向選擇作用。1．為什么要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細菌？提示：抗生素能夠殺死細菌，在抑菌圈邊緣抗生素濃度較低，可能存在具有耐藥性的細菌，因此要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細菌。2．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？提示：濫用抗生素會使病菌的抗藥基因不斷積累，抗藥性不斷增強，導致抗生素藥物失效。3．在本實驗的培養(yǎng)條件下，耐藥菌所產(chǎn)生的變異是有利還是有害的？你怎么理解變異是有利還是有害的？提示：有利的，基因突變具有隨機性和不定向性，突變的有利或有害取決于生物的生存環(huán)境，在本實驗的環(huán)境條件下，耐藥性細菌的存活率高，故耐藥菌所產(chǎn)生的變異為有利變異。有利于細菌的變異對人類是有害的，面對不同的主體，應辯證地看待變異的有利有害性。課堂小結(jié)1．(目標1)下列關(guān)于基因庫的描述，錯誤的是()A．基因庫是一個種群的全部個體所含的全部基因B．生物個體總是要死亡的，但基因庫卻因種群個體的繁殖而代代相傳C．種群中每個個體都含有種群基因庫中的全部基因D．基因突變可能改變基因庫的組成答案C解析種群是生物繁殖的基本單位，所以基因庫不會因個體死亡而消失，會代代相傳，B正確；由于不同個體之間在基因上具有差異，所以每個個體不可能含有種群基因庫中的全部基因，C錯誤。2．(目標2)德國小蠊(二倍體)是常見的室內(nèi)昆蟲。隨機取樣的德國小蠊個體中，ss個體數(shù)為6，SS個體數(shù)為26，Ss個體數(shù)為18。則s的基因頻率為()A．0.26 B．0.3C．0.46 D．0.58答案B解析s的基因頻率＝eq\f(s基因總數(shù),S基因總數(shù)＋s基因總數(shù))×100%＝eq\f(6×2＋18,（6＋26＋18）×2)×100%＝30%。3．(目標2)下列說法錯誤的是()A．基因突變產(chǎn)生新的等位基因B．基因重組可以形成多種多樣的基因型，從而使種群中出現(xiàn)多種多樣可遺傳的變異類型C．突變的有害和有利不是絕對的，往往取決于生物的生存環(huán)境D．生物突變的頻率很低，而且許多突變是有害的，所以不能夠作為生物進化的原材料答案D解析盡管自然條件下基因突變頻率很低，且大多數(shù)對生物有害，但由于種群的個體數(shù)量多，每個個體的細胞中都有成千上萬個基因，這樣每一代就會產(chǎn)生大量的突變，此外突變的有害和有利取決于生物的生存環(huán)境，所以突變可以為進化提供原材料，D錯誤。4．(不定項)(目標3)19世紀中葉到20世紀中葉，英國曼徹斯特地區(qū)隨著工業(yè)的發(fā)展，工廠排出的煤煙使樹干變黑，黑色型樺尺蛾數(shù)量逐漸增加，淺色型樺尺蛾數(shù)量逐漸減少。下列相關(guān)敘述正確的是()A．煤煙誘使樺尺蛾由淺色型突變成黑色型B．控制樺尺蛾體色的基因頻率發(fā)生了定向改變C．樺尺蛾種群進化過程中直接受選擇的是表型D．樹干變黑會造成樺尺蛾種群中淺色個體的出生率降低答案BCD解析煤煙將樹干熏黑，使淺色型的樺尺蛾更容易被天敵發(fā)現(xiàn)，黑色型的樺尺蛾更難被天敵發(fā)現(xiàn)，從而使黑色型個體存活并留下后代的機會更多，煤煙不能使樺尺蛾由淺色型突變成黑色型，A錯誤；環(huán)境對樺尺蛾進行了定向選擇，使樺尺蛾的基因頻率發(fā)生了定向改變，B正確；自然選擇直接作用的是生物的個體，而且是個體的表型，C正確；樹干變黑后，許多淺色個體可能在進行交配、產(chǎn)卵前就被天敵捕食，從而導致種群中淺色個體的出生率降低，D正確。5．(目標1、2)某植物種群中，AA基因型個體占30%，aa基因型個體占20%，則：(1)植物種群中的A、a基因頻率分別是________、________。(2)若該種群中植物自交，后代中AA、aa基因型個體分別占________、________。這時，A、a的基因頻率分別是________、________。(3)依據(jù)現(xiàn)代生物進化理論，這種植物是否發(fā)生了進化？____________。原因是__________________________________________________。(4)進化的基本單位是________，進化的原材料是由_____________________提供的，進化的實質(zhì)是____________________________。答案(1)55%45%(2)42.5%32.5%55%45%(3)沒有發(fā)生進化種群的基因頻率沒有發(fā)生改變(4)種群突變和基因重組種群基因頻率的改變解析(1)由題意可知，Aa基因型個體占50%，則A的基因頻率＝30%＋50%×eq\f(1,2)＝55%，a的基因頻率＝1－55%＝45%。(2)(3)若該種群中植物自交，后代中產(chǎn)生的基因型比例為：AA＝30%＋eq\f(1,4)×50%＝42.5%；aa＝20%＋eq\f(1,4)×50%＝32.5%；Aa＝eq\f(1,2)×50%＝25%。此時A、a的基因頻率分別為A＝42.5%＋25%×eq\f(1,2)＝55%，a＝1－55%＝45%。通過計算可以發(fā)現(xiàn)前后代的基因頻率沒有發(fā)生改變，說明生物沒有發(fā)生進化。題型一基因頻率和基因型頻率的相關(guān)計算[例1]某種昆蟲的翅型受常染色體上等位基因V/v的控制，基因V控制正常翅，基因v控制殘翅。該昆蟲的種群足夠大，雌雄個體之間隨機交配。在不同年份該昆蟲種群中VV和Vv個體的基因型頻率如圖所示。下列相關(guān)分析正確的是()A．殘翅個體生存能力降低，逐漸被自然選擇淘汰B．第10年殘翅個體數(shù)量最少，殘翅基因的頻率為0.3C．在0～15年期間，該昆蟲種群的正常翅基因頻率逐漸減小D．第15年該種群繁殖一代，若后代個體全部存活，則子代殘翅個體的頻率為0.25解題分析分析題圖可知，在0～15年期間，殘翅個體(vv)在第5年約為0.3，第10年約為0.1，第15年約為0.4，所以殘翅個體生存能力并不是一直降低，A錯誤；分析題圖可知，第10年殘翅的基因型頻率為0.1，為0～15年間的最小值，殘翅基因v的頻率為(0.1×2＋0.3)÷2＝0.25，B錯誤；分析題圖可知，在0～15年期間，種群的正常翅基因頻率出現(xiàn)先減小后增大再減小的變化，C錯誤；第15年種群VV的頻率為0.4，Vv的頻率為0.2，vv的頻率為0.4，則V的基因頻率為0.5，v的基因頻率為0.5，該種群繁殖一代，子代殘翅個體vv的頻率為0.5×0.5＝0.25，D正確。答案D[例2]在一次紅綠色盲的調(diào)查中共調(diào)查男女各200名，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，女性紅綠色盲基因的攜帶者15人，女性色盲5人，男性色盲11人。那么這個群體中紅綠色盲基因的頻率是()A．4.5% B．6%C．9% D．7.8%解題分析由題意知，XBXb15人，XbXb5人，XbY11人，所以基因b的數(shù)目＝15×1＋5×2＋11×1＝36個，因此，紅綠色盲基因的頻率＝eq\f(36,200×2＋200)×100%＝6%。答案B[例3](不定項)由于生存條件的改變，大熊貓已經(jīng)從食肉進化到以吃竹子為主的階段。現(xiàn)有一個大熊貓種群，若基因B/b為一對位于常染色體上的等位基因，已知該種群中B的基因頻率為80%，b的基因頻率為20%，下列相關(guān)敘述錯誤的是()A．遺傳平衡狀態(tài)下，該種群中bb的頻率為40%B．遺傳平衡狀態(tài)下，該種群中顯性個體中出現(xiàn)雜合個體的概率為32%C．大熊貓從食肉進化到以吃竹子為主，內(nèi)因是生存斗爭的壓力D．若群體中近親繁殖比例升高，則后代中純合子的比例會升高解題分析若B/b位于常染色體上，則遺傳平衡狀態(tài)下BB頻率為64%，Bb頻率為32%，bb頻率為4%，顯性個體中雜合概率為33.3%，A、B錯誤；進化的內(nèi)因是遺傳和變異，生存斗爭是進化的動力，C錯誤；近親繁殖意味著基因型相同的個體交配幾率增大，即自交比例增多，連續(xù)自交后代純合子比例升高，D正確。答案ABC技法提升有關(guān)基因頻率計算題的解法(1)常染色體上基因頻率的計算①已知各基因型及其個體的數(shù)量，求基因頻率。此類題型可用定義公式計算，即某基因的頻率＝[(該基因純合子個體數(shù)×2＋雜合子個體數(shù))÷(總個體數(shù)×2)]×100%。②已知基因型頻率，求基因頻率。此類題型可以將百分號去掉，按定義公式計算或直接用“某基因的基因頻率＝該基因純合子的百分比＋雜合子百分比的1/2”來計算。如基因A的頻率＝AA的頻率＋1/2Aa的頻率，基因a的頻率＝1－基因A的頻率。(2)位于性染色體上基因頻率的計算A的基因頻率＝eq\f(2NXAXA＋NXAXa＋NXAY,2（NXAXA＋NXAXa＋NXaXa）＋（NXAY＋NXaY）)×100%，a的基因頻率＝eq\f(2NXaXa＋NXAXa＋NXaY,2（NXaXa＋NXAXa＋NXAXA）＋（NXaY＋NXAY）)×100%。(N表示基因型的個體數(shù))(3)遺傳平衡狀態(tài)下基因頻率的計算①遺傳平衡狀態(tài)的條件a．種群非常大。b．種群中所有的雌雄個體間都能自由交配并產(chǎn)生后代。c．沒有基因突變的發(fā)生。d．沒有遷入和遷出。e．沒有自然選擇(不同個體生存和繁殖的機會是相等的)。②基因頻率與基因型頻率的計算公式設(shè)A的基因頻率為p，a的基因頻率為q，則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的基因型頻率＝p2，Aa的基因型頻率＝2pq，aa的基因型頻率＝q2。③若已知AA的基因型頻率為m，則A的基因頻率為eq\r(m)。題型二自然選擇與進化的關(guān)系[例4]選擇系數(shù)是表征某基因型在特定環(huán)境中不利于生存程度的指標，即某基因型的個體在某環(huán)境中適應性越差，選擇系數(shù)越大。下列說法正確的是()A．同一基因型的個