2020版高中生物第七章现代生物进化理论2.1种群基因频率的改变与生物进化课件（新人教版必修2）

第2节　现代生物进化理论的主要内容 第1课时　 种群基因频率的改变与生物进化一、种群是生物进化的基本单位 1.种群的概念: 下列描述中为一个种群的是_____。 ①一个池塘中所有的鱼 ②一座山上所有的蛇 ③一片草原上所有的狼 ③⑤④两个分隔的池塘中所有的鲫鱼 ⑤水稻田中所有的福寿螺 ⑥青藏高原上所有的成年藏羚羊2.种群的基因库: 依据基因库的概念,判断下列说法的正误: (1)控制果蝇眼色的全部基因构成基因库。 (　 　) 提示:基因库指一个种群的全部基因,而非某一对等位 基因。 ×(2)生活在同一地域的东北虎的全部基因构成一个种群 基因库。 (　 ) (3)秦岭地区所有金丝猴的全部基因构成基因库。( ) √ √3.基因型频率和基因频率: 果蝇的灰身(B)对黑身(b)为显性,一个随机交配的果蝇 种群中,BB∶Bb∶bb=2∶2∶1,则该种群中Bb的基因型 频率是____;B和b的基因频率分别是____、____。40% 60% 40%【激疑】 基因型频率改变一定会导致基因频率改变吗? 提示:不一定。例如一个基因型为Aa的豌豆种群,此时A 基因的频率为1/2,若此种群自交,得到的F1中, AA∶Aa∶aa=1∶2∶1,F1中A的基因频率仍然为1/2。二、突变和基因重组产生进化的原材料(2)可遗传变异产生进化的原材料: ①可遗传变异的形成:基因突变产生的_________,通过 _________过程中的基因重组,可以形成多种多样的__ ______。 等位基因 有性生殖 基 因型③可遗传变异的结果:只提供了生物进化的原材料,不 能决定_______________。 (3)可遗传的变异的利害性:变异的有利和有害是_____ 的,是由_________决定的。 (4)种群基因突变数=个体基因数×_______×个体数 生物进化的方向 相对 生存环境 突变率三、自然选择决定生物进化的方向 (1)原因:不断淘汰具有_________的个体,选择保留具 有_________的个体。 (2)选择的对象: ①直接作用对象:个体的_______。 ②最终选择的对象:决定表现型的_____。 不利变异 有利变异 表现型 基因(3)选择的结果: ①生物性状方面:朝着_____变异的方向不断进化。 ②基因方面:种群_________会发生_____改变。 有利 基因频率 定向【激疑】自然选择如何决定生物进化的方向? 提示:自然选择可以使适应环境的性状保存下来,不适 应环境的性状被淘汰,这样生物就朝着有利变异的方向 定向进化。知识点一　现代生物进化理论的主要内容 1.种群是生物进化的基本单位: (1)判断种群的“三要素”。 ①生活在一定的自然区域内; ②同一种生物; ③全部个体的总和。(2)种群是生物进化的基本单位的理由。 ①达尔文认为的自然选择直接作用的生物个体的表现 型会随着个体的死亡而消亡。 ②决定生物的性状的基因可以通过生殖而世代延续,并 且在群体中扩散,而生殖是以种群为基本单位的。2.突变和基因重组产生进化的原材料: (1)问题一:突变具有低频性,还能为生物进化提供原材 料吗? 解读: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。(2)问题二:突变具有多害少利性,还能为生物进化提供 原材料吗? 解读:生物变异是否有利,取决于它们的生存环境,微小 有利的变异不断积累也能导致生物进化。 (3)问题三:突变和基因重组能决定生物进化的方向吗? 解读: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。3.自然选择决定生物进化方向的原理及实例分析: (1)原理分析:(2)实例分析(桦尺蠖体色进化):由以上可以看出,生物进化实质上是种群基因频率发生 改变,即在生物进化过程中某基因的频率如果逐渐增大, 反映该基因控制的性状对环境的适应能力较强。【思考·讨论】 1.一个果蝇种群中,由于环境的变化,基因型为aa的个 体不能存活,随机交配繁殖多代后,a的基因频率将如何 变化?(科学思维) 提示:基因型为aa的个体不断被淘汰,但a基因随着杂合 子保存下来,所以a基因的基因频率将越来越小,但不会 为0。2.如果树干变黑,是否影响浅色桦尺蠖的出生率?(科学 思维) 提示:因为树干变黑后,浅色桦尺蠖易于被发现,导致其 个体数减少,当然包括有生育能力的浅色桦尺蠖数量的 减少,从而影响出生率。【素养案例】 在一次大风暴后,有人搜集了100只受伤的麻雀并饲养, 结果活下来64只。在死去的个体中,大部分是个体比较 大、变异类型特殊的,下列有关叙述正确的是 (　　) A.突变和基因重组决定生物进化的方向 B.自然选择会改变种群的基因频率C.特殊的变异类型都是不利的 D.不产生变异的生物才能生存【解题导引】 (1)抓准题眼:题干关键词“死去的个体中,大部分是个 体比较大、变异类型特殊的”。 (2)扫清障碍: ①变异是不定向的,有利还是有害取决于环境。 ②影响种群基因频率变化的因素主要有突变和基因重 组、自然选择、迁入和迁出等。【解析】选B。突变和基因重组为生物的进化提供原材 料,不决定生物进化的方向,A错误;自然选择通过定向 改变种群的基因频率决定生物进化的方向,B正确;变异 是不定向的,可能是有利的,也可能是有害的,利与害取 决于环境,是相对而言的,C错误;变异是普遍存在的,产 生有利变异的个体存活下来,产生不利变异的个体会被 淘汰,D错误。【方法规律】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。【素养·探究】——情境迁移 达尔文考察了格克伦岛,这个岛屿上经常刮大风,岛上 的少数昆虫翅特别发达,大多数昆虫翅退化。请思考下 列问题: (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 能飞翔,就不容易被风吹到海里,因而生存和繁殖后代 的机会就多。经过一段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。【素养·迁移】 下列与生物进化相关的叙述,正确的是 (　　) A.进化总是由突变引起的 B.进化时基因频率总是变化的 C.变异个体总是适应环境的 D.进化改变的是个体而不是群体【解析】选B。进化的原材料由突变和基因重组提供, 然后通过自然选择的作用,使得基因频率发生定向改变, 所以A错误、B正确;有利变异能适应环境,而不利变异 则被环境所淘汰,所以C错误;进化的基本单位不是个体 而是种群,所以D错误。知识点二　基因频率与基因型频率的相关计算 1.基因频率的计算: (1)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%。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。 　　　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 。3.自交和自由交配时基因频率和基因型频率的变化规 律: 交配方式 基因频率 基因型频率 自交 不改变 改变,且纯合子增多, 杂合子减少 处于遗 传平衡 不改变 不改变 不处于遗 传平衡 不改变 改变【思考·讨论】 1.有的同学认为基因型频率发生改变,生物一定发生了 进化,你认为该同学的说法是否合理,并说出你的理由。 (科学思维) 提示:不合理,基因型频率发生改变,基因频率不一定发 生变化,而生物进化的实质是基因频率的改变。2.一个繁殖多代的种群,基因频率都未发生变化,分析 其原因有哪些?(科学思维) 提示:种群足够大、随机交配、没有迁入和迁出、没有 自然选择、不发生突变等。【素养案例】 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%。若此时从岛外侵入了 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基因的基因频率约是 (　　) 世纪金榜导学号A.43%　　B.48%　　C.52%　　D.57% 【解题导引】 (1)明概念:某基因频率等于该基因总数与该基因与其 等位基因总数的比值再乘百分百。 (2)找信息:题目中种群的数量变化。【解析】选B。由题意知,原种群数量是20 000,则可以 得出基因型VV为20 000×15%=3 000;基因型Vv为 20 000× 55% = 11 000;基因型vv为20 000×30%= 6 000,后侵入了2 000只基因型为VV的个体,该种群中 基因型VV为3 000+2 000=5 000,该种群总数为22 000 只,所以该种群中基因型VV占5/22、基因型Vv占11/22、 基因型vv 占6/22。该种群的个体随机交配,由于没有发生自然选择导致基因的丢失,所以该种群的基因频率 不变,则V基因的基因频率为5/22+11/22×1/2=21/44, 即约为48%。【素养·探究】——母题追问 (1)科学思维——比较与分析 上题中从岛外侵入了2 000只基因型为VV的果蝇后,F1 中V基因的基因频率与原来种群中V基因的基因频率比 较,发生什么变化?提示:原来种群中基因型为VV、Vv和vv的果蝇分别占 15%、55%和30%,则V基因的基因频率为15%+55%÷2= 42.5%;从岛外侵入了2 000只基因型为VV的果蝇后, F1中V基因的基因频率增大了。(2)科学思维——演绎与推理 上题中从岛外侵入了2 000只基因型为VV的果蝇后,果 蝇自交,则F1中V基因的基因频率约是多少?提示:该种群中VV占5/22、Vv占11/22、vv 占6/22,自 交后F1中VV占5/22 +(1/4)×(11/22)= 31/88,Vv占 (1/2)×(11/22)=11/44,则V基因的基因频率是 31/88+(11/44)×(1/2)=21/44,即约为48%。【素养·迁移】 1.（2019·天津高考）囊鼠的体毛深色（D）对浅色 （d）为显性，若毛色与环境差异大则易被天敌捕食。 调查不同区域囊鼠深色表现型频率，检测并计算基因 频率，结果如图。下列叙述错误的是( )A.深色囊鼠与浅色囊鼠在不同区域的分布现状受自然 选择影响 B.与浅色岩P区相比，深色熔岩床区囊鼠的杂合体频率 低 C.浅色岩Q区的深色囊鼠的基因型为DD、Dd D.与浅色岩Q区相比，浅色岩P区囊鼠的隐性纯合体频 率高【解析】选B。囊鼠的体色与环境有关，受自然选择影 响，A项正确。浅色岩P区D基因的频率为0.1，则d基因 的频率为1-0.1=0.9，Dd的基因型频率=2×0.1×0.9=0.18； 深色熔岩床区中D基因的频率 =0.7，d基因的频率=1-0.7=0.3，Dd的基因型频率 =2×0.7×0.3=0.42，B项错误。浅色岩Q区中，D基因 的频率=0.3，DD的基因型频率=0.3×0.3=0.09,该区深色囊鼠纯合体频率为0.09,而该区内深色囊鼠表现型频 率=0.50，说明该区还有深色杂合囊鼠，C项正确。浅 色岩Q区中，dd基因型的频率=（1-0.3）×（1- 0.3）=0.49；浅色岩P区中，dd基因型的频率 =0.9×0.9=0.81,D项正确。2.不同基因型的褐鼠对灭鼠灵的抗性及对维生素K的依 赖性(即需要从外界环境中获取维生素K才能维持正常 的生命活动)的表现型如表。若对维生素K含量不足环 境中的褐鼠种群长期连续用灭鼠灵进行处理,则褐鼠种 群 (　　) 基因型 rr Rr RR 对灭鼠灵的抗性 敏感 抗性 抗性 对维生素K的依赖性 无 中度 高度A.基因r的频率最终下降至0 B.抗性个体RR∶Rr=1∶1 C.RR个体数量增加,rr个体数量减少 D.绝大多数抗性个体的基因型为Rr【解析】选D。由于环境中维生素K含量不足,所以对维 生素K依赖度较高的RR个体数量较少,长期使用灭鼠灵 ,rr个体数量大量减少,所以Rr个体的数量最多,R和r两 种基因频率都不为0。【课堂回眸】