目 標(biāo) 素 養(yǎng)1.認(rèn)同種群是生物繁殖和進(jìn)化的基本單位;舉例說(shuō)明種群內(nèi)的某些可遺傳的變異將賦予個(gè)體在特定環(huán)境中的生存和繁殖優(yōu)勢(shì)。2.利用數(shù)學(xué)方法,探討自然選擇會(huì)導(dǎo)致種群基因頻率發(fā)生定向改變。闡明具有優(yōu)勢(shì)性狀的個(gè)體在種群中所占比例將會(huì)增加。3.探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用,初步建立合理使用抗生素的科學(xué)觀念。
一、種群和種群基因庫(kù)1.種群(1)概念:生活在一定區(qū)域的同種生物全部個(gè)體的集合。例如,一片樹林中的全部獼猴或一片草地上的所有蒲公英都可以看作一個(gè)種群。(2)特點(diǎn):種群中的雌雄個(gè)體可以通過(guò)繁殖將各自的基因遺傳給后代。種群是生物繁殖的單位。2.基因庫(kù):一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因。
3.基因頻率(1)概念:在一個(gè)種群基因庫(kù)中,某個(gè)基因占全部等位基因數(shù)的比值。(2)計(jì)算
微點(diǎn)撥判斷種群的“三要素”(1)生活在一定區(qū)域;(2)同種生物;(3)全部個(gè)體的集合。
微判斷1一個(gè)種群中的雌雄個(gè)體可以通過(guò)繁殖將各自的基因遺傳給后代。判斷下列相關(guān)表述是否正確。(1)一個(gè)池塘中全部的魚是一個(gè)種群。(　　)(2)一個(gè)種群中某個(gè)基因占所有基因數(shù)的比值叫作基因頻率。(　　)(3)自然選擇過(guò)程中,直接受選擇的是表型。(　　)(4)在環(huán)境條件保持穩(wěn)定的前提下,種群的基因頻率不會(huì)發(fā)生變化。(　　)(5)若親子代間基因頻率不變,基因型頻率也一定不變。(　　)
微訓(xùn)練1 從某種群中隨機(jī)抽取200個(gè)個(gè)體,測(cè)得基因型為AA、Aa、aa的個(gè)體分別是60個(gè)、100個(gè)、40個(gè)。該種群中A與a的基因頻率分別是(　　)A.80%、20%B.45%、55%C.55%、45%D.40%、60%答案:C解析:由題意可知,該種群抽取的200個(gè)個(gè)體中,AA=60個(gè), Aa=100個(gè),aa=40個(gè),根據(jù)基因頻率的概念, A=[(60×2+100)/(200×2)]×100%=55%, a=[(40×2+100)/(200×2)]×100%=45%。
二、種群基因頻率的變化
2.可遺傳的變異提供了生物進(jìn)化的原材料的原因(1)可遺傳的變異類型的形成:基因突變產(chǎn)生的等位基因,通過(guò)有性生殖過(guò)程中的基因重組,可以形成多種多樣的基因型。(2)可遺傳的變異的結(jié)果:只提供了生物進(jìn)化的原材料,不能決定生物進(jìn)化的方向。
3.自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響(1)原因:不斷淘汰發(fā)生不利變異的個(gè)體,選擇保留發(fā)生有利變異的個(gè)體。(2)選擇的對(duì)象①直接作用對(duì)象:個(gè)體的表型。②最終選擇的對(duì)象:決定表型的基因。(3)選擇的結(jié)果①基因方面:種群基因頻率會(huì)發(fā)生定向改變。②生物性狀方面:導(dǎo)致生物朝著一定的方向不斷進(jìn)化。
微思考1達(dá)爾文在環(huán)球考察中發(fā)現(xiàn)某島嶼上經(jīng)常刮大風(fēng),島上的少數(shù)昆蟲翅膀特別發(fā)達(dá),大多數(shù)昆蟲翅退化。請(qǐng)回答下列問(wèn)題。(1)在這個(gè)海島上昆蟲翅長(zhǎng)差異的根本來(lái)源是什么?提示:基因突變。
(2)在這個(gè)島嶼上,為什么無(wú)翅的昆蟲特別多?提示:這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是自然選擇。由于這個(gè)島嶼上經(jīng)常刮大風(fēng),有翅能飛但翅膀不夠強(qiáng)大的昆蟲,常常被大風(fēng)吹到海里,因而生存和繁殖后代的機(jī)會(huì)較少,而無(wú)翅或殘翅的昆蟲由于不能飛,就不容易被風(fēng)吹到海里,因而生存和繁殖后代的機(jī)會(huì)就多,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的自然選擇之后,海島上無(wú)翅或殘翅的昆蟲就特別多。
微判斷2從基因水平看,生物進(jìn)化的過(guò)程就是種群基因頻率發(fā)生定向改變的過(guò)程。判斷下列相關(guān)表述是否正確。(1)生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率的變化。(　　)(2)自然選擇決定了生物變異和進(jìn)化的方向。(　　)(3)從根本上講,沒(méi)有突變就沒(méi)有生物的進(jìn)化。(　　)(4)突變具有低頻性,不能為生物進(jìn)化提供原材料。(　　)(5)有害突變不能成為生物進(jìn)化的原材料。(　　)(6)所有變異都不能決定生物進(jìn)化的方向,但都能提供進(jìn)化的原材料。(　　)
三、探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用1.實(shí)驗(yàn)原理一般情況下,一定濃度的抗生素會(huì)殺死細(xì)菌,但變異的細(xì)菌可能產(chǎn)生耐藥性。在實(shí)驗(yàn)室連續(xù)培養(yǎng)細(xì)菌時(shí),如果向培養(yǎng)基中添加抗生素,耐藥菌有可能存活下來(lái)。
微思考2實(shí)驗(yàn)過(guò)程中為什么要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細(xì)菌?提示:抗生素能夠殺死細(xì)菌,抑菌圈邊緣抗生素濃度較低,可能存在具有耐藥性的細(xì)菌,因此要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細(xì)菌。
微判斷3一般情況下,一定濃度的抗生素會(huì)殺死細(xì)菌,但變異細(xì)菌可能產(chǎn)生耐藥性。判斷下列有關(guān)表述是否正確。(1)抗生素誘發(fā)細(xì)菌產(chǎn)生基因突變,使細(xì)菌中出現(xiàn)耐藥性強(qiáng)的個(gè)體。(　　)(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,應(yīng)將耐藥菌、培養(yǎng)基、紙片等進(jìn)行高溫滅菌處理。(　　)(3)紙片放到對(duì)應(yīng)區(qū)域后,將培養(yǎng)皿蓋上皿蓋并保持皿蓋向上置于37 ℃的恒溫箱中培養(yǎng)。(　　)
微訓(xùn)練2隨著全球范圍內(nèi)抗生素的大量使用,耐藥菌不斷出現(xiàn),它可以通過(guò)多種途徑對(duì)抗生素產(chǎn)生抗性,抗生素在不久的將來(lái)有可能成為一堆廢物。下列關(guān)于抗生素對(duì)細(xì)菌耐藥性的產(chǎn)生所起作用的敘述,正確的是(　　)A.抗生素的不斷使用,使細(xì)菌逐漸適應(yīng)而產(chǎn)生耐藥性B.細(xì)菌的變異是不定向的,抗生素對(duì)細(xì)菌進(jìn)行了定向選擇C.細(xì)菌的變異是定向的,抗生素對(duì)細(xì)菌進(jìn)行了定向選擇D.抗生素使細(xì)菌產(chǎn)生了定向變異答案:B
解析:根據(jù)現(xiàn)代生物進(jìn)化理論可知,細(xì)菌耐藥性本來(lái)就存在,不是抗生素使細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性,且變異是不定向的;耐藥性強(qiáng)的原因是抗生素對(duì)細(xì)菌進(jìn)行了定向選擇。
一 種群基因組成的變化重難歸納1.基因頻率、基因型頻率與基因庫(kù)的比較
2.突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料(1)突變和基因重組使種群的基因頻率發(fā)生不定向的改變。(2)由于突變和基因重組都是隨機(jī)的、不定向的,因此它們只提供生物進(jìn)化的原材料,不能決定生物進(jìn)化的方向。(3)變異的有利和有害是相對(duì)的,由生存環(huán)境決定。
3.自然選擇決定生物進(jìn)化的方向(1)原理分析
(2)實(shí)例分析(樺尺蛾體色進(jìn)化)
由以上實(shí)例可以看出,生物進(jìn)化實(shí)質(zhì)上是種群基因頻率發(fā)生改變,即在生物進(jìn)化過(guò)程中某基因的頻率如果逐漸增大,反映該基因控制的性狀對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力較強(qiáng)。
突變一般是有害的,并且發(fā)生突變的頻率很低,這能為生物進(jìn)化提供原材料嗎?提示:生物變異是否有利,取決于它們的生存環(huán)境,有利的變異逐代積累也能導(dǎo)致生物進(jìn)化。雖然突變的頻率很低,但一個(gè)種群往往由許多個(gè)體組成,而每一個(gè)個(gè)體的每一個(gè)細(xì)胞內(nèi)都有成千上萬(wàn)個(gè)基因,所以在種群中每一代都會(huì)產(chǎn)生大量突變,因此突變能為生物進(jìn)化提供原材料。
典例剖析1.下列關(guān)于種群基因頻率的敘述,錯(cuò)誤的是(　　)A.基因頻率是指某個(gè)基因在某個(gè)種群中出現(xiàn)的比例B.基因頻率越大,突變率越高C.基因突變、基因重組和自然選擇會(huì)造成基因頻率的改變D.自然選擇會(huì)使原來(lái)同一種群的基因頻率向著不同的方向發(fā)展答案:B
解析:某個(gè)基因占某個(gè)種群中全部等位基因數(shù)的比值,叫作基因頻率,A項(xiàng)正確。突變率受誘變因素的影響,與基因頻率無(wú)關(guān),B項(xiàng)錯(cuò)誤。由于存在基因突變、基因重組和自然選擇等因素,種群的基因頻率總是在不斷變化的,C項(xiàng)正確?；蝾l率的定向改變是由自然選擇決定的,D項(xiàng)正確。
2.樺尺蛾的體色受一對(duì)等位基因控制,其中黑色(S)對(duì)淺色(s)為顯性。將某樺尺蛾種群分成兩組,分別遷移到A、B兩個(gè)區(qū)域,A地是煤炭工業(yè)重鎮(zhèn),B地是閉塞的山區(qū),數(shù)年后抽樣調(diào)查,結(jié)果如下表所示。
下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)A.A地種群內(nèi)S基因的頻率為89%,B地種群內(nèi)S基因的頻率為6%B.A地種群內(nèi)的大部分s基因突變?yōu)镾基因,故S基因的頻率升高C.從上述材料得知生物進(jìn)化的方向是由自然選擇決定的D.從上述材料得知生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)就是種群基因頻率的變化答案:B
解析:由題干中的數(shù)據(jù)可知,A地種群內(nèi)S基因的頻率=(80×2+18)/(80×2+18×2+2×2)×100%=89%,s基因的頻率=1-89%=11%;而B地種群內(nèi)S基因的頻率=(2×2+8)/(2×2+8×2+90×2)×100%=6%,s基因的頻率=1-6%=94%。可見(jiàn)A地種群內(nèi)控制黑色的S基因的頻率較高,而B地種群內(nèi)控制淺色的s基因的頻率較高,這些不同與這兩個(gè)種群的生活環(huán)境有關(guān)。A地種群生活在污染嚴(yán)重的環(huán)境中,而B地種群生活在基本未受污染的環(huán)境中,可見(jiàn)生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是自然選擇使生物的基因頻率發(fā)生改變。
學(xué)以致用 下列有關(guān)生物進(jìn)化的敘述,正確的是(　　)A.基因突變、基因重組和染色體變異屬于可遺傳的變異,為生物進(jìn)化提供了原材料B.在生物的生存斗爭(zhēng)中,失敗的個(gè)體會(huì)被淘汰,這不利于生物的進(jìn)化C.自然選擇的方向和環(huán)境發(fā)展的方向之間沒(méi)有明確的因果關(guān)系D.在穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)中,種群的基因頻率不會(huì)改變答案:A
解析:突變和基因重組提供了生物進(jìn)化的原材料,突變包括基因突變和染色體變異,A項(xiàng)正確。在生存斗爭(zhēng)中,失敗的個(gè)體會(huì)被淘汰,有利于生物更好地適應(yīng)環(huán)境,有利于生物的進(jìn)化,B項(xiàng)錯(cuò)誤。自然選擇決定生物進(jìn)化的方向,經(jīng)過(guò)自然選擇保留下來(lái)的個(gè)體是適應(yīng)環(huán)境的,C項(xiàng)錯(cuò)誤。在穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)中,因突變和基因重組等因素的影響,種群的基因頻率會(huì)發(fā)生改變,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
二探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用重難歸納1.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與區(qū)域①相比,區(qū)域②③④紙片周圍會(huì)出現(xiàn)抑菌圈;區(qū)域②③④抑菌圈的平均直徑逐代減小。2.實(shí)驗(yàn)結(jié)論①細(xì)菌耐藥性的出現(xiàn)是發(fā)生了可遺傳的變異的結(jié)果;②抗生素的選擇作用導(dǎo)致耐藥菌的比例逐漸升高。
3.實(shí)驗(yàn)操作的注意事項(xiàng)(1)無(wú)菌操作:培養(yǎng)皿、涂布器、紙片必須進(jìn)行滅菌處理;實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要防止雜菌的污染,如在培養(yǎng)過(guò)程中,將培養(yǎng)皿倒置,可防止皿蓋上的水珠落入培養(yǎng)基而造成雜菌污染;實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,應(yīng)將耐藥菌、紙片、培養(yǎng)基等進(jìn)行高溫滅菌處理,以防止耐藥菌擴(kuò)散。(2)涂布菌液時(shí),要盡量使接種的菌體均勻分布,這樣可以減小實(shí)驗(yàn)誤差。
(3)由于突變的低頻性,一次篩選不一定能得到耐藥菌,故要連續(xù)培養(yǎng)。應(yīng)從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細(xì)菌進(jìn)行培養(yǎng),因?yàn)檫@個(gè)部位存在耐藥菌的可能性大。經(jīng)過(guò)多次培養(yǎng)篩選后方可得到耐藥菌。
一定濃度的抗生素會(huì)殺死細(xì)菌,有些細(xì)菌也會(huì)對(duì)抗生素產(chǎn)生抗性。請(qǐng)結(jié)合“探究抗生素對(duì)細(xì)菌的選擇作用”實(shí)驗(yàn),討論分析并回答下列問(wèn)題。
(1)本實(shí)驗(yàn)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?怎么理解變異是有利還是有害的?提示:有利的。變異的有利或有害取決于生物所處的環(huán)境條件,在本實(shí)驗(yàn)的環(huán)境條件下,耐藥性細(xì)菌的存活率高,故為有利變異。判斷變異的有利或有害應(yīng)該以變異是否有利于生物適應(yīng)所處的環(huán)境為標(biāo)準(zhǔn),而不是看對(duì)人類是否有益。
(2)濫用抗生素的現(xiàn)象十分普遍。例如,有人生病時(shí)覺(jué)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(dòng)物飼料中。這些做法會(huì)有什么后果?提示:濫用抗生素會(huì)使病菌的耐藥基因不斷積累,具有耐藥性的細(xì)菌不斷增多,導(dǎo)致抗生素藥物失效。
典例剖析 “超級(jí)細(xì)菌”因具有NDM基因,耐藥性極強(qiáng),現(xiàn)存抗生素均不能有效將其殺滅。下圖是超級(jí)細(xì)菌進(jìn)化的基本過(guò)程。下列分析正確的是(　　)A.圖中a表示細(xì)菌的變異,可能是基因突變或基因重組B.不同性狀細(xì)菌之間的不同變異是超級(jí)細(xì)菌進(jìn)化的必要條件C.圖中b表示的是定向變化過(guò)程D.抗生素的濫用會(huì)導(dǎo)致NDM基因的出現(xiàn)和該基因頻率的增加
解析:細(xì)菌不進(jìn)行有性生殖,不發(fā)生基因重組,A項(xiàng)錯(cuò)誤。基因頻率的變化是超級(jí)細(xì)菌進(jìn)化的必要條件,B項(xiàng)錯(cuò)誤。抗生素的選擇作用使細(xì)菌發(fā)生定向進(jìn)化,C項(xiàng)正確。NDM基因的出現(xiàn)是基因突變所致,抗生素的濫用只會(huì)使該基因頻率增加,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
特別提醒 (1)抗生素不是誘變因子,因此細(xì)菌耐藥性變異的產(chǎn)生與抗生素?zé)o關(guān)。(2)細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性變異的過(guò)程屬于基因突變,而基因突變具有不定向性。(3)濾紙片上的抗生素殺死了其周圍的細(xì)菌,使其不能形成菌落而出現(xiàn)抑菌圈。
學(xué)以致用抗生素是一類抵抗病原體的藥物,被人們廣泛應(yīng)用。由于抗生素的濫用,在治療疾病的同時(shí)也產(chǎn)生了超級(jí)細(xì)菌,使抗生素的作用減弱。下列相關(guān)敘述正確的是(　　)A.細(xì)菌的耐藥性是在抗生素誘導(dǎo)下產(chǎn)生了基因突變導(dǎo)致的B.抗生素不僅對(duì)細(xì)菌起作用,對(duì)病毒也具有同等療效C.不同抗生素對(duì)細(xì)菌進(jìn)化形成超級(jí)細(xì)菌起到了選擇作用D.減少超級(jí)細(xì)菌的形成就要杜絕抗生素的使用答案:C
解析:細(xì)菌耐藥性的產(chǎn)生與抗生素的使用無(wú)關(guān),抗生素只是起選擇作用,A項(xiàng)錯(cuò)誤,C項(xiàng)正確?？股厥怯晌⑸锘蚋叩葎?dòng)植物在生活過(guò)程中所產(chǎn)生的具有抗病原體或其他活性的一類次級(jí)代謝產(chǎn)物,能干擾其他生活細(xì)胞發(fā)育功能的化學(xué)物質(zhì),故抗生素的作用對(duì)象是細(xì)胞類生物,而不是病毒,B項(xiàng)錯(cuò)誤。減少超級(jí)細(xì)菌的形成不是要杜絕抗生素的使用,而是要控制抗生素的濫用,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
1.下列有關(guān)種群的敘述,錯(cuò)誤的是(　　)A.種群是生物進(jìn)化的基本單位B.種群內(nèi)的個(gè)體彼此可以交配C.種群是同種個(gè)體的機(jī)械集合D.種群是生物繁殖的基本單位答案:C解析:同一種群的不同個(gè)體相互聯(lián)系,并通過(guò)交配保持一個(gè)共同的基因庫(kù),因此,種群不是同種個(gè)體的機(jī)械集合。
2.現(xiàn)代生物進(jìn)化理論與達(dá)爾文進(jìn)化理論的觀點(diǎn)不同的是(　　)A.可遺傳的變異是生物進(jìn)化的原材料B.自然選擇決定生物進(jìn)化的方向C.種群基因頻率的改變是生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)D.自然選擇是環(huán)境對(duì)生物的選擇答案:C
解析:達(dá)爾文進(jìn)化理論認(rèn)為遺傳和變異是生物進(jìn)化的內(nèi)在因素,生物產(chǎn)生了變異以后,由自然選擇決定其生存或淘汰,因此自然選擇決定生物進(jìn)化的方向,且自然選擇是環(huán)境對(duì)生物的選擇,因此A、B、D三項(xiàng)都符合達(dá)爾文進(jìn)化理論的觀點(diǎn)。達(dá)爾文進(jìn)化理論不能科學(xué)地解釋遺傳和變異的本質(zhì),C項(xiàng)只是現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的觀點(diǎn)。
3.下列哪項(xiàng)不是生物進(jìn)化的原材料?(　　)A.基因突變　　　　　B.基因重組C.不可遺傳的變異D.染色體變異答案:C解析:突變和基因重組為生物進(jìn)化提供了原材料,其中突變又包括基因突變和染色體變異。
4.某相對(duì)獨(dú)立的海島上,原有果蠅20 000只,其中基因型為AA、Aa和aa的果蠅分別占15%、55%和30%。若此時(shí)從島外入侵了2 000只基因型為AA的果蠅,且所有果蠅均隨機(jī)交配,則理論上F1中A的基因頻率約是(　　)A.43%　　B.48%C.52%　D.57%答案:B
解析:原海島上基因型為AA的果蠅的數(shù)量為20 000×15%= 3000(只),基因型為Aa的果蠅數(shù)量為20 000×55%=11 000(只),基因型為aa的果蠅數(shù)量為20 000×30%=6 000(只),入侵2 000只基因型為AA的果蠅后,基因型為AA的果蠅數(shù)量為5 000只,該島上果蠅種群總數(shù)量為22 000只,所以各種基因型的果蠅的基因型頻率分別為AA=5 000÷22 000=5/22, Aa=11000÷22000=11/22=1/2,aa=6 000÷22 000=6/22=3/11,故A的基因頻率=[5/22+(1/2)×(1/2)]×100%≈48%。
5.某地區(qū)從1964年開始使用殺蟲劑殺滅蚊子幼蟲,至1967年中期停用。下圖是五年間蚊子幼蟲基因型頻率的變化曲線。R表示殺蟲劑抗性基因,S表示野生敏感型基因。據(jù)圖回答下列問(wèn)題。
(1)R基因的出現(xiàn)是　　　　　　的結(jié)果。?(2)在RR基因型頻率達(dá)到峰值時(shí),RS、SS基因型頻率分別為4%和1%,此時(shí)R基因的頻率為　　　　。?(3)1969年中期RR基因型幾近消失,表明在不再使用殺蟲劑的環(huán)境條件下,RR基因型幼蟲比SS基因型幼蟲的生存適應(yīng)能力　　　　。?(4)該地區(qū)從此不再使用殺蟲劑,預(yù)測(cè)未來(lái)種群中,最終頻率最高的基因型是　　　　,原因是　? 　。?
答案:(1)基因突變(2)97%(3)低(4)SS　在不使用殺蟲劑的環(huán)境下,持續(xù)的選擇作用使R基因頻率越來(lái)越低

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高中生物人教版 (2019)必修2《遺傳與進(jìn)化》電子課本

一 種群基因組成的變化

版本： 人教版 (2019)

年級(jí)： 必修2《遺傳與進(jìn)化》

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