新知一　種群基因組成的變化
1.種群和種群基因庫。 結(jié)合教材中的“一個獼猴種群的部分個體”圖、“蝗蟲產(chǎn)卵”圖和“某昆蟲決定翅色的基因頻率”圖,閱讀相關(guān)內(nèi)容,闡明種群、基因庫、基因頻率概念的內(nèi)涵與外延。 (1)種群。
(2)基因庫與基因頻率。 ①基因庫:一個種群中_________所含有的全部基因,叫作這個種群的基因庫。 范圍：一個種群_______ 計算公式：_____________________ ____×100%
2.種群基因頻率的變化。 結(jié)合教材中的“探究·實踐:探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響”,閱讀相關(guān)內(nèi)容,探討可遺傳變異與種群基因頻率變化的關(guān)系,闡明生物進化的實質(zhì)。
某個基因數(shù)/全部等位基 因數(shù)
基因重組 _________ __________ (2)可遺傳的變異提供了生物進化的原材料。 基因突變產(chǎn)生新的________ 通過________過程中的基 因 重組，可以形成多種多樣 的______ 隨機性 ________ ③可遺傳的變異的結(jié)果:只提供了生物進化的原材料,不能決定_______________。
(1)可遺傳的變異的來源
(3)自然選擇對種群基因頻率變化的影響。
新知二　隔離在物種形成中的作用
結(jié)合教材中的“騾”圖和“地理隔離導(dǎo)致產(chǎn)生兩個鼠種群的示意圖”,閱讀相關(guān)內(nèi)容,闡明物種、生殖隔離的概念,說明不同物種間存在生殖隔離。 1.物種。 能夠在________下相互交配并且產(chǎn)生________的一群生物。 2.隔離。 (1)概念:不同群體間的個體,在自然條件下基因不能_________的現(xiàn)象。 (2)常見類型。
可育的后代
3.隔離在物種形成中的作用。 分析教材中的“思考·討論：隔離在物種形成中的作用”,閱讀相關(guān)內(nèi)容,認同隔離在物種形成中的作用。 (1)新物種的形成過程。
(2)結(jié)論:_____是物種形成的必要條件。
①不同種群出現(xiàn)不同的_____和________②不同種群間不發(fā)生基因交流
①_____和________互不相同②自然選擇對不同種群________的改變所起 的作用有差別
生殖隔離:______形成明顯的差異，并逐漸出現(xiàn)生殖 隔離，從而形成不同的物種
探究一　種群基因組成的變化
1.判斷下列實例是否是種群,并說明理由。 (1)一個池塘中的所有魚。 判斷:_____。? 理由:_________________________。? 答案:不是　一個池塘中的所有魚有多個物種 (2)甲地池塘中的鯉魚和乙地池塘中的鯉魚。 判斷:_____。? 理由:_________________________。? 答案:不是　兩個池塘中的鯉魚生活在不同區(qū)域
(3)一個池塘中的所有成年鯉魚。 判斷:_____。? 理由:_________________________。?? 答案:不是　所有成年鯉魚不是鯉魚的全部個體 2.分析資料,根據(jù)孟德爾的分離定律,回答下列問題。 資料 在某昆蟲種群中,決定翅色為綠色的基因為A,決定翅色為褐色的基因為a,從這個種群中隨機抽取100個個體,測得基因型為AA、Aa和aa的個體分別為30、60和10個,就這對等位基因來說,每個個體可以看作含有2個基因。假設(shè)該昆蟲種群非常大,所有的雌雄個體間都能自由交配并產(chǎn)生后代,沒有遷入和遷出,不同翅色的個體生存和繁殖的機會是均等的,基因A和a都不產(chǎn)生突變。
(1)該種群產(chǎn)生的A配子和a配子的比值各是多少?子代基因型的頻率各是多少? 提示:A配子占60%,a配子占40%。子代基因型的頻率:AA為36%,Aa為48%,aa為16%。 (2)子代種群的基因頻率各是多少? 提示:子代種群的基因頻率:A為60%,a為40%。 (3)子二代、子三代以及若干代以后,種群的基因頻率會同子一代一樣嗎?請完成下表。
答案:36%　48%　16%　60%　40% (4)上述計算結(jié)果是建立在5個假設(shè)條件基礎(chǔ)上的。對自然界的種群來說,這5個假設(shè)條件都成立嗎?你能舉出哪些實例? 提示:不可能同時都成立。例如,昆蟲的翅色與環(huán)境色彩較一致,被天敵發(fā)現(xiàn)的機會就少些。
有關(guān)基因頻率和基因型頻率的計算 (1)基因頻率和基因型頻率的計算方法 ③基因頻率和基因型頻率的關(guān)系轉(zhuǎn)換
設(shè)一對等位基因為A和a,其基因頻率分別為p與q(p+q=1)。親代Aa和Aa自然交配后,F1具有AA、Aa、aa 3種基因型,其基因頻率如下列公式:[p(A)+q(a)]2=p2(AA)+2pq(Aa)+q2(aa)。即AA的基因型頻率為p2,Aa的基因型頻率為2pq,aa的基因型頻率為q2;產(chǎn)生A配子的頻率為A=p2+×2pq=p2+pq=p(p+q)=p,產(chǎn)生a配子的頻率為a=q2+×2pq=q2+pq=q(p+q)=q?？芍狥1的基因頻率沒有發(fā)生改變。
(2)上式揭示了基因頻率與基因型頻率的關(guān)系,使用它時,種群應(yīng)滿足以下5個條件:種群非常大;種群雌雄個體間都能自由交配并產(chǎn)生后代;沒有遷入和遷出;不同的個體生存和繁殖的機會是均等的;基因不產(chǎn)生突變。滿足上述5個條件的種群即處于遺傳平衡。
【例1】下列關(guān)于基因頻率、基因型頻率與生物進化的敘述,正確的是(　　) A.一個種群中,控制一對相對性狀的各種基因型頻 率的改變說明物種在不斷進化 B.在一個種群中,控制一對相對性狀的各種基因型 頻率之和為1 C.基因型Aa的個體自交后代所形成的種群中,A基 因的頻率大于a基因的頻率 D.因紅綠色盲患者中男性數(shù)量大于女性,所以男性 群體中紅綠色盲的基因頻率大于女性
解析:生物進化的實質(zhì)是種群基因頻率的改變,而不是基因型頻率的改變,A項錯誤;在一個種群中,理論上控制一對相對性狀的各種基因型頻率之和為1,B項正確;基因型Aa的個體自交后代所形成的種群中,AA∶Aa∶aa=1∶2∶1,則A基因的頻率等于a基因的頻率,C項錯誤;紅綠色盲患者中男性多于女性,原因是伴X染色體隱性遺傳方式中,男性只要有一個紅綠色盲基因就患病,而女性有兩個紅綠色盲基因才患病,但男性群體中紅綠色盲的基因頻率與女性群體中紅綠色盲的基因頻率相同,D項錯誤。 答案:B
【例2】(2022·廣東潮州)被譽為“活化石”和“中國國寶”的大熊貓是2022年北京冬奧會吉祥物“冰墩墩”的設(shè)計原型?，F(xiàn)有一個較大的熊貓種群,雌雄數(shù)量相等,且雌雄之間可以自由交配,若該種群中B的基因頻率為60%,b的基因頻率為40%,則下列有關(guān)說法正確的是 (　　) A.大熊貓種群中全部B基因和b基因的總和構(gòu)成大 熊貓種群的基因庫 B.若該對等位基因只位于X染色體上,則該種群中 XbY的基因型頻率為40% C.若該對等位基因位于常染色體上,則種群中雜合 雌性熊貓概率為48% D.若某個體的精原細胞在分裂過程中B基因突變?yōu)? b基因,b基因不一定遺傳給后代
解析:基因庫是一個群體中所有個體的全部基因的總和,該大熊貓種群中全部B基因和b基因的總和不能構(gòu)成大熊貓種群的基因庫,A項錯誤;若該對等位基因只位于X染色體上,則雄性群體中XbY的基因型頻率=b的基因頻率=40%,該種群(雌雄數(shù)量相等)中,XbY的基因型頻率為40%÷2=20%,B項錯誤;若該對等位基因位于常染色體上,該種群中B的基因頻率為60%,b的基因頻率為40%,Bb=2×60%×40%=48%,雜合雌性熊貓概率為1/2×48%=24%,C項錯誤;精原細胞可以進行減數(shù)分裂和有絲分裂,若某個體的精原細胞進行有絲分裂產(chǎn)生體細胞,在分裂過程中B基因突變?yōu)閎基因,b基因不一定遺傳給后代,D項正確。 答案:D
探究二　隔離在物種形成中的作用
下圖為自然界中大多數(shù)物種形成的過程圖解,請完善并回答下列問題。
答案:自然選擇　基因頻率　地理隔離　生殖隔離　物種形成
(1)物種和種群有什么區(qū)別?二者存在什么關(guān)系? 提示:種群是生活在一定區(qū)域的同種生物全部個體的集合;物種是能夠在自然狀態(tài)下相互交配并且產(chǎn)生可育后代的一群生物。同一種群的個體一定屬于同一物種,同一物種的個體可能分布于不同的區(qū)域,形成不同的種群。不同種群的個體可能屬于同一物種,不同物種的個體一定屬于不同的種群。 (2)物種形成的基本環(huán)節(jié)是什么?物種形成和生物進化的關(guān)系是什么? 提示:突變和基因重組、自然選擇以及隔離是物種形成的三個基本環(huán)節(jié)。物種形成必定伴隨著生物進化,但生物進化不一定導(dǎo)致新物種形成。
(3)地理隔離一定會產(chǎn)生生殖隔離嗎?舉例說明。 提示:不一定。長期的地理隔離可能會產(chǎn)生生殖隔離,但是也不一定,如華南虎和東北虎,雖然經(jīng)過長期的地理隔離,但是沒有產(chǎn)生生殖隔離。 (4)若由于某種原因,某二倍體植物加倍成了四倍體植物,那么該四倍體植物和二倍體植物之間存在生殖隔離嗎?這說明什么? 提示:該二倍體植物與其加倍形成的四倍體植物雜交,后代是三倍體,三倍體是不育的,所以該四倍體植物與對應(yīng)的二倍體植物之間存在生殖隔離。這說明有時候不經(jīng)過地理隔離也能產(chǎn)生生殖隔離。
物種形成的方式 (1)漸變式(主要)。 大多數(shù)物種的形成方式為漸變式,形成過程如本頁合作探究過程圖所示。 (2)驟變式(爆發(fā)式)。 往往是種群內(nèi)少數(shù)個體,由于個體的染色體結(jié)構(gòu)變異、染色體數(shù)目加倍以及遠緣雜交,再經(jīng)自然選擇比較快速地形成生殖隔離,成為新的物種。此種方式多見于植物,如八倍體小黑麥的形成。
【例3】下列關(guān)于物種和隔離的敘述,正確的是(　　) A.物種是生物進化和繁殖的基本單位 B.二倍體西瓜與四倍體西瓜屬于同一物種 C.地理隔離和生殖隔離都會阻止生物之間的基因交流 D.種群必須經(jīng)過地理隔離,才能達到生殖隔離 答案:C
【例4】大約一萬年前,某大峽谷中的松鼠被一條河流分隔成兩個種群,現(xiàn)在兩個種群已經(jīng)發(fā)生了明顯的分化,過程如下頁圖所示。下列有關(guān)說法正確的是(　　) A.b過程的實質(zhì)是定向改變種群的基因頻率 B.地球上新物種的形成都必須先經(jīng)歷a過程 C.①~⑥僅表示物種形成過程中基因突變是不定向的 D.品系1和品系2兩種群的基因庫出現(xiàn)了較大差異,就 可形成物種1和物種2
解析:b表示自然選擇,其實質(zhì)是定向改變種群的基因頻率,A項正確。圖中a表示地理隔離,地球上新物種的形成往往要先經(jīng)歷地理隔離,最終達到生殖隔離,但不都是這樣的,用秋水仙素誘導(dǎo)二倍體植物染色體加倍形成的個體是四倍體,此四倍體的形成沒有經(jīng)過地理隔離,B項錯誤。①~⑥表示生物可遺傳的變異,主要來源于基因突變、基因重組和染色體變異,C項錯誤。新物種的形成標志是生殖隔離,品系1和品系2種群基因庫出現(xiàn)了較大差異,如果兩品系不能進行基因交流,則說明存在生殖隔離;如果依然可以進行基因交流,說明它們不存在生殖隔離,D項錯誤。 答案:A
【情境遷移】三倍體牡蠣肉鮮味美,其培育的過程是用適宜濃度的6-二甲氨基嘌呤誘導(dǎo)二倍體牡蠣處于減數(shù)分裂Ⅱ的次級卵母細胞,抑制第二極體的釋放,然后讓該細胞與二倍體牡蠣的精子結(jié)合。 (1)三倍體牡蠣和二倍體牡蠣是兩個物種嗎?為什么? 提示:三倍體牡蠣是不育的,因此不屬于一個物種;二倍體牡蠣是可育的,屬于一種物種。 (2)在三倍體牡蠣培育過程中,主要利用了哪種可遺傳的變異? 提示:染色體變異。
【方法規(guī)律】判斷兩種生物是否為同一物種 (1)“新物種”必須具備兩個條件:與原物種之間已形成生殖隔離和必須是可育的。例如,三倍體無子西瓜、騾子均不可稱為“新物種”,因為它們均是“不育”的;而四倍體西瓜相對于二倍體西瓜則是“新物種”,因為它與二倍體西瓜雜交產(chǎn)生的子代(三倍體西瓜)不育,意味著兩者之間已產(chǎn)生生殖隔離,故已成為“新物種”。 (2)判斷方法:若可以自然交配,并且產(chǎn)生可育后代,那么就是同一物種;若不能進行自然交配,或者交配產(chǎn)生不可育后代,則為不同物種。

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一 種群基因組成的變化

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