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新人教（2019）生物必修2同步學案
6.3、6.4　種群基因組成的變化與物種的形成、協同進化與生物多樣性的形成
第1課時　種群基因組成的變化及探究抗生素對細菌的選擇作用
一、種群和種群基因庫
1．種群的概念及特點
(1)概念：生活在一定區域的同種生物全部個體的集合。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種群。
(2)特點：種群是生物進化的基本單位，種群中的雌雄個體可以通過繁殖將各自的基因遺傳給后代。種群也是生物繁殖的單位。
2．基因庫
一個種群中全部個體所含有的全部基因，叫作這個種群的基因庫。
3．基因頻率
(1)概念：在一個種群基因庫中，某個基因占全部等位基因數的比值。
(2)計算：基因頻率＝×100%。
(3)影響因素：突變、選擇、遷移等。
(1)一個種群中某基因占所有基因數的比值叫作基因頻率(　　)
(2)在環境條件保持穩定的前提條件下，種群的基因頻率不會發生變化(　　)
(3)若親子代間基因頻率不變，基因型頻率也一定不變(　　)
(4)種群是生物進化的基本單位，自然選擇的直接選擇對象是個體的表型(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√
易錯警示　(1)基因頻率是指一個種群中某基因占全部等位基因數的比值。
(2)影響基因頻率的因素不只是環境，還有基因突變、生物的遷移等。
(3)基因頻率不改變，基因型頻率不一定保持不變。如雜合子Aa自交后代，基因頻率不變，而基因型頻率改變。
某樺尺蛾種群中，黑色體色的基因為S，淺色體色的基因為s，抽樣調查100個個體，測得基因型為SS、Ss、ss的個體數分別為10個、20個、70個。假設該樺尺蛾種群非常大；所有的雌雄個體間都能自由交配并產生后代；沒有遷入和遷出；不同體色的個體生存和繁殖的機會是均等的；基因S和s都不產生突變。根據孟德爾的分離定律計算并回答問題：
(1)該種群產生的S配子和s配子的比值各是多少？子一代基因型頻率是多少？
提示　S配子占20%，s配子占80%。子一代基因型頻率：SS占4%，Ss占32%，ss占64%。
(2)子一代種群的基因頻率各是多少？
提示　子一代種群的基因頻率S占20%，s占80%。
(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：
親代基因型的比值 SS(10%) Ss(20%) ss(70%)
配子的比值 S(10%) S(10%) s(10%) s(70%)
子一代基因型頻率 SS(4%) Ss(32%) ss(64%)
子一代基因頻率 S(20%) s(80%)
子二代基因型頻率 SS(4%) Ss(32%) ss(64%)
子二代基因頻率 S(20%) s(80%)
提示　子二代、子三代以及若干代以后，種群的基因頻率與子一代一樣。
二、種群基因頻率的變化及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)原因：基因突變。
(2)可遺傳的變異來源
(3)可遺傳變異的形成、特點和作用
①形成：a.基因突變產生新的等位基因；b.通過有性生殖過程中的基因重組，可以形成多種多樣的基因型。
②特點：隨機的、不定向的。
③作用：只是提供生物進化的原材料，不能決定生物進化的方向。
(4)變異的有利和有害是相對的，是由生存環境決定的。
2．自然選擇對種群基因頻率變化的影響
(1)原因：在自然選擇的作用下，具有有利變異的個體有更多的機會產生后代，種群中相應基因的頻率會不斷提高；相反，具有不利變異的個體留下后代的機會少，種群中相應基因的頻率會下降。
(2)結果：在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會發生定向改變，導致生物朝著一定的方向不斷進化。
(1)從根本上講，沒有突變，就沒有生物的進化(　　)
(2)突變具有低頻性，不能為生物進化提供原材料(　　)
(3)有害突變不能成為生物進化的原材料(　　)
(4)所有變異都不能決定生物進化的方向，但都能提供進化的原材料(　　)
(5)自然選擇決定生物變異和進化的方向(　　)
(6)生物進化的實質是種群基因型頻率的改變(　　)
答案　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×
特別提醒　(1)變異是不定向的，自然選擇是定向的。
(2)進化的實質是種群基因頻率的改變。
根據教材P112～113“探究·實踐”提供的資料，回答下列問題：
(1)樺尺蛾種群中產生的可遺傳變異有哪些類型？
提示　突變(包括基因突變和染色體變異)和基因重組。
(2)對樺尺蛾種群來說，在自然選擇過程中直接受選擇的是表型還是基因型？為什么？
提示　直接受選擇的是表型；因為天敵等直接看到的是性狀，而不是控制性狀的基因。
(3)根據表格中的數據分析，樺尺蛾種群發生進化了嗎？判斷的依據是什么？
提示　發生了進化；依據是樺尺蛾種群的基因頻率發生了改變。
(4)根據資料分析，決定樺尺蛾進化方向的什么？為什么？
提示　自然選擇；在自然選擇的作用下，具有有利變異的個體有更多機會產生后代，種群中相應基因的頻率會不斷提高；相反，具有不利變異的個體保留下來的機會少，相應基因的頻率會下降。
歸納總結　自然選擇決定生物進化的方向
三、探究抗生素對細菌的選擇作用
1．實驗原理：一般情況下，一定濃度的抗生素會殺死細菌，但變異的細菌可能產生耐藥性。在實驗室連續培養細菌時，如果向培養基中添加抗生素，耐藥菌有可能存活下來。
2．方法步驟
3．注意事項
實驗結束后，應將耐藥菌、培養基、紙片等進行高溫滅菌處理，防止對環境造成污染。
(1)細菌在抗生素的誘導作用下產生了抗藥性基因(　　)
(2)本實驗所使用的涂布器、培養皿等都要進行滅菌處理(　　)
答案　(1)×　(2)√
根據教材P115“探究·實踐”，回答下列問題：
(1)要從什么位置挑選細菌再進行培養？原因是什么？
提示　從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細菌；因為抑菌圈邊緣生長的細菌可能是耐藥菌。
(2)連續培養幾代后，抑菌圈的直徑發生了什么變化？這說明抗生素對細菌產生了什么作用？
提示　抑菌圈的直徑大小表明該種抗生素的殺菌能力的強弱，直徑越大，殺菌能力越強。連續培養幾代后，抑菌圈的直徑會變小，說明通過抗生素的選擇作用，細菌中的耐藥性類型越來越多。
(3)在本實驗的培養條件下，耐藥菌所產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　細菌產生的耐藥性變異有利于細菌的生存，屬于有利變異。在生物進化過程中，生物產生的有利變異是指有利于生物生存、適應環境的變異，而不是對人類有利的變異。
(4)濫用抗生素的現象十分普遍，請舉例說明濫用抗生素的危害。
提示　①增強細菌耐藥性：抗生素的濫用及不合理的使用在一定程度上使抗生素接觸細菌的機會增大，使細菌耐藥性積累并加強，使抗生素的藥效減弱，甚至完全不起作用。②不良反應繁多：濫用抗生素導致大量不良反應產生。如應用氯霉素時可引發再生障礙性貧血。③菌群失調：抗生素的長期大量濫用，使未被抑制的細菌類型繁殖迅速，造成菌群失調的情況，導致患者免疫力下降，病情加重或產生新的病變。
1．生活在一定區域的同種生物全部個體的集合叫種群。
2．一個種群中全部個體所含有的全部基因，叫作這個種群的基因庫。
3．在一個種群基因庫中，某個基因占全部等位基因數的比值，叫作基因頻率。
4．可遺傳的變異來源于基因突變、基因重組和染色體變異，其中，基因突變和染色體變異統稱為突變。
5．生物進化的實質是種群基因頻率的改變。
6．在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會發生定向改變，導致生物朝著一定的方向不斷進化。
1．下列屬于種群的是(　　)
A．一塊水田里的全部青蛙 B．一塊棉田里的全部蚜蟲
C．一塊朽木上的全部真菌 D．一個池塘中的全部魚
答案　B
解析　一塊水田里的全部青蛙還有蝌蚪才能構成一個種群，A錯誤；一塊朽木上的全部真菌包括許多菌種，不屬于種群，C錯誤；一個池塘中的全部魚不是一個物種，不屬于種群，D錯誤。
2．下列關于基因庫的描述，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；可遺傳的變異均可能改變基因庫的組成，D正確。
3．在男女學生比例均等的某校學生中，有紅綠色盲患者占4.5%，且全為男性，紅綠色盲基因攜帶者占7%，在該校學生中的色盲基因頻率是(　　)
A．11.5% B．7.7%　C．8% D．4.54%
答案　B
解析　設該校男女學生各100人，由于色盲是伴X染色體隱性遺傳病，Y染色體上無對應的等位基因，色盲基因攜帶者是女性，因此該校學生的色盲基因頻率＝[(200×4.5%＋200×7%)÷(100×2＋100)]×100%≈7.7%。
4．下列關于生物變異和生物進化的敘述中，正確的是(　　)
A．變異都能為生物進化提供原材料
B．自然選擇決定了生物進化的方向
C．只有基因突變才能導致種群基因頻率發生改變
D．抗生素的使用使病原體產生了適應性的變異
答案　B
解析　只有可遺傳的變異才能為生物進化提供原材料，A錯誤；自然選擇的結果是讓適應環境的變異保留，不適應環境的變異被淘汰，故自然選擇決定了生物進化的方向，B正確；基因突變、染色體變異、基因重組和自然選擇等都能使種群基因頻率發生改變，C錯誤；抗生素起選擇作用，而不是使病原體產生適應性的變異，D錯誤。
5．腕足類動物海豆芽，從4億年前出現至今面貌基本沒變，也沒有滅絕，對此現象的合理解釋是(　　)
A．自然選擇對其不發生作用
B．海豆芽在漫長的年代中基因頻率發生了較大變化
C．海豆芽很少變異，適應性強
D．海豆芽的生活環境基本沒有改變
答案　D
解析　自然選擇決定了生物進化的方向，該生物的“面貌基本沒變”，說明其生存環境基本沒變，基因頻率也基本沒變，所以性狀基本沒變。
6．雜交實驗表明，樺尺蛾體色受一對等位基因S和s控制，黑色(S)對淺色(s)為顯性。在19世紀中葉以前，樺尺蛾種群中S基因的頻率很低，在5%以下，到了20世紀則上升到95%以上。請根據以上資料，回答下列問題：
(1)在19世紀時，樺尺蛾的棲息地曼徹斯特地區的樹干上長滿了淺色的地衣，在此環境條件下，種群s基因頻率高的原因是______________________________________________。
(2)隨著英國工業的發展，工廠排出的煤煙使地衣不能生存，結果樹皮裸露，并被煤煙熏成黑褐色，在此環境條件下，種群S基因頻率升高的原因是__________________________。
(3)上述事例說明，種群中產生的變異經過長期的______，其中不利的變異被不斷________，有利的變異則逐漸__________________，從而使種群的______________發生定向改變，導致生物朝著一定方向緩慢地進化。
答案　(1)淺色樺尺蛾與環境色彩一致，不易被鳥類所食，后代繁殖個體多，導致s基因頻率高　(2)黑色樺尺蛾的黑色成了一種保護色，黑色個體逐漸增多，導致S基因頻率升高　(3)自然選擇　淘汰　積累并加強　基因頻率

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