資源簡(jiǎn)介

第3節(jié)　種群基因組成的變化與物種的形成
一、種群和種群基因庫(kù)
1．種群的概念及特點(diǎn)
(1)概念：生活在一定區(qū)域的同種生物全部個(gè)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(gè)種群。
(2)特點(diǎn)：種群是生物進(jìn)化的基本單位，種群中的雌雄個(gè)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(kù)
一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因，叫作這個(gè)種群的基因庫(kù)。
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：基因頻率＝×100%。
(3)影響因素：突變、選擇、遷移等。
【易錯(cuò)警示】　
(1)基因頻率是指一個(gè)種群中某基因占全部等位基因數(shù)的比值。
(2)影響基因頻率的因素不只是環(huán)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。
強(qiáng)化記憶：
某樺尺蛾種群中，黑色體色的基因?yàn)镾，淺色體色的基因?yàn)閟，抽樣調(diào)查100個(gè)個(gè)體，測(cè)得基因型為SS、Ss、ss的個(gè)體數(shù)分別為10個(gè)、20個(gè)、70個(gè)。假設(shè)該樺尺蛾種群非常大；所有的雌雄個(gè)體間都能自由交配并產(chǎn)生后代；沒有遷入和遷出；不同體色的個(gè)體生存和繁殖的機(jī)會(huì)是均等的；基因S和s都不產(chǎn)生突變。根據(jù)孟德爾的分離定律計(jì)算并回答問題：
(1)該種群產(chǎn)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(huì)同子一代一樣嗎？請(qǐng)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(duì)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(diǎn)和作用
①形成：a.基因突變產(chǎn)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(diǎn)：隨機(jī)的、不定向的。
③作用：只是提供生物進(jìn)化的原材料，不能決定生物進(jìn)化的方向。
(4)變異的有利和有害是相對(duì)的，是由生存環(huán)境決定的。
2．自然選擇對(duì)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(gè)體有更多的機(jī)會(huì)產(chǎn)生后代，種群中相應(yīng)基因的頻率會(huì)不斷提高；相反，具有不利變異的個(gè)體留下后代的機(jī)會(huì)少，種群中相應(yīng)基因的頻率會(huì)下降。
(2)結(jié)果：在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會(huì)發(fā)生定向改變，導(dǎo)致生物朝著一定的方向不斷進(jìn)化。
特別提醒　(1)變異是不定向的，自然選擇是定向的。
(2)進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是種群基因頻率的改變。
強(qiáng)化記憶：
根據(jù)教材P112～113“探究·實(shí)踐”提供的資料，回答下列問題：
(1)樺尺蛾種群中產(chǎn)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(duì)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?yàn)樘鞌车戎苯涌吹降氖切誀睿皇强刂菩誀畹幕颉?br/>(3)根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)分析，樺尺蛾種群發(fā)生進(jìn)化了嗎？判斷的依據(jù)是什么？
提示　發(fā)生了進(jìn)化；依據(jù)是樺尺蛾種群的基因頻率發(fā)生了改變。
(4)根據(jù)資料分析，決定樺尺蛾進(jìn)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(gè)體有更多機(jī)會(huì)產(chǎn)生后代，種群中相應(yīng)基因的頻率會(huì)不斷提高；相反，具有不利變異的個(gè)體保留下來的機(jī)會(huì)少，相應(yīng)基因的頻率會(huì)下降。
【歸納總結(jié)】　自然選擇決定生物進(jìn)化的方向
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。
2．方法步驟
3．注意事項(xiàng)
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，防止對(duì)環(huán)境造成污染。
強(qiáng)化記憶：
根據(jù)教材P115“探究·實(shí)踐”，回答下列問題：
(1)要從什么位置挑選細(xì)菌再進(jìn)行培養(yǎng)？原因是什么？
提示　從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細(xì)菌；因?yàn)橐志吘壣L(zhǎng)的細(xì)菌可能是耐藥菌。
(2)連續(xù)培養(yǎng)幾代后，抑菌圈的直徑發(fā)生了什么變化？這說明抗生素對(duì)細(xì)菌產(chǎn)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(qiáng)弱，直徑越大，殺菌能力越強(qiáng)。連續(xù)培養(yǎng)幾代后，抑菌圈的直徑會(huì)變小，說明通過抗生素的選擇作用，細(xì)菌中的耐藥性類型越來越多。
(3)在本實(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　細(xì)菌產(chǎn)生的耐藥性變異有利于細(xì)菌的生存，屬于有利變異。在生物進(jìn)化過程中，生物產(chǎn)生的有利變異是指有利于生物生存、適應(yīng)環(huán)境的變異，而不是對(duì)人類有利的變異。
(4)濫用抗生素的現(xiàn)象十分普遍，請(qǐng)舉例說明濫用抗生素的危害。
提示　①增強(qiáng)細(xì)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(xì)菌的機(jī)會(huì)增大，使細(xì)菌耐藥性積累并加強(qiáng)，使抗生素的藥效減弱，甚至完全不起作用。②不良反應(yīng)繁多：濫用抗生素導(dǎo)致大量不良反應(yīng)產(chǎn)生。如應(yīng)用氯霉素時(shí)可引發(fā)再生障礙性貧血。③菌群失調(diào)：抗生素的長(zhǎng)期大量濫用，使未被抑制的細(xì)菌類型繁殖迅速，造成菌群失調(diào)的情況，導(dǎo)致患者免疫力下降，病情加重或產(chǎn)生新的病變。
必背知識(shí)：
1．生活在一定區(qū)域的同種生物全部個(gè)體的集合叫種群。
2．一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因，叫作這個(gè)種群的基因庫(kù)。
3．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，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(tǒng)稱為突變。
5．生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)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(huì)發(fā)生定向改變，導(dǎo)致生物朝著一定的方向不斷進(jìn)化。
四、隔離與物種的形成
1．物種的概念：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。
2．隔離
(1)概念：不同群體間的個(gè)體，在自然條件下基因不能自由交流的現(xiàn)象。
(2)常見類型
　　　項(xiàng)目 類型 發(fā)生范圍 結(jié)果
生殖隔離 不同物種間 ①不能相互交配 ②即使交配成功，也不能產(chǎn)生可育后代
地理隔離 同種生物 使種群間不能發(fā)生基因交流
3．隔離在物種形成中的作用
(1)新物種的形成過程
↓
↓
(2)結(jié)論：隔離是物種形成的必要條件。
【易錯(cuò)警示】　
(1)三倍體西瓜不可育，所以二倍體西瓜和四倍體西瓜不是同一物種。
(2)物種形成的標(biāo)志是產(chǎn)生生殖隔離，生物進(jìn)化只能說明種群基因頻率改變，不一定產(chǎn)生生殖隔離。
(3)不能進(jìn)行基因交流說明種群間存在隔離，包括地理隔離和生殖隔離。
強(qiáng)化記憶：
結(jié)合教材P117“思考·討論”，回答下列問題：
(1)南美洲大陸的一種地雀來到加拉帕戈斯群島后，在不同島嶼上形成不同種群，在自然狀態(tài)下，這些不同種群之間能進(jìn)行基因交流嗎？為什么？
提示　不能；因?yàn)榇嬖诘乩砀綦x。
(2)不同島嶼上的地雀種群進(jìn)化方向相同嗎？為什么？
提示　不同；因?yàn)椴煌瑣u嶼上的環(huán)境不同，自然選擇的方向不同。
(3)研究表明，后來即使將不同島嶼上的地雀種群混合飼養(yǎng)，它們之間也不能繁殖，為什么？
提示　因?yàn)樗鼈冎g已存在生殖隔離，已進(jìn)化為不同物種。
(4)通過地雀的形成過程，說明物種形成需要以下環(huán)節(jié)：①突變和基因重組為生物的進(jìn)化提供原材料；②自然選擇決定生物進(jìn)化的方向；③隔離是物種形成的必要條件。生殖隔離的出現(xiàn)意味著新物種的產(chǎn)生。
(5)物種的形成必須經(jīng)過長(zhǎng)期的地理隔離嗎？能否在短時(shí)間內(nèi)就形成生殖隔離？請(qǐng)舉例說明。
提示　不是必須的；如用低溫或秋水仙素處理萌發(fā)的二倍體西瓜幼苗即可獲得四倍體西瓜，四倍體西瓜是新物種，沒有經(jīng)過長(zhǎng)期的地理隔離。
【歸納總結(jié)】　
(1)物種形成的三個(gè)環(huán)節(jié)
(2)物種形成與生物進(jìn)化的關(guān)系
內(nèi)容 物種形成 生物進(jìn)化
標(biāo)志 生殖隔離出現(xiàn) 基因頻率改變
變化后生物與原生物關(guān)系 屬于不同物種 可能屬于一個(gè)物種
二者關(guān)系 生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是基因頻率改變，這種改變可大可小，不一定會(huì)突破物種的界限，生物進(jìn)化不一定導(dǎo)致新物種的形成
五、通過定義法(個(gè)體數(shù))計(jì)算基因頻率
1．若某基因在常染色體上或X、Y染色體同源區(qū)段上，則基因頻率＝×100%。
2．若某基因只出現(xiàn)在X染色體上，則基因頻率＝×100%。
六、根據(jù)基因型頻率計(jì)算基因頻率的方法(針對(duì)位于常染色體上或X、Y染色體同源區(qū)段上的基因)
A的基因頻率＝AA的基因型頻率＋Aa的基因型頻率；
a的基因頻率＝aa的基因型頻率＋Aa的基因型頻率。
七、根據(jù)遺傳平衡定律計(jì)算基因頻率和基因型頻率
1．前提：在理想種群中。
(1)種群足夠大；
(2)所有雌、雄個(gè)體之間自由交配并產(chǎn)生后代；
(3)沒有遷入和遷出；
(4)沒有自然選擇；
(5)沒有基因突變。
2．計(jì)算公式：當(dāng)?shù)任换蛑挥袃蓚€(gè)(設(shè)為A、a)時(shí)，設(shè)p表示A的基因頻率，q表示a的基因頻率，則：
基因型AA的頻率＝p2
基因型Aa的頻率＝2pq
基因型aa的頻率＝q2
(p＋q)2＝p2＋2pq＋q2＝1
若已知某種純合子的基因型頻率，即可直接開方求出相應(yīng)基因的頻率。如在進(jìn)行有性生殖的理想種群中，某種群隱性性狀(aa)的頻率為0.01，則a基因的頻率為＝0.1。
3．自交與自由交配后代的基因頻率、基因型頻率的變化分析：
(1)某種群的所有個(gè)體自交，若沒有進(jìn)行選擇，則自交后代的基因頻率不變，基因型頻率會(huì)改變，并且雜合子的基因型頻率降低，純合子的基因型頻率升高。
(2)某種群的所有個(gè)體隨機(jī)交配，在無基因突變、各種基因型的個(gè)體生活力相同時(shí)，處于遺傳平衡的種群自由交配遵循遺傳平衡定律，上下代之間種群的基因頻率及基因型頻率不改變。
八、運(yùn)用男性基因型頻率計(jì)算該地區(qū)X染色體上基因頻率
(以紅綠色盲為例)紅綠色盲為伴X染色體隱性遺傳病，色盲基因b位于X染色體上，男性中色盲占x%，則此地區(qū)Xb(男性中的＝女性中的＝人群中的)的基因頻率也為x%，此地區(qū)女性中色盲率則為(x%)2。
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