第3节 种群基因组成的变化与物种的形成

基因库是指一个种群中全部个体所含有的全部基因， $ \mathrm{A} $ 正确；生物个体总是要死亡的，但基因库却因种群个体的繁殖而代代相传， $ \mathrm{B} $ 正确；种群中每个个体只含有种群基因库中的部分基因， $ \mathrm{C} $ 错误；基因突变能够产生新的基因，因此基因突变可改变基因库的组成， $ \mathrm{D} $ 正确。

$ \mathrm{A} $ 的基因频率 $ =\dfrac{20×2+50}{200}×100\%=45\% $ ， $ \mathrm{a} $ 的基因频率 $ =1-45\%=55\% $ 。综上所述， $ \mathrm{C} $ 正确。

此地各种蟹可能不是同一物种，各种蟹的全部个体不能构成一个种群，故它们所含的全部基因不是种群基因库， $ \mathrm{A} $ 、 $ \mathrm{B} $ 错误；种群进化的实质是种群基因频率的改变，蟹种群中中间体色的个体数量增加时，基因频率可能不变，故种群可能没有发生进化， $ \mathrm{C} $ 错误；据图可知，中间体色个体数目最多，浅体色个体和深体色个体数目相当，均比较少，说明中间体色可能与环境色彩较接近，更适应环境，这样的个体不容易被捕食者发现，生存并繁殖后代的机会较多， $ \mathrm{D} $ 正确。

变异是不定向的，极端干旱和贫营养的环境选择了具有小且“低耗能”性状的百岁兰， $ \mathrm{A} $ 错误；百岁兰种群进化的实质是种群基因频率在自然选择作用下的定向改变， $ \mathrm{B} $ 错误；重度甲基化不改变百岁兰 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 的碱基序列， $ \mathrm{C} $ 错误；对百岁兰进行 $ \mathrm{D}\mathrm{N}\mathrm{A} $ 测序可以为研究其进化提供分子水平的证据， $ \mathrm{D} $ 正确。

长期使用一种抗生素，会将不具抗性的个体淘汰，具有抗性的个体增多，耐药性不断增强，多种抗生素交叉使用，可避免上述情况，有效降低细菌对一种抗生素的耐药性， $ \mathrm{A} $ 正确；抗生素对细菌耐药性的定向选择可使具有耐药性的个体生存并繁殖后代大，导致耐药基因频率增大， $ \mathrm{B} $ 正确；抗生素能够杀死细菌，抑菌圈边缘可能存在具有耐药性的细菌，所以从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌，能选择出耐药性细菌，将细菌继续培养，抑菌圈直径会逐代变小， $ \mathrm{C} $ 正确；变异的有利或有害是对于生物自身而言的，对细菌而言，耐药性变异有利于细菌的生存，属于有利变异， $ \mathrm{D} $ 错误。

该疟蚊种群初始组成为 $ \mathrm{A}\mathrm{A}(10\%) $ 、 $ \mathrm{A}\mathrm{a}(20\%) $ 、 $ \mathrm{a}\mathrm{a}(70\%) $ ，可以假设种群中 $ \mathrm{A}\mathrm{A} $ 、 $ \mathrm{A}\mathrm{a} $ 、 $ \mathrm{a}\mathrm{a} $ 的个体数分别是10只、20只、70只；根据题意，基因型为 $ \mathrm{A}\mathrm{A} $ 和 $ \mathrm{A}\mathrm{a} $ 的个体在喷洒杀虫剂的环境中存活率为 $ 90\% $ ，基因型为 $ \mathrm{a}\mathrm{a} $ 的个体存活率为 $ 30\% $ ，则以上三种基因型的个体数分别变为9只、18只、21只，据此计算出该环境中亲代疟蚊种群中， $ \mathrm{A} $ 的基因频率 $ =(9×2+18)÷(48×2)=\dfrac{3}{8} $ ， $ \mathrm{a} $ 的基因频率 $ =1-\dfrac{3}{8}=\dfrac{5}{8} $ ，随机交配后，产生的子代初始种群中基因频率不变， $ \mathrm{A} $ 的基因频率为 $ \dfrac{3}{8} $ ，即 $ 37.5\% $ ， $ \mathrm{D} $ 正确。

两岛蝴蝶无法交配产生可育后代，说明两岛蝴蝶存在生殖隔离，属于两个物种，基因频率发生定向改变是自然选择的结果，并非导致生殖隔离的根本原因， $ \mathrm{A} $ 不符合题意；两岛蝴蝶无法交配产生可育后代的根本原因是两岛上的蝴蝶因长期地理隔离而独立进化，基因库独立从而产生了生殖隔离， $ \mathrm{B} $ 符合题意；两岛环境差异持续存在，且环境会发生变化，自然选择仍在发挥作用， $ \mathrm{C} $ 不符合题意；表型差异（如翅色不同）可能导致求偶排斥而影响交配，而这并不是两岛蝴蝶产生生殖隔离的根本原因， $ \mathrm{D} $ 不符合题意。

$ \mathrm{A} $ 和 $ \mathrm{D} $ 之间可能存在生殖隔离，但二者的基因库不会完全不同，因为它们有共同的祖先， $ \mathrm{A} $ 错误；新物种形成不一定需要地理隔离，如多倍体的产生， $ \mathrm{B} $ 错误；基因突变是不定向的，环境只起到选择的作用， $ \mathrm{C} $ 错误；自然选择直接作用于生物个体的表型，最终使种群的基因频率发生定向改变，即自然选择决定生物进化的方向， $ \mathrm{D} $ 正确。

（1） $ \mathrm{B} $ 迁入乙海岛进化为 $ \mathrm{D} $ ， $ \mathrm{D} $ 不能与 $ \mathrm{C} $ 进行基因交流的原因是两者之间存在生殖隔离。

（2） 据图1可知， $ \mathrm{B} $ 和 $ \mathrm{C} $ 都是由 $ \mathrm{A} $ 进化而来的， $ \mathrm{E} $ 和 $ \mathrm{D} $ 都是由 $ \mathrm{B} $ 进化而来，故 $ \mathrm{D} $ 和 $ \mathrm{E} $ 之间的亲缘关系较近。

（3） 生物进化的实质是种群基因频率的改变，据图2可知， $ {Y}_{1}\sim {Y}_{3} $ 时间段内种群中 $ \mathrm{H} $ 基因频率发生了变化，因此该阶段地雀 $ \mathrm{E} $ 发生了进化。若在 $ {Y}_{3}\sim {Y}_{4} $ 时间段无基因突变，由图2可知 $ \mathrm{H} $ 基因频率是 $ 90\% $ ，则 $ \mathrm{h} $ 基因频率是 $ 10\% $ ，该种群中 $ \mathrm{H}\mathrm{h} $ 的基因型频率为 $ 2×90\%×10\%=18\% $ 。

复等位基因是由基因突变形成的，体现了基因突变的不定向性，而自然选择是定向的，对生物的表型进行选择，所以复等位基因 $ \mathrm{A}1 $ 、 $ \mathrm{A}2 $ 、 $ \mathrm{A}3 $ 的突变不是自然选择导致的， $ \mathrm{A} $ 正确；基因库是一个种群中所有个体的全部基因的总和， $ \mathrm{B} $ 错误；由于该种群处于遗传平衡状态，没有突变，也没有选择，因此该种群中 $ \mathrm{A}3 $ 的基因频率不会改变， $ \mathrm{C} $ 错误；该种群中 $ \mathrm{A}2\mathrm{A}3 $ 基因型的个体占有的比例为 $ 30\%×50\%×2=30\% $ ， $ \mathrm{D} $ 错误。

因为该种群中雌雄果蝇数相等，故雄蝇占比为 $ 50\% $ ， $ {\mathrm{X}}^{\mathrm{a}}\mathrm{Y} $ 的比例为 $ 10\% $ ，则 $ {\mathrm{X}}^{\mathrm{A}}\mathrm{Y} $ 的比例为 $ 40\% $ ；进一步可以计算出在雄性果蝇群体中 $ {\mathrm{X}}^{\mathrm{A}} $ 和 $ {\mathrm{X}}^{\mathrm{a}} $ 的基因频率分别是 $ 80\% $ 、 $ 20\% $ ；雌、雄果蝇群体中基因频率相同，故选 $ \mathrm{B} $ 。

新物种形成的标志是生殖隔离的出现， $ \mathrm{A} $ 错误；留居 $ \mathrm{a} $ 地区的甲种群的基因频率也会由于突变、自然选择等因素发生变化， $ \mathrm{B} $ 错误；乙、丙是两个不同的物种，彼此间存在生殖隔离，这两个种群不能进行基因交流，它们的基因库有较大的差异， $ \mathrm{C} $ 正确；甲和乙虽然是两个不同的物种，但是物种乙是由物种甲进化而来的，故两种生物体细胞中染色体数目可能相同， $ \mathrm{D} $ 错误。

适应是自然选择的结果，生物的多样性和适应性通过进化形成， $ \mathrm{A} $ 正确；等位基因由基因突变产生，基因突变属于可遗传变异，为生物进化提供原材料， $ \mathrm{B} $ 正确；有性生殖通过基因重组使染色体上的基因重新组合，降低有利突变被连带清除的概率，而无性生殖无此机制，有利突变更易随有害突变被清除，因此有性生殖物种中有利突变被连带清除的概率应更低， $ \mathrm{C} $ 错误；通过背景选择清除有害突变时，同一染色体上的中性突变可能被连带清除，导致其基因频率发生改变， $ \mathrm{D} $ 正确。

$ {T}_{1}～{T}_{2} $ 时间段内农田中的鼢鼠和草原上的鼢鼠基因频率均发生改变，说明两者均发生了进化， $ \mathrm{A} $ 正确。 $ {T}_{1} $ 时草原中的鼢鼠基因频率为 $ \mathrm{H}=60\% $ ， $ \mathrm{h}=40\% $ ，则其子代基因型频率可能为 $ \mathrm{H}\mathrm{H}=\dfrac{9}{25} $ ， $ \mathrm{H}\mathrm{h}=\dfrac{12}{25} $ ， $ \mathrm{h}\mathrm{h}=\dfrac{4}{25} $ ，故子代灰色鼢鼠中杂合子占比可能为 $ \dfrac{12}{25}÷(\dfrac{9}{25}+\dfrac{12}{25})=\dfrac{12}{21}=\dfrac{4}{7} $ ， $ \mathrm{B} $ 正确。农田和草原中鼢鼠的基因频率不同，说明发生了进化，但两者还可能是同一物种，要判断两者之间是否形成生殖隔离，须看二者能否相互交配并产生可育后代， $ \mathrm{C} $ 错误。自然选择决定生物进化的方向，生物进化的实质是种群基因频率的改变，故农田中鼢鼠的 $ \mathrm{H} $ 基因频率发生改变主要是自然选择导致的， $ \mathrm{D} $ 正确。

基因库包括一个生物种群的全部等位基因、而不只是某一等位基因的总和， $ \mathrm{A} $ 错误。设1978年某地瓢虫个体总数为 $ x $ ，由题意知， $ \mathrm{a}\mathrm{a} $ 个体数为 $ 70\%x $ ， $ \mathrm{A}\mathrm{a} $ 个体数为 $ 20\%x $ ， $ \mathrm{A}\mathrm{A} $ 个体数为 $ 10\%x $ ;1979年，基因型 $ \mathrm{A}\mathrm{A} $ 的个体数为 $ 10\%x×(1+10\%)=11\%x $ ，基因型 $ \mathrm{A}\mathrm{a} $ 的个体数为 $ 20\%x×(1+10\%)=22\%x $ ，基因型 $ \mathrm{a}\mathrm{a} $ 的个体数为 $ 70\%x×(1-10\%)=63\%x $ ，因此1979年基因型 $ \mathrm{A}\mathrm{A} $ 的频率为 $ \dfrac{11}{96} $ ，基因型 $ \mathrm{A}\mathrm{a} $ 的频率为 $ \dfrac{22}{96} $ ，所以 $ \mathrm{A} $ 的基因频率为 $ (\dfrac{11}{96}+\dfrac{22}{96}×\dfrac{1}{2})×100\%\approx 22.9\% $ ， $ \mathrm{B} $ 正确。由题意知，1980年，基因型 $ \mathrm{A}\mathrm{A} $ 的个体数为 $ 10\%x×(1+10\%)^{2}=12.1\%x $ ，基因型 $ \mathrm{A}\mathrm{a} $ 的个体数为 $ 20\%x×(1+10\%)^{2}=24.2\%x $ ，基因型 $ \mathrm{a}\mathrm{a} $ 的个体数为 $ 70\%x×(1-10\%)^{2}=56.7\%x $ ，因此1980年该种群中 $ \mathrm{a}\mathrm{a} $ 的基因型频率是 $ 56.7\%x÷(24.2\%x+12.1\%x+56.7\%x)×100\%\approx 60.97\% $ ， $ \mathrm{C} $ 错误。自然选择通过作用于个体的表型而定向改变种群基因频率， $ \mathrm{D} $ 错误。

（1） $ \mathrm{B}\mathrm{B} $ 、 $ \mathrm{B}\mathrm{b} $ 、 $ \mathrm{b}\mathrm{b} $ 的基因型频率分别为 $ 20\% $ 、 $ 50\% $ 、 $ 30\% $ ，该种群 $ \mathrm{b} $ 的基因频率为 $ 30\%+\dfrac{1}{2}×50\%=55\% $ 。设该种群数量为 $ x $ ，一年后基因型 $ \mathrm{B}\mathrm{B} $ 的个体数量为 $ 20\%×(1+10\%)x=22\%x $ ， $ \mathrm{B}\mathrm{b} $ 的个体数量为 $ 50\%×(1+10\%)x=55\%x $ ， $ \mathrm{b}\mathrm{b} $ 的个体数量为 $ 30\%×(1-10\%)x=27\%x $ ， $ \mathrm{B}\mathrm{B}:\mathrm{B}\mathrm{b}:\mathrm{b}\mathrm{b}=22:55:27 $ ，该种群 $ \mathrm{b} $ 的基因频率为 $ (27×2+55×1)÷[(22+55+27)×2]×100\%=52.4\% $ 。由此可知，经过这一年，该种群的 $ \mathrm{b} $ 基因频率发生了改变，因此该彩蝶种群进化了。

（2） 由题意可知，在进化过程中， $ \mathrm{C} $ 种群中出现的突变和基因重组给进化提供了原材料，且大河出现导致的地理隔离，使 $ \mathrm{C} $ 种群无法与 $ \mathrm{A} $ 、 $ \mathrm{B} $ 种群进行基因交流；丙区的环境与甲、乙区不同，所以自然选择的方向就不同，在自然选择的作用下， $ \mathrm{C} $ 种群的基因频率发生定向改变；久而久之， $ \mathrm{C} $ 种群的基因库就变得与 $ \mathrm{A} $ 、 $ \mathrm{B} $ 种群有明显差异，最后与 $ \mathrm{A} $ 、 $ \mathrm{B} $ 种群产生了生殖隔离，这就标志着 $ \mathrm{C} $ 彩蝶已经进化成了一个新物种 $ ——\mathrm{D} $ 彩蝶。

（1） 种群是指生活在一定区域的同种生物全部个体的集合。一开始，甲箱和乙箱中的果蝇虽然属于同一个物种，但是生活在不同区域内，存在地理隔离，因此分属于两个种群。

（2） 由于两箱分养造成地理隔离，两个种群间不能进行基因交流。两箱中果蝇可能产生不同的变异，食物的差异造成自然选择的方向不同，导致基因频率向不同方向变化。一段时间后，两箱果蝇的种群基因库形成很大差异，导致两个群体的体色出现很大差异。

（3） 根据题表可知，两个箱子中果蝇的 $ \mathrm{E} $ 基因频率基本不变，维持在 $ 65\% $ 左右。由于第十代时甲箱中 $ \mathrm{E} $ 的基因频率为 $ 65\% $ ，所以 $ \mathrm{e} $ 的基因频率为 $ 35\% $ ，故 $ \mathrm{E}\mathrm{e} $ 的基因型频率为 $ 2×65\%×35\%=45.5\% $ 。

（4） 若 $ \mathrm{A} $ 和 $ \mathrm{a} $ 基因位于 $ \mathrm{X} $ 染色体上，在某个时间点统计乙箱中 $ {\mathrm{X}}^{\mathrm{A}}{\mathrm{X}}^{\mathrm{A}} $ 个体占 $ 42\% $ 、 $ {\mathrm{X}}^{\mathrm{A}}{\mathrm{X}}^{\mathrm{a}} $ 个体占 $ 6\% $ 、 $ {\mathrm{X}}^{\mathrm{a}}{\mathrm{X}}^{\mathrm{a}} $ 个体占 $ 2\% $ ， $ {\mathrm{X}}^{\mathrm{A}}\mathrm{Y} $ 个体占 $ 45\% $ 、 $ {\mathrm{X}}^{\mathrm{a}}\mathrm{Y} $ 个体占 $ 5\% $ ，假设该种群共有100个个体，则 $ {\mathrm{X}}^{\mathrm{A}}{\mathrm{X}}^{\mathrm{A}} $ 个体有42个、 $ {\mathrm{X}}^{\mathrm{A}}{\mathrm{X}}^{\mathrm{a}} $ 个体有6个、 $ {\mathrm{X}}^{\mathrm{a}}{\mathrm{X}}^{\mathrm{a}} $ 个体有2个， $ {\mathrm{X}}^{\mathrm{A}}\mathrm{Y} $ 个体有45个、 $ {\mathrm{X}}^{\mathrm{a}}\mathrm{Y} $ 个体有5个，则该种群的 $ \mathrm{a} $ 基因频率为 $ (6+2×2+5)÷(42×2+6×2+2×2+45+5)×100\%=10\% $ 。