2020高中生物 第七章 現代生物進化理論 2 現代生物進化理論的主要內容學案 新人教版必修2

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1、第2節(jié)　現代生物進化理論的主要內容 [學習目標]　1.舉例說明種群、基因庫和基因頻率。2.闡述現代生物進化理論的主要內容。(重點)3.運用數學方法討論種群基因頻率的變化。(重點) 知識點1　種群基因頻率的改變與生物進化 請仔細閱讀教材第114～115頁，完成下面的問題。 1．以種群作為生物進化單位的理由 (1)達爾文認為自然選擇直接作用的是生物個體，并且是個體的表現型，而個體表現型會隨著個體的死亡而消失。 (2)決定生物性狀的基因可以通過生殖而世代延續(xù)，并且在群體中擴散，因此生物進化應該研究群體的基因組成的變化。 2．種群 (1)概念：生活在一定區(qū)域的同種生物的全部

2、個體。 (2)特點：種群中的個體彼此可以交配，并且通過繁殖將各自的基因傳給后代。種群是生物進化的基本單位。 3．基因庫和基因頻率 (1)基因庫：一個種群中全部個體所含有的全部基因，叫做這個種群的基因庫。 (2)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率。 ②計算公式：基因頻率＝。 知識點2　可遺傳變異與生物進化的關系 請仔細閱讀教材第116～118頁，完成下面的問題。 1．突變和基因重組產生進化的原材料 (1)可遺傳變異的來源 (2)可遺傳變異的形成、特點和作用 ①形成 a．基因突變產生等位基因。 b．通過有性生殖過程中的基因重組，可以形成

3、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。 (3)變異的有利和有害是相對的，是由環(huán)境決定的。 2．自然選擇決定生物進化的方向 (1)原理分析 (2)實例分析(樺尺蠖體色進化) (3)生物進化的實質：種群的基因頻率發(fā)生改變。 (4)生物進化的方向：變異是不定向的，自然選擇是定向的，定向的自然選擇決定了生物進化的方向。 知識點3　隔離與物種的形成 請仔細閱讀教材第119～121頁，完成下面的問題。 1．物種的概念：能夠在自然狀態(tài)下相互交配并且產生可育后代的一群生物稱為一個物種，簡稱“種”。 2．隔離

4、(1)馬和驢雖然能生下騾，但騾是不育的。因此不同物種之間一般不能交配，即使能交配也不能產生可育后代，這種現象稱為生殖隔離。 (2)東北虎和華南虎屬于同一種生物，但由于地理上的障礙而分成不同的種群，使得種群間不能相遇而進行基因交流，這種現象稱為地理隔離。 (3)綜上所述，我們把不同種群間的個體，在自然條件下基因不能自由交流的現象叫做隔離。 3．隔離在物種形成中的作用 (1)新物種的形成過程 知識點4　共同進化與生物多樣性的形成 請仔細閱讀教材第123～126頁，完成下面的問題。 1．共同進化 (1)概念：不同物種之間、生物與無機環(huán)境之間在相互影響中不斷進化和發(fā)展。 (2

5、)方式 ①生物與生物之間的共同進化。 ②生物與無機環(huán)境之間的共同進化。 a．生物能夠適應一定的環(huán)境，也能夠影響環(huán)境，生物與無機環(huán)境之間是相互影響、共同演變的。 b．實例：原始大氣沒有氧氣，最早的生物是厭氧型生物，能進行光合作用的生物的出現，使大氣中有了氧氣，為需氧生物的出現創(chuàng)造了條件。 (3)結果：通過漫長的共同進化過程，地球上不僅出現了千姿百態(tài)的物種，而且形成了多種多樣的生態(tài)系統(tǒng)。 2．生物多樣性的形成 (1)主要內容：基因多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性。 (2)三個層次之間的聯系 3．生物進化歷程中的幾個關鍵事件 (1)有性生殖的出現，實現了基因重組，加快了

6、進化速度。 (2)第三極——消費者的出現，使生態(tài)系統(tǒng)具有更復雜的結構；對植物的進化產生重要影響。 (3)生物的登陸改變著陸地環(huán)境，陸地上復雜的環(huán)境為生物的進化提供了廣闊的舞臺。 4．生物進化理論在發(fā)展 (1)中性突變學說：大量的基因突變是中性的，決定生物進化方向的是中性突變的逐漸積累，而不是自然選擇。 (2)間斷平衡學說：物種形成并不都是漸變的過程，而是種群長期穩(wěn)定與迅速形成新物種交替出現的過程。 要點一　種群基因頻率的變化1.相關概念的比較 比較項目 含義 變化后與進化的關系 基因頻率 (某個基因的個數/全部等位基因數)×100% 發(fā)生了定向的生物進化

7、 基因型 頻率 (特定基因型的個體數/該種群個體總數)×100% 生物不一定進化 基因庫 一個種群中全部個體所含有的全部基因 可導致生物進化，它的變化是形成新物種的前提 2.基因頻率、基因型頻率的相關計算 (1)常染色體遺傳方式 設有N個個體的種群，AA、Aa、aa的個體數分別是n1、n2、n3，A、a的基因頻率分別用PA、Pa表示，AA、Aa、aa的基因型頻率分別用PAA、PAa、Paa表示，則 PA＝＝＋×＝PAA＋PAa Pa＝＝＋×＝Paa＋PAa 由以上公式可得出下列結論 ①在種群中一對等位基因的頻率之和等于1，基因型頻率之和也等于1。 ②一個等位基因的

8、頻率＝該等位基因純合子的頻率＋1/2雜合子的頻率。 (2)伴X染色體遺傳方式 若基因位于X染色體上，Y染色體上沒有其等位基因，計算基因頻率時，只需考慮X染色體，不考慮Y染色體的數量，若N表示基因型頻率，則計算公式如下 XA的頻率＝ Xa的頻率＝ (3)根據遺傳平衡定律計算基因頻率和基因型頻率 ①遺傳平衡定律 在一個有性生殖的自然種群中，在符合以下5個條件的情況下，各等位基因的頻率和基因型頻率在一代一代的遺傳中是穩(wěn)定不變的，或者說是保持著基因平衡的。這5個條件是 a．種群是極大的； b．種群中個體間的交配是隨機的； c．沒有突變發(fā)生； d．沒有新基因加入； e．沒有自然選

9、擇。 ②基因頻率與基因型頻率的計算公式 設A頻率為p，a頻率為q，則p＋q＝1。 雄配子 雌配子 A(p) a(q) A(p) AA(p2) Aa(pq) a(q) Aa(pq) aa(q2) 即：AA＝p2，Aa＝2pq，aa＝q2。 ③實例：若已知AA的基因型頻率為m，則A的基因頻率為。 3．基因頻率和基因型頻率的變化分析 (1)雜合子連續(xù)自交時，盡管基因頻率不變，但后代的基因型頻率會發(fā)生改變，表現為純合子所占比例不斷增大，雜合子所占比例不斷減小。 (2)在無基因突變、無遷入和遷出、各種基因型的個體生活力相同時，自由交配遵循遺傳平衡定律，上下代之間種群的基

10、因頻率及基因型頻率不變。 (3)基因頻率相同的兩個種群，它們的基因型頻率不一定相同；當基因型頻率發(fā)生改變時，基因頻率不一定發(fā)生改變。 【典例1】　現有兩個非常大的某昆蟲種群，個體間隨機交配，沒有遷入和遷出，無突變，自然選擇對A和a基因控制的性狀沒有作用。種群1的A基因頻率為80%，a基因頻率為20%；種群2的A基因頻率為60%，a基因頻率為40%。假設這兩個種群大小相等，地理隔離不再存在，兩個種群完全合并為一個可隨機交配的種群，則下一代中Aa的基因型頻率是(　　) A．75% B．50% C．42% D．21% [解析]　兩種群均處于遺傳平衡狀態(tài)，且種群大小相等，故兩種群完全合并

11、后A、a的基因頻率分別為兩種群A、a基因頻率的平均值，A基因頻率＝(80%＋60%)÷2＝70%，a基因頻率＝(20%＋40%)÷2＝30%。該種群隨機交配后，子一代中Aa的基因型頻率為2×70%×30%＝42%。故選C。 [答案]　C [針對訓練1]　果蠅長翅(V)和殘翅(v)由一對常染色體上的等位基因控制。假定某果蠅種群有20000只果蠅，其中殘翅果蠅個體數量長期維持在4%。若再向該種群中引入20000只純合長翅果蠅，在不考慮其他因素影響的前提下，關于純合長翅果蠅引入后種群的敘述，錯誤的是(　　) A．v基因頻率降低了50% B．V基因頻率增加了50% C．雜合果蠅比例降低了50

12、% D．殘翅果蠅比例降低了50% [解析]　因該果蠅種群長期保持vv的基因型頻率為4%，由此算出v的基因頻率為0.2，V的基因頻率為0.8，進而計算出引入純合長翅果蠅前，vv基因型的果蠅有0.04×20000＝800只，Vv基因型的果蠅有2×0.2×0.8×20000＝6400只，VV基因型的果蠅有0.8×0.8×20000＝12800只。引入純合長翅果蠅后，v基因頻率為(800×2＋6400)/(40000×2)＝0.1，V的基因頻率為1－0.1＝0.9，A正確、B錯誤；因Vv、vv基因型的果蠅的數目不變，而該種群個體總數增加一倍，所以Vv、vv的基因型頻率均降低50%，C、D正確。

13、[答案]　B 要點二　分析生物的進化1.突變和基因重組產生進化的原材料 (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的、不定向的，因此它們只是提供了生物進化的原材料，不能決定生物進化的方向。 2．自然選擇決定生物進化方向的原理分析 3．進化中的“定向”與“不定向” (1)變異是不定向的。 (2)自然選擇是定向的。 (3)種群基因頻率的變化是定向的。 (4)生物進化是定向的。 【典例2】　下列關于生物進化的敘述，不正確的是(　　) A．細菌對抗生素抗藥性的產生是定向變異的結果 B．生物通過遺傳、變異和自然選擇不斷進化 C．

14、突變和基因重組為進化提供原材料 D．現代生物進化理論是以自然選擇學說為基礎的 [解析]　變異是不定向的，細菌對抗生素抗藥性的產生是自然選擇的結果；生物通過遺傳、變異和自然選擇不斷進化；突變和基因重組為進化提供原材料；現代生物進化理論是以自然選擇學說為基礎的。 [答案]　A [針對訓練2]　英國的椒花蛾身體和翅都有淺色斑點。隨著工業(yè)發(fā)展，煤煙等污染物使該蟲棲息的樹干和墻壁變成黑色，到十九世紀末，英國各工業(yè)區(qū)發(fā)現了越來越多的黑色椒花蛾，這種變化說明(　　) A．生物自發(fā)突變的頻率很低 B．生物突變都是有害的 C．自然選擇決定生物進化的方向 D．基因突變和重組是定向的 [解析]　從

15、所提供的資料中可知，環(huán)境條件的改變使種群基因頻率發(fā)生了改變，淺色個體易被淘汰，淺色基因頻率逐漸減小，與環(huán)境顏色相近的黑色斑點基因頻率越來越大，產生了適應環(huán)境的黑色椒花蛾，說明自然選擇決定生物進化的方向。 [答案]　C 要點三　隔離與物種的形成1.地理隔離與生殖隔離的比較 2.物種形成的兩種方式 (1)漸變式(如下圖) (2)爆發(fā)式物種的形成主要是由異源多倍體的染色體變異的方式形成新物種，一旦出現可以很快形成生殖隔離(如下圖)。 此外還可利用遠緣雜交和染色體加倍的原理人工創(chuàng)造新物種，如八倍體小黑麥。 3．物種形成的三個環(huán)節(jié) (1)突變和基因重組產生進化的原材料。 (

16、2)自然選擇決定生物進化的方向。 (3)隔離導致物種形成。 三者關系如下圖 4．新物種形成與生物進化的關系 【典例3】　如圖表示生物新物種形成的基本環(huán)節(jié)，對圖示分析正確的是(　　) A．a表示基因突變和基因重組，是生物進化的原材料 B．b表示生殖隔離，生殖隔離是生物進化的標志 C．c表示新物種形成，新物種與生活環(huán)境共同進化 D．d表示地理隔離，新物種形成一定需要經過地理隔離 [解析]　突變(基因突變和染色體變異)和基因重組為生物進化提供原材料；生物進化的標志是基因頻率的改變，不是生殖隔離；隔離是物種形成的條件，但有些生物沒有經過地理隔離也會形成新的物種，如植物多倍

17、體的形成。 [答案]　C [針對訓練3]　由于地震而形成的海洋中有大小相似的甲、乙兩個小島，某時間段內島上鳥的種類和數量隨時間變化的情況如下圖所示，下列有關敘述中錯誤的是(　　) A．兩島上的鳥類存在地理隔離，不同種的鳥類之間存在著生殖隔離 B．甲島較乙島鳥種類增加更多，可能是甲島的環(huán)境變化更大 C．兩島的鳥類各形成一個種群基因庫，且兩個基因庫間的差異越來越大 D．兩島上鳥類的種類雖然不同，但最終兩島上鳥類的數量趨于相同 [解析]　A項中，兩島上的鳥類存在于不同區(qū)域，即存在地理隔離，不同種的鳥類之間存在著生殖隔離。B項中，環(huán)境變化較大，自然選擇力度較大，形成的物種數目較多。C

18、項中，兩島的鳥類各形成多個種群基因庫。D項中，圖示顯示最終兩島上鳥類的數量趨于相同。 [答案]　C 要點四　分析生物多樣性的形成1.生物多樣性三個層次之間的聯系 (1)基因多樣性：由于生物存在各種各樣的變異，并且變異是不定向的，進而出現了基因多樣性。 (2)物種多樣性：基因的多樣性決定了蛋白質的多樣性，基因多樣性是形成物種多樣性的根本原因，蛋白質多樣性是形成物種多樣性的直接原因。 (3)生態(tài)系統(tǒng)多樣性：生態(tài)系統(tǒng)是由生物和非生物的環(huán)境共同組成的，所以物種的多樣性和無機環(huán)境的多樣性共同組成了生態(tài)系統(tǒng)的多樣性。 2．生物多樣性的形成過程分析 生物進化歷程中的三個關鍵點 (1)

19、真核生物出現以后有性生殖方式的出現：生物進化速度明顯加快。 (2)寒武紀大爆發(fā)：形成生態(tài)系統(tǒng)的第三極，對植物的進化產生重要影響。 (3)原始陸生植物和原始兩棲類的出現：生物的登陸改變了陸地環(huán)境，陸地上復雜的環(huán)境為生物的進化提供了廣闊的舞臺。 3．生物進化理論的發(fā)展 (1)共同進化論 ①生物與生物方面：生物生活于復雜的環(huán)境中，任何一個物種都不是單獨進化的，其必然要和其他生物發(fā)生營養(yǎng)關系。在捕食與被捕食、相互幫助等關系下，它們共同發(fā)展，協(xié)同進化，增加了物種的多樣性。 ②生物與環(huán)境方面：生物能夠適應一定的環(huán)境，也能夠影響環(huán)境，生物與無機環(huán)境之間是相互影響和共同演變的。例如，最早的生物是厭

20、氧的，光合生物的出現，使大氣中有了氧氣，為好氧生物的出現創(chuàng)造了條件。 (2)中性學說：大量的基因突變是中性的，自然選擇對這些基因突變不起作用，這些基因經過長期積累，會導致種群間遺傳物質出現較大的差別。該學說認為決定生物進化方向的是中性突變的逐漸積累，而不是自然選擇。 (3)間斷平衡說：物種形成并不都是漸變的過程，而是種群長期穩(wěn)定與迅速形成新物種交替出現的過程。 【典例4】　下列事實不屬于共同進化的是(　　) A．工業(yè)的發(fā)展導致大量溫室氣體排放，全球氣溫升高 B．昆蟲和體內共生菌的關系 C．生活在草原上的斑馬和獵豹都能迅速奔跑，這是它們長期相互選擇的結果 D．4億年前形成了原始的陸

21、生植物，隨后出現了適應陸地生活的動物 [解析]　共同進化是不同物種之間、生物與無機環(huán)境之間在相互影響中不斷進化和發(fā)展，如B、C、D；工業(yè)的發(fā)展導致CO2等溫室氣體大量排放，全球氣溫升高屬于生態(tài)環(huán)境問題。 [答案]　A [針對訓練4]　某種蘭花有細長的花矩(如圖)，花矩頂端貯存著花蜜，這種蘭花的傳粉需借助具有細長口器的蛾在吸食花蜜的過程中完成。下列敘述正確的是(　　) A．蛾口器的特征決定蘭花花矩變異的方向 B．花矩變長是蘭花新種形成的必要條件 C．口器與花矩的相互適應是共同進化的結果 D．蛾的口器會因吸食花蜜而越變越長 [解析]　蘭花花矩的變異是不定向的，蛾的口器和蘭花花矩

22、起到相互選擇作用。任何一個物種都不是單獨進化的，生物與無機環(huán)境以及生物與生物之間都存在著進化上的密切聯系。蛾的口器與花矩的相互適應正是共同進化的結果。新物種形成的標志是與原來的物種形成生殖隔離，隔離是新物種形成的必要條件。 [答案]　C 課堂歸納小結 [網絡構建] 自我校對：種群　突變　基因重組　自然選擇　隔離　生物與生物之間　無機環(huán)境　基因　物種　生態(tài)系統(tǒng) [拓展閱讀] 人類一直在“丟”臉 科學家發(fā)現，一萬年來，人類一直在“丟”臉：臉面在不斷縮小?？茖W家認為，食物是造成這一變化的主要原因。由于我們現在的食物比古代人吃的食物更柔軟，所以現代人的腭骨、牙齒、頭骨和肌肉無需像

23、過去那樣強壯。更重要的是，人類牙齒越來越少，一萬年前，每個人都長著智齒，而現在，我們只有一半的人有智齒，這是進化的結果。同時，這也解釋了現代人長出“齙牙”的原因，隨著人類臉型的變小，對一些牙齒產生“擠壓”，于是，就出現了“齙牙”。 你能用現代生物進化理論解釋為什么人類一直在“丟”臉嗎？ 提示：臉面在大小方面有多種變異類型，臉面小更能適應現在環(huán)境，所以自然選擇使臉面小的基因頻率升高，所以人類“臉面”會越來越小。 [學業(yè)水平合格測試] 1．下列關于種群的敘述中，錯誤的是(　　) A．種群是生物進化和繁殖的基本單位 B．一個池塘中的全部魚是一個種群 C．一個種群中的

24、全部基因構成該種群的基因庫 D．種群內的個體會死亡，但基因庫卻可在代代相傳的過程中得到保持和發(fā)展 [解析]　一個池塘中的全部魚一般都由多種不同的魚組成，屬于不同的物種，不能構成一個種群。 [答案]　B 2．現代生物進化理論認為，生物進化的實質是種群基因頻率的改變。下列可以定向改變種群基因頻率的是(　　) A．基因突變 B．基因重組 C．自然選擇 D．遷移 [解析]　基因突變本身具有不定向性；基因重組中基因本身沒有發(fā)生變化，變化的是基因型頻率，因此不會改變基因頻率。種群中如果含A基因的個體比含a基因的個體更多地遷移到另一個地區(qū)，這個種群中A基因和a基因的頻率就會發(fā)生相應的變化，但不

25、會定向地改變種群的基因頻率；自然選擇可以定向地改變種群的基因頻率。 [答案]　C 3．據某生物研究性學習小組調查，某校學生中基因型比例為XBXB∶XBXb∶XbXb∶XBY∶XbY＝44∶5∶1∶43∶7，則Xb的基因頻率為(　　) A．13.2% B．5% C．14% D．9.3% [解析]　基因頻率是指一個種群基因庫中某個基因占全部等位基因數的比率。Xb的基因頻率＝Xb/(XB＋Xb)×100%(因為B、b只位于X染色體上，Y染色體上沒有)，女性體內有兩條X染色體，因此有兩個此類基因(包括B和b)，男性體內只有1條X染色體，因此只有1個此類基因(B或b)。被調查的種群中，Xb：5

26、%＋1%×2＋7%＝14%；XB＋Xb：(44%＋5%＋1%)×2＋43%＋7%＝150%。所以，Xb的基因頻率＝Xb/(XB＋Xb)×100%＝14%/150%×100%≈9.3%。 [答案]　D [學業(yè)水平等級測試] 4．下列關于生物多樣性的敘述，正確的是(　　) A．生物多樣性包括基因多樣性、個體多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性三個層次的內容 B．生物多樣性的形成是不同生物之間、生物與無機環(huán)境之間共同進化的結果 C．物種的滅絕不利于生物多樣性的形成 D．生物多樣性的形成是新物種形成的過程 [解析]　生物多樣性包括基因多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性三個層次；物種的滅絕說明該生物不

27、適應環(huán)境，被新物種代替；生物多樣性的形成是生物共同進化的結果。 [答案]　B 5．下列關于物種的敘述，正確的是(　　) ①不同種群的生物肯定不屬于同一個物種?、诰哂幸欢ㄐ螒B(tài)結構和生理功能，能相互交配且產生可育后代的一群生物個體　③隔離是形成新物種的必要條件?、茉谖锓N形成過程中必須有地理隔離和生殖隔離 A．①②④ B．①②③④ C．②③ D．③④ [解析]　物種是指分布在一定的自然區(qū)域，具有一定形態(tài)結構和生理功能，而且在自然狀態(tài)下能夠相互交配和繁殖，并能夠產生可育后代的一群生物個體。其概念范圍比種群要大，例如，東北虎和華南虎雖屬兩個種群，但屬同一物種。隔離是物種形成的必要條件，物種形成的方式有多種，經過長期的地理隔離而達到生殖隔離只是比較常見的一種方式。 [答案]　C 19