2020高中生物 第七章 現(xiàn)代生物進(jìn)化理論 2 現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容學(xué)案 新人教版必修2

第2節(jié)現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容學(xué)習(xí)目標(biāo)1.舉例說明種群、基因庫和基因頻率。2.闡述現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容。(重點(diǎn))3.運(yùn)用數(shù)學(xué)方法討論種群基因頻率的變化。(重點(diǎn))知識(shí)點(diǎn)1種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化請仔細(xì)閱讀教材第114115頁，完成下面的問題。1以種群作為生物進(jìn)化單位的理由(1)達(dá)爾文認(rèn)為自然選擇直接作用的是生物個(gè)體，并且是個(gè)體的表現(xiàn)型，而個(gè)體表現(xiàn)型會(huì)隨著個(gè)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(kuò)散，因此生物進(jìn)化應(yīng)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個(gè)體。(2)特點(diǎn)：種群中的個(gè)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(jìn)化的基本單位。3基因庫和基因頻率(1)基因庫：一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因，叫做這個(gè)種群的基因庫。(2)基因頻率概念：在一個(gè)種群基因庫中，某個(gè)基因占全部等位基因數(shù)的比率。計(jì)算公式：基因頻率。知識(shí)點(diǎn)2可遺傳變異與生物進(jìn)化的關(guān)系請仔細(xì)閱讀教材第116118頁，完成下面的問題。1突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)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(diǎn)和作用形成a基因突變產(chǎn)生等位基因。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。特點(diǎn)：隨機(jī)的、不定向的。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。(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(jìn)化的方向(1)原理分析(2)實(shí)例分析(樺尺蠖體色進(jìn)化)(3)生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)：種群的基因頻率發(fā)生改變。(4)生物進(jìn)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(jìn)化的方向。知識(shí)點(diǎn)3隔離與物種的形成請仔細(xì)閱讀教材第119121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(chǎn)生可育后代的一群生物稱為一個(gè)物種，簡稱“種”。2隔離(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(chǎn)生可育后代，這種現(xiàn)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(jìn)行基因交流，這種現(xiàn)象稱為地理隔離。(3)綜上所述，我們把不同種群間的個(gè)體，在自然條件下基因不能自由交流的現(xiàn)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(shí)點(diǎn)4共同進(jìn)化與生物多樣性的形成請仔細(xì)閱讀教材第123126頁，完成下面的問題。1共同進(jìn)化(1)概念：不同物種之間、生物與無機(jī)環(huán)境之間在相互影響中不斷進(jìn)化和發(fā)展。(2)方式生物與生物之間的共同進(jìn)化。生物與無機(jī)環(huán)境之間的共同進(jìn)化。a生物能夠適應(yīng)一定的環(huán)境，也能夠影響環(huán)境，生物與無機(jī)環(huán)境之間是相互影響、共同演變的。b實(shí)例：原始大氣沒有氧氣，最早的生物是厭氧型生物，能進(jìn)行光合作用的生物的出現(xiàn)，使大氣中有了氧氣，為需氧生物的出現(xiàn)創(chuàng)造了條件。(3)結(jié)果：通過漫長的共同進(jìn)化過程，地球上不僅出現(xiàn)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(nèi)容：基因多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性。(2)三個(gè)層次之間的聯(lián)系3生物進(jìn)化歷程中的幾個(gè)關(guān)鍵事件(1)有性生殖的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了基因重組，加快了進(jìn)化速度。(2)第三極消費(fèi)者的出現(xiàn)，使生態(tài)系統(tǒng)具有更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)；對植物的進(jìn)化產(chǎn)生重要影響。(3)生物的登陸改變著陸地環(huán)境，陸地上復(fù)雜的環(huán)境為生物的進(jìn)化提供了廣闊的舞臺(tái)。4生物進(jìn)化理論在發(fā)展(1)中性突變學(xué)說：大量的基因突變是中性的，決定生物進(jìn)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(xué)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(xiàn)的過程。要點(diǎn)一種群基因頻率的變化1.相關(guān)概念的比較比較項(xiàng)目含義變化后與進(jìn)化的關(guān)系基因頻率(某個(gè)基因的個(gè)數(shù)/全部等位基因數(shù))100%發(fā)生了定向的生物進(jìn)化基因型頻率(特定基因型的個(gè)體數(shù)/該種群個(gè)體總數(shù))100%生物不一定進(jìn)化基因庫一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因可導(dǎo)致生物進(jìn)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(guān)計(jì)算(1)常染色體遺傳方式設(shè)有n個(gè)個(gè)體的種群，aa、aa、aa的個(gè)體數(shù)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papaapaapapaapaa由以上公式可得出下列結(jié)論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。一個(gè)等位基因的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(jì)算基因頻率時(shí)，只需考慮x染色體，不考慮y染色體的數(shù)量，若n表示基因型頻率，則計(jì)算公式如下xa的頻率xa的頻率(3)根據(jù)遺傳平衡定律計(jì)算基因頻率和基因型頻率遺傳平衡定律在一個(gè)有性生殖的自然種群中，在符合以下5個(gè)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(gè)條件是a種群是極大的；b種群中個(gè)體間的交配是隨機(jī)的；c沒有突變發(fā)生；d沒有新基因加入；e沒有自然選擇?；蝾l率與基因型頻率的計(jì)算公式設(shè)a頻率為p，a頻率為q，則pq1。雄配子雌配子a(p)a(q)a(p)aa(p2)aa(pq)a(q)aa(pq)aa(q2)即：aap2，aa2pq，aaq2。實(shí)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(shí)，盡管基因頻率不變，但后代的基因型頻率會(huì)發(fā)生改變，表現(xiàn)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(gè)體生活力相同時(shí)，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變。(3)基因頻率相同的兩個(gè)種群，它們的基因型頻率不一定相同；當(dāng)基因型頻率發(fā)生改變時(shí)，基因頻率不一定發(fā)生改變?！镜淅?】現(xiàn)有兩個(gè)非常大的某昆蟲種群，個(gè)體間隨機(jī)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(shè)這兩個(gè)種群大小相等，地理隔離不再存在，兩個(gè)種群完全合并為一個(gè)可隨機(jī)交配的種群，則下一代中aa的基因型頻率是()a75%b50% c42%d21%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%)270%，a基因頻率(20%40%)230%。該種群隨機(jī)交配后，子一代中aa的基因型頻率為270%30%42%。故選c。答案c針對訓(xùn)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(gè)體數(shù)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(guān)于純合長翅果蠅引入后種群的敘述，錯(cuò)誤的是()av基因頻率降低了50%bv基因頻率增加了50%c雜合果蠅比例降低了50%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(jìn)而計(jì)算出引入純合長翅果蠅前，vv基因型的果蠅有0.0420000800只，vv基因型的果蠅有20.20.8200006400只，vv基因型的果蠅有0.80.82000012800只。引入純合長翅果蠅后，v基因頻率為(80026400)/(400002)0.1，v的基因頻率為10.10.9，a正確、b錯(cuò)誤；因vv、vv基因型的果蠅的數(shù)目不變，而該種群個(gè)體總數(shù)增加一倍，所以vv、vv的基因型頻率均降低50%，c、d正確。答案b要點(diǎn)二分析生物的進(jìn)化1.突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)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(jī)的、不定向的，因此它們只是提供了生物進(jìn)化的原材料，不能決定生物進(jìn)化的方向。2自然選擇決定生物進(jìn)化方向的原理分析3進(jìn)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(jìn)化是定向的。【典例2】下列關(guān)于生物進(jìn)化的敘述，不正確的是()a細(xì)菌對抗生素抗藥性的產(chǎn)生是定向變異的結(jié)果b生物通過遺傳、變異和自然選擇不斷進(jìn)化c突變和基因重組為進(jìn)化提供原材料d現(xiàn)代生物進(jìn)化理論是以自然選擇學(xué)說為基礎(chǔ)的解析變異是不定向的，細(xì)菌對抗生素抗藥性的產(chǎn)生是自然選擇的結(jié)果；生物通過遺傳、變異和自然選擇不斷進(jìn)化；突變和基因重組為進(jìn)化提供原材料；現(xiàn)代生物進(jìn)化理論是以自然選擇學(xué)說為基礎(chǔ)的。答案a針對訓(xùn)練2英國的椒花蛾身體和翅都有淺色斑點(diǎn)。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(jì)末，英國各工業(yè)區(qū)發(fā)現(xiàn)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(jìn)化的方向d基因突變和重組是定向的解析從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(gè)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(diǎn)基因頻率越來越大，產(chǎn)生了適應(yīng)環(huán)境的黑色椒花蛾，說明自然選擇決定生物進(jìn)化的方向。答案c要點(diǎn)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(xiàn)可以很快形成生殖隔離(如下圖)。此外還可利用遠(yuǎn)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(gè)環(huán)節(jié)(1)突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料。(2)自然選擇決定生物進(jìn)化的方向。(3)隔離導(dǎo)致物種形成。三者關(guān)系如下圖4新物種形成與生物進(jìn)化的關(guān)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()aa表示基因突變和基因重組，是生物進(jìn)化的原材料bb表示生殖隔離，生殖隔離是生物進(jìn)化的標(biāo)志cc表示新物種形成，新物種與生活環(huán)境共同進(jìn)化dd表示地理隔離，新物種形成一定需要經(jīng)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(jìn)化提供原材料；生物進(jìn)化的標(biāo)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(jīng)過地理隔離也會(huì)形成新的物種，如植物多倍體的形成。答案c針對訓(xùn)練3由于地震而形成的海洋中有大小相似的甲、乙兩個(gè)小島，某時(shí)間段內(nèi)島上鳥的種類和數(shù)量隨時(shí)間變化的情況如下圖所示，下列有關(guān)敘述中錯(cuò)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(gè)種群基因庫，且兩個(gè)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(shù)量趨于相同解析a項(xiàng)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(xiàng)中，環(huán)境變化較大，自然選擇力度較大，形成的物種數(shù)目較多。c項(xiàng)中，兩島的鳥類各形成多個(gè)種群基因庫。d項(xiàng)中，圖示顯示最終兩島上鳥類的數(shù)量趨于相同。答案c要點(diǎn)四分析生物多樣性的形成1.生物多樣性三個(gè)層次之間的聯(lián)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(jìn)而出現(xiàn)了基因多樣性。(2)物種多樣性：基因的多樣性決定了蛋白質(zhì)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(zhì)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(jī)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(jìn)化歷程中的三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)(1)真核生物出現(xiàn)以后有性生殖方式的出現(xiàn)：生物進(jìn)化速度明顯加快。(2)寒武紀(jì)大爆發(fā)：形成生態(tài)系統(tǒng)的第三極，對植物的進(jìn)化產(chǎn)生重要影響。(3)原始陸生植物和原始兩棲類的出現(xiàn)：生物的登陸改變了陸地環(huán)境，陸地上復(fù)雜的環(huán)境為生物的進(jìn)化提供了廣闊的舞臺(tái)。3生物進(jìn)化理論的發(fā)展(1)共同進(jìn)化論生物與生物方面：生物生活于復(fù)雜的環(huán)境中，任何一個(gè)物種都不是單獨(dú)進(jìn)化的，其必然要和其他生物發(fā)生營養(yǎng)關(guān)系。在捕食與被捕食、相互幫助等關(guān)系下，它們共同發(fā)展，協(xié)同進(jìn)化，增加了物種的多樣性。生物與環(huán)境方面：生物能夠適應(yīng)一定的環(huán)境，也能夠影響環(huán)境，生物與無機(jī)環(huán)境之間是相互影響和共同演變的。例如，最早的生物是厭氧的，光合生物的出現(xiàn)，使大氣中有了氧氣，為好氧生物的出現(xiàn)創(chuàng)造了條件。(2)中性學(xué)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(jīng)過長期積累，會(huì)導(dǎo)致種群間遺傳物質(zhì)出現(xiàn)較大的差別。該學(xué)說認(rèn)為決定生物進(jìn)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(xiàn)的過程。【典例4】下列事實(shí)不屬于共同進(jìn)化的是()a工業(yè)的發(fā)展導(dǎo)致大量溫室氣體排放，全球氣溫升高b昆蟲和體內(nèi)共生菌的關(guān)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(jié)果d4億年前形成了原始的陸生植物，隨后出現(xiàn)了適應(yīng)陸地生活的動(dòng)物解析共同進(jìn)化是不同物種之間、生物與無機(jī)環(huán)境之間在相互影響中不斷進(jìn)化和發(fā)展，如b、c、d；工業(yè)的發(fā)展導(dǎo)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(xùn)練4某種蘭花有細(xì)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(xì)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(yīng)是共同進(jìn)化的結(jié)果d蛾的口器會(huì)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起到相互選擇作用。任何一個(gè)物種都不是單獨(dú)進(jìn)化的，生物與無機(jī)環(huán)境以及生物與生物之間都存在著進(jìn)化上的密切聯(lián)系。蛾的口器與花矩的相互適應(yīng)正是共同進(jìn)化的結(jié)果。新物種形成的標(biāo)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(jié)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)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(jī)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(xué)家發(fā)現(xiàn)，一萬年來，人類一直在“丟”臉：臉面在不斷縮小?？茖W(xué)家認(rèn)為，食物是造成這一變化的主要原因。由于我們現(xiàn)在的食物比古代人吃的食物更柔軟，所以現(xiàn)代人的腭骨、牙齒、頭骨和肌肉無需像過去那樣強(qiáng)壯。更重要的是，人類牙齒越來越少，一萬年前，每個(gè)人都長著智齒，而現(xiàn)在，我們只有一半的人有智齒，這是進(jìn)化的結(jié)果。同時(shí)，這也解釋了現(xiàn)代人長出“齙牙”的原因，隨著人類臉型的變小，對一些牙齒產(chǎn)生“擠壓”，于是，就出現(xiàn)了“齙牙”。你能用現(xiàn)代生物進(jìn)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(yīng)現(xiàn)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(huì)越來越小。學(xué)業(yè)水平合格測試1下列關(guān)于種群的敘述中，錯(cuò)誤的是()a種群是生物進(jìn)化和繁殖的基本單位b一個(gè)池塘中的全部魚是一個(gè)種群c一個(gè)種群中的全部基因構(gòu)成該種群的基因庫d種群內(nèi)的個(gè)體會(huì)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(gè)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(gòu)成一個(gè)種群。答案b2現(xiàn)代生物進(jìn)化理論認(rèn)為，生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)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(huì)改變基因頻率。種群中如果含a基因的個(gè)體比含a基因的個(gè)體更多地遷移到另一個(gè)地區(qū)，這個(gè)種群中a基因和a基因的頻率就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，但不會(huì)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c3據(jù)某生物研究性學(xué)習(xí)小組調(diào)查，某校學(xué)生中基因型比例為xbxbxbxbxbxbxbyxby4451437