学年同步备课套餐之高一生物北师大版必修2讲义第7章 第27课时.docx
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学年同步备课套餐之高一生物北师大版必修2讲义第7章第27课时
第27课时 种群是进化的基本单位(Ⅱ)
[目标导读] 1.结合实例,了解遗传漂变、突变和迁移对等位基因频率改变的影响。
2.通过“阅读与分析”,理解自然选择对种群等位基因频率的作用。
3.阅读教材,阐明种内进化的含义并理解“亚种”的概念。
[重难点击] 自然选择决定生物进化方向的机制。
一 遗传漂变、突变和迁移
阅读教材P112~113内容,结合提供的材料,试分析遗传漂变、突变和迁移对等位基因频率的影响。
1.遗传漂变
(1)模拟实验
用一个盛有1000粒珠子的碗模拟一个基因库,其中500粒红色珠子,500粒蓝色珠子,分别代表等位基因A和a,二者频率均为0.5。
①随机从碗中抓取10粒珠子,结果一定是5粒红色的和5粒蓝色的吗?
答案 不一定是5粒红色和5粒蓝色。
②取样数量扩大到100粒,二者比例有无变化?
答案 数量扩大到100粒以后,蓝色珠子∶红色珠子接近1∶1,但还存在一定的误差。
③由上述实验得到的结论是什么?
答案 从实验结果可以看出,样本越小,明显脱离真实比例的可能性越大。
(2)遗传漂变
当生物种群很小的时候,结果与上述实验模拟结论相似;结合下面材料,试分析:
材料
①由材料看出,繁殖种群越小,等位基因频率被改变的可能性越大。
如果种群规模连续多代保持小规模,取样误差不断积累,即便是某个等位基因决定的性状有适应价值,该基因也有可能从种群中被去除,导致种群的等位基因频率发生改变。
②像这种在小型种群中,偶然性的进化改变叫遗传漂变。
遗传漂变的结果导致种群的基因库一代代改变。
小贴士 遗传漂变可能使一个等位基因(在经过一个以上的世代后)在这个种群中消失,或固定成为唯一的等位基因。
2.突变
(1)人类基因在每百万个配子中只不过有10~80个配子可能发生突变,即每个基因的突变率不会超过万分之一。
这说明对于每个基因来说,自然突变的频率很低。
但就基因的总体来说,每个配子发生突变的总概率并不是很小的,估计任何一个配子至少包含一个突变基因。
(2)突变在物种进化中具有重要的作用
①突变本身是影响基因频率的一种力量,通过突变可以把新基因引进基因库,突变是所有新等位基因的来源。
②作为变异的根本来源,它为自然选择提供了原始材料,是进化材料的主要来源。
(3)突变大多数对生物体是不利的,能为进化提供原材料吗?
答案 生物变异是否有利,取决于它们的生存环境,微小有利的变异不断积累也能导致生物进化。
3.迁移
材料 Rh阴性血型在非洲黑人中是非常普遍的,Rh阴性基因频率高达0.63。
非洲黑人迁居到美洲经过许多世代以后,由于和白人之间的通婚使得不同人种之间发生了基因交流。
现在美洲黑人中Rh阴性基因的频率为0.45,而白人中的Rh阴性基因频率则为0.03。
从材料可以看出,生物群体之间的迁移会带来相应的基因流动。
这种基因流动在一定的条件下同样能引起等位基因频率的变化,具有明显的进化效果。
归纳提炼
遗传漂变具有偶然性,突变是多向的,迁移也具有不确定性,它们虽然都能使等位基因频率发生改变,但这种改变的方向是随机的、无序的,并不能决定生物进化的方向。
活学活用
1.某种群中,基因型为AA的个体有2000个,基因型为Aa的个体有2000个,基因型为aa的个体有6000个。
它们迁移到一个孤岛上自由交配繁衍。
A基因在初始时的频率和繁衍两代(假设子代都存活)后的频率分别是( )
A.0.2和0.3B.0.3和0.5
C.0.2和0.5D.0.3和0.3
答案 D
解析 在一个封闭的不受外界干扰的环境中,遵循哈迪—温伯格遗传平衡公式,等位基因频率不变,A基因的频率是(2000×2+2000)/[(2000+2000+6000)×2]=0.3。
二 选择
除遗传漂变、突变和迁移三种因素外,选择不仅改变了等位基因的频率,也决定了生物进化的方向。
阅读教材P113~114内容,试完成实验分析,思考下面的问题。
1.实验现象:
19世纪初期,桦尺蛾多为浅色,到19世纪末期,因为工业污染导致树干都变黑了,在这一时期黑色桦尺蛾比例增加(如下图)。
2.提出问题:
桦尺蛾体色的这种变化是如何引起的?
3.作出假设:
(1)浅色林地中,浅色桦尺蛾不易被天敌发现,生存率较高,黑色桦尺蛾易被发现,生存率较低。
(2)被煤烟染黑的林地中,浅色桦尺蛾易被天敌发现,生存率较低,黑色桦尺蛾不易被发现,生存率较高。
4.实验设计:
饲养大量两种类型的桦尺蛾,并对不同体色的桦尺蛾进行标记→向未被污染的林地和已被污染的林地里均释放数量相等的两种桦尺蛾→用化学引诱剂在各释放点重新捕捉桦尺蛾,分别统计带标记的桦尺蛾数量,计算它们占释放量的比率。
5.实验预测:
如果两种桦尺蛾的存活率完全相等,就会捕捉到等量的两种标记过的桦尺蛾;反之,两种桦尺蛾的数量则不相等。
6.实验结果:
(1)捕捉到浅色林地中的标记的浅色桦尺蛾占释放量的15%,而标记的黑色桦尺蛾占释放量的5%。
(2)捕捉到的被煤烟染黑的林地中的标记的浅色桦尺蛾占释放量的13%,而标记的黑色桦尺蛾占释放量的28%。
7.实验分析与结论
(1)从实验看出,生物具有能够生存并把它的基因传给后代的相对能力,这种能力称为适合度。
(2)从实验看出,在野生环境条件下,种群中具有最高适合度的表现型频率会增加,等位基因频率随之发生改变。
这种有利于生物生存和繁殖的特征延续下来,并最终取代不利于生物生存的特征的过程叫做自然选择。
8.自然选择决定生物进化的方向
遗传漂变是一种随机改变;基因流动和突变可能在某一方向上发生,但是该方向却与环境特征无关。
只有自然选择能够纠正这些过程的无序性和随机性,并导致生物对环境的适应性进化。
因此,自然选择决定着生物进化的方向。
小贴士 自然选择决定生物进化方向的原理
归纳提炼
自然选择对桦尺蛾种群等位基因频率变化的影响
假设桦尺蛾体色受一对等位基因S和s控制,黑色S对浅色s为显性。
1870年桦尺蛾的基因型频率为SS10%、Ss20%、ss70%,树干变黑不利于浅色桦尺蛾的生存,使得种群中浅色个体每年减少10%,黑色个体每年增加10%,以后的2~4年内,桦尺蛾种群每年的基因型频率与等位基因频率变化如下:
比较项目
第1年
第2年
第3年
第4年
变化特点
基因型
频率
SS
10%
11.5%
13.1%
14.6%
升高
Ss
20%
22.9%
26%
29.3%
升高
ss
70%
65.6%
60.9%
56.1%
降低
等位
基因
频率
S
20%
23%
26.1%
29.3%
升高
s
80%
77%
73.9%
70.7%
降低
活学活用
2.科学家对某一种蟹的体色深浅进行了研究,结果如图所示。
不同体色的蟹的数量不同,为什么会形成这样的差别呢?
下列解释中最合理的是( )
A.中间体色与环境颜色相适应,不易被天敌捕食
B.深体色和浅体色的个体繁殖能力弱
C.深体色和浅体色的个体食物来源太少
D.中间体色是新形成的一种适应性更强的性状
答案 A
解析 蟹的体色有多种表现型是生物变异的结果,某一性状的出现不是新形成的适应性更强的性状。
中间体色的个体数目明显占优势是因为与环境相适应(容易获得食物,不容易被天敌捕食等),某种性状的生物个体数目少不是某一固定因素造成的。
三 种内进化
阅读教材P115内容,结合材料,思考问题。
材料 分布于俄罗斯西伯利亚地区和我国长白山、小兴安岭等地的东北虎和分布于我国长江流域以南地区的华南虎是虎这一物种内的两个亚种(如图)。
一个物种可以包括许多种群,通过偶然的遗传漂变,各个种群中可能会产生不同的变化。
突变会使基因库中产生新的等位基因。
因为它们各自处于不同的生活环境中,自然选择的作用也不一样,这些因素都导致了种群等位基因频率发生不同的改变。
但是,这些等位基因频率有所差异的种群个体放在一起仍然能进行杂交,并产生可育的后代,所以仍是一个物种,只是不同的亚种而已,这些亚种的形成就是种内进化的结果。
归纳提炼
种内进化的等位基因频率发生了改变,但没有形成新的物种,这是种内进化的明显特征。
如果各亚种种群保持隔离,并继续沿着不同的方向变化,新物种就有可能诞生。
活学活用
3.判断下列说法的正误。
(1)种内进化必然伴随着等位基因频率的改变( )
(2)亚种之间有明显的差异,不能相互交配产生具有生殖能力的后代( )
(3)形成亚种的过程中存在着不同的自然选择( )
(4)不同的亚种有可能将来成为不同的物种( )
答案
(1)√
(2)× (3)√ (4)√
解析
(2)亚种之间仍可以进行杂交,并可产生能正常生活,具有生殖能力的后代。
等位基因频率的改变
种内进化
当堂检测
1.下列关于导致等位基因频率改变的影响因素的叙述中,不正确的是( )
A.遗传漂变、突变、迁移和选择都可以改变基因库中某种等位基因的频率
B.遗传漂变发生在规模较小的种群中
C.突变、染色体变异和基因重组都为自然选择提供原始材料,且这三种变异类型都可产生新的基因
D.变异是多向的,而选择是定向的
答案 C
解析 影响等位基因频率改变的因素有很多,如遗传漂变、突变、迁移和选择等。
遗传漂变一般发生在规模较小的种群中。
三种可遗传的变异都为自然选择提供原始材料,但只有突变才可以产生新的基因。
变异是多向的,而选择是定向的,所以决定生物进化方向的是选择而不是变异。
2.有关等位基因频率和生物进化的关系,以下说法正确的是( )
A.生物只要发生进化,等位基因频率一定发生了改变
B.等位基因频率的改变不一定引起生物的进化
C.生物在进化过程中不一定有等位基因频率的改变
D.自然选择是影响等位基因频率的唯一因素
答案 A
解析 生物进化的实质是等位基因频率的改变。
生物只要发生进化,等位基因频率一定发生了改变,等位基因频率只要发生变化,说明生物一定发生进化。
自然选择是影响等位基因频率的因素,但不是唯一因素。
3.如图表示环境条件发生变化后某个种群中A和a基因的频率的变化情况,下列说法错误的是( )
A.环境条件发生变化后,使生物产生适应性的变异
B.P点时两曲线相交,此时A和a基因的频率均为50%
C.Q点表示环境发生了变化,A控制的性状更加适应环境
D.在自然选择的作用下,种群的等位基因频率会发生定向改变
答案 A
解析 变异本身是自发产生的,变异发生后,在自然(环境条件)选择下,适应性的变异被选择保留下来,导致种群的等位基因频率发生定向改变。
P点时两曲线相交,此时A和a的等位基因频率相等,均为50%。
Q点时A基因的频率增大,表示环境发生了变化,A控制的性状更加适应环境。
4.由于真菌感染而使某森林所有树的颜色都变成灰白色。
多年以后,不同颜色的蛾类增长率最可能的结果是( )
答案 D
解析 环境对生物可进行自然选择,由于所有树的颜色都变成了灰白色,所以在生存斗争中,体色与环境色彩相近的蛾类易于生存下来,并产生子代个体,这种情况逐代进行就会使个体中体色与环境色彩相近的个体数越来越多。
但由于变异是多向的,所以在群体中可能还会有棕色等其他颜色的个体存在。
5.已知蜗牛壳上有条纹与无条纹的性状是由一对等位基因A和a控制的。
研究人员调查了某地区的1000只蜗牛,对存活的个体数和被鸟捕食后剩下的蜗牛空壳数进行了统计,结果如下表所示,请分析并回答下列问题:
有条纹(显性)
无条纹(隐性)
合计
存活个体数
178
211
389
空壳数
332
279
611
合计
510
490
1000
(1)在这1000只蜗牛中,aa的基因型频率为________;如果Aa的基因型频率为42%,则a基因的频率为______。
(2)根据表中数据推断,壳上________(有条纹、无条纹)的蜗牛更易被鸟捕食。
经多个世代后,该种群中a基因的频率将会________(增大、减小),这种等位基因频率的改变是通过________实现的。
答案
(1)49% 70%
(2)有条纹 增大 自然选择
解析
(1)1000只蜗牛中,aa个体总数为490只,所以aa基因型频率=490÷1000×100%=49%,若Aa的基因型频率为42%,a基因的频率=49%+1/2×42%=70%。
(2)根据表格中的数据统计可知,有条纹蜗牛空壳数多于无条纹的蜗牛空壳数,说明有条纹的蜗牛容易被天敌发现而被捕食,从而使A等位基因频率减小,a等位基因频率增大,该变化是由于长期自然选择的结果。
课时作业
基础过关
知识点一 遗传漂变、突变和迁移
1.有翅昆虫有时会出现残翅或无翅的突变类型,这类昆虫在正常情况下很难生存下去,但在经常刮大风的海岛上,这种突变类型因不能飞行,从而避免被风吹到海里淹死,这个事例说明( )
A.突变多数是有害的
B.突变多数是有利的
C.突变的有害或有利并不是绝对的
D.突变的有害或有利是绝对的
答案 C
解析 基因突变具有少利多害性。
有翅昆虫突变成残翅或无翅类型,在正常情况下,这些变异类型因不能飞行,活动范围小,在生存竞争中处于劣势地位。
但在经常刮大风的海岛这一特定环境中,残翅类型因不能飞行,避免了被风吹到海里而更容易活下来。
这一事例说明,突变的有利或有害并不是绝对的,它取决于生物的生存环境。
2.下列关于遗传漂变的叙述中,不正确的是( )
A.遗传漂变导致种群基因库一代代改变
B.遗传漂变对种群等位基因频率无任何影响
C.繁殖种群越小,等位基因频率被改变的可能性越大
D.遗传漂变是一种随机性的改变
答案 B
知识点二 选择、种内进化
3.腕足类动物海豆芽,从4亿年前出现至今面貌基本没变,又没有灭绝,对此现象的合理解释是( )
A.自然选择对其不发生作用
B.海豆芽在漫长的年代中等位基因频率发生了较大变化
C.海豆芽很少变异,适应性强
D.海豆芽的生活环境基本没有改变
答案 D
解析 自然选择决定了生物进化的方向,该生物的“面貌基本没变”,说明其生存环境基本没变,等位基因频率也基本没变,所以性状基本没变。
4.在某动物种群中,基因型AA占24%、Aa占72%、aa占4%。
这三种基因型的个体在某一环境中的生存能力或竞争能力为AA=Aa>aa,则在长期的选择过程中,下列较能正确表示A基因和a基因之间比例变化的图是( )
答案 D
解析 由题意可知,此时A基因的频率为(24×2+72)÷200=0.6,a基因的频率为1-0.6=0.4;又知这三种基因型的个体在某一环境中的生存能力或竞争能力为AA=Aa>aa,在自然选择作用下,a基因传递给后代的概率就会下降,则后代基因型为aa的个体频率就会下降,a的等位基因频率在0.4的基础上下降。
AA、Aa的个体频率增加,A的等位基因频率也在0.6的基础上增加。
5.一种群中某种可遗传的变异性状出现的频率增加,原因可能是( )
A.该性状对环境有很大的适应性
B.该种群的全体成员都是该性状的纯合体
C.该变异性状是由环境条件改变引起的
D.控制该性状的基因是隐性的
答案 A
解析 该种群内可遗传的变异性状出现的频率增加,并不意味着该种群的全体成员都是此性状的纯合体,也不能说明控制该性状的基因是隐性的,故B、D两项均不对。
仅由环境条件改变引起的变异是不遗传的,也就得不到积累和加强,故C项也是错误的。
根据现代综合进化论,种群内某一可遗传的变异性状出现的频率增加,说明此变异性状能适应环境,被自然选择所保留,并逐代积累和加强。
6.根据现代综合进化论,下列说法正确的是( )
A.自然选择决定了生物变异和进化的方向
B.生物进化的实质是种群等位基因型频率的改变
C.种群内基因频率的改变在世代间具有连续性
D.种群内基因频率改变的偶然性随种群数量下降而减小
答案 C
解析 生物变异的方向是多向的,而自然选择是定向的,故自然选择决定了生物进化的方向;生物进化的实质是种群等位基因频率的改变,而不是基因型频率的改变;种群基因频率改变的偶然性是随着种群数量下降而增大的。
7.科学家在研究某种鸟的进化时发现,在繁殖季节有的雄鸟能够吸引多只雌鸟来到它的领地筑巢。
有的雄鸟却“魅力不足”,致使其领地中鸟巢的数量很少。
经观察,研究者认为雄鸟能否吸引雌鸟到它的领地筑巢,与雄鸟尾羽的长短有关。
观察结果如下图,下列说法错误的是( )
A.基因突变和基因重组为鸟种群的进化提供了全部原始材料
B.长尾羽的雄鸟更能吸引雌鸟到它的领地筑巢
C.该种群若干代后,控制长尾羽的基因型频率会增大
D.该种群中的长尾羽鸟(C类)与短尾羽鸟(A类)不存在生殖隔离
答案 A
解析 基因突变、染色体变异和基因重组为鸟种群的进化提供了全部原始材料。
8.对种群的等位基因频率没有影响的是( )
A.自然选择B.基因突变
C.染色体变异D.自由交配
答案 D
解析 自然选择会使不适者被淘汰,从而增加某一基因的基因频率,基因突变会产生新的基因,染色体变异等都为自然选择提供原始材料,而自由交配保持基因在亲子代中按原有比例进行传递而不改变等位基因频率。
能力提升
9.科学家经过长期的观察发现,海洋生物的进化速度比陆地生物缓慢,其原因是( )
A.海洋环境比陆地环境相对稳定,新的变异基因不容易被选择
B.海洋环境比陆地环境稳定,生物变异少
C.海洋生物比陆地生物低等
D.海洋中生存斗争激烈,被淘汰的生物较多
答案 A
解析 与陆地环境相比,由于海洋环境中的无机环境条件相对温和,生物的生存空间和生活资源也比陆地环境充足,所以在海洋环境中的生物所面对的生存斗争相对较弱,使得具有有利变异的个体被选择出来的机会较少,其数量的增长受到限制,因而进化的速度较慢。
10.下列关于等位基因频率的叙述中,错误的是( )
A.等位基因频率是指基因在某个种群中出现的比率
B.等位基因频率越大,突变率越高
C.突变和基因重组都会造成等位基因频率的改变
D.自然选择会使原来同一种群的等位基因频率向着不同的方向发展
答案 B
解析 等位基因频率的高低,不影响基因突变的频率。
11.用现代综合进化论的观点解释病菌抗药性不断增强的原因是( )
①使用抗菌素的剂量不断加大,病菌向抗药能力增强的方向变异
②抗菌素对病菌进行人工选择,生存下来的病菌都是抗药能力强的
③抗菌素对病菌进行选择,生存下来的病菌都是抗药能力强的
④病菌中原来就有抗药能力强的个体,在使用抗菌素的过程中淘汰了抗药能力弱的个体
A.①②B.②③C.③④D.①④
答案 C
解析 病菌中有少量个体由于基因突变的原因,本身就存在着能够抵抗某种抗菌素的可遗传的变异,当人们使用抗菌素后,抗菌素对病菌起了一个选择的作用(不能称为人工选择,人工选择是向人类有利方向进行的选择),绝大多数抗性弱的个体死亡,少数抗性强的个体生存下来,并遗传给后代,使后代产生抗药性这一特性。
12.如图所示的是施用某种杀虫剂以后,昆虫种群所发生的改变。
下列相关叙述错误的是( )
A.①类个体被淘汰的原因并不是该杀虫剂未能诱发其产生抗性基因
B.抗性基因的根本来源是可遗传的变异,②③类个体的抗性基因一定来源于遗传
C.若连续使用该杀虫剂,抗该杀虫剂的等位基因频率会越来越趋近1
D.杀虫剂直接选择的对象是昆虫的抗药性或不抗药性的表现型
答案 B
解析 观察题图可知,②类个体是在施用杀虫剂之前,已经发生基因突变产生抗性基因的个体,②③类个体的抗性基因可能来源于原种群中含抗性基因的个体,杀虫剂在此只起选择作用,①类个体被淘汰的原因是其本身不含抗性基因,A正确、B错误;若连续使用该杀虫剂,不含抗性基因的个体被淘汰,而含抗性基因的个体所占比例越来越高,故抗杀虫剂的基因频率会越来越趋近1,C正确;施用杀虫剂后,具有抗药性的个体生存下来,不具有抗药性的个体被淘汰,故杀虫剂直接选择的对象是昆虫的抗药性或不抗药性的表现型,D正确。
13.原产某地的一年生植物a,分别引种到低纬度和高纬度地区种植,很多年以后移植到原产地,开花植株比例如图所示,回答下列问题。
(1)现代综合进化论认为:
________是生物进化的基本单位,________________决定生物进化的方向。
(2)在对b植物的某一种群进行的调查中,发现基因型为DD和dd的植株所占的比例分别为10%和70%(各种基因型个体生存能力相同),第二年对同一种群进行的调查中,发现基因型为DD和dd的植株所占的比例分别为4%和64%,在这一年中,该植物种群是否发生了进化?
__________,理由是______________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)预测上述b植物中D基因的频率可能会如何变化?
①________________________________________________________________________;
②________________________________________________________________________;
③________________________________________________________________________。
(4)若要使c植物的后代等位基因频率维持在这一理想状态下,除了具有庞大的种群外,还应具有哪些条件?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)种群 自然选择
(2)否 种群等位基因频率没有变化 (3)①若D控制的性状更能适应环境,则D基因的频率上升 ②若D控制的性状对环境适应性差,则D基因的频率下降 ③若环境对各性状无选择作用,则D基因频率不变 (4)没有迁入和迁出,自然选择不起作用,个体间自由交配,无基因突变
解析
(1)种群是生物进化的基本单位,自然选择决定生物进化的方向。
(2)生物进化的实质为种群等位基因频率的变化,若种群等位基因频率不变则生物没有进化。
(3)根据自然选择的不同可以分为三种情况,即上升、不变、下降。
(4)等位基因频率维持不变的条件有:
①种群足够大;②没有迁入和迁出;③没有基因突变;④自然选择不起作用;⑤个体间自由交配。
14.桦尺蛾是一种栖息在密林中、白天停歇在树干上的昆虫,一般为浅色,它借助与环境相似的体色躲避鸟类天敌。
在工业污染区,黑色桦尺蛾的数量有增多的趋势。
为证实两种体色的桦尺蛾因环境不同而数量比例不同,进行了如下探究。
请完成下列探究方案。
(1)假设:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)试验步骤:
①选择工业污染区A和______________地区B;
②收集桦尺蛾,并在翅下用有色
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