高中生物 第7章 第2节 现代生物进化理论的主要内容课.docx
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高中生物第7章第2节现代生物进化理论的主要内容课
第2节现代生物进化理论的主要内容
【目标导航】 1.举例说明种群、基因库、基因频率的概念,学会用数学方法讨论基因频率的变化。
2.结合教材阐明突变和基因重组是生物进化的原材料。
3.通过探究自然选择对种群基因频率的影响,说出自然选择决定生物进化的方向。
一、种群基因频率的改变与生物进化
1.种群是生物进化的基本单位(阅读P114-115)
(1)种群
①概念:
生活在一定区域的同种生物的全部个体构成一个种群。
②特点:
是生物进化的基本单位,彼此之间可以交配,并通过繁殖将各自的基因传给后代。
(2)基因库与基因频率
①基因库:
一个种群中全体个体所含有的全部基因,构成这个种群的基因库。
②基因频率:
一个种群基因库中,某个基因占全部等位基因的比率叫做基因频率。
2.突变和基因重组产生进化的原材料(阅读P116)
(1)可遗传变异的来源
可遗传变异来源
(2)可遗传变异的形成、特点和作用
①形成:
a.基因突变产生等位基因;b.通过有性生殖过程中的基因重组,可以形成多种多样的基因型。
②特点:
随机的、不定向的。
③作用:
只是提供生物进化的原材料,不能决定生物进化的方向。
(3)变异的有利和有害是相对的,是由生存环境决定的。
3.自然选择决定生物进化的方向(阅读P116-118)
(1)原因
(2)结果:
在自然选择的作用下,种群的基因频率会发生定向改变,导致生物朝着一定的方向不断进化。
判断正误:
(1)自然选择决定了生物变异和进化的方向。
( )
(2)达尔文认为自然选择作用于种群,使种群发生进化。
( )
(3)某种抗生素被长期使用药效下降,是由于病原体接触药物后,产生对药物有抗性变异。
( )
(4)基因频率改变,生物一定进化。
( )
(5)基因突变和基因重组使生物发生定向改变。
( )
(6)在环境条件保持稳定的前提条件下,种群的基因频率不会发生变化。
( )
答案
(1)×
(2)× (3)× (4)√ (5)× (6)×
一、种群是生物进化的基本单位
1.种群的概念
种群是指生活在同一地点的同种生物的一群个体。
其中的“种”是生物分类的基本单位,理解种群概念应把握如下内容:
(1)两个要素:
“同种”和“全部”。
(2)两个条件:
“时间”和“空间”,即种群具有一定的时空限制,离开一定的空间和时间的种群是不存在的。
(3)两个方面
(4)种群中的个体不是机械地集合在一起的,而是通过种内关系组成的一个有机整体,个体间能彼此交配,并通过繁殖将各自的基因传给后代。
(5)同一种群中的生物属于同一物种,个体具有的形态特征基本相同,生态要求基本一致。
2.种群的基因库
(1)每个种群都有自己的基因库。
(2)种群中每个个体所含的基因,只是种群基因库的一个组成部分。
(3)个体携带的基因随着个体的死亡而从基因库中消失,随着繁殖把自身的一部分基因传给后代,通过突变使新基因进入基因库,所以基因库在代代相传的过程中保持和发展。
3.基因频率
(1)对于某对等位基因而言,每个种群都有自己的基因频率,且基因频率是会随环境的变迁而改变的。
(2)种群中基因频率的改变反映出生物进化的方向,即在进化过程中某基因的频率如果逐渐增大,说明该基因控制的性状对环境的适应能力较强。
4.有关种群基因频率和基因型频率的计算
(1)已知基因型的个体数计算基因频率
某基因频率=
×100%
例如:
A%(A的基因频率)=
×100%。
(2)已知基因型频率计算基因频率
设有N个个体的种群,AA、Aa、aa的个体数分别为n1、n2、n3,A、a的基因频率分别用PA、Pa表示,AA、Aa、aa的基因型频率分别用PAA、PAa、Paa表示,则:
PA=
=
=PAA+
PAa
Pa=
=
=Paa+
PAa
由以上公式可得出结论:
一对等位基因中某基因的频率=该基因纯合子的基因型频率+
杂合子的基因型频率
(3)理想条件下的基因频率和基因型频率的计算
①理想条件(遗传平衡定律):
在一个有性生殖的自然种群中,在符合以下5个条件的情况下,各等位基因的频率和基因型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的,或者说是保持着基因平衡的。
这5个条件是:
a.种群是极大的;
b.种群中个体间的交配是随机的;
c.没有突变发生;
d.没有新基因加入;
e.没有自然选择。
②基因频率与基因型频率的关系:
设某对等位基因为Aa,A的基因频率为p,a的基因频率为q,则:
A.任何一个位点全部基因频率之和等于1,即p+q=1。
B.在某群体中,某一基因型在所有个体中所占的比例为基因型频率,各基因型频率之和也等于1,即p2+2pq+q2=1。
C.某基因型频率等于该基因型各个基因频率之积,具体见下表:
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。
实例:
若已知AA的基因型频率为m,则A的基因频率为
。
1.种群的基因库是一直不变的吗?
试分析原因。
答案 不是。
基因突变、染色体变异、自然选择、种群个体的迁入迁出等都会使种群的基因库发生改变。
2.为什么说生物进化的基本单位是种群而不是个体?
答案 个体的基因型是终身不变的,无论它在自然选择中具有多大优势,其基因型也不可能一成不变地遗传给下一代个体。
种群中个体的基因来自种群基因库,个体死亡后又通过其后代把基因延续下去。
如果一个个体不能与种群中其他个体交配产生后代,这个个体在进化上就没有意义。
1.某动物种群中AA、Aa和aa的基因型频率分别为0.3、0.4和0.3,请回答:
(1)该种群中a基因的频率为________。
(2)如果该种群满足五个基本条件,即种群________、不发生________、不发生____________、没有迁入迁出,且种群中个体间随机交配,则理论上该种群的子一代中aa的基因型频率为________;如果该种群的子一代再随机交配,其后代中aa的基因型频率________(会、不会)发生改变。
(3)假定该动物种群满足上述四个基本条件,但不发生随机交配,只在相同基因型之间进行交配,则理论上该种群的子一代中AA、Aa和aa的基因型频率分别为______、________和________;如果子一代也同样只发生相同基因型之间的交配,其后代中AA、Aa和aa的基因型频率________(会、不会)发生改变。
【问题导析】 明确:
(1)隐性基因的基因频率=隐性纯合子的基因型频率+
杂合子的基因型频率;
(2)在理想条件下,种群达到遗传平衡,种群的基因频率和基因型频率都不变,否则种群的基因型频率可能改变。
答案
(1)0.5
(2)足够大 基因突变(或突变) 自然选择 0.25 不会 (3)0.4 0.2 0.4 会
【一题多变】
(1)当满足上述五个基本条件并随机交配时,A和a的基因频率分别是多少?
答案 满足上述四个基本条件,说明种群达到了遗传平衡,种群的基因频率不变,即A和a的基因频率均为0.5。
(2)第(3)问中,若只在相同基因型之间进行交配,A和a的基因频率分别是多少?
种群进化了吗?
答案 A的基因频率=AA的基因型频率+
Aa的基因型频率=0.4+
×0.2=0.4+0.1=0.5,可得a的基因频率=1-0.5=0.5;由于种群的基因频率没有改变,因此种群没有进化。
二、突变和基因重组产生进化的原材料及自然选择决定生物进化方向
1.理解“突变”的含义
(1)可遗传的变异来源于基因突变、基因重组以及染色体变异。
其中基因突变和染色体变异统称为突变。
基因突变、基因重组和染色体变异都能产生新的基因型,但只有基因突变能产生新的基因(等位基因)。
(2)突变的频率虽然很低,但一个种群往往由许多个体组成,而且每一个个体中的每一个细胞都含有成千上万个基因,所以在种群中每一代都会产生大量的突变。
(3)基因突变产生的等位基因,通过有性生殖过程中的基因重组,可以形成多种多样的基因型,从而使种群出现大量的可遗传变异。
(4)生物的变异是否有利取决于它们的生存环境,同样的变异在不同的生存环境中可能有利,也可能有害。
2.可遗传的变异为生物进化提供了原材料
每一个基因发生基因突变的频率虽然很低,但由于每个生物个体所含的基因数是一个非常巨大的数目,因此基因突变对个体来说不是稀有的,况且生物进化的单位是种群,生物进化是一个漫长的积累过程。
因此,突变可以为生物进化提供丰富的变异材料。
同时,突变―→等位基因―→基因重组―→大量的变异。
可见,突变和基因重组为生物进化、物种形成提供了丰富的原材料。
3.理解“自然选择”的含义
(1)选择的对象:
①表面对象:
生物的变异性状。
②实质对象:
控制性状的基因。
(2)选择的结果:
①从生物性状上看,生物朝着一定的方向进化,形成生物的适应性;
②从实质上看,种群基因频率发生改变。
4.自然选择决定生物进化的方向
生物种群内产生的变异是不定向的,经过长期的自然选择,其中的不利变异被不断淘汰,有利变异则逐渐积累,从而使种群的基因频率发生定向改变,导致生物沿着一定的方向缓慢地进化。
由此可见生物进化的方向是由自然选择决定的。
1.所有的变异都能导致种群基因频率的改变吗?
为什么?
答案 不是。
只有可遗传的变异才能影响种群基因的组成,才能改变基因频率。
2.基因突变和基因重组对种群遗传组成的影响一样吗?
试分析原因。
答案 二者都对种群遗传组成产生影响,但影响角度不一样。
只有基因突变才能出现新基因,才能丰富基因库,改变基因频率,从而影响种群的遗传组成;基因重组不能产生新基因,只能增加基因型的种类,以此来影响种群的遗传组成。
2.根据现代生物进化理论,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
【问题导析】
(1)自然选择使种群的基因频率发生定向改变,从而使生物定向进化,所以自然选择决定了生物进化的方向,生物进化的实质是种群基因频率的改变;
(2)种群中基因频率的改变在世代间具有连续性,导致生物不断进化;
(3)种群中基因频率改变的偶然性随种群数量下降而增大。
答案 C
【一题多变】
“基因突变对绝大多数个体是不利的,但却是生物进化的重要因素之一”。
你认为这一说法( )
A.正确,基因突变虽对多数个体是不利的,但它为定向的自然选择提供了材料,为物种的进化奠定了基础
B.正确,基因突变对多数个体不利,但突变的方向与生物进化的方向是一致的
C.不正确,因为基因突变不利于个体繁殖,会导致物种灭绝
D.不正确,因为基因突变会导致个体死亡,不利于生物进化
答案 A
1.
对种群概念的正确叙述是( )
A.不同空间中同种生物个体的总和
B.生活在同一地点的同种生物的一群个体
C.一片水田中的所有鱼的总和
D.一个生态环境中有相互关系的动植物的总和
答案 B
解析 种群是指生活在同一地点的同种生物的一群个体。
其中的“种”是生物分类的基本单位。
例如:
一个池塘中全部的鲤鱼是一个种群,包括所有的大鲤鱼、小鲤鱼和鱼苗。
这里必须具体到“鲤鱼”,而不能是“鱼”,因为后者还包括其他种类的鱼。
2.
在一个种群中随机抽出100个个体,其中基因型为AA的个体占24个,基因型为Aa的个体占72个,基因型为aa的个体占4个,那么基因A和基因a的频率分别是( )
A.28%、72% B.36%、64%
C.57%、43%D.60%、40%
答案 D
解析 在100个个体中,AA占24个,Aa占72个,aa占4个,则AA%=24%,Aa%=72%,aa%=4%。
根据公式得A%=AA%+
Aa%=24%+36%=60%,a%=aa%+
Aa%=4%+36%=40%。
3.
下列哪项不是生物进化的原材料( )
A.基因突变B.基因重组
C.不遗传的变异D.染色体变异
答案 C
解析 突变和基因重组为生物进化提供了原材料,其中突变又包括基因突变和染色体变异。
4.
1万年前,科罗拉多大峡谷中的松鼠被一条河流分隔成两个种群.两个种群现在已经发生明显的分化。
研究人员指出,经过长期演化可能形成两个物种,如图所示。
请分析回答下列问题。
(1)结合现代生物进化理论分析可知,b的实质变化是_________________________。
(2)①~⑥的存在说明了_________________________________。
(3)原松鼠种群中黑毛基因A的基因频率为50%。
环境变化后,峡谷北侧山高林密,生活于其中的松鼠种群中基因型为AA、Aa的个体数量在一年后各增加20%,基因型为aa的个体数量减少20%。
则一年后a的基因频率为________,基因型为aa的个体的比例为________。
答案
(1)种群基因频率的改变
(2)变异是不定向的 (3)45.45% 18.18%
解析 松鼠种群在不同的环境选择下进化,产生各种特异性变异,导致种群基因频率发生差异性变化,直至成为不同物种。
由题意可知,A的基因频率为50%,则原来种群中AA、Aa、aa的基因型频率分别为25%、50%、25%,可设其分别为25只、50只、25只,则一年后种群中基因型为AA、Aa、aa的个体数量分别为30只、60只、20只,其基因型频率分别为27.27%、54.55%、18.18%,所以此时a的基因频率为45.45%。
【基础巩固】
1.下列有关种群的叙述中,不正确的是( )
A.种群是生物进化的基本单位
B.种群内的个体彼此可以交配
C.种群是同种个体的机械集合
D.种群是生物繁殖的基本单位
答案 C
解析 同一种群的不同个体相互联系,并通过交配保持一个共同的基因库,因此,种群不是个体的机械集合。
2.关于基因库的相关描述错误的是( )
A.基因库是指一个种群所含有的全部基因
B.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
C.种群中每个个体含有种群基因库的全部基因
D.基因突变可改变基因库的组成
答案 C
解析 基因库是指种群中所含有的全部基因,由于个体之间存在着差异,所以每个个体中不可能含有种群基因库的全部基因。
基因库中只要有一个发生变化,则基因库组成一定会发生变化。
种群是繁殖的基本单位,基因库随繁殖的进行而不断延续。
3.如图表示某个种群基因型的组成情况,A、a为一对等位基因。
则该种群中a的基因频率是( )
A.0.11 B.0.4
C.0.5D.0.55
答案 C
解析 由图中可知AA∶Aa∶aa=1∶1∶1,所以a的基因频率为aa+
Aa=
+
×
=0.5。
4.有关现代生物进化理论的叙述,错误的是( )
A.种群是生物进化的基本单位
B.自然选择学说是现代生物进化理论的核心
C.生物进化过程的实质是种群基因频率的改变
D.生物进化过程的实质在于有利变异的保存
答案 D
解析 种群是生物进化的基本单位,生物进化的实质是种群基因频率的改变,在这个过程中有利变异保存而不利变异被淘汰,从而改变了基因频率。
【巩固提升】
5.某豌豆的基因型为Aa,让其连续自交三代(遗传符合孟德尔遗传定律),其第4代中的基因频率和基因型频率变化情况是( )
A.基因频率变化,基因型频率不变
B.基因频率不变,基因型频率变化
C.两者都变化
D.两者都不变
答案 B
解析 自交不会改变基因频率,但会改变基因型频率。
6.水稻非糯性(Y)对糯性(y)为显性,抗病(R)对不抗病(r)为显性。
用非糯性抗病和糯性不抗病的两纯种水稻杂交,让F1自交三代,在自然情况下,基因频率的变化是( )
A.Y逐渐增大,R逐渐增大 B.Y逐渐减小,R逐渐减小
C.Y基本不变,R基本不变D.Y基本不变,R逐渐增大
答案 D
解析 非糯性抗病和糯性不抗病的两纯种水稻的基因型分别为YYRR和yyrr,杂交得F1(YyRr)。
F1自交三代,由于自然选择的作用,后代中抗病个体增加,不抗病个体逐渐被淘汰,即R的基因频率逐渐增大;而非糯性与糯性性状基本不受环境影响,后代中Y的基因频率基本不变。
7.在一次大风暴后,有人搜集了100只受伤的麻雀,把它们饲养起来,结果活下来64只。
在死去的个体中,大部分是个体比较大、变异类型特殊的,下列有关叙述正确的是( )
A.突变和基因重组决定生物进化的方向
B.自然选择会改变种群的基因频率
C.特殊的变异类型都是不利的
D.不产生变异的生物才能生存
答案 B
解析 突变和基因重组为生物的进化提供原材料,这种变异是不定向的,可能是有利的,也可能是有害的。
产生有利变异的个体存活下来,产生不利变异的个体会在自然选择中被淘汰,自然选择的过程就是种群基因频率发生变化的过程。
8.某小麦种群中TT个体占20%,Tt个体占60%,tt个体占20%,由于某种病害导致tt个体全部死亡,则病害发生前后该种群中T的基因频率分别是( )
A.50%、50%B.50%、62.5%
C.62.5%、50%D.50%、100%
答案 B
解析 由题意得出病害发生前T的基因频率为(20×2+60)÷200=50%;由于某种病害导致tt个体全部死亡,病害发生后T的基因频率为(20×2+60)÷(200-20×2)=62.5%。
9.回答下列有关生物进化的问题。
图1
(1)图1表示某小岛上蜥蜴进化的基本过程,X、Y、Z表示生物进化中的基本环节,X、Y分别是____________、____________。
(2)该小岛上的蜥蜴原种由许多个体组成,这些个体的总和称为________,这是生物进化的______________。
(3)小岛上能进行生殖的所有蜥蜴个体含有的全部基因,称为蜥蜴的__________________。
(4)小岛上蜥蜴原种的脚趾逐渐出现两种性状,W代表蜥蜴脚趾的分趾基因,w代表联趾(趾间有蹼)基因。
图2表示这两种性状比例变化的过程。
图2
①由于蜥蜴过度繁殖,导致____________加剧。
②小岛上食物短缺,联趾蜥蜴个体比例反而逐渐上升,其原因可能是__________________________。
③图2所示的过程说明,自然环境的变化引起不同性状蜥蜴的比例发生变化,其本质是因为蜥蜴群体内的__________发生了改变。
答案
(1)突变和基因重组 自然选择
(2)种群 基本单位 (3)基因库 (4)①生存斗争(种内斗争) ②联趾型个体趾间有蹼,适合于游泳,可以从水中获取食物。
因此,在岛上食物短缺时,联趾个体的生存和繁殖机会较多(合理即可) ③基因频率
【走进高考】
10.(2014·海南卷,23)某动物种群中,AA,Aa和aa基因型的个体依次占25%、50%、25%。
若该种群中的aa个体没有繁殖能力,其他个体间可以随机交配,理论上,下一代AA∶Aa∶aa基因型个体的数量比为( )
A.3∶3∶1B.4∶4∶1
C.1∶2∶0D.1∶2∶1
答案 B
解析 若该种群的AA个体没有繁殖能力,其他个体间(即1/3AA、2/3Aa)可以随机交配,用配子法
产生雌雄配子的概率
2/3A
1/3a
2/3A
4/9AA
2/9Aa
1/3a
2/9Aa
1/9aa
则下一代AA∶Aa∶aa基因型个体的数量比4∶4∶1。
11.(2013·海南卷,15)果蝇长翅(V)和(v)由一对常染色体上的等位基因控制。
假定某果蝇种群有20000只果蝇,其中残翅果蝇个体数量长期维持在4%,若再向该种群中引入20000只纯合长翅果蝇,在不考虑其他因素影响的前提下,关于纯合长翅果蝇引入后种群的叙述,错误的是( )
A.v基因频率降低了50%
B.V基因频率增加了50%
C.杂合果蝇比例降低了50%
D.残翅果蝇比例降低了50%
答案 B
解析 由残翅果蝇长期维持在4%可知:
v2=4%,则v=20%,V=1—v=80%,因此可知引入前各基因型频率为:
vv=0.22=0.04、Vv=2×0.2×0.8=0.32、VV=0.82=0.64,进而可得基因型为vv、Vv、VV的个体分别为:
800个、6400个和12800个。
引入后的基因频率为:
v=
=0.1,V的基因频率为0.9,因此A正确、B错误。
杂合子果蝇和残翅果蝇引入前后数量不变,而种群数量增大一倍,其比例均降低了50%,因此C、D正确。
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