步步高高考生物一轮总复习精品名师精编讲义 第24讲 现代生物进化理论 新人教版.docx
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第24讲 现代生物进化理论
[考纲要求] 1.现代生物进化理论的主要内容(Ⅱ)。
2.生物进化与生物多样性的形成(Ⅱ)。
考点一 现代生物进化理论[重要程度:
★★★☆☆]
1.达尔文的自然选择学说
(1)过度繁殖:
自然选择的基础。
(2)生存斗争:
生物进化的动力和选择的手段。
(3)遗传变异:
生物进化的内因。
(4)适者生存:
自然选择的结果。
2.现代生物进化理论
(1)种群是生物进化的基本单位
①种群:
生活在一定区域的同种生物的全部个体。
②基因库:
一个种群中全部个体所含有的全部基因。
③基因频率:
在一个种群基因库中,某个基因占全部等位基因数的比率。
④生物进化的实质:
种群基因频率发生改变。
(2)突变和基因重组产生进化的原材料
①可遗传变异的来源
②生物突变的有利和有害不是绝对的,往往取决于生物的生存环境。
③生物的变异是不定向的,只是提供了生物进化的原材料,不能决定生物进化的方向。
(3)自然选择决定生物进化的方向
①原因:
不断淘汰不利变异的基因,积累有利变异的基因。
②结果:
种群的基因频率发生定向改变。
(4)隔离导致物种形成
①隔离类型:
常见的有地理隔离和生殖隔离。
②隔离实质:
基因不能自由交流。
③物种形成三个基本环节:
突变和基因重组、自然选择及隔离。
④新物种形成的标志:
生殖隔离。
达尔文自然选择学说与现代生物进化理论的异同点
易错警示 与现代生物进化理论有关的3个误区
(1)把“突变”误认为就是基因突变:
“突变”不是基因突变的简称,而是包括“基因突变”和“染色体变异”。
(2)变异在环境变化之前已经产生,环境只是起选择作用,不是影响变异的因素,通过环境的选择将生物个体中产生的不定向的有利变异选择出来,不利变异遭到淘汰,如喷洒杀虫剂只是将抗药性强的个体选择出来,使整个种群抗药性增强,而不是使害虫产生抗药性变异。
(3)把物种误认为种群:
一个物种可以形成多个种群,一个种群必须是同一物种。
同一物种的多个种群间存在地理隔离。
1.按照达尔文的自然选择学说,下列叙述正确的是( )
A.害虫抗药性的增强,是因为杀虫剂引起害虫产生抗药性,并在后代中不断积累
B.食蚁兽的长舌是长期舔食树缝中的蚂蚁,反复不断伸长的结果
C.鹿与狼在长期的生存斗争中相互选择,结果都发展了各自的特征
D.春小麦连年冬种可变成冬小麦,这是环境影响的结果
答案 C
解析 害虫抗药性的产生不是杀虫剂引起的,种群内本来就存在抗药性的变异,杀虫剂仅仅起到了选择的作用,A错误;某些器官由于经常使用而发达,并且传递给下一代,这是拉马克的“用进废退”观点,B错误;春小麦和冬小麦是两个物种,春小麦不会由于连年冬种而成为冬小麦,D错误。
C项说明鹿和狼相互选择,生存下来的类型经过一代代的积累,结果发展成为具有各自特征的种群,这符合达尔文自然选择学说的观点。
2.判断下列关于现代生物进化理论的叙述:
(1)自然选择决定了生物变异和进化的方向( × )
(2)生物进化的实质是种群基因型频率的改变( × )
(3)种群内基因频率的改变在世代间具有连续性( √ )
(4)种群内基因频率改变的偶然性随种群个体数量下降而减小( × )
(5)基因的自发突变率虽然很低,但对进化非常重要( √ )
(6)不同基因型的个体对环境的适应性可相同,也可不同( √ )
(7)环境发生变化时,种群的基因频率可能改变,也可能不变( √ )
(8)同一群落中的种群相互影响,因此进化的基本单位是群落( × )
3.某时期,长江中下游地区的大块农田发生稻化螟虫害,承包土地的农民起初在稻田里喷洒DDT农药,但几年后又不得不以放养青蛙来代替喷洒农药。
如图为在此时期内稻化螟种群密度变化示意图,分析并回答下列问题:
(1)从A点到B点,在施用杀虫剂的初期,害虫种群密度都急剧下降,但仍有极少数个体得以生存,原因是_____________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)从B点到C点曲线回升的原因是________________________________________
________________________________________________________________________。
在这个过程中,农药对害虫起____________作用,这种作用是________(填“定向”或“不定向”)的,是通过农药与害虫之间的____________实现的。
(3)一般认为,C到E点为生物防治期,请根据曲线对比两种治虫方法,可以看出农药防治害虫的缺点是____
___________________________________________________。
(4)如果A到D为农药防治期,这说明在C点时,农民在使用农药时可能采取了某种措施,这种措施最可能是______________________________。
答案
(1)变异是不定向的,某些害虫具有抗药性变异
(2)这种抗药性变异是可以遗传的,使害虫种群的抗药性增加,种群中个体数量增多 选择 定向 生存斗争
(3)会使害虫种群
的抗药性增强,不能有效地控制害虫数量
(4)改用了其他种类的农药
解析
(1)由于变异是不定向的,某些害虫具有抗药性变异,所以在施用杀虫剂的初期,害虫种群密度急剧下降,但仍有极少数个体得
以生存。
(2)由于抗药性变异是可以遗传的,使害虫种群的抗药性增加,种群中个体数量增多,所以BC段曲线回升。
该过程中农药起选择作用,具有定向性,通过生存斗争来实现。
(3)用农药防治害虫会使害虫种群抗药性增强,不能有效地控制害虫数量。
(4)C点害虫数量又开始大量减少,最可能是因为改用了其他种类的农药。
图解法构建生物进化模型
考点二 物种形成与生物多样性[重要程度:
★★★☆☆]
1.共同进化
(1)概念:
不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展。
(2)原因:
生物与生物之间的相互选择和生物与无机环境之间的相互影响。
2.生物多样性
(1)内容:
基因多样性、物种多样性、生态系统多样性。
(2)形成原因:
生物的进化。
(3)研究生物进化历程的主要依据:
化石。
1.物种形成三个环节的关系图
2.地理隔离导致物种形成的过程
一个种群
多个小种群
种群基因频率定向改变―→亚种
新物种
3.物种形成与生物进化的比较
内容
物种形成
生物进化
标志
出现生殖隔离
基因频率改变
变化前后
生物间关系
属于不同物种
可能属于同一物种
二者关系
①生物进化的实质是种群基因频率的改变,这种改变可大可小,不一定会突破物种的界限,即生物进化不一定导致物种的形成;进化是量变,物种形成是质变
②新物种的形成是长期进化的结果
4.生物多样性三个层次之间的联系
易错警示 与物种形成有关的2个“不一定”
(1)物种的形成不一定都需要经过地理隔离,如多倍体的产生。
(2)生物进化不一定导致物种的形成
①生物进化的实质是种群基因频率的改变,这种变化可大可小,不一定会突破物种的界限,即生物进化不一定导致新物种的形成。
②新物种一旦形成,则说明生物肯定进化了。
1.如图表示某小岛上蜥蜴进化的基本过程。
下列有关叙述中,不正确的是( )
A.图中X、Y、Z分别表示的是突变和基因重组、自然选择及隔离
B.小岛上蜥蜴原种全部个体的总和称为种群,是生物进化的基本单位
C.地理隔离一旦形成,原来同属一个物种的蜥蜴很快就进化为不同的物种
D.小岛上蜥蜴新种全部个体所有基因的总和称为蜥蜴新种的基因库
答案 C
解析 蜥蜴产生不同性状,原因可能是突变或基因重组,不同的性状中有利的保存而不利的被淘汰,属于自然选择的结果,新物种产生的必要条件是隔离,故A正确;生物进化的基本单位是种群,种群即生活在一定区域的同种生物的全部个体,故B正确;由于地理隔离,不同环境内的生物进化方向可能有差异,但不一定出现生殖隔离,也就不一定形成新物种,故C错误;一个种群中全部个体所含有的全部基因,叫做这个种群的基因库,该小岛上全部的蜥蜴新种即为一个种群,故D正确。
2.下图是物种形成的一种模式。
物种a因为地理障碍分隔为两个种群a1和a2,经过漫长的进化,分别形成新物种b和c。
在此进程中的某一时刻,a1种群的部分群体越过障碍外迁与a2同地域分布,向d方向进化。
下列有关叙述正确的是(双选)( )
A.b和d存在地理隔离,但不一定存在生殖隔离
B.c和d不存在地理隔离,却可能存在生殖隔离
C.a1中的外迁群体与当时留居群体的基因频率相同,则b和d是同一物种
D.a1中的外迁群体与当时a2种群的基因频率不同,则c和d是不同物种
答案 AB
解析 种群a通过地理隔离形成两个种群a1和a2,又分别演化出b、c、d三个种群,b和d虽然有地理隔离,但是不一定会产生生殖隔离,所以A对。
由于d是由a1演变而来,所以c与d之间可能存在生殖隔离,所以B对。
基因频率的改变不一定会导致生殖隔离,产生新的物种,但是产生了生殖隔离的种群,基因频率一定会变化。
a1中的外迁群体与当时留居群体的基因频率相同,但是b和d之间由于地理隔离的存在,所以可能不是同一物种,所以C错。
虽然a1中的外迁群体与当时a2种群的基因频率不同,但只要c和d不存在生殖隔离,它们仍是同一物种,所以D错。
对物种和进化的判断技巧
(1)判断两个种群是否属于同一物种的标准,是看它们之间是否存在生殖隔离,若存在生殖隔离,则一定是两个物种。
(2)判断种群是否进化的标准,是看其基因频率是否发生了变化,若种群基因频率没有发生变化,则种群没有发生进化。
考点三 聚焦种群基因频率计算的相关题型[重要程度:
★★
☆☆☆]
题型一 已知基因型个体数,求基因频率
探例1
某小岛上原有果蝇20000只,其中基因型MM、Mm和mm的果蝇分别占15%、55%和30%。
若从岛外入侵了2000只基因型为MM的果蝇,且所有果蝇均随机交配,则F1中m的基因频率约为( )
A.43%B.48%
C.52%D.57%
答案 C
解析 随机交配,基因频率保持不变,所以计算出22000只果蝇中m的基因频率就是F1中m的基因频率,即
≈52%。
题型二 已知基因型频率,求基因频率
探例2
蜗牛的有条纹(A)对无条纹(a)为显性。
在一个地区的蜗牛种群内,有条纹(AA)个体占55%,无条纹个体占15%,若蜗牛间进行自由交配得到F1,则F1中A基因的频率和Aa基因型的频率分别为( )
A.30%,21%B.30%,42%
C.70%,21%D.70%,42%
答案 D
解析 根据题意可知,Aa个体占30%,蜗牛间进行自由交配时,产生A配子的基因频率=55%+30%×1/2=70%,a配子的基因频率=15%+30%×1/2=30%,自由交配得到F1各基因型的频率比例为AA∶Aa∶aa=49%∶42%∶9%,统计得到A基因的频率为49%+42%×1/2=70%,故D项正确。
1.基因频率与基因型频率的比较
基因频率
基因型频率
定义
一个种群基因库中,某个基因占全部等位基因的比率
指群体中具有某一基因型的个体所占的比例
外延
生物进化的实质是种群基因频率的改变
基因型频率改变,基因频率不一定改变
计算
公式
某基因频率=(该基因的数目/该基因与其等位基因的总数)×100%
某基因型频率=(该基因型的个体数/总个体数)×100%
2.已知基因型个体数,求基因频率
某基因频率=(纯合子个数×2+杂合子个数)÷(总个数×2)
3.已知基因型频率,求基因频率
一个等位基因的频率=该等位基因纯合子的基因型频率+1/2杂合子的基因型频率
题型三 利用遗传平衡公式,求基因型频率
探例3
下表中D和d表示某地区某种生物的一对等位基因。
表中数据能说明(双选)( )
年份
1900
1910
1920
1930
1940
1950
1960
1970
基因D
的频率
0.99
0.81
0.64
0.49
0.36
0.25
0.16
0.10
基因d
的频率
0.01
0.19
0.36
0.51
0.64
0.75
0.84
0.90
A.1970年杂合子的比例为18%
B.1930年显性个体和隐性个体数目接近
C.1970年后的较短时间内D的频率为0
D.隐性性状更能适应该地区变化的环境
答案 AD
解析 根据表中提供的数据,由遗传平衡定律公式计算,1970年杂合子的比例为2×0.10×0.90=18%,A正确;1930年隐性个体的比例为0.51×0.51=26%,显性个体的比例则为1-26%=74%,B错误;从表中基因频率的变化趋势看出,1970年后D的频率不会在较短的时间内变为0,C错误;d的基因频率上升,表明隐性性状更能适应该地区变化的环境,D正确。
题型四 与伴性遗传有关的基因频率计算
探例4
调查某校学生中关于某种性状的各种基因型及比例为:
XBXB-42.32%、XBXb-7.36%、XbXb-0.32%、XBY-46%、XbY-4%,则该校学生中XB和Xb的基因频率分别是( )
A.6%、8%B.92%、8%
C.78%、92%D.8%、92%
答案 B
解析 伴性遗传的基因频率计算,只计数等位基因所存在的染色体,即男性只统计一个基因,女性中统计两个基因,所以该校学生中Xb的基因频率为
×100%=8%,则XB的基因频率为92%。
题型五 随机交配与自交条件下的基因频率计算
探例5
某植物种群中,AA个体占16%,aa个体占36%,该种群随机交配产生的后代中AA个体百分比、A基因频率和自交产生的后代中AA个体百分比、A基因频率依次是
( )
A.增大,不变;不变,不变
B.不变,增大;增大,不变
C.不变,不变;增大,不变
D.不变,不变;不变,增大
答案 C
解析 由题意知,种群中A的基因频率为40%,a的基因频率为60%,随机交配产生的后代中AA个体的百分比:
40%×40%=16%,aa:
60%×60%=36%,Aa:
48%,A的基因频率:
16%+48%×1/2=40%。
自交产生的后代中AA个体百分比:
16%+48%×1/4=28%,aa:
36%+48%×1/4=48
%,Aa:
1/2×48%=24%,A的基因频率:
28%+1/2×24%=40%。
1.遗传平衡定律(哈迪—温伯格定律)
当等位基因只有两个(A、a)时,设p表示A的基因频率,q表示a的基因频率
,则基因型AA的频率=p2,Aa的频率=2pq,aa的频率=q2。
如果一个种群达到遗传平衡,其基因频率应保持不变。
2.计算常染色体遗传和伴性遗传基因频率
用NAA、NXAY分别表示该基因型的个体数,用PAA、PXAY表示该基因型的频率,用p、q表示A、a的基因频率。
(1)常染色体遗传
方式
p=
=PAA+
PAa
q=
=Paa+
PAa
(2)伴X染色体遗传方式
p=
q=
特别提醒
(1)根据公式计算基因频率和基因型频率,如果基因位于常染色体上,就不必考虑性别问题,特别是在理想条件下,符合哈迪—温伯格定律,可以直接代入公式进行计算。
(2)只要群体不发生变化,不论自由交配或自交,基因频率都不发生改变;但自由交配的基因型频率不变,自交基因型频率会发生变化。
(3)在种群中一对等位基因频率之和等于1,基因型频率之和也等于1。
题型六 与基因频率计算有关的综合应用
探例6
某地区从1964年开始使用杀虫剂杀灭蚊子幼虫,至1967年中期停用。
下图是五年间蚊子幼虫基因型频率变化曲线。
R表示杀虫剂抗性基因,S表示野生敏感型基因。
据图回答:
(1)R基因的出现是________的结果。
(2)在RR基因型频率达到峰值时,RS、SS基因型频率分别为4%和1%,此时R基因的频率为________。
(3)1969年中期RR基因型几近消失,表明在__________________的环境条件下,RR基因型幼虫比SS基因型幼虫的生存适应能力________。
(4)该地区从此不再使用杀虫剂,预测未来种群中,最终频率最高的基因型是________,原因是__________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)基因突变
(2)97% (3)不使用杀虫剂 低
(4)SS 在不使用杀虫剂的环境条件下,持续的选择作用使R基因频率越来越低
解析
(1)在可遗传的变异中只有基因突变才能产生新的基因,所以R基因的出现是基因突变的结果。
(2)基因频率是指一个种群基因库中某个基因占全部等位基因数的比率。
从题干可知R与S是一对等位基因,已知RS和SS的基因型频率分别为4%和1%,可算出RR的基因型频率为(1-4%-1%)=95%。
计算R的基因频率可以利用概念法直接计算。
假设种群的总个体数为M,则该种群R与S这对等位基因的基因总数为2M,R基因的总数为(2×95%M+1×4%M)=1.94M,则R的基因型频率=(1.94M/2M)×100%=97%。
(3)1967年中期停用杀虫剂,而1969年中期RR基因型几近消失,表明不再使用杀虫剂的环境下,RR基因型幼虫的生存适应能力要低于SS基因型的幼虫。
(4)若该地区从此不再使用杀虫剂,在自然持续的选择作用下,R基因频率越来越低,S基因频率越来越高。
1.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。
2.隔离是新物种形成的必要条件,新物种形成的标志是生殖隔离。
3.变异是不定向的,变异的利害性取决于生物所生存的环境。
4.自然选择是定向的,决定生物进化的方向。
5.生物与生物之间的相互选择使两种生物共同进化。
6.生物进化形成了生物多样性,生物多样性包括基因多样性、物种多样性和生态系统多样性。
高考模拟 提能训练
高考题组
1.(2013·江苏卷,12)如图为四个物种的进化关系树(图中百分数表示各物种与人类的DNA相似度)。
DNA碱基进化速率按1%/百万年计算,下列相关论述合理的是( )
A.四个物种都由共同祖先通过基因突变而形成
B.生殖隔离是物种朝不同方向发展的决定性因素
C.人类与黑猩猩的DNA差异经历了约99万年的累积
D.大猩猩和人类的亲缘关系,与大猩猩和非洲猴的亲缘关系的远近相同
答案 C
解析 物种的形成是遗传变异、自然选择和隔离三个环节共同作用的结果,A错误;自然选择决定生物进化的方向,B错误;人与黑猩猩的DNA差异百分比是0.99%,而碱基进化速率为1%/百万年,通过计算可知人与黑猩猩的DNA差异经历99万年左右的积累,C正确;通过DNA的差异百分比可知,人与大猩猩的亲缘关系较大猩猩与非洲猴的亲缘关系近得多,D错误。
2.(2013·北京卷,4)安第斯山区有数十种蝙蝠以花蜜为食。
其中,长舌蝠的舌长为体长的1.5倍。
只有这种蝙蝠能从长筒花狭长的花冠筒底部取食花蜜,且为该植物的唯一传粉者。
由此无法推断出( )
A.长舌有助于长舌蝠避开与其他蝙蝠的竞争
B.长筒花可以在没有长舌蝠的地方繁衍后代
C.长筒花狭长的花冠筒是自然选择的结果
D.长舌蝠和长筒花相互适应,共同(协同)进化
答案 B
解析 由题干信息知,长舌蝠为长筒花的“唯一传粉者”,体现了二者的共同进化,相互依赖关系,故在没有长舌蝠的地方长筒花因不能传粉而无法繁衍后代,长舌蝠独具的“长舌”可有效避开与其他蝙蝠间的竞争,长筒花狭长花冠筒等生物性状的形成是长期自然选择的结果,故A、C、D选项均正确,B项错误。
3.(2013·海南卷,15)果蝇长翅(V)和残翅(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 因该果蝇种群长期保持vv的基因型为4%,由此算出v=0.2,V=0.8,进而计算出引入纯种长翅果蝇前,vv有0.04×20000=800,Vv有2×0.2×0.8×20000=6400,VV有0.8×0.8×20000=12800。
引入后,基因频率v=(800×2+6400)/(40000×2)=0.1,V=1-0.1=0.9,故A正确,B错误。
因Vv、vv的数目不变,而该种群的总数增加一倍,所以Vv、vv的基因型频率降低50%,C、D正确。
模拟题组
4.某地区有一种桦尺蠖,其体色受一对等位基因控制,其中黑色(S)对浅色(s)为显性,
1870年以来,S基因频率的变化如下表,下列有关叙述中,正确的是(双选)( )
年份
1870
1900
1930
1960
1990
S基因频率(%)
10
50
65
50
12
A.1870年,种群中浅色个体的比例为90%
B.从1900年至1960年,该物种发生了进化
C.到1990年,该桦尺蠖已经进化成了两个物种
D.自然选择导致S基因频率定向改变
答案 BD
解析 1870年,S基因频率为10%,s基因频率为90%,所以种群中浅色个体的比例为90%×90%=81%,A错误;生物进化的实质是种群基因频率的改变,B正确;新物种形成的标志是产生生殖隔离,到1990年,该桦尺蠖并没有与原来的种群产生生殖隔离,C错误;自然选择导致S基因频率定向改变,D正确。
5.大约一万年前,某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了明显的分化,过程如下图所示,下列相关说法中,正确的是( )
A.地球上新物种的形成都必须先经历a过程
B.b过程的实质就是定向改变种群的基因频率
C.①~⑥只能表示物种形成过程中基因突变是不定向的
D.品系1和品系2种群基因库出现了较大差异,立刻形成物种1和物种2
答案 B
解析 图中a为地理隔离,b为自然选择。
多倍体的形成,可以不经过地理隔离形成新物种,A错误;①~⑥表示物种形成过程中变异是不定向的,生物变异包括基因突变、基因重组和染色体变异,C错误。
只有当品系1和品系2出现生殖隔离时,才会形成两个物种,D错误。
6.某地一年生的某种植物群体,其基因型为aa,开白色花。
有一年,洪水冲来了许多基
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