高中生物第五章生物的进化第20课时生物进化理论的发展Ⅱ学案苏教版必修2 12页

真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 1 第 20 课时 生物进化理论的发展(Ⅱ) 学习目标 1．阐明现代综合进化论的主要内容。2.阐明分子进化的中性学说。3.概述生物进化理 论发展的意义。 |基础知识| 一、现代综合进化论 1．种群是生物进化的基本单位 2．突变和基因重组产生进化的原材料 (1)影响基因频率的因素：基因突变、基因重组、染色体变异、自然选择、迁移、遗传 漂变等。 (2)种群进化的实质：种群内基因频率的改变。 3．自然选择决定生物进化的方向 在自然选择作用下，种群的基因频率会发生定向改变，最终引起生物朝着一定的方向不 断进化。 4．隔离是物种形成的必要条件 (1)物种：是指分布在一定的自然地域，具有一定的形态结构和生理功能特征，而且在 自然状态下能够相互交配并能生殖出可育后代的一群生物个体。 (2)隔离：是指不同种群的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象，主要包括： ①地理隔离：指由于地理上的障碍阻断了不同种群间的基因交流。 ②生殖隔离：指不同种群的个体不能自由交配或交配后产生不可育的后代。 二、分子进化的中性学说 1．提出者 木村资生。 2．观点 生物进化的主导因素不是自然选择，而是中性突变的随机固定。当积累的中 性突变导致生物的性状出现差异之后，自然选择才会发生作用，造成生物进化。 三、生物进化理论发展的意义 生物进化理论揭示了生物产生、发展和一种生物向另一种生物进化的客观规律，阐明了 生物之间、生物与非生物之间的普遍联系。 |自查自纠| (1) 可遗传变异包括突变、基因重组和染色体变异( ) (2)自然选择决定了生物变异和进化的方向( ) (3)种群基因频率改变，生物一定进化( ) (4)种群越大，遗传漂变的效应越小；种群越小，遗传漂变的效应越大( ) 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 2 (5)马和驴可以杂交产生骡子，马和驴之间不存在生殖隔离( ) (6)中性学说认为，DNA 分子突变大部分是中性的( ) 答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)√ |图解图说| ★种群必须具备“三同”；同一时间、同一地点、同一物种。 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ★PA＝ 2n1＋n2 2 n1＋n2＋n3 ＝PAA＋1 2 PAa Pa＝ 2n3＋n2 2 n1＋n2＋n3 ＝Paa＋1 2 PAa PA＋Pa＝1＝PAA＋PAa＋Paa ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ★突变的有害和有利不是绝对的，往往取决于生物的生存环境。 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 为什么生物进化的基本单位是种群而不是个体？ 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 3 提示：因为个体的寿命是有限的，个体表现型会随着个体的死亡而消失。但决定生物性 状的基因可以通过生殖而世代延续，并且在群体中扩散，因此生物进化应该研究群体的基因 组成的变化。 探究点一 种群与物种 1．太湖中的所有鱼是否是一个种群？为什么？ 提示 不是。鱼是多个物种组成的，而种群是同一物种组成的。 2．马和驴能杂交产生骡子，马和驴是同一物种吗？同一物种必须具备什么条件？ 提示 同一物种在自然状态下能交配并能产生可育后代，马和驴虽然能交配，但后代骡 子不可育，二者是两个不同的物种。 种群与物种的比较 项目 种群 物种 范围 生活在一定区域的同种生物的所有个体 由分布在不同区域内的同种 生物的许多种群组成 判断标准 种群具有“三同”：同一时间、同一地点、 同一物种 自然状态下能交配并产生可 育后代(不存在生殖隔离) 联系 ①一个物种可包括许多种群，一个种群由同一物种组成 ②同一物种的多个种群之间不存在生殖隔离，但存在地理隔离，长期发 展下去可成为不同的亚种，进而可能形成多个新物种 【典例 1】 下列有关种群和物种的叙述，正确的是( ) A．种群是进化的基本单位，物种是生殖的基本单位 B．物种基因库一般比种群基因库的基因丰富 C．同一种群不存在生殖隔离，不同种群存在生殖隔离 D．不同物种不能够交配 尝试解答________ 解析 种群是生殖的基本单位；同一物种的不同种群不存在生殖隔离；不同物种可能不 能交配，也可能能交配，但后代不育。 答案 B 【跟踪训练】 1．洪泽农场鸟类自然保护区处于泗洪县东南，有关该区域鸟类的叙述，正确的是( ) A．所有鸟含有的基因总和称为种群基因库 B．自然条件下，鸟儿间能够进行基因交流 C．自然条件下，鸟儿间不能进行基因交流 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 4 D．这些鸟类是由多个不同的种群构成的 解析 种群基因库研究的是一个种群的基因组成，鸟不是一个种群；同种鸟间能够进行 基因交流，不同种鸟间不能够进行基因交流。 答案 D 探究点二 生物进化与物种形成 1．桦尺蠖夜间活动，白天栖息在树干上，体色黑色(S)对浅色(s)显性。19 世纪中叶， 工业发展，工厂排出的煤烟导致树干变黑，使得黑色个体逐年增多，浅色个体逐年减少，下 表是 1871～1875 年种群基因型频率的变化情况，分析回答： 基因型 1871 年 1872 年 1873 年 1874 年 1875 年 SS 10% 11% 13% 15% 17% Ss 20% 22% 26% 28% 30% ss 70% 67% 61% 57% 53% (1)5 年间 S 基因频率的变化是______→______→______→______→______，s 基因频率 的变化是______→______→______→______→______。 提示 (1)20% 22% 26% 29% 32% 80% 78% 74% 71% 68% (2)5 年间，桦尺蠖种群发生进化了吗？判断的依据是什么？ 提示 发生了进化。进化的实质是种群内基因频率的改变，5 年间桦尺蠖种群基因频率 发生了改变。 (3)通过该实例，说明自然选择是如何决定生物进化方向的？ 提示 不定向变异 ――→自然选择 不利变异→淘汰 有利变异 ――→多次选 择、遗传种群基因频率定向改变→生物定向进化 (4)5 年间，桦尺蠖是否形成了新的物种？ 提示 5 年时间，桦尺蠖种群基因频率的改变不会导致种群基因库发生质的变化，不足 以建立生殖隔离，不可能形成新物种。 2．二倍体幼苗低温处理可以获得四倍体植株，四倍体是一个新的物种吗？ 提示 是。四倍体与二倍体杂交后代三倍体高度不育，二者之间已经建立了生殖隔离， 且四倍体是可育的，所以四倍体是一个新的物种。 物种形成的方式、环节及生物进化 1．物种形成的三个环节：突变和基因重组、自然选择、隔离。三者关系如图： 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 5 2．物种形成的两种方式 (1)渐变式：通过长期的地理隔离逐渐建立生殖隔离。 ①地理隔离是物种形成的量变阶段，生殖隔离是物种形成的质变阶段，只有地理隔离而 不形成生殖隔离，能产生亚种，但绝不可能产生新物种，如东北虎和华南虎。 ②生殖隔离是物种形成的关键，是物种形成的最后阶段，是物种间的真正界限。 (2)爆发式：不经地理隔离，短时间建立生殖隔离。如自然界中异源多倍体的形成： 3．物种形成与生物进化的关系 生物进化的标志是种群基因频率的改变，物种形成的标志是出现生殖隔离。生物进化不 一定形成新物种，形成新物种生物必定进化。 【典例 2】 一个全部由基因型为 Aa 的豌豆植株组成的种群，经过连续 n 代自交，获得 的子代中，Aa 的频率为(1/2)n，AA 和 aa 的频率均为(1/2)[1－(1/2)n]。下列对该种群的说 法中，错误的是( ) A．基因频率没有发生改变 B．基因型频率发生了改变 C．发生了生物进化 D．没有产生生殖隔离 尝试解答________ 解析 生物进化的实质是种群基因频率的改变，该种群在繁衍过程中基因型频率虽然发 生改变，但基因频率没有改变，A、a 基因频率始终保持各占 1/2，所以没有发生进化，没有 进化则不会产生生殖隔离。 答案 C 【跟踪训练】 2．有人将欧洲家兔带到某小岛上，若干年之后，这些兔子的后代不能与欧洲家兔杂交 产生后代。下列叙述错误的是( ) 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 6 A．地理环境决定了两个种群产生不同的变异 B．不同的环境对这两个种群的变异进行了选择 C．两个种群已产生生殖隔离，成为不同的物种 D．生殖隔离是形成新物种的必要条件 解析 生物的变异是不定向的，环境只能将众多变异类型中适应环境的变异个体选择出 来，这种选择是定向的，但是环境不能决定生物的变异；生殖隔离是形成新物种的必要条件， 新物种形成不一定需经地理隔离。 答案 A 探究点三 达尔文进化学说与现代进化论 1．现代综合进化论是不是否定了达尔文进化学说？ 提示 由于受到当时科学水平的限制，达尔文对于遗传变异的本质、自然选择的作用实 质等不能够做出科学的解释，对进化的解释也是局限于个体水平；随着生物科学的发展，尤 其是分子遗传学的发展，人们逐渐认识到遗传变异的本质及自然选择的作用实质，并以种群 为单位进行研究。现代综合进化论只是对达尔文进化学说进行了修正、完善和发展，其基础 仍是达尔文进化学说。 2．现代综合进化论与分子进化的中性学说是不是矛盾？ 提示 两者不矛盾，只是侧重点不同。前者侧重于个体、群体，即宏观水平；后者侧重 于分子，即微观水平；两者相互补充，更好地阐述了生物进化的本质。 【典例 3】 现代综合进化论是在达尔文进化学说的基础上发展起来的，下列不是现代 综合进化论对达尔文进化学说的完善和发展的是( ) A．种群是进化的基本单位，进化的实质是种群基因频率的改变 B．突变、基因重组产生进化的原材料 C．自然选择决定进化的方向 D．隔离是物种形成的必要条件 尝试解答________ 解析 自然选择决定生物进化的方向也是达尔文进化学说的观点。 答案 C 【跟踪训练】 3．下列观点属于现代进化论的是( ) A．用进废退，获得性遗传 B．新物种形成需经地理隔离 C．经过长期地理隔离必定形成新物种 D．生物进化的主导因素是中性突变的随机固定 解析 用进废退，获得性遗传是拉马克的观点；新物种形成不一定需经地理隔离，长期 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 7 地理隔离也不一定形成新物种。 答案 D 知识脉络 要点晨背 1.生物进化的实质是种群基因频率 的改变。 2.物种形成的标志是生殖隔离的建 立。 3.导致种群基因频率变化的因素有 突变、基因重组、自然选择、遗传漂 变、迁移等。 4.隔离是物种形成的必要条件，但地 理隔离不是必要条件。 5.分布在不同区域的同一物种形成 不同的种群，同一区域的不同种群属 于不同物种。 6.中性学说认为，生物进化的主因不 是自然选择，而是中性突变的随机固 定。 1．现代生物进化理论认为，生物进化的实质是种群基因频率的改变。可以定向改变种 群基因频率的是( ) A．突变 B．遗传漂变 C．自然选择 D．基因迁移 解析 四个选项均能够改变种群基因频率，但只有自然选择能够定向改变基因频率。 答案 C 2．下列关于隔离的叙述，不正确的是( ) A．阻止了个体间的基因交流 B．对所有的生物来说，地理隔离必然导致生殖隔离 C．种群基因库间的差异是产生生殖隔离的根本原因 D．不同的物种之间必然存在着生殖隔离 解析 地理隔离和生殖隔离无明显的因果关系，有地理隔离不一定形成生殖隔离。地理 隔离是物种形成的量变阶段，可造成种群基因频率的改变；生殖隔离是物种形成的质变阶段。 但是有时候没有地理隔离也能产生新物种，如植物中多倍体的形成。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 8 答案 B 3．下列各项中，形成了新物种的是( ) A．桦尺蛾灰色基因 S 的基因频率由 95%变为 5% B．马与驴交配产生的骡子 C．二倍体水稻的花药离体培养获得的单倍体水稻 D．二倍体西瓜经秋水仙素处理成为四倍体西瓜 解析 A 项中桦尺蛾变化前后并没有建立生殖隔离，仍然是同一个物种；B 项中的骡子 和 C 项中的单倍体水稻均是高度不育，不能称之为物种，因为物种必须能交配且能产生可育 后代；D 项中的四倍体与二倍体之间已建立了生殖隔离，且四倍体是可育的。 答案 D 4．一个全部由基因型为 Aa 的豌豆植株组成的种群，经过连续 4 代自交，获得的子代中， Aa 的频率为 1 16 ，AA 和 aa 的频率均为15 32 。根据现代生物进化理论，可以肯定该种群在这些年 中：①发生了隔离 ②发生了基因突变 ③发生了自然选择 ④发生了基因型频率的改变 ⑤没有发生生物进化( ) A．①②③④ B．②③④ C．②③⑤ D．④⑤ 解析 生物进化的实质是种群基因频率的改变，由题干可知，基因型为 Aa 的豌豆种群 在连续自交 4 代过程中，只发生了基因型频率的变化，没有发生基因频率的变化，因此该种 群没有发生进化。 答案 D 5．下列叙述中，不符合中性学说的是( ) A．进化过程中，核酸中碱基具有一定的置换速率 B．中性突变对突变生物的生存和繁殖没有影响 C．中性突变在种群中的保存、扩散、消失完全随机 D．在自然选择的作用下，中性突变不断积累 解析 中性学说认为多数突变都是中性的，即无所谓有利或有害，当中性突变积累导致 生物性状出现差异之后，自然选择才会发生作用而导致表现型进化。 答案 D 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 9 、 课后跟踪分层训练 (时间：35 分钟) 1．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 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。 答案 C 2．下列有关现代生物进化理论的叙述，正确的是( ) A．生物进化的基本单位是个体 B．生物进化的本质是基因频率的定向改变 C．狮虎兽是哺乳动物的新物种 D．同种生物的种群大小与基因库大小呈反比 解析 生物进化的基本单位是种群，A 错误；生物进化的本质是基因频率的定向改变， B 正确；狮虎兽不育，不哺乳动物的新物种，C 错误；同种生物的种群大小与基因库大小呈 正比，D 错误。 答案 B 3．原始的生命起源于原始的海洋，并逐渐向陆地发展，那么决定生物由水生到陆生、 由简单到复杂、由低级到高级的进化方向的是( ) A．遗传 B．变异 C．生存斗争 D．自然选择 解析 自然选择是适者生存、不适者被淘汰的过程，决定生物进化的方向。 答案 D 4．下列哪项对种群的基因频率没有影响( ) A．人工选择 B．染色体变异 C．随机交配 D．遗传漂变 解析 随机交配不改变种群基因频率。 答案 C 5．某种群自由交配获得 F1，F1 自由交配获得 F2，整个过程中没有自然选择以及基因突 变等使基因频率改变的因素，下列说法正确的是( ) A．F1 和 F2 基因频率相同 B．F1 和 F2 基因型频率不相同 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 10 C．整个过程发生了进化 D．F1 和 F2 纯合子比例不同 解析 自由交配不改变基因频率，F1 和 F2 基因频率相同，没有进化；自由交配获得的子 代，继续自由交配，基因型频率不变，F1 和 F2 基因型频率相同，F1 和 F2 纯合子比例相同。 答案 A 6．图中甲、乙、丙表示自然选择对种群的三种作用类型，其中最易产生新物种的是 ( ) A．甲 B．乙 C．丙 D．甲、乙 解析 丙种群存在明显的不同方向的变异倾向，在自然选择的作用下易产生新物种。 答案 C 7．下列有关现代综合进化论的叙述，正确的是( ) A．物种是生物进化的基本单位 B．二倍体西瓜与四倍体西瓜杂交所得的三倍体西瓜是一个新物种 C．突变和基因重组决定生物进化的方向 D．隔离是物种形成的必要条件，其实质是基因不能自由交流 解析 种群是生物进化的基本单位；三倍体西瓜高度不育，不是一个新物种；自然选择 决定生物进化的方向。 答案 D 8．下列叙述符合现代综合进化论的是( ) A．自然选择决定生物进化的方向 B．是否形成新物种是生物进化的标志 C．若环境条件保持稳定，则种群的基因频率不会发生改变 D．只有生殖隔离能阻止种群间的基因交流 解析 生物进化的标志是种群基因频率的改变；影响种群基因频率的因素很多，不只是 环境条件；地理隔离也能阻止种群间的基因交流。 答案 A 9．下图表示环境条件发生变化后某个种群中 A 和 a 基因频率的变化情况，下列说法错 误的是( ) 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 11 A．Q 点表示外界环境发生了变化，A 控制的性状更加适应环境 B．P 点时两曲线相交，此时 A 和 a 的基因频率均为 50% C．环境条件发生变化使得该种群产生了适应性变异 D．在自然选择的作用下，种群的基因频率发生了定向改变 解析 分析曲线变化可知，Q 点表示外界环境发生了变化，A 控制的性状更加适应环境， 故 A 基因频率升高，A 正确；P 点时两曲线相交，此时 A 和 a 的基因频率均为 50%，B 正确； 环境条件发生变化对该种群产生的变异进行了选择，淘汰了不适应环境的个体，保留了适应 性变异，C 错误；在自然选择的作用下，种群的基因频率发生了定向改变，D 正确。 答案 C 10．下列有关种群进化的说法，错误的是( ) A．适应环境个体较多的种群进化较快 B．小种群进化速度比大种群快 C．种群内个体间差异越大，进化越快 D．个体的死亡对小种群基因频率变化影响大 解析 适应环境个体数越多，其变异程度越小，基因频率改变的程度越小，故种群进化 较慢。 答案 A 11．杂交实验表明，桦尺蠖体色受一对基因 S 和 s 控制，黑色 S 对浅色 s 为显性。在曼 彻斯特地区，19 世纪中叶以前，种群中 S 基因频率很低，在 5%以下，到 20 世纪则上升到 95%以上。请分析完成下列问题。 (1)从遗传的角度分析，最初的 S 基因是通过__________出现的，它为生物进化提供 __________________。 (2)试用现代生物进化理论分析这一变化的原因：①19 世纪，桦尺蠖的栖息地(树干)上 长满了地衣，在此环境下，种群 s 基因频率高的原因是__________________________; ②随着英国工业的发展，工业炼铜使地衣不能生长，树皮暴露，并被煤烟熏成黑褐色， 在此环境条件下，种群 S 基因频率升高的原因是____________________________。 (3)上述事实说明，种群中产生的变异是____________的，经过长期的____________， 其中不利变异不断__________，有利的变异则逐渐________，从而使种群的____________ 发生定向的改变，导致生物朝着一定方向缓慢地变化。因此生物进化的方向是由__________ 决定的。 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 12 解析 最初的 S 基因是通过基因突变出现的，它为生物进化提供原材料。19 世纪，种 群 s 基因频率高的原因是浅色(ss)桦尺蠖与环境色彩一致，不易被鸟类所食。后来桦尺蠖栖 息地变成黑褐色，浅色型个体易被鸟类所食，黑色个体由于具有了保护色而容易生存下来， 久而久之，黑色个体逐代积累增多，S 的频率也随着增高，从而使种群的基因频率发生定向 改变，导致生物朝一定方向缓慢进化。 答案 (1)基因突变 原材料 (2)浅色桦尺蠖与环境色彩一致，不易被鸟类所食 黑色个体容易生存下来 (3)不定向 自然选择 被淘汰 积累 基因频率 自然选择