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第21讲 生物的进化
第七单元 生物的变异与进化
课标要求 1.尝试通过化石记录、比较解剖学和胚胎学等事实，说明当今生物具有共同的祖先
2.尝试通过细胞生物学和分子生物学等知识，说明当今生物在新陈代谢、DNA的结构与功能等方面具有许多共同特征
3.举例说明种群内的可遗传变异将赋予某些个体在特定环境中的生存和繁殖优势
4.阐明具有优势性状的个体在种群中所占比例将会增加
课标要求 5.说明自然选择促进生物更好地适应特定的生存环境
6.概述现代生物进化理论以自然选择学说为核心，为地球上的生命进化史提供了科学的解释
7.阐述变异、选择和隔离可导致物种形成
新旧内容比较 内容 要求 1.说明现代生物进化理论以自然选择学说为核心。
2.概述生物多样性和适应性是进化的结果。
3.活动:用数学方法讨论自然选择使种群的基因频率发生变化。
4.活动: 探讨耐药菌的出现与抗生素滥用的关系。
与旧教 材对比 增: ①生物有共同祖先的证据；②抗生素对细菌的选择作用的探究实践活动；③适应的普遍性和相对性。
改: 共同进化改为协同进化。
考点一 生物有共同祖先的证据
1. 达尔文的生物进化论的主要组成
(1)共同由来学说:
指出地球上所有的生物都是由原始的__________进化来的。
(2)自然选择学说:
揭示了生物进化的机制，解释了______的形成和_______ 形成的原因。
共同祖先
适应
物种
1. 地层中陈列的证据——化石
遗体
生活痕迹
直接
重要
简单
高等　
原始的共同祖先
进化
复杂
低等
陆生
2. 当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据
形态
和结构
同源器官
生活环境
共同祖先
2. 当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据
形成和
发育
共同祖先
2. 当今生物体上进化的印迹——其他方面的证据
共同祖先
原始
祖先
远近
顺序
【检测】判断正误
(1)生物的遗体、遗物或生活痕迹就叫作化石。(　　)
(2)通过化石可以了解已经绝灭的生物的形态结构特点，推测其行为特点。(　　)
(3)古老地层中没有复杂生物的化石，而新近地层中可能有简单生物的化石。(　　)
(4)比较解剖学发现，不同种类的哺乳动物的前肢在形态上差别很大，这说明这些哺乳动物不是由共同祖先进化来的。(　　)
(5)所有生物的生命活动都是靠能量驱动的，该现象可作为支持生物有共同祖先的证据。(　　)
×
√
√
×
×
指通过自然作用保存在地层中的古代生物的遗体、遗物或生活痕迹
前肢在形态上差别很大，但有的结构和功能相似，这说明这些哺乳动物是由共同的原始祖先进化来的
并不是所有生物的生命活动都是由能量驱动的，比如:水分子, CO2以被动运输的方式进入细胞等生命活动不需要能量驱动。
考点二 自然选择与适应的形成
1. 适应的普遍性和相对性
形态结构
功能
形态结构及其功能
生存和繁殖
普遍存在
环境条件
2.适应是自然选择的结果
(1)拉马克的进化学说
进化
用进废退
获得遗传
遗传给后代
食蚁兽的舌头之所以细长，
是由于长期舔食蚂蚁的结果。
鼹鼠长期生活在地下，眼睛就萎缩、退化。
过度繁殖
生存斗争
有利变异
逐代积累
(2)达尔文自然选择学说
变异在前且是不定向的，环境变化在后且是定向的。环境只起选择作用。
①模型:
达尔文认为长颈鹿的进化原因是: 因 ， 长颈鹿产生的后代超过环境承受能力；它们都要吃树叶而树叶不够，导致 加剧；它们有颈长和颈短的差异（ ）；颈长的能吃到树叶生存下来，颈短的却因吃不到树叶而最终饿死了（ ）。
过度繁殖
生存斗争
遗传变异
适者生存
(2)达尔文自然选择学说
【解读】生存斗争范畴:
生物为争夺有限的生活条件
产生生存斗争的原因: 过度繁殖 + 有限生活资源
生物大量死亡，少量存活。对生物个体往往有害，但对生物物种是有利的。并能推动生物的进化
生存斗争产生的结果(意义)
①种内斗争
②种间斗争
③生物与非生物之间的斗争
(食物、水、空间、配偶、阳光等)
在一定环境的选择作用下，可遗传的有利变异会赋予某些个体生存和繁殖的优势,经过代代繁殖，群体中这样的个体就会越来越多，有利变异通过逐代积累而成为显著的适应性特征，进而出现新的生物类型。
②适应形成的原因(进化的原因)
由此可见，群体中出现可遗传的有利变异和环境的定向选择是适应形成的必要条件。
③意义
a.揭示了生物界的统一性是由于所有的生物都有共同祖先。
（共同由来学说）
b.科学的解释了生物的多样性和适应性是进化的结果。（自然选择学说）
a.对于遗传和变异的认识还局限于________水平。
b.不能科学地解释遗传和变异的本质
④局限性:
性状
(3)达尔文以后进化理论的发展
①关于遗传和变异的研究，已经从性状水平深入到________水平，人们逐渐认识到____________的本质。
②关于适应以及物种的形成等问题的研究，已经从以生物个体为单位，发展到以________为基本单位。
③形成了以______________为核心的现代生物进化理论。
基因　
遗传和变异
种群
自然选择学说
【检测】判断正误
(1)拉马克认为生物的适应性特征的形成是用进废退和获得性遗传的结果。(　　)
(2)达尔文的自然选择学说正确地解释了生物的多样性、适应性以及遗传和变异的本质。(　　)
(3)抗生素的滥用会使细菌产生抗药性的原因是抗生素诱发细菌产生基因突变，细菌中出现了抗药性强的个体。(　　)
(4)生存斗争仅仅是指同种生物不同个体之间对食物和空间的争夺。(　　)
(5)生物进化的内因是生存斗争。(　　)
√
×
×
×
×
抗生素对抗药性的个体进行选择
①种内斗争 ②种间斗争 ③生物与非生物之间的斗争
遗传和变异
A. 鲸没有牙齿，是因为它们吞食浮游生物
B. 长颈鹿的颈很长是采食高处树叶反复伸颈的结果
C. 羚羊听觉灵敏、奔跑快是长期自然选择的结果
D. 蛇身体细长无足，是经常出入鼠穴捕食的结果
【检测】(2022.烟台模拟) 下列不属于拉马克进化学说的是( )
C项是达尔文自然选择学说的观点。
A、B、D项都是拉马克进化学说的观点；
C
考点三 种群基因组成的变化与物种形成
同种
全部个体　
繁殖
基因
全部个体
基因
全部等位基因
1.种群和种群基因库
2. 种群基因频率的变化及自然选择对种群基因频率变化的影响
(1)可遗传的变异的来源
(2)可遗传变异的特点:
(3)变异的有利和有害是相对的，是由生物的生存环境决定的。
基因重组
随机的、不定向的。
(4)自然选择对种群基因频率变化的影响
①原因:
在自然选择的作用下，具有有利变异的个体有更多的机会产生后代，种群中相应基因的频率会____________；相反，具有不利变异的个体留下后代的机会少，种群中相应基因的频率会________。
②自然选择使种群的基因频率发生定向改变
不断提高
下降　
定向改变
(5)物种形成与生物进化的比较
考点四 探究抗生素对细菌的选择作用
(1)实验原理: 一般情况下，一定浓度的抗生素会杀死细菌，但变异的细菌可能产生　　　。在实验室连续培养细菌时，如果向培养基中添加抗生素，　　　有可能存活下来。
(2)方法步骤
耐药性
耐药菌
相互
垂直
涂布
器
①
②
③
④
不含抗生素
抗生
素纸片
12
～16 h
抑菌
圈的直径
抑菌圈边缘
(2)方法步骤
实验结束后，应将耐药菌、培养基、纸片等进行高温灭菌处理，防止对环境造成污染。
(4)注意事项:
(3)实验结论
①细菌耐药性的出现是发生了___________________________；
②抗生素的选择作用导致了耐药菌比例的逐渐____________。
可遗传的变异
升高
为了研究微生物的抗药性突变是自发产生的，还是在环境因素的作用下产生的，1952年Lederberg夫妇利用大肠杆菌设计了一个影印培养法实验。影印培养法的实验原理是: 把长有数百个菌落的细菌母种培养皿倒置于包有一层灭菌丝绒布的木质圆柱体（直径略小于培养皿平板）上，使其均匀地沾满来自母种培养皿平板上的菌落，然后通过这一“印章”把母板上的菌落“忠实地”一一接种到不同的其他培养基上。
【拓展】细菌耐药性形成的原因
下图就是利用影印培养技术证明大肠杆菌产生抗链霉素突变基因的实验。
①首先将对链霉素敏感的大肠杆菌稀释涂布在不含链霉素的平板1上，待其长出密集的小菌落后，用影印法接种到不含链霉素的培养基平板2上，随即再影印到含有链霉素的培养基平板3上。经培养后，在平板3上出现了个别抗链霉素的菌落。
②对培养皿2和3进行比较，在平板2上找到与平板3上位置相同的那几个菌落 ③将平板2上与平板3上位置相同的菌落挑至不含链霉素的培养液4中，经培养后，再稀释涂布在平板5上。
下图就是利用影印培养技术证明大肠杆菌产生抗链霉素突变基因的实验。
④并重复以上各步骤，最后在试管12中获得了较纯的抗链霉素菌落。
下图就是利用影印培养技术证明大肠杆菌产生抗链霉素突变基因的实验。
(1)3号、7号、11号培养基中加入链霉素的作用是_______________，
3号培养皿中的菌落比1号、2号中的菌落少很多，这说明了：___________________________________
具有选择作用
发生抗药性突变的大肠杆菌数量少
(2)你认为该实验最关键的设计思路什么？
进行了对照实验设计,最终得到的抗药性细菌一直没有接触链霉素。
(3)该实验得到的结论是什么？
大肠杆菌的抗药性突变是自发的, 而不是在链霉素的作用下产生的。
4. 隔离在物种形成中的作用
(1)隔离类型: 常见的有___________和___________。
(2)隔离实质:______不能自由交流。
(3)物种形成三个基本环节:________________、_________及_____。
地理隔离　
生殖隔离
基因
突变和基因重组
自然选择
隔离　
①突变和基因重组为生物的进化提供原材料；
②自然选择决定生物进化的方向；
③隔离是物种形成的必要条件。
(4)自然选择的实质及自然选择作用的对象
自然选择作用的根本对象是与生物个体变异性状相对应的基因。
自然选择的实质是对控制某特定性状的基因的选择。
自然选择作用的直接对象是生物个体的变异性状(表型)；
(5)新物种形成的标志:_______________。
(6)物种的概念: 能够在自然状态下__________并且产生___________的一群生物。
产生生殖隔离
相互交配　
可育后代
若不能进行自然交配，或者交配繁殖出的后代为不可育后代，就为不同物种。
5. 判断两种生物是否为同一物种
(1)“新物种”必须具备两个条件:
①与原物种之间已形成生殖隔离
②“新物种”必须是可育的
如三倍体无子西瓜、骡子均不可称为“物种”,因为它们均是“不育”的；
而四倍体西瓜相对于二倍体西瓜则是“新物种”，因为它与二倍体西瓜杂交产生的子代(三倍体西瓜)不育，且四倍体西瓜本身可育，故已成为新物种。
(2)判断方法
若可以自然交配，并且后代为可育后代，那么就是同一物种；
【素养新命题——突破长句问答】自然选择与人工选择有何异同？选择的结果对基因频率有什么影响？
而人工选择的选择因素是人类，选择结果是满足人类需要，速度快。
从基因角度看，导致控制某特定性状的基因的频率上升或下降。
自然选择的选择因素是自然环境条件，选择结果对生物自身生存有利，对人类不一定有利，速度慢；
6. 新物种形成的三种典型模式
①渐变式——如加拉帕戈斯群岛上13种地雀的形成。
地理隔离是物种形成的量变阶段， 是物种形成的质变阶段， 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。
生殖隔离
生殖隔离
②骤变式——主要是通过染色体变异的方式形成新物种,一旦出现可以很快形成生殖隔离。此种方式多见于植物。
③人工创造新物种——通过植物体细胞杂交(如番茄—马铃薯)、多倍体远缘杂交(如甘蓝—萝卜)、多倍体育种(如八倍体小黑麦)等方式也可以创造新物种。
(1)一个种群中某基因占所有基因数的比值叫作基因频率。(　　)
(2)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。(　　)
(3)有害突变不能成为生物进化的原材料。(　　)
(4)所有变异都不能决定生物进化的方向，但都能提供进化的原材料。(　　)
(5)自然选择决定生物变异和进化的方向。(　　)
×
×
×
×
×
(6)生物进化的实质是种群基因型频率的改变。(　　)
(7)细菌在抗生素的诱导作用下产生了抗药性基因。(　　)
(8)不同种群间的个体不能进行基因交流,说明种群间必然存在生殖隔离。(　　)
×
×
×
一个种群基因库中,某基因占全部等位基因数的比值
【检测】判断正误
环境条件保持稳定，说明自然选择对种群基因频率没有影响，但是可能存在突变、迁入和迁出等因素影响种群的基因频率。
有害突变也可能成为生物进化的原材料
不可遗传的变异不能为生物进化提供原材料
自然选择决定生物进化的方向
种群基因频率
抗生素选择了抗药性变异的细菌
不能进行基因交流, 说明种群间存在隔离，隔离包括地理隔离和生殖隔离。
考点五 协同进化与生物多样性的形成
1.协同进化
不同物种
厌氧
需氧
选择
影响
①捕食者与被捕食者的“军备竞赛”
没有我，你跑不了这么快！
没有我，你也跑不了这么快！
捕食者所吃掉的大多是被捕食者中年老、病弱或年幼的个体，客观上起到了促进被捕食者种群发展的作用。
年老、病弱捕食者因为奔跑速度慢，得不到食物而被淘汰，对捕食者种群发展起到了促进作用。
②收割理论
美国生态学家斯坦利提出
捕食者往往捕食个体数量多的物种，这样就会避免出现一种或少数几种生物在生态系统中占绝对优势的局面，为其他物种的形成腾出空间。
阐明了捕食者在进化中的作用: 捕食者的存在有利于增加物种多样性。
提出者:
内容:
意义:
2. 生物多样性的形成
遗传　
物种
生态系统
基因重组
3. 生物进化理论在发展
(1)现代生物进化理论:
适应是____________的结果；________是生物进化的基本单位；________________提供进化的原材料，____________导致种群基因频率的定向改变，进而通过______形成新的物种；生物进化的过程实际上是____________、_________________协同进化的过程；____________是协同进化的结果。
自然选择
种群
突变和基因重组
自然选择
隔离
生物与生物
生物与无机环境
生物多样性
(2)中性突变学说: 大量的基因突变是__________，自然选择对这些基因突变不起作用；决定生物进化方向的是____________的逐渐积累，而不是____________。
(3)间断平衡学说: 物种形成并不都是渐变的过程，而是物种____________与__________________交替出现的过程。
中性的
中性突变　
自然选择
长期稳定
迅速形成新种
考点六 基因频率及基因型频率的计算
1.“定义法”求解基因频率
(1)某基因频率＝ 。
(2)若在常染色体上,某基因频率 。
(3)若在X染色体上,某基因频率＝ 。
【检测】某生物兴趣小组抽样调查的200人中，各种基因型和人数情况如下表所示，则这200人中，Xb的基因频率为( )
基因型 XBXB XBXb XbXb XBY XbY
人数 78 14 8 70 30
A. 85% B. 30% C. 20% D. 15%
C
2.“公式法”求解基因频率(以常染色体上一对等位基因 和 为例)
A基因频率 基因型频率 基因型频率；
基因频率 基因型频率 基因型频率。
【检测】高秆小麦（DD）与矮秆小麦（dd）杂交后，再经过多次自交，其后代种群中基因型为DD的个体占72%，基因型为Dd的个体占8%，基因型为dd的个体占20%，那么基因D的频率是( )
A. 72% B. 80% C. 76% D. 60%
C
3.利用遗传平衡定律计算基因型频率
若一个种群满足以下5个条件:
①种群非常大; ②所有的雌、雄个体之间都能自由交配, 并产生后代; ③没有迁入和迁出; ④没有自然选择(不同个体生存和繁殖的机会是均等的);⑤没有(不产生)突变。
AA%=(A%)2
Aa%=2×A%×a%
aa%=(a%)2
则种群基因频率和基因型频率世代保持不变，该种群处于遗传平衡，且基因型频率和基因频率之间的关系如下:
必2P111
【检测】某人群中某常染色体显性遗传病的发病率为19%，一对夫妇中妻子患病，丈夫正常，他们所生的子女患该病的概率是( )
A. 9/19 B. 10/19 C. 1/19 D. 1/2
患病概率
A_
aa
I
1
2
【检测】某人群中某常染色体显性遗传病的发病率为19%，一对夫妇中妻子患病，丈夫正常，他们所生的子女患该病的概率是( )
A.9/19 B.10/19 C.1/19 D.1/2
B
aa%=1-19%=81%
a%=1-90%=10%
患病概率
A_
aa
I
1
2
Ⅰ1是Aa的概率: 18/19
∴他们所生子女患病的概率为: 1- ×18/19=10/19
4. 当基因位于X染色体上时其基因频率和基因型频率相关的规律总结
(以色盲为例,相关基因用B、b表示)
(1)男性中相关基因频率和基因型频率的关系
当基因位于X染色体上时, 在雄性群体中, 某一基因的频率等于该基因型的频率, 求出了相关的基因型频率,就等于求出了基因频率。
(2)人群中色盲基因的频率＝男性中色盲基因的频率＝女性中色盲基因的频率(若均为a)
应用: 色盲在男性和女性中发病率的关系
当基因位于X染色体上时, 人群中某基因的频率＝男性中某基因的频率＝女性中某基因的频率。
【检测】果蝇的红眼、白眼基因位于X染色体上，某果蝇种群足够大、个体间自由交配、自然选择对果蝇眼色没有影响、不发生基因突变、没有迁入和迁出; 其中白眼雄果蝇(XaY)占5%，下列有关分析错误的是( )
A.该种群Xa的基因频率是10%
B.若以上条件不变，该种群将不会发生进化
C.可估算该种群中白眼雌果蝇约0.25%
D.F1代红眼雌果蝇中杂合子所占的比例为2/11
C
A项: 则在雄性中, 白眼雄果蝇(XaY)占为 .
10%
C项:则在雌性中, 白眼雌果蝇(XaXa)占为 .
(10%)2
(10%)2÷2
Xa: 1/10
XA: 9/10
XAXA: (9/10)2
XAXa: 2 × 1/10 × 9/10
XAXa: 2/11
5. 自交与自由交配中基因频率的计算
(1)自交:
杂合子自交，基因型频率发生变化，纯合子比例逐渐增大，杂合子比例逐渐下降，但基因频率不变。
(2)自由交配
在无突变、各种基因型的个体生活力相同时，处于遗传平衡的种群自由交配遵循遗传平衡定律，上下代之间种群的基因频率及基因型频率都保持不变。
【检测】某与外界隔离的岛屿上，经调查该地区居民中白化病的致病基因频率为a，红绿色盲的致病基因频率为b，抗维生素D佝偻病的致病基因频率为c。下列有关叙述不正确的是( )
A. 正常个体中白化病基因携带者所占的概率为2a/(1＋a)
B. 男性个体中患红绿色盲的个体所占的比例为b
C. 不患抗维生素D佝偻病的女性个体占全部个体的(1－c)2/2
D. 女性个体中同时患红绿色盲和抗维生素D佝偻病的占bc
D
红绿色盲和抗维生素D佝偻病的致病基因都位于X染色体上，存在连锁与交换，无法计算
[解析] 根据题意可知，白化病的致病基因频率为a，白化病的基因型频率是a2，正常基因的频率为1－a，则显性纯合子的基因型频率为（1－a）2，杂合子的基因型频率为2×a×（1－a），则正常个体中白化病携带者所占的概率为2a（1-a）/(1-a2)=2a/(1＋a)，A正确；假设红绿色盲基因用H、h表示，则男性的基因型有XHY、XhY，而红绿色盲的致病基因频率为b，因此男性个体中患红绿色盲的个体所占的比例为b，B正确；抗维生素D佝偻病为伴X染色体显性遗传病，其致病基因频率为c，则正常基因频率为1－c，因此不患抗维生素D佝偻病的女性个体占全部个体的（1－c）2/2，C正确；红绿色盲和抗维生素D佝偻病的致病基因都位于X染色体上，存在连锁与交换，无法计算，D错误。

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