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第二节 适应是自然选择的结果（第一课时）
第五章 生物的进化
素养目标
运用生物进化理论解释适应的形成和生物进化。
03
科学思维
分析、认同种群是生物进化的基本单位。
01
生命观念
运用归纳与概括、批判性思维阐释生物进化的原因
02
生命观念
教学重难点
种群基因频率的计算
生物进化的原因
课程导入
1831年，达尔文乘“贝格尔”号巡航舰进行环球考察时，在加拉帕戈斯群岛上，观察到那里有许多特有的生物。认为群岛上这些特有的生物都是从南美大陆迁徙而来的，但是后来经过了变异，适应了所在岛屿的食物和生活环境，随着时间的推移，经过若干世代，一个生物种群的适应性是如何形成的呢？
种群
生活在一定自然区域的同种生物的全部个体。一个种群，就是一个繁殖单位。
种群内普遍存在着变异
种群
一个种群由不同年龄、不同性别的个体组成，种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代。
种群内普遍存在着变异
以下描述是种群吗？
1.一片草地上的全部蛇。
2.一个池塘中的全部鲤鱼。
3.一片草地上的全部植物。
4.一片草地上的成年梅花鹿。
√
×
×
×
种群内普遍存在着变异
达尔文的自然选择学说
在种群的不同个体之间普遍存在着变异，这些变异至少一部分是可以遗传的。达尔文将个体间存在可遗传的变异视为自然选择的前提，形成适应的前提。
种群内普遍存在着变异
达尔文的自然选择学说
生物通过突变产生新的基因，通过基因重组产生形形色色的基因型。每种生物的每个个体平均约有10%的基因是杂合的。一个物种可能平均有30%左右有不同的等位基因。这些等位基因通过有性生殖可以形成数量巨大的基因型。
①一对等位基因，可能形成3（31）种不同的基因型：AA Aa aa；
②两对等位基因（A和a、B和b），可以形成9种不同的基因型：AABB、AABb、AAbb、AaBB、AaBb、Aabb、aaBB、aaBb和aabb；
③总的公式是：3n。n是具有等位基因的对数。如果n是100，就可以产生3100 种基因型。
优势性状的个体在特定环境中具有生存和繁殖的优势
达尔文的自然选择学说
生物具有过度繁殖的倾向。
15个月
30个月
45个月
……个月
3.5年
以长颈鹿为例：繁殖期不固定，全年都可以发生交配，高峰在雨季。孕期15个月，每胎产1仔，生下来的幼仔身高1.8米，出生后20分钟即能站立，出生后数小时幼鹿即可奔跑，并与其他已经出生数周的小鹿毫无区别。经过3.5~4.5年即可达性成熟，具有繁殖能力，大部分长颈鹿的寿命为30年左右。
达尔文的自然选择学说
资源有限，个体间存在生存斗争。
具有优势性状的个体，它们更容易获得食物和空间，获得更多的生存和繁殖的机会。例如：在青草缺乏的环境下，长颈鹿种群中头和颈比较长的个体更容易获得高处的树叶，从而生存下来并繁衍后代。
优势性状的个体在特定环境中具有生存和繁殖的优势
达尔文的自然选择学说
资源有限，个体间存在生存斗争。
在经常刮海风的海岛上，翅膀不强壮的昆虫容易被刮到海里淹死，失去了生存和繁衍的机会。
优势性状的个体在特定环境中具有生存和繁殖的优势
生命的结构及功能、行为、生活方式使该生物适合在一定环境条件下生存和延续。
适应
拟态
警戒色
保护色
自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件
适应的特征：1.普遍性；2.相对性。
适应
可遗传变异
（不定向）
有利性状
不利性状
被淘汰
不适合在特定环境中生存
适者生存
有利于在特定环境中生存
自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件
适应
自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件
古长
颈鹿
后代长颈鹿出现差异
(长颈、短颈)
长颈优势
个体存活
现代长颈鹿
过度繁殖
遗传变异
生存斗争
适者生存
变异累积
数代繁殖
人工选择与自然选择
自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件
培育出新品种
挑选合乎要求的变异个体，淘汰其他
人们根据自己需要
数代选择
所需变异被保存
生物普遍存在变异
适者生存，不适者淘汰
进化，新物种产生
生物普遍存在变异
影响存活与繁殖
生存斗争
所需变异被保存
数代选择
自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件
人工选择与自然选择
自然选择 人工选择
选择对象
选择次数 结果
有利生存、繁殖的变异
人们需要的性状
数代选择，所需变异被保存积累
产生新物种
产生新品种
变异是不定向的，选择是定向的
自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件
人工选择
人工选择培育出的新品种
自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件
自然选择
自然选择
达尔文的自然选择学说
过度繁殖+有限的生活条件
生存斗争+变异
适者生存+有利性状遗传
生物新类型出现
局限性：
①对于遗传和变异的本质，不能做出科学的解释。②对生物进化的解释局限于个体水平。③强调渐变，不能很好地解释物种大爆发等现象。
自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件
自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件
桦尺蠖
19世纪英国工业革命之前
20世纪英国工业革命之后
灰色桦尺蠖占优势
黑色桦尺蠖占优势
随着工业革命的进行，工业污染使得桦尺蠖种群中，黑色蛾逐渐取代了灰色蛾。这是一种适应性进化，这种进化性变化是自然选择所造成的。
自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件
基因库
一个生物种群中全部个体所含有的全部基因，叫作这个种群的基因库。
自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件
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值。
基因频率＝
该基因的总数
该等位基因的总数
×100%
基因型频率
任何一个生物种群都是由它所包含的各种不同比例的基因型的个体所组成，每种基因型个体占种群总个体数的比例。
基因型频率＝
特定基因型个体数
该种群个体总数
×100%
自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件
基因频率的计算
例：某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，从种群中随机抽出100个个体，测知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。那么A和a的基因频率是多少？
方法一：概念法
A基因频率为:
a基因频率为：
= 40%
A% =
×100%
2×AA＋Aa
2(AA＋Aa＋aa)
a% =
= 60%
2×aa＋Aa
2(AA＋Aa＋aa)
×100%
自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件
基因频率的计算
例：某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，从种群中随机抽出100个个体，测知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。那么A和a的基因频率是多少？
方法二：通过基因型频率计算
A基因频率 = AA的基因型频率+1/2Aa基因型频率
A基因频率= 30%+1/2×60% = 60%
a基因频率 = 10%+1/2×60% = 40%
AA基因型频率为: 30%
Aa基因型频率为: 60%
aa基因型频率为: 10%
a基因频率 = aa的基因型频率+1/2Aa基因型频率
在种群中，一对等位基因的基因频率之和等于1，基因型频率之和也等于1。
课堂练习
解析：亲本中AA个体占55%，aa个体占15%，所以Aa个体占30%，则A的基因频率为55%+30%×1/2=70%，a的基因频率1-70%=30%。蜗牛间进行自由交配，在不考虑基因突变的情况下，可利用遗传平衡定律计算，F1中Aa的基因型频率为2×70%×30%=42%。
1.蜗牛的有条纹（A）对无条纹（a）为显性。在某一地区的蜗牛种群内，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的基因频率和Aa的基因型频率分别是（ ）
A.30%、21% B.30%、42%
C.70%、21% D.70%、42%
D
课堂练习
2.英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蠖，白天栖息在树干上，夜间出来活动。该地区原来树木茂盛，树干表面长满浅色的地衣。19世纪中期以前，桦尺蠖几乎都是浅色的，黑色个体极少。后来曼彻斯特成为工业区，树干变成灰黑色，到了20世纪中期，生物学家们发现，黑色的桦尺蠖成了常见种。经分析得知，出现这种变化的原因是（ ）
A.浅色桦尺蠖迁出，黑色桦尺蠖迁入 B.自然选择的结果
C.人工选择的结果 D.工业煤烟使浅色桦尺蠖变成黑色
B
解析：题干信息未说明桦尺蠖不同颜色个体有迁入或迁出的行为，A错误；当周围环境为浅色时，浅色个体更利于生存，使该区域中浅色个体的比例更大，当周围环境变为灰黑色时，黑色个体更利于生存，使该区域中黑色个体的比例增大，说明环境对桦尺蠖不同颜色的个体进行了选择，因此黑色的桦尺蠖变成常见种是自然选择的结果，B正确；该过程没有人工操作的主动选择过程，C错误；桦尺蠖的浅色个体和黑色个体的产生是由于变异，变异是多方向的，工业煤烟只是使树干变为灰黑色，D错误。
课堂练习
3.已知基因型为aa的豌豆会形成白化苗，最终无法结种。若在一个自然状态的种群中基因型为AA、Aa的豌豆植株各占50%，该种群自然繁衍，播种F1结的种子，在刚萌发的幼苗中A的基因频率以及基因型之比分别为（ ）
A.A的基因频率为4/5，AA:Aa:aa=16:8:1
B.A的基因频率为5/6，AA:Aa=2:1
C.A的基因频率为6/7，AA:Aa:aa=11:2:1
D.A的基因频率为12/13，AA:Aa=11:2
解析：根据题意，基因型为aa的豌豆会形成白化苗，无法结种，故F1中的aa个体会被自然淘汰。豌豆自然繁衍状态下自花传粉，则F1幼苗中AA:Aa:aa=5:2:1，由于aa个体无法结种，故F1自交后种子中AA:Aa:aa=11:2:1，A的基因频率为6/7，C符合题意。
C
课堂练习
4.某二倍体植物，雌雄同株异花，自由交配。绿色基因A对白化基因a为完全显性，假设一个较大种群作亲本，个体成熟时，A基因频率为0.8，经过一代繁殖，F1种群有4%的隐性纯合体白化苗，在三叶期死亡，不能成熟，经过三代繁殖。下列说法错误的是（ ）
A.F3成熟时AA基因型频率为3/4，Aa为1/4
B.F2成熟时A的基因频率为6/7，a基因频率为1/7
C.基因a在自然选择过程中逐渐淘汰，频率逐步减小
D.经过多代繁殖，白化基因频率几乎为零，这样就形成新物种
解析：一个较大种群个体成熟时，A基因频率为0.8，a基因频率为0.2。雌雄同株没有性染色体，所以配子中A与a频率一样。F1幼苗中，AA频率为0.64，aa频率为0.04，Aa频率为0.32。成熟时，相对频率AA占2/3，Aa占1/3，A基因频率为5/6，a基因频率为1/6。F2幼苗中AA频率为25/36，aa频率为1/36，Aa频率为10/36。成熟时，相对频率AA占5/7，Aa占2/7，A基因频率为6/7，a基因频率为1/7；F3幼苗中AA频率为36/49，aa频率为1/49，Aa频率为12/49。成熟时，相对频率AA占3/4，Aa占1/4；经过多代繁殖，白色基因（a）频率几乎为零，不能判断是否达到生殖隔离。
D
课堂总结
自然选择导致适应的形成
种群的基因频率和基因型频率
种群
种群内普遍存在着变异
优势性状的个体在特定环境中具有生存和繁殖的优势
适应
人工选择与自然选择
自然选择的实例
基因库
基因频率
基因型频率
哈迪—温伯格定律

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