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第二节 适应是自然选择的结果（第二课时）
第五章 生物的进化
素养目标
基于对隔离和物种形成作用的理解，认识环境
保护与物种多样性的作用。
03
社会责任
运用生物进化观念，阐明隔离在物种形成中的
作用。
01
生命观念
运用分类与比较的观念，分析两种隔离和两种
物种形成方式。
02
科学思维
教学重难点
隔离在物种形成中的作用
物种形成的方式
课程导入
1870年的英国曼彻斯特地区，某桦尺蠖种群的基因型频率如下：AA 10%，Aa 20%，aa 70%，计算随机交配三代，各世代的基因型频率和基因频率
基因型频率 基因频率 X(AA) Y(Aa) Z(aa) p(A) q(a)
亲代 0.1 0.2 0.7
子一代
第2代
第3代
0.2
0.8
0.04
0.32
0.64
0.2
0.8
0.04
0.32
0.64
0.2
0.8
0.04
0.32
0.64
0.2
0.8
英国剑桥大学数学家哈迪和德国医生温伯格分别在 1908 年和 1909 年发现了这样的规律：在一个大的随机交配的种群里，基因频率和基因型频率在没有迁移、突变、选择的情况下，世代相传不发生变化。这就是遗传平衡定律，也称哈迪-温伯格定律。
遗传平衡
观察表格数据，你发现了什么规律？
该种群的基因型频率和基因频率世代相传不发生变化
——遗传平衡
设 A 的基因频率为 p ， a 的基因频率为 q ；则 p + q = 1 ，且：
aa 基因型的频率
AA 基因型的频率
Aa 基因型的频率
( p + q )2 = p2 + 2pq + q2
因素
许多因素能够打破平衡使种群基因频率发生变动。
影响种群基因频率的因素
1.突变
2.基因迁移
3.遗传漂变
4.非随机交配
5.自然选择
影响种群基因频率的因素
在一个比较小的种群中，一起偶然的事件往往可以引起种群基因频率发生较大的变化。而在一个大的种群中，不会使基因频率发生很大的变化。
种群内雌、雄个体相互交配往往不是随机的，或者说，种群中所有雄性个体和所有雌性个体交配的机会并不是相等的，进一步会影响下一代种群基因库的基因频率和基因型频率。
研究证明，大多数突变是有害的，突变基因不会在种群中扩增而会被删除。但也有少数突变基因是有利的，则可能被保留和扩增，从而引起基因库发生较大的变化。
随着某些个体单向地迁入或迁出，种群将会获得或丢失一些等位基因，于是种群的基因频率发生一些变动。种群之间的双向迁移，即种群间互有迁入和迁出，会引起种群间遗传差异的减少，种群内变异量增大。
遗传漂变
非随机交配
突变
基因迁移
在种群中，个体之间普遍存在着可遗传的变异。假如在一定条件下，不同基因型控制的表型对个体的存活和繁殖有着不同的影响和作用，那么，某些基因型将比其他基因型有更多个体能存活到性成熟，并成功地进行繁殖。因此，它们将留下相对多的后代，从而使基因库的基因频率和基因型频率发生变化。
自然选择
自然选择不仅淘汰不利变异，而且能使有利变异积累起来。野生型金黄色葡萄球菌对青霉素是敏感的，将它接种到青霉素浓度为0.1单位/cm3的培养基里，绝大多数细菌死亡，但有个别细菌能存活下来，并能进行繁殖。
影响种群基因频率的因素
据研究，能够存活的葡萄球菌是一种突变型，具有抗青霉素的突变基因。再让这种突变型细菌生活在青霉素浓度为0.2 单位/cm3的培养基里，同样是绝大多数细菌死亡，只有个别细菌存活下来。逐渐提高培养基中青霉素的浓度，可以得到一个能生长在青霉素浓度为250单位/cm3的培养基里的品系。经过分析，这个品系是若干个突变累加在一起的产物。
影响种群基因频率的因素
青霉素起初杀死绝大多数细菌
存活下来的细菌进行繁殖并将其抗性基因传给后代，最后青霉素对它们不再起作用
滥用抗生素的现象十分普遍。你认为这些做法会有什么后果？
影响种群基因频率的因素
适者生存
过度繁殖
大量个体 资源有限
遗传变异 自然选择
生存斗争
达尔文的自然选择学说
现代生物进化理论
个体→种群
性状→基因
进化的前提或原材料：
进化的动力和机制：
进化的基本单位：
进化的本质与标志：
进化的方向：
可遗传变异
选择（自然选择）
种群
种群基因频率的改变
定向，由选择决定生物进化的方向
现代生物进化理论为地球上的生命史提供了科学的解释
进化的实质：基因频率改变的过程。
现代生物进化理论为地球上的生命史提供了科学的解释
桦尺蠖选择
曼彻斯特地区的桦尺蠖，工业革命前后，种群中不同体色的个体数量发生了很大变化，种群的基因频率发生了定向的改变，说明种群在进化。但是，桦尺蠖并没有形成新的物种。
思考
加拉帕戈斯群岛是太平洋中靠近南美洲的一群火山岛，达尔文在环球航行时曾为这里的一些特有的生物所吸引。他从那里采集到的地雀标本，经专家研究定为 13 个物种，它们的区别主要在喙的大小上。达尔文推测这些地雀最初来自南美大陆。那么，来自南美大陆的地雀是怎样演变成群岛特有的13个物种的呢？
现代生物进化理论为地球上的生命史提供了科学的解释
现代生物进化理论为地球上的生命史提供了科学的解释
一个初始种群，因环境隔离因素 （如地理障碍） 而分隔成两个种群。由于新种群形成时可能发生的遗传漂变，它们所处的环境条件不同，自然选择所保留的和淘汰的基因型不同，两个种群的遗传组成出现差异。由于两个种群彼此处于隔离状态，它们之间的遗传差异避免了因基因交流（个体的迁入和迁出） 而减弱，甚至消失。随着时间的推移，种群间的遗传差异积累，最后达到种群间完全的生殖隔离。当它们再度相遇时，已经不能相互交配了。这时，新的物种就形成了。
物种的形成
现代生物进化理论为地球上的生命史提供了科学的解释
地理隔离
（无法进行基因交流）
一个初始种群
多个种群
自然选择、突变、
遗传漂变等
种群间的遗传差异积累
异地的物种形成
生殖隔离
生殖隔离是物种形成的必要条件，也是物种形成的标志。
渐进的物种形成方式【异地物种】
地理隔离
现代生物进化理论为地球上的生命史提供了科学的解释
物种
现代生物进化理论为地球上的生命史提供了科学的解释
能够在自然状态下相互交配并产生可育后代的一群生物
马
驴
×
骡子
是否
可育？
（不育）
不是同一物种！
2N=64
2N=62
……
马1号
马2号
马3号
马4号
马5号
……
马1号
马2号
马3号
马4号
马5号
……
驴1号
驴2号
驴3号
驴4号
驴5号
……
驴1号
驴2号
驴3号
驴4号
驴5号
配子
配子
N=32
N=31
……
马1号
马2号
马3号
马4号
马5号
……
驴1号
驴2号
驴3号
驴4号
驴5号
异源二倍体
2N=63
不育
存在
生殖隔离
现代生物进化理论为地球上的生命史提供了科学的解释
你知道骡子为什么不育吗？
狮子和老虎是一个物种吗？
现代生物进化理论为地球上的生命史提供了科学的解释
是两个物种，狮虎兽是不育的，所以狮和虎是两个物种。
现代生物进化理论为地球上的生命史提供了科学的解释
物种的形成
一次有性生殖过程中形成【同地物种】
二倍体
秋水仙素
减数分裂失败，代之一次有丝分裂
自花授粉
生殖隔离
四倍体
物种形成的关键
新物种
（产生二倍体配子）
二倍体
四倍体
物种A
杂种植物
异源多倍体
杂交
染色体加倍
物种B
现代生物进化理论为地球上的生命史提供了科学的解释
基因突变
产生
新的
等位基因
基因重组
多种多样的基因型
种群中出现大量
可遗传变异
自然选择
适应环境的有利变异
不适应环境的不利变异
积累
种群中某种基因型的个体被保留
种群基因频率发生定向改变
种群基因库
出现差异
染色体畸变
导致
积累
不同的新品种
产生
生殖隔离
新物种
包括
适者生存
不适者淘汰
导致
导致
形成
差异变大
形成
打破种的界限
积累
导致
现代生物进化理论
生物的进化过程异常复杂，现有的进化理论还不能解释所有的进化现象。在这些理论中，以自然选择为核心的现代生物进化理论比其他学说的影响要广泛和深远。同其他科学理论一样，进化理论不会停滞不前，而是在不断发展中。
现代生物进化理论为地球上的生命史提供了科学的解释
课堂练习
解析：马与驴交配产生了骡子，但骡子是不育的，故骡子不属于新物种，A错误；二倍体西瓜经秋水仙素处理成为四倍体西瓜，二倍体西瓜和四倍体西瓜的杂交后代为三倍体，是不育的，存在生殖隔离，故四倍体西瓜属于新物种，B正确；抗倒伏抗锈病小麦可以与抗倒伏易染锈病和易倒伏抗锈病小麦杂交产生可育后代，不存在生殖隔离，没有形成新的物种，C错误；桦尺蠖体色的基因频率由S（灰色）占95%变成了s（黑色）占95%，发生了进化，没有出现生殖隔离，故没有形成新的物种，D错误。
1.经下列过程形成了新物种的是（ ）
A.马与驴交配产生了骡子
B.二倍体西瓜经秋水仙素处理成为四倍体西瓜
C.由抗倒伏易染锈病和易倒伏抗锈病小麦培育出抗倒伏抗锈病小麦
D.桦尺蠖体色的基因频率由S（灰色）占95%变成了s（黑色）占95%
B
课堂练习
2.生殖隔离的形成包括（ ）
①动物因求偶方式和繁殖期不同造成不能交配
②植物因开花季节和花的形态不同而不能交配
③动物胚胎发育早期死亡
④产生的杂种后代没有生育能力
A.①② B.①③ C.①②④ D.①②③④
D
解析：动物因求偶方式和繁殖期不同导致不能交配而产生生殖隔离，①正确；植物因开花季节和花的形态不同导致不能交配而产生生殖隔离，②正确；动物胚胎发育早期死亡导致不能产生正常后代而产生生殖隔离，③正确；产生的杂种后代没有生育能力而产生生殖隔离，④正确。综上所述，D项正确。
课堂练习
3.下列关于隔离的叙述，不正确的是（ ）
A.阻止了种群间的基因交流
B.生物进化意味着有新物种形成
C.基因组成上的差异是产生生殖隔离的根本原因
D.多倍体植物的产生一般不需要经过地理隔离
解析：A、隔离的作用是使不同种群的基因不能进行自由交流，A正确；
B.生物发生进化的实质是种群基因频率的改变，但不一定形成新物种，B错误；
C.长期的地理隔离会导致基因库的改变，基因组成上的差异是产生生殖隔离的根本原因，C正确；
D.植物多倍体的形成过程一般不需要经过地理隔离，D正确。
A
课堂练习
4.下列关于物种形成机制的叙述，错误的是（ ）
A.不同物种间的杂交能产生可育的后代
B.用秋水仙素处理植物的分生组织得到多倍体
C.经过长期的地理隔离和自然选择形成生殖隔离
D.整倍体变异的配子形成合子，合子发育成可育植株
解析：不同物种间一般是不能交配的，即使交配成功，也不能产生可育性后代，A错误；秋水仙素能抑制纺锤体的形成，使染色体数目加倍，因此用秋水仙素处理植物的分生组织可得到多倍体，B正确；经过长期的地理隔离和自然选择形成生殖隔离，这是异地物种形成的方式，C正确；整倍体变异的配子形成合子，合子发育成可育植株，D正确。
A

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