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第二节　适应是自然选择的结果
学习目标
　1.举例说明种群内的某些可遗传变异将赋予个体在特定环境中的生存和繁殖优势。
　2.阐明具有优势性状的个体在种群中所占比例将会增加。
　3.说明自然选择促进生物更好地适应特定的生存环境。
　4.用数学方法讨论自然选择使种群的基因频率发生变化。
　5.举例说明同地物种和异地物种形成的过程。
　6.概述现代生物进化理论以自然选择为核心,为地球上的生命进化史提供了科学的解释。
一、种群内普遍存在着变异
1.种群的定义
生活在一定自然区域的 生物的全部个体。
2.自然选择的前提
种群不同个体间存在 的变异。
3.基因座位
一个特定基因在 上的位置。
(1)n个基因座位,每个基因座位都有2个等位基因的话,理论上可形成2n种基因型。( )
(2)种群内存在普遍的变异,并且这些变异都可以遗传。( )
(3)生物种群通过基因重组产生新的基因和基因型。( )
二、优势性状的个体在特定环境中具有生存和繁殖的优势
1.繁殖的优势
生物具有非常强的 能力,如果条件适宜,即使繁殖较慢的生物,也会在不太长的时间内,产生大量的后代。
2.优势个体的生存优势
具有优势性状的个体更容易获得 和空间,获得更多的生存和 的机会。
3.实例
(1)在缺乏青草的环境下,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。
(2)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,失去生存和繁衍的
机会。
三、自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件
1.适应的概念
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 ,称为
适应。
2.选择的类型与作用
(1)人工选择。
人们根据自己的需要,把某些比较合乎要求的 挑选出来,让它们保留后代;把其他变异个体淘汰掉,不让它们保留后代。经过 的选择,人类所需要的变异被保存下来,微小变异因此积累成为显著变异,从而培育出新的品种。
(2)自然选择。
同种生物的个体之间,只要个体之间存在着 ,而且某些变异性状影响了个体的 ,从而使具有不同性状的个体之间在存活率和繁殖率上出现了差异,自然选择就发生作用。经过世世代代的选择,种群中相关的 变异被保存下来并不断得到积累,微小变异积累成显著变异,新的类型、新的物种由此产生。
(3)选择的作用:自然条件下, 是进化的一个重要动力和机制,适应性进化是自然选择造成的。
3.基因库、基因频率、基因型频率
(1)基因库:一个生物种群的 的总和。
(2)基因频率:在种群中,某一个等位基因的数目占这个基因可能出现的所有 总数的比例。
(3)基因型频率:每种基因型个体数占 的比例。
4.遗传平衡定律
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 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。
5.使种群基因频率发生变化的主要因素
、基因迁移、 、非随机交配和自然选择。
(1)环境因素可诱导基因朝某一方向突变。( )
(2)种群是生物进化的基本单位,种群越大进化越快。( )
(3)某物种仅存一个种群,该种群中每个个体均含有这个物种的全部基因。( )
(4)无论是自然选择还是人工选择作用,都能使种群基因频率发生定向改变。( )
(5)一个种群中基因型频率发生改变,基因频率一定发生改变,种群一定发生进化。( )
(6)某生物种群由基因型为AA、Aa、aa的个体组成,其中基因a的频率为45%,则该种群中基因A的频率也为45%。( )
四、现代生物进化理论为地球上的生命史提供了科学的解释
1.现代生物进化理论的主要内容
(1)个体不是进化的单位, 才是进化的单位。
(2)在自然界中,由于存在 、基因重组和自然选择等因素,种群的基因频率总是在不断变化的。
(3)生物进化的过程实质上就是种群 发生变化的过程。
2.物种形成方式比较
(1)异地的物种形成(渐进式):如加拉帕戈斯群岛地雀的形成。
一个初始种群多个小种群种群基因频率定向改变亚种新物种
(2)同地的物种形成(骤变式):如四倍体西瓜的形成。
(1)可遗传的变异不仅能提供进化的原材料,还能决定生物进化的方向。( )
(2)新物种的形成都是先经过长期的地理隔离最终导致了生殖隔离。( )
形成。
(3)抗生素的滥用会诱发细菌产生基因突变,使细菌的抗药性逐渐增强。( )
(4)不同种群间的个体不能进行基因交流,说明种群间存在生殖隔离。( )
(5)生物发生进化但并不一定会形成新的物种,形成了新物种一定是生物进化的结果。( )
任务一　对自然选择与适应的理解
1.利用现代生物进化理论分析生物的进化
(1)先后问题:选择的前提是生物存在普遍的变异,即先有变异再有选择,未进行选择之前,之所以具有相关变异的生物不具有繁殖优势,原因就在于这种变异对于当时的环境而言并不是有利变异。
(2)方向问题:变异具有突发性,是不定向的,选择是定向的,决定了生物进化的方向。
(3)关于选择类型的判断:这种问题只需要看选择的结果,若选择的结果是人们需求的,则为人工选择,否则为自然选择。如优良金鱼的筛选,最终筛选的个体是人们所需的,这种选择是人工选择,而农田中喷洒农药,部分害虫活下来,这种选择为自然选择。
(4)物种形成的判断:物种的形成方式多样,可以是渐进式的(经过地理障碍),也可以是骤变式的(染色体组数目变化),但最终都以生殖隔离为形成新物种的判断标准。
(5)什么样的变异才能被选择
并不是所有的可遗传变异都能为进化提供原材料,只有引起生物的繁殖和存活出现差异的可遗传的变异才能为生物进化提供原材料,变异与选择二者关系如图所示:
2.人工选择和自然选择的比较
比较项目 人工选择 自然选择
选择因素 人 自然环境
选择对象 家养生物 自然界中的生物
选择目的 满足人们需要 适应当地环境
选择手段 人工挑选 生存斗争
速度 较快 十分缓慢
结果 培育出人类 需要的新品种 优胜劣汰,适者生存
3.对适应的理解
(1)特定的环境条件下,某生物能够获得充足的食物和生存空间,有交配的机会并能繁衍后代,表明它在生存斗争中取得了胜利,即适应了环境。
(2)适应是相对的,是一定程度上的适应,不是永恒的。因为环境一直在变,适应环境的性状也相应地发生改变,而由于遗传的世代连续性,生物的性状是相对稳定的。
[迁移应用]
[典例1-1] (温州二模)天然的浙江红山茶广泛分布于浙江南部、安徽南部、江西东北部、湖南南部和福建北部一带的山地。下列关于浙江红山茶的叙述,错误的是( )
A.分布在不同海拔,可能与其遗传多样性有关
B.对不同环境的适应,是自然选择的结果
C.种子的扩散使各种群间的遗传差异变小
D.全部的天然浙江红山茶构成了进化单位
[典例1-2] (丽水五校发展共同体期中)科学家对某小岛上的中地雀种群进行了连续多年观察。调查发现,持续干旱后中地雀的喙平均深度变大,改食更大、更硬的坚果。下列叙述错误的是( )
A.选择压力加快了中地雀种群喙的进化进程
B.可遗传的变异能够导致喙的深度存在个体间差异
C.干旱前后,每只中地雀的喙大小会随环境的变化而改变
D.在干旱年份,喙深度大的中地雀个体具有更多生存和繁殖机会
任务二　基因频率、基因型频率计算
1.根据基因频率的概念计算
某基因频率=该基因总数/该基因及其等位基因总数×100%。
某基因型频率=该基因型总数/个体总数×100%。
此外,还有以下结论:
(1)种群中一对等位基因(A和a)的基因频率之和等于100%,基因型频率之和也等于100%。
(2)一个等位基因的频率=该等位基因纯合子的频率+1/2×杂合子的频率。
(3)X染色体上基因的基因频率=该基因总数/(2×女性个体数+男性个体数)×100%。
2.运用哈迪-温伯格定律进行计算
(1)常染色体遗传。
在一个有性生殖的自然种群中,当等位基因只有一对(A、a)时,设p代表A基因的频率,q代表a基因的频率,则(p+q)2=p2+2pq+q2=1。其中p2是AA(纯合子)基因型的频率,2pq是Aa(杂合子)基因型的频率,q2是aa(纯合子)基因型的频率。
(2)伴性遗传。
①伴X染色体遗传,在整个群体中、雄性群体中、雌性群体中XB的频率均为p,Xb的频率均为q,即雄性中XB基因频率=雌性中XB基因频率=整个群体中XB基因频率=p;雄性中Xb基因频率=雌性中Xb基因频率=整个群体中Xb基因频率=q。
②计算基因型频率时雄性群体基因型频率(XBY)与基因频率(XB)相等;雌性群体中,可根据遗传平衡定律,代入基因频率计算基因型频率。
[迁移应用]
[典例2-1] 在没有自然选择、不发生突变、没有迁入和迁出等条件下,一个随机交配的足够大的一年生植物种群中,由某对等位基因控制的隐性表型个体的频率是64%,则该种群中显性基因和显性杂合子的频率分别为( )
A.60%、48% B.40%、48%
C.20%、32% D.80%、32%
[典例2-2] (杭州月考)大熊猫最初是食肉动物,经过进化,现在其99%的食物都来源于竹子。现在一个较大的大熊猫种群中雌雄数量相等,且雌雄之间可以自由交配,若该种群中B的基因频率为60%,b的基因频率为40%,则下列有关说法正确的是( )
A.大熊猫种群中全部个体所含有的B、b基因,叫作该种群的基因库
B.大熊猫由以肉为食进化为以竹子为食的实质是种群基因型频率的定向改变
C.若该对等位基因位于常染色体上,则显性个体中出现杂合雌性大熊猫概率约为28.6%
D.若该对等位基因只位于X染色体上,则XbXb、XbY的基因型频率分别为16%、40%
任务三　现代生物进化理论
1.现代生物进化理论对生物进化的解释
项目 现代生物进化理论
模型建构
理论的主 要内容 自然选择的实质是环境对变异所对应的基因的选择
生物进化 的原材料 基因突变、基因重组、染色体畸变
进化的 对象 种群
生物进化 的实质 种群基因频率的改变
变异与选 择的关系 变异在前,选择在后,生物性状的差异是变异的结果,选择只是对差异进行淘汰或保留,并实现差异的积累和放大
2.物种形成方式比较
项目 异地的物种形成 (渐进的物种形成) 同地的物种形成 (骤变的物种形成)
时间 经过漫长的时间和世代的逐渐演变 较短时间内(一次有性生殖过程中形成)
方式
实例 加拉帕戈斯群岛上多种地雀的形成 植物体细胞杂交、多倍体育种
联系 物种的形成都以生殖隔离的形成为标志
3.物种形成与生物进化的比较
项目 物种形成 生物进化
标志 生殖隔离出现 种群基因频率改变
变化后的 生物与原 生物的关系 属于不同物种 可能属于同一个物种,也可能属于不同的物种
两者 联系 ①只有不同种群的基因库产生了明显差异,出现生殖隔离后才能形成新物种; ②生物进化不一定产生新物种,新物种产生一定发生了生物进化
[迁移应用]
[典例3-1] 如图为某同学绘制的关于现代生物进化理论的概念图。下列有关分析正确的是( )
A.①是种群基因型频率的改变
B.②是突变、基因迁移、遗传漂变、非随机交配和自然选择
C.自然选择会使基因频率不定向改变
D.新物种的产生一定存在进化,进化一定意味着新物种的产生
[典例3-2] (杭州四校联考月考)许多年前,某大峡谷中的松鼠被一条河流分隔成甲、乙两个种群。两个种群所发生的变化如图所示,①~⑥表示不同的变异结果,a~d表示进化的不同环节。下列叙述错误的是( )
A.a表示地理隔离,经过长期的地理隔离可能出现生殖隔离
B.b过程表示基因突变,为生物进化提供原材料
C.c过程可以定向改变种群的基因频率,导致生物定向进化
D.同地的物种形成和异地的物种形成,都需要经过d环节
[典例3-3] (杭州S9联盟期中)如图为某哺乳动物种群因河道改变而发生的变化。下列相关说法正确的是( )
A.河道的改变使同一种群的生物变成了不同的物种
B.河道的改变使两个种群失去了基因交流的机会
C.乙种群和丙种群基因频率的不同仅与环境的变化有关
D.长期的地理障碍可能导致生殖隔离,生殖隔离必然源于地理障碍第二节　适应是自然选择的结果
素养测练
基础达标练
题组一　变异、自然选择和人工选择
1.长尾鸡是著名的观赏鸡,短小的身体拖着6~7 m 的尾羽,来亨鸡是产卵量很高的卵用鸡。长尾鸡和来亨鸡的培育成功是(　B　)
A.自然选择的结果
B.人工选择的结果
C.生存斗争的结果
D.定向变异的结果
解析:长尾鸡和来亨鸡是人们根据自己的需要将合乎要求的变异保存下来而逐渐培育形成的,是人工选择的结果。
2.(舟山期末)有相邻两块田,一块田种的是野生品种水稻,因受到真菌感染,有60%枯死,但有40%未受影响。邻近的另一块田,种植的是人工育种的水稻,同样受到真菌感染,但却全部枯死。下列造成此差异的最可能的原因是(　B　)
A.人工育种的品种产生突变
B.野生品种有较好的适应能力
C.野生品种有较高的物种多样性
D.人工育种的品种缺乏遗传变异
解析:人工育种的水稻全部枯死是因为适应性较差,对真菌感染没有抗性;野生品种大都对真菌感染有抗性,有较好的适应能力;物种多样性是指生物种类多样,水稻就一种生物;遗传变异是普遍存在的。
3.(浙江百校调研)药物华法林有对抗维生素K的作用,常被用于灭鼠。某地区使用华法林灭鼠,发现抗药小鼠比例明显增加,并发现抗药小鼠中维生素K合成能力缺失。停药一段时间后,该地区的抗药鼠比例下降。下列叙述正确的是(　D　)
A.使用华法林使小鼠发生了抗药性突变
B.抗药小鼠的抗性基因在停药后不能遗传
C.抗药小鼠与敏感小鼠存在生殖隔离
D.突变是否有害与环境有关
解析:华法林不能使小鼠产生抗药性突变,只是对抗药性个体进行了选择;基因突变属于可遗传的变异,抗药小鼠的抗性基因在停药后可以遗传给后代;抗药与敏感属于小鼠的一对相对性状,抗药小鼠与敏感小鼠属于同一物种,二者之间不存在生殖隔离;使用华法林灭鼠,抗药小鼠生存能力更强,比例明显增加,停用华法林后抗药性个体比例下降,说明突变是否有害是相对的,取决于环境条件。
4.科研人员新研制了一种针对菜青虫的高效杀虫剂,但随着杀虫剂的持续使用,菜青虫表现出越来越强的抗药性。下列叙述正确的是(　D　)
A.杀虫剂诱发了菜青虫抗药性基因的产生
B.杀虫剂对菜青虫种群起到了人工选择的作用
C.菜青虫的抗药性是不利变异
D.菜青虫抗药性的增强是抗药性变异逐渐积累的结果
解析:菜青虫的抗药性基因的产生是基因突变的结果,不是杀虫剂诱发的,而是在使用杀虫剂之前就存在的;杀虫剂作为自然环境的因素对菜青虫种群的抗药性变异进行了定向的选择,虽然施药是人为的作用,但菜青虫的抗药性增强不是人工选择的目的,因此不能说明菜青虫抗药性增强是人工选择导致的;菜青虫产生抗药性,有利于其生存,是有利变异;杀虫剂的使用使敏感的菜青虫死亡,少数具有抗药性的个体具有更多生存和繁殖后代的机会,因而使菜青虫的抗药性逐渐增强,可见菜青虫抗药性的增强是抗药性变异逐渐积累的
结果。
题组二　基因频率、基因型频率和遗传平衡定律
5.(宁波模拟)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()n,AA和aa的频率均为[1-()n]。根据现代生物进化理论,可以肯定该种群在这些年中(　A　)
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.④⑤ B.①②③④
C.②③④ D.②③⑤
解析:该种群的初始状态豌豆的基因型全部为Aa,因此该种群的基因频率为A=a=50%,经过n代自交后,Aa=()n,AA=aa=[1-()n];因此自交n代后,A的基因频率与a的基因频率相等,即为A=a=[1-()n]+×()n=50%,由此可以看出,在这些年中种群的基因频率并没有改变。由题意知,该种群没有发生隔离,①错误; 该过程没有出现新基因,所以没有发生基因突变,②错误;由于这些年中种群的基因频率并没有改变,因此没有发生自然选择,③错误;由题意知,经过连续自交,种群基因型频率发生了改变,④正确;由以上分析可知,种群基因频率没有变化,因此生物没有进化,⑤正确。
阅读下列资料,回答下面6~7小题。
　　甲岛上某种昆虫(性别决定为XY型)的体色是由基因B/b决定的,雌雄个体数量基本相等,且可以自由交配。如图表示甲岛上该种昆虫迁到乙、丙两岛若干年后,调查到的相关体色基因的种类及其频率。
6.下列关于不同岛上该种昆虫体色基因及相关基因型频率的叙述,错误的是(　A　)
A.基因B1、B2均是B基因发生突变的结果
B.乙、丙岛上该昆虫的基因库一定发生了改变
C.若体色基因位于常染色体上,则乙岛bb的基因型频率为25%
D.若体色基因位于X染色体上,则甲岛XBXb的基因型频率为16%
解析:基因突变是生物变异的根本来源,即新基因是通过基因突变产生的,基因突变具有多方向性,因而不能确定基因B1、B2均是B基因发生突变的结果;结合题图可知,乙、丙岛上该昆虫的相关的基因频率发生了改变,因而可知,乙、丙岛上该昆虫的基因库一定发生了改变;若体色基因位于常染色体上,则乙岛bb的基因型频率为50%×50%=25%;若体色基因位于X染色体上,则甲岛XBXb的基因型频率为80%×20%=16%。
7.下列关于不同岛上该昆虫的进化及其原因的判断,正确的是(　C　)
A.甲、乙、丙三岛的该昆虫间已经发生了生殖隔离
B.甲、乙、丙三岛间环境条件的差异加速了不定向进化的发生
C.引起乙、丙两岛昆虫进化的因素可能涉及遗传漂变、基因迁移等
D.乙岛中B1基因和丙岛中B2基因的出现是不同环境条件定向突变的结果
解析:甲、乙、丙三岛的该昆虫间发生了基因频率的改变,但不一定产生生殖隔离;进化是定向的;引起乙、丙两岛昆虫进化的因素可能涉及遗传漂变、基因迁移等;突变是不定向的。
题组三　现代生物进化理论
8.现在世界上有450多个品种的家犬,它们主要是由灰狼驯化而来的。下列关于家犬的叙述,错误的是(　B　)
A.不同品种的家犬交配能产生可育的后代
B.家犬驯化过程中种群基因频率没有改变
C.多种家犬品种的出现是连续多代人工选择的结果
D.家犬的进化方向是由人类的需要决定的
解析:不同品种的家犬属于同一物种,它们之间没有生殖隔离,交配能产生可育的后代;家犬驯化过程是一个进化过程,种群基因频率发生改变;多种家犬品种的出现,是人工连续多代按人类的需要选择的结果。
9.(浙江三校联盟联考)20世纪50年代,有人做了如下的实验:将黑色桦尺蠖和浅色桦尺蠖分别标记后放养在工业污染区和没有污染的非工业区。经过一段时间后,将所释放的桦尺蠖尽量收回,统计其数目,结果见表。下列叙述错误的是(　B　)
地区 浅色桦尺蠖 黑色桦尺蠖
释放数 回收数 释放数 回收数
工业污染区 200 45(22.5%) 200 138(69%)
非工业区 200 146(73%) 200 12(6%)
A.现代生物进化理论提出基因突变为桦尺蠖的进化提供了原材料
B.所在环境的不同导致桦尺蠖的基因突变朝不同方向进行
C.在同一环境中不同颜色桦尺蠖的存活率存在差异
D.该实验说明环境的变化可以使种群中的基因频率发生改变
解析:现代生物进化理论提出基因突变为桦尺蠖的进化提供了原材料;基因突变具有不定向性;根据表格数据分析可知,在两个环境中,两种体色的桦尺蠖的回收率都不同,说明在同一环境中不同颜色桦尺蠖的存活率存在差异;根据表格数据分析可知,在两个环境中,回收率较高的桦尺蠖的体色不同,说明环境的变化可以使种群中的基因频率发生改变。
10.(台州二模)鸡舌草常生长于山地,品种甲和乙分别生长在底部和顶部区域。在山地的中部坡度缓和区域存在大量甲和乙的杂交种丙,且形成了种群。下列叙述错误的是(　A　)
A.品种甲和乙为适应不同环境而发生了不同的变异
B.品种甲和乙不同特征的出现是适应性进化的结果
C.品种丙的出现说明品种甲和乙仍属于同一物种
D.自然选择通过作用于品种甲的表型导致基因频率发生定向改变
解析:变异不是为了适应不同环境而发生的,变异是普遍存在的;自然选择决定生物进化的方向,生物适应性特征的形成是长期自然选择的结果,是适应性进化的结果;杂交种丙繁殖形成种群,说明丙是可育的,说明品种甲和乙之间能进行交配并产生可育后代,说明两个种群之间无生殖隔离,是同一个物种;自然选择的作用是定向的,自然选择直接作用于品种甲的表型,最终导致基因频率发生定向改变。
11.如图是生物进化与物种形成的图解,请回答下列问题。
(1)图中①是　　　　　,②是　　　　　,③是　　　　　,④是　　　　　。
(2)生物进化的基本单位是　　　　,生物进化的实质是种群　　　　　　的改变。
(3)就植物和动物而言,最早登陆的是　　　　,原因是　 。
解析:(1)题图为生物进化与物种形成的图解,其中①是突变和基因重组,②是自然选择,③是地理隔离,地理隔离能加快进化的速度,④是生殖隔离,生殖隔离是新物种形成的标志。
(2)种群是生物进化的基本单位,生物进化的实质是种群基因频率的改变。
(3)就植物和动物而言,最早登陆的应该是植物,植物为动物的生存提供了食物,此后动物登陆,即只有植物先登陆后为动物创造了生存条件,动物才可能登陆成功。
答案:(1)突变和基因重组　自然选择　地理隔离 生殖隔离
(2)种群　基因频率
(3)植物　植物为动物提供食物
综合提升练
12.如图中a、b、c表示环境条件差异较大、存在地理隔离的三个地区。a地区某种群部分个体迁移至b、c地区(t1、t2表示不同的时期),经长期进化逐渐形成两个新物种乙、丙。下列叙述正确的是(　D　)
A.留居在a地区的甲种群基因库将保持稳定
B.自然界中新物种的形成必须经过地理隔离这一条件
C.t1时b、c两地区的种群遗传上的差异不可能是遗传漂变造成的
D.通过这种方式形成的乙、丙是能适应各自环境的新物种
解析:留居在a地区的甲种群基因库因为自然选择、基因突变等因素,也会发生改变;新物种形成的标志是生殖隔离的形成,自然界中新物种的形成不一定经过地理隔离;一个初始种群,因环境因素,分隔成两个种群时可能会发生遗传漂变;自然选择决定了生物进化的方向,通过这种方式形成的乙、丙是能适应各自环境的新物种。
13.1万多年前,内华达州比现在湿润得多,气候也较为寒冷,许多湖泊(A、B、C、D)通过纵横交错的小溪流连在一起,湖中有不少鳞鱼。一段时间后,气候逐渐干旱,小溪流渐渐消失,形成了若干个独立的湖泊,各湖泊生活的鳞鱼形态差异也变得明显(分别称为a、b、c、d鳞鱼)。如图为内华达州1万多年以来湖泊地质的变化示意图。请回答下列问题。
(1)1万多年后,D湖中的所有鳞鱼所含有的全部基因称为鳞鱼种群的　　　　;现代生物进化理论认为　　　　　　　　为生物的进化提供原材料。
(2)现在,有人将四个湖泊中的一些鳞鱼混合养殖,结果发现:A、B两湖的鳞鱼(a和b)能进行交配且产生后代,但其后代高度不育,则a、b鳞鱼　 　　(填“属于”或“不属于”)两个物种。
(3)在5 000年前,A湖的浅水滩生活着甲水草(二倍体),如今科学家发现了植株较硕大的乙水草,经基因组分析,甲、乙两水草完全相同;经染色体组分析,甲水草含有18对同源染色体,乙水草的染色体组数是甲水草的2倍。乙水草产生的原因最可能是


　。
(4)若时间单位为年,在某年时,C湖鳞鱼中AA、Aa和aa的基因型频率分别为10%、30%和60%,则此时基因A的基因频率为　　　　。现假设C湖所生存的环境发生一种新的变化,使得生存能力AA=Aa>aa,其中aa个体每年减少10%,而AA和Aa个体每年均增加10%,则下一年时种群中aa的基因型频率约为　　　　,该种群　　　　(填“会”或“不会”)发生进化。
解析:(1)D湖中的所有鳞鱼所含的全部基因称为鳞鱼种群的基因库,现代生物进化理论认为突变和基因重组为生物进化提供原材料。
(2)A、B两湖的鳞鱼(a和b)能进行交配且产生后代,但其后代高度不育,说明二者之间存在生殖隔离,它们属于两个不同物种。
(3)根据甲、乙的基因组完全相同,染色体组数乙是甲的2倍,且乙的植株较硕大,说明乙是由甲经过染色体加倍形成的多倍体,即乙是四倍体,乙形成的原因可能是低温导致甲水草幼苗或种子有丝分裂过程中纺锤体形成受到抑制,进而导致染色体组成倍增加,形成四倍体乙水草。
(4)在某年时,C湖鳞鱼种群中AA、Aa和aa的基因型频率分别为10%、30%和60%,则此时基因A的基因频率=AA的基因型频率+1/2Aa的基因型频率=10%+1/2×30%=25%。现假设该种群中共有100个个体,则AA、Aa和aa的个体数依次是10个、30个、60个,若aa个体每年减少10%,而AA和Aa个体每年均增加10%,则下一年时种群中AA、Aa和aa的个体数依次是11个、33个、54个,因此aa的基因型频率=54÷(11+33+54)×100%≈55.1%,此时A的基因频率为(11×2+33)÷(98×2)×100%≈28.06%,基因频率发生了改变,说明该种群会发生进化。
答案:(1)基因库　突变和基因重组　(2)属于　(3)低温导致甲水草幼苗或种子有丝分裂过程中纺锤体形成受到抑制,进而导致染色体组成倍增加,形成四倍体乙水草　(4)25%　55.1%　会(共49张PPT)
第二节　适应是自然选择的结果
[学习目标]
1.举例说明种群内的某些可遗传变异将赋予个体在特定环境中的生存和繁殖优势。
2.阐明具有优势性状的个体在种群中所占比例将会增加。
3.说明自然选择促进生物更好地适应特定的生存环境。
4.用数学方法讨论自然选择使种群的基因频率发生变化。
5.举例说明同地物种和异地物种形成的过程。
6.概述现代生物进化理论以自然选择为核心,为地球上的生命进化史提供了科学的解释。
读教材·相信我能行
梳理必备知识,储备素养根基
一、种群内普遍存在着变异
1.种群的定义
生活在一定自然区域的 生物的全部个体。
2.自然选择的前提
种群不同个体间存在 的变异。
3.基因座位
一个特定基因在 上的位置。
同种
可遗传
染色体
·思维点拨·
(1)n个基因座位,每个基因座位都有2个等位基因的话,理论上可形成2n种基因型。(　 　)
提示:理论上可形成3n种基因型。
×
(2)种群内存在普遍的变异,并且这些变异都可以遗传。(　 　)
提示:种群内个体存在普遍的变异,一部分变异为可遗传的变异。
×
(3)生物种群通过基因重组产生新的基因和基因型。(　 　)
提示:生物通过基因突变产生新的基因,通过基因重组产生形形色色的基因型。
×
二、优势性状的个体在特定环境中具有生存和繁殖的优势
1.繁殖的优势
生物具有非常强的 能力,如果条件适宜,即使繁殖较慢的生物,也会在不太长的时间内,产生大量的后代。
2.优势个体的生存优势
具有优势性状的个体更容易获得 和空间,获得更多的生存和 的机会。
繁殖
食物
繁殖
3.实例
(1)在缺乏青草的环境下,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。
(2)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,失去生存和繁衍的机会。
三、自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件
1.适应的概念
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
,称为适应。
生存和延续
2.选择的类型与作用
(1)人工选择。
人们根据自己的需要,把某些比较合乎要求的 挑选出来,让它们保留后代;把其他变异个体淘汰掉,不让它们保留后代。经过 的选择,人类所需要的变异被保存下来,微小变异因此积累成为显著变异,从而培育出新的品种。
变异个体
连续数代
(2)自然选择。
同种生物的个体之间,只要个体之间存在着 ,而且某些变异性状影响了个体的 ,从而使具有不同性状的个体之间在存活率和繁殖率上出现了差异,自然选择就发生作用。经过世世代代的选择,种群中相关的
变异被保存下来并不断得到积累,微小变异积累成显著变异,新的类型、新的物种由此产生。
变异
存活和繁殖
有利
(3)选择的作用:自然条件下, 是进化的一个重要动力和机制,适应性进化是自然选择造成的。
3.基因库、基因频率、基因型频率
(1)基因库:一个生物种群的 的总和。
(2)基因频率:在种群中,某一个等位基因的数目占这个基因可能出现的所有
总数的比例。
(3)基因型频率:每种基因型个体数占 的比例。
自然选择
全部等位基因
等位基因
种群总个体数
4.遗传平衡定律
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
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。
5.使种群基因频率发生变化的主要因素
、基因迁移、 、非随机交配和自然选择。
迁移、突变、
选择
突变
遗传漂变
·思维点拨·
(1)环境因素可诱导基因朝某一方向突变。(　 　)
×
提示:基因突变具有多方向性。
(2)种群是生物进化的基本单位,种群越大进化越快。(　 　)
×
提示:种群进化快慢与基因频率的改变有关,种群越大进化不一定越快。
(3)某物种仅存一个种群,该种群中每个个体均含有这个物种的全部基因。
(　 　)
×
提示:某物种仅存一个种群,该种群含有这个物种的全部基因,但每个个体不一定含有该物种的全部基因。
(4)无论是自然选择还是人工选择作用,都能使种群基因频率发生定向改变。
(　 　)
√
(5)一个种群中基因型频率发生改变,基因频率一定发生改变,种群一定发生进化。(　 　)
×
提示:一个种群中基因频率发生改变,基因型频率一定发生改变,种群一定发生进化,但基因型频率发生改变,基因频率不一定改变。
(6)某生物种群由基因型为AA、Aa、aa的个体组成,其中基因a的频率为45%,则该种群中基因A的频率也为45%。(　 　)
×
提示:基因a的频率为45%,所以其等位基因A的基因频率为1-45%=55%。
四、现代生物进化理论为地球上的生命史提供了科学的解释
1.现代生物进化理论的主要内容
(1)个体不是进化的单位, 才是进化的单位。
(2)在自然界中,由于存在 、基因重组和自然选择等因素,种群的基因频率总是在不断变化的。
(3)生物进化的过程实质上就是种群 发生变化的过程。
种群
基因突变
基因频率
2.物种形成方式比较
(1)异地的物种形成(渐进式):如加拉帕戈斯群岛地雀的形成。
·思维点拨·
(1)可遗传的变异不仅能提供进化的原材料,还能决定生物进化的方向。
(　 　)
×
提示:可遗传的变异能提供进化的原材料,自然选择决定生物进化的方向。
(2)新物种的形成都是先经过长期的地理隔离最终导致了生殖隔离。(　 　)
×
提示:新物种形成的标志是出现生殖隔离,但不一定先经过长期的地理隔离,如多倍体的形成。
(3)抗生素的滥用会诱发细菌产生基因突变,使细菌的抗药性逐渐增强。(　 )
×
提示:基因突变不是抗生素诱发细菌产生的,使用抗生素之前,细菌中已经存在抗药性,抗生素只起选择作用。
(4)不同种群间的个体不能进行基因交流,说明种群间存在生殖隔离。(　　)
×
提示:不同种群间的个体不能进行基因交流,可能是种群间存在地理隔离。
(5)生物发生进化但并不一定会形成新的物种,形成了新物种一定是生物进化的结果。(　 　)
√
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任务一　对自然选择与适应的理解
1.利用现代生物进化理论分析生物的进化
(1)先后问题:选择的前提是生物存在普遍的变异,即先有变异再有选择,未进行选择之前,之所以具有相关变异的生物不具有繁殖优势,原因就在于这种变异对于当时的环境而言并不是有利变异。
(2)方向问题:变异具有突发性,是不定向的,选择是定向的,决定了生物进化的方向。
(3)关于选择类型的判断:这种问题只需要看选择的结果,若选择的结果是人们需求的,则为人工选择,否则为自然选择。如优良金鱼的筛选,最终筛选的个体是人们所需的,这种选择是人工选择,而农田中喷洒农药,部分害虫活下来,这种选择为自然选择。
(4)物种形成的判断:物种的形成方式多样,可以是渐进式的(经过地理障碍),也可以是骤变式的(染色体组数目变化),但最终都以生殖隔离为形成新物种的判断标准。
(5)什么样的变异才能被选择
并不是所有的可遗传变异都能为进化提供原材料,只有引起生物的繁殖和存活出现差异的可遗传的变异才能为生物进化提供原材料,变异与选择二者关系如图所示:
2.人工选择和自然选择的比较
比较项目 人工选择 自然选择
选择因素 人 自然环境
选择对象 家养生物 自然界中的生物
选择目的 满足人们需要 适应当地环境
选择手段 人工挑选 生存斗争
速度 较快 十分缓慢
结果 培育出人类 需要的新品种 优胜劣汰,适者生存
3.对适应的理解
(1)特定的环境条件下,某生物能够获得充足的食物和生存空间,有交配的机会并能繁衍后代,表明它在生存斗争中取得了胜利,即适应了环境。
(2)适应是相对的,是一定程度上的适应,不是永恒的。因为环境一直在变,适应环境的性状也相应地发生改变,而由于遗传的世代连续性,生物的性状是相对稳定的。
[迁移应用]
[典例1-1] (温州二模)天然的浙江红山茶广泛分布于浙江南部、安徽南部、江西东北部、湖南南部和福建北部一带的山地。下列关于浙江红山茶的叙述,错误的是(　 　)
A.分布在不同海拔,可能与其遗传多样性有关
B.对不同环境的适应,是自然选择的结果
C.种子的扩散使各种群间的遗传差异变小
D.全部的天然浙江红山茶构成了进化单位
D
解析:浙江红山茶分布在不同海拔,适应多种多样的环境,可能与其遗传多样性有关;在自然选择的作用下,种群的基因频率会发生定向改变,导致生物朝着一定方向不断进化,浙江红山茶对不同环境的适应,是自然选择的结果;种子扩散导致种群间互有迁入和迁出,会引起种群间遗传差异变小;种群是进化的基本单位,生活在一定自然区域的同种生物全部个体叫作种群,并非全部的天然浙江红山茶构成种群。
[典例1-2] (丽水五校发展共同体期中)科学家对某小岛上的中地雀种群进行了连续多年观察。调查发现,持续干旱后中地雀的喙平均深度变大,改食更大、更硬的坚果。下列叙述错误的是(　 　)
A.选择压力加快了中地雀种群喙的进化进程
B.可遗传的变异能够导致喙的深度存在个体间差异
C.干旱前后,每只中地雀的喙大小会随环境的变化而改变
D.在干旱年份,喙深度大的中地雀个体具有更多生存和繁殖机会
C
解析:自然选择是生物进化的动力,所以选择压力加快了中地雀种群喙的进化进程;可遗传的变异导致生物的遗传物质发生改变,从而使喙的深度存在个体间差异;喙大小的改变是自身遗传物质改变引起的,是不定向的,不是环境改变引起,所以每只中地雀的喙大小不会随着环境的变化而改变;喙平均深度变大,改食更大、更硬的坚果,在干旱年份,食物减少,喙深度大的中地雀个体具有更多生存和繁殖机会。
任务二　基因频率、基因型频率计算
1.根据基因频率的概念计算
某基因频率=该基因总数/该基因及其等位基因总数×100%。
某基因型频率=该基因型总数/个体总数×100%。
此外,还有以下结论:
(1)种群中一对等位基因(A和a)的基因频率之和等于100%,基因型频率之和也等于100%。
(2)一个等位基因的频率=该等位基因纯合子的频率+1/2×杂合子的频率。
(3)X染色体上基因的基因频率=该基因总数/(2×女性个体数+男性个体数)×
100%。
2.运用哈迪-温伯格定律进行计算
(1)常染色体遗传。
在一个有性生殖的自然种群中,当等位基因只有一对(A、a)时,设p代表A基因的频率,q代表a基因的频率,则(p+q)2=p2+2pq+q2=1。其中p2是AA(纯合子)基因型的频率,2pq是Aa(杂合子)基因型的频率,q2是aa(纯合子)基因型的频率。
(2)伴性遗传。
①伴X染色体遗传,在整个群体中、雄性群体中、雌性群体中XB的频率均为p,Xb的频率均为q,即雄性中XB基因频率=雌性中XB基因频率=整个群体中XB基因频率=p;雄性中Xb基因频率=雌性中Xb基因频率=整个群体中Xb基因频率=q。
②计算基因型频率时雄性群体基因型频率(XBY)与基因频率(XB)相等;雌性群体中,可根据遗传平衡定律,代入基因频率计算基因型频率。
[迁移应用]
[典例2-1] 在没有自然选择、不发生突变、没有迁入和迁出等条件下,一个随机交配的足够大的一年生植物种群中,由某对等位基因控制的隐性表型个体的频率是64%,则该种群中显性基因和显性杂合子的频率分别为(　 　)
A.60%、48% B.40%、48%
C.20%、32% D.80%、32%
C
解析:设该等位基因为A、a,由题意分析可知,a的基因频率=0.8,A的基因频率=1-0.8=0.2,即20%,故显性杂合子(Aa)的频率=2×A×a=2×0.2×0.8=
0.32,即32%。
[典例2-2] (杭州月考)大熊猫最初是食肉动物,经过进化,现在其99%的食物都来源于竹子。现在一个较大的大熊猫种群中雌雄数量相等,且雌雄之间可以自由交配,若该种群中B的基因频率为60%,b的基因频率为40%,则下列有关说法正确的是
(　 )
A.大熊猫种群中全部个体所含有的B、b基因,叫作该种群的基因库
B.大熊猫由以肉为食进化为以竹子为食的实质是种群基因型频率的定向改变
C.若该对等位基因位于常染色体上,则显性个体中出现杂合雌性大熊猫概率约为28.6%
D.若该对等位基因只位于X染色体上,则XbXb、XbY的基因型频率分别为16%、40%
C
解析:大熊猫种群中全部基因的总和构成其基因库,而不仅仅是该动物种群中全部B和b的总和;生物进化的实质是种群基因频率的改变,自然选择是定向的,所以大熊猫由以肉为食进化为以竹子为食的实质是种群基因频率的定向改变;若该对等位基因位于常染色体上,Bb=2×60%×40%=48%,
BB=60%×60%=36%,则Bb∶BB=4∶3,则显性个体中出现杂合雌性大熊猫概率约为4/7×1/2≈28.6%;若该对等位基因只位于X染色体上,在雌性个体
中,XbXb为40%×40%=16%,在雄性个体中,XbY为40%,而雌雄数量相等,所以该种群中XbXb、XbY的基因型频率分别为8%、20%。
任务三　现代生物进化理论
1.现代生物进化理论对生物进化的解释
项目 现代生物进化理论
模型建构
理论的主要内容 自然选择的实质是环境对变异所对应的基因的选择
生物进化的原材料 基因突变、基因重组、染色体畸变
进化的对象 种群
生物进化的实质 种群基因频率的改变
变异与选择的关系 变异在前,选择在后,生物性状的差异是变异的结果,选择只是对差异进行淘汰或保留,并实现差异的积累和放大
2.物种形成方式比较
项目 异地的物种形成 (渐进的物种形成) 同地的物种形成
(骤变的物种形成)
时间 经过漫长的时间和世代的逐渐演变 较短时间内(一次有性生殖过程中形成)
方式
实例 加拉帕戈斯群岛上多种地雀的形成 植物体细胞杂交、多倍体育种
联系 物种的形成都以生殖隔离的形成为标志
3.物种形成与生物进化的比较
项目 物种形成 生物进化
标志 生殖隔离出现 种群基因频率改变
变化后的生物与原生物的关系 属于不同物种 可能属于同一个物种,也可能属于不同的物种
两者 联系 ①只有不同种群的基因库产生了明显差异,出现生殖隔离后才能形成新物种; ②生物进化不一定产生新物种,新物种产生一定发生了生物进化
[迁移应用]
[典例3-1] 如图为某同学绘制的关于现代生物进化理论的概念图。下列有关分析正确的是(　 　)
A.①是种群基因型频率的改变
B.②是突变、基因迁移、遗传漂变、非随机交配和自然选择
C.自然选择会使基因频率不定向改变
D.新物种的产生一定存在进化,进化一定意味着新物种的产生
B
解析:生物进化的实质是①种群基因频率改变;②是突变、基因迁移、遗传漂变、非随机交配和自然选择;自然选择是定向的,方向取决于环境,会使基因频率定向改变;新物种的产生一定存在进化,但进化不一定意味着新物种的产生,生殖隔离的形成是新物种形成的标志。
[典例3-2] (杭州四校联考月考)许多年前,某大峡谷中的松鼠被一条河流分隔成甲、乙两个种群。两个种群所发生的变化如图所示,①~⑥表示不同的变异结果,a~d表示进化的不同环节。下列叙述错误的是(　 　)
A.a表示地理隔离,经过长期的地理隔离可能出现生殖隔离
B.b过程表示基因突变,为生物进化提供原材料
C.c过程可以定向改变种群的基因频率,导致生物定向进化
D.同地的物种形成和异地的物种形成,都需要经过d环节
B
解析:a表示地理隔离,地理隔离可阻止种群间的基因交流,使同一物种不同种群间的基因库出现差异,当种群间的基因库出现显著差异时,最终可导致种群间产生生殖隔离,因此经过长期的地理隔离可能出现生殖隔离;b过程表示突变(包括基因突变和染色体变异)和基因重组,可为生物进化提供原材料;c过程表示自然选择,可以定向改变种群的基因频率,导致生物定向进化;d表示生殖隔离,是新物种产生的标志,同地的物种形成和异地的物种形成,都需要与原物种产生生殖隔离。
[典例3-3] (杭州S9联盟期中)如图为某哺乳动物种群因河道改变而发生的变化。下列相关说法正确的是(　 　)
A.河道的改变使同一种群的生物变成了不同的物种
B.河道的改变使两个种群失去了基因交流的机会
C.乙种群和丙种群基因频率的不同仅与环境的变化有关
D.长期的地理障碍可能导致生殖隔离,生殖隔离必然源于地理障碍
B
解析:河道的改变使一个种群被分割成两部分,从而形成两个种群,这两个种群因河流的阻隔,形成了地理障碍,失去了基因交流的机会,但是并没有证据说明乙、丙两种群的生物成为了两个物种;乙、丙两种群基因频率的差异与环境的选择作用有关,还与基因的突变等有关;长期的地理障碍有可能导致生殖隔离,但是生殖隔离未必就一定源于地理障碍,如低温导致多倍体的形成。第二节　适应是自然选择的结果
学习目标
　1.举例说明种群内的某些可遗传变异将赋予个体在特定环境中的生存和繁殖优势。
　2.阐明具有优势性状的个体在种群中所占比例将会增加。
　3.说明自然选择促进生物更好地适应特定的生存环境。
　4.用数学方法讨论自然选择使种群的基因频率发生变化。
　5.举例说明同地物种和异地物种形成的过程。
　6.概述现代生物进化理论以自然选择为核心,为地球上的生命进化史提供了科学的解释。
一、种群内普遍存在着变异
1.种群的定义
生活在一定自然区域的同种生物的全部个体。
2.自然选择的前提
种群不同个体间存在可遗传的变异。
3.基因座位
一个特定基因在染色体上的位置。
(1)n个基因座位,每个基因座位都有2个等位基因的话,理论上可形成2n种基因型。(　×　)
提示:理论上可形成3n种基因型。
(2)种群内存在普遍的变异,并且这些变异都可以遗传。(　×　)
提示:种群内个体存在普遍的变异,一部分变异为可遗传的变异。
(3)生物种群通过基因重组产生新的基因和基因型。(　×　)
提示:生物通过基因突变产生新的基因,通过基因重组产生形形色色的基因型。
二、优势性状的个体在特定环境中具有生存和繁殖的优势
1.繁殖的优势
生物具有非常强的繁殖能力,如果条件适宜,即使繁殖较慢的生物,也会在不太长的时间内,产生大量的后代。
2.优势个体的生存优势
具有优势性状的个体更容易获得食物和空间,获得更多的生存和繁殖的机会。
3.实例
(1)在缺乏青草的环境下,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。
(2)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,失去生存和繁衍的
机会。
三、自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件
1.适应的概念
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,称为
适应。
2.选择的类型与作用
(1)人工选择。
人们根据自己的需要,把某些比较合乎要求的变异个体挑选出来,让它们保留后代;把其他变异个体淘汰掉,不让它们保留后代。经过连续数代的选择,人类所需要的变异被保存下来,微小变异因此积累成为显著变异,从而培育出新的品种。
(2)自然选择。
同种生物的个体之间,只要个体之间存在着变异,而且某些变异性状影响了个体的存活和繁殖,从而使具有不同性状的个体之间在存活率和繁殖率上出现了差异,自然选择就发生作用。经过世世代代的选择,种群中相关的有利变异被保存下来并不断得到积累,微小变异积累成显著变异,新的类型、新的物种由此产生。
(3)选择的作用:自然条件下,自然选择是进化的一个重要动力和机制,适应性进化是自然选择造成的。
3.基因库、基因频率、基因型频率
(1)基因库:一个生物种群的全部等位基因的总和。
(2)基因频率:在种群中,某一个等位基因的数目占这个基因可能出现的所有等位基因总数的比例。
(3)基因型频率:每种基因型个体数占种群总个体数的比例。
4.遗传平衡定律
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。
5.使种群基因频率发生变化的主要因素
突变、基因迁移、遗传漂变、非随机交配和自然选择。
(1)环境因素可诱导基因朝某一方向突变。(　×　)
提示:基因突变具有多方向性。
(2)种群是生物进化的基本单位,种群越大进化越快。(　×　)
提示:种群进化快慢与基因频率的改变有关,种群越大进化不一定越快。
(3)某物种仅存一个种群,该种群中每个个体均含有这个物种的全部基因。(　×　)
提示:某物种仅存一个种群,该种群含有这个物种的全部基因,但每个个体不一定含有该物种的全部基因。
(4)无论是自然选择还是人工选择作用,都能使种群基因频率发生定向改变。(　√　)
(5)一个种群中基因型频率发生改变,基因频率一定发生改变,种群一定发生进化。(　×　)
提示:一个种群中基因频率发生改变,基因型频率一定发生改变,种群一定发生进化,但基因型频率发生改变,基因频率不一定改变。
(6)某生物种群由基因型为AA、Aa、aa的个体组成,其中基因a的频率为45%,则该种群中基因A的频率也为45%。(　×　)
提示:基因a的频率为45%,所以其等位基因A的基因频率为1-45%=55%。
四、现代生物进化理论为地球上的生命史提供了科学的解释
1.现代生物进化理论的主要内容
(1)个体不是进化的单位,种群才是进化的单位。
(2)在自然界中,由于存在基因突变、基因重组和自然选择等因素,种群的基因频率总是在不断变化的。
(3)生物进化的过程实质上就是种群基因频率发生变化的过程。
2.物种形成方式比较
(1)异地的物种形成(渐进式):如加拉帕戈斯群岛地雀的形成。
一个初始种群多个小种群种群基因频率定向改变亚种新物种
(2)同地的物种形成(骤变式):如四倍体西瓜的形成。
(1)可遗传的变异不仅能提供进化的原材料,还能决定生物进化的方向。(　×　)
提示:可遗传的变异能提供进化的原材料,自然选择决定生物进化的方向。
(2)新物种的形成都是先经过长期的地理隔离最终导致了生殖隔离。(　×　)
提示:新物种形成的标志是出现生殖隔离,但不一定先经过长期的地理隔离,如多倍体的
形成。
(3)抗生素的滥用会诱发细菌产生基因突变,使细菌的抗药性逐渐增强。(　×　)
提示:基因突变不是抗生素诱发细菌产生的,使用抗生素之前,细菌中已经存在抗药性,抗生素只起选择作用。
(4)不同种群间的个体不能进行基因交流,说明种群间存在生殖隔离。(　×　)
提示:不同种群间的个体不能进行基因交流,可能是种群间存在地理隔离。
(5)生物发生进化但并不一定会形成新的物种,形成了新物种一定是生物进化的结果。(　√　)
任务一　对自然选择与适应的理解
1.利用现代生物进化理论分析生物的进化
(1)先后问题:选择的前提是生物存在普遍的变异,即先有变异再有选择,未进行选择之前,之所以具有相关变异的生物不具有繁殖优势,原因就在于这种变异对于当时的环境而言并不是有利变异。
(2)方向问题:变异具有突发性,是不定向的,选择是定向的,决定了生物进化的方向。
(3)关于选择类型的判断:这种问题只需要看选择的结果,若选择的结果是人们需求的,则为人工选择,否则为自然选择。如优良金鱼的筛选,最终筛选的个体是人们所需的,这种选择是人工选择,而农田中喷洒农药,部分害虫活下来,这种选择为自然选择。
(4)物种形成的判断:物种的形成方式多样,可以是渐进式的(经过地理障碍),也可以是骤变式的(染色体组数目变化),但最终都以生殖隔离为形成新物种的判断标准。
(5)什么样的变异才能被选择
并不是所有的可遗传变异都能为进化提供原材料,只有引起生物的繁殖和存活出现差异的可遗传的变异才能为生物进化提供原材料,变异与选择二者关系如图所示:
2.人工选择和自然选择的比较
比较项目 人工选择 自然选择
选择因素 人 自然环境
选择对象 家养生物 自然界中的生物
选择目的 满足人们需要 适应当地环境
选择手段 人工挑选 生存斗争
速度 较快 十分缓慢
结果 培育出人类 需要的新品种 优胜劣汰,适者生存
3.对适应的理解
(1)特定的环境条件下,某生物能够获得充足的食物和生存空间,有交配的机会并能繁衍后代,表明它在生存斗争中取得了胜利,即适应了环境。
(2)适应是相对的,是一定程度上的适应,不是永恒的。因为环境一直在变,适应环境的性状也相应地发生改变,而由于遗传的世代连续性,生物的性状是相对稳定的。
[迁移应用]
[典例1-1] (温州二模)天然的浙江红山茶广泛分布于浙江南部、安徽南部、江西东北部、湖南南部和福建北部一带的山地。下列关于浙江红山茶的叙述,错误的是(　D　)
A.分布在不同海拔,可能与其遗传多样性有关
B.对不同环境的适应,是自然选择的结果
C.种子的扩散使各种群间的遗传差异变小
D.全部的天然浙江红山茶构成了进化单位
解析:浙江红山茶分布在不同海拔,适应多种多样的环境,可能与其遗传多样性有关;在自然选择的作用下,种群的基因频率会发生定向改变,导致生物朝着一定方向不断进化,浙江红山茶对不同环境的适应,是自然选择的结果;种子扩散导致种群间互有迁入和迁出,会引起种群间遗传差异变小;种群是进化的基本单位,生活在一定自然区域的同种生物全部个体叫作种群,并非全部的天然浙江红山茶构成种群。
[典例1-2] (丽水五校发展共同体期中)科学家对某小岛上的中地雀种群进行了连续多年观察。调查发现,持续干旱后中地雀的喙平均深度变大,改食更大、更硬的坚果。下列叙述错误的是(　C　)
A.选择压力加快了中地雀种群喙的进化进程
B.可遗传的变异能够导致喙的深度存在个体间差异
C.干旱前后,每只中地雀的喙大小会随环境的变化而改变
D.在干旱年份,喙深度大的中地雀个体具有更多生存和繁殖机会
解析:自然选择是生物进化的动力,所以选择压力加快了中地雀种群喙的进化进程;可遗传的变异导致生物的遗传物质发生改变,从而使喙的深度存在个体间差异;喙大小的改变是自身遗传物质改变引起的,是不定向的,不是环境改变引起,所以每只中地雀的喙大小不会随着环境的变化而改变;喙平均深度变大,改食更大、更硬的坚果,在干旱年份,食物减少,喙深度大的中地雀个体具有更多生存和繁殖机会。
任务二　基因频率、基因型频率计算
1.根据基因频率的概念计算
某基因频率=该基因总数/该基因及其等位基因总数×100%。
某基因型频率=该基因型总数/个体总数×100%。
此外,还有以下结论:
(1)种群中一对等位基因(A和a)的基因频率之和等于100%,基因型频率之和也等于100%。
(2)一个等位基因的频率=该等位基因纯合子的频率+1/2×杂合子的频率。
(3)X染色体上基因的基因频率=该基因总数/(2×女性个体数+男性个体数)×100%。
2.运用哈迪-温伯格定律进行计算
(1)常染色体遗传。
在一个有性生殖的自然种群中,当等位基因只有一对(A、a)时,设p代表A基因的频率,q代表a基因的频率,则(p+q)2=p2+2pq+q2=1。其中p2是AA(纯合子)基因型的频率,2pq是Aa(杂合子)基因型的频率,q2是aa(纯合子)基因型的频率。
(2)伴性遗传。
①伴X染色体遗传,在整个群体中、雄性群体中、雌性群体中XB的频率均为p,Xb的频率均为q,即雄性中XB基因频率=雌性中XB基因频率=整个群体中XB基因频率=p;雄性中Xb基因频率=雌性中Xb基因频率=整个群体中Xb基因频率=q。
②计算基因型频率时雄性群体基因型频率(XBY)与基因频率(XB)相等;雌性群体中,可根据遗传平衡定律,代入基因频率计算基因型频率。
[迁移应用]
[典例2-1] 在没有自然选择、不发生突变、没有迁入和迁出等条件下,一个随机交配的足够大的一年生植物种群中,由某对等位基因控制的隐性表型个体的频率是64%,则该种群中显性基因和显性杂合子的频率分别为(　C　)
A.60%、48% B.40%、48%
C.20%、32% D.80%、32%
解析:设该等位基因为A、a,由题意分析可知,a的基因频率=0.8,A的基因频率=1-0.8=0.2,即20%,故显性杂合子(Aa)的频率=2×A×a=2×0.2×0.8=0.32,即32%。
[典例2-2] (杭州月考)大熊猫最初是食肉动物,经过进化,现在其99%的食物都来源于竹子。现在一个较大的大熊猫种群中雌雄数量相等,且雌雄之间可以自由交配,若该种群中B的基因频率为60%,b的基因频率为40%,则下列有关说法正确的是(　C　)
A.大熊猫种群中全部个体所含有的B、b基因,叫作该种群的基因库
B.大熊猫由以肉为食进化为以竹子为食的实质是种群基因型频率的定向改变
C.若该对等位基因位于常染色体上,则显性个体中出现杂合雌性大熊猫概率约为28.6%
D.若该对等位基因只位于X染色体上,则XbXb、XbY的基因型频率分别为16%、40%
解析:大熊猫种群中全部基因的总和构成其基因库,而不仅仅是该动物种群中全部B和b的总和;生物进化的实质是种群基因频率的改变,自然选择是定向的,所以大熊猫由以肉为食进化为以竹子为食的实质是种群基因频率的定向改变;若该对等位基因位于常染色体上,Bb=2×60%×40%=48%,BB=60%×60%=36%,则Bb∶BB=4∶3,则显性个体中出现杂合雌性大熊猫概率约为4/7×1/2≈28.6%;若该对等位基因只位于X染色体上,在雌性个体中,XbXb为40%×40%=16%,在雄性个体中,XbY为40%,而雌雄数量相等,所以该种群中XbXb、XbY的基因型频率分别为8%、20%。
任务三　现代生物进化理论
1.现代生物进化理论对生物进化的解释
项目 现代生物进化理论
模型建构
理论的主 要内容 自然选择的实质是环境对变异所对应的基因的选择
生物进化 的原材料 基因突变、基因重组、染色体畸变
进化的 对象 种群
生物进化 的实质 种群基因频率的改变
变异与选 择的关系 变异在前,选择在后,生物性状的差异是变异的结果,选择只是对差异进行淘汰或保留,并实现差异的积累和放大
2.物种形成方式比较
项目 异地的物种形成 (渐进的物种形成) 同地的物种形成 (骤变的物种形成)
时间 经过漫长的时间和世代的逐渐演变 较短时间内(一次有性生殖过程中形成)
方式
实例 加拉帕戈斯群岛上多种地雀的形成 植物体细胞杂交、多倍体育种
联系 物种的形成都以生殖隔离的形成为标志
3.物种形成与生物进化的比较
项目 物种形成 生物进化
标志 生殖隔离出现 种群基因频率改变
变化后的 生物与原 生物的关系 属于不同物种 可能属于同一个物种,也可能属于不同的物种
两者 联系 ①只有不同种群的基因库产生了明显差异,出现生殖隔离后才能形成新物种; ②生物进化不一定产生新物种,新物种产生一定发生了生物进化
[迁移应用]
[典例3-1] 如图为某同学绘制的关于现代生物进化理论的概念图。下列有关分析正确的是(　B　)
A.①是种群基因型频率的改变
B.②是突变、基因迁移、遗传漂变、非随机交配和自然选择
C.自然选择会使基因频率不定向改变
D.新物种的产生一定存在进化,进化一定意味着新物种的产生
解析:生物进化的实质是①种群基因频率改变;②是突变、基因迁移、遗传漂变、非随机交配和自然选择;自然选择是定向的,方向取决于环境,会使基因频率定向改变;新物种的产生一定存在进化,但进化不一定意味着新物种的产生,生殖隔离的形成是新物种形成的标志。
[典例3-2] (杭州四校联考月考)许多年前,某大峡谷中的松鼠被一条河流分隔成甲、乙两个种群。两个种群所发生的变化如图所示,①~⑥表示不同的变异结果,a~d表示进化的不同环节。下列叙述错误的是(　B　)
A.a表示地理隔离,经过长期的地理隔离可能出现生殖隔离
B.b过程表示基因突变,为生物进化提供原材料
C.c过程可以定向改变种群的基因频率,导致生物定向进化
D.同地的物种形成和异地的物种形成,都需要经过d环节
解析:a表示地理隔离,地理隔离可阻止种群间的基因交流,使同一物种不同种群间的基因库出现差异,当种群间的基因库出现显著差异时,最终可导致种群间产生生殖隔离,因此经过长期的地理隔离可能出现生殖隔离;b过程表示突变(包括基因突变和染色体变异)和基因重组,可为生物进化提供原材料;c过程表示自然选择,可以定向改变种群的基因频率,导致生物定向进化;d表示生殖隔离,是新物种产生的标志,同地的物种形成和异地的物种形成,都需要与原物种产生生殖隔离。
[典例3-3] (杭州S9联盟期中)如图为某哺乳动物种群因河道改变而发生的变化。下列相关说法正确的是(　B　)
A.河道的改变使同一种群的生物变成了不同的物种
B.河道的改变使两个种群失去了基因交流的机会
C.乙种群和丙种群基因频率的不同仅与环境的变化有关
D.长期的地理障碍可能导致生殖隔离,生殖隔离必然源于地理障碍
解析:河道的改变使一个种群被分割成两部分,从而形成两个种群,这两个种群因河流的阻隔,形成了地理障碍,失去了基因交流的机会,但是并没有证据说明乙、丙两种群的生物成为了两个物种;乙、丙两种群基因频率的差异与环境的选择作用有关,还与基因的突变等有关;长期的地理障碍有可能导致生殖隔离,但是生殖隔离未必就一定源于地理障碍,如低温导致多倍体的形成。第二节　适应是自然选择的结果
素养测练
基础达标练
题组一　变异、自然选择和人工选择
1.长尾鸡是著名的观赏鸡,短小的身体拖着6~7 m 的尾羽,来亨鸡是产卵量很高的卵用鸡。长尾鸡和来亨鸡的培育成功是( )
A.自然选择的结果
B.人工选择的结果
C.生存斗争的结果
D.定向变异的结果
2.(舟山期末)有相邻两块田,一块田种的是野生品种水稻,因受到真菌感染,有60%枯死,但有40%未受影响。邻近的另一块田,种植的是人工育种的水稻,同样受到真菌感染,但却全部枯死。下列造成此差异的最可能的原因是( )
A.人工育种的品种产生突变
B.野生品种有较好的适应能力
C.野生品种有较高的物种多样性
D.人工育种的品种缺乏遗传变异
3.(浙江百校调研)药物华法林有对抗维生素K的作用,常被用于灭鼠。某地区使用华法林灭鼠,发现抗药小鼠比例明显增加,并发现抗药小鼠中维生素K合成能力缺失。停药一段时间后,该地区的抗药鼠比例下降。下列叙述正确的是( )
A.使用华法林使小鼠发生了抗药性突变
B.抗药小鼠的抗性基因在停药后不能遗传
C.抗药小鼠与敏感小鼠存在生殖隔离
D.突变是否有害与环境有关
4.科研人员新研制了一种针对菜青虫的高效杀虫剂,但随着杀虫剂的持续使用,菜青虫表现出越来越强的抗药性。下列叙述正确的是( )
A.杀虫剂诱发了菜青虫抗药性基因的产生
B.杀虫剂对菜青虫种群起到了人工选择的作用
C.菜青虫的抗药性是不利变异
D.菜青虫抗药性的增强是抗药性变异逐渐积累的结果
结果。
题组二　基因频率、基因型频率和遗传平衡定律
5.(宁波模拟)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()n,AA和aa的频率均为[1-()n]。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.④⑤ B.①②③④
C.②③④ D.②③⑤
阅读下列资料,回答下面6~7小题。
　　甲岛上某种昆虫(性别决定为XY型)的体色是由基因B/b决定的,雌雄个体数量基本相等,且可以自由交配。如图表示甲岛上该种昆虫迁到乙、丙两岛若干年后,调查到的相关体色基因的种类及其频率。
6.下列关于不同岛上该种昆虫体色基因及相关基因型频率的叙述,错误的是( )
A.基因B1、B2均是B基因发生突变的结果
B.乙、丙岛上该昆虫的基因库一定发生了改变
C.若体色基因位于常染色体上,则乙岛bb的基因型频率为25%
D.若体色基因位于X染色体上,则甲岛XBXb的基因型频率为16%
7.下列关于不同岛上该昆虫的进化及其原因的判断,正确的是( )
A.甲、乙、丙三岛的该昆虫间已经发生了生殖隔离
B.甲、乙、丙三岛间环境条件的差异加速了不定向进化的发生
C.引起乙、丙两岛昆虫进化的因素可能涉及遗传漂变、基因迁移等
D.乙岛中B1基因和丙岛中B2基因的出现是不同环境条件定向突变的结果
题组三　现代生物进化理论
8.现在世界上有450多个品种的家犬,它们主要是由灰狼驯化而来的。下列关于家犬的叙述,错误的是( )
A.不同品种的家犬交配能产生可育的后代
B.家犬驯化过程中种群基因频率没有改变
C.多种家犬品种的出现是连续多代人工选择的结果
D.家犬的进化方向是由人类的需要决定的
9.(浙江三校联盟联考)20世纪50年代,有人做了如下的实验:将黑色桦尺蠖和浅色桦尺蠖分别标记后放养在工业污染区和没有污染的非工业区。经过一段时间后,将所释放的桦尺蠖尽量收回,统计其数目,结果见表。下列叙述错误的是( )
地区 浅色桦尺蠖 黑色桦尺蠖
释放数 回收数 释放数 回收数
工业污染区 200 45(22.5%) 200 138(69%)
非工业区 200 146(73%) 200 12(6%)
A.现代生物进化理论提出基因突变为桦尺蠖的进化提供了原材料
B.所在环境的不同导致桦尺蠖的基因突变朝不同方向进行
C.在同一环境中不同颜色桦尺蠖的存活率存在差异
D.该实验说明环境的变化可以使种群中的基因频率发生改变
10.(台州二模)鸡舌草常生长于山地,品种甲和乙分别生长在底部和顶部区域。在山地的中部坡度缓和区域存在大量甲和乙的杂交种丙,且形成了种群。下列叙述错误的是( )
A.品种甲和乙为适应不同环境而发生了不同的变异
B.品种甲和乙不同特征的出现是适应性进化的结果
C.品种丙的出现说明品种甲和乙仍属于同一物种
D.自然选择通过作用于品种甲的表型导致基因频率发生定向改变
11.如图是生物进化与物种形成的图解,请回答下列问题。
(1)图中①是　　　　　,②是　　　　　,③是　　　　　,④是　　　　　。
(2)生物进化的基本单位是　　　　,生物进化的实质是种群　　　　　　的改变。
(3)就植物和动物而言,最早登陆的是　　　　,原因是　 。
综合提升练
12.如图中a、b、c表示环境条件差异较大、存在地理隔离的三个地区。a地区某种群部分个体迁移至b、c地区(t1、t2表示不同的时期),经长期进化逐渐形成两个新物种乙、丙。下列叙述正确的是( )
A.留居在a地区的甲种群基因库将保持稳定
B.自然界中新物种的形成必须经过地理隔离这一条件
C.t1时b、c两地区的种群遗传上的差异不可能是遗传漂变造成的
D.通过这种方式形成的乙、丙是能适应各自环境的新物种
13.1万多年前,内华达州比现在湿润得多,气候也较为寒冷,许多湖泊(A、B、C、D)通过纵横交错的小溪流连在一起,湖中有不少鳞鱼。一段时间后,气候逐渐干旱,小溪流渐渐消失,形成了若干个独立的湖泊,各湖泊生活的鳞鱼形态差异也变得明显(分别称为a、b、c、d鳞鱼)。如图为内华达州1万多年以来湖泊地质的变化示意图。请回答下列问题。
(1)1万多年后,D湖中的所有鳞鱼所含有的全部基因称为鳞鱼种群的　　　　;现代生物进化理论认为　　　　　　　　为生物的进化提供原材料。
(2)现在,有人将四个湖泊中的一些鳞鱼混合养殖,结果发现:A、B两湖的鳞鱼(a和b)能进行交配且产生后代,但其后代高度不育,则a、b鳞鱼　 　　(填“属于”或“不属于”)两个物种。
(3)在5 000年前,A湖的浅水滩生活着甲水草(二倍体),如今科学家发现了植株较硕大的乙水草,经基因组分析,甲、乙两水草完全相同;经染色体组分析,甲水草含有18对同源染色体,乙水草的染色体组数是甲水草的2倍。乙水草产生的原因最可能是


　。
(4)若时间单位为年,在某年时,C湖鳞鱼中AA、Aa和aa的基因型频率分别为10%、30%和60%,则此时基因A的基因频率为　　　　。现假设C湖所生存的环境发生一种新的变化,使得生存能力AA=Aa>aa,其中aa个体每年减少10%,而AA和Aa个体每年均增加10%,则下一年时种群中aa的基因型频率约为　　　　,该种群　　　　(填“会”或“不会”)发生进化。

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