学年高中生物 第五章 生物的进化 第一节 生物进化理论 第1课时 早期的生物进化理.docx
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学年高中生物第五章生物的进化第一节生物进化理论第1课时早期的生物进化理
第1课时 早期的生物进化理论、现代生物进化理论
(一)
1.概述拉马克、达尔文进化学说的主要内容,并指出其贡献和局限性。
2.阐明种群、基因库、基因频率的概念,并学会基因频率的有关计算规律。
一、阅读教材P106~109分析早期的生物进化理论
1.拉马克的进化学说
(1)拉马克认为,物种是可变的,所有现存的物种,包括人类都是从其他物种演变而来的;生物本身存在由低级向高级连续发展的内在趋势;环境变化是物种变化的原因。
环境变化使得生活在这个环境中的生物,有的器官由于经常使用而发达,有的器官由于不用而退化,即“用进废退”。
这种由于环境变化而引起的性状变异能够遗传下去,称为“获得性遗传”。
(2)拉马克进化学说中主观推测较多,但内容颇为系统、丰富,为后来达尔文的进化学说诞生奠定了基础。
2.达尔文的进化学说
(1)物种是可变的
达尔文发现,在南美草原的地层中发现的动物化石和现代犰狳十分相似,这说明现代生物和古代生物之间有一定的亲缘关系,地球上现存的生物都是由以前生存过的物种进化而来的。
(2)生存斗争和自然选择
①生物普遍具有繁殖过剩的现象,能产生大量的后代,但生物赖以生存的生活条件是有一定限度的,因此就产生了生存斗争。
这种现象可以发生在生物与生物之间,也可以发生在生物与无机环境之间。
②在生存斗争中,适者生存,不适者被淘汰的过程就是自然选择。
(3)适应是自然选择的结果
①第一步:
变异的产生。
变异是不定向的,可以产生有利变异,也可以产生不利变异。
②第二步:
通过生存斗争而选择。
在生存斗争中具有有利变异的个体有较大的生存机会而繁殖后代,具有不利变异的个体将被淘汰。
(4)达尔文自然选择学说的局限性:
不能科学地解释遗传和变异的本质,以及自然选择对可遗传的变异如何起作用等问题。
二、阅读教材P109分析种群是生物进化的基本单位
1.种群的概念及特点
项目
内容
概念
生活在一定区域的同种生物的全部个体
特点
(1)生物进化的基本单位;
(2)个体间彼此交配并通过交配、繁殖将各自的基因传给后代
2.种群基因库、基因频率与基因型频率
(1)
(2)
(3)基因型频率=
×100%
判一判
(1)拉马克的进化学说毫无意义。
(×)
(2)达尔文接受了拉马克进化学说的某些观点。
(√)
(3)生存斗争仅指种内斗争。
(×)
(4)生物进化的内在因素是生存斗争。
(×)
(5)达尔文的自然选择学说揭示了生命的统一性。
(√)
(6)种群基因库是不断变化的。
(√)
(7)一个种群中某基因占所有基因的比率叫做基因频率。
(×)
(8)达尔文认为自然选择作用于种群,使种群发生进化。
(×)
达尔文的进化学说
在进化论的发展历程中,达尔文通过大量的观察和思考提出的进化学说无疑是一个重要的里程碑。
结合教材P107~108内容完成以下探究。
探究1 结合下图,试用达尔文的进化学说解释长颈鹿的进化
长颈鹿的祖先由于繁殖过剩而产生大量后代,超过环境承受的能力。
它们都要吃树叶而树叶不够吃会产生生存斗争,又由于遗传和变异使它们有颈长和颈短的差异,颈短的因吃不到树叶而最终饿死,颈长的能吃到树叶生存下来,也就是适者生存,这样有利的变异逐代积累,导致了长颈鹿的脖子越来越长。
探究2 结合下图分析达尔文进化学说的理论
(1)自然选择的对象:
表面上,是对个体的选择,实质是直接对个体所包括的变异性状进行选择,间接选择的是相关的基因型。
(2)自然选择的因素:
外界环境,包括无机环境和生物环境。
(3)自然选择的手段:
生存斗争。
(4)生物进化的内因:
遗传变异。
①变异是不定向的,可分为有利变异和不利变异。
②遗传的作用:
可使微小有利变异得以积累加强,从而形成生物新类型。
(5)自然选择的结果:
适者生存、不适者被淘汰。
一般外界环境条件变化越剧烈,选择越频繁,生物进化速度越快。
(6)自然选择和变异的方向不一定是相同的,变异为自然选择提供原材料,变异是不定向的,自然选择是定向的。
达尔文进化学说与拉马克进化学说的比较
拉马克进化学说
达尔文进化学说
区
别
进化原因
外界环境的影响是生物进化的主要原因
遗传和变异是生物进化的内因,生存斗争推动着生物的进化
变异方向
变异是定向的,环境和使用情况决定变异的方向
变异是生物本来就有的,是不定向的
适应性
变异都是适应环境的
有些变异适应环境,适者生存;有些变异不适应环境,被淘汰
进化方向
生物自身决定
自然选择决定
联系
都认为生物都是由简单到复杂、由低等到高等逐渐进化
突破1 达尔文进化学说与拉马克进化学说
1.下列关于达尔文的进化学说的叙述,正确的是( )
A.啄木鸟的长舌是经常啄食树洞中的昆虫属于“获得性遗传”
B.害虫抗药性的增强,是因为在杀虫剂的刺激下,使害虫产生了抗药性,并将此性状遗传给后代,并在后代中得到积累和加强
C.洞穴中的盲鱼是“用进废退”
D.狼和鹿都很敏捷、善跑,这是在长期进化过程中相互选择的结果
解析:
选D。
啄木鸟的长舌是自然选择的结果,不是“获得性遗传”;害虫抗药性的增强及洞穴中的盲鱼在暗处生存,不是药物、黑暗刺激使其产生定向变异或“用进废退”的结果,而是在该环境下有利于其生存的基因得到保存、积累并加强的结果。
突破2 达尔文的进化学说
2.如图是长期使用一种农药后,害虫种群密度变化曲线图。
根据达尔文进化观点下列叙述不正确的是( )
A.a点种群中存在很多种变异类型,这是变异不定向的表现
B.a~b的变化通过生存斗争实现
C.b~c是逐代积累加强的结果
D.农药对害虫抗药性变异的定向选择,使害虫产生了抗药性
解析:
选D。
a点种群中存在很多变异类型,这是变异不定向的表现,其中可遗传的变异为生物进化提供原材料,A项正确;生存斗争的结果是适者生存,在开始使用该农药时,害虫通过生存斗争,抗药性弱的个体在生存斗争中被淘汰,而抗药性强的个体在生存斗争中存活下来并繁衍,使得抗药性逐代积累加强,害虫的种群密度不断增加,B、C项正确;变异是不定向的,变异发生在自然选择之前,先有了各种类型的变异,才能选择出适应环境的变异,D项错误。
自然选择学说中有关“变异”的分析
(1)环境因素的作用会提高突变的频率,但任何情况下变异都是不定向的,所以环境不能起到定向诱导变异的作用,它的作用是对不定向的变异进行定向选择。
(2)在运用达尔文自然选择学说分析问题时,要注意“变异在前,选择在后”的思路。
种群是生物进化的基本单位
现代生物综合进化论认为种群是生物进化的基本单位,结合教材P109内容完成下面的探究。
探究1 下图是连云港花果山的猴子,结合此图理解种群的概念
像这样在一定时间内生活在一定区域的同种生物的全部个体称为种群。
种群内的个体不是机械地集合在一起,而是通过交配、繁殖将各自的基因传给后代。
所以,种群是生物生殖和进化的基本单位。
探究2 结合教材完成基因库的相关问题
(1)一个生物种群中全部个体所含有的基因总和称为该种群的基因库(遗传组成)。
(2)旧个体所携带的基因随着旧个体的死亡而丢失,新个体的出生又可能携带着通过突变产生的新基因,所以种群基因库的组成是不断变化的。
探究3 分析下图,掌握基因频率与基因型频率的计算
如图所示,某家蚕种群中决定蚕茧为黄色的基因为D,决定蚕茧为白色的基因为d。
从这个种群中随机抽取100个个体,测得基因型为DD、Dd和dd的个体分别是30、60和10个,就这对等位基因来说,每个个体可以看作含有2个基因,那么,这100个个体共有200个基因。
请分别计算DD、Dd、dd基因型频率以及D、d的基因频率。
提示:
①基因型频率分别为:
DD=30÷100=30%,Dd=60÷100=60%,dd=10÷100=10%。
②计算D、d基因频率的方法
方法一:
D基因的数量是2×30+60=120个;
d基因的数量是2×10+60=80个;
D基因的频率为120÷200=60%;
d基因的频率为80÷200=40%。
方法二:
D基因的频率为30%(DD)+1/2×60%=60%;
d基因的频率=1-60%=40%。
基因频率和基因型频率的计算方法
(1)已知基因型的个体数计算基因频率
某基因频率=
×100%。
(2)已知基因型频率计算基因频率
设有N个个体的种群,AA、Aa、aa的个体数分别为n1、n2、n3,A、a的基因频率分别用PA、Pa表示,AA、Aa、aa的基因型频率分别用PAA、PAa、Paa表示,则:
PA=
=
=PAA+
PAa
Pa=
=
=Paa+
PAa
由以上公式可得出结论:
一对等位基因中某基因的频率=该基因纯合子的基因型频率+
杂合子的基因型频率。
(3)理想条件下的基因频率和基因型频率的计算
①理想条件(遗传平衡定律)
在一个有性生殖的自然种群中,在符合以下5个条件的情况下,各等位基因的频率和基因型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的,或者说是保持着遗传平衡的。
这5个条件是:
a.种群是极大的;
b.种群中个体间的交配是随机的;
c.没有突变发生;
d.没有新基因加入;
e.没有自然选择。
②基因频率与基因型频率的关系
设某对等位基因为Aa,A的基因频率为p,a的基因频率为q,则:
a.任何一个位点全部基因频率之和等于1,即p+q=1。
b.在某群体中,某一基因型在所有个体中所占的比例为基因型频率,各基因型频率之和也等于1,即p2+2pq+q2=1。
c.某基因型频率等于该基因型各个基因频率之积,具体见下表:
雄配子
雌配子
A(p)
a(q)
A(p)
AA(p2)
Aa(pq)
a(q)
Aa(pq)
aa(q2)
即:
AA%=p2,Aa%=2pq,aa%=q2。
实例:
若已知AA的基因型频率为m,则A的基因频率为
。
(4)X染色体上基因的基因频率的计算
Xb的基因频率=
×100%。
突破1 种群与基因库
1.下列有关种群基因库的叙述中,不正确的是( )
A.一个种群的基因库包括这个种群所含有的全部基因
B.生物的个体总是要死亡的,但基因库却因种群个体的繁殖而代代相传
C.种群中每个个体含有种群基因库的全部基因
D.基因突变可以改变基因库的组成
解析:
选C。
基因库是一个种群的全部个体所含的全部基因,由于不同个体之间在基因上具有差异,所以不可能每个个体都含有种群基因库中的全部基因,A正确,C错误。
种群是生物繁殖的基本单位,所以基因库不会因个体死亡而消失,应代代相传,B正确。
可遗传的变异均可能改变基因库的组成,D正确。
突破2 基因频率与基因型频率的计算
2.某植物种群中,r基因纯合的个体不能存活。
已知该种群的基因型分别为YYRR、YyRR、yyRR、YYRr、YyRr、yyRr,它们的基因型频率依次为30%、20%、20%、10%、10%、10%。
计算Y和y的基因频率依次为( )
A.55%和45% B.45%和55%
C.27.5%和22.5%D.22.5%和27.5%
解析:
选A。
由于基因频率是该基因占所有等位基因数的比例,而与非等位基因无关,YY占40%,Yy占30%,yy占30%,所以Y的基因频率为40%+30%×1/2=55%,y的基因频率为45%。
3.金鱼的一对相对性状由一对等位基因(A、a)控制,其中a基因在纯合时使胚胎致死(aa、XaXa、XaY等均为纯合子)。
现取一对金鱼杂交,F1金鱼共67只,其中雄性金鱼21只,则F1金鱼自由交配所得F2成活个体中,a基因的频率为( )
A.1/8B.1/6
C.1/11D.1/14
解析:
选C。
由题意知,一对金鱼杂交,F1金鱼共67只,其中雄金鱼21只,雌性个体∶雄性个体≈2∶1,说明金鱼的这一对等位基因位于X染色体上,亲本的基因型为XAXa、XAY,F1中,雌性个体的基因型为XAXa、XAXA,产生卵细胞的基因型及比例是:
XA∶Xa=3∶1,雄性个体的基因型为XAY,产生的精子的基因型及比例是XA∶Y=1∶1,因此F1金鱼自由交配所得F2的基因型及比例是:
XAXA∶XAXa∶XAY∶XaY=3∶1∶3∶1,其中XaY死亡,所以成活个体中XAXA∶XAXa∶XAY=3∶1∶3;Xa的基因频率=1÷(3×2+1×2+3)=1/11。
(1)基因频率往往根据基因型频率来计算,而基因型频率的计算又遵循遗传的基本定律。
(2)随机交配时,基因频率、基因型频率均不变;自交时,基因频率不变,基因型频率变化。
(3)当新的个体加入种群后,某基因的基因频率计算应加上新加入个体的基因数。
核心知识小结
[网络构建]
[关键语句]
1.拉马克进化学说的主要内容是:
用进废退和获得性遗传。
2.达尔文进化学说的三个基本观点是:
(1)物种是可变的;
(2)生存斗争和自然选择;(3)适应是自然选择的结果。
3.种群是生物进化的基本单位。
[随堂检测]
知识点一 拉马克进化学说与达尔文进化学说
1.下列说法符合拉马克进化观点的是( )
①食蚁兽的舌头变得细长,是由于食蚁兽长期舔食蚂蚁的结果
②比目鱼的双眼并列于向光一面,是由于长期卧伏于海底的缘故
③长颈鹿经常努力伸长颈和前肢去吃树上的叶子,因此颈和前肢都变得很长
④鼹鼠由于长期生活于地下,眼睛萎缩、退化
⑤病菌抗药性的不断增强是由于抗生素对病菌的抗药性变异定向选择并逐渐积累的结果
A.①②③ B.④
C.①②③④D.①②③④⑤
解析:
选C。
拉马克关于生物进化原因的两个要点是用进废退和获得性遗传,即动物的器官越用越发达,相反器官废而不用,就会造成形态上的退化,并且拉马克认为这些因用进废退而获得的性状可以遗传给后代。
①②③均为“用进”的实例,④为“废退”的实例。
拉马克的进化理论和达尔文的自然选择学说的主要区别是:
用进废退学说认为“选择在前,变异在后”,自然选择学说则认为“变异在前,选择在后”。
⑤符合达尔文自然选择学说的观点。
2.在下列几种简式中,能较确切地说明达尔文进化学说的是( )
A.过度繁殖→遗传变异→生存斗争→适者生存
B.环境变化→定向变异→去劣留优
C.生存斗争→用进废退→适者生存
D.环境变化→用进废退→获得性遗传→适者生存
解析:
选A。
依据达尔文自然选择学说的内容,过度繁殖是自然选择的前提,生存斗争是自然选择的动力,遗传和变异是自然选择的内因和基础,适者生存是自然选择的结果,所以,能较确切地说明达尔文进化学说的简式是:
过度繁殖→遗传变异→生存斗争→适者生存,A项正确,B、C、D三项均错误。
3.白纹伊蚊是传染登革热病毒的媒介之一。
有一地区在密集喷洒杀虫剂后。
此蚊种群数量减少了99%。
但是一年后,该种群又恢复到原来的数量,此时再度喷洒相同量的杀虫剂后,仅杀死了40%的白纹伊蚊。
其可能的原因是( )
A.杀虫剂造成白纹伊蚊基因突变,产生抗药性基因
B.白纹伊蚊身体累积的杀虫剂增加了自身的抗药性
C.原来的白纹伊蚊种群中少数个体有抗药性基因
D.第一年的白纹伊蚊种群没有基因的变异
解析:
选C。
白纹伊蚊抗药性的产生不是杀虫剂造成的,杀虫剂只是对其抗药性进行了选择,一年后再度喷洒相同量的杀虫剂,杀虫剂仅杀死少量白纹伊蚊的原因是原来的白纹伊蚊中有抗药性个体,杀虫剂杀死的是没有抗药性的白纹伊蚊,剩下的为有抗药性的,所以再用同样的杀虫剂效果就不好了。
知识点二 现代生物进化理论
4.据某生物研究性学习小组调查,某校学生中基因型比例为XBXB∶XBXb∶XbXb∶XBY∶XbY=44∶5∶1∶43∶7,则Xb的基因频率为( )
A.13.2%B.5%
C.14%D.9.3%
解析:
选D。
基因频率是指一个种群基因库中某个基因占全部等位基因数的比率。
Xb的基因频率=Xb/(XB+Xb)×100%(因为B、b只位于X染色体上,Y染色体上没有)。
女性体内有两条X染色体,因此有两个此类基因(包括B和b),男性体内只有1条X染色体,因此只有1个此类基因(B或b)。
被调查的种群中,Xb:
5%+1%×2+7%=14%;XB+Xb:
44%×2+5%+43%+5%+1%×2+7%=150%。
所以,Xb的基因频率=Xb/(XB+Xb)×100%=14%/150%×100%≈9.3%。
5.某植物种群中,AA个体占16%,aa个体占36%,该种群随机交配产生的后代中AA个体百分比、A基因频率和自交产生的后代中AA个体百分比、A基因频率的变化依次为( )
A.增大,不变;不变,不变
B.不变,增大;增大,不变
C.不变,不变;增大,不变
D.不变,不变;不变,增大
解析:
选C。
由题意知,种群中A的基因频率为40%,a的基因频率为60%,随机交配产生的后代中AA个体的百分比:
40%×40%=16%,aa个体的百分比:
60%×60%=36%,Aa个体的百分比:
48%,A的基因频率:
16%+48%/2=40%。
自交产生的后代中AA个体的百分比:
16%+48%×1/4=28%,aa个体的百分比:
36%+48%×1/4=48%,Aa个体的百分比:
1-28%-48%=24%,A基因频率:
28%+1/2×24%=40%。
6.某动物种群中AA、Aa和aa的基因型频率分别为0.3、0.4和0.3,请回答下列问题:
(1)该种群中a基因的频率为________。
(2)如果该种群满足五个基本条件,即种群________、不发生________、不发生________、没有迁入迁出,且种群中个体间随机交配,则理论上该种群的子一代中aa的基因型频率为________;如果该种群的子一代再随机交配,其后代中aa的基因型频率________(填“会”或“不会”)发生改变。
(3)假定该动物种群满足上述四个基本条件,但不发生随机交配,只在相同基因型之间进行交配,则理论上该种群的子一代中AA、Aa和aa的基因型频率分别为________、________和________;如果子一代也同样只发生相同基因型之间的交配,其后代中AA、Aa和aa的基因型频率________(填“会”或“不会”)发生改变。
解析:
(1)AA=0.3、Aa=0.4、aa=0.3,所以a=0.4×1/2+0.3=0.5。
(2)由a=0.5,可以计算出后代中aa的基因型频率是(0.5)2=0.25,且该基因型的频率不会发生改变,但是该结论的前提条件是种群足够大、不发生基因突变、不发生选择、没有迁入迁出,且种群中个体间随机交配;(3)AA=0.3,Aa=0.4,aa=0.3,题目中叙述的情况相当于植物的自交,结果如下:
0.3AA×AA得到0.3AA,0.4Aa×Aa得到0.1AA、0.2Aa、0.1aa,0.3aa×aa得到0.3aa,所以相同基因型之间进行交配,后代中AA=0.3+0.1=0.4、Aa=0.2、aa=0.3+0.1=0.4,同理可以计算该代相同基因型个体之间的交配后代中AA=0.45、Aa=0.1、aa=0.45,所以基因型频率会发生改变。
答案:
(1)0.5
(2)足够大 基因突变(或突变) 选择 0.25 不会 (3)0.4 0.2 0.4 会
[课时作业]
一、选择题
1.下列关于达尔文学说和拉马克学说的区别正确的说法是( )
A.达尔文学说认为环境的作用可以引起不定向的变异
B.拉马克学说认为不定向的变异是由动物的意愿决定的
C.达尔文学说认为变异后就能适应环境
D.拉马克学说认为生物通过变异适应环境
解析:
选D。
达尔文学说认为环境起选择作用,变异是不定向的,只有有利变异的个体才能适应环境,并得到保留。
拉马克认为生物的变异是定向的,生物体为了适应环境而产生相应的变异。
前者的观点是正确的,后者的观点是错误的。
2.下列符合现代生物进化理论叙述的是( )
A.物种是神创的
B.物种是不变的
C.种群是生物进化的基本单位
D.用进废退是生物进化的原因
解析:
选C。
现代生物进化理论的主要内容有种群是生物进化的基本单位、可遗传的变异是生物进化的原材料、自然选择决定生物进化的方向、隔离是物种形成的必要条件,C项正确;物种是神创的和物种是不变的是荒谬的观点,用进废退是拉马克的学说内容,A、B、D三项均错。
3.如图,理论值与实际生存个体数差别很大,可用来解释的是达尔文进化理论中的( )
A.过度繁殖 B.生存斗争
C.遗传变异D.适者生存
解析:
选B。
图中理论值和实际值的差异是由生存斗争导致的,两线之间的数量差值代表在生存斗争中被淘汰的个体。
4.炭疽杆菌生命力之顽强,堪称细菌之最。
根据达尔文生物进化理论,炭疽杆菌顽强生命力的形成,是由于( )
A.进化过程中环境对炭疽杆菌的定向选择
B.不良环境引起炭疽杆菌发生的不定向变异
C.进化过程中炭疽杆菌产生的定向变异
D.进化过程中炭疽杆菌通过DNA复制,逐代积累
解析:
选A。
在进化历程中,生物先变异,后被自然选择;先发生了炭疽杆菌的不定向变异,在环境的定向选择下,适者生存,不适者被淘汰。
5.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:
选A。
适应环境个体较多的种群基因频率变化小,进化较慢,A错误;小种群基因频率变化较大,故进化速度比大种群快,B正确;种群内个体间差异越大,说明基因差异大,进化越快,C正确;个体的死亡对小种群基因频率变化影响大,D正确。
6.现有两个非常大的某昆虫种群,个体间随机交配,没有迁入和迁出,无突变,自然选择对A和a基因控制的性状没有作用。
种群1的A基因频率为85%,a的基因频率为15%;种群2的A基因频率为75%,a基因频率为25%。
假设这两个种群大小相等,地理隔离不再存在,两个种群完全合并为一个可随机交配的种群,则下一代中Aa的基因型频率是( )
A.64%B.50%
C.32%D.16%
解析:
选C。
设种群1与种群2各含100只昆虫,则合并后的A基因频率为(85+75)/200=80%,a基因的频率为(15+25)/200=20%,故在理想条件下,合并后的新种群进行随机交配后产生的子代中,Aa的基因型频率为2×80%×20%=32%,C项正确。
7.据调查,某地区关于某性状基因型的比例为XBXB(42.32%)、XBXb(7.36%)、XbXb(0.32%)、XBY(46%)、XbY(4%),则该地区XB和Xb的基因频率分别是( )
A.60%、8%B.80%、92%
C.78%、92%D.92%、8%
解析:
选D。
假设有100个个体,XBXb有7.36个、XbXb有0.32个、XbY有4个,基因Xb有7.36+2×0.32+4=12个,占全部等位基因XB和Xb总数150个的比例为12/150=8%,D项正确。
8.下图表示最早生活在这个区域的群体,由于屏障的阻碍,已经分离为两个独立的群体,如果群体A生活的环境经历剧烈变化,而群体B的环境比较稳定,则群体A进化的速度将可能( )
A.比群体B的生物进化速度快B.比群体B的生物进化速度慢
C.与群体B的生物进化速度一样D.二者之间不能比较
解析:
选A。
环境改变对生物的选择比较明显,可加速生物的进化。
9.科学家对某一种蟹的体色深浅进行了研究,结果如图所示。
不同体色的蟹的数量不同
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