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现代生物进化理论一轮复习公开课

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第七章   现代生物进化理论
  一    拉马克的进化学说
1、主要内容:
  ①生物不是神创的,而是由更古老的生物进化而来的
  ②生物是由低等到高等逐渐进化的
  ③生物各种适应性特征的形成都是由于用进废退和获得性
  遗传(主要理论)。
2、历史意义     :
 ①反对神创论和物种不变论。
 ②历史上第一个系统地提出了进化理论的学者。

3、不足   :
 ①拉马克提出的用进废退和获得性遗传的观点
    缺少科学证据的支持,大多来自主观臆测。
 ②拉马克过于强调环境的变化直接导致物种的改变。
用进废退:经常使用的器官就发达,不使用的
就退化。
获得性遗传:这些用进废退获得的性状是可
 以遗传的。


食蚁兽的舌头之所以细长,是长期舔食蚂蚁的结果。
二、现代生物进化理论的基础——达尔文的自然选择学说
(1)主要内容:

 ①过度繁殖:②生存斗争:
 ③遗传变异      ④适者生存:
      自然选择学说的解释模型
事实1:生物
都有过度繁殖
                   推论1:个
的现象
                 体间存在生存          推论2:
                     斗争          具有有       推论3:
事实2:物种内                          利变异       有利变
                                           异逐代
的个体数总能            事实4:个体         的个体
                                           积累,
保持稳定              间存在差异          生存并
                                           生物不
                   (变异)          留下后
                                 代的机       断进化
事实3:资源是                          会多        出新类
有限的                事实5:许         (适者       型。
                  多变异是可          生存)
                   以遗传的
(2)评价
  ①先进性:
  科学的解释了生物进化的原因,和生物多
  样性形成的原因。
 ②局限性:
 a、对遗传和变异的本质不能做出科学的
 解释。
 b、对进化原因的解释局限于个体水平。
 C、强调物种形成的渐变过程,不能解释
 物种大爆发现象。
三、现代生物进化理论

  性状水平      深入     基因(分子)水平

   认识到了遗传和变异的本质
   获得性遗传的观点,已经被多数人摈弃。

               深入
  以个体为单位             以种群为单位

     形成以自然选择学说为基础
 的现代生物进化理论
现代生物进化理论的主要内容
一、种群是生物进化的基本单位,生物进
化的实质在于种群基因频率的改变。

    1、种群的概念:种群是指生活在一定的时间和空
    间内的同种生物全部个体的总和。

              两个要素       “同种”和“全部”
                         “时间”和“空间”,即种
   三个强调       两个条件       群具有一定的      时空限制,离
                         开一定的空间和时间的种群
               两个方面      是不存在的     。
                          生物繁殖的基本单位;生
                          物进化的基本单位。
                  物种与种群的比较

                      区别
                                               联系
           概念            范围        判断标准
     能够在自然状态下
                     不同区域的同
     相互交配并且产生                     不同物种存
物种                   种生物的不同                 ①同一物种是
     可育后代的一群生                     在生殖隔离
                     种群                     由不同的种群
     物                                      构成;
                                            ②同一物种的
     生活在一定区域的        较小范围的同                 不同种群在一
                                  不存在生殖
     同种生物的全部个        种生物的全部                 定条件下可以
种群                                隔离
     体               个体                     进行基因交流。
2. 基因库:
◇概念:    一个种群中全部个体所含有的全部
        基因。

◇理解:一个种群都有一个基因库,种群中
       的个体最终死亡,但基因库在代代
       相传中保留下来,并得到发展。
  3. 基因频率与基因型频率

基因型频率:在一个种群基因库中,某种基因型占
全部个体的比率。
基因频率:在一个种群基因库中,某个基因占全部
等位基因数的比率。

 基因频率=该基因的总数           / 该等位基因的总数

 基因型频率=该基因型个体数             / 该种群个体总数
(2011年广东高考)(2)科学家获得一种显性突变蚊子
(AABB)。A、B基因位于非同源染色体上,只有A或B
基因的胚胎致死。若纯合的雄蚊(AABB)与野生型雌蚊
(aabb)交配,F1群体中A基因频率是             50% ,F2群体
中A基因频率是       60%  。
对应例题:8、已知苯丙酮尿症是位于常染色体上的隐性遗传
病。据调查,该病的发病率大约为1/10000,请问在人群中该
苯丙酮尿症隐性致病基因(a)的基因频率以及携带此隐性基
因的携带者(Aa)基因型频率分别是           (   D   )
 A.1% 和0.99%       B.1% 和1.98%      C.1% 和
3.96%    D.1% 和0.198%

 对应例题9、某工厂有男女职工各200名,调查发现,女性色
 盲基因的携带者为15人,患者5人,男性患者11人。那么这
 个群体中色盲基因的频率是(            B  )
 A.  4.5%     B.  6%     C.  9%    D.  7.8%
           探究活动
假设的昆虫群体满足以下五个条件:
①昆虫群体数量足够大,
②全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代,
③没有迁入与迁出,
④自然选择对A、a控制的翅型性状没有作用
⑤也没有基因突变和染色体变异。
   已知基因型频率算配子中的基因频率
   例:在某昆虫种群中,决定翅色为绿色的基因是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?               某基因的数目
         基因频率=                           ×  100%
                   全部等位基因的总数
                =纯合子频率+1/2杂合子频率
解:  A基因的基因频率为:
                       2×AA+Aa
                 A%=                ×100%  = 60%
                      2(AA+Aa+aa)
                    =30/100×100% +1/2×60/100×100% = 60%
 a基因的基因频率为:
                         2×aa+Aa
                 a%=                  ×100%  = 40%
                       2(AA+Aa+aa)
                    =10/100×100% +1/2×60/100×100% = 40%
已知基因频率算下一代的基因型频率
            卵子
                 A 60%
      精子                   a 40%

        A 60%    AA  36%   Aa   24%

        a 40%    Aa  24%   aa  16%

 其中p代表A基因的频率,q代表a基因的频率。
 则:p+q=1,
 并得出:p2代表AA的频率,
        q2代表aa的频率,
        2pq代表杂合子Aa的频率。
            亲代     子一代       子二代    子三代
       AA   30%    36%      36%      36%
基因型
       Aa   60%    48%      48%      48%
频率
       aa   10%    16%      16%      16%

基因频    A    60%    60%      60%      60%
率       a   40%    40%      40%      40%
    由此可见,如果满足上述五个条件,则亲代和子
代每一种基因的频率都不会改变,到下一代也是如此,
也就是说基因频率可以代代保持稳定不变。这就是哈
迪-温伯格平衡,也叫遗传平衡定律。
    但是,在实际中,这样的平衡是不存在的。
    这是因为,第一:足够大的种群是不存在,而根
据概率原理,当个体数不是充足大时,实际得到的数
值与理论上的数值就存在误差,实际中子代和亲代的
基因频率就会有差异。
     第二:种群中充分的随机交配也是不现实的,也就
是说不同基因型的卵细胞和精子结合的机会不会是均等
的。
    例如,在生殖季节,为了争夺异性配偶,雄性海象之间要进行激烈而又残
酷的竞争,争斗的最后结果常常是强大的一方占有二三十个雌性海象,由于竞
争失败,有的雄性海象没有任何的交配机会。假设其它条件不变,在生殖季节
里,如果竞争力强的雄性海象个体基因型大多数是AA,而竞争失败的雄性海
象个体的基因型大多数是aa(可能是由于本身基因型的关系,而导致性状上的
差异),那么A的基因频率将越来越大。
    第三:基因突变每时每刻都有可能发生。虽然每
一个基因突变的频率很低很低,但一个种群中有很多
很多的基因,所以基因的实际突变数是较大的,而且
经过代代的遗传基因突变必然对种群的基因频率产生
影响,使基因的频率发生改变。如由a突变成A的数或
a突变成其它复等位基因的数相对较大,则a的基因频
率将越来越小。
    第四:由于各种原因,种群中有的个体会离开该
群体,相反的可能,有的同种的外来个体会迁入该种
群,使种群中各种基因型的比例发生变化,而导致种
群基因频率的改变        。
    第五:在自然界中,自然选择是不可抗拒的,
始终对种群发挥作用。如基因型为aa的个体由于本
身基因的原因,在特定的环境条件下,而导致性状
缺陷,不能适应变化了的环境,在自然选择中处于
不利地位,则a的基因频率也会越来越小。

    由于上述五方面的因素,种群基因频率的改变
是客观的,亲代和子代之间基因频率的差异可能是
微妙的,但经过代代的遗传,当这一差异由量变的
积累而达到质的差异时,该种群就渐变成另外一个
不同的种群了。所以从理论上分析,种群基因频率
的改变是不可避免的,生物的进化是必然的。
生物进化的实质是基因频率的改变

        表面看,自然选择是对一个个生物个体的
     选择,实质上是对个体所包含的变异进行选择。性状
     从现代分子遗传水平看,自然选择实质上是对
     变异所对应的基因的选择,从而改变着群体中
     不同基因的基因频率。
                                  所以,生
                                 物进化的过
                                 程的实质是
                                 种群基因频
                                 率发生变化
                                 的过程。
影响种群基因频率变化的根本原因是什么?
   变异

变异的类型有那些?
    不能遗传的变异
               基因突变
                             突变
    可遗传的变异     染色体变异
               基因重组
(二)突变和基因重组产生进化的原材料
    自然界,生物自发突变的频率很低,而且
  突变大多数是有害的,为什么还能够作为生
  物进化的原材料的呢?

    果蝇约有104对基因,假定每个基因的突
  变率是10-5,一个约有109个果蝇的种群每
  一代出现的基因突变率是?

       2×104×10-5×109=2×108
(二)突变和基因重组产生进化的原材料
     1、种群是由许多个体组成的,每个个体的每个
     细胞内都有成千上万个基因,这样,每一代就会
     产生大量的突变

    2、突变的有害和有利并不是绝对的,
       它取决于生物的生存环境。

   3、突变和基因重组只产生生物进化的原材料,
      不能决定生物进化的方向。
(三)自然选择决定生物进化的方向。
        95%


        5%

    由于突变和基因重组,         (黑)S基因频率
   桦尺蠖出现不同的体色。         从5%→95%
(1)根据前面所学的你能做出假设吗?
   自然选择可以使种群的基因频率定向改变
  自然选择对基因频率变化的影响
1870年桦尺蠖的基因型频率为SS 10% ;         Ss 20%; ss 
70%,在树干变黑这一环境条件下假如树干变黑不利于
浅色桦尺蠖的生存,使得种群中浅色个体每年减少10%,
黑色个体每年增加10%,以后的几年内,桦尺蠖种群每
年的基因型频率与基因频率是多少呢?
           第1年   第2年   第3年     第4年    ……
 基因    SS   10%  11.5% 13.1%   14.6%
 型频    Ss   20%  22.9%  26%    29.3%
 率     ss   70%  65.6% 60.9%   56.1%
 基因    S    20%  23%   26.1%   29.3%  升高
 频率    s    80%  77%   73.9%   70.7%  降低
 (1)在这个探究实验中根据上面的数据分析,变黑的环境对桦尺
 蠖产生了什么样的影响?变黑的环境对桦尺蠖浅色个体的出生率
 有影响吗?

    变黑的环境使控制浅色的s基因频率减少,S基因频率
增加
    许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌
捕食
        自然选择使基因频率定向改变。
(2)在自然选择中,直接受选择的是基因型还是表现型?

     天敌看到的是桦尺蠖的体色(表现型)而不是控
 制体色的基因
       结论:自然选择决定生物进化的方向
      自然选择决定生物进化的方向

     提供选择材
       料
变异是不      自然     不利变异被淘汰,有
定向的       选择     利变异逐渐积累

     种群的基           生物朝一定方
     因频率发           向缓慢进化
     生定向改
     变

(一)物种

物种:指能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代
的一群生物,简称“种”。

 全世界的人都是一个物种吗?             马跟驴是一个物种吗?


人都是一个物种,无论白人黑人黄种人结婚,
都能产生具有生殖能力的后代。
(二)隔离

 概念:指不同种群间的个体,在自然条件下基因不能自由
       交流的现象。

                   不同物种之间一般是不能够相互交配的,
       生殖隔离:即使交配成功,也不能够产生可育的后
 种类                代,这种现象叫生殖隔离。
       地理隔离:       由于地理上的障碍使得同种生物的不同
                   种群间不能够发生基因交流的现象。
东北虎和华南虎之
间存在什么隔离?


             马和驴之间存在什
             么隔离?
    物种形成的比较常见的方式:
              长期
    地理隔离            生殖隔离


                       不同小岛上的植被不同,
 加拉帕戈斯群岛的地雀              果实大小不同所致。
     由于地理隔离而形成生殖隔离,形成了不
同的物种。其过程十分缓慢!
有时无需地理隔离也能形成新物种

     在自然界里还      AABBCC(普通小麦)    × DD(黑麦)
  存在另一种物种形
  成方式,它往往只        配子 ABC              D 配子
  需要几代甚至一代
  就完成了,而且不
  需经过地理隔离。                   ABCD  (不育)
  例如,多倍体植物
                                秋水仙素处理
  的形成就是如此。
  自然界里几平将近
                      AABBCCDD(八倍体小黑麦)
  一半的被子植物和
  某些栽培作物就是                         (可育)
  这样形成的。               例:八倍体小黑麦的培育
             总结

以自然选择学说为核心的现代生物进化理论的基本观点是:
●种群是生物进化的基本单位

●生物进化的实质在于种群基因频率的改变。

●突变和基因重组、自然选择及隔离是物种
 形成过程的三个基本环节(突变和基因重
 组产生生物进化的原材料,自然选择使种
 群的基因频率定向改变并决定生物进化的
 方向,隔离是新物种形成的必要条件)。
比较一:生物进化与物种形成

                       实质上是种群基因频率改变的过程,
          生物进化         所以生物进化的标志为基因频率的
                       改变,不论变化大小都属于进化的
 区                     范围。
 别

                       基因频率的改变导致突破物种的界
                       限,形成生殖隔离,标志着新物种
          物种形成         的形成,隔离是物种形成的必要条
                       件,而不是生物进化的必要条件。

  联       生物发生进化,不一定形成新物种,但新物种的形
  系       成一定要经过生物进化过程。
比较二:现代生物进化理论和达尔文进化论比较

                      都能解释生物进化、生物的多样
    共同点               性和适应性。

                      ①达尔文的进化论着重研究生物个体的
                      进化;而现代进化论强调群体的进化,
                      种群是生物进化的基本单位。

                      ②达尔文的进化论没有阐明遗传和变异
                      的本质以及自然选择的作用机理,而现
   不同点                代进化论克服了这个缺点。

                      ③在达尔文学说中,自然选择来自过度繁
                      殖和生存斗争;而现代进化论中,则将自
                      然选择归结于不同基因型有差异的延续,
                      没有生存斗争,自然选择也在进行。
对应例题:10、生殖隔离包括:(            D    )
①动物因求偶方式不同,繁殖期不同造成不能交配
②植物因开花季节、花的形态不同而不能交配
③动物胚胎早期死亡
④产生的杂交后代没有生育能力
A、 ①  ②        B、 ①  ②  ③
C、 ①  ②  ②     D、 ①  ②  ③ ④
对应例题:11、右图表示生物新物种形成的基本环节,对图示分析
正确的是    (   D   )

   A.图中A表示基因突变和基因重组
   B.该生物进化理论的研究对象是生
  物个体
   C.图中B表示地理隔离,没有地理
  隔离不可能有新物种的形成
   D.图中C表示的是种群间生殖隔离,
  是新物种形成的标志
12、(2010江苏卷)根据现代生物进化理论.下列观点中正确的是
(    D   )
 A、人工培育的新物种只能生活在人工环境中
 B、生物进化的方向与基因突变的方向一致
 C、冬季来临时植物叶中可溶性糖含量增高是为了更好地防止冻害
 D、受农药处理后种群中抗药性强的个体有更多机去将基因传递给后
代
13、(2010全国高考卷2)已知某环境条件下某种动物的AA和Aa
   个体全部存活,aa个体在出生前会全部死亡。现有该动物的一
   个大群体,只有AA、Aa两种基因型,其比例为1:2.假设每对
   亲本只交配一次且成功受孕,均为单胎。在上述环境条件下,
   理论上该群体随机交配产生的第一代中AA和Aa的比例是
   (   A       )
   A、1:1                                       B、 1:2                
   C、 2:1                                      D.、3:1
14、(2009高考江苏卷)右下图是物种形成的一种模式,物种a因

为地理障碍分隔成两个种群a 1和a 2,经过漫长的进化,分别形成物
种b和c。在此进程中某一时刻,          a 1 种群的部分群体越过障碍外迁
与a 2 同域分布,向d方向进化。下列有类叙述正确的是(                B    )

A、  b 和d 存在地理隔离,所以一定存在
生殖隔离                                     a
B、  c和d 不存在地理隔离,却可能存在
生殖隔离
                                     a1       a2
                                        地理障碍
C、  a 1中 的外迁群体与当时留居群体的
基因频率相同,则b 和d 是同一物种
                                              d    c
                                   b
D、  a 1中 的外迁群体与当时a      2 种群的基
因频率不同,则c和d是不同物种
15、(2010全国卷1)关于在自然条件下,某随机交配种群中等位基因
A、a频率的叙述,错误的是(        D     )
A.一般来说,频率高的基因所控制的性状更适应环境
B.持续选择条件下,一种基因的频率可以降为0
C.在某种条件下两种基因的频率可以相等
D.该种群基因频率的变化只与环境的选择作用有关

16.(2011年江苏卷)根据现代生物进化理论,下列说法正确的
是
 A.自然选择决定了生物变异和进化的方向                  C
 B.生物进化的实质是种群基因型频率的改变
 C.种群内基因频率的改变在世代间具有连续性
 D.种群内基因频率改变的偶然性随种群数量下降而减小
17.(2011·广州质检)一个随机交配的足够大的种群中,
某一相对性状中显性性状表现型的频率是0.36,则
(      )
A.该种群繁殖一代后杂合子Aa的频率是0.32
B.显性基因的基因频率大于隐性基因的基因频率
C.若该种群基因库中的基因频率发生变化,说明一定
会形成新物种
D.若该种群中A基因频率为0.4,A所控制性状的个体
在种群中占到40%
                       A 
18.卫生部一项统计显示,我国每年约有8万人直接或间接
死于滥用抗生素,滥用抗生素会使人体内的细菌出现耐药
性,如果被这样的细菌感染,则会因其能够抵抗各种抗生
素而无药可救。下列有关说法正确的是(                  )
A.抗生素的使用可增强人体的免疫力,但会引起细菌的定
向变异
B.细菌中本来就存在“耐药性”个体,长期使用抗生素导
致“耐药性”基因频率下降
C.“耐药性”基因频率的改变引起病菌发生了进化,产生
新的“耐药性”病菌
D.抗生素的滥用导致“耐药性”细菌被优选出来,实质是
抗生素对细菌进行选择的结果

                                   D 
19.某高等植物种群以严格的自花传粉方式繁殖。aa频率在
逐年降低,原因是aa个体的生活力比较弱,平均每代约有
3%的aa个体不能生活到生育期。下列与该种群有关的说法
正确的是(      )
A.若该种群以异花传粉的方式繁殖,aa将不会有淘汰过程
B.人为救助aa的个体,可促进该种群的进化
C.aa被淘汰的过程可理解为该种群进化的过程
D.建立自然保护区可使该种群的基因频率相对稳定


                               C 
13.(16分)(2011·福州模拟)下图1显示了某种甲虫的两个种群基因库
的动态变化过程。种群中每只甲虫都有相应的基因型,A和a这对等
位基因没有显隐性关系,共同决定甲虫的体色,甲虫体色的基因型
和表现型如图2所示,请据图回答下列问题。
(1)不同体色的甲虫体现了生物多样性中的__________遗传          多样性。
(2)在种群中出现了基因型为A′A的甲虫,A′基因最可能的来源是
__________基因突变 。该来源为生物进化__________提供原材料 。A′A个体的出现将会使种
群基因库中的________基因频率发生改变。
(3)图中箭头表示通过迁移,两个种群的基因库之间有机会进行
__________基因交流 。由此可知,种群1和种群2之间不存在__________生殖隔离   。
(4)根据图1两个种群中不同体色的甲虫分布比例,可以初步推测出处于工
业污染较为严重的环境中的是种群__________1           ,该环境对甲虫的生存起到
了__________选择 作用。

 (一)共同进化
    任何一个物种都不是单独进化的。
    不同_______物种 之间、生物____与无机环境________之间在相互影响
中不断进化和发展,这就是共同进化。
                     共同进化实例

共同进化类型            类型               举例

                   共生       细长吸管口器的蛾与长花距兰花

                   捕食       猎豹和斑马
不同物种之间
                   寄生       粘液病毒与兔子

                   竞争       作物与杂草

生物与无机环境       生物影响环境        地球最早无氧环境→厌氧环境→光
之间            环境影响生物        合作用出现→空气中出现了氧气→
                            出现了好氧生物
 (二)生物多样性的形成

1、内容:基因多样性→物种多样性→生态系统多样性(3层次)

2、形成生物多样性的原因:长期自然选择、共同进化达到结果

3、研究生物进化的主要依据:            化石
对应例题17.:图中三条曲线分别代表了动物物种多样性程度、动物数
量易变程度及冬眠动物比例在不同类型生态系统中的变化趋势。代
表动物物种多样性程度和数量易变程度的曲线依次是(                   C   )
A、①②      B、②③      C、①③      D、②①
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