第21讲 生物的进化第7单元2022
素养导读
必备知识固本夯基
一、自然选择学说和现代生物进化理论1.现代生物进化理论的由来(1)拉马克的进化学说和是生物不断进化的原因,生物是由低等到高等逐渐进化的。用进废退获得性遗传
(2)达尔文的自然选择学说过度繁殖遗传变异生物进化的原因遗传变异个体水平隔离
2.现代生物进化理论(1)种群是生物进化的基本单位。①种群的概念:生活在一定区域的生物的个体。②基因库:一个种群中全部个体所含有的。③基因频率:在一个种群基因库中,某个基因占全部的比率。④生物进化的实质:种群的发生改变。同种全部全部基因等位基因数基因频率
(2)产生进化的原材料。②生物突变的有利和有害不是绝对的,往往取决于。③生物的变异是的,只是提供了生物进化的原材料,不能决定生物进化的方向。突变和基因重组基因突变染色体变异生物的生存环境不定向
(3)决定生物进化的方向。①原因:不断淘汰具有不利变异的个体,有利变异不断积累。②结果:种群的基因频率发生改变。自然选择定向
(4)导致物种的形成。①物种的概念:能够在状态下相互交配并且产生后代的一群生物。②隔离隔离自然可育相互交配不能自由交流
③物种形成的过程
二、共同进化与生物多样性的形成1.共同进化(1)概念:不同之间、之间在相互影响中不断进化和发展。(2)原因:生物与生物之间的相互选择和之间的相互影响。物种生物与无机环境生物与无机环境
(3)共同进化的实例不同物种生物
2.生物多样性的形成(1)内容:生物多样性主要包括多样性、多样性和多样性。(2)形成原因:生物的进化。基因物种生态系统
(4)研究生物进化历程的主要依据:。(3)三个层次之间的关系基因物种生态系统化石
3.生物进化理论在发展(1)中性学说:大量的基因突变是中性的,决定生物进化方向的是的逐渐积累,而不是。(2)生物进化理论不会停滞不前,而是在不断发展。中性突变自然选择
概念检测基于现代生物进化理论的基本观点,判断下列表述是否正确。(1)自然选择通过作用于个体而影响种群的基因频率。()(2)自然选择对同种生物不同种群基因频率的改变所起的作用可能不同。()(3)某种抗生素被长期使用后药效下降,是由于病原体接触药物后,产生对药物有抗性的变异。()(4)长期使用农药后,害虫会产生很强的抗药性,这种抗药性的产生是因为农药诱导害虫产生了抗药性突变。()
(5)判断两个种群是否属于同一物种需将两个种群置于相同环境条件下,比较其出生率。()(6)某种生物产生新基因并稳定遗传后则形成了新物种。()(7)虽然亚洲与大洋洲之间存在地理隔离,但两洲人之间并没有生殖隔离。()(8)60Co诱发基因突变可以决定生物进化的方向。()(9)共同进化都是通过物种之间的生存斗争实现的。()(10)生物多样性的形成也就是新的物种不断形成的过程。()答案(1)√(2)√(3)×(4)×(5)×(6)×(7)√(8)×(9)×(10)×
教材拓展1.(人教版必修2第122页“技能训练”)(1)在假说甲和假说乙中,湖泊Ⅰ和湖泊Ⅱ中的两种鱼的祖先各是哪种鱼?(2)关于红褐色鱼和金黄色鱼种群的形成,假说甲和假说乙的主要区别是什么?提示假说甲:红褐色鱼和金黄色鱼起源于同一种灰色鱼。假说乙:湖Ⅰ中原来只有红褐色鱼,湖Ⅱ中原来只有金黄色鱼,发洪水时,这两个湖中的鱼发生混杂。提示与假说乙相比,假说甲没有考虑到隔离在物种形成中的作用,也没有考虑洪水的作用。
(3)DNA分析表明,湖泊Ⅰ中红褐色鱼与湖泊Ⅱ中的红褐色鱼亲缘关系最近,这一证据支持哪个假说?(4)什么证据可以帮助你确定湖泊Ⅰ中的红褐色鱼和金黄色鱼不是一个物种?提示这一证据支持假说乙。提示如果红褐色鱼和金黄色鱼不能杂交,或杂交后不能产生可育后代,说明它们不是一个物种。
2.(人教版必修2第123页“与社会的联系”)“精明的捕食者”策略对人类利用生物资源有何启示?提示地球上的生物资源是有限的,人类不应当掠夺式地开发和利用生物资源,而应合理有度地利用生物资源,做一个“精明的需求者”。
核心考点能力提升
考点一自然选择学说和现代生物进化理论合作探究探究1生物进化与物种形成分析生物进化与物种形成基本环节图解,回答后面的问题。
(1)物种形成的三个环节是什么?图中①②③④分别是什么?(2)为什么进化的基本单位是种群而不是个体?提示突变和基因重组、自然选择及隔离。①是突变和基因重组,②是自然选择,③是地理隔离,④是生殖隔离。提示在生物繁衍过程中,个体有新老交替,基因却代代相传,因此,研究生物的进化时仅仅研究个体是否与环境相适应是不够的,还必须研究种群基因组成的变化。
(3)自然选择的实质是什么?自然选择作用的直接对象、间接对象、根本对象分别是什么?提示自然选择的实质是对控制某特定性状的基因的选择。自然选择作用的直接对象是生物个体的变异性状(表现型);间接对象是相关的基因型;根本对象是与生物个体变异性状相对应的基因。
解疑释惑物种形成的三大模式
探究2遗传平衡定律的适用范围及应用(1)举例说明哪些情况下可以近似地看作符合遗传平衡。(2)在种群足够大、没有突变发生、种群之间不存在个体的迁移或基因交流、没有自然选择的情况下,自交和自由交配对基因(型)频率分别有什么影响?提示遗传平衡在自然状态下是无法达到的,但在一个足够大的种群中,个体间是自由交配的且没有明显的自然选择时,往往近似地看作符合遗传平衡。如人类种群、果蝇种群等比较大的群体中,一些单基因性状的遗传是可以应用遗传平衡定律的。提示①自交:后代基因型频率发生变化,纯合子比例逐渐增大,杂合子比例逐渐减小,基因频率不变。②自由交配:后代基因型频率和基因频率都不变。
(3)某地区每10000人中有一个白化病患者,求该地区一对正常夫妇生下一个白化病小孩的概率。提示由题意可知白化病的基因型频率aa=q2=0.0001,得q=0.01,则p=0.99。所以AA的基因型频率p2=0.9801,Aa的基因型频率2pq=0.0198。正常夫妇中是携带者概率为2pq/(p2+2pq)=2/101,则后代基因型为aa的概率为2/101×2/101×1/4=1/10201。
考向突破考向1自然选择学说与现代生物进化理论1.张谦德在《朱砂鱼谱》中总结的金鱼选种经验是“蓄类贵广,而选择贵精,须每年夏间市取数千头,分数缸饲养,逐日去其不佳者,百存一二,并作两三缸蓄之,加意培养,自然奇品悉具”。从现代生物进化理论的观点分析,正确的是()A.“分数缸饲养”相当于地理隔离和生殖隔离B.“逐日去其不佳者”是指对金鱼进行人工选择C.“自然奇品悉具”是金鱼发生定向变异的结果D.这种人工培育金鱼方法的原理是染色体变异
答案B解析“分数缸饲养”指地理隔离,使其不能进行基因交流,但不一定导致生殖隔离;“逐日去其不佳者”是人为选择淘汰生长状态不好的个体,属于人工选择;变异是不定向的;从数千头分缸饲养,到“百存一二,并作两三缸蓄之”可知这种人工培育金鱼方法并没有涉及诱变过程,其原理不是染色体变异。
2.滥用抗生素会导致耐药性细菌增多,进而导致抗生素的药效下降。下列有关叙述正确的是()A.耐药性的形成原因是细菌在抗生素的作用下产生了变异B.广泛应用抗生素可导致细菌种群中的抗性基因频率增大C.随着抗生素的广泛应用,某种细菌种群内形成了新的物种D.耐药性强的细菌均可发生基因突变、基因重组和染色体变异
答案B解析变异是不定向的,且抗生素只能对细菌的抗药性进行选择,不能导致细菌产生抗药性变异,A项错误;细菌中本来就存在抗性个体,广泛使用抗生素导致抗性基因频率上升,B项正确;抗性基因频率的改变引起细菌发生了进化,但没有产生新的抗性细菌物种,C项错误;细菌是原核生物,没有染色体,不能进行有性生殖,所以不会发生染色体变异,D项错误。
科学思维达尔文自然选择学说与现代生物进化理论的比较
考向2生物进化与物种形成的原理3.据研究,抗青霉素葡萄球菌是一种突变型,将未接触过青霉素的野生型葡萄球菌接种到含青霉素的培养基上,结果有极少数存活下来。存活下来的葡萄球菌在相同培养基中经多代培养后,对青霉素的抗性明显增强。下列叙述正确的是()A.青霉素的选择作用提高了葡萄球菌抗青霉素基因的频率B.葡萄球菌的定向突变提高了抗青霉素基因的频率C.葡萄球菌进化的实质是种群基因型频率的改变D.葡萄球菌的抗青霉素基因是在接触青霉素后产生的
答案A解析青霉素的选择作用提高了葡萄球菌抗青霉素基因的频率,淘汰掉了不抗药性的个体,A项正确;葡萄球菌的突变是不定向的,B项错误;葡萄球菌的进化的实质是种群基因频率的改变,C项错误;葡萄球菌抗青霉素基因是在使用青霉素前通过基因突变产生的,D项错误。
4.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。下列叙述错误的是()A.a表示地理隔离,长期的地理隔离可能出现生殖隔离B.b表示突变和基因重组,能为生物进化提供原材料C.c可以定向改变种群的基因频率,导致生物定向进化D.渐变式和爆发式的物种形成方式,不一定都经过d
答案D解析a表示地理隔离,长期的地理隔离可能出现生殖隔离,A项正确;b表示突变和基因重组,属于可遗传的变异,能为生物进化提供原材料,B项正确;c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,C项正确;d是生殖隔离,生殖隔离是新物种形成的标志,因此渐变式和爆发式的物种形成方式都要经过d,D项错误。
归纳总结物种形成和生物进化的关系(1)物种形成与生物进化的比较(2)生物进化不一定导致新物种形成生物进化的实质是种群基因频率的改变,这种改变可大可小,不一定会突破物种的界限,即生物进化不一定导致物种的形成,生物进化是量变,物种形成是质变。
考向3种群基因频率与基因型频率的计算5.某植物的抗性(R)对敏感(r)为显性,下图表示甲、乙两个地区在T1和T2时间点,RR、Rr和rr的基因型频率。下列叙述正确的是()A.甲地区基因型频率变化更大,T2时刻产生了新的物种B.T2时刻,乙地区该植物种群中R基因的频率约为20%C.突变率不同是导致甲、乙地区基因型频率不同的主要原因D.据图可知,生物进化的实质是种群基因型频率的改变
答案B解析由题干信息只能判断种群的基因频率发生改变,不能判断是否产生生殖隔离,因此不能判断是否产生了新物种,A项错误;乙地区T2时刻基因型为RR、Rr和rr的植株所占的比例分别约为10%、20%和70%,由此可以计算出R的基因频率约为10%+20%×1/2=20%,r的基因频率约为80%,B项正确;甲、乙两个地区种群抗性基因频率的不同是自然选择的结果,自然选择通过定向改变种群基因频率而使种群朝着一定的方向进化,C项错误;生物进化的实质是种群基因频率的改变,而不是基因型频率的改变,D项错误。
6.一个处于遗传平衡状态的种群中,某一相对性状中显性性状表现型的频率是0.36(相关基因用F、f表示),该种群繁殖三代后则()A.F的基因频率大于f的基因频率B.种群中Ff的基因型频率是0.32C.该过程可能会形成新物种D.该过程可能发生了进化
答案B解析由题意可知,显性性状表现型的频率是0.36,即FF+Ff=0.36,因此ff=0.64,由于该种群处于遗传平衡状态,所以f的基因频率为f=0.8,则F的基因频率是F=1-0.8=0.2。繁殖过程中子代基因频率不变,该种群繁殖三代后显性基因频率为0.2,隐性基因频率为0.8,显性基因频率小于隐性基因频率,A项错误;由遗传平衡定律可知,杂合子Ff的基因型频率是2×0.8×0.2=0.32,B项正确;基因频率改变的因素是突变和基因重组、选择、迁入和迁出等,随机交配不会导致种群基因频率改变,不可能会形成新物种,C项错误;生物进化的实质是种群基因频率的改变,种群基因频率没有改变说明没有进化,D项错误。
归纳总结(1)“定义法”求解基因频率
(2)“公式法”求解基因频率(以常染色体上一对等位基因A、a为例)A基因频率=AA基因型频率+1/2×Aa基因型频率a基因频率=aa基因型频率+1/2×Aa基因型频率(3)运用遗传平衡定律求解基因频率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)的基因型频率,2pq是Aa(杂合子)的基因型频率,q2是aa(纯合子)的基因型频率。
考点二共同进化与生物多样性的形成合作探究探究对共同进化的理解(1)如何理解共同进化概念中的“相互影响”?(2)试从分子水平和进化角度解释生物多样性的原因是什么。提示①不同物种之间的影响既包括种间互助,也包括种间斗争。②无机环境的选择作用可定向改变种群的基因频率,导致生物朝着一定的方向进化;生物的进化反过来又会影响无机环境。提示分子水平:DNA多样性(根本)→蛋白质多样性(直接)→生物性状多样性;进化角度:生物生存的不同环境对生物进行不同方向的自然选择。
(3)捕食者在进化中有何作用?其对物种多样性有何意义?(4)在进化地位上越高等的生物,其适应能力越强吗?为什么?提示捕食者往往捕食个体数量多的物种,这样可避免出现一种或少数几种生物在生态系统中占绝对优势的局面,为其他物种的形成腾出空间,其存在有利于增加物种多样性。提示不一定。进化过程中出现的新物种,有些是靠开辟环境中新的生存位置来生存和繁衍的,不一定就比原来的物种适应能力更强。例如,海洋中的生物登陆后,形成许多新物种,开辟了新的生存空间,但是不能说这些新物种比海洋中进化程度低的藻类的适应能力强。
(5)与同种或类似的野生种类相比,家养动物变异类型应更多还是更少?为什么?提示与同种或类似的野生种类相比,家养动物的变异类型往往更多,这与人类根据自身的需要,采取的杂交育种及人工选择等措施有关。
考向突破考向1共同进化的实例1.下列有关生物多样性和进化的叙述,不正确的是()A.新物种的形成通常要经过突变和基因重组、自然选择及隔离三个基本环节B.蜂鸟细长的喙与倒挂金钟的筒状花萼是它们长期共同进化形成的相互适应的特征C.细菌在接触青霉素后会突变产生抗药性,在青霉素的选择作用下,具有抗药性的个体生存下来D.自然选择能定向改变种群的基因频率,决定了生物进化的方向
答案C解析物种形成的三个基本环节是突变和基因重组、自然选择及隔离,A项正确;蜂鸟的细长的喙与倒挂金钟的筒状花萼是蜂鸟与倒挂金钟相互选择、共同进化形成的相互适应特征,B项正确;抗药性突变不是在接触青霉素后产生的,细菌在接触青霉素前就存在着各种突变个体,接触青霉素后,青霉素对抗药性的突变个体起到了选择作用,C项错误;自然选择通过定向改变种群的基因频率而使生物向着特定的方向进化,D项正确。
考向2生物多样性的形成2.下列有关生物多样性和进化的叙述,正确的是()A.基因重组是生物变异的根本来源,并加速了生物进化B.共同进化是指不同物种之间在相互影响中不断进化和发展C.长期自然选择和共同进化的结果导致生物多样性的形成D.不同的物种及其所包含的基因共同构成了生物多样性
答案C解析基因突变是生物变异的根本来源,A项错误;共同进化是指不同生物之间、生物与无机环境之间的相互影响、共同发展,B项错误;生物多样性的形成是长期自然选择和共同进化的结果,C项正确;生物多样性包括基因(遗传)多样性、物种多样性和生态系统多样性,D项错误。
3.下列关于生物进化的叙述,错误的是()A.抗生素的使用对病原体产生的变异进行了定向选择B.有性生殖的出现加快了地球上生物进化的速度C.温和的环境条件比恶劣的环境条件更有利于加快生物进化的速度D.生物与生物之间、生物与环境之间共同进化形成了生物的多样性
答案C解析抗生素对病原体的选择是定向的,A项正确;生物进行有性生殖的过程会发生基因重组,可增强生物的变异性和适应性,加快生物进化的步伐,B项正确;所处环境变化剧烈,种群进化较快,C项错误;共同进化发生在不同物种之间、生物与环境之间,并导致生物多样性形成,D项正确。
归纳总结生物多样性各层次间的关系
学科素养达成评价
情境探究新型冠状病毒新型冠状病毒被世卫组织命名为“2019-nCoV”,而国际病毒分类委员会将新型冠状病毒命名为“SARS-CoV-2”。新型冠状病毒(SARS-CoV-2)是一种具有包膜结构的RNA病毒,由其引发的新冠肺炎(COVID-19)严重威胁人体健康。SARS-CoV-2通过其包膜上的刺突糖蛋白S与宿主细胞表面的受体特异性识别,从而侵染细胞。2020年3月,中国科研团队对SARS-CoV-2与近缘冠状病毒的基因组保守序列进行测序,并计算出该序列中的突变率,构建了系统发生树(下图),对SARS-CoV-2的进化进行了解读。
(1)为什么说与DNA病毒相比,RNA病毒的突变率更高?提示RNA一般为单链,RNA不如DNA结构稳定,因此RNA病毒的突变率较高。(2)由系统发生树提供的信息看,哪种病毒与SARS-CoV-2亲缘关系最近?提示根据系统发生树,SARS-CoV-2与蝙蝠RaTG13由同一支系分化出来,即蝙蝠RaTG13与SARS-CoV-2亲缘关系最近。
(3)检测病毒基因组的碱基序列发现,SARS-CoV-2的非同义突变率/同义突变率
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