1、第 27 课时 现代生物进化理论的主要内容()ks5u 目标导读 1.举例说明种群、基因库、基因频率的概念，学会用数学方法讨论基因频率的变化。2.结合教材概述突变和基因重组是生物进化的原材料。3.通过探究自然选择对种群基因频率的影响，理解自然选择决定生物进化的方向。ks5u 重难点击 1.用数学方法讨论基因频率的变化。2.自然选择对生物进化的作用。1自然选择学说四要点间的内在联系2达尔文自然选择学说的局限性(1)对于遗传和变异的本质，不能做出科学的解释。(2)生物进化的解释也局限于个体水平。(3)达尔文强调物种形成都是渐变的结果，不能很好地解释物种大爆发等现象。3等位基因是指位于同源染色体的相
2、同位置，控制着一对相对性状的基因。4生物的表现型是指生物个体表现出来的性状，与表现型有关的基因组成叫做基因型。课堂导入人们在达尔文自然选择理论的基础之上，逐步完善和发展进化论，最终建立了现代生物进化理论。探究点一 种群是生物进化的基本单位达尔文以个体作为生物进化的单位是不准确的，现代生物进化理论认为生物进化的基本单位是种群，请分析讨论：1以种群作为生物进化单位的理由(1)达尔文认为自然选择直接作用的是生物个体，并且是个体的表现型，而个体表现型会随着个体的死亡而消失。(2)决定生物性状的基因可以通过生殖而世代延续，并且在群体中扩散，因此生物进化应该研究群体的基因组成的变化。2种群的概念如图所示，
3、生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群。种群内的个体不是机械地集合在一起，而是通过种内关系组成一个有机整体，彼此之间可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代。所以，种群是生物繁殖和进化的基本单位。3基因库(1)概念：一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫做这个种群的基因库。每个种群都有它独特的基因库；(2)基因库会不会伴随着个体的死亡而消失？答案 个体所携带的基因随着个体的死亡而从基因库中消失，但是个体会通过繁殖把自身的基因传给后代，所以基因库不会伴随着个体的死亡而消失，而是在代代相传中得到保持和发展。4种群的基因频率(1)概念：在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。(2)计
4、算公式(3)如图，在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因为 A，决定翅色为褐色的基因为a，从这个种群中随机抽取 100 个个体，测得基因型为 AA、Aa 和 aa 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。请计算 A、a 的基因频率。答案 A 基因的数量是 23060120 个；a 基因的数量是 2106080 个；A 基因的频率为 12020060%；a 基因的频率为 8020040%。5用数学方法讨论基因频率的变化假设上述昆虫种群非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代，没有迁入和迁出，自然
5、选择对翅色这一相对性状没有作用，基因 A 和 a 都不产生突变，根据孟德尔的分离定律计算：(1)该种群产生的 A 配子和 a 配子的比率各是多少？答案 A 配子占 60%，a 配子占 40%。(2)子代基因型的频率各是多少？答案 子代基因型的频率：AA 占 36%，Aa 占 48%，aa 占 16%。(3)子代种群的基因频率各是多少？答案 子代种群的基因频率：A 占 60%，a 占 40%。(4)将计算结果填入下表。想一想，子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频率会同子一代一样吗？亲代基因型的频率AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比率A()A()a()a()子一代基因型频率A
6、A()Aa()aa()子一代基因频率A()a()子二代基因型频率AA()Aa()aa()子二代基因频率A()a()答案 亲代基因型的频率AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比率A(30%)A(30%)a(30%)a(10%)子一代基因型频率AA(36%)Aa(48%)aa(16%)子一代基因频率A(60%)a(40%)子二代基因型频率AA(36%)Aa(48%)aa(16%)子二代基因频率A(60%)a(40%)由表可知，子三代、子四代以及若干代以后，种群的基因频率与子一代一样。(5)若上述计算结果是建立在五个假设条件基础上的。对自然界种群来说，这五个条件都成立吗？你能举出哪些实例
7、？答案 对自然界的种群来说，这五个条件不可能同时都成立。例如，翅色与环境色彩较一致，被天敌发现的机会就少些。(6)如果该种群出现新的突变型(基因型为 A2a 或 A2A2)，也就是产生新的等位基因A2，种群的基因频率会变化吗？基因 A2 的频率可能会怎样变化？答案 基因突变产生新的基因会使种群的基因频率发生变化。基因 A2 的频率是增加还是减少，要看这一突变对生物是有益的还是有害的。归纳提炼1判断种群的“三要素”(1)生活在一定的自然区域内；(2)同一种生物；(3)全部个体的总和。2遗传平衡定律及其适用条件(1)定律内容若种群中，一对等位基因为 A 和 a，设 A 的基因频率为 p，a 的基因
8、频率为 q，则 pqA%a%1。如果这个种群达到了遗传平衡，那么遗传平衡定律可以表示为：(pq)2p22pqq2AA%Aa%aa%1。p2 代表纯合子 AA 的基因型频率；2pq 代表杂合子 Aa 的基因型频率；q2 代表纯合子 aa 的基因型频率。即：AA%p2，Aa%2pq，aa%q2。(2)适用条件：保证种群基因频率稳定不变的 5 种因素该种群非常大；所有的雌雄个体都能自由交配；没有迁入和迁出；自然选择对不同表现型的个体没有作用；这对基因不发生突变和携带这对基因的染色体不发生变异。活学活用1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：(1)
9、该种群中 a 基因的频率为_。(2)假定该动物种群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_(会、不会)发生改变。(3)如果该种群达到了遗传平衡，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_(会、不会)发生改变。答案(1)0.5(2)0.4 0.2 0.4 会(3)0.25 不会解析(1)AA0.3、Aa0.4、aa0.3，所以 a0.41/20.30.5。(2)AA0.3，Aa
10、0.4，aa0.3，题目中叙述的情况相当于植物的自交，结果如下：0.3(AAAA)得到 0.3AA，0.4 AaAa 得到 0.1AA、0.2Aa、0.1aa,0.3(aaaa)得到0.3 aa，所以相同基因型之间进行交配，后代中 AA0.30.10.4、Aa0.2、aa0.30.10.4，同理可以计算该代相同基因型个体之间的交配后代中 AA0.45、Aa0.1、aa0.45，所以基因型频率会发生改变。(3)由 a0.5，可以计算出后代中 aa 的基因型频率是(0.5)20.25，且该基因型的频率不会发生改变。探究点二 突变和基因重组产生进化的原材料生物在进化过程中不断地发生变化才能进化，这些
11、变化主要是由突变和基因重组引起的，请分析讨论：1可遗传变异的来源2突变和基因重组能产生进化原材料的原因分析(1)突变具有低频性，能为生物进化提供原材料吗？答案 突变的频率虽然很低，但一个种群往往由许多个体组成，而且每一个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因，所以在种群中每一代都会产生大量的突变。(2)突变大多数对生物体是不利的，能为进化提供原材料吗？答案 生物变异是否有利，取决于它们的生存环境，微小有利的变异不断积累也能导致生物进化。(3)通过以上分析可知，基因突变产生的等位基因通过有性生殖过程中的基因重组，可以形成多种多样的基因型，从而使种群中出现大量的可遗传变异，为生物进化提供原材料。(4
12、)由于突变和基因重组都是随机的、不定向的，因此它们只是提供了生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。归纳提炼基因突变和基因重组都对种群遗传组成产生影响，但影响角度不一样。只有基因突变才能出现新基因，才能丰富基因库，改变基因频率，从而影响种群的遗传组成；而基因重组不能产生新基因，只能增加基因型的种类，以此来影响种群的遗传组成。活学活用2有翅昆虫有时会出现残翅或无翅的突变类型，这类昆虫在正常情况下很难生存下去，但在经常刮大风的海岛上，这种突变类型因不能飞行，从而避免被风吹到海里淹死，这个事例说明()A突变多数是有害的B突变多数是有利的C突变的有害或有利并不是绝对的D突变的有害或有利是绝对的答案
13、C解析 基因突变具有少利多害性。有翅昆虫突变成残翅或无翅类型，在正常情况下，这些变异类型因不能飞行，活动范围小，在生存竞争中处于劣势地位。但在经常刮大风的海岛这一特定环境中，残翅类型因不能飞行，避免了被风吹到海里而更容易活下来。这一事例说明，突变的有利或有害并不是绝对的，它取决于生物的生存环境。探究点三 自然选择决定生物进化的方向突变是随机的、不定向的，不能决定生物进化的方向，决定生物进化方向的是自然选择，请分析原因。1自然选择对种群基因频率变化的影响(1)杂交实验表明，桦尺蠖体色受一对等位基因 S 和 s 控制，黑色 S 对浅色 s 是显性。1870 年桦尺蠖的基因型频率为 SS 10%、S
14、s 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 24 年内，桦尺蠖种群每年的基因型频率与基因频率是多少呢？将计算结果和变化特点填入表格：第 1 年第 2 年第 3 年第 4 年变化特点 基因型频率SS10%11.5%13.1%14.6%升高Ss20%22.9%26%29.3%升高ss70%65.6%60.9%56.1%降低 基因频率S20%23%26.1%29.3%升高s80%77%73.9%70.7%降低(2)分析桦尺蠖种群发生上述变化的原因在树干变黑之前，浅色的桦尺蠖具有保护色，
15、浅色个体的比例高，s 基因是有利基因，基因频率高。在树干变黑之后，黑色的桦尺蠖具有保护色，黑色个体的比例高，S 基因是有利基因，基因频率高。环境的变化导致基因频率的改变。环境直接选择的是桦尺蠖的表现型，最终选择的是基因。2自然选择决定生物进化的方向在自然选择的作用下，具有有利变异的个体更易产生后代，相应的基因频率会不断提高，具有不利变异的个体很难产生后代，相应的基因频率会不断下降，因此，自然选择使种群的基因频率发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。归纳提炼自然选择决定生物进化方向的原理活学活用3如果基因型为 Aa 的个体自交产生的后代在某一环境中的生存能力或竞争能力是AAAaaa，则在
16、长期的自然选择过程中，下列能比较正确地表示 A 基因和 a 基因之间的比例变化的曲线是()答案 A解析 AA 和 Aa 个体生存能力较强，而 aa 被淘汰的可能性最大，所以 a 的基因频率会降低，由于 Aa 的存在，a 的基因频率不可能降至 0。1对种群概念的正确叙述是()A不同空间中同种生物个体的总和B生活在同一地点的同种生物的一群个体C一片水田中的所有鱼的总和D一个生态环境中有相互关系的动植物的总和答案 B解析 种群是指生活在同一地点的同种生物的一群个体。其中的“种”是生物分类的基本单位。例如：一个池塘中全部的鲤鱼是一个种群，包括所有的大鲤鱼、小鲤鱼和鱼苗。这里必须具体到“鲤鱼”，而不能是
17、“鱼”，因为后者还包括其他种类的鱼。2在一个种群中随机抽出 100 个个体，其中基因型为 AA 的个体占 24 个，基因型为 Aa 的个体占 72 个，基因型为 aa 的个体占 4 个，那么基因 A 和基因 a 的频率分别是()A28%、72%B36%、64%C57%、43%D60%、40%答案 D解析 在 100 个个体中，AA 占 24 个，Aa 占 72 个，aa 占 4 个，则 AA%24%，Aa%72%，aa%4%。根据公式得 A%AA%1/2Aa%24%36%60%，a%aa%1/2Aa%4%36%40%。3水稻非糯性(Y)对糯性(y)为显性，抗病(R)对不抗病(r)为显性。用非糯
18、性抗病和糯性不抗病的两纯种水稻杂交，让 F1 自交三代，在自然情况下，基因频率的变化是()AY 逐渐增大，R 逐渐增大BY 逐渐减小，R 逐渐减小CY 基本不变，R 基本不变DY 基本不变，R 逐渐增大答案 D解析 非糯性抗病和糯性不抗病的两纯种水稻的基因型分别为 YYRR 和 yyrr，杂交得 F1(YyRr)。F1 自交三代，由于自然选择的作用，后代中抗病个体增加，不抗病个体逐渐被淘汰，即 R 的基因频率逐渐增大；而非糯性与糯性性状基本不受环境影响，后代中 Y 的基因频率基本不变。4下列关于基因频率、基因型频率与生物进化的叙述，正确的是()A一个种群中，控制一对相对性状的各种基因型频率的改
19、变一定导致基因频率的改变B一个种群中，控制一对相对性状的基因频率之和为 1C基因型为 Aa 的个体自交后代所形成的种群中，A 基因的频率大于 a 基因的频率D因色盲患者中男性数量大于女性，所以男性群体中色盲的基因频率大于女性群体答案 B解析 基因频率是指在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率，基因型频率的改变不一定导致基因频率的改变。控制一对相对性状的基因频率之和为1。适应环境的个体得到保留，它可以是隐性基因控制的性状，也可以是显性基因控制的性状，所以无法判断是 A 还是 a 的基因频率高，由于男性中只有一条 X 染色体，色盲为伴 X 隐性遗传病，故男性患色盲的几率大于女性，但是色
20、盲基因在男性群体和女性群体中基因频率是相同的。5某植物种群中，AA 基因型个体占 30%，aa 基因型个体占 20%，则：(1)植物种群中的 A、a 基因频率分别是_、_。(2)若该植物自交，后代中 AA、aa 基因型个体分别占_、_。这时，A、a 的基因频率分别是_、_。(3)依据现代生物进化理论，这种植物在两年中是否发生了进化？_。原因是_。(4)由此可知，进化的基本单位是_，进化的原材料是由_提供的，是否发生进化取决于_，进化的实质是_。答案(1)55%45%(2)42.5%32.5%55%45%(3)没有发生进化 基因频率没有发生改变(4)种群 突变和基因重组 自然选择 基因频率的改变
21、解析(1)由题意可知，Aa 基因型个体占 50%，则 A 的基因频率30%50%1255%，a 的基因频率155%45%。(2)若该植物自交，自交后代产生的基因型比例为：AA30%1450%42.5%；aa20%1450%32.5%；Aa1250%25%。同法可求出：A、a 的基因频率分别为 A42.5%25%1255%，a45%。通过计算可以发现前后代的基因频率没有发生改变，说明生物没有发生进化。(3)种群是生物进化的基本单位，突变和基因重组为自然选择提供了选择材料，生物进化的实质是种群基因频率的变化过程。基础过关知识点一 种群是生物进化的基本单位1下列有关种群的叙述中，不正确的是()A种群
22、是生物进化的基本单位B种群内的个体彼此可以交配C种群是同种个体的机械集合D种群是生物繁殖的基本单位答案 C解析 同一种群的不同个体相互联系，并通过交配保持一个共同的基因库，因此，种群不是个体的机械集合。2关于基因库的相关描述，错误的是()A基因库是指一个种群所含有的全部基因B生物个体总是要死亡的，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基因突变可改变基因库的组成答案 C解析 基因库是指种群中所含有的全部基因，由于个体之间存在着差异，所以每个个体中不可能含有种群基因库的全部基因。基因库中只要有一个发生变化，则基因库组成一定会发生变化。种群是繁殖的基本单位，基
23、因库随繁殖的进行而不断延续。知识点二 突变和基因重组产生进化的原材料3下列哪项不是生物进化的原材料()A基因突变B基因重组C不遗传的变异D染色体变异答案 C解析 突变和基因重组为生物进化提供了原材料，其中突变又包括基因突变和染色体变异。4有性生殖的出现直接推动了生物的进化，其原因是()A有性生殖是高等生物所存在的生殖方式B有性生殖经过了两性生殖细胞的结合C有性生殖细胞是由减数分裂形成的D通过有性生殖，实现了基因重组，增强了生物的变异性答案 D解析 有性生殖细胞的形成是通过减数分裂产生的，减数分裂产生配子时，由于等位基因的分离和非等位基因的自由组合，或同源染色体上非姐妹染色单体的交叉互换，发生了
24、基因重组，产生了多种类型的生殖细胞，再通过受精作用可以产生多种类型的合子，合子发育成为多种多样的新个体。这就增强了生物变异的多样性，为进化提供了丰富的原材料，加快了生物进化的速度。知识点三 自然选择决定生物进化的方向5腕足类动物海豆芽，从 4 亿年前出现至今面貌基本没变，又没有灭绝，对此现象的合理解释是()A自然选择对其不发生作用B海豆芽在漫长的年代中基因频率发生了较大变化C海豆芽很少变异，适应性强D海豆芽的生活环境基本没有改变答案 D解析 自然选择决定了生物进化的方向，该生物的“面貌基本没变”，说明其生存环境基本没变，基因频率也基本没变，所以性状基本没变。6有关基因频率和生物进化的关系，以下
25、说法正确的是()A生物只要发生进化，基因频率一定发生了改变B基因频率的改变不一定引起生物的进化C生物在进化过程中不一定有基因频率的改变D自然选择是影响基因频率的唯一因素答案 A解析 生物进化的实质是基因频率的改变。生物只要发生进化，基因频率一定发生了改变；基因频率只要发生变化，说明生物一定发生了进化。自然选择是影响基因频率的因素，但不是唯一的因素。能力提升7有关现代生物进化理论的叙述，错误的是()A种群是生物进化的基本单位B自然选择学说是现代生物进化理论的核心C生物进化过程的实质是种群基因频率的改变D生物进化过程的实质在于有利变异的保存答案 D解析 种群是生物进化的基本单位，生物进化的实质是种
26、群基因频率的改变，在这个过程中有利变异保存而不利变异被淘汰，从而改变了基因频率。8下列与生物进化相关的叙述，正确的是()A进化总是由突变引起的B如果没有可遗传的变异，生物就不可能进化C变异个体总是适应环境的D进化改变的是个体而不是群体答案 B解析 生物进化中发生改变的是种群的基因频率，单位是种群，故改变的是种群的特征，而非个体；自然选择、迁入迁出等只要改变种群的基因频率就能引起生物进化；变异是不定向的，并具有多害少利特征，此处的“害”与“利”即指能否适应所生存的环境。9某小麦种群中 TT 个体占 20%，Tt 个体占 60%，tt 个体占 20%，由于某种病害导致 tt 个体全部死亡，则病害发
27、生前后该种群中 T 的基因频率分别是()A50%、50%B50%、62.5%C62.5%、50%D50%、100%答案 B解析 由题意可知，病害发生前 T 的基因频率为(20260)20050%；由于某种病害导致 tt 个体全部死亡，病害发生后 T 的基因频率为(20260)(200202)62.5%。10果蝇是常用的遗传学研究的实验材料，据资料显示，果蝇约有 104 对基因，现有一黑腹果蝇的野生种群，约有 107 个个体，请分析回答以下问题。(1)该种群的全部个体所含有的全部基因统称为种群的_，经观察，该种群中果蝇有多种多样的基因型，分析其产生原因，是在突变过程中产生的_，通过有性生殖过程中
28、的_而产生的，使种群中产生了大量的可遗传的_，其产生的方向是_，它们都能为生物进化提供_。(2)假定该种群中每个基因的突变率都是 105，那么在该种群中每一代出现的基因突变数约是_。(3)随机从该种群中抽出 100 只果蝇，测知基因型 AA(灰身)35 只，Aa(灰身)60 只，aa(黑身)5 只，则 A 基因的基因频率为_，a 基因的基因频率为_。(4)通过对果蝇及其他生物的群体遗传学的研究，可得出生物进化的基本单位是_，生物进化的实质是_。答案(1)基因库 等位基因 基因重组 变异 不定向的 原材料(2)2106 个(3)65%35%(4)种群 种群基因频率的改变解析(1)突变和基因重组提
29、供生物进化的原材料，基因突变产生等位基因，基因重组会使生物产生多样性，但它们都是不定向的。(2)由于每个个体含有约 2104 个基因，每个基因的突变率为 105，而整个种群中含有的个体数约为 107，所以突变数目约为：21041051072106(个)。(3)A%2AAAa2AAAaaa100%235602100 100%65%，由于 A 与 a 两者基因频率之和为 1，所以 a 基因的基因频率为 35%。(4)生物进化的实质即为种群基因频率的改变。11某地区从 1964 年开始使用杀虫剂杀灭蚊子幼虫，至 1967 年中期停用。如图是五年间蚊子幼虫基因型频率变化曲线。R 表示杀虫剂抗性基因，S
30、 表示野生敏感型基因。据图回答问题：(1)R 基因的出现是_的结果。(2)在 RR 基因型频率达到峰值时，RS、SS 基因型频率分别为 4%和 1%，此时 R 基因的频率为_。(3)1969 年中期 RR 基因型几近消失，表明在_的环境条件下，RR 基因型幼虫比 SS 基因型幼虫的生存适应能力_。(4)该地区从此不再使用杀虫剂，预测未来种群中，最终频率最高的基因型是_，原因是_。答案(1)基因突变(2)97%(3)不再使用杀虫剂 低(4)SS 在不使用杀虫剂的环境条件下，持续的选择作用使 R 基因频率越来越低解析(1)新基因的出现是基因突变的结果。(2)RS、SS 基因型频率分别是 4%和 1%，则 RR 的基因型频率为 95%，则 R 的基因频率为 95%4%297%。(3)根据现代生物进化理论观点，适者生存，不适者被淘汰，因此 1967 年中期停用杀虫剂后，RR 基因型频率下降，SS 基因型频率上升，说明在不使用杀虫剂的环境条件下，RR基因型幼虫比 SS 基因型幼虫的生存适应能力低。(4)由(3)分析可知，不再使用杀虫剂，SS 基因型幼虫更能适应环境，RR 基因型幼虫不适应环境，从而使 S 基因频率上升，R 基因频率下降，这样的持续选择作用导致 SS 基因型频率最高。
