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第7章现代生物进化理论,一、种群是生物进化的基本单位1种群的概念及特点(1)概念：生活在一定区域的的全部个体。(2)特点：是生物进化的，彼此之间可以交配，并通过繁殖将传给后代。2基因库与基因频率,同种生物,基本单位,各自的基因,二、突变和基因重组产生进化的原材料,2可遗传变异是进化原材料的原因,(2)可遗传变异的特点是随机的和的。(3)可遗传变异的结果：只提供生物进化的原材料，不能决定。,3变异的有利和有害是相对的，是由决定的。,不定向,生物进化的方向,生存环境,三、自然选择决定生物进化的方向在自然选择的作用下，种群的会发生，导致生物不断进化。即生物进化的实质是种群的定向改变。四、隔离与物种的形成1物种的概念能够在相互交配并且产生的一群生物。2隔离(1)概念：不同种群间的个体，在自然条件下基因不能的现象。,基因频率,定向改变,朝着一定的方向,自然状态下,可育后代,基因频率,自由交流,(2)常见类型,3.隔离在物种形成中的作用(1)新物种的形成过程,(2)结论：是形成新物种的必要条件。,隔离,五、共同进化与生物多样性的形成1共同进化,2生物多样性的形成,(2)研究生物进化历程的主要依据：。,化石,(3)生物多样性的进化历程,一、种群是生物进化的基本单位1为什么说生物进化的基本单位是种群而不是个体？提示：个体的基因型是终身不变的，无论它在自然选择中具有多大优势，其基因型也不可能一成不变地遗传给下一代个体，因为个体的基因组成来自双亲。种群中个体的基因来自种群基因库，个体死亡后又通过其后代把基因延续下去。如果一个个体不能与种群中其他个体交配产生后代，这个个体在进化上就没有意义。,提示：A的基因频率100%100%。,(2)若已知AA、Aa和aa的基因型频率分别为P1、P2、P3，如何计算A的基因频率？提示：A的基因频率AA的基因型频率1/2Aa的基因型频率P11/2P2。(3)若已知基因型为XBXB、XBXb、XbXb、XBY和XbY的个体数分别为a1、a2、a3、a4、a5，试求XB的基因频率。,2阅读教材P115第二自然段，结合图77分析探究下列问题：若一个种群中含有A和a一对等位基因，根据下列条件，计算种群的基因频率。(1)若已知种群中基因型为AA、Aa和aa的个体数目分别为a1、a2、a3，如何计算种群中A的基因频率？,3试分析导致种群基因库改变的因素。提示：基因突变；染色体变异；自然选择；种群个体数量过少；种群个体的迁入、迁出。二、突变、基因重组和自然选择与生物进化的关系1阅读教材P116内容，结合变异知识，探究下列问题：(1)所有的变异都能导致种群基因频率的改变吗？为什么？提示：不能。只有可遗传的变异才能影响种群基因的组成，才能改变基因频率。,(2)基因突变和基因重组对种群遗传组成的影响一样吗？试分析原因。提示：二者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。,(3)有人认为“发生在体细胞中的基因突变不能传递给后代，因此不能为生物进化提供原材料”，这种说法正确吗？分析原因。提示：不正确。发生在体细胞中的突变，可以通过无性繁殖的方法传递给后代，如发生基因突变的花芽或叶芽，通过植物组织培养技术或者嫁接的方法可以传递给下一代，因此能为生物进化提供原材料。,2阅读教材P116探究，分析探究下列问题：(1)自然选择是如何使桦尺蠖种群中决定浅色性状的s基因频率越来越低的？提示：在树干变黑的环境下，浅色桦尺蠖易被天敌发现和捕食，使ss的个体越来越少，SS和Ss的个体越来越多，从而使决定黑色性状的S基因频率越来越高，决定浅色性状的s基因频率越来越低。(2)在自然选择过程中，直接受选择的是基因型还是表现型？并简要说明原因。提示：直接受选择的是表现型，因为天敌看到的是性状，而不是控制性状的基因。三、隔离与物种形成1判断下列生物是否属于同一个物种，并说明理由。(1)生活在同一区域的两个种群。提示：不是。种群是指生活在一定区域的同种生物的总和，既然在同一地点是两个种群，说明它们属于两个物种。,(2)生活在不同区域的两个种群。提示：不一定。看两个种群能否相互交配并产生可育后代，若能则属于同一物种，若不能则属于不同物种。2根据教材P120资料分析，探究下列问题：(1)用流程图的形式总结物种形成的一般过程。,(2)地理隔离和生殖隔离在对种群影响上的共同点是什么？生殖隔离产生的根本原因是什么？提示：共同点是都能阻断种群间的基因交流。产生生殖隔离的根本原因是种群基因库的差异。(3)经过漫长的地理隔离，是否一定会产生生殖隔离？提示：不一定。如果两个种群的生活环境都不发生变化或变化微小，或发生相似的变化，则两个种群的进化方向相同，不产生生殖隔离。,(4)产生生殖隔离是否一定要经过漫长的地理隔离？提示：不一定。如植物中多倍体的形成，不经过地理隔离，直接产生了生殖隔离。四、共同进化与生物多样性形成1阅读教材P123内容，仔细观察图79、710，分析探究下列问题：(1)在捕食者与被捕食者的共同进化中，从生物个体和种群两个方面分析是有利还是有害。提示：从个体考虑，对被淘汰的个体来说是有害的，从种群考虑，有利于种群的发展。(2)从共同进化角度分析，地球上最早出现的生物属于什么代谢类型？说明原因。提示：异养厌氧型。生物进化过程中，首先出现无氧呼吸，然后出现光合作用有了氧气，最后出现有氧呼吸，因此最早出现的生物属于异养厌氧型。,2生物多样性包括基因多样性、物种多样性和生态系统多样性。试探究分析：(1)生物多样性的直接原因和根本原因是什么？运用进化论观点分析生物多样性形成的原因。提示：生物多样性的直接原因是蛋白质多样性，根本原因是基因(遗传物质)多样性。生物多样性的形成是多种多样的环境对生物不定向变异进行选择的结果。(2)三种生物多样性之间的关系是怎样的？提示：基因多样性是形成物种多样性和生态系统多样性的基础，物种多样性和生态系统多样性又影响基因多样性。,1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的基因频率为q，则pqA%a%100%。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。2地理隔离与生殖隔离的关系(1)仅有地理隔离，一旦发生某种地质变化，两个分开的小种群重新相遇，可以再融合在一起。(2)只有地理隔离而不形成生殖隔离，能产生生物新类型(或亚种)，但不可能产生新物种。(3)地理隔离是物种形成的量变阶段，生殖隔离是物种形成的质变阶段，生殖隔离是物种形成的最后阶段，是物种间的真正界限。(4)生殖隔离保持物种间的不可交配性，从而也保证了物种的相对稳定性。,3生物多样性三个层次之间的联系,(1)基因多样性：由于生物存在各种各样的变异，并且变异是不定向的，进而出现了基因多样性。(2)物种多样性：基因的多样性决定了蛋白质的多样性，基因多样性是形成物种多样性的根本原因，蛋白质多样性是形成物种多样性的直接原因。(3)生态系统多样性：生态系统是由生物和非生物的环境共同组成的，所以物种的多样性和无机环境的多样性共同组成了生态系统的多样性。,例1(海南高考)果蝇长翅(V)和残翅(v)由一对常染色体上的等位基因控制。假定某果蝇种群有20000只果蝇，其中残翅果蝇个体数量长期维持在4%，若再向该种群中引入20000只纯合长翅果蝇，在不考虑其他因素影响的前提下，关于纯合长翅果蝇引入后种群的叙述，错误的是()Av基因频率降低了50%BV基因频率增加了50%C杂合果蝇比例降低了50%D残翅果蝇比例降低了50%,研析本题考查基因频率和基因型频率的计算。具体解题过程如下：,审提取信息,信息a：20000只果蝇种群中残翅果蝇个体数量长期维持在4%。信息b：再向该种群中引入20000只纯合长翅果蝇，不考虑其他因素影响。,析解读信息,判研判选项,根据分析可知v基因频率由引入前的0.2降到引入后的0.1，降低了50%，A项正确；V基因频率由0.8升高到0.9，B项错误。根据分析可知，C、D项都正确。,答案B,：根据信息a，果蝇种群中vv的基因型频率为4%，由遗传平衡定律可推出v0.2，V0.8。该种群中vv的数量为0.0420000800，Vv的数量为20.20.8200006400，VV的数量为0.80.82000012800。：根据信息b可知，引入纯种长翅果蝇后，v基因频率100%10%，V基因频率110%90%。Vv、vv个体数量不变，该种群总数增加一倍，Vv、vv的基因型频率降低了50%。,例2如图是生物新物种形成的基本环节，对图示分析正确的是(),A图中甲表示基因突变和基因重组，为进化提供原材料B种群基因频率的定向改变是形成新物种的前提C图中乙表示地理隔离，是新物种形成的必要条件D图中丙表示生殖隔离，指两种生物不能杂交产生后代,解析图中甲表示突变和基因重组，为生物进化提供原材料；种群基因频率的定向改变是生物进化的实质，只有生物进化了才有可能形成新物种；图中乙表示地理隔离，但地理隔离不一定形成新物种；图中丙表示生殖隔离，生殖隔离也包括产生不可育的后代。答案B,判断生物是否属于同一个物种的方法(1)依据：生殖隔离。(2)方法：若出现生殖隔离，即不能交配或交配后产生不可育的后代，则说明不是同一物种。,例3下列有关生物的进化和生物多样性的叙述错误的是()A自然界中种群的基因频率总是在不断变化的，基因频率的变化是导致基因库变化的原因B狼和鹿通过捕食和被捕食进行着相互选择，实现共同进化C从分子水平上看，生物的性状具有多样性的直接原因是基因多样性D生物多样性包括基因多样性、物种多样性和生态系统多样性解析种群中基因频率改变一定会导致基因库的改变；共同进化过程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；生物多样性的直接原因是蛋白质多样性，基因多样性是生物多样性的根本原因；生物多样性包括基因多样性、物种多样性、生态系统多样性。答案C,课堂归纳,网络构建,填充：种群突变和基因重组自然选择种群基因频率发生改变隔离地理隔离生殖隔离基因多样性生态系统多样性,关键语句,1种群是生物进化的基本单位。2突变和基因重组产生生物进化的原材料。3自然选择决定生物进化的方向。4隔离是物种形成的必要条件。5生物进化的实质是种群基因频率的定向改变。6共同进化导致生物多样性的形成。7生物多样性主要包括基因多样性、物种多样性和生态系统多样性三个层次的内容。,答案：C,知识点一、种群是生物进化的基本单位1下列关于基因库的叙述，不正确的是()A一个种群所含有的全部基因叫做这个种群的基因库B生物个体会死亡，但基因库却因种群个体的繁殖而代代相传C种群中每个个体都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解析：种群中每个个体只含有种群基因库中的部分基因。,2有关基因频率和生物进化的关系，以下说法正确的是()A生物只要发生进化，基因频率就会改变B只有新物种形成时，才发生基因频率的改变C基因频率的改变不一定引起生物的进化D生物在进化的过程中不一定有基因频率的改变解析：生物进化的实质就是基因频率的改变。所以基因频率改变生物就进化，基因频率不改变生物就没有进化。,答案：A,3基因型为BB的个体占18%、Bb的个体占78%，基因B和b的基因频率分别是()A18%82%B36%64%C57%43%D92%8%解析：B的基因频率18%1/278%57%，b的基因频率157%43%。,答案：C,知识点二、隔离在物种形成中的作用4隔离在物种形成中的作用是()A导致种群基因频率不断改变B阻止了种群间的基因交流C决定了生物进化的方向D导致不同种群出现不同的突变和基因重组解析：隔离阻止了种群间的基因交流，是物种形成的必要条件。,答案：B,5下列关于物种形成的叙述错误的是()A经过长期的地理隔离而达到生殖隔离是常见的物种形成方式B隔离是物种形成的必要条件C两个同种种群一旦产生生殖隔离就形成了新的物种D基因频率改变一定导致新物种形成解析：形成新物种的方式一般是由地理隔离导致生殖隔离；隔离是形成新物种的必要条件，而不是基因频率的改变。,答案：D,知识点三、生物进化与物种多样性6(江苏高考)关于生物进化的叙述，错误的是()A生物的种间竞争是一种选择过程B化石是研究生物进化的重要依据C外来物种入侵能改变生物进化的速度和方向D突变的可遗传性阻碍生物进化解析：生物的种间竞争可能会导致劣势一方被淘汰，故也是环境对生物进行选择的过程；化石是研究生物进化历程的重要依据；外来物种入侵会严重影响与当地有竞争关系的物种，使某些种群的基因频率发生改变，故能改变生物进化的速度和方向；突变包括基因突变和染色体变异，属于可遗传的变异，为生物进化提供了原材料。答案：D,7(广东高考)某种兰花有细长的花矩(如图)，花矩顶端贮存着花蜜，这种兰花的传粉需借助具有细长口器的蛾在吸食花蜜的过程中完成。下列叙述正确的是(),A蛾口器的特征决定兰花花矩变异的方向B花矩变长是兰花新物种形成的必要条件C口器与花矩的相互适应是共同进化的结果D蛾的口器会因吸食花蜜而越变越长解析：变异是不定向的，A项错误；新物种形成的必要条件是隔离，B项错误；两种生物之间的种间互助是共同进化的结果，C项正确；蛾的口器变长是自然选择的结果，D项错误。,答案：C,8回答下列有关生物进化和生物多样性的问题。(1)现代综合进化理论认为生物进化的基本单位是_。材料一某种蛾易被蝙蝠捕食，千百万年之后，此种蛾中的一部分当感受到蝙蝠的超声波时，便会运用复杂的飞行模式，逃脱危险，其身体也发生了一些其他改变。当人工使变化后的蛾与祖先蛾交配后，产出的受精卵不具有生命力。材料二蛙是幼体生活于水中，成体可生活于水中或陆地的动物。由于剧烈的地质变化，使某种蛙生活的水体分开，蛙被隔离为两个种群。千百万年之后，这两个种群不能自然交配。依据以上材料，回答下列问题：(2)这两则材料中发生的相似事件是_(填编号)。A共同进化B地理隔离C生存竞争D生殖隔离(3)在材料一中，蛾复杂飞行模式的形成是_的结果。,(4)在材料二中，若发生剧烈地质变化后，其中一个蛙种群生活的水体逐渐干涸，种群中个体数减少，导致该种群的_变小。下表为V基因在种群A和B中的基因型个体数。,(5)计算Va在A种群中的频率_。(6)就V基因而言，比较A种群和B种群的遗传多样性，并利用表中数据陈述判断依据_。,解析：(1)生物进化的基本单位是种群。(2)两材料中的生物交配后不能产生正常后代或不能交配，说明存在生殖隔离。(3)材料一中，蛾能生存是长期自然选择的结果。(4)种群中个体数减少，导致部分基因消失，种群的基因库变小。(5)Va在A种群中的基因频率为(200502100)/1200100%33%。(6)A种群中的基因型多于B种群，A种群的生物多样性高于B种群。答案：(1)种群(2)D(3)自然选择(或适者生存)(4)基因库(5)33%(6)A种群的遗传多样性高于B种群，因为A种群的基因型为5种，B种群的基因型为4种(或A种群的基因型多于B种群的基因型),知识归纳整合,1数形结合思想在进行DNA分子中碱基比例、基因表达和DNA分子半保留复制过程中的有关计算时，可巧用数形结合思想。如：在计算DNA分子中的碱基比例时，先画出DNA分子平面结构简图(如图1所示)，其次将题目中的数量关系和图形结合，明确已知的碱基比例是占一条链的情况，还是占整个DNA分子的情况，最后在理清两条链碱基关系的基础上作答。在解答有关基因表达过程中的计算时，可结合图2，明确DNA分子中的碱基、RNA分子中的碱基、多肽中氨基酸的数量关系，并关注变化的情况，,如RNA某一位置出现了终止密码子，多肽中的氨基酸必发生变化，如何变化可结合该图思考得出结论。有关DNA分子半保留复制过程中的计算可参看图3。,2分解组合思想分解组合思想就是把组成生物的两对或多对相对性状分离开来，用单因子分析法一一加以研究，最后把研究的结果用一定的方法组合起来，运用数学中的乘法原理或加法原理进行计算。在遗传概率的计算中，分解组合思想大放光芒。(1)基因分离定律的三把钥匙若后代性状分离比为显隐31，则双亲一定都是杂合子(用D、d表示)。即DdDd3D_1dd。若后代性状分离比为显隐11，则双亲一定是测交类型。即Dddd1Dd1dd。若后代性状只有显性性状，则双亲至少有一方为显性纯合子。即DDDD或DDDd或DDdd。,(2)解题思路先确定此题是否遵循基因的自由组合定律。如不遵循，则不用此法。分解：将所涉及的两对(或多对)基因或性状分离开来，单独考虑，用基因分离定律的三把钥匙进行研究。组合：将分离定律研究的结果按一定方式进行组合。(3)应用求基因型、表现型种类数,AaBbCc,AabbCc,Aa,Aa,Bb,bb,Cc,Cc,3,2,2,2,3,2,基因型种类,表现型种类,18,8,求患病概率当甲、乙两种遗传病之间具有“自由组合”关系时，利用基因分离定律计算得知：患甲病的概率为m，患乙病的概率为n，可利用乘法原理或加法原理计算其他概率，如两病兼患的概率为mn，只患一种病的概率为m(1n)n(1m)mn2mn。3集合思想集合思想已成为现代数学的理论基础，用集合语言可以简明扼要地表述数学概念，准确、简捷地进行数学推理。在生物学的一些计算中，如能主动运用数学的集合思想去解题，对于培养我们严谨的逻辑思维能力大有裨益。,(1)在人类的遗传病中，若只考虑甲病的情况，患甲病的概率为a，只考虑乙病的情况，患乙病的概率为b，两个事件互相独立，则不患甲病和不患乙病的概率分别是集合a和集合b的补集，分别用1a、1b表示，如图1所示。图2中，同时患两病的概率可看成集合a、集合b的交集。只患甲病的概率为集合a中集合ab的补集，数值aab。(集合ab是集合a的子集),(2)在基因频率和基因型频率的计算中，也可运用集合思想。以一对等位基因Aa为例，若A的基因频率为p，a的基因频率为q，则集合p、q互为补集，即pq1，图3所示。体会基因频率的动态变化，如p增加，则q减少。,当达到遗传平衡时，基因频率和基因型频率保持不变，为恒定值。结合图3和图4理解，图3中的p、q恒定时，图4中的AA的基因型频率p2，Aa的基因型频率2pq，aa的基因型频率q2，三者的数值恒定不变。,在图4中AA、Aa、aa三者基因型频率互为补集，即AA的基因型频率Aa的基因型频率aa的基因型频率1，留意三者的动态变化，如AA和Aa的基因型频率增加，则aa的基因型频率减少。,强化针对训练,1(上海高考)小麦粒色受不连锁的三对基因A/a、B/b、C/c控制。A、B和C决定红色，每个基因对粒色增加效应相同且具叠加性，a、b和c决定白色。将粒色最浅和最深的植株杂交得到F1。F1的自交后代中，与基因型为Aabbcc的个体表现型相同的概率是()A1/64B6/64C15/64D20/64解析：由题可知粒色最深的植株基因型为AABBCC(6显)，颜色最浅的植株基因型为aabbcc(0显)，此外，小麦粒色还存在5显、4显、3显、2显、1显等情况。AABBCC与aabbcc杂交得到F1(AaBbCc)，F1自交后代中与Aabbcc(1显)表现相同的有Aabbcc(1/21/41/4)、aaBbcc(1/41/21/4)、aabbCc(1/41/41/2)，合计6/64。,答案：B,2在阿拉伯牵牛花的遗传实验中，用纯合红色牵牛花和纯合白色牵牛花杂交，F1全是粉红色牵牛花。将F1自交后，F2中出现红色、粉红色和白色三种类型的牵牛花，比例为121，如果将F2中的所有粉红色的牵牛花和红色的牵牛花均匀混合种植，进行自由受粉，则后代应为()A红色粉红白色121B粉红红色11C红色白色31D红色粉红白色441解析：设阿拉伯牵牛花花色由基因A、a控制。由题意可知，F2中粉红色牵牛花和红色牵牛花中，A、a的基因频率分别是A2/3、a1/3，则自由受粉后代中各基因型的频率为AA4/9、Aa4/9、aa1/9，即红色粉红白色441。,答案：D,3如图是甲、乙两种单基因遗传病在某家族中的系谱图(与甲病有关的基因为A、a，与乙病有关的基因为B、b)。经调查在自然人群中甲病发病率为19%。请回答下列问题：,(1)甲病的遗传方式是_，仅考虑甲病，在患病人群中纯合子的比例是_。,(2)乙病致病基因是_性基因，要确定其是否位于X染色体上，最好对家族中的_个体进行基因检测。(3)若乙病基因位于X染色体上，2的基因型是_。3与自然人群中仅患甲病的男子婚配，则他们后代患遗传病的概率为_。解析：(1)3和4是患者，而3是患者，4正常，说明甲病是显性基因控制的遗传病，并且根据4是患者、4(女性)正常，排除X染色体上的显性遗传病的可能性，因此，甲病的遗传方式为常染色体显性遗传。在自然人群中甲病发病率为19%，说明甲病已达到遗传平衡状态，根据AAAa19%，利用数学集合思想，aa81%，结合遗传平衡公式，可推知a的基因频率0.9，A的基因频率0.1，AA1%，Aa18%，则患病人群中纯合子的比例1%/19%1/19。,(2)1和2正常，而1是患者，2正常，说明控制乙病的基因为隐性基因；如果1或3含该致病基因，则该病为常染色体隐性遗传，如果1或3不含该致病基因，则该病为伴X染色体隐性遗传。(3)若乙病基因位于X染色体上，根据上下代个体的遗传情况，可推知2的基因型为aaXBXb。3的基因型为1/2AaXBXB或1/2AaXBXb，自然人群中仅患甲病的男子的基因型为1/19AAXBY或18/19AaXBY。利用分解组合思想，后代中患甲病的概率1/19(18/19)(3/4)29/38；患乙病的概率(1/2)(1/4)1/8，则不患甲病的概率为129/389/38，不患乙病的概率11/87/8，则患病的概率1(9/38)(7/8)241/304。答案：(1)常染色体显性遗传1/19(2)隐1或3(3)aaXBXb241/304,
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