4.1 生物进化理论（第2课时）知识 高中生物新苏教版必修2

Word文档下载后可自行编辑16/164.1生物进化理论（第2课时）知识高中生物新苏教版必修2

第1节生物进化理论（第2课时）

必

修

二

布韦岛在辽阔的南大西洋上就像是一个小点，岛上覆盖着数百米厚的冰层，平均温度在零度以下。这里生活着一种奇特的“冰鱼”，它们身体几近透明，没有鳞片，而且血液中完全没有红细胞，只有约1%的白细胞。可以说，它们血管中流动的是冰水！原来，5500万年前，南极海域温度大幅度下降，生活在此的大多数鱼类因无法适应环境变化而灭绝，而冰鱼的祖先由温水、依赖血红蛋白的生活方式，逐步进化为冰水、无需血红蛋白的生活方式，变得“抗冻”，最终在天寒地冻的南极海域生存繁衍下来。导致这一改变的生物学机制是什么？这样的改变还能找到其他实例吗？

冰鱼幼鱼

生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群

1.种群

2.种群是生物进化的基本单位

思考？

1.一片草地上的全部蛇。

2.我国长江流域的全部白鳍豚。

一个非洲象种群的部分个体

一、种群和种群基因库

3.种群基因库

一个种群中全部个体所含有的全部基因总和叫这个种群的基因库。

4.基因频率

在基因库中，某基因占控制此性状全部等位基因数的比率叫做基因频率。

基因频率

=

某基因总数

全部等位基因的总数

100%

一、种群和种群基因库

5.基因型频率

在一个种群中，某基因型个体占全部个体的比率。

基因型频率

=

某基因型个体总数

种群全部个体数

100%

一、种群和种群基因库

例：某昆虫种群中，绿色翅的基因为A,褐色翅的基因位a，调查发现AA、Aa、aa的个体分别占30%、60%、10%、那么A、a的基因频率是多少？

假设该种群数量为100，基因型AA的个体为30，Aa个体为60，aa个体为10，那么控制此性状的等位基因总数200个。

A基因数=2×30﹢60=120个

a基因数=60﹢2×10=80个

A的频率=

=

60%

a的频率=

=

40%

一、种群和种群基因库

假设上述昆虫种群数量非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，没有迁入和迁出，不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的，基因A和a都不产突变，根据孟德尔的分离定律计算。

(1)该种群产生的A配子和a配子的比值各是多少？

(2)子代基因型的频率各是多少？(3)子代种群的基因频率各是多少？

(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？

用数学方法讨论基因频率的改变

亲代基因型比值AA(30%)Aa(60%)aa(10%)

配子的比值A()A()a()a()

子代基因型频率AA()Aa()aa()

子代基因频率A()a()

6.遗传平衡定律（哈代-温伯格定律）

一、种群和种群基因库

亲代子一代子二代子三代

基因型频率AA30%

Aa60%

aa10%

基因频率A60%

a40%

36%

48%

16%

60%

40%

36%

16%

48%

60%

60%

40%

40%

36%

48%

16%

6.遗传平衡定律（哈代-温伯格定律）

一、种群和种群基因库

6.遗传平衡定律（哈代-温伯格定律）

当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自然选择对翅型性状没有作用；⑤基因A和a都不产生突变，种群的基因频率将不会改变。

设A的基因频率为p，a的基因频率为q；则有p+q=1，那么

(p+q)2=p2+2pq+q2，其中P2的值就是AA基因型的频率，2pq的值就是Aa基因型的频率，q2的值就是aa基因型的频率。

一、种群和种群基因库

2.上述计算结果是建立在5个假设条件基础上的。5个条件为：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说自然选择对翅型性状没有作用⑤基因A和a都不产生突变。对自然界的种群来说，这5个条件都成立吗？你能举出哪些实例？

3.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,种群的基因频率会发生变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？

用数学方法讨论基因频率的改变

二、种群基因频率的变化

1.原因：基因突变产生新的等位基因；染色体变异；种群中个体的迁入和迁出；自然对种群中生物个体的选择；种群中雌雄个体之间不能自由交配或交配后不能产生后代等。

2.突变（基因突变和染色体变异）和基因重组产生进化的原材料。

二、种群基因频率的变化

思考：生物自发突变的频率很低，且大多数突变对生物体是有害的，它为何还能作为生物进化的原材料呢？

例果蝇约有104对基因，假定每个基因的突变率都是10－5，若有一个中等数量的果蝇种群（约有108个个体），那么每一代出现基因突变数是多少呢？

2×104×10－5

个体

×108

种群

=2×107

二、种群基因频率的变化

英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾（其幼虫叫桦尺蠖）。它们夜间活动，白天栖息在树干上。杂交实验表明，桦尺蛾

的体色受一对等位基因S和s控制，

黑色(S)对浅色(s)是显性的。在

19世纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是

浅色型的，该种群中S基因的频率

很低，在5%以下。到了20世纪中叶，黑色型的桦尺蛾却成了常见的类型，S基因的频率上升到95%以上。19世纪时，曼彻斯特地区的树干上长满了浅色的地衣。后来，随着工业的发展，工厂排出的煤烟使地衣不能生存，结果树皮裸露并被熏成黑褐色。

探究自然选择对种群基因频率变化的影响

三、自然选择对种群基因频率变化的影响

假设1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为SS10%,Ss20%,ss70%,S基因的频率为20%。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蛾的生存，使得种群中浅色个体每年减少10%,黑色个体每年增加10%。第2~10年间，该种群每年的基因型频率各是多少？每年的基因频率是多少？（计算结果填入下表）

探究自然选择对种群基因频率变化的影响

第1年第2年第3年第4年……

基因型频率SS10%11.5%

Ss20%22.9%

ss70%65.6%

基因频率S20%23%

s80%77%

70.7%

26%

29.2%

14.7%

56.1%

60.9%

26.1%

73.9%

29.3%

13.1%

升高

降低

三、自然选择对种群基因频率变化的影响

根据上述计算结果，对环境的选择作用的大小进行适当调整，比如，把浅色个体每年减少的数量百分比定高些，重新计算种群基因型频率和基因频率的变化，与步骤2中所得的数据进行比较。

讨论1.树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率吗？为什么？

2.在自然选择过程中，直接受选择的是基因型还是表型？为什么？

探究自然选择对种群基因频率变化的影响

在自然选择过程中，直接受选择的是生物的表现型；在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。

三、自然选择对种群基因频率变化的影响

变异是不定向的

自然选择定向

不利变异被淘汰,有利变异逐渐积累

种群的基因频率发生定向改变

生物朝一定方向缓慢进化

；生物进化的实质是种群基因频率的定向改变。

三、自然选择对种群基因频率变化的影响

1.变异是不定向的，自然选择是定向的（自然选择决定生物进化的方向）。

3.生物进化的实质是基因频率的定向改变。

2.自然选择导致基因频率发生改变。

三、自然选择对种群基因频率变化的影响

隔离在物种形成中的作用

1.物种是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。

2.生殖隔离：不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育的后代，这种现象叫作生殖隔离。

+

一、特种的概念

1.隔离包括地理隔离和生殖隔离。

二、隔离及其在特种形成中的作用

这是达尔文在环球考察中观察到的现象。在加拉帕戈斯群岛上生活着13种地雀。这些地雀的喙差别很大，不同种之间存在生殖隔离。而在辽阔的南美洲大陆上，却看不到这13种地雀的踪影。加拉帕戈斯群岛位于南美洲附近的太平洋中，由13个主要岛屿组成，这些岛屿与南美洲大陆的距离为160~950km。不同岛屿的环境有较大差别，比如岛的低洼地带，布满棘刺状的灌丛；而在只有大岛上才有的高地，则生长着茂密的森林。这些岛屿是500万年前由海底的火山喷发后形成的，比南美洲大陆的形成晚得多。因此，可以推测这些地雀的共同祖先来自南美洲大陆，以后在各个岛屿上形成了不同的种群。

隔离在物种形成中的作用

二、隔离及其在特种形成中的作用

分析讨论

1.设想南美洲大陆的一种地雀来到加拉

帕戈斯群岛后，先在两个岛屿上形成两个

初始种群。这两个种群的个体数量都不多。

它们的基因频率一样吗？

2.不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情

况一样吗？

3.对不同岛屿上的地雀种群来说，环境的作用有没有差别？这对种群基因频率的变化会产生什么影响？

4.如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？

隔离在物种形成中的作用

二、隔离及其在特种形成中的作用

1.隔离包括地理隔离和生殖隔离。

2.长期的地理隔离会导致生殖隔离的出现。

3.生殖隔离是物种形成的标志。

4.隔离是物种形成的必要条件。

二、隔离及其在特种形成中的作用

自然选择2

自然选择1

地理隔离

5.物种形成的比较常见的方式：

原种

变异1

变异2

基因频率的定向改变

变异类型1

变异类型2

新物种

新物种

生殖隔离

新物种的形成是生物与环境相互影响相互作用的结果。

二、隔离及其在特种形成中的作用

生物进化理论发展的意义

随着细胞生物学、遗传学、分子生物学等分支学科以及其他自然学科的不断发展，生物进化理论也得到了长足的进步。

一、生物进化理论在不断发展

1.20世纪60年代，日本科学家木村资生提出了“中性突变”进化理论，简称“中性学说”。

二、分子进化的中性学说

2.中性学说认为，生物的进化的主导因素不是自然，而是中性突变的随机固定。

3.中性学说认为，DNA分子产生的突变大部分是中性的，即对生物的生存既无利也无害。

1.生物进化理论的建立，使早年创立的动物学、植物学、生理学、解剖学、古生物学等分支学科统一为生物学。这些学科既有共同的理论基础，即生物界发展的规律性，也有共同的研究目标，即从不同侧面研究生命运动及其规律性。

三、生物进化理论对生物学的发展具有重要影响

2.生物进化理论包含了发展变化、相互联系和整体化的内在思想，这一思想促进不同学科之间的相互渗透和综合，导致了一些交叉学科和边缘学科