高中生物浙科版 (2019)必修2《遗传与进化》第二节 适应是自然选择的结果学案

第二节　适应是自然选择的结果

一、种群内普遍存在着变异

1．种群

(1)概念　种群是生活在一定自然区域的同种生物的全部个体。

(2)特点　一个种群由不同年龄、不同性别的个体组成，彼此可以相互交配进行生殖。

2．种群存在着变异

种群个体间的一部分变异是可以遗传的。达尔文将个体间存在可遗传的变异视为自然选择的前提，形成适应的前提。

生物通过突变可以产生新基因，通过基因重组产生形形色色的基因型。

二、优势性状的个体在特定环境中具有生存和繁殖的优势

达尔文认为，生物的繁殖能力很强，但是在自然界中，生物赖以生存的食物和空间是有一定限度的，因此任何生物在生活过程中都必须为生存而斗争。生物与生物之间会争夺食物、空间、配偶，生物要与干旱、寒冷等恶劣环境进行斗争，通过生存斗争，生存下来的个体就会大大减少。

具有优势性状的个体，它们更容易获得食物和空间，获得更多的生存和繁殖的机会。

三、自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件

1．适应

(1)概念　生命的结构及功能、行为、生活方式使该生物适合在一定环境条件下生存和延续，称为适应。

(2)特点　适应是生物特有的一种现象。

2．人工选择

人们根据自己的需要，把某些比较合乎要求的变异个体挑选出来，让它们保留后代；把其他变异个体淘汰掉，不让它们保留后代。经过连续数代的选择，人类所需要的变异被保存下来，微小变异因此积累成为显著变异，从而培育出新的品种。这就是人工选择。

3．自然选择

自然界中的物种，其个体之间普遍存在变异，有些性状有利于个体在特定环境中存活和繁殖，另一些则是不利的。性状特征有助于其生存的个体较之没有这种特征的个体，能繁殖出更多的后代。这个过程就是自然选择。

4．新的物种的产生

同种生物的个体之间，只要个体之间存在着变异，而且某些变异性状影响了个体的存活和繁殖，从而使具有不同性状的个体之间在存活率和繁殖率上出现了差异，自然选择就发生作用。经过世世代代的选择，种群中相关的有利变异被保存下来并不断得到积累，微小变异积累成显著变异，新的类型、新的物种由此产生。

5．第一个自然选择的实例

桦尺蠖体色有两种表型，野生型蛾是灰色的，突变型蛾是黑色的。在没有受工业污染的森林里，在这种条件下，灰色蛾存活率大约是黑色蛾的2倍。它们的存活率有了差别，自然选择就发挥了作用。后来，工业污染，两种蛾的存活率发生了逆转，黑色蛾的存活率远远超过灰色蛾。自然选择的方向发生了变化，群体中黑色蛾逐渐增多。

6．基因库、基因频率

(1)概念

①基因库指一个生物种群的全部等位基因的总和。

②基因频率指在种群中，某一个等位基因的数目占这个基因可能出现的所有等位基因总数的比例。

(2)基因频率的计算

假设在一个种群中有一对等位基因A和a，基因A的频率为p，基因a的频率为q，则p＋q＝1。由这对等位基因构成的基因型有3种，即AA、Aa、aa，其个体数目分别为d、h、r，那么，由这些基因型构成的种群总个体数目N＝d＋h＋r。3种基因型的频率分别为：D(AA)＝d/N，H(Aa)＝h/N，R(aa)＝r/N，其中基因A有2d＋h，基因a有h＋2r。因此，N个个体有2N个基因，基因A和基因a的基因频率分别为：p＝(2d＋h)/2N＝D＋(1/2)H，q＝(h＋2r)/2N＝R＋(1/2)H。

7．遗传平衡定律

英国剑桥大学数学家哈迪和德国医生温伯格分别在1908年和1909年发现了这样的规律：在一个大的随机交配的种群里，基因频率和基因型频率在没有迁移、突变、选择的情况下，世代相传不发生变化。这就是遗传平衡定律，也称哈迪－温伯格定律。

8．打破遗传平衡的因素

第一个因素是突变。第二个因素是基因迁移。第三个因素是遗传漂变。第四个因素是非随机交配。第五个因素是自然选择。

四、现代生物进化理论为地球上的生命史提供了科学的解释

1．现代生物进化理论

现代生物进化理论认为，种群是进化的单位。在自然界中，由于存在基因突变、基因重组和自然选择等因素，种群的基因频率总是在不断变化的，生物进化的过程实质上就是种群基因频率发生变化的过程。

2．新物种的形成

(1)异地的物种形成方式(渐进的物种形成方式)

一个初始种群，因环境隔离因素(如地理障碍)而分隔成两个种群。由于新种群形成时可能发生的遗传漂变，它们所处的环境条件不同，自然选择所保留的和淘汰的基因型不同，两个种群的遗传组成出现差异。由于两个种群彼此处于隔离状态，它们之间的遗传差异避免了因基因交流(个体的迁入和迁出)而减弱，甚至消失。随着时间的推移，种群间的遗传差异积累，最后达到种群间完全的生殖隔离。当它们再度相遇时，已经不能相互交配了。这时，新的物种就形成了。

(2)两个概念

在遗传学和进化论的研究中，把能够在自然状态下相互交配并产生可育后代的一群生物称为一个物种。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，这种现象称为生殖隔离。

(3)同地的物种形成方式

二倍体植物在形成配子时，如果减数分裂失败，代之以一次有丝分裂，染色体数目没有减半，形成了二倍体配子。如果紧跟着一次自花授粉，两个二倍体配子融合，形成四倍体合子，能发育为成熟植株，并借助自花授粉来繁殖。这种新的四倍体植物一旦形成，就和它们的二倍体亲本之间存在生殖隔离。相对于二倍体亲本，四倍体植物已是一种新的物种。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)

1．一个特定基因在染色体上的位置称为等位基因。 (　　)

提示：×　称为基因座位。

2．种群内普遍存在着变异。  (　　)

提示：√

3．自然选择是进化的一个重要动力和机制。 (　　)

提示：√

4．种群之间的双向迁移会引起种群间遗传差异的增大，种群内变异量减少。                            (　　)

提示：×　种群之间的双向迁移会引起种群间遗传差异的减少，种群内变异量增大。

5．抗青霉素金黄色葡萄球菌的形成是人工选择的结果。 (　　)

提示：×　抗青霉素金黄色葡萄球菌的形成，属于自然选择使有利变异的积累。

　种群与自然选择

1．举例辨析种群

(1)一片树林中的全部猴，不是一个种群，因为不是同种生物。

(2)甲地树林中的猕猴和乙地树林中的猕猴，不是一个种群，因为不是同一区域。

(3)一片树林中所有幼年猕猴，不是一个种群，因为不是同种生物的全部个体。

2．正确区分基因频率与基因型频率

3．图解生物进化的实质是种群基因频率的改变

合作探究：1.某桦尺蠖种群中，黑色体色的基因为S，浅色体色的基因为s，抽样调查100个个体，测得基因型为SS、Ss、ss的个体数分别为10、20、70个。假设该桦尺蠖种群非常大；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；不同体色的个体生存和繁殖的机会是均等的；基因S和s都不产生突变。根据孟德尔的分离定律计算并回答问题：

(1)该种群产生的S配子和s配子的比值各是多少？子一代基因型频率是多少？

提示：S配子占20%，s配子占80%。子一代基因型频率：SS占4%，Ss占32%，ss占64%。

(2)子一代种群的基因频率各是多少？

提示：子一代种群的基因频率S占20%，s占80%。

(3)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？请完成下表：

提示：4%　32%　64%　20%　80%　子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频率与子一代一样。

2．在树干变黑这一环境条件下，种群中浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%。第2年、第3年，该种群每年的基因频率是多少？根据基因型频率计算每年基因频率，将结果写在下表中。

结论：自然选择会使种群基因频率发生________改变。

提示：第2年：23%　77%　第3年：26%　74%　定向

1．下列关于基因频率的叙述，错误的是(　　)

A．基因频率越大，突变率越高

B．基因频率是指某种基因在某个种群中出现的比例

C．基因突变、基因重组和自然选择会造成基因频率的改变

D．自然选择会使原来同一种群的基因频率向着不同的方向发展

A　[突变率只是影响基因频率变化的因素之一，但基因频率的定向改变是由自然选择决定的，A错误、D正确；在种群中，某一个等位基因的数目占这个基因可能出现的所有等位基因总数的比例，叫作基因频率，B正确；由于存在基因突变、基因重组和自然选择等因素，种群的基因频率总是在不断变化的，C正确；故选A。]

2．在某一种群中，AA、Aa、aa的基因型频率相等，当自然选择分别对隐性基因或显性基因不利时，对应的有利基因的基因频率就会上升，但其上升的幅度不同，如图所示。下列有关叙述错误的是(　　)

A．自然选择过程中，直接受选择的是表型，进而导致基因频率的改变

B．在甲选择条件下，显性基因的频率可以降为零

C．乙为自然选择对隐性基因不利时的曲线

D．该种群基因频率的变化只与环境的选择作用有关

D　[自然选择过程中，直接受选择的是表型而不是基因型，进而导致基因频率的改变，A正确；在自然选择的作用下，具有有利变异的个体有更多的机会产生后代，种群相应的基因频率会不断提高，因此一般来说频率高的基因控制后代的性状会更适应环境，相反，具有不利变异的个体留下后代的机会少，种群中相应的基因频率会下降。在持续选择的条件下，控制不利变异的基因频率有可能降为0，B正确；当自然选择对隐性基因不利时，aa个体的生存能力低，AA、Aa生存能力高，A基因频率增加的速率较慢，因此乙曲线可以表示当自然选择对隐性基因不利时显性基因频率变化曲线，C正确；种群基因频率的变化与突变和基因重组、迁入与迁出和环境的选择等多种因素有关，D错误。]

3．(2020·7月浙江选考)下列关于遗传漂变和自然选择的叙述，正确的是(　　)

A．遗传漂变在大种群中更易发生

B．遗传漂变能产生新的可遗传变异

C．遗传漂变和自然选择不都是进化的因素

D．遗传漂变和自然选择均可打破遗传平衡

D　[遗传漂变一般发生在小种群中，由于一个小种群与其他种群相隔离，不能充分地随机交配或偶然死亡，因而在小种群内基因不能达到完全自由分离和组合，使基因频率容易产生偏差，A错误；遗传漂变没有产生基因突变或染色体变异，故没有产生新的可遗传变异，B错误；遗传漂变和自然选择都是进化的重要因素，C错误；遗传漂变和自然选择都会导致基因频率改变，均可打破遗传平衡，D正确。]

　物种的形成

1．物种形成的三大模式的模型构建

2．物种形成与生物进化的不同

合作探究：分析生物进化与物种形成基本环节图解

(1)物种形成的三个环节是什么？图中①②③④分别是什么？

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。

(2)为什么进化的基本单位是种群而不是个体？

提示：因为在生物繁衍过程中，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、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(表型)；根本对象是与生物个体变异性状相对应的基因。

1．某大峡谷中的松鼠被一条河流分隔成两个种群，一万年后，两个种群已经发生明显的分化。经过长期演化两个种群可能形成两个物种，下列说法错误的是(　　)

A．物种的形成必须通过a才能最终达到c

B．b表示自然选择过程

C．①②③④⑤⑥为生物进化提供原材料

D．c表示生殖隔离

A　[图中a表示地理隔离，c表示生殖隔离，地球上新物种的形成往往要先经历地理隔离，最终达到生殖隔离，但并不都是这样，如二倍体西瓜经秋水仙素处理形成四倍体西瓜，A错误；图中b表示自然选择过程，决定了生物进化的方向，B正确；图中①②③④⑤⑥表示生物可遗传的变异，包括基因突变、基因重组和染色体变异，可以为生物进化提供原材料，C正确；图中c表示生殖隔离，是新物种形成的标志，D正确。]

2．如图是物种形成的一种模式。物种a因为地理障碍分隔为两个种群a1和a2，经过漫长的进化，分别形成新物种b和c。在此进程中的某一时刻，a1种群的部分群体越过障碍外迁与a2同域分布，向d方向进化。下列有关叙述正确的是(　　)

A．b和d存在地理隔离，所以一定存在生殖隔离

B．c和d不存在地理隔离，却可能存在生殖隔离

C．a1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．a1中的外迁群体与当时a2种群的基因频率不同，则c和d是不同物种

B　[图示是物种形成的常见模式，经过长期的地理隔离而达到生殖隔离。a通过地理隔离形成两个种群a1和a2，又分别演化出b、c、d三个种群，b、d虽然有地理隔离，但是不一定形成了生殖隔离，A错误；由于d是由a1演变而来，c是由a2演变而来，c与d之间可能存在生殖隔离，B正确；即使a1中的外迁群体与当时留居群体的基因频率相同，但由于b和d两个种群之间有地理隔离，有可能形成了生殖隔离，故二者可能属于不同的物种，C错误；同理，即使a1中的外迁群体与当时a2种群的基因频率不同，只要c和d之间不存在生殖隔离，它们仍是同一物种，D错误。]

[课堂小结]

1．下列有关种群的叙述，错误的是(　　)

A．种群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

C　[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，种群不是同种个体的机械集合。]

2．下列关于生物变异和生物进化的叙述，正确的是(　　)

A．变异都能为生物进化提供原材料

B．自然选择决定了生物进化的方向

C．只有基因突变才能导致种群基因频率发生改变

D．抗生素的使用使病原体产生了适应性的变异

B　[只有可遗传的变异才能为生物进化提供原材料，A错误；自然选择的结果是让适应环境的变异保留，不适应环境的变异被淘汰，故自然选择决定了生物进化的方向，B正确；基因突变、染色体变异、基因重组和自然选择等都能使种群基因频率发生改变，C错误；抗生素起选择作用，而不是使病原体产生适应性的变异，D错误。]

3．下列关于新物种形成的叙述，正确的是(　　)

A．生物进化的结果就是形成新物种

B．生殖隔离是地理隔离的必然结果

C．产生生殖隔离是形成新物种的必要条件

D．基因突变一定能导致新物种的产生

C　[生物进化的实质是种群基因频率的改变，但不一定形成新物种，A错误；地理隔离不一定导致生殖隔离，如东北虎和华南虎，二者打破地理隔离可以产生可育后代，B错误；基因突变可以产生新基因，但不一定形成新物种，D错误。]

4．腕足类动物海豆芽，从4亿年前出现至今面貌基本没变，也没有灭绝，对此现象解释合理的是(　　)

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

D　[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。]

5．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。在19世纪中期以前，桦尺蠖种群中S基因频率很低，在5%以下，到了20世纪上升到95%以上。试分析产生这一变化的原因：

(1)在19世纪时，桦尺蠖的栖息地曼彻斯特地区树干上长满了地衣，在此环境条件下，种群s的基因频率高的原因是____________________________________。

(2)随着英国工业的发展，工业炼铜使地衣不能生存，树皮暴露，并被煤烟熏成黑褐色，在此环境条件下，种群S的基因频率升高的原因是________________________________________。

(3)上述事例说明，种群中产生的变异是________，经过长期的________，其中不利变异被不断________，有利变异则逐渐________，从而使种群的________发生定向改变，导致生物朝着一定方向缓慢地进化。因此生物进化的方向是由________决定的。

解析：(1)在19世纪时，由于树干上长满了地衣，所以浅色型(ss)桦尺蠖与环境色彩一致，不易被鸟类所食，后代繁殖个体多，群体中ss的比例增加，所以s基因频率增高。(2)当树皮暴露，并被煤烟熏成黑褐色，所以黑色型(SS或Ss)桦尺蠖的黑色成了一种保护色，黑色型个体逐渐增多，所以S基因频率升高。(3)种群产生的变异是不定向的，经过长期的自然选择，其中不利变异被不断淘汰，有利变异则逐渐积累，从而使种群的基因频率发生定向改变，导致生物朝着一定方向缓慢地进化。因此生物进化的方向是由自然选择决定的。

答案：(1)浅色型(ss)桦尺蠖与环境色彩一致，不易被鸟类所食，后代繁殖个体多，导致s基因频率高

(2)黑色型(SS或Ss)桦尺蠖的黑色成了一种保护色，黑色型个体逐渐增多，导致S基因频率升高

(3)不定向的　自然选择　淘汰　积累　基因频率　自然选择