苏教版（2019）高中生物： 必修2 第4章 第1节 第2课时 现代生物：进化理论以自然选择学说为核心 教案 （Word版含答案）

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第2课时　现代生物进化理论以自然选择学说为核心
课标内容要求
核心素养对接
1．阐明具有优势性状的个体在种群中所占比例将会增多。
2．说明自然选择促进生物更好地适应特定的生存环境。
3．阐述变异、选择和隔离可导致新物种的形成。
4．概述现代生物进化理论以自然选择学说为核心，为地球上的生物进化史提供了科学的解释。
1．生命观念：初步运用进化与适应观，阐明可遗传的变异提供了生物进化的原材料；运用生物进化观念阐明隔离在物种形成中的作用。
2．科学思维：运用统计与概率的相关知识，解释并预测种群内某一遗传性状的分布与变化。
3．科学探究：基于给定的条件探究自然选择对种群基因频率的影响。

一、现代生物进化理论以自然选择学说为核心
1．现代综合进化论提出者：生物学家杜布赞斯基。
2．种群是生物进化的基本单位
(1)种群：指生活在一定区域内的同种生物的全部个体的集合。
(2)种群基因库：一个种群中全部个体所含有的基因总和称为种群基因库。
(3)基因频率：在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率被称为基因频率(gene frequency)。
(4)基因型频率：某种基因型的个体在种群中所占的比率被称为基因型频率(genotype frequency)。
3．突变和基因重组提供进化的原材料
(1)可遗传变异的三大来源：基因突变、基因重组和染色体变异。
(2)在自然界中，由突变和基因重组产生的可遗传的变异，为生物进化提供了原材料。
(3)基因突变产生新的等位基因，是影响基因频率变化的主要原因。在生殖过程中，等位基因通过基因重组形成不同的基因型，产生可遗传的变异。
4．自然选择决定生物进化的方向
(1)自然选择的作用可以使种群的基因频率发生定向改变，最终导致生物朝着一定的方向不断进化。
(2)物种：具有一定的形态结构和生理功能特征，在自然状态下能够相互交配并繁殖可育后代的一群生物个体，通常称为物种(species)，简称为“种”。
5．隔离是物种形成的必要条件
(1)隔离：指同种生物中不同种群的个体在自然条件下不能自由交流基因的现象。隔离主要包括地理隔离(geographical isolation)和生殖隔离(reproductive isolation)。
(2)地理隔离：同一种生物由于地理屏障而被分隔成不同的种群，各种群之间不发生基因交流的现象，被称为地理隔离。
(3)生殖隔离：经过长期的地理隔离，同一物种可能演化为不同的物种，这些物种的个体之间不能自由交配或交配后不能产生可育后代的现象，称为生殖隔离。
二、生物进化理论发展的意义
1．生物进化理论在不断发展
2．分子进化的中性学说
(1)提出者：日本科学家木村资生。
(2)主要观点
①生物进化的主导因素不是自然选择，而是中性突变的随机固定。
②在进化过程中，核酸、蛋白质等分子的碱基、氨基酸会发生一定的置换，通常用它们的置换率来计算相应分子的进化速率。
③DNA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。
④在小种群中，不同基因型个体生育的子代个数有所变动，会导致一些等位基因消失，另一些等位基因被保留下来，从而使种群中基因频率随机波动。其中一些中性突变被随机保留后，经过日积月累会积少成多，使同种生物的不同种群间出现巨大的差异，形成不同的物种。
⑤当积累的中性突变导致生物的性状出现差异之后，自然选择才会发生作用，造成表型进化。
3．现代综合进化论与中性学说
(1)现代综合进化论揭示了种群进化的规律：通过自然选择淘汰不利变异，保留有利变异，即适者生存，不适者被淘汰，使生物不断进化。中性学说揭示了分子水平的进化规律。两者并不矛盾，更不对立，只是各自的侧重点不同。
(2)现代综合进化论侧重于个体、群体，即宏观水平，中性学说侧重于分子，即微观水平，两者相互补充，更好地阐述了生物进化的本质。
4．生物进化理论对生物学的发展具有重要影响
(1)生物进化理论对整个生物界的发生和发展做出了符合唯物史观的解释，把发展变化的思想引入生物学研究，使生物学发生了革命性的变化。
(2)此外，生物进化理论所揭示的原理，有助于指导人们进行良种选育、植物栽培、动物饲养等实践活动，也对疾病防治、人工合成新物种等具有重要的指导意义。
5．生物进化理论对人们的思想观念具有重要影响
(1)生物进化理论颠覆了“创世说”的统治地位。
(2)生物进化理论促进了生态伦理的发展。

判断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)
1．生物进化的实质是种群基因频率的变化。 (　　)
2．自然选择决定了生物变异和进化的方向。 (　　)
3．生物进化的原材料源于基因突变和基因重组。 (　　)
4．自然选择过程中，直接受选择的是表型。 (　　)
5．种群基因频率改变一定导致新物种的形成。 (　　)
6．存在生殖隔离的两种群，不一定存在地理隔离。 (　　)
[答案]　1．√
2．×　提示：生物变异是不定向的，自然选择决定了生物进化的方向，但不能决定生物变异的方向。
3．×　提示：基因突变、染色体变异和基因重组产生生物进化的原材料。
4．√
5．×　提示：基因频率改变只能说明生物发生了进化，但不一定突破物种的界限，即不一定形成新物种。
6．√

　现代综合进化论
1．判断种群的“三要素”
(1)生活在一定区域；
(2)同种生物；
(3)全部个体的集合。
2．突变和基因重组产生进化的原材料
(1)问题一：突变具有低频性，还能为生物进化提供原材料吗？
解读：虽然突变的频率很低，但一个种群往往由许多个体组成，而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突变。
(2)问题二：突变具有多害少利性，还能为生物进化提供原材料吗？
解读：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)问题三：突变和基因重组能决定生物进化的方向吗？
解读：突变和基因重组是随机的、不定向的，不能决定生物进化的方向。
3．自然选择对种群基因频率变化影响的原理及实例分析
(1)原理分析

(2)实例分析(桦尺蛾体色进化)

由以上可以看出，生物进化实质上是种群基因频率发生改变，即在生物进化过程中某基因的频率如果逐渐增大，反映该基因控制的性状对环境的适应能力较强。
4．地理隔离和生殖隔离的比较

(1)图中A属于地理隔离，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)图中B属于生殖隔离，一旦形成就保持物种间基因的不可交流性，从而保证了物种的相对稳定。
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。
5．物种形成与生物进化的关系
内容
物种形成
生物进化
标志
生殖隔离出现
基因频率改变
变化后生物与原生物的关系
属于不同物种
可能属于一个物种
二者关系
生物进化的实质是基因频率改变，这种改变可大可小，不一定会突破物种的界限，生物进化不一定导致新物种的形成

合作探究：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：不是。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．生物进化的实质是什么？如何判断一个种群是否发生了进化？
提示：生物进化的实质是种群基因频率的改变。判断的依据是种群基因频率是否发生改变。
3．新物种的产生一定经过地理隔离才产生生殖隔离吗？
提示：不一定。如二倍体西瓜经秋水仙素诱导，得到四倍体西瓜，四倍体西瓜与二倍体西瓜属于不同物种此过程没有经过地理隔离。

1．在一次大风暴后，有人搜集了100只受伤的麻雀，并把它们饲养起来，结果活下来64只。在死去的个体中，大部分是个体比较大、变异类型特殊的，下列有关叙述正确的是(　　)
A．突变和基因重组决定生物进化的方向
B．自然选择会改变种群的基因频率
C．特殊的变异类型都是不利的
D．不产生变异的生物才能生存
B　[突变和基因重组为生物的进化提供原材料，不决定进化的方向，A错误；自然选择通过定向改变种群的基因频率决定生物进化的方向，B正确；变异是不定向的，可能是有利的，也可能是有害的，利与害取决于环境，C错误；变异是普遍存在的，产生有利变异的个体存活下来，产生不利变异的个体会在自然选择中被淘汰，D错误。]
2．(多选)桦尺蛾的体色受一对等位基因控制，其中黑色(S)对浅色(s)为显性。将某桦尺蛾种群分成两组，分别迁移到A、B两个区域，A地是煤炭工业重镇，B地是闭塞的山区，数年后抽样调查，结果如表所示。下列有关说法中不正确的是(　　)
区域
SS(%)
Ss(%)
ss(%)
A
80
18
2
B
2
8
90
A．A地S基因的频率为89%，B地S基因的频率为6%
B．A地的大部分s基因突变为S基因，故S基因的频率升高
C．从上述材料得知生物进化的方向是由自然选择决定的
D．从上述材料得知生物进化的实质是种群基因型频率的变化
BD　[由题干中的数据可知，A种群内S基因的频率＝(80×2＋18)/(80×2＋18×2＋2×2)×100%＝89%，s基因的频率＝1－89%＝11%；而B种群内S基因的频率＝(2×2＋8)/(100×2)×100%＝6%，s基因的频率＝1－6%＝94%。可见A种群内控制黑色的S基因的频率较高，而B种群内控制浅色的s基因的频率较高，这些不同与这两个种群的生活环境有关。A种群生活在污染严重的环境中，而B种群生活在基本未受污染的环境中。可见生物进化的实质是自然选择使生物的基因频率发生改变。]
　变异与选择之间的关系
(1)变异是不定向的，在自然选择的作用下，基因频率发生定向改变，导致自然选择是定向的。
(2)自然选择的过程十分缓慢，其结果符合优胜劣汰、适者生存的原则。
3．(多选)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可能是同一物种
BD　[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和d虽然有地理隔离，但是不一定会产生生殖隔离，A错误；c和d不存在地理隔离，却可能存在生殖隔离，B正确；基因频率的改变不一定会导致生殖隔离而产生新的物种，但是产生了生殖隔离的种群，其基因频率一定会发生变化，a1中的外迁群体与当时留居群体的基因频率相同，但是b和d存在地理隔离，种群的基因频率在各自的环境下，向不同的方向改变，因此可能形成不同的物种，C错误；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不存在生殖隔离，它们仍是同一物种，D正确。]
　判断是否形成新物种类试题的解法
(1)判断依据：是否产生生殖隔离。
(2)判断方法：若出现生殖隔离，即不能交配或交配后不能产生可育后代，则说明出现了新物种。
(3)生物进化的实质是基因频率的改变，这种改变可大可小，不一定会导致新物种的形成。
　基因频率的相关计算
1．基因频率和基因型频率的计算
以一对等位基因(A、a)和其组成的基因型(AA、Aa、aa)为例
(1)A或a的基因频率为
×100%
(2)AA或Aa或aa的基因型频率为：
×100%
2．常见题型分析
(1)题型一　已知调查的各种基因型的个体数，计算基因频率
某基因频率＝×100%
A＝×100%
a＝×100%
A、a为基因，AA、Aa、aa为三种基因型个体数。
(2)题型二　已知基因型频率求基因频率
常染色体上一个等位基因的频率＝该等位基因纯合子的频率＋1/2×杂合子的频率
A＝AA＋1/2Aa；a＝aa＋1/2Aa。
(3)题型三　X染色体上基因的基因频率的计算
XY型性别决定的生物，基因在X染色体上，Y染色体上无等位基因，计算时只计算X染色体上的基因数，不考虑Y染色体。ZW型性别决定也是这样。例如：N表示个体数。
Xb＝＝
不涉及Y染色体，XB＋Xb＝1。
(4)题型四　利用哈代—温伯格定律，由基因频率计算基因型频率
①成立前提
a．种群非常大；b.所有雌雄个体之间自由交配；c.没有迁入和迁出；d.没有自然选择；e.没有基因突变。
②计算公式
当等位基因只有两个时(A、a)，设p表示A的基因频率，q表示a的基因频率，则基因型AA的频率为p2，Aa的频率为2pq，aa的频率为q2。如果一个种群达到遗传平衡，其基因型频率应符合：p2＋2pq＋q2＝1。

应用实践：1．在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中基因型AA的个体占24%，基因型Aa的个体占72%，基因型aa的个体占4%。该种群中基因A和基因a的频率分别是多少？
提示：A%＝AA%＋1/2Aa%＝60%；a%＝aa%＋1/2Aa%＝40%。
2．某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因的携带者为15人，患者为5人，男性患者为11人。那么，这个群体中色盲基因的频率为多少？
提示：据题意分析，XBXb有15人，XbXb有5人，XbY有11人，所以，Xb共有36个，女性有2条X染色体，男性只有1条X染色体，所以等位基因总数＝200×2＋200＝600。因此，Xb的基因频率是36/600×100%＝6%。

1．(多选)果蝇的长翅(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20 000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20 000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，正确的是(　　)
A．v基因频率降低了50%
B．V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%
ACD　[因该果蝇种群vv的基因型频率为4%，由遗传平衡定律公式算出v＝0.2，V＝0.8，进而计算出引入纯种长翅果蝇前，基因型为vv的果蝇有0.04×20 000＝800(只)，基因型为Vv的果蝇有2×0.2×0.8×20 000＝6 400(只)，VV有0.8×0.8×20 000＝12 800(只)。引入20 000只纯合长翅果蝇后，基因频率v＝(800×2＋6 400)/(40 000×2)＝0.1，V＝1－0.1＝0.9，故A正确、B错误；因Vv、vv的数目不变，而该种群的总数增加一倍，所以Vv、vv的基因型频率降低了50%，C、D正确。]
2．某植物可自交或自由交配，在不考虑生物变异和致死情况下，下列哪种情况可使基因型为Aa的该植物连续交配3次后所得子三代中Aa所占比例为2/5 (　　)
A．基因型为Aa的该植物连续自交3次，且每代子代中不去除aa个体
B．基因型为Aa的该植物连续自交3次，且每代子代中均去除aa个体
C．基因型为Aa的该植物连续自由交配3次，且每代子代中不去除aa个体
D．基因型为Aa的该植物连续自由交配3次，且每代子代中均去除aa个体
D　[基因型为Aa的该植物连续自交3次，且每代子代中不去除aa个体，则子三代中Aa所占比例为1/23＝1/8，A项不符合题意；基因型为Aa的该植物连续自交3次，且每代子代中均去除aa个体，则子三代中Aa所占比例为2/(23＋1)＝2/9，B项不符合题意；基因型为Aa的该植物连续自由交配3次，且每代子代中不去除aa个体，符合遗传平衡定律。A的基因频率＝a的基因频率＝1/2，而且每一代的基因型频率均不变，则子三代中Aa的基因型频率(所占比例)＝2×1/2×1/2＝1/2，C项不符合题意；基因型为Aa的该植物连续自由交配3次，且每代子代中均去除aa个体，由于存在选择作用，所以每一代的基因频率均会发生改变，需要逐代进行计算。基因型为Aa的该植物自由交配一次，子一代中AA∶Aa∶aa＝1∶2∶1，去除aa个体，则子一代中有1/3 AA和2/3 Aa。子一代中A的基因频率＝1/3＋1/2×2/3＝2/3，a的基因频率＝1/3，子一代再自由交配，子二代中AA的基因型频率＝(2/3)2＝4/9、Aa的基因频率＝2×2/3×1/3＝4/9，去除aa个体，子二代中有1/2AA和1/2Aa。子二代中A的基因频率＝1/2＋1/2×1/2＝3/4，a的基因频率＝1/4，子二代再自由交配，在子三代中AA的基因型频率＝(3/4)2＝9/16、Aa的基因型频率＝2×3/4×1/4＝6/16，去除aa个体，则子三代中Aa所占比例为6/16÷(9/16＋6/16)＝2/5，故D项符合题意。]
　自交、自由交配与基因频率改变的关系
(1)自交是指基因型相同的个体交配，雌雄同株植物是指自花传粉。结果是杂合基因型频率降低，纯合基因型频率增加，在无选择条件下，各基因频率不变。
(2)自由交配是指种群内不同基因型的个体间相互交配。在无选择的条件下，基因频率、基因型频率均保持不变，相关计算可按哈代—温伯格定律进行。
(3)只要种群的基因频率不变，即使基因型频率改变，种群也未发生进化。
　生物进化理论发展的意义
中性学说与现代综合进化论的比较
名称
项目
中性学说
现代综合进化论
区别
突变
突变大部分是中性的
为进化提供了原材料
进化的主导因素
中性突变的随机固定
自然选择
研究水平
分子水平
个体、群体水平
联系
一个侧重于宏观水平，一个侧重于微观水平，二者相互补充，更好地阐述了生物进化的本质

1．下列关于中性学说的说法，错误的是(　　)
A．中性学说的研究侧重于分子，即微观水平
B．DNA产生的突变大部分是中性的
C．中性学说与现代综合进化论是对立的
D．中性突变对生物的生存既无利也无害
C　[中性学说是现代综合进化论的补充和发展，两者不是对立的关系，而是继承和创新的关系。]
2．下列对生物进化理论的内容及其意义的叙述，错误的是(　　)
A．生物进化理论仅阐明了生物之间的联系
B．生物进化理论的发展，对现代生物科学的发展具有重要意义
C．生物进化理论所揭示的原理有助于人类从事控制和改造生物的实践活动
D．生物进化理论的发展有助于人们树立人与自然和谐发展的观念
A　[从生物自身及其与环境的相互关系分析，生物进化理论揭示了生物产生、发展和进化的客观规律，阐明了生物之间、生物与非生物之间的普遍联系。]
[课堂小结]
知 识 网 络 构 建
核 心 语 句 背 诵

1．一个种群中全部个体所含有的基因总和称为种群基因库。
2.在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率被称为基因频率。
3.某种基因型的个体在种群中所占的比率被称为基因型频率。
4.在自然界中，由突变和基因重组产生的可遗传的变异，为生物进化提供了原材料。
5.自然选择的作用可以使种群的基因频率发生定向改变，最终导致生物朝着一定的方向不断进化。
6.具有一定形态结构和生理功能特征，在自然状态下能够相互交配并繁殖可育后代的一群生物个体，通常称为物种，简称“种”。
7.隔离是指同种生物中不同种群的个体在自然选择下不能自由交流基因的现象。
8.现代综合进化论揭示了种群进化的规律；中性学说揭示了分子水平的进化规律。

1．下列关于现代生物进化理论的说法，错误的是(　　)
A．生物进化的基本单位是个体
B．突变和基因重组产生进化的原材料
C．进化的实质是种群内基因频率的改变
D．自然选择决定生物进化的方向
A　[生物进化的基本单位是种群，A错误；突变和基因重组为生物进化提供原材料，B正确；进化的实质是种群内基因频率的改变，C正确；自然选择决定生物进化的方向，D正确。]
2．在一个种群中基因型为AA的个体占60%，Aa的个体占20%，aa的个体占20%。A基因和a基因的基因频率分别是(　　)
A．70%、30%　　　 B．50%、50%
C．90%、10% D．80%、20%
A　[根据遗传平衡定律得，A的基因频率为60%＋20%×1/2＝70%，a的基因频率为1－70%＝30%，故选A。]
3．下列哪一项不是自然选择对生物进化的作用(　　)
A．自然选择作用于生物的变异，使有利的变异得到保存，不利的变异被淘汰
B．自然选择使生物种群的基因频率发生定向改变
C．自然选择使生物的变异发生定向改变
D．自然选择是新生物类型形成的基本条件之一
C　[自然选择作用于生物的变异，经过优胜劣汰，使有利的变异得到保存，不利的变异被淘汰，A正确；自然选择使生物种群的基因频率发生定向改变，生物发生进化，B正确；生物的变异是不定向的，不能发生定向的变异，C错误；自然选择决定生物进化的方向，使种群基因频率发生改变，进而形成新生物类型，D正确。]
4．下列关于物种和隔离的叙述，正确的是(　　)
A．物种是生物进化和繁殖的基本单位
B．二倍体西瓜与四倍体西瓜属于同一物种
C．地理隔离和生殖隔离都会阻止生物之间的基因交流
D．种群必须经过地理隔离，才能达到生殖隔离
C　[种群是生物进化和繁殖的基本单位，A错误；二倍体西瓜与四倍体西瓜杂交产生的后代是三倍体，三倍体联会紊乱，不可育，说明二者之间存在生殖隔离，即二倍体西瓜与四倍体西瓜不属于同一物种，B错误；地理隔离和生殖隔离都会阻止生物之间的基因交流，C正确；物种的形成一般要经过长期的地理隔离，才能达到生殖隔离，但也有不经过地理隔离而产生生殖隔离的，如多倍体的形成，D错误。]
5．在一个海岛中，一种海龟中有的脚趾是连趾(ww)，有的脚趾是分趾(Ww、WW)。连趾海龟便于划水，游泳能力强，分趾海龟游泳能力较弱。开始时，连趾和分趾的基因频率各为0.5，当岛上食物不足时，连趾的海龟更容易从海中得到食物。若干万年后，W的基因频率变为0.2，w的基因频率变为0.8。
(1)该种群中所有海龟所含有的全部基因称为该种群的___________，基因频率发生变化后，从理论上计算，杂合子占分趾海龟的比例为_____________。
(2)该种群中海龟多种多样的类型来源于可遗传的变异，但由于变异是_____________的，因此只为生物进化提供原材料，而进化的方向则由__________决定。
(3)该海龟种群________(填“是”或“否”)发生了进化，理由是__________________。
[解析]　(1)一个种群中所有个体所含的全部基因，称为该种群的基因库；由题意可知，基因频率发生变化后，WW的基因型频率＝0.2×0.2×100%＝4%，ww的基因型频率＝0.8×0.8×100%＝64%，Ww的基因型频率＝1－64%－4%＝32%，因此杂合子占分趾海龟的比例为32%÷(4%＋32%)＝8/9。 (2)该种群中海龟有多种多样的类型，其中可遗传的变异来源于突变和基因重组，但由于变异是不定向的，因此只是产生了进化的原材料，进化的方向是由自然选择决定的。 (3)生物进化的实质是种群基因频率的改变，该海龟种群中基因频率发生了改变，因此海龟发生了进化。
[答案]　(1)基因库　8/9　(2)不定向　自然选择 (3)是　种群基因频率已经改变