2021新高考生物人教版一轮学案：必修部分模块2第3单元第3讲　现代生物进化理论


第3讲　现代生物进化理论
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考纲要求
核心素养
1.说明现代进化理论的主要内容。
2.概述生物进化与生物多样性的形成。
1.生命观念——通过现代生物进化理论等知识，理解生命的延续和发展，认识生物界及生物多样性，形成生物进化的观点，树立正确的自然观。
2.理性思维——通过物种形成、种群的基因频率与基因型频率的计算，培养归纳与概括、逻辑分析和计算能力。
3.社会责任——通过人类大量服用抗生素导致抗药性病菌增多的现象，引导学生高度关注不正确使用抗生素带来的危害，关注人体健康。
考点一　现代生物进化理论
ZI ZHU XUE XI TAN JIU TI SHENG
自主学习·探究提升
基础梳理
1．拉马克的进化学说
(1)生物不是神造的，是由更古老的生物进化而来的。
(2)生物是由低等到高等逐渐进化的。
(3)生物各种适应性特征的形成都是由于用进废退和获得性遗传。
2．达尔文自然选择学说

3．现代生物进化理论
(1)种群是生物进化的基本单位
①基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因。②基因频率：一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。
(2)突变和基因重组产生进化的原材料
①可遗传变异的来源
②生物突变的有利和有害不是绝对的，往往取决于环境。
③生物的变异是不定向的，只是产生了生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。
(3)自然选择决定生物进化的方向
变异是不定向的不利变异被淘汰，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。
(4)隔离导致物种的形成
①隔离
②物种形成的三大环节
产生进化的“原材料”
　↓
决定生物进化的方向
　↓
导致物种的形成
思维辨析
易错整合，判断正误。
(1)某种抗生素被长期使用后药效下降，是由于病原体接触药物后，产生对药物有抗性的变异(　×　)
(2)高茎豌豆与矮茎豌豆杂交出现的3：1的过程可以为进化提供原材料(　×　)
(3)共同进化都是通过物种之间的生存斗争实现的(　×　)
(4)没有地理隔离也可形成新物种(　√　)
(5)若某物种仅存有一个种群，则该种群中的每个个体均含有这个物种的全部基因(　×　)
(6)生物多样性的形成也就是新的物种不断形成的过程(　×　)
延伸探究
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？
(2)为什么进化的基本单位是种群而不是个体？
(3)自然选择的实质是什么？自然选择作用的直接对象、间接对象、根本对象分别是什么？
(4)共同进化概念中的“相互影响”的内涵指什么？
(5)试从分子水平和进化角度解释生物多样性的原因是什么？
[提示](1)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)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(表现型)；间接对象是相关的基因型；根本对象是与生物个体变异性状相对应的基因。
(4)①不同物种之间的影响既包括种间互助，也包括种间斗争。②无机环境的选择作用可定向改变种群的基因频率，导致生物朝着一定的方向进化；生物的进化反过来又会影响无机环境。
(5)分子水平：DNA多样性(根本)一蛋白质多样性(直接)一生物性状多样性；进化角度：生物生存的不同环境对生物进行不同方向的自然选择。
KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点
重难精讲
1．物种形成过程
(1)物种形成三个环节的关系图

(2)图解法“把握物种形成的三大模式”

2．“列表法”比较物种形成和生物进化
项目
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
新物种形成，质变
生物进化，量变
二者联系
(1)只有不同种群的基因库产生了明显差异，出现生殖隔离才形成新物种；
(2)进化不一定产生新物种，新物种产生一定存在进化
3.“三法”计算基因频率或基因型频率
(1)“定义法”求解基因频率
某基因频率＝×100%
①常染色体上某基因频率＝
×100%
②若某基因只出现在X染色体上，则
Xb＝×100%
(2)“公式法”求解基因频率(以常染色体上一对等位基因A、a为例)
A基因频率＝AA基因型频率＋1/2×Aa基因型频率
a基因频率＝aa基因型频率＋1/2×Aa基因型频率
(3)运用遗传平衡定律求解基因频率
在一个有性生殖的自然种群中，种群足够大，没有迁入和迁出，雌雄个体自由交配并产生后代。当等位基因只有一对(A、a)时，设p代表A基因的频率，q代表a基因的频率，则：(p＋q)2＝p2＋2pq＋q2＝1。
其中p2是AA的基因型频率，2pq是Aa(杂合子)的基因型频率，q2是aa的基因型频率。
4．自交和自由交配对种群基因型频率和基因频率的影响
①自交：基因型频率发生变化，纯合子比例逐渐增大，杂合子比例逐渐减小，但基因频率不变。
②自由交配：基因型频率和基因频率都不变。
精准命题
考向一　自然选择学说与现代生物进化理论
例1 (2019·安徽省合肥市高三期末)对以自然选择学说为核心的现代生物进化理论的正确理解有(　B　)
①环境改变使生物产生适应性的变异
②地理隔离和生殖隔离是新物种形成的必要条件
③环境引起的变异不能为进化提供原材料
④变异是定向的
⑤自然选择使种群的基因频率定向改变
A．0项　 B．1项 　
C．2项　 D．3项
[解析]　生物的变异是不定向的，环境选择具有适应性变异的生物，①错误；生殖隔离是新物种形成的必要条件，②错误；环境引起的变异如果是可遗传的变异，可以为进化提供原材料，③错误；变异是不定向的，④错误；自然选择使种群的基因频率定向改变，⑤正确。故选B。
技巧点拨
自然选择学说与现代生物进化理论的比较

〔对应训练〕
1．(不定项选择题)(2020·山东省寿光市高三模拟)滥用抗生素导致耐药菌蔓延是人类面临的重大医学问题。下列叙述错误的是( AD )
A．滥用抗生素导致细菌发生耐药性突变
B．抗生素的使用提高了耐药基因的频率
C．接种疫苗不能消除致病菌耐药性
D．致病菌耐药性不能遗传给子代
[解析]　抗生素对细菌的变异起了选择作用，不是使细菌产生变异，A错误；变异是不定向的，细菌本来存在着“耐药性”个体，使用抗生素后，不耐药的个体被杀死，耐药性个体能够生存并将抗药性基因传递给后代，长期用抗生素导致“耐药性”基因频率升高，B正确；耐药菌是基因突变形成的，不是注射疫苗形成的，C正确；致病菌耐药性是基因突变导致的，耐药性性状可以通过基因遗传给子代，D错误。
考向二　生物进化及物种形成
例2 (2019·河南濮阳一模)从树叶螳螂到油炸年糕蠕虫，2017年新发现的物种令人惊奇。下列关于这些新物种进化发展的解释，正确的是(　C　)
A．新物种的形成可以不经过隔离
B．基因频率的定向改变是新物种形成的标志
C．自然选择的实质是选择物种的有利基因，不决定新基因的产生
D．物种之间的共同进化都是通过捕食或竞争来实现的
[解析]　新物种形成的标志是产生生殖隔离，A、B错误；自然选择的实质是选择物种的有利基因，不决定新基因的产生，C正确；物种之间的共同进化除了通过捕食或竞争实现外，还有种间互助等，D错误。
题后归纳
(1)种群≠物种
①物种是自然状态下能够自由交配并产生可育后代的一群生物，一个物种可能在不同地点和时间形成不同的种群。
②种群是同一种生物、同一地点、同一时间形成的一个群体。种群“小”，不同种群间有地理隔离；物种“大”，不同物种间有生殖隔离。
③判断生物是不是同一物种，如果来历不明，形态结构相似，可靠依据是：看是否存在生殖隔离。若存在生殖隔离，则不是同一物种。
(2)隔离≠生殖隔离
隔离包括地理隔离和生殖隔离。隔离导致物种的形成：
①只有地理隔离而没有形成生殖隔离，可能产生亚种，但没有产生新物种。
②生殖隔离是物种形成的关键，是物种形成的最后阶段，是物种间的真正界限。
③生殖隔离有三种情况：不能杂交；杂交后代不活；杂交后代活而不育。
(3)自然选择的直接对象≠间接对象≠根本对象
自然选择的直接对象是生物的变异性状(表现型)。间接对象是相关的基因型。根本对象是与变异性状相对应的基因。即自然选择的实质是环境对变异所对应的基因的选择，因而可以改变种群的基因频率。〔对应训练〕
2．(2019·上海浦东模拟)下图为太平洋岛屿鸟类的分布情况，甲岛分布着S、L两种鸟，乙岛的鸟类是S鸟的迁移后代，下列相关叙述错误的是(　A　)

A．甲岛所有的鸟类称为一个种群
B．可遗传变异为乙岛鸟类进化提供了可能
C．乙岛的鸟类与S鸟可能具有生殖隔离
D．甲、乙岛的自然条件决定了鸟类的进化方向
[解析]　种群是一定自然区域内同种生物的全部个体，甲岛分布着S、L两种鸟，甲岛所有的鸟类不能称为一个种群，A错误；可遗传变异包括基因突变、基因重组和染色体变异，可为生物进化提供原材料，B正确；乙岛的鸟类是S鸟的迁移后代，由于两个岛的环境不同，乙岛的鸟类可能与甲岛的S鸟存在生殖隔离，C正确；自然选择决定生物进化的方向，D正确。
考向三　常染色体上基因频率的计算
例3 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，错误的是(　B　)
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%
[解析]　因该果蝇种群长期保持vv的基因型频率为4%，由此算出v的基因频率为0.2，V的基因频率为0.8，进而计算出引入纯合长翅果蝇前，vv基因型的果蝇有0.04×20 000＝800只，Vv基因型的果蝇有2×0.2×0.8×20 000＝6 400只，VV基因型的果蝇有0.8×0.8×20 000＝12 800只。引入纯合长翅果蝇后，v基因频率为(800×2＋6 400)/(40 000×2)＝0.1，V的基因频率为1－0.1＝0.9，A正确，B错误；因Vv、vv基因型的果蝇的数目不变，而该种群个体总数增加一倍，所以Vv、vv的基因型频率降低50%，C，D正确。
〔对应训练〕
3．(2019·山东德州模拟)某小鼠群体中，A＋、A、a互为等位基因，该种群基因型及个体数如表：
基因型
A＋A＋
A＋A
A＋a
AA
Aa
aa
个体数
100
200
300
100
200
100
下列说法错误的是(　D　)
A．A＋的基因频率是35%
B．A＋、A、a是基因突变的结果
C．A＋和A的根本区别是碱基序列不同
D．该小鼠群体所有的A＋、A、a基因，构成小鼠的基因库
[解析]　由题表信息可知该小鼠种群共有1 000个个体，则该等位基因共有2 000个，其中A＋基因共有100×2＋200＋300＝700(个)，所以A＋的基因频率为700÷2 000×100%＝35%，A正确；新基因的产生是基因突变的结果，B正确；等位基因的根本区别是碱基的排列顺序不同，C正确；小鼠种群全部个体的所有基因才能构成小鼠的基因库，D错误。
考向四　性染色体上基因频率的计算
例4 某生物兴趣小组抽样调查的200人中，各种基因型和人数情况如表所示，则这200人中，Xb的基因频率为(　C　)
基因型
XBXB
XBXb
XbXb
XBY
XbY
人数
78
14
8
70
30
A．85%　 B．30%　
C．20%　 D．15%
[解析]　每个女性基因型中B或b基因共两个，男性基因型中只有一个B或b基因。则Xb的数量是14＋8×2＋30＝60，XB与Xb的数量为78×2＋14×2＋8×2＋70＋30＝300，故Xb的基因频率为60/300×100%＝20%。
〔对应训练〕
4．理论上，下列关于人类单基因遗传病的叙述，正确的是(　D　)
A．常染色体隐性遗传病在男性中的发病率等于该病致病基因的基因频率
B．常染色体显性遗传病在女性中的发病率等于该病致病基因的基因频率
C．X染色体显性遗传病在女性中的发病率等于该病致病基因的基因频率
D．X染色体隐性遗传病在男性中的发病率等于该病致病基因的基因频率
[解析]　常染色体隐性遗传病在男性中的发病率(基因型频率)等于该病致病基因频率的平方，A项错误；X染色体显性遗传病和常染色体显性遗传病在女性中的发病率等于该致病基因的基因频率的平方与显隐性基因频率乘积的2倍的和，B、C项错误；X染色体隐性遗传病，其致病基因在男性中只位于X染色体上，因此该病的发病率等于该病致病基因的基因频率，D项正确。
考点二　共同进化与生物多样性的形成
KAO DIAN TU PO POU XI NAN DIAN
考点突破·剖析难点
重难精讲
1．共同进化
(1)概念：不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展。
(2)原因：生物与生物之间的相互选择和生物与无机环境之间的相互影响。
(3)共同进化的实例
共同进化类型
包含类型
实例
生物与生物之间
种间互助
一种蛾与兰花
种间斗争
捕食
猎豹和斑马
寄生
黏液瘤病毒和兔子
竞争
作物与杂草
生物与无机环境之间
生物影响环境，环境影响生物
地球早期无氧环境→厌氧生物→光合生物出现→空气中有氧气→出现好氧生物
2.生物多样性的形成
(1)内容：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。
(2)形成原因：生物的进化。
(3)研究生物进化历程的主要依据：化石。
3．生物进化理论在发展
(1)中性学说：大量的基因突变是中性的，决定生物进化方向的是中性突变的逐渐积累，而不是自然选择。
(2)生物进化理论不会停滞不前，而是在不断发展。
4．生物多样性三个层次之间的联系

注意：生物多样性的三个层次是密切联系的，基因多样性是形成物种和生态系统多样性的基础，反过来物种和生态系统多样性又影响基因多样性。
精准命题
例5 (2019·北京市丰台区高三期末)下列有关生物进化和生物多样性的叙述，正确的是(　D　)
A．生物多样性的形成就是新物种不断形成的过程
B．共同进化都是通过物种之间的生存斗争实现的
C．食物链中营养级越高的生物对环境的适应能力越强
D．一个物种的形成或灭绝会影响若干其他物种的进化
[解析]　生物多样性的形成是基因多样性、物种多样性、生态系统多样性不断形成的过程，A项错误；共同进化通过生物与环境、不同物种之间的相互影响实现的，B项错误；食物链中营养级越高的生物对环境的适应能力不一定越强，C项错误；一个物种的形成或灭绝会影响若干其他物种的进化，D项正确。
〔对应训练〕
5．(2019·河南郑州一测)如图表示某生态系统中的三种植物，下列叙述正确的是(　C　)

A．a、c、f没有地理隔离，也不会产生生殖隔离
B．a～j所含的全部基因，称为种群基因库
C．f～j在一段时期内没有产生新的基因，但该种群基因频率有可能发生变化
D．该生态系统中的所有生物和周围的无机环境之和称为生态系统的多样性
[解析]　a、c、f为三种植物，它们之间存在生殖隔离，A错误。分析图形，c、d为同一形态，是同一种植物；a、b、e是同一形态，为同一种植物；f、g、h、i、j为同一种植物，而每一种群中全部个体含有的全部基因称为种群的基因库，B错误。f～j虽然没有新基因产生，但是某些不适应环境的个体可能由于自然选择而死亡，故可能存在基因频率的变化，C正确。生态系统的多样性是指多种多样的生态系统，图中生物与无机环境构成的是一个生态系统，D错误。
课末总结
1．〔思维导图〕

2．〔简答题常考长句分析〕
1．如图是将该种植物分别移栽到低纬度和高纬度地区种植，经过多年的演化后最终形成了不同的五个物种：

(1)什么具体证据可以帮助你确定D和C不是一个物种？如果D和C不能杂交，或杂交后不能产生可育后代，说明它们不是一个物种(或若D和C杂交，存在生殖隔离，说明它们不是同一物种)。
(2)图示中B物种进化为D、E两个物种的机理是：地理隔离造成基因交流的阻断，不同环境的自然选择造成不同种群基因频率的变化，当基因频率变化积累到一定的程度，形成生殖隔离，从而形成物种D和E。
2．在一个海岛上，一种海龟开始时，连趾(w)和分趾(W)的基因频率各为0.5，当海龟数量增加到岛上食物不足时，连趾海龟容易从海水中得到食物，分趾的海龟则因不易从海水中获得食物而饿死，若干万年后，基因频率变化成W为0.2，w为0.8。这种基因频率的改变，是否发生了生物进化？是。请简述理由：因为生物进化的实质在于种群基因频率的改变。这种基因频率的改变，是否产生了新的物种？没有产生新物种。请简述理由：只是种群基因频率发生了改变，并没有产生生殖隔离。
3．长期使用杀虫剂，发现灭虫效果越来越差，现代生物进化理论的解释是经自然(杀虫剂)选择作用，种群中抗药性基因频率升高。
3．〔探究高考·明确考向〕
1．(2019·天津卷，6)囊鼠的体毛深色(D)对浅色(d)为显性，若毛色与环境差异大则易被天敌捕食。调查不同区域囊鼠深色表现型频率，检测并计算基因频率，结果如图。

下列叙述错误的是(　B　)
A．深色囊鼠与浅色囊鼠在不同区域的分布现状受自然选择影响
B．与浅色岩P区相比，深色熔岩床区囊鼠的杂合体频率低
C．浅色岩Q区的深色囊鼠的基因型为DD、Dd
D．与浅色岩Q区相比，浅色岩P区囊鼠的隐性纯合体频率高
[解析]　囊鼠的毛色与环境差异的大小会影响其被天敌捕食的难易程度，通过自然选择的作用，囊鼠的毛色与环境的颜色相互协调，最终使深色和浅色的囊鼠在不同区域中的分布情况不同，A项正确。浅色岩P区D基因的频率是 0.1，则d基因的频率为0.9，杂合体(基因型)的频率是2×0.1×0.9＝0.18，隐性纯合体(基因型)的频率是0.81。深色熔岩床区D基因的频率是0.7，则d基因的频率是0.3，则杂合体(基因型)的频率是2×0.7×0.3＝0.42，隐性纯合体(基因型)的频率是0.09。浅色岩Q区D基因的频率是0.3，则d基因的频率为0.7，杂合体(基因型)的频率是2×0.3×0.7＝0.42，隐性纯合体(基因型)的频率是0.49，B项错误、D项正确。深色为显性性状，所以深色囊鼠的基因型有DD和Dd两种，C项正确。
2．(2018·江苏卷，4)下列关于生物进化的叙述，正确的是(　A　)
A．群体中近亲繁殖可提高纯合体的比例
B．有害突变不能成为生物进化的原材料
C．某种生物产生新基因并稳定遗传后，则形成了新物种
D．若没有其他因素影响，一个随机交配小群体的基因频率在各代保持不变
[解析]　A对：群体中近亲个体基因相似度高，所以群体中近亲繁殖会提高纯合体的比例。B错：突变和基因重组是生物进化的原材料。C错：新物种形成的标志是生殖隔离的出现，产生新基因并稳定遗传不代表形成了生殖隔离。D错：基因频率保持不变的一个前提是种群足够大，一个随机交配小群体的基因频率不一定在各代保持不变。
3．(江苏，12)下图是某昆虫基因pen突变产生抗药性示意图。下列相关叙述正确的是(　C　)

A．杀虫剂与靶位点结合形成抗药靶位点
B．基因pen的自然突变是定向的
C．基因pen的突变为昆虫进化提供了原材料
D．野生型昆虫和pen基因突变型昆虫之间存在生殖隔离
[解析]　杀虫剂与靶位点结合不会导致抗药靶位点的形成，A项错误；基因突变是不定向的，B项错误；突变(基因突变和染色体变异)和基因重组能为生物进化提供原材料，C项正确；基因突变使种群的基因频率发生改变，但没有形成新物种，故野生型昆虫与pen基因突变型昆虫之间不存在生殖隔离，D项错误。
4．(2017·江苏卷，7)下列关于生物进化的叙述，错误的是(　A　)
A．某物种仅存一个种群，该种群中每个个体均含有这个物种的全部基因
B．虽然亚洲与澳洲之间存在地理隔离，但两洲人之间并没有生殖隔离
C．无论是自然选择还是人工选择作用，都能使种群基因频率发生定向改变
D．古老地层中都是简单生物的化石，而新近地层中含有复杂生物的化石
[解析]　种群中所有个体所含有的基因才是这个物种的全部基因，A项错误；各大洲人之间并没有生殖隔离，B项正确；无论是自然选择还是人工选择作用，都可使种群基因频率发生定向改变，C项正确；越古老的地层中的化石所代表的生物结构越简单，在距今越近的地层中，挖掘出的化石所代表的生物结构越复杂，说明生物是由简单到复杂进化的，D项正确。
5．(2018·全国卷Ⅰ，29)回答下列问题：
(1)大自然中，猎物可通过快速奔跑来逃脱被捕食，而捕食者则通过更快速的奔跑来获得捕食猎物的机会，猎物和捕食者的每一点进步都会促进对方发生改变，这种现象在生态学上称为协同进化(或答共同进化)。
(2)根据生态学家斯坦利的“收割理论”，食性广捕食者的存在有利于增加物种多样性，在这个过程中，捕食者使物种多样性增加的方式是捕食者往往捕食个体数量多的物种，为其他物种的生存提供机会。
(3)太阳能进入生态系统的主要过程是绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能储存在有机物中。分解者通过呼吸作用将动植物遗体和动物排遗物中的有机物分解来获得生命活动所需的能量。
[解析]　(1)猎物和捕食者通过捕食活动相互影响，自然选择有利于猎物种群中跑得快的个体生存，也有利于捕食者种群中跑得快的个体生存，体现了生物与生物之间的协同进化。
(2)捕食者往往捕食个体数量多的物种，这样会避免出现一种或少数几种生物在生态系统中占绝对优势的局面，为其他物种的生存提供机会，有利于增加物种的多样性。
(3)绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能储存在有机物中，这是太阳能进入生态系统的主要过程。分解者可以通过呼吸作用将动植物遗体和动物排遗物中的有机物分解，来获得生命活动所需的能量。