第七章《现代生物进化理论》 第二节 现代生物进化理论的主要内容 沂南第一中学 李维娜

现代生物进化理论的主要内容 学习目标 1、解释种群、种群基因库、基因频率等概念。 2、运用数学方法讨论种群基因频率的变化。 3、说明现代生物进化理论的主要内容。 4、举例说明共同进化和生物多样性形成的原因。

第1课时 种群基因频率的改变与生物进化 种群是生物进化的基本单位 突变和基因重组产生进化的原材料 自然选择决定生物进化的方向

这个群体就是种群！ 达尔文的自然选择学说指出，在一种生物的群体中，出现有利变异的个体容易存活，并且有较多机会留下自己的后代。 问题探讨： 把自己想象成虎体内的一个基因。你不仅不愿意自己在虎的后代中消失，而且想让越来越多的虎拥有自己的拷贝。怎样才能达到这一目的呢？你将选择做哪一种基因呢？ 达尔文的自然选择学说指出，在一种生物的群体中，出现有利变异的个体容易存活，并且有较多机会留下自己的后代。 但是，研究生物的进化，仅研究个体的表现型是否与环境相适应是不够的，还必须研究群体的基因组成的变化。 这个群体就是种群！

一、种群是生物进化的基本单位 1、种群的概念： 生活在一定区域的同种生物的全部个体。

思考：同前一年的蝗虫种群相比，新形成的蝗虫种群在基因组成上会有什么变化吗？ 2、种群的特点： 种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代。 种群也是生物繁殖的基本单位！ 思考：同前一年的蝗虫种群相比，新形成的蝗虫种群在基因组成上会有什么变化吗？

×100% 3、基因库： 一个种群中全部个体所含有的全部基因。 4、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。 每个个体所含有的基因只是基因库的一部分。 4、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。 基因频率＝ 该基因的总数 该等位基因的总数 ×100%

探讨： 用数学方法讨论基因频率的变化 这一种群繁殖若干代后，其基因频率会不会发生变化呢？ 例:从种群中随机抽出100个个体，测知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。那么A和a的基因频率是多少? ×100% 2×AA＋Aa 2(AA＋Aa＋aa) A基因的基因频率为: A%= = 60% 2×aa＋Aa 2(AA＋Aa＋aa) ×100% a基因的基因频率为： = 40% a%= 这一种群繁殖若干代后，其基因频率会不会发生变化呢？ 探讨： 用数学方法讨论基因频率的变化

用数学方法讨论基因频率的改变 ( 教材P115 ) 亲代基因型 频率 AA(30%) Aa(60%) aa(10%) 配子的比率 A( ) 若亲代昆虫中的种群满足以下五个条件： ①昆虫种群数量足够大；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A、a控制的翅型性状没有作用；⑤没有基因突变和染色体变异。 亲代基因型 频率 AA(30%) Aa(60%) aa(10%) 配子的比率 A( ) a( ) 子代基因型 AA( ) Aa( ) aa( ) 子代基因频率 A ( ) 30% 30% 30% 10% 48% 16% 36% 60% 40%

各等位基因的频率和基因型频率在世代的遗传中稳定不变。 亲代 子一代 子二代 子三代 基因型频率 AA 30% Aa 60% aa 10% 基因 频率 A a 36% 36% 36% 48% 48% 48% 16% 16% 16% 60% 60% 60% 60% 40% 40% 40% 40% 结论： 各等位基因的频率和基因型频率在世代的遗传中稳定不变。

拓展——哈代-温伯格定律 A (p) A (p) AA (p2) Aa (pq) Aa (pq) aa (q2) 设A频率为p，a频率为q，则p+q＝1 (p+q )2 ＝p2+2pq+q2 ＝1 AA= p2 Aa= 2pq aa=q2 A (p) 雌配子 a (q) 雄配子 A (p) AA (p2) Aa (pq) a (q) Aa (pq) aa (q2) 1908年，数学家哈代和医生温伯格提出“哈代-温伯格定律”，也称为“遗传平衡定律”： 在一个有性生殖的自然种群中，在符合以上5个条件的情况下，各等位基因的频率和基因型频率在世代的遗传中稳定不变，或者说是保持着基因平衡。

自学思考 遗传平衡所指的种群是理想种群，在自然条件下，这样的种群存在吗？ 1.影响种群基因频率变化的根本原因是什么？可遗传变异的来源有哪些？ 基因突变 染色体变异 基因重组 在自然条件下，这样的种群是不存在的。所以种群基因频率迟早要 发生变化，因此种群的进化是必然的。 突变 可遗传的变异 2.生物自发突变的频率很低，而且突变大多是有害的，那么，它为什么还能够作为生物进化的原材料呢？ 3.突变和基因重组能否决定生物进化的方向？为什么？ 种群是由许多个体组成的，每个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因，这样，每一代就会产生大量的突变。此外，突变的有害还是有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。

形成了进化的原材料,但不能决定生物进化的方向 二、突变和基因重组产生进化的原材料 3.突变和基因重组能否决定生物进化的方向？为什么？ 多种多样的基因型 基因 重组 突变 新的等位基因 种群中出现大量可遗传的变异 变异是不定向的 形成了进化的原材料,但不能决定生物进化的方向

探究 “自然选择对种群基因频率的影响” 自然选择使基因频率发生定向改变。 13.01% 14.6% 26.02% 29.3% 60.97% （ 教材P116—117 ） 第1年 第2年 第3年 第4年 …… 基因型 频率 SS 10% 11.5% Ss 20% 22.9% ss 70% 65.6% 基因 频率 S 23% s 80% 77% 13.01% 14.6% 变黑的环境使控制浅色的s基因频率减少，S基因频率增加。 26.02% 29.3% 60.97% 56.1% 许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食 26.02% 升高 29.3% 73.98% 70.7% 降低 思考与讨论 表现型； (1) 根据上面的数据分析：变黑的环境对桦尺蠖产生了什么样的影响？变黑的环境会影响桦尺蠖浅色个体的出生率吗？为什么？ 天敌看到的是桦尺蠖的体色（表现型）而不是控制体色的基因。 自然选择使基因频率发生定向改变。 (2)在自然选择中，直接受选择的是基因型还是表现型？为什么？

三、自然选择决定生物进化的方向 生物进化的实质：种群基因频率发生变化的过程。 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，种群中相应基因的频率会不断提高；相反，具有不利变异的个体留下后代的机会少，种群中相应基因的频率会下降。所以，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。 生物进化的实质：种群基因频率发生变化的过程。

有关基因频率的计算 1、常染色体上的基因频率计算 ①通过基因型数目计算 ②通过基因型频率计算基因频率 基因频率=种群中该基因的总数／种群中该等位基因的总数。 例1：从某个种群中随机抽出100个个体，测知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。计算该种群的A、a基因的频率。 ②通过基因型频率计算基因频率 基因频率=该等位基因纯合子的频率+1/2杂合子的频率 例2：从某种生物种群中随机抽出一定数量的个体，其中基因型为AA的个体占24%，基因型为Aa的个体占72%，基因型为aa的个体占4%，基因A和基因a的频率分别是( ) A.24% 72% B.36% 64% C.57% 43% D.60%　40% D.60% 40%

2、X染色体上的基因频率计算 ③运用遗传平衡公式： 例3：在某一个种群中，已调查得知，隐性性状者（等位基因用A、a表示）占16%，那么该种群的AA、Aa基因型个体出现的概率分别为： A.0.36、0.48 B.0.36、0.24 C.0.16、0.48 D.0.48、0.36 A.0.36、0.48 2、X染色体上的基因频率计算 例4：对某校学生进行色盲遗传病调查研究后发现：780名女生中有患者23人、携带者52人；820名男生中有患者65人，那么该群体中色盲基因的频率是( ) A.4.4% B.5.1% C.6.8% D.10.2% C.6.8%

课堂小结 生物进化的基本单位 生物进化的原材料 决定生物进化的方向 生物进化的实质 种群 突变和基因重组 自然选择 基因频率的改变

自我检测 B A 15% A 1、下列属于种群的是 （ ） A.一块水田里的全部水稻 、水草 B.一块稻田里的全部幼蚜、有翅、无翅的成蚜 1、下列属于种群的是 （ ） A.一块水田里的全部水稻 、水草 B.一块稻田里的全部幼蚜、有翅、无翅的成蚜 C.一块朽木上的全部真菌 D.一个池塘中全部鱼 B 2、已知人眼的褐色(A)对蓝色(a)是显性。在一个有30000人的人群中，蓝眼的人3600人;褐眼的有26400人，其中纯合体有12000人。那么，在这一个人群中A和a的基因频率分别为 ( ) A. 0.64和0.36 B. 0.36和0.64 C. 0.50和0.50 D. 0.82和0.18 A 3、抽样调查某地100位女性和100位男性发现：女性中有5位色盲患者和20位携带者,男性中有15位色盲患者，则该地色盲基因的频率约是多少？ 15% 4、现代进化理论认为，突变和基因重组产生生物进化的原材料，下列哪种变异现象不属于此类突变的范畴 （ ） A．黄色×黄色→黄色.绿色 B．红眼果蝇中出现了白眼 C．猫叫综合征 D．无籽西瓜 A

B 5、某豌豆的基因型为Aa，让其连续自交三代（遗传符合按孟德尔遗传定律），其第4代中的基因频率和基因型频率变化情况是 （ ） C．两者都变化 D．两者都不变 B 6、在一个海岛上，一种海龟中有的脚趾是连趾（ww），有的脚趾分趾（WW和Ww），连趾便于划水，游泳能力强，分趾则游泳能力较弱。若开始时，连趾和分趾的基因频率各为0.5，当海龟数量增加到岛上食物不足时，连趾的海龟容易从海水中得到食物，分趾的海龟则不易获得食物而饿死，若干万年后，基因频率变化成W为0.2，w为0.8。请问： （1）该种群中所有海龟所含的基因称为该种群的 。基因频率变化后，从理论上计算，海龟种群中连趾占整个种群的比例为 。 （2）导致海龟种群的基因频率变化的原因____________________________________________________________。 （3）这种基因频率的改变，是否产生了新的物种______________。理由是_____________________________________________。 基因库 64% 自然选择导致海龟种群的基因频率发生定向变化 没有产生新物种 只是种群基因频率改变，并没有产生生殖隔离

隔离与物种的形成 共同进化与生物多样性的形成 第2课时 隔离与物种的形成 共同进化与生物多样性的形成

四、隔离导致物种的形成 物种：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称为一个物种，简称“种”。 自学思考 生殖隔离： 地理隔离： 曼彻斯特地区的桦尺蠖，虽然基因频率发生了很大变化，但是并没有形成新的物种。为什么说它们没有形成新的物种？怎样判断两个种群是否属于一个物种？ 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。 1、举例说明什么是物种？ 2、什么是隔离？它有哪些类型？隔离在物种形成中起什么作用？ 3、物种形成的基本环节有哪些？ 马和驴是不是一个物种？ 地理隔离： 在自然界，同一种生物由于地理上的障碍而形成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流的现象。 不是；因为马与驴交配产生的后代—骡没有生殖能力

隔离在物种形成中的作用 资料分析： 隔离是物种形成的必要条件！ 加拉帕格斯群岛不同种地雀的形成 地理隔离 阻断种群间的基因交流 在不同的突变、基因重组和自然选择作用下 种群的基因频率向不同方向发生改变 种群的基因库出现差异 差异进一步加大 生殖隔离 新物种形成 （ 教材P120-121 ） 隔离是物种形成的必要条件！

总结——物种形成的三个基本环节 1、突变和基因重组产生进化的原材料 2、自然选择决定生物进化的方向 3、隔离导致物种的形成 长期 地理隔离 生殖隔离

物种形成是否一定要经过地理隔离？ 不一定，如多倍体物种的形成。 AABBCC（普通小麦） DD（黑麦） × ABC D ABCD 配子 D ABCD （不育） AABBCCDD（八倍体小黑麦） （可育） 秋水仙素处理 八倍体小黑麦的培育

五、 共同进化与生物多样性的形成 自学思考 1、举例说明什么是共同进化？ 2、生物多样性主要包括哪些层次的内容？ 3、概述生物多样性形成的进化历程。 4、生物进化理论仍在发展吗？

五、 共同进化与生物多样性的形成 (一)共同进化 （1）概念： 不同物种之间、生物和无机环境之间在相互影响中不断进化和发展，这就是共同进化。 （2）举例： （3）结果： 通过漫长的共同进化过程，地球上不仅出现了千姿百态的物种，而且形成了多种多样的生态系统，即形成了生物的多样性。

(二)生物多样性的形成 基因多样性 物种多样性 生态系统多样性 1、生物多样性的内容 2、生物多样性形成的进化历程 从原核生物到真核生物，从无性生殖到有性生殖，由水生 到陆生，由简单到复杂，由低等到高等。

思考与讨论（教材P124） （1）最早出现的生物是哪一类生物？它们生活在什么环境中？ 最早出现的生物是厌氧的单细胞生物，它们生活在海洋中。 （2）多细胞生物大约是什么时期出现的？它们生活在什么环境中？ 多细胞生物大约是在寒武纪出现的，它们生活在海洋中。 （3）最早登陆的生物是植物还是动物？为什么？ 最早登陆的生物是植物，否则动物登陆后就会饿死。 （4）说出生物进化历程中的几个关键点。 ①真核生物出现以后,有性生殖方式的出现,使生物进化速度明显 加快。 ②寒武纪大爆发:形成生态系统的第三极——消费者,使生态系统具有更加复杂的结构,同时对植物的进化产生重要影响。 ③生物登陆改变着陆地环境,陆地的复杂环境为生物进化提供了条件。

（三）生物进化理论在发展 “中性学说”理论 “间断平衡学”理论 生物的进化是非常复杂的，现有的进化理论所不能解释的问题比已经解释的问题还要多，因此现代生物进化理论是不断发展的。 “中性学说”理论 “间断平衡学”理论

课堂小结

自我检测 B D C 1、下列关于物种的叙述，正确的是（ ） A．不同种群的生物肯定不属于同一个物种 1、下列关于物种的叙述，正确的是（ ） A．不同种群的生物肯定不属于同一个物种 B．具有一定形态结构和生物功能，能相互交配的一群生物个体 C．隔离是形成新物种的必要条件 D．在物种形成过程中必须有地理隔离和生殖隔离 C B 2、下列关于隔离的叙述，不正确的是（ ） A.阻止了种群间的基因交流 B.对所有的物种来说,地理隔离必然导致生殖隔离 C.种群基因库间的差异是产生生殖隔离的根本原因 D.不同的物种之间必然存在着生殖隔离 D 3、真核生物的出现在生物进化历史上具有重要的意义，这主要表现在（ ） ①结构和功能更加完善②出现有丝分裂，为有性生殖的产生奠定基础③通过有性生殖实现了基因重组，推动了生物进化 A.①② B.①③ C. ②③ D. ①②③

B D 4、地球上出现需氧型生物，自养型生物，真核生物的先后顺序依次为 （ ） A.需氧型生物，自养型生物，真核生物 4、地球上出现需氧型生物，自养型生物，真核生物的先后顺序依次为 （ ） A.需氧型生物，自养型生物，真核生物 B.自养型生物，需氧型生物，真核生物 C.自养型生物，真核生物，需氧型生物 D.需氧型生物，真核生物，自养型生物 5．通过化石的研究表明，恐龙等生物曾在地球上生存过较长一段时期，但后来 灭绝了，能够理解这些物种短暂生存的最充分理由是 （ ） A．这些物种不会发生变异 B．恐龙与环境斗争的结果使恐龙发生了变化 C．环境变化导致这些物种的灭绝 D．这些物种缺乏具有适应环境的可遗传的变异 D

6、某时期，长江中下游地区的大块农田发生稻化螟虫害，承包土地的农民起初 在稻田里喷洒DDT家药，但几年后又不得不以放养青蛙来代替喷洒农药。如图为 在此时期内稻化螟种群密度变化示意图，分析回答： （1）从A点到B点，在施用杀虫剂的初期，害虫种群密度都急剧下降，但仍有极 少数个体得以生存，原因是____________________________________________。 （2）从B点到C点曲线回升的原因是______________________________________ ________________________________________。 在这个过程中，农药对害虫起_________作用，这种作用是_______，是通过农药 与害虫之间的____________实现的。 （3）一般认为，C到E点为生物防治期，请根据曲线对比两种治虫方法，可以看 出农药防治害虫的缺点是_______________________________________________。 （4）如果A到D为农药防治期，这说明在C点时，农民在使用农药时可能采取了 某种措施，这种措施最可能是______________________________。 由于变异是不定向的，某些害虫具有抗药性变异 这种抗药性变异是可以遗传的，使害虫种群 的抗药性增加，种群数量增多 定向的 选择 生存斗争 会使害虫种群产生抗药性，不能有效的控制害虫数量 改用了其他种类的农药