第二节 适应是自然选择的结果
教学内容 教学要求 素养归属
1.种群内普遍存在着变异 举例分析种群内的变异特点,认同变异是生物体普遍发生的现象,为生物进化提供丰富的材料 科学思维
2.优势性状的个体在特定环境中具有生存和繁殖的优势 认同优势性状个体能够更容易获得生存和繁殖的机会,正确解读适者生存的本质 科学思维
3.自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件 (1)归纳比较自然选择与人工选择的区别 科学思维
(2)基于现代生物进化理论分析,准确解读生物进化的发生 生命观念、 科学思维
(3)通过归纳与概括,分析影响哈迪-温伯格定律的因素 科学思维
4.现代生物进化理论为地球上的生命史提供了科学的解释 分析比较物种不同的形成方式,认同任何方式形成新物种需要产生生殖隔离,能基于适应与进化的关系,进行一些现实问题的合理解答 科学思维、 社会责任
1.种群内普遍存在着变异
(1)种群的定义:生活在一定自然区域的同种生物的全部个体。
(2)自然选择的前提:种群不同个体间存在可遗传变异。
(3)基因座位:一个特定基因在染色体上的位置。
2.优势性状的个体在特定环境中具有生存和繁殖的优势
(1)优势个体的生存优势
具有优势性状的个体更容易获得食物和空间,获得更多的生存和繁殖的机会。
(2)实例
①在缺乏青草的环境下,长颈鹿种群中头和颈比较长的个体更容易获得高处的树叶。
②在经常刮海风的海岛上,翅膀不强壮的昆虫容易被刮到海里淹死,失去生存和繁衍的机会。
3.自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件
(1)适应的概念: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)选择的类型与作用
①人工选择
选择 对象 家养生物中普遍存在的变异个体
选择 标准 满足人们自己的需要
选择 手段 挑选合乎要求的变异个体,淘汰其他变异个体;连续数代的选择
选择 结果 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
②自然选择
a.过程: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。
b.结果: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。
③选择的作用:自然条件下,自然选择是进化的一个重要动力和机制。
(3)基因库、基因频率、基因型频率
①基因库:一个生物种群的全部等位基因的总和。
②基因频率: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。
③基因型频率:每种基因型个体数占种群总个体数的比例。
(4)遗传平衡定律: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,也称哈迪-温伯格定律。
(5)使种群基因频率发生变化的主要因素
突变、基因迁移、遗传漂变、非随机交配和自然选择。
4.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)现代生物进化理论的主要内容
①个体不是进化的单位,种群才是进化的单位。
②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。
③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)物种形成方式比较
项目 异地的物种形成(渐进的物种形成) 同地的物种形成
时间 经过漫长的时间和许多世代的逐渐演变 较短时间内(一次有性生殖过程中形成)
方式 一个初始种群 两个种群 遗传组成出现差异 形成新物种 二倍体植物 二倍体配子 四倍体新物种
实例 加拉帕戈斯群岛上多种地雀的形成 植物体细胞杂交、多倍体育种
联系 物种的形成都以生殖隔离的形成为标志
概念一 种群内普遍存在着变异
[概念情境]
某植物红花和白花这对相对性状同时受多对等位基因控制(如A、a;B、b;C、c;……),当个体的基因型中每对等位基因都至少含有一个显性基因时(即 A B C ……)才开红花,否则开白花。现有甲、乙、丙、丁4个纯合白花品系,相互之间进行杂交,杂交组合、后代表型及其比例如图。
根据杂交结果回答问题。
(1)这种植物花色的遗传符合哪些遗传定律
提示:植物花色的遗传符合分离定律和自由组合定律。
(2)一种性状受多对等位基因的控制,从进化的角度分析其意义是
什么。
提示:说明一种性状具有数量众多的基因型,即生物种群内普遍存在变异,为进化提供材料。
种群内普遍存在着变异
[典例] 一个特定基因在染色体上的位置称为基因座位,同种个体有相同的基因座位。真核生物总有一定数量的基因座位有2种或2种以上不同的等位基因,并有一定比例的基因座位是杂合的。如图为人、狗、濒危物种东非猎豹杂合基因所占比例的电泳结果。下列说法错误的是( D )
A.失去栖息地是威胁东非猎豹生存的重要因素,在遗传上如此小的变异性对它也十分危险
B.多种基因型及与之对应的多种表型,能分别适应可能遇到的多种环境条件,这对生物的生存和延续有利
C.存在等位基因的基因座位数越多,将有更多重组机会,产生更多新的表型
D.生物通过突变可以产生新基因,并且产生形形色色的基因型
解析:东非猎豹作为濒危物种,失去栖息地是威胁其生存的重要因素,在遗传上如此小的变异性造成适应多种变化环境的可能性也较低,使生存步履维艰,稍有风吹草动极可能灭绝;按照遗传定律,一对基因杂合,基因型有3种,两对基因杂合,基因型有9种,即32,可见杂合基因座位越多,牵涉到的基因型将越多,重组机会也越多,多种基因型及与之对应的多种表型,能分别适应可能遇到的多种环境条件,这对生物的生存和延续有利;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。
[拓展延伸] 种群与物种的比较
项目 种群 物种
范围 较小范围内的同种生物的所有个体 由分布在不同区域内的同种生物的许多种群组成
判断 标准 种群必须具有“三同”,即同一时间、同一地点、同一物种 主要是具有一定的形态结构、生理功能和在自然状态下能相互交配并且产生可育后代(无生殖隔离)
联系 ①一个物种可以包括许多种群 ②同一个物种的多个种群之间存在着地理隔离,长期发展下去可能成为不同的亚种,进而可能形成多个新物种
概念二 优势性状的个体在特定环境中具有生存和繁殖的优势
[概念情境]
太平洋一个海岛上的昆虫,或无翅,或具有很发达的翅。达尔文认为这是岛上终年不断的强劲海风选择的结果,强大的海风把具有平常翅的昆虫都吹到海洋里去了,保留下来并能繁殖后代的只有无翅或具有很发达翅的昆虫,经过长期的自然选择,岛上生活的昆虫就进化成为无翅或有很发达翅的类型了。请思考并回答以下问题。
(1)根据海岛上某种昆虫的翅的长度和个体数绘制曲线,某同学绘制了翅的长度(横坐标)与个体数量(纵坐标)的关系图,具体如下,哪种满足岛屿上的生存情况 请分析并阐明观点。
提示:D情况更合理。由于大风的选择作用,无翅或具有发达翅的昆虫才能适应岛上的大风环境,该类昆虫为优势性状的个体,具有生存和繁殖的优势。
(2)尝试用达尔文的自然选择学说解释无翅和具有发达翅的昆虫对环境的适应性,平常翅被淘汰的进化过程。
提示:生物变异具有多方向性,即存在平常翅、无翅和发达翅等不同性状类型,这是进化的前提。岛屿上的大风则是自然选择,在大风的持续选择作用下,无翅昆虫不善飞行,可以避免被大风吹跑,发达翅飞翔能力强,也能避免被大风吹跑。但平常翅个体无法抵抗大风,因此参与繁殖的个体数量少,在持续的自然选择作用下,平常翅的个体数量逐渐减少,而无翅和发达翅等个体数量逐渐增多。
优势性状个体的生存和繁殖优势
[典例] 埃及斑蚊是传播登革病毒的媒介之一。有一地区在密集喷洒某杀虫剂后,此蚊种群数量减少了99%,但是几年后,该种群又恢复到原来的数量,此时再度喷洒相同量的该杀虫剂时仅杀死了40%的斑蚊。下列对此认识正确的是( C )
A.杀虫剂导致斑蚊基因突变产生抗药性基因
B.斑蚊体内累积的杀虫剂增加了自身的抗药性
C.原来的斑蚊种群中少数个体有抗药性基因
D.第一年的斑蚊种群没有基因突变
解析:抗药性基因在使用杀虫剂之前就存在;斑蚊抗药性的增强是由于杀虫剂对其抗药性进行了定向选择;在使用杀虫剂之前,原来的斑蚊种群中就有少数个体有抗药性基因,杀虫剂只是对斑蚊的抗药性进行了选择,使斑蚊的抗药性基因频率上升;第一年的斑蚊种群中已经有少数个体有抗药性基因,说明第一年的斑蚊种群已有基因突变。
[概念误区] 优势性状的出现是生物对环境适应的一种表现,但是要特别注意,由于变异的多方向性,优势性状个体的后代,仍然会出现劣势个体,只不过优势性状个体的比例相对较高。
概念三 自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件
[概念情境]
一位农夫在一个农业实验站养乳牛,乳牛生活的牛棚里有很多苍蝇,以至影响到乳牛的健康。农夫就在牛棚和牛身上喷洒了杀虫剂A,结果苍蝇几乎死光了,过了一段时间,苍蝇又多了起来,农夫又喷洒了杀虫剂A,效果和第1次差不多,大多数苍蝇死了,但不是全部的苍蝇都死了。没过多久,苍蝇又多起来,农夫又喷洒杀虫剂A,如此反复进行了 5次,但农夫发现,杀虫剂A的效果一次比一次差,农夫注意到,这些杀虫剂是一次性大批量配制的,每次喷洒用的都是这些配制好的杀虫剂,于是农夫猜测,可能是时间放久,杀虫剂慢慢地分解失效了。请思考并回答以下问题。
(1)农夫猜测,时间久了,杀虫剂慢慢地分解失效了。请你简要解释如何验证农夫的这个猜测。
提示:将新配制的杀虫剂和原来配制的杀虫剂同时用于两组相同的且没有接触过该杀虫剂的苍蝇,观察它们的效果。
(2)农夫猜测,时间久了,杀虫剂慢慢地分解失效了,因此杀虫剂A的效果一次比一次差,请你给出两个和农夫不同的理由用来解释杀虫剂A的效果一次比一次差。
提示:具有抗药性的苍蝇能够生存下来,并遗传给下一代;环境条件的改变(如温度);杀虫剂使用方法的改变等。
(3)如果继续使用杀虫剂A,那么每代存活的个体数占总个体数的百分比将如何变化 试说明理由。
提示:将不断增加。由于杀虫剂的持续选择作用,不能抵抗杀虫剂的个体被淘汰,而能够抵抗杀虫剂的个体后代中能够抵抗杀虫剂的个体比例高,随着持续的选择作用,抗杀虫剂的个体所占的比例逐渐增加。
自然选择与人工选择的比较
[典例1] 关于自然选择,以下说法正确的是( D )
A.自然选择的直接对象是具有不同基因型的个体
B.自然选择是生物进化的唯一因素
C.自然选择导致生物的不定向变异积累成定向变异
D.自然选择作用于存活率和繁殖率有差异的个体
解析:自然选择的直接选择对象是个体的表型;生物进化的实质是种群基因频率的改变,自然选择通过定向改变种群的基因频率,使生物朝着一定的方向进化,自然选择不是进化的唯一因素,但却是适应性进化的唯一因素;自然选择是定向的,变异是不定向的,自然选择能保留有利变异,淘汰不利变异,从而使有利变异积累起来;自然选择作用于存活率和繁殖率有差异的个体。
[概念误区] 判断自然选择与人工选择的依据是看选择的结果。若选择的结果主要是生物适应环境,则一般是自然选择;若选择的结果主要是满足人们的需要,则为人工选择。对于进化而言,任何选择之前,都已存在变异,可遗传的变异是生物进化的前提。
基因频率、基因型频率分析
[典例2] 某校的一个生物兴趣小组,在研究性学习活动中,开展了色盲普查活动。据调查得知,该校学生中基因型比率为XBXB∶XBXb∶XbXb∶XBY∶XbY=44%∶5%∶1%∶43%∶7%,则Xb的基因频率为( B )
A.7% B.9.3% C.13.2% D.5%
解析:由题意知,该群体中,XBXB、XBXb、XbXb、XBY、XbY的基因型频率分别是44%、5%、1%、43%、7%,假定该群体中有100个个体,则含有的XB基因数是44×2+5+43=136,Xb的基因数是5+2+7=14,因此Xb的基因频率为14÷(14+136)×100%≈9.3%。
[拓展延伸] 基因型频率、基因频率的计算分析
(1)由基因型频率计算基因频率
如果AA=x、Aa=y、aa=z,那么计算基因频率的方法如下(根据基因频率的概念计算):
A基因频率=×100%,
a基因频率=×100%。
例如,从某种群中随机抽取100个个体,测知基因型为AA、Aa、aa的个体分别为30个、60个、10个。那么A、a基因的频率求解如下:
A基因的频率为×100%=60%;
a基因的频率为×100%=40%。
(2)运用哈迪-温伯格定律进行计算
在一个有性生殖的自然种群中,当等位基因只有一对(Aa)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(纯合子)基因型的频率,2pq是Aa(杂合子)基因型的频率,q2是aa(纯合子)基因型的频率。
①种群中一对等位基因(A和a)的基因频率之和等于1(A+a=p+q=1),基因型频率之和也等于1(AA+Aa+aa=1)。
②一个等位基因的频率=该等位基因纯合子的频率+1/2×杂合子的
频率。
③A(a)基因频率=。
概念四 现代生物进化理论为地球上的生命史提供了科学的解释
[概念情境]
如图表示一个亲代种群因地理隔离(河流和山脉)形成两个新种群后进化为两个新物种。
(1)什么因素阻断了种群1、种群2与亲代种群之间的基因交流
提示:地理隔离(河流和山脉)。
(2)新物种与原种无法再进行基因交流,其根本原因是什么
提示:两者已经存在生殖隔离,无法再进行基因交流。
(3)种群1、种群2与亲代种群基因库产生差异的原因是什么
提示:三地的自然环境(气候)不同。
利用现代生物进化理论解释生物的进化
[典例1] 一个山谷(甲区域)中生活着一个鼠种群,其中有一些个体分别迁徙到了乙、丙两个区域。后来由于山洪暴发,导致一条大河发生了改道,使甲、乙、丙三个区域的鼠彼此之间不能往来接触。如图所示为刚分隔时和分隔多年后决定鼠毛颜色的相关基因的调查结果。下列叙述正确的是( A )
A.现代生物进化理论对遗传变异的研究已经从性状水平深入到基因水平
B.三个区域中全部鼠的全部B和b基因可构成3个基因库
C.甲、丙两个区域中的鼠毛颜色朝着相同的方向进化
D.多年后甲、乙两区域中的鼠种群基因频率不同,说明它们存在生殖隔离
解析:现代生物进化理论认为进化的实质是基因频率的改变,研究从性状水平深入到基因水平;三个区域中全部鼠的全部基因可构成3个基因库,不只有B、b基因;进化的方向与基因频率变化的方向是一致的,分析题图可知,甲区域中b的基因频率由66%下降至32%,而丙区域中b的基因频率由21%上升至32%(或甲区域中B的基因频率由34%上升至68%,而丙区域中B的基因频率由79%下降至68%),故甲、丙两个区域中鼠毛颜色的进化方向是不同的;多年后甲、乙两区域中的鼠种群基因频率不同,但它们之间不一定会出现生殖隔离。
[拓展延伸] 现代生物进化理论对生物进化的解释
项目 现代生物进化理论
模型建构
理论的主 要内容 自然选择的实质是环境对变异所对应的基因的选择
生物进化 的原材料 基因突变、基因重组、染色体畸变
进化的 对象 种群
生物进化 的实质 种群基因频率的改变
变异与选 择的关系 变异在前,选择在后,生物性状的差异是变异的结果,选择只是对差异进行淘汰或保留,并实现差异的积累和放大
选择与进 化的方向
物种的形成机制
[典例2] 下列关于物种形成机制的叙述,错误的是( A )
A.不同物种间的杂交能产生可育的后代
B.用秋水仙素处理植物的分生组织得到多倍体
C.经过长期的地理隔离和自然选择可能形成生殖隔离
D.整倍体变异的配子形成合子,合子发育成可育植株
解析:不同物种间在自然条件下不能交配,即使交配成功,也不能产生可育后代;秋水仙素能抑制纺锤体形成,使染色体数目加倍,因此可用秋水仙素处理植物的分生组织得到多倍体;经过长期的地理隔离和自然选择可能形成生殖隔离;整倍体变异的配子形成合子,合子发育成可育植株。
[拓展延伸] 物种形成方式比较及物种与进化的比较
(1)物种形成方式比较
①异地的物种形成(渐变式):如加拉帕戈斯群岛地雀的形成。
一个种群多个小种群种群基因频率定向改变亚种出现生殖隔离新物种
②同地的物种形成(骤变式):同地的物种形成主要是通过染色体畸变形成多倍体的方式形成新物种,一经出现可以很快达到生殖隔离。
③人工创造的新物种——通过植物体细胞杂交(如番茄-马铃薯)、多倍体远缘杂交(如甘蔗-萝卜)、多倍体育种(如异源八倍体小黑麦)等方式创造新物种。
(2)物种形成与生物进化的比较
项目 物种形成 生物进化
标志 生殖隔离出现 种群基因频率改变
变化后的 生物与原 生物的关系 属于不同物种 可能属于同一个物种,也可能属于不同的物种
两者 联系 ①只有不同种群的基因库产生了明显差异,出现生殖隔离后才能形成新物种 ②生物进化不一定产生新物种,新物种产生一定发生了生物进化
牵牛花为虫媒、两性花,花色多样,有白色、红色、蓝紫色等。如图为其色素代谢途径示意图。为探究牵牛花色的遗传与进化,研究者进行了调查和实验。
注:A、B基因位于细胞核内,其等位基因a、b无相应功能;前体物质使花呈白色。
(1)将亲本白色和蓝紫色牵牛杂交,F1中红花植株与蓝紫花植株的比例为1∶1,其中蓝紫色花比亲本中蓝紫色花的颜色浅。
①亲本的基因型为AABb、aabb。
②从分子水平解释F1蓝紫色花比亲本蓝紫色花颜色浅的可能原因:F1蓝紫色花基因型为AaBb,与蓝紫色花亲本相比少1个A基因,使其花瓣细胞中A酶含量少于亲本,合成的天竺葵素也少于亲本,因此颜色要浅。
(2)进一步研究发现,另一对等位基因D、d也影响牵牛花的花色,dd表现为白色。调查发现,某种群中a的基因频率为0.05,d的基因频率为0.4,试解释a和d基因频率差异的可能原因:虽然aa和dd均表现为白花,但基因具有多效性,a基因控制的其他性状可能不利于个体的生存和繁殖,使得aa植株被淘汰的概率远高于dd植株。
(3)为验证假设“传粉者的花色偏好会影响不同花色牵牛的繁殖”,设计了两个方案:
方案一:捕捉一定数量小豆长喙天蛾,涂抹荧光粉后放归自然。一段时间后,统计粘有荧光粉的白色花和有色花数量。
方案二:用无毒无味的蓝紫色(或红色)染料涂抹牵牛种群中50%的白花牵牛的花瓣,另外50%白花牵牛不做处理作为对照,一段时间后统计结实率。
上述两种方案是否可以验证假设,请判断并说明理由:方案一不能;小豆长喙天蛾对不同颜色花的访问次数,仅能反映其是否具有花色偏好,并不能证明传粉者的花色偏好对不同花色牵牛的繁殖一定产生影响。方案二可以;将白色花染成蓝紫色(或红色),保证了变量的单一性,结实率可作为繁殖的指标。在传粉者不变的情况下,若仅改变花色可影响植株结实率,则说明传粉者的花色偏好对不同花色牵牛的繁殖产生了影响。
解析:(1)根据题意可知,白色植株的基因型为 aa ,蓝紫色植株的基因型为A B ,红色植株的基因型为A bb,现亲本白色和蓝紫色牵牛杂交,F1中红花植株与蓝紫花植株的比例为1∶1,其中蓝紫色花比亲本中蓝紫色花的颜色浅,说明蓝紫色的深浅可能与显性基因的个数有关,据分析可知,①亲本的基因型为AABb(蓝紫色)、aabb(白色)。②由亲本的基因型可知,F1蓝紫花植株的基因型为AaBb,通过比较与蓝紫色亲本基因型(AABb)的差异可推测,F1蓝紫色花比亲本蓝紫色花颜色浅的原因可能为F1蓝紫色花瓣细胞中少了一个A基因,使花瓣细胞中A酶的含量少于亲本,细胞中合成的天竺葵素也少于亲本,因此颜色较浅。
(2)进一步研究发现,另一对等位基因D、d也影响牵牛花的花色,dd表现为白色。调查发现,某种群中a的基因频率为0.05,d的基因频率为0.4,a和d基因频率不同的原因可能是基因具有多效性,尽管aa和dd均表现为白花,但a基因控制的其他性状可能不利于个体的生存和繁殖,使得aa植株被淘汰的概率远高于dd植株,进而导致d的基因频率高于a的基因频率。
(3)为验证假设“传粉者的花色偏好会影响不同花色牵牛的繁殖”,设计了两个方案:
方案一:捕捉一定数量小豆长喙天蛾,涂抹荧光粉后放归自然。一段时间后,统计粘有荧光粉的白色花和有色花数量。
方案二:用无毒无味的蓝紫色(或红色)染料涂抹牵牛种群中50%的白花牵牛的花瓣,另外50%白花牵牛不做处理作为对照,一段时间后统计结实率。判断上述两种方案是否可以验证假设,其中方案一不能,方案二可以。理由如下:方案一不能;因为方案一只是调查了小豆长喙天蛾对不同颜色花的访问次数,仅能反映其是否具有花色偏好,并不能证明传粉者的花色偏好对不同花色牵牛的繁殖一定产生影响。方案二可以;因为该方案中将白色花染成蓝紫色(或红色),保证了变量的单一性,同时将结实率作为繁殖的指标,即研究了在传粉者不变的情况下,若仅改变花色可影响植株结实率,则说明传粉者的花色偏好对不同花色牵牛的繁殖产生了影响。因此方案二的实验设计能验证上述假设。
1.研究小组对某公园的金鱼草种群进行调查及基因鉴定,得知红花(CC)金鱼草35株、粉红花(Cc)40株、白花(cc) 25株。下列叙述正确的是( D )
A.金鱼草种群中全部C和c的总和构成其基因库
B.不同花色数量的差异是由适应环境的变异造成的
C.基因重组产生的粉红花为自然选择提供选择材料
D.种群中C的基因频率为55%,Cc的基因型频率为40%
解析:一个种群的基因库包含该种群的所有等位基因;生物的变异是不定向的;花色仅受一对等位基因控制,不存在基因重组;种群中C的基因频率=[(35×2)+40]/(100×2)×100%=55%,Cc的基因型频率=40/100×100%=40%。
2.某地草地贪夜蛾(二倍体)幼虫大量啃食植物的茎和叶,严重危害农作物。使用杀虫剂对其防治一段时间后,其抗药性快速增强。研究发现其常染色体上抗性相关基因a可突变为a1、a2。对该地草地贪夜蛾的基因型及比例进行调查,结果如表:
项目 基因型/%
aa aa1 aa2 a1a1 a1a2 a2a2
比例 20 18 24 1 15 22
下列叙述,错误的是( C )
A.a、a1、a2的区别在于碱基对的数目、排列顺序不同
B.a1、a2的产生体现了基因突变的不定向性
C.该种群中a1、a2基因频率分别为21.9%和51.9%
D.a、a1、a2的遗传遵循基因分离定律
解析:a、a1、a2属于复等位基因,区别在于碱基对的数目、排列顺序不同;a基因突变产生a1、a2,体现了基因突变的不定向性;a1基因频率=(18+1×2+15)÷(100×2)×100%=17.5%,a2基因频率=(24+15+22×
2)÷(100×2)×100%=41.5%;a、a1、a2属于复等位基因,其遗传遵循基因分离定律。
3.下列有关现代生物进化理论的叙述中,错误的是( A )
A.种群是生物进化的基本单位,种群越大进化越快
B.变异是生物进化的基础,但有些变异不会导致进化
C.选择使种群基因频率定向改变,决定生物进化方向
D.地理隔离和生殖隔离都会阻止生物之间的基因交流
解析:种群是生物进化的基本单位,种群进化的实质是种群基因频率的改变,其进化快慢与基因频率改变有关,种群越大不一定进化越快;可遗传变异是进化的基础,为生物进化提供原始的选择材料,不遗传的变异不会导致进化;自然选择是定向的,所以选择使种群基因频率定向改变,从而决定生物进化方向;地理隔离和生殖隔离都会阻止生物之间的基因交流,生殖隔离是新物种形成的标志。
4.绵羊的有角和无角由常染色体上一对等位基因控制。基因型为HH的绵羊有角,基因型为hh的绵羊无角,基因型为Hh的绵羊中,母羊无角,公羊有角。在一个遗传平衡的种群中,HH、Hh、hh个体比例分别为49%、42%、9%。下列相关叙述错误的是( D )
A.该种群中,H的基因频率为70%
B.长期在遗传平衡状态下,该种群是不会发生进化的
C.该种群中,有角个体中纯合子比例为7/10
D.该种群中,全部个体的H和h基因构成了其基因库
解析:该种群中,H的基因频率=49%+1/2×42%=70%;长期在遗传平衡状态下,基因频率不会发生改变,该种群不会发生进化;该种群中,基因型为HH的绵羊(有角)占49%,基因型为Hh的公羊(有角)占1/2×42%=21%,故有角个体中纯合子比例=49%/(49%+21%)=7/10;种群基因库是由一个种群中全部个体所含的全部基因组成的。
5.回答下列有关生物进化和生物多样性的问题。
材料一 某种蛾易被蝙蝠捕食,经过长久的进化后,此种蛾中的一部分个体在感受到蝙蝠的超声波时,便会运用复杂的飞行模式,逃脱危险,其身体也发生了一些其他改变。人工操作使变化后的蛾与祖先蛾交配,产生的受精卵不具有生命力。
材料二 蛙是幼体生活于水中,成体可生活于水中或陆地的动物。由于剧烈的地质变化,某种蛙生活的水体分开,蛙被隔离为两个种群。千百万年之后,这两个种群不能自然交配。
(1)现代生物进化理论认为生物进化的基本单位是 。
(2)这两则材料中发生的相似事件是 (填字母)。
A.协同进化 B.地理隔离
C.生存竞争 D.生殖隔离
(3)在材料一中,蛾复杂飞行模式的形成是 的结果。
(4)在材料二中,若发生剧烈地质变化后,其中一个蛙种群的生活环境是水体逐渐干涸,则种群中个体数减少,导致该种群的 变小。
解析:(1)生物进化的基本单位是种群。
(2)两则材料中都涉及生物交配后不能产生正常后代或不能交配,说明存在生殖隔离。
(3)材料一中,蛾复杂飞行模式的形成是长期自然选择的结果。
(4)种群中个体数减少,导致部分基因消失,种群的基因库变小。
答案:(1)种群 (2)D (3)自然选择 (4)基因库
概念理解练
1.约在300万年前,美洲驼族的祖先从北美洲向南迁徙来到南美洲,逐渐演化为现在南美洲的骆马、原驼、小羊驼和大羊驼等驼族,下列说法中正确的是( B )
A.环境的选择作用对相同环境下的驼族影响不大
B.没有长期的地理隔离,现今的驼族很难形成
C.基因库不同的两个骆马种群不存在相同的基因频率
D.变异的可遗传性阻碍了小羊驼向大羊驼进化
解析:不同的驼族对环境的适应性不同,因此环境对它们的选择作用也不相同,有的种群受到的影响比较大,有的则比较小;美洲驼族的祖先历经300万年才形成现在的驼族,说明这些驼族的形成是渐进的物种形成,渐变式物种的形成要经历长期的地理隔离;基因库不同的两个种群也可能存在相同的基因频率;可遗传变异为生物进化提供原材料,也为小羊驼进化成大羊驼提供了可能。
2.下列有关生物进化的叙述合理的是( D )
A.变异的方向决定了生物进化的方向
B.生物进化的实质是种群基因型频率的改变
C.新物种的形成必须先经过地理隔离,然后形成生殖隔离
D.生存斗争是生物进化的动力
解析:自然选择决定了生物进化的方向;生物进化的实质是种群基因频率的改变;新物种的形成标志是生殖隔离,但是不一定需要经过地理隔离;生存斗争是生物进化的动力。
3.某玉米田长期大量使用农药,导致玉米蚜虫抗药性不断增强,而蚜虫的天敌七星瓢虫数量却急剧下降。下列有关叙述正确的是( C )
A.在玉米田中,蚜虫进化与农药有关,而与七星瓢虫无关
B.玉米蚜虫抗药性不断增强,表明其已经进化成一个新物种
C.在农药持续选择下,蚜虫种群内抗药性基因频率不断增大
D.在农药诱导作用下,玉米蚜虫发生抗药性突变频率比七星瓢虫大
解析:在玉米田中,蚜虫进化与农药和七星瓢虫均有关;玉米蚜虫抗药性不断增强,不能表明其已经进化成一个新物种;在农药持续选择下,蚜虫种群内抗药性基因频率不断增大;玉米蚜虫和七星瓢虫对农药的抗药性突变并不是农药诱导产生的。
4.下列关于生物进化与生物多样性形成的说法中,正确的是( B )
A.只要种群中的基因频率发生改变,就会形成新物种
B.一个遗传平衡的大种群,基因频率在各代中保持不变
C.一个种群的基因库中,显性基因频率大于隐性基因频率
D.若个体产生了有利于生存的变异,则该变异一定能遗传给后代
解析: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,形成新物种需要产生生殖隔离;一个遗传平衡的大种群,其基因频率在各代中保持稳定;一个种群的基因库中,适应环境的基因的频率更大;生物进化的基本单位是种群,所以个体产生的有利于生存的变异不一定在后代中被保留和积累。
5.在没有自然选择,不发生基因突变,没有迁入和迁出的条件下,一个随机交配的足够大的一年生植物种群中,由某对等位基因控制的隐性表型个体的频率是64%,则该种群中显性基因和显性杂合子的频率分别为( C )
A.60%、48% B.40%、48%
C.20%、32% D.80%、32%
解析:设该等位基因为A、a,由题意分析可知,a的基因频率=0.8,A的基因频率=1-0.8=0.2,即20%,故显性杂合子(Aa)的频率=2×A×a=2×
0.2×0.8=0.32,即32%。
6.野生型金黄色葡萄球菌对青霉素是敏感的,将它接种到青霉素浓度为0.1单位/cm3的培养基里,少数存活下来,再把存活下来的接种到青霉素浓度为0.2单位/cm3的培养基里,逐步提高青霉素浓度,得到抗高浓度青霉素的细菌。以下叙述错误的是( A )
A.在选择的过程中,存活下来的金黄色葡萄球菌产生的后代都具有很强的抗青霉素能力
B.存活下来的细菌进行繁殖并将其抗性基因传给后代,最后青霉素可能对它们不再起作用
C.青霉素直接选择了生物的表型,后代的有利变异逐渐累加在一起
D.原始细菌体内存在的抗药性突变与青霉素的作用无关
解析:在选择的过程中,存活下来的金黄色葡萄球菌都具有很强的抗青霉素能力,但变异是多方向的,其产生的后代不一定都具有很强的抗青霉素能力;存活下来的细菌进行繁殖并将其抗性基因传给后代,使细菌的抗药性增强,最后青霉素可能对它们不再起作用;青霉素直接选择了生物的表型,后代的有利变异逐渐累加在一起,使细菌的抗药性增强;原始细菌体内存在的抗药性突变与青霉素的作用无关,青霉素起选择作用。
7.桦尺蠖的体色黑色(S)对灰色(s)为显性。19世纪中叶以前,某地区灰色个体占优势,但随着工业的发展,树干变黑,不利于灰色个体的生存。在两个不同时期,桦尺蠖S和s基因频率的变化如表所示,下列叙述正确的是( D )
基因 基因频率
19世纪中叶以前 20世纪中叶
S 5% 95%
s 95% 5%
A.19世纪中叶以前和20世纪中叶的桦尺蠖属于不同物种
B.s基因频率由95%降至5%说明桦尺蠖发生了退化
C.随着工业的发展,树干变黑使桦尺蠖产生了定向变异
D.自然选择直接作用于桦尺蠖的表型
解析:由题表可知,从19世纪中叶以前到20世纪中叶,s基因频率由95%降至5%,种群基因频率发生改变,桦尺蠖发生了进化,但无法判断是否形成不同物种;先有变异再有选择,树干变黑是生存环境的改变,环境决定生物进化的方向,不能诱导产生变异;自然选择直接作用于个体表型,使得适应环境的表型保留下来。
8.下列关于生物进化的叙述,正确的是( C )
A.基因型为Cc的紫花豌豆逐代自交,纯合紫花基因型频率增加,表明豌豆正在进化
B.细菌在接触青霉素后会产生抗药性的突变个体,青霉素的选择作用使其生存
C.在工业区森林,桦尺蠖种群中黑色蛾逐渐取代了灰色蛾是一种适应性进化
D.在经常刮大风的海岛上,无翅或翅膀特别发达的昆虫更易生存,表明突变基因是有利的
解析:基因型为Cc的紫花豌豆逐代自交的过程中,基因型频率改变了,但是基因频率不变,说明豌豆未发生进化;细菌的抗药性突变体出现在青霉素使用之前,抗生素对抗药性个体起选择作用;在工业区森林,桦尺蠖种群中黑色蛾逐渐取代了灰色蛾是一种适应性进化;在经常刮大风的海岛上,无翅或翅膀特别发达的昆虫更易生存,表明自然选择使有利变异得到保留并逐渐积累。
9.等位基因(A、a)与(D、d)位于同一对常染色体上,基因型为AA或dd的个体胚胎致死。两对等位基因功能互不影响,且在减数分裂过程中不发生交叉互换。以基因型如图果蝇为亲本,逐代自由交配,则后代中基因A的频率将( B )
A.上升 B.不变 C.下降 D.先升后降
解析:等位基因(A、a)与(D、d)位于同一对常染色体上,以基因型如题图果蝇为亲本,产生的卵细胞和精子均为AD∶ad=1∶1,受精作用后得到的子代为AADD∶AaDd∶aadd=1∶2∶1,基因型为AA或dd的个体胚胎致死,则后代只有AaDd,推知基因A的频率不变。
10.某生物种群中,AA、Aa和aa的基因型频率分别为0.3、0.4和0.3,请回答下列问题。
(1)该种群中a基因的频率为 ,A基因的频率为 。
(2)如果该种群满足四个基本条件,即种群非常大、没有基因突变、没有自然选择、没有迁入和迁出,且种群中个体间随机交配,则理论上该种群的子一代中aa的基因型频率为 ;如果该种群的子一代再随机交配,其后代中aa的基因型频率 (填“会”或“不会”)发生改变,a的基因频率为 ,该种群 (填“有”或“没有”)发生进化。
(3)假定该生物种群是豌豆,则理论上该豌豆种群的子一代中AA、Aa的基因型频率分别为 、 。
(4)假如该生物种群中仅有Aabb和AAbb两种类型个体,并且Aabb∶AAbb=1∶1,且该种群中雌雄个体比例为1∶1,个体间可以自由交配,则该种群自由交配产生的子代中能稳定遗传的个体所占比例为 。
解析:(1)由题意可知,种群中各种基因型及比例为AA=0.3,Aa=0.4, aa=0.3,该种群中a基因的频率为a=0.3+0.4×1/2=0.5,则A的基因频率为1-0.5=0.5。
(2)如果该种群足够大、不发生突变、不发生选择、没有迁入和迁出,且种群中个体间随机交配,即该种群为遗传平衡群体,该种群的遗传符合哈迪温伯格定律,该种群的子一代中aa的基因型频率是aa=0.52 =0.25,如果子一代继续随机交配,其后代中aa的基因型频率不发生改变,a的基因频率依然为0.5,由于基因频率没有发生改变,所以该种群没有发生进化。
(3)假定该生物种群是豌豆,豌豆是自花传粉、闭花授粉植物,只能自交,则理论上该豌豆种群的子一代中AA的基因型频率=0.3+0.4× 1/4=0.4,Aa的基因型频率为0.4×1/2=0.2。
(4)假如该生物种群中仅有Aabb和AAbb两种类型个体,并且Aabb∶AAbb=1∶1,且该种群中雌雄个体比例为1∶1,个体间可以自由交配,则首先算出该群体中雌雄配子的比例,根据基因频率的计算方法可以计算出,Ab∶ab=3∶1,则该群体自由交配产生的子代中能稳定遗传的个体(AAbb+aabb)所占比例为3/4×3/4+1/4×1/4=10/16=5/8。
答案:(1)0.5 0.5 (2)0.25 不会 0.5 没有
(3)0.4 0.2 (4)5/8
素养提升练
11.某昆虫原先生活在环境变化不大的盆地中,其长翅和残翅由基因A和a控制。研究人员从该群体中选取100只基因型为Aa的个体,并带到某个经常刮大风的海岛上。两年后,从海岛种群中随机抽取100只该昆虫,发现AA、Aa和aa的个体数分别为10只、20只和70只。下列叙述正确的是( A )
A.海岛上残翅昆虫数量逐渐增多是一种适应性进化
B.Aa的基因型频率较AA高,说明环境直接选择的是基因型
C.Aa个体间相互交配得到AA、Aa和aa的子代是基因重组的结果
D.海岛种群A基因频率从50%降至20%,说明其进化形成了新物种
解析:海岛上残翅昆虫数量增多是自然选择的结果;环境直接选择的是昆虫的表型;Aa的个体相互交配得到的子代出现AA、Aa和aa是基因分离的结果;两年时间海岛种群A基因频率从50%降至20%,昆虫种群发生了进化但不一定形成新物种。
12.某些动物,如蚂蚁和蜜蜂,多数或大多数个体不能生殖,它们把自己的能量用于哺育和保护其他个体的后代。这样,自然选择会产生生殖成功率不同的个体,使有些个体产生大量后代。在蚂蚁的种群中出现大量不生育的个体,其进化上的意义是( B )
A.降低生殖能力可以永远地利用当地的食物资源,而且通过限制生殖可长远的保护种群
B.遗传上看一个群体中的所有个体都很相近,因此通过群体繁殖的成功可积累对环境的适应
C.在新出生的个体中性别比例极不平衡,雌性不能找到雄性交尾,并保持不育状态
D.大部分蚂蚁是单性生殖,能量主要用于自身生存,不具备独立养活后代的能力
解析:若外界环境条件改变,限制生殖有可能影响种群的发展;从遗传上看一个群体中的所有个体都很相近,因此通过群体繁殖的成功可积累对环境的适应;雌性中的蚁后可以找到雄性交尾,并保持可育状态;蚂蚁不是单性生殖。
13.如图中A、B、C表示环境条件差异较大、存在地理障碍的三个地区。A地区某种群部分个体迁移至B、C地区(t1、t2表示不同的时期),经长期进化逐渐形成两个新物种乙、丙。下列叙述正确的是( D )
A.留居在A地区的甲种群基因库将保持稳定
B.自然界中新物种的形成必须经过地理障碍这一条件
C.t1时B、C两地区的种群遗传上的差异不可能是遗传漂变造成的
D.通过这种方式形成的乙、丙是能适应各自环境的新物种
解析:留居在A地区的甲种群的基因频率因为自然选择、基因突变等因素,也会发生改变;新物种形成的标志是生殖隔离的形成,自然界中新物种的形成不一定经过地理隔离;一个初始种群,因环境隔离因素,分隔成两个种群时可能会发生遗传漂变;自然选择决定了生物进化的方向,通过这种方式形成的乙、丙是能适应各自环境的新物种。
14.某地有一种植物,同一植株上不同时期所开花的花色会发生变化,其传粉者包括当地的白线天蛾和8月上旬将迁徙离开的蜂鸟。如图所示7月30日～8月15日前后,当地各类群生物的数量变化。下列分析不合理的是( A )
A.8月该植物种群的红花基因频率下降
B.花色的变化与传粉者的选择作用有关
C.红色的花更容易吸引蜂鸟完成传粉
D.植物的快速反应是适应传粉者改变的结果
解析:8月该植物种群中开红花的数量减少,但红花基因频率不会改变;蜂鸟迁徙离开,开红花的数量减少,白线天蛾增加,开白花的数量增多,说明花色的变化与传粉者的选择作用有关;蜂鸟迁徙离开,开红花的数量减少,说明红色的花更容易吸引蜂鸟完成传粉;植物的快速反应适应了传粉者的改变,有利于植物的繁殖。
15.鸟类与爬行类具有亲缘关系,如图A、B分别为鸟类和爬行类的早期胚胎。
(1)两者亲缘关系在古生物学上最直接的证据是 化石。
(2)19世纪某地生活着1种晨昏型鸟,其基因型为AA、Aa和aa的个体分别有2 000只、2 000只和6 000只,后来,它们迁移到一个孤岛上生存并繁衍后代。
①初始时,该种群中a的基因频率是 。
②调查发现控制日出夜伏型鸟某性状的基因型为DD与Dd,其频率分别为60%和40%(dd属致死型),那么随机交配繁殖一代后,DD基因型的个体占 。
解析:(1)两者亲缘关系在古生物学上最直接的证据是始祖鸟化石。
(2)①由基因型为AA、Aa和aa的个体分别有 2 000只、2 000只和6 000只可知,种群中a的基因为2 000+12 000=14 000,所以a的基因频率为×100%=70%。
②控制日出夜伏型鸟某性状的基因型为DD与Dd,其频率分别为60%和40%,所以D的基因频率=60%+1/2×40%=80%,d的基因频率=20%,随机交配繁殖一代后,DD基因型频率为64%,Dd的基因型频率为32%,DD基因型的个体占64%/(64%+32%)=2/3。
答案:(1)始祖鸟 (2)①70% ②2/3第三节 生物多样性为人类生存提供资源与适宜环境
教学内容 教学要求 素养归属
1.生物多样性包括物种多样性、遗传多样性以及生态系统多样性 通过归纳与概括,分析生物多样性的层次,并能对不同的层次进行分析解读 科学思维
2.人类生存和发展受益于生物多样性 明确人与生物多样性的和谐统一关系,认同生物多样性为人类的所需提供间接和直接价值 社会责任
3.人类活动会影响生物多样性,生物多样性也会影响人类生存 (1)举例分析人类对生物多样性的影响,根据生物多样性的特点,提出相应的保护措施 科学思维
(2)针对现在的各种生物多样性丧失及保护议题,进行合理分析和讨论 社会责任
1.生物多样性包括物种多样性、遗传多样性以及生态系统多样性
(1)生物多样性的定义
生物多样性是地球上所有的动物、植物、微生物物种和它们所拥有的全部基因以及它们赖以生存的生态环境的总和。
(2)生物多样性的层次
①物种多样性(核心)
a.定义:地球上动物、植物、微生物等生物种类的丰富程度。
b.测量指标:物种总数、物种密度、特有种比例。
②遗传多样性
是生物多样性的重要组成部分,是指地球上生物所携带的全部遗传信息的总和。
③生态系统多样性
主要指地球上生态系统组成、功能的多样性以及生态环境的多样性、生物群落的多样性、生态系统类型的多样性等多个方面。
(3)生物多样性间的联系
遗传多样性决定了物种的多样性,物种的多样性形成了不同的生态系统,生态系统中的生物种类和数量越多,生态系统越稳定,生物圈越
稳定。
2.人类生存和发展受益于生物多样性
(1)生物多样性的价值是巨大的:人类从生物多样性中得到了所需的全部食品、许多药物和工业原料。
(2)千姿百态的生物给人以美的享受,是艺术创造和科学发明的源泉。
(3)生物多样性的生态价值是巨大的,在维系自然界能量流动、物质循环、改良土壤、涵养水源及调节小气候等诸多方面发挥着重要作用。
3.人类活动会影响生物多样性,生物多样性也会影响人类生存
(1)人类活动对生物多样性的影响
①当人类活动遵循自然规律时,其活动会促进生物多样性的增加。
②当人类片面追求单一因子的效益,并且利用一切手段来强化这种效益时,其结果会损害生物多样性并导致某些物种的灭绝,最终威胁人类自身的生存和发展。
(2)生物多样性保护
①对面临灭绝的珍稀濒危物种和生态系统的绝对保护。
②对数量较大的可以开发的资源进行可持续的合理利用。
(3)生物多样性保护的主要形式:迁地保护和就地保护。
概念一 生物多样性包括物种多样性、遗传多样性以及生态系统多
样性
[概念情境]
如图为组成生物多样性的3个层次示意图。回答下列问题。
(1)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别体现了生物哪一个层次上的多样性
提示:据图分析,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别在遗传、物种和生态系统3个不同层次上体现了生物的多样性。
(2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中哪一个是生物多样性的核心
提示:物种多样性是生物多样性的核心。
(3)一个物种的遗传多样性和其对环境的适应性之间存在什么样的
关系
提示:一个物种所包含的遗传基因越丰富,它对环境的适应能力就
越强。
生物多样性的概念及层次分析
[典例1] 下列关于生物多样性的叙述中错误的是( D )
A.物种多样性是生物多样性的核心
B.生物多样性的形成经过了漫长的进化历程
C.生态系统多样性减少会导致遗传多样性减少
D.保护生物多样性就是保护生态系统的多样性
解析:生物多样性包括三个方面,即遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性,其中物种多样性是核心;生物与生物之间、生物与无机环境之间的共同进化导致生物多样性的形成,生物多样性的形成经过了漫长的进化历程;每个物种都是一个独特的基因库,遗传的多样性决定了物种的多样性,物种的多样性形成了不同的生态系统,当生态系统多样性减少时,物种的多样性和遗传的多样性也会发生锐减。
各种进化方式比较
[典例2] 安第斯山区有数十种蝙蝠以花蜜为食。其中,长舌蝠的舌长为体长的1.5倍。只有这种蝙蝠能从长筒花狭长的花冠筒底部取食花蜜,且为该植物的唯一传粉者。由此无法推断出( B )
A.长舌有助于长舌蝠避开与其他蝙蝠的竞争
B.长筒花可以在没有长舌蝠的地方繁衍后代
C.长筒花狭长的花冠筒是自然选择的结果
D.长舌蝠和长筒花相互适应,协同进化
解析:只有长舌蝠能从长筒花狭长的花冠筒底部取食花蜜,且为该植物的唯一传粉者,这是长舌蝠和长筒花相互选择、相互适应、协同进化的结果,同时这种生活方式也减弱了长舌蝠与其他蝙蝠的竞争。长舌蝠是长筒花的唯一传粉者,故必须在有长舌蝠生存的地方长筒花才能繁殖后代。
[拓展延伸] 协同进化、趋异进化、趋同进化、平行进化的综合比较
项目 协同进化 趋异进化 趋同进化 平行进化
主要 原因 物种之间形成的相互作用、相互依存的关系 源自同一祖先的生物,生存环境不同 源自不同祖先的生物,生存环境相似 源自共同祖先,且互有亲缘关系
进化的 结果 物种形成精巧的相互适应 生物向着不同的方向进化 生物体的整体或部分形态构造向着同一方向改变 独立地进化出相似的特征
概念二 人类生存和发展受益于生物多样性
[概念情境]
潮上带是指位于平均高潮线与最大涨潮线之间的区域,正常潮汐作用下不能到达;潮间带是指平均最高潮位和最低潮位间的海岸,即涨潮时淹没退潮时露出水面的范围。某滨海湿地潮间带的土壤盐渍化严重,植物物种多样性非常低,潮上带土壤盐渍化相对较轻,芦苇是该区域的优势种(主要通过无性方式繁殖),但其遗传多样性相对较低。
请思考并回答以下问题。
(1)芦苇植被不但为昆虫、水鸟等动物提供栖息环境和食物来源,而且也是重要的造纸原料,这体现了生物多样性的什么价值
提示:直接价值和生态价值。
(2)尝试分析芦苇群体的遗传多样性相对较低的可能原因。
提示:芦苇主要以无性繁殖为主,产生的变异较少。
(3)尝试提出该滨海湿地芦苇植被的保护措施。
提示:保护该滨海湿地芦苇植被的措施是建立自然保护区保护其环境的完整性,引入或培育耐盐碱的新品种。
人类生存与生物多样性的关系
[典例] 下列有关生物多样性的叙述中不正确的是( C )
A.遗传的多样性决定了物种的多样性
B.当生态系统多样性减少时,物种的多样性和遗传的多样性也会发生锐减
C.森林能够涵养水源、调节小气候等,这能体现生物多样性的潜在价值
D.某种生物的数量减少或灭绝,必然会影响它所在的生态系统
解析:遗传的多样性决定了物种的多样性;当生态系统多样性减少时,物种的多样性和遗传的多样性也会发生锐减;森林能够涵养水源、调节小气候等,这能体现生物多样性的生态价值;某种生物的数量减少或灭绝,必然会影响它所在的生态系统。
[知识储备] 生物多样性是人类赖以生存的保障,即使现在对人类而言无用的生物,可能是人类未来所依赖的,因此,对于生物多样性,不能以现在的有用或无用的视角去审视,而应做到对生物多样性的全方位保护。
概念三 人类活动会影响生物多样性,生物多样性也会影响人类生存
[概念情境]
我国要求各省、市、自治区做好城市建设中的生态环境保护工作,足见我国政府对环境问题的重视。请思考并回答以下问题。
(1)面对生态环境恶化问题,人类应吸取教训,在思考未来发展的同时,还应如何操作
提示:合理利用自然资源、保护生物多样性、减少污染等。
(2)生态环境保护的工作有很多,如生物多样性保护、廊道建设示范等。在保护生物多样性的方法中,哪种保护是目前进行生物多样性保护最有效的措施
提示:就地保护。
(3)中外专家探讨了干旱、半干旱地区植被修复和生态保护的结合方式。设计生态恢复时,为尽快增加该地区的物种多样性和遗传多样性,能否大量引进外来物种
提示:不能。大量引进外来物种可能会导致生物入侵现象出现,不利于生态恢复。
人类活动对生物多样性的影响及保护
[典例] 下列关于生物多样性的说法,正确的是( D )
A.森林中的毒蛇与生物多样性没有直接关系
B.保护生物多样性不利于人类的生存和发展
C.生物圈内的所有生物构成了生物多样性
D.生物多样性保护包括就地保护和迁地保护
解析:森林中的毒蛇丰富了物种多样性,与生物多样性有直接关系;保护生物多样性有利于人类的生存和发展;生物圈内的所有生物构成了生物多样性中的物种多样性,生物多样性还包括遗传多样性和生态系统多样性;生物多样性保护包括就地保护和迁地保护,最有效的保护措施是就地保护。
[概念误区] 就地保护与迁地保护都是进行生物多样性保护的操作手段,相比较而言,就地保护能更有效、更充分地实现生态系统多样性、物种多样性和遗传多样性的保护。
草本植物报春花多数为二型花柱,少数为同型花柱(如图1所示)。花药的位置明显低于柱头的为长柱型花;柱头位置明显低于花药的为短柱型花。同型花柱的花中,花药与柱头高度相近。
(1)熊蜂、蝴蝶和天蛾等昆虫的喙细而长,在吸食花筒底部花蜜的同时,也起到帮助报春花传粉的作用,这是长期自然选择(或协同进化)的
结果。
(2)研究发现,随着海拔高度增加,高山上环境温度降低,传粉昆虫减少,同型花柱的花比例增大。为研究上述现象,科研人员进行模拟实验,处理及结果如图2所示。
①本实验中,套袋处理可以防止外来花粉的干扰,模拟了高山上无传粉者(或协同进化)的条件。
②据图可知,套袋处理后同型花柱报春花结实率较高,二型花柱报春花的结实率明显降低或不结实,推测同型花柱报春花传粉方式主要为自花传粉(填“自花传粉”或“异花传粉”)。
(3)结合图1和图2分析,二型花柱报春花的主要传粉方式为异花传粉,这种传粉方式虽然有利于增加报春花的遗传多样性,但同型花柱报春花主要为自花传粉,在传粉昆虫减少条件下结实率更高,有利于繁殖,因而高海拔环境下同型花柱的花比例增大。
解析:(1)熊蜂、蝴蝶和天蛾等昆虫的喙细而长,在吸食花筒底部花蜜的同时,也起到帮助报春花传粉的作用,这是长期自然选择(或协同进化)的结果。
(2)①根据题意可知,“高山上环境温度降低,传粉昆虫减少”,因此本实验中,套袋处理可以防止外来花粉的干扰,模拟了高山上无传粉者的条件。
②据图可知,套袋处理后同型花柱报春花结实率较高,二型花柱报春花结实率明显降低或不结实,推测同型花柱报春花主要进行自花传粉。
(3)结合图1和图2分析,套袋处理后,二型花柱报春花结实率降低或不结实,说明其主要传粉方式为异花传粉,这种传粉方式虽然有利于增加报春花的遗传多样性,但同型花柱报春花主要为自花传粉,在传粉昆虫减少条件下结实率更高,有利于繁殖,因而高海拔环境下同型花柱的花比例增大。
1.下列关于生物多样性的说法,错误的是( D )
A.物种多样性属于生物多样性范畴
B.生物多样性是协同进化的结果
C.生物多样性的根本原因是遗传多样性
D.有害生物不能体现生物多样性的价值
解析:生物多样性包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性;生物多样性是协同进化的结果;生物多样性的根本原因是遗传多样性;有害生物也能体现生物多样性的价值,如参与维持生物多样性,体现生态价值,也可能含有潜在价值。
2.某种兰花有细长的花矩(如图),花矩顶端储存着花蜜,这种兰花的传粉需借助具有细长口器的蛾在吸食花蜜的过程中完成。下列叙述正确的是( C )
A.蛾口器的特征决定兰花花矩变异的方向
B.花矩变长是兰花新物种形成的必要条件
C.口器与花矩的相互适应是协同进化的结果
D.蛾的口器会因吸食花蜜而越变越长
解析:变异是不定向的;新物种形成的必要条件是隔离;两种生物之间的相互适应是协同进化的结果;蛾的口器变长是自然选择的结果。
3.下列有关生物多样性的叙述,错误的是( B )
A.过度的人为干扰会导致生物多样性降低
B.植物和动物以及它们拥有的全部基因构成了生物多样性
C.就地保护和迁地保护是对生物多样性进行有效保护的常用措施
D.人工湿地具有涵养水源、调节气候功能,属于生物多样性的生态
价值
解析:过度的人为干扰会导致生物多样性降低,生态系统稳定性降低;生物多样性包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性;就地保护和迁地保护是对生物多样性进行有效保护的常用措施;人工湿地具有涵养水源、调节气候功能,属于生物多样性的生态价值。
4.花天牛是果园中常见的害虫,以果树的花和叶为食。人们可以通过喷洒农药来防治虫害,也可以利用花天牛的天敌——啄木鸟来进行生物防治。下列有关叙述错误的是( C )
A.使用农药会导致花天牛种群的抗药基因频率升高
B.使用农药会污染环境且会杀死其他生物,不宜大力推广
C.啄木鸟的引入会使花天牛的数量持续降低
D.啄木鸟与花天牛在捕食与被捕食过程中协同进化
解析:使用农药会对花天牛抗药性进行选择,从而导致花天牛种群的抗药基因频率升高;农药属于化学防治,使用农药会污染环境且会杀死其他生物,不宜大力推广;啄木鸟与花天牛在捕食与被捕食过程中协同进化,因而花天牛的数量不会持续降低。
5.狮子鱼多栖息于温带靠海岸的岩礁或珊瑚礁内,但在马里亚纳海沟7 000米以下的深海环境中生存着一个通体透明的新物种——超深渊狮子鱼,深海环境具有高压、终年无光等特殊极端条件。研究发现,该超深渊狮子鱼基因组中与色素、视觉相关的基因发生了大量丢失,这些遗传变异共同造成了这一物种的奇特表型和对深海极端环境的适应能力。下列说法正确的是( D )
A.超深渊狮子鱼与温带靠海岸分布的狮子鱼一定不能交配成功
B.在深海环境中,超深渊狮子鱼个体间在斗争过程中相互选择,协同进化
C.在海底漆黑环境的诱导下,超深渊狮子鱼的眼睛发生退化
D.因自然选择,超深渊狮子鱼种群与温带靠海岸狮子鱼种群的基因库不同
解析:由题意可知,超深渊狮子鱼是一个新物种,故超深渊狮子鱼与温带靠海岸分布的狮子鱼存在生殖隔离,即使交配成功,也不能产生可育后代;协同进化是指不同物种之间,生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展,而超深渊狮子鱼只是一个物种;根据题干信息,超深渊狮子鱼的眼睛退化的原因应是“基因组中与色素、视觉相关的基因发生了大量丢失”,高压、终年无光等特殊极端条件只是进行了自然选择;超深渊狮子鱼基因组中与色素、视觉相关的基因发生了大量丢失,使得超深渊狮子鱼种群与温带靠海岸狮子鱼种群的基因库
不同。
概念理解练
1.研究小组对长江凤鲚和珠江凤鲚两个种群的线粒体细胞色素b(cytb)基因片段序列进行分析,结果显示,序列有44个变异位点,
总变异率为11.5%,这些差异属于( C )
A.生态系统多样性 B.物种多样性
C.遗传多样性 D.生境多样性
解析:生物多样性包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性三个层次,由题可知,这些差异为不同的基因变异类型,故为遗传多样性。
2.生物多样性是人类社会赖以生存和发展的基础。生物多样性是指( D )
A.所有的动物、植物和微生物所包含的全部基因
B.物种的数目及其数量的多样性
C.生物与环境相互作用构成的生态系统多样性
D.地球上全部生物和它们所含基因以及与环境相互作用的生态系统多样性的总和
解析:生物多样性是指地球上全部生物和它们所含基因以及与环境相互作用的生态系统多样性的总和。
3.下列关于生物多样性及其保护措施的叙述中,正确的是( D )
A.中药材的药用功能体现了生物多样性的生态价值
B.建立植物园及动物园是对生物多样性最有效的保护
C.引进外来物种是增加当地生物多样性的重要措施
D.加强对保护生物多样性的教育和法制管理
解析:中药材的药用功能体现了生物多样性的直接价值;建立自然保护区(就地保护)是对生物多样性最有效的保护;引进外来物种不慎会导致生物入侵;加强对保护生物多样性的教育和法制管理。
4.蝗虫分布于全世界的热带、温带草地和沙漠地区,其体色与不同地域生活环境的色彩大体一致,与种类无关,这种现象在生物学上叫作保护色。如生活在青草丛中的蝗虫体色多呈绿色,生活在枯草丛中的蝗虫体色多呈灰黄色。下列有关说法正确的是( B )
A.蝗虫的体色是由环境因素决定的,与遗传物质无关
B.蝗虫体色多样,不同体色的形成是长期自然选择的结果
C.生活在不同地域的蝗虫属同一物种,不存在遗传多样性
D.若某蝗虫种群没发生基因突变,说明此种群没有发生进化
解析:蝗虫的体色是由基因和环境共同决定的;自然选择决定生物进化的方向,蝗虫体色多样,不同体色的形成是长期自然选择的结果;生活在不同地域的蝗虫属同一物种,但基因有差异,能体现遗传多样性;没有发生基因突变不代表种群基因频率没有改变,只要种群基因频率改变,就发生了进化。
素养提升练
5.保护生物多样性是实现人类社会可持续发展的基础。下列有关叙述错误的是( B )
A.生物多样性的形成是长期生物进化的结果
B.生物多样性的直接价值明显大于其生态价值
C.生物多样性的下降往往与人类活动范围和强度密切相关
D.合理开发利用与建立自然保护区等措施均能有效保护生物多样性
解析:生物多样性的形成是长期生物进化的结果;近年来研究表明生物多样性的生态价值明显大于其直接价值;生物多样性的下降往往与人类活动范围和强度密切相关;合理开发利用与建立自然保护区等措施均能有效保护生物多样性。
6.(2021·丽水期末)下列关于生物多样性的叙述,错误的是( C )
A.遗传多样性是生物多样性的重要组成部分
B.物种多样性指地球上生物种类的丰富程度
C.生态系统多样性丧失时,会影响除人类以外的其他生物的生存
D.从分子水平看,生物多样性的直接原因是蛋白质具有多样性
解析:生物多样性包括物种多样性、遗传多样性和生态系统多样性;物种多样性指地球上生物种类的丰富程度;生态系统多样性丧失时,不止影响其他生物,也会给人类带来极大的危害;蛋白质是生命活动的主要承担者和体现者,基因通过控制蛋白质的结构来直接控制生物的性状,因此,从分子水平看,生物多样性的直接原因是蛋白质具有多样性。
7.在北极的一个山脉中,原始的狼已经进化成了在体格和生活习性上不同的变种,其中一种狼的体重较轻,四肢发达而灵活,以猎鹿为主;另一种狼的体重较重,足短而力强,常常攻击羊群。下列叙述错误的是( B )
A.狼的性状分歧是自然选择的结果
B.上述现象说明自然选择在一定程度上是不定向的
C.在生存斗争中,捕食者和被捕食者之间进行着相互选择
D.自然选择对不同种群的基因频率的改变所起的作用有所差别,最终导致这些种群的基因差异较大,并逐步出现生殖隔离
解析:捕食者和被捕食者之间在生存斗争中进行着相互选择,自然选择决定生物进化的方向,自然选择可使种群基因频率发生定向改变,使不同的种群基因频率改变的方向不同。
8.自然条件下,某二倍体植物可通过自花传粉和异花传粉繁衍后代。工作人员对某地的该植物种群做过两次调查,初次调查发现该植物仅有红花植株和白花植株两种类型,若干年后第二次调查发现有红花、黄花和白花三种类型,调查结果如表。假设aR、ay和a基因依次控制红花、黄花和白花性状,aR对ay、a为显性,ay对a为显性。下列叙述正确的是( D )
项目 红花植株 黄花植株 白花植株
初次调查 64% 0 36%
二次调查 36% 39% 25%
A.种群基因库由种群中全部个体的花色基因共同构成
B.种群中a的基因频率在两次调查中分别为80%和60%
C.ay基因的产生及其频率的变化是基因突变的结果
D.表格所示的调查结果体现了该植物的遗传多样性
解析:种群基因库由种群中全部个体的全部基因共同构成;根据表中数据无法计算出种群中a的基因频率;ay基因的产生是基因突变的结果,但其频率的变化不一定是基因突变的结果;表格所示的调查结果体现了该植物的遗传多样性。
9.回答下列有关生物进化与生物多样性的问题。
随着生命科学技术的不断发展,物种形成、生物多样性发展机制的理论也在不断地发展与完善。如图是科学家利用果蝇所做的进化实验,两组实验仅喂养食物不同,其他环境条件一致。
(1)第一期时,甲箱和乙箱中的全部果蝇属于两个 。
(2)经过八代或更长时间之后,甲箱果蝇体色变浅,乙箱果蝇体色变深。再混养时,果蝇的交配择偶出现严重的同体色选择偏好,以此推断,甲、乙品系果蝇之间的差异可能体现的是 多样性,判断的理由是 。
(3)经长时间培养后,两箱中的果蝇体色发生了很大的变化,请用现代生物进化理论解释这一现象出现的原因:两箱分养造成 ,
当两箱中果蝇发生变异后,由于 不同,导致 变化,两个群体体色出现很大差异。
解析:(1)第一期时,甲箱和乙箱中的全部果蝇是分布在两个区域的,因此属于两个种群。
(2)由题意知,经过八代或更长时间之后再混养时,果蝇的交配择偶出现严重的同体色选择偏好。虽然交配选择上有体色偏好,但可能依然不影响两者存在交配的行为与后代的可育性,体现的是遗传多样性(或两品系果蝇之间可能产生了生殖隔离,属于两个物种,因此甲、乙品系果蝇之间的差异可能体现的是物种多样性)。
(3)两箱分养造成地理隔离,不同种群间不能进行基因交流,当两箱中果蝇发生变异后,由于食物的差异与选择不同,导致基因频率向不同方向积累变化,两个群体体色出现很大差异。
答案:(1)种群 (2)遗传 虽然交配选择上有体色偏好,但可能依然不影响两者交配的行为与后代的可育性(物种 由于交配的同体色偏好,两品系果蝇之间产生生殖隔离) (3)地理隔离而不能进行基因交流 食物的差异与选择 基因频率向不同方向
第五章 章末检测
(时间:60分钟 分值:100分)
一、选择题(本大题共20小题,每小题3分,共60分。每小题列出的四个备选项中,只有一个是符合题目要求的,不选、多选、错选均不
得分)
1.下列关于生物进化的叙述,错误的是( D )
A.生物的种间竞争是一种选择过程
B.群体中近亲繁殖可提高纯合体的比例
C.外来物种入侵能改变生物进化的速度和方向
D.有害突变不能成为生物进化的原材料
解析:生物的种间竞争是一种选择过程;近亲繁殖时由于双亲携带相同基因的概率大大增加,故可以提高该种群基因纯合的比例;外来物种入侵能改变生物进化的速度和方向;突变是有害还是有利取决于其生存的环境,有害变异在环境改变时也可能成为有利变异。
2.人工选择培育家鸡新品种的过程中,家鸡种群的( B )
A.变异是定向的
B.基因库会发生改变
C.不遗传的变异是人工选择的前提
D.基因频率保持不变
解析:变异是不定向的;人工选择培育家鸡新品种的过程中,家鸡种群的基因库会发生改变;可遗传的变异是人工选择的前提;在选择的过程中,种群的基因频率会发生改变。
3.下列有关生物多样性和进化的叙述中不正确的是( A )
A.细菌在接触青霉素后会产生具有抗药性的突变个体,青霉素的选择作用使其生存
B.蜂鸟细长的喙与倒挂金钟的筒状花萼是它们长期协同进化形成的相互适应特征
C.异地新物种的形成通常要经过突变和基因重组、自然选择及隔离三个基本环节
D.自然选择能定向改变种群的基因频率,决定了生物进化的方向
解析:变异发生在选择之前,在使用青霉素之前细菌中就存在抗药性突变体;蜂鸟细长的喙与倒挂金钟的筒状花萼是它们长期协同进化形成的相互适应特征;异地新物种的形成通常要经过突变和基因重组、自然选择、隔离三个基本环节;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。
4.在男女学生比例均等的某校学生中,红绿色盲患者占4.5%,且全为男生,红绿色盲携带者占7%,在该校学生中的色盲基因频率是( B )
A.11.5% B.7.6% C.8% D.4.54%
解析:设该校男女学生各100人,由于色盲是伴X染色体隐性遗传,Y染色体上无对应的等位基因,色盲携带者是女性,因此该校学生中的色盲基因频率为(200×4.5%+200×7%)÷(100×2+100)×100%≈7.6%。
5.下列关于新物种形成的叙述,与事实不相符的是( B )
A.异地的物种形成需要种群间遗传差异的积累
B.四倍体和二倍体杂交得到的三倍体是新物种
C.新物种可以在亲本物种所在地区产生
D.一个新物种可以扩展形成多个基因库
解析:异地的物种形成与自然选择有关,需要种群间遗传差异的积累;二倍体西瓜经秋水仙素处理成为四倍体西瓜,二倍体西瓜和四倍体西瓜杂交后代为三倍体,三倍体是不育的,不能称为新物种;新物种可以在亲本物种所在地区产生;一个新物种可以扩展形成多个基因库。
6.下列有关生物进化和生物多样性的叙述,错误的是( D )
A.自然界中种群的基因频率是在不断变化的,基因频率的变化是导致基因库变化的原因
B.狼和鹿通过捕食和被捕食进行着相互选择,实现协同进化
C.从分子水平上看,生物的性状具有多样性的根本原因是DNA的多
样性
D.生物多样性包括遗传多样性和物种多样性
解析:生物多样性包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性三个层次。
7.下列关于自然选择和生物进化的叙述,正确的是( A )
A.自然选择是对影响个体存活和繁殖的差异进行选择
B.自然选择是引起种群基因频率改变的唯一因素
C.种群基因型频率改变能说明生物进化已经发生
D.种群间的地理隔离是物种形成的必要条件
解析:自然选择是对影响个体存活和繁殖的差异进行选择;引起种群基因频率改变的因素有自然选择、突变和基因重组等;种群基因频率改变能说明生物进化已经发生;种群间的地理隔离不是物种形成的必要条件,如多倍体的形成。
8.科学家对某地一种蟹的体色深浅进行了研究,结果如图所示。对不同体色的蟹数量不同的最合理解释是( B )
A.体色深和体色浅的个体繁殖能力弱
B.中间体色与环境颜色相适应,不易被天敌捕食
C.体色深和体色浅的个体食物来源太少
D.中间体色是一种适应性更强的新物种
解析:体色不同的蟹仍是同一物种,它们的生殖能力没有多大差别;蟹种群个体间存在体色差异,在生存斗争中,与环境颜色相适应的中间体色不易被天敌捕食,从而得以生存和繁殖;不同体色的蟹的食物来源一致;中间体色的蟹适应性强,但不是新物种。
9.如图所示,某玉米田从N年开始持续使用杀虫剂,而此地的玉米螟数量呈如图所示的种群数量变化,对此现象解释正确的是( C )
A.玉米螟经杀虫剂诱导产生了定向变异
B.玉米螟对杀虫剂进行了定向选择
C.杀虫剂对玉米螟的抗药性变异进行了定向选择
D.害虫对杀虫剂产生了隔离
解析:变异是多方向的;杀虫剂对玉米螟进行了定向选择;在使用杀虫剂之前,玉米螟就存在多种变异,杀虫剂对玉米螟的抗药性变异进行了定向选择。
10.由于除草剂的使用,全球抗药性杂草的发生呈上升趋势。据不完全统计,有188种杂草物种中的324种生物类型对19类化学除草剂产生了抗药性。下列叙述错误的是( B )
A.324种生物类型体现了遗传多样性
B.除草剂的使用导致了种群内抗性基因的突变
C.交替使用除草剂是延缓抗药性杂草发生的有效措施之一
D.没有除草剂使用的农田中敏感性个体的基因型频率高于抗药性
个体
解析:题干中“生物类型”并非指物种,是指遗传多样性;除草剂对杂草起了选择作用,使种群内抗性基因频率增加;除草剂交替使用是延缓抗药性杂草发生的有效措施之一;没有除草剂使用的农田生态系统中无对抗药性的选择作用,故敏感性个体多于抗药性个体。
11.下列关于生物进化的叙述,错误的是( D )
A.新物种形成最显著的标志是出现了生殖隔离
B.基因突变产生新基因改变了种群的基因频率,对生物进化有重要
意义
C.一个种群中往往有成千上万的基因座位中有两个或两个以上不同的等位基因
D.生物进化过程中,种群基因频率总是变化的,且显性基因频率比隐性基因频率增加得快
解析:新物种形成最显著的标志是出现了生殖隔离;基因突变产生新基因改变了种群的基因频率,对生物进化有重要意义;一个种群中往往有成千上万的基因座位中有两个或两个以上不同的等位基因;生物进化过程中,种群基因频率总是不断变化的,但不同的种群中显性基因频率与隐性基因频率增加的快慢可能不同。
12.下列关于遗传漂变和自然选择的叙述中正确的是( D )
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
解析:遗传漂变在小种群中更易发生;遗传漂变是因为偶然事件导致基因频率发生较大变化,并不能产生新的可遗传变异;遗传漂变和自然选择都是进化的重要因素;能够打破遗传平衡使种群基因频率发生变动的因素有突变、基因迁移、遗传漂变、非随机交配、自然选择。
13.鼠尾草的雄蕊高度专化,成为活动的杠杆系统,并与蜜蜂的大小相适应。当蜜蜂前来采蜜时,根据杠杆原理,上部的长臂向下弯曲,使顶端的花药接触蜜蜂背部,花粉便散落在蜜蜂背上。下列分析错误的是( C )
A.根据资料分析,鼠尾草属于虫媒传粉植物
B.鼠尾草雄蕊的高度专化是基因频率定向改变的结果
C.鼠尾草雄蕊的高度专化表明自然选择是进化的唯一因素
D.鼠尾草花和传粉昆虫的某些形态特征发生了相互关联的进化
解析:根据题述资料分析,鼠尾草属于虫媒传粉植物;鼠尾草雄蕊的高度专化是基因频率定向改变的结果;鼠尾草雄蕊的高度专化表明自然选择是进化的因素之一;鼠尾草花的大小、形态等与传粉昆虫的大小、形态、口器的类型和结构等特征相适应,属于协同进化。
14.下列是关于生物有共同祖先的证据,其中叙述错误的是( D )
A.化石证据是生物进化的直接证据
B.人的某些发育阶段与鱼相似
C.所有生物共用一套遗传密码
D.哺乳动物的上肢骨骼结构一致
解析:化石证据是生物进化的直接证据,可以证明生物有共同祖先;人的某些发育阶段与鱼相似是胚胎学证据,证明生物有共同祖先;地球上存在的生物的遗传物质都是核酸,且都遵循中心法则和碱基互补配对原则,所有生物共用一套遗传密码;不同哺乳动物的上肢骨骼结构模式一致,但结构有差异。
15.下列有关基因库、基因频率、基因型频率和基因座位的叙述,正确的是( D )
A.一个群落中全部基因的总和称为基因库
B.在遗传平衡时,只有基因频率不变,基因型频率可变
C.基因型频率改变时,基因频率随之改变
D.易位将发生基因座位的改变
解析:一个种群中全部个体所含有的全部基因的总和称为基因库;在遗传平衡时,基因频率不变,基因型频率也不变;基因型频率改变时,基因频率不一定改变,如杂合子连续自交过程;易位改变了基因在染色体上的位置,即基因座位发生了改变。
16.滥用抗生素会使细菌出现耐药性,如果被这样的细菌感染,则人体会因该种细菌能够抵抗各种抗生素而无药可救。下列有关说法正确的是( D )
A.抗生素的使用可增强人体的免疫力,但会引起细菌的定向变异
B.细菌中本来就存在“耐药性”个体,长期使用抗生素导致“耐药性”基因频率下降
C.“耐药性”基因频率的改变导致细菌发生进化,产生新的“耐药性”病菌
D.抗生素的滥用导致“耐药性”细菌被优选出来,是抗生素对细菌进行选择的结果
解析:变异是不定向的,且抗生素只能对细菌的抗药性进行选择,不能导致细菌产生抗药性变异;细菌中本来就存在“耐药性”个体,长期使用抗生素导致“耐药性”基因频率上升;“耐药性”基因频率的改变导致细菌发生进化,但没有产生新的“耐药性”病菌;抗生素的滥用导致“耐药性”细菌被优选出来,实质是抗生素对细菌选择的结果,导致“耐药性”基因频率上升。
17.桦尺蠖体色由常染色体上的一对基因控制,黑色对灰色为显性;某地区桦尺蠖几乎都为灰色,由于工业污染,30年后灰色仅占4%。下列分析正确的是( B )
A.该地区所有黑色和灰色的成年桦尺蠖组成一个种群
B.自然选择是导致桦尺蠖发生上述适应性进化的唯一因素
C.30年后,在黑色桦尺蠖的群体中纯合子所占比例为64%
D.工厂排出的煤烟直接作用于桦尺蠖基因型,导致控制黑色的基因频率逐代上升
解析:种群是一定区域内同种生物所有个体的集合,该地区所有黑色和灰色的成年桦尺蠖不构成一个种群,还缺少其幼虫;自然选择使种群的基因频率发生定向的改变并决定生物进化的方向,是导致适应性进化的唯一因素;30年后灰色仅占4%,则a=1/5,A=4/5,AA=16/25,
Aa=8/25,则在黑色桦尺蠖的群体中纯合子所占比例为16/24≈66.7%;工厂排出的煤烟直接作用于桦尺蠖的表型。
18.下列关于生物变异与进化的叙述,正确的是( C )
A.害虫在接触到农药后,会产生抗药性的变异
B.三倍体西瓜由于不能与普通西瓜杂交产生可育后代,因而属于新
物种
C.EV71是一种可引起幼儿手足口病的肠道病毒,其变异类型只有基
因突变
D.驯化家畜家禽经过了长期的选择育种过程,这种育种方式的原理只有基因重组
解析:害虫先产生不定向变异,在接触到农药后,产生抗药性变异的个体存活下来;同一物种的雌雄个体间要能够相互交配并产生可育后代,而三倍体是不可育的,因此三倍体西瓜不是一个新物种;病毒的变异类型只有基因突变;驯化家畜家禽经过了长期的选择育种过程,这种育种方式的原理有基因重组和基因突变。
19.如图为抗青霉素细菌的产生过程,表示死亡的个体,a、b表示两个阶段。下列叙述正确的是( D )
A.a阶段使用青霉素后少部分细菌产生抗药性存活下来
B.b阶段存活细菌的抗药性均比a阶段细菌的抗药性强
C.经过a→b阶段的人工选择,抗药细菌的比例增大
D.b阶段存活的细菌可能是若干个突变累加在一起的产物
解析:青霉素起选择作用,把有抗药性的细菌选择出来;b阶段存活细菌抗药性也存在差异,b阶段存活细菌的抗药性不一定全部比a阶段细菌的抗药性强;经过a→b阶段的自然选择,抗药细菌的比例增大。
20.果蝇种群中某个体X染色体上增加了一个相同片段,使其复眼由椭圆形变成条形。下列叙述正确的是( C )
A.该变异属于基因突变,为生物进化提供了选择的原材料
B.该条形眼果蝇是新物种,与正常椭圆形复眼果蝇之间存在着生殖隔
离
C.该条形眼果蝇的基因种类数与该种群基因库中的基因种类数不完全相同
D.若该条形眼果蝇出现,说明变异朝着适应环境的方向发展
解析:果蝇种群中某个体X染色体上增加了一个相同片段,属于染色体结构变异,不是基因突变;生殖隔离是新物种形成的标志,该变异产生新的性状,不一定引起生殖隔离;基因库是指种群中全部个体的所有基因,该条形眼果蝇的基因种类数应该少于该种群基因库中的基因种类数;变异是不定向的。
二、非选择题(本题共4小题,共40分)
21.(8分)如图表示某物种由于某种原因迁到两个不同岛屿上,形成两个种群后各自演化的过程。请据图回答下列问题。
(1)生物进化的基本单位是 ,生物进化的实质是 。
(2)刚开始时,甲、乙种群因为有 隔离而不能进行基因交流。①～⑥反映两个种群中 是不定向的。由于两个岛屿上的食物和栖息条件不同, 对甲、乙种群基因频率的改变所起的作用就有差别。久而久之,甲、乙种群的基因库就会形成明显的差异,并出现 隔离,形成新物种。
(3)若种群甲中基因型AA、Aa、aa的个体分别占36%、48%、16%,各基因型个体存活率相同且无突变产生,则随机交配一代后,该种群的基因型频率 (填“升高”“降低”或“不变”),基因频率 (填“升高”“降低”或“不变”)。
解析:(1)生物进化的基本单位是种群;生物进化的实质是种群基因频率的改变。
(2)刚开始时,甲、乙种群因为有地理隔离而不能进行基因交流。①～⑥反映两个种群中变异是不定向的。新物种形成的标志是出现生殖
隔离。
(3)各基因型个体存活率相同且无突变产生,则随机交配后种群的基因频率不变,因此基因型频率也不变。
答案:(每空1分)
(1)种群 种群基因频率的改变
(2)地理 变异 自然选择 生殖
(3)不变 不变
22.(9分)在一条大河南岸的大块农田中发生某种甲虫的虫害,承包土地的农民起初在农田里喷洒某种杀虫剂R,取得较好的效果,但几年后又不得不以放养青蛙来代替喷洒农药。如图为在此期间这种害虫种群密度变化示意图,据图回答下列问题。
(1)从A点到B点,在施用杀虫剂的初期,害虫种群密度急剧下降,但仍有极少数个体得以生存,原因是 。
(2)在这个过程中,农药对害虫起 作用,这是通过农药与害虫之间的 实现的,农药对害虫所起作用的实质就是定向地改变害虫种群中的 ,向更易产生抗药性的方向进化。
(3)如果A到D都为农药防治期,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 。
(4)若在这条大河的北岸也发现了与南岸的甲虫外形很相似的甲虫种群,将两岸甲虫放在一起饲养,发现这两个种群的甲虫可以交配并产生小甲虫,但小甲虫不育,这说明两个种群之间存在 。
(5)大河南岸的马铃薯地和玉米地里都有这种甲虫,经检测发现它们的基因型共有5种,这反映了生物多样性中的 多样性。
解析:(1)从A点到B点,在施用杀虫剂的初期,由于变异是不定向的,某些害虫具有抗药性变异,故害虫种群密度急剧下降的同时,仍有极少数个体得以生存。
(2)在这个过程中,农药对害虫起选择作用,自然选择是定向的,是通过农药与害虫之间的生存斗争实现的,而生物进化的实质是种群基因频率的改变。
(3)如果A到D都为农药防治期,这说明在C点时,农民改用了其他种类的杀虫剂,害虫由于不具有该种农药的抗药性而大量减少。
(4)根据题意分析,两个种群的甲虫虽然可以交配生出小甲虫,但是小甲虫不可育,说明两个甲虫种群之间存在生殖隔离。
(5)生物多样性包括物种多样性、遗传多样性和生态系统多样性,甲虫种群基因型共有5种,体现了遗传多样性。
答案:(除标注外,每空1分)
(1)种群中有少数个体对杀虫剂具有抗性(2分)
(2)选择 生存斗争 基因频率 (3)更换杀虫剂的种类(2分) (4)生殖隔离 (5)遗传
23.(10分)已知某地区蝗虫的抗药性(A)对不抗药性(a)为显性,如图表示该地区蝗虫进化的基本过程,图中X、Y表示生物进化中的基本环节,请据图分析回答下列问题。
(1)图中X、Y分别是 、 。
(2)该地区蝗虫的全部个体所含有的全部基因叫作该地区蝗虫的 。
(3)隔离是物种形成的必要条件,是指不同种群的个体在自然条件下基因不能 的现象,蝗虫新种产生必须要有 隔离。
(4)该地区蝗虫群体中基因型AA的个体占20%,基因型aa的个体占50%。倘若经过人工喷洒农药,不抗药的蝗虫全部被杀灭,抗药的蝗虫自由交配一代后,子代中aa基因型频率为 ,此时种群中A的基因频率为 ,经过这种人工选择作用,该种群是否发生了进化 。
(5)现代进化理论认为 是生物进化的基本单位。蝗虫进化的实质是种群 的定向改变。
解析:(1)据图分析可知,图中X、Y分别是突变和基因重组(可遗传的变异)、自然选择。
(2)该地区蝗虫的全部个体所含有的全部基因叫作该地区蝗虫的基
因库。
(3)隔离是物种形成的必要条件,是指不同种群的个体在自然条件下基因不能自由交流的现象,生殖隔离是新物种形成的标志,所以蝗虫新种产生必须要产生生殖隔离。
(4)该蝗虫种群中基因型AA的个体占20%,基因型aa的个体占50%,则Aa的个体占30%,其中A基因频率为20%+30%×1/2=35%。倘若经过人工喷洒农药,不抗药的蝗虫aa全部被杀灭,仅保留显性性状的基因型,则AA占40%,Aa占60%,此时A基因频率为40%+60%×1/2=70%,a的基因频率为30%。抗药的蝗虫自由交配一代后,则子代中aa基因型频率=a2=9%;由于自由交配亲代与子代基因频率相同,所以此时A基因频率仍是70%;经这种人工选择作用,种群A基因频率由35%→70%,该种群发生了进化,因为种群的基因频率发生了改变。
(5)现代生物进化理论认为种群是生物进化的基本单位;蝗虫进化的实质是种群基因频率的改变。
答案:(每空1分)
(1)突变和基因重组(可遗传的变异) 自然选择
(2)基因库 (3)自由交流 生殖
(4)9% 70% 是 (5)种群 基因频率
24.(13分)下面是关于果蝇对DDT抗药性的进化实验:
实验一 将一个果蝇群体(第一代)饲养到一定规模后,用a浓度的DDT处理,将存活下来的果蝇后代(第二代)继续饲养到一定规模后,用2a浓度的DDT处理,将存活下来的果蝇后代(第三代)用3a浓度的DDT处理……用同样的方法逐代将DDT浓度增加1a处理果蝇。到第15代时,DDT浓度增加至15a,仍有能抗15a浓度DDT的果蝇存活。因此,实验者认为,果蝇的变异是“定向的”,即是在环境条件(DDT)的“诱导”下产生的,并且认为,该实验证实了拉马克“用进废退学说”的正确性。后有学者发现实验一设计的缺陷,对其得出的结论进行质疑,并设计了实验二。
实验二 将若干雌雄果蝇分别饲养成若干个家系,此为第一代,然后将每个家系均分成两半,用a浓度的DDT分别处理每个家系的一半。然后在有果蝇存活的家系的另一半果蝇中,再培养若干个家系(第二代),将每个家系分成两半,用2a浓度的DDT处理每个家系的一半。在有果蝇存活的家系的另一半中,再培养若干个家系的一半……用同样的方法逐代将DDT浓度增加1a处理果蝇。到第15代时,DDT浓度增加至15a,也产生了能抗15a浓度DDT的果蝇群体。然而这些具有抗性的果蝇的父母及其祖先并没有接触过DDT。
分析上述实验,回答下列问题。
(1)DDT对果蝇变异所起的作用不是“诱导”,而是 。果蝇种群的进化是定向的,而果蝇个体的变异是 的。果蝇所产生的抗药性发生在环境变化(DDT处理)之 (填“前”“中”或“后”)。
(2)比较实验一和实验二,你认为前者结论存在问题的原因是 、
;后者实验的完善之处主要是 、 。
解析:(1)DDT对果蝇的各种变异类型具有选择作用。果蝇种群的进化是定向的,而果蝇个体的变异是不定向的。果蝇产生抗药性变异后,DDT处理选择有利变异,淘汰不利变异。因此果蝇所产生的抗药性发生在环境变化(DDT处理)之前。
(2)比较实验一和实验二,可以看出前者结论存在问题的原因是实验一将果蝇个体作为进化单位研究(农药作用的是种群中的个体),不能发现个体变异不定向的特点、实验一用DDT直接处理果蝇,虽然看到变异,但掩盖了选择;后者实验的完善之处主要是实验二以家系(群体)进行研究、实验二果蝇未接触DDT而出现了突变,排除了“诱导”,突显出突变和选择在进化中的作用。
答案:(除标注外,每空2分)
(1)选择 不定向 前(1分)
(2)实验一将果蝇个体作为进化单位研究,不能发现个体变异不定向的特点 实验一用DDT直接处理果蝇,虽然看到变异,但掩盖了选择
实验二以家系(种群)进行研究 实验二果蝇未接触DDT而出现了突变,排除了“诱导”,突显出突变和选择在进化中的作用
综合检测
(时间:60分钟 分值:100分)
一、选择题(本大题共20小题,每小题3分,共60分。每个小题列出的四个备选项中,只有一个是符合题目要求的,不选、多选、错选均不得分)
1.下列能正确表述基因型为Gg的植物体产生雌雄配子的数量关系的是( D )
A.雌配子∶雄配子=1∶1
B.雌配子G∶雄配子g=1∶1
C.雌配子∶雄配子=1∶4
D.雌配子G∶雌配子g=1∶1
解析:基因分离定律的实质是等位基因的分离,Gg的植物产生的雄配子中G和g数量相等,雌配子中G和g数量也相等,但雌雄配子之间没有特定数量上的联系,根据减数分裂的特点可知,雄配子数量比雌配子多。
2.用辐射的方法处理雌性家蚕,其染色体出现如图所示变化,该过程中发生了( B )
A.重复 B.易位
C.基因重组 D.基因突变
解析:根据图示,该过程为常染色体上的一段染色体易位到了W染色体上,发生在非同源染色体之间。
3.下列关于生物进化的叙述,错误的是( C )
A.达尔文进化论认为相似物种间的统一模式与遗传有关
B.自然选择作用于对个体存活和繁殖有影响的变异性状
C.施用杀虫剂对害虫抗药性增强起到人工选择的作用
D.异地的物种形成与自然选择导致基因库的差异有关
解析:达尔文进化论认为遗传的力量使相似物种间保持某种结构和功能的统一模式;自然选择直接作用的是生物个体,而且是生物个体的表型,使具有有利变异的个体存活的机会增加,进而通过繁殖,使有利变异在后代中积累,因此自然选择作用于对个体存活和繁殖有影响的变异性状;当使用某种杀虫剂后,绝大多数害虫被杀死,少数具有抗药性的个体生存下来并繁殖,抗药性害虫大量繁殖后,再用该种杀虫剂,会有比以前更多的个体生存下来,因此,杀虫剂对害虫起到一个自然选择的作用;异地的物种形成与自然选择导致基因库的差异有关。
4.某植物紫花(A)对白花(a)为完全显性,将Aa幼苗进行辐射处理后,发现该幼苗成熟后开出部分白花,下列不可能是出现白花性状原因的是( B )
A.基因突变 B.基因重组
C.染色体数目变异 D.染色体结构变异
解析:将Aa幼苗进行辐射处理后,发现该幼苗成熟后开出部分白花,出现白花性状的原因可能是发生基因突变或染色体变异,染色体变异包括染色体数目变异和染色体结构变异;这里只涉及一对等位基因,因此出现白花性状的原因不可能是发生基因重组。
5.豌豆子叶的黄色(Y)、种子的圆粒(R)均为显性性状,两亲本杂交的F1性状表现如图。让F1中黄色圆粒豌豆与绿色皱粒豌豆杂交,F2的性状分离比为( A )
A.2∶2∶1∶1 B.1∶1∶1∶1
C.9∶3∶3∶1 D.3∶1∶3∶1
解析:由F1中圆粒∶皱粒=3∶1可知,亲本的相应遗传因子组成为Rr、Rr;由F1中黄色∶绿色=1∶1可知,亲本的相应遗传因子组成为Yy、yy;故亲本遗传因子组成为YyRr、yyRr。F1中黄色圆粒豌豆的遗传因子组成为 1/3YyRR、2/3YyRr,F1中绿色皱粒豌豆的遗传因子组成为yyrr。按如下方法计算:1/3YyRR×yyrr→1/6YyRr、1/6yyRr;2/3YyRr×yyrr→1/6YyRr、1/6Yyrr、1/6yyRr、1/6yyrr。综合考虑两项结果,得YyRr∶yyRr∶Yyrr∶yyrr=2∶2∶1∶1。
6.下列关于基因突变的叙述,正确的是( A )
A.基因突变能产生新的基因
B.基因突变一定会引起生物性状的改变
C.基因碱基对的缺失、增添或替换中对性状影响最小的一定是替换
D.基因突变的方向与环境变化有明确的因果关系
解析:基因突变具有不定向性,往往突变为它的等位基因,即产生新的基因;基因突变不一定会引起生物性状的改变,如AA突变为Aa,表型没变,又如基因突变后,密码子改变,改变的密码子可能决定的氨基酸种类没变,因此翻译的氨基酸不变,性状也不会改变;基因碱基对的缺失、增添、替换中对性状影响最小的不一定是替换,如果增添或缺失了相邻的三个碱基,增添或缺失对性状影响可能也比较小;基因突变的方向与环境变化没有明确的因果关系,基因突变是不定向的,环境起到定向选择的作用。
7.萨顿依据“基因和染色体的行为存在明显的平行关系”,而提出“基因是由染色体携带着从亲代传递给下一代”的假说,以下哪项不属于他所依据的“平行”关系( C )
A.基因和染色体,在体细胞中都是成对存在的,在配子中都只有成对中的一个
B.非等位基因在形成配子时自由组合,非同源染色体在减数分裂中也有自由组合
C.作为遗传物质的DNA,是由反向平行的两条脱氧核苷酸长链形成的
D.基因在杂交过程中保持完整性和独立性;染色体在配子形成和受精过程中,也有相对稳定的形态结构
解析:基因和染色体在体细胞中都是成对存在的,在配子中都只有成对中的一个,属于萨顿所依据的“平行”关系;非同源染色体上的非等位基因在形成配子时自由组合,非同源染色体在减数分裂中也有自由组合,这也体现萨顿所依据的“平行”关系;DNA的双螺旋结构不能体现基因与染色体的平行关系;基因和染色体在杂交过程中都能保持完整性和独立性,这体现萨顿所依据的“平行”关系。
8.为研究引起R型肺炎链球菌转化为S型肺炎链球菌的物质是什么,进行了肺炎链球菌离体转化实验,其基本过程如图所示。下列叙述正确的是( C )
A.培养皿出现S型菌的组别只有组③
B.该实验能证明肺炎链球菌的主要遗传物质是DNA
C.根据组③和组④的结果推测转化物质是DNA
D.提高组③DNA的纯度,粗糙型的菌落比例更高
解析:S型菌的DNA是转化因子,因此组③的培养皿能出现S型菌,组①中加入的是未分离的S型菌(含有DNA),培养皿中也会出现S型菌;该实验能证明肺炎链球菌的遗传物质是DNA,而不是主要遗传物质是DNA;组③中含有S型菌的DNA,培养皿中出现了S型菌,组④的S型菌DNA被DNA酶水解,培养皿中没有出现S型菌,推测能促进R型菌转化的物质是S型菌的DNA;S型菌的菌落光滑,若提高组③DNA的纯度,培养皿中S型菌数量增多,故光滑型的菌落比例会更高。
9.多组黄色小鼠(AvyAvy)与黑色小鼠(aa)杂交,F1中小鼠表现出不同的体色,是介于黄色和黑色之间的一种过渡类型。经研究,不同体色小鼠的Avy基因中碱基序列相同,但其上二核苷酸胞嘧啶(CpG)有不同程度的甲基化现象。甲基化程度越高,Avy基因的表达受到的抑制越明显。下列有关推测错误的是( B )
A.基因的甲基化可能抑制Avy基因的转录
B.基因的甲基化使Avy基因的碱基序列发生改变
C.无法用孟德尔的遗传定律解释基因的甲基化现象
D.基因的甲基化对表型的影响可遗传给后代
解析:据题干信息“甲基化程度越高,Avy基因的表达受到的抑制越明显”可知,基因的甲基化可能抑制Avy基因的转录;据题干信息“不同体色小鼠的Avy基因中碱基序列相同”,可知基因的甲基化并没有使Avy基因的碱基序列发生改变;孟德尔的遗传定律是解释基因的传递规律,基因的甲基化现象影响的是基因的表达,故无法用孟德尔的遗传定律解释;基因的甲基化程度越高,Avy基因的表达受到的抑制越明显,F1小鼠体色就越偏黑,故基因的甲基化对表型的影响可遗传给后代。
10.甲、乙两位同学分别用小球做遗传规律模拟实验。甲同学每次分别从Ⅰ、Ⅱ小桶中随机抓取一个小球并记录字母组合;乙同学每次分别从Ⅲ、Ⅳ小桶中随机抓取一个小球并记录字母组合。将抓取的小球分别放回原来小桶后,再多次重复。下列叙述正确的是( D )
A.实验中每只小桶内两种小球的数量和小球总数都必须相等
B.甲同学的实验可模拟非同源染色体上非等位基因自由组合的过程
C.乙同学的实验只模拟了遗传因子的分离和配子随机结合的过程
D.甲、乙重复100次实验后,Dd和AB组合的概率分别约为1/2和1/4
解析:每只小桶内两种小球的数量必须相等,但生物的雌雄配子数量不一定相同,一般雄配子多于雌配子,所以每只小桶内小球的总数不一定要相等;甲同学实验只模拟了等位基因的分离和配子随机结合的过程;Ⅲ、Ⅳ小桶中的小球表示的是两对等位基因,则乙同学的实验模拟了非同源染色体上非等位基因自由组合的过程;大量重复实验后,甲同学实验结果DD占1/4,Dd占1/2,dd占1/4,乙同学实验结果AB、Ab、aB、ab都各占1/4,因此甲、乙重复100次实验后,Dd和AB组合的概率分别约为1/2和1/4。
11.基因型为AaBb的一个果蝇细胞进行正常减数分裂,对T1、T2、T3时期染色体、核DNA、染色单体的数量进行了统计,结果如图。下列分析错误的是( C )
A.T1时期细胞的基因组成是AAaaBBbb
B.T1时期可能有同源染色体的交叉现象
C.T2时期到T3时期过程中染色体数不变
D.T3时期细胞中通常不会同时含有X和Y染色体
解析:T1时期细胞中每条染色体含有两条染色单体,其基因组成是AAaaBBbb;T1时期为减数第一次分裂,可能有同源染色体的交叉现象;T2时期到T3时期过程中染色体数目先加倍后减半;由于X和Y属于同源染色体,在减数第一次分裂后期分离,所以T3时期细胞中通常不会同时含有X和Y染色体。
12.下列有关育种的叙述,错误的是( B )
A.紫外线的照射可引起基因突变也可导致染色体畸变
B.单倍体育种与多倍体育种都使用秋水仙素处理萌发的种子
C.转基因技术能实现种间遗传物质的交换,定向改造生物的遗传性状
D.杂交育种通过杂交、自交、选择、纯合化等手段导致种群基因频率发生改变
解析:紫外线的照射属于人工诱变的手段,人工诱变可提高基因的突变率和染色体畸变率;单倍体育种需要用秋水仙素处理单倍体幼苗,不能处理种子;转基因技术可以将不同种生物的基因进行连接融合,可以按照人类意愿定向改造生物的遗传性状;杂交育种的原理是基因重组,将优良性状的个体进行杂交,后代通过逐步自交、人工选择、纯合化的手段,可以得到能稳定遗传的优良性状个体,在不断选择中,种群基因频率发生了改变。
13.如图,甲表示某动物细胞分裂过程中,每条染色体上DNA数量的变化曲线,乙表示该动物某个细胞分裂的示意图。下列叙述错误的是( D )
A.图甲表明细胞进行的是减数分裂或有丝分裂
B.图甲CD段的变化是由于着丝粒的分裂
C.图甲BC段细胞内染色体上存在姐妹染色单体
D.据图乙可以确定动物性别一定是雄性,其时期对应在图甲的DE段
解析:图甲表示的细胞分裂方式可以为有丝分裂,也可以为减数分裂;图甲CD段形成的原因是着丝粒分裂,姐妹染色单体分开成为染色体;BC段表示每条染色体含有2个DNA分子,说明该阶段的染色体上存在姐妹染色单体;图乙细胞处于减数第一次分裂后期,且细胞质均等分裂,称为初级精母细胞,据此可推知该生物的性别为雄性,该时期对应图甲的BC段。
14.苏格兰牛的耳尖V形与非V形是一对相对性状,由一对等位基因控制。以下是苏格兰牛耳尖性状遗传的家系图,下列叙述正确的是( C )
A.V形耳尖由隐性基因控制
B.由Ⅲ2的表型可推断Ⅲ1为杂合子
C.Ⅲ3中控制非V形耳尖的基因可来自Ⅰ1
D.Ⅲ2与Ⅲ5生出V形耳尖子代的可能性为1/3
解析:Ⅱ1和Ⅱ2耳尖V形,生下Ⅲ2耳尖非V形,则耳尖V形为显性遗传,则V形耳尖由显性基因控制;由Ⅰ1是V形耳尖,Ⅰ2是非V形耳尖,但Ⅱ3是非V形耳尖可知,耳尖V形为常染色体显性遗传,假设显性基因为A,隐性基因为a,Ⅲ2的表型为非V形耳尖,则可推断Ⅱ1和Ⅱ2都是杂合子,而Ⅲ1耳尖V形可能是杂合子也可能是纯合子;Ⅲ3的非V形耳尖的基因来自Ⅱ3和Ⅱ4,Ⅱ3的非V形耳尖的基因来自Ⅰ1和Ⅰ2;据图分析可知,Ⅲ2的基因型是aa,Ⅲ5的基因型是Aa,两者生出V形耳尖子代的可能性为1/2。
15.某种名贵植株的花色受两对等位基因控制,红花植株与白花植株杂交后代F1全是紫花植株,该紫花植株自交后代F2出现紫花植株、红花植株、白花植株,且其比例为9∶3∶4。下列有关叙述,错误的是( B )
A.控制该花色性状的基因位于两对同源染色体上
B.F2紫花植株中杂合子的比例为4/9
C.子代红花植株自交后代不会出现紫花植株
D.子代红花植株自由交配,后代白花植株比例为1/9
解析:设控制花色的两对等位基因分别为A、a和B、b。据题意分析可知,控制该花色性状的两对等位基因位于两对同源染色体上,遵循基因的自由组合定律;紫花的基因型为A B ,其中纯合子为AABB,占1/9,所以杂合子占8/9;子代红花植株(设为AAbb、Aabb)自交后代不会出现含有基因B的个体,因此不会出现紫花植株;子代红花植株(1/3AAbb、2/3Aabb)自由交配后代出现白花植株(aa )的比例为2/3×2/3×1/4=1/9。
16.某DNA片段共有100个碱基对,其中一条链上的碱基A∶T∶C∶G=1∶2∶3∶4,下列叙述正确的是( D )
A.该DNA中的碱基A∶T∶C∶G=1∶2∶3∶4
B.一条链上相邻的碱基A和T之间由氢键相连
C.上述200个碱基参与构成的DNA片段最多有4100种
D.该DNA片段复制4次,需要消耗 1 050个游离的胞嘧啶脱氧核苷酸
解析:由题可知,该DNA分子中A=T=30个,C=G=70个,因此该DNA中4种碱基的比例为A∶T∶G∶C=3∶3∶7∶7;一条链上相邻的碱基A和T之间由“—磷酸—脱氧核糖—磷酸—”相连,不存在氢键;该DNA分子含有100个碱基对,但是碱基比例已经确定,因此碱基排列方式少于4100种;该DNA片段复制4次,根据DNA半保留复制特点,需要消耗(24-1)×70=1 050(个)游离的胞嘧啶脱氧核苷酸。
17.大肠杆菌中色氨酸的合成过程需要5种酶,控制这5种酶的基因在DNA上的排列和基因表达过程如图所示。当环境中缺乏色氨酸时,大肠杆菌就会合成这5种酶,将前体物质逐步转化为色氨酸;当环境中存在色氨酸并进入大肠杆菌,与色氨酸合成相关的5个基因的转录就会关闭。下列叙述正确的是( B )
A.大肠杆菌中色氨酸的合成过程,需要的ATP大多由线粒体提供
B.与大肠杆菌中色氨酸合成相关的5个基因协同表达与生物进化
有关
C.上述5个基因转录出的一条mRNA翻译成的蛋白质的空间结构都
相同
D.基因通过控制酶的合成控制代谢进程,直接控制了生物性状
解析:大肠杆菌为原核生物,只有一种细胞器,即核糖体;与大肠杆菌中色氨酸合成相关的5个基因协同表达是对不利环境的适应(色氨酸缺乏),所以这是生物进化的结果;基因不同,转录出的mRNA不同,最后翻译出的蛋白质不同,空间结构也不同;基因通过控制酶的合成控制代谢,属于间接控制生物性状。
18. 人们目前所食用的香蕉多来自三倍体香蕉植株,三倍体香蕉的培育过程如图所示。下列叙述正确的是( C )
A.无籽香蕉的培育过程主要运用了基因重组的原理
B.染色体加倍的主要原因是有丝分裂中期纺锤体不能形成
C.三倍体香蕉在减数分裂过程中染色体配对紊乱导致无籽
D.二倍体与四倍体杂交能产生三倍体,它们之间不存在生殖隔离
解析:该“无籽香蕉”培育的方法为多倍体育种,其原理是染色体变异;图中染色体加倍的原因是有丝分裂前期纺锤体的形成受阻;三倍体香蕉无籽的原因是其在减数分裂过程中同源染色体联会紊乱,不能产生正常的配子;二倍体与四倍体虽然杂交能产生三倍体,但三倍体不育,所以它们之间仍然存在生殖隔离。
19.向某动物卵巢中注射含3H的脱氧核苷酸后,检测细胞分裂过程中染色体的放射性变化(该过程DNA只复制一次)。如图为处于不同分裂时期的细胞示意图,下列叙述错误的是( D )
A.甲、乙、丙细胞中每条染色体的DNA分子均具有放射性
B.三个细胞中均含有2个染色体组
C.丙细胞可能产生两个基因型不同的子细胞
D.乙细胞中每条染色体的着丝粒都将与两极中心体发出的纺锤丝
相连
解析:有丝分裂间期和减数分裂前的间期,DNA分子均进行了半保留复制,因此甲、乙、丙细胞中每条染色体的DNA分子均具有放射性;甲、乙细胞中着丝粒没有分裂,丙细胞中着丝粒已分裂,三个细胞中均含有2个染色体组;正常情况下,丙细胞应该产生两个基因型相同的子细胞,若发生交叉互换或基因突变,其可能产生两个基因型不同的子细胞;乙细胞中每条染色体的着丝粒都将与两极中心体发出的星射线相连。
20.血友病是由X染色体上隐性基因(h)控制的遗传病。如图中两个家系都有血友病患者,Ⅲ2和Ⅲ3婚后生下一个性染色体组成是XXY的非血友病儿子(Ⅳ2),家系中其他成员性染色体组成均正常。下列叙述正确的是( D )
A.Ⅳ-2性染色体异常是因为Ⅲ-2在减数分裂MⅡ过程异常
B.此家族中Ⅲ-3与Ⅳ-1的基因型相同,都为XHXh
C.若Ⅲ-2和Ⅲ-3再生育,Ⅳ-3个体为男性血友病的概率为1/4
D.若Ⅳ-1和正常男子结婚,所生子女中患血友病概率为1/4
解析:Ⅳ-2性染色体异常是因为Ⅲ-2在形成配子过程中XY没有分开或Ⅲ-3在形成配子过程中XX没有分开;此家族中,Ⅲ-3的基因型是XHXH或XHXh,而由于Ⅲ-2是血友病患者,所以Ⅳ-1的基因型是XHXh,因此Ⅲ-3和Ⅳ-1的基因型不一定相同;若Ⅲ-2(基因型为XhY)和Ⅲ-3(基因型为XHXH或XHXh)再生育,Ⅳ-3个体为男性且患血友病的概率为1/8;若Ⅳ-1(基因型为XHXh)和正常男子(基因型为XHY)结婚,所生育的子女中患血友病的概率是1/4。
二、非选择题(本大题共4小题,共40分)
21.(10分)下列图1和图2分别表示某动物(2n=4)体内某细胞正常分裂过程中,不同时期细胞内染色体、染色单体和核DNA含量的关系及细胞分裂图像,请回答下列问题。
(1)根据图2中的 可以判断该生物性别为 ,该动物可以产生 种成熟的生殖细胞(不考虑同源染色体非姐妹染色单体片段互换)。
(2)图2中具有同源染色体的细胞有 ,染色体数∶染色单体数∶核DNA数=1∶2∶2的细胞是 。
(3)图1中a、b、c柱表示核DNA数量的是 ,从Ⅰ到Ⅱ,细胞核中发生的分子水平的变化是 。细胞分裂过程中同源染色体分开对应图1中的 和图2中 。(图1用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示,图2用甲、乙、丙表示)
解析:(1)图2中乙细胞的细胞质不均等分裂,说明该生物的性别为雌性;该动物的体细胞含有2对同源染色体,因此其可以产生22=4(种)成熟的生殖细胞(不考虑同源染色体非姐妹染色单体片段互换)。
(2)减数第一次分裂后期,同源染色体分离,因此减数第二次分裂过程中的细胞及减数分裂形成的子细胞不含同源染色体,其余细胞均含有同源染色体,因此图2中具有同源染色体的细胞有甲、乙;染色体数∶染色单体数∶核DNA数=1∶2∶2 的细胞是乙、丙。
(3)分析可知,图1中c柱表示核DNA数量变化;从Ⅰ到Ⅱ,DNA含量加倍,说明细胞核中发生的分子水平的变化是DNA复制;细胞分裂过程中同源染色体分开发生在减数第一次分裂后期,对应图1中的Ⅱ和图2中乙。
答案:(除标注外,每空1分)
(1)乙 雌性 4 (2)甲、乙 乙、丙
(3)c(2分) DNA的复制 Ⅱ 乙
22.(11分)果蝇眼睛颜色这一性状,是由大约80多个基因在不同发育阶段相互作用的结果,科研人员在研究过程中得到了亮红眼突变体,对此进行了相关研究。
Ⅰ.探究亮红眼基因的位置
(1)将亮红眼果蝇与野生型果蝇进行杂交实验,结果如表:
杂交组合 后代 野生型× 亮红眼♀ 亮红眼× 野生型♀
野生型 亮红眼 野生型 亮红眼
F1 256∶ 260♀ 无 290∶ 298♀ 无
F2 155∶ 144♀ 52∶ 48♀ 134∶ 142♀ 45∶ 50♀
据此可判断,亮红眼基因位于 (填“常”或“性”)染色体上,为 (填“显”或“隐”)性基因。
(2)残翅基因是位于2号染色体上的隐性基因,将残翅果蝇与亮红眼果蝇杂交得到F1,全为野生型。
①如果将F1与残翅亮红眼果蝇交配,预计后代(F2)的表型及比例为
,
则说明亮红眼基因不位于2号染色体上。
②写出上述杂交实验的遗传图解。(眼色基因用A、a表示,翅型基因用B、b表示。图解中需注明每代个体的基因型、表型及比例以及P和F1的配子类型)
(3)t是位于3号染色体上的隐性基因,控制猩红眼性状。将亮红眼个体与猩红眼个体杂交,后代没有野生型。此结果说明,亮红眼基因与猩红眼基因 。
Ⅱ.探究亮红眼基因控制性状的机理
野生型果蝇眼色为红褐色,是由两种色素(红色的果蝇蝶呤与褐色的眼黄素)叠加在一起形成的。
(4)分析基因的碱基序列发现,相比野生型基因,亮红眼基因中额外插入了一段碱基序列,使其发生 ,导致其转录提前终止,进而引起其所控制的蛋白质 发生变化,无法行使正常功能。
(5)研究发现,A、a基因控制合成的转运蛋白,可保障细胞吸收色氨酸,经过4步酶促反应合成眼黄素。a基因导致眼黄素合成不足,进而呈现亮红色眼。由此可知,基因可通过控制 来控制性状。
解析:(1)无论正交还是反交,F1都是野生型,野生型为显性性状,亮红眼为隐性性状,F1雌雄个体相互交配,F2性状分离比都近似为3野生型∶1亮红眼,而且与性别无关(雌雄比例都接近1∶1),所以该遗传符合基因分离定律,因此亮红眼的产生是隐性基因突变,而且基因位于常染色体上。
(2)①若亮红眼基因不位于2号染色体上,残翅果蝇与亮红眼果蝇进行杂交,可以理解为野生型残翅果蝇与亮红眼正常翅果蝇进行杂交,子代都是野生型正常翅果蝇,一对一对分析,野生型×亮红眼→野生型,野生型为显性,用A表示;残翅×正常翅→正常翅,正常翅为显性,用B表示;则亲本基因型为AAbb×aaBB,F1基因型为AaBb;如果将F1与残翅亮红眼果蝇(aabb)交配,后代(F2)的表型及比例为野生型(AaBb)∶亮红眼(aaBB)∶残翅(AAbb)∶残翅亮红眼(aabb)=
1∶1∶1∶1。
②上述杂交实验的遗传图解见答案。
(3)亮红眼和猩红眼都是由隐性基因控制,亮红眼个体与猩红眼个体杂交,后代没有野生型,说明亮红眼与猩红眼果蝇均不含有野生型基因,a基因和t基因是等位基因,因此亮红眼基因与猩红眼基因是位于染色体上同一位点的等位基因。
(4)亮红眼基因中额外插入了一段碱基序列,亮红眼基因的结构发生了改变,使其发生了基因突变,导致其转录提前终止,引起其所控制的蛋白质中的氨基酸数目减少,从而使蛋白质空间结构发生了改变,无法行使正常功能。
(5)A、a基因控制合成的转运蛋白(膜蛋白),可保障细胞从内环境中吸收色氨酸,经过4步酶促反应合成眼黄素,而a基因导致眼黄素合成不足进而呈现亮红色眼,说明该性状与转运蛋白有直接关系,基因可通过控制蛋白质结构来控制性状。
答案:(除标注外,每空1分)
(1)常 隐 (2)①野生型∶亮红眼∶残翅∶残翅亮红眼=1∶1∶1∶1(2分)
②
(3分)
(3)是位于染色体上同一位点的等位基因
(4)基因突变 空间结构 (5)蛋白质结构
23.(10分)稻瘟病又名稻热病,是由稻瘟病原菌引起的一种水稻病害,严重危害我国粮食生产安全。培育抗病品种,选育优质秧苗是解决此问题的重要方法之一。回答下列问题。
(1)研究人员在对稻瘟病原菌不具有抗性的甲品种水稻种群进行调查时,偶然发现了一株具有抗病水稻植株,并将这株抗病水稻与不抗病水稻进行了杂交,其子代抗病植株约占1/2。为进一步判断抗病性状的显隐性,可采用的思路是 。
(2)经研究发现,某一种稻瘟病原菌的抗性与多对基因有关。现有乙(A1A1a2a2a3a3)、丙(a1a1A2A2a3a3)、丁(a1ala2a2A3A3)三个水稻抗病品种,抗病(A)对感病(a)为显性,三对抗病基因位于不同染色体上。为了将乙、丙、丁三个品种中的抗病基因整合,选育新的纯合抗病植株,
(填“可以”或“不可以”)用传统杂交育种(即选择亲本进行杂交,子代连续自交并不断进行筛选直至不发生性状分离)的方法进行,原因是 。
(3)甲品种水稻虽不抗病,但具有耐旱、耐贫瘠、生长速率快和高产等诸多优良性状,为培育出既保留甲品种诸多优良性状,又整合了丁品种水稻抗病基因的新品种水稻(即具有丁品种抗病基因的甲品种水稻),请你设计出能达到此目的的杂交育种方案: 。
解析:(1)抗病水稻与不抗病水稻进行了杂交实验,其子代抗病植株约占1/2,在此基础上,为判断抗病性状的显隐性,可将抗病个体自交,若后代出现性状分离,则抗病为显性,若不出现性状分离,说明其为隐性纯合子。
(2)将乙、丙、丁三个品种中的抗病基因整合,选育新的纯合抗病植株,即基因型为A1A1A2A2A3A3的植株。不可以用传统杂交育种的方法进行,将乙和丙杂交,得F1,再将F1与丁杂交,选出抗病植株连续自交,因为后代自交不发生性状分离的抗病植株的基因型有多种,所以无法确定A1A1A2A2A3A3个体。
(3)培育出既保留甲品种诸多优良性状,又整合了丁品种水稻抗病基因的新品种水稻,杂交育种方案是将甲与丁杂交,筛选出抗病的F1,F1再与甲品种进行回交,筛选出抗病的F2,其中含有甲品种的优良基因,种下去自交,选出不再发生性状分离的抗病品种。
答案:(除标注外,每空3分)
(1)将子代抗病植株(或不抗病植株)进行自交,观察后代是否发生性状分离 (2)不可以(1分) 将乙和丙杂交,得F1,再将F1与丁杂交,选出抗病植株连续自交,因为后代自交不发生性状分离的抗病植株的基因型有多种,所以无法确定A1A1A2A2A3A3个体 (3)将甲与丁杂交,筛选出抗病的F1,再将抗病的F1与甲品种水稻杂交,筛选出抗病的F2,种下去自交,选出不再发生性状分离的抗病品种
24.(9分)遗传性乳光牙是一种单基因遗传病,某生物学习小组对一个乳光牙女性患者的家庭成员情况进行调查后,记录如表所示(“√”表示患者,“○”表示正常),请分析回答下列问题。
祖父 祖母 外祖父 外祖母
○ ○ √ √
父亲 母亲 姐姐 弟弟
√ √ ○ ○
(1)该病的遗传方式为 ,若该女性患者与一个正常男性结婚,生下一个正常男孩的可能性是 。
(2)该乳光牙女性患者的父母、姐姐及其本人色觉都正常,但其弟弟是红绿色盲患者,若该女性与一个牙齿正常但患有红绿色盲的男性结婚,则生下的男孩正常的可能性、只患一种病的可能性分别是 和 。
(3)遗传性乳光牙是正常基因中第45位决定谷氨酰胺的一对碱基发生了改变,从而引起该基因编码的蛋白质合成终止而导致的。已知谷氨酰胺的密码子是(CAA、CAG),终止密码子是(UAA、UAG、UGA),那么,该基因突变发生的碱基对变化是 ,
与正常基因控制合成的蛋白质相比,乳光牙致病基因控制合成的蛋白质的相对分子质量 (填“增大”“减少”或“不变”)。
(4)通过遗传咨询和产前诊断等手段,可以对遗传病进行检测和预防,有效降低遗传病发病率。其中,常见的产前诊断方法有 (至少举两例)。
解析:(1)该女患者的双亲均患病,但其姐姐和弟弟正常,说明该病为常染色体显性遗传病;设用A、a表示乳光牙基因及其等位基因,则该女患者基因型为2/3Aa、1/3AA,与一正常男子结婚,生下一正常男孩的可能性为1/2×2/3×1/2=1/6。
(2)设用b表示色盲基因,则该女患者基因型为1/2XBXB、1/2XBXb,与患有色盲的男性结婚,所生男孩患色盲概率为1/2XBXb×XbY→1/2×1/2XbY=1/4,则男孩色觉正常概率为3/4,牙齿正常的概率为2/3Aa×aa→2/3×1/2=1/3;那么男孩正常概率为3/4×1/3=1/4;只患一种病的可能性为3/4×2/3+1/4×1/3=7/12。
(3)由题意知,谷氨酰胺的密码子中的C变成终止密码中的U,根据碱基互补配对原则可推知基因中的G—C对突变成A—T对;由于正常基因中一对碱基突变,导致编码的蛋白质合成提前停止,故乳光牙致病基因控制合成的蛋白质比正常基因控制合成的蛋白质相对分子质量减少了。
(4)预防遗传病常见的产前诊断的方法有羊膜腔穿刺、绒毛细胞检查、孕妇外周血检查和基因检测等。
答案:(除标注外,每空1分)
(1)常染色体显性遗传 1/6 (2)1/4 7/12
(3)G—C突变成A—T(2分) 减少 (4)羊膜腔穿刺、绒毛细胞检查、孕妇外周血检查、基因检测等(2分)第五章 生物的进化
第一节 丰富多样的现存物种来自共同祖先
教学内容 教学要求 素养归属
1.现在的生物是进化而来的 通过归纳与概括,比较自然选择学说与“特创论”的区别,认同现在生物的形成与进化的关系,形成进化与适应观 生命观念
2.生物具有许多共同的特征,多重证据表明当今生物具有共同祖先 通过概括与分析,归纳生物的多样性与统一性的层次,并能对一些实例进行分析讨论 科学思维
1.现在的生物是进化而来的
(1)生物分类的基本单位:物种。
(2)不同物种的个体之间不能互相交配,或者在交配后不能产生有生育能力的后代,这种现象称为生殖隔离。
(3)达尔文进化论的主要观点
①物种是可变的,所有生物是由共同的祖先进化而来的。
②生物之间普遍存在变异,有利的性状能通过自然选择逐代积累。
③同一物种的不同种群生活在不同的环境中,可以发生不同的变化来适应各自的环境。
2.生物具有许多共同的特征,多重证据表明当今生物具有共同祖先
(1)生物界在类型上具有巨大的多样性,在模式上具有高度的统一性。
(2)生物统一性的实例
①人的手臂、猫的前肢、鲸的前鳍和蝙蝠的翼手在结构模式上存在统一性。
②动物、植物、真菌等都是由真核细胞组成,真核生物在细胞模式上存在统一性。
③真核生物和原核生物在分子层次上存在着高度统一性。
④化石也为生物来自共同的祖先提供了直接证据,如始祖鸟化石,始祖鸟将鸟类和爬行类,特别是恐龙联系起来。
⑤胚胎学也为所有生物来自共同祖先提供了有力证据,如所有脊椎动物的胚胎在发育早期有相似的发育阶段。
概念一 现在的生物是进化而来的
[概念情境]
达尔文在环球考察时,在太平洋中的加拉帕戈斯群岛上观察到13种地雀,它们的大小和喙形各不相同,栖息场所和食物也不同,其种间杂交一般不育。据研究,它们是由一种祖先地雀进化而来的。请思考并回答以下问题。
(1)不同岛屿上的地雀,其身体大小和喙形各不相同的原因是什么
提示:生物间普遍存在变异,不同岛屿的环境对变异进行了选择。
(2)不同岛屿上的地雀无法进行交配,说明地雀之间是什么关系
提示:不是同一物种,存在生殖隔离。
(3)由于不同岛屿的食物种类和栖息场所不同,有的个体得到食物而存活,有的个体得不到食物而死亡,这是什么过程
提示:题干所述过程为自然选择过程。
达尔文自然选择学说
[典例1] 达尔文在克格伦岛上考察时发现,岛上的某种昆虫呈现两种类型:多数个体不能飞,而少数能飞的个体翅膀异常发达。下列叙述正确的是( A )
A.岛上环境对昆虫进行了长期、定向的自然选择
B.能飞的昆虫比不能飞的昆虫更能适应岛上环境
C.不能飞和能飞的昆虫间产生了生殖隔离
D.岛上的强风环境引起昆虫的多方向变异
解析:岛上环境对昆虫进行了长期、定向的自然选择,使昆虫朝着一定的方向不断进化;海岛上环境特殊,经常刮大风,不能飞的昆虫由于不能飞翔,不容易被吹到海里,因此不能飞的昆虫比能飞的昆虫更能适应岛上环境;不能飞和能飞的昆虫属于同一物种,能够自由交配,没有产生生殖隔离;变异是多方向的,不是由环境引起的。
生殖隔离
[典例2] 马和驴体细胞的染色体分别为64条和62条,骡子是马和驴杂交的后代,其体细胞的染色体数为63条,由此可以推测( D )
A.马和驴之间不存在生殖隔离
B.马和驴的遗传信息相同
C.骡子可进化成一个新物种
D.骡子无生殖能力
解析:马和驴的后代骡子的体细胞中不含同源染色体,故不可育,所以马和驴之间存在生殖隔离;马和驴属于两个物种,遗传信息不同;骡子体细胞中不含同源染色体,不能产生生殖细胞,故不属于新物种。
[拓展延伸] 斯特宾斯对生殖隔离的分类
(1)合子形成前的机制。①生态隔离:虽在同一地域,但生态地位不同;②季节隔离:开花期有分离;③行为隔离:雌雄的性习性不同;④机械隔离:生殖器官构造存在差异;⑤配子不亲和现象:一方的配子体在另一方的生殖器官内死亡。
(2)合子形成后的机制。①杂种死灭或弱势;②杂种不育;③杂种衰败:F2以后死灭或弱势。
概念二 生物具有许多共同的特征,多重证据表明当今生物具有共同祖先
[概念情境]
现有G、H、Q、W、X五个有亲缘关系的物种,它们的进化历程及亲缘关系如图所示。
(1)图中五个物种中,基因组成相似程度最高的是哪两个物种
提示:基因相似程度越高的生物应是亲缘关系越近的物种,X和Q的亲缘关系最近,相似度最高。
(2)H、W两个物种都生活在海洋中,体形都为纺锤形的事实能够说明什么
提示:由于自然选择是定向的,所以在相同环境中不同生物的性状
相似。
生物的多样性与统一性
[典例] Tas1r2基因控制合成甜味感受器蛋白,研究人员发现狮子、老虎、英国短毛猫等多种猫科动物的Tas1r2基因都缺失247个碱基对,所以这些动物无法感受甜味刺激。这为研究猫科动物具有共同的祖先提供了( D )
A.古生物化石证据 B.比较解剖学证据
C.细胞生物学证据 D.分子生物学证据
解析:在狮子、老虎、英国短毛猫等多种猫科动物的体内,与甜味感受器蛋白合成有关的基因中均缺失247个碱基对,这显然是通过研究DNA分子来确定三种生物之间的亲缘关系,故为分子生物学证据。
[拓展延伸] “生物的统一性”的三个层次
(1)个体层次上的统一性:亲缘关系比较近的生物存在某种结构和功能的统一模式。如结构相似的器官,在早期胚胎发育阶段由相同的组织发育而来。
(2)细胞层次上的统一性:①动物、植物、真菌和众多的原生生物都是由真核细胞组成的,它们的细胞结构十分相似;②它们的细胞器结构也相似。这体现了真核生物之间存在着统一性。
(3)分子层次上的相似性:无论在真核细胞还是原核细胞中,DNA、RNA和蛋白质等生物大分子各自的结构单体是相同的,连接方式也是相同的,在细胞中的作用也是相似的。因此,所有的生物在分子层次上是统一的。
同源器官是指起源相同、结构和部位相似而形态和功能不同的器官。鸟的翼、蝙蝠的翼手、鲸的前鳍、狗的前肢和人的上肢,从外形和功能来看,这些器官很不相同,但是比较它们的内部结构,却基本一致,都是由肱骨、桡骨、尺骨、腕骨、掌骨和指骨组成的,排列的方式也基本一致,都是同源器官。分析以上材料,回答下列问题。
(1)同源器官的存在证明:凡是具有同源器官的生物,都是由共同的原始祖先进化而来的。
(2)这些同源器官的内部结构相似,但形态、功能却相差甚远,这是因为在进化过程中,生物为适应不同的环境、行使不同的功能逐渐进化来的。
(3)除了化石、比较解剖学、分子生物学的证据,你还知道哪些证据可以证明生物的进化 胚胎学证据、遗传学证据。
解析:(1)同源器官的存在证明:凡是具有同源器官的生物,都是由共同的原始祖先进化而来的。
(2)这些同源器官的内部结构相似,但形态、功能却相差甚远,这是因为在进化过程中生物为适应不同的环境、行使不同的功能逐渐进化
来的。
(3)除了化石、比较解剖学、分子生物学的证据,可以证明生物进化的证据还有胚胎学证据、遗传学证据。
1.下列有关生殖隔离的说法不正确的是( D )
A.不同物种间存在生殖隔离
B.存在生殖隔离的生物不能产生可育后代
C.生殖隔离的形成标志着新物种的形成
D.生殖隔离是指不同物种不能交配
解析:不同物种间无法进行交配,或即使交配成功也无法产生可育后代;生殖隔离的形成标志着新物种形成,个体之间无法进行基因交流;生殖隔离是指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。
2.细胞色素c是广泛存在于动物、植物和微生物中的一种蛋白质,位于线粒体内的电子传递链中,若缺乏细胞色素c,耗氧量降低,生物出现呼吸作用障碍。若细胞色素c从线粒体释放到细胞质中,则会激活凋亡程序。细胞色素c的氨基酸序列表现为高度的保守性,下表是多种生物与人类细胞色素c氨基酸序列的差异。下列说法错误的是( D )
生物 黑猩猩 恒河猴 兔 牛、羊、猪 果蝇 小麦 酵母菌
差异 0 1 9 10 27 35 44
A.细胞色素c可以作为分子指标来判断不同种生物亲缘关系的远近
B.细胞色素c氨基酸序列的高度保守性说明生物可能是由共同的祖先进化而来的
C.细胞色素c可能位于线粒体的内膜上,参与需氧呼吸第三阶段
D.细胞色素c直接控制细胞凋亡
解析:分析题表可知,不同生物的细胞色素c氨基酸序列有差异,故可以作为分子指标来判断不同种生物亲缘关系的远近;已知细胞色素c氨基酸序列表现为高度的保守性,说明生物可能是由共同的祖先进化而来的;细胞色素c位于线粒体内的电子传递链(需氧呼吸第三阶段)中,可能位于线粒体的内膜上,参与需氧呼吸第三阶段;细胞色素c从线粒体释放到细胞质中,会激活凋亡程序,间接控制细胞凋亡。
3.下图显示了鸟类和爬行动物早期的胚胎,其中①②③结构具有很大相似性,这证明了两者( C )
A.生殖方式相同 B.生活环境相似
C.来自共同的祖先 D.食物来源相似
解析:爬行类动物和鸟类之间的差异十分显著,但是它们的胚胎在发育初期很相似,即都有鳃裂和尾,只是到了发育晚期,其鳃裂都消失了,这种现象说明高等脊椎动物是从某些古代的低等动物进化而来的,即它们来自共同的祖先,同时,也说明古代脊椎动物原始的共同祖先生活在水中,所以陆生脊椎动物在胚胎发育过程中出现了鳃裂。
4.下列有关进化证据的叙述中错误的是( B )
①从始祖马到现代马的进化过程中,古生物化石提供了最直接的证据 ②从鲸、龟、蝙蝠等动物的前肢骨骼的适应性分化中,依稀可见痕迹器官的存在
③从鱼类、鸟类、哺乳类动物的早期胚胎中均有鳃裂这一事实中,得到比较解剖学上的证据 ④从比较真核细胞内的细胞色素c中氨基酸的差异性大小,推测生物之间的亲缘关系远近
A.①② B.②③ C.①④ D.③④
解析:①生物化石是进化最直接的证据,正确;②鲸、龟、蝙蝠等动物的前肢属于同源器官,不是痕迹器官,错误;③鱼类、鸟类、哺乳类动物的早期胚胎中均有鳃裂是胚胎学证据,不是比较解剖学证据,错误;④比较真核细胞内的细胞色素c中氨基酸的差异性大小,相差越小,亲缘关系就越近,可以推测生物之间的亲缘关系,正确。
5.化石、比较解剖学、胚胎学、分子生物学等在研究生物进化过程中起了重要的作用。下列有关生物进化的叙述,错误的是( B )
A.化石证据可作为生物进化的直接证据
B.鲸的鳍和蝙蝠的翼手在外部形态、功能上不同,说明它们是由不同的祖先演化而来的
C.人和鱼的胚胎发育经历了有鳃裂及有尾的阶段,可以用人和鱼有共同祖先来解释
D.亲缘关系越近的生物,在细胞代谢、DNA的结构与功能等方面共同特征越多
解析:化石是研究生物进化最直接的证据,因为化石是保存在岩层中的古生物遗物和生活遗迹,直接说明了古生物的结构或生活习性;鲸的鳍和蝙蝠的翼手虽然具有不同的外形,功能也并不尽相同,但却有相似的结构模式,说明它们都是由共同的原始祖先进化而来的;人和鱼的胚胎发育经历了有鳃裂及有尾的阶段,可以用人和鱼有共同祖先来解释;亲缘关系越近的生物,在细胞代谢、DNA的结构与功能等方面共同特征越多。
概念理解练
1.细菌、真菌和动植物都共用一套遗传密码。这说明生物具有( C )
A.适应性 B.变异性 C.统一性 D.多样性
解析:细菌、真菌和动植物共用一套遗传密码说明生物具有统一性。
2.研究结果表明,人和猿的骨骼在结构上几乎完全相同;人和猿的盲肠相似,都有蚓突;人和猿的胚胎在五个月以前也几乎完全一样。这些事实说明( B )
A.人是由猿进化来的
B.人和猿有共同的原始祖先
C.人比猿高等
D.现代的猿也能进化成人
解析:人和猿的骨骼在结构上差不多完全相同,人和猿的盲肠相似,人和猿的胚胎在五个月以前几乎完全一样,这些事实说明人和猿的共同特征较多,亲缘关系较近,是近亲,有共同的原始祖先。
3.生物界在模式上具有高度的统一性。下列说法中,不支持这个观点的是( B )
A.动物、植物和真菌细胞中的内质网很难区分
B.真核生物和原核生物的细胞结构有显著的差别
C.不同生物的DNA、RNA、蛋白质的结构单体相同
D.人的手臂、海豚的鳍肢、蝙蝠的翼手由相同类型的骨骼组成
解析:动物、植物和真菌细胞中的内质网很难区分,说明生物界在细胞层次具有高度的统一性;真核生物和原核生物的细胞结构有显著的差别,说明生物界在模式上具有差异性;不同生物的DNA、RNA、蛋白质的结构单体相同,说明生物界在分子层次上具有高度的统一性;人的手臂、海豚的鳍肢、蝙蝠的翼手由相同类型的骨骼组成,说明生物界在器官层次上具有高度的统一性。
4.某些生物之间在生物体层次上存在统一的模式,下列例子符合这一事实的是( B )
A.鸟的翅膀和昆虫的翅膀
B.蝙蝠的翼手和人的手臂
C.海豚的鳍肢和鲨鱼的鳍
D.动物的细胞与植物的细胞
解析:鸟的翅膀和昆虫的翅膀结构上不具有相似性;对比蝙蝠的翼手和人的手臂的骨骼可知,其上的每一块骨骼,人的手臂上都有,只是比例和大小不同,这说明了生物在个体这一层次上,存在着结构的统一模式;鸟的翅膀、海豚的鳍肢有相似的结构模式,属于在生物体结构层次上的统一模式,而鲨鱼的鳍与海豚的鳍肢不能看出结构上的统一性;动物的细胞与植物的细胞说明细胞层次上的统一性,与题意不符。
5.有人将某种昆虫移入新的地区后,发现后代在形态上与原物种有了明显差异。将后代放回原地,发现能与原物种交配,所生后代仍然可育,因而认定它们仍属于同一物种。认定的理由是它们之间不存在( D )
A.基因交流 B.基因突变
C.地理隔离 D.生殖隔离
解析:根据题意分析可知,某种昆虫在形态上与原物种有了明显的差异,但与原物种交配仍能产生可育后代,说明它们之间不存在生殖隔离,因而认定它们仍属于同一物种。
6.某大学的科学家,通过对形成于两亿多年前的三叠纪晚期的史前粪便的研究发现,该大学所在地区曾经是一个“大鱼吃小鱼、小鱼吃虾米”的海洋世界。这一发现为该地区曾经是海洋世界提供了( C )
A.比较解剖学证据 B.胚胎学证据
C.化石证据 D.生物化学证据
解析:化石是古代生物的遗体、遗物或生活痕迹等,由于某种原因被埋藏在地层中,经过漫长的年代和复杂的变化而形成的。题干中提到“两亿多年前的三叠纪晚期的史前粪便”,该粪便属于古代生物的遗物,属于化石,通过研究两亿多年前的三叠纪晚期的史前粪便,发现题述地区曾经是一个“大鱼吃小鱼、小鱼吃虾米”的海洋世界。因此这一发现为题述地区曾经是海洋世界提供了化石证据。
素养提升练
7.研究者对爬行动物、哺乳动物和非哺乳动物合弓纲动物化石的脊椎部分进行了CT扫描,并进行了3D重建以观察其形状,比较不同脊椎的功能。研究结果对哺乳动物脊柱进化的传统观点“横向到矢状”提出了挑战。该研究利用的证据是( D )
A.生物化学证据 B.比较解剖学证据
C.胚胎学证据 D.古生物化石证据
解析:由题干信息可知,研究者对爬行动物、哺乳动物和非哺乳动物合弓纲动物化石的脊椎部分进行了研究,该研究利用的证据是古生物化石证据。
8.(2021·宁波期末)下列哪项不属于拉马克的进化观点( D )
A.用进废退
B.获得性遗传
C.环境改变引起生物变异
D.自然选择决定进化方向
解析:拉马克进化学说认为“用进废退”和“获得性遗传”是生物进化的主要原因;环境改变引起生物变异也属于拉马克的进化观点;自然选择决定进化方向是达尔文进化论的主要内容。
9.生物学家提出了“线粒体是起源于好氧细菌”的假说。该假说认为,在进化过程中原始真核细胞吞噬了某种好氧细菌形成共生关系,最终被吞噬的好氧细菌演化成线粒体。下列事实中无法支持该假说的是( A )
A.哺乳动物细胞的核DNA由雌雄双亲提供,而线粒体DNA则主要来自雌性亲本
B.线粒体外膜的成分与真核细胞的细胞膜相似,而内膜则同现存细菌的细胞膜相似
C.真核细胞的核DNA与蛋白质结合形成染色体,而线粒体DNA裸露且主要呈环状
D.真核细胞中有功能不同的多种细胞器,而线粒体中仅存在与细菌中类似的核糖体
解析:哺乳动物细胞的核DNA由雌雄双亲提供,而线粒体DNA则主要来自雌性亲本,这与题干假说无关,不支持题干假说;线粒体外膜的成分与真核细胞的细胞膜相似,而内膜则同现存细菌的细胞膜相似,支持题干假说;真核细胞的核DNA与蛋白质结合形成染色体,而线粒体DNA裸露且主要呈环状,与细菌拟核DNA相同,支持题干假说;真核细胞中有功能不同的多种细胞器,而线粒体中仅存在与细菌中类似的核糖体,支持题干假说。
10.化石为研究生物进化提供了直接的证据,比较解剖学和胚胎学以及细胞和分子水平的研究,都给生物的进化提供了有力的支持。请分析回答下列问题。
(1)在越古老的地层里,成为化石的生物越简单越低等;在越晚形成的地层里,成为化石的生物越复杂、越高等。已经发现的大量化石证据,证实了生物是由
逐渐进化而来的,而且还揭示出生物 的进化顺序。
(2)鱼类终身存在的鳃裂,在陆生脊椎动物胚胎早期也出现过,这属于 为生物进化提供的证据;研究比较人的上肢,马、鲸、龟、蝙蝠的前肢,鸟的翼,发现它们之间有共同特点,这属于 为生物进化提供的证据。
(3)不同生物与人的细胞色素c氨基酸序列的差异如表所示。
生物 名称 黑猩 猩 猴 马 鸡 金枪鱼 小麦 链孢 霉 酵母 菌
氨基 酸差 异/个 0 1 10 13 21 35 43 44
从表中可以看出,菌类、动物、植物和人的细胞内均有细胞色素c,这一事实说明 。通过比较人与不同生物在细胞色素c氨基酸序列上的差异,得出的结论是 。这项比较是在 水平上为生物的进化提供了证据。
解析:(1)大量的化石证据,证实了生物是由共同祖先经过漫长的地质年代逐渐进化而来的,生物进化的顺序是由简单到复杂,由低等到高等,由水生到陆生。
(2)鱼类终身存在的鳃裂,在陆生脊椎动物胚胎早期也出现过,这属于胚胎学证据;人的上肢,马、鲸、龟、蝙蝠的前肢,鸟的翼,发现它们之间有共同特点,这属于比较解剖学为生物进化提供的证据。
(3)菌类、动物、植物和人的细胞内均有细胞色素c,这一事实说明生物之间都具有一定的亲缘关系;人和黑猩猩细胞色素c的氨基酸序列差异最小,表明人和黑猩猩亲缘关系最近;这是在细胞和分子水平上为生物进化提供证据。
答案:(1)共同祖先经过漫长的地质年代 由简单到复杂,由低等到高等,由水生到陆生 (2)胚胎学 比较解剖学 (3)生物之间都具有一定的亲缘关系 人和黑猩猩亲缘关系最近 细胞和分子(共50张PPT)
第二节 适应是自然选择的结果
素养导学
内容梳理
概念突破
随堂检测
素养导学
教学内容 教学要求 素养归属
1.种群内普遍存在着变异 举例分析种群内的变异特点,认同变异是生物体普遍发生的现象,为生物进化提供丰富的材料 科学思维
2.优势性状的个体在特定环境中具有生存和繁殖的优势 认同优势性状个体能够更容易获得生存和繁殖的机会,正确解读适者生存的本质 科学思维
3.自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件 (1)归纳比较自然选择与人工选择的区别 科学思维
(2)基于现代生物进化理论分析,准确解读生物进化的发生 生命观念、
科学思维
(3)通过归纳与概括,分析影响哈迪-温伯格定律的因素 科学思维
4.现代生物进化理论为地球上的生命史提供了科学的解释 分析比较物种不同的形成方式,认同任何方式形成新物种需要产生生殖隔离,能基于适应与进化的关系,进行一些现实问题的合理解答 科学思维、
社会责任
1.种群内普遍存在着变异
(1)种群的定义:生活在一定自然区域的 生物的全部个体。
(2)自然选择的前提:种群不同个体间存在 变异。
(3)基因座位:一个特定基因在 上的位置。
同种
内容梳理
可遗传
染色体
2.优势性状的个体在特定环境中具有生存和繁殖的优势
(1)优势个体的生存优势
具有优势性状的个体更容易获得 和空间,获得更多的生存和 的机会。
(2)实例
①在缺乏青草的环境下,长颈鹿种群中头和颈比较长的个体更容易获得高处的树叶。
②在经常刮海风的海岛上,翅膀不强壮的昆虫容易被刮到海里淹死,失去生存和繁衍的机会。
食物
繁殖
3.自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件
(1)适应的概念: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 ,称为适应。
生存和延续
(2)选择的类型与作用
①人工选择
选择对象 家养生物中普遍存在的 .
选择标准 满足 的需要
选择手段 挑选合乎要求的 ,淘汰其他变异个体; 的选择
选择结果 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 .
变异个体
人们自己
变异个体
连续数代
新的品种
②自然选择
a.过程:同种生物的个体之间,只要个体之间存在着 ,而且某些变异性状影响了个体的 ,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。
b.结果:经过世世代代的选择,种群中相关的 变异被保存下来并不断得到 ,微小变异积累成显著变异。新的类型、新的物种由此产生。
③选择的作用:自然条件下, 是进化的一个重要动力和机制。
变异
存活和繁殖
有利
积累
自然选择
(3)基因库、基因频率、基因型频率
①基因库:一个生物种群的 的总和。
②基因频率: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
总数的比例。
③基因型频率:每种基因型个体数占 的比例。
(4)遗传平衡定律: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 的情况下,世代相传不发生变化,也称哈迪-温伯格定律。
(5)使种群基因频率发生变化的主要因素
、基因迁移、 、非随机交配和自然选择。
全部等位基因
等位基因
种群总个体数
迁移、突变、选择
突变
遗传漂变
4.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)现代生物进化理论的主要内容
①个体不是进化的单位, 才是进化的单位。
②在自然界中,由于存在 、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。
③生物进化的过程实质上就是种群 发生变化的过程。
种群
基因突变
基因频率
(2)物种形成方式比较
遗传组成
二倍体
生殖隔离
二倍体
[概念情境]
概念突破
概念一 种群内普遍存在着变异
某植物红花和白花这对相对性状同时受多对等位基因控制(如A、a;B、b;C、c;……),当个体的基因型中每对等位基因都至少含有一个显性基因时(即 A B C ……)才开红花,否则开白花。现有甲、乙、丙、丁4个纯合白花品系,相互之间进行杂交,杂交组合、后代表型及其比例如图。
根据杂交结果回答问题。
(1)这种植物花色的遗传符合哪些遗传定律
提示:植物花色的遗传符合分离定律和自由组合定律。
(2)一种性状受多对等位基因的控制,从进化的角度分析其意义是什么。
提示:说明一种性状具有数量众多的基因型,即生物种群内普遍存在变异,为进化提供材料。
突破点
种群内普遍存在着变异
[典例] 一个特定基因在染色体上的位置称为基因座位,同种个体有相同的基因座位。真核生物总有一定数量的基因座位有2种或2种以上不同的等位基因,并有一定比例的基因座位是杂合的。如图为人、狗、濒危物种东非猎豹杂合基因所占比例的电泳结果。下列说法错误的是( )
A.失去栖息地是威胁东非猎豹生存的重要因素,
在遗传上如此小的变异性对它也十分危险
B.多种基因型及与之对应的多种表型,能分别适应可能遇到的多种环境条件,这对生物的生存和延续有利
C.存在等位基因的基因座位数越多,将有更多重组机会,产生更多新的表型
D.生物通过突变可以产生新基因,并且产生形形色色的基因型
D
解析:东非猎豹作为濒危物种,失去栖息地是威胁其生存的重要因素,在遗传上如此小的变异性造成适应多种变化环境的可能性也较低,使生存步履维艰,稍有风吹草动极可能灭绝;按照遗传定律,一对基因杂合,基因型有3种,两对基因杂合,基因型有9种,即32,可见杂合基因座位越多,牵涉到的基因型将越多,重组机会也越多,多种基因型及与之对应的多种表型,能分别适应可能遇到的多种环境条件,这对生物的生存和延续有利;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。
[拓展延伸]种群与物种的比较
项目 种群 物种
范围 较小范围内的同种生物的所有个体 由分布在不同区域内的同种生物的许多种群组成
判断
标准 种群必须具有“三同”,即同一时间、同一地点、同一物种 主要是具有一定的形态结构、生理功能和在自然状态下能相互交配并且产生可育后代
(无生殖隔离)
联系 ①一个物种可以包括许多种群
②同一个物种的多个种群之间存在着地理隔离,长期发展下去可能成为不同的亚种,进而可能形成多个新物种
[概念情境]
概念二 优势性状的个体在特定环境中具有生存和繁殖的优势
太平洋一个海岛上的昆虫,或无翅,或具有很发达的翅。达尔文认为这是岛上终年不断的强劲海风选择的结果,强大的海风把具有平常翅的昆虫都吹到海洋里去了,保留下来并能繁殖后代的只有无翅或具有很发达翅的昆虫,经过长期的自然选择,岛上生活的昆虫就进化成为无翅或有很发达翅的类型了。请思考并回答以下问题。
(1)根据海岛上某种昆虫的翅的长度和个体数绘制曲线,某同学绘制了翅的长度(横坐标)与个体数量(纵坐标)的关系图,具体如下,哪种满足岛屿上的生存情况 请分析并阐明观点。
提示:D情况更合理。由于大风的选择作用,无翅或具有发达翅的昆虫才能适应岛上的大风环境,该类昆虫为优势性状的个体,具有生存和繁殖的优势。
(2)尝试用达尔文的自然选择学说解释无翅和具有发达翅的昆虫对环境的适应性,平常翅被淘汰的进化过程。
提示:生物变异具有多方向性,即存在平常翅、无翅和发达翅等不同性状类型,这是进化的前提。岛屿上的大风则是自然选择,在大风的持续选择作用下,无翅昆虫不善飞行,可以避免被大风吹跑,发达翅飞翔能力强,也能避免被大风吹跑。但平常翅个体无法抵抗大风,因此参与繁殖的个体数量少,在持续的自然选择作用下,平常翅的个体数量逐渐减少,而无翅和发达翅等个体数量逐渐增多。
突破点
优势性状个体的生存和繁殖优势
[典例] 埃及斑蚊是传播登革病毒的媒介之一。有一地区在密集喷洒某杀虫剂后,此蚊种群数量减少了99%,但是几年后,该种群又恢复到原来的数量,此时再度喷洒相同量的该杀虫剂时仅杀死了40%的斑蚊。下列对此认识正确的是( )
A.杀虫剂导致斑蚊基因突变产生抗药性基因
B.斑蚊体内累积的杀虫剂增加了自身的抗药性
C.原来的斑蚊种群中少数个体有抗药性基因
D.第一年的斑蚊种群没有基因突变
C
解析:抗药性基因在使用杀虫剂之前就存在;斑蚊抗药性的增强是由于杀虫剂对其抗药性进行了定向选择;在使用杀虫剂之前,原来的斑蚊种群中就有少数个体有抗药性基因,杀虫剂只是对斑蚊的抗药性进行了选择,使斑蚊的抗药性基因频率上升;第一年的斑蚊种群中已经有少数个体有抗药性基因,说明第一年的斑蚊种群已有基因突变。
[概念误区] 优势性状的出现是生物对环境适应的一种表现,但是要特别注意,由于变异的多方向性,优势性状个体的后代,仍然会出现劣势个体,只不过优势性状个体的比例相对较高。
[概念情境]
概念三 自然选择导致生物更好地适应特定的生存条件
一位农夫在一个农业实验站养乳牛,乳牛生活的牛棚里有很多苍蝇,以至影响到乳牛的健康。农夫就在牛棚和牛身上喷洒了杀虫剂A,结果苍蝇几乎死光了,过了一段时间,苍蝇又多了起来,农夫又喷洒了杀虫剂A,效果和第1次差不多,大多数苍蝇死了,但不是全部的苍蝇都死了。没过多久,苍蝇又多起来,农夫又喷洒杀虫剂A,如此反复进行了 5次,但农夫发现,杀虫剂A的效果一次比一次差,农夫注意到,这些杀虫剂是一次性大批量配制的,每次喷洒用的都是这些配制好的杀虫剂,于是农夫猜测,可能是时间放久,杀虫剂慢慢地分解失效了。请思考并回答以下问题。
(1)农夫猜测,时间久了,杀虫剂慢慢地分解失效了。请你简要解释如何验证农夫的这个猜测。
提示:将新配制的杀虫剂和原来配制的杀虫剂同时用于两组相同的且没有接触过该杀虫剂的苍蝇,观察它们的效果。
(2)农夫猜测,时间久了,杀虫剂慢慢地分解失效了,因此杀虫剂A的效果一次比一次差,请你给出两个和农夫不同的理由用来解释杀虫剂A的效果一次比一次差。
提示:具有抗药性的苍蝇能够生存下来,并遗传给下一代;环境条件的改变(如温度);杀虫剂使用方法的改变等。
(3)如果继续使用杀虫剂A,那么每代存活的个体数占总个体数的百分比将如何变化 试说明理由。
提示:将不断增加。由于杀虫剂的持续选择作用,不能抵抗杀虫剂的个体被淘汰,而能够抵抗杀虫剂的个体后代中能够抵抗杀虫剂的个体比例高,随着持续的选择作用,抗杀虫剂的个体所占的比例逐渐增加。
突破点1
自然选择与人工选择的比较
[典例1] 关于自然选择,以下说法正确的是( )
A.自然选择的直接对象是具有不同基因型的个体
B.自然选择是生物进化的唯一因素
C.自然选择导致生物的不定向变异积累成定向变异
D.自然选择作用于存活率和繁殖率有差异的个体
D
解析:自然选择的直接选择对象是个体的表型;生物进化的实质是种群基因频率的改变,自然选择通过定向改变种群的基因频率,使生物朝着一定的方向进化,自然选择不是进化的唯一因素,但却是适应性进化的唯一因素;自然选择是定向的,变异是不定向的,自然选择能保留有利变异,淘汰不利变异,从而使有利变异积累起来;自然选择作用于存活率和繁殖率有差异的个体。
[概念误区] 判断自然选择与人工选择的依据是看选择的结果。若选择的结果主要是生物适应环境,则一般是自然选择;若选择的结果主要是满足人们的需要,则为人工选择。对于进化而言,任何选择之前,都已存在变异,可遗传的变异是生物进化的前提。
突破点2
基因频率、基因型频率分析
[典例2] 某校的一个生物兴趣小组,在研究性学习活动中,开展了色盲普查活动。据调查得知,该校学生中基因型比率为XBXB∶XBXb∶XbXb∶XBY∶XbY=
44%∶5%∶1%∶43%∶7%,则Xb的基因频率为( )
A.7% B.9.3% C.13.2% D.5%
B
解析:由题意知,该群体中,XBXB、XBXb、XbXb、XBY、XbY的基因型频率分别是44%、5%、1%、43%、7%,假定该群体中有100个个体,则含有的XB基因数是44×2+5+43=136,Xb的基因数是5+2+7=14,因此Xb的基因频率为14÷(14+136)×100%≈9.3%。
[拓展延伸] 基因型频率、基因频率的计算分析
(2)运用哈迪-温伯格定律进行计算
在一个有性生殖的自然种群中,当等位基因只有一对(Aa)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(纯合子)基因型的频率,2pq是Aa(杂合子)基因型的频率,q2是aa(纯合子)基因型的频率。
①种群中一对等位基因(A和a)的基因频率之和等于1(A+a=p+q=1),基因型频率之和也等于1(AA+Aa+aa=1)。
②一个等位基因的频率=该等位基因纯合子的频率+1/2×杂合子的频率。
[概念情境]
概念四 现代生物进化理论为地球上的生命史提供了科学的解释
如图表示一个亲代种群因地理隔离(河流和山脉)形成两个新种群后进化为两个新物种。
(1)什么因素阻断了种群1、种群2与亲代种群之间的基因交流
提示:地理隔离(河流和山脉)。
(2)新物种与原种无法再进行基因交流,其根本原因是什么
提示:两者已经存在生殖隔离,无法再进行基因交流。
(3)种群1、种群2与亲代种群基因库产生差异的原因是什么
提示:三地的自然环境(气候)不同。
突破点1
利用现代生物进化理论解释生物的进化
[典例1] 一个山谷(甲区域)中生活着一个鼠种群,其中有一些个体分别迁徙到了乙、丙两个区域。后来由于山洪暴发,导致一条大河发生了改道,使甲、乙、丙三个区域的鼠彼此之间不能往来接触。如图所示为刚分隔时和分隔多年后决定鼠毛颜色的相关基因的调查结果。下列叙述正确的是( )
A.现代生物进化理论对遗传变异的研究已经从性状水平深入到基因水平
B.三个区域中全部鼠的全部B和b基因可构成3个基因库
C.甲、丙两个区域中的鼠毛颜色朝着相同的方向进化
D.多年后甲、乙两区域中的鼠种群基因频率不同,说明它们存在生殖隔离
A
解析:现代生物进化理论认为进化的实质是基因频率的改变,研究从性状水平深入到基因水平;三个区域中全部鼠的全部基因可构成3个基因库,不只有B、b基因;进化的方向与基因频率变化的方向是一致的,分析题图可知,甲区域中b的基因频率由66%下降至32%,而丙区域中b的基因频率由21%上升至32%(或甲区域中B的基因频率由34%上升至68%,而丙区域中B的基因频率由79%下降至68%),故甲、丙两个区域中鼠毛颜色的进化方向是不同的;多年后甲、乙两区域中的鼠种群基因频率不同,但它们之间不一定会出现生殖隔离。
[拓展延伸] 现代生物进化理论对生物进化的解释
项目 现代生物进化理论
模型建构
理论的主要内容 自然选择的实质是环境对变异所对应的基因的选择
生物进化的原材料 基因突变、基因重组、染色体畸变
进化的对象 种群
生物进化的实质 种群基因频率的改变
变异与选择的关系 变异在前,选择在后,生物性状的差异是变异的结果,选择只是对差异进行淘汰或保留,并实现差异的积累和放大
选择与进化的方向
突破点2
物种的形成机制
[典例2] 下列关于物种形成机制的叙述,错误的是( )
A.不同物种间的杂交能产生可育的后代
B.用秋水仙素处理植物的分生组织得到多倍体
C.经过长期的地理隔离和自然选择可能形成生殖隔离
D.整倍体变异的配子形成合子,合子发育成可育植株
A
解析:不同物种间在自然条件下不能交配,即使交配成功,也不能产生可育后代;秋水仙素能抑制纺锤体形成,使染色体数目加倍,因此可用秋水仙素处理植物的分生组织得到多倍体;经过长期的地理隔离和自然选择可能形成生殖隔离;整倍体变异的配子形成合子,合子发育成可育植株。
[拓展延伸] 物种形成方式比较及物种与进化的比较
②同地的物种形成(骤变式):同地的物种形成主要是通过染色体畸变形成多倍体的方式形成新物种,一经出现可以很快达到生殖隔离。
③人工创造的新物种——通过植物体细胞杂交(如番茄-马铃薯)、多倍体远缘杂交(如甘蔗-萝卜)、多倍体育种(如异源八倍体小黑麦)等方式创造新物种。
(2)物种形成与生物进化的比较
项目 物种形成 生物进化
标志 生殖隔离出现 种群基因频率改变
变化后的
生物与原
生物的关系 属于不同物种 可能属于同一个物种,也可能属于不同的物种
两者
联系 ①只有不同种群的基因库产生了明显差异,出现生殖隔离后才能形成新物种
②生物进化不一定产生新物种,新物种产生一定发生了生物进化
素养提升
牵牛花为虫媒、两性花,花色多样,有白色、红色、蓝紫色等。如图为其色素代谢途径示意图。为探究牵牛花色的遗传与进化,研究者进行了调查和实验。
注:A、B基因位于细胞核内,其等位基因a、b无相应功能;前体物质使花呈白色。
(1)将亲本白色和蓝紫色牵牛杂交,F1中红花植株与蓝紫花植株的比例为1∶1,其中蓝紫色花比亲本中蓝紫色花的颜色浅。
①亲本的基因型为 。
②从分子水平解释F1蓝紫色花比亲本蓝紫色花颜色浅的可能原因: .
.
。
解析:(1)根据题意可知,白色植株的基因型为 aa ,蓝紫色植株的基因型为A B ,红色植株的基因型为A bb,现亲本白色和蓝紫色牵牛杂交,F1中红花植株与蓝紫花植株的比例为1∶1,其中蓝紫色花比亲本中蓝紫色花的颜色浅,说明蓝紫色的深浅可能与显性基因的个数有关,据分析可知,①亲本的基因型为AABb(蓝紫色)、aabb(白色)。
②由亲本的基因型可知,F1蓝紫花植株的基因型为AaBb,通过比较与蓝紫色亲本基因型(AABb)的差异可推测,F1蓝紫色花比亲本蓝紫色花颜色浅的原因可能为F1蓝紫色花瓣细胞中少了一个A基因,使花瓣细胞中A酶的含量少于亲本,细胞中合成的天竺葵素也少于亲本,因此颜色较浅。
AABb、aabb
F1蓝紫色花基因型为AaBb,
与蓝紫色花亲本相比少1个A基因,使其花瓣细胞中A酶含量少于亲本,合成的天竺葵素也少于
亲本,因此颜色要浅
(2)进一步研究发现,另一对等位基因D、d也影响牵牛花的花色,dd表现为白色。调查发现,某种群中a的基因频率为0.05,d的基因频率为0.4,试解释a和d基因频率差异的可能原因: .
.
。
解析:(2)进一步研究发现,另一对等位基因D、d也影响牵牛花的花色,dd表现为白色。调查发现,某种群中a的基因频率为0.05,d的基因频率为0.4,a和d基因频率不同的原因可能是基因具有多效性,尽管aa和dd均表现为白花,但a基因控制的其他性状可能不利于个体的生存和繁殖,使得aa植株被淘汰的概率远高于dd植株,进而导致d的基因频率高于a的基因频率。
虽然aa和dd均表现为白花,但基因具有多效性,
a基因控制的其他性状可能不利于个体的生存和繁殖,使得aa植株被淘汰的
概率远高于dd植株
(3)为验证假设“传粉者的花色偏好会影响不同花色牵牛的繁殖”,设计了两个方案:
方案一:捕捉一定数量小豆长喙天蛾,涂抹荧光粉后放归自然。一段时间后,统计粘有荧光粉的白色花和有色花数量。
方案二:用无毒无味的蓝紫色(或红色)染料涂抹牵牛种群中50%的白花牵牛的花瓣,另外50%白花牵牛不做处理作为对照,一段时间后统计结实率。
上述两种方案是否可以验证假设,请判断并说明理由: .
.
.
.
。
方案一不能;小豆长喙天蛾对不同颜色花的访问次数,仅能反映其是否具有花色偏好,并不能证明传粉者的花色偏好对不同花色牵牛的繁殖一定产生影响。方案二可以;将白色花染成蓝紫色(或红色),保证了变量的单一性,结实率可作为繁殖的指标。在传粉者不变的情况下,若仅改变花色可影响植株结实率,则说明传粉者的花色偏好对不同花色牵牛的繁殖产生了影响
解析:(3)为验证假设“传粉者的花色偏好会影响不同花色牵牛的繁殖”,设计了两个方案:
方案一:捕捉一定数量小豆长喙天蛾,涂抹荧光粉后放归自然。一段时间后,统计粘有荧光粉的白色花和有色花数量。
方案二:用无毒无味的蓝紫色(或红色)染料涂抹牵牛种群中50%的白花牵牛的花瓣,另外50%白花牵牛不做处理作为对照,一段时间后统计结实率。判断上述两种方案是否可以验证假设,其中方案一不能,方案二可以。理由如下:方案一不能;因为方案一只是调查了小豆长喙天蛾对不同颜色花的访问次数,仅能反映其是否具有花色偏好,并不能证明传粉者的花色偏好对不同花色牵牛的繁殖一定产生影响。方案二可以;因为该方案中将白色花染成蓝紫色(或红色),保证了变量的单一性,同时将结实率作为繁殖的指标,即研究了在传粉者不变的情况下,若仅改变花色可影响植株结实率,则说明传粉者的花色偏好对不同花色牵牛的繁殖产生了影响。因此方案二的实验设计能验证上述假设。
随堂检测
1.研究小组对某公园的金鱼草种群进行调查及基因鉴定,得知红花(CC)金鱼草35株、粉红花(Cc)40株、白花(cc) 25株。下列叙述正确的是( )
A.金鱼草种群中全部C和c的总和构成其基因库
B.不同花色数量的差异是由适应环境的变异造成的
C.基因重组产生的粉红花为自然选择提供选择材料
D.种群中C的基因频率为55%,Cc的基因型频率为40%
解析:一个种群的基因库包含该种群的所有等位基因;生物的变异是不定向的;花色仅受一对等位基因控制,不存在基因重组;种群中C的基因频率=[(35×2)+40]/ (100×2)×100%=55%,Cc的基因型频率=40/100×100%=40%。
D
2.某地草地贪夜蛾(二倍体)幼虫大量啃食植物的茎和叶,严重危害农作物。使用杀虫剂对其防治一段时间后,其抗药性快速增强。研究发现其常染色体上抗性相关基因a可突变为a1、a2。对该地草地贪夜蛾的基因型及比例进行调查,结果如表:
项目 基因型/%
aa aa1 aa2 a1a1 a1a2 a2a2
比例 20 18 24 1 15 22
下列叙述,错误的是( )
A.a、a1、a2的区别在于碱基对的数目、排列顺序不同
B.a1、a2的产生体现了基因突变的不定向性
C.该种群中a1、a2基因频率分别为21.9%和51.9%
D.a、a1、a2的遗传遵循基因分离定律
C
解析:a、a1、a2属于复等位基因,区别在于碱基对的数目、排列顺序不同; a基因突变产生a1、a2,体现了基因突变的不定向性;a1基因频率=(18+1×
2+15)÷(100×2)×100%=17.5%,a2基因频率=(24+15+22×2)÷(100×
2)×100%=41.5%;a、a1、a2属于复等位基因,其遗传遵循基因分离定律。
3.下列有关现代生物进化理论的叙述中,错误的是( )
A.种群是生物进化的基本单位,种群越大进化越快
B.变异是生物进化的基础,但有些变异不会导致进化
C.选择使种群基因频率定向改变,决定生物进化方向
D.地理隔离和生殖隔离都会阻止生物之间的基因交流
解析:种群是生物进化的基本单位,种群进化的实质是种群基因频率的改变,其进化快慢与基因频率改变有关,种群越大不一定进化越快;可遗传变异是进化的基础,为生物进化提供原始的选择材料,不遗传的变异不会导致进化;自然选择是定向的,所以选择使种群基因频率定向改变,从而决定生物进化方向;地理隔离和生殖隔离都会阻止生物之间的基因交流,生殖隔离是新物种形成的标志。
A
4.绵羊的有角和无角由常染色体上一对等位基因控制。基因型为HH的绵羊有角,基因型为hh的绵羊无角,基因型为Hh的绵羊中,母羊无角,公羊有角。在一个遗传平衡的种群中,HH、Hh、hh个体比例分别为49%、42%、9%。下列相关叙述错误的是( )
A.该种群中,H的基因频率为70%
B.长期在遗传平衡状态下,该种群是不会发生进化的
C.该种群中,有角个体中纯合子比例为7/10
D.该种群中,全部个体的H和h基因构成了其基因库
解析:该种群中,H的基因频率=49%+1/2×42%=70%;长期在遗传平衡状态下,基因频率不会发生改变,该种群不会发生进化;该种群中,基因型为HH的绵羊(有角)占49%,基因型为Hh的公羊(有角)占1/2×42%=21%,故有角个体中纯合子比例=49%/(49%+21%)=7/10;种群基因库是由一个种群中全部个体所含的全部基因组成的。
D
5.回答下列有关生物进化和生物多样性的问题。
材料一 某种蛾易被蝙蝠捕食,经过长久的进化后,此种蛾中的一部分个体在感受到蝙蝠的超声波时,便会运用复杂的飞行模式,逃脱危险,其身体也发生了一些其他改变。人工操作使变化后的蛾与祖先蛾交配,产生的受精卵不具有生命力。
材料二 蛙是幼体生活于水中,成体可生活于水中或陆地的动物。由于剧烈的地质变化,某种蛙生活的水体分开,蛙被隔离为两个种群。千百万年之后,这两个种群不能自然交配。
(1)现代生物进化理论认为生物进化的基本单位是 。
解析:(1)生物进化的基本单位是种群。
种群
材料一 某种蛾易被蝙蝠捕食,经过长久的进化后,此种蛾中的一部分个体在感受到蝙蝠的超声波时,便会运用复杂的飞行模式,逃脱危险,其身体也发生了一些其他改变。人工操作使变化后的蛾与祖先蛾交配,产生的受精卵不具有生命力。
材料二 蛙是幼体生活于水中,成体可生活于水中或陆地的动物。由于剧烈的地质变化,某种蛙生活的水体分开,蛙被隔离为两个种群。千百万年之后,这两个种群不能自然交配。
(2)这两则材料中发生的相似事件是 (填字母)。
A.协同进化 B.地理隔离
C.生存竞争 D.生殖隔离
解析:(2)两则材料中都涉及生物交配后不能产生正常后代或不能交配,说明存在生殖隔离。
D
材料一 某种蛾易被蝙蝠捕食,经过长久的进化后,此种蛾中的一部分个体在感受到蝙蝠的超声波时,便会运用复杂的飞行模式,逃脱危险,其身体也发生了一些其他改变。人工操作使变化后的蛾与祖先蛾交配,产生的受精卵不具有生命力。
材料二 蛙是幼体生活于水中,成体可生活于水中或陆地的动物。由于剧烈的地质变化,某种蛙生活的水体分开,蛙被隔离为两个种群。千百万年之后,这两个种群不能自然交配。
(3)在材料一中,蛾复杂飞行模式的形成是 的结果。
(4)在材料二中,若发生剧烈地质变化后,其中一个蛙种群的生活环境是水体逐渐干涸,则种群中个体数减少,导致该种群的 变小。
解析:(3)材料一中,蛾复杂飞行模式的形成是长期自然选择的结果。
(4)种群中个体数减少,导致部分基因消失,种群的基因库变小。
自然选择
基因库(共31张PPT)
第三节 生物多样性为人类生存提供资源与
适宜环境
素养导学
内容梳理
概念突破
随堂检测
素养导学
教学内容 教学要求 素养归属
1.生物多样性包括物种多样性、遗传多样性以及生态系统多样性 通过归纳与概括,分析生物多样性的层次,并能对不同的层次进行分析解读 科学思维
2.人类生存和发展受益于生物多样性 明确人与生物多样性的和谐统一关系,认同生物多样性为人类的所需提供间接和直接价值 社会责任
3.人类活动会影响生物多样性,生物多样性也会影响人类生存 (1)举例分析人类对生物多样性的影响,根据生物多样性的特点,提出相应的保护措施 科学思维
(2)针对现在的各种生物多样性丧失及保护议题,进行合理分析和讨论 社会责任
1.生物多样性包括物种多样性、遗传多样性以及生态系统多样性
(1)生物多样性的定义
生物多样性是地球上所有的动物、植物、 物种和它们所拥有的 基因以及它们赖以生存的 的总和。
(2)生物多样性的层次
① (核心)
a.定义:地球上动物、植物、微生物等 的丰富程度。
b.测量指标:物种总数、 、特有种比例。
微生物
内容梳理
全部
生态环境
物种多样性
生物种类
物种密度
②遗传多样性
是生物多样性的重要组成部分,是指地球上生物所携带的 的总和。
③生态系统多样性
主要指地球上生态系统组成、功能的多样性以及 的多样性、生物群落的多样性、 类型的多样性等多个方面。
(3)生物多样性间的联系
遗传多样性 了物种的多样性,物种的多样性形成了不同的 ,生态系统中的生物种类和数量越多,生态系统越稳定,生物圈越稳定。
全部遗传信息
生态环境
生态系统
决定
生态系统
2.人类生存和发展受益于生物多样性
(1)生物多样性的 是巨大的:人类从生物多样性中得到了所需的全部食品、许多药物和工业原料。
(2)千姿百态的生物给人以美的享受,是 和科学发明的源泉。
(3)生物多样性的生态价值是巨大的,在维系自然界能量流动、物质循环、改良 、涵养水源及调节 等诸多方面发挥着重要作用。
价值
艺术创造
土壤
小气候
3.人类活动会影响生物多样性,生物多样性也会影响人类生存
(1)人类活动对生物多样性的影响
①当人类活动遵循自然规律时,其活动会 生物多样性的增加。
②当人类片面追求 的效益,并且利用一切手段来强化这种效益时,其结果会损害生物多样性并导致某些物种的灭绝,最终威胁人类自身的生存和发展。
(2)生物多样性保护
①对面临灭绝的珍稀濒危 和生态系统的绝对保护。
②对数量较大的可以开发的 进行可持续的合理利用。
(3)生物多样性保护的主要形式:迁地保护和 保护。
促进
单一因子
物种
资源
就地
[概念情境]
概念突破
概念一 生物多样性包括物种多样性、遗传多样性以及生态系统多样性
如图为组成生物多样性的3个层次示意图。回答下列问题。
(1)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别体现了生物哪一个层次上的多样性
提示:据图分析,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别在遗传、物种和生态系统3个不同层次上体现了生物的多样性。
(2)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中哪一个是生物多样性的核心
提示:物种多样性是生物多样性的核心。
(3)一个物种的遗传多样性和其对环境的适应性之间存在什么样的关系
提示:一个物种所包含的遗传基因越丰富,它对环境的适应能力就越强。
突破点1
生物多样性的概念及层次分析
[典例1] 下列关于生物多样性的叙述中错误的是( )
A.物种多样性是生物多样性的核心
B.生物多样性的形成经过了漫长的进化历程
C.生态系统多样性减少会导致遗传多样性减少
D.保护生物多样性就是保护生态系统的多样性
D
解析:生物多样性包括三个方面,即遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性,其中物种多样性是核心;生物与生物之间、生物与无机环境之间的共同进化导致生物多样性的形成,生物多样性的形成经过了漫长的进化历程;每个物种都是一个独特的基因库,遗传的多样性决定了物种的多样性,物种的多样性形成了不同的生态系统,当生态系统多样性减少时,物种的多样性和遗传的多样性也会发生锐减。
突破点2
各种进化方式比较
[典例2] 安第斯山区有数十种蝙蝠以花蜜为食。其中,长舌蝠的舌长为体长的1.5倍。只有这种蝙蝠能从长筒花狭长的花冠筒底部取食花蜜,且为该植物的唯一传粉者。由此无法推断出( )
A.长舌有助于长舌蝠避开与其他蝙蝠的竞争
B.长筒花可以在没有长舌蝠的地方繁衍后代
C.长筒花狭长的花冠筒是自然选择的结果
D.长舌蝠和长筒花相互适应,协同进化
B
解析:只有长舌蝠能从长筒花狭长的花冠筒底部取食花蜜,且为该植物的唯一传粉者,这是长舌蝠和长筒花相互选择、相互适应、协同进化的结果,同时这种生活方式也减弱了长舌蝠与其他蝙蝠的竞争。长舌蝠是长筒花的唯一传粉者,故必须在有长舌蝠生存的地方长筒花才能繁殖后代。
[拓展延伸] 协同进化、趋异进化、趋同进化、平行进化的综合比较
项目 协同进化 趋异进化 趋同进化 平行进化
主要
原因 物种之间形成的相互作用、相互依存的关系 源自同一祖先的生物,生存环境不同 源自不同祖先的生物,生存环境相似 源自共同祖先,且互有亲缘关系
进化的
结果 物种形成精巧的相互适应 生物向着不同的方向进化 生物体的整体或部分形态构造向着同一方向改变 独立地进化出相似的特征
[概念情境]
概念二 人类生存和发展受益于生物多样性
潮上带是指位于平均高潮线与最大涨潮线之间的区域,正常潮汐作用下不能到达;潮间带是指平均最高潮位和最低潮位间的海岸,即涨潮时淹没退潮时露出水面的范围。某滨海湿地潮间带的土壤盐渍化严重,植物物种多样性非常低,潮上带土壤盐渍化相对较轻,芦苇是该区域的优势种(主要通过无性方式繁殖),但其遗传多样性相对较低。
请思考并回答以下问题。
(1)芦苇植被不但为昆虫、水鸟等动物提供栖息环境和食物来源,而且也是重要的造纸原料,这体现了生物多样性的什么价值
提示:直接价值和生态价值。
(2)尝试分析芦苇群体的遗传多样性相对较低的可能原因。
提示:芦苇主要以无性繁殖为主,产生的变异较少。
(3)尝试提出该滨海湿地芦苇植被的保护措施。
提示:保护该滨海湿地芦苇植被的措施是建立自然保护区保护其环境的完整性,引入或培育耐盐碱的新品种。
突破点
人类生存与生物多样性的关系
[典例] 下列有关生物多样性的叙述中不正确的是( )
A.遗传的多样性决定了物种的多样性
B.当生态系统多样性减少时,物种的多样性和遗传的多样性也会发生锐减
C.森林能够涵养水源、调节小气候等,这能体现生物多样性的潜在价值
D.某种生物的数量减少或灭绝,必然会影响它所在的生态系统
C
解析:遗传的多样性决定了物种的多样性;当生态系统多样性减少时,物种的多样性和遗传的多样性也会发生锐减;森林能够涵养水源、调节小气候等,这能体现生物多样性的生态价值;某种生物的数量减少或灭绝,必然会影响它所在的生态系统。
[知识储备] 生物多样性是人类赖以生存的保障,即使现在对人类而言无用的生物,可能是人类未来所依赖的,因此,对于生物多样性,不能以现在的有用或无用的视角去审视,而应做到对生物多样性的全方位保护。
[概念情境]
概念三 人类活动会影响生物多样性,生物多样性也会影响人类生存
我国要求各省、市、自治区做好城市建设中的生态环境保护工作,足见我国政府对环境问题的重视。请思考并回答以下问题。
(1)面对生态环境恶化问题,人类应吸取教训,在思考未来发展的同时,还应如何操作
提示:合理利用自然资源、保护生物多样性、减少污染等。
(2)生态环境保护的工作有很多,如生物多样性保护、廊道建设示范等。在保护生物多样性的方法中,哪种保护是目前进行生物多样性保护最有效的措施
提示:就地保护。
(3)中外专家探讨了干旱、半干旱地区植被修复和生态保护的结合方式。设计生态恢复时,为尽快增加该地区的物种多样性和遗传多样性,能否大量引进外来物种
提示:不能。大量引进外来物种可能会导致生物入侵现象出现,不利于生态恢复。
突破点
人类活动对生物多样性的影响及保护
[典例] 下列关于生物多样性的说法,正确的是( )
A.森林中的毒蛇与生物多样性没有直接关系
B.保护生物多样性不利于人类的生存和发展
C.生物圈内的所有生物构成了生物多样性
D.生物多样性保护包括就地保护和迁地保护
D
解析:森林中的毒蛇丰富了物种多样性,与生物多样性有直接关系;保护生物多样性有利于人类的生存和发展;生物圈内的所有生物构成了生物多样性中的物种多样性,生物多样性还包括遗传多样性和生态系统多样性;生物多样性保护包括就地保护和迁地保护,最有效的保护措施是就地保护。
[概念误区] 就地保护与迁地保护都是进行生物多样性保护的操作手段,相比较而言,就地保护能更有效、更充分地实现生态系统多样性、物种多样性和遗传多样性的保护。
素养提升
草本植物报春花多数为二型花柱,少数为同型花柱(如图1所示)。花药的位置明显低于柱头的为长柱型花;柱头位置明显低于花药的为短柱型花。同型花柱的花中,花药与柱头高度相近。
(1)熊蜂、蝴蝶和天蛾等昆虫的喙细而长,在吸食花筒底部花蜜的同时,也起到帮助报春花传粉的作用,这是长期 的结果。
解析:(1)熊蜂、蝴蝶和天蛾等昆虫的喙细而长,在吸食花筒底部花蜜的同时,也起到帮助报春花传粉的作用,这是长期自然选择(或协同进化)的结果。
自然选择(或协同进化)
(2)研究发现,随着海拔高度增加,高山上环境温度降低,传粉昆虫减少,同型花柱的花比例增大。为研究上述现象,科研人员进行模拟实验,处理及结果如图2所示。
①本实验中,套袋处理可以防止 ,模拟了高山上 .
的条件。
②据图可知,套袋处理后 .
,推测同型花柱报春花传粉方式主要为 .
(填“自花传粉”或“异花传粉”)。
解析:(2)①根据题意可知,“高山上环境温度降低,传粉昆虫减少”,因此本实验中,套袋处理可以防止外来花粉的干扰,模拟了高山上无传粉者的条件。
②据图可知,套袋处理后同型花柱报春花结实率较高,二型花柱报春花结实率明显降低或不结实,推测同型花柱报春花主要进行自花传粉。
外来花粉的干扰
无传粉者
(或协同进化)
同型花柱报春花结实率较高,二型花柱报春花的
自花传粉
结实率明显降低或不结实
(3)结合图1和图2分析,二型花柱报春花的主要传粉方式为 ,这种传粉方式虽然有利于增加报春花的 多样性,但同型花柱报春花 .
,因而高海拔环境下同型花柱的花比例增大。
解析:(3)结合图1和图2分析,套袋处理后,二型花柱报春花结实率降低或不结实,说明其主要传粉方式为异花传粉,这种传粉方式虽然有利于增加报春花的遗传多样性,但同型花柱报春花主要为自花传粉,在传粉昆虫减少条件下结实率更高,有利于繁殖,因而高海拔环境下同型花柱的花比例增大。
异花传粉
遗传
主要为自花传粉,在传粉
昆虫减少条件下结实率更高,有利于繁殖
随堂检测
1.下列关于生物多样性的说法,错误的是( )
A.物种多样性属于生物多样性范畴
B.生物多样性是协同进化的结果
C.生物多样性的根本原因是遗传多样性
D.有害生物不能体现生物多样性的价值
解析:生物多样性包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性;生物多样性是协同进化的结果;生物多样性的根本原因是遗传多样性;有害生物也能体现生物多样性的价值,如参与维持生物多样性,体现生态价值,也可能含有潜在价值。
D
2.某种兰花有细长的花矩(如图),花矩顶端储存着花蜜,这种兰花的传粉需借助具有细长口器的蛾在吸食花蜜的过程中完成。下列叙述正确的是( )
A.蛾口器的特征决定兰花花矩变异的方向
B.花矩变长是兰花新物种形成的必要条件
C.口器与花矩的相互适应是协同进化的结果
D.蛾的口器会因吸食花蜜而越变越长
解析:变异是不定向的;新物种形成的必要条件是隔离;两种生物之间的相互适应是协同进化的结果;蛾的口器变长是自然选择的结果。
C
3.下列有关生物多样性的叙述,错误的是( )
A.过度的人为干扰会导致生物多样性降低
B.植物和动物以及它们拥有的全部基因构成了生物多样性
C.就地保护和迁地保护是对生物多样性进行有效保护的常用措施
D.人工湿地具有涵养水源、调节气候功能,属于生物多样性的生态价值
解析:过度的人为干扰会导致生物多样性降低,生态系统稳定性降低;生物多样性包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性;就地保护和迁地保护是对生物多样性进行有效保护的常用措施;人工湿地具有涵养水源、调节气候功能,属于生物多样性的生态价值。
B
4.花天牛是果园中常见的害虫,以果树的花和叶为食。人们可以通过喷洒农药来防治虫害,也可以利用花天牛的天敌——啄木鸟来进行生物防治。下列有关叙述错误的是( )
A.使用农药会导致花天牛种群的抗药基因频率升高
B.使用农药会污染环境且会杀死其他生物,不宜大力推广
C.啄木鸟的引入会使花天牛的数量持续降低
D.啄木鸟与花天牛在捕食与被捕食过程中协同进化
解析:使用农药会对花天牛抗药性进行选择,从而导致花天牛种群的抗药基因频率升高;农药属于化学防治,使用农药会污染环境且会杀死其他生物,不宜大力推广;啄木鸟与花天牛在捕食与被捕食过程中协同进化,因而花天牛的数量不会持续降低。
C
5.狮子鱼多栖息于温带靠海岸的岩礁或珊瑚礁内,但在马里亚纳海沟7 000米以下的深海环境中生存着一个通体透明的新物种——超深渊狮子鱼,深海环境具有高压、终年无光等特殊极端条件。研究发现,该超深渊狮子鱼基因组中与色素、视觉相关的基因发生了大量丢失,这些遗传变异共同造成了这一物种的奇特表型和对深海极端环境的适应能力。下列说法正确的是( )
A.超深渊狮子鱼与温带靠海岸分布的狮子鱼一定不能交配成功
B.在深海环境中,超深渊狮子鱼个体间在斗争过程中相互选择,协同进化
C.在海底漆黑环境的诱导下,超深渊狮子鱼的眼睛发生退化
D.因自然选择,超深渊狮子鱼种群与温带靠海岸狮子鱼种群的基因库不同
D
解析:由题意可知,超深渊狮子鱼是一个新物种,故超深渊狮子鱼与温带靠海岸分布的狮子鱼存在生殖隔离,即使交配成功,也不能产生可育后代;协同进化是指不同物种之间,生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展,而超深渊狮子鱼只是一个物种;根据题干信息,超深渊狮子鱼的眼睛退化的原因应是“基因组中与色素、视觉相关的基因发生了大量丢失”,高压、终年无光等特殊极端条件只是进行了自然选择;超深渊狮子鱼基因组中与色素、视觉相关的基因发生了大量丢失,使得超深渊狮子鱼种群与温带靠海岸狮子鱼种群的基因库不同。(共22张PPT)
第五章 生物的进化
第一节 丰富多样的现存物种来自共同祖先
素养导学
内容梳理
概念突破
随堂检测
素养导学
教学内容 教学要求 素养归属
1.现在的生物是进化而来的 通过归纳与概括,比较自然选择学说与“特创论”的区别,认同现在生物的形成与进化的关系,形成进化与适应观 生命观念
2.生物具有许多共同的特征,多重证据表明当今生物具有共同祖先 通过概括与分析,归纳生物的多样性与统一性的层次,并能对一些实例进行分析讨论 科学思维
1.现在的生物是进化而来的
(1)生物分类的基本单位: 。
(2)不同物种的个体之间不能互相交配,或者在交配后不能产生 .
,这种现象称为 。
(3)达尔文进化论的主要观点
①物种是可变的,所有生物是由 进化而来的。
②生物之间普遍存在变异,有利的性状能通过 逐代积累。
③同一物种的不同种群生活在不同的环境中,可以发生不同的变化来 各自的环境。
物种
内容梳理
有生育能力
的后代
生殖隔离
共同的祖先
自然选择
适应
2.生物具有许多共同的特征,多重证据表明当今生物具有共同祖先
(1)生物界在 上具有巨大的多样性,在 上具有高度的统一性。
(2)生物统一性的实例
①人的手臂、猫的前肢、鲸的前鳍和蝙蝠的翼手在 上存在统一性。
②动物、植物、真菌等都是由真核细胞组成,真核生物在 上存在统一性。
③真核生物和原核生物在 层次上存在着高度统一性。
④ 也为生物来自共同的祖先提供了直接证据,如始祖鸟化石,始祖鸟将鸟类和爬行类,特别是恐龙联系起来。
⑤ 也为所有生物来自共同祖先提供了有力证据,如所有脊椎动物的胚胎在发育早期有相似的发育阶段。
类型
模式
结构模式
细胞模式
分子
化石
胚胎学
[概念情境]
概念突破
概念一 现在的生物是进化而来的
达尔文在环球考察时,在太平洋中的加拉帕戈斯群岛上观察到13种地雀,它们的大小和喙形各不相同,栖息场所和食物也不同,其种间杂交一般不育。据研究,它们是由一种祖先地雀进化而来的。请思考并回答以下问题。
(1)不同岛屿上的地雀,其身体大小和喙形各不相同的原因是什么
提示:生物间普遍存在变异,不同岛屿的环境对变异进行了选择。
(2)不同岛屿上的地雀无法进行交配,说明地雀之间是什么关系
提示:不是同一物种,存在生殖隔离。
(3)由于不同岛屿的食物种类和栖息场所不同,有的个体得到食物而存活,有的个体得不到食物而死亡,这是什么过程
提示:题干所述过程为自然选择过程。
突破点1
达尔文自然选择学说
[典例1] 达尔文在克格伦岛上考察时发现,岛上的某种昆虫呈现两种类型:多数个体不能飞,而少数能飞的个体翅膀异常发达。下列叙述正确的是( )
A.岛上环境对昆虫进行了长期、定向的自然选择
B.能飞的昆虫比不能飞的昆虫更能适应岛上环境
C.不能飞和能飞的昆虫间产生了生殖隔离
D.岛上的强风环境引起昆虫的多方向变异
解析:岛上环境对昆虫进行了长期、定向的自然选择,使昆虫朝着一定的方向不断进化;海岛上环境特殊,经常刮大风,不能飞的昆虫由于不能飞翔,不容易被吹到海里,因此不能飞的昆虫比能飞的昆虫更能适应岛上环境;不能飞和能飞的昆虫属于同一物种,能够自由交配,没有产生生殖隔离;变异是多方向的,不是由环境引起的。
A
突破点2
生殖隔离
[典例2] 马和驴体细胞的染色体分别为64条和62条,骡子是马和驴杂交的后代,其体细胞的染色体数为63条,由此可以推测( )
A.马和驴之间不存在生殖隔离
B.马和驴的遗传信息相同
C.骡子可进化成一个新物种
D.骡子无生殖能力
解析:马和驴的后代骡子的体细胞中不含同源染色体,故不可育,所以马和驴之间存在生殖隔离;马和驴属于两个物种,遗传信息不同;骡子体细胞中不含同源染色体,不能产生生殖细胞,故不属于新物种。
D
[拓展延伸] 斯特宾斯对生殖隔离的分类
(1)合子形成前的机制。①生态隔离:虽在同一地域,但生态地位不同;②季节隔离:开花期有分离;③行为隔离:雌雄的性习性不同;④机械隔离:生殖器官构造存在差异;⑤配子不亲和现象:一方的配子体在另一方的生殖器官内死亡。
(2)合子形成后的机制。①杂种死灭或弱势;②杂种不育;③杂种衰败:F2以后死灭或弱势。
[概念情境]
概念二 生物具有许多共同的特征,多重证据表明当今生物具有共同祖先
现有G、H、Q、W、X五个有亲缘关系的物种,它们的进化历程及
亲缘关系如图所示。
(1)图中五个物种中,基因组成相似程度最高的是哪两个物种
提示:基因相似程度越高的生物应是亲缘关系越近的物种,X和Q的亲缘关系最近,相似度最高。
(2)H、W两个物种都生活在海洋中,体形都为纺锤形的事实能够说明什么
提示:由于自然选择是定向的,所以在相同环境中不同生物的性状相似。
突破点
生物的多样性与统一性
[典例] Tas1r2基因控制合成甜味感受器蛋白,研究人员发现狮子、老虎、英国短毛猫等多种猫科动物的Tas1r2基因都缺失247个碱基对,所以这些动物无法感受甜味刺激。这为研究猫科动物具有共同的祖先提供了( )
A.古生物化石证据 B.比较解剖学证据
C.细胞生物学证据 D.分子生物学证据
解析:在狮子、老虎、英国短毛猫等多种猫科动物的体内,与甜味感受器蛋白合成有关的基因中均缺失247个碱基对,这显然是通过研究DNA分子来确定三种生物之间的亲缘关系,故为分子生物学证据。
D
[拓展延伸] “生物的统一性”的三个层次
(1)个体层次上的统一性:亲缘关系比较近的生物存在某种结构和功能的统一模式。如结构相似的器官,在早期胚胎发育阶段由相同的组织发育而来。
(2)细胞层次上的统一性:①动物、植物、真菌和众多的原生生物都是由真核细胞组成的,它们的细胞结构十分相似;②它们的细胞器结构也相似。这体现了真核生物之间存在着统一性。
(3)分子层次上的相似性:无论在真核细胞还是原核细胞中,DNA、RNA和蛋白质等生物大分子各自的结构单体是相同的,连接方式也是相同的,在细胞中的作用也是相似的。因此,所有的生物在分子层次上是统一的。
素养提升
同源器官是指起源相同、结构和部位相似而形态和功能不同的器官。鸟的翼、蝙蝠的翼手、鲸的前鳍、狗的前肢和人的上肢,从外形和功能来看,这些器官很不相同,但是比较它们的内部结构,却基本一致,都是由肱骨、桡骨、尺骨、腕骨、掌骨和指骨组成的,排列的方式也基本一致,都是同源器官。分析以上材料,回答下列问题。
(1)同源器官的存在证明:凡是具有同源器官的生物,都是由 . 进化而来的。
解析:(1)同源器官的存在证明:凡是具有同源器官的生物,都是由共同的原始祖先进化而来的。
共同的原始祖先
同源器官是指起源相同、结构和部位相似而形态和功能不同的器官。鸟的翼、蝙蝠的翼手、鲸的前鳍、狗的前肢和人的上肢,从外形和功能来看,这些器官很不相同,但是比较它们的内部结构,却基本一致,都是由肱骨、桡骨、尺骨、腕骨、掌骨和指骨组成的,排列的方式也基本一致,都是同源器官。分析以上材料,回答下列问题。
(2)这些同源器官的内部结构相似,但形态、功能却相差甚远,这是因为在进化过程中,生物为 逐渐进化来的。
(3)除了化石、比较解剖学、分子生物学的证据,你还知道哪些证据可以证明生物的进化 。
解析:(2)这些同源器官的内部结构相似,但形态、功能却相差甚远,这是因为在进化过程中生物为适应不同的环境、行使不同的功能逐渐进化来的。
适应不同的环境、行使不同的功能
(3)除了化石、比较解剖学、分子生物学的证据,可以证明生物进化的证据还有胚胎学证据、遗传学证据。
胚胎学证据、遗传学证据
随堂检测
1.下列有关生殖隔离的说法不正确的是( )
A.不同物种间存在生殖隔离
B.存在生殖隔离的生物不能产生可育后代
C.生殖隔离的形成标志着新物种的形成
D.生殖隔离是指不同物种不能交配
解析:不同物种间无法进行交配,或即使交配成功也无法产生可育后代;生殖隔离的形成标志着新物种形成,个体之间无法进行基因交流;生殖隔离是指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。
D
2.细胞色素c是广泛存在于动物、植物和微生物中的一种蛋白质,位于线粒体内的电子传递链中,若缺乏细胞色素c,耗氧量降低,生物出现呼吸作用障碍。若细胞色素c从线粒体释放到细胞质中,则会激活凋亡程序。细胞色素c的氨基酸序列表现为高度的保守性,下表是多种生物与人类细胞色素c氨基酸序列的差异。下列说法错误的是( )
生物 黑猩猩 恒河猴 兔 牛、羊、猪 果蝇 小麦 酵母菌
差异 0 1 9 10 27 35 44
A.细胞色素c可以作为分子指标来判断不同种生物亲缘关系的远近
B.细胞色素c氨基酸序列的高度保守性说明生物可能是由共同的祖先进化而来的
C.细胞色素c可能位于线粒体的内膜上,参与需氧呼吸第三阶段
D.细胞色素c直接控制细胞凋亡
D
解析:分析题表可知,不同生物的细胞色素c氨基酸序列有差异,故可以作为分子指标来判断不同种生物亲缘关系的远近;已知细胞色素c氨基酸序列表现为高度的保守性,说明生物可能是由共同的祖先进化而来的;细胞色素c位于线粒体内的电子传递链(需氧呼吸第三阶段)中,可能位于线粒体的内膜上,参与需氧呼吸第三阶段;细胞色素c从线粒体释放到细胞质中,会激活凋亡程序,间接控制细胞凋亡。
3.下图显示了鸟类和爬行动物早期的胚胎,其中①②③结构具有很大相似性,这证明了两者( )
A.生殖方式相同 B.生活环境相似
C.来自共同的祖先 D.食物来源相似
解析:爬行类动物和鸟类之间的差异十分显著,但是它们的胚胎在发育初期很相似,即都有鳃裂和尾,只是到了发育晚期,其鳃裂都消失了,这种现象说明高等脊椎动物是从某些古代的低等动物进化而来的,即它们来自共同的祖先,同时,也说明古代脊椎动物原始的共同祖先生活在水中,所以陆生脊椎动物在胚胎发育过程中出现了鳃裂。
C
4.下列有关进化证据的叙述中错误的是( )
①从始祖马到现代马的进化过程中,古生物化石提供了最直接的证据 ②从鲸、龟、蝙蝠等动物的前肢骨骼的适应性分化中,依稀可见痕迹器官的存在
③从鱼类、鸟类、哺乳类动物的早期胚胎中均有鳃裂这一事实中,得到比较解剖学上的证据 ④从比较真核细胞内的细胞色素c中氨基酸的差异性大小,推测生物之间的亲缘关系远近
A.①② B.②③ C.①④ D.③④
解析:①生物化石是进化最直接的证据,正确;②鲸、龟、蝙蝠等动物的前肢属于同源器官,不是痕迹器官,错误;③鱼类、鸟类、哺乳类动物的早期胚胎中均有鳃裂是胚胎学证据,不是比较解剖学证据,错误;④比较真核细胞内的细胞色素c中氨基酸的差异性大小,相差越小,亲缘关系就越近,可以推测生物之间的亲缘关系,正确。
B
5.化石、比较解剖学、胚胎学、分子生物学等在研究生物进化过程中起了重要的作用。下列有关生物进化的叙述,错误的是( )
A.化石证据可作为生物进化的直接证据
B.鲸的鳍和蝙蝠的翼手在外部形态、功能上不同,说明它们是由不同的祖先演化而来的
C.人和鱼的胚胎发育经历了有鳃裂及有尾的阶段,可以用人和鱼有共同祖先来解释
D.亲缘关系越近的生物,在细胞代谢、DNA的结构与功能等方面共同特征越多
B
解析:化石是研究生物进化最直接的证据,因为化石是保存在岩层中的古生物遗物和生活遗迹,直接说明了古生物的结构或生活习性;鲸的鳍和蝙蝠的翼手虽然具有不同的外形,功能也并不尽相同,但却有相似的结构模式,说明它们都是由共同的原始祖先进化而来的;人和鱼的胚胎发育经历了有鳃裂及有尾的阶段,可以用人和鱼有共同祖先来解释;亲缘关系越近的生物,在细胞代谢、DNA的结构与功能等方面共同特征越多。
