6.3 自然选择与适应 课件（共53张PPT）

(共53张PPT)
第二节　自然选择与适应
内容索引
01
02
03
自主预习 新知导学
合作探究 释疑解惑
课堂小结
课标定位
1.举例说明种群内的某些可遗传变异将赋予个体在特定环境中的生存和繁殖优势。
2.阐明适应是自然选择的结果。
3.用具体事例概述种群、种群基因库和基因频率的概念,知道变异和自然选择使基因频率发生变化的必然性。
素养阐释
1.在理解适应是自然选择的结果的基础上,形成进化与适应观等生命观念。
2.能运用统计与概率的相关知识、模型与建模的科学思维方法,探讨自然选择对种群等位基因频率和基因型频率的影响。
3.引导人们关注不正确使用抗生素带来的危害,关注人体健康。
自主预习 新知导学
一、变异是自然选择的原材料
1.可遗传变异与不可遗传变异
(1)可遗传变异
①概念:由遗传物质改变导致的变异,称为可遗传变异。
②种类及结果
(2)不可遗传变异:通常仅由环境改变导致的变异。
2.可遗传变异在生物进化中的作用
(1)基因突变、基因重组和染色体变异等可遗传的变异将赋予个体在特定环境中的生存和繁殖优势。
(2)可遗传的变异可以为生物进化提供大量原始材料,也为人工选择提供了理论依据。
二、种群的遗传平衡
(一)种群是进化的基本单位
1.种群:生活在同一环境空间、能自由交配并产生下一代的同种个体称为种群。
2.中地雀喙的进化
(1)进化过程
不定向突变→中地雀群体中,每只中地雀喙的深度存在差异 干旱使当地的浆果减少→中地雀只能更多依靠坚硬的种子为食→有些中地雀能使用它们大而厚的喙撬开坚硬的种皮,因而在干旱的年份能获得食物并维持一定的繁殖率;而那些喙较短小的个体,由于不能得到必需的食物而被自然淘汰→在中地雀的群体中喙大而厚的个体所占的比例逐渐增大→中地雀群体喙的大小在较短的时间里发生了进化
(2)结论:种群是进化的基本单位。
(二)基因频率是等位基因在种群中的相对比率
1.种群的基因库:指种群中的全部个体所含有的全部遗传信息。
2.等位基因频率:每一个等位基因在基因库中所占的比率叫作等位基因频率,其数值通常用小数表示。
3.基因频率的计算
已知一个由1 000只绵羊组成的种群,其中白色纯合体(WW)600只,白色杂合体(Ww)200只,黑色个体(ww)200只,则W的基因频率=0.7,w的基因频率=0.3。
(三)哈迪-温伯格定律揭示了种群遗传平衡的本质
1.内容:由于等位基因频率保持不变,它们产生的配子频率不会改变,下一代的基因频率也不会改变。依此类推,如果没有其他因素作用于该种群,其等位基因频率会一代接一代地保持稳定不变,维持遗传平衡,即哈迪-温伯格平衡。
2.成立的条件:①种群的规模是极大的;②种群内个体间随机交配;③没有
突变的发生;④没有个体的迁入和迁出;⑤没有发生自然选择。
3.公式:设W的基因频率为p,w的基因频率为q,则p+q= 1 ,WW的基因型频率= p2 ,ww的基因型频率= q2 ,Ww的基因型频率= 2pq 。
4.生物进化的实质:进行有性生殖的整个种群,如果种群的等位基因频率没有发生改变,种群就没有发生进化。如果等位基因频率发生改变,也就是发生了进化,种群是进化的基本单位,进化的实质是等位基因频率的改变。
(四)模拟自然选择对种群等位基因频率的影响
1.实验原理:自然选择的本质是选择相应的基因,通过选择种群中一定的
表型,进而改变相应的基因型频率和基因频率。用两种颜色的围棋子模拟自然选择对基因频率的影响。
2.材料用具:黑、白围棋子,纸袋。
3.方法步骤
(1)纸袋中放50粒白子和50粒黑子。
(2)随机取出2粒棋子组成一组,理论上AA∶Aa∶aa=1∶2∶1。
(3)去掉一半的aa组,代表自然选择形成一定的压力,求出AA、Aa、aa所占的比例。
(4)重复步骤(2)(3),连续计算5代。
(5)设计表格,列出每个世代的等位基因频率和基因型频率。
三、适应是自然选择的结果
(一)自然选择使种群中优势个体得以生存
1.桦尺蛾的进化
2.结论:在生物的进化过程中,自然界可以通过寒冷、酷热、食物短缺、天敌危害等诸多方式,对生物的原有性状进行选择。其中,具有某种(些)优良性状的个体能在新的环境中表现出生存优势并得到更多的繁殖机会。种群中具有优势性状的个体所占比例将会增加。
(二)自然选择有利于生物适应环境
在长期的自然选择过程中,生物的生存环境往往可能发生剧烈变化。使得生物体的有利变异被保存和筛选出来,在外形特征、内部结构以及代谢上形成了大量的适应特征。这些特征不但能使生物适应环境而生存下去,还让自然界变得更加丰富多彩。
(1)生物在外形上能很好地适应环境。生物外形的适应包括拟态、保护色和警戒色等特征。
(2)在进化过程中,生物还形成了一些适应性的结构。
(3)生物在代谢上也表现出适应的特征。
【预习检测】
1.判断正误。
(1)一个池塘中的所有鱼类是一个种群。(　　)
(2)一个种群中某等位基因占所有基因的比率叫作等位基因频率。(　　)
(3)所有变异都是自然选择的原材料。(　　)
(4)可遗传的变异将赋予个体在特定环境中的生存和繁殖优势。(　　)
(5)种群是进化的基本单位,进化的实质是种群等位基因频率的改变。
(　　)
(6)二倍体生物构成的种群中,一对等位基因的频率之和等于1。(　　)
(7)一般来说,频率高的基因所控制的性状更适应环境。(　　)
(8)细菌对抗生素抗药性的变化是生物在外形上适应环境的证据。(　　)
×
×
×
√
√
√
√
×
2.某一种瓢虫种群中有黑色和红色两种体色的个体,这一性状由一对等位基因控制,黑色(B)对红色(b)为显性。如果基因型为BB的个体占18%,基因型为Bb的个体占78%,基因型为bb的个体占4%。基因(B)和(b)频率分别是
(　　)。
A.18%、82% B.36%、64%
C.57%、43% D.92%、8%
答案:C
3.由于真菌感染,某森林所有树的颜色都变成了灰白色。多年以后,不同颜色的蛾类增长率最可能的结果是图Z6-2-1中的(　　)。
图Z6-2-1
答案:D
合作探究 释疑解惑
知识点一
变异是自然选择的原材料
问题引领
达尔文在了解家鸽具有很多品种这一事实时发现,家鸽的祖先是原鸽,后来人们根据不同的需要和爱好,分别挑选原鸽后代中出现的不同类型,将其分开培养,分别繁殖,然后再从其后代中挑选同样的个体保存培育。如此,经过多代繁殖选育,便产生了各种不同的新品种,如信鸽、扇尾鸽、球胸鸽、凤头鸽、喇叭鸽等。请根据以上事实分析由原鸽形成种类繁多的家鸽的根本原因。
提示:原鸽后代中原本就存在可遗传的变异,有的尾部呈扇形、有的胸部呈球形、有的出现凤头状等,在人工杂交和人工选择下,人们根据不同的爱好,选育出不同的类型,形成了现在品种繁多的家鸽。
归纳提升
变异的类型及对生物进化的影响
类型 影响
可遗传的变异 (遗传物质改变) 基因突变 产生新的基因,生物变异的根本来源
基因重组 形成新的基因型,增加变异的数量
染色体变异 通常有害,也可能导致有益基因的数量增加
不可遗传的变异(环境改变) 几乎没有影响
基因突变、基因重组、染色体变异产生的新类型并不都是有利的,它们只能为自然选择提供原材料。但是,只要有变异存在,就有可能出现对生物生存有利的性状,因此基因突变、基因重组和染色体变异等可遗传变异将赋予个体在特定环境中的生存和繁殖优势。为生物进化提供大量原始材料,为人工选择新品种提供变异来源。
典型例题
在某小岛上的一种啄木鸟,其喙长分布如图Z6-2-2所示,而其唯一的食物是一种在树干中的虫,其深度分布如图Z6-2-3所示。下列关于子一代鸟喙的可能长度的说法,合理的是(　　)。　
A.都比父母的长,因为鸟需要
适应它们的环境
B.都比父母的长,因为较长的
鸟喙是生存所必需的
C.不一定比父母的长,但喙长的个体在生存和繁殖中有优势
D.不一定比父母的长,因为虫在树干中的深度并不是都很深
答案:C
解析:该种啄木鸟种群中存在变异,子一代必然存在变异。有的喙较长,有的喙较短。喙长的个体既能以树干浅处的虫子为食,又能以树干深处的虫子为食,生存并繁衍后代的机会较大;喙短的个体在缺乏食物的情况下则容易被淘汰。因此子一代的鸟喙不一定比父母的长,但喙长的个体肯定有生存和繁殖的优势。
【变式训练】
下列关于生物变异在理论和实践上的意义,错误的是(　　)。
A.不定向的变异为定向的自然选择提供了原材料
B.基因重组有利于物种在多变的环境中生存
C.人工诱变育种可大大提高突变率
D.用植物的花药进行离体培养,就能得到叶片和果实较小的纯合体植株
答案:D
解析:可遗传的变异为生物进化提供了原材料,包括基因突变、基因重组和染色体变异,所以不定向的变异为定向的自然选择提供了原材料,A项正确。基因重组能够产生许多基因型,增加了生物的多样性,从而有利于物种在多变的环境中生存,B项正确。诱变育种可以提高突变率,缩短育种周期,以及能大幅度改良某些性状,C项正确。用植物的花药进行离体培养,得到
的单倍体长得弱小,若不经秋水仙素处理使其染色体数目加倍,则其不能成为纯合体植株,D项错误。
知识点二
种群的遗传平衡
问题引领
图Z6-2-4表示南美洲的大达夫尼岛上中地雀在1975—1978年种群平均喙长的变化和该地区种子(中地雀的主要食物)平均硬度的变化。研究表明喙长的地雀能吃硬和不硬的种子,喙短的地雀仅能吃不硬的种子。请回答下列问题。
甲 乙
图Z6-2-4
(1)在1975—1978年,中地雀群体中每只鸟的喙长是否因干旱环境的改变而发生改变 中地雀群体中喙的平均长度逐渐增大,这说明什么问题
提示:在1975—1978年,中地雀群体中每只鸟的喙在经历干旱时,其大小不会随环境的变化而改变。中地雀群体中喙的平均长度逐渐增大,说明生物进化的基本单位是种群。
(2)调查中地雀群体中的100个个体,测得中地雀喙不同长度的基因型为dd、DD、Dd的个体分别为5只,10只,85只。随着气候逐渐变得干旱,如果基因型为dd的个体被逐渐淘汰,那么dd被淘汰前后,在这个种群中D、d的基因频率分别为多少
提示:dd被淘汰前,D的基因频率=52.5%,d的基因频率=47.5%。dd被淘汰后,D的基因频率≈55.3%,d的基因频率≈44.7%。
(3)有人说在1975—1978年,中地雀喙的长度发生了明显进化,他的判断依据是什么
提示:在自然选择的作用下,种群的等位基因频率发生改变。
归纳提升
1.基因频率和基因型频率的计算方法
(1)“定义法”求解基因频率
(2)“公式法”求解基因频率(以常染色体上一对等位基因A和a为例)
A的基因频率=AA的基因型频率+1/2×Aa的基因型频率
a的基因频率=aa的基因型频率+1/2×Aa的基因型频率
(3)利用哈迪-温伯格定律计算基因型频率
①前提:种群规模极大;种群内个体间随机交配;没有突变发生;没有个体迁入和迁出;没有发生自然选择。
②计算公式:当等位基因只有两个时(W、w),设W的基因频率为p,w的基因频率为q,则p+q=1。
配子 雄配子
W(p) w(q)
雌配子 W(p) WW(p2) Ww(pq)
w(q) Ww(pq) ww(q2)
即WW的基因型频率为p2,Ww的基因型频率为2pq,ww的基因型频率为q2 。
2.生物进化的实质
(1)生物进化的实质:种群等位基因频率的改变。
(2)自然选择决定生物进化的方向。
由于产生变异,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逐渐提高。具体过程:
特别提醒 (1)自然选择是环境条件对某种生物的选择,环境仅是一个选择因素,不是生物变异的诱变因素。
(2)在环境改变以前,生物就存在变异,变异在前,选择在后。
(3)变异是不定向的,自然选择是定向的,定向的自然选择决定了生物的进化方向。生物变异的利与弊是相对的,取决于生存环境,适应环境的变异是有利的,在自然选择的作用下保存下来,否则被淘汰。
典型例题
某地一年生的某种植物群体,其基因型为aa,开白色花。有一年,洪水冲来了许多AA和Aa种子,开红色花。不久,群体基因型频率变为55%AA、40%Aa、5%aa。回答下列有关问题。
(1)该地所有的该种植物群体属于一个　　　　　　,其中全部的个体所含有的全部遗传信息,叫作　　　　　　。
(2)洪水冲来了许多AA和Aa种子后,该群体的A和a基因频率分别为
　　　　　　　　,发洪水后该种群的等位基因频率改变了,这　　　 (填“是”或“不是”)自然选择的结果。
(3)这一地区没有给这种植物传粉的昆虫,所有植物一般都是自花传粉。在3代自交后,群体中AA、Aa、aa的频率分别是　　　　　　　　　　　　。在这3年中,该植物种群是否发生了进化 　　　　　　,理由是
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)若这种植物靠当地的一种昆虫传粉,且色彩鲜艳的红花更能吸引昆虫,这3种基因型的个体在该环境中的繁殖能力强弱表现为　　　　　　。
答案:(1)种群　基因库
(2)75%、25%　不是
(3)72.5%、5%、22.5%　没有　该种群的等位基因频率没有发生变化
(4)AA=Aa>aa
解析:(1)生活在同一环境空间、能自由交配并产生下一代的同种个体叫作种群,一个种群中全部个体所含有的全部基因(或遗传信息),叫作这个种群的基因库。(2) 发洪水后,A的基因频率=55%+40%×(1/2)=75%;a的基因频率=5%+40%×(1/2)=25%,发洪水后该种群的等位基因频率改变了,这是个体迁入的结果,而不是自然选择因素在起作用。(3)在3代自交后,AA的基因型频率=55%+40%×(1/4)+40%×(2/4)×(1/4)+40%×(2/4)×(2/4)×(1/4) =72.5%,aa的基因型频率=5%+40%×(1/4)+40%×(2/4)×(1/4)+40%×(2/4) ×(2/4)×(1/4)=22.5%,Aa的基因型频率为5%。A的基因频率=72.5%+5%×(1/2)=75%,a的基因频率=25%;由于等位基因频率没有发生改变,所以生物并未发生进化。(4)已知色彩鲜艳的红花更能吸引昆虫,这三种基因型的个体在该环境中的繁殖能力强弱表现为AA=Aa>aa。
【变式训练】
某小岛上原有果蝇20 000只,其中基因型为VV、Vv和vv的果蝇分别占 15%、55%和30%。若此时从岛外侵入了2 000只基因型为VV的果蝇,且所有果蝇均随机交配,则F1中V基因的频率约是(　　)。
A.43% B.48%
C.52% D.57%
答案:B
解析:由题意知原种群数量是20 000只,则可以得出VV:20 000×15%=3 000(只);Vv:20 000 ×55%=11 000(只);vv:20 000×30%=6 000(只),后侵入了2 000只基因型为VV的个体,该种群中VV为3 000+2 000=5 000(只),该种群总数为22 000只,所以该种群中VV占5/22、Vv占11/22、vv 占6/22 。该种群的个体随机交配,由于没有发生自然选择导致基因的丢失,所以该种群的基因频率不变,即V基因的基因频率是5/22+(11/22)×(1/2)=21/44,即约为48%。
知识点三
适应是自然选择的结果
问题引领
安第斯山区有数十种蝙蝠以花蜜为食,它们由同一祖先演化而来。花蜜长舌蝠是其中的一种,花蜜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。长舌蝠与其他蝙蝠都以花蜜为食,它们之间是竞争关系,长舌蝠因为拥有其他蝙蝠不具有的长舌,可以取食长筒花狭长的花冠
筒底部的花蜜,长舌有助于长舌蝠在与其
他蝙蝠的竞争中获得优势。图Z6-2-5是
花蜜长舌蝠取食花蜜的示意图。请根据
上述材料和教科书内容,独立思考并回答
下列问题。
图Z6-2-5
(1)花蜜长舌蝠的形成是长期自然选择的结果,其中起选择作用的因素是什么
提示:长筒花。
(2)请归纳出花蜜长舌蝠适应性特征形成的两个必需条件。
提示:可遗传的变异和自然选择。
(3)归纳花蜜长舌蝠适应性特征的形成过程。
提示:花蜜长舌蝠适应性特征的形成过程:不定向的变异 种群中的优势个体(长舌蝠)得以生存→使长舌蝠形成了适应长筒花的结构——长舌。
归纳提升
1.自然选择导致适应
(1)适应
是生物特有的一种现象,生命的结构及功能、行为、生活方式有助于该生物在一定环境条件下生存和延续,称为适应。
(2)自然选择导致生物产生适应现象
第一步,自然选择使种群中的优势个体得以生存。
第二步,自然选择使生物在外形特征、内部结构以及代谢上形成大量的适应性特征。
2.对自然选择的理解
(1)选择的对象:从表面上,自然选择选择的是表型;从分子水平上,自然选择实质上是对变异所对应的基因的选择,从而改变种群中不同基因的基因频率。
(2)选择的因素:对生物的变异起选择作用的是个体所处的自然环境。
(3)选择的手段:生物繁殖产生的大量后代与有限生活条件之间的矛盾,必然引起并加剧斗争。这样的斗争使少数具有有利变异的生物个体生存下来,从而完成一次自然对生物的选择。
(4)选择的结果:自然选择选择了与环境相适应的变异类型。自然选择决定着生物进化的方向,因而生物进化是定向的。
典型例题
19世纪中叶以来,随着英国重工业的发展,工业污染逐渐加重,桦尺蛾中黑蛾的比例越来越高。为了研究环境改变对桦尺蛾种群变化的影响,1950年科学工作者在英国的两个地区利用标志重捕法进行了调查,获得如下结果。请回答下列问题。
(1)①本题中黑蛾的比例增加,起选择作用的因素是　　　　　　　。
②表中两组数据　　　　　大于　　　　　　、　　　　　　大于　　　　　　,共同支持“适应是自然选择的结果”这一论点。
(2)20世纪50年代后,英国开始实行煤烟控制计划,环境污染得到了治理。请根据图Z6-2-6说出三者的变化关系并解释原因。
图Z6-2-6
答案:(1)①工业污染后的环境　
②53.2%　25.0%　13.7%　4.7%(或13.7%　4.7%　53.2%　25.0%)
(2)①由于煤烟排放量减少,SO2浓度逐年降低。②由于SO2浓度降低,树干上地衣数量逐渐增多。原因是地衣对SO2敏感,因此SO2浓度降低有利于地衣生长。③由于地衣数量增多,黑蛾数量逐年降低,原因是地衣颜色浅,黑蛾易被天敌捕食
解析:(1)②由题表中数据可以看出污染区的黑蛾回收率大于灰蛾回收率,而非污染区的情况则恰好相反,这是因为污染区的黑蛾不容易被天敌发现,即容易逃避天敌的捕食,灰蛾则容易被捕食而被淘汰,而非污染区则恰好相反,这说明了适应是自然选择的结果。
(2)由题图可以看出治理大气污染后,SO2浓度逐年降低,结果树干上地衣的数量逐渐增多,黑蛾的数量逐渐减少,这是因为地衣对SO2敏感,SO2浓度降低有利于地衣生长,使树干上地衣增多,而地衣颜色浅,致使黑蛾易被天敌捕食。
【变式训练】
某医院对新生儿感染的细菌进行了耐药性实验,结果显示70%的致病菌具有耐药性。下列有关叙述正确的是(　　)。
A.孕妇食用了残留抗生素的食品,导致其体内大多数细菌突变
B.即使孕妇和新生儿未接触过抗生素,感染的细菌也可能是耐药菌
C.新生儿免疫能力弱,增加了致病菌的耐药性
D.新生儿出生时没有及时接种疫苗,导致耐药菌的形成
答案:B
解析:细菌突变不是抗生素诱导的,即变异在前、选择在后,在使用抗生素之前,细菌就产生了变异,抗生素对细菌只起选择作用,A项错误。细菌的变异与是否接触过抗生素无关,所以即使孕妇和新生儿未接触过抗生素,感染的细菌也可能是耐药菌,B项正确。新生儿免疫能力弱,将会导致体内的致病菌数量增加,但不会增加致病菌的耐药性,C项错误。若新生儿出生时没有及时接种疫苗,将导致致病菌在体内大量繁殖,但不会导致耐药菌的形成,D项错误。
[素养提升]
X染色体上基因的基因频率与遗传平衡定律
1.X染色体上基因的基因频率计算
2.利用遗传平衡定律计算X染色体上基因的基因频率和基因型频率
在满足以下五个条件下,X染色体上的基因的遗传也遵循遗传平衡定律。
①种群的规模是极大的;②种群内个体间随机交配;③没有突变的发生;④没有个体的迁入和迁出;⑤没有发生自然选择。
但是在计算时,又有特殊性,具体如下(假设XA的基因频率为m,Xa的基因频率为n):
女性中XAXA的基因型频率=m2,XaXa的基因型频率=n2,XAXa的基因型频率=2mn;男性中XAY的基因型频率=m,XaY的基因型频率=n。
已知某地区红绿色盲基因Xb的基因频率=7%,则该地区女性中色盲基因携带者的概率为　　　　　　,男性患者在人群中的概率是　　　　　　。据调查得知,某山区内的基因型比率为XBXB∶XBXb∶XbXb∶XBY∶XbY= 44%∶5%∶1%∶43%∶7%,则该山区Xb的基因频率为　　　。
答案:13%　3.5%　9.3%
解析:已知色盲基因Xb的基因频率=7%,则XB的基因频率=93%,根据遗传平衡定律可知,女性中色盲基因携带者的概率为2×93%×7%≈13%,男性患者在男性中的概率为7%,所以,男性患者在人群中的概率是3.5%。已知某山区内的基因型比率,求Xb的基因频率,可根据基因频率的定义计算。Xb的
课堂小结
本 课 结 束