高中生物人教版必修二第七章第2节 现代生物进化理论的主要内容（共49张PPT）

现代生物进化理论的主要内容
第七单元 现代生物进化理论
如果在灰色翅(基因型为aa)昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅(基因型为Aa)的变异个体，且绿色比灰色更不易被捕食。那么：
1、昆虫的翅色将怎样变化？
2、该绿色个体一定能被选择下来吗？为什么？
3、如果该绿色个体能很好生活下来，它体内的A基因怎样才能传递给子代呢？
4、如果Aa与其他个体交配生殖，后代还会是绿色的吗？
问题探讨：
出现有利变异个体内的有利基因只有在群体中,通过有性生殖才能世代延续。
生物的进化是与生物群体有关的。
生活在一定区域的同种生物的全部个体叫
种群
1.种群是生物进化的基本单位
太行山猕猴自然保护区的猕猴
一片草地上的蒲公英
2、 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
一个生物“种”或“物种”与种群有何区别？
物种可以分布在不同的自然界的不同区域，只有在可以发生随机交配、繁衍，使基因能够世代相传的一定区域内的同种全部个体的集合才是一个种群。
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
2.下列关于种群的说法不正确的是（ ）
同一种群的个体可以自由交配
种群是生物繁殖的基本单位
C.两个池塘内的全部青蛙是一个种群
D. 种群是生物进化的基本单位
B
C
性状是由基因控制的，所以研究生物进化必须要研究种群的基因组成和变化。
基因库：一个种群中全部个体所含有的全部
基因，叫做该种群的基因库。
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例。
1.基因频率=
某基因的数目

该基因的等位基因的总数
× 100%
基因型频率：
指某种特定基因型的个体占群体内全部
个体的比例。
例题：已知某昆虫翅的绿色由显性基因A控制，
褐色由隐性基因a控制。现从该种群中随机抽取100个
个体，测得基因型为AA、Aa、aa的个体数分别是30、60、10个。求该种群基因A和a的频率及各个基因型频率。
100个个体基因的总数是200个
A的频率 = （30×2 + 60 ）/ 200 = 0.6
a的频率 = （60 + 10×2） / 200 = 0.4
2、A频率+a频率 = 1
等位基因的频率之和等于1
a基因的数量是60 + 10×2=80个
A基因的数量是30×2 + 60 =120个
3.基因型频率=特定基因型个体/总个体
4.各种基因型频率之和等于1，即AA + Aa + aa=1
在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中基因型为BB的个体占18%，基因型为Bb的个体占78%，bb的个体占4%，那么基因B和b的频率分别是多少？
基因B和b的频率分别是57%和43%
思考：
AA 30% Aa 60% aa 10%
5.基因频率=纯合体基因型频率+杂合 子基因型频率的一半(适用位于常染色体上的基因）
思考与讨论
假设例题中的群体满足以下五个条件：
①昆虫群体数量足够大，
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，
④AA、Aa、aa三种基因型昆虫的生存能力完全相同（也就是说自然选择对A、a控制的翅型性状没有作用）
⑤基因A和a都不发生基因突变

若干代以后，该种群的基因频率会不会发生改变？
P基因型频率 AA______ Aa________ aa ______
配子的比率 A_______ A _____ a ____ a_______
F基因型频率 AA______ Aa_________ aa______
F 基因频率 A _________ a ________
0.3
0.1
0.3
0.3
0.3
0.1
0.36
0.48
0.16
0.6
0.4
0.6
问题
若干代以后，该种群的基因频率会不会
发生改变？（填下表）
配子的比率 A=0.6、a=0.4
在有性生殖过程中，如果符合上述条件，
产生的雌雄配子：



A 60%
A 60%
a 40%
a 40%
36%

24%
16%
AA
Aa
Aa
24%
aa
卵子
精子
F1的基因型频率 AA=0.36、Aa=0.48、aa=0.16
如果一个种群能保证上述五个条件，那么这个种群的基因频率（包括基因型频率）就可以一代代稳定不变，保持平衡。这就是遗传平衡定律，也称哈代—温伯格平衡定律。
遗传平衡定律
哈代-温伯格定律可用数学方程式表示：
(p＋q)2=p2＋2pq＋q2=1
其中p代表A基因的频率，q代表a基因的频率。
P2=AA的基因型频率， q2=aa的基因型频率，2pq=Aa的基因型频率
1、某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因携带者为15人，女性患者1人，男性患者14人，这个群体中色盲基因的频率应为？
作业
2、一种蛾中控制浅颜色的位基因是隐性的，控制深颜色的等位基因是显性的。假设一个种群中有640只浅色的蛾和360只深色的蛾，群体呈遗传平衡，那么有多少只杂合子的蛾？
自然界中种群的基因频率要稳定不变（不进化），必须满足以下几点：
①该种群非常大；
②所有的雌雄个体都能自由交配且产生后代；
③没有迁入和迁出；
④自然选择对不同表现型的个体没有作用；
⑤这对基因不发生突变，并且携带这对基因的染色体
不发生变异。
显然,同时满足以上5个条件是不可能的,即使前4个条件可以满足,基因突变和染色体变异总会发生的。
通过讨论基因频率的变化可以认识到，自然界中种群的基因频率一定会发生变化，也就是说种群的进化是必然的。
基因突变
染色体变 异
基 因重 组

突变

可遗传的变异
自然界中生物的自然突变频率很低，而且一般对生物体是有害的。为什么还能够改变种群中的基因频率呢？
———基因频率改变的因素
影响种群基因频率变化的根本原因是什么呢？
变异
所有的变异都能导致基因频率的变化吗？为什么？

例如：果蝇约有104对基因，假定每个基因的
突变率都是10－5，若有一个中等数量的果蝇种群
（约有108个个体），那么每一代出现基因突变数
是多少呢？
2× 104 × 10－5

个体
× 108

种群
=2 ×107
（二）突变和基因重组产生进化的原材料
突变





基因重组
新的等位基因
多种多样的基因型
种群中出现大量可遗传的变异
变异是不定向的
突变和基因重组就形成了进化的原材料,但是不能决定生物进化的方向
生物进化是由什么因素
决定的呢？
19世纪，桦尺蠖种群中黑色基
因（S）频率为5%，浅灰色基因
（s）频率为95%
20世纪，桦尺蠖种群中黑色
基因（S）频率为95%，浅灰色
基因（s）频率为5%

探究
阅读教材116~117页“自然选择对种群基因频率的影响”，并进行分析讨论相关问题：
由于环境改变（变黑），桦尺蠖的灰色不适应环境而被淘汰，基因s频率不断降低，黑色适应环境，生存的几率增大，通过自然选择使基因S的频率升高。
有，因为浅色不适应环境，在未产卵生殖之前就有大量的个体可能被天敌所捕食，从而使其生殖率下降,最终使s基因不断减少.
变黑的环境对桦尺蠖产生了什么样的影响？
变黑的环境对桦尺蠖浅色个体的出生率有影响吗？
思考：
是表现型。比如，天敌看到的是桦尺蠖的体色而不是控制体色的基因。
那么，在自然选择中，环境直接选择的是生物
的基因型还是表现型？
也就是说：在长期自然选择的作用下，不利变异基因不断被淘汰、有利变异基因逐渐积累
结果是：使基因频率定向改变。
结论：自然选择决定生物进化的方向，
生物进化的实质在于种群基因频率的改变。
问题：
曼彻斯特地区的华尺蠖的基因频率发生了很大的改变，但是否形成了新的物种？如何判断呢？
二 隔离与物种的形成
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。
（一）物种的概念
雄狮与雌虎杂交后代“狮虎兽”
雄虎和雌狮交配后代“虎狮兽”
不同物种之间不能相互交配，即使交配成功，也不能产生可育后代的现象称为生殖隔离。
（1）生殖隔离
同一个物种因地理因素分成许多不同的种群，它们之间因不能相遇而相互不能进行基因交流，这种现象称地理隔离。
（2）地理隔离
例如：一个山谷中的一个鼠群被一条大河分成两个种群，这种现象称_________ 。
经过长时间以后，大河干涸后，这两个种群再重新相遇时，却出现了很大的差异，即形成了两个不同的物种，它们之间已经形成了_________ ，此时它们之间还能进行自由交配吗？_____。
地理隔离
不能
隔离

地理隔离
生殖隔离
（形成新的亚种）
（形成新的物种）
生殖隔离
生殖隔离和地理隔离有什么共同点吗？
都不能自由地进行基因交流
我们把不同种群的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象叫隔离。
曼彻斯特地区的华尺蠖的基因频率发生了很大的改变，但是否形成了新的物种？如何判断呢？
没有形成新物种，因为它们相互之间还可以通过交配自由地进行基因交流。
一个新的物种要在什么
情况下才会产生呢？
资料分析
阅读教材120页“资料分析”并讨论：
设想南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕戈斯群岛后，先在两个岛屿上形成两个初始种群。这两个种群的个体数量都不多。它们的基因频率一样吗？
由于这两个种群的个体数量都不够多，基因频率可能是不一样的。
（二）隔离在物种形成中的作用
2.不同岛屿上的地雀种群产生的突变情况是一样的吗？为什么？
不一样。因为突变是随机发生的。
3.对不同岛屿上的地雀种群来说，环境的作用有没有差别？这对种群基因频率的变化会产生什么影响？
不同岛屿的地形和植被条件不一样，因此环境的作用会有差别，导致种群基因频率朝不同的方向改变。
4.如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？
不会。因为个体间有基因的交流。
物种形成：
某物种
地理 隔离

①变异后改变的基因频率互不影响
某物种种群间的基因频率向不同的方向发展
②不同环境的不同自然选择
种群间的基因库明显不同


生殖隔离

新物种


一个物种的形成必须要经过生殖隔离，
但一定要经过地理隔离吗？
不一定经过地理隔离，如多倍体的产生。
（1）生物进化的基本单位

种群
生物进化的实质

种群基因频率的改变
（2）新物种形成的三个基本环节

突变和基因重组——产生生物进化
的原材料
自然选择——使种群的基因频率发
生定向的改变，（决
定生物的进化方向）
隔离——新物种形成的必要条件
小结：以自然选择学说为核心的现代生物进化理论的基本观点


三 共同进化与生物多样性的形成
1、根据电视镜头中猎豹追捕斑马的情景，想一想，猎豹与斑马在进化上有没有什么关系？如果有的话，那是一种什么样的关系？
有关系，他们相互选择，共同进化。
2、捕食者的存在对被捕食者的进化有什么意义吗？
促进被捕食者种群的进化。
（一）共同进化
生物与无机环境之间的相互影响和共同演变
地球形成时原始大气中是没有氧气的，但是随着光合生物的出现，使得大气中有了氧气，为好氧生物多出现创造了前提条件。
3、生物的进化与环境的进化有什么关系吗？
生物的进化可以改变环境，而环境的改变又可促进生物的进化。
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，这就是
共同进化
生物进化的过程实际上是生物与生物、生物与无机环境之间共同进化的过程，进化的结果导致生物多样性的形成。
生物多样性的三个层次

基因多样性
物种多样性
生态系统多样性
生物多样性的形成经历了漫长的进化历程。
思考与讨论
仔细观察教材124页图7—11，并阅读p125叶内容，分析讨论下列问题：
（二）生物多样性的形成
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候出现的？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.同今天你看到的地球相比，寒武纪时地球上的生态系统有什么特点？
当时陆地上还是一片荒芜，生物都生活在海洋中。
5.恐龙是什么时候绝灭的？物种绝灭对生物多样性产生怎样的影响？
恐龙是在中生代后期（白垩纪末）绝灭的。物种绝灭对生物多样性的影响是复杂的。恐龙的绝灭有利于哺乳动物的繁盛。
了解生物进化历程的主要依据是化石。
生物进化的大致历程
35亿年前
出现古细菌
最早的生物化石
之后的20亿年
海洋中有少量的蓝藻和细菌
两极生态系统（只有生产者和分解者）
15亿年前
海洋中出现真核生物
出现有性生殖，进化速度明显加快
5.7~5亿年前
海洋中无脊椎动物物种大爆发
生态系统的第三极—消费者出现，对植物的进化产生了重要影响
中生代→新生代
裸子植物和被子植物扮演了生产者中的主角，鸟类、哺乳类等成为地球上占优势的动物类群
逐渐形成了复杂多样的陆地生态系统
总的进化趋势
简单→复杂
水生→陆生
低等→高等
4亿年前
植物登陆（主要是蕨类）随后出现了原始的两栖类
改变了陆地环境

1.中性学说：有学者认为，突变大多是中性的（对生物体无益也无害），自然选择对这些基因不起作用，这些基因经过长期积累，导致种群间遗传物质出现较大的差别。所以决定生物进化的方向是中性突变的积累，而不是自然选择。
2.间断平衡学说：物种是种群长期稳定与迅速形成新种交替出现的过程。
3、自然选择学说：以自然选择为核心的进化理论更为大多数学者所接受
（三）生物进化理论在发展
达尔文的自然选择学说
滥用抗生素往往会导致细菌抗药性的产生。
（1）细菌抗药性变异的来源属于 。
（2）尽管在细菌菌群中天然存在抗药性基因，但是使用抗生素仍可治疗由细菌引起的感染，原因在于菌群中 。
（3）细菌抗药性的形成是抗生素对细菌进行 的结果，其内在实质是 。
（4）在抗生素的作用下，细菌往往只要一到两代就可以得到抗性纯系。而有性生殖的生物，淘汰一个原来频率较低的隐性基因，形成显性纯合子组成的种群的过程却需要很多代，原因是 。
基因突变
有抗药性基因的个体占极少数
定向选择
菌群中抗药性基因频率增加
隐性基因可通过杂合子保存下来
【解析】（1）细菌属于原核生物，它的遗传物质是裸露的、环状DNA分子，故无染色体变异；因为只有在减数分裂中才能形成基因重组，原核生物不能进行减数分裂，故变异方式没有基因重组。所以细菌的变异只能是基因突变。
（2）基因突变的特点有：①变异频率低；②多方向性；③有利的变异少有害的变异多；④突变是随机的；⑤突变在生物界是普遍存在的。所以，尽管菌群中天然存在抗性基因，但因突变率极低，故使用抗生素仍可治疗由细菌引起的感染。
（3）变异是不定向的，而自然选择是定向的，其实质是基因频率不断变化的结果。
【解析】（4）自然选择的结果是适者生存，不适者被淘汰，在抗生素的作用下，细菌很容易得到抗性纯系。而有性生殖过程中，因为杂合子存在隐性基因，要获得纯合子，往往需要不断自交、不断选择，因此需要的过程较长。
现代生物进化理论的基本概念
紫茎泽兰是外来入侵种，如果让其自然生长繁殖若干年后，与原产地紫茎泽兰相比（ ）
A．基因库变化相互影响
B．性状始终保持一致
C．很快产生生殖隔离
D．进化方向发生变化
【解析】与原产地相比，自然环境一定会有差异，会进行新的自然选择，从而改变性状，向新的进化方向进化，两者因为有了地理隔离，基因库变化不会相互影响，但是不会很快产生生殖隔离，生殖隔离一般是要经过漫长的年代才能形成。
【答案】D
基因频率和基因型频率的计算
假设一对等位基因Aa的频率为A＝0.9，a＝0.1，那么AA、Aa、aa三种基因型的频率分别是 ；若环境的选择作用使A的频率由0.9降为0.7，选择后第二代基因型为AA、Aa、aa的频率分别为 ；若选择作用保持不变，后代基因型频率的变化规律是 。
【答案】0.81、0.18、0.01 0.49、0.42、0.09 AA型逐步减少；aa型逐步增加
【解析】选择前各基因型频率AA＝0.9×0.9＝0.81，Aa＝2×0.9×0.1＝0.18，aa＝0.1×0.1＝0.01。选择后第二代各基因型频率为AA＝0.7×0.7＝0.49，Aa＝2×0.7×（1－0.7）＝0.42，aa＝（1－0.7）×（1－0.7）＝0.09。由以上数据可以看出若选择作用继续保持，后代中AA将减少，aa将增加。
在某植物种群中随机抽样调查得知，其中基因型为AA的个体占30%，基因型为aa的个体占20%，则：该种群中基因A和a的基因频率依次是 和 。若该植物自交，后代中基因型为AA、aa的个体分别占 和 此时，基因A和a的基因频率依次 是 和 。根据现代生物进化理论，你认为该植物在这两年中是否发生了进化？可 知，生物进化的实质是： 。
55%
45%
42.5%
32.5%
55%
45%
基因频率的改变
右图为加拉帕戈斯
群岛上物种演化的模型，
A、B、C、D为四个物种及
其演化关系，据图回答：
（1）A物种进化为B、C两个物种的两个外部因素是__________和___________。
（2）甲岛上的B物种迁到乙岛后，不与C进化为同一物种的原因是_________________________。
（3）迁到乙岛的B物种进化为D物种的原因是


自然选择
地理隔离
B与C间已经形成了生殖隔离
甲乙两岛的条件不同，自然选择作用不同，再加上地理隔离使它们基因频率的差异得到积累而形成了生殖隔离。


某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因携带者为15人，女性患者1人，男性患者14人，这个群体中色盲基因的频率应为（ ）。
A、15% B、3.88% C、5.17% D、10.3%
色盲（b）基因频率＝
15＋2＋14

200×2＋200
＝5.17％
C
课堂练习：
× 100%
2、一种蛾中控制浅颜色的等位基因是隐性的，控制深颜色的等位基因是显性的。假设一个种群中有640只浅色的蛾和360只深色的蛾，群体呈遗传平衡，那么有多少只杂合子的蛾？
320
练习：
分析：从题中看出:
AA和Aa共360只;
aa数量是640只,占640/1000,得出a的基因频率=640/1000开平方=4/5
A的基因频率=1-a=1/5;
Aa=2*4/5*1/5*1000=320只