資源簡介

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第二節 適應是自然選擇的結果（第一課時）
第五章 生物的進化
素養目標
運用生物進化理論解釋適應的形成和生物進化。
03
科學思維
分析、認同種群是生物進化的基本單位。
01
生命觀念
運用歸納與概括、批判性思維闡釋生物進化的原因
02
生命觀念
教學重難點
種群基因頻率的計算
生物進化的原因
課程導入
1831年，達爾文乘“貝格爾”號巡航艦進行環球考察時，在加拉帕戈斯群島上，觀察到那里有許多特有的生物。認為群島上這些特有的生物都是從南美大陸遷徙而來的，但是后來經過了變異，適應了所在島嶼的食物和生活環境，隨著時間的推移，經過若干世代，一個生物種群的適應性是如何形成的呢？
種群
生活在一定自然區域的同種生物的全部個體。一個種群，就是一個繁殖單位。
種群內普遍存在著變異
種群
一個種群由不同年齡、不同性別的個體組成，種群中的個體并不是機械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通過繁殖將各自的基因傳給后代。
種群內普遍存在著變異
以下描述是種群嗎？
1.一片草地上的全部蛇。
2.一個池塘中的全部鯉魚。
3.一片草地上的全部植物。
4.一片草地上的成年梅花鹿。
√
×
×
×
種群內普遍存在著變異
達爾文的自然選擇學說
在種群的不同個體之間普遍存在著變異，這些變異至少一部分是可以遺傳的。達爾文將個體間存在可遺傳的變異視為自然選擇的前提，形成適應的前提。
種群內普遍存在著變異
達爾文的自然選擇學說
生物通過突變產生新的基因，通過基因重組產生形形色色的基因型。每種生物的每個個體平均約有10%的基因是雜合的。一個物種可能平均有30%左右有不同的等位基因。這些等位基因通過有性生殖可以形成數量巨大的基因型。
①一對等位基因，可能形成3（31）種不同的基因型：AA Aa aa；
②兩對等位基因（A和a、B和b），可以形成9種不同的基因型：AABB、AABb、AAbb、AaBB、AaBb、Aabb、aaBB、aaBb和aabb；
③總的公式是：3n。n是具有等位基因的對數。如果n是100，就可以產生3100 種基因型。
優勢性狀的個體在特定環境中具有生存和繁殖的優勢
達爾文的自然選擇學說
生物具有過度繁殖的傾向。
15個月
30個月
45個月
……個月
3.5年
以長頸鹿為例：繁殖期不固定，全年都可以發生交配，高峰在雨季。孕期15個月，每胎產1仔，生下來的幼仔身高1.8米，出生后20分鐘即能站立，出生后數小時幼鹿即可奔跑，并與其他已經出生數周的小鹿毫無區別。經過3.5~4.5年即可達性成熟，具有繁殖能力，大部分長頸鹿的壽命為30年左右。
達爾文的自然選擇學說
資源有限，個體間存在生存斗爭。
具有優勢性狀的個體，它們更容易獲得食物和空間，獲得更多的生存和繁殖的機會。例如：在青草缺乏的環境下，長頸鹿種群中頭和頸比較長的個體更容易獲得高處的樹葉，從而生存下來并繁衍后代。
優勢性狀的個體在特定環境中具有生存和繁殖的優勢
達爾文的自然選擇學說
資源有限，個體間存在生存斗爭。
在經常刮海風的海島上，翅膀不強壯的昆蟲容易被刮到海里淹死，失去了生存和繁衍的機會。
優勢性狀的個體在特定環境中具有生存和繁殖的優勢
生命的結構及功能、行為、生活方式使該生物適合在一定環境條件下生存和延續。
適應
擬態
警戒色
保護色
自然選擇導致生物更好地適應特定的生存條件
適應的特征：1.普遍性；2.相對性。
適應
可遺傳變異
（不定向）
有利性狀
不利性狀
被淘汰
不適合在特定環境中生存
適者生存
有利于在特定環境中生存
自然選擇導致生物更好地適應特定的生存條件
適應
自然選擇導致生物更好地適應特定的生存條件
古長
頸鹿
后代長頸鹿出現差異
(長頸、短頸)
長頸優勢
個體存活
現代長頸鹿
過度繁殖
遺傳變異
生存斗爭
適者生存
變異累積
數代繁殖
人工選擇與自然選擇
自然選擇導致生物更好地適應特定的生存條件
培育出新品種
挑選合乎要求的變異個體，淘汰其他
人們根據自己需要
數代選擇
所需變異被保存
生物普遍存在變異
適者生存，不適者淘汰
進化，新物種產生
生物普遍存在變異
影響存活與繁殖
生存斗爭
所需變異被保存
數代選擇
自然選擇導致生物更好地適應特定的生存條件
人工選擇與自然選擇
自然選擇 人工選擇
選擇對象
選擇次數 結果
有利生存、繁殖的變異
人們需要的性狀
數代選擇，所需變異被保存積累
產生新物種
產生新品種
變異是不定向的，選擇是定向的
自然選擇導致生物更好地適應特定的生存條件
人工選擇
人工選擇培育出的新品種
自然選擇導致生物更好地適應特定的生存條件
自然選擇
自然選擇
達爾文的自然選擇學說
過度繁殖+有限的生活條件
生存斗爭+變異
適者生存+有利性狀遺傳
生物新類型出現
局限性：
①對于遺傳和變異的本質，不能做出科學的解釋。②對生物進化的解釋局限于個體水平。③強調漸變，不能很好地解釋物種大爆發等現象。
自然選擇導致生物更好地適應特定的生存條件
自然選擇導致生物更好地適應特定的生存條件
樺尺蠖
19世紀英國工業革命之前
20世紀英國工業革命之后
灰色樺尺蠖占優勢
黑色樺尺蠖占優勢
隨著工業革命的進行，工業污染使得樺尺蠖種群中，黑色蛾逐漸取代了灰色蛾。這是一種適應性進化，這種進化性變化是自然選擇所造成的。
自然選擇導致生物更好地適應特定的生存條件
基因庫
一個生物種群中全部個體所含有的全部基因，叫作這個種群的基因庫。
自然選擇導致生物更好地適應特定的生存條件
基因頻率
在一個種群基因庫中，某個基因占全部等位基因數的比值。
基因頻率＝
該基因的總數
該等位基因的總數
×100%
基因型頻率
任何一個生物種群都是由它所包含的各種不同比例的基因型的個體所組成，每種基因型個體占種群總個體數的比例。
基因型頻率＝
特定基因型個體數
該種群個體總數
×100%
自然選擇導致生物更好地適應特定的生存條件
基因頻率的計算
例：某昆蟲種群中決定翅色為綠色的基因為A，決定翅色為褐色的基因為a，從種群中隨機抽出100個個體，測知基因型為AA、Aa和aa的個體分別是30、60和10個。那么A和a的基因頻率是多少？
方法一：概念法
A基因頻率為:
a基因頻率為：
= 40%
A% =
×100%
2×AA＋Aa
2(AA＋Aa＋aa)
a% =
= 60%
2×aa＋Aa
2(AA＋Aa＋aa)
×100%
自然選擇導致生物更好地適應特定的生存條件
基因頻率的計算
例：某昆蟲種群中決定翅色為綠色的基因為A，決定翅色為褐色的基因為a，從種群中隨機抽出100個個體，測知基因型為AA、Aa和aa的個體分別是30、60和10個。那么A和a的基因頻率是多少？
方法二：通過基因型頻率計算
A基因頻率 = AA的基因型頻率+1/2Aa基因型頻率
A基因頻率= 30%+1/2×60% = 60%
a基因頻率 = 10%+1/2×60% = 40%
AA基因型頻率為: 30%
Aa基因型頻率為: 60%
aa基因型頻率為: 10%
a基因頻率 = aa的基因型頻率+1/2Aa基因型頻率
在種群中，一對等位基因的基因頻率之和等于1，基因型頻率之和也等于1。
課堂練習
解析：親本中AA個體占55%，aa個體占15%，所以Aa個體占30%，則A的基因頻率為55%+30%×1/2=70%，a的基因頻率1-70%=30%。蝸牛間進行自由交配，在不考慮基因突變的情況下，可利用遺傳平衡定律計算，F1中Aa的基因型頻率為2×70%×30%=42%。
1.蝸牛的有條紋（A）對無條紋（a）為顯性。在某一地區的蝸牛種群內，有條紋（AA）個體占55%，無條紋個體占15%，若蝸牛間進行自由交配得到F1，則F1中A的基因頻率和Aa的基因型頻率分別是（ ）
A.30%、21% B.30%、42%
C.70%、21% D.70%、42%
D
課堂練習
2.英國的曼徹斯特地區有一種樺尺蠖，白天棲息在樹干上，夜間出來活動。該地區原來樹木茂盛，樹干表面長滿淺色的地衣。19世紀中期以前，樺尺蠖幾乎都是淺色的，黑色個體極少。后來曼徹斯特成為工業區，樹干變成灰黑色，到了20世紀中期，生物學家們發現，黑色的樺尺蠖成了常見種。經分析得知，出現這種變化的原因是（ ）
A.淺色樺尺蠖遷出，黑色樺尺蠖遷入 B.自然選擇的結果
C.人工選擇的結果 D.工業煤煙使淺色樺尺蠖變成黑色
B
解析：題干信息未說明樺尺蠖不同顏色個體有遷入或遷出的行為，A錯誤；當周圍環境為淺色時，淺色個體更利于生存，使該區域中淺色個體的比例更大，當周圍環境變為灰黑色時，黑色個體更利于生存，使該區域中黑色個體的比例增大，說明環境對樺尺蠖不同顏色的個體進行了選擇，因此黑色的樺尺蠖變成常見種是自然選擇的結果，B正確；該過程沒有人工操作的主動選擇過程，C錯誤；樺尺蠖的淺色個體和黑色個體的產生是由于變異，變異是多方向的，工業煤煙只是使樹干變為灰黑色，D錯誤。
課堂練習
3.已知基因型為aa的豌豆會形成白化苗，最終無法結種。若在一個自然狀態的種群中基因型為AA、Aa的豌豆植株各占50%，該種群自然繁衍，播種F1結的種子，在剛萌發的幼苗中A的基因頻率以及基因型之比分別為（ ）
A.A的基因頻率為4/5，AA:Aa:aa=16:8:1
B.A的基因頻率為5/6，AA:Aa=2:1
C.A的基因頻率為6/7，AA:Aa:aa=11:2:1
D.A的基因頻率為12/13，AA:Aa=11:2
解析：根據題意，基因型為aa的豌豆會形成白化苗，無法結種，故F1中的aa個體會被自然淘汰。豌豆自然繁衍狀態下自花傳粉，則F1幼苗中AA:Aa:aa=5:2:1，由于aa個體無法結種，故F1自交后種子中AA:Aa:aa=11:2:1，A的基因頻率為6/7，C符合題意。
C
課堂練習
4.某二倍體植物，雌雄同株異花，自由交配。綠色基因A對白化基因a為完全顯性，假設一個較大種群作親本，個體成熟時，A基因頻率為0.8，經過一代繁殖，F1種群有4%的隱性純合體白化苗，在三葉期死亡，不能成熟，經過三代繁殖。下列說法錯誤的是（ ）
A.F3成熟時AA基因型頻率為3/4，Aa為1/4
B.F2成熟時A的基因頻率為6/7，a基因頻率為1/7
C.基因a在自然選擇過程中逐漸淘汰，頻率逐步減小
D.經過多代繁殖，白化基因頻率幾乎為零，這樣就形成新物種
解析：一個較大種群個體成熟時，A基因頻率為0.8，a基因頻率為0.2。雌雄同株沒有性染色體，所以配子中A與a頻率一樣。F1幼苗中，AA頻率為0.64，aa頻率為0.04，Aa頻率為0.32。成熟時，相對頻率AA占2/3，Aa占1/3，A基因頻率為5/6，a基因頻率為1/6。F2幼苗中AA頻率為25/36，aa頻率為1/36，Aa頻率為10/36。成熟時，相對頻率AA占5/7，Aa占2/7，A基因頻率為6/7，a基因頻率為1/7；F3幼苗中AA頻率為36/49，aa頻率為1/49，Aa頻率為12/49。成熟時，相對頻率AA占3/4，Aa占1/4；經過多代繁殖，白色基因（a）頻率幾乎為零，不能判斷是否達到生殖隔離。
D
課堂總結
自然選擇導致適應的形成
種群的基因頻率和基因型頻率
種群
種群內普遍存在著變異
優勢性狀的個體在特定環境中具有生存和繁殖的優勢
適應
人工選擇與自然選擇
自然選擇的實例
基因庫
基因頻率
基因型頻率
哈迪—溫伯格定律

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