資源簡介

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第二節 適應是自然選擇的結果（第二課時）
第五章 生物的進化
素養目標
基于對隔離和物種形成作用的理解，認識環境
保護與物種多樣性的作用。
03
社會責任
運用生物進化觀念，闡明隔離在物種形成中的
作用。
01
生命觀念
運用分類與比較的觀念，分析兩種隔離和兩種
物種形成方式。
02
科學思維
教學重難點
隔離在物種形成中的作用
物種形成的方式
課程導入
1870年的英國曼徹斯特地區，某樺尺蠖種群的基因型頻率如下：AA 10%，Aa 20%，aa 70%，計算隨機交配三代，各世代的基因型頻率和基因頻率
基因型頻率 基因頻率 X(AA) Y(Aa) Z(aa) p(A) q(a)
親代 0.1 0.2 0.7
子一代
第2代
第3代
0.2
0.8
0.04
0.32
0.64
0.2
0.8
0.04
0.32
0.64
0.2
0.8
0.04
0.32
0.64
0.2
0.8
英國劍橋大學數學家哈迪和德國醫生溫伯格分別在 1908 年和 1909 年發現了這樣的規律：在一個大的隨機交配的種群里，基因頻率和基因型頻率在沒有遷移、突變、選擇的情況下，世代相傳不發生變化。這就是遺傳平衡定律，也稱哈迪-溫伯格定律。
遺傳平衡
觀察表格數據，你發現了什么規律？
該種群的基因型頻率和基因頻率世代相傳不發生變化
——遺傳平衡
設 A 的基因頻率為 p ， a 的基因頻率為 q ；則 p + q = 1 ，且：
aa 基因型的頻率
AA 基因型的頻率
Aa 基因型的頻率
( p + q )2 = p2 + 2pq + q2
因素
許多因素能夠打破平衡使種群基因頻率發生變動。
影響種群基因頻率的因素
1.突變
2.基因遷移
3.遺傳漂變
4.非隨機交配
5.自然選擇
影響種群基因頻率的因素
在一個比較小的種群中，一起偶然的事件往往可以引起種群基因頻率發生較大的變化。而在一個大的種群中，不會使基因頻率發生很大的變化。
種群內雌、雄個體相互交配往往不是隨機的，或者說，種群中所有雄性個體和所有雌性個體交配的機會并不是相等的，進一步會影響下一代種群基因庫的基因頻率和基因型頻率。
研究證明，大多數突變是有害的，突變基因不會在種群中擴增而會被刪除。但也有少數突變基因是有利的，則可能被保留和擴增，從而引起基因庫發生較大的變化。
隨著某些個體單向地遷入或遷出，種群將會獲得或丟失一些等位基因，于是種群的基因頻率發生一些變動。種群之間的雙向遷移，即種群間互有遷入和遷出，會引起種群間遺傳差異的減少，種群內變異量增大。
遺傳漂變
非隨機交配
突變
基因遷移
在種群中，個體之間普遍存在著可遺傳的變異。假如在一定條件下，不同基因型控制的表型對個體的存活和繁殖有著不同的影響和作用，那么，某些基因型將比其他基因型有更多個體能存活到性成熟，并成功地進行繁殖。因此，它們將留下相對多的后代，從而使基因庫的基因頻率和基因型頻率發生變化。
自然選擇
自然選擇不僅淘汰不利變異，而且能使有利變異積累起來。野生型金黃色葡萄球菌對青霉素是敏感的，將它接種到青霉素濃度為0.1單位/cm3的培養基里，絕大多數細菌死亡，但有個別細菌能存活下來，并能進行繁殖。
影響種群基因頻率的因素
據研究，能夠存活的葡萄球菌是一種突變型，具有抗青霉素的突變基因。再讓這種突變型細菌生活在青霉素濃度為0.2 單位/cm3的培養基里，同樣是絕大多數細菌死亡，只有個別細菌存活下來。逐漸提高培養基中青霉素的濃度，可以得到一個能生長在青霉素濃度為250單位/cm3的培養基里的品系。經過分析，這個品系是若干個突變累加在一起的產物。
影響種群基因頻率的因素
青霉素起初殺死絕大多數細菌
存活下來的細菌進行繁殖并將其抗性基因傳給后代，最后青霉素對它們不再起作用
濫用抗生素的現象十分普遍。你認為這些做法會有什么后果？
影響種群基因頻率的因素
適者生存
過度繁殖
大量個體 資源有限
遺傳變異 自然選擇
生存斗爭
達爾文的自然選擇學說
現代生物進化理論
個體→種群
性狀→基因
進化的前提或原材料：
進化的動力和機制：
進化的基本單位：
進化的本質與標志：
進化的方向：
可遺傳變異
選擇（自然選擇）
種群
種群基因頻率的改變
定向，由選擇決定生物進化的方向
現代生物進化理論為地球上的生命史提供了科學的解釋
進化的實質：基因頻率改變的過程。
現代生物進化理論為地球上的生命史提供了科學的解釋
樺尺蠖選擇
曼徹斯特地區的樺尺蠖，工業革命前后，種群中不同體色的個體數量發生了很大變化，種群的基因頻率發生了定向的改變，說明種群在進化。但是，樺尺蠖并沒有形成新的物種。
思考
加拉帕戈斯群島是太平洋中靠近南美洲的一群火山島，達爾文在環球航行時曾為這里的一些特有的生物所吸引。他從那里采集到的地雀標本，經專家研究定為 13 個物種，它們的區別主要在喙的大小上。達爾文推測這些地雀最初來自南美大陸。那么，來自南美大陸的地雀是怎樣演變成群島特有的13個物種的呢？
現代生物進化理論為地球上的生命史提供了科學的解釋
現代生物進化理論為地球上的生命史提供了科學的解釋
一個初始種群，因環境隔離因素 （如地理障礙） 而分隔成兩個種群。由于新種群形成時可能發生的遺傳漂變，它們所處的環境條件不同，自然選擇所保留的和淘汰的基因型不同，兩個種群的遺傳組成出現差異。由于兩個種群彼此處于隔離狀態，它們之間的遺傳差異避免了因基因交流（個體的遷入和遷出） 而減弱，甚至消失。隨著時間的推移，種群間的遺傳差異積累，最后達到種群間完全的生殖隔離。當它們再度相遇時，已經不能相互交配了。這時，新的物種就形成了。
物種的形成
現代生物進化理論為地球上的生命史提供了科學的解釋
地理隔離
（無法進行基因交流）
一個初始種群
多個種群
自然選擇、突變、
遺傳漂變等
種群間的遺傳差異積累
異地的物種形成
生殖隔離
生殖隔離是物種形成的必要條件，也是物種形成的標志。
漸進的物種形成方式【異地物種】
地理隔離
現代生物進化理論為地球上的生命史提供了科學的解釋
物種
現代生物進化理論為地球上的生命史提供了科學的解釋
能夠在自然狀態下相互交配并產生可育后代的一群生物
馬
驢
×
騾子
是否
可育？
（不育）
不是同一物種！
2N=64
2N=62
……
馬1號
馬2號
馬3號
馬4號
馬5號
……
馬1號
馬2號
馬3號
馬4號
馬5號
……
驢1號
驢2號
驢3號
驢4號
驢5號
……
驢1號
驢2號
驢3號
驢4號
驢5號
配子
配子
N=32
N=31
……
馬1號
馬2號
馬3號
馬4號
馬5號
……
驢1號
驢2號
驢3號
驢4號
驢5號
異源二倍體
2N=63
不育
存在
生殖隔離
現代生物進化理論為地球上的生命史提供了科學的解釋
你知道騾子為什么不育嗎？
獅子和老虎是一個物種嗎？
現代生物進化理論為地球上的生命史提供了科學的解釋
是兩個物種，獅虎獸是不育的，所以獅和虎是兩個物種。
現代生物進化理論為地球上的生命史提供了科學的解釋
物種的形成
一次有性生殖過程中形成【同地物種】
二倍體
秋水仙素
減數分裂失敗，代之一次有絲分裂
自花授粉
生殖隔離
四倍體
物種形成的關鍵
新物種
（產生二倍體配子）
二倍體
四倍體
物種A
雜種植物
異源多倍體
雜交
染色體加倍
物種B
現代生物進化理論為地球上的生命史提供了科學的解釋
基因突變
產生
新的
等位基因
基因重組
多種多樣的基因型
種群中出現大量
可遺傳變異
自然選擇
適應環境的有利變異
不適應環境的不利變異
積累
種群中某種基因型的個體被保留
種群基因頻率發生定向改變
種群基因庫
出現差異
染色體畸變
導致
積累
不同的新品種
產生
生殖隔離
新物種
包括
適者生存
不適者淘汰
導致
導致
形成
差異變大
形成
打破種的界限
積累
導致
現代生物進化理論
生物的進化過程異常復雜，現有的進化理論還不能解釋所有的進化現象。在這些理論中，以自然選擇為核心的現代生物進化理論比其他學說的影響要廣泛和深遠。同其他科學理論一樣，進化理論不會停滯不前，而是在不斷發展中。
現代生物進化理論為地球上的生命史提供了科學的解釋
課堂練習
解析：馬與驢交配產生了騾子，但騾子是不育的，故騾子不屬于新物種，A錯誤；二倍體西瓜經秋水仙素處理成為四倍體西瓜，二倍體西瓜和四倍體西瓜的雜交后代為三倍體，是不育的，存在生殖隔離，故四倍體西瓜屬于新物種，B正確；抗倒伏抗銹病小麥可以與抗倒伏易染銹病和易倒伏抗銹病小麥雜交產生可育后代，不存在生殖隔離，沒有形成新的物種，C錯誤；樺尺蠖體色的基因頻率由S（灰色）占95%變成了s（黑色）占95%，發生了進化，沒有出現生殖隔離，故沒有形成新的物種，D錯誤。
1.經下列過程形成了新物種的是（ ）
A.馬與驢交配產生了騾子
B.二倍體西瓜經秋水仙素處理成為四倍體西瓜
C.由抗倒伏易染銹病和易倒伏抗銹病小麥培育出抗倒伏抗銹病小麥
D.樺尺蠖體色的基因頻率由S（灰色）占95%變成了s（黑色）占95%
B
課堂練習
2.生殖隔離的形成包括（ ）
①動物因求偶方式和繁殖期不同造成不能交配
②植物因開花季節和花的形態不同而不能交配
③動物胚胎發育早期死亡
④產生的雜種后代沒有生育能力
A.①② B.①③ C.①②④ D.①②③④
D
解析：動物因求偶方式和繁殖期不同導致不能交配而產生生殖隔離，①正確；植物因開花季節和花的形態不同導致不能交配而產生生殖隔離，②正確；動物胚胎發育早期死亡導致不能產生正常后代而產生生殖隔離，③正確；產生的雜種后代沒有生育能力而產生生殖隔離，④正確。綜上所述，D項正確。
課堂練習
3.下列關于隔離的敘述，不正確的是（ ）
A.阻止了種群間的基因交流
B.生物進化意味著有新物種形成
C.基因組成上的差異是產生生殖隔離的根本原因
D.多倍體植物的產生一般不需要經過地理隔離
解析：A、隔離的作用是使不同種群的基因不能進行自由交流，A正確；
B.生物發生進化的實質是種群基因頻率的改變，但不一定形成新物種，B錯誤；
C.長期的地理隔離會導致基因庫的改變，基因組成上的差異是產生生殖隔離的根本原因，C正確；
D.植物多倍體的形成過程一般不需要經過地理隔離，D正確。
A
課堂練習
4.下列關于物種形成機制的敘述，錯誤的是（ ）
A.不同物種間的雜交能產生可育的后代
B.用秋水仙素處理植物的分生組織得到多倍體
C.經過長期的地理隔離和自然選擇形成生殖隔離
D.整倍體變異的配子形成合子，合子發育成可育植株
解析：不同物種間一般是不能交配的，即使交配成功，也不能產生可育性后代，A錯誤；秋水仙素能抑制紡錘體的形成，使染色體數目加倍，因此用秋水仙素處理植物的分生組織可得到多倍體，B正確；經過長期的地理隔離和自然選擇形成生殖隔離，這是異地物種形成的方式，C正確；整倍體變異的配子形成合子，合子發育成可育植株，D正確。
A

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