高中生物复习专题教案: 遗传与进化

第四部分 遗传与进化第34讲 生物进化一、考点内容全解（一）本讲考点是什么1.达尔文自然选择学说（1）主要内容：达尔文认为遗传和 变异是自然选择的基础(内因)；生存斗争是生物进化的动力(外因)；过度繁殖为自然选择提供了更多的选择材料，同时加剧了生存斗争；定向的自然选择决定了生物进化的方向。其要点图示如下：（2）评价意义：科学地解释了生物进化的原因，以及生物的多样性、适应性。局限：对于遗传和变异的本质、自然选择如何起作用等方面存在猜想和片面，甚至错误的认识。2.现代生物进化理论 现代生物进化理论是达尔文自然选择学说和基因学说的综合，也就是说用现代遗传学理论来补充和完善达尔文学说的不足，如通过种群、基因库、基因频率解决了达尔文不能解释的自然选择如何发挥作用的问题 。其本观点是：（1）种群是生物进化的单位，生物进化的实质在于种群基因频率的改变。（2）突变和基因重组、自然选择及隔离是物种形成过程的三个基本环节，通过它们的综合作用，种群产生分 化，最终导致新物种的形成。在这个过程中，突变和基因重组产生生物进化的原材料，自然选择使种群基因频率发生定向改变并决定生物进 化的方向，隔离是新物种形成的必要条件。图示如右：（二）考点例析[例1]用生物进化论的观点解释病菌抗药性不断增强的原因是a．使用抗菌素的剂量不断加大，病菌向抗药能力增强方向变异b．抗菌素对病菌进行人工选择，生存下来的病菌都是抗药能力强的c．抗菌素对病菌进行自然选择，生存下来的病菌都是抗药能力强的d．病菌中原来就有抗药性强的个体，在使用抗菌素的过程中淘汰了抗药性弱的个体[解析]本题考查学生对达尔文生物进化观点的理解情况。根据达尔文的进化观点，由于变异，病菌本身存在着个体差异，有的抗药性强，有的抗药性弱，有的无抗药性，抗菌素的使用对病菌起了自然选择作用，而不是人工选择(人工选择是指人类有目的地选择适合人类需要的生物品种) 。通过一代又一代地自然选择，病菌的抗药性会越来越强。[答案]c、d[解题警示]最容易犯的错误是“生物主动的适应（变异能按生物意愿而发生有利的定向变异）”[例2]在一个种群中随机抽出一定数量的个体，其中，基因型为aa的个体占18％，基因型为aa的个体占78%，aa的个体占4%。基因a和a的频率分别是：a.18%、82% b.36%、64% c.57%、43% d.92%、8% [解析]不妨设该种群为100个个体，则基因型为aa、aa和aa的个体分别是18、78和4个。就这对等位基因来说，每个个体可以看做含有2个基因。那么，这100个个体共有200个基因，其中，a基因有2×18+78=114个，a基因有2×4+78=86个。于是，在这个种群中，a基因的基因频率为： 114÷200=57% a基因的基因频率为： 86÷200=43%[答案]c[说明]可以先算出一对等位基因中任一个基因的频率，再用1减去该值即得另一个基因的频率。[同类变式]据调查，某地人群基因型为xbxb的比例为42.32%、xbxb为7.36%、xbxb为0.32%、xby为46%、xby为4%，求在该地区xb和xb的基因频率分别为 [解析]取100个个体，由于b和b这对等位基因只存在于x染色体上， y染色体上无相应的等位基因。故基因总数为150个，而xb和xb基因的个数xb、xb分别为42.32×2+7.36+46＝138，7.36+0 .32×2+4＝12，再计算百分比。xb、xb基因频率分别为138/150＝92%，12/150＝8%[答案]92%， 8%[例3]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，回答：(1)a物种进化为b、c两个物种的两个外部因素是 (2)甲岛上的b物种迁到乙岛后，不与c物种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 [解析]a物种原是同一自然区域的生物类群，后来，同一物种的生物有的在甲岛生活，有的在乙岛生活，由于甲、乙两岛环境条件不同，使得同种物种的两个种群的基因频率发生不同的定向改变。再加上甲、乙两岛由于地理隔离而不能相互自由交配，使不同种群的基因库不同。所以，最后的进化结果是形成两个物种。甲岛上的b物种迁回乙岛后，由于各自种群的基因库已发生改变，加之二者的生殖隔离，因此物种b不会与c物种共同进化为一个相同的新物种，而是各自独立进化。因甲、乙两岛的环境条件不同，再加上由于地理隔离导致生殖隔离，不能与b自由交配，故d物种在b物种基础上进化而成。[答案] (1)自然选择、地理隔离 (2)b与c间已形成生殖隔离 (3)甲、乙两岛的环境条件不同，自然选择作用不同，再加上地理隔离使它们基因频率的差别得到累积而形成了生殖隔离。二、方法技巧规律近几年高考命题集中在三个方面：（1）自然选择学说的理解和运用；（2）基因频率的有关计算；（3）对生物进化一些新观点、新学说的评价；（4）生物进化的证据。未来高考考向预测：（1）与遗传基本定律相结合，以基因频率为知识切入点，解决进化中的相关计算问题；（2）研究生物大分子进化；（3）与生态学知识相结合，考查综合运用现代进化理论分析生物多样性。1.运用遗传的基本定律，结合“哈代-温伯格”基因平衡定律解决有关基因频率的计算问题，加深理解自然选择学说的实质。在一个种群中符合以下5个条件：①种群极大②种群个体间的交配是随机的③无基因突变④无新基因加入⑤无自然选择的情况下，各等位基因的频率和等位基因的基因型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的，保持平衡。用数学方程式可表示为：(p+q)2=1,p2+2pq+q2=1，p+q=l。其中p代表一个等位基因的频率，q代表另一个等位基因的频率。运用此规律，已知基因型频率可求基因频率；反之，已知基因频率可求基因型频率。2.生物进化历程和彼此间的亲缘关系是进化论的重要内容，能够提供生物进化和亲缘关系的证据有多方面，要学会运用已有知识去寻找证据：（1）古生物学研究提供的证据：化石。通过对地层中化石的研究表明：生物进化与自然条件的改变密切相关；生物的进化有许多中间过渡类型连接。（2）胚胎学研究提供的证据：重演律——生物个体发育过程中，重现其祖先的重要发育阶段。通过对动物胚胎发育的研究，可推测生物之间的亲缘关系和各种生物的起源。（3）比较生理学研究的证据：如血清鉴别法，注射了异种动物血清后根据沉淀情况，测定各种生物的亲缘关系。若沉淀反应愈强，说明血清蛋白差异越小，亲缘关系越近；反之，则越远。（4）分子生物学研究的证据：测定不同生物的同种 蛋白质的分子结构，差异越小，亲缘关系越近；不同生物的核酸分子杂交，杂交程度越高，亲缘关系越近。[例4]某人群中每10000人中有一白化病患者(aa)，问该人群中带有a基因的杂合体概率是 [解析]已知基因型aa的频率为1/10000则基因a的频率q= =0.01，基因a的频率p=1－0.01=0.99，，则基因型aa的频率为2pq=2×0.99×0.01=0.0198[答案]0.0198[特别提示]熟练运用遗传的基本定律，结合“哈代-温伯格”基因平 衡定律计算基因频率这是定量描述自然选择的基础。[同类变式]人类的苯丙酮尿症是代谢疾病，由隐性基因控制。如果群体的发病率是1/10000，表现型正常的个体与苯丙酮尿症患者婚配，生出患苯丙酮尿症小孩的概率约为 [解析]本例是[例4]的拓展。依基因的平衡定律，杂合体基因频率为2×1/100×(1－1/100)≈1/50≈杂合体占表型正常个体的机率，故表型正常个体婚配子女患病机率为1/4×1/50＝1/200[答案]1/200[例5]研究表明鱼和蝌蚪的排泄物主要是氨，两栖类的排泄物主要是尿素，飞行类和鸟类的排泄物主要是尿酸。经测定，在鸡胚的发育过程中，含氮化合物的排泄情况如图。该图说明：① ② [解析]据图可知，第4天的鸡胚，氮排泄物主要是氨，其排泄功能与鱼类相似；第7天的鸡胚主要排泄尿素，与两栖类相当；第10天的鸡胚主要排泄尿素，与鸟类相当。由此可见，鸡胚发育简单而迅速地重演其祖先进化的历程，这是胚胎学为生物进化及生物间亲缘关系提供的证据。[答案] (1) 动物的个体发育简单而迅速地重演其系统发育的过程 (2)进化历程：鱼类→两栖类→鸟类[特别提示]无论采用何种方法、何种指标比较各种生物的亲缘关系：相似（近）程度越多则亲缘关系越近。[例6]1977年，科学家在深海中的火山口周围发现热泉。热泉喷出的海水温度超过300℃，并且富含硫化氢和硫酸盐。令人惊奇的是，在这样的海水中，竟发现大量的硫细菌。这些细菌通过氧化硫化物和还原二氧化碳来制造有机物，在热泉口周围还发现多种无脊椎动物，如大海蛤、蟹、管水母、没有口也没有消化道的管居环节动物等。近年来，人们不断在深海发现这样的热泉生态系统。有些科学家认为热泉口的环境与地球上早期生命所处的环境类拟。请根据以上材料回答：(1)上述硫细菌的同化作用类型是 (2)与一般生态系统相比，深海热泉生态系统有哪些特殊之处? (3)研究深海热泉生态系统有什么意义? [解析]本题考查了生物代谢、进化和生态的知识，旨在阐 明生物体结构与功能相统一的观点，更为重要的是引导考生解放思想，不要被传统观念所束缚，只有批判地继承，大胆创新，才能攀登科学的高峰，为人类和社会发展做出更大贡献。(1)根据题目材料信息：这些细菌通过氧化硫化物和还原二氧化碳来制造有机物。以h2s为例，则：h2s+o2 so2+能量(化学能)co2+h2o (ch2o)可见硫细菌为化能自养型生物。(2)深海热泉生态系的特殊之处可从无机环境、生产者类群和生态系的能源等三个方面进行描述。(3)阅读完题干，给人的第一印象是生物的适应性和多样性超出我们的预料，进而对热泉生态系生物的抗高温、高压能力感到迷惑，还有“有些科学家认为热泉生态系的环境与地球上早期生命所处的环境类似”，这难道不是生命起源和生物进化的鲜活材料吗? [答案](1)化能自养型 (2)①能源是化学能，不是太阳能 ②生产者是化能自养细菌，不是绿色植物 ③无机环境是高温、高压、无光环境，不是常温、常压、有光环境 (3)①丰富人们对生物适应性或多样性的认识；②对研究生物抗高温、抗高压的机理有重要价值；③对研究生命的起源和生物的进化有一定意义。三、基础能力测试 1．右图为某一群体基因频率变化图(樟坐标表示基因型，纵坐标表示频率)，则与这一现象相符的事实是a．克格伦岛上残翅昆虫和强翅昆虫的形成b．人类新生儿体重过重或过轻死亡率较高c．育种学家选育某抗病品种d．工业(尺蛾)黑化2．下列叙述中正确的是①自然选择是通过生存斗争来实现的 ②生存斗争是通过自然选择实现的 ③适应是自然选择的结果 ④自然选择是适应的结果a．①② b．①③ c．②③ d．②④3．若让某杂合体连续自交，那么能表示自交代数和纯合体比例关系的是 4．在进化过程中，有关生物类型出现的几种描述，可能性的是a．自养、厌氧异养、需氧异养 b．需氧异养、厌氧异养、自养c．厌氧自养、需氧异养、光能自养 d．厌 氧异养、光能合成自养、需氧异养5．在1.5×108a前(用150mabp表示)的沉积物中发现了已灭绝的剑尾动物。对每个个体背甲的长宽比都进行了测量。长宽的比值用s值表示。在下图中，p曲线表示150mabp时该动物s值的分布，在100mabp的沉积物中，在3个不同地点发现了3个不同剑尾动物的群体。 选项 a b c d新种形成 b c c b环境不变 a c a b图中a、b、c分别表示3种动物群体中s值的分布情况。那么，在a、b、d个群体中，哪一群体最可能出现了新种?在发现剑尾动物的3个地区中，哪一地区的环境最可能保持不变? 请从下表a、b、c、d选项中选择正确的一项。6．对细胞中某些物质的组成进行分析，可以作为鉴别真核生物的不同个体是否为同一物种的辅助手段，一般不采用的物质是a．蛋白质 b．dna c．rna d．核苷酸7．用现代生物技术能制造出新的生物品种，这主要是由于①现代技术可在短时间内完成高频率的基因突变或基因重组②现代转基因技术可迅速改变生物的基因组成③现代生物技术可迅速使新品种形成种群④现代技术可使新品种的产生不需要经过地理隔离a．①②③④ b．①②③ c．②③④ d．①③④8．图表示最早生活在这个区域同种生物的群体由于屏障(水)的阻碍，已经分离为两个独立的群体。如果群体a经历了长期的生活环境剧烈的变化，而群体b的环境无大变化，则群体a的进化速度将可能是a．比群体b快 b．比群体b慢 c．与群体b相同 d．停止进化9．下图表示4种不同森林环境的树于样品，在一个大城市附近的森林环境中释放了1000只白色的和1000只黑色的飞蛾。三周后重新捕捉到778只白飞蛾和135只黑飞蛾。该城市附近的树干很可能类似于 a b c d四、潜能挑战测试10.假设一对等位基因a、a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 、 、 ；若环境的选择使用使a的率由0．9降为0．7，选择后第二代基因型知aa、aa的频率分别是 、 ；若选择作用保持变，后代基因型频率变化是 11.右图为人、猪、鼠、野山羊、鸭嘴兽的胰岛素分子同源性分析统计曲线(纵 标表示氨基酸序列相同的百分率)。回答：⑴曲线中代表猪的点是 ⑵分子进化速率为每改变1%氨基酸需p年, 若人和猪胰岛素同源序列，在总共m个氨基酸中有n个氨基酸不同，则可推知人和猪的祖先在距今年 前开始分道扬镳。⑶请你运用鸭嘴兽作为材料，说明一种生物学观点。12．所谓“杂种优势”，是指杂合体的生活力(繁殖力、抗逆性及产量和品质)高于亲本的平均值，甚至超出亲本范围的现象，杂种优势常见于种间杂种的子一代(1)试运用“杂种优势”原理解释近亲繁殖的坏处(2)生物进化实质是环境对不利基因的淘汰及对有利基因的保留和放大过程。为模拟自然选择过程，假定基因型为aa、aa个体全部能生存并繁殖后代，而基因型为aa的个体全部致死，若不考虑基因突变，试求基因型为aa个体自交，fn代各基因型的比例？先猜想，再用数学归纳法证明。五、参考答案与提示1．a（ 由图可知基因型频率向两个方向发展, 最终将导致两个不同物种或不同性状生物形成，这种现象称为分裂性选择）2．d（ 自然选择是通过生存斗争来实现的；通过自然选择形成物种多样性、生物的适应性和实现生物进化）3．a( 用“归纳法”得杂合体的比率为（1/2）n-1，故纯合体（aa和aa）比率值域亦为（0，1）)4．d( 原始生命结构非常简单，没有自养的结构基础，同时原始海洋有机营养十分丰富，异养条件充分；而且因环境中无氧，只能进行无氧呼吸。随后出现原始的光合自养型生物，同时生成o2，形成“第二代大气”。环境有o2后，生物经变异产生的有氧呼吸类生物能量利用效率高，经自然选择逐渐演变为需氧型)5．c( c种群的s值有2个峰值，表明自然选择已造成种群分异，只要这种“过程”持续下去，就有可能形成在s值上有明显差异的新种。相反地，a种群中的s值近乎恒定，表明a种群所处的自然环境相对稳定)6．d( 各种生物具有不同dna→不同mrna→不同蛋白质，因而各种生物的dna、mrna、蛋白质具有特异性)7．a（ “克隆技术”只用于“复制”）8．a（ 环境选择适应环境的生物物种。群体 b所处环境稳定，自然选择相对稳定）9．a( 黑蛾重捕数少，表明环境选择白飞蛾)10．选择前各基因型频率为aa=(0．9)2=0．81，aa=2× 0．9× 0．1=0．18，a a =(0．1) 2=0．01。选择后各基因型频率为aa(0．7) 2=0．49，aa=2× 0．7× 0．3=0．42，a a =(0．3) 2=0．09。由此可见若选择作用继续保，后代中aa将减少，aa将增加）11．(1)①b ②(n/m)÷1/100×p÷2＝50np/m ③鸭嘴兽是一种过渡型生物的“活化石”，可以作为生物进化的证据12．⑴近亲繁殖，基因杂合率下降，杂种优势丧失；同时隐性致病基因的纯合率上升，患病几率增大⑵f1：aa→1/4aa+2/4aa+1/4aa→1/3aa+2/3aa；f2：f1→1/3aa+2/3(1/4aa+2/4aa+1/4aa)→3/5aa+2/5aa……猜想fn：［1-2/(2n+1)］aa+2/(2n+1)aa 证明：①当n=1时，成立 ②假定当n=k时成立，即fk：［1-2/(2k+1)］aa+2/(2k+1)aa那么fk+1：［1-2/(2k+1)］aa+2/(2k+1)( 1/4aa+2/4aa+1/4aa)→［1-2/(2k+1+1)］aa+2/(2k+1+1)aa ③综合①②知原猜想成立