高中生物第七章现代生物进化理论第2节现代生物进化理论的主要内容第2课时物种的形成共同进化和生物多样性教学案新人教版必修2

高中生物第七章现代生物进化理论第2节现代生物进化理论的主要内容第2课时物种的形成共同进化和生物多样性教学案新人教版必修2

第 2 课时 物种的形成、共同进化和 生物多样性 [学习导航] 1.解释物种的概念，并举例说明隔离在物种形成中的作用。2.结合具体实例简 述生物的共同进化和多样性形成的原因。 [重难点击] 物种形成的过程。 据英国《每日邮报》网站报道，美国南卡罗来纳州诞生了世界仅有的四只白色狮虎兽。它们 的父亲是一只白狮，而它们的母亲是一只白虎。 世界上大约有 300 只白狮和 1 200 只白虎，而世界上大约有 1 000 只狮虎兽，但白色的狮虎 兽几乎没有。所以这次孕育的白色狮虎兽在世界上极其罕见，也可称为世界仅有的四只白色 狮虎兽。狮虎兽是一个新的物种吗？新物种形成的标志是什么？ 一、隔离与物种的形成 1．物种的概念 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。 易混辨析 物种和种群 种群强调的是同一自然区域、同种生物的全部个体，物种则强调能相互交配并产生可育后代 的一群生物。同一种群的个体一定属于同一物种，同一物种的个体可能分布于不同的区域形 成不同的种群。不同种群的个体可能属于同一物种，不同物种的个体一定属于不同的种群。 2．隔离 (1)马和驴虽然能生下骡，但骡是不育的。因此不同物种之间一般不能交配，即使能交配也不 能产生可育后代，这种现象称为生殖隔离。 (2)东北虎和华南虎属于同一种生物，但由于地理上的障碍而分成不同的种群，使得种群间不 能相遇进行基因交流，这种现象称为地理隔离。 (3)综上所述，我们把不同种群间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象叫做隔离。 3．隔离在物种形成中的作用 (1)新物种的形成过程 地理隔离 ①不同种群出现不同的突变和基因重组 ②不同种群间不发生基因交流 ↓ 自然选择 ①食物和栖息条件互不相同 ②自然选择对不同种群基因频率 的改变所起的作用不同 ↓ 生殖隔离 基因库形成明显的差异并逐步出现 生殖隔离，从而形成不同的物种 (2)结论：隔离是形成新物种的必要条件。 如图是我国黄河两岸某种生物 a 的演化过程模型，请据图分析回答下列问题： 1．自然状态下，b、c 之间能进行基因交流吗？为什么？ 答案 不能。存在地理隔离。 2．b、c 进化的方向相同吗？为什么？ 答案 不同。两地的环境条件不同，自然选择的方向不同。 3．研究表明，某基因在 b、d 之间的频率有很大差别，是否说明二者不是同一物种了？ 答案 不一定。是否是同一物种要看是否存在生殖隔离。 4．若长期进化后，b、c 形成了两个物种，这反映出物种形成的一般途径是怎样的？ 答案 长期的地理隔离产生生殖隔离。 5．黄河北岸的 b 迁移到黄河南岸后，不与 c 进化为同一物种，其原因可能是什么？ 答案 在二者间已形成生殖隔离。 6．若在黄河南岸由于某种原因，二倍体的 c 加倍成了四倍体的 e，那么 c、e 之间存在生殖 隔离吗？这说明什么？ 答案 二倍体的 c 与四倍体的 e 杂交，其后代是三倍体，三倍体是不育的，所以二者存在生 殖隔离。这说明不经过地理隔离也能产生生殖隔离。 知识整合 突变和基因重组、自然选择、隔离是物种形成的三个环节，长期的地理隔离产生 生殖隔离是物种形成的一般方式，但是有时候长期地理隔离没有产生生殖隔离，也就没有形 成新物种，而有时候不经过地理隔离也能产生生殖隔离。 1．下列关于隔离的叙述，不正确的是( ) A．种群基因库的差异是产生生殖隔离的根本原因 B．隔离阻止了种群间的基因交流 C．不同的物种之间必然存在着生殖隔离 D．对所有物种来说，地理隔离必然导致生殖隔离 答案 D 解析 物种间必然存在隔离，不管是地理隔离还是生殖隔离，导致的结果是阻止了基因的交 流，从而使种群基因库的差异变大，地理隔离是一个量变过程，只有足够长的时间后才能达 到生殖隔离。 2．下列能形成新物种的是( ) A．二倍体的西瓜经秋水仙素处理成为四倍体西瓜 B．桦尺蠖体色的基因频率由 S(灰色)95%变为 s(黑色)95% C．马与驴交配产生了骡 D．克隆多利羊 答案 A 解析 判断是否形成新物种的标准是新形成的物种与原来物种间是否存在生殖隔离，若存在 生殖隔离，说明已形成了新物种，否则还没有形成新物种。A 项中，四倍体西瓜自交能产生 可育后代，说明四倍体西瓜属于一个物种，四倍体西瓜与二倍体西瓜杂交产生的三倍体西瓜 高度不育，说明二者存在生殖隔离，则四倍体西瓜是一个新物种；B 项中，基因频率发生了 改变，说明生物进化了，但未突破种的界限，仍属于同一物种；C 项中骡子不育，不是一个 物种；D 项中多利羊是无性繁殖产生的，其遗传组成基本不变，仍属原来的物种。 3．如图是物种形成的一种模式。物种 a 因为地理障碍分隔为两个种群 a1 和 a2，经过漫长的 进化，分别形成新物种 b 和 c。在此进程中的某一时刻，a1 种群的部分群体越过障碍外迁与 a2 同域分布，向 d 方向进化。下列有关叙述正确的是( ) A．b 和 d 存在地理隔离，所以一定存在生殖隔离 B．c 和 d 不存在地理隔离，却可能存在生殖隔离 C．a1 中的外迁群体与当时留居群体的基因频率相同，则 b 和 d 是同一物种 D．a1 中的外迁群体与当时 a2 种群的基因频率不同，则 c 和 d 是不同物种 答案 B 解析 区分物种的关键是看是否存在生殖隔离，存在地理隔离的不同种群，可能属于不同物 种，也可能属于同一物种。b 和 d 存在地理隔离，不一定达到生殖隔离；由于 a1 和 a2 的地理 隔离，d 和 c 有可能存在生殖隔离。种群基因频率改变是生物进化的实质，而不是形成新物 种的标志。a1 中外迁群体与当时留居群体的基因频率不一定相同；a1 中外迁群体与当地 a2 种 群的基因频率不一定相同，但如果只发生地理隔离，而没有发生生殖隔离，则 c 和 d 可能是 同一物种。 易错提醒 关于物种和物种形成的几个易错点 (1)形态、结构一致≠同一物种。 形态、结构一致的生物，有可能具有生殖隔离，两个种群的生物形态、结构相同，但繁殖期 不同，这两个种群的生物具有生殖隔离，是两个物种。 (2)能产生后代≠同一物种。 两个个体能够交配产生后代，有可能子代高度不育，如马和驴，虽然能够产生子代，但子代 不育，因此马和驴是两个物种。 (3)物种的形成不一定都需要经过地理隔离，如多倍体的产生。 (4)生物进化不一定导致物种的形成。 ①生物进化的实质是种群基因频率的改变，即生物进化不一定导致新物种的形成。 ②新物种一旦形成，则说明生物肯定进化了。 二、共同进化与生物多样性的形成 1．共同进化 (1)实例 ①某种兰花长着细长的花矩，为之传粉的蛾具有细长的、吸管似的口器，二者互利互惠，同 生共死。这种关系是长期共同进化的结果。 ②猎豹和斑马是捕食关系，被猎豹吃掉的往往是年老、病弱或者年幼的个体，这对斑马种群 的进化是有利(有害、有利)的。如果猎豹把斑马全部吃光，猎豹不能(能、不能)生存。这说 明，二者是共同进化的。 ③由于地球上原始大气中是没有氧气的，因此最早出现的生物都是厌氧的；最早的光合生物 的出现，使得原始大气中有了氧气，这就为好氧生物的出现创造了前提条件。这说明，生物 的进化和无机环境的变化也是相互影响的。 (2)共同进化的概念：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。 (3)共同进化的意义：共同进化是千姿百态的物种和多种多样的生态系统形成的原因。 2．生物多样性的形成 (1)内容：基因多样性、物种多样性、生态系统多样性。 (2)形成原因：生物的进化。 (3)研究生物进化历程的主要依据：化石。 3．生物进化历程中的几个关键事件 (1)有性生殖的出现，实现了基因重组，加快了进化速度。 (2)第三极——消费者的出现，使生态系统具有更复杂的结构；对植物的进化产生重要影响。 (3)生物的登陆改变着陆地环境。 4．生物进化理论在发展 (1)中性突变学说：大量的基因突变是中性的，决定生物进化方向的是中性突变的逐渐积累， 而不是自然选择。 (2)间断平衡学说：物种形成并不都是渐变的过程，而是种群长期稳定与迅速形成新种交替出 现的过程。 1．“精明的捕食者”策略对人类利用生物资源有什么启示？ 答案 地球上的生物资源是有限的，人类不应当掠夺式地开发和利用生物资源，而应合理有 度地利用生物资源，做一个“精明的捕食者”。 2．在捕食者与被捕食者的共同进化中，从生物个体和种群两个方面分析，是有利的还是有害 的？ 答案 从个体考虑，对被淘汰的个体来说是有害的；从种群考虑，无论是对捕食者还是对被 捕食者，都有利于种群的发展。 3．导致生物多样性的根本原因和直接原因分别是什么？ 答案 根本原因：基因(DNA 分子结构)的多样性。直接原因：蛋白质的多样性。 4．通过以上学习，你能从多个角度归纳下生物进化的趋势吗？ 答案 简单→复杂，低等→高等，水生→陆生，异养→自养，厌氧→需氧，原核生物→真核 单细胞生物→多细胞生物，无性生殖→有性生殖。 知识整合 生物进化的基本单位是种群，从种群考虑，无论是对捕食者还是对被捕食者，都 有利于种群的进化；生物多样性的根本原因是基因DNA 分子结构的多样性，直接原因是蛋白 质的多样性；生物进化的过程是：简单→复杂，低等→高等，水生→陆生，异养→自养，厌 氧→需氧，原核生物→真核单细胞生物→多细胞生物，无性生殖→有性生殖。 4．生物的共同进化，可以从哪些方面表现出来( ) ①同种生物之间 ②不同种生物之间 ③生物与无机环境之间 ④亲代与子代之间 A．①③ B．②④ C．②③ D．①④ 答案 C 解析 生物的共同进化可表现为生物与生物间及生物与无机环境间。 5．下列关于生物进化的叙述，正确的是( ) A．在进化地位上越高等的生物，适应能力越强 B．生态系统多样性形成的原因可以概括为共同进化 C．生物多样性包括基因多样性、物种多样性和变异多样性 D．最早登陆的生物是适应陆地生活的原始的两栖类 答案 B 解析 不同的生物适应不同的环境，进化地位上越高等的生物，适应能力不一定越强；生物 多样性中最高层次为生态系统多样性；最早登陆的生物为植物，主要是蕨类植物。 1．下列关于物种的叙述，正确的是( ) A．不同种群的生物肯定不属于同一物种 B．物种是能相互交配的一群生物个体 C．隔离是形成新物种的必要条件 D．在新物种形成过程中必须有地理隔离和生殖隔离 答案 C 解析 同一物种的个体不但能相互交配，而且必须产生可育的后代，两个条件必须同时满足； 不同种群的生物若能交配并能产生可育后代，说明它们属于同一物种；爆发式形成新物种时 可以不经过地理隔离。 2．隔离在物种形成中的作用是 ( ) A．导致种群基因频率不断改变 B．阻止了种群间的基因交流 C．决定了生物进化的方向 D．导致不同种群出现不同的突变和基因重组 答案 B 解析 隔离阻止了种群间的基因交流，是物种形成的必要条件。 3．原始生命出现之后，最可能符合生物进化趋势的是( ) A．光合作用→无氧呼吸→有氧呼吸 B．无氧呼吸→有氧呼吸→光合作用 C．有氧呼吸→光合作用→无氧呼吸 D．无氧呼吸→光合作用→有氧呼吸 答案 D 解析 原始大气中不存在氧气，所以首先出现的是进行无氧呼吸的厌氧生物。随着光合作用 的出现，原始大气中有了氧气，为有氧呼吸生物的出现提供了条件。 4．在北极的一个山脉中，原始的狼已经在体格和生活习性上进化成不同的变种，其中一种狼 的体重较轻，四肢发达而灵活，以猎鹿为主；另一种狼的体重较重，足短而力强，常常攻击 羊群。下列叙述错误的是( ) A．狼的性状分歧是自然选择的结果 B．上述现象说明自然选择在一定程度上是不定向的 C．在生存斗争中，捕食者和被捕食者之间进行着相互选择 D．自然选择对不同种群的基因频率的改变所起的作用有所差别，最终导致这些种群的基因库 差异很大，并逐步出现生殖隔离 答案 B 解析 狼的实例恰恰解释了自然选择是定向的，因环境不同，选择不同，导致种群基因库改 变并逐渐出现生殖隔离，而且捕食者与被捕食者相互选择而共同进化。 5．现有 G、H、Q、W、X 五个有亲缘关系的物种，它们的进化历程及亲缘关系如图所示。据图 回答下列问题： (1)图中五个物种中，基因库相似程度最高的两个物种最可能是________。 (2)由共同祖先进化形成上述五个不同物种的外部因素是______________和________。 (3)H、W 两物种都生活在海洋中，体形都为纺锤形的事实能够说明____________________。 (4)如果将 W 物种始终处在一个没有地理隔离的环境中，W 物种将会在进化过程中分化成两个 或两个以上的物种吗？__________，为什么？____________________________________；W 物种在它所生存的环境中会进化吗？__________，为什么？__________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)X、Q (2)自然选择 隔离 (3)自然选择是定向的(环境对生物的选择是定向的) (4)不会 没有地理障碍，群体中的个体可以相互进行基因交流 会 生物在繁衍过程中会产 生各种可遗传的变异，W 所处的环境条件也会发生不断的变化 解析 (1)基因库相似程度越高的生物应是亲缘关系越近的物种。(2)物种的形成需要经过隔 离，一个物种在特定的环境中生存时，必然受到环境的自然选择。(3)这是一种趋同进化现象， 是相同环境定向选择的结果。(4)没有隔离就不会分化出不同的物种，但生物是随着环境的变 化在不断进化的。 课时作业 1．下列关于物种的叙述，不正确的是( ) A．同一物种的个体之间在自然条件下能够相互交配和繁殖，并能够产生可育后代 B．经过长期的地理隔离而达到生殖隔离是物种形成比较常见的一种方式 C．区分物种有多种依据，但最主要的是看有无生殖隔离 D．不同物种的种群在自然条件下基因不能自由交流 答案 C 解析 同一物种的个体之间不存在生殖隔离，能产生可育后代；经过地理隔离会使基因库产 生差异，长期进化就有可能产生生殖隔离；物种的区分依据就是看是否存在生殖隔离；不同 物种的种群，由于有生殖隔离，所以在自然条件下基因不能自由交流。 2．我国西北部的欧洲玉米螟与东北部的亚洲玉米螟由于信息激素的不同而具有生殖隔离，但 外貌上几乎无法辨认，那么，以下说法正确的是( ) A．由于外貌形态相同，因此它们属于同一物种 B．由于具有生殖隔离，因此它们属于不同的物种 C．无法判断 D．以上说法都不对 答案 B 解析 由于这两个物种存在着生殖隔离，所以它们属于两个物种，倘若是一个物种的两个亚 种，那么它们就可以进行交配并且产生可育后代。 3．生物多样性是共同进化的结果。下列事实不属于共同进化的是( ) A．随着工业的发展，大量温室气体排放，导致全球气温升高 B．随着光合生物的出现，大气中有了氧气，为好氧生物的出现创造了条件 C．生活在草原上的斑马和猎豹都能迅速奔跑，这是它们长期相互选择的结果 D．4 亿年前形成了原始的陆生植物，随后出现了适应陆地生活的动物 答案 A 解析 随着工业的发展，大量温室气体排放，导致全球气温升高，这属于环境污染，不属于 共同进化。光合生物与环境中的氧气、好氧生物之间存在相互作用，使生物的种类多样化； 斑马与猎豹相互选择，增强了奔跑能力；陆生植物与陆生动物的出现，都体现了生物与生物、 生物与环境之间的相互选择，属于共同进化。 4．如图为现代生物进化理论的概念图，以下说法正确的是( ) A．①是生物的突变和基因重组 B．②是自然选择 C．③是自然选择学说 D．④是物种多样性 答案 C 解析 生物进化的实质是基因频率的改变；突变和基因重组导致了基因频率的改变；现代生 物进化理论的核心是自然选择学说；生物的多样性包含三个层次：基因的多样性、物种的多 样性和生态系统多样性。因此①、②、④代表的含义叙述错误。 5．下列关于生物进化的叙述，正确的是( ) A．用皮康霜治疗皮肤病，使用一段时间后，药效下降，这是由于引起皮肤病的病原体接触药 物后，产生了对皮康霜药物有效成分的抗药性变异 B．海南热带野生动植物园的公狮和母虎交配，产下不育的“狮虎兽”，说明狮子和老虎存在 生殖隔离 C．华南虎和东北虎的形成，是由于地理隔离导致生殖隔离的结果 D．19 世纪的英国工业革命，使灰色桦尺蠖变成新物种——黑色桦尺蠖 答案 B 解析 由于突变是不定向的，在使用皮康霜之前，有的病原体就会因突变而对皮康霜有抗性， 皮康霜对病原体进行了选择，保留了抗药性的个体；狮和虎是不同物种，它们之间存在生殖 隔离；华南虎和东北虎为同一物种，不存在生殖隔离；黑色和灰色桦尺蠖之间只是一个性状 的差异，两者仍为同一物种。 6．(2016·江苏，12)如图是某昆虫基因 pen 突变产生抗药性示意图。下列相关叙述正确的是 ( ) A．杀虫剂与靶位点结合形成抗药靶位点 B．基因 pen 的自然突变是定向的 C．基因 pen 的突变为昆虫进化提供了原材料 D．野生型昆虫和 pen 基因突变型昆虫之间存在生殖隔离 答案 C 解析 pen 基因突变后形成了抗药靶位点，A 错误；基因突变具有不定向性，B 错误；基因突 变为昆虫进化提供原材料，C 正确；野生型昆虫和 pen 基因突变型昆虫属于同一物种，二者 不存在生殖隔离，D 错误。 7．加拉帕戈斯群岛由许多互不相连、彼此独立的小岛组成。1835 年，达尔文在该群岛发现 地雀有 13 种，下图表示这 13 种地雀之间的进化关系。 请回答下列问题： (1)从图中可以看出这些不同种的地雀都是由________这一共同祖先进化而来的。 (2)每一种地雀都有其特定的觅食场所，这些场所分布在不同的小岛上。每一种地雀喙的大小、 形状、尺寸等性状存在差异，这是由于各小岛上不同的________环境因素作用的结果。该因 素在地雀的进化过程中起到了______的作用。 (3)由于各小岛彼此独立，生活在这些小岛上的原始地雀之间存在着________隔离。在长期的 进化历程中，各个小岛上的地雀分别累积各自的有利变异，从而彼此之间逐渐形成________ 隔离，最终形成了地雀新种。 (4)若某个小岛上的地雀均为莺雀，则该小岛上的全部莺雀个体称为________。这是生物进化 的________。 (5)加拉帕戈斯群岛上的 13 种地雀体现了生物的______多样性。 答案 (1)南美洲地雀 (2)食物 自然选择 (3)地理 生殖 (4)种群 基本单位 (5)物 种