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刍议高中生物现代生物进化理论易错易混点

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  摘要:现代生物进化理论让学生了解在历史长河中生物的来龙去脉,本身是非常有趣的内容,但是有一些知识点学生较难理解,比如生物变异和环境因素的关系、定向和不定向的辨析、基因频率的计算、隔离和物种形成的关系等,在课堂上要注意辨析清楚。
  关键词:生物进化 ;生物变异 ;基因频率
  中图分类号:G4 文献标识码:A
  2019年版人教版高中生物必修2《遗传与进化》第六章现代生物进化理论的主要内容是通过化石、比较解剖学、胚胎学、细胞和分子水平等各方面为生物进化论提供证据,进而引出引出拉马克的用进废退学说、达尔文的自然选择学说,进而随着研究的不断深入发现用进废退学说和自然选择学说的局限性,最后形成了现代生物进化理论。学好现代生物进化理论有助于学生形成进化观,理解生命的本质。学生现代生物进化理论有些比较抽象,学生较难理解,容易混淆,主要是以下四个方面。
  一、生物变异和环境因素的关系
  人教版高中生物《遗传与进化》第七章现代生物进化理论的主要内容依次是:种群是生物进化的基本单位、突变和基因重组提供进化的原材料、自然选择决定生物的进化方向、隔离是形成新物种的必要条件、共同进化形成生物的多样性。在突变和基因重组提供进化的原材料、自然选择决定生物的进化方向这两点上学生比较容易误解,例如长期使用一种抗生素后细菌会有对药物的抗性,这该怎么解释?学生的理解往往是说抗生素使细菌发生了变异从而产生抗性。学生的解释丝毫没有触及现代生物进化理论的内容,只是感性的认识,没有应用理性思维从生物进化理论出发进行深入的剖析。要消除学生的误解,必须强调紧紧围绕现代生物进化理论进行解释。正确的解释应该是:在使用抗生素以前,因为发生了基因突变导致细菌发生了变异,而且基因突变是不定向的所以会有很多种变异类型(包括具有抗药性的类型);使用抗生素后,不具有抗药性的变异类型因为不适应抗生素环境被淘汰,具有抗药性的变异类型因为适应抗生素环境而生存下来;生存下来的变异类型通过繁殖使抗药性细菌的比例越来越高,使抗生素的杀灭效果降低即细菌表现出了抗药性。在这里引起变异的是环境,决定进化方向的也是环境,怎么区分?
  引起生物变异的外界因素如物理因素、化学因素、病毒因素等是环境因素,决定生物进化方向也是环境,学生的误解应该是只记得“环境”因素能使生物发生变异,却没有更深入地理解“环境”起到选择的作用,而且这两个环境是有差别的。引起生物变异的“环境”说的是能够引发基因突变、染色体变异和基因重组等导致发生变异的具体因素如X射线、黄曲霉毒素、肉瘤病毒等范围较小的因素,而起到自然选择作用的“环境”说的是生物的生活环境,范围更广。例如“長期使用一种抗生素后细菌会有对药物的抗性”这个例子中,抗生素是细菌的生活环境因此只起到选择作用,使细菌的发生变异的是其它物理、化学因素导致的。
  二、定向和不定向的辨析
  高中生物现代生物进化理论的内容中在一定的环境条件下定向的有两个:生物的进化方向、种群基因频率的变化趋势。不定向的有一个:生物的变异。生物变异的不定向和生物的进化方向定向学生容易理解,但种群基因频率的定向变化学生比较难理解,因此课堂上需要注意辨析。
  自然选择通过作用于个体的表现型,使适应环境的个体生存下来并通过繁殖将有利的变异传给后代,使有利变异类型的比例越来越高,因此生物的进化方向就是向适应环境的方向进化。从基因的角度来说,基因决定生物的性状,因此自然选择有利变异性状的同时,也相当于选择了与有利变异相对应的基因,生物向适应环境的方向进化,有利于适应环境的基因在种群中所占的比例也会越来越大即种群的基因频率也发生了定向的变化。
  此外,根据种群基因频率的概念,显性基因频率与隐性基因频率的和为1,所以显性基因频率和隐性基因频率的具体比值是多少都有可能,一种极端的情况是只有显性基因而隐性基因频率为0,或者只有隐性基因而显性基因频率为0。对于这种情况,学生也是比较难理解的,可以引导学生从从两个方面去解释:一是从基因突变产生等位基因的角度进行解释,若没有发生基因突变,种群中控制某种性状的基因就可能只有一种,即基因频率为1;二是虽然种群中的个体发生了基因突变,但是突变的基因全部被淘汰,因此控制某种性状的基因就可能只有一种,即基因频率为1。
  3 基因频率的计算
  让计算基因频率,学生往往就懵了,怎么算?计算基因频率关键在理解两个概念:基因库和基因频率。高中生物人教版中这两个概念的定义分别是:“一个种群中全部个体所含有的全部基因,叫做这个种群的基因库”,“在一个种群基因库中,某个基因占全部等位基因数的比率,叫做基因频率”。从定义来看,基因频率就是一个比例,这个比例的分母是种群基因库中某对等位基因的全部数量,分子是种群中这对等位基因中的显性基因(或隐性基因)的全部数量。学生只要能理解基因频率是这样的一个比例,在遇到相关的计算时,就能依样画葫芦,求得结果,甚至还可以引导学生推导衍生出其它更方便计算的公式。
  通过计算种群的基因频率,能够判断一个种群是否发生了进化,若种群基因频率发生了改变,说明种群已经发生了进化,否则种群没有发生进化。
  四、隔离和物种形成的关系
  课本中的内容包括:隔离会阻止生物的基因交流、隔离分为地理隔离和生殖隔离、隔离是新物种形成的必要条件。学生较容易误解为隔离是形成新物种的充分条件,只要隔离就能形成新物种。 正确的理解应该是:地理隔离会将一个物种隔离成多个种群,分布在地理条件不同的环境中,,因为自然选择使分布在不地理条件下的种群分别向不同的方向进化,导致原本属于同一个物种的多个种群间的基因库差异越来越大,如果到最后两个种群间出现生殖隔离就会形成新的物种。注意隔离会使同一物种的不同种群间不能进行基因交流,使它们的基因库出现差异,但不一定能形成新物种,能不能形成新物种要看有没有生殖隔离,基因库出现差异只能说明发生了生物的进化,没有进化到生殖隔离的就不能算形成新物种。
  参考文献
  [1]杨京举. 现代生物进化理论主要疑难问题辨析.中学生物教学.2012(06):33—34

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