# 人工选择

> AP 生物学 · AP 生物学 CED 第7单元
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/ap-biology-u7-artificial-selection/

本符合考试大纲的学习指南涵盖了AP生物学第7单元中人工选择的核心概念，包括定义、与自然选择的比较、育种者方程、进化的实验证据以及常见考试误区。

**先修:** [自然选择和可遗传变异的基本原理](https://www.owlsprep.com/zh/study/ap-biology-u7-natural-selection/); [表型变异与基因型变异](https://www.owlsprep.com/zh/study/ap-biology-u1-genetic-variation/); [种群中的等位基因频率变化](https://www.owlsprep.com/zh/study/ap-biology-u7-hardy-weinberg/)

## 学习目标

- 定义人工选择，并将其与自然选择区分开
- 应用育种者方程预测人工选择的反应
- 将人工选择实验解读为进化论的证据
- 规避AP生物学考试中常考的常见误区

## 什么是人工选择？

人工选择（也常称为选择育种）是人类为获得生物的理想可遗传性状进行有意识选择，经过多代后产生快速进化改变的过程。本主题是AP生物学第7单元：自然选择的一部分，该单元占AP考试总分的13–25%，相关题目经常出现在选择题和自由作答题部分。

**人工选择** — 一种进化改变过程：人类有意识选择繁殖个体，导致理想性状的等位基因频率在多代中发生改变。

*记法:* Selective Breeding

*例:* 现代驯化玉米是从野生大刍草经过一万年人类选择大而可食用的籽粒培育而来的。

## 人工选择与自然选择的关键区别

人工选择和自然选择都会通过提高具有特定可遗传性状个体的繁殖成功率，导致进化改变（随时间发生的等位基因频率变化），但二者在三个可考察的关键方面存在一致区别：

1. **选择主体：**自然选择以环境压力（非生物/生物因素）作为选择主体；人工选择以人类的有意识偏好作为选择主体。
2. **性状目标：**自然选择选择能提高生物在野外的适合度（生存和繁殖能力）的性状；人工选择选择对人类有用的性状，这些性状可能会降低生物在自然环境中的适合度。
3. **改变速率：**人工选择施加的选择压力非常强，因此表型改变的发生速度远快于大多数未受干预的自然种群。

**例题:** 一名学生比较了两个野生芥菜种群：种群1生长在干旱地区，叶片更小、更厚的个体失水更少，干旱存活率更高。种群2由园艺学家培育，园艺学家仅选择叶片最大、最宽的芥菜个体作为叶用蔬菜繁殖。经过15代后，种群1的平均叶面积减少了20%，种群2的平均叶面积增加了25%。该学生称种群1发生了自然选择，种群2发生了人工选择，该说法是否正确？证明你的结论。

1. 确定每个种群的选择主体：
2. 对于种群1，选择主体是自然环境（干旱，一种非生物环境压力）。对于种群2，选择主体是人类基于对大叶偏好的有意识选择。
3. 确认性状符合各过程的定义：更小的叶片能提高干旱自然环境中的生存和适合度，符合自然选择的结果。
4. 确认大叶是为了人类利益被选择，而非为了自然适合度：园艺学家为了人类食用选择大叶，不管该性状是否提高野外生存能力，这符合人工选择的定义。
5. 结论：该学生的说法正确。

> **考试提示:** 在要求区分人工选择和自然选择的FRQ中，你的证明过程一定要明确指出选择主体——AP评分标准一贯会给这个具体细节分配一分。

## 预测选择反应：育种者方程

只有当目标性状具有显著遗传力时，人工选择才有效；遗传力指性状变异至少部分由可传递给后代的遗传变异导致。狭义遗传力（$h^2$）定义为种群中表型变异可归因于加性遗传变异的比例，加性遗传变异是能对选择做出反应的遗传变异类型。

$$R = h^2 S$$

其中$R$是选择反应（即亲本到子代平均性状值的改变量），$S$是选择差，即被选中的繁殖个体的平均性状值与整个亲本种群平均性状值的差值：

$$S = \bar{X}_{selected} - \bar{X}_{population}$$

这个方程符合直觉：更高的遗传力（性状有更多遗传变异）或更强的选择（选中的繁殖个体与总种群差异更大）都会导致下一代产生更大的进化反应。

**例题:** 一位马育种者想要提高其纯种赛马的平均短跑速度。当前种群每弗隆短跑的平均用时为12秒。育种者选出了15匹平均速度最快的繁殖用马，它们的平均短跑用时为11.2秒。该种群短跑速度的狭义遗传力为0.6。预测下一代的平均短跑用时是多少？

1. 计算选择差$S$（结果为负是因为用时越短速度越快，这是我们想要的性状）：

   $$S = 11.2 - 12 = -0.8$$
2. 应用育种者方程计算选择反应$R$：

   $$R = h^2 S = 0.6 \times (-0.8) = -0.48$$
3. 记住$R$是原种群平均性状的改变量，不是新的平均性状值。将$R$加到原种群平均值上：

   $$12 + (-0.48) = 11.52$$
4. 最终结果：下一代每弗隆的预测平均短跑用时为11.52秒。

> **考试提示:** 一定要记住$R$是性状值的改变量，不是新的平均值——这是AP人工选择考题中最常见的计算错误之一。

*计算器:* allowed

## 作为进化实验证据的人工选择

人工选择在进化生物学中的核心作用是，它为「选择能在相对短时间内产生大幅表型改变」这一进化论的核心预测提供了直接实验证据。由于研究者可以直接控制选择压力，他们可以验证对某一性状的持续选择是否会产生预测的进化改变。长期实验（例如经典的玉米油含量选择研究）得出了惊人结果：从平均含油量4–6%的初始种群出发，经过100代选择后得到了含油量超过20%和低于1%的种群，证明大多数性状在种群中都存在充足的现有遗传变异。

**例题:** 一位研究者从一个存在遗传变异的小鼠种群开始实验，该种群小鼠力竭前的平均游泳时长为10分钟。研究者每一代仅选择10%游泳耐力最长的小鼠繁殖。经过20代后，平均力竭游泳时长变为28分钟。该结果支持进化论的什么结论？

1. 确认平均耐力的改变属于进化：该性状是可遗传的，持续选择改变了种群平均值，因此提高耐力的等位基因频率上升。
2. 该结果证明，初始种群中对于耐力这类复杂性状存在现有遗传变异：如果没有遗传变异，选择无法在多代中产生任何改变。
3. 改变的幅度很大（几乎达到原耐力的三倍），证实了进化论的核心原则：选择可以在相对少的世代内，从现有遗传变异中产生大幅表型改变。
4. 结论：该实验为选择导致进化的机制提供了直接实验证据。

> **考试提示:** 当题目要求将人工选择结果与进化论联系起来时，一定要明确把表型改变和等位基因频率改变关联起来——这是进化的定义，AP考试评分标准要求明确说明这一点才能拿满分。

## AP风格概念检测

**概念自测**

用这些符合AP大纲的题目测试你的理解：

1. 商业捕鱼仅捕捞大型鱼类，导致野生鱼类种群选择出更小的体型。以下哪项对该选择的分类和证明是正确的？

   - A) 自然选择，因为它发生在野生种群中
   - B) 人工选择，因为选择压力由人类针对特定性状的活动导致
   - C) 自然选择，因为它随时间改变种群中的等位基因频率
   - D) 人工选择，因为它仅影响表型性状，不影响基因型性状

   *答案:* B) 人工选择，因为选择压力由人类针对特定性状的活动导致

   *解析:* 正确。由人类有意识针对特定性状导致的选择属于人工选择，即使发生在野生种群中也是如此。其他选项错误的原因：(A) 错误识别了选择主体，(C) 两种过程都会改变等位基因频率，因此这不是区分特征，(D) 人工选择和自然选择一样都会改变等位基因频率。

2. 一位番茄种植者想要提高作物的平均果实重量。当前种群平均果实重量为120克。种植者选出20株果实最大的植株，它们的平均果实重量为180克。果实重量的狭义遗传力为0.5。(a) 计算下一代的预测平均果实重量。(b) 解释如果遗传力为0.8，为什么选择反应会更大。(c) 证明为什么更大的果实大概率不会提高野生环境下的适合度。

   *解析:* 完整解答：(a) $S = 180 - 120 = 60$ g，$R = 0.5 \times 60 = 30$ g，预测平均值 = $120 + 30 = 150$ g。(b) 更高的遗传力意味着选中植株和平均植株之间的差异更多是遗传导致的，可以传递给后代。(c) 更大的果实需要更多能量，会减少分配给抗病、种子传播等适合度相关性状的资源，因此不会提高野生适合度。

## 常见错误

- **错误做法:** 声称人工选择不是进化的一种形式，因为它由人类导致
  - 原因: 学生仅将进化与「自然」改变关联，忘记进化的定义是随时间发生的等位基因频率改变，与选择来源无关
  - 正确做法: 始终要认识到人工选择通过和自然选择相同的机制产生进化，仅在选择压力的来源上有区别
- **错误做法:** 假设人工选择的性状对自然环境中的生物有益
  - 原因: 学生将自然选择的逻辑（性状提高适合度）延伸到人工选择，导致错误假设
  - 正确做法: 始终要检查谁从性状中受益：如果对人类有益，就是人工选择，和对生物适合度的影响无关
- **错误做法:** 在育种者方程中，将$R$当作新的平均性状值，而非平均性状值的改变量
  - 原因: 学生记住了公式，但忘记每个变量的含义，导致计算错误
  - 正确做法: 计算出$R$后，一定要将其加到原种群平均值上，才能得到新的预测平均值
- **错误做法:** 声称人工选择不能产生新物种，因此它不支持进化论
  - 原因: 学生混淆了微进化（种群内的改变）和宏进化（物种形成），导致错误否定人工选择作为证据的作用
  - 正确做法: 要认识到人工选择为选择的机制提供了证据，而选择机制正是更长时间尺度上驱动宏进化的同一机制
- **错误做法:** 假设某个性状遗传力低意味着该性状不是遗传决定的
  - 原因: 学生混淆了遗传力（种群中变异可归因于遗传的比例）和性状是否由遗传决定这两个概念
  - 正确做法: 记住遗传力描述的是种群内的变异，不是性状本身的遗传基础；如果所有个体的该性状等位基因都相同，那么该性状可以完全由遗传决定，但遗传力为零

## 速查表

| 类别 | 核心公式/要点 | 注释 |
| --- | --- | --- |
| 定义 | 人类对理想可遗传性状的有意识选择 | 导致等位基因频率改变 = 进化 |
| 选择主体 | 自然 = 环境；人工 = 人类偏好 | AP FRQ要求明确识别 |
| 性状收益方 | 自然 = 提高生物适合度；人工 = 造福人类 | 人工选择的性状通常降低野生适合度 |
| 育种者方程 | R = h^2 S | R = 平均性状改变量，S = 选择差，$h^2$ = 狭义遗传力 |
| 实验作用 | 选择机制的直接证据 | 证实大多数性状都存在充足的现有遗传变异 |

## 下一步

人工选择是AP生物学第7单元的核心主题，它将基础进化机制与现实农业应用、进化的实验证据联系起来。掌握本主题能加深你对自然选择、等位基因频率改变和进化证据的理解，这些概念在AP考试的选择题和自由作答题部分都占很大比重。你在这里学到的概念是第7单元后续学习其他进化改变机制和更宏观进化规律的基础。

- [自然选择](https://www.owlsprep.com/zh/study/ap-biology-u7-natural-selection/)
- [第7单元概述](https://www.owlsprep.com/zh/study/ap-biology-u7-overview/)
- [AP Biology 群体遗传学](https://www.owlsprep.com/zh/study/ap-biology-u7-population-genetics/)

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来自 [OwlsPrep](https://www.owlsprep.com) —— A-Level / IB / AP / IGCSE 免费学习指南，依据官方考纲编写。原页面：https://www.owlsprep.com/zh/study/ap-biology-u7-artificial-selection/