高考生物总复习第7单元第24讲现代生物进化理论学案.docx
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高考生物总复习第7单元第24讲现代生物进化理论学案
第24讲现代生物进化理论
[考纲点击] 1.现代生物进化理论的主要内容(Ⅱ) 2.生物进化与生物多样性的形成(Ⅱ)
一、现代生物进化理论的由来
1.拉马克的进化学说
用进废退和获得性遗传是生物不断进行进化的原因,生物是由低等到高等逐渐进化的。
2.达尔文的自然选择学说[连一连]
二、现代生物进化理论
1.种群是生物进化的基本单位
(1)种群:
生活在一定区域的同种生物的全部个体。
(2)基因库:
一个种群中全部个体所含有的全部基因。
(3)基因频率:
在一个种群基因库中,某个基因占全部等位基因数的比率。
(4)生物进化的实质:
种群基因频率发生改变。
2.突变和基因重组产生进化的原材料
(1)可遗传变异的来源
(2)生物突变的有利和有害不是绝对的,往往取决于生物的生存环境。
(3)生物的变异是不定向的,只是产生了生物进化的原材料,不能决定生物进化的方向。
3.自然选择决定生物进化的方向
(1)原因:
不断淘汰不利变异的基因,积累有利变异的基因。
(2)结果:
种群的基因频率发生定向改变。
4.隔离导致物种形成
(1)
(2)物种形成
巧记生物进化
种群单位因频变,突变重组原材料,
变异无向自选定,物种形成必隔离。
三、共同进化与生物多样性的形成
1.共同进化
(1)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。
(2)原因:
生物与生物之间的相互选择和生物与无机环境之间的相互影响。
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:
生物的共同进化。
(3)研究生物进化历程的主要依据:
化石。
1.现代生物进化理论的四个要点
(1)种群是生物进化的基本单位,进化的实质是种群基因频率的改变。
(2)突变和基因重组提供进化的原材料。
(3)自然选择决定生物进化的方向。
(4)隔离导致物种的形成。
2.隔离的两种类型
(1)地理隔离:
物种形成的一般环节,但不是必需的环节。
(2)生殖隔离:
新物种形成的必要条件。
3.物种形成的三个环节:
突变和基因重组、自然选择、隔离。
4.共同进化的两个动力来源
(1)不同物种之间的种间互助和种间斗争。
(2)生物与无机环境之间的相互影响。
5.生物多样性的三个层次:
基因多样性―→物种多样性―→生态系统多样性。
考法一 对比分析,考查自然选择学说与现代生物进化理论
1.自然选择学说
2.现代生物进化理论
自然选择学说与现代生物进化理论的比较
视角1► 以案例分析的形式,考查运用生物进化理论解释生物的抗药性
1.抗青霉素葡萄球菌是一种突变型。
将未接触过青霉素的葡萄球菌接种到含青霉素的培养基上,结果有极少数存活下来。
存活下来的葡萄球菌在相同培养基中经多代培养后,对青霉素的抗性明显增强。
原因是( )
A.青霉素使用量的增加提高了葡萄球菌对青霉素的抗性
B.青霉素的选择作用提高了葡萄球菌抗青霉素基因的频率
C.葡萄球菌对青霉素抗性的增强是定向突变的结果
D.葡萄球菌的抗青霉素基因是在使用青霉素后产生的
解析:
选B。
青霉素只起到对葡萄球菌对青霉素的抗性的选择作用,A错误;青霉素的选择作用提高了葡萄球菌抗青霉素基因的频率,淘汰掉了不抗药性的个体,B正确;葡萄球菌的突变不是定向的,C错误;葡萄球菌抗青霉素基因是在使用青霉素前通过基因突变产生的,D错误。
视角2► 以图示分析的形式,考查现代生物进化理论的内容
2.(坐标曲线分析类)下图所示为玉米的含油量随选择世代的变化情况。
据图分析,选育过程对高含油量玉米品种的产生所起的作用是( )
A.改变了控制产油的一对等位基因的总频率
B.改变了玉米的基因库,导致新物种的产生
C.淘汰了一些表现型,从而导致控制含油量高的基因频率增大
D.在逐步产生并选择多对等位基因的同时,淘汰了多对等位基因
解析:
选C。
依曲线图可知,随着选择世代数的增加,玉米的含油量逐渐增多,这是因为选育过程对含油量高的表
现型进行了选择,从而导致控制含油量高的基因频率增大。
任何一对等位基因的基因频率之和为1;人工选择并没有导致新物种的产生;从图中无法得出D项的结论。
3.(表格信息类)(2016·广东韶关测试)家蝇对拟除虫菊酯类杀虫剂产生抗性,原因是神经细胞膜上某通道蛋白中的一个亮氨酸替换为苯丙氨酸。
下表是对某市不同地区家蝇种群的敏感性和抗性基因型频率调查分析的结果。
下列叙述正确的是( )
家蝇种群来源
敏感型纯合子(%)
抗性杂合子(%)
抗性纯合子(%)
甲地区
78
20
2
乙地区
64
32
4
丙地区
84
15
1
A.上述通道蛋白中氨基酸的改变是基因碱基对缺失的结果
B.甲地区家蝇种群中抗性基因频率为22%
C.比较三地区抗性基因频率可知乙地区抗性基因突变率最高
D.丙地区敏感性基因频率高是自然选择的结果
解析:
选D。
亮氨酸替换为苯丙氨酸,氨基酸数目没变,是由碱基对的替换引起的,A错误;甲地区抗性基因频率=2%+20%×1/2=12%,B错误;乙地区抗性基因频率=4%+32%×1/2=20%,丙地区抗性基因频率=1%+15%×1/2=8.5%,乙地区抗性基因频率最高,但不代表乙地区抗性基因突变率最高,C错误;自然选择的实质是:
使种群基因频率发生定向改变,丙地区敏感性基因频率高是自然选择的结果,D正确。
考法二 物种形成与生物多样性
1.物种形成的方式
(1)渐变式
①地理隔离是物种形成的量变阶段,生殖隔离是物种形成的质变阶段,只有地理隔离而不形成生殖隔离,能产生亚种,但绝不可能产生新物种,如东北虎和华南虎。
②生殖隔离是物种形成的关键,是物种形成的最后阶段,是物种间的真正界限。
生殖隔离有三种情况:
不能杂交、杂交不活、活而不育。
(2)爆发式
物种的形成主要是由异源多倍体以染色体变异的方式形成新物种,一出现可以很快形成生殖隔离(基因频率改变)。
(3)人工创造新物种:
通过植物体细胞杂交(如番茄—马铃薯)、多倍体育种(如八倍体小黑麦)等方式也可以创造新物种。
2.物种形成的三个环节
突变和基因重组、自然选择、隔离,三者关系如下图所示:
3.共同进化与生物多样性
(1)共同进化的实例
共同进化类型
包含类型
举例
不同物种之间
种间互助
长有细长吸管似口器的蛾与长花矩的兰花
种间斗争
猎豹和斑马(捕食者与被捕食者)
生物与无机环境之间
相互影响
地球最早为无氧环境→厌氧生物→光合生物出现→空气中有了氧气→出现好氧生物
(2)生物多样性三个层次之间的联系
1.种群与物种的比较
项目
种群
物种
范围
较小范围内的同种生物的所有个体
由分布在不同区域内的同种生物的许多种群组成
判断
标准
种群必须具有“三同”,即同一时间、同一地点、同一物种
主要是具有一定的形态结构、生理功能和在自然状态下能相互交配并且产生可育后代(无生殖隔离)
联系
①一个物种可以包括许多种群
②同一个物种的多个种群之间存在着地理隔离,长期发展下去可成为不同的亚种,进而可能形成多个新物种
2.物种形成与生物进化的关系
项目
物种形成
生物进化
标志
生殖隔离出现
基因频率改变
变化后生物和
原来生物关系
新物种形成,生殖隔离,质变,属于不同的物种
生物进化,基因频率改变,量变,仍属于一个物种
联系
①生物进化的实质是种群基因频率的改变,这种变化可大可小,不一定会突破物种的界限,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
视角1► 以原理分析或图示信息,考查对物种形成与生物进化的理解
1.(原理分析类)(2016·湖北天门调研)下列与生物进化有关的叙述,正确的是( )
A.基因型为Dd的高茎豌豆逐代自交,纯合高茎基因型频率增加,表明豌豆正在进化
B.一片林中的黑色桦尺蠖与浅色桦尺蠖是自然选择作用下由一个物种进化成的两个物种
C.二倍体西瓜与四倍体西瓜杂交出可育三倍体西瓜,表明这两种西瓜并无生殖隔离
D.害虫因为变异而存在抗药性差异,经农药的选择作用导致抗药性强的基因频率增加
解析:
选D。
判断种群是否在进化是根据种群中基因频率是否发生改变,不是基因型是否发生改变,A错误;黑色桦尺蠖与浅色桦尺蠖虽然表现型不同,但它们不存在生殖隔离,所以不是两个物种,在同一生活区域只能属于同一种群,B错误;三倍体西瓜由于不可育,所以杂交形成它的两亲本存在生殖隔离,C错误;害虫因为变异而存在抗药性差异,经农药的选择作用导致抗药性强的基因频率增加,D正确。
2.(信息给予类)(2016·安徽高考预测卷)如图A、B、C表示自然条件有差异、存在地理隔离的3个地区。
A地区物种甲某些个体迁移到B、C地区,经长期进化逐渐形成两个新物种乙、丙。
下列叙述正确的是( )
A.上述过程说明地理隔离是新物种形成的标志
B.留居A地区甲种群的基因频率不再发生改变
C.乙、丙两个种群间不能基因交流,它们的基因库存在较大差异
D.甲、乙两个种群间存在生殖隔离,它们的基因库组成完全不同
解析:
选C。
新物种形成的标志是生殖隔离的形成,A错误;A地区的环境在变化,留居A地区的甲种群的基因频率也会发生变化,B错误;乙、丙是两个物种,存在生殖隔离,两个种群间不能进行基因交流,基因库也有较大的差异,C正确;甲、乙是两个物种,存在生殖隔离,但是乙物种是从甲物种进化来的,二者的基因库组成部分可能相同,D错误。
视角2► 联系生物进化实例,考查生物进化与生物多样性形成
3.(2016·河南南阳月考)北美洲某种臭虫以当地无患子科植物的气球状蔓生果为食,臭虫需要用锋利的喙刺穿果实,据统计喙长如图1所示;1920年,有人从亚洲引进平底金苏雨树,其果实的果皮比较薄,据统计到1980年以它为食的臭虫的喙长如图2所示。
下列叙述不合理的是( )
A.平底金苏雨树与臭虫间发生了共同进化
B.平底金苏雨树与当地植物存在竞争关系
C.臭虫体内控制喙长度的基因发生突变可能早于引进平底金苏雨树
D.生活在无患子科植物和平底金苏雨树上的臭虫间形成了地理隔离
解析:
选D。
平底金苏雨树果实的果皮比较薄,臭虫喙长度变短,便于取食平底金苏雨树果实,平底金苏雨树与臭虫间发生了共同进化,A正确;平底金苏雨树与当地植物争夺阳光、空间等,它们存在竞争关系,B正确;平底金苏雨树只对臭虫喙的长度起选择作用,不能引起其发生基因突变,C正确;地理隔离是同一种生物由于地理上的障碍而分成不同的种群,使得种群间不能发生基因交流的现象,生活在无患子科植物和平底金苏雨树上的臭虫没有地理上的障碍,D错误。
考法三 种群基因频率和基因型频率的计算
1.位于常染色体上的基因频率计算
(1)已知各基因型个体的数量,求基因频率。
此类题型可用定义公式计算,即某基因的频率=[(该基因纯合子个体数×2+杂合子个体数)÷(总个体数×2)]×100%。
(2)已知基因型频率,求基因频率。
此类题型可以将百分号去掉,按定义公式计算或直接用“某基因的基因频率=该基因纯合子的百分比+杂合子百分比的1/2”来代替。
如基因A的频率=AA的频率+1/2Aa的频率,基因a的频率=1-基因A的频率。
2.位于X染色体非同源区段上基因频率的计算
(1)已知各基因型个体的数量,求基因频率。
此类题型可用定义公式计算。
一定注意:
Y染色体上不含与X染色体上相对应的等位基因,因此只能计算X染色体上的基因总数,绝不能将Y染色体计算在基因总数内。
如求Xb的基因频率,可按如下公式求解:
Xb的基因频率=Xb/(Xb+XB),或Xb的基因频率=[Xb的基因数/(2×女性个体数+1×男性个体数)]×100%。
(2)已知各种基因型频率,求基因频率。
此类题型可以将百分号去掉,当作个体数,按定义公式计算,但不能用“该基因纯合子的百分比+杂合子百分比的1/2”来代替。
3.利用遗传平衡定律进行基因频率和基因型频率的计算
(1)已知A的基因频率是A%,a的基因频率是a%,则该种群中基因型为AA的个体占A%×A%,基因型为aa的个体占a%×a%,基因型为Aa的个体占A%×a%×2。
(2)已知某种群中基因型是AA的个体占X%,则A的基因频率是
,a的基因频率是1-
;或已知基因型是aa的个体占Y%,则a的基因频率是
,A的基因频率是1-
。
自交和自由交配时基因(型)频率变化规律
(1)自交:
种群个体自交时,纯合子增多,杂合子减少,基因型频率发生改变。
自交过程不改变基因频率。
(2)自由交配:
在无基因突变、各种基因型的个体生活力相同时,处于遗传平衡的种群自由交配遵循遗传平衡定律,上下代之间种群的基因频率及基因型频率不变。
如果一个种群没有处于遗传平衡状态,自由交配不改变基因频率,但改变基因型频率。
视角► 聚焦种群基因频率计算的相关题型
1.(基因位于常染色体类)果蝇长翅(V)和残翅(v)由一对常染色体上的等位基因控制。
假定某果蝇种群有20000只果蝇,其中残翅果蝇个体数量长期维持在4%。
若再向该种群中引入20000只纯合长翅果蝇,在不考虑其他因素影响的前提下,关于纯合长翅果蝇引入后种群的叙述,错误的是( )
A.v基因频率降低了50%
B.V基因频率增加了50%
C.杂合果蝇比例降低了50%
D.残翅果蝇比例降低了50%
解析:
选B。
因该果蝇种群长期保持vv的基因型频率为4%,由此算出v的基因频率为0.2,V的基因频率为0.8,进而计算出引入纯合长翅果蝇前,vv基因型的果蝇有0.04×20000=800只,Vv基因型的果蝇有2×0.2×0.8×20000=6400只,VV基因型的果蝇有0.8×0.8×20000=12800只。
引入纯合长翅果蝇后,v基因频率为(800×2+6400)/(40000×2)=0.1,V的基因频率为1-0.1=0.9,A正确、B错误;因Vv、vv基因型的果蝇的数目不变,而该种群个体总数增加一倍,所以Vv、vv的基因型频率降低50%,C、D正确。
2.(基因位于性染色体类)(2016·北京四中模拟)某生物兴趣小组抽样调查的200人中,各种基因型和人数情况如下表所示,则这200人中,Xb的基因频率为( )
基因型
XBXB
XBXb
XbXb
XBY
XbY
人数
78
14
8
70
30
A.85% B.30% C.20% D.15%
解析:
选C。
每个女性基因型中B或b基因共两个,男性基因型中只有一个B或b基因。
则Xb的数量是(14+8×2+30)=60,XB与Xb的数量为(78×2+14×2+8×2+70+30)=300,故Xb的基因频率为60/300×100%=20%。
3.(遗传平衡定律运用类)(2015·高考安徽卷)现有两个非常大的某昆虫种群,个体间随机交配,没有迁入和迁出,无突变,自然选择对A和a基因控制的性状没有作用。
种群1的A基因频率为80%,a基因频率为20%;种群2的A基因频率为60%,a基因频率为40%。
假设这两个种群大小相等,地理隔离不再存在,两个种群完全合并为一个可随机交配的种群,则下一代中Aa的基因型频率是( )
A.75% B.50%C.42% D.21%
解析:
选C。
A、a基因频率已知,据此可推导出各种群的基因型频率。
种群1中各个基因型的频率分别为:
AA=64%,Aa=32%,aa=4%;种群2中各个基因型的频率分别为:
AA=36%,Aa=48%,aa=16%,则混合后的大种群中各个基因型的频率变为:
AA=50%,Aa=40%,aa=10%;混合后的A基因频率=50%+40%×1/2=70%,a基因频率=1-70%=30%,根据遗传平衡定律,随机交配后子代中Aa的基因型频率为:
2×70%×30%=42%。
[误区补短]
易错点1 种群和物种的内涵与外延界定不清
[点拨]
(1)物种是自然状态下能够自由交配并产生可育后代的一群生物,一个物种可能在不同地点和时间形成不同的种群。
(2)种群是同一种生物、同一地点、同一时间形成的一个群体。
种群“小”,不同种群间有地理隔离;物种“大”,不同物种间有生殖隔离。
(3)判断生物是不是同一物种,如果来历不明,形态结构相似,可靠依据是否存在生殖隔离。
若存在生殖隔离,则不是同一物种。
(4)它们之间的关系图解如下:
易错点2 环境起选择作用,而非诱发变异
[点拨] 达尔文认为环境条件对生物变异不是诱导而是选择,生物产生了大量不定向变异后,由环境决定其生存与否,即变异在前,选择在后。
易错点3 亚种与生殖隔离
[点拨] 不要误认为亚种之间具有生殖隔离。
因存在地理隔离的两个种群独立地进行自然选择,使形态、结构方面有所差异,形成两个亚种,如东北虎和华南虎,但二者仍能进行交配繁殖产生可育后代,属于一个物种。
易错点4 共同进化的范围
[点拨] 共同进化常常被误认为仅发生在生物与生物之间,其实共同进化还发生在生物与无机环境之间。
►微观清障
1.判断下列有关现代生物进化理论的叙述
(1)(2014·四川卷T5D)油菜物种甲(2n=20)与乙(2n=16)通过人工授粉杂交,获得的幼胚经离体培养形成幼苗丙,用秋水仙素处理丙的顶芽形成幼苗丁,待丁开花后自交获得后代戊若干,形成戊的过程未经过地理隔离,因而戊不是新物种。
( )
(2)生殖隔离是物种朝不同方向发展的决定性因素。
( )
(3)两个鱼塘中的鲫鱼属于同一物种,但不是一个种群。
( )
(4)种群基因库间的差异是产生生殖隔离的根本原因。
( )
(5)自然选择决定了生物变异和进化的方向。
( )
(6)物种的形成可以不经过隔离。
( )
答案:
(1)×
(2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)×
2.判断下列关于共同进化与生物多样性的叙述
(1)长舌蝠为长筒花的唯一传粉者,两者相互适应,共同(协同)进化。
( )
(2)生物的种间竞争是一种选择过程。
( )
(3)一般来说,频率高的基因所控制的性状更适应环境。
( )
答案:
(1)√
(2)√ (3)√
[能力培优]
进化中的图表转换
地区
项目
浅色蛾
黑色蛾
工业污染区
释放数
400
500
回收数
52
150
非工业污染区
释放数
500
600
回收数
60
30
桦尺蛾释放数和回收数
[信息解读]
上表对工业污染区与非工业污染区中浅色与黑色蛾的释放数与回收数统计,用回收数/释放数,计算出回收率,并以柱形图的形式绘制为图,显得更直观。
利用图表转换可将复杂的表格数据形象化,从而发现规律达到解决问题的目的。
►强化训练
图1为在某段时间内,某种群中的A基因频率的变化情况,请思考回答下列问题:
图1
(1)从理论上分析,在图1中的________时间点时种群中Aa的基因型频率最大。
(2)图1中种群______________基因控制的性状更加适应环境,在T点时________(填“会”“不会”或“不一定”)形成新物种。
(3)在图2中绘出a基因频率的变化曲线。
图2
解析:
(1)从理论上计算,A与a的频率相等,即各占一半时,种群中Aa的基因型频率最大为2×0.5×0.5=0.5;在图1中A基因为0.5时对应P点。
(2)由图1看出A基因随时间的变化不断升高,可见A基因控制的性状更加适应环境,在T点时A基因不再升高,但不一定形成新物种,新物种的形成标志为出现生殖隔离。
(3)a基因频率=1-A基因频率,然后对应各点连线即可。
答案:
(1)P
(2)A 不一定
(3)
考点一 现代生物进化理论
1.(原创题)如图表示施用某种杀虫剂以后,昆虫种群所发生的改变。
下列相关叙述错误的是( )
A.①类个体大多被淘汰的原因并不是该种杀虫剂是否诱发其产生抗性基因
B.抗性基因根本来源是可遗传变异,②③类个体的抗性基因一定来源于遗传
C.若连续使用杀虫剂,抗该种杀虫剂的基因频率会越来越趋近1
D.杀虫剂直接选择的对象是昆虫的抗药性或不抗药性的表现型
[导学号29520410] 解析:
选B。
观察题图可知,②类个体是在未施用杀虫剂之前,已经发生基因突变形成了抗性基因的个体,②③类个体的抗性基因可能来源于原种群中含抗性基因的个体,杀虫剂在此只起选择作用,①类个体被淘汰的原因是其本身不含抗性基因,A正确、B错误;若连续使用杀虫剂,不含抗性基因的个体被淘汰的概率越来越大,而含抗性基因的个体所占比例越来越高,故抗杀虫剂的基因频率会越来越趋近1,C正确;施用杀虫剂后,具有抗药性的个体生存下来,不具有抗药性的个体被淘汰,故杀虫剂直接选择的对象是昆虫的抗药性或不抗药性的表现型,D正确。
2.(2016·安徽淮南一模)关于物种的形成,下列叙述正确的是( )
A.生物进化的实质是新物种的形成
B.地理隔离使种群基因库产生差别,必然导致生殖隔离
C.种群基因频率的改变是形成新物种的前提
D.自然选择直接作用于不同的基因型,进而导致种群基因频率的改变
[导学号29520411] 解析:
选C。
生物进化的实质是种群基因频率的改变,A错误;地理隔离使种群基因库产生差别,但只要还可以自由交配就不算产生生殖隔离,B错误;物种形成的三个环节是种群基因频率的改变、自然选择、隔离,种群基因频率的改变经过长期的自然选择可能产生生殖隔离,诞生了新物种,所以说种群基因频率的改变是形成新物种的前提,C正确;种群在进行生殖产生后代时通过突变和基因重组产生进化的原材料,就已经使基因频率不定向改变了,但经过自然选择,只有适应自然的基因才会存留下来,从种群角度看,自然选择使种群基因频率定向改变,D错误。
3.某科研人员连续10年对某种群中的基因A和a的基因频率进行统计,并依结果绘制出了图标曲线。
下列相关叙述中正确的是( )
A.该种群在逐渐发生进化,第10年不应存在基因型为aa的个体
B.刚开始统计该种群的基因频率时,基因型为AA和aa个体的数量可能相等
C.自然选择直接作用于个体的基因型,并决定了生物进化的方向
D.从基因频率的变化规律可推导出,基因a由基因A突变而来
[导学号29520412] 解析:
选B。
由图可知第10年基因a的频率比较低,但据此不能得出第10年该种群只有基因型为AA和Aa个体的结论,A错误;由于基因A和基因a的起始频率均为50%,所以起始阶段该种群内基因型为AA和aa个体的数目可能相等,B正确;自然选择可直接作用于个体的表现型,C错误;从图中无法得出是基因A突变成了基因a,还是基因a突变成了基因A,D错误。
考点二 共同进化与多样性的形成
4.(2016·河北石家庄模拟)十字花科植物产生的芥子油苷及其代谢产物对多数昆虫都是有毒的,菜粉蝶却能前来产卵,其幼虫(菜青虫)也以十字花科植物的茎叶为食。
运用转基因技术可将抗虫基因导入十字花科植物,从而防治菜青虫对十字花科植物的危害。
以下推断错误的是( )
A.芥子油苷及其代谢产物诱导菜粉蝶产生变异,因而菜青虫能消除芥子油苷及其代谢产物的毒性
B.将抗虫基因导入十字花科植物后,还需经过目的基因的检测与鉴定
C.某种十字花科植物的不同品种产生的有毒代谢产物不同,体现了基因多样性
D.十字花科植物和菜粉蝶发生了共同进化
[导学号29520413] 解析:
选A。
芥子油苷及其代谢产物对菜粉蝶产生的变异进行选择,因而选择后生存下来的菜青虫能消除芥子油苷及其代谢产物的毒性,A错误;将抗虫基因导入十字花科植物后,还需经过目的基因的检测与鉴定,B正确;