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2019-2020年高中生物 自然選擇對基因頻率的影響 教案1 一、教學(xué)目標(biāo) 1. 知識方面 ⑴解釋種群、種群基因庫、基因頻率等概念。 ⑵說明現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容。 ⑴運(yùn)用數(shù)學(xué)方法討論種群基因頻率的變化。 ⑵運(yùn)用生物進(jìn)化觀點(diǎn)解釋一些生物現(xiàn)象。 二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 1.教學(xué)重點(diǎn) （1）種群、物種、基因頻率、隔離等概念。 （2）突變和基因重組、自然選擇、隔離在生物進(jìn)化過程中的作用。 2.教學(xué)難點(diǎn) （1）基因頻率的概念。 （2）自然選擇對種群基因頻率的影響。 （3）隔離在物種形成中的作用。 三、板書設(shè)計(jì)： 一、遺傳平衡定律 1、基因頻率 2、基因庫 3、平衡定律的內(nèi)容 二、平衡定律的計(jì)算 四、教學(xué)過程： 導(dǎo)入： 引導(dǎo)組織學(xué)生回答 〖提示〗一個(gè)基因所控制的性狀，對個(gè)體生存和繁殖后代的貢獻(xiàn)越大，擁有該基因的個(gè)體就可能越多。 ⑴種群是生物進(jìn)化的基本單位 上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了達(dá)爾文自然選擇學(xué)說的主要觀點(diǎn)，下面請同學(xué)們依據(jù)該學(xué)說的基本觀點(diǎn)，分析下面的情境： 情景1：如果在灰色翅（基因型為aa）昆蟲的群體中偶然出現(xiàn)一只綠色翅（Aa）的變異個(gè)體，且綠色比灰色更不容易被敵害發(fā)現(xiàn)。 1. 〖問〗根據(jù)達(dá)爾文“適者生存、不適者淘汰”的觀點(diǎn)，該綠色個(gè)體能被選擇下來嗎？ 2. 如果該綠色基因能很好的生活下來，他體內(nèi)的A基因怎樣才能傳遞給后代？ 〖總結(jié)性講述〗討論發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)有利變異個(gè)體內(nèi)的有利基因只有在群體中，通過有性生殖才能世代延續(xù)，另外有利變異體的后代不一定能真實(shí)遺傳。因此，研究生物的進(jìn)化，僅僅研究個(gè)體的表現(xiàn)型是否與環(huán)境相適應(yīng)是不夠的，還需要研究群體的基因組成的變化，這個(gè)群體就是種群。 〖問〗怎樣的一群生物個(gè)體可以稱為種群呢？ 一個(gè)生物的“種”或“物種”與種群又有什么區(qū)別呢？ 〖問〗性狀是由基因控制的，研究生物的進(jìn)化必須研究種群的基因組成和變化。如何分析種群的基因組成和變化呢？由此人們提出基因庫和基因頻率的概念。什么是基因庫？基因頻率的含義是什么？ 某昆蟲種群中，綠色翅的基因?yàn)锳, 褐色翅的基因位a，調(diào)查發(fā)現(xiàn)AA、Aa、aa的個(gè)體分別占30%、60%、10%、那么A、a的基因頻率是多少？ 〖提示〗1.（1）A配子占60%，a配子占40%。 （2）子代基因型頻率：AA占36%；Aa占48%；aa占16%。 （3）子代種群的基因頻率：A占60%；a占40%。 （4）填表略。種群的基因頻率會同子一代一樣。 2.對自然界的種群來說，這五個(gè)條件不可能同時(shí)都成立。例如，翅色與環(huán)境色彩較一致的，被天敵發(fā)現(xiàn)的機(jī)會就少些。 3.突變產(chǎn)生新的基因會使種群的基因頻率發(fā)生變化?；駻2的頻率是增加還是減少，要看這一突變對生物體是有益的還是有害的。 思考回答 只有通過有性生殖，才能將基因傳給子代，將基因A保留下來。物種可以分布在自然界不同的區(qū)域，只有在可以發(fā)生隨機(jī)交配、繁衍，使基因能夠世代傳遞的一定區(qū)域內(nèi)的同種全部個(gè)體的集合才是一個(gè)種群。 ⑵突變和基因重組為生物進(jìn)化提供原材料 1、回憶變異類型 ________ 變異 突變 ________ ________ ________ ________ 2、所有的變異都能導(dǎo)致基因頻率的變化嗎？ 只有________________________________。 3、突變和基因重組對于種群遺傳組成的改變一樣嗎？為什么？ ________。因?yàn)橹挥衉_______才能出現(xiàn)新基因，才能豐富基因庫，改變基因頻率。________可以增加基因型的種類。 4、在自然情況下，突變的頻率很低，且多數(shù)有害，對生物進(jìn)化有重要意義嗎？ 例如：每個(gè)果蠅約有104對基因，假定每個(gè)基因的突變率都是10-5。若有一個(gè)中等數(shù)量的果蠅種群(約有108個(gè)個(gè)體)，請同學(xué)們計(jì)算出每一代出現(xiàn)的基因突變數(shù)是多少? 基因突變數(shù)是________________________ 這說明種群中每代產(chǎn)生的基因突變的數(shù)量是很大的，并通過繁殖得到積累，成為基因頻率改變的基礎(chǔ)。而且突變的有利或有害并不是絕對的，它取決于生物的________。 5、突變和基因重組產(chǎn)生的變異有方向嗎？ 由于突變和基因重組都是________、________，因此它們只是提供了________，不能決定生物進(jìn)化的方向。 〖提示〗 1.樹干變黑會影響樺尺蠖種群中淺色個(gè)體的出生率，這是因?yàn)樵S多淺色個(gè)體可能在沒有交配、產(chǎn)卵前就已被天敵捕食。 2.是表現(xiàn)型。比如，天敵看到的是樺尺蠖的體色而不是控制體色的基因。 （3）基因庫 一個(gè)種群的全部個(gè)體所含有的全部基因，叫做這個(gè)種群的基因庫。一個(gè)個(gè)體所含的基因僅僅是種群中基因庫的小小組成部分。 　　例如，我們知道多指為顯性基因控制的遺傳病，而絕大多數(shù)人表現(xiàn)為正常。白化病是隱性基因控制的遺傳病，但絕大多數(shù)人表現(xiàn)正常。 　　以上事實(shí)說明不同的基因在種群的基因庫中所占的比例是不同的。 （4）基因頻率和基因型頻率 　　A、某種基因在某個(gè)種群中出現(xiàn)的比例叫做基因頻率。 　　怎樣才能知道某種基因的基因頻率呢？可以通過抽樣調(diào)查的方法獲得。 例如，從某種種群中隨機(jī)抽出100個(gè)個(gè)體測知基因型為AA、As、aa的個(gè)體分別為30、60和10，其中A基因頻率為多少？a基因頻率為多少？（課本P60） B、基因型頻率 一個(gè)種群中，某種基因型的個(gè)體在某個(gè)種群中出現(xiàn)的頻率叫基因型頻率。 種群中某基因的頻率是否會發(fā)生變化呢？導(dǎo)致種群中某基因頻率發(fā)生變化的因素又有哪些呢？ （5）導(dǎo)致基因頻率改變的因素 英國曼徹斯特地區(qū)樺尺蠖從19世紀(jì)中期到20世紀(jì)中期，淺色型樺尺蠖和黑色型樺尺蠖所占比例發(fā)生劇烈變化的過程。19世紀(jì)中期，長滿地衣的淺色樹干上棲息著的淺色與黑色樺尺蠖的比例為9：1。 　　因?yàn)闇\色與環(huán)境色彩相似，是樺尺蠖的保護(hù)色。黑色易被天敵捕食，而受到控制。因此，1850年以前該地區(qū)的樺尺蠖以淺色為主，黑色個(gè)體很少。調(diào)查發(fā)現(xiàn)淺色基因頻率為95％，黑色基因頻率為5％，這說明黑色基因是突變產(chǎn)生的。 　　隨著英國工業(yè)的發(fā)展，工廠排出的煤煙使地衣不能生存，結(jié)果樹皮裸露并被熏成黑色。黑色樹干上棲息著的淺色與黑色樺尺蠖的比例變?yōu)?：9。多數(shù)幸存者的顏色與生存環(huán)境顏色相近。 　　兩色樺尺蠖數(shù)量變化的根本原因是黑色基因（S）與淺色基因（s）兩種基因出現(xiàn)的頻率發(fā)生了改變，這是長期自然選擇的結(jié)果。 　　由此可見，種群中的基因頻率是可以改變的，導(dǎo)致基因頻率改變的因素是基因突變、基因重組和自然選擇。 　?。?）生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì) 種群中的個(gè)體一代一代死亡，但基因庫卻在代代相傳的過程中得以保持和發(fā)展。因此說，生物進(jìn)化的過程實(shí)質(zhì)上就是種群基因頻率發(fā)生變化的過程。 所以說，種群是生物進(jìn)化的基本單位。 二、基因頻率的計(jì)算 關(guān)于用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化，可以采用教材“思考與討論”中所設(shè)計(jì)的順序和方式進(jìn)行，也可以先依據(jù)孟德爾遺傳定律，從親代的基因型頻率，計(jì)算子代的基因型頻率和基因頻率，如果時(shí)間允許，還可以繼續(xù)計(jì)算子二代、子三代的基因型頻率和基因頻率。如果采用后一種方式，在計(jì)算后，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從中概括出：依據(jù)孟德爾遺傳法則，一個(gè)種群的等位基因頻率，在上下代是穩(wěn)定不變的，也就是說種群是穩(wěn)定不變的。這種現(xiàn)象在自然界的種群中會發(fā)生嗎？由此引發(fā)學(xué)生討論。在學(xué)生討論的基礎(chǔ)上，教師和學(xué)生共同得出，自然界中種群的基因頻率要穩(wěn)定不變（不進(jìn)化），必須滿足以下幾點(diǎn)：①該種群非常大；②所有的雌雄個(gè)體都能自由交配；③沒有遷入和遷出；④自然選擇對不同表現(xiàn)型的個(gè)體沒有作用；⑤這對基因不發(fā)生突變，并且攜帶這對基因的染色體不發(fā)生變異。顯然，同時(shí)滿足以上5個(gè)條件是不可能的，即使前4個(gè)條件可以滿足，基因突變和染色體變異總會發(fā)生的。通過討論基因頻率的變化可以認(rèn)識到，自然界中種群的基因頻率一定會發(fā)生變化，也就是說種群的進(jìn)化是必然的。（第一課時(shí)可到此結(jié)束） 第二課時(shí)的引入，可以從復(fù)習(xí)在自然界中影響種群基因頻率的因素入手，引出變異和自然選擇對基因頻率的影響。 關(guān)于突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料，教師應(yīng)強(qiáng)調(diào)只有可遺傳的變異，才對生物進(jìn)化產(chǎn)生影響。讓學(xué)生回答可遺傳變異的來源，即基因突變、基因重組和染色體變異。教師可以舉幾個(gè)典型實(shí)例，介紹三種變異的特點(diǎn)，以及對基因頻率的影響。在這里還應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，突變和重組都是隨機(jī)的、不定向的，因此，它們可以改變基因頻率，但不能決定基因頻率改變的方向，也就是說，它們只是提供了生物進(jìn)化的原始材料，不能決定生物進(jìn)化的方向。生物進(jìn)化方向又是由什么因素決定的呢？（引入自然選擇的作用） 探究“自然選擇對種群基因頻率變化的影響”是本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)。教師可以依據(jù)教學(xué)班的實(shí)際情況，以方便學(xué)生討論為原則，將教學(xué)班分成若干個(gè)小組。關(guān)于探究活動的教學(xué)，教師應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。 1.指導(dǎo)學(xué)生閱讀樺尺蠖種群變化的資料（教師可以導(dǎo)讀教材相關(guān)部分），依據(jù)這些事實(shí)明確提出問題。 2.作出假設(shè)。針對事實(shí)和問題，依據(jù)學(xué)生已有的知識背景提出假設(shè)。在這里，假設(shè)可以是：黑褐色的生活環(huán)境，不利于淺色樺尺蠖的生存，對黑色樺尺蠖生存有利，這種環(huán)境的選擇作用使該種群的S基因的頻率越來越低，即自然選擇可以使種群的基因頻率發(fā)生定向改變。 3.制定探究方案，可以根據(jù)學(xué)生情況靈活處理。一般情況下，可以直接使用教材提供的問題情境?？梢韵戎笇?dǎo)學(xué)生，依據(jù)假設(shè)計(jì)算第2年的基因型頻率和基因頻率，即：如果第1年種群個(gè)體數(shù)為100個(gè)，當(dāng)黑色 （表現(xiàn)型） 個(gè)體每年增加10%時(shí)，基因型為SS （黑色） 個(gè)體第2年將會增加到11個(gè)，基因型為Ss （黑色） 個(gè)體第2年將增加到22個(gè)，基因型為ss （淺色） 個(gè)體第2年將減少到63個(gè)。第2年種群個(gè)體總數(shù)為96個(gè)，基因型SS的頻率是1196=11.5%；基因型Ss的頻率是2296=22.9%；基因型ss的頻率是6396=65.6%。在學(xué)生理解了計(jì)算方法后，可獨(dú)立計(jì)算以后年份的基因型頻率和基因頻率，從中找出規(guī)律。 4.在分析計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，應(yīng)要求學(xué)生討論教材中設(shè)置的兩個(gè)討論題。使學(xué)生理解，在黑色背景下，淺色樺尺蠖被天敵發(fā)現(xiàn)和捕食的幾率大于黑色的樺尺蠖，但不影響樺尺蠖的生存和繁殖，直接受選擇的是表現(xiàn)型。 探究之后，教師應(yīng)強(qiáng)調(diào)，在自然選擇的作用下，可以使基因頻率發(fā)生定向改變，決定生物進(jìn)化的方向。