高中生物-自然选择对基因频率的影响-教案1.docx

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第二节自然选择对基因频率的影响
一、教学目标

⑴解释种群、种群基因库、基因频率等概念。
⑵说明现代生物进化理论的主要内容。
⑴运用数学方法讨论种群基因频率的变化。
⑵运用生物进化观点解释一些生物现象。
二、教学重点和难点

(1)种群、物种、基因频率、隔离等概念。
(2)突变和基因重组、自然选择、隔离在生物进化过程中的作用。

(1)基因频率的概念。
(2)自然选择对种群基因频率的影响。
(3)隔离在物种形成中的作用。
三、板书设计:
一、遗传平衡定律
1、基因频率
2、基因库
3、平衡定律的内容
二、平衡定律的计算
四、教学过程:
导入:
引导组织学生回答
〖提示〗一个基因所控制的性状,对个体生存和繁殖后代的贡献越大,拥有该基因的个体就可能越多。
⑴种群是生物进化的基本单位
上节课我们学****了达尔文自然选择学说的主要观点,下面请同学们依据该学说的基本观点,分析下面的情境:
情景1:如果在灰色翅(基因型为aa)昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅(Aa)的变异个体,且绿色比灰色更不容易被敌害发现。
〖问〗根据达尔文“适者生存、不适者淘汰”的观点,该绿色个体能被选择下来吗?
如果该绿色基因能很好的生活下来,他体内的A基因怎样才能传递给后代?
〖总结性讲述〗讨论发现,出现有利变异个体内的有利基因只有在群体中,通过有性生殖才能世代延续,另外有利变异体的后代不一定能真实遗传。因此,研究生物的进化,仅仅研究个体的表现型是否及环境相适应是不够的,还需要研究群体的基因组成的变化,这个群体就是种群。
〖问〗怎样的一群生物个体可以称为种群呢?
一个生物的“种”或“物种”及种群又有什么区别呢?
〖问〗性状是由基因控制的,研究生物的进化必须研究种群的基因组成和变化。如何分析种群的基因组成和变化呢?由此人们提出基因库和基因频率的概念。什么是基因库?基因频率的含义是什么?
某昆虫种群中,绿色翅的基因为A,褐色翅的基因位a,调查发现AA、Aa、aa的个体分别占30%、60%、10%、那么A、a的基因频率是多少?
〖提示〗1.(1)A配子占60%,a配子占40%。
(2)子代基因型频率:AA占36%;Aa占48%;aa占16%。
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(3)子代种群的基因频率:A占60%;a占40%。
(4)填表略。种群的基因频率会同子一代一样。
,这五个条件不可能同时都成立。例如,翅色及环境色彩较一致的,被天敌发现的机会就少些。
。基因A2的频率是增加还是减少,要看这一突变对生物体是有益的还是有害的。
思考回答
只有通过有性生殖,才能将基因传给子代,将基因A保留下来。物种可以分布在自然界不同的区域,只有在可以发生随机交配、繁衍,使基因能够世代传递的一定区域内的同种全部个体的集合才是一个种群。
⑵突变和基因重组为生物进化提供原材料
1、回忆变异类型
________
变异突变________
________________
________
2、所有的变异都能导致基因频率的变化吗?
只有________________________________。
3、突变和基因重组对于种群遗传组成的改变一样吗?为什么?
________。因为只有________才能出现新基因,才能丰富基因库,改变基因频率。________可以增加基因型的种类。
4、在自然情况下,突变的频率很低,且多数有害,对生物进化有重要意义吗?
例如:每个果蝇约有104对基因,假定每个基因的突变率都是10-5。若有一个中等数量的果蝇种群(约有108个个体),请同学们计算出每一代出现的基因突变数是多少?
基因突变数是________________________
这说明种群中每代产生的基因突变的数量是很大的,并通过繁殖得到积累,成为基因频率改变的基础。而且突变的有利或有害并不是绝对的,它取决于生物的________。
5、突变和基因重组产生的变异有方向吗?
由于突变和基因重组都是________、________,因此它们只是提供了________,不能决定生物进化的方向。
〖提示〗
,这是因为许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食。
。比如,天敌看到的是桦尺蠖的体色而不是控制体色的基因。
(3)基因库
一个种群的全部个体所含有的全部基因,叫做这个种群的基因库。一个个体所含的基因仅仅是种群中基因库的小小组成部分。
例如,我们知道多指为显性基因控制的遗传病,而绝大多数人表现为正常。白化病是隐性基因控制的遗传病,但绝大多数人表现正常。
以上事实说明不同的基因在种群的基因库中所占的比例是不同的。
(4)基因频率和基因型频率
A、某种基因在某个种群中出现的比例叫做基因频率。
怎样才能知道某种基因的基因频率呢?可以通过抽样调查的方法获得。
例如,从某种种群中随机抽出100个个体测知基因型为AA、As、aa的个体分别为30、60和10,其中A基因频率为多少?a基因频率为多少?(课本P60)
B、基因型频率
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一个种群中,某种基因型的个体在某个种群中出现的频率叫基因型频率。
种群中某基因的频率是否会发生变化呢?导致种群中某基因频率发生变化的因素又有哪些呢?
(5)导致基因频率改变的因素
英国曼彻斯特地区桦尺蠖从19世纪中期到20世纪中期,浅色型桦尺蠖和黑色型桦尺蠖所占比例发生剧烈变化的过程。19世纪中期,长满地衣的浅色树干上栖息着的浅色及黑色桦尺蠖的比例为9:1。
因为浅色及环境色彩相似,是桦尺蠖的保护色。黑色易被天敌捕食,而受到控制。因此,1850年以前该地区的桦尺蠖以浅色为主,黑色个体很少。调查发现浅色基因频率为95%,黑色基因频率为5%,这说明黑色基因是突变产生的。
随着英国工业的发展,工厂排出的煤烟使地衣不能生存,结果树皮裸露并被熏成黑色。黑色树干上栖息着的浅色及黑色桦尺蠖的比例变为1:9。多数幸存者的颜色及生存环境颜色相近。
两色桦尺蠖数量变化的根本原因是黑色基因(S)及浅色基因(s)两种基因出现的频率发生了改变,这是长期自然选择的结果。
由此可见,种群中的基因频率是可以改变的,导致基因频率改变的因素是基因突变、基因重组和自然选择。
(5)生物进化的实质
种群中的个体一代一代死亡,但基因库却在代代相传的过程中得以保持和发展。因此说,生物进化的过程实质上就是种群基因频率发生变化的过程。
所以说,种群是生物进化的基本单位。
二、基因频率的计算
关于用数学方法讨论基因频率的变化,可以采用教材“思考及讨论”中所设计的顺序和方式进行,也可以先依据孟德尔遗传定律,从亲代的基因型频率,计算子代的基因型频率和基因频率,如果时间允许,还可以继续计算子二代、子三代的基因型频率和基因频率。如果采用后一种方式,在计算后,教师应引导学生从中概括出:依据孟德尔遗传法则,一个种群的等位基因频率,在上下代是稳定不变的,也就是说种群是稳定不变的。这种现象在自然界的种群中会发生吗?由此引发学生讨论。在学生讨论的基础上,教师和学生共同得出,自然界中种群的基因频率要稳定不变(不进化),必须满足以下几点:①该种群非常大;②所有的雌雄个体都能自由交配;③没有迁入和迁出;④自然选择对不同表现型的个体没有作用;⑤这对基因不发生突变,并且携带这对基因的染色体不发生变异。显然,同时满足以上5个条件是不可能的,即使前4个条件可以满足,基因突变和染色体变异总会发生的。通过讨论基因频率的变化可以认识到,自然界中种群的基因频率一定会发生变化,也就是说种群的进化是必然的。(第一课时可到此结束)
第二课时的引入,可以从复****在自然界中影响种群基因频率的因素入手,引出变异和自然选择对基因频率的影响。
关于突变和基因重组产生进化的原材料,教师应强调只有可遗传的变异,才对生物进化产生影响。让学生回答可遗传变异的来源,即基因突变、基因重组和染色体变异。教师可以举几个典型实例,介绍三种变异的特点,以及对基因频率的影响。在这里还应该强调,突变和重组都是随机的、不定向的,因此,它们可以改变基因频率,但不能决定基因频率改变的方向,也就是说,它们只是提供了生物进化的原始材料,不能决定生物进化的方向。生物进化方向又是由什么因素决定的呢?(引入自然选择的作用)
探究“自然选择对种群基因频率变化的影响”是本节课的重点和难点。教师可以依据教学班的实际情况,以方便学生讨论为原则,将教学班分成若干个小组。关于探究活动的教学,教师应注意以下几点。
(教师可以导读教材相关部分),依据这些事实明确提出问题。
。针对事实和问题,依据学生已有的知识背景提出假设。在这里,假设可以是:黑褐色的生活环境,不利于浅色桦尺蠖的生存,对黑色桦尺蠖生存有利,这种环境的选择作用使该种群的S基因的频率越来越低,即自然选择可以使种群的基因频率发生定向改变。
,可以根据学生情况灵活处理。一般情况下,可以直接使用教材提供的问题情境。可以先指导学生,依据假设计算第2年的基因型频率和基因频率,即:如果第1年种群个体数为100个,当黑色(表现型)个体每年增加10%时,基因型为SS(黑色)个体第2年将会增加到11个,基因型为Ss(黑色)个体第2年将增加到22个,基因型为ss(浅色)个体第2年将减少到63个。第2年种群个体总数为96个,基因型SS的频率是11÷96=%;基因型Ss的频率是22÷96=%;基因型ss的频率是63÷96=%。在学生理解了计算方法后,可独立计算以后年份的基因型频率和基因频率,从中找出规律。
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,应要求学生讨论教材中设置的两个讨论题。使学生理解,在黑色背景下,浅色桦尺蠖被天敌发现和捕食的几率大于黑色的桦尺蠖,但不影响桦尺蠖的生存和繁殖,直接受选择的是表现型。
探究之后,教师应强调,在自然选择的作用下,可以使基因频率发生定向改变,决定生物进化的方向。