高中生物 自然选择对基因频率的影响 教案1

用心 爱心 专心1 第二节第二节 自然选择对基因频率的影响自然选择对基因频率的影响 一 教学目标 1 知识方面 解释种群 种群基因库 基因频率等概念 说明现代生物进化理论的主要内容 运用数学方法讨论种群基因频率的变化 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 教学重点 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 2 教学难点 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 种群是生物进化的基本单位 上节课我们学习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 1 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 2 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与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 与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 用心 爱心 专心2 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 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 2 对自然界的种群来说 这五个条件不可能同时都成立 例如 翅色与环境色彩较一致的 被天敌发现的机会就少些 3 突变产生新的基因会使种群的基因频率发生变化 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 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 1 树干变黑会影响桦尺蠖种群中浅色个体的出生率 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 2 是表现型 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 用心 爱心 专心3 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 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与黑色桦 尺蠖的比例为 9 1 因为浅色与环境色彩相似 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与黑色桦尺蠖的比例变为 1 9 多数幸存者的颜色与生存环境颜 色相近 两色桦尺蠖数量变化的根本原因是黑色基因 S 与浅色基因 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 思考与讨论 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 该种群非 常大 所有的雌雄个体都能自由交配 没有迁入和迁出 自然选择对不同表现型的 个体没有作用 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 可以从复习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 用心 爱心 专心4 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 1 指导学生阅读桦尺蠖种群变化的资料 教师可以导读教材相关部分 依据这些事实明确 提出问题 2 作出假设 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 3 制定探究方案 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 11 5 基因型 Ss 的频率是 22 96 22 9 基因型