資源簡(jiǎn)介

教學(xué)設(shè)計(jì)
課程基本信息
學(xué)科 生物 年級(jí) （高一） 學(xué)期 (春季)
課題 種群基因組成的變化與物種的形成
教學(xué)目標(biāo)
1. 闡述種群、種群基因庫(kù)、基因頻率等概念的內(nèi)涵。 2. 運(yùn)用數(shù)學(xué)方法討論種群基因頻率的變化。 3. 闡明自然選擇對(duì)種群基因頻率的影響。
教學(xué)內(nèi)容
教學(xué)重點(diǎn)： 種群、物種、基因頻率、隔離等概念。 2. 變異、選擇和隔離在生物進(jìn)化中的作用。
教學(xué)難點(diǎn)： 1. 自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響。
2. 隔離在物種形成中的作用。
教學(xué)過程
導(dǎo)入新課：?jiǎn)栴}探討：先有雞還是先有蛋 組織學(xué)生討論：甲同學(xué)的觀點(diǎn)：先有蛋，親代的突變基因一般通過生殖細(xì)胞傳遞給子代乙同學(xué)的觀點(diǎn)：先有雞，人們?cè)陴B(yǎng)雞過程中，是根據(jù)雞的性狀來(lái)選擇的，只讓符合人類需求的雞繁殖后代。
【問題】你同意哪位同學(xué)的觀點(diǎn)？ 【討論交流】結(jié)合甲乙同學(xué)的觀點(diǎn)，我們知道自然選擇直接作用的是生物的個(gè)體，而且是個(gè)體的表型。但個(gè)體的表型會(huì)隨著個(gè)體的消亡而消失，決定表型的基因卻可以隨著生殖而世代延續(xù)，并且在群體中擴(kuò)散。 【得出結(jié)果】因而，我們說(shuō)種群是生物進(jìn)化的基本單位。 種群和種群基因庫(kù) 【舉例分析】一片樹林中的全部獼猴是一個(gè)種群；一片草地上的所有蒲公英是一個(gè)種群；
【歸納】種群的概念
種群：生活在一定區(qū)域的同種生物全部個(gè)體的集合注意：“同種生物”、“全部個(gè)體”、“繁殖單位” 【情境】種群在繁衍過程中，個(gè)體有新老交替，基因卻代代相傳。例如，許多昆蟲的壽命都不足一年(如蝗蟲),所有的蝗蟲都會(huì)在秋風(fēng)中死去，其中有些個(gè)體成功地完成生殖，死前在土壤中埋下受精卵。來(lái)年春夏之交，部分受精卵成功地發(fā)育成蝗蟲。
【推測(cè)】同前一年的蝗蟲種群相比，新形成的蝗蟲種群在基因組成上會(huì)有什么變化嗎 【分析】基因突變?cè)斐尚禄虺霈F(xiàn)，基因數(shù)目的變化，引出基因庫(kù)、基因頻率等概念 種群基因庫(kù)：一個(gè)種群中全部個(gè)體所含有的全部基因。
【判斷】：所有控制蝗蟲翅膀顏色的基因構(gòu)成蝗蟲的基因庫(kù)？ 基因頻率：在一個(gè)種群基因庫(kù)中，某個(gè)基因占全部等位基因數(shù)的比值。
【問題情境】例如，在某昆蟲種群中，決定翅色為綠色的基因是A，決定翅色為褐色的基因是a，從這個(gè)種群中隨機(jī)抽取100個(gè)個(gè)體，測(cè)得基因型為AA、Aa和aa的個(gè)體分別是30、60和10個(gè)，求A和a的基因頻率。
如右圖每個(gè)個(gè)體可以看作含有2個(gè)基因，那么這100個(gè)個(gè)體共有200個(gè)基因。
A基因的數(shù)量是2×30+60=120個(gè)；
a基因的數(shù)量是2×10+60=80個(gè)；
A基因的頻率為120÷200=60%；
a基因的頻率為80÷200=40%。
【問題】這一種群繁殖若干代以后，其基因頻率會(huì)不會(huì)發(fā)生變化呢？ 思考與討論：用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化 假設(shè)上述昆蟲種群數(shù)量非常大，所有的雌雄個(gè)體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代，沒有遷入和遷出，不同翅色的個(gè)體生存和繁殖的機(jī)會(huì)是均等的，基因A和a都不產(chǎn)突變，根據(jù)孟德爾的分離定律計(jì)算。
【問題】滿足以上5個(gè)條件，算一算子二代、子三代以及若干代以后，種群的基因頻率會(huì)和子一代一樣嗎？
當(dāng)群體滿足以下五個(gè)條件： ①昆蟲群體數(shù)量足夠大； ②全部的雌雄個(gè)體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代； ③沒有遷入與遷出； ④自然選擇對(duì)性狀沒有作用； ⑤基因A和a都不產(chǎn)生突變，種群的基因頻率將不會(huì)改變
【歸納】遺傳平衡定律 三、種群基因頻率的變化 【問題】：上述計(jì)算結(jié)果是建立在5個(gè)假設(shè)條件的基礎(chǔ)上的。對(duì)于自然界的種群來(lái)說(shuō)，①昆蟲群體數(shù)量足夠大；②全部的雌雄個(gè)體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代；③ 沒有遷入與遷出；④自然選擇對(duì)性狀沒有作用⑤ 基因A和a都不產(chǎn)生突變。 對(duì)自然界的種群來(lái)說(shuō)，這5個(gè)條件都成立嗎？
遺傳平衡所指的種群是理想種群，在自然條件下，這樣的種群是不存在的。這說(shuō)明在自然界中，種群的基因頻率遲早要發(fā)生變化，也就是說(shuō)種群的進(jìn)化是必然的。
【問題】如果該種群出現(xiàn)新的突變型（基因型為A2a或A2A2），也就是產(chǎn)生新的等位基因A2，種群的基因頻率會(huì)變化嗎？基因A2的頻率可能會(huì)怎樣變化？
突變產(chǎn)生的新基因會(huì)使種群的基因頻率發(fā)生變化。
基因A2的頻率是增加還是減少，要看這一突變對(duì)生物體是有益還是有害的，這往往取決于生物生存的環(huán)境。 基因突變?cè)谧匀唤缡瞧毡榇嬖诘摹；蛲蛔儺a(chǎn)生新的等位基因，這就可以使種群的基因頻率發(fā)生變化。
【思考】哪些因素可以引起種群基因頻率的變化？
閱讀課本P112頁(yè)思考下列問題：
1.突變是否就是基因突變？
2.自發(fā)突變的頻率很低，且多為有害，為什么還能作為生物進(jìn)化的原材料？
突變的有害和有利也不是絕對(duì)的，這往往取決于生物的生存環(huán)境。
【例如】有翅的昆蟲中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)殘翅和無(wú)翅的突變類型，這類昆蟲在正常情況下很難生存下去。但是在經(jīng)常刮大風(fēng)的海島上，這類昆蟲卻因?yàn)椴荒茱w行而避免了被海風(fēng)吹到海里淹死。
【問題】突變和重組都是隨機(jī)的、不定向的，那自然選擇對(duì)種群基因頻率的影響是否也是不定向的？ 四、自然選擇對(duì)種群基因頻率的影響 【探究與實(shí)踐】探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響
英國(guó)的曼徹斯特地區(qū)有一種樺尺蛾（其幼蟲叫樺尺蠖）。它們夜間活動(dòng)，白天棲息在樹干上。雜交實(shí)驗(yàn)表明，樺尺蛾的體色受一對(duì)等位基因S和s控制， 黑色(S)對(duì)淺色(s)是顯性的。在19世紀(jì)中葉以前，樺尺蛾幾乎都是淺色型的，該種群中S基因的頻率很低，在5%以下。到了20世紀(jì)中葉，黑色型的樺尺蛾卻成了常見的類型，S基因的頻率上升到95%以上。19世紀(jì)時(shí)，曼徹斯特地區(qū)的樹干上長(zhǎng)滿了淺色的地衣。后來(lái)，隨著工業(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褐色。
假設(shè)1870年，樺尺蛾種群的基因型頻率為SS10%,Ss 20%,ss 70%,S基因的頻率為20%。在樹干變黑這一環(huán)境條件下，假如樹干變黑不利于淺色樺尺蛾的生存，使得種群中淺色個(gè)體每年減少10%,黑色個(gè)體每年增加10%。第2~10年間，該種群每年的基因型頻率各是多少？每年的基因頻率是多少？（計(jì)算結(jié)果填入下表） 討論1. 樹干變黑會(huì)影響樺尺蛾種群中淺色個(gè)體的出生率嗎？為什么？
2. 在自然選擇過程中，直接受選擇的是基因型還是表型？為什么？
【學(xué)生思考】在自然選擇過程中，直接受選擇的是生物的表現(xiàn)型，根本選擇的是控制該表型的基因； 在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會(huì)發(fā)生定向改變，導(dǎo)致生物朝著一定的方向不斷進(jìn)化。
五、隔離在物種形成中的作用 【問題】1.生物進(jìn)化一定會(huì)形成新物種嗎？2.物種形成的標(biāo)志是什么？引出本節(jié)課 【問題】如何判定兩個(gè)種群是不是同一個(gè)物種呢 物種：能夠在自然狀態(tài)下相互交配并且產(chǎn)生可育后代的一群生物
生殖隔離：不同物種之間一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能產(chǎn)生可育的后代，這種現(xiàn)象叫作生殖隔離
【問題】在自然界，是不是同一物種的個(gè)體都生活在一起呢？
不是，由于高山、河流、沙漠或其他地理上的障礙，每一個(gè)物種總是被分成一個(gè)一個(gè)或大或小的群體，這些群體就是不同的種群。例如，兩個(gè)池塘里的鯉魚就是兩個(gè)種群。
【閱讀課本】說(shuō)出地理隔離和生殖隔離的區(qū)別與聯(lián)系 【思考與討論】隔離在物種形成中的作用
在加拉帕戈斯群島上生活著13種地雀。這些地雀的喙差別很大，不同種之間存在生殖隔離。而在遼闊的南美洲大陸上，卻看不到這13種地雀的蹤影。
加拉帕戈斯群島位于南美洲附近的太平洋中，由13個(gè)主要島嶼組成，這些島嶼與南美洲大陸的距離為160~950km。不同島嶼的環(huán)境有較大差別，比如島的低洼地帶，布滿棘刺狀的灌叢；而在只有大島上才有的高地，則生長(zhǎng)著茂密的森林。
這些島嶼是500萬(wàn)年前由海底的火山噴發(fā)后形成的，比南美洲大陸的形成晚得多。因此，可以推測(cè)這些地雀的共同祖先來(lái)自南美洲大陸，以后在各個(gè)島嶼上形成了不同的種群。
分析討論
1.設(shè)想南美洲大陸的一種地雀來(lái)到加拉帕戈斯群島后，先在兩個(gè)島嶼上形成兩個(gè)
初始種群。這兩個(gè)種群的個(gè)體數(shù)量都不多。它們的基因頻率一樣嗎？
2.不同島嶼上的地雀種群，產(chǎn)生突變的情況一樣嗎？
3.對(duì)不同島嶼上的地雀種群來(lái)說(shuō)，環(huán)境的作用有沒有差別？這對(duì)種群基因頻率的變化會(huì)產(chǎn)生什么影響？
4.如果這片海域只有一個(gè)小島，還會(huì)形成這么多種地雀嗎？ 【分析】加拉帕戈斯群島上生活著13種地雀形成的原因 【課堂小結(jié)】

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