6.3.1 种群基因组成的变化 教案【新教材】2020-2021学年高一生物人教版（2019）必修二

6.3.1 种群基因组成的变化
教案
一、教学目标
1.简述种群、种群基因库、基因频率等概念的内涵。
2.运用数学方法讨论种群基因频率的变化。
3.阐述自然选择对种群基因频率变化的影响。
4.说明隔离在物种形成中的作用。
二、教学重难点
1.教学重点
（1）种群、物种、基因频率、隔离等概念。
（2）变异、选择和隔离在生物进化中的作用。
2.教学难点
（1）自然选择对种群基因频率变化的影响。
（2）隔离在物种形成中的作用。
教学过程
【导入】：问题探讨：假定猕猴群体中有一只雄性个体发生了变异（超猴），变异使其在生存斗争中获得了优势。
讨论：
超猴使其所在的群体强大起来，但它却没有合适伴侣孤独一生，其死后猕猴群体又恢复到原来的样子，这能不能说猕猴群体进化了？
假如超猴降低一点择偶标准，与普通雌性交配生小猴子。当超猴死去，多年之后，超猴的表型（基因）能不能在群体中扩散开来？
【过渡】自然选择直接作用的是生物的个体，而且是个体的表型。但是，在自然界，没有哪个个体是长生不死的，个体的表型会随着个体的死亡而消失，决定表型的基因却可以随着生殖而世代延续，并且在群体中扩散。
研究生物的进化，仅研究个体和表型是不够的，还必须研究群体基因组成的变化。
一、种群和种群基因库
1. 种群的概念
生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫做种群。
举例：一片树林中的全部猕猴
一片草地上的所有蒲公英
一间屋中的全部蟑螂（不是一个种群）
2. 种群的特点
种群的个体并不是机械地结合在一起。一个种群其实就是一个繁殖的单位，雌雄个体可以通过繁殖将各自的基因遗传给后代。
种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。
总结：种群是生物繁殖的基本单位。
种群是生物进化的基本单位。
3. 种群基因库
一个种群中全部个体所含有的全部基因叫这个种群的基因库。
4. 基因频率
在基因库中，某基因占全部等位基因数的比率叫做基因频率。
5. 基因型频率
在一个种群中，某基因型个体占全部个体的比率。
例：某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，从种群中
随机抽出100个个体，测得基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。那么A和a的基因频率是多少？
已知：基因型AA的个体为30，Aa个体为60，aa个体为10，那么控制此性状的等位基因总数共200个。
解析：A基因数=2×30﹢60=120个
a基因数=60﹢2×10=80个
总结：在种群中，一对等位基因的基因频率之和等于1，
基因型频率之和也等于1。
6. 遗传平衡定律（哈代－温伯格定律）
用数学方法讨论基因频率的变化
假设上述昆虫种群数量非常大，所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，没有迁入和迁出，不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的（无选择），基因A和a都不产生突变，根据孟德尔的分离定律计算。
(1)该种群产生的A配子和a配子的比值各是多少？
(2)子代基因型的频率各是多少？
(3)子代种群的基因频率各是多少？
(4)将计算结果填入下表，想一想，子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频率会同子一代一样吗？
总结：
当群体满足以下五个条件：
①群体数量足够大； ②全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代； ③没有迁入与迁出； ④不同个体生存能力相同（无选择）； ⑤不产生突变
遗传平衡定律：
遗传平衡群体自由/随机交配一次后，种群的基因频率和基因型频率均保持不变。
设A的基因频率为p，a的基因频率为q；则有p+q=1，那么
(p+q)2 = p2 + 2pq + q2 ＝ 1
AA=p2 Aa=2pq aa=q2
二、种群基因频率的变化
基因突变在自然界是普遍存在的。基因突变产生新的等位基因，这就可以使种群的基因频率发生变化。
思考：生物自发突变的频率很低，而且大多数突变对生物体是有害的，那么，它为何还能够作为生物进化的原材料呢？
由于种群是由许多个体组成，每个个体的细胞中都有成千上万个基因，这样，每一代就会产生大量的突变。
【例如】果蝇1组染色体上约有1.3×104个基因，假定每个基因的突变频率都为10-5，对一个约有108个个体的果蝇种群来说，每一代出现的基因突变数是： 2×1.3× 104 × 10－5× 108 =2 .6×107（个）
突变的有害和有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。
【例如】有翅的昆虫中有时会出现残翅和无翅的突变类型，这类昆虫在正常情况下很难生存下去。但是在经常刮大风的海岛上，这类昆虫却因为不能飞行而避免了被海风吹到海里淹死。
基因突变产生的等位基因，通过有性生殖过程中的基因重组，可以形成多种多样的基因型，从而使种群中出现多种多样可遗传的变异类型。
总结：突变和基因重组是随机的、不定向的
思考：种群基因频率的改变是否也是不定向的呢？
探究自然选择对种群基因频率变化的影响
英国的曼彻斯特地区有一种桦尺蛾（其幼虫叫桦尺蠖）。它们夜间活动，白天栖息在树干上。杂交实验表明，桦尺蛾的体色受一对等位基因S和s控制，黑色(S)对浅色(s)是显性的。在19世纪中叶以前，桦尺蛾几乎都是浅色型的，该种群中S基因的频率很低，在5%以下。到了20世纪中叶，黑色型的桦尺蛾却成了常见的类型，S基因的频率上升到95%以上。19世纪时，曼彻斯特地区的树干上长满了浅色的地衣。后来，随着工业的发展，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褐色。
假设1870年，桦尺蛾种群的基因型频率为SS10%,Ss 20%,ss 70%,S基因的频率为20%。在树干变黑这一环境条件下，假如树干变黑不利于浅色桦尺蛾的生存，使得种群中浅色个体每年减少10%,黑色个体每年增加10%。第2~10年间，该种群每年的基因型频率各是多少？每年的基因频率是多少？（计算结果填入下表）（详见课本）
总结归纳：自然选择定向改变种群的基因频率
自然选择直接选择表型而不是基因型。
在自然选择的作用下，种群基因频率发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化
在自然选择的作用下，具有有利变异的个体更有机会产生后代，种群中控制有利变异表型的基因的频率也会不断提高；相反，具有不利变异的个体留下后代的机会少，种群中控制不利变异表型的基因的频率会下降。
【课堂小结】
【随堂练习】略