6.3种群基因组成的变化与物种的形成-教学设计

教学设计
课程基本信息
学科 生物 年级 （高一） 学期 (春季)
课题 种群基因组成的变化与物种的形成
教学目标
1. 阐述种群、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. 阐明自然选择对种群基因频率的影响。
教学内容
教学重点： 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。
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
导入新课：问题探讨：先有鸡还是先有蛋 组织学生讨论：甲同学的观点：先有蛋，亲代的突变基因一般通过生殖细胞传递给子代乙同学的观点：先有鸡，人们在养鸡过程中，是根据鸡的性状来选择的，只让符合人类需求的鸡繁殖后代。
【问题】你同意哪位同学的观点？ 【讨论交流】结合甲乙同学的观点，我们知道自然选择直接作用的是生物的个体，而且是个体的表型。但个体的表型会随着个体的消亡而消失，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。 【得出结果】因而，我们说种群是生物进化的基本单位。 种群和种群基因库 【举例分析】一片树林中的全部猕猴是一个种群；一片草地上的所有蒲公英是一个种群；
【归纳】种群的概念
种群：生活在一定区域的同种生物全部个体的集合注意：“同种生物”、“全部个体”、“繁殖单位” 【情境】种群在繁衍过程中，个体有新老交替，基因却代代相传。例如，许多昆虫的寿命都不足一年(如蝗虫),所有的蝗虫都会在秋风中死去，其中有些个体成功地完成生殖，死前在土壤中埋下受精卵。来年春夏之交，部分受精卵成功地发育成蝗虫。
【推测】同前一年的蝗虫种群相比，新形成的蝗虫种群在基因组成上会有什么变化吗 【分析】基因突变造成新基因出现，基因数目的变化，引出基因库、基因频率等概念 种群基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因。
【判断】：所有控制蝗虫翅膀颜色的基因构成蝗虫的基因库？ 基因频率：在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值。
【问题情境】例如，在某昆虫种群中，决定翅色为绿色的基因是A，决定翅色为褐色的基因是a，从这个种群中随机抽取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，求A和a的基因频率。
如右图每个个体可以看作含有2个基因，那么这100个个体共有200个基因。
A基因的数量是2×30+60=120个；
a基因的数量是2×10+60=80个；
A基因的频率为120÷200=60%；
a基因的频率为80÷200=40%。
【问题】这一种群繁殖若干代以后，其基因频率会不会发生变化呢？ 思考与讨论：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，基因A和a都不产突变，根据孟德尔的分离定律计算。
【问题】满足以上5个条件，算一算子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频率会和子一代一样吗？
当群体满足以下五个条件： ①昆虫群体数量足够大； 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自然选择对性状没有作用； ⑤基因A和a都不产生突变，种群的基因频率将不会改变
【归纳】遗传平衡定律 三、种群基因频率的变化 【问题】：上述计算结果是建立在5个假设条件的基础上的。对于自然界的种群来说，①昆虫群体数量足够大；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自然选择对性状没有作用⑤ 基因A和a都不产生突变。 对自然界的种群来说，这5个条件都成立吗？
遗传平衡所指的种群是理想种群，在自然条件下，这样的种群是不存在的。这说明在自然界中，种群的基因频率迟早要发生变化，也就是说种群的进化是必然的。
【问题】如果该种群出现新的突变型（基因型为A2a或A2A2），也就是产生新的等位基因A2，种群的基因频率会变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？
突变产生的新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还是有害的，这往往取决于生物生存的环境。 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】哪些因素可以引起种群基因频率的变化？
阅读课本P112页思考下列问题：
1.突变是否就是基因突变？
2.自发突变的频率很低，且多为有害，为什么还能作为生物进化的原材料？
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。
【问题】突变和重组都是随机的、不定向的，那自然选择对种群基因频率的影响是否也是不定向的？ 四、自然选择对种群基因频率的影响 【探究与实践】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） 讨论1. 树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率吗？为什么？
2. 在自然选择过程中，直接受选择的是基因型还是表型？为什么？
【学生思考】在自然选择过程中，直接受选择的是生物的表现型，根本选择的是控制该表型的基因； 在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。
五、隔离在物种形成中的作用 【问题】1.生物进化一定会形成新物种吗？2.物种形成的标志是什么？引出本节课 【问题】如何判定两个种群是不是同一个物种呢 物种：能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物
生殖隔离：不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育的后代，这种现象叫作生殖隔离
【问题】在自然界，是不是同一物种的个体都生活在一起呢？
不是，由于高山、河流、沙漠或其他地理上的障碍，每一个物种总是被分成一个一个或大或小的群体，这些群体就是不同的种群。例如，两个池塘里的鲤鱼就是两个种群。
【阅读课本】说出地理隔离和生殖隔离的区别与联系 【思考与讨论】隔离在物种形成中的作用
在加拉帕戈斯群岛上生活着13种地雀。这些地雀的喙差别很大，不同种之间存在生殖隔离。而在辽阔的南美洲大陆上，却看不到这13种地雀的踪影。
加拉帕戈斯群岛位于南美洲附近的太平洋中，由13个主要岛屿组成，这些岛屿与南美洲大陆的距离为160~950km。不同岛屿的环境有较大差别，比如岛的低洼地带，布满棘刺状的灌丛；而在只有大岛上才有的高地，则生长着茂密的森林。
这些岛屿是500万年前由海底的火山喷发后形成的，比南美洲大陆的形成晚得多。因此，可以推测这些地雀的共同祖先来自南美洲大陆，以后在各个岛屿上形成了不同的种群。
分析讨论
1.设想南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕戈斯群岛后，先在两个岛屿上形成两个
初始种群。这两个种群的个体数量都不多。它们的基因频率一样吗？
2.不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？
3.对不同岛屿上的地雀种群来说，环境的作用有没有差别？这对种群基因频率的变化会产生什么影响？
4.如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？ 【分析】加拉帕戈斯群岛上生活着13种地雀形成的原因 【课堂小结】