基因頻率的改變和生物進化-教案

1、學(xué)習(xí)必備歡迎下載第 7 章 現(xiàn)代生物進化理論第 2 節(jié) 現(xiàn)代生物進化理論的主要內(nèi)容一 種群基因頻率的改變與生物進化【教學(xué)目標(biāo)】知識與技能1. 解釋種群，種群基因庫、基因頻率的概念。2. 運用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化。3. 說明突變和基因重組為生物進化提供原材料的原因。4舉例說明自然選擇作用可以使種群基因頻率發(fā)生定向改變過程與方法采用互動式教學(xué)模式，以教師提供討論素材，組織引導(dǎo)學(xué)生討論、活動，最后由師生共同總結(jié)的形式進行。情感、態(tài)度、價值觀通過引導(dǎo)學(xué)生分析調(diào)查或?qū)嶒炈〉臄?shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生以事實或?qū)嶒灲Y(jié)果為依據(jù)得出結(jié)論的科學(xué)態(tài)度；通過教學(xué)活動，培養(yǎng)學(xué)生“生物是進化來的”、“生物的進化與環(huán)境密切相關(guān)

2、”的思想觀念，幫助學(xué)生樹立辯證唯物主義的認(rèn)識觀。【教學(xué)重點】1基因頻率的概念。2突變和基因重組、自然選擇在生物進化過程中的作用?！窘虒W(xué)難點】1基因頻率的概念和計算方法。2自然選擇對種群基因頻率的影響?！緦W(xué)情分析】根據(jù)教學(xué)目標(biāo)要求，本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生理解并應(yīng)用基因頻率的計算及運用數(shù)學(xué)方法討論種群基因頻率的改變。學(xué)生已經(jīng)知道了孟德爾遺傳定律的主要內(nèi)容，只是認(rèn)知水平還有所欠缺，所以在教學(xué)中教師只要引導(dǎo)學(xué)生理解新的基因型是由不同的雌雄配子結(jié)合后而形成的就可以了。所以本節(jié)課的重點是種群、基因頻率概念；突變和基因重組、自然選擇在進化中的作用。關(guān)于種群的概念在生命系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中已經(jīng)有所介紹了，因此難點部

3、分只是基因頻率概念；突變和基因重組、自然選擇在進化中的作用?！窘虒W(xué)過程】導(dǎo)入：上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了達爾文自然選擇學(xué)說的主要觀點，下面請同學(xué)們依據(jù)該學(xué)說的基本觀點，分析下面的情境：1. “樺尺蠖體色的黑色（ S）和淺色是（ s）一對相對性狀，當(dāng)時樹干上均因長滿地衣呈淺色，請判斷哪種體色的樺尺蠖數(shù)量較多，為什么？2 如果后來由于環(huán)境污染使地衣不能生存，所以樹干呈現(xiàn)黑褐色，你認(rèn)為兩種樺尺蠖的數(shù)量是否會發(fā)生改變？為什么？3你認(rèn)為該地區(qū)的樺尺蠖有沒有進化？學(xué)習(xí)必備歡迎下載生回答：1. 淺色。該體色有利于躲避天敵，增加生存的機會。2. 黑色。該體色有利于躲避天敵，增加生存的機會3. 進化了。概括：個體的生命周

4、期是有限的，沒有哪個個體可以長生不老，但適應(yīng)環(huán)境的基因只有在群體中通過生殖才能延續(xù)。因此研究生物的進化，僅僅研究個體的表現(xiàn)型是否與環(huán)境相適應(yīng)是不夠的，還需要研究整個群體基因組成的變化，這個群體就是種群。一、種群是生物進化的基本單位（一）種群1、種群概念：生活在一定區(qū)域的同種生物的全部個體。強調(diào)對該概念的理解：（ 1）兩個要素： “同種”和“全部”（ 2）一個條件： “一定區(qū)域”（ 3）兩個方面：種群是生物繁殖的基本單位；種群是生物進化的基本單位。（ 4）種群的特點：種群的個體之間具有年齡和性別的差別，并不是機械地結(jié)合在一起。個體之間彼此可以交配，并通過繁殖將各自的基因傳遞給后代。2、舉例判斷（

5、 1）一個池塘中的全部鯉魚；是（ 2）一個池塘中的全部魚；不是（ 3）一片草地上的全部植物；不是（4）一片草地上的全部蒲公英。是過渡： 種群個體間具有年齡和性別的差異，并不是機械的結(jié)合在一起。彼此可以交配實現(xiàn)基因交流，并通過繁殖將各自的基因傳遞給后代。研究生物的進化必須研究種群的基因組成和變化。如何分析種群的基因組成和變化呢？由此人們提出基因庫和基因頻率的概念。什么是基因庫？基因頻率的含義是什么？（二）種群基因頻率的變化1、基本概念（ 1）基因庫：一個種群中全部個體所含有的全部基因，叫做這個種群的基因庫。（ 2）基因頻率：在一個種群基因庫中，某個基因占全部等位基因數(shù)的比率，叫做基因頻率。（ 3

6、）基因型頻率：在一個種群中，某種基因型個體在某種群中出現(xiàn)的頻率。提問：對于一個種群如何得以知道某個基因頻率的大小呢？2、基因頻率的有關(guān)計算基因頻率的計算往往采用抽樣統(tǒng)計的方法。師提供例題，引導(dǎo)學(xué)生計算。（ 1）已知調(diào)查的各種基因型的個數(shù)計算基因頻率學(xué)習(xí)必備歡迎下載例 1：假設(shè)從某個昆蟲種群中隨機抽取100 個個體，測得基因型為AA、 Aa、 aa 的個體分別是30、 60、10，計算基因的頻率。A 基因的數(shù)量 =2× 30+60=120 個； a 基因的數(shù)量 =2× 10+60=80 個A 基因的頻率 =（ 60+60） /200=60%；a 基因的頻率 =（ 20+60）

7、 /200=40%。某種基因的頻率=該種群中此基因的數(shù)量/ 該種群中此基因和等位基因數(shù)的總和（ 2）已知基因型頻率求基因頻率抽樣統(tǒng)計結(jié)果的呈現(xiàn)方式有兩種。一種以基因型個數(shù)的方式呈現(xiàn)，還有一種以基因型的頻率出現(xiàn)（說明基因型頻率的概念） 。師提出問題：如何根據(jù)基因型頻率計算基因頻率？例 2 假設(shè)某個昆蟲種群中有30%的 AA、60% 的 Aa、 10%的 aa，計算基因的頻率。A基因頻率 =30+(1/2)× 60 =60a基因頻率 =10+(1/2)× 60 =40師對學(xué)生計算結(jié)果進行評價，并引導(dǎo)學(xué)生歸納計算的方法和公式：某種基因頻率=該基因純合體基因型的頻率+該基因雜合體基

8、因型的頻率×1/2 。種群中一對等位基因的頻率之和為13、用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化遺傳平衡定理基因可以通過繁殖實現(xiàn)前后代基因的傳遞，那么，在繁殖傳遞過程中，基因頻率會不會發(fā)生變化呢？有哪些因素能引起基因頻率和基因型頻率的改變呢？（引入教材思考與討論）例 1：假設(shè)從某個昆蟲種群中隨機抽取100 個個體，測得基因型為AA、 Aa、 aa 的個體分別是30、 60、10，計算基因的頻率。A基因頻率 =； a基因頻率 =（ 1）假設(shè)上述昆蟲的種群滿足以下幾點: 該種群非常大； 所有的雌雄個體都能進行自由交配并產(chǎn)生后代； 沒有遷人和遷出； 自然選擇對不同表現(xiàn)型的個體作用等效； 這對基因不發(fā)

9、生突變，并且攜帶這對基因的染色體不發(fā)生變異。（ 2）根據(jù)孟德爾的分離規(guī)律計算： 從親本到所產(chǎn)生的配子在有性生殖過程中，在滿足上述條件的情況下，這個種群產(chǎn)生的A、 a的雄配子的比例是0.6:0.4；這個種群產(chǎn)生的A、 a 的雌配子的比例是0.6:0.4；從配子的結(jié)合到子一代的基因型雄配子0.6A0.4a雌配子學(xué)習(xí)必備歡迎下載0.4a0.24Aa0.16aa 從子一代的基因型到子一代的基因頻率A=36 +(1/2) × 48 =60； a=16 +(1/2) × 48 =40根據(jù)解析完成下列表格：親代基因型的頻率AA(30%)Aa(60%)aa(10%)配子的比率A(30% )

10、A(30% )a(30% )a(10%)子一代基因型頻率AA(36% )Aa(48% )aa(16%)子一代基因頻率A(60% )a( 40 )子二代基因型頻率AA(36% )Aa(48% )aa(16% )子二代基因頻率A(60% )a(40 )因此，通過計算子一代中的基因頻率沒有改變，如果繼續(xù)滿足這五個條件，那么這個種群的基因A 和基因a 的頻率將永遠(yuǎn)保持不變，基因型的頻率也會一直保持不變。這就是著名的遺傳平衡定理也稱哈代溫伯格定理由英國科學(xué)家哈代和德國科學(xué)家溫伯格分別單獨提出，在一個極大的隨機交配的種群中，在無突變、無自然選擇、無遷入遷出的條件下，種群的基因頻率可以世代相傳，不發(fā)生變化，

11、保持平衡。若種群中，一等位基因為A 和 a，設(shè) A 的基因頻率為p， a 的基因頻率為q， p+q=A%+a%=1，如果這個種群達到了遺傳平衡，那么遺傳平衡定律可以寫成：（ p+q） 2=p2+2pq+q2=AA%+Aa%+aa%=1p2：代表純合子（基因型是AA）的基因型頻率2pq: 代表雜合子（基因型是Aa）的基因型頻率q2：代表純合子（基因型是aa）的基因型頻率即： AA=p2Aa=2pqaa= q2總結(jié)：遺傳平衡所指的種群是理想的種群，在自然條件下，同時滿足以上5 個條件顯然是不可能的，這樣的種群是不存在的，這也從反面說明了，自然界中種群的基因頻率一定會發(fā)生變化，也就是說種群的進化是必

12、然的。二、突變和基因重組是產(chǎn)生進化的原材料引入：在自然界中基因頻率總會發(fā)生改變的，在影響種群基因頻率的五個因素中，又以變異和自然選擇最為突出，接下來我們將詳細(xì)討論變異和自然選擇對種群基因頻率是如何影響的。通過問題導(dǎo)入的形式，層層深入講解：（ 1）可遺傳的變異的來源有哪幾個方面呢?答：基因突變、基因重組和染色體變異。其中，我們把基因突變和染色體變異統(tǒng)稱為突變。也就是說，突變和基因重組引起了可遺傳的變異，對生物的進化起到了非常重要的作用。（ 2）自然界中生物的自然突變頻率很低，而且一般對生物體是有害的。為什么還能夠作為生物進化的原學(xué)習(xí)必備歡迎下載材料呢 ?答：因為種群是由許多個體組成的。 每個個體

13、都有成千上萬個基因， 雖然每個基因的突變率都很低，但每個種群的每一代都會產(chǎn)生大量的突變基因，所以對于種群來說發(fā)生突變的數(shù)量是很大的。而且突變的有利或有害并不是絕對的，而是相對的，它取決于生物的生存環(huán)境。（ 3）自然界的生物進化是有方向的，突變和基因重組是否能決定生物進化的方向？突變和基因重組都是隨機的，不定向的，它只為進化提供原材料，不能決定生物進化的方向。在突變過程中產(chǎn)生了許多相應(yīng)的等位基因。通過有性生殖過程中的基因重組，形成了多種多樣的基因型，從而使種群出現(xiàn)大量的可遺傳變異。但是，這些變異的產(chǎn)生是不定向的，因此，無法定向改變基因頻率，也就不能決定生物進化的方向。過渡：生物進化的方向是由什么因素決定的呢？請?zhí)骄肯旅娴膯栴}三、自然選擇決定生物進化的方向探究：自然選擇對種群基因頻率變化的影響試分析從19 世紀(jì)到 20 世紀(jì)，樺尺蠖由于環(huán)境改變使S（黑色）和s（淺色）基因頻率如何變化？S 基因頻率:5%95