第二節(jié)自然選擇對(duì)基因頻率的影響

1、第二節(jié) 自然選擇對(duì)基因頻率的影響 一、教學(xué)目標(biāo)解釋種群、種群基因庫(kù)、基因頻率等概念。說明現(xiàn)代生物進(jìn)化理論 的主要內(nèi)容。 運(yùn)用數(shù)學(xué)方法討論種群基因頻率的變化。 運(yùn)用生物進(jìn)化觀點(diǎn)解釋一 些生物現(xiàn)象。二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1. 教學(xué)重點(diǎn)（ 1）種群、物種、基因頻率、隔離等概念。（ 2）突變和基因重組、自然選擇、 隔離在生物進(jìn)化過程中的作用。 2. 教學(xué)難點(diǎn)（1）基因頻率的概念。（ 2）自然選擇對(duì)種群基因頻率的影響。 （3）隔離在物種形成中的作用。一個(gè)基 因所控制的性狀， 對(duì)個(gè)體生存和繁殖后代的貢獻(xiàn)越大， 擁有該基因的個(gè)體就可能 越多。上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了達(dá)爾文自然選擇學(xué)說的主要觀點(diǎn)， 下面請(qǐng)同學(xué)們依據(jù)該 學(xué)

2、說的基本觀點(diǎn)，分析下面的情境：aa）昆蟲的群體中偶然出現(xiàn)一只綠色翅（Aa） 的變異個(gè)體，且綠色比灰色更不容易被敵害發(fā)現(xiàn)。問根據(jù)達(dá)爾文“適者生存、 不適者淘汰”的觀點(diǎn)， 該綠色個(gè)體能被選擇下來 嗎？如果該綠色基因能很好的生活下來，他體內(nèi)的 A基因怎樣才能傳遞給后代總結(jié)性講述 討論發(fā)現(xiàn)， 出現(xiàn)有利變異個(gè)體內(nèi)的有利基因只有在群體中， 通過 有性生殖才能世代延續(xù)， 另外有利變異體的后代不一定能真實(shí)遺傳。 因此，研究 生物的進(jìn)化， 僅僅研究個(gè)體的表現(xiàn)型是否與環(huán)境相適應(yīng)是不夠的， 還需要研究群 體的基因組成的變化，這個(gè)群體就是種群。怎樣的一群生物個(gè)體可以稱為種群 呢？“種”或“物種”與種群又有什么區(qū)別呢？

3、 問性狀是由基因控制的，研究生物的進(jìn)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(kù)和基因頻率的概念。 什 么是基因庫(kù)？基因頻率的含義是什么？A,褐色翅的基因位a,調(diào)查發(fā)現(xiàn)AA Aa aa的個(gè)體分別占30% 60% 10%那 么A、a的基因頻率是多少？提示1.（ 1）A配子占60% a配子占40%（2）子代基因型頻率：AA占36% Aa占48% aa占16%（3）子代種群的基因頻率：A占60% a占40%（4）種群的基因頻率會(huì)同子一代一樣。2. 對(duì)自然界的種群來說， 這五個(gè)條件不可能同時(shí)都成立。 例如， 翅色與環(huán)境色彩 較一致的，被天敵發(fā)現(xiàn)的機(jī)會(huì)就少些。3.

4、 突變產(chǎn)生新的基因會(huì)使種群的基因頻率發(fā)生變化?；?A2的頻率是增加還是 減少，要看這一突變對(duì)生物體是有益的還是有害的。 只有通過有性生殖， 才能將 基因傳給子代，將基因A保留下來。物種可以分布在自然界不同的區(qū)域， 只有在可以發(fā)生隨機(jī)交配、 繁衍，使基因能夠世代傳遞的一定區(qū)域內(nèi)的同種全部個(gè)體的 集合才是一個(gè)種群。 變異 突變 2、所有的變異都能導(dǎo)致基因頻率的變化嗎？只有。_3、突變和基因重組對(duì)于種群遺傳組成的改變一樣嗎？為什么？。因?yàn)橹挥?才能出現(xiàn)新基因， 才能豐富基因庫(kù)，改變基因頻率。 可以增加基因型的種類。4、在自然情況下，突變的頻率很低，且多數(shù)有害，對(duì)生物進(jìn)化有重要意義嗎？ 例如：每個(gè)果

5、蠅約有 104 對(duì)基因，假定每個(gè)基因的突變率都是 10-5 。若有一個(gè) 中等數(shù)量的果蠅種群 （約有 108個(gè)個(gè)體） ，請(qǐng)同學(xué)們計(jì)算出每一代出現(xiàn)的基因突變 數(shù)是多少 ?基因突變數(shù)是 這說明種群中每代產(chǎn)生的基因突變的數(shù)量是很大的， 并通過繁殖得到積累， 成為 基因頻率改變的基礎(chǔ)。而且突變的有利或有害并不是絕對(duì)的，它取決于生物的 這說明種群中每代產(chǎn)生的基因突變的數(shù)量是很大的， 并通過繁殖得到積累， 成為基因頻率改變的基礎(chǔ)。而且突變的有利或有害并不是絕對(duì)的，它取決于生物的5、突變和基因重組產(chǎn)生的變異有方向嗎？由于突變和基因重組都是 、，因此它們只是提供了 ，不能決定生物進(jìn)化的方向。提示1. 樹干變黑會(huì)

6、影響樺尺蠖種群中淺色個(gè)體的出生率， 這是因?yàn)樵S多淺色個(gè)體可能 在沒有交配、產(chǎn)卵前就已被天敵捕食。2. 是表現(xiàn)型。比如，天敵看到的是樺尺蠖的體色而不是控制體色的基因。 一個(gè)種 群全部個(gè)體所含有的全部基因， 叫做這個(gè)種群的基因庫(kù)一個(gè)個(gè)體所含的基因僅僅 是種群中基因的小小組成部分。我們知道多指為顯性基因控制的遺傳病， 而絕大多數(shù)人表現(xiàn)為正常。 白化病 是隱性基因控制的遺傳病，但絕大多數(shù)人表現(xiàn)正常。以上事實(shí)說明不同的基因在種群的基因庫(kù)中所占的比例是不同的。 基因頻率 基因頻率某種基因在某個(gè)種群中出現(xiàn)的比例叫做基因頻率。 怎樣才能知道某種基因的基因頻率呢？可通過抽樣調(diào)查的方法獲得。例如， 從某種種群中隨

7、機(jī)抽出 100個(gè)個(gè)體測(cè)知基因型為 AA、As、aa 的個(gè)體分別為 30、 60和10,其中A基因頻率為多少？ a 基因頻率為多少？基因頻率一個(gè)種群某種基因在某個(gè)種群中出現(xiàn)的基因頻率 種群中某基因的頻率否發(fā)生變化？導(dǎo)致種群中某基因頻率發(fā)生變化的因素有哪些？導(dǎo)致基 因頻率改變的因素英國(guó)曼徹斯特地區(qū)樺尺蠖從 19世紀(jì)中期到 20 世紀(jì)中期，淺色型樺尺蠖和 黑色型樺尺蠖所占比例發(fā)生劇烈變化的過程。 19 世紀(jì)中期長(zhǎng)滿地衣的淺色樹干上棲息著淺 色與黑色樺尺蠖的 9： 1。因?yàn)闇\色與環(huán)境色彩相似，是樺尺蠖的保護(hù)色。黑色易被天敵捕食，而受到控制 1850 年以前該地區(qū)的樺尺蠖以淺色為主黑色個(gè)體很少調(diào)查發(fā)現(xiàn)淺

8、色基因頻率為95，黑色基因頻率為 5，這說明黑色基因是突變產(chǎn)生的。隨著英國(guó)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色黑 色樹干棲息著淺色與黑色樺尺蠖 1： 9。多數(shù)幸存者的顏色與生存環(huán)境顏色相近兩色樺尺蠖數(shù)量變化的根本原因是黑色基因（ S）與淺色基因（s）兩種基因出現(xiàn)的頻率 發(fā)生了改變，這是長(zhǎng)期自然選擇的結(jié)果由此可見， 種群中的基因頻率是可以改變的， 導(dǎo)致基因頻率改變的因素是基因突變、 基 因重組自然選擇。生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)種群中的個(gè)體一代一代死亡， 但基因庫(kù)卻在代代相傳的過程中保持和發(fā) 展。因此說， 生物進(jìn)化的過程實(shí)質(zhì)上就是種群基因頻率發(fā)生變化的過程。 所以說種群是進(jìn)

9、化 的單位。 關(guān)于用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化， 可以采用教材 “思考與討論 ”中所設(shè)計(jì)的順序 和方式進(jìn)行， 也可以先依據(jù)孟德爾遺傳定律， 從親代的基因型頻率， 計(jì)算子代的基因型頻率 和基因頻率，如果時(shí)間允許，還可以繼續(xù)計(jì)算子二代、子三代的基因型頻率和基因頻率。如 果采用后一種方式， 在計(jì)算后， 教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從中概括出： 依據(jù)孟德爾遺傳法則，一個(gè)種 群的等位基因頻率， 在上下代是穩(wěn)定不變的， 也就是說種群是穩(wěn)定不變的。 這種現(xiàn)象在自然 界的種群中會(huì)發(fā)生嗎？由此引發(fā)學(xué)生討論。 在學(xué)生討論的基礎(chǔ)上， 教師和學(xué)生共同得出， 自 然界中種群的基因頻率要穩(wěn)定不變（不進(jìn)化） ，必須滿足以下幾點(diǎn)：該種群非

10、常大；所有的 雌雄個(gè)體都能自由交配； 沒有遷入和遷出； 自然選擇對(duì)不同表現(xiàn)型的個(gè)體沒有作用； 這對(duì)基 因不發(fā)生突變， 并且攜帶這對(duì)基因的染色體不發(fā)生變異。 顯然，同時(shí)滿足以上 5 個(gè)條件是不 可能的， 即使前 4個(gè)條件可以滿足， 基因突變和染色體變異總會(huì)發(fā)生的。 通過討論基因頻率 的變化可以認(rèn)識(shí)到， 自然界中種群的基因頻率一定會(huì)發(fā)生變化， 也就是說種群的進(jìn)化是必然 的。（第一課時(shí)可到此結(jié)束） 第二課時(shí)的引入， 可以從復(fù)習(xí)在自然界中影響種群基因頻率的因素入手， 引出變 異和自然選擇對(duì)基因頻率的影響。關(guān)于突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料， 教師應(yīng)強(qiáng)調(diào)只有可遺傳的變異， 才對(duì)生 物進(jìn)化產(chǎn)生影響。 讓學(xué)

11、生回答可遺傳變異的來源， 即基因突變、 基因重組和染色 體變異。教師可以舉幾個(gè)典型實(shí)例， 介紹三種變異的特點(diǎn)， 以及對(duì)基因頻率的影 響。在這里還應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，突變和重組都是隨機(jī)的、不定向的，因此，它們可以改 變基因頻率， 但不能決定基因頻率改變的方向， 也就是說， 它們只是提供了生物 進(jìn)化的原始材料， 不能決定生物進(jìn)化的方向。 生物進(jìn)化方向又是由什么因素決定 的呢？（引入自然選擇的作用） 探究“自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響”是本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)。 教師可以 依據(jù)教學(xué)班的實(shí)際情況， 以方便學(xué)生討論為原則， 將教學(xué)班分成若干個(gè)小組。 關(guān) 于探究活動(dòng)的教學(xué)，教師應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。1. 指導(dǎo)學(xué)生閱讀樺尺

12、蠖種群變化的資料 （教師可以導(dǎo)讀教材相關(guān)部分） ，依據(jù)這 些事實(shí)明確提出問題。2作出假設(shè)。針對(duì)事實(shí)和問題，依據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)背景提出假設(shè)。在這里，假 設(shè)可以是：黑褐色的生活環(huán)境，不利于淺色樺尺蠖的生存，對(duì)黑色樺尺蠖生存有 利，這種環(huán)境的選擇作用使該種群的 S基因的頻率越來越低，即自然選擇可以使 種群的基因頻率發(fā)生定向改變。3. 制定探究方案，可以根據(jù)學(xué)生情況靈活處理。一般情況下，可以直接使用教材 提供的問題情境。可以先指導(dǎo)學(xué)生，依據(jù)假設(shè)計(jì)算第2年的基因型頻率和基因頻 率，即：如果第1年種群個(gè)體數(shù)為100個(gè)，當(dāng)黑色 （表現(xiàn)型） 個(gè)體每年增加 10%寸，基因型為SS （黑色）個(gè)體第2年將會(huì)增加到11個(gè)，基因型為Ss （黑 色）個(gè)體第2年將增加到22個(gè)，基因型為ss （淺色） 個(gè)體第2年將減少到 63個(gè)。第2年種群個(gè)體總數(shù)為96個(gè)，基因型SS的頻率是11-96=11.5%基因 型Ss的頻率是22- 96=22.9%;基因型ss的頻率是63-96=65.6% 在學(xué)生理解 了計(jì)算方法后，可獨(dú)立計(jì)算以后年份的基因型頻率和基因頻率，從中找出規(guī)律。4. 在分析計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，應(yīng)要求學(xué)生討論教材中設(shè)置的兩個(gè)討論題。 使學(xué)生 理解，在黑色背景下，淺色樺尺蠖被天敵發(fā)現(xiàn)和捕食的幾率大于黑色的樺尺蠖，但不影響樺