2022年一基因頻率的改變和生物進化教案

1、名師精編 優(yōu)秀教案第 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容一 種群基因頻率的轉變與生物進化（第 25 課時）【教學目標】學問與技能1. 說明種群,種群基因庫、基因頻率的概念； 2. 運用數(shù)學方法爭論基因頻率的變化； 3. 說明突變和基因重組為生物進化供應原材料的緣由；4舉例說明自然挑選作用可以使種群基因頻率發(fā)生定向轉變過程與方法采納互動式教學模式,以老師供應爭論素材,組織引導同學討論、活動,最終由師生共同總結的形式進行；情感、態(tài)度、價值觀通過引導同學分析調查或試驗所取的數(shù)據(jù),培育同學以事實或試驗結果為依據(jù)得出結論的科學態(tài)度；通過教學活動, 培育同學“ 生物是進化來的”

2、 、“ 生物的進化與環(huán)境親密相關” 的思想觀念,幫忙 同學樹立辯證唯物主義的熟悉觀；【教學重點】1基因頻率的概念；2突變和基因重組、自然挑選在生物進化過程中的作用；【教學難點】1基因頻率的概念和運算方法；2自然挑選對種群基因頻率的影響；【學情分析】依據(jù)教學目標要求, 本節(jié)課的教學目標是讓同學懂得并應用基因頻率 的運算及運用數(shù)學方法爭論種群基因頻率的轉變；同學已經知道了孟德 爾遺傳定律的主要內容,只是認知水平仍有所欠缺,所以在教學中老師 只要引導同學懂得新的基因型是由不同的雌雄配子結合后而形成的就可 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 然挑選在進化中的作用；關于種群的

3、概念在生命系統(tǒng)的結構中已經有所 介紹了,因此難點部分只是基因頻率概念；突變和基因重組、自然挑選名師精編 優(yōu)秀教案在進化中的作用；【教學過程】導入：上節(jié)課我們學習了達爾文自然挑選學說的主要觀點,下面請同學 們依據(jù)該學說的基本觀點,分析下面的情境： “ 假如在灰色翅（基 因型為 aa）昆蟲的群體中偶然顯現(xiàn)一只綠色翅（基因型為 Aa）的 變異個體,且綠色比灰色更不易被捕食；那么,昆蟲的翅色將怎樣變化？”師結合同學的爭論進一步提出問題：1. 該變異對于昆蟲的存活有什么影響？2. 該綠色個體能始終生存下去嗎？3. 該綠色個體怎樣才能把它體內的基因A傳遞下去？4. 假如該個體與其他個體交配生殖,后代仍是綠

4、色翅嗎？生爭論回答：1. 該變異有利于昆蟲逃避天敵,增加生存并繁衍后代的機會；2. 生物個體總會由于各種各樣的緣由死亡,例如天敵的捕食、疾 病、衰老等等；3. 生物只有通過生殖繁衍后代才能將自己的基因傳遞下來；概括：個體的生命周期是有限的,沒有哪個個體可以長生不老,但有利 于變異的基因只有在群體中通過生殖才能連續(xù)；因此爭論生物的 進化,僅僅爭論個體的表現(xiàn)型是否與環(huán)境相適應是不夠的,仍需要爭論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：生活在肯定區(qū)域的同種生物的全部個體；強調對該概念的懂得：（1）兩個要素：“ 同種” 和“ 全部”（2）一個條件

5、：“ 肯定區(qū)域”（3）兩個方面：種群是生物繁衍的基本單位；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 機械地結合在一起；個體之間彼此可以交配,并通過繁衍將各自的基因 傳遞給后代；2、舉例判定名師精編 優(yōu)秀教案（1）一個池塘中的全部鯉魚；是（3）一片草地上的全部植物；不是（2）一個池塘中的全部魚；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,并不是機械的結合在一起；彼此可以交配實現(xiàn)基因溝通,并通過繁衍將各自的基因傳遞給后 代；爭論生物的進化必需爭論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

6、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）基因型頻率：在一個種群中,某種基因型個體在某種群中顯現(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、基因頻率的有關運算基因頻率的運算往往采納抽樣統(tǒng)計的方法；師供應例題,引導同學運算；（1）已知調查的各種基因型的個數(shù)運算基因頻率例 1：假設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 3

7、0、60、10,運算基因的頻率；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）/200=40%；某種基因的頻率 =該種群中此基因的數(shù)量 數(shù)的總和（2）已知基因型頻率求基因頻率/ 該種群中此基因和等位基因抽樣統(tǒng)計結果的出現(xiàn)方式有兩種；一種以基因型個數(shù)的方式出現(xiàn),仍 有一種以基因型的頻率顯現(xiàn)（說明基因型頻率的概念）；師提出問題：如 何依據(jù)基因型頻率運算基因頻率？例 2 假設某個昆蟲種群中有 因的頻率；30%的 AA、60% 的 Aa、10%的 aa,運算基A基因頻率 =30+1/2

8、 60=60a基因頻率 =10+1/2 60=40名師精編 優(yōu)秀教案師對同學運算結果進行評判,并引導同學歸納運算的方法和公式：某種基因頻率 =該基因純合體基因型的頻率+該基因雜合體基因型的頻率 1/2 ；種群中一對等位基因的頻率之和為 1 3、用數(shù)學方法爭論基因頻率的變化遺傳平穩(wěn)定理基因可以通過繁衍實現(xiàn)前后代基因的傳遞,那么,在繁衍傳遞過程中,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 的轉變呢？（引入教材摸索與爭論）例 1：假設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,運算基因的頻率；A基因頻率 = ；a基因頻

9、率 = （1）假設上述昆蟲的種群滿意以下幾點 : 該種群特別大； 全部的雌雄個體都能進行自由交配并產生后代； 沒有遷人和遷出； 自然挑選對不同表現(xiàn)型的個體作用等效； 這對基因不發(fā)生突變, 并且攜帶這對基因的染色體不發(fā)生變異；（2）依據(jù)孟德爾的分別規(guī)律運算： 從親本到所產生的配子 在有性生殖過程中, 在滿意上述條件的情形下, 這個種群產生的 A、a 的雄配子的比例是0.6:0.4 ；這個種群產生的A、a 的雌配子的比例是0.6:0.4 ；從配子的結合到子一代的基因型雄配子0.6A 0.4a雌配子0.6A 0.36AA 0.24Aa0.4a0.24Aa 0.16aa 從子一代的基因型到子一代的基因

10、頻率 A=36+1/2 48=60；a=16+1/2 48=40依據(jù)解析完成以下表格：親代基因型的頻率AA30% Aa60% a30% aa10% 配子的比率A30% A30% a10% 子一代基因型頻率AA36% Aa48% aa16% 子一代基因頻率名師精編優(yōu)秀教案a 40 A60% 子二代基因型頻率AA36% Aa48% aa16% 子二代基因頻率A60% a40 因此,通過運算子一代中的基因頻率沒有轉變,假如連續(xù)滿意這五個條件,那么這個種群的基因A 和基因 a 的頻率將永久保持不變,基因型的頻率也會始終保持不變；這就是聞名的 遺傳平穩(wěn)定理也稱哈代溫 伯格定理 由英國科學家哈代和德國科學

11、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、無自然挑選、無遷入遷出的條件下,種群的基因頻率和基因型頻率可以世代相傳,不發(fā)生變化,保持平穩(wěn)；如種群中,一等位基由于A和 a,設 A的基因頻率為 p,a 的基因頻率為 q,p+q=A%+a%=1,假如這個種群達到了遺傳平穩(wěn),那么遺傳平穩(wěn)定律可以寫成：（p+q）2=p 2+2pq+q 2=AA%+Aa%+aa%=1 p 2：代表純合子（基因型是2pq: 代表雜合子（基因型是q 2：代表純合子（基因型是AA）的基因型頻率 Aa）的基因型頻率aa）的基因型頻率即： AA=p 2 Aa=2pq aa= q2總結：遺傳平穩(wěn)所指的種群是抱負的

12、種群,在自然條件下,同時滿意以 上 5 個條件明顯是不行能的,這樣的種群是不存在的,這也從反 面說明白,自然界中種群的基因頻率肯定會發(fā)生變化,也就是說 種群的進化是必定的；二、突變和基因重組是產生進化的原材料 引入：在自然界中基因頻率總會發(fā)生轉變的,在影響種群基因頻率的五 個因素中,又以變異和自然挑選最為突出,接下來我們將具體討 論變異和自然挑選對種群基因頻率是如何影響的；通過問題導入的形式,層層深化講解：（1）全部的變異都能導致基因頻率的變化嗎？為什么？答：只有可遺傳的變異才能影響種群基因的組成,才能轉變基因頻率；（2）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

13、；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特別重名師精編 優(yōu)秀教案要的作用；（3）基因突變與基因頻率的轉變有什么關系呢 . 答：基因突變可以產生新的等位基因,是可遺傳變異的根原來源,是種群基因頻率轉變的基礎；（4）突變和基因重組對于種群遺傳組成的轉變一樣嗎？為什么？答：不一樣,由于只有基因發(fā)生轉變才能顯現(xiàn)新基因,才能豐富基 因庫,轉變基因頻率；重組可以增加基因型的種類；（5）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；為什么仍能夠作為生物進化的原材料呢 . 答：由于種群是由很多個體組成的；每個個體都有成千上萬個基因

14、,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；例如：10-5；如有一 每個果蠅約有 10 4對基因,假定每個基因的突變率都是 個中等數(shù)量的果蠅種群 約有10 8個個體 ,請同學們運算出每一代出 現(xiàn)的基因突變數(shù)是多少 . 每代顯現(xiàn)基因突變數(shù)是 2 10 4 10-5 10 8=2 l0 7個；這說明種群中每代產生的基因突變的數(shù)量是很大的,并通過繁衍得 到積存,成為基因頻率轉變的基礎；而且突變的有利或有害并不是 肯定的,而是相對的,它取決于生物的生存環(huán)境；（6）自然界的生物進化是有方向的,生物具有普遍的適應現(xiàn)象；突變和 基因重組

15、產生的變異有方向嗎？它們會使生物產生適應性嗎？突變和基因重組都是隨機的,不定向的,它只為進化供應原材料,不能打算生物進化的方向；在突變過程中產生了很多相應的等位基 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,從而使種群顯現(xiàn)大量的可遺傳變異；但是,這些變異的產生是不定向的,因此,無法定向轉變基因頻率,也就不能打算生物進化的方向；過渡：生物進化的方向是由什么因素打算的呢？請?zhí)骄肯旅娴膯栴} 三、自然挑選打算生物進化的方向 探究：自然挑選對種群基因頻率變化的影響 目的要求 學會用數(shù)字化問題情境的方法探究自然挑選在生物進化中 的作用 方案設計 名師精編 優(yōu)秀教案1、提出問題樺尺蠖種群中 S

16、基因（打算淺色性狀）的頻率為什么越來越低呢？2、作出假設自然挑選使樺尺蠖種群基因頻率 3、設計試驗_轉變；（1）創(chuàng)設數(shù)字化情形： 1870 年,樺尺蠖種群基因頻率如下：SS 10%、Ss 20%、ss 70%,S 基因頻率為 _%,s 基因頻率為 _%；在樹干變黑的環(huán)境下,不利淺色樺尺蠖的生存,淺色個體 每年削減 10%,黑色個體每年增加 10%；（2）運算 210 年間, SS、Ss、ss 三種基因型個體的相對數(shù)量變化相對個體數(shù)年份第 1 年第 2 年第 3 年第 4 年第 5 年第 6 年基因型SS 10 11 12.1 13.3 14.6 16.1 Ss 20 22 24.2 26.6

17、29.3 32.2 ss 70 63 56.7 51 45.9 41.3 （3）運算 SS、Ss、ss 基因型頻率及 S、s 基因頻率 基因型頻率 = 該基因型個體數(shù) 100% 100% 種群個體總數(shù) S 基因頻率 = 2SS 相對個體數(shù)Ss 相對個體數(shù)2種群個體總數(shù) s 基因頻率 = 1 S基因頻率 4、現(xiàn)象觀看：將運算結果記錄到下表頻率年份第 1 年第 2 年第 3 年第 4 年第 5 年第 6 年基因基因SS 10% 11.5% 13% 14.6% 16.2% 18% 型頻Ss 20% 22.9% 26% 29.2% 32.4% 36% 率ss 70% 65.6% 61% 56.1% 5

18、1.1% 46.1% 基因S 20% 23% 26% 29.3% 32.6% 35.9% 頻率S 80% 77% 74% 70.7% 67.4% 64% 5、試驗結論自然挑選使樺尺蠖種群中基因頻率_轉變； 誤區(qū)警示 每年的種群個數(shù)總數(shù)是變化的,所以運算式的分母并非總是名師精編 優(yōu)秀教案200,應當用個體相對數(shù)量表中的當年總數(shù)代入公式； 問題探究 1 、樹干變黑會影響樺尺蠖種群中淺色個體的誕生率嗎？為什 么？答：不影響；誕生率是指種群中單位數(shù)量個數(shù)在單位時間內產生新個體的數(shù)目取決于種群個體的繁衍才能與樹干變黑無關；2、在自然挑選中,直接受挑選的是基因型仍是表現(xiàn)型？為什么？答：表現(xiàn)型；表現(xiàn)型是基因

19、型的外在表現(xiàn)與環(huán)境直接作用；總結：從宏觀 性狀 和微觀 基因 兩方面分析生物進化的緣由；1. 從宏觀 性狀 上看進化過程為： 19世紀中期樺尺蠖的淺色性狀與 環(huán)境顏色相像,屬于愛護色,較能適應環(huán)境而大量生存；黑色性狀與環(huán)境顏色差異很大,不能適應環(huán)境,易被捕食者捕食；因此,突變產生后,后代的個體數(shù)受到限制；19世紀中期到 20世紀中期,由于地衣死亡,樺尺蠖棲息的樹干暴露并被煙熏黑,使得黑色性狀與環(huán)境顏色相像而大量 生存；淺色性狀與環(huán)境顏色差異很大,易被捕食者捕食而大量被剔除；表現(xiàn)為適者生存,不適者被剔除；2從微觀 基因 來看進化過程為： 19世紀中期以前,由于黑色基因 S 為不利變異基因,掌握的

20、性狀不能適應環(huán)境而受到限制,因此,當時 種群中淺色基因 s 的頻率為 95,黑色基因 S 的頻率為 5；到20世紀 中期由于黑色基因 S 掌握的性狀能適應環(huán)境而大量生存并繁衍后代,淺 色基因 s 掌握的性狀不能適應環(huán)境而大量被剔除,使后代數(shù)量大量減 少；結果淺色基因 s 的頻率下降為 5,黑色基因 S 的頻率上升為 95；結果是剔除了不利變異的基因,而保留了有利變異基因,通過遺傳逐步 積存；結論：由此可見, 種群中產生的變異是不定向的,經過長期的自然挑選,其中的不利變異被不斷剔除,有利變異就逐步積存,從而使種群 的基因頻率發(fā)生定向轉變, 導致生物朝著肯定的方向緩慢地進化；因此,生物進化的方向是

21、由自然挑選打算的；【課堂檢測】1. 以下生物屬于種群的是 A、一塊水田里全部的水稻、水草、魚、蝦及其他生物 B、一塊朽木上的全部真菌 C、一塊棉田中全部的幼蚜、有翅、無翅的成蚜 D、一個池塘中全部的魚名師精編 優(yōu)秀教案2. 對生物進化的方向起打算作用的是 A、基因重組 B、基因突變 C、染色體變異 D、自然挑選3. 曾經有一種治療感冒的新藥問世時,療效很高,幾年后療效漸低,因為感冒病毒具有了抗藥性,其根本緣由可能是 A、病毒接觸了藥物后,緩慢的產生了抗藥性B、病毒為了適應環(huán)境產生了抗藥性的變異C、抗藥性的顯現(xiàn)是挑選的結果D、后來藥量用少了,所以產生了抗藥性的變異4. 在一個種群中,隨機抽出肯定