高中生物種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化教案6新人教版必修

1、第2節(jié) 現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容一、教學(xué)目標(biāo) 1.解釋種群、種群基因庫(kù)、基因頻率等概念。2.運(yùn)用數(shù)學(xué)方法討論種群基因頻率的變化。3.說(shuō)明現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容。4.舉例說(shuō)明共同進(jìn)化和生物多樣性形成的原因。5.形成生物進(jìn)化的觀點(diǎn)和生物進(jìn)化理論在發(fā)展的觀念。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(guò)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。三、教學(xué)策略上節(jié)介紹了達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)的主要內(nèi)容，在分析該學(xué)說(shuō)貢獻(xiàn)的同時(shí)，討論了它的局限性，為修正、深入和

2、擴(kuò)展達(dá)爾文自然選擇學(xué)說(shuō)埋下了伏筆，也為本節(jié)繼續(xù)討論現(xiàn)代生物進(jìn)化理論奠定了基礎(chǔ)。本節(jié)是本章教學(xué)的重點(diǎn)，可安排4課時(shí)。本節(jié)的引入，可以從達(dá)爾文自然選擇學(xué)說(shuō)中某些觀點(diǎn)，與現(xiàn)代遺傳學(xué)所揭示的遺傳和變異的本質(zhì)之間引發(fā)的問題沖突開始，通過(guò)問題探討，使學(xué)生初步了解一種生物個(gè)體的有利變異的基因，只有在該種生物的某一群體中才能傳遞、擴(kuò)散，這個(gè)群體就是種群，種群是生物進(jìn)化的基本單位。引發(fā)沖突的問題可大可小，可繁可簡(jiǎn)，可具體可抽象。例如，某種昆蟲的翅色是灰色(基因型為aa)，偶然出現(xiàn)一綠色的變異個(gè)體（基因型為Aa），如果綠色翅與灰色翅比較，更適應(yīng)環(huán)境。按照達(dá)爾文“適者生存，不適者淘汰”的觀點(diǎn)，這一有利變異的個(gè)體能永

3、遠(yuǎn)生存下去嗎？該個(gè)體中的有利基因A，怎樣才能世代傳衍下去？即使Aa的個(gè)體能夠繁殖，后代都是綠色個(gè)體嗎？通過(guò)該問題的探討，可以使學(xué)生發(fā)現(xiàn)，某個(gè)體的有利變異的基因只有在群體中，通過(guò)有性生殖才能世代延續(xù)，另外有利變異個(gè)體（Aa）的有性生殖的后代，還會(huì)出現(xiàn)aa的個(gè)體。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變化，這個(gè)群體就是種群（提出種群的概念）。關(guān)于種群的概念，教師可以通過(guò)幾個(gè)具體的種群實(shí)例，歸納出以下幾點(diǎn)：種群與種的區(qū)別；種群是繁殖的單位；研究生物性狀的維持和變化不能立足于個(gè)體的變化，只能以種群為單位。因此，要從研究種群中全部個(gè)體所含有的全部基因

4、入手（引出基因庫(kù)的概念）。對(duì)于基因庫(kù)的概念，學(xué)生是容易理解的，不必花費(fèi)過(guò)多的時(shí)間。在此，教師應(yīng)該指出，基因頻率是分析和描述基因庫(kù)中基因組成的重要概念，并指導(dǎo)學(xué)生練習(xí)計(jì)算基因頻率的方法。在學(xué)生理解了基因庫(kù)的基本含義，以及學(xué)會(huì)了基因頻率的計(jì)算方法后，教師可以引出：一個(gè)種群基因庫(kù)中的基因頻率，在子代又會(huì)怎樣呢？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

5、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(shuō)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(guò)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(shuō)種群的進(jìn)化是必然的。（第一課時(shí)可到此

6、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)生回答可遺傳變異的來(lái)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(shuō)，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)

7、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(lái)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?？梢韵戎笇?dǎo)學(xué)生，依據(jù)假設(shè)計(jì)算第2年的基因型頻率和

8、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%時(shí)，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1196=11.5%；基因型Ss的頻率是2296=22.9%；基因型ss的頻率是6396=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

9、的樺尺蠖，但不影響樺尺蠖的生存和繁殖，直接受選擇的是表現(xiàn)型。探究之后，教師應(yīng)強(qiáng)調(diào)，在自然選擇的作用下，可以使基因頻率發(fā)生定向改變，決定生物進(jìn)化的方向。（第二課時(shí)可到此結(jié)束）關(guān)于“隔離與物種的形成”內(nèi)容的教學(xué)，可直接使用教材中的引言，引出物種的概念。指出人們是如何定義物種的，至于為什么如此定義物種可以不深究，教師應(yīng)著重引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)物種定義，舉例說(shuō)明并區(qū)分物種。學(xué)生理解物種概念后，教師可以再提出曼徹斯特地區(qū)的樺尺蠖，雖然基因頻率發(fā)生很大的定向變化，但并沒有形成新物種的原因，并通過(guò)師生討論得出，只要物種的種群之間和種群內(nèi)部個(gè)體之間，沒有形成生殖隔離，基因交流就不會(huì)停止，遺傳組成的差異就不會(huì)拉大，新物

10、種就難以形成。什么因素可以阻止種群間基因交流呢？由此可引出隔離的概念。學(xué)生初步理解隔離的概念之后，可以安排學(xué)生討論隔離的各種可能的方式，教師歸納出隔離的類型。然后組織學(xué)生閱讀分析教材中的“資料分析”，組織討論“資料分析”中提出的幾個(gè)問題。最后教師應(yīng)強(qiáng)調(diào)，一般情況下，地理隔離是生殖隔離的先決條件，生殖隔離一旦形成，原來(lái)屬于一個(gè)物種的兩個(gè)種群，就成了兩個(gè)物種。（第三課時(shí)可到此結(jié)束）關(guān)于“共同進(jìn)化與生物多樣性的形成”內(nèi)容的教學(xué)，可以學(xué)生自學(xué)為基礎(chǔ)，教師提出一些具有啟發(fā)性的問題，師生共同歸納總結(jié)的方式推進(jìn)教學(xué)過(guò)程。使學(xué)生理解共同進(jìn)化的含義，無(wú)機(jī)環(huán)境的變化、無(wú)機(jī)環(huán)境的復(fù)雜化和多樣化、有性生殖的出現(xiàn)和生態(tài)

11、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化和多樣化對(duì)生物多樣性形成的作用。最后，組織學(xué)生討論生物進(jìn)化理論在發(fā)展。四、答案和提示（一） 問題探討提示：學(xué)生可以按如下思路展開想像：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。（二）思考與討論一1.（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）親代基因型的頻率AA（30%）Aa（60%）aa(10%)配子的比率A(30%)A(30%)a(30%)a(10%)子代基因型頻率AA(36%)Aa(48%)aa(16%)子代基因頻率A(

12、60%)a(40%)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(lái)說(shuō)，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.突變產(chǎn)生新的基因會(huì)使種群的基因頻率發(fā)生變化。基因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。（三）探究1.樹干變黑會(huì)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。（四）資料分析1.由于這兩個(gè)種群的個(gè)體數(shù)量都不夠多，基因頻率可能是不一樣的。2.不一樣。因?yàn)橥蛔兪请S機(jī)發(fā)生的。3.不同島嶼的地形和植被條件不一樣

13、，因此環(huán)境的作用會(huì)有差別，導(dǎo)致種群基因頻率朝不同的方向改變。4.不會(huì)。因?yàn)閭€(gè)體間有基因的交流。（五）旁欄思考題最先在裸露的巖石上生長(zhǎng)的植物往往是地衣，地衣的出現(xiàn)促進(jìn)巖石的分解，形成土壤，為苔蘚植物的生長(zhǎng)創(chuàng)造條件。（六）技能訓(xùn)練1.假說(shuō)甲：紅褐色魚和金黃色魚起源于同一種灰色魚。假說(shuō)乙：湖中原來(lái)只有紅褐色魚，湖中原來(lái)只有金黃色魚，發(fā)洪水時(shí)，這兩個(gè)湖中的魚發(fā)生混雜在一起。2.假說(shuō)甲沒有考慮到隔離在物種形成中的作用，也沒有考慮洪水的作用。3.這一證據(jù)支持假說(shuō)乙。4.如果紅褐色魚和金黃色魚不能雜交，或雜交后不能產(chǎn)生可育后代，說(shuō)明它們不是一個(gè)物種。（七）思考與討論二1.最早出現(xiàn)的生物是厭氧的單細(xì)胞生物，它

14、們生活在海洋中。2.多細(xì)胞生物大約是在寒武紀(jì)出現(xiàn)的，它們生活在海洋中。3.最早登陸的生物是植物，否則動(dòng)物登陸后就會(huì)餓死。4.當(dāng)時(shí)陸地上還是一片荒蕪，生物都生活在海洋中。5.恐龍是在中生代后期絕滅的。物種絕滅對(duì)生物多樣性的影響是復(fù)雜的。恐龍的絕滅有利于哺乳動(dòng)物的繁盛。（八）第一小節(jié)練習(xí)基礎(chǔ)題1.C。2.C。3.C。4.突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料。如果沒有突變，就不可能產(chǎn)生新的等位基因，基因重組也就沒有意義，生物就不可能產(chǎn)生可遺傳的變異，也就不可能進(jìn)化。拓展題1.提示：如選擇育種和雜交育種。2.提示：如果氣候等其他條件也合適，并且這個(gè)種群具有一定的繁殖能力，該種群的個(gè)體數(shù)會(huì)迅速增加。否則，也可

15、能仍然處于瀕危狀態(tài)甚至絕滅。（九）第二小節(jié)練習(xí)基礎(chǔ)題1.（1）；（2）；（3）。2.生活在峽谷北側(cè)的種群發(fā)生了突變，由于突變的隨機(jī)性，同樣的突變沒有發(fā)生在峽谷南側(cè)的種群中。由于這兩個(gè)種群被河流隔開，彼此沒有交配的機(jī)會(huì)，也就是沒有基因的交流，所以兩個(gè)種群發(fā)生明顯的分化，有可能演變成兩個(gè)物種。拓展題提示：雄虎和雌獅雜交生出的后代是虎獅獸，雄獅和雌虎雜交生出的后代是獅虎獸。目前還沒有虎獅獸和獅虎獸交配并生出可育后代的證據(jù)。對(duì)人們讓虎和獅雜交生出更具觀賞價(jià)值后代的做法，學(xué)生可自由發(fā)表看法。補(bǔ)充資料：1981年，世界首例獅虎獸誕生于法國(guó)，2001年病死。2002年8月22日，我國(guó)首例虎獅獸在南京紅山動(dòng)物園降生，僅7 d就夭折了。2002年9月2日，在福州國(guó)家森林公園動(dòng)物樂園降生了3只虎獅獸，僅1只成活。2003年3月27日，在湖南長(zhǎng)沙世界之窗降生了1只虎獅獸。國(guó)內(nèi)還有從國(guó)外引進(jìn)獅虎獸進(jìn)行飼養(yǎng)、供游人觀賞的事例。對(duì)于讓虎和獅雜交的做法，有專家認(rèn)為這在科學(xué)研究上價(jià)值不大，但是在商業(yè)上具有一定價(jià)值。有專家認(rèn)為，對(duì)待野生珍稀動(dòng)物，人類最應(yīng)當(dāng)做的是進(jìn)行保護(hù)，讓它們自然繁殖，而不是人為改變其自然繁殖體系。（十）第三小節(jié)練習(xí)基礎(chǔ)題1.（1）；（2）；（3）。2.C。3.有性生殖的出現(xiàn)，使基因重組得以實(shí)現(xiàn)，增