種群基因組成的變化與物種的形成教案高一下學(xué)期生物人教版必修2

6.3種群基因組成的變化與物種的形成教案【教學(xué)目標(biāo)】1、通過對(duì)樺尺蠖的案例分析，感性認(rèn)識(shí)種群中普遍存在的變異是適應(yīng)與進(jìn)化的前提、自然選擇使有利表型積累，讓生物更好地適應(yīng)環(huán)境的觀點(diǎn)。2、通過運(yùn)用數(shù)學(xué)方法計(jì)算種群中基因頻率的改變，說出自然選擇的影響和進(jìn)化的本質(zhì)，并樹立用數(shù)學(xué)方法解決生物學(xué)問題的科學(xué)探究意識(shí)。3、初次得到的數(shù)學(xué)公式結(jié)果與現(xiàn)實(shí)形成認(rèn)知沖突，嘗試對(duì)模型修正和檢驗(yàn)，進(jìn)一步提升科學(xué)探究能力，總結(jié)影響生物進(jìn)化的因素?！窘虒W(xué)重難點(diǎn)】教學(xué)重點(diǎn)：1、物種與隔離的概念2、隔離在物種形成中的作用教學(xué)難點(diǎn)：1、區(qū)分種群和物種的概念2、隔離在物種形成中的作用【新課導(dǎo)入】新課導(dǎo)入先有雞還是先有蛋？甲同學(xué)說：當(dāng)然是先有雞蛋了，因?yàn)橹挥猩臣?xì)胞產(chǎn)生的基因突變才能遺傳給后代，體細(xì)胞即使發(fā)生了基因突變，也不能影響后代的性狀。乙同學(xué)說：不對(duì)，人們?cè)陴B(yǎng)雞過程中，是根據(jù)雞的性狀來選擇的，只讓符合人類需求的雞繁殖后代，因此是先有雞后有蛋。討論

1、到底是先有雞還是先有蛋這兩種觀點(diǎn)都有一定的道理，但都不全面。因?yàn)樗麄兒鲆暳穗u和蛋在基因組成上的一致性，也忽視了生物的進(jìn)化是以種群為單位而不是以個(gè)體為單位這一重要觀點(diǎn)。生物進(jìn)化的過程是種群基因庫在環(huán)境的選擇作用下定向改變的過程，以新種群與祖先種群形成生殖隔離為標(biāo)志，并不是在某一時(shí)刻突然有一個(gè)個(gè)體或一個(gè)生殖細(xì)胞成為一個(gè)新物種?！拘抡n講解】種群和種群基因庫教師：展示種群的圖片，講解種群的概念。一片樹林中的全部獼猴是一個(gè)種群，一片草地上的所有蒲公英也是一個(gè)種群。教師：一個(gè)種群其實(shí)就是一個(gè)繁殖的單位，雌雄個(gè)體可以通過繁殖將各自的基因遺傳給后代。教師：種群在繁衍過程中，個(gè)體有新老交替，但是基因卻代代相傳。比如蝗蟲，在秋天都會(huì)死去，但是有一部分蝗蟲完成了生殖，死前在土壤中埋下受精卵，在第二年，部分受精卵就會(huì)發(fā)育成蝗蟲。同一年的蝗蟲相比，新形成的蝗蟲種群在基因組成上會(huì)有什么變化？這就涉及到了種群的基因庫。教師：講解種群基因庫的含義和基因頻率的含義。以課本上的案例講解基因頻率的計(jì)算。教師：講解課本思考·討論的問題：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%，a占16%（3）子代種群的基因型頻率：A占60%，a占40%（4）種群的基因頻率會(huì)同子一代一樣。親代基因型的比值A(chǔ)A（30%）Aa（60%）aa（10%）配子的比值A(chǔ)（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（60%）a（40%）2.對(duì)自然界的種群而言，這5個(gè)條件是理想狀態(tài)，實(shí)際是不存在的，如種群數(shù)量不可能無限大：由于受地理隔離的作用，雌雄個(gè)體間會(huì)失去自由交配的機(jī)會(huì)；有個(gè)體的遷入、遷出；自然選擇會(huì)對(duì)翅色遺傳起選擇作用；基因突變頻率雖低，但卻是普遍存在的。以上事實(shí)說明，上述計(jì)算結(jié)果是在假設(shè)的理想條件下得到的。3.若種群產(chǎn)生新基因A2，會(huì)使種群的基因頻率發(fā)生變化?；駻2的頻率增大還是減少，要看這一突變對(duì)生物體有利還是有害。種群基因頻率的變化基因突變?cè)谧匀唤缡瞧毡榇嬖诘??；蛲蛔儺a(chǎn)生新的等位基因，這就可以使種群的基因頻率發(fā)生變化。思考：生物自發(fā)突變的頻率很低，而且大多數(shù)突變對(duì)生物體是有害的，那么，它為何還能夠作為生物進(jìn)化的原材料呢？由于種群是由許多個(gè)體組成，每個(gè)個(gè)體的細(xì)胞中都有成千上萬個(gè)基因，這樣，每一代就會(huì)產(chǎn)生大量的突變?！纠纭抗?組染色體上約有1.3×104個(gè)基因，假定每個(gè)基因的突變頻率都為105，對(duì)一個(gè)約有108個(gè)個(gè)體的果蠅種群來說，每一代出現(xiàn)的基因突變數(shù)是：2×1.3×104×10－5×108=2.6×107（個(gè)）突變的有害和有利也不是絕對(duì)的，這往往取決于生物的生存環(huán)境?！纠纭坑谐岬睦ハx中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)殘翅和無翅的突變類型，這類昆蟲在正常情況下很難生存下去。但是在經(jīng)常刮大風(fēng)的海島上，這類昆蟲卻因?yàn)椴荒茱w行而避免了被海風(fēng)吹到海里淹死?；蛲蛔儺a(chǎn)生的等位基因，通過有性生殖過程中的基因重組，可以形成多種多樣的基因型，從而使種群中出現(xiàn)多種多樣可遺傳的變異類型?？偨Y(jié)：突變和基因重組是隨機(jī)的、不定向的思考：種群基因頻率的改變是否也是不定向的呢？探究自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響英國的曼徹斯特地區(qū)有一種樺尺蛾（其幼蟲叫樺尺蠖）。它們夜間活動(dòng)，白天棲息在樹干上。雜交實(shí)驗(yàn)表明，樺尺蛾的體色受一對(duì)等位基因S和s控制，黑色(S)對(duì)淺色(s)是顯性的。在19世紀(jì)中葉以前，樺尺蛾幾乎都是淺色型的，該種群中S基因的頻率很低，在5%以下。到了20世紀(jì)中葉，黑色型的樺尺蛾卻成了常見的類型，S基因的頻率上升到95%以上。19世紀(jì)時(shí)，曼徹斯特地區(qū)的樹干上長滿了淺色的地衣。后來，隨著工業(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褐色。假設(shè)1870年，樺尺蛾種群的基因型頻率為SS10%,Ss20%,ss70%,S基因的頻率為20%。在樹干變黑這一環(huán)境條件下，假如樹干變黑不利于淺色樺尺蛾的生存，使得種群中淺色個(gè)體每年減少10%,黑色個(gè)體每年增加10%。第2~10年間，該種群每年的基因型頻率各是多少？每年的基因頻率是多少？（計(jì)算結(jié)果填入下表）（詳見課本）總結(jié)歸納：自然選擇定向改變種群的基因頻率自然選擇直接選擇表型而不是基因型。在自然選擇的作用下，種群基因頻率發(fā)生定向改變，導(dǎo)致生物朝著一定的方向不斷進(jìn)化在自然選擇的作用下，具有有利變異的個(gè)體更有機(jī)會(huì)產(chǎn)生后代，種群中控制有利變異表型的基因的頻率也會(huì)不斷提高；相反，具有不利變異的個(gè)體留下后代的機(jī)會(huì)少，種群中控制不利變異表型的基因的頻率會(huì)下降。自然選擇對(duì)種群基因頻率變化的影響教師布置學(xué)生閱讀教材P112~113“探究自然選擇對(duì)種群基因頻率的影響”的內(nèi)容，根據(jù)問題，作出假設(shè)，并通過數(shù)學(xué)方法來進(jìn)行探究，完成表格。教師提出問題：在這個(gè)探究實(shí)驗(yàn)中根據(jù)上面的數(shù)據(jù)分析，變黑的環(huán)境對(duì)樺尺蠖產(chǎn)生了什么樣的影響？變黑的環(huán)境對(duì)樺尺蠖淺色個(gè)體的出生率有影響嗎？（變黑的環(huán)境使控制淺色的s基因頻率減少，S基因頻率增加。許多淺色個(gè)體可能在沒有交配、產(chǎn)卵前就已被天敵捕食。）師生共同總結(jié)得出：自然選擇使基因頻率定向改變。教師提出問題：在自然選擇中，直接受選擇的是基因型還是表現(xiàn)型？（天敵看到的是樺尺蠖的體色（表現(xiàn)型）而不是控制體色的基因。）師生共同構(gòu)建模型：變異是不定向的→定向的自然選擇使得種群中的不利變異被淘汰，有利變異逐漸激烈→種群基因頻率發(fā)生定向改變→生物朝一定方向緩慢進(jìn)化。教師總結(jié)：在自然選擇的作用下，種群的基因頻率會(huì)發(fā)生定向改變，導(dǎo)致生物朝著一定的方向不斷進(jìn)化。物種的概念教師：引導(dǎo)學(xué)生閱讀課本內(nèi)容，并提問物種的概念是什么？（在遺傳學(xué)和生物進(jìn)化論的研究中，把能夠在自然狀態(tài)下相互交配并且產(chǎn)生可育后代的一群生物稱為一個(gè)物種。）教師：展示馬、驢和騾的圖片，講解馬和驢交配產(chǎn)生騾，而騾是不可育的，因此它們存在生殖隔離。因此它們屬于兩個(gè)物種。隔離及其在物種形成中的作用1.物種的概念：能夠在自然狀態(tài)下相互交配并且產(chǎn)生可育后代的一群生物稱為一個(gè)物種。2、隔離（1）概念：不同群體間的個(gè)體，在自然條件下基因不能自由交流的現(xiàn)象。（2）種類：①生殖隔離：不同物種之間一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能產(chǎn)生可育后代的現(xiàn)象。例如馬和驢交配產(chǎn)生不可育的螺，故馬和驢為不同物種。②地理隔離：同種生物由于地理障礙而分成不同的種群，使得種群間不能發(fā)生基因交流的現(xiàn)象。③地理隔離和生殖隔離的聯(lián)系由于長期地理隔離而沒有相互交配，沒有基因交流，形成了生殖隔離，它們形成兩個(gè)不同的亞種。（3）隔離的作用隔離使不同種群中的個(gè)體基因不能自由交換，種群基因庫會(huì)逐漸形成差異，久而久之，就會(huì)出現(xiàn)生殖隔離。（4）隔離的實(shí)質(zhì)：種群間基因不能自由交流。3、物種的形成（1）物種形成的三個(gè)基本環(huán)節(jié)：①突變和基因重組提供原材料②自然選擇使基因頻率定向改變③隔離是物種形成的必要條件（2）物種形成的比較常見的方式①漸變式（絕大多數(shù)）新物種的形成是生物與環(huán)境相互影響相互作用的結(jié)果。②爆發(fā)式短時(shí)間內(nèi)即可形成，如自然界中多倍體的形成。③人工創(chuàng)造新物種通過植物體細(xì)胞雜交（如番茄—馬鈴薯）、多倍體遠(yuǎn)