資源簡介

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、通過對樺尺蠖的案例分析，感性認(rèn)識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。
2、通過運用數(shù)學(xué)方法計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。
3、初次得到的數(shù)學(xué)公式結(jié)果與現(xiàn)實形成認(rèn)知沖突，嘗試對模型修正和檢驗，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。
【教學(xué)重難點】
教學(xué)重點：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：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，因為只有生殖細(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，人們在養(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
這兩種觀點都有一定的道理，但都不全面。因為他們忽視了雞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體為單位這一重要觀點。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，并不是在某一時刻突然有一個個體或一個生殖細(xì)胞成為一個新物種。
【新課講解】
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種群，一片草地上的所有蒲公英也是一個種群。
教師：一個種群其實就是一個繁殖的單位，雌雄個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，個體有新老交替，但是基因卻代代相傳。比如蝗蟲，在秋天都會死去，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）種群的基因頻率會同子一代一樣。
親代基因型的比值 AA（30%） Aa（60%） aa（10%）
配子的比值 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（60%） a（40%）
2.對自然界的種群而言，這5個條件是理想狀態(tài)，實際是不存在的，如種群數(shù)量不可能無限大：由于受地理隔離的作用，雌雄個體間會失去自由交配的機(jī)會；有個體的遷入、遷出；自然選擇會對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。以上事實說明，上述計算結(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，會使種群的基因頻率發(fā)生變化。基因A2的頻率增大還是減少，要看這一突變對生物體有利還是有害。
種群基因頻率的變化
基因突變在自然界是普遍存在的?；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體組成，每個個體的細(xì)胞中都有成千上萬個基因，這樣，每一代就會產(chǎn)生大量的突變。
【例如】果蠅1組染色體上約有1.3×104個基因，假定每個基因的突變頻率都為10-5，對一個約有108個個體的果蠅種群來說，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）
突變的有害和有利也不是絕對的，這往往取決于生物的生存環(huán)境。
【例如】有翅的昆蟲中有時會出現(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，這類昆蟲卻因為不能飛行而避免了被海風(fēng)吹到海里淹死。
基因突變產(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。
總結(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，白天棲息在樹干上。雜交實驗表明，樺尺蛾的體色受一對等位基因S和s控制，黑色(S)對淺色(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，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%,Ss 20%,ss 70%,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，使得種群中淺色個體每年減少10%,黑色個體每年增加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，具有有利變異的個體更有機(jī)會產(chǎn)生后代，種群中控制有利變異表型的基因的頻率也會不斷提高；相反，具有不利變異的個體留下后代的機(jī)會少，種群中控制不利變異表型的基因的頻率會下降。
自然選擇對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：在這個探究實驗中根據(jù)上面的數(shù)據(jù)分析，變黑的環(huán)境對樺尺蠖產(chǎn)生了什么樣的影響？變黑的環(huán)境對樺尺蠖淺色個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物種。
2、隔離
（1）概念：不同群體間的個體，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，它們形成兩個不同的亞種。
（3）隔離的作用
隔離使不同種群中的個體基因不能自由交換，種群基因庫會逐漸形成差異，久而久之，就會出現(xiàn)生殖隔離。
（4）隔離的實質(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)緣雜交（如甘藍(lán)—胡蘿卜）、多倍體育種（如八倍體小黑麥）等方式也可以創(chuàng)造新物種。
（3）新物種的形成過程
4、物種形成和生物進(jìn)化的比較
【板書】
6.3種群基因組成的變化
一、種群和種群基因庫
二、種群基因頻率的變化
三、自然選擇對基因頻率的影響
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

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