7.2《現(xiàn)代生物進(jìn)化理論的主要內(nèi)容》教案蔡碧芬

1、第2節(jié) 現(xiàn)代進(jìn)化理論的內(nèi)容廈門(mén)三中 蔡碧芬教學(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。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。課時(shí)安排 4課時(shí)教學(xué)過(guò)程： 第1課時(shí)一 種群基因頻率的改變與生物進(jìn)化引入 復(fù)習(xí)達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說(shuō)的主要內(nèi)容，

2、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)。情景 如果在灰色翅（基因型為aa)昆蟲(chóng)的群體中偶然出現(xiàn)一只綠色翅（基因型為Aa)的變異個(gè)體，且綠色個(gè)體比灰色個(gè)體更不容易被敵害發(fā)現(xiàn)。思考 1、根據(jù)達(dá)爾文自然選擇學(xué)說(shuō)的觀點(diǎn),該綠色個(gè)體容易被選擇下來(lái)嗎？為什么？（容易。因?yàn)樵搨€(gè)體的表現(xiàn)型適應(yīng)環(huán)境。）2、這一有利變異的個(gè)體能永遠(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？（在自然界中，沒(méi)有哪一個(gè)體是長(zhǎng)生不死的，個(gè)體的表現(xiàn)型也會(huì)隨著個(gè)體的死亡而消失，但決定表現(xiàn)型的

3、基因卻可以通過(guò)有性生殖才傳給后代，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。）所以研究生物進(jìn)化，應(yīng)該以什么為研究對(duì)象？（種群。引出：種群的生物進(jìn)化的基本單位）為什么說(shuō)個(gè)體不是生物進(jìn)化的基本單位？(認(rèn)識(shí)生物界最直觀、最具體的對(duì)象是生物個(gè)體，因?yàn)樯锏幕咎卣魇求w現(xiàn)在個(gè)體上的：繁殖、遺傳和變異都發(fā)生在個(gè)體上。因此，達(dá)爾文視生物個(gè)體為進(jìn)化的基本單位，認(rèn)為自然選擇作用的是個(gè)體，進(jìn)化表現(xiàn)為個(gè)體在遺傳組成和性狀上的改變?，F(xiàn)代進(jìn)化論的研究表明，個(gè)體不是進(jìn)化的基本單位，理由如下。（1）就原核生物和無(wú)性繁殖的真核生物來(lái)說(shuō)，來(lái)自同一親本的無(wú)性繁殖

4、系是由遺傳上相同的個(gè)體組成的，同一克隆內(nèi)的個(gè)體之間沒(méi)有遺傳差異，自然選擇作用的是無(wú)性繁殖系。（2）對(duì)于有性生殖的生物來(lái)說(shuō)，個(gè)體的基因型是終身不變的，無(wú)論它在自然選擇中具有多大優(yōu)勢(shì)，其基因型也不可能一成不變地傳給下一代個(gè)體，這是因?yàn)閭€(gè)體的基因組成來(lái)自父母雙方。但是就一個(gè)種群來(lái)說(shuō)，種群中全部基因的總和（基因庫(kù)）卻可以在傳宗接代過(guò)程中維持相對(duì)穩(wěn)定，因此，自然選擇作用的是種群，本質(zhì)上是種群基因庫(kù)。也可以這樣理解：種群中個(gè)體的基因來(lái)自種群基因庫(kù)，個(gè)體死亡后又通過(guò)其后代把基因歸還給基因庫(kù)。如果一個(gè)個(gè)體不能與種群中其他個(gè)體交配產(chǎn)生后代，這個(gè)個(gè)體在進(jìn)化上就沒(méi)有意義。)一、種群是生物進(jìn)化的基本單位1. 種群的定

5、義： 請(qǐng)看課本P114。思考：怎樣的一群個(gè)體可以稱為種群呢？（生活在一定區(qū)域的同種生物的全部個(gè)體叫做種群。）舉例說(shuō)明：下列屬于種群的是 A.一塊水田里的全部水稻、水草 B.一塊稻田里的全部幼蚜、有翅、無(wú)翅的成蚜 C.一塊朽木上的全部真菌 D.一個(gè)池塘中全部魚(yú)2. 種群的特點(diǎn)思考: 上例中，如果該綠色個(gè)體能很好的生活下來(lái)，它體內(nèi)的A基因一定能夠傳遞給后代？由此得到什么啟示？（不一定。只有正常生殖并個(gè)體之間交配才能傳遞給后代，以在群體中擴(kuò)散。啟示：個(gè)體不是進(jìn)化的基本單位（板書(shū)），一個(gè)個(gè)體適應(yīng)能力無(wú)論多強(qiáng)，如果它的基因不能傳給后代，它在進(jìn)化上就沒(méi)有貢獻(xiàn)，如騾。）種群內(nèi)的個(gè)體是機(jī)械地集合在一起的嗎？它

6、有什么意義？ （不是。種群的個(gè)體之間具有年齡和性別的差別，并不是機(jī)械地結(jié)合在一起。個(gè)體之間彼此可以交配，并通過(guò)繁殖將各自的基因傳遞給后代。因此說(shuō)，種群也是生物繁殖的基本單位。）注意: 一個(gè)生物的“種”或“物種”與種群又有什么區(qū)別呢？（物種可以分布在不同的自然界的不同區(qū)域，只有在可以發(fā)生隨即交配、繁衍，使基因能夠世代傳得一定區(qū)域內(nèi)的同種全部個(gè)體的集合才是一個(gè)種群。 自然界的物種實(shí)際上是以一個(gè)個(gè)種群存在的，種群是物種繁衍、進(jìn)化的基本單位。）它為研究生物與環(huán)境的關(guān)系和物種的變化帶來(lái)了方便。 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？由此人們提出了

7、基因庫(kù)、基因頻率的概念。3. 基因庫(kù)、基因頻率 請(qǐng)看課本P115。思考。一個(gè)種群所含有的全部基因，叫做這個(gè)種群的基因庫(kù)。 不同的基因在種群的基因庫(kù)中所占的比例是不同的。例如：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，絕大多數(shù)人表現(xiàn)正常。我們把某種基因在某個(gè)種群中出現(xiàn)的比例叫做基因頻率。 你能參照上述兩概念試著給“基因型頻率”下定義嗎？（什么叫基因型頻率？）在一個(gè)種群中，某種基因型個(gè)體占全部個(gè)體的比率，叫做基因型頻率。 怎樣才能知道某種基因的基因頻率呢？我們可以通過(guò)抽樣調(diào)查的方法獲得。 引導(dǎo)學(xué)生計(jì)算這樣一個(gè)例子P115：從某種生物的種群中隨機(jī)抽出1

8、00個(gè)個(gè)體，測(cè)知其基因型分別為AA、Aa、aa的個(gè)體分別為30、60和10個(gè)，問(wèn)其中A基因頻率為多少？a基因頻率為多少？ 解法一：通過(guò)基因型計(jì)算基因頻率，就AA、Aa、aa來(lái)說(shuō)，每個(gè)個(gè)體可認(rèn)為含有2個(gè)基因，則100個(gè)個(gè)體共有200個(gè)基因： A基因頻率=（230+60）200=60% a基因頻率=（210+60）200=40% 解法二：通過(guò)基因型頻率計(jì)算基因頻率，即一個(gè)等位基因的頻率等于它的純合體頻率與1/2雜合體頻率之和，則： A基因頻率=30%+60%=60% B基因頻率=10%+60%=40% 從上述可知，種群中一對(duì)等位基因的頻率之和等于1（其基因型頻率之和也等于1）。練習(xí):1、在一個(gè)種群

9、種隨即抽取一定的數(shù)量的個(gè)體，其中AA、Aa、aa的個(gè)體分別占24%、72%、4%、那么A、a的基因頻率是多少？（ D ）A.36%和64% B.57%和43% C.24%和72% D.60%和40%2、從某生物種群中隨機(jī)抽出1000個(gè)個(gè)體，測(cè)知基因型為BB、Bb、bb的個(gè)體分別為300個(gè)、600個(gè)和100個(gè)。 （1）在這1000個(gè)個(gè)體中，B基因有_；其基因頻率為_(kāi)。 （2）在這1000個(gè)個(gè)體中，b基因有_；其基因頻率為_(kāi)。 答案：（1）1200 60%(2)800 40% 3、某工廠有男女職工各200名，對(duì)他們進(jìn)行調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，女性色盲基因的攜帶者為15人，患者5人，男性患者11人。那么這個(gè)群體

10、中色盲基因的基因頻率為多大？ 【解析】由于色盲基因及其等位基因只存在于X染色體上，而Y染色體上沒(méi)有，因此該等位基因的總數(shù)為XB+Xb=2002+2001=600，色盲基因的總數(shù)為Xb =151+52+111=36，因此，這個(gè)群體中色盲基因的基因頻率為36600100%=6%。 【答案】 6% 注意：思考：種群中某種基因的頻率是一直不變呢，還是不斷變化呢？4. 用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的改變 P115假設(shè)讓上述昆蟲(chóng)個(gè)體間都能自由交配，依據(jù)孟德?tīng)栠z傳定律計(jì)算：(1)請(qǐng)計(jì)算并填寫(xiě)下表。親代基因型的頻率AA (30%)Aa (60%)Aa (10%)配子的頻率A(30%)A(30%)a(30%)A(10

11、%)子代基因型頻率AA (36%)Aa (48%)Aa (16%)子代基因頻率A(60%) a(40%)（2）再試著計(jì)算子二代、子三代的基因頻率與基因型頻率。從計(jì)算結(jié)果看，分析一下各代基因頻率與基因型頻率相同嗎？ 親代子一代子二代子三代基因型頻率AA30%36%36%36%Aa60%48%48%48%aa10%16%16%16%基因頻率A60%60%60%60%A40%40%40%40% 結(jié)論： 基因頻率在親子代間是穩(wěn)定不變的子二代和子三代等的基因頻率和基因型頻率與子一代的相同?；蛐皖l率到子二代也會(huì)穩(wěn)定下來(lái)。如果種群基因頻率與基因型頻率世代穩(wěn)定不變的話，生物就無(wú)法進(jìn)化，顯然與事實(shí)不符。自然界

12、種群的基因頻率會(huì)世代穩(wěn)定不變嗎？為什么？（歸納保證種群的基因頻率世代穩(wěn)定不變的5種因素。）種群數(shù)量足夠大，全部的雌雄個(gè)體間都能自由交配并能產(chǎn)生后代，沒(méi)有遷入與遷出，AA、Aa、aa三種基因型昆蟲(chóng)的生存能力完全相同（也就是說(shuō)自然選擇對(duì)A、a控制的翅型性狀沒(méi)有作用），基因A和a都不產(chǎn)生突變，并且攜帶這對(duì)基因的染色體不發(fā)生變異（可導(dǎo)致基因數(shù)目的變化）。（遺傳平衡狀態(tài)）如果用p代表基因Y的頻率，q代表基因y的頻率。那么，遺傳平衡定律（也稱哈代溫伯格平衡）可以寫(xiě)成：（p+q）2=p2+2pq+q2=1p2代表一個(gè)等位基因（如Y）純合子的頻率，q2代表另一個(gè)等位基因（如y）純合子的頻率，2pq代表雜合子（

13、如Yy）的頻率。如果一種群達(dá)到了遺傳平衡，其基因型頻率應(yīng)當(dāng)符合 p2+2pq+q2=1。（3）上述計(jì)算結(jié)果是在滿足五個(gè)假設(shè)條件的基礎(chǔ)上計(jì)算的，對(duì)自然界的種群來(lái)說(shuō)，這五個(gè)條件都能成立嗎？補(bǔ)充：分析5種因素對(duì)基因頻率的影響。（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。） 特別是如果第點(diǎn)假設(shè)成立這與前面我們所學(xué)的基因突變的哪個(gè)特性相違背？（普遍性，變異是絕對(duì)的）變異是影響基因頻率的根本原因。遺傳平衡所指的種群是理想的種群，在自然條件下，這樣的種群是不存在的。這也從反面說(shuō)明了在自然界中，種群的基因頻率遲早要發(fā)生變化，也就是說(shuō)種群的進(jìn)化是必然的

14、。補(bǔ)充：遺傳漂變及其在生物進(jìn)化中的作用（在群體遺傳學(xué)中，把由于小群體引起的基因頻率隨機(jī)減少甚至丟失的現(xiàn)象稱為遺傳漂變。例如，在一個(gè)種群中，某種基因的頻率為1%，如果這個(gè)種群有100萬(wàn)個(gè)個(gè)體，含這種基因的個(gè)體數(shù)就有成千上萬(wàn)個(gè)。如果這個(gè)種群只有50個(gè)個(gè)體，那么就意味著只有一個(gè)個(gè)體具有這種基因。在后一種情況下，可能會(huì)由于這個(gè)個(gè)體偶然死亡或沒(méi)有交配，而使這種基因在種群中消失。一般來(lái)說(shuō)，種群越小，遺傳漂變就越顯著?？梢?jiàn)遺傳漂變也是造成種群基因頻率變化的原因。一個(gè)遷入新生境的種群，如果初始數(shù)量較小，種群基因頻率很可能因遺傳漂變發(fā)生變化，造成與原來(lái)所在種群的差異，可見(jiàn)遺傳漂變?cè)谶M(jìn)化上有重要作用。）（4）通過(guò)

15、上述舉例，我們可以得出什么結(jié)論？（在自然狀態(tài)下，種群內(nèi)個(gè)體繁殖若干代后，基因頻率會(huì)發(fā)生改變的。同時(shí)就此說(shuō)明：變化是永恒的、是絕對(duì)的，假想狀態(tài)是不存在的，樹(shù)立學(xué)生培養(yǎng)學(xué)生理想與現(xiàn)實(shí)、絕對(duì)與相對(duì)、運(yùn)動(dòng)與靜止的對(duì)立統(tǒng)一的觀點(diǎn)。）（5）請(qǐng)回到“探究活動(dòng)一”，思考：假設(shè)基因A是由基因a個(gè)體突變而來(lái)，基因的頻率占的很低，且?guī)в谢虻膫€(gè)體不易不敵害發(fā)現(xiàn)，試想想，若干代（很長(zhǎng)時(shí)間）后，基因的頻率將會(huì)怎樣？綠色個(gè)體數(shù)應(yīng)該怎樣？由若干年前的全灰色翅種群，變?yōu)榫G色個(gè)體占多數(shù)的種群，這表明什么？這一變化的根本原因是由于什么的變化引起的？由此得出什么結(jié)論？（增加。 增加。表明生物在進(jìn)化。基因頻率的變化引起的。由此得出：

16、生物進(jìn)化的實(shí)質(zhì)是基因頻率的改變。）小結(jié)：（1）種群是生物進(jìn)化的單位，同時(shí)也是生物繁殖的單位。（2）種群的基因庫(kù)中，某種基因頻率不是一成不變的，而是在不斷改變的。（3）生物進(jìn)化的過(guò)程實(shí)質(zhì)就是種群基因頻率發(fā)生變化的過(guò)程。 二、突變和基因重組產(chǎn)生進(jìn)化的原材料 講述：在前面我們知道了變異是影響基因頻率的根本原因。那么所有的變異都能導(dǎo)致基因頻率的變化嗎？（可遺傳的變異可以引起。那么，可遺傳的變異的來(lái)源有哪幾個(gè)方面呢？ （回答：基因突變、基因重組和染色體變異。） 其中，我們把基因突變和染色體變異統(tǒng)稱為突變。那么突變和基因重組對(duì)種群基因頻率的變化的影響是一樣嗎？為什么？在突變過(guò)程中產(chǎn)生了許多相應(yīng)的等位基因。

17、通過(guò)有性生殖過(guò)程中的基因重組，形成了多種多樣的基因型，從而使種群出現(xiàn)大量的可遺傳變異。小結(jié)：基因突變可以產(chǎn)生新的等位基因，是可遺傳變異的根本來(lái)源，是基因頻率改變的基礎(chǔ)。 根據(jù)我們所知道的基因突變的特點(diǎn)，我們知道：自然界中生物的自然突變頻率很低，而且一般對(duì)生物體是有害的。為什么還能夠改變種群中的基因頻率呢？（學(xué)生討論后得出結(jié)論） 這是因?yàn)榉N群是由許多個(gè)體組成的。每個(gè)個(gè)體都有成千上萬(wàn)個(gè)基因，雖然每個(gè)基因的突變率都很低，但每個(gè)種群的每一代都會(huì)產(chǎn)生大量的突變基因，所以對(duì)于種群來(lái)說(shuō)發(fā)生突變的數(shù)量是很大的。 例如：每個(gè)果蠅約有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

18、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？ （由學(xué)生計(jì)算得出）每代出現(xiàn)基因突變數(shù)是2107個(gè)。這說(shuō)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(guò)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，而是相對(duì)的，它取決于生物的生存環(huán)境。上節(jié)課我們觀看了英國(guó)曼徹斯特地區(qū)19世紀(jì)中期到20世紀(jì)中期淺色樺尺蠖和黑色樺尺蠖比例變化的畫(huà)面。在19世紀(jì)中期，黑色基因是基因突變產(chǎn)生的，對(duì)樺尺蠖的生存是有害的；但隨著英國(guó)工業(yè)的發(fā)展，樺尺蠖生存的環(huán)境發(fā)生改變，有害的黑色基因變?yōu)橛欣幕颉?也就是說(shuō)，突變和基因重組引起了可遺傳的變異，對(duì)生物的進(jìn)化起到了非常重要的作用。但是，這

19、些變異的產(chǎn)生是不定向的，因此，無(wú)法定向改變基因頻率，也就不能決定生物進(jìn)化的方向。實(shí)質(zhì)上，突變、基因重組、自然選擇等因素均能影響種群的基因頻率的改變，而基因頻率的改變?cè)斐闪松锏倪M(jìn)化。 三、自然選擇決定生物進(jìn)化的方向 指導(dǎo)學(xué)生閱讀課文教材116-117頁(yè)“探究自然選擇對(duì)種群基因頻率的影響”， 組織學(xué)生討論，從宏觀（性狀）和微觀（基因）兩方面分析生物進(jìn)化的原因。 1.從宏觀（性狀）上看進(jìn)化過(guò)程為：19世紀(jì)中期樺尺蠖的淺色性狀與環(huán)境色彩相似，屬于保護(hù)色，較能適應(yīng)環(huán)境而大量生存；黑色性狀與環(huán)境色彩差異很大，不能適應(yīng)環(huán)境，易被捕食者捕食。因此，突變產(chǎn)生后，后代的個(gè)體數(shù)受到限制。19世紀(jì)中期到20世紀(jì)中期，由于地衣死亡，樺尺蠖棲息的樹(shù)干裸露并被煙熏黑，使得黑色性狀與環(huán)境色彩相似而大量生存；淺色性狀與環(huán)境色彩差異很大，易被捕食者捕食而大量被淘汰。表現(xiàn)為適者生存，不適者被淘汰。 2.從微觀（基因）來(lái)看進(jìn)化過(guò)程為：19世紀(jì)中期以前，由于黑色基因（S）為不利變異基因，控制的性狀不能適應(yīng)環(huán)境而受到限制，因此，當(dāng)時(shí)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(jì)中期由于黑色基因（S）控制的性狀能適應(yīng)環(huán)境而大量生存并繁殖后代，淺色基因（s）控制的