6.3.1種群基因組成的變化（教學(xué)設(shè)計）高一生物（人教版必修2）

第3節(jié)種群基因組成的變化與物種的形成一種群基因組成的變化年級高一年級授課時間1課時課題一種群基因組成的變化教材分析現(xiàn)代生物進化理論關(guān)于物種形成的解釋主要有3個要點:(1)突變和基因重組提供進化的原材料；(2)自然選擇導(dǎo)致種群基因頻率的定向改變；(3)隔離是物種形成的必要條件。本節(jié)內(nèi)容較多，分為兩個小節(jié)：第1小節(jié)《種群基因組成的變化》，第2小節(jié)《隔離在物種形成中的作用》。第1小節(jié)包括三部分內(nèi)容:“種群和種群基因庫"“種群基因頻率的變化”“自然選擇對種群基因頻率變化的影響”。本節(jié)課內(nèi)容理論性較強，前后順序邏輯嚴密，生物進化著重從個體水平上升到種群水平闡述，講述種群的概念，為什么說種群是生物進化的基本單位?在“種群和種群基因庫”中，重點講述了基因庫和基因頻率的概念，并安排“思考·討論用數(shù)學(xué)方法討論基因頻率的變化”，及講述突變率以及突變在進化中的意義。關(guān)于本小節(jié)第三部分，教材主要通過“探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響”來完成。本節(jié)課既承接了上一節(jié)中“達爾文理論的局限性”，同時也為下一節(jié)學(xué)習(xí)“隔離及物種的形成”打下了基礎(chǔ)，起到了承上啟下的作用。教學(xué)目標1.闡述種群、種群基因庫、基因頻率等概念的內(nèi)涵。2.運用數(shù)學(xué)方法討論種群基因頻率的變化。3.闡明自然選擇對種群基因頻率變化的影響。4.探究抗生素對細菌的選擇作用。教學(xué)重、難點1.教學(xué)重點(1)種群、物種、基因頻率等概念。(2)變異、選擇在生物進化中的作用。2.教學(xué)難點自然選擇對種群基因頻率變化的影響。教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容教師活動學(xué)生活動創(chuàng)設(shè)情境導(dǎo)入新課原始地球上的生命是如何誕生和變化的呢?請學(xué)生討論地球上的生命進化史上困擾多年的問題:先有雞還是先有蛋?列出兩種對立的觀點，激發(fā)起學(xué)生探究物種形成機制的興趣。討論問題，激發(fā)探究物種形成機制的興趣。種群和種群基因庫展示兩種體色的樺尺蠖在樹干上的圖片，引導(dǎo)學(xué)生思考討論：哪種樺尺蠖更容易存活下來？自然選擇直接作用的對象是什么？生物的個體，而且是個體的表型。研究生物的進化，為什么僅研究個體和表型是夠嗎？如果不夠，還必須研究什么？為什么？不夠。還應(yīng)研究群體基因組成的變化。在自然界，沒有哪個個體是長生不死的，個體的表型也會隨著個體的死亡而消失，決定表型的基因卻可以隨著生殖而世代延續(xù)，并且在群體中擴散。指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，給出幾個實例要求學(xué)生判斷是否為種群，理解種群的概念。并歸納出以下幾點:種群是生物繁殖的基本單位。雌雄個體可以通過繁殖將各自的基因遺傳給后代。種群在繁街過程中，個體有新老交替，基因卻代代相傳。研究生物性狀的維持和變化不能立足于個體的變化，要以種群為單位。因此，要從研究種群中全部個體所含有的全部基因入手，從而引出基因庫的概念：一個種群中全部個體所含有的全部基因。基因頻率是分析和描述基因庫中基因組成的重要概念,通過實例要求學(xué)生練習(xí)計算基因頻率。并引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)基因頻率的計算方法及注意事項。一個種群基因庫中的基因頻率，在子代又會怎樣呢?指導(dǎo)學(xué)生完成“思考·討論”活動。如果讓該種群自由交配，依據(jù)孟德爾遺傳規(guī)律，該種群產(chǎn)生的配子的比值，子代的基因型頻率和基因頻率各是多少?子二代、子三代的基因型頻率和基因頻率各是多少?引導(dǎo)學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型，一個種群達到遺傳平衡，其基因型頻率應(yīng)符合：p2＋2pq＋q2＝1。并利用實例引導(dǎo)學(xué)生驗證模型。學(xué)生分析討論:模型成立需要哪些條件?學(xué)生思考和討論:如果遺傳平衡定律成立的5個假設(shè)條件發(fā)生改變，種群的基因頻率將會如何改變?引導(dǎo)學(xué)生討論后歸納:遺傳平衡定律的成立必須滿足這5個條件，但自然界同時滿足以上5個條件是不可能的，即使前4個條件可以滿足，基因突變和染色體變異總會發(fā)生，因此會引起相應(yīng)基因頻率的改變。從而理解現(xiàn)實中種群前后代基因頻率的改變是必然的，且改變的根本原因是變異。思考討論有關(guān)問題。閱讀教材，自主構(gòu)建種群的概念。認同種群是生物進化的基本單位。練習(xí)計算基因頻率，并做歸納。完成“思考·討論”活動，建立遺傳平衡定律的數(shù)學(xué)模型。正誤判斷典例分析判斷正誤1.一個池塘中全部的魚是一個種群()2.一個種群中某基因占所有基因數(shù)的比值叫作基因頻率()3.在環(huán)境條件保持穩(wěn)定的前提條件下，種群的基因頻率不會發(fā)生變化()4.從根本上講，沒有突變，就沒有生物的進化()5.種群是生物進化和繁殖的基本單位()6.生物進化的原材料源于基因突變和基因重組()【答案】1.×2.×3.×4.√5.√6.×典例分析[典例1]下列關(guān)于基因庫的描述，錯誤的是()A.基因庫是一個種群的全部個體所含的全部基因B.生物個體總是要死亡的，但基因庫卻因種群個體的繁殖而代代相傳C.種群中每個個體都含有種群基因庫中的全部基因D.基因突變可能改變基因庫的組成【答案】C【解析】種群是生物繁殖的基本單位，所以基因庫不會因個體死亡而消失，會代代相傳，B正確；由于不同個體之間在基因上具有差異，所以每個個體不可能都含有種群基因庫中的全部基因，C錯誤；基因突變可能改變基因庫的組成，D正確。種群基因頻率的變化學(xué)生思考討論以下問題，理解可遺傳的變異提供了生物進化的原材料。在環(huán)境條件保持穩(wěn)定的前提條件下，種群的基因頻率會不會發(fā)生變化？為什么？會變化?；蛲蛔?、染色體變異、交配方式等也會影響基因頻率的改變。若沒有突變，進化還能夠發(fā)生嗎？為什么？突變和基因重組提供了生物進化的原材料。若沒有突變，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)生可遺傳的變化，也就不可能進化。所有的變異都能導(dǎo)致種群基因頻率的改變嗎？為什么？不是。只有可遺傳的變異才能影響種群基因的組成，才能改變基因頻率。突變具有低頻性，還能為生物進化提供原材料嗎？請說明理由。能。雖然突變的頻率低，但一個種群往往由許多個體組成，而每一個個體的每一個細胞內(nèi)都有成千上萬個基因，所以在種群中每一代都會產(chǎn)生大量突變?；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。突變和重組都是隨機的、不定向的，那么，種群基因頻率的改變是否也是不定向的呢?通過對問題的探討，領(lǐng)悟自然界中的種群發(fā)生變化是必然的。自然選擇對種群基因頻率變化的影響根據(jù)教材第112頁探究·實踐“探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響”提供的資料，以英國曼徹斯特地區(qū)樺尺蛾的演變?yōu)橹骶€，設(shè)計一系列問題，引導(dǎo)學(xué)生思考和討論，逐步深入建立模型。樹干變黑對樺尺蛾淺色個體的出生率有影響嗎？為什么？有影響；樹干變黑后，許多淺色個體可能在沒有交配、產(chǎn)卵前就已被天敵捕食，導(dǎo)致其個體數(shù)量減少，影響出生率。在自然選擇過程中，直接受選擇的是基因型還是表型？為什么？直接受選擇的是表型；因為天敵看到的是樺尺蛾的體色(表型)，而不是控制體色的基因。根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)分析，樺尺蛾種群發(fā)生進化了嗎？判斷的依據(jù)是什么？樺尺蛾種群發(fā)生了進化；依據(jù)是樺尺蛾種群的基因頻率發(fā)生了改變。根據(jù)資料分析，決定樺尺蛾進化方向的是什么？為什么？自然選擇。在自然選擇的作用下，具有有利變異的個體有更多的機會產(chǎn)生后代，種群中相應(yīng)基因的頻率會不斷提高；相反，具有不利變異的個體留下后代的機會少，種群中相應(yīng)基因的頻率會下降。該樺尺蛾種群是否形成新物種？為什么？沒有形成新物種，因為淺色個體和黑色個體生活在一起，仍能進行交配和基因交流，因此沒有形成新物種。在自然選擇的作用下，怎樣的個體有更多的機會產(chǎn)生后代，種群中相應(yīng)基因的頻率會發(fā)生怎樣的變化？具有有利變異的個體有更多的機會產(chǎn)生后代。種群中相應(yīng)基因的頻率會不斷提高。生物進化的實質(zhì)是什么？如何判斷一個種群是否發(fā)生了進化？生物進化的實質(zhì)是種群基因頻率的改變。判斷的依據(jù)是種群基因頻率是否發(fā)生改變。通過開展這個探究活動，幫助學(xué)生理解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化。思考和討論問題，逐步深入建立模型，理解自然選擇對進化的作用。正誤判斷典例分析判斷正誤7.若親子代間基因頻率不變，基因型頻率也一定不變()8.自然選擇通過作用于個體而影響種群的基因頻率()9.生物進化的實質(zhì)是種群基因型頻率的改變()10.自然選擇對同種生物不同種群基因頻率的改變所起的作用可能不同()【答案】7.×8.√9.×10.√典例分析[典例2]在19世紀中葉以前，英國曼徹斯特地區(qū)的樺尺蛾幾乎都是淺色型(s)的，隨著工業(yè)的發(fā)展，工廠排出的煤煙逐漸將樹皮熏成黑褐色，到了20世紀中葉，黑色型(S)的樺尺蛾成了常見類型。下列與此相關(guān)的敘述正確的是()A.自然選擇的方向發(fā)生了改變，所以自然選擇是不定向的B.樺尺蛾種群進化過程中接受選擇的是各種基因型的個體C.該地區(qū)樺尺蛾種群進化過程中Ss的基因型頻率不會改變D.長時間的環(huán)境污染導(dǎo)致s基因定向突變成S基因【答案】B【解析】自然選擇是定向的，A錯誤；自然選擇直接作用于個體的表型，選擇的是各種基因型的個體，B正確；基因型為Ss的個體對應(yīng)的表型為黑色，適應(yīng)環(huán)境，通過選擇，其基因型頻率增加，C錯誤；基因突變是不定向的，D錯誤。探究抗生素對細菌的選擇作用本實驗通過探究抗生素對細菌的選擇作用，幫助學(xué)生理解抗生素對細菌的逐代篩選，促進細菌耐藥性的進化；理解濫用抗生素會導(dǎo)致耐藥菌增加，了解“超級細菌”產(chǎn)生的原因和后果，從而形成合理使用抗生素的意識。針對本探究實驗，思考回答下列問題：為什么要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細菌？抗生素能夠殺死細菌，在抑菌圈邊緣抗生素濃度較低，可能存在具有耐藥性的細菌，因此要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細菌。在本實驗的培養(yǎng)條件下，耐藥菌所產(chǎn)生的變異是有利還是有害的？你怎么理解變異是有利還是有害的？在本實驗條件下，耐藥菌產(chǎn)生的變異一般來說是有利的；在特定環(huán)境中，有利于生物生存和繁殖的變異就是有利變異。濫用抗生素的現(xiàn)象十分普遍。例如，有人生病時覺得去醫(yī)院很麻煩，就直接吃抗生素；有的禽畜養(yǎng)殖者將抗生素添加到動物飼料中。你認為這些做法會有什么后果？濫用抗生素會使病菌的抗藥基因不斷積累，抗藥性不斷增強，導(dǎo)致抗生素藥物失效?？股夭皇钦T變因子，因此細菌耐藥性變異的產(chǎn)生與抗生素的使用無關(guān)。濾紙片上的抗生素殺死了其周圍的細菌，使該部位不能形成菌落，而出現(xiàn)抑菌圈。細菌產(chǎn)生耐藥性變異的過程屬于基因突變，而基因突變具有不定向性。理解抗生素對細菌的逐代篩選，促進細菌耐藥性的形成。學(xué)習(xí)小結(jié)習(xí)題鞏固1.生活中濫用抗生素的現(xiàn)象十分普遍。下列關(guān)于“探究抗生素對細菌的選擇作用”實驗的敘述，錯誤的是()A.在培養(yǎng)基的特定區(qū)域放置不含抗生素的紙片，作為空白對照B.實驗中抑菌圈的直徑越大，抗生素的抑菌作用越強C.抗生素的使用可誘導(dǎo)細菌產(chǎn)生耐藥性變異D.抗生素的選擇作用會導(dǎo)致耐藥菌比例逐代提高【答案】C【解析】在“探究抗生素對細菌的選擇作用”實驗中，在培養(yǎng)基的特定區(qū)域放置不含抗生素的紙片，作為空白對照，A正確；一定濃度的抗生素可殺死細菌，故實驗中抑菌圈的直徑越大，說明抗生素的抑菌作用越強，B正確；抗生素只是起選擇作用，C錯誤；抗生素的選擇作用會導(dǎo)致耐藥菌比例逐代提高，D正確。2.達爾文曾明確指出，可遺傳的變異提供了生物進化的原材料。下列有關(guān)生物進化的說法，不正確的是()A．可遺傳的變異來源于基因突變、基因重組和染色體變異B．基因突變是生物變異的根本來源，但有害突變一般不能為生物進化提供原材料C．突變產(chǎn)生的新基因，經(jīng)有性生殖過程中的基因重組，為進化提供豐富的原材料D．種群基因頻率改變的快慢與基因控制的性狀與環(huán)境適應(yīng)的程度有關(guān)【答案