7.2《现代生物进化理论的主要内容》教案蔡碧芬

第2节现代进化理论的内容厦门三中蔡碧芬教学目标1.解释种群、种群基因库、基因频率等概念。2.运用数学方法讨论种群基因频率的变化。3.说明现代生物进化理论的主要内容。4.举例说明共同进化和生物多样性形成的原因。5.形成生物进化的观点和生物进化理论在发展的观念。教学重点和难点1.教学重点（1）种群、物种、基因频率、隔离等概念。（2）突变和基因重组、自然选择、隔离在生物进化过程中的作用。2.教学难点（1）基因频率的概念。（2）自然选择对种群基因频率的影响。（3）隔离在物种形成中的作用。课时安排4课时教学过程：第1课时一种群基因频率的改变与生物进化引入复习达尔文的自然选择学说的主要内容，在分析该学说贡献的同时，讨论了它的局限性，为修正、深入和扩展达尔文自然选择学说埋下了伏笔，也为本节继续讨论现代生物进化理论奠定了基础。[情景]如果在灰色翅（基因型为aa)昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅（基因型为Aa)的变异个体，且绿色个体比灰色个体更不容易被敌害发现。[思考]1、根据达尔文自然选择学说的观点,该绿色个体容易被选择下来吗？为什么？（容易。因为该个体的表现型适应环境。）2、这一有利变异的个体能永远生存下去吗？该个体中的有利基因A，怎样才能世代传衍下去？即使Aa的个体能够繁殖，后代都是绿色个体吗？（在自然界中，没有哪一个体是长生不死的，个体的表现型也会随着个体的死亡而消失，但决定表现型的基因却可以通过有性生殖才传给后代，因此研究生物的进化仅仅研究个体的表现型是否与环境适应是不够的，还需要研究群体的基因组成变化。这个群体就是种群。）所以研究生物进化，应该以什么为研究对象？（种群。引出：种群的生物进化的基本单位）为什么说个体不是生物进化的基本单位？(认识生物界最直观、最具体的对象是生物个体，因为生物的基本特征是体现在个体上的：繁殖、遗传和变异都发生在个体上。因此，达尔文视生物个体为进化的基本单位，认为自然选择作用的是个体，进化表现为个体在遗传组成和性状上的改变。现代进化论的研究表明，个体不是进化的基本单位，理由如下。（1）就原核生物和无性繁殖的真核生物来说，来自同一亲本的无性繁殖系是由遗传上相同的个体组成的，同一克隆内的个体之间没有遗传差异，自然选择作用的是无性繁殖系。（2）对于有性生殖的生物来说，个体的基因型是终身不变的，无论它在自然选择中具有多大优势，其基因型也不可能一成不变地传给下一代个体，这是因为个体的基因组成来自父母双方。但是就一个种群来说，种群中全部基因的总和（基因库）却可以在传宗接代过程中维持相对稳定，因此，自然选择作用的是种群，本质上是种群基因库。也可以这样理解：种群中个体的基因来自种群基因库，个体死亡后又通过其后代把基因归还给基因库。如果一个个体不能与种群中其他个体交配产生后代，这个个体在进化上就没有意义。)一、种群是生物进化的基本单位1.种群的定义：请看课本P114。思考：怎样的一群个体可以称为种群呢？（生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群。）举例说明：下列属于种群的是A.一块水田里的全部水稻、水草B.一块稻田里的全部幼蚜、有翅、无翅的成蚜C.一块朽木上的全部真菌D.一个池塘中全部鱼2.种群的特点思考:①上例中，如果该绿色个体能很好的生活下来，它体内的A基因一定能够传递给后代？由此得到什么启示？（不一定。只有正常生殖并个体之间交配才能传递给后代，以在群体中扩散。启示：个体不是进化的基本单位（板书），一个个体适应能力无论多强，如果它的基因不能传给后代，它在进化上就没有贡献，如骡。）②种群内的个体是机械地集合在一起的吗？它有什么意义？（不是。种群的个体之间具有年龄和性别的差别，并不是机械地结合在一起。个体之间彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传递给后代。因此说，种群也是生物繁殖的基本单位。）注意:一个生物的“种”或“物种”与种群又有什么区别呢？（物种可以分布在不同的自然界的不同区域，只有在可以发生随即交配、繁衍，使基因能够世代传得一定区域内的同种全部个体的集合才是一个种群。自然界的物种实际上是以一个个种群存在的，种群是物种繁衍、进化的基本单位。）它为研究生物与环境的关系和物种的变化带来了方便。性状是由基因控制的，研究生物的进化必须研究种群的基因组成和变化。如何分析种群的基因组成和变化呢？由此人们提出了基因库、基因频率的概念。3.基因库、基因频率请看课本P115。思考。一个种群所含有的全部基因，叫做这个种群的基因库。不同的基因在种群的基因库中所占的比例是不同的。例如：我们知道多指为显性基因控制的遗传病，而绝大多数人表现为正常。白化病是隐性基因控制的遗传病，绝大多数人表现正常。我们把某种基因在某个种群中出现的比例叫做基因频率。你能参照上述两概念试着给“基因型频率”下定义吗？（什么叫基因型频率？）在一个种群中，某种基因型个体占全部个体的比率，叫做基因型频率。怎样才能知道某种基因的基因频率呢？我们可以通过抽样调查的方法获得。引导学生计算这样一个例子P115：从某种生物的种群中随机抽出100个个体，测知其基因型分别为AA、Aa、aa的个体分别为30、60和10个，问其中A基因频率为多少？a基因频率为多少？解法一：通过基因型计算基因频率，就AA、Aa、aa来说，每个个体可认为含有2个基因，则100个个体共有200个基因：A基因频率=（2×30+60）÷200=60%a基因频率=（2×10+60）÷200=40%解法二：通过基因型频率计算基因频率，即一个等位基因的频率等于它的纯合体频率与1/2杂合体频率之和，则：A基因频率=30%+21×60%=60%B基因频率=10%+21×60%=40%从上述可知，种群中一对等位基因的频率之和等于1（其基因型频率之和也等于1）。练习:1、在一个种群种随即抽取一定的数量的个体，其中AA、Aa、aa的个体分别占24%、72%、4%、那么A、a的基因频率是多少？（D）A.36%和64%B.57%和43%C.24%和72%D.60%和40%2、从某生物种群中随机抽出1000个个体，测知基因型为BB、Bb、bb的个体分别为300个、600个和100个。（1）在这1000个个体中，B基因有________；其基因频率为________。（2）在这1000个个体中，b基因有________；其基因频率为________。答案：（1）120060%(2)80040%3、某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因的携带者为15人，患者5人，男性患者11人。那么这个群体中色盲基因的基因频率为多大？【解析】由于色盲基因及其等位基因只存在于X染色体上，而Y染色体上没有，因此该等位基因的总数为XB+Xb=200×2+200×1=600，色盲基因的总数为Xb=15×1+5×2+11×1=36，因此，这个群体中色盲基因的基因频率为36÷600×100%=6%。【答案】6%注意：思考：种群中某种基因的频率是一直不变呢，还是不断变化呢？4.用数学方法讨论基因频率的改变P115假设让上述昆虫个体间都能自由交配，依据孟德尔遗传定律计算：(1)请计算并填写下表。亲代基因型的频率AA(30%)Aa(60%)Aa(10%)配子的频率A(30%)A(30%)a(30%)A(10%)子代基因型频率AA(36%)Aa(48%)Aa(16%)子代基因频率A(60%)a(40%)（2）再试着计算子二代、子三代的基因频率与基因型频率。从计算结果看，分析一下各代基因频率与基因型频率相同吗？结论：①基因频率在亲子代间是稳定不变的②子二代和子三代等的基因频率和基因型频率与子一代的相同。基因型频率到子二代也会稳定下来。如果种群基因频率与基因型频率世代稳定不变的话，生物就无法进化，显然与事实不符。自然界种群的基因频率会世代稳定不变吗？为什么？（归纳保证种群的基因频率世代稳定不变的5种因素。）①种群数量足够大，②全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代，③没有迁入与迁出，④AA、Aa、aa三种基因型昆虫的生存能力完全相同（也就是说自然选择对A、a控制的翅型性状没有作用），⑤基因A和a都不产生突变，并且携带这对基因的染色体不发生变异（可导致基因数目的变化）。（遗传平衡状态）如果用p代表基因Y的频率，q代表基因y的频率。那么，遗传平衡定律（也称哈代—温伯格平衡）可以写成：（p+q）2=p2+2pq+q2=1p2代表一个等位基因（如Y）纯合子的频率，q2代表另一个等位基因（如y）纯合子的频率，2pq代表杂合子（如Yy）的频率。如果一种群达到了遗传平衡，其基因型频率应当符合p2+2pq+q2=1。（3）上述计算结果是在满足五个假设条件的基础上计算的，对自然界的种群来说，这五个条件都能成立吗？补充：分析5种因素对基因频率的影响。（对自然界的种群来说，这五个条件不可能同时都成立。例如，翅色与环境色彩较一致的，被天敌发现的机会就少些。）特别是如果第⑤点假设成立这与前面我们所学的基因突变的哪个特性相违背？（普遍性，变异是绝对的）变异是影响基因频率的根本原因。遗传平衡所指的种群是理想的种群，在自然条件下，这样的种群是不存在的。这也从反面说明了在自然界中，种群的基因频率迟早要发生变化，也就是说种群的进化是必然的。补充：遗传漂变及其在生物进化中的作用（在群体遗传学中，把由于小群体引起的基因频率随机减少甚至丢失的现象称为遗传漂变。例如，在一个种群中，某种基因的频率为1%，如果这个种群有100万个个体，含这种基因的个体数就有成千上万个。如果这个种群只有50个个体，那么就意味着只有一个个体亲代子一代子二代子三代基因型频率AA30%36%36%36%Aa60%48%48%48%aa10%16%16%16%基因频率A60%60%60%60%A40%40%40%40%具有这种基因。在后一种情况下，可能会由于这个个体偶然死亡或没有交配，而使这种基因在种群中消失。一般来说，种群越小，遗传漂变就越显著。可见遗传漂变也是造成种群基因频率变化的原因。一个迁入新生境的种群，如果初始数量较小，种群基因频率很可能因遗传漂变发生变化，造成与原来所在种群的差异，可见遗传漂变在进化上有重要作用。）（4）通过上述举例，我们可以得出什么结论？（在自然状态下，种群内个体繁殖若干代后，基因频率会发生改变的。同时就此说明：变化是永恒的、是绝对的，假想状态是不存在的，树立学生培养学生理想与现实、绝对与相对、运动与静止的对立统一的观点。）（5）请回到“探究活动一”，思考：假设基因A是由基因a个体突变而来，基因Ａ的频率占的很低，且带有Ａ基因的个体不易不敌害发现，试想想，若干代（很长时间）后，Ａ基因的频率将会怎样？绿色个体数应该怎样？由若干年前的全灰色翅种群，变为绿色个体占多数的种群，这表明什么？这一变化的根本原因是由于什么的变化引起的？由此得出什么结论？（增加。增加。表明生物在进化。基因频率的变化引起的。由此得出：生物进化的实质是基因频率的改变。）小结：（1）种群是生物进化的单位，同时也是生物繁殖的单位。（2）种群的基因库中，某种基因频率不是一成不变的，而是在不断改变的。（3）生物进化的过程实质就是种群基因频率发生变化的过程。二、突变和基因重组产生进化的原材料讲述：在前面我们知道了变异是影响基因频率的根本原因。那么所有的变异都能导致基因频率的变化吗？（可遗传的变异可以引起。那么，可遗传的变异的来源有哪几个方面呢？（回答：基因突变、基因重组和染色体变异。）其中，我们把基因突变和染色体变异统称为突变。那么突变和基因重组对种群基因频率的变化的影响是一样吗？为什么？在突变过程中产生了许多相应的等位基因。通过有性生殖过程中的基因重组，形成了多种多样的基因型，从而使种群出现大量的可遗传变异。小结：基因突变可以产生新的等位基因，是可遗传变异的根本来源，是基因频率改变的基础。根据我们所知道的基因突变的特点，我们知道：自然界中生物的自然突变频率很低，而且一般对生物体是有害的。为什么还能够改变种群中的基因频率呢？（学生讨论后得出结论）这是因为种群是由许多个体组成的。每个个体都有成千上万个基因，虽然每个基因的突变率都很低