现代达尔文主义教学实录

现代达尔文主义

教学目标：（1）解释种群、基因库、基因频率概念。

（2）尝试运用数学方法讨论种群基因频率的改变。 （3）培养学生处理资料和数据的能力。 （4）能阐明以自然选择学说为核心的现代生物进化理论的主要观点。

⑸通过英国曼彻斯特桦尺蠖进化的案例对学生进行生态文明的教育。

教学重点：现代生物进化理论的主要观点

教学难点：基因频率的计算

教学过程：

一、种群的基因频率的改变与生物进化

（一）种群是生物进化的基本单位

1、种群概念：

生活在一定区域的同种生物的全部个体。种群的三个要素：

同一区域（区域可大可小，大到地球，小的可以是一汪池塘）

同一物种的生物

全部个体

判断下列是否属于种群

（1）一个池塘中的全部鱼 （2）一个池塘中的全部鲤鱼

（3）两个池塘内的全部青蛙（4）一片草地上的全部植物

（5）一片草地上的成年梅花鹿

种群中的个体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传给后代。

思考：同前一年的蝗虫种群相比，新形成的蝗虫种群在基因组成上会有什么变化吗？

一个生物“种”或“物种”与种群有何区别？

2、物种：

物种可以分布在自然界的不同区域。

只有在可以发生随机交配、繁殖，使基因能够世代传递的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，种群是生物繁殖、进化的基本单位。 性状是由基因控制的，因此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？由此人们提出基因库和基因频率的概念。

3、基因库：

一个种群中全部个体所含有的全部基因。

4、基因频率：

在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。

例:如某昆虫种群中决定翅色为绿色的基因为A，决定翅色为褐色的基因为a，从种群中随机抽出100个个体，测知基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个。那么A和a的基因频率是多少? 基因频率与基因型频率的计算

在种群中一对等位基因的频率之和等于1，所有的基因型频率之和也等于1。

设A的基因频率是p,a的基因频率是q，由它们构成的三种基因型AA、Aa、aa频率分别是D、H、R，则：

p+q=1, D+H+R=1 在讨论题2中的群体满足五个条件的情况下,计算子二代、子三代的基因频率与基因型频率，分析一下各代基因频率与基因型频率相同吗？

由此可见，如果满足上述五个条件，则亲代和子代每一种基因的频率都不会改变，到再下一代也是如此，也就是说基因频率可以代代保持稳定不变。这就是哈代－温伯格平衡，也叫遗传平衡定律。它是指在一个极大的随机交配的种群中，在没有突变、选择和迁移的条件下，种群的基因频率和基因型频率可以世代相传不发生变化，保持平衡。

p表示基因A的频率，q表示基因a的频率

p+q = 1 (p+q )2=p2+2pq+q2= 1 AA= p2 Aa= 2pq aa=q2 实现遗传平衡的条件：

1 .种群足够大 2.自由交配并产生后代

3.无迁入迁出（遗传漂变） 4.没有突变

5.没有自然选择

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？

这与前面我们所学的基因突变的哪个特性相违背？

满足五个假设条件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。

与基因突变的普遍性相违背。

如果该种群出现新的突变型，也就是产生新的等位基因（A2），种群的基因频率会变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？

突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。

基因A2的频率是增加还是减少，要看这一突变对生物体是有益还是有害的，这往往取决于生物生存的环境。

生物进化的实质：

种群的进化过程就是种群基因频率发生变化的过程。

影响种群基因频率变化因素：

1.基因突变：产生新基因 2.基因重组：

3.自然选择 4.迁移

5.遗传漂变

（二）突变和基因重组产生进化的原材料 1.基因突变的特点：

普遍性

，随机性，低频性，多害少利性，不定向性

2.种群基因重组的结果：

产生更多变异(基因型)、不定向

3.基因突变和染色体变异统称为突变。

基因突变在自然界是普遍存在的，因此基因突变产生新的等位基因，这就可能使种群的基因频率发生变化。

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？

种群是由许多个体组成的，每个个体的每一个细胞内都有成千上万个基因，这样，每一代就会产生大量的突变。

此外，突变的有害还是有利也不是绝对的，这往往取决于生物的生存环境。

例如：一个果蝇约有104对基因，假定每个基因的突变率都是10－5，若有一个中等数量的果蝇种群（约有108个个体），那么每一代出现基因突变数是多少呢？

1．种群中突变的特点：

突变数很大、随机、不定向

2．种群基因重组的结果：产生更多可遗传变异、不定向

结论：突变和基因重组产生进化的原材料

人类把鲫鱼的后代培育成金鱼，实质就是通过选择改变基因频率。从图中看显然红色基因的频率显著提高了。

案例：18世纪的英国曼彻斯特地区,山清水秀,绿树成阴.那里的森林中生活着一种桦尺蠖,其成虫是一种飞蛾.它们夜间活动,白天栖息在长满地衣的树干上.1850年,一些生物学家来这里考察,发现大多数桦尺蠖成虫的体色是浅色的,只有少数是深色的,这些深色的桦尺蠖是浅色桦尺蠖在自然条件下的变异类型. 100年以后,也就是1950年,曼彻斯特已经变成了一个工业城市.这里工厂林立,烟雾弥漫,工厂排出的煤烟杀死了地衣,结果使树皮裸露并被熏成黑褐色.这时候,又有一些生物学家到这里考察,使他们惊讶的是,这里的深色桦尺蠖变成了常见类型,而浅色的桦尺蠖却成了少数. 科学家做了这样一个实验：他们先把数量相等的浅色的桦尺蠖和深色的桦尺蠖同时放到树干上,然后用望远镜观察树干上所发生的情况.一群爱吃桦尺蠖的鸟儿飞过之后,他们发现,浅色桦尺蠖所剩无几,而大部分深色桦尺蠖却逃过了这场灾难. 通过英国曼彻斯特桦尺蠖进化的案例，同学们都真实地感受到了人类活动对环境的破坏，工业污染对生物生存所带来影响。

问题：桦尺蠖种群中s基因的频率为什么越来越低？

根据前面所学的你能做出假设吗？

假设：自然选择可以使种群的基因频率定向改变

现在我们用数学方法来讨论一下桦尺蠖基因频率变化的原因。1870年桦尺蠖的基因型频率为SS 10% ； Ss 20%； ss 70%，在树干变黑这一环境条件下假如树干变黑不利于浅色桦尺蠖的生存，使得种群中浅色个体每年减少10%，黑色个体每年增加10%，以后的几年内，桦尺蠖种群每年的基因型频率与基因频率是多少呢？

SS 基因型频率

Ss ss S 基因频率

s 20% 70% 20% 80% 22.9% 65.6% 23% 77%

第1年

第2年

10% 11.5% 第3年

第4年

……

(1)在这个探究实验中根据上面的数据分析，变黑的环境对桦尺蠖产生了什么样的影响？变黑的环境对桦尺蠖浅色个体的出生率有影响吗？

变黑的环境使控制浅色的s基因频率减少,S基因频率增加

许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食

(2)在自然选择中，直接受选择的是基因型还是表现型？

天敌看到的是桦尺蠖的体色（表现型）而不是控制体色的基因

（三）自然选择决定了生物进化的方向

原因：淘汰不利变异基因，积累有利变异基因。

结果：使基因频率定向改变。

突变和基因重组为生物进化提供了原材料，自然选择可以使基因频率发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。

练习：

1. 一个种群由400只鸟组成，其中基因型AA的个体有40只、Aa的个体有160只、aa的个体有200只。该种群中基因a的频率是多少？

A 40% B 50% C 60% D 70%；

2. 如果有40只基因型为aa的鸟迁出，40只基因型为AA的鸟迁入，请问新群体中基因a的频率将是多少？

A 40% B 50% C 60% D 70%；

3.已知人眼中的褐色（A）对蓝色(a)是显性。在一个有30000人的人群中，蓝眼人有3600人，褐眼的有26400人，其中纯合体有12000人。那么，在这个人群中A和a基因频率分布为（ ）

A.0.64和0.36 B.0.36和0.64 C.0.50和0.50 D.0.82和0.18 4.在某一种群中，已调查得知，隐性性状者（等位基因用A、a表示）

占16%，那么该性状的AA、Aa基因型个体出现的频率分别为（ ）

A.0.36、0.48 B.0.36、0.24 C.0.16、0.48 D.0.48、0.36 5.某工厂有男女职工各200名，对他们进行调查时发现，女性色盲基因携带者为15人，女性患者1人，男性患者14人，这个群体中色盲基因的频率应为（ ）。

A、15% B、3.88% C、5.17% D、10.3% 6.某岛屿上存在着尺蛾的两个变种，该地区原为森林，后建设成工业区。下表为该地区不同时期的两个变种尺蛾的数量比。这些变产生的原因是

( )

A．灰尺蛾迁离，黑尺蛾迁入 B．工业煤烟使灰尺蛾变成黑尺蛾

C．自然选择作用 D．人工选择的作用

7.用现代生物进化理论分析解释狼的进化过程。

(1)狼群中存在不同类型的个体，如有跑得快的，有跑得慢的。它说明生物具有______的特性，而这种特性是生物进化的 。

(2)随着环境的改变，食物稀少，跑得快、凶猛的狼才能获得食物生存下去。这样，食物、环境对狼起了______作用，而这种作用是______的，它决定着生物进化的______。

教学反思：

学生刚刚接触到生物进化的相关知识，对什么是生物进化没有感性上的认识，也无理性的认识，所以如何调动学生的积极性，充分参与到学习与认知的过程中来，是我上这节课的重要目标。为了上好这节课，我从指导思想、教学方法、学法及教学目标等各方面做了充分的准备。

教学指导思想上，以学生为中心，在整个教学过程中由教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用，利用情景、协作、会话等学习环境，充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识意义建构的目的。

在教学方法的设计，本节课我充分结合教材特点和学生实际，根据本节课的知识特点，先建立知识框架，在教师情景创设的引导下，引导学生思考和分析问题，增强学生学习的兴趣和自信心，培养其科学精神。

在学法设计上，让学生用探索法、发现法去建构知识，并寻求答案。指导学生探索与基因频率计算有关的内容，培养学生发现问题、分析问题、解决问题能力。

上完这节课后，学生的学习情况是令人满意的，达到了我的预期目的。在某些方面还达到了另人意想不到的效果，值得我在今后的教学中认真借鉴。

1、只要教师充分创设问题情景，不管学生学习能力的高低，都能参与到学习中来，我觉得这是提高课堂教学质量的关键。

2、在学科教育中通过英国曼彻斯特桦尺蠖进化的案例对学生进行了生态文明的教育，不是简单的说教，而是潜移默化，学生都真实地感受到了人类活动对环境的破坏，工业污染对生物生存所带来影响，起到了较好的效果。

当然，上完这节课后，我也感到在教学过程中还有一些不尽人意的地方首先在上课过程中语言不够精练，有些地方显得重复和罗嗦；其次是提出问题后给学生的思考时间较短，在学生还没有考虑成熟，就急于抛出问题的答案或是解决办法；第三是多媒体课件动画不够灵活，课件运用不够充分。这些问题是我今后教学过程中应该着力改进的方面。