高中生物《种群基因频率的改变与生物进化》优质课教案、教学设计

“种群基因频率的改变与生物进化”一节的教学设计
播放短视频：达尔文简介，引出达尔文的局限性。

回顾上节课所讲知识：达尔文自然选择学说的局限性
1.对于遗传与变异的本质，无法做出科学的解释；
2.对生物进化的解释局限于个体水平；
3.强调物种形成都是渐变的结果，不能很好的解释物种大爆发等现象。

现在生物进化理论已经对达尔文的自然选择学说进行了修正和发展，现代生物进化理论的主要内容是什么？那么我们这节课就来学习现代生物进化理论的第一部分——种群基因频率的改变与生物进化。

板书：
种群基因频率的改变与生物进化
学习之前大家先观察这样一种生物——桦尺蠖，这种生物在遗传学和进化生物学中都有重要的意义。

它主要在夜间活动，白天栖息在树干上。

自然状态下，它的体色有深些的也有浅些的杂交实验表明，桦尺蠖之间能进行相互杂交，黑色的桦尺蠖杂交能产生浅色的桦尺蠖，而浅色的桦尺蠖之间杂交，其后代都是浅色的。

回答以下问题：
1.若桦尺蠖的体色是由一对等位基因(B、b)控制的，那么这一相对性状中显性性状是？隐性性状是？并尝试写出浅色型和黑色型可能的基因型。

2.19 世纪中叶以前，桦尺蠖几乎都是浅色型的，黑色型的桦尺蠖非常少。

你认为个别的黑色型的桦尺蠖最早出现的根本原因是什么？
3.突变新出现的基因如何保留？
由此可见，研究生物的进化，仅研究个体是否与环境相适应是不够的，因此，进化的基本单位是种群。

板书：一、种群是进化的基本单位
种群是进化的基本单位，那么我们不妨用手中的材料构建一个种群。

学生活动：使用棋子随机构建种群，并表示其基因组成(黑色代表S 基因，白色代表s 基因)。

提出问题：
1.构建的种群个体数目是多少？
2.假设以这个种群作为研究进化的基本单位，那么我们应该研究他们的表现型还是基因组成？
3.这个种群由多少个基因组成？由几种基因组成？每种基因所占比例是否相等？
总结归纳：
基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因。

基因频率：在一个基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。

技能训练：1.某桦尺蠖种群共有100 个个体，测得基因型为SS、Ss、ss 的个体分别为30 个、60 个、10 个。

(1)计算S、s 的基因频率。

(2)计算SS、Ss、ss 个体的基因型频率。

提问，由学生描述计算过程。

过渡：种群中的个体要通过繁殖完成基因的代代相传，那么在繁殖过程中，种群的基因频率会
不会发生改变呢？
2.现有一个桦尺蠖种群，测得基因型为SS、Ss、ss 的个体分别占30%、60%、10%。

假设该桦尺蠖种群非常大，所有雌雄个体间都能自由交配并产生后代，没有迁入和迁出，自然选择对体色这一相对性状没有作用，基因S 和s 都不发生突变。

(1)该种群产生的S、s 配子的比率各是多少？
(2)F1 的基因型频率各是多少？
(3)F1 的基因频率各是多少？
(4)F2 的基因频率各是多少？
计算并展示，适当的进行点拨和指导。

得出结论：基因频率不发生改变，从F1 开始，基因型频率也不再发生改变。

由于基因频率保持不变，下一代的基因型频率也不会改变。

提出问题：
若S 的基因频率用p 表示，s 的基因频率用q 表示，并且p+q=1，则子代个体中SS、Ss、ss 的基因
型频率分别是多少？
总结归纳：
遗传平衡定律：(p+q)2=p2+2pq+q2=1
强调存在条件：种群非常大，所有雌雄个体间都能自由交配并产生后代，没有迁入和迁出，自然选择对这一相对性状没有作用，基因不发生突变。

提出问题：在实际情况中基因频率能永远保持不变？
种群的基因频率改变是不可避免的，而基因频率一旦改变，我们就可以说这个种群发生了进化。

得出结论：生物进化的实质是基因频率的改变。

板书：生物进化的实质是基因频率的改变。

自然环境中有哪些因素会导致基因频率的改变？自然选择对基因频率的改变有什么影响？
模拟活动：自然选择对种群基因频率变化的影响
19 世纪中期以前，桦尺蠖几乎都是浅色型的。

但随着英国工业的发展，工厂排除的煤烟将树皮熏成黑褐色。

1.第一名同学确定生活环境(白色卡或者黑色卡)。

2.第二名同学随机摸取2 粒棋子并作记录(黑-黑或黑-白：黑色桦尺蠖；白-白：浅色桦
尺蠖)。

3.第三名同学随机抽取事件卡。

根据事件卡上的内容决定这只桦尺蠖的存活状况。

4.重复以上过程多次，每隔5 次统计结果并计算存活个体的基因频率。

小组展示并填写表格：
设计Excel 表格，以曲线图显示学生模拟结果。

由此可见，不同环境条件下，基因频率变化的方向是不同的。

即自然选择决定了基因频率朝着一定方向改变。

在自然界中是不是也是如此呢？
有学者调查研究了1850 年到1950 年工业革命前后曼彻斯特地区的桦尺蠖，得到如下数据：
提出问题：
1.在不同的环境中，桦尺蠖直接受选择的是基因型还是表现型？
2.基因频率变化的趋势有特定的方向，是由什么决定的？
3.19 世纪中叶以前，桦尺蠖几乎都是浅色型的，黑色型的桦尺蠖非常少。

你认为黑色桦尺蠖出现的根本原因是什么？可遗传变异的来源还有哪些？
材料分析：
材料1：染色体结构的改变会使排列在染色体上的基因数目或者排列顺序发生改变，从而导致
性状的变异。

材料2：有性生殖的生物可以通过杂交而进行基因重组，所提供的遗传变异巨大。

假设桦尺蠖的
染色体有10 对，估计含等位基因在4 万对以上。

若无复等位基因，那么1 对等位基因就可以形成3 种基因型(AA、Aa、aa)，100 对等位基因就可以产生3100≈1048 种基因型。

总结归纳：自然选择决定进化的方向。

突变和基因重组产生进化的原材料。

通过桦尺蠖的例子，人类的活动对生物进化的方向是有一定影响的。

观看视频。

总结：
现代生物进化理论——以达尔文的自然选择学说为核心
1.种群是进化的基本单位。

进化的实质是种群基因频率的改变。

2.突变和基因重组产生进化的原材料。

3.自然选择决定生物进化的方向。