1、第7章現代生物進化理論第2節 現代生物進化理論的主要內容一、教學目標知識目標(1)解釋種群，種群基因庫、基因頻率的概念。(2)運用數學方法討論基因頻率的變化。(3)說明突變和基因重組為生物進化提供原材料的原因。(4)說明現代生物進化理論的主要內容。(5)了解隔離的概念和類型，以及隔離與物種形成的關系，生物多樣性形成的原因。能力目標運用數學方法討論基因頻率的變化。情感態度價值觀目標二、教學重點(1)基因頻率的概念。(2)突變和基因重組、自然選擇、隔離在生物進化過程中的作用。(3)隔離的概念和類型，以及物種形成的方式。三、教學難點(1)基因頻率的概念和計算方法。(2)自然選擇在生物進化過程中的作用

2、。(3)隔離在物種形成過程中的作用。四、教學方法講授法、探究法五、教學過程【導入】 種群基因頻率的改變與生物進化. 引言：我們已經知道地球上現存的有記載的生物種類大約200多萬種，還有許許多多種生物沒有被我們發現，沒有發現的生物數目可能要比已經發現的多10倍，更何況已經絕滅的生物比現存的還要多得多。據估計，曾在地球上生活過的生物種數可能多達5億10億。這么多的生物從無到有，從少到多，從簡單到復雜，從低等到高等，一批又一批地“踏上”地球，又“遠離”地球走向滅亡，進行著自然界的“新陳代謝”，這就是生物的進化。（板書）【種群是生物進化的基本單位】設問：生物為什么會進化？生物進化的實質是什么？生物進化

3、有什么規律？講述：在21世紀的今天，隨著現代生物科學的發展，關于生物進化過程的研究，雖然仍以達爾文進化理論為框架，但達爾文原來的思想卻被大大改進和擴展了。關于自然選擇等問題的研究，已經從生物個體為單位發展到了以種群為基本單位。形成了以自然選擇學說為基礎的現代進化理論。（板書） 設問：現代生物進化理論的主要內容包括哪幾方面？（1）種群是生物進化的單位；【種群】提問：為什么說種群是生物進化的單位呢？種群的定義是什么？講述：請通過實例分析歸納出種群的概念。例如： （1）一個池塘中的全部鯉魚；（2）一個池塘中的全部魚；（3）一片草地上的全部植物；（4）一片草地上的全部蒲公英。引導學生總結出（1）與（4

4、）屬于種群，因此，總結出種群是指生活在同一地點的同種生物個體的總和。提問：種群的組成有什么特點？個體之間存在著什么關系？（回答：種群個體間具有年齡和性別的差異，并不是機械的結合在一起。個體之間存在關系是：彼此可以交配實現基因交流，并通過繁殖將各自的基因傳遞給后代。）講述：因此說種群是生物繁殖的基本單位。達爾文清楚地知道只有能遺傳的變異才對進化過程有意義。也就是說可遺傳的變異是物種或種群進化的基礎。【基因庫和基因頻率】提問：種群中全部個體的基因稱為什么？（回答：一個種群所含有的全部基因，叫做這個種群的基因庫。）講述：我們知道多指為顯性基因控制的遺傳病，而絕大多數人表現為正常。白化病是隱性基因控制

5、的遺傳病，但絕大多數人表現正常。提問：以上事實說明了什么？（回答：說明不同的基因在種群的基因庫中所占的比例是不同的。）講述：某種基因在某個種群中出現的比例叫做基因頻率。提問：怎樣才能知道某種基因的基因頻率呢？講述：可通過抽樣調查的方法獲得。例如，從某種種群中隨機抽出100個個體測知基因型為aa、as、aa的個體分別為30、60和10，其中a基因頻率為多少？a基因頻率為多少？教師的引導下由學生自己計算得出：a基因頻率a基因頻率提問：（1）種群中某基因的頻率能否發生變化？（2）導致種群中某基因頻率發生變化的因素有哪些哈代溫伯格定律若種群中一等位基因為a和a，設a的基因頻率=p，a的基因頻率=q 因

6、為(pq)=a%+a%=1， 則(p+q)2=p2+2pq+q2=aa%+aa%+aa%=1 。aa的基因型頻率=p2；aa的基因型頻率=q2；aa的基因型頻率=2pq。 【突變和基因重組產生進化的原材料】提問：基因突變與基因頻率的改變有什么關系呢？（回答：基因突變是可遺傳變異的根本來源。這是因為基因突變可產生新基因（等位基因），是基因頻率改變的基礎。）提問：基因突變有什么特點？回答：基因突變的特點有：（1）普遍存在的；（2）隨機發生的；（3）突變頻率是很低的；（4）多數對生物體是有害的；（5）不定向的。講述：自然界中生物的自然突變頻率很低，而且一般對生物體是有害的。提問：為什么還能夠改變種群

7、中的基因頻率呢？回答：這是因為種群都由許多個體組成，每個個體都有成千上萬個基因，雖然每個基因的突變率很低，但每個種群的每一代都會產生大量的突變基因。講述：例如，果蠅約有104萬對基因，假定每個基因的突變率都是105，若有一個中等數量的果蠅種群（約有108個個體），請同學們計算出每一代出現基因突變數是多少？（由學生計算得出結論）每一代出現基因突變數是107個。說明種群中每一代產生的基因突變的數量是很大的，并通過繁殖得到積累是基因頻率改變的基礎。突變有利有害不是絕對的，是相對的。這取決于生物的生存環境。【自然選擇決定生物進化的方向】設問：生物進化的方向是如何決定的呢？請同學們閱讀課文，從宏觀（性狀

8、）和微觀（基因）兩個方面分析英國曼徹斯特地區從19世紀中期到20世紀中期，樺尺蠖比例的變化，說明樺尺蠖進化過程的原因。講述：1從宏觀（性狀）上來看進化過程為： 19世紀中期樺尺蠖的淺色性狀與環境色彩相似，屬于保護色，較能適應環境而大量生存；黑色性狀與環境色彩差異很大，不能適應環境，易被捕食者捕食，因此，突變產生后，后代的個體數受到限制。19世紀中期到20世紀中期，由于地衣死亡，樺尺蠖棲息的樹干裸露并被煙熏黑，使得黑色性狀與環境色彩相似而大量生存，淺色性狀與環境色彩差異很大，易被捕食者捕食而大量被淘汰。表現為適者生存，不適者被淘汰。2從微觀（基因）來看進化過程為： 19世紀中期以前，由于黑色基因

9、（s）為不利變異基因，控制的性狀不能適應環境而受到限制，因此，當時種群中淺色基因（s）的頻率為95，黑色基因（s）的頻率為5。到20世紀中期由于黑色基因（s）控制的性狀能適應環境而大量生存并繁殖后代，淺色基因（s）控制的性狀不能適應環境而大量被淘汰，使后代數量大量減少。淺色基因（s）的頻率下降為5，黑色基因（s）的頻率上升為95。結果是淘汰了不利變異的基因并保留了有利變異基因，通過遺傳逐漸積累。由此可見，種群產生的變異是不定向的，經過長期的自然選擇和種群的繁殖使有利變異基因不斷積累，不利變異基因逐代淘汰，使種群的基因頻率發生了定向改變，導致生物朝一定方向緩慢進化。因此，定向的自然選擇決定了生物

10、進化的方向。【導入】隔離導致物種的形成 【物種的概念】再根據英國曼徹斯特地區的樺尺蠖進化過程分析：（1）是否產生了新的物種，為什么？回答：沒有產生新的物種，因為曼徹斯特地區的樺尺蠖是一個種群，個體之間彼此可以自由交配，實現基因交流，并通過繁殖將各自的基因傳遞給后代。（2）什么是物種？物種又是如何形成的？（板書）回答：物種是指分布在一定的自然區域內，具有一定的形態結構和生理功能，而且在自然狀態下能夠相互交配和繁殖，并能夠產生可育后代的一群生物個體。即物種是代代相傳保持一個共同基因庫的群體提問：騾子是怎樣產生的？能否傳種接代？說明什么問題？回答：騾子是馬和驢的雜交后代，不能繁殖，原因是馬和驢是兩個

11、物種。講述：這一事實說明不同物種之間不能交配，或即使交配成功，也不能產生可育的后代，該現象稱之為生殖隔離。請分析說明：區分物種的主要依據是什么？回答：區分物種的主要依據是有無生殖隔離。【隔離在物種形成中的作用】提問：生殖隔離（物種）形成的主要原因是什么？學生閱讀資料：加拉帕戈斯群島講述：加拉帕戈斯群島上的14種地雀都起源于同一個物種，是南美雀類的后代。請同學們分析，它們形態特征形成顯著差異的原因是什么？提問：加拉帕戈斯群島之間的水域起了什么作用。回答：起到地理隔離的作用。講述：一個種群由于地理環境原因被分割成了許多個小的種群這種隔離稱為地理隔離。被地理條件隔開的小種群的基因組成或基因頻率起初就

12、不可能完全相同。提問：根據基因突變的隨機性的特點，長期的隔離對不同島嶼上地雀小種群的基因組成有什么影響？回答：由于突變是隨機的，被分割的小種群可能會出現完全不同的突變。由于地理隔離，各種群間沒有基因交流，因此一個種群中的突變自然不會引起另一種群的改變。提問：根據不同島嶼的生態環境特點分析14種地雀形成顯著差異的根本原因是什么？回答：由于地理隔離，各種群生活在不同的生態環境中，因而有不同的選擇方向。即，不同種群選擇保留下的基因不同，使分開的種群的基因庫組成和基因頻率產生了很大的差異。這就是14種地雀形態特征顯著差異的根本原因。講述：經過長期地理隔離，不同種群在形態特征。生活習性上有了顯著的差異，若再次相遇仍能交配和繁殖可育后代，這樣的不同種群稱之為亞種。如，東北虎和華南虎屬于不同的虎亞種。如果通過長期的地理隔離，使不同種群個體之間形成生殖隔離（不能發生基因交流）。新物種就產生了，如，加拉帕戈斯群島上的14種地雀的形成過程，就是長期的地理隔離導致生殖隔離的結果。因此說：物種形成的原因是突變和基因重組。自然選擇及隔離三個基本環節綜合作用的結果。不同新物種形成的過程進行的十分緩慢，往往需要成千上萬代甚至更長。小結：現代生物進化理論的基本觀點是：進化的基