6.3种群基因组成的变化与物种形成（教学设计）-2023-2024学年高一下学期生物人教版（2019）必修2

种群基因组成的变化与物种形成 教学设计 教学目标： （1）在知识与技能方面，学生能够准确阐述种群、物种、基因库、基因频率等概念，熟练运用数学方法计算基因频率，并能用达尔文的进化理论分析生物进化的原因。 （2）在过程与方法方面，通过对种群基因频率变化的数学分析，学生能够掌握用数学方式探究生物进化相关问题的方法，并学会从具体实例中归纳总结生物进化和物种形成的规律。 （3）在情感态度与价值观方面，学生能够深刻认识生物进化观点对人类思想观念的影响，从而认同进化论观点，增强对生命科学的探索兴趣。 教学重难点： （1）教学重点：理解种群、物种、基因库、基因频率的概念，掌握基因频率的计算方法。 （2）教学难点：理解自然选择对基因频率定向改变从而使生物进化的原理，以及地理隔离和生殖隔离在新物种形成过程中的作用。 教学准备： （1）多媒体投影仪和屏幕。用于展示达尔文自然选择学说的历史背景、现代生物进化理论的关键点以及曼彻斯特桦尺蠖蛾颜色变化的案例研究。 （2）计算机和教学软件。用于创建和展示有关种群基因组成变化、基因频率计算以及哈代-温伯格定律的数学模型和图表。 （3）生物学实验材料和工具。用于进行基因频率和基因型频率的实际测量实验，帮助学生理解种群基因组成的变化。 教学方法： 讲授法、案例分析法、问题引导法、讨论法、实验法 教学过程： 一、导入新课 引入话题：同学们，我们都了解生物是有寿命的。在研究生物进化的过程中，我们不仅需要关注单个个体的变化，还要研究整个生物群体的基因情况。这个群体就是种群。（学生：种群是指什么？） 定义种群：种群指的是生活在某一特定区域内的同一种生物的所有个体。举个例子，一片森林中的所有麻雀就构成了一个种群。（学生：明白了，种群就是一个特定区域内同种生物的所有个体。） 二、讲授新课 第一部分：种群与基因库的概念 基因库的概念：一个种群中所有个体所携带的全部基因称为该种群的基因库。（学生：基因库是什么意思呢？） 解释基因库：基因库包括了种群内所有个体的各种性状控制基因。比如，草地上的所有野兔群体内，所有决定毛色、体型和行为等性状的基因总和就是这个种群的基因库。（学生：哦，原来如此！） 基因频率的定义：基因频率是指种群基因库中某个特定基因占全部等位基因数的比例。（学生：基因频率怎么计算呢？） 例题解析：假设有一种昆虫，其基因型分别为AA、Aa和aa。如果AA有40只，Aa有160只，aa有200只，请问基因a的频率是多少？ 计算过程： 总个体数 = 40 + 160 + 200 = 400 基因a的总数 = 160（每只Aa贡献一个a）+ 200 2（每只aa贡献两个a）= 560 基因A的总数 = 40 2（每只AA贡献两个A）+ 160（每只Aa贡献一个A）= 320 基因a的频率 = 560 / (560 + 320) = 0.64 或 64% 因此，该种群中基因a的频率是64%。（学生：明白了，基因频率就是某种基因在所有等位基因中的比例。） 第二部分：基因频率的变化 哈代-温伯格定律：假设某昆虫种群满足以下条件： 种群数量足够大， 所有个体都能自由交配并能产生后代， 没有迁入与迁出， 自然选择对A、a控制的性状没有作用， 没有基因突变和染色体变异。 在这些条件下，种群的基因频率和基因型频率可以世代保持不变，这称为哈代-温伯格定律或遗传平衡定律。（学生：那如果这些条件不成立呢？） 数学方法分析：设A的基因频率为p，a的基因频率为q，则p+q=1。根据哈代-温伯格定律，(p+q)² = p² + 2pq + q² = 1。这说明在理想条件下，基因频率不会发生变化。（学生：但如果条件变化了呢？） 自然选择的作用：通过曼彻斯特桦尺蠖蛾的例子来说明。最初，黑色蛾子很少，而浅色蛾子很多。由于环境污染，树皮变黑，黑色蛾子更容易存活下来。因此，黑色蛾子的基因频率逐渐增加。（学生：那基因频率是如何变化的？） 基因频率变化：初始时，假设黑色蛾子的基因频率为10%，经过一段时间后，黑色蛾子的基因频率上升到90%。这表明自然选择使基因频率定向改变，从而推动生物进化。（学生：原来是这样！） 第三部分：物种与物种形成 物种的定义：能够相互交配并在自然状态下产生可育后代的一群生物称为一个物种，简称“种”。（学生：物种必须满足什么条件？） 物种形成的条件：同一物种需要满足两个条件： 可以互相交配。 能够产生可育后代。 不同物种之间通常不能交配，即使交配成功也不能产生可育后代，这种现象称为生殖隔离。（学生：什么是生殖隔离？） 地理隔离：同一物种由于地理障碍分成不同的种群，导致它们无法发生基因交流的现象，称为地理隔离。通常，新物种的形成是长时间地理隔离的结果，最终导致生殖隔离。（学生：地理隔离会导致新物种的形成吗？） 生殖隔离的例子：例如，喜马拉雅山脉两侧的某些动物种群由于高山阻隔长期无法交流，最终形成了新的物种。（学生：原来如此！） 三、随堂检测 题目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%； 答案：C 60% 解析：基因a的总数 = 160 + 200 2 = 560；总基因数 = 800；基因a的频率 = 560/800 = 70%。 （学生：哦，原来是这样算的！） 题目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%； 答案：B 50% 解析：剩余基因a的总数 = 160 + 160 1 = 320；总基因数 = 800；基因a的频率 = 320/800 = 50%。 （学生：明白了，迁移会影响基因频率。） 题目3：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 答案：A 0.36、0.48 解析：隐性性状者aa的比例为16%，即q² = 0.16，q = 0.4；p = 1 q = 0.6；AA的频率 = p² = 0.36；Aa的频率 = 2pq = 2 0.6 0.4 = 0.48。 （学生：隐性性状者的比例可以用来推算其他基因型的频率。） 四、课堂小结 总结：今天我们一起探讨了种群的概念、基因库与基因频率的定义及其变化，还学习了哈代-温伯格定律以及物种的形成。希望大家能够理解这些概念，并能在实际问题中应用它们。 强调重点：种群、物种、基因库、基因频率的概念是本节课的重点，大家一定要掌握。同时，学会用数学方法分析基因频率的变化，理解自然选择对生物进化的影响。 互动提问：同学们还有什么不清楚的地方吗？（学生：我觉得基因频率的变化有点难，能再讲解一下吗？） 解答疑问：好的，我们再来回顾一下基因频率的变化。请大家看这个例子……（学生：这次我明白了，谢谢老师！） 课后作业： （1）分析三种不同种群（自行设定条件）的基因频率变化，并说明可能影响基因频率变化的因素。 （2）依据所学内容，设计一个实验方案来验证哈代－温伯格定律，并预测实验结果。 学科网（北京）股份有限公司 $$