第二节自然选择对基因频率的影响

1、第二节 自然选择对基因频率的影响 一、教学目标解释种群、种群基因库、基因频率等概念。说明现代生物进化理论 的主要内容。 运用数学方法讨论种群基因频率的变化。 运用生物进化观点解释一 些生物现象。二、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。一个基 因所控制的性状， 对个体生存和繁殖后代的贡献越大， 拥有该基因的个体就可能 越多。上节课我们学习了达尔文自然选择学说的主要观点， 下面请同学们依据该 学

2、说的基本观点，分析下面的情境：aa）昆虫的群体中偶然出现一只绿色翅（Aa） 的变异个体，且绿色比灰色更不容易被敌害发现。问根据达尔文“适者生存、 不适者淘汰”的观点， 该绿色个体能被选择下来 吗？如果该绿色基因能很好的生活下来，他体内的 A基因怎样才能传递给后代总结性讲述 讨论发现， 出现有利变异个体内的有利基因只有在群体中， 通过 有性生殖才能世代延续， 另外有利变异体的后代不一定能真实遗传。 因此，研究 生物的进化， 仅仅研究个体的表现型是否与环境相适应是不够的， 还需要研究群 体的基因组成的变化，这个群体就是种群。怎样的一群生物个体可以称为种群 呢？“种”或“物种”与种群又有什么区别呢？

3、 问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？由此人们提出基因库和基因频率的概念。 什 么是基因库？基因频率的含义是什么？A,褐色翅的基因位a,调查发现AA Aa aa的个体分别占30% 60% 10%那 么A、a的基因频率是多少？提示1.（ 1）A配子占60% a配子占40%（2）子代基因型频率：AA占36% Aa占48% aa占16%（3）子代种群的基因频率：A占60% a占40%（4）种群的基因频率会同子一代一样。2. 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。3.

4、 突变产生新的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的还是有害的。 只有通过有性生殖， 才能将 基因传给子代，将基因A保留下来。物种可以分布在自然界不同的区域， 只有在可以发生随机交配、 繁衍，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。 变异 突变 2、所有的变异都能导致基因频率的变化吗？只有。_3、突变和基因重组对于种群遗传组成的改变一样吗？为什么？。因为只有 才能出现新基因， 才能丰富基因库，改变基因频率。 可以增加基因型的种类。4、在自然情况下，突变的频率很低，且多数有害，对生物进化有重要意义吗？ 例如：每个果

5、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） ，请同学们计算出每一代出现的基因突变 数是多少 ?基因突变数是 这说明种群中每代产生的基因突变的数量是很大的， 并通过繁殖得到积累， 成为 基因频率改变的基础。而且突变的有利或有害并不是绝对的，它取决于生物的 这说明种群中每代产生的基因突变的数量是很大的， 并通过繁殖得到积累， 成为基因频率改变的基础。而且突变的有利或有害并不是绝对的，它取决于生物的5、突变和基因重组产生的变异有方向吗？由于突变和基因重组都是 、，因此它们只是提供了 ，不能决定生物进化的方向。提示1. 树干变黑会

6、影响桦尺蠖种群中浅色个体的出生率， 这是因为许多浅色个体可能 在没有交配、产卵前就已被天敌捕食。2. 是表现型。比如，天敌看到的是桦尺蠖的体色而不是控制体色的基因。 一个种 群全部个体所含有的全部基因， 叫做这个种群的基因库一个个体所含的基因仅仅 是种群中基因的小小组成部分。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，但绝大多数人表现正常。以上事实说明不同的基因在种群的基因库中所占的比例是不同的。 基因频率 基因频率某种基因在某个种群中出现的比例叫做基因频率。 怎样才能知道某种基因的基因频率呢？可通过抽样调查的方法获得。例如， 从某种种群中随

7、机抽出 100个个体测知基因型为 AA、As、aa 的个体分别为 30、 60和10,其中A基因频率为多少？ a 基因频率为多少？基因频率一个种群某种基因在某个种群中出现的基因频率 种群中某基因的频率否发生变化？导致种群中某基因频率发生变化的因素有哪些？导致基 因频率改变的因素英国曼彻斯特地区桦尺蠖从 19世纪中期到 20 世纪中期，浅色型桦尺蠖和 黑色型桦尺蠖所占比例发生剧烈变化的过程。 19 世纪中期长满地衣的浅色树干上栖息着浅 色与黑色桦尺蠖的 9： 1。因为浅色与环境色彩相似，是桦尺蠖的保护色。黑色易被天敌捕食，而受到控制 1850 年以前该地区的桦尺蠖以浅色为主黑色个体很少调查发现浅

8、色基因频率为95，黑色基因频率为 5，这说明黑色基因是突变产生的。随着英国工业的发展， 工厂排出的煤烟使地衣不能生存， 结果树皮裸露并被熏成黑色黑 色树干栖息着浅色与黑色桦尺蠖 1： 9。多数幸存者的颜色与生存环境颜色相近两色桦尺蠖数量变化的根本原因是黑色基因（ S）与浅色基因（s）两种基因出现的频率 发生了改变，这是长期自然选择的结果由此可见， 种群中的基因频率是可以改变的， 导致基因频率改变的因素是基因突变、 基 因重组自然选择。生物进化的实质种群中的个体一代一代死亡， 但基因库却在代代相传的过程中保持和发 展。因此说， 生物进化的过程实质上就是种群基因频率发生变化的过程。 所以说种群是进

9、化 的单位。 关于用数学方法讨论基因频率的变化， 可以采用教材 “思考与讨论 ”中所设计的顺序 和方式进行， 也可以先依据孟德尔遗传定律， 从亲代的基因型频率， 计算子代的基因型频率 和基因频率，如果时间允许，还可以继续计算子二代、子三代的基因型频率和基因频率。如 果采用后一种方式， 在计算后， 教师应引导学生从中概括出： 依据孟德尔遗传法则，一个种 群的等位基因频率， 在上下代是稳定不变的， 也就是说种群是稳定不变的。 这种现象在自然 界的种群中会发生吗？由此引发学生讨论。 在学生讨论的基础上， 教师和学生共同得出， 自 然界中种群的基因频率要稳定不变（不进化） ，必须满足以下几点：该种群非

10、常大；所有的 雌雄个体都能自由交配； 没有迁入和迁出； 自然选择对不同表现型的个体没有作用； 这对基 因不发生突变， 并且携带这对基因的染色体不发生变异。 显然，同时满足以上 5 个条件是不 可能的， 即使前 4个条件可以满足， 基因突变和染色体变异总会发生的。 通过讨论基因频率 的变化可以认识到， 自然界中种群的基因频率一定会发生变化， 也就是说种群的进化是必然 的。（第一课时可到此结束） 第二课时的引入， 可以从复习在自然界中影响种群基因频率的因素入手， 引出变 异和自然选择对基因频率的影响。关于突变和基因重组产生进化的原材料， 教师应强调只有可遗传的变异， 才对生 物进化产生影响。 让学

11、生回答可遗传变异的来源， 即基因突变、 基因重组和染色 体变异。教师可以举几个典型实例， 介绍三种变异的特点， 以及对基因频率的影 响。在这里还应该强调，突变和重组都是随机的、不定向的，因此，它们可以改 变基因频率， 但不能决定基因频率改变的方向， 也就是说， 它们只是提供了生物 进化的原始材料， 不能决定生物进化的方向。 生物进化方向又是由什么因素决定 的呢？（引入自然选择的作用） 探究“自然选择对种群基因频率变化的影响”是本节课的重点和难点。 教师可以 依据教学班的实际情况， 以方便学生讨论为原则， 将教学班分成若干个小组。 关 于探究活动的教学，教师应注意以下几点。1. 指导学生阅读桦尺

12、蠖种群变化的资料 （教师可以导读教材相关部分） ，依据这 些事实明确提出问题。2作出假设。针对事实和问题，依据学生已有的知识背景提出假设。在这里，假 设可以是：黑褐色的生活环境，不利于浅色桦尺蠖的生存，对黑色桦尺蠖生存有 利，这种环境的选择作用使该种群的 S基因的频率越来越低，即自然选择可以使 种群的基因频率发生定向改变。3. 制定探究方案，可以根据学生情况灵活处理。一般情况下，可以直接使用教材 提供的问题情境。可以先指导学生，依据假设计算第2年的基因型频率和基因频 率，即：如果第1年种群个体数为100个，当黑色 （表现型） 个体每年增加 10%寸，基因型为SS （黑色）个体第2年将会增加到11个，基因型为Ss （黑 色）个体第2年将增加到22个，基因型为ss （浅色） 个体第2年将减少到 63个。第2年种群个体总数为96个，基因型SS的频率是11-96=11.5%基因 型Ss的频率是22- 96=22.9%;基因型ss的频率是63-96=65.6% 在学生理解 了计算方法后，可独立计算以后年份的基因型频率和基因频率，从中找出规律。4. 在分析计算结果的基础上，应要求学生讨论教材中设置的两个讨论题。 使学生 理解，在黑色背景下，浅色桦尺蠖被天敌发现和捕食的几率大于黑色的桦尺蠖，但不影响桦