生物必修2《遺傳與進化》第2節(jié) 基因在染色體上教學(xué)設(shè)計及反思-教案下載-教習(xí)網(wǎng)

第7章現(xiàn)代生物進化理論第2節(jié) 現(xiàn)代生物進化理論的主要內(nèi)容第一課時教學(xué)目的
　　1. 解釋種群，種群基因庫、基因頻率的概念。
　　2.運用數(shù)學(xué)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(xiàn)代生物進化理論的主要內(nèi)容。
　　5.了解隔離的概念和類型，以及隔離與物種形成的關(guān)系，生物多樣性形成的原因。
教學(xué)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。
教學(xué)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。3.隔離在物種形成過程中的作用。
教學(xué)用具
　　1．非洲野牛遷徒生活的錄像片斷。
　　2．英國曼徹斯特地區(qū)18世紀中期到20世紀中期淺色型和黑色型樺尺蠖數(shù)量變化
的CAI課件。
　　3．加拉帕克斯島地雀演化的CAI課件。
教學(xué)方法　　教師講述，學(xué)生歸納，探究相結(jié)合。
課時安排　　二課時　　教學(xué)過程第一課時引言：我們已經(jīng)知道地球上現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，沒有發(fā)現(xiàn)的生物數(shù)目可能要比已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的多10倍，更何況已經(jīng)絕滅的生物比現(xiàn)存的還要多得多。據(jù)估計，曾在地球上生活過的生物種數(shù)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(fù)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）
　　設(shè)問：生物為什么會進化？生物進化的實質(zhì)是什么？生物進化有什么規(guī)律？
　　講述：在21世紀的今天，隨著現(xiàn)代生物科學(xué)的發(fā)展，關(guān)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?yún)s被大大改進和擴展了。關(guān)于自然選擇等問題的研究，已經(jīng)從生物個體為單位發(fā)展到了以種群為基本單位。形成了以自然選擇學(xué)說為基礎(chǔ)的現(xiàn)代進化理論。（板書）
　　設(shè)問：現(xiàn)代生物進化理論的主要內(nèi)容包括哪幾方面？
　　一.種群基因頻率的改變與生物進化.（1）種群是生物進化的單位；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；
　?。?/span>2）一個池塘中的全部魚；
　?。?/span>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(dǎo)學(xué)生總結(jié)出（1）與（4）屬于種群，因此，總結(jié)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(guān)系？
　?。ɑ卮穑悍N群個體間具有年齡和性別的差異，并不是機械的結(jié)合在一起。個體之間存在關(guān)系是：彼此可以交配實現(xiàn)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(chǔ)。提問：種群中全部個體的基因稱為什么？
　?。ɑ卮穑阂粋€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(shù)人表現(xiàn)為正常。白化病是隱性基因控制的遺傳病，但絕大多數(shù)人表現(xiàn)正常。
　　提問：以上事實說明了什么？
　?。ɑ卮穑赫f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(xiàn)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(diào)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(dǎo)下由學(xué)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(fā)生變化？（2）導(dǎo)致種群中某基因頻率發(fā)生變化的因素有哪些？
　　觀看：用CAI課件模擬英國曼徹斯特地區(qū)樺尺蠖從19世紀
中期到20世紀中期，淺色型樺尺蠖和黑色型樺尺蠖所占比例發(fā)生劇烈變化的過程。首先出現(xiàn)19世紀中期長滿地衣的淺色樹干及樹干上棲息著淺色與黑色9：1的樺尺蠖的畫面。
　　提問：1850年以前該地區(qū)的樺尺蠖為什么以淺色為主？黑色個體很少的原因是什么？
　　回答：因為淺色與環(huán)境色彩相似，是樺尺蠖的保護色。黑色易被天敵捕食，而受到控制。
　　講述：調(diào)查發(fā)現(xiàn)淺色基因頻率為95％，黑色基因頻率為
5％，這說明黑色基因是突變產(chǎn)生的。
　　觀看：出現(xiàn)第二個畫面，即隨著英國工業(yè)的發(fā)展，工廠排出的煤煙使地衣不能生存，結(jié)果樹皮裸露并被熏成黑色的樹干及棲息著淺色與黑色1：9的兩色樺尺蠖。
　　探究實驗：讓學(xué)生背對電腦屏幕，教師哨聲一響學(xué)生轉(zhuǎn)身迅速用鼠標點掉一個樺尺蠖，哨聲一響再背過身去這樣重復(fù)多次后，統(tǒng)計剩下的兩色樺尺蠖的數(shù)量。
　　討論：（1）多數(shù)幸存者的顏色與生存環(huán)境有什么關(guān)系？
　?。ɑ卮穑号c生存環(huán)境顏色相近。）
　　討論：（2）你的實驗結(jié)果與自然選擇有什么關(guān)系？
　　（回答：與自然選擇結(jié)果類似。）
　　提問：以上實驗結(jié)果說明兩色樺尺蠖的數(shù)量變化的根本原因是什么？
　?。ɑ卮穑涸蚴呛谏颍?/span>S）與淺色基因（s）兩種基因出現(xiàn)的頻率發(fā)生了改變，這是長期自然選擇的結(jié)果。）
　　講述：由此可見，種群中的基因頻率是可以改變的，
　　提問：進化所需要的變異的來源有幾方面？
　?。ɑ卮穑和蛔兒突蛑亟M。）
　　講述：由減數(shù)分裂和有性生殖引起的基因重組，通過產(chǎn)生不同基因的組合，都提高了群體的可遺傳變異。例如，人有23對染色體，即使每對染色體只含有一對雜合的等位基因，通過自由組合就會產(chǎn)生出8萬多種不同配子，這樣在一個新生兒中就可能有6?l07個以上的基因重組?？紤]到染色體上有許許多多對雜合基因，因此實際上基因重組數(shù)可能是一個天文數(shù)字。由此可見，一個個體所含的基因僅僅是種群中基因的小小組成部分。
　　導(dǎo)致基因頻率改變的因素是：基因突變、基因重組、自然選擇。（2）突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料；
　?。?/span>3）自然選擇決定生物進化的方向；
　?。?/span>4）隔離導(dǎo)致物種的形成。
　　總之，種群中的個體一代一代死亡，但基因庫卻在代代相傳的過程中保持和發(fā)展。因此說，生物進化的過程實質(zhì)上就是種群基因頻率發(fā)生變化的過程。所以說種群是進化的單位。（第二課時）二.隔離導(dǎo)致物種的形成引言：我們已經(jīng)知道了：（1）生物進化的實質(zhì)是種群基因頻率的改變。（2）種群是生物進化的單位。（3）影響種群基因頻率改變的因素有基因突變、基因重組、自然選擇。
　　提問：基因突變與基因頻率的改變有什么關(guān)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(chǎn)生新基因（等位基因），是基因頻率改變的基礎(chǔ)。）
　　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；
　?。?/span>2）隨機發(fā)生的；
　?。?/span>3）突變頻率是很低的；
　　（4）多數(shù)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(chǎn)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10－5，若有一個中等數(shù)量的果蠅種群（約有108個個
體），請同學(xué)們計算出每一代出現(xiàn)基因突變數(shù)是多少？（由學(xué)生計算得出結(jié)論）每一代出現(xiàn)基因突變數(shù)是107個。說明種群中每一代產(chǎn)生的基因突變的數(shù)量是很大的，并通過繁殖得到積累是基因頻率改變的基礎(chǔ)。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(huán)境。再次出示英國曼徹斯特地區(qū)19世紀中期到20世紀中期淺色樺尺蠖和黑色樺尺蠖比例變化的畫面，引導(dǎo)學(xué)生答出（S）黑色基因是基因突變產(chǎn)生的，對樺尺蠖的生存是有害的，但隨著英國工業(yè)的發(fā)展，樺尺蠖生存環(huán)境的改變，有害的基因（S）變?yōu)橛欣幕颉Ｒ虼苏f，突變基因的有害與有利是相對的，不是絕對的。
　　提問：基因重組與基因頻率的改變有什么關(guān)系？
　　回答：由于基因突變是不定向的，突變的結(jié)果可產(chǎn)生相應(yīng)的等位基因。如前所述，假如人的23對同源染色體上都有一對等位基因，通過減數(shù)分裂和受精作用，在后代中則可產(chǎn)生6?107個以上基因重組類型，使種群中出現(xiàn)大量的可遺傳變異，從而使突變基因頻率擴增。由于這些變異的產(chǎn)生是不定向的，無法定向改變基因頻率。
　　設(shè)問：生物進化的方向是如何決定的呢？
　　請同學(xué)們閱讀課文P66頁（第二段）P67（第一段），同時回憶CAI課件所展示的結(jié)果，四人一組討論，從宏觀（性狀）和微觀（基因）兩個方面分析英國曼徹斯特地區(qū)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(huán)境色彩相似，屬于保護色，較能適應(yīng)環(huán)境而大量生存；黑色性狀與環(huán)境色彩差異很大，不能適應(yīng)環(huán)境，易被捕食者捕食，因此，突變產(chǎn)生后，后代的個體數(shù)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(huán)境色彩相似而大量生存，淺色性狀與環(huán)境色彩差異很大，易被捕食者捕食而大量被淘汰。表現(xiàn)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（S）為不利變異基因，控制的性狀不能適應(yīng)環(huán)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(yīng)環(huán)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(yīng)環(huán)境而大量被淘汰，使后代數(shù)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(jié)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(chǎn)生的變異是不定向的，經(jīng)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(fā)生了定向改變，導(dǎo)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進化的方向。
　　請根據(jù)樺尺蠖的進化過程分析：
　?。?/span>1）是否產(chǎn)生了新的物種，為什么？
　　回答：沒有產(chǎn)生新的物種，因為曼徹斯特地區(qū)的樺尺蠖是一個種群，個體之間彼此可以自由交配，實現(xiàn)基因交流，并通過繁殖將各自的基因傳遞給后代。
　　提問：（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(qū)域內(nèi)，具有一定的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能，而且在自然狀態(tài)下能夠相互交配和繁殖，并能夠產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生可育的后代，該現(xiàn)象稱之為生殖隔離。
　　請分析說明：區(qū)分物種的主要依據(jù)是什么？
　　回答：區(qū)分物種的主要依據(jù)是有無生殖隔離。
　　提問：生殖隔離（物種）形成的主要原因是什么？
　　觀看：演示CAI課件，給出加拉帕戈斯群島的地圖。請同
學(xué)們用地理知識估算島與島之間的距離。再出示不同島上的植被情況（突出果實的大?。?，讓學(xué)生了解各島嶼的生存條件。最后出示有不同特征的地雀，特別突出地雀喙形大小的特征，然后讓學(xué)生根據(jù)地雀的特征和島嶼生存條件將地雀安放在適宜的島上（放錯會發(fā)出鳴響）。
　　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(xué)們分析，它們形態(tài)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(huán)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不可能完全相同。
　　提問：根據(jù)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(xiàn)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(jù)不同島嶼的生態(tài)環(huán)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(tài)環(huán)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(chǎn)生了很大的差異。這就是14種地雀形態(tài)特征顯著差異的根本原因。
　　講述：經(jīng)過長期地理隔離，不同種群在形態(tài)特征。生活習(xí)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(fā)生基因交流）。新物種就產(chǎn)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(dǎo)致生殖隔離的結(jié)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(huán)節(jié)綜合作用的結(jié)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(jié)：現(xiàn)代生物進化理論的基本觀點是：
　　進化的基本單位是種群
　　進化的實質(zhì)是種群基因頻率的改變
　　物種形成的基本環(huán)節(jié)是：
　　突變和基因重組——提供進化的原材料
　　自然選擇——基因頻率定向改變，決定進化的方向。
　　隔離——物種形成的必要條件
三.共同進化與生物多樣性的形成　　1.共同進化概念：不同物種之間，生物與環(huán)境之間在相互影響中不斷進化和發(fā)展。范圍：物種之間，生物與環(huán)境之間2.生物多樣性的形成內(nèi)容層次：基因多樣性，物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性.鞏固練習(xí)：（課后習(xí)題）

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