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2019-2020年高中生物《種群基因頻率的改變與生物進化》教案7 新人教版必修2 一、教學目標 1.解釋種群、種群基因庫、基因頻率等概念。 2.運用數(shù)學方法討論種群基因頻率的變化。 3.說明現(xiàn)代生物進化理論的主要內(nèi)容。 4.舉例說明共同進化和生物多樣性形成的原因。 5.形成生物進化的觀點和生物進化理論在發(fā)展的觀念。 二、教學重點和難點 1.教學重點 （1）種群、物種、基因頻率、隔離等概念。 （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。 2.教學難點 （1）基因頻率的概念。 （2）自然選擇對種群基因頻率的影響。 （3）隔離在物種形成中的作用。 三、教學策略 上節(jié)介紹了達爾文的自然選擇學說的主要內(nèi)容，在分析該學說貢獻的同時，討論了它的局限性，為修正、深入和擴展達爾文自然選擇學說埋下了伏筆，也為本節(jié)繼續(xù)討論現(xiàn)代生物進化理論奠定了基礎。本節(jié)是本章教學的重點，可安排4課時。 本節(jié)的引入，可以從達爾文自然選擇學說中某些觀點，與現(xiàn)代遺傳學所揭示的遺傳和變異的本質(zhì)之間引發(fā)的問題沖突開始，通過問題探討，使學生初步了解一種生物個體的有利變異的基因，只有在該種生物的某一群體中才能傳遞、擴散，這個群體就是種群，種群是生物進化的基本單位。引發(fā)沖突的問題可大可小，可繁可簡，可具體可抽象。例如，某種昆蟲的翅色是灰色(基因型為aa)，偶然出現(xiàn)一綠色的變異個體（基因型為Aa），如果綠色翅與灰色翅比較，更適應環(huán)境。按照達爾文“適者生存，不適者淘汰”的觀點，這一有利變異的個體能永遠生存下去嗎？該個體中的有利基因A，怎樣才能世代傳衍下去？即使Aa的個體能夠繁殖，后代都是綠色個體嗎？通過該問題的探討，可以使學生發(fā)現(xiàn)，某個體的有利變異的基因只有在群體中，通過有性生殖才能世代延續(xù)，另外有利變異個體（Aa）的有性生殖的后代，還會出現(xiàn)aa的個體。因此，研究生物的進化，僅僅研究個體的表現(xiàn)型是否與環(huán)境相適應是不夠的，還需要研究群體的基因組成變化，這個群體就是種群（提出種群的概念）。 關于種群的概念，教師可以通過幾個具體的種群實例，歸納出以下幾點：種群與種的區(qū)別；種群是繁殖的單位；研究生物性狀的維持和變化不能立足于個體的變化，只能以種群為單位。因此，要從研究種群中全部個體所含有的全部基因入手（引出基因庫的概念）。 對于基因庫的概念，學生是容易理解的，不必花費過多的時間。在此，教師應該指出，基因頻率是分析和描述基因庫中基因組成的重要概念，并指導學生練習計算基因頻率的方法。在學生理解了基因庫的基本含義，以及學會了基因頻率的計算方法后，教師可以引出：一個種群基因庫中的基因頻率，在子代又會怎樣呢？ 關于用數(shù)學方法討論基因頻率的變化，可以采用教材“思考與討論”中所設計的順序和方式進行，也可以先依據(jù)孟德爾遺傳定律，從親代的基因型頻率，計算子代的基因型頻率和基因頻率，如果時間允許，還可以繼續(xù)計算子二代、子三代的基因型頻率和基因頻率。如果采用后一種方式，在計算后，教師應引導學生從中概括出：依據(jù)孟德爾遺傳法則，一個種群的等位基因頻率，在上下代是穩(wěn)定不變的，也就是說種群是穩(wěn)定不變的。這種現(xiàn)象在自然界的種群中會發(fā)生嗎？由此引發(fā)學生討論。在學生討論的基礎上，教師和學生共同得出，自然界中種群的基因頻率要穩(wěn)定不變（不進化），必須滿足以下幾點：①該種群非常大；②所有的雌雄個體都能自由交配；③沒有遷入和遷出；④自然選擇對不同表現(xiàn)型的個體沒有作用；⑤這對基因不發(fā)生突變，并且攜帶這對基因的染色體不發(fā)生變異。顯然，同時滿足以上5個條件是不可能的，即使前4個條件可以滿足，基因突變和染色體變異總會發(fā)生的。通過討論基因頻率的變化可以認識到，自然界中種群的基因頻率一定會發(fā)生變化，也就是說種群的進化是必然的。（第一課時可到此結束） 第二課時的引入，可以從復習在自然界中影響種群基因頻率的因素入手，引出變異和自然選擇對基因頻率的影響。 關于突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料，教師應強調(diào)只有可遺傳的變異，才對生物進化產(chǎn)生影響。讓學生回答可遺傳變異的來源，即基因突變、基因重組和染色體變異。教師可以舉幾個典型實例，介紹三種變異的特點，以及對基因頻率的影響。在這里還應該強調(diào)，突變和重組都是隨機的、不定向的，因此，它們可以改變基因頻率，但不能決定基因頻率改變的方向，也就是說，它們只是提供了生物進化的原始材料，不能決定生物進化的方向。生物進化方向又是由什么因素決定的呢？（引入自然選擇的作用） 探究“自然選擇對種群基因頻率變化的影響”是本節(jié)課的重點和難點。教師可以依據(jù)教學班的實際情況，以方便學生討論為原則，將教學班分成若干個小組。關于探究活動的教學，教師應注意以下幾點。 1.指導學生閱讀樺尺蠖種群變化的資料（教師可以導讀教材相關部分），依據(jù)這些事實明確提出問題。 2.作出假設。針對事實和問題，依據(jù)學生已有的知識背景提出假設。在這里，假設可以是：黑褐色的生活環(huán)境，不利于淺色樺尺蠖的生存，對黑色樺尺蠖生存有利，這種環(huán)境的選擇作用使該種群的S基因的頻率越來越低，即自然選擇可以使種群的基因頻率發(fā)生定向改變。 3.制定探究方案，可以根據(jù)學生情況靈活處理。一般情況下，可以直接使用教材提供的問題情境?？梢韵戎笇W生，依據(jù)假設計算第2年的基因型頻率和基因頻率，即：如果第1年種群個體數(shù)為100個，當黑色 （表現(xiàn)型） 個體每年增加10%時，基因型為SS （黑色） 個體第2年將會增加到11個，基因型為Ss （黑色） 個體第2年將增加到22個，基因型為ss （淺色） 個體第2年將減少到63個。第2年種群個體總數(shù)為96個，基因型SS的頻率是1196=11.5%；基因型Ss的頻率是2296=22.9%；基因型ss的頻率是6396=65.6%。在學生理解了計算方法后，可獨立計算以后年份的基因型頻率和基因頻率，從中找出規(guī)律。 4.在分析計算結果的基礎上，應要求學生討論教材中設置的兩個討論題。使學生理解，在黑色背景下，淺色樺尺蠖被天敵發(fā)現(xiàn)和捕食的幾率大于黑色的樺尺蠖，但不影響樺尺蠖的生存和繁殖，直接受選擇的是表現(xiàn)型。 探究之后，教師應強調(diào)，在自然選擇的作用下，可以使基因頻率發(fā)生定向改變，決定生物進化的方向。（第二課時可到此結束） 關于“隔離與物種的形成”內(nèi)容的教學，可直接使用教材中的引言，引出物種的概念。指出人們是如何定義物種的，至于為什么如此定義物種可以不深究，教師應著重引導學生依據(jù)物種定義，舉例說明并區(qū)分物種。學生理解物種概念后，教師可以再提出曼徹斯特地區(qū)的樺尺蠖，雖然基因頻率發(fā)生很大的定向變化，但并沒有形成新物種的原因，并通過師生討論得出，只要物種的種群之間和種群內(nèi)部個體之間，沒有形成生殖隔離，基因交流就不會停止，遺傳組成的差異就不會拉大，新物種就難以形成。什么因素可以阻止種群間基因交流呢？由此可引出隔離的概念。 學生初步理解隔離的概念之后，可以安排學生討論隔離的各種可能的方式，教師歸納出隔離的類型。然后組織學生閱讀分析教材中的“資料分析”，組織討論“資料分析”中提出的幾個問題。最后教師應強調(diào)，一般情況下，地理隔離是生殖隔離的先決條件，生殖隔離一旦形成，原來屬于一個物種的兩個種群，就成了兩個物種。（第三課時可到此結束） 關于“共同進化與生物多樣性的形成”內(nèi)容的教學，可以學生自學為基礎，教師提出一些具有啟發(fā)性的問題，師生共同歸納總結的方式推進教學過程。使學生理解共同進化的含義，無機環(huán)境的變化、無機環(huán)境的復雜化和多樣化、有性生殖的出現(xiàn)和生態(tài)系統(tǒng)結構的復雜化和多樣化對生物多樣性形成的作用。 最后，組織學生討論生物進化理論在發(fā)展。 四、答案和提示 （一） 問題探討 提示：學生可以按如下思路展開想像：一個基因所控制的性狀，對個體生存和繁殖后代的貢獻越大，擁有該基因的個體就可能越多。 （二）思考與討論一 1.（1）A配子占60%，a配子占40%。 （2）子代基因型頻率：AA占36%；Aa占48%；aa占16%。 （3）子代種群的基因頻率：A占60%；a占40%。 （4） 親代基因型的頻率 AA（30%） Aa（60%） aa(10%) 配子的比率 A(30%) A(30%) a(30%) a(10%) 子代基因型頻率 AA(36%) Aa(48%) aa(16%) 子代基因頻率 A(60%) a(40%) 種群的基因頻率會同子一代一樣。 2.對自然界的種群來說，這五個條件不可能同時都成立。例如，翅色與環(huán)境色彩較一致的，被天敵發(fā)現(xiàn)的機會就少些。 3.突變產(chǎn)生新的基因會使種群的基因頻率發(fā)生變化。基因A2的頻率是增加還是減少，要看這一突變對生物體是有益的還是有害的。 （三）探究 1.樹干變黑會影響樺尺蠖種群中淺色個體的出生率，這是因為許多淺色個體可能在沒有交配、產(chǎn)卵前就已被天敵捕食。 2.是表現(xiàn)型。比如，天敵看到的是樺尺蠖的體色而不是控制體色的基因。 （四）資料分析 1.由于這兩個種群的個體數(shù)量都不夠多，基因頻率可能是不一樣的。 2.不一樣。因為突變是隨機發(fā)生的。 3.不同島嶼的地形和植被條件不一樣，因此環(huán)境的作用會有差別，導致種群基因頻率朝不同的方向改變。 4.不會。因為個體間有基因的交流。 （五）旁欄思考題 最先在裸露的巖石上生長的植物往往是地衣，地衣的出現(xiàn)促進巖石的分解，形成土壤，為苔蘚植物的生長創(chuàng)造條件。 （六）技能訓練 1.假說甲：紅褐色魚和金黃色魚起源于同一種灰色魚。假說乙：湖Ⅰ中原來只有紅褐色魚，湖Ⅱ中原來只有金黃色魚，發(fā)洪水時，這兩個湖中的魚發(fā)生混雜在一起。 2.假說甲沒有考慮到隔離在物種形成中的作用，也沒有考慮洪水的作用。 3.這一證據(jù)支持假說乙。 4.如果紅褐色魚和金黃色魚不能雜交，或雜交后不能產(chǎn)生可育后代，說明它們不是一個物種。 （七）思考與討論二 1.最早出現(xiàn)的生物是厭氧的單細胞生物，它們生活在海洋中。 2.多細胞生物大約是在寒武紀出現(xiàn)的，它們生活在海洋中。 3.最早登陸的生物是植物，否則動物登陸后就會餓死。 4.當時陸地上還是一片荒蕪，生物都生活在海洋中。 5.恐龍是在中生代后期絕滅的。物種絕滅對生物多樣性的影響是復雜的?？铸埖慕^滅有利于哺乳動物的繁盛。 （八）第一小節(jié)練習 基礎題 1.C。 2.C。 3.C。 4.突變和基因重組產(chǎn)生進化的原材料。如果沒有突變，就不可能產(chǎn)生新的等位基因，基因重組也就沒有意義，生物就不可能產(chǎn)生可遺傳的變異，也就不可能進化。 拓展題 1.提示：如選擇育種和雜交育種。 2.提示：如果氣候等其他條件也合適，并且這個種群具有一定的繁殖能力，該種群的個體數(shù)會迅速增加。否則，也可能仍然處于瀕危狀態(tài)甚至絕滅。 （九）第二小節(jié)練習 基礎題 1.（1）√；（2）√；（3）√。 2.生活在峽谷北側(cè)的種群發(fā)生了突變，由于突變的隨機性，同樣的突變沒有發(fā)生在峽谷南側(cè)的種群中。由于這兩個種群被河流隔開，彼此沒有交配的機會，也就是沒有基因的交流，所以兩個種群發(fā)生明顯的分化，有可能演變成兩個物種。 拓展題 提示：雄虎和雌獅雜交生出的后代是虎獅獸，雄獅和雌虎雜交生出的后代是獅虎獸。目前還沒有虎獅獸和獅虎獸交配并生出可育后代的證據(jù)。 對人們讓虎和獅雜交生出更具觀賞價值后代的做法，學生可自由發(fā)表看法。 補充資料：1981年，世界首例獅虎獸誕生于法國，xx年病死。xx年8月22日，我國首例虎獅獸在南京紅山動物園降生，僅7 d就夭折了。xx年9月2日，在福州國家森林公園動物樂園降生了3只虎獅獸，僅1只成活。xx年3月27日，在湖南長沙世界之窗降生了1只虎獅獸。國內(nèi)還有從國外引進獅虎獸進行飼養(yǎng)、供游人觀賞的事例。對于讓虎和獅雜交的做法，有專家認為這在科學研究上價值不大，但是在商業(yè)上具有一定價值。有專家認為，對待野生珍稀動物，人類最應當做的是進行保護，讓它們自然繁殖，而不是人為改變其自然繁殖體系。 （十）第三小節(jié)練習 基礎題 1.（1）√；（2）；（3）。 2.C。 3.有性生殖的出現(xiàn)，使基因重組得以實現(xiàn)，增加了生物變異的多樣性，因而使生物進化的速度明顯加快。 拓展題 1.提示：假如那樣，生物界紛繁復雜的現(xiàn)象就很難用統(tǒng)一的觀點和理論來解釋，作為生物學基本觀點之一的進化觀點將難以建立，生物學就不可能形成現(xiàn)在這樣一個科學的框架體系，學習生物學將缺少基本觀點和方法的指導和統(tǒng)領。 2.提示：生態(tài)指的是生物與環(huán)境的相互關系，進化指的是生物界的歷史演變；如果把進化看做由各種生物表演的一部歷史劇，那么，上演這部歷史劇的舞臺就是生物與環(huán)境之間復雜的相互關系。物種進化的表演受舞臺背景的制約，舞臺背景也要與上演的內(nèi)容相協(xié)調(diào)。