6.3种群基因组成的变化与物种的形成教学设计-2024-2025学年高一下学期生物人教版必修2

课题 第6章 第3节 种群基因组成的变化与物种的形成（2个课时） 时间 2025.4.29 教材分析 本节内容为以达尔文自然选择学说为核心的现代生物进化理论，部分内容借鉴了达尔文的自然选择学说，但是又对达尔文的学说进行了修正，强调了种群的作用，并解释了遗传与进化的本质。 学情分析 教学要本着有效教学的理念,利用案例引导学生分析基因频率的变化,初步掌握理想种群中基因频率和基因型频率的变化规律:让学生用数学方法研究自然选择与基因频率变化之间的关系,并引导学生得出生物进化的实质,同时注重学生科学思维和科学探究核心素养的培养。 教学目标 1.阐述种群、种群基因库、基因频率等概念的内涵。（生命观念） 2.运用数学方法讨论种群基因频率的变化。（生命观念、科学思维） 3.阐明自然选择对种群基因频率变化的影响。（科学思维、科学探究） 4.说明隔离在物种形成中的作用。（科学思维） 教学重难点 1.教学重点 (1)种群、物种、基因频率、隔离等概念。 (2)变异、选择和隔离在生物进化中的作用。 2.教学难点 (1)自然选择对种群基因频率变化的影响， (2)隔离在物种形成中的作用。 教学内容及流程 学习任务 教学过程(第1课时) 备注 问题探讨 【视频导入】播放曼彻斯特桦尺蛾，思考：1.导致桦尺蛾出现“黑化”现象的原因是什么？2.自然选择直接作用的是生物的个体，还是群体？3.自然选择直接选择的是基因型还是表型？为什么？4.研究进化，仅研究个体和表型是否就可以？为什么？ 【教师讲述】先有鸡还是先有蛋，忽视了鸡和蛋在基因组成上的一致性，也忽视了生物进化是以种群为单位而不是以个体为单位这一重要观点。 种群和种群基因库 【教师讲述】种群：生活在一定区域的同种生物的全部个体，种群是生物繁殖和进化的基本单位。（种群三要素） 【课堂练习】判断下列是否属于种群？ （1）一个池塘中的全部鱼 （2）一个池塘中的全部鲤鱼√ （3）两个池塘内的全部鲤鱼 （4）一片草地上的成年梅花鹿 （5）农贸市场上售卖的鸡群 【教师讲述】种群的特点： ①种群的个体并不是机械地集合在一起。 ②一个种群就是一个繁殖单位，种群是生物繁殖和进化的基本单位。 ③雌雄个体可通过繁殖将各自的基因遗传给后代。 繁殖时，新老种群在基因组成上会有什么变化吗？ 【教师讲述】 基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因。（同一物种的两个不同的种群，个体数量越多，基因库越大；基因频率的改变和基因型种类的改变都不一定导致基因库的变化） 基因频率：在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。（） 基因型频率：在一个种群中，某基因型个体占种群内全部个体的比率。 【教师讲述】通过基因型频率计算基因频率： 注意：X染色体上基因频率的计算： Y染色体上没有等位基因！男性个体只有一条性染色体含有该类基因；女性个体中两条性染色体均含有该类基因。 通过实例的应用，使学生学会计算基因频率的方法。 对计算结果进行分析，归纳基因型频率和基因频率的变化规律，理解遗传平衡定律。 引导学生利用已学的遗传学知识,计算并归纳总结,培养学生运用数学方法解决生物学问题的能力和意识,提升学生的科学思维核心素养。 种群基因频率的变化 【思考讨论】用数学方法讨论种群基因频率的变化：在一个桦尺种群中, 基因型为SS、Ss、ss有100、200、700个 1.计算该种群中SS、Ss、ss的基因型频率分别是多少？ 2.计算S和s的基因频率分别是多少? 3.该种群中的个体自由交配一代后，子一代的基因频率和基因型频率是多少? 4.想一想，子二代、子三代以及若干代以后，种群的基因频率会同子一代一样吗？ 5.各代基因频率相同。基因型频率从子一代开始保持不变。这些是在什么前提条件下呢？ 【教师讲述】遗传平衡定律（哈代温伯格定律）： ①昆虫群体数量足够大。 ②全部的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代。 ③没有迁入与迁出。 ④AA、Aa、aa三种基因型昆虫的生存能力完全相同（也就是说没有自然选择）。 ⑤没有基因突变和染色体变异。 满足以上五个条件，就是遗传平衡状态。 若已知AA的基因型频率为m，则A的基因频率为√m。 注意：遗传平衡所指的种群是理想条件下的种群，在自然条件下，这样的种群是不存在的。这也从反面说明，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。 【教师讲述】若该种群发生以下4种情况，则种群中S和s基因频率分别为多少? ①所有SS个体失去求偶和交配能力，且随机交配一代。 ②有10个SS个体突变为Ss，(s代表不同的隐性突变基因）。 ③从外地迁入了100只基因型为ss的桦尺蛾。 ④由于工业污染使树皮变成了黑色，致使浅色桦尺蛾中有 20%被捕食，而黑色桦尺蛾中仅有1%被捕食。 【思考讨论】如果一个种群出现新的突变型（基因型为A2a或A2A2），也就是产生新的等位基因A2，种群的基因频率会发生变化吗？基因A2的频率可能会怎样变化？会，突变产生的新基因会使种群的基因频率发生变化。 引导学生通过实例分析,学会计算基因频率的方法。 使学生领悟自然界中的种群发生变化是必然的。 使学生理解种群前后代基因频率的改变是必然的，初步理解改变的根本原因是变异。 自然选择对种群基因频率变化的影响 【教师讲述】可遗传变异提供了生物进化的原材料。其来源分为突变和基因重组。 结论：突变和基因重组提供生物进化的原材料（改变基因的频率） （只有基因突变能产生新的基因，单说基因重组不改变基因频率。） 【思考讨论】自然界中突变的频率很低，且多害少利，能作为进化的原材料吗？以果蝇为例： 每一代都会有大量变异，有利与有害是相对的，取决于生物的生存环境。 形成了进化的原材料，不能决定生物进化的方向。所以可遗传变异的特点：突变和重组都是随机的、不定向性的。种群基因频率的改变是否也是不定向的呢？ 【教师讲述】介绍在桦尺蛾的体色受一对等位基因S和s控制，黑色（S）对浅色（s）是显性的。性状的不同会带来怎样的后果呢？基因频率会怎样改变呢？自然环境的选择作用下，该种群的S基因的频率逐年上升，控制浅色的s基因频率逐年下降。 所以进化的实质是种群基因频率的改变，虽然变异是不定向的，但是自然选择是定向的。自然选择使种群基因频率定向改变，自然选择方向决定生物进化的方向。 【教师总结】不定向的变异为生物进化提供原材料，自然选择定向的改变生物的基因频率，决定其进化方向。 由实例和已学知识引导学生理解突变和基因重组为生物进化提供了原材料。 抗生素对细菌的选择作用 【教师讲述】介绍实验原理：一般情况下，一定浓度的抗生素会杀死细菌，但变异的细菌可能产生耐药性。在实验室连续培养细菌时，如果向培养基中添加抗生素，耐药菌有可能存活下来。 实验目的：通过观察大肠杆菌在含有卡那霉素的培养基上的生长状况，探究抗生素对细菌的选择作用。 实验步骤：1.用记号笔在培养皿的底部画2条相互垂直的直线，将培养皿分为4个区域，分别标记为①~④。2.取少量细菌的培养液，用无菌棉签均匀地涂抹在培养基平板上。3.用无菌的镊子先夹取1张不含抗生素的纸片放在①号区域中央，再分别夹取1张抗生素纸片放在②~④号区域中央，盖上盖玻片。4.将培养皿倒置于37℃的恒温箱中培养12~16h。5.观察培养基上细菌的生长状况。纸片附近是否出现了抑菌圈？如果有，测量和记录每个实验组中抑菌圈的直径，并取平均值。 从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌，接种到已灭菌的液体培养基中培养，然后重复步骤2~5。如此重复几代，记录每一代培养物抑菌圈直径。 实验结果：抗生素纸片周围出现抑菌圈，在连续培养几代后，抑菌圈的直径越来越小。 实验结论：说明抗生素随细菌产生了选择作用。 思考： 1.为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌？ 2.你的数据是否支持“耐药菌是普遍存在的”这一说法？说明理由。 3.在本实验的培养条件下，耐药菌所产生的变异是有利还是有害的？你怎么理解变异是有利还是有害的？ 4.滥用抗生素的现象十分普遍。例如，有人生病时觉得去医院很麻烦，就直接吃抗生素；有的禽畜养殖者将抗生素添加到动物饲料中。你认为这些做法会有什么后果？请你查阅资料，举出更多滥用抗生素的实例。 在阅读教材的基础上,先让学生了解实验原理、目的要求及实验步骤,再让学生通过叙述步骤图巩固相关知识点。让学生先预测实验结果，引导学生掌握相关知识点,培养学生科学探究的能力。 小结与练习 【课堂小结】同板书 【课堂练习】处理教材中的思考讨论、练习与应用，处理双导学案和分层作业 引导学生关注知识内容的梳理，尝试构建概念图。 板书设计 6.3.1 种群基因组成的变化与物种的形成 作业布置 【课后作业】1.完成分层训练课后素养评价、2.完成双导学案对应内容和下一节问题式预习部分 教学反思 第以课时介绍了种群和种群基因库、种群基因频率的变化、自然选择对种群基因频率变化的影响,并安排了两个“探究·实践”——探究自然选择对种群基因频率变化的影响、探究抗生素对细菌的选择作用。 引导学生先用达尔文的自然选择学说解释英国曼彻斯特地区桦尺蛾体色变化的原因,再通过创设数字化的问题情境和严密的计算,从分子水平了解自然选择对桦尺蛾种群基因频率的影响。在此基础上归纳总结出自然选择对种群基因频率变化的影响及生物进化的实质,培养学生基于证据进行推理、归纳、概括的科学思维核心素养。最后安排有关细菌耐药性和滥用抗生素的思考,让学生参与讨论,培养学生的社会责任感。 学习任务 教学过程(第2课时) 备注 新课导入 【思考讨论】回顾上节课内容，思考两种不同颜色的桦尺蛾是同一物种吗？ 物种的概念 【教师讲述】物种的概念：物种指的是能够在自然状态下互相交配，并且产生可育后代的一群生物，物种简称“种”。 【思考讨论】1.思考：马（2N=64）和驴（2N=62）是一个物种吗？所有的马是一个物种，所有的驴也是一个物种，但是马和驴不是同一个物种，因为马和驴交配产生的后代—骡没有生殖能力。 2.全世界的人都是一个物种吗？是一个物种。无论白人黑人黄种人能相互交配，都能产生具有生殖能力的后代。 【教师讲述】比较物种和种群： 概念上：种群是一定区域内的同种生物的全部个体。 范围上：同一物种可以分布在不同区域，由多个种群构成。 功能上：种群是物种繁殖和进化的基本单位。 思考：在自然界，是不是同一物种的个体都生活在一起呢？不是，由于高山、河流、沙漠或其他地理上的障碍，每一个物种总是被分成一个一个或大或小的群体，这些群体就是不同的种群。例如，两个池塘里的鲤鱼就是两个种群。 用实例深化学生对物种概念的理解，并引出对生殖隔离概念的探究。 先引导学生利用已学知识,根据骡的产生过程分析其染色体组成,进而引出物种和生殖隔离这两个重要概念,最后通过列表比较种群和物种,使物种这一概念更完整。 隔离在物种形成中的作用 【教师讲述】隔离：不同种群间的个体，在自然界条件下基因不能自由交流的现象。 地理隔离：同种生物由于地理障碍而分成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流的现象。 生殖隔离：不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育后代的现象。 【教师讲述】地理隔离和生殖隔离之间有什么联系呢？由于长期地理隔离而没有相互交配，没有基因交流，形成了生殖隔离，它们形成两个不同的亚种。所以隔离的实质就是阻止种群间的基因交流。 【教师讲述】介绍加拉帕戈斯群岛上的13种喙差别很大、存在生殖隔离的地雀。 思考：1.设想南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕戈斯群岛后，先在两个岛屿上形成两个初始种群。这两个种群的个体数量都不多。它们的基因频率一样吗？2.不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗？3.对不同岛屿上的地雀种群来说，环境的作用有没有差别？这对种群基因频率的变化会产生什么影响？4.如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗？ 【教师讲述】物种形成的3个环节： ①突变和基因重组产生进化的原材料。 ②自然选择导致种群基因频率的定向改变。 ③隔离导致物种形成。（生殖隔离是物种形成的标志） 【教师讲述】物种形成的方式：（1）渐变式（绝大多数） 思考：通过长期地理隔离而实现生殖隔离，是否是新物种形成的唯一方式？ 【教师讲述】物种形成的方式：（2）骤变式（爆发式）无需地理隔离，短时间内即可形成，如自然界中多倍体的形成以及人工诱导多倍体的形成。 主要通过染色体变异的方式形成新物种，此种方式多见于植物。 【教师讲述】物种形成的方式：（3）人工创造新物种 【比较归纳】生物进化一定能产生新物种吗？不一定，必须出现生殖隔离。 【教师讲述】拓展:遗传漂变：在一个种群中，某种基因的频率为1%，如果这个种群有100万个个体，含这种基因的个体就有成干上万个。如果这个种群只有50个个体，那么就只有1个个体具有这种基因。在这种情况下，可能会由于这个个体的偶然死亡或没有交配，而使这种基因在种群中消失。这种现象就是遗传漂变。在小群体内，不能充分地进行随机交配，就可能使有些个体不能产生后代而使所携带的基因丢失。有些个体产生较多的后裔，而使所携带的基因被固定。这种由于群体较小和偶然事件所造成的基因频率的不确定性变化现象被称为遗传漂变。 【知识拓展】生殖隔离的类型： 1.受精前的生殖隔离： ①生态隔离：不同种群生活在同一区域内的不同生境内,而造成的不能交配。 例如：生活在同一区域内的两种植食性瓢虫分别以蓟属和红毛七属植物为食，各物种仅在自己的宿主植物上交配。 ②季节隔离：因交配或开花时期发生在不同季节而引起的隔离。 例如：大西洋鲱鱼形成了分布区域很广的几个种群,有些在春季产卵,有些则在秋季产卵,因此,这些种群之间不能杂交。不同植物因花期不同，形成生殖隔离。 ③行为隔离：不同物种之间由于两性间求偶或交配等行为不同,而阻止了它们之间的相互交配。 例如：鸟、蛙、昆虫等在求偶季节发出一定的鸣叫声,同种的雌性动物会应声前来,而异种的雌性动物则无反应。 关于行为隔离,有人曾做过这样一个实验;将10只雌果蝇和10只雄果蝇放在一起培养若干天,如果雌、雄果蝇是同一物种,大部分雌蝇就会受精；如果是不同物种,则只有极少数受精。 在求偶过程中,导致同一物种雄、雌果蝇相互识别的刺激,既有化学的、视觉的,也有听觉和触(触须)觉的。这在哺乳动物等也是一样的。 ④机械隔离：也称形态隔离,是指不同种群的生物因生殖器官的大小和形状不同,而使交配无法进行。 例如：一些植物因花的形态不同,而造成它们之间不能受粉。 ⑤配子隔离：个体之间可以交配或受粉,但是不能发生受精作用。 例如：有些动物虽然交配成功,但精子在异种雌性动物的生殖道内会失去功能。在植物中,一种植物的花粉在另一种植物的柱头上不能萌发,或萌发后花粉管生长缓慢等,结果也不能受精。 2.受精后的生殖隔离： ①杂种不活：是指不同种生物之间交配、受精后,形成的杂种胚胎不能正常发育,或杂种后代出生后能够生活一段时间,但在生育年龄以前就会死去。 例如：山羊和绵羊的杂种,胚胎早期生长正常,但多数在出生前就会死去。 ②杂种不育：交配后能够产生正常、成熟的杂种后代,但杂种后代却不能生育。 造成杂种不育的原因很多,有的是性腺发育不全,有的则是因为生殖细胞不能进行减数分裂等。例如,马和驴杂交产生的骡子能够正常发育,但骡不能生育。这是因为马的染色体数目是64,驴的是62,那么,骡的染色体数目就是63,这样,骡的原始生殖细胞在进行减数分裂时,由于染色体不能正常配对.就不能形成成熟的配子。 ③形成的杂种后代不育或生活力下降。 树棉和草棉之间能够杂交,并且形成健壮、可育F1,但F2则十分少见。这是因为F1的种子通常不能萌发，或萌发后产出的幼苗很瘦弱，不久就会死亡。 深人理解生殖隔离的内涵与外延。 实例引入对隔离的实质的探究,培养学生观察、分析、得出结论的能力。引导学生总结并绘制物种形成的基本模式,丰富知识的表现形式,培养学生的归纳、概括能力。 深人理解物种形成的基本环节，建构隔离是物种形成的必要条件这一概念。 小结与练习 【课堂小结】同板书 【课堂练习】处理教材中的思考讨论、练习与应用，处理双导学案和分层作业 引导学生关注知识内容的梳理，尝试构建概念图。 板书设计 6.3.2 种群基因组成的变化与物种的形成 作业布置 【课后作业】1.完成分层训练课后素养评价、2.完成双导学案对应内容和下一节问题式预习部分 教学反思 先通过创设情境,引入对物种概念的探究;接着由马和驴能够交配但产生的后代不育的实例,设置问题串,引导学生建立物种的概念;然后分析教材中的“地理隔离导致产生两个鼠种群的示意图”,引导学生作出地理隔离可能导致生殖隔离的假设;最后通过教材中的真实案例--加拉帕戈斯群岛上地雀形成的过程,帮助学生理解地理隔离导致了生殖隔离,进而构建物种形成的渐变式模型。本节教学层层深入,注重重要概念的建构,关注学生科学思维的发展,整体安排符合学生对新事物的认知规律。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$