第6章 第3节 第2课时 探究抗生素对细菌的选择作用、-【新课程学案】2025-2026学年高中生物必修2 遗传与进化教师用书word（人教版 多选版）

本讲义聚焦“探究抗生素对细菌的选择作用（实验）”与“隔离在物种形成中的作用”核心知识点，前者通过实验展示抗生素选择导致耐药菌比例升高的过程，后者分析地理隔离与生殖隔离在物种形成中的作用，构建从实验到理论的进化与适应观学习支架。 资料以实验探究为基础，通过变量控制、重复实验等设计培养科学思维与探究实践能力，结合抗生素滥用后果讨论渗透态度责任，迁移训练与综合检测助力知识巩固，课中辅助教师高效授课，课后帮助学生查漏补缺，深化对生命进化规律的理解。

第2课时　探究抗生素对细菌的选择作用、 隔离在物种形成中的作用 聚焦·学案一　探究抗生素对细菌的选择作用(实验)　　　　　 [基本知能] 1.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。 2.实验步骤 步骤1 分组、 编号、 做标记 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 步骤2 接种 取少量细菌的培养液,用无菌的涂布器(或无菌棉签)均匀地涂抹在培养基平板上 步骤3 自变量 控制 用无菌的镊子先夹取1张不含抗生素的纸片放在①号区域的中央,再分别夹取1张抗生素纸片放在②~④号区域的中央,盖上皿盖 步骤4 培养 将培养皿倒置于37 ℃的恒温箱中培养12~16 h 步骤5 因变量 观测 观察培养基上纸片附近是否出现抑菌圈,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 步骤6 重复 实验 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,重复步骤2~5。如此重复几代,记录每一代培养物抑菌圈的直径 3.实验结果 与区域①相比,区域②③④纸片周围会出现抑菌圈;②③④区域抑菌圈的平均直径逐代缩小。 4.实验结论 (1)细菌耐药性的出现是发生了可遗传的变异。 (2)抗生素的选择作用导致了耐药菌比例的逐渐升高。 [探究问题] (1)为什么要从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌? 提示:抗生素能够杀死细菌,在抑菌圈边缘抗生素浓度较低,可能存在具有耐药性的细菌。 (2)在培养基上是否有细菌生长?在放有抗生素纸片的区域呢? 提示:在培养基上有细菌生长,在放有抗生素纸片的区域也可能有细菌生长。 (3)在连续培养几代后,抑菌圈的直径发生了什么变化?这说明抗生素对细菌产生了什么作用? 提示:在连续培养几代后,抑菌圈的直径逐代缩小,这说明抗生素对细菌进行了选择作用。 (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? 提示:这些做法都会促进耐药菌的增加。 [释解疑难] 　　实验相关问题分析 (1)抗生素不是诱变因子,因此细菌耐药性变异的产生与抗生素无关。 (2)细菌产生耐药性变异的过程属于基因突变,而基因突变具有不定向性。 (3)滤纸片上的抗生素杀死了其周围的细菌,使其不能形成菌落而出现抑菌圈。 (4)实验结束后,应将耐药菌、培养基、纸片等进行灭菌处理,防止对环境造成污染。 (5)如果同时做多种抗生素的实验或某种抗生素多个浓度的实验,每次使用镊子时,都要清洗镊子并在酒精灯火焰上灼烧,防止抗生素污染。 [迁移训练] 1.“超级细菌”因具有NDM基因,耐药性极强,现存抗生素均不能有效将其杀灭。如图是“超级细菌”进化的基本过程。下列分析正确的是 (　　) A.图中a表示细菌的变异,可能是基因突变或染色体变异 B.细菌经a过程后产生不同性状,说明基因突变具有普遍性 C.图中b所表示的是定向进化过程 D.抗生素的滥用会导致NDM基因出现和该基因频率增加 解析:选C　细菌不含染色体,A错误;细菌经a过程后,产生不同性状,说明突变具有随机性和不定向性,B错误;抗生素的选择作用使细菌发生定向进化,C正确;NDM基因的出现是由于基因突变,抗生素的滥用会使该基因频率增加,D错误。 2.某同学为探究阿莫西林对大肠杆菌的选择作用,将菌液加到培养基上涂布均匀后,将平板划分为三个大小一致的区域,各放入一个经阿莫西林处理的相同圆纸片,在适宜条件下培养 2 d,如图为第一代实验结果,相关叙述错误的是 (　　) A.平板上需增加一个区域,放入一个不用阿莫西林处理的相同圆纸片 B.抑菌圈边缘细菌的抗药性未必高于抑菌圈外细菌的抗药性 C.后续需要从抑菌圈边缘挑取菌落,配成菌液,重复上述实验 D.随着培养代数的增加,抑菌圈直径将会逐渐增大 解析:选D　平板上需增加一个区域,放入一个不用阿莫西林处理的相同圆纸片,作为对照组,A正确;抑菌圈外的细菌还没有接触到阿莫西林,无法确定其抗药性,B正确;扩大培养细菌时,应从上一代培养基的抑菌圈边缘来挑取菌落,C正确;随着培养代数的增加,筛选出的细菌抗药性更强,抑菌圈会越来越小,D错误。 聚焦·学案二　隔离在物种形成中的作用 [学案设计] (一)辨清物种与隔离的概念及隔离的类型 1.物种与隔离 2.地理隔离和生殖隔离的比较 (1)图中A属于地理隔离,一旦发生某种地质变化,两个分开的小种群若重新相遇,可以再融合在一起。 (2)图中B属于生殖隔离,一旦形成就保持物种间基因的不可交流性,从而保证了物种的相对稳定。 (3)地理隔离是物种形成的量变阶段,生殖隔离是物种形成的质变阶段。 (二)理解隔离在物种形成中的作用 |探|究|学|习| 　　加拉帕戈斯群岛由许多互不相连、彼此独立的小岛组成。达尔文发现该群岛上有13种地雀,如图表示这13种地雀之间的进化关系。 (1)从图中可以看出,这些不同种的地雀都是由南美洲地雀这一共同祖先进化而来的。 (2)南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕戈斯群岛后,在不同岛屿上形成不同种群,在自然状态下,这些不同种群之间能进行基因交流吗?为什么? 提示:不能,因为存在地理隔离。 (3)不同岛屿上的地雀种群,产生突变的情况一样吗?为什么? 提示:不一样,因为突变是随机的、不定向的。 (4)不同岛屿上的地雀种群,进化方向相同吗?为什么? 提示:不相同。因为不同岛屿上的环境不同,自然选择的方向不同。 (5)请设计实验验证不同岛屿上的地雀属于不同的物种。 提示:让不同岛屿上的地雀交配,发现不能产生后代或产生的后代不可育。 (6)总结物种形成的三个环节:突变和基因重组、自然选择、隔离。 (7)隔离是物种形成的必要条件,物种的形成必须经过长期的地理隔离吗?能否在短时间内就形成生殖隔离?请举例说明。 提示:地理隔离不是必要条件,可以在短时间内形成生殖隔离。如用低温或秋水仙素处理萌发的二倍体西瓜种子或幼苗即可获得四倍体西瓜,四倍体西瓜是新物种,没有经过长期的地理隔离。 |认|知|生|成| 1.新物种形成的一般过程 2.物种形成的三大模式 微点拨:物种的形成不一定都需要经过地理隔离,如多倍体的产生。 3.物种形成与生物进化的关系 内容 物种形成 生物进化 标志 出现生殖隔离 种群基因频率改变 变化后生物与原生物的关系 属于不同物种 可能属于一个物种 二者关系 生物进化的实质是种群基因频率的改变,这种改变可大可小,不一定会突破物种的界限,生物进化不一定会导致新物种的形成 　　[典例]　隔离指由于各方面的原因,使各不同种群在自然条件下不能交配,或者即使能交配也不能产生可育后代的现象。若隔离发生在受精以前,称为生殖前隔离;若隔离发生在受精以后,称为生殖后隔离。下列关于隔离的叙述错误的是 (　　) A.在自然条件下基因不能自由交流的现象叫作隔离 B.两座孤岛上的同种动物不能交配属于生殖前隔离 C.马和驴杂交后代不可育,马和驴之间的隔离属于生殖后隔离 D.物种形成过程都需要经过生殖前隔离和生殖后隔离 [解析]　隔离指的是在自然条件下基因不能自由交流的现象,A正确;在两座孤岛上同种生物存在地理隔离,地理隔离使同种生物不能产生受精卵,因此属于生殖前隔离,B正确;马和驴杂交后代不可育,马和驴之间的隔离属于生殖后隔离,因而马和驴是不同的物种,C正确;物种形成的过程中需要经历生殖隔离(生殖后隔离),但不一定经历地理隔离(生殖前隔离),D错误。 [答案]　D [迁移训练] 1.判断下列叙述的正误 (1)生物进化一定会形成新物种。 (×) (2)不同种群间的个体不能进行基因交流说明两种群存在生殖隔离。 (×) (3)物种之间不存在生殖隔离。 (×) (4)物种的形成可以不经过隔离。 (×) (5)地理隔离导致的结果是不能产生可育的后代。 (×) 2.下列关于物种的叙述,错误的是 (　　) A.同一物种的生物可以有多个种群 B.能交配并产生后代的两个生物一定是同一物种 C.同一物种的生物具有相似的形态结构和生理特性 D.鉴别两个种群是不是同一物种,可看其能否交配并产生可育后代 解析:选B　种群是一定区域内同种个体的全部集合,故同一物种的生物可以有多个种群,并具有相似的形态结构和生理特性,A、C正确;鉴别两个种群是不是同一物种,应根据能否进行基因交流并产生可育后代,若产生的后代不可育,则不是同一物种,B错误,D正确。 3.下图为生物新物种形成过程的示意图。下列叙述正确的是 (　　) A.a表示基因突变和基因重组,能为生物进化提供原材料 B.b表示地理隔离,是新物种形成的必要条件 C.c表示生殖隔离,是生物进化的标志 D.d表示新物种形成,新物种与原物种共用一套密码子 解析:选D　a表示突变和基因重组,其中突变包括基因突变和染色体变异,能为生物进化提供原材料,A错误;b表示地理隔离,新物种形成不一定需要地理隔离,比如多倍体的形成,B错误;c表示生殖隔离,是新物种形成的标志,而生物进化的标志是种群基因频率的改变,C错误;d表示新物种形成,新物种与原物种共用一套密码子,D正确。 　　　　　　　　　　　　　　　　 一、建构概念体系 二、融通科学思维 1.马和驴能杂交产生骡子,不能(填“能”或“不能”)说明马和驴是同一物种,原因是能够在自然状态下相互交配并产生可育后代的才能称为同一物种,骡子是不可育的。 2.举例说明产生生殖隔离是否一定要经过漫长的地理隔离? 不一定。如二倍体西瓜经秋水仙素诱导,得到四倍体西瓜,四倍体西瓜与二倍体西瓜属于不同物种,此过程没有经过地理隔离。 三、综合检测反馈 1.我国科学家从低氧、寒冷的青藏高原不同区域30个遗址中,获得97例青藏高原古代人类个体的基因组,追溯了青藏高原人群的演化历史。研究显示在过去的3 000年中,EPAS1基因在青藏高原人群中的基因频率迅速升高。下列说法正确的是 (　　) A.青藏高原人群与平原人群之间存在生殖隔离 B.EPAS1基因可能是适应平原环境的关键基因 C.高原环境使得EPAS1基因频率发生定向改变 D.该研究为人群演化提供了细胞水平的证据 解析:选C　青藏高原人群与平原人群为同一物种,不存在生殖隔离,A错误;在过去的3 000年中,EPAS1基因在青藏高原人群中的基因频率迅速升高,由此说明EPAS1基因可能是适应高原环境的关键基因,B错误;自然选择使种群的基因频率发生定向的改变并决定生物进化的方向,高原环境使得EPAS1基因频率发生定向改变,C正确;该研究为人群演化提供了分子水平的证据,D错误。 2.巴拿马地峡在大约1 000万年前开始上升,大约300万年前,大洋被地峡完全分开。科学家对位于两侧大洋不同深度的鼓虾物种对进行研究,发现在人工实验条件下,浅水物种对可以交配但后代不可育,深水物种对无法交配。下列叙述正确的是 (　　) 注:A1-B1、A2-B2……A15-B15表示地峡两侧大洋不同深度中的鼓虾物种对。 A.深水物种对之间的某段同源DNA序列的差异比浅水物种对之间的差异大 B.地峡上升过程中喷发的致癌物导致鼓虾产生突变,决定了物种进化的方向 C.地峡两侧的浅水物种对,易受海水流动影响,种群之间基因交流更频繁 D.上述相关信息表明鼓虾生殖隔离的形成过程与地理隔离时间的长短无关 解析:选A　由题意可知,浅水物种对可以交配但后代不可育,深水物种对无法交配,说明深水物种对之间的某段同源DNA序列的差异比浅水物种对之间的差异大,A正确;突变是不定向的,致癌物不会导致鼓虾产生突变,只是可以提高突变的概率,物种进化的方向由自然选择决定,B错误;浅水物种对可以交配但后代不可育,说明存在生殖隔离,巴拿马地峡的出现导致原本生活在同一区域的鼓虾出现了地理隔离,地理隔离导致鼓虾之间不能进行基因交流,C错误;题述信息表明由深水到浅水,地理隔离产生的时间越来越短,说明生殖隔离的形成过程与地理隔离时间的长短有关,D错误。 3.同种动物的三个种群,初始个体数依次为26、260和2 600,并存在地理隔离。A、a是等位基因,下图①②③分别表示上述三个种群A基因频率的变化,则下列分析错误的是 (　　) A.种群越小,个体的死亡对基因频率的影响越大 B.自然选择使A基因频率发生定向改变 C.②在125代时aa个体约占总数的25% D.150代后3个种群之间可能出现生殖隔离 解析:选C　由题图可知,①②③中初始个体数越来越多,而A基因频率变化越来越小,说明种群越小,个体死亡对该基因频率的影响越大,A正确;自然选择决定生物进化的方向,而生物进化的实质是种群基因频率的改变,所以自然选择使基因频率发生定向改变,B正确;②在125代时,A基因频率为75%,则a基因频率为25%,所以aa个体约占总数的25%×25%=6.25%,C错误;150代后3个种群之间A基因频率差异较大,可能会出现生殖隔离,D正确。 4.[多选]同域物种形成是指新物种从同一地域祖先物种未经地理隔离进化而来。斜口裸鲤和花斑裸鲤是生活在逊木措湖的两种裸鲤,原属同一物种,是研究同域物种形成的理想模型。在生殖期,裸鲤会释放性外激素吸引异性前来交配。调查发现,这两种鱼的嗅觉基因差异很大,这是导致它们分化为不同物种的关键。下列分析错误的是 (　　) A.斜口裸鲤和花斑裸鲤的形成没有经过隔离 B.裸鲤释放的性外激素会引发异性裸鲤嗅觉基因发生突变 C.同一地域的斜口裸鲤和花斑裸鲤所含的全部基因构成了一个基因库 D.斜口裸鲤和花斑裸鲤对性外激素识别的差异,阻碍了两种鱼的基因交流 解析:选ABC　由题意可知,斜口裸鲤和花斑裸鲤的形成没有经过地理隔离,但经过了生殖隔离,A错误;基因突变本身就存在,不是性外激素引发的,B错误;同一地域的斜口裸鲤和花斑裸鲤是两个不同的种群,故同一地域的斜口裸鲤和花斑裸鲤所含的全部基因构成了两个基因库,C错误;斜口裸鲤和花斑裸鲤对性外激素识别的差异,影响了交配对象的选择,进而阻碍了两种鱼的基因交流,D正确。 5.为探究抗生素对细菌的选择作用,科研人员做了如下实验: 步骤一:取少量含金黄色葡萄球菌的培养液,均匀涂在培养基平板上,再放上4片含有青霉素的圆形滤纸片,将培养皿倒置于37 ℃恒温培养箱中 培养12~16 h,滤纸片周围出现抑菌圈(如图)。测量记录抑菌圈的直径并取平均值,记为N1。 步骤二:从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌,接种到液体培养基中培养,然后重复上述步骤,培养至第五代。测量并记录每一代抑菌圈直径的平均值,记为N2~N5。 (1)为排除滤纸片对实验结果的影响,应增设　　　　　　　　　　作为对照组。从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。随着培养代数的增加,抑菌圈直径N1→N5的变化是　　　　　　。  (2)金黄色葡萄球菌的耐药性变异一般来源于　　　　　　。抗生素对金黄色葡萄球菌耐药性的产生起　　　　　　作用。  (3)人类不断研发和使用抗生素,细菌对新药的耐药性也在不断提高,甚至出现了无药可治的“超级细菌”。从现代生物进化理论的角度分析,“超级细菌”出现的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。  解析:(1)为排除滤纸片对实验结果的影响,应增设空白对照组,即增加不含抗生素的滤纸片作为对照组。从抑菌圈边缘的菌落上挑取细菌的原因是抑菌圈边缘生长的细菌可能是耐药菌。根据抑菌圈大小可判定药物抑菌效果,抑菌圈越小,抑菌作用越弱,随着培养代数的增加,由于抗生素的定向选择,细菌耐药率逐代提高,抑菌圈直径数据从N1→N5会逐渐变小。(2)金黄色葡萄球菌属于原核生物,一般情况下,其抗药性变异来源于基因突变,由于抗生素对细菌进行了定向选择,导致细菌耐药率逐代提高。(3)原因见答案。 答案:(1)不含抗生素的滤纸片　抑菌圈边缘生长的细菌可能是耐药菌　逐渐变小　(2)基因突变　定向选择　(3)基因突变使细菌产生耐药基因,某种抗生素的使用导致耐药菌生存和繁殖的机会增加,耐药性基因在细菌种群中的基因频率逐渐上升,使该种抗生素对细菌逐渐失去作用,之后更换抗生素,重复上述过程,细菌对多种抗生素产生耐药性,最终形成“超级细菌” 学科网（北京）股份有限公司 $