资源简介 教学设计课程基本信息学科 生物 年级 高三 学期 秋季课题 现代生物进化理论的主要内容教学目标1、生命观念--分析、认同种群是生物进化的基本单位。 2、科学思维--运用归纳与概括、批判性思维阐释生物进化的原因; 3、科学探究--运用数学方法分析种群基因频率的变化与进化的关系。教学内容教学重点: ⑴种群、基因库、基因频率的概念。 ⑵突变和基因重组在生物进化过程中的作用。 教学难点: 基因频率的概念与计算,数学方法讨论种群基因频率的变化。突破教学难点的措施:通过练习计算基因频率,“遗传平衡定律”发现及应用的拓展训练建立“基因频率”计算的数学模型,掌握概念,理解其在生物进化理论中的作用。教学过程教学过程:(一)创设情境,提出问题(参考孙桂华老师的信息技术与课程整合的教学模式) 向学生展示一张自己制作的工业污染区的图片,上面生活着浅色和深色的桦尺蠖。提出问题:图片中到底有多少只桦尺蠖?引导学生用数学思维分析现实问题,让学生模拟桦尺蠖的天敌去“捕捉”图片中的桦尺蠖,在倒计时的催促下寻找目标。让学生自己去发现图片中的深色桦尺蠖是有利变异个体。 (二)思索生命现象,利用数学方法计算出规律 问题一:如果在浅色桦尺蠖(基因型为ss)的群体中偶然出现一只深色(Ss)的变异个体 1.根据达尔文“适者生存、不适者淘汰”的观点,该黑色个体能永远生存下去吗? 该黑色个体的S基因仅凭它自己能否遗传下去?那怎样才能传递给后代?如果Ss与其他个体交配生殖,后代都是黑色吗? 【设计意图】让学生通过具体实例了解到有利变异的基因只有在群体中通过有性生殖才 能延续,并且在群体中扩散,另外有利变异的个体,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。 探究活动1: 让学生通过阅读课本回答:什么叫做种群?怎样的一群生物个体可以称为种群呢?并让学生通过微信小程序提交自己的判断结果(温馨提示此方法适合线上授课)。 (1)一个池塘中的全部鱼 (2)两个池塘内的全部鲤鱼 (3)一个池塘中的全部鲤鱼 (4)一片草地上的全部植物 (5)一个农贸市场所有的大白菜。 【设计意图】教师可以实时了解学生掌握情况,而且学生可以根据课本中种群概念的相关内容,归纳出作为种群必须满足的三个要点,并了解到种群的特点,种群中的个体并不是机械地集合在一起,而是彼此可以交配,并通过繁殖将各自的基因传给后代。 探究活动2: 种群在繁衍过程中,个体有新老交替,基因却代代相传。这句话表明种群在进化过程中处于什么地位?什么是种群的基因库和基因频率?如何计算种群的基因频率?假设某昆虫种群非常大,所有的雌雄个体间都能自由交配并产生后代,没有迁入和迁出,自然选择对翅色这一相对性状没有作用,基因A和a都不产生突变,让学生根据孟德尔的分离定律自行计算以下内容并进行讲解和交流: (1)该种群产生的A配子和a配子的比率各是多少 (2)子代基因型的频率各是多少 (3)子代种群的基因频率各是多少 (4)计算子二代、子三代的基因频率与基因型频率; 分析一下各代基因频率与基因型频率相同吗? 【设计意图】指导学生阅读发现“遗传平衡定律”与数学公式之间的关系。引导学生得出要想通过数学公式来计算基因频率 ,必须要满足理想条件,如:种群大小;所有的雌雄个体是否都能自由交配;迁入与迁出;自然选择;基因突变与染色体变异。但学生通过开篇的图片(深色环境对于深色桦尺蠖有自然选择的作用)了解到自然界中不可能全都满足这5点条件。对于种群基因频率的计算,学生自行总结出了公式:A基因的频率=AA的频率+1/2 Aa的频率;a基因的频率=aa的频率+1/2 Aa的频率,另外提醒学生A基因的频率+a基因的频率=1。个体的基因型是不变的,并且不会一成不变地传给下一代个体,但是种群基因库却可以在繁殖的过程中维持相对的稳定。自然选择作用的是种群,本质上是种群基因库,也为下一节课打下了基础。 提问:如果该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,种群的基因频率会变化吗?基因A2的频率可能会怎样变化? 【设计意图】让学生理解突变产生的新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还是有害的,这取决于生物生存的环境。个体都有新老交替,但是基因可以代代相传。个体的有利突变基因只有通过在群体中进行有性生殖,才有可能传递积累。如果一个个体不能与种群中其他个体交配产生后代,这个个体在进化上就没意义。 设计反思:本节课刚开始利用信息技术模拟出天敌游戏,并加上特效倒计时一下就制造了紧张气氛,课堂一下活了起来,学生的注意力全都集中在了课堂上。然后通过例子引出了现在生物进化理论研究种群的重要性,并通过问卷星及时了解学生掌握情况,课程要求学生要明确作为种群的三要素应该有哪些,学生能够充分利用这5道判断题去归纳总结这三个要素,通过实例让同学们理解种群中的个体并不时机械的集合在一起,而是彼此可以交配,并通过繁殖将各自的基因传给后代。这节内容集中对学生运用数学方法进行计算的考查,有时候自己不敢大胆的放手让学生去计算和探究,怕他们出现计算问题而耽误时间,其实这样反而学生还会出错,计算能力也不会有很好的提高,只有出错了他才不会再出错,只有真的是自己理解了才能够灵活运用,一定不能怕麻烦。这一节课不是简单的生物内容,它结合了有趣的信息技术与数学相结合的课堂。 今后的教学中应该多多尝试利用信息技术手段,增强学生的参与性,而且能及时准确的把握学生的知识掌握情况,让学生自己去体会,去讲解,去探索,以达到获得新知的目的,教师可以多搜集和课堂有关的素材,更加激发学生的学习兴趣,达到事半功倍的效果。(共44张PPT)第1节:生物进化理论1前人及达尔文生物进化理论现代生物进化理论目 录生物进化理论12生物进化理论发展的意义3第一部分前人及达尔文生物进化理论各种生物_____________都是就如此的。物种不变论认为生物物种不可改变的理论。与“进化论”相对。18世纪的瑞典生物学家林耐依据《圣经》的教义所倡导。认为地球上包括人类在内的各种生物,都是上帝创造的,是一成不变的,或只能在种的范围内变化,不能形成新种。“自古以来1.1 物种不变论的观点1.2 拉马克的观点食蚁兽鼹鼠1、生物多样性的原因:环境多样性2、用进废退:器官用得越多就越发达,器官废而不用,就会造成形态上的退化。食蚁兽的舌头之所以细长,是由于长期舔食蚂蚁的结果。白鹭觅食时为了不沾湿身体,用力伸腿,导致双腿越来越长。鼹鼠长期生活在地下,眼睛就萎缩、退化。3、获得性遗传:这些因用进废退而获得的性状可以遗传给后代。拉马克 1774~1829白鹭1.2 拉马克的观点拉马克的进化学说意义:历史上第一个提出比较完整的进化学说拉马克的进化学说不足:对适应形成的解释是肤浅的,未被人们普遍接受在拉马克生物进化理论基础上,达尔文提出了比较完整的生物进化理论。1.3 达尔文的生物进化理论“自然选择”学说物种演变和共同起源生存斗争和自然选择生物与同种或异种生物乃至无机环境过度繁殖适者生存,不适者被淘汰自然选择适应是自然选择的结果达尔文提出了以__________________为核心的生物进化理论。主要观点:1.3 达尔文的生物进化理论事实1:生物都有过度繁殖的倾向。推论1:个体间存在着生存斗争推论2:具有有利变异的个体,生存并留下后代的机会多事实2:物种内的个体数能保持稳定。事实3:资源是有限的。事实4:同种个体间普遍存在差异(变异)事实5:许多变异是可以遗传的推论3:有利变异逐代积累具有这些有利变异的个体越来越多,形成具有新的适应特征的生物新类型手段自然选择的结果基础内因结果结论:依据达尔文生物进化理论,果蝇群体中耐药个体的增多是DDT____ _的结果。已经存在淘汰繁殖定向选择长颈鹿个体差异生存斗争、适者生存长颈鹿的祖先过度繁殖后代个体间的差异生存斗争长颈、长前肢个体遗传积累适者生存现代长颈鹿(变异)1.3 达尔文的自然选择学说的观点达尔文自然选择学说的局限性和发展:对于遗传和变异的认识还局限于性状水平,不能科学地解释遗传变异的本质。对生物进化的解释局限于个体水平,认为生物进化是以个体为单位。现代生物进化理论深入到基因水平以种群为单位现代生物进化理论意义:揭示了生物界统一性的原因:所有生物都有共同的祖先,而生物的多样性和适应性是进化的结果。(1)达尔文的自然选择学说正确地解释了生物的多样性、适应性以及遗传变异的本质( )(2)抗生素的滥用会使细菌产生抗药性的原因是抗生素诱发细菌产生基因突变,使细菌中出现抗药性强的个体( )(3)生存斗争仅仅是指同种生物不同个体之间对食物和空间的争夺( )(4)生物进化的内因是生存斗争( )××××当堂检测_____________________________________提供进化的原材料突变(基因突变和染色体变异)和基因重组种群自然选择隔离_____是生物进化的基本单位_________决定生物进化的方向主要内容:______是物种形成的必要条件第二部分现代生物进化理论定义:生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。特点:种群是繁殖的基本单位,也生物进化的基本单位。举例:一片树林中的全部猕猴是一个种群一片草地上的所有蒲公英是一个种群2.1.1 种群的概念及特点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青蛙④一片草地上的全部植物⑤一片草地上的成年梅花鹿×√×××种群是生物进化的基本单位种群是生物进化的基本单位2.1.2 基因库一个种群中全部个体所含有的全部基因,叫作这个种群的基因库。定义:一个种群所有个体各自有自己的基因,共同构成了种群的基因库。它们各自的基因都是基因库的一部分。个体间的差异越大,基因库也就越大。2.1.3 基因频率基因频率:在一个种群基因库中,某个基因占全部等位基因数的比值。基因频率=某基因的数目该基因的等位基因的总数× 100%基因型频率:在一个种群基因库中,某个基因型的个体占个体总数的比值。影响因素:突变、选择、迁移等。种群是生物进化的基本单位例:在某昆虫种群中,决定翅色为绿色的基因是A,决定翅色为褐色的基因是a,从这个种群中随机抽取100个个体,测得基因型为AA、Aa和aa的个体分别是30、60和10个,求A和a的基因频率。2002×30+60=1202×10+60=80120÷200=6080÷200=40某昆虫决定翅色的基因频率2.1.3.1 基因频率的一般计算方法--常染色体计算:就这对等位基因来说,每个个体可以看作含有2个基因,那么:这100个个体共有_____个基因,其中:A基因的数量=___________________ 个a基因的数量=____________________个A基因的频率=____________________%a基因的频率=____________________%种群是生物进化的基本单位2.1.3.2 基因频率的一般计算方法--性染色体(1)基因型频率: XBXB _______ XbY _______(2)基因频率:XB______ Xb_______40%10%XBXB基因型频率= XBXB个体数/所有个体=20/(20+5+20+5)=40%XbY基因型频率= XbY个体数/所有个体=5/(20+5+20+5)=10%XB基因频率= XB基因数/( XB基因数+ Xb基因数)1XBXB含有2个XB,1 XBY含有1XB, XBXb含有1XB和1Xb, XbY含有1XbXB基因频率=(40+5+20)/(40+5+40+5)=65/90=72.2%72.2%27.8%P(Xb)=1-P(B)=27.8%假设:①昆虫种群数量非常大;②所有的雌雄个体间都能自由交配并能产生后代;③没有迁入和迁出;④不同翅色的个体生存和繁殖的机会是均等的;⑤基因A和a都不产生突变。亲代基因型的频率 AA(30%) Aa(60%) aa(10%)配子的比率 A( ) A( ) a( ) a( )子一代基因型频率 AA( ) Aa( ) aa( )子一代基因频率 A( ) a( )子二代基因型频率 AA( ) Aa( ) aa( )子二代基因频率 A( ) a( )30%30%30%10%36%48%16%60%40%36%48%16%60%40%2.根据计算结果,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?子二代、子三代以及若干代以后,种群的基因频率与子一代一样。2.1.3.3用数学方法讨论基因频率的变化种群是生物进化的基本单位2.1.3.4 遗传平衡定律(哈代 —温伯格定律):种群是生物进化的基本单位设 A 的基因频率为 p , a 的基因频率为 q ;则 p + q = 1 ,且:aa 基因型的频率AA 基因型的频率Aa 基因型的频率( p + q )2 = p2 + 2pq + q2种群是生物进化的基本单位种群规模小基因频率随机变化出现基因交流迁入和迁出基因频率不定向改变突变和基因重组非自由交配有偏好的基因频率改变自然选择基因频率定向改变基因频率改变遗传不平衡突变和基因重组提供进化的原材料变异设疑:1、基因突变是自然界中普遍存在的。基因突变产生新的等位基因,这就可以使种群的基因频率发生变化。在自然情况下,突变的频率是很低的,且多数是有害的,对生物的进化有重要意义吗?2、有人认为,基因重组过程中并没有产生新基因,并不能为生物进化提供原材料。你认同吗?不可遗传的变异可遗传的变异突变基因突变染色体变异基因重组突变和基因重组提供进化的原材料设疑:1、基因突变是自然界中普遍存在的。基因突变产生新的等位基因,这就可以使种群的基因频率发生变化。在自然情况下,突变的频率是很低的,且多数是有害的,对生物的进化有重要意义吗?2、有人认为,基因重组过程中并没有产生新基因,并不能为生物进化提供原材料。你认同吗?举例:果蝇约有2.0×104个基因,假定每个基因的突变频率都为1.0×10-5,对一个中等大小的种群(约有107个个体)来说,每一代出现的基因突变数将是:2.0×104×1.0×10-5×107=2.0×106(个)基因突变基因重组体现接受变异是随机的、不定向的→方向?自然选择决定生物进化的方向某海岛上残翅和无翅的昆虫例如,有翅的昆虫,有时候会出现残翅和无翅的突变类型,这类昆虫在正常情况下很难生存下去。但是在经常刮大风的海岛上,这里昆虫却因为不能飞行而避免了被海风吹到海里淹死自然选择决定生物进化的方向 19世纪时,曼彻斯特地区的树干上长满了浅色的地衣。后来,随着工业的发展,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褐色。长满地衣的树干上的桦尺蛾黑色树干上的桦尺蛾基因类型 黑色(S) 浅色(s)工业革命前(19世纪中叶) 5% 95%工业革命后(20世纪中叶) 95% 5%2.3 探究自然选择对种群基因频率变化的影响提出问题桦尺蛾种群中s基因(决定浅色性状)的频率为什么越来越低呢 作出假设黑褐色的生活环境,不利于浅色桦尺蛾的生存,对黑色桦尺蛾生存有利,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。讨论探究思路假设1870年,桦尺蛾种群的基因型频率为:SS10%,Ss20%,ss70%,S基因的频率为20%。假如树干变黑使得浅色型个体每年减少10%,黑色个体增加10%。在第2~10年间,该种群的基因型频率是多少?每年的基因频率是多少?自然选择决定生物进化的方向2.3 探究自然选择对种群基因频率变化的影响1. 创设数字化的问题情境。2. 计算,将计算结果填入表中。70.7%26.0%29.3%14.6%56.1%60.9%26.1%73.9%29.3%13.1%升高降低假如树干变黑使得浅色型个体每年减少10%,黑色个体每年增加10%。制定并实施研究方案设疑:(1)树干变黑会影响桦尺蛾种群中浅色个体的出生率吗?为什么?会影响。因为树干变黑后,许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食,导致其个体数减少,影响出生率。(2)在自然选择过程中,直接受选择的是基因型还是表型?为什么?表型。因为天敌看到的是桦尺蛾的体色(表型)而不是控制体色的基因。(3)根据表格中的数据分析,桦尺蛾种群发生进化了吗?判断的依据是什么?(4)根据资料分析,决定桦尺蛾进化方向的是什么?为什么?发生了进化。依据是桦尺蛾种群的基因频率发生了改变。自然选择。在此作用下,有利变异的个体有更多机会产生后代,种群中相应基因的频率会不断提高;相反,不利变异的个体保留下来的机会少,相应基因的频率会下降。自然选择决定生物进化的方向S(深色)基因的频率逐渐上升,s(浅色)基因的频率逐渐下降;在黑色背景下,浅色桦尺蛾被天敌发现和捕食的几率大于黑色的桦尺蛾,但不影响桦尺蛾的生存和繁殖,直接受选择的是表型。分析结果得出结论在自然选择的作用下,可以使基因频率发生定向改变,决定生物进化的方向。2.3 探究自然选择对种群基因频率变化的影响自然选择决定生物进化的方向1、下列关于生物变异和生物进化的叙述,正确的是( )A.变异都能为生物进化提供原材料B.自然选择决定了生物进化的方向C.只有基因突变才能导致种群基因频率改变D.抗生素的使用使病原体产生了适应性的变异√2、桦尺蛾的体色受一对等位基因控制,其中黑色(S)对浅色(s)为显性。将某桦尺蛾种群分成两组,分别迁移到A、B两个区域,A地是煤炭工业重镇,B地是闭塞的山区,数年后抽样调查,结果如表所示。下列有关说法不正确的是( )区域 SS(%) Ss(%) ss(%)A 80 18 2B 2 8 90A.A地S的基因频率为89%,B地S的基因频率为6%B.A地的大部分s基因突变为S基因,故S的基因频率升高C.从上述材料得知生物进化的方向是由自然选择决定的D.生物进化的实质就是种群基因频率的变化√当堂检测自然选择决定生物进化的方向泛指那些对多种抗生素具有耐药性的细菌。基因突变是产生超级细菌的根本原因。抗生素对细菌具有定向选择作用由于大部分抗生素对其不起作用,超级细菌对人类健康已造成极大的危害。自然选择决定生物进化的方向3.滥用抗生素会使人体内细菌产生耐药性,如果被细菌感染,则往往由于体内细菌能够抵抗各种抗生素而无药可救。下列有关说法正确的是A.抗生素的滥用导致细菌向“耐药性”细菌方向变异B.细菌中本来就存在耐药性个体,长期使用抗生素导致“耐药性”基因频率下降C.耐药性强的细菌可能发生了基因突变或染色体变异D.种群基因频率的变化趋势在一定程度上反映了生物进化的方向√当堂检测隔离是物种形成的必要条件能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物称为一个物种。2.4.1.1 物种的概念2.4.1 物种及隔离的相关概念隔离是物种形成的必要条件1.地理隔离不同群体间的个体,在自然条件下基因不能自由交流的现象。2.4.1.2 隔离概念及类型概念:类型:2.4.1 物种及隔离的相关概念隔离是物种形成的必要条件2.4.1 物种及隔离的相关概念2.生殖隔离类型:2.4.1.2 隔离概念及类型1.地理隔离隔离是物种形成的必要条件2.4.2 隔离及其在物种形成中的作用这些地雀的祖先都来自南美大陆的同一种地雀,什么原因导致每个岛上的地雀种类不同呢?1、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?2、不同岛屿上的地雀种群,产生突变的情况一样吗?为什么?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、研究表明,后来即使将不同岛屿上的地雀种群混合饲养,它们之间也不能繁殖,为什么?隔离是物种形成的必要条件2.4.2 隔离及其在物种形成中的作用这些地雀的祖先都来自南美大陆的同一种地雀,什么原因导致每个岛上的地雀种类不同呢?地雀祖先甲岛地雀乙岛地雀丙岛地雀丁岛地雀……甲岛地雀1乙岛地雀2丙岛地雀3丁岛地雀4……地理隔离不同不同有差异生殖隔离不同物种阻断基因交流基因频率向不同方向发生改变久而久之形成明显差异突变和基因重组自然选择种群基因库改变出现隔离是物种形成的必要条件。渐变式隔离是物种形成的必要条件骤变式2.4.2隔离及其在物种形成中的作用隔离是物种形成的必要条件通过地雀的形成过程,说明物种形成需要以下环节:①_____________________为生物的进化提供原材料。②_____________________决定生物进化的方向。③_____________________是物种形成的必要条件。④ _____________________的出现意味着新物种的产生。突变和基因重组自然选择隔离生殖隔离2.4.2隔离及其在物种形成中的作用(1)从根本上讲,没有突变,就没有生物的进化( )(2)突变具有低频性,不能为生物进化提供原材料( )(3)有害突变不能成为生物进化的原材料( )(4)所有变异都不能决定生物进化的方向,但都能提供进化的原材料( )(5)自然选择决定生物变异和进化的方向( )(6)生物进化的实质是种群基因型频率的改变( )(7)只要能够交配便是同一物种( )√××××××当堂检测第三部分生物进化理论发展的意义(1)日本科学家________提出“中性突变”进化理论,简称“中性学说”。(2)内容:生物进化的主导因素不是_________,而是_________的随机固定。在进化过程中,核酸、蛋白质等分子的_____________会发生一定的置换,通常用它们的_______来计算相应分子的进化速率。木村资生自然选择中性突变碱基、氨基酸置换率中性中性物种自然选择表型(3)现代综合进化论和中性学说的区别与联系①不同点:现代综合进化论揭示了_________的规律:通过________淘汰不利变异,保留有利变异,即适者生存,不适者被淘汰,使生物不断进化;中性学说揭示了______ _的进化规律。②联系:两者并不矛盾,更不对立,只是各自的侧重点不同。现代综合进化论侧重于个体、群体,即________;中性学说侧重于分子,_______两者相互_____,更好地阐述了生物进化的本质。种群进化自然选择分子水平宏观水平微观水平补充生物进化理论对整个生物界的发生和发展做出了符合_________的解释,把发展变化的思想引入生物学研究,使生物学发生了革命性的变化。(1)生物进化理论的建立,统一各分支学科。这些学科既有共同的_________,即生物界发展的规律性,也有共同的_________,即从不同侧面研究生命运动及其规律性。唯物史观理论基础研究目标(2)生物进化理论包含了发展变化、相互联系和整体化的内在思想,这一思想促进不同学科之间的相互渗透和综合,导致了一些交叉学科和边缘学科的产生。这对生物学的迅猛发展具有重要意义。(3)生物进化理论所揭示的原理,有助于指导人们进行良种选育、植物栽培、动物饲养等实践活动,也对疾病防治、人工合成新物种等具有重要的指导意义。(1)颠覆了“创世说”的统治地位。突破了目的论和决定论的束缚,为我们提供了新的思维方式,对破除迷信、解放思想和形成科学的自然观和世界观很有帮助。(2)促进了生态伦理的发展。对确立以人与自然和谐共处为核心的生态伦理具有重要意义。(1)中性学说揭示了分子水平的进化规律( )(2)生物进化理论是在物种可变论与物种不变论、唯物论与唯心论的斗争中产生并发展起来的( )(3)现代综合进化论和中性学说两者并不矛盾,更不对立,只是各自的侧重点不同( )√√√当堂检测 展开更多...... 收起↑ 资源列表 苏教版高中生物必修2遗传与进化第四章生物的进化4.1现代生物进化理论的主要内容教案.docx 苏教版高中生物必修2遗传与进化第四章生物的进化4.1生物进化理论课件.ppt