1、第 7 章 現代生物進化理論第 2 節 現代生物進化理論的主要內容第一課時 教學目的 1. 說明種群,種群基因庫、基因頻率的概念；2. 運用數學方法爭論基因頻率的變化；3. 說明突變和基因重組為生物進化供應原材料的緣由；4. 說明現代生物進化理論的主要內容；5. 明白隔離的概念和類型,以及隔離與物種形成的關系,生物多樣性形成的緣由；教學重點 1基因頻率的概念；2突變和基因重組、自然挑選、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；教學難點 1基因頻率的概念和運算方法；2自然挑選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；教學用具 1非洲野牛遷徒生活的錄像片

2、斷；2英國曼徹斯特地區18 世紀中期到20 世紀中期淺色型和黑色型樺尺蠖數量變化的 CAI 課件；3加拉帕克斯島地雀演化的 CAI 課件；教學方法 老師敘述,同學歸納,探究相結合；課時支配 二課時教學過程 第一課時引言：我們已經知道地球上現存的有記載的生物種類大約 200 多萬種,仍有許很多多種生物沒有被我們發覺,沒有發覺的生物數目可能要比已經發覺的多 10 倍,更何況已經絕滅的生物比現存的仍要多得多；據估量,曾在地球上生活過的生物種數可能多達 5 億10 億；這么多的生物從無到有,從少到多,從簡潔到復雜,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

3、的“ 新陳 代 謝 ” , 這 就 是 生 物 的 進 化 ； 板 書 ）設問：生物為什么會進化？生物進化的實質是什么？生物進化有什么規律？- 1 - / 8 敘述：在 21 世紀的今日,隨著現代生物科學的進展,關于生物 進化過程的爭論,雖然仍以達爾文進化理論為框架,但達爾文原先的 思想卻被大大改進和擴展了；關于自然挑選等問題的爭論,已經從生 物個體為單位進展到了以種群為基本單位；形成了以自然挑選學說為基礎的現代進化理論；板書）設 問 ： 現 代 生 物 進 化 理 論 的 主 要 內 容 包 括 哪 幾 方 面 ？一.種群基因頻率的轉變與生物進化 .1）種群是生物進化的單位；提問：為什么說種

4、群是生物進化的單位呢？種群的定義是什么？敘述：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；2）一個池塘中的全部魚；）一片草地上的全部植物；3）一片草地上的全部蒲公英；4引導同學總結出 1）與4）屬于種群,因此,總結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系？回答：種群個體間具有年齡和性別的差異,并不是機械的結合 在一起；個體之間存在關系是：彼此可以交配實現基因溝通,并通過繁殖將各自的基因傳遞給后代；）敘述：因此說種群是生物繁衍的基本單位；達爾文清晰地知道只 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-

5、2 - / 8 或種群進化的基礎；提 問 ： 種 群 中 全 部 個 體 的 基 因 稱 為 什 么 ？回答：一個種群所含有的全部基因,叫做這個種群的基 因庫；）敘述：我們知道多指為顯性基因掌握的遺傳病,而絕大多數人表現為正常；白化病是隱性基因掌握的遺傳病,但絕大多數人表現正常提問：以上事實說明了什么；？回答：說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 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 ？敘述：可通過抽樣調查的方法獲得；例如,從某種種群中隨機抽出 100

6、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？老師的引導下由同學自己 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生變化？2）導致種群中某 基 因 頻 率 發 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生劇- 3 - / 8 烈變化的過程；第一顯現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： 18

7、50 年以前該地區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：由于淺色與環境顏色相像,是樺尺蠖的愛護色；黑色易被天敵捕食,而受到控制；講 述 ： 調 查 發 現 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生的；觀看：顯現其次個畫面,即隨著英國工業的進展,工廠排出的煤 煙使地衣不能生存,結果樹皮暴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；探究試驗：讓同學背對電腦屏幕,老師哨聲一響同學轉身快速用 鼠標點掉一個樺尺蠖,哨聲一響再背過身去這樣重復多次后,統計剩下的兩色樺尺蠖的數量；討 論 ： 1） 多 數 幸 存 者 的 顏

8、色 與 生 存 環 境 有 什 么 關 系 ？回答：與生存環境顏色相近；）討 論 ： 2 ） 你 的 實 驗 結 果 與 自 然 選 擇 有 什 么 關 系 ？回答：與自然選擇結果類似；）提問：以上試驗結果說明兩色樺尺蠖的數量變化的根本緣由是什 么？回答：緣由是黑色基因 S）與淺色基因 s）兩種基因顯現的頻率發 生 了 改 變 ,這 是 長 期自 然 選 擇 的 結 果 ；）- 4 - / 8 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 ？回答：突變和基因重組；）敘述：由減數分

9、裂和有性生殖引起的基因重組,通過產生不同基 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；考慮到染色體上有許很多多對雜合基因,因此實際上基因 重組數可能是一個天文數字；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；導致基因頻率轉變的因素是：基因突變、基因重組、自然挑選；2 ） 突 變 和基 因重 組 產 生 進 化 的 原材 料；方向；3 ）自然選擇決定生物進化的成；4）隔離導致物種的形總之,種群中的個體一代一代死亡,但

10、基因庫卻在代代相傳的過 程中保持和進展；因此說,生物進化的過程實質上就是種群基因 頻率 發生變化的過程；所以說種群是進化的單位；其次課時）二. 隔離導致物種的形成引言：我們已經知道了：1）生物進化的實質是種群基因頻率的轉變；2）種群是生物進化的單位； 3）影響種群基因頻率轉變的因素有基因突變、基因重組、自然挑選；提問：基因突變與基因頻率的轉變有什么關系呢？回答：基因突變是可遺傳變異的根原來源；這是由于基因突變可產生新基因 等位基 因）,是基因頻率轉變的基礎；）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；2）隨機發生的；3）突變頻率是很低的；- 5 - / 8 4）多數對生

11、物體是有害的；5）不定向的；敘述：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：為什么仍能夠轉變種群中的基因頻率呢？回答：這是由于種群都由很多個體組成,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生大量的突變基因；敘述：例如,果蠅約有 104 萬對基因,假定每個基因的突變率都是 105,如有一個中等數量的果蠅種群 約有 10 8 個個體）,請同學們運算出每一代顯現基因突變數是多少？由同學運算得出結論）每一代顯現基因突變數是 10 7 個；說明種群中每一代產生的基因突變的數量是很大的,并通過繁衍得到積存是 基因頻率轉變的基礎；突變有利有害不是肯

12、定的,是相對的；這取決于生物的生存環境；再次出示英國曼徹斯特地區 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,引導同學答出 S）黑色基因是基因突變產生的,對樺尺蠖的生存是有害的,但隨著英國工業的進展,樺尺蠖生存環境的轉變,有害的基因 變基因的有害與有利是相對的,不是肯定的；提問：基因重組與基因頻率的轉變有什么關系？S）變為有利的基因；因此說,突回答：由于基因突變是不定向的,突變的結果可產生相應的等位基因；如前所述,假如人的 23 對同源染色體上都有一對等位基因,通過減數分裂和受精作用,在后代中就可產生 10 7 個以上基因重組類型,使種群中顯現大量的可遺傳變異,從而使

13、突變基因頻率擴增；由6于這些變異的產生是不定向的,無法定向轉變基因頻率；設問：生物進化的 方向是如何打算的呢？請同學們閱讀課文 P66頁其次段） P67第一段）,同時回憶 CAI 課件所展現的結果,四人一組爭論,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緣由；敘述： 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境色彩相像,屬于愛護色,較能適應環境而大量生存；黑色性狀與環境顏色差異很大,不能適應環境,易被捕食者捕食,因此,突變產生后,后代的個體數受到限制；19 世紀中期到20 世紀中

14、期,由于地衣死亡,樺尺蠖棲息的樹干暴露并被煙熏黑,使得黑色性狀與環境顏色相像而大量生存,淺色性狀與環境顏色差異很大,易被捕食者捕食而大量被剔除；表現為適者生存,不適者被剔除；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,掌握的性狀不能適應環境而受到限制,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）掌握的性狀能適應環境而大量生存并繁衍后代,淺色基因s）掌握的性狀不能適應環境而大量被剔除,使后代數量大量削減；淺色基因s）的頻率下降為5,黑色基因 S）的頻率上升為95；結果是剔除了不利變異的基因

15、并保留了有利變異基因,通過遺傳逐步積存；由此可見,種群產生的變異是不定向的,經過長期的自然挑選和種群的繁衍使有利變異 基因不斷積存,不利變異基因逐代剔除,使種群的基因頻率發生了定向轉變,導致生物朝一 定方向緩慢進化；因此,定向的自然挑選打算了生物進化的方向；請依據樺尺蠖的進化過程分析：1）是否產生了新的物種,為什么？回答：沒有產生新的物種,由于曼徹斯特地區的樺尺蠖是一個種群,個體之間彼此可以 自由交 配,實現基因溝通,并通過繁衍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：物種是指分布在肯定的自然區域內,具有肯定的形狀結構和生理功能,而且在自 然狀態下能夠相互

16、交配和繁衍,并能夠產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,不能繁衍,緣由是馬和驢是兩個物種；敘述：這一事實說明不同物種之間不能交配,或即使交配勝利,也不能產生可育的后 代,該現象稱之為生殖隔離；- 6 - / 8 請分析說明：區分物種的主要依據是什么？回答：區分物種的主要依據是有無生殖隔離；提問：生殖隔離 物種）形成的主要緣由是什么？觀看：演示 CAI 課件,給出加拉帕戈斯群島的地圖；請同學們用地理學問估算島與島之間的距離；再出示不同島上的植被情形 突出果實的大小）,讓同學明白各島

17、嶼的生存條件；最終出示有不同特點的 地雀,特殊突出地雀喙形大小的特征,然后讓同學依據地雀的特點和島嶼生存條件將地雀安放在相宜的島上 放錯會發出鳴響）；敘述：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；請同學們分析,它們形狀特點形成顯著差異的緣由是什么？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；敘述：一個種群由于地理環境緣由被分割成了很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行能完全相同；提問：依據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

18、,被分割的小種群可能會出 現完全不同的突變；由于地理隔離,各種群間沒有基因溝通,因此一個種群中的突變自然不 會引起另一種群的轉變；提問：依據不同島嶼的生態環境特點分析14 種地雀形成顯著差異的根本緣由是什么？回答：由于地理隔離,各種群生活在不同的生態環境 中,因而有不同的挑選方向；即,不同種群挑選保留下的基因不同,使分開的種群的基因庫組成和基因頻率產生了很大的差異；這就是14 種地雀形狀特點顯著差異的根本緣由；敘述：經過長期地理隔離,不同種群在形狀特點；生活習性上有了顯著的差異,如再次 相遇仍能交配和繁衍可育后代,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；假如通過長期的地理隔離,使不同種群個體之間形成生殖隔離 不能發生基因交流）；新物種就產生了,如,加拉帕戈斯群島上的 隔離導致生殖隔離的結果；14 種地雀的形成過程,就是長期的地理因此說：物種形成的緣由是突變和基因重組；自然挑選及隔離三個基本環節綜合作用的 結果；不同新物種形成的過程進行的