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1、第2节 现代生物进化理论的主要内容一、教学目标 1.解释种群、种群基因库、基因频率等概念。2.运用数学方法讨论种群基因频率的变化。3.说明现代生物进化理论的主要内容。4.举例说明共同进化和生物多样性形成的原因。5.形成生物进化的观点和生物进化理论在发展的观念。二、教学重点和难点1.教学重点（1）种群、物种、基因频率、隔离等概念。（2）突变和基因重组、自然选择、隔离在生物进化过程中的作用。2.教学难点（1）基因频率的概念。（2）自然选择对种群基因频率的影响。（3）隔离在物种形成中的作用。三、教学策略上节介绍了达尔文的自然选择学说的主要内容，在分析该学说贡献的同时，讨论了它的局限性，为修正、深入和
2、扩展达尔文自然选择学说埋下了伏笔，也为本节继续讨论现代生物进化理论奠定了基础。本节是本章教学的重点，可安排4课时。本节的引入，可以从达尔文自然选择学说中某些观点，与现代遗传学所揭示的遗传和变异的本质之间引发的问题冲突开始，通过问题探讨，使学生初步了解一种生物个体的有利变异的基因，只有在该种生物的某一群体中才能传递、扩散，这个群体就是种群，种群是生物进化的基本单位。引发冲突的问题可大可小，可繁可简，可具体可抽象。例如，某种昆虫的翅色是灰色(基因型为aa)，偶然出现一绿色的变异个体（基因型为Aa），如果绿色翅与灰色翅比较，更适应环境。按照达尔文“适者生存，不适者淘汰”的观点，这一有利变异的个体能永
3、远生存下去吗？该个体中的有利基因A，怎样才能世代传衍下去？即使Aa的个体能够繁殖，后代都是绿色个体吗？通过该问题的探讨，可以使学生发现，某个体的有利变异的基因只有在群体中，通过有性生殖才能世代延续，另外有利变异个体（Aa）的有性生殖的后代，还会出现aa的个体。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变化，这个群体就是种群（提出种群的概念）。关于种群的概念，教师可以通过几个具体的种群实例，归纳出以下几点：种群与种的区别；种群是繁殖的单位；研究生物性状的维持和变化不能立足于个体的变化，只能以种群为单位。因此，要从研究种群中全部个体所含有的全部基因
4、入手（引出基因库的概念）。对于基因库的概念，学生是容易理解的，不必花费过多的时间。在此，教师应该指出，基因频率是分析和描述基因库中基因组成的重要概念，并指导学生练习计算基因频率的方法。在学生理解了基因库的基本含义，以及学会了基因频率的计算方法后，教师可以引出：一个种群基因库中的基因频率，在子代又会怎样呢？关于用数学方法讨论基因频率的变化，可以采用教材“思考与讨论”中所设计的顺序和方式进行，也可以先依据孟德尔遗传定律，从亲代的基因型频率，计算子代的基因型频率和基因频率，如果时间允许，还可以继续计算子二代、子三代的基因型频率和基因频率。如果采用后一种方式，在计算后，教师应引导学生从中概括出：依据孟
5、德尔遗传法则，一个种群的等位基因频率，在上下代是稳定不变的，也就是说种群是稳定不变的。这种现象在自然界的种群中会发生吗？由此引发学生讨论。在学生讨论的基础上，教师和学生共同得出，自然界中种群的基因频率要稳定不变（不进化），必须满足以下几点：该种群非常大；所有的雌雄个体都能自由交配；没有迁入和迁出；自然选择对不同表现型的个体没有作用；这对基因不发生突变，并且携带这对基因的染色体不发生变异。显然，同时满足以上5个条件是不可能的，即使前4个条件可以满足，基因突变和染色体变异总会发生的。通过讨论基因频率的变化可以认识到，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。（第一课时可到此
6、结束）第二课时的引入，可以从复习在自然界中影响种群基因频率的因素入手，引出变异和自然选择对基因频率的影响。关于突变和基因重组产生进化的原材料，教师应强调只有可遗传的变异，才对生物进化产生影响。让学生回答可遗传变异的来源，即基因突变、基因重组和染色体变异。教师可以举几个典型实例，介绍三种变异的特点，以及对基因频率的影响。在这里还应该强调，突变和重组都是随机的、不定向的，因此，它们可以改变基因频率，但不能决定基因频率改变的方向，也就是说，它们只是提供了生物进化的原始材料，不能决定生物进化的方向。生物进化方向又是由什么因素决定的呢？（引入自然选择的作用）探究“自然选择对种群基因频率变化的影响”是本节
7、课的重点和难点。教师可以依据教学班的实际情况，以方便学生讨论为原则，将教学班分成若干个小组。关于探究活动的教学，教师应注意以下几点。1.指导学生阅读桦尺蠖种群变化的资料（教师可以导读教材相关部分），依据这些事实明确提出问题。2.作出假设。针对事实和问题，依据学生已有的知识背景提出假设。在这里，假设可以是：黑褐色的生活环境，不利于浅色桦尺蠖的生存，对黑色桦尺蠖生存有利，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。3.制定探究方案，可以根据学生情况灵活处理。一般情况下，可以直接使用教材提供的问题情境。可以先指导学生，依据假设计算第2年的基因型频率和
8、基因频率，即：如果第1年种群个体数为100个，当黑色 （表现型） 个体每年增加10%时，基因型为SS （黑色） 个体第2年将会增加到11个，基因型为Ss （黑色） 个体第2年将增加到22个，基因型为ss （浅色） 个体第2年将减少到63个。第2年种群个体总数为96个，基因型SS的频率是1196=11.5%；基因型Ss的频率是2296=22.9%；基因型ss的频率是6396=65.6%。在学生理解了计算方法后，可独立计算以后年份的基因型频率和基因频率，从中找出规律。4.在分析计算结果的基础上，应要求学生讨论教材中设置的两个讨论题。使学生理解，在黑色背景下，浅色桦尺蠖被天敌发现和捕食的几率大于黑色
9、的桦尺蠖，但不影响桦尺蠖的生存和繁殖，直接受选择的是表现型。探究之后，教师应强调，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。（第二课时可到此结束）关于“隔离与物种的形成”内容的教学，可直接使用教材中的引言，引出物种的概念。指出人们是如何定义物种的，至于为什么如此定义物种可以不深究，教师应着重引导学生依据物种定义，举例说明并区分物种。学生理解物种概念后，教师可以再提出曼彻斯特地区的桦尺蠖，虽然基因频率发生很大的定向变化，但并没有形成新物种的原因，并通过师生讨论得出，只要物种的种群之间和种群内部个体之间，没有形成生殖隔离，基因交流就不会停止，遗传组成的差异就不会拉大，新物
10、种就难以形成。什么因素可以阻止种群间基因交流呢？由此可引出隔离的概念。学生初步理解隔离的概念之后，可以安排学生讨论隔离的各种可能的方式，教师归纳出隔离的类型。然后组织学生阅读分析教材中的“资料分析”，组织讨论“资料分析”中提出的几个问题。最后教师应强调，一般情况下，地理隔离是生殖隔离的先决条件，生殖隔离一旦形成，原来属于一个物种的两个种群，就成了两个物种。（第三课时可到此结束）关于“共同进化与生物多样性的形成”内容的教学，可以学生自学为基础，教师提出一些具有启发性的问题，师生共同归纳总结的方式推进教学过程。使学生理解共同进化的含义，无机环境的变化、无机环境的复杂化和多样化、有性生殖的出现和生态
11、系统结构的复杂化和多样化对生物多样性形成的作用。最后，组织学生讨论生物进化理论在发展。四、答案和提示（一） 问题探讨提示：学生可以按如下思路展开想像：一个基因所控制的性状，对个体生存和繁殖后代的贡献越大，拥有该基因的个体就可能越多。（二）思考与讨论一1.（1）A配子占60%，a配子占40%。（2）子代基因型频率：AA占36%；Aa占48%；aa占16%。（3）子代种群的基因频率：A占60%；a占40%。（4）亲代基因型的频率AA（30%）Aa（60%）aa(10%)配子的比率A(30%)A(30%)a(30%)a(10%)子代基因型频率AA(36%)Aa(48%)aa(16%)子代基因频率A(
12、60%)a(40%)种群的基因频率会同子一代一样。2.对自然界的种群来说，这五个条件不可能同时都成立。例如，翅色与环境色彩较一致的，被天敌发现的机会就少些。3.突变产生新的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的还是有害的。（三）探究1.树干变黑会影响桦尺蠖种群中浅色个体的出生率，这是因为许多浅色个体可能在没有交配、产卵前就已被天敌捕食。2.是表现型。比如，天敌看到的是桦尺蠖的体色而不是控制体色的基因。（四）资料分析1.由于这两个种群的个体数量都不够多，基因频率可能是不一样的。2.不一样。因为突变是随机发生的。3.不同岛屿的地形和植被条件不一样
13、，因此环境的作用会有差别，导致种群基因频率朝不同的方向改变。4.不会。因为个体间有基因的交流。（五）旁栏思考题最先在裸露的岩石上生长的植物往往是地衣，地衣的出现促进岩石的分解，形成土壤，为苔藓植物的生长创造条件。（六）技能训练1.假说甲：红褐色鱼和金黄色鱼起源于同一种灰色鱼。假说乙：湖中原来只有红褐色鱼，湖中原来只有金黄色鱼，发洪水时，这两个湖中的鱼发生混杂在一起。2.假说甲没有考虑到隔离在物种形成中的作用，也没有考虑洪水的作用。3.这一证据支持假说乙。4.如果红褐色鱼和金黄色鱼不能杂交，或杂交后不能产生可育后代，说明它们不是一个物种。（七）思考与讨论二1.最早出现的生物是厌氧的单细胞生物，它
14、们生活在海洋中。2.多细胞生物大约是在寒武纪出现的，它们生活在海洋中。3.最早登陆的生物是植物，否则动物登陆后就会饿死。4.当时陆地上还是一片荒芜，生物都生活在海洋中。5.恐龙是在中生代后期绝灭的。物种绝灭对生物多样性的影响是复杂的。恐龙的绝灭有利于哺乳动物的繁盛。（八）第一小节练习基础题1.C。2.C。3.C。4.突变和基因重组产生进化的原材料。如果没有突变，就不可能产生新的等位基因，基因重组也就没有意义，生物就不可能产生可遗传的变异，也就不可能进化。拓展题1.提示：如选择育种和杂交育种。2.提示：如果气候等其他条件也合适，并且这个种群具有一定的繁殖能力，该种群的个体数会迅速增加。否则，也可
15、能仍然处于濒危状态甚至绝灭。（九）第二小节练习基础题1.（1）；（2）；（3）。2.生活在峡谷北侧的种群发生了突变，由于突变的随机性，同样的突变没有发生在峡谷南侧的种群中。由于这两个种群被河流隔开，彼此没有交配的机会，也就是没有基因的交流，所以两个种群发生明显的分化，有可能演变成两个物种。拓展题提示：雄虎和雌狮杂交生出的后代是虎狮兽，雄狮和雌虎杂交生出的后代是狮虎兽。目前还没有虎狮兽和狮虎兽交配并生出可育后代的证据。对人们让虎和狮杂交生出更具观赏价值后代的做法，学生可自由发表看法。补充资料：1981年，世界首例狮虎兽诞生于法国，2001年病死。2002年8月22日，我国首例虎狮兽在南京红山动物园降生，仅7 d就夭折了。2002年9月2日，在福州国家森林公园动物乐园降生了3只虎狮兽，仅1只成活。2003年3月27日，在湖南长沙世界之窗降生了1只虎狮兽。国内还有从国外引进狮虎兽进行饲养、供游人观赏的事例。对于让虎和狮杂交的做法，有专家认为这在科学研究上价值不大，但是在商业上具有一定价值。有专家认为，对待野生珍稀动物，人类最应当做的是进行保护，让它们自然繁殖，而不是人为改变其自然繁殖体系。（十）第三小节练习基础题1.（1）；（2）；（3）。2.C。3.有性生殖的出现，使基因重组得以实现，增加了生物变异的多样性，因而使生物进化的速度明显加快。
