課題第6章第3節種群基因組成的變化與物種的形成（2個課時）時間2025.4.29教材分析本節內容為以達爾文自然選擇學說為核心的現代生物進化理論，部分內容借鑒了達爾文的自然選擇學說，但是又對達爾文的學說進行了修正，強調了種群的作用，并解釋了遺傳與進化的本質。學情分析教學要本著有效教學的理念,利用案例引導學生分析基因頻率的變化,初步掌握理想種群中基因頻率和基因型頻率的變化規律:讓學生用數學方法研究自然選擇與基因頻率變化之間的關系,并引導學生得出生物進化的實質,同時注重學生科學思維和科學探究核心素養的培養。教學目標1.闡述種群、種群基因庫、基因頻率等概念的內涵。（生命觀念）2.運用數學方法討論種群基因頻率的變化。（生命觀念、科學思維）3.闡明自然選擇對種群基因頻率變化的影響。（科學思維、科學探究）4.說明隔離在物種形成中的作用。（科學思維）教學重難點1.教學重點(1)種群、物種、基因頻率、隔離等概念。(2)變異、選擇和隔離在生物進化中的作用。2.教學難點(1)自然選擇對種群基因頻率變化的影響，(2)隔離在物種形成中的作用。教學內容及流程學習任務教學過程(第1課時)備注問題探討【視頻導入】播放曼徹斯特樺尺蛾，思考：1.導致樺尺蛾出現“黑化”現象的原因是什么？2.自然選擇直接作用的是生物的個體，還是群體？3.自然選擇直接選擇的是基因型還是表型？為什么？4.研究進化，僅研究個體和表型是否就可以？為什么？【教師講述】先有雞還是先有蛋，忽視了雞和蛋在基因組成上的一致性，也忽視了生物進化是以種群為單位而不是以個體為單位這一重要觀點。種群和種群基因庫【教師講述】種群：生活在一定區域的同種生物的全部個體，種群是生物繁殖和進化的基本單位。（種群三要素）【課堂練習】判斷下列是否屬于種群？（1）一個池塘中的全部魚

（2）一個池塘中的全部鯉魚√（3）兩個池塘內的全部鯉魚（4）一片草地上的成年梅花鹿（5）農貿市場上售賣的雞群【教師講述】種群的特點：①種群的個體并不是機械地集合在一起。②一個種群就是一個繁殖單位，種群是生物繁殖和進化的基本單位。③雌雄個體可通過繁殖將各自的基因遺傳給后代。繁殖時，新老種群在基因組成上會有什么變化嗎？【教師講述】基因庫：一個種群中全部個體所含有的全部基因。（同一物種的兩個不同的種群，個體數量越多，基因庫越大；基因頻率的改變和基因型種類的改變都不一定導致基因庫的變化）基因頻率：在一個種群基因庫中，某個基因占全部等位基因數的比率。（）基因型頻率：在一個種群中，某基因型個體占種群內全部個體的比率。【教師講述】通過基因型頻率計算基因頻率：注意：X染色體上基因頻率的計算：Y染色體上沒有等位基因！男性個體只有一條性染色體含有該類基因；女性個體中兩條性染色體均含有該類基因。通過實例的應用，使學生學會計算基因頻率的方法。對計算結果進行分析，歸納基因型頻率和基因頻率的變化規律，理解遺傳平衡定律。引導學生利用已學的遺傳學知識,計算并歸納總結,培養學生運用數學方法解決生物學問題的能力和意識,提升學生的科學思維核心素養。種群基因頻率的變化【思考討論】用數學方法討論種群基因頻率的變化：在一個樺尺種群中,基因型為SS、Ss、ss有100、200、700個1.計算該種群中SS、Ss、ss的基因型頻率分別是多少？2.計算S和s的基因頻率分別是多少?3.該種群中的個體自由交配一代后，子一代的基因頻率和基因型頻率是多少?4.想一想，子二代、子三代以及若干代以后，種群的基因頻率會同子一代一樣嗎？5.各代基因頻率相同。基因型頻率從子一代開始保持不變。這些是在什么前提條件下呢？【教師講述】遺傳平衡定律（哈代溫伯格定律）：①昆蟲群體數量足夠大。②全部的雌雄個體間都能自由交配并能產生后代。③沒有遷入與遷出。④AA、Aa、aa三種基因型昆蟲的生存能力完全相同（也就是說沒有自然選擇）。⑤沒有基因突變和染色體變異。滿足以上五個條件，就是遺傳平衡狀態。若已知AA的基因型頻率為m，則A的基因頻率為√m。注意：遺傳平衡所指的種群是理想條件下的種群，在自然條件下，這樣的種群是不存在的。這也從反面說明，自然界中種群的基因頻率一定會發生變化，也就是說種群的進化是必然的。【教師講述】若該種群發生以下4種情況，則種群中S和s基因頻率分別為多少?①所有SS個體失去求偶和交配能力，且隨機交配一代。②有10個SS個體突變為Ss，(s代表不同的隱性突變基因）。③從外地遷入了100只基因型為ss的樺尺蛾。④由于工業污染使樹皮變成了黑色，致使淺色樺尺蛾中有20%被捕食，而黑色樺尺蛾中僅有1%被捕食。【思考討論】如果一個種群出現新的突變型（基因型為A2a或A2A2），也就是產生新的等位基因A2，種群的基因頻率會發生變化嗎？基因A2的頻率可能會怎樣變化？會，突變產生的新基因會使種群的基因頻率發生變化。引導學生通過實例分析,學會計算基因頻率的方法。使學生領悟自然界中的種群發生變化是必然的。使學生理解種群前后代基因頻率的改變是必然的，初步理解改變的根本原因是變異。自然選擇對種群基因頻率變化的影響【教師講述】可遺傳變異提供了生物進化的原材料。其來源分為突變和基因重組。結論：突變和基因重組提供生物進化的原材料（改變基因的頻率）（只有基因突變能產生新的基因，單說基因重組不改變基因頻率。）【思考討論】自然界中突變的頻率很低，且多害少利，能作為進化的原材料嗎？以果蠅為例：每一代都會有大量變異，有利與有害是相對的，取決于生物的生存環境。形成了進化的原材料，不能決定生物進化的方向。所以可遺傳變異的特點：突變和重組都是隨機的、不定向性的。種群基因頻率的改變是否也是不定向的呢？【教師講述】介紹在樺尺蛾的體色受一對等位基因S和s控制，黑色（S）對淺色（s）是顯性的。性狀的不同會帶來怎樣的后果呢？基因頻率會怎樣改變呢？自然環境的選擇作用下，該種群的S基因的頻率逐年上升，控制淺色的s基因頻率逐年下降。所以進化的實質是種群基因頻率的改變，雖然變異是不定向的，但是自然選擇是定向的。自然選擇使種群基因頻率定向改變，自然選擇方向決定生物進化的方向。【教師總結】不定向的變異為生物進化提供原材料，自然選擇定向的改變生物的基因頻率，決定其進化方向。由實例和已學知識引導學生理解突變和基因重組為生物進化提供了原材料。抗生素對細菌的選擇作用【教師講述】介紹實驗原理：一般情況下，一定濃度的抗生素會殺死細菌，但變異的細菌可能產生耐藥性。在實驗室連續培養細菌時，如果向培養基中添加抗生素，耐藥菌有可能存活下來。實驗目的：通過觀察大腸桿菌在含有卡那霉素的培養基上的生長狀況，探究抗生素對細菌的選擇作用。實驗步驟：1.用記號筆在培養皿的底部畫2條相互垂直的直線，將培養皿分為4個區域，分別標記為①~④。2.取少量細菌的培養液，用無菌棉簽均勻地涂抹在培養基平板上。3.用無菌的鑷子先夾取1張不含抗生素的紙片放在①號區域中央，再分別夾取1張抗生素紙片放在②~④號區域中央，蓋上蓋玻片。4.將培養皿倒置于37℃的恒溫箱中培養12~16h。5.觀察培養基上細菌的生長狀況。紙片附近是否出現了抑菌圈？如果有，測量和記錄每個實驗組中抑菌圈的直徑，并取平均值。從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細菌，接種到已滅菌的液體培養基中培養，然后重復步驟2~5。如此重復幾代，記錄每一代培養物抑菌圈直徑。實驗結果：抗生素紙片周圍出現抑菌圈，在連續培養幾代后，抑菌圈的直徑越來越小。實驗結論：說明抗生素隨細菌產生了選擇作用。思考：1.為什么要從抑菌圈邊緣的菌落上挑取細菌？2.你的數據是否支持“耐藥菌是普遍存在的”這一說法？說明理由。3.在本實驗的培養條件下，耐藥菌所產生的變異是有利還是有害的？你怎么理解變異是有利還是有害的？4.濫用抗生素的現象十分普遍。例如，有人生病時覺得去醫院很麻煩，就直接吃抗生素；有的禽畜養殖者將抗生素添加到動物飼料中。你認為這些做法會有什么后果？請你查閱資料，舉出更多濫用抗生素的實例。在閱讀教材的基礎上,先讓學生了解實驗原理、目的要求及實驗步驟,再讓學生通過敘述步驟圖鞏固相關知識點。讓學生先預測實驗結果，引導學生掌握相關知識點,培養學生科學探究的能力。小結與練習【課堂小結】同板書【課堂練習】處理教材中的思考討論、練習與應用，處理雙導學案和分層作業引導學生關注知識內容的梳理，嘗試構建概念圖。板書設計6.3.1種群基因組成的變化與物種的形成作業布置【課后作業】1.完成分層訓練課后素養評價、2.完成雙導學案對應內容和下一節問題式預習部分教學反思第以課時介紹了種群和種群基因庫、種群基因頻率的變化、自然選擇對種群基因頻率變化的影響,并安排了兩個“探究·實踐”——探究自然選擇對種群基因頻率變化的影響、探究抗生素對細菌的選擇作用。引導學生先用達爾文的自然選擇學說解釋英國曼徹斯特地區樺尺蛾體色變化的原因,再通過創設數字化的問題情境和嚴密的計算,從分子水平了解自然選擇對樺尺蛾種群基因頻率的影響。在此基礎上歸納總結出自然選擇對種群基因頻率變化的影響及生物進化的實質,培養學生基于證據進行推理、歸納、概括的科學思維核心素養。最后安排有關細菌耐藥性和濫用抗生素的思考,讓學生參與討論,培養學生的社會責任感。學習任務教學過程(第2課時)備注新課導入【思考討論】回顧上節課內容，思考兩種不同顏色的樺尺蛾是同一物種嗎？物種的概念【教師講述】物種的概念：物種指的是能夠在自然狀態下互相交配，并且產生可育后代的一群生物，物種簡稱“種”。【思考討論】1.思考：馬（2N=64）和驢（2N=62）是一個物種嗎？所有的馬是一個物種，所有的驢也是一個物種，但是馬和驢不是同一個物種，因為馬和驢交配產生的后代—騾沒有生殖能力。2.全世界的人都是一個物種嗎？是一個物種。無論白人黑人黃種人能相互交配，都能產生具有生殖能力的后代。【教師講述】比較物種和種群：概念上：種群是一定區域內的同種生物的全部個體。范圍上：同一物種可以分布在不同區域，由多個種群構成。功能上：種群是物種繁殖和進化的基本單位。思考：在自然界，是不是同一物種的個體都生活在一起呢？不是，由于高山、河流、沙漠或其他地理上的障礙，每一個物種總是被分成一個一個或大或小的群體，這些群體就是不同的種群。例如，兩個池塘里的鯉魚就是兩個種群。用實例深化學生對物種概念的理解，并引出對生殖隔離概念的探究。先引導學生利用已學知識,根據騾的產生過程分析其染色體組成,進而引出物種和生殖隔離這兩個重要概念,最后通過列表比較種群和物種,使物種這一概念更完整。隔離在物種形成中的作用【教師講述】隔離：不同種群間的個體，在自然界條件下基因不能自由交流的現象。地理隔離：同種生物由于地理障礙而分成不同的種群，使得種群間不能發生基因交流的現象。生殖隔離：不同物種之間一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能產生可育后代的現象。【教師講述】地理隔離和生殖隔離之間有什么聯系呢？由于長期地理隔離而沒有相互交配，沒有基因交流，形成了生殖隔離，它們形成兩個不同的亞種。所以隔離的實質就是阻止種群間的基因交流。【教師講述】介紹加拉帕戈斯群島上的13種喙差別很大、存在生殖隔離的地雀。思考：1.設想南美洲大陸的一種地雀來到加拉帕戈斯群島后，先在兩個島嶼上形成兩個初始種群。這兩個種群的個體數量都不多。它們的基因頻率一樣嗎？2.不同島嶼上的地雀種群，產生突變的情況一樣嗎？3.對不同島嶼上的地雀種群來說，環境的作用有沒有差別？這對種群基因頻率的變化會產生什么影響？4.如果這片海域只有一個小島，還會形成這么多種地雀嗎？【教師講述】物種形成的3個環節：①突變和基因重組產生進化的原材料。②自然選擇導致種群基因頻率的定向改變。③隔離導致物種形成。（生殖隔離是物種形成的標志）【教師講述】物種形成的方式：（1）漸變式（絕大多數）思考：通過長期地理隔離而實現生殖隔離，是否是新物種形成的唯一方式？【教師講述】物種形成的方式：（2）驟變式（爆發式）無需地理隔離，短時間內即可形成，如自然界中多倍體的形成以及人工誘導多倍體的形成。主要通過染色體變異的方式形成新物種，此種方式多見于植物。【教師講述】物種形成的方式：（3）人工創造新物種【比較歸納】生物進化一定能產生新物種嗎？不一定，必須出現生殖隔離。【教師講述】拓展:遺傳漂變：在一個種群中，某種基因的頻率為1%，如果這個種群有100萬個個體，含這種基因的個體就有成干上萬個。如果這個種群只有50個個體，那么就只有1個個體具有這種基因。在這種情況下，可能會由于這個個體的偶然死亡或沒有交配，而使這種基因在種群中消失。這種現象就是遺傳漂變。在小群體內，不能充分地進行隨機交配，就可能使有些個體不能產生后代而使所攜帶的基因丟失。有些個體產生較多的后裔，而使所攜帶的基因被固定。這種由于群體較小和偶然事件所造成的基因頻率的不確定性變化現象被稱為遺傳漂變。【知識拓展】生殖隔離的類型：1.受精前的生殖隔離：①生態隔離：不同種群生活在同一區域內的不同生境內,而造成的不能交配。例如：生活在同一區域內的兩種植食性瓢蟲分別以薊屬和紅毛七屬植物為食，各物種僅在自己的宿主植物上交配。②季節隔離：因交配或開花時期發生在不同季節而引起的隔離。例如：大西洋鯡魚形成了分布區域很廣的幾個種群,有些在春季產卵,有些則在秋季產卵,因此,這些種群之間不能雜交。不同植物因花期不同，形成生殖隔離。③行為隔離：不同物種之間由于兩性間求偶或交配等行為不同,而阻止了它們之間的相互交配。例如：鳥、蛙、昆蟲等在求偶季節發出一定的鳴叫聲,同種的雌性動物會應聲前來,而異種的雌性動物則無反應。關于行為隔離,有人曾做過這樣一個實驗;將10只雌果蠅和10只雄果蠅放在一起培養若干天,如果雌、雄果蠅是同一物種,大部分雌蠅就會受精；如果是不同物種,則只有極少數受精。在求偶過程中,導致同一物種雄、雌果蠅相互識別的刺激,既有化學的、視覺的,也有聽覺和觸(觸須)覺的。這在哺乳動物等也是一樣的。④機械隔離：也稱形態隔離,是指不同種群的生物因生殖器官的大小和形狀不同,而使交配無法進行。例如：一些植物因花的形態不同,而造成它們之間不能受粉。⑤配子隔離：個體之間可以交配或受粉,但是不能發生受精作用。例如：有些動物雖然交配成功,但精子在異種雌性動物的生殖道內會失去功能。在植物中,一種植物的花粉在另一種植物的柱頭上不能萌發,或萌發后花粉管生長緩慢等,結果也不能受精。2.受精后的生殖隔離：①雜種不活：是指不同種生物之間交配、受精后,形成的雜種胚胎不能正常發育,或雜種后代出生后能夠生活一段時間,但在生育年齡以前就會死去。例如：山羊和綿羊的雜種,胚胎早期生長正常,但多數在出生前就會死去。②雜種不育：交配后能夠產生正常、成熟的雜種后代,但雜種后代卻不能生育。造成雜種不育的原因很多,有的是性腺發育不全,有的則是因為生殖細胞不能進行減數分裂等。例如,馬