隔离在物种形成中的作用（教学设计）高一生物（人教版2019必修2）

第3节种群基因组成的变化与物种的形成二隔离在物种形成中的作用年级高一年级授课时间1课时课题二隔离在物种形成中的作用教材分析本节是高中生物学人教版必修二《遗传与进化》模块中第六章第三节第2小节内容。在第1小节已经学习了突变和基因重组提供进化的原材料、自然选择导致种群基因频率的定向改变等进化的知识，为本节课学习物种的概念以及隔离在物种形成中的作用奠定了基础。本小节包括“物种的概念”和“隔离及其在物种形成中的作用”两部分内容。本节涉及分析物种的概念，进化论中的物种主要依据的是遗传学标准以能否自由交配为标准。关于隔离及其在物种形成中的作用，教材首先交待了隔离的概念，包括生殖隔离和地理隔离等。接着安排“思考·讨论”活动，让学生通过分析加拉帕戈斯群岛上地雀的物种分化过程，来认识隔离在物种形成中的作用。通过大量的实例让学生理解物种形成的抽象过程。通过本节内容的学习完整呈现了物种形成的三个环节：突变和基因重组、自然选择、隔离。同时又为后面生物的多样性的学习提供铺垫，起到了承上启下的作用。教学目标1.举例说明物种和隔离的概念。2.理解地理隔离和生殖隔离。3.分析隔离在物种形成过程中的作用。教学重、难点1.教学重点隔离在生物进化中的作用。2.教学难点隔离在物种形成中的作用。教学过程教学内容教师活动学生活动创设情境引入新课上节课学习的英国的曼彻斯特地区的一种桦尺蛾，在自然环境的选择作用下，该种群的S(深色)基因的频率逐渐上升，s(浅色)基因的频率逐渐下降。桦尺蛾发生进化了吗？在桦尺蠖的进化过程中，有没有形成新的物种?为什么？桦尺蛾发生了进化。在自然选择的作用下,基因频率发生定向改变。没有形成新的物种。因为浅色个体和黑色个体生活在一起，仍能进行交配和基因交流，因此没有形成新物种。什么是物种?物种是如何形成的？回顾旧知，由此引出对物种概念的探究。物种及隔离的概念创设情境，展示图片，提出问题：东北虎与东北虎是同一个物种吗？东北虎与华南虎是同一个物种吗？马和牛是同一个物种吗？马和驴及交配产生后代骡子，马和驴是同一个物种吗？狮子与老虎交配产生了狮虎兽，狮子与老虎是同一个物种吗？判断的依据是什么？东北虎与东北虎是同一个物种。东北虎与华南虎是同一个物种。马和牛不是同一个物种。马和驴不是同一个物种。狮子与老虎是不同一个物种。依据是两种生物不能交配，或交配后不能产生可育后代，说明它们不是同一个物种。由此引出物种的概念：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。用实例深化学生对物种概念的理解，并引出对生殖隔离概念的探究。只要不同种群的基因库产生了明显差异，就一定产生新物种吗？不一定，不同种群的基因库产生明显差异，不一定出现新物种，只有出现生殖隔离后才能形成新物种。不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功,也不能产生可育的后代，这种现象叫作生殖隔离，即不同的物种之间不能发生基因交流。请学生试从染色体组的角度分析,马和驴之间不能发生基因交流的原因。马和驴的染色体组不同，它们产生的后代骡的细胞中没有同源染色体，在减数分裂时出现联会紊乱，不能形成可有配子。引导学生分析马和牛之间生殖隔离的类型，与马和驴之间生殖隔离的类型有何差异。产生这种差异可能的原因是什么?思考讨论问题，通过分析理解物种和隔离的概念。隔离在物种形成中的作用在自然状态下，东北虎和华南虎属于同一个物种，但是它们不能基因交流的原因是什么？在自然状态下，东北虎和华南虎处于不同的地域，地理隔离使它们无法交配。请学生举出其他类似的例子。构建地理隔离的概念。分析教材第116页图611，思考地理隔离和生殖隔离有没有什么联系。两个鼠种群经过长期地理隔离后差异非常大，可能形成了生殖隔离。经过漫长的地理隔离，一定会形成生殖隔离吗?不一定。如果两个种群生活环境都不发生变化，或者变化很小，两个种群的进化方向相同，有可能不会产生生殖隔离。学生阅读教材中关于加拉帕戈斯群岛上13种地雀形成过程的资料，讨论问题。设想南美洲大陆的一种地雀来到加拉帕戈斯群岛后，先在两个岛屿上形成两个初始种群。这两个种群的个体数量都不多。它们的基因频率一样吗?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。不同岛屿上的地雀种群，产生突变的情况一样吗?不一样。因为突变是随机发生的。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?不同岛屿的地形和植被条件不一样，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。如果这片海域只有一个小岛，还会形成这么多种地雀吗?不会。因为个体间有基因的交流。通过加拉帕戈斯群岛上13种地雀形成过程，深入理解物种形成的基本环节，构建隔离是物种形成的必要条件这一概念。引导学生进一步思考：新物种形成一定要经过地理隔离吗?不一定。不经过地理隔离，也可以直接形成生殖隔离。例如二倍体植株染色体加倍成了四倍体植株，二者杂交后代产生的三倍体植株是高度不育的，存在生殖隔离。构建物种形成的比较常见的两种形成方式流程模型：引导学生厘清新物种形成的三个环节及作用：突变和基因重组提供进化的原材料，自然选择导致种群基因频率的定向改变，隔离是新物种形成的必要条件。强调生殖隔离是物种形成的标志。列表对比物种形成与生物进化的关系：探讨有关问题，深入理解物种形成的基本环节，建构隔离是物种形成的必要条件这一概念。正误判断典例分析判断正误1.二倍体西瓜和四倍体西瓜通过杂交可产生三倍体西瓜，因此二倍体西瓜和四倍体西瓜是同一物种()2.不同种群间的个体不能进行基因交流，说明种群间存在生殖隔离()3.交配后能产生后代的一定是同一物种()4.生物进化了一定会形成新物种()5.种群基因库间的差异是产生生殖隔离的根本原因()6.新物种的形成一定经过地理隔离()【答案】1.×2.×3.×4.×5.√6.×典例分析[典例1]下列关于物种和种群的叙述，错误的是()A.一个物种可以形成多个种群，一个种群中只能含有一个物种B.若物种乙是由物种甲进化来的，则物种乙和物种甲之间一定发生了生殖隔离C.突变、基因重组和自然选择均能定向改变种群的基因频率D.若种群1与种群2的基因频率都发生了改变，则这两个种群都在进化【答案】C【解析】突变和基因重组为生物的进化提供原材料，能决定进化方向(定向改变种群基因频率)的只有自然选择，C错误。核心归纳深化理解引导学生易于混淆几种概念进行比较。物种和种群的比较：地理隔离和生殖隔离的比较：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。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。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。展示以下实例，学生思考讨论，深化对概念的理解。如图是我国黄河两岸某种生物a的演化过程模式图，请据图分析回答下列问题：(1)自然状态下，b、c之间能进行基因交流吗？为什么？不能，因为存在地理隔离。(2)b、c的进化方向相同吗？为什么？不同。因为b、c两种群生活的环境不同，自然选择的方向不同，基因频率改变的方向就不同。(3)研究表明，某基因的频率在b、d之间有很大差别，是否说明二者不是同一物种？不能。某个基因频率的差别不能说明二者不是同一物种，只有基因库的差别大到可以形成生殖隔离才能说明二者不是同一物种了。(4)黄河北岸的b物种迁到黄河南岸后，不与c物种进化为同一物种，其原因可能是什么？二者间已形成生殖隔离。(5)若在黄河南岸，由于某种原因，二倍体c的染色体加倍成了四倍体e，那么c和e还是同一物种吗？为什么？二倍体c与四倍体e不是同一物种，因为二者杂交的后代为三倍体，高度不育，存在生殖隔离。思考对比几组概念，通过对实例的探讨，深化对概念的理解。学习小结习题巩固1．下列有关物种的叙述，正确的是()①不同种群的生物肯定不属于同一个物种②物种是具有一定形态结构和生理功能，能相互交配且产生可育后代的一群生物个体③隔离是形成新物种的必要条件④只要有地理隔离就能形成新物种A．①②③ B．②③④C．②③ D．①②③④【答案】C【解析】不同种群的生物可能属于同一个物种，如生活在两个池塘的鲤鱼，①错误；具有一定形态结构和生理功能，能相互交配且产生可育后代的一群生物个体是一个物种，②正确；隔离是形成新物种的必要条件，产生生殖隔离是形成新物种的标志，③正确；在物种形成过程中必须有生殖隔离，不一定有地理隔离，④错误。2．现代生物进化理论对加拉帕戈斯群岛上13种地雀形成过程的解释是()A．地理隔离→基因突变→自然选择→物种形成B．地理隔离→自然选择→突变和基因重组→物种形成C．地理隔离→自然选择→突变和基因重组→生殖隔离→物种形成D．地理隔离→突变和基因重组→自然选择→生殖隔离→物种形成【答案】D【解析】生活折加拉帕戈斯群岛的不同岛屿的地雀种群间存在地理隔离，可遗传变异的突变和基因重组为各地雀种群的进化提供原材料，不同岛屿的环境有较大差别，对地雀原始祖先的选择方向不同，导致各个地雀种群的进化方向不同，不同地雀种群的基因频率的变化不同;各地雀种群的基因库的基因频率发生定向改变，从而使各个地雀种群产生了生殖