第二节生物固氮

第1篇：第二节生物固氮

生物固氮与人工模拟固氮

摘要: 生物固氮是生命科学中的重大基础研究课题之一, 它在生产实际中发挥着重要作用: 为植物特别是粮食作物提供氮素、提高产量、降低化肥用量和生产成本、减少水土污染和疾病、防治土地荒漠化、建立生态平衡和促进农业可持续发展。本文旨在了解现在国际生物固氮和人工模拟生物固氮的现状，思考如何使用生物技术(特别是蛋白质工程)在固氮领域。

关键词:生物固氮 人工模拟固氮 固氮酶 化学模拟

引言：空气中约 80%的氮气不能被植物直接利用, 只有固氮微生物具有将氮气转化成氨的能力, 人们称为生物固氮。 据联合国粮农组织(FAO)1995 年粗略估计, 全球每年由生物固定的氮量已近2 × 106 t(相当于4 × 108 t 尿素), 约占全球植物需氮量的 3/4。 所以,生物固氮是地球上最大规模的天然氮肥工厂。但为了满足需求还要新建很多氮肥厂, 投资上千亿元.一方面, 适量使用化学氮肥可使粮食高产; 另一方面,生产化学氮肥要大量消耗能源, 加重大气污染和温室效应. 大量施用化肥, 不仅提高农业生产成本, 而且导致水土污染, 影响健康和破坏生态平衡. 对于提高农业产量, 降低化肥用量和农业生产成本, 减少水土污染和疾病, 治理占我国国土面积约27%的荒漠化地区, 发展可持续农业, 生物固氮将起重要作用。而生物固氮中用到的固氮酶是一种重要蛋白质，联想到课上学习的生物工程中蛋白质工程，我想到用蛋白质工程来制作新的更高效率的固氮酶来提高人工模拟固氮的产量，从而节省投资成本和保护环境。 1 生物固氮

1.1生物固氮概念：生物固氮是指固氮微生物将大气中的氮气还原成氨的过程。固氮生物都属于个体微小的原核生物，所以，固氮生物又叫做固氮微生物。根据固氮微生物的固氮特点以及与植物的关系，可以将它们分为自生固氮微生物、共生固氮微生物和联合固氮微生物三类。

1. 2生物固氮的过程

生物固氮是固氮微生物特有的一种生理功能，这种功能是在固氮酶的催化作用下进行的。固氮酶是一种能够将分子氮还原成氨的酶。固氮酶是由两种蛋白质组成的：一种含有铁，叫做铁蛋白，另一种含有铁和钼，叫做钼铁蛋白。只有铁蛋白和钼铁蛋白同时存在，固氮酶才具有固氮的作用。[1]

1.3生物固氮的研究现状

当前, 国内外生物固氮研究已进入一个新阶段,其特点是多学科交叉, 将基础研究和应用前景相结合, 开拓了思路. 当前生物固氮研究正在分子和原子水平上开展, 如: 固氮基因表达的铵阻遏和氧敏感机制; 共生结瘤固氮中植物与微生物相互关系的基因表达和调控; 根瘤菌结瘤因子的结构和生物合成; 根瘤菌及其宿主植物的基因组学、转录组学和蛋白质组学; 固氮酶的结构和功能及其化学模拟; 固氮效率的提高及其在农业和环境保护中的应用等. 这些研究要求生物学、农学、化学和物理学等学科的交叉和结合, 引入新概念和新技术, 综合进行。[2]

1.4目前自然界存在的固氮酶

自然界中存在的固氮酶是一种能够将分子氮还原成氨的酶。固氮酶是由两种蛋白质组成的：一种含有铁，叫做铁蛋白，另一种含铁和钼mo2+，称为钼铁蛋白。

这种酶在固氮的过程中每个电子的传递需要消耗2~3个ATP，而且一般固氮生物在固氮的同时也会产生氢气，因此固氮的总反应式可写为：

N2 + 8 H+ + 8 e- ---------> 2NH3 + H2

1.5我国生物固氮研究成果的国际认可和曾经面临的困境 “生物固氮”成为科学定义并开始大力研究已有114 年的历史. 我国自1937 年开始生物固氮研究, 已有65 年历史. 20 世纪70 年代生物固氮研究在生物化学和分子遗传学等方面取得突破后, 我国也取得了一系列重要成果, 在国际上占有一定的地位, 在某些方面还具有重要影响. 因此, 国际生物固氮研究委员会主席W. Newton 曾多次建议在中国召开国际生物固氮研究大会, 经研究决定2003 年在北京召开第14届国际生物固氮大会.我国生物固氮研究的道路曲曲折折, 曾经有两种错误认识: 一是受到假冒伪劣生物固氮肥料的宣传的干扰, 认为生物固氮问题已经解决; 二是对国际和国内生物固氮研究的突破性进展了解不够, 认为难度大, 进展甚微, 国内经多年研究也未出成果. 两

者的结果使我国的生物固氮研究面临严重困境.为防止困境再现, 经我国有关决策者和研究人员的共同努力, 恢复了固氮研究应有的地位. 这就为巩固研究成果, 继续发展, 不失时机地迎接生物固氮的重大突破的新时代的到来, 并把生物固氮研究中与生命科学其他学科相关的重大科学问题提高到一个新水平, 使其进一步为我国农业可持续发展做出重要贡献.

2人工固氮

2.1人工固氮概述及近况

工业上通常用H2和N2 在催化剂、高温、高压下合成氨 (3H2+N2=催化剂，高温=2NH3)

近况：两位希腊化学家，位于Thessaloniki的阿里斯多德大学的George Marnellos和MichaelStoukides发明了一种合成氨的新方法(Science，2Oct.1998，P98)。在常压下，令氢与用氦稀释的氮分别通入一加热到570℃的以锶-铈-钇-钙钛矿多孔陶瓷(SCY)为固体电解质的电解池中，用覆盖在固体电解质内外表面的多孔钯多晶薄膜的催化，转化为氨，转化率达到78%;对比：几近一个世纪的哈伯法合成氨工艺通常转化率为10至15%!他们用在线气相色谱检测进出电解池的气体，用HCl吸收氨引起的pH变化估算氨的产率，证实提高氮的分压对提高转化率无效;升高电流和温度虽提高质子在SCY中的传递速度却因SCY导电率受温度限制，升温反而加速氨的分解。

2.2生物工程在人工固氮中的作用

现在的人工固氮大多用具有生物固氮调控机理的植物与微生物，而这些植物(如豆科植物)和微生物(如根瘤菌)可以用基因工程来进行加工和生产。生物工程中的其他技术比如细胞工程在这个环节上也可以应用，也可以获得更多的产量。

国际上已经对固氮酶高分辨率的空间结构进行了研究, 阐明了其活性中心的原子簇FeMoco 及其周围蛋白分子的三维结构[38,39]. Schmid 等人[3]对棕色固氮菌缺失FeMoco 的突变种nifB-Av1 的钼铁蛋白组分做了晶体衍射结构分析, 发现4 个亚单位中的1 个构象发生了较大变化, 存在一个带正电的漏斗状(funnel)结构, 它足够容纳带负电的FeMoco 的插入,成为具有固氮功能的钼铁蛋白组分. 与此同时, 化学模拟固氮酶在温和条件下合成氨有了很大进展.在这个领域里我国也做了大量非常出色的工作: 固氮酶催化HD 的形成绝对依赖于氮[4]; 在固氮酶催化还原N2 的放氢机制中, 率先提出了双位点放H2 模

式, 对了解固氮酶催化机制有所发展[5]. 美国1992年用X 光衍射确定固氮酶活性中心原子簇是由MoS3Fe 和FeS3Fe3 两个缺口的立方烷型簇合物组成[6], 通过3 个非蛋白配体S 桥联而成为一个笼(其顶端分别是Fe 和Mo). 其实在此之前, 我国就已经合成了这两个簇合物[7]; 根据配位催化原理和化学探针思路, 提出活性中心原子簇笼应是活口的, N2 还原成氨和质子还原成H2 都是在笼内进行, 提出用于还原底物有两条质子通道的设想。 这些进展对指导合成高效催化剂, 实现在温和条件下固氮有重要意义。

2.2共生固氮中包括蛋白质组学在内的功能基因组学研究

共生固氮功能基因组学和蛋白质组学研究包括根瘤菌和宿主植物两个方面. 功能基因组学研究的前提是对目的生物的基因组进行全序列分析. 目前国际上已经对苜蓿根瘤菌基因组进行了全序列分析,接着是大豆根瘤菌和百脉根根瘤菌(Rhizobium loti)基因组. 在宿主植物方面已经启动了对苜蓿Medicagosativa Lin)、大豆(Glycine max Lin)和百脉根(Lotuscorniculatu)基因组序列的分析. 这些研究成果将为固氮功能基因组和蛋白质组学研究奠定基础和建立技术平台. 目前, 固氮功能基因组和蛋白质组学已经陆续有所报道. 固氮资源生物多样性研究表明, 不同根瘤菌可与同一豆科植物相互作用结瘤固氮, 但它们之间的结瘤固氮效率却大不相同. 同样, 同一根瘤菌可与不同属的豆科植物结瘤固氮[8].这一结果为开展共生固氮功能基因组学和蛋白质组学研究奠定了基础. 可以充分利用公布的苜蓿根瘤菌基因组序列, 通过RNA 和蛋白质差异显示法和微阵列法, 对不同苜蓿根瘤菌基因组及其突变株在共生条件下进行功能比较, 对不同根瘤菌在同一豆科植物结瘤的不同根瘤素基因表达进行比较, 将可大大推进共生结瘤固氮中微生物与植物相互作用机理的研究. 在此基础上, 还可寻找非豆科植物, 特别是禾本科植物中是否有以及有多少类似于豆科植物的根瘤素存在, 从而最终为非豆科植物的共生固氮和自主固氮提供策略和技术路线. 无疑, 共生固氮功能基因组和蛋白质组学研究将具有更为重大的科学意义和潜在的实际意义.

参考文献

[1] 卢嘉锡, 蔡启瑞, 万惠霖, 等. 生物固氮全球的挑战和未来的需

要[J].辽宁科技参考, 2001(4): 26 [2] 沈世华 荆玉祥.中国生物固氮研究现状和展望<<科学通报>>2003年第48卷第6期

[3] 林敏, 尤崇杓, 刘永正, 等. 重组耐铵固氮菌株的田间长期定点释放试验. 生物技术学报, 1995, 1: 28~33 [4] 李永兴, 李久蒂, 卢林刚, 等. 玉米联合固氮工程菌Enterobactergergivuae E7 在田间的接种效应. 中国农业科学, 2000, 33:72~77 [5] 王水平, 朱家璧, 俞冠翘, 等. 苜蓿根瘤菌(Rhizobium meliloti)nifA 基因的异源表达及其产物的氧敏感性. 中国科学, B 辑,1990, (3): 261~266 [6] 何路红, 阎大来, 马旅雁. 肺炎克氏杆菌nifA 基因在巴西固氮基因表达的铵调节中的作用. 生物工程学报, 1995, 11: 385~38825 马旅雁, 吴奥, 赵银锁. 巴西固氮螺菌Yu62 dragTG 基因及其下游区域的定位诱变. 生物工程技术学报, 1999, 15: 281~287 [7]吴新涛, 卢嘉锡. 固氮酶活性中心网兜模型的回顾和前瞻. 科学通报, 1995, 40(7): 577~581 [8] Panter S, Thomson R, de Bruxelles G, et al. Identification with proteomics of novel proteins associated with the peribacteroid membrane of soybean root nodules. Molecular Plant-Microbe Interactions, 2000, 13: 325~333

第2篇：《第二节 生物的进化》教案

教学目标

知识目标

1、举例说出研究生物进化的方法。

2、概述生物进化的主要历程。 能力目标

通过利用观察、对比，使自己的识图能力进一步提高。 情感目标

1、通过对化石资料的搜集，培养学生学习生物的兴趣，热爱科学的态度。

2、通过对比生命起源认识的不同观点，使学生进行唯物主义生命观的教育，自觉抵制非科学的观点。

教学重点

1、生物进化的证据。

2、生物进化的大致历程。

3、生物进化的总趋势。

教学难点

运用对比的方法对生物的进化进行研究。在教学时，教师引导学生对照课本的插图，对较早的动物植物化石与较晚的植物与动物或化石进行对比，从而形成生物的进化观点。

教法分析

本节课重点引导学生学习比较法在研究生物进化中的重要作用和概述生物进化的主要历程 ，所以教学中主要采用以讨论为主，并渗透启发式和配以多媒体放映。

教学用具

化石标本;多媒体课件

教学过程

多媒体展示各种多姿多彩的生物

师：通过上节课的学习我们初步了解了有关地球上生命的起源的内容，那么，现在地球上形形色色的生物，究竟是怎样由地球上最初的生命演变来的?

引入课题

展示狼鳍鱼的化石，介绍什么是化石。 展示各个地层中的化石图片：

学生分析、交流并得出结论，同时明确：

1、越简单、越低等的生物化石总是出现在越古老的地层中。

2、越复杂、越高等的生物化石则出现在越晚近的地层中。 学生分析交流得出：

根据始祖鸟和爬行动物及鸟类的相同之处得出：鸟类是由爬行类进化来的。

1、指导学生完成教材的资料分析1，提出下列问题让学生思考：

生物化石在地质层中的分布有何规律?越深的地层就是越早形成的地层吗? 这种分布规律说明了什么?

通过对资料1分析，你能说出鱼类、两栖类、爬行类、-哺乳类的进化顺序吗?你通过什么方法得出这个进化顺序?

2、向学生展示始祖鸟的化石图片，并提出下列问题让学生思考：

始祖鸟像鸟类吗?它有跟鸟类相似的特征吗?它有跟鸟类不同的特征吗?这些特征跟哪类动物相似?你从始祖鸟身上可以得出什么结论?你通过什么方法得出这样的结论?

3、分析资料3提出问题：

什么是细胞色素C?哪种生物与人的亲缘关系近，哪种生物与人的亲缘关系远? 归纳总结：

从这三个资料中，你可以列举出一些研究生物进化的方法吗?而在这三种方法中有都用到了一种在生物学研究中常用的思维方法——比较法。

引导：

科学家们通过对不同年代化石的纵向比较，以及对现在生物种类的横向比较等方法，推断出了生物进化的大致历程。那么从地球上最初的生命形式到现在形形色色的生物，究竟经历了哪些进化环节呢?

师：各小组拿出各种生物图片，请大家根据它们的特点，将它们贴在导学案提纲上的大树上，要说明理由

师：我们大家的共同杰作进化树完成了，老师充当一名记者采访采访我们的小成员，你这样贴图理由。

(教师走下讲台，用课本卷起来充当话筒，开始进行采访。) 引导学生总结生物进化的规律

小组讨论各种动物的主要特征，并贴出图片，进行展示

交流贴图的根据和理由：

小组1：我们组经过商议后认为原生动物门应该位于动物的最下层。因为原生动物门是最原始、最低等的动物界类群，它的身体微小，结构简单，整个身体是由一个细胞构成的，属于单细胞生物。

小组2：…… 小组3：……

得出生物进化的规律：

生物进化的总体趋势：由简单到复杂、由低等到高等、由水生到陆生。

第3篇：《第二节 生物的进化》 教案

教学目标

(一)知识目标

1、举例说出生物进化的主要依据——化石。

2、概述生物进化的主要里程，形成生物进化的观点。

3、概述自然选择学说，形成生物进化的基本观点。

(二)能力目标

1、通过观察原鸡的进化，培养学生观察能力，分析处理资料的能力。

2、通过有关桦尺蛾数量变化情况的资料分析，培养学生的信息分析和综合能力。

(三)情感态度与价值观目标

1、通过环境的变化可以导致生物进化的事实，对学生进行潜移默化的环保教育。

2、介绍达尔文锲而不舍、历尽艰辛创立生物进化论的事迹，培养学生严谨的科学态度，塑造学生献身科学事业的美好心灵。

教学重难点

重点：

1、生物进化的证据和历程。

2、概述自然选择学说，形成生物进化的基本观点。 难点：

3、生物进化的证据和历程。

4、概述自然选择学说，形成生物进化的基本观点。

教学过程

提出问题，引出新课：

各种生物是经过漫长的时间逐渐进化演变形成的。这一观点已被大多数人所接受。但是我们要问：

1、人类是如何获得这个结论的?研究方法是什么?

2、接受这一观点，需要一定的依据或证据。有什么证据能够证明各种生物是通过进化形成的?

3、为什么生物会不断发展，原因是什么?即生物是怎样进化的? 这是这节课我们将要讨论的问题。 化石是生物进化的直接证据

科学家在研究生物进化时发现生物进化的历程是：由简单到复杂，由低等到高等，由水生到陆生。科学家是如何了解进化历程的?科学家又是怎样知道地球是曾经生活过什么类型的生物?生物化石可以作为研究地球曾经生活过的生物的材料，通过化石了解生物进化的历程。

什么是化石?生物化石是指由于某种原因，埋藏在地层中的生物的遗体、遗物或生活痕迹。化石保留了古代生物原有的特点，所以被用来研究古代生物，它们可以直接或间接证明某种生物曾经在地球上生活过。

化石有很多种，有由生物体的坚硬部分形成的遗体化石，如骨骼化石、贝壳化石等;有保存植物叶片痕迹的印痕化石;还有遗迹、遗物化石等。 1861年，科学家发现一种动物的化石，命名为始祖鸟。

1993年，我国科学家发现一种与始祖鸟及其相似的化石，命名为孔子鸟。

通过对始祖鸟和孔子鸟的研究，它们同时具备了爬行动物和鸟类的特征，都是从爬行动物到鸟类的过渡类型，这些化石充分证明了鸟类是从爬行类进化而来的。 地层中的生物化石按一定的顺序出现 为什么化石能够说明生物的进化?

地球的地层形成有早有晚，不同的地层中有不同的生物化石。根据存在于各个地层中的化石，可以判断生物类型和生存的年代。对不同地层中的化石进行分析比较发现：

1、最古老的地层中没有化石。

2、从大约39亿年前的地层中开始发现生物化石。

3、越古老的地层中，成为化石的生物越简单、越低等，越晚形成的地层中成为化石的生物越复杂、越高等。

4、古老的地层中水生生物的化石较多;晚形成的地层中陆生生物的化石较多。 讨论：科学家的这些发现说明了什么问题? 小结：

1、通过对化石的研究，我们得知原始地球是没有生命的，生命经历了从无到有的发展过程。

2、根据对化石的研究，我们知道了生物进化经历了由简单到复杂，由低等到高等，由水生到陆生的发展过程。

提问：生物进化的历程是怎样的? 化石记录了生物进化的历程

与原始生命起源一样，生物进化的历程也是极其漫长的过程。现在地球上的丰富多彩的生物界是经过漫长的历程逐渐进化形成的。

在进化的早期，由于营养方式的差异，原始生命的一部分进化为具有叶绿素的原始藻类，另一部分进化为不含叶绿素的原始单细胞动物。以后，这两类原始生物分别沿着一定的历程发展为动物界和植物界。

植物进化的历程：提供各类群植物代表植物的挂图或投影片，组织学生对不同类群植物的形态结构、生殖方式以及生活环境比较分析，哪类生物结构简单，比较低等，哪类生物比较复杂，较为高等，最后总结植物进化的历程。

提问：植物进化的历程可以反映生物进化的什么趋势?

从生活环境看，进化的历程是从水生到陆生;从结构分析看，是从简单到复杂;植物进化的总趋势是由低等向高等发展。

2、动物进化的历程：科学家采用同样的方法研究动物进化的过程。

提供各类群动物代表动物的挂图或投影片，比较各类动物的特点，并归纳动物进化的历程以及进化的趋势。

生物进化的趋势：根据生物进化的历程，生物进化的趋势是由简单到复杂，由低等向高等，由水生到陆生。

遗传、变异和环境因素共同作用导致了生物的进化 提问：什么原因导致了生物的进化呢? 学习活动：模拟自然选择

根据课本98-100页，进行操作，讨论并回答课本讨论。 概述自然选择学说的基本内容。

学生阅读有关达尔文的材料，思考预设的问题。

提出人是达尔文，出处是《物种起源》，基本内容主要包括过度繁殖、生存竞争、遗传和变异、适者生存。 师生活动：

教师要求概述自然选择学说的基本内容。学生主动阅读课文，各自主动提出看法，进行意见交流，教师参与到学生的讨论中，指导学生对学习内容进行简要概括，帮助学生概述自然选择学说的基本内容。之后，老师利用互动对话，指导学生用自然选择学说解释长颈鹿的进化历程。

第4篇：第二节 调查周边环境中的生物

教学目标

①说出调查的一般方法，初步学会做调查记录，并将你调查的生物进行归类。

②尝试描述身边的生物和它们的生活环境。

③初步培养学生的调查能力以及和同学分工合作的能力。

④通过本课的学习引起学生关注周围生物的生存状况，从而加强保护生物资源的意识。

教学重点：①说出调查的一般方法，初步学会做调查记录。

②初步培养学生的调查能力以及和同学分工合作的能力。 教学难点：①试描述身边的生物和它们的生存状态。

②能引起学生关注周围生物的生存状况，从而注意保护生物资源。 课前准备：

学生：准备调查表格，确定调查路线，(有条件的可带照相机，放大镜等)。 教师：帮助学生分组，确定调查范围。了解要调查的生物状况，并查找相关资料。 课时分配：1课时 教学过程

一、组织教学

二、导入新课

上节课我们了解了观察是一种科学探究的基本方法。今天我们进一步了解调查。

三、讲授新课

(一)调查的一般方法及注意事项(如何进行调查)，说说什么是调查。 以小组为单位调查校园内生物，通过对比总结、归纳出调查的一般方法和注意事项。

1.要求：(1)明确调查目的和调查对象;(2)制定合理的调查方案; (3)范围较大时，要选取一部分作为样本;(4)如实记录; (5)对结果进行整理和分析、统计;(6)写出调查报告

2.注意事项：安全第一;爱护生物及其环境;小组分工合作，认真记录。

(二)生物归类： (1)按照形态特点归为：植物、动物和其他生物;

(2)按照生活环境归为：陆生生物和水生生物;

(3)按照用途归为：作物、家禽、家畜、宠物等。

(三)实地调查，写一份调查后的感受。 1.根据各地实际情况而选择调查地点。 2.进行校园生物调查。注意引导学生认识他们身边的生物名称，教育学生爱护生物资源。注意安全，遇到不会的问题向老师请教或查资料。

3.各组同学根据分工，认真收集材料(作调查记录，拍照)以小组为单

四、板书设计(略)

五、小结：观察和调查都是一种科学探究的基本方法，在今后的学习过程中，我们应把这两种方法逐步用在我们的学习和生活中。

六、巩固练习：

1.我国在进行人口普查时，下列哪项工作不是调查时应该做的( ) A.确定调查的目的和对象 B.制定合理的调查方案 C.选取样本抽样调查 D.整理，分析调查的结果 2.在调查校园生物的过程中，以下同学的做法，正确的是( ) A.小军发现好几株他不认识的植物，他挖出来带回家研究 B.小梅拨开草丛，一只蟋蟀蹦了出来，小梅把它记录下来 C.小伟调查记录中有蝼蛄，其它同学都没有，萧文决定把它删掉 D.小明发现一只老鼠，太恶心了，不计录了

3.以下各项科学探究中，哪一项采用的不是调查( ) A.我国森林资源每五年清查一次 B.我国进行第五次人口普查 C.同学们在调查校园内的生物种类

D.女科学家珍妮在非洲森林中研究黑猩猩，她如实记录了黑猩猩的食物种类、生活环境、表达情感的方式及叫声的含义

七、教学反思

这是一节调查活动课，七年级新生刚刚实际接触身边的生物，非常感兴趣，教师抓住学生的这种好奇心理，带领学生走出教室实际调查，虽然组织起来有些难度，但能提高学生的学习兴趣。通过教师课前精心准备，分组，小组分工负责制，教学效果较好。

第5篇：第二节 生物进化和生物多样性 教学设计 教案

教学准备

1. 教学目标

1.知识目标：

(1)概述生物进化历程

(2)举例说明共同进化和生物多样性形成的原因 2.能力目标：

(1)通过对生物进化历程的短片、图片观察和文字资料的阅读，发展学生分析资料、交流信息的能力

(2)运用生物进化观点解释一些生物现象。 3.情感、态度和价值观目标：

(1)形成生物进化的观点和生物进化理论在发展的观念 (2)通过生物多样性的形成的认识，使学生增加环保意识

2. 教学重点/难点

重点：

(1)概述生物进化的历程及主要方向; (2)说明生物多样性形成的原因。 难点：

(1)生物进化的历程;

(2)生物进化与生物多样性产生的关系。

3. 教学用具

多媒体

4. 标签

生物,必修1,教案,苏教版

教学过程 (一)预习检查、总结疑惑

检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。

(二)情景导入、展示目标。

展示图片：原始地球、原始海洋和现在的地球、海洋和草原。

教师：地球上现存的有记载的生物种类大约200多万种，还有许许多多种生物没有被我们发现。没有发现的生物数目可能要比已经发现的多10倍，更何况已经绝灭的生物比现存的还要多得多，据估计，曾在地球上生活过的生物种数可能多达5亿～10亿。这么多的生物从无到有，从少到多，从简单到复杂，从低等到高等，一批又一批地“踏上”地球，又“远离”地球走向死亡，进行着自然界的“新陈代谢”，这就是生物的进化。

2013年是多灾多难的一年，地震、火山爆发、洪灾、泥石流。其实这个场景并不陌生，早在五十亿年前，我们的地球就是这个样子的。

原始地球和我们居住的地球相差很多，哪位同学能说说我们居住的地球和原始地球有什么不同?

学生：思考讨论激发学生探究兴趣。

教师：根据学生回答进行点评，总结，引出生物进化的基本历程。

(三)合作探究、精讲点拨。

探究一 生物进化的基本历程

阅读课本P103-P105相关内容，结合图例，思考并小组讨论下列问题： 〖问1〗最早出现的生物是哪一类生物?它们生活在什么环境中? 【讲述】最早出现的是厌氧的单细胞生物，它们生活在海洋中。 〖问2〗多细胞生物大约是什么时候出现的?它们生活在什么环境中? 【讲述】在寒武纪出现，它们生活在海洋中。 〖问3〗最早登陆的生物是植物还是动物?为什么? 【讲述】是植物。否则动物登陆后就会饿死。

〖问4〗同今天你所看到的地球相比，寒武纪时地球上的生态系统有什么特点? 【讲述】陆地一片荒芜，生物都生活在海洋中。 〖问5〗恐龙是什么时候灭绝的?物种灭绝对生物多样性会产生怎样的影响? 【讲述】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。恐龙的灭绝有利于哺乳动物的繁盛。

〖问6〗了解生物进化历程的主要依据是什么?同源器官的存在能表明什么? 【讲述】①了解生物进化历程的主要依据是化石。

②同源器官的存在，表明具有同源器官的生物是由共同的原始祖先进化而来的。 〖问7〗试分析有性生殖生物的出现加快了生物进化速度的原因。

【讲述】生物通过有性生殖，实现了基因重组，增强了生物变异的多样性。 〖问8〗在了解生物进化历程后，请同学们分析一下，在生物进化历程中有哪几个比较关键的转折?

【讲述】生物进化的历程中的几个关键点：真核生物的有性生殖出现后，生物进化的速度明显加快;寒武纪大暴发形成消费者，对植物的进化有重要影响;原始两栖类出现，生物登陆并改变陆地环境，为生物进化提供了陆地条件。 〖问9〗简单叙述生物进化的规律。

【讲述】生物进化的规律：从原核到真核;从无性生殖到有性生殖;由简单到复杂;由水生到陆生;由低等到高等。 探究二

生物进化与生物多样性的形成

阅读课本P105-P107的相关内容，思考并小组讨论下列问题：

〖问10〗不同种生物之间在进化上密切相关，生物的进化与无机环境的变化是否有关呢?

【讲述】无机环境的选择作用可定向改变种群的基因频率，导致生物朝着一定方向进化;生物的进化反过来又会影响无机环境。

〖问11〗从分子水平看，生物多样性的直接原因和根本原因分别是什么? 【讲述】直接原因是蛋白质的多样性，根本原因是基因的多样性。

〖问12〗右图表示生物多样性的三个不同层次，你能说出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别属于哪种层次吗?

【讲述】Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别属于遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性。 〖问13〗一个物种的遗传多样性与其对环境的适应有何关系? 【讲述】一个物种的遗传多样性越丰富，它对环境的适应性就越强。 〖问14〗生物多样性的三层内涵之间是怎样的一个关系? 【讲述】相关关系如下图。

〖问15〗植物界生物具有什么样的特征?

【讲述】真核多细胞，有细胞壁;多数植物体具有根、茎、叶和繁殖器官的分化，能进行光合作用，自养。

〖问16〗如何进行生物多样性的保护?

【讲述】生物多样性是人类赖以生存和发展的基础，是人类及子孙后代共有的宝贵财富。保护生物多样性就是在基因、物种和生态系统三个层次上采取保护战略和保护措施。建立自然保护区是保护生物多样性最为有效的措施

课堂小结

本节课充分调动学生学习积极性，以学生为主体的学，以教师引导为主的教。利用多媒体的直观形象，让学生分析其进化的观点，既能锻炼学生的分析归纳能力，又能调动课堂气氛，使学生成为教学的主体，体现了课改的理念。尤其是生物进化历程的短片，给学生留下了深刻的印象。另外通过多媒体，增加了课堂的容量，提高了课堂效率。过辩论形式使学生体会生物进化观点对人们思想观念的影响。

课后习题

1.原生生物界的细胞类型和数目的特征是( ) ①细胞类型为真核细胞 ②细胞类型为原核细胞

③细胞数目为单细胞或多细胞群体 ④细胞数目为单细胞 A.①③ B.①④ C.②③ D.②④

2.原始生命出现之后，下列哪项顺序符合生物进化的实际情况( ) A.光合作用→无氧呼吸→有氧呼吸 B.无氧呼吸→有氧呼吸→光合作用 C.有氧呼吸→光合作用→无氧呼吸 D.无氧呼吸→光合作用→有氧呼吸

3.蓍草是菊科植物的一种。采集同一山坡不同海拔高度的蓍草种子，种在海拔高度为零的某一花园中，植株高度如下图。下列叙述中，正确的是( ) A.原海拔高度不同的蓍草株高的差异表现出物种多样性 B.不同海拔高度蓍草之间不能杂交或杂交不育

C.研究遗传差异是否影响着蓍草株高，需原海拔处的数据 D.图示结果说明蓍草株高的变化受到花园环境的影响 4.关于生物进化与生物多样性的形成，错误的说法是( ) A.生物多样性的形成经历了漫长的进化历程 B.动物的出现不影响植物的进化 C.了解生物多样性形成过程的主要依据是化石 D.生物的进化与无机环境的变化是相互影响的

5.[双选]普通栽培稻是由普通野生稻进化而来的，下列叙述正确的是( ) A.普通野生稻在进化过程中丧失了部分遗传多样性 B.普通野生稻的遗传变异决定了普通栽培稻的进化方向 C.落粒性突变对普通野生稻有利，对普通栽培稻不利 D.普通野生稻含有抗病虫基因，是水稻育种的有用资源

1.A 【解析】原生生物界主要是指原生动物、真核单细胞藻类等一些生物，这些生物的特点是由真核细胞构成，多为单细胞或多细胞群体。

2.D 【解析】最初的地球上无氧，因而原始生命为无氧呼吸，当这些生物消耗掉大部分有机物后，经突变和自然选择，逐步分化出自养型生物。自养型生物通过光合作用释放氧，逐渐增加了大气中的氧含量，为需氧生物的产生创造了条件。

3.C 【解析】图示结果表明原海拔高度不同的蓍草种子种在海拔高度为零的同一花园中，其植株高度有明显差异，但若研究遗传差异是否影响蓍草株高，还需原海拔处的株高数据。

4.B 【解析】生物多样性的形成是生物与生物、生物与无机自然环境相互选择的结果，动物的出现会影响植物的进化。

5.AD 【解析】普通栽培稻往往没有普通野生稻的抗逆性强，说明普通野生稻在进化过程中丧失了部分遗传(基因)多样性。生物进化的方向是由定向的自然选择决定的。普通栽培稻中落粒性突变类型虽然对人类不利，但对于普通栽培稻本身的生存繁衍来说还是有利的。普通野生稻能生存下来的往往具有抗逆基因，可为水稻育种提供目的基因。

板书

第二节

生物进化和生物多样性

一、生物进化的基本历程 1.生物进化的基本历程 2.生物进化的基本顺序 3.几个重要进化事件

二、生物进化与生物多样性的形成

1.生物多样性的内涵 (1)内涵(三层次) (2)相互关系

(3)生物多样性形成的原因 ①从分子水平看 ②从进化的角度看 2.保护生物的多样性 3.生物的五 界系统

第6篇：第二节 生物与环境组成生态系统 教学案

【教材分析】

2012年人教版七年级上册第一单元第二章第二节内容。在学完第一节《生物与环境的关系》，明确了“什么是生物生活的环境”、“环境中有哪些因素影响生物的生活和分布”、“生物能影响和改变环境”、“生物能适应环境”等问题后，随之自然转入到第二节《生物与环境组成生态系统》的学习，对生态问题的学习和探究就水到渠成。

《生物与环境组成生态系统》这一节是本章的重点之一，内容包括生态系统的组成、食物链和食物网、生态系统具有一定的自动调节能力三大部分。其中生态系统的组成、食物链和食物网是重点，生态系统具有一定的自动调节能力是难点，教材通过资料分析、观察与思考突出重点，通过具体事例突破难点，旨在培养学生对于生物圈这个所有生物的家的认识和爱护，从情感上让学生认识到保护生态系统、保护生物圈的重要性，理解人与自然和谐发展的意义以及增强环境保护的意识。

【教学目标】

1.知识目标 说出生态系统、生态系统的组成、食物链和食物网，为什么说生态系统具有一定的调节能力?

2.能力目标 利用学生已有的生活经验，通过教师提供生态系统图片资料，培养学生的观察、分析能力，推理能力，表演及形象思维能力。

3.情感目标 让学生认同人类是生物圈中的一员，只有保护生物圈才能使我们的生存环境更加美好的观点。

【教学重点、难点】

重点 生态系统的组成和食物链的特点。

难点 食物链中物质和能量传递的特点，食物网中生物与生物之间的关系。

【设计思路】

本节课通过情境创设，进入生态系统的学习，激发学生学习兴趣，并在课上组织一系列的学生活动，让学生主动、积极地学习，充分体现课改的精神，培养学生自主、合作、探究学习的能力，鼓励学生从身边的事情谈起，培养学生爱护环境、保护我们共同的家园的情操。

本届课采取高效课堂教学模式： 即按照“情境导入—目标展示--自主学习—巩固小结—任务探究—达标检测”程序设计教学流程。

【教学准备】

课前准备好几种生物头饰，包括树、兔、狐狸、老虎、细菌、真菌(蘑菇)，六位同学各自扮演一个角色;收集生态系统相关资料，小组分工合作做好汇报准备。

【教学过程】

一、情境导入

6位同学佩戴好生物头饰，上台表演课本剧，导入新课。 旁白：在一片森林里，生活着许多生物，有活泼的小兔子，狡猾的狐狸，凶猛的老虎……，你们看，他们来了。

小草边唱边出场:“没有花香，没有树高……”(充满热情)我是小草，我长大需要水，需要空气，太阳公公每天照的我暖洋洋的，我可以自己制造营养，我所制造的营养物质，不仅能养活我自己，而且能为其他生物提供食物，我是快乐的(面带悲伤)但是我也有伤悲……

兔子蹦跳出场：(快乐状)我不能自己制造营养物质，但是我的嘴可谗了(面对草)这绿油油的小草正合我意，我要把你吃掉，我是草食动物。

狐狸左顾右盼的出场(狡黠，悄声)我不能进行光合作用，可我要生存(面对兔子)正好这是一顿美餐，我要把你吃掉。

老虎：别在那狐假虎威了，我才是森林之王，我要把你们统统吃掉。

兔(惊恐状)：不好了，老虎来了，快逃啊。

真菌、细菌(搀扶出场)我是真菌，我是细菌。

细菌：你们能看见我吗?其实我很小，你们是看不见的，但是我无处不在。

真菌、细菌：(得意状)：别看我们微不足道，但我们也是生态系统中不可缺少的成分，你们知道为什么吗?(面对其他生物)我们能把你们的尸体分解，供植物重新利用，如果没有我们，世界会是怎样的?(摇头叹息)你们的尸体，将会堆积如山，你们还有生存空间吗?

师： (表演完毕)这是一片森林中的6种生物。在一定的范围内，它们为自己活着，它们似乎又为别的生物二活着，好像谁也离不开谁。这是为什么呢?进入今天的学习内容──《生物与环境组成生态系统》。

二、目标展示

教师和学生一道阅读课本23页“通过本节学习，你将知道：”，然后学生带着问题快速阅读课文。完成下列思考题。

1.什么是生态系统?

2.生态系统的组成是怎样的?

3.什么是食物链和食物网?

4.为什么说生态系统具有一定的探究能力?

三、自主学习

任务──什么是生态系统

师：(播放幻灯片 ) 请同学们阅读课本23页图片和“想一想，议一议”，小组讨论：为什么加罩网后草籽生长不好，而未加罩网的天然草原生长良好呢?

生：小组【想一想，议一议】

(小组答) 因为食虫鸟以食草昆虫为食，食草昆虫已草籽为食。加罩网后，隔离了食虫鸟和食草昆虫。食草昆虫大量繁殖，啄食草籽，致使草原生长不好。

结论： 生物与环境是一个不可分割的 整体 ，这个整体就是 生态系统 。

师：

那么，你认为哪些区域可以看作一个生态系统呢?

生1：我家的一块农田。

生2：我家里承包的一片树林。

生3：三峡大坝水库。

师：那么，这些生态系统包括哪几部分呢?生态系统中的每一个角色分别起着什么作用呢?请同学们分析课本“资料分析”。

生： 分析课本第20页中“资料分析”， 讨论回答相关的3个问题。

1、啄木鸟以昆虫幼虫为食，昆虫幼虫以树为食。

2、树桩腐烂是因为细菌和真菌的作用，腐烂的树桩最终会被细菌真菌分解掉。

3、在生态系统中，植物扮演生产者，动物扮演消费者，细菌和真菌扮演分解者。

师： 请同学们梳理一下本部分内容。

生： 【读一读，填一填】，完成下列目标任务。

1.在一定的空间范围内， 生物 与环境 所形成的统一整体叫做 生态系统 。比如 一片森林 ， 一块农田 ， 一个湖泊 ， 一条河流 等等都可以看做一个生态系统。

2.在生态系统中植物属于 生产者 ，动物属于消费者 ，细菌和真菌属于 分解者 。它们之间是相互依存、相互制约 的关系。

3.生态系统除了生物部分还有 非生物部分，如 阳光 、 土壤 和 水 等。

生： 小组归纳，得出结论。

结论： 生态系统就是在一定空间范围内生物与环境所形成的统一整体。生态系统包括生物部分和非生物部分，生物部分包括生产者、消费者和分解者;非生物部分包括阳光、空气和水。

任务二──食物链和食物网

师： (问题引入)你听说“螳螂捕蝉，黄雀在后”，“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米”谚语吗?怎么解释这些谚语呢?

生： 说明生物之间存在吃鱼被吃关系。螳螂吃蝉，黄雀吃螳螂，相互制约着。

生：【读一读，填一填】，完成下列目标任务。

3.在生态系统中，不同生物之间由于吃与被吃的关系而形成的链状顺序叫做 食物链 ，起始环节是生产者 ，草、兔、狐构成的食物链是：草→兔→狐。

师：(播放幻灯片)那么，请同学们观察“观察与思考”图片。试一试，你能链接几条食物链呢?你依据什么连接的?

生：我们小组连接了9条。我们依据的是它们吃与被吃的关系。比如……

师： 说得很好。如果把人也添加到这个图中，你认为人该放在食物链的哪一端呢?

生：人应该在食物链的最顶端，也就是最后一级。

师： 如果人们在农作物上喷洒农药，农药最终到哪种食物体内了?由此，你想到了什么问题呢?

生1：农作物最终到人体内积累最多。

生2：我觉得应当少打农药。

生3：…

共同归纳结论： 生态系统中的物质和能量就是沿着食物链和食物网 流动的。

有毒物质进入生态系统，通过食物链不断积累，最终威胁到人类 。

任务三──生态系统具有一定的自动调节能力

师：(创设情境) 在上述生态系统中，假如蛇的数量大量减少，哪些生物的数量可能发生变化?发生怎样的变化?

生：【想一想 议一议】青蛙数量大量增多，猫头鹰数量大量减少。

师：那么，青蛙的数量会无限制的增加吗?猫头鹰的数量会无限制的增加吗?

生： (小组讨论交流) 因为青蛙受到蛇和食草昆虫的限制，不会无限制增加。猫头鹰受到蛇、鼠、兔等限制，也不会无限制增加。

师：这说明了什么问题?

生：说明生态系统有自动调节能力。

师：是不是生态系统有自动调节能力，就可以任意捕杀生物呢?你想到了什么问题?

生1： 一般情况下，生态系统中各种生物的数量和所占的比例是 相对稳定的 。这说明生态系统具有一定的 自动调节 能力，但这种能力是有一定 限度 的。如果外界干扰超过了这个限度，生态系统就会遭到 破坏 。

生2： 我想到了保护生态平衡问题。为了生态平衡，我们不能随意捕杀某种动植物。

四、巩固小结

师： 通过本节课学习，关于生态系统的知识知道那些呢?你能把本节知识进行一个梳理吗?

生1： 生态系统就是在一定的空间范围内，生物与环境构成的统一整体。 生2： 生态系统由生物部分和非生物部分组成，生物部分包括生产者、消费者和分解者。

生3： 生态系统由一定的自动调节能力，但这种能力是有一定的限度的。

生4： 因为生态系统的自动调节能力有限，所以我们不能随意捕杀青蛙和蛇等野生动物。

生5： 我把本节课知识归纳成下列网络。

五、任务探究 师： 下面我们请各小组交换阅读收集的环保资料，根据你们收集的信息，讨论下列问题。

1.人类在自然界的生存中应该注意些什么?

2.联系实际，说说怎样从自身做起，维护生态系统的稳定。

3.有些人爱吃青蛙，为便有人大量捕捉野生青蛙，这种做法会产生什么后果?

生: 思考、讨论、交流。

六、达标检测

师： 幻灯片出示达标检查题。

1.下列四个选项中，正确表示食物链的是：( )

A.阳光→草→牛→虎 B.鼠→蛇→鹰 C.鹰→蛇→青蛙→昆虫 D.草→兔→鹰

2.真菌在生态系统中占有重要地位，是因为它能( )

A.合成有机物 B.分解有机物 C.进行光合作用 D.防止疾病

3.下列不属于生态系统的是

A.地球 B.一所地下宫殿 C.一所学校 D.一块稻田

4. 生态系统中的生产者是指( )

A.可以作为食物的生物体 B.地球上的人类

C.主要指可以利用光能，将光能储存在有机物中的植物D.太阳能

5. 下列生物中可以作为生产者的是( )

A.蓝藻 B.噬菌体 C.金鱼藻 D.水蚤

6. 下列生物中可以作为分解者的是( )

A.蘑菇 B.人 C.鱼 D.空气

7. 下列与消费者的定义不相符的是( ) A.消费者不能消化有机物 B.动物是消费者

C.消费者直接或间接以绿色植物为食 D.消费者是异养生物

8. 一条食物链的起点是( )

A.分解者 B.消费者 C.生产者 D.不一定，A、B、C都有可能

9.在藻类→水蚤→小虾→小鱼→大鱼这条食物链中，数量最少的生物是( )

A.藻类 B.水蚤 C.小鱼 D.大鱼

10.在草原上试验人工种草，为了防止鸟把草籽吃掉，人们用网把实验区罩上。后来发现草的叶子几乎被虫子吃光;而没有加网罩的草地反而生长良好。造成这种生态平衡失调的原因是( )

A.植被破坏 B.环境污染 C.气候干旱 D.食物链被破坏

生： 现场思考作答。结束全课。

【板书设计】