动物进化与系统发育

第一篇：动物进化与系统发育

生物学软件在核酸序列比对与系统发育分析中的应用

摘要 通过ClustalX2.1、Boxshade、DNAman和MEGA6等软件的使用，介绍了生物学软件在核酸序列比对、着色美化、序列分析和植物系统发育树构建中的应用。并结合具体实例，采用邻接法对核基因组中的内转录间隔区序列进行了构树，进化枝的可信度较高，表明该方法适用于相似度较高、亲缘关系较近序列的系统发育树的构建。

关键词 序列比对;邻接法;系统发育树;构建

中图分类号 Q7;TP31 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2015)12-0347-02

Application of Biology Software in the Nucleic Acid Sequence Alignment and Phylogenetic Analysis

WANG Xiao-guo

(Sanmenxia Polytechnic，Sanmenxia Henan 472000)

Abstract This paper introduced the application of biology software in the nucleic acid sequence alignment，beautification，sequence analysis and plant phylogenetic tree construction through the use of software such as ClustalX 2.1，Boxshade，DNAman and MEGA 6.Combined with the specific example，constructed neighbor-joined tree according to internal transcribed spacer of nuclear genome sequences，and the credibility of clade was higher，so the method was suitable for the close genetic relationship sequence in the construction of phylogenetic tree.

Key words sequence alignment;neighbor-joined method;phylogenetic tree;construct

核酸序列比对(Nucleic acid sequence alignment)又称为核酸序列联配，是通过2个或多个核酸序列的比对，显示出其中相似结构区域的过程[1]，是进一步进行相似性、序列间亲缘关系和系统发育分析的基础[2-3]。在系统发育分析中，最常用的可视化表示进化关系的方法就是绘制系统发育进化树(Phylogenetic trees)。系统发育树构建有非加权分组平均法(Unweighted-pair-groop-method with arithmetic means，UPGMA)、邻接法(Neighbor-joined，NJ)、最大简约法(Maximum parsimony，MP)和最大似然法(Maximum likelihood，ML)等多种方法[4]，由于邻接法具有构建的树相对准确、假设少且计算速度快的特点，因而是目前最常用的方法之一。但NJ法所分析序列的遗传距离不能太大，适用于相似度较高、亲缘关系较近的短序列[5]。

核基因组序列中的内转录间隔区(Internal transcribed spacer，ITS)主要编码植物的核糖体RNA，属于中度保守序列，因此可用于较低分类阶元的系统发育研究[6-7]。本文以Ziziphus Mill.的部分ITS序列为对象，介绍了ClustalX2.1[8-9]、Boxshade、DNAman和MEGA6[10]等软件在序列比对、着色美化、序列分析和植物系统发育树构建中的应用。

1 序列获取

从NCBI网站(http：///)，在“Multiple alignment”模式下点击“File”菜单→“Load sequece”，打开存储于桌面上的four sequences.txt文件(图1)。

2.2 进行序列比对

打开“Alignment”菜单→“Do complete alignment”，系统提示“Do complete alignment”结果的输出文件类型及保存位置(图2)。其中，dnd格式为输出向导树文件，可以用Treeview软件打开，aln为输出比对文件格式，打开后对序列进行手动调整。

2.3 aln文件的着色美化

利用Boxshade在线工具(http：///software/BOX_form.htmL)或Espript在线工具(http：//espript.ibcp.fr/ESPript/cgi-bin/ESPript.cgi)对aln文件进行着色美化。将aln文件序列粘贴到Boxshade序列框中，点击“Run boxshade”，结果以.ps格式存储，用Ghostview和Ghostspript软件打开，如图3所示。

3 DNAman多序列比对和序列一致性

DNAman软件除了可对序列进行比对之外，还可进行引物的设计、限制性内切酶和质粒图谱的绘制，功能较为强大。双击DNAman图标，打开“File”菜单→“Open”，选择four sequences.aln文件，再打开“Sequence”菜单→“Alignment”→“Multiple sequence alignment”，从显示结果可看出，这4条ITS序列的序列一致性为90.10%(图4)，结果可以以Phylip、Clustal和GCG等多种格式输出。

4 MEGA进行系统发育分析

4.1 打开分子进化遗传分析(Molecular evolution genetic analysis，MEGA)软件

由于MEGA只能识别.meg文件格式，故需要对.aln格式的文件进行转化。点击“File”→“Convert file format to MEGA”，将.aln格式文件转化为.meg格式，存储于桌面上，命名为four sequences.meg。或进行在线文件格式转换(http：//sing.ei.uvigo.es/ALTER/)。

4.2 主窗口中打开“Phylogeny”菜单

可以看到，MEGA提供了UPGMA法、NJ法、MP法和ML法等多种算法，如前所述，NJ法在处理相似度较高、亲缘关系较近的序列时是最可靠的一种算法。选择“Construct/Test neighbor-joined tree”，在弹出的对话框“Options summary”→“Test phylogeny”中，选择“Bootstrap method”，重复次数为1000次，模式框中选择Kimura-2-parameter model对进化树进行评估(图5)，本次所构建的系统进化树如图6所示。

从构建的NJ树可知，基因登录号为EU075099和EU07 5097的序列聚为一类，bootstrap支持率为97%，表明该进化枝的可信度较高。

5 结语

本文以Ziziphus Mill.的部分ITS序列为对象，介绍了ClustalX、Boxshade、DNAman和MEGA等软件在序列比对、着色美化、序列分析和植物系统发育树的构建中的应用。在此需要特别指出，在基于序列构建进化树的过程中，由于不同的算法，不同的重复次数，选用不同的模型所构建的树是不完全相同的[11]，因此，这种单纯的依靠某段核酸序列建立的进化树只能提供物种进化的部分信息，而不能完全代表该物种进化的全过程。

6 参考文献

[1] 王禄山，高培基.生物信息学应用技术[M].北京：化学工业出版社，2007.

[2] 谢强，卜文俊.核苷酸序列比对在生物系统发育研究中的应用[J].动物分类学报，2005(2)：281-286.

[3] 杨学森.基于汉明距离的DNA短序列比对算法研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2013.

[4] 路明.利用进化树研究基因序列的进化[D].南宁：广西大学，2014.

[5] 高凯.NJ进化树构建方法的改进及其应用[D].北京：北京工业大学，2008.

[6] 樊杰，白妍，束明月.远志属7种药用植物ITS1和ITS2序列分析[J].中草药，2015(4)：562-565.

[7] BRUCE G，BALDWIN.Phylogenetic utility of the internal transcribed spacers of nuclear ribosomal DNA in plants：An example from the compositae[J].Molecular Phylogenetics and Evolution，1992，1(1)：3-16.

[8] LARKIN M A，BLACKSHIELDS G，BROWN N P，et al.Clustal W and Clustal X version 2.0[J].Bioinformatics，2007，23：2947-2948.

[9] 李彬彬，黄培春，钟复光.生物学软件在线粒体DNA序列多态性分析中的应用[J].生物信息学，2010(2)：153-155.

[10] TAMURA K，STECHER G，PETERSON D，et al.MEGA6：Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 6.0[J].Molecular Biology and Evolution，2013，30：2725-2729.

[11] 李衍达，孙之荣译.生物信息学[M].北京：清华大学出版社，2008.

第二篇： 两栖动物生殖和发育

教学目标

1. 说出两栖动物生殖和发育的过程及特点。

2. 理解描述蛙的发育过程。

3. 通过资料分析,关注生物的生殖和发育与环境的关系,认识到环境的改变对生物生殖有一定的影响。

复习提问

1、家蚕一生要经过______， ______， ______和______时期。这样的发育过程，称为_______。 类似的昆虫有_________________

2、家蚕一生要蜕皮(

)次，蝗虫要蜕皮(

)次。

3、很多昆虫在生长发育过程中有蜕皮现象，这是因为_______________________________。

4、蝗虫的发育过程要经过______， ______， ______三个时期，这样的发育过程，称为_________，类似的昆虫有_________________

导入新课

我们认识了昆虫在生殖和发育过程，那么两栖动物的,些生殖和发育过程又是怎样呢?它们和昆虫的生殖和发育具有哪些共同的特点?

今天我们来共同探究一下：出示本节的学习目标：

• 1.能说出两栖动物的常见种类及生殖和发育过程、特点 • 2.正确理解两栖动物的生殖发育与环境的相互关系

出示自学目标一：常见两栖动物有哪些?

学生结合阅读教材后、结合日常实际回答：青蛙、蟾蜍、大鲵、蝾螈等,都是两栖动物。出示两栖动物图片。 有些同学回答：还有扬子鳄、龟

教师提出质疑:、扬子鳄、龟也都是两栖动物么? 由此引出同学看一段录相一整体认识两栖动物的特征，再让同学回答这个问题

创设情景:"黄梅时节家家雨,青草池塘处处蛙"。让学生结合生活经验,分析在什么环境条件下能听到蛙的鸣叫?蛙的鸣叫意味着什么? 出示自学目标二：青蛙的生殖和发育 1. 青蛙的叫有何意义? 2. 雌蛙和雄蛙都能鸣叫吗? 3. 雌雄蛙抱对有何意义? 4. 青蛙的幼体和成体在形态结构和生理功能上有没有差别? 5.青蛙的生殖、发育可以分为那几个阶段 青蛙的发育过程与家蚕有什么异同? 以上问题的解决通过学生自学、看录相后、小组讨论, 最后教师点拨。

出示自学目标三：两栖动物的生殖发育与环境

1、两栖动物的生殖和幼体发育必须在_______进行，幼体要经过__________才能上陆生活。

2、判断“两栖动物的生殖和幼体发育必须在水中进行，是导致两栖类分布范围较小，种类也较少的重要原因之一”的说法是否正确。

引导学生进行资料分析 自学书本

利用资料证明自己观点。

得出结论： 环境的变迁对两栖动物的生殖和发育都会产生影响。所以我们更应该保护环境。 课堂练习

1、举例两栖动物有哪些?

2、两栖动物的生殖和幼体发育必须在_______进行，幼体要经过__________才能上陆生活。

3、蝌蚪在水中用_____呼吸，成蛙用_____，同时用_____辅助呼吸。

4、青蛙的生殖发育特点是雌雄___体，体___受精，___中发育。

5、与昆虫的发育相比，青蛙的发育属于__________ 作业布置：

1.列表比较早期蝌蚪与成蛙在外部形态上的不同点 2.课下条件允许情况下，培育蛙发育过程

教后反思 本节课不仅要学生明确两栖动物的生殖发育过程,要联系以前学习的内容,进一步了解变态的含义：成体的形态结构与幼体明显不同;两栖动物的含义：成体生活在陆地上,幼体生活在水中。两栖动物与爬行动物的明显区别是,两栖动物到了繁殖的季节要回到

水中,爬行动物却是到陆地上产卵。本节在教师的引导下,让学生各抒己见,争当学习的小主人。 以后对于小组讨论需要进一步加强培养。

第三篇：《两栖动物生殖和发育》教案

活龙民族中学

许波

一、教学目标：

1. 说出两栖动物生殖和发育的过程及特点。

2. 理解描述蛙的发育过程。

3. 通过资料分析,关注生物的生殖和发育与环境的关系,认识到环境的改变对生物生殖有一定的影响。

二、教学重点、难点：

教学重点：两栖动物生殖和发育的基本过程及其与环境的关系。

教学难点：两栖动物生殖和发育的基本过程及其与环境的关系;在教学中培养学

三、教学方法：

讨论法，探究法等

四、教学过程：

(一)复习提问

1、家蚕一生要经过______， ______， ______和______时期。这样的发育过程，称为_______。 类似的昆虫有_________________

2、家蚕一生要蜕皮(

)次，蝗虫要蜕皮(

)次。

3、很多昆虫在生长发育过程中有蜕皮现象，这是因为_______________________________。

4、蝗虫的发育过程要经过______， ______， ______三个时期，这样的发育过程，称为_________，类似的昆虫有_________________

(二)导入新课

我们认识了昆虫在生殖和发育过程，那么两栖动物的,些生殖和发育过程又是怎样呢?它们和昆虫的生殖和发育具有哪些共同的特点?

今天我们来共同探究一下：出示本节的学习目标： 1.能说出两栖动物的常见种类及生殖和发育过程、特点 2.正确理解两栖动物的生殖发育与环境的相互关系 出示自学目标一：常见两栖动物有哪些?

(三)学生结合阅读教材后、结合日常实际回答：青蛙、蟾蜍、大鲵、蝾螈等,都是两栖动物。出示两栖动物图片。

有些同学回答：还有扬子鳄、龟

教师提出质疑:、扬子鳄、龟也都是两栖动物么? 由此引出同学看一段录相一整体认识两栖动物的特征，再让同学回答这个问题

创设情景:"黄梅时节家家雨,青草池塘处处蛙"。让学生结合生活经验,分析在什么环境条件下能听到蛙的鸣叫?蛙的鸣叫意味着什么? 出示自学目标二：青蛙的生殖和发育 1. 青蛙的叫有何意义? 2. 雌蛙和雄蛙都能鸣叫吗? 3. 雌雄蛙抱对有何意义? 4. 青蛙的幼体和成体在形态结构和生理功能上有没有差别?

5.青蛙的生殖、发育可以分为那几个阶段 青蛙的发育过程与家蚕有什么异同? 以上问题的解决通过学生自学、看录相后、小组讨论, 最后教师点拨。 出示自学目标三：两栖动物的生殖发育与环境

1、两栖动物的生殖和幼体发育必须在_______进行，幼体要经过__________才能上陆生活。

2、判断“两栖动物的生殖和幼体发育必须在水中进行，是导致两栖类分布范围较小，种类也

较少的重要原因之一”的说法是否正确。 引导学生进行资料分析 自学书本

利用资料证明自己观点。

得出结论： 环境的变迁对两栖动物的生殖和发育都会产生影响。所以我们更应该保护环境。

(四)课堂练习

1、举例两栖动物有哪些?

2、两栖动物的生殖和幼体发育必须在_______进行，幼体要经过__________才能上陆生活。

3、蝌蚪在水中用_____呼吸，成蛙用_____，同时用_____辅助呼吸。

4、青蛙的生殖发育特点是雌雄___体，体___受精，___中发育。

5、与昆虫的发育相比，青蛙的发育属于__________ 作业布置：

1.列表比较早期蝌蚪与成蛙在外部形态上的不同点 2.课下条件允许情况下，培育蛙发育过程

教后反思

本节课不仅要学生明确两栖动物的生殖发育过程,要联系以前学习的内容,进一步了解变态的含义：成体的形态结构与幼体明显不同;两栖动物的含义：成体生活在陆地上,幼体生活在水中。两栖动物与爬行动物的明显区别是,两栖动物到了繁殖的季节要回到水中,爬行动物却是到陆地上产卵。本节在我的引导下,让学生各抒己见,争当学习的小主人。 以后对于小组讨论需要进一步加强培养。

通过 节课的教学，我发现学生的学并不等于弱化教师的教，教师的主导，自由是相对的，不是绝对的。教师的指导、调控是让学生掌握技术、技能的前提，如教学过程的设计，教学环节的展开，教学活动的组织，教学评价的激励，这都应是教师主导的。

教师要抓住学生的心理特点，利用现有的教学手段、场景、资源创设情境，使学生在愉快中得到真实的体验。

不讲学习形式不等于不渗透学习方法，只不过不是强加给学生的，给学生选择的权利，教师要引导学生怎样学习，学会学习的方法，使学生自我生成生物学习的策略，这是学生自我建构的，符合生物教学规律的。

第四篇：两栖动物的生殖和发育---教案

课题：

第三节

两栖动物的生殖和发育

***中学

**** 教学目标：1.知识与技能

(1)描述两栖动物的生殖和发育全过程，了解环境与两栖动物的生殖和发育之间的关系。

(2)培养学生收集资料、整理资料、分析问题、解决问题的能力。

2.过程与方法

先让学生自学青蛙的生殖和发育，再通过观看青蛙发育浸制标本，逐步展开，以此为基础来完成本节的教学。 3.情感态度与价值观

(1)通过资料分析，关注两栖动物的生殖与环境的关系，增强学生的环保意识。

(2)让学生养成热爱科学的习惯，养成探究的习惯。 可渗透的法制内容：《中华人民共和国野生动物保护法》

第一条 为保护、拯救珍贵、濒危野生动物，保护、发展和合理利用野生动物资源，维护生态平衡，制定本法。

第五条

中华人民共和国公民有保护野生动物资源的义务，对侵占或者破坏野生动物资源的行为有权检举和控告。 第八条 国家保护野生动物及其生存环境，禁止任何单位和个人非法捕猎或者破坏。

第三十一条

非法捕杀国家重点保护野生动物的，依照刑法有关规定追究刑事责任。

《中华人民共和国水污染防治法》

第九条 任何单位和个人都有义务保护水环境，并有权对污染损害水环境的行为进行检举。

第三十条 禁止向水体排放、倾倒放射性固体废物或者含有高放射性和中放射性物质的废水。

第九十条

违反本法规定，构成违反治安管理行为的，依法给予治安管理处罚;构成犯罪的，依法追究刑事责任。

教学重点：1.描述两栖动物的生殖和发育全过程，了解环境与两栖动物的生殖和发育之间的关系。

2.培养学生收集资料、整理资料、分析问题、解决问题的能力。

教学难点：1. 两栖动物的生殖和发育的基本过程及其与环境的关系。

2.在教学中培养学生的环保意识。

教学手段：多媒体课件、“蝌蚪与青蛙形态结构、生活环境等特征对照表”、青蛙发育浸制标本、《中华人民共和国水污染防治法》、《中华人民共和国野生动物保护法》。

教学方法：讲授法、讨论法、谈话法、读书指导法等。 课型：新授课 课时：1课时

授课班级：八年级普通班

授课日期：2013年3月11日 教学过程：1.导入

先让学生简要复习上节课的内容。

问：你们认为蝌蚪能找到妈妈吗?

学生回答，老师点评。 2.新授

(1)青蛙的生殖和发育 指导学生看课本P13的图 讨论：为什么雄蛙要鸣叫?

为什么雌雄蛙要抱对?

雌雄蛙抱对必定在什么样的环境中? 学生回答，老师点评。

展示“青蛙生殖与发育过程”浸制标本

让学生填写“蝌蚪与青蛙形态结构、生活环境等特征对照表” 课件展示标准答案

(2)两栖动物的生殖发育与环境条件

指导学生阅读课本P14的资料分析，四人一组选择课本P15讨论中的一个问题重点讨论，5分钟后交流。 (对学生进行巡视并参加小组讨论) 讨论： 上述事例说明，环境的变化对两栖动物的繁衍有什么影响?

某些地区出现畸形蛙，可能是什么原因造成的?

从上述事实你受到哪些启示?

小组代表发言，给每个小组打分，评出优秀组。

《中华人民共和国野生动物保护法》

第二条 为保护、拯救珍贵、濒危野生动物，保护、发展和合理利用野生动物资源，维护生态平衡，制定本法。

第六条

中华人民共和国公民有保护野生动物资源的义务，对侵占或者破坏野生动物资源的行为有权检举和控告。 第十条 国家保护野生动物及其生存环境，禁止任何单位和个人非法捕猎或者破坏。

第三十一条

非法捕杀国家重点保护野生动物的，依照刑法有关规定追究刑事责任。

《中华人民共和国水污染防治法》

第十一条

任何单位和个人都有义务保护水环境，并有权对污染损害水环境的行为进行检举。

第三十条 禁止向水体排放、倾倒放射性固体废物或者含有高放射性和中放射性物质的废水。

第九十条

违反本法规定，构成违反治安管理行为的，依法给予治安管理处罚;构成犯罪的，依法追究刑事责任。

让学生意识到自己有保护动物的责任和义务。同时，课件播放一些违法行为。

讨论：针对有些地方出现的乱捕乱捞、贩卖青蛙、出售蝌蚪的行为，我们能做些什么呢?

学生发言，老师点评，小结出两栖动物的生殖发育所需要的条件。

(3)练习：

你们认为从蛙卵到成蛙的发育过程中，应具备什么样的条件才能使其良好发育? 学生回答，老师点评。

课堂小结：

这节课我们学习以青蛙为例学习了两栖动物的生殖和发育，大家要重点掌握蝌蚪与青蛙形态结构、生活环境等方面的不同，深刻理解两栖动物的生殖离不开水，幼体发育离不开水。同时，希望同学们将学到的知识用于实践中，积极行动起来，为保护所有的两栖动物作出自己的一份贡献。

板书设计：

第三节

两栖动物的生殖和发育

1.青蛙的生殖和发育

2.两栖动物的生殖发育与环境条件 (1)生殖离不开水

(2)幼体发育离不开水

法制内容：《中华人民共和国野生动物保护法》、《中华人民共和国水污染防治法》

作业：完成课本P15的练习题。 教学反思：

学生对已青蛙为代表的两栖动物并不陌生，他们对青蛙的生殖发育过程很感兴趣。由于让他们在课前收集了一些相关资料，尤其是联系青蛙和蝌蚪在形态结构、生活环境方面的不同，使得本课的教学有了很好的知识基础。他们甚至准备了蟾蜍、大鲵、蝾螈等两栖动物发

育的资料，综合得出了它们的生殖发育不能完全摆脱水的束缚，联系到了环境变迁对两栖动物生殖发育的影响。通过交流、观看环境污染对青蛙生活影响的资料和图片，使学生深刻认识到保护环境的重要性。这节课我让学生发言，活跃了课堂气氛，也取得了较好的教学效果。由此看来，贯彻执行新课程标准的理念是有必要的，有利于学生生物科学素养的提高。让学生将所学知识和社会实践联系，也是提高他们学习兴趣。要相信学生，并充分发挥学生的学习主观能动性。

第五篇：《两栖动物的生殖和发育》教学反思

在传统的科学课程中，学习科学的背景往往被忽视，教材中唯一的内容是科学的结构或者科学的发展过程，现在的学习强调教师要为学生提供一个广泛的学习科学的背景。为学习者提供一种“真正的”背景，让学习者感觉到科学和技术就发生在其中，从而引发他们的学习兴趣，这些背景为学习者准备了一个亲身经历活动的机会。在《两栖动物的生殖和发育》教学中，就进行了一些尝试。

“黄梅时节家家雨，青草池塘处处蛙。”“稻花香里说丰年，听取蛙声一片。”这些都是与青蛙有关的脍炙人口的佳句，我将这两句放在一起，引发学生思考“这蛙声一片发生在什么时候?什么地方?”力图使学生抓住关键字眼，找到青蛙生殖的时间和地点，并借“蛙声一片”进一步探究青蛙的生殖过程和特点。这样的处理使诗词本身成为了一则特殊的资料，使读诗诵词成为了一次特别的资料分析，在浓浓的诗风词韵中，既领悟生物学的真谛，也感受文学的美妙。

教材中已经给出了三则资料，我在深入分析了这三则资料后，重新调整了它们的呈现顺序，从“两栖动物由盛到衰的发展过程”入手，提出了“距今大概3.45亿---2.25亿年间，两栖动物状况怎么样?”“为什么?”“距今大概2.25亿年至今，两栖动物状况怎么样?”“为什么?”这一系列问题，使学生在阅读资料中学会提取信息，接着我又提出“两栖动物的由盛到衰，主要与什么因素有关?”，显然，这个问题的回答，仅仅靠搜寻、提取信息已很难完成，必须通过分析、整理，才能形成对问题的科学解释，这也是我有意识地培养学生资料分析能力的进一步策略。接着，我出示第二则资料“四川省10万多只青蛙集群行进”的实例，引导学生思考“青蛙集群行进，目的是什么呢?”“水源充沛、水质良好是什么条件?”“产卵是什么活动?”“这说明什么?”这一环节的设定有意识地训练学生学会抓住关键词，结合生物学观点去深入分析、解决问题。最后我又出示了“畸形蛙”的资料，并提出“畸形蛙出现的原因是什么?”“污染的水是什么条件?”“这说明什么?”的一连串问题，还是力图以点带线，让学生在思考中学会读懂资料、读透资料，领悟资料分析的方法，提高资料分析的能力。