“杂交育种与诱变育种”一节的教学设计

洪永清

1、教材分析及设计思路

本节内容是在学习“生物的遗传和变异”理论知识的基础上，进一步引导学生认识遗传学的基本原理如何应用于实践，也为下一节“基因工程及其应用”的学习做了铺垫。

关于杂交育种，教材首先从问题探讨导入，使学生从玉米育种专家的角度，尝试从理论上探索杂交育种的方法，接着介绍古代的印第安人通过选择育种的方法选育出具有优良性状的玉米品种，并指出其局限性；通过培育“高产、抗病小麦新品种”和“中国荷斯坦牛”两个实例，介绍杂交育种的概念和过程；利用“思考与讨论”栏目引导学生思考杂交育种方法存在的不足之处。关于诱变育种，教材介绍了诱变育种的方法，通过实例说明诱变育种的重要作用。因此把“遗传和变异规律在改良农作物和培育家畜品种等方面的应用”作为教学重点，将“杂交育种和诱变育种的优点和局限性”和“用遗传图解表示各种育种过程”作为教学难点。教学过程中使用“探究式”和“讨论式”的教学方法，采用多媒体教学，以教学案例为课堂教学主线，突破教学重点；通过归纳和比较杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种方式的异同点，突破教学难点。

2、教学目标

2.1知识目标

简述杂交育种的概念，举例说明杂交育种方法的优点和不足；举例说出诱变育种在生产中的应用；总结杂交育种、诱变育种、多倍体育种、单倍体育种异同点。

2.2能力目标

尝试用遗传图解的方式表示育种过程；运用遗传和变异原理，解决生产和生活实际中的问题。

2.3情感、态度与价值观目标

认同育种技术的改进对解决粮食危机等问题的重要性；体会科学技术在发展社会生产力、推动社会进步等方面的巨大作用。

3、教学过程

3.1创设情境，激趣导入

课件展示如下图片：袁隆平院士与超级杂交水稻、李振声院士与小偃系列小麦新品种、农民育种家李登海与掖单系列杂交玉米、优质奶牛中国荷斯坦牛、太空椒、高产青霉素菌株，引出课题“杂交育种与诱变育种”，激发学生的探究欲望和学习兴趣。

3.2自主学习，提升能力

课件展示导学提纲，引导学生在阅读教材的过程中，掌握本节内容的单点知识，初步形成知识框架。

导学提纲：①古印第安人在何种条件下种植玉米的?②什么是杂交育种?其依据的遗传学原理是什么?有哪些优缺点?③，什么是诱变育种?其依据的遗传学原理是什么?有哪些优缺点?④诱变育种方面取得了哪些成就?

学生阅读教材，把相关知识点记录在课堂记录本上，先在小组内进行交流，然后利用投影仪进行展示，教师适时给予指点评价。

3.3案例引领，突破重点

课件展示一系列教学案例，引导学生分析归纳，对提出的问题进行探究，得出相应结论，完善认知结构，从而突破教学重点。

案例1：大约1万年前，古人就开始驯化野生动物、栽培植物。现在栽培的玉米就是古印第安人最早选择和培育的，他们选育出了果穗硕大、淀粉含量高的玉米。请结合教材内容，回答下面问题。(1)古印第安人培育玉米的方法称为什么?(2)这种育种方法有哪些优缺点?

学生通过阅读教材可以找到问题的结论，然后回答，教师归纳总结：这种育种方法称为选择育种，其优点有技术简单、容易操作；缺点有选择范围有限，育种周期长等。选择育种只能利用生物在自然环境条件下产生的有限变异，即突变和基因重组，在某个植株已有的性状组合中选育优良品种。在实践中，人们逐渐摸索出另一种育种方法——杂交育种。

案例2：玉米黑粉病又名瘤黑粉病，是常见的玉米病害之一，由玉米黑粉菌侵害所致，为害茎、叶、雌穗、雄穗、腋芽等幼嫩组织，使果穗变小，甚至不能结穗。现有两种具有不同性状的玉米，其中一种具有子粒多、不抗黑粉病性状，另一种具有子粒少、抗黑粉病性状。假如你是玉米育种学家李登海，怎样利用这样的两种玉米，培育出同时具有子粒多、抗黑粉病两种性状的玉米新品种?将你的设想用遗传图解表示出来。

学生在学习小组内进行讨论，利用学过的“基因的自由组合定律”遗传图解，设计育种方案，讨论可能遇到的困难，然后各组交流解决方案的设想。教师对各组设计的方案进行点评，指出优点和不足之处，形成较科学的方案，并指出这种育种方法就是杂交育种。课件展示育种方案(图1)。

课件展示问题：(1)F₁表现出何种性状?(2)F₂中出现新性状的原因是什么?(3)F₂的表现型是否符合孟德尔的自由组合定律的比例?

学生讨论后给出结论，教师指出：题干没有给出两对相对性状的显隐性关系，所以F₁表现出来的性状可能有四种；F₂中出现新性状的原因是F₁减数分裂形成配子时，控制不同对性状的基因之间出现了重新组合，导致F₂两个性状之间的重新组合；只有控制不同对性状的基因位于非同源染色体上，F₂的表现型才能符合自由组合定律9：3：3：1的比例。大家都已在理论上尝试杂交育种了，下面以小麦为例，让我们更好地理解杂交育种。

案例3：小麦高秆(D)对矮秆(d)为显性，抗锈病(T)对不抗锈病(t)为显性，两对基因独立遗传，现有纯合的高秆抗锈病的小麦(DDTT)和矮秆不抗锈病的小麦(ddtt)，假如你是小麦育种专家李振声院士，怎样才能得到矮秆抗锈病的优良品种(ddTT)?

教师要求学生独立完成育种方案，并用遗传图解的方式来表示。选取2个学生的方案用投影仪展示，其他学生对其进行评价。教师用课件展示规范的写法(图2)，学生修正自己不规范的地方。

教师总结杂交育种的方法：杂交→自交→选优→自交→选优……从第二代开始选择，保留需要性状的个体，淘汰不需要性状的个体，经过6～7代的选育，即可选育出符合要求性状的纯合子。杂交育种的方法也用于家禽、家畜的育种。

案例4：中国荷斯坦牛有一百多年的历史，其泌乳期长达305d，年产乳量可达6300 kg以上，其育种过程可由下面流程图表示：

引进各品种牛纯繁→各纯种牛与我国当地黄牛杂交→各杂交种互交→用纯种荷斯坦奶牛级进杂交→高代杂种相互横交→后代自群繁育→中国荷斯坦奶牛。

通过介绍育种的伟大成果，让学生体会科学技术在发展社会生产力、推动社会进步等方面的巨大作用，感受科学带给人类的巨大好处，感受科学的奉献精神。

课件展示问题：(1)尝试归纳杂交育种的概念。(2)杂交育种依据的遗传学原理。(3)请从杂交后代可能出现的类型以及育种时间等方面，分析杂交育种方法的不足。

利用分析过的4个教学案例，结合教材内容，师生共同归纳，形成有关杂交育种的知识体系，提升学生对于知识的理解。杂交育种的优点是能将不同品种的优良性状集中在一起，产生新的性状组合的新品种，育种的目的性较强；但其只能利用已有基因的重组，按需选择，并不能创造新的基因。杂交后代还会出现性状分离现象，育种进程缓缦(一般需5～7年)，过程繁琐，这些都是杂交育种方法的不足。应怎样做才能产生更多可供选择的新基因呢?

案例5：我国科学家应用X射线和化学诱变剂处理大豆，培育成了“黑农五号”等大豆品种，比原来的品种产量提高了16％，含油量提高了2.5％。

1943年从自然界分离出来的野生型青霉菌分泌的青霉素产量只有20单位／mL。后来人们对青霉菌多次进行x射线、紫外线照射以及综合处理，培育成了青霉素高产菌株，目前青霉素的产量已达到50 000～60 000单位/mL。

问题：(1)尝试归纳诱变育种的概念。(2)诱变育种依据的遗传学原理。(3)与杂交育种相比，诱变育种有什么优点?联系基因突变的特点，谈谈诱变育种的局限性。要想克服这些局限性，可以采取什么办法?

学生自主分析所给的案例，再次阅读教材，给出问题的结论，教师补充完善，建构诱变育种的知识体系。另外指出诱变育种的优点是能够提高突变率，在较短的时间内获得更多的优良变异类型；诱变育种的局限性是诱发突变的方向难以掌握，突变体难以集中多个理想性状；要想克服这些局限性，可以扩大诱变后代的群体，增加选择的机会。

教师继续提问：除了杂交育种和诱变育种方法外，回忆学过的知识，还有哪些育种方法?学生指出有单倍体育种和多倍体育种等。

3.4归纳比较，突破难点

课件展示表1，帮助学生总结四种育种方法的区别。

通过完成表格的内容，既内化了本节课教学的重难点内容，又整合了前置教学内容。

3.5联系实际，培养情感

案例6：20世纪90年代后期，美国学者布朗抛出“中国威胁论”，撰文说到下世纪30年代，中国人口将达到16亿，到时谁来养活中国，谁来拯救由此引发的全球性粮食短缺和动荡危机?这时，袁隆平向世界宣布：“中国完全能解决自已的吃饭问题，中国还能帮助世界人民解决吃饭问题”。

袁隆平院士，享誉世界的“杂交水稻之父”，成功研发出了超级杂交稻j小面积试种获得成功，亩产达到800kg，推广“超级稻”，每年可多养活7 000万人，既解决了中国粮食的难题，也为解决世界粮食的安全做出了杰出贡献。

通过具体事例，使学生知道科学技术韵发展是推动社会进步的动力，提升学生的民族自豪感，强化“STS”教育。

教师指出杂交水稻就是目前人们在育种实践上常用的手段——利用杂种优势。生产上利用杂种优势可以大幅度地提高产量。例如，杂交高粱比纯系高粱增产30％～50％，杂交水稻比纯系水稻增产20％左右。但是杂种优势与杂交育种之间是有区别的。杂交育种要求培育的品种在遗传上比较稳定，品种一旦育成，其优良性状即可相对稳定地遗传下去；杂种优势则主要是利用杂种F₁代的优良性状，通过年年配制F₁代杂交种用于生产的办法，取得经济效益，而并不要求其后代还能够保持遗传上的稳定性。这种方法可以比较巧妙地解决育种实践上育种周期过长的问题，但需要年年制种。

课件展示：请同学们课后利用百度、谷歌、搜狗等搜索引擎；收集我国在育种方面取得的成就。

3.6课堂小结

杂交育种就是将2个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，就得到新品种的方法；其运用遗传学的基本原理是基因重组；具有方法简单，容易操作等优点，但只能利用已有基因的重组，按需选择，并不能创造新的基因，杂交后代会出现性状分离现象，育种进程缓缦；过程繁琐。诱变育种就是利用物理因素(如X射线、γ射线、紫外线、激光等)或化学因素(亚硝酸：硫酸二乙脂等)来处理生物，使生物发生基因突变；其遗传学运用的基本原理是基因突变；具有提高突变率，在较短的时间内获得更多的优良变异类型等优点，但诱发突变的方向难以掌握，突变体难以集中多个理想性状，需大量处理供试材料等缺点。

一杂交育种和诱变育种都为人类创造许多优良的品种，但都有—定的局限性，人类能否按照自己的意愿直接定向地改造生物，培育出新品种呢?引出下一节研究的内容“基因工程及其应用”。