关于“杂交育种与诱变育种”的教学处理

洪长根

(江苏省宜兴中学 214200)

人教版高中生物学教材《遗传与进化》第六章第一节“杂交育种与诱变育种”的内容属于C级要求，但教材更多的篇幅用在了育种成果上，关于育种的方法、原理、过程等仅作了简单处理。此外，对重要性和难度都比较大的单倍体育种和多倍体育种也仅仅作为一般内容提出来。在本节内容学习时，所述内容应该作简单的复习还是进行拓宽后再学习？按照教材的编排和相关内容的教学地位，如何设计才能符合课程标准的要求？本文对此进行分析如下。

1 情境设计：应用教材中的成果

教材中列举了很多育种的成果，每一成果的背后都有一个故事，如此编排，能很好地激发学生学习和尝试育种的热情，但也容易使教学在看似热闹、有趣的氛围中低效地开展，如果被成果所困的话，整节课就会迷失方向，抓不住重点。为此，较妥当的处理方法是把这些分散的成果素材，集中编制成几张图文并茂的幻灯片。例如，美洲的印第安人，经选育，获得果穗硕大、颗粒饱满、品质优良、无任何杂粒的玉米品种；袁隆平的杂交水稻，使我国水稻产量从4500 kg/ha增加到7500 kg/ha；我国引进荷斯坦—弗里生奶牛后，经过长期驯化，与当地黄牛杂交而选育获得的中国荷斯坦奶牛，产乳量可达6300 kg以上，而早先的奶牛年产乳量仅3000 kg；黑龙江省农业科学院用辐射方法处理大豆培育成的“黑农五号”，产量提高16%，含油量提高2.5%；青霉菌产青霉素的量在1943年只有20单位/mL，目前青霉素的产量已经达到50000～60000单位/mL。将这几张PPT设置成循环播放模式，在课前的3 min就进行播放，既可丰富学生课间生活，又能将学生带入育种的情境中。

2 走进文本：主抓四个过程

单倍体育种和多倍体育种作为本节课重新学习的内容，走进文本涉及四个育种任务，为了不让四个育种过程的教学枯燥和机械，可设计同一问题情境下的问题串，在同一个话题下环环相扣依次探讨。如以小麦为例：小麦高秆(D)对矮秆(d)为显性，抗病(T)对不抗病(t)为显性，现有纯合的高秆抗病的小麦(DDTT)和矮秆不抗病的小麦(ddtt)，如果你是科技工作者，怎样才能将两品种的优良性状集中在一起而获得矮秆抗病的优良品种(ddTT)？

2.1 “DDTT×ddtt→ddTT”怎么做 依据教材的内容，先引导学生弄清楚以下操作程序：首先用高秆抗病(DDTT)与矮杆不抗病(ddtt)的品种进行杂交得到F1(DdTt)；再让F1自交得到F2；然后在F2群体中选出矮杆抗病的个体，将它们的种子留下来，下一年播种。再从后代中挑选出矮秆抗病植株，采收种子留下来做种。如此经过几代汰劣留良的选择过程，就可以得到新的优良品种。通过具体过程的分析，学生会发现这种育种方式为杂交育种，同时会发现杂交育种能将不同品种的优良性状集中起来这个明显的优点。但学生又会感觉杂交育种有时间较长的缺点。能不能将育种的时间缩短些呢？

2.2 短时间内完成“DDTT×ddtt→ddTT”怎么做 学生知道，应选择单倍体育种方法，但具体过程及所需时间在“染色体变异”一节没讲到，必需进行细化：①高秆抗病(DDTT)与矮杆不抗病(ddtt)的品种进行杂交得到F1(DdTt)；②F1花粉离体培养获得DT、Dt、dT、dt四种单倍体植株；③秋水仙素处理单倍体幼苗就能获得基因为ddTT的矮秆抗病类型。所述的育种过程虽然也是三步走，但2年即可，其时间上的优势会震撼学生并牢牢记住。在学习了前两个育种后，可以请学生想：假如农民手中只有基因型为DDTT或ddtt这一种小麦，能不能育出基因型为ddTT的矮秆抗病类型呢？

2.3 “DDTT或ddtt→ddTT”怎么做 对于这个问题，古代劳动人民就能做到，例如，《诗经》中就有“种之黄茂”；《汜胜之书》中也有“取麦种，择穗大强者”；《齐民要术》中也指出“选纯色好穗，单独存放”。经过坚持不懈的选育，很有可能会从基因型为DDTT或ddtt的小麦田里选育出基因型为ddTT矮秆抗病类型来。这些古代的育种方法都属于选择育种，虽然操作简单，但育种周期比较长。在科技发展的今天，如果加以物理因素(X射线、γ射线、紫外线、激光等)或化学因素(如亚硝酸、硫酸二乙酯等)来处理，诱导基因型为DDTT或ddtt小麦加速突变，先得到基因型为DdTT或ddTt的小麦，然后通过自交就可以得到基因型为ddTT优良品种。这样做能提高突变频率，加速育种进程。到这里，可以引导学生思考下一个新问题：这矮秆抗病新品种若是蔬菜或瓜果的话，要使其茎秆粗壮，叶片或果实比较大，糖类和蛋白质等营养物质的含量有所提高，还有办法吗？

2.4 “ddTT→ddddTTTT”怎么做 学生知道，应选择多倍体育种方法，其途径有两条：①化学法：秋水仙素处理萌发的种子或幼苗；②低温诱导法：将幼苗放入冰箱的冷藏室(4℃)内，诱导培养36 h。两者的机理都是抑制细胞有丝分裂前期纺锤体的形成，导致染色体不能被拉向两极，细胞不能分裂成两个子细胞，从而引起细胞内染色体数目加倍，在这基础上再分裂、生长和发育就会获得多倍体新品种。关于多倍体育种的这些内容，在“染色体变异”一节都有，不必投入太多的时间和精力。

3 走出文本：让学生试着做

让学生将所学知识进行延伸和灵活应用，也是本节的教学目标。为此，教师应及时提出一些与育种有关的问题，让学生试着做。

(1)假设现有长毛立耳猫(BBEE)和短毛折耳猫(bbee)，你能否培育出能稳定遗传的长毛折耳猫(BBee)？相关过程如下：①长毛立耳猫(BBEE)与短毛折耳猫(bbee)杂交获得F1长毛立耳猫(BbEe)；②长毛立耳猫(BbEe)自交(雌雄个体交配)产生F2；③从F2中选择长毛折耳猫分别与异性的短毛折耳猫(bbee)交配，若后代不出现短毛折耳猫，则F2代中的长毛折耳猫为纯合的优良品种。通过对动物杂交育种过程的分析和思考，学生会发现第三步与植物杂交育种是不一样的。

(2)太空育种是将农作物种子或试管种苗送到太空，再返回地面通过选育来培育新品种的作物育种新技术。我国自1987年开始利用返回式卫星和神舟飞船，相继进入太空的农作物达50个大类、400多个品种，取得了巨大的成功。这种被称为太空育种的方法，其间没有施加诱变育种时的物理因素和化学因素，也没有杂交过程，更没有用到秋水仙素处理，大家试着想想看，这是不是新的育种方法，其原理是什么？

(3)“尺麦怕寸水”的意思是小麦怕涝(根系不能几天浸泡在水中)，是其体内缺乏相关的基因A，如何用优良的矮秆抗病(ddTT)小麦育成更优良的矮秆抗病抗涝(ddTTA)新品种(即ddTT→ddTTA)？不少学生会想到通过诱变育种来创造新基因A，但基因突变的多向性特点告之：基因突变只能产生原基因的等位基因，怎么办？现在可行的办法是将水生植物的抗涝基因搬来一用，这种方法叫做转基因，相关的育种称为基因工程育种，到底怎么做？(下节课我们进行学习)

4 课后作业：完成表格

课后作业就请学生完成四种育种方法比较表，从原理、过程、优点、缺点和实例五个方面比较。平时的课后作业一般都是几道选择题加一道非选题，为什么本节安排的是表格？主要原因是这张表格的重要性与“复制、转录和翻译比较表”相当，有必要让学生自己组织思考和独立完成，把四大育种知识作为一个系统来理解和记忆。对于表格的设计，由于单倍体育种和多倍体育种在教材中没有给定的概念内容，而且杂交育种和诱变育种概念的文字较多，因而一般不将概念比较列入表中；关于育种过程，大多数资料上都是以常用方法来要求的，显然“过程”比“方法”要求高了许多，考虑到四大育种的教学要求和应用价值，可选择较高要求的“过程”一栏。