“雜交育種與誘變育種”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)

洪永清

1、教材分析及設(shè)計(jì)思路

本節(jié)內(nèi)容是在學(xué)習(xí)“生物的遺傳和變異”理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)遺傳學(xué)的基本原理如何應(yīng)用于實(shí)踐，也為下一節(jié)“基因工程及其應(yīng)用”的學(xué)習(xí)做了鋪墊。

關(guān)于雜交育種，教材首先從問(wèn)題探討導(dǎo)入，使學(xué)生從玉米育種專(zhuān)家的角度，嘗試從理論上探索雜交育種的方法，接著介紹古代的印第安人通過(guò)選擇育種的方法選育出具有優(yōu)良性狀的玉米品種，并指出其局限性；通過(guò)培育“高產(chǎn)、抗病小麥新品種”和“中國(guó)荷斯坦?！眱蓚€(gè)實(shí)例，介紹雜交育種的概念和過(guò)程；利用“思考與討論”欄目引導(dǎo)學(xué)生思考雜交育種方法存在的不足之處。關(guān)于誘變育種，教材介紹了誘變育種的方法，通過(guò)實(shí)例說(shuō)明誘變育種的重要作用。因此把“遺傳和變異規(guī)律在改良農(nóng)作物和培育家畜品種等方面的應(yīng)用”作為教學(xué)重點(diǎn)，將“雜交育種和誘變育種的優(yōu)點(diǎn)和局限性”和“用遺傳圖解表示各種育種過(guò)程”作為教學(xué)難點(diǎn)。教學(xué)過(guò)程中使用“探究式”和“討論式”的教學(xué)方法，采用多媒體教學(xué)，以教學(xué)案例為課堂教學(xué)主線，突破教學(xué)重點(diǎn)；通過(guò)歸納和比較雜交育種、誘變育種、單倍體育種、多倍體育種方式的異同點(diǎn)，突破教學(xué)難點(diǎn)。

2、教學(xué)目標(biāo)

2.1知識(shí)目標(biāo)

簡(jiǎn)述雜交育種的概念，舉例說(shuō)明雜交育種方法的優(yōu)點(diǎn)和不足；舉例說(shuō)出誘變育種在生產(chǎn)中的應(yīng)用；總結(jié)雜交育種、誘變育種、多倍體育種、單倍體育種異同點(diǎn)。

2.2能力目標(biāo)

嘗試用遺傳圖解的方式表示育種過(guò)程；運(yùn)用遺傳和變異原理，解決生產(chǎn)和生活實(shí)際中的問(wèn)題。

2.3情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

認(rèn)同育種技術(shù)的改進(jìn)對(duì)解決糧食危機(jī)等問(wèn)題的重要性；體會(huì)科學(xué)技術(shù)在發(fā)展社會(huì)生產(chǎn)力、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步等方面的巨大作用。

3、教學(xué)過(guò)程

3.1創(chuàng)設(shè)情境，激趣導(dǎo)入

課件展示如下圖片：袁隆平院士與超級(jí)雜交水稻、李振聲院士與小偃系列小麥新品種、農(nóng)民育種家李登海與掖單系列雜交玉米、優(yōu)質(zhì)奶牛中國(guó)荷斯坦牛、太空椒、高產(chǎn)青霉素菌株，引出課題“雜交育種與誘變育種”，激發(fā)學(xué)生的探究欲望和學(xué)習(xí)興趣。

3.2自主學(xué)習(xí)，提升能力

課件展示導(dǎo)學(xué)提綱，引導(dǎo)學(xué)生在閱讀教材的過(guò)程中，掌握本節(jié)內(nèi)容的單點(diǎn)知識(shí)，初步形成知識(shí)框架。

導(dǎo)學(xué)提綱：①古印第安人在何種條件下種植玉米的?②什么是雜交育種?其依據(jù)的遺傳學(xué)原理是什么?有哪些優(yōu)缺點(diǎn)?③，什么是誘變育種?其依據(jù)的遺傳學(xué)原理是什么?有哪些優(yōu)缺點(diǎn)?④誘變育種方面取得了哪些成就?

學(xué)生閱讀教材，把相關(guān)知識(shí)點(diǎn)記錄在課堂記錄本上，先在小組內(nèi)進(jìn)行交流，然后利用投影儀進(jìn)行展示，教師適時(shí)給予指點(diǎn)評(píng)價(jià)。

3.3案例引領(lǐng)，突破重點(diǎn)

課件展示一系列教學(xué)案例，引導(dǎo)學(xué)生分析歸納，對(duì)提出的問(wèn)題進(jìn)行探究，得出相應(yīng)結(jié)論，完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)，從而突破教學(xué)重點(diǎn)。

案例1：大約1萬(wàn)年前，古人就開(kāi)始馴化野生動(dòng)物、栽培植物?，F(xiàn)在栽培的玉米就是古印第安人最早選擇和培育的，他們選育出了果穗碩大、淀粉含量高的玉米。請(qǐng)結(jié)合教材內(nèi)容，回答下面問(wèn)題。(1)古印第安人培育玉米的方法稱(chēng)為什么?(2)這種育種方法有哪些優(yōu)缺點(diǎn)?

學(xué)生通過(guò)閱讀教材可以找到問(wèn)題的結(jié)論，然后回答，教師歸納總結(jié)：這種育種方法稱(chēng)為選擇育種，其優(yōu)點(diǎn)有技術(shù)簡(jiǎn)單、容易操作；缺點(diǎn)有選擇范圍有限，育種周期長(zhǎng)等。選擇育種只能利用生物在自然環(huán)境條件下產(chǎn)生的有限變異，即突變和基因重組，在某個(gè)植株已有的性狀組合中選育優(yōu)良品種。在實(shí)踐中，人們逐漸摸索出另一種育種方法——雜交育種。

案例2：玉米黑粉病又名瘤黑粉病，是常見(jiàn)的玉米病害之一，由玉米黑粉菌侵害所致，為害莖、葉、雌穗、雄穗、腋芽等幼嫩組織，使果穗變小，甚至不能結(jié)穗。現(xiàn)有兩種具有不同性狀的玉米，其中一種具有子粒多、不抗黑粉病性狀，另一種具有子粒少、抗黑粉病性狀。假如你是玉米育種學(xué)家李登海，怎樣利用這樣的兩種玉米，培育出同時(shí)具有子粒多、抗黑粉病兩種性狀的玉米新品種?將你的設(shè)想用遺傳圖解表示出來(lái)。

學(xué)生在學(xué)習(xí)小組內(nèi)進(jìn)行討論，利用學(xué)過(guò)的“基因的自由組合定律”遺傳圖解，設(shè)計(jì)育種方案，討論可能遇到的困難，然后各組交流解決方案的設(shè)想。教師對(duì)各組設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，指出優(yōu)點(diǎn)和不足之處，形成較科學(xué)的方案，并指出這種育種方法就是雜交育種。課件展示育種方案(圖1)。

課件展示問(wèn)題：(1)F₁表現(xiàn)出何種性狀?(2)F₂中出現(xiàn)新性狀的原因是什么?(3)F₂的表現(xiàn)型是否符合孟德?tīng)柕淖杂山M合定律的比例?

學(xué)生討論后給出結(jié)論，教師指出：題干沒(méi)有給出兩對(duì)相對(duì)性狀的顯隱性關(guān)系，所以F₁表現(xiàn)出來(lái)的性狀可能有四種；F₂中出現(xiàn)新性狀的原因是F₁減數(shù)分裂形成配子時(shí)，控制不同對(duì)性狀的基因之間出現(xiàn)了重新組合，導(dǎo)致F₂兩個(gè)性狀之間的重新組合；只有控制不同對(duì)性狀的基因位于非同源染色體上，F(xiàn)₂的表現(xiàn)型才能符合自由組合定律9：3：3：1的比例。大家都已在理論上嘗試雜交育種了，下面以小麥為例，讓我們更好地理解雜交育種。

案例3：小麥高稈(D)對(duì)矮稈(d)為顯性，抗銹病(T)對(duì)不抗銹病(t)為顯性，兩對(duì)基因獨(dú)立遺傳，現(xiàn)有純合的高稈抗銹病的小麥(DDTT)和矮稈不抗銹病的小麥(ddtt)，假如你是小麥育種專(zhuān)家李振聲院士，怎樣才能得到矮稈抗銹病的優(yōu)良品種(ddTT)?

教師要求學(xué)生獨(dú)立完成育種方案，并用遺傳圖解的方式來(lái)表示。選取2個(gè)學(xué)生的方案用投影儀展示，其他學(xué)生對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。教師用課件展示規(guī)范的寫(xiě)法(圖2)，學(xué)生修正自己不規(guī)范的地方。

教師總結(jié)雜交育種的方法：雜交→自交→選優(yōu)→自交→選優(yōu)……從第二代開(kāi)始選擇，保留需要性狀的個(gè)體，淘汰不需要性狀的個(gè)體，經(jīng)過(guò)6～7代的選育，即可選育出符合要求性狀的純合子。雜交育種的方法也用于家禽、家畜的育種。

案例4：中國(guó)荷斯坦牛有一百多年的歷史，其泌乳期長(zhǎng)達(dá)305d，年產(chǎn)乳量可達(dá)6300 kg以上，其育種過(guò)程可由下面流程圖表示：

引進(jìn)各品種牛純繁→各純種牛與我國(guó)當(dāng)?shù)攸S牛雜交→各雜交種互交→用純種荷斯坦奶牛級(jí)進(jìn)雜交→高代雜種相互橫交→后代自群繁育→中國(guó)荷斯坦奶牛。

通過(guò)介紹育種的偉大成果，讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)技術(shù)在發(fā)展社會(huì)生產(chǎn)力、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步等方面的巨大作用，感受科學(xué)帶給人類(lèi)的巨大好處，感受科學(xué)的奉獻(xiàn)精神。

課件展示問(wèn)題：(1)嘗試歸納雜交育種的概念。(2)雜交育種依據(jù)的遺傳學(xué)原理。(3)請(qǐng)從雜交后代可能出現(xiàn)的類(lèi)型以及育種時(shí)間等方面，分析雜交育種方法的不足。

利用分析過(guò)的4個(gè)教學(xué)案例，結(jié)合教材內(nèi)容，師生共同歸納，形成有關(guān)雜交育種的知識(shí)體系，提升學(xué)生對(duì)于知識(shí)的理解。雜交育種的優(yōu)點(diǎn)是能將不同品種的優(yōu)良性狀集中在一起，產(chǎn)生新的性狀組合的新品種，育種的目的性較強(qiáng)；但其只能利用已有基因的重組，按需選擇，并不能創(chuàng)造新的基因。雜交后代還會(huì)出現(xiàn)性狀分離現(xiàn)象，育種進(jìn)程緩縵(一般需5～7年)，過(guò)程繁瑣，這些都是雜交育種方法的不足。應(yīng)怎樣做才能產(chǎn)生更多可供選擇的新基因呢?

案例5：我國(guó)科學(xué)家應(yīng)用X射線和化學(xué)誘變劑處理大豆，培育成了“黑農(nóng)五號(hào)”等大豆品種，比原來(lái)的品種產(chǎn)量提高了16％，含油量提高了2.5％。

1943年從自然界分離出來(lái)的野生型青霉菌分泌的青霉素產(chǎn)量只有20單位／mL。后來(lái)人們對(duì)青霉菌多次進(jìn)行x射線、紫外線照射以及綜合處理，培育成了青霉素高產(chǎn)菌株，目前青霉素的產(chǎn)量已達(dá)到50 000～60 000單位/mL。

問(wèn)題：(1)嘗試歸納誘變育種的概念。(2)誘變育種依據(jù)的遺傳學(xué)原理。(3)與雜交育種相比，誘變育種有什么優(yōu)點(diǎn)?聯(lián)系基因突變的特點(diǎn)，談?wù)務(wù)T變育種的局限性。要想克服這些局限性，可以采取什么辦法?

學(xué)生自主分析所給的案例，再次閱讀教材，給出問(wèn)題的結(jié)論，教師補(bǔ)充完善，建構(gòu)誘變育種的知識(shí)體系。另外指出誘變育種的優(yōu)點(diǎn)是能夠提高突變率，在較短的時(shí)間內(nèi)獲得更多的優(yōu)良變異類(lèi)型；誘變育種的局限性是誘發(fā)突變的方向難以掌握，突變體難以集中多個(gè)理想性狀；要想克服這些局限性，可以擴(kuò)大誘變后代的群體，增加選擇的機(jī)會(huì)。

教師繼續(xù)提問(wèn)：除了雜交育種和誘變育種方法外，回憶學(xué)過(guò)的知識(shí)，還有哪些育種方法?學(xué)生指出有單倍體育種和多倍體育種等。

3.4歸納比較，突破難點(diǎn)

課件展示表1，幫助學(xué)生總結(jié)四種育種方法的區(qū)別。

通過(guò)完成表格的內(nèi)容，既內(nèi)化了本節(jié)課教學(xué)的重難點(diǎn)內(nèi)容，又整合了前置教學(xué)內(nèi)容。

3.5聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)情感

案例6：20世紀(jì)90年代后期，美國(guó)學(xué)者布朗拋出“中國(guó)威脅論”，撰文說(shuō)到下世紀(jì)30年代，中國(guó)人口將達(dá)到16億，到時(shí)誰(shuí)來(lái)養(yǎng)活中國(guó)，誰(shuí)來(lái)拯救由此引發(fā)的全球性糧食短缺和動(dòng)蕩危機(jī)?這時(shí)，袁隆平向世界宣布：“中國(guó)完全能解決自已的吃飯問(wèn)題，中國(guó)還能幫助世界人民解決吃飯問(wèn)題”。

袁隆平院士，享譽(yù)世界的“雜交水稻之父”，成功研發(fā)出了超級(jí)雜交稻j小面積試種獲得成功，畝產(chǎn)達(dá)到800kg，推廣“超級(jí)稻”，每年可多養(yǎng)活7 000萬(wàn)人，既解決了中國(guó)糧食的難題，也為解決世界糧食的安全做出了杰出貢獻(xiàn)。

通過(guò)具體事例，使學(xué)生知道科學(xué)技術(shù)韻發(fā)展是推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的動(dòng)力，提升學(xué)生的民族自豪感，強(qiáng)化“STS”教育。

教師指出雜交水稻就是目前人們?cè)谟N實(shí)踐上常用的手段——利用雜種優(yōu)勢(shì)。生產(chǎn)上利用雜種優(yōu)勢(shì)可以大幅度地提高產(chǎn)量。例如，雜交高粱比純系高粱增產(chǎn)30％～50％，雜交水稻比純系水稻增產(chǎn)20％左右。但是雜種優(yōu)勢(shì)與雜交育種之間是有區(qū)別的。雜交育種要求培育的品種在遺傳上比較穩(wěn)定，品種一旦育成，其優(yōu)良性狀即可相對(duì)穩(wěn)定地遺傳下去；雜種優(yōu)勢(shì)則主要是利用雜種F₁代的優(yōu)良性狀，通過(guò)年年配制F₁代雜交種用于生產(chǎn)的辦法，取得經(jīng)濟(jì)效益，而并不要求其后代還能夠保持遺傳上的穩(wěn)定性。這種方法可以比較巧妙地解決育種實(shí)踐上育種周期過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，但需要年年制種。

課件展示：請(qǐng)同學(xué)們課后利用百度、谷歌、搜狗等搜索引擎；收集我國(guó)在育種方面取得的成就。

3.6課堂小結(jié)

雜交育種就是將2個(gè)或多個(gè)品種的優(yōu)良性狀通過(guò)交配集中在一起，再經(jīng)過(guò)選擇和培育，就得到新品種的方法；其運(yùn)用遺傳學(xué)的基本原理是基因重組；具有方法簡(jiǎn)單，容易操作等優(yōu)點(diǎn)，但只能利用已有基因的重組，按需選擇，并不能創(chuàng)造新的基因，雜交后代會(huì)出現(xiàn)性狀分離現(xiàn)象，育種進(jìn)程緩縵；過(guò)程繁瑣。誘變育種就是利用物理因素(如X射線、γ射線、紫外線、激光等)或化學(xué)因素(亞硝酸：硫酸二乙脂等)來(lái)處理生物，使生物發(fā)生基因突變；其遺傳學(xué)運(yùn)用的基本原理是基因突變；具有提高突變率，在較短的時(shí)間內(nèi)獲得更多的優(yōu)良變異類(lèi)型等優(yōu)點(diǎn)，但誘發(fā)突變的方向難以掌握，突變體難以集中多個(gè)理想性狀，需大量處理供試材料等缺點(diǎn)。

一雜交育種和誘變育種都為人類(lèi)創(chuàng)造許多優(yōu)良的品種，但都有—定的局限性，人類(lèi)能否按照自己的意愿直接定向地改造生物，培育出新品種呢?引出下一節(jié)研究的內(nèi)容“基因工程及其應(yīng)用”。