《作物育種學》實踐教學改革的設想

摘要：《作物育種學》是農學專業的主干課程，實踐性強是作物育種學區別于其它學科的一個顯著特點，因此，實踐教學占有非常重要的地位。實驗教學和實習教學是實踐教學體系的重要組成部分，但是，當前的實驗教材大多安排了一些簡單的驗證性實驗，并未涉及育種的基本原理與方法等核心內容；實習教學也只是接觸一下生產，很難達到“加深理解和應用育種學基本原理”的目的。作者認為雜交育種、雜種優勢利用、轉基因育種、分子標記輔助育種等4條育種途徑基本概括了育種原理和方法，是普遍應用并代表未來發展的育種途徑。因此建議把這4條育種途徑作為實踐教學改革的內容，并對具體的實施方法進行探討。

關鍵詞：專業課程；作物育種學實驗；實踐教學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）12-0031-03

《作物育種學》是農學等專業的主干課程，是研究作物新品種選（繁）育理論與方法的科學。基本內容包括創造優良品種和良種繁育兩個方面，其中，良種繁育已發展成為一門獨立的種子科學，新品種選育是當今“作物育種學”的主要任務。當今，農業的基礎地位顯得越來越重要，優質、高產、高效作物新品種的培育已經成為科技領域一項重要工作，因此必須大力培養這方面的人才，加強《作物育種學》的教學工作。

一、《作物育種學》的學科特點

作物育種學主要以遺傳學和進化論為基礎理論，涉及植物學、植物生理學、生物化學、分子生物學、植物病理學、農業昆蟲學、農業氣象學、生物統計與試驗設計、生物技術、組織培養、作物栽培學、作物耕作學、生態學等許多學科，是一門綜合性非常強的學科[1]。作物育種學與其他專業基礎課不同，它要在生產實踐中直接應用，既要掌握理論知識，又要具備實踐技能，實踐性強是作物育種學區別于其它學科的一個顯著特點。“育種學發展到今日，雖然其科學的成分日益增多，但由于生命運動過于復雜，迄今還有許多未知的領域。因此，育種的成就不僅依賴于科學，而且也依賴于尚未上升到理論的經驗。”[2]換句話說“育種學也是一門藝術”[1]，藝術需要實踐，從實踐中總結經驗，這需要長期的磨練和積累。理論教學使學生掌握育種的基本原理和方法以及實現育種目標的主要途徑，但育種的理論與方法只有回到實踐中去，學生才能充分理解，形成具體的內涵，否則是抽象的、朦朧的。只有在實踐中，才能啟發學生的思維，更好地掌握育種理論的精粹。因此，《作物育種學》教學既不同于以系統理論學習為主的基礎課教學，也有別于培養技術實用型人才為主的課程教學，是一門理論性、實踐性、技術性很強的綜合應用學科，涉及學科面廣、融合交叉性強。《作物育種學》教學中實踐教學應該占有非常重要的地位。

二、《作物育種學》實踐教學的現狀

1999年大學本科擴招之后，學生就業方式發生了重大變化，由以前的分配就業轉變為雙向選擇就業。用人單位對學生的要求越來越高，要求學生既要掌握理論知識，又要具備一定的實踐動手能力。為了擴大就業面，增加就業機會，教育部門要求擴充學生的知識面，開展“厚基礎，寬口徑，高素質，強能力”的教育[3]。在這種人才培養思路下，教學為了面向就業市場，必須減少專業課的課時以增加素質教育課程，并重視實踐教學，培養學生實際操作能力、分析解決問題的能力和創新能力。這樣，勢必要減少理論課的時間，相應增加實踐教學（包括實驗教學和實習教學）的時間。但是，長期以來，實驗教學都是以教師為中心，安排幾個驗證性實驗，學生按照教師設計好的實驗步驟進行，學生在教與學的過程中是認知信息的被動接受者。在這種教學模式下，往往忽視了學生自主獲得知識的潛在能力和理解知識的差異性，掩蓋了學生的個性發揮，忽略了學生積極思維和創新意識，不利于學生自主學習能力的培養。并且，這樣的實驗教學也忽視了其目的——鞏固和加深理解所學的理論知識。以我校為例，最新教材《作物育種學總論》[4]有20章，一般只能安排56學時，其中，實驗課16學時，約占30%。《作物育種學各論》[1]編排了32種作物，一般選擇講授當地主要的幾種作物，也只能安排56學時，其中實驗課16學時，約占30%。按傳統的做法，每個實驗一般必須在3～4個課時完成，因此只能安排一些簡單的驗證性實驗，目前作物育種學的實驗教材都是這樣，無法對育種的基本原理和方法進行實驗設計，未能建立起與理論教學相呼應的實驗教學體系。實習教學環節是在理論教學和實驗教學完成后進行的，其目的是在實習過程中綜合運用所學的理論知識解決生產上的實際問題。以我校為例，安排80學時（4周），按照不同的作物進行。由于學時數和作物生長季節的限制，很難顧及實際工作中的主要育種途徑和育種全過程，也難以建立起與理論教學相呼應的實習教學體系。這樣，盡管經過了理論、實驗、實習等教學環節，學生對育種的基本原理和方法還是處于混沌狀態。實踐教學必須與理論教學相呼應，只有這樣才能使學生真正掌握育種的基本原理和方法，并在實踐中靈活應用。

三、《作物育種學》實踐教學改革的具體內容

育種過程是人工進化過程，與自然進化過程一樣，包括變異、選擇、遺傳三個環節。創造變異和選擇變異這兩個環節體現在各種育種途徑和方法中。圖1概括了育種學原理的基本框架，列出了主要的育種途徑與方法，包括選擇育種（包括無性繁殖方式的芽變）、雜交育種、回交育種、誘變育種、遠緣雜交育種、倍性育種、雜種優勢利用、輪回選擇、細胞工程育種、轉基因育種、分子標記輔助育種等。

雜交育種是通過有性雜交創造變異，在雜種后代中選擇目標變異的過程，其理論基礎是有利基因的重組和目標個體的選擇；選擇（系統）育種的實質就是選擇自然變異，其選擇變異的方法與雜交育種是一致的；回交育種、遠緣雜交育種、輪回選擇育種是特殊的雜交育種，因此，雜交育種是最基礎的育種途徑，應用最廣泛、最富有成效，集中體現了育種的基本原理和方法，應該作為實習的一個重要內容。雜種優勢利用在生產上應用廣泛，如雜交水稻，雜交玉米，雜交油菜等。育種過程包括親本（自交系）選育和組合選配兩個環節，這兩個環節都建立在雜交育種的基礎上，但其主要的理論基礎是雜種優勢形成理論和雜種優勢實現途徑的理論，具有獨特的、完整的理論體系。轉基因育種和分子標記輔助育種是當今發展起來的新技術。轉基因育種打破了物種之間的生殖隔離，使得基因能在植物、動物和微生物之間交流，創造變異的方式發生了根本性的變化；分子標記輔助育種實現了傳統的表型選擇向基因型選擇的轉變，選擇變異的方式發生了根本性的變化，從而可以使育種從經驗變為科學[5]，已經顯示出其重要的育種地位。誘變育種和倍性育種的核心內容是誘變技術，如基因突變和染色體加倍技術，學生相對容易掌握。細胞工程育種主要是指利用花藥組織培養、原生質體培養、體細胞融合等技術進行育種，這些技術屬于生物技術范疇。通過以上分析可知，雜交育種、雜種優勢利用、轉基因育種、分子標記輔助育種等4條育種途徑基本概括了主要的育種原理和方法，是普遍應用、成效顯著并代表未來發展的育種途徑。前兩者一般稱為傳統育種，后兩者一般稱為分子育種，后兩者建立在前兩者的基礎上。實踐教學應該把以上4條育種途徑作為重點，但是以上內容要安排實驗，每個實驗僅僅用3-4節課是無法完成的。為此，必須對實踐教學進行改革：1）總論安排56學時，詳細講解育種的基本原理和方法，重點講解雜交育種、雜種優勢利用、轉基因育種、分子標記輔助育種4條育種途徑；各論安排40學時，主要講解自花授粉作物（如水稻和小麥）、常異花授粉作物（如棉花和油菜）、異花授粉作物（如玉米）等代表性作物，重點講解表1中與實習相關的內容，與后面的實踐教學相呼應。2）實驗教學和實習教學結合起來，安排96個學時，具體見表1。受課時數的限制，只對不同作物共通的育種基本原理和方法安排實習，觸類旁通。鑒于此，安排雜交育種、雜種優勢利用、轉基因育種、分子標記輔助育種4條育種途徑，對育種的整個過程（一種作物完整的生長周期）進行實習。這樣的實踐教學完成后，學生可以較好地了解育種的完整程序，理解育種的基本原理和方法。

四、《作物育種學》實踐教學改革的實施方法

作物育種學作為農學專業的一門主干課程，一般在基礎課和專業基礎課修完后，在三年級開設。對我校來說，若按本文的改革思路，在開設作物育種學實踐教學（三年級下學期）之前，已經修完了植物學、生物化學、植物生理學、遺傳學、分子生物學、植物病理學、農業昆蟲學、農業氣象學、生物統計與試驗設計、生物技術與基因工程操作、組織培養、作物栽培與耕作學等課程，并且都有實驗課教學，已經掌握了較全面的實驗技能。此時，應該由以加深理解基本概念和訓練基本技能為目的的驗證性實驗向綜合性、設計性實驗轉變，以培養學生的綜合分析能力、實驗動手能力、數據處理能力及查閱中外文資料的能力；培養鍛煉學生獨立解決實際問題的能力、創新能力、組織管理能力和科研素養。

具體做法是，以上4條育種途徑，設計5個項目（表1），分別由5個老師指導，由學生自己進行實驗設計，要求涉及育種的完整程序。考慮作物生長季節和學生的課程安排（三年級上學期學總論，三年級下學期學各論），實踐教學于三年級下學期開始，四年級上學期結束，跨一個學年。實習內容和選擇的代表性作物與其生長季節相適應，力求了解作物生長的一個周期。做到人人參與項目設計和實施的過程，在項目設計和實施過程中理解和掌握育種的基本原理與方法。這樣“以項目為主線、學生為主體、教師為主導”，改變以往“學生按照現成的實驗步驟做”的被動的教學模式，使學生主動參與、自主協作、探索創新。同時也是對實驗設計者、實驗指導者和實驗管理者的教學水平、學術水平、創新能力的有效檢驗和促進，有利于教學相長。

參考文獻：

[1]蓋鈞鎰主編.作物育種學各論[M].北京：中國農業出版社，2000：1-9.

[2]侯喜林，房經貴，陳發棣，等.《園藝作物育種學》教材建設的思考[J].中國農業教育，2001（3）：31-32.

[3]王茜齡，余茂德，敬成俊.桑樹栽培及育種學課程教學改革初探[J].蠶學通訊，2010，30（1）：57-59.

[4]張天真主編.作物育種學總論[M].北京：中國農業出版社，2003

[5]萬建民.作物分子設計育種[J].作物學報，2006，32（3）：455-462.

基金項目：浙江農林大學科研發展基金（2009FR074）

作者簡介：吳洪愷（1967-），男，副教授，博士，研究方向：作物遺傳育種的教學與科研。