關于“雜交育種與誘變育種”的教學處理

洪長根

(江蘇省宜興中學 214200)

人教版高中生物學教材《遺傳與進化》第六章第一節“雜交育種與誘變育種”的內容屬于C級要求，但教材更多的篇幅用在了育種成果上，關于育種的方法、原理、過程等僅作了簡單處理。此外，對重要性和難度都比較大的單倍體育種和多倍體育種也僅僅作為一般內容提出來。在本節內容學習時，所述內容應該作簡單的復習還是進行拓寬后再學習？按照教材的編排和相關內容的教學地位，如何設計才能符合課程標準的要求？本文對此進行分析如下。

1 情境設計：應用教材中的成果

教材中列舉了很多育種的成果，每一成果的背后都有一個故事，如此編排，能很好地激發學生學習和嘗試育種的熱情，但也容易使教學在看似熱鬧、有趣的氛圍中低效地開展，如果被成果所困的話，整節課就會迷失方向，抓不住重點。為此，較妥當的處理方法是把這些分散的成果素材，集中編制成幾張圖文并茂的幻燈片。例如，美洲的印第安人，經選育，獲得果穗碩大、顆粒飽滿、品質優良、無任何雜粒的玉米品種；袁隆平的雜交水稻，使我國水稻產量從4500 kg/ha增加到7500 kg/ha；我國引進荷斯坦—弗里生奶牛后，經過長期馴化，與當地黃牛雜交而選育獲得的中國荷斯坦奶牛，產乳量可達6300 kg以上，而早先的奶牛年產乳量僅3000 kg；黑龍江省農業科學院用輻射方法處理大豆培育成的“黑農五號”，產量提高16%，含油量提高2.5%；青霉菌產青霉素的量在1943年只有20單位/mL，目前青霉素的產量已經達到50000～60000單位/mL。將這幾張PPT設置成循環播放模式，在課前的3 min就進行播放，既可豐富學生課間生活，又能將學生帶入育種的情境中。

2 走進文本：主抓四個過程

單倍體育種和多倍體育種作為本節課重新學習的內容，走進文本涉及四個育種任務，為了不讓四個育種過程的教學枯燥和機械，可設計同一問題情境下的問題串，在同一個話題下環環相扣依次探討。如以小麥為例：小麥高稈(D)對矮稈(d)為顯性，抗病(T)對不抗病(t)為顯性，現有純合的高稈抗病的小麥(DDTT)和矮稈不抗病的小麥(ddtt)，如果你是科技工作者，怎樣才能將兩品種的優良性狀集中在一起而獲得矮稈抗病的優良品種(ddTT)？

2.1 “DDTT×ddtt→ddTT”怎么做 依據教材的內容，先引導學生弄清楚以下操作程序：首先用高稈抗病(DDTT)與矮桿不抗病(ddtt)的品種進行雜交得到F1(DdTt)；再讓F1自交得到F2；然后在F2群體中選出矮桿抗病的個體，將它們的種子留下來，下一年播種。再從后代中挑選出矮稈抗病植株，采收種子留下來做種。如此經過幾代汰劣留良的選擇過程，就可以得到新的優良品種。通過具體過程的分析，學生會發現這種育種方式為雜交育種，同時會發現雜交育種能將不同品種的優良性狀集中起來這個明顯的優點。但學生又會感覺雜交育種有時間較長的缺點。能不能將育種的時間縮短些呢？

2.2 短時間內完成“DDTT×ddtt→ddTT”怎么做 學生知道，應選擇單倍體育種方法，但具體過程及所需時間在“染色體變異”一節沒講到，必需進行細化：①高稈抗病(DDTT)與矮桿不抗病(ddtt)的品種進行雜交得到F1(DdTt)；②F1花粉離體培養獲得DT、Dt、dT、dt四種單倍體植株；③秋水仙素處理單倍體幼苗就能獲得基因為ddTT的矮稈抗病類型。所述的育種過程雖然也是三步走，但2年即可，其時間上的優勢會震撼學生并牢牢記住。在學習了前兩個育種后，可以請學生想：假如農民手中只有基因型為DDTT或ddtt這一種小麥，能不能育出基因型為ddTT的矮稈抗病類型呢？

2.3 “DDTT或ddtt→ddTT”怎么做 對于這個問題，古代勞動人民就能做到，例如，《詩經》中就有“種之黃茂”；《汜勝之書》中也有“取麥種，擇穗大強者”；《齊民要術》中也指出“選純色好穗，單獨存放”。經過堅持不懈的選育，很有可能會從基因型為DDTT或ddtt的小麥田里選育出基因型為ddTT矮稈抗病類型來。這些古代的育種方法都屬于選擇育種，雖然操作簡單，但育種周期比較長。在科技發展的今天，如果加以物理因素(X射線、γ射線、紫外線、激光等)或化學因素(如亞硝酸、硫酸二乙酯等)來處理，誘導基因型為DDTT或ddtt小麥加速突變，先得到基因型為DdTT或ddTt的小麥，然后通過自交就可以得到基因型為ddTT優良品種。這樣做能提高突變頻率，加速育種進程。到這里，可以引導學生思考下一個新問題：這矮稈抗病新品種若是蔬菜或瓜果的話，要使其莖稈粗壯，葉片或果實比較大，糖類和蛋白質等營養物質的含量有所提高，還有辦法嗎？

2.4 “ddTT→ddddTTTT”怎么做 學生知道，應選擇多倍體育種方法，其途徑有兩條：①化學法：秋水仙素處理萌發的種子或幼苗；②低溫誘導法：將幼苗放入冰箱的冷藏室(4℃)內，誘導培養36 h。兩者的機理都是抑制細胞有絲分裂前期紡錘體的形成，導致染色體不能被拉向兩極，細胞不能分裂成兩個子細胞，從而引起細胞內染色體數目加倍，在這基礎上再分裂、生長和發育就會獲得多倍體新品種。關于多倍體育種的這些內容，在“染色體變異”一節都有，不必投入太多的時間和精力。

3 走出文本：讓學生試著做

讓學生將所學知識進行延伸和靈活應用，也是本節的教學目標。為此，教師應及時提出一些與育種有關的問題，讓學生試著做。

(1)假設現有長毛立耳貓(BBEE)和短毛折耳貓(bbee)，你能否培育出能穩定遺傳的長毛折耳貓(BBee)？相關過程如下：①長毛立耳貓(BBEE)與短毛折耳貓(bbee)雜交獲得F1長毛立耳貓(BbEe)；②長毛立耳貓(BbEe)自交(雌雄個體交配)產生F2；③從F2中選擇長毛折耳貓分別與異性的短毛折耳貓(bbee)交配，若后代不出現短毛折耳貓，則F2代中的長毛折耳貓為純合的優良品種。通過對動物雜交育種過程的分析和思考，學生會發現第三步與植物雜交育種是不一樣的。

(2)太空育種是將農作物種子或試管種苗送到太空，再返回地面通過選育來培育新品種的作物育種新技術。我國自1987年開始利用返回式衛星和神舟飛船，相繼進入太空的農作物達50個大類、400多個品種，取得了巨大的成功。這種被稱為太空育種的方法，其間沒有施加誘變育種時的物理因素和化學因素，也沒有雜交過程，更沒有用到秋水仙素處理，大家試著想想看，這是不是新的育種方法，其原理是什么？

(3)“尺麥怕寸水”的意思是小麥怕澇(根系不能幾天浸泡在水中)，是其體內缺乏相關的基因A，如何用優良的矮稈抗病(ddTT)小麥育成更優良的矮稈抗病抗澇(ddTTA)新品種(即ddTT→ddTTA)？不少學生會想到通過誘變育種來創造新基因A，但基因突變的多向性特點告之：基因突變只能產生原基因的等位基因，怎么辦？現在可行的辦法是將水生植物的抗澇基因搬來一用，這種方法叫做轉基因，相關的育種稱為基因工程育種，到底怎么做？(下節課我們進行學習)

4 課后作業：完成表格

課后作業就請學生完成四種育種方法比較表，從原理、過程、優點、缺點和實例五個方面比較。平時的課后作業一般都是幾道選擇題加一道非選題，為什么本節安排的是表格？主要原因是這張表格的重要性與“復制、轉錄和翻譯比較表”相當，有必要讓學生自己組織思考和獨立完成，把四大育種知識作為一個系統來理解和記憶。對于表格的設計，由于單倍體育種和多倍體育種在教材中沒有給定的概念內容，而且雜交育種和誘變育種概念的文字較多，因而一般不將概念比較列入表中；關于育種過程，大多數資料上都是以常用方法來要求的，顯然“過程”比“方法”要求高了許多，考慮到四大育種的教學要求和應用價值，可選擇較高要求的“過程”一欄。