關(guān)于“雜交育種與誘變育種”的教學(xué)處理

洪長(zhǎng)根

(江蘇省宜興中學(xué) 214200)

人教版高中生物學(xué)教材《遺傳與進(jìn)化》第六章第一節(jié)“雜交育種與誘變育種”的內(nèi)容屬于C級(jí)要求，但教材更多的篇幅用在了育種成果上，關(guān)于育種的方法、原理、過(guò)程等僅作了簡(jiǎn)單處理。此外，對(duì)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(nèi)容提出來(lái)。在本節(jié)內(nèi)容學(xué)習(xí)時(shí)，所述內(nèi)容應(yīng)該作簡(jiǎn)單的復(fù)習(xí)還是進(jìn)行拓寬后再學(xué)習(xí)？按照教材的編排和相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)地位，如何設(shè)計(jì)才能符合課程標(biāo)準(zhǔn)的要求？本文對(duì)此進(jìn)行分析如下。

1 情境設(shè)計(jì)：應(yīng)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(gè)故事，如此編排，能很好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和嘗試育種的熱情，但也容易使教學(xué)在看似熱鬧、有趣的氛圍中低效地開(kāi)展，如果被成果所困的話，整節(jié)課就會(huì)迷失方向，抓不住重點(diǎn)。為此，較妥當(dāng)?shù)奶幚矸椒ㄊ前堰@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(jīng)選育，獲得果穗碩大、顆粒飽滿、品質(zhì)優(yōu)良、無(wú)任何雜粒的玉米品種；袁隆平的雜交水稻，使我國(guó)水稻產(chǎn)量從4500 kg/ha增加到7500 kg/ha；我國(guó)引進(jìn)荷斯坦—弗里生奶牛后，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期馴化，與當(dāng)?shù)攸S牛雜交而選育獲得的中國(guó)荷斯坦奶牛，產(chǎn)乳量可達(dá)6300 kg以上，而早先的奶牛年產(chǎn)乳量?jī)H3000 kg；黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院用輻射方法處理大豆培育成的“黑農(nóng)五號(hào)”，產(chǎn)量提高16%，含油量提高2.5%；青霉菌產(chǎn)青霉素的量在1943年只有20單位/mL，目前青霉素的產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到50000～60000單位/mL。將這幾張PPT設(shè)置成循環(huán)播放模式，在課前的3 min就進(jìn)行播放，既可豐富學(xué)生課間生活，又能將學(xué)生帶入育種的情境中。

2 走進(jìn)文本：主抓四個(gè)過(guò)程

單倍體育種和多倍體育種作為本節(jié)課重新學(xué)習(xí)的內(nèi)容，走進(jìn)文本涉及四個(gè)育種任務(wù)，為了不讓四個(gè)育種過(guò)程的教學(xué)枯燥和機(jī)械，可設(shè)計(jì)同一問(wèn)題情境下的問(wèn)題串，在同一個(gè)話題下環(huán)環(huán)相扣依次探討。如以小麥為例：小麥高稈(D)對(duì)矮稈(d)為顯性，抗病(T)對(duì)不抗病(t)為顯性，現(xiàn)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(yōu)良性狀集中在一起而獲得矮稈抗病的優(yōu)良品種(ddTT)？

2.1 “DDTT×ddtt→ddTT”怎么做 依據(jù)教材的內(nèi)容，先引導(dǎo)學(xué)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(jìn)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(gè)體，將它們的種子留下來(lái)，下一年播種。再?gòu)暮蟠刑暨x出矮稈抗病植株，采收種子留下來(lái)做種。如此經(jīng)過(guò)幾代汰劣留良的選擇過(guò)程，就可以得到新的優(yōu)良品種。通過(guò)具體過(guò)程的分析，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)這種育種方式為雜交育種，同時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)雜交育種能將不同品種的優(yōu)良性狀集中起來(lái)這個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)。但學(xué)生又會(huì)感覺(jué)雜交育種有時(shí)間較長(zhǎng)的缺點(diǎn)。能不能將育種的時(shí)間縮短些呢？

2.2 短時(shí)間內(nèi)完成“DDTT×ddtt→ddTT”怎么做 學(xué)生知道，應(yīng)選擇單倍體育種方法，但具體過(guò)程及所需時(shí)間在“染色體變異”一節(jié)沒(méi)講到，必需進(jìn)行細(xì)化：①高稈抗病(DDTT)與矮桿不抗病(ddtt)的品種進(jìn)行雜交得到F1(DdTt)；②F1花粉離體培養(yǎng)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?yàn)閐dTT的矮稈抗病類型。所述的育種過(guò)程雖然也是三步走，但2年即可，其時(shí)間上的優(yōu)勢(shì)會(huì)震撼學(xué)生并牢牢記住。在學(xué)習(xí)了前兩個(gè)育種后，可以請(qǐng)學(xué)生想：假如農(nóng)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(duì)于這個(gè)問(wèn)題，古代勞動(dòng)人民就能做到，例如，《詩(shī)經(jīng)》中就有“種之黃茂”；《汜勝之書》中也有“取麥種，擇穗大強(qiáng)者”；《齊民要術(shù)》中也指出“選純色好穗，單獨(dú)存放”。經(jīng)過(guò)堅(jiān)持不懈的選育，很有可能會(huì)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(lái)。這些古代的育種方法都屬于選擇育種，雖然操作簡(jiǎn)單，但育種周期比較長(zhǎng)。在科技發(fā)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(xué)因素(如亞硝酸、硫酸二乙酯等)來(lái)處理，誘導(dǎo)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(guò)自交就可以得到基因型為ddTT優(yōu)良品種。這樣做能提高突變頻率，加速育種進(jìn)程。到這里，可以引導(dǎo)學(xué)生思考下一個(gè)新問(wèn)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(shí)比較大，糖類和蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量有所提高，還有辦法嗎？

2.4 “ddTT→ddddTTTT”怎么做 學(xué)生知道，應(yīng)選擇多倍體育種方法，其途徑有兩條：①化學(xué)法：秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗；②低溫誘導(dǎo)法：將幼苗放入冰箱的冷藏室(4℃)內(nèi)，誘導(dǎo)培養(yǎng)36 h。兩者的機(jī)理都是抑制細(xì)胞有絲分裂前期紡錘體的形成，導(dǎo)致染色體不能被拉向兩極，細(xì)胞不能分裂成兩個(gè)子細(xì)胞，從而引起細(xì)胞內(nèi)染色體數(shù)目加倍，在這基礎(chǔ)上再分裂、生長(zhǎng)和發(fā)育就會(huì)獲得多倍體新品種。關(guān)于多倍體育種的這些內(nèi)容，在“染色體變異”一節(jié)都有，不必投入太多的時(shí)間和精力。

3 走出文本：讓學(xué)生試著做

讓學(xué)生將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行延伸和靈活應(yīng)用，也是本節(jié)的教學(xué)目標(biāo)。為此，教師應(yīng)及時(shí)提出一些與育種有關(guān)的問(wèn)題，讓學(xué)生試著做。

(1)假設(shè)現(xiàn)有長(zhǎng)毛立耳貓(BBEE)和短毛折耳貓(bbee)，你能否培育出能穩(wěn)定遺傳的長(zhǎng)毛折耳貓(BBee)？相關(guān)過(guò)程如下：①長(zhǎng)毛立耳貓(BBEE)與短毛折耳貓(bbee)雜交獲得F1長(zhǎng)毛立耳貓(BbEe)；②長(zhǎng)毛立耳貓(BbEe)自交(雌雄個(gè)體交配)產(chǎn)生F2；③從F2中選擇長(zhǎng)毛折耳貓分別與異性的短毛折耳貓(bbee)交配，若后代不出現(xiàn)短毛折耳貓，則F2代中的長(zhǎng)毛折耳貓為純合的優(yōu)良品種。通過(guò)對(duì)動(dòng)物雜交育種過(guò)程的分析和思考，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)第三步與植物雜交育種是不一樣的。

(2)太空育種是將農(nóng)作物種子或試管種苗送到太空，再返回地面通過(guò)選育來(lái)培育新品種的作物育種新技術(shù)。我國(guó)自1987年開(kāi)始利用返回式衛(wèi)星和神舟飛船，相繼進(jìn)入太空的農(nóng)作物達(dá)50個(gè)大類、400多個(gè)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(méi)有施加誘變育種時(shí)的物理因素和化學(xué)因素，也沒(méi)有雜交過(guò)程，更沒(méi)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(nèi)缺乏相關(guān)的基因A，如何用優(yōu)良的矮稈抗病(ddTT)小麥育成更優(yōu)良的矮稈抗病抗?jié)?ddTTA)新品種(即ddTT→ddTTA)？不少學(xué)生會(huì)想到通過(guò)誘變育種來(lái)創(chuàng)造新基因A，但基因突變的多向性特點(diǎn)告之：基因突變只能產(chǎn)生原基因的等位基因，怎么辦？現(xiàn)在可行的辦法是將水生植物的抗?jié)郴虬醽?lái)一用，這種方法叫做轉(zhuǎn)基因，相關(guān)的育種稱為基因工程育種，到底怎么做？(下節(jié)課我們進(jìn)行學(xué)習(xí))

4 課后作業(yè)：完成表格

課后作業(yè)就請(qǐng)學(xué)生完成四種育種方法比較表，從原理、過(guò)程、優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)和實(shí)例五個(gè)方面比較。平時(shí)的課后作業(yè)一般都是幾道選擇題加一道非選題，為什么本節(jié)安排的是表格？主要原因是這張表格的重要性與“復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯比較表”相當(dāng)，有必要讓學(xué)生自己組織思考和獨(dú)立完成，把四大育種知識(shí)作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)理解和記憶。對(duì)于表格的設(shè)計(jì)，由于單倍體育種和多倍體育種在教材中沒(méi)有給定的概念內(nèi)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(guān)于育種過(guò)程，大多數(shù)資料上都是以常用方法來(lái)要求的，顯然“過(guò)程”比“方法”要求高了許多，考慮到四大育種的教學(xué)要求和應(yīng)用價(jià)值，可選擇較高要求的“過(guò)程”一欄。