高中生物人教版 (新课标)必修2《遗传与进化》第1节 杂交育种与诱变育种教学设计

第6章　从杂交育种到基因工程

第1节　从杂交育种到诱变育种

【三维目标】

1．知识与技能：：

(1) 简述杂交育种的概念，举例说明杂交育种方法的优点和不足。   

（2）举例说出诱变育种在生产中的应用。

（3）讨论遗传和变异规律在生产实践中的应用。

（4）总结杂交育种、诱变育种、多倍体育种、单倍体育种异同点。

2．过程与方法：

（1）尝试将你获得信息用图表、图解的形式表达出来。

（2）运用遗传和变异原理,解决生产和生活实际中的问题。

3．情感态度和价值观：

(1) 讨论育种科学技术发展是科学、技术和社会的相互作用。

(2) 体会科学技术在发展社会生产力、推动社会进步等方面的巨大作用。

【教学重点】

遗传和变异规律在改良农作物和培育家畜品种等方面的应用。

【教学难点】

（1）杂交育种和诱变育种的优点和局限性。

（2）用遗传图解表示各种育种过程

【教具准备】教师课件

【课时安排】1课时

【教学准备】

一、              课前准备

教师指导学生搜集我国在育种实践方面取得成功的事例，分析其中包含的遗传学规律，体会科学技术在发展社会生产力、推动社会进步等方面的巨大作用。

二、              情境创设

教师展示课前收集的古人驯化野生动物、栽培植物的图片资料制成的课件，按课件图片的顺序，先向学生展示古人驯化狗、马、牛、猪、鸡，培育玉米、小麦、水稻、各种蔬菜、水果的过程；再向学生展示现在的家禽、家畜、粮食、蔬菜、水果的各种优良品种的图片，引起学生的兴趣。

三、师生互动

教师；这些优良的品种，都是人们利用生物的变异，通过长期的选择，汰劣留良，培育出来的优良品种。 但是这种选择育种的方法周期长，可选择的范围又有限，有些品种只在某一方面优势， 而另一方面却不良等，不能满足日益增长的人们的需要，在实践中，人们逐渐摸索出许多优秀的育种方法。

1、杂交育种

请同学们阅读课本的“问题探讨”并进行讨论。

学生：分组讨论。各小组选派代表上台陈述自己的具体设想，并把设想用遗传图解在实物投影仪上表示出来。听课的同学对各小组的方案进行评价。

    教师：从上述同学们的汇报交流中，我们发现大家使用的方法都是――杂交育种，看来你们已经尝试从理论上探索杂交育种的方法了。现在我们来分析各组的方案是否科学规范。

（再次出示各小组的遗传图解）由同学们指出其优点和不足，以及自己的疑问。

   学生1：……我们的问题是：杂交育种蕴含着哪些遗传学规律？什么是规范的遗传图解？

   学生2：……我们的问题是：如何推测杂交育种可能的选育过程和结果，培育出的一个新品种，如何判断它是否符合预期的要求呢？

   学生3：…… 如果我们需要的性状显性该如何选？如果是隐性呢？如果又有显性又有隐性呢？选出的新品种应该是纯合子还是杂合子？

   学生4：…… 有没有更简洁的遗传图解呢

教师：同学们提的问题都非常到位，大家再讨论。

   学生：分组讨论，发言。

   教师：点拨、解答同学们的问题：

杂交育种依据的遗传学原理就是：基因的自由组合规律，即通过杂交，把生物不同品种间的基因重新组合，以便使不同亲本的优良基因组合到一起、从而创造出对人类有益的新品种。

   课本的遗传图解就是一个很规范的育种方案，它是以文字的形式，从性状的角度来阐述杂交育种的过程。同学们在书写时，要依据基因的自由组合规律的原理，把每一代的可能表现型都正确的写出，从杂种第二代就可以选出我们需要的品种。选育出的新品种必须是纯合子，否则其后代就会因为发生性状分离而失去优势。这里，同学们可能发现了问题：隐性性状的品种肯定是纯合子，但显性性状的品种就有可能是纯合子、也有可能是杂合子，该如何鉴定呢? 如果我们需要的性状是显性性状，育种时就用亲本的杂交后代连续自交，逐步淘汰，直到不再发生性状分离为止；如果我们需要的性状是隐性性状，育种时就从杂种二代中直接选用。

遗传图解有更简洁的表示方法，即用我们在第一章所学的基因型的方式来表示。

以课本的两个小麦品种杂交为例:如果小麦中，高产（A）对低产（a）是显性，不抗病（B）对抗病（b）是显性，我们需要的是高产抗病的纯种，假定两个亲本小麦品种都是纯合子，请绘出育种过程的基因型图解。

学生：每人都在作业本上尝试书写，请两位同学在黑板上书写。

教师: 点评，并示范书写过程如下：

P       AABB  X  aabb
　   　        ↓　   ↓
　   配子      AB      ab
　　        ↓　   ↓
　    F１         AaBb

F２   基因型　 1/16 AABB      1/16 aaBB    1/16   AAbb     1/16  aabb
2/16 AaBB      2/16 aaBb    2/16   Aabb

                      2/16 AABb

4/16 AaBb

表现型  9/16高产不抗   3/16低产不抗　3/16高产抗病   1/16 底产抗病

根据自由组合定律，在F２  中高产抗病（一显一隐）品种占总数的3／16。
　  思考:我们得到的这种具有杂种优势的品种可以代代遗传吗？
　  学生:不可以，因为其中有2/16的植株是杂合体，它的下一代会出现性状分离。
　　教师：那么，如何能得到可以代代遗传的优势品种？
　　学生：要想得到可以代代遗传的优势品种，就必须对在F２  中所得到表现型为高产抗病（一显一隐）的植株连续自交和育种，逐步淘汰不符合要求的植株，直到不再发生性状分离，就是我们要选育的能够稳定遗传的纯合子新品种――AAbb。 

思考：我们选育出的纯合子新品种――AAbb，在F２ 所有的后代中的概率是1/16。哪么它在F２的高产抗病后代中的概率又是多少？

学生：  1/3。

教师：通过上述分析，请给杂交育种下一个合理的定义。

学生：杂交育种就是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，就得到新品种的方法。

教师：请举出我国在杂交育种方面成就。

学生：袁隆平的杂交水稻，中国荷斯坦牛等

教师：综上所述杂交育种的优点是很明显的，但是在实际操作中，会遇到不少困难。请从杂交后代可能出现的类型，以及育种时间等方面，分析杂交育种方法的不足。

学生:分组讨论，各小组选派代表回答。

教师:杂交育种只能利用已有基因的重组，按需选择，并不能创造新的基因。杂交后代会出现性状分离现象，育种进程缓缦（一般需5至7年），过程繁琐。这些都是杂交育种方法的不足。有没有更好的育种方法来弥补这些缺点呢？

2、诱变育种

学生：分组讨论。

教师提示：从变异的角度去思考。并举例说明其可行性。

学生1：利用基因突变的原理，用辐射方法处理大豆，可以培育优良的大豆品种。如:黑农五号。

学生2：利用基因突变的原理，利用返回式卫星和高空气球搭载农作物种子，使种子在空间条件下发生基因突变，进行农作物遗传性状的改良。如：卫星“87－2”青椒、“航育1号”水稻、“豫麦13号小麦”等。

学生3：利用基因突变的原理，对青霉菌多次进行X射线、紫外线照射以及综合处理，培育了高产菌株。

学生4、利用基因突变的原理，进行核技术诱变育种，可培育出优良的粮食、蔬菜、水果、花卉品种。

教师:同学们的知识面很广，介绍了许多诱变育种的方法，请给诱变育种一个合理的定义。

学生：诱变育种就是利用物理因素（如X射线、r射线、紫外线、激光等）或化学因素（亚硝酸、硫酸二乙脂等）来处理生物，使生物发生基因突变。从而在短时间内获得更多的优良变异类型的育种方法。

教师：与杂交育种相比，诱变育种有什么优点？联系基因突变的特点，谈谈诱变育种的局限性。要想克服这些局限性，可以采取什么办法？

学生：诱变育种的优点是能够提高突变率，在较短的时间内获得更多的优良变异类型。诱变育种的局限性是诱发突变的方向难以掌握，突变体难以集中多个理想性状。要想克服这些局限性，可以扩大诱变后代的群体，增加选择的机会。

教师：可见科学与技术的发展与社会的发展有着相互影响、相互制约的关系，请简单的叙述他们之间的这种关系。

学生：遗传变异规律在促进经济与社会发展方面的有着重要的价值，遗传变异规律的发展直接促进了经济与社会发展。但是，在某一历史阶段，由于科学认识的局限性，科学技术总会存在一些难以解决的问题，这些问题阻碍了生产力的提高。随着科学认识的不断深入，技术上的问题得以解决，生产力也随之提高；社会生产力的提高，又能反过来促进科学技术的发展。

四、教师精讲

杂交育种就是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，就得到新品种的方法。

诱变育种就是利用物理因素（如X射线、r射线、紫外线、激光等）或化学因素（亚硝酸、硫酸二乙脂等）来处理生物，使生物发生基因突变。从而在短时间内获得更多的优良变异类型的育种方法。

杂交育种的优点：方法简单，容易操作；但是，杂交育种只能利用已有基因的重组，按需选择，并不能创造新的基因。杂交后代会出现性状分离现象，育种进程缓缦，过程繁琐。

诱变育种的优点：是能够提高突变率，在较短的时间内获得更多的优良变异类型。但是，诱变育种的诱发突变的方向难以掌握，突变体难以集中多个理想性状。需大量处理供试材料。

两种育种方法都为我们创造许多优良的品种，育种技术的发展为我们的社会经济创造了许多价值，我国作为目前世界上能发射返回式卫星的三个国家之一，在作物空间技术育种方面已经进入世界先进行列。

五、评价反馈

教师：在上一章我们已经学习了多倍体育种、单倍体育种的方法，现在请同学们列表比较：杂交育种、诱变育种、多倍体育种、单倍体育种在方法、原理、优缺点的异同点。

学生:在作业本上列表比较。教师随机抽几位同学的表格在实物投影仪上展示，学生点评。

六、课堂小结

四种育种方法的比较:

七、布置作业

课本P101 练习。

八、课后拓展

下图表示以某种农作物（1）和（2）两个品种为基础，培育出（4）、（5）、（6）、（7）四个品种的过程。根据下图，回答下列问题：

    （1）用<1>和<2>培育出<5>所采用的方法I和II分别称为_______和_______，其培育出<5>所依据的原理是_______。

    （2）由<3>培育出<4>的常用方法III是_______；由<4>培育成<5>的方法V称_______，其优点是_______。

    （3）由<3>培育出<6>的常用方法IV是_______，其形成的<6>称_______。

    （4）由<2>培育出<7>的方法VI是_______。

   【解析】这是一道有关育种方式的学科内综合题，根据四种育种方式的育种原理，分步解析如下：

（1）用<1>AABB和<2>aabb培育出<5>AAbb，需分两步走，第一步AABB与aabb进行杂交得<3>AaBb，所以方法I为杂交育种：第二步让AaBb自交，选出符合要求的AAbb和Aabb两种后代的个体，AAbb和Aabb在外观上无法区别，因此需将AAbb和Aabb再分别自交，观察后代性状无分离者为AAbb，所以方法II为自交，所依据的原理是基因的自由组合规律。

（2）由<3>AaBb培育成<4>Ab的常用方法是花粉的离体培养，由<4>Ab培育成<5>AAbb的方法是将Ab的幼苗用秋水仙素处理，使染色体加倍，即人工单倍体育种。

    （3）由<3>AaBb培育成<6>AAaaBBbb的方法，也是用秋水仙素处理AaBb的幼苗或种子，使染色体加倍，AAaaBBbb又被称为多倍体。

    （4）由<2>aabb培育成<7>Aabb，可采用射线照射或药剂处理等人工诱变方式，其依据的原理是在一定的剂量范围内，射线或药剂不能杀死被实验的生物，但能诱发其中一部分个体产生基因突变，使隐性基因a突变为显性基因A。

【答案】.(1)杂交   自交，  基因重组；

（2）花药离体培养；  人工诱导染色体加倍，缩短育种年限；

（3）人工诱导多倍体，多倍体

（4）采用射线照射或药剂处理等人工诱变方式

【板书设计】

小麦高产（A）对低产（a）是显性，不抗病（B）对抗病（b）是显性，选育高产抗病的纯种，假定两个亲本小麦品种都是纯合子。则遗传图解如下：

P       AABB（高产不抗）  X  aabb（低产抗病）
　   　        ↓　            ↓
　   配子      AB                  ab
　　        ↓　            ↓
　    F１               AaBb（高产不抗）

F２   基因型　 1/16 AABB      1/16 aaBB    1/16   AAbb     1/16  aabb
2/16 AaBB      2/16 aaBb    2/16   Aabb

                      2/16 AABb

4/16 AaBb

表现型  9/16高产不抗   3/16低产不抗　3/16高产抗病   1/16 底产抗病

【习题详解】

一、练习 （P101）

（一）基础题

解析：考察对杂交育种和诱变育种的基本原理和过程，只要正确理解其原理和过程 就能较快得出答案。

【答案】：1．B。  2．B。  3．基因突变；X射线；紫外线；激光。

（二）拓展题

提示：可采用杂交育种的方法，遗传图解可参考教科书插图6—1绘制。优点是育种的目的性较强，能够获得具有优良性状、淘汰不良性状的品种。缺点是育种周期长，过程繁琐。

   二、问题探讨 （P98）

提示：此节问题探讨意在结合学生的生活经验，引导学生思考相关的育种方法。教师可充分发挥学生的主观能动性，让学生积极参与讨论。

三、本节聚焦 （P98）

（一）杂交育种的原理是什么？

杂交育种依据的遗传学原理就是：基因的自由组合规律，即通过杂交，是生物不同品种间的基因重新组合，以便使不同亲本的优良基因组合到一起、从而创造出对人类有益的新品种。

（二）什么是诱变育种？

诱变育种就是利用物理因素（如X射线、r射线、紫外线、激光等）或化学因素（亚硝酸、硫酸二乙脂等）来处理生物，使生物发生基因突变。从而在短时间内获得更多的优良变异类型的育种方法。

（三）杂交育种和诱变育种各有哪些优点和不足？

杂交育种的优点：方法简单，容易操作。但是，杂交育种只能利用已有基因的重组，按需选择，并不能创造新的基因。杂交后代会出现性状分离现象，育种进程缓缦，过程繁琐。

诱变育种的优点：是能够提高突变率，在较短的时间内获得更多的优良变异类型。但是，诱变育种的诱发突变的方向难以掌握，突变体难以集中多个理想性状。需大量处理供试材料。

四、思考与讨论一 （P99）

杂交育种只能利用已有基因的重组，按需选择，并不能创造新的基因。杂交后代会出现性状分离现象，育种进程缓缦，过程繁琐。这些都是杂交育种方法的不足。

五、思考与讨论二 （P100）

诱变育种的优点是能够提高突变率，在较短的时间内获得更多的优良变异类型。诱变育种的局限性是诱发突变的方向难以掌握，突变体难以集中多个理想性状。要想克服这些局限性，可以扩大诱变后代的群体，增加选择的机会。