基因工程

　　【设计理念】

　　根据高中生物课程标准的四个基本理念,高中生物学教学重在提高学生的生物科学素养,倡导探究性学习,培养学生的创新精神和实践能力。新课程对生物学教师和生物学教学都提出了新的要求，面对新课程，生物学教师要通力打造一个融启发性、创造性、自主性、交互性于一堂的生物课堂教学氛围。在生物学教学中，如何贯彻并达成新课程倡导的教学理念呢？在教学中认真落实主体性教学，注重课堂动态生成变资源的开发与利用,以切实提高学生的科学探究能力，训练学生科学的思维方法。

　　【教学目标】

　　1、知识与技能

　　(1)简述杂交育种和诱变育种的概念，举例说明杂交育种和诱变育种方法的优点和不足。（简述杂交育种和诱变育种的作用及其局限性。）

　　(2)举例说明杂交育种、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) 讨论从杂交育种到基因工程这一科技发展历程中，科学、技术和社会的相互作用。

　　(2) 通过对我国杂交育种和诱变育种成果的了解，关注我国的育种技术的发展及在国际上的竞争能力，认同育种技术的改进对解决粮食危机等问题的重要性。

　　(3)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。

　　【教材分析】

　　本节在学习生物遗传变异的基础知识、了解遗传变异基本规律的基础上，而且生物育种知识是高中生物新课程教学中的重点知识，该知识内容不仅是必修2的学习主线之一，还与选修3现代生物科技专题中的基因工程专题有密切的联系，进一步引导学生认识遗传学的知识是怎样用于指导生产实践、提高和改善生产技术，最大限度地满足人类不断增长的物质需要的，通过该内容的分析学习，还可以训练学生的各方面能力。

　　【学情分析】

　　初中生物课中关于人类应用遗传变异原理培育新品种的内容，使学生对选择育种与杂交育种有了初步的了解。在本书前几章的学习中，学生又学习了分离定律与自由组合定律，为理解传统育种方法所依据的遗传学原理打下了基础。在本节教学中，教师可以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。

　　【课时安排】 1课时

　　【教学准备】教师根据下面几方面制作多媒体课件

　　1、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。

　　2、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。

　　3、师生互动

　　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。教师要提倡或维护生生、师生平等交流互动的人际关系，教师要运用各种方法，促进师生和生生的思维碰撞和情感的交流，达到《标准》对知识、情感、能力目标的要求。

　　【教学过程】

　　教师活动

　　学生活动

　　设计意图

　　教师组织学生展示课前收集的关于选择育种和杂交育种的资料（以图片为主）

　　提出问题：

　　1.古印第安人是最早选择和培育玉米的，最突出的贡献是选育了果穗硕大、淀粉含量高的玉米。请分析古印第安人培育玉米的方法所隐含的遗传学原理及其优缺点。

　　教师在学生阅读教材的基础上，组织学生交流上述问题。

　　【学情预设】若学生不能较好地回答上述问题，教师可以通过对问题的分解，实施进一步的引导：

　　（1）古印第安人培育玉米的方法称为   。

　　（2）这里的“选择”的含义是      。

　　（3）“用作祭祀的玉米是在隔离条件下种植的”其中“隔离”作用是      。

　　（4）选择育种的优缺点是        。 

　　选择育种的局限性是：只能利用生物在自然环境条件下产生的有限变异，在已有的性状组合中选育优良品种。 

　　请同学们阅读课本的“问题探讨”并提出问题： 

　　教师检查，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。

　　学生的资料展示和交流

　　学生阅读资料，学生带着问题阅读教材p98页并作答。

　　学生作答：

　　（1）选择育种

　　（2）汰劣留良

　　（3）防止质劣玉米与选择的具有优良性状的玉米杂交，使优良性状得到不断的积累。

　　（4）优点：技术简单、容易操作。

　　缺点：选择范围有限，育种周期长。

　　分组讨论。学生把设想描述出来。听课的同学对各方案进行评价。

　　激发学生的探究欲望和学习兴趣。

　　师生共同解决问题，运用现代遗传学知识为学生阐明“选择育种”做铺垫。培养学生的概括能力和理解能力。

　　现在我们来分析各方案是否科学规范。引导学生讨论并指出其优点和不足，以及自己的疑问。

　　教师：点拨、解答同学们的问题：

　　（1）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。

　　（2）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。

　　（3）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。

　　教师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，请绘出育种过程的遗传图解：

　　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 低产抗病

　　【学情预设】：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:（1）我们得到的这种具有杂种优势的品种可以代代遗传吗？

　　（2）如何能得到可以代代遗传的优势品种？

　　（3）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？

　　教师引导，总结教材p99页的杂交育种的概念。

　　请举出我国在杂交育种方面成就。

　　【学情预设】：与选择育种比较，杂交育种有什么优点？

　　【思考与讨论】：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。有没有更好的育种方法来弥补这些缺点呢？

　　二、诱变育种

　　教师引导学生回忆基因突变的内容。

　　利用基因突变的原理应用在育种中，就发展为一种新的方法——诱变育种。

　　教师引导学生阅读教材p100页，教材列举了哪些诱变育种的实例？

　　教师通过大量的图片资料介绍了诱变育种的实例 

　　教师总结：诱变育种的概念指什么？

　　教师引导，组织开展生生、师生的讨论

　　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？

　　教师小结：

　　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。

　　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。

　　出示部分学生的遗传图解

　　学生疑问：

　　（1）杂交育种蕴含着哪些遗传学规律？

　　（2）培育出的一个新品种，如何判断它是否符合预期的要求呢？

　　（3）有没有更简洁的遗传图解呢？

　　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。 

　　（1）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。

　　（2）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。

　　（3）1/3。 

　　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。

　　袁隆平的杂交水稻，中国荷斯坦牛等 

　　能将两个不同品种的优良性状集中在一起，产生新的性状组合的新品种；育种的目的性较强。

　　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。

　　学生回忆学过的知识，并交流和讨论：

　　基因突变：诱发基因突变的因素（物理因素、化学因素和生物因素） 

　　如黑农五号；卫星“87－2”青椒、“航育1号”水稻、“豫麦13号小麦”等；青霉菌高产菌株等。

　　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。

　　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。

　　结合学生的生活经验，引导学生思考相关的育种方法。

　　充分发挥学生的主观能动性，让学生积极参与讨论。

　　运用自由组合定律的知识和书写遗传图解的技能解释杂交育种中的基因重组的现象。

　　培养学生的问题意识，给予学生发散思维、启动已有知识的空间。培养学生运用所学的知识和技能解决实际问题的能力。

　　理解杂交育种在产生f1代后，还需要经过选择和培育形成能稳定遗传个体的过程。

　　培养学生提炼和归纳能力。 

　　突出杂交育种的局限为后续学习埋下伏笔。

　　师生共同解决疑惑的问题，强化对概念的学习。 

　　掌握基本概念 

　　培养自学能力，使学生在反馈、思考中进一步突破难点。

　　四种育种方法的比较

　　杂交育种

　　诱变育种

　　多倍体育种

　　单倍体育种

　　处理

　　杂交

　　用物理、化学因素处理生物，

　　用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗

　　花药离体培养

　　原理

　　通过基因重组，把两个亲本的优良性状的组合在同一个后代中，从而产生符合要求的新类型。

　　用人工方法诱发基因实变，产生新性状，创造新品种或新类型。

　　抑制细胞分裂中纺锤体的形成。使染色体的数目加倍后不能形成两个细胞。

　　诱导精子直接发育成植株，再用秋水仙素加倍成纯合子。

　　优缺点

　　方法简单，容易操作。

　　不能创造新的基因，育种进程缓缦，过程繁琐。

　　能提高变异的频率，大幅改良某些性状，变异性状较稳定，可加速育种进程。

　　有利变异少，需大量处理供试材料，诱发突变的方向难以掌握，突变体难以集中多个理想性状。

　　器官较大，营养物质含量高。

　　发育延迟，结实率底。

　　自交后代不发生性状分离，可缩短育种年限（2年）。

　　方法复杂，成活率低。

　　实例

　　小麦高茎（易倒伏）、抗锈病的纯种与矮茎（抗倒伏）易染病的纯种进行杂交，培育出矮茎抗锈病小麦品种。

　　青霉菌经x射线、紫外线照射以及综合处理，培育出青霉素产量很高的菌株

　　三倍体无籽西瓜、八倍体小黑麦。

　　抗病植株的育成。

　　【知识链接】

　　1、杂种优势与杂交育种的区别

　　杂种优势是生物界普遍存在的现象。它是指基因型不同的亲本个体相互杂交产生的杂种第一代，在生长势、生活力、繁殖力、抗逆性、产量和品质等一种或多种性状上优于两个亲本的现象。杂种优势具有以下特点：杂种优势不是某一两个性状单独表现突出，而是许多性状综合表现突出；杂种优势的大小，取决于双亲的遗传差异和互补程度；亲本基因型的纯合程度不同，杂种优势的强弱也不同；杂种优势在f1代表现最明显，f2代以后逐渐减弱。杂种优势在性状上表现为不同类型，如营养体发育较旺的营养型、生殖器官发育较旺的生殖型和对外界不良环境适应能力较强的适应型。育种实践上，人们常利用杂种优势获得较好的经济性状。

　　早在多年前，我国劳动人民就用马和驴交配而获得体力强大、耐力好的杂种──骡，首创了利用杂种优势的先例。杂种优势在植物中更是非常普遍的现象。为什么杂交种f1会有优势呢？这是一个比较复杂的问题，人们从多个方面对其机理进行了研究。一种比较通俗的解释是：一般来说，多数显性基因有利于个体的生长发育，而相对的隐性基因不利于生长和发育。通过杂交，亲本双方带入子代杂合子中的显性（有利）基因掩盖了隐性（有害）基因，因而表现出有利于生长发育的杂种优势。

　　杂交育种通常是指把不同遗传类型的动物或植物进行交配，使优良性状结合于杂种后代中，通过培育和选择，创造出新品种的方法。它是动植物育种工作的基本方法之一。在杂交育种中应用最为普遍的是品种间杂交(两个或多个品种间的杂交)，其次是远缘杂交(种间以上的杂交)。

　　生产上，常常把用杂交方法培育优良品种或利用杂种优势都称为杂交育种，事实上，两者之间是有区别的。杂交育种过程就是要在杂交后代众多类型中选留符合育种目标的个体进一步培育，直至获得优良性状稳定的新品种。杂交育种不仅要求性状整齐，而且要求培育的品种在遗传上比较稳定。品种一旦育成，其优良性状即可相对稳定地遗传下去。杂种优势则主要是利用杂种f1代的优良性状，而并不要求遗传上的稳定。作物育种上就常常在寻找某种杂交组合，通过年年配制f1代杂交种用于生产的办法，取得经济性状，而并不要求其后代还能够保持遗传上的稳定性。

　　2、太空育种简介

　　太空育种主要是利用返回式卫星和高空气球所能达到的空间环境，通过强辐射、微重力和高真空等条件诱发植物种子的基因发生变异的作物育种新技术。经历过太空遨游的农作物种子返回地面后再进行种植，不仅植株明显增高增粗，果型增大，而且品质也得到提高。

　　我国从1987年开始太空育种。1987年8月5日我国发射的第9颗返回式卫星首次搭载了青椒、小麦、水稻等一批种子，开始了我国太空育种的尝试。至今，我国已先后8次进行了太空育种试验。经过太空育种的青椒、番茄、黄瓜、水稻等作物，高产优质、抗病性强。美国曾进行过玫瑰的太空育种，希望获得玫瑰油产量高的突变体；俄罗斯曾经进行过圣诞树的太空育种，现在大面积种植在西伯利亚和哈萨克斯坦地区，从太空回来的圣诞树长得非常高大。 

　　【板书设计】第6章     从杂交育种到基因工程

　　第1节   杂交育种和诱变育种

　　一、选择育种：利用自然条件下的生物变异，汰劣留良，长期选择，培育优良品种。

　　二、杂交育种

　　三、诱变育种

　　【设计思路】

　　【教学反思】

　　由于很多内容学生已经学习过如基因的自由组合定律、基因突变以前都学过，所以我采用采用温故知新—杂交育种的技术方法—诱变育种的技术方法—知识扩展—总结的方法来讲授新知识。本节课的设计也能把理论与实践充分地结合在一起，例如在杂交育种技术的学习中，教师举例：利用高抗和矮感的小麦来设计如何出矮抗的小麦。通过学生的动手操作，使知识更能贴近生活，学以致用。课程改革的目标要求教师应具备对知识体系熟练，应对课堂教学要自如，教学中注重学生的差异性。在教学中教师能注重学生的差异性，例如在杂交育种的设计实验中，大部分同学不太理解最后得到矮抗的比例，教师能放慢教学一步步解释。同时，该教师教态自然、随和，给学生以亲近的感觉。

　　本节课有很多相似、相关知识点，学生易混淆。我提出问题引导学生对其进行比较。如 “四种育种方式的区别”。

　　本节课失误也很多，在学习这两种育种方法时应注意承上启下，每一种育种方法有它的优点同时也存在不足，从而引出另一种育种方法;提问太多导致浪费很多时间；板书不细致；时间安排不太合理，前松后紧；学生看书时间太多；课改思想体现的不多等。