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第六章 从杂交育种到基因工程
第1节 杂交育种诱变育种
教学设计
一、 教学目标
1、知识方面
（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
（2）举例说明杂交育种和诱变育种在生产实践中的应用。
（3）讨论遗传和变异规律在生产实践中的应用
2、能力方面
通过对杂交育种和诱变育种的实例的分析和比较，提高运用遗传和变异规律解决生产、生活中的问题的能力。
3、情感态度和价值观
（1）讨论育种科学技术发展是科学、技术与社会相互作用
（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
（3）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。
二、教学重点和难点
1.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
2.教学难点
杂交育种和诱变育种的优点和局限性
【教学方法】：谈话法、讨论法、引导分析法
【教学用具】：教师课件
【课时安排】：1课时
三、教学过程
问题情境导入：
上世纪九十年代，美国著名农业和生态学者布朗曾抛出“中国威胁论”，撰文说，到21世纪三十年代，中国人口将达到16亿，到时谁来养活中国，谁来拯救由此引发的全球性粮食短缺和动荡危机。
实际上不仅中国面临着粮食问题，全世界都在面对粮食危机。民以食为天，人类从未停止过对饥饿的抗争，从未停歇过对粮食的渴望。而解决粮食问题的一种非常重要的方法就是培育高产优质的农作物新品种。
一、选择育种：
在农作物育种方面，我国科学家做了大量工作，而且取得了很多成绩。图示我国育种成果。实际上我国的育种技术历史悠久，早在几千年前古人就开始选择栽培植物，驯化野生动物。例如：《诗经》中有记载：“种之黄茂”，意思是播种时要选色泽光亮美好的种子，才会长出好苗来。西汉的《氾胜之书》中，记载了“存优汰劣”的人工选择育种的穗选法：“取麦种，候熟可获，择穗大强者”收割下来，收藏好。《齐民要术》指出当时人们不仅会将籽粒硕大而且饱满的种子选择下来，还建立了专门的种子田，把选出来的纯色好穗，另外种植在种子田里，避免与其他种子混杂，而且在收割时，要先收割种子田里的作物，并单独存放。这种古老的育种方法叫做选择育种。
问题：1、选择育种中“选择”的含义是什么？（从自然界中选择品质好的个体进行传代，淘汰不良个体）通过这种方法我们培育出了高产且抗虫害得农作物品种，以及产奶、产肉、产蛋较多的家畜和家禽。
2、选择育种所隐含的遗传学原理是什么？（生物的变异）
3、选择出的优良品种为什么要单独种植？（避免与其他劣质品种杂交，不能优良性状保留下来）
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选择育种是从自然界中的已有的各种变异类型中选择我们需要的品种进行单独培养。经过不断选择，汰劣留良，培育出优良品种。这种育种方法技术简单，容易操作。但也存在严重不足。
4、选择育种的缺点是什么?（育种周期长，只能从自然界已有的变异类型中进行选择，可选范围有限，而且有些品种只在一方面有优势，而另一方面却不良，优良性状存在于不同品种中，无法满足人们日益增长的需要）在实践中，人们逐渐摸索出许多优良的育种方法。
二、杂交育种
问题探讨：
小麦有高杆和矮杆，由D控制的高秆对由d控制的矮杆为线型。我们知道矮杆的小麦抗倒伏，是我们需要的形状。小麦经常受到一种真菌的感染出现锈病。由T控制的抗锈病对由d控制的感锈病为显性。抗锈病是我们需要优良性状。现在高杆抗锈病和矮杆不抗锈病的两纯系品种。你用什么方法能把两个品种的优良性状结合在一起，又能把双方的缺点都去掉？我们肯定要获得的是能够稳定遗传的矮杆抗病品种。将你的设想在草稿纸上用遗传图解表示出来。然后我们请同学把他的设想给我们介绍一下。
子二代出现了我们所需要的矮杆抗病，它们都是可以稳定遗传的吗？要想获得能稳定遗传的矮杆抗病品种，接下来还要怎么做？
我们选择出子二代中的矮杆抗病植株自交。得到的子三代情况是怎样的？
经过多次自交、选育、自交、选育。我们可以获得大量矮杆抗病純合子。
学生回答后展示遗传图解。
问：子二代中矮杆抗病占全部子二代个体比率是多少？
问：子二代的矮杆抗病中杂合子占多大比例？
刚才大家设计的育种方法就是杂交育种。
1、 概念：
什么是杂交育种呢？大家在书上找到杂交育种的概念。（板书）
杂交育种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，获得新品种的方法。杂交育种是改良农作物品质，提高农作物产量的常规方法。
2、 原理：
杂交育种为什么能够将不同品种的优良性状集中在一起？杂交育种依据的遗传学原理是什么？（基因重组）
3、 方法：
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通过刚才的例子我们可以总结出杂交育种的过程是怎样的？
杂交——自交——选育——自交——选育——自交。。。。直至不出现性状分离为止
杂交育种要培育出一个能稳定遗传的植物品种至少要几年？
1、 应用：
大家能不能举出一些杂交育种的例子？
袁隆平的杂交水稻就是通过杂交育种的方法培育出的优良品种，不仅品种优良而且产量很高。在布朗提出“中国威胁论“时，袁隆平向世界宣布：中国完全能解决自己的吃饭问题，中国还能帮助世界人民解决吃饭问题。这是水稻产量的对比。普通水稻，每公顷产量是4500公斤，杂交水稻每公顷产量可以达到7500公斤。预计2010年杂交水稻每公顷产量可达到13500公斤。从1976年到1998年, 推广应用杂交水稻累计增产粮食3.5亿吨,平均每年多解决6000万人口的粮食问题.杂交水稻的大面积推广应用，为我国粮食增产发挥了重要作用。杂交水稻被世界誉为中华民族的“第五大发明” 。
袁隆平的杂交水稻也引起了世界的关注，许多国家的专家到中国来取经，印度、越南等20多个国家和地区还引种了杂交水稻。袁隆平的努力，也为解决世界粮食短缺问题作出了贡献。2001年袁隆平因其为世界粮食安全作出的杰出贡献被授予国家最高科学技术奖。他还被评选为“感动中国2004年度人物” 。颁奖词是这么说的：毕生梦想消除饥饿 ——袁隆平：他是一位真正的耕耘者。当他还是一个乡村教师的时候,已经具有颠覆世界权威的胆识;当他名满天下的时候,却仍然只是专注于田畴,淡泊名利,一介农夫,播撒智慧,收获富足。他毕生的梦想,就是让所有的人远离饥饿。喜看稻菽千重浪,最是风流袁隆平。袁隆平自强不息、勇攀高峰的创新精神、他不畏艰辛、迎难而上的奋斗意志、学习他淡泊名利、奉献社会的思想境界都是值得我们大家好好学习的。
杂交育种除了可用于农作物品质的改良、产量的提高，培育新品种；也用于家禽、家畜的育种。例如现在在我国广泛养殖的中国花白奶牛，也就是中国荷斯坦奶牛就是我国本土黄牛与国外的荷斯坦奶牛杂交后经选育形成的优良品种。泌乳期可达305天，年产乳量可达6300kg以上。
2、 优点：
杂交育种与选择育种相比有什么优点？
杂交育种可将不同品种的优良性状集中在同一生物体上。
3、 不足：
但是在实际操作中会遇到不少困难，请从杂交育种后代可能出现的类型，以及育种时间等方面分析杂交育种的不足。杂交后代会出现性状分离现象，育种进程缓慢，过程复杂。杂交育种的原理是基因重组，因此只能利用已有基因重新组合，按需选择，不能创造出原来没有的新基因。解决育种进程缓慢的问题。我们可以采用什么方法缩短育种进程？（单倍体育种）
简单说明单倍体育种的做法。
三、诱变育种
杂交育种不能创造新基因，产生新的性状。那种变异可以创造新的基因？（基因突变）
怎样做才能使生物产更多可供选择的新基因呢？（用物理因素或化学因素诱发基因突变）这种利用诱发基因突变的因素处理生物以获得新基因的育种方法就是诱变育种。
1、 概念：
在书上划下诱变育种的概念。
利用物理因素如X射线、紫外线、激光等或化学因素（亚硝酸、硫酸二乙酯等）处理生物，使生物发生基因突变的育种方法。
2、 原理：基因突变（诱变育种依据的遗传学原理是什么？）
3、 方法：物理方法(紫外线、α射线、失重等)或化学方法(亚硝酸、硫酸二乙酯等)处理生物，用这些方法处理的生物就是我们所需要的生物吗？再选择符合要求的变异类型
4、 应用：
我国利用诱变育种方法培育出许多农作物新品种，这些新品种具有抗病力强、产量高、品质好等优点。例如我国科学家用X射线和化学诱变剂对大豆进行处理，培育出了“黑农五号” 大豆，这种大豆含油量比原来提高了2.5%，产量提高了16%，。
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除了采用常规的物理辐射和化学诱变剂处理生物外。现代新的方法是用卫星或航天飞船搭载种子，利用宇宙射线来诱导基因突变，这种诱变育种叫太空育种。
我国已成功培育出许多太空作物：
自1987年以来，我国先后17次利用卫星和神州飞船搭载了2000多种份的生物。返回地面后，育成60多个优异的新品种。据有关统计，我国太空育种所培育的新品种，在近4年中累计推广850万亩以上，增长粮食3。4亿斤，创造社会经济效益5亿元以上 。
这是用曾经遨游过太空的青椒种子培育而成的太空椒.与普通青椒相比,太空椒的果实个大,肉厚,口感好,维生素c的含量高,在大田生产中产量比普通青椒的生产量高百分之二十五～百分之三十。
这是太空育种培育出的彩椒，这是航天新品种黄瓜，这里还有太空番茄、太空樱桃等。这是太空育种培育出的巨型南瓜。
诱变育种还可用于微生物育种。
青霉素是一种抗生素，由青霉菌产生。但是1943年从自然界分离出来的青霉菌只能产生青霉素20单位/mL。后来人们对青霉菌多次进行X射线、紫外线照射以及综合处理，培育成了青霉素高产菌株，目前青霉素的产量已达到50000～60000单位/mL。
思考与讨论：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？
5、优点：杂交育种是已有基因重新组合，不能产生新的基因。但是诱变育种可以大大提高基因突变频率，在较短时间内获得更多变异类型。大幅度改良某些性状变异范围广。
6、缺点：由于基因突变具有不定向性，所以诱发突变的方向难以掌握，诱变育种具有盲目性。而且大多数基因突变是有害的。要想获得所需要的优良性状，必须大量处理生物材料，才有可能选择出有利变异个体。突变体难以集中多个优良性状。
总结：我们已经学习了四种育种方法，杂交育种、诱变育种、人工诱导多倍体育种、单倍体育种。接下来，我们列表比较这四种育种方法。我们从四个方面来比较：利用的遗传学原理，方法，优点和缺点。请同学思考回答。
从选择育种到杂交育种再到诱变育种，正是由于认识到已有育种方法的局限性，科学家才不断探索，创造出新的育种技术。是超越已有育种技术的局限性推动了育种技术的发展和完善。诱变育种虽然能够产生新的基因，但产生的仍是控制该种生物本身已有性状的基因。基因重组虽然可以使不同品种生物的优良性状集中在一起，但是这只是在物种内生物的性状进行重新组合。由于物种之间存在生殖隔离。无法将某一物种的优良性状移植到另一物种上。育种学家将如何突破“不能实行种间的基因交流”这一育种技术的局限呢？我们将在下节课找到解决这一问题的方法。
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