第三章 遗传和染色体
第三节 染色体变异及其应用
第3课时 染色体变异在育种上的应用
● 教材分析
▍教学目标
知识目标：
1.简述多倍体育种、单倍体育种的原理、方法及特点
2．举例说出多倍体育种、单倍体育种在生产上的应用
能力目标：
1.通过了解自然条件下多倍体的形成，掌握人工诱导多倍体的方法及应用。
2.理解单倍体在育种上的意义，与杂交育种进行比较，对学生进行比较、分类思维能力的训练。
情感态度与价值观目标：
通过人工诱导多倍体的形成、单倍体育种的意义的知识和实例，帮助学生建立科学为社会生产、生活服务的意识，以及进行内因与外因辩证统一的观点教育。
▍教学重、难点
教学重点：
1．多倍体育种的原理、方法及特点
2．单倍体育种的原理、方法及特点
教学难点：
单倍体育种的方法及特点
▍课前准备
学生：
课前预习，阅读课本；收集无籽西瓜、多倍体草莓等资料
教师：
制作课件，精选一些图片
● 教学流程及分析
▍流程一：导入新课
【教师活动】
拿出大、小两种草莓，请同学代表品尝，并说出各自的口感。进一步要求尝试说明原因。
【学生活动】
设计思想
利用品尝草莓这件事情，调动大家学习的积极性，增加课堂情趣。使学生意识到染色体变异的个体对生产实践存在影响。
思考讨论：草莓体积的大小仅仅是因为营养的不同吗？
▍流程二：新课学习
一、多倍体的特点
【教师活动】
出示大、小草莓，普通西瓜与无籽西瓜，香蕉等图片，告知学生它们相对于正常的二倍体而言，都属于多倍体了。提问：请大家比较一下它们在形态方面的区别。
【学生活动】
归纳：1、个体较大
2、果实、种子等器官大、营养物质多
3、生长速度慢，生长周期延长。
【教师活动】
在学生归纳的基础上完善补充。再配合一些生长状态下的图片，可以看出多倍体一般具有以下特点：
1、茎杆粗壮
2、叶片、果实和种子都比较大
3、糖类和蛋白质等营养物质的含量也较高
4、生长慢，发育延迟，结实性差
【学生活动】
设计思想
从具体事例着手分析多倍体的特点，形象直观。学生容易接受多倍体在育种上确实有价值，从而激发学生进行下一步学习的兴趣，如何得到这样的多倍体呢？
学生体会，记忆，理解，进一步思考为什么会有这样的特点？
教师过渡：多倍体的植物在我们日常生活中还是比较普遍的，比如帕米尔高原上60%以上的植物都是多倍体，大家想想为什么呢？能联系我们学习过的细胞分裂的知识思考一下染色体数加倍的原因吗？
二、多倍体形成的原因
【教师活动】
启发学生思考：一般认为，当植物体的内外环境发生骤变时，正在分裂的细胞中的纺锤体有可能受到破坏，已经复制的染色体不能分配到两个子细胞中，于是就形成了染色体组加倍的细胞。这个过程一般发生在细胞分裂的什么时期？只有有丝分裂的过程才可能吗？
组织学生讨论
【学生活动】
讨论时可能出现疑问：纺锤体的形成在前期，发挥作用在后期。如果能人为地在前期抑制纺锤体的形成，后期时着丝点还能分裂吗？
教师解决疑问：研究表明着丝点的分裂与是否有纺锤丝的牵引无关，所以细胞是可以正常分裂的。这个过程有丝分裂和减数分裂都能发生。
【教师活动】
PPT展示无籽西瓜的培育过程，同时讲解：
根据秋水仙素可以抑制纺锤体的形成的原理，用秋水仙素处理萌发的二倍体西瓜的种子或幼苗，使其染色体组加倍，得到四倍体植株，作为母本；再用二倍体的西瓜作为父本，进行杂交；得到三倍体的种子。第二年将种子种下去，长成植株，授以二倍体的花粉，刺激果实的发育，由于三倍体在进行减数分裂时同源染色体不能正常联会、分离，导致联会紊乱，无法形成正常的配子，没有受精卵形成，就无法发育成种子。而果肉、果皮部分是由母本的体细胞发育而来，所以仍可以发育。这样就获得了无籽西瓜。
要求学生进一步归纳：无籽西瓜培养过程的方法和原理
【学生活动】思考回答
方法：秋水仙素处理萌发的种子或幼苗、杂交
原理：染色体数目的变异
秋水仙素的作用原理：抑制纺锤体的形成，使染色体数目加倍
多倍体的特点：多倍体植物器官大，产量高，营养丰富，但结实率低，成熟迟。
设计思想
从无籽西瓜培育的过程入手，分析各步骤进行的方法和原理，在理解的基础上形成记忆，重点掌握秋水仙素的作用、处理方法，为什么会无籽的原因。
三、单倍体育种
【教师活动】
过渡：既然能够利用染色体数目加倍进行育种，那么染色体数减半对育种有没有启示呢？什么细胞中染色体数目是减半的？
【学生活动】
回答：配子中染色体数目减半。
【教师活动】
由配子直接发育而来的个体是单倍体。单倍体长势弱小，高度不育，看似没有什么价值，但科技人员利用秋水仙素的作用原理，可以使单倍体植株的染色体数目加倍，是否就可以利用了呢？
出示杂交育种的过程图
分析其优缺点，特别是缺点：育种时间长
讲解单倍体育种的过程
提问：如何获得单倍体呢？
回答：花药离体培养
讲解：该过程类似于植物的组织培养，技术要求高，普通农民是无法操作的，只有在无菌无毒的条件下，实验室中才能成功。这也是它没有杂交育种普遍的原因。
出示单倍体育种的过程图解：
P 高秆抗病 × 矮秆不抗病
DDTT ddtt
↓ ↓ 第一年
配子 DT dt
F1 DdTt 高秆抗病
↓ ↓
配子 DT Dt dT dt
↓ ↓ ↓ ↓花药离体培养
单倍体幼苗 DT Dt dT dt 第二年
↓ ↓ ↓ ↓秋水仙素处理
纯合正常植株 DDTT DDtt ddTT ddtt
↓筛选
ddTT矮秆抗病
进一步分析图解：
第一年进行的是杂交育种的第一步，杂交，得到F1代，基因型是DdTt。第二年利用F1的花药进行花药离体培养，获得单倍体植株的幼苗，再用秋水仙素处理该幼苗，使染色体组加倍，染色体数目也加倍，染色体上的基因也随之加倍，这种方法一下子就获得了纯合子，自交后代不会发生形状分离，筛选出符合要求的品种矮秆抗病的类型，即可做种。这样两年就获得了纯合的矮秆抗病类型，要比杂交育种的时间短得多，因此单倍体育种最大的优点就是明显缩短育种年限。
进一步提问：这里秋水仙素作用的对象和多倍体的一样吗？
回答：不同，这里只能处理萌发的单倍体幼苗，没有种子可处理。
小结：单倍体育种的方法、优缺点、原理
方法：花药离体培养、秋水仙素处理单倍体植株的幼苗
优点：明显缩短育种年限
原理：染色体数目的变异
设计思想
单倍体育种的过程较为复杂，采用比较的方法，与杂交育种比较，秋水仙素的处理对象在单倍体和多倍体育种中也不同。通过比较学生更容易理解其优点：明显缩短育种年限。
四、实验
低温诱导植物染色体数目的变化
原理：
进行正常有丝分裂的植物分生组织细胞,在有丝分裂后期,染色体的着丝点分裂,子染色体在纺锤丝的作用下,分别移向两极,最终被平均分配到两个子细胞中去。
用低温处理植物分生组织细胞，能够抑制纺锤体的形成，以至影响染色体被被拉向两极，细胞也不能分裂成两个子细胞，使植物细胞染色体数目发生变化。
材料用具：
洋葱或大葱、蒜均为二倍体，体细胞中染色体数为16，培养皿，滤纸，纱布，烧杯，镊子，剪刀，广口瓶，显微镜，载玻片，盖玻片，冰箱，卡诺氏液，改良苯酚品红染液，质量分数为15%的盐酸，体积分数为95%的酒精溶液。
实验步骤：
1、培养洋葱根尖
将洋葱放在装满清水的广口瓶上，让洋葱的底部接触水面。待根长至1cm左右时，将整个装置放入冰箱4℃下诱导培养36h。
2、取材
剪取诱导处理的根尖0.5～1cm，放入卡诺氏液中浸泡0.5～1h，以固定细胞的形态，然后用体积分数为95%的酒精冲洗2次。
3、制作装片
解离、漂洗、染色和制片4个步骤。
4、观察装片
先用低倍镜观察再用高倍镜观察。
▍流程三：课堂反馈
1．下列哪种植株可确定为单倍体 （ ）
A．高度不育的植株 B． 无性繁殖生成的植株
C．花药离体培养长成的植株 D． 利用秋水仙素处理过的植株
2．普通小麦为六倍体，体细胞有42条染色体，科学家用花药离体培养方法培育出的小麦幼苗是 （ ）
A．三倍体，含三个染色体组，21条染色体
B．单倍体，含三个染色体组，21条染色体
C．六倍体，含六个染色体组，42条染色体
D．单倍体，含一个染色体组，21条染色体
3．用花药离体培养出马铃薯单倍体植株，当它进行细胞减数分裂时，可观察到染色体两两配对，共有12对，据此现象可推知产生花药的马铃薯是 （ ）
A．二倍体 B．三倍体 C．四倍体 D．多倍体
4．用秋水仙素处理是使细胞内染色体加倍的有效方法，因为秋水仙素能 （ ）
A．使细胞内染色体复制两次，细胞只分裂一次
B．作用于正在分裂的细胞，抑制纺锤的形成
C．使细胞的染色体只能复制，不能分裂
D．使细胞内染色体不能复制和分裂
5．自然界中多倍体植物的形成，主要是受外界条件剧烈变化的影响而形成的，这种“剧烈变化”的条件对细胞的作用，相当于下列哪种条件对细胞的影响 （ ）
A．射线 B．激光 C．秋水仙素 D．生长激素
6．用纯种的高杆(D)抗锈病(T)小麦与矮杆(d)易染锈病(t)小麦培育矮杆抗锈病小麦新品种的方法如下：高秆抗病×矮秆易染病—1→F1—2→雄配子—3→幼苗—4→选出符合要求的品种。下列有关此种育种方法的叙述中，正确的是 （ ）
A．这种育种方法叫杂交育种 B．过程2是有丝分裂
C．这种方法的最大优点是缩短育种年限 D．过程3必须经过受精作用
7．已知某小麦的基因型是AaBbCc，三对基因分别位于三对同源染色体上，利用其花药进行离体培养，获得N株小麦，其中基因型为aabbcc的个体约占 （ ）
A． N/4 B．N/8 C．N/16 D．0
8．水稻的某3对相对性状分别由位于非同源染色体上的3对等位基因控制。利用它的花药进行离体培养，再用浓度适当的秋水仙素处理。经此种方法培育出的水稻植株，其表现型最多可有 （ ）
A．l种 B．4种 C．8种 D．16种
9．单倍体育种可以明显地缩短育种年限，这是由于 （ ）
A．培养技术操作简单 B．单倍体植物生长迅速
C．后代不会发生性状分离 D．单倍体植物繁殖条件要求低
10．以下是小麦的几种育种方法，涉及的小麦两种相对性状独立遗传，据此回答：
A．高秆白粒小麦×矮秆红粒小麦→Fl→ F2→稳定遗传的矮秆白粒小麦
B．高秆抗锈病小麦×矮秆染锈病小麦→Fl→花粉→a→稳定遗传的矮秆抗锈病小麦
① ②
C．二倍体西瓜→四倍体西瓜×二倍体西瓜→三倍体西瓜
（1）A组与B组的育种方法相比，育种年限较短的是 。
（2）B组育种方法所产生的a是 倍体。
（3）在A组中，由Fl到F2，育种工作者采用的方法是 。B组a代表的
个体通常具有的特点是 。
（4）C组的育种方法中①过程采取的方法是 。三倍体上结出的西瓜没有种子的原因 。
答案：1—5 CBCBC 6—9 CDCC
10.（1）B （2）单 （3）自交 长势弱小，高度不育 （4）秋水仙素处理萌发的种子或幼苗 三倍体植株减数分裂时联会紊乱，不能产生正常的配子
●教学感悟（反思）
本节内容是高中生物教材的重点和难点，我觉得本节在细节问题上处理较好的是多倍体的特点，由学生通过具体形象的实物分析得出；单倍体育种的过程，有意识地将单倍体育种与杂交育种进行点对点的比较，优缺点一目了然。本人摒弃了老师干讲的单一教学，大胆的组织学生讨论，质疑，联系事例进行形象生动教学。最后又设置了相关的巩固练习进行巩固，收到了较好的教学效果。在教学过程中也发现了两个方面的问题：第一，学生已有的认知基础较薄弱，教学时应注意由浅入深，降低学生的认知难度；第二，学生发散思维能力需要加强，教学过程中要让学生学会科学探究的思想方法，以后解决相关问题时可以举一反三。
不过我感觉对多倍体形成过程的理解还有不够巧妙的地方，敬请各位同仁进行指导，以便于我能在以后的教学中进一步提高。
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