高中生物杂交育种与诱变育种》教学案例

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：
杂交育种和诱变育种的优点和局限性。

课时安排
一课时
教学过程
引入：在第五章我们学习了生物遗传和变异的基本原理，大家首先回忆一下生物体产生可遗传变异的三个来源：基因突变、基因重组和染色体变异。

这些理论是从生产实践中总结而来，同时又要进一步应用于生产实践，推动生产实践的发展。

第六章就是研究遗传原理在农业育种方面的应用。

资料分析：（图片展示）
1493年，哥伦布从美洲加勒比海地区把玉米这种农作物带回了欧洲，后来遍及了世界各地。

如今，玉米是世界三大粮食作物之一。

远在古代，印第安人就开始对玉米进行选育，尽管他们并不懂得遗传学，但他们通过对玉米在种植过程中偶尔产生的优良性状进行选择和培育，淘汰不良性状，经过长期的一代代的选育，最终创造出了具有果穗硕大、颗粒饱满、无杂粒等优良性状的玉米品种。

[这种育种方式被称为：]
一、选择育种
1、概念：利用生物的变异，通过长期选择，汰劣留良，就能育出许多优良品种。

2、分析与思考：
在选择育种过程中，被选择保留下来的优良变异来自于哪里?
（答：来自于农作物自然繁殖状态下发生的自发突变。

）
在选择育种过程中，选择过程是如何实现的？
（答：人工选择，即人们根据生产的需要进行选择，汰劣留良。

）
[这种育种方法技术操作简单，在早期人类社会实践中，有着重要的作用，获得了许多具有优良性状的品种。

这种方法只能对物种在自然繁殖时偶尔产生的变异性状进行“汰劣留良”，因此选择范围有限，而且周期长，不能满足生产实践的需要。

由于每种生物都有很多性状，这些性状有的是优良的，有的是不良性状，而且不同的优良性状常存在于不同的品种中。

人们一直设想能够创造出去掉不良性状，
而将优良性状集于一身的作物品种，即培育出具有优良性状组合的新品种，突破选择育种的局限。

那么杂交育种便应运而生。

]
二、杂交育种
1、实例引入
（1）袁隆平与杂交水稻：其集中了穗大、籽粒多、饱满、口感好、高产等许多优良的性状，解决了中国人的粮食问题，被称为“第五大发明”。

（2）骡子：通过驴和马的杂交，继承了驴子耐力好和马的力气大的优点。

[通过这两个例子可以看出，杂交育种最终的目的就是创造将优良性状集于一身的新品种。

那么应该如何操作呢？]
2、问题探究：
（1）植物杂交育种
水稻高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗瘟病（T）对不抗瘟病（t）为显性，现有纯合的高秆抗瘟病的水稻（DDTT）和矮秆不抗瘟病的小麦（ddtt），如果你是育种工作者，怎样才能得到矮秆和抗瘟病这两种优良性状组合的新品种？（请你利用已有的知识写出可能的杂交方式。

）
可能的遗传图解：
方法一：方法二：
P DDTT×ddtt
↓
F1 DdTt
↓自交
F2选矮秆抗病的个体(ddTT、ddTt)
F3
自交
汰劣留良，直到性状不分离
连续自交
淘汰矮秆易染瘟病个体（ddtt）
选矮秆抗病的个体（ddTT、ddTt）
P DDTT×ddtt
↓
F1 DdTt
↓花药离体培养
单倍体植株(DT、Dt、dT、dt)
淘汰高杆易染瘟病、高杆抗病、矮秆易染瘟病个体（DDTT、DDtt、ddtt、）
选矮秆抗病的个体（ddTT）
↓
留种
人工诱导加倍
在杂交育种过程中，由于杂交后代中存在杂合子，所以需要通过连续自交待能得到纯合子后代，至少需要5-8年的时间。

能不能利用学习过的育种方法缩短育种时间呢？（请学生说出“方法二”及单倍体育种。

）
（2）动物杂交育种
①假设现有长毛立耳猫（BBEE）和短毛折耳猫（bbee），你能否培育出能稳定遗传的长毛折耳猫（BBee）？
P BBEE ×bbee
F1 BbEe×BbEe
F2 Bbee 或BBee ×bbee
强调：动物杂交育种中不能自交，所以F1不能自交，但可以利用F1的雌雄个体进行杂交繁殖；在F2中可以用测交的方法判断杂合子和纯合子；动物杂交育种，不能用单倍体育种的方法。

②中国和斯坦牛的培育
例如光明乳业培育的赫斯坦牛年产奶量可达10000kg以上。

方法总结：
（1）以上的杂交过程应用的遗传学原理是什么？
答：基因重组，主要指的是基因的自由组合。

（2）在该杂交育种过程，体现的基本思路是什么？
答：通过杂交、自交再选育等步骤，淘汰不良的性状个体，保留优良性状的个体，最终获得将优良性状集于一身的纯种。

（3）你认为杂交育种与选择育种相比有什么优点呢？
答：使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个个体上，能产生新的性状组合的优良品种，育种的目的性较强。

[请通过以上分析尝试总结：]
1、基本原理：基因重组
若干次
2、基本方法：杂交→（自交→选优→自交→……→）纯种
3、优点：使位于不同个体上的多个优良性状集中于一个个体上，能产生新的基因型，育种的目的性较强。

4、概念：将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，在经过选择和培育，获得新品种的方法。

[通过杂交育种培育出了许多具有优良性状的农业品种，但也有它的局限性：①只是已有基因的重新组合，然后按照人的意愿进行选择，并不能够创造新的基因，新的性状；②在杂交子代中虽然会出现优良的性状组合，但其中含有杂合子，自交后代会发生性状分离，需要经过进一步选育，可能需要5-8年，甚至更长的时间，育种进程缓慢，过程复杂。

还有没有更快，而且能够创造出的原来自然界中没有的新的性状呢？（答：只能通过基因突变的方法。

）]
三、诱变育种
1、概念：利用物理因素或化学因素来处理生物，使生物发生基因突变，产生新的性状。

2、基本原理：基因突变
3、诱变育种的实例：
（1）教师讲解青霉素的选育
①青霉素的发现：青霉菌是真菌，属于真核生物。

1929年由Fleming发现并分离获得的点青霉产生的青霉素，可以杀灭有致病作用的细菌（原核生物），但产量很低。

②高产青霉菌的获得：1943年在一个发霉的甜瓜上分离到一种产黄青霉菌，产量也只有20单位/ml，因此价格非常昂贵。

后来该菌株经X－射线和紫外线诱变处理后得到一变异株WisQ176，青霉素产量最高达1500单位/ml，为挽救在第二次世界大战中战伤受细菌感染而濒临死亡的伤员生命, 发挥了重大的作用。

目前工业生产上采用的生产菌种均为该变种通过采用理化因素不断进行诱变选育，当前青霉素发酵产量已达50000—60000单位/ml的高水平。

目前，又采用原生质体诱变、原生质体融合及基因工程等现代育种技术进一步定向选育优良高产的菌种，并已取得显著成效。

（2）问题探讨
请你根据基因突变的特点来分析，科学家在进行青霉菌育种的时候可能会遇到哪些问题呢？你能提出解决的方法吗？
答：①基因突变的频率是很低的：在操作中利用物理因素（如X射线、γ射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸乙二酯等）来处理生物，提高突变频率。

②基因突变是不定向性的：在诱变育种中，会产生很多的变异性状，绝大多数是人类不需要的。

可以增大诱变的群体，扩大产生优良性状的概率，增加选择的机会。

低产菌株
高产菌株
诱变处理
逐步选育
③优良性状不集中：某些突变个体有些性状是优良的有些是不良，很难像杂交育种一样将优良的性状集中在一起。

可以从产生某一优良性状突变的菌种开始，逐步选育，如对高产突变株再进一步诱变，淘汰不良变异，选择其中既高产又稳定的突变体。

最终获得由优良性状组合的新品种。

（4）学生展示我国在诱变育种方面取得的成果，如太空育种等。

[通过以上实例的分析，尝试总结诱变育种的优缺点：]
4、对诱变育种的评价
优点：能提高突变率，能较大幅度的改良性状
缺点：有利变异少，需大量处理实验材料（诱发突变的方向难以掌握，突变体难
以集中多个理想性状，因此要增大诱变的群体，以增加选择的机会）四、几种育种方法的比较
第1节杂交育种与诱变育种
一、选择育种
二、杂交育种
1、杂交育种的实例分析
若干次
2、基本原理：基因重组
3、基本方法：杂交→（自交→选优→自交→……→）纯种
4、概念
三、诱变育种
1、概念
2、基本原理：基因突变
3、诱变育种的实例分析
四、几种育种方法的比较。