“遗传与育种”专题复习教学设计1

“遗传与育种”专题复习教学设计张锐（甘肃省会宁县第五中学730700）摘要：遗传育种是近几年高考命题的热点，总结归纳了高中生物学教材中常见的育种方法原理、方法、优缺点等。旨在为学生解决有关育种的实验设计问题提供帮助和依据。关键词：遗传育种原理方法实验设计1设计思想本专题教学中通过适当创设问题情境，引导学生探究，可以有效地激发学生自主提取信息、整合、运用相关知识去分析解决问题。问题是激发学生自主探究和学习的源泉，本专题复习通过巧妙设计问题、呈现内容，帮助学生在探究中回顾旧知、发现新知；加强学生提取和组织原有知识信息去分析解决实际问题的能力；通过引导学生运用相应育种技术解决生产实际问题。2教学目标知识目标：结合具体情境，横向比较不同育种方式，以理解各种育种方法的目的、处理方法、实验设计过程、依据原理和优缺点。能力目标：通过问题讨论培养学生提取知识信息的能力、分析综合能力、以及知识运用和迁移能力。情感、态度与价值观目标：通过比较高中教材中的常见育种方法，养成具体问题具体分析和实事求是的科学精神。3教学重点：各种育种方的原理、目的、处理方法、优缺点等的比较；细胞工程育种应用；动植物育种方式的区别。4教学难点：如何通过简要介绍，使学生理解基因工程、人工诱变育种的优缺点。5教学方法问题讨论，激发思维，分析归纳。6教学过程6.1联系实际导入，激发学生兴趣创设问题情境：现代生物技术的精髓是追求优良的生物品种及高产的生物制品。袁隆平院士培育了优质的杂交水稻，李振声院士培育了优质的杂交小麦，为缓解人类的粮食危机做出卓越的贡献，他们先后获得了国家最高科技奖。可见，选育优良品种是基础。那么，怎样才能科学地选育优良的生物品种，进而获取高产的生物制品呢？有关遗传育种的实验设计是否有规律可循？它有哪些普遍性和特殊性？对此这一节我们共同来作一个简要的探讨。6.2问题探究，调动学生思维：幻灯片展示问题一：现有一种西瓜个大，但甜味不够，基因型是AaBb。你能用哪些方法培育出既大又甜的优良纯种西瓜（AAbb）？你选用的育种方法是，育种原理为。学生开始思考中，积极地提取和组织脑海中已有的知识信息去分析上面的问题。一段时间后，教师请学生回答，在学生的回答中，引导指正学生在分析问题时出现的错误及问题。如单倍体育种过程中，秋水仙素处理的对象是幼苗而不是成熟植株，因为秋水仙素作用的对象是分裂的细胞，而幼苗的细胞分裂旺盛，因此用幼苗做材料效果好；还有秋水仙素处理的应该是所有的幼苗而不是单纯的Ab，因为此时还不能确定哪些幼苗的基因型是Ab。通过这样从而培养了学生考虑问题要理论联系实际的能力和思维，以及实事求是的严谨的科学探究精神。这个环节教师通过展示典型问题，组织学生提取脑海中储存的知识信息去分析问题以及引导指正他们在分析问题时的惯性失误，学生的思维被充分的调动起来。6.3乘胜追击，激发思维：幻灯片展示问题二：若在此基础上要进一步培育得到无籽西瓜（AAAbbb）,还需培育年？通过这样一个问题让学生从一种育种方式迁移到另外一种育种方法上。在通过幻灯片展示问题三：获得该无籽西瓜后，若欲大量栽培，应该采用怎样的培育方法？引导学生在此讨论，激发学习兴趣。此时学生的思维异常活跃和兴奋，他们的学习激情很高，课堂气氛也将非常热烈。教师趁势将学生分成小组进行讨论，组织培养的过程及相关概念，同时让学生分析人工种子的制作实在组培的那一时期。最终解决相关的知识。6.4趁势引导，拓展学生思维：幻灯片展示问题四：若用亲缘关系较远的两种植物作为育种材料，培育出具有两者遗传特性的植物新品种，该如何育种？这样从而引出植物体细胞杂交育种方式或细胞融合育种方式，并使学生认识到该种育种方式能够克服远缘杂交不亲和的障碍。在此基础上深人探究，并通过幻灯片展示问题五：番茄营养丰富但不耐贮藏。为了解决番茄贮藏问题，研究者发现，一种耐贮藏基因能使果实长期贮藏。如果你是育种专家，你将如何育种？然后再给出2个思路，思路一：通过神州号宇宙飞船搭载种子进入太空。思路二：假设在某种植物体内有一种耐贮藏基因。你还能运用什么育种方法，简要说明过程？这样让学生从分析回答问题来解决知识。通过以上问题的讨论，来拓展学生的思维。教师通过简要讨论耐贮藏番茄的培育，三倍体无子西瓜的介绍、用单倍体育种和杂交育种获得既大又甜西瓜的过程，帮助学生分析整理归纳基因工程育种、多倍体育种以及杂交育种等育种的原理、目的和优缺点。6.5列表总结，归纳完善：表1:高中生物学教材中常见育种方式及技术比较育种名称原理常用方法及实验设计要点优缺点适用范围实例杂交育种基因重组具2对性状的亲代个体杂交→F1自交→符合要求的F2个体连续自交→选择纯合体留种1.优点：将不同个体的优良性状集中于一个个体上。2.缺点：不能产生新的基因，时间长，需及时发现优良品种。一般用于同种生物或亲缘关系较近的个体间杂交矮秆抗锈病小麦诱变育种基因突变用物理方法（辐射、射线等）、化学方法（亚硝酸、硫酸二乙酯）或生物方法处理生物1.优点：提高自然突变率，加速育种进程，能产生新的基因，可大幅度改良某些性状；变异范围广。2.缺点：有利变异少，工作量大，需要处理大量的生物材料；诱变的方向和性质不能控制，盲目性大。一般适用于植物育种青霉素高产菌株、太空椒单倍体育种染色体变异具有2对性状的亲代个体杂交→F1花药离体培养→单倍体幼苗→秋水仙素处理符合要求的单倍体幼苗→可育植株1.优点：易获得纯系品种，明显缩短育种年限。2.缺点：技术复杂且需与杂交配合。一般适用于一些植物育种快速培育矮秆抗锈病小麦多倍体育种1.二倍体幼苗经秋水仙素处理成为四倍体母本，花蕾去雄，接受二倍体父本的花粉，后结出四倍体有子西瓜→将其中的种子播种长成的植株作三倍体母本，花蕾去雄，接受二倍体父本的花粉，后结出的西瓜三倍体无子西瓜。2.六倍体普通小麦♀×二倍体小麦♂→四倍体小麦幼苗秋水仙素处理→八倍体小黑麦1.优点：可培育出自然界中没有的新品种，器官巨大，营养成分高。2.缺点：只适用于植物，发育延迟，结实率低。只适用于植物育种三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦生物工程育种基因工程育种基因重组用鸟枪法或者人工合成法获取目的基因→用同一种限制性内切酶处理目的基因和运载体，用DNA连接酶将目的基因和运载体结合成重组DNA分子→将含目的基因的重组DNA分子导入受体细胞→目的基因的检测和表达1.优点：打破物种界限，育种周期短，目的性强，可以按照人们的意愿定向改造生物的性状，定向改造生物品种提供途径。2.缺点：技术复杂，易引起基因污染，有可能引起生态危机。培育转基因生物，一般需要与其他生物技术配合工程菌（生产胰岛素、干扰素、乙肝疫苗等）；转基因植物（抗虫棉）；转基因动物（转基因鲤鱼）细胞工程育种植物体细胞杂交细胞膜的流动性，植物细胞的全能性用纤维素酶或果胶酶去掉植物细胞A、植物细胞B的细胞壁→原生质体A和原生质体B在PEG等诱导下实现细胞融合→再生细胞壁获得杂种细胞→经植物组织培养获得杂种植物1.优点：克服了远缘杂交不亲和的障碍，有目的地培育和繁殖优良品种。2.缺点：技术复杂，难度大，工作量大，培养条件严格，需要植物组织培养技术。一般需要植物组织培养技术或动物胚胎移植技术配合白菜—甘蓝、番茄—马铃薯动物细胞克隆技术动物细胞核的全能型提取动物A的体细胞核→去掉动物A（或B）卵细胞的细胞核→具有体细胞核A的重组细胞→体外培养（→哺乳动物需要植入代孕子宫内发育）1.优点：短期获得良种动物，解决不育问题，拯救濒危物种。2.缺点：技术复杂，难度大，工作量大，培养条件严格。1.单克隆抗体的制备、单抗诊断盒、生物导弹2.鲤鲫移核鱼，克隆两栖动物，多莉绵羊，克隆牛等植物组织培养技术植物细胞的全能性外植体（离体的植物器官、组织或细胞）脱分化→愈伤组织再分化→根芽体生长发育→植物体1.优点：人工控制培养基成分实现脱分化和再分。2.缺点：成本高、操作复杂。植物快速繁殖、培育无病毒植株、制备人工种子等植物快速繁殖、培育无病毒植株、制备人工种子等植物激素育种生长素处理技术生长素处理果实发育花蕾去雄，适宜浓度生长素涂抹未授粉的雌蕊柱头或子房1.优点：操作简便。2.不能改变植物的基因或基因型，变异性状是不可遗传的变异。应用人工合成的生长素类似物，并根据植物的不同部位选择适宜的浓度无子番茄、辣椒、黄瓜等营养体繁殖扦插植物细胞的全能性剪一段良种枝条（叶片、叶柄、块根、块茎）→下端插入土中或培养液中→枝条生根发芽→植物物1.优点：能保持品种的优良特性、繁殖数量大且生长快，生长健壮。2.缺点：变异性差，繁殖方法不如有性繁殖简便。适用于一些植物育种葡萄、月季、秋海棠、马铃薯等嫁接良种枝或芽等接穗的形成层与当地砧木的形成层贴紧→用塑料布包扎砧木伤口→接穗长成高产优质植物桃、梨、苹果、大枣、柿、柑橘等果树压条剥掉一个枝条中段下半部的半圈树皮（勿伤形成层）→弯入土中（或用苔藓和塑料布在空中包扎）使长出不定根和新芽→移栽幼苗夹竹桃、桂花、玉兰、桑树等分株繁殖：把植株的分蘖芽、根茎、球茎、匍匐茎等，从母株上分割下来，另行栽植而成独立新株的方法腊梅、凤尾竹、兰花、鸢尾、石莲花等分根指分割根的一部分埋入地中以进行繁殖的方法芍药、栝楼等教师总结：总之，运用有关的育种学原理，对育种实验过程中的材料、手段、方法、步骤等全部方案进行制定。也就是说要为一个育种课题提供一个可行性方案，并通过这一方案的实施获得理想的生物品种或生物制品，至少能科学地解释育种问题。不论是追求优良的生物品种，还是获取高产的生物制品，只有通过科学的实验设计才能体现实验原理，进而通过完成实验才能达成实验目的。6.6总结育种方法的选择：6.6.1选择育种方法要视具体育种目标要求、材料特点、技术水平和经济因素，进行综合考虑和科学对策选择不同的育种方法：（1）一般作物育种可选择杂交育种和单倍体育种。（2）为得到特殊性状可选择诱变育种（如航天育种）或多倍体育种。（3）若要将特殊性状组合到一起，但又不能克服远缘杂交不亲和的障碍，可考虑运用基因工程育种和细胞工程育种，如培育各种用于生物制药的工程菌。6.6.2具体方法是：（1）若要培育隐性性状的个体，可选用杂交育种，只要出现该性状即可。（2）若要培育无性繁殖的显性性状的个体，可选用杂交育种，只要出现该性状即可。如要培育黄肉抗病（RrYy）的马铃薯。（3）若要快速获得纯种，可选择单倍体育种。（4）要求提高品种产量，提高营养物质含量，可运用多倍体育种。（5）要求大幅度改良某一品种，使之出现前所未有的性状，可利用诱变育种和杂交育种相结合的方法。6.6.3若从基因组成上分析，育种目标基因型可能是：（1）纯合体，便于制种、留种和推广。（2）杂合子，充分利用杂交优势。6.6.4根据各种育种方式的特点做一个简单的归纳小结：操作最简易的育种方法：杂交育种；快速育种方法：单倍体育种；创造新性状的育种方法：诱变育种；种间育种方法：生物工程育种。6.7精选往年高考试题作为巩固练习复习的目的是巩固知识，精选精讲，防止为讲题而讲题；学生应精练，应避免只盲目做题而忽视思考。巩固练习要有层次性，难易适中，易少不宜多。6.7.1(2010江苏卷)育种专家在稻田中发现一株十分罕见的“一秆双穗”植株，经鉴定该变异性状是由基因突变引起的。下列叙述正确的是（）A.这种现象是由显性基因突变成隐性基因引起的B.该变异株自交可产生这种变异性状的纯合个体C.观察细胞有丝分裂中期染色体形态可判断基因突变发生的位置D.将该株水稻的花粉离体培养后即可获得稳定遗传的高产品系【答案】B【解析】据题意可知：该植株基因突变之后当代性状就改变了，由此推出该基因突变属于显性突变，该植株为杂合子，故A项叙述错；该植株为杂合子自交后产生的后代中有1/4的变异纯合子，故B项叙述正确；基因突变与染色体变异是两种不同的变异，其中基因突变不可以在光学显微镜下直接观察，也不可以通过观察染色体的形态来判断基因突变的位置，故C项叙述错；D项中仅进行花药离体培养而没有诱导染色体加倍，故得到的仅仅是高度不育的单倍体植株。6.7.2(2010江苏卷)为解决二倍体普通牡蛎在夏季因产卵而出现肉质下