資源簡介

4.3.5生物育種技術促進農業發展
學生版導學案
一、學習目標
1. 知識目標
準確闡述常見生物育種技術（雜交育種、誘變育種、轉基因育種）的原理、方法和過程。
詳細比較不同生物育種技術的優缺點，并能舉例說明其在農業生產中的應用。
解釋生物育種技術如何利用遺傳變異原理促進農業發展。
2. 能力目標
通過分析各種育種技術的案例，提高分析問題、歸納總結和邏輯推理的能力。
能夠根據給定的農業生產需求，選擇合適的生物育種技術并制定簡單的育種方案，培養知識應用和實踐能力。
3. 情感態度與價值觀目標
激發對生物科學和農業生產的興趣，認識到生物科學技術對社會發展的重要推動作用。
培養創新意識和科學探究精神，關注生物育種技術的發展前景，樹立可持續發展的觀念。
二、學習重難點
1. 重點
掌握常見生物育種技術的原理、方法和過程。
理解不同生物育種技術在農業生產中的應用及優缺點。
2. 難點
深入理解各種生物育種技術所依據的遺傳變異原理，以及在育種過程中遺傳物質的變化。
能夠綜合運用所學知識，根據實際農業生產需求選擇合適的育種技術并設計育種方案。
三、學習過程
1. 導入新課
觀察思考：觀察老師展示的全球糧食短缺地區人們的生活現狀、現代農業豐收的場景以及一些新型農產品（如彩色棉花、巨型南瓜等）的圖片。思考并回答問題：從這些圖片中看到了什么？為什么我們需要不斷提高農作物的產量和培育新的品種？
2. 知識探究
雜交育種
原理學習：閱讀教材相關內容，結合老師的講解，理解雜交育種的原理是基因重組。思考：以豌豆為例，假設豌豆的高莖（D）對矮莖（d）為顯性，抗病（T）對感病（t）為顯性，用高莖抗病（DDTT）和矮莖感病（ddtt）的豌豆進行雜交，F1代基因型和表現型分別是什么？F1代自交后，F2代會出現哪些表現型和基因型 ，嘗試用遺傳圖解表示出來。
過程探究：以培育高產抗倒伏小麥品種為例，分析雜交育種的過程。思考：選擇高產不抗倒伏（AABB）和低產抗倒伏（aabb）的小麥品種進行雜交，得到F1代（AaBb），F1代自交產生F2代，在F2代中會出現高產抗倒伏（A_bb）的個體，如何從F2代中篩選出純合的高產抗倒伏小麥品種？
優缺點分析：結合實際農業生產，討論雜交育種的優缺點。思考：在農業生產中，育種周期長可能會帶來哪些問題？
誘變育種
原理學習：回顧基因突變的知識，理解誘變育種的原理是利用物理因素（如X射線、紫外線、激光等）或化學因素（如亞硝酸、硫酸二乙酯等）處理生物，使生物發生基因突變，從而產生新的性狀。思考：基因突變有什么特點？這些特點對誘變育種有什么影響？
過程探究：以培育高產青霉素菌株為例，了解誘變育種的過程。思考：在誘變育種過程中，為什么要處理大量的生物材料？
優缺點分析：分析誘變育種的優缺點，如優點是能產生新基因、新性狀，缺點是具有不定向性，有利變異少，需大量處理材料。
轉基因育種
原理學習：閱讀教材，理解轉基因育種是將一種生物的基因分離出來，在體外進行拼接組裝，然后轉入另一種生物的體內，以引起生物性狀的定向改變，原理是基因重組 ，操作水平是DNA分子水平。思考：人的生長激素基因在細菌細胞內得到成功表達，說明了什么問題？
過程探究：了解“工程菌”（如產生生長激素的大腸桿菌）的培育過程，包括獲得目的基因、目的基因與載體拼接結合、目的基因導入受體細胞、目的基因的檢測與表達。
應用實例分析：分析抗蟲棉、轉基因鯉魚、轉基因農作物等應用實例，思考轉基因技術在農業生產中的優勢和可能面臨的問題。
3. 總結歸納
比較雜交育種、誘變育種、轉基因育種的原理、方法、過程、優缺點及應用實例，完成以下表格：
育種技術 原理 方法 過程 優點 缺點 應用實例
雜交育種
誘變育種
轉基因育種
4. 知識應用
給出一些農業生產中的實際需求，如培育抗干旱的玉米品種、提高奶牛的產奶量等，嘗試選擇合適的育種技術并簡要制定育種方案。
討論生物育種技術對農業可持續發展的意義，思考如何在利用生物育種技術的同時，保障生態環境和生物多樣性。
四、課堂檢測
1. 雜交育種依據的主要遺傳學原理是（ ）
A. 基因突變 B. 基因重組 C. 染色體變異 D. 染色體交叉互換
2. 誘變育種能使植物體產生更多的突變個體，生物細胞對輻射、化學誘變劑敏感的時期是細胞分裂的（ ）
A. 間期 B. 前期 C. 后期 D. 末期
3. 下列有關轉基因技術的說法，正確的是（ ）
A. 轉基因技術只能運用于植物 B. 轉基因技術的操作對象是蛋白質
C. 轉基因技術可以定向改變生物的性狀 D. 轉基因技術會導致生物發生基因突變
4. 假設現有高產不抗病（AABB）和低產抗病（aabb）的兩種小麥品種，如何通過雜交育種培育出高產抗病的小麥新品種？請簡要寫出育種過程。
五、課后拓展
1. 調查身邊常見農作物或畜禽的培育方法，了解運用了哪些生物育種技術。
2. 查閱資料，了解我國在生物育種方面的最新成果，寫一篇簡短的科普報告。
教師版導學案
一、學習目標
1. 知識目標
引導學生準確闡述常見生物育種技術（雜交育種、誘變育種、轉基因育種）的原理、方法和過程。
幫助學生詳細比較不同生物育種技術的優缺點，并能舉例說明其在農業生產中的應用。
使學生能夠解釋生物育種技術如何利用遺傳變異原理促進農業發展。
2. 能力目標
通過分析各種育種技術的案例，培養學生分析問題、歸納總結和邏輯推理的能力。
指導學生能夠根據給定的農業生產需求，選擇合適的生物育種技術并制定簡單的育種方案，提升知識應用和實踐能力。
3. 情感態度與價值觀目標
激發學生對生物科學和農業生產的興趣，讓學生認識到生物科學技術對社會發展的重要推動作用。
培養學生創新意識和科學探究精神，引導學生關注生物育種技術的發展前景，樹立可持續發展的觀念。
二、學習重難點
1. 重點
幫助學生掌握常見生物育種技術的原理、方法和過程。
引導學生理解不同生物育種技術在農業生產中的應用及優缺點。
2. 難點
引導學生深入理解各種生物育種技術所依據的遺傳變異原理，以及在育種過程中遺傳物質的變化。
培養學生綜合運用所學知識，根據實際農業生產需求選擇合適的育種技術并設計育種方案的能力。
三、學習過程
1. 導入新課
展示引導：展示全球糧食短缺地區人們的生活現狀、現代農業豐收的場景以及一些新型農產品（如彩色棉花、巨型南瓜等）的圖片。引導學生觀察圖片，提問：“大家從這些圖片中看到了什么？為什么我們需要不斷提高農作物的產量和培育新的品種呢？”
答案解析：學生可能回答看到了糧食短缺和豐收的對比等，原因可能是為了滿足人們對食物的需求、改善生活、適應不同環境等。通過展示圖片和提問，激發學生的學習興趣和好奇心，引發學生對農業生產與生物育種技術關系的思考，從而自然地導入本節課的主題。
2. 知識探究
雜交育種
原理學習：講解雜交育種的原理是基因重組。利用具有不同優良性狀的兩個親本進行雜交，使兩個親本的優良基因組合在一起，通過自交，在后代中篩選出具有所需優良性狀組合的個體。以豌豆為例，假設豌豆的高莖（D）對矮莖（d）為顯性，抗病（T）對感病（t）為顯性，用高莖抗病（DDTT）和矮莖感病（ddtt）的豌豆進行雜交，F1代基因型為DdTt，表現為高莖抗病 。提問：“在F1代自交后，F2代中會出現哪些表現型和基因型呢？大家嘗試用遺傳圖解表示出來。”
答案解析：F2代會出現高莖抗病、高莖感病、矮莖抗病、矮莖感病四種表現型，基因型有9種，分別為DDTT、DDTt、DdTT、DdTt、DDtt、Ddtt、ddTT、ddTt、ddtt 。通過具體的豌豆性狀為例，結合已學的遺傳定律，讓學生理解雜交育種的基因重組原理，培養學生運用知識的能力，同時為后續理解雜交育種過程奠定基礎。
過程探究：以培育高產抗倒伏小麥品種為例，詳細講解雜交育種的過程。選擇高產不抗倒伏（AABB）和低產抗倒伏（aabb）的小麥品種進行雜交，得到F1代（AaBb），F1代自交產生F2代，在F2代中會出現高產抗倒伏（A_bb）的個體，但其中既有純合子（AAbb），也有雜合子（Aabb）。提問：“如何從F2代中篩選出純合的高產抗倒伏小麥品種呢？”
答案解析：可以讓F2代中高產抗倒伏的個體連續自交，逐代篩選，直到不再發生性狀分離，就可得到純合的高產抗倒伏小麥品種。通過具體的小麥育種案例，讓學生清晰地了解雜交育種從親本選擇、雜交、自交以及篩選的全過程，培養學生的分析和理解能力。提問環節引導學生思考關鍵步驟，加深對知識的掌握。
優缺點分析：引導學生分析雜交育種的優缺點。優點方面，能將不同個體的優良性狀集中到一個個體上，如培育出兼具高產和抗倒伏特性的小麥。缺點是育種周期長，一般需要5 - 8年，且只能利用已有的基因組合，不能創造新基因。提問：“大家想一想，在農業生產中，育種周期長可能會帶來哪些問題？”
答案解析：學生可能回答導致新品種推廣慢，不能及時滿足市場需求，錯過最佳種植季節，增加種植成本等。通過引導學生分析優缺點，培養學生全面看待問題的能力，讓學生認識到科學技術在應用中的局限性，同時也為后續學習其他育種技術做鋪墊。
誘變育種
原理學習：講解誘變育種的原理是基因突變。利用物理因素（如X射線、紫外線、激光等）或化學因素（如亞硝酸、硫酸二乙酯等）處理生物，使生物發生基因突變，從而產生新的性狀。舉例說明，如太空椒就是利用宇宙射線等太空環境因素誘導普通甜椒種子發生基因突變培育而成的。提問：“基因突變有什么特點？這些特點對誘變育種有什么影響？”
答案解析：基因突變具有不定向性、低頻性、多害少利性等特點。不定向性導致誘變育種產生的變異方向不確定，低頻性使得需要處理大量材料才能獲得所需的變異，多害少利性意味著大部分突變可能對生物不利，增加篩選難度。通過聯系已學的基因突變知識，讓學生理解誘變育種的原理，培養學生知識遷移的能力，同時通過提問引導學生思考原理與育種實踐的關系。
過程探究：以培育高產青霉素菌株為例，講解誘變育種的過程。將普通青霉素菌株用紫外線照射等方法處理，由于基因突變，部分菌株的青霉素產量可能會發生變化，既有可能提高，也有可能降低。然后對大量處理后的菌株進行篩選，選出青霉素產量高的菌株進行培養繁殖。提問：“在誘變育種過程中，為什么要處理大量的生物材料？”
答案解析：因為基因突變具有低頻性，處理大量材料才能增加獲得所需突變個體的機會。通過具體的青霉素菌株育種案例，讓學生了解誘變育種的操作過程，加深對誘變育種原理的理解，培養學生分析問題的能力。
優缺點分析：和學生一起分析誘變育種的優缺點。優點是能產生新基因、新性狀，提高變異頻率，加速育種進程；缺點是具有不定向性，有利變異少，需大量處理材料，工作量大。
轉基因育種
原理學習：講解轉基因育種是將一種生物的基因分離出來，在體外進行拼接組裝，然后轉入另一種生物的體內，以引起生物性狀的定向改變，原理是基因重組，操作水平是DNA分子水平。提問：“人的生長激素基因在細菌細胞內得到成功表達，說明了什么問題？”
答案解析：說明基因控制生物的性狀，遺傳密碼在動物、植物和微生物之間是通用的。通過提問引導學生理解轉基因育種的原理和意義，培養學生分析和歸納的能力。
過程探究：講解“工程菌”（如產生生長激素的大腸桿菌）的培育過程，包括獲得目的基因、目的基因與載體拼接結合、目的基因導入受體細胞、目的基因的檢測與表達。讓學生了解每個步驟的操作和意義。
應用實例分析：和學生一起分析抗蟲棉、轉基因鯉魚、轉基因農作物等應用實例，討論轉基因技術在農業生產中的優勢（如抗蟲、抗病、高產、優質等）和可能面臨的問題（如生態安全、食品安全、倫理問題等），引導學生辯證地看待轉基因技術。
3. 總結歸納
引導學生比較雜交育種、誘變育種、轉基因育種的原理、方法、過程、優缺點及應用實例，完成以下表格：
育種技術 原理 方法 過程 優點 缺點 應用實例
雜交育種 基因重組 兩個親本雜交，自交篩選 選擇具有不同優良性狀的親本雜交，得到F1，F1自交得F2，從F2中篩選所需性狀個體，連續自交純化 將不同個體優良性狀集中 育種周期長，不能創造新基因 高產抗倒伏小麥
誘變育種 基因突變 物理或化學因素處理 用物理（如射線等）或化學（如亞硝酸等）因素處理生物，篩選變異個體 產生新基因、新性狀，加速育種進程 不定向性，有利變異少，需大量處理材料 太空椒、高產青霉素菌株
轉基因育種 基因重組 體外基因拼接轉入 獲取目的基因，與載體結合，導入受體細胞，檢測表達 定向改變生物性狀 可能存在生態、安全等問題 抗蟲棉、轉基因鯉魚
答案解析：通過表格總結，幫助學生系統梳理知識，對比不同育種技術的特點，加深對知識的理解和記憶，培養學生歸納總結的能力。
4. 知識應用
給出一些農業生產中的實際需求，如培育抗干旱的玉米品種、提高奶牛的產奶量等，指導學生嘗試選擇合適的育種技術并簡要制定育種方案。
答案解析：培育抗干旱玉米品種可考慮誘變育種（利用射線等處理玉米種子，篩選抗干旱突變體）或轉基因育種（將抗干旱基因導入玉米細胞）；提高奶牛產奶量可考慮雜交育種（選擇產奶量高的奶牛與其他優良性狀奶牛雜交選育）或轉基因育種（導入與產奶相關基因） 。通過實際問題的解決，培養學生運用知識的能力，提升學生的實踐能力和創新思維。
組織學生討論生物育種技術對農業可持續發展的意義（如提高糧食產量、改善農產品品質、減少農藥使用等），思考如何在利用生物育種技術的同時，保障生態環境和生物多樣性（如加強監管、生態風險評估等）。
答案解析：引導學生從多方面思考生物育種技術與農業可持續發展的關系，培養學生的社會責任感和環保意識，促進學生對科學技術的全面認識。
四、課堂檢測
1. 答案：B
解析：雜交育種是將兩個或多個品種的優良性狀通過交配集中在一起，再經過選擇和培育，獲得新品種的方法，其依據的主要遺傳學原理是基因重組，B正確；基因突變是誘變育種的原理，A錯誤；染色體變異是多倍體育種和單倍體育種的原理，C錯誤；染色體交叉互換是基因重組的一種類型，但不是雜交育種的主要原理，D錯誤。
2. 答案：A
解析：細胞分裂間期進行DNA復制，此時DNA結構不穩定，容易受到輻射、化學誘變劑等因素的影響發生突變，所以生物細胞對輻射、化學誘變劑敏感的時期是細胞分裂的間期，A正確；前期、后期、末期DNA已經完成復制，相對比較穩定，B、C、D錯誤。
3. 答案：C
解析：轉基因技術不僅能運用于植物，也可用于動物和微生物，A錯誤；轉基因技術的操作對象是基因，B錯誤；轉基因技術可以按照人們的意愿定向改變生物的性狀，C正確；轉基因技術的原理是基因重組，不會導致生物發生基因突變，D錯誤。
4. 答案：
將高產不抗病（AABB）和低產抗病（aabb）的小麥品種作為親本進行雜交，獲得F 代（AaBb），表現為高產抗病。
讓F 代自交，得到F 代，在F 代中篩選出高產抗病（A_B_）的個體。
對F 代中高產抗病的個體進行連續自交，逐代淘汰性狀分離的個體，直到后代不再發生性狀分離，最終獲得純合的高產抗病小麥品種（AABB）。
解析：
雜交育種的核心是通過雜交將不同親本的優良基因組合，再通過自交和篩選純化優良性狀。本題中“高產”（A）和“抗病”（B）是目標優良性狀，需從F 代的性狀分離中篩選目標個體，再通過連續自交淘汰雜合子，確保后代性狀穩定遺傳。這一過程體現了雜交育種“集中優良性狀→純化篩選”的邏輯，幫助學生鞏固育種流程的實際應用。
五、課后拓展指導
1. 調查身邊常見農作物或畜禽的培育方法
指導建議：
引導學生選擇常見作物（如小麥、玉米、水稻）或畜禽（如奶牛、肉雞），通過詢問農戶、查閱資料（如種子包裝說明、農業技術手冊）等方式，記錄其育種技術類型（如雜交水稻用雜交育種，太空椒用誘變育種）。
提示學生重點關注“該品種的優良性狀是什么”“培育過程中是否提到‘雜交’‘誘變’‘轉基因’等關鍵詞”，將實際案例與課堂所學技術對應。
預期成果：學生能舉例說明生活中育種技術的應用，如“本地種植的抗蟲棉是轉基因育種，導入了抗蟲基因”，加深對知識的生活化理解。
2. 查閱資料，了解我國在生物育種方面的最新成果，寫一篇簡短的科普報告
指導建議：
推薦資料來源：中國農業科學院官網、《中國生物工程雜志》科普版、央視農業頻道報道等，確保信息權威性。
提示報告結構：成果名稱（如“抗蟲耐除草劑玉米培育成功”）、育種技術類型（轉基因育種）、核心優勢（減少農藥使用、提高產量）、對農業發展的意義。
強調結合課堂所學分析成果原理，如“該成果利用轉基因技術將抗蟲基因導入玉米，體現了基因重組原理和定向改造性狀的優勢”。
評價重點：是否能準確關聯成果與育種技術，是否體現對技術價值的客觀認識（如優勢與潛在風險的平衡）。
六、板書設計建議（教師用）
生物育種技術促進農業發展
一、三大育種技術對比
| 技術類型 | 原理 | 核心方法 | 典型應用 | 關鍵優缺點 |
|------------|------------|------------------------|----------------|--------------------------|
| 雜交育種 | 基因重組 | 雜交→自交→篩選 | 高產抗倒伏小麥 | 集優良性狀，但周期長 |
| 誘變育種 | 基因突變 | 物理/化學誘變→篩選 | 太空椒、高產青霉素 | 產新基因，但變異不定向 |
| 轉基因育種 | 基因重組 | 基因拼接→導入→表達 | 抗蟲棉、工程菌 | 定向改性狀，需關注安全 |
二、育種技術與農業發展
→ 提高產量、改善品質、增強抗逆性
→ 推動可持續農業（減少資源浪費）
七、教學反思提示（教師用）
1. 知識掌握：通過課堂檢測和表格填寫，判斷學生是否能準確區分三種育種技術的原理和應用，重點關注對“基因重組在雜交與轉基因育種中作用的異同”的理解。
2. 能力培養：在“知識應用”環節，觀察學生是否能根據農業需求（如抗干旱）合理選擇育種技術，方案設計是否符合技術邏輯（如誘變育種需“大量處理材料”，轉基因育種需“明確目的基因”）。
3. 情感態度：通過課后拓展和課堂討論，關注學生是否能辯證看待轉基因技術（如優勢與爭議），是否建立“科學技術服務社會”的意識。
4. 改進方向：若學生對“遺傳物質變化”理解薄弱，可增加動畫演示（如基因重組過程、轉基因操作步驟）；若案例分析不足，可補充本地農業育種實例（如當地特色作物的培育技術）。

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