微專題

禾下乘涼夢---作物育種

種子是農(nóng)業(yè)科技的“芯片”。20世紀(jì)50年代至今，中國水稻育種經(jīng)歷三次革命，分別是水稻矮化育種、雜種優(yōu)勢利用和綠色超級稻培育。中國水稻產(chǎn)量不斷提高，品質(zhì)不斷提升，目前我國對水稻育種的研究居世界領(lǐng)先地位。大情境：創(chuàng)設(shè)情境自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)遷移應(yīng)用方法原理適用條件優(yōu)點不足處理方式雜交育種

本物種具有所需性狀

單倍體育種

多倍體育種

誘變育種

各物種暫無所需性狀

基因工程育種

所需性狀在其他物種中

自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情境遷移應(yīng)用比較各種育種方法方法原理適用條件優(yōu)點不足處理方式雜交育種基因重組

本物種具有所需性狀將不同品種的優(yōu)良性狀集中在一起

育種進(jìn)程緩慢，年限長雜交→F1自交→F2選優(yōu)→自交→篩選單倍體育種染色體變異(染色體數(shù)目變異)

每對染色體上的成對基因都是純合的，自交后代不發(fā)生性狀分離；能明顯縮短育種年限。技術(shù)復(fù)雜

花藥離體培養(yǎng)，秋水仙素處理

多倍體育種所培育品種莖稈粗壯，葉片果實種子較大，營養(yǎng)物質(zhì)含量高

所培育品種發(fā)育遲緩、結(jié)實率低用秋水仙素處理萌發(fā)的種子或幼苗自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情境遷移應(yīng)用方法原理適用條件優(yōu)點不足處理方式誘變育種基因突變

各物種暫無所需性狀能提高突變率；在較短時間內(nèi)獲得更多的優(yōu)良變異類型。誘發(fā)突變的方向難以掌握，突變體難以集中多個理想性狀；有利變異少，需要處理大量材料。用物理或化學(xué)因素處理→篩選基因工程育種基因重組

所需性狀在其他物種中能克服遠(yuǎn)緣雜交不親和的障礙；定向地改造生物的遺傳性狀

技術(shù)復(fù)雜

提取目的基因→目的基因與運載體結(jié)合→將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞→目的基因的檢測與鑒定

自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情境遷移應(yīng)用任務(wù)一：矮稈高產(chǎn)水稻的培育情境1：

建國初期，我國水稻品種基本是高稈類型，容易倒伏，產(chǎn)量低。1955年，黃耀祥院士將一種抗倒伏但產(chǎn)量不高的品種“矮仔占”與高稈高產(chǎn)品種“廣場13”進(jìn)行雜交，成功培育出中國第一個既抗倒伏又高產(chǎn)的新品種“廣場矮”，水稻畝產(chǎn)從164kg提高到238kg，完成了水稻育種的第一次綠色革命。創(chuàng)設(shè)情境自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)遷移應(yīng)用黃耀祥院士

矮稈品種“廣場矮”任務(wù)一：矮稈高產(chǎn)水稻的培育自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情境遷移應(yīng)用任務(wù)一：矮稈高產(chǎn)水稻的培育1.黃院士獲得“廣場矮”的育種原理是什么？

假設(shè)水稻高產(chǎn)（T）對低產(chǎn)（t）是顯性，高稈（D）對矮稈（d）是顯性，兩對基因獨立遺傳，請寫出培育既抗倒伏又高產(chǎn)的“廣場矮”的遺傳圖解。（親本為純合子）基因重組自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情境遷移應(yīng)用F1

高稈高產(chǎn)DDTTddttDdTtddtt高稈高產(chǎn)高稈低產(chǎn)

矮稈高產(chǎn)矮稈低產(chǎn)ddT-雜交自交選優(yōu)自交Fn選優(yōu)F2

高稈高產(chǎn)矮稈低產(chǎn)Ｐ連續(xù)多代自交，直至不出現(xiàn)性狀分離為止。分離比9133：

：：選出穩(wěn)定遺傳的個體推廣任務(wù)一：矮稈高產(chǎn)水稻的培育D-T-ddT-深度學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情境遷移應(yīng)用深度學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情境遷移應(yīng)用DdTt花藥離體培養(yǎng)DTDtdTdt單倍體幼苗秋水仙素篩選所需的品種DTDtdTdt高稈高產(chǎn)矮稈低產(chǎn)DDTT,DDtt,ddTT,ddtt二倍體Ｐ高稈高產(chǎn)F1ddTt

高稈高產(chǎn)矮稈低產(chǎn)F1高稈高產(chǎn)DDTTddttDdTt矮稈高產(chǎn)ddTT雜交自交選優(yōu)自交Fn選優(yōu)F2Ｐ連續(xù)多代自交，直至不出現(xiàn)性狀分離為止。雜交育種方法單倍體育種方法DDTTddtt優(yōu)點：“集優(yōu)”缺點：只能利用已有基因的重組，按需選擇，并不能創(chuàng)造新的基因。雜交后代會出現(xiàn)分離現(xiàn)象，育種進(jìn)程緩慢，過程復(fù)雜,育種時間長假如從播種到收獲種子要一年，那么培育出一個能穩(wěn)定遺傳的純種矮抗品種至少要7－8年。明顯縮短育種年限；2年即可獲得所需品種，且每對染色體上的成對基因都是純合的?；ǚ蹆?yōu)點：明顯縮短育種年限缺點：操作復(fù)雜任務(wù)二：雜交水稻的培育情境2：

1961年，袁隆平在試驗田中發(fā)現(xiàn)一株長得特別好的稻株，他如獲至寶，預(yù)想該品種的畝產(chǎn)量可以上千斤。第二年他滿懷期待地種下收獲的1000多粒種子，但是，結(jié)果令他大失所望，抽穗早的早、遲的遲，高的高、矮的矮，參差不齊，沒有一株像最初發(fā)現(xiàn)的那株好。創(chuàng)設(shè)情境自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)遷移應(yīng)用1.為什么優(yōu)良性狀沒能穩(wěn)定遺傳？育種是否都是培育純種？

任務(wù)二：雜交水稻的培育雜合子會性狀分離

否

（必修二P101課后習(xí)題2）自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情境遷移應(yīng)用任務(wù)二：雜交水稻的培育

在這次抽穗失敗后，袁老產(chǎn)生了靈感：他結(jié)合孟德爾遺傳學(xué)說中的分離現(xiàn)象，經(jīng)過反復(fù)統(tǒng)計，證實頭年選到的水稻，是一株天然的具有雜種優(yōu)勢雜交水稻！善用直覺思維、把握靈感頓悟，這是袁老科學(xué)思維方式頗具魅力的特征。

雜交水稻的發(fā)現(xiàn)開啟了水稻育種的新篇章，袁老利用雄性不育株系，三系法、兩系法雜交水稻技術(shù)將水稻畝產(chǎn)量提高到988公斤。自推廣以來，種植面積累計達(dá)到90億畝，累計增產(chǎn)稻谷8000多億公斤，為保障我國的糧食安全做出了巨大貢獻(xiàn)，如今雜交水稻技術(shù)已被全球60多個國家引進(jìn)，雜交水稻在世界“開花結(jié)果”。創(chuàng)設(shè)情境自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)遷移應(yīng)用任務(wù)二：雜交水稻的培育2.怎么判斷某作物有沒有利用雜種優(yōu)勢？自交看子代有無性狀分離有性狀分離：利用了雜種優(yōu)勢無性狀分離：純種自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情境遷移應(yīng)用3.利用雜種優(yōu)勢的作物一定需要每年買種嗎？任務(wù)二：雜交水稻的培育不是無性繁殖：紅薯、馬鈴薯利用致死基因等，使純合子死亡，存活的都是雜合子。自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情境遷移應(yīng)用任務(wù)三：綠色超級稻的培育情境3：

袁隆平說：“搞科研就像跳高一樣，跳過一個高度，又有新的高度在等著你?！彼恢庇袃蓚€夢：一個是雜交水稻覆蓋全球夢，一個是禾下乘涼夢。禾下乘涼夢是他對雜交水稻高產(chǎn)的一個理想追求，是袁隆平的中國夢，夢里水稻長得有高粱那么高，子粒有花生米那么大。創(chuàng)設(shè)情境自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)遷移應(yīng)用任務(wù)三：綠色超級稻的培育1.多倍體水稻的培育

資料一：湖北大學(xué)蔡得田教授的科研團(tuán)隊經(jīng)過18年的努力，利用染色體加倍技術(shù)將二倍體水稻的整個基因組加倍，培育形成多倍體水稻。該品種植株發(fā)育高大粗壯，穗大粒大，比二倍體水稻重3/5以上，結(jié)實率達(dá)到了80%，創(chuàng)下畝產(chǎn)800kg的佳績。請根據(jù)以上資料寫出四倍體水稻的育種方法：創(chuàng)設(shè)情境自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)遷移應(yīng)用蔡得田教授四倍體水稻任務(wù)三：綠色超級稻的培育自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情境遷移應(yīng)用任務(wù)三：綠色超級稻的培育四倍體水稻與原來的二倍體水稻屬于同一物種嗎？為什么？四倍體水稻的育種方法：用秋水仙素（低溫）處理二倍體水稻萌發(fā)的種子或幼苗多倍體優(yōu)點：莖稈粗壯，葉片果實種子較大，營養(yǎng)物質(zhì)含量高多倍體缺點：發(fā)育遲緩，結(jié)實率低不屬于，存在生殖隔離。自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情境遷移應(yīng)用任務(wù)三：綠色超級稻的培育【例1】為獲得果實較大的四倍體葡萄（4N=76），將二倍體葡萄莖段經(jīng)秋水仙素溶液處理后栽培。研究結(jié)果顯示，植株中約40%的細(xì)胞中的染色體被誘導(dǎo)加倍，這種植株含有2N細(xì)胞和4N細(xì)胞，稱為“嵌合體”，其自交后代有四倍體植株。下列敘述錯誤的是（

）A．“嵌合體”產(chǎn)生的原因之一是細(xì)胞分裂不同步B．“嵌合體”可以產(chǎn)生含有38條染色體的配子C．“嵌合體”根尖分生區(qū)的部分細(xì)胞含有19條染色體D．“嵌合體”不同的花之間傳粉后可以產(chǎn)生三倍體子代C遷移應(yīng)用自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情境任務(wù)三：綠色超級稻的培育創(chuàng)設(shè)情境自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)遷移應(yīng)用任務(wù)三：綠色超級稻的培育2.巨型稻的培育

資料二：國家水稻數(shù)據(jù)中心的3個水稻品種編號品種名品種類型/選育單位株高/cm畝產(chǎn)/kg1號千鄉(xiāng)優(yōu)101秈型三系雜交水稻自貢市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所等121.5583.192號隆兩優(yōu)1308秈型兩系雜交水稻湖南亞華種業(yè)科學(xué)研究院121.3623.963號五優(yōu)1179秈型三系雜交水稻國家植物航天育種工程研究中心103.5512.10創(chuàng)設(shè)情境自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)遷移應(yīng)用任務(wù)三：綠色超級稻的培育請選用合適的方法培育出株高2米以上的巨型稻。產(chǎn)生新性狀（大幅改良性狀）：

誘變育種自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情境遷移應(yīng)用與雜交育種相比，誘變育種有什么優(yōu)點？聯(lián)系基因突變的特點，談?wù)務(wù)T變育種的局限性。要想克服這些局限性，可以采取什么辦法？能提高突變率；在較短時間內(nèi)獲得更多的優(yōu)良變異類型。誘發(fā)突變的方向難以掌握，突變體難以集中多個理想性狀?？梢詳U大誘變后代的群體，增加選擇的機會。

受袁老邀請，夏新界擔(dān)任超級雜交水稻功能基因組研究的首席科學(xué)家，他帶領(lǐng)團(tuán)隊歷經(jīng)十多年，運用突變體誘導(dǎo)、秈粳及野生稻遠(yuǎn)緣雜交等一系列技術(shù)成功培育出“巨型稻”，巨型稻莖桿粗壯、抗倒伏、抗病蟲害，還耐淹澇，創(chuàng)建新型稻田生態(tài)種養(yǎng)模式，稻下養(yǎng)青蛙、魚、蝦、鴨等都可以，經(jīng)濟效益得到明顯提升。巨型稻巨

型

稻巨

型

稻

我國航天事業(yè)取得長足發(fā)展，太空育種取得顯著成績！利用航天誘變育種技術(shù)研制出特優(yōu)航1號、宜優(yōu)673等十幾個高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)超級稻和再生稻品種。富順縣從1986年開始推廣“中稻+再生稻”種植模式，再生稻獲得了國家地理標(biāo)志農(nóng)產(chǎn)品認(rèn)證。任務(wù)三：綠色超級稻的培育任務(wù)三：綠色超級稻的培育

我國航天事業(yè)取得長足發(fā)展，太空育種取得顯著成績！利用航天誘變育種技術(shù)研制出特優(yōu)航1號、宜優(yōu)673等十幾個高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)超級稻和再生稻品種。富順縣從1986年開始推廣“中稻+再生稻”種植模式，再生稻獲得了國家地理標(biāo)志農(nóng)產(chǎn)品認(rèn)證。

我國先后搭載植物種子、菌種、試管苗等4000余種，培育的小麥、水稻、玉米、大豆、棉花和番茄等作物新品種超過200個，為攥緊“中國種子”、端穩(wěn)“中國飯碗”貢獻(xiàn)著力量。任務(wù)三：綠色超級稻的培育【例2】神舟14號將在國際上首次完成空間微重力條件下水稻從“種子到種子”全生命周期的培養(yǎng)實驗，進(jìn)一步解析空間微重力對水稻生長發(fā)育的影響及分子基礎(chǔ)。下列關(guān)于航天育種的敘述合理的是（

）A．載人飛船搭載的通常是萌發(fā)的種子而不是干種子B．太空育種目的性強，可按照人們預(yù)期獲得新品種C．航天育種可使大多數(shù)種子發(fā)生變異，進(jìn)而加速育種進(jìn)程D．水稻發(fā)育的任何時期均能發(fā)生基因突變，體現(xiàn)了基因突變的不定向性隨機性A任務(wù)三：綠色超級稻的培育遷移應(yīng)用自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情境綠色超級水稻的培育理念："少打農(nóng)藥，少施化肥，節(jié)水抗旱，優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)"2015年1月4日，農(nóng)業(yè)部頒發(fā)：“轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻華恢1號在湖北省生產(chǎn)應(yīng)用安全證書”（農(nóng)基安證字（2014）第29號）“轉(zhuǎn)基因抗蟲水稻Bt汕優(yōu)63在湖北省生產(chǎn)應(yīng)用安全證書”（農(nóng)基安證字（2014）第30號）任務(wù)三：綠色超級稻的培育綠色超級水稻的培育理念："少打農(nóng)藥，少施化肥，節(jié)水抗旱，優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)"

口感與水稻中淀粉的類型和蛋白含量密切相關(guān)，但是影響口感的遺傳基礎(chǔ)還不清晰，需要加強遺傳學(xué)研究。我國有10多億畝鹽堿地，今年3月16日，國家耐鹽堿水稻技術(shù)創(chuàng)新中心正式掛牌，耐鹽堿的海水稻研究更進(jìn)一步。今年全國預(yù)計推廣“海水稻”種植面積超100萬畝。

……任務(wù)三：綠色超級稻的培育

在科研人員的不懈努力下，我們才能夠守住糧食安全。禾下乘涼夢，一夢逐一生。一叢叢挺拔的稻桿，一片片金黃色的稻穗，傾注著的是袁老的汗水和希望。我們紀(jì)念袁隆平先生，不僅是致敬他引領(lǐng)了中國雜交水稻技術(shù)發(fā)展的方向，感恩他影響了一代又一代的育種家，緬懷他為世界糧食安全和民族種業(yè)發(fā)展所做的卓越貢獻(xiàn)，更要傳承他勇于創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度，心系蒼生的家國情懷，矢志不渝的奮斗精神和艱苦樸素的高尚品格。任務(wù)三：綠色超級稻的培育歸

納

總

結(jié)：雜交育種雜交育種基因工程育種基因工程育種基因工程育種多倍體育種誘變育種誘變育種單倍體育種1．（指向目標(biāo)1、2、3）下列關(guān)于育種的說法，正確的是（

）A．基因突變一般發(fā)生在DNA復(fù)制過程中，可用于誘變育種B．誘變育種和雜交育種均可產(chǎn)生新的基因和新的基因型C．三倍體植物不能由受精卵發(fā)育而來，但可通過植物組織培養(yǎng)的方法獲得D．普通小麥花粉中有三個染色體組，則其發(fā)育的個體是三倍體A遷移應(yīng)用自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情境2．（指向目標(biāo)1、2、3）為快速培育抗除草劑的水稻（2N=24），育種工作者用下圖所示方法進(jìn)行育種，下列說法不正確的是（

）A．過程①花藥離體培養(yǎng)的理論依據(jù)是細(xì)胞的全能性B．過程②用γ射線照射單倍體幼苗，目的是提高幼苗的突變頻率C．過程③用除草劑噴灑單倍體幼苗，目的是篩選出抗除草劑的植株D．通過過程④和過程⑤，培育出的抗除草劑植株屬于四倍體植株D遷移應(yīng)用自主學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情境3．（指向目標(biāo)1、2）二倍體不結(jié)球白菜（2N＝20，俗稱小白菜）是一種常見的蔬菜。研究人員以二倍體不結(jié)球白菜品種W為材料，利用秋水仙素誘導(dǎo)，成功培育出同源四倍體新品種S。與W相比，新品種S植株的葉、種子、花、種莢等都有明顯的變化。下列有關(guān)敘述錯誤的是（）A．秋水仙素作用于細(xì)胞分裂前期，能夠抑制紡錘體的形成B．可通過光學(xué)顯微鏡觀察細(xì)胞中的染色體數(shù)目是否發(fā)生加倍C．品種W和S之間存在生殖隔離，不能進(jìn)行雜交產(chǎn)生后代