资源简介

4.3.5生物育种技术促进农业发展
学生版导学案
一、学习目标
1. 知识目标
准确阐述常见生物育种技术（杂交育种、诱变育种、转基因育种）的原理、方法和过程。
详细比较不同生物育种技术的优缺点，并能举例说明其在农业生产中的应用。
解释生物育种技术如何利用遗传变异原理促进农业发展。
2. 能力目标
通过分析各种育种技术的案例，提高分析问题、归纳总结和逻辑推理的能力。
能够根据给定的农业生产需求，选择合适的生物育种技术并制定简单的育种方案，培养知识应用和实践能力。
3. 情感态度与价值观目标
激发对生物科学和农业生产的兴趣，认识到生物科学技术对社会发展的重要推动作用。
培养创新意识和科学探究精神，关注生物育种技术的发展前景，树立可持续发展的观念。
二、学习重难点
1. 重点
掌握常见生物育种技术的原理、方法和过程。
理解不同生物育种技术在农业生产中的应用及优缺点。
2. 难点
深入理解各种生物育种技术所依据的遗传变异原理，以及在育种过程中遗传物质的变化。
能够综合运用所学知识，根据实际农业生产需求选择合适的育种技术并设计育种方案。
三、学习过程
1. 导入新课
观察思考：观察老师展示的全球粮食短缺地区人们的生活现状、现代农业丰收的场景以及一些新型农产品（如彩色棉花、巨型南瓜等）的图片。思考并回答问题：从这些图片中看到了什么？为什么我们需要不断提高农作物的产量和培育新的品种？
2. 知识探究
杂交育种
原理学习：阅读教材相关内容，结合老师的讲解，理解杂交育种的原理是基因重组。思考：以豌豆为例，假设豌豆的高茎（D）对矮茎（d）为显性，抗病（T）对感病（t）为显性，用高茎抗病（DDTT）和矮茎感病（ddtt）的豌豆进行杂交，F1代基因型和表现型分别是什么？F1代自交后，F2代会出现哪些表现型和基因型 ，尝试用遗传图解表示出来。
过程探究：以培育高产抗倒伏小麦品种为例，分析杂交育种的过程。思考：选择高产不抗倒伏（AABB）和低产抗倒伏（aabb）的小麦品种进行杂交，得到F1代（AaBb），F1代自交产生F2代，在F2代中会出现高产抗倒伏（A_bb）的个体，如何从F2代中筛选出纯合的高产抗倒伏小麦品种？
优缺点分析：结合实际农业生产，讨论杂交育种的优缺点。思考：在农业生产中，育种周期长可能会带来哪些问题？
诱变育种
原理学习：回顾基因突变的知识，理解诱变育种的原理是利用物理因素（如X射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）处理生物，使生物发生基因突变，从而产生新的性状。思考：基因突变有什么特点？这些特点对诱变育种有什么影响？
过程探究：以培育高产青霉素菌株为例，了解诱变育种的过程。思考：在诱变育种过程中，为什么要处理大量的生物材料？
优缺点分析：分析诱变育种的优缺点，如优点是能产生新基因、新性状，缺点是具有不定向性，有利变异少，需大量处理材料。
转基因育种
原理学习：阅读教材，理解转基因育种是将一种生物的基因分离出来，在体外进行拼接组装，然后转入另一种生物的体内，以引起生物性状的定向改变，原理是基因重组 ，操作水平是DNA分子水平。思考：人的生长激素基因在细菌细胞内得到成功表达，说明了什么问题？
过程探究：了解“工程菌”（如产生生长激素的大肠杆菌）的培育过程，包括获得目的基因、目的基因与载体拼接结合、目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与表达。
应用实例分析：分析抗虫棉、转基因鲤鱼、转基因农作物等应用实例，思考转基因技术在农业生产中的优势和可能面临的问题。
3. 总结归纳
比较杂交育种、诱变育种、转基因育种的原理、方法、过程、优缺点及应用实例，完成以下表格：
育种技术 原理 方法 过程 优点 缺点 应用实例
杂交育种
诱变育种
转基因育种
4. 知识应用
给出一些农业生产中的实际需求，如培育抗干旱的玉米品种、提高奶牛的产奶量等，尝试选择合适的育种技术并简要制定育种方案。
讨论生物育种技术对农业可持续发展的意义，思考如何在利用生物育种技术的同时，保障生态环境和生物多样性。
四、课堂检测
1. 杂交育种依据的主要遗传学原理是（ ）
A. 基因突变 B. 基因重组 C. 染色体变异 D. 染色体交叉互换
2. 诱变育种能使植物体产生更多的突变个体，生物细胞对辐射、化学诱变剂敏感的时期是细胞分裂的（ ）
A. 间期 B. 前期 C. 后期 D. 末期
3. 下列有关转基因技术的说法，正确的是（ ）
A. 转基因技术只能运用于植物 B. 转基因技术的操作对象是蛋白质
C. 转基因技术可以定向改变生物的性状 D. 转基因技术会导致生物发生基因突变
4. 假设现有高产不抗病（AABB）和低产抗病（aabb）的两种小麦品种，如何通过杂交育种培育出高产抗病的小麦新品种？请简要写出育种过程。
五、课后拓展
1. 调查身边常见农作物或畜禽的培育方法，了解运用了哪些生物育种技术。
2. 查阅资料，了解我国在生物育种方面的最新成果，写一篇简短的科普报告。
教师版导学案
一、学习目标
1. 知识目标
引导学生准确阐述常见生物育种技术（杂交育种、诱变育种、转基因育种）的原理、方法和过程。
帮助学生详细比较不同生物育种技术的优缺点，并能举例说明其在农业生产中的应用。
使学生能够解释生物育种技术如何利用遗传变异原理促进农业发展。
2. 能力目标
通过分析各种育种技术的案例，培养学生分析问题、归纳总结和逻辑推理的能力。
指导学生能够根据给定的农业生产需求，选择合适的生物育种技术并制定简单的育种方案，提升知识应用和实践能力。
3. 情感态度与价值观目标
激发学生对生物科学和农业生产的兴趣，让学生认识到生物科学技术对社会发展的重要推动作用。
培养学生创新意识和科学探究精神，引导学生关注生物育种技术的发展前景，树立可持续发展的观念。
二、学习重难点
1. 重点
帮助学生掌握常见生物育种技术的原理、方法和过程。
引导学生理解不同生物育种技术在农业生产中的应用及优缺点。
2. 难点
引导学生深入理解各种生物育种技术所依据的遗传变异原理，以及在育种过程中遗传物质的变化。
培养学生综合运用所学知识，根据实际农业生产需求选择合适的育种技术并设计育种方案的能力。
三、学习过程
1. 导入新课
展示引导：展示全球粮食短缺地区人们的生活现状、现代农业丰收的场景以及一些新型农产品（如彩色棉花、巨型南瓜等）的图片。引导学生观察图片，提问：“大家从这些图片中看到了什么？为什么我们需要不断提高农作物的产量和培育新的品种呢？”
答案解析：学生可能回答看到了粮食短缺和丰收的对比等，原因可能是为了满足人们对食物的需求、改善生活、适应不同环境等。通过展示图片和提问，激发学生的学习兴趣和好奇心，引发学生对农业生产与生物育种技术关系的思考，从而自然地导入本节课的主题。
2. 知识探究
杂交育种
原理学习：讲解杂交育种的原理是基因重组。利用具有不同优良性状的两个亲本进行杂交，使两个亲本的优良基因组合在一起，通过自交，在后代中筛选出具有所需优良性状组合的个体。以豌豆为例，假设豌豆的高茎（D）对矮茎（d）为显性，抗病（T）对感病（t）为显性，用高茎抗病（DDTT）和矮茎感病（ddtt）的豌豆进行杂交，F1代基因型为DdTt，表现为高茎抗病 。提问：“在F1代自交后，F2代中会出现哪些表现型和基因型呢？大家尝试用遗传图解表示出来。”
答案解析：F2代会出现高茎抗病、高茎感病、矮茎抗病、矮茎感病四种表现型，基因型有9种，分别为DDTT、DDTt、DdTT、DdTt、DDtt、Ddtt、ddTT、ddTt、ddtt 。通过具体的豌豆性状为例，结合已学的遗传定律，让学生理解杂交育种的基因重组原理，培养学生运用知识的能力，同时为后续理解杂交育种过程奠定基础。
过程探究：以培育高产抗倒伏小麦品种为例，详细讲解杂交育种的过程。选择高产不抗倒伏（AABB）和低产抗倒伏（aabb）的小麦品种进行杂交，得到F1代（AaBb），F1代自交产生F2代，在F2代中会出现高产抗倒伏（A_bb）的个体，但其中既有纯合子（AAbb），也有杂合子（Aabb）。提问：“如何从F2代中筛选出纯合的高产抗倒伏小麦品种呢？”
答案解析：可以让F2代中高产抗倒伏的个体连续自交，逐代筛选，直到不再发生性状分离，就可得到纯合的高产抗倒伏小麦品种。通过具体的小麦育种案例，让学生清晰地了解杂交育种从亲本选择、杂交、自交以及筛选的全过程，培养学生的分析和理解能力。提问环节引导学生思考关键步骤，加深对知识的掌握。
优缺点分析：引导学生分析杂交育种的优缺点。优点方面，能将不同个体的优良性状集中到一个个体上，如培育出兼具高产和抗倒伏特性的小麦。缺点是育种周期长，一般需要5 - 8年，且只能利用已有的基因组合，不能创造新基因。提问：“大家想一想，在农业生产中，育种周期长可能会带来哪些问题？”
答案解析：学生可能回答导致新品种推广慢，不能及时满足市场需求，错过最佳种植季节，增加种植成本等。通过引导学生分析优缺点，培养学生全面看待问题的能力，让学生认识到科学技术在应用中的局限性，同时也为后续学习其他育种技术做铺垫。
诱变育种
原理学习：讲解诱变育种的原理是基因突变。利用物理因素（如X射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）处理生物，使生物发生基因突变，从而产生新的性状。举例说明，如太空椒就是利用宇宙射线等太空环境因素诱导普通甜椒种子发生基因突变培育而成的。提问：“基因突变有什么特点？这些特点对诱变育种有什么影响？”
答案解析：基因突变具有不定向性、低频性、多害少利性等特点。不定向性导致诱变育种产生的变异方向不确定，低频性使得需要处理大量材料才能获得所需的变异，多害少利性意味着大部分突变可能对生物不利，增加筛选难度。通过联系已学的基因突变知识，让学生理解诱变育种的原理，培养学生知识迁移的能力，同时通过提问引导学生思考原理与育种实践的关系。
过程探究：以培育高产青霉素菌株为例，讲解诱变育种的过程。将普通青霉素菌株用紫外线照射等方法处理，由于基因突变，部分菌株的青霉素产量可能会发生变化，既有可能提高，也有可能降低。然后对大量处理后的菌株进行筛选，选出青霉素产量高的菌株进行培养繁殖。提问：“在诱变育种过程中，为什么要处理大量的生物材料？”
答案解析：因为基因突变具有低频性，处理大量材料才能增加获得所需突变个体的机会。通过具体的青霉素菌株育种案例，让学生了解诱变育种的操作过程，加深对诱变育种原理的理解，培养学生分析问题的能力。
优缺点分析：和学生一起分析诱变育种的优缺点。优点是能产生新基因、新性状，提高变异频率，加速育种进程；缺点是具有不定向性，有利变异少，需大量处理材料，工作量大。
转基因育种
原理学习：讲解转基因育种是将一种生物的基因分离出来，在体外进行拼接组装，然后转入另一种生物的体内，以引起生物性状的定向改变，原理是基因重组，操作水平是DNA分子水平。提问：“人的生长激素基因在细菌细胞内得到成功表达，说明了什么问题？”
答案解析：说明基因控制生物的性状，遗传密码在动物、植物和微生物之间是通用的。通过提问引导学生理解转基因育种的原理和意义，培养学生分析和归纳的能力。
过程探究：讲解“工程菌”（如产生生长激素的大肠杆菌）的培育过程，包括获得目的基因、目的基因与载体拼接结合、目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与表达。让学生了解每个步骤的操作和意义。
应用实例分析：和学生一起分析抗虫棉、转基因鲤鱼、转基因农作物等应用实例，讨论转基因技术在农业生产中的优势（如抗虫、抗病、高产、优质等）和可能面临的问题（如生态安全、食品安全、伦理问题等），引导学生辩证地看待转基因技术。
3. 总结归纳
引导学生比较杂交育种、诱变育种、转基因育种的原理、方法、过程、优缺点及应用实例，完成以下表格：
育种技术 原理 方法 过程 优点 缺点 应用实例
杂交育种 基因重组 两个亲本杂交，自交筛选 选择具有不同优良性状的亲本杂交，得到F1，F1自交得F2，从F2中筛选所需性状个体，连续自交纯化 将不同个体优良性状集中 育种周期长，不能创造新基因 高产抗倒伏小麦
诱变育种 基因突变 物理或化学因素处理 用物理（如射线等）或化学（如亚硝酸等）因素处理生物，筛选变异个体 产生新基因、新性状，加速育种进程 不定向性，有利变异少，需大量处理材料 太空椒、高产青霉素菌株
转基因育种 基因重组 体外基因拼接转入 获取目的基因，与载体结合，导入受体细胞，检测表达 定向改变生物性状 可能存在生态、安全等问题 抗虫棉、转基因鲤鱼
答案解析：通过表格总结，帮助学生系统梳理知识，对比不同育种技术的特点，加深对知识的理解和记忆，培养学生归纳总结的能力。
4. 知识应用
给出一些农业生产中的实际需求，如培育抗干旱的玉米品种、提高奶牛的产奶量等，指导学生尝试选择合适的育种技术并简要制定育种方案。
答案解析：培育抗干旱玉米品种可考虑诱变育种（利用射线等处理玉米种子，筛选抗干旱突变体）或转基因育种（将抗干旱基因导入玉米细胞）；提高奶牛产奶量可考虑杂交育种（选择产奶量高的奶牛与其他优良性状奶牛杂交选育）或转基因育种（导入与产奶相关基因） 。通过实际问题的解决，培养学生运用知识的能力，提升学生的实践能力和创新思维。
组织学生讨论生物育种技术对农业可持续发展的意义（如提高粮食产量、改善农产品品质、减少农药使用等），思考如何在利用生物育种技术的同时，保障生态环境和生物多样性（如加强监管、生态风险评估等）。
答案解析：引导学生从多方面思考生物育种技术与农业可持续发展的关系，培养学生的社会责任感和环保意识，促进学生对科学技术的全面认识。
四、课堂检测
1. 答案：B
解析：杂交育种是将两个或多个品种的优良性状通过交配集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法，其依据的主要遗传学原理是基因重组，B正确；基因突变是诱变育种的原理，A错误；染色体变异是多倍体育种和单倍体育种的原理，C错误；染色体交叉互换是基因重组的一种类型，但不是杂交育种的主要原理，D错误。
2. 答案：A
解析：细胞分裂间期进行DNA复制，此时DNA结构不稳定，容易受到辐射、化学诱变剂等因素的影响发生突变，所以生物细胞对辐射、化学诱变剂敏感的时期是细胞分裂的间期，A正确；前期、后期、末期DNA已经完成复制，相对比较稳定，B、C、D错误。
3. 答案：C
解析：转基因技术不仅能运用于植物，也可用于动物和微生物，A错误；转基因技术的操作对象是基因，B错误；转基因技术可以按照人们的意愿定向改变生物的性状，C正确；转基因技术的原理是基因重组，不会导致生物发生基因突变，D错误。
4. 答案：
将高产不抗病（AABB）和低产抗病（aabb）的小麦品种作为亲本进行杂交，获得F 代（AaBb），表现为高产抗病。
让F 代自交，得到F 代，在F 代中筛选出高产抗病（A_B_）的个体。
对F 代中高产抗病的个体进行连续自交，逐代淘汰性状分离的个体，直到后代不再发生性状分离，最终获得纯合的高产抗病小麦品种（AABB）。
解析：
杂交育种的核心是通过杂交将不同亲本的优良基因组合，再通过自交和筛选纯化优良性状。本题中“高产”（A）和“抗病”（B）是目标优良性状，需从F 代的性状分离中筛选目标个体，再通过连续自交淘汰杂合子，确保后代性状稳定遗传。这一过程体现了杂交育种“集中优良性状→纯化筛选”的逻辑，帮助学生巩固育种流程的实际应用。
五、课后拓展指导
1. 调查身边常见农作物或畜禽的培育方法
指导建议：
引导学生选择常见作物（如小麦、玉米、水稻）或畜禽（如奶牛、肉鸡），通过询问农户、查阅资料（如种子包装说明、农业技术手册）等方式，记录其育种技术类型（如杂交水稻用杂交育种，太空椒用诱变育种）。
提示学生重点关注“该品种的优良性状是什么”“培育过程中是否提到‘杂交’‘诱变’‘转基因’等关键词”，将实际案例与课堂所学技术对应。
预期成果：学生能举例说明生活中育种技术的应用，如“本地种植的抗虫棉是转基因育种，导入了抗虫基因”，加深对知识的生活化理解。
2. 查阅资料，了解我国在生物育种方面的最新成果，写一篇简短的科普报告
指导建议：
推荐资料来源：中国农业科学院官网、《中国生物工程杂志》科普版、央视农业频道报道等，确保信息权威性。
提示报告结构：成果名称（如“抗虫耐除草剂玉米培育成功”）、育种技术类型（转基因育种）、核心优势（减少农药使用、提高产量）、对农业发展的意义。
强调结合课堂所学分析成果原理，如“该成果利用转基因技术将抗虫基因导入玉米，体现了基因重组原理和定向改造性状的优势”。
评价重点：是否能准确关联成果与育种技术，是否体现对技术价值的客观认识（如优势与潜在风险的平衡）。
六、板书设计建议（教师用）
生物育种技术促进农业发展
一、三大育种技术对比
| 技术类型 | 原理 | 核心方法 | 典型应用 | 关键优缺点 |
|------------|------------|------------------------|----------------|--------------------------|
| 杂交育种 | 基因重组 | 杂交→自交→筛选 | 高产抗倒伏小麦 | 集优良性状，但周期长 |
| 诱变育种 | 基因突变 | 物理/化学诱变→筛选 | 太空椒、高产青霉素 | 产新基因，但变异不定向 |
| 转基因育种 | 基因重组 | 基因拼接→导入→表达 | 抗虫棉、工程菌 | 定向改性状，需关注安全 |
二、育种技术与农业发展
→ 提高产量、改善品质、增强抗逆性
→ 推动可持续农业（减少资源浪费）
七、教学反思提示（教师用）
1. 知识掌握：通过课堂检测和表格填写，判断学生是否能准确区分三种育种技术的原理和应用，重点关注对“基因重组在杂交与转基因育种中作用的异同”的理解。
2. 能力培养：在“知识应用”环节，观察学生是否能根据农业需求（如抗干旱）合理选择育种技术，方案设计是否符合技术逻辑（如诱变育种需“大量处理材料”，转基因育种需“明确目的基因”）。
3. 情感态度：通过课后拓展和课堂讨论，关注学生是否能辩证看待转基因技术（如优势与争议），是否建立“科学技术服务社会”的意识。
4. 改进方向：若学生对“遗传物质变化”理解薄弱，可增加动画演示（如基因重组过程、转基因操作步骤）；若案例分析不足，可补充本地农业育种实例（如当地特色作物的培育技术）。

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