八年级生物生物的变异4八年级生物生物的变异4
生物的变异第一课时 ●教学目标 知识目标 1.认识生物性状的变异是普遍存在的。 2.举例说出可遗传的变异和不遗传的变异。并能说出引起两种变异的原因。 3.举例说出生物的性状既受遗传物质的控制也受环境因素的影响。 能力目标 1.初步体验调查生物变异的办法，提高处理调查数据和分析数据的能力。 2.能够运用所学知识解释调查结果的能力。 情感目标 通过收集生物变异的事例，增强学生对生物世界探究的好奇心及保护意识。培养学生们严谨的科学态度和热爱科学的兴趣。 ●教学重点 1.举例说出可遗传的变异和不遗传的变异，并能说出引起两种变异的原因。 2.举例说出生物的性状既受遗传物质的控制也受环境因素的影响。 ●教学难点 1.能够说出引起两种变异（遗传变异与不遗传变异）的原因。 2.举例说出生物的性状既受遗传物质的控制也受环境因素的影响。 ●教学办法 观察法、测量比较法、统计法、分析法、讨论法等。 ●教具准备 教师准备： 大小两个品种的大量花生；有关生物变异的多媒体课件或投影片。 学生准备： 收集生物的变异的资料或图片。 ●课时安排 1课时 ●教学过程 ［复习旧课，导入新课］ 上节课我们学习了关于“生男与生女”的问题，首先我们先来回顾一下上节课所学的有关内容。 （注：打开投影片，让同学们思考并回答） 投影片： 1.人的性别遗传，科学家们最早将注意力集中在啥的观察上？ 2.男女性染色体的差异。 3.为啥说生男生女机会均等？ （注：学生回答。） 学生1：科学家首先把注意力集中到对男性和女性染色体的观察上。 学生2：y染色体与x染色体在形态上有明显的区别：x染色体较大，y染色体较小。 学生3：男人一次排精子可产生上亿的精子，这些精子从含有的性染色体来说只有两种，一种是只含x染色体的，一种是只含y染色体的。女人在两次月经之间，会排出一个含x染色体的卵细胞。受精时，两种精子与卵细胞的结合机会均等。 （注：对回答不完善的同学教师可请其他同学给予补充或自己完善；对此教师给予鼓励性，赞扬性的评价。） 教师：放眼生物世界，不同种类的生物固然千差万别，同种生物之间也存在着各种各样的差异，像我们在第一节中学过的各种相对性状。这些都源于生物的变异。接下来大家请看关于生物变异的多媒体课件（或投影片）。 多媒体课件（或投影片） （注：可播放有关的图片资料。如：棉花的短果枝与长果枝；水稻的短秆与长秆；果蝇的白眼与毛眼、残翅与全翅；家鸽羽毛的灰红色与白色；人的色盲、糖尿病、白化病等；植物中的白化苗等等。播完后立刻关上。） 教师：看完之后，请大家回想并叙述你所看到的因生物变异而呈现相对性状的例子。 （注：学生每回答一种，教师重新打开其图片以巩固和验证其准确性。） 学生1：棉花的果枝一般为短果枝，由于变异而出现长果枝，增加了棉桃的数量，是一种有利变异，与短果枝便形成了一对相对性状。 学生2：水稻的短秆属于变异的结果。长秆易倒；短秆抗倒伏，形成一对相对性状。 学生3：果蝇的红眼、全翅属正常；而红眼、缺翅是变异的结果，分别形成相对性状。 …… （注：教师应从这些学生良好的记忆与语言表达组织上给予鼓励性的评价。） 教师：除了刚才大家看到的一些相对性状之外，你还知道多少有关生物变异的例子呢？ 学生：人体正常的红细胞形状像“烧饼”。而变异的患贫血症的一种形状是镰刀形；这两种形状上的差异便构成了一对相对性状。 …… ［讲授新课］ 教师：可见生物的变异是普遍存在的，然而生物的变异为啥会普遍存在？要解答这个问题，我们需要通过探究活动来找到答案。 （注：教师板书，并对这次活动做以下安排以及相关的注意事项和要求。） 板书：第五节 生物的变异 一、生物的变异是普遍存在的 二、探究一种变异现象 （活动安排与要求） 1.分组，每四人为一组，要求各组员之间分工合作。如：领分人员，测量人员，记录人员校正监督员等。 2.规定测量工具（统一为三角板或直尺及圆规）。 3.规定测量数字上的取舍；如：统一规定为毫米。规定测量样品数量不少于30粒。 4.限定时间。适当控制实验时间，留足讨论的时间。 5.要求绘制曲线图。汇报两个品种花生果实在不同长度范围内的数量分布及各自的平均值。 （活动开始，约5～7分钟结束。） （注：活动结束后。请每组汇报本组统计的结果，教师记录。） 学生1：我们组测得大花生品种长度为9毫米的有x粒，10毫米的有x粒，11毫米的有x粒。30粒平均长度为x毫米。小花生品种长度为7毫米的有x粒，8毫米的有x粒，9毫米的有x粒，10毫米的有x粒。30粒平均长度为x毫米。 （注：教师记录其不同品种的平均长度。） …… 教师：接下来请大家思考以下讨论题。讨论后并回答。 投影片： 1.请问从不同品种的花生果实在不同长度范围内的数量分布状况中，你能得出啥结论？ 2.比较全班同学统计的不同品种果实长度的平均值，你能得出啥结论？ 3.如果小花生种在肥沃土中，大花生种在贫瘠土中，结果将怎么样？你的依据是啥？ 4.从大花生中选择一粒饱满粒大的种子种下去，所收获的种子一定都是大的吗？为啥？ （学生讨论完后回答。） 学生：通过对比发现大花生种子在10毫米范围内的数量最多，而小花生种子在8毫米的范围内的数量最多，但两者在其大范围内都有少量种子。说明大花生与小花生是对相对性状。 教师：请大家从深层次去分析花生长度这种相对性状产生的原因。 学生：大小花生长度各自并不相等，说明大花生或小花生在表现性状的数量上存在着差异，这可能与花生在生长过程中受周围环境的影响有关。 （注：可多请几个同学回答、讨论，最后教师应给予总结。） 参考答案：大小花生的果实“大小”这种相对性状表现出来的是数量差异。由于任何性状都是控制该性状的基因与环境共同作用的结果，所以基因组成相同的大花生，果实的长度有长也有短，这主要是环境引起的变异。但环境影响所引起的变异程度是有限的，所以大花生（或小花生）的果实总在一定范围内波动。 学生2：通过比较可知，大小花生长度上的平均差异是受遗传物质控制的。 教师：比较这种相对性状的差异，应该比较它们数量的平均值。刚才我们列举的例子中有哪些属于这种类型呢？ 学生：玉米的长穗与短穗；籽粒的多与少；菊花颜色上的过渡；番茄个体的大小差异…… 教师：以花生为例，在相同条件下种植的大小花生，正常情况下，大花生果实长度的平均值应大于小花生果实的平均值，这种差异主要是由于遗传物质的差异引起的。 学生3：大花生的种子种在贫瘠的土地上，其果实将会变小；小花生的种子种在肥沃的土壤中，其果实会长大。因为环境的变化影响生物性状的表现。 学生4①：不一定。如果大花生的大小是一种数量性状，则大花生中一粒饱满粒大的种子种下去，所收获的种子有大有小，若不考虑环境影响的话，其平均值仍和原大花生品种相近。 学生4②：不一定，我认为要看控制花生大小这一对相对性状的基因组成来确定。假设a为显性基因控制性状“大”，a为隐性基因控制性状“小”，大花生的基因型是aa或aa，如果是aa，其后代均表现为大；如果是aa，其后代就有大小两种可能。 （注：教师对几位同学的回答作出合理的、公正的、鼓励性的评价；对于第四小题出现的两种回答，教师应引导学生深入具体分析，最终全面分析其可能性。若有可能，可以播放关于本小题的实验录像，增强学生的感性认识。） 教师：对于第四小题，我们可将两位同学的作答结合起来。因为我们知道，生物的性状是受基因控制的；也受环境的影响，而且这里花生籽粒大小为数量性状。哪位同学可做全面分析？ 学生：一、要看控制花生大小这一对相对性状的基因组成来确定。如果是aa型，则后代全为大；若是aa型，其后代大部分为大， 为小。二、花生的大小是一种数量性状，其后代肯定有大有小，但其平均值非常接近原大花生品种。三、若把这粒种子种在肥沃的土壤中，其收获的种子绝大多数都是大的。 ［课堂小结］ 教师：通过探究花生籽粒的大小，使我们明白，生物性状的变异首先决定于遗传物质基础的不同，同时也受环境的影响。 板书：生物性状的变异决定于遗传物质；也受环境的影响。 教师：大家思考：一粒小品种花生在肥沃土壤中形成的“大”种子，再种下去，那么它的后代的平均值是怎么样呢？ 学生1：仍然是大种子，其平均值接近大种子，因为产生它的种子是大型的，体内有大型的基因。 学生2： 我认为是小种子，其平均值应接近它的原品种型。因为，在肥沃土壤中形成的种子虽大，但它体内没有产生大型的基因，只是受环境的影响，所以，它产生的后代的平均值应接近于原品种型。 学生3：不一定，如果它在肥沃土壤环境的影响下，它体内的基因发生了改变，则产生的后代其平均值应是接近于大型的。 …… （注：教师对学生的各种回答给予合适的赞赏性的评价。同时，应对此作出总结。） 教师：可见，花生后代的平均值主要取决于其体内的遗传物质是否发生改变。如果受外界环境的影响，仅仅是表现上为大型花生，其体内遗传物质没有发生改变，那么，它的后代平均值应接近于小型的。反之，则接近于大型的，对此，你还能举出一些例子吗？ 学生1：将原是旱地的小麦种子，种在水浇地、籽粒饱满，而再种回到旱地，则表现出来的仍是原旱地表现型。 学生2：将原是旱地的小尖椒，种在水浇地小尖椒变为大尖椒；但将其种子种在旱地，仍然是小尖椒，说明其体内基因未发生改变。 学生3：将原是水浇地的棉花种子，种在旱地，植株变矮；若将其在旱地种植几年后，也将其种在水浇地，其植株高的平均值仍为矮秆说明其体内的基因发生了改变，并遗传给了后代。 …… （注：教师对学生的自由回答给予鼓励性的评价。最后，可引导学生一起将本节内容总结概括。一是此次活动中的注意事项；二是本节知识点的概括。） ［巩固练习］ 一、看谁选得对 1.下列不属于生物的变异的是（ ） a.玉米果穗的颜色上的差异 b.安康羊的后代比其父母矮许多 c.红眼果蝇与白眼果蝇的头部 d.未成熟的小iPhone与成熟的大iPhone 答案：d 2.在测定某种数量性状时，所选择的对象至少为（ ） a.2个 b.4个 c.30个 d.15个 答案：c 3.在生物变异的遗传过程中，起决定作用的是（ ） a.环境引起的性状的变异 b.环境引起的遗传物质的变异 c.环境因素的影响 答案：b 二、思考题 引起生物变异的原因是啥？并举例说明。 答案：主要决定于遗传物质——基因,同时也受环境的影响。例如 ：在相同条件下，大花生品种的种子产生后 代的长度的平均值大于小花生品种的种子产生后代的长度的平均值。这说明基因控制生物的性状；在每一品种的后代中有大有小说明生物的性状也受环境的影响。 ●板书设计第五节 生物的变异 一、生物的变异是普遍存在的 二、探究一种变异现象 生物性状的变异决定于遗传物质；也受环境的影响。 ●备课资料 1.基因突变 所谓基因突变，就是一个基因变为它的等位基因。基因突变是染色体上一个座位内的遗传物质的变化，所以也称作点突变（point mutation）。 基因突变在生物界中是很普遍的，而且突变后所出现的性状跟环境条件间看不出对应关系。比如有角家畜中出现无角品种，禾谷类作物中出现矮秆植株，有芒小麦中出现无芒小麦，大肠杆菌中出现不能合成某些氨基酸的菌株等，都看不出突变性状与环境间的对应关系。 突变在自然情况下产生的，称为自然突变或自发突变（spontaneous mutation）；由人们有意识地应用一些物理、化学因素诱发的，则称为诱发突变（induced mutation）。 2.突变体的表型特性 突变后出现的表型改变是多种多样的。根据突变对表型的最明显效应，可以分为： （1）形态突变（morphological mutations） 突变主要影响生物的形态结构，导致形状、大小、色泽等的改变。比如普通绵羊的四肢有一定的长度，但安康羊（ancon sheep）的四肢很短，因为这类突变可在外观上看到，所以也称可见突变（visible mutations）。 （2）生化突变（biochemical mutations） 突变主要影响生物的代谢过程，导致一个特定的生化功能的改变或丧失。比如链孢霉的生长本来不需要在培养基中另添氨基酸，而在突变后，一定要在培养基中添加某种氨基酸才能生长，这就发生了生化突变。 （3）致死突变（lethal mutations） 突变主要影响生活力，导致个体死亡。致死突变可分为显性致死或隐性致死。显性致死在杂合态即有致死效应，而隐性致死则要在纯合态时才有致死效应。一般以隐性致死突变较为常见，如上面讲过的镰形细胞贫血症的基因就是隐性致死突变。也植物中常见的白化基因也是隐性致死的，因为不能形成叶绿素，最后植株死亡。当然，有时致死突变不一定伴有可见的表型改变。 致死突变的致死作用可以发生在不同的发育阶段，在配子期，胚胎期，幼龄期或成年期都可发生。如女娄菜的细叶基因b是配子致死，而小鼠的黄鼠基因ay在纯合时是合子致死。 致死基因的作用也有变化。基因型上属于致死的个体，有全部死亡的，有一部分或大部分活下来的。进而根据基因的致死程度，可以分为全致死（使90%以上个体死亡），半致死（semilethals,使50%～90%个体死亡）和低活性（subvitals,使50%～10%个体死亡）等。 （4）条件致死突变（conditional lethal mutation） 在某些条件下是能成活的，而在另一些条件下是致死的。比如噬菌体t4的温度敏感突变型在25℃时能在e.coli宿主中正常生长，形成噬菌斑，但在42℃时就不能这样。 上面这样的分类，只是为了叙述的方便，事实上相互之间是有交叉的。因为基因的作用是执行一种特定的生化过程，所以可以说，几乎所有的基因突变都是生化突变。 3.突变发生的时期 突变可在个体发育的任何时期发生。如某一动物的性腺中某一个配子发生基因突变，则与这个配子结合而产生的个体就是这个突变基因的杂合体。如这突变基因是显性，则子代中这一个体即表现为突变型。如动物的受精卵在进行第一次核分裂时，一对子染色体中的一条发生一个突变，那么长成的个体中，有一半细胞有这个突变基因。如果这个突变基因是显性，则个体的一半显示不同的性状，就出现所谓嵌合体（mosaic）。一般地说，在个体发育过程中，突变发生的时期越迟，则生物体表现突变的部分越少。比如有一种猫，叫做金银眼猫，猫的一只眼睛的虹彩是黄褐色，另一只眼睛的虹彩是蓝色，这大概是在个体发育较后阶段发生突变的结果吧。 在植物里，一个芽在发育的极早时期发生突变，这芽长成枝条，上面着生的叶、花和果实跟其他枝条不同，这叫做枝变或芽变（bud sport）。芽变往往自发地产生，没有明显的外因。芽变在农业生产上占有重要地位，因为果树和花卉的许多新品种就是由芽变得来的。比如根据研究，温州早橘有许多品系来自温州密橘（citrus reticulata）的芽变。一般芽变仅限于某一性状，或某一些有关性状，而其他许多性状仍跟原来品种一样，所以应用嫁接、压条等无性繁殖办法，把这些优良性状保存下来，再经过适当选择，可以繁育成为新品种。 讲到微生物等，要区别体细胞和性细胞是不必要的。因为在这些生物中，整个个体可以从体细胞发育而成。比如链孢霉可从无性孢子或菌丝片段长成整个个体，所以无性世代发生的突变，以后也可通过有性世代而遗传下去。 4.突变率 在正常的生长条件和环境中，突变率（mutationrate）往往是很低的。果蝇的x连锁隐性致死基因的突变率约为0.1%，或每一千个测验过的配子中，有一个x染色体有隐性致死突变。果蝇的第2染色体的自发致死突变率较高，约为0.5%。果蝇的第3染色体的长短跟第2染色体相似，突变率也差不多。果蝇的第4染色体是点状染色体，突变率自然也较低。所以果蝇的总的致死突变率约为1%，或每一百个配子中有一个配子带有新产生的致死基因。如果我们把产生半致死或低活力效应的为数更多的基因突变率也包括在内，那么果蝇中产生有害效应的基因的总突变率约为5%，或20个配子中有1个。 这5%的数值自然包括很多染色体上座位的突变，所以每一座位上的突变率应该低得多。果蝇中，测得的单一座位的突变率，数值有变化，但大致上在10-5范围。其他生物的基本突变率也随基因的不同，而数值各异。比如在玉米中，蜡质基因wx的突变率测不到，而无色糊粉层基因rr的突变率可高到每十万个配子中有49个突变。 在人类方面，突变率的估计办法之一是根据家系中有显性性状的患儿的出现。在这些家系中，祖先各代是没有这些性状的；如双亲一方也有同一遗传病，则这名患儿应除去不计。 比如软骨发育不全（achondroplasia）由常染色体显性基因引起，患者四肢粗短。根据neel（1941）的一个调查，在94，075活产儿中，发现10例为本病患者，其中2例的一方亲体也是本病患者，所以应该除去不计，其余8例的双亲正常，可认为是新突变的结果。因为这病是显性遗传，而且外显率基因完全，所以每个新生儿被认定患有软骨发育不全时，就表示形成这儿童的两个配子中，有一个配子发生了显性突变，进而每个基因的突变率是（10-2）/2（94075-2）＝4.2×10-5 neel根据多方面的资料，估计了人的9个不同基因的突变率，发现人类基因的突变率大致上跟果蝇基因的突变率相似，都位于10-5的范围。 玉米和小鼠的突变率跟果蝇和人属于同一范围，但微生物的突变率明显地较低。突变率的降低或许跟生活史的缩短有关。像细菌这样单细胞生物中，突变率是以细胞分裂为基础来计算的，而在像果蝇和小鼠这样多细胞生物中，每一世代时间（generation time）包括很多次连续的细胞分裂，而在每一次细胞分裂中都可发生突变，突变率自然就要高些。 5.自发突变的原因 自发突变是很早就知道了的。上面已提到过，在家养动物和园艺植物中，时常有突变体出现。在19xx年，摩尔根用白眼果蝇证明有伴性遗传现象。但最初一只白眼果蝇是在野生型果蝇的培养瓶中自发出现的，以后摩尔根和他的学生们所用的很多突变型也都是自发产生的。那就是说，这些突变型不是用人工办法诱发的。事实上，差不多要在20年以后，才知道突变是可以诱发的。 自发突变是怎么样产生的，到现在还不十分了解。自然界中的辐射，如宇宙线、生物体内的放射性碳和钾等，可能是一种原因，但自然界中的电离辐射强度不足以说明自发突变的全部，可能只能说明其中的极小一部分。 温度的极端变化是另一种诱变因素。比如有人认为极端温度是黄鹌菜（crepis）自发突变的重要因素。虽然基因突变率随温度升高而增加，用过高的温度（比如40℃）或过低温度（比如0℃）处理，也可增加突变率，但总地看来，温度在自发突变中的重要性还比不上自然辐射。 自从知道化学药品可以诱发突变后，不久就意识到周围环境中各种化学物质的潜在诱变性。不过自发突变不能单单归因于外界因素，也应考虑到体内或细胞内某些生理、生化过程所产生的物质的作用。支持这一论点的证据是：（1）植物的种子贮藏久了，常常增加突变率。比如在正常情况下，金鱼草的突变率大约是1%（包括所有的基因，如果每个基因的突变率是100万中10个，那么如果一个配子中共有1000个座位的话，即可得到1%）。但种子贮藏6～9年后，突变率就从1%增加到1.6%～5.3%，贮藏xx年后可达14.3%。（2）从陈种子中可提取一些诱变物质。比如从烟草的陈种子中压出油来，用这种油处理同一烟草品种的新鲜种子。从这样种子长出来的幼苗，突变种类跟自发突变相似，但突变频率增加。（3）把番茄种在很干燥的条件下，提高番茄细胞的渗透压，以后从它们的f2和f3可以分离出多数突变体。 总之，自发突变的原因还不很清楚，可能外界因素和内部因素都有作用。 第二课时 ●教学目标 知识目标 1.举例说出遗传育种的几种办法。 2.举例说出遗传育种在生产中的应用。 能力目标 培养学生运用所学知识分析解释问题的能力。 情感目标 通过学习对有关生物育种现象的分析与解释增强他们对我国现有的生物高技术水平的信心，培养为祖国未来的科学事业无私奉献的精神。 ●教学重点 1.了解现代遗传育种的几种办法。 2.了解几种遗传育种在生产中的应用。 ●教学难点 了解几种遗传育种办法及在生产上的运用。 ●教学办法 启发式、举例法、分析推理法。 ●教具准备 教师准备：有关人工育种、杂交育种、太空辐射突变育种的图片及资料；有关总结的投影片。 ●课时安排 1课时 ●教学过程 ［复习旧课，导入新课］ 通过上节课的学习，我们知道生物变异在自然界是普遍存在的，以及引起变异的原因。接下来，大家一起回顾上节课的有关内容。 投影片： 1.请举出一两种生物变异的例子。 2.在探究活动中，两个不同品种的花生测得的平均值说明了啥问题？ 3.在同一品种花生中，每个花生的长度各不相同，这也说明啥问题？ 4.结合2、3题，你能得出引起生物变异的原因是啥吗？ （学生回答） 学生1：例如菊花的不同形态、不同颜色；不同品种玉米果穗的籽粒颜色与大小。它们均是由生物变异而产生的。 学生2：大花生品种的平均值大于小花生的这说明大小花生这一对相对性状是受基因控制的，基因不同则表现性状也各不相同。 学生3：一个品种的花生种子各不相同，说明生物性状的表现受环境的影响。 学生4：由2、3可知，生物的变异除了受遗传物质控制外，还受环境的影响。 （注：教师针对学生的回答给予完善与补充，同时对回答较完善、准确的同学给予鼓励性。赞赏性的评价；对回答不完善、不准确的同学也给予鼓励性、客观性的评价。） 教师：前面我们学习了基因控制生物的性状而生物相对性状的差异是生物变异的结果，即控制生物性状的遗传物质发生了变异。在我国历史上，利用生物的变异选择优良品种已有了上千年的历史。世界上栽培植物和饲养动物的优良品种中，有许多都源自我国，如水稻、谷子、大豆、家猪等。现代育种的杰出代表袁隆平院士和他的超级杂交水稻更是享誉世界。接下来看一下育种的几种办法及在生产中的广泛应用。大家试着利用所学的知识分析解释其中蕴含的科学道理。 （注：教师打开多媒体课件或投影片，让同学们讨论、分析，教师板书。） 板书：三、人类应用遗传变异原理培育新品种 投影（或多媒体课件）： 1.运用人工选择的办法培育新品种 教师：看了图片之后，试着分析高产奶量牛是怎样培育出来的？注意结合所学的知识回答。 学生5：先从产奶量不同的三头奶牛中挑出产奶较多的两头奶牛，然后经过许多代的繁殖、培育出高产奶牛的品种。 学生6：奶牛产奶量的多与少可看做是一对相对性状，分别由相应的基因控制，在繁殖过程中基因会出现变异，可能会培育出产奶量更多的奶牛，这样我们可以将它们挑选出来。 学生7：人们为了获得更高的价值，总是挑选产奶量高的品种，这样就将产奶高的基因保留了下来，这样在此基础上可能会变异出产奶量更高的奶牛。 …… （注：教师对学生从不同角度所做回答均给予客观的、合理性、鼓励性的评价。并作以总结，可用投影片或多课体课件展示。同时板书。） 投影片： 这是由于：遗传物质的变异、不同品种或同一品种的奶牛控制产奶量的基因组成可以不同。通过人工选择可以将产奶量高的奶牛选择出来即将含有控制高产奶量的遗传物质保留下来，通过繁育，后代还会出现各种变异，再从中选择、繁育，数代后奶牛不但能够保持高产奶量甚至会有不断增加的趋势。 板书：1.运用人工选择的办法培育新品种 教师：运用人工选择培育新品种的办法，在培育家禽、家畜方面应用最广。除了奶牛之外你知道的还有哪些动物呢？ 学生8：鸡、鸭、鹅、鸽子、猪、狗、猫、羊、马、驴、骡等。 教师：通过人工选择培育新品种的这种办法需要经过几代乃至十几代，花费的时间与精力很多，在现代育种方面应用很少。为了缩短育种时间，而也能获得优良的品种，需要较先进的育种办法——杂交育种。 （注：教师板书，同时打开多媒体课件或投影片。） 板书：2.杂交育种 投影片（或多媒体课件） 2.杂交育种 教师：看了图片之后，运用所学知识分析并解析杂交育种的原理。 学生9：我认为杂交育种与人工选择培育新种一样，都是在繁殖的后代中挑选出优良品种也就是保留优良基因。 学生10：我认为它不同于前种，因为杂交的两种小麦所表现的性状一种是高产倒伏，另一种是低产抗倒伏，不是完全的高产抗倒伏小麦当两者杂交之后，才形成新的品种即高产抗倒伏品种。 学生11：高产倒伏小麦中既含有控制高产的基因，也有控制倒伏的基因；同样低产抗倒伏的小麦中也含有低产与抗倒伏的基因。当他们两者杂交后，可能会产生高产而抗倒伏的基因型，也就是高产抗倒伏的新品种。 …… （注：学生在回答上较前次会有很大提高，尽可能让学生找出原理。教师应给予鼓励性、赞赏性的评价。同时打开投影片给予总结。） 投影片： 这是由于：高产倒伏小麦与低产抗倒伏小麦杂交，低产抗倒伏小麦把抗倒伏的基因传给了高产不抗倒伏的小麦，抗倒伏基因与高产基因组合在一起，便产生了高产抗倒伏的新品种。 教师：通过杂交培育新品种，至少需要三代才能培育出新品种。 我们知道现代社会是信息技术高速发展的时代，只有在更短的时间里培育出更优良的品种才会获得更大的经济效益以及社会效益。除了杂交育种之外，还有更简便易行的办法吗？有，接下来大家请看…… （注：打开多媒体课件或投影片。） 投影片（或多媒体课件） 3.经过太空处理培育新品种 教师：观看图片之后，请分析这种办法培育新品种的原理。 学生1：把普通甜椒的种子搭载卫星时，远离地球，受到的地心引力就小，就会导致种子内的遗传物质发生变异，当回到地球之后，播下，就可能会产生太空椒。 学生2：由于太空辐射非常厉害，可能种子在太空“旅游”时，受到辐射影响到它体内的遗传物质，发生变异，返回后，会产生太空椒。 学生3：可能在火箭上升的过程中所产生的高温以及太空中极低温的影响，导致种子内的遗传物质发生了变异，才会培育出太空椒。 …… 教师：对学生的精彩回答给以赞赏性的评价进而将课堂气氛推至高潮。同时，教师给予结论，并板书： 投影片（或多媒体课件） 这是由于：太空椒是在太空条件下（强烈辐射，重力消失，极高或极低温），引起基因发生改变而培育成的新品种。 板书：3.经过太空处理培育新品种 教师：第三种育种办法是以高科技产物的出现为前提的，它可以大大缩短培育新品种的时间，更适应新时代的要求。除了甜椒之外，还可以搭载其他植物的种子或小动物。你可以猜想，在太空旅行几天回来的小鼠将有啥样的表现？ 学生：要比原鼠的体积增大一倍。 …… 教师：大家的猜想是有可能的。咱们知道了太空条件改变了生物的遗传物质，可不可以把太空条件搬到咱们实验室呢？ 学生：可以。 教师：可以，可以模拟太空条件来培育新品种。除此之外，还可以通过化学诱变的办法培育新品种，例如常用的化学诱变剂——秋水仙素。我们在市场上可以买到两种西瓜，一种是有籽西瓜，一种是无籽西瓜。其中无籽西瓜的培育就是利用秋水仙素处理正常的西瓜种子而获得的。另外现在的单倍体培育技术，其间也要用到秋水仙素。 关于利用遗传变异的原理培育新品种的办法还有许多，大家可以查阅有关资料。 ［课堂小结］ 本节课内容不多，应调动学生的积极性，归纳概括所学的知识，培养学生的分析资料和总结知识的能力。教师也应给予适当的总结，以体现情感上的教育与共鸣。 ［巩固练习］ 一、看谁选得对 1.用x射线处理过的西红柿幼苗，能够使其细胞内的染色体数加倍。这样番茄的体积增大一倍，维生素c的含量也增加了一倍。这种变异能否遗传（ ） a.能 b.不能 答案：a 2.经过下列处理的种子，哪一种变异不会遗传给后代（ ） a.经过极高，极低温度处理过的西瓜种子 b.小粒玉米在肥地结出的大玉米种子 c.经过g 射线处理过的芹菜种子 d.经过秋水仙素处理过的甜瓜种子 答案：b 3.下列哪种培育新品种所用的时间最短（ ） a.人工选择繁育培育新品种 b.杂交育种培育新品种 c.转基因技术培育新品种 d.自然选择产生新品种 答案：c 二、思考题 4.请试述你所知道的应用遗传变异原理培育新品种的办法。 答案：人工选择优良品种培育新品种；杂交育种；太空条件下处理培育新品种；转基因技术培育新品种…… ●板书设计 第五节 生物的变异 三、人类应用遗传变异原理培育新品种 1.运用人工选择的办法培育新品种 2.杂交育种 3.经过太空处理培育新品种 ●备课资料 1.诱变在育种上的应用 物理因素和化学因素可以诱发突变，使突变率大大提高，这样变异的来源就大为增多。通过人工选择再加上育种上的一些措施，可以培育出生产上需要的各种优良品种。 在微生物选种中，现在已广泛应用诱变因素，来培育优良菌种。比如青霉菌的产量最初是很低的，生产成本也很高。后来交替地用x射线和紫外线照射，以及用芥子气和乙烯亚胺处理，再配合选择，结果得到的菌种，不仅产量大大地提高了，而且混在青霉素制品中的一种黄色素也不再分泌了。 现在我国发酵工业部门已把诱变因素广泛地应用在各种抗生素菌种和其他工业微生物的育种上，使产品质量继续提高，产品成本不断下降。 在植物方面，应用诱变育种，已培育出许多优良品种。这个办法特别有利于改进高产品种的个别不良性状。比如用g 射线处理籼稻干种子，选出成熟提前15天的新品种，而丰产性状仍旧保存下来。也一般米粒的蛋白质含量不高，而且所含的蛋白质较多地分布在米粒的外层，在碾成白米时，多已丧失。现在用诱变办法，得到新的水稻品种，不仅提高了米粒中蛋白质的含量，而且蛋白质分布在整个米粒中，所以碾成白米后，米粒中蛋白质含量提高很多。还有，用g 射线和其他诱变剂处理大豆，培育出一个新品种。这品种具有改变了的酶系，在光合过程中消耗有机碳很少，被称为“非光呼吸作物”。光呼吸虽为植物正常生活所必需，但它的消耗过大，几乎用去了合成有机碳的一半，所以育成的非（或低）光呼吸作物可在同样的施肥和管理条件下，提高产量50%。诸如此类的例子是很多的。现在我国在这方面发展特别快，成效也很显著，先后已育出了一百种以上的水稻、小麦、高粱、玉米、大豆等的新品种，而且有些品种已大面积推广种植，在粮食增产上起了很大的作用。 2.多倍体的实践应用 植物多倍体在生产上有重要意义。如四倍体番茄所含的维生素c比二倍体大约多了一倍。四倍体萝卜的主根粗大，产量比最好的二倍体品种还要高。三倍体甜菜比较耐寒，含糖量和产量都较高，成熟也较早。三倍体的杜鹃花，因为不育，所以开花时间特别长。还有三倍体西瓜，因为很少能产生有功能的性细胞，所以没有种子。 现在特别把同源三倍体无籽西瓜和异源八倍体小黑麦详细谈一谈。 （1）无籽西瓜 一般将食用二倍体西瓜（citrullus vulgaris,2n＝22）在幼苗期用秋水仙素处理，可以得到四倍体，四倍体植株的气孔大，花粉粒和种子也较大。把四倍体作为母本，二倍体作为父本，在四倍体的植株上就结出三倍体的种子（3n＝33）。三倍体种子种下去后长出三倍体植株来。三倍体植株上的花一定要用二倍体植株的花粉来刺激，这样才能引起无籽果实的发育。因此必须把三倍体与二倍体相间种植，以保证有足够的二倍体植株的花粉传到三倍体植株的雌花上去。 在培植无籽西瓜时，还有下列几点要注意： ①为了保证所结的种子是三倍体，可用显性基因来标志二倍体父本，跟隐性的四倍体母本杂交。比如： ②用于亲本的品种要选用合适，这样，有可能使无籽西瓜的产量超过一般二倍体西瓜二倍之多。不仅所结的瓜多，而且每个西瓜的重量也可增加。 ③如以♀2n×♂4n，同样也可以得到3n，但这种3n植株的雌花中的胚珠会生成硬壳，像有种子一样，所以这种杂交方案不能采用。 ④三倍体植株的第一朵雌花的胚珠可能生成硬壳，所以最好摘去第一朵雌花。 （2）小黑麦 异源多倍体的合成是作物育种中常用的办法，目的是要把两个亲本种的优良特性汇集在一起。可是事实并不理想，唯一有可能用于生产的是普通小麦与黑麦（secale cereale）杂交，并经染色体加倍后育成的小黑麦（triticale）。 小麦能否与黑麦杂交，是由小麦的可杂交基因决定的，与黑麦品种无关。这些含有可杂交基因的小麦品种就称为“桥梁品种”。桥梁品种间的杂交一代和它们的后代都很容易与黑麦杂交。非桥梁品种也可先与桥梁品种杂交，使可杂交基因传递给杂种后代，这样就可广泛利用小麦资源来与黑麦杂交，有效地解决了属间杂交不易成功的困难。 利用小麦品种间杂种第一代或第二代做母本，与黑麦进行杂交。普通小麦有21对染色体，它的雌配子有21个染色体，包括三个染色体组（a，b，d）；黑麦有7对染色体，它的雄配子有7个染色体，是一个染色体组（r）。小麦的雌配子与黑麦的雄配子结合，所产生的子一代有28个染色体，包括四个染色体组（abdr）。因为这四个染色体组来自不同属的种，染色体的结构和功能已有很大的分化，它们之间的同源性已经很少，所以在减数分裂时不能形成二价体，子一代不育。当染色体加倍后，杂种的28个染色体成为28对，育性大大提高，能够结实繁殖后代了。因为小麦和黑麦的染色体基数都是7，加倍后小黑麦的28对染色体是7的8倍，它们也来自不同的种，所以叫它为异源八倍体小黑麦。 染色体加倍后的八倍体小黑麦是纯种，它们的后代不出现分离现象，但是呢都表现不同度的结实率低和种子饱满度不高等共同缺点。但经过几年的连续选择，已成功地培育成小黑麦新品种。 小黑麦产量高，抗逆性和抗病性强，耐瘠耐寒，面粉白，蛋白质含量高，发酵性能好，茎秆可作青饲料，适于高寒山区种植，比当地小麦增产30%～40%，比黑麦增产20%左右。但为了使小黑麦在平原地区的产量赶上或超过普通小麦，还要继续选择，不断改进。 3.染色体结构变异的发生机理 要染色体结构发生变异，首先要染色体发生断裂。发生断裂以后，在断裂处仍可愈合，这样也不会有变异产生。如断裂后发生重组，这样就可造成染色体的结构变异。断裂端发生重组可以有各种方式，但有一点要注意，只有新发生的断端才有重组的能力，而原来的游离端（端粒telomere）一般是没有重组能力的。根据上述原则，染色体上发生一个或一个以上断裂后，就可造成各种结构变异，如上面已详细说明过的缺失、重复、易位、倒位等。 根据断裂发生的时间，染色体结构畸变可分为两大类型，即染色体型和染色单体型。如断裂发生于g1期，这时染色体尚未复制，可导致染色体畸变，通过s期的复制，可以影响同一染色体的两条单体。如断裂发生在g2期，这时染色体已经复制，由两条染色单体构成，断裂通常只影响两条单体中的一条，即导致染色单体畸变。 染色体在自然条件下，也会断裂，引起结构改变。用x线、g 线和其他射线，或某些化学药品处理，可以增加断裂和结构改变的频率。有人把洋葱磨碎，提出液体，用来处理洋葱的细胞，可以引起染色体断裂。可以想象得到，染色体在自然条件下的断裂和改变，也可由体内代谢作用的产物所引起。 在白细胞培养中，添加诱癌剂（如二甲基苯蒽，7，12-dimethylbenz（a）anthracene）可以增加染色体断裂的频率，但同时添加抗氧化剂antioxidant（如维生素c，维生素e，亚硒酸钠na2seo3等）时，可降低染色体断裂的频率，这样看来，抗氧化剂有保护染色体不使断裂的作用。因为染色体断裂与致癌作用及衰老有关，所以科学工作者认为，大量服用抗氧化剂，可能有助于癌症的防止和衰老的延缓。 4.三体在配制一代杂种中的应用 大麦（hordeum sativum）是高度自交的植物，但用适当的品系配制杂种，也有明显的杂种优势。杂种不仅可以增产20%～30%以上，而且品质和耐病性也有某种程度提高。但大麦是雌雄同花植物，往往闭花授粉，配制杂交种在技术上有困难。 育种工作者利用染色体畸变办法，培育出一个新的品系。这个品系是一种三体，自交后代分离出两种植株，其中大部分植株的雄蕊发育不全，不散发花粉，是雄性不育的，在配制杂种时可用作母本，少部分植株跟亲代一样，仍为三体，可作为保持系，用于来年的再生产。 那么这个新品系的细胞遗传学特征是怎么样的呢？原来大麦的体细胞染色体数是7对，2n＝14，而新品系除了正常的14条染色体外，还带有易位片段的额外染色体一条，成为2n＋1的三体。 这品系的某一对染色体上有紧密连锁的两个基因，一个是雄性不育基因（ms），使植株不能产生花粉，另一个是黄色基因（r），控制种皮颜色。这两基因的显性基因是能形成正常花粉的ms和控制茶褐色种皮的r，带有这两显性基因的染色体断片通过易位搭到另一染色体断片上，形成了一个额外染色体，成为2n＋1的三体，如下图左上方所示那样。这图中，与标记基因无关的6对染色体省略。三体植物在减数分裂时，形成7个双价体（7h），一个额外染色体因有易位片段，往往形成单价体。在后期时，双价体中的两条同源染色体各自分向两极，而额外染色体随机分配，或分向这一极，或分向另一极，所以三体植株可以产生两种不同配子。其中一种配子仅有一套正常染色体，其 中一染色体上有ms基因和r基因（n＝7），另一种配子除含有一套正常染色体，其中一染色体上有ms基因和r基因外，还含有一过剩的易位染色体，上有ms基因和r基因（n＝8）。卵细胞中这两种配子比例大概是7∶3，都可受精，但花粉中有过剩染色体的配子不能授粉。结果自花授粉后所结的种子中，约有70%是有黄色种皮的雄性不育个体（msr/msr），余下的30%是有茶褐色种皮的花粉正常的个体（msr/msr/msr），跟亲本完全一样（如下图）。因为种皮有两种颜色，所以可用器械把两者分开。黄色种子是雄性不育系，植株长大后，如由另一合适的品系的花粉授粉，可配制一代杂种；而茶褐色种子可作保持系用，供第二年的再生产。 大麦中利用“三体”技术，配制一代杂种，是相当成功的。据报道，一代杂种大麦已在一部分地区推广种植。
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