教学设计示例二
第二课时
引入新课：上课之初，教师可以拿几块市售无籽西瓜和一些多倍体草莓分给几个同学吃，并提示学生：“这些与普通的西瓜和草莓相比有什么不同？”
学生：无籽，食用方便，个大，味甜……
教师：这些都是经过染色体加信而形成的多倍体生物，那么它们是如何培育出来的呢？这就与我们今天要学习的染色体数目变异的内容有关。
首先复习上节课的内容：什么叫染色体组？假如我们把一副扑克牌去除大王和小王，剩下的看成一个细胞中全部的染色体，你认为这个细胞中包括几个染色体组？每个染色体组中有多少条染色体？
学生：相当于四个染色体组，每组有13条染色体。
教师结合下表概述染色体数目变异的一些基本类型：
|
类别 |
名称 |
符号 |
染色体组示例 |
|
整倍体 |
单倍体
二倍体
三倍体
同源四倍体
异源四倍体 |
|
（ABCD）
（ABCD）（ABCD）
（ABCD）（ABCD）（ABCD）
（ABCD）（ABCD）（ABCD）（ABCD）
（ABCD）（ABCD）（WNPQ）（WNPQ） |
|
非整倍体 |
单体
缺体
三体
双三体
四体
|
|
（ABCD）（ABC）
（ABC）（ABC）
（ABCD）（ABCD）（A）
（ABCD）（ABCD）（AB）
（ABCD）（ABCD）（AA） |
教师结合果蝇体细胞的染色体图解指出：果蝇就是二倍体，那么什么叫二倍体？哪些生物是二倍体呢？
2．
学生：由受精卵发育而成的个体，体细胞中含有两个染色体组的叫做二倍体。例如人、果蝇、玉米、几乎全部动物和过半数的高等植物都是二倍体。
教师：什么是多倍体？哪些生物是多倍体？
3．多倍体：
（1）概念；
（2）举例。
教师出示下表列举的常见多倍体植物，使学生认识到多倍体植物的普遍存在：
|
三倍体 |
同源四倍体 |
异源四倍体 |
异源六倍体 |
异源八倍体 |
| 香蕉
（33）
|
四倍体水稻
（48）
|
陆地棉
（53）
|
普通小麦
（42） |
小黑麦（56） |
| 黄花菜
（33）
|
四倍体洋葱
（32）
|
烟草
（48）
|
燕麦（42） |
|
| 无子西瓜
（33）
|
唐菖蒲
（60）
|
萝卜—甘蓝
（36）
|
|
|
| 唐菖蒲
（45）
|
四倍体槐
（92） |
|
|
|
| 桑
（45）
|
四倍体桑
（60）
|
|
|
|
教师：研究表明，帕米尔高原的高山植物有65％的种类是多倍体，请分析多倍体产生的主要诱因？细胞中染色体加倍的机制是什么？
（3）产生的原因
学生根据有丝分裂和减数分裂各时期的图像分析：在自然界中，多倍体的形成可以发生在有丝分裂过程中也可发生在减数分裂过程中，细胞由于受到外界环境条件（如温度骤变）或生物内部因素的干扰，纺锤体的形成受到破坏，以致染色体不能被拉向两极，细胞也不能分裂成两个子细胞，于是就形成染色体数目加倍的细胞。如果这样的细胞继续进行正常的有丝分裂，或者染色体数目加倍的配子发生受精作用，都可以发育成染色体数目加倍的组织或个体。
教师提供下列资料：
①四倍体水稻的千粒重量是二倍体水稻的两倍，蛋白质含量提高5％～15％，但每穗粒数稍有降低，单位面积增产达50％以上。
②四倍体葡萄的果实比二倍体品种的大得多。
③四倍体番茄的维生素C的含量比二倍体的品种几乎增加了一倍。
④四倍体萝卜的主根粗大，产量比最好的二倍体品种还要高。
⑤三倍体甜菜比较耐寒，含糖量和产量都较高，成熟也比较早。
⑥三倍体的杜鹃花因为不育，所以开花时间特别长。
⑦三倍体的西瓜因为很少产生有功能的生殖细胞，所以没有种子，食用方便，且含糖量高。
教师：根据上述资料，请分析多倍体植物的特点。
（4）特点
学生：形态上加大（如茎秆、叶片、果实、种子、花朵等）和营养物质增多（如蛋白质、糖类、脂肪）。
教师：既然多倍体有这么多的优点，而且能在自然状态下发生，是否也可以人为地培育呢？
要得到多倍体，可用高温、低温、离心、超声波、嫁接和切断等物理方法，不过要得到多倍体，应用化学药剂更有效，如秋水仙素、奈骄乙烷、异生长素等，都可诱发多倍体，其中以秋水仙素用的最为广泛。
播放录像：用秋水仙素人工诱导多倍体。
（5）人工诱导多倍体在育种上的应用
教师：人工诱导多倍体常用的方法是什么？
学生：用秋水仙素来处理前发的种子或幼苗。
教师：秋水仙素的作用机理是什么？
学生：秋水仙素能作用于正在分裂的细胞，抑制纺锤体的形成，导致染色体不分离，引起细胞内染色体数目加倍。
教师：下面以无子西瓜为例来说明多倍体育种的过程。
计算机演示：三倍体无子西瓜的培育过程。
下列问题可能由学生自己提出，也可由教师提出启发性问题：
①如果由四倍体作父本，二倍体作母本，能否获得无籽西瓜？
②为什么三倍体西瓜没有种子？
③为什么要给三倍体植株授以二倍体西瓜成熟的花粉？怎样种植有利于这种传粉？
④你有什么好的直观的办法保证所结的西瓜是无籽的？
教师组织学生分组讨论、释疑，引导学生分析得到以下认识：
①如以♀ 
×♂ 
，同样也可以得到 
的种子，但这种 
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。
②三倍体西瓜没有种子是因为不能形成正常的生殖细胞，这牵涉到减数分裂时染色体的配对和分离，由于联会紊乱，最终得到全部染色体都是成对的配子的概率只有
（n代表一个染色体组中所有染色体的数目，这里
），而得到全部染色体都是一条的配子的概率也只有
，而绝大多数配子的染色体数目在 
和n之间，是不平衡的，至于形成平衡合子的机会自然更少了，所以细胞中染色体组数等于奇数的植物一般是不可育的。像三倍体的香蕉
、水仙 
等，都没有种子，只能靠营养体来繁殖。
③三倍体无籽西瓜因为不形成种子，所以缺乏由幼嫩种子产生的生长素，所以要刺激子房发育成果实，就要授以成熟的花粉。因此必须把三倍体和二倍体相间种植，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。
④为了能从表现上判断是否无籽西瓜，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，例如：
教师：上述三倍体无子西瓜是由同一物种经过染色体加倍形成的，称为同源多倍体（见前表），而不同的种杂交产生的后代，经过染色体加倍形成的多倍体，则称为异源多倍体（见前表）。我国已故遗传育种专家鲍文奎经过30多年的研究，在20世纪六七十年代用普通小麦（六倍体）与黑麦（二倍体）杂交，成功地培育出异源八倍体小黑麦新物种。小黑麦具有穗大、粒重、抗病性强、耐瘠性强、抗逆性强和营养品质好等优点，已在我国西北、西南等高寒地区种植。
计算机显示异源八倍体小黑麦的合成过程：
教师：科学家发现在自然界中，还有一些生物，其细胞内染色体数目比正常的个体减少一半，例如在棉花、水稻、玉米、雄蜂等都发现过这样的个体，它们通常都是由一种生物的生殖细胞不经受精就直接发育成下一代，所以其体细胞中只含有本物种配子的染色体数目，这样的个体称为单倍体。
4．单倍体：
（1）概念；
（2）举例。
为了加强学生对单倍体、二倍体、多倍体概念的理解，教师创设如下的问题情境，组织学生分析讨论：
①是否凡是体细胞中只含一个染色体组的个体就是单倍体呢？为什么？
②为什么二倍体水稻的配子和单倍体水稻体细胞一样都是只有一个染色体组、12条染色体呢？
③为什么三倍体西瓜和单倍体小麦均含三个染色体组，但三倍体西瓜为多倍体，而小麦为单倍体？
④判断单倍体能否以体细胞中染色体组的个数为依据？你认为判断依据应该是什么？
以上启发性问题教师可参考下表引导学生进行分析：
|
生物类型 |
个体发育起点 |
体细胞中染色体组数 |
变异情况 |
|
二倍体
单倍体
多倍体 |
合子
配子
合子 |
2
1或多个
3或3个以上 |
自然界中正常类型
染色体组成倍减少
染色体组成倍增加 |
教师强调：由于单倍体与染色体组没有必然联系，一倍体均属单倍体范畴，单倍体却不一定都是一倍体，“单倍体”的“单”字不是代表“单一”和“单数”，而是代表“单方”。
教师：请计算玉米的单倍体 
产生有效配子的概率？从结果看能说明什么问题？
引导学生分析：在减数第一次分裂的中期，它们的染色体都是单价体，没有可以配对的同源染色体，是被随机的分向两极，每一条染色体分到这一极或那一极的机会都是1／2，从而10条染色体都分到一极的机会是
（这里n等于单倍体染色体数），即只有1／1024的配子是有效的，可见单倍体是高度不育的。
学生提问：雄蜂是怎样繁殖后代的？
教师：单倍体可以是正常的或异常的，如一些低等植物的配子体和一些昆虫的雄体（如蜂类等膜翅目昆虫），都是正常的单倍体。正常单倍体形成的配子仍为单倍体，这是因为在进化过程中它们的减数分裂过程已有了变化，实际上是把第一次减数分裂省略了，所以形成的配子仍为单倍体。
（3）单倍体的特点
教师：虽然与正常植株相比单倍体植株长得弱小，而且高度不育，但是它们在育种上有特殊的意义。
播放单倍体育种的录像片段。
根据录像中的有关内容，教师提出以下启发性问题：
①常用的获得单倍体植株的方法是什么？
②为什么利用单倍体植株培育新品种是育种的捷径？举例说明。
教师可以用计算机课件逐步显示两种不同性状的纯合体玉米通过单倍体育种获得符合要求的稳定纯合体的过程：
根据上述过程学生思考如下问题：
①常规的杂交育种方法要6～8年才能获得一个纯种，而单倍体育种获得纯合体需要几年？
②上述各种后代为什么都是纯合的？它们的表现型分别是什么？符合生产要求的植株的基因型是什么？
③单倍体育种为什么能明显地缩短了育种年限？
（4）单倍体育种的方法和意义
教师：我国利用花药离体培养进行单倍体育种的工作，从20世纪70年代开始研究，现在已做了很多工作，走在了世界的前列。在农作物方面有水稻、小麦、小黑麦、玉米等，在经济作物方面有甜菜、橡胶、油菜、茄、辣椒、烟草、杨树等20多种植物都能利用花药培养诱导成单倍体植株，而全世界也只有40多种，我国就占有一半。这是我国科学家勇于开拓，不断创新所取得的成绩。科学探索是无止境的，只要我们能不断发扬科学家们的拼搏精神，掌握科学的研究方法，努力开拓进取，相信同学们一定会青出于蓝胜生于蓝。
反馈及智能训练习题：请同学们总结遗传育种的方法和原理，并说明各自优缺点。
提示：
|
方法 |
实例 |
原理 |
优缺点 |
|
杂
交
育
种 |
杂交后让其杂交后代多代自交，依育种目标代代选育获得稳定遗传类型。 |
小麦抗锈病类型的获得 |
运用分离规律，杂合体自交后代出现性状分离，按育种要求，人工多代选育和提纯即可获得。 |
需要对杂交后代多代选育才能比较纯，所以育种年限较长 |
|
通过杂交使亲本优良性状结合在一起从中选育稳定类型 |
水稻无芒抗病类型的获得 |
运用自由组合规律，会在  出现亲本优良性状的组合，再对其进行多代人工选育、提纯，即可获得 |
同上 |
|
方法 |
实例 |
原理 |
优缺点 |
|
杂
交
育
种 |
通过杂交，使亲本优良性状连锁在一起 |
大麦矮杆抗锈病类型的获得 |
运用连锁和互换规律，采取措施，打破基因连锁，使
 出现亲本优良性状的连锁，再人工多代选育、提纯，即可获得 |
需要对杂交后代多代选育才能比较纯，所以育种年限较长 |
|
人工诱变育种 |
黑农五号大豆，青霉素高产菌株的获得 |
用物理、化学方法处理，使基因结构发生改变 |
变异频率高，稳定较快，育种进程缩短，能大幅度改变某些性状，但需大量处理供试材料。 |
|
单倍体育种 |
普通小麦、水稻、烟草的花药离体培养 |
实际上是花粉粒直接培育出单倍体植株经人工诱导，使染色体加倍，形成纯合体 |
自交后代不发生性状分离，可以缩短育种年限，只需2年 |
|
多倍体育种 |
三倍体无子西瓜、八倍体小黑麦的获得 |
主要是通过秋水仙素等化学物理处理，使细胞内染色体加倍而获得 |
茎杆粗壮，叶片、果实、种子较大，营养物质含量多。但发育延迟，结实率低。 |
|
|
|
|
|
当然如果学生在总结上表的基础上还能提出利用细胞核和细胞质不育基因培育杂交水稻、利用基因工程获得抗虫棉、利用植物细胞工程培育白菜一甘蓝蔬菜新品种等，教师应该给予充分肯定和表扬。
四、要点提示
（1）多倍体的特点和举例，要多举一些实例，来扩大学生的感性认识。
（2）关于发生染色体结构变异的染色体在显微镜下特定的表现形式，因为涉及到减数分裂中同源染色体联会的知识，也可按本教案的内容适当引申，也可根据学生的实际情况删减。
（3）非整数性染色体数目的变异不是本节课的重点，只要通过一些实例使学生知道有这种变异形式并且不导致生物性状的改变就可以了。
（4）本节课是遗传变异这一章比较靠后的一部分内容，最后设计的一道反馈题可使学生把遗传变异的相关内容形成系统的知识结构，联系实际，把知识学活学透。
返回
