高中生物作物育种杂交水稻教学设计学情分析教材分析课后反思.docx

高中生物作物育种杂交水稻教学设计学情分析教材分析课后反思.docx

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高中生物作物育种杂交水稻教学设计学情分析教材分析课后反思

教学设计

教学策略

情境教学策略、问题教学策略

教学过程

教学过程

教学过程

教学过程

环节

情境

设置

师生

活动

培养

学生高阶思维

发展

学科核心素养

导入

种子是农业科技的“芯片”。

我国对水稻育种的研究居于世界领先地位。

提到杂交水稻，我们首先会想到一个人。

水稻问题经常在高三各种考试中出现

讲十万亩海水稻喜获丰收，学生兴趣浓厚

展示袁隆平的两张照片，一张单人照，一张工作照

我们遇到过哪些有关水稻的问题？

海水稻是杂交水稻吗？

如何培育出来的？

袁隆平是怎么培育杂交水稻的？

水稻问题该如何解答？

培养学生科学探究的意识，以及要养成珍惜粮食的好习惯。

学生看到九十多岁高龄的袁隆平依然奋战在科研一线，内心崇高的敬意油然而生。

培养学生的社会责任。

培养学生的科学思维能力

背景简介

1961年的一天，袁隆平发现了一株鹤立鸡群的水稻，穗大、颗粒饱满，他非常兴奋，以为选育到了优良品种。

第2年，他把种子种下，结果却令人大失所望。

袁隆平经过分析后，提出这是一株天然的杂交水稻。

他冲破传统观点的束缚，大胆提出水稻有杂种优势。

如果做人工杂交水稻，该怎样做？

袁隆平设法寻找天然的雄性不育水稻。

后来经过艰苦的寻找，终于找到了雄性不育植株，经过反复试验，他把研究成果整理，撰写了“水稻的雄性不孕性”这篇论文，1966年发表在《科学通报》上。

1970年，在海南，李必湖和冯克珊发现“野败”。

野败的发现对杂交水稻的研究具有里程碑的意义，更是杂交水稻三系配套成功的突破口。

教师讲述当年发生的事，激发学生学习兴趣。

什么是杂种优势？

展示豌豆花的图片

展示水稻花的图片

展示“水稻的雄性不孕性”这篇论文

展示“野败”发生地，以及袁隆平与李必湖的工作照。

这株优良的水稻为什么后代参差不齐？

考察学生对杂种优势的理解

如何做豌豆的杂交实验？

如何做水稻的杂交实验？

雄性不育植株如此难找，怎样才能让雄性不育的性状保持下去？

“野败”为什么具有这么大的意义？

激发学生的探究意识。

巩固所学知识，加深理解。

回顾以前所学知识

鲜明的对比让学生体会到豌豆杂交与水稻杂交的区别。

不能用传统的人工杂交方法，该怎样做？

引导学生思考。

让学生深刻体会科研人员寻找雄性不育植株的艰辛。

引起学生心灵的震撼

发展历程

杂交水稻的研究主要有以下五代。

第1代

以细胞质雄性不育系为遗传工具

总结第1代杂交水稻技术的优点缺点

第2代

以光温敏雄性不育系为遗传工具

总结第2代杂交水稻技术的优点缺点

第3代

以遗传工程雄性不育系为遗传工具

总结第3代杂交水稻技术的优点缺点

第4代

C4型杂交水稻

将玉米的C4基因转入水稻的基因组以提高光合效率。

第5代

利用无融合生殖固定水稻的杂种优势

一系法

展示幻灯片

展示小资料，提出三个有难度梯度的问题

展示小资料，提出问题

学生思考讨论

让学生在黑板上写遗传图解，展示思路

教师展示2020届省一模水稻题

学生思考、讨论、分析，上台当小老师讲解。

玉米与水稻相比，在光合作用方面，有哪些优势？

教师简单介绍无融合生殖

这五代有什么区别？

它们之间有什么联系？

思考问题，理解三系法。

学生阐述如何选择合适品系？

如何繁殖不育系？

如何获得杂种优势？

如何利用突变体？

第3代杂交水稻技术的设计思路，巧妙之处在哪里？

为什么它将成为杂交水稻未来的发展方向？

如何提高水稻的光合效率？

无融合生殖会用到哪些技术？

引发学生思考

问题逐层深入，透彻理解不育系、恢复系和保持系。

锻炼学生的科学思维和语言表达能力，理解突变体的应用。

让学生理解第3代杂交水稻为什么要这样设计？

这样设计有哪些好处？

引发思考

联系选修三所学知识思考。

总结思考

本节课我们提到了哪些关键词？

袁隆平对杂交水稻的研究给你带来哪些启示？

简单梳理本节课所学知识。

讲述袁隆平的成功秘诀以及两个梦

建立知识脉络

引发学生共鸣

激励学生，做好知识储备，把握好人生的重要机遇。

课后练习

水稻育种还会涉及到哪些问题？

完成课后练习两道题目

练习水稻问题解题思路

总结解题方法，会熟练应用

作业布置

完成评测练习上关于水稻育种的两道习题

板书设计

作物育种-杂交水稻

一、背景简介

二、发展历程

第1代

细胞质雄性不育系

第2代

光温敏雄性不育系

第3代

遗传工程雄性不育系

第4代

C4型

第5代

无融合生殖

三、总结思考

高三一轮复习微专题系列

作物育种-杂交水稻

一、背景简介

杂种优势

水稻的雄性不孕性

二、发展历程

1.第1代杂交水稻

以细胞质雄性不育系为遗传工具

三系法

不育系、恢复系、保持系

小资料：

水稻存在雄性不育基因：

其中R（雄性可育）对r（雄性不育）为显性，是存在于细胞核中的一对等位基因；N（雄性可育）与S（雄性不育）是存在于细胞质中的基因；只有细胞质和细胞核中均为雄性不育基因时，个体才表现为雄性不育。

请思考以下问题：

（1）请写出水稻植株与该性状相关的所有基因型

（2）若要使雄性不育系恢复育性并产生杂种优势，可以选择什么基因型的品系与之杂交？

（3）若要使雄性不育系的后代，既保持雄性不育的特性，又能产生不育系种子，可以选择什么基因型的品系与之杂交？

小结：

第1代杂交水稻于1964年开始研究，1973年三系配套成功，1976年开始大面积推广。

三系法的优点是其不育系育性稳定，不足之处是其不育系育性受恢保关系的制约，恢复系很少，保持系更少，因此选到优良组合的难度大，几率较低。

2．第2代杂交水稻

以光温敏雄性不育系为遗传工具两系法

小资料：

两用核不育系水稻（夏季长日照、高温条件下，表现为雄性不育；秋季短日照、低温条件下，恢复育性可以自交产生籽粒）在农业上与正常水稻杂交，用于生产高产杂交水稻。

请思考以下问题：

（1）现有两个两用核不育系的水稻，其雄性不育的起点温度分别为23.3℃和26℃。

在制备高产水稻杂交种子时，由于大田中环境温度会有波动，应选用雄性不育起点温度为______℃的品系，原因是__________________。

（2）用A与H（正常水稻）获得两用核不育系水稻A和持续培育高产水稻的方法是______。

（用遗传图解表示并标明适用的温度条件）

（3）在两用核不育系大田中偶然发现一株黄叶突变体。

实验发现，突变黄叶与正常绿叶这对相对性状受一对等位基因控制，绿叶相对于黄叶为显性。

与普通两用核不育系相比，利用此自然黄叶突变体培育出的黄叶两用核不育系在实际生产中应用的优势是___________________________________。

小结：

两系法的优点是配组的自由度很高，几乎绝大多数常规品种都能恢复其不育系的育性，因此选到优良组合的几率大大高于三系法。

但是，两系法的缺点是其不育系育性容易受光照、气温的影响。

3.第3代杂交水稻

以遗传工程雄性不育系为遗传工具

通过转基因技术将育性恢复基因、花粉致死基因以及筛选报告基因的连锁表达元件导入到纯合的雄性核不育材料中，从而获得该雄性核不育植株的保持系。

育性恢复基因的导入使核不育株的育性得到恢复；花粉致死基因的导入使含有转基因片段的雄配子失去活力，所以，保持系自交便可实现不育系和保持系的繁殖。

例：

水稻的育性由一对等位基因M、m控制，基因型为MM和Mm的个体可产生正常的雌、雄配子，基因型为mm的个体只能产生正常的雌配子，表现为雄性不育，基因M可使雄性不育个体恢复育性。

通过转基因技术将基因M与雄配子致死基因A、蓝色素生成基因D一起导入基因型为mm的个体中，并使其插入到一条不含m基因的染色体上，如图所示。

基因D的表达可使种子呈现蓝色，无基因D的种子呈现白色。

该方法可以利用转基因技术大量培育不含转基因成分的雄性不育个体。

（1）基因型为mm的个体在育种过程中作为________（填“父本”或“母本”），该个体与育性正常的非转基因个体杂交，子代可能出现的基因型为________。

（2）图示的转基因个体自交，F1的基因型及比例为_____________________，其中雄性可育（能产生可育的雌、雄配子）的种子颜色为________。

F1个体之间随机授粉，得到的种子中雄性不育种子所占比例为________，快速辨别雄性不育种子和转基因雄性可育种子的方法是____________________________________。

（3）若转入的基因D由于突变而不能表达，将该种转基因植株和雄性不育植株间行种植，使其随机授粉也能挑选出雄性不育种子，挑选方法是_________________________________________。

但该方法只能将部分雄性不育种子选出，原因是_______________________________________________。

因此生产中需利用基因D正常的转基因植株大量获得雄性不育种子。

小结：

转基因植株自交所得的种子一半无色（不含转基因成分）和一半有色种子（含转基因成分），其中，无色种子种植后表现为不育，即不育系种子，可用于杂交制种;有色种子种植后仍为可育，即保持系种子，可用于不育系繁殖。

通过高通量分选的色选机可将无色的不育系和有色的保持系种子轻易、彻底分开，因而后续制种和繁殖均简便易行。

第3代杂交水稻不仅兼有三系不育系不育性稳定和两系不育系配组自由的优点，同时又克服了三系不育系配组受局限和两系不育系制种时育性易受环境影响的缺点。

4.第4代杂交水稻

C4型杂交水稻

将玉米的C4基因转入水稻的基因组以提高光合效率。

5.第5代杂交水稻

利用无融合生殖固定水稻的杂种优势

一系法

无融合生殖是不通过受精作用而产生种子的生殖方式，二倍体无融合生殖可使世代更迭但不会改变基因型，后代的遗传构成与母本相同，因此可以固定杂种优势，育成不分离的杂交种。

三、总结思考

本节课提到了哪些关键词？

袁隆平对杂交水稻的研究给你带来哪些启示？

学情分析

学生对杂交水稻育种掌握的不系统、不熟练，一些题目不知道从何考虑，在理解题意方面也存在困难。

比如，2020届省一模中考到的水稻题，很多同学读不懂题意，不明白育种方案的设计有何巧妙之处。

对杂交水稻只知其名，并不知道它所涉及到的技术有哪些。

只听说过雄性不育植株、三系法、二系法、一系法等这样的名词，并不知道具体的内容。

本节课从袁隆平对杂交水稻的研究入手，以杂交水稻的发展历程为脉络，结合典型题目，帮助学生梳理杂交水稻的考点，力求解题思路的突破。

效果分析

本节课尝试将情境教学与高三一轮复习结合起来，通过问题探究培养学生的高阶思维，提高生物学科素养。

以杂交水稻的发展历程为思路，结合高三的考题，带领学生学习了5代杂交水稻技术，重点讲了第3代杂交水稻。

重点突出，思路清晰。

问题设置逐层递进，启发学生思考，学生思维的积极性被充分调动，上课气氛较好，激励学生要为了梦想而努力，取得了较好的教学效果。

同时，让学生认识到粮食安全的重要性，培养了学生的生命观念、科学探究能力、科学思维能力以及社会责任意识。

教材分析

本节课是高三一轮复习课，属于高中生物必修二涉及作物育种方面的内容。

作物育种是高考中的重点、难点，作物育种中对杂交水稻的考查在高三各种考题中经常出现。

农业增产的途径有很多，其中，选育优良的种子是非常重要的因素。

种子是农业科技的“芯片”。

我国对水稻育种的研究居于世界领先地位。

所以，结合典型题目，训练解题思路的同时，可以让学生了解我国杂交水稻的发展历程，提高生物科学素养。

评测练习

1.杂交水稻生产技术是我国现代农业研究的一项重要成果,使我国的水稻产量得到大幅度提高，为我国和世界粮食安全作出了重要贡献。

（1）具有相对性状的水稻纯合子杂交，研究者根据F1、F2的表现型及比例可作出的判断包括____________________________________，以及通过比较正、反交结果可推断___________________________________________。

（2）1970年袁隆平团队在水稻（野生型）中发现了一株雄性不育植株（雄蕊异常，不能产生有功能的花粉；雌蕊正常，接受外来的正常花粉能受精结实）。

通过分析下图所示的杂交实验，研究者发现该雄性不育性状是由细胞质基因和细胞核基因共同控制的。

上述杂交中子代的细胞质基因均由母本提供。

用S表示细胞质不育基因，N表示细胞质可育基因。

用R（R1、R2）表示细胞核中可恢复育性的基因，其等位基因r（r1、r2）无此功能。

只有当细胞质中含有S基因，细胞核中r基因纯合时，植株才表现出雄性不育性状。

其他类型的基因组合均为雄性可育。

通过杂交一可生产杂交种子（利用雄性不育株生产可育的F1种子，供生产使用）；通过杂交二可用来繁殖不育系（每年繁殖出基因型相同且雄性不育的植株）。

请以遗传图解的形式写出杂交一和杂交二的亲本及F1的基因型（不要求写配子基因型）。

（3）研究发现细胞质S基因（在线粒体DNA上）编码的蛋白质阻碍水稻花粉发育而导致雄性不育，而R基因能够消除S基因对花粉发育的不利影响。

为研究其中的机制，分析了不同基因型水稻的线粒体不育基因表达情况，结果见下表：

根据表中结果，从R基因影响线粒体不育基因S表达的角度，解释R基因恢复育性可能的机制。

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2.水稻是最重要的粮食作物之一，实践证明，通过遗传改良来提高水稻单位面积产量是最行之有效的途径。

（1）我国科学家利用化学试剂处理野生型水稻，获得了一株不产生花粉的完全雄性不育突变体（os）。

用该突变体和野生型杂交，F1 可育，F1 自交所得 F2 出现可育与不可育 3：

1 的分离比，可知 os 是一个单基因________性突变体，该育种方法属于_____________。

从野生型水稻中克隆出正常的 Os 基因，构建__________________并将其用_______________法导入 os 突变体植株中。

若转基因植株出现_____________表型，则可确定是该突变基因引起的雄性不育。

（2）科学家将正常Os基因与α-淀粉酶基因（A）、红色荧光蛋白基因（RFP）串联起来（os-A-RFP）导入os突变体植株中（插入片段和突变体自身os基因在非同源染色体上），获得转基因植株，α—淀粉酶通过对淀粉的降解使花粉失去活性。

将此转基因株系进行杂交实验，过程如图 。

该转基因株系产生的正常花粉基因型为______________，该转基因株系自交后代的雄性可育和雄性不育的比例为______________，请写出区分自交后代不同基因型种子的方法_______________________________________________。

课后反思

本节课以袁隆平的故事激发了学生的学习兴趣，把学生带入当时的情境中，深刻体会并学习科学家的奋斗精神。

以杂交水稻的发展历程为线索，让高三学生在了解我国杂交水稻发展历程的同时，锻炼了解题能力，培养了科学探究能力和科学思维能力。

整堂课气氛较好，师生互动较好，学生积极思考，收获较大。

在第2代杂交水稻技术中，如果加入图片形式的讲解，可能效果更好。

另外，语言可以更精炼一些。

课标分析

本节课属于高三一轮复习课中的微专题系列。

水稻问题经常在高三各种考试中出现，本节课我们结合一些题目，来学习一下杂交水稻的相关内容。

通过本微专题的复习，以期达到以下教学目标：

1.了解我国杂交水稻的发展历程，培养高阶思维，提高生物学科素养。

2.培养逻辑推理、信息加工、语言表达、文字描述等关键能力，总结水稻育种题的解题思路。

3.培养学生积极奋斗，为梦想而不懈努力的精神。