陳 潔 徐 彤

（江蘇省無錫市輔仁高級(jí)中學(xué) 江蘇無錫 214123）

1 教學(xué)設(shè)計(jì)的可行性思考

中國的科技發(fā)展源遠(yuǎn)流長， 在很長的一段歷史時(shí)期都居于世界領(lǐng)先地位。 尤其是農(nóng)學(xué)、 天文學(xué)、數(shù)學(xué)和中醫(yī)學(xué)，構(gòu)成了世界文明的重要組成部分，水稻就是一個(gè)典型的例子。作為糧食的重要來源，水稻種植起源于1 萬多年前我國的長江流域，我們的祖先汰劣留良，馴化野生稻。新中國的科學(xué)家通過對(duì)水稻增產(chǎn)的研究， 為世界糧食安全作出巨大貢獻(xiàn)。育種研究代代傳承創(chuàng)新，繪制出一部完美的育種科學(xué)史。因此，筆者期望以中國水稻育種科學(xué)史為主線，實(shí)現(xiàn)“遺傳育種”的專題教學(xué)。

2 教學(xué)內(nèi)容的表里性編排

教學(xué)內(nèi)容的編排從故事開始，以故事收尾。課堂留下的不僅是一個(gè)個(gè)動(dòng)人故事，更有理性思維、愛國情懷和社會(huì)責(zé)任的激蕩回旋。 通過比較野生稻和栽培稻引出課題， 以獨(dú)特視角觀察水稻的遺傳特征，啟發(fā)學(xué)生的辯證思維；通過講述水稻培育的感人故事，演繹歷史的曲折與精彩，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)知育種原理；通過展示水稻在“一帶一路”的推廣，激發(fā)民族自豪感， 彰顯當(dāng)代中國人的愛國情懷和社會(huì)責(zé)任（圖1）。

圖1 教學(xué)內(nèi)容的表里性編排

2.1 辯證的思維引出課題 經(jīng)過長期馴化的栽培稻，具有矮稈抗倒、籽粒大、不易落粒、無休眠期等優(yōu)點(diǎn)，但抗病蟲害的能力較差。野生稻高稈易倒伏、籽粒小、易落粒、存在休眠期，這些所謂的“缺點(diǎn)”， 卻可能是它們在野外生存立于不敗之地的優(yōu)勢。比如野生稻的高稈性狀，利于籽粒入土繁殖；落粒性狀，增加繁衍后代的機(jī)會(huì)；休眠可以避免種子在劣境中萌發(fā)，免于幼苗受損。在課堂教學(xué)伊始，即以辯證的思維牢牢吸引學(xué)生的眼球，用發(fā)展的眼光引領(lǐng)學(xué)生理解物種演化和人工育種。

2.2 曲折的故事演繹歷史

史實(shí)1： 古代水稻的馴化 在浙江浦江上山新石器遺址， 科學(xué)家利用植硅體14C 測年的方法揭示， 距今約1 萬年前水稻在長江下游地區(qū)開始馴化。 這確立了我國早期水稻馴化在世界農(nóng)業(yè)起源中的地位。 在浙江余姚河姆渡遺址， 出土了約7 000年前的炭化稻谷遺存， 進(jìn)一步佐證了中國稻種的獨(dú)立起源。水稻經(jīng)歷了漫長的馴化過程，五千年文明的歷史階段使馴化水平得到快速發(fā)展，依據(jù)某些指標(biāo)， 唐宋時(shí)期馴化水平已很大程度接近 現(xiàn) 代水 平［1］。

史實(shí)2： 矮化稻的培育 自1956年發(fā)現(xiàn)株高70 cm 的自然矮稈突變體后，我國育種專家用了3年時(shí)間成功培育出抗倒、耐肥、高產(chǎn)的秈稻“廣場矮”品種，畝產(chǎn)由250 kg 提高到300～400 kg。 矮化稻的培育實(shí)現(xiàn)了我國水稻的首次大幅增產(chǎn)， 開啟了我國水稻育種新紀(jì)元， 也引發(fā)了世界水稻育種方向的轉(zhuǎn)變。

史實(shí)3：袁隆平雜交稻的推廣 早在18 世紀(jì)，德國學(xué)者就在煙草等植物中發(fā)現(xiàn)雜種優(yōu)勢。 水稻是風(fēng)媒自花授粉植物， 經(jīng)典遺傳學(xué)認(rèn)為其難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模雜交，且不存在雜種優(yōu)勢。 1970年，袁隆平和學(xué)生千辛萬苦找到一株天然雄花不育的野生稻，水稻雜交技術(shù)的最后一道難關(guān)被攻克。然而雜種水稻穗大、粒多、飽滿的優(yōu)良性狀不能穩(wěn)定地遺傳，這令袁隆平陷入了深深的思考。袁隆平大膽假設(shè)，最終利用雄花不育證實(shí)水稻也存在雜種優(yōu)勢。中國成為世界首個(gè)在水稻生產(chǎn)上利用雜種優(yōu)勢的國家， 這極大地豐富了經(jīng)典遺傳育種的理論和技術(shù)。 從1976年到1998年，隨著雜交稻的推廣、種植面積和畝產(chǎn)量的提高，糧食累計(jì)增產(chǎn)3.5 億噸，平均每年多解決6 000 萬人的糧食問題， 實(shí)現(xiàn)了我國水稻的第2 次大幅增產(chǎn)［2］。

史實(shí)4：超級(jí)稻的走紅 超級(jí)稻是指在抗性和米質(zhì)與現(xiàn)有高產(chǎn)水稻品種相仿的基礎(chǔ)上，產(chǎn)量潛力再提高15%～20%的新品種，即超高產(chǎn)水稻，畝產(chǎn)要達(dá)到800～1 000 kg。 秈稻和粳稻是水稻的2 個(gè)亞種，由于親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，秈粳雜交稻就像混血兒一樣，雜種優(yōu)勢更明顯。自20 世紀(jì)90年代，秈粳稻雜交已成為新一代超級(jí)稻研究的主要方向。目前我國已基本攻克亞種雜交的主要難題，超級(jí)秈粳稻再增產(chǎn)20%以上［3］。

史實(shí)5：太空稻的異軍突起 黑龍江的五常大米素有“貢米”之稱。 其中的“五工稻1 號(hào)”更因曾搭載航天衛(wèi)星遨游太空的“太空稻”身份而身價(jià)倍增。 其顆粒飽滿、質(zhì)地堅(jiān)硬、色澤清透、香味濃郁、口感綿軟，成為餐桌大米的首選。太空稻的培育方式屬于誘變育種，就是將萌發(fā)的種子帶入太空，接受高真空、微重力、強(qiáng)輻射處理，較高頻率地誘導(dǎo)遺傳物質(zhì)發(fā)生改變，回到地球后再進(jìn)行篩選。此育種方式可在較短時(shí)間內(nèi)獲得更多、 全新的優(yōu)良品種［4］。

史實(shí)6： 轉(zhuǎn)基因稻和多倍體稻的展望 隨著“中國超級(jí)雜交水稻基因組計(jì)劃”的啟動(dòng)，中國科學(xué)家僅用2年多時(shí)間就破譯了秈稻基因組序列。在此基礎(chǔ)上，袁隆平團(tuán)隊(duì)致力于C4 水稻的研究，即通過基因重組的方式， 將C4 植物相關(guān)基因引入水稻，以提高水稻的抗旱力和產(chǎn)量。由于轉(zhuǎn)基因食品的安全問題至今未被證實(shí)或證偽， 所以仍存爭議。也許未來的某一天，轉(zhuǎn)基因育種會(huì)對(duì)提高產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生積極的影響［5］。

自然界中存在許多天然多倍體，例如小麥、棉花、花生、煙草、香蕉等。 多倍體植株具有莖稈粗壯，葉、果實(shí)、種子較大，營養(yǎng)物質(zhì)含量高等優(yōu)點(diǎn)。2015年，我國培育的多倍體水稻成功突破結(jié)實(shí)率低的技術(shù)瓶頸， 使多倍體水稻育種成為新世紀(jì)綠色革命的助推器［6］。

3 水稻故事的衍生

3.1 夯實(shí)學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí) 在故事的背景中學(xué)生走進(jìn)水稻實(shí)驗(yàn)田，跟隨袁隆平雜交育種的思緒，感受技術(shù)背后基因重組的原理， 解決性狀分離帶來的困惑。從發(fā)現(xiàn)射線能誘導(dǎo)基因突變，到了解基因突變的原理， 誘變育種水稻成功地彌補(bǔ)了雜交育種的某些不足?；蚬こ痰呐d起，進(jìn)一步拓展了人類育種的視野， 開辟了超級(jí)水稻育種技術(shù)發(fā)展的新紀(jì)元。在演繹中國水稻育種史的過程中，各項(xiàng)育種方法的原理、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都能一一呈現(xiàn)。

3.2 感受育種技術(shù)進(jìn)步 人口的激增對(duì)水稻產(chǎn)量和質(zhì)量的需求， 有力地推動(dòng)了育種技術(shù)的快速進(jìn)步。隨著人類對(duì)水稻遺傳本質(zhì)認(rèn)識(shí)的提升，育種技術(shù)逐漸從宏觀的性狀水平轉(zhuǎn)向微觀的基因水平，從單一的雜交育種向誘變育種、轉(zhuǎn)基因育種、多倍體育種等多方向延伸。通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生感受到科技發(fā)展的迅猛， 感悟到技術(shù)創(chuàng)新的魅力。 這將激發(fā)學(xué)生對(duì)于前沿生物科技的追求和向往， 為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)選修3 《現(xiàn)代生物科技專題》埋下伏筆。

3.3 滲透愛國價(jià)值認(rèn)同 水稻育種史是中華文明史的一方縮影，融合了中國幾千年的文化，匯聚了無數(shù)勞動(dòng)者的辛勞， 凝結(jié)了眾多育種工作者的智慧。 從雜交稻到超級(jí)稻，從太空稻到轉(zhuǎn)基因稻，一項(xiàng)項(xiàng)科研成果令國人振奮。 通過水稻育種史的演繹， 使學(xué)生身臨其境地體會(huì)中國科學(xué)家們研究征途上的坎坷和曲折， 感受他們?yōu)閲液兔褡宓姆瞰I(xiàn)與執(zhí)著，在情感上產(chǎn)生共鳴和價(jià)值認(rèn)同。

3.4 承擔(dān)大國社會(huì)責(zé)任 堪稱中國驕傲的水稻育種技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先地位。 作為農(nóng)耕大國，中國的水稻品種，因其高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)而聞名，中國水稻栽培技術(shù)已經(jīng)為亞洲國家解決溫飽問題作出了重大貢獻(xiàn)。 未來中國將抓住發(fā)展機(jī)遇，將水稻技術(shù)的推廣融入“一帶一路”的國家戰(zhàn)略。 為“一帶一路”沿線的發(fā)展中國家送去技術(shù)和服務(wù)，有效地緩解這些國家的糧食缺口，維護(hù)其國家安定。 中國在亞洲乃至世界經(jīng)濟(jì)的繁榮穩(wěn)定中，表現(xiàn)出了大國應(yīng)有的風(fēng)范。 在感受這些鮮活事例的過程中，學(xué)生心目中對(duì)大國社會(huì)責(zé)任的認(rèn)識(shí)又增添了新的內(nèi)容。