水稻育种史中国的骄傲——以人教版“从杂交育种到基因工程”为例

陈 洁 徐 彤

（江苏省无锡市辅仁高级中学 江苏无锡 214123）

1 教学设计的可行性思考

中国的科技发展源远流长， 在很长的一段历史时期都居于世界领先地位。 尤其是农学、 天文学、数学和中医学，构成了世界文明的重要组成部分，水稻就是一个典型的例子。作为粮食的重要来源，水稻种植起源于1 万多年前我国的长江流域，我们的祖先汰劣留良，驯化野生稻。新中国的科学家通过对水稻增产的研究， 为世界粮食安全作出巨大贡献。育种研究代代传承创新，绘制出一部完美的育种科学史。因此，笔者期望以中国水稻育种科学史为主线，实现“遗传育种”的专题教学。

2 教学内容的表里性编排

教学内容的编排从故事开始，以故事收尾。课堂留下的不仅是一个个动人故事，更有理性思维、爱国情怀和社会责任的激荡回旋。 通过比较野生稻和栽培稻引出课题， 以独特视角观察水稻的遗传特征，启发学生的辩证思维；通过讲述水稻培育的感人故事，演绎历史的曲折与精彩，引导学生认知育种原理；通过展示水稻在“一带一路”的推广，激发民族自豪感， 彰显当代中国人的爱国情怀和社会责任（图1）。

图1 教学内容的表里性编排

2.1 辩证的思维引出课题 经过长期驯化的栽培稻，具有矮秆抗倒、籽粒大、不易落粒、无休眠期等优点，但抗病虫害的能力较差。野生稻高秆易倒伏、籽粒小、易落粒、存在休眠期，这些所谓的“缺点”， 却可能是它们在野外生存立于不败之地的优势。比如野生稻的高秆性状，利于籽粒入土繁殖；落粒性状，增加繁衍后代的机会；休眠可以避免种子在劣境中萌发，免于幼苗受损。在课堂教学伊始，即以辩证的思维牢牢吸引学生的眼球，用发展的眼光引领学生理解物种演化和人工育种。

2.2 曲折的故事演绎历史

史实1： 古代水稻的驯化 在浙江浦江上山新石器遗址， 科学家利用植硅体14C 测年的方法揭示， 距今约1 万年前水稻在长江下游地区开始驯化。 这确立了我国早期水稻驯化在世界农业起源中的地位。 在浙江余姚河姆渡遗址， 出土了约7 000年前的炭化稻谷遗存， 进一步佐证了中国稻种的独立起源。水稻经历了漫长的驯化过程，五千年文明的历史阶段使驯化水平得到快速发展，依据某些指标， 唐宋时期驯化水平已很大程度接近 现 代水 平［1］。

史实2： 矮化稻的培育 自1956年发现株高70 cm 的自然矮秆突变体后，我国育种专家用了3年时间成功培育出抗倒、耐肥、高产的籼稻“广场矮”品种，亩产由250 kg 提高到300～400 kg。 矮化稻的培育实现了我国水稻的首次大幅增产， 开启了我国水稻育种新纪元， 也引发了世界水稻育种方向的转变。

史实3：袁隆平杂交稻的推广 早在18 世纪，德国学者就在烟草等植物中发现杂种优势。 水稻是风媒自花授粉植物， 经典遗传学认为其难以实现大规模杂交，且不存在杂种优势。 1970年，袁隆平和学生千辛万苦找到一株天然雄花不育的野生稻，水稻杂交技术的最后一道难关被攻克。然而杂种水稻穗大、粒多、饱满的优良性状不能稳定地遗传，这令袁隆平陷入了深深的思考。袁隆平大胆假设，最终利用雄花不育证实水稻也存在杂种优势。中国成为世界首个在水稻生产上利用杂种优势的国家， 这极大地丰富了经典遗传育种的理论和技术。 从1976年到1998年，随着杂交稻的推广、种植面积和亩产量的提高，粮食累计增产3.5 亿吨，平均每年多解决6 000 万人的粮食问题， 实现了我国水稻的第2 次大幅增产［2］。

史实4：超级稻的走红 超级稻是指在抗性和米质与现有高产水稻品种相仿的基础上，产量潜力再提高15%～20%的新品种，即超高产水稻，亩产要达到800～1 000 kg。 籼稻和粳稻是水稻的2 个亚种，由于亲缘关系较远，籼粳杂交稻就像混血儿一样，杂种优势更明显。自20 世纪90年代，籼粳稻杂交已成为新一代超级稻研究的主要方向。目前我国已基本攻克亚种杂交的主要难题，超级籼粳稻再增产20%以上［3］。

史实5：太空稻的异军突起 黑龙江的五常大米素有“贡米”之称。 其中的“五工稻1 号”更因曾搭载航天卫星遨游太空的“太空稻”身份而身价倍增。 其颗粒饱满、质地坚硬、色泽清透、香味浓郁、口感绵软，成为餐桌大米的首选。太空稻的培育方式属于诱变育种，就是将萌发的种子带入太空，接受高真空、微重力、强辐射处理，较高频率地诱导遗传物质发生改变，回到地球后再进行筛选。此育种方式可在较短时间内获得更多、 全新的优良品种［4］。

史实6： 转基因稻和多倍体稻的展望 随着“中国超级杂交水稻基因组计划”的启动，中国科学家仅用2年多时间就破译了籼稻基因组序列。在此基础上，袁隆平团队致力于C4 水稻的研究，即通过基因重组的方式， 将C4 植物相关基因引入水稻，以提高水稻的抗旱力和产量。由于转基因食品的安全问题至今未被证实或证伪， 所以仍存争议。也许未来的某一天，转基因育种会对提高产量和品质产生积极的影响［5］。

自然界中存在许多天然多倍体，例如小麦、棉花、花生、烟草、香蕉等。 多倍体植株具有茎秆粗壮，叶、果实、种子较大，营养物质含量高等优点。2015年，我国培育的多倍体水稻成功突破结实率低的技术瓶颈， 使多倍体水稻育种成为新世纪绿色革命的助推器［6］。

3 水稻故事的衍生

3.1 夯实学科基础知识 在故事的背景中学生走进水稻实验田，跟随袁隆平杂交育种的思绪，感受技术背后基因重组的原理， 解决性状分离带来的困惑。从发现射线能诱导基因突变，到了解基因突变的原理， 诱变育种水稻成功地弥补了杂交育种的某些不足。基因工程的兴起，进一步拓展了人类育种的视野， 开辟了超级水稻育种技术发展的新纪元。在演绎中国水稻育种史的过程中，各项育种方法的原理、优点和缺点都能一一呈现。

3.2 感受育种技术进步 人口的激增对水稻产量和质量的需求， 有力地推动了育种技术的快速进步。随着人类对水稻遗传本质认识的提升，育种技术逐渐从宏观的性状水平转向微观的基因水平，从单一的杂交育种向诱变育种、转基因育种、多倍体育种等多方向延伸。通过本章节的学习，学生感受到科技发展的迅猛， 感悟到技术创新的魅力。 这将激发学生对于前沿生物科技的追求和向往， 为学生进一步学习选修3 《现代生物科技专题》埋下伏笔。

3.3 渗透爱国价值认同 水稻育种史是中华文明史的一方缩影，融合了中国几千年的文化，汇聚了无数劳动者的辛劳， 凝结了众多育种工作者的智慧。 从杂交稻到超级稻，从太空稻到转基因稻，一项项科研成果令国人振奋。 通过水稻育种史的演绎， 使学生身临其境地体会中国科学家们研究征途上的坎坷和曲折， 感受他们为国家和民族的奉献与执着，在情感上产生共鸣和价值认同。

3.4 承担大国社会责任 堪称中国骄傲的水稻育种技术在世界上处于领先地位。 作为农耕大国，中国的水稻品种，因其高产和稳产而闻名，中国水稻栽培技术已经为亚洲国家解决温饱问题作出了重大贡献。 未来中国将抓住发展机遇，将水稻技术的推广融入“一带一路”的国家战略。 为“一带一路”沿线的发展中国家送去技术和服务，有效地缓解这些国家的粮食缺口，维护其国家安定。 中国在亚洲乃至世界经济的繁荣稳定中，表现出了大国应有的风范。 在感受这些鲜活事例的过程中，学生心目中对大国社会责任的认识又增添了新的内容。