水稻育種史中國的驕傲
——以人教版“從雜交育種到基因工程”為例

陳 潔 徐 彤

（江蘇省無錫市輔仁高級中學 江蘇無錫 214123）

1 教學設計的可行性思考

中國的科技發展源遠流長， 在很長的一段歷史時期都居于世界領先地位。 尤其是農學、 天文學、數學和中醫學，構成了世界文明的重要組成部分，水稻就是一個典型的例子。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。新中國的科學家通過對水稻增產的研究， 為世界糧食安全作出巨大貢獻。育種研究代代傳承創新，繪制出一部完美的育種科學史。因此，筆者期望以中國水稻育種科學史為主線，實現“遺傳育種”的專題教學。

2 教學內容的表里性編排

教學內容的編排從故事開始，以故事收尾。課堂留下的不僅是一個個動人故事，更有理性思維、愛國情懷和社會責任的激蕩回旋。 通過比較野生稻和栽培稻引出課題， 以獨特視角觀察水稻的遺傳特征，啟發學生的辯證思維；通過講述水稻培育的感人故事，演繹歷史的曲折與精彩，引導學生認知育種原理；通過展示水稻在“一帶一路”的推廣，激發民族自豪感， 彰顯當代中國人的愛國情懷和社會責任（圖1）。

圖1 教學內容的表里性編排

2.1 辯證的思維引出課題 經過長期馴化的栽培稻，具有矮稈抗倒、籽粒大、不易落粒、無休眠期等優點，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”， 卻可能是它們在野外生存立于不敗之地的優勢。比如野生稻的高稈性狀，利于籽粒入土繁殖；落粒性狀，增加繁衍后代的機會；休眠可以避免種子在劣境中萌發，免于幼苗受損。在課堂教學伊始，即以辯證的思維牢牢吸引學生的眼球，用發展的眼光引領學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1： 古代水稻的馴化 在浙江浦江上山新石器遺址， 科學家利用植硅體14C 測年的方法揭示， 距今約1 萬年前水稻在長江下游地區開始馴化。 這確立了我國早期水稻馴化在世界農業起源中的地位。 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， 進一步佐證了中國稻種的獨立起源。水稻經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展，依據某些指標， 唐宋時期馴化水平已很大程度接近 現 代水 平［1］。

史實2： 矮化稻的培育 自1956年發現株高70 cm 的自然矮稈突變體后，我國育種專家用了3年時間成功培育出抗倒、耐肥、高產的秈稻“廣場矮”品種，畝產由250 kg 提高到300～400 kg。 矮化稻的培育實現了我國水稻的首次大幅增產， 開啟了我國水稻育種新紀元， 也引發了世界水稻育種方向的轉變。

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

史實4：超級稻的走紅 超級稻是指在抗性和米質與現有高產水稻品種相仿的基礎上，產量潛力再提高15%～20%的新品種，即超高產水稻，畝產要達到800～1 000 kg。 秈稻和粳稻是水稻的2 個亞種，由于親緣關系較遠，秈粳雜交稻就像混血兒一樣，雜種優勢更明顯。自20 世紀90年代，秈粳稻雜交已成為新一代超級稻研究的主要方向。目前我國已基本攻克亞種雜交的主要難題，超級秈粳稻再增產20%以上［3］。

史實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”更因曾搭載航天衛星遨游太空的“太空稻”身份而身價倍增。 其顆粒飽滿、質地堅硬、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，就是將萌發的種子帶入太空，接受高真空、微重力、強輻射處理，較高頻率地誘導遺傳物質發生改變，回到地球后再進行篩選。此育種方式可在較短時間內獲得更多、 全新的優良品種［4］。

史實6： 轉基因稻和多倍體稻的展望 隨著“中國超級雜交水稻基因組計劃”的啟動，中國科學家僅用2年多時間就破譯了秈稻基因組序列。在此基礎上，袁隆平團隊致力于C4 水稻的研究，即通過基因重組的方式， 將C4 植物相關基因引入水稻，以提高水稻的抗旱力和產量。由于轉基因食品的安全問題至今未被證實或證偽， 所以仍存爭議。也許未來的某一天，轉基因育種會對提高產量和品質產生積極的影響［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、種子較大，營養物質含量高等優點。2015年，我國培育的多倍體水稻成功突破結實率低的技術瓶頸， 使多倍體水稻育種成為新世紀綠色革命的助推器［6］。

3 水稻故事的衍生

3.1 夯實學科基礎知識 在故事的背景中學生走進水稻實驗田，跟隨袁隆平雜交育種的思緒，感受技術背后基因重組的原理， 解決性狀分離帶來的困惑。從發現射線能誘導基因突變，到了解基因突變的原理， 誘變育種水稻成功地彌補了雜交育種的某些不足。基因工程的興起，進一步拓展了人類育種的視野， 開辟了超級水稻育種技術發展的新紀元。在演繹中國水稻育種史的過程中，各項育種方法的原理、優點和缺點都能一一呈現。

3.2 感受育種技術進步 人口的激增對水稻產量和質量的需求， 有力地推動了育種技術的快速進步。隨著人類對水稻遺傳本質認識的提升，育種技術逐漸從宏觀的性狀水平轉向微觀的基因水平，從單一的雜交育種向誘變育種、轉基因育種、多倍體育種等多方向延伸。通過本章節的學習，學生感受到科技發展的迅猛， 感悟到技術創新的魅力。 這將激發學生對于前沿生物科技的追求和向往， 為學生進一步學習選修3 《現代生物科技專題》埋下伏筆。

3.3 滲透愛國價值認同 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，匯聚了無數勞動者的辛勞， 凝結了眾多育種工作者的智慧。 從雜交稻到超級稻，從太空稻到轉基因稻，一項項科研成果令國人振奮。 通過水稻育種史的演繹， 使學生身臨其境地體會中國科學家們研究征途上的坎坷和曲折， 感受他們為國家和民族的奉獻與執著，在情感上產生共鳴和價值認同。

3.4 承擔大國社會責任 堪稱中國驕傲的水稻育種技術在世界上處于領先地位。 作為農耕大國，中國的水稻品種，因其高產和穩產而聞名，中國水稻栽培技術已經為亞洲國家解決溫飽問題作出了重大貢獻。 未來中國將抓住發展機遇，將水稻技術的推廣融入“一帶一路”的國家戰略。 為“一帶一路”沿線的發展中國家送去技術和服務，有效地緩解這些國家的糧食缺口，維護其國家安定。 中國在亞洲乃至世界經濟的繁榮穩定中，表現出了大國應有的風范。 在感受這些鮮活事例的過程中，學生心目中對大國社會責任的認識又增添了新的內容。