我国是泱泱农业大国，但耕地面积仅仅占世界的10％，却要养活占世界22％的人口，粮食问题一直是困扰在中国人民，乃至世界人民心头的难题。经过长期的实践与探索，人们终于发现，“杂种优势”可以大幅度提高粮食产量。什么是“杂种优势”？它为什么能大幅度提高农作物的产量？这样，从实际问题入手，可以使学生充分认识到所学生物学知识在生产、生活和社会实践中的广泛应用价值，从而激发学生的学习兴趣，调动学生的学习动力。
一、探究新知
（一）杂种优势
教师采用层层递进的方法，提出一系列探索性问题，引导学生分析、归纳、理解杂种优势有关知识。
1．杂种优势现象：学生自学，从教材中找出。
2．杂种为什么会表现出优势？引导学生回忆基因的自由组合定律在育种上的应用，讨论分析出很可能就是因为杂种可以集合双亲的有利基因而产生杂种优势，并且两个亲本的亲缘关系越远，携带的异质基因越多，杂种优势越明显。使学生对杂种优势的原理有初步理解。
3．杂种优势会不会稳定遗传？不会，根据遗传定律，杂种F1自交后会出现性状分离。
4．在农业生产上利用杂种优势育种所面临的难题是什么？要保持作物的杂种优势，必须年年配制第一代杂交种。
5．杂交育种的主要措施是什么？引导学生回忆孟德尔的杂交试验，讨论归纳出杂交育种的关键步骤就是人工去雄。
6．出示玉米和水稻植株的模式图，让学生比较雌雄同株异花植物和雌雄同花植物在花的结构和位置上的区别，使学生发现，对于玉米等雌雄同株异花植物，人工去雄还比较容易，但是，对于水稻、小麦等雌雄同花植物，花又很小，人工去雄就非常困难了。如何解决实际生产中的问题，让杂交育种工作变得简单易行呢？
此时可以先让学生做出大胆假设，培养学生的创新思维。然后，由教师提出：针对如此大的难题，我国科学家是如何采取措施的？由此引出袁隆平和他培育杂交水稻的三系配套法，进入本节重点课题的探讨。
（二）三系配套法育种
1．学生主要按照以下几个方面进行资料交流。
（1）我国水稻育种专家——袁隆平在20世纪60年代有什么梦想？想利用雄性不育的“母稻”来生产出水稻的杂交种。
什么是雄性不育？植株的雄蕊发育不正常，不能产生可育的花粉，但是雌蕊正常发育，可以接受其他植株的花粉而产生种子，这种现象在遗传学上就被称为雄性不育。同种植物中具有可遗传的雄性不育性状的植株群体叫做雄性不育系。使用雄性不育系育种的优点是什么？免去大量的人工去雄工作，既节省劳动力，又保证杂交种的纯度。
这样他踏上的是一条前人没有走过的路。首要任务是必须找到雄性不育植株。
（2）何时何地他发现了雄性不育植株？
1964年7月5日午后2点25分，袁隆平终于发现了第一株天然雄性不育水稻。发现地点：安江农校水稻实验田。水稻品种：洞庭早籼。
1965年，“知识＋汗水＋灵感＋机遇”，终于成全了袁隆平的第一份心愿。这一年，他通过对8500多穗（加上去年总计达14000多穗）扬花期稻穗的仔细观察，新找到了5株（加去年总共6株）天然雄性不育水稻，经测算，他得出水稻天然雄性不育的发生概率大约为三千分之一。
（3）袁隆平及其助手们利用在稻田里发现的雄性不育植株做了几千次的杂交试验，结果都不太理想，他们从中得到的启示是什么？如果用远源的野生雄性不育稻与栽培稻杂交，可能会取得较好的效果。
（4）远源的野生雄性不育稻是何时发现的？1970年，海南。
（5）第一批雄性不育杂交稻种是何时诞生的？1975年，经过103个单位，300多位专家的支持。打破了世界性的自花授粉作物育种的禁区，实现了历史性的突破。
（6）杂交水稻的优势是什么？我国是世界上一个产稻大国。多年来，水稻播种面积在5亿亩左右。近年来，全国杂交水稻每年种植面积为0．153亿ha上下，约占全国水稻总面积的50％，而产量却占稻谷总产量的近60％，平均增产20％，每年增产的稻谷可养活6000万人口。从这些材料可以看出，杂交水稻可以明显提高产量。除此以外，杂交水稻还有生长健壮、整齐，抗逆性强等优点。所以，杂交水稻技术已经在世界上几十个国家得到了推广和应用。
通过材料的交流，不仅培养了学生的信息处理能力，而且对学生进行了创新精神和爱国主义教育，激发了学生的民族自豪感，激励了学生学习科学家孜孜不倦的探索精神。
2．探究三系配套杂交育种原理
（1）雄性不育现象发生的原理——教师利用投影片讲述。
①雄蕊是否可育，是由核基因和质基因共同决定的。
核基因：可育基因R对不育基因r是显性。
质基因：可育基因为N，不育基因为S
②核基因和质基因的关系：细胞质的可育基因N可使花粉正常发育，细胞核的可育基因R能够抑制细胞质不育基因S的表达。
③结果：
（2）引导学生探究在利用雄性不育系培育杂交种的过程中遇到的两大重要问题。
①如何解决雄性不育系的自身留种问题？
要保持杂种优势，必须年年配制第一代杂交种，这样就年年需要不育系，而雄性不育系不能自花传粉，在杂交过程中只能做母本。用什么品种做父本，可以让不育植株上结出种子，而且又能保持雄性不育的特点呢？引导学生利用上节课学习的细胞质遗传和细胞核遗传知识推导出保持系的基因型是N（rr），并推导出不育系与保持系的杂交结果仍是S（rr）。另外需要对学生说明，保持系不仅要使不育系所产生的后代始终是不育的，而且，保持系的其他性状也要与不育系完全相同，这样才能使不育系完全保持不变。
②如何得到雄性可育的杂交种？大田里使用的杂交种必须是雄性可育的，这样才能生产出粮食。以雄性不育系做母本，什么品种做父本才能使后代恢复可育呢？引导同学推导出恢复系的基因型。学生利用细胞质遗传和细胞核遗传知识，经过分析不仅可以推导出教材中给出的恢复系的基因型N（RR），还可能推导出教材中没有提供的恢复系基因型S（RR）。
从杂交过程可以看出，不论哪种恢复系与不育系杂交，结果都会得到具有杂种优势的S（Rr）基因型的植株。由此培养了学生的发散思维，同时对教材内容做了补充和完善。
小结：在杂交育种中，雄性不育系、雄性不育保持系、雄性不育恢复系配套使用，就是三系配套。我国科学家利用三系配套的方法培育出了小麦、大麦、谷子、玉米、水稻等许多优势杂交品种，特别是在培育水稻优势杂交种方面，我国处于世界领先地位。
实际生产中怎么才能做到三系确实能够配套使用？非常关键的一个问题就是要使三系植株间的天然授粉顺利进行。如何使天然授粉顺利进行呢？学生讨论，教师适时引导，使学生认识到，为了使天然授粉顺利进行，保持系、恢复系不仅要和不育系的花期一致，而且植株通常要比不育系的高一些，以便花粉顺利地散落到不育系的花上，请学生观察教材第46页图，加强理解。
花期怎么才能一致？植株高矮又如何控制？引导学生联系激素有关知识讨论，提出建议，经对比分析一致认为以下方案可采纳：一是选种时要考虑到遗传性状符合要求；二是一旦种植后，由于环境等情况影响没有达到花期一致。高矮要求，怎么办？可以采取人为喷洒激素的方法改变。此时教师出示资料。实践证明，通过使用不同浓度的赤霉素可以使植株的生长受到促进或抑制，从而调节植株的高矮和花期。这样设计，不仅使学生理论联系实际，还可以联系以前所学知识，可以使学生更不拘泥于教材，培养学生的发散思维。
（3）巩固练习。
①在一块稻田里，间行种植不育系和保持系，在不育系和保持系的植株上分别结出何种种子？其基因型分别为何种类型？
不育系没有花粉，花粉只能从保持系而来，因此不育系植株上结出的种子仍是不育系，保持系是一种自交情况，因此植株上结出的种子仍是保持系。
②在一块稻田里，间行种植不育系和恢复系，在不育系和恢复系的植株上分别结出何种种子？其基因型分别为何种类型？
与上题道理类似，不育系上结出的种子是杂交优势种S（Rr），恢复系上结出的种子仍是恢复系N（RR）。
③在一块稻田里，不育系、保持系和恢复系三种植株同时间行种植，结果又会怎样？
由于三系间行种植，不育系、保持系、恢复系分别都能既可以接受保持系的花粉，又可以接受恢复系的花粉，因此在不育系植株上可以得到基因型为S（rr）和S（Rr）的种子，保持系植株上可以得到N（rr）和N（Rr）的种子，恢复系植株上可以得到基因型为N（RR）和N（Rr）的种子。
通过此题使学生推想出在实际生产中配制杂交品种时，一定要建立两个隔离区。一个是繁殖不育系和保持系的隔离区，交替种植不育系和保持系，在不育系植株上收获不育系种子，在保持系植株上收获保持系种子，达到同时繁殖不育系和保持系的目的。另一个是制杂交品种的隔离区，交替种植不育系和恢复系，在不育系植株上收获可供大田使用的优势杂交品种，在恢复系植株上收获恢复系种子，从而达到既制备了大量的优势杂交种，又繁殖了恢复系的目的。同时使学生再次感受实际生产操作的艰辛，而我们仅仅学的是三系配套杂交育种的基本理论。
二、知识拓展
杂交水稻世界第一，这是中国的骄傲，它的研究成功和大量推广，为解决我国粮食自给难题发挥了重要作用，创造了巨大的社会效益和经济效益。随着人们生活水平的提高，随着科学技术的发展，在杂交水稻等杂交育种方面，有什么新进展？同学有什么好的设想？请同学根据书后资料及课下搜集的资料，展开讨论交流。如学生会提出：1．两系法杂交稻是我国独创的高新育种技术，是作物育种又一次重大革新。它与三系法相比，省略了三系法中的保持系，使程序简化，周期短，杂种优势更强，增产潜力更大。实践表明两系法杂交稻比现有的三系杂交稻增产5％～10％，同时米质更好。
2．打开水稻基因组这部天书。通过对水稻全基因组序列分析，可以获得大量的水稻遗传信息和全面地了解其遗传机理，并可获得大量用于农作物改良的有用基因。既有利于选择优良品种进行杂交育种，又便于利用目的性更强的基因工程育种。
3．可以采用航天诱变育种。在卫星、飞船上搭载植物种子，选育有利变异的种子育种。
通过资料交流和对未来的展望，使课堂氛围再次达到一个高潮，充分调动起学生学习的热情与动力，培养学生将科学技术这第一生产力转化为直接生产力和现实生产力的STS意识。
