《作物育种学》实践教学改革的设想

《作物育种学》实践教学改革的设想

作者：吴洪恺

来源：《教育教学论坛》2012年第45期

摘要：《作物育种学》是农学专业的主干课程，实践性强是作物育种学区别于其它学科的一个显著特点，因此，实践教学占有非常重要的地位。实验教学和实习教学是实践教学体系的重要组成部分，但是，当前的实验教材大多安排了一些简单的验证性实验，并未涉及育种的基本原理与方法等核心内容；实习教学也只是接触一下生产，很难达到“加深理解和应用育种学基本原理”的目的。作者认为杂交育种、杂种优势利用、转基因育种、分子标记辅助育种等4条育种途径基本概括了育种原理和方法，是普遍应用并代表未来发展的育种途径。因此建议把这4条育种途径作为实践教学改革的内容，并对具体的实施方法进行探讨。 关键词：专业课程；作物育种学实验；实践教学；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0031-03

《作物育种学》是农学等专业的主干课程，是研究作物新品种选（繁）育理论与方法的科学。基本内容包括创造优良品种和良种繁育两个方面，其中，良种繁育已发展成为一门独立的种子科学，新品种选育是当今“作物育种学”的主要任务。当今，农业的基础地位显得越来越重要，优质、高产、高效作物新品种的培育已经成为科技领域一项重要工作，因此必须大力培养这方面的人才，加强《作物育种学》的教学工作。 一、《作物育种学》的学科特点

作物育种学主要以遗传学和进化论为基础理论，涉及植物学、植物生理学、生物化学、分子生物学、植物病理学、农业昆虫学、农业气象学、生物统计与试验设计、生物技术、组织培养、作物栽培学、作物耕作学、生态学等许多学科，是一门综合性非常强的学科[1]。作物育种学与其他专业基础课不同，它要在生产实践中直接应用，既要掌握理论知识，又要具备实践技能，实践性强是作物育种学区别于其它学科的一个显著特点。“育种学发展到今日，虽然其科学的成分日益增多，但由于生命运动过于复杂，迄今还有许多未知的领域。因此，育种的成就不仅依赖于科学，而且也依赖于尚未上升到理论的经验。”[2]换句话说“育种学也是一门艺术”[1]，艺术需要实践，从实践中总结经验，这需要长期的磨练和积累。理论教学使学生掌握育种的基本原理和方法以及实现育种目标的主要途径，但育种的理论与方法只有回到实践中去，学生才能充分理解，形成具体的内涵，否则是抽象的、朦胧的。只有在实践中，才能启发学生的思维，更好地掌握育种理论的精粹。因此，《作物育种学》教学既不同于以系统理论学习为主的基础课教学，也有别于培养技术实用型人才为主的课程教学，是一门理论性、实践性、技术性很强的综合应用学科，涉及学科面广、融合交叉性强。《作物育种学》教学中实践教学应该占有非常重要的地位。

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二、《作物育种学》实践教学的现状

1999年大学本科扩招之后，学生就业方式发生了重大变化，由以前的分配就业转变为双向选择就业。用人单位对学生的要求越来越高，要求学生既要掌握理论知识，又要具备一定的实践动手能力。为了扩大就业面，增加就业机会，教育部门要求扩充学生的知识面，开展“厚基础，宽口径，高素质，强能力”的教育[3]。在这种人才培养思路下，教学为了面向就业市场，必须减少专业课的课时以增加素质教育课程，并重视实践教学，培养学生实际操作能力、分析解决问题的能力和创新能力。这样，势必要减少理论课的时间，相应增加实践教学（包括实验教学和实习教学）的时间。但是，长期以来，实验教学都是以教师为中心，安排几个验证性实验，学生按照教师设计好的实验步骤进行，学生在教与学的过程中是认知信息的被动接受者。在这种教学模式下，往往忽视了学生自主获得知识的潜在能力和理解知识的差异性，掩盖了学生的个性发挥，忽略了学生积极思维和创新意识，不利于学生自主学习能力的培养。并且，这样的实验教学也忽视了其目的——巩固和加深理解所学的理论知识。以我校为例，最新教材《作物育种学总论》[4]有20章，一般只能安排56学时，其中，实验课16学时，约占30%。《作物育种学各论》[1]编排了32种作物，一般选择讲授当地主要的几种作物，也只能安排56学时，其中实验课16学时，约占30%。按传统的做法，每个实验一般必须在3～4个课时完成，因此只能安排一些简单的验证性实验，目前作物育种学的实验教材都是这样，无法对育种的基本原理和方法进行实验设计，未能建立起与理论教学相呼应的实验教学体系。实习教学环节是在理论教学和实验教学完成后进行的，其目的是在实习过程中综合运用所学的理论知识解决生产上的实际问题。以我校为例，安排80学时（4周），按照不同的作物进行。由于学时数和作物生长季节的限制，很难顾及实际工作中的主要育种途径和育种全过程，也难以建立起与理论教学相呼应的实习教学体系。这样，尽管经过了理论、实验、实习等教学环节，学生对育种的基本原理和方法还是处于混沌状态。实践教学必须与理论教学相呼应，只有这样才能使学生真正掌握育种的基本原理和方法，并在实践中灵活应用。 三、《作物育种学》实践教学改革的具体内容

育种过程是人工进化过程，与自然进化过程一样，包括变异、选择、遗传三个环节。创造变异和选择变异这两个环节体现在各种育种途径和方法中。图1概括了育种学原理的基本框架，列出了主要的育种途径与方法，包括选择育种（包括无性繁殖方式的芽变）、杂交育种、回交育种、诱变育种、远缘杂交育种、倍性育种、杂种优势利用、轮回选择、细胞工程育种、转基因育种、分子标记辅助育种等。

杂交育种是通过有性杂交创造变异，在杂种后代中选择目标变异的过程，其理论基础是有利基因的重组和目标个体的选择；选择（系统）育种的实质就是选择自然变异，其选择变异的方法与杂交育种是一致的；回交育种、远缘杂交育种、轮回选择育种是特殊的杂交育种，因此，杂交育种是最基础的育种途径，应用最广泛、最富有成效，集中体现了育种的基本原理和方法，应该作为实习的一个重要内容。杂种优势利用在生产上应用广泛，如杂交水稻，杂交玉米，杂交油菜等。育种过程包括亲本（自交系）选育和组合选配两个环节，这两个环节都建立在杂交育种的基础上，但其主要的理论基础是杂种优势形成理论和杂种优势实现途径的理论，

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具有独特的、完整的理论体系。转基因育种和分子标记辅助育种是当今发展起来的新技术。转基因育种打破了物种之间的生殖隔离，使得基因能在植物、动物和微生物之间交流，创造变异的方式发生了根本性的变化；分子标记辅助育种实现了传统的表型选择向基因型选择的转变，选择变异的方式发生了根本性的变化，从而可以使育种从经验变为科学[5]，已经显示出其重要的育种地位。诱变育种和倍性育种的核心内容是诱变技术，如基因突变和染色体加倍技术，学生相对容易掌握。细胞工程育种主要是指利用花药组织培养、原生质体培养、体细胞融合等技术进行育种，这些技术属于生物技术范畴。通过以上分析可知，杂交育种、杂种优势利用、转基因育种、分子标记辅助育种等4条育种途径基本概括了主要的育种原理和方法，是普遍应用、成效显著并代表未来发展的育种途径。前两者一般称为传统育种，后两者一般称为分子育种，后两者建立在前两者的基础上。实践教学应该把以上4条育种途径作为重点，但是以上内容要安排实验，每个实验仅仅用3-4节课是无法完成的。为此，必须对实践教学进行改革：1）总论安排56学时，详细讲解育种的基本原理和方法，重点讲解杂交育种、杂种优势利用、转基因育种、分子标记辅助育种4条育种途径；各论安排40学时，主要讲解自花授粉作物（如水稻和小麦）、常异花授粉作物（如棉花和油菜）、异花授粉作物（如玉米）等代表性作物，重点讲解表1中与实习相关的内容，与后面的实践教学相呼应。2）实验教学和实习教学结合起来，安排96个学时，具体见表1。受课时数的限制，只对不同作物共通的育种基本原理和方法安排实习，触类旁通。鉴于此，安排杂交育种、杂种优势利用、转基因育种、分子标记辅助育种4条育种途径，对育种的整个过程（一种作物完整的生长周期）进行实习。这样的实践教学完成后，学生可以较好地了解育种的完整程序，理解育种的基本原理和方法。 四、《作物育种学》实践教学改革的实施方法

作物育种学作为农学专业的一门主干课程，一般在基础课和专业基础课修完后，在三年级开设。对我校来说，若按本文的改革思路，在开设作物育种学实践教学（三年级下学期）之前，已经修完了植物学、生物化学、植物生理学、遗传学、分子生物学、植物病理学、农业昆虫学、农业气象学、生物统计与试验设计、生物技术与基因工程操作、组织培养、作物栽培与耕作学等课程，并且都有实验课教学，已经掌握了较全面的实验技能。此时，应该由以加深理解基本概念和训练基本技能为目的的验证性实验向综合性、设计性实验转变，以培养学生的综合分析能力、实验动手能力、数据处理能力及查阅中外文资料的能力；培养锻炼学生独立解决实际问题的能力、创新能力、组织管理能力和科研素养。

具体做法是，以上4条育种途径，设计5个项目（表1），分别由5个老师指导，由学生自己进行实验设计，要求涉及育种的完整程序。考虑作物生长季节和学生的课程安排（三年级上学期学总论，三年级下学期学各论），实践教学于三年级下学期开始，四年级上学期结束，跨一个学年。实习内容和选择的代表性作物与其生长季节相适应，力求了解作物生长的一个周期。做到人人参与项目设计和实施的过程，在项目设计和实施过程中理解和掌握育种的基本原理与方法。这样“以项目为主线、学生为主体、教师为主导”，改变以往“学生按照现成的实验步骤做”的被动的教学模式，使学生主动参与、自主协作、探索创新。同时也是对实验设计者、实验指导者和实验管理者的教学水平、学术水平、创新能力的有效检验和促进，有利于教学相长。

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参考文献：

[1]盖钧镒主编.作物育种学各论[M].北京：中国农业出版社，2000：1-9.

[2]侯喜林，房经贵，陈发棣，等.《园艺作物育种学》教材建设的思考[J].中国农业教育，2001（3）：31-32.

[3]王茜龄，余茂德，敬成俊.桑树栽培及育种学课程教学改革初探[J].蚕学通讯，2010，30（1）：57-59.

[4]张天真主编.作物育种学总论[M].北京：中国农业出版社，2003 [5]万建民.作物分子设计育种[J].作物学报，2006，32（3）：455-462. 基金项目：浙江农林大学科研发展基金（2009FR074）

作者简介：吴洪恺（1967-），男，副教授，博士，研究方向：作物遗传育种的教学与科研。