人教版高中生物選修1《生物技術(shù)實踐》常見問題析疑

人教版高中生物選修1《生物技術(shù)實踐》常見問題析疑人民教育出版社/課程教材研究所包春瑩《生物技術(shù)實踐》是我國普通高中首次開設(shè)的一門實驗課，但并非實驗指導(dǎo)手冊那樣簡單。對于實驗，在教學(xué)過程中總會遇到許多問題。這些問題的解決，對于更好地落實本模塊的教學(xué)目標(biāo)具有重要作用。以下擷取一些有代表性的問題，與老師們探討。一、教師如何指導(dǎo)學(xué)生選擇課題？按照《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》（實驗）規(guī)定，學(xué)生選學(xué)本模塊16個課題中的5~7個后，考核通過，即可獲得本模塊應(yīng)得的2個學(xué)分。那么，這5~7個課題如何來選？教師在指導(dǎo)學(xué)生選擇課題（或教師選擇課題）時，應(yīng)既尊重學(xué)生的選擇，又結(jié)合當(dāng)?shù)亟虒W(xué)資源的實際情況，同時兼顧傳統(tǒng)生物技術(shù)和現(xiàn)代分子生物技術(shù)。應(yīng)該明確，無論課題針對的是哪項具體技術(shù)，它都同樣能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，課題的教育價值并不因為技術(shù)是現(xiàn)代技術(shù)或傳統(tǒng)技術(shù)而提升或降低。但教師在指導(dǎo)學(xué)生選擇時，不宜全選傳統(tǒng)技術(shù)或現(xiàn)代分子生物技術(shù)，也不宜全選相對簡單的或相對難的?，F(xiàn)給出一個建議性的選擇方案：傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用（1個）；微生物的培養(yǎng)與應(yīng)用（2個：1個基礎(chǔ)培養(yǎng)，1個選擇性培養(yǎng)）；植物的組織培養(yǎng)技術(shù)（1個：花藥培養(yǎng)技術(shù)操作較難，可不選擇）；酶的研究與應(yīng)用（1個）；DNA和蛋白質(zhì)技術(shù)（1個）；植物有效成分的提?。?個）。若有條件應(yīng)鼓勵學(xué)生多選多做。二、實驗條件達(dá)不到要求，如何完成實驗？本模塊為實驗課，重在實踐，重在做，衡量教師教學(xué)效果的標(biāo)準(zhǔn)不是看教師講課講得如何精彩，而是在引導(dǎo)學(xué)生完成實驗。教師在進(jìn)行本模塊教學(xué)時，首先必須克服畏難情緒，不要一上來就覺得這個模塊沒辦法實施。實驗課總是需要很多的儀器設(shè)備。目前各學(xué)校儀器的裝備情況確實制約了本模塊的實施，致使許多老師把做實驗變成了講實驗。即使沒有條件完成實驗的操作部分，也必須讓學(xué)生進(jìn)行自主研習(xí)和設(shè)計出可行的實驗操作方案，并對實驗結(jié)果進(jìn)行預(yù)期和分析討論。希望教師能著眼于學(xué)生全面發(fā)展和終身發(fā)展的需要，勇于實踐，盡量創(chuàng)造條件努力完成實驗，不要打退堂鼓。一些教師在看到人教版本模塊教師教學(xué)用書后所附的實驗光盤（將在2007年秋季與大家見面）后，第一反應(yīng)就是這些實驗我們沒辦法開展。理由是，這里所涉及的儀器我們連見都沒見過。有些儀器有些教師確實沒有見過，但我們不能說因為沒有可調(diào)式移液器就不能進(jìn)行實驗了：可用移液管來代替可調(diào)式移液器。同樣，沒有超凈工作臺，我們可以在酒精燈旁邊進(jìn)行操作。需要說明的是，人教版選修1教師教學(xué)用書后所附的光盤可以說給教師展示了生物儀器的發(fā)展情況，這些儀器很可能馬上就要走進(jìn)我們的中學(xué)實驗室。目前《中小學(xué)理科實驗室裝備規(guī)范》已經(jīng)發(fā)布。這個規(guī)范是教育部教學(xué)儀器研究所針對新課程的實施對中小學(xué)理科實驗室提出的新要求而起草的。該規(guī)范除要求中學(xué)配備實驗室、實驗員室、準(zhǔn)備室、儀器室、藥品室、生物園地等外，還建議設(shè)置科學(xué)探究室（為學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究創(chuàng)設(shè)條件，方便學(xué)生查閱相關(guān)資料，方便學(xué)生制定實驗計劃和設(shè)計實驗方案，進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)和學(xué)科實驗活動）、培養(yǎng)室（進(jìn)行組織培養(yǎng)）等。相信這個規(guī)范會對新課程中實驗的實施起到推動作用。三、教學(xué)過程中遇到的具體問題1．專題1中課題1：果醋是在果酒產(chǎn)生基礎(chǔ)上發(fā)酵產(chǎn)生的，在制果酒時需無氧發(fā)酵，在無氧條件下，好氧型的醋酸菌不是要大量死亡嗎？后期果醋發(fā)酵哪來的醋酸菌呢？在我們的實驗中，前期果酒厭氧發(fā)酵產(chǎn)生酒精，并不是嚴(yán)格厭氧，因此有少量的醋酸菌存留，當(dāng)轉(zhuǎn)入好氧發(fā)酵時，殘存的醋酸菌會大量繁殖，產(chǎn)生醋酸。同時，在我們的實驗條件下并不是嚴(yán)格無菌，通入的空氣中會有一些醋酸菌，帶到發(fā)酵液中，大量繁殖，而其他的菌種因不適應(yīng)這種條件而不能繁殖。在工業(yè)上，后期醋的發(fā)酵是需要人工接種醋酸菌的，以保障生產(chǎn)的正常進(jìn)行，而不是采取我們實驗的方法。在實際操作時，由于菌株的量較少，可能需要很長的時間。為了縮短時間，我們可以從市場上買一些菌株進(jìn)行接種或先將一瓶醋打開蓋暴露于空氣中，一段時間后在醋的表面有一層薄膜（實際是醋酸菌），可以用這層薄膜進(jìn)行接種，這樣可以明顯縮短制作果酒、果醋的時間。2．專題1課題2：在制作腐乳時，將豆腐塊擺放在稻草、粽葉上的目的是什么？這些材料上含有的毛霉孢子較多，可以達(dá)到接種的目的。當(dāng)然，也可將豆腐塊暴露在空氣中一段時間進(jìn)行自然接種。3．專題2課題1：在進(jìn)行平板劃線時為什么不能劃破培養(yǎng)基？原因有兩個：其一，一旦劃破，會造成劃線不均勻，難以達(dá)到分離單菌落的目的；其二，存留在劃破處的單個細(xì)胞無法形成規(guī)矩的菌落，菌落會沿著劃破處生長，會形成一個條狀的菌落。4．平板劃線的操作方法僅限于教材介紹的一種方法嗎？平板劃線在實際操作中有多種方法，教材詳細(xì)介紹了交叉劃線的方法，第14頁給的圖示就是另外一種方法（連續(xù)劃線法）。當(dāng)然，還有很多其他的方法（如下圖）。學(xué)生在操作時，還會創(chuàng)造出許多別的方法，如有些同學(xué)劃出一個"劉"字。

5．專題2課題2：濾膜的作用是什么？能用擦鏡紙來代替嗎？本課題中所提到的濾膜是用來過濾細(xì)菌的，不能用擦鏡紙來代替。因為濾膜（如醋酸纖維素濾膜）的孔徑很小，細(xì)菌不能通過，被截留在膜的表面。同樣的道理，在進(jìn)行細(xì)胞培養(yǎng)時，有時需在培養(yǎng)基中添加血清、生長因子、抗生素等，這些物質(zhì)不能用高壓滅菌的方法，因此常常將這些物質(zhì)配成溶液，用濾膜進(jìn)行過濾，在使用時加入到已經(jīng)滅菌的培養(yǎng)基中。直徑為0.22mm的濾膜，可以達(dá)到完全除菌的目的。擦鏡紙的孔徑是非常大的，達(dá)不到除菌的目的。6．專題4課題3：酵母細(xì)胞的固定化，實驗看似簡單，但不容易做好，在實驗操作過程中應(yīng)該注意什么問題？本實驗中有兩步操作比較重要：配制海藻酸鈉溶液和海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合。在配制海藻酸鈉溶液時，若用酒精燈加熱，注意小火或間斷加熱，否則容易焦糊。有條件的可以用微波爐高火加熱1~1.5min即可。用90℃左右的水浴加熱更好，水分損失少，也不會焦糊。海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合時，第一要注意火候：溫度太低，海藻酸鈉溶液容易凝固，溫度太高，會殺死酵母細(xì)胞；第二要混合均勻，又要防止出現(xiàn)氣泡。學(xué)生的實驗結(jié)果，可能有以下情況：（1）固定好的酵母細(xì)胞為圓形凝膠珠，位于氯化鈣溶液的底部；（2）托尾的凝膠珠（蝌蚪狀），原因可能為溶液太?。ń湍讣?xì)胞濃度太低）或注射時針頭離氯化鈣溶液的距離太短；（3）漂浮的凝膠珠，這說明海藻酸鈉溶液與酵母細(xì)胞混合時出現(xiàn)氣泡。7．專題5課題2：PCR循環(huán)參數(shù)是如何確定的？（1）變性時間是如何確定的？在選擇的變性溫度下，DNA分子越長，兩條鏈完全分開所需的時間也越長。如果變性溫度過低或時間太短，模板DNA中往往只有富含AT的區(qū)域被變性。在PCR的第一個循環(huán)中，有時常把變性時間設(shè)計為5min，來增加大分子模板DNA徹底變性的概率，又稱此為預(yù)變性。當(dāng)模板DNA的G+C含量超過55%時，需要更高的變性溫度，來源于古細(xì)菌的DNA聚合酶比TaqDNA聚合酶更能耐受高溫，因此更適合用來擴(kuò)增富含GC的DNA模板。（2）復(fù)性溫度的確定有什么考慮？復(fù)性過程（即退火）采用的溫度至關(guān)重要。如果復(fù)性溫度太高，寡核苷酸引物不能與模板很好地復(fù)性，擴(kuò)增效率將會非常低。如果復(fù)性溫度太低，引物將產(chǎn)生非特異性復(fù)性，從而導(dǎo)致非特異性的DNA片段的擴(kuò)增。（3）延伸的時間是如何確定的？TaqDNA聚合酶在最適反應(yīng)溫度（72~78℃）下聚合速率約為2000bp/min。根據(jù)多數(shù)研究者的經(jīng)驗，確定了一個規(guī)則，即：靶基因的每1000bp的擴(kuò)增產(chǎn)物的延伸時間被設(shè)計為1min，以此類推。對于PCR的最后一個循環(huán)，許多研究者常把延伸時間增加為以前循環(huán)的延伸時間的3倍以上，以使所有擴(kuò)增產(chǎn)物完成延伸，這又稱為后延伸。（4）循環(huán)數(shù)目一般都為30，這個數(shù)值是怎么來的？PCR擴(kuò)增所需的循環(huán)數(shù)目決定于反應(yīng)體系中起始的模板拷貝數(shù)以及引物延伸和擴(kuò)增的速率。一旦PCR反應(yīng)進(jìn)入幾何級數(shù)增長期，反應(yīng)會一直持續(xù)下去，直至某一成分成為限制因素。從這一點上來說，擴(kuò)增產(chǎn)物中絕大多數(shù)應(yīng)該是特異性的擴(kuò)增產(chǎn)物，而非特異性的擴(kuò)增產(chǎn)物低到難以檢測的程度。用TaqDNA聚合酶在一個含有105個拷貝的靶序列的反應(yīng)體系中進(jìn)行30個循環(huán)后往往可以做到上述的理想情況。8．專題5課題2：DNA含量的計算公式中數(shù)字50是怎么來的？DNA含量的計算公式為：DNA含量（mg/mL）=50?（260nm的讀數(shù)）?稀釋倍數(shù)。公式中50的含義是：在標(biāo)準(zhǔn)厚度為1cm的比色杯中，OD260為1相當(dāng)于50mg/mL的雙鏈DNA，40mg/mL的RNA，37mg/mL的單鏈DNA以及30mg/mL的寡核苷酸，因此若是測定RNA的含量，50應(yīng)該換為40。從這里也能夠看出，這個公式適用的前提是PCR是成功的。PCR是否成功，可用電泳來初步鑒定。9．專題5課題3：什么是變性膠？SDS的作用是什么？聚丙烯酰胺凝膠根據(jù)其中是否加入變性劑而分為變性膠和非變性膠。所謂變性膠是指在聚丙烯酰胺凝膠中加入SDS（sodiumdodecylsulfate，十二烷基磺酸鈉）、DTT（dithiothreitol，二硫蘇糖醇）或尿素而制成的凝膠。SDS是一種陰離子表面活性劑，它能破壞蛋白質(zhì)分子之間以及其他物質(zhì)分子之間的非共價鍵，使蛋白質(zhì)變性而改變原有的構(gòu)象，特別是在有強還原劑DTT等存在的情況下，蛋白質(zhì)分子內(nèi)的二硫鍵被還原，這就保證了蛋白質(zhì)分子與SDS的充分結(jié)合從而形成帶負(fù)電的蛋白質(zhì)-SDS復(fù)合物。蛋白質(zhì)分子與SDS充分結(jié)合后，所帶的SDS的負(fù)電荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于蛋白質(zhì)本身的電荷量，因而就掩蔽或消除了不同種類蛋白質(zhì)分子間的電荷差異對電泳遷移率的影響。此外，蛋白質(zhì)-SDS復(fù)合物在水溶液中的形狀類似橢圓長棒狀，不同的蛋白質(zhì)-SDS復(fù)合物其橢圓棒的短軸長度是相近的，只是長軸長度隨蛋白質(zhì)分子量的大小而正比變化。這樣，蛋白質(zhì)-SDS復(fù)合物在凝膠中的遷移率就不再受蛋白質(zhì)形狀和所帶電荷的影響，也就是說，此時電泳遷移率主要取決于蛋白質(zhì)的分子量。因此，SDS變性膠是一種非常好的檢測蛋白質(zhì)分子量