黃建華

(江蘇省南通大學(xué)附屬中學(xué) 226019)

生物學(xué)核心素養(yǎng)包括生命觀念、理性思維、科學(xué)探究、社會責(zé)任等四個方面。這些素養(yǎng)主要依托在校期間的生物學(xué)課程習(xí)得和鞏固，基于每一節(jié)課的有效學(xué)習(xí)來實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)行高三二輪復(fù)習(xí)(構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)、專題復(fù)習(xí)、綜合訓(xùn)練等)都以提高學(xué)生解題能力為主，如何將高三二輪復(fù)習(xí)課由培養(yǎng)學(xué)生解題能力轉(zhuǎn)變?yōu)橐耘囵B(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)為主，筆者以“抗癌藥物研發(fā)的現(xiàn)代生物技術(shù)綜合”為例做了初步嘗試。

1 課堂導(dǎo)入

導(dǎo)入過程：展示喬布斯、姚貝娜死因的圖片，設(shè)問：請從癌細(xì)胞代謝特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特征分析癌癥引起死亡的原因?學(xué)生回答后教師總結(jié)歸納：癌細(xì)胞的代謝特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特征決定了癌細(xì)胞不凋亡，且浸潤正常組織使正常細(xì)胞死亡，從而導(dǎo)致個體死亡。然后繼續(xù)設(shè)問：基于癌癥引起死亡的原因，請說出治療癌癥的基本思路。(治療癌癥的基本思路是抑制癌細(xì)胞增殖的同時要減少正常細(xì)胞的損傷，這是貫穿整個課堂的主線。)學(xué)生回答后過渡性設(shè)問：傳統(tǒng)治療癌癥的方法并沒有達(dá)到預(yù)期的理想效果，那么現(xiàn)代生物技術(shù)能為抗癌藥物的研發(fā)帶來什么呢?

設(shè)計目的：讓學(xué)生分析癌癥引起死亡原因的設(shè)問是培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念，要求學(xué)生應(yīng)用結(jié)構(gòu)決定功能的觀點(diǎn)解釋癌癥引起死亡的原因。讓學(xué)生說出治療癌癥基本思路的設(shè)問是培養(yǎng)學(xué)生的理性思維，要求學(xué)生運(yùn)用己有的生物學(xué)知識，預(yù)測、探討癌癥治療的思路，對這一節(jié)課起統(tǒng)領(lǐng)作用。

2 長春堿抑癌效果的研究

情境創(chuàng)設(shè)：長春花是原產(chǎn)于非洲東海岸的野生花卉，其所含的長春堿等生堿具有良好的抗腫瘤作用。早在上世紀(jì)八十年代，科研人員就已開始研究長春堿的提取、以及對癌細(xì)胞生長的影響，直到本世紀(jì)仍沒有停止研究的腳步。展示以《長春花4種提取物肝癌細(xì)胞毒活性的研究》論文[1]為素材編制的原創(chuàng)題。

試題呈現(xiàn)：科研人員為了研究長春堿對癌細(xì)胞生長的影響，做了如下實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)步驟：①對SMMC-7721肝癌細(xì)胞懸液進(jìn)行計數(shù)，計算細(xì)胞密度；②按每孔4500個癌細(xì)胞量接種于96孔平底培養(yǎng)板中，置于5 % CO2、37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h；③分別加入用正丁醇提取的不同濃度的長春堿提取液和等量的 ?(每組做3個平行)，置于5 % CO2、37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)72 h。④用分光光度計測定各孔的吸光度A(癌細(xì)胞越多A值越大)，按照生長抑制率(%)=(1-用藥組平均A值/對照組平均A值)×100%進(jìn)行計算，得到圖1所示結(jié)果。

分析回答：

(1)步驟①中應(yīng)用______(計數(shù)工具)對癌細(xì)胞懸液的細(xì)胞進(jìn)行計數(shù)。

(2)步驟②中培養(yǎng)箱中5 % CO2的作用是______，為了癌細(xì)胞良好生長，培養(yǎng)液中應(yīng)加入______(天然物質(zhì))。

(3)步驟③“?”加入的試劑是______，此步驟中每組做3個平行的目的是______。

圖1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

(4)分析圖1曲線，能得出的結(jié)論是______。

(5)科研人員分別提取不同濃度長春堿處理的3組細(xì)胞，測量細(xì)胞中凋亡基因(Bax、Bcl-2)表達(dá)蛋白質(zhì)的相對含量，并計算比值，結(jié)果如圖2。分析可知，長春堿能通過______，加速癌細(xì)胞的凋亡。

圖2 細(xì)胞中凋亡基因表達(dá)蛋白質(zhì)的相對含量

參考答案：(1)血球計數(shù)板 (2)維持培養(yǎng)液的pH 動物血清 (3)正丁醇 減少實(shí)驗(yàn)誤差，避免實(shí)驗(yàn)的偶然性 (4)隨著濃度增大，長春堿對癌細(xì)胞的抑制作用增強(qiáng) (5)促進(jìn)Bax蛋白的表達(dá)。

設(shè)計目的：讓學(xué)生知道長春堿的作用和研究歷史，在試題實(shí)練中鞏固、應(yīng)用動物細(xì)胞培養(yǎng)的基礎(chǔ)知識，提升閱讀圖表、獲取信息并結(jié)合所學(xué)知識分析問題、推知結(jié)論的能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ囵B(yǎng)學(xué)生理性思維和科學(xué)探究的能力。

3 長春堿擴(kuò)大生產(chǎn)的機(jī)理及效果

情境創(chuàng)設(shè)：長春堿具有良好的抑癌效果，但產(chǎn)量低，價格貴。1994年前科研人員已突破僅能從長春花植株內(nèi)提取長春堿的局限，開始從長春花愈傷組織中提取長春堿，為了進(jìn)一步提高長春堿產(chǎn)量，1994年之后科研人員開始培育長春花冠癭組織并從中提取長春堿。展示以論文《土壤農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化的長春花冠癭細(xì)胞培養(yǎng)》[2]為素材編制的原創(chuàng)題，分析長春堿擴(kuò)大生產(chǎn)的機(jī)理和效果。

試題呈現(xiàn)：為了緩解長春堿供不應(yīng)求的狀況，上世紀(jì)九十年代，科研人員通過遺傳改造獲得長春花的冠癭組織，并與長春花愈傷組織的生長、產(chǎn)長春堿性能進(jìn)行比較。其基本操作過程如圖3，其中農(nóng)桿菌C58Ti質(zhì)粒的部分結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)流程

圖4 農(nóng)桿菌C58Ti質(zhì)粒的部分結(jié)構(gòu)

分析回答：

(1) 圖3中過程①使用的培養(yǎng)基是______(物理性質(zhì))培養(yǎng)基，此培養(yǎng)基中應(yīng)加入______和______激素，配制的培養(yǎng)基需用______(工具)進(jìn)行滅菌。

(2) 圖3中過程②整合到愈傷組織細(xì)胞染色體DNA上的是______，圖4中結(jié)構(gòu)P、T是tms基因和tmr基因成功轉(zhuǎn)錄的保證，則結(jié)構(gòu)P是______。

(3)圖5是科研人員比較冠癭組織和愈傷組織生長、產(chǎn)長春堿性能的結(jié)果。請根據(jù)圖4、圖5進(jìn)行分析：與愈傷組織相比，冠癭組織的生長速度______，其可能原因是______；與愈傷組織相比，冠癭組織合成長春堿的能力______，利用冠癭組織來提取長春堿，在冠癭組織培養(yǎng)______天左右的時候提取較好。

參考答案：(1)固體 生長素 細(xì)胞分裂素 高壓蒸汽滅菌鍋 (2)T-DNA 啟動子 (3)快tms和tmr基因編碼產(chǎn)物控制合成了生長素和細(xì)胞分裂素促進(jìn)冠癭組織的生長 強(qiáng) 35。

圖5 比較冠癭組織和愈傷組織生長、產(chǎn)長春堿性能的結(jié)果

設(shè)計目的：讓學(xué)生了解現(xiàn)實(shí)生活中對長春堿的需求，感知科學(xué)家為提高長春堿產(chǎn)量進(jìn)行的研究。利用創(chuàng)新試題擊破植物組織培養(yǎng)技術(shù)和轉(zhuǎn)基因技術(shù)的核心和難點(diǎn)；通過比較愈傷組織和冠癭組織產(chǎn)長春堿性能的高低，對結(jié)果進(jìn)行分析、解釋，采用適當(dāng)?shù)目茖W(xué)思維方法揭示生物學(xué)規(guī)律或機(jī)制，培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念和理性思維。

4 長春堿的靶向運(yùn)載治療

情境創(chuàng)設(shè)：長春堿殺死癌細(xì)胞的同時對正常細(xì)胞也有毒性作用，有什么好方法可降低長春堿對正常細(xì)胞的毒性作用呢?學(xué)生會想到用單克隆抗體運(yùn)載長春堿進(jìn)行治療。研究發(fā)現(xiàn)單克隆抗體運(yùn)載抗癌藥物時，需要對藥物進(jìn)行化學(xué)修飾，才能將藥物連到抗體上，而修飾后的藥物藥效降低。那如何解決這個問題呢?本世紀(jì)初快速發(fā)展起的雙特異性抗體很好地解決了這個問題。展示以論文《雙特異性抗體及其在腫瘤診治上的研究進(jìn)展》[3]《雙特異性抗體及其在腫瘤療治中的應(yīng)用》[4]為素材編制的試題。

試題呈現(xiàn)：體外將長春堿與單克隆抗體連接會影響長春堿的分子結(jié)構(gòu)而降低藥效，本世紀(jì)初研發(fā)的雙特異性單克降抗體可提高抗體運(yùn)載藥物的藥效，雙特異性抗體是指可同時與癌細(xì)胞和藥物結(jié)合的特異性抗體。圖6是科研人員通過雜交-雜交瘤技術(shù)(免疫的B淋巴細(xì)胞和雜交瘤細(xì)胞雜交技術(shù))生產(chǎn)能同時識別癌胚抗原和長春堿的雙特異性單克隆抗體的部分過程。

分析回答：

(1)請根據(jù)所學(xué)知識，用箭號和文字在圖中方框內(nèi)補(bǔ)全該雙特異性單克降抗體的生產(chǎn)過程。

(2)過程①、④都是免疫小鼠，其目的分別是______、______。

(3)過程②誘導(dǎo)融合的方法有______。

(4)過程③應(yīng)利用______培養(yǎng)基培養(yǎng)、篩選雜交瘤細(xì)胞。

(5)除了圖6方法外，還有哪些方法可生產(chǎn)出雙特異性單克降抗體，請你說出基本思路。

參考答案：(1)④→B淋巴細(xì)胞→誘導(dǎo)與單克隆雜交瘤細(xì)胞融合→在選擇培養(yǎng)基上篩選出雜交-雜交瘤細(xì)胞→克隆化培養(yǎng)、抗體篩選出單克隆的雜交-雜交瘤細(xì)胞 (2)使小鼠產(chǎn)生能分泌識別癌胚抗原抗體的漿細(xì)胞 使小鼠產(chǎn)生能分泌識別長春堿抗體的漿細(xì)胞 (3)聚乙二醇(PEG)誘導(dǎo)、電激等 (4)HAT (5)利用基因工程或蛋白質(zhì)工程等現(xiàn)代生物技術(shù)，答案合理即可。

設(shè)計目的：幫助學(xué)生突破在單克隆抗體運(yùn)載抗癌藥物治療癌癥認(rèn)識上的局限，讓學(xué)生了解單克隆抗體運(yùn)載抗癌藥物治療癌癥的優(yōu)勢與不足。通過變換訓(xùn)練方式(要求學(xué)生畫出培育單克隆雜交-雜交瘤細(xì)胞的過程圖)讓學(xué)生厘清事情發(fā)展的順序和內(nèi)在邏輯關(guān)系，通過寫出生產(chǎn)雙特異性單克降抗體的其他方法、思路培養(yǎng)學(xué)生利用多個相關(guān)的生物學(xué)重要概念或原理，通過邏輯推理闡明個人的觀點(diǎn)，多角度的培養(yǎng)學(xué)生的理性思維。

圖6 生產(chǎn)雙制異單克隆抗體的實(shí)驗(yàn)過程

5 最新研究進(jìn)展簡介

情境創(chuàng)設(shè)：研制出了雙特殊異性抗體是否就代表攻克了癌癥呢?(學(xué)生回答：不是。)其原因有多種，其中一個主要原因是單克隆抗體在體內(nèi)循環(huán)會被RES(內(nèi)皮網(wǎng)狀系統(tǒng))迅速清除。所以科家仍在不斷的探尋治療癌癥的新方法。

研究介紹：鏈接網(wǎng)站(http://www.biotech.org.cn/information/139682)，簡介雙特異性T細(xì)胞銜接器(BiTE)， BiTE是能同時與癌細(xì)胞和T細(xì)胞結(jié)合的雙靶向抗體，BiTE與T細(xì)胞結(jié)合后激活T細(xì)胞且不易被RES清除，并引導(dǎo)T細(xì)胞與癌細(xì)胞結(jié)合，增強(qiáng)T細(xì)胞對靶細(xì)胞的殺傷作用。其作用機(jī)理如圖7。

圖7 雙制異T細(xì)胞銜接器作用機(jī)理

設(shè)計目的：讓學(xué)生了解抗癌的最新研究，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化學(xué)習(xí)動機(jī)，培養(yǎng)社會責(zé)任感。