胡鵬偉

摘 要：文章以高中生物選修三中“將目的基因?qū)胛⑸锛毎睂嶒灧椒槔?，理清導入方法的不明之處，?yōu)化對該步驟的語言表述，并對基因工程板塊內(nèi)容的教學提出建議，使得該部分內(nèi)容易于被學生理解，促進核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：目的基因;導入;基因工程;核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A 收稿日期：2019-11-17 文章編號：1674-120X（2020）16-0079-02

高中生物是一門以科學實驗為基礎(chǔ)的技術(shù)課程，兼具多種教育功能（如基本科學素養(yǎng)、審美育人功能）。《普通高中生物課程標準（2017年版）》也明確了生物學科素養(yǎng)的重要性。實驗與理論相結(jié)合的生物教學能實現(xiàn)教育部現(xiàn)正大力提倡的核心素養(yǎng)目標。“3+1+2”高考新模式在部分省市已然推行，生物選修模塊內(nèi)容分量也在變重，選修三中基因工程常年考查，數(shù)據(jù)顯示：近六年基因工程考查分值（51分）在高中生物選修三總體考查中（75分）占到68%。

另外，2017年開始修訂的《考試說明》中對“基因工程的基本原理及技術(shù)”內(nèi)容做出了明確要求，并在修訂的《考試大綱》中明確加入“PCR技術(shù)”的內(nèi)容，可見選修三部分內(nèi)容的重要性得到了回應，且基因工程也屬生物學前沿知識，在以后的生物信息化教學、信息化發(fā)展中也會起到引領(lǐng)作用，其內(nèi)容重要性不容忽視。

一、“將目的基因?qū)胛⑸锛毎睂嶒灧椒ㄑa充

本部分（高中生物必修三教材第12頁）明確介紹了幾種常用的導入方法：導入植物細胞的農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法、基因槍法和花粉管通道法;導入動物細胞的顯微注射技術(shù)。在導入微生物細胞這方面，教材介紹得不明確。

（一）大腸桿菌轉(zhuǎn)化的具體方法

關(guān)于導入方法，現(xiàn)以2016年浙江模擬題（節(jié)選）為例，某課題組進行了下圖的實驗，請回答：圖中導入重組質(zhì)粒的方法是___，在導入之前應用一定濃度的___處理受體細菌。（答案：Ca2+轉(zhuǎn)化法? CaCl2溶液）

教材中敘述模糊的問題在對比下就顯現(xiàn)出來：Ca2+轉(zhuǎn)化法在教材中并未言明，且Ca2+處理法是用于制備大腸桿菌感受態(tài)細胞，之后才導入。在一些文獻中，農(nóng)桿菌感受態(tài)細胞也是在Ca2+溶液的處理下得到的，接著可以用來導入外源DNA，以Ca2+轉(zhuǎn)化法命名稍顯籠統(tǒng)，不像導入動植物細胞的方法那樣具體。筆者查閱大量資料，現(xiàn)總結(jié)如下：

1.電擊法轉(zhuǎn)化大腸桿菌

此方法不需要預先誘導細菌的感受態(tài)，原理為：依靠短暫的電擊，促使DNA進入細菌。

細菌經(jīng)培養(yǎng)生長至對數(shù)中期，冷卻、離心后用預冷過的蒸餾水或者緩沖液充分洗凈以降低細胞懸液的離子強度，而后再用含10%甘油的緩沖液懸浮。當細菌受到短時高壓電擊時，DNA可立即被導入感受態(tài)細胞。

2.42度熱激法轉(zhuǎn)化大腸桿菌

與教材中轉(zhuǎn)化第二步的敘述最接近的便是42度熱激法，也是目前實驗室轉(zhuǎn)化大腸桿菌的主流方法。其原理為：在0℃條件下，用低滲溶液氯化鈣去處理細菌，菌體細胞在條件變化時會改變形態(tài)膨脹成球形，DNA與CaCl2形成羥基-鈣磷酸復合物，黏附于細胞表面（感受態(tài)細胞很容易與DNA黏附在一起）。經(jīng)短時間42度熱激處理，促使細胞吸收DNA復合物，完成導入。

（二）將目的基因?qū)肫渌⑸锛毎木唧w方法

例題：（2012上海高考卷節(jié)選）下圖是將人的生長激素基因?qū)爰毦鶧細胞內(nèi)，產(chǎn)生“工程菌”的示意圖。所用的運載體為質(zhì)粒A，生長素合成基因為B，請回答：圖中A和B產(chǎn)生的C叫__，除細菌外，理論上能夠接納C的受體細胞還可以是___。（答案：重組質(zhì)粒? 酵母菌）

答案表明真菌類也能作為接納C的受體細胞，教材無此內(nèi)容，在教學實踐中需要補充來適應推陳出新的試題類型，拓寬學生在生物科技專題的知識面。

1.PEG/LiAC（聚乙二醇/醋酸鋰）介導的42度熱激法轉(zhuǎn)化酵母菌

目前導入酵母菌的主流方法為PEG/LiAC（聚乙二醇/醋酸鋰）介導的42度熱激法。其原理為：用醋酸鋰法制備酵母感受態(tài)細胞，增大酵母細胞對外孔隙，然后與重組表達載體在42度水浴加熱下混合共存15min，在PEG/LiAC的幫助下，促進酵母感受態(tài)細胞吸收DNA分子。

2.液氮凍融法轉(zhuǎn)化農(nóng)桿菌

農(nóng)桿菌感受態(tài)細胞制備方法類似大腸桿菌，用CaCl2法來制備;導入法為液氮凍融法。其原理為：載體DNA分子溶于緩沖液與感受態(tài)細胞混合，液氮60s速凍處理，促使細胞吸收DNA復合物。完成導入的農(nóng)桿菌用于“目的基因?qū)胫参锛毎r(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法”當中。

二、對基因工程板塊內(nèi)容的教學建議

（一）對“將目的基因?qū)胛⑸锛毎狈椒ǖ难a充更新

結(jié)合以上論證，反觀教材的敘述內(nèi)容，可做如下補充：

1.微生物受體細胞種類

常用的有大腸桿菌、農(nóng)桿菌[2]和酵母菌，受體細胞準備環(huán)節(jié)是化學法制備感受態(tài)細胞。制備方法為：大腸桿菌和農(nóng)桿菌為Ca2+處理法，酵母菌為醋酸鋰處理法。

2.明確導入方法

導入大腸桿菌常用42度熱激法，導入農(nóng)桿菌為液氮凍融法，導入酵母菌為PEG/LiAC介導的42度熱激法。

（二）重視基因工程板塊知識點更新，以事實為主，體現(xiàn)科學精神

基因工程內(nèi)容屬前沿知識，變化較快。《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》指出：“要體現(xiàn)科學精神，崇尚真知并具理性思維?！睂嵤虑笫?，探究求真精神必不可少。本板塊重點是學習科技知識和新成果，掌握原理方法，體現(xiàn)核心素養(yǎng)之科學精神。

授課時要指明框架，注重知識更新但不脫離學生實際基礎(chǔ)，拓寬知識面。比如，點明大腸桿菌、農(nóng)桿菌和酵母菌的導入方法和受體細胞的處理方法;對具體環(huán)節(jié)原理不加深入，對已明確發(fā)展的事實不做模糊化處理。當然，也要照顧到基礎(chǔ)知識的全面性和系統(tǒng)性，且不超綱。

（三）重視基因工程課標考查點，前后實驗知識聯(lián)結(jié)，助力學生學會學習

教學中要注重前后實驗知識和經(jīng)驗的聯(lián)結(jié)。例如，必修一中用顯微鏡觀察多種多樣的細胞，真菌和細菌細胞結(jié)構(gòu)不同，故導入方法各異;探究酵母菌的呼吸方式和酵母菌數(shù)量的動態(tài)變化，學生對真菌的生存狀態(tài)有一定的了解，在選修部分介紹酵母菌的導入，學生不會陌生;特別是學生已經(jīng)有了選修一微生物實驗的無菌操作以及大腸桿菌的培養(yǎng)等實驗知識基礎(chǔ)，授課時將酵母菌、農(nóng)桿菌和大腸桿菌的導入知識具體化，也利于深化學生對真菌、細菌等微生物細胞知識的理解。

《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》指出，學生要學會學習，在學習方法和進程等方面要有選擇和調(diào)控，勤于反思。本板塊知識聯(lián)結(jié)前置實驗知識，促成學生學習策略的形成，學會學習。

（四）重視生活與基因工程知識的聯(lián)系，培養(yǎng)學生處理信息的能力，體現(xiàn)國家認同與社會責任

中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)包含國家認同與社會責任，即引導學生認同國民身份和國家現(xiàn)有科技成就。社會責任層面又包含生態(tài)意識和責任擔當，即使學生形成可持續(xù)發(fā)展理念，對未來有責任意識。

生活中，電視、網(wǎng)絡及雜志等媒體都有基因工程新成果的介紹。比如，2016年世界生命科學大會展示的冠鯉，也是轉(zhuǎn)基因并選育獲得的;2018年1月在頂級生物雜志Cell上的一篇研究報告展示了中國科學家克隆出了第一批非人靈長類動物——食蟹猴，將這些科技進展信息用于教學，可提升學生國家認同感，增強作為公民的歸屬感和榮譽感。

基因工程進展同時帶來諸多問題，如2012年“黃金大米”事件，2016年崔永元與方舟子有關(guān)基因工程安全性的論戰(zhàn);2017中美“百日計劃”中引進美國牛肉等，引發(fā)學生多角度思考問題、理智處理問題，引導學生思考基因工程發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的負效應及出現(xiàn)的其他的安全問題，引導學生對信息進行多面分析，提高學生處理信息的能力，并培養(yǎng)社會責任意識。

（五）重視該板塊知識與實驗的聯(lián)系，培養(yǎng)學生動手能力，體現(xiàn)核心素養(yǎng)之實踐創(chuàng)新

基因工程內(nèi)容微觀而難以把握，在多數(shù)情況下教師以多媒體輔助教學，依然類似“紙上談兵”，動手實踐才能使學生深刻把握，也加強了學生對生物的興趣和提升學生自身的科學素養(yǎng)。中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)包含實踐創(chuàng)新，主要強調(diào)學生在勤于實踐、敢于創(chuàng)新方面的具體表現(xiàn)，提高學生批判質(zhì)疑和問題解決的能力。

隨著教學和知識的變化，高中階段開設(shè)分子實驗是必然趨勢。為幫助學生理解微觀知識內(nèi)容，建議開展導入大腸桿菌這個環(huán)節(jié)的實驗課程，準備連接產(chǎn)物、培養(yǎng)基和無菌試驗條件，加之許多學校均有微生物實驗的基礎(chǔ)，可行性較高，能增強學生對基因工程知識的掌握和動手實踐的體驗感悟，達到拓展學生的生物科技視野和增強學生科學意識的目的，為其進一步鉆研生物類專業(yè)奠定良好的基礎(chǔ)。[3]

參考文獻：

[1]楊江偉，張 寧，唐 勛，等.生物技術(shù)專業(yè)基因工程課程教學改革與實踐[J].隴東學院學報，2019，30（5）：113-117.

[2]王鳳歡，馮 瀅，馬旭策，等.農(nóng)桿菌介導花生胚小葉遺傳轉(zhuǎn)化體系的優(yōu)化研究[J].河南農(nóng)業(yè)，2019（17）：23-25.

[3]范思宇.高中生物學任務驅(qū)動式教學中情境創(chuàng)設(shè)的應用研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古師范大學，2019.