高中生物教學(xué)過(guò)程中的疑點(diǎn)淺析

古人云：“學(xué)起于思，思源于疑。”教師在教學(xué)過(guò)程中要提高業(yè)務(wù)水平，同樣也要多思多想。事實(shí)上，在高中教學(xué)中，筆者作為教師也經(jīng)常有困惑的時(shí)候，常常通過(guò)查閱資料、同事討論研究等方法來(lái)解決這些問(wèn)題。以下幾個(gè)問(wèn)題是筆者研究比較多，也是印象最深的。

1 甲基綠和二苯胺鑒定DNA的區(qū)別

人教版必修一中有個(gè)實(shí)驗(yàn)叫“觀察DNA和RNA在細(xì)胞中的分布”，而在選修一專(zhuān)題五之“DNA的粗提取與鑒定”一課中，DNA鑒定用的是二苯胺。兩者有什么區(qū)別?首先要了解甲基綠和二苯胺的性質(zhì)。甲基綠為綠色晶體，具金黃色光澤，或淡綠色粉末。溶于水，呈藍(lán)綠色，在常溫下實(shí)驗(yàn)。二苯胺：白色單斜片狀結(jié)晶。易溶于丙酮、苯、四氯化碳和乙酸乙酯，溶于乙醇、乙醚、冰醋酸和石油醚，不溶于水，一般實(shí)驗(yàn)時(shí)要經(jīng)過(guò)沸水浴。由此可見(jiàn)，甲基綠溶液是藍(lán)綠色的，二苯胺溶液是無(wú)色的。如果要鑒定溶液中是否含有DNA，那么應(yīng)該用二苯胺，沸水浴后如出現(xiàn)藍(lán)色，則說(shuō)明有DNA，如果依然為無(wú)色，則沒(méi)有DNA。但這個(gè)實(shí)驗(yàn)一般不用甲基綠，因?yàn)椴还苋芤菏欠窈蠨NA，都會(huì)呈現(xiàn)藍(lán)綠色。當(dāng)然，真要用，也可以，但方法要改變一下，可以在將DNA纏在玻璃棒上，然后滴加甲基綠，染色后，輕輕沖去浮色后看是否為藍(lán)綠色。如果要觀察DNA的分布時(shí)，要考慮到DNA和甲基綠的親合力很強(qiáng)，故藍(lán)綠色的甲基綠會(huì)結(jié)合到DNA上，于是分布DNA的地方顯藍(lán)綠色。但本實(shí)驗(yàn)一般不用二苯胺，因?yàn)镈NA分子中2－脫氧核糖殘基在酸性溶液中加熱降解，產(chǎn)生2－脫氧核糖并形成ω－羥基－γ－酮基戊酸，后者與二苯胺試劑反應(yīng)產(chǎn)生藍(lán)色化合物，該反應(yīng)可能會(huì)破壞細(xì)胞和細(xì)胞中的DNA。另外用二苯胺靈敏度偏低，故在觀察DNA和RNA在細(xì)胞中分布一般不采用本方法。

2 糖尿病的成因

人教版必修三第二章講到血糖平衡時(shí)，教師總會(huì)給學(xué)生介紹一下糖尿病，習(xí)慣的說(shuō)法是病人的胰島B細(xì)胞功能異常，產(chǎn)生和分泌胰島素過(guò)少，使血糖升得過(guò)高，從而出現(xiàn)尿糖，治療方法是注射胰島素，而且會(huì)強(qiáng)調(diào)胰島素不能口服，因?yàn)橐葝u素是蛋白質(zhì)，口服會(huì)被消化，失去療效。實(shí)際上糖尿病的成因有很多，嚴(yán)格的說(shuō)應(yīng)該是胰腺的B細(xì)胞分泌胰島素不足或者分泌出來(lái)的胰島素不能發(fā)揮應(yīng)有的作用，不能使吸收的葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，有效地轉(zhuǎn)化為人體日常所需的能量，當(dāng)然也不能有效地儲(chǔ)存起來(lái)。這樣導(dǎo)致過(guò)多葡萄糖在血液中積聚，超過(guò)腎臟的負(fù)荷或閾值，從而隨尿液排出，引起糖尿。如基因異常不能合成正常胰島素，因自身免疫而破壞了胰島細(xì)胞，病毒感染破壞了胰島，因肥胖等使靶細(xì)胞上受體識(shí)別與結(jié)合胰島素的靈敏度下降等都是糖尿病的成因。故治療方法應(yīng)該具體問(wèn)題具體分析，而不是一味地注射胰島素。換句話(huà)說(shuō)，即治療的方法應(yīng)建立在糾正紊亂的代謝基礎(chǔ)上，如控制飲食、調(diào)節(jié)心理或注意運(yùn)動(dòng)等，而注射胰島素是其中一個(gè)好的方法，但也不是人人適用的。如果是胰島素受體的問(wèn)題，可能注射胰島素也不一定有效。

3 探究影響酶活性條件的實(shí)驗(yàn)選擇

人教版必修一第五章“探究溫度對(duì)酶活性的影響”實(shí)驗(yàn)選擇的是淀粉酶催化淀粉的水解反應(yīng)，鑒定用的是碘液。那本實(shí)驗(yàn)可否用過(guò)氧化氫酶催化過(guò)氧化氫的反應(yīng)來(lái)探究?可否用斐林試劑來(lái)鑒定?

其實(shí)不能用過(guò)氧化氫酶催化過(guò)氧化氫的反應(yīng)來(lái)探究，因?yàn)檫^(guò)氧化氫的分解速率受溫度的影響，高溫時(shí)過(guò)氧化氫會(huì)加快分解。另外，鑒定淀粉酶的活性高低也不可以通過(guò)斐林試劑在沸水浴下看是否有還原糖生成從而出現(xiàn)磚紅色沉淀來(lái)判斷。因?yàn)槿绻x用斐林試劑作指示劑，需要在試劑加入后進(jìn)行水浴加熱，這會(huì)改變?cè)瓕?shí)驗(yàn)中三支試管的溫度條件，所指示的結(jié)果不能代表原來(lái)的三種溫度條件下真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。例如，在加熱過(guò)程中，原來(lái)處于0℃(冰水)的那支試管中的淀粉酶就不再處于0℃條件下了，在溫度逐漸升高的過(guò)程中，酶的活性有可能恢復(fù)，催化淀粉水解為麥芽糖和葡萄糖，這支試管中也會(huì)出現(xiàn)少量磚紅色沉淀!這樣，實(shí)驗(yàn)結(jié)果就不真實(shí)了。因此，在探究探究“溫度對(duì)酶活性的影響”實(shí)驗(yàn)中，只能選用碘液作指示劑，不能選用斐林試劑作指示劑。

另外，“探究pH對(duì)酶活性的影響”實(shí)驗(yàn)，選擇淀粉和淀粉酶做實(shí)驗(yàn)是不可以的，因?yàn)椴蝗菀阻b定淀粉是否水解以及水解的程度。本實(shí)驗(yàn)不能選用碘液來(lái)鑒定。因?yàn)橹挥性谥行院退嵝詶l件下，碘才能使淀粉變藍(lán)，而在堿性條件下，碘不會(huì)使淀粉變藍(lán)。事實(shí)上，淀粉與碘的藍(lán)色反應(yīng)在pH為3-5的弱酸性溶液中進(jìn)行最靈敏，在pH小于8的弱堿性溶液中次之，在強(qiáng)酸性溶液中，反應(yīng)呈現(xiàn)藍(lán)紫色，在pH大于9的堿性溶液中不顯色。這是由于I₂不能長(zhǎng)時(shí)間留在堿液中，I₂會(huì)與NaOH發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，很快生成NaI(碘化鈉)和NaIO(次碘酸鈉)，使I₂與淀粉生成藍(lán)紫色絡(luò)合物的機(jī)會(huì)大大減少，從而影響實(shí)驗(yàn)的觀察效果。當(dāng)然，本實(shí)驗(yàn)同樣也不能選用斐林試劑來(lái)鑒定淀粉有沒(méi)分解生成還原糖。因?yàn)樗嵝詶l件試管中的鹽酸會(huì)和斐林試劑中的氫氧化鈉中和，使斐林試劑失去鑒定作用。所以教材中用過(guò)氧化氫酶催化過(guò)氧化氫分解的反應(yīng)來(lái)探究不同pH對(duì)酶活性的影響。

4 DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄是否都需要解旋酶

人教版必修三講到DNA復(fù)制以及轉(zhuǎn)錄的過(guò)程時(shí)，都提到了要將DNA解旋、堿基配對(duì)、聚合成鏈的過(guò)程。于是經(jīng)常會(huì)聽(tīng)到別人說(shuō)起DNA復(fù)制要解旋酶和DNA聚合酶，而轉(zhuǎn)錄則不要解旋酶，但要RNA聚合酶，因?yàn)镽NA聚合酶同時(shí)有解旋的作用。事實(shí)真的是那樣嗎?于是筆者開(kāi)始查閱了大量資料，比較認(rèn)可的觀點(diǎn)如下。

4.1DNA復(fù)制的解旋

DNA復(fù)制需要解旋酶，即一類(lèi)能通過(guò)水解ATP獲得能量來(lái)解開(kāi)雙鏈DNA的酶。DNA復(fù)制開(kāi)始階段有很多酶或蛋白因子參與，如DnaA蛋白、DnaB蛋白(解螺旋酶)、DnaC蛋白、引物酶等。DnaA蛋白辨認(rèn)復(fù)制起始點(diǎn)，DnaB蛋白有解螺旋作用，DnaC蛋白使DnaB蛋白組裝到復(fù)制起始點(diǎn)，引物酶合成引物。如原核生物大腸桿菌DNA復(fù)制解旋的大概過(guò)程：首先起始雙鏈區(qū)必須解開(kāi)一小段，這和拓?fù)洚悩?gòu)酶等有關(guān)；接著大腸桿菌的DnaA蛋白結(jié)合到orC(起始識(shí)別復(fù)合物)上形成一個(gè)核心，開(kāi)始解鏈，產(chǎn)生一個(gè)開(kāi)放復(fù)合物；然后DnaB(大腸桿菌解旋酶)能識(shí)別復(fù)制叉(復(fù)制叉指在復(fù)制啟動(dòng)時(shí)，尚未解開(kāi)螺旋的親代雙鏈DNA同新合成的兩條子代雙鏈DNA的交界處)潛在的單鏈結(jié)構(gòu)，取代DnaA，與DnaC形成復(fù)合體，從而形成雙向復(fù)制叉。

4.2DNA轉(zhuǎn)錄的解旋

關(guān)于轉(zhuǎn)錄的過(guò)程，高中生物必修三的教師用書(shū)上強(qiáng)調(diào)“基因的轉(zhuǎn)錄是由RNA聚合酶催化進(jìn)行的。基因的上游具有結(jié)合RNA聚合酶的區(qū)域，叫做啟動(dòng)子。啟動(dòng)子是一段具有特定序列的DNA，具有和RNA聚合酶特異性結(jié)合的位點(diǎn)，決定了基因轉(zhuǎn)錄的起始位點(diǎn)。RNA聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合后，在特定區(qū)域?qū)NA雙螺旋兩條鏈之間的氫鍵斷開(kāi)，使DNA解旋，形成單鏈區(qū)，以非編碼鏈為模板合成RNA互補(bǔ)鏈的過(guò)程就開(kāi)，始了。”筆者以前也把這段話(huà)理解為轉(zhuǎn)錄不需要解旋酶，而且和其他教師討論時(shí)也有很多教師認(rèn)同這個(gè)看法。筆者仔細(xì)研究了《分子生物學(xué)》、《分子遺傳學(xué)》等發(fā)現(xiàn)這個(gè)觀點(diǎn)很可能有問(wèn)題。

下面來(lái)研究一下真核生物的RNA聚合酶。真核生物含有RNA聚合酶I、Ⅱ、Ⅲ和線粒體RNA聚合酶幾種，分子量大致在500kD左右，它們專(zhuān)一性地轉(zhuǎn)錄不同的基因，因此由它們催化的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物也各不相同。表1是RNA聚合酶Ⅱ相應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子。

由表1可以看出RNA聚合酶Ⅱ本身含有作為解旋酶的轉(zhuǎn)錄因子，如TFⅡ－F和TFⅡ－H，故不是說(shuō)轉(zhuǎn)錄不要解旋酶，而是RNA聚合酶是一個(gè)多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的復(fù)合物，本身含有解旋酶。

當(dāng)然在多年的生物教學(xué)生涯中，筆者還遇到很多探討比較多的問(wèn)題。在思考析疑的過(guò)程中，不斷地充實(shí)著自己。很多問(wèn)題只有老師搞清楚了，才能將生物知識(shí)以淺顯明了的方法傳授給高中的學(xué)生。