高中生物教學案例——承上啟下的教學

一、背景描述

《普通高中生物課程標準》在吸納現行高中生物學教育的基礎上，更尊重學生多樣化發展的需求；更貼近社會實際和學生的生活經驗；更多地反映生物科學和技術的新進展；更重視發展學生的創新精神和實踐能力；更強調學習是一個主動構建知識、發展能力、形成正確的情感、態度與價值觀的過程。所以高中生物教學更應注重學生的動手和實踐能力。

二、情景簡述

在高中生物內容中存在這樣兩個實驗：生物技術與實踐模塊“植物組織培養”和分子與細胞模塊“觀察植物細胞的植壁分離與復原”實驗，將兩個實驗對比來看，會有這樣的疑惑。

“植物組織培養”中提到培養基中要加入蔗糖作為碳源，為外植體生長提供營養物質，由此推測，蔗糖分子能進入植物細胞為其代謝活動提供營養和能量。

而“觀察植物細胞的植壁分離與復原”實驗中，用0.3g/ml蔗糖溶液使洋蔥鱗葉外表皮細胞發生植壁分離現象，之后用清水使其植壁分離后復原。由此很多人提出：蔗糖分子不能進入植物細胞。

那么植物是否能吸收蔗糖呢？吸收方式又是什么呢？

三、情景分析

早在20世紀40年代，有人曾做過這樣的實驗：將標記的蔗糖溶液直接噴灑到葉表面，剝去一小片葉表皮或角質層，蔗糖溶液就能進入細胞，這與外植體從培養基中吸收蔗糖極其相似。另外也有學者證明了：在0.3g/ml蔗糖溶液中，植物細胞發生質壁分離后可自動復原。這些實驗都充分表明了植物細胞可以吸收蔗糖。

那么，蔗糖是如何被細胞吸收的呢？

第一種說法：蔗糖通過次級主動運輸形式直接被植物細胞吸收。次級主動運輸是細胞利用初級主動運輸的ATP酶或質子泵建立的質子梯度進行的物質運輸，并非直接利用ATP水解釋放的能量。經科學家研究，其吸收過程大致如下：質子泵將質子泵出細胞，胞外形成較高的質子濃度，建立起細胞內外的濃度梯度。這樣，胞外的質子順著濃度梯度趨向于向胞內擴散，細胞膜上的特殊載體除運輸質子外，連同蔗糖一起轉運至細胞內。

第二種說法：在植物細胞的細胞壁、細胞質和液泡都存在著蔗糖酶，蔗糖首先被水解為葡萄糖和果糖，這些單糖分子再以主動運輸方式進入細胞。

植物組織培養的培養基中，需要添加糖類作為碳源物質，因此糖類是影響植物組織培養成功與否的關鍵之一。高中生物教材中明確指出，植物組織培養的培養基中添加的糖類是蔗糖。那么為什么不添加葡萄糖呢？之所以以蔗糖作為碳源，主要有四個方面的原因：

1.同樣作為碳源為植物細胞提供能量來源，蔗糖較葡萄糖能更好地調節培養基內的滲透壓。配制相同質量分數的培養基，蔗糖形成的滲透壓要明顯低于葡萄糖，因此若采用葡萄糖作為碳源，易使植物細胞脫水而生長不良。同時，植物細胞吸收蔗糖的速率要明顯慢于吸收葡萄糖的速率，所以蔗糖形成的滲透壓可相對長期地保持穩定。

2.植物組織培養過程中，要時刻注意防止培養基受到微生物的污染。微生物生長所需的碳源最常用的是葡萄糖，一般很少利用蔗糖。因此，采用蔗糖作為培養基的碳源，可一定程度上減少微生物的污染。

3.誘導作用。在培養基成分中，增加生長素的濃度，導致木質部形成，增加蔗糖濃度則導致韌皮部形成。當生長素水平恒定時，2％蔗糖分化出的全部是木質部，4％蔗糖分化出的幾乎全部是韌皮部，3％蔗糖則可以分化出兩者。所以，生長素和蔗糖濃度決定愈傷組織中維管束的類型與數量。因此，在植物組培中要選用蔗糖而不選用葡萄糖。

4.蔗糖比葡萄糖的價格要便宜。

四、教學反思

在了解以上內容后，我們在講解時就可以注意一些用詞，講解必修一質壁分離實驗時，我們可以說“植物不容易吸收蔗糖”而不要說“植物不吸收蔗糖”，這樣有助于學生對植物組織培養這部分內容的理解。

（作者單位 山東省茌平一中）