生物學遺傳與變異實驗課教學案例開發

【摘要】有關遺傳變異的知識點始終是中學階段生物學習的難點和重點，挑選具有代表性的實驗課教學案例有助于學生更好地理解“生物學遺傳與變異”。本文以高中生物學課程“生物技術實踐”板塊中“微生物利用”為例開發了關于生物學遺傳與變異實驗教學案例，經效果反饋該案例能幫助學生理解遺傳與變異概念，并加深對該知識點的認知和應用。

【關鍵詞】生物學 遺傳與變異 實驗課 教學案例

【中圖分類號】G633.91【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）11-0180-01

對中學階段學生來說，學習遺傳變異知識不僅對理解生命現象，提高生物科學素養有積極的促進作用，而且對整個生物學課程學習也有著基礎作用。不過，有關遺傳變異的教學一直是中學階段的難點，如何擺脫抽象、刻板、概念化的講述方式，開發直觀、體驗性的實驗課教學案例，是課改后中學階段生物學教學改革與創新的方向[1]。本文筆者認為，從現代分子生物學技術角度來展示遺傳變異現象可作為實驗課教學案例開發的一種嘗試。

1.案例選取理論依據

選取中學生物學課程“生物技術實踐”板塊中“微生物的利用”章節，以催勉克氏菌為分析載體。催勉克氏菌系優良的水稻根際聯合固氮菌，對羅紅霉素具有抗性。而帶有質粒pFAJl819：：mTn59gusA-pgfp21的大腸桿菌，具有卡那霉素、氨芐青霉素抗性和綠色熒光的遺傳標記，同時也攜帶無啟動子的β-葡萄糖苷酸鎂基因（gusA），后者的表達產物β-葡萄糖苷酸鎂可使5-溴-4-氯-3-吲哚-B-D-葡糖苷酸（X—Gluc）分解而呈藍色。

通過接合作用，質粒pFAJl819：：mTn59gusA-pgfp21導入受體菌催勉克氏菌，產生接合子。于接合子內，轉座子mTn59usA—pgfg2121攜帶的葡萄糖苷酸酶基（無啟動子）、卡那霉素抗性基因（有啟動子）和2個綠色熒光蛋白基因（有啟動子）插入到催勉克氏菌DNA中，綠色熒光蛋白、gusA及卡那霉素抗性基因的表達。由于在細菌繁殖生長過程中不同基因轉錄表達強度有差異，即啟動子活性有別，有不同接合子形成的單菌落在含有單菌落在含有β-葡萄糖苷酸鎂底物培養基上水解底物的強度也出現差異，藍色深，說明mTn59gusA-pgfp21插入的基因的啟動子活性高，藍色淺，則相反[2]，即為展示細菌的遺傳與變異現象。

2.實驗方法

2.1實驗對象

催勉克氏菌Klebsiella oxytoca，大腸桿菌AJl819/Esch-eriehia colj DH5ae/DH5α。

2.2培養基、抗生素及儀器

LB培養基組成：酵母提取物、氯化鈉各5g，蛋白胨10g，雙蒸水1000ml，121℃滅菌20min；

抗生素：卡那霉素25μg/mL，羅紅霉素100μg/mL氨芐青霉素，4℃保存。

無痰培養基組成：甘露醇10g、KH2PO4 g，MgSO4·7H200.4 g，NaCl 0.2g等，蒸餾水1000ml，瓊脂15-20g，115℃殺菌30min。

2.3 儀器

試管，三角燒瓶，燒杯，培養皿.量筒， 1.5mL離心塑料管，玻璃棒，接種環，牛角匙，酒精燈，棉花，牛皮紙，記號筆，pH試紙（pH5.5～9.0），麻繩，紗布，簽，過濾除菌器，培養基分裝器等實驗室常備儀器。

2.4 親本接合方法

將FAJl819/E.coli（供體菌）和催娩克氏菌（受體菌）培養至對數期，按2：l比例在少量LB液體培養基中靜置培養24～48h，取適量涂布于含有50 μg/mL吖啶橙、25μg/mL卡那霉素、100μg/mL羅紅霉素的無氮固體培養基（篩選培養基）30℃下培養篩選接合子。將篩選出的真接合子、pFAJl819：：mTn59gusA-pgfp21/ E. colj DH5α（供體菌）、催勉克氏菌（受體菌）分別用滅菌牙簽點接預先準備好的3種培養基：①添加25μg/Ml Km和20μg/mL X-gluc無痰培養基；②添加20μg/mL X-gluc的LB；③無痰培養基，于30℃培養1-2d后觀察菌體生長及gusA、gfp基因產物表達情況。

3.結果

經親本接合和篩選獲得真接合子，供體菌、受體菌和接合子在不同性質培養基上的生長和顯色統計如下表1：

表1 不同培養基上供體菌、受體菌和接合子生長及標記基因表達

4.討論

正如前面所言，生物學遺傳變異教學必須更直觀、具象化，強調體驗式，重在培養學生學習興趣和探究欲望，在此過程中加深對遺傳變異知識點的理解和掌握。從本文來說，該實驗最大特色在于操作簡單，實驗現象形象性突出，易觀察。實驗過程涉及到的培養基配置、消毒殺菌、細菌接種、震蕩、靜置培養、肉眼觀察等，環節清晰，各個操作均易操作。選取“微生物利用”作為案例開發對象，就是針對細菌涉及到的抗生素抗性、綠色熒光標記、gusA基因顯色具有易識別現象，因改變導致的表型和功能變化在短時間內即可通過肉眼觀察，這對學生來說易于認知和理解。

參考文獻：

[1]胡玉華.對生物學核心概念及其內涵的研究[J].生物學通報，2011（46）：53-56

[2]安軍.“徽生物的利用”的教學構思[J].生物學通報，2008，43（7）：28-31

[3]夏昆梅.淺談初高中生物有關遺傳和變異的教學探索[J].民風科學教育，2012，3（12）：45-47