現代生物技術助力生物概念理解的探究

畢可雷

摘 要 以實驗探究為主要策略的概念教學中，探究的過程就是學生思維展開、問題解決的過程，也是概念形成的過程。在科學探究體驗活動中，讓學生理解和掌握“科學探究”的內容和思想方法的同時，進一步嘗試著解釋現實生活中的相關生物學問題。利用蛋白質電泳技術，促進學生對蛋白質種類多樣性理解。

關鍵詞 科學探究 現代生物技術 蛋白質種類檢測 蛋白質電泳

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

《義務教育生物學課程標準（2011版）》中倡導的探究性學習理念，主要有兩方面的含義：一方面，在科學探究體驗活動中，讓學生理解和掌握“科學探究”的內容和思想方法；另一方面，通過已經具備的科學探究能力，進一步嘗試解釋生物學科的一些現象、規律以及現實生活中的相關生物學問題。蛋白質是生命活動的主要承擔者，是高中生物學中一個非常重要的概念。人們每天都要攝入一定量的蛋白質，合理搭配食物才能保證身體健康；恰當運用生物理論或實驗技術可以更好地指導日常飲食。下面以檢測豆漿和牛奶中蛋白質的種類為例，通過開展實驗探究課程，有效激發學生對科學的興趣，提高自主學習的積極性。

1 學情分析

人教版教材高中生物必修一主要圍繞著分子與細胞展開學習。第一章生物大分子，蛋白質種類多樣性的原因晦澀難懂，主要原因是學生對蛋白質種類多樣性沒有直觀的認識。蛋白質種類多樣性是如何體現的？留心生活，會發現：豆漿和牛奶中就含有很豐富的蛋白質，而且它們的蛋白質含量相差不多，基本上都是3 g/100 mL；但是這兩種飲品不能互相替代，是因為含有的蛋白質種類不一樣。由此，本研究的主題和生活緊密聯系。

教師提問：用什么樣的方法才能直觀地看到蛋白質種類的差異？這就需要利用現代生物技術——蛋白質電泳來幫助學生理解。蛋白質電泳原理簡單、實驗材料隨處可得、實驗技能易于掌握，因此很適合在高中課堂上普遍開展。此實驗不但可以加深學生對蛋白質種類多樣性的理解，還可以提高學生動手操作能力；另外，對他們養成合理飲食習慣也有教育意義。

2 教學過程

2.1 實驗原理

蛋白質種類的多樣性主要是由蛋白質所含的氨基酸的種類、數目、排列方式以及多肽鏈的折疊盤繞方式決定的。教師給學生展示2個熟悉的蛋白質氨基酸序列（每一個氨基酸都用一個英文字母的簡寫形式代替），如下：

胰島素氨基酸序列：

過氧化氫酶氨基酸序列：

教師引導學生觀察比較這兩個蛋白質的氨基酸序列，找出它們在物理性質上的差別。教師同時給出一個氨基酸性質的表格啟發學生（表1）。

通過小組討論，學生不難得出結論：① 不同種類的蛋白質分子量可能是不同的；② 不同蛋白質所帶的電荷數也應該有差異，因為每個氨基酸的等電點有差別。根據這些性質的差別，可以用不同的電泳方法來區分蛋白質。

蛋白質電泳是分離、鑒定不同種類的蛋白質的一種現代生物技術手段，分為兩類：① 非變性蛋白質電泳，又稱為native蛋白質電泳，是根據蛋白質的電荷差異將蛋白質進行區分；② 變性蛋白質電泳，利用去污劑SDS破壞蛋白質的高級結構使之變性并且使蛋白質帶上等量的負電荷，然后根據蛋白質分子量的差異來將蛋白質進行區分，是一種更為普遍使用的技術方法。本實驗主要是根據分子量的不同來區分蛋白質，即變性蛋白質電泳。

2.2 材料與方法

2.2.1 實驗器材

實驗器具：移液器、蛋白質電泳儀、蛋白質電泳槽、電泳膠、EP管。

實驗材料：樣品（牛奶及豆漿）、上樣液、電泳緩沖液、染色液。

2.2.2 實驗步驟

（1） 取樣：

移液器是分子生物學研究中最常用的儀器。教師首先讓學生觀察移液器的構造并小組討論探究其使用方法，然后給學生演示如何準確吸取10 μL的樣品，主要包括調節量程、吸液體、排液體等步驟。

（2） 制樣：

取好的樣品要與等體積的上樣液混合，上樣液的主要成分包括甘油、SDS變性劑、考馬斯亮藍染料。上樣液的作用有：SDS變性劑可以破壞蛋白質的高級結構，并且包裹在蛋白質表面，使蛋白質帶等量的負電荷；上樣液中含有的考馬斯亮藍染料可以在電泳中起到指示劑的作用。二者混合好之后樣品就制備好了。

（3） 上樣：

吸取上述混合樣品10 μL加入到電泳膠的點樣孔中。此操作要求手要穩、排液體要慢。學生一邊操作，一邊觀察現象。

（4） 電泳：

上樣完成后插好電源就可以開始電泳了。學生觀察電泳的現象會發現電泳膠上出現藍色條帶，并且有向前端移動的現象。

3 結果討論

在外加電場以及足夠的電泳緩沖液的條件下，處在電泳膠點樣孔中的蛋白質因其帶等量的負電荷，會從陰極向陽極移動。蛋白質電泳類似于“魚網捕魚”。電泳膠相當于一張魚網，而不同種類的蛋白質相當于不同大小的魚；當在外加電場的作用下，分子量小的蛋白質在電泳膠中移動的速度快，而處于電泳膠的前端；分子量大的蛋白質移動速度慢，位于電泳膠的后端，電泳結束后利用染色液經過微波爐加熱2 min染色，再用清水加熱20 min脫色就可以在電泳膠上看到處在不同位置的藍色的條帶，如圖1所示。學生仔細觀察比較牛奶和豆漿樣品中蛋白質條帶的差異，教師利用表2啟發學生思路。從圖1中，學生可以非常直觀地觀察到不同樣品中蛋白質條帶的數目、粗細以及位置，這些信息也相應的代表了蛋白質種類、含量以及不同種蛋白質的分子量。

4 學生評價

學生通過思考、實踐、討論、分析，學會了借助現代生物技術手段，理解蛋白質種類多樣性，而且通過比較豆漿和牛奶中蛋白質種類的差異，也意識到合理膳食、均衡搭配對于身體健康的重要性。整個探究活動有知識、有方法、有生活、有境界。

5 教學反思

科學探究是由美國著名教育家布魯納提出的，核心思想是要求學生在教師的引導下，能像科學家發現真理那樣，通過自己的探索和學習，發現事物變化的因果關系，形成概念，獲得真理。通過教學實踐經驗，在課堂教學中教師要做到以學生為本，貼近學生生活，充分發揮學生的主體作用，構建學生主動參與、師生共同探究、共同發展的有效策略。另外，教師要不斷學習新理論，掌握新技術，將課本知識與實際生活、現代生物技術相結合，讓學生學以致用，用生物技術架起理論知識與學生生活之間的橋梁。

參考文獻：

[1] 姚國平.優化概念教學策略 提高概念教學實效[J].生物學教學，2016，8-9.

[2] 劉恩山.在教學中實現主動探究學習與凸顯重要概念傳遞的對接[J].生物學通報，2012，33-37.