基于生物學核心素養培養的二輪復習
——以“抗癌藥物研發的現代生物技術綜合”為例

黃建華

(江蘇省南通大學附屬中學 226019)

生物學核心素養包括生命觀念、理性思維、科學探究、社會責任等四個方面。這些素養主要依托在校期間的生物學課程習得和鞏固，基于每一節課的有效學習來實現。現行高三二輪復習(構建知識網絡、專題復習、綜合訓練等)都以提高學生解題能力為主，如何將高三二輪復習課由培養學生解題能力轉變為以培養學生核心素養為主，筆者以“抗癌藥物研發的現代生物技術綜合”為例做了初步嘗試。

1 課堂導入

導入過程：展示喬布斯、姚貝娜死因的圖片，設問：請從癌細胞代謝特點、結構特征分析癌癥引起死亡的原因?學生回答后教師總結歸納：癌細胞的代謝特點、結構特征決定了癌細胞不凋亡，且浸潤正常組織使正常細胞死亡，從而導致個體死亡。然后繼續設問：基于癌癥引起死亡的原因，請說出治療癌癥的基本思路。(治療癌癥的基本思路是抑制癌細胞增殖的同時要減少正常細胞的損傷，這是貫穿整個課堂的主線。)學生回答后過渡性設問：傳統治療癌癥的方法并沒有達到預期的理想效果，那么現代生物技術能為抗癌藥物的研發帶來什么呢?

設計目的：讓學生分析癌癥引起死亡原因的設問是培養學生的生命觀念，要求學生應用結構決定功能的觀點解釋癌癥引起死亡的原因。讓學生說出治療癌癥基本思路的設問是培養學生的理性思維，要求學生運用己有的生物學知識，預測、探討癌癥治療的思路，對這一節課起統領作用。

2 長春堿抑癌效果的研究

情境創設：長春花是原產于非洲東海岸的野生花卉，其所含的長春堿等生堿具有良好的抗腫瘤作用。早在上世紀八十年代，科研人員就已開始研究長春堿的提取、以及對癌細胞生長的影響，直到本世紀仍沒有停止研究的腳步。展示以《長春花4種提取物肝癌細胞毒活性的研究》論文[1]為素材編制的原創題。

試題呈現：科研人員為了研究長春堿對癌細胞生長的影響，做了如下實驗。實驗步驟：①對SMMC-7721肝癌細胞懸液進行計數，計算細胞密度；②按每孔4500個癌細胞量接種于96孔平底培養板中，置于5 % CO2、37 ℃恒溫培養箱中培養24 h；③分別加入用正丁醇提取的不同濃度的長春堿提取液和等量的 ?(每組做3個平行)，置于5 % CO2、37 ℃恒溫培養箱中繼續培養72 h。④用分光光度計測定各孔的吸光度A(癌細胞越多A值越大)，按照生長抑制率(%)=(1-用藥組平均A值/對照組平均A值)×100%進行計算，得到圖1所示結果。

分析回答：

(1)步驟①中應用______(計數工具)對癌細胞懸液的細胞進行計數。

(2)步驟②中培養箱中5 % CO2的作用是______，為了癌細胞良好生長，培養液中應加入______(天然物質)。

(3)步驟③“?”加入的試劑是______，此步驟中每組做3個平行的目的是______。

圖1 實驗結果分析

(4)分析圖1曲線，能得出的結論是______。

(5)科研人員分別提取不同濃度長春堿處理的3組細胞，測量細胞中凋亡基因(Bax、Bcl-2)表達蛋白質的相對含量，并計算比值，結果如圖2。分析可知，長春堿能通過______，加速癌細胞的凋亡。

圖2 細胞中凋亡基因表達蛋白質的相對含量

參考答案：(1)血球計數板 (2)維持培養液的pH 動物血清 (3)正丁醇 減少實驗誤差，避免實驗的偶然性 (4)隨著濃度增大，長春堿對癌細胞的抑制作用增強 (5)促進Bax蛋白的表達。

設計目的：讓學生知道長春堿的作用和研究歷史，在試題實練中鞏固、應用動物細胞培養的基礎知識，提升閱讀圖表、獲取信息并結合所學知識分析問題、推知結論的能力和實驗能力，培養學生理性思維和科學探究的能力。

3 長春堿擴大生產的機理及效果

情境創設：長春堿具有良好的抑癌效果，但產量低，價格貴。1994年前科研人員已突破僅能從長春花植株內提取長春堿的局限，開始從長春花愈傷組織中提取長春堿，為了進一步提高長春堿產量，1994年之后科研人員開始培育長春花冠癭組織并從中提取長春堿。展示以論文《土壤農桿菌轉化的長春花冠癭細胞培養》[2]為素材編制的原創題，分析長春堿擴大生產的機理和效果。

試題呈現：為了緩解長春堿供不應求的狀況，上世紀九十年代，科研人員通過遺傳改造獲得長春花的冠癭組織，并與長春花愈傷組織的生長、產長春堿性能進行比較。其基本操作過程如圖3，其中農桿菌C58Ti質粒的部分結構如圖4所示。

圖3 實驗流程

圖4 農桿菌C58Ti質粒的部分結構

分析回答：

(1) 圖3中過程①使用的培養基是______(物理性質)培養基，此培養基中應加入______和______激素，配制的培養基需用______(工具)進行滅菌。

(2) 圖3中過程②整合到愈傷組織細胞染色體DNA上的是______，圖4中結構P、T是tms基因和tmr基因成功轉錄的保證，則結構P是______。

(3)圖5是科研人員比較冠癭組織和愈傷組織生長、產長春堿性能的結果。請根據圖4、圖5進行分析：與愈傷組織相比，冠癭組織的生長速度______，其可能原因是______；與愈傷組織相比，冠癭組織合成長春堿的能力______，利用冠癭組織來提取長春堿，在冠癭組織培養______天左右的時候提取較好。

參考答案：(1)固體 生長素 細胞分裂素 高壓蒸汽滅菌鍋 (2)T-DNA 啟動子 (3)快tms和tmr基因編碼產物控制合成了生長素和細胞分裂素促進冠癭組織的生長 強 35。

圖5 比較冠癭組織和愈傷組織生長、產長春堿性能的結果

設計目的：讓學生了解現實生活中對長春堿的需求，感知科學家為提高長春堿產量進行的研究。利用創新試題擊破植物組織培養技術和轉基因技術的核心和難點；通過比較愈傷組織和冠癭組織產長春堿性能的高低，對結果進行分析、解釋，采用適當的科學思維方法揭示生物學規律或機制，培養學生的生命觀念和理性思維。

4 長春堿的靶向運載治療

情境創設：長春堿殺死癌細胞的同時對正常細胞也有毒性作用，有什么好方法可降低長春堿對正常細胞的毒性作用呢?學生會想到用單克隆抗體運載長春堿進行治療。研究發現單克隆抗體運載抗癌藥物時，需要對藥物進行化學修飾，才能將藥物連到抗體上，而修飾后的藥物藥效降低。那如何解決這個問題呢?本世紀初快速發展起的雙特異性抗體很好地解決了這個問題。展示以論文《雙特異性抗體及其在腫瘤診治上的研究進展》[3]《雙特異性抗體及其在腫瘤療治中的應用》[4]為素材編制的試題。

試題呈現：體外將長春堿與單克隆抗體連接會影響長春堿的分子結構而降低藥效，本世紀初研發的雙特異性單克降抗體可提高抗體運載藥物的藥效，雙特異性抗體是指可同時與癌細胞和藥物結合的特異性抗體。圖6是科研人員通過雜交-雜交瘤技術(免疫的B淋巴細胞和雜交瘤細胞雜交技術)生產能同時識別癌胚抗原和長春堿的雙特異性單克隆抗體的部分過程。

分析回答：

(1)請根據所學知識，用箭號和文字在圖中方框內補全該雙特異性單克降抗體的生產過程。

(2)過程①、④都是免疫小鼠，其目的分別是______、______。

(3)過程②誘導融合的方法有______。

(4)過程③應利用______培養基培養、篩選雜交瘤細胞。

(5)除了圖6方法外，還有哪些方法可生產出雙特異性單克降抗體，請你說出基本思路。

參考答案：(1)④→B淋巴細胞→誘導與單克隆雜交瘤細胞融合→在選擇培養基上篩選出雜交-雜交瘤細胞→克隆化培養、抗體篩選出單克隆的雜交-雜交瘤細胞 (2)使小鼠產生能分泌識別癌胚抗原抗體的漿細胞 使小鼠產生能分泌識別長春堿抗體的漿細胞 (3)聚乙二醇(PEG)誘導、電激等 (4)HAT (5)利用基因工程或蛋白質工程等現代生物技術，答案合理即可。

設計目的：幫助學生突破在單克隆抗體運載抗癌藥物治療癌癥認識上的局限，讓學生了解單克隆抗體運載抗癌藥物治療癌癥的優勢與不足。通過變換訓練方式(要求學生畫出培育單克隆雜交-雜交瘤細胞的過程圖)讓學生厘清事情發展的順序和內在邏輯關系，通過寫出生產雙特異性單克降抗體的其他方法、思路培養學生利用多個相關的生物學重要概念或原理，通過邏輯推理闡明個人的觀點，多角度的培養學生的理性思維。

圖6 生產雙制異單克隆抗體的實驗過程

5 最新研究進展簡介

情境創設：研制出了雙特殊異性抗體是否就代表攻克了癌癥呢?(學生回答：不是。)其原因有多種，其中一個主要原因是單克隆抗體在體內循環會被RES(內皮網狀系統)迅速清除。所以科家仍在不斷的探尋治療癌癥的新方法。

研究介紹：鏈接網站(http://www.biotech.org.cn/information/139682)，簡介雙特異性T細胞銜接器(BiTE)， BiTE是能同時與癌細胞和T細胞結合的雙靶向抗體，BiTE與T細胞結合后激活T細胞且不易被RES清除，并引導T細胞與癌細胞結合，增強T細胞對靶細胞的殺傷作用。其作用機理如圖7。

圖7 雙制異T細胞銜接器作用機理

設計目的：讓學生了解抗癌的最新研究，激發學習興趣，強化學習動機，培養社會責任感。