認(rèn)識(shí)細(xì)胞的全能性

曹琰娣 李韶山

摘要將多肉植物落地生根作為教學(xué)素材引入高中生物課堂，以落地生根鋸齒狀葉緣突起處生長分化的幼小植物體為例，講解植物細(xì)胞的全能性。通過對比生命有機(jī)體自然發(fā)生的細(xì)胞全能性、胡蘿卜的組織培養(yǎng)、克隆羊多莉等實(shí)例使教學(xué)內(nèi)容層層遞進(jìn)，加深學(xué)生對細(xì)胞全能性的理解、培養(yǎng)學(xué)生的自然觀察能力、科學(xué)思維能力、滲透結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

關(guān)鍵詞落地生根 細(xì)胞全能性 高中生物教學(xué)

中圖分類號(hào)G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

隨著《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的頒布實(shí)施，生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)已成為高中生物教學(xué)關(guān)注的焦點(diǎn)。落實(shí)核心素養(yǎng)需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境，目前無論是教材還是教學(xué)并不缺乏情境，但關(guān)鍵問題在于缺乏合適的情境。合適的情境創(chuàng)設(shè)離不開教學(xué)素材的開發(fā)，下面以多肉植物落地生根為教學(xué)素材，以細(xì)胞的全能性作為切入點(diǎn)，將多肉植物落地生根引入課堂，以期在幫助學(xué)生理解細(xì)胞的全能性的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念、科學(xué)思維以及科學(xué)探究能力。

1多肉植物——落地生根

落地生根（Bryophyllum pinnatum）是景天科（Crassulaceae）的一種多年生肉質(zhì)草本植物，又名不死鳥、花蝴蝶、葉爆芽、燈籠花。其原產(chǎn)地為非洲馬達(dá)加斯加島的熱帶地區(qū)，在我國云南、廣東、廣西、福建等地區(qū)均有引進(jìn)栽培。自然環(huán)境中，在老舊房屋的屋頂上常可發(fā)現(xiàn)落地生根的蹤影。其株型勻稱，葉片肥厚多汁，葉緣長出整齊美觀的不定芽，不定芽基部可以分化出氣生根。當(dāng)被風(fēng)吹動(dòng)或輕輕觸碰時(shí)即脫落，落地后可扎根土壤長成一棵新的植株，故名“落地生根”。

落地生根的特殊之處在于其葉片不同于其他雙子葉植物，在自然情況下，普通植物葉片葉腋處的芽原基只能發(fā)育成枝條，不能發(fā)育成完整個(gè)體，但是落地生根葉片邊緣生出的不定芽卻可以在母體上直接發(fā)育成具有完整根、莖、葉的幼苗。這其實(shí)是生命有機(jī)體自然發(fā)生的植物細(xì)胞全能性的例證。

2教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1教材分析

“細(xì)胞的全能性”是人教版高中生物學(xué)教材《必修1·分子與細(xì)胞》第六章第二節(jié)——“細(xì)胞的分化”的重難點(diǎn)。此前，教材已經(jīng)介紹了有絲分裂和細(xì)胞分化的基本概念和過程，這為理解細(xì)胞的全能性奠定了基礎(chǔ)，并通過對細(xì)胞全能性的介紹，實(shí)現(xiàn)對有絲分裂和細(xì)胞分化知識(shí)的綜合運(yùn)用。

2.2學(xué)情分析

在學(xué)習(xí)“細(xì)胞的全能性”這一概念之前，學(xué)生已經(jīng)有一定的知識(shí)儲(chǔ)備，如了解了有絲分裂的過程、實(shí)質(zhì)及意義，掌握了細(xì)胞分化的概念。這些為學(xué)生學(xué)習(xí)細(xì)胞的全能性這一概念奠定了基礎(chǔ)。但是，極少會(huì)有學(xué)生進(jìn)行逆向思維：已經(jīng)分化的細(xì)胞是否還能再次發(fā)育成完整的個(gè)體;如果能發(fā)育成完整的個(gè)體，需要經(jīng)過哪些步驟;各種分化的細(xì)胞發(fā)育成完整個(gè)體的潛能是否有差異，是否有實(shí)驗(yàn)證據(jù)的支持，等等。基于此，教師需要結(jié)合生活實(shí)例以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)證據(jù)，深入淺出地為學(xué)生釋疑，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的思維。

2.3教學(xué)目標(biāo)

①舉例說出細(xì)胞全能性的概念;

②比較同種生物不同細(xì)胞以及不同種生物細(xì)胞全能性的大小;

③認(rèn)同結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

2.4教學(xué)重難點(diǎn)

細(xì)胞全能性的概念及其決定因素。

2.5教學(xué)過程

2.5.1展示落地生根，引出細(xì)胞的全能性

教師展示多肉植物落地生根的圖片或?qū)嵨铮ㄈ~緣處帶不定芽或幼小植物體），并告知該植株的名字為落地生根，要求學(xué)生觀察該植株。教師并提問：落地生根和你所見過的其他植物的最大的不同之處是什么？以此問題引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注落地生根葉緣處的幼小植物體。

設(shè)計(jì)意圖：教師通過展示多肉植物落地生根，一方面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，另一方面可以快速地將學(xué)生地注意力聚焦至落地生根的葉緣處的不定芽，引出將要教學(xué)的內(nèi)容——細(xì)胞的全能性。

2.5.2聚焦落地生根的不定芽，闡述細(xì)胞的全能性

教師圍繞落地生根的不定芽，循序漸進(jìn)地提出以下問題，引導(dǎo)學(xué)生突破細(xì)胞全能性概念的要點(diǎn)，總結(jié)細(xì)胞全能性的概念。

①落地生根鋸齒狀葉緣處的不定芽是否具有根、莖、葉，掉落至土壤后能否發(fā)育成一顆新植株？

②落地生根鋸齒狀葉緣處是什么部位長出了不定芽，該部位的細(xì)胞是否是已經(jīng)分化的細(xì)胞？

③大多數(shù)植物的葉腋處的芽最后會(huì)發(fā)育成什么？這與落地生根鋸齒狀葉緣突起處的芽有何異同點(diǎn)？

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過問題①、②進(jìn)行討論分析，初步了解落地生根鋸齒狀葉緣突起處的細(xì)胞是已經(jīng)分化的體細(xì)胞，然而它們卻可以再分化形成完整的個(gè)體，這一現(xiàn)象被稱為細(xì)胞的全能性。學(xué)生通過分析問題③得出：普通植物的葉腋處的芽一般發(fā)育成枝條，而落地生根葉緣鋸齒處的突起處的不定芽反而發(fā)育成具有根、莖、葉的完整的植株，再次強(qiáng)調(diào)細(xì)胞的全能性的最終結(jié)果是形成完整的個(gè)體。以此突破細(xì)胞全能性這一概念中的兩個(gè)要點(diǎn)：起點(diǎn)為已分化的細(xì)胞，終點(diǎn)為完整個(gè)體。

2.5.3從落地生根不同部位的細(xì)胞入手，分析細(xì)胞全能性的理論基礎(chǔ)及細(xì)胞全能性的大小

教師針對落地生根葉緣處的細(xì)胞和其他部位的細(xì)胞，提出以下問題：

①落地生根鋸齒狀葉緣突起處的細(xì)胞能夠分化發(fā)育成完整的植株。這是因?yàn)樵撎幖?xì)胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)與別處不同嗎？

②落地生根發(fā)育的起點(diǎn)是什么細(xì)胞？通過何種方式進(jìn)行細(xì)胞增殖？增殖后的細(xì)胞有何特點(diǎn)？

③在植物細(xì)胞中，哪些組織依舊具有細(xì)胞分化的能力？

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生已經(jīng)具備有絲分裂、細(xì)胞分化的知識(shí)基礎(chǔ)，通過對問題①、②的分析，得出細(xì)胞全能性的理論基礎(chǔ)：每一個(gè)細(xì)胞都是由受精卵通過有絲分裂和細(xì)胞分化形成的，因此都含有相同的遺傳物質(zhì)，在一定條件下，都具有表達(dá)細(xì)胞核中每個(gè)基因的潛能，都有可能發(fā)育成完整的個(gè)體。學(xué)生通過分析問題③得出：在植物體中具有分生組織的部位，細(xì)胞的全能性更大。

2.5.4由落地生根過渡到經(jīng)典實(shí)驗(yàn)——胡蘿卜的組織培養(yǎng)

在學(xué)生掌握了細(xì)胞全能性概念的基礎(chǔ)上，教師可以進(jìn)一步指出，落地生根這種生命有機(jī)體自然發(fā)生的細(xì)胞全能性并不是所有生物都能發(fā)生的，大多數(shù)生物要在人工處理的條件下才能實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的全能性。進(jìn)而引出1958年美國科學(xué)家斯圖爾德做的胡蘿卜植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生結(jié)合書本的圖文信息，回答下列問題：

①為什么要選取胡蘿卜韌皮部的細(xì)胞進(jìn)行離體培養(yǎng)？

②在植物組織培養(yǎng)的過程中，是否需要外界加入營養(yǎng)物質(zhì)？

③植物組織培養(yǎng)的過程中，是否需要保持無菌的環(huán)境？

設(shè)計(jì)意圖：由落地生根自然發(fā)生的細(xì)胞全能性過渡到植物組織培養(yǎng)，學(xué)生在了解細(xì)胞全能性的基礎(chǔ)上，能更好地了解植物組織培養(yǎng)。通過思考問題串，學(xué)生進(jìn)一步了解含有分生組織的根尖、莖尖相對容易實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的全能性，但是在植物組織培養(yǎng)過程中需要外界提供一定的植物激素、無機(jī)鹽、糖類等營養(yǎng)物質(zhì);并通過學(xué)習(xí)植物組織培養(yǎng)這門技術(shù)，了解細(xì)胞全能性的應(yīng)用價(jià)值。

2.5.5比較動(dòng)、植物細(xì)胞全能性的大小

教師出示克隆羊多莉的產(chǎn)生過程示意圖，并提出以下問題：

①和植物組織培養(yǎng)相比，克隆羊多莉在克隆的過程中運(yùn)用的是整個(gè)體細(xì)胞還是體細(xì)胞的細(xì)胞核？

②動(dòng)物和植物相比，誰的細(xì)胞全能性更容易實(shí)現(xiàn)？

③在人類的體細(xì)胞中，有哪些細(xì)胞在分化后依舊保持細(xì)胞分裂和分化的能力？

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過問題①、②對植物組織培養(yǎng)和多莉羊克隆實(shí)驗(yàn)的對比分析，得出：細(xì)胞的全能性在動(dòng)物細(xì)胞中更難實(shí)現(xiàn)。教師通過問題③，引出干細(xì)胞的概念、種類、作用。

3教學(xué)反思

生物學(xué)與人類生活息息相關(guān)，生物學(xué)教學(xué)的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生利用生物學(xué)知識(shí)去思考和解決實(shí)際問題的能力。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，將生活中的素材引入課堂進(jìn)行例析和探究是非常有價(jià)值的。在本教學(xué)案例中，教師不僅可以在課堂上利用落地生根進(jìn)行知識(shí)的講解，在課外還可以組織學(xué)生解剖落地生根鋸齒狀葉緣突起處的細(xì)胞，將其與其他部位的細(xì)胞置于顯微鏡下觀察，進(jìn)一步了解細(xì)胞全能性大小的原因，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，滲透結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。此外，多肉植物因種類繁多、外形美觀、繁殖能力強(qiáng)等特點(diǎn)，近年來備受大眾的喜愛，不少學(xué)校在進(jìn)行班級文化建設(shè)時(shí)，多肉植物常作為綠色元素被引入，不少班級甚至?xí)l(fā)起領(lǐng)養(yǎng)多肉植物的活動(dòng)。這不僅能培育學(xué)生的愛心、責(zé)任心，更能讓學(xué)生親自體驗(yàn)多肉植物的成長過程，了解多肉植物的習(xí)性，在養(yǎng)護(hù)多肉植物的過程中，能夠運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解釋多肉植物這種特殊的營養(yǎng)繁殖方式。