現(xiàn)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(nèi)容和思想方法的同時，進一步嘗試著解釋現(xiàn)實生活中的相關生物學問題。利用蛋白質(zhì)電泳技術，促進學生對蛋白質(zhì)種類多樣性理解。

關鍵詞 科學探究 現(xiàn)代生物技術 蛋白質(zhì)種類檢測 蛋白質(zhì)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(nèi)容和思想方法；另一方面，通過已經(jīng)具備的科學探究能力，進一步嘗試解釋生物學科的一些現(xiàn)象、規(guī)律以及現(xiàn)實生活中的相關生物學問題。蛋白質(zhì)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(zhì)，合理搭配食物才能保證身體健康；恰當運用生物理論或?qū)嶒灱夹g可以更好地指導日常飲食。下面以檢測豆?jié){和牛奶中蛋白質(zhì)的種類為例，通過開展實驗探究課程，有效激發(fā)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(zhì)種類多樣性的原因晦澀難懂，主要原因是學生對蛋白質(zhì)種類多樣性沒有直觀的認識。蛋白質(zhì)種類多樣性是如何體現(xiàn)的？留心生活，會發(fā)現(xiàn)：豆?jié){和牛奶中就含有很豐富的蛋白質(zhì)，而且它們的蛋白質(zhì)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(zhì)種類不一樣。由此，本研究的主題和生活緊密聯(lián)系。

教師提問：用什么樣的方法才能直觀地看到蛋白質(zhì)種類的差異？這就需要利用現(xiàn)代生物技術——蛋白質(zhì)電泳來幫助學生理解。蛋白質(zhì)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(zhì)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(yǎng)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(zhì)種類的多樣性主要是由蛋白質(zhì)所含的氨基酸的種類、數(shù)目、排列方式以及多肽鏈的折疊盤繞方式?jīng)Q定的。教師給學生展示2個熟悉的蛋白質(zhì)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(zhì)的氨基酸序列，找出它們在物理性質(zhì)上的差別。教師同時給出一個氨基酸性質(zhì)的表格啟發(fā)學生（表1）。

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

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

實驗材料：樣品（牛奶及豆?jié){）、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(diào)節(jié)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(zhì)的高級結(jié)構，并且包裹在蛋白質(zhì)表面，使蛋白質(zhì)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(wěn)、排液體要慢。學生一邊操作，一邊觀察現(xiàn)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(xiàn)象會發(fā)現(xiàn)電泳膠上出現(xiàn)藍色條帶，并且有向前端移動的現(xiàn)象。

3 結(jié)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(zhì)因其帶等量的負電荷，會從陰極向陽極移動。蛋白質(zhì)電泳類似于“魚網(wǎng)捕魚”。電泳膠相當于一張魚網(wǎng)，而不同種類的蛋白質(zhì)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(zhì)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(zhì)移動速度慢，位于電泳膠的后端，電泳結(jié)束后利用染色液經(jīng)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?jié){樣品中蛋白質(zhì)條帶的差異，教師利用表2啟發(fā)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(zhì)條帶的數(shù)目、粗細以及位置，這些信息也相應的代表了蛋白質(zhì)種類、含量以及不同種蛋白質(zhì)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(xiàn)代生物技術手段，理解蛋白質(zhì)種類多樣性，而且通過比較豆?jié){和牛奶中蛋白質(zhì)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(fā)現(xiàn)真理那樣，通過自己的探索和學習，發(fā)現(xiàn)事物變化的因果關系，形成概念，獲得真理。通過教學實踐經(jīng)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(fā)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(fā)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(xiàn)代生物技術相結(jié)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(yōu)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(xiàn)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.