“體驗細胞融合過程簡易方法”實驗教學的設(shè)計與組織

李英芳 周有祥

（北京市昌平區(qū)第一中學 北京 102200）

學生在必修1《分子與細胞》模塊中已經(jīng)明確了細胞膜的結(jié)構(gòu)、功能及制備方法，但在光學顯微鏡下無法觀察到細胞膜的結(jié)構(gòu)，學生根據(jù)細胞融合前、后的形態(tài)變化，可以更好地體驗細胞膜的存在及結(jié)構(gòu)特點。學生在前期已經(jīng)學習了細胞膜及植物原生質(zhì)體的融合等知識，但對于膜的具體融合過程依然缺少主觀體驗。本節(jié)課是在雞血細胞融合的方法上進行簡化，逐步拓展為人血細胞融合、Hela細胞、Vero細胞融合的簡易方法，方便學生操作與觀察結(jié)果，且縮短操作時間，保證學生在一節(jié)課內(nèi)達到理論與實踐的有機結(jié)合。采用探究實驗為主線的方法，引導學生更深入地理解學科本質(zhì)，體會單克隆抗體制備的過程，學生圍繞已有的知識基礎(chǔ)，從應(yīng)用層面進行深入思考并分析對比。

1 學情分析

細胞膜具有一定的流動性，這是細胞融合、生物膜系統(tǒng)轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)。人教版選修3《現(xiàn)代生物科技專題》模塊的植物體細胞雜交、動物細胞融合、雜交瘤細胞的形成、細胞核移植（完整的體細胞與去核的次級卵母細胞）均涉及了細胞融合技術(shù)。而單克隆抗體的制備是細胞融合技術(shù)實際應(yīng)用的絕佳范例，在教材中具有重要地位。學生通過設(shè)計單克隆抗體的制備方案，逐步過渡到對細胞融合過程的關(guān)注，進而開展相關(guān)的設(shè)計與探究活動。最終將探究的結(jié)果進行有效分析并與核心概念進行有機整合，從而突出學科特點，并加深對單克隆抗體制備過程的理解。

2 實驗準備

2.1 試劑準備

GKN液：氯化鈉8 g，氯化鉀0.4 g，磷酸氫二鈉 1.77 g，磷酸二氫鈉 0.69 g，葡萄糖 2 g，酚紅0.01 g，溶于1 000 mL重蒸水中。

PEG混合液：稱取適量PEG（分子量為 4 000或20 000）放入帶刻度離心管并于沸水浴中加熱溶化，待冷卻至50℃時，加入預熱至50℃的GKN液，混勻制成20%、30%、40%、50%的PEG溶液。

Alsever液：葡萄糖 2.05 g，檸檬酸鈉 0.8 g，氯化鈉0.42 g，加重蒸水至100 mL。

2.2 實驗材料 雞血細胞（課前取血）、人紅細胞（自采）、Hela細胞和Vero細胞（由本校京北分子與細胞重點實驗室提供：先用PBS清洗2次，干凈后用胰蛋白酶消化，加少量培養(yǎng)液制成適宜濃度的細胞懸浮液備用）。

2.3 設(shè)備準備 電子天平、載玻片、蓋玻片、滴管、燒杯、CO2恒溫培養(yǎng)箱、超凈臺、熒光倒置顯微鏡、移液槍、槍頭、高壓蒸汽滅菌鍋、試管、試管架、電腦、顯微鏡、鐵架臺、酒精燈、采血針、毛細吸管、酒精棉球、PC管、刀、量筒等。

2.4 實驗安全培訓 因涉及自采血的實驗環(huán)節(jié)，故進行必要的課前安全培訓，特別注意以下幾點：1）查看一次性用品是否破損；2）采血前用酒精棉球充分消毒（實驗室環(huán)境已經(jīng)紫外消毒）；3）用干凈的毛細吸管采血1～2滴后及時將血放入Alsever液內(nèi)，防止凝血；4）采血后立即止血，不要著水；5）所有采血用品均為一次性使用，使用完畢放入廢液缸，同時提醒組長根據(jù)組員特點進行組內(nèi)分工，按照自愿的原則協(xié)調(diào)好進行采血的學生。

3 教學過程的組織與實施

3.1 導入 各小組依據(jù)課前準備的“單克隆抗體制備”的方案設(shè)計，進行設(shè)計方案展示與相互評價，并分析比較，得出現(xiàn)有實驗條件下可行的方案及簡單步驟（板書輔助“單抗制備流程圖”）。教師進一步指出細胞融合是其中重要一環(huán)，引導學生設(shè)計細胞融合實驗，再進行小組分工實施。

設(shè)計意圖：培養(yǎng)學生設(shè)計實驗的能力，提高學科素養(yǎng)，并通過分析辯論更好地體現(xiàn)科學嚴謹?shù)膽B(tài)度，提升解決問題的靈活性，同時提高學生的表述能力。

3.2 實驗 教師準備好實驗材料，讓各組自愿選擇，提醒學生注意實驗安全，觀察每組實驗情況，及時指導（操作規(guī)范、試劑用量、細胞濃度）并記錄問題。學生分組自主選擇材料進行實驗，每組提供20%、30%、40%、50%不同分子量的PEG溶液。由于課堂時間有限，2個小組進行人血融合實驗，同時另外4個小組進行Hela細胞與Vero細胞的融合實驗。

設(shè)計意圖：學生通過親身設(shè)計實驗環(huán)節(jié)并進行實驗探究，進一步感受生物學的核心思想，得出促進細胞融合的適宜PEG的體積分數(shù)與分子量，為學習單克隆抗體的制備打下基礎(chǔ)。

3.2.1 創(chuàng)新實驗方案1：雞血融合方法

教師展示實驗過程片段與結(jié)果，學生指出本方案的不足之處，依此為依據(jù)和參照，進行以下實驗創(chuàng)新與改進。

3.2.2 創(chuàng)新實驗方案2：人血融合方法

3.2.3 創(chuàng)新實驗方案3：Hela細胞與Vero細胞融合方法

教師與學生一起分享實驗結(jié)果，并指導學生進行結(jié)果匯總與數(shù)據(jù)分析。在表1中進行簡單記錄。學生總結(jié)整個實驗的具體實驗步驟，得出促進細胞融合的適宜PEG的體積分數(shù)與分子量。

設(shè)計意圖：提高學生對實驗結(jié)果的分析處理能力，進而得出相應(yīng)結(jié)論。

表1 實驗結(jié)果記錄表

3.3 提升總結(jié) 教師闡明單克隆抗體制備的過程，指出此過程需要注意的知識點，以問題串的形式呈現(xiàn)：細胞兩兩融合的情況有哪些？第1次篩選的目的和原理分別是什么？第2次篩選的目的和原理分別是什么？學生思考、討論相關(guān)問題，構(gòu)建相關(guān)流程圖，并關(guān)注各操作要點的原理。

設(shè)計意圖：既關(guān)注科學過程的整體，又留意其具體細節(jié)，培養(yǎng)學生思維的縝密性。

3.4 遷移反饋 教師提問：你剛剛設(shè)計并完成的實驗在現(xiàn)實生活中有什么實際意義？舉例說明，并說明設(shè)計理由（可以說出你的任何想法：例如骨髓瘤細胞與胰島B細胞融合可行嗎？），引導學生思考，但最終要回歸到已經(jīng)成功制備單抗的過程。學生表達自己想法。

設(shè)計意圖：通過聯(lián)系生活，激發(fā)學生對知識與技能學以致用的思考，同時在遷移中獲得反饋，檢測課堂效果，針對問題及時解決。

3.5 效果評價 學生設(shè)計細胞融合的過程，然后進行討論后確定實驗方案，自己在動手實驗中感受細胞融合的狀態(tài)，學生的探究熱情高漲，對于促融的方法及過程理解更加透徹，對單克隆抗體的制備過程也更加清晰。同時對相關(guān)探究活動的方法步驟分析進行有效整合，學生加深了對實驗本質(zhì)及生物學科核心思想的理解。以下是學生部分實驗結(jié)果圖:

圖1 20%PEG20000促融人紅細胞（細胞未發(fā)生融合，但細胞表面發(fā)生了明顯變化）

圖2 30%PEG20000促融人紅細胞（細胞之間有了接觸，但融合與否不明顯）

圖3 40%PEG20000促融人紅細胞（細胞出現(xiàn)了兩兩融合，甚至出現(xiàn)了多個細胞的融合）

圖4 30%PEG20000促融Hela細胞（細胞融合比較明顯）

圖5 40%PEG4000促融Hela細胞（細胞融合明顯）

圖6 40%PEG4000促融Vero細胞（細胞融合明顯）

4 結(jié)語

本節(jié)課采用探究實驗為主線的方法，增加了學生動手與動腦的機會，引導學生圍繞已有的知識基礎(chǔ)，設(shè)計并進行實驗，學生在親自實驗的基礎(chǔ)上有利于對知識的理解與實際應(yīng)用，從探究PEG對細胞融合的影響到體會單克隆抗體制備的過程，啟發(fā)學生從應(yīng)用層面進行深入思考分析，促進思維遷移，整個教學過程設(shè)計致力于學科本質(zhì)的凸顯和學生能力的提高。

盡管如此，以下2點依然值得商榷：

1）及時發(fā)現(xiàn)課堂生成的問題。例如課下交流時，課堂上有學生提出“是否可以將人血細胞和Hela細胞進行融合”。

2）適當引導學生探究結(jié)果分享。讓學生更準確全面闡述其發(fā)現(xiàn)與思考。

［1］王惠，郭峰，關(guān)超，等.PEG介導細胞融合最適條件的探討.動物醫(yī)學進展，2012，33（12）：145.

［2］趙彥禹，張艷華，馮照軍.雞紅細胞融合最適條件的探討.生物磁學，2006，6（1）：43.

［3］馬全祥，劉涌濤，姚開輝，等.細胞融合教學實驗的改進.生物學通報，2001，36（8）：35.

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