人教版高中生物選修1《生物技術實踐》常見問題析疑人民教育出版社/課程教材研究所包春瑩《生物技術實踐》是我國普通高中首次開設的一門實驗課，但并非實驗指導手冊那樣簡單。對于實驗，在教學過程中總會遇到許多問題。這些問題的解決，對于更好地落實本模塊的教學目標具有重要作用。以下擷取一些有代表性的問題，與老師們探討。一、教師如何指導學生選擇課題？按照《普通高中生物課程標準》（實驗）規定，學生選學本模塊16個課題中的5~7個后，考核通過，即可獲得本模塊應得的2個學分。那么，這5~7個課題如何來選？教師在指導學生選擇課題（或教師選擇課題）時，應既尊重學生的選擇，又結合當地教學資源的實際情況，同時兼顧傳統生物技術和現代分子生物技術。應該明確，無論課題針對的是哪項具體技術，它都同樣能夠培養學生的科學探究能力，課題的教育價值并不因為技術是現代技術或傳統技術而提升或降低。但教師在指導學生選擇時，不宜全選傳統技術或現代分子生物技術，也不宜全選相對簡單的或相對難的。現給出一個建議性的選擇方案：傳統發酵技術的應用（1個）；微生物的培養與應用（2個：1個基礎培養，1個選擇性培養）；植物的組織培養技術（1個：花藥培養技術操作較難，可不選擇）；酶的研究與應用（1個）；DNA和蛋白質技術（1個）；植物有效成分的提取（1個）。若有條件應鼓勵學生多選多做。二、實驗條件達不到要求，如何完成實驗？本模塊為實驗課，重在實踐，重在做，衡量教師教學效果的標準不是看教師講課講得如何精彩，而是在引導學生完成實驗。教師在進行本模塊教學時，首先必須克服畏難情緒，不要一上來就覺得這個模塊沒辦法實施。實驗課總是需要很多的儀器設備。目前各學校儀器的裝備情況確實制約了本模塊的實施，致使許多老師把做實驗變成了講實驗。即使沒有條件完成實驗的操作部分，也必須讓學生進行自主研習和設計出可行的實驗操作方案，并對實驗結果進行預期和分析討論。希望教師能著眼于學生全面發展和終身發展的需要，勇于實踐，盡量創造條件努力完成實驗，不要打退堂鼓。一些教師在看到人教版本模塊教師教學用書后所附的實驗光盤（將在2007年秋季與大家見面）后，第一反應就是這些實驗我們沒辦法開展。理由是，這里所涉及的儀器我們連見都沒見過。有些儀器有些教師確實沒有見過，但我們不能說因為沒有可調式移液器就不能進行實驗了：可用移液管來代替可調式移液器。同樣，沒有超凈工作臺，我們可以在酒精燈旁邊進行操作。需要說明的是，人教版選修1教師教學用書后所附的光盤可以說給教師展示了生物儀器的發展情況，這些儀器很可能馬上就要走進我們的中學實驗室。目前《中小學理科實驗室裝備規范》已經發布。這個規范是教育部教學儀器研究所針對新課程的實施對中小學理科實驗室提出的新要求而起草的。該規范除要求中學配備實驗室、實驗員室、準備室、儀器室、藥品室、生物園地等外，還建議設置科學探究室（為學生進行科學探究創設條件，方便學生查閱相關資料，方便學生制定實驗計劃和設計實驗方案，進行探究性學習和學科實驗活動）、培養室（進行組織培養）等。相信這個規范會對新課程中實驗的實施起到推動作用。三、教學過程中遇到的具體問題1．專題1中課題1：果醋是在果酒產生基礎上發酵產生的，在制果酒時需無氧發酵，在無氧條件下，好氧型的醋酸菌不是要大量死亡嗎？后期果醋發酵哪來的醋酸菌呢？在我們的實驗中，前期果酒厭氧發酵產生酒精，并不是嚴格厭氧，因此有少量的醋酸菌存留，當轉入好氧發酵時，殘存的醋酸菌會大量繁殖，產生醋酸。同時，在我們的實驗條件下并不是嚴格無菌，通入的空氣中會有一些醋酸菌，帶到發酵液中，大量繁殖，而其他的菌種因不適應這種條件而不能繁殖。在工業上，后期醋的發酵是需要人工接種醋酸菌的，以保障生產的正常進行，而不是采取我們實驗的方法。在實際操作時，由于菌株的量較少，可能需要很長的時間。為了縮短時間，我們可以從市場上買一些菌株進行接種或先將一瓶醋打開蓋暴露于空氣中，一段時間后在醋的表面有一層薄膜（實際是醋酸菌），可以用這層薄膜進行接種，這樣可以明顯縮短制作果酒、果醋的時間。2．專題1課題2：在制作腐乳時，將豆腐塊擺放在稻草、粽葉上的目的是什么？這些材料上含有的毛霉孢子較多，可以達到接種的目的。當然，也可將豆腐塊暴露在空氣中一段時間進行自然接種。3．專題2課題1：在進行平板劃線時為什么不能劃破培養基？原因有兩個：其一，一旦劃破，會造成劃線不均勻，難以達到分離單菌落的目的；其二，存留在劃破處的單個細胞無法形成規矩的菌落，菌落會沿著劃破處生長，會形成一個條狀的菌落。4．平板劃線的操作方法僅限于教材介紹的一種方法嗎？平板劃線在實際操作中有多種方法，教材詳細介紹了交叉劃線的方法，第14頁給的圖示就是另外一種方法（連續劃線法）。當然，還有很多其他的方法（如下圖）。學生在操作時，還會創造出許多別的方法，如有些同學劃出一個"劉"字。

5．專題2課題2：濾膜的作用是什么？能用擦鏡紙來代替嗎？本課題中所提到的濾膜是用來過濾細菌的，不能用擦鏡紙來代替。因為濾膜（如醋酸纖維素濾膜）的孔徑很小，細菌不能通過，被截留在膜的表面。同樣的道理，在進行細胞培養時，有時需在培養基中添加血清、生長因子、抗生素等，這些物質不能用高壓滅菌的方法，因此常常將這些物質配成溶液，用濾膜進行過濾，在使用時加入到已經滅菌的培養基中。直徑為0.22mm的濾膜，可以達到完全除菌的目的。擦鏡紙的孔徑是非常大的，達不到除菌的目的。6．專題4課題3：酵母細胞的固定化，實驗看似簡單，但不容易做好，在實驗操作過程中應該注意什么問題？本實驗中有兩步操作比較重要：配制海藻酸鈉溶液和海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合。在配制海藻酸鈉溶液時，若用酒精燈加熱，注意小火或間斷加熱，否則容易焦糊。有條件的可以用微波爐高火加熱1~1.5min即可。用90℃左右的水浴加熱更好，水分損失少，也不會焦糊。海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合時，第一要注意火候：溫度太低，海藻酸鈉溶液容易凝固，溫度太高，會殺死酵母細胞；第二要混合均勻，又要防止出現氣泡。學生的實驗結果，可能有以下情況：（1）固定好的酵母細胞為圓形凝膠珠，位于氯化鈣溶液的底部；（2）托尾的凝膠珠（蝌蚪狀），原因可能為溶液太稀（酵母細胞濃度太低）或注射時針頭離氯化鈣溶液的距離太短；（3）漂浮的凝膠珠，這說明海藻酸鈉溶液與酵母細胞混合時出現氣泡。7．專題5課題2：PCR循環參數是如何確定的？（1）變性時間是如何確定的？在選擇的變性溫度下，DNA分子越長，兩條鏈完全分開所需的時間也越長。如果變性溫度過低或時間太短，模板DNA中往往只有富含AT的區域被變性。在PCR的第一個循環中，有時常把變性時間設計為5min，來增加大分子模板DNA徹底變性的概率，又稱此為預變性。當模板DNA的G+C含量超過55%時，需要更高的變性溫度，來源于古細菌的DNA聚合酶比TaqDNA聚合酶更能耐受高溫，因此更適合用來擴增富含GC的DNA模板。（2）復性溫度的確定有什么考慮？復性過程（即退火）采用的溫度至關重要。如果復性溫度太高，寡核苷酸引物不能與模板很好地復性，擴增效率將會非常低。如果復性溫度太低，引物將產生非特異性復性，從而導致非特異性的DNA片段的擴增。（3）延伸的時間是如何確定的？TaqDNA聚合酶在最適反應溫度（72~78℃）下聚合速率約為2000bp/min。根據多數研究者的經驗，確定了一個規則，即：靶基因的每1000bp的擴增產物的延伸時間被設計為1min，以此類推。對于PCR的最后一個循環，許多研究者常把延伸時間增加為以前循環的延伸時間的3倍以上，以使所有擴增產物完成延伸，這又稱為后延伸。（4）循環數目一般都為30，這個數值是怎么來的？PCR擴增所需的循環數目決定于反應體系中起始的模板拷貝數以及引物延伸和擴增的速率。一旦PCR反應進入幾何級數增長期，反應會一直持續下去，直至某一成分成為限制因素。從這一點上來說，擴增產物中絕大多數應該是特異性的擴增產物，而非特異性的擴增產物低到難以檢測的程度。用TaqDNA聚合酶在一個含有105個拷貝的靶序列的反應體系中進行30個循環后往往可以做到上述的理想情況。8．專題5課題2：DNA含量的計算公式中數字50是怎么來的？DNA含量的計算公式為：DNA含量（mg/mL）=50?（260nm的讀數）?稀釋倍數。公式中50的含義是：在標準厚度為1cm的比色杯中，OD260為1相當于50mg/mL的雙鏈DNA，40mg/mL的RNA，37mg/mL的單鏈DNA以及30mg/mL的寡核苷酸，因此若是測定RNA的含量，50應該換為40。從這里也能夠看出，這個公式適用的前提是PCR是成功的。PCR是否成功，可用電泳來初步鑒定。9．專題5課題3：什么是變性膠？SDS的作用是什么？聚丙烯酰胺凝膠根據其中是否加入變性劑而分為變性膠和非變性膠。所謂變性膠是指在聚丙烯酰胺凝膠中加入SDS（sodiumdodecylsulfate，十二烷基磺酸鈉）、DTT（dithiothreitol，二硫蘇糖醇）或尿素而制成的凝膠。SDS是一種陰離子表面活性劑，它能破壞蛋白質分子之間以及其他物質分子之間的非共價鍵，使蛋白質變性而改變原有的構象，特別是在有強還原劑DTT等存在的情況下，蛋白質分子內的二硫鍵被還原，這就保證了蛋白質分子與SDS的充分結合從而形成帶負電的蛋白質-SDS復合物。蛋白質分子與SDS充分結合后，所帶的SDS的負電荷遠遠大于蛋白質本身的電荷量，因而就掩蔽或消除了不同種類蛋白質分子間的電荷差異對電泳遷移率的影響。此外，蛋白質-SDS復合物在水溶液中的形狀類似橢圓長棒狀，不同的蛋白質-SDS復合物其橢圓棒的短軸長度是相近的，只是長軸長度隨蛋白質分子量的大小而正比變化。這樣，蛋白質-SDS復合物在凝膠中的遷移率就不再受蛋白質形狀和所帶電荷的影響，也就是說，此時電泳遷移率主要取決于蛋白質的分子量。因此，SDS變性膠是一種非常好的檢測蛋白質分子量