生物学遗传与变异实验课教学案例开发

【摘要】有关遗传变异的知识点始终是中学阶段生物学习的难点和重点，挑选具有代表性的实验课教学案例有助于学生更好地理解“生物学遗传与变异”。本文以高中生物学课程“生物技术实践”板块中“微生物利用”为例开发了关于生物学遗传与变异实验教学案例，经效果反馈该案例能帮助学生理解遗传与变异概念，并加深对该知识点的认知和应用。

【关键词】生物学 遗传与变异 实验课 教学案例

【中图分类号】G633.91 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）11-0180-01

对中学阶段学生来说，学习遗传变异知识不仅对理解生命现象，提高生物科学素养有积极的促进作用，而且对整个生物学课程学习也有着基础作用。不过，有关遗传变异的教学一直是中学阶段的难点，如何摆脱抽象、刻板、概念化的讲述方式，开发直观、体验性的实验课教学案例，是课改后中学阶段生物学教学改革与创新的方向[1]。本文笔者认为，从现代分子生物学技术角度来展示遗传变异现象可作为实验课教学案例开发的一种尝试。

1.案例选取理论依据

选取中学生物学课程“生物技术实践”板块中“微生物的利用”章节，以催勉克氏菌为分析载体。催勉克氏菌系优良的水稻根际联合固氮菌，对罗红霉素具有抗性。而带有质粒pFAJl819：：mTn59gusA-pgfp21的大肠杆菌，具有卡那霉素、氨苄青霉素抗性和绿色荧光的遗传标记，同时也携带无启动子的β-葡萄糖苷酸镁基因（gusA），后者的表达产物β-葡萄糖苷酸镁可使5-溴-4-氯-3-吲哚-B-D-葡糖苷酸（X―Gluc）分解而呈蓝色。

通过接合作用，质粒pFAJl819：：mTn59gusA-pgfp21导入受体菌催勉克氏菌，产生接合子。于接合子内，转座子mTn59usA―pgfg2121携带的葡萄糖苷酸酶基（无启动子）、卡那霉素抗性基因（有启动子）和2个绿色荧光蛋白基因（有启动子）插入到催勉克氏菌DNA中，绿色荧光蛋白、gusA及卡那霉素抗性基因的表达。由于在细菌繁殖生长过程中不同基因转录表达强度有差异，即启动子活性有别，有不同接合子形成的单菌落在含有单菌落在含有β-葡萄糖苷酸镁底物培养基上水解底物的强度也出现差异，蓝色深，说明mTn59gusA-pgfp21插入的基因的启动子活性高，蓝色浅，则相反[2]，即为展示细菌的遗传与变异现象。

2.实验方法

2.1实验对象

催勉克氏菌Klebsiella oxytoca，大肠杆菌AJl819/Esch-eriehia colj DH5ae/DH5α。

2.2培养基、抗生素及仪器

LB培养基组成：酵母提取物、氯化钠各5g，蛋白胨10g，双蒸水1000ml，121℃灭菌20min；

抗生素：卡那霉素25μg/mL，罗红霉素100μg/mL氨苄青霉素，4℃保存。

无痰培养基组成：甘露醇10g、KH2PO4 g，MgSO4・7H200.4 g，NaCl 0.2g等，蒸馏水1000ml，琼脂15-20g，115℃杀菌30min。

2.3 仪器

试管，三角烧瓶，烧杯，培养皿.量筒， 1.5mL离心塑料管，玻璃棒，接种环，牛角匙，酒精灯，棉花，牛皮纸，记号笔，pH试纸（pH5.5～9.0），麻绳，纱布，签，过滤除菌器，培养基分装器等实验室常备仪器。

2.4 亲本接合方法

将FAJl819/E.coli（供体菌）和催娩克氏菌（受体菌）培养至对数期，按2：l比例在少量LB液体培养基中静置培养24～48h，取适量涂布于含有50 μg/mL吖啶橙、25μg/mL卡那霉素、100μg/mL罗红霉素的无氮固体培养基（筛选培养基）30℃下培养筛选接合子。将筛选出的真接合子、pFAJl819：：mTn59gusA-pgfp21/ E. colj DH5α（供体菌）、催勉克氏菌（受体菌）分别用灭菌牙签点接预先准备好的3种培养基：①添加25μg/Ml Km和20μg/mL X-gluc无痰培养基；②添加20μg/mL X-gluc的LB；③无痰培养基，于30℃培养1-2d后观察菌体生长及gusA、gfp基因产物表达情况。

3.结果

经亲本接合和筛选获得真接合子，供体菌、受体菌和接合子在不同性质培养基上的生长和显色统计如下表1：

表1 不同培养基上供体菌、受体菌和接合子生长及标记基因表达

4.讨论

正如前面所言，生物学遗传变异教学必须更直观、具象化，强调体验式，重在培养学生学习兴趣和探究欲望，在此过程中加深对遗传变异知识点的理解和掌握。从本文来说，该实验最大特色在于操作简单，实验现象形象性突出，易观察。实验过程涉及到的培养基配置、消毒杀菌、细菌接种、震荡、静置培养、肉眼观察等，环节清晰，各个操作均易操作。选取“微生物利用”作为案例开发对象，就是针对细菌涉及到的抗生素抗性、绿色荧光标记、gusA基因显色具有易识别现象，因改变导致的表型和功能变化在短时间内即可通过肉眼观察，这对学生来说易于认知和理解。

参考文献：

[1]胡玉华.对生物学核心概念及其内涵的研究[J].生物学通报，2011（46）：53-56

[2]安军.“徽生物的利用”的教学构思[J].生物学通报，2008，43（7）：28-31

[3]夏昆梅.浅谈初高中生物有关遗传和变异的教学探索[J].民风科学教育，2012，3（12）：45-47