现代生物技术助力生物概念理解的探究

毕可雷

摘 要 以实验探究为主要策略的概念教学中，探究的过程就是学生思维展开、问题解决的过程，也是概念形成的过程。在科学探究体验活动中，让学生理解和掌握“科学探究”的内容和思想方法的同时，进一步尝试着解释现实生活中的相关生物学问题。利用蛋白质电泳技术，促进学生对蛋白质种类多样性理解。

关键词 科学探究 现代生物技术 蛋白质种类检测 蛋白质电泳

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

《义务教育生物学课程标准（2011版）》中倡导的探究性学习理念，主要有两方面的含义：一方面，在科学探究体验活动中，让学生理解和掌握“科学探究”的内容和思想方法；另一方面，通过已经具备的科学探究能力，进一步尝试解释生物学科的一些现象、规律以及现实生活中的相关生物学问题。蛋白质是生命活动的主要承担者，是高中生物学中一个非常重要的概念。人们每天都要摄入一定量的蛋白质，合理搭配食物才能保证身体健康；恰当运用生物理论或实验技术可以更好地指导日常饮食。下面以检测豆浆和牛奶中蛋白质的种类为例，通过开展实验探究课程，有效激发学生对科学的兴趣，提高自主学习的积极性。

1 学情分析

人教版教材高中生物必修一主要围绕着分子与细胞展开学习。第一章生物大分子，蛋白质种类多样性的原因晦涩难懂，主要原因是学生对蛋白质种类多样性没有直观的认识。蛋白质种类多样性是如何体现的？留心生活，会发现：豆浆和牛奶中就含有很丰富的蛋白质，而且它们的蛋白质含量相差不多，基本上都是3 g/100 mL；但是这两种饮品不能互相替代，是因为含有的蛋白质种类不一样。由此，本研究的主题和生活紧密联系。

教师提问：用什么样的方法才能直观地看到蛋白质种类的差异？这就需要利用现代生物技术——蛋白质电泳来帮助学生理解。蛋白质电泳原理简单、实验材料随处可得、实验技能易于掌握，因此很适合在高中课堂上普遍开展。此实验不但可以加深学生对蛋白质种类多样性的理解，还可以提高学生动手操作能力；另外，对他们养成合理饮食习惯也有教育意义。

2 教学过程

2.1 实验原理

蛋白质种类的多样性主要是由蛋白质所含的氨基酸的种类、数目、排列方式以及多肽链的折叠盘绕方式决定的。教师给学生展示2个熟悉的蛋白质氨基酸序列（每一个氨基酸都用一个英文字母的简写形式代替），如下：

胰岛素氨基酸序列：

过氧化氢酶氨基酸序列：

教师引导学生观察比较这两个蛋白质的氨基酸序列，找出它们在物理性质上的差别。教师同时给出一个氨基酸性质的表格启发学生（表1）。

通过小组讨论，学生不难得出结论：① 不同种类的蛋白质分子量可能是不同的；② 不同蛋白质所带的电荷数也应该有差异，因为每个氨基酸的等电点有差别。根据这些性质的差别，可以用不同的电泳方法来区分蛋白质。

蛋白质电泳是分离、鉴定不同种类的蛋白质的一种现代生物技术手段，分为两类：① 非变性蛋白质电泳，又称为native蛋白质电泳，是根据蛋白质的电荷差异将蛋白质进行区分；② 变性蛋白质电泳，利用去污剂SDS破坏蛋白质的高级结构使之变性并且使蛋白质带上等量的负电荷，然后根据蛋白质分子量的差异来将蛋白质进行区分，是一种更为普遍使用的技术方法。本实验主要是根据分子量的不同来区分蛋白质，即变性蛋白质电泳。

2.2 材料与方法

2.2.1 实验器材

实验器具：移液器、蛋白质电泳仪、蛋白质电泳槽、电泳胶、EP管。

实验材料：样品（牛奶及豆浆）、上样液、电泳缓冲液、染色液。

2.2.2 实验步骤

（1） 取样：

移液器是分子生物学研究中最常用的仪器。教师首先让学生观察移液器的构造并小组讨论探究其使用方法，然后给学生演示如何准确吸取10 μL的样品，主要包括调节量程、吸液体、排液体等步骤。

（2） 制样：

取好的样品要与等体积的上样液混合，上样液的主要成分包括甘油、SDS变性剂、考马斯亮蓝染料。上样液的作用有：SDS变性剂可以破坏蛋白质的高级结构，并且包裹在蛋白质表面，使蛋白质带等量的负电荷；上样液中含有的考马斯亮蓝染料可以在电泳中起到指示剂的作用。二者混合好之后样品就制备好了。

（3） 上样：

吸取上述混合样品10 μL加入到电泳胶的点样孔中。此操作要求手要稳、排液体要慢。学生一边操作，一边观察现象。

（4） 电泳：

上样完成后插好电源就可以开始电泳了。学生观察电泳的现象会发现电泳胶上出现蓝色条带，并且有向前端移动的现象。

3 结果讨论

在外加电场以及足够的电泳缓冲液的条件下，处在电泳胶点样孔中的蛋白质因其带等量的负电荷，会从阴极向阳极移动。蛋白质电泳类似于“鱼网捕鱼”。电泳胶相当于一张鱼网，而不同种类的蛋白质相当于不同大小的鱼；当在外加电场的作用下，分子量小的蛋白质在电泳胶中移动的速度快，而处于电泳胶的前端；分子量大的蛋白质移动速度慢，位于电泳胶的后端，电泳结束后利用染色液经过微波炉加热2 min染色，再用清水加热20 min脱色就可以在电泳胶上看到处在不同位置的蓝色的条带，如图1所示。学生仔细观察比较牛奶和豆浆样品中蛋白质条带的差异，教师利用表2启发学生思路。从图1中，学生可以非常直观地观察到不同样品中蛋白质条带的数目、粗细以及位置，这些信息也相应的代表了蛋白质种类、含量以及不同种蛋白质的分子量。

4 学生评价

学生通过思考、实践、讨论、分析，学会了借助现代生物技术手段，理解蛋白质种类多样性，而且通过比较豆浆和牛奶中蛋白质种类的差异，也意识到合理膳食、均衡搭配对于身体健康的重要性。整个探究活动有知识、有方法、有生活、有境界。

5 教学反思

科学探究是由美国著名教育家布鲁纳提出的，核心思想是要求学生在教师的引导下，能像科学家发现真理那样，通过自己的探索和学习，发现事物变化的因果关系，形成概念，获得真理。通过教学实践经验，在课堂教学中教师要做到以学生为本，贴近学生生活，充分发挥学生的主体作用，构建学生主动参与、师生共同探究、共同发展的有效策略。另外，教师要不断学习新理论，掌握新技术，将课本知识与实际生活、现代生物技术相结合，让学生学以致用，用生物技术架起理论知识与学生生活之间的桥梁。

参考文献：

[1] 姚国平.优化概念教学策略 提高概念教学实效[J].生物学教学，2016，8-9.

[2] 刘恩山.在教学中实现主动探究学习与凸显重要概念传递的对接[J].生物学通报，2012，33-37.