“体验细胞融合过程简易方法”实验教学的设计与组织

李英芳 周有祥

（北京市昌平区第一中学 北京 102200）

学生在必修1《分子与细胞》模块中已经明确了细胞膜的结构、功能及制备方法，但在光学显微镜下无法观察到细胞膜的结构，学生根据细胞融合前、后的形态变化，可以更好地体验细胞膜的存在及结构特点。学生在前期已经学习了细胞膜及植物原生质体的融合等知识，但对于膜的具体融合过程依然缺少主观体验。本节课是在鸡血细胞融合的方法上进行简化，逐步拓展为人血细胞融合、Hela细胞、Vero细胞融合的简易方法，方便学生操作与观察结果，且缩短操作时间，保证学生在一节课内达到理论与实践的有机结合。采用探究实验为主线的方法，引导学生更深入地理解学科本质，体会单克隆抗体制备的过程，学生围绕已有的知识基础，从应用层面进行深入思考并分析对比。

1 学情分析

细胞膜具有一定的流动性，这是细胞融合、生物膜系统转化的基础。人教版选修3《现代生物科技专题》模块的植物体细胞杂交、动物细胞融合、杂交瘤细胞的形成、细胞核移植（完整的体细胞与去核的次级卵母细胞）均涉及了细胞融合技术。而单克隆抗体的制备是细胞融合技术实际应用的绝佳范例，在教材中具有重要地位。学生通过设计单克隆抗体的制备方案，逐步过渡到对细胞融合过程的关注，进而开展相关的设计与探究活动。最终将探究的结果进行有效分析并与核心概念进行有机整合，从而突出学科特点，并加深对单克隆抗体制备过程的理解。

2 实验准备

2.1 试剂准备

GKN液：氯化钠8 g，氯化钾0.4 g，磷酸氢二钠 1.77 g，磷酸二氢钠 0.69 g，葡萄糖 2 g，酚红0.01 g，溶于1 000 mL重蒸水中。

PEG混合液：称取适量PEG（分子量为 4 000或20 000）放入带刻度离心管并于沸水浴中加热溶化，待冷却至50℃时，加入预热至50℃的GKN液，混匀制成20%、30%、40%、50%的PEG溶液。

Alsever液：葡萄糖 2.05 g，柠檬酸钠 0.8 g，氯化钠0.42 g，加重蒸水至100 mL。

2.2 实验材料 鸡血细胞（课前取血）、人红细胞（自采）、Hela细胞和Vero细胞（由本校京北分子与细胞重点实验室提供：先用PBS清洗2次，干净后用胰蛋白酶消化，加少量培养液制成适宜浓度的细胞悬浮液备用）。

2.3 设备准备 电子天平、载玻片、盖玻片、滴管、烧杯、CO2恒温培养箱、超净台、荧光倒置显微镜、移液枪、枪头、高压蒸汽灭菌锅、试管、试管架、电脑、显微镜、铁架台、酒精灯、采血针、毛细吸管、酒精棉球、PC管、刀、量筒等。

2.4 实验安全培训 因涉及自采血的实验环节，故进行必要的课前安全培训，特别注意以下几点：1）查看一次性用品是否破损；2）采血前用酒精棉球充分消毒（实验室环境已经紫外消毒）；3）用干净的毛细吸管采血1～2滴后及时将血放入Alsever液内，防止凝血；4）采血后立即止血，不要着水；5）所有采血用品均为一次性使用，使用完毕放入废液缸，同时提醒组长根据组员特点进行组内分工，按照自愿的原则协调好进行采血的学生。

3 教学过程的组织与实施

3.1 导入 各小组依据课前准备的“单克隆抗体制备”的方案设计，进行设计方案展示与相互评价，并分析比较，得出现有实验条件下可行的方案及简单步骤（板书辅助“单抗制备流程图”）。教师进一步指出细胞融合是其中重要一环，引导学生设计细胞融合实验，再进行小组分工实施。

设计意图：培养学生设计实验的能力，提高学科素养，并通过分析辩论更好地体现科学严谨的态度，提升解决问题的灵活性，同时提高学生的表述能力。

3.2 实验 教师准备好实验材料，让各组自愿选择，提醒学生注意实验安全，观察每组实验情况，及时指导（操作规范、试剂用量、细胞浓度）并记录问题。学生分组自主选择材料进行实验，每组提供20%、30%、40%、50%不同分子量的PEG溶液。由于课堂时间有限，2个小组进行人血融合实验，同时另外4个小组进行Hela细胞与Vero细胞的融合实验。

设计意图：学生通过亲身设计实验环节并进行实验探究，进一步感受生物学的核心思想，得出促进细胞融合的适宜PEG的体积分数与分子量，为学习单克隆抗体的制备打下基础。

3.2.1 创新实验方案1：鸡血融合方法

教师展示实验过程片段与结果，学生指出本方案的不足之处，依此为依据和参照，进行以下实验创新与改进。

3.2.2 创新实验方案2：人血融合方法

3.2.3 创新实验方案3：Hela细胞与Vero细胞融合方法

教师与学生一起分享实验结果，并指导学生进行结果汇总与数据分析。在表1中进行简单记录。学生总结整个实验的具体实验步骤，得出促进细胞融合的适宜PEG的体积分数与分子量。

设计意图：提高学生对实验结果的分析处理能力，进而得出相应结论。

表1 实验结果记录表

3.3 提升总结 教师阐明单克隆抗体制备的过程，指出此过程需要注意的知识点，以问题串的形式呈现：细胞两两融合的情况有哪些？第1次筛选的目的和原理分别是什么？第2次筛选的目的和原理分别是什么？学生思考、讨论相关问题，构建相关流程图，并关注各操作要点的原理。

设计意图：既关注科学过程的整体，又留意其具体细节，培养学生思维的缜密性。

3.4 迁移反馈 教师提问：你刚刚设计并完成的实验在现实生活中有什么实际意义？举例说明，并说明设计理由（可以说出你的任何想法：例如骨髓瘤细胞与胰岛B细胞融合可行吗？），引导学生思考，但最终要回归到已经成功制备单抗的过程。学生表达自己想法。

设计意图：通过联系生活，激发学生对知识与技能学以致用的思考，同时在迁移中获得反馈，检测课堂效果，针对问题及时解决。

3.5 效果评价 学生设计细胞融合的过程，然后进行讨论后确定实验方案，自己在动手实验中感受细胞融合的状态，学生的探究热情高涨，对于促融的方法及过程理解更加透彻，对单克隆抗体的制备过程也更加清晰。同时对相关探究活动的方法步骤分析进行有效整合，学生加深了对实验本质及生物学科核心思想的理解。以下是学生部分实验结果图:

图1 20%PEG20000促融人红细胞（细胞未发生融合，但细胞表面发生了明显变化）

图2 30%PEG20000促融人红细胞（细胞之间有了接触，但融合与否不明显）

图3 40%PEG20000促融人红细胞（细胞出现了两两融合，甚至出现了多个细胞的融合）

图4 30%PEG20000促融Hela细胞（细胞融合比较明显）

图5 40%PEG4000促融Hela细胞（细胞融合明显）

图6 40%PEG4000促融Vero细胞（细胞融合明显）

4 结语

本节课采用探究实验为主线的方法，增加了学生动手与动脑的机会，引导学生围绕已有的知识基础，设计并进行实验，学生在亲自实验的基础上有利于对知识的理解与实际应用，从探究PEG对细胞融合的影响到体会单克隆抗体制备的过程，启发学生从应用层面进行深入思考分析，促进思维迁移，整个教学过程设计致力于学科本质的凸显和学生能力的提高。

尽管如此，以下2点依然值得商榷：

1）及时发现课堂生成的问题。例如课下交流时，课堂上有学生提出“是否可以将人血细胞和Hela细胞进行融合”。

2）适当引导学生探究结果分享。让学生更准确全面阐述其发现与思考。

［1］王惠，郭峰，关超，等.PEG介导细胞融合最适条件的探讨.动物医学进展，2012，33（12）：145.

［2］赵彦禹，张艳华，冯照军.鸡红细胞融合最适条件的探讨.生物磁学，2006，6（1）：43.

［3］马全祥，刘涌涛，姚开辉，等.细胞融合教学实验的改进.生物学通报，2001，36（8）：35.

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