基于生物学核心素养培养的二轮复习——以“抗癌药物研发的现代生物技术综合”为例

黄建华

(江苏省南通大学附属中学 226019)

生物学核心素养包括生命观念、理性思维、科学探究、社会责任等四个方面。这些素养主要依托在校期间的生物学课程习得和巩固，基于每一节课的有效学习来实现。现行高三二轮复习(构建知识网络、专题复习、综合训练等)都以提高学生解题能力为主，如何将高三二轮复习课由培养学生解题能力转变为以培养学生核心素养为主，笔者以“抗癌药物研发的现代生物技术综合”为例做了初步尝试。

1 课堂导入

导入过程：展示乔布斯、姚贝娜死因的图片，设问：请从癌细胞代谢特点、结构特征分析癌症引起死亡的原因?学生回答后教师总结归纳：癌细胞的代谢特点、结构特征决定了癌细胞不凋亡，且浸润正常组织使正常细胞死亡，从而导致个体死亡。然后继续设问：基于癌症引起死亡的原因，请说出治疗癌症的基本思路。(治疗癌症的基本思路是抑制癌细胞增殖的同时要减少正常细胞的损伤，这是贯穿整个课堂的主线。)学生回答后过渡性设问：传统治疗癌症的方法并没有达到预期的理想效果，那么现代生物技术能为抗癌药物的研发带来什么呢?

设计目的：让学生分析癌症引起死亡原因的设问是培养学生的生命观念，要求学生应用结构决定功能的观点解释癌症引起死亡的原因。让学生说出治疗癌症基本思路的设问是培养学生的理性思维，要求学生运用己有的生物学知识，预测、探讨癌症治疗的思路，对这一节课起统领作用。

2 长春碱抑癌效果的研究

情境创设：长春花是原产于非洲东海岸的野生花卉，其所含的长春碱等生碱具有良好的抗肿瘤作用。早在上世纪八十年代，科研人员就已开始研究长春碱的提取、以及对癌细胞生长的影响，直到本世纪仍没有停止研究的脚步。展示以《长春花4种提取物肝癌细胞毒活性的研究》论文[1]为素材编制的原创题。

试题呈现：科研人员为了研究长春碱对癌细胞生长的影响，做了如下实验。实验步骤：①对SMMC-7721肝癌细胞悬液进行计数，计算细胞密度；②按每孔4500个癌细胞量接种于96孔平底培养板中，置于5 % CO2、37 ℃恒温培养箱中培养24 h；③分别加入用正丁醇提取的不同浓度的长春碱提取液和等量的 ?(每组做3个平行)，置于5 % CO2、37 ℃恒温培养箱中继续培养72 h。④用分光光度计测定各孔的吸光度A(癌细胞越多A值越大)，按照生长抑制率(%)=(1-用药组平均A值/对照组平均A值)×100%进行计算，得到图1所示结果。

分析回答：

(1)步骤①中应用______(计数工具)对癌细胞悬液的细胞进行计数。

(2)步骤②中培养箱中5 % CO2的作用是______，为了癌细胞良好生长，培养液中应加入______(天然物质)。

(3)步骤③“?”加入的试剂是______，此步骤中每组做3个平行的目的是______。

图1 实验结果分析

(4)分析图1曲线，能得出的结论是______。

(5)科研人员分别提取不同浓度长春碱处理的3组细胞，测量细胞中凋亡基因(Bax、Bcl-2)表达蛋白质的相对含量，并计算比值，结果如图2。分析可知，长春碱能通过______，加速癌细胞的凋亡。

图2 细胞中凋亡基因表达蛋白质的相对含量

参考答案：(1)血球计数板 (2)维持培养液的pH 动物血清 (3)正丁醇 减少实验误差，避免实验的偶然性 (4)随着浓度增大，长春碱对癌细胞的抑制作用增强 (5)促进Bax蛋白的表达。

设计目的：让学生知道长春碱的作用和研究历史，在试题实练中巩固、应用动物细胞培养的基础知识，提升阅读图表、获取信息并结合所学知识分析问题、推知结论的能力和实验能力，培养学生理性思维和科学探究的能力。

3 长春碱扩大生产的机理及效果

情境创设：长春碱具有良好的抑癌效果，但产量低，价格贵。1994年前科研人员已突破仅能从长春花植株内提取长春碱的局限，开始从长春花愈伤组织中提取长春碱，为了进一步提高长春碱产量，1994年之后科研人员开始培育长春花冠瘿组织并从中提取长春碱。展示以论文《土壤农杆菌转化的长春花冠瘿细胞培养》[2]为素材编制的原创题，分析长春碱扩大生产的机理和效果。

试题呈现：为了缓解长春碱供不应求的状况，上世纪九十年代，科研人员通过遗传改造获得长春花的冠瘿组织，并与长春花愈伤组织的生长、产长春碱性能进行比较。其基本操作过程如图3，其中农杆菌C58Ti质粒的部分结构如图4所示。

图3 实验流程

图4 农杆菌C58Ti质粒的部分结构

分析回答：

(1) 图3中过程①使用的培养基是______(物理性质)培养基，此培养基中应加入______和______激素，配制的培养基需用______(工具)进行灭菌。

(2) 图3中过程②整合到愈伤组织细胞染色体DNA上的是______，图4中结构P、T是tms基因和tmr基因成功转录的保证，则结构P是______。

(3)图5是科研人员比较冠瘿组织和愈伤组织生长、产长春碱性能的结果。请根据图4、图5进行分析：与愈伤组织相比，冠瘿组织的生长速度______，其可能原因是______；与愈伤组织相比，冠瘿组织合成长春碱的能力______，利用冠瘿组织来提取长春碱，在冠瘿组织培养______天左右的时候提取较好。

参考答案：(1)固体 生长素 细胞分裂素 高压蒸汽灭菌锅 (2)T-DNA 启动子 (3)快tms和tmr基因编码产物控制合成了生长素和细胞分裂素促进冠瘿组织的生长 强 35。

图5 比较冠瘿组织和愈伤组织生长、产长春碱性能的结果

设计目的：让学生了解现实生活中对长春碱的需求，感知科学家为提高长春碱产量进行的研究。利用创新试题击破植物组织培养技术和转基因技术的核心和难点；通过比较愈伤组织和冠瘿组织产长春碱性能的高低，对结果进行分析、解释，采用适当的科学思维方法揭示生物学规律或机制，培养学生的生命观念和理性思维。

4 长春碱的靶向运载治疗

情境创设：长春碱杀死癌细胞的同时对正常细胞也有毒性作用，有什么好方法可降低长春碱对正常细胞的毒性作用呢?学生会想到用单克隆抗体运载长春碱进行治疗。研究发现单克隆抗体运载抗癌药物时，需要对药物进行化学修饰，才能将药物连到抗体上，而修饰后的药物药效降低。那如何解决这个问题呢?本世纪初快速发展起的双特异性抗体很好地解决了这个问题。展示以论文《双特异性抗体及其在肿瘤诊治上的研究进展》[3]《双特异性抗体及其在肿瘤疗治中的应用》[4]为素材编制的试题。

试题呈现：体外将长春碱与单克隆抗体连接会影响长春碱的分子结构而降低药效，本世纪初研发的双特异性单克降抗体可提高抗体运载药物的药效，双特异性抗体是指可同时与癌细胞和药物结合的特异性抗体。图6是科研人员通过杂交-杂交瘤技术(免疫的B淋巴细胞和杂交瘤细胞杂交技术)生产能同时识别癌胚抗原和长春碱的双特异性单克隆抗体的部分过程。

分析回答：

(1)请根据所学知识，用箭号和文字在图中方框内补全该双特异性单克降抗体的生产过程。

(2)过程①、④都是免疫小鼠，其目的分别是______、______。

(3)过程②诱导融合的方法有______。

(4)过程③应利用______培养基培养、筛选杂交瘤细胞。

(5)除了图6方法外，还有哪些方法可生产出双特异性单克降抗体，请你说出基本思路。

参考答案：(1)④→B淋巴细胞→诱导与单克隆杂交瘤细胞融合→在选择培养基上筛选出杂交-杂交瘤细胞→克隆化培养、抗体筛选出单克隆的杂交-杂交瘤细胞 (2)使小鼠产生能分泌识别癌胚抗原抗体的浆细胞 使小鼠产生能分泌识别长春碱抗体的浆细胞 (3)聚乙二醇(PEG)诱导、电激等 (4)HAT (5)利用基因工程或蛋白质工程等现代生物技术，答案合理即可。

设计目的：帮助学生突破在单克隆抗体运载抗癌药物治疗癌症认识上的局限，让学生了解单克隆抗体运载抗癌药物治疗癌症的优势与不足。通过变换训练方式(要求学生画出培育单克隆杂交-杂交瘤细胞的过程图)让学生厘清事情发展的顺序和内在逻辑关系，通过写出生产双特异性单克降抗体的其他方法、思路培养学生利用多个相关的生物学重要概念或原理，通过逻辑推理阐明个人的观点，多角度的培养学生的理性思维。

图6 生产双制异单克隆抗体的实验过程

5 最新研究进展简介

情境创设：研制出了双特殊异性抗体是否就代表攻克了癌症呢?(学生回答：不是。)其原因有多种，其中一个主要原因是单克隆抗体在体内循环会被RES(内皮网状系统)迅速清除。所以科家仍在不断的探寻治疗癌症的新方法。

研究介绍：链接网站(http://www.biotech.org.cn/information/139682)，简介双特异性T细胞衔接器(BiTE)， BiTE是能同时与癌细胞和T细胞结合的双靶向抗体，BiTE与T细胞结合后激活T细胞且不易被RES清除，并引导T细胞与癌细胞结合，增强T细胞对靶细胞的杀伤作用。其作用机理如图7。

图7 双制异T细胞衔接器作用机理

设计目的：让学生了解抗癌的最新研究，激发学习兴趣，强化学习动机，培养社会责任感。