融入生物科学现代进展实施初中生物学STS教育

卢芹

摘要生物科技发展日新月异，科学、技术、社会联系空前紧密，课堂教学中融入生物科学的现代进展是实施STS教育、提高学生生物科学素养的有效途径。

关键词STS初中生物学现代进展课例

中图分类号G633.91文献标识码B

生物科技发展日新月异，自20世纪中后期取得了许多重大突破，如DNA分子结构和功能的揭示、哺乳动物体细胞克隆的成功、人类基因组计划的实施等，这标志着21世纪人类将进入生物科技的新时代。一方面，生物科研成果更加迅速地转化为社会生产力，显现出巨大的社会效益和经济效益，有力地促进了现代社会文明的发展。另一方面，生物科技的发展对社会和自然界也存在负面影响，如环境恶化；生物多样性锐减等，而克隆技术和基因工程的研究范围等问题更是冲击着人类社会的道德伦理体系。

《义务教育生物课程标准》(实验稿)中提到：“为适应时代的发展，在继承我国现行生物教学优势的基础上，生物学教学应力求更加注重学生的全面发展和终身发展的需要及社会的需求，更多地反映生物科学技术的最新进展，提高学生的生物科学素养”。引导学生理解STS，是培养学生科学素养的重要组成部分。

1哺乳动物体细胞克隆

人教版七年级上册第二单元“生物和细胞”的第二章“细胞的生活”中安排了第二节“细胞核是遗传信息库”。教学内容是生物学科的核心基础科学知识，是现代生物技术的重大理论支持。在某种程度上说，生物学这门传统的学科之所以能够焕发旺盛生命力，该部分知识的作用举足轻重，因此本节教学内容是初中、高中乃至整个生物学科的重点，同时又是对学生进行STS教育的良好素材。在“遗传信息在细胞核中”这一科学知识的处理方面，除通过教材中克隆羊“多莉”的身世资料分析，得出“遗传信息在细胞核中”的科学结论之外，笔者增加克隆在我国保护生物多样性等方面的应用案例——中国科学院动物研究所的“克隆大熊猫”课题，拉近了学生和科学的距离，利于学生了解科学研究的曲折过程和科学家精神，这项课题的暂时搁浅又会使学生感受到科学是一个曲折的、开放的、不断发展的系统，是一个永远不会完结的过程。同时，帮助学生展望克隆技术的光明前景。

问题：克隆羊“多莉”诞生之前也有克隆动物，如1963年我国克隆鱼、1978年我国克隆蛙、1986年英国克隆羊等，为什么1996年克隆羊多利的诞生意义不同?多利的细胞核供体细胞，来自一只6岁绵羊的体细胞—一乳腺细胞。而以前的克隆动物细胞核供体细胞是胚胎细胞，将胚胎细胞细胞核与第二只动物的去核卵细胞融合，融合细胞发育成早期胚胎后被植入第三只动物的子宫进而发育成为新个体。如果用一个并不准确但却形象的说法来表述，这就像是年龄是0岁的细胞发育成新个体。而“多利”则是6岁绵羊的6岁乳腺细胞重新退回到生命的原点，再重新发育一次!这是生物科学研究中动物细胞全能性理论的重大突破，在生物科学发展史上具有里程碑的意义。

问题：如何利用体细胞克隆技术造福于人类或自然界?拯救濒危动物——国宝大熊猫的克隆。由于栖息地减少，大熊猫数量减少，同时遗传和环境等因素的影响使大熊猫的生殖力下降。大熊猫的珍贵性和稀少性决定了它的卵细胞很难得到，当然也不可能让大熊猫作为风险很大的代孕母亲。于是中国科学院动物研究所陈大元研究员提出设想——异种动物体细胞克隆，就是把大熊猫的体细胞的细胞核，与另一种动物的去核卵细胞结合，培养成胚胎，把胚胎植入“代孕母亲”体内繁殖大熊猫的方法。如果濒危动物的体细胞可以通过异种动物克隆繁殖后代，就能够为濒危动物保护带来新的希望。但是，异种动物克隆比同种动物克隆更加困难，目前仍是世界性的技术难题。

第一步，核质融合并分裂为早期胚胎：陈大元采用的是向兔借卵，能否实现核质融合即大熊猫的细胞核和兔的细胞质是否排斥?历经挫折最终成功!第二步，代孕：寻找代孕动物的原则有三点：实验动物易得；怀孕时间长短相似，保证胚胎有合适的发育时间；出生时的胎儿大小与大熊猫相似，保证子宫的容积相似，最终选择用猫代孕。第三步，胚胎的全程发育：在代孕猫着床的七八个胚胎中，有两个是大熊猫胚胎，即以猫胚胎作为掩护防止排斥反应，大熊猫胚胎得以在猫的子宫着床。但是不幸，这些代孕猫患肺炎死亡，胚胎停止发育。此后3年，又用和大熊猫亲缘关系更近的黑熊作为代孕母亲，怀孕两月后，B超检查发现胎心停跳。由于胚胎未能继续发育，成功克隆大熊猫还差最后一步。而随着2005年科研项目到期，克隆大熊猫研究暂时搁浅。

2转基因技术

八年级下册第七单元“生物圈中生命的延续和发展”第二章“生物的遗传和变异”中安排了第一节“基因控制生物的性状”。教学内容包括性状的概念、基因的概念以及通过转基因鼠的研究得出的“基因控制生物的性状”的科学结论。笔者适时扩充了转基因技术在社会生产和生活中的应用，如正在栽培的转基因作物和饲养的转基因动物，市场上的转基因食品和医院里的转基因药品。并与学生讨论转基因技术的伦理问题和转基因食品的安全性问题，请学生以角色扮演的形式参与相关决策。通过这些途径，帮助他们更理性、辩证地看待科学、技术、社会的相互作用，形成科学的态度和价值观。同时养成参与社会生活相关的一些重大生物学问题的讨论并针对具体的社会问题发表自己的看法，做出个人或社会决策的意识和能力，培养其社会责任感。

转基因技术是指利用分子生物学技术，将某些生物的基因转移到其他物种中，改造生物的遗传物质，使遗传物质得到改造的生物在性状、营养和消费品质等方面向人类需要的目标转变。转基因技术在农业生产、动物饲养和医药研究等诸多领域有着广泛的应用前景。

世界上第一种转基因植物是一种含有抗生素药类抗体的烟草，1983年培育成功。世界上第一种转基因食品是1993年投放美国市场的转基因晚熟西红柿。目前，中国批准进口和在国内种植的转基因品种有玉米、大豆、油菜、棉花、甜椒、番茄、木瓜等。转基因农作物可能同时具有高产、优质、抗病毒、抗虫、抗寒、抗旱、抗涝、抗盐碱、抗除草剂等多重优点，因此中国科学院院士、华中农业大学教授张启发曾指出：“农业转基因技术可保障农业的可持续发展，是解决世界温饱问题的根本途径。”

转基因技术在动物饲养领域也取得了很大进展。如从海洋中一种大头鱼的身上截取了一段基因，移植在来自大西洋的野生鲑鱼基因链上。基因改变后的人工养殖鲑鱼生长速度加快了两倍，美国FDA(食品及药物管理局)即将批准基因改良过的人工养殖鲑鱼进入市场，在2011年，这种转基因的鱼肉将首次摆上美国家庭的餐桌。转基因动物还在医药领域独辟蹊径。通过转基因技术获得特殊基因的动物不仅可能直接生产多种药品，比如转基因绵羊能生产人的一种蛋白酶，而且利用转基因猪的器官进行人类器官移植也已经列入科学家的探讨范围。

但早自转基因技术诞生以来，其伦理问题一直是

争论的焦点。转基因技术的支持者认为人口增加与粮食短缺的矛盾会伤害富裕国家中的穷人和广大的贫穷国家及其人民，而转基因技术可以缓解这一矛盾。转基因技术的反对者则认为，在尚未完全弄清风险状况的情况下就大规模推广转基因技术的做法违背了伦理原则。①转基因食品可能会对消费者的健康造成伤害。虽美国人早在上世纪90年代就开始吃转基因食品，目前并没有发现有什么危害产生。但是，所谓的动物喂养实验，并没有进行非常长期的观测，9个月或者最多1年的观察期，并不能了解到其对动物乃至人类第二代、第三代的影响。②转基因技术可能会对环境(包括实验中的转基因动物)造成伤害。③发展中国家的农业是劳动密集型的，吸纳了约80％的劳动力。如果被技术密集型和资金密集型的转基因农业代替，则大部分农民将失去生活的依靠等。只有正视转基因技术在发展和应用过程中的负面性，深刻探究其伦理本质，才能使转基因技术更加符合人类和自然界的可持续发展。

3人类个体基因组的完整破译

八年级下册第七单元“生物圈中生命的延续和发展”第二章“生物的遗传和变异”中安排了第三节“基因的显性和隐性”。教学内容包括孟德尔的豌豆杂交实验和禁止近亲结婚。存在隐性致病基因的携带者这一现象令学生心有余悸。笔者结合教材内容之后的“科学、技术、社会”栏目适时增加人类基因组计划的内容，开阔学生的视野，激发学生的学习兴趣，引导学生了解和关注人类个体基因组的完整破译给人类社会带来的可能影响。同时中国作为唯一的发展中国家承担3号染色体的测序工作能够激发学生的民族自豪感，是爱国教育的宝贵资源。

人类基因组计划是1990年启动，英、日、法、德、中先后加入的一项规模宏大的科学计划，其旨在测定组成人类染色体(指单倍体)中所包含的30亿个核苷酸序列的碱基组成，从而绘制人类基因组图谱，并且辨识并呈现其上的所有基因及其序列，进而破译人类遗传信息。人类基因组计划是人类了解自身的奥秘所迈出的重要一步，是继曼哈顿计划和阿波罗登月计划之后，人类科学史上的又一个伟大工程。截至2005年，人类基因组计划的测序工作已基本完成。

在人类基因组计划完成前，它的医学实用价值已初露端倪。大量的企业，如巨数遗传公司开始提供价格不昂贵，而且容易使用的基因测试，可以预测包括乳腺癌、凝血、纤维性囊肿、肝脏疾病在内的很多种疾病以实现疾病预防甚至是治疗。在不久的将来，把个人的致病基因和易感基因检测出来，记录在磁卡上，可做成个人基因身份证。对此基因组测序结果的可能应用，反对者认为：①人类对基因结构及基因相互作用尚缺乏足够认识，通过基因检测达到预防疾病的目的困难；多基因病与基因、环境和生活习惯都有关；正常基因在加工或修饰中出现错误而致病；许多遗传病尚无有效治疗办法；②个人基因资讯泄露会导致失业、婚姻困难、人际关系疏远等。支持者则认为：①通过基因检测可及早采取预防措施，适时治疗，挽救患者生命；②对于基因歧视可通过正确的科学知识传播、伦理道德教育和立法得以解决。

4造血干细胞研究

七年级下册第四章“人体内物质的运输”中安排了第一节“流动的组织——血液”。教学内容包括血液的组成成分和各部分的主要功能。笔者结合教材之后的“科学、技术、社会”栏目适时介绍造血干细胞的相关知识并进一步使学生了解白血病的简单发病机理及治疗，进一步加深医学的发展和进步对人类健康的影响，呼吁学生捐献造血干细胞，建立正确的血液观。学生珍惜生命、关爱他人的情感得到升华。

造血干细胞具有两个重要特征：自我更新和多潜能性。自我更新通过细胞周期分裂而完成，是造血干细胞有丝分裂的一种特殊方式。分裂产生的两个子代细胞中，一个仍然保留造血干细胞的特征；另一个子代细胞相对成熟，进入细胞周期活跃状态，通过系定向产生各种类型的成熟血细胞群体，这一过程即多潜能性。造血干细胞研究历史可追溯至20世纪60年代，Till和McCulloch在1961年发现并鉴定脾克隆形成单位作为最早的造血干细胞。此后，由于巨大的基础意义和临床应用前景，造血干细胞一直是生命科学研究领域中的重点和热点，并随后成为成体干细胞研究领域的重要范式。

201 1年1月的《cell》杂志发表一篇文章，采用基因表达分析结合体外验证的综合方法，解析了造血干细胞分化过程的全局调控结构，提出了一些研究与构造造血干细胞转录机制的框架性结论，对未来的相关研究具有方向与方法上的指导意义。通过这个研究模式，有助于在更深广的维度上发现、证实、预测造血干细胞分化的转录调控机制，同时有助于解析一些血液肿瘤的分化调控机制。还可以构想一个血液干细胞分化的“编码表”，为更有效地调控血液干细胞分化提供一个方案。

一般认为，白血病是造血干细胞克隆性疾病。白血病干细胞表达细胞膜表面抗原，与正常造血干细胞膜表面抗原非常近似，因而推测白血病干细胞可能起源于正常造血干细胞的恶性转化，但白血病干细胞也可能起源于相对分化成熟的造血祖细胞甚至是成熟血细胞。关于白血病的治疗最早采用骨髓移植法。骨髓移植是器官移植的一种，通过骨髓穿刺提取正常骨髓并由静脉输入患者体内，以取代病变骨髓的治疗方法。该疗法可提高疗效，改善预后，病人可能得到长生存期乃至根治。缺点是配型困难、骨髓捐献者痛苦且恢复慢，风险大。近年来，临床常用药物来增加外周血中干细胞的数量实现外周血干细胞移植。外周血细胞分离采集术是相当安全的，使用的是一次性全封闭管道，不会造成任何感染，且此法适用于年龄较小的供体或其他不能接受骨髓采集的人。脐血移植是指利用新生婴儿脐带在被结扎后存留在脐带和胎盘中的血液——脐带血来进行的移植。虽然每个婴儿脐带中只有少量的血，但这些血液中含有大量的干细胞，是成体干细胞的主要来源之一。与非血缘骨髓移植相比，脐血来源丰富，采集方便；由于是以实物形式保存，不会被供者拒绝；寻找相合脐血所需时间短，可根据患者需要及时进行移植；移植后排斥反应小、感染发生率低，移植成功率高。但同时，脐血移植也有不足之处，如脐血量有限，细胞数量少，在成人脐血移植有一定限制；具有潜在过继遗传性疾病的可能；造血重建的时间较长，感染、出血的发生机率较大。

初中生物教学实践证明，在课堂教学中融入生物科学的现代进展，既能使学生在更宽阔的视野中理解科学的本质、科学技术发展的规律、科学技术和社会之间的相互关系，同时又能切实地激发学生的学习热情，提高学生的创新性思维能力，是实施生物学STS教育、提高学生生物科学素养的有效途径。