利用模式微生物培养学生的生命观念

易 琴 谢建平

(西南大学生命科学学院现代生物医药研究所 重庆 400715)

《普通高中生物学课程标准(2017年版)》提出： 学生应该在较好地理解生物学概念的基础上形成生命观念，如结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等。利用模式生物，尤其是模式微生物作为工具进行高中生物学教学，有助于融抽象的概念教学于生动、具体的情境中，实现以核心素养为主的高中生物学课程目标，有效培养学生的生命观念。

1 模式微生物的相关概念

模式生物(model organisms)是研究中采用较多，有助于理解生命科学一般规律的生物。它具备以下特点： ①其生理特征能够代表生物界的某一大类群；②容易获得，并易于在实验室内饲养、繁殖；③容易进行实验操作，特别是遗传学分析；④研究群体大，同一种模式生物的研究者之间共享观点、实验方法、实验系统和生物品系，从而促进研究的快速发展[1]。研究模式生物的生命现象，从而揭示其生长规律，有利于学生理解生命的普遍规律[2]。

普通高中生物学教材中随处可见模式生物，其目的不仅是让学生认识模式生物的重要特征并拓展到一般生物，更让学生对科学探究过程有感性认识，把握相关核心概念，从而为进入高等学校继续学习生物学打好基础。

微生物在地球生态系统的维持与稳定中起着无可比拟的作用。模式微生物在生命科学重大基础理论建立中具有里程碑性意义。例如，Lederberg利用大肠杆菌发现了细菌的基因重组和遗传物质结构，获1958年的诺贝尔生理学或医学奖。1952年，Hershey和Chase两人利用噬菌体证明了DNA的遗传功能，为最终确立DNA是主要的遗传物质奠定了基础。1958年，我国第一位细菌学博士余贺教授筛选特异性噬菌体成功控制了大面积烧伤工人邱财康的铜绿假单胞菌感染。

教材中常见的模式微生物包括： 酵母菌(Saccharomycescerevisiae)、大肠杆菌(Escherichiacoli)和噬菌体。

2 如何运用模式微生物培养学生的生命观念

2.1 以模式微生物为纽带建立相关核心概念间的联系 生物学知识不是相互独立而是密切联系的。在教学过程中，合理引导学生发现概念与概念间的联系，找准线索，最后织出一张牢固的核心概念网，逐步形成生命观念。

例如，噬菌体侵染细菌经典实验最终证明了DNA是遗传物质，而基因的本质是具有遗传效应的DNA片段，基因的表达是通过DNA控制蛋白质的合成来实现的，基因突变是DNA分子中碱基对发生替换、增添和缺失引起的基因结构的改变。基因突变产生新基因，进化原始物种，通过自然选择形成新物种。生态系统是由生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体，生态系统中生产者是生态系统的基石，消费者可加快物质循环，分解者是必不可缺的重要成分。因此，仅主要模式微生物(噬菌体、大肠杆菌、酵母菌)就涉及到了基因、进化、种群和生态四种重要概念(图1)，教师若能引导学生从模式微生物发散开来掌握核心概念，既能鼓励学生自己建立概念间的联系，又能引发学生对已有知识的联想和获得新知识的渴望，突出核心概念的地位与作用，实现了以学生为主体的教与学。

2.2 基于模式微生物开展探究实验 在实验中利用模式生物为材料有很大的优点： 一方面，学生可以掌握模式生物的生长习性和实验室培养方法；另一方面，模式生物往往有丰富的突变体等材料可以用于实验，相比非模式生物可以取得更好的效果；此外，模式生物往往便于实验室培养和操作，利于我们将传统的验证性实验改为探究性实验。

图1 主要模式微生物涉及的部分核心概念

对于高中生来说，理解抽象的生物学概念是一道难题，而教师若能充分发挥实验教学的特殊作用，合理设计安排相关实验，可以巩固学生理论知识的掌握，提高科学探究能力，有效培养学生的科学思维和生命观念。

例如，带领学生做关于大肠杆菌、酵母菌、放线菌等微生物的涂布、划平板实验(表1)，从而观察细菌菌落形态、大小、颜色，就能更好地理解教材中所提到的关于S型细菌和R型细菌。高等生物的进化经历时间长，不容易观察到，利用大肠杆菌传代时间短的特点可以在试管中“看见”进化。美国密执安州立大学著名的微生物学和分子遗传学教授Richard Lenski利用同一个大肠杆菌的后代创建了12个实验室菌株，观察它们的进化[3]。类似的一些基础实验对实验室要求也不高，需要超净工作台、小型培养箱等实验器材即可。通过类似的实验来提高学生思维活跃能力，让学生更好地理解与实验相关的生物学概念。

表1 微生物菌落观察实验

3 结语

进化过程中形成生物的多样性，不同生物的形态机构和生理特征不同，但对生命活动有重要功能的基因却是高度保守的。因此，从模式微生物入手，研究其重要功能基因，可以进一步探究人类生命活动中基因的结构和功能。中学生物学是对重要的生物学发现进行阐述，旨在培养学生形成积极的科学态度，发展创新实践能力，树立生命观念。利用模式微生物联系相关概念并开展实验探究有助于学生理解科学研究过程，认识生物多样性，形成生物进化的观点，树立正确的自然观。总之，模式微生物在生命科学研究中具有十分重要的意义，合理利用模式微生物是中学生物学教学中不可或缺的有效方法。