教育部的《关于加强和改进中小学实验教学的意见》提出：要强化学生实践操作、亲身感悟，组织开展好基础性实验和拓展性实验［１］。《普通高中生物学课程标准（２０１７年版２０２０年修订）》理念之一是“教学过程重实践”，强调要关注学生学习过程中的实践经历，从而加深学生对生物学概念的理解［２］。依据上述指导思想，若以培育超级作物“Ｐｏｍａｔｏ”作为教学主线，最佳的设计方案无疑是重现梅尔彻斯培育“Ｐｏｍａｔｏ”的部分实验过程，带领学生开展原生质体的分离、纯化、融合的实践活动，有利于更好地达成学习目标。

１梅尔彻斯文献资料的利用

梅尔彻斯文献资料［３］中有些内容可以转化为教学资源，如培育“Ｐｏｍａｔｏ”的实验流程、细胞融合的图片资料、杂种植株的表型特征图片资料、杂种植株的形态学、细胞学、生物化学鉴定资料等均可用于课堂教学，真实的实验可作为教学资源为学生搭建学习支架。

１．１实验过程将番茄叶肉细胞（淡绿色，２ｎ＝２４）和马铃薯愈伤组织（无色，２ｎ＝２４）分别置于较高渗透压（如０．５ｍｏｌ／Ｌ甘露醇）溶液中，用纤维素酶和崩溃酶／果胶酶处理４—５ｈ，去除细胞壁获得原生质体。两者原生质体在聚乙二醇溶液中１０ｍｉｎ，可以发现许多融合产物产生。将融合形成的杂种细胞转移到富含营养的培养基上，培养出愈伤组织，将愈伤组织再生出的小植株移植到土壤中。上述实验过程，是教师将文献资料中的核心内容进行了简化后梳理而成，该过程与教材中关于植物体细胞杂交技术流程一致，可作为教学资源用于课堂教学。

１．２图片资源培育“Ｐｏｍａｔｏ”的实验选用一直保持浸泡培养的马铃薯愈伤组织，制备无色的原生质体，用温室栽培的番茄（突变株）叶肉细胞，制备淡绿色原生质体。选用两种不同颜色的原生质体进行融合，利用两种原生质体颜色不同筛选融合原生质体，图１显示融合原生质体的细胞质尚未混合。该筛选融合原生质体的方法与学生实践中的方法一致。借助实验过程的照片资料，利于学生理解筛选融合原生质体的方法。梅尔彻斯培育成功的杂种植株如图２所示。通过观察不难发现，与预期的形态相差甚远，由此学生产生认知冲突，从而激发探究欲望。研究表明，其原因可能是关键基因没有表达，也利于学生辩证地理解结构与功能观。

１．３杂种植株的鉴定①形态学鉴定：植株在叶片形状和花的形态上与用于原生质体融合的马铃薯和番茄品种明显不同，花和叶具有杂种的特点，但并没有产生真正意义上的块茎。②细胞学鉴定：科学家对一些愈伤组织再生出的芽进行染色体计数，结果如表１。③生物化学方法鉴定：１，５二磷酸核酮糖羧化酶（ＲｕＢＰＣａｓｅ）由大小两个亚基组成，小亚基由核基因编码，大亚基由叶绿体ＤＮＡ上基因编码，科学家检测了四株植物ＲｕＢＰＣａｓｅ大小亚基的来源，结果如图３。充分利用这三方面的鉴定资料，通过设置相关问题，如依据表型进行杂种植株的鉴定是否可靠？染色体数目接近４８能否确定为杂种植株？ＲｕＢＰＣａｓｅ检测结果说明什么？这些问题的设计，有利于培养学生的科学思维，同时也利于学生理解科学研究的思路和方法。

２学生实践活动

教学中增加培育“Ｐｏｍａｔｏ”的部分实验内容，包括原生质体的分离、纯化和融合过程。在实验的基础上，学生能更好地理解去除细胞壁的方法、诱导融合的方法、筛选的必要性。增加课标要求以外的学生实践活动，是充分利用学校的现有条件，为学生提供可能的实践机会，将理论教学与实验教学相互融合，进而利于学生深入理解植物体细胞杂交技术的原理和流程。但由于实验条件所限，未能实践植物体细胞杂交的全部实验操作。

２．１实验准备①实验材料：选取了多种实验材料，不仅选用番茄和马铃薯（包括番茄叶、番茄果实、马铃薯块茎、马铃薯组培苗），还选用了其他实验材料（包括白菜叶、甘蓝叶、西蓝花花球、菜花花球以及铁皮石斛愈伤组织），以期探究适宜分离原生质体的实验材料。②试剂配制［４］：配制的溶液中，最主要的是酶解液，酶解液成分中纤维素酶、果胶酶、离析酶用于酶解细胞壁；甘露醇用于调节渗透压，实验中需配制较高渗透压的甘露醇溶液；ＭＥＳ可用于调节ｐＨ（缓冲剂），牛血清蛋白可减少或防止降解细胞壁过程中对细胞器的破坏；ＣａＣｌ２具有保护细胞膜的作用。

２．２实验过程①分离并纯化原生质体具体操作过程如图４［４］。学生疑惑１：为什么在切材料和酶解材料过程中都使用较高渗透压的甘露醇？释疑：在切材料时使用较高渗透压的甘露醇，可使细胞出现微弱的质壁分离，利于完整的原生质体的释放。酶解材料过程中使用较高渗透压的甘露醇，可防止去除细胞壁后水分大量进入原生质体，导致原生质体吸水胀破。疑惑２：去除细胞壁时不仅加入相关酶，还使用了较高渗透压的甘露醇、ＣａＣｌ２、牛血清蛋白、ＭＥＳ，还要控制酶解时间、酶解温度、离心机转速……其目的是什么？释疑：确保原生质体的结构不被破坏，保持其形态和活力，只有确保结构的完整，才能行使相应功能。结果展示如图５。②原生质体融合具体操作过程如图６［４］。结果展示如图７。学生疑惑１：需要提供什么证据才能证明原生质体正在融合？释疑：最直接的证据就是看到原生质体融合过程的连续动态变化。在１小时内，将连续拍摄的１５张马铃薯菜花原生质体融合照片，制成动态的视频，证明马铃薯菜花两个原生质体正在融合（图７Ｄ）。疑惑２：为什么要对融合的原生质体进行筛选Ａ．番茄叶肉；Ｂ．番茄果肉；Ｃ．马铃薯叶肉；Ｄ．马铃薯块茎Ｅ．白菜叶肉；Ｆ．甘蓝叶肉；Ｇ．菜花花球；Ｈ．西蓝花花球Ａ．白菜甘蓝；Ｂ．西蓝花菜花；Ｃ．马铃薯菜花；Ｄ．马铃薯菜花（融合动态过程）；Ｅ．菜花菜花；Ｆ．甘蓝甘蓝；Ｇ．马铃薯马铃薯；Ｈ．马铃薯菜花（３个原生质体）图７显微观察不同实验材料的原生质体融合释疑：实验观察到未融合的原生质体、同种的两个原生质体融合、不同种的两个原生质体融合、不同种的三个原生质体发生融合、同种或不同种的多个原生质体融合现象，能够说明融合是不定向的，因此我们需要筛选出杂种细胞。疑惑３：ＰＥＧ为什么能够促进原生质体融合？释疑：普遍认为，ＰＥＧ能够改变细胞的膜结构，使两个细胞接触处质膜的脂类分子发生疏散和重组，从而导致质膜相互亲和、融合。疑惑４：是否必须选用不同颜色的原生质体进行融合，否则就无法筛选？释疑：利用物理特异性的差异筛选，如原生质体大小、颜色、形态……也可用不同荧光素分别标记亲本原生质体。利用细胞系互补筛选：只有互补的杂种细胞能够生长。利用生长特异性差异筛选：利用细胞生长和分化能力的差异。关注学生的实践经历，在实践中加深学生对于原理和过程的深入理解，体会结构与功能相适应，只有确保结构的完整，才能行使相应功能。教师与学生针对技术难题，进一步梳理归纳，形成完整的技术流程。

３总结

本节内容侧重生命观念中“结构与功能观”的形成与应用。学生基于已有认知进行方案的设计、分析方案的可行性、通过实验解决技术难题等活动中，运用“结构与功能观”解决和解释概念形成过程中的相关问题。本节课充分体现科学技术的进步对人类生产生活产生的影响，同时也体现了实验教学对概念形成的重要作用。（基金项目：北京市教育科学“十四五”规划课题“基于学习单元模式下的生物实验教学实施策略研究”，Ｎｏ．ＣＤＤＢ２１４１８）

作者:郭秋荣 王冉 王银环 单位:北京市昌平区教师进修学校 北京市昌平区第一中学