原创高中各模块常见问题集锦-生物

#《分子与细胞》常见问题析疑高中生物学课程改革已经进入第三个年头。在过去两年的课改实践中，实验区的教师们积极探索，积累了许多鲜活生动的经验，使生物学的课堂教学呈现出学生参与程度高，乐于探究，师生互动，教学相长的喜人气象。但是教师们也从教材与教学关系的角度，提出了不少问题。这些问题的解决，有赖于教师课程观念的转变，也有赖于教材编者与教师们的进一步沟通。这篇“析疑”的目的，就是期望把教材编写的意图更好地传达给老师们，让课程改革的理念和教材编写的指导思想，通过老师们的创造性劳动，在课堂教学中开花结果。以下撷取一些有代表性的问题，与教师们探讨。绪论课怎么上？新教材以“科学家访谈”代序，是对传统教科书绪论的突破。以《分子与细胞》为例，访谈的是我国著名生物学家，中科院院士邹承鲁教授。邹承鲁院士的研究领域是生物大分子，其研究工作与本模块的学习内容密切相关。教材通过介绍邹院士的工作，阐述学习、研究生物大分子的意义，解决“学什么”和“为什么学”的问题。“访谈”重点围绕人工合成结晶牛胰岛素展开，既谈到科学研究的过程和方法，也谈到科学家的勇气和创新，团队合作和锲而不舍的精神，以及为祖国为人类做贡献的志向，给学生多方面的启迪，让学生在具体的事例中，领悟应该“怎样学”科学。教师可以让学生先阅读“科学家访谈”，然后分小组讨论感想。为保证“讨论”不跑题，教师最好事先拟定讨论提纲，供学生讨论。为了更好地激发学生学习生物学的兴趣，教师还可以事先收集生命科学最新进展，以及需要依靠生命科学解决的重大问题的资料，组织学生讨论。这些资料最好与本模块的学习内容“分子”和“细胞”相关。《从生物圈到细胞》一节内容多，1课时上不完，怎么办？第1章第1节《从生物圈到细胞》，包括两个内容“生命活动离不开细胞”和“生命系统的结构层次”，目的是为了帮助学生建构一个概念，即“细胞是最基本的生命系统，细胞是生命活动的基本单位”。概念的建构，不是靠教师告诉学生，而应该由学生通过自主学习获得。通过学生主动参与的，认真思考的探究性学习过程而建构的概念，才会比较容易整合进学生的知识网络，印象才深刻，记忆才长久；也才能在需要运用时，比较容易地提取，用于分析、解决实际问题。本节教材以及其他章节的教材中，提供了供学生分析、讨论用的大量图文资料，这些资料是重要的课程资源，是帮助学生建构概念的，不需要学生记忆。教学时，教师可安排不同的小组分别讨论不同的资料，然后小组代表汇报讨论结果，再由教师对讨论结果进行点评、修正和概括总结。如果在教学中明确教学目标，抓住核心概念的学习，就不会出现课时不够的情况了。本模块的实验、探究很多，如何处理？在《分子与细胞》这册书中，一共安排了14个实验、探究。为什么教材要安排这么多的实验、探究呢？因为《课程标准》要求学生在本模块的学习中，重点掌握“观察和实验”的科学方法。《课程标准》在“内容标准”中，明确列出了学生需要完成的多项实验和探究活动。鉴于我国高中生物教学的实际情况，我们的建议是：首先保证完成课程标准的“内容标准”中规定的实验和探究，女口“使用高倍显微镜观察几种细胞”；其次，尽可能地开设课程标准的“活动建议”中列出的实验和探究，如“检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质”；有条件的学校，再安排教科书增加的实验，如“体验制备细胞膜的方法”（见下表）。此外，建议教师在课堂教学中采取精讲多做的策略，给实验和探究活动留出时间。配套的教师用书中所附“实验和探究”的光盘，也会对实验和探究活动的教学起到一定帮助。在课本中实验/探究/模型建构的名称课标的要求对是否开设的编号的建议实验1使用高倍显微镜观察几种细胞“内容标准”要求必做实验2检测生物组织中的还原糖、脂肪和“活动建议”要求有条件的学校尽量开设蛋白质实验3观察DNA和RNA在细胞中的分布“活动建议”要求有条件的学校尽量开设实验4体验制备细胞膜的方法课标未作要求根据需要选择开设实验5用咼倍显微镜观察叶绿体和线粒体“活动建议”要求有条件的学校尽量开设模型建构尝试制作真核细胞的三维结构模型“内容标准”要求必做探究1植物细胞的吸水和失水“活动建议”要求有条件的学校尽量开设实验6比较过氧化氢在不同条件下的分解课标未作要求根据需要选择开设探究2影响酶活性的条件“活动建议”要求有条件的学校尽量开设探究3探究酵母菌细胞呼吸的方式“活动建议”要求有条件的学校尽量开设实验7绿叶中色素的提取和分离“活动建议”要求有条件的学校尽量开设探究4环境因素对光合作用强度的影响“内容标准”要求必做实验8细胞大小与物质运输的关系“活动建议”要求有条件的学校尽量开设实验9观察根尖分生组织细胞的有丝分裂“内容标准”要求必做4.第2章《组成细胞的分子》应该先学水和无机盐，还是蛋白质和核酸原教材学生先学“水和无机盐”，后学“蛋白质和核酸”这是由易到难的认知顺序。新教材学生先学“蛋白质和核酸”，后学“水和无机盐”这是先抓主要矛盾的认知顺序。当人们在研究未知事物时，首先感兴趣的是其中最重要的东西，即先抓主要矛盾。在进行新教材的教学时，如果有的老师觉得先易后难的顺序比较好，让学生先学“水和无机盐”的内容也未尝不可。“染色体”“性状”等概念的出现没有铺垫，缺乏循序渐进教科书中新概念的出现是有铺垫的。“染色体”“性状”等概念，学生应该在初中生物课中学过。高中课程标准的制订和教材的编写，是建立在初中的基础上的。学生觉得陌生，可能是由于初中的基础没打好。建议高中教师查阅初中生物课程标准和教材，了解学生应该具备的知识基础。如果学生的基础不太好，教师可以适当补补课。对于概念的讲解是否都要一步到位有些概念的学习是有一定难度的，学生的认知需要有一个螺旋式上升、循序渐进的过程。一套教科书的编写是一个整体工程，对于同一个概念，编者可能会安排在不同的章节让学生学习。但并不是简单重复，而是结合具体内容不断加深认识。例如，“核酸”的概念，在第2章第3节出现了，学生只是大致了解，将来在《遗传与进化》模块，学生还会详细地学习。又如“线粒体”“叶绿体”，第3章第2节只是简单提及，在第5章结合有氧呼吸和光合作用，再展开详细介绍它们的结构和功能。再如“细胞”“组织”“器官”“系统”的概念，学生在初中学过，本书第1章第1节提到，第6章学生在学习细胞增殖、分化、衰老和癌变时，对于这些概念及其相互关系还会有进一步的了解。建议老师们在备课时，应首先对三个必修模块学习内容的安排有一个通盘了解，以便在制订教学计划时，能够统筹考虑。可否将《细胞膜一一系统的边界》和《生物膜的流动镶嵌模型》合并在实际教学中，我们可以看到，不少老师都是这么处理的，将第3章第1节《细胞膜一一系统的边界》和第4章第2节《生物膜的流动镶嵌模型》合并，作为一节课让学生学习。老师们觉得《细胞膜一一系统的边界》这一节内容比较简单，希望在讲解细胞膜的内容时，一次性地把细胞膜的组成、结构和功能以及这些知识的来龙去脉讲透。从讲解知识的角度来看，这样处理似乎挺有道理。但是这两节的学习内容，其教育价值仅仅是让学生了解相关的知识及其来源吗？首先看一下第3章第1节在全书中的位置。人教版《分子与细胞》一书的主线是“细胞是基本的生命系统”，各章节围绕这条主线展开（见下图）。这本书的编排体系渗透了系统论的思想。虽然书中没有谈系统论，但是学生沿着这本书的编写思路学完之后，会在不知不觉之中体验了系统论的研究方法，为在第3个必修模块《稳态与环境》中学习系统分析的方法打下基础。通过具体事例一一细胞的学习，领悟系统论的思想，对于提高学生的科学素养无疑是很有价值的。第3章的三节内容，完成的是对细胞这一基本的生命系统的结构的了解。第1节对细胞膜的学习，重点放在细胞膜作为系统的边界，具有哪些功能。其中细胞膜实现细胞间信息交流的功能是难点，需要教师安排一定的时间给学生讲解，让学生理解、掌握。此外，实验“体验制备细胞膜的方法”虽然是课标中没有要求的，但是其中涉及的对实验材料的选择，以及细胞膜制备的具体操作，都包含了重要的科学方法。应当充分利用教科书提供的这一素材，对学生进行科学方法的训练。这也需要一定的时间《分子与细胞》教材具体问题答疑/gzsw/jshzhx/kbjc/jcdy/200704/t20070402384222.htm人民教育出版社课程教材研究所李红关于吡罗红和甲基绿的配制，教科书介绍的是吡罗红和甲基绿混装粉的配制方法。如果买不到混装粉，分装粉该如何配制呢？如果化学试剂商店没有吡罗红甲基绿混装粉，可以分别购买甲基绿和吡罗红G（注意：用于核酸染色的是吡罗红G,请不要错买吡罗红B），然后按以下方法配制。①染色剂A液的配制方法取甲基绿2g溶于98mL蒸馏水中，取吡罗红G5g溶于95mL蒸馏水中。取6mL甲基绿溶液和2mL吡罗红溶液加入到16mL蒸馏水中，即为A液，放入棕色瓶中备用。②染色剂B液的配制方法B液是一种缓冲液，由乙酸钠和乙酸混合而成。先取乙酸钠16.4g,用蒸馏水溶解至1000mL备用；再取乙酸12mL，用蒸馏水稀释至1000mL备用。取配好的乙酸钠溶液30mL和稀释的乙酸20mL，加蒸馏水50mL,配成pH为4.8的B液。③染色剂的配制染色剂是由A液、B液混合配制而成的。取A液20mL和B液80mL混合，就是实验中所用的吡罗红甲基绿染色剂。应该注意的是该试剂应现用现配。参考价格如下：北京化学试剂公司（地址是东四南大街160号，电话是65127916）甲基绿牌号为“JBN-42590”10g170元吡罗红G牌号为“Fluka进分-ind”5g232元402元细胞核是细胞器吗？许多高校教材、细胞学专著、从事细胞学研究的科研人员，都把细胞核作为细胞器，这是没有问题的。为此我们专门请教了细胞学专家。但是多年来，咱们国家的中学生物教学一直把细胞核排除在细胞器之外单讲。这些都是人为定义的，是不是把细胞核作为细胞器，并不影响对细胞核、细胞器以及细胞结构与功能的理解。为了遵循教师们多年的教学习惯，目前教科书中没有明确指出细胞核是细胞器。“生物膜流动镶嵌模型”图片下部的紫色条带是什么结构？该图片源自国外教材，原书对此结构没有做说明。经专家推测，紫色条带结构是细胞膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构，属于膜骨架系统，它参与维持细胞膜的形状并协助细胞膜完成多种生理功能。“高温对酶促反应速率的影响”与“高温对酶活性的影响”是一回事吗？温度对酶促反应速率的影响表现在两个方面。一方面当温度升高时，与一般化学反应一样，反应速率加快。另一方面由于酶是蛋白质，随着温度的升高，酶蛋白逐渐变性而失活，引起酶反应速率下降。如果用酶促反应速率对温度作图，曲线为钟罩形，不与温度横轴相交，因为酶失活不等于反应停止。绝大多数酶是蛋白质。几乎所有的蛋白质都因加热变性而凝固。即高温使酶失活。如果用酶活性对温度作图，钟罩形曲线在高温处与横轴相交，表示高温时酶失活。需要注意的是：酶活力的大小一般用一定条件下催化的某一化学反应的发应速率来表示。“水分子通过人工脂双层”与“水分子通过细胞膜”有什么区别？人工脂双层不含蛋白质，水分子可以自由扩散的方式通过人工脂双层；而在细胞膜中，除了脂双层外，还镶嵌有各种蛋白等，水分子在通过细胞膜时，一部分水通过脂双层出入细胞，另一部分水通过水通道蛋白进行扩散，也就是说，水分子通过细胞膜的方式并不单一，其中，水通道的方式速度更快，例如，在哺乳动物红细胞中，细胞膜上存在水通道蛋白，将红细胞移入低渗溶液中，红细胞很快就会吸水膨胀而溶血。值得注意的是，并不是所有的细胞膜上都存在水通道蛋白，如水生动物卵母细胞膜上的水通道蛋白就比较少。物质通过细胞膜进行被动运输有几种方式？物质通过细胞膜进行被动运输，有以下几种可能方式。1.能通过人工脂双层的物质，自然能通过细胞膜。2.借助于运输蛋白（1）通道蛋白横跨细胞膜形成的水的通道，能使适宜大小的分子及带电荷的溶质通过简单的自由扩散从膜的一侧到另一侧。通道蛋白不直接与水分子或溶质分子相互作用，这些小的分子可以自由地扩散。（2）门通道“门”瞬时地开放。仅在对特定的刺激（细胞外的特定物质或细胞内外特异离子浓度发生变化时）发生反应短暂地打开。在短暂的瞬时开放的时间里，一些离子、代谢物或其他溶质自由扩散通过细胞膜。绝大多数门通道运输离子，对其转运的离子具有高度选择性。（3）载体蛋白是跨膜蛋白分子，能与特定的分子，如葡萄糖、氨基酸或金属离子等结合通过膜。具有高度特异性，与物质进行暂时性的、可逆的结合和分离。（注：主动运输也需要载体蛋白）（4）离子载体是小的疏水分子，溶于膜的脂双层中，大部分是微生物合成的。可动离子载体在膜的一侧结合离子，在另一侧释放离子。通道离子载体形成跨膜的通道，运输离子，具有瞬时开放的特点。有的专著把（1）通道蛋白和（2）门通道两种情况合并为通道蛋白一种类型，由于绝大多数通道蛋白运输离子，有的专著将其称为离子通道，实际上，除离子通道外，应该至少还有水通道。一般书上不提（4）离子载体这种情况。由此可见，离子的运输情况是比较复杂的。人教版教科书考虑到高中学生的认知水平和接受能力，在参考了大量的国外最新版教科书及请教了细胞学专家之后，确定了目前“物质跨膜运输方式”的学习内容。当然，随着生物科学的发展，对物质跨膜运输机制更深入透彻的研究，教科书也将不断改进。肌质体和肌质网肌纤维中有三种细胞质成分有高度分化。肌原纤维（myofibrils）主要由蛋白质肌丝组成，行机械收缩的功能。肌质网（sarcoplasmicreticulum）相当于细胞内的滑面内质网，功能是在纤维内传导兴奋性冲动，并通过调节Ca2浓度引起或终止肌原纤维收缩。肌质体（sarcosome）是线粒体，数目很多，产生ATP,是肌肉收缩的能量供应者。肌质体的含量丰富，可能与肌肉经常性的收缩有关，如心肌组织中肌质体的数目就比较多。《遗传与进化》教材具体问题答疑/gzsw/jshzhx/kbjc/jcdy/200704/t20070402_384438.htm人民教育出版社课程教材研究所李红核酸是唯一的遗传物质吗？导致疯牛病、羊瘙痒病以及人的Kuru病的朊病毒（prion），是一种能够迅速繁殖、传染的蛋白质病原体。迄今为止，发现它只含蛋白质，不含核酸。随着对朊病毒的分子结构、复制机制研究的逐步深入，科学家正在揭开蛋白质遗传的神秘面纱，并使“核酸是唯一遗传物质”的传统概念开始动摇。有科学家认为，这将影响到分子生物学的DNA遗传理论和基因概念，提出了“蛋白质基因”的观点。目前，生物学家正对这一问题进行深入的研究，不同的观点也在争论之中。有的老师对于教科书上关于基因的定义“基因是有遗传效应的DNA片段”存有疑义，提出“这句话能体现基因丰富的内涵吗？能作为现代基因的概念吗？”要弄清楚这一问题，需要了解现代遗传学和分子生物学与基因有关的一些概念及观点。断裂基因一个基因，往往由几个互不相邻的段落（外显子）组成，它们被长达数百个甚至数千个碱基对的插入序列（内含子）所间隔，这样的基因称为断裂基因（splicinggene）。在真核细胞中断裂基因具有普遍性，断裂基因在原核细胞中也有发现。断裂基因在进化中可能有以下意义。（1）有利于贮存较多的信息，增加信息量。一般地说，一个基因只转录出一种mRNA，但是一些断裂基因以不同的剪接方式可以产生两种以至多种mRNA，编码不同功能的多肽。（2）有利于变异和进化。虽然单个碱基的改变有时可以引起氨基酸的变更而造成蛋白质的变化，但是很难产生重大改变而形成新的蛋白质。更何况如果单个碱基的突变发生在密码子第三位上往往是沉默的，于是大大地降低了突变的效应。而在断裂基因中，如果突变发生在内含子与外显子结合的部位，那么就会造成剪接方式的改变，结果使蛋白质结构发生大幅度的变化，从而加速进化。（3）增加重组几率。内含子有可能不断地增减造成新的剪接方式，一方面形成新的基因，另一方面在剪接过程中无疑会增加重组频率；同时，在断裂基因中，由于内含子的存在，基因长度增加，于是也增加了重组频率。（4）可能是基因调控装置。内含子可能在基因表达中有一定的调控作用，在基因转录水平上以及在合成了mRNA以后的加工过程中起着调控基因表达的作用。总之，断裂基因是具有十分重要的生物学意义的，但是对它的功能还不是完全了解，还有待于进一步研究。转座子转座子（transposon）是染色体（或质粒）上的一段DNA序列，它作为一个可以分离但不交换的单元，能从一个位点转移到另一个位点。转座子约占高等真核生物基因组的10%。转座子会影响到基因的表达。已经证实，果蝇所发生的自发突变中，二分之一以上是由于转座子插入基因中或插入邻近基因所造成的。有些基因转录活性的增高或抑制也是因为转座子的靠近造成的。转座子的遗传学效应具体表现在以下几个方面。（1）引起插入突变。（2）插入位置上出现新的基因。（3）转座子是以它的一个复制品转移到另一位置，而在原来位置上保留原有的转座子。（4）改变染色体结构，主要导致染色体缺失、倒位等染色体畸变。（5）转座子可以从原来位置上消失，这一过程称为切离。准确的切离使因插入转座子而失活的基因发生回复突变，不准确的切离则不发生回复突变，而是带来染色体畸变。（6）调节基因活动的开关。（7）产生新的变异，有利于进化。由于转座子也可以携带其他基因进行转座，形成重新组合的基因组，以及通过转座形成大片段插入，引起缺失，引起倒位等，均会造成新的变异。这些新的变异对生物的适应性以及进化会起到积极的作用。除上述几个方面外，转座子还有其他的遗传学效应。转座子除了它本身的遗传学效应外，在许多方面是遗传学研究中一个有用的工具，如作为基因转导的供体、基因定位的标记，筛选插入突变，菌株构建，基因克隆等都可以利用转座子作为工具。随着对转座子研究的深入，转座子的应用会愈来愈广泛。重叠基因所谓重叠基因（overlappinggene）是指两个或两个以上的基因共有一段DNA序列，或是指一段DNA序列成为两个或两个以上基因的组成部分。重叠基因有多种重叠方式。例如，大基因内包含小基因；前后两个基因首尾重叠一个或两个核苷酸；几个基因的重叠，几个基因有一段核苷酸序列重叠在一起，等等。重叠基因中不仅有编码序列也有调控序列，说明基因的重叠不仅是为了节约碱基，能经济和有效地利用DNA遗传信息量，更重要的可能是参与对基因的调控。假基因假基因（pseudogene）是相对于与其序列相似的真基因而言的。假基因与正常基因有相似的序列，但是在编码序列当中往往含有移码或终止密码，从而使此类基因不能产生功能性产物或者没有一个可以觉察的表现型。假基因广泛地发现于人、动植物、微生物中，它们可能大量地存在。假基因与真基因之间并没有绝对的界限。一个个体中的假基因，在同一物种的另一个个体中可以是功能性的真基因。近期的研究认为假基因是生物进化的遗迹，例如，基因每重复一次形成的两个基因分化趋异，有用的基因作为真基因发挥功能，没有用的成为假基因。有科学家预言，随着时间的流逝，假基因终将遭到淘汰而趋于消失。是否如此，有待时间检验。模糊基因细胞内对RNA的加工可以改变mRNA的密码子，使一些原本无意义的mRNA转变为有意义的mRNA，并能产生具有一定功能的蛋白质。而这些mRNA的基因原本是意义模糊的序列，是不能产生蛋白质的，这样的序列称为模糊基因或隐秘基因（cryptogene）。关于染色体、基因、DNA关系的新观点分子生物学把基因的概念严格定义在DNA序列上，鉴定基因的过程是从一定的DNA序列经过蛋白质产物，最后到达一定的性状（表现型）。由于转录过程的剪接的多样性，转录后及翻译后修饰的多样性，完全打破了“一个基因，一个蛋白质”或“一个基因，一个性状”的概念，使基因与它所表达的功能性产物（性状）之间出现了辐射的、交叉的关联，大大增加了从基因到性状的不确定性。传统遗传学定义基因的过程与分子生物学相反，它是从性状到基因，性状与基因是直截了当的关联，把基因作为染色体上的一个物理的遗传位点，并不仅仅是DNA。看起来传统遗传学不如分子生物学那么精确，但是基因是否仅仅由DNA构成，分子生物学的发展提出了新的观点。构成染色质的主要结构物质是DNA和组蛋白。组蛋白的化学修饰可以改变染色质的结构，使基因的转录打开或关闭，对基因表达进行调控。如果组蛋白的化学修饰是一种后成遗传信息，而且与DNA遗传信息的开/关密切相关，那么DNA就不是染色体中唯一的遗传信息的载体，作为遗传信息载体的应该是整个染色体（组蛋白一DNA复合体）。孟德尔的遗传因子（基因）的含义要比DNA本身广泛得多。孟德尔一摩尔根遗传学对基因的概念是“基因是染色体的一个节段”。近代分子生物学把基因定义为DNA分子的一个节段，把基因看成DNA专有的功能组分，看来是片面的。随着分子生物学的发展，人们对基因的认识还将不断丰富。小结对基因结构和功能的研究，是当今生物科学，特别是现代遗传学、分子生物学、细胞生物学研究的热点领域，新的成果不断涌现，人们对于基因的认识也日新月异。“基因是有遗传效应的DNA片段”这句话，虽然没有非常具体地阐明基因的结构和功能，但是却能够比较好地将传统遗传学和现代遗传学、分子生物学的研究成果统一起来，为人们所普遍接受。我们也期待着新的成果和突破，赋予基因更完善的现代阐述。受精作用属于基因重组吗？基因重组是遗传的基本现象。无论高等真核生物，还是细菌、病毒都存在基因重组现象；不仅在减数分裂中发生基因重组，在高等生物的体细胞中也会发生重组；重组不只是在核基因之间发生，在叶绿体基因间、线粒体基因间也可以发生。只要有DNA就会发生重组。狭义的基因重组是指两个DNA分子间的物质交换。可以分为三类。同源重组它的发生依赖于大范围的DNA同源序列的联会。重组过程中，两个染色体或DNA分子相互交换对等的部分。在真核生物中，重组发生在减数分裂时期的同源染色体的非姐妹染色单体之间。细菌和某些低等真核生物的转化，细菌的转导、接合以及某些病毒的重组等均属于这一类型。位点专一性重组这类重组在原核生物中最为典型。它的发生依赖于小范围的DNA同源序列的联会。两个DNA分子并不交换对等的部分，有时是一个DNA分子整合到另一个DNA分子中。异常重组完全不依赖于序列间的同源性而使一段DNA序列插入另一段中。但在形成重组分子时往往依赖于DNA复制而完成重组过程。例如，转座子从染色体的一个区段转移到另一个区段，或从一条染色体转移到另一条染色体。高中教科书阐述的基因重组，是广义的作为可遗传的变异的来源、生物进化的材料的基因重组，除狭义的基因重组外，还包括基因的自由组合定律阐明的基因重组，这也是发生在减数分裂产生成熟生殖细胞的过程中。考虑到高中学生的接受能力，狭义的基因重组中，只介绍同源重组。受精作用不属于遗传学范畴所论述的基因重组。遗传工程中的DNA重组技术，是人为操作的生物技术，也不属于自然条件下发生的基因重组的范畴。多倍体是新物种吗？物种形成有两种方式：地理的物种形成（geographicspeciation）又称渐变式物种形成，量子式物种形成又称爆发式物种形成（quantumspeciation）.地理物种形成一般先有地理隔离，继而各自通过不同的遗传改变途径如基因突变、染色体变异、基因重组等，在自然选择下，形成不同的地理族（即亚种），一般在形态上已有一定差异。亚种再进一步分化，直到有机会重新相遇时已不能有基因交流，产生了生殖隔离，形成新的物种。可见，单纯有地理隔离和形态差异，而尚未形成遗传隔离机制的，只能称为不同的亚种。依靠这种方式形成新物种的速度及其缓慢。量子式物种形成主要见之于植物界。例如，萝卜甘蓝和异源八倍体小黑麦都是先通过杂交，然后进行染色体加倍形成多倍体，它们与二倍体祖先种之间都产生杂种不育的生殖隔离。这种通过异源多倍体而一次形成新种的方式在植物界比较常见。由此可见，新物种的产生一定要有生殖隔离。如果多倍体与其祖先种之间已经产生生殖隔离，不再有基因交流，那么这个多倍体就是新物种。新基因的产生只能来自基因突变吗？传统遗传学认为，基因只能来自基因。基因的突变是产生新基因的唯一途径。即“突变是源，重组是流”。真核细胞基因组含有大量的重复序列。某些两栖动物，如绿蛙、美洲蝾螈等基因组的90%为重复序列DNA，某些重复频率可达1X106次。哺乳动物基因组的大部分都不是编码序列，人们曾认为它们是“垃圾DNA”。自20世纪90年代以来，对于垃圾DNA，特别是对重复序列有了新的认识。基因在维护其本身结构与功能完整的情况下，可以利用垃圾DNA来产生新的基因或新的蛋白质。因此，重复DNA可能是新基因发生的材料。也就是说，DNA突变并不是进化的唯一材料，垃圾DNA也是基因组进化的一个巨大的矿藏。然而，重复序列是怎样产生的？它的生物学意义是什么？这是至今还没有彻底解决的问题。人教版高中生物新教材《稳态与环境》常见问题解答/gzsw/jshzhx/grzhj/jcpzhl/typ/jcdyi/200706/t20070619398046.htm人民教育出版社课程教材研究所谭永平人教版《普通高中课程标准实验教科书生物3必修稳态与环境》（以下简称为教材）正在多个省市试用。老师们在使用教材过程中会出现一些疑惑，也常常向教材编写人员提出一些问题。以下对老师们经常问到的问题略作解答。一、本模块教材的内容跨度很大，学习本模块的结果很有可能是一堆零散概念的堆积，而不能形成整体。如何帮助学生避免出现这一问题？从知识内容看，本模块既有动物和人体生命活动调节的内容，又有植物激素调节的内容，还有种群、群落、生态系统等宏观主题的内容，确实跨度很大，弄不好还真有可能出现上述问题。要避免出现这一问题，牢牢把握这个模块教材的主线就显得特别重要。老师们大都知道本模块教材的主线是“生物个体、种群、群落和生态系统多层次生命系统的稳态（或稳定性）的维持”，关心的是具体如何做的问题。以下从策略和技术两方面提些建议。策略方面在进行本模块的教学时，老师们特别需要注意本模块的主线，把握其中的关键词：“个体水平的生命系统”“群体水平的生命系统”“稳态”“调节”“环境”心中有主线，有关键词，在具体教学时，就能够把握方向。）山2.技术方面仅有策略并不必然能达成预期目标，策略还需要有具体方法的支持。在进行本模块具体教学时，可以着重注意以下两点。（1）抓好“关节点”抓住教材中的几个“关节点”，有助于从下一层次的生命系统“跃迁”到上一层次的生命系统，关注多层次生命系统之间的关系。教材中的“关节点”有：第1章篇首页的压图诗，阐述了稳态的特征；第一章第一节的“问题探讨”，从细胞水平过渡到个体水平；第8页稳态的定义；第11页“科学史话”《稳态概念的提出和发展》，指出了稳态是生命科学的一大基本概念；第2章章引言，指出了稳态与调节的关系；第27页反馈调节的定义；第3章“本章小结”最后一段和第4章引言、压图诗，从个体水平过渡到群体水平；第71页方框“研究群落”，研究了低一层次生命系统与高一层次生命系统的关系；第5章第1节的“问题探讨”，从群落过渡到生态系统;第114页的“技能训练”,对生命系统共性进行总结;等等。（2）概念网络化以上所提到的“关节点”，或是本模块核心概念，或是不同层次生命系统的学习内容交接点，把握这些点是重要的。但对于本模块的学习来说，仅仅把握这些点显然不够，而是要以这些点为纽带，让本模块的主要概念在学生的头脑中“以命题网络的形式，经过重建被保留下来”[1]使本模块知识系统化和整体化。在进行具体内容的教学时，经常对照教材主线并及时总结有助于学生将本模块内容系统化、整体化。如何做？以下试举3例。例1,在进行《免疫调节》的教学时，对照主线，就应突破以往讲免疫系统防卫功能的思路，突出免疫的调节作用；同时，关注免疫调节与神经调节、体液调节的关系，引导学生认识三者之间的关系，进而从整体上认识生命活动的调节。例2，教材在第27页给出了反馈调节的定义，阐述了其意义；在109页又提到负反馈调节。如果能让学生联系这两处有关反馈的内容，并进而比较内环境稳态和生态系统稳定性调节之间的异同，对于理解生命系统稳态和调节的共性将很有帮助。正如著名的苹果落在牛顿头上从而激发了牛顿发现万有引力的故事所说的那样，苹果曾经千万次地落在人们头上，但当苹果落在牛顿头上时，牛顿不仅想到了“苹果为什么会落下来”，而且联系到了“月亮为什么落不下来”，由此找到了解决问题的途径。可见建立有效的联系是多么重要。例3,教材中设计了一些概念图，实际教学中，老师们可以根据情况，灵活地用好每章已有的概念图，还可以设计出跨章、跨生命系统层次的概念图，引导学生将所学内容与前面章节建立联系，从而每往后学一章都能够更上一层楼。以上仅为建议，未必妥当。我们有理由相信，老师们在教学实践中会激发更多的教学机智，会涌现更多的好经验，从而实现本模块的核心价值，让学生更好地把握个体和群体水平生命系统的稳态及其与环境的关系。二、建立血糖调节的模型建立的是什么模型？如果要给一个简单的答案的话，可以认为既有物理模型也有概念模型，而主要的是建立概念模型。我们可以把学生所做的模拟活动看作是构建动态的物理模型；根据模拟活动的体验构建的是图解式概念模型。在建立了概念模型之后，还要运用这一模型来进行预测，分析当出现胰岛素不足等情况时会发生什么。要理解模型方法，首先需要了解什么是模型。模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性的描述。例如，非常庞大的太阳系或非常微小的细胞，或难以看到全貌，或难以用肉眼直接看到，要形象地说明其结构往往非常困难，而借助于模型就可以解决这样的问题。模型的形式很多，一般所说的模型主要有物理模型、数学模型、概念模型等。大家对物理模型和数学模型比较熟悉，而对概念模型感觉比较陌生。教材中的概念模型是指以文字表述来抽象概括出事物本质特征的模型团。例如，描述光合作用主要反应过程的光合作用图解、达尔文的自然选择学说的解释模型就可以看作是概念模型。在许多情况下，要分析某个模型究竟是物理模型和概念模型，可能需要克服非此即彼的二元对立观点，因为有的模型可能既是物理模型，也是概念模型。要认识自然界中复杂的对象或发生的过程、规律等，常常需要用模型方法，即通过研究模型来揭示原型的形态、特征和本质，它以简化和直观为手段。在科学研究中，构建模型是形成科学理论的重要环节，在人们理解事物的本质、探索未知规律的过程中，都扮演着重要角色。它是实现科学理性目标的最重要的思维工具；科学理论的建立本质上就是形成一个模型，通过模型去模拟、类比和推测事物的结构和过程，从而达到对现象的解释伤。教材设计这个模型建构活动，一方面是让学生尝试进行模型建构活动，理解模型方法的重要作用；另一方面，让学生通过这一探究活动，更好地理解和把握反馈调节这一概念，了解血糖调节和激素调节的机制。由此可见，设计这个模型建构活动，我们期待的不是学生“拿几张卡片摆一摆”做游戏，而是以此为途径直达科学的理性。三、本模块技能训练的两个难点iiiil.教材第97页技能训练“分析和处理数据”，计算出的葡萄糖质量为什么多于玉米总质量？教材中写道：这块田共收割玉米约10000株,质量为6000Kg。通过对玉米植株的化学成分进行分析，计算出其中共含碳2675Kg”；“这些玉米的含碳量折合成葡萄糖是多少？”计算结果：6687.5Kg。有教师感到疑惑：计算出的葡萄糖质量为什么大于玉米总质量？这里所指的玉米总质量是植株的质量。构成玉米植株的化合物中，有大量的大分子有机物（如纤维素、淀粉等），这些大分子有机物由葡萄糖经缩水反应而来。由n个葡萄糖分子缩水形成的纤维素或淀粉分子，其质量为n个葡萄糖分子的质量-（n-1）个水分子的质量。所以计算出的葡萄糖质量略大于玉米植株总质量应该是正常的。这个技能训练的素材，出自美国生态学家Transeau对一块面积为0.405公顷的玉米田在一个生长季节内（100天）的净光合产量的定量研究。这个研究的论文”Theaccumulationofenergybyplants”1926年发表于OhioJournalofScienee。心2教材第114页技能训练——“运用术语准确表达”参考答案这是个开放性的技能训练，涉及“生命是什么？”这样一个目前尚没有统一答案的问题，因此，相关问题并没有一个“标准答案”。学生可以根据自己的思考并参考查到的资料，对问题做出多样化的回答。只要学生主动查找了资料并经过认真思考，回答又言之有理，运用的术语也基本准确就可以。有关问题，赵占良老师和笔者曾在人教网上提供了一个参考答案，现照录如下：（1）生命系统是复杂的开放的系统。（2）生命系统是高度有序的系统，其结构具有层次性、整体性和组织性。（3）生命系统能够同环境进行物质和能量的交换以及信息的交流，并通过自我调控以维持生命活动的有序性；细胞、个体等生命系统能进行繁殖。（4）生命系统是不断发展变化的，它们通过进化而形成，并仍处在进化的过程中。本文曾发表于《中学生物教学》2007年第6期在中学生物教学中关于免疫学知识容易误解的几个问题包春莹（人民教育出版社生物室/课程教材研究所，100081）

（本文发自生物学教学2008年第8期）2007年，普通高中大纲教材和人教版高中课标教材对涉及的免疫学知识做了更新。笔者在工作中发现，很多老师对这部分内容存在一些误解，现就这些误解做一解释，希望对各位同仁有所帮助。误解1:青霉素是小分子物质，能引起过敏反应，抗原是大分子物质，所以青霉素等小分子过敏原不是抗原。辨析：过敏原是一种抗原，是引起过敏反应的抗原物质。抗原可分为完全抗原和不完全抗原。只具有抗原性（即与抗体结合的性质）而不具备免疫原性（即诱发抗体产生的性质）的抗原称为不完全抗原。青霉素就是一种不完全抗原。这类小分子的不完全抗原物质只有与体内的蛋白质结合，形成不完全抗原一载体（蛋白质）复合物，从而成为完全抗原，才能引起过敏反应。误解2：光可引起过敏，俗称光过敏，所以过敏原不一定都是抗原。辨析：光过敏反应属于W型过敏反应。W型过敏反应称为迟发型过敏反应，是由T细胞介导的，无抗体参与，一般发生较慢，均在再次接触抗原24h后才出现。一些物质（如接触一些化学物质、摄取某些药物或不明原因）在吸收光能后成为激活状态，并以半抗原形式与皮肤中的蛋白质结合成复合物（完全抗原），从而诱发免疫反应，即光过敏。W型过敏反应包括三个连续的过程：一些T细胞识别位于抗原递呈细胞表面上的外来蛋白质抗原、T细胞分泌淋巴因子、淋巴因子引发炎症并消退。误解3：有些人机体的免疫功能很弱，可照样能对某些过敏原发生过敏反应，所以将过敏反应列入免疫功能过于强大的范畴是不合适的。辨析：将过敏反应列入免疫功能过于强大的范畴，主要是从过敏反应的本质来考虑的。I型过敏反应产生的主要是IgE类抗体，虽然患者的其他免疫功能可能不是过于强大，但它产生IgE类抗体的能力却较强。同样地，发生II型过敏反应的机体产生特异性IgG和IgM类抗体的能力较强。鉴于此，将过敏反应列入免疫功能过于强大的范畴。过敏反应主要针对体外存在的抗原，当过敏反应发生时，患者至少是第二次接触这种抗原。自身免疫性疾病主要产生的是IgG类抗体，针对体内存在的抗原，如产生抗核抗体、红细胞抗体、某些凝血因子的抗体等。这几点也正是过敏反应和自身免疫性疾病的区别。在高中课标教材中，学生只要能举例说出什么是自身免疫性疾病和过敏反应即可，这点知识也只是让学生从整体上来理解免疫系统在维持稳态中的作用的。误解4：HIV感染T细胞后，细胞免疫功能丧失，但体液免疫还照样存在。辨析：HIV攻击的主要是T细胞，T细胞不仅在细胞免疫中起作用，而且还在体液免疫中发挥相当重要的作用。所以，当HIV攻击T细胞后，随着T细胞数量的下降，体液免疫也基本上丧失。B细胞对抗原的识别是通过其表面的抗原识别受体来进行的。B细胞的抗原识别受体能直接识别蛋白质抗原，或识别蛋白质降解而暴露的抗原决定簇，而无需抗原递呈细胞对抗原的处理和递呈。B细胞识别抗原产生B细胞活化的第一信号，有人将结合了抗原的B细胞称为致敏B细胞，只有这些细胞在接受T细胞的辅助时才能够活化来产生抗体。也就是说，B细胞的活化需要两个信号：抗原信号和活化的T细胞信号（并不是递呈抗原，而是通过其他的分子信号提供的），并需要T细胞所分泌的细胞因子。在体液免疫中，T细胞通过提供刺激信号、分泌细胞因子等方式辅助B细胞，大多数B细胞作为抗原递呈细胞可通过加工、处理、递呈抗原的形式激活T细胞。直接识别蛋白质抗原的B细胞受到其他因素的辅助最终分化为浆细胞和记忆性B细胞，浆细胞多在2周内凋亡。需要指出的是，抗原特异性B细胞和T细胞所识别的抗原决定簇是不同的，但二者必须识别同一抗原分子的不同抗原决定簇，才能相互作用。因此，B细胞分化为浆细胞是一个复杂的过程，依赖于其他抗原递呈细胞（如树突状细胞）、T细胞、B细胞三者之间的复杂相互作用。总之，体液免疫的过程可人为地分为抗原识别，B细胞活化、增殖与分化，合成分泌抗体并发挥效应三个连续的过程。在教学过程中，不可过分强调这几个阶段的划分。现在人教版必修教材已将人为划分的三个阶段省略，就是让学生体会到机体的反应是一个复杂、连续的过程。人教版高中生物选修1《生物技术实践》常见问题析疑人民教育出版社/课程教材研究所包春莹

本文发表于“中学生物教学”2007年第4期《生物技术实践》是我国普通高中首次开设的一门实验课，但并非实验指导手册那样简单。对于实验，在教学过程中总会遇到许多问题。这些问题的解决，对于更好地落实本模块的教学目标具有重要作用。以下撷取一些有代表性的问题，与老师们探讨。一、教师如何指导学生选择课题？按照《普通高中生物课程标准》（实验）规定，学生选学本模块16个课题中的5~7个后，考核通过，即可获得本模块应得的2个学分。那么，这5〜7个课题如何来选？教师在指导学生选择课题（或教师选择课题）时，应既尊重学生的选择，又结合当地教学资源的实际情况，同时兼顾传统生物技术和现代分子生物技术。应该明确，无论课题针对的是哪项具体技术，它都同样能够培养学生的科学探究能力，课题的教育价值并不因为技术是现代技术或传统技术而提升或降低。但教师在指导学生选择时，不宜全选传统技术或现代分子生物技术，也不宜全选相对简单的或相对难的。现给出一个建议性的选择方案：传统发酵技术的应用（1个）；微生物的培养与应用（2个：1个基础培养，1个选择性培养）；植物的组织培养技术（1个：花药培养技术操作较难，可不选择）；酶的研究与应用（1个）；DNA和蛋白质技术（1个）；植物有效成分的提取（1个）。若有条件应鼓励学生多选多做。二、实验条件达不到要求，如何完成实验？本模块为实验课，重在实践，重在做，衡量教师教学效果的标准不是看教师讲课讲得如何精彩，而是在引导学生完成实验。教师在进行本模块教学时，首先必须克服畏难情绪，不要一上来就觉得这个模块没办法实施。实验课总是需要很多的仪器设备。目前各学校仪器的装备情况确实制约了本模块的实施，致使许多老师把做实验变成了讲实验。即使没有条件完成实验的操作部分，也必须让学生进行自主研习和设计出可行的实验操作方案，并对实验结果进行预期和分析讨论。希望教师能着眼于学生全面发展和终身发展的需要，勇于实践，尽量创造条件努力完成实验，不要打退堂鼓。一些教师在看到人教版本模块教师教学用书后所附的实验光盘（将在2007年秋季与大家见面）后，第一反应就是这些实验我们没办法开展。理由是，这里所涉及的仪器我们连见都没见过。有些仪器有些教师确实没有见过，但我们不能说因为没有可调式移液器就不能进行实验了：可用移液管来代替可调式移液器。同样，没有超净工作台，我们可以在酒精灯旁边进行操作。需要说明的是，人教版选修1教师教学用书后所附的光盘可以说给教师展示了生物仪器的发展情况，这些仪器很可能马上就要走进我们的中学实验室。目前《中小学理科实验室装备规范》已经发布。这个规范是教育部教学仪器研究所针对新课程的实施对中小学理科实验室提出的新要求而起草的。该规范除要求中学配备实验室、实验员室、准备室、仪器室、药品室、生物园地等外，还建议设置科学探究室（为学生进行科学探究创设条件，方便学生查阅相关资料，方便学生制定实验计划和设计实验方案，进行探究性学习和学科实验活动）、培养室（进行组织培养）等。相信这个规范会对新课程中实验的实施起到推动作用。三、教学过程中遇到的具体问题专题1中课题1：果醋是在果酒产生基础上发酵产生的，在制果酒时需无氧发酵，在无氧条件下，好氧型的醋酸菌不是要大量死亡吗？后期果醋发酵哪来的醋酸菌呢？在我们的实验中，前期果酒厌氧发酵产生酒精，并不是严格厌氧，因此有少量的醋酸菌存留，当转入好氧发酵时，残存的醋酸菌会大量繁殖，产生醋酸。同时，在我们的实验条件下并不是严格无菌，通入的空气中会有一些醋酸菌，带到发酵液中，大量繁殖，而其他的菌种因不适应这种条件而不能繁殖。在工业上，后期醋的发酵是需要人工接种醋酸菌的，以保障生产的正常进行，而不是采取我们实验的方法。在实际操作时，由于菌株的量较少，可能需要很长的时间。为了缩短时间，我们可以从市场上买一些菌株进行接种或先将一瓶醋打开盖暴露于空气中，一段时间后在醋的表面有一层薄膜（实际是醋酸菌），可以用这层薄膜进行接种，这样可以明显缩短制作果酒、果醋的时间。专题1课题2：在制作腐乳时，将豆腐块摆放在稻草、粽叶上的目的是什么？这些材料上含有的毛霉抱子较多，可以达到接种的目的。当然，也可将豆腐块暴露在空气中一段时间进行自然接种。专题2课题1：在进行平板划线时为什么不能划破培养基？原因有两个：其一，一旦划破，会造成划线不均匀，难以达到分离单菌落的目的；其二，存留在划破处的单个细胞无法形成规矩的菌落，菌落会沿着划破处生长，会形成一个条状的菌落。平板划线的操作方法仅限于教材介绍的一种方法吗？平板划线在实际操作中有多种方法，教材详细介绍了交叉划线的方法，第14页给的图示就是另外一种方法（连续划线法）。当然，还有很多其他的方法（如下图）。学生在操作时，还会创造出许多别的方法，如有些同学划出一个“刘”字。55.专题2课题2：滤膜的作用是什么？能用擦镜纸来代替吗？本课题中所提到的滤膜是用来过滤细菌的，不能用擦镜纸来代替。因为滤膜（如醋酸纤维素滤膜）的孔径很小，细菌不能通过，被截留在膜的表面。同样的道理，在进行细胞培养时，有时需在培养基中添加血清、生长因子、抗生素等，这些物质不能用高压灭菌的方法，因此常常将这些物质配成溶液，用滤膜进行过滤，在使用时加入到已经灭菌的培养基中。直径为0.22m的滤膜，可以达到完全除菌的目的。擦镜纸的孔径是非常大的，达不到除菌的目的。专题4课题3：酵母细胞的固定化，实验看似简单，但不容易做好，在实验操作过程中应该注意什么问题？本实验中有两步操作比较重要：配制海藻酸钠溶液和海藻酸钠溶液与酵母细胞混合。在配制海藻酸钠溶液时，若