曹琰娣 李韶山

摘要將多肉植物落地生根作為教學(xué)素材引入高中生物課堂，以落地生根鋸齒狀葉緣突起處生長分化的幼小植物體為例，講解植物細胞的全能性。通過對比生命有機體自然發(fā)生的細胞全能性、胡蘿卜的組織培養(yǎng)、克隆羊多莉等實例使教學(xué)內(nèi)容層層遞進，加深學(xué)生對細胞全能性的理解、培養(yǎng)學(xué)生的自然觀察能力、科學(xué)思維能力、滲透結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

關(guān)鍵詞落地生根 細胞全能性 高中生物教學(xué)

中圖分類號G633.91 文獻標志碼B

隨著《普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版）》的頒布實施，生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)已成為高中生物教學(xué)關(guān)注的焦點。落實核心素養(yǎng)需要創(chuàng)設(shè)情境，目前無論是教材還是教學(xué)并不缺乏情境，但關(guān)鍵問題在于缺乏合適的情境。合適的情境創(chuàng)設(shè)離不開教學(xué)素材的開發(fā)，下面以多肉植物落地生根為教學(xué)素材，以細胞的全能性作為切入點，將多肉植物落地生根引入課堂，以期在幫助學(xué)生理解細胞的全能性的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念、科學(xué)思維以及科學(xué)探究能力。

1多肉植物——落地生根

落地生根（Bryophyllum pinnatum）是景天科（Crassulaceae）的一種多年生肉質(zhì)草本植物，又名不死鳥、花蝴蝶、葉爆芽、燈籠花。其原產(chǎn)地為非洲馬達加斯加島的熱帶地區(qū)，在我國云南、廣東、廣西、福建等地區(qū)均有引進栽培。自然環(huán)境中，在老舊房屋的屋頂上?？砂l(fā)現(xiàn)落地生根的蹤影。其株型勻稱，葉片肥厚多汁，葉緣長出整齊美觀的不定芽，不定芽基部可以分化出氣生根。當被風吹動或輕輕觸碰時即脫落，落地后可扎根土壤長成一棵新的植株，故名“落地生根”。

落地生根的特殊之處在于其葉片不同于其他雙子葉植物，在自然情況下，普通植物葉片葉腋處的芽原基只能發(fā)育成枝條，不能發(fā)育成完整個體，但是落地生根葉片邊緣生出的不定芽卻可以在母體上直接發(fā)育成具有完整根、莖、葉的幼苗。這其實是生命有機體自然發(fā)生的植物細胞全能性的例證。

2教學(xué)設(shè)計

2.1教材分析

“細胞的全能性”是人教版高中生物學(xué)教材《必修1·分子與細胞》第六章第二節(jié)——“細胞的分化”的重難點。此前，教材已經(jīng)介紹了有絲分裂和細胞分化的基本概念和過程，這為理解細胞的全能性奠定了基礎(chǔ)，并通過對細胞全能性的介紹，實現(xiàn)對有絲分裂和細胞分化知識的綜合運用。

2.2學(xué)情分析

在學(xué)習“細胞的全能性”這一概念之前，學(xué)生已經(jīng)有一定的知識儲備，如了解了有絲分裂的過程、實質(zhì)及意義，掌握了細胞分化的概念。這些為學(xué)生學(xué)習細胞的全能性這一概念奠定了基礎(chǔ)。但是，極少會有學(xué)生進行逆向思維：已經(jīng)分化的細胞是否還能再次發(fā)育成完整的個體;如果能發(fā)育成完整的個體，需要經(jīng)過哪些步驟;各種分化的細胞發(fā)育成完整個體的潛能是否有差異，是否有實驗證據(jù)的支持，等等?；诖?，教師需要結(jié)合生活實例以及科學(xué)實驗證據(jù)，深入淺出地為學(xué)生釋疑，進一步激發(fā)學(xué)生的思維。

2.3教學(xué)目標

①舉例說出細胞全能性的概念;

②比較同種生物不同細胞以及不同種生物細胞全能性的大小;

③認同結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

2.4教學(xué)重難點

細胞全能性的概念及其決定因素。

2.5教學(xué)過程

2.5.1展示落地生根，引出細胞的全能性

教師展示多肉植物落地生根的圖片或?qū)嵨铮ㄈ~緣處帶不定芽或幼小植物體），并告知該植株的名字為落地生根，要求學(xué)生觀察該植株。教師并提問：落地生根和你所見過的其他植物的最大的不同之處是什么？以此問題引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注落地生根葉緣處的幼小植物體。

設(shè)計意圖：教師通過展示多肉植物落地生根，一方面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，另一方面可以快速地將學(xué)生地注意力聚焦至落地生根的葉緣處的不定芽，引出將要教學(xué)的內(nèi)容——細胞的全能性。

2.5.2聚焦落地生根的不定芽，闡述細胞的全能性

教師圍繞落地生根的不定芽，循序漸進地提出以下問題，引導(dǎo)學(xué)生突破細胞全能性概念的要點，總結(jié)細胞全能性的概念。

①落地生根鋸齒狀葉緣處的不定芽是否具有根、莖、葉，掉落至土壤后能否發(fā)育成一顆新植株？

②落地生根鋸齒狀葉緣處是什么部位長出了不定芽，該部位的細胞是否是已經(jīng)分化的細胞？

③大多數(shù)植物的葉腋處的芽最后會發(fā)育成什么？這與落地生根鋸齒狀葉緣突起處的芽有何異同點？

設(shè)計意圖：學(xué)生通過問題①、②進行討論分析，初步了解落地生根鋸齒狀葉緣突起處的細胞是已經(jīng)分化的體細胞，然而它們卻可以再分化形成完整的個體，這一現(xiàn)象被稱為細胞的全能性。學(xué)生通過分析問題③得出：普通植物的葉腋處的芽一般發(fā)育成枝條，而落地生根葉緣鋸齒處的突起處的不定芽反而發(fā)育成具有根、莖、葉的完整的植株，再次強調(diào)細胞的全能性的最終結(jié)果是形成完整的個體。以此突破細胞全能性這一概念中的兩個要點：起點為已分化的細胞，終點為完整個體。

2.5.3從落地生根不同部位的細胞入手，分析細胞全能性的理論基礎(chǔ)及細胞全能性的大小

教師針對落地生根葉緣處的細胞和其他部位的細胞，提出以下問題：

①落地生根鋸齒狀葉緣突起處的細胞能夠分化發(fā)育成完整的植株。這是因為該處細胞內(nèi)的遺傳物質(zhì)與別處不同嗎？

②落地生根發(fā)育的起點是什么細胞？通過何種方式進行細胞增殖？增殖后的細胞有何特點？

③在植物細胞中，哪些組織依舊具有細胞分化的能力？

設(shè)計意圖：學(xué)生已經(jīng)具備有絲分裂、細胞分化的知識基礎(chǔ)，通過對問題①、②的分析，得出細胞全能性的理論基礎(chǔ)：每一個細胞都是由受精卵通過有絲分裂和細胞分化形成的，因此都含有相同的遺傳物質(zhì)，在一定條件下，都具有表達細胞核中每個基因的潛能，都有可能發(fā)育成完整的個體。學(xué)生通過分析問題③得出：在植物體中具有分生組織的部位，細胞的全能性更大。

2.5.4由落地生根過渡到經(jīng)典實驗——胡蘿卜的組織培養(yǎng)

在學(xué)生掌握了細胞全能性概念的基礎(chǔ)上，教師可以進一步指出，落地生根這種生命有機體自然發(fā)生的細胞全能性并不是所有生物都能發(fā)生的，大多數(shù)生物要在人工處理的條件下才能實現(xiàn)細胞的全能性。進而引出1958年美國科學(xué)家斯圖爾德做的胡蘿卜植物組織培養(yǎng)實驗。學(xué)生結(jié)合書本的圖文信息，回答下列問題：

①為什么要選取胡蘿卜韌皮部的細胞進行離體培養(yǎng)？

②在植物組織培養(yǎng)的過程中，是否需要外界加入營養(yǎng)物質(zhì)？

③植物組織培養(yǎng)的過程中，是否需要保持無菌的環(huán)境？

設(shè)計意圖：由落地生根自然發(fā)生的細胞全能性過渡到植物組織培養(yǎng)，學(xué)生在了解細胞全能性的基礎(chǔ)上，能更好地了解植物組織培養(yǎng)。通過思考問題串，學(xué)生進一步了解含有分生組織的根尖、莖尖相對容易實現(xiàn)細胞的全能性，但是在植物組織培養(yǎng)過程中需要外界提供一定的植物激素、無機鹽、糖類等營養(yǎng)物質(zhì);并通過學(xué)習植物組織培養(yǎng)這門技術(shù)，了解細胞全能性的應(yīng)用價值。

2.5.5比較動、植物細胞全能性的大小

教師出示克隆羊多莉的產(chǎn)生過程示意圖，并提出以下問題：

①和植物組織培養(yǎng)相比，克隆羊多莉在克隆的過程中運用的是整個體細胞還是體細胞的細胞核？

②動物和植物相比，誰的細胞全能性更容易實現(xiàn)？

③在人類的體細胞中，有哪些細胞在分化后依舊保持細胞分裂和分化的能力？

設(shè)計意圖：學(xué)生通過問題①、②對植物組織培養(yǎng)和多莉羊克隆實驗的對比分析，得出：細胞的全能性在動物細胞中更難實現(xiàn)。教師通過問題③，引出干細胞的概念、種類、作用。

3教學(xué)反思

生物學(xué)與人類生活息息相關(guān)，生物學(xué)教學(xué)的目標是培養(yǎng)學(xué)生利用生物學(xué)知識去思考和解決實際問題的能力。為了實現(xiàn)這一目標，將生活中的素材引入課堂進行例析和探究是非常有價值的。在本教學(xué)案例中，教師不僅可以在課堂上利用落地生根進行知識的講解，在課外還可以組織學(xué)生解剖落地生根鋸齒狀葉緣突起處的細胞，將其與其他部位的細胞置于顯微鏡下觀察，進一步了解細胞全能性大小的原因，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，滲透結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。此外，多肉植物因種類繁多、外形美觀、繁殖能力強等特點，近年來備受大眾的喜愛，不少學(xué)校在進行班級文化建設(shè)時，多肉植物常作為綠色元素被引入，不少班級甚至會發(fā)起領(lǐng)養(yǎng)多肉植物的活動。這不僅能培育學(xué)生的愛心、責任心，更能讓學(xué)生親自體驗多肉植物的成長過程，了解多肉植物的習性，在養(yǎng)護多肉植物的過程中，能夠運用所學(xué)的知識解釋多肉植物這種特殊的營養(yǎng)繁殖方式。