盧芹

摘要生物科技發(fā)展日新月異，科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)聯(lián)系空前緊密，課堂教學(xué)中融入生物科學(xué)的現(xiàn)代進(jìn)展是實(shí)施STS教育、提高學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)的有效途徑。

關(guān)鍵詞STS初中生物學(xué)現(xiàn)代進(jìn)展課例

中圖分類號(hào)G633.91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B

生物科技發(fā)展日新月異，自20世紀(jì)中后期取得了許多重大突破，如DNA分子結(jié)構(gòu)和功能的揭示、哺乳動(dòng)物體細(xì)胞克隆的成功、人類基因組計(jì)劃的實(shí)施等，這標(biāo)志著21世紀(jì)人類將進(jìn)入生物科技的新時(shí)代。一方面，生物科研成果更加迅速地轉(zhuǎn)化為社會(huì)生產(chǎn)力，顯現(xiàn)出巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，有力地促進(jìn)了現(xiàn)代社會(huì)文明的發(fā)展。另一方面，生物科技的發(fā)展對(duì)社會(huì)和自然界也存在負(fù)面影響，如環(huán)境惡化；生物多樣性銳減等，而克隆技術(shù)和基因工程的研究范圍等問(wèn)題更是沖擊著人類社會(huì)的道德倫理體系。

《義務(wù)教育生物課程標(biāo)準(zhǔn)》(實(shí)驗(yàn)稿)中提到：“為適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，在繼承我國(guó)現(xiàn)行生物教學(xué)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，生物學(xué)教學(xué)應(yīng)力求更加注重學(xué)生的全面發(fā)展和終身發(fā)展的需要及社會(huì)的需求，更多地反映生物科學(xué)技術(shù)的最新進(jìn)展，提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)”。引導(dǎo)學(xué)生理解STS，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分。

1哺乳動(dòng)物體細(xì)胞克隆

人教版七年級(jí)上冊(cè)第二單元“生物和細(xì)胞”的第二章“細(xì)胞的生活”中安排了第二節(jié)“細(xì)胞核是遺傳信息庫(kù)”。教學(xué)內(nèi)容是生物學(xué)科的核心基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)，是現(xiàn)代生物技術(shù)的重大理論支持。在某種程度上說(shuō)，生物學(xué)這門傳統(tǒng)的學(xué)科之所以能夠煥發(fā)旺盛生命力，該部分知識(shí)的作用舉足輕重，因此本節(jié)教學(xué)內(nèi)容是初中、高中乃至整個(gè)生物學(xué)科的重點(diǎn)，同時(shí)又是對(duì)學(xué)生進(jìn)行STS教育的良好素材。在“遺傳信息在細(xì)胞核中”這一科學(xué)知識(shí)的處理方面，除通過(guò)教材中克隆羊“多莉”的身世資料分析，得出“遺傳信息在細(xì)胞核中”的科學(xué)結(jié)論之外，筆者增加克隆在我國(guó)保護(hù)生物多樣性等方面的應(yīng)用案例——中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所的“克隆大熊貓”課題，拉近了學(xué)生和科學(xué)的距離，利于學(xué)生了解科學(xué)研究的曲折過(guò)程和科學(xué)家精神，這項(xiàng)課題的暫時(shí)擱淺又會(huì)使學(xué)生感受到科學(xué)是一個(gè)曲折的、開放的、不斷發(fā)展的系統(tǒng)，是一個(gè)永遠(yuǎn)不會(huì)完結(jié)的過(guò)程。同時(shí)，幫助學(xué)生展望克隆技術(shù)的光明前景。

問(wèn)題：克隆羊“多莉”誕生之前也有克隆動(dòng)物，如1963年我國(guó)克隆魚、1978年我國(guó)克隆蛙、1986年英國(guó)克隆羊等，為什么1996年克隆羊多利的誕生意義不同?多利的細(xì)胞核供體細(xì)胞，來(lái)自一只6歲綿羊的體細(xì)胞—一乳腺細(xì)胞。而以前的克隆動(dòng)物細(xì)胞核供體細(xì)胞是胚胎細(xì)胞，將胚胎細(xì)胞細(xì)胞核與第二只動(dòng)物的去核卵細(xì)胞融合，融合細(xì)胞發(fā)育成早期胚胎后被植入第三只動(dòng)物的子宮進(jìn)而發(fā)育成為新個(gè)體。如果用一個(gè)并不準(zhǔn)確但卻形象的說(shuō)法來(lái)表述，這就像是年齡是0歲的細(xì)胞發(fā)育成新個(gè)體。而“多利”則是6歲綿羊的6歲乳腺細(xì)胞重新退回到生命的原點(diǎn)，再重新發(fā)育一次!這是生物科學(xué)研究中動(dòng)物細(xì)胞全能性理論的重大突破，在生物科學(xué)發(fā)展史上具有里程碑的意義。

問(wèn)題：如何利用體細(xì)胞克隆技術(shù)造福于人類或自然界?拯救瀕危動(dòng)物——國(guó)寶大熊貓的克隆。由于棲息地減少，大熊貓數(shù)量減少，同時(shí)遺傳和環(huán)境等因素的影響使大熊貓的生殖力下降。大熊貓的珍貴性和稀少性決定了它的卵細(xì)胞很難得到，當(dāng)然也不可能讓大熊貓作為風(fēng)險(xiǎn)很大的代孕母親。于是中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所陳大元研究員提出設(shè)想——異種動(dòng)物體細(xì)胞克隆，就是把大熊貓的體細(xì)胞的細(xì)胞核，與另一種動(dòng)物的去核卵細(xì)胞結(jié)合，培養(yǎng)成胚胎，把胚胎植入“代孕母親”體內(nèi)繁殖大熊貓的方法。如果瀕危動(dòng)物的體細(xì)胞可以通過(guò)異種動(dòng)物克隆繁殖后代，就能夠?yàn)闉l危動(dòng)物保護(hù)帶來(lái)新的希望。但是，異種動(dòng)物克隆比同種動(dòng)物克隆更加困難，目前仍是世界性的技術(shù)難題。

第一步，核質(zhì)融合并分裂為早期胚胎：陳大元采用的是向兔借卵，能否實(shí)現(xiàn)核質(zhì)融合即大熊貓的細(xì)胞核和兔的細(xì)胞質(zhì)是否排斥?歷經(jīng)挫折最終成功!第二步，代孕：尋找代孕動(dòng)物的原則有三點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)動(dòng)物易得；懷孕時(shí)間長(zhǎng)短相似，保證胚胎有合適的發(fā)育時(shí)間；出生時(shí)的胎兒大小與大熊貓相似，保證子宮的容積相似，最終選擇用貓代孕。第三步，胚胎的全程發(fā)育：在代孕貓著床的七八個(gè)胚胎中，有兩個(gè)是大熊貓胚胎，即以貓胚胎作為掩護(hù)防止排斥反應(yīng)，大熊貓胚胎得以在貓的子宮著床。但是不幸，這些代孕貓患肺炎死亡，胚胎停止發(fā)育。此后3年，又用和大熊貓親緣關(guān)系更近的黑熊作為代孕母親，懷孕兩月后，B超檢查發(fā)現(xiàn)胎心停跳。由于胚胎未能繼續(xù)發(fā)育，成功克隆大熊貓還差最后一步。而隨著2005年科研項(xiàng)目到期，克隆大熊貓研究暫時(shí)擱淺。

2轉(zhuǎn)基因技術(shù)

八年級(jí)下冊(cè)第七單元“生物圈中生命的延續(xù)和發(fā)展”第二章“生物的遺傳和變異”中安排了第一節(jié)“基因控制生物的性狀”。教學(xué)內(nèi)容包括性狀的概念、基因的概念以及通過(guò)轉(zhuǎn)基因鼠的研究得出的“基因控制生物的性狀”的科學(xué)結(jié)論。筆者適時(shí)擴(kuò)充了轉(zhuǎn)基因技術(shù)在社會(huì)生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用，如正在栽培的轉(zhuǎn)基因作物和飼養(yǎng)的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，市場(chǎng)上的轉(zhuǎn)基因食品和醫(yī)院里的轉(zhuǎn)基因藥品。并與學(xué)生討論轉(zhuǎn)基因技術(shù)的倫理問(wèn)題和轉(zhuǎn)基因食品的安全性問(wèn)題，請(qǐng)學(xué)生以角色扮演的形式參與相關(guān)決策。通過(guò)這些途徑，幫助他們更理性、辯證地看待科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)的相互作用，形成科學(xué)的態(tài)度和價(jià)值觀。同時(shí)養(yǎng)成參與社會(huì)生活相關(guān)的一些重大生物學(xué)問(wèn)題的討論并針對(duì)具體的社會(huì)問(wèn)題發(fā)表自己的看法，做出個(gè)人或社會(huì)決策的意識(shí)和能力，培養(yǎng)其社會(huì)責(zé)任感。

轉(zhuǎn)基因技術(shù)是指利用分子生物學(xué)技術(shù)，將某些生物的基因轉(zhuǎn)移到其他物種中，改造生物的遺傳物質(zhì)，使遺傳物質(zhì)得到改造的生物在性狀、營(yíng)養(yǎng)和消費(fèi)品質(zhì)等方面向人類需要的目標(biāo)轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)基因技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、動(dòng)物飼養(yǎng)和醫(yī)藥研究等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

世界上第一種轉(zhuǎn)基因植物是一種含有抗生素藥類抗體的煙草，1983年培育成功。世界上第一種轉(zhuǎn)基因食品是1993年投放美國(guó)市場(chǎng)的轉(zhuǎn)基因晚熟西紅柿。目前，中國(guó)批準(zhǔn)進(jìn)口和在國(guó)內(nèi)種植的轉(zhuǎn)基因品種有玉米、大豆、油菜、棉花、甜椒、番茄、木瓜等。轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物可能同時(shí)具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病毒、抗蟲、抗寒、抗旱、抗?jié)?、抗鹽堿、抗除草劑等多重優(yōu)點(diǎn)，因此中國(guó)科學(xué)院院士、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授張啟發(fā)曾指出：“農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因技術(shù)可保障農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，是解決世界溫飽問(wèn)題的根本途徑?！?/p>

轉(zhuǎn)基因技術(shù)在動(dòng)物飼養(yǎng)領(lǐng)域也取得了很大進(jìn)展。如從海洋中一種大頭魚的身上截取了一段基因，移植在來(lái)自大西洋的野生鮭魚基因鏈上。基因改變后的人工養(yǎng)殖鮭魚生長(zhǎng)速度加快了兩倍，美國(guó)FDA(食品及藥物管理局)即將批準(zhǔn)基因改良過(guò)的人工養(yǎng)殖鮭魚進(jìn)入市場(chǎng)，在2011年，這種轉(zhuǎn)基因的魚肉將首次擺上美國(guó)家庭的餐桌。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物還在醫(yī)藥領(lǐng)域獨(dú)辟蹊徑。通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得特殊基因的動(dòng)物不僅可能直接生產(chǎn)多種藥品，比如轉(zhuǎn)基因綿羊能生產(chǎn)人的一種蛋白酶，而且利用轉(zhuǎn)基因豬的器官進(jìn)行人類器官移植也已經(jīng)列入科學(xué)家的探討范圍。

但早自轉(zhuǎn)基因技術(shù)誕生以來(lái)，其倫理問(wèn)題一直是

爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。轉(zhuǎn)基因技術(shù)的支持者認(rèn)為人口增加與糧食短缺的矛盾會(huì)傷害富裕國(guó)家中的窮人和廣大的貧窮國(guó)家及其人民，而轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以緩解這一矛盾。轉(zhuǎn)基因技術(shù)的反對(duì)者則認(rèn)為，在尚未完全弄清風(fēng)險(xiǎn)狀況的情況下就大規(guī)模推廣轉(zhuǎn)基因技術(shù)的做法違背了倫理原則。①轉(zhuǎn)基因食品可能會(huì)對(duì)消費(fèi)者的健康造成傷害。雖美國(guó)人早在上世紀(jì)90年代就開始吃轉(zhuǎn)基因食品，目前并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有什么危害產(chǎn)生。但是，所謂的動(dòng)物喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，并沒(méi)有進(jìn)行非常長(zhǎng)期的觀測(cè)，9個(gè)月或者最多1年的觀察期，并不能了解到其對(duì)動(dòng)物乃至人類第二代、第三代的影響。②轉(zhuǎn)基因技術(shù)可能會(huì)對(duì)環(huán)境(包括實(shí)驗(yàn)中的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物)造成傷害。③發(fā)展中國(guó)家的農(nóng)業(yè)是勞動(dòng)密集型的，吸納了約80％的勞動(dòng)力。如果被技術(shù)密集型和資金密集型的轉(zhuǎn)基因農(nóng)業(yè)代替，則大部分農(nóng)民將失去生活的依靠等。只有正視轉(zhuǎn)基因技術(shù)在發(fā)展和應(yīng)用過(guò)程中的負(fù)面性，深刻探究其倫理本質(zhì)，才能使轉(zhuǎn)基因技術(shù)更加符合人類和自然界的可持續(xù)發(fā)展。

3人類個(gè)體基因組的完整破譯

八年級(jí)下冊(cè)第七單元“生物圈中生命的延續(xù)和發(fā)展”第二章“生物的遺傳和變異”中安排了第三節(jié)“基因的顯性和隱性”。教學(xué)內(nèi)容包括孟德爾的豌豆雜交實(shí)驗(yàn)和禁止近親結(jié)婚。存在隱性致病基因的攜帶者這一現(xiàn)象令學(xué)生心有余悸。筆者結(jié)合教材內(nèi)容之后的“科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)”欄目適時(shí)增加人類基因組計(jì)劃的內(nèi)容，開闊學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生了解和關(guān)注人類個(gè)體基因組的完整破譯給人類社會(huì)帶來(lái)的可能影響。同時(shí)中國(guó)作為唯一的發(fā)展中國(guó)家承擔(dān)3號(hào)染色體的測(cè)序工作能夠激發(fā)學(xué)生的民族自豪感，是愛(ài)國(guó)教育的寶貴資源。

人類基因組計(jì)劃是1990年啟動(dòng)，英、日、法、德、中先后加入的一項(xiàng)規(guī)模宏大的科學(xué)計(jì)劃，其旨在測(cè)定組成人類染色體(指單倍體)中所包含的30億個(gè)核苷酸序列的堿基組成，從而繪制人類基因組圖譜，并且辨識(shí)并呈現(xiàn)其上的所有基因及其序列，進(jìn)而破譯人類遺傳信息。人類基因組計(jì)劃是人類了解自身的奧秘所邁出的重要一步，是繼曼哈頓計(jì)劃和阿波羅登月計(jì)劃之后，人類科學(xué)史上的又一個(gè)偉大工程。截至2005年，人類基因組計(jì)劃的測(cè)序工作已基本完成。

在人類基因組計(jì)劃完成前，它的醫(yī)學(xué)實(shí)用價(jià)值已初露端倪。大量的企業(yè)，如巨數(shù)遺傳公司開始提供價(jià)格不昂貴，而且容易使用的基因測(cè)試，可以預(yù)測(cè)包括乳腺癌、凝血、纖維性囊腫、肝臟疾病在內(nèi)的很多種疾病以實(shí)現(xiàn)疾病預(yù)防甚至是治療。在不久的將來(lái)，把個(gè)人的致病基因和易感基因檢測(cè)出來(lái)，記錄在磁卡上，可做成個(gè)人基因身份證。對(duì)此基因組測(cè)序結(jié)果的可能應(yīng)用，反對(duì)者認(rèn)為：①人類對(duì)基因結(jié)構(gòu)及基因相互作用尚缺乏足夠認(rèn)識(shí)，通過(guò)基因檢測(cè)達(dá)到預(yù)防疾病的目的困難；多基因病與基因、環(huán)境和生活習(xí)慣都有關(guān)；正?；蛟诩庸せ蛐揎椫谐霈F(xiàn)錯(cuò)誤而致??；許多遺傳病尚無(wú)有效治療辦法；②個(gè)人基因資訊泄露會(huì)導(dǎo)致失業(yè)、婚姻困難、人際關(guān)系疏遠(yuǎn)等。支持者則認(rèn)為：①通過(guò)基因檢測(cè)可及早采取預(yù)防措施，適時(shí)治療，挽救患者生命；②對(duì)于基因歧視可通過(guò)正確的科學(xué)知識(shí)傳播、倫理道德教育和立法得以解決。

4造血干細(xì)胞研究

七年級(jí)下冊(cè)第四章“人體內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸”中安排了第一節(jié)“流動(dòng)的組織——血液”。教學(xué)內(nèi)容包括血液的組成成分和各部分的主要功能。筆者結(jié)合教材之后的“科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)”欄目適時(shí)介紹造血干細(xì)胞的相關(guān)知識(shí)并進(jìn)一步使學(xué)生了解白血病的簡(jiǎn)單發(fā)病機(jī)理及治療，進(jìn)一步加深醫(yī)學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步對(duì)人類健康的影響，呼吁學(xué)生捐獻(xiàn)造血干細(xì)胞，建立正確的血液觀。學(xué)生珍惜生命、關(guān)愛(ài)他人的情感得到升華。

造血干細(xì)胞具有兩個(gè)重要特征：自我更新和多潛能性。自我更新通過(guò)細(xì)胞周期分裂而完成，是造血干細(xì)胞有絲分裂的一種特殊方式。分裂產(chǎn)生的兩個(gè)子代細(xì)胞中，一個(gè)仍然保留造血干細(xì)胞的特征；另一個(gè)子代細(xì)胞相對(duì)成熟，進(jìn)入細(xì)胞周期活躍狀態(tài)，通過(guò)系定向產(chǎn)生各種類型的成熟血細(xì)胞群體，這一過(guò)程即多潛能性。造血干細(xì)胞研究歷史可追溯至20世紀(jì)60年代，Till和McCulloch在1961年發(fā)現(xiàn)并鑒定脾克隆形成單位作為最早的造血干細(xì)胞。此后，由于巨大的基礎(chǔ)意義和臨床應(yīng)用前景，造血干細(xì)胞一直是生命科學(xué)研究領(lǐng)域中的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，并隨后成為成體干細(xì)胞研究領(lǐng)域的重要范式。

201 1年1月的《cell》雜志發(fā)表一篇文章，采用基因表達(dá)分析結(jié)合體外驗(yàn)證的綜合方法，解析了造血干細(xì)胞分化過(guò)程的全局調(diào)控結(jié)構(gòu)，提出了一些研究與構(gòu)造造血干細(xì)胞轉(zhuǎn)錄機(jī)制的框架性結(jié)論，對(duì)未來(lái)的相關(guān)研究具有方向與方法上的指導(dǎo)意義。通過(guò)這個(gè)研究模式，有助于在更深廣的維度上發(fā)現(xiàn)、證實(shí)、預(yù)測(cè)造血干細(xì)胞分化的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制，同時(shí)有助于解析一些血液腫瘤的分化調(diào)控機(jī)制。還可以構(gòu)想一個(gè)血液干細(xì)胞分化的“編碼表”，為更有效地調(diào)控血液干細(xì)胞分化提供一個(gè)方案。

一般認(rèn)為，白血病是造血干細(xì)胞克隆性疾病。白血病干細(xì)胞表達(dá)細(xì)胞膜表面抗原，與正常造血干細(xì)胞膜表面抗原非常近似，因而推測(cè)白血病干細(xì)胞可能起源于正常造血干細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化，但白血病干細(xì)胞也可能起源于相對(duì)分化成熟的造血祖細(xì)胞甚至是成熟血細(xì)胞。關(guān)于白血病的治療最早采用骨髓移植法。骨髓移植是器官移植的一種，通過(guò)骨髓穿刺提取正常骨髓并由靜脈輸入患者體內(nèi)，以取代病變骨髓的治療方法。該療法可提高療效，改善預(yù)后，病人可能得到長(zhǎng)生存期乃至根治。缺點(diǎn)是配型困難、骨髓捐獻(xiàn)者痛苦且恢復(fù)慢，風(fēng)險(xiǎn)大。近年來(lái)，臨床常用藥物來(lái)增加外周血中干細(xì)胞的數(shù)量實(shí)現(xiàn)外周血干細(xì)胞移植。外周血細(xì)胞分離采集術(shù)是相當(dāng)安全的，使用的是一次性全封閉管道，不會(huì)造成任何感染，且此法適用于年齡較小的供體或其他不能接受骨髓采集的人。臍血移植是指利用新生嬰兒臍帶在被結(jié)扎后存留在臍帶和胎盤中的血液——臍帶血來(lái)進(jìn)行的移植。雖然每個(gè)嬰兒臍帶中只有少量的血，但這些血液中含有大量的干細(xì)胞，是成體干細(xì)胞的主要來(lái)源之一。與非血緣骨髓移植相比，臍血來(lái)源豐富，采集方便；由于是以實(shí)物形式保存，不會(huì)被供者拒絕；尋找相合臍血所需時(shí)間短，可根據(jù)患者需要及時(shí)進(jìn)行移植；移植后排斥反應(yīng)小、感染發(fā)生率低，移植成功率高。但同時(shí)，臍血移植也有不足之處，如臍血量有限，細(xì)胞數(shù)量少，在成人臍血移植有一定限制；具有潛在過(guò)繼遺傳性疾病的可能；造血重建的時(shí)間較長(zhǎng)，感染、出血的發(fā)生機(jī)率較大。

初中生物教學(xué)實(shí)踐證明，在課堂教學(xué)中融入生物科學(xué)的現(xiàn)代進(jìn)展，既能使學(xué)生在更寬闊的視野中理解科學(xué)的本質(zhì)、科學(xué)技術(shù)發(fā)展的規(guī)律、科學(xué)技術(shù)和社會(huì)之間的相互關(guān)系，同時(shí)又能切實(shí)地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的創(chuàng)新性思維能力，是實(shí)施生物學(xué)STS教育、提高學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)的有效途徑。