认识细胞的全能性
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摘要将多肉植物落地生根作为教学素材引入高中生物课堂，以落地生根锯齿状叶缘突起处生长分化的幼小植物体为例，讲解植物细胞的全能性。通过对比生命有机体自然发生的细胞全能性、胡萝卜的组织培养、克隆羊多莉等实例使教学内容层层递进，加深学生对细胞全能性的理解、培养学生的自然观察能力、科学思维能力、渗透结构与功能相适应的生命观念。
关键词落地生根 细胞全能性 高中生物教学
中图分类号G633.91 文献标志码B
随着《普通高中生物学课程标准（2017年版）》的颁布实施，生物学学科核心素养已成为高中生物教学关注的焦点。落实核心素养需要创设情境，目前无论是教材还是教学并不缺乏情境，但关键问题在于缺乏合适的情境。合适的情境创设离不开教学素材的开发，下面以多肉植物落地生根为教学素材，以细胞的全能性作为切入点，将多肉植物落地生根引入课堂，以期在帮助学生理解细胞的全能性的基础上，培养学生的生命观念、科学思维以及科学探究能力。
1多肉植物——落地生根
落地生根（Bryophyllum pinnatum）是景天科（Crassulaceae）的一种多年生肉质草本植物，又名不死鸟、花蝴蝶、叶爆芽、灯笼花。其原产地为非洲马达加斯加岛的热带地区，在我国云南、广东、广西、福建等地区均有引进栽培。自然环境中，在老旧房屋的屋顶上常可发现落地生根的踪影。其株型匀称，叶片肥厚多汁，叶缘长出整齐美观的不定芽，不定芽基部可以分化出气生根。当被风吹动或轻轻触碰时即脱落，落地后可扎根土壤长成一棵新的植株，故名“落地生根”。
落地生根的特殊之处在于其叶片不同于其他双子叶植物，在自然情况下，普通植物叶片叶腋处的芽原基只能发育成枝条，不能发育成完整个体，但是落地生根葉片边缘生出的不定芽却可以在母体上直接发育成具有完整根、茎、叶的幼苗。这其实是生命有机体自然发生的植物细胞全能性的例证。
2教学设计
2.1教材分析
“细胞的全能性”是人教版高中生物学教材《必修1·分子与细胞》第六章第二节——“细胞的分化”的重难点。此前，教材已经介绍了有丝分裂和细胞分化的基本概念和过程，这为理解细胞的全能性奠定了基础，并通过对细胞全能性的介绍，实现对有丝分裂和细胞分化知识的综合运用。
2.2学情分析
在学习“细胞的全能性”这一概念之前，学生已经有一定的知识储备，如了解了有丝分裂的过程、实质及意义，掌握了细胞分化的概念。这些为学生学习细胞的全能性这一概念奠定了基础。但是，极少会有学生进行逆向思维：已经分化的细胞是否还能再次发育成完整的个体;如果能发育成完整的个体，需要经过哪些步骤;各种分化的细胞发育成完整个体的潜能是否有差异，是否有实验证据的支持，等等。基于此，教师需要结合生活实例以及科学实验证据，深入浅出地为学生释疑，进一步激发学生的思维。
2.3教学目标
①举例说出细胞全能性的概念;
②比较同种生物不同细胞以及不同种生物细胞全能性的大小;
③认同结构与功能相适应的生命观念。
2.4教学重难点
细胞全能性的概念及其决定因素。
2.5教学过程
2.5.1展示落地生根，引出细胞的全能性
教师展示多肉植物落地生根的图片或实物（叶缘处带不定芽或幼小植物体），并告知该植株的名字为落地生根，要求学生观察该植株。教师并提问：落地生根和你所见过的其他植物的最大的不同之处是什么？以此问题引导学生关注落地生根叶缘处的幼小植物体。
设计意图：教师通过展示多肉植物落地生根，一方面激发学生的学习兴趣，另一方面可以快速地将学生地注意力聚焦至落地生根的叶缘处的不定芽，引出将要教学的内容——细胞的全能性。
2.5.2聚焦落地生根的不定芽，阐述细胞的全能性
教师围绕落地生根的不定芽，循序渐进地提出以下问题，引导学生突破细胞全能性概念的要点，总结细胞全能性的概念。
①落地生根锯齿状叶缘处的不定芽是否具有根、茎、叶，掉落至土壤后能否发育成一颗新植株？
②落地生根锯齿状叶缘处是什么部位长出了不定芽，该部位的细胞是否是已经分化的细胞？
③大多数植物的叶腋处的芽最后会发育成什么？这与落地生根锯齿状叶缘突起处的芽有何异同点？
设计意图：学生通过问题①、②进行讨论分析，初步了解落地生根锯齿状叶缘突起处的细胞是已经分化的体细胞，然而它们却可以再分化形成完整的个体，这一现象被称为细胞的全能性。学生通过分析问题③得出：普通植物的叶腋处的芽一般发育成枝条，而落地生根叶缘锯齿处的突起处的不定芽反而发育成具有根、茎、叶的完整的植株，再次强调细胞的全能性的最终结果是形成完整的个体。以此突破细胞全能性这一概念中的两个要点：起点为已分化的细胞，终点为完整个体。
2.5.3从落地生根不同部位的细胞入手，分析细胞全能性的理论基础及细胞全能性的大小
教师针对落地生根叶缘处的细胞和其他部位的细胞，提出以下问题：
①落地生根锯齿状叶缘突起处的细胞能够分化发育成完整的植株。这是因为该处细胞内的遗传物质与别处不同吗？
②落地生根发育的起点是什么细胞？通过何种方式进行细胞增殖？增殖后的细胞有何特点？
③在植物细胞中，哪些组织依旧具有细胞分化的能力？
设计意图：学生已经具备有丝分裂、细胞分化的知识基础，通过对问题①、②的分析，得出细胞全能性的理论基础：每一个细胞都是由受精卵通过有丝分裂和细胞分化形成的，因此都含有相同的遗传物质，在一定条件下，都具有表达细胞核中每个基因的潜能，都有可能发育成完整的个体。学生通过分析问题③得出：在植物体中具有分生组织的部位，细胞的全能性更大。 2.5.4由落地生根过渡到经典实验——胡萝卜的组织培养
在学生掌握了细胞全能性概念的基础上，教师可以进一步指出，落地生根这种生命有机体自然发生的细胞全能性并不是所有生物都能发生的，大多数生物要在人工处理的条件下才能实现细胞的全能性。进而引出1958年美国科学家斯图尔德做的胡萝卜植物组织培养实验。学生结合书本的图文信息，回答下列问题：
①为什么要选取胡萝卜韧皮部的细胞进行离体培养？
②在植物组织培养的过程中，是否需要外界加入营养物质？
③植物组织培养的过程中，是否需要保持无菌的环境？
设计意图：由落地生根自然发生的细胞全能性过渡到植物组织培养，学生在了解细胞全能性的基础上，能更好地了解植物组织培养。通过思考问题串，学生进一步了解含有分生组织的根尖、茎尖相对容易实现细胞的全能性，但是在植物组织培养过程中需要外界提供一定的植物激素、无机盐、糖类等营养物质;并通过学习植物组织培养这门技术，了解细胞全能性的应用价值。
2.5.5比较动、植物细胞全能性的大小
教师出示克隆羊多莉的产生过程示意图，并提出以下问题：
①和植物组織培养相比，克隆羊多莉在克隆的过程中运用的是整个体细胞还是体细胞的细胞核？
②动物和植物相比，谁的细胞全能性更容易实现？
③在人类的体细胞中，有哪些细胞在分化后依旧保持细胞分裂和分化的能力？
设计意图：学生通过问题①、②对植物组织培养和多莉羊克隆实验的对比分析，得出：细胞的全能性在动物细胞中更难实现。教师通过问题③，引出干细胞的概念、种类、作用。
3教学反思
生物学与人类生活息息相关，生物学教学的目标是培养学生利用生物学知识去思考和解决实际问题的能力。为了实现这一目标，将生活中的素材引入课堂进行例析和探究是非常有价值的。在本教学案例中，教师不仅可以在课堂上利用落地生根进行知识的讲解，在课外还可以组织学生解剖落地生根锯齿状叶缘突起处的细胞，将其与其他部位的细胞置于显微镜下观察，进一步了解细胞全能性大小的原因，培养学生的科学探究能力，渗透结构与功能相适应的生命观念。此外，多肉植物因种类繁多、外形美观、繁殖能力强等特点，近年来备受大众的喜爱，不少学校在进行班级文化建设时，多肉植物常作为绿色元素被引入，不少班级甚至会发起领养多肉植物的活动。这不仅能培育学生的爱心、责任心，更能让学生亲自体验多肉植物的成长过程，了解多肉植物的习性，在养护多肉植物的过程中，能够运用所学的知识解释多肉植物这种特殊的营养繁殖方式。
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