美西螈核移植实验真的不严谨吗？

 

来源公众号：蒙蒙细语　作者：蒙庚阳

1 问题

在教材“思考·讨论”栏目中，呈现了这样一则资料：科学家用黑白两种美西螈(一种两栖动物)做实验，将黑色美西螈胚胎细胞的细胞核取出来，移植到白色美西螈的去核卵细胞中。移植后发育长大的美西螈，全部是黑色的。（资料2、3、4略）。

围绕该实验，教材设置讨论问题：美西螈的皮肤颜色与表皮细胞内黑色素的合成有什么关系？这一合成过程是由细胞核还是细胞质控制的？（讨论2、3、4、5、6略）

在发表的教学论文或日常的教学中，部分教师在分析上述资料时，常会进一步提出如下追问：

a. 如何设计对照实验，才能让该实验更具说服力？

b. 从实验设计原则角度出发，此实验有哪些改进空间？

c. 黑白美西螈核移植实验是否严谨？请阐述理由。

……

教师们普遍期望学生给出的答案是：该实验存在局限性，因为仅开展了“黑核+白质=黑美西螈”的操作，缺少“白核+黑质=白美西螈”的对照实验。

2 疑惑

教师增设这些问题，背后可能存在多重教学意图：其一，强化学生对实验设计基本原则（如对照原则）的理解与运用；其二，培养学生批判性思维，使其学会对实验进行科学评价，识别实验设计中的潜在不足；其三，通过分析，明确美西螈皮肤颜色这一性状是由细胞核决定，而非细胞质。或许还存在其他未提及的教学考量。

然而，这些追问是否合理？科学家当初开展此项实验的目的是什么？教材编写者选取这则资料又有着怎样的意图？教师在课堂上追问的目标与前两者是否一致？若不一致，是否意味着这些追问存在欠妥之处，甚至偏离了既定的教学目标？

3 探讨

3.1 文献溯源

美西螈（Axolotl，学名Ambystoma mexicanum），又称墨西哥钝口螈或六角恐龙，隶属蝾螈目钝口螈属钝口螈科，是生活在墨西哥霍奇米尔科湖、查尔科湖和查普尔特佩克湖运河中的水生两栖动物。因其具备易饲养、生存能力强、细胞体积大等特性，成为科学研究的理想模式生物，与豌豆、果蝇、大肠杆菌等科研“明星”生物有着同样重要的地位。

1962年，Signoret、Riggs和Humphrey在《Developmental Biology》发表了《Nuclear Transplantation in the Axolotl》一文，文章详细介绍了美西螈核移植的方法，为探究相关生物学问题，还设置了多组对照实验，这里需要说明的是，核移植的37个胚胎发育良好，后来都表现为黑色，该实验通过观察胚胎颜色来判断核移植是否成功，成功移植的胚胎呈现黑色表型，而移植失败且存活的胚胎则表现为白色。

此刻，大家一定会立即反问，为何科学家当初不用“白核+黑质=白美西螈”来研究细胞核对胚胎发育的影响？蒙蒙细语猜测，这可能已经考虑到质基因对性状的干扰，很不利于观察皮肤的颜色，因为黑色美西螈是野生型（DD或者Dd），白色是突变体，是隐性性状（dd），皮肤的颜色会受到D基因的影响，这样的设计，后代皮肤颜色可能不一定都是白色，且当时的实验侧重研究核移植技术的优化问题，并不是侧重去研究细胞核对皮肤颜色的控制，使用黑色美西螈的细胞核，是为了便于观察现象，由此可知，当初科学家们的实验目的不同于如今课堂上老师们给学生们增设的问题。

1963年，童弟周夫妇在《动物学报》发表《细胞核的移植》，该文提到1957年日本学者Samnbaichi曾进行两种黑斑蛙的核移植以及杂交实验，得出核移植产生的亚种特性主要取决于细胞核而非细胞质的结论，文中同样也提及美西螈核移植实验，37个核移植的胚胎都是黑色。后来，童第周在《细胞质对细胞核的活动和遗传性状表现的作用》中进一步指出，虽然细胞核对生物发育和遗传的关键作用不容置疑，但细胞核并非控制发育和遗传的唯一物质基础，细胞质在生物遗传与发育进程中同样发挥着重要功能。

由此可见，简单以“缺乏对照实验”评价美西螈核移植实验并不客观，这种评价可能脱离了真实的实验背景，容易误导学生对科学史实验形成错误认知。

3.2 解读教材

尽管难以精准把握教材编写者的具体思路，但教师教学用书（尤其是每一节的“编写思路”部分）为我们提供了重要参考，这也是编者与一线教师沟通教学理念的重要渠道，教师在备课时应予以重点研读。然而，实际教学中仍有部分教师依赖教学经验，忽视对教学用书的研究。事实上，深入阅读教学用书，有助于教师准确把握教材编写逻辑。

从教师教学用书相关内容来看，教材旨在通过多个生物学事实，逐步构建“细胞核控制着细胞的代谢和遗传”这一核心概念。部分教师可能试图依靠美西螈这一个实验传递更多信息，显然是急于求成，未能领会教材通过系列实验进行归纳总结的编排逻辑。

3.3 反思教学

在实验探究教学过程中，我们往往习惯从自变量、因变量、无关变量以及观测指标等维度，对实验进行细致分析，同时关注实验组与对照组的设置是否合理，是否严格遵循单一变量原则等。这种分析方法本身无可厚非，但在实际教学中，需紧密结合教学情境与教学目标，若教学内容是通过多个实验归纳得出结论，过度细化的分析可能并非必要。

以美西螈核移植实验为例，即便补充“白核+黑质=白美西螈”的实验，只是针对某一生物特定性状的实验探究，依然难以充分论证“细胞核控制着细胞的代谢和遗传”这一重要概念，还需要多种生物、多种性状加以论证。

蒙蒙细语认为，教材提供的6个讨论问题，除了并列关系外，也有递进逻辑：从“某一物种的某一性状”（讨论1），延伸到“不同物种的细胞分裂与代谢”（讨论2、3），继而追问“这些生命现象由细胞核控制还是细胞质控制”（讨论4），再与克隆牛实验对比（讨论5，教材本节“问题探讨”中的相关表述，“几乎”两字也巧妙暗示了细胞质在遗传中的潜在作用，这与上文童第周对细胞质基因功能的研究相呼应，充分展现了科学研究的递进发展历程），最终引导学生总结出细胞核的功能。

在生物教学实践中，教师可能因未明确实验核心目的就盲目设问，或者单纯模仿他人教学案例。无论出于何种原因，在设计教学问题前，教师都应充分了解科学史背景，深入理解教材编写意图，审慎评估教学设计的合理性。这应当成为教师备课研讨的重要内容，助力实现更有效的生物学课堂教学。

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