抗生素对细菌的选择作用实验优化

“抗生素对细菌的选择作用”是人教版高中生物学教材（2019 年版）必修二《遗传与进化》第六章中的一个新增探究性实验。在《普通高中生物学课程标准（2020 年修订版）》中建议将耐药菌的出现与抗生素的滥用进行联系，并做相关讨论 [1]。在实验过程中，学生运用所学知识解释操作步骤原理，掌握规范的微生物培养操作实践及科学探究的基本思路和方法，提高实验设计优化、方案实施能力；能够基于实验结果和数据，深入理解相关概念，主动关注不正确使用抗生素带来的危害，积极参与社会议题，树立社会责任意识。

1 实验存在的问题

该实验存在的问题：（1）抗生素纸片使用量大，购买抗生素片价格较贵成本较高。（2）大肠杆菌、金黄色葡萄球菌具有致病性，实验过程中需要连续接种，存在感染风险。（3）实验现象形成抑菌圈都为透明色，加上平板透光性问题，菌落边缘不易区分开，测量误差较大。

2 整合优化思路，再次优化方案

2.1 预实验

针对问题做以下调整：采购生活中常见 3 种抗生素药物（阿莫西林、头孢拉定、庆大霉素）自备抗生素纸片，并借助磁力搅拌器加快溶解，为了确定较为适宜的抗生素浓度以及菌种的选择，设计以下预实验。（1）探究三种抗生素不同浓度对大肠杆菌的抑制作用。（2）探究三种抗生素不同浓度对枯草芽孢杆菌的抑制作用。预实验操作过程如图1 所示。

完成以上操作，将平板放置在 37℃恒温箱中培养 12 小时后观察，发现庆大霉素实验组在 8 等分区域的部分抑菌圈已超出培养皿无法测量数据，针对庆大霉素实验组在保持原培养条件一致的情况下更改为 4 等分区域重新做实验。最终实验数据结果如表1、2 所示。

表1 探究不同抗生素对大肠杆菌的抑菌作用

说明：滤纸圆片本身直径为 0.6cm ，用“0”表示无抑菌圈

表2 探究不同抗生素对枯草芽孢杆菌的抑菌作用

说明：滤纸圆片本身直径为 0.6cm ，用“0”表示无抑菌圈

结合预实验的结果分析，庆大霉素组对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌抑菌圈明显，具有较好的抑菌效果，且随着浓度上升抑菌效果越明显；菌种可选用枯草芽孢杆菌，现象明显且感染性低，更安全。但兴趣小组成员对庆大霉素浓度选择意见不一，大部分认为应该选择 3.5g/L 浓度，抑菌圈最为明显方便测量；也有成员认为应该选择 0.5g/L 浓度，此时效果已经优于其他药物实验现象；还有成员建议在此基础上减少浓度梯度，再次进行实验从而确认最佳浓度。教师对成员能够提出自己看法给予肯定，鼓励学生继续深入探究，由于时间限制基于目前实验建议选择 0.5g/L 浓度，实验现象相对明显且能够节省药品节约成本。同时启发学生在接下来的实验中思考：生活中不乏加大抗生素剂量的滥用问题，会造成什么隐患呢？

另一组成员针对测量问题查阅文献后得到启发：细菌增殖过程中产生的琥珀酸脱氢酶，可以把无色的氯化三苯基四氮唑（TTC）还原成红色的三苯甲（TPF），使培养基变红 [2]。基于以上原理设置分组对比普通培养基与添加 TTC 培养基的现象研究。

2.2 确定优化方案

结合兴趣小组汇报的预实验结果，确定优化方案为：在培养基中添加 TTC溶液作为显色剂进行庆大霉素（ 0.5g/L 浓度）对枯草芽孢杆菌的选择作用连续传代培养实验。

3 实施优化方案，得出实验结果

通过优化方案的实施，我们得到了清晰的实验现象和数据，并将数据转化为可视化的曲线图。实验结果表明，庆大霉素对枯草芽孢杆菌的抑菌效果显著，且随着传代次数增加，抑菌圈逐渐缩小，说明细菌对抗生素的耐药性逐渐增强。这一结果引发了学生对滥用抗生素可能导致超级细菌出现的深刻思考。

4 结合实验现象，探讨社会议题

实验结束后，组织兴趣小组对本次实验所见所得与班级其他同学分享，大部分成员表示通过本次的探究实实在在的感受到了做实验研究的不容易。教师趁热打铁，组织班级学生讨论如何理解概念“适应是自然选择的结果”？深入探讨“滥用抗生素危害”“抗生素的滥用与超级细菌之间的关系”“针对抗生素滥用问题，我们能做些什么？”等社会热门议题，让学生结合实践提高社会责任感。

5 实验教学反思与小结

本次探究实验通过兴趣小组的参与，基于教材中的基础实验，拓展出不同抗生素的抑菌作用实验，将教材中所提供的实验材料通过预实验分析进行适当替换，提升学生实验设计和实验操作能力、小组合作团队意识。组织学生查阅资料、文献，指导数据的图表处理，结合社会热门议题，让学生参与讨论，真正实现对学生思维能力的训练。比较可惜的是因微生物培养室场地限制，只能以兴趣小组形式开展，在接下来的实验教学中，尽可能的创造条件，思考如何能将探究实验转化为分组实验，人人参与其中。

由此也启发生物教学过程中，不能仅仅停留在理论层面，“灌输式”的真理远不如学生亲身经历“提出问题——探讨方案——动手操作——优化方案— —解决问题”的体验式学习，切实的让学生获得能力和思维的发展。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部 . 普通高中生物学课程标准：2017 年版 2020 年修订[M]. 北京：人民教育出版社，2020.

[2] 廖诗英，张世卿 . 鸡大肠杆菌 TTC 显色快速药敏试验方法的研究 [J].江苏农业科学，2009（5）：206-208.