发布时间：2023-05-05 08:57:36
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的生物学论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
关键词：钾离子通道；结构；基因
离子通道(ionchanne1)是跨膜蛋白，每个蛋白分子能以高达l08个／秒的速度进行离子的被动跨膜运输，离子在跨膜电化学势梯度的作用下进行的运输，不需要加入任何的自由能。一般来讲，离子通道具有两个显著特征：
一是离子通道是门控的，即离子通道的活性由通道开或关两种构象所调节，并通过开关应答相应的信号。根据门控机制，离子通道可分为电压门控、配体门控、压力激活离子通道。
二是通道对离子的选择性，离子通道对被转运离子的大小与电荷都有高度的选择性。根据通道可通过的不同离子，可将离子通道分为钾离子(potassiumion，K)通道、钠离子(natriumion，Na)通道、钙离子(calciumion，Ca2)通道等。其中，K通道是种类最多、家族最为多样化的离子通道，根据其对电势依赖性及离子流方向的不同，可把K通道分为两类：①内向整流型K通道(inwardrectifierKchannel；Kin)，②外向整流型K通道(outwardrectifierKhannel；Kout)。K是植物细胞中含量最为丰富的阳离子，也是植物生长发育所必需的唯一的一价阳离子，它在植物生长发育过程中起着重要的作用，具有重要的生理功能。植物中可能存在K通道，这一点早在20世纪6o年代植物营养学界就有人提出，而一直到80年代才被Schroeder等人[23证实，他们利用膜片钳(patchchmp)技术，首先在蚕豆(V／c／afaba)的保卫细胞中检测出了K通道钾离子通道的结构单个钾离子通道是同源四聚体，4个亚基(subunit)对称的围成一个传导离子的中央孔道(pore)，恰好让单个K通过。对于不同的家族，4"亚基有不同数目的跨膜链(membrane。span。ningelement)组成。两个跨膜链与它们之间的P回环(porehelixloop)是K通道结构的标志2TM／P)，不同家族的K通道都有这样一个结目前从植物体中发现的K通道几乎全是电压门控型的，如保卫细胞中的K外向整流通道等，其结构模型如图2一a所示。离子通透过程中离子的选择性主要发生在狭窄的选择性过滤器(selectivityfilter)中(图2一b)，X射线晶体学显示选择性过滤器长1．2nIll，孔径约nIll，K钾离子通道的作用.有关K通道在植物体内的作用研究并不多。
从目前的结果来看，认为主要是与K吸收和细胞中的信号传递(尤其是保卫细胞)有关。小麦根细胞中过极化激活的选择性内流K通道的表观平衡常数Km值为8．8mmol／L，与通常的低亲和吸收系统Km值相似[。近年来，大量K通道基因的研究表明，K通道是植物吸收转运钾离子的重要途径之一。保卫细胞中气孔的开闭与其液泡中的K浓度有密切关系。质膜去极化激活的K外向整流通道引起K外流，胞质膨压降低，导致气孔的关闭。相反，质膜上H．ATPase激活的超极化(hyperpolarization)促使内向整流钾离子通道(Kin)的打开，引起K的内流，最终导致气孔的张开钾离子通道相关基因及其功能特征迄今，已从多种植物或同种植物的不同组织器官中分离得到多种K通道基因(图3)，根据对其结构功能和DNA序列的分析，可以把它们分为5个大组：工，Ⅱ，Ⅳ组基因属于内向整流型通道；m组属于弱内向整流型通道(weaklyinwardAKT1ArabidopsisKTransporter1)是第一个克隆到的植物K通道基因，采用酵母双突变体互补法从拟南芥cDNA文库中筛选出来cDNA序列分析表明，AKT1长2649bp，其中的阅读框为2517bp，编码838个氨基酸残基组成的多肽，相对分子质量约为95400Da。AKT1编码的K通道，对K有极高的选择性，其选择性依次是K>Rb>>Na>Li。
Northernblot分析表明，AKT1组织特异性较强，主要在根组织中表达ZMK1(ZeamaysKchannel1)是从玉米胚芽鞘中分离出的K通道基因，在皮层表达。在卵母细胞中的表达表明，ZMK1编码的K通道是通过外部酸化激活的。有研究表明，蓝光对ZMK1通道在玉米胚芽鞘中的分布有一定影响[32l。1组KAT1组基因编码内向整流钾离子通道，其与AKT1组基因产物结构上的最大区别是在COOH端没有锚蛋白相关区(枷n—relateddo—main，ANKY)。KAT1组基因主要包括KAT1，KST1，SIRK，KZM1，KPT1等。KAT1(ArabidopsisinwardrectifierKchannel1)是与AKT1同时从拟南芥cDNA文库中筛选出来的植物K通道基因。KAT1基因的阅读框含有2031个核苷酸，编码的多肽由677个氨基酸残基组成，相分子质量约为78000Da。KAT1的表达具有组织特异性，KAT1在拟南芥植株中的主要表达部位是保卫细胞，在根和茎中也有少量的表达。人们认为KAT1通道可能参与了气孔开放，并向维管组织中转运K，而不是直接从土壤中吸收KJ。
以KAT1为探针，又能从拟南芥cDNA文库中筛选出KAT2等功能类似的内向整流型K通道基因通过基因工程技术，人们已相继开展了将KATI和AKTI基因导人到拟南芥、烟草和水稻的研究，并获得了一些转基因植株。比如，施卫明等利用根癌农杆菌介导法已成功地把KAT1和AKT1导人拟南芥和野生型烟草中，并获得了转基因植株及其纯合株系，发现转基因植株的吸钾速率和对K的累积能力都比对照的有明显的提高，而且，经过分子检测，也证实711和AKT1基因在转基因植株中得到了整合和表达。因此，运用现代分子生物学手段和基因工程技术筛选高效利用钾的作物品种或利用现有的钾离子通道基因改良作物品种，从而提高作物本身的钾吸收利用能力应该是目前主要的研究方向。可以相信，随着分子生物学技术、基因工程技术和有关分析测试技术的发展和应用。随着研究工作的不断深入，有关钾离子通道基因的分离、克隆和利用会取得更大的进展。
参考文献：
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1.1生长曲线的测定嗜酸乳杆菌AP117经活化后,以5%的接种量接种到MRS液体培养基中,30益静置培养24h,每隔2h取样,稀释涂布MRS固体培养基平板,培养20~24h后数活菌数,每毫升的细菌菌落数以对数值表示。
1.2耐酸能力的测定将嗜酸乳杆菌AP117经MRS液体培养基活化后,按5%接种量接种于MRS液体培养基,30益培养16h备用。用0.1mol/L的HCl分别调节MRS液体培养基pH为1.5、2.0、3.0、4.0和4.5。取16hAP117培养液,按5%接种量接种于不同pH的液体培养基中,30益培养2h,采用倾注平板法,以MRS固体培养基作为计数培养基,测定培养液的活菌数,平行测定3次,取平均值,以刚接种时的活菌数为对照,计算菌株在不同酸性条件下处理2h后的存活率。
1.3耐胆盐能力的测定将嗜酸乳杆菌AP117经MRS液体培养基活化后,按5%接种量接种于MRS液体培养基,30益培养16h备用。用猪胆盐分别调节MRS液体培养基,使胆盐含量分别为0.1%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%。取16h培养液按5%接种量接种于不同胆盐含量的液体培养基中,30益培养2h,采用倾注平板法,以MRS固体培养基作为计数培养基,测定培养液的活菌数,平行测定3次,取平均值,以刚接种时的活菌数为对照,计算在不同胆盐条件下处理2h后的菌株存活率。
2结果与讨论
2.1嗜酸乳杆菌AP117的生长动态曲线嗜酸乳杆菌AP117在温度30益,静置培养24h,其活菌数的对数值随时间变化关系如图1。由图1看出培养6h后活菌浓度达到105cfu/mL,之后进入对数生长期,14~20h为稳定期,活菌浓度超过1010cfu/mL。
2.2嗜酸乳杆菌AP117的耐酸性乳酸菌可以利用的耐酸性机制有许多种,目前没有统一定论,大体上可以分成8类:质子泵、蛋白质修复、DNA修复、调节因子、细胞密度的改变、细胞膜的改变、产生碱和代谢方式的改变,其耐酸性机制因菌株不同而有差异。不同的菌株耐酸性不同。采用MRS液体培养基和0.1mol/L的HCl溶液模拟胃酸环境(pH为1.5~4.5),测定菌株AP117在不同pH条件处理2h后的存活率,结果见图2。在pH为4.0和4.5条件下,菌株存活率均较高,达到97%以上,活菌数在1010cfu/mL以上;在pH为2.0条件下,菌株的存活率仍为79.8%,表现出极强的耐酸性;而在pH为1.5条件下,菌株的活菌数下降较快,降至105cfu/mL,存活率仅为48%左右,说明pH为1.5对嗜酸乳杆菌有较强的抑制作用。表明嗜酸乳杆菌AP117完全可能适应胃内环境,是比较理想的耐酸性较强的益生菌菌株。
2.3嗜酸乳杆菌AP117的耐胆盐能力采用猪胆盐分别调节MRS液体培养基,使胆盐质量分数分别为0.1%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%(下同)。测定菌株AP117在不同胆盐浓度条件处理2h后的存活率,结果见图3．图3中数据表明在0.1%胆盐的MRS液体培养基中放置2h后,菌株AP117的存活率为100%左右,能够很好的存活;胆盐质量分数0.5%条件下,菌株的存活率仍高达82.48%,说明0.5%胆盐浓度对嗜酸乳杆菌AP117的生长影响不大;继续增加胆盐质量分数,菌株的存活率显著降低。赵瑞香等[14]研究发现嗜酸乳杆菌能够有效降低血清及培养介质中的胆固醇水平,但其降低胆固醇的机理未确定。嗜酸乳杆菌对胆盐的耐性可能与菌体细胞的胆盐水解酶活力有关[15]。高浓度的胆盐对菌体细胞有一定的毒害,在胆盐水解酶的作用下胆盐由结合态变为脱结合态胆盐,后者溶解度降低,对菌体细胞的伤害减小。
2.4嗜酸乳杆菌AP117代谢产物的抑菌特性采用双层琼脂牛津杯法测定菌株AP117对两种指示菌的抑菌效果,观察抑菌圈,测定抑菌圈直径,结果如图4所示。菌株AP117的代谢产物对两种指示菌的抑菌圈明显可见,直径均在10mm以上,尤其对大肠杆菌抑菌圈直径达到12.5mm,表明嗜酸乳杆菌AP117的代谢产物对大肠杆菌的拮抗作用更大些。大肠杆菌和金黄色葡萄球菌会导致人类和动物发生细菌性食物中毒和其它感染症。嗜酸乳杆菌代谢产物对这些致病菌的拮抗能力较强,可以降低食物中毒的发病率,保证食品的安全性。
3结论
关键词:道尔顿;分子量;相对分子质量;量和单位;量符号
1引言
在生物学和医学研究论文中,常会碰到一些看似简单,实则使人头痛的物理量、计量单位和符号问题。例如,作者常常需要对研究的目标物质进行描述,其中一个重要的指标就是其分子大小。在我们的编辑实践当中发现,来稿中很多研究论文在描述关于物质分子大小时存在着这样的现象:多数研究论文仍然使用“分子量”这一物理量,以“道尔顿”或“千道尔顿”为单位(××D或××kD)来描述;有的使用了“相对分子质量”这一物理量但是书写却不正确;只有极少部分论文正确地使用和书写了这一物理量。究竟应如何正确使用?
2描述物质分子大小的物理量
对所研究的原子和分子的质量进行描述,以往多使用“道尔顿(D)”这一单位。英国化学家JohnDalton(1766-1844)是近代化学之父,在化学方面提出了定量的概念,总结出了质量守恒定律、定比定律和化合量(当量)定律。在此基础上,1803年又发现了化合物的倍比定律,提出了元素的原子量概念,并制成最早的原子量表。人们为了纪念道尔顿,以他的名字作为原子质量单位,定义为12C原子质量的1/12,1D=1/Ng,N为阿伏加德罗常数。
以往我们常用的描述物质分子大小的物理量是分子量,它是“单质或化合物以分子形式存在时的相对质量”[1]。我们知道,以一个12C重量的1/12为标准,其他的原子质量同这标准相对照得出相对质量,称为这个原子的原子量[2]。分子量是物质分子或特定单元的平均质量与核素12C原子质量的1/12之比,等于分子中原子的原子量之和[3]。
对于分子来说,一个分子的质量,用道尔顿表示时,应该是“蛋白质A的质量为××道尔顿”。因为分子量为该物质的分子的质量与12C原子的质量的1/12之比,所以如果说“蛋白质A的分子量为××道尔顿”,乃是不正确的表示方法。
3国家标准中规定的物理量
道尔顿是核物理与反应堆技术中惯用的质量旧单位,自1960年起,用原子质量单位(u)代替它,规定1dalton=1u≈1.6605402×10-27kg[4]。
作为国家标准,与国际标准一致,现行有效的1993年修订的国家标准《量和单位》选择了“相对原子质量”和“相对分子质量”这两个物理量名称,并在GB3102.8—93的引言中说明:“本标准中的相对原子质量Ar和相对分子质量Mr,以前分别称为原子量和分子量,在使用中,应有计划地逐步采用本标准的名称。”
所谓相对原子质量Ar是指“元素的平均原子质量与核素12C原子质量的1/12之比”,即Ar=m/mu(m为元素的平均原子质量);物质的相对分子质量是指“物质的分子或特定单元的平均质量与核素12C原子质量的1/12之比”,即Mr=m/mu(m为物质的平均分子质量)。它们是量纲一的量,其单位为1[5]161。
4正确运用“相对分子质量”等物理量和单位
由于历史的原因,在道尔顿当初提出原子量的概念时指出,“同一种元素的原子有相同的重量(weight),不同元素的原子有不同的重量。”因此“atomicweight”在中文里翻译成了“原子量”。但是当时重量和质量(mass)是相同的概念,实际中获得的都是原子的相对质量,但仍然称作原子量,这也许是原子量和分子量的单位一直用“道尔顿”的原因。
但国家标准中规定了应当使用“相对分子质量”来描述分子的相对大小,那么,关于道尔顿(D),在现实中用作“原子质量”或“分子质量”单位时,原来的1D=1u;用作“相对原子质量”或“相对分子质量”单位时,原来的1D=1,即其单位为1。
虽然“道尔顿”属非SI单位即非法定计量单位,但由于历史的原因,鉴于目前科学界尚有大量使用“D”或“kD”的文献存在,在某些类型的论文写作中,作者往往会坚持在某些数据中使用“D”或“kD”。例如在综述类论文中,被引用文献数据中“D”常常不可避免。在这种情况下,有人[6]认为应尊重作者的选择,虽然期刊中会出现“非法的”D,但不应视为“违法”。超级秘书网
5正确运用“相对分子质量”的量符号
既然明确了描述物质分子大小的物理量,在使用“相对分子质量”这一量符号时,很多期刊没有能准确把握,造成了很多错误。在国内免疫学相关的7本杂志以及其他生物学、医学类的杂志,发现在稿约、正文以及SDS-PAGE、Westernblotting等结果图中,“相对分子质量”这一量符号出现了很多种写法,如:Mr、Mr、Mr、Mr以及仍然沿用kD为单位等多种情况。那么,究竟应该如何书写这一量符号呢?根据科技书刊外文字符使用规范[5]197-201:量符号、代表量和变动性数字及坐标轴的下标符号应用斜体;量符号中除表示量和变动性数字及坐标轴的下标字母用正体。根据这一原则,相对分子质量中M是量符号,应用斜体;下标r是relative(相对的)的首字母,不是量符号,也不是代表变动性数字,更不是坐标轴符号,应使用正体。因此,正确的写法是Mr。类似地,相对原子质量的正确写法是Ar。
6结语
生物学和医学类科技期刊是广大科研工作者展示其学术成果的舞台,要科学地将一系列学术成果展现出来,要实现科技期刊的标准化与规范化,就要改变人们长期以来的习惯,需要广大科(下转257页)(上接256页)技期刊编辑担负起科技期刊的社会责任,加强宣传和普及,需要作者和编辑同仁长期不断的共同努力,才能最终得以实现。
参考文献
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国家大力推进教育改革将应试教育转变为素质教育,倡导将课本知识变为实际生活中的技能。当前低碳生活的理念已经为民众所熟知和重视,通过学校的教育将这种理念从一种口号变为实施操作层面的措施很重要,把这种理念贯穿到整个生物学教学过程中,让学生亲身体验,通过各种活动,使低碳生活进入学校,走进家庭,培养学生对低碳生活的认知度,这样才能让学生充分体会自然的深奥与神奇,了解保护地球环境的重要意义。这篇论文对低碳生活理念与生物教学的结合进行了一些探讨,提出几点改进生物教学的建议。
2、将生物学科教学与低碳生活相关知识相融合的改进方法
2.1将低碳生活理念与生物教学内容有机结合
从生物学科的教材内容上看,教材原有的各类动物、植物的知识已经涵盖了一部分低碳生活的要素,教师应该根据现有的教学内容进行改进,适当突出含有低碳生活知识的部分、紧跟新闻时事,根据学生的兴趣使生物教学更加系统化与层次化。例如在生物与环境章节融入环境对生物物种生长发育及分布的影响、生态环境危机及低碳发展的相关理论,在现代生物技术等题教学中组织学生到污水处理厂进行参观,在直观见证现代污水生物处理技术应用的同时培养其节能节水的低碳行为。此外,在教学实践中,组织学生搜集低碳素材,设计低碳生活闷卷并在校园一定区域内进行问卷调查社会实践。同时,制作低碳牛活宣课件进行校吲内低碳宣教。这些低碳教程的合理渗透取得了较好的效果。
2.2让生物学科的理论知识运用到实践中
生物学科的教学目标是让学生了解相关知识,并且能够在实际生活中运用这些知识解决困难,为今后更深一层的学习打下良好的基础。面对我国当前经济发展的态势重视环保工作也非常重要,因此让学生领会多姿多彩的生物界的同时还要了解很多环境保护的知识,这些理论知识可以帮助他们了解自然,热爱自然。而且还要让他们理解低碳生活,低碳经济。了解人类的索取会给自己和其他生物带来什么样的后果。生物世界是很奇妙的,生物种类繁多,包括植物、动物、微生物。这些知识在教材中都有详细的讲解。生物和他们所拥有的基因已及与它们生存的环境形成了现在这个高耗能经济,这种经济发展造成无序的抛弃、污染、垃圾、核废料正成为地球生态向前延续的巨大障碍。在理论知识的讲解中多与实践相联系,可以组织学生认识常见的动植物,试着给它们分类,了解它们的习性,收集标本都可以让学生学会如何和身边的生物相处,让他们学会尊重生命。保护地球。
2.3利用多媒体的现代化技术平台提高教学水平
在信息技术飞速发展的时代中,将计算机多媒体平台作为生物知识的教学平台可以大大提高教学效率,提升学生的学习兴趣。多媒体平台拥有的动画、声音、图片等媒介能让生物学知识呈现出更生动立体的面貌。这些媒介都有助于让生物知识在学生脑海中留下更深刻的形象,有助于提升学生的学习主动性。教师在生物学课件的制作中,应该充分考虑到这些因素,将大纲上的知识难点深入浅出地通过多媒体教学平台传授给学生,这种教学方式比传统挂图、板书等教育手段减少了众多弊端。如基础理论的很多微观知识点晦涩难解,因此这部分知识尤其注重动画、声像、影视等多媒体技术及资源的利用。实践证明,通过动画显示显微镜下的中期细胞中的全套染色体的多媒体教学方式可以取得较好效果。实践证明,利用多媒体技术和声像教学法不仅可以让学生快捷,轻易地掌握理论知识,还恰好切合了低碳环保的教学理念,有效降低教学资源的浪费。
3、结语
2.利用探究探究教学是指在教师引导下，学生主动参与到发现问题，寻找答案的过程中，以培养学生解决问题能力的教学活动。以探究的方式讲授核心概念，可以将抽象的知识以实验的过程让学生感知，因此被众多教师用于课堂教学。《标准》提出“倡导探究性学习，力图促进学生学习方式的变革，引导主动参与探究过程，逐步培养学生获取新知识、分析和解决问题、交流与合作等能力，培养创新精神和实践能力。““以核心概念”基因”为例，利用探究教学策略的设计如下：①提出探究问题：基因是否等于DNA？②推理与设计分析：一个DNA分子就是一个基因吗？③取证：通过对资料数据分析出全部基因的碱基对数>DNA分子的碱基对数，得出结论：基因只是DNA的片段。④解释证据：海蜇的绿色荧光蛋白基因转到小鼠体内，发现小鼠能发光，证明海蜇的发光基因不仅传给小鼠，而且能表现出来，起到控制小鼠的特定性状的作用，即具有了特定的“效应”。因此就顺利地从DNA水平上给基因下一个完整的定义：基因是有遗传效应的DN段。
3.通过比喻或模型比喻或模型法可以让抽象问题更易理解和直观化。如核心概念“染色体组”可以用扑克牌的类比法来讲授；核心概念“减数分裂”可用模型法讲授，用橡皮泥反映染色体的形态变化，用红绿分别代表来自父方和母方的一对同源染色体，模拟减数分裂过程中各时期染色体的行为。又如，在讲述DNA分子的结构时，教师将DNA分子的平面结构比喻成梯子，磷酸和脱氧核糖交替排列构成了梯子的扶手，碱基间构成的氢键就是梯子的踏板，这样可很好地加深学生对DNA组成的认识。
4.采用概念图概念图是用来组织和表征知识的工具，它通常将某一主题的有关概念置于圆圈或方框之中，然后用连线将相关的概念和命题连接，连线上标明两个概念之间的意义关系。一个完整概念图的完成需要经过以下几个步骤：①选取一个知识领域；②确定关键概念和概念等级；③初步拟定概念图的纵向分层和横向分支；④建立概念之间的连接，并在连线上用连接词标明两者之间的关系；⑤在以后的学习中不断修改和完善。理想的概念图的具有以下几个特征：①概念间具有明确包容关系的层次结构；②概念间的内在逻辑关系可以用适当的词或词组标注出来；③）不同层级概念间的纵横联系清楚、明确，并形成一些交叉点：纵向联系说明概念间的包容与被包容的关系；横向联系可以说明处于概念图中同一层级水平的概念间的有意义联系；而交叉关系则说明处于不同层级概念间的联系。故而，在概念图中的概念是不能被单独表征的。如在核心概念“染色体”的教学中和学生一起构建如下的概念图：
图1核心概念“染色体”的概念图5.借助现代信息技术辅助手段现代信息技术在辅助教学上的主要手段有网络技术、通信技术、虚拟现实技术、多媒体技术等。在教学过程中，教师使用最广泛的是多媒体技术，它是以计算机为基础，以交互方式处理、传输和管理文本、图形、图像、视频、动画和声音等运载信息的媒体技术。此项技术具有声、图、文并茂，形成多种感官刺激，有利于对知识的记忆和保持；渲染理想的教学环境等优点。如在讲授“细胞增殖”、“减数分裂”、“神经调节”等抽象、复杂知识时，教师可以用动画来演示这些过程性知识。
在新课程理念下以“提高高中学生的生物科学素养”为根本任务的《标准》指导下，借助于生物科学史去建构概念，有效展示了概念的发展过程，学生在这样的教学中学习的不仅仅是条条框框的生物学知识，更重要的是得到了科学方法的训练，落实了“知识、能力、情感态度价值观”的三维目标。采用实验探究进行概念学习，就是通过学生自主设计实验后在教师指导下实验，通过学生的亲自实践不仅可利用科学事实建构科学概念，同时能发挥学生的主动性，要让学生积极地思考，积极地参与学习活动，提高学生对生物学的学习兴趣。通过比喻或模型、信息技术辅助学概念，都是属于借助一定手段使抽象概念直观化。概念图的运用是进一步训练学生建立概念、理解概念的方法。
生命科学中的“规律、原理和方法”都是借助于有关生物学概念,才得以表述。而概念是人脑对现实的对象和现象的一般特征和本质特征的反映。因此，在生物学教学中学生准确、深刻地理解、掌握概念，不仅是学好生物学的前提,也是发展学生智力和逻辑思维能力的必要条件。因此，生物教师要重视概念教学，运用有效的策略帮助学生正确理解和运用概念，进而运用生物学原理、规律解决生产、生活实践中的有关生物学问题。
近半个世纪以来,以分子生物学和细胞生物学为代表的生物学相关学科的发展突飞猛进,并向生物医学多个学科进行广泛渗透和交叉融合,对传统的生物学和医学科学均产生了革命性的影响,极大地推动了人类健康领域的理论突破和技术创新。目前,分子与细胞的相关知识已经成为生命科学的共同语言。按照现代医学对于人体认知的“社会–人体–系统–器官–组织–细胞–分子”这一逐级探索模式,分子与细胞是最为基本和最为核心的层次。因此,作为一名现代医学生,掌握扎实的分子与细胞基本理论知识对于理解或阐明疾病的发病机制、理解/执行或创建疾病的诊断和治疗方案至关重要。近年来,国内外各高等医学院校纷纷对已有的基础医学和临床医学课程,在器官系统层次上进行课程和知识整合,这已成为目前西方医学教育的主流模式。国内多个医学院校也纷纷学习、引进、改良和开展了“以器官系统为中心”的教学体系,取得了良好的效果。然而,在分子与细胞层次上的相关课程整合,主要涉及《生物化学》《、分子生物学》《、细胞生物学》和《医学遗传学》四门密切相关的生物学主干课程的整合。国内各医学院校虽有探索,但基于国内外医学教育在生物学相关课程教学上存在较大的差异(西方医学生进入医学院前学过较多的生物学课程,但国内医学生则从高中直接入学),故而目前在上述四门课程的整合上尚无一个成熟的模式。根据笔者前期调研掌握的国内医学院校的情况来看,中国医科大学和华中科技大学同济医学院对生物学学科相关课程整合进行了有益的探索,这两所学校均将《生物化学》、《细胞生物学》和《分子生物学》三门课程的内容进行重组整合,还分别出版了专门的教材《医学分子细胞生物学》和《细胞的化学与生物学》[6-7]。此外,中国医科大学和上海交通大学医学院还尝试将《医学遗传学》与《组织胚胎学》两门课程进行整合[8]。通过调研和梳理,笔者发现,上述国内医学院校的生物学相关课程整合中存在一个关键问题,即《医学遗传学》的相关内容在课程整合中没有与相关生物课程进行较好的融合。众所周知,《医学遗传学》在早期发展阶段,与胚胎发育研究密切相关,但经过近年来的快速发展,其整体内容已迥异于传统的经典遗传学和胚胎发育研究,反而与《生物化学》、《细胞生物学》,尤其是《分子生物学》的联系更为密切。因此,《医学遗传学》更应该与《生物化学》等生物学主干课程进行系统、合理的整合;而《组织胚胎学》则适合以器官系统为主线,与其他医学类课程进行整合。然而,对包括《医学遗传学》在内的这四门密切相关的生物学主干课程进行系统整合的做法尚未见报道,很有必要进行尝试和探索[6-9]。
2分子与细胞整合课程教学体系的构建
2.1整合思路与教学内容
2012年初,作为我校启动的“以器官系统为中心”重大教学体系改革的一部分,我们在充分调研的基础上,以分子和细胞为主线,将传统以学科设置的《生物化学》、《分子生物学》、《细胞生物学》和《医学遗传学》四门课程进行有机精简整合,形成了一门新的整合课程《分子与细胞》[10-12]。如表1所示,整合后的新课程的教学内容包含“生物大分子结构与功能”等八个层层递进的知识模块,按照由“动”至“静”,由“分子”至“细胞”,由“简单”至“综合”的原理进行设置。整合后的内容更为合理,更符合学习认知规律。结合教学实施,全部教学内容又分为两大部分,依次分为两个阶段进行教学。第一阶段,即《分子与细胞I》,为基础阶段:主要讲解分子与细胞相关的基础知识,该部分内容是将原有四门课程的核心基本知识进行重新精简整合为生物大分子结构与功能、细胞的结构与功能、物质代谢及调控、遗传信息传递及调控和细胞的运行机制五个密切关联并层层递进的模块。本阶段的主要教学目标是使学生掌握分子与细胞相关的基本理论知识,能够在分子和细胞水平上理解生命活动的基本规律,并尝试初步运用这些知识分析和理解相关的医学问题。实验教学方面,主要设置基本实验,包括双缩脲法测定血清蛋白质含量、血清蛋白的醋酸纤维薄膜电泳、胰酶对蛋白质的消化和影响酶作用的因素、丙二酸对琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制作用、血糖浓度的测定、转氨基作用(纸层析)、转氨酶活性的测定、DNA/RNA的原位显示及细胞膜通透性观察、线粒体活体染色及细胞器的观察、酸性蛋白/碱性蛋白及过氧化物酶的原位显示共计10个实验项目,以培养学生的基本实验技能和思维能力。第二阶段,即《分子与细胞II》,为提升阶段,主要将原有四门课程中的前沿进展性内容、医学相关内容如基因工程、分子生物学技术、基因诊断与基因治疗、干细胞、细胞工程、医学遗传学等内容进行整合,分为分子与细胞操作专题、医学遗传学专题和专题综合讨论三部分。本阶段的主要教学目标是,在第一阶段的基础上,使学生了解和掌握一些重要的分子细胞生物学技术及其应用、分子医学研究前沿与进展,并重点培养学生初步具备运用分子与细胞相关知识分析和解决相关医学问题的能力,为后续课程学习奠定坚实的基础。实验教学方面,包括人类皮肤纹理的观察与分析、人类染色体非显带核型分析和人类染色体G显带核型分析三个经典验证实验,另外设置一个基因克隆综合大实验,以培养学生综合性思考和解决问题能力。与原有的四门课程相比,新的整合课程重点解决了如下四个问题。首先,该整合课程很好地解决了前述的《医学遗传学》与其他三门生物学课程的系统整合问题。其次,该整合课程很好地解决和避免了原有四门课程中一些教学内容重复讲授的问题,如细胞信号转导、遗传信息传递与调控、癌基因与抑癌基因等,新整合课程教学学时数也比原四门课程总学时数减少了12个学时。再次,该整合课程将原有四门课程中一些密切相关交叉内容进行有机融合,以专题形式讲授。譬如,将原《医学遗传学》中的“肿瘤遗传”、原《分子生物学》中的“癌基因和抑癌基因”、《细胞生物学》中的“细胞周期与肿瘤”等内容进行整合,合并为分子肿瘤学专题讨论式教学;还将原《医学遗传学》中的“生化遗传病”与原《生物化学》中的代谢病、分子病等相关内容进行整合,合并为分子与疾病专题讨论式教学。最后,该课程整合是在分子与细胞层次上,与所在单位的在器官系统层次上的基础医学与临床医学课程整合紧密配合,实现了整个医学院校生物医学课程的系统整合。譬如,将原有《生物化学》课程中的“肝的生物化学”和“血液生物化学”章节分别调整入后续器官系统整合课程中的“消化系统”和“血液系统”教学单元。针对上述整合后的教学内容,教学团队编写了教学大纲和一个简明的教学讲义。在实际教学过程中,教师和学生主要以自编的教学大纲和教学讲义开展教学和学习,同时辅助参考整合前的三本教材《生物化学与分子生物学》、《医学细胞生物学》和《医学遗传学》[10-12]。
2.2教学方法与手段
在教学模式上,由“以教师为中心”转变为“以学生为中心”。除了采用常用的多媒体教学、网络辅助教学等教学方法与手段外,我们重点采用小组讨论式教学。在小组讨论式教学具体实施过程中,我们确保每20个学时进行一次小组讨论式教学。具体实施方案为:首先,教师提前根据教学内容设计病例讨论(如糖尿病病例、镰刀状红细胞贫血病例)或相关生物医学讨论主题与问题(如蛋白质分子结构与功能的辩证关系、基因突变对蛋白质结构与功能的影响等),将全班(35~40人)随机分为5~8组(每组5~8人),布置讨论任务;然后,学生以小组为单位,查找资料,相互讨论分析,最后形成书面报告,并以PPT形式口头汇报,口头汇报时各组之间相互提问讨论;最后,教师根据小组书面报告、口头汇报和讨论参与度等对学生打分,组内学生也根据贡献、参与度等互相打分。与传统的教师灌输式讲授教学相比,小组讨论式教学可显著提高学生的参与度和主动性,使学生由传统的“被动式学习”转变为“主动式学习”,也很好地培养了学生的合作交流沟通、查阅资料、口头表达以及运用所学知识分析和解决相关医学问题的能力。
2.3课程考核和成绩评定
改变单一的期末集中一次性终结考试的方法,采取形成性评价与总结性评价相结合,加强全程性考核,将课程考核贯穿到课程教学的全过程,充分调动学生学习的积极性、主动性和创造性。坚持知识、素质和能力协调发展的原则,引导学生从以知识学习为主向知识、能力、素质并重的方向转变,增强学生自主学习和分析问题、解决问题的能力。在具体实施中,考核分为形成性评价和总结性评价两部分,总分为100分,形成性评价和总结性评价各占50%。综合考虑形成性评价指标的合理性、客观性和可操作性,经过多次修改调整后的评价方案参见表2。
2.4教学团队与管理
在生物学一级学科层次上跨科室组建的教学团队,主要由来自生物化学与分子生物学教研室、细胞生物学与遗传学教研室的资深和年轻优秀教师组成,实行多学科跨科室联组教学。团队管理采用课程负责人制,同时设立教学秘书,协助处理教学相关具体事务。在每学期开学前、期中和期末,均组织一次集体备课和教学讨论会,通过集体备课讨论的方式,对授课方案、授课过程中出现的问题、学期末考核具体方案、学期教学经验总结等方面进行讨论总结,从而保证教学质量。
3实施效果与存在问题
1．1在分组实验中实施有目的、有计划的程序控制，首先要引导学生在熟识实验目的、内容及注意事项的基础上总结概括实验操作程序。
例如：在《用显微镜观察人的口腔上皮细胞》的实验中，把制作口腔上皮细胞临时装片的步骤总结为“滴”、“刮”、“涂”、“盖”、“染”；在《观察植物细胞的有丝分裂》的实验中，把装片的制作顺序概括为“盐酸解离”、“清水漂洗”、“龙胆染色”、“压片制片”，这样做既可以帮助学生按程序进行实验，牢固掌握实验步骤，又能够节省实验时间，提高观察的效果。
1．2在分组实验中实施有目的、有计划的程序控制，还要培养学生养成按顺序观察的习惯。实验中要引导学生做到：
（1）从整体到局部，如在《观察葫芦藓》及《观察铁线蕨》的实验中，要先观察整株植物的形态，再看它的根（或假根）、茎、叶；
（2）由表及里，如在《观察菜豆种子和玉米种子的结构》的实验中，要求学生先看外部形态，再看内部结构；
（3）由粗到细，如在《观察植物茎的结构》实验中，要先用肉眼观察，用放大镜或显微镜观察；再如在《观察根毛和根尖的结构》的实验中，要先用肉眼观察根，再观察根毛，找到根尖，然后用放大镜仔细观察，接着用低倍显微镜观察根尖的永久切片，分清根尖的四个组成部分，最后用高倍显微镜识别每部分的细胞结构特点。当然，大多数动物学实验则应该先观察外部形态，再解剖内部结构。不仅要求观察的顺序如此，而且在复述和复习时也要按这样的顺序，长期坚持就会使生物学实验课活而不乱，有条不紊地进行，培养学生实验操作的条理性。
1．3在分组实验中实施有目的、有计划的程序控制，还应该依据教材中试验的目标要求层次及学生的认知规律和单位时间内的接受能力，适当控制信息量。一是要注意分散操作难度；二是要防止单位时间内的信息密度过大，使学生难以消化吸收。
2结果控制
2．1为了最大限度、最大范围的对实验结果进行调控，首先要在实验前“定点，抓预习”。
对每个实验，笔者都坚持首先把重点、难点提前告诉学生，同时围绕重点、难点提出思考题或应注意的关键问题，让学生在预习时有明确的目的、有思考的内容、有议论的话题。在预习期间，笔者也经常参与学生们的讨论，指导课外兴趣小组对实验内容进行预演，培养实验课小骨干，从而为实验课上减少盲目性，顺利完成教学内容奠定了基础。
2．2为了最大限度、最大范围的对实验结果进行调控，其次要在实验中“立标，重规范”。
每次在学生动手操作以前，笔者都要通过不同的形式为学生树立标准，如：在《观察和解剖鲫鱼》等实验材料较大的实验中，就可以亲手对解剖过程进行示范，让学生对何处下剪、下剪深度、剪到何处、解剖剪的倾斜度有一个感性认识；在《观察蚯蚓》等实验材料软小的实验中，则可以利用课外兴趣活动培训骨干，让他们在实验课上带动本组成员；在《观察草履虫》等实验材料非常小的实验中，则可以运用录像片对学生进行前期的指导。
2．3为了最大限度、最大范围的对实验的结果进行调控，也应该在实验中“控速，促进程”。
由于学生自身能力、性格、知识水平的不同，在实验中不可避免的会出现速度上的差距，另外学生在实验过程中也难免“离标”。对待这种现象笔者的做法是：划分实验小组时要根据以往了解的情况进行合理搭配，在此基础上对实验速度特别慢的小组再进行强化指导，或把他们落下的个别次要步骤“演示”完成，以帮助他们在实验结束后享受到成功的喜悦，为今后的学习树立信心。对实验过程中“离标”走样的学生应在讲清楚道理局严格要求，有时甚至手把手地教，以形成规范化操作。
2.4为了最大限度、最大范围的对实验结果进行调换，还必须每时每刻“防偏，保方向”。
其主旨在于以课堂教学为中心，以教师为中心，以书本为中心．忽视了学生的主体性，简单地将生物学知识看成是一种可以由教师传递给学生的客观经验．传统的生物教学模式比较侧重“灌入式”讲授，注重概念和理论准确性及知识系统性，却不能激发学生深层的学习动机和兴趣．这种静态的绝对主义的生物教学观，造成不能充分发挥学生的智力潜能，不能激发学习者学习的主动性和兴趣，更不利于发展学生的个性和主体意识，合作交流意识和创新意识的培养被忽视，探究性能力、创新能力得不到锻炼和提高．
2建构主义理论对高校生物学教学改革的引领
建构主义教学观强调在教师指导和引领下以学生为中心进行自主学习，学习者主动学习意识的培养是建构主义教学的主要目标．具体应用到生物学课堂教学中，强调灵活运用以下几种教学手段与方法．讨论式教学法讨论式教学法是指以讨论为基本方法和主导的教学，教师引导学生参与课堂讨论，为学生梳理出解答问题的不同途径，以指导学习者自主进行讨论，独立或协作思考，帮助和引导学习者得出自己的看法．讨论式教学法鼓励学生在课堂教学过程中积极参与班级或小组讨论，实现“教与学”的双边互动性，实现学习者个体之间以及学习者与教师之间的平等与尊重．通过教师预先的精心设计、组织和引导，为达到特定的教学目标，针对特定的问题启发学生发表自己的独特观点与见解，引导学生积极思维，从而最终实现对学生的发现思维、创新意识及独立分析和解决问题能力的培养．学习的内在动力来源于学习者的兴趣和主动性，而教师的教学是外部因素，外因通过内因而起作用．讨论式教学是实现内因与外因即教与学正确结合的桥梁．探究式教学法教师对生物学知识的传授，应该像是在“品尝”生物学现象一样，是一个欣赏的过程．探究式教学法恰当和灵活的运用不仅能激发学生的潜能和内在的学习动力，还能增强学生的自信心和求知欲．问题式教学法问题式教学法以提出、分析和解决问题为线索，并将这一线索始终贯穿于整个教学过程，教师有针对性地讲解并准确地引导学生解决问题．培养和发展学生的思维能力和问题意识是建构主义的核心内容．学习者的思维方式和能力往往是与问题紧密相连的．问题是思维的起点，没有问题的思维是空中楼阁空洞而肤浅，没有问题的大脑是不会思考的大脑，而不动脑筋的根本原因就在于缺乏问题意识，故此在生物教学中要通过培养学生的发散性、批判性和创造性思维来引导学生发现问题．
3建构主义理论对教师的要求
建构主义教学理论引导下的课堂主旨是以学生主动学习为中心，教师的职能是引导为主，教学为辅，教师扮演着组织者、教练、向导或顾问的角色．教师在实际教学中，要因地制宜，灵活运用，以学生为中心．建构主义理论要求教师除了应该拥有必备的知识经验之外，还要求教师要努力实现教学技巧与建构主义模型的和谐统一．在教学中无论采用何种特殊的教学技巧，一定要确保学生通过自己的努力自主建构知识结构，灵活运用各种教学技巧去调动学生的思维．教授方法是教学的根本，选择正确的教授方法比知识本身更为重要，教为不教是教学的最高境界．教师要具备运用示范性教学、支架式教学、指导式教学、训练式教学和协商式教学等多种复杂策略的能力．
4讨论与思考
