发布时间：2023-09-15 17:14:06
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篇的基因工程载体的种类样本，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:生物技术;基因工程;细胞工程
现代生物技术的迅猛发展,成就非凡,推动着科学的进步,促进着经济的发展,改变着人类的生活与思维,影响着人类社会的发展进程。现代生物技术的成果越来越广泛地应用于医药、食品、能源、化工、轻工和环境保护等诸多领域。生物技术是21世纪高新技术革命的核心内容,具有巨大的经济效益及潜在的生产力。专家预测,到2010～2020年,生物技术产业将逐步成为世界经济体系的支柱产业之一。生物技术是以生命科学为基础,利用生物机体、生物系统创造新物种,并与工程原理相结合加工生产生物制品的综合性科学技术。现代生物技术则包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等领域。在我国的食品工业中,生物技术工业化产品占有相当大的比重;近年,酒类和新型发酵产品以及酿造产品的产值占食品工业总产值的17%。现代生物技术在食品发酵领域中有广阔市场和发展前景,本文主要阐述现代生物技术在食品发酵生产中的应用。
一、基因工程技术在食品发酵生产中的应用
基因工程技术是现代生物技术的核心内容,采用类似工程设计的方法,按照人类的特殊需要将具有遗传性的目的基因在离体条件下进行剪切、组合、拼接,再将人工重组的基因通过载体导入受体细胞,进行无性繁殖,并使目的基因在受体细胞中高速表达,产生出人类所需要的产品或组建成新的生物类型。
发酵工业的关键是优良菌株的获取,除选用常用的诱变、杂交和原生质体融合等传统方法外,还可与基因工程结合,进行改造生产菌种。
(一)改良面包酵母菌的性能
面包酵母是最早采用基因工程改造的食品微生物。将优良酶基因转入面包酵母菌中后,其含有的麦芽糖透性酶及麦芽糖的含量比普通面包酵母显著提高,面包加工中产生二氧化碳气体量提高,应用改良后的酵母菌种可生产出膨润松软的面包。
(二)改良酿酒酵母菌的性能
利用基因工程技术培育出新的酿酒酵母菌株,用以改进传统的酿酒工艺,并使之多样化。采用基因工程技术将大麦中的淀粉酶基因转入啤酒酵母中后,即可直接利用淀粉发酵,使生产流程缩短,工序简化,革新啤酒生产工艺。目前,已成功地选育出分解β-葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌株、嗜杀啤酒酵母菌株,提高生香物质含量的啤酒酵母菌株。
(三)改良乳酸菌发酵剂的性能
乳酸菌是一类能代谢产生乳酸,降低发酵产品pH值的一类微生物。乳酸菌基因表达系统分为组成型表达和受控表达两种类型,其中受控表达系统包括糖诱导系统、Nisin诱导系统、pH诱导系统和噬菌体衍生系统。相对于乳酸乳球菌和嗜热链球菌而言,德氏乳杆菌的基因研究比较缺乏,但是已经发现质粒pN42和PJBL2用于构建德氏乳杆菌的克隆载体。有研究发现乳酸菌基因突变有2种方法:第一种方法涉及(同源或异源的)可独立复制的转座子,第二种方法是依赖于克隆的基因组DN断和染色体上的同源部位的重组整合而获得。通过基因工程得到的乳酸菌发酵剂具有优良的发酵性能,产双乙酰能力、蛋白水解能力、胞外多糖的稳定形成能力、抗杂菌和病原菌的能力较强。
二、细胞工程技术在食品发酵生产中的应用
细胞工程是生物工程主要组成之一,出现于20世纪70年代末至80年代初,是在细胞水平上改变细胞的遗传特性或通过大规模细胞培养以获得人们所需物质的技术过程。细胞工程主要有细胞培养、细胞融合及细胞代谢物的生产等。细胞融合是在外力(诱导剂或促融剂)作用下,使两个或两个以上的异源(种、属间)细胞或原生质体相互接触,从而发生膜融合、胞质融合和核融合并形成杂种细胞的现象。细胞融合技术是一种改良微生物发酵菌种的有效方法,主要用于改良微生物菌种特性、提高目的产物的产量、使菌种获得新的性状、合成新产物等。与基因工程技术结合,使对遗传物质进一步修饰提供了多样的可能性。例如日本味之素公司应用细胞融合技术使产生氨基酸的短杆菌杂交,获得比原产量高3倍的赖氨酸产生菌和苏氨酸高产新菌株。酿酒酵母和糖化酵母的种间杂交,分离子后代中个别菌株具有糖化和发酵的双重能力。日本国税厅酿造试验所用该技术获得了优良的高性能谢利酵母来酿制西班牙谢利白葡萄酒获得了成功。目前,微生物细胞融合的对象已扩展到酵母、霉菌、细菌、放线菌等多种微生物的种间以至属间,不断培育出用于各种领域的新菌种。
三、酶工程技术在食品发酵生产中的应用
酶是活细胞产生的具有高效催化功能、高度专一性和高度受控性的一类特殊生物催化剂。酶工程是现代生物技术的一个重要组成部分,酶工程又称酶反应技术,是在一定的生物反应器内,利用生物酶作为催化剂,使某些物质定向转化的工艺技术,包括酶的研制与生产,酶和细胞或细胞器的固定化技术,酶分子的修饰改造,以及生物传感器等。酶工程技术在发酵生产中主要用于两个方面,一是用酶技术处理发酵原料,有利于发酵过程的进行。如啤酒酿制过程,主要原料麦芽的质量欠佳或大麦、大米等辅助原料使用量较大时,会造成淀粉酶、俘一葡聚糖酶、纤维素酶的活力不足,使糖化不充分、蛋白质降解不足,从而减慢发酵速度,影响啤酒的风味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、一葡聚糖酶等制剂,可补充麦芽中酶活力不足的缺陷,提高麦汁的可发酵度和麦汁糖化的组分,缩短糖化时间,减少麦皮中色素、单宁等不良杂质在糖化过程中浸出,从而降低麦汁色泽。二是用酶来处理发酵菌种的代谢产物,缩短发酵过程,促进发酵风味的形成。啤酒中的双乙酰是影响啤酒风味的主要因素,是判断啤酒成熟的主要指标。当啤酒中双乙酰的浓度超过阈值时,就会产生一种不愉快的馊酸味。双乙酰是由酵母繁殖时生成的α-乙酰乳酸和α-乙酰羟基丁酸氧化脱羧而成的,一般在啤酒发酵后期还原双乙酰需要约5～10d的时间。崔进梅等报道,发酵罐中加入α-乙酰乳酸脱羧酶能催化α-乙酰乳酸直接形成羧基丁酮,可缩短发酵周期,减少双乙酰含量。
四、小结
在食品发酵生产中应用生物技术可以提高发酵剂的性能,缩短发酵周期,丰富发酵制品的种类。不仅提高了产品档次和附加值,生产出符合不同消费者需要的保健制品,而且在有利于加速食品加工业的发展。随着生化技术的日益发展,相信会开发出更多物美价廉的发酵制品,使生物加工技术在食品发酵工业中的应用更加广泛。
参考文献
[1]赵志华,岳田利等.现代生物技术在乳品工业中的应用研究[J].生物技术通报.2006,04:78-80.
[2]王春荣,王兴国等.现代生物技术与食品工业[J].山东食品科技.2004,07:31.
[3]徐成勇,郭本恒等.酸奶发酵剂和乳酸菌生物技术育种[J].中国生物工程杂志.2004,(7):27.
【关键词】质粒载体；标记基因；插入失活
质粒是基因工程的常用载体，质粒结构和功能也是高考热点问题之一，2016年全国卷理综第40题再一次以质粒图谱为基础，考查了质粒作为载体应具备的条件，重组质粒导入受体细胞的筛选与鉴定问题，而这一方面的知识在教材中讲解较少，理解起来较抽象，难以透彻的掌握这个知识点，给解题带来困难。本文特针对质粒结构及重组质粒筛选与鉴定问题进行补充，以期能对老师教学和学生解题带来帮助。
载体是一种可将外源DN段送入宿主细胞进行扩增和表达的运载工具。目前已构建成的载体主要有质粒载体、噬菌体载体、病毒载体和人工染色体等多种类型。其中最常使用的是质粒载体。
一、质粒载体
质粒是一种独立于细菌拟核DNA之外，具有自我复制能力的小型环状DNA分子。由于天然质粒作为载体存在着不同的局限性，科研人员对其进行了修饰改造。作为高质量的克隆载体的质粒必须具有如下特征：1.有复制原点，这是质粒在宿主细胞内能自主复制的基本条件。2.有多种限制酶的单一识别位点，以供外源基因的插入。3.有标记基因，理想的质粒载体应具有两种抗菌素抗性基因，以便从平板中直接筛选阳性重组子。4.相对分子质量较小。5.有安全性，作为克隆载体应当只存在有限范围内的宿主；在体内不进行重组；不会发生转移；不产生有害性状；不会离开宿主而自由扩散，因而是相对安全的。
二、插入失活
将外源DN段插入到载体的标记基因中使此基因失活，丧失其原有的表性特征，称为插入失活。pBR332是研究最多，应用最广泛的质粒载体之一，该质粒有两个标记基因， 四环素抗性基因（Tetr）和氨苄青霉素抗性基因（Ampr），有8种限制酶识别位点位于Tetr内部，另外有2种限制酶的识别位点是存在于该基因的启动区内，在这10个限制位点上插入外源DNA都会导致Tetr的失活，这时含有DNA插入片段的pBR322将使宿主菌抗氨苄青霉素，但对四环素敏感。3种限制酶的识别位点位于Ampr内，在这些位点插入外源DNA则会导致Ampr的失活，这时含有DNA插入片段的pBR322将使宿主菌抗四环素，但对氨苄青霉素敏感。插入失活是检测重组质粒的一种十分有效的方法。
三、实例应用
2016年全国卷理综第40题是一道很好的考查质粒结构和插入失活效应的题目：
某一质粒载体如图所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中会导致相应的基因失活（Ampr表示氨苄青霉素抗性基因，Tetr表示四环素抗性基因）。有人将此质粒载体用BamHI酶切后，与用BamHI酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌，结果大肠杆菌有的未被转化，有的被转化。被转化的大肠杆菌有三种，分别是含有环状目的基因、含有质粒载体、含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌。回答下列问题：
（1）质粒载体作为基因工程的工具，应具备的基本条件有______（答出两点即可），而作为基因表达载体，除满足上述基本条件外，还需具有启动子和终止子。
（2）如果用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的和仅含有环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是______；并且______和_____的细胞也是不能区分的，其原因是______。在上述筛选的基础上，若要筛选含有插入了目的基因的重组质粒的大肠杆菌的单菌落，还需使用含有______的固体培养基。
（3）基因工程中，某些噬菌体经改造后可以作为载体，其DNA复制所需的原料来自______。
分析题目可知，本题考查了基因工程质粒载体特点、插入失活效应在重组质粒筛选中的应用及噬菌体侵染细菌后，合成子代噬菌体一切的原料来源于宿主细胞。分别解析如下：
（1）小题考查了质粒作为基因工程的载体应具备的基本条件，参考答案：具有复制原点；具有标记基因；具有限制酶的单一识别位点。
（2）小题考查插入失活及重组质粒的筛选问题，将此质粒载体用BamHI酶切后，与用BamHI酶切获得的目的基因混合，加入DNA连接酶进行连接反应，用得到的混合物直接转化大肠杆菌，得到的大肠杆菌表型有四种：未被转化大肠杆菌，对四环素和氨苄青霉素都敏感，即AmpsTets表型；含有环装的目的基因的大肠杆菌，即AmpsTets表型，含有质粒载体的大肠杆菌，即AmprTetr表型；含有插入了目的基因重组质粒的大肠杆菌，即AmprTets。若用含有氨苄青霉素的培养基进行筛选，在上述四种大肠杆菌细胞中，未被转化的大肠杆菌和仅含有环状目的基因的细胞是不能区分的，其原因是都对氨苄青霉素敏感，都不能存活，都无菌落产生。含有质粒载体的大肠杆菌（AmprTetr）和含有插入了目的基因重组质粒的大肠杆菌（AmprTets）因都能抗氨苄青霉素，都能存活，产生菌落；但因为目的基因重组质粒因插入失活破坏了四环素抗性基因导致四环素抗性基因失活，因此可用含有四环素的固体培养基加以筛选。若是在含有氨苄青霉素的培养基上能形成菌落而在含四环素的固体培养基上不能形成菌落，就是我们所要的含有插入了目的基因重组质粒的大肠杆菌。
【参考文献】
[1]陈阅增普通生物学/吴相钰主编.―2版.―北京：高等教育出版社，2005.1
Bt毒蛋白基因是目前应用得最为广泛的抗虫基因，主要特点是特异性强、杀虫谱窄。Bt毒蛋白基因种类很多，其中CryI抗鳞翅目害虫、CryII抗鳞翅目和双翅目害虫、CryIII抗鞘翅目害虫、CryIV抗双翅目害虫。
外源凝集素可与昆虫肠道上皮细胞的糖蛋白相结合，影响营养物质的正常吸收，同时，还可促进昆虫消化道内细菌的繁殖，对消化道造成损伤，从而达到杀虫的目的。研究表明，转外源凝集素基因水稻对稻飞虱有抗杀作用。
白叶枯病是水稻三大病害之一。迄今，国际上已鉴定出25个抗白叶枯病基因，其中由国际水稻研究所Khush从印度长雄蕊野生稻中发现的抗白叶枯病基因—Xa-21，对印度、菲律宾和中国的所有白叶枯病小种均表现高抗。国内中国农业科学院章琦等也发现并定位了广谱高抗白叶枯病基因Xa-23。1995年Song等克隆了Xa-21基因，研究表明，转Xa-21基因水稻表现对白叶枯病的高度抗性和广谱抗性。目前，我国杂交水稻大多数组合不抗白叶枯病，大力开展Xa-21抗白叶枯病基因工程育种具有重要意义。
稻瘟病是水稻三大病害之首。国内外已发现30多个抗稻瘟病基因，其中Pi-b和Pi-ta已被克隆。国内已有多个实验室在进行抗稻瘟病基因的分离克隆，预计不久将会有克隆的基因用于我国水稻抗稻瘟病基因工程育种。
除此之外，抗病基因的转化研究已经逐步向综合性、多元性、广谱性和间抗性的方向扩展，即同时转化多个抗性基因以获得对多种病原菌的抗性，如将Bt、Cptl、Chi 基因相连接一起转化受体作物品种，或者转化具有水平抗性的基因以获得对多种病源菌的广谱抗性，例如，转化RIPs 基因可以同时获得抗病毒、抗真菌、抗虫的转化体材料。
水稻分子育种研究主要包括基因工程育种和分子标记辅助选择，利用这一技术在超高产育种中主要进行以下研究：
株型改良：利用这一技术，进行株型改良育种，如利用水稻分蘖控制基因MOCl，通过构建载体将正义、反义MOCl基因转入到一些当家品种中，改良水稻株型，增加有效分蘖，形成理想株型的“分蘖梯度”。
提高水稻光合效率：为进一步提高水稻产量潜力，科学家们正在试图用现代植物基因工程技术，提高光合效率。其途径主要包括调节气孔关闭、提高Rubisco的效率和引入C4基因等。
调控延缓叶片衰老系统：细胞激动素是一种重要的延缓叶片衰老的生长调节因子，其生物合成的第一步是异戊烯基侧链转移至5ˊ-AMP上。在农杆菌中，这一反应由tmr基因编码的异戊烯基转移酶所催化，并且这一反应是细胞激动素生物合成的限速步骤。Cao等通过农杆菌介导的遗传转化方法获得了 PSAG12-IPT转基因水稻植株，考察了自我调控延缓叶片衰老系统在水稻中的表现，结果表明具有早衰现象的水稻品种延缓叶片衰老后，能促进灌浆，增加籽粒的充实度，从而提高结实率和千粒重，并最终增加单株产量。
【关键词】制药工程；抗菌肽；微生物；生物技术
在当前社会发展中，生物技术广泛的应用在各类制药工程中，已成为制药产业未来发展的主导基础。抗菌肽作为一种广泛存在于多种生物中的一类带正电荷的小分子多肽，具有着光谱抗菌性，同时也具有着一定的抗真菌、抗病毒和抑制肿瘤活性的作用。伴随着人们对药品需求的不断加大，抗菌肽在制药工程中也得到了广泛的应用，对于提高药品的作用，提高人体免疫里发挥着不容忽视的重要作用。
一、抗菌肽概述
抗菌肽广义上是一种存在于生物体中且具有着抵抗外界微生物入侵、消除体内出现突变细胞的一类小分子多肽结构。在上个世纪七十年代，瑞典科学家首次提出了抗菌肽的概念，自此以后，人们在生物技术研究中对抗菌肽研究也不断深入和扩大，也获得了较大的进展。在目前的社会发展中，抗菌肽在昆虫、植物、动物、病毒等多种领域得到了广发的应用与研究，其种类快有多大两千多种。抗菌肽在目前的研究中，多事采用动物免疫细胞、各种器官粘膜、皮肤以及植物的花、果、皮进行研究。
经过多年的总结和研究我们发现，抗菌肽是一种分子量低、水溶性好、热稳定性能好和强碱性高的特点，在目前社会发展中越来越受到人们的重视与研究。其在应用的过程中与其他抗菌机理完全不同，已成为一种转基因抗病毒植物基因的来源基础，同时在研究中对于抗菌、抗癌等药品的研究与生产中也得到了广泛的应用与研究。在当前社会发展中，随着生物学的不断发展。抗菌肽的三维结构也被精确的测定了出来，使得抗菌肽结构和功能关系存在着一定的关系。并且生物血液信息和计算机图形图像的处理现实中也出现了极大的变动与变化。在当前的制药产业应用中，抗菌肽的分析设计手段已成为推动其发展核心与关键，更是促进了整个医学领域的发展。
二、抗菌肽在制药中的应用机理
1、应用机理
抗菌肽是人们从各种细菌、真菌和两栖动物分裂获得的一种抗菌活性较强的肽，一般也被人们称之为肽抗生素。在早期的研究与应用的过程中主要是通过对天蚕免疫体制分析和研究的过程，也是由血淋巴产生的一种拟菌性的抗性物质成分。在抗菌肽在应用过程中具备着多种功能和作用，是通过多种氨基酸共同构成的碱性物质，在某些抗菌肽对部分真菌和原虫处理中都具备着较为良好的杀伤作用与预防优势。其在应用的过程中能够通过单一应用的时候体现出拟杀多种病菌和真菌、细菌的模式，抗菌肽还对各种癌细胞有着良好的拟制作用。
2、抗菌肽的效应
抗菌肽是一种具备着光谱抗菌活性的一种新型微生物，也是一种有效对多种细菌进行根除和灭杀的活性抗生素。在目前的制药过程中，其使用对于耐药性能源具备着良好的灭杀作用，因此受到人们广泛的重视。与此同时，其在制药应用中对于提高身体免疫力也存在着重要优势，还能够加快伤口的愈合速度，在目前已成为康复中心和人们常用药品中必备的物品之一。
三、抗菌肽的应用研究
抗菌太的应用已成为当前医疗事业发展的基础前提，是未来制药体系前景的核心动力。在目前各种医疗设备逐步完善的今天，抗菌肽的应用更是为抗生素产业的发展开辟了新市场和理论基础。
1、在畜牧业上的应用
借鉴已成功的昆虫抗菌肽转基因工程，在当前各种生产行业中抗菌肽的应用不断的在扩大中，在畜牧业中，由于其各种动物的繁杂，病菌出现种类的多样，使得抗菌肽在其生产过程中广泛的应用。
2、抗菌肽在基因工程上的应用
抗菌肽分子量较小，对多种动植物病原菌具有广谱的抗性作用，同时对动植物细胞无毒副作用，因此抗菌肽动植物基因工程的研究能广泛开展起来，期望将抗菌肽的基因转入动植物体内并得到表达，达到抗病的目的。
3、抗菌肽作饲料添加剂应用的优势
抗菌肽能耐受饲料制粒时的高温，规模化发酵生产时，经高温浓缩工序，可充分杀灭酵母菌体而不导致抗菌肽失活，产品在推广应用后不会出现工程菌的扩散而导致环境生态问题。抗菌肽杀菌机理独特，病原菌不易对抗菌肽产生耐药性。
4、抗菌肽的药用前景
4.1柞蚕免疫血淋巴治疗乙型肝炎的效果
滞育柞蚕蛹经接种灭活的大肠杆菌诱导产生免疫血淋巴，含有多种免疫成分如抗菌肽、抗菌蛋白、溶菌酶等；供治疗乙型肝炎的胶囊，试验证实其在合适剂量能显著或极显著降低鸭血清乙型肝炎病毒水平，能抑制鸭体内乙型肝炎病毒复制增殖作用。
4.2抗菌肽在治疗癌症上的应用
抗菌肽对体外培养的癌细胞有作用，主要是使癌细胞膜上形成孔洞，内容物外泄，线粒体出现空泡化，嵴脱落，核膜界限模糊不清，有的核膜破损，核染色体DNA断裂，并抑制染色体DNA的合成，细胞骨架也受到一定程度的损伤。昆虫抗菌肽具有光谱抗菌、抗病毒、抗癌能力，以及活性浓度低，无致畸变作用，无蓄积毒性，不易产生抗药性等优点，有望成为新一代的抗菌、抗病毒、抗癌药物。
5、问题与展望
5.1要将抗菌肽应用到临床治疗，还有许多问题有待于解决
①由于抗菌肽的分子量比大部分抗生素大，生产成本高，目前还无法投入大规模生产。②表达系统载体和动物源的抗菌肽来源十分有限，不能满足研究和临床应用的需要；化学合成和基因工程成为获得抗菌肽的主要手段，但成本较高，通过基因工程方法对抗菌肽进行表达，而大部分抗菌肽对表达载体都有抗杀作用，一般都选择酵母菌，或者使抗菌肽以融合蛋白的形式表达，这样又增加了后加工的难度。
5.2前景展望
近年来，随着科学技术的不断发展和各种微生物技术的不断进步，抗菌肽在发展过程中也越来越瘦人们的重视，其在研究过程中也出现了多种不同方式的研究过程与方法。其在研究的过程中不仅在分子水平上研究抗菌肽在动物免疫防御系统中精细的合成过程及其调控机制，而且探讨其药用开发价值，通过对抗菌肽结构与功能关系的研究为设计新的多肽类抗生素提供了理论依据，研究各种生物分子与其组合的过程中形成的各种先进的治疗药品和抗病菌的成分。而且一些重要的抗菌肽的基因正陆续被克隆，转基因研究已成为抗菌肽研究的热点领域，如抗菌肽转基因水稻、番茄等的成功，极大地提高了植物的抗病能力。
抗菌肽(antimicrobialpeptides)是具有抗菌活性短肽的总称。1975年瑞典科学家G.Boman等人[2]等从惜古比天蚕(Hyatophoracecropia)蛹中诱导分离得到一种杀菌肽,并将其命名为cecropin。此后,许多抗菌肽相继被分离、纯化。一些抗菌肽的氨基酸一级结构和基因序列得到确定。80年代,有关抗菌肽的研究主要集中在大型的经济昆虫。90年代以来,在继续对大型经济昆虫进行研究的同时,又扩展到一些小型昆虫和其它无脊椎及脊椎动物,抗菌肽已成为免疫学和分子生物学研究的热点。研究的内容包括:抗菌肽的分离与纯化,氨基酸序列的分析,蛋白质构型与功能的关系,抗菌肽的作用机理[3,4],应用基因工程克隆与表达抗菌肽基因,改造合成抗菌肽基因以及动植物的转抗菌肽基因工程等,其中昆虫抗菌肽基因工程研究最受重视[5,6]。目前已发现抗菌肽或类似抗菌肽的小分子肽类广泛存在于生物界,包括细菌、动植物和人类。这种内源性的抗菌肽经诱导而合成,在机体抵抗病原的入侵方面起着重要的作用,更被认为是缺乏特异性免疫功能生物的重要防御成分。抗菌肽具有广谱杀菌作用,大多数对革兰氏阳性菌有较强的杀灭作用,有些则对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌均起作用。对某些真菌、原生动物,尤其对耐药性细菌有杀灭作用,并能选择杀伤肿瘤细胞,抑制乙型肝炎病毒的复制。
1.抗菌肽的分类
迄今为止从不同生物体内诱导的抗菌肽已不下200种,仅从昆虫体内分离获得的就多达170余种。根据抗菌肽的结构,可将其分为5类:(1)单链无半胱氨酸(Cys)的抗菌肽,或由无规则卷曲连接的两段а-螺旋组成的肽。该类包括天蚕素Cecropins,Magainins等。Magainins最初是从非洲爪蟾的皮肤中发现的,它是爪蟾的皮肤在一定的环境压力下分泌出的抗感染和促进伤口愈合的成分,由两个紧密相连的肽链组成,每一个肽链有23个氨基酸,低浓度便可抑制许多细菌和真菌生长[7]。(2)富含某些氨基酸残基但不含Cys的抗菌肽。如富含脯氨酸(Pro)或甘氨酸(Gly)残基的抗菌肽。如从猪肠内分离的抗菌肽PR39中Pro含量占49%[6]。鞘翅肽Coleoptericin和半翅肽Hemiptericin的全序中富含Gly[8]。(3)含一个二硫键的抗菌肽,该二硫键的位置通常在肽链C端。如爪蟾皮肤细胞中产生的Brevinins[9]。(4)有两个或两个以上二硫键,具有β折叠结构的抗菌肽。如绿蝇防御素(Phormindefensin),分子内有6个Cys形成3个分子内二硫键,肽链C末段是带有拟β转角的反向平行的β片层[10]。实验证明,分子中的二硫键在其抗菌作用中至关重要。(5)由其他已知功能较大的多肽衍生而来的具有抗菌活力的肽。
2.抗菌肽的作用及机理
2.1抗菌肽的抗菌作用及其机理抗菌肽分子可以在细菌细胞质膜上穿孔而形成离子孔道,造成细菌细胞膜结构破坏,引起胞内水溶性物质大量渗出,而最终导致细菌死亡。抗菌肽分子首先结合在质膜上,接着其分子中的疏水段和两亲性α-螺旋也插入到质膜中,最终通过膜内分子间的相互位移,抗菌肽分子聚集形成离子性通道,使细菌失去了膜势而死亡[10-14]。但是,Gazit[15]等得出的实验结果表明,抗菌肽只是结合到了单位膜的表面上,并未插入膜中,更未形成通道。然而,抗菌肽的作用靶部位是细菌细胞质膜,以及抗菌肽的作用结果是导致细菌细胞质膜通透性增大等基本内容是确切无疑的,这也正是抗菌肽与青霉素等传统抗生素对细菌作用机制不同的本质所在。
2.2抗菌肽的抗病毒作用及其机理研究发现烟芽夜蛾幼虾的血淋巴对6种DNA、RNA病毒有明显的抑制作用,使病毒感染力迅速降低,而且这种抗病毒活性具有广谱性。Mariam[16]试验表明来源于爪蟾的抗菌肽Magainins及其它Magainins类抗菌肽具有抗疱疹病毒-HSV的作用,还发现人的嗜中性粒细胞防御素(HNP-1)对一种疱疹病毒有抑制作用。此外,蜂毒素和天蚕素也可以在亚毒性浓度下抑制艾滋病毒HIV-1的基因表达,从而抑制减少HIV-1的增殖。这表明抗菌肽对于当今人类的顽症———艾滋病也有抑制作用。
2.3抗菌肽的抗寄生虫作用及其机理抗菌肽可以有效地杀灭产生人类及动物寄生虫病的寄生虫,如疟疾、Chagas氏病、莱什曼病等。目前发现一种合成的天蚕素-蜂毒素杂合体对莱什曼原鞭毛虫有损伤作用,起作用的靶目标是细胞质膜,它可以快速降低H-OH的通透性,破坏膜电势,质膜形态也受到损坏。Shahabuddin[17]研究发现昆虫抗菌肽对感染蚊子的疟原虫发育的不同时期有不同的作用,主要对疟原虫的卵囊期和子孢子期造成明显的损伤。
2.4抗菌肽对肿瘤细胞作用及其机理国内外已对抗菌肽杀伤肿瘤细胞的作用进行了广泛研究,发现抗菌肽对体外培养的癌细胞的作用主要是使癌细胞膜上形成孔洞,内容物外泄,线粒体出现空泡化,嵴脱落。核膜界限模糊不清,有的核膜破损,核染色体DNA断裂,并抑制染色体DNA的合成,细胞骨架也受到一定程度的损伤[18,19]。通过对荷瘤小鼠的研究证明,抗菌肽能显著抑制ECA腹水瘤荷瘤小鼠腹水的积累;对S180肉瘤和U14宫颈癌的抑瘤率亦达30%-50%[20]。抗菌肽还可以调动机体的免疫机能,从体液免疫方面来抵抗癌瘤的入侵。
3.抗菌肽基因的融合表达
抗菌肽的天然产量低,合成或从机体中提取步骤复杂、产率低、价格相当昂贵,利用基因工程技术生产抗菌肽具有重要意义。抗菌肽所携带的碱性氨基酸使其对蛋白酶非常敏感,必须采用融合表达策略以抵消其碱性并降低其对宿主细胞的毒性。
谢维等合成了家蚕抗菌肽CMIV基因,并将其克隆到金黄色葡萄球菌A蛋白和IgG亲合的结构域ZZ的融合表达载体中,得到Pezz318-CMIVV质粒,以此质粒转化E.coliHB101,得到ZZ-CMIV融合表达的蛋白,用CBr切割后,得到CMIV肽。李秀兰等[21]对天然抗菌肽CMIV的氨基酸序列作了50%的改动,根据E.coli偏爱的密码子人工合成了肽基因片断,重组到测序载体,再将此片断重组到表达载体Pet28上进行表达,融合蛋白经CNBr裂解后,具有与天然抗菌肽相同的生物活性。吴映雅等将柞蚕抗菌肽D基因连接在牛成纤维细胞生长因子cDNA的上游,在酵母中成功地得到了表达,表达产物具有抗菌活性和牛成纤维细胞生长因子的抗原性。Kevin等[22]HNP(humanneutrophilpeptide1)和CEME(syntheticcecropin/melittinhybrid)分别与GST(glutathione-S-transferase)、ORRF、IgG结合序列及SPA(staphylococcalproteinA)在E.coli或S.aureus中融合表达,结果在S.aureus中虽实现了与SPA的融合分泌表达,但表达产量较低;Zhang等[23]选择RepA蛋白的序列作为抗菌肽的融合表达伴侣,并插入Histag等序列作为纯化亲和位点,实现了在E.coli中的融合表达。ChristsnenB等研究中得到的融合抗菌肽的抗菌活性比其任何一个供体抗菌肽的活性都高。
4.抗菌肽转基因研究
王志兴等把大麦α-淀粉酶的信号肽序列和抗菌肽CecropinB基因或HhivaA基因构成嵌合基因,并把此基因导入马铃薯,结果加信号肽序列的CecropinB转基因植株发青枯病延迟,病情指数降低。Yarus等[24]用显微注射法将牛气管抗菌肽基因转入小鼠,转基因鼠在牛气管抗菌肽基因控制序列的驱动下成功的表达了牛气管抗菌肽,在鼠乳中的牛气管抗菌肽对大肠杆菌具有抗菌活性。Reed等研究了以IL-2启动子/增强子控制转基因鼠中抗菌肽的合成及随后对布氏杆菌的抑制作用。Reed[25]构建了这样一个DN断:Shivala片断,SV40多腺苷酸化/剪切信号肽基因片断,此片断加到鼠IL-2基因5’侧-593─110区域。在受精卵精前核时将此融合基因注入受精卵(微注射法),得到26系小鼠。RT-PCR检测:有两系转基因鼠,当其脾淋巴细胞置于3.25mg/kg的conA(刀豆蛋白,一种抗原诱导物)时,可以诱导产生成熟的ShivalamRNA。用一定量的布氏杆菌接种时,有两系小鼠遭到攻击。四星期后,在转基因鼠脾脏组织布氏杆菌比非转基因鼠少得多(P<0.05)。DavidWinder等[26]把编码Ceropin或Melittin的基因放置在MLV(鼠白血病病毒)的启动子下,转染到EJ细胞(人膀胱癌细胞),然后把这些细胞注入到裸鼠内,发现这些肿瘤细胞停止生长或生长减弱DavidWinder等用PCR扩增,Prepromelittin(PPM前蜂毒素原),Premelittin(PM前蜂毒素)和Prececroppin(PC前抗菌肽)三种核酸片断,均置于MLV启动子下构建融合基因转染进EJ细胞。三种类型的EJ细胞分别注入裸鼠后,测定50d后的肿瘤生长情况,无抗菌肽基因片断的EJ细胞(对照组)致瘤率为70%,带Cecropin基因片断的EJ细胞致瘤率只有39%,PPM为50%,PM为65%,其抑制肿瘤的效果明显。
5.抗菌肽的应用前景
目前,大部分植物抗菌肽是从植物种子中分离获得的,它们可以保护植物组织和种子不受真菌病原菌的侵害,但是植物抗菌肽对大部分细菌无抑制活性。因此,依靠基因工程的方法用其它真核生物的抗菌肽基因来转化农作物,培育抗病新品种是当前国内外研究的一个热点。
动物抗菌肽和干扰素、补体一样是机体非特异性天然防御系统的重要组成部分。机体受损伤或病原微生物入侵时,能迅速产生抗菌肽来杀伤入侵者,它对正常真核细胞几乎没有作用。另外,因为抗菌肽的合成速度非常快(假定核糖体上肽键合成速率不变,抗菌肽的产生比IgM要快100多倍),［27］而且小肽的扩散比大的蛋白质和免疫细胞更加迅速,作用更显灵活,所以Boman曾指出,抗菌肽是机体的一种理想的一线防御物。与普通抗生素相比,抗菌肽的“抗菌谱”更广,除了抗细菌外,有的抗菌肽还能作用于真菌、原虫、有包膜的病毒及癌细胞(对癌细胞的选择性作用可能与其细胞骨架的改变有关),同时能加速免疫和伤口愈合过程。这预示抗菌肽在治疗及预防癌症和抗病毒、抗感染等方面具有良好的应用前景。更为重要的是,由于抗生素的滥用导致菌株产生了抗性,人们需要寻找新的抗菌药剂。抗菌肽这种从生物体中获得的物质恰巧具有独特的抗菌机理,不是像一般的抗生素那样通过阻断生物大分子的生物合成来发挥作用,因而极有希望开发成为一类新型的广谱高效抗菌药物。
随着研究工作的进一步深入,可以预见,抗菌肽及其基因工程在医药、卫生、食品工业及农业等方面将会发挥更为重要的作用。另外,有些抗菌肽分子中含有D-氨基酸,这也为研究D-氨基酸如何在核糖体上合成多肽提供了一个理想的模式体系。
6.研究展望及存在问题
抗菌肽是哺乳动物防御系统的一个重要组成部分,具有热稳定、水溶性好、广谱杀菌甚至有的能杀真菌、原虫等优点,而且许多抗菌肽在100℃加热10min条件下仍能保持一定活力,且对较大的离子强度和较低或较高的pH都有较强的抗性,而对真核细胞几乎无作用,仅作用于原核细胞和发生病变的真核细胞,并且与抗生素通过阻断大分子生物合成的作用机制完全不同,病源菌不易对其产生耐药性,由此显示了它具有独特的研究和应用价值。近20年来,人们对昆虫抗菌肽已进行了比较系统的理论和应用研究,但有关畜禽抗菌肽基因工程应用研究方面的报道较少。从哺乳动物抗菌肽特有的性质,显示了它具有以下几个方面在畜牧生产上的研究和应用前景。研究展望及存在问题
6.1药用前景随着传统抗生素的广泛及长期的应用,许多病源菌对它们产生了耐药性,而具有广谱抗菌且有独特的抗菌机制的抗菌肽显然在这方面的应用研究中具明显优势。随着对抗菌肽结构与活性的关系、抗菌肽作用机制及其基因表达调控机制认识的不断深化,设计一种高效的、有利于人类健康的抗菌肽作抗生素替代品是完全可行的。
6.2转基因研究及应用仔猪腹泻、奶牛炎及各种病毒性疾病如猪瘟、鸡新城疫等一直是棘手的疾病,不利于畜牧业的发展。借鉴已成功的昆虫抗菌肽转基因工程,如转基因蚊子、转基因马铃薯、转基因水稻等,把特异的抗菌肽基因转入畜禽特定细胞让其表达,从而产生抗病新品种,不失为一条发展畜牧生产的新思路,前景深远。
6.3抗菌肽基因表达调控及抗菌肽添加剂研究研究表明,［28］抗生素添加剂的使用严重破坏了动物肠道的微生物平衡,并易在动物体内残留,严重影响了畜产品的品质和人类的健康。用基因工程方法生产环保型抗菌肽添加剂,或者,通过日粮因素调控抗菌肽基因的表达而达到畜产品无抗素化值得进一步研究。
然而,由于抗菌肽分子小,分离提纯存在一定的困难,故天然资源有限。化学合成和基因工程法获得抗菌肽是主要手段,但化学合成抗菌肽成本高,而通过基因工程在微生物中直接表达抗菌肽基因,则可能对宿主有害而不能获取表达产物。所以,对抗菌肽的结构、构效关系及作用机理还需进一步研究。
7.结束语
抗菌肽是生物体对外界病原物质侵染而产生的一系列免疫应答反应产物,它的出现为人们寻找理想的抗菌药物提供新的领域,尤其是当今许多抗生素产生了耐药性,因此抗菌肽具有巨大的应用潜力。基因工程技术的发展,极大的促进了抗菌肽的研究和开发,通过抗菌肽基因的克隆与表达而大量生产成为可能。虽然抗菌肽目前还不能直接应用于养殖业,但抗菌肽独特的作用机理不易产生耐药性的特性将吸引科研工作的不断深入,可以相信抗菌肽将在动物养殖和提高畜产品品质方面发挥重要作用。
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[关键词]林业育种 新技术 应用
中图分类号：X12 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）30-0210-01
1.引言
林业育种是林业发展的基础与重点所在。只有抓好育种工作，培育出易生长，快生长的树木品种，才可以进一步实行退耕还林，增加社会的绿化面积。为达到这一目的。诸多的研究学者与工作人员在育种方面投入了巨大的精力，并取得了不错的成绩。在林业产业中，林木品种的好坏，直接影响着我们的林业产业发展的好坏。通过新技术的应用，可以有效快速的提高林业育种的成功率和优质率。
2.林业育种新技术的应用
科学的种植方法能够节省森林建设成本，生长环节以及开采使用都更加科学合理。育种过程中如果土壤中的营养成分不足，可以人工进行补充，向土壤中灌输营养液。生物技术以常规育种方法为基础，并对之进行了相应的延伸与补充，这两者密不可分。传统的育种方法融合生物技术，是未来植物育种的研究方向。大力采用生物技术，逐步克服常规育种的不足，使传统育种方式转变为现代育种方式。
2.1 分子标记育种
通过分子标记来挑选育种材料，这种方式也叫分子标记育种。它受环境与季节的影响不大，可以有效提高选择效率，促进育种进程提高。利用分子标记组装各类抗病，高产优质树种就可以成功被选中。林业分子标记的研究起步较晚，基础差。目前，虽然分子标记技术在林业选择育种中得到了一定的应用，但仍然存在着缺点和不足。首先，分子标记种类应用不平衡，RAPD以外的标记研究较少，而RAPD技术重演性低，稳定性差，易受环境影响。其次，现有的分子标记技术还不具备理想的DNA标记特点。AFLP技术对基因微小差异高度敏感，但其与RFLP技术一样，对技术要求苛刻，成本高；SSR技术虽然多态性丰富、重复性高、稳定可靠，但必须依赖测序设计引物，成本也较高；SNP技术多态性高，速度快，基于SNP的图谱用于群体分析具有许多优势，但大多数普通类型的SNP信息量不大，某一个SNP在群体间的有用性不同，要在SNP与变化形式间建立相关性较难。第三，目前，植物分子标记大多数针对某单一性状，分子标记的多态性低，遗传图谱饱和度差，标记间距离大。第四，分子标记技术对实验人员、仪器设备和试剂等要求较高，且费用也相对较高，推广该技术还需要一个长期的过程。相对于传统的基于性状表现的方法，运用分子标记技术可以对目标性状基因型进行早期选择而不受环境条件的影响。这使得人为定向修饰某或某些目标性状并保留其他原有的优良性状，培育出新、优、特的林业品种拥有了更高的可操作性，缩短了育种时间，提高了育种效率。近年来，分子标记技术在林业杂交亲本的选配，杂种实生苗的早期鉴定选择，雌雄异株幼苗的性别鉴定，抗病等目的基因的快速检测等方面都有应用。它为人们充分了解、认识以及更好地改良、利用林业创造了有利条件。随着生物化学、基因组学和计算机技术的进一步发展，分子标记技术将具有广阔的发展空间。
2.2 细胞工程育种
林木细胞工程是指在离体组织或细胞水平上，对植物进行培养、增殖以及遗传操作（体细胞融合等），从而大量繁育优良性状植株或植物新品种以及代谢产品的技术体系。近20年来林木细胞工程有了突飞猛进的发展。从1990年开始，我国相继对杨树、毛白杨、悬铃木、白花泡桐、桑树、小叶杨、中华猕猴桃、枸杞等树种进行了原生质体培养并获得了植株。为原生质体融合及外源基因导入创造了良好的条件。南京林业大学获得小叶杨×美洲黑杨杂种原生质体再生植株，并对其遗传变异进行了研究，为杨树细胞工程育种开辟了一条新路。
2.3 基因工程育种
基因工程是指把在体外插入病毒、质粒或其他载体分子的核酸分子（目的基因）导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类需要的基因产物。植物基因工程在目前社会中已经被应用在各个生产领域中。在林业工程中采用基因工程对林木新品种进行培育和改良，有助于减少环境污染，提高林业效率。虫害是林业生产的大敌采用常规育种手段对林木抗虫性进行改良，不仅周期长，而且抗性资源少，限制了林木的抗性育种。运用基因工程技术培育抗性品种则成为最有效的生物防治之一。在耐盐碱基因工程方面，采用先进的转基因技术，有利于对植物复杂的抗旱、耐盐机制开展研究，了解植物一系列形态和代谢过程的变化。结合在干旱地区、海滩种植及可用海水浇灌的林木，开展多基因的转化研究，可以增加外援基因的表达效率。利用基因技术，体胚诱导技术、细胞杂交技术等尖端技术不断发展。目前，美国、德国等林业发达国家普遍利用组培技术进行了大规模工厂化育苗，取得了令人瞩目的成绩。
2.4 激光育苗技术
利用激光辐照生物体诱导其发生遗传性变异，再根据育种目标进行选择和培育新品种就是激光育种技术。激光具有极高的功率密度，可被应用于种子催芽和诱变育种，作为林木育种和基因改良的新技术手段。我国广大育种工作者不懈努力，最近几年，激光诱变育种研究有了新的进展。激光被应用于育种主要体现在：可以刺激植物种子催芽。小剂量激光辐照对生物有刺激效应。研究已表明，种子的休眠状态可以被激光辐照打破，这样种子活力得到提高，形态结构得到改善，植株生长发育更好。激光辐照诱变育种技术操作简单、安全，正变率高，辐射损伤轻，诱变当代即可出现遗传性突变等特点，是林木遗传育种研究中一种十分有效的技术手段。此外，激光加热还可引起林木种子一系列的变化，如酶失活、蛋白质变性，促使生物产生生理遗传变异。再如，激光加热以后，电磁场发挥作用，产生自由基导致DNA损伤，种子的微观结构改变，进而引起遗传突变。
3.结束语
综上所述，获得优质的林木幼苗往往需要很多年的研究、培育才能将新产品推广。不仅经历的繁重周期长，并且还需投入大量的人力物力。所以，只有不断的提出更高的要求，寻找更新的方向，研究更精的技术，才能我国林业产业获得长足的发展。
参考文献
现代科学技术概论不但应该是现代科学技术成果的概论，而且也应该是现代科学技术发展历史和规律的概论。离开现代科学技术发生、发展的历史，静止、孤立地介绍现代科学技术的基本理论和成果，就会使现代科学技术概论这门课程变得零乱庞杂而不成体系。而如果把“史”与“论”有机地结合和统一起来，则不但能克服“零乱庞杂”的缺陷，而且还能为现代科学技术概论这门课程注入生机和活力。同时，把“史”与“论”结合起来，更是为思想政治教育专业学生开设这门课程的教学目的之所需。作为思想政治教育专业的学生，通过现代科学技术概论课程的学习，不但要了解现代科学技术的主要成果、历史演进和完整体系，而且要了解科学技术发生、发展的一般过程和规律，了解哲学产生的现代科学技术基础以及对于推动科学技术发展的重要作用和意义。因此，只有做到史论结合，才能达到开课的目的和要求。
2现代科学技术概论的教学内容与体系
根据上述三原则，笔者认为，思想政治教育专业现代科学技术概论课程的内容与体系可做如下安排。导言。概要介绍现代科学技术及其理论基础、前沿阵地、中心内容和综合体现。
第一章，现代物理学革命及其影响。介绍现代科学技术的理论基础———相对论和量子力学。引言，概述近代物理学的辉煌成就及其所遇到的“两朵乌云”。第一节，相对论的建立。根据逻辑与历史相统一的原则，具体讲授伽利略变换和力学相对性原理，迈克尔逊—莫雷实验，洛伦兹变换的提出，爱因斯坦的狭义相对论及其主要结论，广义相对论及其验证。第二节，量子力学的建立和发展。一、量子力学产生的历史背景，概要介绍黑体辐射理论和紫外灾难。二、量子力学的建立与发展，具体讲述普朗克的量子假说，爱因斯坦的光量子理论，玻尔对原子结构的量子解释，德布罗意的物质波，薛定谔的波动方程，海森伯的矩阵力学。第三节，现代化学理论的发展。主要讲授元素周期理论的新发展和现代化学键理论。
第二章，原子物理学的开发研究及应用。主要讲授从物质结构的研究到原子能的开发和应用。第一节，对微观世界的探索和认识。一、物质结构初探，复习回忆德谟克利特的原子论，道尔顿的原子说，门捷列夫的元素周期律。二、向原子世界的进军，主要讲授X射线、放射性元素及电子的发现，原子结构模型及其实验和发现，原子核结构模型及其实验和发现，对基本粒子家族的认识。第二节，原子能的开发研究及应用。一、原子能的开发研究:重点介绍原子能开发研究中的三大发现，即慢中子效应的发现、核裂变的发现和链式反应的发现。二、原子能的应用，包括能源方面的应用和放射性同位素的应用。能源方面的应用包括两个方面:一是军用三弹即原子弹、氢弹和中子弹的研制;二是核电站的发展，主要介绍从慢中子反应堆到快中子增殖堆再到核聚变反应堆的历史发展。放射性同位素的应用可概要介绍在生产、生活、科研、军事上的应用及其成果。
第三章，生物学与生物工程技术。生物学是研究生命的科学;生物工程技术是用人工的方法创造生命的技术。生命科学是现代科学的三大前沿阵地之一;生物工程技术是现代科学技术的主要内容。第一节，生命的起源和生物的进化。一、生命起源的化学进化历程:从无机小分子物质生成有机小分子物质;从有机小分子物质形成有机高分子物质;从有机高分子物质形成有机多分子体系;从有机多分子体系演化成原始生命物质。二、生物进化论，主要介绍拉马克的生物进化学说和达尔文的生物进化论。第二节，现代遗传学和分子生物学。一、遗传学:主要讲授孟德尔的豌豆实验及其遗传学说;摩尔根的果蝇实验及其遗传学说。二、分子生物学:重点介绍蛋白质的性质、结构和功能;核酸的性质、结构和功能。第三节，生物工程技术。生物工程包括酶工程、发酵工程、细胞工程和基因工程四个部分的内容。因学时限制，可重点介绍细胞工程和基因工程两个部分。一、细胞工程，应首先讲授细胞的全能性，然后在细胞全能性的基础上具体介绍植物组织培养技术、细胞融合技术、细胞折合和胚胎移植技术、克隆技术等内容。二、基因工程:(1)基因工程的基础研究，主要介绍限制性内切酶、连接酶和基因载体的发现和研制。(2)基因工程的基本程序和方法，包括获取目的基因DNA、获取载体基因DNA、目的基因DNA与载体基因DNA的重组、把重组的DNA转入受体细胞进行增殖和筛选转基因生物体五个步骤及方法。三、生物技术的应用前景。主要介绍生物医药的研制及应用、生化工业的迅速发展、转基因动植物的大量出现，人类基因组计划(HGP)及其广阔的应用前景。
第四章，天文学和天体演化学说。天体演化学说是现代科学的三大前沿阵地之一，本章在重点讲述天体演化学说之前，先把天文学的相关知识作一简单介绍。第一节，天文学及其产生和发展。一、概要介绍天文学的研究对象和分类;二、重点讲授天文学的产生和发展:具体介绍古代天文学、近代经典天文学和现代天文学的发展情况。第二节，获取天体信息的渠道和手段;可分三个大问题来讲述。一、获取天体信息的渠道，主要介绍电磁辐射、宇宙线和中微子三条途径;二、获取天体信息的物质手段和仪器设备，主要介绍人眼的构造和功能、光学望远镜、射电望远镜和天体摄谱仪;三、天文观测发展简史:依次介绍光学天文学、射电天文学和空间天文学。第三节，天体的起源和演化。一、宇宙的起源和演化:主要介绍牛顿“无限无边”宇宙模型及其疑难、爱因斯坦“有限无边静态”宇宙模型及其疑难、哈勃定律与大爆炸宇宙模型;二、星系的形成和演化:先对星系及其类型作一简单的介绍，然后在此基础上介绍星系的形成和演化;三、恒星的形成和演化:具体介绍恒星的形成，表征恒星演化过程的赫罗图，恒星演化过程的三阶段，即主序星阶段、红巨星阶段和恒星的三种归宿(白矮星、中子星和黑洞);四、太阳系的形成和演化:主要介绍太阳系的基本情况和太阳系的形成和演化两部分内容;五、地球的构造和演化:包括地球概况、地球的圈层构造和地球的形成和演化。
第五章，信息技术和激光技术。人类历史在经历了6000年的农业社会和近300年的工业社会以后，现在正在迅速走向第三个文明社会———信息社会。所谓信息社会，就是信息在社会生产和生活中起主导作用的社会。信息技术和信息产业，是信息社会的重要支柱。所谓信息技术，就是信息的获取、传递和处理技术。信息技术以微电子技术为基础，包括计算机技术、通信技术、光导技术和人工智能技术等。第一节，微电子技术。一、微电子技术的出现:具体介绍集成电路的诞生、集成电路的种类及其历史发展和集成电路的制作工艺;二、微电子技术的应用。第二节，计算机技术。一、计算机概述:具体介绍计算机的结构与功能、计算机的特点和计算机的历史发展;二、计算机的应用:主要包括数值计算或科学计算、数据处理或称信息处理、实时控制或称过程控制、计算机辅助系统、人工智能或称智能模拟等;三、信息高速公路。第三节，通信技术。一、电气通信:主要介绍电话通信和非电话通信及传真;二、光纤通信:具体介绍光纤通信的基本原理、光纤通信的优点、光纤通信的应用和发展;三、卫星通信。第四节，激光技术。一、激光与激光器:具体介绍激光产生的基本原理、激光的特点、激光器的构造等内容。二、激光技术的应用:概要介绍激光加工(包括激光铸模、激光切割、激光焊接、激光雕刻等)技术及其在农业、医疗、军事上的广泛应用。
【关键词】生物学科；导入方法；学习兴趣
一节完整的课一般包括导入、新课讲授、知识巩固、课堂练习等几个环节，其中，作为一节课“序曲”的导入环节，它的设计科学与否，将对于接下来整节课的教学质量产生重要的影响。在生物课堂教学中，可以通过哪些方式来设计导入环节呢？
一、复习式导入法
生物学科是一门系统性很强的学科，很多的知识之间都存在着千丝万缕的联系，新知识的学习往往要以旧知识作为基础。因此，教师在开展生物教学的时候，可以利用复习的方式来设计导入环节。例如，我在给学生讲到“光合作用”的时候，由于初中阶段学习过光合作用的相关知识，于是在进行课前导入的时候，我就让学生先回忆一下初中学习过的有关光合作用的知识，并思考什么是光合作用,光合作用发生的条件、过程和结果分别是什么。经过思考和讨论以后，学生初步得出了有关光合作用的知识，包括光合作用吸收二氧化碳、呼出氧气，光合作用可以把无机物转化为有机物等。在有了一定的知识基础以后，再进行本节知识的讲解，让学生对光合作用进行进一步深入的探讨，这样，会让学生在思维方面有一定准备，从而有利于学生更好地接受新知识。
二、问题式导入法
问题是思维的源泉，很多时候，一个有价值的问题往往能够激起千层浪，促进学生进行积极的思考。为此，我们在开展生物课时，就可以适当利用问题设置来导入新课，让学生在问题的引导下自然地进入到新知识的学习中来。例如，我在给学生讲到必修二第六章第二节的知识《基因工程及其应用》时，教材上虽然清楚地介绍了基因工程的原理及其操作步骤，但是如果教师在上课的时候直接进入主题，给学生按照教材的顺序一一介绍基因工程的原理及其操作步骤，这样，学生只会对这些知识形成一个较为浅显的理解，而无法真正认识和理解基因工程这项技术。为此，我在上课之前，给学生设计了这样一个导入环节：首先，我先让学生回顾一下之前学习过的杂交育种和诱变育种的过程和方法，经过回顾旧知识，使得学生了解到，在传统的育种方法中，一般只能够在同一种类的生物中进行，而无法将一种生物的优良性状移植到另外一种生物上。说到这里，自然就可以提出问题：“有没有什么方法能够实现不同种类生物之间的基因交流呢？”这时候，很多学生都想到了植物嫁接的方法。这时候，教师就可以接着提问：“虽然可以嫁接，但是嫁接后所生长出来的果实在性状上还是同原来的生物一样，有没有什么方法只保留某个物种的某个优点呢？”这下，学生又再一次陷入了思考之中。片刻过后，就有学生提出了基因杂交、基因嫁接、基因转移等。当学生思考到了这一步，基本上已经了解了基因工程的意义所在。为了拓展学生的思维，这时候，教师还可以引导学生自己想象一下，如何完成这个基因嫁接的技术。在教师的引导和相互讨论中，学生想到了很多的方法，这时候，再打开课本，让学生对比一下教材上的方法和自己想到的方法有哪些异同点，找出自己想法中的不足之处。通过这种对比以后，学生能够迅速且准确地掌握本节课的新知识，从而达到了教学的目的。
三、实验导入法
作为一门自然学科，生物学科的基础也是源自于科学的实验。由于高中阶段很多的生物知识具有一定的抽象性，如果单靠语言的描述很难讲的清楚透彻。为此，很多时候，教师都会借助于实验来进行知识的讲解。这种实验手段相较于理论讲授，其直观性、生动性要更强，因此，大部分的学生对于实验的兴趣会更加浓厚。因此，在生物课上，教师也可以利用一些简单的小实验来引起学生的兴趣，进而导入新课。例如，为了让学生了解“植物细胞对于水分的吸收”，我就在上课之前，给学生做了一个植物细胞的吸水和失水实验：将两根放置了一段时间的萝卜条分别浸入清水和盐水之中，经过一段时间以后把两根萝卜条拿出来，经过观察发现，浸入清水的萝卜条变得比之前要坚挺的多，而浸入盐水的萝卜条则比之前更加软。通过这个实验，向学生生动地说明了植物的细胞对于水分的吸收，从而顺利地导入新课内容。
四、比喻导入法
在生物学科中，很多的知识概念对于学生来说既陌生又抽象，从而给学生的理解带来很多的困难。若教师在上课的时候，能够利用生动的比喻来讲解这些抽象的知识和概念，就会有效帮助学生理解和掌握知识。例如，我在给学生讲到必修一第四章的“物质的跨膜运输”，就在上课的时候用“过河”的比喻开启了本节课的新知讲解：现在，我们把物质的跨膜运输比喻成某人要坐船过河，其中船相当于载体，而河则相当于膜，过河所需要的运费则相当于能量。就这样，一个生动的比喻，就使得学生在上课的一开始，对于本节课的知识有了一个直观清楚的认识，这样，教师再进行新课的讲解，效果自然事半功倍。
常言道，良好的开端是成功的一半。对于教师来说，能否设计好课前导入，在上课之初就做到先声夺人，这对于提升课堂教学质量具有非常重要的意义。为此，作为一名高中生物教师，我们在开展生物课堂教学的时候，一定要结合生物学科的特点设计出适合的导入内容，努力通过科学有效的导入激发学生的学习热情，启发学生的思维，使得学生在短时间内迅速集中注意力，进入学习状态，进而高效、圆满地完成课堂教学任务，实现既定的课堂教学目标。
【参考文献】
[1]孙晓东.论高中生物学科的导入艺术[J].教育教学论坛,2010年25期
[2]邹光成.浅谈高中生物学课堂教学导入艺术[J].凯里学院学报,2009年第03期
