表觀遺傳學研究內容范文

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關鍵詞：表觀遺傳學 教學 研究生

中圖分類號研究生教育是高等教育的重要組成部分，是培養高素質、高層次人才的重要手段。今天的社會對研究生的全面素質和創新能力提出更高的要求，而專業課教學是研究生教育的最基本部分，是提高研究生專業素質和創新能力的直接途徑，因此，提高專業課教學水平對研究生的培養具有十分重要的意義[1]。隨著生物技術和醫學科學技術的迅速發展，知識更新速度加快，學科之間相互交叉、相互滲透，邊緣學科和新興學科不斷涌現。表觀遺傳學是近幾年來生命科學迅速發展的前沿學科之一，其理論與技術已經廣泛滲透至生物學、基礎醫學、臨床醫學及預防醫學的各個學科。表觀遺傳學是我們學院學術型碩士研究生專業課程和專業學位碩士研究生專業知識模塊的主干課程。如何適應新形勢下研究生培養的需要，筆者主要針對研究生表觀遺傳學教學談一些自己的看法及建議。

1 教師業務素質的提高

生物醫學模式的轉變對教師的業務素質和能力提出了相應的更高要求。不僅要求教師有生命科學、基礎醫學和臨床醫學的專業知識，而且還要有生物醫學理論方面的知識，同時要求教師的技術知識層次能跟上生物醫學實驗技術推廣周期不斷縮短的趨勢。我們在研究生的表觀遺傳學教學中，隨時進行文獻調研，密切關注最新高水平期刊和學術會議的相關信息，不斷補充傳達的最新知識。引導學生關注當前研究活躍的腫瘤、衰老、心血管疾病、感染性疾病與表觀遺傳學的最新研究進展情況，著重介紹營養、環境、應激、細胞代謝在表觀遺傳變化中的重要作用機制。這些新知識非常受研究生的歡迎，引起他們濃厚的興趣。通過這些新知識的學習，不僅開闊了研究生的學習視野，啟發了他們的創新思維，同時使他們形成良好的文獻調研和學術研討的習慣，逐步形成和掌握正確的科研方法，為即將開展的課題研究工作奠定了堅實的基礎。在教學過程中反過來能進一步促進教師知識結構的不斷更新，達到教學相長的目的。

2 改革教學內容，形成完整的表觀遺傳學知識結構體系

與經典遺傳學以研究基因序列決定生物學功能為核心相比，表觀遺傳學主要研究基于染色質事件對于這些“表觀遺傳密碼”的建立和維持的機制，及其如何決定細胞的表型和個體的發育。在表觀遺傳學研究生課堂教學過程中必須具有一定的前瞻性，引導研究生關注表觀遺傳學學科的發展動態，密切注意學科的交叉和延伸，緊跟表觀遺傳學的發展方向和學科發展的突破點。課堂教學過程中把最主要的精力放在表觀遺傳學學科領域發展最活躍最富潛力的研究方向上，例如表觀遺傳機制在癌癥等疾病中的作用機制，細胞代謝與表觀遺傳變化的關系等。表觀遺傳學是生命科學中一個普遍而又十分重要的新研究領域。它不僅對基因表達、調控、遺傳有重要作用，而且在腫瘤、免疫、病毒感染復制等許多疾病的發生和防治中亦具有十分重要的意義。在教學過程中主要內容包括：表觀遺傳學概論，DNA甲基化，組蛋白修飾，染色質重塑，基因組印記，X染色體失活，siRNA與miRNA介導的調控，表觀遺傳學與疾病，表觀遺傳學與癌癥，天然產物及中草藥的發展對表觀遺傳學的展望，表觀遺傳學的治療進展。上述內容形成完整的表觀遺傳學知識結構體系。在教學過程中，通過有選擇地插入一些小型專題講座及相關的研究歷史背景資料的方式，介紹和強調學習和掌握表觀遺傳學的重要性，既活躍了課堂，又把課程從枯燥的理論講解中解放出來，同時激發了研究生的學習積極性，拓寬相關的知識面[2]。同時在教學過程中注重前沿進展內容的加入，如代謝、營養、環境等影響因素與表觀遺傳學的相關進展。

3 改革教學方法，培養研究生的創新能力

本課程所授課的對象是已具備一定自學能力和學習主動性的研究生，最重要的是培養他們科學地發現并解決問題的能力、準確表達個人思想見解的能力以及科研創新能力。本課堂選課人數一般在十人左右，因此課堂教學的特點在于小班授課。由于是小班教學，增加了教學的靈活性和增強了師生之間互動的可能性，師生之間的交流與溝通增多。因此在教學過程中采用教師課堂授課、學生參與研討、學生講授等多種教學方式，強調講授、研論、文獻調研、學術講座、論文報告、文獻綜述等多種方式并重的原則。在教學過程中，合理安排時間，讓研究生充分參與到教學的研討，結合自己的研究方向發表自己獨特的見解，闡述自己的學術觀點，這種教學方式為研究生迅速進入科研工作的角色奠定了堅實的基礎，增強了研究生創新能力的培養。發揮現代多媒體技術在教學中的重要作用，電子課件與板書相結合，同時采用圖片、視頻播放、動畫等多種方式的應用。倡導啟發式教育，摒棄灌輸式教學方法，講授基本理論知識的同時注意結合科研最新進展情況拓寬學生知識面，加強學生創新能力的培養，使學生的理論基礎和實踐應用能力同步得到提高，取得了較好的教學效果。對由于受學時限制而不能在課堂上詳細介紹的前沿內容可使用討論法，安排學生課后自學，啟發學生提出問題，通過課堂討論得到解決。還可以在部分單元結束后，要求研究生根據自己的專業方向，結合查閱最新的文獻資料，撰寫小專題報告，組織交流討論，以便鞏固學生所學知識，并進一步拓寬知識面。研究生不同于本科生，他們有強烈的求知欲孥，有較高的學習熱情，有較強的自學能力，所以在教學中倡導自學，組織討論，是因材施教、培養研究生創新能力的好方法。

4 多種考核方式結合，檢驗教學效果。

在研究生的考核方面，不僅僅局限于對課內授課內容的掌握程度，還可以采用綜述、專題小報告、PPT匯報、模擬課題設計等綜合考核方式，注重知識的活學活用和創新意識的培養，這樣才有利于研究生即打好廣博、堅實的理論基礎，又能其重組知識框架，只有這樣，研究生的創新意識才能夠得到增強。

研究生創新能力培養是受多因素復雜交錯影響的，要提升研究生的創新能力，既要保證培養研究生的客觀條件充足，又要發揮研究生的主觀能動性。研究生教育只有適應知識經濟時代的要求，才能不斷培養出符合社會需要的高層次創新型人才。表觀遺傳學既是目前迅速發展的學科和熱點領域，在生物醫學各種學科存在著千絲萬縷的聯系。它也是我們學院研究生重要的專業基礎課，對于培養研究生的創新意識，培養研究生發現問題、解決問題的能力具有重要的作用。只有在教學實踐中不斷地提高教師自身素質，調整教學內容，改進教學方法，才能達到預期目的。

參考文獻

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【關鍵詞】 急性髓細胞白血??； 表觀遺傳學； 靶向治療

急性髓細胞白血?。╝cute myeloid leukemia，AML）是一組異質性疾病，以造血干細胞克隆紊亂為特征，是成年人急性白血病中最常見的類型。近20年來，人們對AML的發病機制和預后的研究有了長足的進展，患者的完全緩解率也有了明顯的提高，但仍有2/3成年AML患者未能達到治愈，復發、難治及老年AML仍是目前臨床治療的難題。為此，臨床工作者和科研人員不斷探索新途徑，積極尋求AML治療新方法。

近年來，表觀遺傳學的研究逐漸成為人們關注的熱點。隨著研究的深入，人們對AML的發病機制有了新的認識，隨之而來的靶向治療也給患者重新帶來希望。該研究主要包括三個方面的內容：DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼microRNA。研究表明，表觀遺傳學的調控機制參與調節許多重要的生理過程。在血液腫瘤的發生和轉化中，表觀遺傳學異常與遺傳學異常具有同樣重要的作用。表觀遺傳基因的修飾對于基因的差e表達有著至關重要的作用，它決定著細胞的類型及細胞從良性到惡性的轉變。尤為重要的一點，這種修飾是可遺傳的、動態的、可逆的，并且不影響下游的DNA序列。表觀遺傳的修飾基因，如DNMT3A，TET2，IDH1和IDH2，ASXL1和MLL1上的頻發突變，影響了造血細胞的自我更新和/或分化能力，促進髓系細胞的轉化，促進白血病的形成[1]。表觀基因組在AML的發生中有重要的靶標性作用，它具有內在可塑性，通過特異性的酶、轉錄因子、與表觀遺傳機制相關的其他蛋白重新編碼對表觀遺傳基因的修飾，為治療提供了新的可能。

本文將描述表觀遺傳基因的失調是如何在AML中發揮作用的，同時強調目前和未來的治療手段在發現新靶標上的多種嘗試。此外，還將涉及AML中個體化的靶向治療，包括術語的定義，適應證的相關描述以及臨床實施的具體措施。

1 表觀遺傳學的針對性治療

1.1 DNMT3A突變及DNMT抑制劑 DNA甲基化是表觀遺傳調控的重要組成部分，通常與轉錄沉默有關。在急性白血病中，已被確定多種腫瘤抑制基因的過甲基化與轉錄抑制通過增殖、分化和生存過程的失調導致白血病的發生[2]。來自MDS的DNA甲基化譜研究數據顯示，抑癌基因的異常甲基化可能是驅動MDS進展為AML的主要機制[3]。胞嘧啶甲基化是指C5位的胞嘧啶殘基被DNA甲基轉移酶（DNMTs）催化，并生成C5甲基胞嘧啶（5-MC）的過程?；蚪MDNA甲基化是由DNMT3通過半甲基化的模板（從頭甲基化）建立的，并由DNMT1全甲基化模式（維持甲基化）予以保持。這些過程使得不同的可遺傳的DNA甲基化模式可以用來區分AML亞型、預測預后，并有潛力作為生物標志物來預測患者對治療的反應[4]。AML要么普遍低甲基化，要么過甲基化，這提示表觀遺傳途徑的過度和不足可能對白血病的發生都很重要[5]。數據表明，在白血病干細胞中，DNMT1可維持其DNA甲基化模式，并參與其自我更新的過程[6]。研究表明，DNMT3A在造血干細胞自我更新和分化過程中起著關鍵的作用。重要的是，DNMT3A的功能缺失性突變發生在30%的細胞遺傳學正常的AML中，可能與臨床預后較差有關，但AML的這些突變對于DNA胞嘧啶甲基化和轉錄的影響尚不清楚，且DNMT3A的單獨缺失并不足以導致白血病形成[7]。大多數的突變涉及882位的精氨酸，在體外導致甲基轉移酶活性的降低[8]。到目前為止，尚無特異性針對DNMT3A的靶向治療。本節討論的“表觀遺傳修飾的靶向治療”指的是針對DNMT抑制劑的去甲基化治療。

美國食品藥品監督管理局（FDA）批準的2種DNMT抑制劑為：阿扎胞苷及其脫氧衍生物地西他濱。這兩種藥物均用于MDS的治療，現在依據一些臨床試驗的結果，也普遍應用于AML的治療。

在一項多中心Ⅱ期研究中，有227位初治AML患者接受了地西他濱治療。每個療程中靜脈滴注地西他濱持續72 h，用量為135 mg/m2，間隔6周重復用藥，共4個療程[9]。該研究表明，總體有效率為26%，中位生存期為5.5個月，1年存活率為28%。在另一項多中心Ⅱ期臨床試驗中，給予55位60歲以上的AML患者靜滴地西他濱治療，每日用量為20 mg/m2，連續5 d給藥，每4周為一療程。結果，該試驗中AML的完全緩解率為24%，中位生存時期為7.7個月。

在一項針對高危MDS（包括骨髓中原始細胞比例為20%～30%、根據WHO標準應列為AML）的臨床試驗中，給予患者阿扎胞苷治療：每日用量為75 mg/m2，連續7 d皮下注射用藥，28 d為一個療程。與對照組（接受傳統治療方案）相比，阿扎胞苷組有明顯的生存獲益。而對于一些次要的評價指標而言，比如輸血需求、靜脈抗生素的使用和住院天數等，阿扎胞苷組有明顯優勢。與之類似的是，在法國的一項臨床研究中，149名初治老年AML患者接受了相同劑量和療程的氮雜胞苷治療，總體有效率為33%，完全緩解率為23%，總體生存期為9.4個月[10]。對于接受了大劑量誘導化療和異基因造血干細胞移植的AML患者，使用阿扎胞苷維持治療可能會減少或延遲白血病的復發。

1.2 IDH1/2突變及IDH1/2抑制劑 DNA甲基化與同型二聚體酶IDH1/2催化的檸檬酸代謝有關，二聚體酶可催化異檸檬酸氧化脫羧成α-酮戊二酸（α-KG）。研究發現，有10%～30%正常核型的AML患者發生了IDH1/2功能突變，引起酶功能異常，導致2-羥基戊二酸（2-HG）的產生和積累。由于TET2和包含jumonji-c結構域家族的組蛋白賴氨酸去甲基化酶均依賴于α-KG，當機體發生IDH1/2突變，并積累2-HG，可導致DNA和組蛋白甲基化的增加[11]。IDH1/2突變對預后的影響研究得到了自相矛盾的結果，可能是因為突變位置的差異和（或）伴隨其他基因的突變。例如，一項關于AML的隨機臨床試驗表明，IDH2的第140位的精氨酸殘基發生突變與良好的預后相關。不但如此，同時伴有NPM1和IDH1或IDH2突變的細胞遺傳學正常的AML患者也有良好的受益，3年總生存率（OS）可高達89%。然而，IDH1/2和TET2突變是相互排斥的，但具有這兩種不同的突變的AML患者具有相似的甲基化過程。

目前，一項早期臨床試驗正在進行，旨在研究IDH1/2抑制劑對發生了IDH1/2突變的AML患者的影響。這是一種針對IDH1/2突變酶的小分子靶向抑制劑，可減少2-HG的生成，誘導H3K9me3的脫甲基作用，并能增強相關分化基因的表達[12]。

1.3 MLL基因突變及DOT1L蛋白甲基轉移酶抑制劑 MLL基因位于染色體11q23，編碼H3K4甲基轉移酶（HMT），該酶參與組蛋白的重構，影響HOX基因和Wnt信號通路[13]。有5%～7%的初發AML病例發生MLL重排，與不良預后相關[14]。MLL區域是染色體易位和重排的高發區，能產生多種融合蛋白，其中一些有致癌性。研究顯示，MLL融合蛋白和DOT1L之g的作用導致了白血病的發生[15]。

已有研究表明，DOT1L HMT的酶活性誘導了存在MLL基因重排的AML的形成。DOT1L抑制劑可減少H3K79的甲基化和MLL融合基因的表達。目前，具有高度選擇性的DOT1L抑制劑的研究已進入臨床試驗階段，而選擇性抑制HMT EZH2的強效抑制劑也正在研究中。

1.4 組蛋白去乙?；福℉DAC）抑制劑 單獨使用HDAC抑制劑治療AML，其臨床作用并不令人滿意。因而，能否與DNMT抑制劑聯合使用增強療效，則備受期待。目前，諸多相關的臨床試驗正在開展當中，而且對多種HDAC抑制劑，包括丙戊酸、mocetinostat、帕比司他、伏立諾他等，與阿扎胞苷或地西他濱聯合使用的療效進行了評價，但結果并不如人意。在一項二期臨床試驗中，恩替諾特聯合阿扎胞苷治療AML并未提高療效[16]。需要注意的是，與早期的體外試驗采用序貫用藥不同，此項試驗中這兩種藥物是同時應用的。恩替諾特是一種強效的細胞周期抑制劑，可能會抑制阿扎胞苷的整合，導致脫甲基作用減弱。

1.5 賴氨酸乙?；种苿?具有布羅莫結構域的蛋白質可識別組蛋白末端的賴氨酸殘基，這種相互作用可被小分子抑制劑所抑制。當前，已開始對數種BET抑制劑進行臨床試驗。研究表明，BET抑制劑可抑制白血病干細胞和祖細胞增殖，并且可阻斷MLL介導的白血病轉化[17]。

1.6 賴氨酸去甲基化酶抑制劑 研究結果顯示，KDM1A/LSD1在體外可有效抑制AML細胞系和原代白血病細胞。在聯合使用HDAC抑制劑和全反式維甲酸時，這種抑制作用更顯著。研究表明，MLL白血病受其影響最大，AML的其他亞型和其他髓系腫瘤也對之敏感[18]。

2 表觀遺傳學發展在AML靶向治療方面的挑戰

2.1 靶向治療的治療靶點 AML在發生、發展過程中有一系列的異常表現，就疾病本身而言，有許多方面的異?？梢赃M行針對性的治療，包括表觀遺傳途徑的調節、基因突變、細胞表型、信號轉導通路、白血病干細胞和骨髓微環境等。最近有關AML克隆構型的研究表明，AML克隆異質性始終伴隨著疾病的進展及復發[19]。因而，AML的治療靶點是不斷變化著的，在疾病的不同時期需用不同的藥物進行治療。有關初發AML克隆構型的研究顯示，在基因層面界定的白血病亞克隆和白血病干細胞之間具有明顯的功能異質性[20]。目前的挑戰是明確和清除所有的克隆，而非以往那樣狹隘地認為，靶向治療的關鍵就是應用某種方法，通過單向靶點來消除優勢克隆。

2.2 靶向治療的對象 如何選擇靶向治療的對象是一個比較重要的問題。根據不同的分類方法，AML患者可劃分為不同的亞群，但這樣的分類方法均有各自的優點和不足之處。

AML患者也可以根據預后進行分類。在過去，對新藥的早期試驗通常在復發和難治病例中進行，顯而易見，這是一種很令人困惑的試驗模式。由于復發或難治AML病例與初發病例在生物學上和臨床上是不同的，因而對初發病例作新藥研究十分重要?？梢愿鶕毎z傳學、分子遺傳學和表觀遺傳學數據，對初診患者進行風險評估并預先判斷其治療效果的優劣。例如，一項研究表明，在不同的甲基化區域，有高水平甲基化的7個基因其低表達具有更好的臨床結果[21]。目前認為，在臨床研究中，靶向治療的對象應該是那些預后可能不良的初發AML病例。

2.3 靶向治療的時機 臨床上通常將AML治療分為誘導、鞏固和緩解后治療。臨床研究表明，把針對表觀遺傳學調控的靶向藥物與其他藥物聯合使用，結果比單一用藥效果更好。因此，已考慮將試驗新藥添加到主流的誘導方案當中來。多年來有關AML治療的臨床實踐表明，尚無哪一種化療方案更優于阿糖胞苷聯合蒽環類藥物的“7+3”經典方案的，所以應把該方案作為主要的誘導方案，新藥可以添加于此或者作為單藥評估其療效。這樣，納入臨床試驗的初治患者將會接受其一進行治療。

各種證據表明，誘導后殘留的白血病細胞與治療前的腫瘤細胞在生物學上是有區別的。因此，臨床上重復應用同一治療方案并不合理。研究表明，表觀遺傳學靶向治療在AML完全緩解后或移植后，或可控制白血病克隆的演變。目前，多數靶向治療藥物是非細胞毒性的，對低負荷白血病而言，治療成功的可能性更大。當然，還需要更多的AML患者參與到臨床試驗中來，進行新型藥物的有效性驗證。

2.4 靶向治療的有效性評價 表觀遺傳學靶向治療一般需要長達幾周甚至幾月的時間方顯成效。此外，基于形態學和免疫表型的分析方法并不能有效評價靶向治療的療效。因而，可以憑借DNA甲基化特征、基因表達譜、高光譜測定法以及其他技術手段來做生物學標志的鑒定，通過生物學標志能充分預測療效，并提高疾病監控能力。然而，在當前臨床實踐中，尚未能常規使用此類表觀遺傳學的生物學標志。

3 展望

隨著對AML表觀遺傳修飾基因突變的認識的深入，人們發現表觀遺傳學在AML生物學發生中起著復雜而重要的作用。AML的表觀遺傳學靶向治療策略已經改變了臨床應用，AML患者的個體化靶向治療將成為現實。然而，現實中還面臨著諸多挑戰，其中最大的挑戰就是AML生物學和患者本身的高度異質性。只有通過創新性的臨床試驗、可靠的科學研究和醫患的共同參與等努力，才可能真正實現AML患者的個體化治療。

⒖嘉南

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摘要:

燈刷染色體是存在于除哺乳動物以外幾乎所有動物雌配子減數分裂第一次分裂雙線期的一種暫時性巨大轉錄體，因狀如燈刷而得名，但在細胞遺傳學三大經典染色體研究中關注度最低。它是研究減數分裂時期染色體的結構、組織形式、轉錄和轉錄過程的好材料。本文一方面對以上研究及形成機制作一簡要綜述，另一方面探討燈刷染色體可能的作用，也即從已有文獻表明卵細胞核的燈刷染色體或多倍化為相關生物胚胎發育提供足夠的轉錄產物。最后探討將其作為一個案例用于遺傳學教學的可能性，以激發學生學習遺傳學的興趣。

關鍵詞:

遺傳學；細胞遺傳學；燈刷染色體；研究進展；遺傳學教學

遺傳學是生命科學領域中一門兼具理論性和實驗性的基礎性學科之一，從遺傳學發展史上可以清楚地看到一系列經典的研究案例對遺傳學的發展起到巨大的推動作用[1]，賦予遺傳學新的內容，使遺傳學理論不斷地完善和提高，從而在更高水平指導遺傳學的發展。例如果蠅和豌豆因其豐富的表型在性狀遺傳研究上成為經典研究案例，奠定了遺傳學的初創和發展；唾腺染色體和燈刷染色體因其形體的巨大性和特異的細胞結構，促進了細胞遺傳學的發展；以噬菌體為材料促進了生化和分子遺傳學的發展；以大腸桿菌為材料的研究揭示了原核表達調控的機制；以擬南芥和水稻為材料解析了植物基因組的特點并促進了植物功能基因組學的研究[2,3]。這些案例還有很多，限于篇幅不一一枚舉。不過，關于遺傳學發展史上經典案例的研究和關注并不平衡。例如在細胞遺傳學三大經典染色體的研究中，關于唾腺染色體和巴氏小體的研究很多，而燈刷染色體(Lampbrushchromosomes,LBCs)的關注度較低。盡管LBCs因擁有數以萬計的正在轉錄的單位而具有了結構的巨大性，但在過去的130多年中公開發表的文獻僅有350多篇（projects.exeter.ac.uk/lampbrush）。究其原因可能有四點：一是分離LBCs技術難度較大；二是所使用的儀器是顯微鏡，而不是時髦的微量移液器，導致學生的興趣不足；三是可用分離該染色體的典型材料不易取得，多數動物材料都是各國重點保護的動物；四是可能由于偏重理論研究，無法取得足夠的經費支持[4]。盡管如此，LBCs的研究仍然取得了令人興奮的成績，本文擬沿著LBCs研究的蹤跡，比較系統地綜述相關生物卵細胞減數分裂第一次分裂雙線期染色體的結構、組織形式以及轉錄等相關知識。最后探討將這一被忽視的“明星染色體”案例介紹給學生，以期引導學生對LBCs研究的重視，激發他們學習和研究遺傳學的熱情。

1燈刷染色體的研究進展

1882年，Flemming首先在蠑螈（Notophthalmusviridescens）的卵母細胞中發現了這種結構[5]，十年之后，Rückert(1892)在狗鯊（Chiloscylliumpunctatum）卵母細胞中再次發現了Flemming所描述的結構，因為其形如19世紀的燈刷或20世紀的試管刷而命名為燈刷染色體[6]。典型的LBCs實質上是存在于除哺乳動物以外幾乎所有動物（在兩棲類、鳥類和昆蟲類都有很好的研究）雌配子減數分裂第一次分裂雙線期的一種暫時性巨大轉錄體,大小可以達到5~6mm。細胞核中每個LBCs是二價體（一對同源染色體），核中有幾個二價體就有幾個LBCs，每個二價體包含四條染色單體，同源染色體通過交叉（Chiasmata）相連。它們具有獨特的染色粒—側環（Chromomere–lateralloop）結構：染色粒串聯形成單體的主軸，是遺傳惰性區；顯著的側環結構則為轉錄活性區，包括了成千上萬的活性轉錄單元[7]。隨著轉錄的進展，RNA鏈不斷延長，外形呈“圣誕樹”樣結構。除了在以上動物的卵細胞中發現LBCs外，在果蠅細胞Y染色體和植物中也有發現，比如在單細胞藻類（Acetabularia）中發現有典型的LBCs結構[8]，其它所報道的植物LBCs不具有典型結構，只是一條較長的染色體，周圍有絨毛狀的結構。由于LBCs在普通光學顯微鏡下可以看到，因而它是研究基因組結構和功能的極為理想的實驗材料[9]。

1.1燈刷染色體的基本結構和細胞圖在普通光學顯微鏡下，在外觀上看每一個典型的LBCs兩個同源染色體依靠幾個交叉相連，它們分別由無數致密的染色質顆?；蛉旧４删€狀，這些顆粒之間有染色質絲相連，在每一顆?；蛉旧Ｌ幃a生1到數個成對的側環，這就構成了所謂LBCs上的“刷毛”[10]。這些環之所以成對出現是由于姐妹染色單體之間沒有任何聯系造成的。利用掃描電鏡或電鏡技術結合免疫技術對來自不同物種的LBCs進行觀察，發現側環是以纖細的染色質為軸，上面覆蓋了無數的核糖白（Ribonucleoprotein，RNP）顆粒。由于RNP顆粒相互聚集和沿側環軸向的卷曲會將正常狀態的側環一步一步裝配形成小顆粒、顆粒球和緊密塊狀物等更高級的側環結構[11]，因而形成了光學顯微鏡下可見的巨大染色體。染色粒和連接它們的染色質絲構成了LBCs的軸，軸上最顯著的特點就是染色粒–側環結構，某些有明顯特征的側環往往成為鑒定染色體特異性的界標（Landmark），比如在兩棲類中，幾乎大部分燈刷染色體都有巨大的側環，只是位置不同，所以可以區分不同的染色體；另一類是有特異結構的側環，分為高密度側環和塊狀側環，也存在于很多染色體不同位置中。軸上除了染色粒和側環外，還有著絲粒、端粒、球體等結構。這些結構常常出現在特定染色體的固定部位，成為鑒別各條染色體的界標[11]。染色粒(Chromomere)是LBCs軸的主要成分。在配對的同源染色體中，染色體軸上染色粒的數目和分布大體相同，但形狀不很規則。在最初形成的LBCs上，單體燈刷染色體染色粒的數目可以達到5000個以上，在光鏡下染色粒大小從不可見到可見的1µm。據估算，一個有尾目的兩棲動物LBCs的染色粒所包含的堿基數目約5~10Mb，而側環中僅有50~150kb的DNA[10]。染色粒的數目和大小與物種和減數分裂的推進有關，也隨側環轉錄活性而變化。隨著減數分裂的推進，染色粒逐漸變大，數目減少。在早期的LBCs中側環轉錄活性高，這時染色粒小，數目多；隨著雙線期的推進，側環因轉錄活性下降而回縮，染色粒彼此融合最終成一條正常的分裂期染色體[12]。側環(Lateralloop)是DNA活躍轉錄的區域，僅占整個LBCsDNA總量的0.2%~0.4%，其與染色粒的邊界序列有無特異性現在尚不清楚[10]。在兩棲類中，它們的長度與C值呈正相關，平均長度為10~15µm，長的可達200~300µm，這些長的側環具有染色體的特異性。多數側環上只有一個轉錄單位，轉錄方向可以相同或相反，利用轉錄抑制子的研究發現，這些轉錄多數由RNApolII啟動。側環的產生并不同步，某些側環能貫穿LBCs整個發育期；有些僅在個別時期產生，失去轉錄活性后回縮到染色粒中。激素處理也能影響側環的伸展和回縮，這點與果蠅的唾腺染色體的蓬突結構類似，其發生機制和意義有待進一步的研究。由于轉錄產物的種類、數量和堆積狀態不同，在某些染色體軸的特定部位可以形成不同類型的側環，這成為區分不同LBCs的重要界標[13]。LBCs的著絲粒（Centromere）有二種形態：一種是在某些兩棲類中稱為著絲粒顆粒，在鳥類中則為蛋白體（Proteinbody）,其大小形態與前后染色粒不易區分，另一種主要在兩棲類發現，著絲粒和其兩側相鄰的染色粒彼此融合而成染色粒棒（Chromomerebar）。先前的報道表明著絲粒顆粒和染色粒棒上均無側環，最近的報道稱某些鳥類的蛋白體有短的側環產生[14]。關于端粒（Telomere）的觀察主要來自鳥類，在姐妹染色單體的末端分別形成端粒環（由染色單體的末端插入鄰近的染色粒所致），通常情況下，端粒環是開放的，也存在一個插入一個開放的形式，其大小和長度具種的特性。兩側無側環，雞的端粒環含有2個轉錄單元[15]，關于LBCs著絲粒和端?？梢赞D錄在歐洲水蛙中也得到證實，一些串聯重復序列可以在該類結構中大量轉錄[7]。球體（Sphereorganelles）是LBCs上另一個重要標志，有染色體的特異性，相當于一般染色體的次級縊痕。其直徑一般2~10µm，一般包含2~4個[10]。以上這些結構由于在序列組成、位置、結合蛋白以及形成的高級結構上具有染色體或種的差異，結合LBCs的長度差異，現在已經繪出了多種兩棲類和鳥類的LBCs細胞圖[7]；利用細菌人工染色體–熒光原位雜交（BAC–FISH）技術繪制了雞LBCs著絲粒區的精細物理圖譜[16]，以上這些工作為利用LBCs進行基因組/雜種鑒定、精細遺傳/物理圖譜繪制、基因定位、轉錄和轉錄機制等研究工作奠定了基礎。

1.2燈刷染色體的轉錄與轉錄進程研究表明轉錄主要發生在LBCs的側環上，大量的新生轉錄產物和相關蛋白結合，形成了光鏡下可見的RNP基質。每個側環由1~數個轉錄單位組成，所以LBCs上單個轉錄單位是可視的，這使得他們成為在結構和分子水平上研究轉錄及其調控機制的優異材料[17]。側環的類型因RNP基質的大小和類型可以大致分為正常的大環型、顆粒型、球型和塊狀（Lumpy），它們都是以30nmRNP顆粒為基礎逐漸裝配而成，為了探明不同結構的側環與轉錄活性的關聯，對典型的側環如球型側環利用放射自顯影、轉錄抑制子結合大分子擴散分析技術進行RNA合成的分析[17]，結果表明在這類側環中，存在RNA的合成；側環的延伸與轉錄活性相關，活性高的時候，側環增大，活性降低時，側環回縮到染色粒中；有的側環中存在數個不同外形的轉錄單元，這幾個轉錄單位的轉錄存在速度的差異。用RNA前體標記物作為探針進行原位雜交試驗，與大環和顆粒狀的側環相比，球型側環標記的速度和強度均較弱，推測不同側環可能具有相異的轉錄模式，這個問題有待進一步闡明[18]。已有的報道表明不同側環的演化存在關聯性，這同樣也可以看作是轉錄后的調控。電鏡實驗證明了這些類型的側環都是由30nmRNP顆粒組成的；熱休克（Thermicshock）實驗結果顯示在低溫處理下，趨于向高級側環結構發展，而在高溫處理下，則趨于向去凝縮方向發展；免疫實驗也證明側環形態的多樣性與特異蛋白存在關聯。例如在蠑螈的卵細胞中發現一個82kD白，利用單抗進行原位雜交試驗表明可以和所有類型的側環結合，但是并不同步。比如，當球狀側環被強烈標記時，大環和顆粒環不被標記，當標記出現在核質中時，所有類型的環不被標記，該結果初步證明了特異的蛋白與側環的結構演變存在關聯[18]。

來自鳥類的實驗表明，側環中一個轉錄單位約長1~40µm，這些被轉錄的基因包括了編碼基因和非編碼基因。一個令人吃驚的事實是一些持家基因在LBCs的轉錄是被抑制的，比如在鳥類中編碼18S、5.8S和28S的基因簇是沒有活性的，但散布的該類基因仍然可以被RNApolII轉錄而不是polI[19]。迄今為止，在兩棲類和鳥類LBCs的研究中，發現僅有少數單拷貝基因在此時轉錄。比如在兩棲類LBCs中，已經證實細胞角蛋白（Cytokeratin）、核仁蛋白NO38/B23、c–myc和Eg1是轉錄的，并發現了它們的轉錄產物向核質轉移[20]。基于DNA/RNA雜交技術的染色體涂抹技術（Chromosomepaintingtechnique）使大規模研究LBCs的轉錄成為可能，利用改良的該技術BAC–FISH發現許多鳥類LBCs單拷貝的基因可能是轉錄的。但問題是BAC克隆是大片段插入，包含了單拷貝和多拷貝的信息，所以，要驗證更多的單拷貝的表達需要進一步的實驗。早期的生化實驗證明LBCs轉錄的主要是非編碼的串聯重復序列[21]，進一步的調查是利用原位雜交實驗證明兩棲類LBCs轉錄的主要是一些微衛星序列。值得注意的是來自鳥類的研究結果，如果出現在側環中的一個微衛星序列是轉錄的，那么側環臨近的染色粒里面的同類微衛星串聯簇是不表達的，這個結果表明存在一種未知的調控機制啟動LBCs側環中微衛星DNA的轉錄[19]。來自熱帶爪蟾的研究發現卵母細胞中還儲存大量來自LBCs轉錄子的穩定內含子（StableintronicsequenceRNA），這些內含子一直到囊胚期都可以檢測到，說明在胚胎發育的早期可能發揮重要作用[22]。關于側環上轉錄調控機制的研究，早期提出了“通讀假說”（Read–throughhy-pothesis）[23]，該假說認為側環上轉錄起始于結構基因的啟動子序列，到了該基因的終止序列后并不停留，而是繼續轉錄下面的非編碼序列，現代遺傳學的研究結果否認了該假說。結合基因組和細胞學的證據表明位于雞LBCs側環微衛星序列中的反轉錄轉座子長末端重復序列（LTR）啟動了微衛星序列的轉錄，這得到了很多來自兩棲類實驗的證明。如果這個機制是正確的，側環的平均長度應該與活躍的LTR啟動子的數量呈負相關，這是今后需要闡明的問題之一。初生的轉錄產物被與RNA成熟相關的蛋白包被，成為附著于側環上的RNP基質，這種獨特的結構為在活體條件下研究側環轉錄產物的處理和機制提供了平臺。來自生化的證據表明，鳥類LBCs側環中多數RNP基質含有與RNA成熟相關的組件，如snRNPs、SC35、hnRNP和3’末端處理相關因子。有些RNP基質中沒有發現snRNPs組件，這可能是由于在相應的微衛星轉錄產物中缺少典型的剪切位點所致[19]。

1.3燈刷染色體的作用自從發現LBCs后科學家一直試圖理解發生在側環上大量且有點隨意轉錄的意義，很多人認為這種轉錄或多或少是沒有意義的[20]。Davidson于1986年提出了另一個假說[24]，他認為發生在LBCs上的轉錄為將來卵母細胞的成熟和胚胎發育提供必要的轉錄產物，這一假說越來越為科學家重視?？赡艽嬖谶@種情況，LBCs上的轉錄產物在核膜破裂前是隔離的，當核膜解體后進入了轉錄后的切割程序，形成兩類成熟的編碼和非編碼RNA分子，這種現象在Masi和Johnson研究LBCs組蛋白的轉錄過程上所證實[25]。據此推測，成熟編碼蛋白質RNA分子可以用于在胚胎基因組啟動表達之前，早期胚胎發育所必需蛋白質的合成。至于大量的非編碼微衛星序列的命運可以用現代分子生物學的信息來解釋。在后生動物中，編碼微衛星序列的DNA可以轉錄形成dsRNA前體，成熟后產生siRNA，這些siRNA是形成組成型異染色質所必需的。那么，可以推測，在擁有LBCs的動物中，非編碼微衛星序列的轉錄產物同樣可以dsRNA前體形式儲存在卵細胞中，為早期胚胎發育提供siRNA以便維持異染色質的穩定，這種假設的前提是要探明微衛星RNA產物能否出現在受精之后胚胎發育的過程中[19]。值得注意的是擁有典型LBCs的生物胚胎發育過程大部分時間是離體發育，這與胎生的哺乳動物在發育環境上存在巨大差異，因此，在這類生物中LBCs轉錄與離體后胚胎發育過程是否存在更密切的關聯性是值得深入探討的。1.4燈刷染色體的表觀遺傳修飾與染色質重塑通過對兩棲類和鳥類燈刷染色體的深入研究，我們基本了解了其整體表觀遺傳的狀態。來自兩棲類的研究發現這類染色體中包括染色粒和側環不但缺少組蛋白H1，而且組蛋白H4都呈高度乙酰化狀態，這是典型基因組DNA轉錄活化的特點，實驗證明，乙?；图谆揎椊M蛋白的尾部都會導致側環相應狀態的改變[19]。關于對LBCs表觀遺傳修飾的理解一個典型的例子是來自于對6種鳥類卵母細胞LBCsZW的研究[26]。鳥類卵母細胞中性染色體ZW是一個僅通過著絲粒處相連的不對稱二價體，Z染色體具有正常的LBCs形態，而富含重復序列的W則僅形成幾個較大的染色粒，含有少量的側環。進一步的研究發現W染色體具備了惰性染色體的特點，比如缺少乙酰化組蛋白H4，富含組蛋白H3K9和H3K27的二甲基化，幾個大的染色粒都含有大量的異染色質蛋白1。這些因素共同導致了W染色體在鳥類卵母細胞的發育中高度凝縮的狀態[19]。

盡管現在從整體上對LBCs的表觀修飾有了一定的理解，但對該類染色體的“建立–維持–再凝縮”的機制了解很少。一個重要的事實是在兩棲類和鳥類的LBCs上，不但缺少組蛋白H1，而且也未見參與減數分裂染色質凝縮的拓樸異構酶II。另外一個在維持LBCs形態方面發揮重要作用的蛋白是染色體結構維持（Structuralmaintenanceofchromosomes，SMC）蛋白家族，它們參與了黏連（Cohesin）復合體和凝縮（Condensin）復合體的形成。電鏡結合免疫試驗證明黏連復合體主要出現在姐妹染色單體兩條染色質絲形成的軸上，后者主要在染色粒上發現。這說明，這兩種復合體可能對維持LBCs的染色粒–側環結構發揮重要作用[27]。最新的關于LBCs重建的實驗來自將人類的注射進兩棲類動物非洲爪蟾的卵母細胞中，結果發現染色體形成了典型的LBCs結構，這一方面說明了兩棲類動物卵母細胞中含有重塑哺乳動物非活性染色體的所有因素，另一方面也說明哺乳動物卵母細胞染色體的失活并不是永久的遺傳或表觀遺傳機制造成的。這個實驗為進一步鑒定染色質重塑相關的順式和反式作用因子以及解析其機制提供了研究材料[9]。

2燈刷染色體應用于遺傳學教學的現狀與思考

對于遺傳學內容的傳授離不開優秀的案例，生命科學的飛速發展也使得這些案例的內涵得到了豐富和擴展。以優秀案例開展遺傳學教學工作可以將復雜的遺傳學知識形象化和簡單化，便于教師的講授和學生的理解與記憶[3]，同樣也可以使枯燥的遺傳學學習變得妙趣橫生。LBCs就是遺傳學的一個優秀經典的案例，但在遺傳學教學中出鏡偏低。在作者教學所使用戴灼華等編寫的《遺傳學》課本中，以LBCs為案例介紹的內容很少[28]，僅在第二版第二章《遺傳的細胞學基礎》中，作為一種特殊染色體形態進行了簡單介紹，一句“LBCs是在光學顯微鏡下直接觀察并識別特殊位置上的單個基因轉錄活性極為理想的材料”讓學生對該案例充滿了遐想和期待，但本書后面的遺傳學內容均沒有發現該案例的身影，因此發掘和使用LBCs案例應用于遺傳教學有十分重要的意義。

2.1燈刷染色體在遺傳學教學中的拓展以LBCs為案例進行相關遺傳學內容教學，我們應首先根據高校遺傳學的培養目的和教學目標，在學生掌握了一定的細胞、生化和遺傳知識的基礎上，結合遺傳學的進度逐步有序地加以介紹。在我所教授的遺傳學課本中LBCs是作為一類特殊的染色體介紹給學生的，除了介紹了一點關于LBCs的發現和特點外，缺少更加詳細的資料。正是由于其可視性的特點，學生除了可以容易的掌握其特殊染色體的特點外，也可以掌握一般染色體具有的特點。其實，隨著研究的深入，其涵蓋的遺傳學知識也越來越多，形成和維持該特殊染色體的原因也越來越清楚。我們在教學過程中是這樣介紹的：關于LBCs結構的認識是隨著相關技術的發展而不斷深入的。19世紀末發現LBCs并不偶然，那時的科學家用光學顯微鏡尋找適合的染色體材料去研究減數分裂和有絲分裂；隨著時代的發展，科學家發現LBCs豐富而富有特色的結構適合細胞圖的繪制；電鏡和掃描電鏡的發明更推動了LBCs結構和染色體組織的認識，知道了更細微結構的形態，比如對側環結構的認識，發現了側環結構的復雜性；免疫學和電鏡技術的結合，使科學家認識到側環是由最基本的單位RNP顆粒組成的，經過一步步的裝配和折疊形成了不同外形特點的側環；分子技術、免疫技術和電鏡技術的綜合運用，使人們認識到側環白體中RNA主要是微衛星序列的轉錄產物，但也有少量單拷貝的編碼序列RNA。由此引導同學們思考：既然LBCs的RNP基質中主要是編碼非編碼序列微衛星的RNA，它的作用究竟是什么呢？如果同學們已經知道了微衛星序列最終編碼的siRNA參與了異染色質的形成和維持的話，自然會想到在LBCs“再凝縮”階段可能會發揮作用。關于適合進行細胞圖的繪制也可以根據技術的發展逐漸深入：在僅有光學顯微鏡的早期，只能根據大的界標如側環、染色粒、著絲粒、端粒等進行簡單的作圖，用于區分不同的染色體、基因組甚至雜種；隨著電鏡技術的發展，對LBCs結構認識更加細致，可以繪制更加精細的細胞圖；隨著染色體涂抹技術的發展，可以將DN段定位到LBCs不同結構中，繪制更加實用的物理圖，這將為進行全基因組測序更加全面的認識基因組特點奠定基礎。關于LBCs形成和維持原因的介紹可以使學生理解和掌握染色質重塑方面的知識。早期在只有光學顯微鏡的條件下對它的認識一籌莫展，只能提出假說；但隨著免疫技術和分子生物學技術的運用，才認識到存在一些事實：LBCs中組蛋白H1缺失，H4高度乙?；?，染色粒處富含組蛋白H3K9和H3K27的二甲基化，鳥類W染色體幾個大的染色粒都含有大量的異染色質蛋白1等等。其實這離完全了解其產生機制還有很遠的距離。為了讓學生直觀地掌握轉錄相關知識，也可以引入LBCs的相關內容。由于單個轉錄單位可視性的特點，所以可以直觀容易地了解單個轉錄單位的結構、組成、長度、速率和分子互作等方面的知識。為了學生更容易地理解LBCs相關的遺傳學知識，開設LBCs分離和鑒定實驗是值得考慮的教學內容?，F在國內常用的遺傳學實驗教材沒有這個實驗，國外也少有開展。我校生命學院關于該實驗正在籌劃中，所以待有了一定的進展后再向同仁匯報。更加詳細的實驗程序可以參照相關網站的內容。

篇4

關鍵詞　遺傳學實驗　教學創新　開放式教學　實驗管理

中圖分類號：G423　文獻標識碼：A

現代生命科學以及由此衍生出的生物技術和生物工程與基因都發生著絲絲縷縷的聯系。遺傳學正是研究基因的科學。遺傳學基礎理論的發展和應用研究，已使工業、農業、林業和醫藥產業等相關領域發生了巨大變革。隨著新技術、新方法的出現，遺傳學的研究內容也正發生著深刻的變化，并導致社會對人才的基本素質提出了更高的要求。作為人才培養搖籃的高等教育，怎樣適應學科發展的需要，在生命科學領域培養出創新型人才，是高等教育工作者一直在思考的問題。

遺傳學實驗教學作為理論教學的補充，不僅能驗證教材上抽象的理論，輔助學生掌握知識，還可以訓練學生動手能力和創新思維，可以有效地調動學生學習積極性。而傳統的《遺傳學》實驗教學中存在著一些共有的問題：經典驗證性實驗多，探究性實驗少，不能滿足學生掌握新技術、新方法的要求；實驗課和理論課脫節，教學評價體系不合理。0此外，由于遺傳學實驗自身的特點，部分實驗需要持續很長時間，但由于課堂教學時間和教學條件的限制不能開展。因此，如何利用有限的課時安排合理設計遺傳學實驗教學內容，打破傳統的封閉式教學模式，建立科學合理的實驗評價體系，是從事遺傳學教學實驗教師一直都努力試圖解決的問題。

基于以上考慮，筆者在開展遺傳學教學和實驗室管理的過程中，逐步改革教學內容和教學模式，將課堂四十五分鐘改為課堂與課外相結合，通過幾年的實踐總結了一些心得，在此與大家分享。

1　新時期遺傳學實驗教學的特點

遺傳學中學科滲透和交叉現象很普遍，這也體現在遺傳學實驗中。如果把生命科學的課程體系比喻為一棵大樹，遺傳學就是這棵大樹的主干之一。由于化學、物理學、計算科學等內容的滲入，現代遺傳學已經衍生出了發育生物學、分子生物學、基因組學、生物信息學、基因工程等學科。在現代生命科學專業課程設置中，一般都會設置相關課程，這些課程都和遺傳學存在聯系，也與遺傳學教學內容知識點存在交叉。因此，遺傳學實驗項目的設置極易與其它課程出現“撞車”現象。比如：有絲分裂和減數分裂在細胞生物學實驗中也可以開設：植物DNA提取實驗在分子生物學實驗中也可以開設。一旦“撞車”出現，不僅耽誤學生學習，浪費課時，還會讓學生在不斷地重復中對課程產生厭倦，覺得該課程可有可無，失去學習興趣。避免與其它課程實驗重復，既保證學生在有限的課時學到最多的知識，也能最大程度訓練學生的動手能力。

實驗持續時間長是遺傳學實驗教學的另一個特點。與生物學中的其它學科的實驗不同，遺傳學實驗中有很大部分是需要通過長時間培養實驗材料，中間過程持續觀察才能完成的，比如果蠅雜交實驗和生活史觀察實驗、植物有性雜交實驗。與此相矛盾的是，實驗教學安排的時間相對分散，每次課時間很短，在教學管理上教務管理部門也要求教師在指定時間完成實驗教學，這就限制了一些實驗項目的開設。

遺傳學是一門飛速發展的學科，不斷有新知識、新技術補充到遺傳學中。比如，在傳統教材中不涉及基因組學的內容，而最近20年，基因組學已經成為遺傳學的重要組成部分。除此之外，發育遺傳學、行為遺傳學、反向遺傳學、表觀遺傳學和生物信息學等分支學科的內容也不斷補充到了遺傳學教材中。在理論課講述這些最新知識的同時，實驗課怎樣保持和理論課一致，怎樣為學生提供消化這些知識的動手機會?針對這一特點，要求在開設遺傳學實驗時，應隨時跟蹤學科最新進展，設計和更新實驗項目，或者發動學生自主設計實驗鞏固書本知識。

2　遺傳學實驗開放式教學內容取舍的原則

遺傳學實驗項目的選擇，首先應兼顧理論性與實踐性、基礎與應用、經典與現代這幾對矛盾。遺傳學是理論性和實踐性都很強的學科，實驗安排時應根據本專業培養目標和學生實際情況，合理安排基礎性實驗與應用性實驗，并適當設計一些新的實驗。對于重點院校的學生，應加強理論性實驗，鼓勵學生自主設計實驗驗證某一結論。而應用型人才培養的學校則應當偏向應用性、實踐性實驗項目的開設，以滿足學生畢業后進入工作崗位后的動手需求。

遺傳學實驗項目確定應考慮其它實驗課程，避免教學內容沖突。在實驗項目的選擇上，我們對以前安排的實驗內容進行了重新編排，比如：“植物DNA提取”、“隨機擴增多態性分析”等在《分子生物學》課程里會涉及到的實驗內容在遺傳學實驗里就大膽地放棄，讓學生在《分子生物學》實驗里完成，而在遺傳學實驗中則加入RFLP驗證孟德爾遺傳定律的內容，直接將分子生物學實驗結果引入遺傳學分析中，既驗證了孟德爾遺傳定律，也讓學生初步認識了分子生物學在遺傳學中的應用。對于有絲分裂和減數分裂的觀察，《細胞生物學》實驗也會涉及到，但兩門課觀察的重點不同，細胞生物學側重觀察染色體結構，而《遺傳學》實驗側重染色體行為及分裂時期的觀察，這樣的實驗在開設時應向學生講明觀察重點，并且與《細胞生物學》實驗課協調，將兩個內容合并在遺傳學實驗中開出。

打破時間和空間限制。遺傳學實驗中有部分實驗持續時間長，很難僅靠課堂時間完成實驗，也不利于安排實驗。以前在安排此類實驗時，受多種因素的限制，一般都不予開設。實驗室開放對提高學生的實驗操作技能、切實開展綜合性或設計性試驗項目、推動并幫助學生開展科研和畢業設計成效顯著，是培養學生實踐動手能力和創新精神的有效途徑。所以我們在教學中考慮將傳統的課堂實驗和開放實驗相結合。開放性實驗適合于周期比較長的實驗，比如果蠅大實驗中，教師在課堂上以多媒體的形式充分講解了實驗要求及注意事項后，讓學生領取果蠅瓶，課外自己收集和培養果蠅，隨時可以觀察果蠅的生活史。這個過程既培養了學生的觀察習慣和動手能力，也使學生對作為遺傳學研究重要材料的果蠅的接觸更充分，觀察更仔細，讓學生對遺傳學研究材料和方法產生了濃厚的興趣。

3　遺傳學實驗開放式教學的實施與實驗室管理

驗證實驗是課堂教學的補充，便于學生理解課堂抽象的知識。然而，由于驗證性實驗驗證的理論、方法、步驟及結果都是已知的，使實驗教學過程變成教師照本宣科講述，學生機械地模擬重復的過程，造成學生實驗積極性不高，對實驗結果的成敗不重視，盲目的承認失敗甚至篡改實驗數據以求相符。設計性實驗可以訓練學生的思維能力和動手能力，讓學生學會獨立開展工作。一些報道強調驗證性實驗過多，難以提高學生的創新能力，應加大綜合性、設計性實驗的比例。而宋興舜等則認為應將驗證性實驗與設計性實驗有機結合。0在以 前的實驗教學安排中，設計型實驗由于內容分散，管理麻煩，是大家不愿觸及的方面。如何在有限的課時里兼顧鞏固知識和能力訓練，在安排實驗內容的時候需要深思熟慮。為適應學科的快速發展，在遺傳學實驗教學中，必須強化教師的開放式教學理念，強化學生的動手實踐和自主創新意識。從課堂教學和課外研究兩個方面，通過對實驗教學觀念開放、教學內容開放、實驗室和實驗時間開放、教學方法和手段開放等進行分析，探討開放式教學在遺傳學實驗中的應用。。

基于以上考慮，筆者在教學過程中逐步安排了一些開放性驗證實驗和設計性實驗，比如植物染色體觀察的實驗，要求學生獨立選材，同學之間選材不能相互重復，做到實驗項目的選材開放；實驗開始前獨立設計方案，方案內容應包括水培獲得新生根尖、材料前處理過程、染色方法的選取、壓片過程、觀察和拍照等步驟，每一步驟都應有詳細說明，實驗方法的選擇上保持開放：方案設計完成經老師同意后，完成一個植物材料的染色體裝片制備并提交染色體圖，實驗過程開放。這些實驗過程均要求學生在課堂以外自由安排時間完成。經過幾年的實踐，結果發現85以上％的學生能獨立完成實驗，70％以上的學生需要反復多次才能完成任務。在實驗過程中，動手能力強的同學還能將這一實驗與染色體核型分析實驗結合，提交核型分析圖。通過該部分設計性實驗操作，學生在觀察了不同物種具有不同的染色體的同時，學會了查閱文獻的方法和工作方案的制訂，認識了教材中選取蠶豆或洋蔥作為染色體觀察材料的原因，認識到要完成一張效果良好的染色體裝片的艱難。對實驗教師來說，這種發散式的教學方法，也積累了很多植物材料的細胞遺傳學操作的知識，為以后改進實驗奠定了基礎。很多學生反映類似的開放性實驗時間可自由安排，實驗過程可放開思維，進入實驗室操作學會了一些基礎的科研技能。此外，還認識到了實驗準備的艱辛，更珍惜以后的實驗機會了。

在實驗教材中將果蠅實驗分為果蠅生活史、果蠅雜交和果蠅唾腺染色體制備等幾個獨立實驗。我們改進后的實驗則以果蠅為主線，要求學生從野生型果蠅的收集到生活史觀察再到唾腺染色體制備融合為一個大實驗，要求學生在實驗教材所提供知識的基礎上，在規定時間內完成實驗內容，而將雜交實驗和孟德爾遺傳定律的驗證實驗改用其它實驗材料來完成。

不可否認的是，將部分遺傳學實驗從課堂移到課外增加了任課教師和實驗室工作人員的工作量，在管理上開放性實驗也增加了難度。開放式實驗教學要求教師在課外時間也要進入實驗室指導，實驗室經常處于開放狀態，實驗儀器設備和藥品的使用管理能在一定程度上放開。在實際操作中，我們采用教師網上答疑和在指定時間指導相結合的方式對學生進行輔導。在實驗室管理上，試劑方面控制關鍵藥品的使用，常規藥品可以適當放開，對一些配制難度較大的溶液統一配制；對顯微鏡、顯微照相系統的使用則采取專人負責制，保證儀器的安全。而水培實驗和果蠅飼養實驗等內容則允許學生將材料帶回宿舍，便于學生隨時觀察。

4　開放式實驗教學的考核指標體系

實驗教學考試方法的改革作為實驗教學改革的重要內容之一，是當前教學改革中值得深入研究與實踐的問題。以前實驗考核的方式主要以實驗報告為主，針對這樣的考核方式，學生常出現相互之間抄襲，作業敷衍的現象，既不能反映學生實驗的真實水平，考核指標也比較單一。針對這些問題，結合我們的開發性實驗，我們重新制訂了實驗成績評價標準，經過我們設計改進后的實驗考核主要包括驗證性實驗考核和開放性實驗考核兩部分。驗證性成績的記錄擯棄了以前單純看實驗報告打分的情況，在實驗中對實驗結果提出規定要求，課堂上實時檢查并記錄學生的實驗結果，要求學生立即在實驗結果欄描述結果并由教師及時確認，防止課后抄襲。對實驗原理、實驗步驟等內容也杜絕抄襲課本，要求用自己的語言表述。每次實驗結束后均布置思考題，啟發學生動手之后學會思考，發掘問題。在開放性實驗部分，教師將實驗設計方案納入評分范圍，實驗進行過程中記錄平時成績，對實驗結果不做硬性要求，但可作為評分參考。

在平時實驗成績記錄之外，還單獨設計了期末實驗考試。期末實驗考核采取開放式考核，擬定考試題目范圍，讓學生獨立設計實驗步驟，獨立實驗，在規定時間內獨立完成詳盡的實驗報告。這些評分方式考查了學生搜集資料，獨立開展項目的能力。這樣的考試既靈活，也發揮了學生的主觀能動性，更訓練了學生的科研思維，為以后進入研究崗位奠定基礎。

5　結束語

篇5

人和動物細胞核苷酸中的堿基有四種，即胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）、腺嘌呤（A）和鳥嘌呤（G），它們之間的排列方式有下面幾種：A-T、G-C、T-A和C-G，因此稱為堿基互補原則。

生命如歌的內涵

堿基和堿基互補的原則很像樂曲中幾個體現音高的基本音符按一定的規律重復和組合的過程。研究人員發現A-T、G-C、T-A和C-G與1（do）、2（re）、3（mi）、4（fa）、5（sol）、6（la）、7（xi）之間的相互組合具有相似性。音樂家可以把這7個基本音符以不同方式和頻率進行有規律的排列、組合、重復等，譜寫出一支又一支優美動聽的歌曲和一個又一個感人心脾的旋律，甚至讓人聽得如癡如醉，回腸蕩氣。

那么，相似的堿基排列組合會不會也能譜出悠揚的旋律呢？顯然，4個堿基與7個基本音符相比少了3個。但是，這并不妨礙按照作曲的方式來排列4個堿基，同樣可能譜寫出千回百轉的美妙旋律。

早在1986年美國一些研究人員就發現，人和動物的DNA中4個基本堿基的循環往復排列既是基因編碼，也可以譜寫出不同的樂曲。研究人員把胞嘧啶（C）與1（do）相對應，腺嘌呤（A）與2（re）和3（mi）相對應，鳥嘌呤

（G）與4（fa）和5（sol）相對應，胸腺嘧啶與6（la）和7（xi）相對應，再讓胞嘧啶（C）與高音ī（do）對應，結果，這些基因編碼譜寫出了樂曲。

這種音樂可以稱為基因音樂，但是基因音樂并不像人們按基本音符譜寫出的樂曲一樣那么美妙動聽，因為基因中堿基的重復有些單調、串連和聚合，但是也表現出某種旋律的結構和音色。而且，每個基因中的一連串堿基（基因音符）都有自己的風格，一些基因譜出的曲子有點像巴洛克的音樂，因為它們中的某一堿基一再重復發音。另一些基因所譜的曲子則有些浪漫，因為它們的堿基重復有些隱秘而且被較長的區間所間隔，即頻率較低。

例如，用小鼠的為核糖核酸聚合酶II編碼的一段基因所譜的曲子聽起來像蕭邦的鋼琴曲，用編碼細胞黏附分子的基因所譜的曲則像德彪西的樂曲。用為膠原組織編碼的基因所譜出的曲子有些像巴赫的樂曲。用為人類X性連鎖磷酸甘油激酶編碼的基因所譜的曲子則很像縈繞于心頭揮之不去的憂郁小提琴旋律，似乎這樣厭世的旋律保留在人的基因中已經有千百萬年。

這就給人一種提醒，如果是健康的人，按其DNA的堿基正常排序所譜寫的基因之歌將是動聽和優美的。但是，疾病患者或有基因缺陷的人，其基因音樂則可能與噪音和雜音相似，既刺耳，又難聽。

兩種新音符

健康人和患病者的基因音樂會呈現不同的旋律的假設源自兩方面。一是有基因突變或缺陷的人，其基因中的堿基序列規律性較低，因此以它們為模板譜寫出來的音樂并不優美，甚至刺耳。另一方面，由于堿基只有4個，當然不能與人創造的最基本的7個基本音符，甚至8個基本音符（加上高音ī）相比較。所以，有研究人員測猜，人類基因中可能還有一些基本的音符，即堿基沒有被發現。

這個假說既是對DNA雙螺旋結構中堿基排列規律，即基因序列的挑戰，又提示音樂與生物學有密切關系。但是，這只是假設，還沒有證據。

然而，隨著對人類和動物基因組的深入研究，表觀遺傳學進入人們的視野。基因要發揮作用就需要一種調整和修飾基因外觀從而讓特定基因發揮作用的機制，這就是表觀遺傳。所以，表觀遺傳學（也稱表觀基因組學）也是研究在基因組序列不變的情況下，一些遺傳密碼是如何調控基因表達并可穩定遺傳下去的機理。例如，DNA的后天修飾（如甲基化修飾）、組蛋白的各種修飾等都是表觀基因組的內容。

實際上，基因被修飾的體現之一就是堿基被修飾，被修飾后的堿基就成為新的堿基，也即新的基因音符。研究人員發現，除基因的4個固定的堿基外，還有新的堿基，即第5和第6堿基。第5堿基就是5-甲基胞嘧啶（5mC），這是一種對胞嘧啶的甲基化修飾，即一種“表觀遺傳”的標記。但是，5-甲基胞嘧啶并非基因組上唯一的表觀遺傳標記?，F在，美國洛克菲勒大學的斯柯爾曼塔斯?克里奧希昂里斯和納撒尼爾?海因茨發現，胞嘧啶還有另外一種修飾，這就是5-羥甲基胞嘧啶（5hmC），也因此把這種修飾后的堿基稱為第6堿基。

這樣算下來，基因中的堿基就分別是A、T、G、C、5mC和5hmC。這些被稱為基因音符的堿基還是比音樂中的7個基本音符少了一個，不過，這已經比較接近人類音樂的基本要素了。

迄今研究人員還沒有從基因音樂來認識這兩種新的音符，不過，從基因功能來看，它們與基因音樂是有關系的，因為它們對基因的功能和表達有重要的作用。

第5和第6堿基的作用

第5堿基（5mC）和第6堿基（5hmC）具有不同的作用，最大的作用就是與疾病和健康有關，更確切地說，與癌癥和某些遺傳病有很大關聯。

海因茨和克里奧希昂里斯通過對小鼠健康腦細胞基因組測序，發現第5堿基分布在更具致密包裝、不易接近的DNA鏈上，而第6堿基則大部分位于松散包裝的DNA區域。而且，第6堿基的分布如果發生變化，就可能與癌癥有關，因為過去的研究發現，腫瘤細胞中都存在第6堿基的分布改變。

更有意思的是，第5堿基主要分布在沉默的基因組CpG島上。CpG島是指DNA上的一個區域，這個區域含有大量相聯的胞嘧啶（C）、鳥嘌呤（G），以及使兩者相連的磷酸酯鍵（p）。哺乳類動物基因中的啟動子上含有約40%的CpG島，而人類則更多，約有70%。而且，一般CpG島的長度為300～3000個堿基對。但是，第6堿基則更多地位于基因高水平表達的基因組區域。這就是說，第5堿基主要是使基因沉默，而第6堿基主要是使基因表達。

當然，第5堿基與第6堿基的區別還在于，第6堿基主要分布在基因主體上，基因主體是編碼蛋白質的部分。同時，作為一種回避或分散原則，在基因序列中出現第5堿基的地方就很少出現第6堿基，反之亦然。雖然研究人員還不能確認第5和第6堿基的精確作用，但是一些線索已經提示，它們分別或共同與癌癥和其他一些疾病有關。

例如，一些研究發現，在一些癌癥，包括急性白血病和骨髓增生異常綜合征中，第6堿基被高度耗竭。而且，這種耗竭伴隨著腫瘤抑制基因TET2的破壞。

同時，研究人員也發現，一種主要產生于女孩身上的疾病――雷特綜合征（頭小綜合征）也與第5和第6堿基有關。這是一種遺傳病，屬于神經系統的嚴重失常，病癥會影響到患者的運動能力，患兒智力低下，出現語言和交流障礙，行為刻板，共濟失調以及出現自閉癥行為等。

雷特綜合征的發病與一種稱為甲基化CpG結合蛋白2 （MeCp2）的分子有關。正常情況下，MeCp2既能結合第5堿基，又能結合第6堿基。但是海因茨和克里奧希昂里斯發現，如果MeCp2發生突變，就只能結合第5堿基，而不能結合第6堿基。此時，就會導致雷特綜合征的發病，并讓患者產生輕微的認知和語言能力的下降。

期待深入了解基因音符

人和動物基因中的堿基或基因音符是否只有6種呢？現在尚不會有明確答案，但是，就現有的6種基因音符來看，有可能以它們為基礎開發出診斷疾病和表現生命特征的基因音樂。因為，在第5和第6堿基出現較多或反復出現的地方，基因音樂肯定是不一樣的。

首先是，美妙動聽的音樂是與健康細胞的基因中的堿基正常而有規律的排序相關。過去有研究人員按英語的習慣把四個堿基T、G、A、C分別對應為3（mi）、4（fa）、5（sol）、ī（do，高音），由此譜出的胰島素基因的樂曲優美迷人，其旋律就像《幸福勤勞》那樣動聽。既如此，現在發現了第5和第6堿基（音符），就有可能按照這6個基因音符來譜出更為復雜和組合更廣泛的音樂，而且這樣的音樂也可能更為優美動聽。

另一方面，如果人們患病，如癌癥，而癌細胞是不正常的細胞，其中的6個堿基的分布就有可能打破正常的規律和程序，就如同雷特綜合征患者的細胞中只出現第5堿基，而沒有出現第6堿基一樣。在沒有第6堿基這個音符時，譜出的樂曲就顯然不如正常人既有第5堿基（音符），又有第6堿基（音符）所譜出的樂曲那么動聽。

篇6

1精準醫學現狀

2015年1月20日，美國總統奧巴馬在國情咨文演講提出“精準醫學計劃”，并于當月30日宣布啟動該計劃。我國政府也啟動了相關的規劃部署，如：科技部組織成立了國家精準醫療戰略專家委員會，決定在2030年之前投資600億元人民幣用于此項研究；國家衛計委和科技部又組織召開了精準醫學專家研討會，研討精準醫學研究計劃的實施原則、目標及重點內容。目前，精準醫學的實施和應用主要集中在惡性腫瘤領域，且已取得了突破性進展，尤其在肺癌、乳腺癌等方面，呈現出良好的發展勢頭。但精準醫學的癌癥研究也有很多阻力，如難以解釋的耐藥性、腫瘤組織的時空異質性、療效評估體系的不完善以及腫瘤復發因素的復雜性等[4]，在其他領域的應用更有待于進一步探索。調查顯示，目前國內臨床醫生對精準醫學理念普遍缺乏深刻了解[4]，醫學教育中加強精準醫學理念的傳播成為時代提出的新要求?；诂F行醫學本科及研究生教學體系中尚未涉及精準醫學的專門課程，理論教學中，授課老師應結合本專業課程，積極傳播精準醫學理念；臨床實踐教學中，適時實施個體化診療方案，促進精準診療技術的推廣和應用。

2醫學教育措施

2.1改革教育格局，優化教育體系

在傳統醫療體系中，對疾病的診療過程主要依靠臨床癥狀、體格檢查、影像學及相關實驗室檢查等內容，由此導致我國臨床醫學教學體系側重于解剖、生理、生化、病理及藥理等基礎醫學與內科、外科、婦產科及兒科等臨床醫學的培養。精準醫學本質是應用現代遺傳技術、分子影像技術、生物信息技術結合患者生活環境和臨床大數據實現精準的診斷與治療，制定具有個性化的疾病預防和治療方案。因此，精準醫療體系在傳統醫療的基礎上還涉及如何采用測序、熒光定量PCR、熒光原位雜交（FISH）等技術分析疾病發生的分子生物學本質；如何根據疾病的分子分型針對性地選擇靶向藥物；如何利用多維數據去揭示疾病的病理生理狀態。顯然，傳統的教育體系已不適應精準醫學的發展需求。在精準醫學體系下，醫學生培養內容除了涉及基礎醫學與臨床醫學外，還應加強對化學、生物學、遺傳學、信息學、分子生物學及計算機技術等交叉領域的培養，建立適合精準醫學人才培養的教育體系。

2.2加強學科交叉，培養團隊精神

目前占主導地位的醫學模式是循證醫學，循證醫學是遵循科學證據的臨床醫學。精準醫學依然是遵循科學證據的臨床醫學，而且其對科學證據的要求更全面、更深入，因此，可以說精準醫學是循證醫學的升華。但精準醫學關注的不再是疾病本身，而是患者本人，其核心理念是“個體化”，即通過對患者進行全面、深入的分析和綜合判斷，盡可能認識和把握疾病的分子生物學本質，定制出針對患者個體的一套診療方案[5]。基于疾病的復雜性和各個學科的專業局限性，單獨一個學科很難全面、深入地認識和把握疾病復雜的病理現象，這就要求不同學科之間加強合作，建立多學科聯合診療模式。未來醫學將更加重視“環境—社會—心理—工程—生物”醫學模式，因此，精準醫學的突破性進展不單單依靠醫學內部多學科的交叉，亦有賴于醫學與生物學、工學等學科的結合?；谶@種背景下，我們的醫學教育必須讓每位醫學生、醫務人員認識到精準醫學是一個多學科交融的新興醫學發展領域，提倡團隊作戰精神，培養與其他學科的合作意識，這樣才能有效打破技術壁壘，融合多元數據，達到資源共享的目的。

2.3加強科研意識和創新思維培養

精準醫學的研究內容主要有：①疾病防控體系研發：積極開發前瞻性的、探索性的疾病預防體系，建立個體化疾病預防模式，以期達到治病于未病、防病于未然的目標。②分子診斷體系的完善：分子診斷是精準醫學的重要基石，其研究內容涉及基因組、表觀遺傳組、轉錄組、蛋白質組和代謝組等多個層面，研究目標旨在發現在臨床診療過程能發揮指導和參考作用的生物標志物，如：一些與疾病關聯性、特異性強的標志物，可以用于疾病的篩查、早期診斷及復發監控；一些與藥物療效密相關的標志物，可以作為指導個體化用藥的參考和依據；一些反映疾病預后的標志物，可用于疾病預后和轉歸的預測。③分子影像學技術研究：包括研發分子標志物為指導的MRI、CT、超聲等多模態圖像融合技術，以實現微創或無創的精準診斷。④臨床精準醫療研究：精準醫療的核心即治療方案的“個體化”，以患者分子診斷結果、個人全面信息、影像學以及大數據的分析結果為依據，選擇個體化的治療方案，通過開展回顧性及前瞻性的臨床研究，全面評估精準治療方案的療效、優勢和不足，作為開展精準治療的循證醫學依據[6]。精準醫學的發展離不開人類基因組測序技術的革新，生物信息學及大數據分析技術的進步；亦有賴于生物芯片技術、蛋白質組學技術、代謝組學技術、分子影像、微創等生物醫療技術的發展。因此，對我國醫療技術的創新提出了更高的要求。因此，醫學教育中除了讓廣大醫學生及醫務工作者意識到精準醫學的戰略地位外，更要讓他們充分意識到精準醫學目前正處于發展階段，整個精準診療體系的各個環節尚有待于進一步發展和完善，充分調動廣大醫學生及臨床醫務工作者的創新意識和研究熱情，積極營造濃厚的科研氛圍。同時各大醫學院校、醫療機構出臺相關支持政策，并加大精準醫學研究平臺建設，為精準醫學的發展提供可靠的支撐。

3結語

精準醫學將改變人們對疾病的認知水平，并使疾病的分類、診斷、治療及后續健康管理等各個環節的指南和規范發生革命性的變化，這對我國醫學人才的培養和梯隊建設，科研環境的支撐都提出了新要求。醫學教育應順應時代的發展需求，加強精準醫學理念傳輸，優化醫學教育體系，加強學科交叉培養，灌輸團隊精神，激發科研和創新意識，深化精準醫學人才的培育，以期促進我國精準醫學的健康發展。

參考文獻

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篇7

關鍵詞：分子生物學；課程教學；改革研究；創新生物學人才

分子生物學的目標是在分子水平上闡明細胞活動的規律，從而揭示生命的本質[1]。雖然它在生物類專業課程體系中充當著重要角色，對生命科學的發展起著至關重要的作用，但是分子生物學的教學卻因為課程內容多，學科交叉廣，理解難度高，信息量大，知識更新快而使教學效果差強人意，集中表現為教師授課難和學生學習難。這種現狀不但困擾著老師和同學，也與大學培養高素質創新型人才的目標不相適應。如何克服分子生物學課堂教學的“瓶頸”？本人在從事十多年的分子生物學教學過程中，努力研究和探索多種形式的教學改革，力求提升教學效果和教學質量。

一、教學內容的合理組織

分子生物學的教學除了選用好的教材，制定完善的教學大綱，如何組織教學內容是教學的一個非常重要環節[2]。教學內容呈現給學生的應該是完整、清晰的、有層次、條理的知識。我們在組織教學的過程中，首先從提高自身學科素養著手?！耙槐窘滩臅?，數種參考書”，除分子生物學國內、國外各類版本外，與分子生物學相互交叉和滲透的其他學科，如細胞生物學、生物化學、遺傳學，我們也都進行了系統的學習和強化，不斷夯實專業知識、拓展專業領域，基本構建了分子生物學完整的知識體系，具備了對教材處理的前提。既避免了教學中各學科的重復，也進一步凝練了知識。此外，我們還通過網絡教學平臺向全國優秀教師學習，在不斷的探索中總結出了教學內容合理組織的一些思路。1.思維導學模式。在DNA復制教學環節，知識點多，并且較分散，很容易在教學中造成學習困難和知識混淆的現象，針對這章教學的特點，我們采用了思維導學模式，收到了非常好的教學效果。2.重點、難點解讀。本科教學形式多樣化，也更提倡學生的自主學習，但并不是淡化了教師的教學，反而對教師提出了更高的要求[3]。教師必須圍繞每堂課的教學目的，合理組織和引導學生理解并掌握教學的重點和難點內容。比如在講解染色體端粒末端修復機制中，教師首先要從教材的知識結構中梳理出重點。染色體端粒末端修復機制的知識點包括：（1）引物切除造成的遺傳信息缺失；（2）端粒末端的特點；（3）體細胞和性細胞末端修復機制的不同；（4）DNA結構的變化；（5）端粒酶的修復機制。梳理知識點后，總結教學重點：一是引物切除后損傷修復在體細胞和性細胞中的不同；二是四鏈DNA結構；三是端粒酶的修復機制。其中端粒酶修復機制的講授是學生學習的難點。難點集中在端粒酶的性質和修復發生的過程。經過對教學內容中重點和難點的準確把握和合理組織，教師才能在課堂教學中突出重點、突破難點，讓學生的課堂學習無障礙。

二、教學方法和手段的改進

教學方法的推陳出新，是教學改革的重要內容[4]。為發揮學生作為教學主體的能動性，我們根據具體的教學內容設置了啟發式、聯想式、探究式等多種教學方法[5]，讓學生參與到教學過程中，不僅活躍了課堂氣氛，而且在分享知識的同時，更注重教會學生靈活掌握學習的方法。

1.啟發式教學。啟發的目的在于舉一反三，觸類旁通。針對每一次的課堂教學，設計一些拋磚引玉的問題，供學生思考與討論，這成為了分子生物學理論教學的重要組成部分。如進行到真核生物基因表達調控學習環節，提出甲基化修飾的生物學意義，這個問題覆蓋范圍廣，涉及到了DNA復制的調節、蛋白質和DNA甲基化修飾對基因表達的調控，以及Epigenetic（表觀遺傳學）方面的知識。通過提出問題—討論分析—不斷啟發—再討論分析—歸納總結—解決問題這一系列的互動教學活動，充分調動了學生課堂學習的主動性和積極性，在不斷的討論分析中通過展示不同的思維、發表各自的觀點，不但有利于促進學生在學習中發現問題、解決問題，而且有利于學生通過對基礎知識的消化、理解來達到理論的升華、拓展[4]。

2.聯想式教學。分子生物學是在生物化學、細胞生物學和遺傳學的基礎上發展而來[6]，因此知識相互交叉、相互滲透。在授課的過程中，教師一方面要避免重復，一方面要通過聯想知識點適時培養學生的發散性思維，提高學生對知識的遷移能力和整合能力。如在講解化學修飾對基因的表達調控時，將細胞生物學中的信號轉導有機結合，使學生了解基因表達調控對細胞信號轉導的作用機制。

3.探究式教學。在分子生物學教學中，每一個理論知識的背后都是科學研究的重大突破。如確定遺傳物質是DNA的兩大經典實驗，我們以探究的形式呈現教學內容，從實驗設計，到結果顯示，再經過討論分析并得出結論，以課題研究的角度，研究人員的身份引導學生進入學習角色，將學科概念、理論產生的起因和過程展示給學生，啟發學生努力探索，走近科學，讓學生從中領悟知識形成的探究性和科學性，逐漸培養具有創新意識和能力的高素質研究型人才。4.多媒體多樣化教學。分子生物學的教學內容具有微觀性、復雜性、抽象性和動態性。傳統的教學手段無法滿足教學的需求，而多媒體技術則具有聲像俱佳、動靜皆宜的特點[7]，是傳統教學無法比擬的。多年來我們不斷補充和完善教學手段，逐漸形成了獨具特色的多媒體教學課件。多媒體圖像處理清晰直觀，文字表述簡潔明了、主題突出。課件中的圖像來源于國內外的網絡數據平臺。如講述DNA半保留復制機理時[8]，首先將DNA可能存在的幾種復制方式用圖像展現，并利用Meselson和Stahl設計的DNA復制同位素示蹤實驗和密度梯度離心實驗來進行結果驗證，引導學生明確掌握DNA半保留復制特點，并結合文字，通過圖文并茂的多媒體課件，將教學內容中的背景知識、基本概念、基本理論，以及靜態、抽象的微觀知識清晰講解。多媒體課件動靜結合、聲像互動。對于生命過程中動態的知識點，比如DNA的復制、RNA的轉錄、蛋白質的翻譯過程，可以將這些復雜的生命過程利用多媒體手段做成動畫并配以文字和聲像，形象直觀地展現給學生，既加深了學生對知識的理解，也提高了其學習效率。

三、知識領域的拓展

分子生物學的教學內容除包含基礎理論知識外，還有大量理論應用的研究方法部分。我們在教學中不僅僅將知識局限在教材中，利用課堂教學不斷引導學生去了解本學科相關領域內的研究熱點、最新進展、發展趨勢[8]，以及生物技術在生產實踐中的廣泛應用。

1.專題講座與專題討論。專題講座是教師根據教學內容，自己組織參考資料對教學內容的延伸與拓展。比如在講授“SNP技術”時，先從遺傳標記分析的發展著手，把一代、二代的標記分析做知識性的回顧，再將納入教材的第三代標記分析“SNP”做詳細的講解，引導大家理解什么是單核苷酸多態性，核苷酸多態性研究的生物學意義以及在醫學、農業、畜牧等多種領域的發展與應用。通過這種方式激發了學生的學習熱情和求知欲，也使教師不斷地進行知識的更新，及時了解本學科當前發展的趨勢、研究的熱點以及爭論的問題。專題討論則是以學生為主體，根據課程教學內容，組織學生就某一個專題自行查閱、組織文獻資料，并在課堂上展開討論[9]。比如在講授基因重組的教學內容時，設計“轉基因的利與弊”供學生討論。引導學生思考基因工程藥物和轉基因動植物對社會產生的巨大影響，讓知識離開課本走進生活，從而喚起學生學習的興趣和探索未知領域的欲望。這不僅使學生更加深入、系統地理解所學知識，并且培養了學生靈活運用知識的能力[10]。

2.生物信息技術與數據庫。生物信息技術已經發展成為分子生物學研究方法中不可分割的一部分，比如在“PCR技術”的專題講座中，不僅要對實驗目的、原理、操作以及應用進行講解，還要特別對引物設計的生物信息技術進行補充，介紹學生對一些常規的生物信息技術軟件Primer6.0、DNAman、Olig6.0、DNAS-tar、Cluster等有一個基本的認知度。在整個分子生物學的教學中，學生需要自行查閱和組織各種文獻資料，因此，必須特別強調互聯網資源運用的重要性。教師通過介紹中國知網、維普、清華同方、NCBI等幾個常用資源庫，使學生了解如何利用資源庫進行查詢，對互聯網資源的熟練應用使學生的知識體系得以完善，學生通過自身的努力來提高信息收集和辨別的能力，培養了學生的自學能力。

四、教學改革中應該注意的問題

1.教師的專業修養與教學基本功。教師在教學中具有雙重身份，既是一名導演，又是一名演員。作為導演，首先需要有最新的教學理念，整個教學過程中適時設問、適時討論、適時啟發。其次要有較強的課堂組織能力，根據學生的學習情況，把握課堂節奏，調動學生課堂學習激情，使教學有的放矢。否則會在教學中出現“啟而不發”和論證條理不清的現象；作為演員，還要有良好的課程駕馭能力，通過教師扎實的專業知識、廣泛的認知領域、全面的知識結構，呈現給學生的是一個豐盛的知識大餐，而不是一鍋夾生飯。因此作為教師，必須從理論水平、科研水平、思維水平這3個方面提高教師自身的專業素質，此外，還要掌握適合自己的各項教學技能。

2.多媒體教學的合理應用。多媒體教學只是一種提高教學效果的輔助手段，是為教師的教學和學生的學習服務的，只有運用合理才可能達到好的效果。因此盡量避免在多媒體教學課件上出現過多的文字，否則多媒體成了教學活動中的主體，老師由照本宣科轉變為扮演放映員和播音員的角色。學生的學習興趣不高，教學效果也就適得其反。多媒體和傳統教學只有合理地結合，取長補短，才能在課堂教學中體現出其真正的價值?？傊虒W改革的目標是幫助學生建立學科知識體系，培養學生良好的科學素養，提升學生后繼學習的能力。正如葉圣陶先生所說：“教師的教學，不在于給學生搬去可以致富的金子。而在于給學生點金的指頭?！蹦壳埃覀冴P于分子生物學課堂教學改革還處于不斷探索和實踐階段，除了需要不斷地提高教師自身的學科修養和科研素質外，也以“夯實基礎、拓展知識、增強能力、提高素質”[8]作為教學的目的和人才培養目標，努力在今后把教學工作開展得更加有生有色，為社會培養更多高素質創新型人才。

作者:武曉英 喬宏萍 張猛 吳麗華 郝雪峰 單位:太原師范學院

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[8]徐啟江，李玉花.分子生物學教學改革與高素質人才培養[J].黑龍江高教研究，2007，158（6）：159-161.

篇8

1.1用組織培養的方法篩選耐鹽堿水稻突變體的研究吉林省西部有大量的鹽堿地，為充分挖掘西部鹽堿地水稻產量潛力，選育耐鹽堿的水稻新材料也是吉林省水稻工作的重點研究內容。延邊大學林延玉通過逐步提高培養基pH值的方法，對長白9號、珍富19、通35、延農1號等4個水稻品種進行愈傷組織的耐鹽堿突變體篩選。研究表明，珍富19的愈傷組織出愈率、出苗率、存活率以及農藝性狀等方面均要優于其它3個品種，其再生植株耐鹽堿性優于原品種種子植株。再生植株耐鹽堿性與愈傷組織耐鹽堿性有一定的關系，但也有一些差異。在種子萌發期，長白9號再生植株當代種子耐鹽堿性優于原品種種子，而再生植株當代種子2葉期幼苗耐鹽堿性不如原品種種子植株的2葉期幼苗，通35則相反。同時，對再生植株鹽堿鑒定條件也進行了研究。研究表明，種子萌發時期用19000mg/kg的NaHCO3溶液來進行，2葉期幼苗用16000mg/kg的NaHCO3溶液來進行，則鑒定效果較好。

1.2水稻耐冷突變體細胞系及其無性系研究吉林省作為東北粳稻主產區，每隔4～5年都會經歷一次低溫冷害，對吉林省粳稻的穩定生產造成一定影響。針對于此，吉林省農科院水稻所開展了水稻耐冷組培研究。金潤洲等1986年在來自粳稻種胚的愈傷組織中，用-3℃處理15～20d的方法，經多次選擇，獲得過耐冷愈傷組織系，但沒有分化出再生植株。金潤洲等將來自粳稻11個品種幼穗的愈傷組織，在15℃下繼代培養，每隔5d調查愈傷組織塊的直徑，發現在15℃冷溫下，第15～30d的愈傷組織凈生長量與供體品種孕穗期的耐冷性呈顯著的正相關。其中第25天的相關系數最大，達到1%極顯著水平(0.757**)。因此，提議在15℃下培養25d的愈傷組織凈生長量作為鑒定愈傷組織耐冷性的指標，在15℃下培養25d的方法，作為愈傷組織耐冷性的鑒定方法及選擇技術。用這種方法，經多次重復選擇，獲得了耐冷愈傷組織及其再生植株。同時，金潤洲等探討了氯酸鉀、聚乙二醇(PEG)、升汞等化學物質對愈傷組織生長的影響及其與品種耐冷性的關系。結果，在含有0.4%氯酸鉀的培養基上4個耐冷品種的愈傷組織35d后的平均凈生長量明顯大于5個敏感品種的平均值，大塊率(>5mm的愈傷組織塊占供試總塊數中的百分比)達39.3%，比敏感品種高3.7倍。說明來自耐冷品種的愈傷組織抗毒性明顯高于來自敏感品種的愈傷組織。1988年金潤洲等對未作任何因子處理的培養基中獲得的體細胞無性系自交二代(R2)進行了孕穗期耐冷性鑒定試驗，首次獲得了耐冷性明顯超親的體細胞無性系26份，首次證明了組織培養本身就是一種有效的耐冷性誘變技術。同時，從愈傷組織的生長量和綠苗分化率兩個方面對耐冷性的遺傳穩定性也進行了相關研究。愈傷組織的生長量:1987年金潤洲選用來自粳稻品種秋光(愈傷組織生長慢)和吉粳44號(生長快)種胚的愈傷組織，連續培養4代(每代30d)。結果無論在哪一個世代，生長快的吉粳44愈傷組織大塊率(在供試的愈傷組織總塊數中，直徑>8mm的塊所占的百分比)總是多于生長慢的秋光愈傷組織。在另一組試驗中，在15℃培養溫度下來自11個粳稻品種幼穗的愈傷組織生長量與供體品種孕穗期的耐冷性呈極顯著的正相關。即來自耐冷品種的愈傷組織生長量明顯大于來自不耐冷品種的愈傷組織生長量。說明愈傷組織生長量是與品種耐冷性有相關性的相對穩定的遺傳性狀。綠苗分化率:金潤洲的試驗結果，來自幼穗的愈傷組織綠苗分化率與供體品種的孕穗期耐冷性呈顯著的正相關。即品種耐冷性越強，其愈傷組織的綠苗分化率則越高。從雜種一代的綠苗分化率來看，在供試的6個雜交組合中5個組織的雜種一代綠苗分化率明顯高于不耐冷親本的綠苗分化率，相等或稍高于耐冷親本。認為綠苗分化率是受顯性基因控制的較穩定的遺傳性狀。

2分子標記技術研究

2.1分子標記輔助育種和種質漸滲研究利用基因組特異性分子標記可以檢測和促進有利基因從水稻野生種或其它物種向水稻栽培種的漸滲。樸亨茂等將菰等植物的DNA通過花粉管通道法導入水稻中，后代材料中獲得了多個具有優良特性的水稻材料。然而菰遺傳物質漸滲給水稻的直接證據缺乏。劉振蘭等以菰和水稻的基因組DNA為探針，通過點雜交，獲得了2個菰物種?；疍NA序列。并以這兩個序列為探針，與漸滲雜交系進行雜交分析，分析結果為菰導入水稻提供了確鑿的證據。初秀成等將柳葉菜科植物月見草(Oenotherabiennis)導入水稻品種通育211中，對D3-6代中代表性變異材料進行了AFLP分子標記分析，證明月見草的花粉介入確定使受體水稻在DNA分子水平上產生了大量的變異，但要確證這些材料中是否含有直接來自月見草的遺傳物質，還需要進行更深入的分子分析。

2.2遺傳連鎖圖譜的繪制利用分子標記可繪制遺傳連鎖圖譜，用于重要農藝性狀基因在染色體上的定位。祁棟靈等以粳粳交“高產106/長白9號”的F2-3代200個家系為作圖群體，以SSR標記構建的分子連鎖圖譜為基礎，對水稻幼苗前期的根數、根長和苗高及其相對堿害率進行了數量性狀基因座(QTL)的檢測。研究表明，上述性狀在F3家系群中均表現為具有1～2個峰的連續分布，認為由主效基因和微效基因共同控制的數量性狀。共檢測到與堿脅迫下幼苗前期根數、根長和苗高及其相對堿害率相關的QTL26個，分布于第1、5、6、7、8、9和11染色體上。其中，堿脅迫下與根數相關的QTL4個，qRN6-1和qRN11對表型變異的解釋率較大，分別為29.91%和13.42%；與根數相對堿害相關的QTL5個，qRRN11-2對表型變異的解釋率較大，為23.86%；與根長相關的QTL6個，QR-RL11-2對表型變異的解釋率較大，為21.06%；與根長相對堿害率相關的QTL2個，但對表型變異的解釋率均較低；與苗高相關的QTL5個，QSH1和QSH11-2對表型變異的解釋率較大，分別為15.81%和16.53%；與苗高相對堿害率相關的QTL4個，QRSH5和QRSH6-2對表型變異的解釋率分別為29.89%和34.63%。而這些解釋率較大的QTL所處的標記區間距離，除QRN6-1相對較小(19.0cM)外，其余QTL的標記區間距離均大于26.3cM，需作進一步的精細定位。在所檢測到的QTL中，13個QTL的增效等位基因均來自耐堿親本長白9號，而其余QTL的增效等位基因來自敏堿親本高產106；基因的主要作用方式為超顯性或部分顯性。

3轉基因研究

3.1抗病轉基因研究抗病轉基因研究一直是水稻轉基因研究的重點。林春晶等將溶菌酶基因通過基因槍轟擊法轉入水稻品種超產2號和豐優201中，R1代群體材料中轉基因植株的發病指數要低于對照，外源基因的轉入提高了水稻植株對稻瘟病的抗性水平。于彥春利用農桿菌介導法，將兩個抗白葉枯病基因CECROPINB和XA21導入水稻品種JY119株系，獲得了這兩個基因的單獨和共表達后的植株。接種3個不同白葉枯病菌后觀察轉基因植株與對照JY119株系發現，不論是單基因轉化，還是共轉化，轉基因植株均表現為比較明顯的抗性。從接種后發病的病斑長度來看，共轉化植株產生高抗白葉枯病的可能性要大于轉單抗白葉枯病基因材料。劉雪輝將浙江大學獲得的轉RCH10和AGLU1基因的抗紋枯病株系的遺傳穩定性及抗病性進行了分析。研究發現，在T6代中，NPTII基因全部得到保留，而15%的植株發生RCH10基因或AGLU1基因的丟失，其中1株被檢植株甚至丟失了RCH10和AGLU1雙基因。保留RCH10和AGLU1雙基因的T6轉基因植株在接種紋枯病菌后抗性均高于野生稻。劉瑞芳利用農桿菌介導法將水稻轉核糖體失活蛋白基因導入水稻品種豐優307、富源4號和吉粳88中，獲得抗性苗32株。采用離體葉片接種法對轉基因植株進行初步稻瘟病抗性鑒定，發現外源基因的轉入提高了水稻植株對稻瘟病的抗性水平。

3.2抗蟲轉基因研究林秀峰等利用農桿菌介導法，將蘇云金桿菌素毒蛋白基因CRYIA和半夏凝集素(PINELLI-ATERNATAAGGLUTININ，PTA)基因轉入水稻品種吉粳81、吉粳88和通887中，用除草劑草丁膦(PPT)篩選得到轉基因植株25株。水稻二化螟接蟲鑒定結果表明，23株轉基因植株抗蟲性比對照明顯提高，2株表現感蟲?？傮w來講，轉基因水稻比對照的抗蟲性明顯提高。

3.3抗除草劑轉基因研究王景余等應用基因槍法將抗除草劑基因(BAR)導入吉林省主栽水稻品種長白8號中，獲得了抗除草劑轉基因水稻植株。除草劑葉片涂布試驗，有3個轉基因水稻植株仍為綠色，表現對Basta除草劑有抗性，說明在陽性轉基因植株中抗除草劑基因整合到水稻基因組中并得到表達，使轉基因水稻植株產生抗性。

3.4生物反應器植物生物反應器是指利用植物懸浮細胞培養或整株植物為工廠生產具有重要功能的蛋白質，如：人或動物的疫苗、抗體、重要的氨基酸、具有重要藥用價值的蛋白或食品添加劑、工業原料的植物次生代謝產物等。目前，以水稻作為生物反應器在生產疫苗、工業酶制劑和工業可降解塑料及一些重要的藥用蛋白等研究已經取得了很大進展。張秀香以鸚鵡熱衣原保護性抗原基因momp基因和大腸桿菌熱不穩定腸毒素B亞單位ltb基因為研究對象，分別構建了表達MOMP基因和LTB-MOMP融合蛋白的原核表達載體，通過農桿菌介導法，將ltb-momp融合基因導入水稻植株中，通過抗性篩選及整合性鑒定，證明獲得了表達LTB-MOMP融合蛋白的轉基因水稻植株。維生素A(VA)是人體必需的營養元素，人體不能合成類胡蘿卜素，主要依賴飲食中類胡蘿卜素的供應，其中β-胡蘿卜素是其主要前體。目前為止，還未發現水稻胚乳能合成維生素A原的水稻栽培品種。王紀報選用植物類胡蘿卜素遺傳工程中的首選基因PSY以及編碼HIV-1病毒外膜蛋白的gp120基因作為目的基因，以水稻成熟胚誘導的愈傷組織為受體，分別通過農桿菌介導和基因槍轉化的方法將目的基因導入水稻，對獲得的抗性苗進行PCR、PCR-Southern檢測表明，目的基因已經整合到水稻基因組中。

3.5其它水稻轉基因研究管清杰利用RT-PCR技術，從水稻品種吉玉粳中克隆到水稻抗壞血酸過氧化物酶(APXa)目的基因片段。并將其轉入煙草中，獲得8株轉基因植株；楊柏明首次克隆了短芒大麥的液泡型Na+/H+逆向轉運蛋白基因HbNHX1，并利用農桿菌介導法將其轉入水稻中，獲得20株轉基因植株，為水稻抗逆遺傳改良提供了新材料。

4表觀遺傳學研究

申斯樂等用高壓誘變水稻，并對變異品系的DNA甲基化模式和基因組結構進行了研究。通過對原種及兩個變異品系基因組DNA分析，顯示原種及兩個變異品系不僅存在著基因組結構的變異，而且發生了DNA甲基化模式的改變。此外，研究發現原種和兩個變異品系異地栽種，其形態水平的變異可以穩定表達。范建成等研究了萘脅迫對水稻基因組DNA甲基化模式的影響。運用MSAP技術測定水稻純系品種日本睛和松前經萘染毒脅迫后，不同生長時期葉片基因組DNA甲基化變異的情況。水稻經萘脅迫后存在基于DNA甲基化水平和模式改變的表觀遺傳變異；5-甲基胞嘧啶百分含量的變化無統一趨勢或規律；全部檢測到的1051個位點中，日本睛有16.56%發生了變異，相對于松前的12.08%具有顯著差異，一定程度上說明抗萘脅迫能力與基因型有關：松前強于日本睛；不同基因型及不同生長時期DNA甲基化模式的變異存在明顯差異，表現為以去甲基化為主(0.48%～10.41%),由此推測DNA去甲基化可能是植物抗萘脅迫機制的一部分。

5基因克隆及功能驗證

趙增琳用PCR方法從水稻基因組中克隆了單加氧酶基因，構建原核表達載體，使之在大腸桿菌中得到表達。并通過吲哚生成靛藍實驗測定單加氧酶活性，以空載體為對照，單加氧原核表達蛋白活性明顯增強；構建真核表達載體，轉化擬南芥，發現轉基因擬南芥能夠耐受50℃高溫及UV-B紫外線輻射。李世鵬用PCR的方法克隆了兩個水稻I型金屬硫蛋白基因啟動子，將其分別插入pCAMBIA1381載體，構建了啟動子與GUS基因雙元表達載體，轉化擬南芥，對其進行了功能分析。

6問題與展望

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[關鍵詞]生物化學與分子生物學；臨床醫學；學習興趣

生物化學與分子生物學是醫學科學中重要的基礎學科之一[1，2]。在多年的教學中，我們發現大部分醫科大學學生認為生物化學與分子生物學是醫科大學中最難的一門課程，比較難學。經過多年的教學觀察和問卷調查，覺得學生之所以對生物化學與分子生物學習的興趣不高及產生畏難情緒的原因主要有以下幾點：

一、學生的相關背景知識薄弱

生物化學與分子生物學是化學與生物學結合的一門交叉學科。醫科大學學生的化學和生物學基礎一般都較弱，特別是有些專業招生是文理兼收的，如護理專業，衛管專業等。他們的理科基礎就更薄弱。而在生物化學與分子生物學代謝章節的學習過程中涉及大量的有機化合物和有機反應。這些化合物和反應的名稱是學生很少見到過的，在這種情況下要記住并理解這些化合物及化學反應對學生來說是十分困難的一件事。在遺傳信息傳遞的內容中，不僅涉及復雜的高分子化合物和復雜的反應，也會涉及生物學的內容，比如病毒、線蟲、細菌等等，而學生對這些物種都不太熟悉。在生物化學與分子生物學中出現了一系列新的領域，比如：表觀遺傳學、生物信息學等。尤其是生物信息學更需要一些計算機、數學和統計學等知識。因此，學生在學習中會感到格外的困難。此外還有復雜的生物化學與分子生物學實驗技術，都讓學生感到生物化學與分子生物學的學習十分困難。

二、學生對生物化學與分子生物學學習的重要性認識不夠

我們通過調查發現，部分臨床專業的學生認為，生物化學與分子生物學這門課只是基礎課。他們將來畢業主要是做醫生和護士，而不是從事科學研究，并且生物化學與分子生物學與臨床醫學的關系不大，不象專業課那么重要，片面的認為只要專業課好就行，把基礎課放在一個不重要的位置，因此，對生化學習的積極性不高。

三、教學方法單一，理論與臨床脫節

隨著招生人數的增加，教師的教學任務繁重，教學課時減少，尤其是實驗課時的減少較為明顯，這些都使得教師沒有時間進行基礎知識與臨床疾病關系的討論。結果使學生覺得生化和分子是化學課程或者是生物學科的課程，與醫學科學關系不大。長此以往喪失了對生物化學與分子生物學的興趣。

然而，生物化學與分子生物學是一門重要的醫學基礎課，教師在教學中應該加強學生對其重要性的認識，并且在教學中結合臨床醫學培養學生學習該學科的興趣和動力。如何做好臨床和該學科的結合?可以從以下幾個方面著手：

一、在回顧歷史中激發學生的興趣

在醫學發展史上，生物化學與分子生物學對醫學的發展發揮了巨大的作用。從歷年來的諾貝爾獲獎情況中可以知道，許多重大的醫學發現都是與生物化學與分子生物學領域的研究成果。比如：蛋白質、核酸方面的研究、維生素B1、維生素K等的發現、肌肉中氧消耗和乳酸代謝闡述、染色體理論的建立、胰島素的發現、糖代謝的研究、DNA雙螺旋結構的發現、蛋白質測序技術、DNA測序技術、PCR技術、基因定點突變技術、真核基因表達調控的分子機制、RNA干擾現象的發現等等都被授予了諾貝爾生理學醫學獎[3]。這些重大發現為醫學科學的發展奠定了基礎。從而使醫學科學進入了一個嶄新的一頁――分子醫學時代。通過這些重大事件的講解，使學生更清楚地認識到生物化學與分子生物學在醫學科學中的重要性，并且激起學生利用生物化學與分子生物學知識探討生命現象的興趣。

二、生物化學與分子生物學與疾病的發病機制

幾乎所有的疾病發病都能追尋到其發病的分子機制，而這一點正是生物化學與分子生物學研究內容之一。教師可以在授課是結合這一點，利用學科知識來解釋一些常見病的發病機制，從而加強學生對課程內容的理解、學科重要性的認識以及培養其學習興趣。對于學生覺得最難學習的代謝來說，可以用生物化學與分子生物學所學的代謝知識來解釋糖尿病的發病機理來激發學生的興趣。糖尿病是胰島素缺乏引起的血糖升高，進而導致代謝紊亂，出現多飲、多食、多尿和消瘦為主要臨床表現的疾病。那么為什么胰島素缺乏會出現這些情況呢？我們可以從剛剛學過的胰島素對糖代謝、脂代謝和蛋白質代謝的調節及三大物質代謝的相互聯系來解釋其發病。胰島素缺乏時，機體不能利用葡萄糖供能，只能利用脂肪和蛋白質分解供能。這樣就導致血糖水平升高，高血糖導致饑渴感滲透性利尿，因而多飲、多食和多尿；脂肪和蛋白質的分解加強導致消瘦[4]。盡管學生沒有學習過糖尿病的知識，但通過簡單臨床背景知識的介紹，然后運用所學習的物質代謝知識，很容易使學生理解糖尿病的發病機制，這既加強了學生對所學內容的理解，也激發了其學習興趣。

三、生物化學與分子生物學與疾病的診斷和治療

生物化學與分子生物學的知識不僅能夠解釋疾病的發病機制，也在疾病的診斷和治療中得到體現。在教學中，我們可以通過對一些常見疾病診斷和治療介紹，使學生能夠認識到本學科在醫學科學中的重要性及培養其應用本學科知識解決問題的興趣。比如常見的乙型肝炎診斷，乙型肝炎病毒可以通過本學科最常用的技術熒光定量PCR（real-timePCR）技術來檢測乙型肝炎病毒的DNA含量，而血清谷丙轉氨酶可以判斷患者肝臟是否收到損害。因為谷丙轉氨酶在干肝臟細胞中的含量最高，當肝臟細胞受損傷時，該酶就釋放入學，從而導致血清谷丙轉氨酶升高[3]。這樣學生就能夠認識到PCR技術及一些基本知識在醫學診斷中是非常有用的，同時也加強了學生對這些知識的理解和記憶。生物化學與分子生物學知識還用于理解疾病的治療措施。隨著現代科技的發展，建立了許多新的治療手段，基因治療就是最好的例證。基因治療包括很多種，涉及許多生物化學與分子生物學的知識，包括：基因矯正、基因置入、基因敲除、反義DNA及RNA干擾等許多新技術。

四、通過病例討論增加和激發學生對生物化學與分子生物學的興趣

在實驗教學或理論教學進行到一個階段，我們可以采取課堂討論的形式，利用一個階段學習的知識來認識一種或一類疾病，這樣既能夠加強學生對學過知識的理解和記憶，也能夠學會如何應用所學的知識來解決問題，同時也激發了學生的學習興趣和主動性。我們在學期結束曾經討論癌癥這一疾病。從癌癥的發病機制、診斷到治療都涉及到生物化學與分子生物學的知識。目前關于腫瘤發病機制的學說，主要是癌基因和抑癌基因的理論，即癌基因的過度表達或者抑癌基因低表達可能是腫瘤發病的基本原因。這樣我們就能夠熟悉癌基因和抑癌基因的內容并能夠用于實踐。再如腫瘤的化學治療，許多抗腫瘤藥物，比如5-氟尿嘧啶、阿糖胞苷等，都是堿基或核苷酸等的類似物。那么這些類似物為什么能夠治療腫瘤或者說殺死腫瘤細胞呢？這些藥物結構上與堿基或核苷酸類似可以通過酶的競爭性抑制作用的來抑制核苷酸的合成或干擾DNA和RNA的功能[3]。這樣學生就能夠了解酶競爭性抑制、核苷酸的合成、DNA的復制和RNA轉錄以及細胞的生長繁殖等知識很好地運用在疾病的治療中。所有這些涉及了很多生物化學與分子生物學知識。這樣我們能夠運用生物化學與分子生物學的知識來認知腫瘤的發病機理及診斷治療等等。

五、臨床醫學貫穿生物化學與分子生物學教學始終

從生物化學與分子生物學的發展史到蛋白質與核酸、從物質代謝到遺傳信息傳遞、從分子生物學技術到細胞信號轉導都與臨床醫學有關。比如從乙醇能夠是蛋白質變性，認識到臨床使75%乙醇消毒的原理；從核酸的代謝，我們認識到核酸沒有營養價值；從膽固醇代謝，我們認識到動脈粥樣硬化的發病機理；從基因突變認識到遺傳性疾病。我們在教學中充分認識到學生的目標是學習醫學科學，始終把臨床和生物化學與分子生物學聯系起來不僅使學生認識到臨床醫學是一個龐大的知識體系，而且學生的學習興趣就會越來越濃。

在多年的教學中，學生一直反應生物化學與分子生物學是較為難懂、并且枯燥無味的一門科。通過不斷改進教學方法、教學理念及不斷實踐、總結、提高，我們認識到生物化學與分子生物學的教學中通過與臨床醫學的形式多樣的結合，不僅能夠使學生認識到生物化學與分子生物學在醫學科學中的重要性，并且培養了學生對本學科的極大興趣。我們希望在今后的教學中，通過不斷的摸索實踐提高教學效果、培養學生的興趣，為我國的醫學教學做出貢獻。

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篇10

關鍵詞: 高中生物自主學習能力提高

有些鄉鎮學校在高考驗收成績的時候考得比城市學校好, 并不是因為它們的教師學歷高或能力強,這些學校的教師的各方面綜合素質恐怕離許多的城市學校教師相差甚遠,辦學條件也有限,但這些教師重視了學生自主學習能力的培養,促進了學生主體意識的覺醒,使得教學質量明顯改善。由此可見,提高學生的自主學習能力顯得非常重要。自主學習,就是人有一定的自習能力和學習的意識,擺脫對他人的依賴。筆者結合高中生物教學經驗,談談教師提高學生自主學習能力的幾種方法。

一、體現教師的魅力

1.喚醒靈性。

每個學生的成長歷程中知識的積累是需要一個過程的。初中生物讓學生感受到生命的精彩,高中生物讓學生從表觀現象的感知延伸到對系統、細胞與分子的角度去分析。教師應喚醒學生對大自然的熱愛,并為他們插上翱翔的翅膀,引導他們探索大自然的奧妙,放飛夢想。

2.創造快樂。

教學的過程應該是快樂的,啟發式的教學讓學生認識自身蘊藏的巨大潛力。教師應具備一雙慧眼,發現快樂的源泉,與學生分享大自然帶給我們的禮物,讓學生感覺到學習的過程其實也是一種快樂的體驗,使被動式的學習變為主動式的學習。

3.協調關系。

教師與學生的關系應該怎樣確立?在課堂上教師的角色是一位學者?！叭藷o完人,學無止境”,“三人行,必有我師”。在對學術的追求上,師生的關系是互助的。教師應該帶著一顆謙虛的、不斷進取學習的心與學生共同去探導科學,讓學生認識到自己能超越教師,在發現新的問題時,也能很好地解決問題;課后與學生的關系是益友,了解學生學習的動態,在生活上更要給予一定的關懷,人文的關懷會讓人備感心暖。

4.用心傾聽。

傾聽是尊重的一種最佳表示,表示你看重他們。傾聽等于教師是在對學生說:“你的想法、行為與信念對于我都很重要。”如果教師想引導學生靠近正確的思維,最好的辦法是聽聽他的意見。教師知道學生想法的出發點,分析問題時就能找到問題存在的關鍵,從而更好地解決問題。

5.內心微笑。

人是一種有感情的動物,動之以情、攻心為上是教師調動學生積極性的重要法寶。教師在整個教學過程都充滿激情與熱情,能夠使學生感受到教師對生命科學的熱愛,對教育事業的熱愛和對生活的熱愛。教師樂觀、積極和進取的人生態度,會在學生中產生一種強烈的感染力和震撼力。

6.眼神恰當。

眼睛是反映人的內心活動的一扇窗子,它具有反映深層心理的功能。眼睛的動作一向被認為是最明確的情感表現。有些學生較內向,但對生物學深感興趣,教師對此類學生提供、營造機會讓他能充分地展現自己,給他一個肯定的眼神,這是對他最大的鼓舞。

二、實現適當的放手

高中階段學生的特點是:思維的獨立性、批叛性快速發展,不盲從他人意見,自我評價日趨成熟,自尊心增強,自我教育學習能力也有一定的提高。結合上述學生的心理特點,教師可開展豐富多彩的課外活動和新課程的教學工作,充分利用生物學自身特點開展生物學的課外科技活動和研究性學習,以快速提高學生的自學能力。例如搜集惡性腫腫瘤防治方面的資料;搜集有關試管嬰兒的資料;調查學生之間的性狀差異;開展關于轉基因食品的辯論賽,調查場植物激素應用;用動物激素飼喂小動物的實驗;調查昆蟲外激素的應用,制作昆蟲誘捕器;調查當地農業生態系統,設計良性循環的農業生態系統;嘗試制作酸奶,等等。

課外活動對學生學習潛力會產生巨大的影響,學生成績之所以不好,是因為他們信心不足,意志薄弱、智力較差、綜合能力不強。有趣的、能給學生帶來樂趣和成功的課外活動,能使他們在最大范圍活動中感受到自己的能力。后進生在吸引人的、有趣的領域內掌握的知識和技能使他們在同學、家長面前“炫耀”,這是他們提升自信心的力量源泉。

教師要充分尊重每一個學生的興趣,無論他的學習成績如何,學習能力如何。在活動過程中教師要提醒學生注意活動內容與課堂知識學習的聯系,或許在活動中要用到課內學到的知識,或許在活動過程中學到的方法可以應用于課堂學科學習。建立了這樣的意識,學生不僅能快樂地作研究或者活動,而且學習成績會很快地提高。

三、進行多樣的引導

1.思維導圖教學,處理好想象與聯想的關系。

學生為了考試,被動地學習那些抽象、無趣的知識,健忘是很正常的事。教師在備課時,首先要想一想本節課有哪些知識跟實際有聯系,在實際生活或生產中有應用,哪些方面有什么樣的事例能讓學生感興趣。興趣是課堂教學的生命線,教師只有抓住興趣,才能提高教學效率。學生在生活中能夠遇到但不能用已有的知識去解答的問題,最能吸引學生的注意力,使學生產生立刻要想知道的欲望,教師引導他們應用高中生物學的知識去解答可得到事半功倍的效果。例如筆者在教學中曾對溶酶體細胞器的作用與現實生活的一個現象緊密聯系起來:以“魚死后在什么時候清蒸味道最鮮美”的懸念設置導入,激發學生求知的欲望,收到了很好的教學教果。教師在教學中不斷設置問題,引導學生學以致用,慢慢去體會生物體結構與功能相適應、生物體形態結構和功能與環境相適應的規律,生物體的組成物質和結構由簡單到復雜的進化規律,生物體整體性、層次性規律,遺傳部分的知識規律,等等。學生便會在不知不覺中自主地學習,不斷探究并掌握學好這門學科的方法。

2.比較教學。

心理學的研究表明,意義記憶比機械記憶有更多的優越性,能識記得更快些,保持時間長久些。教師用比較法教學可以把復雜的知識簡單化,把難以理解的材料容易化,使學生懂得知識的區別和聯系,了解知識的本質特征,從而達到意義記憶,幫助學生鞏固知識。例如對生物學概念的講解,教師要加強對學生應用生物學專業術語簡明扼要地概括生物學知識能力的訓練,而且要堅持下去,這樣學生的思維能力和解題能力就會不斷提高。比較是一種復雜的腦力活動,教師運用比較法教學不僅可以使學生對所學的知識理解透徹,掌握牢固,而且能使學生逐漸學會總結出比較的一般方法。

四、提升業務素質

精湛的生物專業知識是生物教師科學素質的重要組成部分,也是生物教師與其他學科教師的本質區別。21世紀的中學生物教師應扎實地掌握好生態學、細胞生物學、微生物學、動物學、植物學、遺傳學、分子生物學、生理學等專業基礎理論和基礎知識,了解本學科的基本結構、發展、現狀及趨勢,密切關注本學科的發展、關注社會熱點問題,在內容把握上要與社會實踐活動密切聯系,發揮生物學的科技功能,促進科技的進步。生物學是一門以實驗為基礎的科學,生物史上每一次重大突破的取得,都和實驗密不可分。高中生物教師應具備良好的實驗研究能力和實驗技能,例如研究課題的申請,實驗設備的準備,儀器的操作、調試技能,生物標本的采集和制作技能,動植物的解剖和觀察技能,顯微標本的制作和觀察技能,生物的養殖、栽培技術,生物簡圖的繪制技能,等等。面對新課程改革,教師應參與其中,正確引導學生學習探究、實踐探究,使學生獲得成功的體驗,不斷提高其自主學習的能力。

每一位教師應該不斷激發學生的潛能,灌輸自信給學生,不斷激勵學生,促進學生的成長,讓學生喜歡挑戰并勇于創新,并要求學生具有善于應變和開拓局面的本領,讓學生最終能造福社會。

參考文獻:

[1]劉恩山,汪忠.《生物課程標準(實驗)》解讀[M].南京:江蘇教育出版社,2003.