生物学论文

生物学论文1

　　［摘要］系统生物学是本科生物工程专业的专业选修课，是一门新兴的交叉学科，代表了生物学的未来。系统生物学的教学目标是使学生学习和了解学科交叉和多领域融合的研究思路，培养学生的系统思维能力。笔者在教学活动中，通过进行换位思考，重新组织教学内容，重构教学价值，合理运用案例分析，串联系统生物学的原理和方法，从听众（生物工程专业本科生）的角度出发完成教学，调动了学生的学习主动性，培养了学生分析、解决问题的能力及创新意识。

　　［关键词］生物工程；系统生物学；案例教学；教学价值；换位思考

　　系统生物学是生物科学、生物技术和生物工程专业的前沿专业选修课，是生命科学的新研究领域，其目的是在系统水平上理解生物体。区别于传统意义上以生物分类为研究内容的“老”系统生物学，“新”系统生物学的研究属于后基因组时代，以坚实的分子生物学知识为基础，是对“还原论”和分析方法的反思与超越，侧重于“整体论”和综合方法。它是建立在分子及其相互作用基础上的生理学，被誉为“２１世纪的生物学”［１］，因在诸多医学前沿领域研究中成为重要研究方法而被广泛应用［２］。通过学习，学生应了解系统生物学课程的基本概念和研究内容，掌握生物系统分析和建模的基本原理，拓宽视野，形成全局观和系统的思维方式，从而全面地认识和理解生命现象，把握２１世纪生命科学研究的总体方向，为研究生阶段的深造打下基础。系统生物学以系统论、实验和计算方法整合研究为特征，研究生物系统的组成及其相互关系和系统功能的涌现［３］。系统生物学的基本工作流程包括四步。第一步是对选定的某一生物系统的所有组分进行了解和确定，描绘出该系统的结构，包括基因相互作用网络和代谢途径，以及细胞内和细胞间的作用机理，以此构造出一个初步的系统模型。第二步是系统地改变被研究对象的内部组成成分（如基因突变）或外部生长条件，然后观测在这些情况下系统组分或结构所发生的相应变化，包括基因表达、蛋白质表达和相互作用、代谢途径等的变化，并把得到的有关信息进行整合。第三步是把通过实验得到的数据与根据模型预测的情况进行比较，并对初始模型进行修订。第四步是根据修订后的模型的预测或假设，设定和实施新的改变系统状态的实验，重复第二步和第三步，不断通过实验数据对模型进行修订和精练［３］。由此可见，系统生物学课程内容多，关联的知识面广，理论性强，知识更新速度快，最好配备实验等辅助环节和充足的实验资金。这些要求在高校的课程安排中是不可能实现的。如我校生物工程专业开设的系统生物学课程学时数偏少，且缺少实验等辅助环节。因此，我们需要针对系统生物学的教学内容和教学实践进行改革与创新，在合理的课程知识结构框架下，吸收前人和自身授课过程中总结的经验［４］，通过灵活应用“换位思考”“注重教学价值”和“案例导向的课题式教学”，探索“关注人才培养”的教学方案，以期激发学生的学习兴趣，提高授课实效。希望本文的教学方案可以在其他相关课程教学中推广实验。

　　一、进行换位思考

　　有学者曾建议在教学中换位［５］，主要是角色换位，即老师和学生的角色互换。老师给定一个科学问题，利用一两节课的时间，让学生上讲台，以教师身份引领大家去分析、解决这些问题，而老师则以一名学生的角色去聆听并参与讨论。角色换位的目的是锻炼学生主动创新的思维和能力，提高他们的学习热情。“角色互换式教学”效果显著，但也存在不足，如由于时间和效率的关系（只能拿出少量的课时进行互换式教学，否则教学计划无法完成），教师无法让每位学生都进行角色互换（尤其是公共课，绝对没有时间让每位学生都上台讲），也不能每节课都由学生来讲授。因此，“角色互换式教学”只能作为辅助，传统的“老师讲学生听”的方式是不能抛弃的。老师依然必须是教学活动的主体，这点毋庸置疑。本文讲的“换位思考”是指将“角色互换式教学”的思想融入每节课，充分提高学生的主动性和学习热情。站在听众（学生）的角度换位思考是指授课老师以学生的角色去重新整理教学大纲，制定授课计划，设计授课讲义。这样老师的授课才能贴近学生需求，学生才会变得主动、有兴趣。以系统生物学为例，站在听众（生命科学专业学生）的角度授课，教师首先需要解释的是：为什么会出现系统生物学？学习这门课能解决什么问题？这门课对今后的深造或工作有什么帮助？笔者的实践证明，在每节课备课时站在学生的角度换位思考，重新设计授课讲义，会收到意想不到的课堂教学效果———使枯燥无味的理论课程变得生动有趣，提高学生的主动性和学习热情。

　　二、设计故事情节展开教学内容，注重教学价值

　　笔者认为，大学老师授课的主要目的不只是为了传授知识。原因有二：

　　１．现在是知识爆炸的年代，知识是无穷尽的，是传授不完的，也是无法通过人脑完全记忆的；

　　２．现在是网络信息爆炸的年代，年轻人（学生）利用网络资源的能力超过年长者（老师），学生可以通过搜索引擎得到几乎想要的任何资料（有任何不懂的，都可以上网搜索），网络几乎可以代替老师传授知识。

　　在大学里，老师最应该传授的是方法和态度。知识就像是数据，而方法和态度就是程序。数据可以采集、录入和存储，而且永远也采集不完；程序可以处理数据，最终得出公式和结论。如我们采集了今天的气象数据（温度、湿度、压力和风力等），就可以通过程序处理对明天的天气做出预测。老师只传授知识，就相当于只教会学生怎样采集今天的气象数据，学生永远也不知道明天会怎样。传授方法就相当于教会学生怎样运行程序、计算数据、得出结论。那么，如何传授方法和态度？授课老师需要从问题入手，展示前人是如何抽丝剥茧最终解决问题的。知识则是在解决问题的过程中自然积累起来的。这才是真正的教学价值［６］。以系统生物学为例，传统的授课顺序一般依从于知识、概念、定义的逻辑顺序。笔者进行了调整，从一个案例“开发抗疟疾药物”入手，先引入非洲的疟疾问题，接着讲述青蒿素对世界人民和美军全球战略的重要作用，最后介绍美国科学家Ｋｅａｓｌｉｎｇ是如何利用系统生物学思想找到突破口并解决问题的［７］。通过设计故事情节展开教学内容，笔者不但把“怎么做”（知识）传授给学生，而且将“为什么要这么做”和“怎么想到这么做的”（方法和悟性）一道传播出去，学生听得津津有味。笔者在授课过程中感悟到：优秀的授课过程就像讲故事，可以采用正序、倒序和交互的方式，使情节扑朔迷离、高潮跌宕起伏，抓住听众的耳朵；优秀的授课过程又像写一部侦探小说，抽丝剥茧，层层深入，把知识、方法和悟性一道传播给读者。

　　三、以案例为导向的课题式教学

　　我校系统生物学的开课时间是大三第一学期，这时学生已经掌握了生物和计算机学科的基础知识，但尚未进入课题研究阶段，因此还不能做到理论联系实际。学生不知道教师为什么要讲授这些内容，也不了解讲授的各种技术、工具、软件有什么重要的使用价值，以及对自己日后的学习、科研和工作有什么帮助。课堂教学以学生听讲为主，教师讲解与学生实践脱节，这就容易导致学生在学习过程中提不起兴趣，从而影响学习质量。因此，在实际教学中，授课教师可以以案例为导向［８］，让学生在学习之余参加课题研究（“干”实验部分），在科研实践中学习知识和运用工具，培养解决问题的思路。在系统生物学教学中，笔者将学生分组，并设立了一系列论述题，如让学生设计实验方案，从一株筛选到的微生物中克隆碱性纤维素酶基因。学生带着问题投入学习，在学习过程中密切关注此类问题合适的解决思路和相关技术，并与同组同学进行讨论。授课结束后，学生完善了思路，提供了详尽的报告和本组课题的解决方案。一些学生的奇思妙想令笔者深思和感叹。以案例为导向的课题式教学激发了学生自主学习和研究探索的热情，得到了学生的欢迎和支持。

　　四、结论

　　“换位思考”“注重教学价值”和“案例导向的课题式教学”是笔者结合自身授课经历总结的教学方法，目的是“关注人才培养”，使枯燥无味的理论课程变得生动有趣，强化学生对原理的认识，让学生学习应用科学技术并提高综合能力。经过三年的教学实践，该教学方案收到了实效。２０１４年只有８位学生选修该课程，而２０１７年有４３位学生选修。学生表示喜欢该教学方案，这是对授课老师最好的表扬和最佳的教学动力。教学方法无高低之分，教学质量却有高低之异。教师在教学前可以通过听课、阅读教学论文和同前辈探讨等途径，充分吸收教学经验，再通过教学实践总结经验。在教学过程中，教师应不拘泥于自己的经验体系，而是集众家之长，兼容并包，努力解决遇到的具体问题。提高授课实效是每位授课老师的责任。

生物学论文2

　　内蒙古民族大学生命科学学院从建院开始，细胞生物学即是生物专业基础必修课，几经改革现在该课总学时83学时，理论56学时、实验27学时。

　　一、生物专业细胞生物学课程发展历程

　　1978年，哲里木医学院生物教研室成立，在临床医学专业开设了《医学生物学》课程，本、专科分别为72、54学时，先后由王光荣、董秀兰、王静霞、马文良、孟青、南晓光等教师任教。在当时的《医学生物学》课程中，已用相当的篇幅向学生介绍了医学细胞生物学知识。1992年，蒙医学院将临床医学专业的《医用生物学》课程一分为二，南晓光老师开设《医学细胞生物学》，理论课30学时，实验课18学时。20xx年，哲里木盟畜牧学院、内蒙古民族师范学院及内蒙古蒙医学院三所学校合并成立今天的内蒙古民族大学后，教学条件得到了显著改善。20xx年，随着生命科学院的成立，《细胞生物学》的发展进入了一个崭新阶段，被评为内蒙古民族大学首批校级精品课程之一，而且获得了0.5万元/年的经费大力支持。

　　二、课程内容体系和结构

　　随着我校课程教育改革发展形势，我们教研室对细胞生物学专业课程进行了较系统的改革探索，并经历了反复实践调查研究，才逐渐形成了今天的细胞生物学课程教学体系。在学校和学院的大力支持下，以及老一辈教师与新一代青年老师的共同努力下，细胞生物学在课程体系、教学平台、教学手段、教学理念、教学内容建设等方面进行了深入的改革和完善，教学质量不断提高，赢得了学生、老师和同行认可的实际效果和学术成果。细胞生物学课程在这些年的教学实践基础上形成了具有自己特色的内容体系结构。基本内容由14章组成：第一章，细胞的统一性与多样性，第二章，细胞生物学研究方法，第三章，细胞质膜与物质转运，第四章，内膜系统与膜运输，第五章，线粒体与叶绿体，第六章，细胞内蛋白质的分选与膜泡运输,第七章，核糖体，第八章，细胞骨架与细胞运动，第九章，细胞核与染色体，第十章，细胞周期与细胞分裂，第十一章，细胞与胚胎发育、分化与调控，第十二章，细胞衰老、死亡与癌变，第十三章，细胞社会的联系，第十四章，细胞信号转导。

　　三、细胞生物学课程改革

　　（一）细胞生物学课程改革建设目标

　　经过多年教学实践，教研室曾对细胞生物学理论课教学方法进行了相应改革，例如，响应学校提倡科研能力的培养，从研究问题着手，把细胞生物学的一些核心知识构建过程展现出来，并提出专业相关问题，让学生进行思考进而研究，这种采取研究性教学与学习的方法，双向互动。对于学生自主获取知识能力的培养，我们预计开设第二课堂活动，比如学生专题报告会、参与教师科研、放大课程章节提要等。在实验教学中，通过开放实验室、实验项目、实验内容、实验仪器等措施将学生主体位置突显出来。随着学校课程教育改革形势的发展，我们将继续发扬内蒙古民族大学细胞生物学教学的优良传统，在保持原有特色的基础上，充分利用民族院校优势，比如我校蒙医药学特色，可以在本科实验教学中增设蒙医药用植物研究，同时结合现代教育的技术和手段，采用多样化多形式的教学模式，丰富教学内容，促进学生的自主学习。进一步让我院生物学专业细胞生物学课程体系结构得到完善，积极建设具有民族特色资源的专业课。同时为以后的生物学专业课程的学习和培养高素质的生物科学人才奠定基础。

　　（二）课程改革建设步骤

　　1.进一步改革教学方法和手段，努力钻研现代化教学手段，把教学质量提高到一个更高的新水平。我院从20xx年至今全程使用多媒体授课，因此首先要制作完善细胞生物学多媒体教学课件，并探讨如何使用好多媒体课件进行教学的方法；不断地更新和补充各种细胞教学图片；加强教学中的启发性与互动性；并争取更多的在国内外学习的机会，提升新一代教师的素质。

　　2.随着我校本科生导师制的完善，以细胞生物学为基础，充分发挥教师在培养学生的科研能力和创新精神方面的作用。

　　3.联系国内其他先进学校的细胞生物学精品课的教师（如清华大学、北京大学、东北师范大学、四川大学等知名大学）进行交流，学习他们的经验，进一步提高我们细胞生物学教学的水平。

　　4.进行教材建设，这是一个重要环节，也是一个刻不容缓的改革。由于，我校民族特色，除了生命科学学院，蒙医药学院和医学院同样开设有细胞生物学，所以针对这些民族专业的细胞生物学课程没有相应的教材，我们将结合蒙药特色积极编写符合我校的新的细胞生物学教材和细胞生物学实验指导。

　　5.课程资源上网计划。近些年，很多大学都开设了网上资源，以供学生自由使用与学习。我校20xx年，也将细胞生物学课程挂到了网上。比如“细胞生物学”教学大纲、多媒体教学课件和教材教参等已经上网。但仍需进一步改革完善。比如，

　　（1）加快和完善网络课程建设，探讨发挥网络教学的方法。

　　（2）准备开展在网上实时指导学生学习和进行一些问题的讨论。

　　（3）进行教学录象拍摄，将我们的各种教学资源全部陆续上网。

生物学论文3

　　长期以来人们凭借形态特征和数量变化来进行植物抗污染生态分化研究，但对许多深入的研究却无能为力。目前，分子生物学技术日趋成熟并已大量运用于污染进化生态学研究中。这些技术的引入为传统分化进化研究打开了新局面，为进一步从本质上揭示污染条件下植物进化提供了可能。只有将分子生物学技术引入植物抗性进化研究中，将宏观与微观结合起来我们才有可能使许多问题得以解决[19]。同工酶、等位酶电泳技术的完善，作为第一代分子生物学标记的RFLP技术，以及近年来PCR技术的成熟和RAPD技术在国内外迅速发展，为实现上述研究提供了迅捷可靠的工具。

　　2.1同工酶电泳技术

　　同工酶作为基因产物的蛋白质，其结构的多样性在一定程度上反映出不同种群在不同污染历史条件下分化进化上DNA组成和生物体遗传多样性。同工酶之所以作为分化进化的重要研究对象，首先是因为它在品种间有丰富的多样性。目前一半以上的酶类存在同工酶类。其次，同工酶易于检测出。同工酶虽然由单拷贝基因编码，但通过酶染色放大作用同样易于检测出。

　　等位酶作为一种特殊形式的同工酶，它由一个基因位点、不同等位基因编码。根据等位酶谱带的遗传分析确定出每种等位基因在居群中的频率，从而计算出它们的遗传相似度或遗传距离，再根据遗传距离分析植物对污染的适应过程中遗传结构变化，依据分子钟进化理论计算出遗传进化的理论时间，从而评估污染对植物进化影响的速度和强度[8、14]。目前的研究结果表明，经历污染时间越长，居群间的遗传相似系数就越小[5,14,21]

　　Mejnartowicz[24]利用同工酶技术发现受氟化物、SO2污染的苏格兰松F1代某些基因和基因型大为减少，Muller-Starck等[22]利用同工酶技术研究表明欧洲山毛榉同工酶平均每个位点基因数目随污染而下降，Scholz等[23]检测了挪威云杉对SO2敏感性各不相同的一系列无性系的若干同工酶位点，也证明一定量的遗传信息有因污染而丧失的危险性[20-22]。但是，由于种群杂合性影响，某些同工酶分析显示了相互矛盾的结果，这表明同工酶技术所揭示的与污染胁迫的植物遗传变异的复杂性[3、15、21、25]。

　　2.2RFLP技术

　　RFLP(RestrictionFragmentLengthPolymorphisma,限制性内切酶片段长度多态性)作为第一代分子生物学标记自问世以来已广泛运用于多门生物学科研究中，但它运用于植物抗性研究还只是近几年的事。RFLP能对植物的抗性基因进行定位和分离，利用RFLP技术，对于核基因组或叶绿体基因组、尤其是后者，若能提取纯净DNA，则可直接从酶切后的电泳图谱看出其多态性，利用这一方法可以测定种群内、种群间不同水平的物种在污染环境下抗性分化进化水平上的差异。

　　与核酸序列分析相比，RFLP可省去序列分析中许多非常繁琐工序，但相对RAPD而言，RFLP方法更费时、费力，需要进行DNA多种酶切、转膜以及探针的制备等多个步骤，仅对基因组单拷贝序列进行鉴定。但RFLP又有比RAPD优越之处，它可以用来测定多态性是由父本还是母本产生的，也可用来测定由多态性产生的突变类型究竟是由碱基突变或倒位、还是由缺失、插入造成的[26]。

　　2.3PCR技术

　　PCR(PloymeraseChainReactions,聚合酶链式反应)自80年代中期问世以来，以其快速、简便、灵敏、特异等特点受到分子生物学界极大青睐，已广泛用于基因工程、临床检验、环境生物监测以及进化生态学中核酸水平的基因多态性等研究领域。

　　PCR由高温变性、低温退火（复性）及适温延伸三部反应构成一个扩增循环，使目的DN段得以迅速扩增。这一技术能选择性富集一个特异DNA序列，并成106扩增。PCR扩增技术与RFLP结合使用其用途更为广泛，PCR技术主要优点有：①PCR与DNA测序结合，扩增后无需再克隆，纯化即可直接测序。②可扩增一个只知基因一侧或两侧碱基序列的基因。③可进行DNA多种突变的测定，如碱基互换、缺失、插入型突变[16]。PCR近几年已逐渐引入到植物抗污染进化研究领域中，并表现出强大的应用潜力。

　　2.4RAPD技术

　　1990年Williams和Welsh等[27、28]运用随机扩增寻找多态性DN段作为分子标记，并将此法命名为RAPD法(RandomAmplifiedPolymorphismDNA,随机扩增多态性DNA)。尽管RAPD技术诞生时间不长，但由于其独到的DNA多态性及快速和比PCR更简便等特点，使它成为基因组遗传图谱构建；基因定位及进化生态学研究中最为重要手段之一。

　　RAPD与PCR、RFLP、DNA指纹图技术相比，它有如下特点：①RAPD技术可在对受试物种缺乏任何分子生物学研究背景下，直接对基因组进行多态性分析。②操作简单；一次RAPD扩增实际就是一次简单的PCR反应，适合大量的样本快速分析。③所需模板DNA量极少；一般一次扩增只需10-50ngDNA，这对于濒危动植物的基因组分析是十分有效的[27、29-31]。④与RFLP相比，RAPD可免去探针克隆与分离过程，不需进行DNA序列分析。⑤RAPD同时适用于基因组的单拷贝区域或重复序列区。

　　RAPD在植物抗污染进化研究中具有重大推动作用。利用RAPD分析矿区不同重金属污染历史下作物DNA结构多样性，从中可试图找到对重金属污染具有抗性的DN段或基因组。这些研究虽然在国内外刚刚起步，但这些工作直接从分子水平上分析污染条件下种群遗传结构上的分化进化，在理论上具有广阔的研究前景和意义。

　　2.5核酸序列测定

　　核酸序列测定包括DNA和RNA序列的测定。由于rRNA基因较保守，因此分子生物学中更重视rRNA基因的测定。在植物抗污染进化研究中主要运用叶绿体4.5SrRNA、5SrRNA及胞质5SrRNA基因，然而，核酸序列的测定在植物抗性分化进化研究中尚未见报导，此项技术在实际操作和运用上还有待于进一步完善。

　　3结语

　　近二三十年来分子生物学技术迅速成熟为植物抗污染进化研究提供了极为重要的研究工具和手段，为传统的抗性研究打开了新的局面。同时，植物抗性进化研究为生态遗传学、进化生态学以及作物选择育种提供了背景材料和研究窗口。目前，分子生物学技术在抗性进化研究中的应用刚刚起步，有待于深入和发展。与此同时，我们也应清醒的认识到微观技术研究有其自身的局限性，因此我们应站在宏观进化生态学高度在理论、方向上进行指导，只有宏观与微观有机地结合起来，植物抗性进化研究才可能有更大的突破。