生物药物学

生物药物学（精选12篇）

生物药物学 篇1

摘要：初中生物学教材中编排有大量学生课内外阅读内容, 这些内容对培养学生建立科学的价值观、达成情感态度价值观教学目标、帮助学生认识学习生物学的意义有很大帮助, 从而提高学生的生物学科素养。这方面平时教师不够重视, 没能起到教材应有的作用。本文从重视生物学有关的阅读着手, 探讨如何通过生物学阅读提高学生的生物学素养。

关键词：生物学,课内外阅读,学生,生物学科素养

义务教育《生物学课程标准》2011年版课程基本理念之一是提高生物科学素养。所谓生物科学素养, 是指一个人参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物科学概念和科学探究能力, 包括理解科学、技术与社会的相互关系, 理解科学的本质以及形成科学的态度和价值观。

在人教版《生物学》义务教育教科书的编排中, 有许多课内外阅读栏目。这些栏目大多与所学生物学知识密切相关, 对与提高学生能力、建立科学的价值观起着很大的作用。在日常教学中, 如何通过相关生物学知识阅读提高生物学科素养, 往往被广大教师所忽略。由于这些内容大多为课外阅读内容, 不作为教学评价及考试内容, 往往不为广大教师所重视, 没能起到相应的功能。

一、教学中应重视生物学阅读内容

初中生物教科书中的相关阅读内容是编者经过精心选择的内容, 在这些内容与教材知识相关度很高, 对于学生学好生物学知识、培养学生提高能力、形成正确的情感-态度价值观, 有着极大的帮助。详细了解及扩展阅读这些内容, 可以从不同方面学生生物学可素养。“科学·技术·社会”栏目, 指在反映科学、技术、社会之间的互动, 帮助学生建立科学的价值观。“与生物有关的职业”栏目旨在反映生物学与职业的联系, 帮助学生认识学习生物学的意义。

二、生物学阅读内容的获取

1. 实现新教材所蕴含的教育价值。

以标准为依据而编写的初中生物新教材在以全面提高学生的科学素养为宗旨, 以培养学生的创新精神和实践能力为重点的同时, 非常讲究文字的叙述, 恰当运用、完美整合诗歌摄影等各类艺术形式, 更好地体现了生物学科的社会价值和人文价值。当然, 师生在情感认知和体验层面上是有差异的, 同时, 由于教师是教学的组织者和指导者, 其主导性地位决定了教师的情感对学生的情感体验具有更大的能动作用, 所以, 只有教师对新教材中的情感因素首先加以体验、挖掘和升华, 才能贯通编者、教材、教师和学生之间的情感通道, 使新教材中的各类情感顺利迁移给学生。

2. 教材相关阅读内容。

在新版的《生物学》义务教育教科书中, 每册都有大量的课外阅读内容, 教师应重视这部分内容的教学, 从一定的高度引导学生阅读, 让学生能从中总结、归纳出其中的相关重点, 以及与我们日常生活的关系, 对今后人生努力方向做出正确的引导。在每一部分阅读内容后面, 都给出了相关的网络链接, 教师可以引导学生在阅读教材内容的基础上, 通过互联网拓展阅读知识及阅读量。

3. 教辅材料相关阅读内容的获取。

在与教材配套的教师教学用书中, 以及一些教辅材料中, 都有大量的生物学阅读内容, 教师可以有选择的给学生准备一些相关的阅读内容, 组织引导学生进行相关阅读。

4. 通过互联网获取生物学阅读材料。

在互联网普及的今天, 特别是以智能手机为代表的移动互联网飞速发展的今天, 学生通过智能手机等从互联网获得所需要的阅读材料变得简单、方便、实时, 正确引导学生自己获取足够的阅读内容也变得简单, 进而通过生物学阅读提高生物学科素养。

三、生物学阅读在教学设计中的体现

1. 教学目标中加入有关生物学阅读内容。

在目标教学中, 直接显示与知识、技能相关的生物学阅读内容, 精选与知识相关性联系紧密的内容;在方法与过程目标部分, 可选取科学家如何进行科学研究以及科学家的故事部分, 来实现对方法与过程部分的达成;在情感、态度、价值观部分, 可以加入与所学知识相关的生物学阅读内容, 来提升学生祖国、家乡的热爱, 对人与自然和谐发展的意义, 提高环境保护意识等。

2. 突破教学中的重、难点。

在教学中教学重、难点是重要的、难懂的概念、规律, 一直是部分学生学习的严重障碍, 影响了他们学习的兴趣和进取精神, 在教学中如何突破重、难点, 需要老师平时注意培养这方面的能力。对重、难点的理解, 不能局限在书本上, 要把书吃透, 把书中的话拓开, 把抽象的东西用练习具体化, 在练习过程中加深理解, 又在具体的练习中通过总结、归纳升华, 从而做到对重、难知识点的全面认识和细致分析。

3. 教学实施过程中突出生物学阅读内容。

教学实施中, 对于可以让学生当堂完成的阅读内容, 正确引导学生找出与所学内容的相关性、促进点;不能当堂完成的生物学阅读部分, 不能只让学生课下一读了事, 而是引导学生找出与所学内容的相关性, 布置阅读后要解决的问题, 从而促进对知识的学习, 进而提高学生的生物学科素养。

对于生物学相关知识的阅读, 要从思想上重视起来, 才能促进对生物学知识的学习, 提高学生的生物学科素养。

生物药物学 篇2

【摘要】与传统荧光材料相比较，稀土上转换材料充分利用近红外激光器，几乎没有任何荧光背景，穿透性能更为优良，对于生物组织损害程度较低，是现在生物医学研究中的热点材料。

与此同时，稀土上转换材料还拥有良好的光化学特性，使用寿命较长，并且对于生物兼容性良好等等优势，能够推动检测及治疗技术的研发。

本文主要对于稀土上转换纳米材料在生物医学上面的应用进行研究，探索稀土上转换纳米材料在应用上面所存在遌问题，进而提出针对性意见。

【关键词】稀土上转换;生物监测;生物成像;疾病治疗;生物医学

0前言生物医学是生物学与医学理论知识与技能相互影响之后形成的学科，主要是通过应用生物学有关技术解决生命科学及医学方面所存在的问题。

生物医学能够让人们对于生命成长过程及活动规律更加了解，进而发现疾病发生与发展过程，这样能够为疾病治疗提供新的方向。

在生物医学研究中，在对于生命现象研究中经常使用化学探针，其中荧光材料是常见化学探针。

但是传统荧光材料具有一定缺陷，对于生命体具有一定损害。

稀土上转换材料是一种新型材料，对于生命体损害较小，并且还能够多重标记，使用寿命较长，是生物医学研究中的理想性材料。

1生物监测领域内的应用

1.1基于稀土上转换纳米材料的检测

稀土上转换材料光源是由近红外光激光器发出，能够降低检测对于细胞或者是组织的敢要。

在科研人员第一次制备出上转换荧光材料，并且在前列腺组织检测中应用功能，之后上转换纳米材料开始逐渐被广泛应用到生物检测中。

在，陈学元课题小组提出了一种新型上转换生物检测方式，利用将Yb与Er结合在上转换纳米颗粒中，对于抗生物素蛋白与肿瘤进行检测。

多功能酶标仪能够发现上转换纳米颗粒所发射出来的信号，对于生物分子浓度进行量化分析。

本文在对于稀土上环环纳米材料研究中，结合核酸适配体，通过潜在指纹检测方式，利用水热法合成，让上转换纳米材料表面拥有一层油酸，

油酸不仅仅能够承担起活性剂的功能，还能够让让聚丙烯酸转移到纳米颗粒上面，进而得到的上转换纳米颗粒不仅仅能够溶解在水中，还能够通过据活性分子与溶菌酶核算相匹配。

核酸在对适配体高效结合中，能够在近红外光器下发出可见光源，所呈现出的指纹图像能够在微焦镜头下被记录下来，这种潜指纹检测方式不仅仅能够对于不同人指纹进行检测，还能够对不同状态下人指纹检测。

潜指纹内不仅仅具有自身所遗留下来的分泌物，还具有一定化学物质，能够高效应用在刑事侦查上面[1]。

1.2基于荧光共振能量转移的检测

蜜蜂生物学概述 篇3

1 蜜蜂的种类

蜜蜂属于节肢动物门、昆虫纲、膜翅目、细腰亚目、蜜蜂总科、蜜蜂科、蜜蜂亚科、蜜蜂属。因分类方法不同，蜜蜂可分为6个种，即大蜜蜂（如排蜂和岩蜂）、小蜜蜂、黑色大蜜蜂、黑色小蜜蜂、西方蜜蜂和东方蜜蜂。前四种为野生蜂种，分布于南非、东南亚和我国海南、广西和云南等省区，其中大蜜蜂和小蜜蜂表现为原始的生活特点，生活在暴露的单一巢脾上，染色体数目仅为西方蜜蜂的半数（只有8对）。东方蜜蜂和西方蜜蜂是目前家养的主要蜂种。东方蜜蜂分布区域由南到北个体逐渐增大，体色由黄变黑，可分为印度亚种、日本亚种、喜马拉雅亚种和中华蜜蜂亚种。其中中华蜜蜂是我国饲养的主要东方蜜蜂。云南农业大学东方蜜蜂研究所对中国东方蜜蜂的形态特征进行研究，分为4类。西方蜜蜂通常分为3个类群，即欧洲蜜蜂、中东蜜蜂和非洲蜜蜂。其中又以意大利蜜蜂、卡尼鄂拉蜜蜂、欧洲黑蜂和高加索蜂是最具经济价值的蜂种。意大利蜜蜂是我国饲养的主要西方蜜蜂。

2 蜂群的组织

蜜蜂营群体生活，蜂群由一只蜂王，数百只雄峰和数千至数万只工蜂组成。蜂王是发育完全的雌性蜂，其职能是产卵。工蜂是生殖器官发育不完全的雌性蜂，负责多项职能，如哺育幼虫、饲喂蜂王和雄蜂，酿制蜂蜜，分泌蜂蜡、修筑巢房，守卫和采集等活动。雄峰是蜂群中的雄性个体，惟一的职能就是与蜂王交尾。蜂群内3种类型的蜂，分工合作，共同维持群体生活。

在自然交替情况下，一个蜂群可能出现母女双王短时间同巢现象。一般情况下，群内只有一只蜂王，这是蜜蜂生物学中的一条基本规律。但是，据报道：采用一定的技术手段，成功的组建多只蜂王在同一产卵区自由活动、正常产卵的多王群，并且实现了多王同巢越冬。实验数据显示：多王群的蜂王产卵量为单蜂王产卵量的222.94%和367.07%。这一成果被视为蜜蜂生物学理论研究的重大突破，同时在养蜂生产应用中也具重要意义。此项技术最大的优点就是在大蜜源到来之前能够将蜂群迅速养成强群，以夺取蜂产品的高产；也为生产蜂王浆时带来大量日龄一致的小幼虫，方便移虫，为提高蜂王浆的生产效率提供了有利条件。此项技术的核心在于所谓的生物诱导和环境诱导。生物诱导就是通过人为手段消弱或改变蜂王打斗行为能力：在蜂王的选择上，宜选择在大群中产卵达6个月以上的蜂王组建多王群，此时蜂王“母性”好，“咬斗性”相对减弱；其次用小剪刀或指甲钳剪掉蜂王两侧上颚的1/3~1/2，使其丧失打斗的能力，然后将其放入原群饲养几天或直接放入幼蜂中组建多王群。环境诱导即协调蜂箱内外的环境，是组建多王群成功的又一关键。蜂箱外环境是指组建多王群时一定要选择外界蜂粉源丰富和气候温和的季节，大蜜粉源到来，其花香味成为蜂巢内的主导群味，使来自不同蜂王的信息素易于混合；在气候温和的季节组建多王群，此时蜂群处于强盛阶段，容易组建成功。蜂箱内环境是指选择在幼龄工蜂中组建多王群，因为幼龄工蜂的防卫能力弱，对蜂王信息素的敏感性差，容易同时接受多王的信息素。

3 蜜蜂的生活习性

3.1 蜂王的生活习性

蜂王是蜂群中所有成员的母亲，它的个体相对最大，比工蜂约长1/3。蜂王腹部末端有螫针，在2只蜂王相斗时才用。蜂王的寿命可达4~5年，是工蜂寿命的100倍以上。蜂王一般在试飞、交尾和分蜂时出巢，其余时间均在巢内，在交尾后的2～3 d即可产卵；当年的新蜂王产卵力强，以后产卵力减弱，生产中需每年更换蜂王。

3.2 雄蜂的生活习性

雄蜂是蜂群中个体介于蜂王和工蜂之间的类型，一般在繁殖季节出现多，身体粗壮，翅长，飞行能力强。一般中午时出巢，寻找女王蜂交尾，交尾后不久便死。雄蜂的食量大，工蜂根据繁殖的需要和巢内食物的多寡来决定雄蜂去留。

3.3 工蜂的形态及生活习性

3.3.1 工蜂的形态特征

工蜂身体最小，头部有一对膝状触角，具有触觉和嗅觉作用。头部有复眼一对，有视觉作用；单眼3个，只有感光作用。工蜂有咀嚼式口器，上鄂发达，适于咀嚼花粉；下鄂、舌和下唇都延长并合拢成管状，适于吸吮花蜜。胸部有2对膜翅，有3对足，第三对足上有花粉刷和花粉筐。体表密被细毛，便于黏附植物的花粉。工蜂腹部末端有蛰刺，与毒囊连在一起，一受到惊扰就用螫针刺敌并注入毒液于敌害的身体里，工蜂随后便死。

3.3.2 工蜂的行为特征

工蜂的行为非常复杂，具有复杂的信息交流方式，看似严密的社会分工体系和令人惊叹的建筑才能等。

（1） 工蜂的信息交流方式——舞蹈。

斯培次纳是第一个唤起人们对蜜蜂传递信息注意的人，他叙述了蜜蜂舞蹈是一种传达流蜜的量以及花蜜来源地点的方法，但没有引起人们的重视。直到1920年冯·佛烈希出版了《关于蜜蜂的“语言”》一书，书中更详细的描述了蜜蜂的舞蹈之后，随后许多研究人员也进行了同样的试验，得到了相同的结果。由于冯·佛烈希研究贡献，他获得了1973年的诺贝尔奖，他也是迄今为止蜜蜂生物学研究领域里惟一获此奖项的科学家。

（2） 工蜂的行为变化。

蜂巢内外行为转变及其机制。作者在养殖蜜蜂实践中认识到蜜蜂所具有的分工行为并非蜂王“指挥”的结果。最新研究显示，影响工蜂由巢内活动转向巢外活动的因素有如下几个方面。① 据蜜蜂基因组研究，科学家们发现采集基因是工蜂采集行为转变的遗传因素。在工蜂行为转变时大脑中for基因表达增多，采集蜂for基因的转录水平高于哺育工蜂，而且for等位基因的不同易引起采集行为的差异；同时，外界环境和蜂群对采集工蜂的需求也刺激for基因的表达。即外界大流蜜时，巢内哺育工蜂会提前参加采集活动；当巢内卵虫多而哺育蜂不足时，采集蜂也会转向巢内进行哺育活动。受for基因调控，采集工蜂有趋光性，这就解释了为什么幼年工蜂只能在黑暗的巢内进行着无规律的活动，而成年工蜂的采集行为则表现为昼出夜伏，很有规律。② 蜜蜂生理学研究发现保幼激素是工蜂行为转变的标志，在工蜂正常发育过程中，JH含量增多，采集行为提早发生。科学家们发现切除分泌JH的咽侧体可延缓采集行为的发生。

工蜂飞行能力的转变及其机制。有研究发现工蜂飞行能力的变化发生在2个不同阶段，即羽化后3~4 d及由巢内向巢外转变阶段，保幼激素影响工蜂飞行能力和代谢能力变化。有人实验证明切除分泌保幼激素的咽侧体的工蜂在第1次试飞时死亡率高于正常工蜂；飞行速度和飞行代谢水平低于正常工蜂。

耐热性的转变及其机制。飞行肌肉之所以能耐受温度的变化，部分是由于细胞中表达的热休克蛋白（Hsp）所致。实验表明：环境温度达43 ℃或49 ℃时，工蜂脑部和胸部的Hsp显著增多。目前Hsp与表达飞行行为的关系正在进一步研究中。

神经系统和感觉器官的转变及其机制。蜜蜂基因组研究表明神经肽操纵着蜜蜂行为的变化。在视觉方面，工蜂通过复眼感觉细胞中的不同视蛋白的表达辨别各种颜色。opsin水平因劳动分工不同而不同，采集蜂的含量高于哺育蜂。在嗅觉方面，基因组分析蜜蜂编码嗅觉感觉器的基因较多，可能与识别不同的生物素、家族信号、不同的花香有关。有人认为触角小叶构成嗅觉神经网状中心。

4 蜜蜂的发育和遗传

4.1 发育

蜜蜂是典型的社会性昆虫，它的发育要经历卵、幼虫、蛹、成虫4个时期，是完全变态昆虫。工蜂的发育期为21 d，雄蜂为24 d，蜂王为16 d。

4.2 蜜蜂遗传学

德国牧师养蜂家约翰尼斯·齐从于1845年首次发表了他的假说，认为雄蜂来源于未受精卵，而决定雌性的卵是受精的。此项发现标志着蜜蜂遗传学的起源。但是，蜜蜂遗传学的真正开始应从蜜蜂人工授精技术的发展之后算起。1927年，科学家经过30年的努力，最终取得了蜜蜂人工授精技术的成功，发展了蜜蜂交配控制和蜜蜂育种。

4.2.1 关于性位点假说

性位点假说认为，在蜜蜂的某条染色体上存在着一个决定性别的位点，称为性位点，性位点上的基因称为性基因。蜜蜂的性别就是由性等位基因的纯合或杂合来决定的：性等位基因杂合，则为雌蜂（蜂王和工蜂）；性等位基因纯合，则为雄蜂。

4.2.2 关于二倍体雄蜂问题

既然性等位基因纯合的受精卵孵化出来的小幼虫是二倍体雄性幼虫，那么为什么在蜂群中却没有二倍体雄蜂出现呢？原来是工蜂能够识别二倍体雄性小幼虫，在孵化后的几小时就被工蜂吃掉了，形成空房。用人工方法可以培育出二倍体雄蜂，但它们没有生育能力。在高度近亲交配的情况下，有一定比例的受精卵是纯合的，最高可达50%，即可形成50%的空房率。这给蜜蜂自交系的保存带来很大的麻烦，但是，这一难题已率先被我国蜜蜂育种家攻破。

4.2.3 关于蜜蜂的连锁遗传

连锁遗传与蜜蜂的某些性状的出现有一定的关系，如“白眼”突变、“黄绿眼”突变、“残翅”突变、无绒毛突变等。其中“黄绿眼”突变和“无毛”突变是连锁的，只要这只蜜蜂是黄绿眼，那么它就一定无绒毛。

5 蜜蜂全基因组破译简介

2006年10月26日，蜜蜂全基因组在英国《自然》杂志上发表了。有趣的是，1906年10月26日，德国养蜂家齐从在96岁高龄逝世，在100年以后，蜜蜂基因组的发表，使蜜蜂生物学研究进入了所谓“后基因组”时代。蜜蜂全基因组是继黑尾果绳、冈比亚蚊、家蚕和果绳之后第五种被破译的昆虫。这一重大项目由美国倍乐医学院完成，耗资800万美元，历时2年。由美国、澳大利亚、德国、巴西、瑞典、日本、比利时、新西兰、以色列、丹麦、英国、法国、斯洛伐克、加拿大等14个国家90个科研机构的180多名科学家组成的蜜蜂基因组测序联盟（HGSC）发布了他们对西方蜜蜂基因组的测序结果和分析。蜜蜂的基因数量只相当于人类的约1/10。科学家们分析了蜜蜂16对染色体包含的基因，初步发现10 157个基因，比果绳和蚊子的基因总数少30%左右；基因组全长236 Mb，即2.36亿个碱基；大约有26Mb的序列未被克隆和测序。HGSC采用全基因组鸟枪法及BAC克隆法测序，基因组DNA测序的素材来自一群近交纯种蜂王的单倍体雄蜂。

6 蜜蜂转基因研究介绍

动物转基因技术在探讨基因功能、基因治疗、发育调控、动物遗传改良、生物制药、建立疾病动物模型、器官移植等领域都有广泛的应用，因此促进转基因技术的不断发展。蜜蜂是具有悠久的饲养历史和重大应用价值的模式昆虫，但其转基因研究却相对滞后。蜜蜂转基因研究目前尚无成功的报道，原因是工蜂的清巢行为和雌蜂的级型分化增加了蜜蜂转基因研究的难度，但人们进行蜜蜂转基因研究的步伐却没有停止。目前使用的动物转基因技术包括显微注射法、精子载体法、电击法、基因打靶技术等。将外源目的基因通过上述方法导入到受体（卵或幼虫）细胞时，会产生一种特殊的气味或使受体细胞受损，这也是工蜂清理巢房时被清理的对象，使得蜜蜂转基因研究遇到了阻碍。再者，蜜蜂的雌性蜂都是由受精卵发育而成的，因为营养和巢房体积的不同而发育成蜂王和工蜂二种级型，如果经过转基因技术处理的受精卵发育成蜂王还好，若发育成工蜂也意味着失败，因为工蜂只能产未受精卵，将来发育成雄蜂，整合到工蜂身上的转基因遗传信息只能传递在子一代雄蜂身上，以后便丢失了。由于蜜蜂转基因研究存在上述难点，科学家们目前正采用精子介导配套人工授精技术和蜜蜂卵或幼虫的转基因操作与蜜蜂人工孵化技术相结合，这两种方法能跳过上述障碍，但是转基因操作是否会影响幼虫正常发育目前还无从知晓。

7 结语

随着蜜蜂全基因组的成功破译和蜜蜂转基因技术研究的深入，我们相信蜜蜂生物学研究对人类会带来很多益处，例如：蜂巢内的高温高湿及高密度，是助长疾病的温床，虽然蜜蜂有不少病害，但仍顽强的生存着，说明蜜蜂有不少抵抗病菌的机制，这对人类抵抗疾病肯定会有所启示；蜜蜂的蜂毒已证明可以治疗人类的癌症；蜜蜂是高度社会化的群体，有着复杂的信息交流体系，若对其行为进一步研究，可以帮助人类掌握治疗“自闭症”的方法；蜜蜂还可以成为很好的生物探测器；同是受精卵发育成的蜂王和工蜂，他们有着相同的遗传基础，但蜂王的寿命是工蜂的100倍以上，这对研究人类的老化和长寿的机制很有帮助。蜜蜂与人类存在着许多共同点，如劳动分工、通信系统、防御系统、精妙的建筑及为了共同利益自我牺牲的精神等。因此，研究蜜蜂生物学也是为了更加深入地研究我们人类自身的生物学。

参考文献：

［1］ 糜佳霖，谭垦.中国东方蜜蜂分类研究结果和进展［J］.中国蜂业，2007，58（7）：13～14.

［2］ [美]达旦父子公司编，陈剑星等译.蜂箱与蜜蜂［M］.北京：农业出版社.1981：15，143~145.

［3］ 胡福良，金水华，郑火青等.意大利蜂多王群的组建及蜂王产卵力的观察[J].昆虫学报，2005，48（3）：465～468.

生物药物学 篇4

关键词：转化生长因子α,saporin,纤维母细胞生长因子,平滑肌细胞,再狭窄

Saporin是从植物皂草种子中提取出来的一种半毒素, 它可通过抑制蛋白质合成中伸展因子2 (EF2) 与核糖体60S亚单位的联结而导致细胞死亡。但动物细胞无这种植物蛋白的联结受体, 故在细胞外, 对细胞膜完整的真核生物细胞Saporin并不具明显的毒性作用[1]。本实验拟通过SPDP化学联结的方法, 将生长因子TGFα (即transforming growth factorsα, 转化生长因子α) 和植物毒素蛋白Saporin (即SAP) 进行联结合成了新型的生长因子导向药物—TGFα-SAP, 并通过实验证实联结后的TGFα-SAP较Saporin具有明显增强的细胞毒性。由于增殖平滑肌细胞具有明显上调的TGFα受体EGFR, 故实验将观察Saporin和TGFα-SAP对增殖平滑肌细胞的不同细胞毒性作用。

1 材料与方法

1.1 材料

TGFα和Saporin从Sigma试剂公司购得, 其它常用生化试剂均为进口或国产分析纯。氚标胸腺嘧啶核苷 (3H-TdR) 和氚标亮氨酸 (3H-leucine) 为中国原子能科学研究院产品 (3H-leucine和3H-TdR放射性比活度均为28Ci/mmo1) 。DMEM培养基 (Gibco) , 牛血清 (BCS, 四季青公司) ;放免测定采用3H-TdR液体闪烁计数仪 (LKB1209, RACKBETA) 。新西兰大白兔, 由南华大学医学实验动物中心提供。

1.2 方法

1.2.1 TGFα与Saporin的联结与提纯

TGFα和Saporin分别从GIBCO和Sigma试剂公司购得。先取400μgTGFα以磷酸缓冲液溶解加入交联剂SPDP (1mg/mL) 乙醇溶液0.1mL孵育30min后用 (4000Da) 分子筛离心洗脱浓缩, 然后再取Saporin 1mg以1mL磷酸缓冲液溶解后加入交联剂SPDP乙醇溶液 (1mg/mL) 0.1mL孵育30min后用0.5mLEppendorf离心过滤管 (4000Da) 以13000g/min离心洗脱多余的交联剂SPDP后浓缩, 再加入DTT (二硫苏糖醇, 50mmol/L) 15μL, 室温下不断搅拌持续反应30min, 再用0.5mLEppendorf离心过滤管 (4000Da) 以13000g/min离心洗脱浓缩, 然后加入TGFα-PDP, 4℃孵育36h, 并不住轻摇, 最后将反应混合物 (含TGFα-SAP及少量残余的Saporin) 以等量0.2mol/L的赖氨酸中止反应, 用0.2mmol/L半胱氨酸室温下处理6h后, 用4mLEppendorf离心过滤管 (10000Da) 以6000g离心洗脱浓缩后, -30℃保存备用。以考马斯亮兰蛋白定量法测定联结终产物的蛋白含量。

1.2.2 SDS-PAGE电泳

取配制的分离胶约3.7mL加入夹层玻璃板中, 小心加入去离子水0.5mL覆盖胶表面, 室温聚合30min;除去水层后加入浓缩胶约1.5mL, 插入样品梳。待胶聚合后取出梳子, 并注意排气泡。电泳时取联结的TGFα-SAP样品20μL (约45μg/mL) , 加样品缓冲液20μL, 100℃煮沸5min, 每孔上样20μL。电压180V下电泳, 45min。取出分离胶, 用染色液10mL, 25℃旋转振摇60rpm, 30min, 弃染色液, 加脱色液10mL, 同样振摇30rnin, 重复脱色一次。脱色后的分离胶置凝胶成像分析仪摄像, 对特异性条带照相。

1.2.3 细胞毒性试验

兔SMCs的原代培养采用ChamLey-Lampbell的酶消化方法[2]。传代平滑肌细胞重悬后计数, 调整细胞密度为1ı105个/mL, 接种于96孔培养板 (直径6.4mm) , 以含10%胎牛血清DMEM培养液培养24h, 使细胞生长进入增殖期, 然后换成含TGFα-SAP (10-7mol/L) 、SAP (10-3mol/L) 及空白的10%胎牛血清DMEM培养液100μL, 共分3组, 每组种植20孔, 于24h后收样计算细胞数, 每孔计算3次。

1.2.4 TGFα-SAP受体结合的竞争抑制实验

选用生长良好的第3代至第4代SMCs悬液接种于96孔培养板, 共分3组。TGFα-SAP组加有TGFα-SAP的DMEM培养液 (含10%胎牛血清) , 培养液中TGFα-SAP终浓度为10-9mol/L, TGFα抑制组在以上处理下另加入TGFα, 使终浓度高出TGFα-SAP浓度100倍 (10-7mol/L) , 并以只含胎牛血清的一组作为阴性对照组, 培养48h后加入3H-TdR使终浓度为1uCi/mL, 继续培养48h后液体闪烁计数仪上测定细胞3H-TdR放射活度。

1.2.5 统计学处理

结果以±S表示, 两组资料之间的比较采用Student's t检验。P<0.05有显著性意义。

2 结果

2.1 TGFα与Saporin的联结与提纯

反应后混合物用Eppendorf离心过滤管进行了初步提纯, 提纯后分子量低于10000Da的杂质少于5%～10%, 而我们所需要的TGFα-SAP (35000Da) 和少量未反应的残余Saporin (30000Da) 获得率可达90%～95%。经蛋白定量测定得到TGFα-SAP联结物的蛋白浓度为44.7μg/mL, 反应后的TGFα-SAP联结物中仍含有少量的残余Saporin, 但为了在以后研究中表达方便, 我们即近似地将这一浓度作为TGFα-SAP的浓度。

2.2 SDS-PAGE电泳结果

SDS-PAGE电泳后, 凝胶用考马斯亮蓝R-250染色, 经凝胶成像分析仪中对特异性条带照相分析, 结果显示:反应后经初步提纯的蛋白中主要是分子量>30000Da的TGFα-SAP和残余Saporin, 而其它小分子杂质含量很少。

2.3 TGFα-SAP对增殖平滑肌细胞的生长的影响

结果显示:TGFα-SAP组、SAP组和空白对照组经细胞计数分别为1.64×106、3.27×106、3.64×106个/mL。TGFα-SAP组和SAP组平滑肌细胞增殖率分别是对照组的45.1%和89.7%。这表明TGFα-SAP (10-7mol/L) 具有明显增强的细胞毒型作用, 与更高浓度的SAP (10-3mol/L) 组相比, 两组之间差异有统计学意义 (P<0.05) 。

2.4 TGFα-SAP受体结合的竞争抑制实验

结果显示:TGFα-SAP对培养的SMCs 3H-TdR掺入量有明显抑制作用, 与对照组比较3H-TdR掺入量降低了39.14% (P=0.0017) , 而当加入TGFα后, TGFα-SAP抑制SMCs DNA合成的作用即明显减弱, 与阴性对照组比较3H-TdR掺入量已无显著性差异 (P=0.229) 。

3 讨论

国外已有人通过FGF、EGF等联结白喉毒素片段、假单孢菌属外毒素 (PE) 或蓖麻毒素A等半毒素去抑制增殖平滑肌细胞、防止再狭窄, 其结果令人鼓舞, 但实验仍存在细胞毒性作用特异性不够强, 全身毒副作用较大及远期效果不理想等问题[1,4]。本实验中我们采用SPDP化学联结的方法, 利用TGFα作为导向因子联结了一种新的细胞毒素Saporin合成了TGFα-SAP。本实验采用的化学联结的方法是利用细胞毒素本身所有的或通过化学偶合剂引入的自由疏基与同样存在自由疏基的生长因子以二硫键相联结。这种联结方法比较简单, 形成的联结物特异性也较高, 但分子间仍可能出现1:1、1:2或2:1的联结, 甚至出现其它一些低聚合物。而这些联结物都有类似的特异细胞毒作用[5]。

Saporin是一种新型半毒素植物蛋白多肽, 可抑制蛋白质合成中伸展因子2 (EF2) 与核糖体60S亚单位的联结而导致细胞死亡。因包括人在内的动物细胞无这种植物蛋白的联结受体, 故在细胞外对完整的真核生物细胞不具毒性。而利用SPDP化学联结的方法, TGFα与毒素蛋白Saporin联结后可不影响其与受体结合的特性, 故联结后的TGFα-SAP即能以TGFα为导向因子, 通过EGF受体将Saporin特异性地转运到表型改变的平滑肌细胞内, 特异性地杀死表型转化后不断增殖的平滑肌细胞。本实验将传代平滑肌细胞诱导进入增殖期建立表型转化的平滑肌细胞的模型, 并发现:TGFα-SAP可明显抑制增殖平滑肌细胞的生长, 细胞增殖抑制率达到了近50%, 而Saporin由于必须在细胞内活化后才具备Saporin的细胞毒性, 故在浓度高出10000倍时, Saporin对平滑肌细胞的增殖也未表现出类似的明显抑制作用, 说明Saporin本身在细胞外表现出的细胞毒性作用很弱, 而TGFα-SAP由于可通过导向因子TGFα与EGF受体结合而转运到胞浆内, 故表现出与Saporin相比明显增强的细胞毒作用。而TGFα-SAP抑制SMCs的DNA合成是通过TGFα介导的, 而由于TGFα可与TGFα-SAP竞争细胞表面的受体, 故实验发现在加入TGFα-SAP再加入过量的TGFα能明显抑制TGFα-SAP对增殖的SMCs的细胞毒性作用。

本实验在国内外首次以SPDP方法联结合成了生物导向药物TGFα-SAP, 同时也证实联结后的TGFα-SAP可通过TGFα介导从而具有了较Saporin明显增强的细胞毒性作用。

参考文献

[1]Kaur S, Junek A, Black MA, et al.Effects of ibotenate and 192IgG-saporin lesions of the nucleus basalis magnocellularis/substantiainnominata on spontaneous sleep and wake states and on recovery sleepafter sleep deprivation in rats[J].J Neurosci, 2008, 28 (2) :491-504.

[2]Chamley JH, Campbell GR, McConnell JD, et al.Comparison ofvascular smooth muscle cells from adult human, monkey andrabbit in primary culture and in subculture[J].Cell Tissue Res (United States) , 1977, 177 (4) :503-522.

[3]Pastore CJ, Isner JM, Bacha PA, et al.Epidermal growth factorreceptor-targeted cytotoxin inhibits neointimal hyperplasia invivo[J].Circ Res, 1995, 77 (3) :519-529.

[4]Nilsson P, Bergquist N R, Grundy M S.Atechnique for preparing defined conjugates of horseradish peroxidase andimmunoglobulin Jour nal of Immunological Methods[J].JImmunol Methods, 1981, 41 (1) :81-93.

生物学教案 篇5

试讲人：刘伟

小池塘 大世界

引入新课，讨论什么是生态系统。

为了进一步了解生物与环境的相互关系，请学生看教材P.151[看一看，想一想]，根据教材的要求，考虑以下几个问题并进行讨论。

(1)这些生物各有什么特点？(2)这些生物之间是否有关系？

(3)在这个环境中，生物要生存，还需要哪些条件？

(4)在小麦成熟时，为了防止鸟吃小麦的种子，对这些田地加网，会出现什么新的问题？ 小结：从讨论的结果可以看到，一个环境中有各种生物。各种生物之间有着一定的关系。一些生物在自然界中是相互制约的。除此之外，生物要生存下去，环境中还要满足生物所需要的各种非生物因素。所以，生物与环境是一个不可分割的整体。

生态系统的概念：我们将在一定地域中，生物之间、生物与无机环境之间相互作用而形成的一个整体，称为生态系统。

根据地域不同，生态系统可以分为各种类型，如草原生态系统、森林生态系统、农田生态系统、湖泊生态系统，等等。

1．关于“生态系统的组成”：

讨论：(1)各小组介绍本小组在校园观察时看到的生物。教师可以将学生看到的生物根据其营养方式写在黑板上。

(2)校园中这些生物的营养方式是否相同？若不同，说明各类生物的特点。

(3)以校园为一定的地域，在校园这个生态系统中，各类生物发挥的作用是否相同？若不同，各类生物各具有什么作用？

植物可以通过光合作用制造有机物，在生态系统中被称为生产者。各类动物不能将无机物合成有机物，只能吃现成的，因此称为消费者。细菌、真菌能把动物、植物的遗体分解成无机物，所以叫做分解者。

讨论中，学生可能会提到蚯蚓这种动物，蚯蚓是属于消费者还是分解者，理由是什么。(4)有了生产者、消费者、分解者等生物，是不是可以构成一个完整的生态系统？还缺少什么因素？

(5)分析教材P.152图V－15“湖泊生态系统”、P.153图V－17“森林生态系统”有哪些成分组成。小学六年级下册关于小池塘大世界的生物学教案

试讲人：刘伟

生态系统中各种成分可以用P.153图V－16表示。小结：生态系统的成分应该包括 2．“食物链与食物网”：

在生态系统中生产者与消费者之间存在着吃与被吃的关系，请学生将P.151图中各种生物之间的关系用箭头表示出来。如：

植物→昆虫→食虫鸟→鹰 植物→吃草籽的鸟→鹰 植物→兔→鹰

小结：生产者与消费者之间这种关系，叫做“食物链”。

一个生态系统中，有许多条食物链，这些食物链之间往往相互关联，形成网状联系，称为“食物网”。如P.153图V－17森林生态系统中各种生物之间的相互关系。

提问：人类在生态系统中也占有一定位置。根据我们知道的人类的生物学特点，人类在生态系统中扮演的是什么角色？

3．关于“生态平衡”内容的教学：

教师可以利用以上的食物链中几种生物的数量的变化来介绍生态平衡的概念。如食物链：植物→昆虫→食虫鸟→鹰，可以向学生提出这样几个问题：

(1)这条食物链中的各种生物的相对数量关系如何？为什么？从总体的量上看，植物多于草食动物，草食动物多于肉食动物。

(2)如果有人大量捕杀鹰，食物链中的其它生物的数量会发生什么变化？若大量捕杀食虫鸟，食物链中的其它生物的数量会不会发生变化？为什么？

(3)这几种生物是什么关系？

(4)P.153图V－17森林生态系统中，狐和蛇大量迁出，会不会影响该生态系统中其它生物的数量？为什么？

小结：生态平衡的概念：在生态系统发展的过程中，各种生物的数量是在不断变化的。生物的生与死，迁入与迁出都会影响生物数量的变化。但是生态系统发展到一定的阶段，生态系统中各种生物的数量和所占的比例维持在相对稳定的状态，这种现象称为生态平衡。

读书P.154～155，讨论：(1)这个故事告诉我们什么？(2)这种平衡关系会不会被破坏？

结合录像说明生态平衡被破坏后对环境的影响，特别是人类在生活与生产过程中造成的小学六年级下册关于小池塘大世界的生物学教案

试讲人：刘伟

生态平衡的破坏。一旦生态平衡被破坏，即生物之间的相对稳定的关系被破坏，生物与无机环境之间的关系被破坏，就会带来不良后果，生活在该生态系统的各种生物以及人类自己将失去赖以生存的环境。

提问：人类在与自然界的交往中应该注意些什么呢？

自杀的生物学因素 篇6

2006年10月15日在美国佐治亚州召开的美国神经科学协会年会上，一些研究人员公布的研究结果表明，自杀的人显示其大脑中有明显的变化，这种变化是独立于他们所患的其他精神疾病，也就是说自杀并非是其他精神疾病的结果，而是自身的结果。

长期以来，对自杀存在着一种解释，认为是其他精神病症引起患者自杀，典型的是抑郁。比如，一些人处于抑郁状态，然后越来越抑郁，到最后无法控制自己时，就结束自己的生命。

但是，纽约的布朗克斯退伍军人事务医学中心的研究人员史蒂拉·德拉切娃进行的研究有可能改变这种抑郁诱发自杀的解释。德拉切娃和其同事查验了22名自杀死亡者和82名其他原因死亡者的大脑中血清素的细胞表面受体。众所周知，血清素与抑郁相联。而德拉切娃等人检测的血清素是一种独特的5羟色胺受体形式，称为5-HT2C，而5羟色胺受体有24种不同的类型。

德拉切娃等人发现，在大脑的高级功能区，如进行思维的一个区域，自杀者的背外侧前额叶区出现了高水平的5羟色胺受体，不论自杀者是否患其他精神疾病，还是根本就没有精神疾病。尽管大多数自杀者也同时患有其他一些精神疾病，如双相性疾病——抑郁或精神分裂症，但是也有少量的自杀者仅仅只感到有压力。

当然，德拉切娃等人坦承尚不能确定大脑中的这种变化是自杀的诱因，抑或是自杀的结果，但他们的研究提示一些处于高危自杀的人是由于其大脑结构或化学物质产生了变化。

而纽约州立精神病学研究所的米赫兰·巴卡里安进行的研究却是另一种结果。巴卡里安在自己的一项研究中发现，自杀者大脑的参与控制攻击性和其他情绪的区域——颞叶前部的杏仁核较之其他原因死亡者有较低密度的血清素受体。对此结果，巴卡里安的解释是，大脑中的这种差异很有可能原因在于大脑攻击性系统的改变。精神病学的一些研究也发现，富于攻击性与自杀相联。这也可能是处置自己生命的人不能够支配指向自己的攻击性冲动。

虽然不能完全解释自己研究的结果，巴卡里安也认为，精神病学家应当更多地了解这些结果，而且要对其他精神疾病诱发自杀加以验证，因为这种说法尚未得到生物医学和精神病学研究的完全证实。

德拉切娃等人表示，除了上面对人的研究外，对动物的研究资料也表明，选择性5羟色胺重吸收抑制剂能增加血清素受体的数量，而这种受体现在证明与自杀相联。这就可能解释为何少数病人一旦服用选择性5羟色胺重吸收抑制剂更可能自杀，因为增加了大脑中5羟色胺受体的数量。但是，选择性5羟色胺重吸收抑制剂是一种能增加血清素水平的普通的抗抑郁剂。为何少数人使用它增加了大脑中5羟色胺受体的数量会导致自杀，这需要更多的研究来进一步阐明。

生物药物学 篇7

一新教材结构体系中的STS理念

1. 新教材章节内容体系的构建

苏教版新教材章节内容主要由观察、实验、探究、实习、调查等活动组成, 构建了解决问题、知识背景和辅助内容3个模块, 比较深入地阐释了建构主义的观点, 可使教师成功运用到教育教学实践中去, 做到STS理念和生物学知识的统一。

第一, 通过和实际生活联系紧密的问题解决模块, 培养学生自主探究的能力。探究活动是STS教学观念的一个重要组成部分。让学生体验科学探究所经历的过程, 从而进一步培养学生的科学态度、精神和动手能力。

第二, 通过概念模块培养学生丰富的生产生活知识背景, 对学生自主性学习活动给予支撑。所以“本章重要概念”、“本节目标”、粗体部分 (新版给重要概念加上粗体) 和正文共同构成教材的主体。这样的设计克服了过去教材在直接呈现答案、限制学生思考等方面的缺陷, 培养了学生的主动学习能力, 有利于促进学生的自学和对学习活动的反思。

第三, 通过辅助模块, 实现和社会生产生活实际知识的延伸。由“本章题头图”、“本节题头图”、“课外探究”、“课外阅读”等栏目组成, 具有进一步开拓拓宽视野、激发学习兴趣、满足不同需要、更好认识生物学等作用。

2. 新教材章节编排与STS理念

第一, 新教材章节编排概述。苏教版新教材共分有4册10个单元26章, 围绕“人与生物圈”这个重点进行编排。

第二, 新教材章节编排与STS理念的衔接。结合STS理念中的第二个“S” (社会) , 以“人与生物圈”为主线来编纂章节, 以“人—生物—环境”角度来突出生物与环境相互影响、相互制约、共同和谐发展的密切关系, 让青少年从内心确立起正确的价值观以及可持续的发展的态度, 包括: (1) 用大自然各种生物独特的美来感动学生, 欣赏生命, 爱护生命。 (2) 在获得生命健康的知识中, 养成良好的生活习惯, 树立积极健康的生活观。 (3) 通过设计亲历活动, 使学生体验、探究生命历程, 体会生命的来之不易。 (4) 学生在彼此的合作、交流中, 逐渐感悟和反思生命的意义和价值。

二新教材中的典型STS实例说明

1. 课堂教学案例

在“细胞核是遗传物质的中心”这一部分, 教材中先通过思考生命信息怎么传递, 然后提出为什么伞藻的移接体长出的帽是伞形而不是菊花形?学生在阅读正文后, 找到了答案——控制生物性状的遗传信息主要储存在细胞核中。

2. 课外阅读案例

新教材开辟了“课外阅读”、“课外探究”等新颖的栏目, 有助于学生加强对科学本质——为实际生产生活服务的理解, 了解了生物科学在各领域的应用及学科的最新进展。

3. 验教学案例

新教材在STS理念的引导下将过去的一些验证性实验改为了探究性实验, 完善了学生的动手能力, 而在“实验”这个栏目上, 从不同角度形成实验思路, 采用自学—分析—讨论—实验—结果等步骤组织教学, 意在让学生亲历思考和探究的过程, 培养创新操作能力, 领悟科学探究的方法。

三在教材内容的编写上引导教师实施STS教育

1. 探究法

通过这些问题的提出以及解决来激发学生求知的兴趣, 使他们积极主动地掌握知识, 并用所学知识来解决问题。

2. 讨论法

如八年级《遗传病和优生优育》中遗传病这个章节, 教材当中有如下几个问题:什么叫近亲结婚?近亲结婚有哪些危害?为什么要禁止近亲结婚?让学生展开充分的讨论。

3. 调查法

在讲授七年级下册教材关于“环境在恶化”时, 可带学生参观本地的化工厂、制药厂的污水排放情况, 或考察本地的河流、水域的污染情况等, 让学生去体会环保的重要性。

四结束语

苏教版初中生物教材在融入国内外优秀教材特点的同时, 力求体现新课程标准的基本理念, 并从生命教育的层面来深刻认识生物科学的本质, 突出自然、社会与生活之间的密切联系, 可以说是做到了有机的整合。

参考文献

生物药物学 篇8

就生物学定律存不存在而言,这意味着只有将生物学定律放置在相邻的数学、物理学、化学等相近的学科语境中进行语义分析,方能彰显这个问题原初具有的科学认识论价值。在这些相邻的学科语境中,每一学科代表着一个学科语境,而如何在这些各不相同的语境基底上对科学研究方法及观点进行展开、运用与选择,则构成了语境分析的视角。正因为如此,本文试图基于相邻学科语境下的真理或定律的探讨,着力揭示生物学定律是否存在的合理性因素,努力展现语境论科学方法论的本质特征,为深化当前的生物学哲学与语境论研究提供一些有意义的思路。

一数学语境中的生物学定律——从同语反复看

索伯(Elliot Sober)认为,当讨论生物学定律是否存在的时候,其关键之处并不在于首先要讨论定律是经验的抑或是先验的,而且进化过程受被称为先验为真的模式所支配。[4]例如,费歇尔关于自然选择的基础理论主张:在某一时段,种群中适应度的增长速率等于适应度的累积的遗传改变。这也就是说,这项基础理论转变成为了一项数学真理——在一定数目的种群中,适应度以费歇尔所确定的速率增加。而且,费歇尔的理论支配了种群的进化过程,如同牛顿定律支配粒子的运动轨迹一般。总之,费歇尔的理论及与其类似的理论是完全定性的,它不仅支持反事实的陈述,而且描述了因果关系与解释关系。换言之,由于进化过程受这些外在条件支配,所以在进化过程中存在生物学定律,例如费歇尔的理论。

在数学语境中,生物学定律除了以数学真理的形式出现,还会以同语反复的面目出现。二者的关系为:同语反复一定是数学真理,但数学真理未必是同语反复。达尔文意义上的自然选择理论在形式上看并不符合数学真理的标准,那么自然选择理论是同语反复吗?具体而言,可以运用历史语境分析方法来探讨自然选择理论。自然选择的原则是建立在与人工选择类比的正确性上,但大自然不是动物驯化者,没有预定的目的来调节生命的历史。在自然界,生存者所具备的特征必然被视为“比较进化的”。在人工选择中,优良的特征在驯化以前就已经被确立了。后来的进化论者认识到达尔文类比上的失败,并且重新将适应度定义为生存,但是他们已经动摇了达尔文自然选择理论的逻辑结构。大自然并没有提供适应度的独立标准,所以自然选择是同语反复。[5]在这里,自然确实调节了生命的历史,自然选择理论的历史语境作用便初步突显出来。

进一步,自然选择理论的历史语境还显著地体现在,自然选择理论是一个历史必然性的宣言,无法通过有效的实验和观察来给予验证。这个有趣的现象就是自然选择理论所谓的“历史性假说”。换言之,自然选择理论的同语反复现象出现的真正根源是其理论自身的“历史性假说”。因为达尔文进化论的基本思想是“进化以自然选择的方式进行的”,所以探讨进化论实质上就是分析自然选择理论。从另一个视角看,命题与同语反复具有内在的关联。命题是用某种语言以陈述性的句子表现出来的,它非真即假。命题构成同语反复的唯一事项。显然地,并非所有的命题都是同语反复,但是所有的同语反复都是命题。因此在对“物竞天择,适者生存”进行分析的时候,应当一开始考察这个理论是不是一个陈述性的语句。

首先,从逻辑的观点看。应当找到若干使得同语反复成为可能事件的因素。逻辑学家将这个词项用在一种特殊的、拥有简单的逻辑真理的类别上;其次,从语义学的观点看。自然选择理论中的“适者生存”可用如下的语句予以解释:在现今种群中所发现的特征之所以出现,是因为这些种群是由先代的种群繁衍下来的;而在先代的种群中,这些特征是在可获得的变异体中所能适应的。在此处,可以这样来理解这句话:(1)从这项陈述的形式逻辑来看。因为“现存的种群是由先代种群所繁衍下来的”这一陈述并不是一个逻辑真理,它不具有永真性,所以它并不是一个同语反复。(2)从这项陈述的意义来看。一个存在于某一种群中的并固定下来的特征能够稳定下来的原因并不唯一。(3)从驳斥创世论者的观点上看。创世论者认为,进化论由于无法被实验所证实,同时与经验相违背,所以它是一个同语反复。但是,创世论者的观点明显有断章取义之嫌,因为其观点并没有从本质上指明一个陈述不是同语反复的原因,而且其观点论及的内容也仅是进化论的一部分而非全部。(4)从理论的整体与部分的关系上看。自然选择理论在整体上而言确实包含了一个同语反复的现象,但是这并不意味着整个理论就是一个同语反复。总之,倘若从整体上来全盘考量,那么进化论(自然选择理论)是同语反复这一命题必然为假,进化论远非分析意义上的真理。

尽管使用数学真理中的视角看待生物学定律,将发现进化论始终无法逃脱同语反复的泥淖,然而同语反复对于生物学定律是否存在的探讨仍有很大的意义。这些意义主要体现在下述三个方面:首先,同语反复不会降低进化论的解释力。只有当学说被清楚地陈述之后,生物学家才会认识到这个原理具有的惊人的解释能力。其次,同语反复对生物学具有很大的策略上的启发作用。尽管生物学家通常认为生物学理论中的同语反复是数学的真理,理论的空洞的外在表现形式与自然中的经验无关,但是反过来看,自然选择理论的数学模型或同语反复却指出了生物学经验的某些可能性,而正是这些可能性为生物学家发现新的科学事实提供了很大的策略上的支持。第三,生物学理论中的同语反复现象出现的根本原因是没有处理好其中的历史语境之因素。只要有一个进化模型被谨慎地提出来,它通常演变成为一个数学而非经验的真理。然而,自然确实调节了生命的历史,自然选择理论本质上确实包含一个历史语境的因素。

二物理学语境中的生物学定律——从随附发生看

罗森伯格(Alexander Rosenberg)使用随附发生观点认为,除了自然选择理论这一个例外情形,生物学中并不存在定律。依据威廉姆斯的公理化主张,罗森伯格认为真正定律只有“自然选择理论”,这是基于下述理由:①每一代中的生物的数目存在一个最大值;②每个生物具有适应度数值;③更能适应的特征出现频率增加,较不能适应的特征出现频率降低;④种群显示出适应度之变化,除非其处于灭绝边缘。但是,此公理化存在两处缺陷:第一处:命题④是很可能为真,但是并未给出为何适应度改变的存在应当被视为一个定律的理由。第二处:若适应度意味着后代的期望数目,则命题③是错误的。而且,假如适应度意味着后代的实际数目,那么它也是错误的。这是因为,假如生物体不能够遗传或者存在打乱平衡的突变,更能产出后代的特征可能不会增加。[6]索伯指出产生这两处缺陷的原因是,威廉姆斯和罗森伯格没有指明“适应度”意指何物,同时他们认为诸如“自然选择理论是同语反复”之类的哲学问题可以将“适应度”视为未被定义的初始概念而获得解决。

除了属于威廉姆斯公理化的定律之外,在物理学上的生物学随附发生表明不存在生物定律,或者不可能发现应当存在的任何定律。大致说来,随附发生意味着决定发生。一方面,更高级的学科生物学描述了这些对象共同具有的特征,但是更低级的学科物理学却做不到。另一方面,凭借随附于更低级概括的“定律”特性,更高级的概括也是一个定律。容易看出,此论点确实暗示了应当存在生物学定律。换一个视角看,按照随附发生的观点,化学随附于物理学;但是化学定律存在并能被发现,那么为何在与化学相类似的生物学中却如此地不同呢?

这个疑问似乎可以通过论述存在着自然现象的复杂性而予以答复。首先,因为自然选择过程使得世界极为复杂,所以存在着实施相同功能的极多的物理结构。其次,因为自然选择为实施一个给定功能的特征而进行选择,并且自然选择与某结构进化做此事并无不同,我们应当期待在生物学中存在随附发生的基础。例如,选择导致被捕食生物能够逃避食肉动物。然而,允许被捕食生物如此行为的物理性质却极为不同。第三,进化过程使得生命如此复杂,以致生物现象不能用定律来概括。于是,生物学现在并且将来仍然是“工具式的”学科。

尽管自然选择造成了复杂性的存在,但如何界定这种复杂性显然是难以操作的。实际上,这种复杂性的论述无法告诉我们生物界到底有多么复杂,或者多么复杂以致要排除寻找定律。这也是说,能够确定这种复杂性的边界而不是度量它,是至关重要的。一方面,假如一个性质的多重实现使性质本身复杂,那么适应度就是复杂的。另一方面,假若一个性质的复杂性使我们不能发现关于此性质是定性的,是反事实条件句,并且是一种说明的概括,那么从适应度这个概念中将一无所获。毋庸置疑,这种生物界中的复杂性使我们无法认识关于适应度的任何定律,是很不充分的借口。

同理,尽管生物学随附发生于化学,但生物学解释是否随附发生于化学解释则是一个有争议的问题。一般说来,若性质X在性质Y上随附发生,则性质Y将无法解释性质X所能够解释的事物。这就意味着化学理论无法有效地解释生物学的某项解释。

三化学语境中的生物学定律——从本质主义看

众所周知,本质主义试图提供一个定义物种概念的新方案,但是生物学意义上的物种概念和本质主义的定义十分不同。[7]在对化学元素的基本理论与定律进行分析与解释中,本质主义的观点却是完全正确的。在化学研究的语境中,看待是否存在生物学定律这样的问题之际,从本质主义的视角来考查显得必要。

首先,本质主义是一个和其不清楚的陈述相互兼容的奇特理论。本质主义者认为,金的本质正是其原子序数。若由铅变金的过程存在诸多的阶段,铅在经历此过程中属于哪一个元素并不清晰。本质主义者认为,DNA的本质正是构成其组成的化学元素或者化学原子。但是,本质主义并不在乎化学元素如何组合成不同的DNA,而只在乎化学元素确实组合成不同的DNA。因此,对于每个概念而言,一个状态可以被描述而其中概念的运用是不确切的,然而本质主义可以忍受这种不精确。在倍比定律与查伽夫法则的比较之中,本质主义只关心倍比定律所表达的化学元素的本质是否坚固,以及查伽夫法则所表达的DNA的本质是否牢靠。

其次,本质主义者坚信,两个化学元素之所以同时为A,是因为这两个物种分享了某些内在的和解释性的性质,而正是这个性质定义了A是什么。在化学研究中,化学元素周期表可以表征元素不同的可能原子序数,这是因为,元素周期表的内容是从原子理论上推衍和计算的结果。因此,在对化学元素进行分析与解释中,本质主义的观点是完全正确的。这样一来,表达化学元素的基本关系的化学定律就确定无疑地存在了。但是,在生物学研究中,尽管DNA是分子生物学理论中的核心概念,但是由于不可能使用化学理论从原子水平上推算出不同DNA的各种组成,所以没有一整套的规律性很强的图表来表征所有不同的DNA。这意味着DNA的本质并不坚如磐石。于是,在表达DNA碱基比例关系这一基本的生物学规则时,查伽夫法则一定是十分重要的生物学理论,但它因此就被称为生物学定律,其理由就显得很不充分了。

第三,卡尔纳普认为,定义自然的基本规律为具有普遍形式的并且同时是真的陈述。物理学的基本规律不谈及任何特殊的空间位置和特殊的时间点,它们相对于空间和时间完全是普遍的,在每一个地方,在所有的时间都成立。这点若从本质主义观点看,则很容易理解:因为在所有的物理学理论之中均有一个永恒不变的本质存在。依此看来,倍比定律是一个基本的物理学定律、化学定律。然而,依据事实归纳法得到的查伽夫法则显然不属于卡尔纳普所论述的基本定律之列,它受到时空关系的限制,它只是描述了处于当前时期的、地球上的生命体的某些特性,即没有一个永恒不变的本质存在。

四权宜之计———多元主义语境下的生物学定律

当科学家考虑现象与原因之间关系的时候,他们声明现象具有原因的多元性,但这并不意味多元性对应着不存在科学定律,这表现在以下两个方面:其一,在物理学理论中,假设除了重力无其他外力作用,自由落体定律表明离地球表面的物体以固定加速度坠落,但是,对于此定律而言,“每一个伞兵构成了一项意外”,不是由于伞兵表明这项陈述是错误的,而是因为它违反了限定于定律先例的条件。再如,由于空气阻力不同,保龄球与羽毛朝向地球表面自由落体时,它们具有不同的运动轨迹。对羽毛而言,物理学家要我们成为多元主义者,重力与空气阻力都是羽毛运动轨迹的影响因素。其二,在物理学中,“牛顿传统”的主导观念在哲学中以理性的牛顿原理予以表达。牛顿主义者在最大程度上相信,必须尽可能地将自然结果归于同一类原因。

很明显,生物学中的理论多元主义与其科学理论的“牛顿传统”严重不合,多元主义者坚持结果可以有多个原因。[8]但是,由于生物学与物理学上的方法论并未转变,多元主义者可以是优秀的牛顿主义者。在生物学与物理学两类学科中,一元主义者本质上可以完全相容于实际接受的多元主义。更进一步讲,牛顿认为科学家应当,相比于更多的多元主义理论,尽可能地偏好更多的一元主义理论。这是因为科学知识的探求之结果看上去是一元主义理论的,但是科学发现的逻辑并不是如其结果彰显得那样,而应当是多元主义的。进而在生物学家看来,在自己切实而为的具体的科学实践活动中,他们很清楚其实并不存在生物学定律。但是,这个观点的最大缺陷是,仅仅揣测了生物学家对生物学定律的原初想法,并未认识到在定律普遍存在的其他的学科语境中这种做法的不真实性。

整体来看,多元主义语境下的生物学定律研究存在着明显的不足:多元主义只是流于表面形式的多元性,既没有综合地比较数理化学科中的生物学定律的观点,更没有透彻地揭示彼此的深层联系。这样的研究只能是片面的、断裂的、形式化的,从更深的意义上看,其不过是一种权宜之计的表达。那么,如此权宜之计的表达之出路在哪里呢?笔者认为,语境论科学方法论可以为这个困境找到进路提供可资借鉴的科学方法论指引。

首先,从历史语境的视角来看。在数学语境中,倘若生物学定律是同语反复,那么这意味着必然没有充分考虑历史语境的因素。换言之,之所以自然选择理论不是同语反复,正因为在其理论的形成过程中有效地运用了历史语境的分析方法。进一步说,在物理学、化学语境中,无论是随附发生还是本质主义的视角无一借用了历史语境的分析方法。总之,在数理化学科语境视域下探讨生物学定律存在与否的一个根本缺陷就是,均未有力借助于历史语境的因素对自然选择现象进行完善的解释,其本身存在着所谓的历史语境缺失之困境。

其次,从还原论的视角来看。借用数学语境中的同语反复观点、物理学语境中的随附发生观点、化学语境中的本质主义观点对生物学定律的考查,其实是分别基于还原论在逻辑演绎形式、理论还原的过程、理论还原的基点上的考虑。尽管生物学理论分别不同于还原论的逻辑演绎形式、理论还原的过程与理论还原的基点,但归根结底生物学对其定律的探讨在很多情形下都是借用还原论作为科学方法论的。所以,首先,从认识论的角度看,以还原论为背景来考查生物学定律存不存在,答案无疑是不存在生物学定律。其次,对生物学与数理化学科中的定律的认识在方法论的基础上而言是同系一脉的。这些都深刻地表明,生物学定律存在与否的问题无法回避语境论科学方法论的宏旨。

由此可见,语境论科学方法论指出不同的理论的产生是有其历史根源的。这是因为语境论科学方法论具有方法论的横断性。在本文中,这点形象地体现在与生物学空间上相邻的数学、物理学、化学对生物学定律进行解读这一横断性、立体性的特征上面。语境论科学方法论的横断性在客观上确保了对所讨论问题的解答的有效性,而这种有效性正是建基于空间上相邻的、时间上相继者提供的解答之全面性与多样性。而且,数理化语境中的定律对生物学定律的研究具有明显的、直接的启发作用,譬如上文提及的历史语境缺失的困境。在科学方法论的意义上,这种作用产生的原因正是:认识生物学定律存不存在的问题,当且仅当在与生物学相邻的数学、物理学、化学学科语境中对各自学科的定律进行根植于某些哲学观点的考查,而且这些哲学观点在形式与本质上具有横断的可比较性。

结语

无妨从多元主义视角理解生物学定律,但更有必要从多元主义本质上的统一予以透视:在各个相邻学科中对其定律以不同哲学视角的解读,以及在一个可能的、共同的基础上将不同的哲学视角贯通起来。这正是语境论科学方法论的一个要旨之所在。进而,语境论科学方法论对于生物学哲学的意义正是在于,唯有对生物学哲学的科学方法论基础进行深刻考察,方能谈及生物学哲学的实质性进步。所以,在生物学哲学以至科学哲学研究领域内将语境论科学方法论提升到显著的位置、深入贯彻语境论科学方法论的要旨,不仅是切实可行的,更是与生物学哲学发展的内在要求与时代趋势完全一致。

参考文献

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[2]张昱.作为科学方法论的语境论[J].科学技术哲学研究,2011(1):21-26.

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[7]Sober E.Evolution,Population Thinking and Essentialism[J].Philosophy of Science,1980(47):350-383.

羊的生物学特性 篇9

羊的合群性很强, 是长期进化过程中为了适应生存和繁殖而形成的一种生物学特性。放牧时虽很分散但不离群, 一有惊吓或驱赶会马上集中。这种合群特性为大群放牧提供了有利条件。放牧时为了让羊能较好地采食可以尽量让其散开, 需集中时可用声音、牧羊犬或投掷东西来使之集中。行走时有一只羊前进, 其它羊会跟随, 放牧时羊群管理的关键是管好头羊。

2 适应性强

羊的适应性比其它家畜强, 适应性与品种类型及分布区的条件有关。而且, 一般都耐粗饲、易抓膘、抗逆性和抗病力强。

3 喜干燥卫生、厌潮湿环境

绵羊和山羊均喜在干燥、卫生、凉爽的环境中生活;厌潮湿环境。因此, 羊群的放牧场所和圈舍, 应以高燥为宜;羊若长期生活在潮湿的环境中, 容易感染寄生虫和传染病, 同时羊毛品质下降, 影响羊的经济价值。

4 采食习性

羊具有灵活的嘴唇和锋利的牙齿, 能啃食地面的短草。山羊和绵羊混群放牧时, 一般绵羊吃在前, 山羊吃在后。羊游走能力强, 善于边走边采食;采食范围宽, 可利用多种牧草、灌木、农副产品、谷物种子和茎叶、杂草及树叶等多种粗饲料。

5 母性好

羊的母性较好, 分娩后, 母羊会舔干羔羊体表的羊水, 且很快就能熟悉羔羊的气味。母羊依靠嗅觉来辨认羔羊, 通过叫声来保持母子联系, 且会保证羔羊及时吃奶和生存安全。

6 其他特性

绵羊性情较温顺, 易于调教。山羊生性活泼, 除卧息反刍和采食外, 大部分时间处于运动中, 喜欢登高。

生物药物学 篇10

教学过程是依据课程计划和课程标准,在教师指导下,为实现既定的教学目标,通过师生教与学的共同活动,使学生掌握系统的史化科学知识、形成基本技能、提高综合素质的复杂的多方面统一的教育过程。②也是教师根据学生身心发展的需要以及社会要求,在一定的教学条件下来指导学生通过对教学内容的学习来认识客观世界的过程。教学过程是由学生、教师、教学目的、教学内容、教学方法、教学环境以及教学反馈等要素组成。教学过程中最基本的要素是学生、教师、教学内容以及教学方法。只有这些基本要素之间相互联系、相互作用以及相互配合,才能使教学过程达到最优化,从而提高教学质量。

1 提高教师的教育教学水平

教师要具有深厚的专业知识和专业技能、一定的教育学和心理学基本知识、基本技能。作为教师要明确自己的职责是传道、授业、解惑,这就要求教师不仅要娴熟地掌握教学内容,而且要能驾驭住教材所阐述的整个理论体系以及相关的知识。要给学生“一桶水”的知识量,教师自己就要准备“十桶水”的知识量。“神经生物学”课程所涉及的内容非常广泛,新的研究成果又不断出现,教师要时时关注学科发展动向,不断地增加和更新自己的知识。教师要想使教育教学工作开展得更加富有成效,就要不停地去发现以及正确使用那些教育和教学过程中存在的规律,这就要求教师掌握一定的教育学和心理学的知识。从而对实际教学提供科学的理论指导,进一步帮助教师准确地了解教育教学中出现的问题。通过互联网、到重点院校进修学习或者学科专业会议交流都是很好的方法。

2 维持和谐平等的师生关系

首先教师要充分了解和尊重学生,注意到每个学生的个性化发展,调动他们在学习过程中的积极性、主动性和创造性。在教师的教与学生的学的关系中,教师应该发挥主导作用来引导学生学习的兴趣和自主学习的能力。本科教育阶段的教学过程最主要是培养学生能够具有自主学习的能力,不同于中小学阶段主要是获取知识,也不同于研究生阶段的发现新的知识。“神经生物学”的内容每天都有新的研究成果出来并且仍有很多未知的知识,比如智力发展之谜和药物成瘾之谜等等,学生会对这些未知领域充满好奇和兴趣,也有许多看起来非常简单的问题,但是就当前已有的研究成果很难解答,诸如中枢神经损伤后难以再生的道理是什么?有没有什么办法来促进中枢神经系统的再生?“学习记忆”的“神经生物学”基础是什么?社会等级是如何的“神经生物学”基础是什么?阿尔茨海默病及帕金森病、精神分裂症、癫痫、抑郁症、药物依赖等神经系统疾病的发病机理是什么?这些未知问题提供给学生很多思考和想象的空间,因此教师在本科“神经生物学”的教学过程中,要彻底去除以自我为中心的家长式作风,要充分发挥学生的主观能动性,使学生充分发表自己的观点和见解,并鼓励鼓励他们不屈服于权威,也请学生对教师提出合理化的建议来促进教学。这样学生才会对课程更感兴趣,并促进其思维能力的提高,从而更富有创新力。教师也会从中受到启发,对其教学和科研都是有利的帮助。

3 选择合适的教学内容

教学中所选择的内容既要符合当今的社会发展需要,也要符合学生在学习和工作过程中的具体需要。要根据学生的具体情况诸如不同的学习能力、不同的受教育阶段、所从事的不同的专业等等来确定学习层次,从而选择适合于教学对象的教学内容。“神经生物学”的教学内容应考虑到学生的专业背景具有适当的选择性。目前,我校生物科学本科教学在学习“神经生物学”课程以前已经具有“动物学”、“解剖学”、“生理学”、“生物化学”与“分子生物学”、“遗传学”、“细胞生物学”、“发育生物学”等专业基础。所以不仅善于从分子水平理解神经系统的功能活动与意义。同时,也对脑的进化与发育、遗传与环境对脑的影响、以及学习记忆、语言、情绪、注意、社会等级等脑的高级功能活动以及疾病的“神经生物学”基础表现出浓厚的兴趣。生物科学专业的本科生就业去向多数是要继续专业深造,从事科研工作。对于准备继续专业深造从事科学研究的同学应更侧重科研思维的培养。除了对基本知识的讲授外,可以在讲解相关内容的时候从“神经生物学”中一个问题的历史研究过程入手,以讲科学发现故事的方式介绍这些经典和重大发现,从这些发现本身寻找科学家当时受到启发和触发灵感的蛛丝马迹。同时可以在某个部分的讲授过程中提及目前国内外各个相关机构中的重点研究内容和优势,这对于他们日后选择也会提供一些帮助。另外由于该课程涉及的内容非常广泛,笔者在开始讲授该课程的时候由于没有教学经验,面面俱到全面讲授,没有重点,教学效果并不好。所以有限的学时里应该考虑到内容的取舍,比如神经系统发育在发育生物学中有详细的讲解,可以合理安排给其他内容的教学。

4 合理使用多种教学方法

在进行选择教学方法的时候,教师一定要与教学对象进行充分的交流,找出既适合学生同时也适合老师的双赢的教学方法,找到他们的共同需要。从而采用既有利于学生的学又有利于教师的教的教学方法,更好地增加学生的学习兴趣,达到启发学生学习的作用,并且激发学生进行自主学习,真正使学生从自身的需要出发更愿意学习、善于学习,与此同时对于教师来说,也可以更好的实现其在教学过程中的引导作用。这样就可以有效促进教学过程的和谐。笔者教学过程中就尝试过要学生写不记名的小纸条,充分表达他们的需求和教学过程的差别,这样使教师充分了解教学过程中存在的问题,非常有利于下次教学活动的开展。神经科学发展迅速、信息量大,应根据内容需要选择合适的教学方法。在生物科学本科生的“神经生物学”的基本概念、基本理论、基本技术的教学过程,主要用多媒体教学来呈现抽象概念和理论,③④再辅以板书来突出教学重点,帮助学生理清思路。多媒体技术的教学呈现对于展示抽象复杂的内容更形象化,使人更容易理解问题;采用传统的板书方式可清晰地呈现教学内容,有助于学生理清思路,把握重点难点,这样传统和现代的教学手段结合起来是一种不错的选择。在“神经生物学”本科教学中多采用启发式的教学方式,对学生多加启发和引导,从而让学生自己得出结论。在教学中引入以问题为中心的探究式教学,不仅对教学过程的互动性有所提升,也能促进教师从知识的传授者向引导者转变,从而在更好地培养学生的综合素质和创新能力的过程中起到积极的作用。这些都是大家公认的比较好的模式,也比较适合在神经生物这门课程在生物科学本科生中的教学。比如可以先提出一些与临床有关的问题,如邓小平以及拳王阿里患了帕金森氏病之后会表现出静止性震颤、运动迟缓、姿态不稳等运动功能障碍的症状,这种现象到底是什么神经活动过程来控制的呢? 如著名节目主持人崔永元患有抑郁症,严重时需要靠药物来缓解,知名作家三毛患有抑郁症导致自杀,作为现在大家非常关注的神经精神类疾病的抑郁症的发病机制是什么呢?现存抑郁治疗药物的弊端在哪里?这些临床现象以及伟人名人学生本就有所感知并感兴趣,但是对其发生机理并不了解。也可以提出一些大家都知道的一些常识性问题,比如手接触到烫的东西会做出迅速反应而收回,这种感觉的传导主要是什么样的神经过程?如果一个人没有任何感觉是不是一件好事呢?通过把这些学生日常积累中的已经感知的现象与“神经生物学”中神经系统对运动的调控功能结合起来,从现象到本质,从感性认识到理性认识,会促使学生产生浓厚的学习兴趣。在教学过程中我们也尝试采用网络上丰富的教学资源,向学生推荐国外知名高校的网络教学内容,起到了比较好的效果。

此外,笔者在生物科学专业本科生的“神经生物学”课程的教学过程中也探索了课程考核方式,其一是采用闭卷考试来考核“神经生物学”的基本概念和基本知识,其二是将学生对该课程所涉及的相关感兴趣的问题去查阅资料,并结合自己的理解做PPT讲解和演示,并作为考查的部分纳入该门课程最后的总成绩。这样的考核方式可以将学生对课程中基础知识的记忆和对未知领域的探索结合起来,是一种比较好的检验学习的方式。

综上所述,提高教师的教育教学水平,维持和谐平等的师生关系,选择合适的教学内容,合理使用多种教学方法,这些对于生物科学专业本科生的神经生物学都是十分必要的。

摘要：“神经生物学”是近年来新兴并发展十分迅速的科学。该文作者结合“神经生物学”课程教学体会,总结了在神经生物本科教学过程中,通过提高教师的教育教学水平、维持和谐平等的师生关系、选择合适教学内容、优化教学方法等方面来提高教学质量。

关键词：生物科学,“神经生物学”,本科,教学过程,教学方法

注释

11生物科学类本科专业人才培养质量国家标准(教育部高等学校生物科学与工程教学指导委员会.生物科学专业规范[J].高校生物学教学研究(电子版),2014.4(3):3-7.

22 吴雪梅,乔守怡,刘恩山等.我国高校生物专业教育发展的脉络与现状[J].高等理科教育,2007(3):1-4.

33 武明媚,游思维.发挥多媒体教学优势提高神经生物学教学效果[J].中华全科医学,2012.10(6):973-974.

合成生物学五大挑战 篇11

在一些对未来的描述中，合成生物学的前景超乎想象：也许要不了多久，研究人员就可以对细胞进行“编程”，从可再生能源中产生大量的生物燃料，检测毒素，根据身体需要释放精确数量的胰岛素，等等。

所有这些美好的未来前景都基于这样的认识：生物学家操纵基因工程就像工程师设计机器部件那样简单，只需定义基因“部件”的功能，将它们装配成具有更复杂功能的某种“装置”，然后将这些“装置”插入细胞中即可。

由于所有生命形式都建立在大致相同的遗传密码的基础之上，理论上，合成生物学可为之提供成套遗传基因组件“工具箱”——生物学版本的“晶体管”和“开关”，然后可随心所欲地将它们插接到“生物电路”上。

然而，操纵生命分子远非如此简单。“生命分子的运作机制极为复杂，远不是操纵扳手、螺丝刀或晶体管所能比拟的。”西雅图一家工程咨询和设计公司的负责人罗布·卡尔森说道。

合成生物学发展的每一个过程都面临着挑战，从生命“零部件”的定义，到整个系统的构建。然而困难阻挡不了该领域内执著的开拓者，他们已经开始着手迎接合成生物学领域的五大挑战。

挑战一：许多生物零部件尚未明确描述

一个生物“零部件”可以是从编码某个特定蛋白质的一段DNA序列，到促成基因表达启动子的任何东西。然而问题是，许多生命“零部件”的特征和功能都尚未得到清楚的描述，比如它们的功能是什么？在不同类型的细胞内，或在不同的实验室条件下，它们是否会有不同的表现？

麻省理工学院的标准生物部件注册中心，有着超过5000个可供订购的生物部件，但是据中心主任兰迪·雷特伯格说，它们的质量无法保证。这些生物部件样本中的大多数都出自参加国际基因工程机器设计大赛（iGEM）的大学生之手，该活动从2004年开始每年举办一次。参赛的学生或利用生物“工具箱”里的部件，或开发出新的生物部件，设计合成生物某种生物系统，但许多参赛者都没有足够的时间对这些生物部件进行详细的描述。

雷特伯格说，目前他们正在加大力度提高收集生物零部件的质量，鼓励呈报者同时提供描述生物零部件功能和特性的文档部分，并对样品进行DNA测序，以确保与他们的描述相符。与此同时，美国加州大学伯克利分校的合成生物学家亚当·阿金和杰伊·科斯林，以及斯坦福大学的德鲁·恩迪正在启动一个称为BIOFAB的新项目，专业开发和描述生物零部件。

然而，标准化测量的实施却比较困难，例如，在哺乳动物的细胞中，引入基因与细胞基因组整合的结果难以预测，并有可能影响到附近区域的基因表达。瑞士联邦理工学院（ETH）的合成生物学家马丁·傅森格说：“这种复杂性导致很难通过标准化方法对基因部件进行特征描述。”

挑战二：生物电路测试繁琐费时

即使每个生物零部件的功能都已知晓，但将它们组合在一起后，其功能也许不一定能如预期的那样。与其他可预测性更强的现代工程学科的设计过程相比较，合成生物学家往往不得不埋头于繁琐的试错过程中。

“我们仍像当年发明飞机的莱特兄弟那样，用木头和纸反复实验。”西班牙巴塞罗那基因组调控中心系统生物学家路易斯·塞拉诺说，“用一种东西制造的东西试飞一下，掉下来坠毁了，再用另一种东西试一下，也许飞得稍好一点。”

马萨诸塞州波士顿大学生物工程师吉姆·柯林斯和他的同事们在酵母实验中为了实现一个叫做“拨动开关”的系统，就经历了多次失败。他的团队想让细胞表达一种A基因，然后利用化学信号刺激关闭A基因，转而表达另一种B基因，但细胞一直拒绝表达B基因。柯林斯说，问题是控制这两种基因的启动子不平衡，因此A基因总是压过B基因。他说，他们将用3年时间的反复试验来进行调整。

计算机模拟可以帮助缩短这样的试错过程，2009年，柯林斯和他的同事创建了稍有不同几个版本的两个启动子，每一个版本都各自创建了一个基因定时器，即在一个特定的滞后时间后，系统将启动细胞的基因表达从一种基因转移到另一种基因。他们对定时器进行了测试，然后将结果反馈给计算机模型，预测其他版本基因定时器的表现。使用模型技术，研究人员可以利用计算机来进行优化测试，而不必对每一个版本逐一进行测试。

挑战三：生物系统构建复杂难测

随着生物电路越来越大，构建和检测过程也变得更为艰巨。科林斯的研究团队的抗疟药青蒿素前体物质化合物的研究项目，是合成生物学领域内经常被引用的一个成功例子。据科林斯估计，这一项目平均每年有150人参加，他们的工作包括发现和定义介入反应过程的所有基因，以及开发和完善控制这些基因表达的部件。例如，研究人员必须对之前产生的许多变异形式逐一进行测试，以寻找一种能充分提高产量的变异结构，达到清除有毒中间分子的目的。

“人们对这类项目望而生畏，因为它需要太多的时间和金钱。”马萨诸塞州波士顿新创公司银杏生物工作室的创始人雷什玛·谢蒂说道。为了解决类似的瓶颈问题，银杏生物工作室开发了一个将基因部件组合起来的自动化系统，预定义侧翼序列的基因零部件，由机器人根据一套被称为“生物积木标准”的规则组装起来。

在加州大学伯克利分校，合成生物学家克里斯托弗·安德森和他的同事正在开发一个让细菌来做这项工作的系统。经过基因改造的大肠杆菌细胞，被称为“装配”细胞，与酶配合在一起，可以进行DNA片断的切割与缝合。还有的大肠杆菌细胞则被基因改造成为“选择”细胞，从剩余的生物零部件中整理挑拣出完整的产品。安德森的团队还计划用一种类病毒的噬菌粒将DNA运送到选定的细胞内。安德森说道，这个系统可将组装一个“生物积木”的时间从2天缩短到3小时。

挑战四：许多生物零部件不相兼容

合成基因电路构建完毕并载入细胞之后，就有可能对宿主产生非预期的影响。加州大学旧金山分校合成生物学家克里斯·沃伊特2003年时就遇到了这样的问题。沃伊特将从枯草芽孢杆菌中提取的一些基因零部件装配成为一个开关系统，目的是让某些基因在化学刺激下作出反应，激活某种基因表达。他想研究一下这个系统是否可以不依赖于枯草芽孢杆菌，于是他将这个基因电路送入大肠杆菌，结果证明不行。

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“在显微镜下可以发现这些细胞都变得病恹恹的，”沃伊特说，“今天表现这样，明天又是一个样。”通过查找文献他发现，生物电路的某个部件打乱了大肠杆菌的自然基因表达。“生物电路设计本身没有问题，只不过某个部件是不兼容的。”

美国北卡罗来纳州达勒姆杜克大学的合成生物学家发现，即使是一个简单的、可启动自身基因表达的外源基因电路，也有可能引发宿主细胞的复杂行为。在大肠杆菌中被激活时，这个生物电路延缓了细胞的生长速度，基因蛋白质产物的稀释速度也随之放慢，导致某些细胞表达了这种基因，某些细胞则没有。

为了减少意外的相互作用，研究人员研究开发了一种独立于细胞自然机制之外的系统。英国剑桥大学分子生物学实验室的合成生物学家詹森·奇恩和他的同事在大肠杆菌中创建了一种独立于细胞内在系统的蛋白生产系统，该团队使用了一种可识别基因的聚合酶，专门识别天然细胞中不存在的基因。

奇恩说道，这样的系统可让生物学家在不破坏细胞存活机制的情况下，拥有将一些生物零部件任意“组合”的自由。例如，他的团队把编码O-核糖体部件的DNA序列拆分开来，以促进细胞以更快的速度制造蛋白质。

另一个解决方案是以物理手段将合成部分从细胞中分离出来。加州大学旧金山分校的合成生物学家温德尔·利姆的团队用酵母做了将基因电路隔离开来的实验，他说，这一方法也适用于细菌细胞。

合成生物学激起环保人士的公愤

澳大利亚的合成生物学家最近公布消息说，他们即将成功克隆30年前已在野外绝迹的一种青蛙。

与克隆技术一样，合成生物学在一些新闻媒体中被描绘成拥有无所不能的神奇能力，例如，让已经灭绝的长毛猛犸象重新复活，让19世纪之前曾翱翔在北美天空中的候鸽重新出现等。

但在不久前于英国剑桥大学召开的一次会议上，环保主义者和合成生物学家们讨论的是更为实际的问题，即如何开发更实用的技术，以造福人类和地球。例如：合成出能适应全球变暖的珊瑚礁，对污染敏感的土壤微生物，能阻止反刍动物打嗝释放甲烷温室气体的肠道微生物，以及能抵御真菌疾病威胁的青蛙，等等。

会议讨论中，生物学家和环保人士还发生了一些冲突。一位合成生物学家在会议上表示，他感觉自己好像被人当做一个不负责任的青少年，认为他可能会对地球造成意外的破坏。而当一位合成生物学家称，赞成合成生物学技术的人一定会赢，是因为他们比反对的人更年轻的时候，引起了环境保护论者的众怒。（第二天发表此言论的合成生物学家表示了道歉之意。）会议组织者多次呼吁大家礼让，并以供应免费葡萄酒之举来安抚众人情绪。

斯坦福大学的德鲁·恩迪被公认为是合成生物学领域的创始人之一，他认为，这样的争吵是一种迹象，表明合成生物学已经开始吸引各领域的关注与参与。但无论人们如何争议，事实将不辩自明。

举一个合成生物学能够提供环境保护的例子。英国牛津大学的学生克里斯托弗·舍尼等人将经过基因改造的大肠杆菌转移到植物根系中，产生一种植物生长激素。温室测试表明，包含了这种转基因细菌的十字花科植物比普通植物生长得更好，同时能让土壤保留更多的水分。这种细菌可能有助于防治土地荒漠化。

然而合成生物学的发展也令观察家们产生了一些担忧。美国罗格斯大学的地球微生物学家保罗·法尔克维斯基看到了能将二氧化碳转化为燃料的微生物，以及利用大气氮气生产肥料的微生物这两项技术的巨大价值，但他担心的是，工业规模的生产可能会产生某些极端后果，如释放大量温室气体。

剑桥大学环境保护生物学家比尔·萨瑟兰表示，合成生物学研究要慎重。但他同时说道，他在这次会议上的一项小规模民意调查表明，合成生物学家与环境保护论者之间的鸿沟并非如我们想象的那么深，双方都认同的一点是，合成生物学给我们带来的恩惠之一是可以更有效地利用自然资源，但同时也让我们产生了合成生物学发展有可能危害自然生态系统的担忧。

让合成生物学家和环保人士同样感到兴奋而又有些期待的一个问题是：复活灭绝很久的一些物种。“这是一个很有趣的研究课题，但与拯救世界无关。”萨瑟兰说道。

挑战五：生物系统的稳定性问题

合成生物学家还必须确保基因电路的可靠运行。细胞分子的活动很容易受到随机干扰的影响，生长条件的差异也有可能影响细胞行为，因此经过较长时间之后，随机出现的基因突变有可能完全破坏基因电路的功能。

10年前，加州理工学院的合成生物学家迈克尔·伊洛维兹通过他的团队构建了基因振荡器，用以观察细胞的随机能力。该系统中三个基因的相互作用，令一种荧光蛋白的产出量升高或降低，导致细胞明暗闪烁，但并非所有细胞的反应都一样，有的细胞亮一些，有的细胞暗一些；有的细胞明暗闪烁的频率较快，有的则较慢。

伊洛维兹认为，出现这种差异可能有多种原因，例如，细胞基因表达的方式是爆发式的，而不是稳步渐进的，细胞还可能包含许多不同的mRNA和蛋白质产生机制；另外，细胞中基因电路的拷贝份数也可能会随着时间的推移而产生波动。

哈佛医学院的遗传学家乔治·丘奇正在探索让细菌菌株更稳定的方法。丘奇说可通过引入更精确DNA复制机制等方式达到这一目的。尽管对简单的系统来说，稳定性可能并不是一个严重的问题，但随着更多的生物零部件被装配起来，这个问题将变得越来越重要。

尽管面临种种挑战，合成生物学家还是取得了许多进展。例如，研究人员开发出利用大肠杆菌计算一些生物学事件（如细胞的分裂次数）等，还有一些系统已经从细菌细胞发展到更为复杂的细胞。傅森格说，“合成生物学家开发更多实际应用的时代已经来到。”

例如，科林斯的青蒿素前体系统的商业化阶段已经启动。另外有几家公司也正在研究开发新技术，希望通过基因工程来改造微生物，使其生产出生物燃料。不过，合成生物学的大规模实际应用，仍然需要时间来实现。

随着DNA合成的成本持续下降，越来越多的人开始投入到合成生物零部件的研究之中，合成生物学将以更快的速度迅速发展起来。卡尔森说：“问题是，我们付出的种种努力是否能够最终战胜生物学的复杂性？”这个问题就让未来做出回答吧。

（作者为自由撰稿人）

生物学习之我见 篇12

当前生物教学中, 存在着教师只重视知识点无一遗漏的传授, 而忽视相关知识点内在有机联系的现象。由于教师的这种教学思维的导向作用, 学生学习方法陈旧, 缺乏应变能力, 不善于用所学的知识分析问题, 更不善于用所学的知识解决问题。学生仅是学到了单一生物学知识, 却没有掌握比之更重要的分析问题、解决问题的生物学能力。

生物学的发展速度极快, 这就要求我们培养出的学生要有出色的能力, 以适应21世纪对人才的需求。变“应试教育”为“素质教育”是教学的总体趋势, 完成这种教育理念的转变是一个长期的、复杂的艰苦过程。教学的目的不是把知识贮存于学生的大脑之中, 而是最终使之化为学生的能力, 使学生能够游刃有余地用所学到的知识来解决实际问题, 这要通过知识的广泛获得及广泛的迁移实现的。

1. 知识与能力

知识和能力是一个整体。没有扎扎实实的基础知识就不会形成过硬的能力。能力的培养要建立在学生掌握厚实的生物知识基础之上。反之, 没有一定的能力也就不能掌握更多的知识。正确处理知识和能力的关系, 重在能力培养, 纠正重知识、轻能力的倾向是教师在教学过程中始终要注意的问题。应在备课中精心构思设计, 授课中予以实施。学到的知识能够迁移, 才算真正掌握了知识。这里所说的知识迁移是指相关知识的联系, 是指用所学的知识 (概念、原理等) 解释自身、社会和环境中的生物学问题。知识能够迁移了, 分析问题和解诀问题的能力才能得到提高。

迁移规律是教育心理学揭示的一条重要的规律。它是指“一种学习对另一种学习的影响”。一种学习对另一种学习起积极促进作用称为正迁移;一种学习对另一种学习起干扰或抑制作用称为负迁移。

凡是有学习的地方就会有迁移, 因为孤立的、彼此不影响的学习是不存在的。教师在教学过程中, 应运用迁移规律, 促进正迁移。正迁移量越大, 学生通过学习所产生的适应学习新情境或解决新问题的能力越强, 教学效果就越好。教学过程中, 自我干扰的负迁移必须摒弃。

知识如何迁移呢?首先迁移要尊重教材的结构和学生的认知结构 (指学生头脑里的知识结构) , 否则学生的观察力、记忆力、思维能力、注意力等不能得到培养。

其次, 迁移有多种方法和途径, 如进行有意义的学习, 提高对所学知识的理解程度, 构建具有清晰、概括、包容性的认知结构;转换问题情境, 将问题进行类化;克服思维定式的影响, 培养求异精神和发散思维能力等。通过这些方法和途径使学生的发散思维、求同思维和求异思维得到锻炼和提高。

2. 建立知识体系

知识体系是指将相关的知识通过一定的方式 (图表、图解等) 有机地组织起来。

世界上的事物处于相互的联系之中, 生物学知识就是以有机的联系来揭示生命的本质及其规律。这种联系有生命现象和本质的联系, 如遗传和变异与遗传物质运动形式的联系;结构与功能的联系, 如心脏的结构与射血功能的联系;生命活动间的联系, 如消化与吸收的联系, 光合作用与呼吸作用的联系等;有局部与整体的联系;有生物与环境的联系等。

生物教材的体系和内容客观地阐明了生命固有的各种联系, 揭示客观存在的生命规律。因此, 建立知识体系是符合生命科学的特点和教材实际的。准确地建立知识体系的前提是认真钻研教学大纲和教材。大纲是国家教委颁布的指导教学的文件, 教材依据大纲而编, 故大纲与教材是一个整体。只有熟悉大纲, 领会大纲的精神和要求, 并寓于教材的钻研之中, 方能增强授课的目的性。大纲是魂, 违背大纲的精神, 必将导致教学的根本失败。

建立知识体系的程序是:确定具体知识点及其认知层次, 逐步形成点、线、面、体的知识体系。

学科内要注意将似乎分散、孤立的知识想办法找到它内在的联系, 然后通过疑问的方式把它们有序地组织起来, 形成知识的网络。这样, 各个知识点都是这个网络中的一员, 一个知识点的迁移将引出相关知识点的联动。这样做就可以在学习的过程中使知识点活化起来, 明确了知识的层次及各知识点的内在联系, 而后再将它们有序地组织起来, 形成自己的知识体系。由此可见, 建立知识体系的过程, 就是分析、归纳的过程, 也是学生的思维能力得到提高的过程。

二、题在书外, 理在书中

随着高考内容的改革, 高考的题型已逐步转向能力题型、综合题型和开放题型。这些题型的设问往往需要考生利用知识点的穿插、知识面的综合来灵活解决, 而解决这些问题都要依靠考生必须熟知和掌握基础知识, 基础知识掌握多少的程度直接影响高考的成绩。既然是能力考试, 命题时必定会大量出现“活题”, 而这些命题不会单纯依靠课本, 大量的教材之外的内容将成为高考命题的参考, 考生不要一看到这样的题就感觉自己从未学过, 其实, 只要仔细思考, 原理都在书上。

坚持对生物学基础知识的考查是高考命题一贯坚持的思想。这就要求考生在生物学科总复习的过程中, 务必要把基础知识夯实, 以基础知识为载体, 突出自身能力的培养。生物学基础知识包括生物学的基本概念、原理、规律和方法等。学生在复习时, 首先应该加深对基础知识的理解, 还要善于把相关知识综合, 最后一定要理论联系实际, 把知识能力转化为应用能力, 只有这样才能起到事半功倍的效果。

三、理论联系实际

生物学科理论联系实际的内容集中表现在以下几个方面:现代生物技术的新进展、新成果;生态学领域内, 关系到人类生存和发展的生态环境严重恶化的各种问题;人体健康的实际性;生物实验的实际等。高考所涉及的热点问题是指对人类社会影响最大, 几乎是人所共知的问题, 而不是偏、难、怪的内容。但是我们要知道热点问题仅仅是作为命题的素材, 考查的仍然是考生对基础知识的理解和灵活应用的能力。

四、生物是一门实验科学

生物同其他理科一样, 不经训练是考不出好成绩来的。做题不在多, 而在于全面覆盖知识点。教师通过做题来检查学生的掌握情况, 是不错的方法。

另外, 生物学有自己的惯用语言, 这就要求大家规范自己的语言。要求学生背记课文原文是最有效的办法。只有使用规范的生物语言, 才能减少考试中非知识因素失分。

生物的实验很多, 书本上的实验要求学生熟悉, 因为这些都是基础。同时还应该要求学生自己设计实验, 这是最重要的, 因为学生自己设计实验, 并且解释实验现象, 最后得出实验数据和结果, 才是真正在考查学生的实验能力, 以及分析、解决问题能力。

总的说来, 生物学科的学习, 不在巧, 而在勤。相信通过自己的努力, 我们的学生一定能取得不错的成绩。