生物学家

生物学家（共12篇）

生物学家 篇1

[导读]腾讯科学作为冷血动物, 蝎子依靠环境中的能量来调节它们的体温。研究人员认为, 这个平台为蝎子提供了一个安全而温暖的环境, 让它们在夜晚外出搜寻食物前增加体温。

蝎子存活于南极洲之外的所有大陆, 它的洞穴构造机器复杂。

腾讯科学作为冷血动物, 蝎子依靠环境中的能量来调节它们的体温。研究人员认为, 这个平台为蝎子提供了一个安全而温暖的环境, 让它们在夜晚外出搜寻食物前增加体温。

研究人员在以色列内盖夫沙漠捕捉到野生的中东金蝎后, 使用熔融铝填充到它的洞穴中来制作洞穴铸模。熔融铝凝固之后, 研究人员挖掘出来并且使用一台3D激光扫描仪和软件进行分析。

研究人员发现, 蝎子的洞穴拥有一种非常复杂的设计, 先是一条简短的垂直通道作为入口, 深入几厘米之后就会到达一个水平的平台。蝎子洞穴随后就会向下急剧下降, 最终在底部形成一个洞穴。这种凉爽而潮湿的洞穴中, 蒸发丢失的水分达到最小化, 为蝎子躲避的热量提供了一个庇护所。

蝎子属于掠夺性蛛形纲动物, 存活于除南极洲之外的所有大陆。它们占据了各种各样的栖息地, 包括森林、草地、山区和沙漠。它们捕食的对象包括节肢动物、蜥蜴甚至是小型啮齿动物。这种洞穴构造在所有的蝎子洞穴研究中是很常见的, 这就表明蝎子的洞穴建筑是自然选择迎合它们生理需求的进化结果。 (中国科技网)

生物学家 篇2

假如我是生物学家，我要采毒蛇的毒液和企鹅的毛。

一个娇阳似火的早晨，我们不知不觉地走到了热带丛林，这时，走在前面的助手大声喊到：“什么玩意？！”只见一只双头蛇从从石缝里钻了出来，转过头用那冷酷的眼神盯着我们。“这蛇怎么长着两个脑袋？！”我不慌不忙地说：“这东西捉回去肯定有用。”我连忙用钳子夹住它的尾巴，用手握紧它的头，麻利地把它装进麻袋。

我拿出地图一看，下一个目标居然在北极，不知道什么时候才能到达目的地呀！就在这时候，一驾直升机从天而降，我赶忙“飞”上直升机……冰天雪地的北极到了，我跳下直升机，寻找目标，我的助手说：“看！那只企鹅正合适。”说干就干，我悄悄地逼近那只正在孵蛋的企鹅，轻轻地拔了根毛放进腰包里……

回到实验室，我把双头蛇抓了出来，用左手按着那两个脑袋，右手把小瓶子贴紧它的嘴巴，把毒液挤了出来，经过无数次试验，才把它制成了药，能治白血病拯救上万人的生命。然后，我把那孤零零的毛放进了新开发的复制器，我们不分昼夜地工作，它们才全部被制成了毛衣，登山运动员如虎添翼。有了我特制的毛衣，北方人冬天就不用开暖气了，还能为祖国节约不少能量资源哩！

一个生物学家的美丽梦想 篇3

林教授精神矍铄，柔和慈祥，头发花白但红光满面。这位中国权威的生物学家，至今仍活跃在科研一线，他结合自己半个多世纪的基因生物工程专业理论和实践，提出源于基因技术的生物美容理念，即通过对人自身固有的活性分子进行修补或激活，从而达到用“自身的物质来美化自身”的效果，并由此研究生产出全新的美容产品——生物美容微肽系列修护产品。

这到底是一种什么样的突破和创新呢？对此，林剑教授微笑着，娓娓而谈。

研发烧烫伤药物受启发

1959年美国科学家在动物内脏和外分泌腺中发现了表皮生长因子（EGF），EGF能促进上皮组织和成纤维细胞的生长和繁殖，可激活衰老细胞的生命活力，增强分泌透明质酸和糖蛋白的能力、滋润和营养皮肤，达到嫩肤护肤作用。

这种用于化妆品可以使皮肤由衰老变回年轻的事实得到了科学界的肯定。

但是由于提取和活性保存技术的限制，早期的产量非常小，全世界年提取量只有几千克，仅能用于临床烧伤及大面积皮肤溃疡疾病的治疗，每克售价约200万美元，根本不能普遍推广。

90年代末，生物学家对EGF的研究取得了重大的突破，通过基因工程技术，配合现代化的微生物发酵技术，突破了EGF的工业化生产工艺，使得EGF在皮肤一般性损伤、晒伤修复方面的商业应用成为了现实。

上个世纪80年代，林教授参与生长因子研究，这是国家“八五”重点项目，一共研究了10年，从“八五”到“九五”，到这个时候国家和企业对项目的支持资金超过千万。到1996年，“基因重组碱性成纤维细胞生长因子（rbFGF）治疗烧烫伤研究”项目研究获突破。当时这个项目成果是一种战备药，对烧烫伤、枪伤很有效。为此，林剑教授荣获国家“八五”科技攻关重大科技成果奖和先进个人称号，受到江泽民、胡锦涛等国家领导人接见。

这个本来是药品的项目，怎么会延伸到化妆品中来的呢？

林教授接着介绍说，他们在做实验的时候发现这个产品有几个特点：第一促进皮下毛细血管的发育，第二对胶原纤维有促进生长的作用，皮肤有弹性也就是因为有了胶原纤维，第三促进表皮细胞的生长。有些人皮肤粗糙就是因为他的角质层长时间不会脱落。人的皮肤就象瓦片一样，是一层一层叠起来的，只有叠得很整齐、很完整的时候对光的反射才好，人的皮肤才开始有光泽。角质层脱落得越快，人的皮肤就越嫩。

他说，这个药品正好能够促进皮下细胞的分裂。研究组曾经找一位香港的女生做实验，她的皮肤并不好，后来这位女生用完后效果不错就多次向我们要，皮肤也变得好看了。就此，林教授就觉得这个产品核心技术可以用到化妆品上。那个时候因为没有专门找人开发这个化妆品，但是已经强烈意识到了这一点。另一方面，课题组的主要精力还都是放在对药物的研究上面，因为这是国家的项目，要准时完成的。

“那时我们暨南大学生物工程研究所人也不多，也就十来个人，都把精力放在药物的研究上。”林教授说，研究化妆品的事，因当时条件不具体，就放下了。

烫伤药理吻合“换肤”

“真金是埋不住的”。

林教授说，九十年代末的时候有一个机会。那个时候社会上女性中盛行一种叫做“换肤”的化妆概念，是用果酸剥离角质层到达美白的效果，但是这种做法的结果很糟糕，因为剥离之后皮肤里面的肉很嫩，女孩子一到两个星期都不能见太阳，而之后只要遇到强光就会出现黑斑或溃疡，对皮肤损失很大。做了“换肤”的女孩子急需一种产品来修补，市场需要很大。这时，就有一个不是很大的企业找到了我，消费者由于“换肤”损伤了皮肤，正好碰上我们正在研究的这个对口“修补”产品。我们当时就给这家企业提供了几套药品，几天之后反馈说，皮肤修复效果显著。后来这家公司用我们的这个产品赚了不少钱。

林教授说，当时这个药品在医疗机构已经应用很广泛了，皮肤科也是将这种药作为烧烫伤的常用药，后来又经过这家公司的销售，就这样在社会上打开了局面。

“我们是做了大量的临床试验，有了很好的结果后我们才回过头来搞化妆品的，所以这个化妆品是很安全的。”林教授的介绍坚定而自信。

中国女性美容历程的

四个“灾难”阶段

林教授意味深长地说，回头看中国化妆品的发展历史，中国妇女在美容护肤方面经历了四次“灾难”。

第一就是用铅、汞美白，铅、汞是一种神经毒素，对内分泌影响很大，虽然短时间效果很好，时间一长就会越来越黑。

第二次灾难就是上面提到的“果酸换肤”。

第三次灾难就是“肉毒素”主要的作用是去皱。“肉毒素”也是一种神经毒素主要是麻痹作用，会导致人的皮肤僵化、没有表情。

第四次灾难就是通过“激素”来改善皮肤，它的作用是抗皱、美白、红润有光泽。激素用过之后会有一个短期效应，皮肤会得到改善，但是皮肤会慢慢过敏，会出现“激素依赖性皮炎”这个疾病，但是很多消费者不知道，公司也不会告诉你，很多厂家都加这种激素。

林教授说，我们是要坚持原则，坚决不加。因为用了这些带有激素的化妆品之后，不但会产生皮炎还会破坏人体免疫系统，伤害比较大。然而现在还有很多消费者没有觉悟到这一点。

新理念核心原理是

促使皮肤自我修复

他说，我们回过头来总结这个历史，发现中国的化妆品市场总是一个恶性循环：新产品—损伤—修复—新产品，这样下去是不行的。因此根据他们的产品功能，林剑教授就提出一个新的理念，就是用“自身的物质来美化自身”。他解释说，人体自身就有表皮细胞生长因子（EGF），不过很难从人体中来提取。他举列说，一个小孩为什么皮肤会很好？年长的皮肤为什么不好，发黄、皱纹都出来了？就是因为随着时间和环境的变化自身的活性物质不断地损耗掉了，所以人就会变老。反过来说，如果将损耗掉的活性物质再给补回来，是不是就会年轻化了呢？

他说，上面提到的bFGF（碱性成纤维细胞生长因子），其实人体自身都有的，我们很多器官的发育生长都靠这种生长因子，顾名思义它是我们细胞生成分裂中很重要的信号分子，很多细胞都是靠生长因子来诱导的，我们产品中富含的活性因子其实人体中都有，其作用就是要激活这种生长因子来进行皮肤的自我修复。

皱纹的出现就是人体的胶原蛋白衰竭、断裂，现在将这些物质重新填补回去皱纹不就少了吗！我们用的辅酶Q10，人体中也都有的，这个也可以抗皱，辅酶Q10最大的作用就是增加细胞的活力。

高科技生物工程技术

能提取“生长因子”

我们为什么提出用“自身的物质来美化自身”的概念呢？

林教授说，因为有基因工程技术产生以后，这个口号，这个理念才会实现，如果没有技术是很难从人体中提取生长因子的，如果我们用牛提取1克生长因子的话要用40万头牛，用这样的办法提取是不现实的，所以只能用生物工程技术的方式来实现，在实验室里差不多5天的时间我们就可以提取5克左右的生长因子。

比如说要让皮肤红润，是让自身的毛细血管发育好呢还是自己用胭脂？胭脂用久了对皮肤也不好，堵塞毛孔，卸妆后脸色会显得很苍白。

很显然用含有生长因子的化妆品，让毛细血管自然发育达到红润的效果是最安全的。皱纹的问题也是一样的，是用“肉毒素”抗皱还是用含有人体生长因子的化妆品通过自身的修复来抗皱？这个答案不言而喻。

现在市面上有很多吃的，喝的补充胶原蛋白的产品不建议使用，你喝的胶原和吃猪蹄有什么区别？胶原蛋白的形成是一个很复杂的工程，不是说你吃胶原蛋白就可以补充的，会被胃消化掉，只有通过生长因子进入细胞内部激活成纤维细胞，成纤维细胞会产生胶原蛋白，这就是通过自身的物质达到修补作用。举个列子，我们吃的胶原蛋白和我们外用的生长因子的区别在哪里？吃的胶原蛋白也有一定的功效，道理上讲叫“反馈增长菌”反馈增长机制，因为人体结构很复杂，它有自身启动修复的能力，吃下去的胶原有的可以吸收，有的不可以，原因就是人体产生胶原蛋白的组织已经受损，无力去吸收和补充，只能被消化掉。而生长因子就是来修复人体已经损坏的组织，从而到达自身分泌胶原蛋白的作用。

生物美容是创新不能急功近利

现代人急功近利，在美容方面也存在这种通病。

对此，林教授说，生物美容化妆品有它自身的特点，就是效果不会来得很快，最起码需要半个月或一个月的时间才会有效果。而很多消费者都希望皮肤立竿见影地得到改善，这是一种急功近利的做法，巴不得今天用明天就有效果，这个就需要向广大使用者进行正确的传导和进行科普教育。

他特别指出，美容不是皮肤的问题，而是人整个身体的相互作用。人的情绪好，身体就会分泌一种良性的内啡肽激素，使人产生愉悦感。生气就会分泌一种肾上腺素，会使人更加紧张，情绪更加不好，这样对美容是不利的，人的情绪好，你自身的状态自然也就会好。

如果睡眠不好，很憔悴也不会起到很好的美容效果，人的睡眠效果直接影响到你的美容效果，人体休息的时候是大脑分泌各种激素最旺盛的时候，也是人体自身修复功能最佳的时候，睡眠好，美容效果自然也就好。他说他最近在《科学杂志》上看到，美国做了一个实验，深睡的时候脑细胞收缩，细胞之间的空间就变大，白天劳累代谢的产物就会通过淋巴液排出去，所以为什么睡眠不好，早上起来昏昏沉沉？就是白天那些代谢产物没有及时地排出去，所以美容是一个身体综合的工程。化妆品是主要的但不是全部，还需要以上这些自身的反应来配合才能达到最好的美容效果。我们要将这些信息及时准确、负责任的传递给消费者。

用自身物质来美化自身的观念，是颠覆传统化妆品美容的观念，通过调动和激发身体内自有的活性物质达到美容修复的效果。

这位老教授最后说，时代总是在进步，如果固步自封迟早会被淘汰的，诺基亚不是被微软收购了吗，3千亿的产值70多亿卖给了微软，网上有人开玩笑说，38岁的微软迎娶了148岁的诺基亚，技术没有跟上去，被人收购了也是没有办法的事情。

所以化妆品的道理也是一样，国家的科技进步也一样，国家领导人也是一再地强调科技创新，这是一个民族复兴的希望，没有创新就没有进步。

林剑——中国著名生物学家

1935年8月林剑出生于广东深圳。早年在香港拔萃英文男书院、广州广雅中学等校读书，1960年毕业于北京大学生物工程系，后留校任教，师从中国遗传学鼻祖李汝祺，属正统摩根学派嫡系（DNA研究）。

1981年林剑调至暨南大学，曾任暨南大学副校长、理工学院副院长、生物学系主任、暨南大学生物工程研究所所长等职务。

在学术团体方面：先后任中国生物工程学会理事，中国免疫学会理事，广东省生物工程学会理事长，省免疫学会理事长，广州市留美同学会会长，广东省欧美同学会副会长，广东省政府科技咨询委员等职。

在学术论著方面： 1982年编著的《免疫遗传学基础》一书为中国第一部有关该学科专著。1997年编著第二部有关专著《免疫遗传学》，还参与编写《面向21世纪生命科学发展前沿》等有重大影响的专著，并先后发表论文70余篇。

在科学研究方面：先后承担国家“八五”和“九五”重大科技攻关项目和“863”项目。“基因重组碱性成纤维细胞生长因子（rbFGF）治疗烧烫伤研究”获卫生部一类新药证书。

1993年获国务院颁发政府特殊津贴。

1996年，林剑教授凭借“基因重组碱性成纤维细胞生长因子（rbFGF）治疗烧烫伤研究”， 荣获国家“八五”科技攻关重大科技成果奖和先进个人称号，受到江泽民、胡锦涛等国家领导人接见。

2004年，获广东省知识产权局优秀发明人奖。

2006年，暨南大学百年校庆授予林剑教授终身贡献奖。

2009年，林剑教授率先将专利研究成果GPT和AAMP运用到生物基因美容技术中，研制成拥有独家配方的核心产品——小分子基因护肤品。

生物学家 篇4

针对发展生物技术及产业的难得历史机遇, 科技部中国生物技术发展中心的《中国的生物技术与生物经济》一文中指出, 我国的生物技术产业也在迅速崛起, 2008年全国生物技术产业总产值突破8000亿元, 生物技术人才初具规模, 目前拥有国家、部门和地方政府资助的生物技术重点实验室近200个, 技术和产品研发人员2万多人。

————数据————

转基因作物种植面积380万公顷, 落后于发达国家

自1996年转基因商业化以来, 全球共种植了近10亿公顷的转基因作物, 尤其是最近几年, 种植规模逐年扩大, 发展速度惊人。据中国农业新闻网数据, 2008年美国3530万公顷全国玉米作物中有85%为转基因作物, 其中78%为双性状或三性状杂交作物, 只有22%为单一性状的杂交种。转基因棉花在美国、澳大利亚和南非的全国种植面积占到90%以上, 双性状复合型占到美国所有转基因棉花的75%, 澳大利亚为81%, 南非为83%。2005年, 转基因作物的全球市场价值为50多亿美元, 2009年猛增到85亿美元, 转基因作物的推广带来了巨大的社会和经济效益。以美国为例, 美国通过转基因技术实现了谷物生产低成本和高品质, 在世界谷物贸易中长期占据霸主地位, 抢占了世界62%玉米市场和60%大豆市场。

我国在转基因品种的培育以及商品化推广等多个方面还远远落后于美国等发达国家, 但我国有丰富的作物种质资源, 作物种质资源总量达39.2万份, 从1986年至2005年, 我国对已有的作物物种资源共进行农艺性状鉴定35万余份 (如表1) 。

2020年石油和天然气对外依存度将分别达到60%和34%

缓解能源压力, 开拓生物质新时代, 需要生物技术强有力的支撑。据生物技术发展中心预计, 2020年, 随着经济发展、城市化进程加快和人民生活水平的提高, 我国一次性能源需求将在25—33亿吨标准煤之间, 最少是2000年的一倍。2020年前至少要新增年产煤炭7—10亿吨, 否则会重新出现煤炭供应紧张的严峻局面。2020年, 我国石油消费量将达到4.5—6.1亿吨, 国内可供量1.8—2.0亿吨, 天然气需求总量将达到1450—1650亿立方米, 进口量为500—600亿立方米, 两种重要能源的对外依存度将分别达到60%和34%。因此, 必须发展新能源和再生能源。生物质能源是最重要的一种替代能源, 美国等一些国家提出发展“氢经济”。开发和利用可再生的生物质能, 以燃料酒精、生物柴油部分代替汽油, 以沼气代煤和天然气, 将为缓解能源压力提供强有力的支撑。

专利成果占全行业17%, 前景可期但成果产业化堪忧

中国生物医药产业作为政府有意培育的一个战略性新兴产业, 近年来产业规模不断扩大, 并保持高速发展态势。据科学技术部中国生物技术发展中心数据显示, 我国生物产业总规模已经超过万亿元。过去5年, 如表2, 我国生物医药产业规模增长了2倍, 研发经费增加了4倍, 国际上发表论文增加了6倍, 申请临床研究的药物数量增加了8倍, 专利数量增加了10倍。预计到2020年, 我国生物医药产业将达到6万亿元的规模。

然而, 生物医药科研成果的产业转化状况不理想正成为困扰产业发展的瓶颈。生物医药研发经费占医药产业整体研发经费的比重不到15%, 却发表了包含生物技术、临床医学和基础医学在内的占全行业43%比重的论文;相比之下, 其专利成果仅占了全行业的17%, 而且这一比例还有下降的趋势。这种研发成果在论文和专利上比重差距较大的现状, 暴露出我国生物医药研发成果产业化能力的薄弱。

————分析————

保障食物安全, 生物途径最有效

预计到2020年, 我国人口将达到14.5亿, 要保障这么多人的吃饭问题, 粮食产量必须达到6.3亿吨。在耕地不断减少、水资源短缺的情况下, 要实现这一目标, 粮食单产必须提高40%-60%, 因此, 利用转基因技术和分子育种等培育超高产农作物新品种是最有效的途径。在保障粮食供应的同时, 还应提高农业资源利用率, 改善农业生态环境。因此, 具有抗旱基因的植物品种将大幅度增加西部地区的植被覆盖率, 再造秀美山川;抗旱作物将使10亿亩旱地变为中高产田, 抗盐植物将可能使5亿亩盐碱地变成农田。

此外, 为保障食品安全, 从根本上改善人民膳食结构, 需要生物技术强有力的支撑。我国许多农产品有害物质残留严重超标、环境污染日趋严重, 食物安全事件日益增多, 形势严峻。生物肥料、生物农药的使用将大幅度降低农业化学品的污染, 新型食品添加剂、保鲜剂的应用将大幅度提高食品的质量和安全性。

来自中国生物技术发展中心的数据显示, 2007年中国食品工业产值已突破30000亿元, 仅是农业产值 (48893亿元) 的61%, 加工水平滞后。按发达国家水平计算, 我国食品工业产值至少还有20%的潜力。挖掘食品工业潜力, 依靠生物技术形成第四代食品, 将形成25000亿元的产业, 为1000多万人提供就业机会。

生物医药技术, 防治疾病新思路

据生物技术发展中心的数据, 目前我国艾滋病感染者达到84万人, 预计到2010年艾滋病病毒携带者将超过1000万;活动性肺结核病人约450万例, 居世界第二;乙型肝炎病毒感染者超过1.2亿人, 占世界携带者的1/3;糖尿病患者超过2000万人, 血吸虫病患者达到80万人。心脑血管疾病死亡率仍持续上升, 2002年的死亡率是1953年的两倍, 恶性肿瘤和心脑血管疾病所造成的死亡占人口总死亡、劳动年龄人口总死亡、特别是最佳劳动力损失人口总死亡的60%—70%左右。人口和健康方面存在的问题堪忧, 每年出生的近1700万人中4%—6%有出生缺陷, 严重影响民族整体身体素质。基因诊断、基因治疗等现代医药生物技术的广泛应用将为预防和治疗难治性疾病提供新的思路, 并可以大幅度降低出生缺陷率。

绿色能源, 缓解资源压力改善生态环境

我国是个化石能源资源十分短缺的国家, 预计到2020年, 我国的石油自给能力无法满足国民经济和社会发展的需求, 石油资源安全和能源安全的问题将越来越突出, 严重影响经济发展和国家安全。我们只有通过节约能源、开发新的可再生替代的生物能源才能保障能源安全。

此外, 我国约85%的二氧化硫和28%的总悬浮颗粒物是由于煤炭燃烧造成的, 导致城市空气质量下降和30%的国土受酸雨危害。2000年我国二氧化碳排放量居世界第二, 占世界总量的13%。如果保持现有的资源利用和污染排放水平, 到2020年, 资源利用对生态环境的影响将是现在的4.4-4.8倍;到2030年前后, 中国二氧化碳的排放量有可能超过美国, 居世界第一位。如果保持现有环境质量, 资源利用率必须提高4—5倍。利用生物能源, 可以减少环境午饭, 同时生物技术大幅度增加绿色植被, 吸收CO2将从根本上净化空气, 减缓气候变暖的趋势。

水土流失也是我国很重要的生态环境问题, 我国水土流失面积为356万平方公里, 占国土总面积的1/3;全国沙化土地169万平方公里, 约占国土总面积的18%, 需要发展抗旱、抗盐碱的生物新品种, 增加地表覆盖;遏制我国土地沙化、荒漠化加剧的势头需要依靠生物技术培育抗旱、抗盐碱的生物新品种。

————建议————

生物产业与信息产业相比, 具有明显的特点, 技术垄断、市场垄断程度较低, 为广大发展中国家, 特别是生物资源丰富的发展中国家提供了一次难得的历史机遇。我国应采取重大举措, 像当年抓“两弹一星”那样抓“生物经济”, 在生物经济时代再创辉煌。

政策支持, 营造发展环境

应实施专利战略和标准战略, 加强知识产权保护, 保护国内市场, 开拓国际市场。尽快制定具有我国自主知识产权的生物技术产品标准, 建立检测技术、安全监控、安全预警、风险评估、进出口监控体系, 提高我国生物技术产品国内市场占有率和国际竞争能力。同时营造有利于生物技术产业发展的环境。并大力发展生物技术中介机构, 为加速生物技术成果的转化和产业发展提供良好的服务。

人才培养, 打造产学研队伍

应牢固树立人才资源是第一资源的观念。实施人才强国战略, 打造一支国际一流的人才队伍。着力营造崇尚科学, 尊重人才, 激励创新, 宽容失败, 有利于人才成长的创新文化与环境。注重和加强优秀人才培养, 造就一批具有国际影响的学术带头人;造就一支既具备科技知识和长远战略眼光又了解市场和产业发展需求的科技与经济结合的复合型管理人才和科技型企业家队伍;政府、学术机构以及企业联合推动, 设立生物技术领军人物基金, 吸引和凝聚尖子人才为国服务和创业。

资金投入, 健全创新体系

应加大对生物技术研发和产业化的公共投入力度。公共投入重点支持原始创新性研究、关键技术和核心技术研发, 基础设施、共性技术平台建设, 健全国家生物技术创新体系。

建立和完善多渠道、全社会投资机制和体系。积极鼓励和吸引企业界、金融界等方面对生物技术研究的投入。在产品开发和产业化方面, 应逐步形成政府给予引导性支持, 企业和社会资金投入为主的格局, 逐步形成适合我国国情和生物技术产业发展的创业投资体系和运行机制。

国际合作, 提升研发水平

应鼓励以各种方式加强国际交流与合作, 通过积极参与国际合作与竞争, 迅速提升我国生物技术的研究开发水平。

鼓励和支持国内机构与国外机构合作, 在国外建立生物技术前沿和核心技术方面的联合实验室、研究机构, 充分发挥留学人员和华裔科学家的作用;同时, 吸引和支持国际知名大学、研究院所在国内建立分支或合作机构。

生物学家 篇5

研究了曝气生物滤池处理模拟生活污水稳态运行时反应器内生物膜的形态特征、生物量和微生物的活性变化特征,分析了生物膜及微生物种群的空间变化规律.结果表明,曝气生物滤池的生物膜形态、颜色和厚度具有沿水流方向渐变的.特点,而生物膜密度则在垂直方向上分布不均匀,靠近载体表面部分空隙较大;生物量沿水流方向出现逐步递减的趋势,生物膜活性变化呈现明显的倒“V”型特点;微生物种群组成多样,食物链长且相互交叉,系统营养结构复杂,高端营养级微生物种群所占比例较高,底物利用范围大,沿水流方向可形成不同代谢类型微生物的优势群落.

作 者：邱立平马军 QIU Li-ping MA Jun 作者单位：邱立平,QIU Li-ping(济南大学土木建筑学院,山东,济南,250022;哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江,哈尔滨,150090)

马军,MA Jun(哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江,哈尔滨,150090)

想当厨子的生物学家是个好黑客 篇6

译者：肖梦

出版社：清华大学出版社

出版时间：2013年2月

页数：320

定价：32.00元

比尔·盖茨对《连线》杂志的记者马库斯·乌尔森说，如果他还是个少年，他就会做生物“黑客”了。“如果你想用伟大的方式改变世界，就从生物分子开始吧！”

这里是生命科学领域的比尔·盖茨和乔布斯的故事。

20世纪，IT技术重塑了人类的日常生活。21世纪，轮到生物技术了。既然DNA也是程序，也可以编码和解码，既然人体就跟电脑一样可以通过程序控制，那么，生物界的程序員们就是改变人类衣食住行面貌的人。现在，生物“黑客”们正在通过DIY改造世界。

他们试图用更廉价和实用的生物技术来改变人类的生活：在厨房里检测家族遗传疾病，自己制作三聚氰胺检测工具，制作更方便廉价的传染病疫苗，把果蔬净化机改装成离心机，发明世界上最小的上热循环仪，用微生物净化水的方法来清理胆固醇，开拓个人定制的癌症攻克方案。

此书描写的正是这样一群“黑客”，他们犹如空中的新星，为科学的发现与创新带来了新的希望。他们的信念是：生物科学的成果应该送到最需要它们的人手上，生命可以设计，每个人都可以成为生物“黑客”。

生物学家 篇7

1985年美国Rice大学的Smalley研究小组和英国Sussex大学的Kroto研究小组在用激光轰击石墨靶做碳的气化实验时发现, 含有由许多碳原子组成的碳原子簇, 且均由偶数个碳原子组成, 其中以60个碳原子组成的原子簇丰度最高[1], 提出并证实了C60的封闭笼形结构的设想——60个碳原子构成足球状的截角二十面体[2]。1990年德国科学家Krätschmer 等建立了电弧法合成克量级C60的方法[3], 在世界范围内掀起了研究C60的热潮, 包括物理、化学、生物、天文和材料科学等在内的多学科领域[4,5,6,7]。C60是一个电负性的分子, 具有3个简并态的最低空轨道LUMO轨道和5个简并态的最高占有轨道HOMO轨道, 是一个优良的电子接受体, 具有sp2 杂化成键的多芳香环球状结构、较大的刚性, 并具有较低的电子重组能[8], 可发生氧化、还原、亲核加成、[n+2]环加成、Fridel-Crafts反应、Diels-Alder 反应、Bingel 反应等[9], 是药物设计的理想基体, 可以根据需要接上多种基团。通过引入新的基团, 如-OH、-COOH、-NH2等可同时赋予富勒烯新的物理化学性质。这些特性引起了生物学家和药物学家的浓厚兴趣, 人们把C60喻为药物设计中的“化学针插” (Chemical pin cushion) 。

C60由于疏水性强, 几乎不溶于水[10] , 也不溶或微溶于多数极性溶剂。将富勒烯引入含水体系是研究其生物学效应的一个首要前提, 富勒烯水溶化的主要方法是将富勒烯球进行化学修饰使产物具有水溶性, 目前已经报道了各种不同结构富勒烯水溶性衍生物的合成方法[11,12,13]。合成的一个重要策略是将富勒烯与各种生物分子进行连接, 得到具有富勒烯与生物分子双重特性的化合物, 由此改善生物分子的原有功能或产生一些新的生物活性。如富勒烯与亲水性物质/药物分子化学键合后, 形成的两亲性分子较易透过生物膜, 从而提高了生物组织对这些化合物的利用度。迄今为止, 已经合成了氨基酸与多肽、葡萄糖与环糊精、类固醇以及寡聚核苷酸等生物分子的富勒烯衍生物, 为富勒烯衍生物的生物学应用开辟了道路。本文综述了富勒烯生物分子的合成与生物学效应的最新研究进展。

1 C60氨基酸或多肽衍生物

为了使富勒烯获得光敏活性和可以选择性地被传送到目的生物靶点, 一方面, 富勒烯衍生物必须与核酸、蛋白、不同类型的细胞及细胞器间具有很好的生物亲和性;另一方面, 富勒烯自身能够便于特定的生物活性分子与活细胞的亲脂性膜相互作用, 从而提高细胞的吸收。自Prato等[14]于1998年报道了富勒烯肽的合成以来, 富勒烯肽的合成与生物学特性得到越来越多的关注。

1.1 富勒烯氨基酸衍生物

Enes等[15]介绍了N- (2-甲基-5, 6, 7, 8-四氢[60]富勒烯[1, 2-g] 喹唑啉-4-基) -α-氨基酸衍生物的合成, 即通过充分取代的嘧啶邻并醌二甲烷与C60发生Diels-Alder加成反应获得, 新化合物之一是氨基和羧基均未取代的L-赖氨酸衍生物。这种化合物适合于进一步合成肽。笔者设计合成了一类含有游离的氨基与羧基的α-富勒烯氨基酸[16], 采用有机溶剂交换法制备纳米颗粒水悬液, 初步研究证明为适合于生物医学应用研究的新型富勒烯衍生物[17]。宋高广等建立了富勒烯氨基酸固相合成方法, 利用不同的树脂, 将氨基酸的羧基与树脂连接裂解后得到2种单加成富勒烯氨基酸 (单加成富勒烯半胱氨酸 (Fullerene cystine, Fcy) 、单加成富勒烯赖氨酸 (Fullerene lysine, Fly) ) 和1种多氨基富勒烯 (Polyaminated fullerene, Paf) , 方法简单, 易于纯化, 但产率较低, 有待进一步研究提高[18]。

Yang等[19]用1, 2- (4′-环丙酮) 富勒烯与Boc保护的 (4-氨基) 苯丙氨酸反应, 生成了水溶性的富勒烯苯丙氨酸衍生物 (见图1) , 研究发现其具有抗氧化的功效[20]。同样, Evaggelia 等[21]合成的化合物也证实了富勒烯氨基酸衍生物可作为有效的抗氧化剂。Bianco用富勒烯吡咯烷衍生物与Boc保护的谷氨酸反应, 生成了Boc保护的L-富勒烯吡咯烷谷氨酸3, 并以此为前体固相合成了两种富勒烯的多肽衍生物, 其在水中的溶解度能达到1～5mg/mL[22]。

甘良兵等[23]报道了另一种合成富勒烯氨基酸衍生物的方法, 即氨基酸酯与富勒烯在加热条件下可以直接发生反应获得。

江贵长用富勒烯与甘氨酸在甲苯/乙醇/水的混合溶液中反应, 制得了极易溶于水、DMSO、THF的富勒烯甘氨酸衍生物[24], 并用此法合成了水溶性的富勒烯赖氨酸衍生物[25];刘绪峰等[26]也用此法合成了水溶性的6-氨基己酸富勒烯衍生物和2-氨基乙磺酸富勒烯衍生物, 发现前者的水溶性受溶液pH值影响较大 (pH=10.25时为71.81mg/mL, pH=7时为23.68mg/mL, pH=3.36时为10.12mg/mL) 而后者的水溶性受溶液pH值的影响较小。2007年Hu等用此法合成了水溶性的富勒烯β-丙氨酸衍生物[27]和富勒烯胱氨酸衍生物[28], 发现这2种物质均能阻止由H2O2诱导所产生的PC12细胞损伤。

Wolff D J等报道了富勒烯氨基酸对一氧化氮合成酶的抑制作用, 其机理可能与富勒烯氨基酸干扰了电子转移有关[29]。Kotelnikova等[30]于1996年通过富勒烯氨基酸C60-DL-alanine 和富勒烯二肽C60-DL-alanine-DL-alanine 对不同膜区的通透性进行了研究, 结果表明富勒烯氨基酸C60-DL-alanine和富勒烯二肽C60-DL-alanine-DL-alanine 具有很强的膜亲和力, 可以很好地通过磷脂双分子层, 且不会破坏膜的完整性。此后, 关于富勒烯肽的膜通透性的研究有了很多报道, 更多具有优良特性的富勒烯肽被合成, 但这些富勒烯肽化合物的体外研究与体内的药学动力学结果并不完全一致[31]。科学家们正在合成并筛选更加完善的富勒烯衍生物。

1.2 富勒烯多肽

1993年Prato等首次合成了带有5个氨基酸的亚甲基富勒烯肽衍生物[32], 研究显示该类衍生物在对细菌的抑制方面具有潜在的生物活性。

多肽T的碳端4-8序列的五肽 (H-Thr-Thr-Asn-Tyr-Thr-OH ) 有极强的亲水性, 且在人单核细胞趋药性试验中具有较好活性作用, 因此, 1994年Toniolo等[33]将该五肽段序列和富勒烯[60]-61-羧酸共价结合形成C60的多肽衍生物。该产物不仅具有类似于该五肽段的生物活性, 而且增加了富勒烯衍生物特有的生物活性, 即能够抑制HIV-1蛋白酶的活性 (见图2) 。抑制剂XM323 (即DPM323) 抗HIV-1蛋白酶的活性可达55%, 而二甲亚砜 (DMSO) /水溶液中的富勒烯-五肽则为40%。结果表明, 由于肽T是一个有效的人单核细胞趋药性的兴奋剂, 使与肽相连的富勒烯也显示了高的向化特性。研究人员认为, C60衍生物作为人体免疫缺陷病毒酶抑制剂时, 含肽的抑制剂比非肽抑制剂的活性更强, 前者在亚毫微摩尔范围 (10-12) 有活性, 后者在毫微摩尔范围 (10-9 ) 有活性。

Chen 等[34]以类似的方法用C60羧酸衍生物与牛甲状腺球蛋白、牛和兔的血清白蛋白、三聚赖氨酸以及五聚赖氨酸进行缩合反应得到水溶性多肽衍生物。2004年Sofou等[35] 合成了一种富含脯氨酸的富勒烯七肽, 它含有1个水溶性的乙二醇链, 共价连接富勒烯球体和1个七肽 (即 H-PPGMRPP-OH) , 大大提高了其水溶性。实验发现该化合物对全身性狼疮红斑病和混合性结缔体素疾病等病人血清中的自身抗体有一定的生物抗性。Yang 等[36]还发现富勒烯肽可提高透膜效率及抵抗酶消化分解的能力。

Watanabe 等[37]合成了一类富勒烯氨基酸和富勒烯肽, 其中富勒烯氨基酸中α-碳原子和富勒烯吡咯烷氮原子间隔有4～6个亚甲基。王乃兴等通过伯氨氢原子在一定条件下发生消除反应得到活性中间体碳烯的方法合成了水溶性的五加成富勒烯二甘肽衍生物, 产率为12.3%[38]。Romanova 等[39,40,41]以氨基酸或二肽与C60直接反应得到以单加成为主的产物, 其中部分二肽的衍生物能溶于水中。

Rancan 等[42]利用富勒烯链接的长链烃基末端的活性羧基基团与抗体的氨基连接合成了共价结合利妥昔单抗的富勒烯衍生物, 由于长链烃基的存在, 富勒烯球体并不影响抗原抗体的活性位点。共聚焦显微镜研究表明, 该化合物具有CD20受体亲和力, 具有CD20阳性的B-淋巴细胞选择性, 显示了富勒烯衍生物在光动力学治疗中作为靶向药物载运分子的能力。

富勒烯多肽衍生物是一种具有很强抗菌潜力的富勒烯衍生物, 现已应用固相肽合成法, 插入合成到固相肽上, 再脱离树脂。以不同种类 (非极性、酸性、中性和碱性) 的氨基酸与树脂 (羧基、氨基和酰胺基) 为反应原料, 合成不同结构的富勒烯氨基酸[43,44]。由具有亲脂活性的富勒烯和提供水溶性、静电相互作用的肽段组成, 具有很强的抗菌活性。实验发现, 富勒烯多肽衍生物对化脓性金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的MIC分别为8μmol/L和64μmol/L, 而不含富勒烯的肽段没有抑菌活性, 因此富勒烯在抑菌活性中发挥了主要作用;另外, 有一种多肽3对革兰氏阴性菌 ( 如大肠杆菌) 和酵母 (如白色念珠菌) 有较好的抑制作用, 而对革兰氏阳性菌 (金黄色葡萄球菌) 效果较差, 引入富勒烯核心后明显提高了其对革兰氏阳性菌的抗菌活性, 但对革兰氏阴性菌和酵母的抗菌活性下降。

Kobata等[45]合成了6个含有卟啉环和富勒烯球的L-赖氨酸两性树形分子, 通过透射电镜观察发现它们可在水中自组装成纳米颗粒, 并可通过加入2-HP-β-CDx及1-adamantanecarboxylic acid观察到它们在水中可控的分裂/再组装过程。

合成了自聚集的富勒烯谷氨酸纳米颗粒, 并显示了类似超氧化物歧化酶的性质[46]。Arai等[47]通过富勒烯氨基酸和卟啉反应合成了水溶性的L-赖氨酸富勒烯树形分子, C60和1对卟啉环被包被, 其中, 分子表面的8个氨基被羧基修饰, 从而具有了两性分子的特性, 可在水中形成超微微粒。

2 C60的寡聚核苷酸衍生物

富勒烯具有光物理特性, 有很深的颜色, 在UV 和可见光区显示了丰富的光化学行为, 在光的激发下, 三线态C60可产生约1个单位能量, 通过能量转换可形成高产量的单线态氧 (1O2) , 而三线态也能氧化富电子底物。富勒烯衍生物具有专一性切割DNA 的能力, 为了使C60能应用于生物体系特别是提高其选择性, 1994 年Tokuyama 等[48]比较了几个C60衍生物的光诱导生物活性, 研究发现将化合物3和超螺旋PBR322一起在黑暗中和可见光照射下保温时, 光照射下的保温使共价键紧密联合的超螺旋DNA产生裂纹;在同样实验条件下, 化合物2显示出低的DNA 裂解能力, 而部分溶于极性溶剂的化合物1和缺少富勒烯片段的参考化合物4则不能裂解DNA。该衍生物可以作为一种较理想的光子探针 (Photoprobe) , 在基因转录和mRNA 翻译研究中具有重要的应用价值 (见图3) 。

1995年Boutorine等[49]合成的14-mer的C60寡聚核苷酸衍生物可通过Watson-Crick氢键结合到单链靶RNA上, 或通过Hoogsteen氢键结合到双链靶DNA上。实验证明, 裂解发生在特定的鸟嘌呤碱基位置 (见图4) 。他们认为含鸟嘌呤链的随机断裂, 很可能是由于C60分子对DNA 的非选择性的疏水结合, 且有识别能力的基团连接到C60上, 增强了对鸟嘌呤断裂位置的选择性。实验证明, 裂解发生在限定的鸟嘌呤碱基位置。这类富勒烯-低聚核苷酸共轭物具有较高位置特定性, 能通过形成双或三链螺旋结构有效地修饰DNA, 致使其特定位置裂解。

An等[50]改进了其方法, 通过连接极性官能团到C60结构上得到新的水溶性C60寡聚核苷酸-二氢富勒烯-脱氧低聚核苷酸 (DHF-DON-1) 。

研究发现, 虽然与曙红和与C60相连的脱氧低聚核苷酸都会引起鸟嘌呤的特定断裂, 但两者在D2O 中的光解反应却明显不同, 在D2O中光解通常能加强1O2的反应, 假如C60-脱氧低聚核苷酸修饰的鸟嘌呤产生的选择性位置裂解是由单线态氧1O2致活, 则其裂解产率应在D2O光解中显著增加。实际情况却相反, Eosin-DON-1 对被修饰的鸟嘌呤的裂解产率显著增加, 而对DHF-DON-1修饰的鸟嘌呤的裂解产率却没有明显影响, 而且反应中也不被1O2的猝灭剂所抑制, 表明, C60衍生物和单链鸟嘌呤的反应不是通过1O2传递的, 即C60衍生物对单链DNA的光诱导、位置的选择性修饰不是通过1O2作为活化剂, 而是通过鸟嘌呤与C60之间的单电子转移机理。C60诱导鸟嘌呤裂解的高选择性和与其它增敏剂相比的高活性使其成为DNA 裂解反应中的选择试剂。DNA 裂解会使有病或异常增殖的细胞凋亡, 通过连接靶向性的官能团可使富勒烯的作用发生在特定的部位, 这为治疗某些癌症和一些疑难杂症提供了一条新途径。从单线态氧1O2到单电子转移机理, 标志着对作用机理认识的深入, 随着富勒烯作用机理的进一步揭示, 必将会给富勒烯及其衍生物在DNA裂解方面的应用带来深远的影响。

Bergamin、Ros等[51,52]合成了2种新的富勒烯衍生物, 其包含寡聚核苷酸链和1个三甲羟基吲哚单元, 该结构能连接DNA小沟, 增加三螺旋链的结合力、选择性和稳定性。

Yang等[53]应用An等[50]报道的方法合成了针对GFP和β-actin的富勒烯寡核苷酸 (FONCs) (见图5) , 发现富勒烯核苷酸的疏水性富勒烯球体可与Taq DNA聚合酶发生疏水性作用, 抑制Taq酶的活性, 对目的DNA片段的PCR扩增产生抑制作用。

Huang等[54]合成了一种富勒烯黄嘌呤衍生物, 可抑制LPS诱导的NO和α-TNF的产生, 有抗菌作用。

为了使人工寡聚核苷酸 (Oligonucleotides, ONs) 能够更有效地控制基因表达, 化学家们尝试对其进行了多种化学修饰, 其中, 将肽与ONs共价连接生成的肽寡聚核苷酸化合物 (PONCs) 具有一些显著的优点。研究表明, PONCs可增加ONs与其靶RNA作用的特异性, 促进ONs通过细胞膜以及提高ONs对核酸外切酶的抗性。这些优点使其在反义寡聚核苷酸的化学修饰方面的应用前景非常令人鼓舞。本课题组设计合成了一类新型富勒烯化合物, 即富勒烯氨基酸寡核苷酸 (Fullerene-amino acids-oligonucleotide conjugates, FAOCs) , 富勒烯肽寡核苷酸 (FPOC, 实验结果还未发表) 将可能具有更加优良的透膜能力、抗核酸外切酶消化能力以及其它的生物性能, 有望成为一类新型高效的寡聚核苷酸类药物。笔者还设计合成了富勒烯天冬氨酸寡核苷酸 (Fas-ONC) , 合成了针对GFP和Bcl-2的富勒烯氨基酸反义寡核苷酸FasONC (Bcl-2) , 初步研究发现富勒烯氨基酸寡核苷酸对细胞周期没有影响。比较研究了不同富勒烯氨基酸寡核苷酸处理的细胞的Bcl-2蛋白表达率及细胞凋亡率, 结果表明FasODN (Bcl-2) 对Bcl-2基因表达有抑制作用, 而FguODN (gree) 无明显作用, 说明设计合成的特定富勒烯氨基酸寡核苷酸能选择抑制目的基因的表达。

3 C60的寡糖衍生物

将C60与碳水化合物相连可极大地改善富勒烯的水溶性和生物识别能力, 因此研究者们通过不同方式来连接两者。以前的研究都要对碳水化合物进行化学修饰才能促使连接发生[54,55,56,57,58], 且修饰十分复杂。Abe等[59]首先合成氧胺连接的富勒烯衍生物, 使各种寡聚糖能很容易地连接到球体上, 省略了对寡聚糖的修饰。合成示意图见图6。

4 其它

4.1 富勒烯环化糊精衍生物

Samai等[60]和Filippone等[61]运用巧妙的方法使富勒烯衍生物与环化糊精共价结合, 不但提高了其水溶性, 而且降低了其聚集现象, 为富勒烯衍生物的生物学应用开辟了道路。

4.2 富勒烯卟啉衍生物

Jiang等[62]合成了一个非离子化的锌-卟啉富勒烯二对体5, 它是一个两性树形分子, 可在水/THF混合溶液中形成平均直径为100nm的多层小泡。通过分析电子吸收光谱等, Jiang等认为其可在混合溶液中自组装形成光敏性的小泡 (见图7) 。

树形分子由于含有多个电活性和光活性的发色基团或具有两性分子的性质等而日益受到广大研究人员的青睐, 而把富勒烯与树形分子相结合, 更综合了两者的优点, 使水溶性高分子量的富勒烯树形分子衍生物的合成得到了越来越多的重视。Nierengarten等将在分枝处含有5个富勒烯球并在外围含有长链烷基的树形分子与另一Frechet型树形分子 (含长的乙二醇链) 相结合, 形成了具有两性分子特性的富勒烯树形分子[63]。Zhang等将树形的1, 3-phenylenebis (methy-lene) -tethered bis-malonate衍生物通过环化反应结合到C60上, 生成了具有两性分子特性的富勒烯树形分子[64]。

Jensen等[65]将末端带有4个氨基的树形分子PAMAM G4与C60反应, 形成了被C60包裹着的具有PAMAM核的纳米共轭物 (见图8) 。该共轭物可以通过产生单线态氧催化光氧化反应生成苯甲基亚砜, 在水溶液中该氧化反应能力强于在有机溶剂中的, 他们推测这可能是由于此共轭物可作为纳米反应器, 通过扩散使疏水的反应物分子进入树形分子空腔中。

Rio等[66]将大环分子1和2与C60反应生成稳定的高分子集合体, C60被包裹在1和2的空腔中, 其中2与C60反应生成的集合体具有良好的水溶性, 溶解度为3mmol/L, 推测其可用于评价水溶液中所产生的单线态氧的毒性。Takaguchi等采用Diels-Alder反应原理合成出一种富勒烯-蒽树形分子, 该反应条件温和, 产率可达到70%, 在pH=1.5酸性水溶液中合成出的树形分子的溶解度为30mg/mL[67]。

富勒烯树形分子衍生物的合成带给我们诸多启示, 可参考其合成方法及路线更好地设计合成富勒烯生物分子。

5 展望

迄今为止, 富勒烯的研究领域已涉及到有机化学、无机化学、生命科学、材料科学、高分子科学、电化学等众多学科和应用研究领域, 并越来越显示出其巨大的潜力和重要的研究价值, 而富勒烯生物分子作为其重要组成部分也越来越受到关注。目前, 对富勒烯生物分子的研究主要集中在富勒烯卤化物的制备方法、分子结构以及一般性质上, 而对富勒烯生物分子生物学效应的研究才刚刚起步。

生物学家 篇8

一、模型存在不足, 纠正促进成长

(一) 细胞膜的流动镶嵌模型

制作细胞膜的流动镶嵌模型需要的基础知识有︰组成细胞膜的基本成分、磷脂分子的结构、蛋白质在磷脂双分子层上的分布。

第1组的代表对他们的作品 (如图1) 做了如下介绍︰“我们用深蓝橡皮泥捏成了磷脂的头部, 将橡皮泥附着于白纸上, 将白纸中间剪开制成磷脂的尾部。用红色的橡皮泥捏成了蛋白质和寡糖链。”

其他同学在聆听之后提出了以下几个问题。

(1) 1个磷脂分子应该有一个亲水性的头部和2个疏水性的尾部。你们模型上的磷脂分子的头部和尾部的比例不是1:2的关系, 而是一个亲水性的头部有3-4个疏水性的尾部。

(2) 部分蛋白质应该镶在磷脂双分子层的外表面, 部分蛋白质应该嵌在磷脂双分子层中, 部分蛋白质分子应该是贯穿在整个磷脂双分子层中, 而该模型中的蛋白质只有第3种分布方式。

第一组的成员面对质疑做出了如下的回答︰“我们没有想清楚磷脂的结构, 只是照着课本上的模型捏出了相似的结构。蛋白质的分布方式不全面的原因是由于我们赶时间, 所以没有考虑全面。”

“纸上来得终觉浅, 绝知此事要躬行。”学生平时课堂上仅仅是对这些知识进行机械性的记忆, 并没有理解它的含义。构建生物模型的过程就是一个晒知识的机会, 正如晒衣服一样, 学生把有相关的模型晾出来, 在全班学生的共同侦查下就会发现一些不足, 从而共同构建正确的知识框架。

(二) 线粒体模型

制作线粒体模型需要注意的事项有︰双层膜、内膜向内折叠凹陷形成嵴。

第2组的代表介绍了他们的代表作 (如图2) :“我们小组的取材很特别, 我们用半个花生的壳充当线粒体的外膜, 用一根弯曲的电线充当线粒体的内膜。我们自己对这个模型感到比较成功。”

其他同学在笑过之后提出了2点疑问。

(1) 线粒体的内膜并不是全部折叠, 而应该是部分折叠。请问你们模型上的什么结构代表内膜?

(2) 请问你们这个模型中的内膜面积大于外膜吗?

第一组的组员做出了如下回答︰“我们在选材制作的过程中, 只注意到了线粒体的内膜向内凹陷折叠形成嵴这个显著的特征。我们没有全面考虑线粒体的内膜的特征, 所以出现了该模型中的不足, 在今后的制作过程中我们会注意改进的。”

有知识的人不实践, 等于一只蜜蜂不酿蜜。学生平时掌握的知识只是脑海里零散得储存, 没有完整的完善的构架。动手制作的过程中暴露出一些缺陷, 在小组之间的相互纠错的过程中, 大家思维的都比较迅速, 碰撞出了思维的火花, 从而很快地找到了模型的不足, 完善了知识的构建。

(三) DNA模型

制作DNA模型需要具备的基础知识︰ (1) 磷酸和五碳糖交替连接排在外侧。 (2) 碱基对排在内侧。 (3) 两条脱氧核苷酸链反向平行。学生平时对这三点的理解, 不觉得有什么困难。对做一个DNA模型持胸有成竹的感觉。但是模型还是暴露出了一些瑕疵。

第二组的代表介绍了他们的模型 (如图2) 。“我们用硬纸板剪出了如图的零件, 然后用订书钉将各个零件之间订起来。”

其他同学在聆听之后提出了以下4点疑问。

(1) 该模型中相邻的2个脱氧核苷酸之间没有连接, 而是直接连接在额外的“扶手”上。

(2) 该模型不能体现A-T、C-G之间的氢键数目不同。你们模型仅仅用一个相同的结构体现了碱基之间的氢键。

(3) 该模型不能体现A只能与T配对, C只能与G配对。你们模型中不能看出配对碱基之间的一一对应关系。

(4) 该模型不能体现DNA的两条链之间是反向平行的。

第二组的成员做出了如下的回答︰“我们误解了相邻的两个核苷酸之间的连接方式, 我们就机械地用将一条链中每个核苷酸都连在边上的硬纸板上。不同碱基对之间氢键应该不同。在以后的制作过程中, 我们可以通过不同的形状来体现碱基之间特异性配对。”

这说明学生根本就不理解DNA分子的骨架是什么。只是生搬硬套地凑了两个骨架。这说明学生在制作模型的过程中模仿占了主要地位, 缺少自己的思考。

“学者贵于行之, 而不贵于知之。”司马光的这句名言很好地阐述了学习中“知”与“行”的关系。学生对于DNA结构的特点几乎都能背出来, 但却做了一个DNA的伪劣模型。这说明构建模型有助于学生对知识的理解。

二、实验教学中“纠正”更显重要

在高中生物实验课堂上, 有部分学生实验由于实验室的器材不足或者学生的不规范操作都会导致实验失败。很多教师会在上课之前会为学生打各种各样的预防针, 想让学生做一个严谨的实验获得预期的实验结果。其实我认为, 事先灌输的效果不一定有事后纠错的效果好。实验的预期设计固然重要, 但实验后的总结和失败原因的分析应该是实验课的主要目标之一。

在“探究不同加酶洗衣粉的洗涤效果”这一实验中, 洗衣粉中添加的酶的种类是自变量, 各自的洗涤效果是因变量, 其余变量都是无关变量。无关变量列举如下: (1) 各组所用的水量。 (2) 各组的水温。 (3) 各组的洗衣粉量。 (4) 各组洗涤的材料的质地。 (5) 各组洗涤材料的大小。 (6) 各组污染物的种类。 (7) 各组污染物的污染程度。 (8) 各组的洗涤时间。 (9) 各组的洗涤强度等。其中 (2) 和 (9) 在一般学校的实验室中就很难控制相同且适宜。有部分教师因为无关变量很难控制就避开这个实验不做。其实, 教师只需要在学生实验结束时引导学生分析自己在实验过程中有哪些无关变量没有控制好。反其道而行之, 有时会有一种豁然开朗的感觉。在微生物的培养试验中最关键的注意点就是无菌操作。在一般农村高中没有超净工作台, 只能火焰旁操作。所以最终培养的结果往往要比预期的结果更复杂。教师可以带领学生一起分析自己操作的过程中有哪些步骤可能会使培养基被杂菌污染。还可以趁机让学生观察平板上不同菌落的形态, 根据教师提供的资料学会认识菌落。

三、构建生物模型, 培养学生情感态度价值观

构建模型可以锻炼学生的自信。在这次活动中第三小组用一个最小的材料 (花生壳) , 花了最短的时间, 制作出了一个最逼真的线粒体。他们自认为自己的模型还是可以的, 他们找到了自信, 相信以后在各门学科的学习上都会有进步的。他们相信自己一定能行。

构建模型可以培养良好的人际关系。细胞本身就很小, 肉眼无法看见, 其中的一个结构或一个分子就更小, 但是不管空间有多小, 每一个特定的结构一般都在特定的位置分布着。各个结构都有条不紊的完成着自己的使命, 他们相互联系, 相互合作, 从不互相推卸责任。细胞的各个结构能够相互协调, 达到共赢, 有效地完成着各项生命活动。我们人类应该能够比细胞的各个结构做得更好, 和谐共处, 促进社会精神文明的发展。

制作模型让学生学会了交流。在这个过程中小组内部的成员要相互协作、积极动脑、善于倾听才能在较短的时间内完成作品。制作模型的材料大多数是父母帮忙找的一些废旧的材料。学生请父母帮忙找一些材料, 增加了与父母交流的机会, 促进了家庭的和谐。

制作模型培养了学生的毅力。毅力是人生之宝, 毅力是成功的前提。在制作的过程中, 挫折经常出现, 阻挡着活动的进展。但是绝大部分的学生还是克服了困难, 做出了模型。

著名教育家陶行知先生说过:“手脑双全, 是创造教育的目的。中国教育革命的对策是使手脑联盟。”纠错过程会在学生的知识构建中亮起红灯, 引起注意[1]。改正原有的错误的突触连接, 建立正确的新的突触, 让信息传递的过程更顺利, 让学生在运用时能快速准确地从知识库中提取知识。纠错的方法有多种, 在高中生物课堂中常用的有讲授法、自主合作讨论法。其实利用这两种方法进行纠错的过程中如果只是依赖于抽象的基础知识进行纠错, 有时可能取得的效果很差。在纠错的过程中如果借助于模型、动画等直观的教学辅助工具, 纠正过程可能会取得很好的效果[2]。

摘要：在一次研究性学习活动过程中, 我发现构建生物模型对纠正学生生物知识、改变学生情感态度价值观都具有很大的影响作用。

关键词：研究性学习,构建生物模型,促进成长

参考文献

[1]孔详蛟.纠正式教学法在掷标枪教学中的应用, 考试周刊, 2008 (29) :126.

农药光生物降解与生物修复探析 篇9

随着农业病虫害的增多, 农药的使用量也与日剧增。我国20世纪末农药的投放量如表1所示[1]。与化肥相比, 农药具有毒性大、不易降解的特性, 对水环境和生态系统影响更为恶劣, 客观上造成我国水域环境及生态环境污染的日趋严峻。

2 光生物降解农药

2.1 光降解土壤中农药

2.1.1 有机氯类农药。

太阳光曝晒可增强土壤中有机氯类农药的降解:DDT可转化为DDE。γ-BHC的光解符合一级动力学方程, 其降解常数随土壤有机质含量增加而降低;当有机碳含量不变时, 光解常数随铁含量增加而提高, 低有机碳含量土壤中, Fe2O3对γ-BHC有明显的催化作用。

2.1.2 有机磷类农药。

研究表明, 土壤黏粒含量和土壤湿度是影响有机磷类农药光解的主要因素。光解速率随黏粒含量减少而增大;土壤湿度对光解速率影响随农药品种和土壤类型不同差异较大, 湿土壤明显有利于氟乐灵的光解。土壤的有机质含量对光解速率影响不明显。

2.1.3 有机氮类农药。

阿特拉津除草剂在粒度较小的土壤中光解速率较大, 光解深度也较大;阿特拉津的光解速率在湿土壤中大于在干土壤中;土壤的pH值对其光解速率也有影响, 即酸性和碱性土壤均可促进阿特拉津的光解, 在中性左右的土壤中, 它的光解速率会有一个最小值。另外, 土壤中腐殖酸和表面活性剂的存在均会增加阿特拉津的光解速率。

2.1.4 菊酯类农药。

光分解对拟除虫菊酯类农药在表土中的消解起了重要作用。在田间条件下它们能被阳光迅速降解, 因此它们几乎不存在从土壤迁移转化。氯氰菊酯等3种农药在0.5～1.0 mm粒径范围的土壤中光解速率最大, 在0.10～0.25 mm粒径范围内光解速率最小, 说明其合适的通气孔隙有利于农药在土壤中光解。

2.2 微生物降解土壤中农药

现代农业应用的农药是根治病、虫害的最有效的方法之一, 但农药能长时间地残留在环境中, 并随食物链移动, 产生生态毒害作用。土壤是农药在环境中的贮藏库和集散地。农药进入土壤后, 可以被淋溶、蒸发、吸附和降解。土壤中农药的生物降解是农药转化和解毒的主要途径。

农药的生物降解受土壤温度、含水量、pH值、有机质等多种因素的影响。有的农药既可在厌氧条件下降解, 又可在好氧条件下降解;有些农药则仅能在其中之一条件下进行降解。

现已明确参与农药降解与代谢的微生物有:一是细菌类。如极毛杆菌、黄杆菌、农杆菌、棒状杆菌、芽孢杆菌、芽孢梭菌。二是真菌类。如交链孢、曲霉、芽枝霉、镰刀霉、小从壳属、青霉属。三是放线菌类。如小单孢属、诺卡氏菌和链霉属。

土壤中的农药微生物代谢不同于矿化作用, 也不同于动物代谢。微生物对农药的代谢除使农药被氧化或还原而降解外, 它们还将农药作为营养或获得能源的物质。如在厌氧条件下很容易分解γ-BHC和α-BHC的契形梭菌, 能将BHC的这2种异构体分解为γ-4氯环乙烯和α-4氯环乙烯而获得本身生长所需能源。但不论是细菌、真菌还是放线菌, 其主要代谢反应或途径都是大致相同的, 即为β-氧化作用、乙醚裂解作用、环氧化作用和脱卤素作用等。此外, 只有微生物才能裂解芳香环类农药。

2.2.1 有机氯农药。

有机氯农药在土壤中较难降解, 但还是可以缓慢降解的。这类农药虽然在厌氧和好氧条件下均能进行微生物降解, 但在厌氧条件下降解速度更快。例如:DDT在厌氧条件下, 微生物能使之脱氯变为DDD, 或是脱氢脱氯变为DDE。DDD和DDE都可以进一步氧化为DDA。DDD、DDE的毒性虽比DDT低得多, 但仍有慢性毒性。DDT在好氧条件下分解很慢。

与DDT相比, BHC (丙体666) 比较容易降解。如前述, 厌氧条件下, 微生物很容易分解γ-BHC和α-BHC, 使之成为本身的能源。胡荣桂[2]研究表明, 稻田在淹水条件下, 84 d后土壤中微生物对γ-BHC可降解98.4%, 不淹水的稻田中微生物对γ-BHC只能降解34.5%。因此, 有人提出, 以加水的方法来促进微生物对旱地BHC的降解。

其他的有机氯农药, 如艾氏剂、异艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、氯丹等是环境中最稳定的农药, 因此其降解的速度非常缓慢。

2.2.2 有机磷农药。

有机磷农药在土壤中很易降解, 既能直接水解和氧化, 也能被微生物分解, 其降解速度随土壤温度、湿度和酸碱度增高而加快。如马拉硫磷可以水解, 也可在绿色木霉和极毛杆菌属作用下分解, 反应产物可彻底降解为磷酸盐、硫酸盐和碳酸盐等。

其他的有机磷农药, 如对硫磷、甲基对硫磷和乙基对硫磷, 能被枯草杆菌降解, 所含的硝基被还原为氨基。有些微生物能使对硫磷水解为P-硝基酚, 将其中的毒害成分降解为无毒物质。

2.2.3 菊酯类农药。

拟除虫菊酯类杀虫剂是一类结构类似天然除虫菊的人工合成农药。这类农药急性、慢性的毒性都低, 降解慢, 除了氰戊菊酯等个别品种外, 对人畜和环境较安全。

菊酯类农药在土壤表层, 能被阳光迅速降解, 在土层1 cm以下主要为生物降解。表2列出了3种菊酯类农药在不同土壤中降解的半衰期[3]。

2.3 光生物降解植物中农药

水系中在阳光辐射下藻类可引发产生H2O2、′O2、O2-等活性氧物质, 经过光化学反应又可生成氢氧自由基OH和RO2、R等有机自由基。这些活性物质, 对农药具有强烈地氧化、分解作用, 最终可将有机污染物分解为二氧化碳和水。

处于这种水系的待降解农作物, 通过吸附作用、生物富集作用、自身的呼吸作用等, 将上述活性自由基物质吸收于植物体内, 这些活性物质则可将植物体中的农药残留逐渐氧化、分解。例如, 对BHC农药, 则可使其产生脱氯反应, 而逐渐降解, 其降解产物在植物舒张收缩中随细胞放水排出体外。

在阳光下, 藻类产生一种过氧化氢酶, 这种氧化酶对苯胺类化学物质氧化速度很快;在阳光下, 藻类释放出一些光敏剂, 它可以敏化水系中各种反应, 加速对有毒污染物的降解。

在藻类存在的水系中, 藻引起的光强度减弱作用很小, 不会对光化学降解产生明显影响。

光生物降解技术, 可以移植到人工光生化反应器中进行, 其工作原理如图1所示。此时的光源将采用人造光源, 人造光源的光强在局部范围内可以比辐射于此的太阳光大许多。

3 生物修复

3.1 农田土壤的生物修复

农田污染是我国农业发展所面临的严峻问题, 据不完全统计, 全国受污染的耕地占其总面积的1/10以上, 不仅污染面积大, 而且每年由于土壤污染造成的粮食减产损失巨大, 达250万t[4]。

土壤污染一方面是由于自然现象如洪涝、火山爆发和矿化作用等因素造成;另一方面是由一系列的人类活动造成的, 如工业活动、石油开发、化肥农药的过度施用等, 导致土壤结构被破坏, 大量有害物质积累和残留。土壤的污染, 使得有毒及致癌物质在动植物体内富集, 通过食物链危害各类生物以至于人类。

3.1.1 农田生物修复机理。

生物修复技术是利用微生物及其他生物将存在于土壤中的有毒、有害有机污染物降解成二氧化碳和水或其他无害物质的技术和方法。与物理、化学修复技术相比, 生物修复技术具有安全、破坏性小、效果好、操作简单及无二次污染等优点。根据微生物的来源, 可将微生物修复分为自然衰减法、生物刺激修复技术和生物强化修复技术, 其中生物强化修复技术具有菌浓度高、降解能力强、降解迅速等特点, 在污染土壤修复中应用日益广泛。

3.1.2 生物强化修复土壤程序。

生物强化修复农田土壤, 工作程序如图2所示。

(1) 考察菌群。考察生物修复过程中污染物以及外源微生物对土壤微生态的影响:一方面, 有助于获得更加有效、对环境适应能力更强的污染物降解菌;另一方面, 是提高生物强化修复技术实际成功率的基础。

(2) 菌群筛选。将具有污染物降解能力的微生物分离出来是生物强化修复技术成功的基础。例如, 从微生物的微生态效应出发, 利用真菌和细菌的生长条件及降解石油方面的互补性, 构建了由细菌和真菌组成的混合菌剂, 接种这类混合菌对石油烃的降解率高于细菌和真菌分别降解率之和。

(3) 菌群固定化。利用微生物固定化技术, 可以将微生物接种入土壤中, 是一种保证外源微生物在陌生环境中生长并不断积累生物活性的有效途径。一方面载体 (土壤) 可以为微生物的生长提供附着的表面, 其载体的内部孔道可为各种微生物提供良好的保护性环境;另一方面载体内包埋的营养物质可有效促进微生物的生长。微生物固定化技术已经成功地应用于石油烃、苯酚、氯代苯酚等有机污染物的生物降解。

(4) 引入共底物。一些难降解的有机污染物在自然条件下不能被微生物所利用 (降解) , 而在可供微生物所利用的优质碳源存在时, 微生物可通过共代谢过程降解污染物。例如, 在邻苯二甲酸、二甲酯的生物降解过程中加入无机碳源, 不仅能促进微生物的生长, 而且对污染物的微生物降解也有明显的促进作用, 不失为提高生物强化修复效率的一条有效途径。

(5) 修复技术的联用。对某地区的土壤进行某一种单一的生物修复时, 有时会难以达到预期效果, 因此应当考虑合理地使用多种修复技术的联用。例如, 石油污染的土壤往往伴随着严重的盐污染。高浓度盐离子的存在会抑制微生物对石油污染的生物降解。如果将秸秆填埋发酵技术与生物强化修复技术结合起来会达到土壤修复目的。此时, 利用秸秆及其转化产物促进土壤中微生物的生长, 强化了石油烃的生物降解。

另外, 将土壤生物修复过程与适宜的作物种植相结合, 不仅可以提高生物修复的效率, 还可以获得一定的经济效益。

3.1.3 土壤生物修复实例。

土壤污染生物修复的实际应用, 许多发达国家均有成功案例。据Susan报道, 具有代表性的案例[5]如表3所示。

3.2 湖泊的生物修复

湖泊污染修复的关键是解决湖泊的富营养化问题。湖泊水体的富营养化实质是活性氮、磷元素不断从污染源进入水体而造成的污染。污染源主要是农业生产过程中 (化肥、农药等) 富含氮、磷的农田排水及人类生活污水和工业废水。此外, 还有湖底淤泥中沉积的有害物质, 其氮、磷的不断释放。

如何治理湖泊富营养化、恢复湖泊水体的功能是整个世界需要解决的难题。在过去几十年中, 世界各国科学家已经探索尝试了包括物理、化学、生物三大类几十种方法, 或工程费用昂贵, 或二次污染严重, 或治理速度太慢, 其效果都不尽人意。目前, 可供选择地生物修复湖泊技术有以下几种。

3.2.1 李召虎的“源、流、库”学说及其一体化治理技术。

李召虎根据其在美国参与美国公司湖泊富营养化治理的技术与经验, 导入植物生理学, 提出了“源、流、库”学说, 开发了适合我国特点的《湖泊富营养化 (源—流—库) 一体化治理技术》[6]。该技术采用生物学手段, 对源—湖泊上游源头排放的污染物、流—源头至湖泊水流中的污染物、库—进入湖泊水体的污染物, 进行一体化治理。通过发挥嗜养微生物对污染物的转化 (惰性化) 和清除养分的功能, 健全湖泊生态系统食物链, 彻底根除湖泊富营养化, 修复湖泊生态系统, 恢复水体自净功能。

李召虎利用微生物组合与其他天然生物产品对富营养水体中的有机物进行分解, 在分解的基础上将活性氮、磷物质转化为惰性物质。应用该项一体化治理技术, 已成功治理了富营养化湖泊水体1亿m3, 治理的湖泊面积从0.3 km2到数十平方千米。

3.2.2 EM法投放有效微生物。

李雪梅等在华南植物园往重度富营养化的人工湖投加多糖EM菌剂进行试验[7]。在1 000 m2的湖中投放60个固定了高浓度EM的泥球, 75 d后湖水的变化如表4所示。

湖水透明度的提高, 原因在于EM抑制了水体藻类的生长, 从水体叶绿素看, 投菌30 d, 表面就从3 780 mg/m3降到130 mg/m3, 下降了96.6%。从此案例看, EM治理湖泊富营养化是有效的。

3.2.3 Clear-FLO系列菌剂。

该菌剂是由美国一家公司研究开发的系列产品[7], 专门用于湖泊和池塘的生物清淤、养殖水体净化、河流修复及污泥去除等[8,9]。采用此菌种修复湖泊、河流亦有不少成功案例 (表5) 。

摘要：农药的大量使用, 增加了环境中的有毒元素, 是造成土壤环境污染的重要原因, 它能通过食物链的作用, 直接或间接地危害人类的生命和健康。采用光生物降解的方法, 可降解不同形态的中的农药含量, 与此同时, 采用生物修复的方法也可减少土壤的农药污染, 增加土壤有机肥的含量, 以便更好地保护土壤。

关键词：农药,光生物,降解,生物修复

参考文献

[1]王建华, 范瑜.遥感技术在宏观生态环境监测中的应用[J].江苏环境科技, 2002, 15 (1) :22-24.

[2]胡荣桂.农药污染与土壤微生物[J].环境污染与防治, 1993, 15 (3) :24-27.

[3]朱忠林, 单正军.溴氟菊酯的光解, 水解与土壤降解[J].农村生态环境, 1996, 12 (4) :5-7, 36.

[4]刘铮, 张坤, 花秀夫, 等.石油污染土壤的生物修复技术[J].生物产业技术, 2008 (4) :32-35.

[5]戴树桂, 董亮.表面活性剂对受污染环境修复作用研究进展[J].上海环境科学, 1999, 18 (9) :420-424.

[6]毛喜英.浅谈农药对环境的污染及生物整治措施[J].现代农业科学, 2009 (6) :132-133.

[7]顾宗濂.中国富营养化湖泊的生物修复[J].农村生态环境, 2002, 18 (1) :42-45.

[8]陈里晋, 丁学峰, 林可聪, 等.EM菌液处理富营养化水体的条件研究[J].湖南农业科学, 2012 (2) :62-67.

美国科学家利用牧草生产生物乙醇 篇10

这一研究由美国内布拉斯加大学和美国农业部研究中心的科学家历时5年合作完成，研究成果已发表在新一期的美国《国家科学院学报》上。

据参与这项研究的内布拉斯加大学教授肯·沃格尔说，科学家对内布拉斯加州、南达科他州和北达科他州一些农场种植的牧草进行了试验，结果显示，平均1公顷牧草大约能生产2800升生物乙醇，而利用同等面积的玉米大约可提取3270升的生物乙醇。

生物实验与生物教学 篇11

摘 要:生物学是一门以实验为基础的科学,实验教学是生物教学中一个非常重要的组成部分。生物实验教学在巩固课堂知识的同时,可以培养学生实事求是、严肃认真的科学态度,提高学生分析问题、解决问题的能力。因此,在日常生物教学中,实验教学应当引起教师足够的重视。

关键词:生物实验 教学

生物学是一门以实验为基础的科学,实验教学是生物教学实施创新教育的重要基础和手段。生物实验教学在生物学科教学过程中有着不可替代的地位和作用,在学生的综合能力尤其是创新能力方面的培养,更是有着其他学科无法比拟的优势。生物实验教学可以帮助学生认知生物,提高环境保护意识,关注工农业生产,并在此基础上理解和巩固生物学知识。生物实验教学能够培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力,使学生初步掌握一些常用的生物实验技能,培养学生实事求是、严肃认真的科学态度和科学方法,并且对激发学生学习兴趣,提高实践能力具有不可替代的作用。所以在实际教学中,教师应该重视生物实验教学,以提高生物课堂教学质量。

在生物教学中生物实验可以为发现生命奥妙提供丰富的感性材料,在生物教学中更有其特有的作用:首先它可以使学生获得丰富的感性认识,加深学生对生物概念的理解,激发学生学习生物学的兴趣;其次可以培养学生的观察和实验能力,发展学生的智力;再者可以使学生初步了解生物学的研究方法,培养学生实事求是的科学态度和遵守纪律、爱护仪器的优良品质。生物实验不仅作为一种有效的教学手段和理论知识教学的辅助,而且是生物教学的重要内容,在教学目标和教学质量评估等方面都有所体现。中学生物实验主要有三种形式:演示实验、分组实验和课外实验。

演示实验可以为学生提供感性认识材料,并在此基础上引导学生探求新知,学生在观察的同时便会伴随积极的思考,它是训练学生创造思维的重要契机。教材中的演示实验从器材、方法到表格设计都是按照规定好的步骤和方法进行实验,教师很少去引导学生思考和探索,所以学生根本不能很好地领会实验的原理和思想,不利于学生创新思维的培养。因此需要教师应善于利用从演示实验的现象中所获得的感性材料,引导学生进行“去粗取精,去伪存真,由此及彼,由表及里”的思维加工,经过科学的抽象,形成概念,进一步做出判断,进行推理,从而实现由感性认识到理性认识的飞跃。同时,在演示实验中,教师应当不拘泥于教材或教参的安排,可以进行一些创新的设计,将一些演示实验改为学生探索性实验。学生根据实验题目设计出具体的实验方案,经过教师审查,然后让学生独立进行实验。同一实验习题可能会有不同的实验设计方案,都可以让学生去实践,并相互交流,比较各自方案的优缺点,以开阔学生的眼界。在实验教学中,教师不失时机地对学生中的标新立异的方法给予肯定、支持和帮助,鼓励学生大胆地猜想和独立地思考,并通过实验否定错误的假设或修正不完善的猜想,从而使学生解决问题的勇气、信心、毅力,科学的批判精神和创造力得到有效的培养。

演示实验和分组实验,教师一般做得都比较好,而对于课外实验则往往是不了了之或简单的布置一下,没有引起教师足够的重视。教师应当在提高课堂实验教学质量外,还要倡导学生配合课内学习,在课外日常生活中,联系实际开展力所能及的生物课外小实验以及解释社会生产、生活中的某些生物现象。课外实验是教师根据教学实际需求,学生按照教师布置的任务,在家里利用一些简单的仪器或器皿独立地进行操作和实验,是生物教学的一种很有效的补充形式。学生课外实验可以扩大知识领域,使理论联系实际,培养学生对生物学的学习兴趣和独立工作的能力。有些实验,如自酿米酒、制作酸奶等实验,需要持续较长的一段时间;还有一些实验,如馒头的发酵现象,只能在课余、家庭进行,这些都是课外实验很好的题材。在进行课外实验时,教师也应当要求学生写出实验目的、步骤以及实验的结果,以培养学生严谨的科学态度。但是,教师在布置学生进行生物课外实验时,应当注意一些事项:首先要考虑安全问题;其次实验内容要有意义,使学生通过实验可以观察到有关的生物现象或解决有关生物的生活问题;最后,实验方法比较简单,不需要特殊的仪器或者昂贵的材料。

总之,生物实验教学中,要尽量给学生动脑、动手的机会,培养他们独立思考的习惯,发展他们的创造能力,充分发挥生物实验的教育功能,是全面提高学生素质的重要途径。

生物教学旨在提高学生的生物素养 篇12

在生物教学中, 加强对学生生物素养的提高, 是生物教师在备课推理与确定教学目标, 开拓备课思路, 构思教学策略和设计教学过程中首先要关注的内容, 是完成生物教学目标的关键所在.怎样才能更好地提高学生的生物素养和情感价值观, 应为每个教师深思的课题.下面谈谈笔者在这方面的一点肤浅认识.

一、教改是学生生物素养提高的捷径

就传统的中学生物科学体系来讲, 从学科内容的编写和传授上, 都突出知识传承的发展脉络, 即按照植物、动物和人体的形态结构和生理这一模式进行循序地讲述, 在讲述过程中往往是从低等到高等, 分门别类, 以求突出进化的脉络.其目的是仅从知识传承的角度, 知识结构构建方面传讲知识, 以便学生容易掌握生物知识体系.然而, 在当今信息渗透各个行业领域的社会中, 这种重知识传承, 轻能力培养的做法已凸显出不能适应时代的需要.即使就知识传承方面, 应当传承的不是信息量, 而是信息的质量.传统的知识的传授方式越来越突出求大面宽, 严重挤压着学生的自主学习、主动探究的时间和空间, 离学生素质的全面提高相去甚远, 不利于学生的学习兴趣的提高和进行有选择意义的学习.

在这方面, 新的课程目标要求给了生物教师切身的启发和指导.如在教学中结合活动, 突出学生自主地观察、实践、调查和资料分析等一系列科学探究举措, 是教学中必须推敲和选择实施的.在实施过程中要按照学生能力的发展水平和需要, 先安排思维与操作技能要求较低和容易做到的探究活动.如教师引导学生从观察身边的生物做起, 循序渐进地安排技能要求较高的并采用多途径的一些探究活动.如制作切片, 装片到对比探究甲状腺激素对蝌蚪发育的影响等, 通过学生主动实践来寻求知识的答案, 而不是光凭教师手舞足蹈地去演示或讲解.在学生亲自动手、动脑的技能训练中就不知不觉地强化了学生的生物知识素养和生物知识体系.

二、教材是为学生生物素养提高设定的航标

生物教科书不光从深度和广度给生物教师的教学提出了可实践的超前思维模式, 还强调了教师要从当地学生自身的情况出发, 因地施教, 因人施教.如通过“人类活动对生物圈的影响”中的图片——“小鸟何辜”, 学生就能自然联系到当地某些人对鸟的伤害, 引起学生对其他图片分析讨论的兴趣.如不考虑学生的实际情况, 灵活地应对, 就无形地把生物教学推向了“本本”的深渊中, 不但有违目标教育的实施, 而成了栓在教科书上的一只蚂蚁, 总是探不出新思路、新教法来, 并且越“缠”范围越小, 营造不出生动有趣、灵活多样的课堂氛围.

在构思和确立讲课目标时, 如能灵活地开合思维之门, 把思维精力放到对教科书的深度探究上和对所教学生每天思想波动的真实全面的了解上, 设计出具有课堂操作价值的教学方案, 才能使自身的教学处在淙淙小溪中, 永远有清晰的思维出现.

清晰思维的存在, 当然与教师自身的知识素养有关, 但自身的业务水平, 不是靠一两本专业书就能一蹴而就的, 务在通过涉猎其他各学科领域, 使自身的知识框架硬郎起来, 在备课举例与讲课引证时才能游刃有余, 课堂就不再是传授、解惑一门学科知识的“专卖店”而是一个“超市”;不是一本生物“经典”, 而是一本“笔记本电脑”.如是, 无论你怎样去设计课堂, 都会得到学生的喜欢和家长的赞许.

三、课堂是为学生生物素养提高搭建的平台

初中生物教师面对的, 不是学科的继承和发展的传承, 而是一个普通公民的生物科学的素养和发展, 即提高每一个普通公民最基本的公民素养.初中生物课堂教学所涵盖的相关知识、能力、情感态度与价值观都是一个普通公民应具备的基本素养.因此, 生物教师在课堂上追求的是可以让每个学生按照自己的水平参与, 获得一种个体化的充分发展的人际交流与合作, 以便共同进步.所以, 在教学中应尽可能减少整齐划一的要求, 为不同的学生搭建一个发散性的、开放性的、留有余地的发展平台.

发散性课堂平台的搭建, 是学生科学素养的重要组成部分.它要的是学生将来进入社会和生活, 从事经济生产, 作出个人决策所必需的对生物学概念和过程的理解, 以及应有的探究能力、科学的态度和正确的价值观.这些概念就是生物课堂教学的重点, 是每一个生物教师要心领神会的.否则, 就无法科学地制定教学目标和清晰的教学思路, 在课堂上对生物的讲解总嫌不过瘾, 不到位, 于是就设法补充, 结果加重了学生的学业负担, 弱化了学生的生物素养的形成和发展.

开放性的课堂教学, 皆在提高学生生物素养, 改变学生重知识轻素养的传统学习方法和思维意识.所以, 教学以培养学生的独立性、自主性为目标, 引导学生通过观察、调查、实践等探究活动, 获得信息, 掌握和应用知识, 提高能力.

设定课堂教学的情感态度与价值观方面的基本目标时, 要有侧重点, 不能面面俱到, 该要的、能做到的, 必须要有, 做不到的、不该要的, 就不要生搬硬套地写入教案, 否则只会加重备课负担, 空耗精力.