分子遗传学原理范文

导语：如何才能写好一篇分子遗传学原理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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一、分子遗传学课程实验教学面临的问题

(一)实验教学形式和考核方式陈旧

传统教学方式较为突出：教师先将分子遗传学涉及到的实验内容、详细的实验步骤及预期的实验结果通过多媒体形式展示出来，并在讲解过程中进行解惑，之后学生独立进行实验。这种教学方式是在传统教学的框架下形成的，导致许多学生被动参与实验，无法调动学生做实验的积极性，使学生失去了对实验操作的兴趣。而分子遗传学实验课程成绩仅由教师根据学生最终提交的实验报告来确定，这种考核方式非常主观，导致部分学生不重视实验过程，抄袭实验报告的现象时有发生，在学生中造成了消极的影响，削弱了学生参与实验的积极性、主动性和创造性。

(二)缺乏适宜的实验室

长期以来，由于缺乏适宜的实验室，分子遗传学实验课程教学内容主要在北京林业大学实验楼进行。由于实验室实验设备及材料有限，比如PCR仪、电泳仪仅有2～3台，移液枪10把，SSR引物只有20对左右，很难保证每位学生都有机会直接完成实验操作任务。此外，有限的实验室空间更使许多学生无法参与到正常的实验中，实验效果较差。

(三)缺乏实验课专职教师或高水平的实验课

教师

分子遗传学实验课程教学主要是由理论课教师兼任，而且一名教师一次指导20名以上的学生做实验。教师在备课的同时，还要准备实验耗材、熟悉操作步骤，造成理论课教师时间与精力的紧张，直接影响分子遗传学实验课程教学效果。此外，分子遗传学理论课教师的实验设计思路有限，很难提出建设性的实验思路，使得实验步骤单一、难有创新性。

(四)缺乏完备的实验教学指导书

由于缺少正式出版的分子遗传学实验教学指导教材，学生只能根据相关的教材和教师的指导整理实验手册，并据此开展相应的实验活动。由于实验是一个比较复杂的过程，当实验材料发生改变的时候，相应的实验操作步骤也会发生相应的变化，因此根据相关教材整理出来的实验指导手册对林木分子遗传学实验没有针对性，往往达不到预期的实验效果。实验指导手册也没有对实验过程中可能出现的问题进行解答，不利于学生学习了解分子遗传学课程实验操作的具体过程。

(五)缺乏有效的实验技术交流平台

构建主义理论认为，学生的学习过程和科学家探索过程在本质上是一样的，都是一个发现问题、分析问题、解决问题的过程。由于缺乏有效的交流手段，这样一个循序渐进的实验能力提高过程被阻断在解决问题的过程中。学生与教师之间、学生与学生之间没有一个实时的交流平台，学生在实验操作中遇到的问题很难得到及时的解答，导致学生的实验技术水平难以得到提高，教师实验技能也难以得到拓展。

二、分子遗传学课程实验教学改革的措施

(一)组建合适的实验教学平台和优秀的实验

课教师队伍

分子遗传学实验教学体系的改革须遵循实验教学规律。北京林业大学生物科学与技术学院坚持知识传授、能力培养、素质教育全面协调发展的实验教学理念，将理论教学与实验教学有机融合，使实验教学从辅助地位转变为创新素质培养的关键环节，从根本上改变了实验教学依附于理论教学的传统观念，符合以国家需求学科需要为目的的林学高层次人才培养目标。分子遗传学作为生物科学与技术学院优势课程，完全可以依托现有的国家级平台，结合教学基地建设，推动实验教学的改革。

目前，北京林业大学生物科学与技术学院建有林木育种国家工程实验室林木花卉遗传育种教育部重点实验室等实验平台。林木育种国家工程实验室下设树木分子遗传与功能基因组、林木分子标记辅助育种、林木基因工程育种、林木细胞遗传与细胞工程育种、林木良种繁育等专门实验室，以及与之配套的人工气候室、温室、组培室和大型仪器设备室等，并配有优秀的实验教师。这些为分子遗传学课程的实验内容设计提供了较丰富的选择，为组建优秀的实验教师队伍提供了良好的平台。

(二)引导学生自主设计实验

根据教学目的及教学条件，分子遗传学实验项目内容分为基础性实验、综合性设计实验、研究创新性实验3个层次。北京林业大学在分子遗传学实验课程内容设计方面，充分考虑重点实验室的平台条件及遗传学学科的特点，开展了综合性设计实验。其实验内容如下：毛白杨SSR分子标记引物设计、毛白杨SSR分子标记的筛选、毛白杨分子标记扩增、种间分子标记稳定性评估、分子标记连锁图谱构建、关联做图、连锁不平衡衰退计算等。通过以上实验内容设置，可以使学生巩固课堂所学知识，真正将所学知识运用到实践中，提高学生分子标记的设计、分析能力。

另外，北京林业大学分子遗传学实验课程指导教师结合杨树的基因组特点，设计了合理的SSR分子标记位点，并对重要的与性状有显著关联的位点进行了筛选。同时，利用关联分析结果对连锁不平衡进行了分析，提取了合理的代表性标记位点，从而提高了学生将理论知识转化为解决实际问题的能力。其中，依据杨树的物种特点设计的分子标记位点筛选与分子遗传学中的分子标记辅助育种内容有效契合，提高了学生对抽象理论内容的理解能力以及通过实践理解科学问题的能力。此外，分子遗传学实验课指导教师还鼓励学生根据实验内容选取与自己研究课题相关的实验进行开放性实验设计，并按照课程要求完成实验，有效地推动了实验进度，提高了学生参与实验的积极性。

(三)编写完整的实验指导手册

为增强分子遗传学实验课程的可操作性、可控性，实验指导教师根据实验内容和实验平台实际情况编写了分子遗传学实验指导手册。分子遗传学实验指导手册内容包括实验进度安排、实验内容及操作步骤、注意事项、实验报告模板等。通过实验指导教师课前的讲解，学生可以了解实验设计思路、时间总体安排、注意事项、实验目的、成绩考核原则，以及实验指导教师的联系方式等信息。同时，分子遗传学实验指导手册中还包含了实验中必要的软件下载地址及计算原理，一方面可以保证数据能够准确计算，另一方面也为学生将来开展科研工作提供借鉴。实验报告格式模板的目的在于保证最终提交的实验报告的一致性和规范性，便于存档。

(四)制定科学合理的实验课考核标准

分子遗传学实验课程考核采用百分制进行评定，成绩除由所有实验课程参与次数、实验报告质量组成外，还增加了实验小组多媒体汇报环节，用以引导学生组成科研小团队，提高学生团队协作解决问题的能力。分子遗传学实验课程的成绩为百分制，实验参与次数占40分，主要考核学生参与实验调查的认真态度以及是否遵守实验纪律;实验报告的质量占40分，主要考核实验数据整理是否科学准确、报告撰写是否认真规范、实验数据分析和讨论是否深入;多媒体汇报环节占20分，由小组代表负责汇报，主要考核幻灯片的制作质量和学生的语言表达能力。

(五)建立师生沟通交流平台

当代教学面临一个重要的问题就是师生关系的疏离，师生之间、学生之间在知识交流方面缺乏必要的沟通交流，致使学生在实验课中遇到的问题难以及时解决。北京林业大学分子遗传学实验课程尝试使用腾讯QQ、微信等社交平台建立师生实验技术交流群，目的是及时解答课程及实验中出现的问题、分享课程和实验作业以及分子遗传学课程最前沿的实验技术。同时，教师还可以实时将科技前沿的资讯、实验教学视频等信息上传到交流平台，供所有的选课学生学习、分享。

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1在教学中发现的问题

遗传学实验是我校生物技术专业的重要基础课，是遗传学理论教学的延伸和重要补充，是理论与实践相结合的教学过程，担负着培养学生实验技能的任务［8］。在长期的教学和与同行的交流中发现，在我国长期的高等教育模式下，遗传学实验课教学存在诸多弊端，极不适应学科本身的发展需要。具体表现在:

1．1实验教学对理论教学的比重偏小长期以来，遗传学实验课的内容、进度都要服从理论课的教学进展，实验教学视为课堂教学内容的验证和加深，忽视了实验课是培养学生发现—分析—解决问题能力的重要环节，是培养学生创新能力的重要环节。近年来，随着遗传学的迅速发展，教材内容越来越丰富，信息量越来越大，而总课时数却没有增长甚至处于压缩状态，使得教学内容和时间上存在较大矛盾，为了完成教材内容的完整讲授，教师不得不减少实验课的课时数，目前遗传学的总课时量多为72—80学时，理论教学的课时量多为48学时，实验课的课时量一般为24—32学时。

1．2实验内容陈旧，验证性实验比重过大由于教学理念的滞后和长期对实验教学的重视不够等原因，所开设的遗传学实验内容不合理。染色体操作为代表的经典遗传实验内容与分子及群体遗传实验脱节。有关有丝分裂、减数分裂、孟德尔遗传规律、伴性遗传规律等经典实验比重过大。内容单一具体的验证性实验多，综合性、设计性和创新性实验少，缺乏创造性，不利于学生创新能力的培养。另外，遗传学实验中分子遗传学方面的实验内容过少，与遗传学的发展严重脱节。

1．3受课时限制，学生无法完成实验周期长的实验一些实验由于实验周期长，只能由实验员和学生共同完成，经常发生学生对于实验内容一知半解的现象。例如植物有丝分裂过程中染色体行为的观察，材料的预处理、固定和解离需要一上午的时间，由于课时限制，这部分实验往往由实验员老师完成，学生则从切取分生组织薄片开始进行染色、压片和显微镜观察。学生往往对材料的处理理解不深刻，在分析实验结果时对预处理、固定和解离的影响分析不足。

1．4教学手段和考评形式单一遗传学实验课的教学仍然沿用教师先讲解、学生按实验指导书操作的模式，考评则主要以实验报告的成绩为依据，而实验报告的抄袭情况日益严重，不足以衡量学生实验完成的水平。

2理清思路，多方位教学改革

2．1整合、优化和拓展实验内容

2．1．1整合经典遗传学实验内容、适度增加分子遗传学实验内容我们赞同前人将以往多个内容比较单一、具体的遗传学验证性实验划分成4个实验模块:果蝇经典遗传、细胞遗传、分子遗传综合实验等3个必修实验模块及群体遗传综合实验选修模块［9］。将单因子的遗传分析、果蝇观察与饲养、果蝇伴性遗传分析整合成一个6～时(2～3次实验)的综合性实验作为经典遗传学模块;将根尖有丝分裂的制片技术、花粉母细胞减数分裂的制片技术、果蝇唾腺染色体的制片技术、植物多倍体诱导技术整合成时的综合性实验(3次实验)作为细胞遗传学模块;分子遗传学模块的综合实验拓展为DNA的提取、琼脂糖电泳技术、PCR扩增技术、DNA指纹的遗传分析、生物性别决定的遗传分析等。

2．1．2实验材料多样化在生物学实验中，材料的选择非常关键，因为其好坏直接影响实验结果。教材中所选用的材料多是作者总结得出，但在实际操作中，常常由于地域气候和材料种质的差异造成不便和误差。因此，我们可以尝试用易得的常见材料来做实验，实现材料的多样化，在课程中让学生对材料进行选择，并通过实验结果分析材料的优缺点。例如，在植物染色体核型分析时，可向学生提供材料如大豆、小麦、大麦、玉米、绿豆、大蒜等根尖，让学生自行选择至少2种材料进行实验，并通过对自己所做实验结果的比较，找出植物染色体核型分析的最佳材料和简便的实验方法，培养他们实验分析和总结能力。事实上，在多年的实验中我们发现简单易得的大蒜根尖用于核型观察效果非常好。

2．1．3增加综合性、设计性实验教学内容教育部“关于加强高等学校本科教学工作，提高教学质量的若干意见6”中要求高校开出一批新的综合性、设计性的实验，创造条件使学生较早的参与科学研究和创新活动。以此为指导思想，我校在遗传学实验中加大综合性、设计性实验的比例。如在分子遗传学模块中，DNA提取—琼脂糖电泳技术—PCR扩增“三部曲”即是一个典型的综合性分子生物学实验，基于此的植物分子标记技术(ISSR标记)和鸟类(鸡)的性别判定等综合性实验效果都非常好。学生们普遍对亲缘关系的遗传分析比较感兴趣，DNA指纹的遗传分析就是一个很好的设计性实验，可以引导学生收集感兴趣的植物、动物、人的DNA样本进行遗传分析，深入了解遗传标记的应用。

2．1．4将教师的科研项目转化成综合性实验项目随着高校科研工作的日益发展，不少教师都承担着一定的科研项目，其中一些研究内容可适当转化成教学实验内容，不仅可以让学生了解到学科发展的前沿，还可以提高学生的科研兴趣。作者将所承担科研项目中的部分内容“沙棘种质遗传多样性的分子标记分析”以综合性实验方式引入到遗传学实验教学中，取得了良好的效果。

2．2实验室建设方面

2．2．1仪器设备的更新及添置近几年，随着“中央级普通高校改善基本办学条件专项资金”的资助，我校本科教学实验室的仪器设备等条件得到一定的改善，如生物显微镜得到进一步更新(新添进口Olympus显微镜)，PCR仪、微量移液器、低温冷冻离心机等仪器已经能够满足遗传学实验的要求，并且已经开始申报显微镜成像系统、凝胶成像系统、梯度PCR仪等高端的仪器进入学生实验室，相信不久的将来学生不需要用手机对显微镜下的观察结果进行拍照，用于琼脂糖凝胶电泳观察的紫外分析仪则被凝胶成像系统取代。

2．2．2设立开放实验室，制定开放实验室的管理细则，提高其使用率解决实验流程长与实验课时有限之间矛盾的有效方法就是设立开放实验室。根据专业特点，开设生物技术综合性开放实验，并制订开放实验室管理细则，委派专门的教师和学生管理仪器、卫生等，学生自我管理为主，教师监督为辅。实施开放实验室后，一些周期长的实验(例如:植物有丝分裂过程中染色体行为的观察)学生能够全程完成，打破老师代做的常规。设立开放实验室后，在合理安排的前提下，学生对实验的兴趣和主动性明显增强，在仪器的使用和动手能力等方面进步很快。一些重要仪器的使用率明显提高，例如冷冻离心机、PCR仪等。

2．3以学生课外活动为载体，延伸课堂教学近几年，我国越来越重视对大学生创新能力的培养，每年国家级、省级和校级大学生创新创业训练项目的申报就是一个例证。越来越多的大学生以团队的方式在专业教师的指导下申报、完成创新创业项目。遗传学相关的课题学生们一直很感兴趣，努力将课堂上所学的知识和技能拓展为更深入的学术研究。另外，结合专业性竞赛延伸课堂教学，例如一年一度的专业性竞赛“辽宁省大学生动植物标本制作大赛”就是我校生物技术专业学生很喜欢的一个竞赛，笔者指导学生的作品“异色瓢虫鞘翅的色斑遗传”曾于2011年获得该项竞赛三等奖。

2．4授课手段与考核方式

2．4．1充分应用现代教育技术将现代化的电教手段引入实验课，以营造轻松和谐的课堂氛围。教学中，教师需要做演示实验时，为了确保每个同学都能看到，往往要穿梭于学生中进行演示，有了现代化的电教手段，可制作相关视频来示范，既提高了课堂效率，又方便教师进行更多的指导。网络教学是课堂教学的补充和延伸，将一些操作步骤繁琐的实验做成演示课件放在网上可以实现教学资源的共享。

2．4．2考评方式多样化，提高学生实验的主动性和积极性考核方式需多样化和细节量化。撰写实验报告既是学生科学思维能力和文字表达能力的综合体现，也是大学本科生所应具备的基本科学素养。因此，对于实验报告，尤其是综合性或者设计性实验报告，我们要求学生按照科研论文的形式写出材料和方法、结果分析和讨论，要求学生对于原理、方法、步骤和结果撰写必须简洁准确，对实验所采用方法的优缺点分析后提出改进意见。另外，增强实验过程中的考察与评价。教师可事先制订每个实验要考核的项目详细列表，把实验每一个小项都列入考察范围，包括实验操作的熟练程度、规范状况和实验结果，在考核中依据项目来评分，保证客观公正。例如，在植物染色体制片中，从取材部位的准确，材料的染色适当，染色体的分散状况三个方面衡量实验结果。这样不仅提高了学生对实验操作的重视程度，而且促使他们养成良好的实验习惯。

3结语

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【关键词】系统论；基因与遗传；基因治疗

Regards between the gene and the heredity causes and effects relation with the system theory viewpoint

HU Jing-yi

【Abstract】in 1937 the American nationality Austria biologist bright Philippines proposed the general system theory principle. In the system each essential factor all is in the certain position，is playing the specific role. In ontogenesis，gene according to certain when，the spatial order have the choice expression. The gene is composes the chromosome the hereditary unit，and the proof gene makes the line spread in the chromosome. The certain gene under the certain condition，is controlling the certain metabolism process，thus manifests in the certain heredity characteristic and in the characteristic performance The gene also passable sudden change has changed. Along with the human gene spectrum gradually expounded，the genetic engineering technology full development，the gene treatment very possibly treats at the clinical disease has the revolutionary change，this needs the researcher in the practice，with natural diagnostic method system theory theory，guiding ideology，development research mentality，thus solves this single layer big difficult problem.

【Key word】system theory；Gene and heredity；Gene treatment

系统论是21世纪以来科学技术、文化和社会发展的自然亦必然的思维趋向，是比知识更有力量的一种客观存在，它是一种新的思维方式，是当代人认识对象的工具和手段。西沃尔-赖特在1929年写到：一个群体中“单个基因的选择系数(即基因的适合度)，一定受到这个群体整个基因频率系统的影响[2]”。本文从系统论观点来分析基因与遗传之间的因果联系以及基因在临床上的应用。

1 系统论相关论点

1937年贝塔朗菲提出了一般系统论原理，使人类的思维方式发生了深刻变化。以往研究问题人们总是把事物分解成若干部分，抽象出最简单的因素来，然后再以部分的性质去说明复杂事物。这种方法的着眼点在局部或要素，遵循的是单项因果决定论，它不能如实地说明事物的整体性，不能反映事物之间的联系和相互作用，它只适应认识较为简单的事物，在人类面临许多规模巨大、关系复杂、参数众多的复杂问题时，就显得无能为力了。系统中各要素不是孤立地存在着，每个要素在系统中都处于一定的位置上，起着特定的作用[3]。系统科学方法是认识、调控、改造复杂系统的有效途径，为人们提供了制定系统最佳方案以实行优化组合和优化管理的手段，为人们提供了新的思维模式，倡导从整体上进行思维。

2 基因与遗传

20世纪20年代，摩尔根学派在孟德尔的豌豆杂交试验的基础上，开展了遗传规律的研究，建立了以基因学说为基础理论的细胞遗传学，肯定了基因是遗传的基本单位，存在于细胞的染色体上。到30年代，知道染色体结构和数目的变化会影响到遗传，知道一个基因可以突变成若干等位基因。到了40年代，遗传学有了两个重要的进展或突破：一是初步发现去氧核糖核酸简称DNA，是遗传物质；一是提出了一个基因一种酶的原理。直到50年代，建立了分子遗传学，解决了有关遗传的若干重大问题。DNA和另一类核酸即核糖核酸(RNA)都是由核苷酸所组成的多聚体，是大分子。核苷酸的主要特点存在于所含的有机碱，即两种嘌呤和两种嘧啶。

1953年，形成双螺旋的分子结构。根据DNA中碱基互补的原理，一个DNA分子可以成为内容一致的两个DNA分子。蛋白质是由氨基酸所组成的多聚体，是大分子。组成蛋白质的可以是一条多肽链或几条多肽链。多肽链就是由若干氨基酸前后连接而成的分子。蛋白质的合成就是遗传信息从遗传物质流入蛋白质的过程。这包括两个步骤：一是转录，一是翻译。由于组成DNA 和RNA的零件都是核苷酸，所以遗传信息从DNA流入RNA 叫做转录。由于蛋白质是由另一种另件(氨基酸)组成的，所以遗传信息从RNA流入蛋白质叫做翻译。这里的RNA叫做信使RNA，意思是说，它是基因遗传信息的使者。在分析蛋白质分子的合成中也查明了各氨基酸的遗传密码，于是建立了遗传密码理论。遗传信息都是由遗传密码组成。每一个遗传密码都由三个碱基组成，氨基酸不同，其遗传密码就不同。

从70年代开始，分子遗传学的进一步发展，诞生了基因重组技术，即生物基因工程，它开创了改造生物和创造生物的新时期。

3 用系统论的观点来看待基因与遗传的因果联系

系统科学可以把一个原子看作系统，它也可以把器官、生物机体、家庭、社区、国家、经济以至生态看作系统。生物体是由细胞构成的多层次的复杂系统。尽管在细胞和分子水平对发育的分析已取得长期的进展，但个体发育仍不能从分子水平和细胞水平的分析得到全部解释。个体发育中，基因按一定的时、空次序有选择地表达。这首先表现在细胞表面形态调节分子的变化，从而导致胚层分离、形态速成运动和组织发育等细胞的集体行为。

我们可以从两方面来考虑环境对基因的自上而下的约束与引导作用。其一，我们知道环境的改变会迫使生物个体和种群尽可能调节自身以适应环境的变化。显然生物体为适应环境变化而做的调节又必定会引起生物体内生物化学、生物磁电等的变化。在生物史上地球环境的巨变是造成大量新物种产生的直接原因。我们可以设想，基因有向缓解环境对生物压力的方向突变的趋势，如果这一假说成立的话，显然就会使来自上层变化的信息产生对下层生物体基因变异的自上而下的约束与引导作用。其二，我们知道基因的复杂结构具有巨大的信息存储能力。生物体的基因中记录了该生命体全部历史的重要信息。

4 基因治疗的前景

随着对基因治疗研究的深入，我们不能忽视子系统的系统性和整体性，不能用局限的、部分的、单一的观点来以偏概全。事实上，人体的复杂性程度，各个系统的相关性、相互作用及相互制约程度，远不是我们所能完全解释得了的，只有在系统环境中解决这些难题，才会有实用价值和临床价值。这就需要研究人员在实践中，用自然辩证法系统论理论，来指导思想，拓展研究思路，从而解决这一重大难题。

参考文献

[1] 范怊.系统论整体观在医学科学中的地位[J].科技情报开发与经济.2000，(11)1：10

[2] 欧文・拉兹洛. 系统哲学引论[M] . 钱兆华，熊继宁，刘俊生译. 北京：商务印书馆，1998. 116

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基础医学专业主要课程 人体解剖学、组织学与胚胎学、正常人体形态学实验、细胞生物学、分子生物学、生物化学、医学遗传学、医学生物学实验、医学微生物学、医学免疫学、病原生物学与免疫学实验、生理学、病理生理学、药理学、基础医学机能学实验、神经生物学、细胞与分子免疫学、分子遗传学、分子病理学、内科学、外科学、妇产科学、儿科学、医学统计学、预防医学;普通心理学、医学伦理学;基本原理、思想道德修养、法律基础;英语、高等数学、医用物理学、化学等。

基础医学专业就业前景 不得不说，基础医学专业的就业面是非常广的，而且薪资待遇也是比较丰厚。但也要求本专业毕业生具有较全面的综合素质、较强的创新精神、较好的学习能力以及外语和计算机应用能力。学生毕业后可以在高等医学院校和医学科研机构等部门从事基础医学各学科的教学、科学研究及基础与临床相结合的医学实验研究工作。如此看来，基础医学专业的就业前景还是很广阔的。

基础医学专业培养能力 1.掌握基础医学的基本理论、基本知识;

2.掌握医学实验的分析、设计方法和操作技术;

3.具有基础医学科学研究的基本能力;

4.熟悉基础医学教学工作的基本原理和方法;

5.熟悉临床医学基本知识并了解临床医学的新进展和新成就;

6.掌握文献检索、资料查询的基本方法，具有一定的科学研究和实际工作能力。

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关键词：医学遗传学；遗传咨询；情景模拟

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）46-0225-03

医学遗传学是医学与遗传学相结合、并互相渗透的一门综合性学科。医学遗传学理论学习中主要针对人类遗传性疾病的发生机制、传递规律、诊断方法以及治疗和预后进行系统学习。在此基础上开设实验课，将理论应用于实践，通过遗传咨询估算再发风险和制定应对对策和措施，有效预防遗传病的发生，从而达到降低遗传病发病率的目的[1]。根据现代医学的发展，我国将面临极具缺乏医学遗传学医师这一职业。目前，大多数医院无专门的遗传咨询门诊，使医学生没有机会接触到遗传病病例，学生对遗传性疾病的掌握只限于书本而无临床实践机会，这将会导致临床医生缺乏对遗传病的认知能力。因此，我校从2007年开始对五年制临床医学、检验等本科专业开展医学遗传学实验教学，其中开设了遗传咨询教学内容。通过多年教学实践探索和改进，发现利用情景模拟教学法进行遗传咨询知识点的传授可以更好地调动学生学习的积极性，更好地理解遗传咨询的理论基础及临床意义，培养学生综合运用知识的能力。

一、教学设计

1.明确教学目的。遗传咨询情景模拟教学法是模拟临床遗传咨询的情景进行教学的方法。它是针对临床医学、检验等专业本科医学生在学习过染色体标本的制备与人类非显带染色体核型分析两次实验课的基础上来开展的。通过此次课的学习，使医学生能够充分掌握系谱及系谱分析的理论知识，掌握系谱分析的过程及系谱的绘制方法，熟悉遗传咨询的一般步骤和原则，并能推测系谱中各成员的基因型，计算再发风险，了解系谱分析和遗传咨询的临床意义。在此过程中，培养学生独立思考分析问题解决问题的能力，表达能力，促进高素质医学生的培养。

2.教学内容。情景模拟教学法的主要内容是模拟遗传咨询过程、讲授和熟悉遗传咨询的概念、对象、时机、步骤等。作为医学生首先要让他们明确知道什么是遗传咨询。遗传咨询是由医学遗传学专业人员或遗传咨询医师（或称咨询医师、医学遗传学医师），应用医学和遗传学基本原理，对咨询者提出的家庭中遗传病的发病原因、遗传方式、诊断、治疗和预后、一级患者同胞和子女再患此病风险等问题进行交谈和讨论，并就咨询者提出的婚育等问题提出可供咨询者选择的建议或具体指导措施的过程[2]。遗传咨询的时机和对象是一个人在婚姻或生育方面遇到问题，意识到可能面临患遗传病的风险，或者本人或子女已患有遗传病等情况下的人群。其次，传授和强调进行遗传咨询的一般步骤包括遗传病的明确诊断、绘制系谱并确定遗传方式、估计再发风险、提出对策和措施。遗传病的诊断是一个复杂的过程，包括临床层次、细胞水平、蛋白质水平、基因水平（基因诊断）等四个水平层次的诊断；绘制系谱并确定遗传方式以及估计再发风险需要遗传学理论知识做基础，要求学生在本科医学遗传学中作为掌握的内容加以理解和熟悉后计算再发风险；提出的对策和措施更进一步要求在学生掌握各层次的分子生物学和分子遗传学的系统的理论知识后，给咨询者提出合适的意见和措施。最后，重点强调医生给咨询者提出意见和措施时，要遵循非指令性遗传咨询的原则。作为医生只提出可供咨询者选择的若干方案，并陈述各种方案的利弊提供咨询者选择，咨询医师不应代替咨询者做决定。

3.教学案例的准备。教学案例的好坏直接影响教学效果。任课教师需要注意从多渠道深入开展病案搜寻工作，从病案中挑选诊断明确、典型的遗传病案例，除了教材中给出的常见多发遗传病病例外，也需经常浏览OMIM（OnLine Mendelian Inheritence）及等互联网址，了解重要的有关临床遗传学最新诊断技术及进展情况。案例挑选出来后，需要进行加工提炼、细心分析、集体讨论，按临床思维进行教学方案的设计。案例设计原则既要传授理论知识，又与临床需要结合，既有利于学生分析，于利于学生演练。

对于案例的教学准备，不但要求任课教师要熟悉案例遗传病的临床表现、发病机理，特别要熟悉遗传病的传递规律、传递方式、诊断方法、治疗方法和预后等方面的相关进展资料，还要要求教师对这些资料的深刻理解和透彻分析，以便针对学生演练过程中出现的各种不准确的表达或者错误的理解进行有效的指导。根据遗传咨询的复杂性，则需要教师具有深厚的理论知识基础，才能提高在模拟遗传咨询教学中的指导能力。因此，在案例准备时，要求任课教师要做好充足的教学准备，以应变课堂中随时出现的问题。

4.教学组织。做好充分的准备后，就进入了模拟遗传咨询情景课阶段，即开始遗传咨询情景模拟教学。由于课堂教学组织难度较大，需要教师在做好充分的案例准备基础上随机应变、深入浅出、因材施教。

教师组织教学的基本过程包括：第一步，教师详细讲解遗传咨询的定义、步骤、方法、意义；第二步，学生选择教师准备好的案例分组讨论，编写案例遗传咨询的对话，并要求学生在课结束后将所编写的对话上交作为课堂作业；第三步，学生两人一组，在45分钟左右的时间内讨论并编写对话，根据临床可能的情景，模拟演练遗传咨询的过程；第四步，当学生模拟演练完成遗传咨询的整个过程后，教师针对学生存在的问题一一进行分析和讲解。在肯定学生正确的理解和表达的基础上指出不当的或者不准确的或者错误的表达。

随着学生不同组别的模拟演练的进行，教师要注意始终引导学生围绕遗传咨询进行交谈，其询问和交谈的内容包括对遗传病的临床表现、发病原因、遗传方式、诊断等情况的了解，询问内容还包括病史、发育史、婚姻史和生育史、家族史，查阅和比对资料进行系谱分析，对咨询者提出的治疗和预后等问题一一作答，并且对患者同胞、子女再患此病的风险提出参考意见。教师始终在一旁提醒、引导和辅佐，并注意把控住整个课堂纪律，使每位学生积极参与到课堂中来，制造出学生在临床实践的气氛，提高学生课堂活跃度。

5.课堂总结。教师根据学生在课堂中的讨论、模拟遗传咨询的情况进行小结，联系理论知识肯定学生在讨论过程中表现好的地方，指出错误或忽视的地方，加深对理论知识的理解和记忆，加深学生对遗传咨询在临床工作的重要性和必要性的理解。最后根据学生在课堂中的表现进行评价，包括学生对案例的分析能力、理论知识的掌握、表达能力、临床综合分析能力、团队合作能力、创新能力等等方面。

二、教学思考与讨论

1.遗传咨询情景模拟教学法的优点和意义。经过多年的教学发现，大多数学生对于应用情景模拟方法进行遗传咨询都非常感兴趣，整个课堂气氛活跃，学生参与度高。整个教学活动中，一直围绕只有真实生活中才存在的病例来进行，组织学生分组开展讨论，教师从旁指导，真正做到以学生为中心，最大限度的激发学生的学习兴趣，取得了较好的教学效果。此教学法解决了以往医学遗传学理论教学与临床脱节，理论教学内容的枯燥难懂，教学手段落后等问题，有效地提高了学生对医学遗传学的学习效果及兴趣，是一种积极有效的教学方法。学生普遍认为通过情景模拟教学，对遗传性疾病的认识更加深刻和形象，他们所学习的内容不再是枯燥乏味的知识，而是在实际临床工作中切切实实需要解决的问题，极大的激发了学生对于学习《医学遗传学》的兴趣。

传统的遗传咨询教学主要以灌输式为主，要求学生大量记忆枯燥无味的基础知识，在这种模式下的教学不利于学生综合能力的提高。相反，经过实践证明，利用情景模拟教学进行遗传咨询，将所学理论知识与实际运用紧密结合，将理论课知识运用于实际临床当中，极大的激发了学生对于学习医学遗传学的兴趣，使学生整堂课都能够融入到课堂教学过程中，使学生将讲台变为他们自由发挥的舞台，而教师课堂中仅仅起到引导作用。在此过程中，学生从被动的接受知识向主动学习转变，既加深了对理论知识的记忆，又培养了学生独立思考分析问题的能力，训练了学生独立思考分析问题的能力。

近年来医患关系逐渐紧张，患者的维权意识也越来越强，如何缓解医患关系也是医学院校在培养学生时需要解决的一大难题。通过临床情景模拟教学的方法，让学生扮演患者有助于建立和谐的医患关系。学生通过扮演患者，能够充分的体会患者的心理和情绪上的变化，站在患者的角度看待就医过程，起到了换位思考的作用。另一方面，学生站在医生的角度学会处理医生和患者之间的矛盾，可以缩短学校与社会实践的差距，帮助学生建立医生角色，为学生将来走向社会处理医患关系奠定基础。

值得一提的是，遗传咨询师在我国医学领域缺乏大量的人才，是一个有待新增的职业。而在美国，绝大多数的医疗用人单位都要求他们的医生通过全美医学遗传学会的考试和资格认证[3]。所以，教师可借此课程向学生宣讲国际国内外医学遗传学理论、临床遗传学的发展的趋势和中国医学发展的所面临机遇和挑战。向学生说明遗传咨询是一项极具挑战的医疗活动，希望有更多的医学志愿者加入这项医疗事业中来。

2.遗传咨询情景模拟教学法的欠缺之处。首先，情景模拟与实际临床有一定的差别，学生由于缺少临床经验，在进行扮演患者的过程中，很容易用到所学的专业术语，与真正临床中所遇到的实际病例有较大的差别，没有达到角色交换的目的。其次，在提出对策和措施时，由于缺乏各层次的分子细胞生物学和分子遗传学的系统的理论知识，并且对所学医学遗传学知识不能灵活运用，只能提出供咨询者选择一到两种方案，没有真正提供可供咨询者选择的若干方案，且无法做到非指令性原则。最后，在教学实施的过程中，由于每位学生学习水平参差不齐，不愿意作为学习的主体，导致过分依赖老师，影响教学效果。目前看来，要使学生都能积极参与到教学活动中，最好的方法是让学生参与真正的临床实践，使学生体会到遗传咨询过程的复杂性。

通过7年的教学效果来看，情景模拟教学极大地调动了学生学习的积极性，真正实现了对医学生综合素质能力的培养，是一个值得推荐的好方法。

参考文献：

[1]蔡绍京，李学英.医学遗传学[M].北京：人民卫生出版社，2009.

[2]章远志，Nanbert ZHONG.中国目前的遗传咨询（英文）[J].北京大学学报（医学版），2006，（01）.

[3]赵会全.美国临床医学进展[J].国外遗传学杂志，2007，30（2）.

基金项目：遵义医学院教学改革计划项目2013（j-2-7）。

篇6

关键词：  胎儿  性别鉴定  x-连锁遗传   聚合酶链反应(PCR) 

    前言

    迄今,已发现的x连锁遗传病有200多种。包括x连锁隐性遗传病和x连锁显性遗传病。常见的x连锁隐性遗传病有血友病、红绿色盲、假肥大型肌营养不良（DMD），先天性丙种球蛋白缺乏症等。此类病的致病基因由携带者母亲传给儿子。携带者女性与正常男性所生的男孩一半发病，一半正常，而女孩表型一般正常，为预防患儿出生，可保留女胎，流产男胎。而x连锁显性遗传病遗传性肾病、抗维素D佝偻病，男性患者与正常女性结婚，儿子正常，女儿都患病，通过性别鉴定，可保留男胎，流产女胎[1]。产前胎儿性别早期鉴定具有重要的社会意义。

    二、胎儿性别鉴定的标本种类  目前用于细胞遗传学性别鉴定的标本有多种。（1）羊水：可以在妊娠16-20周，经羊膜腔穿刺抽取10ml左右，收集羊水细胞。（2）绒毛膜细胞：可以在妊娠6-12周，经阴道取绒毛膜细胞。（3）脐带血：可以通过在B超引导下抽取脐带血[2]。（4）孕妇母亲外周血：近来有人发现采集6-41周孕妇母亲外周血5ml-10ml，进行连续密度梯度离心富集胎儿红细胞[3]。

     三、胎儿性别鉴定的方法：目前关于胎儿性别鉴定的方法主要有五种。（一）传统的显微镜细胞染色质分析法[1,4]此种方法将胎儿细胞通过特殊甲苯胺兰染色液或硫堇染色液和阿的平染色液染色，观察细胞内有无X、Y染色体。核膜的内缘有无一块染色较深、大小为1 um左右呈半月形的小块，紧靠核膜，即为x小体。如果细胞核中有一发荧光的圆形或椭圆形的亮点，有如初秋夜空的北斗星，直径约0.3um，即为Y小体，Y小体阳性诊断为男胎。此种方法不需要特殊的仪器，但结果受取材中细胞数、培养与染色效果及观察细胞的数量有关，不易标准化，灵敏度不高。（二）B超技术 这种技术较为安全，通过B超仪直接观察胎儿的生殖器，此方法有较高的准确性，但要求胎儿发育程度较高，生殖器基本形成，妊娠达4个月以上。（三）核型分析技术 通过收集羊水细胞并对其人工培养，进行染色体显带，性染色体XX型为女性；XY型为男性。此方法取材不方便，有较大的风险，且费时，必须由训练有素的人员完成。(四)荧光原位杂交技术 (FISH) 有人根据母胎之间存在有微量血液交换，母亲体内存在有胎儿来源的有核红细胞，而且胎儿红细胞的形态、核形、胞浆着色与母亲红细胞不同，并有特异的血红蛋白γ和ε链，通过X、Y染色体特异荧光标记探针可鉴定胎儿红细胞是来源于男性胎儿还是女性胎儿。此方法的特异性可达100%，灵敏度随孕龄增加而增加[5]。但此方法需要较昂贵的流式细胞分析仪，操作也不易掌握，只有特定的科研人员能完成。但也有人[6]认为从母亲外周血中抽取胎儿细胞进行产前诊断的可能性很小,因为胎-母转移细胞数少，仅占母亲细胞的0.0035%-0.008%胎儿有核红细胞到达母体需要的妊娠的时间也在10周以上。（五）PCR（聚合酶链反应）技术  从医学遗传学的角度，性别是由个体性染体组成决定的，其中Y染色体起决定性的作用。这是因为Y染色体带有决定因子。

90年代在Y染色体短臂上成功地定位和克隆了性别决定区（sex determine region of the Y hromosome,SRY）基因[7]，近年来的研究表明，性别的决定与分化是一个以SRY基因为主导的多个基因参与的有序而复杂的调控过程，已发现参与这一过程的基因至少有7种，即SRY，SOX9,某种原因AMH,WT-1,SF-1,DAX-1,MIS基因，这些都为胎儿性别鉴定奠定了分子遗传学基础。随着PCR技术的成熟，许多科研人员试图应用PCR技术进行胎儿性别的鉴定。主要有如下几种方法：（1）利用羊水或绒毛细胞，扩增Y染色体特异基因片断如SRY、DYZ-1、DYS14、DAZ进行定性分析[8,9]；（2）根据母亲外周中含有少量胎儿细胞，提取母亲外周血有核细胞（淋巴细胞），利用特异引物扩增Y染色体上特异系列，如果有Y染色体特异系列产物，胎儿即为男性，否则为女性[10]。（3）利用母亲外周血血细胞或血浆，扩增X、Y染色体同源性基因如Amelogenin，利用扩增片断电泳条带数量进行定性分析，两条带为男性，一条带为女性[11]。(4)最近有报道利用母亲外周血浆[12,13]，采用荧光实时定量PCR（RQ-PCR）技术扩增Y染色体特异基因片断如SRY进行胎儿性别鉴定的报道。Vecchione G[3]根据胎儿外周血血浆基因片段较母亲短这一特点，通过一定密度梯度液进行分离后，用X染色体短串连重复序列对26例进行实时定量PCR分析，结果与传统的染色体核型分析一致。

 展望

    建立一种胎儿性别鉴定常规方法具有重要的社会意义。作为常规方法，必须简单、可靠、实用，价廉、安全。在上述诸方法中,无论是B超还是染色体核型分析，需妊娠时间较长（一般在16周以上），实施终止妊娠时，给孕妇身体影响较大[4]。经穿刺术采集标本，风险大、操作烦锁，方法不易掌握，而利用胎儿红细胞的方法又因为母亲体内胎儿红细胞仅占0.0035%-0.008%，存在灵敏度低的缺点。PCR技术由其技术原理和特点，在众多方法中最具有优势，它有较高灵敏度和特异性。但由于PCR敏感性高，会出现非特异扩增，或PCR体系的不合理会导致扩增失败，都会影响实验的准确度，但可以通过使用内参照或巢式PCR技术，很好地解决了非特异性扩增和假阴性问题[12]。目前报道中，由于标本来源、靶系列位点、引物系列、PCR类型的差异，诊断的特异性和灵敏度、准确度有所不同。有的研究样本较少, 关于性别早期诊断的可靠性还没见报道，PCR应用于胎儿性别鉴定是一种有前景但技术尚未成熟，有待进步探索。我们课题小组正朝此方向试图探索进行胎儿早期性别鉴定的条件研究。相信，随着研究的深入，一种安全、无创伤性、较高，且易于标准化和自动化的成熟PCR方法，将取代传统方法，真正实现胎儿早期性别鉴定。

参 考 文 献

篇7

1　生物学哲学的再定位

费尔巴哈在谈到哲学的改造时说过：“哲学必须重新与自然科学结合，自然科学必须重新与哲学结合”。这是一种“建立在相互需要和内在必然性上面的结合”。〔1〕自然科学构成了哲学的基础， 生物科学是这个基础中不可或缺的组成部分。如同所有其他科学一样，生物科学也深深受到哲学的理论思维和方法的影响。生物学哲学作为连结哲学与生物学的桥梁和中介，对二者的重新结合起着十分重要的作用。从学科建设的角度看，这门学科的存在和发展，既须以实证科学知识特别是生物科学的知识材料为基础，跟上现代科学技术发展的步伐；又要汲取哲学研究的积极成果，适应当代哲学变革的需要。

就学科性质而言，一般认为生物学哲学属于科学哲学体系中的一个分支学科。《大英百科全书》第15版所列《自然哲学》条目将关于自然的实际特征问题作为实在来进行考察，并分为物理学哲学和生物学哲学两个部门。不过这里对“自然哲学”一词的使用，有别于以往的传统自然哲学，而是“作为对科学哲学的补充”。如所周知，西方科学哲学是以科学为研究对象，主要论述科学的认识论和方法论问题。维也纳学派的创立者M.石里克的自然哲学也是作为一种科学哲学，一种探讨哲理的科学方法。他申明自然哲学的任务在于解释自然科学命题的意义，自然哲学是一种旨在考察自然定律的意义的活动。在其自然哲学讲稿中关于生物哲学的分析，便是从有机自然现象也一定要由定律来描述这一点出发，来讨论生物学中的机械论与活力论问题。

在科学哲学的发展进程中，除了一般科学哲学，还兴起了特定学科的科学哲学，自本世纪初以来主要是物理科学哲学。传统的科学哲学带有片面的物理主义倾向，认为运用物理方法能够对这个世界作出绝对完全的描述，世界上发生的每一事件均可用物理语言来描述。物理主义最热烈的倡导者、分析哲学的主要代表人物之一的R.卡尔纳普声言：“如果根据物理语言的普遍性，把物理语言用作科学的系统语言，那么，所有的科学都会成为物理学。……实际上只有一种客体，那就是物理事件。在这物理事件范围内，规律是无所不包的”。〔2 〕石里克也同意物理主义的观点，他仅仅基于量的方面的考虑而得出结论：“对于自然哲学而言，有机体不过就是一些特殊的具有复杂结构的系统，它们被包含在物理世界图像的完美和谐的秩序之中”。〔3〕

传统的科学哲学把研究重点放在物理学的定律和理论上，把它们看作科学的结构和逻辑的范例。之所以这样是有其深远的科学背景的。自牛顿实现了力学中第一次伟大综合，此后，经典物理学的各个分支日趋完善，牛顿的机械纲领左右了近代科学和哲学的发展。本世纪初以相对论和量子力学的建立为标志的物理学革命，是物理学发展中的重大突破，也是对科学哲学的有力推动。逻辑经验主义的主要代表H.莱辛巴赫所著《量子力学的哲学基础》一书，就是通过对量子力学的科学成果的分析，阐释了他关于知识的性质、客观实在以及因果性等问题的见解。多年来，科学哲学的研究植根于逻辑学、数学及物理学定律，重视对物理理论的分析而忽略了生物学。正如在科学哲学家的视野内，有机生命及其进化只不过是世界科学图景中的一个次要因素；在科学哲学的殿堂中，生物学哲学也是处于比较次要的从属的地位。这种状况只是到本世纪中叶以后才开始改观。随着分子生物学所取得一系列新进展，导致了生物学的革命，生命科学作为最激动人心的科学领域跃居到自然科学的前沿，对现代整个自然科学和哲学的影响也日益显著。由于引入数学、物理、化学等学科的理论、方法和新的技术手段，现代生物学的研究领域得以向微观和宏观层次不断延伸扩大，并愈来愈趋向系统的复杂性，向揭开物质世界最复杂最高级的系统——大脑的奥秘进军。生物学研究的课题愈来愈带有根本性，当今自然科学的研究重点正在转向研究生命本身。对生命现象的深入探索，增强了人们对生物学的哲学兴趣，并促使科学哲学向新的研究方向转变。在这方面，现代综合进化论的主要建筑师之一E.迈尔作出了开创性的工作，他致力于建立生物学的新哲学，强调这样一种新的科学哲学必须放弃对僵化的本质论和决定论的依附，必须将科学概念加以扩展、不仅包括物理科学的而且还包括生物科学的原理和概念。

传统科学哲学还带有专注于纯科学领域的局限。国外学术界在讨论医学哲学与科学哲学的关系这一论题时，已有学者指出，从历史上看，科学哲学家往往不到自然科学领域外面去寻找对科学的定律、解释和理论的洞察力以确定理论演变的进程，而是将自己限制于纯科学形式中，一直忽视和轻视象工程学、农学和医学这样的应用科学领域。同时由于传统科学哲学仅仅局限于从“内部”考察科学，忽视了科学技术与社会之间的互动关系，这种狭窄的科学观不可能得出真正有洞察力的答案。传统科学哲学在研究视野上的这些缺陷，对后来兴起的生物学哲学也产生了某种程度的影响。

固然，科学哲学主要是把科学作为知识体系，对之进行认识论和方法论的研究，但是认识的最终目的不是知识本身，而是改造世界的实践活动。对科学的哲学反思也不能脱离它所固有的实践本性。在科学、技术和社会走向一体化的现时代，尤有必要拓宽科学哲学的领域，开展实用性的或应用性的研究，并将科学哲学研究同科技发展的社会研究结合起来。作为实用科学的农学和医学与作为基础科学的生物学之间的联系极其密切，它们都属于生命科学的范畴。在生命科学哲学领域内，理应包括对这些应用学科的理论和实践的哲学研究。以分子生物学为依托的生物技术，将成为医学和农业科学的主导技术，并将引起医学革命和第三次农业革命。生物技术的“每一个创新，每一个技术妙举，每一个概念上的困难的解决，都使得需要一种确定的生物学哲学变得更加显著，并且目前正在朝向这个目标发展”。〔4〕

21世纪将是生物学世纪。可以预期，未来世纪生命科学的巨大进展及其革命性变化，必然要求生物学哲学在已有研究基础上，无论从理论框架到研究内容到论题范围都要有所突破。要尽力吸收、消化生命科学的最新成就，以正确的世界观和方法论为指导作出新的哲学概括，提出新的理论观点及发展生物科学技术的战略选择，这些可谓生物学哲学学科建设的题中应有之义。

2　拓展和深化生物学发展新形势下的生物学哲学研究

以下试从生物科学发展的规律性、生物学规律与物理规律的关系以及生物学规律与社会规律的关系三方面谈点浅见。

（1）“自然科学现在已发展到如此程度， 以致它再也不能逃避辩证的综合了”。〔5〕恩格斯在上个世纪80年代作出的这一论断， 揭示了辩证思维对于了解科学事实的辩证性质的必要性，这也为后来自然科学本身的发展所证实。

近现代自然科学发展的趋势是由经验分析进到辩证综合，这在生物学的发展中表现得十分明显。自本世纪二、三十年代起，在生物学范围内开始出现一些学科的综合趋势。早期的两大综合，一个是以胚胎学为中心，将之与细胞学、遗传学和生物化学综合起来，形成统一的发育观点；另一个是以进化论为中心，将达尔文的自然选择学说与群体遗传学相结合，发展为一个有巨大阐明力的学说，即现代综合进化论。进化的综合范式取得了富有建设性的成果，如迈尔所说，是在有关的学科之间找到了一种共同语言并澄清了许多进化问题和作为其基础的各种概念。但是这一范式仍是不完善的，还有不少尚未解决的问题。它不仅受到一些批评家的非难和质疑，就是在达尔文主义者之间也依然存在某些意见分歧。更完全的综合始于本世纪50年代中后期诞生的分子生物学，它是生物化学、微生物学和遗传学等学科相互融合的产物，其主要目标之一是试图将大量的生物功能与分子水平上发生的事件联系起来。分子生物学的核心——分子遗传学，在信息大分子的结构、功能及相互关系的基础上来研究生物的遗传与变异。按照生物学史家G.E.艾伦的说法，J.沃森和F.克里克的工作，把信息学派、结构学派和生化学派对遗传（甚至扩展到整个生物学）的问题的研究统一起来了。作为一个新的遗传学范式，分子遗传学的范式补充和修正了（不是取代）进化综合范式，推动了关于进化过程中基因的变化和调节机制等问题的研究。着眼于分子水平上的进化的中性学说同着眼于表型进化的自然选择学说，也应看作是一种互补关系而非互相否定。现代分子生物学在进化研究方面的认识成果向人们昭示，一种完整的进化理论的建立，期待着传统的进化生物学与分子生物学实现新的综合。更进一步看，生物进化是种系发生和个体发育的辩证统一过程，对进化的深层认识，必须解开发育之谜这个世纪难题，以阐明个体发育中基因在多层次水平上的程序控制机理。由于分子生物学、细胞生物学与遗传学的结合，把发育生物学推向前台，将成为21世纪生命科学的新主角。据中科院未来生物学预测研究组预测，在分子水平上使遗传、发育和进化的统一成为可能，这将是未来生物学的主要理论任务之一。由这三者统一所导致的理论大综合，蕴含着丰富的哲学思想。从哲学认识论和方法论上对之进行理论概括，也应成为未来生物学哲学的主要理论任务之一。

“分久必合”。生物学中的这种综合趋势还在继续。一些生物学家预言，面向21世纪的生命科学，必然是各学科相互渗透与相互交融的“大生物学”时代。“大生物学”要求辩证地综合与不同组织水平相关的各门学科所积累的科学事实，建立起一般的生命理论，发展统一的生物学原理。多种学科的综合，反映了生物现象的相互联系和科学概念、方法论准则的统一。结合生物学认识发展的内在逻辑的考察，对生物学理论的相互关系（特别是理论的概念结构之间的转换、理论范式的确立和更替）进行哲学分析，能为我们提供有关生物科学发展规律性的新的认识。

（2）在生物学哲学的讨论中， 争议较多而且也是悬而未决的一个理论问题是关于生物学的自主性问题。具体言之，生物学的概念与规律能否在某种意义上“还原”为物理学和化学的概念与规律？生物学家运用的解释型式（例如历史的解释或目的论的解释）在物理科学中是否相宜？在生物系统中显示的某些现象是否也在无机系统中显现或有重大差异？等等这样一些有关生物学和物理学的联系究竟是什么的问题， 被A. 罗森伯格称之为“生物学哲学的中心问题”（《生物科学的结构》）。根据对这个问题的不同回答而形成了“自主论”与“分支论”两派泾渭分明的理论观点。这种分野在历史上的表现形式是活力论与机械论的对立，在现代则主要是所谓反还原论与还原论的争论。

从本体论方面说，讨论物理化学的实体和过程是否构成所有生命现象的基础，这实质上就是高级运动形式与低级运动形式的相互关系问题。如果把生命运动形式同物理化学的运动形式混同起来，甚至完全否定生命运动在质上的特殊性，这种本体论上的极端还原论倾向在哲学上和生物学上都是不可取的。相反，如果把生命运动的独特性绝对化，忽视其与其他运动形式之间的包容关系和发生学联系，这种倾向同样是不可取的。以辩证唯物主义的物质运动形式观为指南，依据科学认识的新成果，将能通过阐明生命运动和低级运动形式存在的联系和连续性而更深入地揭示其本质。

从方法论方面说，在生物学中通过把复杂现象分解为更为简单的组成部分进行研究，最终在物理化学层次上——分子层次上——作出说明，这也即还原论作为方法论的功能。分子生物学正是运用物理化学的还原方法来分析生命活动的基本过程，才获得了划时代的成就。这被誉为还原论的胜利。但是也要看到，生物学中还原方法的应用是有其局限性的。研究表明，生物体是一个多层次的、有组织的、结构复杂的系统，其中各个组成部分和整体具有多方面的相互作用。生物体的整体性不能建筑在来自于各个部分的分子碎片之上，分子参与组织的整体，它们的转移和复制是整体的全部功能的结果。本世纪下半叶以来系统科学和非线性科学的发展，为探索生命系统的复杂性提供了新的科学思想和科学方法。还原论方式的自下而上的决定原则即较低层次决定较高层次的原则，同系统整体思维方式的自上而下的决定原则即较高层次决定较低层次的原则，二者既相互对立又相互依赖，它反映了部分与整体的辩证法。合理地结合这两种决定原则，应是生物学进一步阐明生命机制及其规律性的研究战略。

（3）在当代， 从自然科学奔向社会科学的强大潮流已成为不可遏止之势。由于生物学革命对自然和人类社会生活产生的广泛影响，凸显了人的自然基础和社会基础的统一问题。与此相应，生物科学和社会科学的综合性研究也成为人们关注的热点。加拿大哲学家M.鲁斯在其《生物学哲学》一书中宣称，未来的社会科学将和生物学结合起来，社会学将把生物学的成果包括在自己的理论中，研究这种结合会提供许多有意义的东西。从现代生物学的发展可以看到，生物科学领域的一些学科（如遗传学、动物行为学、生态学等）与社会学、人类学、伦理学、经济学及政治学等学科的渗透、融合，不仅加深了人们对自然界和人类自身的认识，同时也启迪了对生物学规律和社会规律二者相互关系的哲学思考。如生态经济学作为生态学与经济学交叉发展起来的一门边缘学科，主要是阐明生态系统与经济系统相互作用所形成的生态经济系统运动和发展的客观规律。而生物政治学则旨在用生物学的概念、原理和方法来研究政治行为，借以探索社会政治生活的本质及其规律。在横跨生物科学与社会科学的众多交叉学科中，1975年由美国动物学家E.威尔逊在其巨著《社会生物学：新的综合》中所倡导并加以重新解释的社会生物学引起了很大反响。这是一门系统研究一切动物（包括人类在内）的社会行为的生物学基础的学科，其核心在于承认基因是遗传和自然选择的基本单位，一切社会行为均有其特殊的遗传结构。威尔逊和C.拉姆斯登还进行了更为广泛的概括，在他们所著《基因、理性和变化》（1981）中提出基因—文化互作进化论，认为整个人类文化领域在一定程度上依赖于遗传控制。学术界对社会生物学褒贬不一，围绕它所提出的人类行为的遗传决定问题展开了激烈的争论。这场争论远未完结，它所涉及的生物进化与文化进化的关系、社会生物学的哲学意义以及如何正确评价这一学说等问题也是生物学哲学研究的课题。

生物学与社会相互作用的一个引人注目的方面，表现为生物技术研究对伦理观的冲击和基因工程的社会控制及其伦理调节。生命科学技术的进步，在造福人类的同时也引发出许多社会伦理问题，向传统的伦理道德观念提出了新的挑战。举医学领域来说，由于医学技术以人作为直接作用对象，它所引发的伦理问题更为突出。自本世纪六、七十年代以来，国外医学界关于死亡标准、器官移植、安乐死、重组DNA 技术以及人工生育技术种种问题的伦理学争论，无不反映了传统伦理观的困惑和人类面临的伦理学上的选择。在当代新科技革命条件下，随着生物高技术的发展，不断涌现出新的伦理道德难题。被称为生物学领域的第一“大科学”的人类基因组工程，无疑会深化人类对自身结构的认识，但这项研究也将面临与伦理观念相悖的严峻形势。例如，由检测基因产生的侵犯个人健康隐私权问题。当今在世界范围内受到广泛关注的克隆绵羊“多利”的出世，更是激起了一场有关其应用前景和伦理意义的大争论。人能否克隆？在人身上重现这一成就或者创造新的生命形式（如人兽混合体）是否合乎伦理？未来的生命科学技术怎样与社会协调？是否应该着手进行人种改造的选择？站在生物学哲学的高度，我们将如何回答这些问题？

参考文献

[1]费尔巴哈：《费尔巴哈哲学著作选集》，上卷，商务印书馆， 1984，第118页。

[2]洪谦主编：《逻辑经验主义》，下卷，商务印书馆，1984， 第476页。

[3]莫里茨·石里克：《自然哲学》， 商务印书馆， 陈维杭译， 1984，第68页。

[4]金吾仑选编：《自然观与科学观》，知识出版社，1985， 第30页。

篇8

【关键词】现代生物技术，育种，应用

现代生物技术即生物工程，是以分子遗传学为核心的现代生物科学技术，它采用先进的科学原理和工程技术手段，按照人们预先的设计，对生物材料进行加工、改造和模拟生物及其功能，为人类生产有益的生物制品、培育优良生物品种或提供社会服务的新兴技术领域。生物工程的内容比较广泛，我的论文主要从细胞工程、基因工程和作物诱变育种等几个方面阐述现代生物技术在育种中的应用：

一、细胞工程育种

细胞工程育种是指用细胞融合的方法获得杂种细胞，这种细胞具有高度分化的能力。对于高度分化的植物细胞仍有发育成完整植株的能力，保持着细胞的全能性。根据这个原理近几年发展起来一项无性繁殖的新技术――植物组织培养技术。

组织培养技术的具体过程是在无菌条件下，将植物器官或组织（如芽、茎尖、根尖或花药）的一部分切下来，放在适当的人工培养基上培养。这些器官或组织就会进行细胞分裂，形成愈伤组织。在适当的光照、温度和一定的营养物质与激素等条件下，愈伤组织开始分化，产生出植株各种组织和器官，进而发育成一棵完整的植株。它的特点是取材少，周期短，繁殖率高，且便于自动化管理。这种技术在花卉方面已经广泛应用并取得可观的经济效益。

二、基因工程育种

基因工程育种主要指转基因技术育种，是采用生物工程技术将一种生物基因嵌入另一种生物中。到目前为止，植物基因工程已经在很多方面有了深入的发展，下面介绍几种基因工程育种的方法。

（一）品质育种。

品质育种主要是以小麦、水稻、玉米等谷类作物为材料加以培育的，因为大多数谷类作物籽粒蛋白质所含氨基酸不够平衡，人体及饲养业所必需的赖氨酸、色氨酸、蛋氨酸等均较缺乏，所含蛋白质的数量及质量已不能适应日益增加的需要及食品加工业发展的要求。经过科学家们的精心研究，目前已经培育出来的有高产作物、促进健康的食品、生物改良新饲料、含抗疾病物质农作物、特种转基因棉花和玉米等。

（二）抗性育种。

生物技术在农作物育种和抗病抗逆方面的作用在进行作物品种改良时，主要是是通过增强作物对害虫或环境条件（例如干早或土壤盐渍）的抵抗力、或是通过开发更高产的植物来增加作物的产量。目前已经培育的抗性作物有抗虫作物、抗病毒作物、抗盐碱作物、抗旱作物、抗寒作物等。

（三）固氮育种。

有些细菌具有固定游离氮的能力，特别是生长在豆科植物根部的根瘤菌能有效地将游离氮转变可被作物直接吸收利用的氮。后来发现有近百种固氮微生物能通过固氮酶完成的。所以人们正致力于把其基因转移到其它作物上去，并分离出一些有利于硝盐吸收和利用的基因，这将大大提高肥料的吸收和利用。

三、诱变育种

人工诱变是指利用物理因素（如X射线、γ射线、紫外线、激光等）或化学因素（如亚硝酸、硫酸二乙酯等）来处理生物，使生物基因突变。用这种方法可以提高突变率，创造人类需要的变异类型，创造人类需要的变异类型，从中选择、培育出优良的生物品种。

我国在农作物诱变育种方面也取得了可喜的成果，培育出了数百个农作物新品种。这些新品种具有抗病力强、产量高、品质好等优点，在农业生产中发挥了巨大作用。例如四倍体葡萄、四倍体番茄、含糖量高的三倍体无子西瓜和甜菜等。

另外还有一种太空育种，也叫空间诱变育种，就是将农作物种子或试管种苗送到太空，利用太空特殊的、地面无法模拟的环境如使种子产生变异，再返回地面选育新种子、新材料，培育新品种的作物育种新技术。太空育种具有有益的变异多、变幅大、稳定快，以及高产、优质、早熟、抗病力强等特点。

四、DNA分子标记辅助育种技术

DNA分子标记辅助育种技术，是通过利用与目标性状紧密连锁的DNA分子标记对目标性状进行间接选择的现代育种技术。该技术对目标基因的转移，不仅可在早代进行准确、稳定的选择，而且可克服再度利用隐性基因时识别难的问题，从而加速育种进程，提高育种效率。与常规育种相比，该技术可提高育种效率2-3倍。由于其明显的优越性，该技术已引起了发达国家的高度重视。技术的关键是与重要农艺性状紧密连锁的DNA分子标记的鉴定。

总之，现代生物技术取得的进展，促进了作物育种的进程。在育种过程中需要分子生物学家和育种工作者两者紧密结合，作到优势互补。分子生物学家需要育种工作者提供更新、更好的作物品种作受体，同时育种工作者需要分子生物学家提供从其他种的动、植物（如细菌、微生物等） 中克隆本品种中没有的抗病、优质、高产等优良性状基因，来改良作物品种。从事常规育种的科技工作者也可将转基因作物中的优良性状基因，通过杂交手段转育到当地丰产的主栽品种中，培育适合当地的丰产、抗病、优质的农作物新品种并应用于生产。

参考文献：

[1]黄大，基因工程正在开辟植物病虫害防治的新途径。 植物保护，1999， （1） ：33～36。

[2]沈桂芳，苏宁， 农业高新技术产业化发展趋势。 生物技术通报，2001 ， （1） ：1～5。

[3]王琴芳，薛爱红，黄大。转基因植物产业化现状及发展趋势， 中国农业科技导报，2000，2 （6） 33～36。

篇9

[关键词]科学哲学；句法观；结构主义；理论还原

[中图分类号]B5 [文献标志码]A [DOI]10.3969/j.issn.1009-3729.2013.03.006

科学哲学研究的一个重要对象是科学理论及其关系，理论还原是科学哲学的一个重要论题。句法观与结构主义是科学哲学中的两大理论观：前者是以句法观为依托的理论还原进路，追求形式化与逻辑演绎，从美国科学哲学家欧内斯特・内格尔的经典还原模型到生物哲学家肯尼斯・斯盖夫奈尔的一般还原模型、一般还原取代模型，演绎精神逐渐弱化直至失败；后者是以结构主义为依托的理论还原进路，把科学理论看做由集合论谓词表达的公理化的、数学化的概念框架，所谓“理论还原”就是两个理论的数学框架同构。目前，后者是国际上探究理论还原问题的一条主要进路，而国内在该方面的研究相对较少。探析这两大理论观中的还原进路，将有助于理解科学理论及其结构和相互关系等问题。

一、句法观及其理论还原进路

按照逻辑经验主义的理解，科学理论是可以采用一阶语言表达的、部分在经验上得到解释的公理化演算系统。这样，理论就是语言学实体，由一阶语言的句法关系所决定，故而被称为理论的句法观或陈述观。从形式上看，一个演算就是一个三元组T=。这里，L是形式语言（语句的集合），A是L的递归子集（演算的公理），是联系L语句的有限集合的递归演绎谓词。T的定理是依据从公理A中推导出的L语句。形式语言L的理解I是从L到{0，1}的函数，这样，如果对于S中的所有B，I（B）=1，并且ST，那么对于T中的所有B，I（B）=1。部分理解是I的理解，I是一个部分函数，即仅依赖L的子集Dom（I）来定义。这样，科学理论的主体应该被看做部分得到理解的演算T=。在这个意义上，公理相当于理论命题，部分演算与这些命题的经验基础或检验结果相关。

在理论的句法观理解中，关于还原论思想的最早论述见于美国逻辑实证主义的代表鲁道夫・卡尔纳普。1938年，卡尔纳普在《统一科学的基础》中发展了“定律统一”的概念。所谓“定律统一”就是建构定律的同质系统。卡尔纳普认为，对于整个科学，一个学科的定律能够从另一个学科的定律中推导出来。20年后，哲学家鲍尔・奥本海默与希拉里・普特南详细说明了这个概念，明确提出“把科学统一作为一个工作假说”，从4个方面概括了还原论纲领的基本内容，强调理论的可推导性关系。内格尔意图弥补可推导性所存在的鸿沟，补充了可连接条件，并给出了这两个条件的形式化和“理论还原说”的最早、最清晰的定义，被称为“理论还原说”的经典模型――“还原是以一个（通常但不总是）对某个其他领域表述的理论来说明在一个研究领域中已经确立起来的一个理论或一组实验定律”[1]。该模型的形式化表达为：TB∧B∧ATR，其中TB、TR分别表示还原理论与被还原理论，B表示桥接原理，A表示辅助假设（可有可无），表示逻辑推导。

理论还原模型提出后，受到了诸多哲学家的批判。例如：美国科学哲学家费耶阿本德着重指出内格尔模型中的两个预设“逻辑演绎性”与“意义不变性”都不能满足，美国哲学家尼克斯认为内格尔还原模型太狭隘，英国科学哲学家菲利普・凯切尔以经典遗传学与分子遗传学的具体案例否认还原的可能性。为了解决这些困难，斯盖夫奈尔重新定义了还原，提出了理论的一般还原模型（GR）。[2]“斯盖夫奈尔提出的理论还原模型在讨论还原的文献中起到了重要作用。”[3]一般还原模型容许还原理论与被还原理论的修正，提出了“强类似”的非形式条件。如果T*B与T*R分别为TB、TR的修正版本，那么T*B∧B∧AT*R，且TR与T*R、TB与T*B之间具有“强类似”关系。“斯盖夫奈尔修正了内格尔模型而保持了它的灵魂。”[4]斯盖夫奈尔的分析是一个“精致的内格尔式的框架”[3]。该模型被广泛采用，尤其是在生物学领域，声称抓住了孟德尔遗传学到分子遗传学的还原的本质。但是，当代生物学哲学的奠基人之一霍尔等人注意到孟德尔遗传学与分子遗传学之间存在着“多―多对应”关系以及“强类似”条件难以实现等问题。为了应对这些质疑，斯盖夫奈尔提出了更精致化的还原模型：一般“还原――取代”模型（GRR）。该模型形成一个连续统，完全还原与完全取代分别是这个连续统的两端。这样，该模型把保留了共同经验领域的理论取代也看做了理论还原，模糊了理论还原与理论取代的界限。这已与反还原论者的观点趋于一致，从而与内格尔建立理论还原模型的初衷相去甚远。例如，依照这种模型，氧化理论被还原为燃素理论。在化学史上，燃素理论流行100多年，最后被证明燃素是不存在的，取而代之的氧化理论才是解释燃烧问题的正确理论。至此，这种理论还原进路已经走进了死胡同。

郑 州 轻 工 业 学 院 学 报 （ 社 会 科 学 版 ） 2013年

第3期 智广元：科学哲学中的两种理论还原进路探析

二、结构主义及其理论还原进路

“结构主义科学理论是在逻辑经验论的公认观点的困难无法解决的情况下兴起的。”[5]科学哲学中的结构主义学派是由威尔考克斯・阿当斯和帕特里克・苏佩斯开创，由约恝夫・史尼德、斯泰格缪勒、巴尔泽尔、穆林斯等人继承和发展的。依照结构主义的理解，理论具有集合论谓词表达的数学化结构，理论还原实质上就是使两个理论的结构同构。“同构定义只依赖于一个理论模型的集合论特征。”[6]（P81）这种结构概念源于布尔巴基学派的“种结构”概念。如果A、A都是非空集合，R、R分别是A与A上的二元关系，称结构与结构同构，当且仅当，存在满足下述条件的函数f：（1）f的定义域是A，f的值域是A；（2）f：AA是一一对应的函数；（3）对于A中的任意x与y，称xRy当且仅当f（x）Rf（y）。1950年代，阿当斯把理论看做集合论实体，认为科学理论可以用一个对集来表示：T=，其中C、I均为有序n元组，前者由所有满足集合论谓词的实体组成，称为理论的“特征集合”；后者由这些理论所应用的所有实体组成，称为理论的“预期理解”的集合。[7]这样，科学理论就失去了句法属性，等同于集合论谓词刻画的结构，所以，这种理论观被称为理论的“非陈述观”或“结构主义观”。“我将涉及……作为语句集合的理论概念，称之为理论的非陈述观”。[8]随后，苏佩斯建议在科学哲学中放弃使用形式语言。史尼德采纳了苏佩斯的建议，发展了阿当斯的定义集合论谓词的公理化方法，发展了这个理论的核心经验断言，于1971年出版了《数学物理学的逻辑结构》一书，这标志着科学哲学中结构主义流派的出现。斯泰格缪勒进一步发展了史尼德的观点，着重发展了理论的动力学观点。1987年，史尼德、巴尔泽尔、穆林斯三人合作出版了《科学的构造设计――经验知识局部和综合的结构》一书，“这本书被称为‘结构主义的纲要’”[9]，标志着结构主义已经成为科学哲学中一个有极强竞争力的研究纲领；1996年和2000年，三人又合作出版了《科学的结构主义理论：核心问题与新的成果》和《结构知识的再现：范例》，发表了关于结构主义的一系列论文，此后结构主义日益丰富并不断发展。

从方法论上讲，库恩、拉卡托斯与劳丹一样，结构主义者的考虑对象不仅是单个理论，还包含理论演化以及由此形成的整个理论序列。最初，阿当斯用还原表达理论之间的关系，史尼德采用这个概念处理库恩的常规科学与科学革命的概念以及理论之间的关系。斯泰格缪勒沿用了这个提议，重点处理了发生科学革命的理论之间的关系。后来，巴尔泽尔、穆林斯与史尼德等人进一步阐述了理论还原问题。

我们首先来看阿当斯的理论还原模型。阿当斯在《刚体力学的公理化基础》（1955年）和《刚体力学的基础与从粒子力学的定律中推演刚体力学的定律》（1959年）两篇论文中讨论了理论还原问题。在分析热力学到统计力学的还原案例时，阿当斯依据他的理论观，提出了理论还原的形式条件，并认为这些条件适用于任何还原。如果T=，T*=，T被还原到T*，用ρ表示两者的还原关系，当且仅当：（1）如果i∈I，那么存在i*∈I*，使得iρi*；（2）如果c*∈C*且cρc*，那么iρi*。条件（1）被称为可连接性条件，如果基于关系ρ，T被还原到T*，那么对于T中i的任一预期理解，一定存在T*中i*的相应预期理解，使得i与i*具有关系ρ；条件（2）被称为可推导性条件，如果实体c*满足与T*相关的集合论实体，并且c与c*具有关系ρ，那么c将满足与T相关的集合论谓词。大致地，如果一个对象满足“理论T*的定律”，并且其他对象与这个对象具有关系ρ，那么其他对象也将满足“理论T的定律”。（1）与（2）结合表明，所谓“理论还原”就是实现两个理论的同构，都具有的结构形式；并且，如果T被还原到T*，那么，若T*是正确的，则T也是正确的。阿当斯把这个结论称为“正确性结果”，并把它看做“这是我们对还原的直觉要求”[10]。阿当斯的这些还原论述主要存在三个问题：一是许多还原的传统案例不满足阿当斯的还原分析，二是没有详细地考虑还原关系的“语义本质”，三是没有考虑不同的还原类型。第一个方面批评了阿当斯还原分析的核心，后两个方面批评了阿当斯还原分析的不完备性。例如：阿当斯的“正确性结论”难以成立，因为可推导性的要求太强。

1970年代，史尼德与斯泰格缪勒发展了阿当斯的理论观，认为经验科学的最基本单位是理论元素，即T=。其中，K被称为“理论核心”，是一个纯粹形式化的数学结构，K=，这里Mp是T的可能模型集；Mpp是T的部分可能模型集；r是一个“剔除”Mp中的理论内容得到Mpp的“限制函数”，即Mpp=r[Mp]；M是T的模型集（MMp），C是对于可能模型集Mp的约束；I是理论的预期应用域，是不能完全形式化的部分。理论元素之间形成了复杂的理论网络进而构成整个科学理论体系。他们接受阿当斯的还原论述，并用来处理历时态的理论还原关系，包括库恩所称的“科学革命”。“（史尼德）从结构主义角度对科学理论重新进行形式化的研究，而且以此来处理历史学派的理论发展观。他试图将逻辑和历史，形式化和非形式化有机地结合起来。”[11]他们认为理论的发展就是旧理论不断发展，最终成为新理论的一部分。如果两个理论的理论元素之间存在着还原关系，当且仅当Mpp与M*pp存在着一与多的关系，使得T的预期应用同T*的预期应用相关联，并且T的预期应用包含在T*相关的预期应用之中。“斯泰格缪勒的还原概念源于阿当斯与史尼德的工作。依据这条进路，还原关系能够被看做匹配关系，通过它们的潜在模型之间的关系，联系两个理论的概念结构。”[12]但这种还原论述仍然存在着很多缺陷。艾耶尔批判了史尼德和斯泰格缪勒对还原的阐述，并对他们的这些定义作出了一些修改；而斯泰格缪勒和一些人断言：史尼德的论述应该被拓展，纳入较弱的近似还原的概念。这些批判意见都被考虑进了1980年代的还原理论中。

1980年代，巴尔泽尔与史尼德、斯泰格缪勒等进一步发展了结构主义的理论还原观，分别于1982年和1987年提出了两个版本的结构主义还原理论。[8]起初，他们把构建科学理论的理论元素看做有序5元组，T=；后来他们把理论元素理想化，表述为有序6元组，T=，称之为“理想化理论元素”，这里，Mp、M、Mpp与I的含义没有变化，Q是对于可能模型集Mc的约束，GC是Mp的整体约束，GL是Mp的整体联系。我们给出后一版本的理论还原模型――假设T、T*是理想化的理论元素，T=，T*=，如果T能够直接还原到T*，当且仅当存在关系ρ，并且ρ满足下述公式：

（1）ρM*p×Mp；

（2）rge（ρ）=Mp；

（3）x*，x（x*∈M*∧x*ρxx∈M）；

（4）X*dom（ρ）（X*∈GC*ρ[X*]∈GC）；

（5）x*，x（x*∈GL*∧x*ρxx∈GL）；

（6）y∈Iy*∈I*x∈Mpx*∈M*p（x*ρx∧r（x）=y∧r*（x*）=y*）。

这样，“还原关系本身实质上是从被还原理论T的部分可能模型的集合Mpp的子集到还原理论T*的部分可能模型的一多对应（即函数变换）”[13]。与阿当斯的还原模型相比，这个还原模型中的理论元素M与阿当斯定义中的C，公式（1）（4）分别与阿当斯模型中的（1）（2）大致相对应――虽然这一模型远比阿当斯的模型复杂。这个模型不仅考虑了理论的预期应用、理论的理想化因素，还考虑了理论的整体约束和整体联系等。

三、两种还原进路的对比

按句法观，科学理论的最基本特征是概念或陈述之间的逻辑关系――句法关系。按结构主义，科学理论最基本的特征是集合论谓词阐述的数学结构之间的关系。“从形式的观点来看，这条进路的本质是把集合论的公理增加到初等逻辑的框架内，然后，在这种集合论的框架内使科学理论公理化。”[6]（P44）对比句法观与结构主义的理论还原进路，可以发现：

其一，理论观决定了理论还原观，理论的结构主义优于句法观。理论的句法观蕴含了两个预设：一是理论命题是通过假设――演绎方法来证明的，二是演绎推理具有形式化的特征。从卡尔纳普的“定律统一性”到内格尔理论还原模型以至斯盖夫奈尔的GR、GRR模型，都追求逻辑演绎关系。“所有的理论，都能以一阶语言表述――有个很大的障碍。即使不是不可能，也存在着极大的困难。由此形成的纲领……误导了科学哲学很多年。”[14]结构主义的理论观或称非陈述观能够更精确地表达更多的理论――从数量上讲，它的使用范围非常广泛，适用于从所有的经验学科如物理学、化学经由生物学、神经生理学与心理学到社会学、经济学和行政学科等；从根本上讲，结构主义具有的非常明晰的概念框架，能够很精确地进行科学结构的表达。“这样精确化的表达方式，适用于这么广泛的范围，没有任何其他类似的方法可以与之相比拟。”[15]两者相比，结构主义理论观具有三个优点：首先，结构主义理论观采用集合论谓词表达理论及其关系，既能自然地排除库恩“常规科学”概念中的非理性因素，又能有效地刻画库恩的“科学革命”概念及其理论关系。“这实质上是下面的两个断言：（a）在陈述观中库恩被看成非理性的，而斯泰格缪勒的方法则没有这种含义；（b）陈述观中出现的问题（理论术语问题、先验因素问题与不可通约性问题等），在非陈述观中没有出现。”[16]其次，结构主义还原进路强调理论的结构不变性，能够对理论之间的关系作出更恰当的处理。所谓“理论同构”只是不同理论具有相同的数学结构即集合论谓词结构，而抽象的数学结构具有普适性，能够在理论转换时仍然保留下来。所以，结构主义还原进路避免了坚持拉卡托斯科学研究纲领理论的困难，而保留了它的思想精髓。再次，结构主义进路融合了理性因素和非理性因素，这就排除了陷入理性一元论与理性传统假定――只有单一的科学理性的源泉――的危险。“结构主义在当代科学哲学的研究中确立了形式化与非形式化、逻辑与历史相结合的方式，确实成为一个令人注目的研究纲领。”[17]

其二，两种理论还原进路经历了相似的发展过程。最初，两种理论还原模型的两个形式条件是相似的，都包括可连接性条件和可推导性条件，都强调可推导性，要求被还原理论与由还原理论导出的理论完全一致。“这是一个内格尔、阿当斯与史尼德所支持的基本的观念：被还原理论的定律能够从还原理论中推导出来。”[18]后来随着模型的发展，都容纳了还原理论与被还原理论的修正和近似。不同的是，句法观中的理论还原仍坚持追求共时态的逻辑演绎性，而结构主义理论观中的理论还原追求理论结构的不变性。

其三，结构主义还原进路包含了句法理论还原观的逻辑演绎性的优点，又容纳了它所不能包含的历时态的理论变化过程，具有更好的发展前景。“结构主义对当代科学哲学的重要贡献也许在于提出了用静态的形式化结构处理科学理论动态发展的思想。”[17]“结构主义者表达了还原在直觉上的必要条件（desiderata），在精神上它很接近于凯梅尼与奥本海默（1956），内格尔（1961）与亨普尔（1969）的经典还原论述。”[19]逻辑经验主义的还原进路包含了理论的修正、近似等而走向死胡同，而结构主义还原进路包含了上述内容且不断焕发出新的生机。穆林斯在1996年提出了新的结构主义理论[9]，把科学理论理解为7元组，T=，其中Mp，M，Mpp的含义不变，C表示约束的集合（联系同一个理论的不同模型的条件），L表示联系的集合（联系不同理论的模型的条件），A表示可容许的模糊的集合（不同模型之间能够接受的近似程度）。这样，科学理论模型就可能包含表达理论的模糊集合的模型之间的近似度。不仅如此，结构主义理论观还提出了科学理论的三层结构：理论元素、理论网络、理论整体子。理论网络表示由理论元素及其关系构成的整体，理论整体子表示由“本质性”关系使复杂的理论网络紧密结合在一起而形成的整体。这表明结构主义理论还原观还有很大的发展空间。

[参 考 文 献]

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篇10

1氧化亚铁硫杆菌的生理特性

氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans):是生物湿法冶金过程主要的浸矿菌种。这种菌系短杆菌,很小,0.3～0.5×1.0-2.0um,圆钝末端,以单个、双个或几个成短链状存在。是一种化能自养菌,专性好氧,嗜酸性,广泛生活在金属硫化矿和煤矿的酸性矿坑水中。最适生长温度25℃～30℃。生长在pH1.4～6.0之间,最适pH2.0～2.5。T.f以氧化亚铁、元素硫以及还原态的硫化合物等来获得生命过程所需的能量,以空气中的二氧化碳为碳源,以氨或铵盐为氮源。有鞭毛,能快速游动,革兰氏染色阴性。在9K固体培养基上呈红棕色菌落,近杆形[5]。

2氧化亚铁硫杆菌的氧化机理

自20世纪60年代以来,因为它们具有特殊的生物学功能,吸引了许多学者对T.f和T.t的生理特性进行了研究。许多研究表明,T.t利用单质硫的能力比T.f强,但T.t不能利用硫酸亚铁。Wong和Henry对氧化硫酸亚铁的机理进行了详细的研究,指出能将亚铁氧化成三价铁,三价铁会与硫酸根离子发生反应产生铁矾沉淀,同时产生硫酸而引起pH的下降:

4FeSO4+02+2H2SO42Fe2(SO4)3+2H2O

(1)

6Fe3++4SO42-+12H2O2HFe3(SO4)2(OH)6 +10H+(2)

Templellvl和Leathen等人研究发现氧化亚铁硫杆菌能将矿物中的硫化矿物氧化为硫酸和硫酸盐。Bryne等对T.f氧化硫化矿物的机制进行了详细的研究。并提出了一些常见矿物的主要反应机理,如黄铁矿和黄铜矿:

2FeS2+702+2H202FeSO4+2H2SO4

(3)

4FeSO4+02+2H2SO42Fe2(SO4)3+2H20

(4)

CuFeS2+402CuS04+FeSO4 (5)

2Cu2S+02+2H2 SO42CuS+2CuSO4+2H20

(6)

CuS+202CuS04(7)

3微生物分子生态学研究的一般方法和原理

微生物分子生态学是分子生态学的重要组成部分,是分子生物学、微生物生态学、微生物生理学与遗传学相互结合而产生的一门边缘学科。从目前的发展状况来看,当前的主要研究领域有:采用分子生物学技术研究不同自然环境中微生物的种类组成和群落结构以及它们的数量动态；环境因子对微生物基因表达的影响:自然条件下微生物之间遗传物质的转移:微生物与高等生物相互作用的分子机制,包括共生关系的建立、病原微生物的致病机制等。因此,微生物分子生态学是利用现代分子生物学的基础理论与技术,在分子水平上,研究微生物与其生态环境间相互关系的一门新兴学科。

3.1 一般研究方法

(1)平板涂布分离。

(2)显微镜观察:普通光镜、相差显微镜、透射电镜、扫描电镜。

(3)MPN法,即最大或然值计数法,是平板涂布分离法的一种,但由于广泛应用,被单独作为微生物研究的一种技术。

(4)活菌计数法,常见的用哑咙橙染色,活菌死菌颜色不一样。

3.2 分子研究方法

(1)纯种分离,G+C测定、16SrDNA, ISR测序、比对。

(2)变性梯度凝胶电泳(DGGE),通用引物PCR扩增同样长度的基因,常为16S的一段(300bp～400bp),割胶纯化、克隆测序,比对变性梯度凝胶电泳((DGGE)技术以土壤微生物群体的基因组DNA为研究对象,通过比较不同土壤中各种微生物的16SrRNA基因信息来了解微生物的多样性。

(3)FISH荧光原位杂交,设计不同荧光染料标记的特异探针,检测不同分类界元水平的细菌,可在细胞水平或者核酸水平与目标菌种杂交,在表面荧光显微镜或者CLSM(共聚焦激光扫描显微镜)下监测。

(4)TRFLP,末端限制性长度多态性。

(5)ARDREA.RISA。

(6)流式细胞仪计数。

(7)Real-time实时荧光定量PCR监测技术。

(8)克隆转化法:通用引物扩增从水样、土样中提取得总DNA,获得全长的16S rDNA序列,随机克隆入载体,转化到大肠杆菌,挑取阳性菌落,用不同的限制酶酶切检测不同的克隆,测序、比对。

(9)DNA芯片技术,主要用来研究微生物的功能基因组学。

4本论文的立论依据

AMD的pH通常很低,严重的地方可达pH2.0,富含SO42-离子和Fe3+离子,易浸出废矿石中的有毒元素,如铅、砷、铬、铜等以及氰化物,对矿业生产、生态环境造成严重危害,所以就AMD的研究越来越重要。我国自1959年以来,对微生物处理污水的技术的研究已取得了一定的成果,但重点放在污水菌种的保藏的研究方面,而且就整体情况而言与国外相比要差的远,在污水处理微生物生物学方面的研究相对于前者明显滞后。不仅设备、工艺落后,更主要的是对微生物本身没有作进一步的研究,缺乏对菌种生物学性状较为全面的认识,譬如菌种的生理、生化性状以及分类地位的了解,缺乏对菌种分子水平上的认识及其在污水处理过程中菌种所参与的机理等的研究,因而也就不能很好的指导生产实践。从目前发表的一些较为零碎的文献及几本专著看出,在酸性污水中细菌的研究方面,生物领域的科技工作非常薄弱,主要是一些污水治理方面的专业人员在从事相关研究。

目前,我国对浸矿细菌的资源开发工作做的远远不够,根据国内外文献报道,用于处理酸性污水的细菌有氧化硫硫杆菌(A.Thiooxidans)和氧化亚铁硫杆菌((Acidithiobacillus ferrooxidans);钩端螺菌(Leptospirillum)、中等嗜高温菌,如文献报道的硫化杆菌属(Sulfobacillus),如热氧化硫化杆菌(Sulfobacillus thermosuidooxidan)以及一些未确定分类位置的细菌、嗜酸嗜高温古细菌等。就细菌遗传多样性、系统学研究工作来说,目前国内发表的文献主要集中在放线菌、根瘤菌、嗜盐碱的古菌方面,对硫杆菌其他浸矿细菌的多样性及系统发育工作而言,国内尚见较为系统的报道。因此,对硫杆菌及其它浸矿细菌的多样性研究就很有必要。

(1)硫杆菌(Thiobacillus)及其它嗜酸菌分子系统学研究目标及意义。

在地球表面广泛分布有元素硫及其金属化合物而形成的许多特殊环境,如硫铁矿、地表及海底的含硫热泉等。近年来,由于各国微生物学家对极端环境条件中的微生物资源的研究开发成为一个热点,使得硫铁矿、含硫热泉等酸性条件中的微生物多样性的研究取得了较快的进展,发现了许多生理生化性状特殊的细菌,其中有些归属于硫杆菌,有些目前还未确定其系统位置。分子生物学技术在含硫的酸性环境微生物系统学、生态学研究中的广泛应用,不仅发现了许多常规技术不能发现的新细菌,也对这些细菌的分类及系统学地位的确定提供了有力的手段,同时对一些已知细菌的分类及系统位置进行了修订,使得传统意义上的硫杆菌分类更趋合理,尽量可以建立一个亚利士多德所谓的接近于自然的分类体系。对氧化亚铁硫杆菌系统学地位的确定不仅具有重要的理论意义,对指导细菌浸矿等生产实践中优良菌株的选择也具有直接的应用价值。我国地域广阔,各种含硫的矿产资源及自然生态环境非常多样化,蕴含着非常丰富的代谢硫的细菌资源,而倍受国外微生物学家的关注,因此加大这些细菌资源的开发和研究力度,将为这些细菌的生产应用实践奠定理论基础。本课题研究的目标之一就是大量开发我国不同酸矿环境中的微生物资源,尤其是一些硫氧化细菌及其这些细菌的分子系统学的研究。

(2)不同环境中嗜酸菌的遗传多样性研究及其意义。

由于Acidithiobacillusferrooxidans,A.thiooxidans,A.caldus, Leptospirillumferroo xidans这几种细菌能够氧化亚铁、还原性的金属硫化矿,目前被广泛应用于微生物湿法冶金、煤和天然气脱硫、酸性矿区的生态恢复治理、污水处理等技术,使得这些细菌成为微生物学家研究的热点之一。但是由于硫矿的化学组成不同与含硫酸性环境在地球上的生态分布与多样性极其复杂,使得这类细菌同一种不同菌株的生理生化性状表现出显著的不同,形成了表型差异明显不同的菌株,同时造成这些细菌不同菌株的遗传组成差异显著,即所谓的遗传多样性,利用分子生物学技术研究这些细菌的遗传差异,不仅有助于筛选、鉴定出性状明显不同、在浸矿实践中针对不同化学组成的矿体表现高效的菌株,反过来也可以从物种进化上阐明不同环境造成的选择压对细菌进化的作用以及细菌对环境的适应性,进一步对表型差异悬殊、介于相似种之间的菌株的系统学地位重新进行研究修订,并且有助于阐明自然界广泛分布的许多代谢硫、铁有关的细菌的起源及进化关系。目前,虽然微生物冶金基础研究被列为国家973重点基础发展计划,但我国在浸矿细菌的生物学基础研究方面所作的工作几为空白,对这些细菌的多样性有待进一步研究挖掘。从世界各地大量采集分离纯化菌株,进一步阐明这些细菌的分子系统学及进化关系,从遗传多样性的角度选择优良菌株,为应用于生产实践提供理论基础。

由于我国生态环境多样性非常丰富,存在各种各样的富含金属及硫化合物的生态环境,因此有可能分离到生理及遗传差异明显的不同菌种,存在非常丰富的种以上水平和种下水平的多样性。但到目前为止,国内对嗜酸细菌物种多样性和遗传多样性的研究几乎为空白,基于此这两个细菌多样性的研究是本课题的主要目标之一。

5前景展望

在研究的基础上,进行微生物优势群落的生理生化分析和限制多态性分析,可继续进行矿区酸性污水微生物类群多样性的研究,进而研究矿区酸性污水微生物类群的结构和分布的特异性,进而确定这些菌株分类学和系统发育学地位。由于条件有限,本研究许多方法、步骤还有待改进和完善(比如在提取污泥中细菌的方法上我们有待改进),在未分离和测序的种群中,还蕴藏着丰富的微生物资源,需要进行进一步的研究。随着工业污水微生物资源研究理论的发展和研究技术的完善,人们必定从工业污水微生物中获得瞩目成果,更好地为人们的生产生活服务。

参考文献

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[2] Zheng SM (郑士民),Yan WM (颜望明).Autotrophic Bacterium.Beijing (北京):Beijing Science Press(北京科学出版社),1983:56～60.

[3] 林建群,颜望明,林建强,等.硫杆菌的分子遗传学研究[J].微生物学杂志,2000,3,20(1).