发育生物学研究方向范文
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篇1
中图分类号 G642 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）10-0326-02
Research on Experimental and Practical Teaching of Development Biology Using Arabidopsis thaliana as Material
HUANG Yong CHEN Dong-hong RUAN Ying
（College of Bioscience and Biotechnology，Hunan Agricultural University，Changsha Hunan 410128）
Abstract To improve the teaching quality of the experiment and practices of development biology in higher agricultural institutions，firstly this paper reviewed the achievements of this course. And then，the content of experiment and practice of developmental biology were constructed used Arabidopsis thaliana as material. It was approved that the method brought more advantage to students.
Key words development biology；experimental and practical；reform；Arabidopsis thaliana
发育生物学是在传统胚胎学的基础上，随着生化与分子生物学、细胞生物学、遗传学等相关学科的发展和进步，形成的一门新兴学科[1]。发育生物学主要研究生物个体发育过程中的原理及调控机制，具有发展迅速、更新快等特点[2]。发育生物学是本科高年级的专业基础课、必修课。目前，国内使用的发育生物学教材多样化，而且还没有适合本科生使用的实验教材，即使有些院校开设了一些实验，但内容常取决于授课老师的研究方向，随意性较大，不够规范合理，学科和理论体系不完备[1-3]。
湖南农业大学生物科学技术学院发育生物学实验面向本部及国际学院生物科学专业，但目前为止尚无实验教材。基于已有的教学经验、本校及本院的研究内容与研究优势，以模式植物拟南芥为材料，建立“发育生物实验技术”体系，充分发挥实验课的作用与优势，不仅达到巩固理论知识的目的，而且尽量发挥学生学习的主动性，激发学生的学习兴趣和创造力，培养学生的科研能力与创新意识。项目已在我校2012―2014级生物科学专业学生中连续实施3届，取得了良好的效果。
1 发育生物学实验实践教材
发育生物学实验教材较少，常参考或借用动物胚胎学、解剖学、分子生物学、细胞生物学等课程的实验指导。适用于专业科研人员的指导书主要有吴秀山主编的《现育生物学实验指南》[4]。适用于本科教学的主要有林丹军主编的《发育生物学实验》[5]，张蕾、赵洁主编的《植物发育生物学实验指导》[6]。前者包括动物发育模式的形态学观察及发育机制的实验，后者重点介绍了发育相关的分子生物学研究方法和技术，涉及植物开花、传粉、受精、胚胎发育及植株形成等不同发育阶段的细胞和分子机理。我校发育生物学实验已经开课3届，但尚未有合适的教材。
2 发育生物学实验实践内容教改研究
发育生物学是一门理论性与实验并重的学科，但目前很多学校发育生物学教学普遍存在着理论教学和实验教学相分离的问题。开设的实验课孤立于理论教学，甚至根本不开实验课，纯粹的理论教学使发育生物学变得更加晦涩难懂[7]。发育生物学实验具有涵盖面广、综合性强，发展速度快、架构不成熟，注重实验设计、实验结果不确定等特点[8]。常规实验内容主要包括模式动物胚胎发育过程观察、结构解剖等部分，与动物学或胚胎学部分重叠。董 巍等将实验分为模式动物饲养和胚胎早期发育、发育生物学常用基本实验技术、发育生物学研究中的经典和综合性实验3个层次，设计了一系列综合性实验[8]。丁乃峥等将实验内容设计成不同的模块，各专业根据需要选择性进行，实验内容涉及基础性、综合性、设计性、研究性等层次[3]。李巧峡等则以花背蟾蜍为唯一材料设计了胚胎外部形态观察、内部结构观察、不同处理对胚胎发育的影响及角膜诱导及免疫组化研究4个综合性实验，让学生根据自己基础知识及兴趣点选择相应的课题，自主完成实验设计、实施及总结过程，取得了良好的效果[9]。
植物及相关学科的研究在我校具有明显比较优势，农作物相关基础理论与应用研究在国内处于领先地位。紧密结合科研方向、发挥专业优势，构建以植物为主的发育生物学实验技术体系具有重要意义。本课题成员的研究方向包括植物开花发育、配子发育、表观遗传调控、抗性与发育等多方面，在拟南芥发育生物学领域积累了大量的经验，取得了较好的研究成果。项目组织课题组成员共同撰写实验实践教学大纲与讲义、制定教学计划、组织实施、课程考核，建立并完善课程体系。主要实验内容包括拟南芥野生型及突变体表型观察及数据统计；拟南芥配子发育的细胞学观察；载体构建及拟南芥遗传转化、筛选等。设计验证性试验2～4个，如拟南芥野生型及sdg8突变体表型观察；综合性实验7～10个，如拟南芥野生型及sdg2突变体雄配子体发育过程观察。
3 发育生物学实验实践实施方案教改研究
发育生物学实验技术实施方式与其他生物学科实验技术类似，每次实验常集中在2个或4个学时内进行，内容多为验证性。贾伟章等利用不同的模式生物开展实验教学，开设了海胆、文昌鱼、斑马鱼、蛙等相关实验教学内容，开设综合性实验，采用班级和分组教学的形式[10]。将教学实验与科研实验相结合是提高教学与科研水平的重要方式。如丁乃峥等在开放实验室的基础上，利用模块教学实现了从基础性实验到研究性实验的教学模式[3]。董 巍等在分层次实验基础上，与相关的课题组合作，将科研内容充实到实验教学中，实现将科研实验向教学实验的内向转化。同时在导师的指导下，让学生承担部分科研任务，实现探索性教学实验向科研的外向转化[8]。
传统的发育生物学实验多以大班方式进行，仅有少数学生有机会动手，效果有限。本校目前生物科学专业20～28人/班，人数相对较少，将学生进行课题分组，设置开放实验室。发育生物学实验周期长，但每次实验不全需要4课时。项目将尝试向本科学生开放实验室，在完成既定任务的基础上，学生可以自主安排其余时间。目前已有3个课题组在本实验室开展实验，并在《植物生理学报》上发表了论文[11]。
4 考核体系的改革
实验课程传统的考核体系存在考核内容局限性大、评价方式单一等问题[12]。针对之前设计的课题，以小组形式考核。成绩由3个部分构成：科研课题进展（50%）+研究报告/论文撰写（30%）+PPT/Poster汇报（20%）。鼓励学生发表科研论文。
5 结语
生物学实验教学是生物学教育中重要的教学环节，也是培养学生实践和分析能力的必要手段[13]。发育生物学是当今生命科学领域中发展最快的前沿学科之一，是现代生物学的带头学科[14]。建立健全适合我校现状的发育生物学实验技术体系，对于我校生物科学专业人才培养具有重要意义[15]。
6 参考文献
[1] 张红卫.发育生物学[M].北京：高等教育出版社，2006.
[2] 彭树英，李俊，金显文.对发育生物学教学模式的探讨[J].安徽农业通报，2009，15（2）：199-200.
[3] 丁乃峥，李善妮.浅论融会发育生物学知识的人体解剖生理学教学[J].生物学杂志，2011，28（1）：103-105.
[4] 吴秀山.现育生物学实验指南[M].北京：化学工业出版社，2007.
[5] 林丹军.发育生物学实验[M].北京：科学出版社，2011.
[6] 张蕾，赵洁.植物发育生物学实验指导[M].武汉：武汉大学出版社，2010.
[7] 周景明，祁艳华，王爱萍.生物技术专业发育生物学教学改革与研究[J].洛阳师范学院学报，2012，31（8）：66-68.
[8] 董巍，张媛，樊启昶，等.改革创新发育生物学实验教学的实践与思考[J].高校生物学教学研究（电子版），2014，4（1）：46-50.
[9] 李巧峡，李保中.以花背蟾蜍为材料进行发育生物学综合性实验的设计[J].四川动物，2010，29（5）：638-639.
[10] 贾伟章，余雪松，李浩明.浅谈对发育生物学教学内容与课程体系的认识[J].科教文汇，2013（9）：69-70.
[11] 易吉明，黄婷，黄勇，等.小立碗藓MADS-box基因家族的系统进化分析[J].植物生理学报，2015，51（2）：197-206.
[12] 彭安，向本琼，张根发，等.大学生物开放性和设计性实验教学探讨[J].中国大学教学，2007（3）：55-57.
[13] 乔守怡.生物类实验教材改革的思考与展望[J].生命世界，2009（5）：26-27.
篇2
2006年11月12日星期天，在南港中央研究院的活动中心，有一个三天的研讨会，研讨会的主题是“二十一世纪分子生物学：传承、整合和展望”。这个研讨会的举行，是为配合中研院分子生物所设立二十年庆，也回顾台湾在分子生物科学发展的过往和瞻望未来。
分子生物学的滥觞，可以追溯到一九四年代，在那个物理科学当红的时期，小尺度的生物学研究多是由物理学家，以物理方法进行研究。生物学大约每十年就会有一个崭新的研究方向，经过一九五―六年代的酝酿发展，奠定了分子生物学的研究基础；到了一九七年代，DNA重组研究成熟之后，这个学科得到快速发展。
分子生物学相对于传统的生物学来说，算是一种比较“现代”的生物学。传统生物学偏重于叙述现象，即使有探讨其下的生物机制，也是利用一些比较抽象的概念，没有一个扎实的分子基础；分子生物学则着重在这一块，利用物理与化学技巧，为生物研究提供分子层面的研究基础。
台湾的生物研究一直都是以传统生物学为主，直到一九八年代，才有人注意到海外生物学的研究风向有所转变，因此开始构思建立分子遗传学与分子生物学的研究据点。当年第一批从海外学成归来为分生所创建工作贡献心力的前所长沈哲鲲表示，当时台湾分子生物学的基础几近于零，假如不建立起分子生物学的基础，接下来所有的生物学发展，甚至包括医学在内，都会欠缺必要的技术，实在是非做不可的事情。虽然起步的时机比起欧美各国自然是晚了许多，不过迟做总比不做好。
台湾分子生物学草创时期的带头人物，当属在一九六年代，于美国加州理工学院做DNA重组博士后研究的王倬。他说当时台湾的分子生物研究几乎是一片荒田，延揽海外学人归来就成为必要且唯一的选择。在美国加州大学柏克莱分校做了十一年研究，一九七七年转往哈佛大学的王倬，回忆起当年找人的过程，说那时候台湾在美国发展的几位分子生物学者，在某一次聚会里表示，如果王倬回台湾指导分生所的创建工作，他们也很愿意跟着一起回来共襄盛举，王倬觉得这是一个很难得的机会，放掉实在可惜。
当时在哈佛大学研究成就杰出，已被认为是DNA拓朴结构学的开山鼻祖，二十世纪世界上核酸结构研究方面最著名十位科学家之一的王倬说，他从台湾大学化学工程系毕业到美国念书，觉得自己在台湾接受这么久的基础教育，总该回来做一点事，“把债还掉”。于是便答应了回台协助分生所的创建工作，从而带动了一波回归。
一九八六年中研院院内新落成了一栋白色的分子生物实验大楼，王倬带领着他的五个子弟兵刘枋、谢道时、涂振北、周寄梅以及沈哲鲲，以及七位由海外学成回归的年轻研究人员钟邦柱、谭鸣辉、黄昭莲、孙以瀚、陈枝乾、赖明宗与郑淑珍，为台湾的分子生物研究奠定了根基。在当时造型新颖的分子生物研究实验大楼里，王倬和他带领的年轻研究人员半夜在灯火通明实验室中进行研究工作，是台湾分子生物学起步的动人景象。
王倬之后，黄周汝吉和吴瑞接续主持研究所的大计，后来更有何潜和王正中的接续回台主持所务，给中研院分子生物学研究奠定了基础。
那时回台帮忙的几位学人，在美国都还有教职或研究职，无法全职投入，因此议定几个人采取“轮值”的方式，每个人轮流回来主持一年。这是不得已的妥协办法，而且由于各人的研究领域不尽相同，不免使人担心分生所的研究方向也会跟着“轮值”变化，如此每年一改，成不了气候。
关于这一点，当年回台帮忙的院者也都心知肚明，彼此有着共识，只待分生所的组织健全，有了常态性的行政所长，轮值制度就可以随时淡出运作，不一定要把人轮完。事实上确是如此，在沈哲鲲担任分生所的第一任所长职务后，许多人对分生所研究方向飘忽不定的疑虑，也逐渐的烟消云散了。
王倬认为，在中央研究院成立分生所对台湾学术界的意义，在于它引起了大家对分子生物学的重视，也提供了学生对分子生物学认识的一个渠道。分生所早期有一项与清华大学合作，在清华大学开设分子生物学相关课程的计划。这个计划对于台湾生物学界的发展有冲击性的深远影响，时至今日，台湾的生物学研究得以跟上现代潮流的脚步，分生所当年率先在校园进行教育，功不可没。
不过也有人认为分生所可以做得更多，比方说带动台湾的生物科技发展，促进相关产业的竞争力。然而科技产业的发展并非一蹴可及，必须要有厚实的研究传统，以及充沛的研究新鲜血液，才能够水到渠成；单靠一个学术研究所就要为整个生物科技产业负责任，既非分生所所能为，恐怕也不是该所创立的初衷。
（二）
分生所目前共有研究员、博士后研究员与研究助理约六百人，每年预算有两亿多元新台币；就每个实验室平均可分得的资源来说，这个规模大约相当于一个分子生物学比较发达的美国州立大学。分生所自我评估，认为目前分生所拥有的资源与学术贡献，大约与美国的加州大学戴维斯分校以及北卡罗莱纳大学两所大学旗鼓相当；不过与校内设有大型研究中心的美国重点大学相比，仍然是只能望其项背。
虽然在整体研究资源上，分生所有其力有未逮之处，但是却可以在单个的研究项目上，做重点式的突破，比方说利用老鼠、果蝇或线虫这类基因体较为单纯的动物，进行一些医学相关的研究。举凡肌肉萎缩症、肥胖症、RNA剪接等等，都是分生所目前达到国际水平的重点研究项目。
分生所二十周年所庆研讨会的主题之一就是要讨论分子生物学下一阶段的方向。一般分子生物学界认为，目前看起来比较具有发展潜力的研究项目，包括生物早从受精卵开始的发展过程，探讨在其发育过程中细胞内的各种生物机制(发展生物学)，生物演化的分子结构细节(结构生物学)，以及医学应用技术。
分子生物学跟细胞生物学或育生物学类似，尽管计算上的观念各有千秋，但都是一种小尺度的研究工具；这些新兴的学科里面，有太多未知的事实与现象有待探索。沈哲鲲指出，现代的生物学主要是一种“发现”的科学，包括2006年获颁诺贝尔医学奖的RNAi研究，是属于发现既有的生物机制(参见《知识通讯评论》四十六期一文)；真正创新的部分，大约只限于发现了某个现象或机制之后，如何创造出一些技法来解决、解释它们而已。举例来说，分子生物学就分子层面来对癌细胞分裂情况进行观察，试着找出是哪些分子分裂太多，为何如此分裂，从而再试图发展予以控制的手段。沈哲鲲说，有个观念，将其验证，最后再发展出应用技术，整个分子生物学约略就是这么一回事。
至于结构生物学的发展，由于电脑运算能力的发展突飞猛进，如今分子生物学才可以做到许多以前无法做到的事，解出大分子的结构，以三维空间的图像具体呈现。“解读”是结构生物学里很重要的一环，结构生物学家从晶体分析中得到一种特定模式，据此解出对应结构，再根据手上的生化结果或基因结果，来判断这个结构是否可以正确解读特定模式。不是每一次的猜测都正确无误，不过随着研究技法持续进步，出错的机率逐渐减低。王倬特别指出，解读方法各人不同，有过度保守的，也有过度乐观的，这都是一种尝试的方向；不过若要建立起某种客观性，所做的解读总要可以接受检验(testable)。
当然还有在传播媒体的报导里最热门的医学应用，如干细胞研究等。值得一提的是，以往的医学应用是对病症“添加”一些元素上去，比方说将特定病毒注入病人体内，期望达到某种生理反应，然而这种技法后来却频频出现各种副作用；随着分子生物学的进步，现在有时候可以采取某种“减”法，像比较新颖的转殖过程(transgenic process)，利用细胞内的拣选机制，锁定认为会引起不良生理反应的分子，将它敲掉(knock out)，这种新技法或许有助于降低副作用出现的机率。
不过医学研究并非没有底限。举例来说，即使已经有了可能管用的技法，对于人类脑部进行操作性的分子处理，仍然有许多生物伦理上的争议；因此尽管脑部生物学几乎是众所公认的未来研究趋势大热门，但是分子生物学对于人类脑部的研究，可能会因此仅限于描述其生物机制，无法进行太深入的实验。
（三）
无论分生所的下一阶段工作具体内容为何,做研究的时机是否成熟至关紧要。王倬指出，分子生物学一开始着重“简化” (reduction)，将复杂的生物现象拆解成各个不同的机制，予以解释、处理；之后再进行“整合”(integration) ，将谜题已解的各个生物机制重新组合，以达到特定的应用目的。当年先着重简化研究的时机很正确，现在开始进行整合研究的时机也很正确。
王倬记得早在他还在仿DNA重组的博士后研究时，就有人提议要做神经生物学，然而在当时欠缺对相关基础机制了解的情况之下，进行神经生物学研究的条件还不成热，那时候若往这个方向发展，会走许多冤枉路。这也是分生所接下来选择研究方向，需要特别留意的一点。
另一个分生所需要考虑的，是它要提供哪一种类型的研究环境。几乎所有的科学研究发展都有两种型态，一种是个别的研究者基于本身的兴趣或天分，在前无古人的情况下自辟一条崭新的研究途径，就好比物理学上的量子跳跃(quantumleap)一样，其独创性固然耀眼夺目，却包含有相当程度的机动性在内，是可遇而不可求的。另一种研究型态，则是进行一个极有潜力领域的计划研究，收获虽然可期，但众人皆知，不会有什么意外的惊喜。王倬认为理想中的分生所应该要兼容并蓄，因为他认为这两种研究特质是互补的而非互斥，一个研究环境若是过度偏向其一，做出来的研究也会有所缺漏。
王倬认为台湾分子生物学的研究(可能也是整个台湾科学界的普遍现象)，有时太过小心谨慎，比较具有风险性的研究主题都乏人问津，大家尽做“保证有东西会出来”，很安全的研究。这或许是研究环境文化的不同，不过科学政策也有相当程度的影响，比方说“国科会”据以提供研究经费的评价方式，本质上就不大鼓励研究员去做三年内不一定会有成果的前沿研究。台湾的研究人员其实并不乏处理大型难题，进行创新研究的能力，但是研究政策是否有给予他们适当的诱因与支持就显得非常重要。
有鉴于此，王倬指出如果台湾的分子生物学日后要招攘研究人员，最好找比较年轻的，既敢挑战风险性较高的研究，也比较有登峰造极的机会。他认为在分子生物学的领域，一般人研究最辉煌的时刻，是在三十五岁到四十五岁之间；不过最近似乎有一种“晚出道”的趋势，近期研究成名的学者，多是年过四十。
沈哲鲲则认为，台湾分子生物学研究的弱势在于起步晚，实验室的数量也少，各研究员手头上都有很多正在进行的工作，出现了像RNAi这么显赫的大发现之后，鲜少能有余力对其进行后续研究。像美国这类实验室众多的国家，就有机会全力支持下属的研究员进行后续研究，功成名就自然也就不在话下。在大环境无法支持设立较多的实验室，先天条件不如人的情况下，除了做重点式的专业研究以外，如何通过科学政策的拟定，减轻研究人员手头工作的负担，让他们有时间去做一些额外的研究，应该是科学研究管理部门应该思考的问题。
篇3
爱好生物，中学成绩倒数第一
1933年10月2日，约翰.格登出生在英国汉普郡迪本霍尔小镇的一个富裕家庭。少年时代，格登被自然界的各种生物深深吸引，甚至在学校养过上千只毛毛虫。尽管格登喜爱生物，但他的生物科成绩却十分糟糕。15岁时，格登在英国著名的贵族学校伊顿公学求学。当时，在250名中学生中，格登的生物科成绩排在最后一名。其他理科成绩排名，也非常靠后。为此，格登被同学讥笑为“科学蠢材”。
虽然理科成绩差，但格登对生物的热爱从来没有减少过，并立志成为一名生物学家。他的这一志向，被认为是痴人说梦。在1949年的学校成绩报告单中，一名生物老师如是评价格登：我相信格登有当科学家的想法。但是，以他目前的学业表现，这个想法非常荒谬。他连起码的生物学原理都没有搞明白，根本不可能成为专家。对于他个人以及培养他的老师来说，完全是浪费时间。
据格登回忆，这名老师名叫加德姆，其实并不是一名真正的老师，而是一个博物馆馆长，被校方雇用用来教那些成绩最差的学生。当年伊顿公学的这张成绩单，被格登装进相框里，如今还放在他任职的剑桥大学格登研究所的办公桌上。格登说：“这张成绩单是我唯一装在框内摆放起来的东西。每当遇到什么麻烦，比如实验无法进行下去时，我都会看看这份评价，来提醒自己要努力坚持，不然真的就被以前老师说中了。”
歪打正着，报考文科却被理科录取
中学毕业后，格登的父亲看儿子成绩如此糟糕，认定格登不是学习深造的材料，建议他参军到军队或在金融部门谋求一份职业。但当时金融部门的工作不太稳定，而因为身体上的原因军队又拒绝了格登的参军申请。实际上，格登当时是一位很不错的壁球选手，身体相当健康。遗憾地是，家庭医生将格登的一点感冒诊断为支气管炎，认为格登不适合军旅生涯。格登至今还庆幸自己没有参军，不然不会走向科学研究之路。可以这样说，是家庭医生的误诊，成就了今日的诺贝尔奖得主。
在参军、求职和追求科学家之梦被认为不可能之后，格登转向研读英国古典文学，并申请进入牛津大学基督学院就读古典文学专业。然而意想不到是，他却被牛津大学生物系的动物学专业录取。格登一直不明白，自己明明申请的是古典文学专业，为什么会被动物学专业录取。原来，当时牛津大学的招生老师犯了一个严重错误，导致理科专业缺少了30个名额。因此，他们不得不从其他专业的申请者中寻找合适人选，而格登恰巧被选中。也许是歪打正着吧，招生老师的一个严重错误，成就了今日的诺贝尔奖得主。
格登进入牛津大学的生物系，由于在生物学方面知识的不足，他的父母不得不支付了一年的额外学费，以弥补这些缺陷。对生物学的学习，使格登对昆虫学产生了浓厚兴趣。毕业时，他打算申请昆虫学博士。然而，这次又没有达成所愿。最后，格登只得跟随迈克尔.菲施贝格（Michael Fischberg）教授研究胚胎学。在菲施贝格建议下.格登决定研究两栖动物的核移植，并选择非洲爪蟾（Xenopuslaevis）作为实验材料。
1958年，在牛津大学完成博士学位时，格登从非洲爪蟾蝌蚪的体细胞中提取出完整的细胞核，成功克隆出了一只爪蟾，一举成名，他被称为“克隆教父”。他的实验吸引了各大科研机构的目光，其用于细胞核移植的工具及方法直到今天仍被广泛使用。
1960年，格登在牛津大学获得博士学位。此后，导师菲施贝格建议他去一个完全不同的研究领域，菲施贝格恰巧认识加州理工学院的乔治·比德尔（George Beadle），比德尔是生命科学领域研究热门之一——噬菌体遗传学的先驱。通过这种关系，格登在美国加州理工大学获得一个博士后位置。然而，格登在噬菌体研究方面并不顺利，根本无法处理实验中出现的问题。在经历了一年的尝试后，格登终于放弃了噬菌体研究，重新回到胚胎学领域。尽管如此，格登仍然认为自己在加州理工学院接受的一年教育非常重要，可以通过一些不同的研究方向拓宽思路。
潜心研究，发现细胞的特化机能可以逆转
1962年，格登的导师菲施贝格接受了日内瓦的一个教授职位。从而在牛津大学留下了一个空缺，系主任决定将这个位置提供给他。于是，格登从美国回到了英国，继续核移植的研究。
在格登之前，生物学家们都知道，哺乳动物都是由受精卵发育而来，在受孕之后的最初几天，组成胚胎的都是未成熟的细胞。这些细胞每一个都可以发育成成熟有机体中所有细胞类型的细胞。这种未成熟的细胞被称为“多能干细胞”。随着胚胎的发育，多能干细胞进一步形成神经细胞、肌肉细胞、肝脏细胞以及其他所有种类的细胞，这些细胞经过分化后，开始在机体内承担起特殊的机能。很长的一段时间里，人们普遍认为这一过程是单向的、不可逆的。换就话说，成熟之后的细胞，是不可能再回到未成熟、多能性的状态。
但格登却提出了自己的看法，他假设：这些细胞的基因组仍然包含着驱动它发育成机体所有不同类型的细胞所需的信息。1962年，格登在一项被诺奖评审委员会称之为“经典”的实验中，以美洲爪蟾的卵细胞为实验对象，取出卵细胞内一个不成熟的细胞核，以一个成熟的特化肠细胞所含细胞核取代，而改性后的卵细胞最终得以发育成为一个正常蝌蚪。这一实验，首次证实了已分化细胞可通核移植技术将其重新转化为具有多能性的细胞。1962年，格登在英国《胚胎学与实验形态学杂志》以“细胞的特化机能可以逆转”为题报告了这一实验。
格登的实验最终取得成功还得益于实验室的2个先天优势：一是实验室拥有可有效去除细胞核的紫外显微镜；二是菲施贝格的另一个学生已发现了可作为爪蟾遗传标记物的基因突变，这将很容易区别发育后代细胞核来自供体还是自身细胞核去除不彻底引起。基于这2个原因，接下来的实验格登选择肠上皮细胞作为核移植实验的供体。格登从带有遗传标记物的非洲爪蟾肠上皮细胞中取出细胞核，然后移植到正常爪蟾的去核卵细胞中，在随后发育的胚胎中鉴定出了遗传标记物，一方面证明了核移植的成功，另一方面也证实了已分化的肠上皮细胞核仍有指导胚胎发育的能力，并没有发生遗传物质不可逆的改变。
这一里程碑式的重大发现曾经遭到许多人的怀疑，不少科学家认为这完全不可能。但在重复实验的验证下，该结果最终被接受并引发了密集的研究，最终导致了哺乳动物的克隆。
1966年，格登的核移植实验又往前迈出了坚实的一步。他从蝌蚪肠细胞核进行核移植后，获得了完全发育成熟且可繁殖后代的爪蟾。这些细胞核可产生健康动物且可产生后代的结果证明：完全分化的细胞核拥有真正意义上的全能性，可指导所有类型细胞的形成。此后的1997年，苏格兰罗斯林研究所的科研人员伊恩·维尔穆特（1an Wilmut）和基思·坎贝尔（Keith Campbell） ，通过类似的体细胞核转移技术，成功克隆出“多莉”（Dolly）羊，且“多莉”也顺利产下了后代。从而证明成年体细胞也拥有全能性，并印证了格登的发现。
1971年，格登转往牛津大学的最大对手剑桥大学。当年，剑桥大学医学研究理事会为格登及同事，在分子生物学实验室提供了一层楼进行分子胚胎学的研究，此时格登担任研究教授。1983年，格登进入剑桥大学动物系，担任细胞生物学讲座教授和细胞生物学部的主任。1989年。格登进入剑桥大学很有名望的韦尔科姆细胞生物学和癌症研究所（Wellcome/CRC），并一直担任主席至2001年。2004年，剑桥大学为纪念格登的贡献，将格登所在的研究所改名为格登研究所。
老当益壮，79岁高龄仍坚持全职工作
从20世纪70年代开始，格登主要研究分子生物学的机制和细胞核重编程的机制，格登对分子胚胎学领域的贡献几乎跨越了半个世纪，为推动该领域的发展做出了许多奠基性贡献，这些贡献覆盖了该领域许多激动人心的重大进展，因此被誉为“动物细胞核移植和克隆研究领域的先驱”。
格登是一个非常亲和、朴实的人，像他这样的著名科学家，通常到了这个年纪和阶段，精力会更多放在教学和著书上，很少有人还会亲自动手做实验。而79岁高龄的格登教授，时至今日仍经常在实验室里工作很长时间。格登曾经每天早上开着破车送实验样本给学生做实验。每周五在做完实验以后，他会和学生们一起喝啤酒。在被通知获得诺贝尔奖时，他还在实验室工作。一名英国记者曾试图联系格登进行连线采访，但格登的实验室答复称：“格登正在工作，请不要打扰他。”
格登介绍说，自己最先得知获得诺贝尔奖的消息还是来自一家意大利媒体打来的电话，当时是8日早晨7时30分左右，他身在实验室，电话另一头要他谈谈自己的反应。不过，格登认为他们的消息并不一定准确。一个小时以后，格登接到了来自瑞典文学院的电话，告诉他获得了诺贝尔医学奖。一开始，格登依然怀疑是朋友或同事故意假装瑞典口音跟他开玩笑，直到最后才确认获奖的消息。
格登将和另一名获奖者日本人山中伸弥平分800万瑞典克朗（约合114万美元）奖金。对于这笔奖金，格登表示自己可能将奖金拨给他此前设立的一个基金，用于资助一些攻读博士学位的学生。
（作者单位：淮南联合大学）
人物简介
篇4
关键词：SCAR标记；水产动物；应用
中图分类号：S917 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2013）-04-0251-1
特异性片段扩增区域（Sequence Characterized Amplified Region，SCAR）是由PARAN I和MICHELMORE RW在1993年首次提出的。该分子标记建立在RAPD-PCR分子标记基础之上的一种新型有效的分子标记技术[1]，主要是基于特异的RAPD片段序列，以两端序列设计1对引物（含18-24个碱基），并且在较高的退火温度下进行的特异性序列扩增，从而实现由RAPD标记到SCAR标记的转化。SCAR标记直接采用专一性特异引物进行PCR扩增，避免了引物筛选、估算相似性等复杂的过程，且排除了随机引物结合位点之间的竞争，使稳定性和重复性显著提高。目前，SCAR分子标记技术已被广泛的应用于基因定位、辅助育种、种质鉴定和遗传连锁图谱构建等方面研究。[2-5]
1 SCAR标记的原理
SCAR标记主要是在序列未知的DNA标记（RAPD，AFLP等）基础上，对其特异PCR扩增产物进行回收，克隆和测序，根据扩增产物的两端序列设计特异性引物（一般比RAPD引物长，通常18-24个碱基），对DN段再进行PCR特异性扩增，把与DN段相对应的单一位点鉴别出来。由于SCAR标记扩增位点单一，退火温度较高，对反应条件不敏感，一般表现为长度的多态性，为共显性标记，有时也表现为扩增片段的有无，为显性标记。[6]
2 SACR标记的特点
SCAR分子标记技术是基于RAPD技术建立起来的，由于SCAR分子标记技退火温度较高，对反应条件不敏感，所以该方法与一般常规的分子标记方法相比，具有方便快捷、重复性好、可靠性高、对DNA质量要求低等优点[7]，不需要经过酶切、连接、电泳、银染等过程，只需简单的PCR和琼脂糖凝胶电泳就能进行大规模的快速检测大量个体，且结果稳定。[1]SCAR分子标记类似于STS，揭示的信息量大，可作为物理图谱和遗传图谱之间的锚定位点，有利于构建高密度的遗传图谱，并能进行种间图谱研究或比较同源性研究。[8]
3 SACR标记在水产动物研究中的应用
3.1 逆选育与遗传性状保存
利用SCAR分子标记技术进行辅助育种，能够克服表现型鉴定和性状基因的困难，提高回交育种效率。中国水产研究者已成功地将其应用于重要经济型养殖鱼类良种选育与保存之中。例如，孙效文等[9]以荷包红鲤抗寒品系、黑龙江鲤、荷包红鲤以及荷包红鲤抗寒品系（父本）与柏氏鲤（母本）杂交F2的DNA样品为材料，获得2个与鲤抗寒性状相关的SCAR标记，成功的反映了两个群体在抗寒能力上的差异。高风英等[10]应用SCAR技术，对奥利亚罗非鱼（Oreochromisco aureus）群体进行分析，以2个SCAR标记，区分3个不同的奥利亚罗非鱼群体，并将为后期的选择育种提供分子依据。佟雪红等[11]利用RAPD和SCAR复合分子标记技术对建鲤、黄河鲤及其正反杂交子代4个群体进行RAPD-SCAR扩增图谱的比较，寻找两亲本的特征标记，探讨子代优势产生的分子机理，为下阶段良种培育提供重要的遗传学依据。
3.2 优良种质分子鉴定和遗传图谱构建
SCAR用于优良种质分子鉴定，克服了RAPD、AFLP等分子标记的不足，使种质鉴定更为快速准确。杨弘等[12]利用RAPD-SCAR复合分子标记技术对日本鳗（Anguilla japonica）、欧洲鳗 （Anguilla anguilla）和美洲鳗（Anguilla rostrata）的DNA进行SCAR扩增，得到37个特异性标记，可用来区分这3种鳗鱼。童芳芳等[13]成功的将RAPD-SCAR复合分子标记技术应用于三种黄颡鱼（普通黄颡鱼、光泽黄颡鱼和瓦氏黄颡鱼），进行SCAR扩增，并获得特异标志性SCAR标记条带，实现准确有效地鉴别了三种黄颡鱼。郑伟等[14]利用SCAR复合分子标记技术，测定了所检的48尾鱼黄颡鱼，分属于普通黄颡鱼（Pelteobagrus fulvidraco）、瓦氏黄颡鱼（Pelteobagrus vachelli）和光泽黄颡鱼（Pelteobagrus nitidus）。司伟等[15]运用RAPD-SCAR复合分子标记技术对建鲤雌核发育的F1代进行分析，有效地区分杂交鱼与雌核发育鱼，建立了雌核发育的分子鉴别技术。此方法不仅提高了育种速度，而且缩短了育种周期，为相关的研究工作提供分子遗传学依据。
3.3 种质资源的保护和品种纯度的检测
通过SCAR分子标记技术检测水产动物良种的真伪和纯度，弥补了表型检测技术和同工酶检测技术的不足，为审定新品种、保护优质种质等方面提供了新的技术鉴定方法，可以在水产动物幼苗状态完成，而且准确性高，检测时间短。在水产动物研究中，董志国等[16]通过检测是否有该品种特有的SCAR特异性片段，对杂交种F1代的纯度进行鉴定，用以质量监测。栾会妮等[17]将SSR标记和SCAR标记结合，对3种鲤鱼品种内及品种间的遗传差异进行研究，检测其纯度，可明显提高筛选的准确性。
3.4 其他
SCAR还在基因克隆、基因定位等方面表现出它的优越性。朱慧兰[18]利用SCAR标记，成功的克隆了小麦SSH文库中IN-61-2全长cDNA，在缺铁或赤霉菌侵染时均能诱导其表达。张海英等[19]用AFLP-SCAR复合标记克隆出2条与黄瓜花叶病（WMV）抗、感基因相关的特异性条带，提高抗性育种效率。此外，王晓维等[20]还将小麦的AFLP标记转化为SCAR标记，从中选择多位点和较高多态性的引物，能够区分品种种子的纯度。但在水产动物中研究较少。
4 问题与展望
自从上世纪90年代以来，分子标记技术一直广泛的应用于水产动物优良种质的鉴定和优良性状基因的挖掘。鉴于SCAR标记技术的操作快捷方便、成本低等多种优点，受到了科研工作者的广泛重视。目前，SCAR和SCAR复合分子标记技术主要应用于水产动物种质资源鉴定，在其他方面的应用相对较少，相信随着分子生物学技术的不断进步，SCAR标记技术方法水产动物种质资源鉴定、优质相关经济性状的挖掘等方面的研究将更加深入，并有着广泛的应用前景。
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篇5
关键词:植物药材;ITS序列;DNA条形码鉴定
中图分类号:R285.5 文献标识码:A 文章编号:1673-7717(2010)04-0737-02
[FQ(9。25,X-W]
收稿日期:2009-11-26
基金项目:国家科技部资助项目(2005DKA21004);辽宁省教育厅资助项目(2009A496)
作者简介:许亮(1978-),男,辽宁沈阳人,讲师,博士研究生,主要从事中药生药的教学与科研研究。
通讯作者:康廷国(1955-),男,山东寿光人,教授,博士研究生导师,研究方向:中药品质评价与中药新药开发研究。Tel:041187586028,Email:kangtg@lnutcm.省略。
ITS(internal transcribed spacer)是核糖体DNA上的内转录间隔区,位于18S 和26SrDNA 基因之间,被5.8S 基因分为两段即ITS1和ITS2,见图1。ITS 区包括5.8S rDNA 在内的总长度为600-700bp,其中5.8S rDNA 的长度非常保守,一般为163bp 或164bp ,ITS1和ITS2 的长度也比较保守,但核苷酸序列变化较大,可以提供丰富的系统学信息。ITS1和ITS2作为非编码区,受外界环境因素的影响较小,承受的选择压力较小,进化速度较快,核苷酸序列变化较大,且其变异以相互独立的点突变为主,是rDNA中的中度保守区,可为属以下水平的研究提供较丰富的变异位点和信息位点的系统学信息。这使ITS序列十分适宜进行各种分子操作,已成为最广泛的应用于被子植物系统发育和进化研究的核基因标记之一,并取得了一系列重要进展[1-3]。
图1植物核糖体DNAITS的基本结构
1 ITS序列与植物DNA条形码鉴定的关系
DNA条形码(DNA barcoding)是利用一段标准的DNA序列作为标记来实现快速、准确和自动化的物种鉴定,类似于超市利用条形码扫描区分成千上万种不同的商品。已成为生物物种鉴定的新方向,受到世界40多个国家130多个组织中传统生物分类学家、分子生物学家和生物信息学家等多学科专家的关注。加拿大动物学家Paul Hebert首先倡导将条形码编码技术应用到生物物种鉴定中,他对动物界11门13320个物种的线粒体细胞色素C氧化酶亚基(Cytocheome c oxidase Ⅰ,COⅠ)比较分析,提出可以采用单一的基因片段来代表生物种,作为物种的条形码[4-5],因此他被称为DNA条形编码之父。但由于COⅠ基因在植物中的进化速率远慢于在动物中的进化速率,对于大多数植物不适合作为DNA条形码鉴定的编码基因。
ITS序列在被子植物中的长度变异很小,ITS1和ITS2的长度均不足300bp,PCR扩增及测序简单易行,特别是PCR直接测序法的诞生,极大地推动了ITS在被子植物科内,尤其是近缘属间及种间关系研究中的应用,成为系统与进化植物学研究中的重要分子标记[6],随着现代分子生物学技术的迅猛发展,使在分子水平上快速准确地鉴定中药材成为可能,应用ITS序列作为植物类中药材的DNA条形码,为有效遏制各种假冒伪劣药材提供了极为有力的先进的技术支持。
中药材鉴定方法如基原鉴定、性状鉴定、显微鉴定、理化鉴定、色谱法鉴定等,在中药材鉴定和评价其质量研究中发挥了重要作用,但随着现代分子生物学技术的快速发展,涌现了多种中药材DNA分子鉴定技术,DNA条形码技术具有4个显著的特点:①DNA 条形码直接利用DNA序列进行物种的鉴定,基于生物的基因型,具有独一无二的可重复性;②DNA条形码序列具有通用性,在不同物种之间具有可比性,在全球物种鉴定中可以形成统一的标准,也更利于对植物系统进化的研究;③DNA 条形码只需一对或几对通用引物;④在技术发展成熟的基础上,根据DNA 条形码鉴定技术设计生产“便携式中药鉴定分析扫描仪”,任何人可以实时完成物种鉴定工作[7]。
作为DNA条形码的编码基因应符合以下标准:①具有足够的变异性以区别不同的物种,同时具有相对的保守性;②必须是一段标准的DNA序列来尽可能的鉴别不同的种群;③应该包含足够的系统进化信息以定位物种在系统中的位子;④应该具有高度的保守性以便于通用引物的设计;⑤应该足够的短以便于有部分降解的DNA的扩增[8]。对于动物来源的药材可以根据COI基因设计通用引物,而对于植物来源的中药材ITS序列可以作为候选的编码基因。
2 ITS序列在中药材鉴别上的应用
由于ITS 区域具有较多的碱基信息,在长度上具有较好的保守性,因此该片段特别适合于属、组级的系统发育和分类研究。尤其能为中药材的分子鉴定提供依据。毛善国等[9],车建等[10]分别通过ITS序列的测定进行了番红花及其混淆品的有效鉴别研究。刘春生等[11]通过基于核DNA ITS序列对细辛药材的基源及分子鉴定进行了研究。闫坤等[12]通过ITS序列对地黄属种间的亲缘关系进行了研究。马玉花等[13]对中国不同地区的杜仲rDNA的ITS序列进行了分析测序。蔡金娜等[14]对中国不同地区的蛇床进行了rDNA ITS序列分析。宋葆华等[15]对中国苋属nrDNA的ITS序列分析并对其系统学意义进行了研究。武莹等[16]通过ITS序列鉴别了5种习用柴胡。郝明干等[17-18]采用rDNA ITS的序列分析对中药材白花蛇舌草进行了有效的分子鉴定。赵志礼等[19]进行了山姜属中药草豆蔻和益智nrDNA ITS区序列的测定。赵等[20]综述了核rDNA ITS序列在植物种质资源鉴定中的应用。赵志礼等[21]综述了核糖体DNA ITS区序列在植物分子系统学研究中的具有重要的价值。唐先华等[22]进行了睡莲类植物ITS nrDNA序列的分子系统发育分析。陈生云等[23]用nrDNA ITS序列探讨狭蕊龙胆属及其近缘属(龙胆科)的系统发育。李国强等[24]对中药蓼大青叶及其伪品的nrDNA ITS区序列进行了测定分析。ITS序列在生物学、分子生态学、生物进化的研究领域有着广泛的应用,陈士林等[7]学者认为植物来源的中药材可以根据rDNA ITS序列作为该药材的DNA条形码进行生物鉴定等。
3 基于ITS序列的植物类药材鉴定研究前景展望
随着分子生物学的飞速发展,人们将会对ITS区序列及其植物分子系统学价值有更广泛深入的研究。对于以ITS序列不能明显鉴别的植物药,可以通过与18S rDNA,叶绿体matK、rbcL和trnH-psbA等多个标记基因联合应用进行。目前植物总DNA的提取方法已比较完善,可从长期贮存的标本中进行提取、扩增与测序,使中药材的分子鉴别在方法学上得到保证。以ITS序列为编码基因,进行植物类药材的DNA条形码鉴别及进一步设计生产使用“便携式中药鉴定分析扫描仪”,必将前景广阔。
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篇6
关键词：异色瓢虫；生物学特性；观察初报
中图分类号：S476.2 文献标识码：A
1 开态特征
1.1 成虫
体卵圆形，长5.4～8mm，宽3.8～5.2mm。背面色泽斑纹变异很多，大致可分为3个类型：前胸背板黄白色至浅黄色，中部有近似“M”形黑纹。鞘翅基色为浅橙黄色至桔红色；其上无黑色斑点，或有2、4、6、8、10、12、14、16、18、19个黑色斑点；前胸背板中部黑色，两侧为白色斑。鞘翅基色黑色；其上有2、4、8、12个黄色至红色斑点；前胸背板中部黑色，两侧为白色斑。鞘翅边缘和鞘缝的前半部分黑色，或鞘翅基部、端部、基部和端部的黑色边缘扩展成黑色横带，鞘翅中部黄色至桔红色，其上无黑色斑点，或有2至几个黑色斑点或斑纹。总之，该种的显著特征是绝大多数个体的鞘翅末端有一明显的牙痕状横脊。
1.2 卵
长卵形，长1.5mm，宽0.6mm，初产时为浇黄色，近孵化时为浅灰黑色。
1.3 幼虫
初龄幼虫黑黄色。老龄幼虫灰黑色，体长约12mm，腹部第1～3节背面两侧各有1个桔黄色枝刺，第4、5节背面除两侧的枝刺外，中央还有2个桔黄色小枝刺。
1.4 蛹
卵圆形，黄褐色至棕红色，具黑斑，头部弯向腹面，腹部末端有2个突起，4龄幼虫脱下的皮包围在此。
2 生物学特性
异色瓢虫在吉林省1a发生3代，以成虫在山洞、石缝、墙角、屋檐下、枯枝落叶层下越冬。越冬成虫于4月下旬开始活动，1～3代的发生日期为：第1代4月下旬至7月中旬；第2代6月中旬至8月下旬；第3代8月上旬至10月上旬；10月中下旬开始越冬。第1代卵的发育历期为4～12d；幼虫历期为16～33d，其中1龄幼虫为3～8d，2龄2～10d，3龄2～5d，4龄9～12d；蛹期5～8d，完成1代需24～53d。第2代卵期3～4d，幼虫期11～17d，其为1龄幼虫2～3d，2龄1～3d，3龄4～5d，4龄4～6d；蛹期6～7d，完成1代需20～28d。第3代卵期为2～4d；1龄幼虫期2～3d，2龄1～2d，3龄1～2d，4龄4～7d，合计幼虫期限8～14d，蛹期7～10d，从卵至幼虫羽化共计28～35d，据观察，卵的发育起点温度为7.33±0.15℃，有效期积湿为51.71日度；幼虫的发育起点温度为9.48±0.19℃，有效积温为133.27日度；蛹的发育起点温度为11.92±0.74℃，有效积湿为55.16日度；自成虫羽化至产卵，有效积湿为62.5日度。
异色瓢虫成虫色泽斑纹变异很多，据笔者在公主岭市龙山乡调查，在异色瓢虫种群中，十九斑变种占33.3%；显现变型占32.5%；显明变种占25.2%；暗黄变型占4.9%；鲜明变种占2.4%，其他占1.7%。
异色瓢虫成虫食性很杂，1头成虫平均每d可捕食桃蚜79头；松蚜若虫31～39头，最多56头；落叶松球蚜卵约5堆或若虫9～359头；榆紫叶甲卵8～24粒，最多62粒；日本松干蚧1龄寄生若虫20头，或2龄无肢若虫3.6头。
异色瓢虫成虫一生可多次，每次时间为0.5～45h。雌虫经过1次后产下的卵都能孵化。卵多产于植物的叶部或细枝上，10余粒至数10粒成行排列。用蚜虫饲养成虫80d，1头雌虫的最高产卵量为382粒，日产卵1～32粒。成虫产卵量的多少除与雌虫是属于哪一种变型或变种有关外，还因捕食对象、饲养时的温湿度和虫口密度大小不同而异。取食大豆蚜、高粱蚜的，日只产卵5～6粒。成虫在22～27℃时产卵最多，温度高于32℃或低于16℃时，产卵量明显下降。湿度对产卵量的影响不如温度明显，但在高温季节，湿度对产卵有影响，一般以相对湿度80%～90%较为适宜。雌虫产卵量与饲养密度呈负相关。
幼虫孵化后常聚集在卵壳处不动，经约半天才开始爬行，寻找食物，有的则在卵壳处取食尚未孵化的卵粒。1头3龄幼虫平均每天可捕食日本松干蚧1龄寄生若虫109头，或2龄无肢若虫90头，雌成虫1.3头，卵囊1.5个。1头老龄幼虫每天可捕食榆叶甲卵约200粒，或落叶松球蚜54头。整个幼虫期可捕食落叶松球蚜1495头，另据用松蚜测定幼虫的捕食量，其结果为：1头幼虫总共可捕食松蚜409.6±17.9头。其中1龄幼虫捕食松蚜16.4±2.7头，占幼虫期限总捕食量的4.0%；2龄幼虫捕食松蚜39.8±8.1头，占总捕食量的9.6%；3龄幼虫捕食松蚜62.8±13.8头，占总捕食量的15.3%；4龄幼虫捕食松蚜290.6±21.9头，占总捕食量的71.0%。
篇7
关键词：计算机辅助教学；实验教学；生物学；应用
中图分类号：G434文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)12-20ppp-0c
The Application of the CAI in Experiment Teaching of the Biology
CHANG Yan
(College of Life Science, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China)
Abstract: Computer Assisted Instruction, a product of contemporary computer and network technology applied to education, is presently used extensively at colleges and universities. From the characteristis of the CAI and combining with he teaching requirement of biological experiment, the article sets forth the effect of the application in the biological experiment
Key words: Computer Assisted Instruction; Experiment Teaching; Biology; Application
1 引言
随着计算机多媒体技术的飞速发展，计算机辅助教学(CAl)已经成为教学中的一个热点。21世纪是生命科学高速发展时期，需要大批高素质的专业人才。而生物学是一门以实验为主的科学，实验是该学科的重要组成部分，它对培养学生的基本技能和综合能力是课堂教学所不能比拟的。因此在人才培养方面实验占有的地位是不可低估的。在近几年的实验教学工作中，我们运用计算机辅助教学和传统实验教学手段相接合，大大提高了实验教学的效
率，使学生的实验技能和实际应用能力得到了很大的提高，同时也提高了实验器材的利用率[1-3]。
2 计算机在生物实验教学中运用的意义
2.1 打破传统实验教学模式
计算机多媒体技术改变了传统的实验教学模式，极大的丰富了视听感官，降低了实验难度。我们建立了局域网，把实验的相关资料共享，在编制新实验讲义的过程中，搜集资料并把实验内容制作成课件，改变了过去抄写板书的模式，用课件和多媒体手段呈现实验内容、操作步骤等，简化了实验教学。计算机演示实验可以帮助学生将不易理解的抽象化知识具体化、形象化，使学生通过观察，利用多种感官获得感性认识。然后在此基础上，由教师来讲解，形成正确的概念和掌握有关知识点，学生理解和接受起来就容易多了。同时我们开放机房，通过局域网学生可预习实验、处理实验数据和分析实验结果等。
2.2 突出生物实验教学的直观性并且能使微观世界宏观化
利用现代化教学手段能够真实、生动、形象地展示生物的各种生理活动，显示生物的宏观世界和微观世界，把抽象的内容形象化，激发了学生的积极性和创造性。如在观察葫芦藓的生殖过程时，葫芦藓个体小，生殖过程必须借助于水的条件才能完成。采用现代化的教学手段，显示器上首先出现葫芦藓的完整植株，再把各个部分用分解的形式描述：其蒴帽和蒴盖脱落后，由孢蒴中放散出大量的孢子，孢子萌发形成原丝体、长出假根和芽体，由芽发育成葫芦藓植株（配子体）。配子体中的器和颈卵器放大，器中产生，借助水游到颈卵器中与卵细胞融合，完成受精过程。受精卵在颈卵器中进―步发育成胚，长出长柄。整个的显示过程形象逼真，给同学以直观的感受。
2.3 提高了实验效率
利用计算机的数据采集、信息处理、实验控制及多媒体教学软件，可以使实验教学过程实现智能化，从而大大提高实验效率。这方面的应用主要表现在：减少了仪器的调试，实验数据的记录和分析实现计算机化。在实验教学过程中，学生可以有更多的时间去掌握基本的实验操作技术，动手能力得到更好的培养，综合素质得到全面提高。能够迅速得到漂亮、整洁的实验结果图。
2.4 使用多媒体课件降低实验费用
多媒体实验课件制作完成以后就可以由学习者操纵计算机完成实验教学，因而摆脱了对实验仪器的依赖以及对实验材料的消耗。实验课件可以经拷贝广泛传播应用，大大降低了实验成本，节省了实验经费。对于缺乏实验仪器设备、实验经费的学校，更有特殊的重要意义。
3 计算机辅助教学在生物学实验中的前景展望
利用计算机技术，还可以使用多媒体实验教学软件演示实验并进行模拟实验。为了开设这方面的实验课程，可以利用多媒体计算机的功能，交互式地仿真或演示这些新的方法和技术，使学生能够及时了解最新的研究手段，以跟上机能学时展的步伐。计算机实验是一个强有力的远程教育的补充，它可以巩固深化发展已有的生物知识，从定量上加强认识：可以取得大量的实验数据，从而可以总结归纳实验数据中蕴涵的规律，由于在计算机上可以设置多种情况，因此可以节省实际生物实验所花费的大量人力物力财力。如果计算机实验的模型设定恰当，建模与仿真是可以创造与发明的[4]，从教育上的计算机实验可以很方便的过渡到相应的科研中去。
4 结束语
通过几年的实践，我们取得了初步的成果，资源得到合理配置，优化了实验内容，教学体系也更加完善，学生学习更加积极主动，使学生在知识和实验技能方面都得到了不同程度的提高。我们对生物实验的计算机辅助教学只
进行了初步的探讨,还有很多不完善的方面,在探究设计性实验的把握上，以及实验过程、结果的分析和讨论等方
面都需要在今后的实验改革中进一步探索。
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现行初中生物学教材，极大体现了对生物与环境保护的科学方法训练主线，充分体现了生物学作为前沿科学的一些优势。贴近生活，以人为本，展示了其作为实验学科的特色，而且不同于以往的生物学教材。因此新时期就要有新的教育观念：教育不应单纯以升学考试及学生成绩等功利性目的为着眼点，而应以提高每一个学生可持续发展的能力为根本目的，着眼于培养他们这种能力所需的各种素质，即“一切为了学生，为了一切学生，为了学生一切”。为此在农村生物教学中，应从以下几个方面着手：
首先，认真调查当地的生物资源，可以为更好地开展生物教学打下基础。大理州的生物资源由于地域差异而千差万别。当然只了解大范围的生物资源还远远不够，更重要的是要了解本乡镇，甚至本村的生物资源优势，为了解本地主要经济收入来源打下基础。就以本校所在地乔甸镇为例，烤烟是乔甸镇的支柱产业，是本地主要经济来源，而由于产业结构的调整，烟草种植面积逐年减少，质量要求也随之上升，对这个经济支柱也有所影响，为此红提葡萄、柑桔、油菜等其他经济作物的种植面积也逐年增加，成为新的经济增长点。而当地的野生生物资源相对贫乏，但也有其独特的地方，比如野生食用菌质量较好，有被誉为“真菌之王”的松茸、牛肝菌、干巴菌、香菇、鸡油菌、羊肚菌、鸡枞等。这些都是学生比较熟悉的，我在讲到真菌这一节时就主要以这些为主要素材进行展开，这样学生就比较感兴趣了。而且，在此之前我还向有关的食用菌贩子了解过一些行情，把一些食用菌的经济价值也引入课堂，学生更是乐此不疲，也有心往向之。况且有的同学暑假期间就采集过食用菌出售，可以作为最好的解说员，这样便把生物资源与它的效益结合起来了，为生物知识与经济效益找到了恰当的切入点，真正体现了知识经济的魅力，为学生以后的发展开拓了更广阔的空间。最后再让学生讨论如何处理好生物资源的开发与环境保护的关系，这样就更增强了学生的环保意识。
其次，利用生物技术让学生在生物课中体验成功。在生物教学中多介绍一些与生产实践相关的生物技术。例如在讲授“植物的生殖和发育”这一节的无性繁殖专题时可让学生到苗圃或果园里亲自实践扦插、嫁接等技术，让学生看到自己扦插或嫁接成活的花卉苗木，感受成功的喜悦，体验成功的滋味，更能激发学生热爱劳动，珍惜劳动成果的高尚思想。同时也能培养他们的动手能力和实践操作能力，成为开展好生物实验课的前提条件。还要让学生了解未广泛运用的，或正在研究中的，甚至是未来才可能出现的新品种、新技术、新知识，如克隆技术、组织培养技术、转基因技术等生物新技术的发展与前景。这样不但可以培养学生科学的研究方法，还可以教会学生辨别什么是伪科学，什么才是真正的科学，学会辨别生产生活中的生物技术骗子。例如，在讲述虫草的形成过程时可结合许多杂志上介绍的“虫草栽培技术”广告的虚假性，戳穿他们骗局，并作广泛宣传，以免学生自己、家人或其他人受骗上当。可见，以前的初中生物教育特别重视知识的传播，而新时期的初中生物教育则更加重视能力的培养。
第三，注重农村生物教育的直接效益与间接效益的统一。学生是在生活中成长而不是在教育中成长的，他们从自然中汲取各种物质来长身体，从家庭、社会、学校中接受各种信息进行加工来增长知识，他们在思考中来锻炼思维，在生物实验和活动中锻炼各方面的能力，他们在自身内在的各种需要的驱使下去追求实现自己的各种愿望，在这个过程中建立、健全自己的人格特征。而现实教育并不能完全替代这一切，教育只能对学生生活的某些方面进行不同程度的干预。高明的教育者考虑得全面一些，能对学生的生活环境进行总体设计，综合利用各种有利因素，形成最大合力，那么教育效益就会高一些；反之，效益则会差一些。农村初中生物教育的直接效益体现在开始成绩的好坏上，生物教师只有注意培养学生的自我管理、自我教育的方法、能力和习惯，才能使自己的教育效益达到最优化，达到事半功倍的效果。其间接效益则主要表现在学生今后的发展前景方面，好的教师会在学生的潜在能力方面加以挖掘，使学生的潜能得到最大限度的发挥，把学生培养成可持续发展的创新型人才。可见只有把农村初中生物教育的直接效益和间接效益统一成一个完整的整体才能达到较好的教育效果。
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关键词：温度；水稻生长发育；措施
中图分类号：s511 文献标识码：a
一切作物的生长发育都受着光照、温度、水分、空气、肥料等环境条件的影响。水稻是喜温作物，温度是影响其生长发育的最重要因素之一，生长随着温度升高而加快，随温度降低而减慢，然而其生长发育有最合适的温度范围，温度过高过低都对水稻生产不利。
公式表明温度高于或低于21.5℃会减低稻谷产量，但较强的太阳辐射能补偿这种不利温度的影响。
当式中t为28℃而太阳辐射保持不变时与日平均21.5℃时所达到的最高产量相比，产量将降低26%，可见高温是水稻达到高产一个重要障碍。
同样，当抽穗遇到低温（粳稻连续3d日平均气温低于20℃，籼稻低于23℃）就会造成不结实而导致减产。
1 温度对水稻生长发育的影响
众所周知，粳稻发芽的最低温度是10℃（籼稻为12℃）低于10℃不能发芽；发芽的最适温度为28～32℃，最高温度为40℃；温度高达42℃时则芽内细胞原生质停止流动，造成烧芽；低于20℃或高于40℃发芽延迟且极不整齐。
幼苗生长的最低温度为12℃，温度在16℃以上各类型品种幼苗都能顺利生长，幼苗生长的最适温度为26～32℃。水稻分蘖发生最适气温为30～32℃，水温32～34℃，气温低于20℃，水温低于22℃或者高于38℃，水温高于40℃，分蘖发生十分缓慢或受到抑制。
水稻幼穗分化最适温度为26～30℃，而以昼温35℃夜温25℃更有利于形成大穗。幼穗分化的临界低温是15～18℃。水稻对温度最敏感的时期是减数分裂期，稻穗发育的最高温度为40～42℃。高温对稻穗发育影响最为严重时期也是减数分裂期，因此减数分裂期低温和高温都将引起颖花大量退化和不育。
水稻开花受精适宜温度为日平均24～29℃，粳稻日平均气温低于20℃（籼稻低于23℃）开花期明显延迟，开花零散，裂药不良，花粉管不发芽或伸长慢，不孕花明显增加。生产上将连续2～3d平均气温低于20℃（籼稻低于23℃）的始日，向前推7～8d定为安全抽穗期。日平均气温高于32℃是开花期临界高温，超过此温度将阻碍花粉成熟，影响淀粉充实与花药开裂，花药很快干枯，花粉生活力衰退，并阻碍在柱头上的花粉发芽，花粉管伸长等，导致不受精、不结实，这一时期的高温障碍是水稻一生中最为严重的。
温度与灌浆结实关系密切，最适宜灌浆的平均气温为20～25℃，灌浆前的15d以昼温29℃，夜温19℃，日平均24℃为最佳，灌浆成熟期温度超过30℃导致灌浆速度加快，千粒重降低。灌浆后15d以昼温20℃，夜温16℃，日平均温度18℃为最好，结实率最高。抽穗至成熟期间日平均气温21℃左右，千粒重最高，粳稻日平均气温不低于15℃都可以正常灌浆。
2 主要应对措施
2011年由于低温来得早，造成江苏省淮北地区部分迟种的直播稻没能安全齐穗，造成结实率下降而减产。2013年在水稻减数分裂至抽穗期长期高温，又导致江淮稻区水稻不育。其实在我国长江中下游稻区，7～8月份连续3～5d平均气温≥30℃或最高气温≥35℃的天气出现频率较高，每年都有关于水稻因高温导致减产的报道。由于减产程度低或者只局限在某些品种上，人们关注的程度没有像预防“寒露风”那样在意。就水稻各生育期对温度的要求而言，是有一定规律的。因为水稻的生长发育若处于其生物学最适温度则生育状况正常。当温度上升到各生育期的生物学最高温度以上时，对它的生育便起到阻碍或停止作用甚至产生“热害”。当温度下降到各生育期的生物学最低温度以下时，亦会发生阻碍其正常发育的“冷害”现象。现将其应对措施叙述如下，供参考。
2.1 选择准适应的品种
根据调查和以前大量的事实表明，水稻不同品种间对高温或低温的忽耐性是有差异的。2014年，笔者在育种田中观察到造成20%不实的临界温度耐热性强的材料约为36～37℃，耐热性差的品种仅为32℃。西山岩男等（1981）发现：水稻开花期不受精的界限温度敏感性高的品种（bkn.6624-46-2）为32～34℃，中等品种（ir747b-2-6）为35～37℃，耐高温的品种（n22）为38～40℃。因此，在易受高温危害的地区选用耐高温的品种是可行的。另据我们调查，凡是抽穗后开花早的品种（即10：30前开花）结实率相对较好
选育开花习性早的品种可回避高温的影响。
同样，据调查，水稻不同品种在抽穗期耐低也存在着差异性。莫惠栋教授曾对江苏省水稻安全开花的底限温度指标的研究，指出，耐寒力弱的品种如农垦57，必须在连续2d日均温低于21℃之前开花；耐寒力中等的品种，如较耐寒的籼稻品种珍珠矮11，必须在连续2d日均温低于19℃之前开花；耐寒力强的品种，如农虎6号、农垦58等，花期耐寒力极强，开花后连续4～5d日平均温度19℃，其空瘪率仍增加不多。在易受低温影响的地区，应选用耐寒力强的品种。
2.2 合理安排播栽期
使水稻对高温（低温）敏感期避过本地区易发生高温（低温）的时期
根据笔者在35℃以上高温下对颖花受精结实影响调查结果，抽穗开花期不受精结实发生率最高，其次是抽穗前9d，即减数分裂之后小孢子初期。抽穗前15d和齐穗后3d则不受高温影响。如果抽穗期白天温度相同而夜间温度高时，不育率增加，即使不像开花中温度那样高仍然会使不实率增加。
江苏省高温发生时间常在7月下旬～8月上旬，在水稻栽培上，只要不安排水稻减数分裂后的小孢子初期至抽穗扬花期在这其间就可以避免或减轻高温的危害。
淮北水稻安全齐穗期为9月15～18日，只要在此前抽齐穗就不会担心受低温的影响（保温）。
2.3 灌深水降温
在高温造成不结实田块调查中，发现凡缺水的田块及靠近水泥渠边、水泥路边的地方结实率都低，主要原因是缺水干燥，在高温下更易造成花系干枯，导致授粉不良造成。因此，在高温期间，田间灌深水，特别是灌流动的水降温，是减轻高温危害的最有效办法之一。由于水的热容量大，在低温发生时，同样灌深水可以减轻低温危害。
2.4 增施磷、钾肥料
调查发现，抽穗前20d施用保花肥田块比不施肥的田块受高温危害轻；在施保花肥时使用氮、磷、钾（n15%、p2o515%、k2o15%）的田块比只施用尿素的田块受害程度轻。
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关键词棉花;细胞质雄性不育;育性恢复
abstractthere is fully apparent heterosis in cotton. cytoplasmic male sterility(cms) has played an important role in heterosis usage in cotton.cms and utilization of fertility restorer system have made a breakthrough in conquering breeding bottleneck by artificial emasculation and unfolded a bright outlook for promoting commercial production of hybrid seed. research progress of four facials of cytology,physiological and biochemical indexes,molecular biology and fertility restoration on cms in gossypium hirsutum l. during the recent years were reviewed mainly in this paper. in the four facials which were reviewed mainly in this paper,period of microspore abortion and cytological morphology,physiological and biochemical indexes including carbohydrate,amino acid,enzyme and hormone,molecular biology of intracellular genome including chloroplast genome and mitochondrial genome and restoring gene in nucleus and methods of getting ideal and high resilience restorer on cms in gossypium hirsutum l. the objects of introducing all above these things in detail would tell peple current research status of the mechanism on cms in gossypium hirsutum l. and provide some helps for their relevant researches. the problems existing in the present study and the prospect to the future work on cms in gossypium hirsutum l. were proposed,which would provide references for related researchers.
key wordscotton;cytoplasmic male sterility;fertility restoration
棉花是优质纤维、食用油和蛋白集一身的重要经济作物。如何提高棉花品种的产量、品质和抗逆性并使其广泛应用于生产是当前棉花育种亟需解决的问题。杂种优势的利用则为这一问题的解决提供了新的思路,并已在很多植物中得到了广泛的应用。棉花具有十分明显的杂种优势,但目前棉花杂种优势的利用则主要采用人工去雄授粉法和核不育系“一系两用”法,方法繁琐且制种成本高,难以大规模推广应用。而水稻、高粱等作物则主要采用细胞质雄性不育性(cytoplasmic male sterility,cms)实现“三系”配套来大面积利用杂种优势的,操作简便且制种成本低。尽管棉花cms已实现“三系”配套,但由于其恢复源狭窄及不育胞质对杂种1代皮棉产量所产生的负效应,“三系”杂种棉选育进展缓慢。随着转谷胱甘肽s-转移酶基因(gst)强恢复系“浙大强恢”的育成以及海岛棉中育性增强基因的发现,利用“三系”配套进行棉花大面积的杂种优势利用成为可能[1]。笔者从细胞学、生理生化、分子生物学和育性恢复4个方面综述棉花cms的研究进展,并对目前状况进行了展望。
1棉花cms的细胞学研究
植物雄性不育小孢子的败育时期各异,从花粉母细胞(pollen mother cells,pmcs)的形成到双核花粉粒各个时期都有雄性不育发生的可能,且持续时间比较长,不限于某一特定的时间。对于棉花cms来说,小孢子败育时期的发生主要有3种情况:①主要集中发生于造孢细胞增殖时期。murthi等[2]对哈克尼西棉cms进行细胞学研究的结果表明不育系的雄性败育大多数发生在造孢细胞增殖期,偶尔能形成pmcs,但在减数分裂的前期ⅰ就退化,因此导致雄性不育。而thomber等[3]在美洲棉cms系、黄晋玲等[4]在晋a不育系也发现同样的败育情况。②主要集中发生于减数分裂时期。如王学德等[5]发现104-7a、湘远4-a、nm-2a和nm-3a的小孢子母细胞在造孢细胞增殖时期较少异常,但在减数分裂时期特别是减数分裂第1次分裂时期(meiosis ⅰ)却大量败育,从而在花药内见不到四分体的形成。③败育时期贯穿造孢细胞增殖至减数分裂时期。童旭宏等[6]发现来源于陆地棉新型cms的败育时期主要发生在造孢细胞增殖时期至小孢子母细胞减数分裂前的时期。
目前国内外大多数学者认为棉花胞质不育系花药绒毡层的过早退化或推迟解体与造孢细胞和pmcs的败育密切相关。通过细胞学观察,棉花cms小孢子败育过程中主要出现的细胞形态特征为:①造孢组织异常。如哈克尼西棉cms系的造孢组织在发育成熟前就已解体[2]。②细胞质和线粒体异常。如晋a不育系的大量小孢子母细胞在造孢细胞增殖期,细胞质大量液泡化,留下网状残体;线粒体处于解体状态,线粒体膜和内部结构模糊,基质呈半透明甚至透明状态,内嵴紊乱[4]。③细胞核异常。如nm 21a的小孢子母细胞在减数分裂期,核仁穿壁频繁,出现2~3个微核多核细胞[5]。④细胞形状异常。小孢子母细胞呈半月形和网状形,且连成巨型团块[5]。⑤染色体异常。在中期ⅰ出现落后染色体单体,在后期i染色体不是集中于两极,而是凝结成若干个大小不一的团块散布于两极[5]。⑥绒毡层过早退化或推迟解体。如晋a不育系的绒毡层细胞在造孢细胞增殖期就过早退化[6]。
2棉花cms的生理生化研究
正常的生理生化代谢是植物生长发育所需能量的基础,而研究育性表达过程中的生理生化代谢对雄性不育的生化机理探讨具有重要的意义。目前已有许多学者对棉花cms的一些生理生化指标进行了大量的研究,取得了显著成果。在碳水化合物方面,王学德[7]通过对中棉所12a及其保持系中棉所12b的花药进行研究发现,从造孢细胞增殖期开始,保持系可育花药随着发育可溶性糖含量逐渐下降,淀粉积累逐渐增多,特别在pmcs减数分裂后,小孢子发育至花粉成熟过程中有大量淀粉合成;相反,不育花药中的淀粉和可溶性糖含量,从造孢细胞增殖时期起一直处于原来水平几乎不变。可见,缺乏淀粉积累是引起花药不育的重要原因。在氨基酸方面,servella等[8]首次报道了亚洲棉cms花药中酸性氨基酸含量较低;在氨基酸组分中,不育系叶片中天门冬氨酸和精氨酸含量较高,而保持系叶片中含量很少或完全缺失。随后王学德等[9]也在棉花不同cms研究中发现了同样的情况。这说明氨基酸含量异常导致蛋白质合成受阻,从而引起花药不育。在酶方面,黄晋玲等[10]研究发现晋a不育系及其保持系的过氧化物酶同工酶和细胞色素氧化酶同工酶存在明显的差异,这种差异产生的时期与其细胞形态学观察到的小孢子败育时期一致。这说明雄性不育基因调控了同工酶的形成与差异。在激素方面,解海岩等[11]用酶联免疫检测技术对哈克尼西棉cms、保持系、恢复系和杂种f1在花药发育时期内源激素含量的动态变化进行研究,发现在保持系、恢复系和f1的可育花药之间内源激素差异不明显,但在可育花药与不育系的不育花药间差异显著。在活性氧代谢方面,jiang等[12]通过对哈克尼西棉cms、保持系和杂种f1不同发育时期的花药进行活性氧指标及其清除酶含量研究发现,在不育系败育初期的花药中,超氧阴离子(o2-·)、过氧化氢(h2o2)、丙二醛(mda)3个对细胞有毒性的活性氧指标均高于保持系或杂种f1的花药,同时对活性氧具有清除作用的超氧化物歧化酶(sod)、过氧化氢酶(cat)和过氧化物酶(pod)3个抗氧化酶活性也随着提高,表明败育初期花药的活性氧增加对抗氧化酶有诱导作用。但在败育盛期的不育花药中,一方面o2-·、h2o2和mda含量极显著高,另一方面sod、cat、pod 酶活性却极显著低,导致活性氧产生与清除失去平衡,这时花粉母细胞大量凋亡。在败育后的花药中,o2-和h2o2含量与可育花药相近,但mda含量仍持续提高,以及sod、cat、pod酶活性持续降低,表明雄性细胞凋亡后活性氧对花药仍有不利影响。花药o2-、h2o2和mda的过量积累,及其清除酶活性的显著降低,这一过程在棉花不育花药中是与雄性细胞凋亡同步发生的,但在恢复基因引入后的杂种f1花药中,过量产生的活性氧可被清除。这表明棉花cms与花药活性氧代谢异常密切相关。
3棉花cms的分子生物学研究
棉花cms是一种母性遗传性状,受特定的细胞质基因和核内不育基因共同控制,不育系的细胞质基因组如线粒体基因组、叶绿体基因组与不育花粉的形成密切相关[1]。在线粒体基因组方面,线粒体功能的行使是由核基因组和线粒体基因组共同作用的。christine[13]认为目前至少有14个线粒体基因与细胞质不育有关,且共有特征是基因的开放阅读框由来源于线粒体基因的编码序列、基因的侧翼序列和未知区域的序列共同组成。线粒体基因组的重排、突变及线粒体基因的剪切、编辑都可能引起细胞质雄性不育。2003年,黄晋玲[14]用合成的线粒体基因组探针(atpa、atp6、atp9、coxⅰ、coxⅱ和cob)对晋a胞质不育系和保持系线粒体dna(mtdna)进行了限制性片段长度多态性(restricted fragment length polymorphisms,rflp)分析,发现atp6和coxⅱ基因在两者中的杂交带型不一致;与保持系相比,atp6和coxⅱ基因在晋a不育系中分别缺少5.7 kb和4.2 kb的强杂交带,并推测条带的缺失可能是mtdna分子内或分子间重排所致,coxⅱ基因的变异导致了线粒体功能的失调和雄性不育。随后她构建了棉花晋a不育系和保持系的线粒体文库,获得了晋a不育系和保持系的orfb、coxⅰ和nad4l等3个基因的全序列,通过比较,证明晋a不育系和保持系在orfb、coxⅰ和nad4l基因全序列上无差异。此外,也有人认为棉花cms可能是由线粒体基因组中新的嵌合阅读框编码一种毒蛋白质,该蛋白质干扰保守基因的生物活性或者干扰花药发育的生理生化过程,从而中断花粉发育[15]。在叶绿体基因组方面,叶绿体基因的变异与棉花胞质不育有关。chen等[16]研究认为,棉花cms与叶绿体rubisco大亚基的变异有关。galau等[17]证实,不育系与保持系之间在叶绿体dna的限制性酶切片段长度上存在明显差异。在核内基因方面,目前国内外主要集中在与棉花育性恢复基因相连锁分子标记开发及遗传图谱的精细定位、育性恢复相关基因的分离克隆等方面并已取得明显进展。wang等[18]利用rapd、aflp、sts、caps和ssr标记技术分析了(d8×sg747)×sg747群体,发现了3个新的rapd标记和1个ssr标记,利用ppr基序设计的保守引物与aflp组合测试回交群体得到一个与恢复基因rf2连锁的ppr-aflp标记,并结合9个与rf2紧密连锁的分子标记构建了与rf2紧密连锁的遗传图谱,由于cir179250与rf2和rf1都紧密连锁,推测rf2和rf1都定位与d亚染色体组的lgd08连锁群上。zhang等[19]通过差异展示技术鉴定分离了不携带恢复基因可育的保持系ark8518(rf2rf2)和含有d8胞质近等基因系杂合体恢复系ark8518(rf2rf2)在花药组织中的差异表达基因。并首次在棉花上阐释了cms和其恢复系的分子机制,特别是淀粉合成酶和pat基因可能与cms-d8中的rf2基因相关。
4棉花cms的育性恢复
尽管棉花cms已经实现“三系”配套,但“三系”杂种棉选育进展缓慢。可见,棉花cms的育性恢复是实现棉花杂种优势利用的关键。目前获得恢复系的方法主要有:①通过远缘杂交及回交等手段来获得好的恢复系。如sheetz等[20]以恢复系des-haf277为母本,与海岛棉品种pimas-4杂交,聚合恢复基因rf和育性增强基因e,育成带有育性增强基因e的恢复系。②利用转基因等生物工程技术来获得好的恢复系。如王学德等[21]采用农杆菌介导法,将谷胱甘肽s-转移酶基因(gst)导入恢复系des-haf277中,育成一个对cms具有强恢复力的恢复系“浙大强恢”。③以与胞质雄性不育系具相同遗传背景的可育种质为原始材料,利用遗传过滤技术培育出胞质雄性不育恢复系。这个方法是范万发等[22]在成功培育出理想的、使wnafstu胞质不育系和其的f1代完全恢复育性的胞质雄性不育恢复系的过程中积累资料的基础上提出来的。
5 结语
综上所述,棉花cms在细胞学、生理生化、分子生物学和育性恢复方面取得了一定的成果,但仍存在着一些问题。如线粒体、叶绿体基因组和核内基因如何影响花粉的发育,恢复基因与不育基因的作用机理及其克隆都还需进一步研究。随着分子生物学理论和技术的发展,特别是棉花基因组全测序计划的启动,在不久的将来必将会克隆出许多与棉花cms相关基因,从而为棉花cms的研究打开新的局面。
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