药用植物学的概念范文

时间:2023-12-29 17:52:28

导语:如何才能写好一篇药用植物学的概念,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。

药用植物学的概念

篇1

【关键词】高职护理专业;用药护理;教学改革

护士执业资格考试制度的不断完善、改革,对护理教育教学工作提出更高的要求。作为一名一线教师,我通过分析不断变化的《护士执业资格考试大纲》及历年护士执业资格考试情况,了解医学护理学发展动态,开展教学改革[1]。五年制高职学生有着年龄相对较小,心智不成熟,知识基础较薄弱,对抽象的事物接受能力较弱,但可塑性较强,对生动的事物敏感,相应的对其接受力也较强。而他们又有着所学课程专业性强,课程内容抽象难懂,课业任务重等特点。用药护理作为护理专业的一门重要的医学基础课程,学习该课程需要有一定的化学、生物学、生化、病理等学科的基础,因而更加大了他们学习的难度。致使很多同学谈其色变,对所学内容不理解,直到最后为了通过考试一味的死记硬背,造成不良循环,导致后面学习其他相关护理专业课程知识链“断链”,似懂非懂,产生恶性循环。我将从以下几个方面来介绍我的探索。

1 教师课前整理好历年真题题库,尽早掌握接执护考试动态

目前,对高职用药护理与护士执考“对接”的相关研究还停留在对考试内容与现行用药护理教学大纲一致性的研究,缺乏具体改革措施和相关题库的建设。

建立历年真题题库,有的放矢,提前为执护考试做好准备。在教学过程中我们发现,仅靠学生毕业前的突击训练显得力不从心,护士执考考点在前期教学中的强化训练变得尤为必要。在执护考试内容中用药护理知识的得分率偏低,提高其的得分率应引起重视。具体研究内容如下:

1.1 紧密结合护理专业特点,以护士职考为导向,精选教材内容

同类学校同专业同课程教师进行对接,与护理专业老师进行课程衔接,以课程标准为基础,以护士执业Y格考试大纲为指导,结合护理行业需求,分析历年执护考试考点,对教学内容进行调整,优化教材,使之更符合护理专业的特色。

1.2 搜集历年用药护理相关真题,并建立相应题库

以护士执业资格考试为导向,进行教学改革,建立、完善护理药理学题库及相应教学资料;增强教学针对性,提高护士执业资格考试通过率,提高用药护理教学质量。建设试题库,提高学习针对性,使之更能符合护士执业资格考试的考核标准。

2 课堂上运用含真题的课件,提前对接执护考试

卫生高职校的学生在毕业当年就有机会参加考试,通过考试可拿到上岗证,为毕业生顺利就业铺平了道路。全国护士执业考试中涉及护理药理学试题数均占每年考题9%以上,在对以往执护考试结果进行统计时发现:在资格考试该部分内容得分率偏低。

2.1 课件中引入历年护士职考真题

为了让学生更好理解教学内容,掌握应该学会的知识及技能,教师借助有针对性的课件(如加入历年执护考试的真题)可以提高学生学习效率,学生在后期护理专业课程的学习过程中,基础医学知识大量遗忘,用药护理就是其中一门,造成后期专业知识学习困难。把真题题库分类,并在教学过程中,联系相关知识点讲解剖析。

2.2 制作相关教学资料,组织相关教学活动

在建立真题题库的基础上,制作相关教学资料如教案、学案等,构建用药护理网络教学平台,课后组织用药护理知识竞赛等方式促进学生的学习。

3 探索中要注意的问题

为了让用药护理教学改革顺利进行,在探索中还要注意一些细节问题,总结如下:

3.1 提高学生和教师对用药护理的重视程度

向学生介绍我国护士执业资格考试的现状,介绍我校学生近年来考试通过率,让学生认清形势,产生危机意识,真正从思想上重视用药护理的学习,在日常工作中有意识地把教学内容与护士执业资格考试联系起来。

3.2 基础课程和专业课程的衔接

基础医学教研室承担用药护理课程的教师与护理专业课的教师进行座谈,对护理药理学的课程设置和课程衔接进行分析、调整, 以护士执业资格考试大纲为指导,对教学内容进行了合并、删减,增加与现代护理技术相关的知识,优化基础教学阶段的课程设置。在原有用药护理题库基础上进行删减和添加,各方面尽可能符合大纲要求,加入真题,建立试题库,并注意及时更新。与专业课程进行衔接,集体备课,联系相关知识点讲解剖析,强化考点训练等。

3.3 跟踪学习情况,多方评价

跟踪学生学习情况,通过发放调查表等形式多方面评价其实际效果。护士职考考点在平时教学中强化训练,提前演练。通过多形式多方面评价促进“教”与“学”,因材施教,注意个体化教学。在探索和实践过程中可以根据各章节不同的特点来适当选择合适的教学方法,突出重点,充分考虑各层次学生的学习能力和知识需求,多方位综合考虑,力求提高教学质量。

篇2

关键词:高职院校;药学专业;药用植物学;虚拟药用植物园

引言

虚拟药用植物园根据技术、表现形式、功能作用,可将其概念概括为通过计算机技术和Internet技术将实体药用植物园以虚拟形式表现,它以互联网为基础,以空间数据为依托,以虚拟现实技术为特征的面向公众开放的网络系统,可实现药用植物园的信息数字化管理,为公众提供身临其境的交流和访问平台。[1]

药用植物学是一门研究具有医疗保健作用的植物形态、组织、生理功能、分类鉴定、细胞组织培养、资源开发和合理利用的一门科学,实践性很强。虚拟药用植物园是药用植物园的一种虚拟表现形式,具有不受时空的限制以及具有较强交互性的特点,具有较好的临场感和真实感,是实践教学的一个重要补充。[2]

药用植物园集教学、科研、科普教育于一体,具有保护生物多样性、保存植物种质资源等方面的功能,在学科建设与教学中发挥了重要作用,因此建立虚拟药用植物园,打造网络教学平台,应用前景广阔。

本文结合药学专业虚拟药用植物园构建和河南省卫生职业教育教学改革项目课题的实施,探索了构建虚拟药用植物园的必要性和可能性、构建方法、实施措施以及实施效果,为虚拟药用植物园在各学科实验教学中的应用提供可借鉴的经验。[3]

构建药学专业虚拟药用植物园的必要性和可能性

高等职业院校培养目标的突出特点就是实践性和技术性,培养技术型实用型蓝领人才,是我国已经明确了的高职高专院校培养人才的方向。实训是高等职业教育教学活动中最重要的教学环节,实训对于培养学生的实际操作能力和解决实际问题的能力是至关重要的,学生的大部分实践能力都是通过实训课程得到的,学生只有通过足够的实训和实习,才能具备理解和掌握该专业的理论知识,才能获得足够的实践技能和动手能力。[4]

虚拟药用植物园在教育、科研等领域中具有广阔的应用前景,是实验教学的一个新的发展方向。因此,虚拟药用植物园的构建具有重要的现实意义,是改善传统实训教学条件不足的一种良好手段,也是一大趋势。

药学专业虚拟药用植物园的特点

虚拟药用植物园有以下三个特点:①交互性和自主性,虚拟药园不受时间和空间限制,具有较强的人机交互性。②开放性,虚拟药园是通过网络系统向用户开放的,用户可依据自己的时间安排自由进入或退出该系统。③高效率和资源共享性,用户可在不同地域、不同终端上同时浏览该系统,拓宽了学习空间,提高了学习效率,又因网络本身的特性使得虚拟药园资源可以共享。[5]

药学专业虚拟药用植物园构建

1.构建药学专业虚拟药用植物园的方法

立足河南四大怀药等有名的道地药材;大宗药用植物,面向全国著名药用植物及其常见药用植物为基本内容,充分利用实地实习等机会数码拍照,利用搜索引擎,搜集大量药用植物图片和文献资料,使用图像处理软件和网页制作软件,在本地磁盘上创建站点并编辑网页,然后将这些网页上传到校园网的Web服务器上,进而建立虚拟药用植物园,以供全校师生使用。

2.药学专业虚拟药用植物园的设计思想与创新点

根据职业教育的国家整体培养目标和药学专业培养目标,体现职业教育的特色,树立以技能带动理论的思想,设计开发实用、交互、开放的药学专业虚拟药用植物园学习平台,为教学和科研服务。[4]

虚拟药用植物园以校园网为平台,以药用植物学为核心,具有较好的临场感和真实感,特点是应用的交互性、参与性和实用性。

3.药学专业虚拟药用植物园设计与内容

虚拟药用植物园以典型药用植物为核心内容,建立虚拟药用植物园——药用植物图片库,对药用植物园中所有的药用植物都照植物分类系统进行分类,并配以分辨率极高的图片,根据《药典》、《中药大辞典》等权威参考文献以及最新的研究报道,给出各种药用植物的门、科、属,植物科名、拉丁学名以及正规的植物中文名和俗名。同时配以各种药用植物的形态特征与鉴别方法,药用价值和活性成分。

虚拟药用植物园学习平台设计包括:界面设计、图片处理、文字排版与网页制作。

虚拟药用植物园内容由文字材料和图片组成。其中,文字材料包括药用植物学课程标准、药用植物的形态、药用植物的生理、药用植物的分类与药用植物的命名;药用植物图片库是虚拟药用植物园的主要内容。

药用植物图片库的构建分为四部分:图片拍摄、图片处理、图片分类及图片说明。

最后运用Macromedia Dreamweaver MX、Microsoft FrontPage等网站制作软件,将收集、整理、加工后的虚拟药用植物文字材料、图片有机组合,按照克朗奎斯特系统进行有序分类、设计、链接、存储,最终建立一个循序渐进、层次分明并与现行人民卫生出版社郑汉臣主编的药用植物学教材基本同步的虚拟药用植物园学习平台。

药学专业虚拟药用植物园实施效果

虚拟药用植物园的建立,为学生提供了一种崭新的不受实地实习课时多少、生长季节、区域分布、天气变化等影响的自由学习模式,为学生提供了一个方便、直观的学习平台。学习者可以随时随地通过互联网,进入虚拟药用植物园学习平台学习。实践证明,在实践教学中,让学生浏览虚拟药用植物园,极大地激发了学生的学习兴趣,调动了学习积极性,通过细致观察,图片浏览,文字阅读,增强了学生对药用植物的形态结构和生活习性的全面认识。

经过虚拟药用植物园的学习训练,学生正式野外见习时,见习的自主性显著增强、目的更加明确、针对性更加突出,对药用植物的命名、分类、形态特征、活性成分的掌握更加准确,鉴别药用植物真伪、质量优劣的能力显著增强。

虚拟药用植物园的建立,在人才培养和教学质量提高中发挥着重要作用,对提高学校办学实力、办学水平和教学质量起到了有力的推动作用。

参考文献:

[1]宋象军.虚拟实验室在高校实验教学中的应用前景[J].实验技术与管理,2005,22(1):35-37.

[2]刘延华,桂万云.虚拟实验室在高校实验教学中的应用前景[J].洛阳师范学院学报.2006,(2):94-96.

[3]曾令杰,梁晖.药用植物学与生药学体系化实践教学平台的构建与应用探讨[J].教育教学论坛.2012,(36):246-248.

[4]卑占宇,郭小慧,何新蕾,等.药学专业有机化学虚拟实验室学习平台的构建与应用研究[J].中国医药导报,2012,9(15):163-167.

篇3

随着计算机软硬件和图像处理等技术的飞速发展,三维重建技术应运而生。相比二维图像,三维图像更直观、更精确,观察者可以从任意角度观察图像。利用计算机图形学的知识,进一步通过人机交互,对重建出的物体进行各种拟真操作,如旋转、缩放、切割等,使各组织在三维重建中得以系统、完善地表达,教师能够更好地借助它对物体进行空间定位,详细讲解各解剖结构的空间关系。三维重建技术已经广泛应用于生物医疗行业的各个环节,如在生物体组织形态结构学[6-9]、医学疾病准确诊断和手术规划与模拟[10-12]、医学教育和研究[4,13]等方面发挥着重要的作用。

三维重建技术在药用植物学教学中的应用

药用植物学是中药学、药学、中药制药学、药剂学等专业学生的重要专业基础课,是学习中药学、中药鉴定学、生药学、药用植物栽培学、中药资源开发与利用等学科的形态学基础。学习药用植物学的任务是使学生理解和掌握药用植物的形态特征、显微结构和系统分类,但如何使学生从空间结构理解药用植物的各个器官和内部构造特征,并对不同药用植物加以区分,特别是一些外部形态相似而药性差异显著的植物进行区分是整个教学的难点。因此,采用传统教学与三维重建技术资料教学相结合的教学模式就会彰显出强大的优势。三维重建图像比二维照相和视频更直观学生可根据自己的要求,任意旋转、组合和拆分,从不同侧面进行观察,有利于学生建立起立体空间概念,加深对抽象知识的理解。例如:在植物茎次生构造的学习中,木材三切面(横切面、径向切面、切向切面)的比较,对学生而言,首先可以在电脑中观察植物木材次生构造的三维形态,帮助学生们直观地理解并记忆各种切面的结构及其特征形状,对各结构的毗邻关系也能清楚地观察到,而不再需要辛苦地冥想各结构的立置。可以拓展教学内容应用三维重建技术,可优化教学过程,激发学生的学习兴趣,开发学习潜能。由于实验条件的限制(学生人数多,标本来源有限等),学生的实践机会很少。虽然随着计算机辅助教学的开展,教师在教学过程中使用幻灯课件、实物录像、投影等辅助手段,在一定程度上提高了教学效果,但学生在课后复习或自学过程中,还是只能面对课本和平面图谱对植物结构和显微构造进行辨认。由于植物结构异常复杂和学生的学习时间紧张,复习效果不尽如人意。重建的三维模型可以在个人计算机上使用三维重建技术的应用,解决了学生下课后看不到标本、不方便复习的难题,方便老师的教学和学生的学习。如果将各种三维重建模型放在服务器上,学生在安装了适当的图像软件后,就可以随时登录服务器下载三维模型,学习者变被动为主动操作图像,而不用专门到实验室,这样他们可以自己安排学习时间及学习进度,满足个性化学习的需求。降低教学成本常见药用植物可以通过野外实习采集标本解剖来进行学习,但某些药用植物,比较昂贵和稀有,没有标本,这类植物的教学将陷入瘫痪,而这类植物往往又具有很好的药用价值。基于成本的考虑,课程中学生并没有太多的机会来通过实验、观察,加深对所学内容的理解。通过影像三维重建模式能为解剖学教学提供活体功能状态下器官形态结构知识及可视化的动态资料,加之三维重建资料可以无数次使用,使教学内容不受时间、空间限制,可降低教学标本的需求量和教学成本。

三维重建技术应用于药用植物学教学的难点

与人体解剖学的三维重建不同,人体解剖学教学需要重建的三维模型单一。而植物的形态变化丰富、生长发育机理复杂,解剖结构复杂,即使同一种类的植物由于环境因素的影响也会呈现出形态多样性和随机性,无法用简单统一的模型对其进行仿真。因此,构建植物的三维模型时,工作量巨大,成本高昂。但是,一旦数据库建立,其三维重建资料不仅可以应用于药用植物学教学,还可以应用于中药学和中药学鉴定的教学中,对药用植物资源开发和利用研究都有很大帮助。而且对珍稀药用植物(水杉、红豆杉、天麻、黄芪、明党参、北沙参、厚朴、黄檗、牡丹、人参、杜仲、巴戟天等)构建三维模型更有实际意义,因为这些珍稀药用植物资源的稀缺性和不可得,在教学过程中往往一带而过,学生对这类珍贵的药用植物的了解较为匮乏,而三维重建资料可以解决教学中的这类问题。

结语

篇4

关键词:生药学;教学方法;效果

生药学(pharmacognosy)是应用本草学、植物学、动物学、化学(包括植物化学、药物分析化学、生物化学等)、中医学、药理学、临床医学和分子生物学等学科的理论知识和现代科学技术,研究生药的基源、鉴定、有效成分、生产、采制、品质评价及资源可持续性开发利用等的一门学科。

我校2008年新建药学院,直至2012年,生药学课程为第5次开设,主要针对药学专业四年制本科学生。学生普遍反映生药学的理论虽不深奥,但概念较多,内容繁杂枯燥,难以记忆。如何提高学生的学习兴趣,使抽象枯燥的内容生动具体化,发挥学生的主动作用,提高生药学教学质量,是我们在生药学教学中需要解决的问题。

1 改进课堂教学

1.1 活跃课堂气氛,提高学生学习兴趣

生药学的教学主要是在课堂上完成的,因此课堂教学的质量直接关系到学生学习的效果。为了解决生药学内容比较抽象、枯燥乏味的问题,我室教授将一些妙趣横生的民间小故事搬到了课堂上,以吸引学生的注意力,活跃课堂气氛。如巴马长寿乡的奥秘与一种生药材“火麻”密切相关,巴马山区种植火麻已有几百年的历史,巴马人一谈到巴马火麻,就会脱口而出:“天天吃火麻,活到九十八”。据国际自然医学会调查发现,火麻含有大量的微量元素和丰富的不饱和低脂肪酸,而经常摄入不饱和低脂肪酸,正是巴马百岁老人长寿的奥秘所在。再如何首乌、当归的名称来源,人参、柴胡、甘草等相关的民间奇闻轶事,对学生记忆生药的特征、作用非常有帮助。

随着当今社会竞争和压力增大,人们越来越重视怎样通过中药调理和养生保健保持身体健康,学生们也对一些具有保健和养生功能的生药特别感兴趣,想了解其在保健、美容及养生方面的应用。针对这一现象,我室教授授课时,还适当增加了具有“药食同源”类生药在日常保健养生中的应用实例,如山药、黄芪、红枣、枸杞、党参等,不但从侧面促进了学生学习生药学的兴趣,教学质量也相应得到了提高。

1.2 实物教学与多媒体相结合

生药学课程的主要特点是内容丰富,图像资料多,实践性强。因此我校从开设课程之初一直采用多媒体教学法,多媒体课件中包括生药原植物(动物)图片、药材标本图片、显微组织和粉末图片等图文并茂的内容,使《生药学》教学变得形象、生动、灵活,增强了学生的感性认识,便于学生理解和记忆。但是单纯的多媒体教学只是突出体现在视觉和听觉效果上,而无法实现触觉、嗅觉和味觉等方面的体验效果。因此,我室从去年开始陆续购得150余种常见中药材,几乎囊括了所有教材上讲到的生药。我们将药材分装成小袋,每次理论课时分发给学生,使学生可以触摸,嗅闻,甚至品尝,更大地激发了学生的学习兴趣,加深了学生的对各种生药特征的掌握和记忆,大大地提高了教学效果。

1.3 尊重并突出传统鉴别心得

生药材的鉴别内容较分散、枯燥、不易记忆。对此古代劳动人民展现出了他们非凡的智慧,他们对生药材的鉴别要点有言简意赅的总结,归纳为“歌诀”或经验术语。时至今日其中的大部分在生药材鉴别中仍然具有非常重要的实际指导意义,如描述贝母类生药的“大贝单瓣似元宝,珠贝元宝瓣合抱,松贝粒小怀抱月,青贝扁圆开口笑,炉贝圆锥有黄斑,平贝上下两面凹,贝母鳞茎皆分瓣,若不分瓣是假冒”:野山参的“芦长碗密枣核芋,紧皮细纹珍珠须”;大黄的“星点”:天麻的“鹦哥嘴”等,这些歌诀或经验术语字数少,句子短,朗朗上口,生动传神的表现出了生药材的性状特征,一方面可加深学生对药材性状的理解,另外也方便了学生记忆,起到了事半功倍的效果。所以在课堂教学中,我室教授讲解到相关内容时,均将“歌诀”或经验术语讲给学生,增强学生对该部分内容的理解记忆,并在考试中也涉及到相关内容。

1.4 “探究式”教学法

“探究式”教学是以现代教学理论为指导,在教师的启发诱导下,着眼于发展学生的自主学习能力,让学生通过主动的学习过程去获取知识,不断提高学习能力的教学方法。

本教研室《生药学》的主讲教师根据教学大纲的要求,生药学知识体系的特点及章节的内容安排,在每个教学章节中选出一两种代表性的生药,安排讲课时间表。学生分为3人一小组,每小组由1位小组长负责,选一种生药,按照教学大纲要求,小组成员分工查阅文献,交流讨论,制作多媒体课件,精心准备教案和讲稿。教师在过程中起到引导的作用。在课堂上,预留约一个课时的时间,每次由一个小组上讲台作为“教师”授课,其他小组可积极提问,小组成员需要答疑解惑。授课完成后,对于学生存在疑问的内容以及难点、重点内容,教师再做详细重点的讲解,以保证学生能够准确的理解和掌握知识,同时对学生的讲解情况做出评价,对于存在的问题提出改进意见。这种教学模式改变了传统教学法机械、枯燥的问题,对教学过程的互动性有所提升,也能促进教师从知识的传授者向引导者转变。充分发挥学生的主观能动性和创造性思维,提高了学生获取信息的能力,自主学习的能力,分析问题、解决问题的能力,同时还培养了学习兴趣,转变了学习观念,由被动学习转为主动学习,提高了课堂的学习效率。根据生药学教学特点,努力改变教与学脱节、学与用脱节的现象。通过教学活动最大限度地调动学生的自主性与创造性,让学生学会运用已掌握的知识理解未知的东西、思考新的问题,拓宽学生知识面,提高教学效果。

2 改进实践教学

2.1 改进实验课教学

我们的实验课一直坚持把学习的主动权交给学生。实验课均为单人1组,综合性实验占75%。学员所观察的生药材达到80余种,平均每次课10种。观察的生药永久切片为40张,平均每次课5张,每次实验课学员均自己动手做粉末切片,共计20张。我们首先优化实验内容,增加了常见生药伪品的鉴定,授课时对照真品与伪品实物,逐条讲解特征;其次,实验课结束前增加一次实验考核,考核内容为未知生药粉末鉴别及常见的生药材鉴定,学生不但要鉴别出一种未知的生药粉末,画出显微特征图,还要认识十种以上的生药材,而实验成绩占课程总评分的30%。这种考核方式提高了生药学的教学质量,端正了学生的学习态度,加强了学生实际动手能力的培养,取得了良好的效果。

2.2 开放性教学模式

生药实物标本在教学中具有不可替代的作用,我室经过不断积累,建立了40平方米的生药标本室,包括生药标本、浸制标本、药用动物、矿物标本和腊叶标本。目前已展示各种标本150余种,全天对学生开放。同时,我们充分发挥了网络课程开放性、交互性、共享性、自主性的优势。建立了涵盖整个《生药学》和《药用植物学》的网络教学平台。依托我校功能完善的局域网,在教学过程中将生药学网络课程和药用植物学网络课程推荐给学员,提高教学效果。并建立了网上生药标本馆和虚拟药用植物园,增加了教学信息量。积极开展了第二课堂活动,组织和指导学有余力的学员采集和制作药用植物学和生药学标本,指导学员撰写说明,并开展标本制作竞赛,最后收集学员制作的标本入本室生药标本馆。整个活动能使学员获得最直接的感官认识,为学生提供了创新实践平台,达到增强学生科技创新能力和提高综合素质的目的。

3 增加野外实践

篇5

关键词:民族植物学;知识背景;植物学;课程教学

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)18-0280-03

植物学是一门古老的科学,古希腊亚里士多德的学生提奥夫拉斯图斯被视为植物学的创始人。公元前300年他在哲学原理基础上对植物进行分类和描绘[1]。19世纪中叶,李善兰与外人合译的《植物学》传播了近代植物学的基本理论,以后,我国才开始有了植物学的专门研究机构,大学也开设了植物学方面的课程。自然科学以及工程技术的渗透,促使植物学各分科的不断发展和更新[2],并形成了不少的交叉科学。美国植物学家哈什伯杰于1895年最早提出民族植物学的概念,即Ethno-botany,定义为“研究土著民族利用的植物”。美国民族植物学家福特(R.I.Ford)发展了这一定义,着重强调“人与植物的直接交互作用”这一核心[3]。在没受到科学教育等外界因素影响的前提下,人们已有的零散的对人与植物的相互作用的认识,即民族植物学知识,与人们在生活中同植物之间的关联程度有密切关系。笔者在教学实践过程中,逐渐体会到若能在植物学教学中合理、有效地利用学生的民族植物学知识背景,可为提高植物学教学质量和增强教学效果服务。

一、植物学教学的特点

植物学是生物类专业一门经典的专业基础课,它主要研究植物的形态解剖、生长发育、生理结构、分类、起源演化及与人类关系等[4-5]。对于高等师范院校生物科学专业的学生来说,它是大学低年级首先接触的直观性很强的专业基础课[6-7]。植物学不仅是学生学习后续专业课程(植物生理学、植物生态学、植物组织培养、植物资源学等)的基础,对于师范生而言,也是未来中学生物教学中可以运用的重要内容[4]。因此,应该充分认识植物学教学的鲜明特点,以求在教学实践中有的放矢,游刃有余。

感性认识是理性认识的源泉,植物学教学的过程,需要使学生更多地接触自然实际,获得丰富的感性认识,进而整理、概括,得到有关植物的本质的认识。故植物学教学中应着重强调观察、比较和分析的学习方法;瑞士著名教育心理学家皮亚杰提出的建构主义认为,学习是学习者主动地通过新旧经验的相互作用来建构知识的过程。“兴趣是最好的老师”,故植物学教学需要培养和调动学生的学习兴趣;此外,生物科学(师范)专业着重培养掌握生物科学的基本理论、基本知识和实验技能,能够在中学进行教学和教学研究的教师、教学研究人员。中学生物教学活动中的课堂实验、课外实践、科技活动等都有赖于带队老师的生物学专业素养和知识功底。故植物学教学应契合人才培养的目标,夯实学生的专业知识储备,提升实际运用能力。

二、民族植物学知识背景的利用对于植物学教学的启发

知识经济时代世界各国都把高等教育作为教育的重点。我国高等教育按专业培养人才,地方高师院校中生物科学专业旨在为基础教育输送更多有用人才。但要注意到,植物学具有名词术语繁多、概念抽象、实践性强、实验材料的季节性强等特点。如何使之与时代需求和发展相适应是目前植物学教学中的重要任务[7]。合理、有效地利用学生的民族植物学知识背景,对促进植物学教学具有很好的效果,可以体现在以下几个方面。

1.利用民族植物学知识背景可增强植物学教学效果。植物学的教学对象具有生物学的基本常识,对于生活环境中的各种植物,尤其是有花植物具备不同层次、水平的认识。在将这些认识系统化,传授和强化科学知识的过程中,民族植物学内容是最“接地气”,最能增强教学效果的。在种子植物形态解剖部分的教学中,许多知识点的讲授、课堂互动的形成中,均可见一斑。例如,桔子、花生、桃、玉米、苹果等均是常见可食植物的果实。学生成长过程中接触上述大小、形状、颜色各异的植物种子所形成的感性形象,无疑对于理解它们千变万化的外表背后共有的或极相似的内部构造很有利。再如,许多植物的变态营养器官是人类利用的主要部位或有用成分的主要来源。餐桌上见到的萝卜、胡萝卜都是变态根;马铃薯、洋姜则均为块茎;以洋葱、大蒜调味是利用了它们的鳞茎或鳞叶间的腋芽。运用这些贴近生活的实例,有助于学生更好地学习掌握植物器官各部的形态和结构。

另外,孢子植物及种子植物分类部分的教学中,可将民族植物学知识,即关于“人与植物的直接交互作用”的知识,紧密地结合至各个植物类群的教学内容中去。被子植物种类众多、规模庞大,了解和掌握代表类群的重点特征一直是教学的重点和难点。单纯、机械的文字描述的堆砌,有碍于学生对植物类群的形态特征的认知和植物进化演化规律的把握。结合民族植物学知识,将教材中平面化的“植物”立体化,是优化植物学教学的一种良好尝试。例如,被子植物分类的不同科中,禾本科包含了人类的粮食作物中的绝大部分种类,如小麦、水稻、玉米、高粱等;十字花科中有多种植物为常见蔬菜,花椰菜、大白菜、小白菜等为极佳的代表;同时常见于餐食的还有茄科的辣椒、茄子、西红柿、马铃薯;葫芦科的丝瓜、冬瓜、黄瓜、苦瓜等;另外,极大地丰盈了水果世界的蔷薇科,囊括了梨、苹果、桃、杏、李、樱桃、枇杷、覆盆子等很多种类。在药用植物的宝库中,五加科、伞形科涵盖了很多药源植物,诸如,人参、三七、五加、当归、柴胡等。学生的民族植物学知识(关于“人与植物的直接交互作用”的知识)背景为植物学教学提供了良好的土壤。

2.运用民族植物学知识背景可创设良好植物学教学氛围。维果茨基的“最近发展区理论”认为,学生的发展有两种水平:一种是学生的现有水平;另一种是学生可能的发展水平,也就是通过教学所获得的潜力。两者之间的差异就是最近发展区。教学应着眼于学生的最近发展区,为学生提供带有难度的内容,调动学生的积极性,发挥其潜能,超越其最近发展区而达到下一发展阶段的水平,然后在此基础上进行下一个发展区的发展。植物学教学开始之前,学生所具备的民族植物学认识是零散的、模糊的,有些甚至是错误的,但合理利用他们的民族植物学知识背景却可为良好的植物学教学铺平道路。比如,在植物学实践教学中,针对蔷薇科植物金樱子,很多学生难以陈述它的营养器官的特征,但可以欣然讲述应于何时采集它多刺的果实,如何处理,之后熬糖、酿酒。巧妙、合宜地将民族植物学知识与植物学教学结合,可在轻松、愉快的氛围中开展教学,调动学生的学习积极性,“超越最近发展区而达到下一发展阶段的水平”。再如,很多学生自小喜欢吃山上的板栗,对于野外环境中与板栗果序外形相像的锥栗、茅栗也表现出很大的兴趣,因此可以在实践教学中,归纳讲述壳斗科(含物种板栗、锥栗、茅栗)的重点形态特征及常见种类的简单区分;另外,针对某些出现在同一小生境中的藤本植物,像何首乌、绞股蓝、乌蔹莓等,可以将各种类的识别特征、经济利用进行对比,使学生对所学习的目标植物有好奇心(如何食用、药用等),从而对相关专业知识保有深刻记忆。

3.借助民族植物学知识背景可提升师范生植物学知识应用能力。生物科学(师范)专业的培养对象很大一部分将来会成为初、高中生物教学的新生力量,地方高校的人才培养应服务于地方经济、文化、教育的发展。本科教育阶段,通过植物学教学对学生已有的民族植物学知识补充和丰盈后,将显著地提升其植物学专业素养。中学生物课程要求初任教师快速、高效地将教材内容与鲜活实例相结合,这使得植物学知识的就地利用能够展现最大的魅力。例如,编写中学生物校本教材。就植物在国民经济、生产生活中的作用而言,地方常见药用植物的分类、鉴别、利用、采收、种植等即为较好的校本教材素材。再如,中学生科技活动的实验设计。有针对性地选择地方经济植物、环保植物等作为实验对象,可以有效发挥植物资源优势,甚至为长远的开发应用提供创意。另外,中学生物实践教学。地方中学的生物教学天然地易于与植物学知识相融合,中学生的户外实践、夏令营活动等,均会对带队生物科任教师给出最直接、最真实的检验,因此,对未来中学生物教师的培养过程中,通过植物学教学对其已有的民族植物学知识进行完善和提升,对于巩固其已有的植物学专业知识,促进其理论知识灵活应用能力的提升,实现专业素养的扎实积累,均是意义重大的。

三、关于植物学教学中有效利用民族植物学知识背景的几点建议

植物学教学的主要目标是帮助学习者了解掌握植物的形态、分类、生理、生态、分布、发生、遗传、进化研究中比较成熟的结果,但同时,植物学教学也是将学生既有的零散、模糊的一些植物学常识进行抽提和升华的重要途径。在植物学教学中充分利用学生的民族植物学知识,既是植物学教学的需要,也是展现民族植物学的社会及文化价值的重要方式,对植物学发展进程中的文化传播有着积极的意义。

1.在植物学理论教学中合理地利用学生的民族植物学知识背景。植物学理论教学过程中,可将民族植物学知识结合到植物形态解剖部分、孢子植物和种子植物分类部分内容中。形式不必拘泥,如讲授植物的根这一营养器官时,可以学生小组为单位,预先收集所熟知的相关民族植物学信息(如对植物根的利用方式),整理汇总后,由任课教师在植物学教学中对结果评析、校正错误(如将变态茎看作根);再如,以个人为单位,将学生熟知的当地观花植物或蜜源植物的民族植物学知识集结,在课堂上形成口头报告,可为花部结构变化及与传粉昆虫关系的教学提供优质素材,同时也为锻炼、培养学生科研意识做准备。

2.在植物学实践教学中有效地利用学生的民族植物学知识背景。植物学实践教学过程中,可在当地的不同生物群落中、不同小生境里,借助学生的民族植物学知识,加深教学内容在学生头脑中的印象,达到传统教学无法匹敌的教学效果。如在带队野外实习过程中,若要介绍不同植物用途、形态、内部构造和进化演化方式,可以从民族植物学的视角,激发学生对植物学的学习兴趣,使其主动进行知识建构,以科学知识补充和完善已有的普通植物学知识。“人与植物的直接交互作用”要求人类的理性回归,在植物学实践教学中应传播建立和谐的人类与植物、人类与环境关系的正确理念。

3.借学生的民族植物学知识背景赋予植物学教学文化韵味。传统的理科专业课程教学中,文化气息往往较为稀薄,应着力注入更多的人文血液。植物学教学中,孤立地关注植物本身,而忽略人类在与植物相互作用的漫长历史过程中产生的文化积淀,势必难以收到良好的教学效果。因此,生物科学专业人才培养过程中,学生的人文素养的提升也是非常迫切和必要的。植物学教学应借民族植物学知识获得更多的文化韵味。人类文明史上几千年来传承的民间药物对传统医药文化的极大丰富;通过乡规民俗、禁忌等,运用宗教、信仰的力量崇拜和保护的某些植物、大片原始森林;热带地区经济植物蕴含的传统农业文化与当下社会发展的冲突等。植物学教学中应当充分发掘学生的民族植物学知识背景中的潜能,满足教学目标的眼前需要,助力文化气息的长远培养。

参考文献:

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[3]斐盛基.民族植物学[J].科学杂志,1985,37(2):23-32.

[4]周建良,刘炳荣,严岳鸿,何祖霞.论植物学课程建设[J].当代教育理论与实践,2011,3(1):103.

[5]陈东红,黄勇,阮颖.植物学教学改革的必要性与措施[J].现代农业科技,2014,(1):336.

篇6

[关键词] 代谢组学; 药用植物; 分析技术; 次生代谢; 代谢途径

Metabolomics research of medicinal plants

DUAN Lixin1, DAI Yuntao2, SUN Chao3, CHEN Shilin2*

(1.Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, China;

2.Institute of Chinese Materia Medica, China Academy of Chinese Medical Sciences, Beijing 100700, China;

3.Institute of Medicinal Plant Development, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union

Medical College, Beijing 100193, China)

[Abstract] Metabolomics is the comprehensively study of chemical processes involving small molecule metabolites. It is an important part of systems biology, and is widely applied in complex traditional Chinese medicine(TCM)system. Metabolites biosynthesized by medicinal plants are the effective basis for TCM. Metabolomics studies of medicinal plants will usher in a new period of vigorous development with the implementation of Herb Genome Program and the development of TCM synthetic biology. This manuscript introduces the recent research progresses of metabolomics technology and the main research contents of metabolomics studies for medicinal plants, including identification and quality evaluation for medicinal plants, cultivars breeding, stress resistance, metabolic pathways, metabolic network, metabolic engineering and synthetic biology researches. The integration of genomics, transcriptomics and metabolomics approaches will finally lay foundation for breeding of medicinal plants, R&D, quality and safety evaluation of innovative drug.

[Key words] metabolomics; medicinal plants; analytic technology; secondary metabolism; metabolic pathway

doi:10.4268/cjcmm20162202

植物在长期的进化过程中,产生了数量庞大、结构迥异的小分子代谢物。这些物质在植物生长发育和适应环境方面发挥着重要的作用,同时也是人类营养成分和药物的重要来源。药用植物是人类数千年来筛选出来的用于防病、治病的植物,我国药用植物有1万多种,约占中药资源总数的87%[1]。药用植物生物合成结构多变、活性多样的次生代谢产物,它们通常是中药材的药效物质基础,是新药、新化学实体的重要来源。同时,合成这些重要天然产物的基因,调控因子以及代谢网络更是一个尚未有效开发的巨大资源宝库。随着本草基因组计划(herb genome program,HerbGP)的实施[1],无疑将吸引更多、更新的生命科学技术的跟进,给药用植物次生代谢研究注入强劲动力。

代谢组学(metabolomics或metabonomics)旨在研究生物体或组织甚至单个细胞的全部小分子代谢物成分及其动态变化,进而在全局水平上解析代谢网络与调控[24] 。代谢组学是系统生物学重要组成部分,是从整体的层面上研究代谢变化。代谢组学从2000年左右提出概念,到现在(特别是最近几年)保持快速的发展势头(图1)。代谢物是中药发挥作用的载体,代谢组学在中医药复杂体系有着非常广阔的应用。截至写稿前,代谢组学在中医药领域发表526篇相关中文文献(CNKI检索结果),在中药材基原鉴别[5],药材道地性[6],药材的质量控制[7],中药炮制[8],中药有效成分研究[9],中药复方配伍[10],中药药效、药理评价[11],中药代谢及毒理评价[12],中药方证[13]等领域有着广泛的应用(图2)。

数据以“metabolomics” 或 “metabonomics”为关键词检索ISI Web of Science数据库所获得。

图1 代谢组学相关论文年发表数量统计

Fig.1 The annual number of metabolomics or metabonomics paper

数据以“代谢组学”为关键词检索CNKI数据库,限定“中药”和“药学”领域所获得。

图2 代谢组学在中药学和药学领域中文文献统计分析

Fig.2 Statistic analysis of the applications of metabolomics/metabonomics in traditional Chinese medicine

药用植物代谢组学是以药用植物为研究对象,采用各种分析化学手段,全局性分析药用植物小分子代谢产物,从整体上定性、定量测定基因或环境对代谢物的影响,从而解析代谢物的代谢合成途径、代谢物网络及调控机制。研究通常结合基因组信息,各种分子生物学和组学手段,如转录组学、蛋白组学、分析化学、化学计量学等手段。研究内容主要包括药用植物的鉴别和质量评价,药用植物品种选育及抗逆研究,初生、次生代谢途径解析,代谢网络、代谢工程研究及合成生物学研究等几个方面,最终为药用植物品种选育、创新药物研发和质量安全性评价奠定基础。本文主要介绍代谢组学技术的最新进展,及在药用植物代谢途径、代谢工程和合成生物学研究(图3)。

图3 药用植物代谢组学研究

Fig.3 The metabolomics research of medicinal plants

1 代谢组学分析技术进展

代谢组学研究的基本步骤包括:实验设计,植物栽培,取样,样本制备,衍生化,检测分析,数据分析,代谢途径或代谢网络分析。代谢物的种类和含量除受到遗传和环境两方面的影响,也与样本提取和制备关系极大。好的代谢组学分析,要保持各种实验条件一致。例如在分析突变体和野生型材料时,突变体要回交数代,保持遗传背景与野生型相同。还要在相同的条件下栽培,选取同一生理时期、相同组织部位的材料,代谢物提取方法要保持一致,这样的代谢组学数据才具有可比性。代谢组学技术在不断发展,研究热点多集中在各种新的分析检测技术的开发,海量数据处理软件的研发以及代谢途径、代谢网络、代谢数据库的构建等。下面重点介绍代谢组学技术近几年的研究进展。

多平台整合代谢组学分析,代谢组学技术主要包括核磁共振谱(nuclear magnetic resonance,NMR)平台和质谱(mass spectrometry,MS)平台。NMR具有简单的样品预处理、较高的重现性和良好的检测客观性等优势,但是质谱拥有较高的分辨率和灵敏度,对于植物这样复杂的样本尤其适合。由于植物代谢物种类十分庞大,据估计总数目在20~100万多种[14]。此外,代谢物极性相差巨大,有的初生代谢物与次生代谢物之间丰度相差超过105数量级。目前还没有一种代谢组学分析方法能完全覆盖所有的代谢物,单一的分析方法往往对不同的代谢物形成歧视效应。多个分析平台整合技术是目前单一分析技术的一种补充,达到对不同极性代谢物广谱分析。Dai等利用NMR和LCDADMS 分析3种不同栽培品种丹参Salvia miltiorrhiza Bunge cv. Sativa (SA), cv. Foliolum (SF) 和 cv. Silcestris (SI)的代谢谱,既能检测到丹参中的28个初生代谢产物,包括碳水化合物、氨基酸、胆碱、TCA循环和,又能发现丹参中的次生代谢产物,如莽草酸途径的丹参酚酸和重要的萜类成分[15] 。

拟靶向代谢组学分析,根据研究目的的不同,代谢组学研究策略分为非靶向代谢组学(nontargeted metabolomics)和靶向代谢组学(targeted metabolomics)。非靶向代谢组学也称为发现代谢组学,预先不知道哪些代谢物会发生变化,通过比较2组样本找出差异物质,尤其适合代谢标识物发现相关研究。其特点是分析通量高、覆盖代谢物广,但是数据稳定性、重复性及定量线性范围不如靶向代谢组学分析。靶向代谢组学特定针对一定数量的目的代谢物进行分析,方法精度高、测量准确,但是测定的代谢物范围有限,依赖对照品。拟靶向的代谢组学分析方法是最近开发出来的一种方法,它结合非靶向代谢组学和靶向代谢组学的优点。方法首先筛选非靶向代谢组学所能检测到的所有峰信号,然后不依赖对照品建立这些峰的靶向分析方法。拟靶向代谢组学方法兼顾方法的精度和广度。此外,拟靶向代谢组学分析可以克服非靶向代谢组学中多样本质谱峰提取、对齐等难点。目前建立了多种拟靶向代谢组学方法如拟靶向代谢组学(pseudotargeted metabolomics)分析方法[16]、广泛靶向代谢组学(widely targeted metabolomics)方法[1718],这些方法在筛选靶向物质时,筛选方法虽然有所不同,但目的是一致的。

消除质谱假阳性研究策略。随着高灵敏度、高分辨率色谱质谱分析仪器的迅速发展,代谢组学分析可轻松地检测数千种信号。与此同时也会不可避免地产生大量假阳性信号。这些信号包括生物来源和非生物来源两类。此外,即使对于生物来源的质谱信号,它们的峰面积是否与代谢物浓度之间存在较好的定量关系?在缺少有效的数据评价方法下,往往不容易筛选出真实的代谢标识物,或者筛选到假阳性代谢标识物。笔者采用混合所有生物样本的质控样本(quality control, QC)作为代谢物混合池,对QC进行逐级稀释,结合溶剂空白,提出5步峰过滤规则,区分假阳性质谱信号和评价每一个峰的定量能力(quantitative performance)。同时引入相对浓度指数(relative concentration index, RCI),结合QC梯度稀释曲线,建立所有质谱峰的定量校正模型。该模型不仅可以用于定量校正,而且可以将质谱峰面积归一化到RCI。该方法可以消除对照品组成的人工样本中92.4%的假阳性,消除生物样本中71.4%的假阳性质谱峰信号[19]。

质谱成像代谢组学分析技术,采用成像方式的离子扫描技术,原位分析代谢物在不同时间和空间的变化。可同时对多种分子进行原位可视化分析,从而将代谢物与组织形态学高度关联[20]。传统的代谢组学分析通常只能在均一化的样品或提取物中进行,但是,植物的各种细胞分化后具有不同的功能,特定的细胞和组织具有不同的代谢物特征。如丹参酮二萜合成基因CPS1和KSL1在丹参根木栓层异表达,木栓层异积累红色丹参酮类物质[21]。Kotaro Yamamoto等[22]通过整合质谱成像技术和单细胞质谱代谢组学技术,研究长春花茎的纵切面的质谱成像图,解析萜类生物碱合成的细胞特异性。单萜成分如马钱子苷和次番木鳖苷定位在表皮细胞中,该结果和前人报道的一致。以前报道RNA原位杂交显示大多数萜类生物碱在表皮细胞中合成,然而质谱成像结果显示多种萜类生物碱,如ajmalicine和serpentine,并没有在表皮细胞中积累,而是在异型细胞和乳管细胞中积累。质谱成像还发现了一个离子m/z 337.19也同萜类生物碱共定位在表皮细胞、异型细胞和乳管细胞中,推测它可能为长春碱类化合物或中间代谢物。作者还采用代谢组学数据手段,比较4种组织细胞中的代谢物谱的差异,在主成分分析(PCA)模型中可以区分这4种不同类型的组织细胞,而且可以发现不同组织细胞中的差异代谢物。作者还通过单细胞质谱分析,定量比较了4种组织细胞中萜类生物碱的含量和分布,PCA分析结果与质谱成像结果相似,异型细胞和乳管细胞积累相似的化合物,而与表皮细胞和薄壁细胞中积累的代谢物有所不同。

2 药用植物鉴别和质量控制的代谢组学研究

我国药材种类繁多,资源丰富,然而来源复杂,品种混淆厉害。仅《中国药典》2000 年版收载的534种中药材,即有143 种中药为多基原(二基原以上)。中药材基原品种的真伪、正宗与否,关系到该味中药的确切疗效和疗效的重现性,进而直接影响到中药制剂的质量。即使是同种药材,由于自然条件的不同,药材产量和质量也不相同,临床疗效也有相当大的差异,由此产生了“道地药材”。同时,野生与栽培药材以及不同生长年限的药材也都表现出了质和量上的差异。DNA分子标记技术,如RAPD,RFLP,很好地用于遗传多样性研究以及正品与伪品等种以上分类单元的鉴定。同时,由于DNA分子标记不受生物体发育阶段的影响,无法鉴别不同生长年限的药材,对同基原(基因型)的野生与栽培药材的鉴别也存在一定困难。植物代谢组学主要是对特定条件下代谢表型(metabolic phenotypes 或 metabotypes)以及这些表型与基因型之间联系的研究。植物次生代谢过程及代谢物的积累受到自身和环境中各种生物和非生物因素的调控,通过代谢组学研究不仅能够深入理解植物与环境的相互作用,了解植物自身基因的功能,植物代谢网络与代谢调控,还能揭示植物表型与植物生长、发育及生物多样性之间的关系。笔者将DNA分子标记技术及代谢组学技术相结合,用来鉴别中药材蒙古黄芪和膜荚黄芪。这2种黄芪植物形态非常相似,仅存在荚果有毛无毛的细微差别,它们的分类学地位仍然存在一些争议。DNA分子标记AFLP技术显示蒙古黄芪和甘肃的膜荚黄芪聚在一起,说明蒙古黄芪与甘肃的膜荚黄芪亲缘关系较近,结果支持蒙古黄芪是膜荚黄芪变种这一分类结果。而GCTOFMS代谢组学分析可以区分这2种黄芪,显示2种黄芪的代谢组存在一定的差别。通过主成分分析,找到2个品种,不同生长年限和地域差别的差异代谢物,这些代谢物可能与黄芪的生境相关[23] 。刘悦等[24]将代谢组学技术与DNA barcoding技术相结合,区分3种不同的沙棘,江孜沙棘Hippopahe gyantsensis Rousi、肋果沙棘H. neurocarpa S. W. Liu & T. N. He和沙棘H. tibetana Schlechtendal。甘草为常用大宗药材,药食兼用品种,年需要量约6万吨左右。美国NIH中心的Slmmler等[25]采用基于DNA barcoding和代谢组学的方式,对甘草中3个种及其他种的变种共51个商业获得的样本进行了分析。代谢组学分析采用1HNMR和LCMS结合的手段进行,所得数据采用非监督方式主成分分析(PCA)和监督性分析典型判别分析(CDA)。结果显示,结合DNA barcoding和代谢组学技术,除了能明显区分出甘草、胀果甘草、光果甘草3个种,还能区分出不同的杂种及不同种的混合物。《中国药典》规定柴胡有2个来源:柴胡Bupleurum chinense DC. 或狭叶柴胡B. scorzonerifolium Willd.的干燥根。按性状不同,分别习称“北柴胡”和“南柴胡”,其中“南柴胡”又称红柴胡。无数学者采用色谱含量测定或者色谱指纹的方法区分二者,但均未能明显区分。秦雪梅教授和荷兰莱顿大学Verpoorte教授小组[26],采用基于核磁的代谢组学方法将2个种明显分开,找到了区分2个种的化学标志物。“北柴胡”含有高含量的柴胡皂苷a及其类似物,而“南柴胡”含有高含量的挥发油、柴胡皂苷b1及其相同骨架的皂苷。该结果体现了核磁技术在化合物结构辨识方面和中药品种鉴定方面的独特优势。

3 代谢组学与药用植物代谢途径研究

生物合成途径是药用植物次生代谢研究的核心内容,相对初生代谢,次生代谢在植物进化过程中呈现出代谢多样性的特点,在植物类群异性分布。植物次生代谢一般通过关键的环化酶或合酶形成基本骨架,如萜类环化酶形成二萜、三萜的基本骨架,然后通过各种修饰酶,如P450氧化还原酶、UGT糖基转移酶、OMT甲基转移酶、卤化酶等,增加基本骨架结构的极性,引入杂原子等活性基团,使得终端产物呈现出结构多样性的特点。由于极性的增加,使得终端产物可以积累在植物细胞中[27]。丹参酮是丹参中具有活血化瘀的重要药效物质,丹参酮属于不饱和的二萜类天然产物。高伟等首次克隆并功能鉴定了丹参酮生物合成途径中2个丹参酮特有的二萜关键环化酶SmCPS和SmKSL,通过RNA干扰的方法抑制了SmCPS的表达,导致丹参酮类成分在丹参毛状根中明显下降。不同于裸子植物,被子植物丹参酮二萜合酶为单功能酶,需要SmCPS和SmKSL协作催化GGPP到丹参酮二烯[28]。崔光红等对丹参基因组序列中的7个二萜合酶基因进行系统的功能鉴定,综合利用基因表达谱、RNAi干扰,阐明SmCPS1控制着根部丹参酮类化合物的生物合成。通过代谢组学技术(LCMS和GCMS)对比转基因RNAi干扰植株与野生型植株的代谢谱,通过主成分分析能够非常清楚地区分这2组植株。LCMS代谢组学分析发现40个差异代谢物,通过比对自建的丹参次生代谢物数据库、精确相对分子质量匹配、MS/MS分析、对照品比较,鉴定其中20个差异代谢物。从GCMS得到28个差异化合物,在NIST数据库检索,相似度在800 以上的有12个,对照品比对鉴定其中8个。结果显示SmCPS1受到抑制后积累的大量二萜化合物底物,鉴定的20个代谢物均为典型的松香烷型丹参酮类结构,另外3个为重排的松香烷型结构,分别为przewalskin和salvisyrianone,以及二聚体neoprzewaquinone。通过代谢组学和RNAi干扰技术,发现丹参酮类化合物的生物合成途径并非简单的直线型模式,而是形成复杂的网络结构;通过RNAi干扰还发现大量未知的二萜类化合物[21,29]。

随着首个药用植物――丹参基因组框架图的完成[30],将进一步推动丹参成为模式药用植物,也为系统揭示丹参次生代谢奠定坚实基础。目前,在多数植物无法进行全基因组序列测定的情况下,转录组研究已经成为分离和克隆新基因及基因功能研究的重要手段之一[31]。Gao Wei 等使用UPLCDADQTOFMS非靶向代谢组学技术分析银离子诱导的丹参毛状根,鉴定了5个明显差异的丹参酮类代谢物。转录组分析鉴定了6 358个差异基因,通过分析明显上调的富集基因,预测了70个候选的转录因子和8个P450氧化还原酶,它们可能与银离子诱导的丹参酮类物质合成相关[32]。

传统分子生物学手段克隆、验证代谢功能基因,是一份具有挑战的工作。基于联锁关联分析的代谢组学分析成为大规模、高效定位代谢物合成基因的新手段。在植物学研究领域,全基因组关联分析(genomewide association studies, GWAS)是在全基因组范围内筛选不同遗传差异个体分子标记的基础上,分析表型相关联的分子标记位点。GWAS广泛用于人类疾病与植物复杂农艺性质遗传基础的解析。GWAS结合代谢组学技术(metabolic GWAS, mGWAS)则用以解析代谢物合成的遗传机制,即代谢合成及调控的基因位点。Chen 等对524份自然栽培水稻品种资源(含有642.877万的SNPs分子标记)进行LCMS代谢组学分析,得到840多种代谢物,并检测到2 947个主效SNPs,共634个遗传位点。通过遗传和生化分析鉴定了其中5个黄酮合成的候选基因[3334]。黄瓜中的苦味物质是一类称为葫芦素,高度氧化的三萜衍生物,葫芦素类三萜普遍存在葫芦科植物中,作为抗癌药物使用。尚轶等通过GWAS分析115份黄瓜种子资源,发现了与黄瓜叶片苦味紧密连锁的SNP位点,通过体外酵母表达鉴定了黄瓜中苦味物质葫芦素C合成的关键三萜环化酶。通过共表达分析,鉴定了一个存在黄瓜基因组中的基因簇(gene cluster)。组合表达三萜环化酶和下游的P450氧化还原酶,通过靶向代谢组学分析,最终鉴定了2个P450和1个酰基转移酶的生化功能。此外,还解析了2个分别在叶和瓜里面特异调控葫芦素C合成的转录因子[35]。

4 代谢组学与药用植物代谢工程和合成生物学研究

目前药用植物鉴定的代谢途径还不是很多,代谢网络的研究鲜有报道。同位素标记方法结合代谢组学分析,可以较好地研究次生代谢网络。如添加稳定同位素13C标记的甲羟戊酸(萜类合成前提)到植物,通过非靶向代谢组学手段比较同位素标记的植株与野生型植株,可以研究植物萜类的代谢途径和网络。药用植物代谢工程主要通过基因工程的手段将代谢途径中的关限速酶、代谢途径转移到工程化的酵母或植物细胞系,调节代谢的流向,针对性地提高目标代谢物的含量。抗癌药物紫杉醇的代谢工程研究较多,Ajikumar等首先优化大肠杆菌上游途径IPP的生物合成,提高大肠杆菌IPP合成的8个步骤中的4个限速酶的表达量,使得大肠杆菌大量生成IPP。之后将植物中紫杉醇合成途径中的GGPP合成酶和紫衫二烯(taxadiene)合酶导入到前面构建的工程菌中,优化催化酶的密码子和表达水平,使得大肠杆菌中产生1 g・L-1的紫衫二烯,产量是没有经过优化菌株的1 500多倍[36]。药用植物合成生物学研究跨越了物种各自进化的代谢途径,通过挖掘代谢物合成的各种生物元件,通过人工组合、设计,产生非天然的产物或新的代谢途径,再导入底盘细胞规模化生产目的产物[37]。无论是代谢途径解析、代谢工程研究或者合成生物的研究,代谢物分析,代谢组学分析都是必不可少的研究工具。

5 药用植物分子育种与抗逆代谢组学研究

我国野生药用植物种质资源丰富,但是由于常年栽种和消耗使得许多药用植物品质出现下降,好的资源濒于枯竭。传统育种一般通过植物种内的有性杂交进行农艺性状或品质的转移与改良,如提高药用植物的抗性,提高药用植物有效成分的含量,提高产量等,这类方式存在育种周期长、遗传改良实践效率偏低的缺陷。分子育种技术通过利用控制目标性状的功能基因和调控元件,可以有效提高目标性状改良的效率和准确性,实现了由表型选择到基因型选择的过渡[38]。作物分子育种研究较为深入,Wen Weiwei通过mGWAS方法,分析了种植在多个区域702个玉米品种的983个代谢物,定位了1 459个代谢物遗传控制位点。通过突变和转基因分析进一步验证了其中的2个代谢基因,为分子育种提供了目标[39]。代谢组学还广泛应用于植物抗逆、抗病的代谢机制研究[40]。唐惠儒小组[41]采用代谢组学研究了水分流失导致的逆境胁迫对丹参根中代谢产物的影响,以冷冻干燥为参照,比较了晒干和阴干2种干燥方法的影响。结果显示水胁迫导致了丹参中代谢物轮廓发生显著的变化,晒干和阴干均显著提高了丹参酮含量,阴干提高了莽草酸途径中酚酸类成分的含量,而晒干降低了该类成分的含量。CarmoSilva等[42]采用1HNMR和GCMS代谢组学方法,比较了干旱胁迫和正常水分条件下生长的狗牙根Cynodon dactylon L.Pers.的化学物质群,验证了氨基酸在干旱胁迫下发生累积外,还新发现了一种特殊的非蛋白质氨基酸在干旱胁迫条件下特异地累积。总之,代谢组学作为一种手段可以广泛地应用于药用植物研究的方方面面。

6 问题与展望

代谢组学是从整体上分析所有小分子化合物的一门技术,在中医药各个领域有着广泛的应用。药用植物蕴含着结构丰富,有应用价值的天然产物,同时也意味着药用植物拥有许多独特的代谢基因,从基因资源和代谢多样性角度上讲,要比模式植物拟南芥和水稻更有研究价值。随着合成生物学的兴起,将会有更多的机会挖掘和利用药用植物。无论是药用植物的鉴别,质量控制,代谢途径解析,代谢工程和合成生物学研究,都离不开代谢物分析和代谢组学分析。然而代谢物的含量受到诸多因素的影响,包括遗传、环境、存储、制备、分析等各个环节的影响。同时,中医、中药是极其复杂的体系,很难单独通过某一种技术,一个实验来说清楚,犹如盲人摸象,未来需要从更多层面上系统地解析中医药中的各种问题。比较模式生物,中医药代谢组学研究还缺乏基因组信息,缺少合适的遗传材料、人工群体、自然群体等。随着技术的发展和进步,代谢组学必将朝着更加精细化的方向发展,代谢物的定量、定性分析将更加准确,各种原位分析,单细胞分析技术将更加成熟。

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篇7

[关键词]分子生药学; 中药材; 新形势; 人才培养; 教学

Teaching research of Molecular Pharmacognosy for talent development

in industry of Chinese medicinal materials under new situation

GUO Wanli*, QI Zhechen, ZHANG Xiaodan, SHENG Qing, LIANG Zongsuo*

(Key Laboratory of Plant Secondary Metabolism and Regulation of Zhejiang Province,

College of Life Science, Zhejiang SciTech University, Hangzhou 310018, China)

[Abstract]The industry of Chinese medicinal materials is going through another highlevel development stage with some important files issued by Chinese government in the past months, such as "the protection and development plans of Chinese medicinal materials (20152020)" and "the strategic development plans of Chinese medicine (20162030)" In addition, the effect of "TU Youyou" will not only improve the industry development, but also indicates the increasing international competition intensely Therefore, one of the core problems of the sustainabledevelopment industry is the training of senior talents under the "New Situation" with opportunity and intense competition As one of the forefront courses of Chinese Pharmacology, Molecular Pharmacognosy (MP) is a new interdisciplinary science, which integrates the pharmacognosy and molecular biology, and combines many discipline theories and technological systems MP not only inherits the traditional concepts,but also makes up for the shortages of pharmacognosy, and improves the development of pharmacognosy Thus, these are importance of MP for cultivation of senior talents, and also the difficult teaching points of MP with no unified teaching mode We will, in this paper, discuss the possible teaching modes through several aspects for talent cultivation and meeting the needs of social and industry development, such as teaching state of MP, the education of undergraduate and graduate students, social identity, and self renewal of curriculum theories and practice.

[Key words]Molecular Pharmacognosy; Chinese medicinal material; new situation; talent cultivation; teaching

《中药材保护和发展规划(2015―2020)》中明确中药材是“关系国计民生的战略性资源”,阐述了指导思想、基本原则、主要任务等内容(http://wwwgovcn/zhengce/content/201504/27/content_9662htm)。保障规划顺利实施的关键之一是中药材产业人才的培养,例如中药材相关的分子鉴定、地理资源、次生代谢物及其调控、生物工程、生态等人才的培养和储备。另一方面,随着社会生活条件的改善,“健康”问题显的尤为突出,社会对中药材的需求量逐年上升,如何规范中药材产业,保障中药材的品|和资源保护等都对人才培养提出了更高的要求(http://wwwgovcn/zhengce/content/201505/07/content_9704htm)。另外,科学家屠呦呦获得诺贝尔奖(2015)不仅说明青蒿素的发现是中西医医药理念的有机结合案例之一,也让世界再次认识和接纳中药的神奇,必将促进中药的国际出口规模,国际竞争将更加激烈。在未来中药材产业机遇与挑战共存的国际大环境下,人才的培养显得尤为重要。

1995年,黄璐琦提出分子生药学(Molecular Pharmacognosy)的概念[1],6年后出版专著《分子生药学》第1版,标志着“分子生药学”这门生药学分支学科的诞生,为生药学领域理论和技术的革新提供了系统的框架[2]。2006年和2015年又分别发行第2版和第3版,每一版在内容方面都有非常多的更新,说明分子生药学这门新兴学科发展迅速,并衔接前沿,能快速融入新的知识和理念,逐渐形成自己的特色。该学科主要涵盖濒危中药资源的遗传多样性和保护策略研究、药用植物分子系谱地理研究、道地药材形成的分子机制研究、药用化学成分生物转化及分子机制研究、植物分子育种研究、药材基因组学、合成生物学等内容。2012年,Springer出版社出版的《Molecular Pharmacognosy》标志着分子生药学学科进入国际视野。《分子生药学》高等教育教材也于2008年出版,先后有20多所院校采用该教材开设了本科生和研究生课程[3],并有很多中医类大专院校将其设置为中药学相关专业必修课程,提出了各种教学模式和方法,如PBL教学法(ProblemBased Learning)[4]、启发式教学和参与式教学[5]、开放性实验教学[6]等。然而,这些多基于特定情景下的教学探讨,如何从全局、新“形势”下认识分子生药学教学的重要性是培养高标准人才的关键,即把握全局、具体应对、因材施教和因条件施教等。

因此,本文主要从分子生药学教学的整体现状、优势和不足,本科生和研究生教学的模式、方法,如何加速增进分子生药学的社会认同,分子生药学课程的理论和实践更新等几个方面探讨分子生药学在中药材产业高级人才培养中的作用,以期进一步推动分子生药学和生药学的发展,为未来中药材产业的发展与挑战培养和储蓄人才。

1分子生药学教学现状、问题和建议

1995年以来,我国20多所院校开设了分子生药学课程[3],尝试各种教学模式和方法,众多教师为了分子生药学的发展群策群力,因此,该课程的发展势头强劲,特别是2008年《分子生药学》高等教育教材的出版,为该课程的本科生授课提供了蓝本,包括沈阳药科大学、北京大学、复旦大学、华西医科大学等,2014年,浙江理工大学制药专业设置了该课程。尽管该学科在短时间内取得了巨大的成就,但作为新兴的边缘交叉学科,其学术、教学和社会的影响还不能适应快速发展的中药材产业,导致产业的研发水平、长期经营战略和高级人才的短缺。因此,专业人才的培养是推动学科和产业发展的源动力。

分子生药学的教学主要存在授课内容和教学模式2部分。从授课内容来看:①分子生药学是高度交叉的综合学科,教师知识面的广度和深度直接影响教学的效果,例如生药学背景的教师,她可能对中药的传统识别、栽培、生化鉴定等比较熟悉,但对分子鉴定、基因组学、代谢调控等相对陌生,这样的教学效果不是很理想。如果多学科老师一起上这门课可能克服这个问题;②师资队伍规模较小,缺乏有效的交流机制。从2012年开始,每年都有“分子生药学暑期研讨会(国家中医药管理局分子生药学继续教育项目)”,至今已经举办5届,参会人数和会议水平逐年快速提升,大大促进了分子生药学学科的迅速发展。美中不足的是其频次、规模和影响力有限,对总体教学水平的提升显的略微不足。建议该会议扩大教改交流的范围,提升交流的水平;③分子生药学授课内容与其他课程交叉,要求具有较好的专业基础。无论是选修课或必修课,学生最好在生药学、分子生物学、遗传学、细胞生物学等基础学科预修后学习分子生药学才能达到最好的效果。从教学模式来看:①教学模式和教法相对单调。该学科发展历史较短,如何有效开展教学是其发展的内动力,吸引学生的兴趣和注意力是关键,这也是教学模式和教法所能起的重要作用之一;②实践课程的缺失。分子生药学是多学科交叉课程,其原理和技术相对复杂,实践课程能提高教学效果,但实践课程方面显的较为薄弱。另一方面,分子生药学大部分实验的周期都比较长,如何设计实验课是一项较大的挑战。

促进分子生药学教学发展的可能建议:① 成立分子生药学学会,下设学术、教学和产业分会,统一全国分子生药学学术、教学和产业交流会或研讨会;设立教学奖教金和教改项目(分子生药学暑期会议已经有教改项目,是否在资金充裕的情况下增加资助力度),在学会层面开展分子生药学教学竞赛、教学模式和教法的研究。推广中国中医科学院中药资源中心开放课题“分子生药学课程建设”的优秀成果;②编纂分子生药学相关的辅助书籍,例如:《分子生药学生物技术原理与应用》提供原理支撑和技术的推广应用,《分子生药学案例解析》为学生或研究人员提供典型案例,拓展成功模式,增强相关原理的理解和应用,以及实验辅助教材等等;③分子生药学开课的高等大专院校或研究机构应根据本单位课程的特色调整分子生药学的授课内容,避免大量重复,学生预修专业基础课程后再授课;④合理安排实践课程,一方面根据具体情况开展实验课程,一方面带领学生参观有一定规模的中药企业的生产和研发部门;⑤加大社会和中药材行业的宣传力度,着重该学科人才培养的就业前景,对社会和产业未来发展的重要作用,特别是一些典型案例,如天士力的人才战略等。

2本科生和研究生教学

全国能开分子生药学课程的机构主要是有生命科学学院的综合类大专院校、医药(含中医药)和农林相关的专业类大专院校,中科院相关的研究机构(表1)。这些单位的教育目的、教师水平、教学资源、办学侧重点等存在较大的差异,从而导致分子生药学的教学模式存在较大的差异,另一方面,学生的学习氛围、基础等也是千差万别的。因此,分子生药学的本科教学最好根据这些实际情况做相应的教学调整。

学校类型学生类型选修学期授课侧重点授课方式综合类大专院校本科生3年级下学期及其后生药学、分子标记等专题和案例研究生(T博)1年级生药学、次生代谢等案例农林类大专院校本科生3年级下学期及其后生药学、分子生物学等专题和案例研究生(硕博)1年级生药学、分子生物学等案例医药类大专院校本科生3年级下学期及其后分子标记、次生代谢等专题和案例研究生(硕博)1年级分子生物学等案例研究机构研究生(硕博)1年级生药学、分子生物学等案例

综合类大专院校生命科学学院已经开设分子生物学、细胞学、生物化学等基础课程,这里重点放在生药学、分子标记、植物化学、植物次生代谢等的学习,授课内容可分为原理、应用2部分,授课形式以专题和案例可能更好,例如人参、长春花、丹参等的系列案例,例如丹参的资源谱系、分子鉴定、亲缘地理、道地性和多样性、次生代谢物合成和调控、转基因和发根生物反应器、生物合成、组学和基因功能等。该类大专院校学生综合专业基础较好,适当增加分子生药学的授课深度为佳,在讲授原理和技术的同时把该学科的研究思路、策略和个案融入授课当中,可提高学生对本学科广度和深度的认知,同时培养学生的科研设计能力。

农林类大专院校的教学重点在种质资源、育种、栽培、畜牧养殖等学科,建议老师们结合这些学科把分子生药学的授课重点放在生药学、分子标记、分子生物学和次生代谢等领域的学习,把分子机制基础与案例分析相结合的授课模式可能更好,拓展学生的知识范围。另一方面,如能把分子生药学的原理和技术与其专业学科结合,则能培养该领域的高级人才。例如中药材的分子标记和代谢谱检测辅助育种(中药材品种选育和定向育种是其种植业的瓶颈)、种源的谱系分析、生物工程育苗、中药材品质鉴定的分子基础等。从而推动中药材产业链上游种植和初加工产业的发展。

医药类大专院校的生药学、药物化学、药理学、医学、临床等专业基础知识较扎实,分子生药学的授课侧重点在药用植物学、分子标记、次生代谢等理论的学习。老师可结合这些特点,培养学生从这几个方面挖掘中药材药效和药理的科研能力显得较为重要。这方面人才的培养不仅能促进中药新药效的挖掘,同时带动该产业链其他产业的发展,如种植业、加工业等。

由于分子生药学是多学科交叉学科,其专业基础课包括植物学、动物学、微生物学、遗传学、细胞生物学、生物化学、分子生物学、组学等,其原理和技术相对复杂,建议学生在大学3年级上学期及其后(修完专业基础课)上这门课。如果学生在学习分子生药学时发现有些基础课缺失,需要自学补充,降低学习的难度。另外,除了非常关键的原理和技术,建议采用专题的方式授课,例如中药材分子鉴定、药材道地性的分子诠释、药材亲缘地理学、中药的组学、中药资源保护和利用、中药次生代谢及其调控等理论学习;筛选出10~20种中药,对其分子生药学相关的知识进行整理,形成案例专题,如人参、长春花、青蒿、红豆杉、丹参、灵芝、甘草、三七、水蛭等。不同高校可以根据所处地区中药的特点进行选择性授课。除了授课,根据具体情况实施实验课程、实地参观和实习;实验最好安排成大实验或综合类实验。

研究生(硕士或博士)具备了相对扎实的理论和技术基础,具有自学和相对独立的实践、创新能力,建议采用案例的方式传授分子生药学课程(表1),根据相关单位的科研案例,特别是分子生药学的前沿课题,如果同时安排某一主题的实验(实验与授课周期一致),则能取得更好的授课效果。例如中国中医科学院中药资源中心可以从丹参酮合成生物学、组学、中药材的分子基原鉴定、DNA条形码[成功案例:博奥晶典蕲蛇和乌梢蛇PCR鉴定试剂盒(QS2015050101)]、中药材的分子鉴别等展开;浙江植物次生代谢调控重点实验室可以以丹参的资源鉴定、丹酚酸和丹参酮生物合成途径及其调控、非编码RNA、组学等开展研究生的授课等等。

分子生药学的前沿性和前瞻性为研究生提供了广阔的发展空间。如果能把课程与研究生的选题和研究方向结合起来进行,则能深化课程的教学效果,有针对性地培养高级人才。特别是学生展示自己的选题和研究方向后,老师能给予及时的指导会有更好的教学效果。例如某种中药材定成分生物合成和积累机制的选题,可以从道地性或遗传多样性等角度指导学生分析不同种质资源间该成分的积累差异,推测不同生态因子对该差异的影响;或引导学生通过对该植物不同发育期成分差异的规律推测其合成的最佳季节或发育期。根据这些差异筛选该成分差异最大的株系,进行基因表达普差异分析或基因表达差异显示技术来寻找可能的候选基因。然后引导学生来验证候选基因的正确性,这里包括异源表达(拟南芥、水稻等模式植物的遗传转化)、基因沉默、基因敲除等。如果获得该成分生物合成途径基因,则指导学生采用合成生物学的理念进行人为可控的生物合成,最终达到产业化的目的。该指导过程中一系列的原理和技术指导也是必不可少的。当然,这只是分子生药学中的一隅,应根据学生的选题、实际情况给出具体的指导。

3分子生药学相关人才培训

社会和中药材产业还需要对分子生药学学科的重视度提高到新的层次。目前,国内中药材产业的技术革新、转型升级等的关键是技术、管理和监管的转型升级,其有效支撑是人才的培养,但国内中药材产业的总体特征是“小、多、低”(规模小、企业多、产业水平低),这些导致人才培养的缺失,普遍存在借鸡生蛋,却无力或不愿付出的侥幸氛围。如果分子生药学学会成立,即可在此范围内组织分子生药学原理和技术培训,包括产业培训和技术培训,前者是面对中药材产业技术人员的针对性培训,例如特定药材的分子鉴定原理和技术。技术培训包括高校教师、学生和产业人员的高级别培训,如中药系统生物学和组学的原理技术培训,主要面对分子生药学的前沿理论和技术。建议培训的教学方式是专题与实践并行,这样就能迅速推广某一特定新技术在研究和产业中的应用。在没有学会成立的前提下,该学科的倡导者及积极建设该学科的人员应有意引导相关的原理技术培训,起到宣传该学科和普及分子生药学知识的作用。

4分子生药学教学的社会认同

尽管分子生药学学科在短短20年间得到快速的发展,但存在的主要问题是理论与实践结合的较少,该学科对中药产业的贡献以及对中药种植行业等支撑的相关统计很少,即中药材产业上游栽培产业的应用等还缺乏说服社会的大量案例,指纹图谱的广泛应用是其成功案例之一。如何获得社会的认同可能需要以下几个方面:①专业的就业前景,如何引导社会对分子生药学专业学生的就业充满信心是得到社会认同的关键,《中药材保护和发展规划(2015―2020)》、《中医药健康服务发展规划(2015―2020)》和《中医药发展战略规划纲要(2016―2030年)》等国家发展规划就是分子生药学专业学生未来就业的可靠政策保证。例如浙江省《浙江省健康产业发展规划(2015―2020)》中提到2020年浙江省健康产业实现总值达1万亿元,可以想想能保证就业的空间有多大;②分子生药学引导中药材产业发展的能力,主要包括3方面,技术引导、科学管理和人才储备,这些能力建设是获得社会认同的硬指标;③分子生药学课程建设,人才培养,分子生药学是多学科交叉,很难把握教学的深度和广度,教师开课前一定要对所在单位所有专业课程进行调研,推出自己课程的特色,如果为了开课而开课,则会影响学生对分子生药学的认知,一旦开课,建议做到理论要深入浅出、拓展面要宽(举一反三)、前沿和基础理论为主、应用并重,说教为辅等,尽可能把分子生药学的内容形象生动地展示给学生;④建立“教”、“学”、“研”、“产”结合的学会、高校和研究单位等体系,经过若干年的发展,分子生药学必定深入社会和产业,获得认同。

5分子生药学课程理论和实践需要进一步完善

分子生药学的产生是传统生药学(资源形态气味细胞组织结构光谱分析等)发展极致的必然产物[7],2015年版《中国药典》收载薪蛇和乌梢蛇的聚合酶链式(PCR)鉴别方法[8]说明了生药的分子鉴别开始走向应用。然而,正如黄璐琦先生所言,该学科的理论和实践需要进一步加强和完善[2]。《分子生药学》第3版[9]的修订明显优于第2版,删除了“研究方法及其基本技术”(与分子生物学相关的部分重复)、“药用植物种子资源分子生药学研究”、“药用植物抗性基因工程研究”等章节,增加了“分子生药学的形成与发展历程”、“药用植物分子谱系地理学”、“药用植物功能基因组研究”、“药用植物的转基因研究”和“药用植物的分子育种研究”等章节,丰富了课程内容,增加了前沿热点研究信息。

在整个体系中已出版的分子生药学著作可分为3类:①专著,《分子生药学》第3版,重点在理论前沿;②教材,中国中药出版社本科生规划教材、人卫出版社研究生统编教材中增加了案例、思考题等;③技术原理与操作手册:针对每个领域,陆续出版了《中药DNA条形码分子鉴定》[10]、《中药分子鉴定操作指南》[11]、《中药资源转录组操作指南》[12]等。为了促进分子生药学的发展,建议:①增加对教学、研究、培训都有更高参考价值的案例;②生药学发展若干年,形成系统的理论和技术体系,加强从传统生药学吸收科学合理的理论,推动分子生药学的发展,反过来促进生药学的发展,形成学科相互促进的态势;③加强学术和教学交流,促进学科的科研和教学水平健康发展;④分子生药学的科普拓展;⑤分子生药学期刊的建设;⑥合理吸收西药和中药的理念,也就是西药精确单成分与中药多组分理念等,以及上文中提出的一些可能建议。强调的是,教学和科研走进企业,解决企业发展的问题是直接推动学科发展的原动力,这是分子生药学的理论前瞻性所决定的,即理论源于实践,服务于实践。

6展望

《中药材保护和发展规划(2015―2020)》、《中医药健康服务发展规划(2015―2020)》、《中医药发展战略规划纲要(2016―2030年)》等国家发展规划,地方性规划相继出台都为分子生药学学科的发展提供了肥沃的土壤。2015年屠呦呦因青蒿素的贡献获得诺贝尔奖,即提高了中药的知名度,也加速了中药材产业的剧烈竞争,尤其是国际寡头企业对国内企业的竞争压力与日俱争。很明显,分子生药学学科的发展即将为中药材产业的转型升级提供优质高水平的服务,尤其是人才的培养和储备。例如中药分子鉴定 (如DNA条形码、药用植物有效成分的生物合成、遗传转化等),中药有效成分代谢调控网络、植物育种和生物反应器、生物多样性与濒危药用动植物保护、中药分子谱系地理、中药道地性等研究领域都稀缺分子生药学专业人才。因此,分子生药学的学科交叉、前沿和拓展等特性使其肩负着“新形势”下中药材产业的人才培养重任和产业理论先导的作用。

[参考文献]

[1]黄璐琦.展望分子生物技术在生药学中的应用[J].中国中药杂志,1995,20(11):643.

[2]黄璐琦,肖培根,郭兰萍,等.分子生药学:一门新兴的边缘学科[J].中国科学(C辑:生命科学),2009,39(12):1101.

[3]玉侠,许海玉,佟岩,等.分子生药学教学调研分析及展望[J].中国中药杂志,2015, 40(17):3355.

[4]严玉平,吴兰芳,韩晓伟,等.《分子生药学》本科教学设计思路探讨[J].广东化工,2015,42(21):207.

[5]王学勇,刘春生.分子生药学的课程特色及教学初探[C].咸阳:中华中医药学会第十届中药鉴定学术会议,2010.

[6]王小刚,方进波,鄢佳,等.分子生药学开放性实验教学的探索与实践[J].中国中药杂志,2011,36(3):383.

[7]谢宗万.《分子生药学》评介[J].中国中药杂志,2001,26(3):216.

[8]中国药典一部[S].2015.

[9]黄璐琦,刘昌孝.分子生药学 [M].3版北京:科学出版社,2015.

[10]陈世林. 中药DNA条形码分子鉴定[M].北京:人民卫生出版社,2012.

[11]黄璐琦,袁媛. 中药分子鉴定操作指南[M].上海:上海科学技术出版社,2014.

[12]袁媛,黄璐琦. 中药资源转录组操作指南[M].上海:上海科学技术出版社,2016.

[收稿日期]20160720

篇8

关键词:专类 植物 景观 园林

一、专类植物园林的特点

以某一种或某一类观赏植物为主体的花园。专类花园按照一定的造园意图进行园林布局,选择的植物品种通常是观花植物,也有选择观叶植物和观果植物的;这些植物应有比较丰富的品种和变种。这种花园有种植同一种植物的,如牡丹园;有种植同一属植物的,如丁香园;有种植同科或不同科但具有相类似的观赏特征的植物的,如蔷薇园、多浆植物园。专类花园的最大特色是能充分发挥同一类植物的最佳观赏期和特性,除在花期以美丽的景色供人游赏和陶冶情操外,还可进行有关植物学、园艺学和园林学方面的科学普及教育,从事观赏植物的品种资源的收集、比较、保存和杂交育种等科学研究。

二、专类植物园林的价值

植物专类园是伴随着人类社会生产的发展而产生和发展起来的。今天的植物专类园不仅承担着专类植物的收集、引种驯化、濒危物种的保护等相关植物科学研究任务,而且也是供观赏、游憩及开展科普教育活动场所。现在植物专类园也逐渐成为城市文化和地域文化的象征之一。 本篇论文重点讨论了植物专类园规划设计的理论及方法,并把研究出的方法结合实践完成了山东沂州海棠园的规划设计。本文首先简述了国内外植物专类园的发展及研究现状,并提出了相关的研究方法,并提出了本论文研究的技术路线,其次不同专家学者对植物专类园的概念的理解及定义,然后分析了植物专类园的特征以及与植物园的关系,总结出来我国植物专类园的不同发展时期,以及每一个发展时期的特点及具有典型代表的植物专类园,在此基础上,提出了植物专类园不同的分类方法以及植物专类园所发挥的作用,并分析出了我国植物专类园的发展趋势。最后从植物专类园规划设计基础理论的探讨出发,从景观生态学、植物学和可持续发展等角度入手,提出了规划设计应该遵循的理念,分析出了植物专类园的规划设计的内容,并从专类植物规划、功能分区、景观规划等三个方面提出相应的规划设计方法

三、专类植物园林设计点

植物专类园林是指在一定范围内根据地域特点,专门收集同一个“种”内的不同品种或同一个“属”内若干种和品种的著名树木或花卉,运用园艺栽培技术和园林艺术,按照科学性、生态性和艺术性相结合的原则,构成的供人们游赏、科学研究或科学普及的园地。通过对植物专类园在关中地区的分布现状做了进一步调查与分析,着重介绍了专类植物园的特点、功能、专类园的现状及存在问题进行了分析与评价,提出了专类园设计与营造的发展对策,并对未来植物园的发展前景作以展望。根据理论研究与调查,进一步说明,植物专类园在园林艺术设计中的重要地位和作用,不仅可以用于科学研究,还可以展示本种植物的群体美和个体美,同时也为游人提供了游览休憩的场所。从而使人们更加了解专类植物展示和植物造景形式在园林中的重要地位。

植物专类园林是一种强调专类植物展示和植物造景的园林形式,应用日趋广泛。在对植物专类园、专类花园、植物园进行区别的基础上,明确了植物专类园的定义,并根据植物专类园的植物种类及表达的主题,将植物专类园分为四个类别。同时,特别针对中国植物园中的植物专类园进行统计,分析植物园中植物专类园的现状。植物园林的发展史就是一部人类从专类植物收集、扩大利用、进行保护到植物多样性保护的历史。如今植物园的功能是保护、科研、科普、游憩和开发,其中“保护”(即履行《生物多样性公约》的实践)分为“就地保存”和“迁地保存”。

在中国,园林中作专类植物布置的花园已有悠久的历史。《诗经》中的“桃之夭夭,灼灼其华”是桃园的写照。随着园艺事业的发展,历代文人的推崇提倡,介绍名花品种和栽培技术的专著的相继问世,专类花园推广开来。北宋《洛阳名园记》记载,天王院花园子有“牡丹数十万本”。在国外,古埃及园圃已有栽种葡萄、海枣等专圃的布置。中世纪欧洲较大的寺院庭园内多辟有草药园,其中也栽有观赏价值高的药用植物,如石竹、薰衣草、玫瑰等。这些植物集中栽于一角,开花时花团锦簇,可以说是专类花园的雏形。18世纪以后,随着社会生产、国际交往和生物科学的发展,有不少专类花园,如月季园、杜鹃花园、丁香园等能在园中展出来自世界各地的品种以及培育出的新品种。每年5月下旬,世界级的园艺盛会――切尔西花展就会在英国伦敦如期举行。来自世界各地的园艺爱好者和专业人士云集在这里,尽情地欣赏这个由英国皇家园艺学会主办、拥有80多年悠久历史的花展。展览会上,参展商纷纷展示各类园林花卉新品种,包括乔灌木、鲜切花、兰花、多浆植物、热带花卉、水生植物、蔬菜瓜果、香草、藤本植物、食虫植物等,其中深受英国人喜爱的多年生花卉(Perennials)更加突出,既有展示球根花卉或宿根植物多品种的综合性大展位,又有专门展示像玉簪属、鸢尾属、报春花属等专类植物的特别展位。整体给人留下眼花缭乱、目不暇给的感觉。这里仅管中窥豹地介绍一些新品种,藉以了解国外较高园林花卉育种和栽培水平。

四、结论

专类植物园林往往能够带来耳目一新的感觉,有些甚至还有震撼人心的效果。专类花园虽然在盛花期成为一时胜赏,但有些植物在花谢之后就景色全非。为此,可增选早花和晚花品种来延长观赏期,并用其他观赏植物作衬托,以达到既有一时盛景,又是四季如画。

参考文献:

[1] 武欣. 武汉城市乡村聚落植物物种组成与多样性研究[D]华中农业大学, 2010 .

[2] 郭一鸣. 全球白菜型油菜遗传多样性分析[D]华中农业大学, 2010 .

[3] 何小芳. 植物园水生植物区规划设计研究[D]华中农业大学, 2010 .

[4] 高伟. 四倍体棉种的遗传多样性分析[D]华中农业大学, 2010 .

[5] 郭晓丽. 大王滩水库集水区沉水植物分布特征及多样性研究[D]广西师范学院, 2010 .

[6] 王晓菡. 中国芍药品种遗传多样性SRAP分析和核心种质的初步构建[D]山东农业大学,

[7] 郝美彬. 山地型郊野公园景观规划设计研究[D]山东农业大学, 2010 .

[8] 杨培浩. 不同小麦品种的细胞遗传学研究及SSR遗传多样性分析[D]安徽农业大学, 2010 .

[9] 王小如. 杭州植物园植物景观分析[D]浙江农林大学, 2010 .

[10] 蒋燕锋. 厚朴遗传多样性层次变异规律研究[D]浙江农林大学, 2010 .

篇9

关键词:中医教学;质量;思考

Abstract:How to improve the quality of teaching is thinking problems for the medical colleges and universities.The teaching quality of high and low for the school is closed event of life and death,so in the teaching of TCM,through a variety of means of teaching,actively explore,and improve the teaching quality.

Key words:TCM Teaching;The quality;Thinking

中医学是以中国古代朴素的唯物论、辫征法为指导,通过形象思维建立在实践及反证基础上的理论体系。这就要求习医者通过阅读、观察、思考、领悟、体验、应用的方式,广泛学习和运用中医经典著作及历代医家的临床经验,借助形象思维在体验和领悟后,方可通晓中医学的深刻理论内涵。教学质量的高低对于学校来说可谓生死攸关的大事。所以,在中医教学中,通过多种手段教学,可以加强医德教育,坚持理论和实际相结合,采用启发式教学等措施,激发学生的学习兴趣,调动学生的主观能动性,提高学生分析问题、解决问题的能力,从而提高中医教学质量。

1.加强医德教育

医德是调整民务人员与患者、医务人员之间以及与社会之间关系的行为准则。它是一种职业道德,也是一般社会道德在医疗卫生领域中的特殊表现。医务人员与患者的关系是医德关系中主要的一个方面,医德的好坏直接关系着人命的安危。明代医家龚廷贤说:“病家求医,寄以生死。”说明医务人员与患者的关系是生死所寄、性命攸关的。因此,在医学基础课教学过程当中,我们不仅引导学生主动扎实学好专业基础知识,更应该引导学生牢固树立“尊重病人,服务病人”的医德观念,为医学生将来的工作打好医学伦理道德基础。因此,我们在中医学理论课堂教学中,根据医学专业基础知识的具体内容,结合医学前辈的高尚医德事迹,阐释具有高尚医德的医生对社会和个人的影响,使学生充分认识医德养成的重要性,自觉加强医德修养。

2.要坚持理论和实际相结合

讲课时一定要做到观点和教材相一致,选择有说服力的资料来解释理论观点是怎样形成的,向同学说明中医理论对中医实践的强大推动作用。教师在授课时一定要详细解释中医学中的基本概念和基本理论,尽量选用通俗易懂的言语,做到循序渐进、深人浅出,一定要多结合实例病案来加以说明。为了提高教学质量,要在理论课学习的同时,多为学生创造实践的机会,使理论与实践充分结合,适当地聘请临床医务工作者来校为学生传授临床经验,更多地组织学生深人医院、诊所,接触临床实践、参与临床实践,让枯燥的文字和病人联系起来,这样就能够加深学生对教材的印象,更好地掌握教材知识,进而提高中医的教学质量

3.采用启发式教学,让学生积极参与课堂教学

所谓启发式教学,是指教师在教学过程中根据教学目的,从学生实际出发,采用各种生动活泼的教学方法引导学生积极思维,充分调动学生学习的主动性和积极性,开发智能的一种双向活动。在教学中,应着重开发学生智力,有计划地引导学生思维,促进学生智力发展训练教学时,要结合讲授内容,联系学生原有的知识结构,提出难易适度的问题,引导学生始终处于积极的思维状态。如讲授脏腑辨证时,首先提出“肝气郁结的病理发展有哪些可能?”,学生自然首先结合他们已经学习的内容,进行思考。这样,通过不断地提出问题,解决问题,使教学过程环环相扣,层层推进。

4.教师要加强学习,增强创新意识和创新能力

不断地学习新知识、新技能,以适应不断变化的工作需要。中药学基础知识内容包括以中医基础理论、方剂学和中医诊断学为主的中医学知识和以药理学、化学、中药炮制学及药用植物学等为主的药学相关知识,学科交叉,内容丰富。只有自身具备较强的创新意识和创新能力,从实践中总结创新,自觉地将知识与创新能力思维结合起来传授学生。同时,及时发现学生的创新潜能,捕捉学生创新思维的闪光点,多层次、多角度地培养学生的创新意识和创新能力。

5.加强实践环节

中医学是一门实践性很强的生命科学,中医学走的是一条靠临床信息反馈而不断提炼成为理论的道路,离开了临床中医就失去了发展的源泉和动力。因此,加强实践教学环节是提高中医教学质量的关键之一。在教学安排上应增加见习实习时间,在实践教学基地建设上应加大投入,让学生在临床诊病治病中加强技能培养,注重稳固的中医四诊及辨证论治的理念和过硬的本领,训练中医特有的思维方式。在学习中实践,在实践中提高。让学生在侍诊、临证中目睹中医的疗效,体会中医理论的价值,激发学好专业的动力,树立继承发扬中医药事业的志向。

6.开展多媒体教学

多媒体技术和网络信息技术的出现,计算机辅助教学得到空前的发展,使我们的教学方法发生了很大变化,从传统的课堂以板书及口述为主的教学模式变成以图像、动画等多种方法的教学模式,从而改变了学生靠死记硬背、枯燥乏味的学习方法。变为直观面授,成为模拟环境中的真实感觉。这样大大提高了学生学习中医的兴趣。例如经络部分,采用多媒体技术后将经络的走行,循环规律,按模拟的方式展现在学生面前,既起到了直观教学的作用,又激发了学生的兴趣,进一步加深了学生对知识的理解和记忆。

7.强化教学管理

目前,许多高等中医院校教学管理工作还停留在以往手工劳动的水平,教学管理队伍中人员素质参差不齐,教学管理条件落后。因此,应重视并加强教学管理工作。具体来说,可以从以下几方而着手:第一,要提高教学管理人员的整体素质和理论水平,使整个管理队伍的工作模式从管理型转向管理研究型,鼓励、扶持教学管理人员承担或参与教学研究。第二,管理人员的职业培训应该经常化、制度化。教学管理人员的职业训练对于提高管理水平和更新观念非常重要。第三,改善教学管理的硬件环境,加强投入,必要的教学管理手段和设施应予以提供。第四,理顺教学管理体制,教学管理制度要逐渐健全和完善。(作者单位:湖北中医药高等专科学校)

参看文献

[1] 王小平.陆素琴.毛玉娥.等提高中医临床带教质量力法浅析[J].江苏中医药.2010(1):90.

篇10

Abstract: Medicinal chemistry is the basis of medicine. It helps students to master relevant knowledge and principle of chemistry and provides necessary knowledge for the subsequent learning so as to lay a solid foundation for realizing the professional training goal of medical subjects. This article analyzes the present situation and problems of higher vocational teaching of medicinal chemistry, and puts forward the corresponding countermeasures, which can effectively enhance the teaching quality.

关键词: 高职院校;医用化学;教学现状

Key words: higher vocational colleges;medicinal chemistry;teaching status

中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2014)08-0254-02

0 引言

随着就业市场就与实用型高素质人才的需求量不断增加,高职院校医学院校作为培养新型实用型医学人才的重要环节,也应当适应市场需求的变化进行教学改革。医用化学是基础课程,与其他的课程不同,其是联系化学与医学的纽带,既涉及到了化学知识,又包括了医学方面的内容,且医用化学的教学目的是为了给学生补充化学的知识,提高学生的综合素质。但目前高职院校医用化学的教学效果果较差,无法满足当前社会对于应用型人才的需求,因此高职院校应当改善教学形式,提升教学效率。

1 高职院校医用化学教学现状分析

近年来,高职院校医用化学教学取得了一定的成绩,但仍旧存在一定的问题。

1.1 教师综合素质较差 在高职院校中,医用化学课程的教师通常是化学专业出身,不具备医学方面的知识,在教学的过程中无法将化学与医学相融合,只重视化学方面的教育,不能有效的实现医学化学的教学目的,影响学生医学化学方面能力[1]。

1.2 教学式方法太过陈旧 在医用化学教学过程中,仍然采用了传统的教学形式,师生之间没有平等的沟通与交流,学生多采用听与记等形式学习,无法积极主动的参与到教学活动中。且课堂气氛较为沉闷,影响了教学效果,影响了学生学习的积极性。

1.3 学生基础较差 一些医学专科学校文理学生兼收,学生的化学基础程度不同,尤其是文科的学生,化学属于一门较为抽象的课程,在学习的过程中往往带有一定的抵触情绪。此外学生从高中进入大学生,学习方式发生了改变,且课程的难度增加,进度变化过快等,有会导致学生产生厌学心理。且学生在学习的过程中无法体会化学课程与医学课程的联系,只是将化学课作为独立的课程来学习,忽略了医学课程的学习。

1.4 课程内容较难 在教学过程中,由于高职院校的教材过于注重化学原理,忽略了医用技术,导致医用化学的系统性教学与基础医学相互矛盾,且一些学生之前的化学基础较为薄弱,将医学当做最重要的科目,对于医用化学中的化学理论与概念难以理解,例如游离基反映以及诱导效应等,对于高职院校的学生来说,较为困难,影响了医用化学课程的教学质量。

2 提高医用化学教学效率的措施

2.1 运用多种教学手段 根据教学心理学方面的调查研究显示,学生接受信息,仅仅依靠听觉能够收到11%的信息,听觉加视觉能够收到83%的信息[2]。而接受信息与记忆的关系是,只通过听觉能够记忆的知识为20%,只通过视觉能够记忆的知识为30%,而视觉与视觉相结合能够记忆的知识为45%。近年来,多媒体技术以“声、图以及形”三种特点在教学中发挥了极大的作用,充分的利用了人们学习的有效途径,充分的调动起学生的视觉与听觉,能够有效的提升教学效率。例如,教师可通过多媒体模仿卤代烃中的SN1与SN2反映的历程,生动直观的表现形式能够激发学生的学习兴趣,降低对抽象概念的理念与难度,提高教学效率。教师使用自己制作的多媒体课件,能够直观的体现出自身的教学思路,引导学生进行学习,为学生创造良好的学习氛围,调动学生学习的积极性。

2.2 提高教师的素质 在教学活动中,教师是最为重要的角色,教师应当在课堂教学中发挥主导作用,因此想要有效的提升教学质量就应当先提高教师的综合素质。首先应当提升医用化学教师的专业水平,在日常教学中,医用化学教师应当注重知识系统性以及深度,以便及时的了解学科的动态,增加知识的储备。此外,医用化学教师还应当扩大知识的广度,教师可充分的运用在学校的条件,系统的学习医学方面的知识[3]。其次,医用化学教师还应当主动从事科学研究。通过科学研究能够充分的提升自身的学术水平,还能够将医用化学学科的最新信息以及成果引进课堂,拓宽学生的知识面,增加学生对学科的认识,培养学生的科学思维能力。此外,高职院校还可通过针对医用化学教师进行培训,或者补充专任医用化学教师。专任医用化学教师通常是具有化学专业知识,同时还通过了长时间医学知识培训的教师,专任教师的素质以及教学能力都较强,能够有效的促进教学改革。

2.3 改革教学的内容 高职院校的主要目标就是培养实用型的人才,结合培养目标与高职院校的具体情况,可将医用化学教学内容分为两部分,第一,应当要体现理论知识,将课程与职业的特性相结合,促使学生做好就业准备,使医用化学教学逐渐向临床医学实践倾斜;第二,应当结合临床应用,对于教材的内容进行分析,按照学生的接受能力来选择使用的教学内容,还可适当的补充一些边缘学科的内容,利用食品添加剂以及食品安全等,提高学生学习的积极性。

2.4 实施实验教学 实验教学是培养应用型人才的关键,临床一线的医护人员除了具备丰富的理论知识外,还需要有过硬的操作技能,但目前高职院校医用化学实验缺乏综合性,针对此种情况,教师应当转变教学指导思想,采用实验教学。在教学过程中,教师可与学生一起演示,学生进行解说后再由教师进行总结[4]。在创新实验教学的过程中,还可推行模拟科研综合实验,例如教师在讲解合成水杨酸的过程中,可设计、制备并表征其与Fe3+离子的生成物,随后使用分光光度法对Fe3+离子进行测定。这种综合使用非常有利于培养学生对于实验研究的兴趣,除了上述实验外,教师还可鼓励学生自行设计实验的方案,并进行探索性实验。例如医院常常需要检查病人的血糖浓度以及尿样中葡萄糖的含量是否正常,教师可与学生组成学习小组,到医院相关科室了解正常的指标、用怎样的方法检验血液与尿液的样本,检验的结果如何表示等,随后将调查的结果制成实验报告,与其他的学生一起交流。

3 结语

医用化学是研究物质的组成以及性质的学科,其为医学专业学生的专业课提供了基本理论知识。高职院校应当按照自身的发展方向,以实用性的化学实验以医学知识为重点,通过完善教学内容,结合当代较为先进的教育技术,制定合理的教学目标,引导学生进行自主学习,以此提升教学质量。

参考文献:

[1]莫小路,曾庆钱,蔡岳文.以学生技能培养为核心的高职院校药用植物学教学改革[J].卫生职业教育,2009,11(04):23-26.

[2]陆晓雁,卢省花,程瑞峰,付菜花,王飞,章骆汗.高护专业医用化学教学服务岗位课证对接研究——以“溶液组成的表示方法及溶液的配制”一节教学为例[J].卫生职业教育,2010,31(06):61-63.