分子生物学范文

导语：如何才能写好一篇分子生物学，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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初到马里兰大学读研究生的P r i c i laChaverri贴出一张招募启事,她得到了PEET(经典分类专业加强训练)计划的资助,现在想要寻找和自己意愿相同的本科生,共同开展关于美国肉座菌(见本期辞典)的分类学研究。启事贴出,竟然无人回应,无奈之余,她只得更改启事内容,补充说明还可以学习PCR仪和DNA测序等分子生物学技术,在这之后,她收到了100份申请。

1比100,这就是经典的物种分类学与分子分类学在学科天平两端的分量。

经典分类学没落

在中国科学院植物所,有这样一个段子:“读研究生敢于选择分类学专业的是‘猛士’;毕业后敢于选择这个专业做职业的是‘勇士’,选择在科研圈内为分类学奋斗,不与科研圈内游戏规则妥协的人是‘壮士’;死不悔改被淘汰的人遂成‘烈士’。”

其中所谓的分类学专业指的就是经典分类学,用形态和地理的方法来分类物种。

在植物所学习了5年经典分类的金效华博士,是兰科植物专家,他曾经遍访云南的山寨和沟壑,根据兰科的地理分布和花、叶、果等部位的形态特征对它们进行分类。然而,当他从昆明植物所学习了细胞学、遗传学和分子系统学等物种分类的现代方法之后,他就改变了研究方法,实验室于是取代了田野,精密仪器则代替了标本。

现在,植物所里做分子系统学物种分类的学者一大半都是像金效华那样搞经典分类出身的。他们目前手上的四五个项目都和分子系统学有关,而且,在他们看来,似乎“经典分类已经做得差不多了,只剩一些完善的工作,而生物进化、遗传机制还要深入研究,我们要往下走”。

“往下走”的意思也就是佛罗里达大学植物学家Walter Judd所谓的“进化”。Judd是世界上首批体验分类学“进化”的科学家之一,他承认“分子分析带来了令人兴奋的成果”。很多年轻的学者却早早把这种兴奋感变为依赖感。有一些人彻底告别了经典分类学,在尝到了仅凭对DNA测序仪和PCR仪等仪器的娴熟操作就能吸引大笔科研经费的甜头之后,再也无法体验到用自己的名字为一个新物种命名的成就感了。

年轻学者的选择将决定学科的未来。Judd这样资深的分类学家,正面临退休,但佛罗里达大学并没有计划再聘请新的分类学家。中国医科院药用植物所只剩不到10个经典分类学者,且都没有兼负教学任务。英国皇家植物园的最后一位裸子植物分类学家和最后一位蕨类植物分类学家相继在2006年和2007年退休,他们的位子从那时就一直空着。

发现新物种要靠老方法

Judd是研究热带开花植物的形态学的专家,他曾说,年轻的植物学家使用分子分析方法作为研究工具之后,他们会将研究重点放在已经有研究成果的植物种类上,而丧失了去发现新的类群的动力。

因此,为了避免几代之后没有人会根据形态特征鉴别物种,即使经典分类日渐式微,国内外仍有一批学者坚守最后的阵地,“传统进化知识体系的框架都是通过形态鉴定的方式建立起来的,目前,认识一个物种基本都是从形态学入手,它是基础。”这是他们坚守的理由。

因为这个理由,世界权威的分类学家Montgomery Wood,即使在投身研究之初被同事说是“浪费时间”也不曾犹豫。50年来,Wood研究一种全球分布的黑蝇,现在,他仅凭双眼就可以鉴别近万种寄生蝇科中的很多个属。被同行泼冷水,在恶劣环境下进行野外调查,经费不足成为家常便饭,这就是Wood成为著名分类学家之前所要经历的磨练。

中科院植物所博导傅德志也是经历了同样的磨练,“1 992 年的时候没什么课题,没课题也就没经费,于是就凭自己的兴趣做研究,最少的时候,每个月就200块。”即使在这样的情况下,傅德志依然完成了了裸子植物新系统的研究。2009年,他即将完成维管束植物科属分类编码的研究。这个维管束项目已经用掉了他20多年时间,需要彻底清算根茎部含有维管束构造的植物的名称、分布区域和含有的物种数目,相当于彻查蕨类、裸子和被子植物。关于该项目,光参考书就能摞起两人高。

有趣的是,每当傅德志每完成一个项目,都会衍生出一些新的工作和项目。完成了维管束植物(见本期辞典)科属分布编码,现在他又对世界被子植物的科属志产生了兴趣。他对将要展开的新项目很有信心。事实上,裸子植物的成员家谱,就是运用传统的形态和地理学方法在2004年被其研究组攻克的。根据志书,进行大量的野外观察、标本识别和数据库的查阅,傅德志认为那样并不过时。

在他看来,“标定物种最终还是要回到经典分类”,因为形态分类法是统计学,而现代分子技术是标量科学,标量科学是建立在统计学基础上的。比如,“用形态和地理学方法已经分出20个种了,而DNA条码鉴定所能做的工作充其量只是看我分的种准确不准确,或者看看能不能合并其中的几个种。可要是没有我们事先分的这20个种,一切都白搭”。

选择一门关于花鸟鱼虫的学问

“分类学的灵魂是形态和地理学”,老祖宗达尔文的话已经无数次被验证。密歇根州立大学的昆虫学家Anthony Cognato和他的学生Jiri Hulcr在巴布亚新几内亚的热带雨林里花了18个月调查树皮甲虫,发现一种浅黄色的小型树皮甲虫只能通过其他较大型的长腿甲虫得到真菌,验证了一种新的生态学现象―真菌窃取(mycocleptism)。

如果没有18个月的野外调查和后期的形态鉴别,我们永远也不会知道什么是“真菌窃取”。既是基础,又是灵魂,经典分类学却一直往冰点跌。PEET的毕业生调查报告中显示,47%的学生毕业后并没有从事分类学工作,而6%的毕业生正处于失业状态,中国那么多科研基金中,也只有自然科学基金向经典分类的研究工作倾斜。“因为分子生物学领域的研究消耗了大量经费,经典分类这一块的确受到威胁。”就连项目都是通常先做,成果出来后,再看能不能申请基金。

而做分子系统研究的学者们手上的项目根本忙不过来,国家基金委项目、国家杰出青年科学基金项目、国家 973项目以及科学院分配的项目通常都是在同步进行着。

当分子生物学的学者们忙得不亦乐乎时,其实经典分类学家也没闲着,只是他们由专职研究变成了兼职鉴定。从事DNA条形码鉴定中药材的宋经元说:“当他们在采样的时候,需要专业的形态分类学家,以避免采错样,而在有了鉴定结果的时候,也会让形态学家判断对不对。”因此,在做中药材鉴定的过程中,分类学家也是必不可少的。可也有看法是,这样一来分类学家只需要适时提供一些科属种的数据,变得工具化了,与之前的辉煌时代相比,无异于从法官变成了被随意抽调出场的陪审团成员。

“前景的确不容乐观,但我也不会为此担心得夜不能寐。”现在,Wood将更多精力放在研究和保存更多物种上。而其他科学家也试图找出延长经典分类方法的寿命的办法。亚利桑那州立大学的昆虫学家QuentinWheeler就希望通过网络基础设施,通过数字图像和虚拟网络方便研究者了解放在国家历史博物馆中30多年前的标本。宋经元参与的DNA条形码鉴定中药材研究项目就是为了通过那些像超市认知码一样的基因序列和射频技术,让任何人都能识别物种。DNA条形码物种分类计数已经用来识别动物了,但是植物因为不同科属之间的基因变化很小,还在等待最终的标准基因序列。

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[关键词]分子生物学 实验教学 课程教学 改革

分子生物学自20世纪50年代以来就是生物学的前沿与生长点,主要研究的是生物大分子的结构和功能,并试图根据化学和物理规律来解释生命现象,是生命科学在发展的过程中产生的一门学科。分子生物学这门学科是高等院校生物专业开设的主干课程之一,其自身特点是:理论性强、符号名词多、模型假说多、难懂难记。照本宣科式的教学方式很容易使学生对抽象的专业内容无法理解,教学效果不好,因此,需要我们大胆进行教学改革,采用引导,启发,讨论等教学手段,适应时展需要,培养学生良好的专业素质和获取知识的能力。

一、分子生物学课程教学改革

1.分子生物学课程教学存在的问题

分子生物学的理论性很强,有一定难度,如果采用填鸭式教学的方法会大大遏制学生学习的兴趣,影响学习积极性。另外,分子生物学的教材种类较多,有些是按照生物大分子的结构功能和应用等来编排的;有的是围绕中心法则来编排的;有的是按照分子生物技术的类型来编排的,可能存在与基因工程,生物化学等课程相互重复,相互渗透的情况。

2.分子生物学课程教学改革的方案

(1)优化课程教学内容

分子生物学课程中设计生物大分子结构的内容可以适当简化,避免课程之间的重复,分子生物学实际上是由生物化学延伸而来的,许多教材中重复了大量的生物化学中的有关内容,这部分内容讲解时可以压缩,而突出分子生物水平上的新知识,包括分子机制的原理,分子间相互作用关系,最新的分子生物学研究方法等核心内容。结合Nature和Science的最近研究成果,使学生了解目前国内外分子生物学最新的研究热点。

(2)课程教学方法的改良

分子生物学的理论知识,例如DNA复制,转录,翻译;基因表达调控等内容抽象,由于这些生物大分子是看不见摸不着的,本身学生也只有一个模糊的认识,如果再加上生硬重复的转录复制等机制,更容易使学生听得云里雾里,严重打击其学习积极性。因此,必须结合多种教学方式,采用提问题,引出学生的思路,对一些日常生活中常见的现象,例如,父母与子女的长相为何很相似,刑侦案件通过血迹破案的原因,镰刀型贫血病的产生机制,微生物为何生产出效果极佳的药物等等,可以将这些内容作为一

个个的切入点,剖析其机制及理论的依据(即教材内容),这些与生活和专业相关的话题可以激发学生的求知欲与好奇心,说明学好这门学科的实际意义。教师备课应依据教学内容要求、学生生活经验积累, 寻求有利于教学的生活案例,找到学科教学与生活教育的结合点, 把学生感兴趣的问题提示给学生。另外分子生物学课程中不乏经典的实验发现和重要技术发明,此时要从探索发现的角度剖析这些重要发现和发明产生的偶然性与必然性,使学生能够理解自然科学中的奥秘的发掘过程,学习科学家们的研究精神和方法,明白“授人以鱼”不如“授人以渔”的道理。

(3)教学资料的整合

通过将每节课的主要内容整理发给学生,让他们自己可以复习,提出问题后进行一一讲解。课堂上对幻灯内容进行选择性地研讨,引发学生进行课堂讨论,并安排学生组成兴趣小组,拟定题目进行分组讨论,最后在课堂上用幻灯讲解自己的观点,并将幻灯资料收集印发。

二、分子生物学实验教学改革

1.分子生物学实验教学存在的问题

分子生物学的理论性较强,如果实验内容安排过少不利于理论知识的理解,目前理论学时与实验学时的比例为2.5:1,如果进行系统实验需要更长的实验学时,分子生物学的实验试剂昂贵,实验周期长,一般高校都受到实验经费的限制,在此情况下,更需要高效地利用教学资源开展综合性强的实验。学生在课程实验过程中,经常反应出内容过于单一,系统性不强的问题。

2.分子生物学实验教学改革的方案

分子生物学实验是解析分子生物学重要理论知识的手段。随着社会各方面对学生动手能力、综合素质和创新能力提出了更新、更高的要求。生物专业本科学生的实验课程可以综合性实验为主,便于深入理解理论知识,在此基础上引入一些具有设计性的实验项目。通过开设综合性实验培养学生的综合分析能力、实验动手能力及查阅中外文资料的能力。通过开设设计性实验的目的在于着重培养学生独立解决实际问题的能力、创新能力、组织管理能力和科研能力。

(1)综合性实验教学方案改革

由于分子生物学与基因工程在实验方面有较多重复的内容,可以结合专业特点将分子生物学实验,基因工程实验和其他专业课程实验部分融合在一起,组合成有特色的生物专业综合实验。因为各个高校的生物专业各有侧重点,包括环境,食品,植物,防疫等诸多方向,通过结合专业方向将分子生物学与其他专业方向课程实验综合起来,最后提交综合实验论文。生物专业学习的科目较多,课业较重,想要学好学精必须投入大量精力,如果教师在教学过程中结合课程的交叉性,设立系统性较强的综合实验,便于学生在头脑中建立完整的专业框架。例如,食品发酵专业的综合性试验可以将:食品中几种重要工业微生物的分离纯化;微生物的PCR鉴定及扩增产物的回收;克隆及转化大肠杆菌实验;质粒提取及定性定量分析;蛋白质SDS-PAGE电泳;利用分离纯化的微生物进行发酵实验等内容结合在一起建立系统的涵盖分子生物学,基因工程,食品发酵的综合性实验课程。这部分内容主要结合的是专业基础课程和专业课程的实验,使学生真正体会学习到生物专业的应用性。

(2)设计性实验教学方案改革

设计性实验可由指导教师出题目、给方案、给实验目的要求和实验条件,由学生自己拟定步骤、自己选定仪器设备、自己处理数据。更进一步的设计性实验则是在指导教师出题后,全部由学生自己组织实验,甚至可以让学生自己选题、自己设计,在教师的指导下进行,以最大限度发挥学生学习的主动性。例如,通过不同的方法对蚕豆进行胁迫处理,然后检测某基因及表达水平的变化;或以原核细胞为主体,给予不同的条件处理,分析蛋白表达的变化等探究学习。虽然强调学生学习的自主性,但决不能放弃教师的指导和帮助。

综合性实验和设计性实验根据具体情况进行调整,但分子生物学实验课程与其他相关课程的结合对生物专业的学生更加系统地学习专业理论与技术是很重要的。

3.实验教学方法的改革

如果没有有效地利用方案,发挥方案的优势,使学生对项目产生浓厚的兴趣和主动性,实验可能达不到理想的效果。根据具体情况,引入多种教学方式,如建立分子生物学实验教学网络平台,及时交流实验经验体会,或者采用多媒体的教学方式,将原来死板、枯燥的实验原理变得生动、具体、形象、逼真。这种集声音、图像、动画及文字等与一体的多媒体教学方式也是生物学教学理想的教学方式之一。在实验教学过程中,教师在讲解时要有针对性地联系相关专业理论知识,以加深学生的印象。实验结束后不要仅仅通过实验报告和考勤评价学生的实验技能,而应根据其实验思路,实验操作,解决问题的能力,团队协作能力等方面进行综合评价。除此之外在暑假期间鼓励学生从事开放实验的训练,提高学生的实验技能,使实验教学质量能够不断提高。

分子生物学教学改革是一项系统的改革,涉及到很多相关课程。目前我们还处于摸索和实践的阶段,教师任重道远,需要不断提高自身业务水平,不断探索,不断实践,不断创新,不断总结,把教学工作开展得更生动活泼,更有效果,为国家培养出更多高素质的生物技术人才。

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关键词：分子生物学实验；生物科学师范专业；实践周教学；教学改革

中图分类号：G642.423文献标志码：A文章编号：1674-9324（2018）12-0268-03

生物科学是21世纪的领先学科，大多数高校都设有生物科学学科，该学科的基本理论是在实验基础上建构起来的，理论与实践紧密结合。而作为生命科学的基础学科，《分子生物学实验》是一门应用广泛的学科，涵盖生物学、医学、农学乃至药学，是从事生命科学研究的必备研究技能。分子生物学是在分子水平上研究生命现象的科学，通过研究生物大分子（核酸、蛋白质）的结构、功能和生物合成等方面来阐明各种生命现象的本质。《分子生物学实验》是生命科学研究领域中融技术前沿性、创新性、挑战性于一体的大型专业实验课程，是学生直接接受分子生物学基本技能和前沿技术训练，培养学生科研技能、科研思维，进而提升学生研究素质。《分子生物学实验》是生物科学专业的一门重要专业能力实践课，为必修课程。为了使生物科学专业人才能够更好地掌握分子生物学的理论知识和实验操作能力，长江师范学院生物科学专业在很早就开展了《分子生物学实验》课程，教学内容也随着学科发展不断进行改进，但随着分子生物学的快速发展以及硬件设施的不断改进，传统的《分子生物学实验》课程教学产生了不少问题急需解决。为此，本文以长江师范学院生物科学师范专业为例，针对《分子生物学实验》教学实践中存在的不足，根据学生培养目标和课时要求，对高校《分子生物学实验》教学进行改革，将课程教学改为实践教学周，以提高分子生物学实验教学质量，增强师范生的综合素质。

一、生物科学师范专业《分子生物学实验》实践周教学特色

生物科学师范专业《分子生物学实验》课程特色。分子生物实验技术自开设以来，成为当今研究生命科学各学科和医学领域中重要的研究工具，紧跟科学前沿，在分子生物学教学中，实验教学占有举足轻重的地位。为了使生物科学专业人才能够更好地掌握分子生物学的理论知识和实验操作能力，我校生物科学专业在很早就开展了“分子生物学实验”课程，教学内容也随着生物科学的发展而进行创新与改革。实验内容从起初的几个相互独立的简单实验项目，逐步演变成综合性分子生物学实验。目前的课程内容是依据遗传信息传递的规律及教师的科研内容进行设置，并进一步整合成为系统的综合性实验，实验内容包括基因克隆、遗传多样性检测、分子标记、DNA指纹图谱构建、基因功能验证等实验项目。因此课程实验所需仪器比较昂贵，实验周期也相对较长。通过本课程实验教学的学习，使学生获得核酸物质的提取、分离、纯化与鉴定、电泳技术、引物设计、PCR扩增、分子标记、基因克隆等方面的独立实验能力或职业技能。强化学生创新思维、独立解决问题的能力和分子生物学领域基本操作技能，提高学生在分子生物学领域综合运用实验技能或职业技能分析和解決问题的能力，培养学生发现问题、分析和解决问题的创新精神。通过学习本课程使学生从分子水平认识生命现象和生物学规律，能够对学生的毕业课题研究设计和今后的科研生涯提供极大的帮助，为今后从事相关专业的研究、教学工作奠定坚实的基础。

二、生物科学师范专业《分子生物学实验》教学中存在的主要问题

（一）实验条件差，实验经费不足

由于《分子生物学实验》相关仪器和药品都较昂贵，仪器设备往往有限。而经费是限制《分子生物学实验》课程教学的重要因素，缺乏经费直接导致设备套数、药品、耗材数量不足，学生动手机会减少。上课人数较多，但仪器设备等有限，必定影响预期的实验教学效果，如多组学生共用一套移液器，有的学生上完《分子生物学实验》，连移液器都不能正确使用。另外，由于缺乏计算机机房，《分子生物学实验》中生物信息学方面的实验无法开展。

（二）教学方式单一、学生学习积极性不高

传统的教学老师讲原理和步骤，学生按老师指导进行操作，学生思考和主动参与的过程就被省略了，动手完全与动脑脱节。动手能力的培养是实验教学的一个重要内容，但不经思考地完成实验根本谈不上能力的培养。另外，实验室缺乏多媒体设备，许多教学图片及视频无法展示。由于被动参与实验、为了混学分或对分子生物学较陌生，多数学生参与实验的积极性不高，甚至有的在一旁观看别人操作自己根本就不动手，最后照抄别人的实验结果。

（三）实验教学安排、管理不合理

一是，课时安排少，随着课程改革及新培养方案的实施，长江师范学院《分子生物学实验》课程只有18个学时，如此少的课时要学生学习分子生物学实验技术，给课程教学带来了新的挑战。二是，《分子生物学实验》项目所需实验时间较长，有时需要较长时间的等待，如PCR扩增，需要3—4小时，而许多实验可以连续做完。传统《分子生物学实验》教学按周和学时划分实验，使实验连贯性差，学生在实验中不知道做的实验有什么用。而老师为了在规定时间或更短时间完成实验，往往选择简单的实验，或一些实验过程老师只向学生进行讲解，不要求学生进行操作，学生不参与实验的全部过程，导致学生只知其一、不知其二。三是，实验分组不合理，一般4—5个人一组共同完成一个实验，而实验仪器相对较少，有些仪器或实验只有部分同学进行操作，其他学生只能观望，严重影响实验的效果。

（四）课程考核单一

教师对实验教学要求较低，考核方式一般是通过学生的平时成绩结合期末实验理论及操作考试进行考核。其中，平时成绩包括：验预习报告、原始记录和实验态度；实验技能；实验报告。各部分成绩的比例如下：实验预习报告、原始记录、实验态度和实验技能占20%，实验报告占40%，实验理论及操作考试占40%。这种单一的考核方式不易调动学生的学习积极性，靠抄取他人实验结果和实验报告、临时反复操作仪器和背诵实验原理，一样可以取得较好的实验成绩，使实验课程在促进学生能力发展方面的作用有限。

三、生物科学师范专业《分子生物学实验》实践周教学建设与改革

（一）加强实验室建设，增加实验经费

实验室依托中央与地方共建特色优势学科实验室——作物遗传育种实验室、武陵山特色植物资源保护与利用重庆市重点实验室以及武陵山片区绿色发展协同创新中心的建设，购置了大量分子生物学仪器设备，教学与科研共用相关仪器设备，以科研促进教学的提升，如购置50套移液器，保证上课时每位学生人手一套移液器。建立生物科学专用机房、在实验室安装多媒体设备，可以进行生物信息学相关实验及实验课多媒体教学。同时向学校申请《分子生物学实验》实践周专用经费，保证实验相关药品的购置。

（二）多元化教学，提高学生学习积极性

实验教学以大组单位，每大组人数不超过30人，将学生分成1人1小组，独立完成实验内容。实验教学采用实验现场操作、多媒体课件教学、专题讲座、专题讨论及机房上机的方式。第一次上课时可以组织学生观看相关科幻电影或进行专题讲座，以提起学生的学习兴趣，实验中等待的过程可以组织学生就大家关心的分子生物学技术进行讨论，如转基因及安全性、你能否接受克隆人和生物武器等。“任务驱动和问题导向”，鼓励学生自主进行课前学习、独立思考，发现问题，积极解决问题，再通过课堂与教师交流，完成知识的内化。并且全天候开放实验室，作为实验教学的课外延伸，增加学生实验训练的机会，实验结果不理想时，也有机会利用课外时间快速重做，提升学生学习积极性，增强学生的动手能力，提高教学质量。实施教学科研一体化，将教师最新的课题研究内容引入实验教学。同时鼓励部分优秀学生参与教师科研项目，教师指导学生开展分子生物学方面的创新创业训练项目和科研项目。

（三）实践周教学，提升实验的连贯性

实验教学改为实践周，实验共40个学时，在一周之内完成一个综合性实验，如“玉米rDNAITS序列克隆及分析”、“胭脂萝卜花青素生物合成结构基因克隆”、“榨菜种质资源遗传多样性的SSR分子标记检测”、“胭脂萝卜新品种DNA指纹图谱构建”、“胭脂萝卜DFR基因过量表达效应分析”和“参与调控胭脂萝卜花青素生物合成转录因子MYB的筛选”等来源于教师科研的实验，提高实验的连贯性和教学质量。每学期开学之前相关老师必须讨论制定好详细的分子生物学综合实验实践周的实施方案。

（四）加强教师指导和课程考核，提高教学质量

教学需要4—5名相关教师，将学生分成两大组交叉进行相关教学。1人一个小组进行实验，多环节评价学生实验操作的过程，注重实验基本操作能力的评价。考核内容包括实验预习及原始记录、实验操作、实验报告、实验态度和学术报告5个部分，其中实验预习及原始记录占10%，实验操作占30%，实验报告占30%，实验结果占20%，学术报告占10%，实验成绩总分100分。新的考核方式更注重实验过程的考核，能有效地保证教学的质量。

四、结语

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课程体系的制定和完善本校生物专业本科“分子生物学”的教学体系自2005年以来进行了三次调整，第一次是从2005年起，采用了双语教学的模式，主要原因是当年本校面临本科教学评估，双语教学已经列为本科教学质量评估的观测指标之一，为使生物技术专业的课程的双语教学授课率达到15%，综合各方面因素，“分子生物学”双语教学成为一个试点。为开展人才培养模式的改革创新，“分子生物学”课程尝试采用双语授课形式，旨在提高大学生专业英语水平和直接使用英语从事科研的能力。但是当时适合高等师范院校本科生使用的原版分子生物学教材很少，几经筛选，本校最终将《InstantNotesinMolecularBiology》作为学生的教材。该书以24个专题的形式讲述细胞与大分子，蛋白质和核酸的特点，染色体结构，DNA的复制、损伤修复和重组，基因表达调控，分子生物学常规技术，每个专题相对独立，简洁易懂，但是系统性和深度尚有欠缺，难以适应学生考研的需求，所以在教学中，教师需要补充大量内容，因此无论教还是学，这本教材在使用中的缺陷都比较明显。鉴于此，自2009年起，本院选择了《现代分子生物学》作为教材，首先考虑该书由著名学者朱玉贤等编写，是“十一五”国家级规划教材，其次该书也是多所学校分子生物学考研复习的推荐参考书。该书在编排上分11章，从染色体与DNA，生物信息的传递，分子生物学方法，基因表达调控，疾病与人类健康，基因与发育，基因组与比较基因组学等方面介绍分子生物学基础理论和技术，在教学中，结合学生的实际情况，笔者并未完全按照该书的内容讲授，有些与生物化学、细胞生物学重叠的内容采用略讲方式，而有些内容则在教学中进行了补充或删减，例如：本教材中DNA修复和转座部分的内容薄弱，脉络不清晰，笔者主要依据《基因的分子生物学》进行了补充，而该书中一些与分子生物学主线关联不紧密的部分，则进行了删减，2012年，本校在多年教学经验积累的基础上，结合本科生的特点，出版了《普通分子生物学》一书，以易教易学作为编书的出发点，参考了多部目前国内外主流的分子生物学教材，构建了一个重在基础、兼顾前沿、简洁明了的体系，全书分6章，介绍了DNA的结构和复制，RNA的结构和转录，蛋白质的生物合成，基因表达的调控，分子生物学研究方法。该书在结构上分为三个模块，即基因组的维持、基因组的表达和调控、分子生物学技术，方便学生对学科体系的整体认识。

课程内容的优化分子生物学是从生物化学分化延伸出来的一门独立的学科，一些内容和生物化学有较多的联系或重叠。但是分子生物学有自身的学科特点，突出对生命现象分子本质的解析。由于本校生物专业的“分子生物学”课程是在“生物化学”之后开设的，在课程教学中，任课教师通过讨论，对教学内容进行了分析，确定了两门课的侧重内容，在注意系统性的前提下，着重讲解教材的重点与难点，例如：在“生物化学”中已经有较大的篇幅讲述生物大分子的结构，在“分子生物学”课程中将略讲，教师在讲解复制、转录和翻译等过程分子机制时，以温故知新的方式，将基础知识和基本概念进行要点概括，借此为下一步的教学做铺垫，并检测学生的背景知识掌握情况，这种教学方法不仅得到了学生的广泛好评，而且使学科特点在教学中更加突出，专业课教学学时分配更加合理，起到了引导学生关注专业基础知识关联性的作用。

课程设置的调整鉴于本校生物专业学生普遍有考研的需求，学生对“分子生物学”的教学要求高，希望能更贴近考研的要求，所以在2010年的培养方案中，分子生物学采取了分级、分段开设的方法，在大三面向所有专业开设的“分子生物学”，教学重点放在系统性和基础性上；在大四以选修课的形式开设的“高级分子生物学”，旨在通过教学促进学生提高专业基础理论的综合能力，在学科的深度和广度上做进一步的扩展，不仅补充了最新的国内外分子生物学前沿和热点内容，而且选择一些重点科研院所的考研真题进行剖析，引导学生完成拓展和提高。调查显示，学生普遍赞同这一课程改革方式。

课程实践环节与理论环节的有效衔接

实践教学是“分子生物学”课程的重要部分，但是由于条件所限，目前本校生物专业的“分子生物学”课程仅开设了理论课，实验课尚未开设。为解决这一问题，在理论教学中通过对教学内容的分析，尽最大可能的将基础理论的讲授和分子生物学基础实验相结合，坚持既要使教学沿着课程的主线进行，又要努力使实验技术的介绍与理论课教学合理的衔接的原则，一定程度上弥补了实验教学的不足，旨在通过课堂教学，使理论和实验教学融为一个有机的整体，一些代表性的分子生物学技术的原理和方法按照表1所示的安排在基础理论部分的讲解中进行了介绍。作为任课教师，要使课堂教学精彩，还应深入科研第一线，这样才能利用科研和生产实践中的例子丰富课堂教学内容。[1]尤其是分子生物学这样更新快的学科，教师必须了解和准确把握学科发展方向和前沿热点，将自身科研实践中的经验、体会和感悟传递给学生，激发学生的对科学研究的热情，调动学生学习积极性。值得注意的是，专业课教学要充分发挥学生在学习过程中的主体作用，努力提高他们的分析能力、综合能力和创新能力，引导学生将理论知识和实验技术内容有效的融合，在教学中采用了一些方法来激发学生的学习兴趣和主动性，例如：每节课之后有要点回顾和知识链接提示，留给学生较为宽松的时间进行复习和延伸学习；设置一些与本节课内容有关的基础题、提高题、实验分析题，安排学生课下自行选择完成，以便学生检测学习掌握的情况，及时将知识梳理归纳，增加了学习过程的开放性和自主性。

教学模式的探索和实践

双语教学作为一种的新的教学模式，顺应了国家培养复合型人才的要求，也是考评学校教学质量和水平的一个重要指标。[2]2005年本校生物专业的“分子生物学”课程作为第一批教学模式改革的课程，率先采用了双语教学形式授课，一方面是出于本科教学评估的要求，另一方面也是专业课教学模式的一种尝试和探索。从2005至2008年的实践和学生反馈意见上看，双语教学作为教学改革的一种探索是值得肯定的，调查显示，92%的学生认同和赞成双语教学，认为通过使用原版英文教材和全英文课件，感觉学习“分子生物学”并没有开课前想象中的那么困难，通过学习，理解和掌握了学科知识体系，专业英文的阅读能力得到较大的提高，对专业词汇有一定的积累，很有成就感，对这门课更有兴趣了。从任课教师的反馈意见上看，由于难以找到合适的教材，所以在备课上需要下更大的力气，充实教学内容，不少教师在教学中信心不足，担心由于缺乏专业英文口语训练，造成专业术语的发音错误等问题。所以实际上，本校生物专业分子生物学开设的动因主要来自学校本科教学评估的要求。

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《细胞分子生物学》是随着细胞生物学和分子生物学发展而兴起的一门医学基础学科，是一门在分子水平上研究基因对细胞活动调控以及各种细胞结构的形成和功能执行的科学［1］。由于它研究的是分子机理等微观层面，具有较高的教学难度。传统的教师授课模式难以提高学生积极性，学生听起来也枯燥乏味，课堂气氛也很沉闷，并且教师依靠单纯文字形式的幻灯片、板书，不利于学生在短时间内理解抽象的知识。武汉大学医学部在研究生《细胞分子生物学》课程中实施以问题为基础的教学（Problem－basedLearning，PBL）结合多媒体直观教学法，取得良好效果，现将实施过程及思考报告如下。

1PBL教学法的特点

PBL是一种基于问题的学习法，它是1969年由美国神经病学教授Barrows在加拿大麦克马斯特大学首创的，这种教学法出现后在欧美国家被很快广泛应用［2］。它自1990年代引入我国后在医学教育中得到很好的发展。典型的PBL过程包括三个阶段，即提出问题，分析问题和汇报结果。在提出问题阶段，学生可根据自己了解的知识和组员合作提出需要明确的问题，也可以由教师根据教学大纲提出针对性的问题；在分析问题阶段，每个学生通过自学分析提出的问题；在汇报结果阶段，学生上课时汇报自己的观点，教师在课堂上旁听学生观点并给出补充意见。与传统的授课式教学法不同，它强调以学生为中心，主动学习为主。教师的目的是提供学习材料，在课堂上引起学生讨论和监控整个学习过程。PBL教学法的好处是能提高学生主动学习的兴趣，活跃课堂气氛，避免课程变得枯燥无味的同时也提高了学生的潜力和创造力。

2多媒体直观教学法特点

多媒体直观教学法是在传统的单纯文字书写的幻灯片课件中加入较多的图像、视频和声音演示，从而能将图像、动画和理论有机地结合，将微观复杂的理论概念形象、直观地表现出来。它能使学生在视觉、听觉的多样化刺激中得到知识的扩展，还可激发学习兴趣，提高学生的积极性，使学生对所学知识更容易理解和长久记忆。此外，该法还能提高教师的知识水平与兴趣，教师如果按照传统的授课方式一成不变的话，很容易在年复一年的教学中感到疲乏单调，从而失去讲课的激情，教学质量也会跟着降低。若是采用多媒体教学法，教师可以从网上把不断更新的医学信息、图片、视频、flash等加入多媒体课件中，直观的放映给学生，而学生在第一时间获得了新知识，开拓了新视野，会更加配合教师的教学，这样也促进了教师的教学。

3两种方法结合的教学模式在《细胞分子生物学》课程中的意义

《细胞分子生物学》又叫分子细胞生物学，是由细胞生物学和分子生物学相互衔接渗透而产生的一门新兴学科。包括细胞代谢、增殖、分化、衰老、凋亡等内容［3］。如今，该学科的理论与技术正被广泛的应用于临床疾病的诊疗及科研工作中，并在现代医学发展中占据着重要的地位，因此，加强医学生细胞分子生物学的教育意义重大。目前，《细胞分子生物学》这门课程在国内开设的院校仍较少，可借鉴的教学经验并不多［3］，且内容微观抽象，又是几门学科整合形成，因而是一门较难学的医学基础课程。用传统的板书及其他文字形式的教学方法授课，学生常会感觉到概念模糊，一知半解。而在PBL教学中，学生每次课前事先完成了小组探讨或教师制定的问题，在该次课前对所要学的内容有了一个初步的认识，再在课堂上通过表达自己的思想并发现自己的错误观点，通过教师以及同学的补充和分析使自己的知识面得到扩展。但这种方法也具有它的局限性，主要表现在：PBL注重解决单一问题，而忽略了学生对知识点的系统掌握，学生对所学知识缺乏连贯性。另外，PBL是以分组讨论的形式上课，如在大班教学中运用会消耗过多时间，也需要更多的教师来引导各小组，这样会浪费资源也降低教学效率。PBL教学法结合多媒体直观教学法是一种以学生为主体，教师为主导，以实际问题为出发点的教学模式［4］。它不仅使学生有效掌握了基础理论知识，激发了学习的兴趣，而且培养了他们的自学能力和创新能力，又弥补了单用PBL法的不足，从而提高了教学质量。武汉大学医学部病毒学教研室在细胞分子生物学课中将多媒体直观教学法与PBL相结合，即每次课的前一部分时间教师用多媒体直观教学法授课，后一部分时间用PBL教学法讨论问题，两种方法优势互补，实现对学生的高效培养。

4两种方法结合的教学模式的实施及其评价

4．1实施过程对武汉大学第一临床学院2010级研究生选修细胞分子生物学课程的136人进行了两种教学方法相结合的教学模式。理论授课25个学时，每次课5学时，安排3名有经验的教师分别负责相应内容，每次课堂前3个小时运用多媒体直观教学法，最后半小时用PBL教学法，每次PBL教学回答3个问题。在多媒体教学部分偏重于细胞分子生物学的基本理论、基本技能的讲解，帮助学生全面系统的熟悉该次课的内容，教师在该次课的难点、重点的幻灯片中插入图片、flash和视听文件，比如，运用flas来反映细胞周期每个时期的调控过程；用电镜下有丝分裂的视频反映整个分裂过程；用三维图象反映DNA染色体的形成；用电镜下的照片以及荧光显微照片反映凋亡小体的形态等。在PBL教学部分中，问题的设置由教研室教师根据教学大纲要求一起讨论后确定，这些问题注重培养学生自己查找文献的能力以及对前部分已学多媒体理论课知识的运用。比如，有哪些实验技术利用了DNA复制和RNA转录的原理？查阅相关文献，阐述端粒酶在肿瘤发生发展中的作用？结合自己的专业和课题分析细胞周期与医学的关系？如何进行细胞凋亡的研究？将学生以寝室为单位分组，在课前先查阅问题涉及的相关知识，由于是大班教学，在PBL教学部分中为了节约时间，改小组发言为学生举手发言，教师引导学生发言，对于一个问题学生既可以补充前一个回答者的内容也可以提出新的观点，直至该问题被学生回答全面后，教师总结及补充，再进行下一个问题，学生的发言情况做为平时成绩计入总成绩中。

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关键词：松墨天牛（Monochamus alternatus Hope）；分子生物学；基因克隆；基因表达；农药胁迫

中图分类号：S763.38；Q785 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）07-1201-05

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2017.07.001

Reviews on Molecular Biology of Monochamus alternatus Hope

LIU Qi-si， CHEN Jing-xiang， LIN Tong

（College of Forestry and Landscape Architecture， South China Agricultural University， Guangzhou 510642， China）

Abstract： Monochamus alternatus is a major forest pest that damages trees such as Pinus massoniana and is the main medium of pine wood nematode. In the paper，the latest progresses in the field of molecular biology were reviewed from five aspects including fundamental research of molecular biology，molecular classification and identification，construction of cDNA library and transcriptome analyses，gene cloning and insecticides stress on gene expression of M. alternatus et al，which may provide new references for fundamental research and the control of M. alternatus.

Key words： Monochamus alternatus Hope； molecular biology； gene cloning； gene expression； pesticide stress

松墨天牛（Monochamus alternatus Hope），又名松褐天牛、松天牛，`属于鞘翅目（Coleoptera）天牛科（Cerambycidae）沟胫天牛亚科（Lamiinae），分布于中国的自治区以东，河北省以南、东至台湾省、南至广东省区域；国外分布于日本、朝鲜、老挝等[1]。主要危害马尾松（Pinus massoniana）、油松（P. tabulaeformis）、黑松（P. thunbergii）等生长衰弱的树木或新伐倒树木[2]，是中国南方松林的重要蛀干害虫。同时，它又是松树毁灭性病害松材线虫[Bursaphelenchus xy-lophilus（Steiner et Buhrer） Nicle]的主要媒介昆虫。在日本和中国，该病虫主要通过羽化后的松墨天牛成虫补充营养和产卵时造成的伤口侵入健康树木进行自然传播，给松树造成重大损失[3，4]。因其为害严重且防治困难已被许多国家列为检疫对象。近年来，松墨天牛分子生物学研究进展迅速，新的研究成果不断涌现，本文综述近3年来松墨天牛分子生物学研究的最新进展，以促进松墨天牛基础研究，并为探索松墨天牛安全有效的防治方法提供参考。

1 分子生物学基础研究

1.1 松墨天牛成虫标本保存方法

DNA作为生物体重要的遗传资源，包含着丰富的生物学信息，是生物进化史的重要记录者，获取高质量的基因组DNA是开展任何DNA下游工作的前提和基础。因此，研究昆虫标本的妥善保存方法，以及基因组DNA提取方法，阻止或延缓其基因组DNA的降解，对深入开展其分子生物学研究具有重要意义。曲良建等[5]采用SDS-蛋白酶K消化法对液氮中冷冻保存、无水乙醇-20 ℃冷冻保存、无水乙醇室温保存和干标本室温保存且保存时间在2年以上的松墨天牛成虫标本基因组DNA进行提取，并对不同保存方式提取的DNA样本进行了质量比较和分析。在上述常见的松墨天牛成虫标本4种保存方式中，以液氮中冷冻保存效果最佳，其次为无水乙醇 -20 ℃冷冻保存，插针干标本室温保藏效果最差。利用昆虫线粒体基因COⅠ和COⅡ的通用引物从上述DNA中均能够成功扩增出目的片段，测序结果证实扩增片段符合预期。研究结果表明液氮和无水乙醇-20 ℃冷冻保存适合松墨天牛成虫标本长期保存，且不影响后续的PCR扩增和测序。

1.2 松墨天牛化学感受组织荧光定量PCR内参基因的鉴定

实时荧光定量反转录PCR（RT-qPCR）是分子生物学领域研究基因表达的最有效方法之一[6]。在RT-qPCR实验过程中，需要引入内参基因对数据进行校正和标准化处理。冯波等[7]从松墨天牛转录组中鉴定出9个候选内参基因（Actin，TUB，18S rRNA，RPS27A，RPS3，RPL10，AK，GAPDH和EFlA），其中后7个候选内参基因在松墨天牛中被首次鉴定。结果显示最适合校正松墨天牛化学感受组织中基因表达数据的内参基因为GAPDH和TUB，并且这样的内参基因组合可以用于不同发育阶段和不同性别的不同化学感受组织。该研究结果为利用RT-qPCR技术分析松墨天牛化学感受组织基因相对表达量的内参基因选择提供了参考。但不同组织在不同条件下内参基因的选择还要视具体研究情况而定，需要进行实验验证。

2 分子分类方法及鉴定

2.1 核糖体28S rDNA基因和18S rDNA基因

张健等[8]对天牛科4亚科32种天牛的28S rDNA基因部分序列进行测定和分析，结果证明了天牛科各亚科的单系性以及异天牛亚科应为较原始类群，并认为28S rDNA序列是一种有效的解析天牛科高级分类阶元系统发育关系的分子标记。魏子涵等[9]采用18S rDNA（V4、V7区）分子标记，分析和测定了49种天牛基因序列，并对天牛总科3科6亚科的70种天牛基因序列构建进化树，结果显示沟胫天牛亚科（Lamiinae）、天牛亚科（Cerambycinae）、锯天牛亚科（Prioninae）和瘦天牛科（Disteniidae）为单系性进化群，这与传统形态学分类结果相似，证明18S rDNA（V4、V7区）是探讨天牛高级阶元分类有效的分子标记。在这两项研究的基础上魏子涵等[10]利用28S rDNA D2和D3区以及18S rDNA V4和V7区联合序列成功构建出了天牛总科高阶元的系统发育树，表明联合序列分析是探讨天牛高阶元分类的有效方法。

2.2 线粒体COⅠ基因和线粒体COⅡ基因

郑斯竹等[11]测定分析了11种墨天牛线粒体DNA细胞色素氧化酶C亚基Ⅰ基因（COⅠ），构建了墨天牛属的分子进化树，结果显示分子结果与形态分类结果相似，本段COⅠ基因可以为墨天牛属分类阶元关系提供依据。李京等[12]研究测得了沟胫天牛亚科部分种类的COⅡ序列，发现族、属、种各阶元间序列差异适中，具有广泛的适用性，并认为COⅡ基因是沟胫天牛亚科分子系统学研究的有效工具。

2.3 DNA条形码在墨天牛鉴定中的应用

为了对进境口岸截获的俄罗斯木材中的墨天牛属（非中国种）害虫进行嗜贰⒖焖俚募定，陈梦义等[13]利用DNA条码试剂盒检测技术，基于墨天牛线粒体COⅠ（线粒体细胞色素氧化酶亚基I）基因设计1对巢式引物，对截获墨天牛属中的8个种COⅠ进行扩增，将扩增序列上传至有害生物信息网站，依据碱基位点在不同种间的排列和组成的差异，获得不同种在相应位点上的特有碱基，即标记性碱基，以此作为区分墨天牛种的依据。通过这种墨天牛属DNA条码试剂盒检测技术，可为口岸检疫鉴定提供有效的技术手段。

3 转录组与cDNA文库

3.1 松墨天牛转录组

Lin等[14]通过Illumina测序和从头组装共获得48 787条Unigenes序列，平均长度为721 bp。NR注释的结果表明，78.1%的序列与赤拟谷盗的序列相似性最高。Unigenes的GO分类显示，共有13 485个转录本归属于至少一个GO条目，包括60个功能组，其中在生物过程中，“细胞过程”、“代谢过程”和“单生物过程”包含的基因较多；细胞学成分中，大多数基因集中在“细胞”、“细胞组分”或“细胞器”；在分子功能中，“催化活性”和“binding”中的基因最多。代谢通路分析结果显示在KEGG中可显著比对上18 915个Unigenes，归属于258个通路，代谢通路中的基因数量明显多于其他通路。在NR比对上的序列中有9 005条归属于COG中，25个COG类别中，与基础生理和代谢功能相关的基因最多。在此基础上，鉴定出与杀虫剂解毒和杀虫剂靶标酶相关的基因转录本。上述研究结果为克隆和分析松墨天牛新的功能基因奠定了基础。

3.2 松墨天牛触角cDNA文库

高雄[15]挑取2 052个单克隆进行测序，得到1 133条Unigenes，其中多拷贝contigs有276个，单拷贝singlets有857个。通过预测开放阅读框，计算得到松褐天牛触角cDNA文库GC含量为41.8%。通过与COG功能比对350条Unigenes被分到了21个功能类群。

王娟[16]构建了松褐天牛触角转录组，共获得85 869条contigs序列，平均长度为297 bp；获得37 242条Unigenes序列，平均长度为669 bp。NR注释的结果表明，94.3%的Unigenes与赤拟谷盗[Tribolium castaneum（Herbst）]和中欧山松大小蠹（Dendroctonus ponderosae Hopkins）的Unigenes相似性最高。对Unigenes按照COG功能注释，可分为25个功能群，其中一般功能预测类，复制、重组和修复类包含的Unigenes个数最多。进一步筛选比对共获得OBPs基因全长序列25条，片段序列4条；化学感受蛋白（CSPs）全长序列8条，片段序列4条；气味受体（ORs）全长序列1条，片段序列8条；1条感觉神经元膜蛋白（SNMPs）全长序列。上述研究结果为开展松褐天牛气味结合蛋白和嗅觉识别机制的研究奠定了基础。

4 基因克隆

4.1 气味结合蛋白基因

利用引诱剂可以有效地防治松褐天牛。为进一步加强引诱剂和天敌的应用研究，研究人员开展了关于松褐天牛气味结合蛋白的初步研究工作，以期通过对松褐天牛嗅觉识别机制的研究，为有效开发更加适合的引诱剂提供研究基础。

钱凯等[17]通过配体结合位点推测Minus-C OBP蛋白亚家族的MaltOBP2和MaltOBP6两个基因具有不同的生理功能；通过组织表达谱结果推测这两个OBP基因在松墨天牛中的功能不仅仅局限于嗅觉识别，或还有味觉感受、化学感受等其他生理功能。该研究结果为两个OBP蛋白的结构和功能研究奠定了基础，为探索松墨天牛的化学感受机制提供了条件。

Gao等[18]克隆得到了松墨天牛4个OBPs基因MaltOBP2、MaltOBP3、MaltOBP4和MaltOBP5的全长，成功构建松褐天牛OBPs基因原核表达载体pGEX-6p-1-MaltOBPx，并通过竞争结合实验以1-NPN为探针研究MaltOBP3和MaltOBP5与17种挥发物的结合能力。结果表明，MaltOBP3和MaltOBP5能特异性地结合部分寄主挥发物，它们可能与松墨天牛的寄主选择和定位有关。但尚未涉及对其功能的研究[18]。

王娟[16]成功克隆了松褐天牛Malt OBP9、Malt OBP10、Malt OBP19、Malt OBP21、Malt OBP24基因，其中Malt OBP9和Malt OBP21属于Minus-C OBPs，Malt OBP10属于Classic OBPs，Malt OBP19和Malt OBP24属于Plus-C OBPs。利用荧光竞争结合实验测定这5个Malt OBPs在中性和酸性pH环境下与18种寄主植物挥发物单体的结合特性。结果显示5个Malt OBPs在中性pH环境下与挥发物的结合能力高于酸性pH环境。在中性条件下，Minus-C OBPs家族的2个Malt OBPs结合特性方面表现较为一致；Plus-C OBPs家族的2个Malt OBPs结合特性方面表现出较大差异。

以上研究均在松墨天牛触角cDNA文库和转录组的构建基础上开展，为明确松褐天牛气味结合蛋白的功能，研制行为调节剂，以及明确气味结合蛋白在昆虫体内的功能奠定了重要基础。

4.2 肌钙蛋白基因与原肌球蛋白基因

肌钙蛋白（Troponin，Tn）是与骨骼肌和心肌收缩有关的调节蛋白，主要调节肌肉的收缩和舒张。由于昆虫飞行肌以很高的收缩频率运行，肌钙蛋白的激发和松弛的调节就发挥尤其重要的作用[19]。原肌球蛋白（tropomyosin，Tm）是细肌丝中与肌动蛋白的结合蛋白，在肌肉收缩中起重要调节作用。

吴华俊等[20]研究推测松墨天牛肌纤维中存在多种TnT转录本，它们与其他调控因子共同影响肌肉的收缩。但MaTnT有多少转录本，MaTnT转录的时空表达模式如何，以及MaTnT如何与原肌球蛋白互作等仍需要进一步研究。吴华俊等[21]还从已经构建的松墨天牛cDNA文库中筛选并鉴定了一个肌球蛋白轻链2基因，命名为MaMLC-2。软件预测发现MaMLC-2属于肌钙蛋白C超家族成员。该研究发现MLC-2蛋白具有保守地结合Ca2+的功能，其在成虫足中的表达量最高，这与足是主要的运动器官，含有丰富的肌肉蛋白有关。罗淋淋等[22]研究推测松墨天牛在取食松科植物的时候，原肌球蛋白能够促使松树产生诱导性防御。

4.3 其他基因

许雯等[23]分析了松墨天牛表皮蛋白（MoalICP）基因在幼虫各组织中的表达量，发现MoalICP在这些组织中均有表达，说明其表达产物可能参与相应器官的结构形成、蜕皮与变态，也可能与阻止外来物质（如农药）的侵入有关。研究还发现体壁中表皮蛋白基因表达量不是最高的，在脂肪体中的表达量更高，推测脂肪中的表皮蛋白基因参与表皮渗透能力更加显著，与抗药性的产生关系密切。罗淋淋等[24]在松墨天牛铁蛋白亚基中发现了1个糖基化位点。昆虫铁蛋白亚基在细胞内质网和血淋巴中，通常糖基化，这可能增强其稳定性，并且有助于在胞内靶向目标和受体结合[25]。蔡紫玲等[26]研究发现松墨天牛葡萄糖-6-磷酸异构酶（MaGP1）为亲水蛋白，含有活性位点、变构位点、活性部位盖子和两个多肤结合位点5个功能位点，为进一步研究MaGPI的分子功能提供了依据。

5 农药胁迫λ赡天牛基因表达的影响

5.1 肌肉LIM蛋白基因

昆虫LIM蛋白具有许多类似于脊椎动物肌肉蛋白的特征，有调控昆虫飞行的作用。罗淋淋等[27]通过PT-qPCR方法研究在农药胁迫下松墨天牛LIM基因（MaLIM）的相对表达量，发现噻虫啉的抑制作用最大。研究推测，在农药亚致死剂量作用下，松墨天牛蛹期蜕皮过程和生长发育功能会受到显著影响。

5.2 延伸因子2（EF-2）基因

延伸因子（elongation factor，EF）是参与蛋白合成过程中肽链延伸的蛋白因子，在所有多细胞生物体的新陈代谢过程中发挥着非常重要的作用，它包括延伸因子EF-1和延伸因子EF-2[28]。EF-2的正常表达关系到机体细胞的生长及蛋白质的合成。罗淋淋等[29]检测了经农药胁迫后，EF-2 mRNA在松墨天牛成虫中的表达情况，结果显示该基因在啶虫脒作用后的相对表达量最高，其次是杀虫双，绿僵菌和白僵菌的胁迫作用无显著差异，毒死蜱和灭多威的作用效果较弱。不同杀虫剂作用下均导致该基因上调表达，这可能是松墨天牛产生的自我保护反应。

5.3 包囊蛋白基因

包囊是无脊椎动物对抗外源物质的主要防御反应，包囊蛋白（encapsulation-relating protein，ERP）是昆虫产生包囊反应时最先在外来物周围积聚的蛋白[30]。毛珊珊等[31]检测发现松墨天牛ERP（MaERP）经澳氰菊酷、磷化铝、Bt、印楠素、绿僵菌胁迫后，上调表达；经阿维菌素胁迫后，下调表达。该研究为进一步研究MaERP基因在松墨天牛防御过程中的作用奠定了基础，可为探索松墨天牛免疫系统与分子毒理互作关系提供参考。

5.4 核糖体蛋白（RPS15A）基因

核糖体（Ribosome）是细胞内负责蛋白质合成的重要细胞器。核糖体蛋白（Ribosomal protein，RP）和核糖体研究一直是遗传学研究的重要领域。罗淋淋等[32]利用RT-qPCR分析了松墨天牛成虫核糖体蛋白（RPS15A）基因在农药胁迫下的表达量，结果表明，仅溴氰菊酯处理组上调表达。但核糖体蛋白表达量与杀虫剂抗性的关系究竟如何，是通过核糖体蛋白与杀虫剂结合起作用，还是通过核糖体蛋白质间的作用而发挥抗性作用，抑或为其他作用机制还需进一步探究。

5.5 氯胺磷、吡虫啉、溴氰菊酯胁迫下对基因表达的影响

氯胺磷低毒、高效、安全，是中国具有自主知识产权的有机磷杀虫剂创新品种；吡虫啉是新烟碱类杀虫剂，已成为中国取代剧毒有机磷杀虫剂的骨干品种；溴氰菊酯是拟除虫菊酯类杀虫剂，能杀灭对有机磷农药等产生抗药性的害虫。Lin等[33-35]比较研究松墨天牛对这3种农药分子响应的差异，筛选出差异基因和分子靶标。研究结果表明，细胞色素氧化酶亚基I基因在解毒代谢中有特殊作用，表皮蛋白基因没有参与对这3种农药的抗性；ATP合酶亚基D基因、线粒体酰基载体蛋白1基因等氧化磷酸化通路基因下调，说明氧化磷酸化引发了毒理学变化，这些蛋白质磷酸化的影响可能是有机磷农药、吡虫啉、溴氰菊酯的毒性机制之一，改变昆虫磷酸化水平的蛋白质可能是这些杀虫剂的非传统靶标；吡虫啉、氯胺磷胁迫下，编码丝氨酸蛋白酶、细胞色素P450还原酶、保幼激素酯酶、过氧化物酶和硫氧还蛋白半胱氨酸蛋白酶的基因转录水平下降，表明这两种农药可延缓抗药性并阻碍松墨天牛的发育；GO富集比较分析表明，在3种农药胁迫下，分子功能中“催化活性”富集的基因最多，细胞成分中“细胞”和“细胞组分”富集的基因最多，而生物学过程中，3种农药富集的GO不一致，这表明3种农药在对松墨天牛的毒性机理上有较大差别。

上述研究使用基因芯片作为研究平台，具有集约化、系统化和高通量分析的优点，为鉴定新农药、确定农药的生物选择性奠定理论基础；对以不同类型农药的准确的分子靶标为基础和依据，科学、经济、合理地选用和交替使用不同杀虫机理的农药，有针对性地防治害虫，避免或延缓害虫的抗药性，提高防治效果等具有重要意义。

6 展望

近3年来，松墨天牛分子生物学领域的研究从个别基因的克隆发展到转录组水平，为高通量研究基因奠定了基础；从单纯的生物信息学分析发展到结合生理学、毒理学及化学生态学等综合研究，充分展示了分子生物学的研究优势。基因芯片作为一种研究平台，可用于分子毒理学研究，有助于新型杀虫剂的开发和推广应用。此外，借助于分子分类方法，可对传统形态分类学进行有益的佐证和完善；松墨天牛保存方法和RT-qPCR内参基因的筛选等基础研究对松墨天牛分子生物学起到一定的推动作用。

分子生物学既是一种研究手段，也是一个重要的研究方向。松墨天牛分子生物学的研究日益深入，必然会对松墨天牛生物学、生理生化、化学生态等起到重要的引领作用，并以此为基础，为松墨天牛的综合治理提供理论支撑和应用参考。

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篇7

关键词:禽类防御素;分子生物学;进化;活性

中图分类号:S83 文献标志码:A 文章编号:0529－5130(2016)01－0136－04

禽类防御素是一类内源性阳离子抗菌肽，在禽类先天性免疫系统中发挥着重要作用。禽类防御素具有广谱抗细菌、真菌和某些病毒的活性，是禽类抵抗外来致病性微生物侵袭的重要武器。据推测，由于禽类的异嗜性白细胞缺乏氧化机制，禽类可能更多依赖于防御素等抗菌肽类物质来抵御感染［1］。目前，科研工作者们已从多种家禽和野禽体内发现了数十种防御素或其基因，并对部分禽类防御素的分子结构、抗菌活性、抗病毒活性和组织表达特性等进行了研究［2］。体外研究发现，除了抗微生物活性，某些禽类防御素还参与免疫调节和生殖活动。近些年，国内外对禽类防御素的研究报道不断增多，下面对其分子生物学方面的研究进展做一综述。

1禽类防御素的分子结构

从分子结构划分，目前已发现的所有禽类防御素均属于β－防御素。因此，禽类防御素又被称为禽β－防御素(avianbetadefensins，AvBDs)。AvBDs的前体由一个分泌型的信号肽和成熟肽构成，许多AvBDs前体还有一个短的前片段(propiece)。前片段连接信号肽和成熟肽，通常被认为起到抑制防御素的活性，防止其伤害宿主细胞的作用。少数AvBDs，例如鸡AvBD3和AvBD11，在成熟肽的C末端还有一个后片段(post－piece)。后片段的作用尚不十分清楚。通过分析鸡AvBD11的后片段发现其有3对二硫键结构，因此人们推测鸡AvBD11的后片段可能是基因复制过程中出现的多拷贝［3］。AvBDs的成熟肽部分是最终发挥生物学功能的成熟分子，通常由38～46个氨基酸构成，大小为3～4ku。成熟肽具有β－折叠和α－螺旋结构，分子内有6对半胱氨酸形成的3对二硫键。二硫键对保证AvBDs的正确折叠和维持空间构象具有重要作用。

2禽类防御素的基因进化

研究发现，哺乳动物的α－防御素基因簇位于β－防御素基因簇中，而少数灵长类特有的θ－防御素基因位于α－防御素基因中［4］。这暗示α－防御素基因由β－防御素基因进化而来，而θ－防御素基因又由α－防御素基因进化而来。3种动物防御素中，只有β－防御素是所有脊椎动物所共有的，从低等的鱼类到高等的哺乳类动物都发现有β－防御素，而且β－防御素的氨基酸序列和结构更接近于昆虫等低等生物的防御素。进化树分析也发现，禽类防御素与哺乳动物β－防御素的进化关系近。这些研究表明，禽类和哺乳类动物的防御素基因可能源自于它们共同的远古基因。禽类的基因组中有多个AvBD基因。根据鸡的基因组测序结果，人们发现鸡有14种防御素(Gal－1～Gal－14)，并通过生物信息学技术确定了这些防御素的基因序列。这14种防御素基因均位于3号染色体的末端，且成簇存在［5］。在其他禽类体内也发现了多种AvBD基因。进化树分析表明，AvBD基因在鸟类分化前就已经在进化。禽类有许多同源AvBD基因，但有些AvBD基因也显示出了一定的物种特异性，例如AvBD14目前只发现于鸡。基于进化树的分析显示AvBD14可能由AvBD13的一个重复拷贝进化而来。随着斑胸草雀(zebrafinch)基因组测序的完成，人们对比分析了鸡和斑胸草雀的β－防御素基因。基因组测序显示斑胸草雀有22个β－防御素基因，其中的10个能在鸡的基因组中找到同源基因，另外的12个基因可能由AvBD1或AvBD3演变而来，例如AvBD123和AvBD118［2］。多个防御素基因的存在可能对提高禽类的免疫防御能力具有帮助。对其他已发现的禽类(例如鸭、鹅、鹌鹑、鸽等)的防御素基因进行分析也发现，同类禽防御素基因的同源性较高，但不同物种间仍有明显差异，特别是防御素的成熟肽部分变化较大。和哺乳动物的防御素一样，禽类防御素的成熟肽很可能在正向选择(positiveselec-tion)压力下发生进化［6］。在正向选择压力下，成熟肽的某些氨基酸变位点发生改变，生物学活性也随之变化。

3禽类防御素的组织分布与表达调控

和动物防御素一样，禽类防御素主要来自骨髓源细胞或上皮细胞。例如鸡AvBD1，2和4－7在骨髓源细胞中表达，而AvBD8－14主要由各种上皮细胞表达，当然其他一些组织细胞也具有表达防御素的能力［7］。AvBDs在不同组织中的表达量不同。AvBD1，2，6和7在骨髓中表达量较高;AvBD1，2，6在法氏囊中表达量较高;AvBD13在脾脏中表达量较高。AvBD2在异嗜细胞中高表达;AvBD1，2，6，10在呼吸道中表达量较高;AvBD9－12在肾脏中大量表达［3，8］。在禽类的生殖器官中也有防御素的大量表达，例如鸡AvBD1，2，4，6在组织中高表达，可能暗示这些防御素与生殖活动有关。某些人类β－防御素(例如DEFB126)被证实与生成有关［9］，是否禽类防御素也具有类似的功能还有待进一步研究。除了组织差异外，禽类防御素的表达量也有种属差异。例如有研究表明，AvBD10在鹌鹑骨髓中高表达，而在鸡骨髓中没有发现高表达［10］。目前的研究表明，禽类防御素的表达受动物生长、感染、日粮成分和炎症反应等多种因素的调控。AvBD7在母鸡的生长过程中表达量逐渐增加直至性成熟，而AvBD14的表达则恰恰相反［11］。在鸡性成熟后，多数AvBDs在附睾、阴道等处表达量升高［12］。蛋鸡生殖道中防御素的表达受LPS和白介素的影响［13］。鸭感染鸭肝炎病毒后，肝脏中AvBD7的表达量上调，而AvBD12在多个器官中的表达量则下调［14］。日粮中维生素D3的含量能影响鸡AvBD1的表达［2］;饲料中添加丁酸盐能提高多数鸡AvBDs的表达水平［15］。

4禽类防御素的生物学活性

4.1抗微生物活性

研究表明，大多数AvBDs显示出良好的抗微生物活性。企鹅AvBD103b对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、星形奴卡菌等多种革兰阳性菌均具有杀灭作用［16］。鸡AvBD9在2～4μmol/L浓度下即对多数革兰阳性菌和革兰阴性菌具有抑制效果［8］。许多其他禽类防御素也具有广谱抗菌活性(表1)。目前，关于AvBDs抗微生物机理研究较少。据推测，AvBDs可能与其他动物的防御素一样，能通过扰乱脂质双分子层等方式发挥抗病原微生物的作用。带正电荷的AvBDs能与富含负电荷的细胞膜结合，然后将疏水性的肽段插入到脂质双分子层中，导致细胞膜通透性增加，最终达到杀菌目的。带正电荷低的AvBDs通常抗菌效果也较差，这说明AvBDs所带电荷对其抗菌非常重要。研究还发现，AvBDs的二级结构对杀菌同样重要。缺少二硫键的线性AvBD2分子杀菌效果降低，无法有效杀灭金黄色葡萄球菌，但对大肠杆菌仍具有杀菌效果［17］。许多AvBDs的抗菌活性受盐离子浓度、pH值等理化因素的影响［8，14］。高盐条件下(例如氯化钠浓度达到150mmol/L)，AvBDs的抗菌活性往往会受到抑制。

4.2抗病毒活性

已报道，某些AvBDs对病毒具有抑制作用。鸭AvBD1、AvBD3、AvBD6等能抑制鸭肝炎病毒(DHV)的增殖，延长鸭胚接毒后的存活时间［21］。鸡胚成纤维细胞感染流感血凝素重组痘病毒后，AvBD4、AvBD6的表达量会升高［25］。体外试验表明，鸡AvBD2、AvBD6和AvBD12具有抑制传染性支气管炎病毒的作用［26］。

4.3免疫调节作用

除了抗微生物活性外，AvBDs在禽类体内还发挥着多种免疫调节作用，例如趋化作用和细胞分化。有研究表明，鸡AvBD13对LPS处理的脾脏淋巴细胞的增殖分化具有促进作用［27］。鸭AvBD2能趋化DT40B淋巴细胞、CD4+T淋巴细胞等［19］。

4.4在禽类生殖中的作用

近些年的研究表明，某些AvBDs在生殖器官中大量表达，可能与禽类的生殖有密切关系。从现有的研究结果来看，AvBDs在生殖器管中的表达可能有两方面的作用:一方面，参与生殖系统的抗感染，构成生殖系统抗感染的重要防线;另一方面，可能参与了禽类的生殖细胞分化，并维持生殖细胞的正常活力。鸡AvBD1、AvBD2等9种防御素在组织中有表达，其中一些防御素在公鸡性成熟过程中表达量上升［28］。母鸡感染沙门菌后，AvBD5、AvBD7等防御素在阴道中的表达量上调［29］。公鸡感染沙门菌后，AvBD10、AvBD12、AvBD14在中的表达量上调［30］。

5展望

篇8

关键词：分子生物学；教学方法；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）38-0050-02

《分子生物学》是从分子角度、在基因水平上阐述生命现象的科学。其主要内容是构成生物体的生物大分子结构和功能的研究，特别是核酸、蛋白质结构和功能的研究，并在此基础上，对不同生物体及生命现象的各个方面从分子水平上进行剖析。《分子生物学》作为农学专业的基础课之一，是分子遗传学、生物技术、基因工程等的理论基础。随着现代科学技术突飞猛进地发展，现代农业研究已深入到分子水平，《分子生物学》渗入农业科学各个学科。面对学科本身的飞速发展，如何在新形势下让学生学好这门课程，是我们面临的重要问题。

一、加强绪论教学方法，增强学生学习兴趣

近几十年来，随着分子生物学的迅速发展，新技术、新成果不断涌现，成为生命科学领域最具活力的学科之一，所以对此的学习过程和授课方式倍加重要。因此，讲好绪论部分可以帮助学生树立学习《分子生物学》的信心，激发他们学习的兴趣，最大程度地提高教学效果。例如：绪论中我们会谈到分子生物学中诺贝尔奖的相关信息，可以帮助学生重视《分子生物学》课程的学习。从1901年以来自然科学领域的诺贝尔奖大概有550名左右，其中有200位诺奖获得者涉及生物化学和分子生物学。我国于1999年9月获准加入人类基因组计划，虽然参与这一计划最晚，而且是唯一的一个发展中国家，但是我国科学家仅用了半年多的时间，就已经按照人类基因组计划的部署完成了测序任务，对破译人类遗传信息起到重大作用。这样让学生认识到我们国家在分子生物学方面的长处与不足，提高了学生的学习兴趣，使学生在第一时间被深深地吸引，在明确课程内容、发展历程以及应用的基础上，更为重要的是明确学习目标、激发学习热情、建立自信、掌握正确的学习方法，从而为学习《分子生物学》建立一个良好的开端。

二、善于归纳总结，系统地讲解有关知识

由于《分子生物学》的内容丰富、知识点多、理论比较抽象，使其具有一定的深度和难度。要想在有限的学时内更加全面而深入地让学生掌握并理解本课程的内容。我们要学会整理、归纳，使课本上相关的一些分散知识系统化、网络化、提炼出知识点。如在DNA的复制中有两个关键概念，DNA的半保留复制强调的是对DNA复制后结果的归纳，DNA的半不连续复制着重点在于对DNA复制过程的总结。抽象的知识记忆起来确实存在一定难度，这也是以往学生反映最多的问题。需要在理解的基础上，采用总结规律性教学的方式将其具体而直观表现出来，使学生能更迅速、更准确记忆。例如，限制性内切酶Ⅱ识别回文序列，可用“上海自来水来自海上”来解释什么是回文序列，即正读和反读其序列均一样。建议学生学习时结合课程内容采用不同的学习方法，切记不可死记硬背，在理解的基础上要善于总结，重点培养创造性思维能力，只有掌握正确的学习方法才能有效地提高学习效果。

三、充分发挥多媒体教学的优势，实现教学内容的直观化

运用多媒体技术进行课堂教学，既可以将图、文、声、像融为一体，使教与学的活动变得更加丰富多彩，又可以寓知识学习、技能训练、智力开发于生动活泼的形象之中，从而激发学生的学习兴趣，变苦学为乐学，同时又促进他们的思维发展，丰富学生的想象力。例如，RNA的剪切加工过程，教师用很大力气介绍每一加工过程，学生仍是一头雾水，而我们通过一个“RNA的剪切加工”视频，可以清楚地看到在细胞中，RNA合成后5’帽子和3’尾巴是怎样被加上，然后进一步剪切内含子，连接外显子的过程，学生观看以后，顿时有一种豁然开朗的感觉。

四、注重学科进展，强调其理论意义和实际应用

《分子生物学》是一门比较年轻的学科，作为一门独立的自然科学，只有六十多年的历史。但其发展非常迅速，目前已成为自然科学领域发展最快、最引人注目的学科之一。《分子生物学》作为多门学科之间的桥梁，对与其关系比较密切的生物化学、细胞学、微生物学、遗传学等领域都产生深刻影响。《分子生物学》的理论意义在于：生命活动的根本规律在生物体中都是统一的。分子遗传学的中心法则和遗传密码，除个别例外，在绝大多数情况下也都是通用的。学生学习《分子生物学》的最终目的是为其理解和掌握农业生产中相关知识服务。在教学的过程中，教师要多与生产实践知识联系起来。比如：小麦是我国第二大主要作物，其产量与品质直接关系国计民生。随着全球气候变暖，制约小麦产量的环境因素更加复杂。小麦抗旱生理生化与分子生物学研究将为解决环境因素问题提供有力的理论支撑。目前已得到了玉米、水稻、胡萝卜、烟草等二十九种重要农作物的抗病毒、抗虫、抗除草剂、营养品质大幅度提高的转基因植株。在诸多的农业增产措施中，采用转基因技术进行作物蔬菜水果良种繁育的方法占到30%～40%。随着分子生物学研究的进一步发展，不仅采用基因工程的技术获得新的植物良种和实现粮食作物的固氮；而且有可能在掌握光合作用机理的基础上，使整个农业生产的面貌发生根本改变。

五、强化课程实验教学改革，注重学生素质能力的培养

《分子生物学》课程的实践性很强，强调理论联系实际。学生可利用学校提供的校园网络资源，结合教材预习实验内容并提出问题，教师集体解答后指导学生做实验。这种学生自主学习的方法，极大地激发了学生学习的兴趣，有利于培养学生的综合素质。例如：学生们在做PCR扩增及琼脂糖凝胶电泳实验时，我们要求学生提前总结PCR反应体系的配制、PCR扩增程序的设置以及琼脂糖凝胶的配制，学生们在实验室上实验课时直接操作，教师及时指导学生们在操作时出现的错误和不当处。理论与实验结合起来使学生的实验操作得到了极大的提高，以适应21世纪社会对高层次农学人才的需要。

总之，在《分子生物学》的教学过程中，作为教育工作者，我们将不断提高自身素养，充实自己的知识，与时俱进，探索新教学改革方式，完善教学方法。在教学过程中发挥学生的主体作用，引导学生学好农学专业知识，提高教学质量，培养他们成为新一代农业领域的佼佼者！

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篇9

[关键词]双语教学；分子生物学；策略

[中图分类号]G624.0　[文献标识码]A　[文章编号]1005―6432(2011)18―0169―02

所谓双语教学(Bilingual Teaching)，即用非母语进行部分或全部非语言学科的教学，其实际内涵因国家、地区不同而存在差异。如在加拿大，双语教学一般指在英语地区用法语授课的教学形式。在美国，双语教学一般指用西班牙语进行的学科教学。在我国现阶段的高等教育体系中，双语教学实际上是指用汉语与英语交替进行的教学模式。国际通行的一般意义的双语教育的基本要求是：在教育过程中，有计划、有系统地使用两种语言作为教学媒体，使学生在整体学识、两种语言能力以及这两种语言所代表的文化学习及成长上，均能达到顺利而自然的发展。在这里，第二种语言是教学的语言和手段而不是教学的内容或科目。

分子生物学(Molecular Biology)是以分子水平研究生命本质为目的的一门新兴边缘学科，它以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象，是当前生命科学中发展最快并正在与其他学科广泛交叉与渗透的重要前沿学科。本文就双语教学开展的现状，结合我们在开展《分子生物学》双语教学中的一些体会，列举了双语教学过程中出现的一些问题并提出了应对策略。

1、分子生物学课程实施双语教学的必要性

1.1　双语教学是分子生物学科发展的内在需求

分子生物学，是研究核酸、蛋白质等生物大分子的功能、形态结构特征及其重要性和规律性的科学，是人类从分子水平上真正揭开生物世界的奥秘，由被动地适应自然界转向主动地改造和重组自然界的基础学科；是一门国际前沿性强、发展迅速、对生命科学领域各分支学科具有广泛和深入影响的学科。分子生物学领域的重要成果和最新的研究发展都发表在影响因子比较高的国际性刊物上，这类刊物都是英文刊物。因此，双语教学是分子生物学科发展的内在需求，对于促进学科与学术前沿融合有重要意义。双语教学有利于促进教育与国际接轨，也是短时间内跟上国际科技发展的迫切需求。

1.2　双语教学是本学科教学改革的需要

近20年来分子生物学领域发展极为迅速，知识更新率也很快，教材内容相对滞后，这就要求老师在完成教学大纲所规定的教学内容的同时，要注意本学科前沿发展的最新动态，教学中采用双语教学，适当地增加新的知识与国际接轨以开阔学生视野。双语教学是促进中国大学教育国际化“走出去引进来”的必备条件之一，它可以为学生提供一个国际化的教育大环境，使学生直接了解本学科专业的国际先进动态，使学生按照英语的思维模式直接吸收世界先进的科技、文化知识，提高学生的科学素养，造就现代化新型人才。

2、双语教学过程中出现的一些问题

2.1　师资条件

教师是教学的主导者，因此双语课程教师素质决定了双语教学的实施情况，从而影响对双语教学效果的评价。和专业课教师一样，双语教学的重点首先是学科内容，其次是外语，尤其是专业外语在教学中的运用。所以，这就要求双语教师不仅精通学科内容，而且具有较高的外语水平，能熟练地驾驭外语进行专业课的教学，因此双语教学对教师提出了更高的要求。在一些发达国家，国家对双语教学有明确的政策规范，例如，在加拿大，当法语作为教学语言时，必须由本族语为法语或法语水平相当于本族语的教师施教，这些规定与其国情相符，保证了加拿大双语师资的质量。与发达国家相比，我国的双语教学尚处在实验阶段，也从未设立双语师资专业。目前的双语教师基本上没有接受过专门的培训，还有一部分教师没有国外留学经历。因此，在师资水平这一环节上与发达国家存在显著的差距，双语教师水平的参差不齐对双语教学的影响不容忽视。

2.2　教材的选用

通常的双语教材包括国外引进教材、国内出版教材、翻译教材等，在高校中大多采用的是国外引进教材，这些教材的优点是语言纯正，但是大多与国内的课程标准不符，难度和我国学生的实际英语水平有差距。此外，目前引进的原版教材种类有限，在使用中选择余地很小。《分子生物学》常用的是科学出版社引进的现代生物学精要速览系列的教材，和国内相应专业课的课程体系有较大的区别，造成不同学科教学中内容的重复。因此，在双语教学中迫切需要语言地道，篇幅适当，符合我国学生认识能力的教材，相关部门应当重视原版教材的引进，这已经成为制约双语教学开展的一个突出问题。

2.3　教学方法和手段

目前，在很多院校的《分子生物学》教学还是采用传统教学模式。教学过程都是以教师为中心，教师在课堂上以描述性的讲解来传播知识，学生在教与学的过程中是知识信息的被动接收者，在这种教学模式下，往往忽视了学生获得知识的潜在性和理解知识的差异性以及发展知识的创造性。并且，分子生物学主要是从DNA分子水平来阐述遗传信息的传递(DNA复制等)、基因表达(DNA到RNA到蛋白质)及基因表达的调控。然而，基因看不到摸不着，学生对其是一个懵懵懂懂的认识，再加上其复杂抽象艰深的调控过程，容易使学生觉得枯燥，产生一种五里雾里的混乱感，教学效果不理想。

3、问题应对策略

3.1　大力提高双语教师的水平

目前，很多院校都与国外有着定期或不定期的学术交流，或与国外院校合作办学，这为教师带来了进修或考察的机会，有助于提高教师的英语和专业水平，学术交流也为双语教学引进原版教材提供了有利条件。如果有学校政策的支持，通过聘请校内外著名专家、高水平专业人才承担双语教学任务和开设讲座，推动双语课程建设也是教学团队和高水平教师队伍建设的有力手段。同时也可以充分利用现有的师资条件，重新整合教学团队，将有留学背景的专业教师或者在分子生物学领域的科研人员充实到双语教学的第一线也是提高双语教学质量的捷径。通过鼓励留学进修、深造来提升教师的学历层次和专业水平也是一条途径。只要学校予以重视，给予一定的优惠政策，在较短的时间内提高双语教师的水平还是完全可能的。

3.2　教材和教学内容的灵活选择

分子生物学是一门新兴的发展迅速的学科，由科研第一线的教师结合国内外的研究进展进行讲授，非常生动具体。采用英文原版教材推行双语教学，帮助学生建立英语的分子生物学知识体系，同时引入后基因组时代的具有新概念和新技术介绍的先进内容的《GeneⅧ》、《MolecularBiology 0f the Gene》、《Molecular Cell Biology》、《Molecular

Biology 0f the Gene》、《Modern Genetic Analysis》和《TheCell：A Molecular Approach》等作为备课的补充材料，实现在知识体系和内容上的更新。目前网上资源非常丰富，其利用越来越普遍，但选择网上资源要符合自己的教学特点，适合本班学生的学习状况，并与学生所用教材内容相关，这样就可以达到好的教学效果。

3.3　充分运用现代化的手段开展教学

分子生物学双语教学的具体目标是在学习分子生物学知识的同时掌握英语语言，主要教学目的应定位在专业课教学，但在课堂上应尽量创造较多的使用英语的语言环境。考虑到实际教学学时的限制和分子生物学内容的繁多，本着在较少的课堂教学时间内，为学生介绍较多的内容，采用图文并茂、信息量大、形象生动的多媒体形式进行教学。应用丰富的网络资源，参考国外多种原版教科书及电子图书，系统制作出全部教学内容的多媒体课件和模拟动画等。把书本知识转换为直观形象的、图文并茂的、情景交融的计算机辅助教学课件，把间接兴趣转变为直接兴趣，教师讲解省时，授课信息量增大，提高了课时利用率，解决了内容多而课时少的矛盾。在教学过程中还辅以观看《Molecular Cell Biology》和《Molecular Biology of the Gene》(Fifth Edition)的配套光盘、参观分子生物学实验室和动手实验等多种方式，使理论知识的表达更加形象、直观，从而激发学生学习的主动性和积极性。

另外，学生的外语水平和接受双语教学的能力直接影响双语教学实施的效果，有条件应尽量根据学生的英语水平进行分类教学或分班教学。对英语水平较低的学生应先使用英文原版教材，用全中文授课的教学方式；当学生英语水平提高到一定程度时再逐步增加英文讲授的比例，对分子生物学中一些重要的、难理解的理论应仍以母语教授为主，这样才能达到双语教学的教学目的。

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篇10

关键词：农学专业；分子生物学；教学改革与实践

前言

上个世纪中期，核酸被确定为主要的遗传物质，随后DNA的双螺旋结构被揭示；进入到上世纪后期，遗传重组技术、PCR技术以及核酸测序技术相继出现、发展迅猛。分子生物学作为一门学科也应运而生，并成为当前最前沿、最活跃的学科之一[1，2]。分子生物学相关理论与技术方法已经渗透了生命科学各个研究领域，全面促进了当今理、工、农、医等多个学科的发展，是从事生命及农业科学研究和工作必备的工具和知识体系，该学科的教学工作至关重要[3]。该课程已成为高校生物类、农学以及医学等专业的基础课程，也是学生掌握生物技术的最重要课程之一。国内高等院校自上世纪80年代以来，陆续开设分子生物学课程。华南农业大学办学历史悠久，已经面向农学专业开设该课程长达20余年。针对该课程存在的研究方法与手段发展极为迅速、理论知识抽象、实践教学环节薄弱等问题，结合前人的经验和多年的教学实践，从教材选用、教学内容、教学模式以及课程学习效果等方面进行研究和探索，充分说明教什么、怎么教以及教的怎么样几个教学中的关键问题。全方位、多维度地提高教学效率，增强学生学习效果，为培养服务于现代农业的高素质、创新型人才奠定基础。

一、立足专业培养方案，整体规划教学内容

经过长期实践，分子生物学成为华南农业大学农学专业必修课、农学丁颖创新班的专业选修课。在课程开设前，相关专业的学生已经修习了生物化学、遗传学等专业基础课程，且在课程内容中与分子生物学存在一定的交叉；部分学生还会继续选修基因组学、生物信息学以及基因工程实验等课程，分子生物学成为学习这些课程的必要基础。因此，我们根据农学专业人才培养方案和本课程教学大纲进行总体设计，根据学生已有的知识体系，突出教学重点，强调课程特色，提高教学效率。采用的具体措施主要包括以下两个方面。

（一）合理选用教材

分子生物学几乎是现代生命科学研究领域发展最为迅速、最具活力的学科。该学科相关的出版教材也非常丰富，包括《现代分子生物学》（朱玉贤，高教出版社，2007）、《分子生物学教程》（赵亚华，科学出版社，2006）、《基础分子生物学》（郑用琏，高教出版社，2012）等。针对于农学专业的专业特点，我们选用郑用琏主编的《基础分子生物学》作为参考书；在实际教学中，适当脱离教材，对于本书中所涉及的遗传学和生物化学教学内容做必要提示，自学为主；对于研究前沿，密切追踪，及时跟进，将最新的研究方法和研究进展融入到课堂教学。在教学过程中，引导学生查阅《GeneVIII》（Lewin.B，OxfordUniversityPress，2007）、《MolecularBiology》影印版（RobertF.Weaver科学出版社2001）等英文书籍和专业文献，在学习专业知识的同时，提高英文阅读水平，拓宽知识面。

（二）优化教学大纲

制定教学大纲时，充分考虑遗传学、生物化学和分子生物学等课程的教学内容，结合开设的实验课程，进行总体设计。经过多年实践，制定了总学时为48学时的课程教学大纲。其中，36个课时用于系统讲述基本理论知识，12个学时用于课堂讨论。理论知识包括核酸的结构、DNA的复制和转录、蛋白质翻译以及基因表达调控等。在具体教学时间分配上，2个课时用于系统介绍本学科的历史沿革、发展现状及未来趋势；核酸结构部分内容在生物化学等课程有所涉及，本课程重点阐述核酸结构与性质在分子生物学研究中的意义与应用、基因概念内涵的演变和发展，总计8个课时；在中学阶段已经学习过DNA复制与转录相关内容，本课程教学中仅突出讲述以往尚未接触的内容，安排6个课时；蛋白质翻译过程是生物化学课程的学习内容，本课程将重点放在蛋白翻译的保真机制上，总计4个课时；基因表达调控是整门课程中的重点、难点，分配16个课时；所选教材中涉及的基因突变及利用、基因工程等方面的内容，分别在本专业开设的遗传学、植物基因工程等课程中进行讲述，本课程不再进行单独的讲述。现在分子生物学技术等内容主要结合12个课时的课堂讨论进行学习，结合具体研究案例，引导学生及时跟进学科前沿，提高解决问题的能力。通过将理论教学与进展讨论有机结合，达到夯实理论基础，面向应用，展望前沿，拓宽思路，全面提升专业素质的目的。

二、多种教学方法融合，全面提高教与学的效率

（一）坚持德育优先，情感教育贯穿课程教学

教育的本质是立德树人，只有保持一个国家、一个民族的道德先进性，才能保持这个国家、这个民族持续前进的动力。德育是任何课程教育都不容忽视的、极为重要的教学组成部分。在授课过程中，通过学习相关研究进展以及理论和方法的产生与发展历程，结合该学科在我国的历史沿革和现状、具体到我校在相关领域的贡献，弘扬前辈的爱国奉献精神和实事求是的道德品质；由此培养学生建立科学的发展观、形成严谨的科研态度，激发家国情怀，形成内在的学习动力和学习热情，提高学习效果。作为主讲老师，我们尽量多地了解学生个人学习情况和日常动态，建立良好的师生互信，全方位服务教学工作。

（二）打破教材限制，灵活采用教学手段

分子生物学课程知识更新速度非常快，且涉及的知识面广、信息量大。我们根据实际需求，不拘泥于教材，及时跟进研究前沿热点，将最新的研究成果引用到课堂教学，鼓励学生利用所掌握的知识点探究前沿热点问题，培养学生主动获取知识的能力和创新意识。例如，将近年来的研究热点———基因编辑技术融入到“基因表达调控”的内容，一起进行教学。该课程还存在知识抽象、复杂，难以理解的问题，学生容易产生畏难情绪。针对于此，我们在授课过程中，充分挖掘教学资源，以学生们所熟悉的本校教师及其研究成果进行举例，化抽象为具体，学以致用，培养学生利用所学的知识解决实际问题的能力。在多媒体课件制作方面，注意色彩搭配，重难点突出，合理规划放映流程，深入浅出地展示学习内容。充分发挥现代化教育技术的优势，在采用多媒体课件进行展示的基础上，充分利用网络传媒，综合使用动画、投影，增强表现力，使教学内容更加直观形象，达到启迪思维，增进理解，强化记忆的效果。在课堂讲述之外，安排课前导读、课堂讨论和课后作业，从多个教学环节对学习内容进行拓展，培养学生归纳总结、独立分析和思考的能力，逐步形成科学的思维方式，提高综合素质。

（三）班组结合，凸显学生学习主体的地

我校主要采用小班制教学模式，集中授课是主要的教学组织形式。本课程采用了大班授课和小组学习相结合，同时辅助以个别指导的教学形式。每个授课班一般为50人左右，每个小组通常为3-5人。通过拟定课外学习内容，督促学生自发组成课外学习小组，自主选定主题并围绕该主题进行调研、在课堂上进行讨论。“班级-小组-个人”相结合的分层学习模式使每位同学都能充分参与到教学活动中，激发学习的积极性。课堂讨论环节中，以小组为主体阐述观点，结合教师点评，自由提问和辩论，形成师生间的有效互动，活跃课堂气氛。在启发式的翻转课堂过程中，充分发挥学生的主体地位，有效调动学习热情，提高自主学习能力，推动学生的创造性学习。

（四）以问题为导向，打造立体式学习环境

农学专业学生从大学二年级即开始毕业论文研究工作，从事的研究工作往往涉及到不同层次的分子生物学问题；在整体的培养方案中，也有与分子生物学课程相关的实验性课程。我们以此为契机，通过在课程中引入读书报告、阐明实验设计的原理和方法，指导学生进行研究性学习，促进学生运用本课程的理论知识解决实践教学中的具体问题；有目的地引导学生发现问题，提出疑问，以问题为导向，激发兴趣、积极探索，在问题解决的过程中积累知识。以上方案有效地促进了不同课程知识点的融合，形成立体式学习环境，全面培养学生的自学能力和研究能力。