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关键词:分子生物学;教学;实效性
中图分类号:G642.41 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)28-0204-03
课堂质量和课堂效率是提高课堂教学的实效性的两大关键因素。课堂质量包括教师教的质量和学生学的质量;课堂效率是指教师能否在单位时间里高效完成教学任务。“教”主要体现在教学目标、教学环节、教学活动等是否能调动起学生学习的积极性等;“学”主要体现在学生对基础知识的掌握情况、学习能力的提升状况、学科思想、方法与策略的获得、学习乐趣的有无、是否有了探索知识的欲望[1]。因此具有实效性的课堂,讲求的是高质量的教与学的过程。
分子生物学是高等院校生物学相关专业开设的主干课程之一,也是生物学科中发展较快的前沿学科之一,该课程的理论性很强,所涉及的内容都是在分子水平上的研究成果和研究方法。因此,无论是教师还是学生,对于初学者来说,确实有一定的难度。笔者根据自己多年来从事分子生物学的教学实践,对如何提高分子生物学课堂教学实效性的一些关键的问题进行了归纳和分析。
影响分子生物学课堂教学实效性的因素有很多,如教材的选择、教学目标的确定、教学手段和方法运用、教师的综合素质以及学生的自身因素等,但是,最主要的因素是教师的综合素质和学生的学习能力。笔者根据对分子生物学教学的经历,从教材的选择和利用、教师的素质和学生等方面进行简要阐述。
一、教材的选择和利用是提高分子生物学课堂实效性的重要基础
分子生物学较难,因此选择合适的教材很重要,要选择结构编排清晰的中文教材,这样会使学生对分子生物学有一个整体的清晰地认识,不至于对该课程产生厌倦的情绪。选择主要教材固然很重要,但是选择合适的参考书也不容忽视,这些参考书要以教材为中心,从不同方面对分子生物学的某些章节进行了详细阐述,这样可以使学生对不太清楚的知识点进行自学和更详细的把握。
在分子生物学教学中,要以教材为中心,通过查阅大量文献,灵活地使用教材。比如在绪论中介绍分子生物学发展史时,里面涉及的许多分子生物学的重大发现,是获得了诺贝尔生理和医学奖或者化学奖的成果,光讲这些理论成果比较枯燥,如果穿插介绍一些科学家发现理论的一些有趣的生活小故事等,就可以激发学生的学习兴趣。
一个优秀的分子生物学教师必须能灵活地处理和利用教材,在不打破知识结构顺序的前提下,可以打破所选教材的编排顺序,按照自己的教学思路,因材施教。在教材的选择方面笔者认为,以国内的优秀教材为主,把国外的一些优秀教材的相关内容的实验证据翻译成汉语制成课件或动画,让学生通过对实验证据的理解更进一步巩固加深。同时给学生提供一些国内外优秀的分子生物学参考书和高校精品课程网站,以利于学生更好地掌握和巩固分子生物学中难理解的知识。
二、教师的知识储备和综合素质是提高分子生物学课堂实效性的核心
1.教师的知识储备与分子生物学的课堂实效性的提高。分子生物学是一门综合性的学科,它以经典遗传学为基础、与微生物学、细胞生物学相互交叉,与生物化学同处在一个二级学科下,所以一个好的分子生物学教师,应该具备生物学领域中上述四大课程的扎实的理论知识和实践知识结构,同时还要具备该领域创新活动所必需的知识结构。尽量做到课程之间的联系和知识的迁移。
分子生物学的专业知识和技术是分子生物教师知识中的特色部分。当然分子生物学实践知识在该课程教学中至关重要。分子生物学的一些理论和规律是通过实验得出来的,所以教师对相关实验证据的理解和掌握要全面透彻。而分子生物学的发展国外要快于国内,因此教师掌握英语,使自己具有查阅国际先进技术信息和进行信息处理以及国际技术交流的能力很重要。因此只有储备广泛的学科知识,才能将分子生物学知识融会贯通,从而达到较好的教学效果。除此以外,一个优秀的分子生物学教师还应该掌握现代教育理论和技术,这样才能将专业知识的讲授和教育技术的利用有机结合起来,教学效果会更好。
2.教师的综合素质与分子生物学课堂实效性的提高。教师的思维能力直接影响学生的课堂联想能力。教师应在分子生物学课堂教学中,用声情并茂的语言传授知识,对知识进行多方位的联想、分析,使学生掌握知识结构的内在规律,激活学生知识迁移的本领,获得有价值的活知识。分子生物学是一门综合性的学科,几乎每一个知识点都涉及几门学科的知识,因此以问题的形式启发学生回忆联想相关知识,将不同学科的知识点加以整合,利于提高学生的联想能力。
教师的观察能力是教师在分子生物学教学过程中必须具备的能力。教师能否有效地引导学生进入知识的殿堂,主要取决于教师是否具有准确的洞察力和及时反馈获取瞬间信息的能力。在分子生物学教学过程中,遇到难理解的问题时,学生会皱眉头或者瞪大眼睛,这时教师应该将该知识点所涉及的内容清楚讲解,便于学生消化吸收后面的内容。
教师的科研能力也是教师教育所必备的能力。一名优秀的大学教师除了具备以上所谈到的能力外,还要具备较强的科研能力。分子生物学是生命科学领域里发展较快的一门学科,新的技术和方法层出不穷。分子生物学教师必须以研究者的姿态进行教育教学,并在不断的研究与探索中,有所发现,有所创造,才能紧跟分子生物学的发展,把新的发现贯穿到教学当中,使学生了解分子生物学的发展热点和趋势,从而激发学生的学习兴趣。因此,教学过程中,将自己的科研成果与教材上的知识相结合讲解,更能激发学生的积极性。
教师的沟通能力有助于分子生物学课堂实效性的提高。教师的教育对象是学生,课堂上,需要教师与学生之间进行精神的沟通,情感的交流,引导学生积极上好每一节课,教师由教学活动的主角转变为学生学习的指导者和配合者。课堂上,教师的视线不要离开学生,一定要捕捉学生对所讲内容的反应,哪怕是一点点细微的表情,比如眼神、皱眉、点头、摇头以及微笑和迷惑的表情,随时灵活改变教学方法和表达的方式,让学生真正成为学习的主人而不是知识的奴隶。在课堂教学中,给学生提供一些学习资源,告诉学生如何利用这些资源,要善于捕捉和激发学生学习的灵感,发现和挖掘学生发展的潜能。同时对自己的教学过程,不定期进行问卷调查或者让学生以匿名的方式写出自己的意见和见解,从而不断提高和改进教师的教学技能和教学方法。
三、教学方法和手段是提高分子生物课堂实效性的关键
1.教学方法的灵活运用可以激发学生的学习兴趣。在分子生物学理论课程的教学上,采用启发式、互动式、对比式、小结式、开放式和研究式等多种教学方法的灵活使用,有利于提高教学质量,培养学生学习兴趣,活跃教学气氛,增进师生交流。
分子生物学是一门很难的课程,必须采用丰富多样的课堂教学模式,活跃课堂气氛,提高学生学习的主动性和积极性,即在分子生物学的教学中鼓励学生提问、讨论与交流,采用启发提问、讨论的方式,努力去创造有利于学生独立思考问题的情境,激发学生活跃的思维。引导学生带着问题学习,鼓励学生全方位、多角度独立思考,大胆提问,使其学会发现问题、提出问题,这样才能把学生的思维引入到活跃的课堂氛围中,以此培养学生的课堂积极性和激发创造性思维能力。
2.适当的教学手段可有效提高课堂教学质量。在教学手段方面,目前我们的分子生物学教学主要应用多媒体教学。多媒体教学利用动态画面展示知识点,利用它的图画特性将抽象的、理论的东西形象化,将空间、难以想象的内容具体化,还可以在课件中展示自然界的直观现象、模拟实践过程和再现研究过程,使学生在学习中感受到乐趣[2,3]。在多媒体教学中,我们应用了大量的动画来展示分子生物学核心内容,比如PCR原理,可以从网上下载动画素材,让学生从感官上认识PCR反应的具体过程,生动、形象、直观,节省时间,很容易接受,还可以进一步加深学生对理论的理解。
教学语言最好用汉语(母语),一些名词术语可以标注英语,因为我们的学生英语水平有限,分子生物学的知识本身就很难理解,如果用英语讲课无形中又增加了难度。所以用汉语讲效果会更好。
四、学生的学习方法和学习兴趣是提高分子生物学课堂效率的主要因素
教固然是影响课堂实效性的主要因素,但学也同样是一个非常关键的因素。学生首先要学会在做好预习,教师课前布置预习任务,以问题的形式让学生去预习下一次课的内容,这样学生听课就容易多了,接受知识也就轻松多了,只要能听懂,兴趣自然也就有了。于是,听课的过程中,学生就会提出一些问题,在老师的指导下,学生自己分析问题和解决问题,自然课堂效率会得到提高。
其次,在课堂上要聚精会神地听课,而不要光盲目地记笔记,最好提前把老师的课件拷贝打印出来,在听课的过程当中把难点记下来,以便课后向老师求教。分子生物学比较难,如果没有教师的细心讲授和指导,学生学起来也很吃力,所以每讲完一节课,教师要有目的地布置作业,对于记忆性的知识,让学生课后复习即可,而一些难理解的知识点,布置一些查阅文献的作业,让学生通过大量查阅文献对这些知识加以理解和掌握,这样理解更深刻透彻,就更容易掌握。
再者,我们可以找一些难度适中的章节让学生自己设计编写教案,然后讲给大家听,这样也可以激发学生的学习和探索的兴趣。
综上所述,要提高分子生物学课堂效率和教学质量,教师必须具备扎实雄厚的分子生物学知识、较强的学习能力和巧妙运用教育技术的能力。除此以外,一名优秀的分子生物学教师在走上讲台前,一定要旁听相关课程教师的课,尤其是旁听有经验的教师的课,这样从中可以细致地品味怎样才能让学生喜欢这门课。笔者在讲分子生物学课之前,曾经在不同的学校旁听了分子生物学及相关课程的不同优秀教师的课程达三年,既有研究生的课也有本科生的课,发现不同的教师在讲课时具备不同的风格,有的由浅入深娓娓道来,有的旁征博引激情活泼,有的边讲边讨论互动,无论哪种形式,都是主次分明层次清晰,最后高度概括和归纳,由点到面,再由面到点,学生的课堂积极性很高,因此课堂效率也很高。由此看来,总结经验取长补短,先当好“学生”,而后再当教师,这样才能胜任该课程。
因此,在分子生物学教学中,教师应该以雄厚的分子生物学理论和教育技术为指导,建立一个以学生为中心的动态课堂教学模式,即实行教师为主导,学生为主体,互相交流,共同参与的“双向沟通”教学模式,从而提高教师的课堂教学质量和学生的课堂学习效率。
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视网膜母细胞瘤( retinoblastoma,RB)是婴幼儿最常见的一种眼内恶性肿瘤, 不仅严重影响患儿的视力,更危及生命。随着生物学技术的迅猛发展,RB的生物学研究已取得一些突破,探讨RB的发病机制对抑制肿瘤的生长和转移,提高患儿的生存率,具有重要的临床意义。现将视网膜母细胞瘤发病机制的研究进展综述如下。
【关键词】 视网膜母细胞瘤;基因突变;p53;鼠双微粒体2;Rb蛋白
Abstract Retinoblastoma is a common pediatric eye malignant tumor, it not only seriously affects childrens eyesight, but also endangers their lives. With the rapid development of biological technology, some breakthroughs have been made in retinoblastoma biological research. It has an important clinical significance to explore the pathogenesis of retinoblastoma in order to inhibit tumor growth and metastasis and improve the survival rate of children. Now the pathogenesis of retinoblastoma research is summarized.
KEYWORDS: retinoblastoma; mutation; p53; MDM2; pRb
0 引言
视网膜母细胞瘤(retinoblastoma,RB)是发生于婴幼儿时期最为常见的眼内恶性肿瘤[1],出现首个体征的平均年龄为生后7mo(双侧发病病例)和24mo(单侧发病病例)[2],严重危害着患儿的视力和生命,已经受到医学界的广泛关注。我国每年新病例约有1000人,占全世界每年新病例的20%。其中30%~40%的病例属于遗传型,符合常染色体不完全显性遗传,外显率约90%;60%~70%的病例属于非遗传型。遗传型是由生殖细胞突变引起,变异存在于每一个体细胞中;非遗传型,基因突变仅发生在视网膜细胞。因此,遗传型RB通常为双侧、或单眼多发性;非遗传型则以单侧、散发型多见。
RB是人类特有的一种视网膜肿瘤,对其成因学者们提出了许多假说:1971年,Knudson[3]的二次突变假说认为RB需要经历某个基因的两次突变才能发生;Benedict等[4]在1983年提出类似Knudson的假说;同年Cavenee证实了两个等位基因的失活致RB发生,该基因位于13q14位点,编码pRb蛋白,靠近脂酶D的编码区,命名为Rb1基因。pRb在细胞的增殖和分化中起重要作用,决定细胞是否进入S期[5]。Rb1基因启动子包含多个转录因子的结合位点(RBF1, Sp1, ATF和E2F)[6],遗传型Rb在这些位点上发生突变,造成转录调节因子无法结合,降低了转录活性[7],导致细胞内pRb功能低下或缺失,细胞的正常周期被打破,表现出细胞快速生长形成肿瘤。
1 RB基因突变
1970年代,Knudson[3]首次提出视网膜母细胞瘤发生的“二次突变学说”,即一个正常的视网膜母细胞瘤变成肿瘤细胞需发生2次突变。随机发生的2次突变可使RB基因中正常的等位基因失活。当两个等位基因均发生突变,由体细胞的杂合子型变成了纯合子状态,细胞将失去正常RB蛋白功能,细胞分化失去控制,从而形成肿瘤。1980年代,对RB基因的位置和作用方式有了基本了解。多位学者对RB肿瘤细胞内RB基因及产物进行详细分析[8,9]:(1)在DNA分子水平,大约15%~30%的RB肿瘤显示RB基因结构异常,主要限于显示大的缺失、易位、重组以及影响限制性酶切位点的点突变;(2)在mDNA表达水平,更多的RB肿瘤表现出低于正常胎儿视网膜或分子量大小异常。RB的mDNA异常被认为是由于不同的RB基因点突变对mDNA稳定性转录及剪接影响所致;(3)在蛋白质水平,绝大多数RB或缺失RB蛋白或仅表达少量的或分子量异常的RB蛋白。RB基因突变的类型:(1)大片段缺失[811]:即大片段(全部或部分)RB基因缺失,缺失断裂点可出现于整个RB基因范围内(外显子13~17区域内);(2)在基因编码序列中缺失或插入几个碱基,引起阅读框架移位[1214]。(3)点突变:按其性质可分为2类:错义突变和无能突变。据文献统计,遗传型患者中,仅25%有阳性家族史,多数RB患者为新发生的生殖细胞突变。这说明RB发病过程除了基因突变外可能有其他机制的参与。
2 癌基因、抑癌基因论
近年来,对RB中一些癌基因和抗癌基因的研究开始引起人们的重视。越来越多的研究表明,视网膜母细胞瘤的发生、发展是一个复杂的过程,有多个癌基因和抑癌基因的异常改变,其中MDM2基因的扩增或过表达及p53基因突变有着举足轻重的作用。我们着重对P53及与其可能相关的癌基因MDM2做一综述。p53为一公认的抗癌基因,50%以上的肿瘤组织中可检测到它的突变。肿瘤抑制基因p53位于人类17号染色体短臂17P13.1上,其编码产物位于细胞核,是一种分子量约为53KD的含磷蛋白,可分为野生型和突变型两种。正常细胞所产生的P53蛋白(野生型)很少,而且在细胞中易水解,半衰期为20min左右,用常规免疫组化方法难以检出[15]。突变型p53基因由野生型突变产生,失去抑癌基因活性,可导致正常细胞恶性转化、肿瘤发生[1618]。因其多积聚在细胞核内,稳定性增加,半衰期延长,故可通过免疫组织化学染色检测[17]。在正常细胞中,p53信号通路主要调节细胞损伤后反应(修复或凋亡)[19]。研究发现[2023],RB组织中有高水平的突变型p53基因蛋白表达,提示p53基因突变与RB发生关系密切。p53基因突变与P53蛋白过度表达间的高度一致性己经被证实[24]。
MDM2是一种癌基因,其主要的功能是与野生型或突变型P53蛋白的相互作用[25]。野生型p53基因诱导MDM2转录增强,致使MDM2蛋白水平升高;反过来,MDM2蛋白与P53结合形成复合物,促使P53蛋白降解,抑制其功能的发挥,二者构成了负反馈调节环。通过这种调节,二者在细胞内能处于平衡状态,这即利于DNA损伤后的修复,同时又防止修复后细胞生长受阻[26]。研究表明:MDM2P53负反馈调节环异常可导致细胞中抑癌基因p53功能失活,与多种肿瘤的发生发展密切相关[27] 。MDM2(鼠双微粒体2)癌基因定位于12q13 14,多项实验证实了该基因能使体外细胞发生转化并具有动物成瘤性[28,29]。
MDM2还可通过P53非依赖性方式在肿瘤的发生、发展中起作用。最近新的研究表明MDM2和P53的调节通路有新的酶化途径参与[30],这表明两者之间的作用不是单一途径。
3 其他观点
Rb基因编码的Rb蛋白(pRb)是一种具有广泛生物学意义的转录调节因子,为具有DNA结合能力的核磷酸化蛋白,主要参与细胞周期的调节,对细胞生长起负调控作用,它是调节细胞增殖信号通路的中心成分。近期研究认为,pRb与RB的发生密切相关。
pRb作用于肿瘤的发生、发展可能是通过两种机制:(1)细胞周期调控作用,pRb及其相关蛋白是决定细胞分裂增殖还是休止、分化的重要分子[31]。pRb的功能受磷酸化状态影响,pRb以非磷酸化的活性形式与转录因子E2F结合而抑制其活性,阻止细胞从G1期进入S期[32],抑制细胞增殖,而pRb的磷酸化可使其失活。(2)诱导细胞凋亡,通过p53依赖和p53非依赖的细胞凋亡途径,诱导细胞凋亡[33]。有研究表明[3436]:pRb功能异常导致中心体和非整倍体的扩增。这就意味着pRb与中心体扩增和染色体稳定性有关。最近研究发现:肿瘤的发生开始于干细胞的表观遗传变异,这就意味着基因表达的后天性缺失(非突变性的)比突变更常见。所以就有人提出质疑“二次基因突变论”的合理性。
4 展望
众所周知,肿瘤的发生和发展是一个复杂的过程,有很多影响因素,包括癌基因的激活、抗癌基因的失活、凋亡机制的异常及其他因子的改变。肿瘤细胞既是分化紊乱的产物又是增殖失控的产物。视网膜母细胞瘤亦是如此。目前的研究还没有对RB的发病机制做出较权威的结论,但其分子生物学研究取得了一定进展,我们了解到RB的发生不仅是基因突变那么简单,可能有抑癌基因、癌基因、抗凋亡因子的参与,我们已了解了相当一部分,以后要继续完善研究它们之间的内在关系及相互影响,找出RB发病的主要机制。从分子水平重新认识RB的发生、发展规律,具有明显的理论价值与广泛的应用前景,能为以后基因治疗RB提供科学依据。
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【摘要】近几年,随着科学技术的发展,我国已经进入了信息化、网络化时代。因此,社会对于人才的需要的要求越来越高。当今社会对于高职高专学生的就业提出了更高的要求,但是纵观我国的高职校园,贫困生是一个特殊的群体,可以占到大学生总数20%的比例。因此,对于他们的就业指导就需要基于发展服务型的理念。基于此,本文就发展服务型资助视域下的高职学生就业指导对策进行分析,希望可以给广大的人民教师提供一些有效的参考意见。
【关键词】发展服务型资助 高职学生就业 对策
新阶段,社会对五年制高职学生的就业能力提高了新的要求,但是受传统教学模式的影响,学生的就业能力受到了压制。尤其是高职中的一个特别群体---贫困生,他们对于进行社会就业会存在着一种抵触心理,因此,为了提高高职院校学生的就业率,对学生进行发展服务型的资助已经成了一种新型教育理念。基于此,本文就发展服务型资助视域下的高职学生就业指导对策浅谈一些自己的观点,以供参考。
一、发展服务型资助的内涵和特征
随着社会经济的发展,社会对于人才的需要提出了更高的要求。因此,服务型资助的发展是当前时代的必然导向,其内涵就是通过多种方式来帮助学生中的贫困生摆脱这种贫困的状态[1]。这种状态不仅指经济上的贫困,还包心理上的贫困。发展服务型资助的目的就是健全学生的人格,从而促进学生全面、健康的发展。而发展服务资助的主要特征在《高职院校发展服务型学生工作体系研究》中有所体现,主要的特征分三种:主体性:即在发展服务型资助的时候突出受资助者主体的地位;多样性:即当前大学生的多样化需求和发展服务性资助形式的多样性;可持续性:因为在发展服务型资助的过程中,主体是学生日后的发展,所以落脚点就是高职中贫困生的就业率,因此需要关注人的发展,使其具备可持续性。
二、案例导入
下面以一个学生进行举例说明:
王某,男,贫困生,2013年9月进入大学,就读于浙江商业职业技术学院。一家四口人,父母均在家务农,因为所处于贫困县,所以他们家庭的生活比较拮据,而且没有稳定的收入。学生上学的费用基本就是靠外借所维持,因为家中有两个孩子就读,所以一直处于负债状态。但是该学生在学生期间表现优异,成绩也特别优异。在校期间获得一等奖学金和国家励志奖学金以及学校的助学金。该生我成绩优异,但是性格太过内向,在校期间基本不参加学校的活动,也不和学生、老师进行沟通。在2015年6月的时候,经过学校导师的推荐,该生进入企业实习,但是因为与人沟通能力差,工作能力差,适应环境的能力差等多方面的原因,企业向学生提出了退班说明。根据这个案例就足可以说明,贫困生最主要的不是经济贫困,是心理贫困。因为该生在大学期间所获得的奖学金和助学金已经满足了他大学生活中所需要的基本费用,所以,该生不存在着很大的经济压力。但是他实践能力差,人际交往能力弱却是他在工作过程中所遇到的真正问题。根据数据调查,我国大部分的贫困生对于自我期望的价值都比较高,一旦他们发现现实不能满足他们自身的期望时,就会对社会产生失望失望,从而对社会产生不满的情绪,在工作中就会懈怠。
三、高职贫困生就业指导对策和思路
高职贫困生就业指导的策略需要建立相关的工作体系、培养学生的健全人格、还需要加强对贫困生的心理指导,在提高他们心理素质的同时,关注贫困生的就业心理压力,另外,还需要关注贫困生的就业心理,因为他们会就业有一种抵触心理,还缺乏一定的抗压能力,因此发展服务型资助视域下的高职学生就业指导对策的时候,还可以在校园设计一些助学岗位,在帮助学生增加一定资金收入的同时,提高他们的综合能力和就业抗压能力。为了发展服务型资助视域下的高职学生就业指导的有效性,下面就这些对策进行具体的分析:
(一)建立相关的高校资助和工作体系
从我国目前的教育现状来看,尽管各个高校的表现形式有所不同,但是基本就是奖学金、助学金的形式。这种方式对于贫困生来说,只是经济上获得了帮助,在当前的的高校中,普遍存在着一个资助现象,那就是重视经济帮助,忽视精神帮助。但是,根据数据调查显示,贫困生主要分为三种,一种是经济贫困,一种是心理贫困,一种是学习贫困。为了满足社会对于人才的需求,我国的咨询应该从经济资助逐渐转变为心理资助,毕竟授人以鱼不如授人以渔。只有学生能够正确的面对自己的“贫穷”,才能提高这些学生的就业率。
(二)培养学生的健全人格
在发展服务型资助的时候,可以在教育中进行助学资金的申请,使学生能够自觉的履行还贷的义务,从而提高学生的社会责任感。除此之外,还可以在学校通过贫困生的表彰制度,一次提高学生的综合能力,激发他们发奋努力的决心。
(三)加强贫困生的心理指导,提高贫困生的心理素质
新阶段,越来越多的贫困生不仅仅是经济贫困,因为他们对于生活充满了不自信,不善于沟通,没有一定的抗压能力,所以当前的大学生贫困生中,更多的是心理贫困,因此,在发展服务型资助视域下的高职学生就业指导对策时,应该加强学困生的心理指导,从而提高学困生的心理素质,关注他们的就业心理压力,根据他们的性格特点制定适合他们发展的策略。并且还可以在校园中设计一些助学岗位,从未提高他们的责任感和综合能力。
四、结语
根据上文叙述可知,发展服务型资助视域下的高职学生就业指导对策对于高职学生未来的发展有着至关重要的作用。因为当前的高职教育中,并没有使其学生具备就业能力和面对社会各种和竞争的抗压能力。因此,高职学生的就业问题在当前的社会中的问题日益突出,对于贫困生进行职业生涯规划,是他们具备正确的就业期望值对他们日后的发展起到积极作用。同时,根据学生的性格特点和学校自身的条件,在学校的校园活动中,开展一些勤工俭学的岗位。使学生在学校通过一些活动可以赚到一些费用的同时提高贫困生的综合素质和就业能力。
参考文献:
16~19世纪,为近代生物学史15-16世纪欧洲兴起文艺复兴运动,是一次伟大的思想解放运动,它沉重地打击了教会和神学,为自然科学(包括生物学)的发展创造了良好的条件。资本主义及其生产力的发展为自然科学提出许多新的课题,同时也提供了大量可供观察的材料和新的研究手段。近代生物学的发展,在方法论上以培根实验理论和笛卡尔的数学方法为标志,在生物学内容上则以细胞学说和达尔文进化论的创立为中心,生物学的研究达到了整体水平和细胞水平。16~n世纪,生物学上一些分支学科开始独立和发展。植物学、解剖学和生理学先后成为一门独立的学科。18世纪,除生理学取得进一步发展外,分类学和胚胎学的成就最为显著。19世纪,细胞学、进化论和孟德尔遗传学方面的成就最为突出。近代生物学发展的特点是生物科学内部不同学派之间的对立和争鸣:这一时期,不同学派产生和不同的学说的争端,往往是特定学科走向更为成熟阶段的重要标志之一。例如,“物成论”与“神创论”,“进化论”与“不变论”,“人为分类法”和“自然分类法”,“预成论”与“渐成论”,“活力论”与“机械论",“生生说”与“自生说”等等,不同学派的理论在经受实践、历史的检验以后,一方面,可以不断地修正错误,也可以相互取长补短,统一认识后达到更高层次的完善。例如,“活力论”和“机械论”的争论促进了生理学的发展。又如,“预成论”和“渐成论”的争论,有效地推动了胚胎学的发展;另一方面,真理战胜谬误,为学科发展奠定基础,例如“生生说”战胜“自生说”为微生物学的发展扫潸道路。不同学派之间的争端和对立,即有正价值,又有负价值。研究生命科学史,就要总结正反两方面的经验,帮助科学的研究自觉地运用这类正负价值,推动生物科学的发展。
2.现代生物学:
20世纪以来为现代生物学史由于物理、化学、数学向生物学渗透,给生物学带来了巨大的变革和发展,在全面发展的基础上,从描述性为主的傅物学领域,进人实验生物学蓬勃发展的时代。到了20世纪30年代,大多数生物学应用实验分析、物理或化学方法取得了许多新的进展。20世纪上半叶,基本上是以遗传学、胚胎学和生理学为带头学科,到了20世纪下半叶则以分子生物学为带头学科,加上细胞学、神经生物学和生态学构成了当代生物学的四大支柱。随着实验科学手段和方法的发展,生物学在微观上从细胞生物学水平走向分子生物学水平;宏观上,从各分支学科走向综合生物学的方向发展,这是一个微观研究和宏观研究不断相互促进的发展过程。21世纪被称为生物科学发展的世纪。
3.伟大科学家的重要成果是生物科学发展的里程碑,科学家的科学精神是生命科学发展史的炅魂。
关键词:生物科学 遗传学 教学内容 重复
中图分类号:G642.3 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1672-8181.2013.19.020
遗传学是研究生物遗传和变异规律的一门科学。它是现代生命科学教学中最重要的主干课程之一,是高等院校生物科学等相关专业必修的专业基础课。现今,遗传学正以极快的速度向前发展,并不断渗透到其它生物、医学学科,这使得原本在遗传学中讲授的内容也同时出现在其他课程的教学内容中。这种现象反映了遗传学在生命科学中的核心地位,也凸显了高校遗传学教学所面临的教学内容重复问题。事实上,为体现一门课程的系统性、完整性和先进性,在编写教材时,学科之间有关内容的相互渗透、交叉以至重复是不可避免的。但相同的内容在多门课程的课堂教学中反复出现会使学生失去学习兴趣,浪费宝贵的课时,使教学效率大打折扣。本文将对该问题进行分析,并提出一些对策供同行讨论。
1 遗传学与其它课程教学内容重复的具体表现
目前,我国各大专院校生物、医药、农林等专业均开设有遗传学。虽然不同专业的教学重点有所不同,但核心内容相对统一。遗传学是笔者所在学院生物科学等专业本科生的一门必修课,这门课的任务是:引导学生牢固掌握遗传学最重要的基本原理,熟悉各分支学科的主要理论与研究方法,了解遗传学的重大理论与技术进展,熟悉遗传学研究技术与实验装备,为学生毕业后在本学科以及相关学科中的发展打下坚实的基础。
除遗传学外,我院还为生物科学专业的学生开设有细胞生物学、分子生物学、基因工程、生物化学、微生物学等专业必修课。我们选用的遗传学教材的内容基本上涵盖了遗传学的各个发展阶段,其中,遗传物质的细胞学和分子基础、染色体的结构变异、基因突变与DNA损伤修复、原核生物和真核生物基因表达的调控等章节[1]与上述几门课程的教学内容分别存在着不同程度的交叉(表1),有的甚至是其它课程的重点内容。尤以分子生物学、基因工程这两门课的教学内容与遗传学的相似度最高,这三门课几乎都重复着共同的遗传学问题――遗传物质的结构、复制、转录、翻译、调控、突变、重组等。另外,我院生物科学专业细胞生物学、分子生物学的开课时间与遗传学相同,这使得遗传学教学内容重复的问题更加突出。
表1 遗传学教学内容在其它课程中的分布
2 问题的根源
其它课程的教学内容与遗传学出现重复并不是偶然的,这种局面的形成与遗传学自身的发展特点及其学科内涵有很大的关系。
遗传学的研究进程按照不同历史时期的学术水平和工作特点,大体上可划分为经典遗传学、生化遗传学、分子遗传学、基因工程学、基因组学和表观遗传学等数个既彼此相对独立又前后互相交融的不同发展阶段[2]。如果以半个多世纪前Watson和Crick提出DNA双螺旋结构为界,也可以简单的将整个遗传学的发展过程划分为经典遗传学(classical genetics)和分子遗传学(molecular genetics)两大阶段:经典遗传学以孟德尔遗传学为基础,主要研究性状在系谱中的传递,即基因在亲代和子代之间的传递问题;分子遗传学则是在分子水平上研究生物遗传和变异机制的遗传学分支,主要研究基因的本质、基因的功能以及基因的变化等问题。
在整个遗传学的发展史上,分子遗传学的地位无疑是相当重要的。它的兴起使遗传学的面貌焕然一新,既系统地继承和发展了经典遗传学和生化遗传学的研究脉络,又全面地影响并渗透到后继学科的各个领域。从内容上来看,分子遗传学与分子生物学的学科界限十分模糊。通过对上述课程教学内容的分析我们也不难发现,那些重复的内容有相当一部分是分子遗传学范畴的。另外,由于生化遗传学和早期的分子遗传学研究都以微生物为材料,因此遗传学与微生物学、生物化学之间必然存在着千丝万缕的联系。而基因工程学、基因组学本身就是现代遗传学的分支学科,它们成为生物科学专业的必修课或进入课堂教学是高校课程设置不断细化和专业化的结果,也难免会与同时开设的遗传学存在教学内容上的重叠。
3 解决教学内容重复问题的对策
教学内容重复无疑会影响教学效果。我们通过实践发现,从授课内容本身、教师和学生、以及教学方法等环节入手,能够有效地避免重复对教学带来的不利影响。
3.1 合理调整教学内容
近些年来,同行们在遗传学教学内容的调整上作了大量的改革和探索。常见的做法是根据自己的理解及理论专长跳跃式地分割讲授,或根据自己的经验对教学内容做出取舍,甚至有人提出只讲经典遗传学而放弃分子遗传学。上述做法并不能有效地解决遗传学的教学内容重复问题,相反会造成教学不成体系的局面,对“教”和“学”都很不利[3];而如果无视教学内容重复的存在,贪多求全、面面俱到,对所有内容蜻蜓点水般逐一讲解,又无法实现大学遗传学教学深度和难度的提升。
我们认为,对遗传学教学内容进行删减是必要的,但必须遵循遗传学的发展历史和保持其完整的知识结构体系,不能大刀阔斧整章删除,而应在重复章节内部进行微调,具体做法包括:精简繁杂冗长的内容,下放学生能看懂的内容(自学),突出基础性、应用性的内容,增加前瞻性的内容等。这就要求教师有较高的遗传学理论修养,准确把握各章节特别是重复内容在整个遗传学教学体系中的地位,做好教学内容的层次划分,根据层次选择不同的授课侧重点。
3.2 加强授课教师之间以及师生间的协调沟通
教学内容重复已成为遗传学等课程授课教师的共识,对各自的教学内容进行删减无疑成了最简单、最常用的一种解决方法。但如果大家在没有交流的情况下对同样的内容都作了删除,重复的内容反而会变成被遗忘的内容。因此,积极促成遗传学与其他相关课程任课教师间的沟通十分必要。
我们认为,集体备课是教师之间进行相互沟通的一种有效形式。通过这种方式,相关课程的教学人员能够坐下来共同研究教学内容,在“知己知彼”的基础上协调、统筹各自的授课章节,明确重复内容的教学分工,制订满足包括遗传学在内的多门课程教学需要的授课计划,做到各有侧重而又不失体系的完整性。这不仅可避免实际教学过程中的低级重复,还能保证课程之间的相互衔接,有助于学生顺利地掌握所有课程的教学内容。另一方面,还应当加强授课教师和学生之间的课内外交流。如:教师可在开课前召开师生座谈会,了解所教班级学生对重复内容的掌握情况;开课后则根据学生的反馈,随时调整教学方案。
3.3 优选教学方法
为了保持遗传学完整的知识结构体系,所谓的重复内容不但不可不讲,而且还要下功夫选择合适的教学形式或方法来讲。对于在其他课程已深入学过而在遗传学中只需一般了解的内容,通过简单的问答引导学生回顾这部分内容即可;对于对遗传学新知识点有重要铺垫作用的其他课程的基础性知识,可采取布置学生课前或课中自学、再集中小结的方法帮助学生巩固复习之,还要注意从遗传学的角度阐明同一知识点,突出遗传学的学科特色;对于其他课程仅略有涉及但在遗传学中须进一步加深了解的内容,宜先勾起学生对这部分知识的点滴回忆,同时指出学生现有知识的不足,从而激发他们的求知欲,然后顺理成章地讲下去,在学生的高度关注中完成该知识点在遗传学中的深入讲授;对于一些有特殊作用的重复内容,则要综合运用多种教学方法将其讲好讲透,如:减数分裂在遗传学和细胞生物学的教材中均有详细的描述,属于重复的教学内容,但却是理解遗传的连锁交换和重组的一把钥匙;在整个遗传学的教学过程中,应反复多次向学生强调和提及减数分裂过程中的染色体行为,将这部分知识迁移和渗透整合进连锁遗传分析、真核生物遗传分析、细菌和病毒的遗传分析等多个章节,使枯燥难懂的遗传学分析过程变得易于理解,让重复的内容为新的知识点和教学难点服务。
此外,遗传学与其他课程之间还可以开展合作教学。如:我们尝试将遗传学和细胞生物学这两门专业基础课的实验课合二为一,以综合性大实验的形式开设,从而将遗传学和细胞生物学关联起来,有助于学生从整体上把握这两门课程,实现了教学资源的整合,提高了教学效率,较好地化解了教学内容重复的问题。
4 结语
遗传学与多门课程教学内容的重复是客观存在的,随着生物科学专业课程设置专业化程度的提高,这种局面将变得愈来愈突出。因此,调整遗传学教学内容势在必行。但无论进行怎样的调整,都必须遵循遗传学的发展历史、保持基础遗传学完整的知识结构体系。作为遗传学的授课教师,既要关心遗传学研究的最新动态,又要加强对遗传学理论体系的整体把握和理解,只有这样才能合理有效地解决遗传学教学内容重复的问题,从而节约教学资源,提高专业课教学质量。
参考文献:
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作者简介:袁茵(1981-),女,河南开封人,研究生,讲师,从事遗传学教学工作,广东药学院生命科学与生物制药学院,广东广州 510006
陆幸妍,广东药学院生命科学与生物制药学院,广东广州 510006
关键词:生物化学;绪论;学习兴趣
1注重绪论教学,充分做好教学准备工作
一般院校对于生物化学课程通常至少安排40~50个课时,鉴于生物化学课程知识点繁多,学习难度较大,课时安排时间有限,又要在规定时间内完成教学内容,有些老师甚至直接忽略绪论部分的讲解,这么做是非常不好的。绪论这一章节,不仅具有知识性、科学性,还集趣味与育人为一体,对整门课程来说,有着提纲挈领的重要作用。要想把绪论讲好并非易事,需要教师整体把握教材和知识体系,也需要多年专业教学经验的积累。教师在授课前,要做好充分的准备,包括教材的通读和钻研,最新文献资料的查阅以及课件的用心制作。这样,对于绪论的讲解才能生动清晰起来,才能使学生树立学好学会生物化学的信心。
2由浅入深介绍生物化学定义,让学生理解学科特点性质
许多学生上完了生物化学课程,还不理解这么课程到底是讲的什么,所以说对于生物化学的概念讲解至关重要。把“生物化学”的概念讲清楚了,学生就能很清楚地理解本门学科的特点和性质。笔者在教学过程中先引出生物化学的基本概念:生物化学是运用化学的原理和方法,研究生物体内化学分子与化学反应的科学,是从分子水平来探讨生命现象本质的一门学科,又称生命的化学。然后再从概念为出发点提出几个问题,如生物化学的研究对象是哪些?是运用什么原理和方法、在哪个水平研究生命现象的?生物化学课程和我们学习过的生理学、解剖学的研究角度有何不一样?什么叫做生命?生物化学为什么又被叫做生命的化学?最后让学生经过讨论、发言回答,教师解答,从多层次和多角度,由浅入深的介绍生物化学的概念,这样学生就容易明白生物化学究竟是以什么为研究对象的学科。
3介绍生物化学发展历程,提高学生学习兴趣
生物化学的发展历程总体可被划分为三个主要阶段,一是叙述阶段,研究对象主要是生物大分子的结构和功能:第二阶段是动态生物化学阶段,研究对象主要是各种物质代谢途径以及相关调控;第三个阶段就是分子生物学阶段,这个阶段主要研究对象是基因遗传信息的传递和其相关调控。总而言之,生物化学的研究内容分为三大部分:生物大分子的结构功能和物质代谢调控,以及基因遗传信息的传递及其调控。讲述生物化学的发展史,要密切围绕这部分学习内容,并且尽多地融入相关科学家的事迹介绍,把他们去的这些科学成果的经过、趣闻给予介绍,集知识性、趣味性融为一体,这样比起蜻蜓点水式枯燥讲解课本内容,会更加容易激发学生的兴趣,从而达到良好的教学效果。
4介绍生物化学的学习方法
生物化学课理论课程具有抽象难懂、反应复杂等特点,学生普遍反应比较难学。所以,给学生介绍一些本门课程的学习方法是很必要的。生物化学学习方法一般有目录法、图示法、比喻法等。例如在糖的代谢这一章节,利用图示法讲解效果很不错,对于代谢过程,列表法很清晰的对比出三条途径的代谢起始物、中间产物和终产物、其中的关键反应步骤和关键酶、反应前后的能量变化、代谢分支点以及调节因素。人体8种必须氨基酸的记忆可以通过编顺口溜“一两色素本来淡些”。用“一、二、三、四”来总结三羧酸循环的反应特点,也就是“一次底物水平磷酸化,二次脱羧,三个不可逆反应及其对应的三个关键酶,四次脱氢”。在实际的教学中,老师可以对学生进行启发,学生也应该结合自身的实际情况,对课本知识进行归纳和总结,这样运用好的学习方法,就能尽可能避免走弯路,使学习效果事半功倍。
5重视并积极改进绪论教学
绪论部分不仅要介绍给学生生物化学的学科特点、主要研究对象,还要简述学科发展历史,让学生通过了解科学发展道路的曲折,而激起学习兴趣和爱国主义情怀。总之,绪论这一章节,不仅具有知识性、科学性,还集趣味与育人为一体,对整门课程来说,有着提纲挈领的重要作用。要想把绪论讲好并非易事,需要教师对知识进行宏观把握和微观调控,与此同时,也要运用合适的讲课技巧,这样传授知识的时候才能够有的放矢、得心应手;才能更加吸引和打动学生;才可以去的良好的教学效果。通过绪论课的学习使学生明确生物化学概念、特点、学习方法等,学好生物化学课程,为其他相关学科的学习打下坚实的基础。
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【关键词】生物学 核心概念 核心概念教学 新课程
生物学是一门研究生命现象及其活动规律的自然科学,它以一系列核心概念作为分析、推理、判断和综合等逻辑思维过程的依据来揭示本学科的基本规律。生物学概念不仅是生物学科的基础,而且是生物学领域最基本的语言表达单位。新课程改革的一个核心就是“注重学生在现实生活的背景中学习生物学,倡导学生在解决实际问题的过程中深入理解生物学的核心概念”。可见提高科学素养不是追求对科学事实和信息量的更多占有,而是要求对核心概念和科学思想的深刻领悟。更重要的是培养学生接触到新的“原理、规律和方法”时能借助生物学概念能进行自我阐明的能力。因此,学生能否牢固地、准确地建立起反映生物学思想的基本的生物学核心概念体系,应当是中学生物学教学的主要目标。
一、对生物学核心概念的认识
在学科教学中,建构汇集信息片段的知识结构,并将其纳入到信息结构之中,这个知识结构的节点就是核心概念。在生物学这门基础自然科学中,离不开对事物和现象的具体描述和分析。生物学的核心概念,是指代表生物世界中同类的“事”、“物”及“规律”。我们要从众多的生物学概念中提炼出能反映学科本质的、构成学科骨架的概念,因为这样的概念可以统摄学科的一般概念,可以揭示一般概念之间的联系,具有统整学科知识的功能,这样的概念就叫核心概念。我们在课堂上抓住生物学的核心概念进行教学,教学中前后一致、将生物学思想主线贯穿始终,致使学生对生物学现象本质的认识深入,提高学生解决生物学实际问题的能力,这对学生的终身发展是极其有利的。
二、为什么要进行生物学核心概念的教学
第一,生物学核心概念有助于提升学生的科学素养。
考试评价已经悄悄地由事实性知识的记忆转向对核心概念的理解。近几十年来,特别是DNA分子双螺旋结构破译以来,生物学的研究进入到分子生物学水平,生物科学知识呈现出爆炸性的增长,面对如此繁多的知识,如果仍然要求学生记忆生物学事实,哪怕是一些经典的生物学事实,恐怕也很难做到。最基本的概念、原理、规律等一般不发生巨大的变化,创设新的情境,要求学生应用概念、原理、规律等来分析解决问题,以此来评价学生的学习,已成为评价学生学业的主流方向了。
第二,生物学事实往往是相互孤立的,难以建立合理的联系,组成一个合理的结构,因此对生物学事实的考查往往是检查学习者是否记住,是否记得清楚。而生物学概念主要是在运用中得到巩固,概念的运用是把已经概括化的一般属性应用到特定场合。
第三,生物学核心概念具有统摄思维功能。核心概念的提炼和梳理需要按照知识的内在联系和规律性,将零散的整体化、条理化,建构起脉络清晰、条理分明、相互之间有机联系的体系。
第四,生物学核心概念具有很强的迁移教育功能。概念的过程也是概念的具体化过程。一般而言,概念的应用有两种途径:一是引证具体实例来说明概念的内涵和外延;二是运用概念来解决实际问题。
三、如何进行核心概念的教学
1、以教学单元作为建构核心概念体系的基本单位
教学单元是一个相对完整的教学内容体系,它由若干节具有内在联系的具体内容组成,它们之间形成了一个有机整体,因此教学单元是学生知识结构形成和发展的基本单位。
2、充分应用生物科学发展史建构核心概念体系
生物学概念的发展史中,不仅记载着生命科学知识的形成过程,而且蕴涵着科学家的创造思维方式。所以学习生物学概念的发展史,不仅有利于更好地理解、掌握生物学概念,而且有利于学生形成科学的观念,提高生物学科学素养、提高学生的探究能力、培养学生的“三维目标”、实现学生科学素养和人文精神的和谐统一。
3、通过模型法建构核心概念体系
“模型”是人们按照科学研究的特定目的,在一定的假设条件下,用物质形式或思维形式再现原型客体的某种本质特征。在实践教学中主要有物理模型、数学模型、概念模型,通过构建模型和直接认知模型来把握生物学概念,是当前课改实践中的常用科学方法。模型法可以让抽象问题更易理解和直观化。
4、通过概念图方法建构核心概念体系
“知识的构建是通过已有的概念对事物的观察和认识开始的”。概念图是一种用节点代表概念,连线表示概念间关系的图示法。通过建立概念网络,不断地向网络增添新内容,有助于学生激发学习动机,创造新知识,形成有意义的学习过程。
生命科学中的“规律、原理和方法”都是借助于有关生物学概念才得以表述。而概念是人脑对现实的对象和现象的一般特征和本质特征的反映。因此,在生物学教学中学生准确、深刻地理解、掌握概念,不仅是学好生物学的前提,也是发展学生智力和逻辑思维能力的必要条件。因此,生物教师要重视概念教学,运用有效的策略帮助学生正确理解和运用概念,进而运用生物学原理、规律解决生产、生活实践中的有关生物学问题。
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[2]The California State Board 0f Education, Science Framework, California Department 0f Education. 2000.
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1 细胞遗传学时期
1.1 细胞遗传学的发展史
孟德尔于1856~1864年在他所在修道院的小花园内对豌豆进行了杂交实验,于1865年在当地召开的自然科学学会上宣读了实验结果。他认为生物性状的遗传是受遗传因子控制的,并提出了遗传因子分离和自由组合的基本遗传规律。
在1875~1884年间,德国解剖学家和细胞学家弗莱明在动物中,德国植物学家和细胞学家施特拉斯布格在植物中,分别发现了有丝分裂、减数分裂、染色体的纵向分裂以及分裂后的趋向两极的行为;比利时动物学家贝内登还观察到马副蛔虫的每一个身体细胞中含有等数的染色体;德国动物学家赫特维希在动物中,施特拉斯布格在植物中分别发现受精现象。这些发现都为遗传的染色体学说奠定了基础。
1903年萨顿发现染色体行为与遗传因子的行为一致,于是提出了染色体是遗传因子的载体的观点。
约在1910年,美国遗传学家摩尔根及其同事根据对普通果蝇的研究,确定了基因是染色体上的分散单位,在染色体上呈直线排列,提出了基因的连锁交换规律,并结合当时的细胞学成就,创立了以染色体遗传为核心的细胞遗传学。
细胞遗传学时期大致是1910~1940年,可从美国遗传学家和发育生物学家摩尔根在1910年发表关于果蝇的性连锁遗传开始,到1941年美国遗传学家比德尔和美国生物化学家塔特姆发表关于链孢霉的营养缺陷型方面的研究结果为止。因显微技术所限,该时期细胞遗传学材料主要集中于各种动植物。
1.2 细胞遗传学时期几种常用遗传学材料
1.2.1 豌豆
豌豆属豆科植物,一年生藤本作物,羽状复叶,小叶卵形,开白色或淡紫色的花,果实有荚。嫩荚和种子供食用。
作为遗传学实验材料的优点是:自花传粉,闭花授粉;品种间性状差别显著,且相对性状多;花大,便于操作,成熟的种子保留在豆荚中,不容易脱落,利于观察和统计。
1.2.2 果蝇
果蝇是果蝇科果蝇属昆虫,约1 000种。广泛用作遗传和进化的室内外研究材料,尤其是黄果蝇易于培育。其生活史短,在室温下不到两周。其生活环境有些种生活在腐烂水果上,有些种则在真菌或肉质的花中生活。
作为实验动物,果蝇有很多优点。饲养容易,并且繁殖快,在25℃左右下约10 d就繁殖一代,一只雌果蝇一代能繁殖数百只。同时果蝇只有四对染色体,数量少而且形状有明显差别,便宜观察;并且果蝇性状变异很多,比如眼睛的颜色、翅膀的形状等性状都有多种变异。这些特点对遗传学研究也有很大好处。
1.2.3 玉米
玉米是一年生禾本科草本植物。植株高大,茎强壮,挺直。叶窄而大,边缘波状,于茎的两侧互生。雄花花序穗状顶生。雌花花穗腋生。玉米是遗传学研究的良好材料,其理由如下:玉米开单性花,雌雄同株(可同株受精也可异株受粉),雌雄蕊长在不同花序上,去雄容易杂交方便;很多性状可在种子上看到,种子虽然长在母株上的果穗上,但已是下一代了;同一果穗上有几百粒种子,便于统计分析;生长周期短;具有易于区分的相对性状。
2 微生物遗传学时期
2.1 微生物遗传学发展史
大致是1940~1960年,从1941年比德尔和塔特姆发表关于脉孢霉属中的研究结果开始,到1960~1961年法国分子遗传学家雅各布和莫诺发表关于大肠杆菌的操纵子学说为止。在这一时期中,采用微生物作为材料研究基因的原初作用、精细结构、化学本质、突变机制以及细菌的基因重组、基因调控等,取得了已往在高等动植物研究中难以取得的成果,从而丰富了遗传学的基础理论。1900~1910年人们只认识到孟德尔定律广泛适用于高等动植物,微生物遗传学时期的工作成就则使人们认识到遗传学的基本规律适用于包括人和噬菌体在内的一切生物。
2.2 微生物作为遗传学研究材料的优点
大约从1910年~1930年间的主要成就是阐明遗传物质的传递规律,包括染色体变异和进化的研究在内,从20世纪40年代起则主要是阐明基因突变机制和基因作用机制,而在这些研究中,微生物方面的研究占有重要地位。微生物作为研究遗传学的材料有如下优点:① 便于获得营养缺陷型;② 便于作为基因作用研究的材料;③ 便于作为基因突变的研究材料;④ 便于作为研究杂交、转导、转化等现象的材料;⑤ 便于作为基因精细结构的研究材料;⑥ 能被用作研究复杂体制的生物的简单模型,常用大肠杆菌和噬菌体。
肠埃希氏菌通常称为大肠杆菌,是Escherich在1885年发现的,是一种普通的原核生物,属细菌。
2.3 常用的微生物——红色面包霉
红色面包霉(2n=14)是一类被称为子囊菌的真菌中的一种。子囊菌门是最大的一个真菌门类。其营养体由单倍体多细胞菌丝体和分生孢子所组成。红色面包霉的生活史包括无性和有性两个世代,其无性世代是通过菌丝的有丝分裂发育成菌丝体,或由分生孢子发芽形成新的菌丝体。而有性世代是由两种不同生理类型(接合型)菌丝或称不同的接合型通过融合,或异型核结合形成二倍体合子。合子形成后进行减数分裂产生4个单倍体的核,称为四分孢子,四分孢子再经一次有丝分裂形成8个子囊孢子,并以4对“双生”,成线性排列在子囊中。
作为遗传学研究的材料其优点有:① 因为是单倍体,染有显隐性的复杂问题,基因型直接在表现型上反映出来;② 一次只分析一个减数分裂的产物;③ 个体小,生长快,易于培养,一次杂交可产生大量后代,便于科学统计;④ 生殖方式是有性生殖,染色体的结构和功能也与高等生物类似。
3 分子遗传学时期
3.1 分子遗传学发展史
1953年,美国分子生物学家沃森和英国分子生物学家克里克提出DNA的双螺旋模型标志着遗传学研究进入分子遗传学时期。
分子遗传学是在微生物遗传学和生物化学的基础上发展起来的。分子遗传学的基础研究工作都以微生物,特别是以大肠杆菌和它的噬菌体作为研究材料完成的;它的一些重要概念如基因和蛋白质的线性对应关系、基因调控等也都来自微生物遗传学的研究。分子遗传学在原核生物领域取得上述许多成就后,才逐渐在真核生物方面开展起来。
正像细胞遗传学研究推动了群体遗传学和进化遗传学的发展一样,分子遗传学也推动了其他遗传学分支学科的发展。遗传工程是在细菌质粒和噬苗体以及限制性内切酶研究的基础上发展起来的,它不但可以应用于工、农、医各个方面,而且还进一步推进分子遗传学和其他遗传学分支学科的研究。
3.2 分子遗传学常用材料
3.2.1 大肠杆菌
大肠杆菌是人和许多动物肠道中最主要且数量最多的一种细菌,周身鞭毛,能运动,无芽孢。其主要特征如下:
(1) 大肠杆菌是细菌,属于原核生物;具有由肽聚糖组成的细胞壁,只含有核糖体简单的细胞器,没有细胞核有拟核;细胞质中的质粒常用作基因工程中的运载体。
(2) 大肠杆菌的代谢类型是异养兼性厌氧型。
(3) 人体与大肠杆菌的关系:在不致病的情况下(正常状况下),可认为是互利共生(一般高中阶段认为是这种关系);在致病的情况下,可认为是寄生。
(4) 培养基中加入伊红美蓝遇大肠杆菌,菌落呈深紫色,并有金属光泽,可鉴别大肠杆菌是否存在。
(5) 大肠杆菌在生物技术中的应用:大肠杆菌作为外源基因表达的宿主,遗传背景清楚,技术操作简单,培养条件简单,大规模发酵经济,倍受遗传工程专家的重视。目前大肠杆菌是应用最广泛最成功的表达体系,常做高效表达的首选体系。
(6) 大肠杆菌在生态系统中的地位,若生活在大肠内,属于消费者,若生活在体外则属于分解者。
(7) 它的基因组DNA为拟核中的一个环状分子,同时可以有多个环状质粒DNA。
大肠杆菌作为遗传学材料的优点是:体积小、结构简单(拟核中只有一个环状DNA分子)、繁殖迅速、容易培养、变异类型容易选取。
3.2.2 噬菌体
关键词 诺贝尔生理学或医学奖 诺贝尔化学奖 生物化学 发展史 化学生物学
生物化学是研究生命现象的化学本质的科学。20世纪以来发展尤为迅速,展现出一幅美好的前景,越来越多地吸引着来自生物、化学及物理领域的科学研究者们的注意力,成为一门十分活跃的、人们感兴趣的、有发展前途的交叉学科。
从1901年第一届诺贝尔奖颁发至今,有许多诺贝尔生理学或医学奖和诺贝尔化学奖得主都是在生物化学领域有突出贡献的科学家。尤其是20世纪50年代以后,生物领域的所有获奖成果中,有一半以上与生物化学有关。在诺贝尔化学奖中,也有近三分之一的获奖成果属于生物化学领域。事实足以说明生物化学在生命科学中的重要地位和作用,从总体上来看,生物化学的发展大致可分为4个阶段(见表1)。
1 生物化学的萌芽
早在史前,人们就已经在生产、生活和医疗等方面积累了许多与生物化学有关的实践经验。我们的祖先在公元前22世纪就用谷物酿酒;公元前12世纪就会制酱、制饴;公元前4至3世纪的柏拉图和亚里士多德对生理学、化学等都非常重视;人们用酸碱中和一类的化学反应解释人体的机能;晋朝的葛洪已经用海藻治疗瘿病(甲状腺肿胀)。公元6世纪,北魏贾思勰记载了在制曲中利用曲的滤液进行酿造,表明对酶的作用已有初步认识;公元7世纪,孙思邈就用车前子、杏仁等中草药治疗脚气病、用猪肝治疗夜盲症;公元11世纪,北宋沈括有“秋石阴练法”的记载,是一种人尿中提取性激素的古老的生物化学方法;公元16-17世纪的海尔蒙特深信酵素参与维持生命的反应过程,认为酵素是一种潜在的形成能力,它能够使种子和生命得以产生。人们对生物化学的认识,仅仅局限于生产和医学实践中的观察和应用,尚未对该领域进行深入的、本质的研究分析,仅是化学家或医疗化学家以化学的观点解释生命现象,这一时期成为生物化学早期的知识积累阶段。
直到18世纪中叶,法国拉瓦锡首次证实了动物身体的发热是由于体内物质氧化所致,阐明了机体呼吸的化学本质,这是生命科学史上的一个重大发现,也是生物化学发展的一个里程碑。2 生物化学的初期:生理化学阶段
18世纪后期到19世纪,生物学已发展为独立的学科,化学也已经形成比较完整的体系。在这期间,一些有创意的科学工作者把生理问题与化学结合起来,用化学的基本原理解释生理现象,尤其注重从化学观点研究植物生理、动物和人体的生理现象,为生物化学的形成做了准备,也使生物化学得以形成成为可能和必然。
19世纪,科学研究者对生命现象开展了比较广泛的研究,对生命的化学本质的认识有了许多重大进展,为生物化学的形成奠定了基础。如1810年盖·吕萨克推导出了酒精发酵的反应式:淀粉一麦芽糖一葡萄糖一酒精。李比希于1842年出版了《生物化学》,他用化学理论阐述了动物生理和人体生理的问题。科学家们先后发现了一些生物体中的重要化学物质。19世纪50年代巴斯德证明了酒精发酵是微生物引起的,排除了发酵自生论。19世纪60年代,德国生理化学家候普·赛勒得到了蛋白质的结晶——血红蛋白,1877年第一次提出了“生物化学”一词,将其定义为所有与生物分子有关的一切内容。1894年,费歇尔首先提出酶的专一性及酶作用的“锁一钥”学说。由于费歇尔是使生物化学成为独立学科的最有功劳的人物,因此,费歇尔被人们誉之为“生物化学之父”。这个阶段的生物化学,实际是用化学的观点研究生物的生理问题,取得了不少成果,如对酶的了解、蛋白质和糖元的发现、胃酸的发现、人体与氧气的关系、维生素的发现、对腺体的初步认识、从激素到胰岛素的发现以及抗生素的发现,等等。
这一时期无论是生物学家还是化学家都还没有从化学的本质上给予生物化学系统的解释,仅仅是对生物体中的一些重要化学物质及其作用有了一定的认识和研究,仅仅属于生理化学阶段,为19世纪末期形成生物化学这门独立的学科奠定了坚实的基础。3 生物化学的诞生
生物化学是一门交叉学科,它运用化学的理论与方法研究生物的化学组成和生命活动中的化学变化。对于生物化学的诞生,主要有2种不同的观点:
大多数学者认为生物化学是19世纪末期诞生的新学科之一。1897年德国科学家布赫纳(1860—1917)证明发酵是由酶的作用引起的催化过程,不需要酵母菌的存在,因此诞生了一个新领域——生物化学。他也因生物化学研究和发现无细胞发酵于1907年获得诺贝尔化学奖。
另一种观点认为,1828年维勒用人工方法以无机化合物氰氨酸合成有机化合物尿素,揭示了生物体的反应同样是遵循物理和化学的规律,标志着生物化学这门交叉学科的诞生。
虽然生物化学的诞生并不是一朝一夕或者某个时刻计然之术,但若非要给生物化学的诞生确定一个具体的时间的话,对于这2种不同的观点,倾向于第一种观点的较多,即生物化学作为一门独立的学科是在19世纪末期,虽然第二种观点也提出形成的具体时间和标志,大部分研究都表明生物化学作为一门独立的学科是在19世纪末期。4 生物化学的发展4.1 生物化学的初级发展时期
化学的发展以及化学研究方法的多样化、综合化对于确定生物体的化学成分、性质和结构的认识与合成具有推动作用。在生物化学的建立和发展过程中,对蛋白质和核酸的研究成果成为生物化学不断取得进展的重要标志。此外,在营养学、内分泌学、酶学方面的研究成绩也取得非常重要的进展,对生物化学的全面发展和研究揭开了新的思路,又奠定了坚实的基础,见表2。
4.2 分子生物学:生物化学蓬勃发展时期
关键词:生物化学;多媒体技术;最新科研成果;发展史
生物化学是一门探讨生命本质的学科,具有较强的实践性和应用性,并快速地与其它学科进行交叉、渗透。生物化学是从分子水平研究了生物体的分子结构和功能,概念抽象晦涩、知识体系较为复杂。因此大多数学生感觉生物化学不易掌握和理解,导致学生缺乏积极性和学习兴趣。因此,有必要通过多种方法来提高生物化学的课题教学效果。
1、采用多媒体技术提高教学效果
随着对媒体教学技术以及网络教学平台的快速发展,多媒体课件在生物化学教学过程中发挥着重要作用。生物化学的研究对象往往比较难以观察,通过多媒体课件可以进行丰富的课堂展现,不仅对生物化学的微观过程进行模拟,而且可以对一些抽象的生物现象进行直接表现。生物化学的一些概念较为抽象、复杂,学生难以通过语言或文字真而正理解。通过多媒体课件中的动画或视频,可以将一些抽象的概念进行直观展示。此外,生物化学是一门研究型学科,结合实验教学有助于学生对相关知识有更好地直观理解。由于生物化学实验时间较长,操作较为复杂,课堂教学过程中难以结合实验教学。通过多媒体动画或视频展现实验效果,可以获得更好的教学互动。多媒体课件以其协同性、交互性、动态性,可以极大地提高了生物化学的教学效果。
2、将生物化学知识与现实生活结合来提高教学效果
生物化学教学不仅要以教材为基础,还应将科学知识与现实生活相结合。例如,在讲解基因重组技术时,介绍一些化妆品具有抗衰老作用,是由于加入了从大肠杆菌获得的表皮生长因子。利用大肠杆菌获得人表皮生长因子的操作方法是:通过PCR技术人基因组中获得表皮生长子基因,将表皮生长子基因重组到原核表达的质粒载体,基因重组质粒转化大肠杆菌后,在适当条件下可以诱导大肠杆菌表达生成人表皮生长因子。在讲解过脂代谢时,将脂代谢与减肥联系起来。强调脂肪是在线粒体中进行β-氧化分解,由于线粒体膜的屏障作用,脂肪是不能直接进入线粒体。肉碱在脂肪代谢过程中作为搬运工,搬运脂肪穿过线粒体膜屏障,让脂肪在线粒体中“燃烧”。一些公司由此将肉碱开发成具有减肥作用的保健品。在讲解DNA时,介绍转基因植物对我们日常生活的重要影响,例如转基因西红柿是通过基因过程技术敲除了能够引起自身腐烂的聚半乳糖醛酸酶,因此转基因西红柿不易腐烂,能够保存较长时间。通过一些实例介绍,使学生将课本知识与现实生活交汇起来,激发学生对生物化学的兴趣,由此可以提高生物化学的教学效果。
3、通过介绍最新科研成果来提高教学效果
生物化学是研究自然界组成生物体的化学成分及其变化规律的学科,生物化学的主要任务解释各种生命现象。在课堂教学过程中,向学生介绍生命科学领域的最新研究成果,将最新的科研成果融入到教学过程中,有助于激发学生的兴趣,提高课堂教学效果。很多疾病的发生机制的解释,疾病的诊断方法、治疗措施,都是基于生物化学的理论基础。在讲授蛋白质功能结构时,向学生介绍镰刀形红细胞贫血症,该病患者血液中出现许多长而薄,看起来像镰刀的新月形红细胞,患者血红蛋白含量仅及正常人的一半,患者主要靠输血维持,多在成年前死亡。镰刀形红细胞贫血症是一种“分子病”,是由于异常血红蛋白β链的第6位谷氨酸被缬氨酸所代替,蛋白质分子结构发生遗传性变化导致了病变。过去镰刀形红细胞贫血症没有特效治疗手段,最新研究成果发现可以采用基因治疗的方法,治疗性的基因被导入非致病的病毒载体并转化入造血干细胞,输入人体后,能够在人体内产生正常的血红蛋白,从而获得较好的治疗效果。课堂教学中引入最近的科研成果,不仅使学生对理论知识有了更深入的理解,同时激发了学生的学习兴趣和学习热情。
1.讲生物学研究和应用的成就,引发学生学习生物学的直接动机
学生对周围世界有积极的探索态度和求知欲,有认识生命现象和渴求生物科学知识的认识兴趣,这是学习动机的重要心理基础。他们虽然接触过一些生物学知识,但对生物学的整体概况和现代进展还很陌生。所以在教学中不但应该对生物学发展史中的重大成就予以高度评价,还要经常联系教材内容讲生物学研究和应用的通俗知识,引起他们的学习兴趣。如讲植物细胞的组织培养技术和应用;细胞膜的研究与免疫学和肿瘤学发展状况;遗传疾病和优生;三废与环境保护等等。结合教材内容介绍DNA的结构和遗传作用等分子生物学研究战果。如农业上利用特异基因的转移培育高产、优质、抗病的优良动植物品种,医药上用“基因疗法”即用“健康的”遗传基因不替换或矫正遗传病患者“有缺陷的”遗传基因,来治疗人类的遗传性疾病等,使生物学进入多学科与之相渗透的新阶段。引起学生对生物学的兴趣,使他们产生直接的学习动机。此外,教师还应该以自己对生物学的热爱之情,为生物学取得巨大成就而激动的感情去感染学生,诱导学生产生对生物学的学习兴趣,这也是学生形成学习的直接动机的基础。
2.重视实验,运用直观教具,注意使用生动形象和富有感情的教学语言
生物学是一门实验科学,让学生亲手做一些实验,并根据观察情况绘制图形,不仅能使学生易于理解所学的基础知识,而且对培养学生的技能和提高学生的兴趣很有帮助。对于难以开设实验、难以理解的内容,可运用直教具、挂图,配合形象生础的数学语言加以讲解。如讲DNA分子的双螺旋结构及DNA复制过程时,可使用造型美观的DNA分子结构模型等,让学生自己动手装卸模具,就能使学生必致盎然地投入到所学知识内容中。既能丰富学生的表现储存,又能开拓其空间想像力,锻炼其实践才能。
形象的直观和语言的形象化能促进学生形象思维的发,增强感性的认识兴趣。形象思维和抽象思维相结合,加深了对抽象的教学内容的理解,加强了学生学习的信心和学习动机
3.引导学生认识学习生物学的社会意义,促进学习的直接动机向间接动机转变
中学生一般存在重视数理化、轻视生物学的现象。在广西有不少学校的生物教师也被称为“副科级老师”(隐指生物学是副科不是主科,只是附带学学而已)。这一方面是因为生物学在中考不考、高考中也只有72分;另一方面是因为他们不大了解学习生物学的社会意义。因此仅仅依靠激发学生的直接动机而产生的学习积极性是不够的,应该注意使直接动机转变为更深刻、持久的间接动机。
在教学中,除了通过绪论课简介学习生物学的意义和方法外,还应结合教学内容适当地补充和强调学习生物学的社会意义。例如关于生物学在自然科学中的地位,应予以适当的评论。指明生物学是研究生命活动规律的基础科学 随着数理化等研究成果在生物学中的应用,如电子显微镜、X射线衍射技术、显微化学、统计学、计算机技求等加强了生物学的研究手段。20世纪50年代DNA双螺旋结构的确立和X射线衍射蛋白质空间结构的测定奠定了分子生物学的基础。它所取得的成果已经在工业、农业及医药卫生等方面有了重要应用。在工业上,产生了以基因工程为基础的生产生物制品的一种新兴的工业,如蛋白质的生产;在农业上,已经成功地对马铃薯进行了改造,不但使其获得了抗病毒基因,也得到了高蛋白含量的马铃薯新品种。21世纪,它仍将毫无疑问地是自然科学领域中的带头学科。对于生物学与人类社会的关系,与我国现代化建设以及广西的发展更要突出说明。当前世界的大问题,如粮食、人口、能源和环境问题的解决都有待生物学取得突破性的研究进展。我们面临新技术革命的挑战,这场革命的主要内容之一就是生物工程。
当学生明白这些道理后,就会较深地认识到学习生物学的社会意义,产生努力学习生物学的责任感和使命感,从而形成深刻、持久的间接动机
4.从教材的内容出发,引导学生借助理论解决实际问题的意图
学生运用学到的理论知识去解决实际问题的意图,是他们最童贵、最有效的学习动机。教师应该启发学生,引导学生做这种努力。
例如在学习“细胞化学成分”的内容时,启发学生想:“我们知道缺乏哪些元素会影响人或植物的正常生活?”一些学生会想起缺碘会引起地方性甲状腺肿,缺铁性贫血。在教师引导下,还会会回忆起植物缺氮叶发黄、缺磷植树株特别矮小,缺钾茎杆软弱易倒伏等学过的知识。进而教师可举一些生活中的“缺素症”:缺氟性齿、缺硒引起克山病等,使学生进一步认识到生物体的生命活动与大量元素和微量元素的关系。也许有的学生会问:“怎么知道生物体的病因是缺乏某种元素引起的呢?”这种问题超过了教材的要求,但不应该阻止提出或避而不答,以免挫伤他们的积极性。可以简要地告诉他们:对植物可以用溶液培养法对比分析;人类可以用土壤、水质、食物的化验、区域统计和动物试验法来研究,并进一步指出:生物体正常牛命活动必需的元素我们已理解一些,但对以简单化合物或离子形态出现的元素与生物体的关系都往往重视不够,甚至不大了解。可能还有许多动植物和人类的疾病与某种元素的缺乏过多有密切关系,这些都有待我们去研究,去认识,这样引导就会在一定程度上强化生运用基础理论去认识和解决问题并获取新知识的意图,从而产生更强的学习动机,进一步提高学习的主动性。
5.爱护学生扩散知识的积极性,帮助他们从学习的知识中寻求答案和获取新知识
中学生的心理和智力发展,已有了自觉扩散知识,并对产生的问题积极寻求答案的要求和能力,教师应当爱护这种可贵的追求,帮助他们自己得到答案,从而产生更高的学习兴趣,提高学习的主动性。
与企业联系密切
在英国著名名校中,创建于1965年的华威大学(University of Warwick)是一所非常年轻的学校,然而经过短短几十年的发展,现在的华威在英国乃至全球都享有良好的学术声誉。在英国著名的《泰晤士报》排名中,华威大学曾高居TOP5(2003年),近几年也一直都保持在全英TOP10。同时,华威大学在世界大学的排名中,也一直位列前80。
华威大学是英国最著名的“罗素大学集团”的成员,同时还是最早和工业建立密切联系的高等学校,并且在商业化的研究中取得了巨大成功。甚至得到了“华威公司”的昵称(Wariwck PLC)。早在1984年,学校就建立了科学园区,目前,园内设有超过70家高科技公司。与金融界、商业界以及制造业的企业有密切的联系,是华威最显著的特点。
学术实力获肯定
长期以来,英国华威大学在“全英大学教学研究评估”中都名列前茅,其中不少学科更居全英大学前三强之列,包括工商管理、经济学、国际关系与计算机科学等。华威商学院更是被誉为“华威大学发展史上的奇迹”,经过短短40年的发展,已在全球几千所商学院中排名第26位。其它受到好评的学科有:法律、分子生物学、教育、英语、数学、统计学、传媒等。
英国华威大学超过91%以上的系的学术研究成果达到最高评分:24个学术系别中,有22个被评为教学质量优秀,7个系获得满分24。学校87%的专业设置被“英国教学质量评估委员会”评为“优秀”等级。华威大学还拥有欧洲最大的制造研究中心――国际制造研究中心(WMG),被英国前首相布莱尔誉为“英国为之骄傲”。
一、青光眼流行病学
在我国非选择性人群中,原发性青光眼发病率为0.52%,继发性和先天性青光眼的发病率为0.06%和0.02%,年龄>40岁的人群中,原发性青光眼的发病率达1%~2%。以全国12亿人口计算,原发性青光眼患者已超出625万。以往的调查表明,我国原发性青光眼患者中,闭角型青光眼与开角型青光眼的比例约为3.7∶1;与新加坡的4.5∶1接近;与日本及欧美国家比例正相反,日本为1∶7.7;欧美国家原发性开角型青光眼(primaryopen-angleglaucoma,POAG)占85%~95%,原发性闭角型青光眼(primaryangle-closedglaucoma,PACG)占5%~15%。这种发病类型的差异主要与种族差异有关,也与我国在POAG诊断方面发生漏诊,丢失了一些早期青光眼患者,发生统计学α类误差,欧美国家将有些疑似青光眼患者归为POAG,发生统计学β类误差有关。近年来,随着医疗卫生保健工作的开展、社区服务的健全、社会成员就诊意识的加强及临床诊断水平的提高,我国POAG患者越来越多,且有年轻化的趋势;同时因糖皮质激素在眼科及其他临床学科的应用日益广泛,糖皮质激素诱发性青光眼(glucocorticoid-inducedglaucoma,GIG)患者逐渐增多,致使青光眼内部构成发生了变化。据有关临床资料统计,青光眼住院患者的构成比,已由80年代PACG的80.37%、POAG的8.18%,变为如今的PACG为55.86%、POAG为19.25%,GIG为4.35%,这种构成比的变化呈上升趋势。当前我国青光眼内部构成比的变化,必将带来青光眼防治重点的转移。PACG仍居防治工作的首位,POAG和GIG由于起病隐匿、早期诊断困难,发现时患者视功能已出现不可逆性损害,已成为青光眼防治工作的另一个重点。
二、青光眼早期诊断
先天性青光眼和PACG的诊断相对较容易。先天性青光眼一般根据患儿的症状如畏光、流泪及有关检查(如角膜直径、角膜有无混浊、眼压情况及视盘大小)即可做出诊断。PACG通过前房深度测量,超声生物显微镜(ultrasoundbiomicroscopy,UBM)、前房角镜及眼底镜检查,进行暗室试验或暗室俯卧试验等,同时观察眼压情况,最后均可排除或确立诊断。
由于POAG患者早期与正常人群存在交叉重叠,对于单项指标异常很难做出判别。而3项指标均确立者往往已是进展期,所以早期诊断较为困难,难以给患者一个明确的结论,需要随访观察。传统的POAG早期诊断主要根据房角、眼压(24h眼压曲线)、视野及对视和视神经纤维层动态观察进行诊断,对一些正常眼压性青光眼或眼压处于临界值的患者,这些检查的客观性和敏感性均感不足,通常只能根据视野改变最后确立诊断,此时患者已出现明显的视功能损害。所以眼科学家们一直都在寻找可以解决这个问题的新方法。近年来,随着眼科领域影像学及特殊视功能检查技术的不断发展,对POAG的诊断新手段相继出现。并显示出独特的诊断价值,如共焦激光扫描眼底镜(confocalscanninglaserophthalmoscopy,CSLO)、激光扫描偏振仪(scanninglaserpolarimetry)、光学相干断层成像(opticalcoherencetomography,OCT)、视网膜厚度分析仪(retinalthicknessanalyzer,RTA)、共焦图像血管造影(confocaltomographicangiography)等,不仅能够客观评价视和视神经纤维层的结构改变,而且可提供定量测定数据;彩色多普勒血流成像(colordopplerimaging,CDI)能够准确测定眼眶血管,特别是视神经部位的血流动力学特征;眼底血管荧光造影(fluoresceinfundusangiography,FFA)、吲哚青绿脉络膜血管造影(indocyaninegreen,ICG),对于了解青光眼的视神经损害、可能的视功能影响及治疗效果的追踪观察等提供了有价值的信息;眼前段UBM检查对了解前房深度、房角定量测定及动态观察有重要帮助。上述新的影像学检查手段对于青光眼的早期诊断、发病机制的研究及追踪观察等方面,均具有重要价值,对促进青光眼学科的发展有重大作用。特殊视功能检查包括视觉生理检查、心理物理学检查及计算机视野检查等,使我们可以利用视诱发电位(visualevokedpotential,VEP)、视网膜电图(electroretinogram,ERG)、多导VEP、运动觉、对比敏感度视野、黄绿视野、高通分辨视野等,对视网膜神经节细胞的特性进行分析,以期达到早期诊断目的。近几年应用CSLO扫描,可实时同步定点对特定部位的视网膜进行多焦视网膜电图(multifocaleRG)检查及视野检测,精确判定局部视网膜的功能,为青光眼的早期诊断提供了更敏感的参考指标。
通过对患者遗传背景、性别、年龄,有无高血压、糖尿病、心血管病史及高度近视眼史,有无青光眼家族史等分析,进行24h眼压曲线描记,通过影像学及特殊功能学检查,可望对POAG做出正确的早期诊断,同时指导进一步的治疗。随着对青光眼相关发病基因研究的深入,对青光眼高危人群进行基因筛查,或对POAG家系中所谓正常人或GIG患者的其他家庭成员进行基因检测,建立起一套准确而又先于症状的检测手段,应是新世纪对青光眼早期诊断的发展方向。在此基础上,通过对青光眼患者进行基因产前诊断,对于优生优育、提高我国人口素质,也具有重大意义。
三、青光眼发病机制
眼压在青光眼的发病中起着非常重要的作用,所谓正常眼压,是根据眼压在人群中的正态分布制定的,属于统计学概念,并非指病理状况。在青光眼的发病中,病理性眼压升高及个体眼压也即靶眼压或个体所能耐受的眼压,显得更为重要。
传统观点认为引起PACG房角关闭的机制主要是瞳孔阻滞。随着UBM临床应用的普及,发现我国PACG房角关闭还存在着其他形式,并在UBM对房角关闭进行半定量研究的基础上,提出我国PACG新的分类体系:(1)单纯型瞳孔阻滞型;(2)单纯型非瞳孔阻滞型,包括睫状体前位型、周边虹膜肥厚型两类;(3)多种机制共存型等。UBM的研究还发现,葡萄膜囊肿特别是睫状体囊肿在闭角型青光眼的发病中起着一定的作用。这些研究均加深了对闭角型青光眼发病机制的认识。
有关POAG及GIG的发病机制一直不很清楚,随着分子遗传学及分子生物学在眼科领域的不断渗透,青光眼研究已从受体水平达到了基因水平,取得了可喜的成果。通过对我国广州(Guangzhou-1,GZ-1)POAG家系进行遗传方式分析、基因克隆测序及SSCP(single-strandconformationpolymorphism)基因突变筛选研究发现:(1)其遗传方式基本符合孟德尔常染色体显性遗传规律;(2)GZ-1家系患者TIGR(trabecularmeshworkinducedglucocorticoidresponseprotein)基因第3外显子在第370密码子发生突变,由原来的CCG突变为CTG,氨基酸也由脯氨酸替换为亮氨酸,即Pro370Leu,该突变与日本报道的家系一致,与西方国家的家系不同,提示中国人POAG家系发病机制与西方国家的差异;(3)个别POAG患者TIGR基因第3外显子小片段在第388密码子发生突变,由GAT突变为AAT,氨基酸由天冬氨酸替换为天冬酰胺,即Asp388Asn,但突变频率仅约1.4%,较国外报道的2.8%低,进一步提示中国人POAG家系发病机制与西方国家的差异。对PACG家系及正常人进行TIGR基因检测未发现突变。观察中国正常人与GIG患者外周血淋巴细胞与小梁网细胞糖皮质激素受体(glucocorticoidreceptor,GR)特性,发现GIG患者较正常人有更高的结合位点,亲和力、解离度偏高。研究正常人与GIG患者编码GR的DN段,结果发现二者无差别,提示GIG的发病可能是由于编码GR时在mRNA水平发生异常所致。在POAG发生中所涉及的众多细胞因子中,有的因子起到正调节作用,促进小梁功能的恢复,如胰岛素样生长因子-1(insulin-likegrowthfactor,IGF-1)、一氧化氮(nitricoxide,NO)等,有的则可能产生负调节作用,导致小梁网功能的损害,如转化生长因子(transforminggrowthfactors,TGF-β)等。以上基因突变或表达异常,均可能造成细胞因子间的调节失衡,导致小梁网细胞外间质成分的改变,使小梁网孔变小,或使小梁网细胞中细胞骨架的微丝重排,导致小梁细胞移行和增殖能力明显降低,吞噬功能减弱,最终导致房水流出道的阻力增加和眼压升高。这些研究进一步加深了眼科医师对青光眼发病机制的认识。
当前有两个基因与青光眼之间的关系研究得比较透彻,即上述与POAG相关的TIGR基因及与原发性婴幼儿型青光眼有关的CYP1B1基因。分子生物学技术的不断发展,使我们可以利用DNA芯片技术(DNAchips)或生物芯片技术检查基因突变及其多态性,并利用靶向转录技术(transriptionaltargeting)或转基因动物,研究基因突变后功能变化及与青光眼发病的关系。利用DNA芯片技术(DNAchips)或生物芯片技术将发现更多与青光眼相关的致病基因。随着对青光眼相关发病基因认识的不断深入,既往青光眼分类的某些观念正逐渐改变。主要根据发病年龄划分的原发性婴幼儿型青光眼、青少年型青光眼及迟发性青光眼等传统分类已显得不尽合理;将青光眼分为开角型、闭角型和先天性也只是解剖学分类。因此,新的青光眼分类应根据其遗传方式、致病基因、发病年龄、房角状况、眼压情况等综合确立。
四、青光眼视神经损害及视神经保护
青光眼视神经损害是导致不可逆性视功能损害的根本原因,青光眼视神经损害的发生机制与防护正在成为当前青光眼研究领域的热点之一。高眼压或低血流灌注压导致缺血、缺氧等,使视神经纤维轴浆流中断,进一步导致靶源性神经营养因子的供给中断,同时产生较多的兴奋性毒素,并激活了某些诱导凋亡的基因,作用于细胞表面的受体如NMDA受体,出现大量钙离子内流、钙离子超载,通过胞内信号转导,激发一系列级联式反应,最终导致DNA断裂,细胞发生变性凋亡,从而引起青光眼视神经损害。如何有效保护和恢复青光眼等眼病的视网膜视神经病变患者的视功能,即视神经保护(neuroprotection)的问题,是当前视觉科学领域亟待攻克的难关之一。狭义的视神经保护概念主要是指通过直接作用于视网膜的物质,达到保护视网膜神经节细胞免受损害的目的;广义的视神经保护概念是指能够防止视网膜神经节细胞发生死亡的一切治疗手段,其中降眼压是最重要手段之一,不将眼压降到个体能够承受的耐受压水平,根本无法论及视神经保护的问题。所以,视神经保护的策略应该是在有效降低眼压的基础上,针对上述发生视神经损害的不同环节,利用不同的药物,阻断视神经损害的发生。祖国中医中药当归素及黄芩甙、钙离子通道阻滞剂硝苯地平(nifedipine)和尼莫地平(nimodipine)、NMDA受体阻滞剂MK-801、一氧化氮合酶抑制剂左旋精氨酸、抗氧化剂维生素C及维生素E等、热休克蛋白家族、神经营养因子家族NGF、BDNF、CNTF、GDNF、NT-3、NT-4或NT-5等,均可从不同环节,达到保护视神经的目的。利用外周神经移植联合转生长因子基因细胞移植,或与雪旺细胞共生培养促进青光眼残存的神经细胞再生的实验研究已初露端倪,为进一步的临床应用奠定了基础。通过视网膜移植达到改善青光眼患者视功能的研究经多年努力已达到形态上的重建,但是要达到突触及功能重建的目的还要经过长期的努力。当前组织工程学的建立和发展,是继细胞生物学和分子生物学后,生命科学发展史上又一个新的里程碑,同时也为青光眼视神经损害的治疗提供了一个契机,利用组织工程学的种子细胞即胚胎干细胞(embryonicstemcells)定向分化和移植,通过治疗性克隆(therapeuticcloning)等方法进行青光眼等视网膜、视神经疾病的治疗,是神经科学及视觉科学又一研究热点。目前的研究已表明,移植入眼内的胚胎干细胞可以形成视网膜样结构,这无疑为青光眼等眼病的视功能保护带来了希望。
五、抗青光眼术后功能性滤过泡的保持
抗青光眼术后功能性滤过泡的维持是保证手术成功的最重要因素。损伤和修复的矛盾是滤过泡瘢痕化的主要问题。如何应用药物或手术使功能性滤过泡得以维持而又不产生并发症,是对眼科医生极大的挑战。术中于结膜瓣或巩膜瓣下一次性使用0.2~0.4mg/ml丝裂霉素(溶解2mg丝裂霉素用液量不得少于6ml)3~5min,术后5-氟尿嘧啶、α2b干扰素、γ-干扰素等的使用,术后滤过泡的分离,激光缝线切断术处理抗青光眼术后巩膜瓣缝线过紧致滤过功能欠佳者,非穿透性小梁切除及Schlemm管外壁切除术加巩膜瓣下水凝胶物或羊膜植入术等,为手术后功能性滤过泡的维持,提供了较好的方法。通过UBM监测滤过道的情况,发现阻塞部位及时解除,对功能性滤过泡的维持起到了重要作用。通过转γ-干扰素基因细胞移植、或应用第3代光敏剂苯并卟啉衍生物进行新型激光光动力疗法,使青光眼术区滤过泡纤维化的治疗成为可能。
六、青光眼的治疗
近几年青光眼的药物治疗有较大发展,药物剂型的改进、新药物的研制和开发,使临床医生在选择抗青光眼药物方面有较大的回旋余地。如新近对传统药物毛果芸香碱凝胶缓释系统等新剂型的开发,使患者减少了滴药次数,而降眼压效果又明显。近几年开发的主要新型抗青光眼药物:β-受体阻滞剂如左旋丁萘酮新安(betagen,贝他根)、倍他洛尔(betopic,贝特舒)及卡替洛尔(mikelan,美开朗),前列腺素类药物如latanoprost(xalatan,适利达)及unoprostoneisopropylate(rescula),拟交感神经药物如普罗品(propine)、brimonidine(alphagan),局部用碳酸酐酶抑制剂如dorzolamide(trusopt,添素得)等。上述药物均各具优点,分别从抑制酶的活性、减少常规房水流出通道阻力(小梁网途径)、促进房水经葡萄膜、巩膜途径流出等方面降低眼压。betopic对心血管及支气管-肺影响较小;latanoprost每日滴眼1次,即可产生持续恒定的降压效果;alphagan除有较好的降眼压作用外,还有潜在的神经保护作用;局部滴用trusopt降压效果好,且又无明显的全身副作用等。这些药物的开发应用,为临床医生提供了多样化的选择。此时,药物的配伍及使用顺序显得相当重要,临床医生要在充分了解药物作用机制的基础上,合理用药,以最少的药物达到最理想的效果。另外,患者使用药物的顺应性(compliance)问题,即患者对药物的反应、副作用、耐受性、能否遵照医嘱等,是抗青光眼用药的一个重要环节,应该得到重视,特别要注意药物的使用对患者精神和心理因素的影响,以便取得良好的药物效应。
在临床用药方面值得提出的是药物性小梁切除术的发展,既往使用的药物如细胞松弛素等,由于毒副作用较大,未能得到推广。近年来开发的药物小梁切除术,是通过特异性的酶如透明质酸酶等,直接作用于Schlemm管,松解细胞外间质,达到疏通房水流出道的作用,可能是药物治疗的又一发展方向。
青光眼的手术治疗也同样有了较大的提高。复合式小梁切除术规范化操作的发展及抗代谢药物在手术中的应用,使滤过性手术的效果有了明显改善,手术成功率大大提高。转γ-干扰素基因细胞移植的研究,可为抑制青光眼滤过泡瘢痕化提供低副作用且有效的方法,以进一步提高抗青光眼滤过性手术的效果。通过非穿透性小梁切除术联合透明质酸钠生物胶植入治疗POAG,能有效降低眼压,保持患者原有视功能,减少术后并发症,有较好的临床应用前景。随着小切口超声乳化白内障摘除技术和设备的不断改进和日益成熟,以及折叠式人工晶状体的不断改良,将这项白内障治疗的新技术引入主要由晶状体因素导致的PACG及恶性青光眼的治疗,已初见成效;该手术方法不但能够有效降低眼压、加深前房、开放房角,还可恢复患者视功能,大部分患者还可免行抗青光眼手术,是治疗PACG及恶性青光眼的一种新方法。另外,房水引流装置植入术的应用,为部分滤过性手术效果差的难治性青光眼患者提供了一种新的治疗方式,并获得了一定疗效。
随着激光医学的发展,各种类型的眼用激光设备随之出现,激光在青光眼领域的应用也日渐广泛。结合激光生物性效应对青光眼的治疗作用,包括光致热效应、光致切割作用、光致等离子体裂解效应,临床上可针对青光眼致眼内压升高的不同环节,联合应用不同类型的激光机,分别进行房角成形术联合虹膜切除术治疗PACG或恶性青光眼;应用小梁成形术或小梁切开术治疗POAG;使用虹膜或房角小梁新生血管漂白术治疗新生血管性青光眼;采用激光缝线切断术处理抗青光眼术后巩膜瓣缝线过紧致滤过功能欠佳者;选用经巩膜或瞳孔路径行睫状体光凝术治疗某些难治性青光眼患者。此外,行激光巩膜全层切除术治疗青光眼是近年来的又一进展。最近利用第3代光敏剂苯并卟啉衍生物进行新型激光光动力疗法,治疗新生血管性青光眼及青光眼术区滤过泡纤维化也已初见成效。
关键词:生物化学;化学;人文精神;素质
中图分类号:G642.41 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)52-0011-02
作为一门生命科学的前沿基础课程,《生物化学》除了是生物学专业本科生的主干课程之外,目前在我校粮油、食品、环境、化工等专业也是必修课之一,对丰富和拓展这些专业学生的知识结构和学识层次都起到了不可替代的作用。在传授知识的同时,根据新课程标准中强调“情感态度和价值观”的理念,笔者在近几年的授课过程中,有意识的增加对学生人文意识或精神的传播,以求更好的体现课改“以人为本”的思想。下面对此做简要阐述。
一、注重“生命”教育,激发学生梦想激情
《生物化学》的研究对象是生物有机体,所以一切大分子和代谢反应,归根到底都要以生命为载体。人文精神的核心是尊重人之为人的价值。与此相应,教育的根本使命就是要实现人之为人的价值。所谓的人文教育,第一就是要求学生学会对生命的尊重。在开篇绪论里我们就花费大量时间探讨什么是生命,在将细胞、代谢、遗传和变异、个体发育与系统进化等生命特征用《生物化学》的原理和语言解释清楚之外,我们有意识的强调生命的意义,每一个生命都是独立的存在,低等如单细胞生物,高等如具高智慧的人类,无不是生命的代表形式,对自然界来说都是必要的组成单位,形形的生命个体构成了这个瑰丽多彩的生物世界。学生在上某一门课之前都是对该门课程都有相当大的期待和梦想,我们在要求学生保持这种梦想的同时,坚定信心学好《生物化学》,为以后的工作和生活打下基础。同时,适时的引入“中国梦”理念,将个人理想和国家前途命运结合起来,放眼未来,立足长远,找到自己理想和社会需求的结合点,不断努力成为有用之才。
二、渗透科学史教育,引导学生综合素质提升
在推进素质教育和通识教育方面,了解科学史能帮助学生获得自然科学的整体形象、人性的形象,对全面理解科学及与人文的关系起到非常关键的作用,被科学史科创始人乔治.萨顿比喻为“自然科学与人文科学之间的桥梁”。生物化学的发展距今已有一百多年的历史,这期间一代代科学家在追求真理和实践的过程中,谱写了一部动人的生物化学发展史,展示了科学家多样的综合素质和能力。在课堂上,我们除了举出物理学界的爱因斯坦除了在科学上成就巨大之外,还能拉一手好的小提琴。在生物化学历史中,独立建立了用于研究酶促反应动力学的Michaelis-Mentan方程的加拿大女科学家Mentan是另一个极好的例子。除了正常的生物化学科研工作之外,Mentan本人还是一位成功的音乐家和画家,出版过个人音乐专辑并举办过个人画展,具备了多方面的素质。我们以这些科学史中前辈科学家的例子为学生打开了一扇心门,理科学生多加强一些人文素养的培养,锻炼自身综合能力的提高对专业的学习和应用是百益而无一害的。此外,我们针对学生死读书和过于依赖课本的旧习,为提高学生勇于提出问题和敢于质疑的创新意识,课堂上在讲授知识点的同时,适时介绍该知识点的发现历史和渐进过程,让学生感受到科学上的每一个进步都是一代代学者不断突破窠臼,推陈出新的结果。如DNA结构这一部分,我们首先介绍了加拿大科学家Avery通过肺炎球菌感染实验证实DNA为生物体遗传物质并最终获得国际学界认可的曲折过程,让学生体会坚持真理和敢于质疑权威的重要性,而在讨论由Watson和Crick建立的DNA双螺旋结构时,介绍了两位科学家由开始的三螺旋逐步过渡到双螺旋的发现背景,强调前期富兰克林等科学家的X-射线衍射结果对他们构建DNA双螺旋结构的支撑作用,让学生感受到任何成果都是在前人的基础上不断积累和创新的产物。
三、强化情感态度和价值观教育,提升学生自信心
尽管生物化学以一门独立的学科形式发端于西方国家,但并不意味着中国在这门科学上毫无建树,相反我国劳动人民在长期的生产和生活中积累了很多生物化学知识,且融入到日常饮食、营养、医药等领域的多个具体实践中。在讲到酶这一部分时,我们举出,在我国河南信阳上世纪80年代出土的提梁卣,里面存放了三千多年前的美酒,让学生理解我国人民早在夏商时期就可以利用酶进行发酵酿酒,《周礼》记载我国古代劳动人民在公元前12世纪就能制作饴糖,且能将酒发酵为醋,表明我国上古时期已开始使用生物体内具有重要生物学活性的酶,做为日常饮食制作及加工的工具。这些实际应用作为现代生物化学中酶学的萌芽开端,显然要比西方世界早得多。通过这些事例,让学生了解我国劳动人民在生物化学发展上的贡献。此外,我们还举出在1965年由王应睐为首的中国科学家在世界上首次实现了牛胰岛素的化学人工合成,其结构、生物活力、物理化学性质和结晶形状等都和天然的牛胰岛素完全一样。就近来,我们就举出华东师范大学生命科学学院马继延教授带领的研究团队在国际上首次实验证实了朊病毒导致疯牛病的假说,在国际学术界产生了极大影响。这些例子无一例外都证明了我国学者在生物化学领域的研究地位和智慧,增强了学生的民族自豪感,培养爱国主义情感,坚定他们学好《生物化学》的信心。
学科整合的背景下在化工专业开设《生物化学》课程已成大势所趋,对丰富化学学科的内涵和外延都是必要的。如何在兼顾课程教学内容完整性、教学体系和教学方法实际性的同时,真正让化工专业学生从内心认可学习《生物化学》的必要性,笔者认为在课堂上适当渗透科学史教育、增强学生对积极的情感和价值观认同等人文意识的传播将能有力坚定学生学习《生物化学》的信心,拓展综合素质的培养。
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遗传学的基础是19世纪科学家孟德尔建立的,因此探索20世纪的遗传学发展史应从他起。从1854年到1865年间,他对豌豆的遗传性状进行了长期的探索,他发现豌豆的很多性状如豆粒的颜色能够有规律地传给下一代,他就想:究竟是什么因素控制着这一遗传过程?于是他对这一控制因素进行了猜测,把它叫做遗传因子。他在这一概念的基础上初步建立了遗传学。其实孟德尔并没有真的观察到这一因子,但他坚信,在豌豆遗传现象的背后肯定有原因。用他的因子假设能够很好地解释他的豌豆的杂交实验结果,于是他写了论文《植物杂交实验》在奥地利的一个地方性杂志上发表,但是它的观点没有得到人们的重视。1900年初,三位不同国家的科学家分别独立地得出了与孟德尔相同的结论,他们都去查阅前人的文献,并且都看到了孟德尔的文章,因此他们把这一发现的殊荣归之于孟德尔。随后,孟德尔的理论得到了诸多科学家的证实和承认。
1882年,德国生物学家弗来明发现了染色体及细胞的有丝分裂过程。1883年,比利时的生物学家范・贝尔登发现了性细胞在分裂的过程中染色体的数目减少一半,而在受精后又恢复正常。人们不禁要想:在基因与染色体之间到底有什么关系?有人曾经设想染色体可能就是基因,但是,这里有一个问题:一种生物染色体是很少的(人有23对),但性状却多得多。但生物学家们已经意识到,既然孟德尔定律已经被证实,就必须把孟德尔的基础概念――基因加以实体化,弄清基因与细胞内部所发生的一系列过程的关系。
让遗传学走上细胞水平,形成20世纪的遗传的染色体学说的巨大成就,主要应归功于美国的遗传学家摩尔根。在孟德尔的两个定律上,摩尔根又提出了第三个,这就是经典的“遗传三定律”。1909年,摩尔根以果蝇为实验对象,以显微镜观察和统计学的计算方法,判定遗传基因就在染色体上以直线排列,并探明了基因的一系列遗传变异规律(如连锁互换等)。但此时的基因被认为只是一个交换、重组和突变时无法再分的单位,它的物理、化学性质仍然是个谜。要对生物的遗传和变异进行控制,不弄清基因的结构看来是不行的。于是生物学家们纷纷踏上了寻找基因的征程。从1930年到1952年美国的噬菌体研究小组经过一系列的实验确定:DNA是遗传物质。
但DNA如何储存并表达遗传信息,仍不得而知。这个问题引起了很多物理学家的兴趣,1945年,E・薛定谔出版了一本辉煌的著作《生命是什么》,书中提出了遗传密码的概念。1953年4月25日是遗传学史上最值得纪念的一天,这一天,英国的《自然》刊登了沃森和克里克的合作成果,他们提出了DNA的双螺旋结构模型,这一天是分子生物学的诞生日。1954年,物理学家伽莫夫提出三联体密码的概念,1961年,尼伦伯格和马太利用三联体密码合成了由苯丙氨酸组成的多肽长链,到1963年,64种遗传密码的含义全部得到了解答,形成了一部密码辞典。由此科学家们认为:基因是DNA分子的一个个片断。可是,DNA只存在于细胞核中,而蛋白质的合成是在细胞质中进行的,是什么东西把细胞核中的遗传信息转达到了细胞质中呢?信息RNA和转运RNA的发现给这个问题提供了答案,1958年克立克提出的“中心法则”很快得到了证实。