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由于遺傳學(xué)在生命科學(xué)中具有不可替代的重要作用,其教學(xué)方法、教學(xué)模式的探索和研究近些年倍受關(guān)注。近年來,研究性教學(xué)在各高等院校不斷地被提出,黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院也把研究性教學(xué)改革不斷地深入到各學(xué)科教學(xué)中去。作為遺傳學(xué)教師,筆者在教學(xué)過程中不斷地進(jìn)行著研究性教學(xué)的實踐和思考。
研究性教學(xué)是在‘‘發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)模式”和瑞士皮亞杰的“認(rèn)知發(fā)展學(xué)說”的理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,其認(rèn)為學(xué)生學(xué)習(xí)的過程與科學(xué)家研究的過程在本質(zhì)上是一致的,強(qiáng)調(diào)將教學(xué)與研究結(jié)合作為大學(xué)教學(xué)的基本思想,注重提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力,對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才非常重要。研究性教學(xué)模式的核心理念是以實踐中的真實問題為基礎(chǔ),將學(xué)生置于真實的情境中學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和實踐中的動手能力,增強(qiáng)學(xué)生對工作的適應(yīng)能力,使教學(xué)與研究相統(tǒng)一m。研究性教學(xué)是以學(xué)生為主體,以問題為核心(PBL)去獲取知識和應(yīng)用知識的教學(xué)模式。研究性教學(xué)的內(nèi)涵主要包括:教師把研究的思想、方法和取得的新進(jìn)展引入教學(xué)活動;教師以研究的形式組織教學(xué)活動,打破原有的完整的學(xué)科邏輯和機(jī)械的順序;學(xué)生積極參與研究之中,在研究中學(xué)習(xí)、成長,養(yǎng)成獨(dú)立思考的氣質(zhì)和批判。
筆者根據(jù)研究性教學(xué)的規(guī)律及遺傳學(xué)學(xué)科的特點,在教學(xué)過程中對以下幾方面的問題進(jìn)行了探索和實踐。
1發(fā)揮學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性,培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力和獨(dú)立思考能力
黨的十指出,科技創(chuàng)新是提高社會生產(chǎn)力和綜合國力的戰(zhàn)略支撐,必須擺在國家發(fā)展全局的核心位置。要堅持走中國特色的自主創(chuàng)新道路,以全球視野謀劃和推動創(chuàng)新,提高原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新的能力,更加注重協(xié)同創(chuàng)新。這一論述充分體現(xiàn)了科技創(chuàng)新在經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中的重要地位,也為高等教育提出了未來人才培養(yǎng)的方向。大學(xué)作為本科生培養(yǎng)基地,肩負(fù)著培養(yǎng)有創(chuàng)新精神和實踐能力的高素質(zhì)人才的重大歷史使命。高校畢業(yè)生的質(zhì)量直接關(guān)系到一個國家科技人才的整體實力和水平,高校教師如何改革現(xiàn)有的教學(xué)方法和模式,培養(yǎng)具有學(xué)習(xí)能力、自我創(chuàng)新能力的大學(xué)生,是目前教育教學(xué)過程中亟待解決的問題。
研究性教學(xué)模式具有極強(qiáng)的實踐性。研究性教學(xué)模式特別注重教學(xué)與研究相結(jié)合,理論與實際相統(tǒng)一。研究性教學(xué)模式不只強(qiáng)調(diào)背誦、理解復(fù)述和模擬,而是注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、自主意識、團(tuán)隊協(xié)作精神和工作責(zé)任心,強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生獲取與歸納整理信息的能力、分析解決問題的能力、展示成果與表述觀點的能力。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不可能僅依靠獲得知識,很大程度上還依賴于學(xué)生的直接經(jīng)驗的積累,因此切實加強(qiáng)研究性實踐教學(xué),對提高學(xué)生的實踐能力是至關(guān)重要的。創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)要求學(xué)生既要學(xué)會動手又要學(xué)會動腦;因此,教師在教學(xué)過程中要樹立研究性教學(xué)為主的教學(xué)觀,運(yùn)用正確的教學(xué)法,積極探討、推動教學(xué)研究和改革,培養(yǎng)學(xué)生主動探求知識的主體精神,動手、動腦的能力和創(chuàng)造性思維及創(chuàng)造精神。研究性教學(xué)過程從討論問題開始,需要涉獵大量的資料,課程學(xué)習(xí)本身不僅在于學(xué)習(xí)知識,還在于掌握學(xué)習(xí)知識的方法。研究性教學(xué)以學(xué)生為主體的教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的核心地位,教師只起引導(dǎo)、示范、鼓勵、輔導(dǎo)和監(jiān)控的作用,這種模式可以最大限度地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性,培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)及獨(dú)立分析和解決問題的能力。在遺傳學(xué)的教學(xué)過程中可以采用問題式、討論式、互動式課堂教學(xué),從而達(dá)到更好的教學(xué)效果,在客觀上具有一定的可行性。以學(xué)生為主體的教學(xué)模式關(guān)鍵在于課前的認(rèn)真準(zhǔn)備和教師在課堂上的靈活調(diào)控。
2專業(yè)知識教學(xué)和實驗技術(shù)教學(xué)相結(jié)合
遺傳學(xué)是一門在實驗基礎(chǔ)上發(fā)展起來的學(xué)科,尤其是現(xiàn)代遺傳學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)發(fā)展和遺傳學(xué)知識的大量增加,都給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了一定的難度。因此,遺傳學(xué)采用什么樣的授課方法才能使學(xué)生掌握基本知識,提高學(xué)生的創(chuàng)新能力一直倍受教育工作者的關(guān)注。一些遺傳學(xué)教師的教學(xué)經(jīng)驗表明,在遺傳學(xué)授課過程中,適當(dāng)?shù)刂v授遺傳學(xué)研究的基本實驗技術(shù)和遺傳學(xué)研究材料的獲得方法對幫助學(xué)生理解遺傳學(xué)知識是非常重要的。例如,在介紹分子標(biāo)記選擇輔助育種的研究進(jìn)展時,對分子標(biāo)記的定義、類型、發(fā)展和每種標(biāo)記的用途進(jìn)行講解,對遺傳學(xué)研究材料如重組自交系和近等基因系群體的構(gòu)建方法及其在基因定位和育種研究中的應(yīng)用等知識進(jìn)行回顧,大大增強(qiáng)了學(xué)生對專業(yè)知識的理解。在實驗技術(shù)的教學(xué)方面,應(yīng)不斷地給學(xué)生介紹最新技術(shù)在遺傳學(xué)研究中的作用以及不同技術(shù)在某一研究領(lǐng)域的時效性3。在內(nèi)容上,盡量安排生動豐富且易于操作的實驗項目,增加一些設(shè)計性和綜合性的實驗項目,尤其是近期,隨著表觀遺傳學(xué)研究的日漸深入,適當(dāng)?shù)卦黾釉摲矫娴膶嶒炚n程對幫助學(xué)生理解基于非基因序列改變所致基因表達(dá)水平變化,如DNA甲基化和染色質(zhì)構(gòu)象變化等表觀遺傳學(xué)對生物性狀的改變所起的作用,可以開展表觀遺傳抑制劑對細(xì)胞周期調(diào)控的分析及RNA干擾基因沉默的遺傳分析等實驗。
3為學(xué)生提供具有時效性、權(quán)威性和新穎性的閱讀材料
隨著遺傳學(xué)科的快速發(fā)展,研究領(lǐng)域不斷拓寬,新技術(shù)、新成果不斷涌現(xiàn),任何一部教材都難以跟上遺傳學(xué)快速發(fā)展的步伐,因此必須借助網(wǎng)絡(luò)等媒體實現(xiàn)知識的不斷更新。在教學(xué)過程中,教師可適當(dāng)?shù)亟梃b〈(Science〉〉、《Nature》以及分子細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域的一些國際權(quán)威雜志上的綜述性文章作為教學(xué)中的補(bǔ)充內(nèi)容,使學(xué)生在學(xué)習(xí)經(jīng)典遺傳學(xué)理論的同時,對分子遺傳學(xué)和現(xiàn)代遺傳學(xué)的發(fā)展有更深入的理解。如在研究癌癥的遺傳學(xué)基礎(chǔ)時發(fā)現(xiàn),一半以上癌癥的發(fā)生過程中伴有p53突變。p53在正常細(xì)胞中壽命短、含量低,與細(xì)胞周期控制、DNA修復(fù)、衰老、血管生成和細(xì)胞凋亡密切相關(guān)。當(dāng)p53發(fā)生突變時,細(xì)胞逃脫正常細(xì)胞生長的限制,使突變從一代細(xì)胞傳到下一代細(xì)胞,這為癌癥的發(fā)育創(chuàng)造了條件。在給學(xué)生授課的過程中,跟蹤遺傳學(xué)的最新研究動態(tài),如引入p53等遺傳學(xué)研究進(jìn)展,可大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性?。表觀遺傳學(xué)目前也是遺傳學(xué)重要的補(bǔ)充,如乙酰化酶家族和染色體易位、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、基因沉默、細(xì)胞周期、細(xì)胞分化與增殖以及細(xì)胞凋亡相關(guān),從而對生物體的性狀產(chǎn)生了影響。而非編碼RNA不僅能對整個染色體進(jìn)行活性調(diào)節(jié),也可對單個基因活性進(jìn)行調(diào)節(jié),它們對基因組的穩(wěn)定性、細(xì)胞分裂、個體發(fā)育都有重要的作用。在教學(xué)過程中,適量增加表觀遺傳學(xué)的知識,可以極大地豐富學(xué)生的知識量及對科技前沿知識的認(rèn)識,為提高學(xué)生的科技創(chuàng)新能力奠定基礎(chǔ)。
4案例式和情境式教學(xué)相結(jié)合,激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動力
案例教學(xué)法(Casemedthodteaching,CMT)是根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和培養(yǎng)目標(biāo)的要求,在學(xué)生掌握了有關(guān)的基礎(chǔ)知識和基本理論的基礎(chǔ)上,教師在教學(xué)過程中選擇典型案例并以恰當(dāng)?shù)男问浇o學(xué)生展示,把學(xué)生帶入一個特定情境中,在教師的指引下由學(xué)生自己依靠其知識結(jié)構(gòu)和背景,在這種案例情境中發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識并形成技能技巧的一種教學(xué)方法5。案例教學(xué)法最大的特點就是模擬實踐經(jīng)驗,增強(qiáng)學(xué)生實踐的能力。遺傳學(xué)教師在注重理論知識講授的同時,要穿插與實際生活密切相關(guān)的大量案例,培養(yǎng)學(xué)生分析問題和動手實踐等能力。
在遺傳學(xué)教學(xué)過程中,注重教學(xué)內(nèi)容與人類生活及人類疾病相結(jié)合,加強(qiáng)學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的認(rèn)識和遺傳知識的深化。在講授單基因遺傳病、多基因遺傳病和染色體病時,可與臨床中真實的遺傳病相聯(lián)系,如常見的單基因遺傳性疾病一白化病、苯丙酮尿癥、黑尿癥、先天性聾啞、高度近視,多基因遺傳性疾病一原發(fā)性高血壓、支氣管哮喘、冠心病、青少年型糖尿病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、精神分裂癥、癲癇、先天性心臟病,染色體遺傳性疾病一“21三體”綜合征、貓叫綜合征等。針對這些疾病,巧妙設(shè)計引導(dǎo)式問題,囊括大綱要求的知識點,突出遺傳學(xué)的課程特色。在該模式下的教學(xué)過程中,學(xué)生不是被動地學(xué)、記憶和理解教師所教授的知識,而是在教師的指導(dǎo)下,將學(xué)生置于可以從不同角度看待事物的環(huán)境,問題情境便能夠吸引并維持他們的興趣,使他們積 極尋找解決問題的方法,創(chuàng)造性地得出結(jié)論,從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動力。
5加強(qiáng)遺傳學(xué)教師師資隊伍建設(shè),為研究性教學(xué)提供人才保障
過去,很多高校過于注重結(jié)果性評價而忽視過程評價,無法對教師的研究性教學(xué)能力和學(xué)生的實踐能力作出公正而又科學(xué)的評價H。目前,黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)已經(jīng)非常重視研究性教學(xué)的實施,并為此做出很多努力和嘗試。遺傳學(xué)作為生命科學(xué)的重要課程,其教師隊伍的整體水平是制約教學(xué)效果的一個重要因素。沒有一支高水平的教師隊伍一切將成為空談。為了提高研究性教學(xué)水平,學(xué)校組織教師到優(yōu)秀研究性教學(xué)能手的課堂上聽課,通過學(xué)習(xí)其他課程的課堂教學(xué)方法、教學(xué)模式,為遺傳學(xué)更好地進(jìn)行研究性教學(xué)提供了教學(xué)案例。此外,學(xué)校年輕的遺傳學(xué)教師可以通過培訓(xùn)、進(jìn)修等形式提高專業(yè)水平。最后,如果想成功地進(jìn)行研究性教學(xué),授課教師必須進(jìn)行學(xué)科專業(yè)的科學(xué)研究。授課教師要隨時關(guān)注遺傳學(xué)領(lǐng)域的最新發(fā)展動向,將權(quán)威雜志中介紹這門學(xué)科研究的新概念、新發(fā)現(xiàn)、新思路和新方法的文獻(xiàn)綜述引入課堂。這些參考文獻(xiàn)學(xué)術(shù)水平高、內(nèi)容新、難度適中,開闊了學(xué)生的視野,對他們很有吸引力。教師只有通過科研,才能真正理解本學(xué)科教材的內(nèi)在聯(lián)系,把握住本學(xué)科的發(fā)展趨勢,及時吸納學(xué)科內(nèi)最新科研學(xué)術(shù)成果,適時地把學(xué)生引入本學(xué)科知識和科研的前沿,引導(dǎo)學(xué)生在科研實踐中增長才智、得到鍛煉,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造欲望,通過科研、實驗等手段培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
關(guān)鍵詞:遺傳學(xué);教學(xué)改革;課程群;
隨著現(xiàn)代生物科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,遺傳學(xué)已成為21世紀(jì)生命科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展最為迅速的學(xué)科之一,是生命科學(xué)中各門學(xué)科的核心,它的分支幾乎擴(kuò)展到生命科學(xué)的各個研究領(lǐng)域.目前,在生物學(xué)各專業(yè)的教學(xué)中,普遍存在著知識老化,課程體系陳舊,如遺傳學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)、基因工程、基因組學(xué)、分子遺傳學(xué)等課程之間存在著部分內(nèi)容重復(fù)等一系列問題.顯然,當(dāng)前的課程體系已不適應(yīng)高等學(xué)校生命科學(xué)教育的要求.如何突出遺傳學(xué)主干課程,實現(xiàn)課程體系的整合、優(yōu)化,不同課程間知識的融通和銜接,以此組建口徑寬、方向靈活的課程群,加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),以增強(qiáng)學(xué)生的適應(yīng)性和競爭力,培養(yǎng)學(xué)生的個性特長、能力特長以及繼續(xù)學(xué)習(xí)的能力,形成終身學(xué)習(xí)的觀念,是擺在我們面前值得思考的問題.我們從遺傳學(xué)課程入手,對遺傳學(xué)課程群進(jìn)行了初步的思考,重新設(shè)置和實踐,目的是實現(xiàn)課程體系的整合、優(yōu)化,培養(yǎng)符合現(xiàn)代社會要求的創(chuàng)新型、復(fù)合型人才.
1遺傳學(xué)課程群內(nèi)課程設(shè)置的基本思路
遺傳學(xué)課程群內(nèi)課程設(shè)置的基本思路就是圍繞“一個中心,三個方向”的原則,以普通遺傳學(xué)為核心課程,兼顧三個方面的內(nèi)容.基本框架如圖1.
“一個中心”就是以普通遺傳學(xué)為核心課程.遺傳學(xué)是一門生命科學(xué)所有專業(yè)的重要基礎(chǔ)課,要求全面系統(tǒng)地介紹遺傳學(xué)的基本原理、分析方法及現(xiàn)代遺傳學(xué)發(fā)展的最新成就.在教學(xué)中,要始終貫穿遺傳物質(zhì)的本質(zhì)、遺傳物質(zhì)的傳遞和變異、遺傳信息的表達(dá)與調(diào)控這一主線,使學(xué)生在群體水平、個體水平、細(xì)胞水平和分子水平的不同層次上對遺傳學(xué)有比較全面、系統(tǒng)的認(rèn)識,并能應(yīng)用其基本原理分析遺傳學(xué)數(shù)據(jù),解釋遺傳學(xué)現(xiàn)象,并對遺傳學(xué)各分支學(xué)科有一個基本的了解.
“三個方向”是以遺傳學(xué)分支學(xué)科、反映現(xiàn)代遺傳學(xué)發(fā)展的學(xué)科及遺傳學(xué)普及性學(xué)科為遺傳學(xué)內(nèi)容細(xì)化、深化和普及的三個層面,主要包括以下內(nèi)容:
一是遺傳學(xué)分支學(xué)科的內(nèi)容,主要包括《群體遺傳學(xué)》、《微生物遺傳學(xué)》、《細(xì)胞遺傳學(xué)》等課程,以專業(yè)選修課的形式開出,主要目的是根據(jù)學(xué)生的興趣和愛好,深入學(xué)習(xí)遺傳學(xué)各個分支學(xué)科的知識.如《群體遺傳學(xué)》是研究在自然選擇、基因漂變、突變以及遷移四種進(jìn)化動力的影響下,等位基因的分布和改變.它是在群體水平上研究種群的分類、空間結(jié)構(gòu)等,并試圖解釋諸如適應(yīng)和物種形成現(xiàn)象的理論.《微生物遺傳學(xué)》是以病毒、細(xì)菌、小型真菌以及單細(xì)胞動植物等為研究對象的遺傳學(xué)分支學(xué)科.《細(xì)胞遺傳學(xué)》是遺傳學(xué)與細(xì)胞學(xué)相結(jié)合的一個遺傳學(xué)分支學(xué)科,主要是在細(xì)胞和染色體水平上研究.
二是反映現(xiàn)代遺傳學(xué)發(fā)展的學(xué)科,如《基因工程》、《分子遺傳學(xué)》、《基因組學(xué)》.這三門課程都是在普通遺傳學(xué)基礎(chǔ)上開設(shè)的專業(yè)選修課程,目的是與現(xiàn)代遺傳學(xué)的發(fā)展接軌.如《分子遺傳學(xué)》(moleculargenetics)的主要內(nèi)容為基因的結(jié)構(gòu)、復(fù)制和轉(zhuǎn)錄以及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控、翻譯,基因突變,DNA的復(fù)制、修復(fù),原核與真核生物的基因表達(dá)調(diào)控,是在分子水平上進(jìn)行的研究.此課程為生命科學(xué)各專業(yè)本科生的學(xué)科基礎(chǔ)課,也可作為研究生的專業(yè)選修課.《基因工程》(geneengineering)主要介紹基因操作的主要技術(shù)原理,基因操作的工具酶,克隆載體,目的基因的分離方法,重組體的構(gòu)建及導(dǎo)入,克隆基因的表達(dá)與檢測,基因工程研究進(jìn)展,存在問題及新策略等內(nèi)容,使學(xué)生具備基因工程方面的基本知識和掌握其操作技術(shù).《基因組學(xué)》(genomics)是對所有基因進(jìn)行基因組作圖,核苷酸序列分析,基因定位和基因功能分析的一門科學(xué).主要講述生物基因組的基本結(jié)構(gòu)和組成、基因組內(nèi)基因的表達(dá)和調(diào)控、遺傳圖譜與物理圖譜、基因組測序、基因組序列解讀、染色體的結(jié)構(gòu)與基因表達(dá)調(diào)控、基因組的復(fù)制、基因組進(jìn)化的分子基礎(chǔ)、基因組進(jìn)化的模式、分子系統(tǒng)發(fā)生學(xué)等內(nèi)容,并講述人類基因組計劃的全過程以及由此引發(fā)的道德倫理和法律問題,系統(tǒng)向?qū)W生講授基因組學(xué)研究的基本內(nèi)容及相關(guān)進(jìn)展.通過該課程學(xué)習(xí),使學(xué)生了解結(jié)構(gòu)基因組學(xué)和功能基因組學(xué)的重要研究領(lǐng)域、熱點問題與發(fā)展趨勢,以及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與進(jìn)展.
三是遺傳學(xué)普及性的內(nèi)容,此類課程為遺傳學(xué)的平行課程,以公選課的形式開出,主要目的是普及遺傳學(xué)知識,提高人口質(zhì)量和全民素質(zhì).我們針對非生物專業(yè)的學(xué)生開設(shè)了《人類遺傳學(xué)》和《遺傳與優(yōu)生》兩門課程.《人類遺傳學(xué)》主要講述人類在形態(tài)、結(jié)構(gòu)、生理、生化、免疫、行為等各種性狀的遺傳上的相似和差別,人類群體的遺傳規(guī)律以及人類遺傳性疾病的發(fā)生機(jī)理、傳遞規(guī)律和如何預(yù)防等內(nèi)容,使學(xué)生掌握人類遺傳學(xué)的基本概念和主要研究方法.《遺傳與優(yōu)生》主要講述什么是遺傳病,遺傳病對人類的危害,人類的染色體和染色體病、基因和基因病、腫瘤與遺傳、人類代謝和發(fā)育中的遺傳學(xué)問題、優(yōu)生學(xué)的基本概念、影響優(yōu)生的因素,優(yōu)生的措施等.這兩門課程都注重貼近生活,貼近社會,從剖析青年學(xué)生關(guān)注的問題入手去介紹人類遺傳與優(yōu)生的基礎(chǔ)理論和基本知識,使學(xué)生能夠在輕松、順暢且饒有興趣的學(xué)習(xí)過程中獲益.對于醫(yī)療保健事業(yè)和人群遺傳素質(zhì)的改進(jìn)具有重要意義.
2遺傳學(xué)課程群內(nèi)課程內(nèi)容整合的思路
為解決遺傳學(xué)的迅速發(fā)展及新知識、新技術(shù)不斷出現(xiàn)與遺傳學(xué)教學(xué)時數(shù)減少這一矛盾,我們通過建立遺傳學(xué)課程群體系,協(xié)調(diào)課程群內(nèi)各門課程的關(guān)系,盡量減少重復(fù)內(nèi)容,對于學(xué)習(xí)遺傳學(xué)的有關(guān)基礎(chǔ)知識,如核酸的結(jié)構(gòu)和特征在先修課程《生物化學(xué)》中介紹,染色體的結(jié)構(gòu),細(xì)胞周期等在細(xì)胞生物學(xué)課程中介紹,概率和統(tǒng)計學(xué)知識在生物統(tǒng)計學(xué)課程中介紹.而對于遺傳學(xué)各分支學(xué)科的深入討論,將在細(xì)胞遺傳學(xué)、群體及數(shù)量遺傳學(xué)、分子遺傳學(xué)、基因組學(xué)、基因工程、生物信息學(xué)等課程中介紹.
3遺傳學(xué)課程群內(nèi)實驗課程整合的思路
遺傳學(xué)課程群內(nèi)主要設(shè)置了遺傳學(xué)實驗和分子遺傳學(xué)大實驗,遺傳學(xué)實驗是為了配合遺傳學(xué)的教學(xué)而開設(shè)的一門實驗課程,其設(shè)計思想是:1)配合遺傳學(xué)的教學(xué),鞏固和加深對遺傳學(xué)知識的理解;2)適應(yīng)現(xiàn)代遺傳學(xué)的發(fā)展,讓學(xué)生掌握現(xiàn)代遺傳學(xué)研究所必需的基本實驗技術(shù);3)開設(shè)綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性實驗,鼓勵學(xué)生自己動腦筋設(shè)計、完成實驗.目前已形成具有基礎(chǔ)性實驗、提高性實驗和具有綜合性、研究創(chuàng)新性、開放性實驗的不同層次的遺傳學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容體系.鼓勵學(xué)生自己動腦筋設(shè)計、完成實驗,實驗室已對學(xué)生部分開放,并實施了自選實驗考試法[1].學(xué)生在此過程中得到了很好的科研訓(xùn)練,部分學(xué)生在本科階段就寫作并發(fā)表了論文,充分體現(xiàn)了遺傳學(xué)課程教學(xué)改革的特色.例如,結(jié)合本科畢業(yè)設(shè)計,我們編制了“遺傳學(xué)試驗的計算機(jī)模擬”軟件[2],增強(qiáng)了學(xué)生對遺傳學(xué)基本概念和基本原理的理解,而且也增加了學(xué)生對計算機(jī)應(yīng)用于生命科學(xué)研究的興趣.我們開發(fā)設(shè)計了“遺傳學(xué)實驗顯微圖像演示系統(tǒng)”[3],建立了遺傳學(xué)實驗圖像庫,學(xué)生在實驗前可以方便地檢索觀察實驗中可能出現(xiàn)的各種圖像,大大提高了實驗效率.通過遺傳學(xué)實驗的培訓(xùn),學(xué)生具備了一定的設(shè)計和綜合創(chuàng)新的能力,在此基礎(chǔ)上,進(jìn)入分子遺傳學(xué)大實驗的學(xué)習(xí).而分子遺傳學(xué)大實驗的設(shè)計整合了分子遺傳學(xué)和基因工程兩門課程的實驗內(nèi)容,既涵蓋了分子遺傳學(xué)的基本實驗技術(shù),也體現(xiàn)了現(xiàn)代分子遺傳學(xué)發(fā)展的新方法、新技術(shù).實驗通過DNA提取、擴(kuò)增、檢測,到目的基因的獲取、重組、轉(zhuǎn)化、分子雜交等系列性實驗,使學(xué)生不僅掌握了現(xiàn)代生物學(xué)分析技術(shù),也培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力和獨(dú)立設(shè)計實驗的能力,更實現(xiàn)了理論類課程與實踐訓(xùn)練類課程的有序銜接,同時完善了學(xué)生從認(rèn)知實踐到科研實踐的創(chuàng)新精神培養(yǎng)體系.
4遺傳學(xué)課程群實踐基地的建設(shè)
僅有書本上的知識是不夠的,遺傳學(xué)課程群內(nèi)的課程具有很強(qiáng)的實踐性,專業(yè)知識與生產(chǎn)實際相結(jié)合的綜合性教學(xué)是實踐教學(xué)環(huán)節(jié)不可缺少的重要一環(huán).為此,我們通過認(rèn)識實習(xí)和生產(chǎn)實習(xí)等手段加強(qiáng)課程知識的掌握.利用地域優(yōu)勢,與中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院徐州分院、江蘇省藥用植物重點實驗室、江蘇維維集團(tuán)等建立長期穩(wěn)定的合作關(guān)系.如,我們在講解“三系配套”時就帶領(lǐng)學(xué)生到中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院徐州分院參觀學(xué)習(xí)、實地學(xué)習(xí)如何進(jìn)行“三系配套”的操作,加深了對理論知識的理解.通過專業(yè)實踐,拓寬了學(xué)生的視野,培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題以及開拓創(chuàng)新的能力,增強(qiáng)了學(xué)生的事業(yè)心和責(zé)任感.
5遺傳學(xué)課程群教學(xué)方法和教學(xué)手段改革之思考
英文名稱:Life Science Research
主管單位:湖南師范大學(xué)
主辦單位:湖南師范大學(xué)
出版周期:雙月刊
出版地址:湖南省長沙市
語
種:中文
開
本:大16開
國際刊號:1007-7847
國內(nèi)刊號:43-1266/Q
郵發(fā)代號:42-172
發(fā)行范圍:國內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時間:1997
期刊收錄:
CA 化學(xué)文摘(美)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(CSCD―2008)
核心期刊:
期刊榮譽(yù):
Caj-cd規(guī)范獲獎期刊
聯(lián)系方式
期刊簡介
美國《大眾科學(xué)》雜志最新一期報道了科學(xué)家們目前正在利用線蟲研究多個基因是如何相互作用來產(chǎn)生復(fù)雜的器官。進(jìn)而利用這些數(shù)據(jù),確定相關(guān)基因在人類的功能。線蟲的基因組里有20470個基因,而且許多基因與人類相似,鑒定線蟲中的基因功能也要簡單得多。因此線蟲是一種寶貴的模式生物。過去50年來。秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans)一直被用于生物學(xué)研究。最新研究進(jìn)展是,加州大學(xué)圣地亞哥和紐約大學(xué)的生物家們?yōu)榱苏页?54基因是如何共同作用產(chǎn)生卵巢。利用一只被麻醉的線蟲的健康性腺,挨個“敲除(knocking down)”每個基因(注:“敲除”基因可能會引起某些細(xì)胞產(chǎn)生過多或過少的染色體。也可能終止一些細(xì)胞的生長)。進(jìn)而研究多個基因如伺相互作用,并產(chǎn)生復(fù)雜器官。
消除衰老細(xì)胞可延壽
對于人體來說,年齡的增長會成為大多數(shù)慢性病和功能喪失誘發(fā)的主要危險因子,但是驅(qū)動人類年齡變老的基本機(jī)制目前還不為人們所知,延遲或消除與年齡相關(guān)的衰老細(xì)胞究竟能否給人們帶來好處?近期的英國《自然》雜志就將視角對準(zhǔn)了這個問題。科學(xué)家利用攜帶一個名為INK-ATTAC轉(zhuǎn)基因的小鼠模型做研究,該轉(zhuǎn)基因可通過可誘導(dǎo)的方式將攜帶衰老生物標(biāo)記p16Ink4a的細(xì)胞清除,此項研究結(jié)果表明。對該項細(xì)胞的清除會延緩已經(jīng)出現(xiàn)的與年齡相關(guān)的病癥的發(fā)展。也就是說。衰老細(xì)胞的確能引起與年齡相關(guān)的表現(xiàn)型,而且清除它們能夠防止或延遲與年齡柜關(guān)的組織功能喪失。延長人們的健康壽命。
卵巢癌更容易致死
最新一期的《自然 遺傳學(xué)》雜志公布了科學(xué)界針對卵巢癌基因的一項新發(fā)現(xiàn)。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示。在發(fā)達(dá)國家,與其他婦科惡性腫瘤相比,卵巢癌更容易造成人的死亡。通過全基因組序列分析,研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新的與卵巢癌發(fā)生有關(guān)的遺傳變異,這項研究將有助于預(yù)測罹患卵巢癌的高危人群。并對這種重要的疾病進(jìn)行治療。研究人員分析了457個冰島人的全基因組序列和冰島族譜信息。對41675位冰島人進(jìn)行了基因變異與卵巢癌相關(guān)測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)一個名為BRIPl基因上的罕見突變會導(dǎo)致罹患卵巢癌的風(fēng)險增大。而且還會導(dǎo)致壽命減少38年。
光照激活可抗癌
【關(guān)鍵詞】基因組學(xué) 教學(xué) 改革
【Abstract】Genomics is a young discipline which is born with the successful implementation of the human genome project, and its content is involved in the leading edge and hot spot of the life science research. Learning genomics has a profound impact on enriching and improving the students’ knowledge system and cultivating students’ innovative consciousness and ability. After several years of teaching practice, from the teaching content, teaching methods to make a reasonable improvement, in order to improve the quality of teaching, and strive to cultivate high?鄄quality professionals.
【Key words】Genomics; education; innovation
【基金項目】湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)課程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)遴選項目《基因組學(xué)》和湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)教改項目B2015021資助。
【中圖分類號】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089(2016)06-0233-02
伴隨人類基因組計劃,一門新興的生命科學(xué)前沿學(xué)科基因組學(xué)( Genomics)應(yīng)運(yùn)而生。不同于以往的分子遺傳學(xué)以“單個”基因為研究對象的思路,基因組學(xué)從物種的整個基因組入手來研究基因的結(jié)構(gòu)、功能和進(jìn)化[1]。經(jīng)過近20年的迅速發(fā)展,基礎(chǔ)基因組學(xué)研究已經(jīng)形成了結(jié)構(gòu)基因組學(xué)、功能基因組學(xué)和比較基因組學(xué)三個不同的領(lǐng)域[1-3],還衍生出了轉(zhuǎn)錄物組、蛋白質(zhì)組、代謝組、甲基化組等一系列組學(xué)研究的分支,引發(fā)了生物科學(xué)研究的系統(tǒng)觀熱潮[2]。
目前,基因組學(xué)已成為高校生物學(xué)課程體系中的重要組成部分,越來越多的高校都將其設(shè)為生物學(xué)相關(guān)專業(yè)的必修課或選修課。課程的開設(shè)不僅有利于學(xué)生了解生命科學(xué)發(fā)展的前沿,還能為學(xué)生研究生階段開展相關(guān)課題提供研究思路和背景知識。然而,基因組學(xué)發(fā)展迅速,如何使教學(xué)緊跟學(xué)科發(fā)展的步伐,讓學(xué)生在有限的課堂教學(xué)中既能掌握基因組學(xué)的基礎(chǔ)知識,又能及時了解最新的基因組學(xué)發(fā)展技術(shù),成為教學(xué)中的難點。因此,教師需要不斷更新教學(xué)內(nèi)容,緊跟學(xué)科發(fā)展的步伐,以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)習(xí)的主動性。此外,基因組學(xué)與其他學(xué)科具有很強(qiáng)的交叉性,教師授課過程中既要避免內(nèi)容的重復(fù),又要能深入淺出地把內(nèi)容抽象、過程復(fù)雜的研究方法條理清晰、簡單明了地傳授給學(xué)生。針對基因組學(xué)課程的上述特點以及這幾年的教學(xué)實踐,筆者從基因組學(xué)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化,探索了適合本門課程的教學(xué)方法和模式,以期提高基因組學(xué)的教學(xué)效果,以適應(yīng)新形勢下素質(zhì)教育的需要。
一、選擇合適的教材
我國許多高校的生物信息、生物技術(shù)等相關(guān)專業(yè)課程設(shè)置中都將基因組學(xué)設(shè)為專業(yè)課或選修課,如華中科技大學(xué)、暨南大學(xué)、揚(yáng)州大學(xué)等。我校也在學(xué)生先修遺傳學(xué)、分子生物學(xué)和生物信息學(xué)的基礎(chǔ)上,開設(shè)基因組學(xué)課程作為生物信息學(xué)的一門專業(yè)課,共設(shè)置40課時。經(jīng)過了解,國內(nèi)廣泛使用的基因組學(xué)教材主要有兩本,即國內(nèi)復(fù)旦大學(xué)楊金水教授編著的《基因組學(xué)》(2002年第一版,2007年第二版,2013年第三版)和英國曼徹斯特大學(xué)理工學(xué)院TA.Brown教授編著的《Genomes》(1999年版、2002年版、2006年版)。根據(jù)課程需要和課時數(shù),我校自2005年生物信息學(xué)專業(yè)開設(shè)以來一直選擇結(jié)構(gòu)體系比較完整、內(nèi)容相對簡潔的楊金水編著的《基因組學(xué)》系列版本為主要教材。同時選用袁建剛等翻譯的、BrownTA編著的《基因組》及其英文版原著作為參考,補(bǔ)充楊金水編著的《基因組學(xué)》,部分內(nèi)容敘述不夠詳盡的不足。該教材和參考書都更新及時,每隔數(shù)年就會補(bǔ)充基因組學(xué)研究領(lǐng)域的新成果和新技術(shù)然后再版,便于跟蹤學(xué)科前沿,掌握最新研究動態(tài)。參考書中英文對應(yīng),可方便學(xué)生對專業(yè)名詞的理解和把握,也有助于學(xué)生提高對英文文獻(xiàn)的閱讀能力。
二、構(gòu)建系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容
基因組學(xué)教學(xué)內(nèi)容與遺傳學(xué)、分組生物學(xué)和生物信息學(xué)課程的內(nèi)容相互聯(lián)系、相互滲透。因此課程內(nèi)容既要避免與現(xiàn)行課程中重復(fù)的部分,又突出本學(xué)科的特有內(nèi)容,為此我們在與其他相關(guān)課程教師充分溝通的情況下進(jìn)行了授課內(nèi)容的安排。基因組學(xué)的知識結(jié)構(gòu)可以分為結(jié)構(gòu)基因組學(xué)、功能基因組學(xué)和比較基因組學(xué)三部分。結(jié)構(gòu)基因組學(xué)是基因組研究的前提,是功能基因組學(xué)和比較基因組學(xué)內(nèi)容理解和掌握的基礎(chǔ),其主要目標(biāo)是通過基因組測序獲得基因組序列。而基因組測序的前提是對基因組的基本結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行了解,然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行基因組作圖,包括遺傳圖譜、物理圖譜的制作,最后進(jìn)行基因組的測序與序列組裝。這部分屬于基因組學(xué)課程重點學(xué)習(xí)的內(nèi)容,安排20個課時,主要涉及選用教材的前四章內(nèi)容[4]。功能基因組學(xué),被稱為后基因組學(xué),它利用結(jié)構(gòu)基因組學(xué)研究所提供的信息和產(chǎn)物,發(fā)展和應(yīng)用新的實驗手段,通過在基因組或系統(tǒng)水平上全面分析基因的功能。這部分內(nèi)容是目前發(fā)展最快的研究重點[5],涉及很多關(guān)于研究基因功能的實驗方法,因此也是課程的難點。研究內(nèi)容包括基因組序列中基因功能的發(fā)現(xiàn)、單個基因功能的確定、基因表達(dá)分析及突變檢測和基因與基因之間的相互作用。本門課程中安排12課時學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容,主要涉及教材的第五章、第六章、第十章。教材的第七章和第十一章關(guān)于基因組的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄調(diào)控的內(nèi)容,分子生物學(xué)中有過講述,在基因組學(xué)的課程中不再重復(fù)。第八章和第九章關(guān)于轉(zhuǎn)錄組和蛋白組的內(nèi)容另開設(shè)有相關(guān)的課程,也不在基因組學(xué)課程的講述范圍內(nèi)。比較基因組學(xué)是基于結(jié)構(gòu)基因組的基礎(chǔ)上,對已知的基因和基因組結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較,來了解基因的功能、表達(dá)機(jī)理和物種進(jìn)化的學(xué)科。通過對不同親緣關(guān)系物種的基因組序列進(jìn)行比較,能夠鑒定出編碼序列、非編碼調(diào)控序列及給定物種獨(dú)有的序列。而基因組范圍之內(nèi)的序列比對,可以了解不同物種在核苷酸組成、同線性關(guān)系和基因順序方面的異同,進(jìn)而得到基因分析預(yù)測與定位、生物系統(tǒng)發(fā)生進(jìn)化關(guān)系等方面的信息。這部分內(nèi)容安排6課時,主要涉及教材的第十二至十四章的內(nèi)容。這樣合理安排授課內(nèi)容,使學(xué)生在頭腦中建立起一個從結(jié)構(gòu)基因組學(xué)研究到功能基因組學(xué)研究再到比較基因組學(xué)研究的完善的知識體系。
此外,基因組學(xué)發(fā)展迅速,除了三大部分基本內(nèi)容外還在課堂上及時補(bǔ)充和完善一些最新的研究成果。比如可以通過查詢Science、Nature 和Cell等頂級期刊,了解基因組學(xué)的最新研究進(jìn)展和方法,使學(xué)生及時把握學(xué)科發(fā)展脈絡(luò)和方向,把基因組學(xué)課程真正建設(shè)成為一門開闊學(xué)生視野的課程。另外,課堂上可以討論一些社會上的熱點話題或者普及一些與生活息息相關(guān)的知識,如精準(zhǔn)醫(yī)療等。還可以講述一些相關(guān)的故事,如諾貝爾獎得主的一些鮮為人知的故事。一些相關(guān)知識的應(yīng)用,比如如何利用分子標(biāo)記進(jìn)行親子鑒定及法醫(yī)鑒定等也可以再課堂上適時的插入。這些內(nèi)容可以極大地激發(fā)學(xué)生的興趣,拓寬學(xué)生的視野,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
三、多媒體與板書相結(jié)合教學(xué)
多媒體教學(xué)具有圖文并茂的效果,可以把抽象、微觀、枯燥、復(fù)雜的內(nèi)容形象的展示出來。但多媒體課件播放比板書講解速度快,如果學(xué)生的思維無法跟上,則會大大地降低教學(xué)效果。傳統(tǒng)的板書教學(xué)則可以將知識更加系統(tǒng)地呈現(xiàn)給學(xué)生,更利于師生間的交流[6]。但板書教學(xué)比較耗時,尤其對于高等教育中較多的授課內(nèi)容,完全采用板書會影響教學(xué)進(jìn)度。此外,對于圖像和圖形的呈現(xiàn),板書教學(xué)也無法勝任。因此,可采用“多媒體+板書”相結(jié)合的授課方式。授課提綱板書在黑板上,使學(xué)生整堂課都可以看見,讓學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容有整體的印象。多媒體課件解釋不清的問題,及時用板書補(bǔ)充。重點難點內(nèi)容,也要結(jié)合板書詳細(xì)講解,同時借助多媒體手段將所需要的圖片、動畫和視頻插入課件,按照課程的需要播放,提高課堂教學(xué)效果。
四、組織學(xué)生參與科學(xué)研究
基因組學(xué)課程內(nèi)容涉及許多研究方法和技術(shù),部分經(jīng)典的實驗技術(shù)在分子生物學(xué)與遺傳學(xué)中有過介紹,但一些新發(fā)展起來的技術(shù)上述課程學(xué)習(xí)的過程中沒有涉及。有些技術(shù)原理深奧、抽象,難以理解,最好的方法是讓學(xué)生親自參與實驗[7-9]。教師可組建基因組學(xué)科研興趣小組,讓學(xué)生利用課外時間參與老師的科研課題。學(xué)生通過親自參與基因組學(xué)相關(guān)實驗,可以深刻理解這些技術(shù)的原理,并掌握具體操作技術(shù),將理論知識與實踐相結(jié)合,在幫助教師完成科研工作的同時培養(yǎng)了學(xué)生對科研工作的熱情,為學(xué)生進(jìn)一步考研深造打下基礎(chǔ)。
五、應(yīng)用靈活多樣的考核方式
科學(xué)、合理的考核方式有助于提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才。傳統(tǒng)的考核方式主要是閉卷考試,容易使學(xué)生把考試當(dāng)成最終的學(xué)習(xí)目標(biāo),不利于培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識解決實際問題的能力。因此,改革教學(xué)考核方式的非常重要??己顺藢W(xué)生進(jìn)行基本理論知識考試外,在成績評定標(biāo)準(zhǔn)上適當(dāng)加大對學(xué)生動手能力和綜合技能的考核比重,增加平時成績的考核,條件允許的話還可以設(shè)置一些小實驗在實驗課的課堂上讓學(xué)生進(jìn)行計算機(jī)模擬分析,充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外,還可以把科研過程中的一些小項目交給學(xué)生,讓學(xué)生查閱資料后根據(jù)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行試驗設(shè)計,教師進(jìn)行指導(dǎo)修改后再反饋給學(xué)生。學(xué)生的平時成績最終按30%的比例計入最終成績??茖W(xué)合理地應(yīng)用上述方法可以很大程度改變學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)方式,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力。
經(jīng)過幾年的實踐,我們的教學(xué)改革獲得了大多數(shù)學(xué)生的好評與認(rèn)可。在今后的教學(xué)中,隨著教師教學(xué)經(jīng)驗的積累和教學(xué)水平的進(jìn)一步提高,將會不斷完善基因組學(xué)教學(xué)工作。基因組學(xué)發(fā)展迅速,如今已經(jīng)滲透到生命科學(xué)研究的各個領(lǐng)域,尤其是近幾年基因組學(xué)研究領(lǐng)域的重大成果層出不窮,對生命科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了極大的推動作用。針對基因組學(xué)教學(xué)過程中存在的主要問題[10,11],在構(gòu)建系統(tǒng)課程內(nèi)容體系的同時,還應(yīng)根據(jù)農(nóng)林院校的專業(yè)特點,不斷改革和探索課程的教學(xué)方法,加強(qiáng)教師隊伍建設(shè),不斷完善理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)模式,為推進(jìn)和實現(xiàn)高素質(zhì)的創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。
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生物科學(xué)史是生物科學(xué)發(fā)生和發(fā)展的歷史,揭示了生物科學(xué)理論的發(fā)展是一個動態(tài)過程,具有很高的科學(xué)教育價值;同時介紹了科學(xué)家的生平事跡、奮斗歷程、曲折經(jīng)歷和成敗得失,具有一定的人文教育價值。《高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》中強(qiáng)調(diào)要注重生物科學(xué)史的學(xué)習(xí),將知識傳授、能力培養(yǎng)和情意發(fā)展三方面教育融合起來。本文舉例說明了人教版生物教材科學(xué)史的部分內(nèi)容,分析在高中生物教學(xué)中引入生物科學(xué)史教育的策略和意義。
1 人教版生物教材中生物科學(xué)史舉例
1.1 必修一第5章第4節(jié)《能量之源—光與光合作用》
在光合作用的探究歷程中分別介紹了五位科學(xué)家所做的工作。1771年英國科學(xué)家普里斯特利發(fā)現(xiàn)植物的光合作用能更新空氣;德國科學(xué)家薩克斯在1864年證明綠葉在光合作用中有淀粉的合成;美國科學(xué)家魯賓和卡門1939年進(jìn)一步證明光合作用釋放的氧來自水而不是二氧化碳;隨后美國科學(xué)家愛卡爾文用放射性同位素探明了光合作用的反應(yīng)過程。光合作用歷經(jīng)300余年的艱苦探索才終于呈現(xiàn)在世人面前。
1.2 必修二第3章第1節(jié)《dna是主要的遺傳物質(zhì)》
介紹了對遺傳物質(zhì)的探究歷程。1928年英國科學(xué)家格里菲斯的肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實驗推斷出s型細(xì)菌中有一種轉(zhuǎn)化因子;1944年美國科學(xué)家艾弗里通過提純和鑒定證明了dna是使r型細(xì)菌產(chǎn)生穩(wěn)定遺傳變化的物質(zhì);1952年赫爾希和蔡斯用放射性同位素和噬菌體最終確立了dna是遺傳物質(zhì);后來通過煙草花葉病毒的實驗科學(xué)家修正了遺傳物質(zhì)的范圍把rna也列入其中。dna的發(fā)現(xiàn)過程有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒灧椒ê屯普撨^程,肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實驗和噬菌體侵染大腸桿菌實驗具有非常好的智育價值。
1.3 必修三第3章第1節(jié)《植物生長素的發(fā)現(xiàn)》
介紹發(fā)現(xiàn)生長素長達(dá)54年的艱苦探索。首先達(dá)爾文在19世紀(jì)末提出胚芽鞘尖端會產(chǎn)生某種刺激;詹森于1910年證明這種刺激可以透過瓊脂片傳遞給下部;1914年拜爾證明了尖端產(chǎn)生的刺激在下端分布不均造成了胚芽鞘的彎曲生長;1928年溫特證明這種刺激是化學(xué)物質(zhì);1946年科學(xué)家才從高等植物中提取出生長素吲哚乙酸。這節(jié)教學(xué)內(nèi)容突出了科學(xué)發(fā)現(xiàn)中邏輯推理的思維法,對培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和思維能力都大有好處。
2 在高中生物教學(xué)中引入生物科學(xué)史教育的策略
2.1 作為導(dǎo)入新課的引子,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動力,趣味橫生的科學(xué)逸事、舌槍唇箭的科學(xué)論爭、催人淚下的科學(xué)事跡、鬼斧神工的科學(xué)方法、意蘊(yùn)叢叢的科學(xué)疑案等都能充分激起學(xué)生的好奇心,集中學(xué)生注意力,為課堂學(xué)習(xí)做好心理鋪墊。如在學(xué)習(xí)《atp的主要來源—細(xì)胞呼吸》之前介紹拉瓦錫等人對呼吸作用的研究,既激發(fā)了學(xué)生的求知欲,又為新知識的引入做了背景材料的鋪墊。如伴性遺傳的學(xué)習(xí)可以插入紅綠色盲發(fā)現(xiàn)的小故事,或者講述英國皇室血友病的例子,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,讓學(xué)生積極主動的參與到課堂學(xué)習(xí)中去尋求答案。
2.2 作為課程探究的支架,引導(dǎo)學(xué)生主動探究
生物科學(xué)史一般要經(jīng)歷提出問題、做出假設(shè)、設(shè)計實驗、實施實驗、推論總結(jié)等過程。學(xué)習(xí)生物科學(xué)史能使學(xué)生理解科學(xué)的本質(zhì)和科學(xué)研究的方法,讓學(xué)生親身體會科學(xué)家是如何發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的,培養(yǎng)學(xué)生勇于質(zhì)疑大膽探究的科學(xué)態(tài)度和思維品質(zhì)。如在學(xué)習(xí)《dna是主要的遺傳物質(zhì)》時,讓學(xué)生循著科學(xué)家的方法提出假設(shè)設(shè)計實驗,同時滲透單一變量、同位素追蹤等實驗方式,引導(dǎo)學(xué)生一步步的驗證假設(shè)、設(shè)計排除實驗。如在學(xué)習(xí)光合作用的發(fā)現(xiàn)時,引導(dǎo)學(xué)生大膽猜想,再用排除法一步步推論直到得到正確結(jié)論。
2.3 作為補(bǔ)充閱讀的材料,加深學(xué)生記憶理解
人教版新課程教材“科學(xué)史話”、“資料分析”、“科學(xué)前沿”等欄目有很多科學(xué)史知識,也可向?qū)W生推薦與科學(xué)史相關(guān)的課外讀物和網(wǎng)頁作為擴(kuò)展性的閱讀材料,引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成課外閱讀的好習(xí)慣,鞏固新知識。如在學(xué)完細(xì)胞膜后,不知學(xué)生查閱2003年兩位諾貝爾獎得主對通道蛋白的研究資料,讓學(xué)生接觸科學(xué)的前沿。在學(xué)完遺傳學(xué)知識后,讓學(xué)生以生物科學(xué)史的順序為線索,從孟德爾發(fā)現(xiàn)兩個遺傳定律,到摩爾根證明基因在染色體上,再到沃森和克里克發(fā)現(xiàn)dna雙螺旋結(jié)構(gòu)模型等,引導(dǎo)學(xué)生循著人類認(rèn)識基因之路回顧遺傳學(xué)知識體系,整理知識脈絡(luò),加深對遺傳學(xué)知識的系統(tǒng)掌握。
2.4 作為課外活動的遷移,培養(yǎng)學(xué)生探究精神
教師可以引導(dǎo)學(xué)生開展基于生物科學(xué)史的各項課外活動,包括探究性實驗、專題講座、知識競賽、辯論賽等。如引導(dǎo)學(xué)生課后自行搜集生物進(jìn)化理論發(fā)展相關(guān)材料撰寫研究綜述,或讓學(xué)生搜集有關(guān)干細(xì)胞研究進(jìn)展資料進(jìn)行克隆技術(shù)方面的辯論。通過資料搜尋,學(xué)生可聯(lián)系社會生活實際,繼續(xù)探討所學(xué)知識在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用和最新發(fā)展?fàn)顩r,深化生物學(xué)基礎(chǔ)知識,提高學(xué)生解決問題的能力,實現(xiàn)知識與能力的遷移。
3 在高中生物教學(xué)中引入生物科學(xué)史教育的意義
3.1 利用科學(xué)史的趣味性,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
生物科學(xué)史大多具有故事性,如孟德爾發(fā)現(xiàn)豌豆的遺傳規(guī)律、達(dá)爾文提出進(jìn)化論等,每項科學(xué)成果的背后都有一個感人的故事。教學(xué)中以故事作導(dǎo)入或在枯燥的學(xué)習(xí)中插入有趣的故事,能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,減少大腦疲勞,提高課堂效率。
3.2 再現(xiàn)知識的探究過程,促進(jìn)教學(xué)方式轉(zhuǎn)變
通過科學(xué)史中對一些經(jīng)典實驗和邏輯分析的再現(xiàn),引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究,體驗生物學(xué)知識的形成過程,可以有效避免強(qiáng)制灌輸和被動接受的教學(xué)方式,變死記硬背為主動探究,充分發(fā)揮學(xué)生的主體性,切合學(xué)生的心理特點。
3.3 講述生物學(xué)家的事跡,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)
龔立群在講話中指出,中原經(jīng)濟(jì)區(qū)吸引了全國乃至世界的高度關(guān)注,為加快河南發(fā)展提供了重要機(jī)遇,對科技創(chuàng)新提出了新挑戰(zhàn),為廣大科技工作者提供了廣闊舞臺。論壇對全省科技界深入了解世界科技發(fā)展趨勢,推動科技創(chuàng)新與進(jìn)步,為建設(shè)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)提供科技支撐,具有重要意義。
梁留科在主持論壇開幕式時指出,本屆論壇是河南省科協(xié)舉辦的一次重要國際性高層論壇,也是推進(jìn)科技創(chuàng)新、服務(wù)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)的具體體現(xiàn)。論壇旨在把目前國內(nèi)外尖端的高新技術(shù)進(jìn)展領(lǐng)域引領(lǐng)到河南,發(fā)揮高新技術(shù)引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要作用。這次論壇集中介紹了“小分子藥物、電話和數(shù)字通信、光電子器件、微波通信”等領(lǐng)域目前國際上最新研究進(jìn)展和最新成果,以激發(fā)更多科技工作者創(chuàng)新活力,提升創(chuàng)新能力,促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研用緊密結(jié)合,助推產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級,為中原經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)貢獻(xiàn)力量。
克里斯托弗?阿達(dá)米(Christoph Adami):金融市場的進(jìn)化博弈論
阿達(dá)米是將進(jìn)化博弈理論成功應(yīng)用于宏觀金融市場分析研究的先行者,美國太空總署“杰出貢獻(xiàn)獎”獲得者,美國著名科學(xué)家,美國密歇根州立大學(xué)微生物學(xué)和分子遺傳學(xué)教授、物理學(xué)和天文學(xué)教授。阿達(dá)米教授介紹了博弈論的起源與應(yīng)用歷程,介紹了進(jìn)化穩(wěn)定策略、納什均衡、固定點和相畫像等進(jìn)化博弈論的主要概念,并用簡單的例子作了解釋,展示了博弈論在市場經(jīng)濟(jì)泡沫形成現(xiàn)象的應(yīng)用。
諾伯特?格諾特(Norbert Grote):遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信應(yīng)用光子學(xué)部件近期取得的成就和發(fā)展趨勢
諾伯特•格諾特是德國遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信應(yīng)用光子學(xué)領(lǐng)域著名科學(xué)家,德國亞琛技術(shù)大學(xué)物理學(xué)和光電學(xué)博士,德國研究機(jī)構(gòu)“弗勞恩霍夫協(xié)會”成員。格諾特認(rèn)為,全球通信網(wǎng)絡(luò)中的IP數(shù)據(jù)交通一直高速持續(xù)增長,預(yù)計在未來五年內(nèi)會翻兩番。為了應(yīng)對這種變化,這種光學(xué)系統(tǒng)所需的光子學(xué)部件的需求量持續(xù)增加,以達(dá)到更高的傳輸能力。
格諾特介紹了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信應(yīng)用光子學(xué)部件的主要發(fā)展趨勢,包括:更高速度,更低能耗,更高性能,更少痕跡,更低成本。他說,使用先進(jìn)的調(diào)制格式,包括光相位調(diào)制(如QPSK格式),已經(jīng)成為一項能提供總數(shù)據(jù)傳輸率100Gb/s以上的關(guān)鍵技術(shù),結(jié)合高頻譜效率和魯棒性對抗光纖損傷。25Gb/s和40Gb/s的設(shè)備使用傳統(tǒng)的調(diào)幅,對單路和多路的多通道傳輸是有高回報的,可能達(dá)到甚至超過100Gb/s的數(shù)據(jù)速率。
李同寧(Lisa):光電子器件技術(shù)的發(fā)展和挑戰(zhàn)
李同寧是美國著名科學(xué)家,美國InPhenix公司首席運(yùn)營官和高級工程副總裁,主要負(fù)責(zé)經(jīng)營公司并開發(fā)新的光電設(shè)備、醫(yī)療、光纖傳感、國防、電信和工業(yè)應(yīng)用等。
李同寧在報告中說,現(xiàn)代社會是信息社會,信息共享將世界溶為一體。光能將信息傳播得最快,因為光可以以每秒30萬公里的速度在空氣中傳播。古人用烽火臺的光傳遞信息,電的發(fā)明又使用電燈取代了油燈,激光的發(fā)明,則使光學(xué)這門古老的學(xué)科進(jìn)入了復(fù)興時期,擴(kuò)大了光學(xué)技術(shù)的應(yīng)用范圍,大大提高了光學(xué)技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位。光電子器件技術(shù)成為光纖通信、光纖傳感、醫(yī)用光學(xué)、生物光學(xué)、軍事光學(xué)等先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域的核心器件。而半導(dǎo)體電子器件技術(shù)則以它的體積小、易集成、功耗低、性能好、成本低成為激光群中一顆璀璨的明星。
他在報告中介紹了InPhenix公司研制開發(fā)的最新的半導(dǎo)體大功率寬帶寬超輻射發(fā)光二極管和半導(dǎo)體光放大器及其最新的應(yīng)用領(lǐng)域,同時追溯了半導(dǎo)體光電子器件的發(fā)展歷程及其面臨的挑戰(zhàn)。
劉澎:小分子抗病毒藥物――8個核苷的故事及其啟示
劉澎是小分子藥物專家、核苷類靶向藥物研究領(lǐng)域?qū)<摇⒘裘泪t(yī)學(xué)博士,2000年河南省杰出青年基金獲得者。劉澎在報告中對小分子藥物和抗病毒藥物作了簡要介紹,之后向與會者詳細(xì)講解了8個核苷類抗病毒藥物的“故事”:ACV及其衍生物,DHPA及其衍生物,BVDU及其衍生物,F(xiàn)MAU及其衍生物,AZT及其類似物,3TC、FTC及L-核苷,ABC、ETV及碳環(huán)核苷,2’-甲基核糖核苷衍生物。
姚萌:微波通信在乳腺癌檢測領(lǐng)域的應(yīng)用
姚萌是微波通信領(lǐng)域著名科學(xué)家,華東師范大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院通信工程系教授,美國密歇根州立大學(xué)燈塔中心、遺傳算法應(yīng)用與研究實驗室訪問教授。姚萌向與會者介紹了微波通信技術(shù)在乳腺癌檢測領(lǐng)域的最新應(yīng)用情況。
【關(guān)鍵詞】 衰老/中醫(yī)病機(jī);病理過程;抗衰老藥;綜述,指導(dǎo)性
衰老是生命過程的必然規(guī)律,衰老不可避免,但延緩衰老卻是可能的。古今中外,人們一直在尋找各種延年益壽的方法和抗衰老藥物,以期能在遺傳學(xué)上所界定的壽限內(nèi)延遲衰老或提高生命質(zhì)量[1]。現(xiàn)將近10年來對衰老中西醫(yī)機(jī)制及抗衰老藥物的研究進(jìn)展綜述如下。
1衰老機(jī)制的研究
衰老是機(jī)體組織、器官功能隨年齡增長而發(fā)生的退行性變化[2],是機(jī)體各種生化反應(yīng)的綜合表現(xiàn),是體內(nèi)外許多因素(環(huán)境污染、精神緊張、遺傳等)共同作用的結(jié)果。衰老機(jī)制的研究是現(xiàn)代老年醫(yī)學(xué)研究中的一個重要課題,更是研究抗衰老藥物的基礎(chǔ)。
11衰老的中醫(yī)病機(jī)中醫(yī)對人體衰老或早衰的認(rèn)識源遠(yuǎn)流長,內(nèi)容極其豐富。2000多年前,中國最早的中醫(yī)典籍《內(nèi)經(jīng)》就已經(jīng)有了對人類衰老過程的記載。《素問·上古天真論》記載:“女子七歲,腎氣盛,齒更發(fā)長……五七,陽明脈衰,面始焦,發(fā)始墮。六七,三陽脈衰于上,面皆焦,發(fā)始白。七七,任脈虛,太沖脈衰少,天癸竭,地道不通,故形壞而無子也。丈夫八歲,腎氣實,發(fā)長齒更……五八,腎氣衰,發(fā)墮齒槁。六八,陽氣衰竭于上,面焦,發(fā)鬢頒白。七八,肝氣衰,筋不能動,天癸竭,精少,腎藏衰,形體皆極。八八,則齒發(fā)去。”《靈樞·天年篇》記載:“五十歲,肝氣始衰,肝葉始薄,膽汁始減,目始不明。六十歲,心氣始衰,苦憂悲,血?dú)庑笁?,故好臥。七十歲,脾氣虛,皮膚枯。八十歲,肺氣衰,魄離,魄離故言善誤。九十歲,腎氣焦,四臟經(jīng)脈空虛”。
中醫(yī)基礎(chǔ)理論對衰老機(jī)制的認(rèn)識以臟腑為核心,包括腎虛衰老、肝郁衰老、脾胃虛弱衰老、氣滯血瘀痰濁衰老等學(xué)說,并認(rèn)為衰老多由腎精氣血虧虛、陰陽衰憊、心陽虛衰、脾胃虛弱等所致。這些學(xué)說相互滲透,相互補(bǔ)充,形成了較完整的理論體系[3]。眾多學(xué)說中被廣泛接受的是腎虛致衰之說。腎在中醫(yī)臟腑學(xué)說中占有重要的地位,作用特殊,故歷代醫(yī)家稱“腎為先天之本”“生命之根”?!夺t(yī)學(xué)入門》曰:“人至中年,腎氣自衰”。《醫(yī)學(xué)正傳》亦曰:“腎氣盛則壽延,腎氣衰則壽夭”。腎虛與衰老的關(guān)系密切。腎氣為“陰陽之根本,生命之門戶,造化之樞紐”。腎氣致衰因腎元之陽氣和腎藏之精氣虧損、虛少,五臟氣血津液生化無源所致。腎藏精,為先天之本,生命之源。腎主持、維系人體的一切生理功能,使其統(tǒng)一平衡而又能自調(diào)自穩(wěn)地正?;顒?,從而抵御疾病。腎氣虧虛則五臟之氣血津液生化乏源,各種衰老病癥日益顯露出來。所謂“病久之疾,窮必及腎”[4]。
12衰老的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)病理機(jī)制
20世紀(jì)40年代,細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)等學(xué)科的迅速發(fā)展,推動了衰老機(jī)制的深入研究,并且已取得重大的進(jìn)展,若干具有科學(xué)價值的衰老學(xué)說也被相繼提出。目前對衰老機(jī)制的認(rèn)識各不相同,但大體可分為兩大類:一類為遺傳衰老學(xué)說,認(rèn)為衰老是機(jī)體有序的基因活動,是通過遺傳按程序預(yù)先安排好的,或為特異的“衰老”基因所表達(dá),或為可用基因的最終耗竭;另一類為環(huán)境傷害學(xué)說,認(rèn)為衰老是無序的、隨機(jī)發(fā)生的一系列紊亂的結(jié)果,是細(xì)胞器的進(jìn)行性和累積性毀壞的結(jié)果[5]。
目前有關(guān)衰老機(jī)制的代表性學(xué)說有自由基學(xué)說(free radical theory)、線粒體DNA損傷學(xué)說等。自由基學(xué)說是具有代表性的衰老學(xué)說之一,這一學(xué)說是1956年由Harman[6]提出的。該理論認(rèn)為,機(jī)體內(nèi)時刻產(chǎn)生著自由基,但同時又存在有效的自由基清除系統(tǒng)(如超氧化物歧化酶等),使體內(nèi)自由基維持在正常水平。隨著年齡的增長,這種平衡逐漸被破壞,造成自由基的過剩。過量自由基可通過過氧化作用攻擊細(xì)胞膜及核酸、蛋白質(zhì)和酶類等生物大分子,引起細(xì)胞膜上的不飽和脂肪酸產(chǎn)生脂質(zhì)過氧化反應(yīng),核酸及蛋白質(zhì)分子交聯(lián),DNA基因突變或復(fù)制異常及生物酶活力下降,最終導(dǎo)致細(xì)胞功能嚴(yán)重受損以至衰老、死亡。線粒體DNA損傷學(xué)說是近年來國際上研究衰老機(jī)制的熱點,有學(xué)者認(rèn)為它是細(xì)胞衰老與死亡的分子基礎(chǔ),認(rèn)為線粒體的變性、滲漏和破裂都是細(xì)胞衰老的重要原因。延緩線粒體的破壞過程,可能延長細(xì)胞壽命,進(jìn)而延長機(jī)體的壽命[7]。
衰老機(jī)制在分子生物學(xué)方面的研究也取得了可喜的進(jìn)展。20世紀(jì)90年代以來,科學(xué)家們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)第1、4、7號染色體與X染色體上各自存在著與衰老相關(guān)的基因[8],所以認(rèn)為衰老是由遺傳基因決定的。
近半個多世紀(jì)以來,國際上已經(jīng)提出一系列衰老學(xué)說,為揭開衰老機(jī)制及開發(fā)抗衰老藥物奠定了基礎(chǔ)。除上述自由基學(xué)說、線粒體DNA損傷學(xué)說外,還有交聯(lián)學(xué)說(cross linkage theory)、生物膜損傷學(xué)說(theory of biological membrane damage)、遺傳程序?qū)W說(genetic program theory)、染色體突變學(xué)說(chromosomal aberration theory)、差錯學(xué)說(elfor theory)、免疫學(xué)說(immunological theory)、內(nèi)分泌學(xué)說(endotrine theory)等。這些學(xué)說從不同學(xué)科對衰老機(jī)制進(jìn)行了較為深入的探索,目前研究正逐漸向更深層次的方向發(fā)展。但機(jī)體衰老是一個復(fù)雜的過程,是由多種因素引起的復(fù)雜生物學(xué)過程,與多種因素有關(guān),如組織再生性細(xì)胞減少、機(jī)體內(nèi)自由基增加、機(jī)體中毒等,由多種機(jī)制參與發(fā)生,各種機(jī)制因素綜合作用,在直接造成機(jī)體神經(jīng)、內(nèi)分泌及免疫等各系統(tǒng)的功能損傷與退化的同時,也使神經(jīng)、內(nèi)分泌、免疫網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)功能逐漸衰退,機(jī)體因而逐漸趨于衰老。衰老過程中引發(fā)的各種老年病又會加速衰老的進(jìn)程[9]。衰老機(jī)制的研究雖已有了較大進(jìn)展,但仍有待更深入的研究。
2抗衰老藥物的研究
抗衰老藥物是一類以提高生命效率(生存時間與生命活力的總和)為最終目的的藥物,能從多系統(tǒng)、多層次和多階段來發(fā)揮其調(diào)整功能[10],能在遺傳學(xué)上所界定的壽限內(nèi)延遲衰老或提高生命質(zhì)量。抗衰老藥物可分為化學(xué)藥物和中藥兩大類。
21抗衰老化學(xué)藥物
211抗氧化劑目前,自由基對細(xì)胞大分子DNA、脂類和蛋白質(zhì)損傷的研究結(jié)果,以及降低能量代謝實驗和轉(zhuǎn)基因動物實驗的資料支持氧化損傷是衰老過程的直接原因,故抗氧化劑以其清除自由基,防止自由基破壞生物膜的特性被列入了抗衰老的藥物中??寡趸瘎┚哂幸欢ㄑ泳徦ダ系淖饔?,但不能增加物種的最高壽限[11]。抗氧化劑分為非酶類抗氧化劑(包括各種維生素、微量元素及其復(fù)合劑)和酶類抗氧化劑。
(1)維生素(Vit)類。VitE、VitC、VitA因有抗自由基效應(yīng)而應(yīng)用于抗衰老。維生素E本身極易被氧化,能捕捉體內(nèi)脂質(zhì)自由基、超氧自由基和類脂質(zhì)自由基,發(fā)揮抗氧化作用,防止脂褐素形成;能保護(hù)膜磷脂中的不飽和脂肪酸,穩(wěn)定生物膜結(jié)構(gòu),維持膜正常功能。臨床實驗證明補(bǔ)充維生素E能改善動物隨年齡增長而致的免疫功能下降,能明顯減少冠心病的危險性[12]。有實驗表明,維生素E在體外能保護(hù)神經(jīng)元免受活性氧的損傷。臨床觀察也提示,增加維生素E攝入能減慢老年性癡呆(AD)的發(fā)展,增強(qiáng)血管和中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能,對帕金森病(PD)和肌萎縮性側(cè)束硬化(ALS)有一定的保護(hù)作用。而維生素C是人體不可缺少的維生素,是強(qiáng)還原劑,能抗氧化并參與細(xì)胞間質(zhì)膠原蛋白合成,降低毛細(xì)血管脆性,防治壞血病;能維護(hù)細(xì)胞膜的完整性,可使氧化型谷胱苷肽還原成還原型谷胱苷肽(GSH);能與體內(nèi)毒物結(jié)合,轉(zhuǎn)變成無毒化合物隨尿排出;可防治動脈粥樣硬化,抗輻射。維生素A的前體可以與膜脂雙層分子結(jié)合保護(hù)細(xì)胞,免受細(xì)胞內(nèi)外自由基損傷,能防治阻塞性動脈粥樣硬化、冠心病、中風(fēng)等,具有抗氧化作用[13-15]。
(2)微量元素類。現(xiàn)已知與長壽有關(guān)的微量元素有鐵(Fe)、硒(Se)、鎂(Mg)、錳(Mn)、銅(Cu)、鋅(Zn)等。微量元素制劑多為復(fù)方制劑,主要有復(fù)方硒片、硒力口服液等。
(3)復(fù)合劑。目前有多種維生素復(fù)合劑或維生素微量元素復(fù)合劑。最近國外研究報道,長期服用多種維生素雖能降低一些疾病(如心臟病)的危險性,也可能對另一些疾病(如癌癥)有負(fù)面影響,且長期大量服用會致中毒及藥物依賴。因此,以調(diào)節(jié)飲食方式來補(bǔ)充維生素最適宜。
(4)酶類抗氧化劑。對于酶類抗氧化劑的研究比較多,其中超氧化物歧化酶(SOD)是公認(rèn)的重要的抗氧化酶,還有輔酶Q、硫辛酸(LA)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)、谷胱苷肽過氧化物酶(GSHPx)、還原型谷胱苷肽酶(GSH)、谷胱苷肽還原酶(GR)、酪氨酸磷脂酶等[16]。
212抗衰老激素20世紀(jì)90年代,激素療法被廣泛用于老年功能衰退綜合征[17]。抗衰老激素包括褪黑激素、人類生長激素(HGH)、性激素、脫氫表雄甾酮(DHEA)等[18],以褪黑激素應(yīng)用最廣泛。
213營養(yǎng)素類抗衰老營養(yǎng)素包括蛋白質(zhì)、核酸、各種氨基酸、磷脂、蜂王漿及其混合制劑等,品種繁多,其中核酸是被研究較多的一類。核酸是一種高分子化合物,由DNA和RNA組成,共同負(fù)責(zé)細(xì)胞的新陳代謝。核酸制劑可增強(qiáng)損傷細(xì)胞的修復(fù)功能,而且無明顯副作用。其中核酸花粉合劑可降低腸道對膽固醇的吸收率,防治高膽固醇癥,祛病延年;免疫核糖核酸能提高機(jī)體細(xì)胞的免疫能力,有增強(qiáng)淋巴細(xì)胞殺傷腫瘤細(xì)胞的作用,從而改善病情發(fā)展、延緩老化。給有記憶障礙的老年患者注射用腦組織RNA的提純物,也有良好的效果。
214單胺氧化酶抑制劑[10]此類藥物能夠抑制單胺氧化酶活性,提高兒茶酚胺水平,促進(jìn)新陳代謝,調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)平衡,增強(qiáng)記憶功能。常用制劑是普魯卡因、益康寧等。
215免疫調(diào)節(jié)劑[10]免疫調(diào)節(jié)劑的主要作用是通過提高和調(diào)節(jié)免疫功能,延緩免疫老化,提高老年人的抗病能力和免疫活力。常用制劑有轉(zhuǎn)移因子、免疫胸腺因子、干擾素誘導(dǎo)劑、卡介苗、左旋咪唑等。
216大腦功能促進(jìn)藥[10]此類藥物可以增進(jìn)腦血流量,改善腦神經(jīng)營養(yǎng),促進(jìn)代謝,提高大腦功能。常用制劑有氯酯醒、酰胺吡酮(腦復(fù)康)、鹽酸吡硫醇(腦復(fù)新)、氫麥角堿(喜得鎮(zhèn))、都可喜等。
22抗衰老中藥
衰老作為老年人的基本特征,必然給老年人帶來“兩多一降”的特殊性。所謂兩多,一是患病多,二是用藥多;一降是指肝、腎等主要臟器的功能下降。老年人“兩多一降”的特殊性,使其藥物不良反應(yīng)(ADR)明顯增加。針對西藥不良反應(yīng)多,老年患者對不良反應(yīng)承受能力差的現(xiàn)狀,充分發(fā)揮中藥在防治老年病中的優(yōu)勢顯得十分必要。中藥以其獨(dú)特的療效,在抗衰老、抗氧化的研究中占有越來越重要的地位?,F(xiàn)代人對于利用天然產(chǎn)物預(yù)防和治療疾病觀念的接受,使中醫(yī)藥在抗衰老方面得到了更廣泛的開發(fā)和利用。
近年來,國內(nèi)外對抗衰老中藥進(jìn)行了大量研究,已經(jīng)取得了令人矚目的成果?,F(xiàn)代藥理研究表明:中藥抗衰老作用主要是通過延緩細(xì)胞衰老,抗脂質(zhì)過氧化和清除自由基,調(diào)節(jié)機(jī)體的糖代謝和脂質(zhì)代謝,調(diào)節(jié)神經(jīng)—內(nèi)分泌功能實現(xiàn)的。研究還發(fā)現(xiàn),中藥抗衰老的有效成分主要是多糖類、多酚類、鞣質(zhì)類、木脂類、皂苷類、甾體皂苷類等。含有這些成分的中藥和中藥制劑有100多種。用作中藥的天然植物,已有明顯作為保健食品研究利用的趨勢。例如中國十大名貴中藥之一的枸杞子,近年來已經(jīng)引起了世界性的關(guān)注。美歐一些國家通過研究,不僅確立了枸杞子在果蔬類食物中抗氧化的“霸主地位”,而且驗證了枸杞子滋陰壯陽的功能,形象地稱其為“東方的水果偉哥”。抗衰老中藥可分為單味中藥、復(fù)方制劑以及中藥提取物。
221抗衰老的單味中藥[23]包括抗衰老植物藥(如人參、剌五加、紅景天、枸杞子等)、抗衰老動物藥(如鹿茸、紫河車、蜂蜜、蛤蚧等)、抗衰老礦物藥(如麥飯石、陽起石等)[19]。
中醫(yī)認(rèn)為,衰老首要是因腎虛,其次是脾虛,再次是氣血兩虛。故補(bǔ)腎、健脾、益氣是延緩衰老的基本途徑,活血化瘀是延緩衰老的主要方法 [19]。具有補(bǔ)氣、扶正、固本、補(bǔ)益等作用的一些中藥,通過抗氧化等原理能達(dá)到抗衰老的目的。目前被研究的單味中藥主要有以下幾種:(1)人參,是適應(yīng)原樣藥物,對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有特殊作用,可使大腦的興奮和抑制保持平衡,增強(qiáng)體力,有顯著的抗疲勞作用,可改善情緒和睡眠狀況,消除全身無力及頭痛癥狀。此外還可擴(kuò)張冠狀動脈及腦血管,以增強(qiáng)心臟功能,改善大腦供血,提高工作效率,有助于冠心病、腦血管疾病的防治。(2)刺五加,與人參同屬于適應(yīng)原樣藥物,可加強(qiáng)身體對有害刺激因素的抵抗能力,有良好的抗疲勞作用,能明顯提高耐缺氧能力和增強(qiáng)機(jī)體的非特異性免疫功能。(3)五味子,也是適應(yīng)原樣藥物,但作用較人參、刺五加弱。適當(dāng)?shù)膭┝靠梢愿纳拼竽X的智力活動,用于神經(jīng)官能癥的療效優(yōu)于人參。對老年久病體弱及神經(jīng)衰弱的患者較為適宜。(4)黃芪,味甘、性溫,能補(bǔ)氣升陽、固表止汗、托毒排膿、利水消腫,有增強(qiáng)免疫、促進(jìn)代謝、降血壓、利尿、抗菌等作用,主要用作補(bǔ)氣劑[20]。(5)鹿茸,為有效的壯陽劑,具有滋補(bǔ)強(qiáng)身作用,能提高機(jī)體的工作能力,改善睡眠和食欲,治療上用途很廣。對全身虛弱、久病之后的患者有良好的復(fù)壯作用。(6)羊藿,有壯陽強(qiáng)心的作用。臨床上多應(yīng)用于陽痿不舉、小便淋瀝、半身不遂、腰膝無力、風(fēng)濕痹痛、冠心病、神經(jīng)衰弱等癥。(7)丹參,含有多種藥效成分,并含維生素E,有良好的擴(kuò)張心臟冠狀動脈、強(qiáng)心及鎮(zhèn)靜安眠作用,有利于心腦血管病的防治。作為活血化瘀藥可治遷延性肝炎,促進(jìn)肝功能恢復(fù)。還可以用于系統(tǒng)性紅斑狼瘡、血栓閉塞性脈管炎的治療。(8)銀杏,作為傳統(tǒng)的中藥材,一直以其對大腦的返老還童作用而聞名于世?,F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明,銀杏最為出眾的抗衰老作用表現(xiàn)在對血液循環(huán)的改善,尤其對老年人中血管老化、缺乏彈性并出現(xiàn)了栓塞者作用更明顯。銀杏能夠幫助血液順利通過最為細(xì)小和狹窄的血管,使大腦、心臟和四肢的組織中缺氧的部分獲得營養(yǎng),起到恢復(fù)記憶力和消除肌肉疼痛的效果。銀杏還是一種高效的抗氧化物。有實驗顯示,銀杏在清除自由基方面的效率比維生素E高,可以有效地防止高脂肪的細(xì)胞膜被氧化。銀杏能在細(xì)胞被自由基破壞之后,重新恢復(fù)細(xì)胞膜的完整。此外,銀杏可以恢復(fù)大腦細(xì)胞接受來自神經(jīng)傳導(dǎo)系統(tǒng)指導(dǎo)大腦進(jìn)行工作的信號的能力。(9)枸杞子,《本草綱目》記載:“久服堅筋骨,輕身不老,耐寒暑,補(bǔ)精氣諸不足,易顏色變白,明目安神,令人長壽”。枸杞子具有滋肝補(bǔ)腎、益精明目的作用?,F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn),枸杞子具有抗衰延壽、促進(jìn)免疫功能、抑制癌細(xì)胞生長等作用[21]。免疫學(xué)、生理學(xué)、生化學(xué)和遺傳學(xué)機(jī)能狀態(tài)等的實驗表明,枸杞子能提高和改善老年人的多項指標(biāo),使其向年輕化方向逆轉(zhuǎn);枸杞子和枸杞多糖能顯著延長果蠅和小鼠的平均壽命,但對二者的最高壽命均無影響[22]。(10)馬齒莧,不僅可以清熱解毒,還具有延緩衰老、延長壽命、提高免疫力的功能。多吃馬齒莧可預(yù)防老年癡呆。馬齒莧中富含黃酮、多糖類和維生素C、維生素E等,其天然功效是人工制藥劑難以比擬的。用同步果蠅為材料,在培養(yǎng)基中添加不同濃度的馬齒莧的水提物或醇水提物進(jìn)行培養(yǎng),觀察到了馬齒莧的抗衰老效應(yīng),并找出了最佳的添加劑量,為馬齒莧成為保健食品提供了理論依據(jù)[19]。其他如生熟地黃、天冬、麥冬、當(dāng)歸、丹皮、三七、黨參、白術(shù)、靈芝、山楂、何首烏、茯苓、黃精等均中藥均可用作抗衰老藥。
222抗衰老的復(fù)方中藥古今抗衰老中藥復(fù)方約百種以上,代表性方劑有:(1)六味地黃丸,能補(bǔ)腎養(yǎng)陰,主治肝腎不足,真陰虧損,虛火上炎諸癥。實驗證明其可提高昆明種小鼠腹腔巨噬細(xì)胞吞噬力和吞噬指數(shù),增強(qiáng)單核巨噬細(xì)胞吞噬活性的能力,提高免疫機(jī)能,使動物脾臟淋巴小結(jié)生發(fā)中心增生活躍。(2)金匱腎氣丸。功能補(bǔ)腎溫陽、強(qiáng)筋骨、益容顏、固精髓。實驗證明能明顯升高老齡雌鼠體內(nèi)雌激素水平,增加雄性大鼠睪酮含量及重量,調(diào)整下丘腦—垂體—性腺軸功能,通過補(bǔ)腎而達(dá)延緩衰老目的。(3)首烏延壽丹(益齡精)。功能補(bǔ)肝腎、養(yǎng)陰血、強(qiáng)筋骨、祛風(fēng)邪。實驗研究表明其能延長果蠅平均壽命,提高小鼠生命活力,降低實驗動物心肌中脂褐素、紅細(xì)胞中過氧化物酶、腦中單胺類氧化酶水平,并提高其血液超氧化物歧化酶活性。現(xiàn)代藥物學(xué)研究表明,方中何首烏、菟絲子、桑椹子等藥分別具有降壓、降脂、降血糖、強(qiáng)心利尿、抗自由基和提高免疫功能等作用,抗衰老效果明顯。(4)龜齡集,具有補(bǔ)陽固腎、運(yùn)脾滋肝、添精補(bǔ)腦、強(qiáng)健筋骨等功能。藥理研究提示,龜齡集有增強(qiáng)動物腎上腺皮質(zhì)功能的作用和促進(jìn)性激素樣作用,可使小鼠巨噬細(xì)胞活性增加,網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)清除異物的能力提高,抗體產(chǎn)生水平增加,提高特異性和非特異性免疫功能。該藥還能增強(qiáng)動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能,提高識別和記憶能力。(5)四君子湯。功能補(bǔ)氣健脾。研究表明四君子湯可明顯改善衰老小鼠肝細(xì)胞超微結(jié)構(gòu),使其恢復(fù)正常狀態(tài)。顯著延長脾虛小鼠生命活力,增加其胸腺質(zhì)量,提高免疫功能,降低實驗動物血清中脂質(zhì)過氧化酶和肝中脂褐素含量。尚有升血壓及補(bǔ)血作用。
雖然目前有很多藥物被研究證明能延緩衰老,但抗衰老藥物不可亂用,其應(yīng)用既要符合綜合性、早期性和長期性原則,又要從個體的實際出發(fā),因人制宜選用抗衰老藥物[24]。
延緩衰老是目前生命科學(xué)研究中的重點和難點之一。衰老是人體正常的生理過程,涉及全身多功能系統(tǒng)。由于衰老機(jī)理十分復(fù)雜,是多方面異常改變綜合作用的結(jié)果,藥物的單方面的作用只對各種病理癥狀具有一定的改善作用,而并不足以對抗人體衰老的強(qiáng)大內(nèi)在趨勢。現(xiàn)代抗衰老理論的關(guān)鍵在于能夠發(fā)現(xiàn)啟動衰老過程的必要條件,探尋衰老的終極原因所在,這樣才能真正達(dá)到認(rèn)識衰老、延緩衰老和控制衰老的目的,并在衰老學(xué)說不斷升華和完善的基礎(chǔ)上推動抗衰老藥物的研究和開發(fā),使抗衰老醫(yī)藥的發(fā)展走向成熟[25]。藥物抗衰老只是抗衰老方法的一種,應(yīng)該在采取綜合性保健措施的基礎(chǔ)上合理選用抗衰老藥物,以進(jìn)一步增強(qiáng)老年人的體質(zhì),延長人類的平均預(yù)期壽命。
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關(guān)鍵詞:泌尿系統(tǒng)畸形;22q11.2;微缺失;致病基因;基因表達(dá)調(diào)控
一、對于人類染色體22q11區(qū)域內(nèi)基因的最新了解
利用網(wǎng)絡(luò)資源,我們從NCBI中獲得了人22q11區(qū)域內(nèi)的多個基因,并依據(jù)最新文獻(xiàn)進(jìn)行了補(bǔ)充。22q11區(qū)域內(nèi)基因是指位于人類22號染色體長臂1區(qū)1帶的基因群。2004年10月,人類基因組協(xié)作組織宣布,精度達(dá)99%以上的人類DNA序列已經(jīng)完成測序,并可以通過互聯(lián)網(wǎng)免費(fèi)獲得,加快了疾病相關(guān)基因的定位與克隆研究。目前,染色體22q11.2區(qū)域已經(jīng)被詳細(xì)注解,并且已在該區(qū)域中發(fā)現(xiàn)了近40個基因及EST(表達(dá)序列標(biāo)簽),其中許多尚未被詳細(xì)研究。
目前,分子遺傳學(xué)研究已經(jīng)將22q11.2缺失的關(guān)鍵區(qū)域縮小到一段長約3Mb的DN段中。通過基因表達(dá)、突變篩查等方法,研究者已經(jīng)在該區(qū)域中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了與心血管畸形相關(guān)的TBX-1基因、精神分裂癥相關(guān)的COMT、ARVCF、PRODH基因以及巨型血小板癥相關(guān)的GpIb[基因等。上述研究成果,被先后發(fā)表在《Nature》、《Nature Genetics》、《Cell》、《Lancet》等重要學(xué)術(shù)刊物上,引起了學(xué)術(shù)界的關(guān)注。近期已發(fā)現(xiàn)染色體22q11.2微缺失與多種泌尿系統(tǒng)畸形存在強(qiáng)烈的關(guān)聯(lián)。1990年以來,多項研究提示泌尿系統(tǒng)發(fā)育缺陷與22q11.2缺失相關(guān),具體的畸形分別涉及腎臟(如單腎、小腎、腎結(jié)石、腎發(fā)生不全、多囊腎、腎積水、馬蹄腎等)、輸尿管/膀胱(如阻塞性異常、膀胱輸尿管返流等)以及尿道下裂等。目前可以初步推測,人類染色體22q11.2DGCR區(qū)域的Cdc451、Hira、Snap29、Ube213等基因可能在腎臟發(fā)育中扮演重要角色。此外,若干大型調(diào)查亦證實上述泌尿系統(tǒng)畸形在22q11.2缺失攜帶者中的發(fā)生率分別為31%(n=82人)、36%(n=136人)以及37%(n=67人),顯著高于普通人群。
二、泌尿系統(tǒng)畸形主要類型及影響因素
1、主要類型
多囊腎:是一種先天遺傳性疾病,分為嬰兒型和成人型。嬰兒型多囊腎屬常染色體隱性遺傳,較為罕見,發(fā)病率為1/10000,兒童期可有腎功能不全的表現(xiàn);成人型屬常染色體顯性遺傳,為常見的多囊性腎病,發(fā)病率約1/1250,占晚期腎病10%,多為雙側(cè)型。腎缺如:是由于輸尿管芽未形成或早期退化,未能誘導(dǎo)后腎發(fā)生所致,以單側(cè)多見。馬蹄腎:是腎在上升過程中受阻,于腸系膜下動脈根部,兩腎尾端融合呈馬蹄形。其它還有雙輸尿管、異位腎、臍尿瘺、膀胱外翻等也比較常見。
2、影響因素
1)胎兒性別:在胚胎發(fā)育過程中,男性分化取決于產(chǎn)生足量的睪酮及抗Muller氏管激素,而女性分化則不需要激素的誘導(dǎo)。由于男性分化是一個依賴于激素歷時較長的復(fù)雜過程。因此發(fā)育異常的機(jī)會多,導(dǎo)致男性泌尿生殖系統(tǒng)畸形遠(yuǎn)較女性多見。
2)孕早、中期感冒:已有調(diào)查提示,母親孕期、尤其孕早期感冒組的出生缺陷的發(fā)生率明顯高于非患病組,這與病毒感染有關(guān)。孕婦感染病毒后可使受精卵的染色體結(jié)果異常,抑制細(xì)胞的有絲分裂,影響組織器官的正常分化與發(fā)育。
3)低出生體重:Weidner等[13]對6777例隱睪以及1345例尿道下裂新生兒進(jìn)行病例對照研究,結(jié)果表明低出生體重增加了發(fā)病風(fēng)險。
4)孕次:國內(nèi)有人報道,隨孕次增高胎兒患出生缺陷的發(fā)病率有增加趨勢。一般認(rèn)為孕次增高的胎兒,其母親有不良孕史者較多,已經(jīng)有大量的國內(nèi)外遺傳學(xué)研究表明,多數(shù)流產(chǎn)、死胎、死產(chǎn)兒有染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目的異常,提示遺傳因素在泌尿生殖系統(tǒng)畸形的發(fā)生機(jī)制中具有極為重要的影響。
5)母親孕前職業(yè)性接觸有害化學(xué)物質(zhì):本次調(diào)查的有害化學(xué)物質(zhì)主要是農(nóng)藥,其次是鉛、煤氣及醛類等,結(jié)果顯示與胎兒的泌尿生殖系統(tǒng)畸形有關(guān)。Garry等和Kristensen等分別在美國和挪威經(jīng)過長期觀察發(fā)現(xiàn),使用農(nóng)藥的農(nóng)民的后代中發(fā)生泌尿生殖系統(tǒng)畸形的風(fēng)險較高。
綜上所述,泌尿生殖系統(tǒng)先天畸形發(fā)生的原因比較復(fù)雜,既有環(huán)境因素的作用,也有遺傳因素的作用。要確定有關(guān)因素與胎兒發(fā)生泌尿生殖系統(tǒng)畸形的關(guān)系,將需要較多的流行病學(xué)、畸形學(xué)及分子生物學(xué)的證據(jù)。
三、泌尿系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)育
1、人類泌尿系統(tǒng)發(fā)生
所有脊椎動物泌尿系統(tǒng)的主要器官均起源于生腎節(jié)(間介中胚層),都要經(jīng)過前腎、中腎、后腎三個連續(xù)階段的演變過程,同時也受控于基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制。
人胚第4周初,在生腎節(jié)內(nèi),從頭至尾先后出現(xiàn)7-10條橫行的細(xì)胞索或小管,內(nèi)端開口于胚內(nèi)體腔,外端與頭尾走向的前腎管相同。于第4周末,前腎小管相繼退化,而前腎管大部分保留。當(dāng)前腎退化時,中腎在生腎索內(nèi)開始發(fā)生。至第2個月末,中腎大部分退化。人體的永久腎為后腎。第5周初,輸尿管芽及生后腎組織形成。第3個月時,后腎開始產(chǎn)生尿液,成為羊水的來源之一。第4-7周時,泄殖腔被尿直腸膈分隔為背側(cè)的原始直腸和腹側(cè)的尿生殖竇。泄殖腔膜同時被分隔成背側(cè)的肛膜和腹側(cè)的尿生殖竇膜。尿生殖竇分為三段。上段較大,發(fā)育為膀胱;中段狹窄,保持管狀,于男性形成尿道的前列腺和膜部,于女性形成尿道。下段于男性形成尿道的海綿體部,于女性則擴(kuò)大為陰道前庭。
2、鼠類泌尿系統(tǒng)發(fā)生
小鼠泌尿系統(tǒng)的發(fā)生除周期短外,與人類相似。胚胎第8天時,在體節(jié)腹側(cè)已可辨認(rèn)出生腎節(jié),生腎節(jié)再演發(fā)為前腎、中腎、后腎。從第8天末至第9天,前端生腎節(jié)(心胃水平區(qū))形成前腎囊,逐漸延長而成為前腎細(xì)管。細(xì)管的一端伸向尾方與其相鄰的細(xì)管彼此會合起來而形成前腎管。第10天時前腎管已通入泄殖腔。第11天前腎細(xì)管開始退化,但前腎管仍舊保留。約于第13天,中腎細(xì)管趨向退化。中腎管的尾端背側(cè),在第11天開始發(fā)生向外突出形成輸尿管芽。一般在胚胎第13天出現(xiàn)腎盂、集合小管和初步結(jié)構(gòu)。第14天有部分腎小囊形成。第16天時已較完善。但發(fā)展到近似于成年,多半要在出生后第三周。胚胎第11天時,由于尿直腸膈的產(chǎn)生,泄殖腔被逐漸分隔為背、腹兩部分,背部為直腸,腹部為尿生殖竇。至13天時分隔完全,會陰形成。泄殖腔膜也相應(yīng)的被分為肛膜和尿生殖膜。于14天膜破裂開通。在雄性,較長的尿道是由尿道部和初演變而來;在雌性,尿道僅由尿道上端形成,而尿道部下端和初則開放形成陰道前庭。
根據(jù)鼠的懷孕期(18-21天)以及泌尿系統(tǒng)發(fā)育的關(guān)鍵時間點,我們有針對性地選擇了孕11、13、15、19天的雌鼠以及出生后1天的昆明小鼠作為標(biāo)本來源,準(zhǔn)備通過實驗篩選22q11區(qū)域內(nèi)與泌尿系統(tǒng)畸形易感的基因。
四、基因表達(dá)調(diào)控影響泌尿系統(tǒng)發(fā)育
基因表達(dá)調(diào)控是生物體內(nèi)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)機(jī)制,使細(xì)胞中基因表達(dá)的過程在時間、空間上處于有序狀態(tài),并對環(huán)境條件的變化作出適當(dāng)反應(yīng)的復(fù)雜過程。在生物生命活動中并不是所有基因都同時表達(dá),人類也不例外,代謝過程中需要的各種酶和蛋白質(zhì)的基因以及構(gòu)成細(xì)胞化學(xué)成分的各種編碼基因是經(jīng)常表達(dá)的,而與生物發(fā)育有關(guān)的基因則要在特定時空才表達(dá)。在人類,隨著發(fā)育和分化,出現(xiàn)了不同類型的細(xì)胞和組織器官,盡管它們的染色體具有相同的DNA,但卻合成了不同的蛋白質(zhì)。對不同序列的mRNA研究認(rèn)為,真核細(xì)胞中大約存在1-2萬種蛋白。另外還有數(shù)百種含量較低的蛋白質(zhì),在不同類型的細(xì)胞中表現(xiàn)形式不同,其中大部分是調(diào)控蛋白或酶,這數(shù)百種不同的蛋白雖然所占比例不大,但足以能使細(xì)胞表現(xiàn)出不同的形態(tài)和行為,并行使不同的功能。人類正因有這樣精密的調(diào)控機(jī)制和對環(huán)境的適應(yīng),才產(chǎn)生了各種特異的蛋白質(zhì)分子來體現(xiàn)生命現(xiàn)象和執(zhí)行生物功能。可見,泌尿系統(tǒng)的正常發(fā)育也依賴于基因表達(dá)調(diào)節(jié)控制機(jī)制,一旦基因調(diào)控機(jī)制發(fā)生異常,泌尿系統(tǒng)的發(fā)育成熟便受到影響,可能引發(fā)與各種畸形相關(guān)的遺傳易感性疾病。近年來,一些表達(dá)于腎臟發(fā)育早期的基因如PAX2、KAL、EYA1、AGTR2、HNF-1beta、SIX1、SIX2、SALL1、FOXC1、WT1、HOX1等已陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)與人類泌尿系統(tǒng)畸形相關(guān),另外對幾種常見泌尿生殖系統(tǒng)畸形的致病基因如PKD1-3、SRY、AR、INSL-3、GREAT、SRD5A2、CFTR以及SOX基因家族等也有了很多新的研究進(jìn)展。而對于上述分子機(jī)理的深入研究將有助于揭示人類泌尿系統(tǒng)畸形的發(fā)病機(jī)理,并且為設(shè)計孕早期基因診斷和遺傳咨詢提供依據(jù)。
五、前景展望
綜上所述,基因在組織器官異表達(dá)的研究是一個相對龐大的課題,不僅能為胚胎發(fā)育學(xué)提供重要資料,也可為各種遺傳易感性疾病的研究提供線索。由于基因的異常表達(dá)與器官畸形的發(fā)生密切相關(guān),對22q11區(qū)域基因的深入研究不僅有助于進(jìn)一步揭示泌尿系統(tǒng)畸形發(fā)生發(fā)展的具體機(jī)制,且對臨床具有重要指導(dǎo)意義。從理論上講,由于22號染色體已全部破譯,各基因定位明確,所以22q11區(qū)域基因本身也是一個非常好的治療靶點,阻斷其表達(dá)或其介導(dǎo)的相關(guān)不良過程,將可能為泌尿系統(tǒng)畸形的防治提供一些較為理想的思路。研究者已運(yùn)用全反式維甲酸(Retinoic acid)成功構(gòu)建了包括泌尿系統(tǒng)畸形在內(nèi)的多種先天缺陷的動物模型,通過雙向電泳與質(zhì)譜分析篩選患鼠與健康小鼠腎臟組織中差異表達(dá)蛋白。在此基礎(chǔ)上,本課題擬在未來的研究中采用多種研究方法相結(jié)合的策略,對22q11.2區(qū)域內(nèi)泌尿系統(tǒng)關(guān)鍵致病基因進(jìn)行精細(xì)定位及克隆,并初步探討其在泌尿系統(tǒng)發(fā)育中的作用。此外,泌尿系統(tǒng)作為人體系統(tǒng)之一,在代謝中承擔(dān)著排泄廢物的重任,同時與循環(huán)、生殖等聯(lián)系密切,一旦該系統(tǒng)功能出現(xiàn)異常,便會造成一系列的不良影響,給個人和家庭帶來負(fù)擔(dān)。因此,研究基因在泌尿系統(tǒng)畸形方面的表達(dá)情況并做到如何防治,不僅是一個醫(yī)學(xué)問題,也將涉及環(huán)境衛(wèi)生、優(yōu)生優(yōu)育等方面的研究,需要進(jìn)行大量的工作。
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