分子遺傳學基因的概念精選(九篇)
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第1篇：分子遺傳學基因的概念范文
關鍵詞：遺傳學 教學改革 生物教學
遺傳學是生物學的重要組成部分，也是高中生物學教學中的重點和難點內容。如何編好這部分教材，深入淺出地向學生傳授遺傳學知識，是許多生物學教育工作者致力于探索的課題。本文擬結合近期的教學實踐和對幾本較新版的美國高中生物教材的初步研究，從以下幾個方面談談對新編高中生物必修教材中遺傳學部分編寫的一些想法。
一、教材體系的編排
現行高中生物必修教材中，第五章講授《遺傳和變異》。首先講述現代分子遺傳學的基礎知識，即基因的本質、復制和表達，然后介紹孟德爾的經典遺傳學工作，即分離規律和自由組合規律，用現代遺傳學理論分析這兩個遺傳規律的實質。有人對這種編排體系提出了不同看法，認為應該參照高等學校教材《遺傳學》的編寫順序，遵循遺傳學的發展史，先介紹孟德爾的經典遺傳學，再講述現代分子遺傳學，這樣才更符合人們的認知規律，有助于學生了解科學家研究問題的思路和方法，有利于培養學生探索性思維的能力。
中學生物教學在培養目標和課程設置等許多方面與大學教學不同。大學教育培養的是高層次的專業人才。在大學里，《遺傳學》專業課常常開設一年的時間，講授的內容非常深。而高中生物必修課是為高中生將來就業或繼續深造打基礎的，講述的是最基本的生物學知識。遺傳學的內容作為高中生物課的一個組成部分，所占課時數非常有限，一般只講授十幾個課時。因此，我們在考慮教材體系的編排時，要認真研究教學大綱的要求和高中學生的年齡特點，按最有利于學生有效地獲取知識的方式進行教材體系的編排。ト綣教材先講述孟德爾的工作，用孟德爾假設的“遺傳因子”來解釋遺傳規律，那么在講述了基因的本質之后，還得用現代遺傳學的“基因”概念從分子水平再次進行解釋，才能給學生一個完整的、迄今為止人們所獲得的對遺傳規律實質的認識。但是第二次的解釋由于受課時和學生的接受能力等因素的制約，難以在問題的實質上比第一次解釋得更深刻，從而不可避免地導致了知識的簡單重復。現行教材在揭示遺傳規律的實質時，因為已經有了現代分子遺傳學的知識做基礎，所以給學生介紹的是這一領域的許多科學家多年來研究成果的經驗總結，為學生高效地獲取前人智慧的精華創造了條件。
由此可見，新編高中生物必修教材中遺傳學部分的內容編排還是應該以現行高中生物必修教材的體系為基本框架，在新頒布的高中生物教學大綱的指導下做適當的改革和調整，不宜做大的改動。
二、教材內容的選取
教材內容的選取是否適當，是影響教材質量的重要因素之一。一部高質量的教材，其教學內容必須符合黨和國家的方針政策，符合教學大綱規定的各項要求，適應培養21世紀我國社會主義現代化建設的各類人才的需要。因此，我們在確定高中生物必修教材的內容時，需要考慮下面幾個問題。
(一)教材內容要進一步加強思想教育，把科學性和思想性更好地統一起來
思想教育切忌空談泛論、牽強附會和簡單說教，而應滲透在具體的教材內容中，結合生物學基礎知識的講述，認真地向學生進行辯證唯物主義觀點和愛國主義思想教育。例如，現行教材在講述DNA是遺傳物質的證據時，介紹了噬菌體侵染細菌的實驗，這個實驗有力地證明了DNA是遺傳物質，但美中不足的是，它在證明染色體的另一個重要組分蛋白質不是遺傳物質上，似乎顯得說服力不夠。如果新編教材從論證是否兩個方面來說明問題，必將有助于學生辯證唯物主義世界觀的形成和嚴謹的科學思維方法的掌握。又如，我國在遺傳育種方面碩果累累，如果在教材中多介紹一些我國科研人員的工作，對培養學生的愛國主義精神是很有好處的。
(二)從21世紀對高素質人才的需要出發，認真選取傳統的和現代的生物科學基礎知識
生物課程是普通高中開設的一門學科類基礎課程，因此，新編高中生物必修教材在精選基礎知識時，應該適當充實一些有關生物科學新進展的內容。美國教材比較注意知識的更新，以遺傳學部分為例，《現代生物學》中介紹了“人類遺傳學”、“基因表達的調控”、“人工育種”和“基因操作”。《生物學》和《生物學研究生命的科學》中都介紹了“基因表達的調控”、“人類遺傳病”和“遺傳工程”，這些內容都是近些年來生物科學前沿領域取得的新成果。根據我國普通高中生物必修課設置的情況，新內容不宜增加得太多，應該精選一些與學生將來參加現代生產和進入現代生活關系最密切的知識。例如，隨著生活水平的提高，人們越來越重視改善人口質量，人口質量的改善要從胚胎時期抓起，胚胎時期的遺傳病診斷和治療是貫徹我國的優生政策、提高人口素質的重要措施之一，因此，新編教材的遺傳學部分應該像高中生物教學大綱的規定那樣，增加“人類遺傳病和優生”的內容。
第2篇：分子遺傳學基因的概念范文
關鍵詞：高中生物課程；“遺傳與進化”模塊；邏輯體系；小進化
Abstract: The theoretical system of modern genetics is axiom system with scientific truth as the logical starting point. At the same time， the development of genetics provide logical basis for the research of small evolution. The content system of hereditary and evolution module in The Biology Curriculum Standards in General Senior Middle Schools（experimental edition） is constructed according to logical regulations. In the developmental courses of genetics and evolutionism， scientists have used many scientific ways which have very high educational values for scientific realization. Teaching materials could be written in accordance with logical lines or with historical lines of subject development， which has its own significance . And the combination of abstract thinking and thinking in images shows the important values of thinking training in this module.
Key words: biology in senior middle schools； hereditary and evolution module； logical system； small evolution
關于生物課程內容體系的建構，作者曾在《高中生物課程內容建構及穩態與環境模塊的分析》一文中作過討論，認為像“遺傳與進化”模塊的內容，可以按形式邏輯的方法，確定若干科學事實或概念作為邏輯起點，通過演繹推理構建一個公理化的體系。[1]本文擬對此做一具體分析。
一、現代遺傳學理論的構建
科學研究首先要通過觀察和實驗獲得感性認識。孟德爾正是通過豌豆雜交實驗，獲得了大量經驗材料。但是，感性材料的獲得只是認識的第一步，認識的真正任務在于達到理性認識。這就需要用科學的方法去處理這些材料。如何處理？首先要概括總結出這些經驗材料所反映的事物的本質和變化規律。這需要科學抽象。所謂科學抽象，就是人們運用思維能力，透過事物的各種現象，抽取出事物的本質屬性及其變化發展規律。科學抽象是一個復雜的思維過程。第一步是以經驗材料為基礎形成概念，就是從“感性上的具體”上升到“抽象的規定”。所謂“感性上的具體”，就是人們在科學實踐中形成的混沌的表象；所謂“抽象的規定”，就是通過一定的方法抽象出事物的本質屬性。孟德爾正是從豌豆大量具體的遺傳性狀（如花的顏色、子葉是否飽滿、植株的高矮等）中，抽象出“相對性狀”的概念，并進一步把它區分為“顯性性狀”和“隱性性狀”。第二步，是運用概念進行判斷和推理，建構規律、原理，就是從“抽象的規定”上升為“思維中的具體”。“思維中的具體”不同于“感性上的具體”，感性材料已不再是各種事實的混沌的總和，而是受一定規律支配的有組織的知識。孟德爾就是依據顯性性狀和隱性性狀等概念，總結出了分離現象和自由組合現象。整個過程從邏輯方法的角度看，是一個歸納推理的過程：前提是若干科學事實，結論是從前提中通過推理得到一般規律。在科學認識活動中，科學抽象與邏輯方法是同一認識過程中的兩個側面。一方面，認識過程是一個不斷抽象形成科學概念的過程；另一方面，認識過程是一個運用邏輯方法進行判斷和推理的過程。
認識了分離現象和自由組合現象后，孟德爾沒有停步，他開始建立遺傳因子假說。在科學研究中，當對科學事實的認識達到一定程度后，就必須通過理論思維的能動作用，運用各種理論思維方法進行整理和加工，建立科學假說。這是將研究引向深入的重要環節和一般方法。在孟德爾所處的時代，科學界盛行的理論思維方法是牛頓的方法。牛頓在《自然哲學的數學原理》中提出的第一條科學方法規則，就是簡單性原則。[2]對“簡單性原則”概念的界定，學術界至今尚無一致意見。牛頓和孟德爾所運用的簡單性原則的含義，是事物內部的簡單性，即認為在對自然的認識中，最簡單的解釋總是比較可取的。正如愛因斯坦所說：“我們所謂的簡單性，并不是指學生在精通這種體系時產生的困難最小，而是指這種體系所包含的彼此獨立的假設或公設最少。”[3]近代科學中，道爾頓首先在19世紀初按照簡單性原則，把宏觀的、高層次的、憑感官能覺察但認識還不夠清楚的化學物質的多樣性、復雜性，分解成數量無限多而種類比較少的微觀的、低層次的、感官不能直接察覺的物質最小微粒──原子（當時道爾頓的認識），再以原子之間的相互聯系和相互作用，來理解、說明、解釋化學物質的形態、結構、功能和屬性的無限多樣性、復雜性，達到對化學物質和化學變化的全面、深刻的認識，從而奠定了現代化學的基礎。孟德爾在創建其遺傳因子假說的過程中，有否借鑒道爾頓的原子論認識模式，我們不得而知。但他運用簡單性原則取得了成功。他建立了遺傳因子成對存在的模型并創造了符號體系予以表達，以有限種類基因的無限組合，解釋了無限種生命形式的存在。
假說雖然具有一定的事實基礎和知識依據，但畢竟不同于科學理論，它帶有一定的猜測性和或然性。因此，在建立起假說后，孟德爾又運用演繹推理以測交實驗驗證其遺傳因子假說。演繹推理是進行邏輯證明的一種重要方法，是運用一般原理對具體事物進行推論并作出科學預見和發展科學理論的必要環節。
由此可見，孟德爾工作的開拓性，除了正確選擇材料和采用統計方法，更重要的是巧妙地抽象出科學概念，建立假說，創造符號體系予以表達并與有計劃的實驗相結合。這種方法自伽利略和牛頓以來在物理學中一直被使用，但在當時的生物學中無人知曉。這可能是孟德爾的工作沒有被與他同時代的最優秀的生物學家所認同的原因。但正是這種方法的建立使遺傳學不斷取得進展并成為一門真正的科學。
從邏輯方法來分析，遺傳因子假說的邏輯起點是分離現象的自由組合現象，概括得出這兩個現象時孟德爾使用的歸納方法是簡單枚舉法，即根據若干對象都具有某種屬性而無一反例，于是推論得出該類對象都具有這種屬性的結論。簡單枚舉歸納法得出的結論帶有某種程度的或然性，不能作為科學理論來使用，只能提供尚需進一步加以研究和驗證的一種假定。為了從根本上提高結論的可靠性，必須努力發現某種屬性與某類對象之間的必然聯系。如果能夠確定某屬性是該類對象所必然具有的，那么其推論就最終成立了。這樣，推理方法也就由簡單枚舉法過渡到科學歸納法了。細胞遺傳學和分子遺傳學的成果，最終證明了孟德爾假說的正確性，因為它們根據對遺傳現象和遺傳物質之間必然聯系的認識，推定分離規律和自由組合規律具有普遍性。至此，孟德爾假說才被確立為遺傳學理論。
其實，經過分子遺傳學的建立這一場“科學革命”后，現代遺傳學的“范式”與經典遺傳學已經完全不同了。現代遺傳學的邏輯起點是三個方面的科學事實，一是有性生殖細胞的形成和受精作用（特別是這些過程中染色體的變化）；二是DNA是主要的遺傳物質，每個染色體都是由特定的DNA鏈和蛋白質組成的；三是遺傳物質對遺傳信息的儲存、傳遞和表達（分子遺傳學中心法則）。通過對這三方面所發現的科學事實的綜合，建構起了現代遺傳學理論。而前面所述的遺傳學的發生發展過程，已經成為歷史。
二、進化理論構建的科學方法
達爾文進化論包括兩方面的內容，一是肯定生物是進化的，二是說明生物進化的機理。對于“生物是進化的”這個結論，達爾文在自己的環球考察和前人研究的基礎上，收集了大量的材料，主要運用歸納法得出。后來，又有越來越多的發現提供了新的證據。迄今未遇到反例。因此可以說，自1859年達爾文的《物種起源》發表后，進化論取得了勝利。對“生物進化的機理”，達爾文用自然選擇理論解釋。現在有許多異議，但尚未有一個理論可以取而代之。對此，我們從科學方法的角度做一分析。
自然選擇理論的邏輯起點是四個科學事實：過度繁殖、遺傳變異、生存斗爭和隔離。達爾文以它們為基礎，通過與人工選擇的類比，依據因果關系而建立起理論體系。在作為邏輯起點的四個科學事實中，過度繁殖和生存斗爭，可以通過觀察直接證實；對遺傳變異，現代科學研究也已充分證明，在各種生物中都發現了大量的突變，遺傳多態現象（polymorphism）廣泛存在；隔離阻斷了基因交流，對于小種群來說，確實能使物種分化，這已成為珍稀動物保護中建立“種群通道”的理論依據。現在的爭議在選擇理論。達爾文的自然選擇理論是通過與“人工選擇”的類比而建立的，因此僅僅是一種推斷。人工選擇是在有限范圍內進行的，而且是實驗上可控的原理。把這樣一種原理擴展成普遍意義上的原理，是否可以？而且到目前為止，人們除了在多倍體植物中發生的一些例子外，在可以觀察的范圍內從來沒有出現過新物種。所以，通過自然選擇產生新物種尚缺乏實證。因此，一些人從思維方式和科學方法的角度，對自然選擇學說提出了質疑。伴隨對生物進化過程中物種演變認識的深入，遺傳學家歌德斯密特（R.B.Goldshmidt）在1940年提出了“大進化”和“小進化”的概念。1944年古生物學家辛普森（G.G.Simpson）對此概念又做了修正并給予明確定義，認為小進化（microevolution）考察進化過程中物種內性狀維持或變異的規律，大進化（macroevolution）則研究物種規模演變的特征。達爾文和他以后的許多進化論者把生物個體看作是進化的單位，但小進化的研究表明這樣的認識是不對的。實際上，進化的單位，對無性生殖的生物是無性繁殖系，對有性繁殖的生物是通過有性生殖聯系起來的種群。這樣，在遺傳學研究成果的直接推動下，達爾文的自然選擇學說發生了一次大的改造，主要體現在選擇的效果不再是“生”或“死”的問題，而變成了在生物的繁衍過程中，突變基因對種群基因庫分布（某突變基因和與它同源的等位野生型基因在種群總基因數中的比例）的影響大小的問題；生物進化的單位不再是生物個體，而是擴展到種群。這是對達爾文進化論的一次重要修正，人們把這次修正后的達爾文進化論稱為“現代綜合論”（the modern synthesis）。
現代進化理論對小進化的研究，以遺傳平衡定律（Hardy-Weinberg定律，1908）為基礎，引進適合度（fitness）和選擇系數（selective coefficient）的概念后，為自然選擇學說提供了可靠的邏輯基礎和定量概念，是自然選擇學說的重要發展。現在許多生物學家接受選擇理論，正是因為遺傳學在這個方面的發展。然而，對現代綜合論，基于種群遺傳學基礎之上的小進化模式是否可以解釋物種形成和高級分類群起源等大進化現象，多年來一直是進化生物學中爭論的一個焦點問題。特別是20世紀70年代以來，古生物學研究證明生物的大進化過程并不總是與環境的變遷相一致。例如，我國云南澄江動物群化石揭示的寒武紀大爆發之類的進化現象（還包括大絕滅現象）告訴我們，進化不是一個連續的過程而表現為階段性的過程，最初是以迅速形成幾種主要類群的方式爆發性地形成類群的階段，然后是緩慢的物種形成和在每個類群內對不同棲息地逐漸適應的階段，最后是衰落和絕滅階段。因此，進化不僅是由環境的變化和生存斗爭決定的，它還受生命系統內部因素的制約。特別是大進化，更是如此。
從控制論的角度看，生命系統的穩態是反饋調節的結果。生命系統可能通過負反饋調節而保持穩態，也可能通過正反饋調節打破原有的穩態，從而建立新的穩態或趨于毀滅。因此，選擇并非只是自然的選擇，生命系統作為自組織系統，對系統的發展也存在一定的自身干預，如作為進化單位的種群內部的性選擇對基因頻率的影響等。從熱力學的角度看，熱力學第二定律揭示的孤立系統的熵增加，是一個退化的過程。20世紀中葉誕生的非平衡態熱力學，說明生命系統在本質上都是開放系統。它們的結構都是耗散結構，因而可以發生“熵減少”的個體生長發育和系統進化過程，同時其中也可以包含局部的熵增加過程。所以，任何生命系統都在大量偶然的隨機因素中發展著，并不只是適應環境的變化。在生物進化的過程中，內因是變化的根據，而外因只是變化的條件。
三、“遺傳與進化”模塊邏輯體系的構建
（一）模塊體系構建的邏輯方法
《標準》對“遺傳與進化”模塊的知識體系，沒有按遺傳學和進化論的發展歷史線索構建，而以邏輯線索構建，形成一個公理化的體系。公理化體系的特點是先提供不容置疑的科學事實或概念作為邏輯起點，然后主要運用形式邏輯的方法，通過判斷、推理、證明來建構，其邏輯形式包括邏輯起點、邏輯中介、邏輯順序和邏輯終點四個基本環節。
1.邏輯起點。邏輯起點是形成理論的起點，它必須是：①對事物最簡單和最一般的本質規定；②能構成所研究對象的基本單位；③包含事物整個發展過程中一切矛盾的“胚芽”。例如，經典遺傳學中的“相對性狀”“基因”等概念，就是經典遺傳學理論的邏輯起點。
2.邏輯中介。邏輯中介是聯結起點和終點之間由一系列的概念、模型所組成的中間環節。它具有以下特點：①起溝通和聯結的作用，能把邏輯起點和邏輯終點聯結起來，構成一環扣一環的邏輯整體；②以事物之間的內在聯系為依據，不能任意跳躍。例如，經典遺傳學中的表現型、基因型、等位基因等概念和模型，就是經典遺傳學理論的邏輯中介。
3.邏輯順序。邏輯順序是概念、模型、原理之間前后相繼或相互隸屬的關系。確定邏輯順序的方式主要有兩種：①從屬性的聯系方式，如相對性狀與顯性性狀、隱性性狀之間，基因型與純合子、雜合子之間的聯系，按照這種方式確定的邏輯順序主要反映客觀事物內部各個組成部分之間的從屬關系；②繼起式的聯系方式，如相對性狀與分離現象、自由組合現象、等位基因與基因的分離規律之間的聯系，按照這種方式確定的邏輯順序大體上與客觀事物的發展順序以及人類認識的發展歷史相一致。
4.邏輯終點。邏輯終點意味著一個特定范圍內的認識上升周期的結束，也是另一個新的認識上升周期的開始。思維從起點到終點的整個上升運動，一方面是對客觀事物和實際過程的反映，另一方面又具有其嚴密的邏輯結構。
（二）模塊邏輯體系的構建
1.第一個邏輯起點──“專題1.遺傳的細胞基礎”
現代遺傳學的第一個邏輯起點是有性生殖細胞的形成和受精作用（特別是這些過程中染色體的變化），因此，《標準》安排了“舉例說明配子的形成過程”和“舉例說明受精過程”這兩個知識點，重點在“闡明細胞的減數分裂并模擬分裂過程中染色體的變化”。
2.第二個邏輯起點──“專題2.遺傳的分子基礎”
其中的“總結人類對遺傳物質的探索過程”“概述DNA分子結構的主要特點”這兩個知識點，說明DNA是主要的遺傳物質，每個染色體都是由特定的DNA鏈和蛋白質組成的。
3.第三個邏輯起點──分子遺傳學的中心法則
圍繞中心法則，“專題2.遺傳的分子基礎”安排了“說明基因和遺傳信息的關系”“概述DNA分子的復制”“概述遺傳信息的轉錄和翻譯”等內容。
4.得出第一個理論──“專題3.遺傳的基本規律”
先通過“分析孟德爾遺傳實驗的科學方法”，然后以上述三個邏輯起點為基礎，來“闡明基因的分離規律和自由組合規律”。這里的邏輯證明和“分子與細胞”模塊不同，那里是通過“使用顯微鏡觀察多種多樣的細胞”等活動來證明沒有反例，而這里是通過“專題1.遺傳的細胞基礎”和“專題2.遺傳的分子基礎”，來闡明基因的分離規律和自由組合規律的內在必然性。
5.得出第二個理論──“專題4.生物的變異”
以前述三個邏輯起點為基礎，再根據遺傳的基本規律進行推理，便可“舉例說出基因重組及其意義”“舉例說明基因突變的特征和原因”“簡述染色體結構變異和數目變異”。
6.從遺傳學出發討論進化問題
從遺傳學出發來討論進化機理，主要在小進化的范疇。所以安排了“用數學方法討論基因頻率的變化”的活動建議。然而小進化能否說明大進化，還有許多爭議，所以《標準》只是要求通過“搜集生物進化理論發展的資料”活動，“說明現代生物進化理論的主要內容”。
至于對“生物是進化的”這個問題，因已為現代社會普遍接受，初中也已涉及，所以《標準》只在初中的基礎上安排了一個知識點：“概述生物進化與生物多樣性的形成”。
考慮到遺傳學和進化論發展中的科學認識模式和方法所具有的教育價值，《標準》又安排了“總結人類對遺傳物質的探索過程”“分析孟德爾遺傳實驗的科學方法”“探討生物進化觀點對人們思想觀念的影響”等內容。
當然，在編寫教材時，可以有不同的體系。例如，對遺傳學的內容，既可以根據現代遺傳學理論體系構建，也可以根據遺傳學發展史上的學科思想和方法構建。
四、“遺傳與進化”模塊的思維方式特點分析
自孟德爾開始，遺傳學便使用模型來表征概念及判斷和推理的過程。例如，“表現型”就是一種實物模型，相當于生物體某性狀的模式標本；減數分裂圖解、染色體圖解等則屬于模擬模型。這些都是物質模型。而DNA分子雙螺旋結構模型、蛋白質合成示意圖等屬于具象模型，“基因型”和雜交過程圖解等屬于抽象模型，二者都是思想模型。基因型，其實質是“基因組成模型”，它用英文字母來表示生物體中與所研究問題有關的基因組成。雜交過程圖解是理想化的過程模型，它按遺傳學規律把雜交過程簡化，用以反映和解釋雜交試驗的過程和結果，并通過演繹推理來預測某些雜交試驗的結果。
模型屬于表象。過去的生物學課程在邏輯實證主義的影響下，往往只重視概念在思維中的作用而忽視對表象的研究。而認知心理學家一般認為，表象是更適合于進行創造性思維的認知成分。眾所周知，想象是一種重要的創造性思維形式，而它正是大腦對表象進行分析綜合、加工改造，從而形成新的表象的心理過程。因此，在教學改革中許多教師提倡要發揮生物學圖解教學的功能，其實質就是運用模型來設計新的知識結構，注意通過對表象的操作、加工而實現的思維活動。例如，在遺傳學問題解決中，人們經常使用模型方法。利用模型方法解決問題，需先建立模型，簡稱生物建模。所謂建模，就是要尋找變量之間的關系，構建模型；然后依據模型進行推導、計算，作出預測。其過程在實質上是一個需要概念思維和表象思維參與的過程。我們以2003年全國高考“理綜”卷第26題為例說明。題目是：“小麥品種是純合體，生產上用種子繁殖，現要選育矮稈（aa）、抗病（BB）的小麥新品種；馬鈴薯品種是雜合體（有一對基因雜合即可稱為雜合體），生產上通常用塊莖繁殖，現要選育黃肉（Yy）、抗病（Rr）的馬鈴薯新品種。請分別設計小麥品種間雜交育種程序以及馬鈴薯品種間雜交育種程序。要求用遺傳圖解表示并加以簡要說明。（寫出包括親本在內的前三代即可。）”運用模型方法解題程序如下表所示。
我們可以運用認知心理學的雙重編碼理論對這個思維過程進行分析。該理論認為人的認知結構存在兩個系統──言語系統和表象系統，二者之間存在三個重要的聯結關系：一是言語刺激與表象刺激之間的表達聯結，在上表中，“（1）分析變量”這一步驟建構了這個聯結，如“矮稈或高稈”對應“aa或A_”；二是言語系統與表象系統之間的指稱聯結，上表中的“（2）構建親本基因組合模型”步驟完成了這個聯結，如小麥親本“矮稈不抗病”對應“aabb”；三是言語系統和表象系統內部的聯想聯結，這是在“（3）推導雜交過程”和“（4）作出預測”中完成的，這兩步既有運用言語的思維，又有運用表象（模型）的思維。根據雙重編碼理論，第一步驟中的表達意義即言語刺激和表象刺激之間的聯結，來自對外在事件、字詞或表象的熟悉感，表達意義以經驗作為基礎；第二步驟中的指稱意義指相應的表象表達的激活或相應言語表達的激活，它來自言語系統與表象系統之間的相互激活和相互作用；最后兩個步驟中的聯想意義是分別在言語系統或表象系統本系統內的一種深層次表達，它依靠本系統內的聯想網絡結構賦予認知者以意義，這個過程在表象系統和言語系統的共同作用下完成。從整個問題解決過程來看，遺傳學建模問題對學生來說有一定難度，其根本原因可能也在這里，它需要言語和表象兩個系統共同作用才能完成。
在思維方式中，以科學概念為思維材料而進行的思維是科學抽象思維，以表象為思維材料進行的思維是科學形象思維。上述遺傳學問題解決思維過程的特點在于抽象思維與形象思維相結合，這正是“遺傳與進化”模塊的重要思維訓練價值之所在。
參考文獻
［1］余自強.高中生物課程內容建構及穩態與環境模塊的分析［J］.課程·教材·教法，2004，24（9）：54.
第3篇：分子遺傳學基因的概念范文
關鍵詞：醫學遺傳學實驗 改革 實驗技能 綜合素質
中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）08-0239-01
隨著醫學遺傳學的發展，許多新理論和新技術滲透到醫學檢驗、臨床診斷、醫學免疫學等各個學科[1.2]。醫學遺傳學作為一門理論與實踐性相結合的學科，需要通過實驗才能獲得較好的教學效果，而實驗教學是驗證和再現遺傳學理論，提高遺傳學教學質量的有效途徑，在培養學生綜合素質和創新能力方面具有重要作用[3]。培養基層醫學實用型人才，是高等醫學職業教育實驗課程改革的目標，實驗課的課程內容、組織形式、教學方法和考核手段等是改革的重要組成部分。隨著人們對遺傳在疾病發展中作用的日益重視，以及診療技術與方法的更新，要求我們在實驗教學內容和方法上進行改革完善，以基本技能培養為中心，培養學生的實踐能力，使學生能夠有效掌握遺傳學的基本知識和實驗技能，為今后臨床工作中的遺傳病診斷、治療、預防提供幫助。本文結合目前的遺傳學實驗教學情況，對醫學高職院校的實驗教學的改革進行初步的分析和探討。
一、目前醫學專科學校遺傳學實驗課存在的問題
1.教學方式單一，學生缺乏主動性
目前的實驗課教學模式一般都是由老師提前準備好實驗材料，按實驗指導中的內容，先講解、演示，最后由學生按部就班地完成整個實驗過程。在此過程中，學生只是被動的、機械地完成實驗操作，無法調動學生的積極性，使原本生動活波的實驗課單調乏味，更不利于學生動手能力的培養。
2.實驗項目滯后，缺少現代遺傳學內容
醫學遺傳學實驗主要包括細胞遺傳學技術和經典遺傳學驗證性試驗，例如細胞有絲分裂，染色體核型及帶型分析等，在實驗設置中，缺少分子遺傳學實驗，如DNA提取、基因擴增與檢測等一些現代醫學診斷和檢驗的重要技術。其次，與臨床相關的遺傳學實驗極少。
3.實驗內容枯燥，缺乏綜合性、創新性實驗
目前開設的實驗缺少能提高學生綜合素質和培養創新能力的項目，實驗過程中缺乏學生的獨立思考和設計，不利于學生的獨立觀察判斷、解決問題的能力及創造性思維的培養。
二、醫學遺傳學實驗課程教學改革的策略
1.改革實驗教學手段，采用多種不同的教學方法
多媒體已經成為高校教師教學必不可少的輔助手段，是一種展示型強，啟發性高的教學手段[4]。在實驗課堂中，帶教教師可充分利用多媒體的優勢，通過幻燈片、動畫、視頻來講解實驗。通過多媒體展示，能夠提高課堂效率，有利于學生準確的把握要點，加深對知識的理解、鞏固和記憶。對于探究性試驗，可以通過圖片及動畫使學生充分了解相關的試驗方法，再結合實驗目的進行分析引導，最終由學生自己設計并完成試驗方案。這種方法不但可以使抽象的概念和問題具體化，形象化，有利于學生理解記憶，而且容易調動學生參與的積極性，并能夠縮減授課時長，增加學生實驗操作時間，教師也有更多的時間指導學生實驗。
2.改革實驗內容，增設創新性實驗
將實驗分為經典生物學實驗，分子生物學實驗和群體遺傳學試驗。經典生物學實驗包括細胞形態觀察，有絲分裂標本制作與觀察、人染色體分型等；分子遺傳學內容為新增部分，選取與現代醫學遺傳學密切相關的內容，如組織DNA提取、電泳及PCR擴增技術等，這樣不僅有利于學生對分子遺傳理論的理解，也能夠豐富學生的實踐操作經驗。群體遺傳學實驗則可以對人類正常遺傳性狀進行調查，作為學生自己的設計性實驗，培養學生的創新能力。另外，如果條件允許，還可到醫院觀摩遺傳病分子檢測設備及相關的操作。
3.理論和試驗相結合，加強學生獨立實驗能力
實驗教學重在學生實驗技能的培養，提升其對理論的理解和實踐能力，其目的在于培養學生學習的主動性和獨立性[5]。在實驗課前，應要求學生預習實驗的內容；查閱資料，了解主要實驗操作步驟。在實驗課上，教師精講，把剩余時間留給學生，要充分激發學生的主觀能動性，引導性地解答學生所遇到的問題并加以示范，鼓勵學生對實驗結果進行討論，使學生多思考，加深對基本原理的理解，提高學生獨立實驗的技能。另外可以增設綜合性實驗，由于此類實驗一般持續時間較長，故可開放實驗室，保證學生有充分時間，獨立合理地設計并完成整個實驗。這樣不但有利于學生對實驗的把握和理解，也使其在以后工作中能夠獨立完成相關實驗項目。同時培養學生的動腦與動手能力，彌補了封閉式教學的不足，有利于培養創新型的醫學人才。
4.考核方式的改革
傳統的實驗教學考核一般包括：學生出勤率、實驗報告以及技能考試等，這些手段并不能完全真實地反映學生的實驗操作能力[6]。為此，可以通過課堂內外相結合以及操作和設計相結合的方法對考核方法加以改進。在課堂中，根據學生課堂表現、實驗設計方案、操作情況、實驗結果、資料的查閱情況，對結果的分析判斷以及實驗報告的填寫等幾個方面，綜合評定平時成績。而最終實驗的考核應著重學生設計思路、實際操作水平的考核，主要通過理論考察、實驗操作、答辯等方式進行考核，最終綜合評定。這樣能夠較客觀的反映學生真實的實驗操作水平，考核結果相對客觀性和公正性。
總之，培養和發展學生的綜合素質是現代醫學教育發展的目標，遺傳學實驗有助于學生對相關理論知識的理解和強化，有助于培養學生獨立分析解決問題的能力。實驗教學過程中以培養學生科學思維和創新能力為目標，在傳統教學模式基礎上不斷向開放式實驗教學模式轉變，并堅持以“學生為主體”的理念，充分體現學生在實驗教學中的主體地位，將有助于培養學生的專業技術能力，為打造應用型人才提供良好的氛圍。
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第4篇：分子遺傳學基因的概念范文
關鍵詞：創新型混合教學模式；自主性學習；研究性學習；遺傳學；
作者簡介：劉向東(1965-)，男，農學院，博士，教授，博士研究生導師。研究方向：水稻生殖發育遺傳和分子細胞學研究。
遺傳學是生物科學中一門最具活力、發展最迅速的理論科學，對探索生命起源和本質，以及推動整個生物科學的發展起著巨大的作用，同時又是一門緊密聯系生產實際的基礎應用科學，對動植物新品種選育、良種繁育和遺傳性疫病防治等都具有重要的指導作用。因此，該課程也就成為生物類、農學類和醫學類學生最重要的專業基礎課之一。國內外的相關大學都十分重視遺傳學的教學工作，并做了大量卓有成效的工作，包括教材編寫和教學方法改革等。就拿我國來講，不同版本的遺傳學教材不下10種，且多數是由遺傳學的名家主編；教學方法的改革與新型教學模式也層出不窮。[1，2，3，4，5，6，7，8]華南農業大學是遺傳學教學改革比較早的學校之一。從20世紀90年代至今，對農科類專業的遺傳學教學方法進行過多種改革。歸納起來，主要是進行了四個階段的四種改革：一是1997年至2001年間，改變原有單一粉筆教學的模式，利用電腦制作CAI課件，進行多媒體教學。從1997年開始編寫基于PPT的CAI課件，1999年試用PPT的多媒體教學，2000年在農學類專業中全面推行以PPT為主的課堂教學，取得一定的成績。遺傳學課程的主講教師劉向東也因此于2000年獲得廣東省“南粵優秀教師(講壇新秀)”稱號。二是進行“基于web-quest遺傳學教改試驗”，即“基于網上資源遺傳學自主性學習教改試驗”。于2001年至2003年間制作并完成了遺傳學教改試驗網站——《遺傳學》網站，2003年成功地應用于教學，以后結合所獲得的廣東省教育廳“151工程”項目開展“基于web-quest遺傳學教改試驗”，取得良好的效果。[4]作為該項改革的原創性教學資源網站——《遺傳學》網站于2007年獲得第二屆全國百佳網站(十佳學術類網站)，其改革成果也于2008年1月獲廣東省教育廳“151工程”項目課程改革獎(三等獎)。2001年至2004年期間還開展遺傳學綜合性實驗和雙語教學。[3]三是2003年至2006年間開展研究性、探索性的教改試驗。四是2006年至今在原來以單一或數種教改方法簡單結合的基礎上，提出較適合農科類學生的“創新型混合教學模式”遺傳學教改試驗。
一、“創新型混合教學模式”遺傳學教改試驗的教學理念和總體設計
進入21世紀后，隨著信息技術的迅速發展及其在教學上的廣泛應用，原有單一的多媒體教學已難以適應諸如遺傳學等迅速發展學科的教學需要了。為此，國外提出“混合式學習”概念(Blending-Learning)，[2]我國的浙江大學于2007年也提出“信息化環境下遺傳學課程混合教學模式”。[2]“混合式學習”是把傳統課堂教學的優勢和利用信息技術學習(E-Learning)的優勢相結合，從而達到發揮教師的引導作用、激發學生主動學習，以及培養學生能動性和創造性的目的。于2005年在農科類專業的遺傳學教學中引入混合式學習的方式，2006年在農科類專業的遺傳學教學中全面采用“混合教學模式”的教學方法，取得明顯成效。2007年對該教學方法以及之前的教學改革方法進行全面的總結，提出適合華南農業大學農科類專業的遺傳學教學的“創新型混合教學模式”遺傳學教學改革法。該法的教學理念體現在創新和“混合”兩個方面：創新要求教師在教學方法的改革上與時俱進，不斷發展創新，發展主要體現在教師應該根據學生情況的發展進行教學改革，具體來講，體現以人為本和科學改革；“混合”則要求教師在教學方法的采用上，不是采用單一的模式或幾種簡單方法的結合，而是靈活地應用多種教學方法，包括“基于web-quest(網上資源)自主性教與學”、研究性、探索性教學、教與學角色互換、綜合性實驗和雙語教學等多種教學方法，并把這些方法整合成有機的整體，特別是“以問題為中心”的教法貫穿整個教學過程，形成適應不同年級和專業學生的教與學模式。
二、“創新型混合教學模式”遺傳學教改試驗的實施步驟
根據“創新型混合教學模式”遺傳學教改試驗的總體設計，主要按照六個步驟(方式)進行：
第一步。框架式引導教學。在介紹框架前，首先讓學生了解什么是遺傳學？遺傳學研究什么？學習遺傳學有什么用？然后介紹遺傳學課程內容的框架，即包括哪些章節等。為了便于學生了解掌握，我們把遺傳學分成7個單元，即：遺傳學的細胞學基礎，經典遺傳學(即遺傳學三大規律)，細胞遺傳學基礎(即染色體結構和數目變異)，微生物遺傳學基礎(細菌和病毒的遺傳)，分子遺傳學基礎(基因概念的發展、基因組結構特征、DNA分子標記及應用、基因組學、后基因組學和生物信息學基礎)，細胞質遺傳學基礎，數量和群體遺傳學基礎。這樣，學生對遺傳學的結構就有一個大概的了解，學習也就有了方向性。
第二步。教師以問題為中心，講授課程重點內容。先是提出問題，然后著重介紹有關的重要名詞、基本原理、實(試)驗推導、解釋、驗證和應用等。比如在講授孟德爾遺傳規律時，先提出性狀是如何遺傳的問題，然后介紹孟德爾著名的遺傳試驗、所獲的結果、結果假設、分析、解釋和進行合乎性驗證等，最后歸納為雜交試驗、結果分析和驗證三部曲等。對于一些發展較快的知識(領域)，如分子遺傳等適當地采用雙語教學，要求學生掌握有關的英語名詞，幫助他們能自己查閱一些有關的英文文獻。
第三步。教與學角色的互換，引導學生進行主動性、自主性學習。具體做法是講完每個單元，要求學生自己出試題考察學習效果，出題的形式不拘一格。學生所出的試題交給老師匯總后，選擇其中的一些題目作為期中考試和期未考試試卷的部分內容。期中考試的題目全部選自學生自己出的題，考試采用三種方式：一是抽樣混合試題，即每個學生出的題目抽1-2題，集中成一份試卷，全部學生參加考核；二是交換題目彼此考查，一個學生用另一個學生出的考題考核；三是自考，學生自己出題自己考。這種教與學角色互換的方法得到學生的充分肯定。調查發現，90%以上的學生認為自己出題比純粹由教師出題難，學習效果更好，如果沒有真正掌握有關的內容是出不了好題目的。通過出題使學生從被動學習轉入主動學習，調動了學習的積極性，增加學習的興趣，而且使學生善于提煉問題和進行舉一反三的思考，拓寬了思路。當然為了讓學生出好題，教師開始需要做一些引導，告訴他們出題的技巧。另外，也要鼓勵他們出有創意(新)的題目，通過出創意(新)題目，不但可以培養學生的創新精神，在一定程度上也培養了其應變能力。為了更好地通過考試來培養學生的創新能力，我們對期末考試也進行了較大的改革，比如出一些讓學生分析遺傳學現象、總結和闡述遺傳規律的主觀性題目，培養其透過自然界的現象探尋生命的遺傳本質的能力。
第四步。選擇性開展Web-quest的自主性學習。根據之前改革已取得的經驗，主要是選擇近年來發展較快的一些遺傳學內容(如基因工程等)開展基于Web-quest的自主性學習。基本做法是以已制作的《遺傳學》網站為依托，按照以下的步驟進行：(1)教師引導學習，教授遺傳學章(節)重點內容(框架)；(2)學生利用《遺傳學》網站進行網上自主學習和討論；(3)教師提問；(4)教師講解重要問題(包括疑難問題)；(5)學生開展網上測試、延伸自主學習和論壇活動；(6)學生展示延伸學習的成果和體會；(7)教師總結。期間為了增加學生學習的積極性，在學生查閱文獻時，如果找到一些有關遺傳學最新進展和動態的資料，鼓勵學生濃縮寫成快訊在《遺傳學》網站交流，使他們有成就感，進一步增加主動和自主學習的興趣和積極性。
第五步。自愿性的研究性學習。主要采用三種方式：一是結合研究生的研究工作，選擇一些與遺傳學課程內容關系較密切的內容，讓學生分組在研究生指導下開展小實驗。比如，實驗室每年都有多個研究生開展DNA分子標記研究，鼓勵有興趣的學生與研究生一起開展有關的實驗，包括DNA提取、PCR擴增和電泳等。通過短期的研究，一方面加深學生對遺傳學基本原理的理解，另一方面也培養學生的動手能力和應用知識的能力。由于這種方式所需的時間相對較短，結果容易得到，與一般的實驗教學相比，前者較為靈活、有創意、成本相對較低，所以學生普遍較歡迎。二是采用通常的研究性教學，即讓學生根據興趣，分組選擇一個與遺傳學相關的研究小課題，獨立組織和開展研究工作，應該說，這個方式效果很好，[9][10]但往往在遺傳學上課期間難以完成，在一定程度上影響效果。三是結合畢業論文工作開展研究性的學習。[11]具體做法是在學習遺傳學課程的主要內容后，在指導教師的引導下，讓學生選擇一個與遺傳學內容有關的題目作為畢業論文。為了有效地進行此項的研究性學習，抓住兩個關鍵問題：一是畢業論文開始的時間安排在遺傳學課程修讀期間。遺傳學課程修讀的時間一般是在大學三年級上學期，也把畢業論文開始時間安排在該學期，這樣就可以讓學生通過邊學遺傳學課程邊發現與遺傳學有關的問題。課程結束前，在教師的引導下，選擇一個與遺傳學知識有關，而學生本人又有興趣的題目，開展畢業論文的研究工作。由于畢業論文一直要做到四年級下學期，歷時2年時間，所以，可以深入開展一些與遺傳學有關的研究工作。二是處理好遺傳學主講教師和畢業論文指導教師的關系。其中最佳方案遺傳學主講教師既是遺傳學課程的教師，同時又是畢業論文的指導教師，這樣不但可以達到研究性教學的目的，也可以保證畢業論文能順利完成。如果兩者不一致，就需要遺傳學的主講教師與畢業論文的指導教師進行協調商討確定。為了更好地開展研究性學習，結合研究性同時開展相關的綜合性實驗。
第六步。采用融會貫通式、生動活潑的課程大總結。一是理論總結，通過以“可遺傳變異的類型、創造方法、基本原理、應用和意義”為主脈把所有單元的內容有機聯系在一起，形成該課程的系統性；另外是以“遺傳與健康(疾病)”為專題講座進行形象生動的總結，通過“遺傳病”提出一條主線，把遺傳學各章節的內容串在一起。二是實踐總結，主要是利用我們擁有的國家級重點學科作物遺傳育種和廣東省植物分子育種重點實驗室的100多畝校內實驗基地，在每學期課程學習結束后帶學生到該基地進行參觀和實習。由于該基地每年種植(早晚兩季)的材料很豐富，包括有20多個野生稻種、2000多份不同類型的野生稻居群、各種突變體、雜種后代和特殊的遺傳材料(如單片段代換系等)等，可以讓學生對遺傳學研究的物質實體和研究內容有較好的直觀認識，并在實際中進行總結。比如，通過參觀各種野生稻和栽培稻，讓學生認識基因型與表現型的關系，以及遺傳的多樣性；通過觀察各種分離世代的材料，讓學生認識三大遺傳規律；通過參觀同源四倍體水稻，讓學生認識染色體數目變異的遺傳效應；通過參觀水稻單片段代換系和分子標記輔助選擇的后代，讓學生深入認識分子遺傳學的有關知識；通過參觀三系和二系雜交稻，讓學生認識細胞質遺傳學和生殖遺傳學的有關問題。通過參觀田間不同世代材料，讓學生認識許多數量遺傳學和群體遺傳學的問題。實踐證明，采用以上方法的總結，不但讓學生對遺傳學有了直觀、生動的認識，而且使學生接近自然、接近科學研究的第一線，豐富了教學的內容，達到了既教書又培養學生科學研究的思想和興趣的目的，深受學生的歡迎。
三、“創新型混合教學模式”遺傳學教改試驗的成效分析
為了評估“創新型混合教學模式”遺傳學教改試驗的效果，2006和2007年先后對其中180名參加試驗改革的學生進行匿名問卷調查，發現92.87%的學生認為“創新型混合教學模式教學改革”可激發其學習興趣，提高主動性；91.69%的學生認為可提高自學能力；93.37%的學生認為有助于基本知識的理解和應用；93.66%的學生認為擴大了知識面；91.95%的學生認為可培養學生獨立思考問題的能力；91.55%的學生認為知識收集、加工、處理能力得到提高；92.14%的學生認為提高了綜合能力；91.12%的學生認為充分運用了計算機等信息技術；90.53%的學生認為有助于學習者相互學習。與之前采用單一模式或簡單幾種方法的效果相比較，“創新型混合教學模式”在以上每項指標的得分均比之前的方法高出10%左右。除了以上量化的結果外，還得到參試學生的書面評價，其中絕大多數的學生給予高度評價，比如有學生認為，“創新型混合教學模式”“使原本深奧的遺傳學變得簡單，使同學們在活躍的氛圍中掌握了遺傳學的基本知識”；“使學生綜合和創新能力得到提高”；“能啟發學生的思維、激發學習遺傳學的興趣、增強探索的欲望”；等等。這些結果充分說明我們的改革是成功的，有進一步推廣的價值。
第5篇：分子遺傳學基因的概念范文
關鍵詞：分子生物學；教學方法；教學改革
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）38-0050-02
《分子生物學》是從分子角度、在基因水平上闡述生命現象的科學。其主要內容是構成生物體的生物大分子結構和功能的研究，特別是核酸、蛋白質結構和功能的研究，并在此基礎上，對不同生物體及生命現象的各個方面從分子水平上進行剖析。《分子生物學》作為農學專業的基礎課之一，是分子遺傳學、生物技術、基因工程等的理論基礎。隨著現代科學技術突飛猛進地發展，現代農業研究已深入到分子水平，《分子生物學》滲入農業科學各個學科。面對學科本身的飛速發展，如何在新形勢下讓學生學好這門課程，是我們面臨的重要問題。
一、加強緒論教學方法，增強學生學習興趣
近幾十年來，隨著分子生物學的迅速發展，新技術、新成果不斷涌現，成為生命科學領域最具活力的學科之一，所以對此的學習過程和授課方式倍加重要。因此，講好緒論部分可以幫助學生樹立學習《分子生物學》的信心，激發他們學習的興趣，最大程度地提高教學效果。例如：緒論中我們會談到分子生物學中諾貝爾獎的相關信息，可以幫助學生重視《分子生物學》課程的學習。從1901年以來自然科學領域的諾貝爾獎大概有550名左右，其中有200位諾獎獲得者涉及生物化學和分子生物學。我國于1999年9月獲準加入人類基因組計劃，雖然參與這一計劃最晚，而且是唯一的一個發展中國家，但是我國科學家僅用了半年多的時間，就已經按照人類基因組計劃的部署完成了測序任務，對破譯人類遺傳信息起到重大作用。這樣讓學生認識到我們國家在分子生物學方面的長處與不足，提高了學生的學習興趣，使學生在第一時間被深深地吸引，在明確課程內容、發展歷程以及應用的基礎上，更為重要的是明確學習目標、激發學習熱情、建立自信、掌握正確的學習方法，從而為學習《分子生物學》建立一個良好的開端。
二、善于歸納總結，系統地講解有關知識
由于《分子生物學》的內容豐富、知識點多、理論比較抽象，使其具有一定的深度和難度。要想在有限的學時內更加全面而深入地讓學生掌握并理解本課程的內容。我們要學會整理、歸納，使課本上相關的一些分散知識系統化、網絡化、提煉出知識點。如在DNA的復制中有兩個關鍵概念，DNA的半保留復制強調的是對DNA復制后結果的歸納，DNA的半不連續復制著重點在于對DNA復制過程的總結。抽象的知識記憶起來確實存在一定難度，這也是以往學生反映最多的問題。需要在理解的基礎上，采用總結規律性教學的方式將其具體而直觀表現出來，使學生能更迅速、更準確記憶。例如，限制性內切酶Ⅱ識別回文序列，可用“上海自來水來自海上”來解釋什么是回文序列，即正讀和反讀其序列均一樣。建議學生學習時結合課程內容采用不同的學習方法，切記不可死記硬背，在理解的基礎上要善于總結，重點培養創造性思維能力，只有掌握正確的學習方法才能有效地提高學習效果。
三、充分發揮多媒體教學的優勢，實現教學內容的直觀化
運用多媒體技術進行課堂教學，既可以將圖、文、聲、像融為一體，使教與學的活動變得更加豐富多彩，又可以寓知識學習、技能訓練、智力開發于生動活潑的形象之中，從而激發學生的學習興趣，變苦學為樂學，同時又促進他們的思維發展，豐富學生的想象力。例如，RNA的剪切加工過程，教師用很大力氣介紹每一加工過程，學生仍是一頭霧水，而我們通過一個“RNA的剪切加工”視頻，可以清楚地看到在細胞中，RNA合成后5’帽子和3’尾巴是怎樣被加上，然后進一步剪切內含子，連接外顯子的過程，學生觀看以后，頓時有一種豁然開朗的感覺。
四、注重學科進展，強調其理論意義和實際應用
《分子生物學》是一門比較年輕的學科，作為一門獨立的自然科學，只有六十多年的歷史。但其發展非常迅速，目前已成為自然科學領域發展最快、最引人注目的學科之一。《分子生物學》作為多門學科之間的橋梁，對與其關系比較密切的生物化學、細胞學、微生物學、遺傳學等領域都產生深刻影響。《分子生物學》的理論意義在于：生命活動的根本規律在生物體中都是統一的。分子遺傳學的中心法則和遺傳密碼，除個別例外，在絕大多數情況下也都是通用的。學生學習《分子生物學》的最終目的是為其理解和掌握農業生產中相關知識服務。在教學的過程中，教師要多與生產實踐知識聯系起來。比如：小麥是我國第二大主要作物，其產量與品質直接關系國計民生。隨著全球氣候變暖，制約小麥產量的環境因素更加復雜。小麥抗旱生理生化與分子生物學研究將為解決環境因素問題提供有力的理論支撐。目前已得到了玉米、水稻、胡蘿卜、煙草等二十九種重要農作物的抗病毒、抗蟲、抗除草劑、營養品質大幅度提高的轉基因植株。在諸多的農業增產措施中，采用轉基因技術進行作物蔬菜水果良種繁育的方法占到30%～40%。隨著分子生物學研究的進一步發展，不僅采用基因工程的技術獲得新的植物良種和實現糧食作物的固氮；而且有可能在掌握光合作用機理的基礎上，使整個農業生產的面貌發生根本改變。
五、強化課程實驗教學改革，注重學生素質能力的培養
《分子生物學》課程的實踐性很強，強調理論聯系實際。學生可利用學校提供的校園網絡資源，結合教材預習實驗內容并提出問題，教師集體解答后指導學生做實驗。這種學生自主學習的方法，極大地激發了學生學習的興趣，有利于培養學生的綜合素質。例如：學生們在做PCR擴增及瓊脂糖凝膠電泳實驗時，我們要求學生提前總結PCR反應體系的配制、PCR擴增程序的設置以及瓊脂糖凝膠的配制，學生們在實驗室上實驗課時直接操作，教師及時指導學生們在操作時出現的錯誤和不當處。理論與實驗結合起來使學生的實驗操作得到了極大的提高，以適應21世紀社會對高層次農學人才的需要。
總之，在《分子生物學》的教學過程中，作為教育工作者，我們將不斷提高自身素養，充實自己的知識，與時俱進，探索新教學改革方式，完善教學方法。在教學過程中發揮學生的主體作用，引導學生學好農學專業知識，提高教學質量，培養他們成為新一代農業領域的佼佼者！
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第6篇：分子遺傳學基因的概念范文
關鍵詞：人類基因組 基因克隆 基因組學 結構基因組 功能基因組
人類基因組計劃（human genome project,HGP）是由美國科學家、諾貝爾獎獲得者Renato dulbecco于1986年在雜志《Science》上發表的文章中率先提出的，旨在闡明人類基因組脫氧核糖核酸（DNA）3×109核苷酸的序列，闡明所有人類基因并確定其在染色體的位置，從而破譯人類全部遺傳信息。美國于1990年正式啟動人類基因組計劃，估計到2003年完成人類基因組全部序列測定。歐共體、日本、加拿大、巴西、印度、中國也相繼提出了各自的基因組研究計劃[1]。由于各國政府和科學家的共同努力，HGP目前已在為全球范圍的合作項目；隨著數理化、信息、材料等學科的滲透和工業化管理模式的引進，HGP已真正成為生命科學領域的科學工程，基因組（genomics）作為一門新興學科也應運而生。
與此同時，科學界也在思索人類基因組計劃完成后的下一步工作，因此就有了“后基因組計劃”（post-genome project）的提法。大多數科學家認為原定于2003年所完成的人類基因組計劃只是一個以測序為主的結構基因組學（structural genomics）研究，而所謂的“后基因組計劃”應該是對基因功能的研究，即所謂的功能基因組學（functional genomics）。此外，一些新的概念如：“蛋白質組（proteome）”、“環境基因組學（environmental genomics）”和“腫瘤基因組解剖學計劃（cancer genome anatomy project,CGAP）”等等也在不斷向外延伸。
一、結構基因組學
（一）人類基因組作圖
人類基因組作圖根據使用的標記和手段不同，初期的作圖有二種：一是通過計算連鎖的遺傳標記之間重組頻率而確定它們相對距離的遺傳連鎖圖，一般用厘摩（cM）來表示；二是確定各遺傳標記之間物理距離的物理圖，一般用堿基（bp）或千堿基（kb）或兆堿基（Mb）來表示。1cM的遺傳距離大致上相當于1Mb的物理距離。隨著研究工作的進展，遺傳圖和物理圖逐漸發生整合，在此基礎上大量引入基因標記，從而形成了新一代的轉錄圖[1]。
1.遺傳連鎖圖 遺傳連鎖圖（genetic map）繪制需要遺傳標記，早期的遺傳標記主要為生化標記，20世紀80年代中期以限制性片段長度多態性（RFLP）、串聯重復序列拷貝多態性和小衛星重復順序等遺傳標記為主，這類標記的數量較少，信息也較低；20世紀80年代后期發展的短串聯重復序列（short tandem repeat,STR）也稱微衛星（microsatellite,MS）標記，主要為二核苷酸重復序列，如：（CA）n，它們在染色體上分布較均勻，信息含量明顯高于RFLP，因而成為遺傳連鎖分析極為有用的標記；近年來，單個堿基的多態性（single nucleotide polymorphism,SNP）標記又被大量使用，其意義已超出了遺傳作圖的范圍，而成為研究基因組多樣性和識別、定位疾病相關基因的一種新標記。
2.物理圖 物理圖（physical map）包含了兩層意義，一是獲得分布于整個基因組的30000個序列標簽位點（sequence tagged site,STS），這可使基因組每隔100kb距離就有一個標記；二是在此基礎上構建覆蓋每條染色體的大片段DNA克隆，如：酵母人工染色體（yeast ar tificial chromosome,YAC）或細菌人工染色體（bacterial artificial chromosome,BAC）、人工附加染色體（human artificial episomal chromosome,HAEC）和人工噬菌體染色體（P1 bacteriophage artificial chromosome,PAC）等連續克隆。這些圖譜的制作進一步定位其它基因座提供了詳細的框架[2]。
3.轉錄圖 構建轉錄圖的前提條件是獲得大量基因轉錄本即信使核糖核酸（mRNA）的序列，人類基因組中的基因數目約在10萬左右，構建轉錄圖首先需要獲得人類基因的表達序列標簽（expressed sequence tag,EST），以此建立一張人類的轉錄圖，并與遺傳圖的交叉參照。
4.DNA序列的生物信息學 HGP一開始就與信息高速公路和數據庫技術形成了同步發展。迄今，國際上四個大的生物信息中心即美國的國家生物技術信息中心（NCBI）、基因組序列數據庫（GSDB）、歐洲分子生物實驗室（EMBL）和日本DNA數據庫（DDBJ）已經建立和維持了源自數百種生物的互補DNA（cDNA）和基因組DNA序列的大型數據庫。這些中心和全球的基因組研究實驗室通過網點、電子郵件或者直接與服務器和數據庫聯系而獲得的搜尋系統，使得研究者可以在多種不同的分析系統中對序列數據庫提出質詢，這些分析包括基因的發現、蛋白質模體的鑒別、調控元件的分析、重復序列的鑒別、相似性的分析、核苷酸組成的分析以及物種間的比較等。
（二）基因組的基本結構和進化
人類基因組研究的目的，不僅為了單純地積累數據，而且要提示數據中所蘊藏的內在規律[3]，從而更好地認識生命體。近年來，隨著模式生物體測序的相繼完成和人類基因組測序速度的加快（到1999年12月已宣布完成人類第22號染色體的完全測序），特別是生物信息所提供的強有力的分析和綜合手段，使人人能夠逐漸透過浩瀚的基因組序列信息，去探索一些更為本質的問題，如：基因組的復雜度與生物進化、基因組編碼序列的結構、基因和蛋白家族、基因家族的大小及其進化。
（三）疾病的基因組學
HGP的直接始動因素是要解決包括腫瘤在內的人類疾病的分子遺傳學問題[4]，因此與人類健康密切相關。另一方面，8000多種單基因遺傳病和多種大面積危害人群健康的多基因疾病（如：腫瘤、心血管病、代謝性疾病、神經疾病、精神疾病、免疫性疾病）的致病基因和疾病相關基因占人類基因組中相當大的一部分。因此，疾病基因的定位、克隆和鑒定是HGP的核心部分。
20世紀90年代之前，絕大多數人類遺傳性疾病的原發生化基礎尚不清楚，無法用表型-蛋白質-基因的傳統途徑進行研究。在HGP的遺傳和物理作圖帶動下，出現了最初被稱為“反求遺傳”、90年代初又改稱為“定位克隆法”的全新思路。該思路的關鍵內容是：應用細胞遺傳學定位和家第連鎖分析方法，首先將疾病基因定位于染色體的特定位置，然后通過進一步的遺傳和物理作圖，使相關區域壓縮至1Mb之內，此時即可構建YAC、BAC、PAC、HAEC或粘粒（comid）等克隆重疊樣，從中分離基因，并在正常人和患者的DNA中進行結構比較，最終識別出疾病基因。包括囊性纖維化、Huntington舞蹈病、遺傳性結腸癌、乳腺癌等一大批重要疾病的基因是通過“定位克隆”發現的，從而為這些疾病的基因診斷和未來的基因治療奠定了基礎。隨著人類基因圖的日臻完善，一旦某個疾病位點被定位，即可從局部的基因圖中遴選出結構、功能相關的基因進行分析，將大大提高疾病基因發現的效率。
目前，人類疾病的基因組學研究，已深入到多基因疾病這一難點。多基因疾病難以用一般的家系遺傳連鎖分析取得突破，需要在人群和遺傳標記的選擇、數學模型的建立、統計方法的改進等方面進行不斷的探索。
二、功能基因組學
HGP當前的整體發展使功能基因組學提到了議事日程[5]，出現了結構和功能基因組學向功能基因組學過渡、轉化的過程。一般認為，在功能基因的組研究中可能的核心科學問題有基因組的多樣性和進化規律；基因組的 表達及其調控；模式生物體基因組研究等。
（一）基因組多樣性
人類是一個具有多樣性的群體，不不同群體和個體在生物學性狀以及在對疾病的易感性/抗性上的差別，反映了進化過程中基因組與內、外環境相互作用的結果。開展人類基因組多樣性的系統研究，無論是對于了解人類的起源和進化，還是對于醫學均會產生重大的影響。各種常見多因素疾病（如：高血壓、糖尿病和精神分裂癥等）相關基因的研究將成為功能基因組時代的研究熱點。除了利用多態性遺傳標記進行精細定位這一傳統途徑，也將采用基因組水平再測序的方法直接識別變異序列，即選取一定數量的受累和未受累個體，對所有疾病相關或候選基因的全序列（或其編碼區）進行再測序，準確定位其變異相關標記位點。同樣，腫瘤研究也需要對腫瘤相關基因進行大規模的再測序。
（二）識別人類基因的共同變異
已知大多數人類基因的等位基因數量是有限的，常僅有2～3種。形成這種遺傳多樣性局限性的原因，很有可能是因為現代人類來源于一個相當小的群體，這有助于揭開許多疾病敏感性的奧秘。如：載脂蛋白E基因有三種主要變型（E2、E2和E4），可以解釋老年癡呆癥和心血管疾病的風險性；血管緊張素原轉換酶（ACE）與心血管疾病一定相關性；化學趨化因子受體CKR-5在一定程度上影響對人類免疫缺陷病毒（HIV）的敏感性等。非編碼區對評價疾病風險也是重要的，精確定位非編碼區變異的方法可以是對調控區域變異的系統性篩查，也可利用精密遺傳圖在人類群體中識別祖先染色體節段。
三、藥物基因組學
基因組多樣性也在一定程度上決定了人體對藥物的反應，通過對影響藥物代謝或效應通路有關基因的編碼序列的再測序，有可能提示個體對藥物反應差異的遺傳學基礎，這就是“藥物基因組學”（pharmacogenomics）的主要內容[6]；以此作為延伸，提示個體對環境反應差異的遺傳學基礎的環境基因組學也已露端倪。
四、蛋白質組學
蛋白質組學是要從整體上研究蛋白質及其修飾狀態。目前正在發展標準化和自動化的二維蛋白質凝膠電泳的工作體系，包括用一個自動系統來提取人類細胞的蛋白質，繼而用色譜儀進行部分分離，再用質譜儀檢測二維修飾，如：磷酸化和糖基化。此外，也有人在設計和制作各種蛋白質生物芯片；蛋白質的另一個重要工作內容是建立蛋白質相互作用的系統目錄。生物大小即蛋白-蛋白和蛋白-核酸之間的互作構成了生命活動的基礎，這些互作有可能以通用的或特殊的“陷井”（如：酵母雙雜交系統）加以識別[7]。
總之，基因組學正方興未艾，其現實意義和深遠意義已得到全體人類的共識，預期在不遠的將來，人類基因組學將對人類的健康、計劃生育、優生優育產生重大影響。
參考文獻
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第7篇：分子遺傳學基因的概念范文
【關鍵詞】基因工程；教學模式；教學改革
20 世紀70 年代誕生的基因工程是以分子遺傳學為理論基礎、以微生物學和分子生物學的現代技術方法為手段發展起來的新興交叉學科，它是對不同生物的基因，在體外進行切割、拼接和重新組合，再轉入生物體內，產生出人們所期望的基因產物，或創造出具有新的遺傳特征的生物類型，開創了人們按照自己意愿在體外操縱生命的新紀元[1]。歷經近40年的歷程，該學科發展十分迅速，隨著新知識、新概念、新技術的不斷涌現，已取得了質的飛躍，成為21世紀生命科學的核心學科，廣泛應用于農業、醫學、藥學等各個領域。
基因工程課程是全國高等院校生物工程和生物技術等專業的一門前沿性重要專業必修課。其理論覆蓋面廣，內容豐富、高新技術較多，且實驗操作條件要求較高，需要學生系統熟練的掌握基因操作技術、細胞操作技術、遺傳學技術等基礎學科的理論知識，給理論及實驗教學帶來了一定的困難。目前采用傳統的教學方法已無法滿足學生的求知欲，難以取得令人滿意的教學效果。為了順應科學的發展，讓學生在實踐課堂中更好地認識和體會前沿科學的探索方法，在過去兩年的基因工程課程教學中，筆者積極參與基因工程課程的探索式改革，根據需要調整教學內容，使學生能夠深入理解本課程的基本概念、原理及操作方法，啟發學生思考，深入學習新時代背景下的遺傳工程技術，為培養生物技術高素質人才提供理論支持。
1教學內容改革
1.1以科學發展為向標，精簡教學內容
《基因工程》是一門系統性的課程，內容多且抽象難懂，涉及面廣，每一章節的內容緊密連接、環環相扣，需記憶的知識點較多。例如基因工程工具酶的內容是基因修飾、基因改造的基礎，載體的內容是學習基因轉化、篩選的前提等，因此，各部分內容之間有很強的邏輯性和連貫性，如果前一部分沒有打下良好的基礎，那么學習后邊的內容就很困難。因此，要以全局觀重新構建本課程的教學內容體系。
目前，國內外出版的《基因工程》教材版本較多，編寫內容各有側重，編排體系各有特色。因此在選擇教材時應全面比較、慎重考慮，所選教材應具有新意，能展示近年來基因工程領域所取得的理論成果。但我校生物技術專業的基因工程課程所安排的學時數僅48學時，因此，要求教師適當精簡部分內容，根據科研和生產實際工作中對基因工程知識和技能的要求，對課程內容進行取舍，按照酶切、連接、轉化、擴增、鑒定等操作單元一根線將全部知識串起來，構建合理的授課內容體系，以期達到最佳的教學效果。
此外，《基因工程》是本校學生在修完《分子生物學》、《微生物學》、《細胞工程》等課程后才學習的課程，因此其教學內容可精簡，避免與已學課程重復，可對教學內容進行刪減，對重復的部分內容提醒學生復習，課堂教學時以提問的方式回顧或以課外作業形式進行，這樣就可留出充裕時間講解新的知識點，使得教學內容不只局限于教材，而以教材為依托向課外延伸，拓寬學習的內容，鼓勵學生閱讀多種課外資料，增加知識的積累。這樣可以激發學生學習的興趣，避免理論講解過于晦澀難懂，提高教學效果。
1.2結合國內外基因工程新動態，引進新知識新內容
在教學過程中引進國內外基因工程最新科研成果的研究動態，使得學生接受目前基因工程相關的新觀念，鼓勵學生利用課余時間查閱和檢索中外文文獻，讓他們了解基因工程的新動向，領悟基因工程在動植物遺傳改良、基因治療、環保應用等方面的研究正處于不斷發展中，正是由于科研工作者共同努力的結果，其應用前景十分廣闊，從而喚起學生學習興趣以及對未知領域求知的欲望，增強生物技術專業自信心。
1.3理論與實踐有機結合，雙管齊下
基因工程是一門實踐性、技術性較強的課程，一方面扎實的理論基礎是學習和研究基因工程的重要前提，另一方面基因工程又要通過具體的技術環節來完成，技術性和實踐性很強。但在傳統理論授課過程中，教師普遍采用“先理論，后實驗”的傳統教學模式，筆者常感到學生們對于分子遺傳的許多實驗設計和方法興趣濃厚，但缺少實踐體會，學習效果不理想。因此，如何在理論知識中整合實驗課程一直是筆者思考的問題。只有通過不斷實踐，才能深化有關理論和掌握基因工程的具體技術。對于初學者來說，首先要注意學習和掌握有關技術的基本原理和儀器設備的規范操作技術，培養規范的操作技能，比如加樣槍（pipette）的規范使用和質粒DNA提取純化、電泳鑒定等基本技能，如實記錄實驗結果與數據，培養學生的動手能力及發現和解決問題的能力，并在撰寫實驗總結報告中提高學生的歸納總結能力。
如在講述基因工程中“分子克隆載體”理論章節時，載體的構建與改造中以pUC18/19載體為例，利用菌落的藍白顏色進行重組子篩選的原理，教師可將科研中的重組質粒轉化β-半乳糖苷酶缺陷型工程菌（大腸桿菌）后的藍白斑篩選的實驗圖片，在課堂上通過多媒體展示，對藍白斑篩選的機制原理進行闡釋，以及在轉化與藍白斑篩選操作中受體細胞的狀態、載體的空間構象、重組載體轉化后是否有一定形成白斑，在實驗室4℃冰箱擱置一兩天為何白斑會變藍色等現象，解釋外源DN段與質粒載體的連接以及轉化都存在一定的效率，最后生長出來的菌落并不都是陽性克隆，需要采用特殊的方法篩選出可能含有目的基因的重組體克隆[2]。通過理論知識的講解，加強學生對實驗每個操作環節的關注，讓學生明白每個環節都可能影響最后的實驗結果，使學生在實驗操作中要具有嚴謹的科學研究的態度。
因此在觀念上，應強調基因工程“實驗同理論課同等重要”的教學理念，徹底改變“重上課，輕實驗”的觀念。通過這樣的過程培養學生應用知識的能力，加強學生對文獻資料的查詢能力，拓寬知識面，可系統地梳理所學的理論知識。這樣在《基因工程》教學實習中組織學生進行基因工程的“切、接、轉、增、檢”五大步驟中的目的基因及載體的切割及連接、重組質粒的轉化及擴增、重組子的篩選與鑒定，較為完備地將《基因工程》的上游技術緊密銜接綜合成為一體。
2教學方法改革
2.1發揮教師的主導作用，交流親身體會
多媒體輔助教學在教學中的優勢雖然比較明顯，但運用不當將喪失其優勢，在課堂教學中老師若只扮演播放幻燈者角色，不注意面對學生調整授課節奏，這將直接影響雙方互動式交流，而交流減少必將疏遠教學者與學習者的距離，弱化教師在教學中的主導地位，以及學生的主動性思考。筆者結合自己的經驗，在教授基因工程這門具有很強操作性的課程時，在涉及實驗操作等相關知識點上講授自己的實驗體會，把自己的成功經驗與同學們分享，失敗體會則告知同學們以提高警惕，避免在實踐中出現類似的錯誤。
再譬如講到“基因工程發展狀況及應用”章節時，向學生介紹我國歷史上在基因工程領域所取得的成就，介紹我國的生物科學家如何為科學事業做出貢獻的事例，激發他們的民族自豪感，從而增強了他們的危機感和責任心，增強他們學習基因工程的熱情。因此，在教學過程中，教師要循循善誘，激發學生的參與興趣，我們的做法是在教學過程中闡明基因工程的應用成果，開闊學生的視野，驅使他們積極主動思考、主動探究，使其產生強烈的參與意識，使教學過程成為教師與學生互動和協作的過程，打破傳統的“啟而不發”、“無動于衷”等模式[3]。
2.2激發學生興趣，參與研討式教學
愛因斯坦說過，“只要把學生的熱情激發起來，那么學校規定的功課就會被當作一種禮物來接受。”傳統的灌輸式教學容易讓學生產生惰性，也不利于教師對學生學習情況的及時把握。基因工程課程本身抽象理論較多，因此在教學過程中，我們預留一定比例的課時，引導學生走上講臺參與教學討論，營造活躍的課堂氣氛，極大地調動學生學習的主動性和興趣，有助于學生對課堂知識的掌握，例如在講解“基因工程產品安全性評價爭議”的章節時[4]，我們預留出互動環節，讓學生分析影響轉基因產品安全性因素有哪些，如何站在科學的立場辯證地看待和分析這起爭論，這不僅關系到基因工程技術的深入研究，而且直接影響到生物技術產業的發展。學生在查閱相關方面最新文獻和動態資料的基礎上結合自己的理解各抒己見，分組討論，最后再由老師進行點評、歸納，安排他們登上講臺講解，這樣既可以鍛煉他們的表達能力，同時也增強他們看待科學問題的綜合能力。這種教學方式調動了學生學習的主動性和興趣，同時使學生在閱讀能力、自學能力、口頭表達能力等方面受到實際鍛煉，達到事半功倍的教學效果。
2.3增加投入，完善多媒體教學
基因工程課程中涉及的信息量比較大，概念抽象、理論性強，如果使用傳統的教學手段，學生只能得到一些感知的內容，無法使其得到直接的體驗，從而加大了學習和理解的難度。而多媒體、影像資料、電視錄像、電影、CAI課件等現代化教學手段，可以使學習內容圖文并茂、有聲有色、栩栩如生，便于學生理解記憶。例如，利用FLASH 動畫演示聚合酶鏈式反應過程中DNA聚合酶是如何在模板鏈和引物的引導下，以指數倍數迅速擴增的過程，使得原來抽象難以理解的內容變得形象直觀，既激發了學生的興趣，又加深了學生的理解。改變了以往一支粉筆、一塊黑板的傳統教學方法，可以在有限的時間內提供給學生最大的知識信息量。為此，我們以科學性、教育性與技術性為標準，精心制作了基因工程多媒體課件，將教學內容多層次、多角度地呈現給學生。
2.4以科研項目為依托，促進基因工程的課堂與實驗教學
本科教學過程具有很強的探索性，它不僅要傳授知識，還擔負著發現未知和培養學生探求新知能力的任務。在過去的兩年中，筆者做了幾個方面的嘗試，一方面借鑒教學團隊成員們多年的科研工作的積累，將多種成熟的分子實驗技術和實驗材料提供應用到實驗教學中，比如，根據目的基因設計引物進行PCR鑒定，利用切口平移法標記探針進行DNA分子雜交等分子遺傳研究領域的常用實驗技術。另外，依托教師所在的科研團隊和研究項目，教師們把科研成果轉化為實驗課程內容，借助科研項目小組的實驗材料，學生們才可以嘗試更多的實驗技術與方法，利用科研平臺和項目背景促進實驗教學的發展，開闊學生的學術眼光和視野、進行學術熏陶，這是一條行之有效、立竿見影的改革途徑。
把教師正在從事的科研課題新知識貫穿到教學之中，使課堂內容更為具體、親切、富于實際感受，從而激發學生科學研究的興趣和靈感，鼓勵學生申請一些研究生課題參與到研究工作中。實踐表明，通過啟發式的案例教學，不僅使同學們深刻領會到學習該門專業課的真正目的和用途，而且還大大提高學生培養和樹立辯證的思維與系統的方法來綜合運用專業理論知識去分析及解決復雜實際問題。由于基因工程具體操作中涉及基因的選擇、技術路線的制訂和實施，面對的都是系統問題，充滿著局部與整體、微觀與宏觀對立統一的辯證關系，只有應用辯證的思維和系統的分析方法，才能客觀地分析生物代謝環節、生理過程、發育階段等在性狀決定中的作用，從而制定出動態優化、高效的技術方案，這樣有利于學生學以致用的應用型人才培養和創新思維能力的培養，收到了良好的教學效果[5]。
長期的實踐告訴我們：教學是科研的基礎，科研是教學的發展與提高的依托。《基因工程》是現代生物技術專業典型的專業基礎課，其發展迅速，教學效果好壞直接影響高校生物技術專業人才的培養，進而影響高校人才培養目標的實現。通過對《基因工程》教學內容與教學方法的改革，不僅改變了在教學中只能教死書的狀況，而且把在科研工作中積累的經驗帶到了課堂，豐富了課堂教學內容，提高了課程質量，促進學生跟上學科的發展進程，為國家培養更多高素質的21世紀合格人才。
參考文獻：
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第8篇：分子遺傳學基因的概念范文
關鍵詞植物葉綠體;基因工程;發展;應用;存在問題;展望
葉綠體作為植物中與光合作用直接相連的重要細胞器,其基因組的功能也因此扮演著十分重要的角色。1882年straburger觀察到藻類葉綠體能分裂并進入子代細胞;1909年baur和correns通過在3種枝條顏色不同的紫茉莉間雜交得出,質體是母本遺傳的。人們便開始對葉綠體遺傳方面產生了濃厚的興趣[1]。1988年boynton等首次用野生型葉綠體dna轉化了單細胞生物衣藻突變體(atpb基因突變體),使其完全恢復光合作用能力,標志著葉綠體基因工程的誕生[2]。葉綠體基因工程作為一種很具有發展前景的植物轉基因技術,在植物新陳代謝、抗蟲性、抗病性、抗旱性、遺傳育種等方面都將有著越來越重要的意義。
1葉綠體基因工程概述
1.1葉綠體簡介
葉綠體是植物進行光合作用的重要器官,是一種半自主型的細胞器,能夠進行自我復制,含有雙鏈環狀dna。葉綠體dna分子一般長120~160kb。葉綠體dna有ira和irb 2個反向重復序列(分別位于a鏈和b鏈),兩者基因大小完全相同,只是方向相反,它們之間有1個大的單拷貝區(大小約80kb)和1個小的單拷貝區(大小約20kb)。
1.2葉綠體基因組轉化優點
葉綠體基因具有分子量小、結構簡單、便于遺傳的特點,故相對于傳統的細胞核遺傳更能高效表達目的基因,這是因為葉綠體基因本身擁有巨大的拷貝數[3]。葉綠體基因可實現外源基因的定點整合,避免位置效應和基因沉默;遺傳表達具有原核性;安全性好,葉綠體屬于母系遺傳,后代材料穩定;目的基因產物對植物的影響小。利用葉綠體基因轉化的這些優點,可以加快育種速度和效率,節約育種時間。
1.3葉綠體轉化的主要過程
葉綠體轉化過程通常分4步:一是轉化載體攜帶外源目的基因通過基因槍法或其他轉化體系導入葉綠體;二是將外源表達框架整合到葉綠體的基因組里;三是篩選具有轉化的葉綠體細胞;四是繼代繁殖得到穩定的葉綠體轉化植物[4]。
1.4葉綠體轉化的主要方法
依據葉綠體轉化的主要過程,生物學家相應地研究若干種葉綠體基因轉化的方法,其中常用的葉綠體轉化方法:一是微彈轟擊法。將鎢粉包裹構建完整的質粒載體,用基因槍轟擊植物的各種組織、器官,然后對重組葉綠體進行連續篩選,不斷提高同質化水平,最后獲得所需的轉基因植株[5]。二是農桿菌t-dna介導的遺傳轉化法。將外源目的基因、選擇標記基因等構建到農桿菌的ti質粒上,然后通過與植物組織或器官共培養,最后把所需外源基因轉化到葉綠體并獲得表達。三是peg處理法。只需將構建好的質粒(含外源基因、標記基因、同源片斷、啟動子、終止子等)在一定的peg濃度下與植物原生質體共培養。
2葉綠體基因工程的應用
2.1提高植物光合效率
植物的光合效率非常有限,太陽能的很小一部分可以轉化為植物所需要的能量,從而轉變為人類需要的產品。植物光合效率取決于rubisco酶的豐富度。rubisco酶一方面可以制造可溶性蛋白,另一方面也可以限制co2合成。人們可以通過2種直接的方法提高光合速率:一是加速酶催化的循環過程;二是提高酶的特性,減少光呼吸浪費的能量[6]。很多科學家正試圖通過提高rubisco酶來提高植物的光合效率,而其中擬南芥和水稻的定點整合試驗取得了重大突破,證明葉綠體基因工程是生產高光合效率作物植物的最有價值的方法。
2.2合成有機物質
由于葉綠體型轉基因植物具有環境安全性好、底物豐富、產物區域化等優點,已被越來越多的人關注,并成為工業化生產特定有機物質的可靠場所。例如,有科學家已發明了用葉綠體基因工程表達聚3-羥基丁酸酯合成相關基因的方法。聚3-羥基丁酸酯及其他類型的聚3-羥基鏈烷酸酯同屬于聚酯類物質,是自然界中多種細菌的碳源及能源儲備物。具有生物可降解性,如取代化學合成塑料將能從源頭解決塑料廢棄物引起的“白色污染”。其通過構建了含phbb、phm、phbc和aada基因表達盒的葉綠體整合及表達載體,通過基因槍轟擊法轉化煙草。northem點雜交、rt-pcr分析結果表明,葉綠體型轉基因植株中目的基因在轉錄水平的表達明顯高于核轉化植株中相應基因。
2.3生產疫苗
人類治療用蛋白質可以在葉綠體中實現表達,表達效率取決于外源基因的整合位點,增強轉錄和翻譯的調控元件以及外源蛋白的穩定性等。人類已經在用葉綠體基因生產疫苗方面開展了卓有成效的工作。例如,范國昌等將甲型肝炎病毒vp3p1區和丙型肝炎病毒c區融合,并導入到衣藻葉綠體基因組中,融合蛋白得到高效表達,且具有雙抗原活性。而霍亂病毒蛋白b(ctb)抗原ctb已經在葉綠體中轉化成功,預示著轉基因植物疫苗的可商業化前景。tregoning等將tetc基因在煙草葉綠體基因組進行表達,為了增加mrna的穩定性及在煙草葉片內表達的可行性,他們將基因進行了密碼子優化,分別表達了未經改造的富含at(72.3%at)和人工合成的富含gc(52.5%at)的基因,tetc-at和tetc-gc的表達量分別為總可溶蛋白的25%和10%。
2.4在植物抗性方面的研究
在抗蟲性方面,kota和cosa分別于1999年、2001年將btcryzaaz基因轉入煙草葉綠體,前者可100%殺死4 000多倍抗性的抗性蟲,后者報道bt表達量達46.1%。在抗逆性方面,人們通過編碼sod、apx等酶的基因已經轉入到煙草、苜蓿、馬鈴薯、棉花的葉綠體中,提高了植物的耐氧化能力,從而提高了植物對環境脅迫的耐受能力。
2.5葉綠體基因組在系統發育學上的應用
葉綠體在系統發育學上的優點:一是葉綠體基因組是僅次于核基因組的第二大基因組,為比較研究提供了一個較大的數據基礎;二是葉綠體dna的核酸置換率適中,在應用上很有價值。然而,用葉綠體dna研究系統發育也存在著明顯的不足:一是葉綠體基因組是母性遺傳的,因此并不能單靠葉綠體基因組來解釋居群間的雜交現象;二是雖然有越來越多的葉綠體dna被用作分子標記來研究類群間的系統發育關系,但只有將這些分子片段提供的信息與其他的分子片段信息、傳統的形態及生理特征結合起來獲得更多的信息,才能更接近系統發育的本來面目。
2.6葉綠體基因在消除環境憂慮問題上的前景
當今最為普遍的問題就是外源基因從轉基因作物到雜草的逃逸,這一逃逸主要是通過花粉的擴散,產生超級雜草或產生和其他作物之間的基因污染,對環境極為不利。葉綠體基因工程產生的基因逃逸現象的風險遠遠低于核轉化作物,因為大多數作物中的質體dna都是母系遺傳,這樣就可以避免作物和作物、作物和雜草之間的雜交,消除人們對基因污染的憂慮。
3葉綠體基因工程存在的問題
3.1葉綠體基因轉化在雜合體上的穩定性問題
由于高等植物的每個細胞中有10~100個葉綠體,每個葉綠體內有10~100個葉綠體基因組拷貝,因此轉化的葉綠體和未轉化的野生型葉綠體同時存在于轉基因植株中,造成這種雜合體在遺傳上是不穩定的。在轉化外源基因之前,目前可采用降低葉綠體拷貝數、高壓篩選和選用致死突變體作為外源基因的受體等方法使轉基因植株易于同質化。
3.2植物的種類有待擴展
可能是由于大多數植物的葉綠體基因組序列不清楚,因此無法確定用于載體構建的同源重組片段和外源基因的插入位點。目前,已成功轉化的植物種類很少,只有番茄和煙草通過有性生殖使外源基因獲得穩定遺傳,而番茄卻是唯一能有高的外源蛋白積累的可食用果實的植物。
4展望
雖然在葉綠體基因工程領域人們已經取得了一定的進展,但對于改變葉綠體基因工程中所存在的缺點,科學界仍然要有大量的工作需要進行。為此,尋找更多更加合適的方法來改進葉綠體基因工程,使其優點更加明顯,必將在未來生物技術領域帶來又一場革命,為人類造福。
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第9篇：分子遺傳學基因的概念范文
1.遺傳學實驗課程普遍存在的問題
1.1輕視實驗課。
根據我國長期的傳統教學模式和思維，形成重視理論教育，輕視實驗程教育的現象。結合多年教學經驗，我們發現一些教學工作者把實驗課僅僅視為驗證和加深理解課堂講授的理論，沒有把實驗課當做培養學生發現問題、分析問題、解決問題能力的環節。實際上，實驗課是培養具有創新能力的高素質人才不可缺少的一個重要環節[5]。隨著現代遺傳學的飛速發展，新的遺傳學現象和理論不斷增加，新的遺傳學研究方法和手段不斷涌現。為了多給理論課時間，許多高校不斷修改實驗內容、實驗時間、實驗課時，大大違背了實驗設立的初衷。
1.2硬件設備較落后。
由于重理論，輕實驗的思想和經費不足等諸多原因，導致遺傳學實驗的設備老化，數量不足。隨著新的實驗技術和研究手段不斷涌現，更使遺傳學實驗的硬件設施顯得落后。在很多高校，由于儀器設備的限制，只能開展一些相對簡單的實驗。
1.3實驗內容不利于學生發展。
受傳統教學理念的影響，一些高校設置的遺傳學實驗內容不符合遺傳學發展要求。實驗內容的總體情況可總結為三多三少[6]：一是經典遺傳實驗內容多，分子遺傳實驗內容少；二是驗證性實驗多，綜合設計實驗少；三是課外補助的實驗多，課堂計劃學時的實驗少。
1.4教學方式較為單一化。
受傳統的教學模式和硬件設備等各方面因素的影響，教師將實驗課的教學方式設置得較為單一，一般模式為，老師在上課前把實驗試劑、實驗材料等事先一應俱全地準備好，然后講解實驗目的、實驗原理、實驗步驟、注意事項、結果的預測等，學生按照步驟往下做。這樣的教學方式，學生幾乎是機械、被動完成實驗內容，不能發揮主觀能動性，實驗做完后腦中一片空白，收獲甚微。
1.5成績評定需多樣化。
實驗課成績是評定學生實驗質量的直接體現，也是檢驗所設立遺傳學成功與否的直接方式。傳統的實驗考核方式過于單一，僅憑書面實驗報告和預習報告作為評定實驗成績的依據，沒有突出實驗操作，不能全面真實地反映學生的實驗水平和教師的實驗教學質量。
2.遺傳學實驗課程改革的探索
針對當今遺傳學實驗課程存在的普遍問題，結合多年教學經驗，我對遺傳學實驗課程提出以下改革措施，由教學實踐來看，教學質量大大提高，取得了較好的成績。
2.1提高實驗地位，改善實驗條件。
針對當前遺傳學實驗課依附于理論課，課時數較少且科研經費、實驗經費匱乏的情況，我們采取以下改革措施：首先，修改了本科生培養方案。根據調增后的培養方案，遺傳學一共72學時，實驗課20學時，增加了實驗課的比重和課時數，能夠較好地滿足要求。其次，高水平的實驗室不僅是科學研究的基地，而且起著提升辦學水平和加強人才培養的重要作用。過去我校遺傳學實驗室設備極其簡陋，場地極其有限，很多想開展的實驗都無法進行。經過多年努力，并與其他實驗室相結合，現在情況得到較大改善。一些分子遺傳學的實驗相繼開展，比如，PCR擴增實驗、RNA提取，等等。
2.2改革實驗內容，培養學生能力。
實驗內容是育人理念的直接反映，我們本著適應學科發展，結合自身實際，培養學生能力的態度和思想，逐漸建立了逐層遞進的實驗教學體系，即基礎性實驗――綜合性實驗――研究型實驗。
2.2.1基礎性實驗
主要目的是使學生認識實驗室常用儀器設備，并正確規范使用，熟悉遺傳學常用的實驗方法，等等。該階段主要以驗證性實驗為主，實驗時間安排方面要與理論課相協調。實驗課前要讓學生預習，上課初檢查學生預習情況，只有很好地熟悉實驗內容，才能做好實驗。在上課過程中，著重強調實驗重點和注意事項，及時糾正錯誤和不規范的操作。課后認真批改實驗報告，檢查實驗效果。
在很多實驗改革意見文獻中，認為該部分對提高學生能力沒有太大作用。實際上，學生們掌握好基本的實驗操作技術，在后續的實驗中就能得心應手，較順利進行。比如顯微鏡的使用，很多學生不知道顯微鏡實驗結束后哪個目鏡對著通光孔。又如，很多學生在使用移液管時，不知道哪個手指進行調節，等等。為了避免上述情況出現，這一模塊，老師更應該認真對待。
2.2.2綜合性實驗
設立綜合性實驗的目的是結合遺傳學理論課程的多個知識點和本專業相關課程，對學生實驗技能和方法進行綜合訓練。該模塊旨在培養學生的綜合分析能力、實驗動手能力、數據處理能力、查閱資料能力和運用多學科知識解決問題的能力[7]。我們設計了果蠅遺傳學綜合實驗，涉及果蠅的野外采集，培養和生活史觀察，果蠅唾腺染色體的觀察，以及果蠅同工酶的分析實驗。通過該綜合實驗，學生較詳細地掌握了果蠅遺傳學方面的知識[8]-[9]。
2.2.3研究型實驗
結合課程教學或獨立于課程教學而進行的一種探索性實驗，主要特點是整個實驗由學生獨立設計、獨立操作、獨立創新。實驗指導老師制定幾個指導性研究題目（方向），讓學生自己選擇題目（方向），自己完成實驗材料的選擇和準備、實驗方案的設計（實驗流程、影響實驗結果的因素等）、實驗操作和實驗結果的分析，并撰寫研究論文（報告）。
我們結合自身實際和學生感興趣的話題，對人體手部皮紋進行遺傳學分析。指紋的遺傳特征十分突出，被用作個人身份調查取證的重要線索，根據個體差異分析，產生了“DNA指紋”。通過常見染色體患者皮膚紋理的分析，學生展開了充分討論，進一步理解了遺傳的復雜性。如此，不僅加深了學生對所學知識的印象，拓寬了知識面，而且增強了學生分析問題、解決問題的能力。
2.3改變教學手段，激發學習興趣。
傳統的授課模式，不利于學生興趣的激發和能力的培養。針對這種情況，我們分模塊進行教學改革，對于基礎性實驗，任課老師利用多媒體，先讓學生觀看有關實驗的錄像片，對實驗形成生動而清晰的直觀認識。課堂上教師負責解決實驗過程中出現的問題和糾正不規范操作。對于綜合實驗課程，老師多用啟發式授課方式，多問學生為什么，引導和鼓勵學生發現疑難，提出問題，積極思維，尋求答案。另外，采取開放式教學模式，學生設計好實驗方案，在老師的監督下，把實驗室交給學生，讓學生自行配置實驗試劑，準備實驗材料，等等，使其真正參與科研中。對于研究型實驗課程，我們結合我院大豆育種科研項目的優勢，積極組織學生參與課題，培養學生能力。
2.4完善評定形式，提高教學質量。
以往，實驗考核方式過于單一，僅憑書面實驗報告和預習報告作為評定實驗成績的依據，沒有突出實驗操作，不能全面真實反映學生的實驗水平和教師的實驗教學質量。因此，遺傳學實驗課程考試成績應由以下幾部分組成：首先，學生課前的預習情況，通過課前預習報告和老師上課前的提問給分。其次，看學生的課堂表現，由于人數比較多，多數情況老師不能一一打分，針對這種情況，我們設立操作考核和平時考勤記錄，真實反映學生的掌握水平。再次，通過實驗報告給學生打分，要求學生用確切簡明的形式，將實驗結果完整、真實地表達出來。對實驗總結報告，要求文字通順、簡明扼要、字跡端正、圖表清晰、分析合理、結論正確。
