分子生物學研究范文
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篇1
[關鍵詞]虛擬現實技術;分子;生物學;實驗教學
虛擬現實技術的產生為生活帶來了無數便捷,在虛擬現實技術中是以人為主體,人類從中獲得從未有過的體驗。該研究所說的虛擬的分子生物學實驗是通過計算機軟件開發以及網絡的技術相結合形成的系統軟件。它應用了Flash編寫課件,匯集了圖片、視頻、音頻、動畫,創造了一個虛擬中的實驗室。通過操作計算機就能夠進行生物實驗。具有多重特點。虛擬現實技術這種新型的仿真技術與分子生物學的教學實驗相互結合,完善了老師教授實驗教學模式,彌補了生物教學實驗中產生的不足之處,把虛擬現實技術的特點發揮出最好的效果。為學生教學提供了更多的途徑。目前,虛擬現實技術已應用在分子生物實驗教學之中,提高了學生的學習興趣,增強了學生獨立思考的能力以及創造力,取得了不錯的成果。針對這一技術,該研究作出了深刻具體的分析,現報道如下。
1虛擬現實技術
1.1虛擬現實技術的含義
所謂虛擬現實技術,是指人類利用計算機根據真實的環境設計并構造的模擬世界的一項技術。它是一種多種信息組合交集成為三維立體視圖以及有真實能動性的仿真系統。它幾乎和真實世界一模一樣,人們仿佛置身其中。虛擬現實技術(VR)[1]是開啟這一類技術大門的鑰匙,是仿真技術的指路標,是多種多媒體技術以及網絡技術的組合。虛擬現實技術走在多種網絡技術的最前端,是值得更多的網絡人深入研究的課題。虛擬現實技術包含有:模擬環境、行為能力、感覺、感應設備。所謂模擬環境,它是電腦設計出來的具有3D真實效果的場景。行為能力是說場景中的人物有自己的行為能力,和現實中的人物是一樣的,身體的各部位都可以活動,電腦進行操控他們的行為能力。當電腦發出某個指令時,他們會根據指令做出相應的反應,我們就可以看到他們的動作。感覺,眾所周知,是場景中的人物擁有五官的感受,比如,嗅覺、味覺、聽覺等等。感應設備是指使三維立體視圖交匯在一起的設備。
1.2虛擬現實技術的特點
作為新發展起來的仿真技術,虛擬現實技術有很多特點,如下所示。①與現實交集。虛擬現實技術可以說是一個仿真世界,它擁有著真實世界所擁有的一些事物,包括人類在內。仿真世界里的人物和我們一樣有著感官以及能動性,唯一不同的是,它們需要我們用計算機來操作它們的行為[2]。②很安全。安全是說可以利用虛擬現實技術進行場景模擬演練,比如,演練各種火災場景、各種地震場景等等。這樣有助于在現實生活中遇到這些情況時能夠冷靜處理,及時躲避,能夠自救以及救助別人,確保我們人類的人身安全。③感覺置身其中。當我們操作電腦時,就會覺得仿真世界里面的人物就是自己,仿佛置身其中,體驗不同的世界。仿真世界的真實程度會讓你覺得和現實沒有任何區別。④擁有感知能力。虛擬現實技術其中包含有感覺,這是說里面人物的感覺,他們有聽覺,味覺,嗅覺,以及它們還有運動能力。⑤有針對的處理問題。在虛擬演練中,我們可以根據自身的弱點進行有針對性的練習,比如,當自己無法處理火災事故時,我們可以利用虛擬現實技術進行演練,提高自己的應對能力。
2分子生物學
2.1分子生物學概念
分子生物學是指以分子為單位來探究生命活動規律的一門科學。分子生物學主要是研究蛋白質、蛋白質-核酸這一類分子的構造以及合成[3]。探究其生命活動主要包括了人類的癌癥的病變,植物的光合作用生命活動中神經的原理等等。分子生物學是需要通過不斷試驗,不斷用實踐證明理論的學科。它也是一門開放性學科,要求學生通過動手設計實驗、進行實驗、分析探究實驗,最后得出結論。所以又說分子生物學的實踐性很強。
2.2研究分子生物學的意義
所有生命現象的活動都是有規律的。就像生物都是由蛋白質還有核酸組成的。分子生物學的研究為人類帶來了了解生命活動規律的機會,人們可以進一步改變生物構造作進一步的研究,為人類造福。
2.3相關應用
①克隆技術。分子生物學作為一門新興邊緣的學科,它的研究成果能夠為人類造福。雖然目前我們仍處在克隆技術的最初級階段,隨著科學家不斷探究以及實驗,未來定會看到克隆技術所帶給我們的福音。②DNA鑒定。隨著分子生物技術的不斷深入探索,科學家對基因的研究也有了很大的成果。DNA鑒定也為偵破案件提供了重要的證據。同時親子鑒定也可以通過DNA檢測獲得幫助。③轉基因。轉基因(GMF)[4]是通過轉換物種之間的基因而得到的另一個物種。轉基因食品擁有了其它食品所沒有的能力,例如,轉基因食品防蟲蛀,延長了保質期,而且是大批量生產,使生產成本減到最低,轉基因食品不分季節,可以隨時供應,滿足人類的需要。但由于轉基因食品的好壞尚不明確,還有待進一步研究實驗。
3虛擬現實技術在實驗教學中的特點
虛擬實驗是虛擬現實技術與生物教學實驗相結合的產物,是利用操作計算機讓學生體驗模擬的生物實驗,實質上他就是計算機利用Flash技術開發的軟件系統,為學生提供環境、設備,就像在真實的實驗室一樣。正是如此,虛擬實驗有著真實實驗室不可比擬的特點:①共同的系統。眾所周知,計算機系統中的資源都是可以通過網絡共享的。也就是說,人人都可以看到、用到。而虛擬實驗證正是有這一特點,它可以通過計算機目錄檢索,學生所需要的相關數據、文件、電子圖書,甚至是以前操作的實驗都能找到。學生通過共享資源,節省了時間,提高了學習效率。②交流信息。資源可以在計算機上共享,同樣的,在虛擬的實驗環境中,學生可以盡情的交流,交換意見。③學生自由操作。虛擬實驗是由計算機操作完成,學生通過操作計算機完成實驗成果。所以學生擁有操作的權利,可以對虛擬儀器的使用進行操作。還可以隨時上傳相關數據,保存數據等等。④軟件升級。隨著社會發展迅速,信息步伐加快。虛擬實驗也需要更新換代,軟件需要升級。各種環境都需要被改變。我們也要跟上時代的腳步,隨時準備虛擬實驗進行擴充。⑤設備先進。虛擬現實技術是新興的一種技術,所以在設備上都是采用最先進的。當然,虛擬實驗的儀器也是最好的。
4虛擬現實技術在分子生物學實驗教學中存在的問題
經過多次總結,虛擬現實技術在分子生物學實驗教學中有以下幾個問題。
4.1兩者發展不健全
在分子生物學的實驗教學中,分子生物學實驗教學內容一直都很盲目注重實驗的結果,對于實驗的設計方面設想的偏少。教學中更注重實驗,而忽略了學生的綜合能力的培養。學生沒有設計過程,就不會了解整個實驗的設計思路,及時得到了實驗結論,也只是匆匆記住結果而已。老師的這種教學模式,嚴重阻礙了學生的能力發展。學生并沒有從教學中學到任何技能。學生應該全面掌握實驗教學過程,從設計實驗、進行實驗、分析探究實驗,最后得出結論。這樣才能與現代信息技術進行銜接。而虛擬現實技術也是目前新興的仿真技術,還需要不斷的完善。對于生物實驗教學這一模塊沒有進行標準化,使用起來會很困難。在使用計算機操作虛擬現實技術上,老師和學生應提高使用計算機的能力。
4.2虛擬現實技術在分子生物學實驗教學軟件設計和上機操作問題
在設計軟件時,設計者要和相關實驗人員進行溝通,使設計出來的軟件能夠方便使用。讓老師能夠教會學生應用軟件,同時能夠讓學生操作實驗并得出相應的實驗結論。老師與學生共同學習,不僅有生物實驗,還有計算機軟件操作的問題。
4.3現實與虛擬的空間問題
使用了虛擬現實技術,學生就進入到了另一個世界,在其中體驗生物實驗教學。兩者的感受是截然不同的,學生不能沉浸在虛擬的世界中而忘記了教學的重點[5]。
5虛擬現實技術在分子生物學實驗教學中應用的對策
5.1加強對計算機軟件的學習
首先,學生要進行計算機培訓,以保證學生都能夠達到操作計算機的能力。其次,統一由軟件人員進行虛擬現實技術開發的生物實驗的軟件的培訓課程。教會學生操作軟件,并能靈活掌握。以便學生能順利操作實驗,并得出正確結論。
5.2完善分子生物教學實驗的教學
進行生物實驗教學是學生教育中必行之路,而且教學目標中明確提出要求學生自主完成實驗的設計與操作。有助于培養學生的綜合能力,提高學生的專業知識水平。
5.3加強兩者合作交流
軟件設計者與生物實驗人員要多溝通,使兩者的結合得到更好地發展。同時也促進虛擬現實技術的應用在教育中有更好的發展前景。
5.4課前對學生進行教學指導
要讓學生充分了解軟件操作的目的是為了更好地、更加逼真地進行實驗操作,分清現實與虛擬。學生在軟件操作中學習知識,理解知識,充分了解實驗的設計過程與操作過程及最后得出的結論。提高了分子生物學實驗教學質量。
6結語
虛擬現實技術作為一種新興的仿真技術,它為人類的生活帶來了便捷,解決了人類對危險環境的及時應對問題。虛擬現實技術已經深入教學作為一種模式值得被重視。它解決了學校教育中教學過程的不完善,硬件設施的缺乏,教學環境等問題。從更開闊的視野以及多重的角度參透教育的特點,并對其開展一系列問題的分析研究。學生可以在過程當中進行深入探索和自主學習,為學生學習知識增加了樂趣,提高了學習的積極性。同時對計算機的操作,也提高了學生的綜合能力,獨立思考能力以及主觀能動性。使學生更加積極向上,提高教學的質量和效果。不過,虛擬現實技術的發展尚處于起步階段,還存在很多問題沒有得到解決,還需要進一步研究[6]。
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篇2
文章指出研究生分子生物學實驗中存在的問題,提出從注重各個實驗內容之間的銜接與關聯、根據學生實驗技能設置相關實驗內容、充分利用網絡教學資源等幾個方面的教學改革措施,以期增強學生的學習信心和興趣,提高學習效率。
關鍵詞:
研究生;分子生物學;實驗技能;教學改革
分子生物學是研究核酸、蛋白質等生物大分子的結構與功能,并從分子水平上闡述蛋白質與核酸、蛋白質與蛋白質之間相互作用的關系及其基因表達調控機制的一門學科[1]。該學科前沿性強、發展迅速、對生命科學領域各分支學科具有廣泛和深入影響,是學習和學好專業課程的必要前提。針對生命科學專業學生而言,分子生物學是一門重要的(專業)基礎課程,是普通生物學、生物化學、有機化學等課程的后續課程,同時為基因工程、微生物工程、細胞工程等課程的后續實踐環節奠定了理論基礎[2]。分子生物學作為新疆農業大學農學院農學、生物技術、種子科學與工程等本科專業普遍開設的重要專業基礎課程,在學生由基礎課轉向專業課的學習中占有重要的地位。同時對分子生物學基本原理和基本實驗技術的掌握是本校生物學、作物學、草學、林學、食品科學與工程等學科研究生站在新的高度和視野揭示生命奧妙的共同需求。雖然本校生命科學類和食品科學與工程等學科研究生都在上這門課程,但是由于研究生是來自于全國各地的各個大學,每個大學對相關專業所設置的專業課程也不一樣,加上一些轉專業的學生,所以加大了我們開設分子生物學實驗課的難度。
一、研究生開展分子生物學實驗存在的問題
(一)資金投入有限和實驗耗資較大相互矛盾由于分子生物學是20世紀中期才興起的一門新興學科,研究對象主要是圍繞著核酸和蛋白質這兩大分子,因此實驗室開展相關的實驗對儀器和實驗條件都要求很高,相應實驗的試劑和耗材也比較貴,尤其是實驗耗材不能重復利用,這大大增加了實驗成本[3]。研究生分子生物學實驗課要體現出與本科教學的區別和高層次的特點,但經費的限制確實使實驗可選擇的余地不多,而且分子生物學技術每年都在持續發展,新的技術和研究手段層出不窮,使研究水平不斷向廣度和深度發展,但耗材和試劑也在成倍上漲,要使實驗項目與學科發展相適應,就要不斷增加的實驗經費預算,這筆增加的預算如何合理的解決,是影響分子生物學實驗教學改革的矛盾之一[4]。
(二)實驗內容設置和專業及學科特點相矛盾分子生物學是橫跨我校生物學、作物學、草學、林學、食品科學與工程等學科研究生的一門專業課程。因此開設分子生物學實驗課程,必須與這些相關學科緊密滲透,只有因材施教地開展實驗教學,才能更好地理論聯系實際。雖然分子生物學設計的實驗內容很多,但是目前以我校的實驗條件和經費條件,對分子生物學實驗操作環節,主要是圍繞以現代生物技術的核心“基因工程技術”為主要內容開展實驗課對理論知識驗證,主要以大腸桿菌為研究對象進行、基因的克隆和轉化,載體構建,基因的表達和檢測實驗,中間貫穿講解以中心法則為理論主線的各個理論知識點[5]。這些基本實驗內容是我校生物學、作物學、草學、林學、動醫和動科等學科本科生生物技術引論與實踐課程的教學內容,對研究生的實驗教學而言,顯然開展所有的實驗內容無論是時間還是實驗經費上都是不可能完成的。新疆農業大學的研究生主流群體是我校本科生,由于他們本科階段已經做過相關實驗了,所以再開展相關的實驗內容,恐難激發他們的興趣。而對于校外考入農大的研究生來說,他們可能對分子生物學這些基本的實驗內容是完全陌生的,因此需要針對不同學科背景的研究生設置不同的實驗內容[6]。
二、分子生物學實驗教學的改革
為了克服上述實驗教學環節中存在的問題,我們應加深對分子生物學實驗改革措施的探索,努力營造有利于學生創新能力的培養的實驗環境,作者認為應該從以下幾方面進行著手,以此加快創新人才培養的步伐。
(一)注重各個實驗內容之間的銜接與關聯由于研究生實驗學時的限制,要開展一個完整的分子生物學實驗具有一定的難度,結合實際情況,我們建立分子生物學實驗體系時,盡量做到充分利用教學學時,集中在一起利用,開展一個具有關聯度和銜接性的實驗,而不是一個個獨立的實驗內容,這樣有利于學生系統科學思維的培養。比如我們制定的兩個實驗方案,一個是基因表達,模擬植物干旱脅迫下基因的表達情況,這中間涉及到植物總RNA的提取,反轉錄,RT-PCR,內參基因的調平,目的基因的表達,這部分實驗內容對應我們理論教學中真核生物基因表達的理論知識,這樣通過實際應用加深對理論知識的理解,同時又能做到學習致用,讓學生覺得所學的分子生物學知識是有用的,而不是一些晦澀難懂的語言;另一個是圍繞基因亞克隆,涉及的實驗內容包括、植物DNA的提取、以DNA為模板進行PCR擴增目的基因、回收目的片段、連接T載體、轉化感受態細胞、提取質粒酶切鑒定。這兩個實驗每個內容之間都是彼此承接和關聯的,這就要求學生在做實驗時每個實驗都要認真完成,否則會影響下一個實驗的進行,這樣有助于培養學生做事的認真性和耐心,培養日后科研的系統性和邏輯性。
(二)根據學生實驗技能設置相關實驗內容把握專業特點,根據我校生物學、作物學、草學、林學、食品科學與工程等學科專業特點,在開展實驗時,我們既注重分子生物學常規實驗內容的選取,又要結合農大研究生的學科背景和自身教育背景選擇更能體現和反應專業特點的實驗內容。學生根據自己實驗技能,在兩個實驗中進行選擇,例如,我校本科生考入研究生們考慮選擇開展實驗主要是圍繞基因表達進行,這樣避免了和本科階段的基因克隆實驗重復,而校外學生考入農大研究生同時又沒有一點專業相關知識的學生,選擇進行基因克隆為主線的相關實驗。學生對這些分子生物學實驗最常用實驗技術的掌握,使其具備未來科研工作需求所必須具備的基本素養。
(三)充分利用網絡教學資源受制于實驗儀器和相關試劑耗材等實驗條件和上課人數多因素的影響,因此無法滿足每個學生都能操作實驗的要求,這樣就達不到預期的實驗效果。為此,我們建立了分子生物學網絡課程中心,這其中包含教學課件,每個實驗的教學視頻,這樣即使上課期間沒能操作實驗觀看進行學習,形象直觀地掌握該實驗的操作過程,避免浪費時間,達到在有限的時間內完成實驗任務的要求,增強他們科研的成就感,更有效地開展科研工作。
三、結束語
分子生物學實驗課是我校生命科學領域一門十分重要的實驗課程,如何在學時減少和學生基礎參差不齊的情況下,完成教學任務,對我們老師來說是一個考驗,希望我們提出的實驗教學改革對我校生命科學相關專業分子生物學的實驗教學產生積極而深遠的影響。
參考文獻
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篇3
關鍵詞:分子生物學基因重組醫學基因工程
1.引言
國內外研究情況與歷史背景
1953年沃森和克里克關于 DNA 分子空間結構及其作為遺傳信息載體的著作的發表標志著分子生物學的誕生。分子生物學的誕生是生物學的一個重要發展,標志著生物科學對許多重大問題已開始由現象描述轉入到基本規律的闡明。雖然分子生物學的興起還不到 60 年,但是在分子生物學基礎研究領域內取得的成果卻很顯著。分子生物學與醫學、農業、生物工程等的關系十分密切。分子生物學的研究成果使不同生物體之間的基因轉移成為可能,在農業上開辟了育種的新途徑,在醫學上有可能治療某些遺傳性疾病,在工業上形成了以基因工程為基礎的新興工業,從而有可能生產許多用常規技術從天然來源無法得到或無法大量得到的生物制品。
2.分子生物學的應用列舉
2.1分子生物學在醫學上的應用
(一)癌癥的研究即將出現重大的突破
癌基因的發現是近年來分子生物學研究的重大成果。過去在癌病因學上眾說不一的局面正在改善。由各種內外因素導致癌基因激活或異常表達很可能就是癌癥發生的根本原因。癌基因本來是正常的基因成分之一,它的生理功能是什么?它是如何被調控的?異常表達和激活的機理是什么?癌基因產物和生長因子的關系是怎樣的?是否存在著反癌基因和生長的負調節因子?等等。這些問題都是當前研究的熱點,正在取得日新月異的進展,與此有關的是艾滋病(AIDS)的研究受到世界范圍的密切關注如果分子生物學研究成果和社會性的預防措施能夠很好地結合起來,這個疾病的流行將會較快得到制止。
(二)遺傳病
隨著醫學分子生物學研究的日益深入,有關遺傳病的一些概念正在發生變化。首先,這類疾病不再像過去認為的那么罕見。至今發現按照孟德爾方式遺傳的遺傳病已達3000余種。如果估計到疾病易感性和基因變異的關系,則遺傳病范圍會更加擴大,例如易患心臟病、肺氣腫、高膽固醇血癥、糖尿病、變態反應和胃潰瘍病等等的基因正在得到分離,甚至癌癥,有的學者認為也可歸屬于遺傳病的范疇,其根本原因在于DNA的損傷。其次,基因探針技術正在逐步擴大產前診斷和遺傳病診斷的范圍。在治療上,過去一切對遺傳病的療法都只能是對癥的,從理論上講,只有基因療法才是治療遺傳病的唯一根治方法。
(三)藥物和疫苗
隨著基因工程的蓬勃興起而首先受益的產業領域就是制藥工業。現在已經有些多肽或蛋白質藥物,如人胰島素、生長激素、干擾素等能夠通過“工程菌”大量生產,更多的藥物則正在開發之中。疫苗的研制正在極大地促進預防醫學的發展.例如,白細胞介素 2和β干擾素是兩種具有抗癌作用的蛋白質,在其多肽鏈中各有三個半胱氨酸殘基,但只形成一對二硫鍵,由于分子中含有多余的一個半胱氨酸殘基,所以二個分子容易締結合成二聚體而失活,用定點突變法改變半胱氨酸的密碼子為絲氨酸密碼子,就可防止二聚體的形成,從而在不損害活性的情況下大大延長這兩個蛋白質的半衰期,提高了療效。
2.2 分子生物學在農業上的應用
分子生物學用于農業, 已經對農作物的品種改良起了以前不可能 想象的重要影響。農作物以及家畜品種的改良,現在可以用定向引人有關基因的方法進行,這就從根本上改變了過去盲目大量誘變然后再 從中進行篩選的傳統作法。 在農作物中,已經成功地對馬鈴薯進行了改造,不但使其獲得了抗病毒基因,也得到了高蛋白質含量的馬鈴薯新品種。把一個蛋白水解酶抑制劑基因引人煙草之后,使得以煙葉為食的害蟲不能消化其中的蛋白質,因而不能繁殖。這樣,這一品種就獲得了抗蟲害的能力。 雖然植物基因工程的應用 還不是很久,但為農作物的大量增產和品種改造,例如固氮基因的轉移等,提供了無法估量的發展前景。
2.3分子生物學在工業上的應用
如今已經產生了一種新興的工業, 即以基因工程為基礎的生產生物制品的工業。 它的基礎是從一種生物體分離編碼某個蛋白質的基因,即DN斷,把這個基因人工重組到可以用發酵法大量生產的如大腸桿菌或酵母的基因中去,使其在大腸桿菌或酵母的細胞中得到表達,并達到大量生產的目的[2]。 新近發展起來的蛋白工程則是分離出某個蛋白質的基因之后,再加以改造,根據三聯密碼,把這個DNA序列中編碼某一個氨基酸的密碼子,改變成為編碼另一個氨基酸的密碼子;或者用合成 DNA 的方法 直接合成基因。 從以上兩種方法都可以得到在天然界原來并不存在的 DNA,再用和上面所說的類似的方法,引人大腸桿菌或酵母的基因中進行表達,以達到大量生產的目的,得到具有新的特性的蛋白質。
篇4
[文獻標識碼]A
[文章編號]1006-1959(2009)07-0280-02
腎細胞癌(renalcellcarcinoma,RCC)是泌尿系統常見的惡性腫瘤之一,長期危害著人類健康。近十年來,對腎細胞癌的分子生物學研究取得了長足的進展,使我們對腎細胞癌有了更深刻的認識。本文就腎細胞癌各種病理分型的分子生物學研究進展進行綜述。
1腎細胞癌發生的分子生物機制
腎癌的發生發展是多階段、多步驟的過程,包括癌基因激活和抑癌基因(tumorsuppressorgene,TSG)失活在內的一系列遺傳學改變。抑癌基因的缺失或失活是腫瘤發生發展過程中重要的分子事件之一。腫瘤常在抑癌基因位點出現染色體基因缺失,表現為等位基因雜合性缺失(lossofheterozygosity,LOH),通過檢測分析腫瘤LOH及其規律,可在染色體一定范圍內發現腫瘤的抑癌基因及易感基因。為了能較全面的了解導致腎細胞癌發生發展的關鍵分子事件,不同學者對腎細胞癌全基因組進行了不同的研究,發現腎細胞癌發生高頻率LOH主要見于以下幾個染色體:3p、5q、8p、9p、10q、14q、17和18q染色體。
1.13號染色體:3號染色體短臂的部分缺失是腎癌基因改變中的高發事件。其中定位于3p25-26的VHL抑癌基因被認為是這些基因改變的首要目標。在以前的研究中,VHL在腎透明細胞癌(cc-RCC)中的失活機制主要為等位基因缺失和突變,DNA超甲基化很少見。劉寧等利用PCR限制性片段長度多態性法對3號染色體上的VHL基因的兩個單核苷酸多態性位點進行檢測來分析VHL基因的雜合性缺失失情況,發現,42%(8/19)發生VHL基因LOH,并未發現VHL基因失活與腫瘤的分期、分級存在聯系。
有雜合性缺失研究顯示,有可能在染色體3p上存在另外的RCC相關抑癌基因。定位于染色體3p14.2上包含最常見的FRA3B脆性位點的FHIT基因作為候選抑癌基因日益受到關注。Velickovic等通過選擇性的檢測FHIT區域的LOH發生情況認為這個基因在ccRCC的發展過程中起到很重要的作用。并且發現在cc-RCC中染色體3p的LOH發生率達76%。Farkas等對88例腎細胞癌病例進行LOH研究,選取了3p14.2-p25范圍內16個位點采用PCR技術進行LOH分析,結果顯示VHL基因和FHIT基因區域,透明細胞癌的LOH發生率高達96%,而狀細胞癌和嫌色細胞癌僅為10%和18%,并且LOH的發生率與腫瘤大小、分期、分級無關。從而認為VHL和FHIT的等位基因缺失是腫瘤發生的早期事件。
1.25號染色體:1986年APC基因首次在一位患有息肉病及多種其它先天性畸形患者的5號染色體長臂片段先天性中間缺失中得到證實,確切的基因位點隨后由定位克隆確定。Pecina-SlausN等利用相對外顯子11和15的特殊寡核苷酸引物對36例腎細胞癌病例進行限制性片段長度多態性的檢測,了解與APC基因相關的LOH情況,并同時檢測APC蛋白的表達情況。研究發現36例樣本中有33例為信息性病例,其中有17例出現LOH,并且LOH的發生與年齡以及腫瘤的TNM分期呈正相關。但并不是所有出現LOH的病例都有APC蛋白的表達。從而認為APC基因與腫瘤的進展有著密切關系,可能不是腫瘤發生的早期事件。
1.38號、9號染色體:Presti等學者對72例腎透明細胞癌進行LOH測定,并將LOH作為臨床預后指標的評估,他們選取了3p,8p,9p,14q四個不同的染色體,在每個染色體上選取兩對引物,結果顯示8p、9p的LOH發生率與腫瘤復發率正相關。由此推測8p、9p的LOH可作為判斷局部進展型腎癌預后的一個指標。
近年來許多學者在多種腫瘤,如肺癌、食管癌、黑色素、胃癌、成神經細胞瘤等研究中均發現,9號染色體常出現較高頻率的LOH,所以推測9號染色體上存在不止一個與這些腫瘤的發生相關的抑癌基因。Fukunaqa等利用熒光多重PCR技術比較提取自腫瘤組織和對應的外周血液樣本中的DNA,通過對9號染色體上的13個位點進行分析,發現109例腎細胞癌中27例至少有一個位點出現LOH,其中最高發生率出現在PTCH基因所在的9P22區域。而Sanz-casla等對40例單發腎細胞癌病例同時進行p16基因附近染色體9p21區域的LOH和p16基因啟動子超甲基化的檢測,出現LOH的為9例,超甲基化的為8例但是兩者之間沒有必然聯系由此推測p16基因的失活和其他未知的抑癌基因共同參與腎細胞癌的發病機制。Grady則通過對60例腎細胞癌病例進行9號染色體上的16個微衛星位點的LOH分析,60例樣本中至少一個位點出現LOH的為44例,主要缺失區域出現在位于9p21的DS171、D9S1749和DS270上。有46%的病例在9q32-9q33出現LOH,在這一區域的D9S170位點LOH發生率達22%,研究認為除了在9p21附近的p16候選抑癌基因外,在9p21以及9q32-9q33附近很有可能存在其它的抑癌基因。
1.410號染色體:Velickovic等對10號染色體上與PTEN/MMAC1抑癌基因相關的7個微衛星標記物LOH發生率進行分析,其中腎透明細胞癌的LOH發生率為37.5%,狀細胞癌為29.7%,嫌色細胞癌為87.5%,且LOH發生率與腫瘤的分期、分級和生存率有關,并且認為雙等位基因失活的發生多由非點突變畸變導致。
1.514號染色體:Kaku等對染色體14q24-31區域的7個微衛星位點進行研究,發現42例信息性病例中23例(54.8%)出現LOH,并發現LOH發生最普遍的區域位于D14S67附近的2-Mb范圍,且LOH的發生率與腫瘤分期呈正相關。同樣Alimov等利用2個RFLP位點對45例腎細胞癌患者進行研究,發現45例信息性病例中17例(38%)在染色體14q31-q32.2上出現LOH,并且LOH的發生率與腫瘤的分級和低生存率正相關。而Gallou等的實驗則將14q上的普遍缺失區域定位于D14S281到D14S277之間。另外有學者對130例腎透明細胞癌病例采用D14S588、D14S617、GATA136B01三個位點進行LOH分析,數據顯示LOH發生率與腫瘤大小、組織學分級、生長速度以及致死率呈正相關。
以上關于14q染色體的LOH研究均顯示與腫瘤的分級和低生存率呈正相關關系,表明腫瘤的14qLOH很可能與腫瘤的侵襲發展有關。
1.617號染色體:p53基因位于17p13.1上,具有反式激活功能和廣譜抑癌作用,與多種惡性腫瘤的發生、發展及預后有關。因此研究染色體17p上TP53位點的LOH情況對于揭示P53在腫瘤發生過程中發揮的作用意義重大。在29例腎細胞癌中,W.M.L.報道了關于P53的雜合性缺失為48%(14/29),并通過序列測定確認單鏈構象多態性而發現了有11例出現突變。Ogawa等利用p53基因附近的5個多態性探針對48例腎癌進行研究,發現染色體17p的等位基因缺失率為17%(6/36),并且染色體17p的等位基因缺失與腫瘤分期無確切相關性。其他研究者發現在17號染色體上還存在著其它LOH發生區域。Khoo等對BHD基因區域的2個微衛星位點D17S740和D17S2196進行檢測,28例腎細胞癌中10例(36%)出現LOH,其中6例嫌色細胞癌中2例(33%)出現LOH,6例狀細胞癌中出現5例(83%),透明細胞癌12例出現3例(25%)。并推測BHD基因可能在腎臟腫瘤的發生發展中起重要作用。而Simon-kayser等對處于17q11到17q23之間的7個微衛星標記物進行檢測,15例狀腎細胞癌中14例為信息性病例7例出現LOH。發生頻率最高的為與FBXO47候選抑癌基因相關的D17s250位點。
1.718號染色體:Hirata等對126例腎透明細胞癌病例進行研究,通過對染色體18q上的9個微衛星位點實驗,發現24例(19%)發生LOH,LOH最高發生率出現在DCC基因所在的18q21.3區域,并發現LOH的發生率與性別、腫瘤分期、分級、等參數無關。認為DCC和SMAD4可能做為候選抑癌基因與腎透明細胞癌的發生有關。 2腎細胞癌的病理分型與分子生物學機制
1997年國際抗癌聯盟(UICC)和美國癌癥聯合委員會(AJCC)根據已知基因改變以及腫瘤細胞起源,并結合腫瘤細胞形態特點將腎癌分為透明細胞癌(clearcellrenalcellcarcinoma)、狀腎細胞癌(papillaryrenalcellcarcinoma)、嫌色細胞癌(chromophoberenalcellcarcinoma)和集合管癌(carcinomaofthecollectingducts)4種基本形式。約有4%~5%腎癌細胞形態及遺傳學改變不一,細胞成分混雜或有未識別的細胞成分,此類腫瘤歸為未分類腎細胞癌(renalcellcarcinoma,unclassified),有待今后進一步研究。由于在各型腎癌組織中都可見到細胞質中含有嗜酸顆粒或梭形細胞成分,所以在新分類中取消了顆粒細胞癌和肉瘤樣癌。
腎透明細胞癌或稱為傳統的腎細胞癌或非狀腎癌,約占70%~80%,是最常見的病理類型,起源于腎近曲小管。已明確的遺傳學改變是以3p缺失、VHL基因突變、甲基化或缺失為特征,此外尚有不十分明確的改變。綜合國內外文獻報道,常見的染色體缺失區域包括4q、6q、9p、13q、Xq、8p,常見的染色體擴增區域包括5q、9q、17p、17q。Jiang等利用分枝樹模型及時間樹模型對腎癌比較基因組雜交數據進行分析后認為透明細胞癌至少可能分為兩個亞型,一型伴有-6、+17p、+17q,另一型伴有-9p、-13q、-18q。-4q是透明細胞癌發展過程中除-3p外的另一重要早期事件,-8q多出現在轉移灶中,是原發性透明細胞癌的一個晚期事件,9p、13q上可能存在與腎癌進展相關的抑癌基因。
狀腎細胞癌或稱為嗜色腎細胞癌或腎小管狀癌,約占10%一15%,是第二常見的腎惡性腫瘤,可能起源于腎近曲小管。遺傳學上,以Y染色體丟失、7號染色體和17號染色體的三倍體或四倍體異常為特征,此外較典型的分子遺傳學異常尚有C-MET基因活化、+12q、+16q、+20q、-1P、-4q、-6q、-9p、-13q、-xp、-xq、-Y等。Delahunt和Eble在1997年應用免疫組化方法分析91例狀腎細胞癌,根據形態學改變分為2型,1型狀腎細胞癌光學顯微鏡下呈管狀結構,被覆小細胞,含有卵圓形小細胞核,核仁不顯著,胞質少、灰白。2型狀腎細胞癌為狀結構,被覆豐富嗜酸性胞質的大細胞,含有大球形細胞核。分析結果顯示:7號染色體和17號染色體倍體異常多見于狀腎細胞癌1型,而-Xp常提示預后不良。與透明細胞癌相比,狀腎細胞癌的多灶性或雙腎癌更常見。
嫌色細胞腎細胞癌約占5%,起源于腎集合小管暗細胞。遺傳學以多個染色體丟失和單倍體為特征,LOH常發生在1、2、6、10、13、17或21號染色體。
腎集合管癌少見,起源于腎髓質或腎的中央區集合管上皮,遺傳學上的改變無統一形式,以染色體18、21和Y染色體單體丟失以及染色體7、12、17、20的多倍體異常較常見。
篇5
關鍵詞 研究生;分子生物學;實驗教學;教學改革;師范院校
中圖分類號 G40-056 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739(2012)22-0336-01
分子生物學是從分子水平研究生物大分子的結構與功能從而闡明生命現象本質的一門科學[1]。自20世紀50年代以來,分子生物學已發展成為當前生命科學發展的主流,是目前最具潛力、最迅速的生命學科之一,成為研究生物學及相關科學的一個有力工具[2-3]。加強分子生物學實驗教學,不僅有利于培養學生掌握分子生物學的理論基礎知識和實驗操作技能,而且有利于培養學生形成正確的科學研究素養和創造思維精神,讓學生更好地進入科學研究領域[4]。
1 面臨的問題
師范院校研究生的分子生物學基礎較為薄弱,學生大部分來源于省市級師范院校,“985”和“211”高校生源較少。師范類院校本科教育以培養中學教師為目的,更注重培養學生的理論知識,對學生的實驗動手能力、創造性思維能力、科研素養等重視不夠。同時,所讀本科師范院校為省市級院校,學校師資、實驗條件、資金等條件一般,較難進行系統規范的分子生物學實驗教學。
當前師范院校碩士研究生培養時間為3年,學生進校第1年要進行文化課程學習,第3年要提前寫畢業論文,做科研的時間相對較短。分子生物學是一門實踐操作性很強的課程,大部分研究生的課題研究都需要用到。如何在較短的時間里提高學生的分子生物學理論知識水平,培養學生扎實的實驗操作能力,增強分子生物學的科研素養,讓學生更好地進入科學研究領域是分子生物學實驗教學面臨的最主要問題。
2 改革的主要內容
2.1 師資隊伍
師資隊伍是分子生物學實驗教學首要環節。教師必須具備較強的科研素養,具有較長的分子生物學研究經歷及不斷獲取國際先進技術和經驗的能力。由于分子生物學的特殊性,教師最好具有在國外較有影響的分子生物學實驗室學習工作的經歷;同時,要承擔有國家、省部級的科研課題。做為師范院校的學生,實驗操作能力的提高是目前最為迫切的任務。分子生物學實驗是非常細致的操作,因此具有較好的操作技能、未離開科研實驗工作第一線的老師的實驗演示對學生實驗技能的掌握具有重要作用。同時,興趣是最好的老師,教師對科研工作特別是對分子生物學的精到理解,對學生科研興趣的培養尤為重要。具有較高造詣的分子生物學專任教師任教,有利于培養學生形成正確的科研精神和創新思維。要加大師資隊伍建設,要讓優秀的分子生物學專業且仍在科研實驗工作第一線的教師投入到分子生物學實驗教學的工作中。
2.2 實驗平臺
實驗平臺是分子生物學實驗教學的重要保障。分子生物學實驗要用到較多大型的實驗儀器,如PCR儀、分光光度計、冷凍高速離心機、凝膠成像系統等,需要投入大量的資金購買必備的實驗儀器。另外,分子生物學實驗對實驗場地的要求較高,為保證教學效果,每位學生基本要做到每人獨立實驗。因此,在加強實驗平臺的建設上,要加大資金投入,建立獨立專門的研究生分子生物學實驗室;要讓實驗儀器公開化、常態化,提高實驗儀器的使用率;要讓每一個學生都有足夠的機會操作實驗儀器,讓每個學生都能熟練掌握常用的分子生物學實驗儀器。
2.3 教材教學
教材教學是分子生物學實驗教學的核心內容。師范院校研究生的生源不一,分子生物學基礎差異較大,學生在研究生期間開展的課題對分子生物學掌握程度的要求又一樣。因此,教材教學顯得尤為重要。
2.3.1 科學研究與實驗教學相結合。打破傳統的固定化的教學模式,更新陳舊的教學內容,把科研素質培養放在實驗教學的第一位。教師要把科學研究的思維灌注于整個分子生物學實驗教學過程中,適時將任課老師的科研項目引入到實驗課程中來。研究生進入學校后,都會較早地了解自己在研究生階段即將開展的課題的大致方向,因此要把實驗教學與科研項目和研究生各自的課題聯系起來。教師要以科學研究的指導思想來引領和統籌開展實驗教學。
2.3.2 教材講授與專題講座相結合。在教學內容上,教材講授與新進展專題講座相結合,注重科學研究的新發展,要適時邀請相關領域較有造詣的教授就某些專題進行報告。分子生物學是一門發展中的學科,注重科學研究的前沿講授,讓學生及時了解分子生物學的最新發展尤為重要。專題講座有利于拓寬學生的科研視野,提高學生的科研思維能力,增強學生的科研素養,培養學生的科研興趣,讓學生及早由本科生的教材學習向研究生的科學研究過渡。
2.3.3 基礎實驗與研究實驗相結合。基礎實驗包括質粒DNA的提取、瓊脂糖凝膠電泳、酶切鑒定、PCR技術、DNA的純化、載體的構建、感受態細胞的制備、細胞轉化、重組子鑒定、RNA提取等常規分子生物學實驗。同時,讓學生根據自己的課題科研需要,自主查閱資料設計實驗,利用基礎實驗的常規技術進行研究實驗。在實驗過程中,任課老師可以定期組織學生匯報,也可附以郵件等方式及時解決實驗問題。研究實驗以上交畢業論文的形式進行考核,學生均要按照課題研究背景、研究目標、研究意義、實驗方法、實驗結果、分析討論進行撰寫論文,同時以小型答辯的形式讓學生進行匯報,讓學生參與討論相互學習。基礎實驗培養學生的基本操作能力,研究實驗提高學生運用分子生物學技術進行科學研究的能力和學生的科研創造力。
3 結語
分子生物學是研究生課程教學中一門重要而又相對難學的課程。隨著分子生物學在生命科學領域的應用不斷深入,分子生物學實驗技能的熟練掌握、運用分子生物學技術的能力對學生科學研究越來越重要。只有通過分子生物學實驗教學的不斷改革,才能迅速提高學生的分子生物學實驗操作能力、有效增強學生的科研素質,為研究生科學研究工作的迅速開展奠定基礎。
4 參考文獻
[1] 鄭用璉.基礎分子生物學[M].北京:高等教育出版社,2007.
[2] 陳啟龍,楊和建.分子生物學實驗教學的探討[J].黃山學院學報,2009,11(3):136-138.
篇6
關鍵詞:分子生理學;實驗室;安全管理
作者簡介:梁宏偉(1976-),男,蒙古族,內蒙古赤峰人,三峽大學生物技術研究中心,講師;王玉兵(1977-),男,湖北恩施人,三峽大學生物技術研究中心,講師。(湖北宜昌443002)
基金項目:本文系“地方綜合性高校生物類專業實用創新人才培養模式的構建與實踐”項目(項目編號:2009192)資助的研究成果。
中圖分類號:G482 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2012)07-0092-02
隨著生命科學的迅速發展,越來越多的科研機構和高校設立分子生物學實驗室及進行這方面的研究工作,它已經成為生物、醫學等領域的重要實驗基地。分子生物學是一門非常強調實驗技術和技能的學科,以大量的實驗為基礎,涉及的貴重儀器設備和有毒有害生化試劑種類繁多。目前,大部分分子生物學實驗室都缺乏專職的技術人員進行管理、維護,分子生物學實驗室安全問題已經迫切地擺在人們面前。加強分子生物學實驗的安全管理以及充分發揮研究生在其中的作用對整個實驗室的可持續發展、科研工作的順利開展都是十分必要和重要的。
一、實驗室安全管理的必要性
分子生物學實驗室作為高校生命科學人才培養和現代生物技術產業化的孵化器,其安全正常運轉與否直接關系到教師、學生的生命安全和學校的公共財產安全。加強實驗室安全管理與教育培訓是分子生物學學科健康發展的重要保證之一。近年來,隨著我國高校辦學規模的擴大及生命科學研究的蓬勃發展,分子生物學實驗室對外開放力度的加大,實驗室的使用、人員流動和內部管理都產生了許多新情況,這些都要求我們認真分析實驗室安全管理的新形勢,預防安全事故的發生。國外一些著名高校和研究機構在多年前就制定了嚴格規范的生物安全制度和相應的管理機構。世界衛生組織早在1983年第一版《實驗室生物安全手冊》,對實驗室生物安全、儀器設備安全使用及生化試劑、水電安全進行詳細闡述,隨后在新版本中不斷進行補充和完善更新。為加強我國實驗室的生物安全管理,國家質量監督檢驗檢疫總局和國家標準化管理委員會在2009年7月1日開始實施新版《實驗室生物安全通用要求》(GB19489-2008),該標準對實驗室生物安全設施、設備等硬件和安全管理體系、組織、文件等軟件管理做出通用性強制性國家標準。這一法規性文件的實施對實驗室生物安全的認可和生物安全管理工作的開展將發揮重要的指導和規范作用。
盡管高校實驗室安全管理一直是人們關注的熱點,隨著一系列政策法規的出臺,人們的環保和安全意識也在不斷增強,但仍有很多問題存在。如有些師生實驗室安全意識薄弱、規章制度未能獲得有效執行、實驗垃圾和生活垃圾混放、將食物帶進實驗室等。再者實驗室生物安全管理基礎建設投入不足,很多高校尚未對分子生物學實驗中產生的廢棄物進行無害化處理,甚至對于產生的廢棄物不知該如何處理而丟入普通垃圾桶或傾倒入下水道。就此我們提出了一些關于分子生物學實驗室的安全管理措施來和大家共同探討,使其能夠安全、高效地為生命科學的教學和科研工作提供服務。
二、分子生物實驗室存在的安全問題及對策
1.有毒有害生化試劑的使用及廢棄處理
分子生物學實驗室所用到的生化試劑大多具有揮發性、強毒性、腐蝕性、致癌性等,如氯仿(CHCl3)、十二烷基硫酸鈉(SDS)、溴化乙錠(EB)、丙烯酰胺、NN-亞甲雙丙烯酰胺、焦碳酸二乙酯(DEPC)、IPTG、Trizol、二甲基亞砜(DMSO)、二硫蘇糖醇(DTT)、四甲基乙二胺(TEMED)、苯甲基磺酰氟(PMSF)、過硫酸銨等。這類物品不僅對實驗操作人員毒性大、危險性高,而且對環境的危害和影響也極大。在取用這類生化試劑時應佩戴合適的手套、口罩、護目鏡等個人防護裝備,在化學通風櫥內完成相關操作,防止試劑溢灑并接觸皮膚,防止揮發性、粉末試劑吸入呼吸道及對眼睛黏膜造成毒害。對用完和廢棄的有毒有害試劑要及時進行無害化或凈化處理,然后使用專用容器盛放并做醒目標識,防止對他人造成毒害和環境污染。如溴化乙錠(EB)是強誘變劑,具有高致癌性,實驗結束后應對含EB的溶液進行凈化處理再行棄置。對于EB含量大于0.5mg/ml的溶液,先用水稀釋至濃度低于0.5mg/ml,加入一倍體積的0.5mol/L KMnO4,小心混勻后再加入等量的2.5mol/L HCl,混勻后置室溫數小時,再加入一倍體積的2.5mol/L NaOH,小心混勻后可丟棄。[1]DMSO存在嚴重的毒性,使用時要避免其揮發,皮膚沾上之后要用大量的水洗以及1%~5%稀氨水洗滌。丙烯酰胺和NN-亞甲雙丙烯酰胺具神經毒性,操作時戴手套在通風櫥內進行,聚合后的聚丙烯酰胺凝膠沒有毒性,可隨普通垃圾一起扔掉。
2.生物安全及其防護
在實驗室安全管理中人們通常只關注到有毒有害生化藥品、防火及水電安全,往往忽視生物安全的管理。這是因為人們普遍認為實驗室不太可能發生感染,即使感染也沒有很嚴重的后果。雖然從事高致病性病原微生物研究的實驗室不多,但實驗室感染是客觀存在的現象。尤其是從事致病性或高致病性病原微生物的實驗室和研究人員,本身就存在很大的風險。如2004年4月中國疾病預防控制中心病毒所實驗室由SARS冠狀病毒引起實驗人員的感染;近期報道的2010年東北農業大學28名師生因活體動物實驗而被布魯氏桿菌感染等。從事致病性或高致病性病原微生物研究的實驗人員應經專項培訓,建立健康監測制度,配備適當水平的個人防護裝備;對此類實驗室建立相應的生物安全防護等級,配備相應級別的生物安全柜等專用設備,并按照正確的程序和方法進行操作。普通分子生物學實驗室中常用的菌株往往具有抗生素抗性,在藥物存在的情況下也能正常生長。在微生物相關試驗中首先要做好個人的安全防護,實驗結束后要及時對菌體進行滅活處理,防止對人身造成感染及環境污染。試驗中用到的動植物材料也可能攜帶致病源,在實驗完成后要及時進行妥善處理,否則可能會造成病菌和疾病的傳播。對于轉基因動植物材料應嚴格控制其栽培或養殖環境,防止基因飄移擴散對生態環境造成潛在危害。
3.儀器設備的安全使用及水火電的安全
在分子生物學實驗室常用到高速離心機、高溫高壓滅菌容器、紫外光源、烘箱、微波爐、超聲波處理器等儀器設備。首先要保證不同規格型號儀器的用電安全性、線路荷載承受能力;其次要經常檢查各種儀器的自動控制裝置是否運轉正常。如對高速離心機的使用一定要確保轉子上離心管的配平,否則會導致設備損壞甚至轉子飛出傷人;對高溫高壓滅菌容器應定期檢查其壓力和溫度控制、定時裝置是否正常,對非全自動壓力滅菌容器在運轉時應全程看護;對烘箱除確認自動控溫裝置是否可靠,同時還需要人工檢測溫度,以免溫度過高,在使用時嚴禁把易燃易爆溶劑及物品送入烘箱或微波爐中。紫外光或紫外線可損傷眼視網膜,皮膚過度暴露在紫外線下導致損傷及誘發皮膚癌,切勿用裸眼觀察和使用沒有防護裝置的紫外光源,在紫外光下操作時要戴合適的防護性手套。對經常接觸有毒有害生化試劑的儀器設備(如凝膠電泳系統)應劃定專用操作區,同時還要防止在操作觀察中與其他設備的交叉污染。
分子生物學實驗室在設立之初應進行嚴格的規劃設計,遵照國際通用及國家對實驗室安全管理通用要求進行合理的布局安排。尤其應當注意的是,實驗室內嚴禁亂接電線、電源,動力電源和普通照明電源分開使用。要經常檢修、維護線路以及通風、防火設備等;在實驗結束時,要及時切斷電源、火源、水源等。
4.個人防護裝備及求助對象
個人防護裝備(Personal protective equipment,PPE)是指用于防止工作人員受到物理、化學和生物等有害因子傷害的器材和用品。在生物安全實驗室中,這些器材和用品主要是保護實驗人員免于暴露于生物危害物質(氣溶膠、噴濺物以及意外接種等),避免實驗室相關感染。[2]有毒有害試劑及感染性材料在實驗操作過程中難免溢灑,從而可能發生身體接觸,此時個人防護就是保證安全的關鍵所在。需要注意的是,任何物理防護設備的保護功能都有一定限度,都不是絕對的。
需要防護的身體部位主要包括眼睛、頭面部、呼吸道、手、軀體、耳(聽力)等。對于眼睛的防護采用護目鏡,實驗室配備的洗眼裝置應安裝在明顯和易取的地方,并保持洗眼水管的通暢,便于工作人員緊急時使用。對頭面部及呼吸道保護主要是口罩、防毒面罩及帽子,裝有過濾器的防毒面具可以保護佩戴者免受氣體、蒸汽、顆粒和微生物以及氣溶膠損害的影響。[3]對軀體的保護采用實驗服、防護服,對手部的保護需要配備手套等,如取用有毒試劑的一次性手套、高溫高壓滅菌器及焚燒爐上卸載物品的隔熱手套等。對耳的保護主要采用聽力保護器,如對超聲波處理時產生的分頻諧波對聽力的傷害。
此外,實驗室內應配備國際通用的急救箱和急救手冊,在醒目的位置標明就近的急救中心位置及聯系方式。
三、研究生在實驗安全管理中的作用
分子生物學實驗室的安全管理最終要落實到具體的實驗操作人員上,而研究生作為實驗室的重要組成部分,在實驗室安全管理中可以發揮重要的作用。研究生的畢業論文都在實驗室完成,日常的學習和科學研究活動當中要使用實驗室的各種生化試劑和儀器設備,其對實驗室的了解程度和待在實驗室的時間在一定程度上都超過了教師。如果他們缺乏高度的安全防范意識和責任意識,不能正確使用儀器設備與生化藥品,這些儀器設備與藥品的潛在危險性將會被誘發出來,并有可能導致安全事故。因此,實驗室應制訂合理的研究生安全管理體制,充分調動研究生參與安全管理的積極性,從而確保實驗室安全正常運轉。
1.安全組織和培訓
在分子生物學實驗室中應定期舉辦安全知識和生物防護培訓演練,提高師生的安全防范意識。包括對實驗室生物安全通用要求、實驗室生物安全手冊、實驗室安全管理的各項規章制度、各類儀器設備操作手冊的學習、實驗室安全緊急狀況的處理和應急程序的演練,如洗眼裝置的正確使用、緊急逃生能力等,創建實驗室的安全文化。只有師生的安全防護意識得到提高才能更有效地避免實驗室安全事故的發生。要確保每一名進入實驗室學習和開展科研工作的學生受到良好的安全意識培訓。實驗室中還應定期組織實驗技能的培訓、儀器設備的安全正確的操作及有毒有害試劑的取用等方面的培訓。熟練的操作技能和正確的操作方法也是避免安全事故發生的有效手段。
2.建立制度約束、利益基礎的安全管理制度
研究生可以協助導師對實驗室的各種儀器設備、生化試劑及水電暖等設備進行日常管理和隱患排查。針對實驗室的具體情況建立切實可行的研究生安全管理制度,根據不同研究生的研究方向側重點和不同的工作階段,可以指定一名研究生對特定儀器設備等進行具體的管理和維護,這樣將實驗室的各種儀器設備、有毒有害試劑以及水火電的安全管理分別委派到具體的研究生。遵循誰主管誰負責的原則,具體的負責人應熟悉該儀器設備或試劑的操作方法及銷售維修人員的聯系方式,其他研究生在進行相關實驗前都必須找該負責人進行登記和咨詢。此外,還要充分發揮高年級研究生對低年級研究生的“傳幫帶”作用,幫助導師指導、監督師弟師妹的學習和科研工作。
研究生參與到實驗室的安全管理中無疑增加了他們的學業負擔,為使研究生的管理作用得以充分的發揮,激勵措施是不可或缺的手段。院系可以在實驗室設立研究生助管崗位,提供一定的經費作為其勞動報酬,以充分尊重學生的勞動付出。[4]導師也應對參與實驗室安全管理的研究生給予一定的補助,以提高其工作積極性。還應把物質激勵和精神激勵相結合,對工作出色的研究生在評優過程中予以加分,從而充分調動他們的主觀能動性和工作積極性,做好實驗室安全管理工作。
四、結束語
總之,實驗室的安全管理是高校的一項重要工作,對整個高校的安全和穩定至關重要。要針對分子生物學實驗室安全特點和現狀來制訂切實可行的安全管理制度,并嚴謹認真地遵照執行,就一定能做好實驗室的安全管理工作,確保研究生科研工作的順利開展。
參考文獻:
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篇7
小麥是世界上的主要糧食作物之一,在農業生產中占有十分重要的地位。與其它農作物一樣,由于在育種中大量使用一些相同的親本,導致栽培小麥基因大量流失,使其遺傳基礎日益狹窄、遺傳變異率低,對其產量和品質的進一步改良起著極大的限制作用。雖然在小麥的野生近緣物種中有許多改良小麥的優異基因,但將這些基因導入到普通小麥需要特定的一些技術和手段,而且效率較低。現有栽培品種和地方品種,特別是一些特異材料,是小麥的初級基因庫,其中也含有改良小麥產量和品質所需的一些優異基因。從小麥的初級基因庫向栽培小麥中轉移基因不需要特定的技術和手段。因此,對現有小麥材料和小麥地方品種的遺傳多樣性進行深入研究和評價,有助于將其中的優異基因向小麥背景中轉移,增加栽培小麥品種的遺傳多樣性。現代分子標記技術的進一步發展和完善,使得人們能夠從分子水平對大量材料進行深入研究,詳細揭示其遺傳多樣性。本研究利用APAGE、SDS-PAGE、熒光原位雜交技術(FISH)、RFLP、R、STS-PCR等常規和分子標記方法,對多小穗小麥新種質‘10-A’背景中的黑麥染色質及其對農藝性狀的影響、中國特有小麥地方品種中的貯藏蛋白基因多樣性、中國特有小麥地方品種群體間和群體內的遺傳多樣性及其遺傳關系、中國高抗赤霉病小麥地方品種間的遺傳多樣性等幾個方面進行研究,取得的主要研究結果如下:
1.利用APAGE、熒光原位雜交技術(FISH)、PCR和RFLP標記,對導入黑麥多小穗等性狀創制的小麥新種質‘10-A’進行了分子檢測。APAGE分析發現,‘10-A’與其他T1BL.1RS易位系一樣,含有黑麥1RS的醇溶蛋白標記位點Gld1B3。用黑麥1RS的特異性PCR引物對‘10-A’的基因組DNA進行擴增,發現其也具有黑麥的1RS染色體。以黑麥基因組總DNA作探針,用中國春基因組DNA做封阻,與‘10-A’根尖細胞有絲分裂染色體進行熒光原位雜交,結果表明黑麥1R染色體的整個短臂(1RS)易位到‘10-A’中。用25個RFLP標記進行Southern分析,進一步發現10-A的1特異性限制片段發生丟失,代之以黑麥1RS的特異性限制片段,而位于其他染色體上的特異性限制片段未發生缺失。FISH和RFLP標記同時表明,‘10-A’中沒有小麥4A-黑麥4R染色體易位。據此認為,多小穗小麥新種質‘10-A’屬于T1BL.1RS易位系。同時,本研究還對‘10-A’的多小穗改良系進行了分子檢測,發現他們均具有T1BL.1RS易位染色體。
2.對幾種鑒定小麥背景中的T1BL.1RS易位染色體的常規方法和分子標記方法進行比較發現,APAGE方法是一種快速有效的方法,最易于在小麥育種選擇中應用。
3.以來源于多小穗小麥新種質‘10-A’、普通穗型小麥品系88-1643和川育12號組配的三交組合‘10-A’/88-1643//川育12號的重組系為供試材料,選用4個RFLP標記和1個醇溶蛋白標記Gld1B3分析了T1BL.1RS易位染色體對農藝性狀和籽粒蛋白質含量、及其性狀間的簡單相關和偏相關的影響。結果表明,T1BL.1RS易位[文秘站:]染色體對小麥小穗數、每小穗結實粒數、千粒重、穗粒重、株高和籽粒蛋白質含量等幾個性狀具有顯著的影響,而對穗粒數和抽穗期的影響不大。T1BL.1RS易位系的平均小穗數、千粒重、穗粒重、株高和籽粒蛋白質含量分別比非易位系高5.0、4.6、6.4、5.7和6.8,而平均每小穗結實粒數則低6.9。從農藝性狀間的簡單相關和偏相關系數來看,一些性狀間的顯著簡單或偏相關關系僅T1BL.1RS易位系群體中檢測到,而另一些性狀間的顯著簡單或偏相關關系僅在非易位系群體間檢測到。同時,一些性狀間的簡單相關系數在易位系和非易位系群體間的差異性達到顯著或極顯著水平。這些結果表明,T1BL.1RS易位染色體不僅對小麥農藝性狀和籽粒蛋白質含量具有顯著的效應,而且對性狀間簡單相關和偏相關的程度和性質均有一定的影響。
4.利用APAGE和SDS-PAGE技術對四川白麥子地方品種、云南鐵殼麥、半野生小麥和新疆稻麥的醇溶蛋白和高分子谷蛋白亞基進行了分析。結果發現,在89份四川白麥子地方品種中,共出現35種醇溶蛋白帶型和3種高分子谷蛋白亞基組合,其中2份小麥地方品種的醇溶蛋白帶型和87份小麥地方品種的高分子谷蛋白亞基組合與‘中國春’一致。在14份云南鐵殼麥中,出現了8種醇溶蛋白帶型和3種高分子谷蛋白亞基組合。在9份半野生小麥中,出現了9種醇溶蛋白帶型和4種高分子谷蛋白亞基組合。在9份新疆稻麥中,出現9種醇溶蛋白帶型和5種高分子谷蛋白亞基,其中1份材料具有Glu-D1編碼的新亞基2.1 10.1。從醇溶蛋白和高分子谷蛋白亞基表型來看,新疆稻麥和半野生小麥的醇溶蛋白和高分子谷蛋白亞基變異最高,其次為云南鐵殼麥,而四川白麥子小麥地方品種的醇溶蛋白和高分子谷蛋白亞基變異則最低。
5.根據醇溶蛋白APAGE圖譜和高分子谷蛋白亞基SDS-PAGE圖譜,研究了四川白麥子地方品種、云南鐵殼麥、半野生小麥和新疆稻麥的Gli-1、Gli-2和Glu-1位點的等位基因變異頻率。在89份四川白麥子地方品種、14份云南鐵殼麥、9份半野生小麥和9份新疆稻麥的Gli-1位點上,分別發現14、10、14和11個等位基因;在Gli-2位點上,分別發現15、9、13和12個等位基因;而在Glu-D1位點上,則分別出現了5、5、6和8個等位基因。從等位基因出現的頻率來看,新疆稻麥和半野生小麥的等位基因變異頻率遠遠高于云南鐵殼麥和四川白麥子。從不同基因位點來看,Glu-1位點的等位變異又低于Gli-1和Gli-2位點的等位變異。
6.根據Gli-1、Gli-2和Glu-1位點的等位變異頻率計算四種小麥地方品種群體內的Nei’s遺傳變異系數。在四川白麥子、云南鐵殼麥、半野生小麥和新疆稻麥的平均Nei’s遺傳變異系數分別為0.3706、0.3798、0.5543和0.5693,表明半野生小麥和新疆稻麥的種子貯藏蛋白基因的遺傳多樣性高于四川白麥子和云南鐵殼麥。從醇溶蛋白位點和高分子谷蛋白位點的遺傳多樣性來看,這4種小麥地方品種的Gli-1和Gli-2位點的平均遺傳變異系數分別為0.5486、0.6632、0.7161和0.6770,而Glu-1位點的平均遺傳變異系數則分別為0.0148、0.1777、0.2305和0.3540,遠遠低于前者,說明醇溶蛋白位點的遺傳多樣性遠遠高于高分子谷蛋白位點的遺傳多樣性。從染色體組來看,位于B染色體組的Gli-B1、Gli-B2和Glu-B1位點的遺傳變異系數又高于A、D染色體組相應位點的遺傳變異系數,表明B染色體組的遺傳變異高于A、D染色體組。
7.利用Glu-Ax、Glu-Bx、Glu-A3、Glu-B3和Glu-1Dx5的特異性PCR引物,和位于1染色體上的γ-醇溶蛋白和低分子谷蛋白2對R標記,通過PCR的方法研究了8份四川白麥子、14份云南鐵殼麥、9份半野生小麥和9份新疆稻麥貯藏蛋白基因的遺傳多樣性。結果表明,Glu-Ax、Glu-Bx、Glu-A3和Glu-B3等4個位點的遺傳多樣性較低,而γ-醇溶蛋白和低分子谷蛋白2個R位點的遺傳多樣性較高。所有40份供試材料均未擴增出Glu-1Dx5基因的特異DN段,說明這些小麥地方品種不含5亞基的編碼基因。
8.利用14個STS-PCR的28種引物-酶組合和24個R標記對四川白麥子、云南鐵殼麥、半野生小麥和新疆稻等4種中國特有小麥地方品種群體間和群體內的遺傳多樣性進行了研究。在供試的40份材料中,11對STS-PCR引物(78.6)的16種引物-酶組合(57.1)能揭示材料間的遺傳多樣性。在28種STS引物-酶組合中,共獲得121條擴增DN段,其中32.7的片段具有多態性。在24個R位點上,21個位點(87.5 )能夠揭示材料間的多態性。在40份材料中,共檢測到83個R等位變異,平均每個位點為3.46個等位變異。
9.根據STS-PCR和R標記的多態性,計算了材料間的Nei’s遺傳相似系數,并采用UPGMA方法對其進行遺傳聚類。結果發現,STS-PCR和R標記揭示的4種特有小麥地方品種群體內的遺傳相似性均一致地表明四川白麥子和云南鐵殼麥的群體內遺傳相似性較高,而半野生小麥和新疆稻麥群體內的遺傳相似性較低。這說明新疆稻麥和半野生小麥群體內的遺傳多樣性較高,而四川白麥子和云南鐵殼麥群體內的遺傳多樣性較低。同時,STS-PCR和R標記均能將所有40份材料相互區分開。從4種小麥地方品種間的遺傳關系來看,新疆稻麥與其它3種小麥地方品種間遺傳分化較大,單獨聚為1類;而四川白麥子和云南鐵殼麥間的遺傳關系較近,但部分半野生小麥也與云南鐵殼麥間具有較近的遺傳關系。從R標記和STS-PCR標記揭示的群體間和群體內遺傳相似系數的大小來看,與STS-PCR標記相比,R標記在材料間的多態性更高,能夠揭示更多的遺傳差異。
10.在本研究中,從種子貯藏蛋白來看,‘中國春’與‘成都光頭’的醇溶蛋白帶型和高分子谷蛋白亞基組合完全一致。從STS-PCR和R標記揭示的遺傳關系來看,‘中國春’與‘成都光頭’間的遺傳相似性最高。這些結果進一步證實‘中國春’是‘成都光頭’的一個選系。
11.利用R標記對來源于貴州、云南和四川的8份高抗赤霉病小麥地方品種和4份高感赤霉病小麥材料間的遺傳多樣性進行了研究。在小麥21條染色體的25個R位點上,共檢測到74個等位變異,平均2.96個;其中21個位點(84)能夠揭示材料間的多態性。根據R標記揭示的遺傳相似性來看,雖然高抗赤霉病小麥地方品種間以及它們與高感材料‘中國春’間的遺傳相似性較高、遺傳多樣性低,但是它們與高感赤霉病的人工合成雙二倍體‘R’和意大利小麥品種‘阿勃’間具有相當高的遺傳多樣性。這些結果表明,可利用高抗赤霉病的小麥地方品種與高感赤霉病的人工合成雙二倍體‘R’或意大利小麥品種‘阿勃’之間雜交,構建分子標記遺傳分析群體,以標記其中的抗赤霉病基因。
關鍵詞:小麥,黑麥,地方品種,赤霉病,多小穗,農藝性狀,蛋白質,遺傳多樣性,APAGE,SDS-PAGE,FISH,RFLP,STS-PCR,R
TheMolecularBiologyofSomeecialWheatGermplasms
Atract
Wheat(TriticumasetivumL.)isoneofthemostimportantcroinworld.Astheothercrop,thegeneticdiversityofcultivatedwheathasbeengreatlyerodedbythefrequentuseofsameparentalgenotypesforbreedingcultivars.Geneticerosionnotonlylimitsthefurtherimprovementofyieldandqualitybutalsomakeswheatincreasinglyvulnerabletobiologicalandenvironmentalstre.Althoughtherearemanygoodgenesfortheimprovementofwheatintherelatedwildecies,theintroductionofthesegenesfromwildicestocultivatedwheatneedsomeecialcytogeneticmanipulatio.Themoderncultivarsandlandracesaretheprimarygenepoolofcultivatedwheat.Therealsohadmanygoodgenesforwheatimprovementintheprimarygenepool,andnoecialcytogeneticmanipulationwasnecearytotrafergenesfromtheprimarygenepooltocultivatedwheat.Thus,itisanimportantworktoevaluatethegeneticdiversityoftheseresources.Themolecularbiologytechniquesmakeitispoibletoevaluatethegeneticdiversityamongthewheatgermplsmsindetail.Theobjectivesofthisstudyweretodetecttheryechromatininthebackgroundofanewmultiikeletwheatgermplasm10-Aandtheeffectsofthisryechromatinontheperformanceofagronomiccharacters,todescribethegeneticvariatioofseedstorageproteingenesintheChineseendemicwheatlandraces,toevaluatethegeneticdiversityandgeneticrelatiohiamongtheChineseendemicwheatlandraces,andtoinvestigatethegeneticdiversityamongsomeChineselandraceshighlyresistanttoheadscabbyusingAPAGE,SDS-PAGE,FISH,RFLP,STS-PCRandRmarkers.Themainresultsweredescribedasfollowings:
1.UsingAPAGE,FISH,PCRandRFLPmarkers,theryechromatininthebackgroundofanewmultiikeletwheatgermplasm10-Awasdetected.APAGEanalysisindicatedthatthe10-ApoeedthegliadinmarkersGld1B3of1RS.PCRanalysisindicatedthatthe10-Aalsopoeedthe1RSofrye.UsingfluorescencelabeledtotalgenomicDNAofryeasprobesandcommonwheatgenomicDNAofChineseringforblocking,insituhybridizationshowedthatthe1RSofryewastraferredtomultisikeletwheatline10-A.Therestrictionfragmentslocatedontheshortarmofchromosome1Bweremiingandtherestrictionfragmentsof1RSwerepresentwhentheprobes,whichhavebeenidentifiedontheshortarmofthehomologousgroup1,wereusedinRFLPanalysis.FISHandRFLPanalysisindicatedthe10-Adidnotpoethe4A-4Rwheat-ryetralocationchromosome.Theseresultssuggestedthatthemultiikeletwheatline10-AcarriedtheT1BL.1RSwheat-ryetralocationchromosome.Inthisstudy,somerecombinantswithmultiikeletderivedfromatriplecro,10-A/88-1643//Chuanyu12,werealsodetected.AllofthemalsopoetheT1Bl.1RStralocationchromosome.
2.AcomparisonofsomenormalandmolecularmethodsforidentifyingandsurveyingthepresenceofT1BL.1RStralocationinwheatwasconducted.TheresultindicatedthatAPAGEistheeasiestan doftenfasterforscreeningpurposesinwheatbreeding.
3.TheeffectsofT1BL.1RStralocationchromosomeontheperformanceofagronomiccharacters,thegrainproteincontent,andthesimpleandpartialcorrelationcoefficientsamongcharacterswereinvestigatedwith4RFLPmarkersand1gliadinlocusGld1B3inrecombinantsderivedfromatriplecro,10-A/88-1643//Chanyu12.TheT1BL.1RStralocationchromosomehadsignificenteffectsonikeletnumberperike,graiperikelet,1000-grainweight,graiweightperike,plantheightandgrainproteincontent,whilenosignificenteffectsongraiperikeandheadingdatewasdetected.TheT1BL.1RStralocationlinesresultedin5.0,4.6,6.4,5.7and6.8increaseinikeletnumber,1000-grainweight,graiweightperike,plantheightandgrainproteincontentthanthenon-T1BL.1RStralocationlines,reectively.AndtheT1BL.1RStralocationlinesresultedina6.9decreaseingraiperikeletthan1Bgenotypes.SomesignificentsimpleandpartialcorrelationcoefficientswereonlydetectedwithintheT1BL.1RStralocationgrou,whilesomesignificentrelatiohiwereonlydetectedwithinthenon-T1BL.1RStralocationgrou.AndthesignificantdifferencesofsomesimplecoefficientsweredetectedbetweentheT1BL.1RSand1Bclaes.TheseresultssuggestedthattheT1BL.1RStralocationchromosomenotonlyhadeffectsontheperformanceofagronomiccharactersandgrainproteincontentbutalsohadimpactonthesimpleandpartialcorrelationcoefficientsamongcharacters.
4.UsingAPAGEandSDS-PAGEmethods,thegliadinandHMW-gluteninsubunitsvariatiowereevaluatedinSichuanWhiteWheat,YuanHulledWheat,TibetanWeedraceandXinjiangRiceWheat.In89landracesofSichuanWhiteWheat,atotalof35gliadinpatterand3HMW-gluteninsubunitscombinatiowerefounded.Intheselandraces,2landraceshadidenticalgliadinpartternwith’Chinesering’,and87outof89landraceshadthesameHMW-gluteninsubunitscombinationwith’Chinesering’.In14acceioofYuanHulledWheat,8gliadinpatterand3HMW-gluteninsubunitscombinatiowereaeared.In9acceioofTibetanWeedrace,eachacceionhaduniquegliadinpattern,and4HMW-gluteninsubunitscombinatiowerefoundedintheseacceio.Atotalof9gliadinpatterand5HMW-gluteninsubunitscombinatioweredetectedin9XinjiangRiceWheat.TheseresultsindicatedthatmoregliadinandHMW-gluteninvariatiopresentedinTibatanWeedraceandXinjiangRiceWheatthanSichuanWhiteWheatandYuanHulledWheat.
5.TheallelicvariatioatGli-1,Gli-2andGlu-1lociin89SichuanWhiteWheatlandraces,14YuanHulledWheatacceio,9TibetanWeedraceand9XinjiangRiceWheatacceiowerestudiedbasedontheAPAGEandSDS-PAGEpatter.Therewere14,10,14and11allelesatGli-1inSichuanWhiteWheat,YuanHulledWheat,TibetanWeedraceandXinjiangRiceWheat,reectively.Intotal,15,9,13and12alleleswereidentifiedatGli-2inabovegrou,reectively.Only5,5,6and8alleleswerecharacterizedatGlu-1inabovegrou,reectively.Fromthefrequencyofaparticularalleleateachlocus,itindicatedthatmoreallelicvariatiopresentedinTibatanWeedraceandXinjiangRiceWheatthanSichuanWhiteWheatandYuanHulledWheat.AndtheallelicvariatioatGlu-1werelowerthanGli-1andGli-2.
6.BasedontheallelicvariatioatGli-1,Gli-2andGlu-1loci,thegeneticdiversityateachlociwasinvestigatedinSichuanWhiteWheat,YuanHulledWheat,TibetanWeedraceandXinjiangRiceWheat.TheNei’sgeneticvariationindexes(H)amongabove4grouwere0.3706,0.3798,0.5543and0.5693,reectively.ItindicatedthatthegeneticdiversityofstorageproteingenesamongTibatanWeedraceandXinjiangRiceWheatwerehigherthanthatofSichuanWhiteWheatandYuanHulledWheat.AtGli(Gli-1andGli-2)loci,theNei’sgeneticvariationindexes(H)amongabovegrouwere0.5486,0.6632,0.7161and0.6770,reectively.ButatGlu-1loci,theNei’sgeneticvariationindexes(H)were0.0148,0.1777,0.2305and0.3540,reectively.AndtheNei’sgeneticvariationindexes(H)atGli-B1,Gli-B2andGlu-B1locilocatedonB-genomewerehigherthanthoseofrelativelocionA-and D-genomes.TheseresultssuggestedthatthegeneticdiversityatGliwashigherthanthatofGlu-1,andthegeneticdiversityofstorageproteingenesonB-genomewashigherthanthatofA-andD-genomes.
7.FiveecialPCRprimersforGlu-Ax,Glu-Bx,Glu-A3,Glu-B3andGlu-1Dx5,and2Rprimersforγ-gliadinandLMW-gluteninwereusedtoinvestigatedthestorageproteingenevariatioamong8SichuanWhiteWheatlandraces,14YuanHulledWheatacceio,9TibetanWeedraceand9XinjiangRiceWheatacceio.ThePCRanalysisindicatedthatlowlevelgeneticdiversitywerefoundatGlu-Ax,Glu-Bx,Glu-A3andGlu-B3,whilehighlevelgeneticdiversitywerefoundedattheRlociofγ-gliadinandLMW-glutenin.TheecialDNAfragmentofGlu-1Dx5wasnotdetectedamongall40acceio.Itindicatedthattheredidnothavesubunit5encodedbyGlu-D1intheseacceio.
8.Using28primerset-enzymecombinatioof14STS-PCRmarkersand24Rmarkers,thegeneticvariatioamongSichuanWhiteWheat,YuanHulledWheat,TibetanWeedraceandXinjiangRiceWheatwereinvestigated.Elevenoutof14STS-PCRprimersets(78.6)and16outof28primerset-enzymecombinatio(57.1)werepolymorphic,producingatotalof121fragmentswithanaverageof4.3fragmentsperprimerset-enzymecombinatio.At24Rloci,21Rloci(87.5)werepolymorphic,detectingatotalof83alleleswithanaverageof3.5allelesperRloci.
9.TheNei’sgeneticsimilarity(GS)indexeswithinandbetweengrouwerecalculatedbasedontheSTS-PCRandRdata.TheGSamongthegrouofSichuanWhiteWheatandYuanHulledWheat,revealedbySTS-PCRandRmarkers,werehigherthanthatofTibetanWeedraceandXinjiangRiceWheat.ItsuggestedthatthegeneticdiversityamongTibetanWeedraceandXinjiangRiceWheatwerehigherthanthatofSichuanWhiteWheatandYuanHulledWheat.RmarkerscanrevealmoregeneticvariatiowithinandbetweengrouthanSTS-PCRmarkers.ThegeneticrelatiohiwithinandbetweengrouwereestimatedbyaUPGMAclusteranalysisofGSmatrix.Theresultsshowedthatall40landracescouldbedistinguishedbySTS-PCRmarkersorRmarkers.TwodistinctclustersareevidentfromthematrixbasedonSTS-PCRandRdata.Thefirstcoistsofall9XinjiangRiceWheatacceio.ThesecondclustercoistsofallacceiofromSichuanWhiteWheat,YuanHulledWheatandTibetanWeedrace.TheseresultssuggestedthattheXinjiangRiceWheatgroupwasgeneticallydistinctfromotherthreeChineselandracegrou,whileSichuanWhiteWheatgroupwasgeneticallyrelatedtoYuanHulledWheat.IntheTibetanweedracegroupismorediversethanSichuanWhiteWheatandYuanHulledWheat,withsomeacceiomorerelatedtoYuanHulledWheat.
篇8
CD44是分布極為廣泛的細胞表面跨膜糖蛋白,在淋巴細胞,成纖維細胞表面均能檢測到它的表達[1,2]。CD44蛋白屬于未分類的粘附分子,其正常功能是作為受體識別透明質酸(HA)和膠原蛋白Ⅰ、Ⅳ等,主要參與細胞-細胞,細胞-基質之間的特異性粘連過程。
1.1 CD44基因的定位與結構
人類CD44基因位于11號染色體短臂上,有20個高度保守的外顯子,完整基因組在染色體DNA上大約跨越50kb。CD44基因的外顯子按表達方式分為兩種類型:一種是組成型外顯子,另一種是V區變異型外顯子。組成型外顯子有10個,其中轉錄片段存在于所有CD44轉錄子中。僅含組成型外顯子的CD44轉錄子,稱為標準型CD44(CD44S),它編碼361個氨基酸(Aa)。V區外顯子也有10個,在基因組上位于第5和第6個組成型外顯子之間,在染色體DNA中專25kb。含有V區外顯子的CD44轉錄子統稱為CD44拼接變異體(CD44V)。V區外顯子的拼接方式非常特殊,它們既能以連續方式拼接,也能以跳躍方式拼接,參與拼接的V區外顯子多少不一,從而使轉錄片段長短不一。目前通過PCR技術在許多細胞系中已發現10多種CD44V。早期發現血細胞的CD44分子(CD44H)為標準型。最先獲得克隆的拼接變異體是含有CD44V8-10的CD44V,它主要存在于上皮細胞又稱為上皮細胞型CD44V(CD44E)。目前對CD44的研究較多,如V3、V5、V6。
1.2 CD44分子的結構特征
從已知的cDNA序列推測,CD44S由341個Aa組成,N-末端起臺于21位Aa,前面20個Aa為信號肽,緊接著是胞質外區域的248個Aa,第249個Aa至269位的21個是疏水性的,為跨膜區,其后是胞質內C-末端尾部有72個Aa。另外還有一種CD44S的短尾形式,其胞質內C-末端尾部僅3個Aa。這種Aa序列具有Ⅰ類膜蛋白的特征。Lokeshwar等[3]用實驗觀察CD44S分子的合成過程,發現CD44分子首先被合成43KD的蛋白前體,接著在內質網內進行N-糖基化,形成58KD的N-糖基化前體,其后在高爾基復合體內進行O-糖基化和其它翻譯后修飾,形成最終的85-95KD分子。
1.2.1 CD44S胞質外結構域特征:CD44S分子信號肽的N-末端的130Aa內編碼了5個Asn-x-Ser/Thr序列和6個半胱氨酸殘基,前者是5個N-糖苷鍵連接位點,其中3個被利用。6個半胱酸形成3個二硫鍵,形成球形結構域,這一球形結構域的重要特征是與動物連接蛋白有較高的同源性。有兩個區域與透明質酸結合,分別是21-45Aa,135-195Aa。
CD44S的胞外近膜區存在一個56Aa的結構域(161Arg-216Asp),含有19個ser和Thr殘基,常以2~4個成簇,這些是已知的O-糖基化位點特征,表明CD44有7個潛在的O-糖基化位點,其中4~5個位點被利用。此外這一區域含有4個Ser-Gly二肽,是潛在的硫酸軟骨素連接位點。并且已得到證實,CD44分子加上硫酸軟骨素后,與其結合細胞外基質的能力有關,包括Ⅰ型膠原、層粘邊蛋白、纖粘連蛋白。
CD44分子細胞膜外區域有多個潛在的N-糖苷鍵連接位點,可連換多個碳水化合物,不僅與分子成熟過程中的翻譯后修飾有關,也與細胞的功能狀態有關。糖基化賦予CD44分子異質性,而其異質性與不同的O-糖基化程度有關,這種現象是CD44分子所特有的。這種新的糖基化調節方式在CD44S結合不同的細胞外基質成分的能力方面超著重要作用。深入研究這一分子的糖基化調節機制及生物功能方面的聯系是十分有意義的。
1.2.2 CD44S胞質內結構特征:CD44S分子第249-269跨膜區的Aa序列中存在一個半胱氨酸殘基,代表著一個潛在的脂酰化位點,這一位點可與軟脂酸連接導致CD44分子脂酰化。在CD44S的胞質內區域尾部存在一結構域可與錨蛋白(ankyntn)結合。胞質內尾部序列有5個保守的絲氨酸殘基,可作為蛋白激酶C(PKC)的底物被磷化[4]。上述脂酰化過程均可增強CD44S分子與錨蛋白的結合能力。比較CD44S和其他G蛋白的序列發現存在4個 同源性高的區域,實驗證實CD44還是一種GTP結合蛋白,可結合GDP底物并且有GTP酶活性,顯著增強CD44與錨蛋白的相互作用[5]。在CD44合成過程的各種中間產物,發現均有錨蛋白結合位點和結合活性,提示糖基化對錨蛋白結合位點的形成無關,并且結合錨蛋白對于CD44分子的輸送和信號傳導功能起重要作用。
1.2.3 CD44V的特征:目前發現10個V外顯子編碼的氨基酸中有約30%的絲、蘇氯酸殘基,具有廣泛潛在O-糖基化位點,如:V6具有潛在的O-糖基化位點。V3外顯子序列分析中發現Ser-Gly-Ser-Gly片段,它可結合硫酸肝素,結合硫酸肝素后的CD44V能與堿性成纖維細胞生長因子(b-FGF)結合肝素的表皮生長(HBEGF)因子結合,此結果提示這種CD44參與了傳遞細胞因子的過程。
1.3 CD44蛋白的主要功能
CD44基因編碼合成的CD44蛋白具有一系列功能,包括:①作為導向性受體,調節淋巴細胞在血液和淋巴液間的運行,即淋巴細胞歸巢或再循環[6]。②在淋巴細胞自溶、離體淋巴細胞的活化中發揮作用。③促進成纖維細胞和淋巴細胞與胞外基質成分如透明質酸、硫酸軟骨素、纖維素、糖原等的粘附。④參與信號傳遞蛋白可影響蛋白在細胞間的位置,刺激其分泌特異的生長因子具不同的傳導作用。⑤結合并中和透明質酸,該作用類似于清除間質組織。⑥調節藥物的吸收及細胞對藥物的敏感性。
究竟是何種CD44蛋白參與了何種調節,至今不清楚,選擇性剪切過程中的多樣性CD44蛋白與細胞結合的多樣性也表明其中有重要的協間或調節功能[7]。有研究認為,跨膜的CD44糖蛋白,其膜外成分的變異與細胞粘附及導向作用有關[8]。,而胞內分子的尾部則與活化T淋巴細胞的潛在作用有關,而且胞內分子長度可調節蛋白激酶A/C位置,影響細胞的信號傳遞[9]。
2 CD44分子在腫瘤細胞中的表達
1989年Stamenkevie等使用不同的單抗分離和克隆了一個編碼CD44標準型的cDNA,該基因不僅由淋巴樣細胞表達,也可由不同的癌細胞系包括實體瘤典型標本中表達。在裸鼠研究某些人的轉移癌時發現,CD44基因表達在轉移中起作用。在大鼠胰腺癌細胞中非轉移性細胞株只表達標準CD44(CD44S),而轉移性細胞株表達CD44V,而且將CD44V變異體cDNA轉染到非轉移性的細胞株可引起轉移[10]。Hofmann[11]用 notherm印跡法研究了20多個體外培養的人癌細胞系,也發現許多腫瘤組織能表達CD44V,但在不同細胞中V區外顯子的轉錄拼接模式不盡相同。第一份臨床腫瘤標本(結腸癌)的檢測結果是1992年由英國年津大學病理實驗室的研究人員首先報道的,以后人們應用免疫組化及RNA-cDNA-PCR印跡雜交在肺癌、結腸癌、食道癌、乳腺癌、膀胱癌、肝癌、宮頸癌、腎癌和非何杰金淋巴瘤等中發現有CD44V表達。認為CD44V5、CD44V6的表達與腫瘤進展程度、轉移及預后密切相關[12]。對于各種癌的實驗研究已經進入腫瘤的發生、生長、轉移增殖潛能及預后復發各環節與CD44分子表達的相關性,并提出實驗數據和假說加以論證。
2.1 CD44分子與腫瘤的發生、生長、發展
癌的發生發展與癌基因(c-erb2、c-myc, ras)和抑癌基因(P53,nm23)等異常表達有關。有研究表明CD44異常表達可早于ras、P53等基因的異常,所以CD44的變異可能與ras部基因激活有關,是癌形成的一個因素[13]。Muider[14]對結腸癌腫瘤P53突變和CD44蛋白的研究,在結腸腫瘤各期中觀察到有統計顯著性的P53、CD44V6表達增強的趨勢,P53和CD44V6表達間有顯著相關性。P53被認為監視基因突變的“分子警察”,失活的P53可引起失控的腫瘤生長,因此P53突變引起失去最后控制時,V6‘表型獲得明顯的生長優勢’。郭亞軍等[15]用抗CD44的單抗以阻斷其與透明質酸的結合,從而抑制CD44陽性的腫瘤細胞在體內的生長。他推測腫瘤細胞的生長可能是CD44陽性的細胞能與細胞外基質(ECM)中的透明質酸結合,從而獲得附著性,并更易從ECM中獲得生長因子。FasanoM等[16]報道成人非腫瘤患者肺泡Ⅰ型上皮不表達CD44V6。Ⅱ型上皮細胞和基 底細胞有CD44V6低量表達,Ⅱ型細胞與基底細胞屬于干細胞,估計CD44V6對于肺生長有重要意義。所以認為CD44V6對于幼稚細胞生長和對于腫瘤細胞生長的機理可能相似。Lu等[17]發現在宮頸腺癌,無論是原位癌還是浸潤癌均有CD44S彌漫表達,且浸潤癌比原位癌明顯高表達CD44S,幾乎所有的原位癌與浸潤癌CD44V9均增加,僅有較少的浸潤癌表達CD44V4與CD44V6,而原位癌幾乎不表達。說明宮頸上皮的癌變與CD44S和幾種CD44V表達的量變和質變有關。
2.2 分子表達與腫瘤的轉移、侵潤
Matsumura等[18]用PCR技術檢測了轉移性結腸癌、非轉移性結腸癌、正常結腸粘膜的CD44基因表達活性,發現轉移性結腸癌細胞CD44變異拼接外顯子表達明顯增強。Pales等[19]用單克隆抗體檢測以CD44表達情況發現,在人類結腸癌標本中,CD44V在浸潤和轉移的腫瘤中呈陽性表達,并認為CD44V的表達可作為結腸腫瘤浸潤的標志。Herrtich[20]研究發現在一些分化不良的息肉中檢測以V6外顯子在腫瘤浸潤中有增強的高頻率表達,推測表達CD44V6的腫瘤細胞能夠有利于癌細胞浸潤和轉移的條件。
Granberg等[21]發現在支氣管類癌瘤患者,表達CD44S可減低遠距離轉移,CD44V77-8陽性腫瘤降低遠距離轉移風險,CD44V9陽性可降低遠距離轉移及死亡,而CD44V4、CD44V5、CD44V10與臨床結果無關,證明支氣管類癌瘤具有潛在惡性,CD44S、V7-8、V9陽性可能引起較好的臨床結果,可以考慮作為預后評估的指標。
關于CD44V與腫瘤轉移相關性的假說如下:激活的淋巴細胞和轉移的癌細胞具有許多共性,即都有很強的侵出行為,均有可逆的粘附接觸過程進行細胞遷移,在引流淋巴結中兩類細胞皆能大量積聚和快速增殖,最后它們都能釋放到循環系統,并通過外滲作用進入周圍組織,這些相似性很可能基于CD44V6在二者中的共同作用,提示CD44V6在淋巴細胞活化中的作用機理與CD44V6在腫瘤轉移中作用機理是相同的。即CD44V6高表達的癌細胞可能獲得淋巴細胞“偽裝”,逃避人體免疫系統的識別和殺傷,更易進入淋巴結,形成轉移[10]。
有結論認為CD44V6變異體可能通過促進癌細胞與血管內皮細胞和細胞外基質的粘附,促進腫瘤細胞向基質侵襲,從而影響腫瘤細胞的遷移和運動能力。也有結論認為CD44V6可能通過影響癌細胞的骨架構像和分布,從而影響癌細胞的運動能力,而影響癌轉移。
3 CD44分子對治療腫瘤的展望
因為CD44V6對于腫瘤的發生、發展都有一定的相關性,推測CD44V6與腫瘤的分型、分化、分期有一定關系,如果這種關系得以明確,我們就可以通過癌組織CD44V6的表達程度來判斷癌的類型,所處時期來進行適當治療。
有研究認為CD44V6的表達要先于抑癌基因的表達,如果能夠檢測出CD44異常表達,則對于癌的早期診斷有密切關系。已有研究表明,CD44V6可用于診斷。如1997年吳忠等報道,應用RT-PCR技術檢測CD44V6在30例尿液標本脫落細胞檢測到CD44V6的表達,而在膀胱炎患者和正常志愿者未檢測到CD44V6的表達。
腫瘤的轉移是癌癥患者的主要死亡原因,Seiter等[10]用抗CD44變異型蛋白的抗體與CD44變異型產物相結合,顯示鼠癌細胞的轉移潛能被終止,這也為大腸癌的治療提供了又一個可能途徑。
手術切除的腫瘤標本中如有CD44V6蛋白陽性,常會伴術后腫瘤再發或遠處轉移。CD44V6可作為一種有效的癌預后的標志物,用以指導治療方案的制定。
CD44基因及其選擇性剪切在癌的預測、早期診斷、病情進展、轉移潛能與預后的估計等方面具有很大的潛在價值。隨著分子生物學不斷的發展,癌基因研究的不斷深入,相信該基因對癌的預測、診斷、治療、預后的價值會得到更加全面的認識。
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篇9
[關鍵詞]微生物 分子生態學 RFLP DGGE Real-Time PCR
[中圖分類號] Q938.1 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X(2015)-2-267-1
0引言
微生物分子生態學是利用分子生態技術手段研究微生物與環境之間相互關系及其相互作用規律的科學,主要研究微生物生態學基礎理論問題。
1微生物分子生態學常用分析方法
1.1寡核苷酸探針檢測
該方法利用目標核酸序列與特異性探針特異性互補的特點,檢測熒光標記的特定DNA序列[1]。探針為一段特定方式標記的核酸序列,具有較高靈敏度。做種群鑒定時選用DNA制備探針,利用cDNA避免繁瑣的克隆程序,確保探針與種內全部菌株雜交。除此之外,cDNA探針若具有表型特異性,則可檢測某一特定表型是否存在。
1.2 DNA-DNA雜交
DNA-DNA雜交針對微生物整體基因組的重組[1],為檢測DNA序列相似性提供可能性。該方法基于高溫雙鏈DNA解鏈、低溫復性與堿基配對可轉移的特點,通過溫度等條件控制形成雜交DNA,檢測其雜交率。由于來源不同的兩條DNA單鍵難以配對重組,DNA雜交率可用于估計序列相似度。
1.3 16SrRNA序列分析
該方法在微生物分類學研究中最為常用[2]。微生物16SrRNA基因由保守區與可變區構成。可變區具有種屬特異性,不同種屬微生物間存在較大差異;保守區為所有微生物共有基因序列。微生物進化過程中,基因序列基本不變化,因此可根據保守區基因序列設計通用引物,或根據可變區基因序列設計特定引物,從而分析不同微生物的進化距離及親緣關系。
1.4 編碼蛋白質基因
該方法利用基因序列控制合成蛋白質[3]。微生物代謝過程實質為生物酶催化作用下的一系列氧化還原反應,而不同功能微生物的催化反應酶具有一定特異性,因此編碼功能蛋白的基因不同,主要用于研究特定功能微生物,尤其在毒理學方面。
2微生物分子生態學常用技術
2.1限制性片段長度多態性分析(RFLP)
在RFLP分析過程中,以所提取的微生物DNA為模版,利用特異性引物進行聚合酶鏈式反應(PCR)得微生物16SrRNA序列,將其連接到載體,轉至大腸桿菌感受態細胞,通過挑取克隆子,進而獲取質粒DNA來實現克隆文庫構建。不同微生物DNA序列不同,進而酶切位點不同,因此利用特異性限制性內切酶消化,可得到長短不一、數目不同的限制性酶切片段,瓊脂糖凝膠電泳分離得到呈現多態性的圖譜,進而獲取環境微生物群落結構信息[4]。
2.2變性梯度凝膠電泳技術(DGGE)
DGGE是一種檢測DNA突變的電泳技術,根據DNA在不同濃度的變性劑中解鏈行為的不同而導致電泳遷移率發生變化,從而將堿基組成不同的DN段分開。該技術具有以下優點:①檢測極限低、速度快;②結果準確可靠;③無需微生物的培養;④可同時檢測多種微生物。但其存在以下局限性:無法獲取樣品中全部微生物DNA,而DNA回收率越低,重復性越低;不均等擴增造成結果代表性低;敏感度較低,采樣和樣品處理會對結果產生影響。
2.3熒光定量PCR技術(Real-Time PCR)
Real-Time PCR為微生物生態學研究的定量分析方法,通過熒光染料或熒光標記的特異性的探針,標記跟蹤PCR產物,實時在線監測反應過程,結合相應的軟件分析產物,計算模板濃度。該技術具有以下優點:①利用擴增產物數量與熒光信號強度成對應關系的原理,實時檢測PCR反應進程,避免了終點定量重現性差;②自動化程度高,操作安全、簡單,可避免產物被污染;③檢測特異性強,靈敏度與精確度高;④可實現多重擴增。其缺點在于無法對不確定對象進行分析。
3結論與展望
微生物分子生態學克服了傳統培養法的不足,為全面掌握微生物多樣性提供了可能。若將各方法結合,以便掌握更為全面的信息,可更好揭示微生物對環境變化的影響,預示環境變化趨勢,為從微觀方面改善環境提供依據。
參考文獻
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篇10
關鍵詞:分子生物學;教學改革;經驗介紹
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)31-0176-02
分子生物學主要研究DNA的復制、轉錄、蛋白質的翻譯及其相關調控規律的學科,它是高等學校生物相關專業開設的核心課程之一。雖然分子生物學是近二十年才被寫入高校生物類及相關專業本科及研究生培養大綱,但是分子生物學已成為生物類等很多專業的核心專業課程之一。分子生物學理論和實驗結合最緊密的課程之一,不但是生物科學和其他生物技術專業的基礎課,而且廣泛應用于生命科學實驗的各個領域。分子生物學這門課程內容繁雜,微觀概念繁多,并且其理論體系演變發展很快,也對其課程教學帶來了巨大的挑戰。
筆者長期從事分子生物學課程的理論和實驗技術的教學工作。在教學過程中,結合該課程微觀概念繁多、抽象性強等特點,從教材的選用、內容、以及教學方法等幾個方面進行了探索研究,并取得了一些成效。以下對教學改革的幾點措施以及體會和認識進行具體的描述。
一、精心選擇有關教材和參考書
教材是學生“學”和教師“教”的過程中的基本資料,市面上關于分子生物學的教材十分多。由于分子生物學所包涵的知識面十分廣,在編寫教材時有不同的側重點,因此選用一本合適的教材十分重要。通常要求教材既能涵蓋分子生物學基本概念與基礎知識,同時又能反映學科的發展動態,體現學校的辦學特色。分子生物學是我校較早實行雙語教學的課程之一,根據學生的實際水平選擇了科學出版社影印出版的英國經典分子生物學教材《Molecular Biology》(Turner)。本教材按主題,采用言簡意賅的語言和簡明清晰的圖表,系統概括了分子生物學的核心內容、主要技術及前沿動態。而且,此教材有中文譯本,可以幫助學生快速準確獲得信息,十分適合作為雙語課程的教材。
二、優化教學內容
由于目前大多數生物學課程,如遺傳學、生物化學、細胞生物學等都進入了微觀分子時代,因此均增加了蛋白質、核酸、基因表達調控等基礎知識的講解。這使得學生對開設在高年級的分子生物學有一些似曾相識的感覺。這雖然有助于學生對分子生物學的理解,但是也會使學生感覺好多內容是對前面的復習,出現厭學情緒。針對這種情況,我們邀請遺傳學、生物化學、細胞生物學等可能涉及分子生物學內容課程的主要負責人,認真討論,優化了各自的教學大綱,在保證課程內容完整性的前提下,盡量壓縮分子生物學的相關內容。對于教學過程中,生物化學、遺傳學和遺傳學中必須出現的分子生物學內容,如蛋白質核酸的結構與組成,采用分組討論的方式進行自學,調動學生的學習積極性,因勢利導,使學生對所學知識能夠更加理解,對所學知識的記憶和理解能夠進一步加深,為以后對相關知識點的學習打下良好基礎。與此同時,這既節約了教學時間,又不會再出現與遺傳學和生物化學有相同內容的重復教學問題。這樣,一方面對分子生物學的教學重點進行了明確,另一方面又突出了分子生物學的教學特點,即以遺傳學和分子生物學為基礎,保證了教學課程的系統性和完整性。
三、合理使用多媒體課件
分子生物學理論課教學內容多,而且抽象,因此學生很難熟練掌握和理解。另外,分子生物學又有著很強的技術性。其原理十分復雜、難度高,很難進行試驗操作且成本很高,這樣可以利用教學課件中的相關圖像及動畫來進行演示,提高學生的學習興趣。教師還可根據學生的個性特點以及接受能力來選擇合適的多媒體課件配合內容的講解,文、聲、圖、像并茂的新聞課件能夠從多個角度分層次地展現教學內容,使學生更加容易理解相關知識,從而提高教學質量。美觀清晰的多媒體界面,逼真的動畫模擬更加方便教師在教學過程中的使用。通過多媒體向學生提供信息,是對學生進行多種感官的綜合刺激,在獲取信息的過程中,學生通過聽覺、視覺等多方面的并用,更加容易使學生在學習中進行想象和創新,提高學生的學習積極性和創新能力。
但是,在教學過程中使用多媒體時,應注意它只是一種教學手段,是為教師的教和學生的學服務的。教師不能一味地讓學生時刻跟著多媒體,只是做一個多媒體的操作員。所以,在多媒體教學過程中,教師要把多媒體當一種教學輔助手段,同時要注意給學生思考和討論的機會和時間,培養學生的創新思維,重視學生的主體地位。
四、剖析經典實驗
分子生物學是所有生物學學科相關課程中,最注重實驗研究的課程之一。目前,現代分子生物學的理論發展的過程,實際上是前人大量實驗發現的科學闡述集合,比如轉座子的發現、RNA干擾現象及其機制的發現等。這些設計巧妙的實驗,有著嚴謹的論述,其中的一些研究方法如今仍然在分子生物學的研究中廣泛應用,如RNA干擾。這些經典實驗過程本身就是一個科學故事,在很大程度上提高學生對相關領域的興趣,其實驗設計可以啟發學生尋找解決問題的方法,也可以幫助學生在專業課程的學習中了解研究方法,從而加深對相關理論知識的理解和掌握。
同時,分子生物學本身仍在不斷地完善當中。相關的知識內容、發現和研究方式方法日新月異。如對非編碼RNA的研究已經成為目前對分子生物學進行研究的特點。將用故事的相識對非編碼RNA的研究歷史進行講述,進而采用啟發的方式對學生進行引導,討論在研究中對這一作用的應用。這樣的起發過程,可以增加學生對現代生物學研究中理論與技術相互促進發展的理解,激勵他們對已學知識的充分思考,建立基礎研究與社會應用之間的聯系,提高學生的創新能力和學習積極性。
五、利用科研實例剖析重點難點問題
分子生物學雖然理論很高深,但是它卻被廣泛應用于各種領域。特別值得一提的,如今各高校的教師有著較高的學歷和豐富的科研經歷,能夠在教學過程中融入實際的科研案例。在教學中對書本知識進行傳授的同時,為學生講解講授一些在實際工作中應用理論知識的實例,對學生知識的靈活運用能力的提高有很大幫助,可以為他們今后的工作和實踐奠定基礎。從課堂教學效果來說,有助于激發學生的學習積極性,并增強他們對重點知識的掌握理解。除此之外,也有助于提高學生對所學知識的應用能力,為以后的工作和實踐奠定基礎。
如可能的話,教師可以介紹自己研究團隊的一些有趣的研究。比如筆者所在的團隊,是搞泌乳調控機制的研究的。首先,向學生簡單介紹研究泌乳調控機制的背景(泌乳對母親和嬰兒的重要作用)。我們在研究過程中發現一個小RNA對泌乳調控有重要作用,它可以影響乳蛋白的合成。進一步向學生介紹這個實驗的設計思路,研究過程中所采用的試驗方法。這種講解,可以使學生對小RNA有深刻的印象,大大激發他們的科研興趣。
六、實行雙語教學
分子生物學,可以說是發展最快的生物學領域,因此分子生物學課程內容相應地也在迅速更新。大多數分子生物學的新發現,主要以英文論文形式發表在各種期刊雜志及其他媒體上。這要求教師不光要給學生講授分子生物學的理論內容,同時還要培養學生通過英文雜志媒體了解、掌握分子生物學的前沿進展。雙語教學在分子生物學教學過程中體現了很大的優勢。我校分子生物學課程組自2004年起開始了雙語教學的嘗試,積累了一些經驗。首先,在教材方面,我們選用了內容簡潔的英國經典分子生物學教材《Molecular Biology》(Turner)。該教材涵蓋了分子生物學絕大多數的基本知識點,且篇幅較短,特別適合本科生使用。第二,在教學方法方面,采用循序漸進、分步實施的辦法。即開始是中英文對照,逐漸改為全英文,讓學生逐步適應,減少因畏懼產生厭學。教學過程中,采用多媒體教學手段,教學課件中盡量多選用形象、精美的圖片,將高深的抽象概念轉變成直觀的圖像、動畫,調動學生的學習積極性。注意搜集國外分子生物學視頻,特別是一些標準英文配音的動畫視頻。這些動畫視頻形象地把一些分子生物學過程展示給同學,極大引起學生的興趣。視頻所配的標準英文介紹,可以幫助學生糾正一些專業詞匯的正確讀音,演示后,教師加以中文解釋可進一步加深學生對相關知識的理解。
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