分子生物學作用范文

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黃芪首載于《神農本草經》，味甘，性微溫，歸脾肺經，具有健脾補中、升陽舉陷、益衛固表、利尿、托毒生肌之效?，F代研究表明黃芪含有多種苷類、多糖、黃酮、葉酸及多種微量元素等物質，具有抗腫瘤、調節免疫、抗病毒、抗衰老、抗氧化、抗輻射和抗應激等藥理作用，目前它已廣泛用于抗腫瘤的實驗研究及臨床研究中。現就在抗腫瘤方面的作用研究及作用的分子生物學機制總結如下。

1 黃芪的抗腫瘤作用

1.1 提高機體免疫功能 石任冰等［1］在黃芪S4對化療荷瘤小鼠細胞免疫功能的影響及抑瘤作用研究中發現，單用黃芪組及黃芪加環磷酰胺組荷瘤小鼠的胸腺指數、脾臟指數均高于單用環磷酰胺組及陰性對照組，差別有統計學意義；證明黃芪對免疫器官有保護作用，而且對化療損傷免疫功能有較好的保護和促進恢復作用。應自忠等［2］應用黃芪治療免疫低下的環磷酰胺化療后荷瘤小鼠，發現荷瘤小鼠體內IgM、IgG顯著增高，說明黃芪在抗腫瘤免疫治療中可顯著促進胸腺體液反應，通過刺激單核巨噬系統提高宿主對癌細胞的特異性免疫反應。李佩文等［3］也發現黃芪注射液可提高腫瘤患者免疫功能，增強其體液免疫和細胞免疫功能。

1.2 抑制腫瘤細胞增殖，促進腫瘤細胞凋亡 趙蓮華等［4］研究黃芪成分F3新制劑對人CCL229、K562癌細胞的抑制作用中，發現黃芪成分F3新制劑對2種癌細胞有明顯的抑制作用，且呈濃度依賴關系，與順鉑聯合用藥效果更加顯著；透射電鏡觀察可見黃芪作用后的癌細胞包膜皺縮、胞質聚集、染色質濃縮，可見核碎裂和凋亡小體形成。劉輝等［5］研究發現，黃芪作用于荷人鱗癌細胞株GNM荷瘤裸鼠的移植瘤后，鏡下觀察見癌細胞形態不規則，胞漿內有空泡，部分細胞有核碎裂現象，并見液化壞死區，說明黃芪有抑制癌細胞增殖，促進其凋亡的作用。

1.3 抑制腫瘤血管生成 腫瘤的生長和轉移與腫瘤區域的血管密切相關，癌腫區域的新生毛細血管是腫瘤賴以生長和生存的物質基礎。早在20世紀70年代就有人提出把抑制腫瘤血管形成作為腫瘤治療的一種途徑。目前這種以腫瘤血管為靶標的治療策略——腫瘤血管靶向治療(tumor vascular targeting therapy)，已經成為癌癥治療的重要策略，在肺癌等腫瘤的治療中顯示了良好的前景［6］。柏長青等［7］研究發現，與單獨使用紫杉醇治療相比，紫杉醇聯合參芪可以明顯減少移植瘤內的微血管密度［(10.1±4.4）vs（16.8±7.3），P＜0.05］和肺臟轉移瘤個數，說明黃芪對紫杉醇抑制腫瘤血管生成和移植腫瘤轉移有一定的增強作用。沈洪等［8］研究發現高濃度黃芪對胃癌細胞腫瘤血管內皮細胞的生成有抑制作用，而低劑量黃芪則促進腫瘤血管的生長。楊博華等［9］在研究黃芪、三七促進骨髓干細胞體外轉化并擴增血管內皮前體細胞（EPC）作用的研究中發現低、中劑量黃芪可促進EPC的生成，而EPC可進一步分化為血管內皮細胞，從而生成大量新生血管，建立側支循環。這說明黃芪在促進或抑制腫瘤血管生成上存在劑量依賴關系，低劑量可以促進血管生成，而高劑量會抑制血管生成，但這種劑量依賴的具體機制尚待進一步研究。

1.4 逆轉化療耐藥性，增加化療效果 腫瘤多藥耐藥性（multidrug resistance，MDR）是指腫瘤細胞對一種抗癌藥物產生抗藥性的同時，對結構和機制不同的抗腫瘤藥物產生的交叉耐藥性。MDR是化療失敗的主要原因。張雋開等［10］在研究黃芪對肝癌耐藥細胞株Bel/Fu化療敏感性的影響中發現，黃芪成分黃酮可逆轉MDR，增加癌細胞的化療敏感性，增強化療藥物的療效。劉桂蓮等［11］在黃芪多糖對人胃癌SGC7901細胞增殖抑制作用的體外研究中發現，黃芪多糖和順鉑聯合應用對胃癌細胞的抑制作用顯著高于單用順鉑組；而趙蓮華等［12］在研究黃芪協同順鉑對BEL27404 人肝癌細胞的殺傷作用時也發現黃芪可以增強順鉑的細胞毒性。

1.5 減輕化療毒副反應，提高機體生存質量 近年來國內外學者提出生物反應調節劑(biological response modifier，BRM)概念，強調在腫瘤放化療及手術治療的同時并用BRM，可提高患者的免疫功能，減輕化療對免疫系統及造血系統的損害，從而提高對腫瘤的治療效果。黃芪具有扶正固本、補中益氣等藥理作用，有降低化療藥物不良反應，提高機體免疫功能和改善患者生存質量等作用［13］。韓子敏等［14］研究發現，黃芪對腫瘤患者有免疫功能保護作用，減輕化療引起的骨髓抑制，增強化療耐受性。劉興國等［15］在化療配合黃芪對口腔癌的腫瘤標志物的影響中研究發現，化療配合黃芪組患者與單純化療組相比，患者進食情況改善，生活質量提高，化療有效率增加。柏長青等［16］研究發現，對腫瘤化療患者加用參芪扶正注射液后，患者的白細胞、血小板減少現象和惡心、嘔吐反應與單純化療組相比有明顯改善，表明黃芪有減輕化療毒副反應的臨床療效。

2 黃芪抗腫瘤的分子生物學機制

2.1 免疫增強機制 一般認為腫瘤免疫反應以細胞免疫為主，參加免疫的效應細胞主要為Th1細胞，如細胞毒性T細胞、巨噬細胞、自然殺傷細胞等，胸腺與脾臟為主要的免疫器官。而Th2型細胞主要介導體液免疫。Yamamura等［17］研究就發現在基底細胞癌變部位存在Th2型反應增強，Th1反應受抑制的現象。鄭春燕等［18］用實驗方法觀察黃芪對肺癌患者體內Th1/Th2反應狀態的影響時發現，黃芪處理肺癌患者外周血淋巴細胞后，Th2型細胞因子IL4、IL6、IL10的表達明顯抑制，而Th1型因子IL2的表達明顯上揚，說明黃芪能在某個環節阻斷Th2細胞活化，使Th細胞分化向Th1方向逆轉，增強機體細胞免疫及抗腫瘤能力。研究發現TNF2α是巨噬細胞分泌的一種多肽，具有較強的免疫活性，可通過與腫瘤細胞膜上特異性受體結合而誘導細胞凋亡，以達到抗腫瘤作用。INF2γ是作用十分廣泛的免疫物質，具有抗腫瘤細胞增殖的作用。許杜娟等［19］在研究黃芪多糖的抑瘤作用及機制時發現，黃芪作用于荷Bel7404癌細胞小鼠后，檢測到TNF2α及INF2γ含量增高，說明黃芪有誘導巨噬細胞產生TNF2α及INF2γ的作用。

2.2 抑制腫瘤血管生成機制 谷俊朝等［20］研究發現，黃芪多糖可以降低HSP70、VEGF、Bcl2等與腫瘤血管生成存在密切關系的細胞因子的表達。有研究報道COX2超表達在胃癌形成中起重要作用［21］，且COX2可誘導血管內皮生長因子如VEGF等的表達，促進腫瘤血管生成。沈洪［8］等研究黃芪對SGC7901胃癌細胞COX1、COX2、VEGF和PGE2表達的影響時發現，黃芪對COX1蛋白和COX2蛋白均有抑制作用，但是對COX2蛋白抑制作用較強。同時黃芪還顯著抑制人胃癌細胞中VEGF和PGE2的表達，從而達到抑制腫瘤血管生成、提高機體免疫功能的抗腫瘤作用。

2.3 逆轉化療耐藥性機制 研究發現P糖蛋白過度表達是產生腫瘤多藥耐藥性的主要機制，這種跨膜轉運蛋白可將化療藥物泵出細胞外而減輕藥物的毒性作用［22，23］。張雋開等［10］研究發現，黃芪注射液作用于肝癌細胞后P糖蛋白表達明顯減少，且P糖蛋白外排功能明顯減弱。同時在建立耐藥細胞株過程中發現細胞內血紅素加氧酶（HO1）表達增加，這可能是腫瘤細胞耐受乏氧的表現。而黃芪作用于耐藥細胞株后，HO1 mRNA表達顯著下降，HO1含量降低，而腫瘤細胞對化療的敏感性增強。說明黃芪也可能是通過改善腫瘤乏氧狀態而逆轉腫瘤的耐藥性的。

2.4 保護骨髓及其造血功能機制 趙美蓉等［24］在研究黃芪多糖對惡性腫瘤化療后骨髓抑制的影響中發現，黃芪多糖具有對抗氧自由基的作用，對抗氧自由基對白細胞的破壞，促進荷瘤小鼠巨核祖細胞生成，促進骨髓造血干細胞的增殖和自我更新。肖月升等［25］在研究中也發現黃芪能在短期內促進粒細胞再生，保護骨髓，減少細胞毒性藥物的損傷。但具體的分子生物學機制尚不清楚。

2.5 其他作用機制 柏長青等［16］研究發現，黃芪能夠改善化療后腫瘤患者ALT/AST異常，促進肝臟合成白蛋白，保護肝臟功能。李成云［26］在黃芪注射液預防大劑量順鉑對腎功能損害的效果觀察中發現，黃芪注射液能夠減輕化療氧化損傷導致的腎小管細胞空泡化和透明管型，降低血中尿素氮及肌酐濃度。還有專家研究發現黃芪作用于腫瘤后能激活抗氧化解毒酶SOD［27，28］，消除超氧離子，保護正常組織細胞。張志翔等［29］發現黃芪與化療藥物氟尿嘧啶聯合應用作用于胃癌組織，可使胃癌組織中谷氨酸含量降低，脯氨酸含量升高，但具體作用機制尚不清楚。

3 結論

大量的實驗研究及臨床研究都證實黃芪單獨應用具有一定的抑制腫瘤作用，與化療藥物聯合應用時能夠增強化療藥物的作用效果，減輕化療藥物引起的毒副反應，提高患者的化療耐受性及生存質量，是理想的化療增效減毒劑。黃芪的抗腫瘤作用機制比較復雜，可能包括增強機體免疫功能（細胞免疫和體液免疫）、促進骨髓造血、保護腎臟及肝臟功能、抑制腫瘤血管生成等。但是尚有個別報道黃芪在低濃度下有促進腫瘤血管生成的作用。因此在黃芪抗腫瘤的臨床應用中應謹慎，嚴格掌握劑量特征。黃芪抗腫瘤的具體作用機制將得到更深入的研究和探討，黃芪在抗腫瘤方面的臨床應用也將得到更充實的依據及拓展。

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關鍵詞：分子生物學；實驗內容；教學方法；成績評估；改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）12-0245-02

核酸為生命的最基本物質之一。核酸根據化學組成不同，核酸分為脫氧核糖核酸（簡稱DNA）和核糖核酸（簡稱RNA）。DNA是儲存、復制和傳遞遺傳信息的主要物質基礎；RNA在蛋白質合成過程中起著重要作用。核酸不僅是基本的遺傳物質，而且在蛋白質的生物合成上也占有重要位置，因而在生長、遺傳、變異等一系列重大生命現象中起決定性的作用。因此它在生物學、醫學、藥學、農學等研究中的地位十分重要。

分子生物學實驗是一門主要以核酸為研究對象的實驗性課程。它是分子生物學理論的實踐環節，也是培養創新型人才的重要途徑。但是目前傳統分子生物學實驗的內容缺乏系統性、完整性和綜合性，驗證性實驗居多，存在理論課與實驗課脫節等現狀。本文結合我們多年來的教學體會和做法，從實驗教學內容的優化、實驗教學方法的改進、實驗成績的科學評定等方面談一些體會，以取得更好的實驗教學效果，提高學生的實驗技能和培養學生的創新思維。

一、實驗內容的優化

目前，傳統的分子生物學實驗一般是幾個基本的操作技術：感受態細胞的制備及轉化；質粒DNA的提??；質粒DNA的酶切及電泳檢測；目的DN段的回收及鑒定；DNA連接反應；重組克隆子的鑒定；PCR基因擴增；外源基因在大腸桿菌中的誘導表達；SDS-PAGE；等等。獨立的各個實驗忽視了不同實驗之間的關聯性、連貫性和整體性，更缺少將分子生物學實驗技術與其他學科的融會貫通，無法使學生形成完整的科研思路，限制了學生創新能力的培養。我們將分子生物學實驗內容進行了改革，實驗內容調整為：DH5α感受態細胞制備；質粒pEGFP-N3和pET28-a（+）轉化；質粒pEGFP-N3和pET28-a（+）小量提取與電泳檢測；質粒pEGFP-N3和pET28-a（+）的限制性酶切分析；GFP（BamHI-NotI-cut）和pET28-a（+）（BamHI-NotI-cut）片段的瓊脂糖膠回收；pET28-GFP連接產物轉化感受態細胞DH5α；重組克隆子DH5a/pET28-GFP的菌落PCR檢測；重組質粒pET28-GFP提取與限制性酶切分析（BamHI-NotI）；重組質粒pET28-GFP轉化BL21感受態細胞；重組綠色熒光蛋白GFP的誘導表達；重組綠色熒光蛋白GFP的純化；重組綠色熒光蛋白GFP的SDS-PAGE電泳檢測。整個課程以綠色熒光基因及其蛋白為對象，將所有的各個基本的分子生物學實驗串起來，通過兩年的實踐，學生參與實驗的積極性和趣味性大大提高，培養了學生的科學思維，課堂也收到了良好的實驗效果。

二、教學方法的改進

目前，國內部分條件較好的高校及綜合性大學的生物學、藥學和醫學等專業都開設了內容不同的分子生物學實驗課程。但總體模式都是以教師按照實驗名稱、實驗目的、實驗原理、實驗操作、實驗結果與討論的程序講授各個不同的基本分子生物學實驗，然后學生被動地完成這些基礎的試驗操作。這種教學方式主要是教師主導、學生參與的一種被動式知識灌輸，不利用創新思維和人才的培養。學生的主觀能動性得不到大的提高。在分子生物學實驗教學方法方面，我們進行了一些改革嘗試。在學期中間，我們給學生提出在完成了基本分子生物學的各個實驗后，學生查閱文獻，介紹一個“分子生物學新技術”。要求：每2人一組介紹1個分子生物學新技術的原理、步驟與用途；以PPT形式報告；一位學生報告PPT內容，另一位學生接受全班學生和老師的提問。整個課程通過兩年的實踐，學生參與實驗的積極性增強了，學生的科學思維與表達能力得到了提高，同時培養了學生查閱文獻的能力，課堂也收到了良好的實驗效果。

另外，在每一個分子生物學實驗課程完成的學期末，我們要求每一位學生給分子生物學實驗課程做一個全面的評價，包括授課的質量、主講老師和實驗老師的工作態度、實驗內容的安排、教學的效果、課程的體會以及課程的建議。每一屆學生都給分子生物學實驗課程提出了許多非常中肯的建議和希望。如加強實驗課內容的整體性設計；擴大學生自主實驗內容和增加開放性試驗內容；增設每一次分子生物學試驗結果的點評；了解每一次實驗報告的評價；加強最新分子生物學實驗的最新技術進展的介紹等。又如建議將目的基因改成學生自己感興趣的基因，老師可以提供幾種選擇，這樣最后鑒定檢測的時候也可以讓學生自己設計實驗方案，使實驗更具有自主性與創新性。還如授課的時候多介紹一些實驗設計方面的知識以及實驗中重要試劑的作用原理以及有哪些替代物，等等。經過這幾年的教學實踐，我們的這些做法，大大改進和完善了分子生物學實驗課程的授課體系，改善和提高了分子生物學實驗課程的授課質量。

三、實驗成績的科學評定

分子生物學實驗課程的主旨就是要提高生物學相關專業學生的動手能力、思考能力以及科研工作能力。考核實驗成績是對學生所掌握的與實驗有關的理論知識、實驗技能和綜合應用能力的評定，通過考核能夠促進學生重視實驗、認真操作實驗，從而提高學生的綜合素質。傳統的分子生物學實驗考核主要以實驗結果和撰寫的實驗報告為主。分子生物學實驗應注重全面考查學生的素質，不僅要考查學生所掌握的基本知識和技能，還要考查學生獨立思考和綜合運用的能力，以及在實驗操作中表現出來的認真的態度、實事求是的科學作風和團隊合作精神等。

我們在分子生物學實驗教學中，增加了一次理論考試，設置了一個500道題的分子生物學實驗題庫，這些題目主要是基礎實驗的原理、操作、實驗過程出現的問題分析等。每一位學生隨機抽簽，口試回答題目。經過兩年的教學實踐，這對鞏固學生的分子生物學理論、加強分子生物學理論與實驗的聯系，起到了很大的幫助，進一步優化了分子生物學實驗的考核體系。

總之，分子生物學實驗作為一門基礎和基本的生物學實驗，我們教師應該與時俱進，優化分子生物學實驗的教學內容，豐富教學方法，提高教學水平，改進考核方式等，為將來學生從事科學研究及其他相關工作打下堅實的基礎。

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[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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[5]陳曉歡，王穎穎，左云飛．虛擬實驗室在分子診斷學中的應用[J]．實驗室建設與管理，2015，14（1）：126－128.

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關鍵詞：生物科學專業；分子生物學實驗；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）11-0038-02

21世紀是生命科學的世紀，作為生命科學的重點學科，分子生物學有著舉足輕重的作用，而實驗教學作為理論教學的重要補充和發展，是培養學生理論與實踐相結合、掌握基本技術、提高科學思維能力和獨立操作能力的有效方法。高等教育實施素質教育要以培養學生的創新精神和實踐能力為重點，培養學生的科學精神和創新思維習慣，重視培養學生收集處理信息、獲取新知識、分析和解決問題的能力。本文旨在結合當前高等教育改革形勢，以及現代生物科學理論與技術的迅速發展，對所開設的分子生物學實驗在技術方法水平、培養學生綜合素質及創新思維能力、實驗考核體系等方面進行改革，使我校生物科學專業分子生物學實驗教學更上一個臺階。

一、針對生物科學專業特點完善實驗教材

生物科學專業人才培養是發展國家生物高新技術產業的關鍵，同時與農業、林業、畜牧業、漁業、輕工業和醫藥衛生的發展密切相關，因此，生物科學專業人才培養質量的好壞，與國家的經濟建設密切相關。長期以來，各重點綜合性大學對生物科學專業人才的培養，根據培養目標與培養規格，進行了有益探討，形成了相對合理的人才培養方案。而目前國內出版的分子生物學實驗指導教材多側重于基因重組與蛋白表達方向的實驗項目，沒有專門針對生物科學專業方向的學生編寫的實驗教材，不適合在生物科學專業本科生教學中應用。我們通過多年的實踐教學并結合生物科學專業特點，結合生物科學專業教學大綱和生物科學技術發展狀況，使教材更加符合生物科學專業方向學生的認識和發展規律，又具有新穎性、趣味性和一定的綜合難度；同時我們改變傳統教材的編寫模式，增加新的編寫思路，將經典的驗證性實驗，與代表學科前沿或從生產實際中轉化而來的綜合性、設計性實驗內容結合，從單純的驗證理論轉移到加強學生的實踐訓練上來。使實驗背景資料、實驗原理、基礎技能、實驗目標、材料準備等內容更加描述詳盡并通俗易懂，更加適合學生閱讀并實踐。

二、加強分子生物學基本實驗技能培訓

分子生物學實驗是實踐性非常強的一門課程，加強分子生物學“基本知識、基本理論、基本技能”方面的能力訓練是提高生物科學專業學生綜合素質的前提和必要條件?；緦嶒灱寄苤饕桥囵B學生正確規范扎實的實驗技能、嚴謹科學的實驗態度和良好的實驗習慣。因此我們針對生物科學專業的學生開設了分子生物學基礎實驗技能實驗，將微量可調移液槍的使用，PCR儀的使用，電泳槽的使用，高速離心機的使用，LB基礎培養基的配制、植物基因組DNA的提取、PCR反應程序的設置及PCR反應的運行、瓊脂糖凝膠的制備、加樣、電泳以及凝膠成像、結果觀察等基礎技能編寫到學生實驗課教材中，圖文并茂地詳細闡述操作方法、操作步驟、技能要點、儀器設備等，此外組織錄制實驗操作演示錄像，制作多媒體實驗課件等作為教材的輔助材料。專門設置基礎技能開放訓練室，配制必要的實驗儀器和藥品，全天開放，學生可以利用業余時間練習，并且安排專門時間對學生進行基礎實驗技能考核。結合分子生物學課程體系的總體規劃和目標，創建了一個以科研探索為主體的開放性實驗教學平臺。以學生實驗小組的形式開展靈活多樣的業余科研活動。首先制定切實可行開放性實驗計劃，由學生以小組的形式在老師指導下查閱資料、設計實驗方案。在此基礎上，進行實驗項目的匯總，然后準備開放內容及相關實驗項目，擇優進行多層次的學生研究性和探索性實驗。優化整合分子生物學基本實驗技術，要求學生完成藥品準備、培養基制備等過程，讓學生理解和明白實驗的原理和完成實驗的關鍵點，做到充分讓學生自己動手、自己觀察、自己討論、自己總結，加強學生“三基”培養。這樣一個全過程綜合了微量可調取液器、旋渦振蕩器、高壓滅菌鍋、PCR儀、臺式高速離心機及微量離心機的使用、微波爐、電泳槽和電泳儀、凝膠成像儀等儀器設備的操作和溶液制備。通過綜合性、設計性實驗不僅調動起學生學習的主動性和積極性，而且可以培養學生的科學創新精神和實際動手能力，有利于學生個性的發展和素質的提高。此外，指導老師課前認真備課，做好預備實驗，明確每個實驗的重點和難點，對實驗的基本技術、操作要領和注意事項要重點講解，對關鍵技術環節和操作要進行示范，使學生做到規范操作，達到提高學生“基本知識、基本理論、基本技能”能力的目的。

三、結合生物科學專業特點優化實驗教學方法

目前分子生物學實驗指導書中的實驗內容大都是驗證性的，學生按照實驗指導書按部就班地操作，實驗報告按固定格式填寫。使學生的能力培養受到限制，因此我們在教學方法方面進行了改革。每次實驗前要求學生進行預習，了解實驗要求、步驟等。在實驗前我們對實驗中的一些主要內容和一些容易出錯的問題進行提問。并且把回答問題的情況記下來，以便以后給成績時作參考。實驗前進行30分鐘左右的講解，主要解釋實驗中出現的關鍵概念，使學生更加明確實驗目的。同時利用實驗間隙對個別同學進行單獨輔導，盡量使學生在課堂上產生的疑惑在課堂上解決。每次實驗前，集中講解實驗原理，把本質問題講解透徹，同時分析實驗步驟，并針對關鍵操作、技術難點或容易誤解之處進行演示，使學生能更好地掌握實驗原理和技術，并在實驗前做到“胸有成竹”。這樣不但調動了學生的學習主動性，還培養了學生的獨立思維和判斷性思維能力。重視實驗原理、方法步驟和注意事項的講解，用簡單的比喻來加強學生對抽象理論的理解，做到通俗易懂。對于儀器臺套數有限、指導教師少、學生人數多等突出問題，減少每組開課人數可有效緩解眾多學生與有限的教學資源之間的矛盾，提高實驗教學的質量。

四、針對生物科學專業，完善實驗考核體系

目前我校分子生物學實驗還沒有納入單獨考核范圍內，在實驗項目分類、教學內容、考核方式以及成績劃分等環節上缺乏整體布局設計，制約了實驗教學內容的整合，影響考核體系的建立。實驗教學考核是客觀評價學生所掌握的理論和技能的重要手段，也是提高實驗教學質量的有效措施。分子生物學實驗應注重全面考查生物科學專業本科生的素質，不僅要考查學生所掌握的基本知識和技能，還要考查學生獨立思考和綜合運用的能力，以及在實驗操作中表現出來的認真的態度、實事求是的科學作風和團隊合作精神等。以“公平、公正”為原則，不斷探索和完善實驗考核體系。針對生物科學專業特點我們建立了一套較為科學合理、客觀公正的實驗成績考核體系。針對平時成績制定了課堂成績、實驗報告成績的考核標準；對實驗考試制定了操作考試題目的出題思路和筆試各題型的適用范圍，給出了考核體系的實施，增強了教師的責任感，激發了學生的學習熱情，調動了學生學習的積極性，提高了實驗教學質量。過去，學生只要來實驗室做實驗，實驗成績就通過了。這樣做顯然是很片面的，很難調動學生的積極性。針對這種情況我們改革了考核辦法。評定考核成績（占40%），書寫實驗報告成績（占40%），實驗前的預習、提問的成績（占10%），在實驗考試中學生的獨立操作能力和熟練程度（占10%），綜合以上幾個方面客觀地評定成績。由于成績評定過程比較客觀，減少了教師的主觀隨意性，學生感到公平、合理。近3年來，我們進行的一系列的實驗教學改革，取得了一定的成績。我們對學生進行了問卷調查，調查結果顯示，95%以上的學生歡迎和支持實驗教學改革，并對以后的教學改革提出了寶貴的建議。

參考文獻：

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[3]馮尚國，王慧中.分子生物學實驗教學改革初探[J].科技資迅，2010，（17）.

篇5

生物化學與分子生物學作為一門重要的醫學基礎課，從分子水平探討生命的本質，主要闡述了各種生物分子的結構、功能及多種方式的相互作用[1-2]，為后續基礎醫學課程和臨床醫學課程的學習提供了重要的理論和技術原理支撐。

生物化學與分子生物學學科發展迅速，新知識、新技術不斷涌現，尤其是分子生物學領域的發展更快，深度和廣度均迅速增加，學習的難度較大。本學科內容抽象、復雜，頭緒繁多、不易歸納，需要理解、記憶的基本概念和基本理論多，學生普遍反映難懂、難記，有畏難情緒[3]。鑒于此，結合本校的實際情況，本教學團隊開展了生物化學與分子生物學的教學改革，以此幫助學生更好地理解教學內容，提高學習興趣。通過教學方法和教學手段的創新，為本校本學科教學質量的提高打下堅實的基礎。

1 教學方法改革

1.1 理論教學方法改革

教師在教學方法上應突出學生的主體地位，以培養學生的創新思維，提高學生獨立思考能力為目的，采用啟發式、辯論式、互動式等形式，活躍課堂氣氛，激發學生興趣，例如，課堂上教師應經常列舉一些經典的臨床案例讓學生參與討論，這樣可以大大激發學生的學習興趣。在積極倡導創新教學方法的同時，教師也不應該廢棄傳統的教學方法。通過試講、聽課、集體備課等形式，加大對青年教師的培養力度，從口授到板書等各個方面進行扎實訓練，提高其講課質量。此外，通過鼓勵年輕教師積極參加各級青年教師教學比賽，可以進一步推動教學方法的改革與創新。

更新教學內容是教學改革永恒的主題，而教材建設則是教學內容更新的關鍵。本室目前所用的供基礎、臨床、預防、口腔醫學類專業的第八版《生物化學和分子生物學》“十二五”國家規劃教材新增了若干內容，并且依據對相關知識的認知規律，對部分內容的編排較前版進行了較大調整。針對這種情況，本室組織力量，根據五年制臨床醫學專業本科教學大綱、碩士研究生招生考試大綱及執業醫師考試大綱，結合筆者多年的教學體會，參考國內醫藥院校使用的其他教材，以激發學生學習興趣，幫助學生準確理解教學內容為指導思想，編寫了八版教材的配套教材《生物化學與分子生物學精講與同步練習》。

教師需結合自身的科研實際，以便更生動地講授這門課程[4]。生物化學與分子生物學是一門以實驗為支撐的學科，其中任何理論的提出都必須以實驗為依據，因此，教師要想搞好教學必須重視自身科研水平的提高，這是世界高等教育的歷史經驗反復證明的。教師不但要精通本專業知識，更要在本學科有較高的學術水平，以便在教學中結合多年來科研實踐中的體會講授現代生物化學與分子生物學技術和原理，使學生在掌握現論的同時領悟到一切正確的理論均來自于實踐。

1.2 實驗教學方法改革

生物化學與分子生物學是一門實踐性很強的學科，為了培養適應新時期的高素質醫學人才，讓學生學習和掌握生物化學與分子生物學的基本技術和實驗方法，培養學生觀察、分析和解決問題的能力，本室在本科生中開設了電泳、質粒DNA抽提、酶切、PCR及重組質粒轉化等分子生物學實驗，為學生以后工作或繼續深造奠定堅實的基礎。除此之外，根據學校的實際情況，本室還采取了以下方法改善實驗教學。

編寫適用于本校學生的實驗指導，并在實驗步驟中添加了一些小問題，達到讓學生邊操作、邊思考的目的，進一步加深對理論知識的理解[5-7]。為了能更客觀地對學生的實踐動手能力進行考核，本室建立了比較系統完善的實驗課考核制度，包括考勤、提問、動手能力、實驗報告等方面。學生出勤、實驗報告只占實驗成績的50%，另外的50%包括課堂提問、實驗操作過程中的能力展現。

課堂中采用案例式教學方法講授實驗操作，調動學生的學習興趣。教師不要一味將知識灌輸給學生，而是要營造良好的課堂氣氛，和學生互動，吸引學生的注意力，例如講授離心機使用前需配平這一注意事項時，舉的實例是家里洗衣機甩干衣服時，如果擺放不對稱，就會出現“咣當咣當”不平衡的聲音。通過事例聯系，學生就掌握了離心機的使用要領。實驗完成后，使學生不要通過實驗結果判斷實驗成功與否，而是結合實驗數據，讓學生進行分析與討論，對實驗過程深思，總結成功與失敗的原因。同時布置與實驗相關的思考題，引發學生更深層次的思考，為學生以后做畢業論文和進行科學研究打下基礎。

2 教學手段改革

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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：

[1]劉輝.生物實驗室常見有害物質處理的初探[J].實驗室科學,2009,

(5):140-141.

[2]李勇,實驗室生物安全[M].北京:軍事醫學科學出版社,2009.

篇7

在醫學科技飛速發展的今天，大中型綜合醫院的醫學科研教育工作在學科建設中發揮著越來越重要的作用，醫學分子生物學作為一門實踐性和實用性很強的學科，它的理論和技術體系已廣泛滲透到醫學研究和應用的各個領域中，成為開展醫學科學研究必不可少的基本工具和手段。研究生是醫院科研工作的主力軍，因此，開展研究生科研能力培養的理論和實踐研究，探索切實可行的醫學分子生物實驗教育方法，對于研究生自身發展和學術進步的需要起著積極的作用。任務型教學（Task－basedLearning，TBL）是20世紀80年代由勃雷泊（Prabhu，1987）從教學的角度提出來的一種教學模式，即在教學設計中，教師分析教材，根據教學目標和教學進度，制定“任務”，布置各小組按要求完成任務［1］。2008年3月－2011年12月，作者對本院300多名研究生實施TBL教學，取得了良好的成果，在此期間，醫院發表的論文無論從數量還是質量上都有很大的提高，進一步證實TBL教學是醫學分子生物學實驗教學中值得推廣的教學模式之一。

1綜合醫院研究生科研能力培養中存在的問題

近年來，綜合醫院通過舉辦論壇講座、實驗室開放等方面不斷加強醫學生科研能力和創新意識的培養，取得了一定的成績，但是仍然存在一些問題，主要體現在以下三方面。研究生分子醫學實驗基礎薄弱。綜合醫院的研究生來自于全國各地大大小小的醫學院，水平參差不齊，很多醫學院側重基礎和理論教育而忽略了科研實驗技能培訓，進入醫院臨床后更注重臨床技能培訓，對研究生科研能力的培養和提高就形成了一個空白地帶，導致研究生進入實驗室后，對各種實驗儀器生疏，也缺乏系統的實驗技術指導，在拿到課題后，往往不知所措，需要摸索很久才能開展科研工作，這對研究生自身的成長和科研工作的推動都極為不利。實驗教學模式與實際應用脫節。學校的實驗教學多以課程為單位，各個實驗間缺乏關聯性和連貫性，與實際科研工作的連續性相矛盾；此外，學校的實驗課多以傳統實驗方法為基礎，雖然經典，但是與現代分子醫學實驗室大量使用試劑盒和改良的實驗方法有很大差距，往往耗時耗力且與實際應用脫節。如何在短時間內讓學生掌握現代分子生物學實驗方法體系才是解決問題的關鍵所在。實驗教學內容滯后。隨著分子醫學的迅猛發展，新觀念、新成果層出不窮，對于疾病的認識、診斷和治療理論也在不斷地更新，及時幫助研究生把握最新的科研動態、科研進展，對于臨床研究項目的設計和研究工作的開展尤為重要。因此，需要將新技術、新方法融入在實驗教學中，幫助研究生獲得良好的科研思路，順利開展臨床科研工作。TBL教學可以根據研究生實際科研工作中的研究需要和研究生所具備的知識水平，根據醫學分子生物學實驗的理論技術體系，設計能涵蓋相關知識點的綜合性實驗任務，使研究生在真實的問題情境下應用所學到的新知識完成實驗，解決科研問題。近年來，作者在醫學分子生物學實驗教學中運用TBL教學模式進行了探索和嘗試，取得了一些經驗，現歸納如下。

2TBL教學準備

2．1優化實驗教學內容和實驗方法，精選實驗任務設計合適的實驗任務是搞好TBL教學的前提和基礎，選擇具有“引導性、典型性、臨床研究相關性”的實驗任務是我們的教學原則。針對科研工作中常用到的理論知識點和實驗技術，選擇一個胃癌相關基因為研究目標，作為實驗教學任務的一條主線，從各種研究方式入手，對該基因展開全面研究。通過任務之間的知識遞增、內容互補、難度和全面性的不斷提高，使理論知識點和實驗技能在不同任務的應用中得到鞏固和提高［2］。在核酸技術方面安排了DNA提取、RNA提取、分子克隆實驗，通過PCR獲取該基因，通過連接、酶切、質粒提取、篩選、鑒定這一系列的實驗方法，最后得到該基因DNA的克隆載體；在細胞培養技術方面安排了胃癌細胞復蘇、細胞換液、細胞傳代、細胞凍存等細胞培養技術相關的實驗；還有蛋白質免疫印跡實驗，通過蛋白質提取、蛋白質定量、聚丙烯酰胺凝膠電泳、免疫雜交、免疫顯色等多種方法，最后得到該基因表達蛋白的印跡圖片。這些綜合性實驗都是連貫性的，前面的實驗任務結果為后續實驗所用，使研究生能運用自己已有的知識去發現問題，解決問題，這樣非常有利于激發研究生潛在的好奇心和探索創新意識，建立系統的科研思維。

2．2轉化科研優勢為實驗教學優質資源我院承擔著“973計劃”、“863計劃”項目和廣東省自然科學基金項目等大量國家自然科學基金項目。同時，我院擁有大量先進的科研儀器設備，更重要的是，擁有一批優秀的專家教授，具有較強的科研能力，在各自領域都取得了優異的科研成果，是TBL教學的絕佳素材。我們邀請數位從事前沿醫學科研研究的專家們為我們介紹最新的科研動態，科研進展，分享各自在研究過程中的心得體會，為研究人員提供相互交流學習的平臺和機會，這對開拓研究生視野，幫助研究生設計和開展臨床研究項目尤為重要，利用好這些科研優勢，并轉化為實驗教學的優質資源是提高實驗教學質量的重要基礎。

2．3靈活運用多種教學形式在實際科研工作中，會經常使用到大型儀器，普通的參觀講解不能讓學生完全真正了解儀器的用途，但由于實驗條件和專業性限制又不可能讓每個學生都操作儀器、掌握儀器的使用方法。針對此類大型儀器相關實驗技術，例如流式細胞術，我們采用了實驗演示的教學形式，以T淋巴細胞亞群分析檢測為實驗任務，樣本熒光標記過程讓學生動手操作，由實驗技術員負責上機操作，得到數據圖后，對實驗內容加以學習討論，分析各項數據的意義，從而對如何將該項技術運用到科研工作中有更深刻的認識。

3TBL教學的實施

分組實驗，增強實驗操作能力。將學生分為3－5人一個小組，每組都配齊實驗試劑、實驗器材，使每個學生都動手完成實驗過程，使用相關的實驗儀器。每個實驗任務開始之前，按照教學要求將相關實驗背景資料和技術步驟以及完成實驗的時間進程表交給學生，具體的實驗分工協作由學生小組決定，期間如有困難可向教師尋求指導。引導討論，培養分析、解決問題能力。每個實驗小組都配備一名指導教師在一旁指導，組織學生對于實驗操作過程中遇到的問題進行引導討論，及時糾正學生錯誤的實驗操作，如果實驗任務失敗，指導教師和學生一起對實驗分析原因，組織學生重做試驗，保證實驗流程順利進行，在實驗過程中培養學生分析、解決問題的能力?？偨Y實驗經驗，提高實驗技能。在實驗結束后，由主講教師總結實驗的關鍵步驟，將所有相關的實驗串聯起來，指導學生進行階段性總結，從而形成清晰的知識脈絡，鞏固學生對相關原理、步驟的認知和理解；并將所有小組好的和不好的實驗結果放在一起比較評價，總結實驗過程中出現的錯誤和不足，分析各種可能的原因并提出解決方法；此外學生和教師在一起交流討論自己在實驗中不懂或尚需解決的問題，使學生能應用所學的知識去分析、解決問題，同時提高了實驗技能，培養了獨立思考解決問題的方法和能力。

4TBL教學中應當注意的問題及其對策

TBL教學與理論教學相結合。醫學分子生物學是一門理論性強、邏輯性嚴密的課程，有其系統、完整的理論體系，TBL教學法選取的是有代表性和常見的實驗任務，不可能完全反映理論系統的完整性，這就要求在運用TBL教學法時，要與傳統教授法配合［3］。在理論講解部分，充分利用多媒體技術，使用大量生動形象的圖片和動畫、實驗操作錄像替代枯燥乏味的文字，用簡單的舉例闡述難懂的實驗原理，畫出詳細的實驗操作流程圖、重點標出注意事項，這樣有助于吸引學生的注意力，提高教學效果。合理安排教學內容。實驗教學不同于理論教學，在實驗操作過程中，有許多零碎的時間空余出來，要對實驗流程作好合理安排，在實驗間隙可以舉辦一些小專題講座，小組結果討論，放映多媒體錄像等方式充分利用空余時間，促進教師與學生的充分交流。創造開放互動的教學環境。TBL教學對教師的自身綜合素質要求比較高，教師不僅要通曉生物化學、分子生物學、細胞生物學理論知識，熟知實驗任務相關科研背景知識，還要有較強的駕馭課堂能力。在實驗討論中，教師不僅要從傳統的講解者的角色轉變成組織者、參與者的角色，帶領學生從被動接受知識為一個自主學習的角色，還要作為問題的創立者、引導者和推動者，與學生共同分析討論，使學生在開放輕松的良好氛圍中獲得答案［4］。

篇8

一、人類基因組計劃與基因組學

在榮膺1962年諾貝爾生理學醫學獎的沃森(JamesDeweyWatson)、克里克(FrancisHarryComp?tonCrick)和威爾金斯（MauriceHughFrederickWilkins),于1953年發現DNA雙螺旋結構之后。相繼于1958年和1980年罕見地兩次榮獲諾貝爾化學獎的桑格（FrederickSanger),先后完整定序了胰島素的氨基酸序列和發明很重要的DNA測序方法，這些劃時代的杰出成就于20世紀后半葉完全“打開了分子生物學、遺傳學和基因組學研究領域的大門”。于是20世紀80年代形成了基因組學，在隨后20世紀90年代人類基因組計劃實施并取得很大進展后，基因組學取得了驚人的長足進展。

基因（gene)是DNA(脫氧核糖核酸）分子上具有遺傳特征的特定核苷酸序列的總稱，系具有遺傳物質的DNA分子片段?；蛭挥谌旧w上，并在染色體上呈線性排列?；虿粌H可以通過復制把遺傳信息傳遞給下一代，還可以使遺傳信息得到表達。例如不同人種之間頭發、膚色、眼睛、鼻子等不同，是基因差異所致?；蚴巧z傳的基本單位，不僅是決定生物性狀的功能單位，還是一個突變單位和交換單位。由30億個堿基對組成的人類基因組，蘊藏著生命的奧秘。

基因組（genomes)是一個物種的完整遺傳物質，包括核基因組和細胞質基因組。即基因組是生物體內遺傳信息的集合，是某個特定物種細胞內全部DNA分子的總和。顯然原先只關注單個基因是遠遠不夠的，應當深入研究整個基因組，于是產生了基因組學。

基因組學（genomics)是專門從分子水平系統研究整個基因組的結構（以全基因組測序為目標）、功能（以基因功能鑒定為目標）以及比較（基于基因組圖譜和序列分析對已知基因和基因的結構進行比較）的分支學科?；蚪M學著眼于研究并解析生物體整個基因組的所有遺傳信息，突出特點是必須以整個基因組為研究對象，而不是只研究單個基因；同時還要研究如何充分利用基因在各個領域發揮作用?；蚪M學概括起來涉及基因作圖、測序和整個基因組功能分析的遺傳學問題。這門分支學科交叉融合了分子生物學、計算機科學、信息科學等,并以全新視角探究生長與發育、遺傳與變異、結構與功能、健康與疾病等生物醫學基本問題的分子機制，同時提供基因組信息以及相關數據系統加以利用，進而解決生物、醫學和生物技術以及相關產業領域的有關問題[3]?；蚪M學的主要目標包括認識基因組的結構、功能及進化規律，闡明整個基因組所涵蓋遺傳物質的全部信息及相互關系，為最終充分合理利用各種有效資源，以提供預防和治療人類疾病的科學依據。

人類基因組計劃（humangenomeproject，HGP)的確立和實施極大地促進了基因組學的發展。人類基因組計劃的提出，可追溯到尋求新方法解決日本廣島長崎原子彈幸存者及其后代的基因突變率檢測低于預期問題。1984年12月美國能源部資助召開的環境誘變和致癌物防護國際會議,第一次提出測定人體基因和全部DNA序列，并檢測所有的突變,計算真實的突變率。1985年6月，美國能源部正式提出了開展人類基因組測序工作，形成了“人類基因組計劃(HGP)”的初步草案。歷經幾年醞釀與論證，1988年美國國會批準撥款，支持這一被譽為完全可以與“曼哈頓原子彈計劃”、“阿波羅登月計劃”并列相比美的宏偉科學計劃。1990年正式啟動后，陸續擴展成為美國、英國、法國、德國、日本和中國共同參加的國際性合作計劃。2000年人類基因組工作框架圖（草圖）完成，是人類基因組計劃成功的標志。

HGP這項規模宏大，跨國家又跨學科的大科學探索工程。旨在測定組成人類染色體（指單倍體）中所包含的30億個堿基對所組成的核苷酸序列，從而繪制人類基因組圖譜，并且辨識其載有的基因及其序列，達到破譯人類遺傳信息，解碼生命奧秘，探索人類自身的生、老、病、死規律，揭示疾病產生機制以提供疾病診治的科學依據。截至2005年，人類基因組計劃的測序工作已經完成，但基因組學等研究工作一直在不斷深人和擴展。例如，2006年啟動了腫瘤基因組計劃力求揭示人類癌癥的產生機制以及癌癥預防與治療的新理念。當下已經邁進后基因組時代，從揭示生命所有遺傳信息轉移到在分子整體水平上對功能的研究（功能基因組學）。21世紀的生命科學以新姿態和新方法闊步向著縱深發展，同時有力推進了基礎與臨床醫學、生物信息學、計算生物學、社會倫理學等相關學科的蓬勃發展。為促進這些相關學科及其應用的更好發展，尤其推動在人類健康與疾病、個性化醫療、農業、環境、微生物等諸多領域的廣泛應用，自2006年以來巳經召開了十屆國際基因組學大會（ICG)。第10屆國際基因組學大會于2015年10月在中國深圳舉行,特別就臨床基因組學、生育健康、癌癥、衰老、精準醫療、人工智能與健康、農業基因組學、合成生物學、生命倫理和社會影響、相關組學及生物產業等熱點問題進行深人研討，展現了相關組學的旺盛活力。

二、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學等與基因組學相輔相成

基因組學作為研究生物基因組的組成，組內各基因的精確結構、相互關系及表達調控的科學，又必須從系統生物學角度與方法，著眼于整體出發去研究人類組織細胞結構、基因、蛋白質及其分子間相互作用，并通過整體分析研究人體組織器官的功能代謝狀態，從而才能更有效地探索解決人類疾病發生機制及其診治與保健問題。

雖然人類基因組圖揭示了人類遺傳密碼，而對生命活動起調節作用的是蛋白質?；蚪M研究本身不能體現蛋白質的表達水平、表達時間、存在方式以及蛋白質自身獨特活動規律等。因此，自從基因和基因組學問世以后，分子生物學的組學大家庭中，不斷延伸分化形成了相互密切關聯的轉錄組學（tmnscrip-tomics)、蛋白質組學（proteomics)、代謝組學（metabo-lomics),以及脂類組學（lipidomics)、免疫組學（lmmu-nomics)、糖組學（glycomics)、RNA組學（RNAomics)等,這些相互密切關聯的組學構成豐富的系統生物學以及組學生物技術基礎。

轉錄組學是一門在整體水平上研究細胞中基因轉錄情況以及轉錄調控規律的分支學科。也即轉錄組學是從RNA水平研究基因表達的情況。轉錄組即一個活細胞所能轉錄出來的所有RNA的總和，是研究細胞表型和功能的一個重要手段?？梢娫谡w水平上研究所有基因轉錄及轉錄調控規律的轉錄組學，乃是功能基因組學研究的重要組成部分。

蛋白質組（proteome)是指一個基因、一個細胞或組織所表達的全部蛋白質。而蛋白質組學研究不同時間、空間發揮功能的特定蛋白質及其群體;從蛋白質水平上研究蛋白質表達模式和功能模式及其機制、調節控制及蛋白質群體中各個組分。蛋白質組本質上指的是在大規模水平上研究蛋白質的特征，包括蛋白質的表達水平，翻譯后的修飾，蛋白與蛋白相互作用等，由此獲得蛋白質水平上的關于疾病發生，細胞代謝等過程的整體而全面的認識?；蚪M相對穩定，而蛋白質組是動態的概念。研究蛋白質組學是基因組學研究不可缺少的后續部分,也即生命科學進人后基因時代的特征。

代謝組學的概念源于代謝組，代謝組是指某一生物或細胞在一特定生理時期內所有的低分子量代謝產物。代謝組學則是對某一生物或細胞在一特定生理時期內所有低分子量代謝產物同時進行定性和定量分析的一門新分支學科。代謝組學以組群指標分析為基礎，以高通量檢測和數據處理為手段，以信息建模與系統整合為目標的系統生物學的一個分支。繼基因組學和蛋白質組學之后新發展起來的代謝組學，是借助基因組學和蛋白質組學的研究思想，對生物體內所有代謝物進行定量分析，并尋找代謝物與生理病理變化的相對關系。基因組學和蛋白質組學分別從基因和蛋白質層面探尋生命的活動，而實際上細胞內許多生命活動是發生在代謝物層面的。因此有研究者認為“基因組學和蛋白質組學告訴你什么可能會發生，而代謝組學則告訴你什么確實發生了”。所以，代謝組學迅速發展并滲透到諸多領域，例如疾病診斷、醫藥研制開發、營養食品科學、毒理學、環境學、植物學等與人類健康密切相關的各領域。

三、放射組學在交叉融合中應運而生

2015年是倫琴發現X射線120周年，正如簡明不列顛百科全書所評價：X射線的發現“宣布了現代物理學時代的到來，使醫學發生了革命”W。近40多年來計算機科學技術的交叉融合，以X射線透射開始并不斷拓展許多種類型的醫學成像技術，又經歷了數字化革命而呈現出跨越式發展。數字化醫學影像學已經成為現代醫學不可或缺的重要手段和必不可少的組成部分。醫學影像學在保健査體、疾病預防、疾病篩査、早期診斷、病情評估、治療方法選擇、康復療效評價等，以及生命科學研究方面發揮了越來越大的不可替代作用。隨著多排螺旋CT、雙源CT、能譜CT、磁共振成像（MRI)、單光子和正電子計算機斷層顯像（SPECT與PET)、圖像融合一體機成像(PET/CT等等）諸多影像醫學新設備、新技術、新方法層出不窮，醫學影像學巳經從結構成像發展到功能成像，又邁向分子影像學的新階段。尤其進人21世紀后，分子影像學方興未艾地蓬勃發展，已經成為分子生物學的重要手段。當前數字化醫學影像學所形成的大數據又密切關聯到相關基因組學，應運而生了放射組學（radiomicsV）。如果說20世紀驅動醫學影像學的發展主要是依靠物理學和計算機科學技術、電子工程科學技術等，而21世紀則迫切需要與醫學、分子生物學（包括基因組學等諸多組學）等相關學科進一步深人交叉融合相輔相成。

放射組學（亦有稱之為影像組學）、分子影像學完全是與基因組學、蛋白質組學等相關組學彼此關聯并相互促進而不斷發展的。整合各種技術實現運用影像學手段顯示人體組織水平、細胞和亞細胞水平的特定分子,并能反映活體狀態下分子水平變化，從而對其生物學行為在分子影像層面進行定性和定量研究，無論在人體保健與疾病的診斷治療，或者在藥物研究開發，以及在基因功能分析與基因治療研究等方面，都凸顯了巨大優勢和良好前景。

包含分子影像學的數字化醫學影像學迅速發展，可提供越來越豐富的多層次醫學影像數據資料，顯然必須加以深度發掘并充分利用這些極其龐大的數字化信息。通過放射組學研究，解碼隱含在醫學影像信息中的因患者的細胞、生理、遺傳變異等多因素共同決定的綜合影像信息，并客觀且定量化將其內涵呈現在臨床診治、預后分析的整個過程，這無疑會成為臨床醫學具有重大意義的革命。應運而生的放射組學，就是致力于應用大量的自動化數據特征化算法將感興趣區域（regionofinterest,R0I)的影像數據轉化為具有高分辨率的可發掘的特征空間數據。數據分析是對大量的影像數據進行數字化的定量高通量分析，得到高保真的目標信息來綜合評價腫瘤的各種表型（phenotypes),包括組織形態、細胞分子、基因遺傳等各個層次。例如近期文獻報道，放射組學可揭示腫瘤預測性的信號，能夠捕獲腫瘤內在的異質性，并與潛在的基因表達類型相關聯。

美國的國家癌癥研究所（NationalCancerInstitu?te,NCI),已經建立量化研究網絡（quantitativere?searchnetwork,QIN)，旨在共享數據、算法和工具，以加速影像信息量化的合作研究網絡U5]。他們將放射組學的建設及應用框架分為5部分:①圖像的獲取及重建;②圖像分割及繪制；③特征的提取和量化；④數據庫建立及共享；⑤個體數據的分析。當然這些均是很有挑戰性的工作。

放射組學通過標準化的圖像獲取以及自動化的圖像分析等,能為疾病的診斷、預后及預測提供有價值的信息。近期的研究還提示放射組學能有效預測不同患者中的腫瘤基因異質性等，可見放射組學有著廣闊應用前景。四、發展相關組學更好共促精準醫療

從基因組學、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學等2直到新形成的放射組學，均是在相關學科交叉融合中，當條件與時機發展到一定程度而瓜熟蒂落催生。

這些相互關聯的組學全部都兼備著學科分化以及整合的特色。學科交叉融合根據發展需要分化催生出4新分支，而所有這些組學分支學科又都從系統生物學角度出發，注重對形成的分支學科自身整體開展研I究。正是如此辯證統一的現代科技發展特點，如同DNA的螺旋結構一樣在不斷深化中而螺旋式上升，7推動科學技術向更深層次和更高水平發展。

篇9

曹樹青，2001年7月獲南京農業大學博士學位。2001年8月至2003年7月在復旦大學生命科學學院從事博士后研究。2011年9月至12月在美國普渡大學從事訪學研究。現任合肥工業大學生物與食品工程學院生物科學系主任、教授、博士生導師。先后主持包括國家自然科學基金面上項目、國家重大科技專項子課題等在內的國家級和省部級以及企業委托等課題20余項，指導國家大學生創新性實驗計劃項目2項和校級大學生創新項目7項，主持校級精品課程及研究生教改項目各1項，參與省部級教改項目3項。

作為課題組的負責人，曹樹青在本領域研究較深。他先后在國內外權威和核心刊物上發表學術論文80余篇，其中在國際知名學術期刊New Phytologist、 Nature Communications、Planta、PLOS ONE、Molecular Genetics and Genomics、Pant and Soil、Plant Physiology and Biochemistry、Physiologia Plantarum等上發表SCI收錄的論文30余篇。除了這些重要論文，曹樹青還獲授權或申請國家發明專利14項，參與撰寫“973”專著1部。

土壤重金屬污染是全球面臨的重要環境問題之一，因為土壤污染的重金屬可通過農作物而進入食物，嚴重影響食品安全和人類健康。為解決這一問題，科學家采取了很多措施，植物修復基因工程便是解決土壤重金屬污染的重要途徑之一。

其原理是利用綠色植物來轉移、容納或轉化污染物使其對環境無害。研究表明，通過植物的吸收、揮發、根濾、降解、穩定等作用，可以凈化土壤或水體中的污染物，達到凈化環境的目的。而在其中，植物修復的對象是重金屬、有機物或放射性元素污染的土壤及水體。因而，植物修復基因工程是一種很有潛力、正在發展的清除環境污染的綠色技術。

經過長年不懈的努力，合肥工業大學生物與食品工程學院生物科學系主任、曹樹青教授，帶領科研團隊首次揭示了植物響應重金屬鎘脅迫信號轉導的分子調控機制，為土壤重金屬污染植物修復基因工程提供了新的技術途徑和基因資源。2014年10月20日，這一成果在線發表在國際植物學知名學術期刊《新植物學家》上，并獲得第十三屆全國農業生物化學與分子生物學學術研討會優秀論文獎。

從源頭保障農產品安全

尋找和發掘耐受重金屬毒害且調控重金屬超量積累的關鍵基因并闡明其作用機理卻不容易，但這卻是植物修復基因工程獲得成功并從源頭上控制農產品食品安全的關鍵所在。

我國有近20%的耕地存在鎘、砷、汞、鉛、鎳、銅等重金屬超標，而土壤中重金屬可通過農作物吸收進入食物鏈，嚴重影響食品安全并危及人類健康。曹樹青介紹說，通過物理和化學手段治理土壤重金屬污染非常困難，也容易造成二次污染。

曹樹青課題組的此次研究正是瞄準于此，主要通過正向和反向遺傳學途徑，篩選和克隆涉及植物重金屬超量積累（或降低重金屬吸收）的關鍵基因，并闡明其作用機理。該研究不僅有助于揭示植物耐受重金屬毒害的分子機理，而且可以為從源頭上控制農產品安全提供新的技術途徑。

在得到了轉基因重大專項以及國家自然科學基金等項目資助下，曹樹青課題組利用正向遺傳學途徑篩選和鑒定了一個擬南芥耐鎘突變體xcd1-D，并克隆了其相應的基因MAN3，該基因編碼一個1，4-糖苷水解酶。過量表達MAN3基因導致鎘的耐受和積累，而MAN3基因功能缺失則該突變體表現出對鎘敏感。鎘脅迫誘導MAN3基因表達、增加甘露聚糖水解酶活性及甘露糖水平，從而激活谷胱甘肽依賴的植物螯合素合成途徑上的相關基因協調表達，進而增加植物對鎘積累和耐受。大量實驗表明，過量表達MAN3基因的擬南芥植株，在重金屬鎘污染的土壤中仍然保持正常生長狀態。

隨著研究的不斷深入，他們發現了MAN3及其介導的甘露糖的新功能，首次揭示了其在植物響應重金屬鎘脅迫過程中新的信號轉導通路，這為土壤重金屬污染植物修復基因工程提供了新的技術途徑和基因資源。成果自從在線發表在國際植物學知名學術期刊《新植物學家》后，獲得了業界廣泛矚目。

科研活動是一個連貫的對自然、社會規律的探索過程，因而一項科研需要堅持以保證其延續性。曹樹青表示，下一步，他打算深入挖掘植物響應重金屬鎘信號轉導的分子調控機制，對植物響應其他重金屬包括砷及鉛等的分子調控機制進一步研究，爭取將已獲得的研究成果產業化。

拓展科研的廣度

創新路上，中國科技正不斷向各種高度、深度和廣度延伸?！熬取奔仁强萍紕撔碌哪繕?，也是丈量科技創新質量的標尺，“廣度”則涵蓋了科學研究領域的方方面面。嚴格意義上，曹樹青的視野在生物科學，除了從事植物修復基因工程、植物抗逆分子生物學及食品生物技術等方面研究，他的科研視野也落在利用正向和反向遺傳學途徑上，他篩選鑒定多個與非生物脅迫相關的功能基因，初步闡明這些基因參與非生物脅迫響應調節的可能機理。

為什么會選擇這方面的研究？緣于他對糧食安全的擔憂。糧食安全是國家安全的物資基礎，始終是關系到國計民生和國家安危的重要問題。在他看來，如何增強作物品種的抗逆性，還依然是目前我國農業生產上亟待解決的關鍵問題之一。在解決這個問題方面，利用轉基因育種提高作物的耐寒和抗旱能力無疑具有重要的理論與經濟意義。這項工作的關鍵在于對植物抗逆分子機理的認識及關鍵基因的發掘。

通過長期的鉆研，曹樹青探索出了一條比較有效的科研方法。他以模式植物擬南芥為材料，通過正向和反向遺傳學途徑，利用現代分子生物學技術和基因工程手段，篩選和克隆抗逆關鍵基因，闡明其功能，并用于作物抗逆分子遺傳改良。這一研究可獲得具有自主知識產權的新基因，不僅可以為作物抗逆遺傳改良提供新的基因資源，而且對于揭示植物抗逆分子機理具有重要的理論意義。

科研育人，并行不悖

曹樹青是一個忙碌的人，平時除了做科研，還在合肥工業大學作為教授、博士生導師帶學生。在他的指導下，先后培養碩士和博士生30余人，一些學生已先后在國內外知名大學從事博士后研究和攻讀博士學位。他指導過的優秀學生和研究團隊更是不計其數。

篇10

關鍵詞：基因工程；教學改革；探索

中圖分類號：G42 文獻標識碼：A

文章編號：1009-0118（2012）04-0108-02

21世紀是生命科學的世紀，分子生物學作為最前沿的生命科學，主要從分子水平研究生命活動的現象與本質，如DNA的復制、基因的表達與調控、遺傳與變異等。隨著分子生物學研究的深入與發展，除了在分子水平上了解生命的特征外，在分子水平進行更有效的生物學研究以及在分子水平進行物種改造是生物學界共同關心并十分重視的問題，在這種情況下，基因工程應運而生?；蚬こ淌巧茖W的前沿，它的發展帶動了以其為核心的生物技術體系的發展［1］，并且已成為當今生命科學研究領域中最具生命力最引人注目的前沿學科之一［2］?；蚬こ碳夹g作為生物學的前沿技術，在社會生產生活中發揮著越來越重要的作用，隨之而來的是此方面人才的短缺，迫切需要在相關高校加大生物技術人才尤其是基因工程技術人才的培養力度。作者所在學院（浙江海洋學院海洋科學學院）于2007年新增了生物技術專業，希望能為國家培養這方面的人才。基因工程技術的發展日新月異，基因工程課程內容繁雜、抽象，如何能在有限的課時里讓學生既能學習到基因工程必備的理論知識和技術手段，又能把基因工程技術最新的研究成果給學生加以介紹成為當前基因工程教學亟待解決的問題。在當前教育體制下，深化教學內容、改變教學方法以提高教學效率成為解決此問題的唯一途徑。鑒于此，我們參考其他高校的經驗，同時結合本校教學實際對基因工程教學內容、手段、方法及考核方式進行了探索式改革，希望能在有限的課時里讓學生對基因工程技術有一個全面的認識和深入的理解，為以后的深造打下良好的基礎。

一、教學內容改革

（一）精選教學內容

基因工程課程為我校生物技術專業的核心課程，所選的教材是孫明主編的《基因工程》?；蚬こ陶n程和分子生物學、細胞生物學、基因操作原理等課程內容存在一定重復。例如PCR技術、基因表達調控在分子生物學中作為重點內容講授，那么在基因工程中就不必占用較多的課堂時間來講解，可以通過提問的方式讓同學們進行回顧即可。

（二）調整教材體系

《基因工程》教材眾多，內容豐富多彩，各有側重。在選擇教材時，我們結合本校學生為地方院校的本科生，專業基礎相對薄弱等特點，教材選擇力爭全面、完善、淺顯易懂，即能夠把基因工程技術的精髓傳授給學生又不至于給學生帶來很大的學習壓力，因此選擇以孫明主編的《基因工程》（科學出版社，2002版）為主，同時為使學生在較短的時間內掌握相關知識，教學內容經過優化設計，使之更具條理性。我們力爭將基因工程課程抽象的理論用簡明扼要的語言加以精煉，同時盡可能的為學生提供進入實驗室的條件，使他們能在實驗室中對基因工程技術有一個直觀的認識。

（三）緊跟學科發展前沿，更新教學內容

基因工程技術的發展日新月異，不斷有新技術出現，教材內容的更新遠遠跟不上技術的更新。為了使學生能夠全方位的了解基因工程領域的最新技術，我們不能僅僅局限于教材內容，而是在教材教學的同時將最前沿的基因工程技術穿來，開闊學生視野，擴大其知識面，塑造他們的批判精神的創新能力。

二、教學手段改革

基因工程是一門基礎性很強的學科，課程內容信息量大、更新速度快、抽象復雜，要求教師在教學過程中必須具有前瞻性和開創精神，努力使教學跟上學科的發展進程，向學生傳授教材以外的新知識、新技術、新方法，培養學生的獨立思考和勇于探索精神，為學生繼續深造打下良好的基礎。傳統的教學手段，照本宣科，只能使學生得到一些感性認識，無法得到直接的體驗，不能激發學習興趣，加以內容晦澀難懂，久之學生就容易對本課程產生厭倦心理，學生學著很累，老師教起來更累。這就需要教師在基因工程教學過程中勇于開拓創新，不拘泥于傳統的教學手段，善于采用新型的教學方式，以激發學生的學習興趣、較好地掌握整個知識體系為最終目的。

傳統板書教學延續至今，有其突出的優點，比如板書在黑板上保留時間較長，便于學生總結歸納、復習鞏固，板書書寫靈活互動，有利于捕捉課堂閃現的靈感等等。但是傳統板書在形式上比較單一，不能聲情并茂。另外，板書教學教師占主導地位，學生只是被動的“填鴨式”接受，興趣索然。另外，基因工程課程本身有許多傳統的板書無法進行描述的實驗內容等，這就使得傳統的板書教學無法單獨適用在本課程教學過程中。

為了激發學生的學習興趣，近幾年，某些有條件的高校開設了基因工程的雙語課程，不僅很好的調動了學生的學習積極性，同時使學生在本科階段就能夠掌握專業外語，非常有利于學生以后在第一時間快速閱讀外文文獻，以便迅速掌握和了解基因工程的發展動態［3］。我們借鑒這種教學模式，努力在基因工程課程教學中嘗試雙語教學，很好的鍛煉了學生的專業英語聽說能力。

多媒體教學是彌補傳統板書教學呆板、靈活性差的利器。運用形象、直觀的多媒體技術可以創設出一個生動有趣的教學情境，以其獨特的形、聲、景扣動學生的心弦，化無聲為有聲，化靜為動，使學生進入一種喜聞樂見的、生動活潑的學習氛圍，從而使學生產生極大的學習興趣。此外，多媒體教學還具（下轉第110頁）（上接第108頁）有增加教學容量，提高教學效率、提高教學質量、培養學生抽象思維能力等優點。多媒體教學是對傳統教學方式的一種顛覆，其本身也不可避免的存在一些缺點，比如容易產生華而不實，不能緊扣教學內容，過于輕視學生的主體和教師的主導作用等。我們在基因工程教學過程中，將傳統的板書教學和多媒體教學有機結合，相互穿插，有效的激發學生的學習動力，同時又將學生的主要精力放在課程內容的學習上，取得了良好的教學效果。

三、教學方法改革

“填鴨式”教學方式沿用至今，已遠遠不能適應當前學生的思維特點。必須真正轉變以課堂、教材為中心的傳統模式，采用新型的任務驅動、項目導向等有利于提高學生創新能力、表達能力與批判精神的教學模式。此外，基因工程課程屬學科發展快，內容豐富、抽象，學生難以理解，要想使其全面掌握相關的專業基礎知識，改革教學方法是非常必要的，在教學過程中綜合運用多種教學方法，是教育教學改革的重要內容。

（一）啟發式教學

單純的老師在臺上講，學生在下面聽，加之基因工程內容難以理解，很容易使學生產生厭倦心理。我們借鑒前人經驗，在課堂教學中穿插啟發性的問題。從學生的實際出發，采用多種方式，以啟發學生的思維為核心，調動學生的學習主動性和積極性，促使他們生動活潑地學習。

（二）研討式教學

基因工程技術發展迅速，在其發展過程中出現了一些倫理問題，比如克隆動物、轉基因動物等的出現。我們在基因工程教學過程中將這些與本課程相關的熱點問題引入課堂，引導學生思考并進行分組討論，提出自己的見解，對某些不一致的觀點進行辯論。通過這種方式，激發了學生的科學思維和批判意識，同時培養學生的團隊工作能力、團隊合作精神以及表達能力與應變能力。

（三）開放閱讀式教學

結合基因工程課程更新速度快的特點，引導學生通過網上瀏覽、圖書館借閱等方式了解本課程最新研究動態，不但激發他們的學習興趣，同時培養他們查閱資料的能力，為將來的深造和工作打下良好的基礎。

四、改革考核方式

為了引導學生樹立正確的學習態度，建立良好的學習習慣，在《基因工程》課程考核中，我們采用了平時成績和卷面成績相結合的方式，平時作業、考勤、發言等成績占40%，期末卷面成績占60%，充分調動了學生的學習積極性。這種多元考核法注重過程型學習能力的培養，克服了學生突擊復習應對考試帶來的弊端，真實客觀地反映出學生的學習效果，使考核方法具有科學性、合理性。

期末考試也不僅僅拘泥于傳統形式，而是采用標準化統一考試和論文法相結合的方式。標準化統一考試采用閉卷形式，課程小組統一流水閱卷。題型主要包括名詞解釋、填空題、選擇題、判斷題、計算題、簡答題、論述題、綜合分析題等，主、客觀題各占一定比例。一般客觀題所占比例較大。論文法則是以閉卷形式出2—5道論文題，學生可以提前準備一些材料，寫在一張白紙上，不能將相關書籍及資料帶入考場，要求在兩個小時內做出論文。

總之，為了使學生全面掌握基因工程課程相關理論和技術，了解最新的研究動態，我們在教學內容、方法及考核方式等進行了全面的改革和深入探索，力圖培養學生的批判意識、科研思維及創新能力，為將來的讀研及走上工作崗位打下良好的基礎?！奥仿庑捱h，吾將上下而求索。”基因工程教學的成功非一朝一夕能夠造就，我們將不斷探索，力爭完善。

參考文獻：

\[1\]楊宜,趙睿.加強實驗室建設培養應用性金融人才\[J\].北京聯合大學學報,自然科學版,2005,(12):88-91.