发布时间:2023-12-16 16:55:41
序言:作为思想的载体和知识的探索者,写作是一种独特的艺术,我们为您准备了不同风格的14篇生物研究的基本方法,期待它们能激发您的灵感。
[关键词]桑寄生;药效;功效物质;归经
[Abstract]To study the antirheumatic substance of Loranthus parasiticus and observe the relationship between its in vivo distribution and meridian tropism in rats by establishing adjuvant arthritis models corresponding to effectiveness All rats except the negative control group were injected with 01 mL Freund′s complete adjuvant on the left foot After 8 days, the rats in negative control group and model group were given with normal saline while the rats in positive control group were given with tripterygium glycosides suspension 10 mg・kg-1, and the rats in L parasiticus treatment groups were given with high(10 g・kg-1), medium(5 g・kg-1) and low(25 g・kg-1) dose decoction for 21 days The left rear ankle joint diameter of rats were measured every 7 days from the 9th day of modeling On the 22nd day, eyeball blood of part rats in L parasiticus highdose group was taken at different time points, and then they were sacrificed to take heart, liver, spleen, lung, kidney, stomach, large intestine, small intestine and brain tissues For the remaining rats, eyeball blood was taken 30 min after drug treatment, and their left rear ankle joints were taken to detect interleukin (IL)1β and tumor necrosis factor (TNF)α levels in serum by ELISA method; rutin, avicularin and quercitrin levels in the tissues of highdose group were detected by HPLC; pharmacokinetic parameters were analyzed by using DAS 20 Our results showed that L parasiticus decoction could significantly improve the paw edema situation of adjuvant arthritis model rats, and reduce IL1β and TNFα levels in rat serum The in vivo efficacy substance analysis in rats showed that rutin was only present in the stomach with a small amount AUC0t of avicularin was stomach>small intestine>kidney, and the duration time in vivo was kidney=stomach>small intestine>lung>heart AUC0t of quercitrin was stomach>kidney>liver>heart>lung>spleen>small intestine>brain>large intestine >serum, and the duration time in vivo was kidney=liver=small intestine=brain=lung=spleen=heart=stomach>large intestine>serum The research indicated that L parasiticus decoction was effective in treating rats with adjuvant arthritis Avicularin and quercitrin are important ingredients of L parasiticus in antirheumatism therapy The distribution of avicularin and quercitrin in rats were consistent with traditional understanding that L parasiticus could attribute to the kidney and liver meridians
[Key words]Loranthus parasiticus; efficacy; antirheumatic substance; meridian tropism
doi:10.4268/cjcmm20161029
桑寄生为桑寄生科植物桑寄生Taxillus chinensis(DC) Danser的干燥带叶茎枝,性平,味苦、甘,具有祛风湿、补肝肾、强筋骨、安胎元的功效,临床常用于风湿痹痛、腰膝酸软、筋骨无力、崩漏经多、胎动不安等病症[1]。现代研究发现,桑寄生所含的化学成分主要为黄酮类、生物碱、萜类、有机酸、多糖、蛋白质、凝集素等[2],其中黄酮类成分主要为槲皮素、扁蓄苷、槲皮苷、芦丁、广寄生苷等[34]。现代药理研究表明桑寄生有抗骨质疏松症[56]、抗氧化和神经保护[7]等作用。
龙启才等[8]通过研究桑寄生的醇提物对淋巴细胞和环氧酶的影响发现,桑寄生的祛风湿作用主要是抑制了细胞免疫,其次是抑制体液免疫。然而,桑寄生祛风湿的功效物质目前并不明确。中药功效物质的认识既需要以证候和药效为基础,又需要借助化学分析手段。基于以上认识,作者建立了“病症效应生物样本分析”结合研究中药功效物质的系统方法[910],在佐剂型关节炎模型上观察桑寄生祛风湿作用,同时根据药物中功效成分在体内的分布是药物归经的重要依据[1112]。结合药代动力学方法,对病证模型组织所含的桑寄生成分进行分析,从而获得对桑寄生祛风湿功效物质的认识,通过对功效物质体内分布与归经相关性的分析,认识其归经[9,13]。
1材料
酶标仪(BioTek Instruments,Inc);Waters e2695高效液相,Waters 2489检测器(美国Waters);AE240电子分析天平(瑞士梅特勒仪器有限公司);TGL16gR高速冷冻离心机(上海安亭科学仪器厂);氮气吹干仪(北京八方世纪)。
IL1β ELISA试剂盒(R&D公司,批号20141101A);TNFα ELISA试剂盒(R&D公司,批号20141101A);甲醇(Tedia Company,USA);乙腈(Tedia Company,USA);雷公藤多苷片(上海复旦复华药业有限公司,批号131202);弗氏完全佐剂(Sigma公司,批号F5881);q蓄苷(四川省维克其生物科技有限公司,批号130625);槲皮苷(四川省维克其生物科技有限公司,批号130508);桑寄生产地安徽,购于河南张仲景大药房,生产日期2014年5月18日,经河南中医学院陈随清教授鉴定为桑寄生科植物桑寄生T. chinensis的干燥带叶茎枝。
Wistar雄性大鼠,体重(160±10) g,由山东鲁抗医药股份有限公司质检中心实验动物室提供,合格证号SCXK(鲁)20130001。
2方法
21药物制备
211桑寄生水煎液的制备取桑寄生粉碎成粗粉,加10倍量水浸泡30 min,煎30 min,滤过,药渣加8倍量水煎煮20 min,滤过,合并2次滤液,60 ℃浓缩至1 g・mL-1的桑寄生水煎液。
212桑寄生含量的测定色谱条件:Platisil ODS C18色谱柱(46 mm×250 mm,5 μm);流动相01%磷酸水(B)乙腈(C),梯度洗脱,2~15 min,79%B,15~20 min,79%~77%B,20~30 min,77%B,30~35 min,77%~79%B,流速08 mL・min-1;进样量10 μL;检测波长330 nm;柱温28 ℃。
213供试品溶液的制备取药材样品,粉碎,过2号药典筛。精密称取药材细粉100 g,加50%甲醇溶液10 mL,超声提取2次,每次30 min,合并2次提取液置25 mL量瓶,加50%甲醇至刻度线,即得供试品溶液。
214对照品溶液的制备精密称取芦丁、q蓄苷对照品各100 mg,槲皮苷对照品141 mg,分别置于10 mL量瓶中,加甲醇稀释至刻度线,即得对照品溶液(芦丁、q蓄苷01 g・L-1,槲皮苷0141 g・L-1)。
215雷公藤多苷混悬液的制备取雷公藤多苷50片(10 mg/片),用研钵研碎,加蒸馏水超声溶解,配制成1 g・L-1的混悬液。
22造模与给药
大鼠适应性喂养5 d,禁食24 h后称重,标记,随机分为阴性对照组,模型组,阳性对照组(雷公藤多苷组),桑寄生高、中、低剂量组,每组8只(其中桑寄生高剂量组17只)。除阴性对照组外,其余动物在无菌条件下左后足趾皮下注射弗氏完全佐剂01 mL。桑寄生各剂量组于造模第9天起,分别给予桑寄生高(10 g・kg-1)、中(5 g・kg-1)、低(25 g・kg-1)剂量水煎液,阳性对照组给予雷公藤多苷混悬液(10 mg・kg-1),阴性对照组、模型组给予生理盐水,给药体积为10 mL・kg-1,连续给药22 d。
23样本采集
各组大鼠于给药22 d当晚禁食不禁水。次日桑寄生高剂量组大鼠9只给予桑寄生高剂量水煎液后10,30,40,60,80,90,120,240,360 min时摘眼球取血,处死,立即取心、肝、脾、肺、肾、胃、脑、大肠、小肠,用于桑寄生成分组织分布的测定,其余大鼠分别于给药30 min后摘眼球取血,处死。所有全血静置30 min后1万 r・min-1离心10 min,取上清液,20 ℃冰箱备存。
24大鼠足肿胀度的检测
造模前用不锈钢数显卡尺测量所有大鼠左后踝关节直径,给药后每7 d测量1次大鼠左后踝关节直径。
25病理组织观察
各组大鼠取左后足踝关节,10%福尔马林固定,常规石蜡包埋,切片,HE染色,光镜观察踝关节周围炎性细胞浸润程度、软骨坏死程度和滑膜病变。
26炎症因子的检测
ELISA法检测血清中IL1β和TNFα,按试剂盒说明书操作。
27血清样品的处理方法
桑寄生高剂量组大鼠按时间点摘眼球取血,全血1万 r・min-1离心10 min,取15 mL血清,加3倍量甲醇,用快速混匀器充分振摇5 min,1万 r・min-1离心10 min,取上清液,沉淀物再次重复上述操作,合并2次上清液。50 ℃氮气吹干,加入甲醇2 mL,超声提取5 min,取上清液用022 μm微孔滤膜滤过,作为供试品溶液。
28组织样品的处理方法
将各组织用生理盐水洗净,滤纸吸干,精密称取约1 g的组织(不足1 g的称全重),剪碎,加入3倍量生理盐水,用细胞破碎仪破碎。破碎液加入3倍量甲醇,快速混匀器充分振摇5 min,1万 r・min-1离心10 min,取上清液;沉淀物再次重复上述操作,合并2次上清液。50 ℃氮气吹干,加入甲醇2 mL,超声提取5 min,取上清液用022 μm微孔滤膜滤过,作为供试品溶液。
29HPLC含量测定方法
291色谱条件同212。
292对照品储备液的制备精密称取芦丁、q蓄苷、槲皮苷各100 mg,分别于3个10 mL量瓶中,用甲醇溶解、定容,配制成质量浓度为0100 g・L-1的单一对照品储备液。
分别精密量取单一对照品溶液适量于同一量瓶中,用甲醇稀释成质量浓度分别为芦丁0005,002,005,008,015,02,025,05,075 mg・L-1,q蓄苷0005,002,008,015,02,025,05,075,1 mg・L-1,槲皮苷0005,002,008,015,025,05,1,2,25 mg・L-1的单一对照品溶液,4 ℃冷藏避光贮藏备用。
293LOD和LOQ值的测定配制芦丁、q蓄苷、槲皮苷质量浓度均为1 mg・L-1混合对照品,按212项下色谱条件进样20 μL,根据信噪比(S/N)计算LOD和LOQ。
294专属性考察分别取空白对照组大鼠血清及心、肝、脾、肺、肾、胃、脑、大肠、小肠等组织匀浆液200 μL,按27和28项下方法处理后,HPLC进样10 μL,得空白血清和空白组织样品的色谱图。再取混标溶液(芦丁、q蓄苷、槲皮苷各5 mg・L-1)100 μL加入空白组织匀浆液中,同样方法处理后,HPLC进样10 μL,得含混标的空白组织色谱图。比较空白组织和加入混标溶液的空白组织色谱图可知,所用色谱条件适宜,提取方法理想,组织样品中的内源性物质不干扰芦丁、q蓄苷和槲皮苷的测定,所用方法专属性较强。
295线性关系分别精密吸取292项下配制的系列浓度的单一对照品溶液10 μL,按212项下色谱条件分别进样,记录芦丁、q蓄苷和槲皮苷的峰面积。以浓度为横坐标,峰面积为纵坐标进行线性回归,得各回归方程、相关系数及线性范围:芦丁Y=14 443X-13693,r=0999 2,q蓄苷Y=23 992X+22137,r=0999 4,槲皮苷Y=18 852X+73978,r=0999 5。结果表明,芦丁、q蓄苷和槲皮苷在质量浓度0005~075,0005~25,0005~1 mg・L-1线性关系良好。
296精密度考察分别精密吸取空白血清和各空白组织匀浆液100 μL,分别加入低(芦丁、q蓄苷、槲皮苷各1 mg・L-1)、中(芦丁、q蓄苷、槲皮苷各5 mg・L-1)、高(芦丁、q蓄苷、槲皮苷各10 mg・L-1)3个浓度的混合对照品溶液100 μL制备成相应浓度的质控样品,提取处理后,以212项下条件1 d内重复进样6次,连续3 d,记录峰面积,计算日内及日间精密度,结果显示RSD均小于60%,该方法精密度良好。
297加样回收试验制备质控样品(同295),进样分析并记录峰面积,以组织进样的色谱峰面积分别与用甲醇配制而成的相同质量浓度的对照品溶液进样的色谱峰面积之比计算加样回收率。结果显示芦丁、q蓄苷、槲皮苷在生物样品中回收率均在80%~110%,RSD均小于60%,符合生物制品回收率要求。
298稳定性试验制备质控样品(同295),每个浓度6个样本,分别在室温放置24 h,-20 ℃放置1周后,进样,考察生物制品的稳定性。结果显示所有生物制品的RSD均小于60%,稳定性良好,符合生物样品的质量控制要求。
210统计学方法实验数据以±s表示。采用SPSS 180软件对实验数据进行单因素方差分析,P
3结果
31桑寄生药材含量的测定
芦丁、q蓄苷、槲皮苷混合对照品及桑寄生药材的HPLC图见图1。指标成分含量测定结果显示,桑寄生中芦丁、q蓄苷、槲皮苷的质量分数约064,088,349 mg・g-1。
33大鼠一般情况的观察
造模后各组大鼠左后足趾在48 h肿胀达到最大,足表面皮肤发亮绷紧,持续3 d后开始消退,造模第8 天后再次出现肿胀,触碰有明显的躲避行为。大鼠活动量减少,体重增加缓慢。模型组大鼠于造模第12 天开始出现鼻黏膜充血,耳部红斑等继发反应。给药第7天体重开始增长恢复正常。
34桑寄生水煎液对大鼠左后足肿胀程度的影响
与阴性对照组比较,模型组左后足踝关节肿胀程度均明显增加(P
36桑寄生水煎液对大鼠踝关节病理形态学的影响
光镜下显示见图2,阴性对照组踝关节软骨平滑,结构完整,关节滑膜被覆q平上皮,无炎性细胞浸润;模型组踝关节周围有大量炎性细胞浸润,呈纤维状增生,关节腔肿胀,关节软骨大量坏死;中、低剂量组偶有关节软骨坏死,踝关节淋巴炎症细胞中度增生;高剂量组踝关节周围炎性细胞数量较中、低剂量组少,少量软骨坏死。
37组织药代动力学参数
各组织浓度时间经DAS 20统计处理后发现,
4讨论
41桑寄生祛风湿药效观察
目前用于研究风湿病较稳定的动物模型有胶原蛋白诱导关节炎模型、佐剂诱导关节炎模型、链球菌细胞壁诱导关节炎模型、蛋白诱导关节炎模型等[1415]。本实验采用弗氏完全佐剂造大鼠关节炎模型(AA)是由于AA模型大鼠的关节组织切片及血中炎性因子的变化与人类极为相似,能较好模拟人类RA模型,且病变稳定,发病率高,重复性强,与中医风湿痹证比较吻合。弗氏完全佐剂造模期间,大鼠左后足持续肿胀,由于不便行动、负重,大鼠精神倦怠、活动减少。造模后第9天开始模型组大鼠足肿胀程度虽有所减轻,但与阴性对照组比较,差异显著(P
综上所述,桑寄生水煎液能减轻弗氏完全佐剂关节炎模型大鼠的肿胀程度、降低血清中炎症因子IL1β,TNFα含量,桑寄生水煎液有祛风湿抗炎作用。
42桑寄生功效物质观察及其分布与归经的关系
本实验在大鼠佐剂关节炎模型上,观察到桑寄生水煎液祛风湿的功效,同时通过体内药物化学成分分析,观察到大鼠佐剂型关节炎模型上桑寄生指标成分q蓄苷、槲皮苷经血液循环和大鼠的各组织中有广泛分布,且能透过血脑屏障分布于大鼠的脑组织。因此,可以认为,桑寄生q蓄苷、槲皮苷是桑寄生祛风湿的功效物质。
归经是药物对机体某些脏腑经络选择性的作用,即药物对机体某些部位存在特殊的亲和力,进而对这些部位的病变起到特殊或主要的治疗效果。现在已经认识到,中药物有效成分体内分布与其归经有密切关系。因此,通过桑寄生功效物质在病症模型动物中体内分,能够获得中药桑寄生归经与药物分布相关性的认识。
归肾经:q蓄苷在佐剂关节炎模型大鼠体内肾组织中AUC0t较大,居于3位,在脏腑组织维持时间上据首位,提示q蓄苷在肾组织中分布较多,这与桑寄生归肾经的传统认识的认识一致;槲皮苷在佐剂关节炎模型大鼠体内肾组织中AUC0t更大,居于2位,在脏腑组织维持时间上据首位,提示槲皮苷在肾组织中作用强度更强,这与桑寄生归肾经的传统认识的认识一致。综合2种成分在模型大鼠体内分布情况,归肾经的主要功效物质为槲皮苷、q蓄苷。
归肝经:q蓄苷在佐剂关节炎模型肝中无法计算AUC0t,槲皮苷在佐剂关节炎模型大鼠体内肝组织中AUC0t较小,居于第3位,在脏腑组织维持时间上据首位,提示槲皮苷较q蓄苷在肝组织分布多并对肝组织有较强的针对性作用,这与桑寄生归肝经的传统认识的认识一致,槲皮苷是桑寄生归肝经的代表成分。
综上所述,q蓄苷、槲皮苷在佐剂关节炎模型大鼠体内分布情况与桑寄生归经具有高度一致性,体内分布印证了桑寄生归肾经、肝经的传统认识。q蓄苷、槲皮苷均为桑寄生归肾经的代表成分。槲皮苷是桑寄生归肝经的代表成分。
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【关键词】高中生物 要求 方法
基本知识的归纳就是把书本上的所有知识点有条理的罗列出来,解释各个术语的含义,列出它包含的的种类或分支的方向,并清晰地标明各个知识点之间的联系,这种知识归纳能帮助你准确的理解并牢固的掌握课本的知识。做这个归纳的时候可以适当的参考一些参考书上的归纳,像优化设计上的归纳就很不错,大家可以以之为基本框架,再把更具体的东西,尤其是书上的例子补充进去。
一、学好高中生物课的要求
(1)通过高中生物课的学习,应当获得关于生命活动基本规律的基础知识,了解并关注这些知识在生产、生活和社会实践等方面的应用;(2)通过高中生物课的学习,应当使自己在科学态度、科学精神、创新意识等方面得到发展,逐步形成科学的世界观;(3)通过高中生物课的学习,应当初步学会生物科学探究的一般方法,能够运用所学的生物学知识和方法解决日常生活中遇到的一些实际问题。
二、学好高中生物课的方法
高中生物课,不仅要有明确的学习目的,还要有勤奋的学习态度,科学的学习方法。针对生物科学的特点,学好高中生物课应做到以下几点:
1.学习生物学知识要重在理解、勤于思考
生物学的基本概念、原理和规律,是在大量研究的基础上总结和概括出来的,具有严密的逻辑性,课本中各章节内容之间,也具有密切联系,因此,我们在学习这些知识的过程中,不能满足于单纯的记忆,而是要深入理解,融会贯通。
2.要重视理解科学研究的过程,学习科学研究的方法
生物科学的内容不仅包括大量的科学知识,还包括科学研究的过程和方法。因此,我们不仅要重视生物学知识的学习,还要重视学生生物科学研究的过程,并且从中领会生物科学的研究方法。
3.要重视观察和实验,生物学是一门实验科学
没有观察和实验,生物学也就不可能取得如此辉煌的成就。同样,不重视观察和实验,也不可能真正学好生物课。在日常生活中也要注意观察生命现象,培养自己的观察能力。
4.要重视理论联系实际,学以致用
生物学是一门与生产和生活联系非常紧密的科学。我们在学习生物学知识时,应该注意理解科学技术和社会(STS)之间的相互关系,理解所学知识的社会价值,并且运用所学的生物学知识去解释一些现象,解决一些问题。
一是归纳,二是做题。
首先讲讲归纳,这是我个人最推崇的方法。因为我高三这一年花在比赛上的时间很多,没有严格地按照老师的进度很系统的复习,但知识归纳帮助我将系统的整理知识和思路,很有效的提高了复习效率,达到比较好的复习效果。我的生物知识归纳包括基本知识的归纳、习题归纳和特殊知识点归纳。
基本知识的归纳就是把书本上的所有知识点有条理的罗列出来,解释各个术语的含义,列出它包含的的种类或分支的方向,并清晰地标明各个知识点之间的联系,这种知识归纳能帮助你准确的理解并牢固的掌握课本的知识。做这个归纳的时候可以适当的参考一些参考书上的归纳,像优化设计上的归纳就很不错,大家可以以之为基本框架,再把更具体的东西,尤其是书上的例子补充进去。我高二的时候做了全部自己写的那种归纳,上高三不久,就在优化设计上对它给出的框架做了补充。
关键词:bf生物膜;cbm仿生膜;cs细胞;脂双层;膜的制备
依据生物膜的双层脂膜结构的这种特殊结构,采用人工膜进行较易操作的实验做离体实验研究的方法,是不断深入掌控生物膜基本功能的重要研究方法之一。现在常用的两种人工膜模型,平板双层磷脂膜(BLM)和球形脂质体(Liposome)可以说是自然生物膜结构的充分体现。生物体生命活动的基本过程是以电荷为载体与生物膜结构息息相关的。用电化学的理论、方法和技术进行模拟生物膜功能的研究是认识生命活动最直接和明确的途径,模拟生物膜的电化学研究是近期生物电化学研究发展的必然。仿生膜的研究对生物膜研究具有极其显著的理论和应用价值,特别是膜的制备方面的相关问题研究。文章从多种途径,研究仿生膜制备的方法,列举了具体的制作过程,具有极大的现实指导意义。生物膜是细胞内膜和细胞外膜的统称,此外还包括高等动物体内的复合膜。生物体生命在进化过程中,膜的出现具有特殊的意义,质膜的形成是非细胞生物(如病毒、噬菌体)与细胞生物的一个重要分界点,细胞内膜体系的发展是细胞生物从低级向高级进化的反映。现代科学研究表明,生物膜特有的脂双分子层结构和DNA双螺旋结构、蛋白质a-螺旋结构一样,都是生命体系的基本结构,是细胞的重要特征之一。生物膜维持着细胞内各部分的结构有序性,它关系到细胞内的能量代谢转换、蛋白质等大分子的生物合成、细胞和外界环境的物质交换及信息传递等重要过程,因此,生物膜结构既是细胞结构的基本形式,也是生命活动的主要结构基础。总之,寻找新的仿生膜合成方法是当代科学家们理应担当的艰巨的研究任务,可以说,仿生膜制备方法的发展是仿生膜发展及对生物膜研究的基础。
1 生物膜
1.1 生物膜的组成原料
大量研究已表明生物膜基本原料是由水和类脂、蛋白质、糖(糖蛋白、糖脂)等组成,此外还有少量的核酸和无机离子[2]。脂类是一些不溶于水而溶于有机溶剂的大分子,在膜中主要起基础结构作用,其流动性可辅助蛋白质发挥功能,脂的极性端参与生物膜的相互作用,有少数几种脂类还参与信息的传递过程。多数膜蛋白是酶、受体或通道,具有一定的生物学功能,在细胞与外界的相互作用及物质和信息的交换中起着重要的作用。糖类多以复合物形式存在,通过共价键与某些脂类或蛋白质组成糖脂或糖蛋白。类脂和蛋白质是生物膜的主要成分,约占膜总重量的80%,水占膜总重量的15-20%。在不同的细胞中或在同一细胞不同的细胞器中以及不同的细胞膜层中,类脂和蛋白质比例相差很大。膜的蛋白质含量与细胞的代谢、吸收、分泌等生物活性有关。一般来说,功能越复杂多样的膜,所含蛋白质的种类越多,所占重量的比例也越大。
1.2 生物膜的结构(流动镶嵌模型)
70年代Simger和Nicolson[3]提出的细胞膜流动镶嵌模型至今仍被普遍采用(图1)。
该模型强调了生物膜的动态结构,特别是流动性和不对称性。其特征有五点:(1)类脂分子特别是磷脂分子是构成细胞膜的基本物质;(2)类脂分子以双分子层方式排列,其极性端朝向膜外;(3)蛋白质分子镶嵌在脂双层中;(4)类脂的各种成分在膜内外的分部是不对称的,膜蛋白的分布也表现高度的不对称性;(5)细胞膜不是静止的,而是流动的。类脂和蛋白质可以在脂双层内进行多种形式的运动。
1.3 生物膜的性质和功能组成
1.3.1 生物膜的性质
主要体现在脂双模的稳定性,生物膜脂双层的非对称性,膜的电惰性与可修饰性,相变温度,膜的通透性,膜的流动性,膜的多型性。
1.3.2 生物膜的功能
主要包括细胞膜的屏障作用,细胞膜的物质运输作用,细胞膜的受体作用,融合作用,细胞膜的信息传递作用。
2 模拟生物膜的模型
50年代末,Muller.P等人[1]在水溶液间成功形成自组装Planar Bilayer Lipid Membrane(简称BLM膜),这种膜与生物膜的组成和结构相似,因此可作为生物膜的模型用于各种研究。BLM膜与后来相继出现的各种模拟生物膜(包括L-B膜,支撑的BLM膜)为我们提供了研究生物膜的有效手段。如今,生物膜研究已经成为综合生物学、化学及物理学的跨学科工程。它的成就已在生物化学、细胞生物学、药理学等领域起到不可估量的作用。特别是70年代以来,各种物理化学新技术、新方法的应用使生物膜的研究已经深深地渗入到电化学、生物化学、生物物理学、分子生物学、生理学、病理学等各个学科领域,并极大地推动这些学科的发展。实际上,生物膜研究已成为分子生物学中最令人瞩目和最活跃的研究领域之一。
2.1 传统的类脂双层膜
实验中,传统的BLM是通过把类脂溶液铺展在界于两种不同水溶液间憎水部分的小孔上形成的。这种方式由Muller等在60年代首先报道。由此方法形成的BLM,其性能的变化如电势、电容及电流很容易由放置于膜另一侧的参比电极所测得。直到今天,这种传统的方法仍然是最简单可行的技术。
2.2 支撑的类脂双层膜
2.2.1 固体支撑的自组装类脂双层膜(s-BLM)
固体支撑的自组装类脂双层膜(s-BLM)克服了传统BLM膜稳定性不能持久的缺点,为发展实用的生物传感器提供了可能。这方面的工作可追溯到70年代,Mountz等[10]把具有一定强度和尺寸的类囊体膜作为模型系统用作太阳能转换装置。后来又发展了金属[11]、导电SnO。玻璃[12]、凝胶[13,14]等固体支撑的自组装类脂双层膜。
80年末,Tien及其合作者[15,16]发现可在金属(金、银、铂、不锈钢等)的新生表面上自组装形成类脂双层膜(s-BLM)。
2.2.2 固体支撑的自组装杂化类脂双层膜(s-HLM)
80年代初,Tscharner和McConnell[17]首先制备出烷基化的疏水基底支撑的双层膜。他们是根据Sagiv[18]在自组装单层中的工作,先将玻璃片用硅烷烷基化,再沉积上磷脂单层,其中关键是玻片的预处理。磷脂单层用L-B法制备,采用“dipping”方式将玻片从上向下,浸入水面上铺有磷脂单层的槽内,即形成硅烷/磷脂双层。1984年Horn[19]将新解理的云母片浸入含有脂质体的溶液中,脂质体会先吸附于云母片上,然后打开(一般采用带负电的磷脂制备脂质体,加入少量Ca2+以促进脂质体打开),最后完全铺展于云母片上形成双层。80年代中期,McConnell[20]等将玻片和石英片经亲水处理或烷基化处理后,采用L-B法连续两次将磷脂单层沉积到基底上,形成双层脂膜,这种方法可以使用所有种类的磷脂,也能将功能性物质在L-B膜池中重组入单层后带入脂双层。1991年Kalb等采用类似的方法将石英片亲水处理,然后用L-B膜法拉上磷脂单层,使石英表面烷基化,再将此石英片泡在磷脂泡囊中,就可以形成双层脂膜,其成膜过程如图2所示。另外在玻璃珠上、在亲水的聚合物上都成功地制备出支撑双层脂膜。
由于自组装烷基硫醇的高稳定性和容易使金属表面烷基化,在金属基底上制备烷基硫醇/磷脂双层膜也日益引起人们的重视。90年代初,Stelzle等首先报导采用自组装方法制备出金表面上的硫醇单层,然后将磷脂单层通过脂质体吸附并铺展于硫醇烷基化的金表面上,形成支撑双层膜。除了采用泡囊吸附的办法和L-B膜法外,Florin和Gaub报导了一种更为简单的方法――涂抹法,将磷脂的癸烷溶液直接涂抹在硫醇烷基化的金电极表面,几分钟后,在电化学池中±100mV的电位窗内连续扫描以促进磷脂单层的形成,并用光学显微镜观察了膜的形成过程。
2.3 脂质体
脂质体是由Bangham博士在剑桥大学首次发现并命名的,并于60年代中期在分子生物杂志上发表。脂质体是由类脂组成的双分子空心球。当类脂分散在水中时,类脂由于其固有的特性,在水中自发地形成空心的双层球,在球的中间可加载亲水成分,而在双层膜中间可加载脂溶性成分。现在类脂应用最多的是卵磷脂。脂质体根据其形态可分为三种:多层脂质体(MLV)、大的单层体(LUV)和小的单层体(SUV),这一般取决于制备工艺。其基本结构如图3。
2.3.1 固体仿生膜的制备方法
与传统的物化合成方法相比,膜的仿生合成具有以下特点:可以在较低的温度下以较低的成本制备膜材料;通常不必进行后续处理就可以获得致密的晶态膜;能制备厚度均匀、形态复杂的多层膜;由于仿生膜的微观结构易于控制,因此可以仿生制备具有纳米结构的膜材料。合成具有生物活性的仿生膜材料是许多化学家和生物学家追求的目标,对于仿生膜的制备,已经有了一些较为成熟的方法,其主要方法有自组装成膜法、LB膜法、接枝改性法、原位聚合法、烧铸法、化学气相沉积法(CVD)、分子沉积法。
2.3.2 仿生膜的合成
以有机大分子组装体引导下制备完整、均匀的无机膜为研究目标,以两亲性有机大分子──十六烷基三甲基溴化铵(简称CTAB)和硅源──正硅酸乙酯(简称TEOS)为原料,研究了影响仿生膜生成的关键因素,在有机大分子组装体引导下合成了完整的无支撑仿生膜,从研究发现影响仿生膜生成的关键因素有:pH值对成膜的影响,CTAB初始浓度对成膜的影响,CTAB/TEOS配比对成膜的影响。
3 结束语
实验以正硅酸乙酯为硅源、CTAB有机大分子的组装体为模板制备仿生合成膜的过程进行。初步研究结果,首先,溶液pH值、CTAB初始浓度、CTAB/TEOS配比对仿生合成膜的生成有显著影响。实验范围内优选的操作条件为:CTAB:TEOS:H2O(摩尔比)=0.08:0.07:120,pH=0,CTAB初始浓度0.037mol・L-1。在优选条件下,制成了表面完整、有弹性、结构呈梯度分布的仿生合成膜。其次,例举一些仿生膜的制备方法供读者参考。
参考文献
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[18]J.Sagiv,Organized monolayers by adsorption.I.Formation and structure of oleophobic mixed monolayer on solid surfaces,J.Am.Chem.Soc.1980,102:92-98.
关键词:高中生物;遗传;教学;人文教育
中图分类号:G632 文献标识码:B 文章编号:1002-7661(2013)19-213-01
在高中生物教学中,“遗传的基本规律”是一个重点和也是一个难点,关于该部分的有些问题值得进行认识上的探讨和教学上的改进,使得在进行科学教育的同时渗透人文教育,从而达到提升学生生物学素养的目的。
一、在“遗传的基本规律”教学中发现的问题
笔者在进行高中生物 “遗传的基本规律”教学时,讲述孟德尔的豌豆杂交实验以及对豌豆杂交实验的解释时,发现大多数学生似听非听,注意力不是很集中,当引导学生自行分析某些较为浅显的问题的时候,又不知所云,而且这一现象在不同的班级均有显现。课后了解到:初中生物八年级下册便在“基因的显性和隐性”讲述过这部分内容的,而且孟德尔的豌豆杂交实验早就在科普书上读过了。现在都高中了还讲这些,太小儿科了,没有听的价值。
虽然学生在初中时候学过孟德尔的豌豆杂交试验,但多数学生不了解遗传基本规律的具体的创建过程,以及围绕该实验应掌握的核心知识,比如,不少学生认为孟德尔就只做得豌豆杂交试验,得出了基因分离定律和自由组合定律。而忽略了这位遗传学家还总结出科学的遗传研究方法,并提出“遗传因子”假说,为遗传学的诞生和近代颗粒遗传理论的发展奠定了基础。对此问题的误解还表现在,学生在被问及怎样解释基因分离现象以及为什么孟德尔的要用测交实验来验证实验结果的时候,许多学生不着边际胡乱说几句或者干脆答不上来。
如果这一系列的问题没有得到有效的解决,那这一部分的教育便没有达到科学教育的目的,更难实现人文教育,也就无法涵养人文精神。因此,在遗传的基本规律教学中应重视以下几个问题:①重视孟德尔设计实验的科学程序的讲解:从物质到意识、现象到本质、特殊到一般、偶然性到必然性循序渐进地揭示了基因的分离定律,不可只揭示实验结果。②阐明孟德尔精心选择豌豆作为试验材料的道理,以及杂交技术的要点。③用数理统计方法定量分析试验结果。④高中教材中,这一部分所占的比重较大,考试所占比例也大,教师应注重理论与实际联系,加强对基本规律的理解。⑤本节内容知识点多,知识面广,而且知识点分散,跨章节多,新概念多再加上新的研究方法,使得这部分内容较难把握,教师应作好充分准备。
二、相关问题的探讨和教学改进建议
1、引导学生挖掘遗传的基本规律探寻过程中所蕴含的观点
孟德尔祖籍德国,贫寒的家境让他靠当家庭教师挣几个钱糊口,才勉强读完了中学。在奥尔缪茨大学哲学学院毕业后,孟德尔进入了奥古斯丁修道院。在修道院里,他矢志投身科学的心意弥坚,长年潜心于植物杂交实验,坚持不懈,终于在遗传研究上作出了划时代的发现。
起初,孟德尔的豌豆杂交实验,并不是有意为探索遗传规律而进行的。他的初衷是为了获得优良品种,只是在试验的过程中,逐步把重点转向了探索遗传规律。他首先在生物学领域引入了实验物理学的方法和理论,使用纯种豌豆进行实验,并用统计学的方法来处理实验数据。通过实验和分析,他发现了植物性状遗传的分离和组合的规律,并由此提出了遗传的显性和隐性原理,阐明了在控制生物的性状上,存在一种“遗传因子”的思想。1865年,他把自己的发现和理论阐述写成,这就是著名的《植物杂交试验》。可惜的是,在当时的生物学界,没有人能理解他的方法和他的发现的真正意义。到了1900年,人们才突然在图书馆里发现了他的《植物杂交试验》这篇划时代的论文,才理解了它的含义。这时,他已去世16年;距他的时间,已经35年。
以上对于孟德尔遗传的基本规律研究的揭示,对于培养学生的人文素养的意义在于:
首先,孟德尔刻苦学习的探究精神和投身科学的坚持不懈,让学生们了解到科学的道路没有一帆风顺,唯有不懈攀登的人才能达到光辉的顶点。成功需要扎实的专业基础,顽强的拼搏、充分的学习和借鉴前人的研究成果,成功就是1%的灵感加上99%的汗水。
其次,通过性状分离比的模拟实验让学生在实践中体会孟德尔的科学研究遗传学的方法,以及孟德尔科学严谨的实验研究过程。第三,孟德尔早年的刻苦努力的学习,让他能用数学上统计学的方法来分析植物实验结果。这种把生物学和统计学、数学结合了起来的研究方法,为他的成功又一次铺平的道路。所以,即使是同时代的博物学家很难理解他论文的真正含义。通过对这些知识的学习,可以培养学生在学习的过程中注重全面发展的意识,不断提高学生学科均衡发展的能力。
2、引导学生了解遗传的基本规律的价值,从而认识生物学教学的价值
中学生物概念教学研究
课题研究的背景和意义
一、课题研究背景
《普通高中生物课题标准》明确提出:要求学生获得生物学基本事实,概念,原理,规律和模型等方面的基础知识,知道生物科学和技术的主要发展方向和成就,知道生物科学发展史上的重要事件。高中《生物课程标准》还指出:要“注重学生在现实生活的背景中学习生物学,倡导学生在解决实际问题的过程中深入理解生物学的核心概念”。高中生物新教材在原大纲教材的基础上做了很大的变动,新教材重视以生物学概念构建知识体系。生物学科作为一门自然学科,在其知识体系中存在着大量专业性概念,仅高中生物学必修教材中比较重要的概念约有450个,有具体定义的概念有近200个,平均每节课中都要涉及4~5个重要概念。特别是近年来高考命题特别重视回归课本,避免学生陷入题海战术,而是更加注重考察学生对概念的理解和掌握情况。对近年来高考试卷的分析发现:大部分考生因为对基本概念记忆不清,对概念的内涵和外延理解有误而导致严重失分,造成高考成绩不理想。
二、课题研究的意义
生物的概念教学是生物学科建立和发展的基础,它能深刻地体现生物教学过程最本质的特征。对于生物概念的正确理解和运用,不仅有助于学生掌握基础知识,提高解题技能,而且能够提高学生的生物学素养。同时理解生物的基本概念也是教学大纲的基本能力要求,同时搞好生物学概念教学也是提高课堂教学质量的重要手段。因此学生只有深刻理解和准确把握生物学概念,才能构建良好的生物学知识结构,才能在考试中灵活运用,从而达到在生活实践中学以致用。更进一步完成课标提出的提高学生的生物学素养这个目标。
课题名称的界定和解读
生物概念 生物学概念是人们对生物及其生理现象本质属性的认识。在生命科学中的许多规律、原理和方法都得借助于有关生物学概念,才能得以正确表述。
概念教学 生物学概念常以最简洁的语言概括事物的本质和属性.生物学概念不仅仅是属于识记水平,它对提高学生知识水平和能力水平有重大的作用。每一个概念都有其内涵和外延,生物学概念的内涵是指反映生命现象和生命活动规律的本质特征;外延是指内涵所适应的范围和条件.准确理解概念的内涵和外延是掌握概念的先决条件。
研究内容 以高中生物课的全册内容复习为例,研究高中生物概念教学的有效复习方法。同时对学生出现的混淆概念的原因以及对部分不完善的概念进行对比分析研究。
课题研究的步骤和举措
一、研究思路
首先要明确生物概念教学的含义,通过阅读相关资料全方位了解有关生物概念教学的研究现状及各地各校生物概念教学实行的现状。其次通过调查了解学生对生物学概念的学习方法及现状,调查了解教师(主要是本校)对生物概念教学复习方法及实行现状。进而进行分析选择学生乐意接受且效果好的生物概念教学方法,在我校实施并推广。从而促进我校生物学的教学和教育质量的提升。
二.研究对象
以我今年所带的高三年级14班——16班学生为研究对象
三.研究步骤
第一阶段 准备阶段(XX年5月—XX年8月)
1. 申报课题
2. 学习与课题相关的知识
3. 制定开题报告。
第二阶段 研究阶段(XX年9月—XX年5月)
1. XX年9月—12月:
研究高中生物学科复习过程中学生对生物学概念的学习与理解及其教师对生概念教学复习的基本策略。方法是通过与教师沟通以及在学生中进行试卷调查来发现问题,根据学生出现的问题,认真学习生物课程标准及相关的教育教学理论。在此基础之上查阅资料针对问题寻求解决的最佳办法。
2. XX年元月:
汇总整理前期研究的相关资料 ,上传传课题中期总结报告。
3. XX年2月—5月:
将完善的概念教学复习策略实施到教学过程中。对部分班级进行教学实践,通过对比听课,对比教学,试卷调查与试卷测试,总结实施过程中任然存在的问题,并进行纠正。纠正以后再次应用于另外一些班进行教学,然后再对存在的问题进行总结,逐步完善,形成合理的高三概念教学复习模式。
第三阶段 总结阶段(XX年5月)
1、完成课题研究的结题报告。
2、完成课题研究中的各种资料的整理、统计工作。
3、申请结题,完成课题研究工作。
课题成果的预期和呈现
一、主件:
《中学生物概念教学复习方法研究》结题报告
关键词:生物科学、生物科学素养、中学生、培养
一、 生物科学素养相关理论界定
(一) 生物科学素养的概念界定
目前为止,学术界针对“科学素质”与“科学素养”这两者的使用没有明确的规定,翻译成英文都是Science Literacy。科学素养包含五大要素:科学品质、科学知识、科学能力、科学方法和科学意识。科学素养是通过日常生活以及媒体等渠道提供的信息获取方式而积累形成的对科学技术的主观理解,是以教育为基础的行为。科学素养的五大要素彼此相互影响、相互作用,是维系生物科学正常运转的最基本因素。
生物科学素养也是公民科学素养构成的重要组成部分,是指公民社会实践、经济实践、生产实践以及个人实践是所需的生物科学概念和科学探究能力的展现,是对科学价值观和科学态度的一种展现。随着生物科学技术的发展,生物科学已经逐渐的走入人们的生活,生物科学素养也就成为了现代公民必备素养的基本素养之一。
(二) 生物科学素养的基本构成
生物科学素养的基本构成主要可以分成生物知识素养和生物能力素养。生物知识素养内容是与人们日常生活联系最紧密的一个部分,与人类的生活、生产密切相关的部分,是反映现代生物科学技术的理论基础和科技水平,是能够让学生们接受生物知识的必要前提,以及生物方面的各种相应的理论要素。这些知识的构成是都是让中学生适应社会发展、时代进步、科技发展以及今后学习生活的理论基础知识。
生物能力素养是进行物科学研究和生物学习生的基本能力之一,这其中一共包含四个方面,观察能力、实验研究能力、实践活动能力以及探究性学习能力。第一,观察你是学习生物的必要前提,也是获得生物方面知识的首要步骤,学会观察你才能够对实验、实践以及探究做好必要的准备。第二,生物学是对实验的要求很严格,因此,实验研究能力也是学生获取知识和技能的一种基本能力。生物实验能研究能力包括①从实验中获取知识的能力②将这些知识运用到实践中的能力③能够在实践中利用实验手段解决问题的能力。第三,实践活动能力是学生学习生物应该具有的理论与实际相结合的能力,这其中包含着要灵活的运用书本知识的同时,将知识转化到实践中去,从而得出结论,更好的探究生物知识。最后,探究性学习能力是培养学生自主学习的一个重要方式。学生只有具有了探究性学习能力的本质才能培养创新生物科学的精神。
二、 国内生物科学素养教育的开展情况
国内生物科学素养教育起步较晚,就目前来看,可以总结成以下两个方面去概述生物科学素养教育的概况:一方面,通过改革生物课程结构和教材培养学生的生物科学素养。也就是说,打破单一的必修课结构,形成必修课选修课以及辅修课相结合的课程,让学生根据自己的兴趣爱好进行学习,将基础和必备的理论课程作为基础课程,培养学生的创新能力、实验操作能力以及生物科学的创新能力。这样,在学习过程中必修课是为学生在解决问题、获取生物知识以及培养能力做好夯实基础;接着就是必修课向选修课转化,培养学生的兴趣爱好,注重学生能力的培养和实验操作的训练;辅修课可以看做是一个小型的课题研究,有针对性的对学生的实践能力与创新能力的培养,有能够进一步是学生掌握生物科学的研究方法。
另一方面,通过改革教学方法以及教学模式培养学生的生物科学素养。学生的学习兴趣是教师在传授过程中引领的,这就要求,教师在授课的同时,不仅仅应该注重学生学习方法,也应该注重提升自己的教学方法和教学模式,在生物学科教育领域中,针对不同的教学内容,也同样有着不同的教学方法和教学模式,通过对教学方法和教学模式的改革和提升,从而能够激发学生的学习兴趣,培养学生主动学习的学习习惯和氛围,同时在教师的正确引导下,养成学习生物科学应具备的动手能力、动脑能力,实现提高学生的生物科学素养。
三、 培养中学生生物科学素养的途径和方法
(一) 优化教材内容,培养学生的自主学习能力
教材的使用是培养好学生的必要前提之一,是“教教科书”还是“用教科书教”是教育工作者所面临的挑战。在教学过程中,教师应该重新塑造教材观念,去除“唯书唯上”的错误观念,已经教学的要求,学生的特点进行教材的选取和重新设计教学计划和教学内容,增强学习的效率,使学生能够掌握更多的有用知识。
针对学生方面,学生在学习过程中不仅仅是接纳新知识,而且还要完善学生原有的认知结构,以便于学生平日学习知识内容的检索与提取。古语说“授之以鱼不如授之于渔”,优化教材内容就是教会学生正确的学习方法,教师在授课中培养学生的自主学习能力,将方法传授给学生,实现真正的“用教科书教”的说法,才能使学生融合贯通,灵活运用所学知识。
(二) 改革实验教学观念,加强学生的科学研究意识
知识的学习只有从自己思维中得来的才是自己的知识,自己再学习过程中总结的知识才是属于自己的知识。所以,在生物学科教学中,我们应该把重点放在生物教学的活动中,而不是把重点放在生物教学的结论中,我们要注重认知过程的学习和理解。
实验的方法是生物教学中最为基础的方法之一,从实验中观察到某一种现象、规律的形成过程以及得出一个相关的概念。在这样的一个过程中,教师要注意的不仅仅是学生在实验中的操作方法以及在整个实验中学生得出结论的过程,而且还要注重学生的学习思路和方法。
传统的实验教学方法重结论轻过程,而不是将实验的发现作为学习知识的形成过程。如此的机械式学习方法是不利于学生学习和记忆的。因此,改革传统的学习观念势在必行,建立生物实验模式的学习观念,充分挖掘学生的发现能力与创新能力,培养学生的科学严谨的研究能力,以及营造一个良好的生物实验环境。(作者单位:沈阳师范大学)
参考文献:
[1]叶禹卿.《科学新课程与科学素养培养》.北京:中国织工业出版社[M].2002.10
1.学习生物学知识要重在理解、勤于思考
生物学的基本概念、原理和规律,是在大量研究的基础上总结和概括出来的,具有严密的逻辑性,课本中各章节内容之间,也具有密切联系。因此,我们在学习这些知识的过程中,不能满足于单纯的记忆,而是要深入理解,融会贯通。
2.要重视理解科学研究的过程,学习科学研究的方法
生物科学的内容不仅包括大量的科学知识,还包括科学研究的过程和方法。因此,我们不仅要重视生物学知识的学习,还要重视学生生物科学研究的过程,并且从中领会生物科学的研究方法。
3.要重视观察和实验,生物学是一门实验科学
没有观察和实验,生物学也就不可能取得如此辉煌的成就。同样,不重视观察和实验,也不可能真正学好生物课。在日常生活中也要注意观察生命现象,培养自己的观察能力。
生物学是一门与生产和生活联系非常紧密的科学。我们在学习生物学知识时,应该注意理解科学技术和社会(STS)之间的相互关系,理解所学知识的社会价值,并且运用所学的生物学知识去解释一些现象,解决一些问题。
学习生物的三个小技巧
1.掌握基本知识要点,“先记忆,后理解”
与学习其它理科一样,生物学的知识也要在理解的基础上进行记忆,但是,高中阶段的生物学还有着与其它理科不一样的特点。对于大家学习了许多年的数学、物理、化学来说,这些学科的一些基本思维要素同学们已经一清二楚,比如:数学中的未知数X、化学中的原子、电子以及物理中的力、光等等。而对于生物学来说,学生们要思考的对象即思维元素却是陌生的细胞、组织、各种有机物和无机物以及他们之间奇特的逻辑关系。因此学生只有在记住了这些名词、术语之后才有可能掌握生物学的逻辑规律,既所谓“先记忆,后理解”。
2.弄清知识内在联系,“瞻前顾后”、“左顾右盼”
在记住了基本的名词、术语和概念之后,同学们就要把主要精力放在学习生物学规律上来了。
这时大家要着重理解生物体各种结构、群体之间的联系,也就是注意知识体系中纵向和横向两个方面的线索如:关于DNA,我们会分别在“绪论”、“组成生物体的化合物”和“生物的遗传和变异”这三个地方学到,但教材中在三个地方的论述各有侧重,同学们要前后联系起来思考,既所谓“瞻前顾后”。又如:在学习细胞的结构时,我们会学习许多细胞器,那么这些细胞器的结构和功能有何异同呢?这需要大家做了比较才能知道,既所谓“左顾右盼”。 3.深刻理解重点知识,读书做到“六个W”对于一些重点和难点知识,大家要深刻理解。如何才能深刻理解呢?大家读书时要时时思考“六个W”。
高中生物四种学习方法,精学精用
1.分析和综合的方法
分析就是把知识的一个整体分解成各个部分来进行考察的一种思维方法,综合是把知识的各个部分联合成一个整体来进行考察的一种思维方法,分析和综合是生物学学习中经常使用的重要方法,两者密切联系,不可分割。只分析不综合,就会见木而不见林;只综合不分析,又会只见林而不见木。
2.比较和归类的方法
比较是把有关的知识加以对比,以确定它们之间的相同点和不同点的思维方法。比较一般遵循两条途径进行:一是寻找出知识之间的相同之处,即异中求同;二是在寻找出了事物之间相同之处的基础上找出不同之处,即同中求异。归类是按照一定的标准,把知识进行分门别类的思维方法。生物学习中常采用两种归类法:一是科学归类法,即从科学性出发,按照生物的本质特性进行归类;二是实用归类法,即从实用性出发,按生物的非本质属性进行归类。
3.系统化和具体化的方法
系统化就是把各种有关知识纳入一定顺序或体系的思维方法。系统化不单纯是知识的分门别类,而且是把知识加以系统整理,使其构成一个比较完整的体系。在生物学学习过程中,经常采用编写提纲、列出表解、绘制图表等方式,把学过的知识加以系统地整理。
具体化是把理论知识用于具体、个别场合的思维方法。在生物学学习中,适用具体化的方式有两种:一是用所学知识应用于生活和生产实践,分析和解释一些生命现象;二是用一些生活中的具体事例来说明生物学理论知识。
生物化学是一门实验学科,不论是生物大分子的基本知识还是代谢相关知识的获取,都离不开系统的实验研究。在教学中,怎样体现生物化学实验课程对理论教学的补充,提高学生实践能力,许多问题需要认真思考。积极探索具有创新精神和实践能力的高素质生命科学应用型人才培养模式,对生物专业人才培养中的实验教学改革方面的研究和探索是十分必要的。在近年的生物化学实验教学中,从实验方法更新、实验前准备、实验过程控制、实验外开放实验室等方面进行了一些有益的改革和探索。
一、依托现代化实验手段,更新实验方法
我校生物化学实验课程长期使用王秀奇等主编的《基础生物化学实验》,由于教材出版多年,实验虽然经典,但有些技术手段显然已经跟不上科技进步的脚步。例如在花椰菜核糖核酸提取鉴定、酵母核糖核酸提取实验中,反复使用到布氏漏斗分离沉淀,而我们根据实验条件,更新为离心机分离沉淀。在取用液体时,移液管的使用是基本的实验操作技能,但对极少量的液体取量,我们为学生提供了移液器。这些新仪器的使用,增加了学生对生物化学实验的兴趣,提高了学生的实践能力。
二、将准备实验作为生物化学实验教学基本内容
在传统的生物化学实验教学中,教师准备实验,讲授实验,然后学生操作、记录结果、撰写实验报告,学生按照既定程序完成实验任务,并不能真正理解实验的全过程。于是我们要求学生走进实验教学的幕后,了解并协助甚至主动承担生物化学实验的准备工作,并作为生物化学实验教学的基本内容之一。在实验准备中,学生独立预习实验的原理、方法、操作及相关试剂配制,获得更多的基本操作训练的时间与机会,如玻璃仪器的清洗,不同试剂配制、移液管、移液器、烘箱、高压灭菌锅、离心机、分光光度计、电泳仪的使用。通过实验准备环节的训练,学生更加理解实验的完整性,提高实验基本技能和实践能力。许多院校也逐渐将实验准备引入到教学中,并逐渐成为高校实验课程教学的一种模式。
三、实验中加强基本能力的训练
生物化学实验对实验基本操作技能有较高要求,尤其在取用液体,样品处理等方面,稍有不慎就会引起实验失败。通过生物化学实验教学,可以促进学生养成良好的实验习惯,强化基本实验技能,并在此基础上培养基本的科研能力,学会分析问题,解决问题的能力。于是,我们要求学生课前认真预习,参与实验准备;另外尽量发掘上课效率。例如,在学生实验操作时,充分巡视课堂,及时纠正实验操作中的问题,和学生探讨实验中可能的失误,养成良好的实验习惯,让学生及时记录实验现象,并当场给出评语,方便学生总结。对学生失败的实验,一方面鼓励学生仔细回顾操作过程,分析失败根源;另一方面,为学生提供机会重新实验。
四、开放实验室,引导学生进行科学研究探索
关键词:水霉菌(Saprolegnia);聚丙烯凝胶电泳;处理方法
中图分类号:S941 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2013)21-5342-03
Comparison and Analysis of Preparation Methods of Saprolegnia Protein
SONG Peng-peng,HU Kun,YANG Xian-le
(National Pathogen Collection Center for Aquatic Animals, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306,China)
Abstract: The effect of three wall-breaking methods of 8 kinds of Saprolegnia preparation was compared and analyzed by polyacrylamide gel electrophoresis. The results showed that the quartz sand and liquid nitrogen mixed grinding processing preparation of protein was best, the stripe was clear, the method was simple, quick, and relatively common, which could effectively distinguish between strains of molecular genetics background difference and was suitable for Saprolegnia molecular epidemiology research.
Key words: Saprolegnia; polyacrylamide gel electrophoresis; preparation method
目前,已发现的导致水生动物感染水霉病的真菌有水霉属(Saprolegnia)、绵霉属(Achlya)、细囊霉属(Leptolegnia)、丝囊霉属(Aphanomyces)、腐霉属(Pythium)和异霉属(Allomyces)的13 种真菌,其中以水霉、绵霉、细囊霉和丝囊霉最为常见,也最为容易导致水霉病的大面积蔓延和流行。传统的真菌病原菌分类主要根据其感染部位、体外培养的形态、生理生化指标以及有性生殖过程的形态特征等。但这些鉴定方法主观性强、程序繁琐、重复性差、周期很长,且形态特征易受环境等因素的影响,加上稳定性和分类能力上受到很多限制,因此往往很难能鉴定到种。随着对卵菌纲生物的形态学、细胞学、生理学和分子生物学等方面的深入研究,推动了水霉菌分类鉴定的发展。在基础分子生物学和临床医学的研究中,聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)技术被认为是应用最为广泛的方法之一。聚丙烯酰胺凝胶电泳可用于蛋白质、核酸等生物大分子的分离、鉴定及其结构与功能的分析,该方法操作简便、快捷、较为常用,可为不同水霉菌菌株的分类提供技术手段[1]。
研究表明外膜蛋白是真菌外膜中的蛋白成分,外膜蛋白结构相对稳定,遗传突变性小,且种间差异明显,因此外膜蛋白常用于研究细菌性和真菌性病原菌株的流行病学特征。因此,本研究对水霉菌外膜蛋白进行聚丙烯酰胺凝胶电泳,比较分析了外膜蛋白,可为真菌的致病性和流行病学的研究提供基础。
1 材料和方法
1.1 菌株来源
水霉菌分别分离[2]于湖北、广州、上海等地区患水霉病的淡水养殖水生动物病变组织(表1);标准菌株ATCC 200013为国家水生动物病原库提供。
1.2 菌丝培养
试管斜面活化后,接入PDA平板内,20 ℃培养24~36 h,然后转接入9 cm铺有玻璃纸的平板内,平板培养基为PDAY(PDA+0.2%酵母膏)。每皿接入5 mm2的小菌块4~5块,均匀分布于玻璃纸表面,20 ℃培养36~48 h,小心取出接种菌块。用刀片从玻璃纸表面刮取菌丝,收集于小培养皿中,真空干燥12~24 h,分装于1.5 mL离心管中-20 ℃保存备用[3]。
1.3 破壁处理
采用3种方法对水霉菌进行破壁处理。方法1:取1.0 g菌丝体,加10 mL 1×PBS缓冲液,振荡混匀,加石英砂100 mg,研磨20 min,成糊状。方法2:取1.0 g菌丝体,液氮研磨,成白色粉末状,加10 mL 1×PBS缓冲液,振荡混匀。方法3:取1.0 g菌丝体,加石英砂100 mg,再加液氮研磨成白色粉末状,加10 mL 1×PBS缓冲液,振荡混匀[4]。
1.4 样品制备
3种破壁方法处理后得到的处理液分别于4 ℃、12 000 r/min离心5 min,取上清液,加1倍体积预冷的丙酮,置于-20 ℃过夜,然后4 ℃、12 000 r/min离心5 min,收集沉淀,用1 mL ddH2O溶解蛋白质沉淀,置于-20 ℃保存备用。
1.5 聚丙烯酰胺凝胶电泳
聚丙烯酰胺凝胶浓缩胶浓度为5%(pH 6.8),分离胶浓度为10%(pH 8.8),指示剂为溴酚蓝,电泳缓冲液为1×Tris-Gly缓冲液(pH 8.3),加10%SDS。取5 μL蛋白质样品,加1倍体积2×上样缓冲液(含20%DDT);样品煮沸5 min,12 000 r/min离心5 min,取上清上样,进行聚丙烯酰胺凝胶电泳。电泳在冰浴中进行,当溴酚蓝距胶底2 cm左右时停止电泳。
1.6 染色
取出凝胶,置于过滤后的考马斯亮蓝染色液(含0.2%考马斯亮蓝R-250、10%冰醋酸、50%甲醇)中,室温下摇床缓慢旋转,1 h后将凝胶浸入考马斯亮蓝脱色液(含30%甲醇、10%冰醋酸)中,室温下摇床缓慢脱色,脱色数次直至蛋白质条带出现、背景干净为止。
2 结果与分析
2.1 菌丝体蛋白制备方法的比较
利用3 种不同组合的方法制备水霉菌株可溶性菌丝体蛋白,经SDS-PAGE电泳和考马斯亮蓝染色。从图1可以看出,方法3制备的蛋白较方法1和2完整,显带最多、清晰;方法2制备的蛋白较方法1完整,条带较多且较清晰;方法1比方法2和方法3的条带少且不清晰,效果最差。
2.2 水霉菌株蛋白条带的差异分析
从图2可以看出,02和LP条带基本一致,S2、L5条带基本一致,AT、CP和S1条带基本一致,04和14条带基本一致。聚丙烯凝胶电泳能够有效地区分不同种类的水霉菌,能够为水霉菌株分类提供可靠的分类技术。
3 小结与讨论
3.1 蛋白制备方法分析
聚丙烯酰胺凝胶电泳是分离、鉴定、纯化蛋白质的方法之一,是以聚丙烯酰胺凝胶为载体的一种区带电泳。聚丙烯酰胺凝胶是由丙烯酰胺和N,N-甲叉双丙烯酰胺聚合而成的大分子,凝胶内部是带有酰胺侧链的碳-碳聚合物,很少带有离子侧基,因而电渗作用小,不易与样品相互作用。聚丙烯酰胺凝胶电泳过程中,蛋白质能够保持完整状态,并依据蛋白质的分子质量大小、蛋白质的形状及其所附带的电荷量而逐渐呈梯度分开[5,6]。本试验通过不同的破壁处理方式来探究蛋白制备方法的差异性,从而筛选出较好的制备方法,方法3的制备效果明显好于方法1和方法2,表明蛋白质的制备效果受诸多因素的影响,在选择SDS-PAGE电泳方法时,必须根据自己的研究对象(物种)、研究目的(蛋白质的分子质量范围)和蛋白质的制备方法等因素进行比较和优化,才能从中筛选出最佳制备方案。
3.2 水霉菌株种间差异分析
研究表明外膜蛋白型结构相对稳定,遗传突变性小,且种间差异明显[5-7],因此外膜蛋白分析常用于研究细菌性和真菌性病原菌株的流行病学特征。本研究中菌株02和LP条带基本一致,说明采集不同地方的菌株有可能菌株相似,S2、L5条带基本一致,以及04和14条带基本一致,说明采集相同地域的菌株,菌株之间有很大的相似性,AT、CP和S1条带基本一致,这与王素英等[8]、牛桂兰等[9]提出可以通过比较未知菌株与标准菌株外膜蛋白型的相似性来确定真菌种类的方法一致,表明聚丙烯酰胺凝胶电泳技术能够区分水霉,从而达到为水霉菌株的分类鉴定提供技术手段。
参考文献:
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一、 夯实基础,落实知识目标
遗传学知识理论性强,涉及的概念比较多,对中学生而言,这些抽象的概念不容易理解。课程目标中有关遗传学内容的知识目标实现不尽如人意,学生对遗传学基本概念和原理的理解比较普遍地存在:(1) 不准确、不透彻;(2) 不会正确地表达。在高考测量中,这两种情况是很难区分的。所以,在课程目标的实现过程中,教师应重视遗传学基本知识、基本理论,引导学生构建遗传学基本知识体系框架,通过逻辑递进和知识脉络理解,组合遗传学的基本概念,强化基础知识和理论的实际运用、综合运用。有效地学习策略是:(1) 帮助学生提高生物学的学科素养,结合遗传学发展史,认识遗传学基本理论的形成;(2) 引导学生逐一理清遗传学各个知识点,以及相互之间的联系;(3) 解析各知识点的构成要素和含义,理顺遗传学的知识脉络;(4) 按照各知识点的目标层次,进行材料阅读、关键词辨别、逻辑推演、科学表述的能力训练。综观自然学科的发展里程,基础知识、基本理论是学科建立和形成的基石。以遗传学的基本定律、基本理论为辐射中心,建构遗传学知识网络,理清各部分内容的内在联系,达到深入理解和融会贯通,并形成一定的应变能力,在分析、解决问题时才能做到游刃有余。
二、 领悟方法,养成科学精神
对于科学素养的定义,国内多数学者认同的是:了解并能够进行个人决策、参与公民和文化事务、从事经济生产所需要的科学概念和科学过程。科学概念的理解和掌握可以通过课堂教学实现,科学过程则需要经历实验、实践得到体验。遗传学教与学所存在的困难,与忽视情感目标的落实不无关系。缺乏科学过程的体验,科学价值观则难以真正形成,对基础知识、基本理论的理解就会限于书本。遗传学同生物学其他分支学科一样,全部的知识、理论都是源于对自然界生命现象的观察假设实验推论否定再实验…直至形成结论,这个过程会有新的问题、新的发现,促使科学研究的方法也因此不断的改进、更新。生物学与其他自然科学不同的是:研究的对象――生命有机体个体间的差异以及环境影响因素多元、多变,因而常常导致研究结论的不确定性(非唯一性)。生物学的知识和理论,阐述的是生命现象的一般规律或趋势,有时,这种趋势可能是局部的或仅限于在某种生物类群中出现。所以,教师应该从辩证唯物主义的自然观、方法论出发,重视遗传学知识链的形成过程和其中蕴涵的科学方法,帮助学生领悟孟德尔在研究遗传学规律中应用的假说―演绎的方法、测交实验的预测中运用的演绎推理的方法;体验萨顿根据基因与染色体行为之间的平行行为推断基因位于染色体上的类比推理的方法。引导学生在构建遗传图解模型的基础上,运用假说中的推理法,表述亲代、子代的基因型、表现型及比例关系;学会对实验结果分析、解释,学会在不同的实验设计下预测实验可能出现的结果;关注遗传学中用数学方法解决问题的科学方法,如孟德尔遗传规律的获得中运用了统计学的方法对后代的性状进行统计比较,DNA中遗传信息的多样性、性状分离比的模拟实验、脱氧核苷酸序列与遗传信息的多样性、遗传密码、碱基与氨基酸对应关系、调查人群中的遗传病等知识中蕴含的数学方法。在学习DNA双螺旋结构模型的同时,领悟建立模型的方法;运用模型的方法理解遗传的基本规律,把握其实质,鉴别出基因分离规律模型对于细胞质遗传及无性生殖过程不适用等。
三、 注重综合,实现能力目标
赵广宇,成都石室中学教学处副主任,四川省中学生物特级老师,四川省学术和技术带头人,四川师范大学硕士生导师,西华师范大学硕士生导师。
实验题型是各地高考中的必考题型,它考查了学生的实验设计能力、实验操作能力、科学探究能力,还考查了学生的逻辑思维能力、理解能力、分析综合能力、知识的应用能力和表达能力,这体现出高考对学生实验能力和探究能力的要求,是对学生综合能力的考查。同时,生物学科作为一门实验学科,其研究思想、研究方法、研究原则也往往体现在实验研究之中,对生物实验的考查也就包含对生物学研究、生物学实验的思想、方法、原则的考查。
一、实验考题的类型
实验类的题型比较多,从不同的角度可以分成不同的类型。下面着重从考查内容和要素分析考查操作技能类和探究能力类的试题特点。
1.操作技能类
操作技能类试题主要是考查教材实验的实验原理、操作方法、注意事项、实验结果、实验结论等,或者是考查学生运用教材实验的操作方法完成新的实验。操作技能类试题是选择题的主要命题内容,同时,也是考查新课程选修一相关实验的重要形式。
【例1】(2012年安徽卷第1题)某同学以新鲜洋葱鳞片叶内表皮为材料,经不同处理和染色体剂染色,用高倍显微镜观察。下列描述正确的是
A.经吡罗红甲基绿染色,可观察到红色的细胞核
B.经吡罗红甲基绿染色,可观察到绿色的细胞质
C.经健那绿染色,可观察到蓝绿色颗粒状的线粒体
D.经苏丹Ⅲ染色,可观察到橘黄色颗粒状的蛋白质
【解析】典型的选择题考查实验操作技能。考查的知识内容是必修一中的教材实验,知识属于识记水平,技能属于操作水平。第一是考查染色方法,第二是考查染色结果及能否观察到,且二者的因果关系是否正确。
2.探究能力类
这是高考实验类型试题的主要考查方式,包括原理分析类、实验设计类、实验评价类、实验结果分析与处理类等。当然,许多高考题往往是上述类型的组合类,综合考查学生的实验探究能力。
(1)原理解析类
实验原理通常包括实验的生物学原理和操作原理,实验的生物学原理是指该实验所依据的相关生物学知识与规律、原理等;而操作原理则是指实验过程中,其涉及的具体操作方法、步骤依据的生物学、化学等相关原理。以及实验研究的基本原则和方法等。
此类试题通常是以某一生物学实验为题材,题目给出实验步骤、实验现象或实验结果,要求学生对实验原理进行解析,并在此基础上解决有关问题,以考查学生的观察能力、逻辑思维能力及分析、解决问题能力。
【例2】(2012年江苏卷第15题)下列关于“观察洋葱根尖分生组织细胞有丝分裂”的叙述,错误的是
A.解离和压片都有利于根尖分生区细胞分散
B.先用低倍镜找到分生区细胞,再换用高倍镜观察
C.显微镜下绝大多数细胞中能观察到染色体
D.探究有丝分裂日周期性可为实验取材时机提供依据
【解析】该题考查的是教材实验的操作方法与操作原理,以及实验研究过程中运用到的生物学基本原理。其中,A选项考查操作方法的目的,B选项直接考查操作方法:C、D选项则考查有丝分裂过程中的规律性变化。
【例2】(2012年福建卷第26题)回答下列问题:大菱鲆是我国重要的海水经济鱼类。研究性学习小组尝试对大菱鲆消化道中的蛋白酶的活性进行研究。
(1)查询资料得知,18℃时,在不同pH条件下大菱鲆消化道各部位蛋白酶活性如图1。由图可知,在各自最适pH下,三种蛋白酶催化效率最高的是_____。
(2)资料表明大菱鲆人工养殖温度常年在15~18℃之间,学习小组假设:大菱鲆蛋白酶的最适温度在15~18℃间。他们设置15℃、16℃、17℃、18℃的实验温度,探究三种酶的最适温度。
①.探究试验中以干酪素为底物。干酪素的化学本质是______,可用_______试剂鉴定。
②.胃蛋白酶实验组合、幽门盲囊蛋白酶实验组的pH应分别控制在______。
③.为了控制试验温度,装有酶和底物的试管应置于______中以保持恒温。单位时间内_______可以表示蛋白酶催化效率高低。
④实验结果如图2,据此能否确认该假设成立?_____。理由是:______。
【解析】此题是综合类考题,重点是应用教材实验的基本原理,解决新问题,属于考查教材实验拓展类的操作原理。从知识角度,本题主要考查酶的本质、检测和影响酶活性的因素等相关的基础知识。从能力考查角度看,主要考查探究性实验设计的基本原理、基本原则、基本程序,对实验结果的分析和实验结论的获得,包括探究实验中无关变量的处理、因变量的观测、曲线的分析等。重在考查学生分析问题的能力,这对学生分析问题的能力和生物学实验探究能力有较高的要求。
(2)实验设计类
要求学生根据实验的目的和原理,选择实验器材,安排实验步骤,设计数据处理的方法及分析实验现象,最后得出实验结论。重在考查学生的综合知识和创新能力,考生需要运用多种理论知识,结合实验操作的实践经验,做出科学、合理的实验设计方案。这种试题包括完全设计类和补充设计类,现在高考试题中大多是补充设计类。
【例3】(2012年北京卷第29题)为研究细胞分裂素的生理作用,研究者将菜豆幼苗制成的插条插入蒸馏水中(图1),对插条的处理方法及结果见图2。
(1)细胞分裂素是一种植物激素。它是由植物体的特定部位______,再被运输到作用部位,对生长发育起______作用的______有机物。
(2)制备插条时除去根系和幼芽的主要目的是______。插条插在蒸馏水中而不是营养液中培养的原因是______。
(3)从图2中可知,对插条进行的实验处理包括______。
(4)在实验I中,对A叶进行实验处理,导致B叶_____。该实验的对照处理是_____。
(5)实验Ⅲ、Ⅳ的结果表明,B叶的生长与A叶的关系是:____。
(6)研究者推测“细胞分裂素能够引起营养物质向细胞分裂素所在部位运输”。为证明此推测,用图1所示插条去除B叶后进行实验,实验组应选择的操作最少包括______(填选项前的符号)。
a.用细胞分裂素溶液涂抹A1叶
b.用细胞分裂素溶液涂抹A2叶
c.用14C-淀粉溶液涂抹A1叶
d.用14C-淀粉溶液涂抹A2叶
e.用14C-氨基酸溶液涂抹A2叶
f.用14C-细胞分裂素溶液涂抹A2叶
g.检测A1叶的放射性强度
【解析】该题是综合性实验试题,涉及到对基础知识、实验原理、实验研究的基本原则、实验结果分析、实验补充设计等多个方面。从知识角度看,考查植物激素的概念等识记层次的知识。从探究能力角度看,分别考查了实验设计的基本原理和基本原则(包括设计对照实验的目的,遵循单一变量原则,控制无关变量的等);实验设计的能力,主要是实验的具体操作方法:实验结果的分析能力,及得出实验结论。
(3)实验评价类
对已有实验方案的评价,是要求学生在掌握实验研究的基本思想、实验设计的基本原则和方法的基础上,依据实验的基本原理以及相关操作的基本原理,对相关设计或操作方法的正确性做出判断,并在此基础上,寻找解决问题的最佳方法。这是在考查学生对实验设计严密性和科学性等方面理解的基础上,重点考查学生的实验探究能力、综合运用能力。
解答此类题型,首先要了解实验目的,其次要根据实验原理、实验方法和实际操作去判断题干给出的实验设计正确与否,最后对实验设计做出评价,并设计周期的实验方法和步骤。
【例4】(2012年全国大纲卷第33题)某同学为了探究pH对人唾液淀粉酶活性的影响,设计了如下实验步骤:
①在A、B、C、D、E5支使观众分别加入pH5.0、6.0、7.0、8.0、9.0的适宜浓度缓冲液5ml,再分别加入质量分数为1%的淀粉液1ml。
②各试管中分别加入适当浓度的唾液稀释液1ml,摇匀。
③将5支试管放入70℃恒温水浴中,保温时间相同且合适。
④取出各试管,分别加入斐林试剂2ml,摇匀。
⑤观察各试管溶液的颜色,通过颜色深浅判断唾液淀粉酶作用的最适pH。
上述实验步骤中有2处错误,请更正并说明更正的理由(不考虑试剂的浓度和加入量、pH梯度以及实验重复次数),以便实验能得到正确的预期结果。
(1)____________________________________。
(2)____________________________________。
【解析】这是一道简单的实验评价题,运用基本的生物学原理,以及实验操作中涉及的化学原理,进行分析,找出设计中的错误并加以改正。唾液淀粉酶的最适温度为37℃,70℃的高温使酶失去活性,干扰了pH对人唾液淀粉酶活性的影响,而斐林试剂应在沸水浴中参与反应。
(4)结果分析类
要求考生根据题目所设条件,整理实验数据、分析实验结果、验证预期性假设、得出实验结论等。可以考查学生掌握和运用各种科学方法的程度;考查学生运用文字、图表、数学等表达方式描述生物学内容的能力;考查学生运用所学知识与观点,通过比较、分析与综合等方法对某些生物学问题进行解释、推理,做出合理的判断或得出正确结论的能力。这是目前实验题型的重点考查方式,大多数试题都会包含对实验结果的分析,尤其是与数学模型的分析结合在一起。
【例5】(2012年全国课标卷第29题)将玉米种子置于25℃、黑暗、水分适宜的条件下萌发,每天定时取相同数量的萌发种子,一半直接烘干称重,另一半切取胚乳烘干称重,计算每粒的平均干重,结果如图所示,若只考虑种子萌发所需的营养物质来源于胚乳,据图回答下列问题。
(1)萌发过程中胚乳组织中的淀粉被水解成_____,通过_______作用为种子萌发提供能量。
(2)萌发过程中在_______小时之间种子的呼吸速率最大,在该时间段内每粒种子呼吸消耗的平均干重为_______mg。
(3)萌发过程中胚乳的部分营养物质转化成幼苗的组成物质,其最大转化速率为______mg・粒-1・d-1。
(4)若保持实验条件不变,120小时后萌发种子的干重变化趋势是__________,原因是_____。
【解析】本题是典型的实验结果分析类试题。题目以种子萌发为载体,从知识角度看,考查学生对植物细胞呼吸速率及测定、多糖的水解、有机物之间相互转化等基础知识的理解。从能力角度看,重点考查了学生分析数据坐标曲线,得出实验结论的能力。
二、实验:类试题的特点
1.分散与集中相结合
在全国各地的高考试题中,对实验与探究能力的考查,不再是仅仅局限在单纯的实验题中了,在其他类型的试题都会涉及对实验方法、实验原则、实验分析等问题的考查。实际上就是在生物试题中,充分考查学生对生物学研究的思想与方法。因此,整套生物高考试题,除了有一道特定的实验试题外,其他试题也会从不同的角度,考查实验与探究能力。
2.覆盖面广、题量增大
在多数省份新课标理综试卷的高考试题中,生物学科所占分值有所增加。因此,试题量往往增大,或是一个选择题和一个非选择题,亦或是两个非选择题中都涉及实验考查。同时,知识载体多样化,几乎全部高中生物学中涉及到的知识版块都可以成为实验考查的内容。
3.形式多样化、能力考查全面化
由于考查内容的多样化,导致考查形式复杂化,对实验与探究能力要求的全面化。其中,考查实验操作技能的试题及分值,比重加大,尤其是在考查选修一有关内容时,几乎都会考查相关实验的操作技能,这实际上是起着导向的作用。
三、实验专题复习策略
实验内容的复习,可以分成单元系统复习阶段和专题复习阶段,也可以将二者有机结合起来,但专题复习阶段应该成为实验复习的重点。
1.对教材实验进行重组和拓展,培养和提高发散思维能力和创新能力
教材实验应该是实验复习的基础,是单元复习的主要目标。教材中所包含的实验原理、思想和方法是学生在新情景下设计实验的基础。通过教材中常规实验的复习,可以使学生掌握生物学实验的基本设计思想及分析方法,为学生的实验设计提供依据和模仿的基本框架,将已有的知识、方法进行合理的迁移,做到举一反三和创新设计。
因此,在单元复习阶段,学生要初步掌握教材实验的基本原理、操作方法、操作步骤、注意事项、以及相关的实验结果和实验现象,理解和领会教材中相关生物学史中蕴涵的生物学思想、生物学研究的方法和原则等。
而在实验专题复习阶段,学生要在单元复习的基础上,展开对实验研究的思想、实验探究的一般原理和原则等理论知识的系统理解。可以通过教材中有关生物学史内容中的经典实验、教材中学生实验(考纲要求的内容)、高考题以及练习题涉及的实验等等,通过加强科学方法的培养和训练,提高实验操作能力和实验设计能力。
这样,学生会掌握科学实验的基本方法:根据实验目的做出预期性假设、选择实验材料、控制实验条件、设计实验过程、设置对照、完成实验操作和观察、整理实验数据、分析实验结果、验证预期性假设、得出实验结论等。学生在加深对知识理解的同时,还要培养观察能力、思维能力、实验能力以及初步的研究能力和创造能力。
2.进行实验设计理论的学习和专题训练,培养实验研究的思想方法,提高对实验题型的解题能力
实验设计的理论知识是贯穿在教材的科学史、演示实验和学生实验之中的,由于没有系统地归纳、总结和升华,导致学生在完成创新类型的实验题目时显得较为困难。因此,在实验专题中,学生要对实验设计理论知识进行系统的掌握,包括课题选择的原则、如何作出假设、实验的一般原理、实验材料和实验仪器选用的原则和方法、实验方法设计的原则和规律(包括应遵循的生物和化学原理的一些注意事项)、获得实验现象的手段和方法、实验数据的收集与处理的方法与原则、实验结果的分析等。这样,学生便能掌握实验设计的一般原则和方法,为完成实验类型题目奠定了基础。
学生要通过老师精选的典型实验个案,引导自己学习生物学实验理论,掌握一些基本的生物学实验原理知识,例如关于变量的控制、实验设计应遵循的原则、对照实验的作用与类型、实验设计的基本方法与步骤、科学探究的一般步骤等等,帮助自己形成科学的实验思维,从而提高高考中的实验解题能力。
智力的开发与发展,创新与创造能力的挖掘与培养,皆离不开基本概念。高中生物亦如此,本文笔者将针对如何提升高中
生物概念教学效果做以下探讨。
关键词:高中生物 概念 设疑 对比
高中生物教材中,有许多反映事物的一般的本质的生
物的概念,它们是抽象的,学生往往不易于理解。教师可
以利用民间谚语,便利枯燥无味的基本概念的教学变得丰
富多彩;设疑法有效地分解基本概念的难度,通过对比法
使易混淆的基本概念较清楚地加以区分;概念图可使原来
迷惑的概念清晰化,零散的知识系统化。
学科知识结构(或图式)要以事实、概念、原理、规
律等为基本要素。其中概念是十分重要的基础环节。如果
把知识结构比喻为一个生物体,那么构成这个生物体的基
本单位就是基本概念。基本概念的掌握和理解程度是掌握
知识、培养能力和发展智力的前提条件,是培养科学素质
和创新素质的基本单位。
在高中生物学习中,概念学习尤为重要。高中生物教
材中,有许多反映事物的一般的、本质的生物概念,它们
是抽象的,学生往往不易于理解。新课标对一些重要的基
本概念则要求全体学生必须掌握,说明基本概念的重要性。
在教学过程中,如何让学生准确而灵活地掌握基本概念,
从而达到使学生充分认识、了解生物学知识的目的,是每
一位生物教师必须高度重视的问题。现结合生物学概念教
学的实践,谈几点感受。
生活中由谚语引出的概念。日常生活中流传着很多谚
语包含着生物学知识,只要稍加利用,对概念的认识和理
解很有帮助。“龙生龙,凤生凤,老鼠儿子会打洞”这是
生物的遗传,是生物界普遍存在的现象。“一母九子,连
母十个样”这反映了生物的变异现象。“飞蛾扑火”反映
了生物的应激性。“一朝遭蛇咬,十年怕井绳子”是生物
的条件反射。“一方水土育一方人”生物与环境的关系。
在备课过程中有意识地挖掘,在教学过程中恰当的运
用,一定能增加教学的趣味性,起到激发学生兴趣,促进
学生学习的作用。设疑从理解问题的过程中引出概念。设
疑就是根据基本概念的“内涵”(即基本概念的本质)和“外
延”(即基本概念的对象范围),根据学生的智力水平设
计出问题,让学生通过教材和观察现象回答,从而达到掌
握和理解基本概念的目的。
结合学生基础知识水平,教师可通过设计难易适度的
问题进行提问,让学生在回答问题的过程中归纳出这一基
本概念。如光合作用的概念,先分析光合作用的场所、产物、
原料、条件及过程中的物质转变、能量转变,然后在掌握
和理解这些知识的基础上可直接提出“什么是光合作用?”
此时学生自然就能概括出光合作用的概念。
还可根据教材的重难点以及学生在概念学习中可能出
现的障碍,提出问题让学生回答,可有效地防止学生对概
念内容想象的过宽或过窄。例如内环境的概念(包括血浆、
组织液和淋巴),为防止学生把内环境中的血浆说成血液,
可重点提出:血液有哪两部分组成?)(血液包括血细胞
和血浆)显然血细胞不属于内环境。
设疑是我们在上课时引导学生进行主动学习的方法之
一。设疑可以使学生产生联想,可以提高学生学习兴趣,
可以促使学生积极思维,使课堂教学富有生命力。但必须
重视学生的基础知识水平,根据教材的重难点以及学生在
学习中可能出现的障碍,设计并提出难易适度的问题,不
可面面俱到。让我们采取灵活、适度、明了、针对性强的
设疑方法,通过学生的分析、归纳和想象,使学生准确掌
握和理解生物学基本概念。
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作者简介:刘德洪,男,(1962年――),湖北省安陆市人。1982年毕业于孝感分院,后进修毕
业于湖北大学。自82 年以来,本人一直从事高中生物教学工作,83年曾参加湖北省农基教材编审
工作,多年来致力于高中生物教学的探讨和班主任工作研究,多篇。
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可以采用对比法把一些相近或关系密切的基本概念,
从几个方面进行逐项的对比,从中找出异同点来,以便明
确其本质特征。通过对比法可以使易混淆的基本概念清楚
地加以区分。通过前后对比,既可使学生加深对新基本概
念的理解和掌握,又可对前面基本概念加以复习巩固,温
故而知新。例如光合作用的概念,也可以从反应场所、反
应条件、物质变化、能量变化四个方面与已学的呼吸作用
加以比较。通过比较,既可准确掌握和理解光合作用的概念,
知道光合作用是植物、藻类和某些细菌以二氧化碳和水为
原料,利用光能合成糖类等有机物,并储存能量的过程;
同时也加加深对呼吸作用的掌握和理解两者的关系。
将分散的知识进行分类,将类似的知识进行比较,也
是形成知识结构的重要方法。例如,植物育种的知识分布
在必修和选修教材中,复习时可将它们整理在一起,进行
对比,区别不同育种概念。
概念图可以用于新授课中建构知识结构,也可以用在
•82• 城市建设理论研究
复习课中建构知识体系。运用概念图帮助学生复习生物知
识,可以对不易理清的各种概念和原理有进一步了解和更
深入的认识,还可使原来迷惑的概念清晰化,零散的知识
系统化,机械的知识灵活化。既可由学生独立完成,也可
以由学生小组合作完成,还可以由师生共同讨论完成。以
构建概念图为平台为学生创造使用、互助、民主、开放的
学习环境,并培养学生的使用意识和合作能力,也促进了
师生之间的交流。
综上所述,我对高中生物基本概念的教学进行系统、
全面、具体的分析与研究,总结出了高中生物概念教学的
一些行之有效的方法。在高中生物教学中,只有不断创新、
关键词:实验;生物教学;作用
生物是以实验为基础的自然科学,实验不仅能锻炼学生的实验动手能力,使学生掌握实验基本技能,更能激发学生探索求知的欲望,并能培养学生创造能力。生物实验在教学中包含几个方面的意义。
一、激发学生的学习兴趣。
兴趣是人类认识客观世界的一种心理表现,是一个人获得知识、开阔视野、努力学习的强有力的内部驱动力。实验除了具有真实、直观、形象、生动和易于激发学生直接兴趣等特点之外,还具有一种目的性操作活动的特点,使学生亲自动手进行实验操作,满足他们的操作愿望。更重要的是,学生在操作过程中通过动手动脑,克服种种困难,最后获得实验成功,此时由学习成功的喜悦产生兴趣和学习愿望,转化为热爱科学的素质和志向。所以说,实验可以有效激发学生兴趣。
二、创设学生认知的学习情境。
学生学习生物学知识的过程符合学生的一般认知规律:由表及里,由感性到理性,由具体到抽象,由理解到应用。运用实验组织教学是提供学生认识材料和学习情境的有效途径。例如:初中生在教师指导下,进行光合作用产生淀粉的分组实验、观察光合作用产生氧气和需要二氧化碳的演示实验,并对各个实验结果进行分析、推理,在此基础上对光合作用的概念、公式、实质的理解就更深刻,掌握就更牢固,对光合作用原理在生产生活中的应用更自如。
三、帮助学生掌握科学研究的基本过程。
实验研究的基本过程体现了科学研究的基本过程:问题—假设—实验—结论是科学研究的基本过程。大多数中学生物学实验都体现了这个过程。教师应该结合每一个具体实验,帮助学生由了解到理解,最后初步掌握科学研究的基本思路,把这种发现问题、思考问题、解决问题的基本程序内化为学生的思维习惯。
四、培养学生的研究能力和创新能力。
对中学生来说,初步研究能力和创新能力主要指运用所学知识、技能和已有经验的能力,学生自行设计实验是培养发现未知的问题,并进行思考和解决的心理素质。探索性实验是培养研究能力和创新能力的主要途径。在中学生物学实验教学中,通过各种方式加强学生探索和设计能力培养。教师可以给出实验课题,让学生自己设计实验方案和实验方法,自己选择实验材料、仪器、试剂等,鼓励学生用不同方法设计同一个实验课题。如七年级生物学的第一个探究实验“光对鼠妇的生活有影响吗?”我校七年级一班学生根据此实验课题用不同方法设计了同一个实验。在实验中进行了创新,把玻璃板换成了透明薄膜,这一创新不仅取得了相同的实验结果,而且使实验材料廉价易得。
五、培养学生实事求是的工作作风和严谨认真的工作习惯。
实验课是训练学生基本技能的主要阵地。在每堂课上,必须提出明确而具体的目的要求,对学生掌握基本技能提出严格要求。在操作过程中严格指导和检查学生是否按顺序按常规认真操作、是否按实验的要求做深入细致的观察、是否按事实下结论,以便及时纠正学生在操作中的差错。这样,就可以培养学生实事求是的工作作风。同时,在实验过程中要求学生严格遵守实验室规则,认真实验。这样,就可以逐步培养学生的组织性、纪律性和对待工作的责任感等。在实验过程中,还要求学生养成全面照料仪器、细心爱护仪器、妥善收拾仪器及处理废弃材料等科学习惯,保证实验顺利进行,并培养学生爱护公共财物的优良品德。
六、帮助学生树立辩证唯物主义观点。
实验过程中,学生能具体认识生物与环境、构造和生理、个体发育和系统发育的辩证统一关系,也能逐步建立生物界的进化发展等观念。例如,做青蛙发育实验时,学生看到蛙卵发育成蝌蚪直至变成青蛙的全过程。早期发育的蝌蚪生有外鳃、侧线和尾,像鱼一样适合水中生活。以后又看到蝌蚪长出后肢,再生出前肢,鳃和尾逐渐萎缩,变成了青蛙。青蛙的形态构造适应水中和陆上生活。在教师启发下,学生进一步认识到早期蝌蚪的形态、构造和生活之所以跟鱼很相似,是因为许多动物的胚胎或幼体的形态代表这些动物祖先的形态。也就是说,个体发育反映了系统发育,由此推断,两栖类动物是由古代鱼类动物逐渐向陆上发展而成的。学生获得这些知识,有助于建立辩证唯物主义观点。
[关键词] 微生物学;教学改革;生物技术;医学院校
[中图分类号] G424 [文献标识码] C [文章编号] 1673-7210(2012)05(a)-0159-02
21世纪是生命科学世纪,微生物学作为生命科学的重要学科之一,具有广度的多交叉融合性和深度的多层次进展性,因而起着生长点的作用,成为沟通临床医学和基础医学的桥梁学科。如何围绕微生物学知识体系的特点有效地提高其教学质量,充实和完善学生对这一学科的知识积累,使踏入生物学大门的学生对微生物有一个较整体和广泛的了解,初步掌握涉及微生物形态、结构、功能、生理代谢、遗传变异、生态分布、分类进化等方面的知识,为学习后续课程打下较为广泛的知识基础和开阔的视野,进一步提高学生的科学素质,成为微生物学教学的关键。
1 把握微生物学知识特点,提高教学质量
大连医科大学生物技术专业以培养具有广博而坚实的生物学基础知识,掌握细胞工程、发酵工程、基因工程、酶工程基本理论、基本技能和工艺技术过程,受到现代生物技术应用开发研究的初步训练,具有良好的科学素质和一定的创新能力,能在生物技术领域从事产业化工程设计、生产、管理和新技术研究、新产品开发,以生物医学见长的高级生物技术专业应用型人才作为培养目标。基于此开展了如下工作:
1.1 教材的选择
教材是教学的蓝本、重要载体和沟通桥梁,是学生在学校获得系统知识,进行学习的主要材料,也是教师进行教学的主要依据。一本优秀的教材除了能够全面系统阐述本学科的基本知识、基本理论和基本技能,帮助学生形成完整的知识体系外,还是学生对学习内容感兴趣,产生主动学习愿望,主动探索、合作交流的重要前提。面对庞大的微生物学教学内容及有限的学时,选择一本内容精炼、重点突出、脉络清晰的教材具有重要的意义。通过专家充分讨论,广泛征求师生意见及参考相关院校的教学经验,最终确定了适合大连医科大学生物技术专业的微生物学教材,即全国优秀教材——周德庆先生主编的《微生物学教程》(第2版)为基本教材,代替原来的《医学微生物学》,该教材作为普通微生物基础课教材,按照初学者的认知规律构建了一个牢固的“知识网络”,有助于学生掌握微生物学的基本理论和基础知识,了解学科的发展、热点和问题,为今后的学习及工作实践打下深厚基础[1-2]。同时,推荐沈萍教授主编的《微生物学》作为参考书,鼓励学生参阅一些国外优秀生命科学教学用书,如Talaro等编撰的《Foundations in microbiology》、Lansing等编撰的《Microbiology》等,使学生广泛的汲取相关专业知识,同时还可进一步提高专业外语水平。
1.2 突出重点和难点,扩大知识面
微生物学以微观世界生物为研究对象,由于微生物种类繁多、形态微小、肉眼看不见,不易形成感性认识,而且微生物学理论具有相对独立性,名词概念新颖繁多,内容相对抽象,这就决定了微生物学的教学内容多且散乱,很多学生初次接触这门知识反映“听得懂、理不清、记不住”,学习有困难。因此,如何在学时少、内容多的情况下,使学生既弄懂教学重点,又提高学习兴趣,是提高微生物学教学质量的关键。为此,充分发挥教师的主导作用十分重要[3]。实际教学过程中,教师主要向学生介绍要点和难点,特别要把涉及的名词概念讲述清楚,并在此基础上要求学生全面阅读教材内容,例如课上重点介绍革兰阳性菌和阴性菌的结果特点,在此基础上,由学生课后自己进行比较总结,熟悉染色的过程,进而得出不同的染色结果产生的基础,这样有利于培养学生的自学能力,创造独立思考的空间,提高课堂吸收率,提高学习兴趣。另外对于本科生,遵循注重知识点内涵的诠释,也注重其外延拓展的原则,使学生既获得现有教材知识,又开阔眼界,重点介绍成熟的为大家所公认的最新理论、技术,引导、启发学生思考,培养学生对微生物学的兴趣,扩展知识面。
1.3 注重知识的整体性,构建认知网络
微生物学的特点之一是整个知识结架构的紧凑性,各章节间高度关联,构成一个完整的知识体系。因此,在学生掌握基本概念、理论等抽象知识的基础上,围绕主线,展开横向、纵向知识网,分析各部分知识在整个体系中的地位与作用,将会清晰呈现知识脉络。例如“微生物的生长及其控制”一章,首先与学生共同从微生物的种类和特点、微生物的营养和培养基、微生物的营养类型、培养基的设计原则和方法、微生物的新陈代谢等不同层次和水平加以分析和认识,才能使学生对微生物的生长及其控制有正确的认识和理解。既有利于掌握重点、理解难点,强化对基本理论的系统、全面认识,又有益于启发学生思维,指导学习,培养分析综合的逻辑性、多维性、独创性思维和判断能力[4]。
2 重视实验教学,提高教学质量
微生物学是理论与实验并重的一门实践性较强的课程,通过实验课的训练,使学生获得细菌等微生物的感性认识,建立无菌观念,掌握微生物实验的基本操作技能,有利于巩固微生物学理论课的内容,并能灵活运用所学知识指导生产实践。因此,我教研室紧扣专业培养目标,对实验内容和体系进行了优化,既保留了微生物实验中传统的革兰染色等内容,又侧重开设综合性实验,减少验证性实验;改善实验安排,使分散的实验有机地组合起来成为系列实验,老师在每堂课前和课后都对实验内容进行总结、分析和下次实验布置。例如对粪便标本进行病原学鉴定,实验包括培养基的制备和无菌操作,又涉及细菌形态学观察、血清学实验及生化鉴定等内容,各个实验内容紧密衔接,使学生体会到微生物实验技术是一个连续、系统的知识体系,各实验之间有着潜在的联系,也清楚的认识到前面实验的成功与否将影响到以后实验的进行,从而增强责任感,培养学生分析问题、解决问题的能力。这样做点面结合,使学生既掌握了基本的细菌人工培养法等基本技术,又对细菌学实验的基本流程有了总体的概念,有利于提高教学质量。
3 采用自学-讨论-讲解式教学法
俗话说:“授之以鱼,不如授之以渔”,我教研室根据大学生自身和微生物学课程教学的特点,尝试采用以“自学-讨论-讲解”为主的教学方式。
首先,教师根据各章节的重点和难点,每章给出1~3个思考题,让学生在通读教材的基础上,结合参考书等资料,对问题进行准备。其次是课堂讨论环节,以自学为基础,充分调动每个学生的积极性,启发学生开拓思路,加深对自学内容的消化理解,还可促进学生交流学习方法,提高表达能力。最后,在自学和讨论基础上的教师讲解过程主要围绕教学要求,突出重点,突破难点,有意识地引导学生学习一些学说、理论的提出、推演和完善过程,学习证明这些理论的实验方法和思路,学习前人敢于提出问题、善于解决问题的创造性思维方法和客观、严谨的科学作风[5]。例如,证明基因突变自发性和不对应性的Luria变量试验、Newcombe涂布实验及Lederberg影印平板培养法,介绍这些著名学者实验设计之巧妙和方法创新之独到,对培养学生的创新思维和科学精神,为将来从事科学研究打下基础具有重要意义。
4 开展“微生物学自主实验”,激发学习兴趣,提高学生的综合能力
激发学习兴趣、培养创新能力、提高微生物学综合素质,是每位微生物学任课教师应当深刻思考的问题。在几年的教学积累中,我教研室尝试了在已有实验课的基础上实施“微生物学自主实验”,主要开展了:“酸奶中乳酸杆菌的分离、计数及鉴定”、“市售鲜牛奶中抗生素残留的检测及方法比较”、“健康及疾病状态下肠道菌群的变化”、“植物提取物对抗生素相关性菌群失调的调整作用”等实验。这些内容是游离于正常实验教学计划之外的,通过查阅文献,学生们在辅导老师的指导下,设计实验方案,利用周末等课余时间完成实验,每周1~2次。这样既赋予了学生课外活动专业特色,也增加了课程实践的趣味性,避免了课程实践在教学计划和教材内容方面的局限性[6]。事实证明,学生对这种课外的实践形式非常感兴趣,而且投入了极大的热情,大大激发了学生的科研兴趣,给其提供了一个自己动手、展示创新性和才能的平台,也提高了学生学习微生物学理论课的主动性和创造性,这对于让学生系统全面地掌握微生物学知识并加以合理运用到实际生活学习中具有重要作用,同时提高了学生独立分析问题和解决问题的能力,增强了团结协作精神,丰富了课外生活,有助于综合素质的提高。通过对微生物的实际培养、观察、分离和鉴定及应用,增强了学生严谨细致的科研精神,努力求索的积极态度。
以上教学方法的尝试,符合 “三个面向”的素质教育为核心的教学目标,在重视知识传授的基础上,更注重了对学生能力的培养,提高了其综合能力、分析能力和创造能力,体现了医学院校生物技术专业的特点和优势,能够适应市场发展与竞争的需要,具有十分重要的现实意义。
[参考文献]
[1] 陈燕飞.二十一世纪的微生物教学[J].中国科教创新导刊,2008,(1):26-27.
[2] 邓百万,陈文强,彭浩,等.基于能力培养的微生物实验教学手段与方法的改革研究[J].实验技术与管理,2011,28(2):7-10.
[3] 曹雅明,吕昌龙.把握免疫学知识特点,提高教学质量[J].中国免疫学杂志,2000,16(11):628-629.
[4] 张业霞,王宗军.医学微生物学与免疫学教学方法探讨[J].海南医学院学报,2008,14(3):311-312.
[5] 孙卫民,田野苹,曹雪涛.自学-讨论-讲解式免疫学教学方法的探讨[J].中国免疫学杂志,1999,15(11):528.