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篇1

關(guān)鍵詞 發(fā)育生物學(xué)；實(shí)驗(yàn)實(shí)踐；教改；擬南芥

中圖分類(lèi)號(hào) G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）10-0326-02

Research on Experimental and Practical Teaching of Development Biology Using Arabidopsis thaliana as Material

HUANG Yong CHEN Dong-hong RUAN Ying

（College of Bioscience and Biotechnology，Hunan Agricultural University，Changsha Hunan 410128）

Abstract To improve the teaching quality of the experiment and practices of development biology in higher agricultural institutions，firstly this paper reviewed the achievements of this course. And then，the content of experiment and practice of developmental biology were constructed used Arabidopsis thaliana as material. It was approved that the method brought more advantage to students.

Key words development biology；experimental and practical；reform；Arabidopsis thaliana

發(fā)育生物學(xué)是在傳統(tǒng)胚胎學(xué)的基礎(chǔ)上，隨著生化與分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展和進(jìn)步，形成的一門(mén)新興學(xué)科[1]。發(fā)育生物學(xué)主要研究生物個(gè)體發(fā)育過(guò)程中的原理及調(diào)控機(jī)制，具有發(fā)展迅速、更新快等特點(diǎn)[2]。發(fā)育生物學(xué)是本科高年級(jí)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課、必修課。目前，國(guó)內(nèi)使用的發(fā)育生物學(xué)教材多樣化，而且還沒(méi)有適合本科生使用的實(shí)驗(yàn)教材，即使有些院校開(kāi)設(shè)了一些實(shí)驗(yàn)，但內(nèi)容常取決于授課老師的研究方向，隨意性較大，不夠規(guī)范合理，學(xué)科和理論體系不完備[1-3]。

湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)面向本部及國(guó)際學(xué)院生物科學(xué)專(zhuān)業(yè)，但目前為止尚無(wú)實(shí)驗(yàn)教材?；谝延械慕虒W(xué)經(jīng)驗(yàn)、本校及本院的研究?jī)?nèi)容與研究?jī)?yōu)勢(shì)，以模式植物擬南芥為材料，建立“發(fā)育生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)”體系，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)課的作用與優(yōu)勢(shì)，不僅達(dá)到鞏固理論知識(shí)的目的，而且盡量發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力與創(chuàng)新意識(shí)。項(xiàng)目已在我校2012―2014級(jí)生物科學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生中連續(xù)實(shí)施3屆，取得了良好的效果。

1 發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教材

發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教材較少，常參考或借用動(dòng)物胚胎學(xué)、解剖學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等課程的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。適用于專(zhuān)業(yè)科研人員的指導(dǎo)書(shū)主要有吳秀山主編的《現(xiàn)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)指南》[4]。適用于本科教學(xué)的主要有林丹軍主編的《發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)》[5]，張蕾、趙潔主編的《植物發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》[6]。前者包括動(dòng)物發(fā)育模式的形態(tài)學(xué)觀察及發(fā)育機(jī)制的實(shí)驗(yàn)，后者重點(diǎn)介紹了發(fā)育相關(guān)的分子生物學(xué)研究方法和技術(shù)，涉及植物開(kāi)花、傳粉、受精、胚胎發(fā)育及植株形成等不同發(fā)育階段的細(xì)胞和分子機(jī)理。我校發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)開(kāi)課3屆，但尚未有合適的教材。

2 發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容教改研究

發(fā)育生物學(xué)是一門(mén)理論性與實(shí)驗(yàn)并重的學(xué)科，但目前很多學(xué)校發(fā)育生物學(xué)教學(xué)普遍存在著理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相分離的問(wèn)題。開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)課孤立于理論教學(xué)，甚至根本不開(kāi)實(shí)驗(yàn)課，純粹的理論教學(xué)使發(fā)育生物學(xué)變得更加晦澀難懂[7]。發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)具有涵蓋面廣、綜合性強(qiáng)，發(fā)展速度快、架構(gòu)不成熟，注重實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果不確定等特點(diǎn)[8]。常規(guī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括模式動(dòng)物胚胎發(fā)育過(guò)程觀察、結(jié)構(gòu)解剖等部分，與動(dòng)物學(xué)或胚胎學(xué)部分重疊。董 巍等將實(shí)驗(yàn)分為模式動(dòng)物飼養(yǎng)和胚胎早期發(fā)育、發(fā)育生物學(xué)常用基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)、發(fā)育生物學(xué)研究中的經(jīng)典和綜合性實(shí)驗(yàn)3個(gè)層次，設(shè)計(jì)了一系列綜合性實(shí)驗(yàn)[8]。丁乃崢等將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)成不同的模塊，各專(zhuān)業(yè)根據(jù)需要選擇性進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及基礎(chǔ)性、綜合性、設(shè)計(jì)性、研究性等層次[3]。李巧峽等則以花背蟾蜍為唯一材料設(shè)計(jì)了胚胎外部形態(tài)觀察、內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察、不同處理對(duì)胚胎發(fā)育的影響及角膜誘導(dǎo)及免疫組化研究4個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生根據(jù)自己基礎(chǔ)知識(shí)及興趣點(diǎn)選擇相應(yīng)的課題，自主完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)施及總結(jié)過(guò)程，取得了良好的效果[9]。

植物及相關(guān)學(xué)科的研究在我校具有明顯比較優(yōu)勢(shì)，農(nóng)作物相關(guān)基礎(chǔ)理論與應(yīng)用研究在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。緊密結(jié)合科研方向、發(fā)揮專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建以植物為主的發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)體系具有重要意義。本課題成員的研究方向包括植物開(kāi)花發(fā)育、配子發(fā)育、表觀遺傳調(diào)控、抗性與發(fā)育等多方面，在擬南芥發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，取得了較好的研究成果。項(xiàng)目組織課題組成員共同撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)大綱與講義、制定教學(xué)計(jì)劃、組織實(shí)施、課程考核，建立并完善課程體系。主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括擬南芥野生型及突變體表型觀察及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；擬南芥配子發(fā)育的細(xì)胞學(xué)觀察；載體構(gòu)建及擬南芥遺傳轉(zhuǎn)化、篩選等。設(shè)計(jì)驗(yàn)證性試驗(yàn)2～4個(gè)，如擬南芥野生型及sdg8突變體表型觀察；綜合性實(shí)驗(yàn)7～10個(gè)，如擬南芥野生型及sdg2突變體雄配子體發(fā)育過(guò)程觀察。

3 發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐實(shí)施方案教改研究

發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)實(shí)施方式與其他生物學(xué)科實(shí)驗(yàn)技術(shù)類(lèi)似，每次實(shí)驗(yàn)常集中在2個(gè)或4個(gè)學(xué)時(shí)內(nèi)進(jìn)行，內(nèi)容多為驗(yàn)證性。賈偉章等利用不同的模式生物開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，開(kāi)設(shè)了海膽、文昌魚(yú)、斑馬魚(yú)、蛙等相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，開(kāi)設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)，采用班級(jí)和分組教學(xué)的形式[10]。將教學(xué)實(shí)驗(yàn)與科研實(shí)驗(yàn)相結(jié)合是提高教學(xué)與科研水平的重要方式。如丁乃崢等在開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，利用模塊教學(xué)實(shí)現(xiàn)了從基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)到研究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式[3]。董 巍等在分層次實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，與相關(guān)的課題組合作，將科研內(nèi)容充實(shí)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)將科研實(shí)驗(yàn)向教學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)向轉(zhuǎn)化。同時(shí)在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，讓學(xué)生承擔(dān)部分科研任務(wù)，實(shí)現(xiàn)探索性教學(xué)實(shí)驗(yàn)向科研的外向轉(zhuǎn)化[8]。

傳統(tǒng)的發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)多以大班方式進(jìn)行，僅有少數(shù)學(xué)生有機(jī)會(huì)動(dòng)手，效果有限。本校目前生物科學(xué)專(zhuān)業(yè)20～28人/班，人數(shù)相對(duì)較少，將學(xué)生進(jìn)行課題分組，設(shè)置開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室。發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)，但每次實(shí)驗(yàn)不全需要4課時(shí)。項(xiàng)目將嘗試向本科學(xué)生開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，在完成既定任務(wù)的基礎(chǔ)上，學(xué)生可以自主安排其余時(shí)間。目前已有3個(gè)課題組在本實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，并在《植物生理學(xué)報(bào)》上發(fā)表了論文[11]。

4 考核體系的改革

實(shí)驗(yàn)課程傳統(tǒng)的考核體系存在考核內(nèi)容局限性大、評(píng)價(jià)方式單一等問(wèn)題[12]。針對(duì)之前設(shè)計(jì)的課題，以小組形式考核。成績(jī)由3個(gè)部分構(gòu)成：科研課題進(jìn)展（50%）+研究報(bào)告/論文撰寫(xiě)（30%）+PPT/Poster匯報(bào)（20%）。鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表科研論文。

5 結(jié)語(yǔ)

生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是生物學(xué)教育中重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和分析能力的必要手段[13]。發(fā)育生物學(xué)是當(dāng)今生命科學(xué)領(lǐng)域中發(fā)展最快的前沿學(xué)科之一，是現(xiàn)代生物學(xué)的帶頭學(xué)科[14]。建立健全適合我?，F(xiàn)狀的發(fā)育生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)體系，對(duì)于我校生物科學(xué)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)具有重要意義[15]。

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篇2

2006年11月12日星期天，在南港中央研究院的活動(dòng)中心，有一個(gè)三天的研討會(huì)，研討會(huì)的主題是“二十一世紀(jì)分子生物學(xué)：傳承、整合和展望”。這個(gè)研討會(huì)的舉行，是為配合中研院分子生物所設(shè)立二十年慶，也回顧臺(tái)灣在分子生物科學(xué)發(fā)展的過(guò)往和瞻望未來(lái)。

分子生物學(xué)的濫觴，可以追溯到一九四年代，在那個(gè)物理科學(xué)當(dāng)紅的時(shí)期，小尺度的生物學(xué)研究多是由物理學(xué)家，以物理方法進(jìn)行研究。生物學(xué)大約每十年就會(huì)有一個(gè)嶄新的研究方向，經(jīng)過(guò)一九五―六年代的醞釀發(fā)展，奠定了分子生物學(xué)的研究基礎(chǔ)；到了一九七年代，DNA重組研究成熟之后，這個(gè)學(xué)科得到快速發(fā)展。

分子生物學(xué)相對(duì)于傳統(tǒng)的生物學(xué)來(lái)說(shuō)，算是一種比較“現(xiàn)代”的生物學(xué)。傳統(tǒng)生物學(xué)偏重于敘述現(xiàn)象，即使有探討其下的生物機(jī)制，也是利用一些比較抽象的概念，沒(méi)有一個(gè)扎實(shí)的分子基礎(chǔ)；分子生物學(xué)則著重在這一塊，利用物理與化學(xué)技巧，為生物研究提供分子層面的研究基礎(chǔ)。

臺(tái)灣的生物研究一直都是以傳統(tǒng)生物學(xué)為主，直到一九八年代，才有人注意到海外生物學(xué)的研究風(fēng)向有所轉(zhuǎn)變，因此開(kāi)始構(gòu)思建立分子遺傳學(xué)與分子生物學(xué)的研究據(jù)點(diǎn)。當(dāng)年第一批從海外學(xué)成歸來(lái)為分生所創(chuàng)建工作貢獻(xiàn)心力的前所長(zhǎng)沈哲鯤表示，當(dāng)時(shí)臺(tái)灣分子生物學(xué)的基礎(chǔ)幾近于零，假如不建立起分子生物學(xué)的基礎(chǔ)，接下來(lái)所有的生物學(xué)發(fā)展，甚至包括醫(yī)學(xué)在內(nèi)，都會(huì)欠缺必要的技術(shù)，實(shí)在是非做不可的事情。雖然起步的時(shí)機(jī)比起歐美各國(guó)自然是晚了許多，不過(guò)遲做總比不做好。

臺(tái)灣分子生物學(xué)草創(chuàng)時(shí)期的帶頭人物，當(dāng)屬在一九六年代，于美國(guó)加州理工學(xué)院做DNA重組博士后研究的王倬。他說(shuō)當(dāng)時(shí)臺(tái)灣的分子生物研究幾乎是一片荒田，延攬海外學(xué)人歸來(lái)就成為必要且唯一的選擇。在美國(guó)加州大學(xué)柏克萊分校做了十一年研究，一九七七年轉(zhuǎn)往哈佛大學(xué)的王倬，回憶起當(dāng)年找人的過(guò)程，說(shuō)那時(shí)候臺(tái)灣在美國(guó)發(fā)展的幾位分子生物學(xué)者，在某一次聚會(huì)里表示，如果王倬回臺(tái)灣指導(dǎo)分生所的創(chuàng)建工作，他們也很愿意跟著一起回來(lái)共襄盛舉，王倬覺(jué)得這是一個(gè)很難得的機(jī)會(huì)，放掉實(shí)在可惜。

當(dāng)時(shí)在哈佛大學(xué)研究成就杰出，已被認(rèn)為是DNA拓樸結(jié)構(gòu)學(xué)的開(kāi)山鼻祖，二十世紀(jì)世界上核酸結(jié)構(gòu)研究方面最著名十位科學(xué)家之一的王倬說(shuō)，他從臺(tái)灣大學(xué)化學(xué)工程系畢業(yè)到美國(guó)念書(shū)，覺(jué)得自己在臺(tái)灣接受這么久的基礎(chǔ)教育，總該回來(lái)做一點(diǎn)事，“把債還掉”。于是便答應(yīng)了回臺(tái)協(xié)助分生所的創(chuàng)建工作，從而帶動(dòng)了一波回歸。

一九八六年中研院院內(nèi)新落成了一棟白色的分子生物實(shí)驗(yàn)大樓，王倬帶領(lǐng)著他的五個(gè)子弟兵劉枋、謝道時(shí)、涂振北、周寄梅以及沈哲鯤，以及七位由海外學(xué)成回歸的年輕研究人員鐘邦柱、譚鳴輝、黃昭蓮、孫以瀚、陳枝乾、賴(lài)明宗與鄭淑珍，為臺(tái)灣的分子生物研究奠定了根基。在當(dāng)時(shí)造型新穎的分子生物研究實(shí)驗(yàn)大樓里，王倬和他帶領(lǐng)的年輕研究人員半夜在燈火通明實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行研究工作，是臺(tái)灣分子生物學(xué)起步的動(dòng)人景象。

王倬之后，黃周汝吉和吳瑞接續(xù)主持研究所的大計(jì)，后來(lái)更有何潛和王正中的接續(xù)回臺(tái)主持所務(wù)，給中研院分子生物學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)。

那時(shí)回臺(tái)幫忙的幾位學(xué)人，在美國(guó)都還有教職或研究職，無(wú)法全職投入，因此議定幾個(gè)人采取“輪值”的方式，每個(gè)人輪流回來(lái)主持一年。這是不得已的妥協(xié)辦法，而且由于各人的研究領(lǐng)域不盡相同，不免使人擔(dān)心分生所的研究方向也會(huì)跟著“輪值”變化，如此每年一改，成不了氣候。

關(guān)于這一點(diǎn)，當(dāng)年回臺(tái)幫忙的院者也都心知肚明，彼此有著共識(shí)，只待分生所的組織健全，有了常態(tài)性的行政所長(zhǎng)，輪值制度就可以隨時(shí)淡出運(yùn)作，不一定要把人輪完。事實(shí)上確是如此，在沈哲鯤擔(dān)任分生所的第一任所長(zhǎng)職務(wù)后，許多人對(duì)分生所研究方向飄忽不定的疑慮，也逐漸的煙消云散了。

王倬認(rèn)為，在中央研究院成立分生所對(duì)臺(tái)灣學(xué)術(shù)界的意義，在于它引起了大家對(duì)分子生物學(xué)的重視，也提供了學(xué)生對(duì)分子生物學(xué)認(rèn)識(shí)的一個(gè)渠道。分生所早期有一項(xiàng)與清華大學(xué)合作，在清華大學(xué)開(kāi)設(shè)分子生物學(xué)相關(guān)課程的計(jì)劃。這個(gè)計(jì)劃對(duì)于臺(tái)灣生物學(xué)界的發(fā)展有沖擊性的深遠(yuǎn)影響，時(shí)至今日，臺(tái)灣的生物學(xué)研究得以跟上現(xiàn)代潮流的腳步，分生所當(dāng)年率先在校園進(jìn)行教育，功不可沒(méi)。

不過(guò)也有人認(rèn)為分生所可以做得更多，比方說(shuō)帶動(dòng)臺(tái)灣的生物科技發(fā)展，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。然而科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展并非一蹴可及，必須要有厚實(shí)的研究傳統(tǒng)，以及充沛的研究新鮮血液，才能夠水到渠成；單靠一個(gè)學(xué)術(shù)研究所就要為整個(gè)生物科技產(chǎn)業(yè)負(fù)責(zé)任，既非分生所所能為，恐怕也不是該所創(chuàng)立的初衷。

（二）

分生所目前共有研究員、博士后研究員與研究助理約六百人，每年預(yù)算有兩億多元新臺(tái)幣；就每個(gè)實(shí)驗(yàn)室平均可分得的資源來(lái)說(shuō)，這個(gè)規(guī)模大約相當(dāng)于一個(gè)分子生物學(xué)比較發(fā)達(dá)的美國(guó)州立大學(xué)。分生所自我評(píng)估，認(rèn)為目前分生所擁有的資源與學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)，大約與美國(guó)的加州大學(xué)戴維斯分校以及北卡羅萊納大學(xué)兩所大學(xué)旗鼓相當(dāng)；不過(guò)與校內(nèi)設(shè)有大型研究中心的美國(guó)重點(diǎn)大學(xué)相比，仍然是只能望其項(xiàng)背。

雖然在整體研究資源上，分生所有其力有未逮之處，但是卻可以在單個(gè)的研究項(xiàng)目上，做重點(diǎn)式的突破，比方說(shuō)利用老鼠、果蠅或線(xiàn)蟲(chóng)這類(lèi)基因體較為單純的動(dòng)物，進(jìn)行一些醫(yī)學(xué)相關(guān)的研究。舉凡肌肉萎縮癥、肥胖癥、RNA剪接等等，都是分生所目前達(dá)到國(guó)際水平的重點(diǎn)研究項(xiàng)目。

分生所二十周年所慶研討會(huì)的主題之一就是要討論分子生物學(xué)下一階段的方向。一般分子生物學(xué)界認(rèn)為，目前看起來(lái)比較具有發(fā)展?jié)摿Φ难芯宽?xiàng)目，包括生物早從受精卵開(kāi)始的發(fā)展過(guò)程，探討在其發(fā)育過(guò)程中細(xì)胞內(nèi)的各種生物機(jī)制(發(fā)展生物學(xué))，生物演化的分子結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)(結(jié)構(gòu)生物學(xué))，以及醫(yī)學(xué)應(yīng)用技術(shù)。

分子生物學(xué)跟細(xì)胞生物學(xué)或育生物學(xué)類(lèi)似，盡管計(jì)算上的觀念各有千秋，但都是一種小尺度的研究工具；這些新興的學(xué)科里面，有太多未知的事實(shí)與現(xiàn)象有待探索。沈哲鯤指出，現(xiàn)代的生物學(xué)主要是一種“發(fā)現(xiàn)”的科學(xué)，包括2006年獲頒諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的RNAi研究，是屬于發(fā)現(xiàn)既有的生物機(jī)制(參見(jiàn)《知識(shí)通訊評(píng)論》四十六期一文)；真正創(chuàng)新的部分，大約只限于發(fā)現(xiàn)了某個(gè)現(xiàn)象或機(jī)制之后，如何創(chuàng)造出一些技法來(lái)解決、解釋它們而已。舉例來(lái)說(shuō)，分子生物學(xué)就分子層面來(lái)對(duì)癌細(xì)胞分裂情況進(jìn)行觀察，試著找出是哪些分子分裂太多，為何如此分裂，從而再試圖發(fā)展予以控制的手段。沈哲鯤說(shuō)，有個(gè)觀念，將其驗(yàn)證，最后再發(fā)展出應(yīng)用技術(shù)，整個(gè)分子生物學(xué)約略就是這么一回事。

至于結(jié)構(gòu)生物學(xué)的發(fā)展，由于電腦運(yùn)算能力的發(fā)展突飛猛進(jìn)，如今分子生物學(xué)才可以做到許多以前無(wú)法做到的事，解出大分子的結(jié)構(gòu)，以三維空間的圖像具體呈現(xiàn)?！敖庾x”是結(jié)構(gòu)生物學(xué)里很重要的一環(huán)，結(jié)構(gòu)生物學(xué)家從晶體分析中得到一種特定模式，據(jù)此解出對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)，再根據(jù)手上的生化結(jié)果或基因結(jié)果，來(lái)判斷這個(gè)結(jié)構(gòu)是否可以正確解讀特定模式。不是每一次的猜測(cè)都正確無(wú)誤，不過(guò)隨著研究技法持續(xù)進(jìn)步，出錯(cuò)的機(jī)率逐漸減低。王倬特別指出，解讀方法各人不同，有過(guò)度保守的，也有過(guò)度樂(lè)觀的，這都是一種嘗試的方向；不過(guò)若要建立起某種客觀性，所做的解讀總要可以接受檢驗(yàn)(testable)。

當(dāng)然還有在傳播媒體的報(bào)導(dǎo)里最熱門(mén)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用，如干細(xì)胞研究等。值得一提的是，以往的醫(yī)學(xué)應(yīng)用是對(duì)病癥“添加”一些元素上去，比方說(shuō)將特定病毒注入病人體內(nèi)，期望達(dá)到某種生理反應(yīng)，然而這種技法后來(lái)卻頻頻出現(xiàn)各種副作用；隨著分子生物學(xué)的進(jìn)步，現(xiàn)在有時(shí)候可以采取某種“減”法，像比較新穎的轉(zhuǎn)殖過(guò)程(transgenic process)，利用細(xì)胞內(nèi)的揀選機(jī)制，鎖定認(rèn)為會(huì)引起不良生理反應(yīng)的分子，將它敲掉(knock out)，這種新技法或許有助于降低副作用出現(xiàn)的機(jī)率。

不過(guò)醫(yī)學(xué)研究并非沒(méi)有底限。舉例來(lái)說(shuō)，即使已經(jīng)有了可能管用的技法，對(duì)于人類(lèi)腦部進(jìn)行操作性的分子處理，仍然有許多生物倫理上的爭(zhēng)議；因此盡管腦部生物學(xué)幾乎是眾所公認(rèn)的未來(lái)研究趨勢(shì)大熱門(mén)，但是分子生物學(xué)對(duì)于人類(lèi)腦部的研究，可能會(huì)因此僅限于描述其生物機(jī)制，無(wú)法進(jìn)行太深入的實(shí)驗(yàn)。

（三）

無(wú)論分生所的下一階段工作具體內(nèi)容為何,做研究的時(shí)機(jī)是否成熟至關(guān)緊要。王倬指出，分子生物學(xué)一開(kāi)始著重“簡(jiǎn)化” (reduction)，將復(fù)雜的生物現(xiàn)象拆解成各個(gè)不同的機(jī)制，予以解釋、處理；之后再進(jìn)行“整合”(integration) ，將謎題已解的各個(gè)生物機(jī)制重新組合，以達(dá)到特定的應(yīng)用目的。當(dāng)年先著重簡(jiǎn)化研究的時(shí)機(jī)很正確，現(xiàn)在開(kāi)始進(jìn)行整合研究的時(shí)機(jī)也很正確。

王倬記得早在他還在仿DNA重組的博士后研究時(shí)，就有人提議要做神經(jīng)生物學(xué)，然而在當(dāng)時(shí)欠缺對(duì)相關(guān)基礎(chǔ)機(jī)制了解的情況之下，進(jìn)行神經(jīng)生物學(xué)研究的條件還不成熱，那時(shí)候若往這個(gè)方向發(fā)展，會(huì)走許多冤枉路。這也是分生所接下來(lái)選擇研究方向，需要特別留意的一點(diǎn)。

另一個(gè)分生所需要考慮的，是它要提供哪一種類(lèi)型的研究環(huán)境。幾乎所有的科學(xué)研究發(fā)展都有兩種型態(tài)，一種是個(gè)別的研究者基于本身的興趣或天分，在前無(wú)古人的情況下自辟一條嶄新的研究途徑，就好比物理學(xué)上的量子跳躍(quantumleap)一樣，其獨(dú)創(chuàng)性固然耀眼奪目，卻包含有相當(dāng)程度的機(jī)動(dòng)性在內(nèi)，是可遇而不可求的。另一種研究型態(tài)，則是進(jìn)行一個(gè)極有潛力領(lǐng)域的計(jì)劃研究，收獲雖然可期，但眾人皆知，不會(huì)有什么意外的驚喜。王倬認(rèn)為理想中的分生所應(yīng)該要兼容并蓄，因?yàn)樗J(rèn)為這兩種研究特質(zhì)是互補(bǔ)的而非互斥，一個(gè)研究環(huán)境若是過(guò)度偏向其一，做出來(lái)的研究也會(huì)有所缺漏。

王倬認(rèn)為臺(tái)灣分子生物學(xué)的研究(可能也是整個(gè)臺(tái)灣科學(xué)界的普遍現(xiàn)象)，有時(shí)太過(guò)小心謹(jǐn)慎，比較具有風(fēng)險(xiǎn)性的研究主題都乏人問(wèn)津，大家盡做“保證有東西會(huì)出來(lái)”，很安全的研究。這或許是研究環(huán)境文化的不同，不過(guò)科學(xué)政策也有相當(dāng)程度的影響，比方說(shuō)“國(guó)科會(huì)”據(jù)以提供研究經(jīng)費(fèi)的評(píng)價(jià)方式，本質(zhì)上就不大鼓勵(lì)研究員去做三年內(nèi)不一定會(huì)有成果的前沿研究。臺(tái)灣的研究人員其實(shí)并不乏處理大型難題，進(jìn)行創(chuàng)新研究的能力，但是研究政策是否有給予他們適當(dāng)?shù)恼T因與支持就顯得非常重要。

有鑒于此，王倬指出如果臺(tái)灣的分子生物學(xué)日后要招攘研究人員，最好找比較年輕的，既敢挑戰(zhàn)風(fēng)險(xiǎn)性較高的研究，也比較有登峰造極的機(jī)會(huì)。他認(rèn)為在分子生物學(xué)的領(lǐng)域，一般人研究最輝煌的時(shí)刻，是在三十五歲到四十五歲之間；不過(guò)最近似乎有一種“晚出道”的趨勢(shì)，近期研究成名的學(xué)者，多是年過(guò)四十。

沈哲鯤則認(rèn)為，臺(tái)灣分子生物學(xué)研究的弱勢(shì)在于起步晚，實(shí)驗(yàn)室的數(shù)量也少，各研究員手頭上都有很多正在進(jìn)行的工作，出現(xiàn)了像RNAi這么顯赫的大發(fā)現(xiàn)之后，鮮少能有余力對(duì)其進(jìn)行后續(xù)研究。像美國(guó)這類(lèi)實(shí)驗(yàn)室眾多的國(guó)家，就有機(jī)會(huì)全力支持下屬的研究員進(jìn)行后續(xù)研究，功成名就自然也就不在話(huà)下。在大環(huán)境無(wú)法支持設(shè)立較多的實(shí)驗(yàn)室，先天條件不如人的情況下，除了做重點(diǎn)式的專(zhuān)業(yè)研究以外，如何通過(guò)科學(xué)政策的擬定，減輕研究人員手頭工作的負(fù)擔(dān)，讓他們有時(shí)間去做一些額外的研究，應(yīng)該是科學(xué)研究管理部門(mén)應(yīng)該思考的問(wèn)題。

篇3

愛(ài)好生物，中學(xué)成績(jī)倒數(shù)第一

1933年10月2日，約翰.格登出生在英國(guó)漢普郡迪本霍爾小鎮(zhèn)的一個(gè)富裕家庭。少年時(shí)代，格登被自然界的各種生物深深吸引，甚至在學(xué)校養(yǎng)過(guò)上千只毛毛蟲(chóng)。盡管格登喜愛(ài)生物，但他的生物科成績(jī)卻十分糟糕。15歲時(shí)，格登在英國(guó)著名的貴族學(xué)校伊頓公學(xué)求學(xué)。當(dāng)時(shí)，在250名中學(xué)生中，格登的生物科成績(jī)排在最后一名。其他理科成績(jī)排名，也非?？亢蟆榇?，格登被同學(xué)譏笑為“科學(xué)蠢材”。

雖然理科成績(jī)差，但格登對(duì)生物的熱愛(ài)從來(lái)沒(méi)有減少過(guò)，并立志成為一名生物學(xué)家。他的這一志向，被認(rèn)為是癡人說(shuō)夢(mèng)。在1949年的學(xué)校成績(jī)報(bào)告單中，一名生物老師如是評(píng)價(jià)格登：我相信格登有當(dāng)科學(xué)家的想法。但是，以他目前的學(xué)業(yè)表現(xiàn)，這個(gè)想法非?；闹?。他連起碼的生物學(xué)原理都沒(méi)有搞明白，根本不可能成為專(zhuān)家。對(duì)于他個(gè)人以及培養(yǎng)他的老師來(lái)說(shuō)，完全是浪費(fèi)時(shí)間。

據(jù)格登回憶，這名老師名叫加德姆，其實(shí)并不是一名真正的老師，而是一個(gè)博物館館長(zhǎng)，被校方雇用用來(lái)教那些成績(jī)最差的學(xué)生。當(dāng)年伊頓公學(xué)的這張成績(jī)單，被格登裝進(jìn)相框里，如今還放在他任職的劍橋大學(xué)格登研究所的辦公桌上。格登說(shuō)：“這張成績(jī)單是我唯一裝在框內(nèi)擺放起來(lái)的東西。每當(dāng)遇到什么麻煩，比如實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行下去時(shí)，我都會(huì)看看這份評(píng)價(jià)，來(lái)提醒自己要努力堅(jiān)持，不然真的就被以前老師說(shuō)中了?！?/p>

歪打正著，報(bào)考文科卻被理科錄取

中學(xué)畢業(yè)后，格登的父親看兒子成績(jī)?nèi)绱嗽愀?，認(rèn)定格登不是學(xué)習(xí)深造的材料，建議他參軍到軍隊(duì)或在金融部門(mén)謀求一份職業(yè)。但當(dāng)時(shí)金融部門(mén)的工作不太穩(wěn)定，而因?yàn)樯眢w上的原因軍隊(duì)又拒絕了格登的參軍申請(qǐng)。實(shí)際上，格登當(dāng)時(shí)是一位很不錯(cuò)的壁球選手，身體相當(dāng)健康。遺憾地是，家庭醫(yī)生將格登的一點(diǎn)感冒診斷為支氣管炎，認(rèn)為格登不適合軍旅生涯。格登至今還慶幸自己沒(méi)有參軍，不然不會(huì)走向科學(xué)研究之路。可以這樣說(shuō)，是家庭醫(yī)生的誤診，成就了今日的諾貝爾獎(jiǎng)得主。

在參軍、求職和追求科學(xué)家之夢(mèng)被認(rèn)為不可能之后，格登轉(zhuǎn)向研讀英國(guó)古典文學(xué)，并申請(qǐng)進(jìn)入牛津大學(xué)基督學(xué)院就讀古典文學(xué)專(zhuān)業(yè)。然而意想不到是，他卻被牛津大學(xué)生物系的動(dòng)物學(xué)專(zhuān)業(yè)錄取。格登一直不明白，自己明明申請(qǐng)的是古典文學(xué)專(zhuān)業(yè)，為什么會(huì)被動(dòng)物學(xué)專(zhuān)業(yè)錄取。原來(lái)，當(dāng)時(shí)牛津大學(xué)的招生老師犯了一個(gè)嚴(yán)重錯(cuò)誤，導(dǎo)致理科專(zhuān)業(yè)缺少了30個(gè)名額。因此，他們不得不從其他專(zhuān)業(yè)的申請(qǐng)者中尋找合適人選，而格登恰巧被選中。也許是歪打正著吧，招生老師的一個(gè)嚴(yán)重錯(cuò)誤，成就了今日的諾貝爾獎(jiǎng)得主。

格登進(jìn)入牛津大學(xué)的生物系，由于在生物學(xué)方面知識(shí)的不足，他的父母不得不支付了一年的額外學(xué)費(fèi)，以彌補(bǔ)這些缺陷。對(duì)生物學(xué)的學(xué)習(xí)，使格登對(duì)昆蟲(chóng)學(xué)產(chǎn)生了濃厚興趣。畢業(yè)時(shí)，他打算申請(qǐng)昆蟲(chóng)學(xué)博士。然而，這次又沒(méi)有達(dá)成所愿。最后，格登只得跟隨邁克爾.菲施貝格（Michael Fischberg）教授研究胚胎學(xué)。在菲施貝格建議下.格登決定研究?jī)蓷珓?dòng)物的核移植，并選擇非洲爪蟾（Xenopuslaevis）作為實(shí)驗(yàn)材料。

1958年，在牛津大學(xué)完成博士學(xué)位時(shí)，格登從非洲爪蟾蝌蚪的體細(xì)胞中提取出完整的細(xì)胞核，成功克隆出了一只爪蟾，一舉成名，他被稱(chēng)為“克隆教父”。他的實(shí)驗(yàn)吸引了各大科研機(jī)構(gòu)的目光，其用于細(xì)胞核移植的工具及方法直到今天仍被廣泛使用。

1960年，格登在牛津大學(xué)獲得博士學(xué)位。此后，導(dǎo)師菲施貝格建議他去一個(gè)完全不同的研究領(lǐng)域，菲施貝格恰巧認(rèn)識(shí)加州理工學(xué)院的喬治·比德?tīng)枺℅eorge Beadle），比德?tīng)柺巧茖W(xué)領(lǐng)域研究熱門(mén)之一——噬菌體遺傳學(xué)的先驅(qū)。通過(guò)這種關(guān)系，格登在美國(guó)加州理工大學(xué)獲得一個(gè)博士后位置。然而，格登在噬菌體研究方面并不順利，根本無(wú)法處理實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題。在經(jīng)歷了一年的嘗試后，格登終于放棄了噬菌體研究，重新回到胚胎學(xué)領(lǐng)域。盡管如此，格登仍然認(rèn)為自己在加州理工學(xué)院接受的一年教育非常重要，可以通過(guò)一些不同的研究方向拓寬思路。

潛心研究，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的特化機(jī)能可以逆轉(zhuǎn)

1962年，格登的導(dǎo)師菲施貝格接受了日內(nèi)瓦的一個(gè)教授職位。從而在牛津大學(xué)留下了一個(gè)空缺，系主任決定將這個(gè)位置提供給他。于是，格登從美國(guó)回到了英國(guó)，繼續(xù)核移植的研究。

在格登之前，生物學(xué)家們都知道，哺乳動(dòng)物都是由受精卵發(fā)育而來(lái)，在受孕之后的最初幾天，組成胚胎的都是未成熟的細(xì)胞。這些細(xì)胞每一個(gè)都可以發(fā)育成成熟有機(jī)體中所有細(xì)胞類(lèi)型的細(xì)胞。這種未成熟的細(xì)胞被稱(chēng)為“多能干細(xì)胞”。隨著胚胎的發(fā)育，多能干細(xì)胞進(jìn)一步形成神經(jīng)細(xì)胞、肌肉細(xì)胞、肝臟細(xì)胞以及其他所有種類(lèi)的細(xì)胞，這些細(xì)胞經(jīng)過(guò)分化后，開(kāi)始在機(jī)體內(nèi)承擔(dān)起特殊的機(jī)能。很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，人們普遍認(rèn)為這一過(guò)程是單向的、不可逆的。換就話(huà)說(shuō)，成熟之后的細(xì)胞，是不可能再回到未成熟、多能性的狀態(tài)。

但格登卻提出了自己的看法，他假設(shè)：這些細(xì)胞的基因組仍然包含著驅(qū)動(dòng)它發(fā)育成機(jī)體所有不同類(lèi)型的細(xì)胞所需的信息。1962年，格登在一項(xiàng)被諾獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)稱(chēng)之為“經(jīng)典”的實(shí)驗(yàn)中，以美洲爪蟾的卵細(xì)胞為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，取出卵細(xì)胞內(nèi)一個(gè)不成熟的細(xì)胞核，以一個(gè)成熟的特化腸細(xì)胞所含細(xì)胞核取代，而改性后的卵細(xì)胞最終得以發(fā)育成為一個(gè)正常蝌蚪。這一實(shí)驗(yàn)，首次證實(shí)了已分化細(xì)胞可通核移植技術(shù)將其重新轉(zhuǎn)化為具有多能性的細(xì)胞。1962年，格登在英國(guó)《胚胎學(xué)與實(shí)驗(yàn)形態(tài)學(xué)雜志》以“細(xì)胞的特化機(jī)能可以逆轉(zhuǎn)”為題報(bào)告了這一實(shí)驗(yàn)。

格登的實(shí)驗(yàn)最終取得成功還得益于實(shí)驗(yàn)室的2個(gè)先天優(yōu)勢(shì)：一是實(shí)驗(yàn)室擁有可有效去除細(xì)胞核的紫外顯微鏡；二是菲施貝格的另一個(gè)學(xué)生已發(fā)現(xiàn)了可作為爪蟾遺傳標(biāo)記物的基因突變，這將很容易區(qū)別發(fā)育后代細(xì)胞核來(lái)自供體還是自身細(xì)胞核去除不徹底引起?；谶@2個(gè)原因，接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)格登選擇腸上皮細(xì)胞作為核移植實(shí)驗(yàn)的供體。格登從帶有遺傳標(biāo)記物的非洲爪蟾腸上皮細(xì)胞中取出細(xì)胞核，然后移植到正常爪蟾的去核卵細(xì)胞中，在隨后發(fā)育的胚胎中鑒定出了遺傳標(biāo)記物，一方面證明了核移植的成功，另一方面也證實(shí)了已分化的腸上皮細(xì)胞核仍有指導(dǎo)胚胎發(fā)育的能力，并沒(méi)有發(fā)生遺傳物質(zhì)不可逆的改變。

這一里程碑式的重大發(fā)現(xiàn)曾經(jīng)遭到許多人的懷疑，不少科學(xué)家認(rèn)為這完全不可能。但在重復(fù)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證下，該結(jié)果最終被接受并引發(fā)了密集的研究，最終導(dǎo)致了哺乳動(dòng)物的克隆。

1966年，格登的核移植實(shí)驗(yàn)又往前邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。他從蝌蚪腸細(xì)胞核進(jìn)行核移植后，獲得了完全發(fā)育成熟且可繁殖后代的爪蟾。這些細(xì)胞核可產(chǎn)生健康動(dòng)物且可產(chǎn)生后代的結(jié)果證明：完全分化的細(xì)胞核擁有真正意義上的全能性，可指導(dǎo)所有類(lèi)型細(xì)胞的形成。此后的1997年，蘇格蘭羅斯林研究所的科研人員伊恩·維爾穆特（1an Wilmut）和基思·坎貝爾（Keith Campbell） ，通過(guò)類(lèi)似的體細(xì)胞核轉(zhuǎn)移技術(shù)，成功克隆出“多莉”（Dolly）羊，且“多莉”也順利產(chǎn)下了后代。從而證明成年體細(xì)胞也擁有全能性，并印證了格登的發(fā)現(xiàn)。

1971年，格登轉(zhuǎn)往牛津大學(xué)的最大對(duì)手劍橋大學(xué)。當(dāng)年，劍橋大學(xué)醫(yī)學(xué)研究理事會(huì)為格登及同事，在分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供了一層樓進(jìn)行分子胚胎學(xué)的研究，此時(shí)格登擔(dān)任研究教授。1983年，格登進(jìn)入劍橋大學(xué)動(dòng)物系，擔(dān)任細(xì)胞生物學(xué)講座教授和細(xì)胞生物學(xué)部的主任。1989年。格登進(jìn)入劍橋大學(xué)很有名望的韋爾科姆細(xì)胞生物學(xué)和癌癥研究所（Wellcome/CRC），并一直擔(dān)任主席至2001年。2004年，劍橋大學(xué)為紀(jì)念格登的貢獻(xiàn)，將格登所在的研究所改名為格登研究所。

老當(dāng)益壯，79歲高齡仍堅(jiān)持全職工作

從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，格登主要研究分子生物學(xué)的機(jī)制和細(xì)胞核重編程的機(jī)制，格登對(duì)分子胚胎學(xué)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)幾乎跨越了半個(gè)世紀(jì)，為推動(dòng)該領(lǐng)域的發(fā)展做出了許多奠基性貢獻(xiàn)，這些貢獻(xiàn)覆蓋了該領(lǐng)域許多激動(dòng)人心的重大進(jìn)展，因此被譽(yù)為“動(dòng)物細(xì)胞核移植和克隆研究領(lǐng)域的先驅(qū)”。

格登是一個(gè)非常親和、樸實(shí)的人，像他這樣的著名科學(xué)家，通常到了這個(gè)年紀(jì)和階段，精力會(huì)更多放在教學(xué)和著書(shū)上，很少有人還會(huì)親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。而79歲高齡的格登教授，時(shí)至今日仍經(jīng)常在實(shí)驗(yàn)室里工作很長(zhǎng)時(shí)間。格登曾經(jīng)每天早上開(kāi)著破車(chē)送實(shí)驗(yàn)樣本給學(xué)生做實(shí)驗(yàn)。每周五在做完實(shí)驗(yàn)以后，他會(huì)和學(xué)生們一起喝啤酒。在被通知獲得諾貝爾獎(jiǎng)時(shí)，他還在實(shí)驗(yàn)室工作。一名英國(guó)記者曾試圖聯(lián)系格登進(jìn)行連線(xiàn)采訪(fǎng)，但格登的實(shí)驗(yàn)室答復(fù)稱(chēng)：“格登正在工作，請(qǐng)不要打擾他?！?/p>

格登介紹說(shuō)，自己最先得知獲得諾貝爾獎(jiǎng)的消息還是來(lái)自一家意大利媒體打來(lái)的電話(huà)，當(dāng)時(shí)是8日早晨7時(shí)30分左右，他身在實(shí)驗(yàn)室，電話(huà)另一頭要他談?wù)勛约旱姆磻?yīng)。不過(guò)，格登認(rèn)為他們的消息并不一定準(zhǔn)確。一個(gè)小時(shí)以后，格登接到了來(lái)自瑞典文學(xué)院的電話(huà)，告訴他獲得了諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。一開(kāi)始，格登依然懷疑是朋友或同事故意假裝瑞典口音跟他開(kāi)玩笑，直到最后才確認(rèn)獲獎(jiǎng)的消息。

格登將和另一名獲獎(jiǎng)?wù)呷毡救松街猩鞆浧椒?00萬(wàn)瑞典克朗（約合114萬(wàn)美元）獎(jiǎng)金。對(duì)于這筆獎(jiǎng)金，格登表示自己可能將獎(jiǎng)金撥給他此前設(shè)立的一個(gè)基金，用于資助一些攻讀博士學(xué)位的學(xué)生。

（作者單位：淮南聯(lián)合大學(xué)）

人物簡(jiǎn)介

篇4

關(guān)鍵詞：SCAR標(biāo)記；水產(chǎn)動(dòng)物；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：S917 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-0432（2013）-04-0251-1

特異性片段擴(kuò)增區(qū)域（Sequence Characterized Amplified Region，SCAR）是由PARAN I和MICHELMORE RW在1993年首次提出的。該分子標(biāo)記建立在RAPD-PCR分子標(biāo)記基礎(chǔ)之上的一種新型有效的分子標(biāo)記技術(shù)[1]，主要是基于特異的RAPD片段序列，以?xún)啥诵蛄性O(shè)計(jì)1對(duì)引物（含18-24個(gè)堿基），并且在較高的退火溫度下進(jìn)行的特異性序列擴(kuò)增，從而實(shí)現(xiàn)由RAPD標(biāo)記到SCAR標(biāo)記的轉(zhuǎn)化。SCAR標(biāo)記直接采用專(zhuān)一性特異引物進(jìn)行PCR擴(kuò)增，避免了引物篩選、估算相似性等復(fù)雜的過(guò)程，且排除了隨機(jī)引物結(jié)合位點(diǎn)之間的競(jìng)爭(zhēng)，使穩(wěn)定性和重復(fù)性顯著提高。目前，SCAR分子標(biāo)記技術(shù)已被廣泛的應(yīng)用于基因定位、輔助育種、種質(zhì)鑒定和遺傳連鎖圖譜構(gòu)建等方面研究。[2-5]

1 SCAR標(biāo)記的原理

SCAR標(biāo)記主要是在序列未知的DNA標(biāo)記（RAPD，AFLP等）基礎(chǔ)上，對(duì)其特異PCR擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行回收，克隆和測(cè)序，根據(jù)擴(kuò)增產(chǎn)物的兩端序列設(shè)計(jì)特異性引物（一般比RAPD引物長(zhǎng)，通常18-24個(gè)堿基），對(duì)DN段再進(jìn)行PCR特異性擴(kuò)增，把與DN段相對(duì)應(yīng)的單一位點(diǎn)鑒別出來(lái)。由于SCAR標(biāo)記擴(kuò)增位點(diǎn)單一，退火溫度較高，對(duì)反應(yīng)條件不敏感，一般表現(xiàn)為長(zhǎng)度的多態(tài)性，為共顯性標(biāo)記，有時(shí)也表現(xiàn)為擴(kuò)增片段的有無(wú)，為顯性標(biāo)記。[6]

2 SACR標(biāo)記的特點(diǎn)

SCAR分子標(biāo)記技術(shù)是基于RAPD技術(shù)建立起來(lái)的，由于SCAR分子標(biāo)記技退火溫度較高，對(duì)反應(yīng)條件不敏感，所以該方法與一般常規(guī)的分子標(biāo)記方法相比，具有方便快捷、重復(fù)性好、可靠性高、對(duì)DNA質(zhì)量要求低等優(yōu)點(diǎn)[7]，不需要經(jīng)過(guò)酶切、連接、電泳、銀染等過(guò)程，只需簡(jiǎn)單的PCR和瓊脂糖凝膠電泳就能進(jìn)行大規(guī)模的快速檢測(cè)大量個(gè)體，且結(jié)果穩(wěn)定。[1]SCAR分子標(biāo)記類(lèi)似于STS，揭示的信息量大，可作為物理圖譜和遺傳圖譜之間的錨定位點(diǎn)，有利于構(gòu)建高密度的遺傳圖譜，并能進(jìn)行種間圖譜研究或比較同源性研究。[8]

3 SACR標(biāo)記在水產(chǎn)動(dòng)物研究中的應(yīng)用

3.1 逆選育與遺傳性狀保存

利用SCAR分子標(biāo)記技術(shù)進(jìn)行輔助育種，能夠克服表現(xiàn)型鑒定和性狀基因的困難，提高回交育種效率。中國(guó)水產(chǎn)研究者已成功地將其應(yīng)用于重要經(jīng)濟(jì)型養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)良種選育與保存之中。例如，孫效文等[9]以荷包紅鯉抗寒品系、黑龍江鯉、荷包紅鯉以及荷包紅鯉抗寒品系（父本）與柏氏鯉（母本）雜交F2的DNA樣品為材料，獲得2個(gè)與鯉抗寒性狀相關(guān)的SCAR標(biāo)記，成功的反映了兩個(gè)群體在抗寒能力上的差異。高風(fēng)英等[10]應(yīng)用SCAR技術(shù)，對(duì)奧利亞羅非魚(yú)（Oreochromisco aureus）群體進(jìn)行分析，以2個(gè)SCAR標(biāo)記，區(qū)分3個(gè)不同的奧利亞羅非魚(yú)群體，并將為后期的選擇育種提供分子依據(jù)。佟雪紅等[11]利用RAPD和SCAR復(fù)合分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)建鯉、黃河鯉及其正反雜交子代4個(gè)群體進(jìn)行RAPD-SCAR擴(kuò)增圖譜的比較，尋找兩親本的特征標(biāo)記，探討子代優(yōu)勢(shì)產(chǎn)生的分子機(jī)理，為下階段良種培育提供重要的遺傳學(xué)依據(jù)。

3.2 優(yōu)良種質(zhì)分子鑒定和遺傳圖譜構(gòu)建

SCAR用于優(yōu)良種質(zhì)分子鑒定，克服了RAPD、AFLP等分子標(biāo)記的不足，使種質(zhì)鑒定更為快速準(zhǔn)確。楊弘等[12]利用RAPD-SCAR復(fù)合分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)日本鰻（Anguilla japonica）、歐洲鰻 （Anguilla anguilla）和美洲鰻（Anguilla rostrata）的DNA進(jìn)行SCAR擴(kuò)增，得到37個(gè)特異性標(biāo)記，可用來(lái)區(qū)分這3種鰻魚(yú)。童芳芳等[13]成功的將RAPD-SCAR復(fù)合分子標(biāo)記技術(shù)應(yīng)用于三種黃顙魚(yú)（普通黃顙魚(yú)、光澤黃顙魚(yú)和瓦氏黃顙魚(yú)），進(jìn)行SCAR擴(kuò)增，并獲得特異標(biāo)志性SCAR標(biāo)記條帶，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確有效地鑒別了三種黃顙魚(yú)。鄭偉等[14]利用SCAR復(fù)合分子標(biāo)記技術(shù)，測(cè)定了所檢的48尾魚(yú)黃顙魚(yú)，分屬于普通黃顙魚(yú)（Pelteobagrus fulvidraco）、瓦氏黃顙魚(yú)（Pelteobagrus vachelli）和光澤黃顙魚(yú)（Pelteobagrus nitidus）。司偉等[15]運(yùn)用RAPD-SCAR復(fù)合分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)建鯉雌核發(fā)育的F1代進(jìn)行分析，有效地區(qū)分雜交魚(yú)與雌核發(fā)育魚(yú)，建立了雌核發(fā)育的分子鑒別技術(shù)。此方法不僅提高了育種速度，而且縮短了育種周期，為相關(guān)的研究工作提供分子遺傳學(xué)依據(jù)。

3.3 種質(zhì)資源的保護(hù)和品種純度的檢測(cè)

通過(guò)SCAR分子標(biāo)記技術(shù)檢測(cè)水產(chǎn)動(dòng)物良種的真?zhèn)魏图兌?，彌補(bǔ)了表型檢測(cè)技術(shù)和同工酶檢測(cè)技術(shù)的不足，為審定新品種、保護(hù)優(yōu)質(zhì)種質(zhì)等方面提供了新的技術(shù)鑒定方法，可以在水產(chǎn)動(dòng)物幼苗狀態(tài)完成，而且準(zhǔn)確性高，檢測(cè)時(shí)間短。在水產(chǎn)動(dòng)物研究中，董志國(guó)等[16]通過(guò)檢測(cè)是否有該品種特有的SCAR特異性片段，對(duì)雜交種F1代的純度進(jìn)行鑒定，用以質(zhì)量監(jiān)測(cè)。欒會(huì)妮等[17]將SSR標(biāo)記和SCAR標(biāo)記結(jié)合，對(duì)3種鯉魚(yú)品種內(nèi)及品種間的遺傳差異進(jìn)行研究，檢測(cè)其純度，可明顯提高篩選的準(zhǔn)確性。

3.4 其他

SCAR還在基因克隆、基因定位等方面表現(xiàn)出它的優(yōu)越性。朱慧蘭[18]利用SCAR標(biāo)記，成功的克隆了小麥SSH文庫(kù)中IN-61-2全長(zhǎng)cDNA，在缺鐵或赤霉菌侵染時(shí)均能誘導(dǎo)其表達(dá)。張海英等[19]用AFLP-SCAR復(fù)合標(biāo)記克隆出2條與黃瓜花葉病（WMV）抗、感基因相關(guān)的特異性條帶，提高抗性育種效率。此外，王曉維等[20]還將小麥的AFLP標(biāo)記轉(zhuǎn)化為SCAR標(biāo)記，從中選擇多位點(diǎn)和較高多態(tài)性的引物，能夠區(qū)分品種種子的純度。但在水產(chǎn)動(dòng)物中研究較少。

4 問(wèn)題與展望

自從上世紀(jì)90年代以來(lái)，分子標(biāo)記技術(shù)一直廣泛的應(yīng)用于水產(chǎn)動(dòng)物優(yōu)良種質(zhì)的鑒定和優(yōu)良性狀基因的挖掘。鑒于SCAR標(biāo)記技術(shù)的操作快捷方便、成本低等多種優(yōu)點(diǎn)，受到了科研工作者的廣泛重視。目前，SCAR和SCAR復(fù)合分子標(biāo)記技術(shù)主要應(yīng)用于水產(chǎn)動(dòng)物種質(zhì)資源鑒定，在其他方面的應(yīng)用相對(duì)較少，相信隨著分子生物學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，SCAR標(biāo)記技術(shù)方法水產(chǎn)動(dòng)物種質(zhì)資源鑒定、優(yōu)質(zhì)相關(guān)經(jīng)濟(jì)性狀的挖掘等方面的研究將更加深入，并有著廣泛的應(yīng)用前景。

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篇5

關(guān)鍵詞:植物藥材;ITS序列;DNA條形碼鑒定

中圖分類(lèi)號(hào):R285.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1673-7717(2010)04-0737-02

[FQ(9。25,X-W]

收稿日期:2009-11-26

基金項(xiàng)目:國(guó)家科技部資助項(xiàng)目(2005DKA21004);遼寧省教育廳資助項(xiàng)目(2009A496)

作者簡(jiǎn)介:許亮(1978-),男,遼寧沈陽(yáng)人,講師,博士研究生,主要從事中藥生藥的教學(xué)與科研研究。

通訊作者:康廷國(guó)(1955-),男,山東壽光人,教授,博士研究生導(dǎo)師,研究方向:中藥品質(zhì)評(píng)價(jià)與中藥新藥開(kāi)發(fā)研究。Tel:041187586028,Email:kangtg@lnutcm.省略。

ITS(internal transcribed spacer)是核糖體DNA上的內(nèi)轉(zhuǎn)錄間隔區(qū),位于18S 和26SrDNA 基因之間,被5.8S 基因分為兩段即ITS1和ITS2,見(jiàn)圖1。ITS 區(qū)包括5.8S rDNA 在內(nèi)的總長(zhǎng)度為600-700bp,其中5.8S rDNA 的長(zhǎng)度非常保守,一般為163bp 或164bp ,ITS1和ITS2 的長(zhǎng)度也比較保守,但核苷酸序列變化較大,可以提供豐富的系統(tǒng)學(xué)信息。ITS1和ITS2作為非編碼區(qū),受外界環(huán)境因素的影響較小,承受的選擇壓力較小,進(jìn)化速度較快,核苷酸序列變化較大,且其變異以相互獨(dú)立的點(diǎn)突變?yōu)橹?是rDNA中的中度保守區(qū),可為屬以下水平的研究提供較豐富的變異位點(diǎn)和信息位點(diǎn)的系統(tǒng)學(xué)信息。這使ITS序列十分適宜進(jìn)行各種分子操作,已成為最廣泛的應(yīng)用于被子植物系統(tǒng)發(fā)育和進(jìn)化研究的核基因標(biāo)記之一,并取得了一系列重要進(jìn)展[1-3]。

圖1植物核糖體DNAITS的基本結(jié)構(gòu)

1 ITS序列與植物DNA條形碼鑒定的關(guān)系

DNA條形碼(DNA barcoding)是利用一段標(biāo)準(zhǔn)的DNA序列作為標(biāo)記來(lái)實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確和自動(dòng)化的物種鑒定,類(lèi)似于超市利用條形碼掃描區(qū)分成千上萬(wàn)種不同的商品。已成為生物物種鑒定的新方向,受到世界40多個(gè)國(guó)家130多個(gè)組織中傳統(tǒng)生物分類(lèi)學(xué)家、分子生物學(xué)家和生物信息學(xué)家等多學(xué)科專(zhuān)家的關(guān)注。加拿大動(dòng)物學(xué)家Paul Hebert首先倡導(dǎo)將條形碼編碼技術(shù)應(yīng)用到生物物種鑒定中,他對(duì)動(dòng)物界11門(mén)13320個(gè)物種的線(xiàn)粒體細(xì)胞色素C氧化酶亞基(Cytocheome c oxidase Ⅰ,COⅠ)比較分析,提出可以采用單一的基因片段來(lái)代表生物種,作為物種的條形碼[4-5],因此他被稱(chēng)為DNA條形編碼之父。但由于COⅠ基因在植物中的進(jìn)化速率遠(yuǎn)慢于在動(dòng)物中的進(jìn)化速率,對(duì)于大多數(shù)植物不適合作為DNA條形碼鑒定的編碼基因。

ITS序列在被子植物中的長(zhǎng)度變異很小,ITS1和ITS2的長(zhǎng)度均不足300bp,PCR擴(kuò)增及測(cè)序簡(jiǎn)單易行,特別是PCR直接測(cè)序法的誕生,極大地推動(dòng)了ITS在被子植物科內(nèi),尤其是近緣屬間及種間關(guān)系研究中的應(yīng)用,成為系統(tǒng)與進(jìn)化植物學(xué)研究中的重要分子標(biāo)記[6],隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,使在分子水平上快速準(zhǔn)確地鑒定中藥材成為可能,應(yīng)用ITS序列作為植物類(lèi)中藥材的DNA條形碼,為有效遏制各種假冒偽劣藥材提供了極為有力的先進(jìn)的技術(shù)支持。

中藥材鑒定方法如基原鑒定、性狀鑒定、顯微鑒定、理化鑒定、色譜法鑒定等,在中藥材鑒定和評(píng)價(jià)其質(zhì)量研究中發(fā)揮了重要作用,但隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,涌現(xiàn)了多種中藥材DNA分子鑒定技術(shù),DNA條形碼技術(shù)具有4個(gè)顯著的特點(diǎn):①DNA 條形碼直接利用DNA序列進(jìn)行物種的鑒定,基于生物的基因型,具有獨(dú)一無(wú)二的可重復(fù)性;②DNA條形碼序列具有通用性,在不同物種之間具有可比性,在全球物種鑒定中可以形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),也更利于對(duì)植物系統(tǒng)進(jìn)化的研究;③DNA 條形碼只需一對(duì)或幾對(duì)通用引物;④在技術(shù)發(fā)展成熟的基礎(chǔ)上,根據(jù)DNA 條形碼鑒定技術(shù)設(shè)計(jì)生產(chǎn)“便攜式中藥鑒定分析掃描儀”,任何人可以實(shí)時(shí)完成物種鑒定工作[7]。

作為DNA條形碼的編碼基因應(yīng)符合以下標(biāo)準(zhǔn):①具有足夠的變異性以區(qū)別不同的物種,同時(shí)具有相對(duì)的保守性;②必須是一段標(biāo)準(zhǔn)的DNA序列來(lái)盡可能的鑒別不同的種群;③應(yīng)該包含足夠的系統(tǒng)進(jìn)化信息以定位物種在系統(tǒng)中的位子;④應(yīng)該具有高度的保守性以便于通用引物的設(shè)計(jì);⑤應(yīng)該足夠的短以便于有部分降解的DNA的擴(kuò)增[8]。對(duì)于動(dòng)物來(lái)源的藥材可以根據(jù)COI基因設(shè)計(jì)通用引物,而對(duì)于植物來(lái)源的中藥材ITS序列可以作為候選的編碼基因。

2 ITS序列在中藥材鑒別上的應(yīng)用

由于ITS 區(qū)域具有較多的堿基信息,在長(zhǎng)度上具有較好的保守性,因此該片段特別適合于屬、組級(jí)的系統(tǒng)發(fā)育和分類(lèi)研究。尤其能為中藥材的分子鑒定提供依據(jù)。毛善國(guó)等[9],車(chē)建等[10]分別通過(guò)ITS序列的測(cè)定進(jìn)行了番紅花及其混淆品的有效鑒別研究。劉春生等[11]通過(guò)基于核DNA ITS序列對(duì)細(xì)辛藥材的基源及分子鑒定進(jìn)行了研究。閆坤等[12]通過(guò)ITS序列對(duì)地黃屬種間的親緣關(guān)系進(jìn)行了研究。馬玉花等[13]對(duì)中國(guó)不同地區(qū)的杜仲rDNA的ITS序列進(jìn)行了分析測(cè)序。蔡金娜等[14]對(duì)中國(guó)不同地區(qū)的蛇床進(jìn)行了rDNA ITS序列分析。宋葆華等[15]對(duì)中國(guó)莧屬nrDNA的ITS序列分析并對(duì)其系統(tǒng)學(xué)意義進(jìn)行了研究。武瑩等[16]通過(guò)ITS序列鑒別了5種習(xí)用柴胡。郝明干等[17-18]采用rDNA ITS的序列分析對(duì)中藥材白花蛇舌草進(jìn)行了有效的分子鑒定。趙志禮等[19]進(jìn)行了山姜屬中藥草豆蔻和益智nrDNA ITS區(qū)序列的測(cè)定。趙等[20]綜述了核rDNA ITS序列在植物種質(zhì)資源鑒定中的應(yīng)用。趙志禮等[21]綜述了核糖體DNA ITS區(qū)序列在植物分子系統(tǒng)學(xué)研究中的具有重要的價(jià)值。唐先華等[22]進(jìn)行了睡蓮類(lèi)植物ITS nrDNA序列的分子系統(tǒng)發(fā)育分析。陳生云等[23]用nrDNA ITS序列探討?yīng)M蕊龍膽屬及其近緣屬(龍膽科)的系統(tǒng)發(fā)育。李國(guó)強(qiáng)等[24]對(duì)中藥蓼大青葉及其偽品的nrDNA ITS區(qū)序列進(jìn)行了測(cè)定分析。ITS序列在生物學(xué)、分子生態(tài)學(xué)、生物進(jìn)化的研究領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,陳士林等[7]學(xué)者認(rèn)為植物來(lái)源的中藥材可以根據(jù)rDNA ITS序列作為該藥材的DNA條形碼進(jìn)行生物鑒定等。

3 基于ITS序列的植物類(lèi)藥材鑒定研究前景展望

隨著分子生物學(xué)的飛速發(fā)展,人們將會(huì)對(duì)ITS區(qū)序列及其植物分子系統(tǒng)學(xué)價(jià)值有更廣泛深入的研究。對(duì)于以ITS序列不能明顯鑒別的植物藥,可以通過(guò)與18S rDNA,葉綠體matK、rbcL和trnH-psbA等多個(gè)標(biāo)記基因聯(lián)合應(yīng)用進(jìn)行。目前植物總DNA的提取方法已比較完善,可從長(zhǎng)期貯存的標(biāo)本中進(jìn)行提取、擴(kuò)增與測(cè)序,使中藥材的分子鑒別在方法學(xué)上得到保證。以ITS序列為編碼基因,進(jìn)行植物類(lèi)藥材的DNA條形碼鑒別及進(jìn)一步設(shè)計(jì)生產(chǎn)使用“便攜式中藥鑒定分析掃描儀”,必將前景廣闊。

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篇6

關(guān)鍵詞：異色瓢蟲(chóng)；生物學(xué)特性；觀察初報(bào)

中圖分類(lèi)號(hào)：S476.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 開(kāi)態(tài)特征

1.1 成蟲(chóng)

體卵圓形，長(zhǎng)5.4～8mm，寬3.8～5.2mm。背面色澤斑紋變異很多，大致可分為3個(gè)類(lèi)型：前胸背板黃白色至淺黃色，中部有近似“M”形黑紋。鞘翅基色為淺橙黃色至桔紅色；其上無(wú)黑色斑點(diǎn)，或有2、4、6、8、10、12、14、16、18、19個(gè)黑色斑點(diǎn)；前胸背板中部黑色，兩側(cè)為白色斑。鞘翅基色黑色；其上有2、4、8、12個(gè)黃色至紅色斑點(diǎn)；前胸背板中部黑色，兩側(cè)為白色斑。鞘翅邊緣和鞘縫的前半部分黑色，或鞘翅基部、端部、基部和端部的黑色邊緣擴(kuò)展成黑色橫帶，鞘翅中部黃色至桔紅色，其上無(wú)黑色斑點(diǎn)，或有2至幾個(gè)黑色斑點(diǎn)或斑紋。總之，該種的顯著特征是絕大多數(shù)個(gè)體的鞘翅末端有一明顯的牙痕狀橫脊。

1.2 卵

長(zhǎng)卵形，長(zhǎng)1.5mm，寬0.6mm，初產(chǎn)時(shí)為澆黃色，近孵化時(shí)為淺灰黑色。

1.3 幼蟲(chóng)

初齡幼蟲(chóng)黑黃色。老齡幼蟲(chóng)灰黑色，體長(zhǎng)約12mm，腹部第1～3節(jié)背面兩側(cè)各有1個(gè)桔黃色枝刺，第4、5節(jié)背面除兩側(cè)的枝刺外，中央還有2個(gè)桔黃色小枝刺。

1.4 蛹

卵圓形，黃褐色至棕紅色，具黑斑，頭部彎向腹面，腹部末端有2個(gè)突起，4齡幼蟲(chóng)脫下的皮包圍在此。

2 生物學(xué)特性

異色瓢蟲(chóng)在吉林省1a發(fā)生3代，以成蟲(chóng)在山洞、石縫、墻角、屋檐下、枯枝落葉層下越冬。越冬成蟲(chóng)于4月下旬開(kāi)始活動(dòng)，1～3代的發(fā)生日期為：第1代4月下旬至7月中旬；第2代6月中旬至8月下旬；第3代8月上旬至10月上旬；10月中下旬開(kāi)始越冬。第1代卵的發(fā)育歷期為4～12d；幼蟲(chóng)歷期為16～33d，其中1齡幼蟲(chóng)為3～8d，2齡2～10d，3齡2～5d，4齡9～12d；蛹期5～8d，完成1代需24～53d。第2代卵期3～4d，幼蟲(chóng)期11～17d，其為1齡幼蟲(chóng)2～3d，2齡1～3d，3齡4～5d，4齡4～6d；蛹期6～7d，完成1代需20～28d。第3代卵期為2～4d；1齡幼蟲(chóng)期2～3d，2齡1～2d，3齡1～2d，4齡4～7d，合計(jì)幼蟲(chóng)期限8～14d，蛹期7～10d，從卵至幼蟲(chóng)羽化共計(jì)28～35d，據(jù)觀察，卵的發(fā)育起點(diǎn)溫度為7.33±0.15℃，有效期積濕為51.71日度；幼蟲(chóng)的發(fā)育起點(diǎn)溫度為9.48±0.19℃，有效積溫為133.27日度；蛹的發(fā)育起點(diǎn)溫度為11.92±0.74℃，有效積濕為55.16日度；自成蟲(chóng)羽化至產(chǎn)卵，有效積濕為62.5日度。

異色瓢蟲(chóng)成蟲(chóng)色澤斑紋變異很多，據(jù)筆者在公主嶺市龍山鄉(xiāng)調(diào)查，在異色瓢蟲(chóng)種群中，十九斑變種占33.3%；顯現(xiàn)變型占32.5%；顯明變種占25.2%；暗黃變型占4.9%；鮮明變種占2.4%，其他占1.7%。

異色瓢蟲(chóng)成蟲(chóng)食性很雜，1頭成蟲(chóng)平均每d可捕食桃蚜79頭；松蚜若蟲(chóng)31～39頭，最多56頭；落葉松球蚜卵約5堆或若蟲(chóng)9～359頭；榆紫葉甲卵8～24粒，最多62粒；日本松干蚧1齡寄生若蟲(chóng)20頭，或2齡無(wú)肢若蟲(chóng)3.6頭。

異色瓢蟲(chóng)成蟲(chóng)一生可多次，每次時(shí)間為0.5～45h。雌蟲(chóng)經(jīng)過(guò)1次后產(chǎn)下的卵都能孵化。卵多產(chǎn)于植物的葉部或細(xì)枝上，10余粒至數(shù)10粒成行排列。用蚜蟲(chóng)飼養(yǎng)成蟲(chóng)80d，1頭雌蟲(chóng)的最高產(chǎn)卵量為382粒，日產(chǎn)卵1～32粒。成蟲(chóng)產(chǎn)卵量的多少除與雌蟲(chóng)是屬于哪一種變型或變種有關(guān)外，還因捕食對(duì)象、飼養(yǎng)時(shí)的溫濕度和蟲(chóng)口密度大小不同而異。取食大豆蚜、高粱蚜的，日只產(chǎn)卵5～6粒。成蟲(chóng)在22～27℃時(shí)產(chǎn)卵最多，溫度高于32℃或低于16℃時(shí)，產(chǎn)卵量明顯下降。濕度對(duì)產(chǎn)卵量的影響不如溫度明顯，但在高溫季節(jié)，濕度對(duì)產(chǎn)卵有影響，一般以相對(duì)濕度80%～90%較為適宜。雌蟲(chóng)產(chǎn)卵量與飼養(yǎng)密度呈負(fù)相關(guān)。

幼蟲(chóng)孵化后常聚集在卵殼處不動(dòng)，經(jīng)約半天才開(kāi)始爬行，尋找食物，有的則在卵殼處取食尚未孵化的卵粒。1頭3齡幼蟲(chóng)平均每天可捕食日本松干蚧1齡寄生若蟲(chóng)109頭，或2齡無(wú)肢若蟲(chóng)90頭，雌成蟲(chóng)1.3頭，卵囊1.5個(gè)。1頭老齡幼蟲(chóng)每天可捕食榆葉甲卵約200粒，或落葉松球蚜54頭。整個(gè)幼蟲(chóng)期可捕食落葉松球蚜1495頭，另?yè)?jù)用松蚜測(cè)定幼蟲(chóng)的捕食量，其結(jié)果為：1頭幼蟲(chóng)總共可捕食松蚜409.6±17.9頭。其中1齡幼蟲(chóng)捕食松蚜16.4±2.7頭，占幼蟲(chóng)期限總捕食量的4.0%；2齡幼蟲(chóng)捕食松蚜39.8±8.1頭，占總捕食量的9.6%；3齡幼蟲(chóng)捕食松蚜62.8±13.8頭，占總捕食量的15.3%；4齡幼蟲(chóng)捕食松蚜290.6±21.9頭，占總捕食量的71.0%。

篇7

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；生物學(xué)；應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：G434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)12-20ppp-0c

The Application of the CAI in Experiment Teaching of the Biology

CHANG Yan

(College of Life Science, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China)

Abstract: Computer Assisted Instruction, a product of contemporary computer and network technology applied to education, is presently used extensively at colleges and universities. From the characteristis of the CAI and combining with he teaching requirement of biological experiment, the article sets forth the effect of the application in the biological experiment

Key words: Computer Assisted Instruction; Experiment Teaching; Biology; Application

1 引言

隨著計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(CAl)已經(jīng)成為教學(xué)中的一個(gè)熱點(diǎn)。21世紀(jì)是生命科學(xué)高速發(fā)展時(shí)期，需要大批高素質(zhì)的專(zhuān)業(yè)人才。而生物學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為主的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)是該學(xué)科的重要組成部分，它對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的基本技能和綜合能力是課堂教學(xué)所不能比擬的。因此在人才培養(yǎng)方面實(shí)驗(yàn)占有的地位是不可低估的。在近幾年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中，我們運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段相接合，大大提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效

率，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)際應(yīng)用能力得到了很大的提高，同時(shí)也提高了實(shí)驗(yàn)器材的利用率[1-3]。

2 計(jì)算機(jī)在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用的意義

2.1 打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)改變了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，極大的豐富了視聽(tīng)感官，降低了實(shí)驗(yàn)難度。我們建立了局域網(wǎng)，把實(shí)驗(yàn)的相關(guān)資料共享，在編制新實(shí)驗(yàn)講義的過(guò)程中，搜集資料并把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容制作成課件，改變了過(guò)去抄寫(xiě)板書(shū)的模式，用課件和多媒體手段呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、操作步驟等，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)教學(xué)。計(jì)算機(jī)演示實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生將不易理解的抽象化知識(shí)具體化、形象化，使學(xué)生通過(guò)觀察，利用多種感官獲得感性認(rèn)識(shí)。然后在此基礎(chǔ)上，由教師來(lái)講解，形成正確的概念和掌握有關(guān)知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生理解和接受起來(lái)就容易多了。同時(shí)我們開(kāi)放機(jī)房，通過(guò)局域網(wǎng)學(xué)生可預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果等。

2.2 突出生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的直觀性并且能使微觀世界宏觀化

利用現(xiàn)代化教學(xué)手段能夠真實(shí)、生動(dòng)、形象地展示生物的各種生理活動(dòng)，顯示生物的宏觀世界和微觀世界，把抽象的內(nèi)容形象化，激發(fā)了學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性。如在觀察葫蘆蘚的生殖過(guò)程時(shí)，葫蘆蘚個(gè)體小，生殖過(guò)程必須借助于水的條件才能完成。采用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，顯示器上首先出現(xiàn)葫蘆蘚的完整植株，再把各個(gè)部分用分解的形式描述：其蒴帽和蒴蓋脫落后，由孢蒴中放散出大量的孢子，孢子萌發(fā)形成原絲體、長(zhǎng)出假根和芽體，由芽發(fā)育成葫蘆蘚植株（配子體）。配子體中的器和頸卵器放大，器中產(chǎn)生，借助水游到頸卵器中與卵細(xì)胞融合，完成受精過(guò)程。受精卵在頸卵器中進(jìn)―步發(fā)育成胚，長(zhǎng)出長(zhǎng)柄。整個(gè)的顯示過(guò)程形象逼真，給同學(xué)以直觀的感受。

2.3 提高了實(shí)驗(yàn)效率

利用計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集、信息處理、實(shí)驗(yàn)控制及多媒體教學(xué)軟件，可以使實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程實(shí)現(xiàn)智能化，從而大大提高實(shí)驗(yàn)效率。這方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)在：減少了儀器的調(diào)試，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和分析實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)化。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生可以有更多的時(shí)間去掌握基本的實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)，動(dòng)手能力得到更好的培養(yǎng)，綜合素質(zhì)得到全面提高。能夠迅速得到漂亮、整潔的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。

2.4 使用多媒體課件降低實(shí)驗(yàn)費(fèi)用

多媒體實(shí)驗(yàn)課件制作完成以后就可以由學(xué)習(xí)者操縱計(jì)算機(jī)完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)，因而擺脫了對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的依賴(lài)以及對(duì)實(shí)驗(yàn)材料的消耗。實(shí)驗(yàn)課件可以經(jīng)拷貝廣泛傳播應(yīng)用，大大降低了實(shí)驗(yàn)成本，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。對(duì)于缺乏實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的學(xué)校，更有特殊的重要意義。

3 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)中的前景展望

利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，還可以使用多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件演示實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。為了開(kāi)設(shè)這方面的實(shí)驗(yàn)課程，可以利用多媒體計(jì)算機(jī)的功能，交互式地仿真或演示這些新的方法和技術(shù)，使學(xué)生能夠及時(shí)了解最新的研究手段，以跟上機(jī)能學(xué)時(shí)展的步伐。計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)強(qiáng)有力的遠(yuǎn)程教育的補(bǔ)充，它可以鞏固深化發(fā)展已有的生物知識(shí)，從定量上加強(qiáng)認(rèn)識(shí)：可以取得大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而可以總結(jié)歸納實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中蘊(yùn)涵的規(guī)律，由于在計(jì)算機(jī)上可以設(shè)置多種情況，因此可以節(jié)省實(shí)際生物實(shí)驗(yàn)所花費(fèi)的大量人力物力財(cái)力。如果計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)的模型設(shè)定恰當(dāng)，建模與仿真是可以創(chuàng)造與發(fā)明的[4]，從教育上的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)可以很方便的過(guò)渡到相應(yīng)的科研中去。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)幾年的實(shí)踐，我們?nèi)〉昧顺醪降某晒Y源得到合理配置，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教學(xué)體系也更加完善，學(xué)生學(xué)習(xí)更加積極主動(dòng)，使學(xué)生在知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能方面都得到了不同程度的提高。我們對(duì)生物實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)只

進(jìn)行了初步的探討,還有很多不完善的方面,在探究設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的把握上，以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程、結(jié)果的分析和討論等方

面都需要在今后的實(shí)驗(yàn)改革中進(jìn)一步探索。

參考文獻(xiàn)：

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篇8

現(xiàn)行初中生物學(xué)教材，極大體現(xiàn)了對(duì)生物與環(huán)境保護(hù)的科學(xué)方法訓(xùn)練主線(xiàn)，充分體現(xiàn)了生物學(xué)作為前沿科學(xué)的一些優(yōu)勢(shì)。貼近生活，以人為本，展示了其作為實(shí)驗(yàn)學(xué)科的特色，而且不同于以往的生物學(xué)教材。因此新時(shí)期就要有新的教育觀念：教育不應(yīng)單純以升學(xué)考試及學(xué)生成績(jī)等功利性目的為著眼點(diǎn)，而應(yīng)以提高每一個(gè)學(xué)生可持續(xù)發(fā)展的能力為根本目的，著眼于培養(yǎng)他們這種能力所需的各種素質(zhì)，即“一切為了學(xué)生，為了一切學(xué)生，為了學(xué)生一切”。為此在農(nóng)村生物教學(xué)中，應(yīng)從以下幾個(gè)方面著手：

首先，認(rèn)真調(diào)查當(dāng)?shù)氐纳镔Y源，可以為更好地開(kāi)展生物教學(xué)打下基礎(chǔ)。大理州的生物資源由于地域差異而千差萬(wàn)別。當(dāng)然只了解大范圍的生物資源還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，更重要的是要了解本鄉(xiāng)鎮(zhèn)，甚至本村的生物資源優(yōu)勢(shì)，為了解本地主要經(jīng)濟(jì)收入來(lái)源打下基礎(chǔ)。就以本校所在地喬甸鎮(zhèn)為例，烤煙是喬甸鎮(zhèn)的支柱產(chǎn)業(yè)，是本地主要經(jīng)濟(jì)來(lái)源，而由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，煙草種植面積逐年減少，質(zhì)量要求也隨之上升，對(duì)這個(gè)經(jīng)濟(jì)支柱也有所影響，為此紅提葡萄、柑桔、油菜等其他經(jīng)濟(jì)作物的種植面積也逐年增加，成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。而當(dāng)?shù)氐囊吧镔Y源相對(duì)貧乏，但也有其獨(dú)特的地方，比如野生食用菌質(zhì)量較好，有被譽(yù)為“真菌之王”的松茸、牛肝菌、干巴菌、香菇、雞油菌、羊肚菌、雞樅等。這些都是學(xué)生比較熟悉的，我在講到真菌這一節(jié)時(shí)就主要以這些為主要素材進(jìn)行展開(kāi)，這樣學(xué)生就比較感興趣了。而且，在此之前我還向有關(guān)的食用菌販子了解過(guò)一些行情，把一些食用菌的經(jīng)濟(jì)價(jià)值也引入課堂，學(xué)生更是樂(lè)此不疲，也有心往向之。況且有的同學(xué)暑假期間就采集過(guò)食用菌出售，可以作為最好的解說(shuō)員，這樣便把生物資源與它的效益結(jié)合起來(lái)了，為生物知識(shí)與經(jīng)濟(jì)效益找到了恰當(dāng)?shù)那腥朦c(diǎn)，真正體現(xiàn)了知識(shí)經(jīng)濟(jì)的魅力，為學(xué)生以后的發(fā)展開(kāi)拓了更廣闊的空間。最后再讓學(xué)生討論如何處理好生物資源的開(kāi)發(fā)與環(huán)境保護(hù)的關(guān)系，這樣就更增強(qiáng)了學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。

其次，利用生物技術(shù)讓學(xué)生在生物課中體驗(yàn)成功。在生物教學(xué)中多介紹一些與生產(chǎn)實(shí)踐相關(guān)的生物技術(shù)。例如在講授“植物的生殖和發(fā)育”這一節(jié)的無(wú)性繁殖專(zhuān)題時(shí)可讓學(xué)生到苗圃或果園里親自實(shí)踐扦插、嫁接等技術(shù)，讓學(xué)生看到自己扦插或嫁接成活的花卉苗木，感受成功的喜悅，體驗(yàn)成功的滋味，更能激發(fā)學(xué)生熱愛(ài)勞動(dòng)，珍惜勞動(dòng)成果的高尚思想。同時(shí)也能培養(yǎng)他們的動(dòng)手能力和實(shí)踐操作能力，成為開(kāi)展好生物實(shí)驗(yàn)課的前提條件。還要讓學(xué)生了解未廣泛運(yùn)用的，或正在研究中的，甚至是未來(lái)才可能出現(xiàn)的新品種、新技術(shù)、新知識(shí)，如克隆技術(shù)、組織培養(yǎng)技術(shù)、轉(zhuǎn)基因技術(shù)等生物新技術(shù)的發(fā)展與前景。這樣不但可以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的研究方法，還可以教會(huì)學(xué)生辨別什么是偽科學(xué)，什么才是真正的科學(xué)，學(xué)會(huì)辨別生產(chǎn)生活中的生物技術(shù)騙子。例如，在講述蟲(chóng)草的形成過(guò)程時(shí)可結(jié)合許多雜志上介紹的“蟲(chóng)草栽培技術(shù)”廣告的虛假性，戳穿他們騙局，并作廣泛宣傳，以免學(xué)生自己、家人或其他人受騙上當(dāng)。可見(jiàn)，以前的初中生物教育特別重視知識(shí)的傳播，而新時(shí)期的初中生物教育則更加重視能力的培養(yǎng)。

第三，注重農(nóng)村生物教育的直接效益與間接效益的統(tǒng)一。學(xué)生是在生活中成長(zhǎng)而不是在教育中成長(zhǎng)的，他們從自然中汲取各種物質(zhì)來(lái)長(zhǎng)身體，從家庭、社會(huì)、學(xué)校中接受各種信息進(jìn)行加工來(lái)增長(zhǎng)知識(shí)，他們?cè)谒伎贾衼?lái)鍛煉思維，在生物實(shí)驗(yàn)和活動(dòng)中鍛煉各方面的能力，他們?cè)谧陨韮?nèi)在的各種需要的驅(qū)使下去追求實(shí)現(xiàn)自己的各種愿望，在這個(gè)過(guò)程中建立、健全自己的人格特征。而現(xiàn)實(shí)教育并不能完全替代這一切，教育只能對(duì)學(xué)生生活的某些方面進(jìn)行不同程度的干預(yù)。高明的教育者考慮得全面一些，能對(duì)學(xué)生的生活環(huán)境進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，綜合利用各種有利因素，形成最大合力，那么教育效益就會(huì)高一些；反之，效益則會(huì)差一些。農(nóng)村初中生物教育的直接效益體現(xiàn)在開(kāi)始成績(jī)的好壞上，生物教師只有注意培養(yǎng)學(xué)生的自我管理、自我教育的方法、能力和習(xí)慣，才能使自己的教育效益達(dá)到最優(yōu)化，達(dá)到事半功倍的效果。其間接效益則主要表現(xiàn)在學(xué)生今后的發(fā)展前景方面，好的教師會(huì)在學(xué)生的潛在能力方面加以挖掘，使學(xué)生的潛能得到最大限度的發(fā)揮，把學(xué)生培養(yǎng)成可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新型人才。可見(jiàn)只有把農(nóng)村初中生物教育的直接效益和間接效益統(tǒng)一成一個(gè)完整的整體才能達(dá)到較好的教育效果。

篇9

關(guān)鍵詞：溫度；水稻生長(zhǎng)發(fā)育；措施

中圖分類(lèi)號(hào)：s511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a

一切作物的生長(zhǎng)發(fā)育都受著光照、溫度、水分、空氣、肥料等環(huán)境條件的影響。水稻是喜溫作物，溫度是影響其生長(zhǎng)發(fā)育的最重要因素之一，生長(zhǎng)隨著溫度升高而加快，隨溫度降低而減慢，然而其生長(zhǎng)發(fā)育有最合適的溫度范圍，溫度過(guò)高過(guò)低都對(duì)水稻生產(chǎn)不利。

公式表明溫度高于或低于21.5℃會(huì)減低稻谷產(chǎn)量，但較強(qiáng)的太陽(yáng)輻射能補(bǔ)償這種不利溫度的影響。

當(dāng)式中t為28℃而太陽(yáng)輻射保持不變時(shí)與日平均21.5℃時(shí)所達(dá)到的最高產(chǎn)量相比，產(chǎn)量將降低26%，可見(jiàn)高溫是水稻達(dá)到高產(chǎn)一個(gè)重要障礙。

同樣，當(dāng)抽穗遇到低溫（粳稻連續(xù)3d日平均氣溫低于20℃，秈稻低于23℃）就會(huì)造成不結(jié)實(shí)而導(dǎo)致減產(chǎn)。

1 溫度對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響

眾所周知，粳稻發(fā)芽的最低溫度是10℃（秈稻為12℃）低于10℃不能發(fā)芽；發(fā)芽的最適溫度為28～32℃，最高溫度為40℃；溫度高達(dá)42℃時(shí)則芽?jī)?nèi)細(xì)胞原生質(zhì)停止流動(dòng)，造成燒芽；低于20℃或高于40℃發(fā)芽延遲且極不整齊。

幼苗生長(zhǎng)的最低溫度為12℃，溫度在16℃以上各類(lèi)型品種幼苗都能順利生長(zhǎng)，幼苗生長(zhǎng)的最適溫度為26～32℃。水稻分蘗發(fā)生最適氣溫為30～32℃，水溫32～34℃，氣溫低于20℃，水溫低于22℃或者高于38℃，水溫高于40℃，分蘗發(fā)生十分緩慢或受到抑制。

水稻幼穗分化最適溫度為26～30℃，而以晝溫35℃夜溫25℃更有利于形成大穗。幼穗分化的臨界低溫是15～18℃。水稻對(duì)溫度最敏感的時(shí)期是減數(shù)分裂期，稻穗發(fā)育的最高溫度為40～42℃。高溫對(duì)稻穗發(fā)育影響最為嚴(yán)重時(shí)期也是減數(shù)分裂期，因此減數(shù)分裂期低溫和高溫都將引起穎花大量退化和不育。

水稻開(kāi)花受精適宜溫度為日平均24～29℃，粳稻日平均氣溫低于20℃（秈稻低于23℃）開(kāi)花期明顯延遲，開(kāi)花零散，裂藥不良，花粉管不發(fā)芽或伸長(zhǎng)慢，不孕花明顯增加。生產(chǎn)上將連續(xù)2～3d平均氣溫低于20℃（秈稻低于23℃）的始日，向前推7～8d定為安全抽穗期。日平均氣溫高于32℃是開(kāi)花期臨界高溫，超過(guò)此溫度將阻礙花粉成熟，影響淀粉充實(shí)與花藥開(kāi)裂，花藥很快干枯，花粉生活力衰退，并阻礙在柱頭上的花粉發(fā)芽，花粉管伸長(zhǎng)等，導(dǎo)致不受精、不結(jié)實(shí)，這一時(shí)期的高溫障礙是水稻一生中最為嚴(yán)重的。

溫度與灌漿結(jié)實(shí)關(guān)系密切，最適宜灌漿的平均氣溫為20～25℃，灌漿前的15d以晝溫29℃，夜溫19℃，日平均24℃為最佳，灌漿成熟期溫度超過(guò)30℃導(dǎo)致灌漿速度加快，千粒重降低。灌漿后15d以晝溫20℃，夜溫16℃，日平均溫度18℃為最好，結(jié)實(shí)率最高。抽穗至成熟期間日平均氣溫21℃左右，千粒重最高，粳稻日平均氣溫不低于15℃都可以正常灌漿。

2 主要應(yīng)對(duì)措施

2011年由于低溫來(lái)得早，造成江蘇省淮北地區(qū)部分遲種的直播稻沒(méi)能安全齊穗，造成結(jié)實(shí)率下降而減產(chǎn)。2013年在水稻減數(shù)分裂至抽穗期長(zhǎng)期高溫，又導(dǎo)致江淮稻區(qū)水稻不育。其實(shí)在我國(guó)長(zhǎng)江中下游稻區(qū)，7～8月份連續(xù)3～5d平均氣溫≥30℃或最高氣溫≥35℃的天氣出現(xiàn)頻率較高，每年都有關(guān)于水稻因高溫導(dǎo)致減產(chǎn)的報(bào)道。由于減產(chǎn)程度低或者只局限在某些品種上，人們關(guān)注的程度沒(méi)有像預(yù)防“寒露風(fēng)”那樣在意。就水稻各生育期對(duì)溫度的要求而言，是有一定規(guī)律的。因?yàn)樗镜纳L(zhǎng)發(fā)育若處于其生物學(xué)最適溫度則生育狀況正常。當(dāng)溫度上升到各生育期的生物學(xué)最高溫度以上時(shí)，對(duì)它的生育便起到阻礙或停止作用甚至產(chǎn)生“熱害”。當(dāng)溫度下降到各生育期的生物學(xué)最低溫度以下時(shí)，亦會(huì)發(fā)生阻礙其正常發(fā)育的“冷害”現(xiàn)象?，F(xiàn)將其應(yīng)對(duì)措施敘述如下，供參考。

2.1 選擇準(zhǔn)適應(yīng)的品種

根據(jù)調(diào)查和以前大量的事實(shí)表明，水稻不同品種間對(duì)高溫或低溫的忽耐性是有差異的。2014年，筆者在育種田中觀察到造成20%不實(shí)的臨界溫度耐熱性強(qiáng)的材料約為36～37℃，耐熱性差的品種僅為32℃。西山巖男等（1981）發(fā)現(xiàn)：水稻開(kāi)花期不受精的界限溫度敏感性高的品種（bkn.6624-46-2）為32～34℃，中等品種（ir747b-2-6）為35～37℃，耐高溫的品種（n22）為38～40℃。因此，在易受高溫危害的地區(qū)選用耐高溫的品種是可行的。另?yè)?jù)我們調(diào)查，凡是抽穗后開(kāi)花早的品種（即10：30前開(kāi)花）結(jié)實(shí)率相對(duì)較好

選育開(kāi)花習(xí)性早的品種可回避高溫的影響。

同樣，據(jù)調(diào)查，水稻不同品種在抽穗期耐低也存在著差異性。莫惠棟教授曾對(duì)江蘇省水稻安全開(kāi)花的底限溫度指標(biāo)的研究，指出，耐寒力弱的品種如農(nóng)墾57，必須在連續(xù)2d日均溫低于21℃之前開(kāi)花；耐寒力中等的品種，如較耐寒的秈稻品種珍珠矮11，必須在連續(xù)2d日均溫低于19℃之前開(kāi)花；耐寒力強(qiáng)的品種，如農(nóng)虎6號(hào)、農(nóng)墾58等，花期耐寒力極強(qiáng)，開(kāi)花后連續(xù)4～5d日平均溫度19℃，其空癟率仍增加不多。在易受低溫影響的地區(qū)，應(yīng)選用耐寒力強(qiáng)的品種。

2.2 合理安排播栽期

使水稻對(duì)高溫（低溫）敏感期避過(guò)本地區(qū)易發(fā)生高溫（低溫）的時(shí)期

根據(jù)筆者在35℃以上高溫下對(duì)穎花受精結(jié)實(shí)影響調(diào)查結(jié)果，抽穗開(kāi)花期不受精結(jié)實(shí)發(fā)生率最高，其次是抽穗前9d，即減數(shù)分裂之后小孢子初期。抽穗前15d和齊穗后3d則不受高溫影響。如果抽穗期白天溫度相同而夜間溫度高時(shí)，不育率增加，即使不像開(kāi)花中溫度那樣高仍然會(huì)使不實(shí)率增加。

江蘇省高溫發(fā)生時(shí)間常在7月下旬～8月上旬，在水稻栽培上，只要不安排水稻減數(shù)分裂后的小孢子初期至抽穗揚(yáng)花期在這其間就可以避免或減輕高溫的危害。

淮北水稻安全齊穗期為9月15～18日，只要在此前抽齊穗就不會(huì)擔(dān)心受低溫的影響（保溫）。

2.3 灌深水降溫

在高溫造成不結(jié)實(shí)田塊調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)凡缺水的田塊及靠近水泥渠邊、水泥路邊的地方結(jié)實(shí)率都低，主要原因是缺水干燥，在高溫下更易造成花系干枯，導(dǎo)致授粉不良造成。因此，在高溫期間，田間灌深水，特別是灌流動(dòng)的水降溫，是減輕高溫危害的最有效辦法之一。由于水的熱容量大，在低溫發(fā)生時(shí)，同樣灌深水可以減輕低溫危害。

2.4 增施磷、鉀肥料

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，抽穗前20d施用保花肥田塊比不施肥的田塊受高溫危害輕；在施?；ǚ蕰r(shí)使用氮、磷、鉀（n15%、p2o515%、k2o15%）的田塊比只施用尿素的田塊受害程度輕。

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關(guān)鍵詞棉花;細(xì)胞質(zhì)雄性不育;育性恢復(fù)

abstractthere is fully apparent heterosis in cotton. cytoplasmic male sterility(cms) has played an important role in heterosis usage in cotton.cms and utilization of fertility restorer system have made a breakthrough in conquering breeding bottleneck by artificial emasculation and unfolded a bright outlook for promoting commercial production of hybrid seed. research progress of four facials of cytology,physiological and biochemical indexes,molecular biology and fertility restoration on cms in gossypium hirsutum l. during the recent years were reviewed mainly in this paper. in the four facials which were reviewed mainly in this paper,period of microspore abortion and cytological morphology,physiological and biochemical indexes including carbohydrate,amino acid,enzyme and hormone,molecular biology of intracellular genome including chloroplast genome and mitochondrial genome and restoring gene in nucleus and methods of getting ideal and high resilience restorer on cms in gossypium hirsutum l. the objects of introducing all above these things in detail would tell peple current research status of the mechanism on cms in gossypium hirsutum l. and provide some helps for their relevant researches. the problems existing in the present study and the prospect to the future work on cms in gossypium hirsutum l. were proposed,which would provide references for related researchers.

key wordscotton;cytoplasmic male sterility;fertility restoration

棉花是優(yōu)質(zhì)纖維、食用油和蛋白集一身的重要經(jīng)濟(jì)作物。如何提高棉花品種的產(chǎn)量、品質(zhì)和抗逆性并使其廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)是當(dāng)前棉花育種亟需解決的問(wèn)題。雜種優(yōu)勢(shì)的利用則為這一問(wèn)題的解決提供了新的思路,并已在很多植物中得到了廣泛的應(yīng)用。棉花具有十分明顯的雜種優(yōu)勢(shì),但目前棉花雜種優(yōu)勢(shì)的利用則主要采用人工去雄授粉法和核不育系“一系兩用”法,方法繁瑣且制種成本高,難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。而水稻、高粱等作物則主要采用細(xì)胞質(zhì)雄性不育性(cytoplasmic male sterility,cms)實(shí)現(xiàn)“三系”配套來(lái)大面積利用雜種優(yōu)勢(shì)的,操作簡(jiǎn)便且制種成本低。盡管棉花cms已實(shí)現(xiàn)“三系”配套,但由于其恢復(fù)源狹窄及不育胞質(zhì)對(duì)雜種1代皮棉產(chǎn)量所產(chǎn)生的負(fù)效應(yīng),“三系”雜種棉選育進(jìn)展緩慢。隨著轉(zhuǎn)谷胱甘肽s-轉(zhuǎn)移酶基因(gst)強(qiáng)恢復(fù)系“浙大強(qiáng)恢”的育成以及海島棉中育性增強(qiáng)基因的發(fā)現(xiàn),利用“三系”配套進(jìn)行棉花大面積的雜種優(yōu)勢(shì)利用成為可能[1]。筆者從細(xì)胞學(xué)、生理生化、分子生物學(xué)和育性恢復(fù)4個(gè)方面綜述棉花cms的研究進(jìn)展,并對(duì)目前狀況進(jìn)行了展望。

1棉花cms的細(xì)胞學(xué)研究

植物雄性不育小孢子的敗育時(shí)期各異,從花粉母細(xì)胞(pollen mother cells,pmcs)的形成到雙核花粉粒各個(gè)時(shí)期都有雄性不育發(fā)生的可能,且持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng),不限于某一特定的時(shí)間。對(duì)于棉花cms來(lái)說(shuō),小孢子敗育時(shí)期的發(fā)生主要有3種情況:①主要集中發(fā)生于造孢細(xì)胞增殖時(shí)期。murthi等[2]對(duì)哈克尼西棉cms進(jìn)行細(xì)胞學(xué)研究的結(jié)果表明不育系的雄性敗育大多數(shù)發(fā)生在造孢細(xì)胞增殖期,偶爾能形成pmcs,但在減數(shù)分裂的前期ⅰ就退化,因此導(dǎo)致雄性不育。而thomber等[3]在美洲棉cms系、黃晉玲等[4]在晉a不育系也發(fā)現(xiàn)同樣的敗育情況。②主要集中發(fā)生于減數(shù)分裂時(shí)期。如王學(xué)德等[5]發(fā)現(xiàn)104-7a、湘遠(yuǎn)4-a、nm-2a和nm-3a的小孢子母細(xì)胞在造孢細(xì)胞增殖時(shí)期較少異常,但在減數(shù)分裂時(shí)期特別是減數(shù)分裂第1次分裂時(shí)期(meiosis ⅰ)卻大量敗育,從而在花藥內(nèi)見(jiàn)不到四分體的形成。③敗育時(shí)期貫穿造孢細(xì)胞增殖至減數(shù)分裂時(shí)期。童旭宏等[6]發(fā)現(xiàn)來(lái)源于陸地棉新型cms的敗育時(shí)期主要發(fā)生在造孢細(xì)胞增殖時(shí)期至小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂前的時(shí)期。

目前國(guó)內(nèi)外大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為棉花胞質(zhì)不育系花藥絨氈層的過(guò)早退化或推遲解體與造孢細(xì)胞和pmcs的敗育密切相關(guān)。通過(guò)細(xì)胞學(xué)觀察,棉花cms小孢子敗育過(guò)程中主要出現(xiàn)的細(xì)胞形態(tài)特征為:①造孢組織異常。如哈克尼西棉cms系的造孢組織在發(fā)育成熟前就已解體[2]。②細(xì)胞質(zhì)和線(xiàn)粒體異常。如晉a不育系的大量小孢子母細(xì)胞在造孢細(xì)胞增殖期,細(xì)胞質(zhì)大量液泡化,留下網(wǎng)狀殘?bào)w;線(xiàn)粒體處于解體狀態(tài),線(xiàn)粒體膜和內(nèi)部結(jié)構(gòu)模糊,基質(zhì)呈半透明甚至透明狀態(tài),內(nèi)嵴紊亂[4]。③細(xì)胞核異常。如nm 21a的小孢子母細(xì)胞在減數(shù)分裂期,核仁穿壁頻繁,出現(xiàn)2~3個(gè)微核多核細(xì)胞[5]。④細(xì)胞形狀異常。小孢子母細(xì)胞呈半月形和網(wǎng)狀形,且連成巨型團(tuán)塊[5]。⑤染色體異常。在中期ⅰ出現(xiàn)落后染色體單體,在后期i染色體不是集中于兩極,而是凝結(jié)成若干個(gè)大小不一的團(tuán)塊散布于兩極[5]。⑥絨氈層過(guò)早退化或推遲解體。如晉a不育系的絨氈層細(xì)胞在造孢細(xì)胞增殖期就過(guò)早退化[6]。

2棉花cms的生理生化研究

正常的生理生化代謝是植物生長(zhǎng)發(fā)育所需能量的基礎(chǔ),而研究育性表達(dá)過(guò)程中的生理生化代謝對(duì)雄性不育的生化機(jī)理探討具有重要的意義。目前已有許多學(xué)者對(duì)棉花cms的一些生理生化指標(biāo)進(jìn)行了大量的研究,取得了顯著成果。在碳水化合物方面,王學(xué)德[7]通過(guò)對(duì)中棉所12a及其保持系中棉所12b的花藥進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),從造孢細(xì)胞增殖期開(kāi)始,保持系可育花藥隨著發(fā)育可溶性糖含量逐漸下降,淀粉積累逐漸增多,特別在pmcs減數(shù)分裂后,小孢子發(fā)育至花粉成熟過(guò)程中有大量淀粉合成;相反,不育花藥中的淀粉和可溶性糖含量,從造孢細(xì)胞增殖時(shí)期起一直處于原來(lái)水平幾乎不變。可見(jiàn),缺乏淀粉積累是引起花藥不育的重要原因。在氨基酸方面,servella等[8]首次報(bào)道了亞洲棉cms花藥中酸性氨基酸含量較低;在氨基酸組分中,不育系葉片中天門(mén)冬氨酸和精氨酸含量較高,而保持系葉片中含量很少或完全缺失。隨后王學(xué)德等[9]也在棉花不同cms研究中發(fā)現(xiàn)了同樣的情況。這說(shuō)明氨基酸含量異常導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成受阻,從而引起花藥不育。在酶方面,黃晉玲等[10]研究發(fā)現(xiàn)晉a不育系及其保持系的過(guò)氧化物酶同工酶和細(xì)胞色素氧化酶同工酶存在明顯的差異,這種差異產(chǎn)生的時(shí)期與其細(xì)胞形態(tài)學(xué)觀察到的小孢子敗育時(shí)期一致。這說(shuō)明雄性不育基因調(diào)控了同工酶的形成與差異。在激素方面,解海巖等[11]用酶聯(lián)免疫檢測(cè)技術(shù)對(duì)哈克尼西棉cms、保持系、恢復(fù)系和雜種f1在花藥發(fā)育時(shí)期內(nèi)源激素含量的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)在保持系、恢復(fù)系和f1的可育花藥之間內(nèi)源激素差異不明顯,但在可育花藥與不育系的不育花藥間差異顯著。在活性氧代謝方面,jiang等[12]通過(guò)對(duì)哈克尼西棉cms、保持系和雜種f1不同發(fā)育時(shí)期的花藥進(jìn)行活性氧指標(biāo)及其清除酶含量研究發(fā)現(xiàn),在不育系敗育初期的花藥中,超氧陰離子(o2-·)、過(guò)氧化氫(h2o2)、丙二醛(mda)3個(gè)對(duì)細(xì)胞有毒性的活性氧指標(biāo)均高于保持系或雜種f1的花藥,同時(shí)對(duì)活性氧具有清除作用的超氧化物歧化酶(sod)、過(guò)氧化氫酶(cat)和過(guò)氧化物酶(pod)3個(gè)抗氧化酶活性也隨著提高,表明敗育初期花藥的活性氧增加對(duì)抗氧化酶有誘導(dǎo)作用。但在敗育盛期的不育花藥中,一方面o2-·、h2o2和mda含量極顯著高,另一方面sod、cat、pod 酶活性卻極顯著低,導(dǎo)致活性氧產(chǎn)生與清除失去平衡,這時(shí)花粉母細(xì)胞大量凋亡。在敗育后的花藥中,o2-和h2o2含量與可育花藥相近,但mda含量仍持續(xù)提高,以及sod、cat、pod酶活性持續(xù)降低,表明雄性細(xì)胞凋亡后活性氧對(duì)花藥仍有不利影響。花藥o2-、h2o2和mda的過(guò)量積累,及其清除酶活性的顯著降低,這一過(guò)程在棉花不育花藥中是與雄性細(xì)胞凋亡同步發(fā)生的,但在恢復(fù)基因引入后的雜種f1花藥中,過(guò)量產(chǎn)生的活性氧可被清除。這表明棉花cms與花藥活性氧代謝異常密切相關(guān)。

3棉花cms的分子生物學(xué)研究

棉花cms是一種母性遺傳性狀,受特定的細(xì)胞質(zhì)基因和核內(nèi)不育基因共同控制,不育系的細(xì)胞質(zhì)基因組如線(xiàn)粒體基因組、葉綠體基因組與不育花粉的形成密切相關(guān)[1]。在線(xiàn)粒體基因組方面,線(xiàn)粒體功能的行使是由核基因組和線(xiàn)粒體基因組共同作用的。christine[13]認(rèn)為目前至少有14個(gè)線(xiàn)粒體基因與細(xì)胞質(zhì)不育有關(guān),且共有特征是基因的開(kāi)放閱讀框由來(lái)源于線(xiàn)粒體基因的編碼序列、基因的側(cè)翼序列和未知區(qū)域的序列共同組成。線(xiàn)粒體基因組的重排、突變及線(xiàn)粒體基因的剪切、編輯都可能引起細(xì)胞質(zhì)雄性不育。2003年,黃晉玲[14]用合成的線(xiàn)粒體基因組探針(atpa、atp6、atp9、coxⅰ、coxⅱ和cob)對(duì)晉a胞質(zhì)不育系和保持系線(xiàn)粒體dna(mtdna)進(jìn)行了限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性(restricted fragment length polymorphisms,rflp)分析,發(fā)現(xiàn)atp6和coxⅱ基因在兩者中的雜交帶型不一致;與保持系相比,atp6和coxⅱ基因在晉a不育系中分別缺少5.7 kb和4.2 kb的強(qiáng)雜交帶,并推測(cè)條帶的缺失可能是mtdna分子內(nèi)或分子間重排所致,coxⅱ基因的變異導(dǎo)致了線(xiàn)粒體功能的失調(diào)和雄性不育。隨后她構(gòu)建了棉花晉a不育系和保持系的線(xiàn)粒體文庫(kù),獲得了晉a不育系和保持系的orfb、coxⅰ和nad4l等3個(gè)基因的全序列,通過(guò)比較,證明晉a不育系和保持系在orfb、coxⅰ和nad4l基因全序列上無(wú)差異。此外,也有人認(rèn)為棉花cms可能是由線(xiàn)粒體基因組中新的嵌合閱讀框編碼一種毒蛋白質(zhì),該蛋白質(zhì)干擾保守基因的生物活性或者干擾花藥發(fā)育的生理生化過(guò)程,從而中斷花粉發(fā)育[15]。在葉綠體基因組方面,葉綠體基因的變異與棉花胞質(zhì)不育有關(guān)。chen等[16]研究認(rèn)為,棉花cms與葉綠體rubisco大亞基的變異有關(guān)。galau等[17]證實(shí),不育系與保持系之間在葉綠體dna的限制性酶切片段長(zhǎng)度上存在明顯差異。在核內(nèi)基因方面,目前國(guó)內(nèi)外主要集中在與棉花育性恢復(fù)基因相連鎖分子標(biāo)記開(kāi)發(fā)及遺傳圖譜的精細(xì)定位、育性恢復(fù)相關(guān)基因的分離克隆等方面并已取得明顯進(jìn)展。wang等[18]利用rapd、aflp、sts、caps和ssr標(biāo)記技術(shù)分析了(d8×sg747)×sg747群體,發(fā)現(xiàn)了3個(gè)新的rapd標(biāo)記和1個(gè)ssr標(biāo)記,利用ppr基序設(shè)計(jì)的保守引物與aflp組合測(cè)試回交群體得到一個(gè)與恢復(fù)基因rf2連鎖的ppr-aflp標(biāo)記,并結(jié)合9個(gè)與rf2緊密連鎖的分子標(biāo)記構(gòu)建了與rf2緊密連鎖的遺傳圖譜,由于cir179250與rf2和rf1都緊密連鎖,推測(cè)rf2和rf1都定位與d亞染色體組的lgd08連鎖群上。zhang等[19]通過(guò)差異展示技術(shù)鑒定分離了不攜帶恢復(fù)基因可育的保持系ark8518(rf2rf2)和含有d8胞質(zhì)近等基因系雜合體恢復(fù)系ark8518(rf2rf2)在花藥組織中的差異表達(dá)基因。并首次在棉花上闡釋了cms和其恢復(fù)系的分子機(jī)制,特別是淀粉合成酶和pat基因可能與cms-d8中的rf2基因相關(guān)。

4棉花cms的育性恢復(fù)

盡管棉花cms已經(jīng)實(shí)現(xiàn)“三系”配套,但“三系”雜種棉選育進(jìn)展緩慢?？梢?jiàn),棉花cms的育性恢復(fù)是實(shí)現(xiàn)棉花雜種優(yōu)勢(shì)利用的關(guān)鍵。目前獲得恢復(fù)系的方法主要有:①通過(guò)遠(yuǎn)緣雜交及回交等手段來(lái)獲得好的恢復(fù)系。如sheetz等[20]以恢復(fù)系des-haf277為母本,與海島棉品種pimas-4雜交,聚合恢復(fù)基因rf和育性增強(qiáng)基因e,育成帶有育性增強(qiáng)基因e的恢復(fù)系。②利用轉(zhuǎn)基因等生物工程技術(shù)來(lái)獲得好的恢復(fù)系。如王學(xué)德等[21]采用農(nóng)桿菌介導(dǎo)法,將谷胱甘肽s-轉(zhuǎn)移酶基因(gst)導(dǎo)入恢復(fù)系des-haf277中,育成一個(gè)對(duì)cms具有強(qiáng)恢復(fù)力的恢復(fù)系“浙大強(qiáng)恢”。③以與胞質(zhì)雄性不育系具相同遺傳背景的可育種質(zhì)為原始材料,利用遺傳過(guò)濾技術(shù)培育出胞質(zhì)雄性不育恢復(fù)系。這個(gè)方法是范萬(wàn)發(fā)等[22]在成功培育出理想的、使wnafstu胞質(zhì)不育系和其的f1代完全恢復(fù)育性的胞質(zhì)雄性不育恢復(fù)系的過(guò)程中積累資料的基礎(chǔ)上提出來(lái)的。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,棉花cms在細(xì)胞學(xué)、生理生化、分子生物學(xué)和育性恢復(fù)方面取得了一定的成果,但仍存在著一些問(wèn)題。如線(xiàn)粒體、葉綠體基因組和核內(nèi)基因如何影響花粉的發(fā)育,恢復(fù)基因與不育基因的作用機(jī)理及其克隆都還需進(jìn)一步研究。隨著分子生物學(xué)理論和技術(shù)的發(fā)展,特別是棉花基因組全測(cè)序計(jì)劃的啟動(dòng),在不久的將來(lái)必將會(huì)克隆出許多與棉花cms相關(guān)基因,從而為棉花cms的研究打開(kāi)新的局面。

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