導語：如何才能寫好一篇分子遺傳學原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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一、分子遺傳學課程實驗教學面臨的問題

(一)實驗教學形式和考核方式陳舊

傳統(tǒng)教學方式較為突出：教師先將分子遺傳學涉及到的實驗內(nèi)容、詳細的實驗步驟及預期的實驗結果通過多媒體形式展示出來，并在講解過程中進行解惑，之后學生獨立進行實驗。這種教學方式是在傳統(tǒng)教學的框架下形成的，導致許多學生被動參與實驗，無法調(diào)動學生做實驗的積極性，使學生失去了對實驗操作的興趣。而分子遺傳學實驗課程成績僅由教師根據(jù)學生最終提交的實驗報告來確定，這種考核方式非常主觀，導致部分學生不重視實驗過程，抄襲實驗報告的現(xiàn)象時有發(fā)生，在學生中造成了消極的影響，削弱了學生參與實驗的積極性、主動性和創(chuàng)造性。

(二)缺乏適宜的實驗室

長期以來，由于缺乏適宜的實驗室，分子遺傳學實驗課程教學內(nèi)容主要在北京林業(yè)大學實驗樓進行。由于實驗室實驗設備及材料有限，比如PCR儀、電泳儀僅有2～3臺，移液槍10把，SSR引物只有20對左右，很難保證每位學生都有機會直接完成實驗操作任務。此外，有限的實驗室空間更使許多學生無法參與到正常的實驗中，實驗效果較差。

(三)缺乏實驗課專職教師或高水平的實驗課

教師

分子遺傳學實驗課程教學主要是由理論課教師兼任，而且一名教師一次指導20名以上的學生做實驗。教師在備課的同時，還要準備實驗耗材、熟悉操作步驟，造成理論課教師時間與精力的緊張，直接影響分子遺傳學實驗課程教學效果。此外，分子遺傳學理論課教師的實驗設計思路有限，很難提出建設性的實驗思路，使得實驗步驟單一、難有創(chuàng)新性。

(四)缺乏完備的實驗教學指導書

由于缺少正式出版的分子遺傳學實驗教學指導教材，學生只能根據(jù)相關的教材和教師的指導整理實驗手冊，并據(jù)此開展相應的實驗活動。由于實驗是一個比較復雜的過程，當實驗材料發(fā)生改變的時候，相應的實驗操作步驟也會發(fā)生相應的變化，因此根據(jù)相關教材整理出來的實驗指導手冊對林木分子遺傳學實驗沒有針對性，往往達不到預期的實驗效果。實驗指導手冊也沒有對實驗過程中可能出現(xiàn)的問題進行解答，不利于學生學習了解分子遺傳學課程實驗操作的具體過程。

(五)缺乏有效的實驗技術交流平臺

構建主義理論認為，學生的學習過程和科學家探索過程在本質(zhì)上是一樣的，都是一個發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程。由于缺乏有效的交流手段，這樣一個循序漸進的實驗能力提高過程被阻斷在解決問題的過程中。學生與教師之間、學生與學生之間沒有一個實時的交流平臺，學生在實驗操作中遇到的問題很難得到及時的解答，導致學生的實驗技術水平難以得到提高，教師實驗技能也難以得到拓展。

二、分子遺傳學課程實驗教學改革的措施

(一)組建合適的實驗教學平臺和優(yōu)秀的實驗

課教師隊伍

分子遺傳學實驗教學體系的改革須遵循實驗教學規(guī)律。北京林業(yè)大學生物科學與技術學院堅持知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育全面協(xié)調(diào)發(fā)展的實驗教學理念，將理論教學與實驗教學有機融合，使實驗教學從輔助地位轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)的關鍵環(huán)節(jié)，從根本上改變了實驗教學依附于理論教學的傳統(tǒng)觀念，符合以國家需求學科需要為目的的林學高層次人才培養(yǎng)目標。分子遺傳學作為生物科學與技術學院優(yōu)勢課程，完全可以依托現(xiàn)有的國家級平臺，結合教學基地建設，推動實驗教學的改革。

目前，北京林業(yè)大學生物科學與技術學院建有林木育種國家工程實驗室林木花卉遺傳育種教育部重點實驗室等實驗平臺。林木育種國家工程實驗室下設樹木分子遺傳與功能基因組、林木分子標記輔助育種、林木基因工程育種、林木細胞遺傳與細胞工程育種、林木良種繁育等專門實驗室，以及與之配套的人工氣候室、溫室、組培室和大型儀器設備室等，并配有優(yōu)秀的實驗教師。這些為分子遺傳學課程的實驗內(nèi)容設計提供了較豐富的選擇，為組建優(yōu)秀的實驗教師隊伍提供了良好的平臺。

(二)引導學生自主設計實驗

根據(jù)教學目的及教學條件，分子遺傳學實驗項目內(nèi)容分為基礎性實驗、綜合性設計實驗、研究創(chuàng)新性實驗3個層次。北京林業(yè)大學在分子遺傳學實驗課程內(nèi)容設計方面，充分考慮重點實驗室的平臺條件及遺傳學學科的特點，開展了綜合性設計實驗。其實驗內(nèi)容如下：毛白楊SSR分子標記引物設計、毛白楊SSR分子標記的篩選、毛白楊分子標記擴增、種間分子標記穩(wěn)定性評估、分子標記連鎖圖譜構建、關聯(lián)做圖、連鎖不平衡衰退計算等。通過以上實驗內(nèi)容設置，可以使學生鞏固課堂所學知識，真正將所學知識運用到實踐中，提高學生分子標記的設計、分析能力。

另外，北京林業(yè)大學分子遺傳學實驗課程指導教師結合楊樹的基因組特點，設計了合理的SSR分子標記位點，并對重要的與性狀有顯著關聯(lián)的位點進行了篩選。同時，利用關聯(lián)分析結果對連鎖不平衡進行了分析，提取了合理的代表性標記位點，從而提高了學生將理論知識轉(zhuǎn)化為解決實際問題的能力。其中，依據(jù)楊樹的物種特點設計的分子標記位點篩選與分子遺傳學中的分子標記輔助育種內(nèi)容有效契合，提高了學生對抽象理論內(nèi)容的理解能力以及通過實踐理解科學問題的能力。此外，分子遺傳學實驗課指導教師還鼓勵學生根據(jù)實驗內(nèi)容選取與自己研究課題相關的實驗進行開放性實驗設計，并按照課程要求完成實驗，有效地推動了實驗進度，提高了學生參與實驗的積極性。

(三)編寫完整的實驗指導手冊

為增強分子遺傳學實驗課程的可操作性、可控性，實驗指導教師根據(jù)實驗內(nèi)容和實驗平臺實際情況編寫了分子遺傳學實驗指導手冊。分子遺傳學實驗指導手冊內(nèi)容包括實驗進度安排、實驗內(nèi)容及操作步驟、注意事項、實驗報告模板等。通過實驗指導教師課前的講解，學生可以了解實驗設計思路、時間總體安排、注意事項、實驗目的、成績考核原則，以及實驗指導教師的聯(lián)系方式等信息。同時，分子遺傳學實驗指導手冊中還包含了實驗中必要的軟件下載地址及計算原理，一方面可以保證數(shù)據(jù)能夠準確計算，另一方面也為學生將來開展科研工作提供借鑒。實驗報告格式模板的目的在于保證最終提交的實驗報告的一致性和規(guī)范性，便于存檔。

(四)制定科學合理的實驗課考核標準

分子遺傳學實驗課程考核采用百分制進行評定，成績除由所有實驗課程參與次數(shù)、實驗報告質(zhì)量組成外，還增加了實驗小組多媒體匯報環(huán)節(jié)，用以引導學生組成科研小團隊，提高學生團隊協(xié)作解決問題的能力。分子遺傳學實驗課程的成績?yōu)榘俜种?，實驗參與次數(shù)占40分，主要考核學生參與實驗調(diào)查的認真態(tài)度以及是否遵守實驗紀律;實驗報告的質(zhì)量占40分，主要考核實驗數(shù)據(jù)整理是否科學準確、報告撰寫是否認真規(guī)范、實驗數(shù)據(jù)分析和討論是否深入;多媒體匯報環(huán)節(jié)占20分，由小組代表負責匯報，主要考核幻燈片的制作質(zhì)量和學生的語言表達能力。

(五)建立師生溝通交流平臺

當代教學面臨一個重要的問題就是師生關系的疏離，師生之間、學生之間在知識交流方面缺乏必要的溝通交流，致使學生在實驗課中遇到的問題難以及時解決。北京林業(yè)大學分子遺傳學實驗課程嘗試使用騰訊QQ、微信等社交平臺建立師生實驗技術交流群，目的是及時解答課程及實驗中出現(xiàn)的問題、分享課程和實驗作業(yè)以及分子遺傳學課程最前沿的實驗技術。同時，教師還可以實時將科技前沿的資訊、實驗教學視頻等信息上傳到交流平臺，供所有的選課學生學習、分享。

篇2

1在教學中發(fā)現(xiàn)的問題

遺傳學實驗是我校生物技術專業(yè)的重要基礎課，是遺傳學理論教學的延伸和重要補充，是理論與實踐相結合的教學過程，擔負著培養(yǎng)學生實驗技能的任務［8］。在長期的教學和與同行的交流中發(fā)現(xiàn)，在我國長期的高等教育模式下，遺傳學實驗課教學存在諸多弊端，極不適應學科本身的發(fā)展需要。具體表現(xiàn)在:

1．1實驗教學對理論教學的比重偏小長期以來，遺傳學實驗課的內(nèi)容、進度都要服從理論課的教學進展，實驗教學視為課堂教學內(nèi)容的驗證和加深，忽視了實驗課是培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)—分析—解決問題能力的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。近年來，隨著遺傳學的迅速發(fā)展，教材內(nèi)容越來越豐富，信息量越來越大，而總課時數(shù)卻沒有增長甚至處于壓縮狀態(tài)，使得教學內(nèi)容和時間上存在較大矛盾，為了完成教材內(nèi)容的完整講授，教師不得不減少實驗課的課時數(shù)，目前遺傳學的總課時量多為72—80學時，理論教學的課時量多為48學時，實驗課的課時量一般為24—32學時。

1．2實驗內(nèi)容陳舊，驗證性實驗比重過大由于教學理念的滯后和長期對實驗教學的重視不夠等原因，所開設的遺傳學實驗內(nèi)容不合理。染色體操作為代表的經(jīng)典遺傳實驗內(nèi)容與分子及群體遺傳實驗脫節(jié)。有關有絲分裂、減數(shù)分裂、孟德爾遺傳規(guī)律、伴性遺傳規(guī)律等經(jīng)典實驗比重過大。內(nèi)容單一具體的驗證性實驗多，綜合性、設計性和創(chuàng)新性實驗少，缺乏創(chuàng)造性，不利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。另外，遺傳學實驗中分子遺傳學方面的實驗內(nèi)容過少，與遺傳學的發(fā)展嚴重脫節(jié)。

1．3受課時限制，學生無法完成實驗周期長的實驗一些實驗由于實驗周期長，只能由實驗員和學生共同完成，經(jīng)常發(fā)生學生對于實驗內(nèi)容一知半解的現(xiàn)象。例如植物有絲分裂過程中染色體行為的觀察，材料的預處理、固定和解離需要一上午的時間，由于課時限制，這部分實驗往往由實驗員老師完成，學生則從切取分生組織薄片開始進行染色、壓片和顯微鏡觀察。學生往往對材料的處理理解不深刻，在分析實驗結果時對預處理、固定和解離的影響分析不足。

1．4教學手段和考評形式單一遺傳學實驗課的教學仍然沿用教師先講解、學生按實驗指導書操作的模式，考評則主要以實驗報告的成績?yōu)橐罁?jù)，而實驗報告的抄襲情況日益嚴重，不足以衡量學生實驗完成的水平。

2理清思路，多方位教學改革

2．1整合、優(yōu)化和拓展實驗內(nèi)容

2．1．1整合經(jīng)典遺傳學實驗內(nèi)容、適度增加分子遺傳學實驗內(nèi)容我們贊同前人將以往多個內(nèi)容比較單一、具體的遺傳學驗證性實驗劃分成4個實驗模塊:果蠅經(jīng)典遺傳、細胞遺傳、分子遺傳綜合實驗等3個必修實驗模塊及群體遺傳綜合實驗選修模塊［9］。將單因子的遺傳分析、果蠅觀察與飼養(yǎng)、果蠅伴性遺傳分析整合成一個6～時(2～3次實驗)的綜合性實驗作為經(jīng)典遺傳學模塊;將根尖有絲分裂的制片技術、花粉母細胞減數(shù)分裂的制片技術、果蠅唾腺染色體的制片技術、植物多倍體誘導技術整合成時的綜合性實驗(3次實驗)作為細胞遺傳學模塊;分子遺傳學模塊的綜合實驗拓展為DNA的提取、瓊脂糖電泳技術、PCR擴增技術、DNA指紋的遺傳分析、生物性別決定的遺傳分析等。

2．1．2實驗材料多樣化在生物學實驗中，材料的選擇非常關鍵，因為其好壞直接影響實驗結果。教材中所選用的材料多是作者總結得出，但在實際操作中，常常由于地域氣候和材料種質(zhì)的差異造成不便和誤差。因此，我們可以嘗試用易得的常見材料來做實驗，實現(xiàn)材料的多樣化，在課程中讓學生對材料進行選擇，并通過實驗結果分析材料的優(yōu)缺點。例如，在植物染色體核型分析時，可向?qū)W生提供材料如大豆、小麥、大麥、玉米、綠豆、大蒜等根尖，讓學生自行選擇至少2種材料進行實驗，并通過對自己所做實驗結果的比較，找出植物染色體核型分析的最佳材料和簡便的實驗方法，培養(yǎng)他們實驗分析和總結能力。事實上，在多年的實驗中我們發(fā)現(xiàn)簡單易得的大蒜根尖用于核型觀察效果非常好。

2．1．3增加綜合性、設計性實驗教學內(nèi)容教育部“關于加強高等學校本科教學工作，提高教學質(zhì)量的若干意見6”中要求高校開出一批新的綜合性、設計性的實驗，創(chuàng)造條件使學生較早的參與科學研究和創(chuàng)新活動。以此為指導思想，我校在遺傳學實驗中加大綜合性、設計性實驗的比例。如在分子遺傳學模塊中，DNA提取—瓊脂糖電泳技術—PCR擴增“三部曲”即是一個典型的綜合性分子生物學實驗，基于此的植物分子標記技術(ISSR標記)和鳥類(雞)的性別判定等綜合性實驗效果都非常好。學生們普遍對親緣關系的遺傳分析比較感興趣，DNA指紋的遺傳分析就是一個很好的設計性實驗，可以引導學生收集感興趣的植物、動物、人的DNA樣本進行遺傳分析，深入了解遺傳標記的應用。

2．1．4將教師的科研項目轉(zhuǎn)化成綜合性實驗項目隨著高?？蒲泄ぷ鞯娜找姘l(fā)展，不少教師都承擔著一定的科研項目，其中一些研究內(nèi)容可適當轉(zhuǎn)化成教學實驗內(nèi)容，不僅可以讓學生了解到學科發(fā)展的前沿，還可以提高學生的科研興趣。作者將所承擔科研項目中的部分內(nèi)容“沙棘種質(zhì)遺傳多樣性的分子標記分析”以綜合性實驗方式引入到遺傳學實驗教學中，取得了良好的效果。

2．2實驗室建設方面

2．2．1儀器設備的更新及添置近幾年，隨著“中央級普通高校改善基本辦學條件專項資金”的資助，我校本科教學實驗室的儀器設備等條件得到一定的改善，如生物顯微鏡得到進一步更新(新添進口Olympus顯微鏡)，PCR儀、微量移液器、低溫冷凍離心機等儀器已經(jīng)能夠滿足遺傳學實驗的要求，并且已經(jīng)開始申報顯微鏡成像系統(tǒng)、凝膠成像系統(tǒng)、梯度PCR儀等高端的儀器進入學生實驗室，相信不久的將來學生不需要用手機對顯微鏡下的觀察結果進行拍照，用于瓊脂糖凝膠電泳觀察的紫外分析儀則被凝膠成像系統(tǒng)取代。

2．2．2設立開放實驗室，制定開放實驗室的管理細則，提高其使用率解決實驗流程長與實驗課時有限之間矛盾的有效方法就是設立開放實驗室。根據(jù)專業(yè)特點，開設生物技術綜合性開放實驗，并制訂開放實驗室管理細則，委派專門的教師和學生管理儀器、衛(wèi)生等，學生自我管理為主，教師監(jiān)督為輔。實施開放實驗室后，一些周期長的實驗(例如:植物有絲分裂過程中染色體行為的觀察)學生能夠全程完成，打破老師代做的常規(guī)。設立開放實驗室后，在合理安排的前提下，學生對實驗的興趣和主動性明顯增強，在儀器的使用和動手能力等方面進步很快。一些重要儀器的使用率明顯提高，例如冷凍離心機、PCR儀等。

2．3以學生課外活動為載體，延伸課堂教學近幾年，我國越來越重視對大學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，每年國家級、省級和校級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目的申報就是一個例證。越來越多的大學生以團隊的方式在專業(yè)教師的指導下申報、完成創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。遺傳學相關的課題學生們一直很感興趣，努力將課堂上所學的知識和技能拓展為更深入的學術研究。另外，結合專業(yè)性競賽延伸課堂教學，例如一年一度的專業(yè)性競賽“遼寧省大學生動植物標本制作大賽”就是我校生物技術專業(yè)學生很喜歡的一個競賽，筆者指導學生的作品“異色瓢蟲鞘翅的色斑遺傳”曾于2011年獲得該項競賽三等獎。

2．4授課手段與考核方式

2．4．1充分應用現(xiàn)代教育技術將現(xiàn)代化的電教手段引入實驗課，以營造輕松和諧的課堂氛圍。教學中，教師需要做演示實驗時，為了確保每個同學都能看到，往往要穿梭于學生中進行演示，有了現(xiàn)代化的電教手段，可制作相關視頻來示范，既提高了課堂效率，又方便教師進行更多的指導。網(wǎng)絡教學是課堂教學的補充和延伸，將一些操作步驟繁瑣的實驗做成演示課件放在網(wǎng)上可以實現(xiàn)教學資源的共享。

2．4．2考評方式多樣化，提高學生實驗的主動性和積極性考核方式需多樣化和細節(jié)量化。撰寫實驗報告既是學生科學思維能力和文字表達能力的綜合體現(xiàn)，也是大學本科生所應具備的基本科學素養(yǎng)。因此，對于實驗報告，尤其是綜合性或者設計性實驗報告，我們要求學生按照科研論文的形式寫出材料和方法、結果分析和討論，要求學生對于原理、方法、步驟和結果撰寫必須簡潔準確，對實驗所采用方法的優(yōu)缺點分析后提出改進意見。另外，增強實驗過程中的考察與評價。教師可事先制訂每個實驗要考核的項目詳細列表，把實驗每一個小項都列入考察范圍，包括實驗操作的熟練程度、規(guī)范狀況和實驗結果，在考核中依據(jù)項目來評分，保證客觀公正。例如，在植物染色體制片中，從取材部位的準確，材料的染色適當，染色體的分散狀況三個方面衡量實驗結果。這樣不僅提高了學生對實驗操作的重視程度，而且促使他們養(yǎng)成良好的實驗習慣。

3結語

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【關鍵詞】系統(tǒng)論；基因與遺傳；基因治療

Regards between the gene and the heredity causes and effects relation with the system theory viewpoint

HU Jing-yi

【Abstract】in 1937 the American nationality Austria biologist bright Philippines proposed the general system theory principle. In the system each essential factor all is in the certain position，is playing the specific role. In ontogenesis，gene according to certain when，the spatial order have the choice expression. The gene is composes the chromosome the hereditary unit，and the proof gene makes the line spread in the chromosome. The certain gene under the certain condition，is controlling the certain metabolism process，thus manifests in the certain heredity characteristic and in the characteristic performance The gene also passable sudden change has changed. Along with the human gene spectrum gradually expounded，the genetic engineering technology full development，the gene treatment very possibly treats at the clinical disease has the revolutionary change，this needs the researcher in the practice，with natural diagnostic method system theory theory，guiding ideology，development research mentality，thus solves this single layer big difficult problem.

【Key word】system theory；Gene and heredity；Gene treatment

系統(tǒng)論是21世紀以來科學技術、文化和社會發(fā)展的自然亦必然的思維趨向，是比知識更有力量的一種客觀存在，它是一種新的思維方式，是當代人認識對象的工具和手段。西沃爾-賴特在1929年寫到：一個群體中“單個基因的選擇系數(shù)(即基因的適合度)，一定受到這個群體整個基因頻率系統(tǒng)的影響[2]”。本文從系統(tǒng)論觀點來分析基因與遺傳之間的因果聯(lián)系以及基因在臨床上的應用。

1 系統(tǒng)論相關論點

1937年貝塔朗菲提出了一般系統(tǒng)論原理，使人類的思維方式發(fā)生了深刻變化。以往研究問題人們總是把事物分解成若干部分，抽象出最簡單的因素來，然后再以部分的性質(zhì)去說明復雜事物。這種方法的著眼點在局部或要素，遵循的是單項因果決定論，它不能如實地說明事物的整體性，不能反映事物之間的聯(lián)系和相互作用，它只適應認識較為簡單的事物，在人類面臨許多規(guī)模巨大、關系復雜、參數(shù)眾多的復雜問題時，就顯得無能為力了。系統(tǒng)中各要素不是孤立地存在著，每個要素在系統(tǒng)中都處于一定的位置上，起著特定的作用[3]。系統(tǒng)科學方法是認識、調(diào)控、改造復雜系統(tǒng)的有效途徑，為人們提供了制定系統(tǒng)最佳方案以實行優(yōu)化組合和優(yōu)化管理的手段，為人們提供了新的思維模式，倡導從整體上進行思維。

2 基因與遺傳

20世紀20年代，摩爾根學派在孟德爾的豌豆雜交試驗的基礎上，開展了遺傳規(guī)律的研究，建立了以基因?qū)W說為基礎理論的細胞遺傳學，肯定了基因是遺傳的基本單位，存在于細胞的染色體上。到30年代，知道染色體結構和數(shù)目的變化會影響到遺傳，知道一個基因可以突變成若干等位基因。到了40年代，遺傳學有了兩個重要的進展或突破：一是初步發(fā)現(xiàn)去氧核糖核酸簡稱DNA，是遺傳物質(zhì)；一是提出了一個基因一種酶的原理。直到50年代，建立了分子遺傳學，解決了有關遺傳的若干重大問題。DNA和另一類核酸即核糖核酸(RNA)都是由核苷酸所組成的多聚體，是大分子。核苷酸的主要特點存在于所含的有機堿，即兩種嘌呤和兩種嘧啶。

1953年，形成雙螺旋的分子結構。根據(jù)DNA中堿基互補的原理，一個DNA分子可以成為內(nèi)容一致的兩個DNA分子。蛋白質(zhì)是由氨基酸所組成的多聚體，是大分子。組成蛋白質(zhì)的可以是一條多肽鏈或幾條多肽鏈。多肽鏈就是由若干氨基酸前后連接而成的分子。蛋白質(zhì)的合成就是遺傳信息從遺傳物質(zhì)流入蛋白質(zhì)的過程。這包括兩個步驟：一是轉(zhuǎn)錄，一是翻譯。由于組成DNA 和RNA的零件都是核苷酸，所以遺傳信息從DNA流入RNA 叫做轉(zhuǎn)錄。由于蛋白質(zhì)是由另一種另件(氨基酸)組成的，所以遺傳信息從RNA流入蛋白質(zhì)叫做翻譯。這里的RNA叫做信使RNA，意思是說，它是基因遺傳信息的使者。在分析蛋白質(zhì)分子的合成中也查明了各氨基酸的遺傳密碼，于是建立了遺傳密碼理論。遺傳信息都是由遺傳密碼組成。每一個遺傳密碼都由三個堿基組成，氨基酸不同，其遺傳密碼就不同。

從70年代開始，分子遺傳學的進一步發(fā)展，誕生了基因重組技術，即生物基因工程，它開創(chuàng)了改造生物和創(chuàng)造生物的新時期。

3 用系統(tǒng)論的觀點來看待基因與遺傳的因果聯(lián)系

系統(tǒng)科學可以把一個原子看作系統(tǒng)，它也可以把器官、生物機體、家庭、社區(qū)、國家、經(jīng)濟以至生態(tài)看作系統(tǒng)。生物體是由細胞構成的多層次的復雜系統(tǒng)。盡管在細胞和分子水平對發(fā)育的分析已取得長期的進展，但個體發(fā)育仍不能從分子水平和細胞水平的分析得到全部解釋。個體發(fā)育中，基因按一定的時、空次序有選擇地表達。這首先表現(xiàn)在細胞表面形態(tài)調(diào)節(jié)分子的變化，從而導致胚層分離、形態(tài)速成運動和組織發(fā)育等細胞的集體行為。

我們可以從兩方面來考慮環(huán)境對基因的自上而下的約束與引導作用。其一，我們知道環(huán)境的改變會迫使生物個體和種群盡可能調(diào)節(jié)自身以適應環(huán)境的變化。顯然生物體為適應環(huán)境變化而做的調(diào)節(jié)又必定會引起生物體內(nèi)生物化學、生物磁電等的變化。在生物史上地球環(huán)境的巨變是造成大量新物種產(chǎn)生的直接原因。我們可以設想，基因有向緩解環(huán)境對生物壓力的方向突變的趨勢，如果這一假說成立的話，顯然就會使來自上層變化的信息產(chǎn)生對下層生物體基因變異的自上而下的約束與引導作用。其二，我們知道基因的復雜結構具有巨大的信息存儲能力。生物體的基因中記錄了該生命體全部歷史的重要信息。

4 基因治療的前景

隨著對基因治療研究的深入，我們不能忽視子系統(tǒng)的系統(tǒng)性和整體性，不能用局限的、部分的、單一的觀點來以偏概全。事實上，人體的復雜性程度，各個系統(tǒng)的相關性、相互作用及相互制約程度，遠不是我們所能完全解釋得了的，只有在系統(tǒng)環(huán)境中解決這些難題，才會有實用價值和臨床價值。這就需要研究人員在實踐中，用自然辯證法系統(tǒng)論理論，來指導思想，拓展研究思路，從而解決這一重大難題。

參考文獻

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基礎醫(yī)學專業(yè)主要課程 人體解剖學、組織學與胚胎學、正常人體形態(tài)學實驗、細胞生物學、分子生物學、生物化學、醫(yī)學遺傳學、醫(yī)學生物學實驗、醫(yī)學微生物學、醫(yī)學免疫學、病原生物學與免疫學實驗、生理學、病理生理學、藥理學、基礎醫(yī)學機能學實驗、神經(jīng)生物學、細胞與分子免疫學、分子遺傳學、分子病理學、內(nèi)科學、外科學、婦產(chǎn)科學、兒科學、醫(yī)學統(tǒng)計學、預防醫(yī)學;普通心理學、醫(yī)學倫理學;基本原理、思想道德修養(yǎng)、法律基礎;英語、高等數(shù)學、醫(yī)用物理學、化學等。

基礎醫(yī)學專業(yè)就業(yè)前景 不得不說，基礎醫(yī)學專業(yè)的就業(yè)面是非常廣的，而且薪資待遇也是比較豐厚。但也要求本專業(yè)畢業(yè)生具有較全面的綜合素質(zhì)、較強的創(chuàng)新精神、較好的學習能力以及外語和計算機應用能力。學生畢業(yè)后可以在高等醫(yī)學院校和醫(yī)學科研機構等部門從事基礎醫(yī)學各學科的教學、科學研究及基礎與臨床相結合的醫(yī)學實驗研究工作。如此看來，基礎醫(yī)學專業(yè)的就業(yè)前景還是很廣闊的。

基礎醫(yī)學專業(yè)培養(yǎng)能力 1.掌握基礎醫(yī)學的基本理論、基本知識;

2.掌握醫(yī)學實驗的分析、設計方法和操作技術;

3.具有基礎醫(yī)學科學研究的基本能力;

4.熟悉基礎醫(yī)學教學工作的基本原理和方法;

5.熟悉臨床醫(yī)學基本知識并了解臨床醫(yī)學的新進展和新成就;

6.掌握文獻檢索、資料查詢的基本方法，具有一定的科學研究和實際工作能力。

篇5

關鍵詞：醫(yī)學遺傳學；遺傳咨詢；情景模擬

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）46-0225-03

醫(yī)學遺傳學是醫(yī)學與遺傳學相結合、并互相滲透的一門綜合性學科。醫(yī)學遺傳學理論學習中主要針對人類遺傳性疾病的發(fā)生機制、傳遞規(guī)律、診斷方法以及治療和預后進行系統(tǒng)學習。在此基礎上開設實驗課，將理論應用于實踐，通過遺傳咨詢估算再發(fā)風險和制定應對對策和措施，有效預防遺傳病的發(fā)生，從而達到降低遺傳病發(fā)病率的目的[1]。根據(jù)現(xiàn)代醫(yī)學的發(fā)展，我國將面臨極具缺乏醫(yī)學遺傳學醫(yī)師這一職業(yè)。目前，大多數(shù)醫(yī)院無專門的遺傳咨詢門診，使醫(yī)學生沒有機會接觸到遺傳病病例，學生對遺傳性疾病的掌握只限于書本而無臨床實踐機會，這將會導致臨床醫(yī)生缺乏對遺傳病的認知能力。因此，我校從2007年開始對五年制臨床醫(yī)學、檢驗等本科專業(yè)開展醫(yī)學遺傳學實驗教學，其中開設了遺傳咨詢教學內(nèi)容。通過多年教學實踐探索和改進，發(fā)現(xiàn)利用情景模擬教學法進行遺傳咨詢知識點的傳授可以更好地調(diào)動學生學習的積極性，更好地理解遺傳咨詢的理論基礎及臨床意義，培養(yǎng)學生綜合運用知識的能力。

一、教學設計

1.明確教學目的。遺傳咨詢情景模擬教學法是模擬臨床遺傳咨詢的情景進行教學的方法。它是針對臨床醫(yī)學、檢驗等專業(yè)本科醫(yī)學生在學習過染色體標本的制備與人類非顯帶染色體核型分析兩次實驗課的基礎上來開展的。通過此次課的學習，使醫(yī)學生能夠充分掌握系譜及系譜分析的理論知識，掌握系譜分析的過程及系譜的繪制方法，熟悉遺傳咨詢的一般步驟和原則，并能推測系譜中各成員的基因型，計算再發(fā)風險，了解系譜分析和遺傳咨詢的臨床意義。在此過程中，培養(yǎng)學生獨立思考分析問題解決問題的能力，表達能力，促進高素質(zhì)醫(yī)學生的培養(yǎng)。

2.教學內(nèi)容。情景模擬教學法的主要內(nèi)容是模擬遺傳咨詢過程、講授和熟悉遺傳咨詢的概念、對象、時機、步驟等。作為醫(yī)學生首先要讓他們明確知道什么是遺傳咨詢。遺傳咨詢是由醫(yī)學遺傳學專業(yè)人員或遺傳咨詢醫(yī)師（或稱咨詢醫(yī)師、醫(yī)學遺傳學醫(yī)師），應用醫(yī)學和遺傳學基本原理，對咨詢者提出的家庭中遺傳病的發(fā)病原因、遺傳方式、診斷、治療和預后、一級患者同胞和子女再患此病風險等問題進行交談和討論，并就咨詢者提出的婚育等問題提出可供咨詢者選擇的建議或具體指導措施的過程[2]。遺傳咨詢的時機和對象是一個人在婚姻或生育方面遇到問題，意識到可能面臨患遺傳病的風險，或者本人或子女已患有遺傳病等情況下的人群。其次，傳授和強調(diào)進行遺傳咨詢的一般步驟包括遺傳病的明確診斷、繪制系譜并確定遺傳方式、估計再發(fā)風險、提出對策和措施。遺傳病的診斷是一個復雜的過程，包括臨床層次、細胞水平、蛋白質(zhì)水平、基因水平（基因診斷）等四個水平層次的診斷；繪制系譜并確定遺傳方式以及估計再發(fā)風險需要遺傳學理論知識做基礎，要求學生在本科醫(yī)學遺傳學中作為掌握的內(nèi)容加以理解和熟悉后計算再發(fā)風險；提出的對策和措施更進一步要求在學生掌握各層次的分子生物學和分子遺傳學的系統(tǒng)的理論知識后，給咨詢者提出合適的意見和措施。最后，重點強調(diào)醫(yī)生給咨詢者提出意見和措施時，要遵循非指令性遺傳咨詢的原則。作為醫(yī)生只提出可供咨詢者選擇的若干方案，并陳述各種方案的利弊提供咨詢者選擇，咨詢醫(yī)師不應代替咨詢者做決定。

3.教學案例的準備。教學案例的好壞直接影響教學效果。任課教師需要注意從多渠道深入開展病案搜尋工作，從病案中挑選診斷明確、典型的遺傳病案例，除了教材中給出的常見多發(fā)遺傳病病例外，也需經(jīng)常瀏覽OMIM（OnLine Mendelian Inheritence）及等互聯(lián)網(wǎng)址，了解重要的有關臨床遺傳學最新診斷技術及進展情況。案例挑選出來后，需要進行加工提煉、細心分析、集體討論，按臨床思維進行教學方案的設計。案例設計原則既要傳授理論知識，又與臨床需要結合，既有利于學生分析，于利于學生演練。

對于案例的教學準備，不但要求任課教師要熟悉案例遺傳病的臨床表現(xiàn)、發(fā)病機理，特別要熟悉遺傳病的傳遞規(guī)律、傳遞方式、診斷方法、治療方法和預后等方面的相關進展資料，還要要求教師對這些資料的深刻理解和透徹分析，以便針對學生演練過程中出現(xiàn)的各種不準確的表達或者錯誤的理解進行有效的指導。根據(jù)遺傳咨詢的復雜性，則需要教師具有深厚的理論知識基礎，才能提高在模擬遺傳咨詢教學中的指導能力。因此，在案例準備時，要求任課教師要做好充足的教學準備，以應變課堂中隨時出現(xiàn)的問題。

4.教學組織。做好充分的準備后，就進入了模擬遺傳咨詢情景課階段，即開始遺傳咨詢情景模擬教學。由于課堂教學組織難度較大，需要教師在做好充分的案例準備基礎上隨機應變、深入淺出、因材施教。

教師組織教學的基本過程包括：第一步，教師詳細講解遺傳咨詢的定義、步驟、方法、意義；第二步，學生選擇教師準備好的案例分組討論，編寫案例遺傳咨詢的對話，并要求學生在課結束后將所編寫的對話上交作為課堂作業(yè)；第三步，學生兩人一組，在45分鐘左右的時間內(nèi)討論并編寫對話，根據(jù)臨床可能的情景，模擬演練遺傳咨詢的過程；第四步，當學生模擬演練完成遺傳咨詢的整個過程后，教師針對學生存在的問題一一進行分析和講解。在肯定學生正確的理解和表達的基礎上指出不當?shù)幕蛘卟粶蚀_的或者錯誤的表達。

隨著學生不同組別的模擬演練的進行，教師要注意始終引導學生圍繞遺傳咨詢進行交談，其詢問和交談的內(nèi)容包括對遺傳病的臨床表現(xiàn)、發(fā)病原因、遺傳方式、診斷等情況的了解，詢問內(nèi)容還包括病史、發(fā)育史、婚姻史和生育史、家族史，查閱和比對資料進行系譜分析，對咨詢者提出的治療和預后等問題一一作答，并且對患者同胞、子女再患此病的風險提出參考意見。教師始終在一旁提醒、引導和輔佐，并注意把控住整個課堂紀律，使每位學生積極參與到課堂中來，制造出學生在臨床實踐的氣氛，提高學生課堂活躍度。

5.課堂總結。教師根據(jù)學生在課堂中的討論、模擬遺傳咨詢的情況進行小結，聯(lián)系理論知識肯定學生在討論過程中表現(xiàn)好的地方，指出錯誤或忽視的地方，加深對理論知識的理解和記憶，加深學生對遺傳咨詢在臨床工作的重要性和必要性的理解。最后根據(jù)學生在課堂中的表現(xiàn)進行評價，包括學生對案例的分析能力、理論知識的掌握、表達能力、臨床綜合分析能力、團隊合作能力、創(chuàng)新能力等等方面。

二、教學思考與討論

1.遺傳咨詢情景模擬教學法的優(yōu)點和意義。經(jīng)過多年的教學發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學生對于應用情景模擬方法進行遺傳咨詢都非常感興趣，整個課堂氣氛活躍，學生參與度高。整個教學活動中，一直圍繞只有真實生活中才存在的病例來進行，組織學生分組開展討論，教師從旁指導，真正做到以學生為中心，最大限度的激發(fā)學生的學習興趣，取得了較好的教學效果。此教學法解決了以往醫(yī)學遺傳學理論教學與臨床脫節(jié)，理論教學內(nèi)容的枯燥難懂，教學手段落后等問題，有效地提高了學生對醫(yī)學遺傳學的學習效果及興趣，是一種積極有效的教學方法。學生普遍認為通過情景模擬教學，對遺傳性疾病的認識更加深刻和形象，他們所學習的內(nèi)容不再是枯燥乏味的知識，而是在實際臨床工作中切切實實需要解決的問題，極大的激發(fā)了學生對于學習《醫(yī)學遺傳學》的興趣。

傳統(tǒng)的遺傳咨詢教學主要以灌輸式為主，要求學生大量記憶枯燥無味的基礎知識，在這種模式下的教學不利于學生綜合能力的提高。相反，經(jīng)過實踐證明，利用情景模擬教學進行遺傳咨詢，將所學理論知識與實際運用緊密結合，將理論課知識運用于實際臨床當中，極大的激發(fā)了學生對于學習醫(yī)學遺傳學的興趣，使學生整堂課都能夠融入到課堂教學過程中，使學生將講臺變?yōu)樗麄冏杂砂l(fā)揮的舞臺，而教師課堂中僅僅起到引導作用。在此過程中，學生從被動的接受知識向主動學習轉(zhuǎn)變，既加深了對理論知識的記憶，又培養(yǎng)了學生獨立思考分析問題的能力，訓練了學生獨立思考分析問題的能力。

近年來醫(yī)患關系逐漸緊張，患者的維權意識也越來越強，如何緩解醫(yī)患關系也是醫(yī)學院校在培養(yǎng)學生時需要解決的一大難題。通過臨床情景模擬教學的方法，讓學生扮演患者有助于建立和諧的醫(yī)患關系。學生通過扮演患者，能夠充分的體會患者的心理和情緒上的變化，站在患者的角度看待就醫(yī)過程，起到了換位思考的作用。另一方面，學生站在醫(yī)生的角度學會處理醫(yī)生和患者之間的矛盾，可以縮短學校與社會實踐的差距，幫助學生建立醫(yī)生角色，為學生將來走向社會處理醫(yī)患關系奠定基礎。

值得一提的是，遺傳咨詢師在我國醫(yī)學領域缺乏大量的人才，是一個有待新增的職業(yè)。而在美國，絕大多數(shù)的醫(yī)療用人單位都要求他們的醫(yī)生通過全美醫(yī)學遺傳學會的考試和資格認證[3]。所以，教師可借此課程向?qū)W生宣講國際國內(nèi)外醫(yī)學遺傳學理論、臨床遺傳學的發(fā)展的趨勢和中國醫(yī)學發(fā)展的所面臨機遇和挑戰(zhàn)。向?qū)W生說明遺傳咨詢是一項極具挑戰(zhàn)的醫(yī)療活動，希望有更多的醫(yī)學志愿者加入這項醫(yī)療事業(yè)中來。

2.遺傳咨詢情景模擬教學法的欠缺之處。首先，情景模擬與實際臨床有一定的差別，學生由于缺少臨床經(jīng)驗，在進行扮演患者的過程中，很容易用到所學的專業(yè)術語，與真正臨床中所遇到的實際病例有較大的差別，沒有達到角色交換的目的。其次，在提出對策和措施時，由于缺乏各層次的分子細胞生物學和分子遺傳學的系統(tǒng)的理論知識，并且對所學醫(yī)學遺傳學知識不能靈活運用，只能提出供咨詢者選擇一到兩種方案，沒有真正提供可供咨詢者選擇的若干方案，且無法做到非指令性原則。最后，在教學實施的過程中，由于每位學生學習水平參差不齊，不愿意作為學習的主體，導致過分依賴老師，影響教學效果。目前看來，要使學生都能積極參與到教學活動中，最好的方法是讓學生參與真正的臨床實踐，使學生體會到遺傳咨詢過程的復雜性。

通過7年的教學效果來看，情景模擬教學極大地調(diào)動了學生學習的積極性，真正實現(xiàn)了對醫(yī)學生綜合素質(zhì)能力的培養(yǎng)，是一個值得推薦的好方法。

參考文獻：

[1]蔡紹京，李學英.醫(yī)學遺傳學[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2009.

[2]章遠志，Nanbert ZHONG.中國目前的遺傳咨詢（英文）[J].北京大學學報（醫(yī)學版），2006，（01）.

[3]趙會全.美國臨床醫(yī)學進展[J].國外遺傳學雜志，2007，30（2）.

基金項目：遵義醫(yī)學院教學改革計劃項目2013（j-2-7）。

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關鍵詞：  胎兒  性別鑒定  x-連鎖遺傳   聚合酶鏈反應(PCR) 

    前言

    迄今,已發(fā)現(xiàn)的x連鎖遺傳病有200多種。包括x連鎖隱性遺傳病和x連鎖顯性遺傳病。常見的x連鎖隱性遺傳病有血友病、紅綠色盲、假肥大型肌營養(yǎng)不良（DMD），先天性丙種球蛋白缺乏癥等。此類病的致病基因由攜帶者母親傳給兒子。攜帶者女性與正常男性所生的男孩一半發(fā)病，一半正常，而女孩表型一般正常，為預防患兒出生，可保留女胎，流產(chǎn)男胎。而x連鎖顯性遺傳病遺傳性腎病、抗維素D佝僂病，男性患者與正常女性結婚，兒子正常，女兒都患病，通過性別鑒定，可保留男胎，流產(chǎn)女胎[1]。產(chǎn)前胎兒性別早期鑒定具有重要的社會意義。

    二、胎兒性別鑒定的標本種類  目前用于細胞遺傳學性別鑒定的標本有多種。（1）羊水：可以在妊娠16-20周，經(jīng)羊膜腔穿刺抽取10ml左右，收集羊水細胞。（2）絨毛膜細胞：可以在妊娠6-12周，經(jīng)陰道取絨毛膜細胞。（3）臍帶血：可以通過在B超引導下抽取臍帶血[2]。（4）孕婦母親外周血：近來有人發(fā)現(xiàn)采集6-41周孕婦母親外周血5ml-10ml，進行連續(xù)密度梯度離心富集胎兒紅細胞[3]。

     三、胎兒性別鑒定的方法：目前關于胎兒性別鑒定的方法主要有五種。（一）傳統(tǒng)的顯微鏡細胞染色質(zhì)分析法[1,4]此種方法將胎兒細胞通過特殊甲苯胺蘭染色液或硫堇染色液和阿的平染色液染色，觀察細胞內(nèi)有無X、Y染色體。核膜的內(nèi)緣有無一塊染色較深、大小為1 um左右呈半月形的小塊，緊靠核膜，即為x小體。如果細胞核中有一發(fā)熒光的圓形或橢圓形的亮點，有如初秋夜空的北斗星，直徑約0.3um，即為Y小體，Y小體陽性診斷為男胎。此種方法不需要特殊的儀器，但結果受取材中細胞數(shù)、培養(yǎng)與染色效果及觀察細胞的數(shù)量有關，不易標準化，靈敏度不高。（二）B超技術 這種技術較為安全，通過B超儀直接觀察胎兒的生殖器，此方法有較高的準確性，但要求胎兒發(fā)育程度較高，生殖器基本形成，妊娠達4個月以上。（三）核型分析技術 通過收集羊水細胞并對其人工培養(yǎng)，進行染色體顯帶，性染色體XX型為女性；XY型為男性。此方法取材不方便，有較大的風險，且費時，必須由訓練有素的人員完成。(四)熒光原位雜交技術 (FISH) 有人根據(jù)母胎之間存在有微量血液交換，母親體內(nèi)存在有胎兒來源的有核紅細胞，而且胎兒紅細胞的形態(tài)、核形、胞漿著色與母親紅細胞不同，并有特異的血紅蛋白γ和ε鏈，通過X、Y染色體特異熒光標記探針可鑒定胎兒紅細胞是來源于男性胎兒還是女性胎兒。此方法的特異性可達100%，靈敏度隨孕齡增加而增加[5]。但此方法需要較昂貴的流式細胞分析儀，操作也不易掌握，只有特定的科研人員能完成。但也有人[6]認為從母親外周血中抽取胎兒細胞進行產(chǎn)前診斷的可能性很小,因為胎-母轉(zhuǎn)移細胞數(shù)少，僅占母親細胞的0.0035%-0.008%胎兒有核紅細胞到達母體需要的妊娠的時間也在10周以上。（五）PCR（聚合酶鏈反應）技術  從醫(yī)學遺傳學的角度，性別是由個體性染體組成決定的，其中Y染色體起決定性的作用。這是因為Y染色體帶有決定因子。

90年代在Y染色體短臂上成功地定位和克隆了性別決定區(qū)（sex determine region of the Y hromosome,SRY）基因[7]，近年來的研究表明，性別的決定與分化是一個以SRY基因為主導的多個基因參與的有序而復雜的調(diào)控過程，已發(fā)現(xiàn)參與這一過程的基因至少有7種，即SRY，SOX9,某種原因AMH,WT-1,SF-1,DAX-1,MIS基因，這些都為胎兒性別鑒定奠定了分子遺傳學基礎。隨著PCR技術的成熟，許多科研人員試圖應用PCR技術進行胎兒性別的鑒定。主要有如下幾種方法：（1）利用羊水或絨毛細胞，擴增Y染色體特異基因片斷如SRY、DYZ-1、DYS14、DAZ進行定性分析[8,9]；（2）根據(jù)母親外周中含有少量胎兒細胞，提取母親外周血有核細胞（淋巴細胞），利用特異引物擴增Y染色體上特異系列，如果有Y染色體特異系列產(chǎn)物，胎兒即為男性，否則為女性[10]。（3）利用母親外周血血細胞或血漿，擴增X、Y染色體同源性基因如Amelogenin，利用擴增片斷電泳條帶數(shù)量進行定性分析，兩條帶為男性，一條帶為女性[11]。(4)最近有報道利用母親外周血漿[12,13]，采用熒光實時定量PCR（RQ-PCR）技術擴增Y染色體特異基因片斷如SRY進行胎兒性別鑒定的報道。Vecchione G[3]根據(jù)胎兒外周血血漿基因片段較母親短這一特點，通過一定密度梯度液進行分離后，用X染色體短串連重復序列對26例進行實時定量PCR分析，結果與傳統(tǒng)的染色體核型分析一致。

 展望

    建立一種胎兒性別鑒定常規(guī)方法具有重要的社會意義。作為常規(guī)方法，必須簡單、可靠、實用，價廉、安全。在上述諸方法中,無論是B超還是染色體核型分析，需妊娠時間較長（一般在16周以上），實施終止妊娠時，給孕婦身體影響較大[4]。經(jīng)穿刺術采集標本，風險大、操作煩鎖，方法不易掌握，而利用胎兒紅細胞的方法又因為母親體內(nèi)胎兒紅細胞僅占0.0035%-0.008%，存在靈敏度低的缺點。PCR技術由其技術原理和特點，在眾多方法中最具有優(yōu)勢，它有較高靈敏度和特異性。但由于PCR敏感性高，會出現(xiàn)非特異擴增，或PCR體系的不合理會導致擴增失敗，都會影響實驗的準確度，但可以通過使用內(nèi)參照或巢式PCR技術，很好地解決了非特異性擴增和假陰性問題[12]。目前報道中，由于標本來源、靶系列位點、引物系列、PCR類型的差異，診斷的特異性和靈敏度、準確度有所不同。有的研究樣本較少, 關于性別早期診斷的可靠性還沒見報道，PCR應用于胎兒性別鑒定是一種有前景但技術尚未成熟，有待進步探索。我們課題小組正朝此方向試圖探索進行胎兒早期性別鑒定的條件研究。相信，隨著研究的深入，一種安全、無創(chuàng)傷性、較高，且易于標準化和自動化的成熟PCR方法，將取代傳統(tǒng)方法，真正實現(xiàn)胎兒早期性別鑒定。

參 考 文 獻

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1　生物學哲學的再定位

費爾巴哈在談到哲學的改造時說過：“哲學必須重新與自然科學結合，自然科學必須重新與哲學結合”。這是一種“建立在相互需要和內(nèi)在必然性上面的結合”?！?〕自然科學構成了哲學的基礎， 生物科學是這個基礎中不可或缺的組成部分。如同所有其他科學一樣，生物科學也深深受到哲學的理論思維和方法的影響。生物學哲學作為連結哲學與生物學的橋梁和中介，對二者的重新結合起著十分重要的作用。從學科建設的角度看，這門學科的存在和發(fā)展，既須以實證科學知識特別是生物科學的知識材料為基礎，跟上現(xiàn)代科學技術發(fā)展的步伐；又要汲取哲學研究的積極成果，適應當代哲學變革的需要。

就學科性質(zhì)而言，一般認為生物學哲學屬于科學哲學體系中的一個分支學科?！洞笥倏迫珪返?5版所列《自然哲學》條目將關于自然的實際特征問題作為實在來進行考察，并分為物理學哲學和生物學哲學兩個部門。不過這里對“自然哲學”一詞的使用，有別于以往的傳統(tǒng)自然哲學，而是“作為對科學哲學的補充”。如所周知，西方科學哲學是以科學為研究對象，主要論述科學的認識論和方法論問題。維也納學派的創(chuàng)立者M.石里克的自然哲學也是作為一種科學哲學，一種探討哲理的科學方法。他申明自然哲學的任務在于解釋自然科學命題的意義，自然哲學是一種旨在考察自然定律的意義的活動。在其自然哲學講稿中關于生物哲學的分析，便是從有機自然現(xiàn)象也一定要由定律來描述這一點出發(fā)，來討論生物學中的機械論與活力論問題。

在科學哲學的發(fā)展進程中，除了一般科學哲學，還興起了特定學科的科學哲學，自本世紀初以來主要是物理科學哲學。傳統(tǒng)的科學哲學帶有片面的物理主義傾向，認為運用物理方法能夠?qū)@個世界作出絕對完全的描述，世界上發(fā)生的每一事件均可用物理語言來描述。物理主義最熱烈的倡導者、分析哲學的主要代表人物之一的R.卡爾納普聲言：“如果根據(jù)物理語言的普遍性，把物理語言用作科學的系統(tǒng)語言，那么，所有的科學都會成為物理學?！瓕嶋H上只有一種客體，那就是物理事件。在這物理事件范圍內(nèi)，規(guī)律是無所不包的”?！? 〕石里克也同意物理主義的觀點，他僅僅基于量的方面的考慮而得出結論：“對于自然哲學而言，有機體不過就是一些特殊的具有復雜結構的系統(tǒng)，它們被包含在物理世界圖像的完美和諧的秩序之中”?！?〕

傳統(tǒng)的科學哲學把研究重點放在物理學的定律和理論上，把它們看作科學的結構和邏輯的范例。之所以這樣是有其深遠的科學背景的。自牛頓實現(xiàn)了力學中第一次偉大綜合，此后，經(jīng)典物理學的各個分支日趨完善，牛頓的機械綱領左右了近代科學和哲學的發(fā)展。本世紀初以相對論和量子力學的建立為標志的物理學革命，是物理學發(fā)展中的重大突破，也是對科學哲學的有力推動。邏輯經(jīng)驗主義的主要代表H.萊辛巴赫所著《量子力學的哲學基礎》一書，就是通過對量子力學的科學成果的分析，闡釋了他關于知識的性質(zhì)、客觀實在以及因果性等問題的見解。多年來，科學哲學的研究植根于邏輯學、數(shù)學及物理學定律，重視對物理理論的分析而忽略了生物學。正如在科學哲學家的視野內(nèi)，有機生命及其進化只不過是世界科學圖景中的一個次要因素；在科學哲學的殿堂中，生物學哲學也是處于比較次要的從屬的地位。這種狀況只是到本世紀中葉以后才開始改觀。隨著分子生物學所取得一系列新進展，導致了生物學的革命，生命科學作為最激動人心的科學領域躍居到自然科學的前沿，對現(xiàn)代整個自然科學和哲學的影響也日益顯著。由于引入數(shù)學、物理、化學等學科的理論、方法和新的技術手段，現(xiàn)代生物學的研究領域得以向微觀和宏觀層次不斷延伸擴大，并愈來愈趨向系統(tǒng)的復雜性，向揭開物質(zhì)世界最復雜最高級的系統(tǒng)——大腦的奧秘進軍。生物學研究的課題愈來愈帶有根本性，當今自然科學的研究重點正在轉(zhuǎn)向研究生命本身。對生命現(xiàn)象的深入探索，增強了人們對生物學的哲學興趣，并促使科學哲學向新的研究方向轉(zhuǎn)變。在這方面，現(xiàn)代綜合進化論的主要建筑師之一E.邁爾作出了開創(chuàng)性的工作，他致力于建立生物學的新哲學，強調(diào)這樣一種新的科學哲學必須放棄對僵化的本質(zhì)論和決定論的依附，必須將科學概念加以擴展、不僅包括物理科學的而且還包括生物科學的原理和概念。

傳統(tǒng)科學哲學還帶有專注于純科學領域的局限。國外學術界在討論醫(yī)學哲學與科學哲學的關系這一論題時，已有學者指出，從歷史上看，科學哲學家往往不到自然科學領域外面去尋找對科學的定律、解釋和理論的洞察力以確定理論演變的進程，而是將自己限制于純科學形式中，一直忽視和輕視象工程學、農(nóng)學和醫(yī)學這樣的應用科學領域。同時由于傳統(tǒng)科學哲學僅僅局限于從“內(nèi)部”考察科學，忽視了科學技術與社會之間的互動關系，這種狹窄的科學觀不可能得出真正有洞察力的答案。傳統(tǒng)科學哲學在研究視野上的這些缺陷，對后來興起的生物學哲學也產(chǎn)生了某種程度的影響。

固然，科學哲學主要是把科學作為知識體系，對之進行認識論和方法論的研究，但是認識的最終目的不是知識本身，而是改造世界的實踐活動。對科學的哲學反思也不能脫離它所固有的實踐本性。在科學、技術和社會走向一體化的現(xiàn)時代，尤有必要拓寬科學哲學的領域，開展實用性的或應用性的研究，并將科學哲學研究同科技發(fā)展的社會研究結合起來。作為實用科學的農(nóng)學和醫(yī)學與作為基礎科學的生物學之間的聯(lián)系極其密切，它們都屬于生命科學的范疇。在生命科學哲學領域內(nèi)，理應包括對這些應用學科的理論和實踐的哲學研究。以分子生物學為依托的生物技術，將成為醫(yī)學和農(nóng)業(yè)科學的主導技術，并將引起醫(yī)學革命和第三次農(nóng)業(yè)革命。生物技術的“每一個創(chuàng)新，每一個技術妙舉，每一個概念上的困難的解決，都使得需要一種確定的生物學哲學變得更加顯著，并且目前正在朝向這個目標發(fā)展”。〔4〕

21世紀將是生物學世紀?？梢灶A期，未來世紀生命科學的巨大進展及其革命性變化，必然要求生物學哲學在已有研究基礎上，無論從理論框架到研究內(nèi)容到論題范圍都要有所突破。要盡力吸收、消化生命科學的最新成就，以正確的世界觀和方法論為指導作出新的哲學概括，提出新的理論觀點及發(fā)展生物科學技術的戰(zhàn)略選擇，這些可謂生物學哲學學科建設的題中應有之義。

2　拓展和深化生物學發(fā)展新形勢下的生物學哲學研究

以下試從生物科學發(fā)展的規(guī)律性、生物學規(guī)律與物理規(guī)律的關系以及生物學規(guī)律與社會規(guī)律的關系三方面談點淺見。

（1）“自然科學現(xiàn)在已發(fā)展到如此程度， 以致它再也不能逃避辯證的綜合了”?！?〕恩格斯在上個世紀80年代作出的這一論斷， 揭示了辯證思維對于了解科學事實的辯證性質(zhì)的必要性，這也為后來自然科學本身的發(fā)展所證實。

近現(xiàn)代自然科學發(fā)展的趨勢是由經(jīng)驗分析進到辯證綜合，這在生物學的發(fā)展中表現(xiàn)得十分明顯。自本世紀二、三十年代起，在生物學范圍內(nèi)開始出現(xiàn)一些學科的綜合趨勢。早期的兩大綜合，一個是以胚胎學為中心，將之與細胞學、遺傳學和生物化學綜合起來，形成統(tǒng)一的發(fā)育觀點；另一個是以進化論為中心，將達爾文的自然選擇學說與群體遺傳學相結合，發(fā)展為一個有巨大闡明力的學說，即現(xiàn)代綜合進化論。進化的綜合范式取得了富有建設性的成果，如邁爾所說，是在有關的學科之間找到了一種共同語言并澄清了許多進化問題和作為其基礎的各種概念。但是這一范式仍是不完善的，還有不少尚未解決的問題。它不僅受到一些批評家的非難和質(zhì)疑，就是在達爾文主義者之間也依然存在某些意見分歧。更完全的綜合始于本世紀50年代中后期誕生的分子生物學，它是生物化學、微生物學和遺傳學等學科相互融合的產(chǎn)物，其主要目標之一是試圖將大量的生物功能與分子水平上發(fā)生的事件聯(lián)系起來。分子生物學的核心——分子遺傳學，在信息大分子的結構、功能及相互關系的基礎上來研究生物的遺傳與變異。按照生物學史家G.E.艾倫的說法，J.沃森和F.克里克的工作，把信息學派、結構學派和生化學派對遺傳（甚至擴展到整個生物學）的問題的研究統(tǒng)一起來了。作為一個新的遺傳學范式，分子遺傳學的范式補充和修正了（不是取代）進化綜合范式，推動了關于進化過程中基因的變化和調(diào)節(jié)機制等問題的研究。著眼于分子水平上的進化的中性學說同著眼于表型進化的自然選擇學說，也應看作是一種互補關系而非互相否定。現(xiàn)代分子生物學在進化研究方面的認識成果向人們昭示，一種完整的進化理論的建立，期待著傳統(tǒng)的進化生物學與分子生物學實現(xiàn)新的綜合。更進一步看，生物進化是種系發(fā)生和個體發(fā)育的辯證統(tǒng)一過程，對進化的深層認識，必須解開發(fā)育之謎這個世紀難題，以闡明個體發(fā)育中基因在多層次水平上的程序控制機理。由于分子生物學、細胞生物學與遺傳學的結合，把發(fā)育生物學推向前臺，將成為21世紀生命科學的新主角。據(jù)中科院未來生物學預測研究組預測，在分子水平上使遺傳、發(fā)育和進化的統(tǒng)一成為可能，這將是未來生物學的主要理論任務之一。由這三者統(tǒng)一所導致的理論大綜合，蘊含著豐富的哲學思想。從哲學認識論和方法論上對之進行理論概括，也應成為未來生物學哲學的主要理論任務之一。

“分久必合”。生物學中的這種綜合趨勢還在繼續(xù)。一些生物學家預言，面向21世紀的生命科學，必然是各學科相互滲透與相互交融的“大生物學”時代?！按笊飳W”要求辯證地綜合與不同組織水平相關的各門學科所積累的科學事實，建立起一般的生命理論，發(fā)展統(tǒng)一的生物學原理。多種學科的綜合，反映了生物現(xiàn)象的相互聯(lián)系和科學概念、方法論準則的統(tǒng)一。結合生物學認識發(fā)展的內(nèi)在邏輯的考察，對生物學理論的相互關系（特別是理論的概念結構之間的轉(zhuǎn)換、理論范式的確立和更替）進行哲學分析，能為我們提供有關生物科學發(fā)展規(guī)律性的新的認識。

（2）在生物學哲學的討論中， 爭議較多而且也是懸而未決的一個理論問題是關于生物學的自主性問題。具體言之，生物學的概念與規(guī)律能否在某種意義上“還原”為物理學和化學的概念與規(guī)律？生物學家運用的解釋型式（例如歷史的解釋或目的論的解釋）在物理科學中是否相宜？在生物系統(tǒng)中顯示的某些現(xiàn)象是否也在無機系統(tǒng)中顯現(xiàn)或有重大差異？等等這樣一些有關生物學和物理學的聯(lián)系究竟是什么的問題， 被A. 羅森伯格稱之為“生物學哲學的中心問題”（《生物科學的結構》）。根據(jù)對這個問題的不同回答而形成了“自主論”與“分支論”兩派涇渭分明的理論觀點。這種分野在歷史上的表現(xiàn)形式是活力論與機械論的對立，在現(xiàn)代則主要是所謂反還原論與還原論的爭論。

從本體論方面說，討論物理化學的實體和過程是否構成所有生命現(xiàn)象的基礎，這實質(zhì)上就是高級運動形式與低級運動形式的相互關系問題。如果把生命運動形式同物理化學的運動形式混同起來，甚至完全否定生命運動在質(zhì)上的特殊性，這種本體論上的極端還原論傾向在哲學上和生物學上都是不可取的。相反，如果把生命運動的獨特性絕對化，忽視其與其他運動形式之間的包容關系和發(fā)生學聯(lián)系，這種傾向同樣是不可取的。以辯證唯物主義的物質(zhì)運動形式觀為指南，依據(jù)科學認識的新成果，將能通過闡明生命運動和低級運動形式存在的聯(lián)系和連續(xù)性而更深入地揭示其本質(zhì)。

從方法論方面說，在生物學中通過把復雜現(xiàn)象分解為更為簡單的組成部分進行研究，最終在物理化學層次上——分子層次上——作出說明，這也即還原論作為方法論的功能。分子生物學正是運用物理化學的還原方法來分析生命活動的基本過程，才獲得了劃時代的成就。這被譽為還原論的勝利。但是也要看到，生物學中還原方法的應用是有其局限性的。研究表明，生物體是一個多層次的、有組織的、結構復雜的系統(tǒng)，其中各個組成部分和整體具有多方面的相互作用。生物體的整體性不能建筑在來自于各個部分的分子碎片之上，分子參與組織的整體，它們的轉(zhuǎn)移和復制是整體的全部功能的結果。本世紀下半葉以來系統(tǒng)科學和非線性科學的發(fā)展，為探索生命系統(tǒng)的復雜性提供了新的科學思想和科學方法。還原論方式的自下而上的決定原則即較低層次決定較高層次的原則，同系統(tǒng)整體思維方式的自上而下的決定原則即較高層次決定較低層次的原則，二者既相互對立又相互依賴，它反映了部分與整體的辯證法。合理地結合這兩種決定原則，應是生物學進一步闡明生命機制及其規(guī)律性的研究戰(zhàn)略。

（3）在當代， 從自然科學奔向社會科學的強大潮流已成為不可遏止之勢。由于生物學革命對自然和人類社會生活產(chǎn)生的廣泛影響，凸顯了人的自然基礎和社會基礎的統(tǒng)一問題。與此相應，生物科學和社會科學的綜合性研究也成為人們關注的熱點。加拿大哲學家M.魯斯在其《生物學哲學》一書中宣稱，未來的社會科學將和生物學結合起來，社會學將把生物學的成果包括在自己的理論中，研究這種結合會提供許多有意義的東西。從現(xiàn)代生物學的發(fā)展可以看到，生物科學領域的一些學科（如遺傳學、動物行為學、生態(tài)學等）與社會學、人類學、倫理學、經(jīng)濟學及政治學等學科的滲透、融合，不僅加深了人們對自然界和人類自身的認識，同時也啟迪了對生物學規(guī)律和社會規(guī)律二者相互關系的哲學思考。如生態(tài)經(jīng)濟學作為生態(tài)學與經(jīng)濟學交叉發(fā)展起來的一門邊緣學科，主要是闡明生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)相互作用所形成的生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)運動和發(fā)展的客觀規(guī)律。而生物政治學則旨在用生物學的概念、原理和方法來研究政治行為，借以探索社會政治生活的本質(zhì)及其規(guī)律。在橫跨生物科學與社會科學的眾多交叉學科中，1975年由美國動物學家E.威爾遜在其巨著《社會生物學：新的綜合》中所倡導并加以重新解釋的社會生物學引起了很大反響。這是一門系統(tǒng)研究一切動物（包括人類在內(nèi)）的社會行為的生物學基礎的學科，其核心在于承認基因是遺傳和自然選擇的基本單位，一切社會行為均有其特殊的遺傳結構。威爾遜和C.拉姆斯登還進行了更為廣泛的概括，在他們所著《基因、理性和變化》（1981）中提出基因—文化互作進化論，認為整個人類文化領域在一定程度上依賴于遺傳控制。學術界對社會生物學褒貶不一，圍繞它所提出的人類行為的遺傳決定問題展開了激烈的爭論。這場爭論遠未完結，它所涉及的生物進化與文化進化的關系、社會生物學的哲學意義以及如何正確評價這一學說等問題也是生物學哲學研究的課題。

生物學與社會相互作用的一個引人注目的方面，表現(xiàn)為生物技術研究對倫理觀的沖擊和基因工程的社會控制及其倫理調(diào)節(jié)。生命科學技術的進步，在造福人類的同時也引發(fā)出許多社會倫理問題，向傳統(tǒng)的倫理道德觀念提出了新的挑戰(zhàn)。舉醫(yī)學領域來說，由于醫(yī)學技術以人作為直接作用對象，它所引發(fā)的倫理問題更為突出。自本世紀六、七十年代以來，國外醫(yī)學界關于死亡標準、器官移植、安樂死、重組DNA 技術以及人工生育技術種種問題的倫理學爭論，無不反映了傳統(tǒng)倫理觀的困惑和人類面臨的倫理學上的選擇。在當代新科技革命條件下，隨著生物高技術的發(fā)展，不斷涌現(xiàn)出新的倫理道德難題。被稱為生物學領域的第一“大科學”的人類基因組工程，無疑會深化人類對自身結構的認識，但這項研究也將面臨與倫理觀念相悖的嚴峻形勢。例如，由檢測基因產(chǎn)生的侵犯個人健康隱私權問題。當今在世界范圍內(nèi)受到廣泛關注的克隆綿羊“多利”的出世，更是激起了一場有關其應用前景和倫理意義的大爭論。人能否克隆？在人身上重現(xiàn)這一成就或者創(chuàng)造新的生命形式（如人獸混合體）是否合乎倫理？未來的生命科學技術怎樣與社會協(xié)調(diào)？是否應該著手進行人種改造的選擇？站在生物學哲學的高度，我們將如何回答這些問題？

參考文獻

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[4]金吾侖選編：《自然觀與科學觀》，知識出版社，1985， 第30頁。

篇8

【關鍵詞】現(xiàn)代生物技術，育種，應用

現(xiàn)代生物技術即生物工程，是以分子遺傳學為核心的現(xiàn)代生物科學技術，它采用先進的科學原理和工程技術手段，按照人們預先的設計，對生物材料進行加工、改造和模擬生物及其功能，為人類生產(chǎn)有益的生物制品、培育優(yōu)良生物品種或提供社會服務的新興技術領域。生物工程的內(nèi)容比較廣泛，我的論文主要從細胞工程、基因工程和作物誘變育種等幾個方面闡述現(xiàn)代生物技術在育種中的應用：

一、細胞工程育種

細胞工程育種是指用細胞融合的方法獲得雜種細胞，這種細胞具有高度分化的能力。對于高度分化的植物細胞仍有發(fā)育成完整植株的能力，保持著細胞的全能性。根據(jù)這個原理近幾年發(fā)展起來一項無性繁殖的新技術――植物組織培養(yǎng)技術。

組織培養(yǎng)技術的具體過程是在無菌條件下，將植物器官或組織（如芽、莖尖、根尖或花藥）的一部分切下來，放在適當?shù)娜斯づ囵B(yǎng)基上培養(yǎng)。這些器官或組織就會進行細胞分裂，形成愈傷組織。在適當?shù)墓庹?、溫度和一定的營養(yǎng)物質(zhì)與激素等條件下，愈傷組織開始分化，產(chǎn)生出植株各種組織和器官，進而發(fā)育成一棵完整的植株。它的特點是取材少，周期短，繁殖率高，且便于自動化管理。這種技術在花卉方面已經(jīng)廣泛應用并取得可觀的經(jīng)濟效益。

二、基因工程育種

基因工程育種主要指轉(zhuǎn)基因技術育種，是采用生物工程技術將一種生物基因嵌入另一種生物中。到目前為止，植物基因工程已經(jīng)在很多方面有了深入的發(fā)展，下面介紹幾種基因工程育種的方法。

（一）品質(zhì)育種。

品質(zhì)育種主要是以小麥、水稻、玉米等谷類作物為材料加以培育的，因為大多數(shù)谷類作物籽粒蛋白質(zhì)所含氨基酸不夠平衡，人體及飼養(yǎng)業(yè)所必需的賴氨酸、色氨酸、蛋氨酸等均較缺乏，所含蛋白質(zhì)的數(shù)量及質(zhì)量已不能適應日益增加的需要及食品加工業(yè)發(fā)展的要求。經(jīng)過科學家們的精心研究，目前已經(jīng)培育出來的有高產(chǎn)作物、促進健康的食品、生物改良新飼料、含抗疾病物質(zhì)農(nóng)作物、特種轉(zhuǎn)基因棉花和玉米等。

（二）抗性育種。

生物技術在農(nóng)作物育種和抗病抗逆方面的作用在進行作物品種改良時，主要是是通過增強作物對害蟲或環(huán)境條件（例如干早或土壤鹽漬）的抵抗力、或是通過開發(fā)更高產(chǎn)的植物來增加作物的產(chǎn)量。目前已經(jīng)培育的抗性作物有抗蟲作物、抗病毒作物、抗鹽堿作物、抗旱作物、抗寒作物等。

（三）固氮育種。

有些細菌具有固定游離氮的能力，特別是生長在豆科植物根部的根瘤菌能有效地將游離氮轉(zhuǎn)變可被作物直接吸收利用的氮。后來發(fā)現(xiàn)有近百種固氮微生物能通過固氮酶完成的。所以人們正致力于把其基因轉(zhuǎn)移到其它作物上去，并分離出一些有利于硝鹽吸收和利用的基因，這將大大提高肥料的吸收和利用。

三、誘變育種

人工誘變是指利用物理因素（如X射線、γ射線、紫外線、激光等）或化學因素（如亞硝酸、硫酸二乙酯等）來處理生物，使生物基因突變。用這種方法可以提高突變率，創(chuàng)造人類需要的變異類型，創(chuàng)造人類需要的變異類型，從中選擇、培育出優(yōu)良的生物品種。

我國在農(nóng)作物誘變育種方面也取得了可喜的成果，培育出了數(shù)百個農(nóng)作物新品種。這些新品種具有抗病力強、產(chǎn)量高、品質(zhì)好等優(yōu)點，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大作用。例如四倍體葡萄、四倍體番茄、含糖量高的三倍體無子西瓜和甜菜等。

另外還有一種太空育種，也叫空間誘變育種，就是將農(nóng)作物種子或試管種苗送到太空，利用太空特殊的、地面無法模擬的環(huán)境如使種子產(chǎn)生變異，再返回地面選育新種子、新材料，培育新品種的作物育種新技術。太空育種具有有益的變異多、變幅大、穩(wěn)定快，以及高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、早熟、抗病力強等特點。

四、DNA分子標記輔助育種技術

DNA分子標記輔助育種技術，是通過利用與目標性狀緊密連鎖的DNA分子標記對目標性狀進行間接選擇的現(xiàn)代育種技術。該技術對目標基因的轉(zhuǎn)移，不僅可在早代進行準確、穩(wěn)定的選擇，而且可克服再度利用隱性基因時識別難的問題，從而加速育種進程，提高育種效率。與常規(guī)育種相比，該技術可提高育種效率2-3倍。由于其明顯的優(yōu)越性，該技術已引起了發(fā)達國家的高度重視。技術的關鍵是與重要農(nóng)藝性狀緊密連鎖的DNA分子標記的鑒定。

總之，現(xiàn)代生物技術取得的進展，促進了作物育種的進程。在育種過程中需要分子生物學家和育種工作者兩者緊密結合，作到優(yōu)勢互補。分子生物學家需要育種工作者提供更新、更好的作物品種作受體，同時育種工作者需要分子生物學家提供從其他種的動、植物（如細菌、微生物等） 中克隆本品種中沒有的抗病、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)等優(yōu)良性狀基因，來改良作物品種。從事常規(guī)育種的科技工作者也可將轉(zhuǎn)基因作物中的優(yōu)良性狀基因，通過雜交手段轉(zhuǎn)育到當?shù)刎S產(chǎn)的主栽品種中，培育適合當?shù)氐呢S產(chǎn)、抗病、優(yōu)質(zhì)的農(nóng)作物新品種并應用于生產(chǎn)。

參考文獻：

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[3]王琴芳，薛愛紅，黃大。轉(zhuǎn)基因植物產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢， 中國農(nóng)業(yè)科技導報，2000，2 （6） 33～36。

篇9

[關鍵詞]科學哲學；句法觀；結構主義；理論還原

[中圖分類號]B5 [文獻標志碼]A [DOI]10.3969/j.issn.1009-3729.2013.03.006

科學哲學研究的一個重要對象是科學理論及其關系，理論還原是科學哲學的一個重要論題。句法觀與結構主義是科學哲學中的兩大理論觀：前者是以句法觀為依托的理論還原進路，追求形式化與邏輯演繹，從美國科學哲學家歐內(nèi)斯特?內(nèi)格爾的經(jīng)典還原模型到生物哲學家肯尼斯?斯蓋夫奈爾的一般還原模型、一般還原取代模型，演繹精神逐漸弱化直至失敗；后者是以結構主義為依托的理論還原進路，把科學理論看做由集合論謂詞表達的公理化的、數(shù)學化的概念框架，所謂“理論還原”就是兩個理論的數(shù)學框架同構。目前，后者是國際上探究理論還原問題的一條主要進路，而國內(nèi)在該方面的研究相對較少。探析這兩大理論觀中的還原進路，將有助于理解科學理論及其結構和相互關系等問題。

一、句法觀及其理論還原進路

按照邏輯經(jīng)驗主義的理解，科學理論是可以采用一階語言表達的、部分在經(jīng)驗上得到解釋的公理化演算系統(tǒng)。這樣，理論就是語言學實體，由一階語言的句法關系所決定，故而被稱為理論的句法觀或陳述觀。從形式上看，一個演算就是一個三元組T=。這里，L是形式語言（語句的集合），A是L的遞歸子集（演算的公理），是聯(lián)系L語句的有限集合的遞歸演繹謂詞。T的定理是依據(jù)從公理A中推導出的L語句。形式語言L的理解I是從L到{0，1}的函數(shù)，這樣，如果對于S中的所有B，I（B）=1，并且ST，那么對于T中的所有B，I（B）=1。部分理解是I的理解，I是一個部分函數(shù)，即僅依賴L的子集Dom（I）來定義。這樣，科學理論的主體應該被看做部分得到理解的演算T=。在這個意義上，公理相當于理論命題，部分演算與這些命題的經(jīng)驗基礎或檢驗結果相關。

在理論的句法觀理解中，關于還原論思想的最早論述見于美國邏輯實證主義的代表魯?shù)婪?卡爾納普。1938年，卡爾納普在《統(tǒng)一科學的基礎》中發(fā)展了“定律統(tǒng)一”的概念。所謂“定律統(tǒng)一”就是建構定律的同質(zhì)系統(tǒng)。卡爾納普認為，對于整個科學，一個學科的定律能夠從另一個學科的定律中推導出來。20年后，哲學家鮑爾?奧本海默與希拉里?普特南詳細說明了這個概念，明確提出“把科學統(tǒng)一作為一個工作假說”，從4個方面概括了還原論綱領的基本內(nèi)容，強調(diào)理論的可推導性關系。內(nèi)格爾意圖彌補可推導性所存在的鴻溝，補充了可連接條件，并給出了這兩個條件的形式化和“理論還原說”的最早、最清晰的定義，被稱為“理論還原說”的經(jīng)典模型――“還原是以一個（通常但不總是）對某個其他領域表述的理論來說明在一個研究領域中已經(jīng)確立起來的一個理論或一組實驗定律”[1]。該模型的形式化表達為：TB∧B∧ATR，其中TB、TR分別表示還原理論與被還原理論，B表示橋接原理，A表示輔助假設（可有可無），表示邏輯推導。

理論還原模型提出后，受到了諸多哲學家的批判。例如：美國科學哲學家費耶阿本德著重指出內(nèi)格爾模型中的兩個預設“邏輯演繹性”與“意義不變性”都不能滿足，美國哲學家尼克斯認為內(nèi)格爾還原模型太狹隘，英國科學哲學家菲利普?凱切爾以經(jīng)典遺傳學與分子遺傳學的具體案例否認還原的可能性。為了解決這些困難，斯蓋夫奈爾重新定義了還原，提出了理論的一般還原模型（GR）。[2]“斯蓋夫奈爾提出的理論還原模型在討論還原的文獻中起到了重要作用。”[3]一般還原模型容許還原理論與被還原理論的修正，提出了“強類似”的非形式條件。如果T*B與T*R分別為TB、TR的修正版本，那么T*B∧B∧AT*R，且TR與T*R、TB與T*B之間具有“強類似”關系?！八股w夫奈爾修正了內(nèi)格爾模型而保持了它的靈魂?！盵4]斯蓋夫奈爾的分析是一個“精致的內(nèi)格爾式的框架”[3]。該模型被廣泛采用，尤其是在生物學領域，聲稱抓住了孟德爾遺傳學到分子遺傳學的還原的本質(zhì)。但是，當代生物學哲學的奠基人之一霍爾等人注意到孟德爾遺傳學與分子遺傳學之間存在著“多―多對應”關系以及“強類似”條件難以實現(xiàn)等問題。為了應對這些質(zhì)疑，斯蓋夫奈爾提出了更精致化的還原模型：一般“還原――取代”模型（GRR）。該模型形成一個連續(xù)統(tǒng)，完全還原與完全取代分別是這個連續(xù)統(tǒng)的兩端。這樣，該模型把保留了共同經(jīng)驗領域的理論取代也看做了理論還原，模糊了理論還原與理論取代的界限。這已與反還原論者的觀點趨于一致，從而與內(nèi)格爾建立理論還原模型的初衷相去甚遠。例如，依照這種模型，氧化理論被還原為燃素理論。在化學史上，燃素理論流行100多年，最后被證明燃素是不存在的，取而代之的氧化理論才是解釋燃燒問題的正確理論。至此，這種理論還原進路已經(jīng)走進了死胡同。

鄭 州 輕 工 業(yè) 學 院 學 報 （ 社 會 科 學 版 ） 2013年

第3期 智廣元：科學哲學中的兩種理論還原進路探析

二、結構主義及其理論還原進路

“結構主義科學理論是在邏輯經(jīng)驗論的公認觀點的困難無法解決的情況下興起的?！盵5]科學哲學中的結構主義學派是由威爾考克斯?阿當斯和帕特里克?蘇佩斯開創(chuàng)，由約恝夫?史尼德、斯泰格繆勒、巴爾澤爾、穆林斯等人繼承和發(fā)展的。依照結構主義的理解，理論具有集合論謂詞表達的數(shù)學化結構，理論還原實質(zhì)上就是使兩個理論的結構同構?！巴瑯嫸x只依賴于一個理論模型的集合論特征?！盵6]（P81）這種結構概念源于布爾巴基學派的“種結構”概念。如果A、A都是非空集合，R、R分別是A與A上的二元關系，稱結構與結構同構，當且僅當，存在滿足下述條件的函數(shù)f：（1）f的定義域是A，f的值域是A；（2）f：AA是一一對應的函數(shù)；（3）對于A中的任意x與y，稱xRy當且僅當f（x）Rf（y）。1950年代，阿當斯把理論看做集合論實體，認為科學理論可以用一個對集來表示：T=，其中C、I均為有序n元組，前者由所有滿足集合論謂詞的實體組成，稱為理論的“特征集合”；后者由這些理論所應用的所有實體組成，稱為理論的“預期理解”的集合。[7]這樣，科學理論就失去了句法屬性，等同于集合論謂詞刻畫的結構，所以，這種理論觀被稱為理論的“非陳述觀”或“結構主義觀”。“我將涉及……作為語句集合的理論概念，稱之為理論的非陳述觀”。[8]隨后，蘇佩斯建議在科學哲學中放棄使用形式語言。史尼德采納了蘇佩斯的建議，發(fā)展了阿當斯的定義集合論謂詞的公理化方法，發(fā)展了這個理論的核心經(jīng)驗斷言，于1971年出版了《數(shù)學物理學的邏輯結構》一書，這標志著科學哲學中結構主義流派的出現(xiàn)。斯泰格繆勒進一步發(fā)展了史尼德的觀點，著重發(fā)展了理論的動力學觀點。1987年，史尼德、巴爾澤爾、穆林斯三人合作出版了《科學的構造設計――經(jīng)驗知識局部和綜合的結構》一書，“這本書被稱為‘結構主義的綱要’”[9]，標志著結構主義已經(jīng)成為科學哲學中一個有極強競爭力的研究綱領；1996年和2000年，三人又合作出版了《科學的結構主義理論：核心問題與新的成果》和《結構知識的再現(xiàn)：范例》，發(fā)表了關于結構主義的一系列論文，此后結構主義日益豐富并不斷發(fā)展。

從方法論上講，庫恩、拉卡托斯與勞丹一樣，結構主義者的考慮對象不僅是單個理論，還包含理論演化以及由此形成的整個理論序列。最初，阿當斯用還原表達理論之間的關系，史尼德采用這個概念處理庫恩的常規(guī)科學與科學革命的概念以及理論之間的關系。斯泰格繆勒沿用了這個提議，重點處理了發(fā)生科學革命的理論之間的關系。后來，巴爾澤爾、穆林斯與史尼德等人進一步闡述了理論還原問題。

我們首先來看阿當斯的理論還原模型。阿當斯在《剛體力學的公理化基礎》（1955年）和《剛體力學的基礎與從粒子力學的定律中推演剛體力學的定律》（1959年）兩篇論文中討論了理論還原問題。在分析熱力學到統(tǒng)計力學的還原案例時，阿當斯依據(jù)他的理論觀，提出了理論還原的形式條件，并認為這些條件適用于任何還原。如果T=，T*=，T被還原到T*，用ρ表示兩者的還原關系，當且僅當：（1）如果i∈I，那么存在i*∈I*，使得iρi*；（2）如果c*∈C*且cρc*，那么iρi*。條件（1）被稱為可連接性條件，如果基于關系ρ，T被還原到T*，那么對于T中i的任一預期理解，一定存在T*中i*的相應預期理解，使得i與i*具有關系ρ；條件（2）被稱為可推導性條件，如果實體c*滿足與T*相關的集合論實體，并且c與c*具有關系ρ，那么c將滿足與T相關的集合論謂詞。大致地，如果一個對象滿足“理論T*的定律”，并且其他對象與這個對象具有關系ρ，那么其他對象也將滿足“理論T的定律”。（1）與（2）結合表明，所謂“理論還原”就是實現(xiàn)兩個理論的同構，都具有的結構形式；并且，如果T被還原到T*，那么，若T*是正確的，則T也是正確的。阿當斯把這個結論稱為“正確性結果”，并把它看做“這是我們對還原的直覺要求”[10]。阿當斯的這些還原論述主要存在三個問題：一是許多還原的傳統(tǒng)案例不滿足阿當斯的還原分析，二是沒有詳細地考慮還原關系的“語義本質(zhì)”，三是沒有考慮不同的還原類型。第一個方面批評了阿當斯還原分析的核心，后兩個方面批評了阿當斯還原分析的不完備性。例如：阿當斯的“正確性結論”難以成立，因為可推導性的要求太強。

1970年代，史尼德與斯泰格繆勒發(fā)展了阿當斯的理論觀，認為經(jīng)驗科學的最基本單位是理論元素，即T=。其中，K被稱為“理論核心”，是一個純粹形式化的數(shù)學結構，K=，這里Mp是T的可能模型集；Mpp是T的部分可能模型集；r是一個“剔除”Mp中的理論內(nèi)容得到Mpp的“限制函數(shù)”，即Mpp=r[Mp]；M是T的模型集（MMp），C是對于可能模型集Mp的約束；I是理論的預期應用域，是不能完全形式化的部分。理論元素之間形成了復雜的理論網(wǎng)絡進而構成整個科學理論體系。他們接受阿當斯的還原論述，并用來處理歷時態(tài)的理論還原關系，包括庫恩所稱的“科學革命”?！埃ㄊ纺岬拢慕Y構主義角度對科學理論重新進行形式化的研究，而且以此來處理歷史學派的理論發(fā)展觀。他試圖將邏輯和歷史，形式化和非形式化有機地結合起來?！盵11]他們認為理論的發(fā)展就是舊理論不斷發(fā)展，最終成為新理論的一部分。如果兩個理論的理論元素之間存在著還原關系，當且僅當Mpp與M*pp存在著一與多的關系，使得T的預期應用同T*的預期應用相關聯(lián)，并且T的預期應用包含在T*相關的預期應用之中?！八固└窨娎盏倪€原概念源于阿當斯與史尼德的工作。依據(jù)這條進路，還原關系能夠被看做匹配關系，通過它們的潛在模型之間的關系，聯(lián)系兩個理論的概念結構?！盵12]但這種還原論述仍然存在著很多缺陷。艾耶爾批判了史尼德和斯泰格繆勒對還原的闡述，并對他們的這些定義作出了一些修改；而斯泰格繆勒和一些人斷言：史尼德的論述應該被拓展，納入較弱的近似還原的概念。這些批判意見都被考慮進了1980年代的還原理論中。

1980年代，巴爾澤爾與史尼德、斯泰格繆勒等進一步發(fā)展了結構主義的理論還原觀，分別于1982年和1987年提出了兩個版本的結構主義還原理論。[8]起初，他們把構建科學理論的理論元素看做有序5元組，T=；后來他們把理論元素理想化，表述為有序6元組，T=，稱之為“理想化理論元素”，這里，Mp、M、Mpp與I的含義沒有變化，Q是對于可能模型集Mc的約束，GC是Mp的整體約束，GL是Mp的整體聯(lián)系。我們給出后一版本的理論還原模型――假設T、T*是理想化的理論元素，T=，T*=，如果T能夠直接還原到T*，當且僅當存在關系ρ，并且ρ滿足下述公式：

（1）ρM*p×Mp；

（2）rge（ρ）=Mp；

（3）x*，x（x*∈M*∧x*ρxx∈M）；

（4）X*dom（ρ）（X*∈GC*ρ[X*]∈GC）；

（5）x*，x（x*∈GL*∧x*ρxx∈GL）；

（6）y∈Iy*∈I*x∈Mpx*∈M*p（x*ρx∧r（x）=y∧r*（x*）=y*）。

這樣，“還原關系本身實質(zhì)上是從被還原理論T的部分可能模型的集合Mpp的子集到還原理論T*的部分可能模型的一多對應（即函數(shù)變換）”[13]。與阿當斯的還原模型相比，這個還原模型中的理論元素M與阿當斯定義中的C，公式（1）（4）分別與阿當斯模型中的（1）（2）大致相對應――雖然這一模型遠比阿當斯的模型復雜。這個模型不僅考慮了理論的預期應用、理論的理想化因素，還考慮了理論的整體約束和整體聯(lián)系等。

三、兩種還原進路的對比

按句法觀，科學理論的最基本特征是概念或陳述之間的邏輯關系――句法關系。按結構主義，科學理論最基本的特征是集合論謂詞闡述的數(shù)學結構之間的關系?！皬男问降挠^點來看，這條進路的本質(zhì)是把集合論的公理增加到初等邏輯的框架內(nèi)，然后，在這種集合論的框架內(nèi)使科學理論公理化?！盵6]（P44）對比句法觀與結構主義的理論還原進路，可以發(fā)現(xiàn)：

其一，理論觀決定了理論還原觀，理論的結構主義優(yōu)于句法觀。理論的句法觀蘊含了兩個預設：一是理論命題是通過假設――演繹方法來證明的，二是演繹推理具有形式化的特征。從卡爾納普的“定律統(tǒng)一性”到內(nèi)格爾理論還原模型以至斯蓋夫奈爾的GR、GRR模型，都追求邏輯演繹關系。“所有的理論，都能以一階語言表述――有個很大的障礙。即使不是不可能，也存在著極大的困難。由此形成的綱領……誤導了科學哲學很多年?！盵14]結構主義的理論觀或稱非陳述觀能夠更精確地表達更多的理論――從數(shù)量上講，它的使用范圍非常廣泛，適用于從所有的經(jīng)驗學科如物理學、化學經(jīng)由生物學、神經(jīng)生理學與心理學到社會學、經(jīng)濟學和行政學科等；從根本上講，結構主義具有的非常明晰的概念框架，能夠很精確地進行科學結構的表達。“這樣精確化的表達方式，適用于這么廣泛的范圍，沒有任何其他類似的方法可以與之相比擬?！盵15]兩者相比，結構主義理論觀具有三個優(yōu)點：首先，結構主義理論觀采用集合論謂詞表達理論及其關系，既能自然地排除庫恩“常規(guī)科學”概念中的非理性因素，又能有效地刻畫庫恩的“科學革命”概念及其理論關系?！斑@實質(zhì)上是下面的兩個斷言：（a）在陳述觀中庫恩被看成非理性的，而斯泰格繆勒的方法則沒有這種含義；（b）陳述觀中出現(xiàn)的問題（理論術語問題、先驗因素問題與不可通約性問題等），在非陳述觀中沒有出現(xiàn)。”[16]其次，結構主義還原進路強調(diào)理論的結構不變性，能夠?qū)碚撝g的關系作出更恰當?shù)奶幚怼Ｋ^“理論同構”只是不同理論具有相同的數(shù)學結構即集合論謂詞結構，而抽象的數(shù)學結構具有普適性，能夠在理論轉(zhuǎn)換時仍然保留下來。所以，結構主義還原進路避免了堅持拉卡托斯科學研究綱領理論的困難，而保留了它的思想精髓。再次，結構主義進路融合了理性因素和非理性因素，這就排除了陷入理性一元論與理性傳統(tǒng)假定――只有單一的科學理性的源泉――的危險?！敖Y構主義在當代科學哲學的研究中確立了形式化與非形式化、邏輯與歷史相結合的方式，確實成為一個令人注目的研究綱領?！盵17]

其二，兩種理論還原進路經(jīng)歷了相似的發(fā)展過程。最初，兩種理論還原模型的兩個形式條件是相似的，都包括可連接性條件和可推導性條件，都強調(diào)可推導性，要求被還原理論與由還原理論導出的理論完全一致?！斑@是一個內(nèi)格爾、阿當斯與史尼德所支持的基本的觀念：被還原理論的定律能夠從還原理論中推導出來?！盵18]后來隨著模型的發(fā)展，都容納了還原理論與被還原理論的修正和近似。不同的是，句法觀中的理論還原仍堅持追求共時態(tài)的邏輯演繹性，而結構主義理論觀中的理論還原追求理論結構的不變性。

其三，結構主義還原進路包含了句法理論還原觀的邏輯演繹性的優(yōu)點，又容納了它所不能包含的歷時態(tài)的理論變化過程，具有更好的發(fā)展前景?！敖Y構主義對當代科學哲學的重要貢獻也許在于提出了用靜態(tài)的形式化結構處理科學理論動態(tài)發(fā)展的思想?！盵17]“結構主義者表達了還原在直覺上的必要條件（desiderata），在精神上它很接近于凱梅尼與奧本海默（1956），內(nèi)格爾（1961）與亨普爾（1969）的經(jīng)典還原論述。”[19]邏輯經(jīng)驗主義的還原進路包含了理論的修正、近似等而走向死胡同，而結構主義還原進路包含了上述內(nèi)容且不斷煥發(fā)出新的生機。穆林斯在1996年提出了新的結構主義理論[9]，把科學理論理解為7元組，T=，其中Mp，M，Mpp的含義不變，C表示約束的集合（聯(lián)系同一個理論的不同模型的條件），L表示聯(lián)系的集合（聯(lián)系不同理論的模型的條件），A表示可容許的模糊的集合（不同模型之間能夠接受的近似程度）。這樣，科學理論模型就可能包含表達理論的模糊集合的模型之間的近似度。不僅如此，結構主義理論觀還提出了科學理論的三層結構：理論元素、理論網(wǎng)絡、理論整體子。理論網(wǎng)絡表示由理論元素及其關系構成的整體，理論整體子表示由“本質(zhì)性”關系使復雜的理論網(wǎng)絡緊密結合在一起而形成的整體。這表明結構主義理論還原觀還有很大的發(fā)展空間。

[參 考 文 獻]

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篇10

1氧化亞鐵硫桿菌的生理特性

氧化亞鐵硫桿菌(Thiobacillus ferrooxidans):是生物濕法冶金過程主要的浸礦菌種。這種菌系短桿菌,很小,0.3～0.5×1.0-2.0um,圓鈍末端,以單個、雙個或幾個成短鏈狀存在。是一種化能自養(yǎng)菌,專性好氧,嗜酸性,廣泛生活在金屬硫化礦和煤礦的酸性礦坑水中。最適生長溫度25℃～30℃。生長在pH1.4～6.0之間,最適pH2.0～2.5。T.f以氧化亞鐵、元素硫以及還原態(tài)的硫化合物等來獲得生命過程所需的能量,以空氣中的二氧化碳為碳源,以氨或銨鹽為氮源。有鞭毛,能快速游動,革蘭氏染色陰性。在9K固體培養(yǎng)基上呈紅棕色菌落,近桿形[5]。

2氧化亞鐵硫桿菌的氧化機理

自20世紀60年代以來,因為它們具有特殊的生物學功能,吸引了許多學者對T.f和T.t的生理特性進行了研究。許多研究表明,T.t利用單質(zhì)硫的能力比T.f強,但T.t不能利用硫酸亞鐵。Wong和Henry對氧化硫酸亞鐵的機理進行了詳細的研究,指出能將亞鐵氧化成三價鐵,三價鐵會與硫酸根離子發(fā)生反應產(chǎn)生鐵礬沉淀,同時產(chǎn)生硫酸而引起pH的下降:

4FeSO4+02+2H2SO42Fe2(SO4)3+2H2O

(1)

6Fe3++4SO42-+12H2O2HFe3(SO4)2(OH)6 +10H+(2)

Templellvl和Leathen等人研究發(fā)現(xiàn)氧化亞鐵硫桿菌能將礦物中的硫化礦物氧化為硫酸和硫酸鹽。Bryne等對T.f氧化硫化礦物的機制進行了詳細的研究。并提出了一些常見礦物的主要反應機理,如黃鐵礦和黃銅礦:

2FeS2+702+2H202FeSO4+2H2SO4

(3)

4FeSO4+02+2H2SO42Fe2(SO4)3+2H20

(4)

CuFeS2+402CuS04+FeSO4 (5)

2Cu2S+02+2H2 SO42CuS+2CuSO4+2H20

(6)

CuS+202CuS04(7)

3微生物分子生態(tài)學研究的一般方法和原理

微生物分子生態(tài)學是分子生態(tài)學的重要組成部分,是分子生物學、微生物生態(tài)學、微生物生理學與遺傳學相互結合而產(chǎn)生的一門邊緣學科。從目前的發(fā)展狀況來看,當前的主要研究領域有:采用分子生物學技術研究不同自然環(huán)境中微生物的種類組成和群落結構以及它們的數(shù)量動態(tài)；環(huán)境因子對微生物基因表達的影響:自然條件下微生物之間遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移:微生物與高等生物相互作用的分子機制,包括共生關系的建立、病原微生物的致病機制等。因此,微生物分子生態(tài)學是利用現(xiàn)代分子生物學的基礎理論與技術,在分子水平上,研究微生物與其生態(tài)環(huán)境間相互關系的一門新興學科。

3.1 一般研究方法

(1)平板涂布分離。

(2)顯微鏡觀察:普通光鏡、相差顯微鏡、透射電鏡、掃描電鏡。

(3)MPN法,即最大或然值計數(shù)法,是平板涂布分離法的一種,但由于廣泛應用,被單獨作為微生物研究的一種技術。

(4)活菌計數(shù)法,常見的用啞嚨橙染色,活菌死菌顏色不一樣。

3.2 分子研究方法

(1)純種分離,G+C測定、16SrDNA, ISR測序、比對。

(2)變性梯度凝膠電泳(DGGE),通用引物PCR擴增同樣長度的基因,常為16S的一段(300bp～400bp),割膠純化、克隆測序,比對變性梯度凝膠電泳((DGGE)技術以土壤微生物群體的基因組DNA為研究對象,通過比較不同土壤中各種微生物的16SrRNA基因信息來了解微生物的多樣性。

(3)FISH熒光原位雜交,設計不同熒光染料標記的特異探針,檢測不同分類界元水平的細菌,可在細胞水平或者核酸水平與目標菌種雜交,在表面熒光顯微鏡或者CLSM(共聚焦激光掃描顯微鏡)下監(jiān)測。

(4)TRFLP,末端限制性長度多態(tài)性。

(5)ARDREA.RISA。

(6)流式細胞儀計數(shù)。

(7)Real-time實時熒光定量PCR監(jiān)測技術。

(8)克隆轉(zhuǎn)化法:通用引物擴增從水樣、土樣中提取得總DNA,獲得全長的16S rDNA序列,隨機克隆入載體,轉(zhuǎn)化到大腸桿菌,挑取陽性菌落,用不同的限制酶酶切檢測不同的克隆,測序、比對。

(9)DNA芯片技術,主要用來研究微生物的功能基因組學。

4本論文的立論依據(jù)

AMD的pH通常很低,嚴重的地方可達pH2.0,富含SO42-離子和Fe3+離子,易浸出廢礦石中的有毒元素,如鉛、砷、鉻、銅等以及氰化物,對礦業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境造成嚴重危害,所以就AMD的研究越來越重要。我國自1959年以來,對微生物處理污水的技術的研究已取得了一定的成果,但重點放在污水菌種的保藏的研究方面,而且就整體情況而言與國外相比要差的遠,在污水處理微生物生物學方面的研究相對于前者明顯滯后。不僅設備、工藝落后,更主要的是對微生物本身沒有作進一步的研究,缺乏對菌種生物學性狀較為全面的認識,譬如菌種的生理、生化性狀以及分類地位的了解,缺乏對菌種分子水平上的認識及其在污水處理過程中菌種所參與的機理等的研究,因而也就不能很好的指導生產(chǎn)實踐。從目前發(fā)表的一些較為零碎的文獻及幾本專著看出,在酸性污水中細菌的研究方面,生物領域的科技工作非常薄弱,主要是一些污水治理方面的專業(yè)人員在從事相關研究。

目前,我國對浸礦細菌的資源開發(fā)工作做的遠遠不夠,根據(jù)國內(nèi)外文獻報道,用于處理酸性污水的細菌有氧化硫硫桿菌(A.Thiooxidans)和氧化亞鐵硫桿菌((Acidithiobacillus ferrooxidans);鉤端螺菌(Leptospirillum)、中等嗜高溫菌,如文獻報道的硫化桿菌屬(Sulfobacillus),如熱氧化硫化桿菌(Sulfobacillus thermosuidooxidan)以及一些未確定分類位置的細菌、嗜酸嗜高溫古細菌等。就細菌遺傳多樣性、系統(tǒng)學研究工作來說,目前國內(nèi)發(fā)表的文獻主要集中在放線菌、根瘤菌、嗜鹽堿的古菌方面,對硫桿菌其他浸礦細菌的多樣性及系統(tǒng)發(fā)育工作而言,國內(nèi)尚見較為系統(tǒng)的報道。因此,對硫桿菌及其它浸礦細菌的多樣性研究就很有必要。

(1)硫桿菌(Thiobacillus)及其它嗜酸菌分子系統(tǒng)學研究目標及意義。

在地球表面廣泛分布有元素硫及其金屬化合物而形成的許多特殊環(huán)境,如硫鐵礦、地表及海底的含硫熱泉等。近年來,由于各國微生物學家對極端環(huán)境條件中的微生物資源的研究開發(fā)成為一個熱點,使得硫鐵礦、含硫熱泉等酸性條件中的微生物多樣性的研究取得了較快的進展,發(fā)現(xiàn)了許多生理生化性狀特殊的細菌,其中有些歸屬于硫桿菌,有些目前還未確定其系統(tǒng)位置。分子生物學技術在含硫的酸性環(huán)境微生物系統(tǒng)學、生態(tài)學研究中的廣泛應用,不僅發(fā)現(xiàn)了許多常規(guī)技術不能發(fā)現(xiàn)的新細菌,也對這些細菌的分類及系統(tǒng)學地位的確定提供了有力的手段,同時對一些已知細菌的分類及系統(tǒng)位置進行了修訂,使得傳統(tǒng)意義上的硫桿菌分類更趨合理,盡量可以建立一個亞利士多德所謂的接近于自然的分類體系。對氧化亞鐵硫桿菌系統(tǒng)學地位的確定不僅具有重要的理論意義,對指導細菌浸礦等生產(chǎn)實踐中優(yōu)良菌株的選擇也具有直接的應用價值。我國地域廣闊,各種含硫的礦產(chǎn)資源及自然生態(tài)環(huán)境非常多樣化,蘊含著非常豐富的代謝硫的細菌資源,而倍受國外微生物學家的關注,因此加大這些細菌資源的開發(fā)和研究力度,將為這些細菌的生產(chǎn)應用實踐奠定理論基礎。本課題研究的目標之一就是大量開發(fā)我國不同酸礦環(huán)境中的微生物資源,尤其是一些硫氧化細菌及其這些細菌的分子系統(tǒng)學的研究。

(2)不同環(huán)境中嗜酸菌的遺傳多樣性研究及其意義。

由于Acidithiobacillusferrooxidans,A.thiooxidans,A.caldus, Leptospirillumferroo xidans這幾種細菌能夠氧化亞鐵、還原性的金屬硫化礦,目前被廣泛應用于微生物濕法冶金、煤和天然氣脫硫、酸性礦區(qū)的生態(tài)恢復治理、污水處理等技術,使得這些細菌成為微生物學家研究的熱點之一。但是由于硫礦的化學組成不同與含硫酸性環(huán)境在地球上的生態(tài)分布與多樣性極其復雜,使得這類細菌同一種不同菌株的生理生化性狀表現(xiàn)出顯著的不同,形成了表型差異明顯不同的菌株,同時造成這些細菌不同菌株的遺傳組成差異顯著,即所謂的遺傳多樣性,利用分子生物學技術研究這些細菌的遺傳差異,不僅有助于篩選、鑒定出性狀明顯不同、在浸礦實踐中針對不同化學組成的礦體表現(xiàn)高效的菌株,反過來也可以從物種進化上闡明不同環(huán)境造成的選擇壓對細菌進化的作用以及細菌對環(huán)境的適應性,進一步對表型差異懸殊、介于相似種之間的菌株的系統(tǒng)學地位重新進行研究修訂,并且有助于闡明自然界廣泛分布的許多代謝硫、鐵有關的細菌的起源及進化關系。目前,雖然微生物冶金基礎研究被列為國家973重點基礎發(fā)展計劃,但我國在浸礦細菌的生物學基礎研究方面所作的工作幾為空白,對這些細菌的多樣性有待進一步研究挖掘。從世界各地大量采集分離純化菌株,進一步闡明這些細菌的分子系統(tǒng)學及進化關系,從遺傳多樣性的角度選擇優(yōu)良菌株,為應用于生產(chǎn)實踐提供理論基礎。

由于我國生態(tài)環(huán)境多樣性非常豐富,存在各種各樣的富含金屬及硫化合物的生態(tài)環(huán)境,因此有可能分離到生理及遺傳差異明顯的不同菌種,存在非常豐富的種以上水平和種下水平的多樣性。但到目前為止,國內(nèi)對嗜酸細菌物種多樣性和遺傳多樣性的研究幾乎為空白,基于此這兩個細菌多樣性的研究是本課題的主要目標之一。

5前景展望

在研究的基礎上,進行微生物優(yōu)勢群落的生理生化分析和限制多態(tài)性分析,可繼續(xù)進行礦區(qū)酸性污水微生物類群多樣性的研究,進而研究礦區(qū)酸性污水微生物類群的結構和分布的特異性,進而確定這些菌株分類學和系統(tǒng)發(fā)育學地位。由于條件有限,本研究許多方法、步驟還有待改進和完善(比如在提取污泥中細菌的方法上我們有待改進),在未分離和測序的種群中,還蘊藏著豐富的微生物資源,需要進行進一步的研究。隨著工業(yè)污水微生物資源研究理論的發(fā)展和研究技術的完善,人們必定從工業(yè)污水微生物中獲得矚目成果,更好地為人們的生產(chǎn)生活服務。

參考文獻

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