分子遗传学基因的概念精选(九篇)
前言：一篇好文章的诞生，需要你不断地搜集资料、整理思路，本站小编为你收集了丰富的分子遗传学基因的概念主题范文，仅供参考，欢迎阅读并收藏。
第1篇：分子遗传学基因的概念范文
关键词：遗传学 教学改革 生物教学
遗传学是生物学的重要组成部分，也是高中生物学教学中的重点和难点内容。如何编好这部分教材，深入浅出地向学生传授遗传学知识，是许多生物学教育工作者致力于探索的课题。本文拟结合近期的教学实践和对几本较新版的美国高中生物教材的初步研究，从以下几个方面谈谈对新编高中生物必修教材中遗传学部分编写的一些想法。
一、教材体系的编排
现行高中生物必修教材中，第五章讲授《遗传和变异》。首先讲述现代分子遗传学的基础知识，即基因的本质、复制和表达，然后介绍孟德尔的经典遗传学工作，即分离规律和自由组合规律，用现代遗传学理论分析这两个遗传规律的实质。有人对这种编排体系提出了不同看法，认为应该参照高等学校教材《遗传学》的编写顺序，遵循遗传学的发展史，先介绍孟德尔的经典遗传学，再讲述现代分子遗传学，这样才更符合人们的认知规律，有助于学生了解科学家研究问题的思路和方法，有利于培养学生探索性思维的能力。
中学生物教学在培养目标和课程设置等许多方面与大学教学不同。大学教育培养的是高层次的专业人才。在大学里，《遗传学》专业课常常开设一年的时间，讲授的内容非常深。而高中生物必修课是为高中生将来就业或继续深造打基础的，讲述的是最基本的生物学知识。遗传学的内容作为高中生物课的一个组成部分，所占课时数非常有限，一般只讲授十几个课时。因此，我们在考虑教材体系的编排时，要认真研究教学大纲的要求和高中学生的年龄特点，按最有利于学生有效地获取知识的方式进行教材体系的编排。ト绻教材先讲述孟德尔的工作，用孟德尔假设的“遗传因子”来解释遗传规律，那么在讲述了基因的本质之后，还得用现代遗传学的“基因”概念从分子水平再次进行解释，才能给学生一个完整的、迄今为止人们所获得的对遗传规律实质的认识。但是第二次的解释由于受课时和学生的接受能力等因素的制约，难以在问题的实质上比第一次解释得更深刻，从而不可避免地导致了知识的简单重复。现行教材在揭示遗传规律的实质时，因为已经有了现代分子遗传学的知识做基础，所以给学生介绍的是这一领域的许多科学家多年来研究成果的经验总结，为学生高效地获取前人智慧的精华创造了条件。
由此可见，新编高中生物必修教材中遗传学部分的内容编排还是应该以现行高中生物必修教材的体系为基本框架，在新颁布的高中生物教学大纲的指导下做适当的改革和调整，不宜做大的改动。
二、教材内容的选取
教材内容的选取是否适当，是影响教材质量的重要因素之一。一部高质量的教材，其教学内容必须符合党和国家的方针政策，符合教学大纲规定的各项要求，适应培养21世纪我国社会主义现代化建设的各类人才的需要。因此，我们在确定高中生物必修教材的内容时，需要考虑下面几个问题。
(一)教材内容要进一步加强思想教育，把科学性和思想性更好地统一起来
思想教育切忌空谈泛论、牵强附会和简单说教，而应渗透在具体的教材内容中，结合生物学基础知识的讲述，认真地向学生进行辩证唯物主义观点和爱国主义思想教育。例如，现行教材在讲述DNA是遗传物质的证据时，介绍了噬菌体侵染细菌的实验，这个实验有力地证明了DNA是遗传物质，但美中不足的是，它在证明染色体的另一个重要组分蛋白质不是遗传物质上，似乎显得说服力不够。如果新编教材从论证是否两个方面来说明问题，必将有助于学生辩证唯物主义世界观的形成和严谨的科学思维方法的掌握。又如，我国在遗传育种方面硕果累累，如果在教材中多介绍一些我国科研人员的工作，对培养学生的爱国主义精神是很有好处的。
(二)从21世纪对高素质人才的需要出发，认真选取传统的和现代的生物科学基础知识
生物课程是普通高中开设的一门学科类基础课程，因此，新编高中生物必修教材在精选基础知识时，应该适当充实一些有关生物科学新进展的内容。美国教材比较注意知识的更新，以遗传学部分为例，《现代生物学》中介绍了“人类遗传学”、“基因表达的调控”、“人工育种”和“基因操作”。《生物学》和《生物学研究生命的科学》中都介绍了“基因表达的调控”、“人类遗传病”和“遗传工程”，这些内容都是近些年来生物科学前沿领域取得的新成果。根据我国普通高中生物必修课设置的情况，新内容不宜增加得太多，应该精选一些与学生将来参加现代生产和进入现代生活关系最密切的知识。例如，随着生活水平的提高，人们越来越重视改善人口质量，人口质量的改善要从胚胎时期抓起，胚胎时期的遗传病诊断和治疗是贯彻我国的优生政策、提高人口素质的重要措施之一，因此，新编教材的遗传学部分应该像高中生物教学大纲的规定那样，增加“人类遗传病和优生”的内容。
第2篇：分子遗传学基因的概念范文
关键词：高中生物课程；“遗传与进化”模块；逻辑体系；小进化
Abstract: The theoretical system of modern genetics is axiom system with scientific truth as the logical starting point. At the same time， the development of genetics provide logical basis for the research of small evolution. The content system of hereditary and evolution module in The Biology Curriculum Standards in General Senior Middle Schools（experimental edition） is constructed according to logical regulations. In the developmental courses of genetics and evolutionism， scientists have used many scientific ways which have very high educational values for scientific realization. Teaching materials could be written in accordance with logical lines or with historical lines of subject development， which has its own significance . And the combination of abstract thinking and thinking in images shows the important values of thinking training in this module.
Key words: biology in senior middle schools； hereditary and evolution module； logical system； small evolution
关于生物课程内容体系的建构，作者曾在《高中生物课程内容建构及稳态与环境模块的分析》一文中作过讨论，认为像“遗传与进化”模块的内容，可以按形式逻辑的方法，确定若干科学事实或概念作为逻辑起点，通过演绎推理构建一个公理化的体系。[1]本文拟对此做一具体分析。
一、现代遗传学理论的构建
科学研究首先要通过观察和实验获得感性认识。孟德尔正是通过豌豆杂交实验，获得了大量经验材料。但是，感性材料的获得只是认识的第一步，认识的真正任务在于达到理性认识。这就需要用科学的方法去处理这些材料。如何处理？首先要概括总结出这些经验材料所反映的事物的本质和变化规律。这需要科学抽象。所谓科学抽象，就是人们运用思维能力，透过事物的各种现象，抽取出事物的本质属性及其变化发展规律。科学抽象是一个复杂的思维过程。第一步是以经验材料为基础形成概念，就是从“感性上的具体”上升到“抽象的规定”。所谓“感性上的具体”，就是人们在科学实践中形成的混沌的表象；所谓“抽象的规定”，就是通过一定的方法抽象出事物的本质属性。孟德尔正是从豌豆大量具体的遗传性状（如花的颜色、子叶是否饱满、植株的高矮等）中，抽象出“相对性状”的概念，并进一步把它区分为“显性性状”和“隐性性状”。第二步，是运用概念进行判断和推理，建构规律、原理，就是从“抽象的规定”上升为“思维中的具体”。“思维中的具体”不同于“感性上的具体”，感性材料已不再是各种事实的混沌的总和，而是受一定规律支配的有组织的知识。孟德尔就是依据显性性状和隐性性状等概念，总结出了分离现象和自由组合现象。整个过程从逻辑方法的角度看，是一个归纳推理的过程：前提是若干科学事实，结论是从前提中通过推理得到一般规律。在科学认识活动中，科学抽象与逻辑方法是同一认识过程中的两个侧面。一方面，认识过程是一个不断抽象形成科学概念的过程；另一方面，认识过程是一个运用逻辑方法进行判断和推理的过程。
认识了分离现象和自由组合现象后，孟德尔没有停步，他开始建立遗传因子假说。在科学研究中，当对科学事实的认识达到一定程度后，就必须通过理论思维的能动作用，运用各种理论思维方法进行整理和加工，建立科学假说。这是将研究引向深入的重要环节和一般方法。在孟德尔所处的时代，科学界盛行的理论思维方法是牛顿的方法。牛顿在《自然哲学的数学原理》中提出的第一条科学方法规则，就是简单性原则。[2]对“简单性原则”概念的界定，学术界至今尚无一致意见。牛顿和孟德尔所运用的简单性原则的含义，是事物内部的简单性，即认为在对自然的认识中，最简单的解释总是比较可取的。正如爱因斯坦所说：“我们所谓的简单性，并不是指学生在精通这种体系时产生的困难最小，而是指这种体系所包含的彼此独立的假设或公设最少。”[3]近代科学中，道尔顿首先在19世纪初按照简单性原则，把宏观的、高层次的、凭感官能觉察但认识还不够清楚的化学物质的多样性、复杂性，分解成数量无限多而种类比较少的微观的、低层次的、感官不能直接察觉的物质最小微粒──原子（当时道尔顿的认识），再以原子之间的相互联系和相互作用，来理解、说明、解释化学物质的形态、结构、功能和属性的无限多样性、复杂性，达到对化学物质和化学变化的全面、深刻的认识，从而奠定了现代化学的基础。孟德尔在创建其遗传因子假说的过程中，有否借鉴道尔顿的原子论认识模式，我们不得而知。但他运用简单性原则取得了成功。他建立了遗传因子成对存在的模型并创造了符号体系予以表达，以有限种类基因的无限组合，解释了无限种生命形式的存在。
假说虽然具有一定的事实基础和知识依据，但毕竟不同于科学理论，它带有一定的猜测性和或然性。因此，在建立起假说后，孟德尔又运用演绎推理以测交实验验证其遗传因子假说。演绎推理是进行逻辑证明的一种重要方法，是运用一般原理对具体事物进行推论并作出科学预见和发展科学理论的必要环节。
由此可见，孟德尔工作的开拓性，除了正确选择材料和采用统计方法，更重要的是巧妙地抽象出科学概念，建立假说，创造符号体系予以表达并与有计划的实验相结合。这种方法自伽利略和牛顿以来在物理学中一直被使用，但在当时的生物学中无人知晓。这可能是孟德尔的工作没有被与他同时代的最优秀的生物学家所认同的原因。但正是这种方法的建立使遗传学不断取得进展并成为一门真正的科学。
从逻辑方法来分析，遗传因子假说的逻辑起点是分离现象的自由组合现象，概括得出这两个现象时孟德尔使用的归纳方法是简单枚举法，即根据若干对象都具有某种属性而无一反例，于是推论得出该类对象都具有这种属性的结论。简单枚举归纳法得出的结论带有某种程度的或然性，不能作为科学理论来使用，只能提供尚需进一步加以研究和验证的一种假定。为了从根本上提高结论的可靠性，必须努力发现某种属性与某类对象之间的必然联系。如果能够确定某属性是该类对象所必然具有的，那么其推论就最终成立了。这样，推理方法也就由简单枚举法过渡到科学归纳法了。细胞遗传学和分子遗传学的成果，最终证明了孟德尔假说的正确性，因为它们根据对遗传现象和遗传物质之间必然联系的认识，推定分离规律和自由组合规律具有普遍性。至此，孟德尔假说才被确立为遗传学理论。
其实，经过分子遗传学的建立这一场“科学革命”后，现代遗传学的“范式”与经典遗传学已经完全不同了。现代遗传学的逻辑起点是三个方面的科学事实，一是有性生殖细胞的形成和受精作用（特别是这些过程中染色体的变化）；二是DNA是主要的遗传物质，每个染色体都是由特定的DNA链和蛋白质组成的；三是遗传物质对遗传信息的储存、传递和表达（分子遗传学中心法则）。通过对这三方面所发现的科学事实的综合，建构起了现代遗传学理论。而前面所述的遗传学的发生发展过程，已经成为历史。
二、进化理论构建的科学方法
达尔文进化论包括两方面的内容，一是肯定生物是进化的，二是说明生物进化的机理。对于“生物是进化的”这个结论，达尔文在自己的环球考察和前人研究的基础上，收集了大量的材料，主要运用归纳法得出。后来，又有越来越多的发现提供了新的证据。迄今未遇到反例。因此可以说，自1859年达尔文的《物种起源》发表后，进化论取得了胜利。对“生物进化的机理”，达尔文用自然选择理论解释。现在有许多异议，但尚未有一个理论可以取而代之。对此，我们从科学方法的角度做一分析。
自然选择理论的逻辑起点是四个科学事实：过度繁殖、遗传变异、生存斗争和隔离。达尔文以它们为基础，通过与人工选择的类比，依据因果关系而建立起理论体系。在作为逻辑起点的四个科学事实中，过度繁殖和生存斗争，可以通过观察直接证实；对遗传变异，现代科学研究也已充分证明，在各种生物中都发现了大量的突变，遗传多态现象（polymorphism）广泛存在；隔离阻断了基因交流，对于小种群来说，确实能使物种分化，这已成为珍稀动物保护中建立“种群通道”的理论依据。现在的争议在选择理论。达尔文的自然选择理论是通过与“人工选择”的类比而建立的，因此仅仅是一种推断。人工选择是在有限范围内进行的，而且是实验上可控的原理。把这样一种原理扩展成普遍意义上的原理，是否可以？而且到目前为止，人们除了在多倍体植物中发生的一些例子外，在可以观察的范围内从来没有出现过新物种。所以，通过自然选择产生新物种尚缺乏实证。因此，一些人从思维方式和科学方法的角度，对自然选择学说提出了质疑。伴随对生物进化过程中物种演变认识的深入，遗传学家歌德斯密特（R.B.Goldshmidt）在1940年提出了“大进化”和“小进化”的概念。1944年古生物学家辛普森（G.G.Simpson）对此概念又做了修正并给予明确定义，认为小进化（microevolution）考察进化过程中物种内性状维持或变异的规律，大进化（macroevolution）则研究物种规模演变的特征。达尔文和他以后的许多进化论者把生物个体看作是进化的单位，但小进化的研究表明这样的认识是不对的。实际上，进化的单位，对无性生殖的生物是无性繁殖系，对有性繁殖的生物是通过有性生殖联系起来的种群。这样，在遗传学研究成果的直接推动下，达尔文的自然选择学说发生了一次大的改造，主要体现在选择的效果不再是“生”或“死”的问题，而变成了在生物的繁衍过程中，突变基因对种群基因库分布（某突变基因和与它同源的等位野生型基因在种群总基因数中的比例）的影响大小的问题；生物进化的单位不再是生物个体，而是扩展到种群。这是对达尔文进化论的一次重要修正，人们把这次修正后的达尔文进化论称为“现代综合论”（the modern synthesis）。
现代进化理论对小进化的研究，以遗传平衡定律（Hardy-Weinberg定律，1908）为基础，引进适合度（fitness）和选择系数（selective coefficient）的概念后，为自然选择学说提供了可靠的逻辑基础和定量概念，是自然选择学说的重要发展。现在许多生物学家接受选择理论，正是因为遗传学在这个方面的发展。然而，对现代综合论，基于种群遗传学基础之上的小进化模式是否可以解释物种形成和高级分类群起源等大进化现象，多年来一直是进化生物学中争论的一个焦点问题。特别是20世纪70年代以来，古生物学研究证明生物的大进化过程并不总是与环境的变迁相一致。例如，我国云南澄江动物群化石揭示的寒武纪大爆发之类的进化现象（还包括大绝灭现象）告诉我们，进化不是一个连续的过程而表现为阶段性的过程，最初是以迅速形成几种主要类群的方式爆发性地形成类群的阶段，然后是缓慢的物种形成和在每个类群内对不同栖息地逐渐适应的阶段，最后是衰落和绝灭阶段。因此，进化不仅是由环境的变化和生存斗争决定的，它还受生命系统内部因素的制约。特别是大进化，更是如此。
从控制论的角度看，生命系统的稳态是反馈调节的结果。生命系统可能通过负反馈调节而保持稳态，也可能通过正反馈调节打破原有的稳态，从而建立新的稳态或趋于毁灭。因此，选择并非只是自然的选择，生命系统作为自组织系统，对系统的发展也存在一定的自身干预，如作为进化单位的种群内部的性选择对基因频率的影响等。从热力学的角度看，热力学第二定律揭示的孤立系统的熵增加，是一个退化的过程。20世纪中叶诞生的非平衡态热力学，说明生命系统在本质上都是开放系统。它们的结构都是耗散结构，因而可以发生“熵减少”的个体生长发育和系统进化过程，同时其中也可以包含局部的熵增加过程。所以，任何生命系统都在大量偶然的随机因素中发展着，并不只是适应环境的变化。在生物进化的过程中，内因是变化的根据，而外因只是变化的条件。
三、“遗传与进化”模块逻辑体系的构建
（一）模块体系构建的逻辑方法
《标准》对“遗传与进化”模块的知识体系，没有按遗传学和进化论的发展历史线索构建，而以逻辑线索构建，形成一个公理化的体系。公理化体系的特点是先提供不容置疑的科学事实或概念作为逻辑起点，然后主要运用形式逻辑的方法，通过判断、推理、证明来建构，其逻辑形式包括逻辑起点、逻辑中介、逻辑顺序和逻辑终点四个基本环节。
1.逻辑起点。逻辑起点是形成理论的起点，它必须是：①对事物最简单和最一般的本质规定；②能构成所研究对象的基本单位；③包含事物整个发展过程中一切矛盾的“胚芽”。例如，经典遗传学中的“相对性状”“基因”等概念，就是经典遗传学理论的逻辑起点。
2.逻辑中介。逻辑中介是联结起点和终点之间由一系列的概念、模型所组成的中间环节。它具有以下特点：①起沟通和联结的作用，能把逻辑起点和逻辑终点联结起来，构成一环扣一环的逻辑整体；②以事物之间的内在联系为依据，不能任意跳跃。例如，经典遗传学中的表现型、基因型、等位基因等概念和模型，就是经典遗传学理论的逻辑中介。
3.逻辑顺序。逻辑顺序是概念、模型、原理之间前后相继或相互隶属的关系。确定逻辑顺序的方式主要有两种：①从属性的联系方式，如相对性状与显性性状、隐性性状之间，基因型与纯合子、杂合子之间的联系，按照这种方式确定的逻辑顺序主要反映客观事物内部各个组成部分之间的从属关系；②继起式的联系方式，如相对性状与分离现象、自由组合现象、等位基因与基因的分离规律之间的联系，按照这种方式确定的逻辑顺序大体上与客观事物的发展顺序以及人类认识的发展历史相一致。
4.逻辑终点。逻辑终点意味着一个特定范围内的认识上升周期的结束，也是另一个新的认识上升周期的开始。思维从起点到终点的整个上升运动，一方面是对客观事物和实际过程的反映，另一方面又具有其严密的逻辑结构。
（二）模块逻辑体系的构建
1.第一个逻辑起点──“专题1.遗传的细胞基础”
现代遗传学的第一个逻辑起点是有性生殖细胞的形成和受精作用（特别是这些过程中染色体的变化），因此，《标准》安排了“举例说明配子的形成过程”和“举例说明受精过程”这两个知识点，重点在“阐明细胞的减数分裂并模拟分裂过程中染色体的变化”。
2.第二个逻辑起点──“专题2.遗传的分子基础”
其中的“总结人类对遗传物质的探索过程”“概述DNA分子结构的主要特点”这两个知识点，说明DNA是主要的遗传物质，每个染色体都是由特定的DNA链和蛋白质组成的。
3.第三个逻辑起点──分子遗传学的中心法则
围绕中心法则，“专题2.遗传的分子基础”安排了“说明基因和遗传信息的关系”“概述DNA分子的复制”“概述遗传信息的转录和翻译”等内容。
4.得出第一个理论──“专题3.遗传的基本规律”
先通过“分析孟德尔遗传实验的科学方法”，然后以上述三个逻辑起点为基础，来“阐明基因的分离规律和自由组合规律”。这里的逻辑证明和“分子与细胞”模块不同，那里是通过“使用显微镜观察多种多样的细胞”等活动来证明没有反例，而这里是通过“专题1.遗传的细胞基础”和“专题2.遗传的分子基础”，来阐明基因的分离规律和自由组合规律的内在必然性。
5.得出第二个理论──“专题4.生物的变异”
以前述三个逻辑起点为基础，再根据遗传的基本规律进行推理，便可“举例说出基因重组及其意义”“举例说明基因突变的特征和原因”“简述染色体结构变异和数目变异”。
6.从遗传学出发讨论进化问题
从遗传学出发来讨论进化机理，主要在小进化的范畴。所以安排了“用数学方法讨论基因频率的变化”的活动建议。然而小进化能否说明大进化，还有许多争议，所以《标准》只是要求通过“搜集生物进化理论发展的资料”活动，“说明现代生物进化理论的主要内容”。
至于对“生物是进化的”这个问题，因已为现代社会普遍接受，初中也已涉及，所以《标准》只在初中的基础上安排了一个知识点：“概述生物进化与生物多样性的形成”。
考虑到遗传学和进化论发展中的科学认识模式和方法所具有的教育价值，《标准》又安排了“总结人类对遗传物质的探索过程”“分析孟德尔遗传实验的科学方法”“探讨生物进化观点对人们思想观念的影响”等内容。
当然，在编写教材时，可以有不同的体系。例如，对遗传学的内容，既可以根据现代遗传学理论体系构建，也可以根据遗传学发展史上的学科思想和方法构建。
四、“遗传与进化”模块的思维方式特点分析
自孟德尔开始，遗传学便使用模型来表征概念及判断和推理的过程。例如，“表现型”就是一种实物模型，相当于生物体某性状的模式标本；减数分裂图解、染色体图解等则属于模拟模型。这些都是物质模型。而DNA分子双螺旋结构模型、蛋白质合成示意图等属于具象模型，“基因型”和杂交过程图解等属于抽象模型，二者都是思想模型。基因型，其实质是“基因组成模型”，它用英文字母来表示生物体中与所研究问题有关的基因组成。杂交过程图解是理想化的过程模型，它按遗传学规律把杂交过程简化，用以反映和解释杂交试验的过程和结果，并通过演绎推理来预测某些杂交试验的结果。
模型属于表象。过去的生物学课程在逻辑实证主义的影响下，往往只重视概念在思维中的作用而忽视对表象的研究。而认知心理学家一般认为，表象是更适合于进行创造性思维的认知成分。众所周知，想象是一种重要的创造性思维形式，而它正是大脑对表象进行分析综合、加工改造，从而形成新的表象的心理过程。因此，在教学改革中许多教师提倡要发挥生物学图解教学的功能，其实质就是运用模型来设计新的知识结构，注意通过对表象的操作、加工而实现的思维活动。例如，在遗传学问题解决中，人们经常使用模型方法。利用模型方法解决问题，需先建立模型，简称生物建模。所谓建模，就是要寻找变量之间的关系，构建模型；然后依据模型进行推导、计算，作出预测。其过程在实质上是一个需要概念思维和表象思维参与的过程。我们以2003年全国高考“理综”卷第26题为例说明。题目是：“小麦品种是纯合体，生产上用种子繁殖，现要选育矮秆（aa）、抗病（BB）的小麦新品种；马铃薯品种是杂合体（有一对基因杂合即可称为杂合体），生产上通常用块茎繁殖，现要选育黄肉（Yy）、抗病（Rr）的马铃薯新品种。请分别设计小麦品种间杂交育种程序以及马铃薯品种间杂交育种程序。要求用遗传图解表示并加以简要说明。（写出包括亲本在内的前三代即可。）”运用模型方法解题程序如下表所示。
我们可以运用认知心理学的双重编码理论对这个思维过程进行分析。该理论认为人的认知结构存在两个系统──言语系统和表象系统，二者之间存在三个重要的联结关系：一是言语刺激与表象刺激之间的表达联结，在上表中，“（1）分析变量”这一步骤建构了这个联结，如“矮秆或高秆”对应“aa或A_”；二是言语系统与表象系统之间的指称联结，上表中的“（2）构建亲本基因组合模型”步骤完成了这个联结，如小麦亲本“矮秆不抗病”对应“aabb”；三是言语系统和表象系统内部的联想联结，这是在“（3）推导杂交过程”和“（4）作出预测”中完成的，这两步既有运用言语的思维，又有运用表象（模型）的思维。根据双重编码理论，第一步骤中的表达意义即言语刺激和表象刺激之间的联结，来自对外在事件、字词或表象的熟悉感，表达意义以经验作为基础；第二步骤中的指称意义指相应的表象表达的激活或相应言语表达的激活，它来自言语系统与表象系统之间的相互激活和相互作用；最后两个步骤中的联想意义是分别在言语系统或表象系统本系统内的一种深层次表达，它依靠本系统内的联想网络结构赋予认知者以意义，这个过程在表象系统和言语系统的共同作用下完成。从整个问题解决过程来看，遗传学建模问题对学生来说有一定难度，其根本原因可能也在这里，它需要言语和表象两个系统共同作用才能完成。
在思维方式中，以科学概念为思维材料而进行的思维是科学抽象思维，以表象为思维材料进行的思维是科学形象思维。上述遗传学问题解决思维过程的特点在于抽象思维与形象思维相结合，这正是“遗传与进化”模块的重要思维训练价值之所在。
参考文献
［1］余自强.高中生物课程内容建构及稳态与环境模块的分析［J］.课程·教材·教法，2004，24（9）：54.
第3篇：分子遗传学基因的概念范文
关键词：医学遗传学实验 改革 实验技能 综合素质
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）08-0239-01
随着医学遗传学的发展，许多新理论和新技术渗透到医学检验、临床诊断、医学免疫学等各个学科[1.2]。医学遗传学作为一门理论与实践性相结合的学科，需要通过实验才能获得较好的教学效果，而实验教学是验证和再现遗传学理论，提高遗传学教学质量的有效途径，在培养学生综合素质和创新能力方面具有重要作用[3]。培养基层医学实用型人才，是高等医学职业教育实验课程改革的目标，实验课的课程内容、组织形式、教学方法和考核手段等是改革的重要组成部分。随着人们对遗传在疾病发展中作用的日益重视，以及诊疗技术与方法的更新，要求我们在实验教学内容和方法上进行改革完善，以基本技能培养为中心，培养学生的实践能力，使学生能够有效掌握遗传学的基本知识和实验技能，为今后临床工作中的遗传病诊断、治疗、预防提供帮助。本文结合目前的遗传学实验教学情况，对医学高职院校的实验教学的改革进行初步的分析和探讨。
一、目前医学专科学校遗传学实验课存在的问题
1.教学方式单一，学生缺乏主动性
目前的实验课教学模式一般都是由老师提前准备好实验材料，按实验指导中的内容，先讲解、演示，最后由学生按部就班地完成整个实验过程。在此过程中，学生只是被动的、机械地完成实验操作，无法调动学生的积极性，使原本生动活波的实验课单调乏味，更不利于学生动手能力的培养。
2.实验项目滞后，缺少现代遗传学内容
医学遗传学实验主要包括细胞遗传学技术和经典遗传学验证性试验，例如细胞有丝分裂，染色体核型及带型分析等，在实验设置中，缺少分子遗传学实验，如DNA提取、基因扩增与检测等一些现代医学诊断和检验的重要技术。其次，与临床相关的遗传学实验极少。
3.实验内容枯燥，缺乏综合性、创新性实验
目前开设的实验缺少能提高学生综合素质和培养创新能力的项目，实验过程中缺乏学生的独立思考和设计，不利于学生的独立观察判断、解决问题的能力及创造性思维的培养。
二、医学遗传学实验课程教学改革的策略
1.改革实验教学手段，采用多种不同的教学方法
多媒体已经成为高校教师教学必不可少的辅助手段，是一种展示型强，启发性高的教学手段[4]。在实验课堂中，带教教师可充分利用多媒体的优势，通过幻灯片、动画、视频来讲解实验。通过多媒体展示，能够提高课堂效率，有利于学生准确的把握要点，加深对知识的理解、巩固和记忆。对于探究性试验，可以通过图片及动画使学生充分了解相关的试验方法，再结合实验目的进行分析引导，最终由学生自己设计并完成试验方案。这种方法不但可以使抽象的概念和问题具体化，形象化，有利于学生理解记忆，而且容易调动学生参与的积极性，并能够缩减授课时长，增加学生实验操作时间，教师也有更多的时间指导学生实验。
2.改革实验内容，增设创新性实验
将实验分为经典生物学实验，分子生物学实验和群体遗传学试验。经典生物学实验包括细胞形态观察，有丝分裂标本制作与观察、人染色体分型等；分子遗传学内容为新增部分，选取与现代医学遗传学密切相关的内容，如组织DNA提取、电泳及PCR扩增技术等，这样不仅有利于学生对分子遗传理论的理解，也能够丰富学生的实践操作经验。群体遗传学实验则可以对人类正常遗传性状进行调查，作为学生自己的设计性实验，培养学生的创新能力。另外，如果条件允许，还可到医院观摩遗传病分子检测设备及相关的操作。
3.理论和试验相结合，加强学生独立实验能力
实验教学重在学生实验技能的培养，提升其对理论的理解和实践能力，其目的在于培养学生学习的主动性和独立性[5]。在实验课前，应要求学生预习实验的内容；查阅资料，了解主要实验操作步骤。在实验课上，教师精讲，把剩余时间留给学生，要充分激发学生的主观能动性，引导性地解答学生所遇到的问题并加以示范，鼓励学生对实验结果进行讨论，使学生多思考，加深对基本原理的理解，提高学生独立实验的技能。另外可以增设综合性实验，由于此类实验一般持续时间较长，故可开放实验室，保证学生有充分时间，独立合理地设计并完成整个实验。这样不但有利于学生对实验的把握和理解，也使其在以后工作中能够独立完成相关实验项目。同时培养学生的动脑与动手能力，弥补了封闭式教学的不足，有利于培养创新型的医学人才。
4.考核方式的改革
传统的实验教学考核一般包括：学生出勤率、实验报告以及技能考试等，这些手段并不能完全真实地反映学生的实验操作能力[6]。为此，可以通过课堂内外相结合以及操作和设计相结合的方法对考核方法加以改进。在课堂中，根据学生课堂表现、实验设计方案、操作情况、实验结果、资料的查阅情况，对结果的分析判断以及实验报告的填写等几个方面，综合评定平时成绩。而最终实验的考核应着重学生设计思路、实际操作水平的考核，主要通过理论考察、实验操作、答辩等方式进行考核，最终综合评定。这样能够较客观的反映学生真实的实验操作水平，考核结果相对客观性和公正性。
总之，培养和发展学生的综合素质是现代医学教育发展的目标，遗传学实验有助于学生对相关理论知识的理解和强化，有助于培养学生独立分析解决问题的能力。实验教学过程中以培养学生科学思维和创新能力为目标，在传统教学模式基础上不断向开放式实验教学模式转变，并坚持以“学生为主体”的理念，充分体现学生在实验教学中的主体地位，将有助于培养学生的专业技术能力，为打造应用型人才提供良好的氛围。
参考文献
[1]皮 妍，林 娟，郭 滨等. 改革遗传学实验教学方法培养新型创新人才[J]. 实验室研究与探索，2008，27（10）：86-88.
[2]孙冬琳，陈 峰，计 薇等. 新时期医学遗传学实验教学的体会[J]. 山西医科大学学报：基础医学教育版，20l0，12（7）：714-716
[3]熊大胜，席在星. 本科生遗传学实验教学的改革探讨[J]. 遗传，2005，27（5）：811-814
[4]吴华彰，吴守伟，胡明洁. 医学遗传学实验课程改革探索与实践[J]. 西北医学教育，2010，18（3）：534-535
第4篇：分子遗传学基因的概念范文
关键词：创新型混合教学模式；自主性学习；研究性学习；遗传学；
作者简介：刘向东(1965-)，男，农学院，博士，教授，博士研究生导师。研究方向：水稻生殖发育遗传和分子细胞学研究。
遗传学是生物科学中一门最具活力、发展最迅速的理论科学，对探索生命起源和本质，以及推动整个生物科学的发展起着巨大的作用，同时又是一门紧密联系生产实际的基础应用科学，对动植物新品种选育、良种繁育和遗传性疫病防治等都具有重要的指导作用。因此，该课程也就成为生物类、农学类和医学类学生最重要的专业基础课之一。国内外的相关大学都十分重视遗传学的教学工作，并做了大量卓有成效的工作，包括教材编写和教学方法改革等。就拿我国来讲，不同版本的遗传学教材不下10种，且多数是由遗传学的名家主编；教学方法的改革与新型教学模式也层出不穷。[1，2，3，4，5，6，7，8]华南农业大学是遗传学教学改革比较早的学校之一。从20世纪90年代至今，对农科类专业的遗传学教学方法进行过多种改革。归纳起来，主要是进行了四个阶段的四种改革：一是1997年至2001年间，改变原有单一粉笔教学的模式，利用电脑制作CAI课件，进行多媒体教学。从1997年开始编写基于PPT的CAI课件，1999年试用PPT的多媒体教学，2000年在农学类专业中全面推行以PPT为主的课堂教学，取得一定的成绩。遗传学课程的主讲教师刘向东也因此于2000年获得广东省“南粤优秀教师(讲坛新秀)”称号。二是进行“基于web-quest遗传学教改试验”，即“基于网上资源遗传学自主性学习教改试验”。于2001年至2003年间制作并完成了遗传学教改试验网站——《遗传学》网站，2003年成功地应用于教学，以后结合所获得的广东省教育厅“151工程”项目开展“基于web-quest遗传学教改试验”，取得良好的效果。[4]作为该项改革的原创性教学资源网站——《遗传学》网站于2007年获得第二届全国百佳网站(十佳学术类网站)，其改革成果也于2008年1月获广东省教育厅“151工程”项目课程改革奖(三等奖)。2001年至2004年期间还开展遗传学综合性实验和双语教学。[3]三是2003年至2006年间开展研究性、探索性的教改试验。四是2006年至今在原来以单一或数种教改方法简单结合的基础上，提出较适合农科类学生的“创新型混合教学模式”遗传学教改试验。
一、“创新型混合教学模式”遗传学教改试验的教学理念和总体设计
进入21世纪后，随着信息技术的迅速发展及其在教学上的广泛应用，原有单一的多媒体教学已难以适应诸如遗传学等迅速发展学科的教学需要了。为此，国外提出“混合式学习”概念(Blending-Learning)，[2]我国的浙江大学于2007年也提出“信息化环境下遗传学课程混合教学模式”。[2]“混合式学习”是把传统课堂教学的优势和利用信息技术学习(E-Learning)的优势相结合，从而达到发挥教师的引导作用、激发学生主动学习，以及培养学生能动性和创造性的目的。于2005年在农科类专业的遗传学教学中引入混合式学习的方式，2006年在农科类专业的遗传学教学中全面采用“混合教学模式”的教学方法，取得明显成效。2007年对该教学方法以及之前的教学改革方法进行全面的总结，提出适合华南农业大学农科类专业的遗传学教学的“创新型混合教学模式”遗传学教学改革法。该法的教学理念体现在创新和“混合”两个方面：创新要求教师在教学方法的改革上与时俱进，不断发展创新，发展主要体现在教师应该根据学生情况的发展进行教学改革，具体来讲，体现以人为本和科学改革；“混合”则要求教师在教学方法的采用上，不是采用单一的模式或几种简单方法的结合，而是灵活地应用多种教学方法，包括“基于web-quest(网上资源)自主性教与学”、研究性、探索性教学、教与学角色互换、综合性实验和双语教学等多种教学方法，并把这些方法整合成有机的整体，特别是“以问题为中心”的教法贯穿整个教学过程，形成适应不同年级和专业学生的教与学模式。
二、“创新型混合教学模式”遗传学教改试验的实施步骤
根据“创新型混合教学模式”遗传学教改试验的总体设计，主要按照六个步骤(方式)进行：
第一步。框架式引导教学。在介绍框架前，首先让学生了解什么是遗传学？遗传学研究什么？学习遗传学有什么用？然后介绍遗传学课程内容的框架，即包括哪些章节等。为了便于学生了解掌握，我们把遗传学分成7个单元，即：遗传学的细胞学基础，经典遗传学(即遗传学三大规律)，细胞遗传学基础(即染色体结构和数目变异)，微生物遗传学基础(细菌和病毒的遗传)，分子遗传学基础(基因概念的发展、基因组结构特征、DNA分子标记及应用、基因组学、后基因组学和生物信息学基础)，细胞质遗传学基础，数量和群体遗传学基础。这样，学生对遗传学的结构就有一个大概的了解，学习也就有了方向性。
第二步。教师以问题为中心，讲授课程重点内容。先是提出问题，然后着重介绍有关的重要名词、基本原理、实(试)验推导、解释、验证和应用等。比如在讲授孟德尔遗传规律时，先提出性状是如何遗传的问题，然后介绍孟德尔著名的遗传试验、所获的结果、结果假设、分析、解释和进行合乎性验证等，最后归纳为杂交试验、结果分析和验证三部曲等。对于一些发展较快的知识(领域)，如分子遗传等适当地采用双语教学，要求学生掌握有关的英语名词，帮助他们能自己查阅一些有关的英文文献。
第三步。教与学角色的互换，引导学生进行主动性、自主性学习。具体做法是讲完每个单元，要求学生自己出试题考察学习效果，出题的形式不拘一格。学生所出的试题交给老师汇总后，选择其中的一些题目作为期中考试和期未考试试卷的部分内容。期中考试的题目全部选自学生自己出的题，考试采用三种方式：一是抽样混合试题，即每个学生出的题目抽1-2题，集中成一份试卷，全部学生参加考核；二是交换题目彼此考查，一个学生用另一个学生出的考题考核；三是自考，学生自己出题自己考。这种教与学角色互换的方法得到学生的充分肯定。调查发现，90%以上的学生认为自己出题比纯粹由教师出题难，学习效果更好，如果没有真正掌握有关的内容是出不了好题目的。通过出题使学生从被动学习转入主动学习，调动了学习的积极性，增加学习的兴趣，而且使学生善于提炼问题和进行举一反三的思考，拓宽了思路。当然为了让学生出好题，教师开始需要做一些引导，告诉他们出题的技巧。另外，也要鼓励他们出有创意(新)的题目，通过出创意(新)题目，不但可以培养学生的创新精神，在一定程度上也培养了其应变能力。为了更好地通过考试来培养学生的创新能力，我们对期末考试也进行了较大的改革，比如出一些让学生分析遗传学现象、总结和阐述遗传规律的主观性题目，培养其透过自然界的现象探寻生命的遗传本质的能力。
第四步。选择性开展Web-quest的自主性学习。根据之前改革已取得的经验，主要是选择近年来发展较快的一些遗传学内容(如基因工程等)开展基于Web-quest的自主性学习。基本做法是以已制作的《遗传学》网站为依托，按照以下的步骤进行：(1)教师引导学习，教授遗传学章(节)重点内容(框架)；(2)学生利用《遗传学》网站进行网上自主学习和讨论；(3)教师提问；(4)教师讲解重要问题(包括疑难问题)；(5)学生开展网上测试、延伸自主学习和论坛活动；(6)学生展示延伸学习的成果和体会；(7)教师总结。期间为了增加学生学习的积极性，在学生查阅文献时，如果找到一些有关遗传学最新进展和动态的资料，鼓励学生浓缩写成快讯在《遗传学》网站交流，使他们有成就感，进一步增加主动和自主学习的兴趣和积极性。
第五步。自愿性的研究性学习。主要采用三种方式：一是结合研究生的研究工作，选择一些与遗传学课程内容关系较密切的内容，让学生分组在研究生指导下开展小实验。比如，实验室每年都有多个研究生开展DNA分子标记研究，鼓励有兴趣的学生与研究生一起开展有关的实验，包括DNA提取、PCR扩增和电泳等。通过短期的研究，一方面加深学生对遗传学基本原理的理解，另一方面也培养学生的动手能力和应用知识的能力。由于这种方式所需的时间相对较短，结果容易得到，与一般的实验教学相比，前者较为灵活、有创意、成本相对较低，所以学生普遍较欢迎。二是采用通常的研究性教学，即让学生根据兴趣，分组选择一个与遗传学相关的研究小课题，独立组织和开展研究工作，应该说，这个方式效果很好，[9][10]但往往在遗传学上课期间难以完成，在一定程度上影响效果。三是结合毕业论文工作开展研究性的学习。[11]具体做法是在学习遗传学课程的主要内容后，在指导教师的引导下，让学生选择一个与遗传学内容有关的题目作为毕业论文。为了有效地进行此项的研究性学习，抓住两个关键问题：一是毕业论文开始的时间安排在遗传学课程修读期间。遗传学课程修读的时间一般是在大学三年级上学期，也把毕业论文开始时间安排在该学期，这样就可以让学生通过边学遗传学课程边发现与遗传学有关的问题。课程结束前，在教师的引导下，选择一个与遗传学知识有关，而学生本人又有兴趣的题目，开展毕业论文的研究工作。由于毕业论文一直要做到四年级下学期，历时2年时间，所以，可以深入开展一些与遗传学有关的研究工作。二是处理好遗传学主讲教师和毕业论文指导教师的关系。其中最佳方案遗传学主讲教师既是遗传学课程的教师，同时又是毕业论文的指导教师，这样不但可以达到研究性教学的目的，也可以保证毕业论文能顺利完成。如果两者不一致，就需要遗传学的主讲教师与毕业论文的指导教师进行协调商讨确定。为了更好地开展研究性学习，结合研究性同时开展相关的综合性实验。
第六步。采用融会贯通式、生动活泼的课程大总结。一是理论总结，通过以“可遗传变异的类型、创造方法、基本原理、应用和意义”为主脉把所有单元的内容有机联系在一起，形成该课程的系统性；另外是以“遗传与健康(疾病)”为专题讲座进行形象生动的总结，通过“遗传病”提出一条主线，把遗传学各章节的内容串在一起。二是实践总结，主要是利用我们拥有的国家级重点学科作物遗传育种和广东省植物分子育种重点实验室的100多亩校内实验基地，在每学期课程学习结束后带学生到该基地进行参观和实习。由于该基地每年种植(早晚两季)的材料很丰富，包括有20多个野生稻种、2000多份不同类型的野生稻居群、各种突变体、杂种后代和特殊的遗传材料(如单片段代换系等)等，可以让学生对遗传学研究的物质实体和研究内容有较好的直观认识，并在实际中进行总结。比如，通过参观各种野生稻和栽培稻，让学生认识基因型与表现型的关系，以及遗传的多样性；通过观察各种分离世代的材料，让学生认识三大遗传规律；通过参观同源四倍体水稻，让学生认识染色体数目变异的遗传效应；通过参观水稻单片段代换系和分子标记辅助选择的后代，让学生深入认识分子遗传学的有关知识；通过参观三系和二系杂交稻，让学生认识细胞质遗传学和生殖遗传学的有关问题。通过参观田间不同世代材料，让学生认识许多数量遗传学和群体遗传学的问题。实践证明，采用以上方法的总结，不但让学生对遗传学有了直观、生动的认识，而且使学生接近自然、接近科学研究的第一线，丰富了教学的内容，达到了既教书又培养学生科学研究的思想和兴趣的目的，深受学生的欢迎。
三、“创新型混合教学模式”遗传学教改试验的成效分析
为了评估“创新型混合教学模式”遗传学教改试验的效果，2006和2007年先后对其中180名参加试验改革的学生进行匿名问卷调查，发现92.87%的学生认为“创新型混合教学模式教学改革”可激发其学习兴趣，提高主动性；91.69%的学生认为可提高自学能力；93.37%的学生认为有助于基本知识的理解和应用；93.66%的学生认为扩大了知识面；91.95%的学生认为可培养学生独立思考问题的能力；91.55%的学生认为知识收集、加工、处理能力得到提高；92.14%的学生认为提高了综合能力；91.12%的学生认为充分运用了计算机等信息技术；90.53%的学生认为有助于学习者相互学习。与之前采用单一模式或简单几种方法的效果相比较，“创新型混合教学模式”在以上每项指标的得分均比之前的方法高出10%左右。除了以上量化的结果外，还得到参试学生的书面评价，其中绝大多数的学生给予高度评价，比如有学生认为，“创新型混合教学模式”“使原本深奥的遗传学变得简单，使同学们在活跃的氛围中掌握了遗传学的基本知识”；“使学生综合和创新能力得到提高”；“能启发学生的思维、激发学习遗传学的兴趣、增强探索的欲望”；等等。这些结果充分说明我们的改革是成功的，有进一步推广的价值。
第5篇：分子遗传学基因的概念范文
关键词：分子生物学；教学方法；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）38-0050-02
《分子生物学》是从分子角度、在基因水平上阐述生命现象的科学。其主要内容是构成生物体的生物大分子结构和功能的研究，特别是核酸、蛋白质结构和功能的研究，并在此基础上，对不同生物体及生命现象的各个方面从分子水平上进行剖析。《分子生物学》作为农学专业的基础课之一，是分子遗传学、生物技术、基因工程等的理论基础。随着现代科学技术突飞猛进地发展，现代农业研究已深入到分子水平，《分子生物学》渗入农业科学各个学科。面对学科本身的飞速发展，如何在新形势下让学生学好这门课程，是我们面临的重要问题。
一、加强绪论教学方法，增强学生学习兴趣
近几十年来，随着分子生物学的迅速发展，新技术、新成果不断涌现，成为生命科学领域最具活力的学科之一，所以对此的学习过程和授课方式倍加重要。因此，讲好绪论部分可以帮助学生树立学习《分子生物学》的信心，激发他们学习的兴趣，最大程度地提高教学效果。例如：绪论中我们会谈到分子生物学中诺贝尔奖的相关信息，可以帮助学生重视《分子生物学》课程的学习。从1901年以来自然科学领域的诺贝尔奖大概有550名左右，其中有200位诺奖获得者涉及生物化学和分子生物学。我国于1999年9月获准加入人类基因组计划，虽然参与这一计划最晚，而且是唯一的一个发展中国家，但是我国科学家仅用了半年多的时间，就已经按照人类基因组计划的部署完成了测序任务，对破译人类遗传信息起到重大作用。这样让学生认识到我们国家在分子生物学方面的长处与不足，提高了学生的学习兴趣，使学生在第一时间被深深地吸引，在明确课程内容、发展历程以及应用的基础上，更为重要的是明确学习目标、激发学习热情、建立自信、掌握正确的学习方法，从而为学习《分子生物学》建立一个良好的开端。
二、善于归纳总结，系统地讲解有关知识
由于《分子生物学》的内容丰富、知识点多、理论比较抽象，使其具有一定的深度和难度。要想在有限的学时内更加全面而深入地让学生掌握并理解本课程的内容。我们要学会整理、归纳，使课本上相关的一些分散知识系统化、网络化、提炼出知识点。如在DNA的复制中有两个关键概念，DNA的半保留复制强调的是对DNA复制后结果的归纳，DNA的半不连续复制着重点在于对DNA复制过程的总结。抽象的知识记忆起来确实存在一定难度，这也是以往学生反映最多的问题。需要在理解的基础上，采用总结规律性教学的方式将其具体而直观表现出来，使学生能更迅速、更准确记忆。例如，限制性内切酶Ⅱ识别回文序列，可用“上海自来水来自海上”来解释什么是回文序列，即正读和反读其序列均一样。建议学生学习时结合课程内容采用不同的学习方法，切记不可死记硬背，在理解的基础上要善于总结，重点培养创造性思维能力，只有掌握正确的学习方法才能有效地提高学习效果。
三、充分发挥多媒体教学的优势，实现教学内容的直观化
运用多媒体技术进行课堂教学，既可以将图、文、声、像融为一体，使教与学的活动变得更加丰富多彩，又可以寓知识学习、技能训练、智力开发于生动活泼的形象之中，从而激发学生的学习兴趣，变苦学为乐学，同时又促进他们的思维发展，丰富学生的想象力。例如，RNA的剪切加工过程，教师用很大力气介绍每一加工过程，学生仍是一头雾水，而我们通过一个“RNA的剪切加工”视频，可以清楚地看到在细胞中，RNA合成后5’帽子和3’尾巴是怎样被加上，然后进一步剪切内含子，连接外显子的过程，学生观看以后，顿时有一种豁然开朗的感觉。
四、注重学科进展，强调其理论意义和实际应用
《分子生物学》是一门比较年轻的学科，作为一门独立的自然科学，只有六十多年的历史。但其发展非常迅速，目前已成为自然科学领域发展最快、最引人注目的学科之一。《分子生物学》作为多门学科之间的桥梁，对与其关系比较密切的生物化学、细胞学、微生物学、遗传学等领域都产生深刻影响。《分子生物学》的理论意义在于：生命活动的根本规律在生物体中都是统一的。分子遗传学的中心法则和遗传密码，除个别例外，在绝大多数情况下也都是通用的。学生学习《分子生物学》的最终目的是为其理解和掌握农业生产中相关知识服务。在教学的过程中，教师要多与生产实践知识联系起来。比如：小麦是我国第二大主要作物，其产量与品质直接关系国计民生。随着全球气候变暖，制约小麦产量的环境因素更加复杂。小麦抗旱生理生化与分子生物学研究将为解决环境因素问题提供有力的理论支撑。目前已得到了玉米、水稻、胡萝卜、烟草等二十九种重要农作物的抗病毒、抗虫、抗除草剂、营养品质大幅度提高的转基因植株。在诸多的农业增产措施中，采用转基因技术进行作物蔬菜水果良种繁育的方法占到30%～40%。随着分子生物学研究的进一步发展，不仅采用基因工程的技术获得新的植物良种和实现粮食作物的固氮；而且有可能在掌握光合作用机理的基础上，使整个农业生产的面貌发生根本改变。
五、强化课程实验教学改革，注重学生素质能力的培养
《分子生物学》课程的实践性很强，强调理论联系实际。学生可利用学校提供的校园网络资源，结合教材预习实验内容并提出问题，教师集体解答后指导学生做实验。这种学生自主学习的方法，极大地激发了学生学习的兴趣，有利于培养学生的综合素质。例如：学生们在做PCR扩增及琼脂糖凝胶电泳实验时，我们要求学生提前总结PCR反应体系的配制、PCR扩增程序的设置以及琼脂糖凝胶的配制，学生们在实验室上实验课时直接操作，教师及时指导学生们在操作时出现的错误和不当处。理论与实验结合起来使学生的实验操作得到了极大的提高，以适应21世纪社会对高层次农学人才的需要。
总之，在《分子生物学》的教学过程中，作为教育工作者，我们将不断提高自身素养，充实自己的知识，与时俱进，探索新教学改革方式，完善教学方法。在教学过程中发挥学生的主体作用，引导学生学好农学专业知识，提高教学质量，培养他们成为新一代农业领域的佼佼者！
参考文献：
[1]蔡春尔，沈伟荣，何培民.分子生物学教学改革实践与展望[J].山西医科大学学报：基础医学教育版，2008，10（2）：150-152.
[2]张学军，王锁萍.全面改革实验教学，培养学生创新能力[J].实验室研究与探索.2005，24（1）：4-6.
[3]江海洋，江腾.朱苏文.高等农业院校分子生物学实验教学方法的探索[J].安徽农业科学.2010，38（23）：1023-1024.
[4]王荣，刘勇，姜双林.高等师范院校分子生物学课程教学改革与实践[J].生物学杂志，2012，29（1）：100-102.
第6篇：分子遗传学基因的概念范文
关键词：人类基因组 基因克隆 基因组学 结构基因组 功能基因组
人类基因组计划（human genome project,HGP）是由美国科学家、诺贝尔奖获得者Renato dulbecco于1986年在杂志《Science》上发表的文章中率先提出的，旨在阐明人类基因组脱氧核糖核酸（DNA）3×109核苷酸的序列，阐明所有人类基因并确定其在染色体的位置，从而破译人类全部遗传信息。美国于1990年正式启动人类基因组计划，估计到2003年完成人类基因组全部序列测定。欧共体、日本、加拿大、巴西、印度、中国也相继提出了各自的基因组研究计划[1]。由于各国政府和科学家的共同努力，HGP目前已在为全球范围的合作项目；随着数理化、信息、材料等学科的渗透和工业化管理模式的引进，HGP已真正成为生命科学领域的科学工程，基因组（genomics）作为一门新兴学科也应运而生。
与此同时，科学界也在思索人类基因组计划完成后的下一步工作，因此就有了“后基因组计划”（post-genome project）的提法。大多数科学家认为原定于2003年所完成的人类基因组计划只是一个以测序为主的结构基因组学（structural genomics）研究，而所谓的“后基因组计划”应该是对基因功能的研究，即所谓的功能基因组学（functional genomics）。此外，一些新的概念如：“蛋白质组（proteome）”、“环境基因组学（environmental genomics）”和“肿瘤基因组解剖学计划（cancer genome anatomy project,CGAP）”等等也在不断向外延伸。
一、结构基因组学
（一）人类基因组作图
人类基因组作图根据使用的标记和手段不同，初期的作图有二种：一是通过计算连锁的遗传标记之间重组频率而确定它们相对距离的遗传连锁图，一般用厘摩（cM）来表示；二是确定各遗传标记之间物理距离的物理图，一般用碱基（bp）或千碱基（kb）或兆碱基（Mb）来表示。1cM的遗传距离大致上相当于1Mb的物理距离。随着研究工作的进展，遗传图和物理图逐渐发生整合，在此基础上大量引入基因标记，从而形成了新一代的转录图[1]。
1.遗传连锁图 遗传连锁图（genetic map）绘制需要遗传标记，早期的遗传标记主要为生化标记，20世纪80年代中期以限制性片段长度多态性（RFLP）、串联重复序列拷贝多态性和小卫星重复顺序等遗传标记为主，这类标记的数量较少，信息也较低；20世纪80年代后期发展的短串联重复序列（short tandem repeat,STR）也称微卫星（microsatellite,MS）标记，主要为二核苷酸重复序列，如：（CA）n，它们在染色体上分布较均匀，信息含量明显高于RFLP，因而成为遗传连锁分析极为有用的标记；近年来，单个碱基的多态性（single nucleotide polymorphism,SNP）标记又被大量使用，其意义已超出了遗传作图的范围，而成为研究基因组多样性和识别、定位疾病相关基因的一种新标记。
2.物理图 物理图（physical map）包含了两层意义，一是获得分布于整个基因组的30000个序列标签位点（sequence tagged site,STS），这可使基因组每隔100kb距离就有一个标记；二是在此基础上构建覆盖每条染色体的大片段DNA克隆，如：酵母人工染色体（yeast ar tificial chromosome,YAC）或细菌人工染色体（bacterial artificial chromosome,BAC）、人工附加染色体（human artificial episomal chromosome,HAEC）和人工噬菌体染色体（P1 bacteriophage artificial chromosome,PAC）等连续克隆。这些图谱的制作进一步定位其它基因座提供了详细的框架[2]。
3.转录图 构建转录图的前提条件是获得大量基因转录本即信使核糖核酸（mRNA）的序列，人类基因组中的基因数目约在10万左右，构建转录图首先需要获得人类基因的表达序列标签（expressed sequence tag,EST），以此建立一张人类的转录图，并与遗传图的交叉参照。
4.DNA序列的生物信息学 HGP一开始就与信息高速公路和数据库技术形成了同步发展。迄今，国际上四个大的生物信息中心即美国的国家生物技术信息中心（NCBI）、基因组序列数据库（GSDB）、欧洲分子生物实验室（EMBL）和日本DNA数据库（DDBJ）已经建立和维持了源自数百种生物的互补DNA（cDNA）和基因组DNA序列的大型数据库。这些中心和全球的基因组研究实验室通过网点、电子邮件或者直接与服务器和数据库联系而获得的搜寻系统，使得研究者可以在多种不同的分析系统中对序列数据库提出质询，这些分析包括基因的发现、蛋白质模体的鉴别、调控元件的分析、重复序列的鉴别、相似性的分析、核苷酸组成的分析以及物种间的比较等。
（二）基因组的基本结构和进化
人类基因组研究的目的，不仅为了单纯地积累数据，而且要提示数据中所蕴藏的内在规律[3]，从而更好地认识生命体。近年来，随着模式生物体测序的相继完成和人类基因组测序速度的加快（到1999年12月已宣布完成人类第22号染色体的完全测序），特别是生物信息所提供的强有力的分析和综合手段，使人人能够逐渐透过浩瀚的基因组序列信息，去探索一些更为本质的问题，如：基因组的复杂度与生物进化、基因组编码序列的结构、基因和蛋白家族、基因家族的大小及其进化。
（三）疾病的基因组学
HGP的直接始动因素是要解决包括肿瘤在内的人类疾病的分子遗传学问题[4]，因此与人类健康密切相关。另一方面，8000多种单基因遗传病和多种大面积危害人群健康的多基因疾病（如：肿瘤、心血管病、代谢性疾病、神经疾病、精神疾病、免疫性疾病）的致病基因和疾病相关基因占人类基因组中相当大的一部分。因此，疾病基因的定位、克隆和鉴定是HGP的核心部分。
20世纪90年代之前，绝大多数人类遗传性疾病的原发生化基础尚不清楚，无法用表型-蛋白质-基因的传统途径进行研究。在HGP的遗传和物理作图带动下，出现了最初被称为“反求遗传”、90年代初又改称为“定位克隆法”的全新思路。该思路的关键内容是：应用细胞遗传学定位和家第连锁分析方法，首先将疾病基因定位于染色体的特定位置，然后通过进一步的遗传和物理作图，使相关区域压缩至1Mb之内，此时即可构建YAC、BAC、PAC、HAEC或粘粒（comid）等克隆重叠样，从中分离基因，并在正常人和患者的DNA中进行结构比较，最终识别出疾病基因。包括囊性纤维化、Huntington舞蹈病、遗传性结肠癌、乳腺癌等一大批重要疾病的基因是通过“定位克隆”发现的，从而为这些疾病的基因诊断和未来的基因治疗奠定了基础。随着人类基因图的日臻完善，一旦某个疾病位点被定位，即可从局部的基因图中遴选出结构、功能相关的基因进行分析，将大大提高疾病基因发现的效率。
目前，人类疾病的基因组学研究，已深入到多基因疾病这一难点。多基因疾病难以用一般的家系遗传连锁分析取得突破，需要在人群和遗传标记的选择、数学模型的建立、统计方法的改进等方面进行不断的探索。
二、功能基因组学
HGP当前的整体发展使功能基因组学提到了议事日程[5]，出现了结构和功能基因组学向功能基因组学过渡、转化的过程。一般认为，在功能基因的组研究中可能的核心科学问题有基因组的多样性和进化规律；基因组的 表达及其调控；模式生物体基因组研究等。
（一）基因组多样性
人类是一个具有多样性的群体，不不同群体和个体在生物学性状以及在对疾病的易感性/抗性上的差别，反映了进化过程中基因组与内、外环境相互作用的结果。开展人类基因组多样性的系统研究，无论是对于了解人类的起源和进化，还是对于医学均会产生重大的影响。各种常见多因素疾病（如：高血压、糖尿病和精神分裂症等）相关基因的研究将成为功能基因组时代的研究热点。除了利用多态性遗传标记进行精细定位这一传统途径，也将采用基因组水平再测序的方法直接识别变异序列，即选取一定数量的受累和未受累个体，对所有疾病相关或候选基因的全序列（或其编码区）进行再测序，准确定位其变异相关标记位点。同样，肿瘤研究也需要对肿瘤相关基因进行大规模的再测序。
（二）识别人类基因的共同变异
已知大多数人类基因的等位基因数量是有限的，常仅有2～3种。形成这种遗传多样性局限性的原因，很有可能是因为现代人类来源于一个相当小的群体，这有助于揭开许多疾病敏感性的奥秘。如：载脂蛋白E基因有三种主要变型（E2、E2和E4），可以解释老年痴呆症和心血管疾病的风险性；血管紧张素原转换酶（ACE）与心血管疾病一定相关性；化学趋化因子受体CKR-5在一定程度上影响对人类免疫缺陷病毒（HIV）的敏感性等。非编码区对评价疾病风险也是重要的，精确定位非编码区变异的方法可以是对调控区域变异的系统性筛查，也可利用精密遗传图在人类群体中识别祖先染色体节段。
三、药物基因组学
基因组多样性也在一定程度上决定了人体对药物的反应，通过对影响药物代谢或效应通路有关基因的编码序列的再测序，有可能提示个体对药物反应差异的遗传学基础，这就是“药物基因组学”（pharmacogenomics）的主要内容[6]；以此作为延伸，提示个体对环境反应差异的遗传学基础的环境基因组学也已露端倪。
四、蛋白质组学
蛋白质组学是要从整体上研究蛋白质及其修饰状态。目前正在发展标准化和自动化的二维蛋白质凝胶电泳的工作体系，包括用一个自动系统来提取人类细胞的蛋白质，继而用色谱仪进行部分分离，再用质谱仪检测二维修饰，如：磷酸化和糖基化。此外，也有人在设计和制作各种蛋白质生物芯片；蛋白质的另一个重要工作内容是建立蛋白质相互作用的系统目录。生物大小即蛋白-蛋白和蛋白-核酸之间的互作构成了生命活动的基础，这些互作有可能以通用的或特殊的“陷井”（如：酵母双杂交系统）加以识别[7]。
总之，基因组学正方兴未艾，其现实意义和深远意义已得到全体人类的共识，预期在不远的将来，人类基因组学将对人类的健康、计划生育、优生优育产生重大影响。
参考文献
1 Rowen L. Mahairas G, hood.L.Science,1997;278:605-607
2 Goffeau A,Barrell h,Bussey H et al. Sceince,1996;274:546-567
3 Kleyn PW,Vesell eS.Develop Sci,1998;18:1820
4 Housman D,Ledley fD.Nature Biotech,1998;16:492
5 Hitert P,Boguski m.Science,1997;278:568
第7篇：分子遗传学基因的概念范文
【关键词】基因工程；教学模式；教学改革
20 世纪70 年代诞生的基因工程是以分子遗传学为理论基础、以微生物学和分子生物学的现代技术方法为手段发展起来的新兴交叉学科，它是对不同生物的基因，在体外进行切割、拼接和重新组合，再转入生物体内，产生出人们所期望的基因产物，或创造出具有新的遗传特征的生物类型，开创了人们按照自己意愿在体外操纵生命的新纪元[1]。历经近40年的历程，该学科发展十分迅速，随着新知识、新概念、新技术的不断涌现，已取得了质的飞跃，成为21世纪生命科学的核心学科，广泛应用于农业、医学、药学等各个领域。
基因工程课程是全国高等院校生物工程和生物技术等专业的一门前沿性重要专业必修课。其理论覆盖面广，内容丰富、高新技术较多，且实验操作条件要求较高，需要学生系统熟练的掌握基因操作技术、细胞操作技术、遗传学技术等基础学科的理论知识，给理论及实验教学带来了一定的困难。目前采用传统的教学方法已无法满足学生的求知欲，难以取得令人满意的教学效果。为了顺应科学的发展，让学生在实践课堂中更好地认识和体会前沿科学的探索方法，在过去两年的基因工程课程教学中，笔者积极参与基因工程课程的探索式改革，根据需要调整教学内容，使学生能够深入理解本课程的基本概念、原理及操作方法，启发学生思考，深入学习新时代背景下的遗传工程技术，为培养生物技术高素质人才提供理论支持。
1教学内容改革
1.1以科学发展为向标，精简教学内容
《基因工程》是一门系统性的课程，内容多且抽象难懂，涉及面广，每一章节的内容紧密连接、环环相扣，需记忆的知识点较多。例如基因工程工具酶的内容是基因修饰、基因改造的基础，载体的内容是学习基因转化、筛选的前提等，因此，各部分内容之间有很强的逻辑性和连贯性，如果前一部分没有打下良好的基础，那么学习后边的内容就很困难。因此，要以全局观重新构建本课程的教学内容体系。
目前，国内外出版的《基因工程》教材版本较多，编写内容各有侧重，编排体系各有特色。因此在选择教材时应全面比较、慎重考虑，所选教材应具有新意，能展示近年来基因工程领域所取得的理论成果。但我校生物技术专业的基因工程课程所安排的学时数仅48学时，因此，要求教师适当精简部分内容，根据科研和生产实际工作中对基因工程知识和技能的要求，对课程内容进行取舍，按照酶切、连接、转化、扩增、鉴定等操作单元一根线将全部知识串起来，构建合理的授课内容体系，以期达到最佳的教学效果。
此外，《基因工程》是本校学生在修完《分子生物学》、《微生物学》、《细胞工程》等课程后才学习的课程，因此其教学内容可精简，避免与已学课程重复，可对教学内容进行删减，对重复的部分内容提醒学生复习，课堂教学时以提问的方式回顾或以课外作业形式进行，这样就可留出充裕时间讲解新的知识点，使得教学内容不只局限于教材，而以教材为依托向课外延伸，拓宽学习的内容，鼓励学生阅读多种课外资料，增加知识的积累。这样可以激发学生学习的兴趣，避免理论讲解过于晦涩难懂，提高教学效果。
1.2结合国内外基因工程新动态，引进新知识新内容
在教学过程中引进国内外基因工程最新科研成果的研究动态，使得学生接受目前基因工程相关的新观念，鼓励学生利用课余时间查阅和检索中外文文献，让他们了解基因工程的新动向，领悟基因工程在动植物遗传改良、基因治疗、环保应用等方面的研究正处于不断发展中，正是由于科研工作者共同努力的结果，其应用前景十分广阔，从而唤起学生学习兴趣以及对未知领域求知的欲望，增强生物技术专业自信心。
1.3理论与实践有机结合，双管齐下
基因工程是一门实践性、技术性较强的课程，一方面扎实的理论基础是学习和研究基因工程的重要前提，另一方面基因工程又要通过具体的技术环节来完成，技术性和实践性很强。但在传统理论授课过程中，教师普遍采用“先理论，后实验”的传统教学模式，笔者常感到学生们对于分子遗传的许多实验设计和方法兴趣浓厚，但缺少实践体会，学习效果不理想。因此，如何在理论知识中整合实验课程一直是笔者思考的问题。只有通过不断实践，才能深化有关理论和掌握基因工程的具体技术。对于初学者来说，首先要注意学习和掌握有关技术的基本原理和仪器设备的规范操作技术，培养规范的操作技能，比如加样枪（pipette）的规范使用和质粒DNA提取纯化、电泳鉴定等基本技能，如实记录实验结果与数据，培养学生的动手能力及发现和解决问题的能力，并在撰写实验总结报告中提高学生的归纳总结能力。
如在讲述基因工程中“分子克隆载体”理论章节时，载体的构建与改造中以pUC18/19载体为例，利用菌落的蓝白颜色进行重组子筛选的原理，教师可将科研中的重组质粒转化β-半乳糖苷酶缺陷型工程菌（大肠杆菌）后的蓝白斑筛选的实验图片，在课堂上通过多媒体展示，对蓝白斑筛选的机制原理进行阐释，以及在转化与蓝白斑筛选操作中受体细胞的状态、载体的空间构象、重组载体转化后是否有一定形成白斑，在实验室4℃冰箱搁置一两天为何白斑会变蓝色等现象，解释外源DN段与质粒载体的连接以及转化都存在一定的效率，最后生长出来的菌落并不都是阳性克隆，需要采用特殊的方法筛选出可能含有目的基因的重组体克隆[2]。通过理论知识的讲解，加强学生对实验每个操作环节的关注，让学生明白每个环节都可能影响最后的实验结果，使学生在实验操作中要具有严谨的科学研究的态度。
因此在观念上，应强调基因工程“实验同理论课同等重要”的教学理念，彻底改变“重上课，轻实验”的观念。通过这样的过程培养学生应用知识的能力，加强学生对文献资料的查询能力，拓宽知识面，可系统地梳理所学的理论知识。这样在《基因工程》教学实习中组织学生进行基因工程的“切、接、转、增、检”五大步骤中的目的基因及载体的切割及连接、重组质粒的转化及扩增、重组子的筛选与鉴定，较为完备地将《基因工程》的上游技术紧密衔接综合成为一体。
2教学方法改革
2.1发挥教师的主导作用，交流亲身体会
多媒体辅助教学在教学中的优势虽然比较明显，但运用不当将丧失其优势，在课堂教学中老师若只扮演播放幻灯者角色，不注意面对学生调整授课节奏，这将直接影响双方互动式交流，而交流减少必将疏远教学者与学习者的距离，弱化教师在教学中的主导地位，以及学生的主动性思考。笔者结合自己的经验，在教授基因工程这门具有很强操作性的课程时，在涉及实验操作等相关知识点上讲授自己的实验体会，把自己的成功经验与同学们分享，失败体会则告知同学们以提高警惕，避免在实践中出现类似的错误。
再譬如讲到“基因工程发展状况及应用”章节时，向学生介绍我国历史上在基因工程领域所取得的成就，介绍我国的生物科学家如何为科学事业做出贡献的事例，激发他们的民族自豪感，从而增强了他们的危机感和责任心，增强他们学习基因工程的热情。因此，在教学过程中，教师要循循善诱，激发学生的参与兴趣，我们的做法是在教学过程中阐明基因工程的应用成果，开阔学生的视野，驱使他们积极主动思考、主动探究，使其产生强烈的参与意识，使教学过程成为教师与学生互动和协作的过程，打破传统的“启而不发”、“无动于衷”等模式[3]。
2.2激发学生兴趣，参与研讨式教学
爱因斯坦说过，“只要把学生的热情激发起来，那么学校规定的功课就会被当作一种礼物来接受。”传统的灌输式教学容易让学生产生惰性，也不利于教师对学生学习情况的及时把握。基因工程课程本身抽象理论较多，因此在教学过程中，我们预留一定比例的课时，引导学生走上讲台参与教学讨论，营造活跃的课堂气氛，极大地调动学生学习的主动性和兴趣，有助于学生对课堂知识的掌握，例如在讲解“基因工程产品安全性评价争议”的章节时[4]，我们预留出互动环节，让学生分析影响转基因产品安全性因素有哪些，如何站在科学的立场辩证地看待和分析这起争论，这不仅关系到基因工程技术的深入研究，而且直接影响到生物技术产业的发展。学生在查阅相关方面最新文献和动态资料的基础上结合自己的理解各抒己见，分组讨论，最后再由老师进行点评、归纳，安排他们登上讲台讲解，这样既可以锻炼他们的表达能力，同时也增强他们看待科学问题的综合能力。这种教学方式调动了学生学习的主动性和兴趣，同时使学生在阅读能力、自学能力、口头表达能力等方面受到实际锻炼，达到事半功倍的教学效果。
2.3增加投入，完善多媒体教学
基因工程课程中涉及的信息量比较大，概念抽象、理论性强，如果使用传统的教学手段，学生只能得到一些感知的内容，无法使其得到直接的体验，从而加大了学习和理解的难度。而多媒体、影像资料、电视录像、电影、CAI课件等现代化教学手段，可以使学习内容图文并茂、有声有色、栩栩如生，便于学生理解记忆。例如，利用FLASH 动画演示聚合酶链式反应过程中DNA聚合酶是如何在模板链和引物的引导下，以指数倍数迅速扩增的过程，使得原来抽象难以理解的内容变得形象直观，既激发了学生的兴趣，又加深了学生的理解。改变了以往一支粉笔、一块黑板的传统教学方法，可以在有限的时间内提供给学生最大的知识信息量。为此，我们以科学性、教育性与技术性为标准，精心制作了基因工程多媒体课件，将教学内容多层次、多角度地呈现给学生。
2.4以科研项目为依托，促进基因工程的课堂与实验教学
本科教学过程具有很强的探索性，它不仅要传授知识，还担负着发现未知和培养学生探求新知能力的任务。在过去的两年中，笔者做了几个方面的尝试，一方面借鉴教学团队成员们多年的科研工作的积累，将多种成熟的分子实验技术和实验材料提供应用到实验教学中，比如，根据目的基因设计引物进行PCR鉴定，利用切口平移法标记探针进行DNA分子杂交等分子遗传研究领域的常用实验技术。另外，依托教师所在的科研团队和研究项目，教师们把科研成果转化为实验课程内容，借助科研项目小组的实验材料，学生们才可以尝试更多的实验技术与方法，利用科研平台和项目背景促进实验教学的发展，开阔学生的学术眼光和视野、进行学术熏陶，这是一条行之有效、立竿见影的改革途径。
把教师正在从事的科研课题新知识贯穿到教学之中，使课堂内容更为具体、亲切、富于实际感受，从而激发学生科学研究的兴趣和灵感，鼓励学生申请一些研究生课题参与到研究工作中。实践表明，通过启发式的案例教学，不仅使同学们深刻领会到学习该门专业课的真正目的和用途，而且还大大提高学生培养和树立辩证的思维与系统的方法来综合运用专业理论知识去分析及解决复杂实际问题。由于基因工程具体操作中涉及基因的选择、技术路线的制订和实施，面对的都是系统问题，充满着局部与整体、微观与宏观对立统一的辩证关系，只有应用辩证的思维和系统的分析方法，才能客观地分析生物代谢环节、生理过程、发育阶段等在性状决定中的作用，从而制定出动态优化、高效的技术方案，这样有利于学生学以致用的应用型人才培养和创新思维能力的培养，收到了良好的教学效果[5]。
长期的实践告诉我们：教学是科研的基础，科研是教学的发展与提高的依托。《基因工程》是现代生物技术专业典型的专业基础课，其发展迅速，教学效果好坏直接影响高校生物技术专业人才的培养，进而影响高校人才培养目标的实现。通过对《基因工程》教学内容与教学方法的改革，不仅改变了在教学中只能教死书的状况，而且把在科研工作中积累的经验带到了课堂，丰富了课堂教学内容，提高了课程质量，促进学生跟上学科的发展进程，为国家培养更多高素质的21世纪合格人才。
参考文献：
[1] 吴燕华, 郭滨, 娄慧玲, 崔玉良, 顾惠娟, 乔守怡.从基因克隆到表达分析——改革基因工程实验课程的实践与体会. 遗传,2012 ,4(2): 248-252.
[2] 魏群.分子生物学实验指导(第2版)[M].北京:高等教育出版社，2007:7
[3] 康培安. 《基因工程》教学方法改革的探索.安徽农学通报.2011,17(23):179-180
[4] 孙明. 基因工程[M]. 北京: 高等教育出版社,2006
第8篇：分子遗传学基因的概念范文
关键词植物叶绿体;基因工程;发展;应用;存在问题;展望
叶绿体作为植物中与光合作用直接相连的重要细胞器,其基因组的功能也因此扮演着十分重要的角色。1882年straburger观察到藻类叶绿体能分裂并进入子代细胞;1909年baur和correns通过在3种枝条颜色不同的紫茉莉间杂交得出,质体是母本遗传的。人们便开始对叶绿体遗传方面产生了浓厚的兴趣[1]。1988年boynton等首次用野生型叶绿体dna转化了单细胞生物衣藻突变体(atpb基因突变体),使其完全恢复光合作用能力,标志着叶绿体基因工程的诞生[2]。叶绿体基因工程作为一种很具有发展前景的植物转基因技术,在植物新陈代谢、抗虫性、抗病性、抗旱性、遗传育种等方面都将有着越来越重要的意义。
1叶绿体基因工程概述
1.1叶绿体简介
叶绿体是植物进行光合作用的重要器官,是一种半自主型的细胞器,能够进行自我复制,含有双链环状dna。叶绿体dna分子一般长120~160kb。叶绿体dna有ira和irb 2个反向重复序列(分别位于a链和b链),两者基因大小完全相同,只是方向相反,它们之间有1个大的单拷贝区(大小约80kb)和1个小的单拷贝区(大小约20kb)。
1.2叶绿体基因组转化优点
叶绿体基因具有分子量小、结构简单、便于遗传的特点,故相对于传统的细胞核遗传更能高效表达目的基因,这是因为叶绿体基因本身拥有巨大的拷贝数[3]。叶绿体基因可实现外源基因的定点整合,避免位置效应和基因沉默;遗传表达具有原核性;安全性好,叶绿体属于母系遗传,后代材料稳定;目的基因产物对植物的影响小。利用叶绿体基因转化的这些优点,可以加快育种速度和效率,节约育种时间。
1.3叶绿体转化的主要过程
叶绿体转化过程通常分4步:一是转化载体携带外源目的基因通过基因枪法或其他转化体系导入叶绿体;二是将外源表达框架整合到叶绿体的基因组里;三是筛选具有转化的叶绿体细胞;四是继代繁殖得到稳定的叶绿体转化植物[4]。
1.4叶绿体转化的主要方法
依据叶绿体转化的主要过程,生物学家相应地研究若干种叶绿体基因转化的方法,其中常用的叶绿体转化方法:一是微弹轰击法。将钨粉包裹构建完整的质粒载体,用基因枪轰击植物的各种组织、器官,然后对重组叶绿体进行连续筛选,不断提高同质化水平,最后获得所需的转基因植株[5]。二是农杆菌t-dna介导的遗传转化法。将外源目的基因、选择标记基因等构建到农杆菌的ti质粒上,然后通过与植物组织或器官共培养,最后把所需外源基因转化到叶绿体并获得表达。三是peg处理法。只需将构建好的质粒(含外源基因、标记基因、同源片断、启动子、终止子等)在一定的peg浓度下与植物原生质体共培养。
2叶绿体基因工程的应用
2.1提高植物光合效率
植物的光合效率非常有限,太阳能的很小一部分可以转化为植物所需要的能量,从而转变为人类需要的产品。植物光合效率取决于rubisco酶的丰富度。rubisco酶一方面可以制造可溶性蛋白,另一方面也可以限制co2合成。人们可以通过2种直接的方法提高光合速率:一是加速酶催化的循环过程;二是提高酶的特性,减少光呼吸浪费的能量[6]。很多科学家正试图通过提高rubisco酶来提高植物的光合效率,而其中拟南芥和水稻的定点整合试验取得了重大突破,证明叶绿体基因工程是生产高光合效率作物植物的最有价值的方法。
2.2合成有机物质
由于叶绿体型转基因植物具有环境安全性好、底物丰富、产物区域化等优点,已被越来越多的人关注,并成为工业化生产特定有机物质的可靠场所。例如,有科学家已发明了用叶绿体基因工程表达聚3-羟基丁酸酯合成相关基因的方法。聚3-羟基丁酸酯及其他类型的聚3-羟基链烷酸酯同属于聚酯类物质,是自然界中多种细菌的碳源及能源储备物。具有生物可降解性,如取代化学合成塑料将能从源头解决塑料废弃物引起的“白色污染”。其通过构建了含phbb、phm、phbc和aada基因表达盒的叶绿体整合及表达载体,通过基因枪轰击法转化烟草。northem点杂交、rt-pcr分析结果表明,叶绿体型转基因植株中目的基因在转录水平的表达明显高于核转化植株中相应基因。
2.3生产疫苗
人类治疗用蛋白质可以在叶绿体中实现表达,表达效率取决于外源基因的整合位点,增强转录和翻译的调控元件以及外源蛋白的稳定性等。人类已经在用叶绿体基因生产疫苗方面开展了卓有成效的工作。例如,范国昌等将甲型肝炎病毒vp3p1区和丙型肝炎病毒c区融合,并导入到衣藻叶绿体基因组中,融合蛋白得到高效表达,且具有双抗原活性。而霍乱病毒蛋白b(ctb)抗原ctb已经在叶绿体中转化成功,预示着转基因植物疫苗的可商业化前景。tregoning等将tetc基因在烟草叶绿体基因组进行表达,为了增加mrna的稳定性及在烟草叶片内表达的可行性,他们将基因进行了密码子优化,分别表达了未经改造的富含at(72.3%at)和人工合成的富含gc(52.5%at)的基因,tetc-at和tetc-gc的表达量分别为总可溶蛋白的25%和10%。
2.4在植物抗性方面的研究
在抗虫性方面,kota和cosa分别于1999年、2001年将btcryzaaz基因转入烟草叶绿体,前者可100%杀死4 000多倍抗性的抗性虫,后者报道bt表达量达46.1%。在抗逆性方面,人们通过编码sod、apx等酶的基因已经转入到烟草、苜蓿、马铃薯、棉花的叶绿体中,提高了植物的耐氧化能力,从而提高了植物对环境胁迫的耐受能力。
2.5叶绿体基因组在系统发育学上的应用
叶绿体在系统发育学上的优点:一是叶绿体基因组是仅次于核基因组的第二大基因组,为比较研究提供了一个较大的数据基础;二是叶绿体dna的核酸置换率适中,在应用上很有价值。然而,用叶绿体dna研究系统发育也存在着明显的不足:一是叶绿体基因组是母性遗传的,因此并不能单靠叶绿体基因组来解释居群间的杂交现象;二是虽然有越来越多的叶绿体dna被用作分子标记来研究类群间的系统发育关系,但只有将这些分子片段提供的信息与其他的分子片段信息、传统的形态及生理特征结合起来获得更多的信息,才能更接近系统发育的本来面目。
2.6叶绿体基因在消除环境忧虑问题上的前景
当今最为普遍的问题就是外源基因从转基因作物到杂草的逃逸,这一逃逸主要是通过花粉的扩散,产生超级杂草或产生和其他作物之间的基因污染,对环境极为不利。叶绿体基因工程产生的基因逃逸现象的风险远远低于核转化作物,因为大多数作物中的质体dna都是母系遗传,这样就可以避免作物和作物、作物和杂草之间的杂交,消除人们对基因污染的忧虑。
3叶绿体基因工程存在的问题
3.1叶绿体基因转化在杂合体上的稳定性问题
由于高等植物的每个细胞中有10~100个叶绿体,每个叶绿体内有10~100个叶绿体基因组拷贝,因此转化的叶绿体和未转化的野生型叶绿体同时存在于转基因植株中,造成这种杂合体在遗传上是不稳定的。在转化外源基因之前,目前可采用降低叶绿体拷贝数、高压筛选和选用致死突变体作为外源基因的受体等方法使转基因植株易于同质化。
3.2植物的种类有待扩展
可能是由于大多数植物的叶绿体基因组序列不清楚,因此无法确定用于载体构建的同源重组片段和外源基因的插入位点。目前,已成功转化的植物种类很少,只有番茄和烟草通过有性生殖使外源基因获得稳定遗传,而番茄却是唯一能有高的外源蛋白积累的可食用果实的植物。
4展望
虽然在叶绿体基因工程领域人们已经取得了一定的进展,但对于改变叶绿体基因工程中所存在的缺点,科学界仍然要有大量的工作需要进行。为此,寻找更多更加合适的方法来改进叶绿体基因工程,使其优点更加明显,必将在未来生物技术领域带来又一场革命,为人类造福。
5参考文献
[1] 刘良式.植物分子遗传学[m].北京:科学出版社,1997.
[2] boynton j e,gillham n w,harris e h,et al.chloroplast transfo-rmation in chlamydo monas with high veloeity mieroprojeetiles[j].science,1988,240(4858):1534-1538.
[3] 李宏韬,赵淑青,赵彦修,等.叶绿体基因工程简介[j].遗传,2003,25(4):495-498.
[4] svab z,hajdukiewicz p,maliga p.stable transformation of plastids in higher plants[j].proc natlacad sci usa,1990(87):8526-8530.
第9篇：分子遗传学基因的概念范文
1.遗传学实验课程普遍存在的问题
1.1轻视实验课。
根据我国长期的传统教学模式和思维，形成重视理论教育，轻视实验程教育的现象。结合多年教学经验，我们发现一些教学工作者把实验课仅仅视为验证和加深理解课堂讲授的理论，没有把实验课当做培养学生发现问题、分析问题、解决问题能力的环节。实际上，实验课是培养具有创新能力的高素质人才不可缺少的一个重要环节[5]。随着现代遗传学的飞速发展，新的遗传学现象和理论不断增加，新的遗传学研究方法和手段不断涌现。为了多给理论课时间，许多高校不断修改实验内容、实验时间、实验课时，大大违背了实验设立的初衷。
1.2硬件设备较落后。
由于重理论，轻实验的思想和经费不足等诸多原因，导致遗传学实验的设备老化，数量不足。随着新的实验技术和研究手段不断涌现，更使遗传学实验的硬件设施显得落后。在很多高校，由于仪器设备的限制，只能开展一些相对简单的实验。
1.3实验内容不利于学生发展。
受传统教学理念的影响，一些高校设置的遗传学实验内容不符合遗传学发展要求。实验内容的总体情况可总结为三多三少[6]：一是经典遗传实验内容多，分子遗传实验内容少；二是验证性实验多，综合设计实验少；三是课外补助的实验多，课堂计划学时的实验少。
1.4教学方式较为单一化。
受传统的教学模式和硬件设备等各方面因素的影响，教师将实验课的教学方式设置得较为单一，一般模式为，老师在上课前把实验试剂、实验材料等事先一应俱全地准备好，然后讲解实验目的、实验原理、实验步骤、注意事项、结果的预测等，学生按照步骤往下做。这样的教学方式，学生几乎是机械、被动完成实验内容，不能发挥主观能动性，实验做完后脑中一片空白，收获甚微。
1.5成绩评定需多样化。
实验课成绩是评定学生实验质量的直接体现，也是检验所设立遗传学成功与否的直接方式。传统的实验考核方式过于单一，仅凭书面实验报告和预习报告作为评定实验成绩的依据，没有突出实验操作，不能全面真实地反映学生的实验水平和教师的实验教学质量。
2.遗传学实验课程改革的探索
针对当今遗传学实验课程存在的普遍问题，结合多年教学经验，我对遗传学实验课程提出以下改革措施，由教学实践来看，教学质量大大提高，取得了较好的成绩。
2.1提高实验地位，改善实验条件。
针对当前遗传学实验课依附于理论课，课时数较少且科研经费、实验经费匮乏的情况，我们采取以下改革措施：首先，修改了本科生培养方案。根据调增后的培养方案，遗传学一共72学时，实验课20学时，增加了实验课的比重和课时数，能够较好地满足要求。其次，高水平的实验室不仅是科学研究的基地，而且起着提升办学水平和加强人才培养的重要作用。过去我校遗传学实验室设备极其简陋，场地极其有限，很多想开展的实验都无法进行。经过多年努力，并与其他实验室相结合，现在情况得到较大改善。一些分子遗传学的实验相继开展，比如，PCR扩增实验、RNA提取，等等。
2.2改革实验内容，培养学生能力。
实验内容是育人理念的直接反映，我们本着适应学科发展，结合自身实际，培养学生能力的态度和思想，逐渐建立了逐层递进的实验教学体系，即基础性实验――综合性实验――研究型实验。
2.2.1基础性实验
主要目的是使学生认识实验室常用仪器设备，并正确规范使用，熟悉遗传学常用的实验方法，等等。该阶段主要以验证性实验为主，实验时间安排方面要与理论课相协调。实验课前要让学生预习，上课初检查学生预习情况，只有很好地熟悉实验内容，才能做好实验。在上课过程中，着重强调实验重点和注意事项，及时纠正错误和不规范的操作。课后认真批改实验报告，检查实验效果。
在很多实验改革意见文献中，认为该部分对提高学生能力没有太大作用。实际上，学生们掌握好基本的实验操作技术，在后续的实验中就能得心应手，较顺利进行。比如显微镜的使用，很多学生不知道显微镜实验结束后哪个目镜对着通光孔。又如，很多学生在使用移液管时，不知道哪个手指进行调节，等等。为了避免上述情况出现，这一模块，老师更应该认真对待。
2.2.2综合性实验
设立综合性实验的目的是结合遗传学理论课程的多个知识点和本专业相关课程，对学生实验技能和方法进行综合训练。该模块旨在培养学生的综合分析能力、实验动手能力、数据处理能力、查阅资料能力和运用多学科知识解决问题的能力[7]。我们设计了果蝇遗传学综合实验，涉及果蝇的野外采集，培养和生活史观察，果蝇唾腺染色体的观察，以及果蝇同工酶的分析实验。通过该综合实验，学生较详细地掌握了果蝇遗传学方面的知识[8]-[9]。
2.2.3研究型实验
结合课程教学或独立于课程教学而进行的一种探索性实验，主要特点是整个实验由学生独立设计、独立操作、独立创新。实验指导老师制定几个指导性研究题目（方向），让学生自己选择题目（方向），自己完成实验材料的选择和准备、实验方案的设计（实验流程、影响实验结果的因素等）、实验操作和实验结果的分析，并撰写研究论文（报告）。
我们结合自身实际和学生感兴趣的话题，对人体手部皮纹进行遗传学分析。指纹的遗传特征十分突出，被用作个人身份调查取证的重要线索，根据个体差异分析，产生了“DNA指纹”。通过常见染色体患者皮肤纹理的分析，学生展开了充分讨论，进一步理解了遗传的复杂性。如此，不仅加深了学生对所学知识的印象，拓宽了知识面，而且增强了学生分析问题、解决问题的能力。
2.3改变教学手段，激发学习兴趣。
传统的授课模式，不利于学生兴趣的激发和能力的培养。针对这种情况，我们分模块进行教学改革，对于基础性实验，任课老师利用多媒体，先让学生观看有关实验的录像片，对实验形成生动而清晰的直观认识。课堂上教师负责解决实验过程中出现的问题和纠正不规范操作。对于综合实验课程，老师多用启发式授课方式，多问学生为什么，引导和鼓励学生发现疑难，提出问题，积极思维，寻求答案。另外，采取开放式教学模式，学生设计好实验方案，在老师的监督下，把实验室交给学生，让学生自行配置实验试剂，准备实验材料，等等，使其真正参与科研中。对于研究型实验课程，我们结合我院大豆育种科研项目的优势，积极组织学生参与课题，培养学生能力。
2.4完善评定形式，提高教学质量。
以往，实验考核方式过于单一，仅凭书面实验报告和预习报告作为评定实验成绩的依据，没有突出实验操作，不能全面真实反映学生的实验水平和教师的实验教学质量。因此，遗传学实验课程考试成绩应由以下几部分组成：首先，学生课前的预习情况，通过课前预习报告和老师上课前的提问给分。其次，看学生的课堂表现，由于人数比较多，多数情况老师不能一一打分，针对这种情况，我们设立操作考核和平时考勤记录，真实反映学生的掌握水平。再次，通过实验报告给学生打分，要求学生用确切简明的形式，将实验结果完整、真实地表达出来。对实验总结报告，要求文字通顺、简明扼要、字迹端正、图表清晰、分析合理、结论正确。
