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传统的教育模式一般都是先通过课堂上对教材的讲解,然后再在实验课上联系实践从而完成教学任务。其实这样不但效率不高,而且还容易造成理论和实践脱节,教学效果欠佳。药用植物学的教学工作应该以实践为中心,加强理论和实践的结合,让学生边观察药用植物边掌握有关概念,在学习中使学生的观察能力和动手训练得到加强。教学过程中还要充分调动学生的主观能动性,让学生参与其中,例如在讲药用植物叶子的时候可以课前给学生布置任务,让学生们课下收集不同类型的叶子带到课堂上来,然后再由老师进行鉴别讲解,这样学生从身边较熟悉的植物开始进入学习药用植物知识的大门,易于引起学生的学习兴趣,更加牢固的掌握相关的概念和技能,同时还锻炼了学生的自学能力。尽量做到将实验室、标本馆、药用植物园变成学生们学习药用植物的课堂,这样不但避免了理论课与实验课程内容的重复,还减少时间、资源上的浪费,同时也能培养出理论知识够用,专业技能实用,就业途径宽泛,适应社会需求的可用之才。
二、完善实验室建设,以提供先进实验条件
实验教学对培养学生基本操作技能非常重要,它不仅可以培养学生的动手能力、解决问题的能力,还可以使学生的创新能力有所提高,引导他们正确的思维和严谨的工作作风[2]。所以提供先进的实验条件对学生综合素质的提高有着举足轻重的作用。下面就药用植物园、实验室设备、标本室这三个方面应具备的条件作简要的概述。
(一)完善实验室设备,加强实验课改革
药用植物实验室是药用植物学实践教学的重要场所,其条件的好坏直接关系到教学效果,因此药用植物实验室实验条件应该不断加以完善。购置一些先进的实验设备,如切片机、光照培养箱、电子显微镜等。锻炼学生自己动手做制片,观察药用植物细胞、组织、器官的结构特征,组织形态,并进行区别比较,教师在旁边进行指导及纠错;使学生掌握粉末制片、徒手切片等制片、染色、装片和生物绘画等方法和技术;实验室除了固定的实验课时间外还应该做到对学生定期开放,使学生们有更多的机会自主学习锻炼,通过平时反复练习,加强实践能力,以能够胜任将来的工作。更外也应该多做一些设计性综合实验,有利于学生实践能力的提高[3]。
(二)扩大药用植物园规模
2009年开始,药用植物教研室在校园内建了一个小型的药用植物园,目前已采集并成功栽培了甘草、薄荷、桔梗、防风等20种药用植物,使学生从种到收都可以亲身体验,而且可以随时观察各种药用植物的生长状况,熟悉它们的生长习性,为药用植物实践教学创造了条件,但是药用植物园规模较小,我们计划扩大其规模,引进新品种,使其达到容纳100种药用植物,更好的为药用植物实践教学服务。
(三)加强标本室建设
加强标本室建设,尽可能多的采集样品,制成标本,全天对学生开放,这样学生就能在最便利的条件下学习很多的药用植物的知识,与此同时也能够多次使用检索表从而提高鉴别植物的能力。
三、积极开辟野外实习基地,以提高实习效果
药用植物学野外教学实习环节对提高教学质量起着至关重要的作用[4]。在野外实习教学中,应用GPS定位仪和数码相机等现代教育技术,可以将所观察植物定位,实现地标化和数字化,从而激发学生的兴趣,提高他们的实践能力;并用植物分类检索表来查找科属间的特点,药材特征,写出调查报告,充分带动了学生自主学习,发挥个性优点,提高学生专业实践运用能力。
四、改进考试考核,培养:“高分高能型”专业人才
传统的考试考核只注重理论知识的掌握,而忽略了实践能力的重要性,从而导致了“高分低能”的现象的发生,具体的原因很多,主要之一就是旧的考核办法有缺陷,无法实现理论与实践的相结合,使学生们只能纸上谈兵,无法真正考核学生的真实水平,而且容易误导学生只注重对课本的死记硬背,不重视课程实践环节。因此应该致力于建立客观、公平的综合评价体系,使学生教育真正走向“以能力为中心、以素质为导向”的轨道,打破单一考卷模式,逐步向多元化职业素质模式转变。对学生的考核不应全部集中于期末的考试成绩,而是应该合理安排更偏重于实践的应用上。如药用植物特征描述占25%,显微特征占25%,植物检索表的使用占10%,野外实习对植物的鉴别10%,期末理论考试占30%。
以上是我对药用植物学课程改革的一些体会,但仍存在许多亟待探索和解决的课题,对于改革经费不足、野外实习基地路线的不成熟,药用植物园植物种类较少,本课程内容及与相关专业课合并的改革等问题也许会使改革在较长时间之后才能够进行。
[参考文献]
[1]姚振生.药用植物学[M].北京:中国中医药出版社,2003:1.
[2]李昌勤,袁王俊,丛悦,王金梅.药用植物学实验教学改探.科技资讯.2011,20:176-178.
【摘要】野外实习是药用植物学课程实践教学的重要环节,合适的教学方法是获得良好教学效果的重要前提。以往的教学环节设置存在以下五方面的问题:1)小组划分过大;2)重点不突出;3)教学方式过于简单;4)理论与实际结合不紧密;5)考核方式单一。针对以上问题,学院提出了针对性的解决策略,具体包括:1)细化实习小组,规范标本的采集与制作,实习后开展标本评展。2)精简实习内容,突出实习重点。3)充分利用好工具书和教材,发掘学生自身学习潜力,调动学生学习积极性。4)注重生态环境考察,有目的地要求学生练习使用药用植物学专门术语来描述植物的性状。5)根据教学内容设计多角度、全方位的考核方式。通过以上改进,药用植物学野外实习教学环节取得了更好的效果。
【关键词】植物学课程实习环;问题分析;对策探讨
继承和发扬民族传统医药是中南民族大学药学院的重要特色之一,故药用植物学便成为我院各专业学生的一门必修专业基础课程。该课程以具有医疗保健作用的药用植物为研究对象,讲授它们的组织形态、生理功能、分类鉴定以及资源合理开发利用,具有很强的理论性和实践性。通过学习该课程,学生应该能够对以下几点有初步的认识:1)常见药用植物的鉴别要点;2)常见药用植物的资源分布;3)常见药用植物的分类地位及亲缘物种;4)现代药用植物研究新技术。该课程是我院学生在高年级学习生药学、天然药物化学等主干专业课程的先修课程,具有非同寻常的重要意义。该课程讲授的知识尽管并不晦涩难懂,但内容相对繁杂枯燥、缺乏系统性。学生普遍反映药用植物学是知识点多而杂、学习主要靠考试前突击死记硬背的课程。而野外实习正是解决这些问题的重要手段。野外实习可以帮助学生把理论知识和实际情况结合起来,将教材上死的东西变成生活中活的范例,从而激发学生的专业兴趣,提高学生的综合素质,因此是药用植物学课程教学的重要组成部分。
我校目前以湖北省京山县绿林镇风景区和太子山林场为实习基地,于每年8月底举行为期一周的药用植物学野外实习教学,取得了不少成绩。然而,从近年药用植物学野外实习教学实践情况看,一些问题依然存在,具体来说主要有以下几个方面:1)实习小组划分过大,每组包括约18名学生,这样就不能使每位学生都获得充分参与的机会;2)目标不够明确。药用植物学野外实习本应以具有药用价值的植物为主要研究对象,通过野外实地考察,了解它们的性状鉴别要点、野外生长状况以及植物资源分布情况。但由于实习点内的植物不全是药用植物。根据现有的实习安排,在学生采集的标本中往往混有大量的非药用植物。这样就导致在实习过程中,教师不得不抽出相当部分的时间精力向学生讲解这些非药用的植物,这样就冲淡了实习主题,影响了实习收获。3)教学方法过于简单。学生遇到不能辨认的植物时,不是求助于工具书和文献,而是直接询问教师。教师也会直接告诉该植物的科属和定种,而不是引导学生自己从工具书中寻求答案。这种教学方法不能充分调动学生的积极性并锻炼学生的思维,反过来容易助长学生以瞬时记忆和应付考试为目的的学习模式。4)理论和实践结合不紧密,观察植物走马观花,不够认真细致。学生机械记忆,不能真正掌握各科属植物的鉴别要点。5)考核方式单一,主要以实习报告为依据来确定学生的成绩,难以取得最佳的教学效果。
对于这些问题,经反复研究,结合我院实际情况,我们有针对性地提出了以下对策:
1)细化实习小组,规范标本的采集与制作,实习后开展标本评展。在实习活动中,教师应对实习小组进行细化,将一个大组细化为5个小组,每组4人左右,每个小组的成员应该有明确的分工,这样便能使更多的学生有亲身实践的机会。同时还要求学生在采集植物时注意标本相关信息的记录,如标本的典型性、完整性、采集时间、生长环境、重要形态特征等。这些信息对后续的标本鉴定和研究无疑有很大的帮助。为了狠抓每个小组标本采集的落实情况,我们在实习后还将开展标本评展工作,将各个同学的标本制作技能和原始记录的详尽规范程度纳入实习量化考核中。同时,还要将学生制作的优秀标本作为教师将来开展理论教学的实证标本。
2)精简实习内容,突出实习重点。在以往的教学模式中,教师带领学生去野外,走到哪里讲到哪里。这样,一部分比较典型,对教材上知识结构具有极大的支撑作用的药用植物,就有可能因为在考察的过程中没有遇见而无法向学生讲授。为了改进这一缺陷,实习前,教师首先根据当地实际情况,挑选出一些形态结构典型、分类地位明确的常用中药,对这些中药的各方面特性有一个总体性的把握。到达实习地点但尚未开始野外实习前,教师分组向同学们讲解这些植物的基本情况,要求每组学生必须能够采到这些植物,完全掌握这些植物的性状鉴别要点及分类地位。实习结束后的药用植物辨认考试中,这些植物也会占有相当的比例。通过采取以上措施,学生明确了实习要点,同时可以达到利用重点掌握一两种植物带动理解一科植物的辨析要点的效果。
3)充分利用好检索表和教材,发掘学生自身学习潜力,调动学生学习积极性。单纯简单地识记药用植物的科属不应是药用植物学野外实习的主要目标。比较起来,提高对药用植物识别能力是其中更重要的一项训练内容。植物的各级分类检索表是药用植物鉴定的基本工具书,教师应对检索表使用和编制方法进行详尽的专题讲解。这样,一方面学生可以将工具书作为工作以后可以终身依靠的哑巴老师,利用检索表对无法辨认的植物名称及其科属分类进行确定,提高独立工作能力。另一方面,学生可以反过来根据实习地点常见的药用植物编写检索表,这一定有利于他们掌握植物亲缘关系辨别及分类理论,提高综合分析问题与解决问题的能力,加深对药用植物学理论知识的全面理解。同时还应注重教材在实习教学中的地位。尽管有植物志和检索表这样准确全面详实的工具书,但是这些工具书信息过于庞杂,且体积巨大、携带不方便。学生很难在短时间内熟练地掌握。相比较而言,教材知识精炼、突出药用植物学的基本知识与主干概念。教师要充分运用教材,有意针对教材的内容,结合实习地点的实际情况,设计以加强对教材内容的理解为目的的实习内容,让学生充分开展落实,最后达到加深对教材内容的理解与掌握的目的。
4)注重生态环境考察,有意练习使用药用植物学专门术语来描述植物的性状。药用植物的生长繁衍必须依赖一定的外部环境。反过来,植物对其所处环境也有一定影响。 因此,十分必要加强对药用植物的生长环境考察与分析。具体地说,首先要掌握各种生态类型和群落类型的特点以及植物种群、群落之间的联系;其次要了解植物与环境因素的相互关系,如气候、土壤、地形、其他生物和人类活动等各种因子对药用植物分布的影响,为资源调查提供依据。对药用植物术语的熟练运用也是野外实习的重要训练目标之一,为了落实这一点,应强化室内实习环节。教师应把药用植物学野外实习作为教学、科研的一个重要环节,结合药典收录的药用植物以及实习基地药材植物分布情况,设计一系列实习专题,让学生进行实习地植物资源调查。实习前应先引导学生,查阅文献资料了解专题涉及的药用植物的资源分布、生长环境、植物鉴定性状和药用价值等信息。调查采集完毕后,进入室内实习环节,这一环节要求学生进行室内标本制作、温习描述植物形态的常见术语、整理实习资料、编制定种检索表。对于学有余力的同学,可以引导他们继续查阅文献,写出药物有效化学成分、药理作用机理、临床应用和资源开发的综述报告。这样也就培养和训练了学生的自学能力和科技论文写作能力。教师还可以进一步指导学生进行独立的校园药用植物资源调查,编制校园药用植物检索表;或者假期让学生调查家乡的药用以及珍稀濒危植物等,并用植物分类检索表查找其科属特点,对药用植物学野外实习的内容进行加深拓宽。
[关键词] 比较;教学;药用植物学;应用
[中图分类号] G623[文献标识码] C[文章编号] 1673-7210(2012)03(a)-0139-02
《药用植物学》是中医药院校中药学相关专业的重要专业基础课程,是一门实践性很强的学科,学好这门课程对于中药学、天然药物化学、中药鉴定学、生药学、中药资源学和中药栽培学等相关课程的学习及研究具有十分重要的意义。
在课堂及野外实践教学过程中,教者适时、适度地引用“比较式教学法”,可使学生更容易抓住药用植物的主要识别特征,加深理解。另外还可以鼓励学生从其他角度进行横向或纵向比较,培养学生的发散思维和创新能力。
1 概念及方法
“比”即为比较,是在教学活动中将两个或两个以上的认识对象放在一定的条件下,按照同一标准进行对照比较,从而确定认识对象属性的同异、地位的主次、作用的大小、性能的优劣、问题的难易或认识的正误深浅,以达到辨识、了解和把握认识对象之目的的一种方法[1]。
1.1 横向比较法
横向比较是将两个或两个以上处于同一层次或同一类别或相类似的事物加以比较的方法,即对同一时期的同类事物,或同一事物内部存在的各个方面进行比较。对于同一科属的药用植物适用此法。
1.2 纵向比较法
纵向比较是对不同历史时期内属于同类的不同事物,或同一事物在不同发展阶段的不同情况进行比较。任何事物都在不断发展变化[2]。此法适用于不同科属药用植物的比较。
1.3 纵横结合比较法
纵横结合比较法或在横向比较中夹带着纵向比较,或在纵向比较中夹带横向比较,两者结合比较。任何事物不是孤立存在,也不是静止不动,既与其他事物同存,其本身又在发展变化[3]。多角度、全方位对比同一科属或不同科属药用植物的区别点更适用这种纵横结合的方法。
2 实施的必要性
河南药用植物资源丰富,不同的气候、不同的环境,造就了丰富多彩的药用植物。据全国中药资源普查,全省拥有中药材品种总数2 302种,其中植物类1 963种,动物类270种,矿物类44种,其他25种。由于药用植物种类繁多,分科琐细,且该课程内容涵盖面广,知识点多,需要记忆和理解的内容多,使得课堂教学十分枯燥,学生对知识的掌握有一定困难,教学效果往往不尽如人意。授课过程中通过比较植物之间的异同点,特别是对于名称、形态和功效上容易混淆的药用植物,采用实物对比讲解的方式,可以使学生思考、分析和解决问题的能力有所提高[4],学生的学习兴趣也会明显增强。
3 在药用植物学教学中的应用
3.1 同一科属的横向对比
河南四大怀药的山药与穿山龙为薯蓣科植物,地上部分形态相似,但山药根茎在地下直走,穿山龙根茎地下横向生长。东北道地药材人参和西洋参形似,但西洋参小叶片的叶脉上面几乎无刚毛,叶缘的锯齿不规则且较粗大,容易区分。车前和平车前均为车前科,地上形态极为相似,都是匙形叶,穗状花序,但车前为须根系,平车前为直根系,挖出后观察根系类型可予区分。玉兰和广玉兰同为木兰科木兰属植物,学生在识别的时候总是容易混淆,比较二者叶后不难发现,广玉兰为革质叶且为常绿植物,玉兰为草质的落叶植物。木兰科北五味子和南五味子也存在类似现象,二者功效不同,不能同作五味子入药,需准确把其分类,比较果实后发现:北五味子果序为穗状,而南五味子果序为球状。玫瑰与月季是同科同属不同种的姊妹花,市场上卖的鲜花许多都是月季的变种,如何区别玫瑰和月季,见表1。牡丹与芍药在观赏价值方面绝不逊于玫瑰和月季,虽同为芍药科,花形花色有相似之处,但牡丹属于小灌木,而芍药属于草本,二者通过茎质地的对比就能轻而易举地区分开。石菖蒲与水菖蒲同为天南星科,仅一字之差,植物学特征又非常相似,叶剑状条形,两列状密生于短茎上,全缘,先端渐尖,有光泽;但中脉不明显者为石菖蒲,若中脉明显即为水菖蒲。通过叶脉鉴别的还有伞形科柴胡属植物柴胡、狭叶柴胡和大叶柴胡,差别之大,比对即见,见表2、图1~2。
3.2 不同科属的纵向对比
北沙参属于伞形科珊瑚菜的根,花序为复伞形。南沙参属于桔梗科四叶沙参或轮叶沙参等植物的根,有乳汁。另就二者质地而论,北沙参坚实,南沙参空疏。半边莲与半枝莲:半边莲属于桔梗科植物,有乳汁,花冠红紫色,裂片偏向一侧,故名,而半枝莲属于唇形科,无乳汁,叶对生,茎四棱,两朵小花对生,总状花序排列在枝顶一侧而得名。金钱草与连钱草分属于报春花科植物过路黄和唇形科植物连钱草,二者亲缘关系较远,自然形态学差异较大。海棠与秋海棠:海棠为蔷薇科木本植物,秋海棠为秋海棠科草本植物。绞股蓝和乌敛梅:绞股蓝是多年生草质藤本植物,素有“南方人参”之称,国内外的研究一致表明,绞股蓝具有抑制肿瘤细胞繁殖、抗疲劳、保肝、抗胃溃疡、调节脂质代谢等药理作用。乌敛梅(葡萄科)与绞股蓝在植物形态上很相似,以致许多人误将乌敛梅当绞股蓝入药、饮用,乌敛梅卷须二分叉与叶片对生,绞股蓝的卷须不分叉,生于叶腋,并与叶柄呈180度角。五味子与五倍子十分容易混为一谈,五味子为木兰科植物,五味子的果实入药,而五倍子为寄生在漆树科植物盐肤木(有乳汁)上面的虫瘿,差异较大。白首乌与何首乌虽同为首乌,能补肝肾、益精血、强筋骨,但二者非同一科属,区别显而易见。见表3。
3.3 纵横结合的对比
纵横结合法即纵向穿线、横向结网,纵横交织,构成立体知识综合体。讲述多种易混淆药用植物时,可先纵向联系,让学生对所有易混淆植物所属的科属、主要区别点进行明了的比较;然后再横向联系每一个植物自身具有的典型特征,进行分析、归纳和梳理。如表4所列。中药材来源广泛,品种繁多[5],命名一般具有一定的意义,可以顾名思义,利用中药的“形”来分类,这是提高学习能力的重要手段之一。通过以上的“比较式”教学,对相似、易混淆的药用植物有了清晰的认识,既找到了联系,又把握了区别。这样的例子数不胜数,笔者重在掌握和实际应用这种对比的教学方法。
4 总结与讨论
在对《药用植物学》课程多年的创新性改革和实践中发现,“比较式教学法”能够培养学生发现问题、整合知识、科学思维、灵活运用所学知识解决问题的能力,开阔了学生的视野,可使课堂气氛更为活跃,知识点掌握得更加牢固,同时对于提高学生的整体素质方面也起到了积极的推动作用[6]。
当然,教学方法是多种多样的。在教学实践中,还应根据学科、课程、教材、教学对象的特点和内在规律,采百家之长,灵活选用不同的教学方法,以求取得最佳的教学效果。总之,在《药用植物学》这门课程的教学中,教师应不断探索、改革,提高教学质量,使学生学以致用,使课堂更加生动、有趣,为培养更多、更优秀的中医药人才而努力奋斗。
[参考文献]
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[5]姚振生.药用植物学[M].北京:中国中医药出版社,2007.
[关键词] 《药用植物学》 网络课件 课件设计
随着计算机的不断普及和网络建设的飞速发展,网上教学已经成为不可逆转的潮流。网上教学通过网络连线的远程教育系统和多媒体设施,为学习者提供一种全新的学习方式。我国的网上教学建设正在飞速地发展。要想搞好网上教学,教学软件的开发是关键。笔者根据自行制作《药用植物学》网络课件所感,对网络课件的设计问题谈几点认识。
一、多媒体网络课件的概念
多媒体网络课件是指为了达到既定教学目标,依托信息网络,综合运用多种媒体手段来展示相对独立或完整的教学内容的应用软件。多媒体网络课件应具有网络交互性、相对完整性和媒体多样性等特征。与传统的计算机辅助教学课件所不同的是,网络多媒体教学课件需要服务器的支持,其不仅要适合教师现场教学使用,更要适合学习者在网络终端自行操作学习;其不仅要有多媒体的外观效果,而且更应该具有强大的功能,要从教学过程固定、单一的“演示多媒体”向教学过程可以随意调整的“模拟多媒体”转化。
二、用创新教育理论宏观指导课件的开发
教学课件的开发设计要以先进的教育思想作指导。当今世界,知识经济已见端倪,知识经济的核心是创新,知识经济呼唤创新人才,创新人才的培养要依靠创新教育。我国教育理论正不断发展,以适应经济时代和创新人才培养的需要。创造性教育理论逐渐被人们所接受,其目标是开发学生的创造力。显然,培养和造就一批高素质的创造性人才是院校教育的首要任务。网上教学同样要以培养创造性人才为出发点。面向21世纪网络教学,我们要更新传统的课件设计思路,在课件中应该设置有利于学习者发展创造能力、解决问题能力的“情境”,为学习者设计出多个学习流程供其选择,要使课件具有更好的即时交互功能。
三、课件设计要根据教育对象制定明确的教学目标
多媒体网络课件的设计和其他教学设计一样,也要制定明确的教学目标。设计者必须事先规划好课件进程中的各个环节,在每个环节中都要制定明确的目标细节,并使这些目标都能很好地为课件总体目标服务,可以通过设置教学模块来凸显教学设计,如《药用植物学》网络课件就包括课程介绍、教学大纲、学习资料、教学日历、教案、课程学习、影音视频、联系方式等八个模块。设计者在制定每个具体目标时都要考虑到教育对象群体的年龄、基础、层次及接受能力等因素,使目标定得恰到好处、难易适度。只有这样设计教学目标才能改变传统上以“教”为中心的教学模式,从而真正实现以“学”为中心,充分发挥学习者的主动性和创造性。
四、课件设计要精心选材,重点突出
一个好的多媒体课件可以增强学习者的学习兴趣、提高学习效率,使其在轻松自由的环境中接受知识、提高能力。但是并非所有的学科、所有的课程都适合采用课件形式进行教学,对于那些只需学生自行阅读教材便可以掌握的浅显内容,就不需要花费大量精力开发课件;对于那些通过单一媒体便可实现教学目标的内容也不需要制作多媒体课件,只有那些用单一的语言或文字无法表达或难以揭示相关规律的内容,才适合采用多媒体手段进行教学。比如,《药用植物学》课中“根的初生构造向次生构造的转变”“冬虫夏草的形成过程”等内容,用传统的讲述法或简单的图形就难以说明问题,采用动态的flash演示就能够直观地揭示初生构造与次生构造之间和冬虫夏草形成的复杂过程,使学生容易于接受、易于理解。只有选材适当,有所侧重,才能充分发挥多媒体的功效,在教学中起到事半功倍的作用。反之,则会画蛇添足,浪费时间和精力。
参考文献:
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在改革探索中,我们首先在教学计划中增加以中医临床常用中药来源植物识别及栽培的《中药植物学》课程,从而从制度上保证课程的正常开设。在教学改革方面,我们主要从实践教学的课时安排、教材补充、药用植物园原植物识别、中药标本室植物标本及中药饮片识别、中药采收及收获中药的实验室观察等方面尝试改革,现总结如下。
1.1实践教学课时的安排:
实践教学课程一般与理论教学安排在同一学期,并且实践教学内容通常在相应的理论教学结束后进行。为了保证学生全面学习中药植物的生长发育全过程,中药植物学课程分设在第二及第三学期。其中,第二学期主要进行中药植物学及栽培学基础知识、中药植物园幼苗及开花期原植物识别的教学活动,第三学期进行中药植物园果期原植物识别、中药标本室植物标本及中药饮片识别、中药采收及收获中药的实验室观察的教学活动。近几年的教学实践证明,通过合理安排教学内容,我们将课时安排做这样的改变可以使学生在学习的过程中系统地了解中药原植物从幼苗到收获的全过程;并且,由于《中药学》安排在第三学期,因此,学生在学习《中药学》之前就已经进行了《中药植物学》的学习,有利于提高学生学习中药学的兴趣,同时,感性认识的积累对学生以后学习理论知识也具有积极的作用。
1.2补充知识点,编写教材,完善学生的知识体系:
为了使学生能够更好地认识、鉴别中药原植物,我们结合多年教学经验编写,并由中国医药科技出版社出版了《中药植物学》教材,以中医临床常用中药材为对象,介绍其来源,包括植物的形态、生理功能、分类鉴定及栽培基础理论,并首次提出“中药植物学”概念。全书分为绪论、中药植物学形态及分类、中药植物栽培、各论四大部分。在各论部分,详细介绍每一味中药材的来源、药性、功能主治、采集加工、栽培及植物形态,使学生可以系统掌握中药从栽培到采集加工及临床应用的相关知识,丰富并完善学生的知识体系。
1.3中药原植物识别与药材的采收:
采取中药植物园原植物识别和标本室腊叶标本观察相结合的方法,带领学生识别中药的基原植物。为了让学生能够更加直观地观察生活状态下的植物,我院在校园内建设占地40亩的中药植物园,园内按照一至两年生草本区、多年生草本区、乔灌木区和藤本植物区四个大区规划种植中药400余种,其中,300余种为全国高等中医药院校规划教材《中药学》中所载的大部分常用药材,其余品种为当地常用药材。在植物的营养生长期,根据植物开花的先后次序,尽量将具有相同功效的中药原植物归类讲解,并重点注意让学生识别易混淆植物,如金钟花、迎春花和连翘的区别,白玉兰、广玉兰、望春玉兰、辛夷、二乔玉兰的区别,木犀科丁香和桃金娘科丁香的区别等;同一植物的不同入药部位,如板蓝根和大青叶,枸杞和地骨皮,苏子和苏叶,半夏和掌叶半夏,桑叶、桑枝、桑白皮和桑椹等,以便开拓学生的视野,为以后理论课的学习打下基础。在中药材的收获期,带领学生采收中药。为了保护中药资源以及增加学生对中药材的资源保护意识,我们主要采收种子、叶类和花类药材以及部分需要更新的根类药材,让学生从采收、晾晒到简单的炮制过程全程参与,在此过程中学生们不仅能够了解生药及中药炮制的知识,也能够培养学生对动植物资源的保护以及合理用药的意识。此外,学院标本室也保存了部分亚热带、热带植物标本,以弥补药用植物园缺少此类植物的不足。
1.4中药饮片的识别:
结合理论课的讲授以及药用植物园收获的药材,让学生在实验室观察中药饮片,重点讲解饮片的色泽、气味、鉴别特征,比如,杜仲断面有胶状的细丝粘连、大血藤有棕红色放射状排列的髓射线等。在课堂上,引导学生调动视觉、触觉、嗅觉与味觉等感官进行观察,加深学生对中药形、色、气、味等的感性认识,并与中药学理论知识以及以后中药药理学的学习相结合,更好地掌握中药的药性理论。此外,学院的中药标本室中也存有近500种中药标本,按照中药的功效进行分区存放,其中,每一味中药都配备相应的图文介绍,包括中药的基原植物、入药部位、采收时间、炮制方法、功效及用法用量等。学生在课余时间可以充分利用标本室的资源,以巩固加深在理论及实践课上所学到的知识。
2结语
[关键词]微卫星;群体遗传学;道地药材;遗传成因;栽培起源;产地鉴别
[收稿日期]2013-07-01
[基金项目]国家自然科学基金面上项目(81274027);国家自然科学基金重点项目(81130070);中国中医科学院中药研究所基本科研业务费自主选题项目(2011ZDXK-01);北京市共建项目专项
[通信作者]袁庆军,Tel:(010)64014411-2956,E-mail: 中药的道地性是自古延用至今评价中药材质量的一项独特标准,道地药材就是指在特定自然条件、生态环境的地域内所产的药材,且生产较为集中,栽培技术、采收加工也都有一定的讲究,以致较同种药材在其他地区所产者品质佳、疗效好、为世所公认而久负盛名者称之[1]。黄璐琦等指出道地药材的生物学本质是同种异地,即同一物种因其具有一定的空间结构,能在不同的地点上形成大大小小的群体单元,如果其中某一群体单元产生质优效佳的药材,即为道地药材[2]。这个同一物种在不同地点上形成的群体单元,在生物学上称为居群。因此,道地药材在生物学上就是指某一物种的特定居群,是在特定时间和空间里生长的自然或人为的同种个体群,居群水平的遗传分化是道地药材形成的遗传基础,遗传分化越明显,道地药材与同种其他居群药材的差异越明显[3],由此他对道地药材的形成机制提出了“道地性越明显,其基因特化越明显”的模式假说[4]。
目前关于道地药材遗传基础的研究多停留在遗传多样性的基本分析和描述,难以揭示道地药材遗传分化和遗传成因的深层次问题,如①道地药材居群是如何进化形成的,与非道地药材居群的遗传分化程度有多大?这种遗传分化与道地性的形成是否相关?②道地栽培居群是否起源于道地野生居群,它们的种质是否存在差异?这种差异是否产生种质混杂而引起远交衰退最终影响药材的道地性?③道地药材是否可能实现产地的分子鉴别(种内鉴别)?如何筛选道地药材的分子地理标识?这些问题的解决必须深入了解道地居群形成的进化历史,掌握影响道地居群遗传分化的现代因素(如基因流、自然选择或人工选择等)和历史性事件(如片断化、快速扩展和拓殖现象等),这些属于群体遗传学范畴,需要将群体遗传学的理论和方法引入道地药材的研究。
群体遗传学(population genetics)又称种群遗传学,是根据遗传学原理,采用数学、统计或其他方法研究生物居群的遗传结构及其演化规律的一门学科,即研究种内进化(微进化microevolution)的科学。种内进化促成了等位基因在居群水平的空间分布和不断改变,从而引起居群间的遗传分化。20世纪90年代以来,随着PCR技术的广泛应用,RAPD,RFLP,AFLP等指纹技术[5]为群体遗传学的研究提供了有效手段,而微卫星与这些指纹技术相比又具有突出的优势。由于微卫星具有高度多态性、在基因组中含量丰富且分布均匀等优点,这一技术很快便发展为一种分子标记,成为群体遗传学研究的有力工具,本文旨在介绍微卫星群体遗传学基本理论和研究方法的基础上,将其引入道地药材的研究,为赋予道地药材现代科学内涵提供新的研究手段。
1微卫星的概念、分布及优点
1.1微卫星的概念及在真核生物基因组中的分布
微卫星(microsatellites),又称简单序列重复(simple sequence repeats,SSR),是指以少数几个核苷酸(一般为1~6个)为重复单位组成的简单的串联重复序列,由于重复的次数不同以及重复的程度不一致而造成这些序列的多态性[6]。微卫星上不同长度的等位基因按简单的孟德尔方式遗传。
微卫星序列普遍存在于大多数真核生物的核基因组中。据估计,人类基因组中每6 kb就存在一个微卫星位点[7]。在不同分类群的物种之间以及同一分类群的不同物种之间微卫星的平均密度差异很大,例如,植物基因组中的微卫星约比动物基因组中的少5倍[8],而鸟类约比人类少6~7倍[9],目前尚无法解释这种现象[10]。微卫星的重复单位以1~2个核苷酸为主,也有一些微卫星的重复单位为3个核苷酸,极少数为4个或4个以上核苷酸[8]。在以双核苷酸为重复单位的微卫星中,人和动物 (CA)n含量最高[7],植物中(尤其是作物中)以 (GA)n和 (AC)n为主[11]。
1.2微卫星作为遗传标记的优点
用微卫星作为遗传标记与其他DNA分子标记(如RAPD,RFLP,AFLP,小卫星DNA等)相比具有以下优点:①作为一种高度多态性的分子标记,微卫星DNA具有丰度高、共显性标记、选择中性的特点;②微卫星采用单位点DNA指纹技术,检测容易,重复性较好;③微卫星DNA扩大了取样范围,减轻了取样工作的困难和对研究对象的影响;④微卫星DNA的出现为群体遗传学家提供了空前丰富的遗传信息资料,同时也促进了相应的统计分析方法的发展[12],包括最大似然性法(maximum likelihood)、凝聚法(coalescent methods)和bayesian法(bayesian methods)。
2微卫星在群体遗传学研究中的应用
2.1居群遗传多样性和遗传结构分析
居群的遗传多样性是长期进化的产物,也是种质资源创新和品种改良的物质基础。一个居群遗传多样性越高或遗传变异越丰富, 对环境变化的适应能力就越强, 越容易扩展其分布范围和开拓新的环境。物种的遗传多样性往往与物种本身的特性相关,如生活史的长短、系统和繁殖方式、地理分布及遗传变异水平高低等[13-15]。遗传结构是指基因或基因型在空间和时间上的非随机分布,居群的遗传结构包括居群内的遗传变异和居群间的遗传分化。对遗传结构及其影响因子的研究是探讨生物适应意义、物种形成过程及其进化机制的基础,也是保护生物学的核心之一。一个物种的遗传结构是长期进化的产物,许多物种独特的遗传结构反映了进化历史上的一些特殊事件[16-17]。生物多样性保护的关键之一是保护物种,更具体地说就是保护物种的遗传多样性或进化潜力,制定有效的保护策略和措施必须建立在对遗传结构充分了解的基础上。微卫星是进行居群遗传多样性和遗传结构研究的有效分子标记,目前已对草本植物[18-19]、花卉[20]、树木[21-24]等进行了研究,而对药用植物,特别是道地药材遗传多样性和遗传结构的深入研究还很缺乏。
2.2基因流分析
基因流是指生物个体从其发生地分散出去而导致不同居群之间基因交流的过程。植物的基因流主要靠花粉和种子的传播来完成[25-29],基因流的大小直接影响着居群间遗传物质是否均质化以及遗传分化的程度,因此基因流是决定居群遗传结构的重要因素[30],通过基因流可以了解居群过去的进化历史、掌握居群现在的遗传结构并预测居群将来的演化趋势,由此作出保护和可持续利用的有效策略。基因流的传统测定方法是通过收集器或染色跟踪花粉和种子的运动,但这些方法常常低估居群的基因流,而且也无法计算有效基因流的大小[31]。基因流可以通过亲本分析来测定[32],采用亲本分析方法确定种子或幼苗的双亲之后,可以根据双亲之间的距离精确地测定花粉的传播距离,幼苗与母本间的距离(雌雄异株)或种子与双亲之间的平均距离(雌雄同株)即为种子散布距离。当花粉或种子从一个居群扩散到另一个居群,就形成居群间基因流,这种基因流是阻止居群遗传分化的重要进化因子。在后代的亲本分析中,有些后代的亲本不能由居群内的个体形成,根据这些后代的比率可以估算出居群间基因流与居群内基因流的相对强度。微卫星高度的多态性、共显性等特点,在亲本分析中具有突出的优势,目前利用微卫星对基因流进行的研究有很多[33-34],但对药用植物基因流的研究基本没有,特别是药用植物在栽培过程中人为引起基因流改变而影响其进化潜能的研究还属空白,这直接关系到中药资源是否能可持续利用。
2.3进化显著单元ESU的划分
进化显著单元(evolutionarily significant unit,简称ESU)是地理上离散的、历史上被隔离的居群组,因而具有独特的进化潜力。定义ESU的遗传标准包括由遗传距离反映的等位基因频率的显著分化和基于某些基因的系统分化程度。定义ESU的主要目的是要确保进化的产物被认识并受到保护和有效利用,使不同ESU固有的进化潜能得以保持[35],最终真正达到保护物种和可持续利用的目的。1986年,Ryder首次提出了进化显著单元的概念,用作保持生物遗传完整性和进化潜能的一种可操作方法,对地理上有显著变异的居群组进行分别管理[36]。然而,正如物种的概念一样,ESU在定义它的组成和界定它所要求的变异类型也还存在争议[35]。Moritz(1994)定义ESU为历史上被隔离的且独立进化的居群组[35],这些居群组在动物中线粒体DNA(mtDNA)或植物叶绿体DNA(cpDNA)等位基因表现为交互单系,并在核等位基因上有显著分化。根据这一定义,在获取具有正确拓朴结构系统树的基础上可确定ESU。对于有显著遗传分化、同时在线粒体或叶绿体基因组和核基因组上都是单系的居群,应属独立的ESU。而对于与其他居群遗传分歧度并非很高、在线粒体或叶绿体基因组上又是单系的居群,如果其核等位基因的频率与其他居群有显著的差异,也应视为一个ESU;相反,如果其核等位基因的频率与其他居群没有显著的差异,则不能视为一个独立的ESU[37]。微卫星作为一种多态性很高的核基因分子标记,在界定显著遗传结构和定义进化显著单元具有其他分子标记不可替代的优势。进化显著单元ESU的研究目前主要集中在动物的保护遗传学研究[38],在植物中也开始借鉴动物的研究方法进行一些进化显著单元的划分[39],而在道地药材的保护、分子鉴定和可持续利用的研究中尚未深入到进化显著单元的划分。
3微卫星在道地药材群体遗传学研究中的应用展望
3.1微卫星在道地药材群体遗传学研究中的应用
近年来微卫星群体遗传学被生物科学界所重视,对于道地药材的研究主要集中在遗传结构和遗传多样性方面。如Chen等利用微卫星群体遗传学对唐古特大黄进行了遗传多样性和遗传结构分析,阐明了其濒危机制[40];肖冬长等利用研究了铁皮石的遗传结构,揭示了品种间的亲缘关系[41];郭银萍等研究了22份薏苡种质的遗传多样性,反映了供试材料的亲缘关系,从而为薏苡种质改良提供理论依据[42];闫伯前等研究发现华中五味子具有较高的遗传多样性水平和较丰富的等位基因,可作为人工种植时优先选用的种质资源[43]。陈子易等应用微卫星标记实现了人参与西洋参的种间鉴别[44]。这些研究初步揭示了微卫星群体遗传学在道地药材研究中的优势,但前人的研究仅仅停留在遗传多样性和遗传结构方面,未能从根本解释道地药材的遗传变异和形成机制等问题,亟待在理论和方法上有所突破。
3.2微卫星在道地药材群体遗传学研究中的展望
3.2.1道地药材的遗传成因研究生物的表型是由遗传因素和环境因共同决定的,然而对于同一性状中的控制可能只是其中某一因素占主导作用引起的,比如欧洲人的平均身高要高于亚洲人是由遗传决定的,而中国北方人高于南方人的平均身高是由环境引起的。那么,道地药材的优质性究竟是由遗传因素还是环境因素所决定呢?这一直是道地药材研究争论的焦点。黄璐琦等提出了道地性形成的“边缘效应” [4],他认为物种分布区边缘的极端环境有利于次生代谢产物的积累,因而物种分布区的边缘往往成为道地产区。其他的一些研究也表明次生代谢产物(如黄酮)含量的差异取决于药材的地理来源[45]。同时黄璐琦等又提出了“道地性越明显,其遗传分化越明显”的模式假说[4],认为道地药材的生物学本质是同一物种特定居群与其他居群由于地理上的隔离而发生遗传分化的结果。这些争论一直没有直接的科学证据,使道地药材的生产和质量控制缺乏明确的标准。
在植物居群中,影响居群遗传变异地理分布的重要因素是基因流或溯祖关系[46]。植物的基因流是靠种子和花粉的传播来完成的,不同植物由于种子和花粉传播方式不同而各自具有独特的基因流模式,其顺畅与否,直接影响居群间的分化程度及遗传物质是否均质化[47-49]。溯祖关系是建立谱系分选(lineage sorting)现象的学说[50],即祖先居群原始的基因型多态性由于遗传漂变逐渐消失,最终居群内仅存单一基因型而形成单系群,不同的单系群在相互隔离的情况下基因会因突变的积累而逐渐发生遗传分化。因此,现代基因流和谱系分选历史决定了一个物种居群的遗传结构,不同的遗传结构决定了居群表型(包括化学表型)的地理变异程度,从而在药材上反映出道地性的明显程度。因此,应用微卫星群体遗传学对居群遗传结构的研究,对道地居群与非道地居群间的遗传分化程度能够作出定量判断,结合化学表型地理变异进行相关性分析,能有效揭示遗传因素对道地性的影响程度,如果道地居群与非道地居群存在显著的隔离分化,那么道地性很可能是由遗传的因素所引起;反之则可能是由环境的因素所决定。
3.2.2道地药材的栽培起源研究药用植物的栽培是满足人们目前和将来对药用植物需求、缓解野生药用植物资源压力的有效途径,同时某些栽培方式,如传统小规模的就地引种,能够很好地保存植物的遗传多样性[51-52]。然而,栽培对药用植物资源的保护作用要从多方面来理解[53],通过栽培而进行大规模的药用植物生产,对药用植物资源的保护也可能带来负面影响[54],例如,奠基者效应和为了高产优质而进行的人工选择可能导致栽培药用植物狭窄的遗传背景,出现类似农作物驯化过程中出现的遗传瓶颈现象[55]。同时,在现代条件下的药用植物栽培,由于高度发达的交通和药材贸易市场,使得不同产地之间药用植物种子的交流变得更加容易,种子从原产地流入其他环境可能导致栽培药用植物远交衰退[56],衰退的基因流可能从栽培居群流入附近的野生居群,从而引起野生居群对本地环境适应性的下降[57]。
栽培起源研究能够有效揭示栽培驯化过程中居群动态和遗传结构发生改变的过程,是当今国际上群体遗传学研究的热点之一。栽培植物和它们的野生祖先常常形成野生-栽培复合体并构成植物繁演的重要遗传资源[58-62]。伴随着农业上将植物从野生变为适合栽培和人类利用的引种驯化过程的开始,围绕着野生-栽培复合体的基础理论研究[60](作为一种植物进化的模式)和应用研究也开始兴起,例如,确定驯化植物的地理起源或评价作物进化的居群动态可以为合理利用和管理遗传资源提供科学指导[61]。其中对野生和驯化两种形式下表型分化的遗传潜力研究尤为受到关注[62],近来开始探测栽培的野生植物对附近自然居群的基因流[63]。所有这些研究是彼此相关的,例如,对居群进化历史的研究是分析人工选择作用[64]或基因流模式的前提[65]。目前栽培起源的研究多集中在对主要农作物的研究,如水稻、玉米、大豆等[66-68],而药用植物的栽培起源研究基本上没有涉及,将微卫星群体遗传学引入道地药材的栽培起源研究,能有效揭示道地栽培居群是否起源于道地野生居群,并进一步比较它们的品质差异,最终阐明道地药材的栽培是否只有道地野生居群就地引种才能保持道地性、道地野生居群在非道地产区或非道地野生居群在道地产区异地引种对道地性的影响程度有多大、异地引种栽培居群的基因流对本地原生野生居群的种质可能产生的影响等科学问题,这些问题的解决必将把道地药材的栽培起源研究引向深入,充分掌握处于引种驯化初期的道地药材在人类干预下遗传演变的规律,为道地药材遗传资源的管理和合理利用及品种选育提供科学指导,避免在作物驯化过程中已经发生的不利于人类利用和植物进化的过程重演,有效地进行科学引种。
3.2.3道地药材的产地鉴别产地鉴别是指对不同产地的同一药材进行鉴别,道地药材具有特定的地域,寻找反映道地药材地域特征的鉴定评价标准一直是道地药材研究的关注点,然而道地药材的产地鉴别一直是药材鉴别的一大难题:一方面不同产地药材形态和组织差异很小,传统的经验鉴别和显微鉴别无能为力;另一方面不同产地药材的有效成分差异难以达到质的差别,同时受生长年限和取样时间等的影响,也很难勾画出同种药材不同产地的化学特征。那么,DNA分子鉴别能否解决这一难题呢?关于道地药材的DNA分子鉴定,肖小河等指出“目前DNA分子遗传标记技术在道地药材鉴定中受到2个方面的局限:一是来自技术本身的,如目标基因的真实性与DNA同源性,DNA分子标记结果的重现性和稳定性;二是来自研究对象的,不是所有的道地药材形成都会留下DNA差异‘烙印’,同时这种DNA差异也不见得与道地性的形成有直接或内在的相关”[69]。近来迅速发展的DNA条形码技术很好地解决了第一方面的局限,而无法解决第二方面的局限,其主要集中在物种水平的分类和鉴定,在药材鉴定方面的应用只能作真伪品的鉴别,其所依据的理论是分子系统学(phylogeny),所选用的DN段相对保守,实验也证明DNA条形码对当归这类药材的产地鉴别是无效的[70]。
道地药材的产地鉴别实质上是生物种下居群水平的遗传分化问题,所依据的理论是分子谱系地理学(phylogeography)和群体遗传学,所选用的DN段相对于用于物种水平鉴别的DNA条形码具有更快的进化速率。目前很多研究表明,叶绿体基因间序列在许多植物类群中已经显示了充分的变异,可用于植物分子谱系地理分析和进化显著单元的确定[71-72],在药用植物的道地居群和非道地居群间也存在显著分化,具有道地居群特有的单倍型可用于产地鉴别[70, 73]。叶绿体分子谱系地理分析反映了居群间种子流的大小和母系遗传DNA的分化程度,而控制化学表型的功能基因存在于核基因中,其分化程度与道地性的相关性更大。核基因在居群间通过花粉流传递,为双亲遗传。然而由于功能基因多存在高度保守、多拷贝、杂合等特点,直接利用功能基因进行群体遗传学分析难度较大,没有可操作性。微卫星特有的优势全面反映了核基因组的遗传信息,用于群体遗传学分析能有效阐明居群间花粉流的大小、核基因的分化程度、基因型纯合或杂合程度等,从而揭示核基因的居群遗传结构。只有同时考虑叶绿体DNA和核基因的居群遗传结构,才能正确划分进化显著单元,由此判断道地居群和非道地居群是否存在隔离分化或基因流,也即道地药材的形成是否留下了DNA差异的‘烙印’,最终阐明道地药材能否实现产地鉴别。对于没有DNA差异‘烙印’的道地药材不能实现产地鉴别;对于存在DNA差异‘烙印’的道地药材,根据分子谱系地理学和微卫星群体遗传学分析的结果建立道地药材的分子地理标识,从而实现道地药材的产地鉴别。
4结语
目前道地药材形成规律的研究已取得阶段性成果,但在道地药材形成的演化规律以及人工驯化过程人为影响道地药材进化潜能等方面的研究需要进行种内进化(微进化)的深入研究,将微卫星群体遗传学引入道地药材研究,突破了道地药材遗传成因研究长期在理论和方法上的局限以及药材分子鉴别停留在真伪鉴别(种间鉴别)的瓶颈,有效填补道地药材栽培起源研究的空白,为揭示道地药材的遗传成因、实现道地药材栽培科学的引种和产地鉴别(种内鉴别)提供新的理论和方法。
虽然微卫星是研究道地药材非常理想的遗传标记,但在实际的应用中仍有不足之处,除了一些已知大量序列信息的研究对象以外(如人类,常规的实验动物和一些农作物),对于一个序列信息完全未知的新种,必须首先建立基因文库并筛选微卫星位点,实验工作繁琐且耗时费力。微卫星位于非编码区的概率比编码区高,因此在某些情况下不能反应出功能基因组范围内的遗传水平。总之,随着实验技术的改进,统计分析方法和检验手段的日趋完善,微卫星群体遗传学将在道地药材研究中发挥更大的作用,在具体科研中应该针对需要解决的问题,选择合适的分子标记和分析方法,才能更好的解释道地药材的本质。
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蚊子,人人得而诛之!因为被蚊子咬了瘙痒难忍,因为嗡嗡的声音扰人美梦。事实上,蚊子的最大罪状还是传播疾病。蚊子是传播传染病的媒介昆虫之一,它传播的传染病主要有流行性乙型脑炎、疟疾、丝虫病、登革热等。因此,灭蚊、驱蚊势在必行。但驱蚊方法和“武器”众多,哪些确确实实有效?哪些是商家的忽悠呢?
驱蚊“武器”:手机驱蚊APP
驱蚊指数:
随着手机软件的发展,各类功能性APP层出不穷,其中有一种驱蚊软件近年来也冒出来很多品种,随便一搜便能有多达十几个类似的软件,原理都是通过发出一种声波来驱赶蚊子。但现实是,这种方法根本无法阻止外出觅食的雌蚊子。
早在智能手机普及前,声波驱蚊就标榜着可以替代局部驱蚊剂和蚊香。不过没有任何证据表明这种产品能起作用。事实证明,这类产品的发明者选错了对象。蚊子的确会对声音产生反应,但通常只有雄性蚊子在寻找伴侣时才会这么做。而即使防住了它们也没有任何作用,因为雄性蚊子根本不咬人。
驱蚊“武器”:肥皂水
驱蚊指数:
近年来还冒出一种肥皂水驱蚊法,吸引蚊子在水面产卵,利用肥皂水的张力“捉住”蚊子。不过在灭蚊试验中,这种方法并没有体现效果,有的蚊子能停在水面上再“轻盈”飞走,放置5分钟,只有1只蚊子不慎落入水中,以500只蚊子的数目来说,实在不算有效。
驱蚊武器:驱蚊植物
驱蚊指数:
夏天,如七里香、食虫草、夜来香、薄荷、天竺葵、薰衣草、猪笼草等被认为有驱蚊功效的驱蚊植物特别受人青睐,价格不贵,不仅可以美化环境还有驱蚊功效,甚至有人认为这是一种比较健康的驱蚊方法。驱蚊植物到底能不能驱蚊?家中放驱蚊植物,对人体有害吗?
植物学上无“驱蚊植物”分类
中山植物园花卉博士李梅称,“植物学上有药用植物、观赏植物和经济植物,并没有驱蚊植物这种分类。”像薄荷、天竺葵、薰衣草这些品种,在植物学上称为“芳香植物”。
李梅说,“芳香植物是具有香气和可供提取芳香油的药用植物和香料植物的总称,可以提取出这些植物中芳香成分用以制作精油,也是净化空气的最佳绿色产品。”这些植物的叶子中含有精油成分,能够散发出蚊子不喜欢的味道,达到驱蚊目的。
芳香植物杀不死蚊子
花市上出售的“驱蚊植物”真的能杀死蚊子吗?南京林业大学植物学教授汤庚国说,“像花椒、薄荷这样的芳香植物都是可以食用的,既然人可以吃,那就没有毒性,无毒怎么杀死蚊子?”汤庚国教授分析,这些驱蚊植物之所以这么广受欢迎,是因为人的心理在起作用。所谓的驱蚊功效并非是把蚊子杀死,像薄荷是含薄荷醇、薄荷酮等药用成分,蚊虫闻了会晕眩。
李梅博士说,“从理论上讲,蚊子的种类也很多,可能某些植物对第一代蚊子能够产生影响,到了第二代蚊子就产生抗药性了,都是有可能的。”蚊子也是有个体差异的,情况很复杂,不可以一概而论。最后,李梅博士表示,“一些芳香植物会有驱赶蚊子的目的,但也不是那么高效,像猪笼草就没有大家想象的那样积极去捉蚊,不能完全依赖植物驱蚊。”
植物燃烧时有驱蚊效果
不过,一盆活的植物驱蚊效果不好,但将某些植物点燃后所行成的烟可以驱蚊。比如点燃艾草形成的天然蚊香就有不错的效果,青蒿类植物点燃后都有驱蚊效果。试验对比下来,夜来香的效果最好,米兰和艾草其次。
蚊“武器”:驱蚊手环、驱蚊贴
驱蚊指数:
孩子防蚊一直是不少家长关心的话题,驱蚊贴、驱蚊手环等各种看起来环保、造型卡通的驱蚊产品颇受欢迎。
实验者先用一种日本进口的驱蚊贴进行试验,将数片驱蚊贴贴在手上伸进蚊笼,不过蚊子看起来很不给面子,不仅没有减少,反而有不少蚊子大摇大摆停留在驱蚊贴上。测试中另外两款驱蚊手环的效果要好一些,戴在手腕处伸进蚊笼,周围明显没有蚊子停留了。不过也发现驱蚊手环受到空间影响比较大,戴在手腕时,蚊子可以停在指尖上,而手环抓在手中时,手臂上又会有蚊子停留。试验证明,固体挥发类的驱蚊产品即便有效,作用也非常有限,若是出门在外想靠驱蚊手环防蚊,可能需要四肢上都多戴几个了。
值得注意的在购买驱蚊手环时要防止不良商家的有害手环。曾经有媒体报道,湖北有29名小学生在接触驱蚊手环后竟出现中毒症状。原来,部分商家为了追求气味持续性,在驱蚊手环内放入浓度极高的化学成分。长期佩戴可导致儿童患上接触性皮炎、过敏性结膜炎、过敏性咽喉炎,引起咳嗽,个别对薄荷过敏的话还可以引起哮喘。
驱蚊“武器”:防蚊香囊
驱蚊指数:
南京市中西医结合医院儿科主任边逊介绍说,香囊是一种很宽泛的概念,但是驱蚊香囊却有比较严格的定义。很多香囊闻上去很香,但是这些香味不是来源于中药,如果是一些类似香水的芳香制剂,反而佩戴后更容易招蚊子。这就好比爱化妆的人比较招蚊子一样,蚊子一般会“闻香咬人”。
“真正的驱蚊香囊,远不止艾叶一味中药。”边逊介绍,还要有广藿香、薄荷、陈皮、公丁香等,“几元钱的香囊如果真的有这么多中药,成本都不够,更不用谈所谓的驱蚊效果了!”儿童将香囊悬挂在胸口、蚊帐附近,可以驱蚊,还可以帮助预防流感。此外,这样的香囊放在汽车和衣橱内,都能有较好的驱蚊虫作用。
但是,香囊的使用人群也有讲究,比如孕妇和过敏体质人群要慎用。
驱蚊“武器”:宽松衣裤
驱蚊指数:
如果我们出门游玩,一定要避免在黎明和黄昏时接近湿地或是灌木丛,因为蚊子在这两个时段最为活跃。
长袖长裤是防蚊的基本款。浅色衣裤虽然不能让蚊子躲着你飞,但是能减少你的吸引力。另外,宽松的衣裤可以抵挡蚊子的叮咬,因为这让它们不容易接触到你的皮肤。所以,当你下次计划去徒步或者钓鱼的时候,三思一下着装再出门,最好收起你的紧身衣裤。当然你也可以在衣服上喷杀虫剂,为自己再增加一道防护。
驱蚊“武器”:驱蚊液
驱蚊指数:
在一个灭蚊实验中,实验者首先在手背上喷洒宝宝驱蚊液、六神驱蚊液等产品,然后戴上试验用的橡胶手套,在手背上剪出4厘米见方的区域,露出涂有防蚊液的皮肤。实验中可以很明显发现,被橡胶手套遮盖的区域都有蚊子停留,反而露出的皮肤蚊子都畏而避之,效果非常明显,且长时间有效。
这些驱蚊产品之所以有效,是因为其中含有驱蚊的化学成分。目前较为常见的4种驱蚊成分包括:避蚊胺、驱蚊酯、埃卡瑞丁、柠檬桉叶油。买驱蚊产品首先要看一下成分,不少驱蚊产品都用的柠檬桉叶油提取物,另外目前最为有效的化学成分就是DEET也就是避蚊胺,高浓度情况下野外防蚊可达到近10个小时,包装上一般都有含量注明。
购买产品除了查看是否含有驱蚊成分,还要看一下是否有农业部的认证。我国标准是驱蚊效果达到4~6小时,不过目前能达到这种效果的产品还非常少,一般2小时以上就认为有效了。另外婴儿(3个月以上的孩子也可以使用)使用DEET成分和柠檬桉叶油成分驱虫剂都需要注意年龄限制。
值得注意的是,花露水作为常见的驱蚊液,因为含有较高量的酒精,一般大品牌的花露水酒精含量在50%,有些小品牌的厂家花露水可能达到75%,酒精含量达到50%的花露水用火柴点,能点着。因此,使用时要注意防火。
驱蚊“武器”:蚊香
驱蚊指数:
蚊香也是驱蚊必备品,但是种类琳琅满目,如何选择也得注意。“蚊香分为传统的盘式蚊香、电蚊香片和液体蚊香,不管哪种蚊香,它们的毒性都很低,可以放心使用。”这是济南市疾控中心病媒生物防治所所长辛正在经历过无数次实验之后的结果,他认为这几种蚊香各有利弊,可以结合使用。
盘式蚊香
最传统的一种蚊香,点燃之后产生的烟雾驱蚊。这种蚊香有烟,有灰,没有电的时候用起来很方便,很多老年人习惯用这种蚊香,单独购买的价格比较便宜,操作简单,驱蚊的效果也不错,不过对烟味儿敏感的人群不太适合,价格上来看长期使用并不实惠,还有一定的火灾隐患。
电蚊香片
这种蚊香是在老式蚊香的基础上改进的,将驱蚊剂添加到蚊香片上,插电加热之后,驱蚊剂挥发以达到驱蚊的目的。这种蚊香的好处是没有明显的烟雾,也没有明火,省去了火灾的危险,驱蚊的效果也不错,缺点是要在有电的情况下使用,室外不方便使用。
液体蚊香
就是将液体的驱蚊剂插电加热之后,喷出来驱蚊。这种蚊香味道不刺激,一瓶液体蚊香可以用一个月,省时省力,插上之后就可以不用管了。缺点也是需要用电,长期使用的话,更显经济实惠。
辛正说:“我自己的经验是吃了晚饭,点上电蚊香,关上窗户,然后带着孩子一起到外边玩一两个小时。回到家直接关了蚊香,打开窗户通风,准备睡觉,晚上就很少有蚊子骚扰。”不过,这个方法的前提是家里的纱窗要密封好,而且没有漏洞,一旦纱窗出现破洞,就容易有蚊子成为漏网之鱼,那可能就要多点会儿蚊香了。
驱蚊“武器”:灭蚊灯
驱蚊指数:
广东省昆虫所城市害虫研究专家夏传国认为,驱蚊效果最好的应属“灯光法”。也就是我们平时用的灭蚊灯。因为蚊子最喜爱365纳米短波长光,灭蚊灯正是利用蚊子的这个喜好制作成的专用灯,搭配上电网或粘胶,达到消灭蚊子的效果。
不过,灭蚊灯不能长时间在宝宝视线范围内使用,光线对眼有一定刺激。
驱蚊“武器”:蚊帐
驱蚊指数:
“其实最管用的方法,有时候也是最原始的方法,对于驱蚊来说,挂蚊帐就是我们老祖先流传下来的好方法。用蚊帐不仅无毒无味儿,还环保低碳,推荐老年人和有孩子的家庭使用蚊帐。”辛正说,最早的时候,很多人家里都有吊蚊帐的铁钩子或是竹竿,但现在城里人很少有这种东西了,有人觉得蚊帐挂不起来了,实际上科学发展到今天,什么样的蚊帐都有了。
“有那种像帐篷一样的蚊帐,杆子一截截的,可以连接起来,将蚊帐吊起来,直接安在床上,然后将床单或凉席铺到蚊帐的底面上,就可以了。”不过帐篷蚊帐的缺点是有些矮,高个子睡在里面会不舒服。现在有那种带钢管的蚊帐,模仿最原始的撑蚊帐方法,高度有了,只是钢管需要固定在床上。“蚊帐最环保有效,只要睡觉前将蚊帐内的蚊子赶出去,就可以不受干扰。当然,要是经常起夜可能会带进蚊子,但是在M出的时候注意一下还是不容易有蚊子进入蚊帐。”
驱蚊“武器”:环境灭蚊法
驱蚊指数:
1.破坏生存环境法:
清除房前屋后各种可能积水的容器;
清除盆景、喷水池、养鱼池等室外景观水体内的垃圾漂浮物并经常换水;
检查地下室,及时排除积水;
疏通居民楼天台等处排水孔及管道,雨后应及时清疏。
2.斩草除根法:
喷泉、水池等不能排放的大型水体采用生物灭蚊方式,饲养如柳条鱼、金鱼、鲤鱼、鲤鲫鱼、中华斗鱼、非洲鲫鱼等能够吞食蚊幼虫的鱼种,达到灭蚊目的;
对室内外无法清除的小型积水或水体,投放灭蚊幼剂杀灭蚊幼虫;
作者:刘基柱 严寒静 张宏意
【摘要】 目的 观察葎草茎叶的表面细微结构。方法 取新鲜葎草的茎叶进行扫描电镜观察。结果 葎草茎叶表面有腺鳞和3种类型的非腺毛分布,气孔器无规则型。结论 葎草茎叶表面细微结构为药材的鉴别提供了新的依据。
【关键词】 葎草;叶表面; 扫描电镜;细微结构
Abstract:Objective To study the ultrastructural characteristics of the leaf and stem epidermis of Humulus scandens.Methods The leaf and stem epidermis of Humulus scandens were observed by scanning electron microscope.Result There were three types of nonglandular hair and glandular scale in the surface of leaf and stem. The stomata apparatus is anomocytic type. Conclusion It provides the new reference to discriminate Humulus scandens.
Key words:Humulus scandens; leaf epidermis; scanning electron microscope
葎草为桑科植物葎草Humulus scandens (Lour.) merr.的干燥全草[1],具清热解毒、利尿消肿等功效,用于肺结核潮热、胃肠炎、痢疾、淋症痔疮等症。葎草挥发油主要含α、β酸类成分[2]。叶片作为植物与外界的屏障,其表皮和被毛特征已成为分类和鉴定的有力证据[3]。随着扫描电镜(SEM)的应用,这些特征更广泛地应用于不同的分类群的区分,在药用植物的鉴别中也备受关注[4-6]。国内尚无葎草新鲜茎叶表皮细微特征的报道。本文采用扫描电镜观察葎草茎叶表皮的细微结构特征,为药材的鉴别提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料
葎草采自广东药学院药用植物园,并经作者鉴定。
1.2 方法
取从茎顶端往下数第5枚叶,在叶片近中脉处取约0.2 cm2的叶片样品。茎样品取第4与第5枚叶之间的茎。扫描电镜样品制备[5]:把剪下的样品放入装有2.5%戊二醛固定液(预冷)的青霉素小瓶内,用针筒抽气直至样品下沉,再放入4 ℃冰箱中固定6 h;吸除固定液,加入0.1 mol/L磷酸缓冲液(pH7.2),摇动,漂洗6次,每次20 min;吸除缓冲液,用体积分数为30%、50%、70%、90%的乙醇进行逐级脱水,每次15 min;吸除乙醇,再用体积分数100%丙酮(加无水CaCl2)脱水3次,每次15 min;醋酸异戊酯(加无水CaCl2)置换2次,每次15 min。把样品取出进行临界点干燥。用双面胶粘在观察台上,经喷镀金膜后,置日本日立公司S520型扫描电镜下观察和照相。
关于文中所用的叶表皮术语,参照Dicher [7] 和王宇飞[8]等的报道。
2 结 果
2.1 叶上表面
整体上凹凸不平,细胞轮廓清晰,形状不规则,非腺毛众多,气孔较少,存在于副卫细胞凹陷处。表皮细胞形态不规则,多样,大小差别小;垂周壁较下表皮表皮细胞垂周壁光滑,细胞向上隆起成龙骨状,表面有角质纹饰,角质加厚不均匀。有大量单细胞非腺毛,较小,基部圆球形,上端多数锐尖,毛细胞表面有疣状突起,毛基部有1圈表皮细胞呈环状排列,这些表皮细胞表面有清晰的棱条形角质纹饰。其结构见图1A。
2.2 叶下表面
表皮细胞轮廓清晰,性状不规则,多样,大小差别较大,细胞结合紧密,无细胞间隙;垂周壁波浪状,细胞中间向上隆起,表面有清晰的角质加厚,加厚不均匀,边缘有条形纹饰。单细胞非腺毛两种,一种呈圆锥状,较长,基部膨大成圆球形,毛上有疣状突起,非腺毛底部的表皮细胞突出表面与其他细胞区别明显(见图1D);另一种先端弯曲或钩状,坚硬,多存在于脉上,表面无疣状突起(见图1E)。有小腺毛零星分布,单细胞或两个细胞头部,柄部2个或2列4个细胞(见图1B)。腺鳞较多,头部突出表皮细胞表面,呈椭圆形平顶状,基部的表皮细胞向下凹陷(见图1C)。气孔器随机单个分散在下表皮上,气孔器类型根据Dilcher[6]的概念属于无规则性(Anomocytic type),与保卫细胞相邻的几个细胞(副卫细胞)与其周围的表皮细胞无区别。气孔椭圆形,外拱盖单层,内缘较平滑;保卫细胞两极不具“T”型加厚。其结构见图1B。
SEM of stem and leaf epidermis of Humulus scandens
2.3 茎
多角形,表皮细胞长条形。单细胞非腺毛两种,一种与叶脉上相同,另一种为丁字形,表面有疣状突起,毛基部有1~2圈表皮细胞呈环状排列。其结构见图1F。
3 讨 论
葎草表面有3种类型的单细胞非腺毛分布:叶的上下表面主要分布的是圆锥状、基部球形的非腺毛,不同之处在于下表面的非腺毛远较上表面的非腺毛长;钩状非腺毛多分布于叶脉和茎表面;丁字形单细胞非腺毛分布于茎表面。以上结果在《中华本草》中没有记载。此外,本文结果显示,葎草叶的下表面有众多腺鳞分布,这在国内尚未见有报道;未见《中华本草》所记载的含钟乳体的晶细胞及非腺毛。本文结果与用光学显微镜观察的结果一致[9],为葎草的鉴别提供了新的依据。
经典的中药鉴定学对葎草的描述仅限于叶的表面是否被毛,而对于上下表面被毛的差异并没有明确说明,作者认为对叶片被毛情况的观察,特别是对于表皮毛的表面特征如疣状突起、角质层等方面,电子显微镜的使用显示出了明显的优势。组织形态学与细微形态二者相互进行印证,将更加有助于推动中药鉴定学的发展。
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关键词:茄尼醇 烟草毛状根 进展与展望
中图分类号:S567.239 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2017)02(b)-0253-02
1 茄尼醇
茄尼醇(solanesol)是一种天然化合物,主要存在于茄科、桑科植物中,烟叶中含量最为显著,可达到0.3%~3%[1]。1956年,Rowland等[2]首次从烟薰烟叶中分离得到。茄尼醇化学名称为九聚异戊二烯醇,是一个四倍半烯萜醇,分子式C45H74O,分子量为631.07,茄尼醇粗品在常温下呈棕黑色糊状,加热后呈粘稠性的液状,有芳香味,纯品为白色粉状固体[3]。目前茄尼醇主要从烟叶中提取并进行纯化,纯度可达到95%以上。
茄尼醇本身具有较强的抗生物活性如抗氧化能力、消炎杀菌能力、抗辐射能力等,用于治疗坏血病、胃溃疡及十二指肠溃疡、坏死性牙周炎等,有凝血作用,可用于止血;还可治疗亚急性肝坏死、急慢性肝炎等[4]。茄尼醇由于其本身特殊的分子结构,可以用于合成多种医药中间体,在医药领域有着极其重要的作用,例如可以合成治疗肿瘤药物、抗艾滋病病毒药物、抗溃疡药物、泛醌类化合物如辅酶Q10和维生素K2等[5],尤其是近些年发达国家对辅酶Q10的生产和广泛应用,使得茄尼醇的经济价值也迅猛攀升。茄尼醇是一种具有高科技含量和高附加值的应用型化合物,相信在今后相当长的一段时间内,都会是市场的热点。
2 毛状根
毛状根(hairy root)又称发根、发状根,是由Smih和Townsend于1907年发现并提出此概念,他们发现用发根农杆菌侵染植物外植体能诱导产生毛状根;Riker等于1930年再次阐述了该现象;1982年Chilton报道发根农杆菌侵染植物产生发状根的机理;到现在为止,已获得了300多种植物的毛状根体系。毛状根具有生长速度快、遗传性能稳定的特点,并且能够合成具有该植物特征的次生代谢产物,利用此特点,可以解决药用植物野生资源短缺、受自然环境因素影响大、栽培条件受限、人工栽培年限长、人力成本大、药用成分含量低及含量不稳定等问题,为人工利用生物技术生产合成有效药用成分提供了一条新途径。近些年,通过国内外专家、学者的不断研究探索,有一些毛状根已经进入大规模生产研究阶段,例如黄芪的毛状根培养[6];紫草、人参、长春花等植物的毛状根已能进行工业化生产[7]。另一方面,通过对毛状根的诱导,可以产生再生植株,为分子育种、培养新的种子资源提供了可能。
到目前为止,利用发根农杆菌诱导产生毛状根,主要集中在双子叶植物中,现已诱导的毛状根多集中在茄科、菊科、十字花科、伞形科、五加科、豆科、蓼科等科,主要是草本植物。单子叶植物诱导产生毛状根的报道较少见,仅见周立刚等[8]从鸭趾草科植物露水草中诱导形成毛状根的报道。
研究发根农杆菌诱导产生毛状根的主要目的是利用毛状根产生次生代谢产物,便于进一步用于医药、化工、食品等领域的研究和生产。而次生代谢物的含量积累又与毛状根的生长量密不可分。目前研究发现,影响毛状根生长的因素主要有两方面,一是物理因素,主要包括温度、pH值、光照、通风量、培养容器及方法等。二是化学因素和生物技术,主要包括碳源、外源激素、前体物质、诱导子等[7]。
毛状根的扩大培养和规模化生产,目前主要利用生物反应器来进行,多种植物已可以利用生物反应器生产产品,但由于技术水平、工艺和成本等原因,仅少数植物产品,如人参皂苷、紫草宁、紫衫醇等,在美国、日本、德国等国家实现了商业化应用[7]。
3 烟草毛状根中茄尼醇研究进展
目前,关于烟草毛状根中茄尼醇的研究较少,国内较全面的有王英娟等[9]的相关报道。王英娟等研究发现,MS液体培养基培养出的烟草毛状根含量更高,但仍比废弃烟叶中的茄尼醇含量低43.2%。烟草毛状根中茄尼醇的研究主要围绕茄尼醇含量展开研究工作,研究内容主要包括以下几方面:
一是筛选更适合诱导烟草毛状根的农杆菌菌株和培养基。
二是筛选并培养更适合茄尼醇含量积累的烟草品种,作为外植体,以便进一步诱导产生毛状根。
三是研究适合烟草毛状根诱导和培养的方法;目前常用的方法有叶盘转化法、茎秆(或叶柄)涂抹法、原生质体共培养法等[3]。
四是研究更适合烟草毛状根次生代谢物茄尼醇积累的条件因子。影响次生代谢物积累的条件因子主要有化学条件因子、物理条件因子和生物技术条件因子[10]。化学条件因子包括激素的有无和激素的种类,培养基成分的影响等;物理条件因子包括光照的强度、时间,单色光的种类、温度与湿度等;生物技术常用的有反义技术、两步培养法、前体化合物饲养以及诱导子的添加等。其中,诱导子的种类、浓度、添加时间以及混合诱导子的应用等都可以影响次生代谢物的积累。
五是筛选茄尼醇含量积累更高的烟草毛状根根系,并进一步培养出人工种子和再生植株,进而培育出茄尼醇含量更高的烟草新品种。
烟草毛状根中茄尼醇的研究中存在的问题主要是茄尼醇含量偏低和茄尼醇含量的稳定性问题,由于毛状根诱导与培养过程中存在较为复杂的影响因子,致使不同的毛状根根系间茄尼醇含量的不稳定性增加。
4 烟草毛状根中茄尼醇研究展望
诸多条件因子的复杂影响导致了烟草毛状根中茄尼醇含量的最大积累较为困难,但是通过改变各种物理、化学条件因子,通过先进生物技术的不断应用和改进,提高烟草毛状根中茄尼醇的含量和稳定性是可以实现的;同时,通过设计和不断改进生物反应器,烟草毛状根的扩大化生产和工厂规模化生产也可期待,用以代替传统烟草种植为茄尼醇来源的途径。因此,研究提高烟草毛状根中次生代谢物茄尼醇含量和稳定性的方法和技术,对茄尼醇在医疗保健、医药化工、美容、食品等方面的应用具有及其重要的意义。
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