发育生物学的研究进展精选(九篇)

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第1篇：发育生物学的研究进展范文

California, USA

Current Perspectives in

Micro RNAs (miRNA)

2008, 464pp.

Hardcover

ISBN 781402085321

Shao.Yao Ying著

RNA干扰现象自1998年发现以来一直是生命科学领域的研究热点。RNA干扰机制研究获2006年诺贝尔生理学或医学奖。本书总结了近年来miRNA在发育生物学、肿瘤发生、疾病病理、创伤愈合以及在化妆品等领域取得的研究进展并对某些miRNA研究所需的技术做了详细介绍。对刚进入miRNA研究领域的人员具有很好的参考价值。

本书共分为23章。 1.miRNA前体的结构; 2.小RNA技术:SiRNA、 miRNA、以及研究其功能常用的普遍方法;3. 充分考虑了miRNA处理过程和RNA剪辑的RNA干扰表达载体构建,载体的优点及应用潜力;4.介绍了特异性抑制黑色素形成的具有美白功效的内含子miRNA研究进展及应用前景; 5.利用基因芯片技术研究中枢神经系统中miRNA表达谱的优缺点;6.通过分析miRNA表达水平的变化推测miRNA在红细胞分化过程中的作用;7.回顾了与Hox相关基因同源的miRNA研究进展,并建立了描述miRNA功能以及尝试推测miRNA调节功能的方法及其对医学的意义;8.论述了miRNA在肌肉生物学中的功能,miRNA表达异常与一些肌肉相关疾病有密切关系;9.在再生医学中的应用前景,干细胞分化与增殖、miRNA对疾病尤其是对癌症的治疗作用、miRNA对于控制癌干细胞的作用;10.研究表明mir302不仅可以维持人胚胎干细胞再生功能及多能性,而且可以使高度分化的细胞转变成像胚胎干细胞一样具有多能性的细胞,这为干预治疗提供了机会;11.介绍了干细胞形成及功能行使过程中,miRNA在表观遗传调控过程中的作用及可能的作用机制,并描述了识别主要调控途径的现代技术;12.病毒的miRNA、疱疹病毒miRNA的鉴定及表达,并以KSHV(卡波氏肉瘤相关疱疹病毒)编码的miRNA为例,阐释了如何利用病毒miRNA寻找miRNA靶序列,并解释miRNA在病毒生物学及致病机理中的作用。13.15介绍了与精神疾病相关的miRNA功能;16-20阐述了miRNA与癌症的关系;21.利用基因芯片技术检查在表达HIV.1蛋白的细胞中miRNA表达谱的改变;22.重点介绍了基于miRNA的不同技术在几种疾病临床治疗中的应用;23.植物次级代谢产物具有广泛用途,本章介绍了利用RNAi技术阐释并控制植物次级代谢产物的合成。

本书凸显miRNA研究的前沿性、科学性,从多方面综合了该研究领域的热点问题,为细胞生物学、免疫学、病毒学、癌症等领域的研究人员提供了全面了解miRNA视角,是一本很好的参考书。本书作者 Shao.Yao Ying就职于南加利福尼亚大学,主要研究前列腺癌症中基因表达的差异,以及内含子miRNA对基因功能的调控作用。另著有《miRNA 实验指南》,在我国已有中译本,是miRNA研究重要的工具书。

许崇凤,博士生

中国科学院微生物研究所

第2篇：发育生物学的研究进展范文

论文摘要:细胞凋亡又叫细胞程序性死亡，是植物正常发育中必不可少的一部分,目前已成为植物细胞生物学研究的一个热点。本文对植物凋亡的一般特征、植物营养和生殖生长中的细胞凋亡以及植物-病原物互作中的细胞凋亡进行了综合评述,并对植物细胞凋亡研究的现实意义进行了探讨。

细胞凋亡是多细胞生物体在生理或病理条件下部分细胞所采取的一种由内在基因编程调节,通过主动的生化过程而自杀死亡的方式[1]。由于细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控，所以常常又称为细胞编程性死亡。细胞凋亡的现象最早是Kree在1965年观察到的，经过进一步深入研究之后，他于1972年将其重新命名为细胞凋亡。之后近20年，细胞凋亡的研究主要集中在动物，人们越来越认识到细胞调亡在动物生长发育中、尤其在维持动物体内细胞和组织平衡、特化、形态建成和防病、抗病过程中的重要作用。同动物一样，在植物生长发育中也存在着细胞凋亡现象。但由于植物生长发育和细胞结构的特殊性，有关植物细胞凋亡的研究起步较晚。近年来，随着植物细胞凋亡的研究进展，人们逐渐认识到细胞凋亡是高等植物生长发育的必要组成部分，同时也是植物体度过不良环境的重要手段。目前,植物细胞凋亡的研究已成为近年来植物细胞生物学的新兴研究领域和热点之一。本文就植物细胞凋亡的一般特征、检测方法、在植物中的存在及意义作一综合阐述。

1植物细胞凋亡的一般特征

经历细胞凋亡过程的细胞呈现一些典型的形态学变化,光学显微镜或电子显微镜观察可见:细胞体积缩小,染色质凝集、断裂、趋边化,细胞器解体、消失,细胞膜发泡形成凋亡小体(其中包含有凝集的细胞核断片和细胞器)[3.4]。随着研究的深入,分子生物学证据也逐步被阐明:细胞染色质DNA在核小体连接部位断裂,其片段大小为200bp的倍数,经琼脂糖凝胶电泳可见到特征性的DNA梯度(DNAladder),此特征还可以通过超速离心、末端标记电泳以及原位缺口翻译技术等进行定性、定量测定。细胞形态学和分子生物学的变化是细胞凋亡的重要诊断依据。

2细胞凋亡的检测方法

2.1细胞形态学观察法

苏木素-伊红(HE)染色法:石蜡切片的HE染色是组织形态学检测的常规方法,光学显微镜下细胞核呈蓝黑色,胞浆呈淡红色。凋亡细胞在组织中单个散在分布,表现在核染色质致密浓缩,核碎裂等。

(1)电子显微镜。电镜观察,凋亡细胞染色质固缩,常聚集于核膜上呈境界分明的块状或新月形小体,初期细胞可见完整的细胞器,细胞膜完整,凋亡小体形成。目前一致认为,电镜下获得凋亡细胞特征性的形态学改变是判断细胞凋亡的最可靠依据。

(2)荧光显微镜。对体外培养的活细胞经荧光色素处理,可在荧光显微镜下观察细胞形态改变。常用荧光色素有吖啶橙、Hoechst33258或Hoechst33342、碘化丙啶(PI)、溴乙锭(EB)。前两种可分别进入活细胞和死细胞,而后两种荧光素仅能进入死细胞。不同的荧光素使核着染不同颜色的荧光,正常细胞呈均匀荧光染色,而凋亡细胞呈致密浓染的颗粒状或块状荧光。

2.2反映凋亡细胞膜改变的方法：染料排斥法。

除了电镜能反映细胞膜完整性外,还可用染料排斥法,如台盼蓝、PI等。坏死细胞膜破损,被染料着染。而凋亡细胞细胞膜完整,不被着染。但在体外培养的细胞最终也会发生继发性坏死。因此,此法不能单独用来判断凋亡细胞。另一种方法是判断胞质膜的不对称性。在正常细胞膜上,磷脂酰丝氨酸基团(PS)位于胞内侧,而在细胞凋亡早期膜上此基团则转向胞外侧,以利于被吞噬。因此,磷脂酰丝氨酸基团位置的改变,可作为凋亡细胞的一个标志。

2.3反映脱氧核糖核酸有规律断裂的方法

细胞凋亡过程中,DNA有规律地断裂可以通过下述几种方法检测出来。

(1)琼脂糖凝胶电泳法。细胞悬液经裂解消化按常规法提取DNA后,于含EB的琼脂糖凝胶中进行电泳,正常细胞DNA呈单一条带。细胞凋亡时呈典型的梯状条带,系180～200bp左右的及多聚核小体的梯状DNA条带。坏死时则呈现模糊的弥散状条带。DNA电泳法是判断细胞凋亡的经典方法.PEG6000诱导的小麦叶片[7]、羟自由基诱导的烟草细胞[8]、细胞色素c诱导的胡萝卜和烟草原生质体[9]和乙烯诱导的胡萝卜原生质体[10]发生PCD时均检测到DNA梯状条带。

(2)流式细胞仪检测法。细胞发生凋亡时,其细胞膜的通透性增加,但其程度介于正常细胞和坏死细胞之间,利用这一特点,被检测细胞悬液用萤光素染色利用流式细胞仪测量细胞悬液中细胞萤光强度来区分正常细胞、坏死细胞和凋亡细胞。

(3)原位末端标记法(InSituEnd2Labeling,ISEL)。通过DNA多聚酶I把已标记的核苷酸结合到DNA的单链断裂处,以寻找有无Ap发生。标记的方法有同位素标记、荧光素标记、地高辛或生物素标记等。

(4)原位切口平移法(InSituNickTranslation,IS2NT)。利用DNA多聚酶将核苷酸整合到Ap细胞内断裂的DNA3′羟基末端,同时水解5′末端,以修复DNA。若用已标记的核苷酸,即可显示出有断裂DNA的细胞。该法同样也可用于细胞悬液中Ap的观察。

(5)末端转移酶介导的缺口末端标记法(TdT2me2diatedX2dUTPnickendlabeling,TUNEL)。末端转移酶(TdT)介导的X2dUTP缺口标记法是目标原位检测Ap最为敏感、快速、特异的方法,其具有广泛的应用前景。末端转移酶(TdT)可催化在DN段的3′羟基末端合成多核苷酸聚合物的反应,即DN段加尾。利用末端转移酶(TdT)将标记的脱氧核苷酸转移到DNA缺口或3′羟基末端上,通常所用的核苷酸为dUTP,标记物为地戈辛、生物素、荧光素等。

(6)ELISA法。对Ap细胞内DN段的检测还可用ELISA法。悬浮细胞经裂解,高速离心去除核的成分后,取上清加入已包被有抗组蛋白抗体的反应板,反应后再加酶标抗DNA抗体,若上清中含断裂的DN段,则可通过此双抗体夹心法得以检出[11]。

3植物发育过程中的细胞凋亡

萌发的种子中的糊粉层、维管束的木质部、生殖器官的组织(如花药和子房)及根冠等组织中均有细胞凋亡的发生[12]。虽然在细胞水平上,与细胞凋亡相关联的水解酶的激活、一些蛋白的失活以及核DNA的断裂都可以经常观察到,但是这些现象的发生机制到近来才有所了解。

3.1导管的形成

导管是由排列有序的死亡的导管分子(trachearyelements,TEs)构成。王雅清和崔克明[13]对杜仲木质部导管分化的研究证明,其分化过程也发生了细胞凋亡。所有这些研究都表明木质部导管分化与细胞凋亡有密切关系。玉米生长过程中在一定条件下根部皮层细胞崩溃死亡形成通气组织,而通气组织与植物的同化、呼吸、蒸腾作用都有密切关系[14].

3.2单性花的形成

许多单性花植物在花原基分化时存在雌蕊和雄蕊原基细胞,在后期发育的特定阶段雌蕊或雄蕊原基细胞出现细胞凋亡,从而最终形成单性花。

3.3大、小孢子的形成和发育

大多数种子植物中,大孢子母细胞减数分裂形成4个大孢子。仅有1个能发育成雌配子体,其余的3个大孢子退化。例如,蕨类植物大孢子母细胞减数分裂产生4个大孢子,这4个大孢子通常呈线型或T型排列,仅有1个能继续发育成雌配子体,其余3个都死亡。对其超微结构的研究表明,其退化解体过程也符合细胞凋亡的基本特征[15]。

3．3雌雄配子体的发育

植物中雌雄配子体的发育有细胞凋亡参与其中。裸子植物雄配子体发育过程中,原叶细胞的退化和雌配子中颈细胞、腹沟细胞的消失及珠心细胞的衰退也是细胞凋亡的结果。在被子植物雌配子体(胚囊)发育过程中,珠心组织被作为营养物质吸收而退化的过程是细胞凋亡[16].

3．4胚的发育

在胚性细胞分化和发育过程中,存在着细胞凋亡[17]。植物的胚由受精卵发育而成,在胚的形成过程中,助细胞、反足细胞和胚柄细胞都因发生细胞凋亡而消失。胚柄由受精卵第一次分裂形成,当胚发育到一定阶段,胚柄发生细胞凋亡,形态上表现为质壁分离,原生质体固缩。单子叶植物的种子中,在胚和胚乳之间有一层或几层排列整齐的糊粉层细胞,含大量糊粉粒。胚胎发育早期由胚柄提供营养形成种子,后期则通过糊粉层细胞形成分泌组织,分泌水解酶,水解胚乳成分,种子萌发后,糊粉层功能完成,便开始凋亡,是典型的细胞凋亡。在种子萌发过程中,其他胚乳和无胚乳种子子叶中一些贮藏细胞也会发生类似的细胞凋亡,没有这些细胞凋亡,幼苗就不能正常生长发育,会因饥饿而死亡。

3.5根冠细胞的死亡

根冠位于根尖的顶部,是由许多薄壁细胞组成的冠状结构。在根的发育过程中,根冠细胞不断脱落,并由顶端分生组织不断产生新的细胞,从内侧补充使根冠细胞得以保持定数。对根冠细胞脱落的研究证明,其脱落过程是典型的细胞凋亡。正是这些细胞的主动死亡,才保证了根顶端分生组织在生长过程中避免与土壤磨擦而受伤,进而保证了根的正常发育。对玉米根尖进行低温胁迫或用细胞毒素类药物如放线菌D、秋水仙碱处理后,这些根尖分生组织细胞同样具有DNAladder、染色质和细胞核浓缩等特征,说明环境因子和药物也可诱导根尖细胞发生凋亡[19.20]。

3.6叶发育过程中的细胞凋亡

在叶子的发育过程中,叶缘的各种裂、齿和叶片中的空洞(如龟背竹叶片)的形成等都是由于相关部位细胞的凋亡所造成的。此外,对叶片衰老过程的研究发现,衰老起始时,叶绿体首先被自体吞噬,此后水解酶、RNA酶等活性上升,而且以液泡内半胱氨酸蛋白酶活性最为显著[21],这些都是细胞凋亡的特征。因此,叶子脱落前叶片的衰老过程也是PCD。

4环境胁迫诱导的植物PCD

4.1植物超敏反应中的PCD

超敏反应(hypersensitiveresponseHR)是植物被病原物侵染后所引起的适应性反应,其中的细胞死亡被证明是细胞凋亡。在植物超敏反应中,DN段化,特征性切割核小体的核酸酶被激活等生理生化特征和凋亡小体等形态特征都被证实。4.2盐胁迫诱导的PCD

无机盐KCN、NaCl、CaCl2和一些重金属离子等在一定条件下均可诱导植物细胞出现与动物细胞凋亡类似的特征。宁顺斌[22]等人的实验证明烟草、玉米的根尖在高盐(NaCl500mmol/L)处理后,出现明显的DNA梯状电泳图谱。林久生和王根轩[23]用20%PEG溶液(-0.63MPa)对小麦根系进行渗透胁迫，在小麦叶片DNA琼脂糖凝胶电泳图谱上观察到明显的梯状DNA条带，表明PEG处理诱发了DNA核小体间的断裂，末端脱氧核糖核酸转移酶介导的3’OH末端标记法(TUNEL)检测出现阳性结果。

4.3活性氧与植物细胞凋亡

活性氧是一类具有强氧化能力的物质,主要包括超氧化物、过氧化氢、羟自由基等,各种逆境条件,包括冷害、渗透胁迫、低氧、臭氧、紫外线等导致的植物细胞凋亡最终都与活性氧的产生有关。当细胞外一些信息如辐射、高温等通过细胞活性氧传入细胞引起其脂质过氧化或与细胞凋亡有关基因的表达时，细胞也会凋亡[24]。陈明等[25]研究发现以一氧化氮(NO)供体硝普钠(SNP)处理小麦可以明显提高ROS清除酶，如过氧化物酶、超氧化物歧化酶、抗坏血酸氧化酶等活性，从而清除因盐胁迫产生的氧自由基或活性氧ROS，或直接清除ROS来保持细胞处于还原状态。

5研究植物细胞凋亡的意义及展望

导管细胞的退化死亡、筛管细胞原生质的自溶,形成了植物体的输导组织;这些细胞死亡之前,细胞内物质可被其他细胞回收利用,这是植物能够独立营养的一个特性,叶片衰老死亡即是适应营养重新分配的结果,但这个过程却影响了农产品的产量。因此,要搞清植物细胞凋亡的发生程序,对粮食生产及作物储藏技术改良都具有重要的现实意义。在超敏反应中,被病原体感染的宿主细胞采取主动死亡的方式,从而限制感染部位病原菌的生长,阻止病原菌的传播,以达到防病抗病的目的。这种植物自身的主动抗病反应,若在植物抗病育种中加以应用,使植物能够自动、有效地抵抗病原物的侵染,就可以减少农药的使用,避免环境污染,从而提高人类生活质量。

由于植物细胞凋亡的同步性很低、凋亡时间很短,同时由于细胞内各种因子相互作用,调控机制及其复杂,使分子生物学技术应用于细胞水平的研究存在很大困难。近年来,利用非细胞体系来研究细胞凋亡的模式的建立和应用弥补了上述不足。有研究表明[26],利用非细胞体系研究细胞内复杂的生化活动具有独特的优越性,在细胞周期调控、DNA复制、核小体与染色质构建等研究中发挥了重要作用。非细胞凋亡体系的建立与利用,在很大程度上促进了人们对植物细胞凋亡生化和分子机制的研究,为植物细胞凋亡研究开辟了新途径。

随着植物细胞凋亡的研究的逐步深入,发现植物细胞凋亡需要研究的方面还很多。植物体发生细胞凋亡的机理还不清楚,植物细胞中与细胞凋亡有关的基因研究还远没有动物深入。尽管许多实验表明植物细胞凋亡与动物是相似的,但分子水平共同特征少,目前仅发现少数几个基因参与植物细胞凋亡的过程[27]。研究过程中常局限于某一特定现象,很少有将这些现象和植物发育的具体过程联系起来,加上植物生长周期较长,给研究带来一定困难。植物细胞凋亡的研究如果能与植物的经济利用联系起来,将具有重要实践价值。如能发现诱导果实发育中细胞凋亡发生的因子,通过人为调控,改变生长发育期,提高果品产量和品质,则将会极大地推动果树现代化生产的发展。

参考文献

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第3篇：发育生物学的研究进展范文

关键词 石漠化 治理 土壤动物 功能类群

中图分类号：Q958.2 文献标识码：A

土壤是一切陆生生物的载体，土壤动物是终生或某一发育阶段在土壤中度过，且对土壤有一定影响的动物，对土壤的形成、发育、物理结构、化学性质和有机物的分解等起着重要的作用。土壤动物既是消费者，又是分解者，它们的生存、取食对土壤有机质的形成、土壤结构及理化性质的变化都有一定的影响，它们可作为土壤有机质层的生物活性显示指标，研究土壤动物与环境要素的关系，为维持生态系统平衡，防止土壤退化，具有重要的现实意义。

1国内外土壤动物研究进展

1.1 国外土壤动物研究进展

1840年达尔文发表的“on the Formation of mould”一文，被公认是土壤动物科学研究的开始。

20世纪意大利人Berlese（1905）发明了烘虫漏斗， Tullgren（1917）对该漏斗进行了改良，提高了土壤动物采集效果及对中小型土壤动物的分离效率，极大地推动了土壤动物新种类的发现和记述，扩大了土壤动物的概念，促进了土壤动物区系的综合研究，被称为“种类技术时代”。

20世纪40年代期间，学者们开始对土壤动物的不同类群进行系统研究，土壤动物研究进入“系统研究时期”。土壤动物的研究成为一门独立的分支学科――土壤动物学。1955年在英国诺丁汉（Nottingham）大学召开了第一次土壤动物学术讨论会，标志着土壤动物学正式成为一门独立学科。

20世纪后半叶，世界上许多国家都在土壤动物学中投入了相当数量的人力和物力，各国相继成立了专门的组织或机构，出版了专门性期刊和专著，土壤动物学的研究进入了崭新阶段，即从简单抽象描述阶段发展到了群落生态学研究阶段，进而发展成为生产力和人类与环境关系的研究阶段。近年来随着生物科学技术的飞速发展，土壤动物学在土壤形成和能量转换等机理的研究使土壤动物研究进入了实用性阶段。

1.2 中国土壤动物研究进展

我国土壤动物学的研究起步较晚。提到记载土壤动物的文字，可追溯到河南安阳出土的3000多年前殷墟甲骨文（蝉和蝗虫等）。1979年中科院地理所张荣祖研究员领导成立了长白山森林生态系统定位站，在我国首次开展了土壤动物区系、生态地理的综合性研究，标志着我国土壤动物生态学研究真正开始起步。20多年来，中国的土壤动物学主要涉及和完成以下几个方面的工作：

（1）土壤动物的分类学：尹文英（1981）上海东佘山竹林土壤中原尾虫区系和生态调查，谢荣栋（1987）我国甲螨七个新纪录种，张云美（1989）我国根结线虫的种类、分布等，都做了大量的工作，并取得了可喜的成绩。

（2）土壤动物多样性和地带特征的调查研究：尹文英主持的两项国家自然科学基金重点项目，在各地理区典型地带设点周年逐月采集，共获标本50多万头（不包括原生动物数量），鉴定出土壤动物3千多种，充分显示出我国土壤动物丰富的物种多样性，同时对各不同地带、不同类群的种类组成、区系组成、分布类型和特点、生活习性等作了系统研究和分析，基本搞清了我国各类生境土壤动物的优势类群和某些常见类群及其数量分布规律等问题（尹文英，2000）。

（3）土壤动物生态学的试验研究：于长福、杨效东、陈鹏、廖崇惠等分别对不同地区森林土壤动物群落进行研究；何冬梅等对草原土壤动物的生态学进行研究；王振中、王宗英等对农业生态系统土壤动物群落的研究；傅荣恕等对山地丘陵生态系统土壤动物群落的研究。尤其是尹文英等在我国不同气候带进行的土壤动物群落结构、演替及其动态变化等的研究，期望揭示森林土壤生态系统物质能量流动的复杂过程。

（4）人类活动与土壤动物的关系研究：王振中等研究了土壤污染对土壤动物群落结构的影响；李云瑞等和胡敦孝等对甲螨与土壤肥力关系的研究。

（5）土壤动物的功能性研究：高云超等研究土壤原生动物群落及其生态功能；陈海燕等研究大型土壤动物在沙漠生态系统物质循环中的作用；胡蜂对蚯蚓活动对稻麦轮作系统中土壤微生物量碳的影响。

（6）土壤动物培育与保护研究：土壤动物培育方面，邱江平（1999）提到在试验样点的选择上提出了三条要求，并建议在试验前对土壤的化学药品残留进行分析；司岸恒（2011）实验中对蚯蚓的培养及取样有所提及。土壤动物保护领域，高云超（2000）提到土壤水分是影响原生动物生存的重要因子，大多数原生动物在中性或者略偏酸性的条件下生长良好。

归纳起来，国内外关于土壤动物的动物功能和作用的研究内容较多，在喀斯特地区对土壤动物的研究主要集中在多样性、群落结构等方面，关于土壤动物培育和保护研究基本很少。近些年来随着各种先进仪器和研究方法的出现和完善，土壤动物研究已经进入到生物生产力和人类与环境关系的研究阶段，因此，运用前人研究成果，结合喀斯特生态系统脆弱性的特点，在喀斯特地区进行代表性土壤动物功能类群选择以及田间培育和保护的研究，为喀斯特地区综合治理提供一种新的手段，具有现实意义。

2喀斯特地区研究进展

喀斯特石漠化地区在地质地貌、土壤、水文等方面具有其独特性，对该地区土壤动物的研究起步较晚，虽然取得了丰富的科研成果，但研究的深度和广度还有待进一步的发掘和拓展。石漠化生态恢复中主要经济作物土壤动物的保护和培育方面的研究还未见报道，因而依据国内外土壤动物研究理论，结合喀斯特地区生态脆弱性的特点，选择在毕节撒拉溪、花江示范区经济林地进行土壤动物培育与保护方面研究，通过土壤动物培育、保护及监测，建立土壤动物培育与土壤理化性质改变之间的相关性，为喀斯特土壤环境的恢复提供适合培育的代表性土壤动物功能类群和土壤动物培育与保护方面的资料。在对毕节石桥小流域、清镇菠萝小流域和贞丰顶坛小流域的土壤动物有一定的研究，通过对这三个研究区中土壤动物的区系组成、数量与分布、多样性、水平分布、垂直分布以及年度变化等的研究，对贵州喀斯特地区土壤动物的功能类群情况有了初步的研究进展。

3尚待研究之处

目前，缺乏土壤动物田间培育方法，在石漠化治理区对土壤动物的田间培育，只能根据石漠化生态系统的特点进行初步探究。由于对土壤动物的田间培育时间较短，对石漠化恢复现状有一定的反馈，但是能完全揭示土壤动物生态系统的变化规律需要多年的研究，对于石漠化恢复程度作出科学判断，保护好生物多样性，土壤动物功能类群的田间培育需要进一步的深入开展研究。

参考文献

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第4篇：发育生物学的研究进展范文

[关键词]细胞因子；药物；临应应用

[中图分类号]R961

[文献标识码]B

[文章编号]1674-4721(2009)03(b)-044-02

细胞因子(cytokine)是由机体免疫细胞和非免疫细胞合成和分泌的具有多种生物活性的小分子蛋白质物质的统称，通过结合细胞表面的相应受体发挥生物学作用。其主要生物学活性有：①免疫应答的调节剂。②细胞凋零的诱导剂。③造血细胞刺激剂。④炎症反应的促进剂。⑤参与非免疫系统的一些功能。如促进新生血管形成；降低血胆固醇，刺激破骨细胞、软骨细胞的生长；促进肝细胞产生急性期蛋白等。目前，利用基因工程技术生产的重组细胞因子作为生物应答调节剂(BRM)治疗肿瘤、造血障碍、感染等已收到良好的疗效，并且细胞因子为人体自身成分，可调节机体的生理过程和提高免疫功能，低剂量即可发挥作用，因而疗效显著，副作用小，是一种全新的生物制剂，已成为某些疑难病症不可缺少的治疗手段。

1白细胞介素

白细胞介素(IL)最初指由白细胞产生又在白细胞间发挥作用的一些细胞因子，并以阿拉伯数字排列，如IL-1，IL-2，IL-3，后来发现IL亦可由其他细胞产生，也可作用于其他细胞。迄今已正式命名到IL-30。IL已开始用于临床和即将用于临床的有：

1.1 IL-2

在体内，IL-2是参入免疫应答的重要细胞因子，并参与炎症反应、抗肿瘤反应和移植排斥反应。IL-2是I临床应用最成熟的一种白细胞介素。目前多将1L-2与LAD／TIL合用治疗实体肿瘤，对肾细胞癌、黑色素瘤、非霍奇金淋巴瘤、结肠直肠癌有显著的疗效，应用IL-2(或与干扰素合用)治疗感染疾病亦取得了一定疗效。

1.2IL-3

IL-3的主要作用是促进多谱系造血干细胞增殖、分化、成熟，并形成集落；增强不同靶细胞的功能。在临床上对肿瘤患者的骨髓功能低下、再障性贫血、骨髓增生不良综合征及骨髓移植病人等具有较好的恢复造血的功能。目前主要试用于原发性或继发性骨髓造血功能衰竭患者的中性粒细胞或血小板减少症。

1.3 IL-11

IL-11主要功能是刺激骨髓造血干细胞增殖、成熟、形成集落；刺激依赖于T细胞的抗体形成B细胞的发育：协同IL-3促进多系祖细胞扩增和分化，刺激IL-6依赖的浆细胞瘤细胞增殖；作为脂肪产生抑制因子，可抑制脂肪细胞分化。重组IL-11主要用于多种情况引起的血小板减少症：用于实体瘤、非髓性白血病化疗后Ⅲ、Ⅳ度血小板减少症的治疗，同时有白细胞减少症的病人必要时可合并使用重组人粒细胞集落刺激因子(rhG-CSF)。

1.4 IL-18

IL-18具有多样生物学活性：参与机体抗感染免疫，参与炎症反应，参与抗瘤效应及缓解慢性移植抗宿主病。目前IL-18正在进行抗肿瘤、抗过敏、抗病毒、抗结核分枝杆菌及抗自身免疫等疾病的临床试验。

1.5 IL-21

IL-21是IL-2细胞因子家族成员之一，通过诱导或增强自然免疫与适应性免疫反应，在机体防御肿瘤机制中发挥重要作用。美国以进展肾细胞癌患者和恶性黑色素瘤患者作为研究对象进行了I期临床试验研究，提示IL-21用于人体肿瘤疾患的治疗可能是安全的。

1.6其他

处于临床试验阶段的细胞因子还有IL-1、IL-4、IL-6等，临床试验主要在抗肿瘤治疗、炎症、自身免疫系统疾病等方面。

2集落刺激因子

集落刺激因子(colony-stimulating factor，CSF)是指能够刺激多功能造血干细胞和不同发育分化阶段的造血祖细胞增殖分化，在半固体培养基中形成相应细胞集落的细胞因子。根据它们的作用范围，分别命名为粒细胞CSF(G-CSF)、巨噬细胞CSF(M-CSF)、粒细胞和巨噬细胞CSF(GM-CSF)和多集落刺激因子(multi-CSF)、红细胞生成素(EPO)、干细胞生长因子(SCF)等。

2.1 GM-CSF、G-CSF和M-CSF

GM-CSF的生物学作用是刺激造血祖细胞和急慢性髓样白血病细胞增殖；促进粒细胞、单核细胞和嗜酸粒细胞增殖和分化，增强其杀菌、抗寄生虫及抗肿瘤作用；增强粒细胞吞噬活性，并上调其黏附分子表达；趋化粒细胞及单核细胞。M GSF的生物学作用是促使髓前体细胞发育为单核一吞噬细胞：激活成熟单核一吞噬细胞；通过促进单核一吞噬细胞增殖、活化而参与炎症反应。G-CSF可进入循环，发挥全身作用，刺激骨髓内中性粒细胞前体细胞(如成髓细胞、早幼粒细胞)增殖及分化；在外周促进成熟中性粒细胞的功能。目前主要应用GM-CSF、G-CSF和M-CSF治疗各种原因引起的白细胞和粒细胞低下患者。例如与化疗药物合用治疗肿瘤可以降低化疗后粒细胞减少程度，使粒细胞的数量和功能尽快回升并能提高机体对化疗药物的耐受剂量，从而提高治疗肿瘤的效果。对再生障碍性贫血和MDS亦有肯定疗效，用于骨髓移植后可使中性粒细胞尽快恢复。降低感染率。

2.2EPO

EPO能刺激骨髓内红细胞样前体细胞产生红细胞样集落形成单位(CFU-E)和红细胞样爆发形成单位(BFU-E)，使红细胞样前体细胞增殖分化为成熟红细胞。EPO在人体内90％由肾小球基膜外侧肾小管周围毛细血管的内皮细胞产生，因此EPO在治疗肾性贫血取得了非常显著的疗效。

3干扰素

干扰素(inteffemn，IFN)是最先发现的细胞因子，可抵抗病毒的感染，干扰病毒的复制，因而命名为干扰素。根据来源和结构可将IFN分为IFN-α、IFN-β、IFN-γ。IFN主要生物学作用是：抑制病毒复制、抗寄生虫；抑制多种细胞增殖：参与免疫调节和抗肿瘤。不同型别的IFN各有其独特的性质和生物学活性，其临床适应证和疗效有所不同。IFN-α主要用于治疗病毒性感染和肿瘤。IFN-α对于病毒性肝炎(主要是慢性活动性肝炎)、疱疹性角膜炎、带状疱疹、慢性宫颈炎等有较好疗效。IFN-α对于血液系统恶性疾病，如毛细胞白血病(有效率达80％以上)等疗效较显著，但对实体肿瘤的疗效较差。虽然IFN-γ的免疫调节作用强于IFN-α，但其治疗肿瘤的效果弱于IFN-α。目前应用IFN-γ治疗类风湿关节炎、慢性肉芽肿瘤取得了一定疗效。IFN-β在复发型多发性硬化症的临床治疗方面取得了一定进展。

4肿瘤坏死因子

肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)是一类能直接造成肿瘤细胞凋亡的细胞因子。根据其来源和结构分为两种，即TNF-α和TNF-β。TNF具有广泛生物学活性。例如：参与炎性反应和免疫应答；抗肿瘤；参与内毒素性休克、动脉硬化、静脉血栓形成和脉管炎等病理过程。TNF由于其全身应用副作用严重且疗效差，目前多倾向于将其局部应用，如瘤灶内注射治疗某些肿瘤和直肠癌，其确切疗效尚待进一步评价。

5与细胞因子受体相关的生物制品

随着对细胞因子受体的研究，几种与受体相关的生物剂品在美国FDA已批准上市。如重组IL-1受体拮抗蛋白(商品名anakinra)、人TNF的单克隆抗体(商品名HumiraTM)、TNF-受体-Ig融合蛋白(商品名Enbrel)，这三种生物制品在类风湿性关节炎治疗方面取得了成功。

第5篇：发育生物学的研究进展范文

关键词基因组医学精准医学医学遗传学教学改革

随着“人类基因组计划”的完成，以及新一代基因组测序技术的广泛应用，我们已经步入“精准医学”（PrecisionMedicine）新时代。精准医学主要利用疾病基因组学以及药物基因组学大数据，通过基因诊断并以此为依据对疾病进行分类、分型，根据基因组特征，采用最新的个性化治疗等技术，为病人选择最佳的治疗方案，最有效的药物，最安全的剂量，对传统的医疗模式进行革命和创新。

基因组学始于20世纪80年代，90年代后随着人类基因组计划的启动而迅猛发展。基因组医学是由诸多科学家在2003年为纪念DNA双螺旋结构发现50年时所提出的一个医学领域的新名词。基因组医学是以人类基因组的研究为基础，将生命科学与临床医学相整合，从而将基因组的研究成果快速地应用于临床医学实践，这将是贯穿21世纪的在生命科学和临床医学领域的一次伟大革命。

在基因组医学时代背景下，各临床专业科室都必须适应基因组医学带来的临床变革，不断更新知识体系。医学遗传学作为一门基础和临床相互融合且发展飞快的学科，不仅要求医学生掌握基础知识，更要求其可以将相关知识致力于临床实践，这就要求我们对医学遗传学传统教学内容及模式进行调整。因此，如何以基因组医学为导向，着眼于精准医学，推进临床医学教育，加强医学遗传学教学，提高教学质量，更好地让学生掌握医学遗传学的临床应用，并在以后的工作中将其普及社会是我们面临的问题。综上所述，我们对医学遗传学教学内容、课程体系及教学思维等进行了改革。

1改进课程内容设置

我们以培养适应21世纪社会发展需要的新型医学人才为目标，根据医学专业的发展特点，合理设计医学遗传学课程，而课程的设置、编排等问题直接影响到教学进程、教学的内容和教学质量。因此，课程改革也是教学改革的核心问题之一。[1]

首先，对于基本的医学遗传学课程，我们将围绕遗传病开展教学，课前引导学生查阅资料，让学生对遗传病基础有一定了解，课堂抽查课前预习效果。课堂上从临床遗传病常见病例着手，用实例激发学生学习兴趣，介绍其发病机制，如何导致疾病发生和具体的研究方法，然后系统地介绍遗传物质在疾病的发生、发展过程中的作用，最后再从临床遗传学角度开展疾病的预防、诊断与治疗，基本知识点和原则逐点介绍。

其次，根据医学遗传学课程发展需要，我们新增加生物信息学内容，介绍如何利用信息学和统计学等学科的技术，收集、整理、研究目前快速发展的基因组测序、蛋白质组序列测定、结构解析和代谢组等领域的大规模数据，同时通过生物信息学的研究实例，讲解生物信息学的基本知识和重要作用，激发学生对本门学科的兴趣。通过病例为示范，引导学生将生物信息学理论知识用于实践。例如我们实验室收集到一个高度近视的隐性遗传家系，致病原因未明，我们先采用基因芯片进行连锁分析定位致病区间，然后对两个患者和一个正常人进行全外显子测序，指导学生运用生物信息学分析法对三个样本的测序结果进行数据分析，对检测到的患者共有的而正常人没有的外显子区间影响功能的纯合突变进行初步筛选并对定位致病区间的突变在家系内进一步筛选验证，最后成功定位到3号染色体189713156位置上的NLEPREL1基因一个GLN氨基酸的终止突变。该基因与胶原蛋白的装配和稳定性有关，此突变与带有白内障和玻璃体视网膜退化表型的非综合征型高度近视有关。这样的案例式教学法不仅巩固了学生对理论知识的理解，也提高了学生进行科学分析问题的能力。

医学遗传学是一门涉及数千种遗传性疾病的基础理论和临床实践的综合性学科，具有基础性和前沿性并存的特点。[2]为了让学生了解到最前沿的科研动态及相关遗传病的研究进展，我们同时开设了“医学遗传学研究进展”课程。“医学遗传学研究进展”是一门以“医学遗传学”课程为基础的课程，它着眼于现代医学遗传学最新最受关注的领域，旨在让学生对医学遗传学的知识进行消化和升华，它的课程内容紧跟国内外前沿，针对国内外研究的热点内容和最新进展设置讲座内容，结合教师当前研究的科研项目进展加以讲解，促使学生了解和关注医学遗传学的前沿进展。该系列讲座强调结合基础科学和临床科学，通过该课程的学习，开阔学生的眼界，掌握最前沿的科研进展。2改革课程体系

绝大多数疾病均与遗传相关，临床中每个科室都应不断更新对相关疾病的知识，因此我们在临床医学范畴下的二级学科的教学环节中应增加相关医学遗传学内容的介绍。例如，消化系统专业课，我们将增加消化系统的遗传学基础知识的介绍；神经内科专业课程，我们拟设置专门的神经内科遗传病及致病的遗传学基础的章节，系统介绍神经内科常见的遗传病种类、遗传学基础、分子和细胞系诊断方法以及相应的遗传咨询要点。

将基因组学作为一个大平台，根据不同的学科，每个学科上课的比重都不一样，把基因组医学与疾病基因组学灌输到临床，教师在授课过程中，不仅教授核心知识点，并且把基因组医学、遗传病学、精准医学、个体化医疗等理念贯穿到临床教学中去，使学生掌握从基因组水平上考虑对疾病诊断、防治与治疗的重要观念。通过打破常规，教授新的医学遗传学理念，以鼓励学生不拘泥传统的循征医学思维模式，以基因研究为导向，提倡“精准医学”，让个体化医疗这一概念从理论中走向生活。

3教学思维，引领学生建立个体化医疗的观念

在教学上，我们率先突破常规的循征医学思维模式，建立以基因研究为导向，提倡精准医学的思维模式。“精准医学”是以个体化医疗为基础，随着基因组测序技术快速进步以及生物信息与大数据科学的交叉应用而发展起来的新型医学概念与医疗模式。其本质上是通过基因组、蛋白质组等组学技术和医学前沿技术，对大样本人群与特定疾病类型进行生物标记物的分析与鉴定、验证与应用，精确寻找到疾病原因和治疗靶点，并对一种疾病不同状态和过程进行精确亚分类，最终实现对于疾病和特定患者进行个性化精准治疗的目的，提高疾病诊治与预防的效益，这是对传统医疗模式的革命和创新。[3]美国总统BarackObama在今年年初的国情咨文中正式宣布精准医学计划（PrecisionMedicineInitiative），该计划的提出是集合了诸多现代医学科技发展的知识与技术体系，体现了医学科学发展趋势，也代表了临床实践发展的方向。[4]我们顺应时展潮流，率先将个性化医疗、精准医学的理念引入课堂，不断渗透精准医学理念，使学生掌握从基因水平上考虑对疾病诊断与防治的重要观念。

为引领学生建立个体化医疗的观念，需要我们加强各相关学科的交叉融合，使现有的教学知识体系更加完善，让学生们能够学以致用。我们积极推进与细胞生物学、生物化学、分子生物学、病理学、医学免疫学、生物信息学、预防医学、材料学、计算机学等其他学科交叉融合，既促进不同学科之间的相互融合交流，又培养了学生跨学科的思维模式。通过交叉学科的建设，学生将本科专业知识和医学遗传学知识重新组合，更具创新性思维。我们还成立了“教育部国家生命科学与技术人才培养基地”，吸引了不同专业的学生进入医学遗传学领域来，学生在实践课题或项目的设计当中，不仅仅局限于本学科，并引进其他相关学科的方法，利用其他学科的优势来弥补自身不足。

科学技术飞速发展，已进入大数据时代，高效准确地处理数据显得愈发重要。以医疗大数据作为支撑，通过基因组、蛋白质组等组学技术和医学前沿技术，精确寻找到疾病的原因和治疗的靶点，实现对于疾病和特定患者进行个性化精准治疗是“精准医学”的最终目的。因此，我们需要建立一套完善、有效的数据分析平台。我们与生物信息专业进行合作，将临床诊断中收集的数据，进行科学的数据分析，再将分析的结果反馈到临床中去，建立个体化医疗。同时，在授课过程中，不但传授医学遗传学核心知识点内容，而且将精准医学理念渗透到教学的各个环节，使学生从基因水平上考虑对疾病诊断与防治的重要观念。

第6篇：发育生物学的研究进展范文

关键词：分子生物学；农学学科；分子育种

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）16-0201-02

分子生物学是21世纪最具创新性和活力的学科，它主要讲授生物学领域的基础知识和最新研究进展，如：核酸、RNA和蛋白质的结构和功能、遗传信息的表达与调控、转基因等[1]。通过本课程的学习，可以促使农科学生从分子水平上认知生命现象的本质，增强同学们探索生命现象本质的兴趣。更为重要的是，本课程能让同学们掌握现代分子生物学的基本理论和技术，为其他专业课的学习和今后的发展奠定基础。生物技术是推动现代农业向前发展的重要引擎，掌握基本的生物学理论和技术能促进农科学生的就业，并为他们将来从事生命科学的相关研究打下坚实的基础。同时，我们也应该看到，分子生物学在实际的教学过程中存在众多的问题，如基础知识点量大、新知识涌现快、课时严重不足等，以上种种问题直接导致分子生物学的教学工作困难重重。仅凭借传统的教学手段和方法已经很难适应市场对新时代毕业生的要求，教学改革势在必行[2]。本文将结合本人学习和教授分子生物学中的经历和经验，对如何提高和改进分子生物学的教学工作提出以下四方面的观点。

一、优化章节教学内容、突出基础性

传统的分子生物学课本通常会包括：核酸结构与功能、DNA到RNA、mRNA到蛋白质、分子生物学研究技术和方法、原核基因的表达调控、真核基因的表达调控、疾病与人类健康、基因与发育、基因组与比较基因组学等章节。要想在32个课堂教学的学时内完成这些内容的教学，几乎是不可能的，即使能够讲完这些章节，上课效果也会大打折扣，因此需要对全部讲授内容进行有目的精简和优化。

《生物化学》和《遗传学》也是农科本科生的必修课程，且这两门课程与《分子生物学》课程的教学内容有交叉，例如核酸和蛋白质的结构等。因此在有限的学时内讲授《分子生物学》课时，就需要根据农学专业的前修课程，进行相关调整和整合。根据内容的基础性和重要性，将全部内容整合成如下章节：核酸的结构与功能、DNA的表达与调控、RNA的翻g与调控、基因组与比较基因组学。其中“核酸的结构与功能”在《生物化学》课程中有大量讲解，因此，此章节可以降低为6个学时；“DNA的表达与调控”章节的内容涉及mRNA水平上的调控、真核生物的表达调控、原核生物的表达调控等内容，内容较多，涉及基础知识点较多，对后续专业课和学生继续深造有较大影响，应分配12个学时；“RNA的翻译与调控”涉及mRNA的翻译过程、翻译过程调控机理、原核生物和真核生物的翻译调控，本章节也是本课程的重要章节，对后续专业课和继续深造有较大影响，涉及较多前沿知识点，应分配10个学时；“基因组与比较基因组学”涉及测序等现代技术，是大多数同学们从未涉及到的知识，起到承前启后的作用，所以应选取此章节进行讲解，并分配4个学时。

二、合理化实验教学、突出实用性

实验设计的原则是：突出基础性、与课堂知识的关联性、不同实验间的连续性，最重要的是要有实用性，且是目前农学专业研究生所用的主流实验技术。只有实用的实验技术才能满足农学本科毕业生将来的工作和进一步深造的需求，只有基础性的实验才能加深同学们对于基础理论的理解，并为他们自主设计实验提供技术支撑。基于以上原则，我们设计了以下分子生物学实验内容及学时分配：重组质粒的构建（2学时）、质粒转化（3学时）、大肠杆菌培养（2学时）、质粒提取（2学时）、质粒酶切（2学时）、目的基因的琼脂糖分离（3学时）、分离目的基因的处理及测序（2学时）。这个系列的实验包括了生物工程的质粒重组、转化、菌培养、质粒提取、酶切、电泳、测序，基本涵盖了分子生物学知识获取的全部重要实验和分析技术，有助于加深同学们对相关知识点的理解，并为同学们的自主实验设计提供技术支撑。

三、应用微信、QQ等社交软件传授知识、突出趣味性

同学们都是新世纪成长起来的年轻人，对待新鲜事物容易接受，因此能否借助现代社交软件（如微信、QQ等）传授知识，是能否真正将知识灌输给同学们的关键。“微信”和“QQ”软件是目前中国最流行的社交软件，而智能手机的普及推动了利用这些软件进行信息交流的全天候化。教授一门课程时要求全体同学们加为“微信”和“QQ”好友，然后就可以利用“微信”里的“朋友圈”和“QQ”里的“好友动态”全天候的给同学们灌输知识。

当然利用社交软件灌输知识不能采取和课堂授课同样的内容，只有的信息有“趣味性”，才能引起同学们的兴趣，才最终起到辅助课堂教学并推动本门课程学习的目的。例如转发以下话题：“一个细胞引发的惨剧（2016-07-26，丁香园）”；“红杏出墙――肥胖易感基因FTO的家丑（2014-03-14，丁香园）”；“清华大学一实验室发生爆炸，博士后不幸死亡（2015-12-18，澎湃新闻）”警醒同学们的安全意识。

四、结合就业市场需求、突出前瞻性

农学专业学生未来的工作去向主要有以下几种：（1）考研；（2）本专业企事业单位；（3）本专业私人企业；（4）非本专业工作。对于从事本专业工作的同学，《分子生物学》的学习可能帮助他们考研和更快的开展相关工作；对于从事非本专业工作的同学，本课程的学习能拓宽他们的视野和眼界。因此，农学本科专业的《分子生物学》教学应立足于本专业未来的就业市场，而必须区别于其他专业的课程内容，并且突出前瞻性。

总之，《分子生物学》是高等学校农学专业重要的基础性课程，是很多后续课程的基石，授课效果的好坏对农学专业学生后续的发展至关重要。因此，我们在该课程的教授过程中，要不断探索和总结，以授课内容能否适应现代社会的发展和需求为评价标准。通过对教学内容的不断优化、实用性建设、新传授方法应用及接近市场需求，能培养出基础扎实、适应性强、能快速适应社会需求的新世纪人才。我将始终以“生以求知为乐，师以从教为荣”[3]作为自己的座右铭，时刻“自省吾身”并不断学习和求索，在高等教育的舞台上散发出自身的光芒。

参考文献：

[1]朱玉贤.现代分子生物学[M].第4版.北京：高等教育出版社，2012.

第7篇：发育生物学的研究进展范文

关键词：昆虫抗药性；研究进展

随着新型杀虫剂的不断涌现和广泛应用，害虫对多种杀虫剂产生了抗性，且种类在不断增加。目前，至少有600多种昆虫及螨对杀虫剂产生了抗性。从杀虫剂角度来看，害虫已对有机磷类、氨基甲酸酯类、拟除虫菊酯类以及新颖的氟虫腈、吡虫啉类等有机合成杀虫剂产生抗性陷。Janet等报道，害虫对拟除虫菊酯类杀虫剂产生抗性，大多是多种作用机制共同选择作用或几种机制联合作用的结果。也有文献报道，害虫对微生物源杀虫剂阿维菌素类、苏云金杆菌和多杀菌素类药物亦产生抗性。因此，解决昆虫抗药性问题迫在眉睫。本文简要综述该领域的研究进展，并探讨新农药的研制与开发对策。

一、昆虫抗药性研究意义

把昆虫抗药性作为一门学科来研究是有意义的，一是在防治前提供基本数据利于杀虫剂的选择，避免害虫对药剂产生交互抗性。二是能及时获知不同地区种群抗性情况，利于制定综合治理措施。三是不断的监测能有效地控制抗性。从长远角度来分析，如果某种杀虫剂产生抗药性后没有换用交互抗性的新杀虫剂，随着用药时间增长，害虫种群中聚集的多种抗性基因就越多，产生抗性的速度也随之加快。由此也会增加研发新杀虫剂的难度和费用，合成的速度跟不上抗性产生和发展的速度。将对农业害虫的防治产生负面影响。

昆虫抗药性分子水平研究是抗性综合治理的突破口。利用分子生物学技术对害虫抗性进行研究，可获知不同区域不同种群害虫抗性水平及抗性的分布情况，建立详细的抗性资源基因信息库，利于确定抗性害虫治理对策及合理地选择杀虫剂；此研究还有助于拓展新型杀虫剂研制的思路，从中设计出活性更高，选择性更强，毒性更低的新农药。

二、新农药的研制与开发对策

根据现代杀虫剂研究开发的趋势和社会的要求，2l世纪的杀虫剂必须具有高活性、低用量、安全性高、不易产生抗性、环境相容性好和市场潜力大等特点，亦称为绿色化学农药。在农药的研制中，分子设计是成功的关键，如何高效率地设计合成新农药是一大难点，目前新农药的设计必须将绿色思想贯穿于化学农药的始终，使化学农药在设计、合成、分析、降解和代谢等每一个环节都与环境相容且无害。

1.应用绿色有机合成技术

不管是化学农药的基础研究还是工业化生产，都要尽可能地应用绿色有机合成新技术，大力开发和推广绿色化学工艺，这是提高效益、节约资源和能源、改善环境、保证可持续发展的战略措施。主要策略有使用绿色原料和溶剂、采用高效无毒催化剂、改变反应方式和反应条件。如声化学合成、微波化学合成、水相有机合成和氟碳相有机合成等。

2.以天然药物为先导化合物

如何获得先导化合物是创制新农药极为关键的一步。目前已知有3 000多种次生物质对昆虫起防御作用，这些物质对昆虫的化学防御作用，主要是忌避、抑制取食、抑制生长发育、激素效应及毒杀作用等。这些植物的次生物质结构多样、种类繁多。它们的活性往往是由某些分子或基团所致，研究这些物质，锁定它们的活性部位和活性结构，模拟活性结构进行全合成或半合成，就可以得到高效、低毒、无污染的绿色化学农药。而且，当农药的化学结构选用了自然界存在的物质结构时，易被自然界微生物群分解，不易造成残留污染。

3.利用组合化学有效地筛选

在化合物的筛选过程中，可以应用组合化学技术，对不同的分子结构单元进行组合合成，得到成千上万个产物，以满足下一步高通量筛选系统的需要，通过改进的组合化学已可以得到各纯度较高的单一化合物供HTS筛选之用口 。随着科技的发展，由计算机来辅助设计的结构单元不但可以扩大组合库的容虽及分子的多样性，而且命中有用分子的比例也将空前提高。组合化学应用于新农药的研制主要集中在寻找先导化合物和优化先导化合物。目前，世界各大农药公司，如捷利康农化公司、安万特作物保护农化公司、拜耳公司等已建立了自己的组合化学实验室，国内南开大学有机化学研究所、沈阳化工研究院、中科院上海有机化学研究所等单位也开展了这方面的研究。

三、结语

昆虫抗药性已经成为一个全球性的问题。随着分子生物学和计算机技术的不断发展和完善以及在昆虫抗药性研究中的不断应用，有关抗药性机制的新发现、新结果不断出现，我们对昆虫抗药性的产生、发展和进化的认识也不断深入。从目前研究来看，靶标抗性的AchE、SC及GABA受体一般都与结构基因的点突变有关。而代谢抗性与相关的P450基因增强表达有关；与ESTs基因突变、基因扩增及转录有关； 与GST基因扩增及调节有关。因此，深入了解昆虫体内基因突变的遗传学背景以及突变与抗药性之间的完整机制，可为设计新颖的、不易产生抗性的化合物开辟新的途径，从而对新农药的研制与开发提供新的理论依据。

参考文献：

第8篇：发育生物学的研究进展范文

关键词：蛋白质化学；理论讲授；专题介绍

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）03-0221-03

生物技术是21世纪影响国计民生的关键科学技术之一，而生物技术发展所依托的生命科学研究承担着揭示生命奥秘，改善人类身体素质和生活品质的重要责任。生物学专业的大学生是生命科学研究中的生力军，也是直接影响我国生物产业发展的人才储备。因此，在当今生命科学研究日新月异的时代背景下，与时俱进地开展生命科学相关课程建设具有重要的战略意义。在诸多生物大分子中，蛋白质是生命活动的主要承担者，具有举足轻重的作用。在上世纪90年代“人类基因组计划”之后，生命科学研究进入了后基因组时代，也就是蛋白质组学时代。因此，本文结合蛋白质研究进展探讨了在高年级本科生中开展《蛋白质化学》教学的必要性以及相关课程体系设置等内容，以期能为生命科学专业学生全面知识体系的构建奠定基础，并由此推进生物产业人才的培养和储备工作。

一、开展《蛋白质化学》课程的必要性

2012年5月14日，科技部印发了《蛋白质研究国家重大科学研究计划“十二五”专项规划》。该规划指出：“蛋白质是生命活动的主要执行者，对蛋白质结构与功能、相互作用和动态变化的深入研究，将有助于揭示生命现象的本质。蛋白质研究取得的众多成果也将是新药创制、传染病防诊治、农作物改良、生物能源转化、工业生物催化等各个领域的重要创新源泉。”2014年8月在北京启动的国家重大科学研究计划“十三五”发展规划战略研究工作中，蛋白质研究与纳米研究、量子调控研究、发育与生殖研究、干细胞研究以及全球变化研究等作为国家前瞻性部署和重点任务。蛋白质研究已经不仅是美国等发达国家关注的重点领域，也是我国致力发展的前沿热点之一。蛋白质组学研究是继“人类基因组计划”之后的又一“兵家必争之地”。然而，蛋白质相关基础知识是蛋白质组学研究的前提保障，其中涉及的技术手段是蛋白组学研究的利器。由于蛋白质研究涉及了生物化学、生物物理、细胞生物学、分子生物学、结构生物学、生物信息学等多个学科，学科之间彼此交叉，相互渗透，因此对于从事蛋白质相关研究或有志于投身于蛋白组学研究的生物专业学生而言，学科基础课《生物化学》中的相关知识与当今蛋白质研究的切合度有限，难以满足今后科学研究的需求。由此可见，在高年级本科生中开展《蛋白质化学》专业选修课程，全面系统地介绍蛋白质化学相关基础知识以及最新研究进展，具有重要的意义和必要性。

二、《蛋白质化学》课程体系构建的思考

目前，上海大学实施的是短学期教学体制，每学期为10周。基于对教学效果的考量，学校鼓励小班教学，专业选修课的学生数量一般在20―30人。根据这些实际情况，笔者认为在有限的时间内应该尽可能让学生建立较为全面的知识体系，同时通过调动学生的积极性，使学生更为主动地体会到蛋白质化学相关研究的发展。因此，在课程开展过程中，笔者采用了老师讲授和学生讨论相结合的授课形式，通过师生互动，促进学生对相关理论知识的理解，并提高其运用知识的实践能力。经过三年的课程实践，本课程的基本构建框架已经成型，具体的课程体系构建如下。

1.蛋白质化学基础理论。①蛋白质结构理论与研究方法。蛋白质结构是功能研究的基础，蛋白质的高级结构直接决定了蛋白质的功能。只有详细了解蛋白质及其复合物和组装体的结构，才有可能对蛋白质的生理功能进行揭示。因此，在课程开展之初，笔者首先向学生介绍蛋白质结构的基础知识。虽然蛋白质的基础组成与多级结构等知识在《生物化学》课程中都有所涉及。但是，从实际教学情况来看，大部分学生学得多也忘得快，很少能把握住知识的核心。而《蛋白质化学》的教学重点与《生物化学》又有所区分，所以本课程主要关注蛋白质从基本构成元件氨基酸到高级空间结构的演变过程，重点强调了各级结构特点以及关键影响因素。在教学过程中，为了便于学生理解和记忆，笔者选择以常见蛋白为模型，形象说明各级结构的特点，并穿插介绍各级结构研究历史中的小故事，特别是诺贝尔奖相关的突破性进展，以此来提升学生的兴趣。由于是专业选修课，课程设置的目的是希望学生能够更为全面、深入地了解相关知识，因此笔者在课程教授过程中不强调对知识的死记硬背，而更希望学生因为兴趣而理解，因为理解而记忆，最终达到吸收知识的目的。在蛋白质结构基础知识掌握的基础上，进一步向学生介绍用以揭示各级结构的研究方法，强化学生对蛋白质结构的认识和理解。在蛋白质结构研究方法介绍中，笔者按照蛋白质一级结构到四级结构的变化规律，逐级介绍蛋白质的相关研究方法，包括一级结构研究中的生物学方法（cDNA法）、化学方法（Edman降解法）和物理方法（质谱法）、二三级结构研究方法圆二色谱法、拉曼光谱法、荧光光谱法和紫外光谱法以及高级结构研究的X-射线衍射技术、核磁共振技术和冷冻电镜技术等。在讲授的过程中，注意将技术的核心与结构的特点结合起来，既讲授技术的原理和应用，又帮助学生再次理解各级结构的特点。其中，在高级结构研究方法介绍中，结合国内外顶尖研究组最新发表的相关工作，让学生更为及时地了解当今科技发展的趋势。同时，笔者引入了蛋白质数据库作为生物信息学知识的一部分，介绍了蛋白质数据库这一有用的蛋白质研究平台，让学生建立对蛋白质结构相关的生物信息学知识的基本印象，鼓励学生根据自身兴趣进一步深入了解各数据库的特点以及适用范围。这一部分内容由于专业性较强，属于工具类知识，所以未对学生做强制要求，仅仅作为知识普及，便于学生在将来研究需要时知道如何寻求帮助；②蛋白质折叠。蛋白质折叠是蛋白质从一级结构向高级结构转变的过程，是蛋白质具有生理功能的必经之路。蛋白质折叠被认为是对中心法则的补充说明，也因此被成为第二遗传密码。蛋白质折叠在上述蛋白质结构认识基础上帮助学生更为深刻地了解蛋白质结构与功能的紧密联系。在这部分教学过程中，笔者首先通过“变性”这个知识点的讲授，让学生建立蛋白质结构与功能的初步联系。之后，通过以著名的蛋白质复性实验――“Anfinsen实验”的设计思路、研究过程以及实验结果分析作为案例，让学生随着实验一步步了解蛋白质折叠的隐藏秘密，激发学生的探索兴趣。在这个案例中，学生不仅可以再次理解变性对于蛋白质功能的影响，又可以了解到蛋白质变性的可逆性。通过变性―复性整个过程的演变，可以了解蛋白质变性的可逆性以及可逆的条件，也可以深刻地认识到蛋白质结构对其功能的重要性。在“自组装折叠”的基础上，从动力学和热力学角度分析蛋白质折叠过程，并由此引入“蛋白质辅助折叠”理论，帮助学生全面认识蛋白质折叠中的影响因素。同时，以实际病例为代表说明蛋白质错误折叠的危害，并从疾病治疗的角度鼓励学生思考如何引导蛋白质的正确折叠以减少疾病发生的概率。从教学效果来看，简单的知识传授远不如实际案例的分享效果显著，学生更乐于结合实际现象进行深入思考和讨论；③蛋白质分离与纯化。在蛋白质研究中，获取必要的蛋白质对象，分离与纯化是关键。很多分离和纯化技术在日常生物学研究中都十分常见也运用广泛，因此笔者认为这是本课程中最有实际应用价值的知识，也希望学生能及时掌握并学以致用。那么如何实现蛋白质的分离纯化？这与蛋白质本身的理化性质息息相关，而理化性质又与蛋白质的组成密切联系。在蛋白质分离纯化原则说明过程中，笔者通过回顾蛋白质结构的特点，启发学生认识到蛋白质独有的理化性质及其分离纯化的基础。随后，从分子量、溶解度、电离性质和亲和力等不同方面介绍常用的蛋白质分离纯化的方法。其中，详细介绍了蛋白质分子生物学研究中最为常用的技术――双向电泳技术，使学生从原理、过程以及应用范围等多角度认识和掌握该技术。同时，要求学生通过理解而掌握凝胶过滤和凝胶电泳中所采用的分子筛效应的区别。此外，蛋白质层析是蛋白质分离中的一个大的技术家族，包含了亲和层析、离子交换层析、凝胶过滤层析、疏水层析以及分配层析等多种类型，应用广泛而且技术发展成熟。因此，笔者在该部分课程的后期将蛋白质层析作为一个独立的知识单元向学生展示在实际操作中如何根据蛋白质的具体性质特点选择合适的层析技术进行分离纯化，使学生不仅掌握相关的理论知识，更要学会如何在研究工作中运用知识；④蛋白质检测。如何确认已经获取的蛋白质的种类呢？这一问题将课程引入到蛋白质的检测中。蛋白质的检测技术不仅是实验室基础研究的重要内容，也与人类生活息息相关。这样具有实际应用的内容更容易引起学生的兴趣。因此，通过引导学生思考生活中面临的不同蛋白质检测需求，逐步展开蛋白质检测技术的介绍。首先，介绍蛋白质检测中的通用技术，即针对所有蛋白质而不针对特定种类。以“三聚氰胺事件”为例引导学生思考，如何检测样本中的蛋白质含量，为什么会发生“三聚氰胺事件”？基于此探讨蛋白质鉴定的六大常规技术：凯式定氮法、双缩脲法、Folin-酚试剂法、紫外吸收法、考马斯亮蓝法和BCA法，并通过比较技术的各自特点使学生初步了解蛋白质检测中的技术选择标准。同时，结合蛋白质定量分析的实际需求，在常规技术介绍基础上，详细介绍了酶联免疫吸附分析法（ELISA）和Western-blotting技术。通过介绍技术的原理、步骤以及关键影响因素等让学生熟悉这两项重要技术，为今后的科研工作储备必要的知识。

2.蛋白质化学专题介绍。①蛋白质检测专题介绍。在上述知识理论体系介绍中，笔者尽力将生活实例与科学知识结合，但是基本知识本身仍旧过于理论，不容易引起学生的共鸣。因此，在知识体系构建的基础上，笔者特意增加了一个蛋白质检测专题介绍，以肿瘤标志物这种目前认知度较为广泛的蛋白质为代表，介绍蛋白质检测的重要性以及蛋白质检测的最新研究进展。笔者从医院所采用的检测技术入手，向学生揭示这些检测技术背后的原理以及各自的技术特点，让学生了解当今蛋白质检测技术的发展与应用。同时，结合最新的文献报道，在现有仪器分析的基础上，引入了电化学分析、SPR以及核酸扩增技术等知识介绍，让学生更深层次地认识到蛋白质分析的基础研究进展。除了生活中可以遇见的成熟商业化分析技术，各式各样的实验室蛋白质分析技术虽然还未能走进千家万户，但是它们代表了当今生化分析的潮流，也预示了蛋白质分析的发展趋势。这些理论与实际结合的专题介绍相对于刻板的知识讲解容易引起学生的共鸣和探讨的兴趣，因此教学效果也比较明显，学生表现了极大的兴趣和探索的欲望，会主动参与到课程内容的讨论中，进而加深了对知识的理解和记忆，达到了教学的目标；②学生课题介绍。之前曾提到上海大学的专业选修课鼓励小班教学，学生规模相对较小，因此比较便于师生之间的互动。笔者希望学生能从单纯的知识接受者角色中解脱出来，更为积极主动地参与到知识的讲授中来，通过自我学习推进知识的理解和掌握。结合本课程的特点，笔者选取了具有代表性的与蛋白质研究相关的诺贝尔奖研究作为课题，通过学生自学掌握研究的相关内容，并在课堂通过知识讲解与老师展开互动。相关课题包括：“发现抗体的化学结构”、“发现大脑分泌的肽类激素”、“发现限制性内切酶及其在分子遗传学方面的应用”、“发现调节免疫反应的细胞表面受体的遗传结构”、“发现生长因子”、“发现G蛋白及其在细胞中的信号转导作用”、“发现朊病毒―传染的一种新的生物学原理”以及“发现端粒和端粒酶如何保护染色体”等。在选择学生课题的过程中，把握几个关键的原则。首先，课题必须与蛋白质研究相关；其次，课题的研究与课程中教授过的知识有重叠；最后，课题能够揭示蛋白质结构与功能的紧密联系。通过这样的课题设置，可以让学生在自学的过程中再次温习已经学习过的知识，能够实现教学相长。笔者通过几年的课程实践发现，虽然面向的教学对象是本科生，他们大多没有实验室研究经验，但是其学习主动性较好，通过在网上进行资料搜索，大多数学书可以很好地完成任务，部分特别突出的学生可以将研究故事说得非常生动形象，激发了其他学生的兴趣。通过这些互动课题的设置，学生对蛋白质研究中涉及的相关知识又有了更好地梳理，对蛋白质研究工作有了更为深入的认识，为将来的研究方向选择奠定了基础。

三、小结

蛋白质及其相关研究已经成为当今生命科学研究的热门所在。在蛋白组学研究蒸蒸日上的今天，生物学专业学生具备一定量的蛋白质相关基础知识十分必要。因此，结合当前生命科学研究的发展趋势和蛋白质科学研究的热点重点，本文探讨了在高年级本科生中开展《蛋白质化学》教学工作的重要性和必要性。同时，结合笔者近几年来在《蛋白质化学》课程中的实际教学经验，本文从蛋白质化学基础理论体系设置以及蛋白质化学专题介绍两方面详细阐述了《蛋白质化学》这门专业选修课的课程体系设置方案，教学内容涉及蛋白质结构、蛋白质折叠、蛋白质分离纯化以及蛋白质检测鉴定等多方面。通过理论与实际相结合的教学方式，以诺贝尔奖相关研究介绍为契机，激发学生的学习兴趣，鼓励学生积极参与到课程的讨论中来，实现教学相长，使其能更好地掌握与蛋白质化学相关的理论知识，熟悉蛋白质研究中常用方法的技术要领，为今后开展蛋白质相关的研究工作储备充足的基础知识。

The Discussion and the Thinking of the Teaching System of“Protein Chemistry”for the College Students

ZHAO Jing，CAO Ya

（School of Life Sciences，Shanghai University，Shanghai 200444，China）

第9篇：发育生物学的研究进展范文

关键词: 板栗； 生殖生物学； 空苞； 花芽分化； 雄性不育

中图分类号：S664．2 文献标识码：A 文章编号：1009－9980?穴2011?雪06－1063－08

Advance in research on reproduction biology in Castanea mollissimma

LIU Guo-bin， LAN Yan-ping*， CAO Jun

（Institute of Agricultural Integrated Development， Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Beijing 100097 China）

Abstract: Reproductive biology of fruit tree is a crucial part of cultivation physiology and genetic research. Understanding the characteristics of fruit tree reproductive biology provides a window for genetic research and cultivar improvement. Castanea mollissimma， as one of China’s important dried fruits， so far， has done a lot on its reproductive characteristics. The studies interpret the nature of pollination， flower bud differentiation and endogenous hormone action during flower organ development. And these also perceive the relationship between abnormal embryo development and the empty shell of chestnut at different case of pollination and fertilization， nutrient， abnormal embryo development and sexual reproduction. An initial progress has also been made in male sterility. The paper features from flowers， flower bud differentiation， flowering and pollination biology characteristics of chestnut and other aspects of the phenomenon of empty shell， also gives an overview summary of the flower bud differentiation and focus on sex differentiation and its mechanism， chestnut empty shell and principle， and research advance about male sterility. Based on the current research status， future trends in this field were discussed.

Key words: Castanea mollissimma； Reproduction biology； Empty-shell； Flower bud differentiation；Male-sterility

板栗（Castanea mollissima Blume）属于壳斗科（Fagacea）栗属（Castanea），该属植物世界上约有10余个种[1]，也有7个种之说[2]。板栗及其近缘种锥栗（C. henryi Rehd. & Wils.）、茅栗（C. sequinii Dode）为我国特有，此外还有分布于欧洲的欧洲栗（C. sativa Mill.），分布于北美的美洲栗[C. dentate（Marsh.）Brokh.]和美洲榛果栗（C. pumila Mill.）以及分布于朝鲜半岛和日本的日本栗（C. crenata Sieb. & Zucc.）。板栗是世界著名干果和木本粮食树种，也是目前世界食用栗中栽培面积、产量最多的栗种。板栗营养价值很高，淀粉、蛋白质含量丰富，有铁杆庄稼之誉，并且在山区绿化、促进山区经济发展方面有巨大作用。

果树生殖生物学研究是果树栽培生理和遗传学研究的重要内容之一，进行生殖生物学研究不仅有助于栽培者掌握花期，适时进行花期管理，而且有利于育种者正确选择、选配杂交亲本，对于果树遗传研究与品种改良的开展具有积极的指导作用。日本学者[3]在20世纪30年代对日本栗花芽分化进行了初步研究。我国板栗育种起步较晚，但丰富的资源为板栗生殖生物学研究提供了充足的试材，已经取得了不少有应用价值的研究成果。

1 板栗开花授粉生物学

1.1 板栗花特性

板栗花分为雄花和雌花2种，雄花通常5～7朵成簇，由上百朵雄花簇构成荑花序；雌花是由冬季休眠后新分化的雄花序（混合花序）上发生的，着生在混合花枝上部的雄花序的基部，平均2~3个[4]。雄花量大，雌雄花序比例约为1∶7～12，雌雄花朵比例达1∶2 400～4 000[5]。板栗花器结构复杂，在雄蕊原基中央有一个平坦或稍凸起的组织，可能为退化雌蕊的部位[6-7]。而在栗雌花中，中川昌一[8]首次指出板栗雌花中有雄蕊，任立中等观察到板栗雌花中的雄蕊在雌蕊柱头之下，避免了自花授粉[6]；王凤才等[9]在板栗雌花的形态解剖中也发现在每片雌花花被裂片基部贴生有2枚雄蕊，形态正常但花丝特短，证明雌花由两性花进化而来，说明板栗混合花芽具有可塑性。

1.2 板栗花粉特性

成熟花粉中含有大量蛋白质、糖、脂质以及微量元素、维生素等营养物质，是花粉萌发和花粉管生长的物质基础[10]。板栗花粉为辐射对称的等级花粉，花粉表面形态有多种变化，形状为长球形或近长球形，极面观为圆形或三裂圆形，赤道面观为椭圆形或近椭圆形，萌发器官为三孔沟，外壁纹饰多为瘤状和小棒状突起。花粉形态稳定，在植物分类、遗传关系分析等研究中具有重要作用。同一种属间花粉形态存在相似性，可作为种、属间分类的依据，如王萍莉等[11]曾对栗属、栲属及石栎属进行孢粉学研究，发现3个属的花粉形态、大小及结构等非常相似，从而将3者归为了栗亚科。不同种属间或不同品种间花粉上的许多微细形态特征明显，体现出彼此间的差异或进化地位的不同，具有较强的特异性，如徐践等[12]根据花粉形态差异，将50余份板栗大致分为了2个不同的进化地位。

板栗存在花粉直感现象。父本对当代刺苞、坚果、子粒及涩皮等影响明显[13]，可以根据花粉粒的大小来推断果实的大小[14]。研究发现，板栗花粉大小与球苞和坚果的大小呈正相关关系；花粉的萌发率也与板栗的出子率和单位球苞内坚果数有一定关系，萌发率高的花粉授粉后所结果实的出子率也偏高[15]，这在一定程度上为板栗杂交育种早期选择提供了科学依据。

1.3 板栗开花与授粉特性

板栗存在雌雄异熟现象，传统认为板栗是雄先型植物，雄花开放后8~10 d雌花才开，但研究表明，品种不同，板栗雌雄花开放先后有所差别。李昌珠等[16]对16个板栗品种的生物学特性进行调查，发现雌雄异熟品种13个，其中雄先型4个，雌先型9个，花期完全相遇的3个，雌雄异熟性不同年份表现稳定；夏仁学等[17]研究了罗田地区的8个板栗品种，结果发现中果早栗、羊毛栗、桂花香和中迟栗等罗田板栗品种雌花开花时间早于雄花1~2 d，连续3 a观测结果稳定。

板栗属于典型的异花授粉树种，栽培种应注意配置授粉树。根据板栗雌雄异熟的生物学特性，可以将雌先型、雄先型和相遇型品种3种类型中任意2个混栽，即可实现花期相遇，提高坐果率。然而，仅考虑花期相遇不够全面，还必须考虑柱头对不同花粉的选择性。周晶等[18]授粉试验表明，板栗雌蕊柱头对花粉具有较强的选择性，即使花期完全相同，不同品种授粉组合的亲和力也存在较大差异，如燕山红栗的最佳授粉树为东陵明珠和石丰，怀九的最佳授粉树为遵玉和紫珀，而紫珀和东陵明珠又是怀黄的最佳授粉树。此外，花粉活力、授粉时间也是影响授粉树选择和坐果率的重要因素。

2 板栗花芽分化及其生理机制

2.1 花芽形态分化

板栗花芽分为完全混合花芽和不完全混合花芽（即雄花芽），前者着生于枝条顶端无花节部位，萌发后新梢上具有雄花序和雌花序（混合花序），而后者位于完全混合花芽下部，只萌发成雄花序。李中涛等[4]指出，板栗雄花序原基出现的主要时期在6月份至8月份之间，其上雄花的形态分化在冬季休眠后至萌芽的过程中进行，分化时间长；雌花的形态分化较晚，在萌芽后进行，分化时间短；夏仁学等[19]认为板栗正常开花结果的花芽分化（一次花）与上述相同，但对于二、三次花而言，雌雄花序发育不存在先后顺序，而是同时进行的，而且花芽分化发育时间短。

关于板栗花芽的形态分化研究的比较清楚。白志英等[7]和张林平等[20]对板栗花芽分化的过程进行了系统的观察和研究，指出板栗雄花形态分化从5―6月份开始，次年4―5月份结束，持续10个月左右；而板栗雌花簇分化从4月中旬开始至6月中旬结束，持续约60 d。将雄花芽形态分化过程分为雄花序原基形成期、花簇原基形成期、花朵原基形成期、花被原基形成期、雄蕊原基形成期和花药形成期6个时期，将雌花簇分化过程分为雌花簇分化始期、雌花簇原基分化期、花朵原基分化期、柱头原基分化期、柱头伸长期、子房形成期和开花期7个时期。白志英等[7]认为板栗雄花数量多，分化先后进程不一致，是造成其分化持续时间长的原因。

2.2 花芽分化的生理机制

板栗的混合花芽具有可塑性，在发育和分化的过程中，因内外因子的不同，可以发育成不同类型的花序。影响板栗花芽分化的外部因子主要有品种、树龄和修剪技术；内部因子主要是树体营养状况、内源激素变化水平。随着板栗花芽分化方面的研究不断深化，近10 a来学者们开展了板栗花芽分化生理机制，特别是花芽分化与内源激素关系方面的研究，取得了丰富且有价值的研究成果。

关于植物激素与板栗花性别分化的关系，早期曾有学者认为GA3（赤霉素）较高浓度促进雄花分化，较低浓度促进雌花分化，外源GA3具有抑雌促雄作用[21]。而Yang等[22]研究则认为，GA3利于板栗雌花分化；雷新涛等[23-24]也发现GA3和CEPA（乙烯利）对板栗花性别分化具有显著影响，GA3处理显著增加了板栗雌花数和提高了板栗花雌雄比例，客观上促进了板栗雌花的形成，而CEPA处理则基本相反；该研究进一步证实了外源GA3对板栗雌花形成具有显著促进作用。随后，通过对板栗花性别分化的3个关键时期（生理分化期、冬前雏稍分化期和雌花分化期）内源激素动态变化的深入分析，发现易成雌花部位具有较高的GA、ZR（玉米素核苷）水平及（ZR+GA）/（IAA+ABA）值和较低的IAA（吲哚乙酸）、ABA（脱落酸）水平，不易成雌花部位则相反；基于内源激素的主成分分析也表明内源激素ZR和GA含量对于板栗雌性发育起着关键作用，IAA含量则决定雄性发育。季志平等[25]在板栗花芽分化和花序生长过程中内源激素含量变化的研究中也得到了相似的研究结果。以上研究成果均表明足够的GA、ZR含量和低水平的IAA利于板栗的雌性化，反之，则有利于雄性化。

目前，内源激素在板栗正常花（一次花）性别分化中的作用不断得到证实，而部分板栗品种具有一年多次开花结果特性，内源激素在其二、三次花性别分化中的变化和作用尚不明确。雷新涛等[24]最早对二次花雄花序生长期内源激素动态进行测定，得出与正常花相似的结果，即较高的ZR、GA水平和较低的IAA、ABA水平与较强的雌花形成能力相适应；不同之处在于其内源激素变化趋势相同且差异不大，ZR、GA含量稳步上升并始终高于上部雄花部分。但是，张立民等[26]的研究却发现，在二次花芽分化过程中，除ZT（玉米素）、IAA变化趋势与前者相同外，GA、ABA呈现相反的变化趋势，并认为高水平ZT、ABA与低水平GA3、IAA利于板栗花芽分化。笔者认为之所以出现如此差异，可能与2者取材有关，前者主要对雄花序生长期内混合花序基部（雌花部分）和顶部（雄花部分）分开取样进行测定，比较分析内源激素在花性别分化中的作用；后者以混合芽为研究对象进行测定，分析内源激素在花芽分化中的变化。此外，南北气候差异也是影响板栗二次花内源激素含量变化的因子。关于二次花内源激素与板栗花芽分化及花性别分化的关系，还有待通过完善的试验设计进行进一步探索和求证。

3 板栗的空苞现象及发生机理

与核果类、仁果类果实不同，板栗形态外观为椭圆形带锐刺总苞。形态发生研究明确了板栗总苞由花序轴发育而来，幼时苞片呈柔软鳞片状，后变为尖锐硬刺；果实（坚果）着生于总苞内。《中国果树志・板栗卷》中指出，板栗刺苞为顶生叶集合体，本身具有光合功能，对内部坚果的发育既起保护作用，又有营养物质转给和辅养功能。授粉受精试验研究发现，板栗雌花（序）不经任何授粉（甚至剪除雌花柱头）或生长激素诱导，同自花授粉及混合授粉一样可以结成总苞，但所结全部为空苞，说明板栗总苞的生长发育与雌花是否授粉及其内部坚果是否存在没有明显关系，也即是总苞的发育不依赖于内部坚果的发育，但总苞的存在与发育是其内部坚果生长和发育的基础[6，27]。

虽然板栗果实形态、总苞及坚果发育较为独特，然而，与柑橘、柿等果树一样，板栗也存在种子败育现象，即板栗生产上存在的空苞现象。所谓空苞，也称空蓬（棚）、哑苞、瘪粒苞等，是指板栗成熟时栗苞内无饱满果实（坚果）或坚果干瘪无肉无食用价值的现象。经过多年研究，认为影响板栗空苞的因素主要有授粉受精不良、营养元素（P、B）缺乏以及胚胎发育异常和激素水平不平衡等[28-29]。

3.1 授粉受精的影响

板栗虽然雌雄同株异花，却是典型的异花授粉树种，授粉受精不良容易导致空苞发生。许多学者认为，授粉受精与板栗空苞关系密切[27，30-32]。在板栗的胚囊发育、受精研究中发现，绝大多数胚珠都能产生正常的成熟胚囊，但仅少量能进行受精，大量胚珠因未能得到传粉受精而败育，从而认为授粉不足可能是造成板栗空苞的原因之一。另据板栗授粉试验，去雄套袋不授粉、自花授粉和混合授粉3个处理坐苞率分别为68.4%、71.4%和73.1%；空苞率分别为100%、18.3%左右和0.4%左右；该结果也说明，雌花未授粉或授粉受精不良与板栗坐苞和落苞无关，但是影响空苞形成的主要原因之一。姚家琳等[32]在板栗空苞的胚胎学研究中也发现空苞板栗传粉后正常受精率仅9%，受精异常现象占36%。可见授粉受精是造成板栗空苞的原因之一。

3.2 板栗空苞的胚胎学研究

任立中等[6]较早对板栗雌雄生殖器官的发育进程进行了研究，发现胚珠中的胚囊在发育的某一阶段受阻而停留在单核、双核或四核时期，不能形成成熟的雌配子体，从而形成板栗空苞。此后，板栗胚胎学研究陆续展开，相关学者对板栗空苞的胚胎学原因进行深入分析，关于板栗空苞与胚胎发育的关系也不断清晰。许慧玲等发现，在胚囊的早期发育过程中存在胚珠退化现象[30-31]；姚家琳等[32]对板栗空苞的胚胎学进行了系统研究，认为形成空苞栗胚胎学上的原因是在整个有性生殖过程中孢原细胞不能产生，大孢子母细胞发育停滞或胚囊发育延迟，或成熟胚囊结构异常，受精异常或原胚早期败育或胚乳解体及胚中后期败育等；研究还发现，空苞板栗胚胎发育异常现象的发生出现在整个发育过程的不同阶段；推测雌花质量及树体营养等因素可能与胚胎学方面的异常有关。后来，杜国华等[33-35]发现空苞板栗经双受精后，初生胚乳核发育异常，进而造成受精卵因营养缺乏而不能发育成正常胚，或即使形成幼胚，却在发育中途夭折等现象，从而造成空苞。

3.3 板栗空苞的生理生化原因

除了授粉受精及胚胎学发育方面的原因外，营养物质含量等生理生化指标异常，内源激素失衡也是导致板栗发生空苞的主要原因之一。

许多学者在对板栗总苞及子房中营养物质含量变化的研究中发现，与正常栗相比，空苞板栗子房和总苞内营养物质含量发生异常。杜国华等[33-34]发现在板栗授粉受精、幼胚及子叶发育时期，子房氨基酸含量、淀粉含量、还原糖及总苞内矿质元素K、Mg、B、Zn等生理生化指标中表现异常，空苞栗子房内氨基酸含量、淀粉含量、还原糖含量及总苞内K、Mg、B、Zn元素含量均低于正常栗；胚胎发育期子房营养物质含量测定结果也表明空苞栗子房内还原糖、淀粉含量在合子原胚形成前与正常栗间差异不明显，且蛋白质及氨基酸含量较正常栗高；合子原胚形成后，空苞栗子房有机营养含量变化与正常栗相反，呈持续下降趋势，在幼胚形成期的有机物质含量均低于正常栗；子房4种无机元素（N、P、K、B）含量变化与正常栗存在差异，处于持续下降状态[36]。进一步研究还发现，空苞发生前后，空苞栗和正常栗总苞和子房中可溶性蛋白质含量、过氧化氢酶活性、过氧化物酶同工酶谱，均有差异。在双受精后期至幼胚发育早期空苞栗总苞和子房中的可溶性蛋白质含量、过氧化氢酶活性低于正常栗。而空苞栗子房中过氧化物酶同工酶谱较正常栗缺少1条酶带（P1酶带）[35]。

周志翔等[36-39]对板栗子房内源激素含量与果实发育规律及空苞形成进行研究，结果表明，授粉作用刺激了板栗子房内源GA1+3、iPAs（异丙醇）含量和（GA1+3+iPAs）/ABA值的增加，同时降低了子房内源ABA的含量；正常栗胚胎发育期子房内源激素GA1+3含量、iPAs含量和（GA1+3+iPAs）/ABA值均有2个峰值，呈现“双峰”型变化模式，而子房内源ABA含量变化趋势相反；空苞栗子房中相应的内源激素含量及其比值在授粉后即表现出与正常栗的差异，在整个胚胎发育期未出现明显的峰值，且子房内源GA1+3、iPAs含量和（GA1+3+iPAs）/ABA值呈下降趋势，ABA含量则呈现出上升趋势，从而推测子房内源激素含量及其平衡的差异与空苞栗和正常栗果实发育有关。

3.4 生理生化变化、授粉受精、胚胎发育3者间的关系

板栗生长发育过程中营养物质与内源激素等生理生化物质发生变化、授粉受精不良、胚胎发育异常均会导致空苞发生，3者之间存在相关关系。张力田等[40]、何锡山等[41-42]认为造成板栗空苞的主要原因是缺硼。硼与板栗花芽分化及花粉管伸长有关，板栗花粉发芽所需的硼浓度比砂梨高，是苹果的70倍以上[43]，如果树体缺硼，即使采取人工辅助授粉措施，也会因为花粉发芽率低或发芽迟缓而影响正常受精；磷与板栗雌花分化有关[44]，也是影响授粉受精的因素之一。如果板栗B、P等营养不足，将直接影响授粉受精，进而导致胚胎发育异常，最终造成空苞。此外，授粉受精、生化物质变化、胚胎发育间作用是又是相互的。空苞栗子房内源激素GA1+3、iPAs含量和（GA1+3+iPAs）/ABA值在授粉期的低水平与授粉不良有关，而其在幼胚发育期的持续下降及ABA含量的持续上升可能导致子房内还原糖、淀粉、蛋白质、氨基酸及无机元素等营养物质的严重缺乏，进而导致板栗子房发育停滞，形成空苞[36]。

调控试验进一步表明，在板栗胚胎发育期和双受精作用时期及时供给外源营养元素及生长调节物质可有效防治空苞的发生[34]。可见，营养元素充足是保证授粉受精正常和胚胎发育的物质基础。在解决物质基础、激素平衡的基础上考虑授粉受精及胚胎发育对空苞的影响比较有效，授粉受精不良、胚胎发育受阻是造成空苞的直接原因。

4 雄性败育研究

开花植物中广泛存在着雄性不育现象。根据遗传特性，将其分为细胞质雄性不育和核雄性不育两种。雄性不育在果树中也普遍存在，在许多果树如桃、杏、橄榄、文冠果、柑橘、梨等[45]果树中都发现了核不育或细胞质不育类型，并且在基因型鉴定、雄性不育性状连锁的DNA标记获得等方面取得了显著成果。

板栗中也存在雄性不育现象，表现为雄蕊发育不正常，不能产生正常有功能的花粉，或早期花序脱落，或发育过程中花序上部分干枯死亡。板栗雄性不育研究相比其他桃等较为落后，但仍取得了不少成果。刘丽华等[46-48]、张靖等[49-50]和赵扬等[51]分别对无花板栗（完全败育）和短雄花序板栗（不完全败育）进行研究，发现与正常板栗相比，无花板栗在分化过程中维管束发育异常而导致其雄花序脱落时花药仅稍膨大，未能形成成熟花粉囊并产生花粉母细胞，属于无花粉囊型不育；而且雄花败育过程中3种活性氧清除系统重要的酶SOD、POD、CAT活性及MDA含量变化异常，推测这些保护酶活性的异常变化可能是造成雄花序败育的生理原因。而短雄花序板栗则表现为雄花序发育至花被分化期时，其上部组织细胞出现异常死亡现象；透射电镜的超微结构观察发现，其衰亡过程中细胞呈现有序的死亡变化，由此推测短雄花序发生的异常死亡现象属于细胞程序性死亡。

徐月等[52]推测短雄花序芽变和对照（同株正常花序）之间的差异与其遗传物质改变相关，其中一些可能与雄花序变短的结构基因相关。随后，朱晓琴等[53]利用抑制性消减杂交技术，通过差异性序列分析得到了6类与板栗雄花序变短相关的基因，其中蛋白激酶“receptor-like protein kinase”和“membrane associated guanylate kinase”及“cytochrome P450 monooxyenase”基因与细胞程序性死亡相关，研究认为短雄花序的程序性死亡与信号转导密切相关，并推测赤霉素可能与短雄花序细胞程序性死亡存在某种关系。

5 小结与展望

我国具有丰富的板栗实生资源和品种资源。长期以来，与板栗有关的生物学研究工作取得了丰硕成果。近代学者对板栗生殖生物学特性进行了较为详细的研究，揭示了板栗花特性及开花结果习性，明确了花芽分化及内源激素调控机制，明晰了板栗胚胎发育过程，对板栗空苞发生机理进行了详细研究。总体看来，板栗雌花由两性花发育而来，具有异花授粉结实及花粉直感的生物学特性；营养物质、内源激素是板栗花芽分化及花器官发育的物质基础，是影响花芽分化和花性别分化的生理原因，也是导致空苞发生的最终原因，授粉受精不良、胚胎发育受阻是产生空苞的直接原因。虽然，板栗生殖生物学研究取得了丰硕成果，但主要集中于形态学、生理学、细胞学领域，而且内源激素在板栗花性别分化中的具体作用尚需进行论证，板栗花发育及空苞发生的分子机理研究尚未取得突破性进展。如何实现从简单的形态学、生理学向生化及分子生物学的综合研究转变，是需要深入探讨的问题。

新材料、新种质也带动着板栗生殖生物学的发展。随着板栗雄性不育种质的发现，板栗生殖生物学研究进入了一个新的阶段。刘丽华等[46-48]对雄花完全败育品种‘浮来无花’进行了花芽分化及生理生化分析，揭示其为花粉囊型不育，保护酶活性变化异常是导致其败育的生理原因；北京农学院对不完全雄性败育种质短雄花序板栗败育原因进行分析，认为细胞程序性死亡导致雄花序部分败育，并从中分离出与其相关的基因[47，50]。雄性不育研究加速了板栗生殖生物学与生物技术的结合，并逐渐形成利用生物技术，结合形态学、细胞学、胚胎学对板栗生殖生物学某一方面进行深入研究，从表观入手，揭示分子机理的体系。

我国拥有丰富的板栗种质资源，除大面积的实生板栗林外，还有约350个品种[7]，且每年不断有新的板栗品种出现。作者认为板栗雄性不育机理的研究，将会是目前以及今后板栗生殖生物学研究的重点内容。由此带来的一系列成果，尤其是新种质的获得和生物技术的应用，将使板栗生殖生物学研究取得突破性进展，加速板栗遗传改良进程。届时，人们将完全有能力控制板栗性别分化、授粉受精、胚胎发育过程，板栗遗传改良将更加紧密的朝着人们期望的方向发展。

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