發育生物學研究方向范文
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篇1
中圖分類號 G642 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）10-0326-02
Research on Experimental and Practical Teaching of Development Biology Using Arabidopsis thaliana as Material
HUANG Yong CHEN Dong-hong RUAN Ying
（College of Bioscience and Biotechnology，Hunan Agricultural University，Changsha Hunan 410128）
Abstract To improve the teaching quality of the experiment and practices of development biology in higher agricultural institutions，firstly this paper reviewed the achievements of this course. And then，the content of experiment and practice of developmental biology were constructed used Arabidopsis thaliana as material. It was approved that the method brought more advantage to students.
Key words development biology；experimental and practical；reform；Arabidopsis thaliana
發育生物學是在傳統胚胎學的基礎上，隨著生化與分子生物學、細胞生物學、遺傳學等相關學科的發展和進步，形成的一門新興學科[1]。發育生物學主要研究生物個體發育過程中的原理及調控機制，具有發展迅速、更新快等特點[2]。發育生物學是本科高年級的專業基礎課、必修課。目前，國內使用的發育生物學教材多樣化，而且還沒有適合本科生使用的實驗教材，即使有些院校開設了一些實驗，但內容常取決于授課老師的研究方向，隨意性較大，不夠規范合理，學科和理論體系不完備[1-3]。
湖南農業大學生物科學技術學院發育生物學實驗面向本部及國際學院生物科學專業，但目前為止尚無實驗教材?；谝延械慕虒W經驗、本校及本院的研究內容與研究優勢，以模式植物擬南芥為材料，建立“發育生物實驗技術”體系，充分發揮實驗課的作用與優勢，不僅達到鞏固理論知識的目的，而且盡量發揮學生學習的主動性，激發學生的學習興趣和創造力，培養學生的科研能力與創新意識。項目已在我校2012―2014級生物科學專業學生中連續實施3屆，取得了良好的效果。
1 發育生物學實驗實踐教材
發育生物學實驗教材較少，常參考或借用動物胚胎學、解剖學、分子生物學、細胞生物學等課程的實驗指導。適用于專業科研人員的指導書主要有吳秀山主編的《現育生物學實驗指南》[4]。適用于本科教學的主要有林丹軍主編的《發育生物學實驗》[5]，張蕾、趙潔主編的《植物發育生物學實驗指導》[6]。前者包括動物發育模式的形態學觀察及發育機制的實驗，后者重點介紹了發育相關的分子生物學研究方法和技術，涉及植物開花、傳粉、受精、胚胎發育及植株形成等不同發育階段的細胞和分子機理。我校發育生物學實驗已經開課3屆，但尚未有合適的教材。
2 發育生物學實驗實踐內容教改研究
發育生物學是一門理論性與實驗并重的學科，但目前很多學校發育生物學教學普遍存在著理論教學和實驗教學相分離的問題。開設的實驗課孤立于理論教學，甚至根本不開實驗課，純粹的理論教學使發育生物學變得更加晦澀難懂[7]。發育生物學實驗具有涵蓋面廣、綜合性強，發展速度快、架構不成熟，注重實驗設計、實驗結果不確定等特點[8]。常規實驗內容主要包括模式動物胚胎發育過程觀察、結構解剖等部分，與動物學或胚胎學部分重疊。董 巍等將實驗分為模式動物飼養和胚胎早期發育、發育生物學常用基本實驗技術、發育生物學研究中的經典和綜合性實驗3個層次，設計了一系列綜合性實驗[8]。丁乃崢等將實驗內容設計成不同的模塊，各專業根據需要選擇性進行，實驗內容涉及基礎性、綜合性、設計性、研究性等層次[3]。李巧峽等則以花背蟾蜍為唯一材料設計了胚胎外部形態觀察、內部結構觀察、不同處理對胚胎發育的影響及角膜誘導及免疫組化研究4個綜合性實驗，讓學生根據自己基礎知識及興趣點選擇相應的課題，自主完成實驗設計、實施及總結過程，取得了良好的效果[9]。
植物及相關學科的研究在我校具有明顯比較優勢，農作物相關基礎理論與應用研究在國內處于領先地位。緊密結合科研方向、發揮專業優勢，構建以植物為主的發育生物學實驗技術體系具有重要意義。本課題成員的研究方向包括植物開花發育、配子發育、表觀遺傳調控、抗性與發育等多方面，在擬南芥發育生物學領域積累了大量的經驗，取得了較好的研究成果。項目組織課題組成員共同撰寫實驗實踐教學大綱與講義、制定教學計劃、組織實施、課程考核，建立并完善課程體系。主要實驗內容包括擬南芥野生型及突變體表型觀察及數據統計；擬南芥配子發育的細胞學觀察；載體構建及擬南芥遺傳轉化、篩選等。設計驗證性試驗2～4個，如擬南芥野生型及sdg8突變體表型觀察；綜合性實驗7～10個，如擬南芥野生型及sdg2突變體雄配子體發育過程觀察。
3 發育生物學實驗實踐實施方案教改研究
發育生物學實驗技術實施方式與其他生物學科實驗技術類似，每次實驗常集中在2個或4個學時內進行，內容多為驗證性。賈偉章等利用不同的模式生物開展實驗教學，開設了海膽、文昌魚、斑馬魚、蛙等相關實驗教學內容，開設綜合性實驗，采用班級和分組教學的形式[10]。將教學實驗與科研實驗相結合是提高教學與科研水平的重要方式。如丁乃崢等在開放實驗室的基礎上，利用模塊教學實現了從基礎性實驗到研究性實驗的教學模式[3]。董 巍等在分層次實驗基礎上，與相關的課題組合作，將科研內容充實到實驗教學中，實現將科研實驗向教學實驗的內向轉化。同時在導師的指導下，讓學生承擔部分科研任務，實現探索性教學實驗向科研的外向轉化[8]。
傳統的發育生物學實驗多以大班方式進行，僅有少數學生有機會動手，效果有限。本校目前生物科學專業20～28人/班，人數相對較少，將學生進行課題分組，設置開放實驗室。發育生物學實驗周期長，但每次實驗不全需要4課時。項目將嘗試向本科學生開放實驗室，在完成既定任務的基礎上，學生可以自主安排其余時間。目前已有3個課題組在本實驗室開展實驗，并在《植物生理學報》上發表了論文[11]。
4 考核體系的改革
實驗課程傳統的考核體系存在考核內容局限性大、評價方式單一等問題[12]。針對之前設計的課題，以小組形式考核。成績由3個部分構成：科研課題進展（50%）+研究報告/論文撰寫（30%）+PPT/Poster匯報（20%）。鼓勵學生發表科研論文。
5 結語
生物學實驗教學是生物學教育中重要的教學環節，也是培養學生實踐和分析能力的必要手段[13]。發育生物學是當今生命科學領域中發展最快的前沿學科之一，是現代生物學的帶頭學科[14]。建立健全適合我?，F狀的發育生物學實驗技術體系，對于我校生物科學專業人才培養具有重要意義[15]。
6 參考文獻
[1] 張紅衛.發育生物學[M].北京：高等教育出版社，2006.
[2] 彭樹英，李俊，金顯文.對發育生物學教學模式的探討[J].安徽農業通報，2009，15（2）：199-200.
[3] 丁乃崢，李善妮.淺論融會發育生物學知識的人體解剖生理學教學[J].生物學雜志，2011，28（1）：103-105.
[4] 吳秀山.現育生物學實驗指南[M].北京：化學工業出版社，2007.
[5] 林丹軍.發育生物學實驗[M].北京：科學出版社，2011.
[6] 張蕾，趙潔.植物發育生物學實驗指導[M].武漢：武漢大學出版社，2010.
[7] 周景明，祁艷華，王愛萍.生物技術專業發育生物學教學改革與研究[J].洛陽師范學院學報，2012，31（8）：66-68.
[8] 董巍，張媛，樊啟昶，等.改革創新發育生物學實驗教學的實踐與思考[J].高校生物學教學研究（電子版），2014，4（1）：46-50.
[9] 李巧峽，李保中.以花背蟾蜍為材料進行發育生物學綜合性實驗的設計[J].四川動物，2010，29（5）：638-639.
[10] 賈偉章，余雪松，李浩明.淺談對發育生物學教學內容與課程體系的認識[J].科教文匯，2013（9）：69-70.
[11] 易吉明，黃婷，黃勇，等.小立碗蘚MADS-box基因家族的系統進化分析[J].植物生理學報，2015，51（2）：197-206.
[12] 彭安，向本瓊，張根發，等.大學生物開放性和設計性實驗教學探討[J].中國大學教學，2007（3）：55-57.
[13] 喬守怡.生物類實驗教材改革的思考與展望[J].生命世界，2009（5）：26-27.
篇2
2006年11月12日星期天，在南港中央研究院的活動中心，有一個三天的研討會，研討會的主題是“二十一世紀分子生物學：傳承、整合和展望”。這個研討會的舉行，是為配合中研院分子生物所設立二十年慶，也回顧臺灣在分子生物科學發展的過往和瞻望未來。
分子生物學的濫觴，可以追溯到一九四年代，在那個物理科學當紅的時期，小尺度的生物學研究多是由物理學家，以物理方法進行研究。生物學大約每十年就會有一個嶄新的研究方向，經過一九五―六年代的醞釀發展，奠定了分子生物學的研究基礎；到了一九七年代，DNA重組研究成熟之后，這個學科得到快速發展。
分子生物學相對于傳統的生物學來說，算是一種比較“現代”的生物學。傳統生物學偏重于敘述現象，即使有探討其下的生物機制，也是利用一些比較抽象的概念，沒有一個扎實的分子基礎；分子生物學則著重在這一塊，利用物理與化學技巧，為生物研究提供分子層面的研究基礎。
臺灣的生物研究一直都是以傳統生物學為主，直到一九八年代，才有人注意到海外生物學的研究風向有所轉變，因此開始構思建立分子遺傳學與分子生物學的研究據點。當年第一批從海外學成歸來為分生所創建工作貢獻心力的前所長沈哲鯤表示，當時臺灣分子生物學的基礎幾近于零，假如不建立起分子生物學的基礎，接下來所有的生物學發展，甚至包括醫學在內，都會欠缺必要的技術，實在是非做不可的事情。雖然起步的時機比起歐美各國自然是晚了許多，不過遲做總比不做好。
臺灣分子生物學草創時期的帶頭人物，當屬在一九六年代，于美國加州理工學院做DNA重組博士后研究的王倬。他說當時臺灣的分子生物研究幾乎是一片荒田，延攬海外學人歸來就成為必要且唯一的選擇。在美國加州大學柏克萊分校做了十一年研究，一九七七年轉往哈佛大學的王倬，回憶起當年找人的過程，說那時候臺灣在美國發展的幾位分子生物學者，在某一次聚會里表示，如果王倬回臺灣指導分生所的創建工作，他們也很愿意跟著一起回來共襄盛舉，王倬覺得這是一個很難得的機會，放掉實在可惜。
當時在哈佛大學研究成就杰出，已被認為是DNA拓樸結構學的開山鼻祖，二十世紀世界上核酸結構研究方面最著名十位科學家之一的王倬說，他從臺灣大學化學工程系畢業到美國念書，覺得自己在臺灣接受這么久的基礎教育，總該回來做一點事，“把債還掉”。于是便答應了回臺協助分生所的創建工作，從而帶動了一波回歸。
一九八六年中研院院內新落成了一棟白色的分子生物實驗大樓，王倬帶領著他的五個子弟兵劉枋、謝道時、涂振北、周寄梅以及沈哲鯤，以及七位由海外學成回歸的年輕研究人員鐘邦柱、譚鳴輝、黃昭蓮、孫以瀚、陳枝乾、賴明宗與鄭淑珍，為臺灣的分子生物研究奠定了根基。在當時造型新穎的分子生物研究實驗大樓里，王倬和他帶領的年輕研究人員半夜在燈火通明實驗室中進行研究工作，是臺灣分子生物學起步的動人景象。
王倬之后，黃周汝吉和吳瑞接續主持研究所的大計，后來更有何潛和王正中的接續回臺主持所務，給中研院分子生物學研究奠定了基礎。
那時回臺幫忙的幾位學人，在美國都還有教職或研究職，無法全職投入，因此議定幾個人采取“輪值”的方式，每個人輪流回來主持一年。這是不得已的妥協辦法，而且由于各人的研究領域不盡相同，不免使人擔心分生所的研究方向也會跟著“輪值”變化，如此每年一改，成不了氣候。
關于這一點，當年回臺幫忙的院者也都心知肚明，彼此有著共識，只待分生所的組織健全，有了常態性的行政所長，輪值制度就可以隨時淡出運作，不一定要把人輪完。事實上確是如此，在沈哲鯤擔任分生所的第一任所長職務后，許多人對分生所研究方向飄忽不定的疑慮，也逐漸的煙消云散了。
王倬認為，在中央研究院成立分生所對臺灣學術界的意義，在于它引起了大家對分子生物學的重視，也提供了學生對分子生物學認識的一個渠道。分生所早期有一項與清華大學合作，在清華大學開設分子生物學相關課程的計劃。這個計劃對于臺灣生物學界的發展有沖擊性的深遠影響，時至今日，臺灣的生物學研究得以跟上現代潮流的腳步，分生所當年率先在校園進行教育，功不可沒。
不過也有人認為分生所可以做得更多，比方說帶動臺灣的生物科技發展，促進相關產業的競爭力。然而科技產業的發展并非一蹴可及，必須要有厚實的研究傳統，以及充沛的研究新鮮血液，才能夠水到渠成；單靠一個學術研究所就要為整個生物科技產業負責任，既非分生所所能為，恐怕也不是該所創立的初衷。
（二）
分生所目前共有研究員、博士后研究員與研究助理約六百人，每年預算有兩億多元新臺幣；就每個實驗室平均可分得的資源來說，這個規模大約相當于一個分子生物學比較發達的美國州立大學。分生所自我評估，認為目前分生所擁有的資源與學術貢獻，大約與美國的加州大學戴維斯分校以及北卡羅萊納大學兩所大學旗鼓相當；不過與校內設有大型研究中心的美國重點大學相比，仍然是只能望其項背。
雖然在整體研究資源上，分生所有其力有未逮之處，但是卻可以在單個的研究項目上，做重點式的突破，比方說利用老鼠、果蠅或線蟲這類基因體較為單純的動物，進行一些醫學相關的研究。舉凡肌肉萎縮癥、肥胖癥、RNA剪接等等，都是分生所目前達到國際水平的重點研究項目。
分生所二十周年所慶研討會的主題之一就是要討論分子生物學下一階段的方向。一般分子生物學界認為，目前看起來比較具有發展潛力的研究項目，包括生物早從受精卵開始的發展過程，探討在其發育過程中細胞內的各種生物機制(發展生物學)，生物演化的分子結構細節(結構生物學)，以及醫學應用技術。
分子生物學跟細胞生物學或育生物學類似，盡管計算上的觀念各有千秋，但都是一種小尺度的研究工具；這些新興的學科里面，有太多未知的事實與現象有待探索。沈哲鯤指出，現代的生物學主要是一種“發現”的科學，包括2006年獲頒諾貝爾醫學獎的RNAi研究，是屬于發現既有的生物機制(參見《知識通訊評論》四十六期一文)；真正創新的部分，大約只限于發現了某個現象或機制之后，如何創造出一些技法來解決、解釋它們而已。舉例來說，分子生物學就分子層面來對癌細胞分裂情況進行觀察，試著找出是哪些分子分裂太多，為何如此分裂，從而再試圖發展予以控制的手段。沈哲鯤說，有個觀念，將其驗證，最后再發展出應用技術，整個分子生物學約略就是這么一回事。
至于結構生物學的發展，由于電腦運算能力的發展突飛猛進，如今分子生物學才可以做到許多以前無法做到的事，解出大分子的結構，以三維空間的圖像具體呈現?！敖庾x”是結構生物學里很重要的一環，結構生物學家從晶體分析中得到一種特定模式，據此解出對應結構，再根據手上的生化結果或基因結果，來判斷這個結構是否可以正確解讀特定模式。不是每一次的猜測都正確無誤，不過隨著研究技法持續進步，出錯的機率逐漸減低。王倬特別指出，解讀方法各人不同，有過度保守的，也有過度樂觀的，這都是一種嘗試的方向；不過若要建立起某種客觀性，所做的解讀總要可以接受檢驗(testable)。
當然還有在傳播媒體的報導里最熱門的醫學應用，如干細胞研究等。值得一提的是，以往的醫學應用是對病癥“添加”一些元素上去，比方說將特定病毒注入病人體內，期望達到某種生理反應，然而這種技法后來卻頻頻出現各種副作用；隨著分子生物學的進步，現在有時候可以采取某種“減”法，像比較新穎的轉殖過程(transgenic process)，利用細胞內的揀選機制，鎖定認為會引起不良生理反應的分子，將它敲掉(knock out)，這種新技法或許有助于降低副作用出現的機率。
不過醫學研究并非沒有底限。舉例來說，即使已經有了可能管用的技法，對于人類腦部進行操作性的分子處理，仍然有許多生物倫理上的爭議；因此盡管腦部生物學幾乎是眾所公認的未來研究趨勢大熱門，但是分子生物學對于人類腦部的研究，可能會因此僅限于描述其生物機制，無法進行太深入的實驗。
（三）
無論分生所的下一階段工作具體內容為何,做研究的時機是否成熟至關緊要。王倬指出，分子生物學一開始著重“簡化” (reduction)，將復雜的生物現象拆解成各個不同的機制，予以解釋、處理；之后再進行“整合”(integration) ，將謎題已解的各個生物機制重新組合，以達到特定的應用目的。當年先著重簡化研究的時機很正確，現在開始進行整合研究的時機也很正確。
王倬記得早在他還在仿DNA重組的博士后研究時，就有人提議要做神經生物學，然而在當時欠缺對相關基礎機制了解的情況之下，進行神經生物學研究的條件還不成熱，那時候若往這個方向發展，會走許多冤枉路。這也是分生所接下來選擇研究方向，需要特別留意的一點。
另一個分生所需要考慮的，是它要提供哪一種類型的研究環境。幾乎所有的科學研究發展都有兩種型態，一種是個別的研究者基于本身的興趣或天分，在前無古人的情況下自辟一條嶄新的研究途徑，就好比物理學上的量子跳躍(quantumleap)一樣，其獨創性固然耀眼奪目，卻包含有相當程度的機動性在內，是可遇而不可求的。另一種研究型態，則是進行一個極有潛力領域的計劃研究，收獲雖然可期，但眾人皆知，不會有什么意外的驚喜。王倬認為理想中的分生所應該要兼容并蓄，因為他認為這兩種研究特質是互補的而非互斥，一個研究環境若是過度偏向其一，做出來的研究也會有所缺漏。
王倬認為臺灣分子生物學的研究(可能也是整個臺灣科學界的普遍現象)，有時太過小心謹慎，比較具有風險性的研究主題都乏人問津，大家盡做“保證有東西會出來”，很安全的研究。這或許是研究環境文化的不同，不過科學政策也有相當程度的影響，比方說“國科會”據以提供研究經費的評價方式，本質上就不大鼓勵研究員去做三年內不一定會有成果的前沿研究。臺灣的研究人員其實并不乏處理大型難題，進行創新研究的能力，但是研究政策是否有給予他們適當的誘因與支持就顯得非常重要。
有鑒于此，王倬指出如果臺灣的分子生物學日后要招攘研究人員，最好找比較年輕的，既敢挑戰風險性較高的研究，也比較有登峰造極的機會。他認為在分子生物學的領域，一般人研究最輝煌的時刻，是在三十五歲到四十五歲之間；不過最近似乎有一種“晚出道”的趨勢，近期研究成名的學者，多是年過四十。
沈哲鯤則認為，臺灣分子生物學研究的弱勢在于起步晚，實驗室的數量也少，各研究員手頭上都有很多正在進行的工作，出現了像RNAi這么顯赫的大發現之后，鮮少能有余力對其進行后續研究。像美國這類實驗室眾多的國家，就有機會全力支持下屬的研究員進行后續研究，功成名就自然也就不在話下。在大環境無法支持設立較多的實驗室，先天條件不如人的情況下，除了做重點式的專業研究以外，如何通過科學政策的擬定，減輕研究人員手頭工作的負擔，讓他們有時間去做一些額外的研究，應該是科學研究管理部門應該思考的問題。
篇3
愛好生物，中學成績倒數第一
1933年10月2日，約翰.格登出生在英國漢普郡迪本霍爾小鎮的一個富裕家庭。少年時代，格登被自然界的各種生物深深吸引，甚至在學校養過上千只毛毛蟲。盡管格登喜愛生物，但他的生物科成績卻十分糟糕。15歲時，格登在英國著名的貴族學校伊頓公學求學。當時，在250名中學生中，格登的生物科成績排在最后一名。其他理科成績排名，也非?？亢?。為此，格登被同學譏笑為“科學蠢材”。
雖然理科成績差，但格登對生物的熱愛從來沒有減少過，并立志成為一名生物學家。他的這一志向，被認為是癡人說夢。在1949年的學校成績報告單中，一名生物老師如是評價格登：我相信格登有當科學家的想法。但是，以他目前的學業表現，這個想法非?；闹嚒ＫB起碼的生物學原理都沒有搞明白，根本不可能成為專家。對于他個人以及培養他的老師來說，完全是浪費時間。
據格登回憶，這名老師名叫加德姆，其實并不是一名真正的老師，而是一個博物館館長，被校方雇用用來教那些成績最差的學生。當年伊頓公學的這張成績單，被格登裝進相框里，如今還放在他任職的劍橋大學格登研究所的辦公桌上。格登說：“這張成績單是我唯一裝在框內擺放起來的東西。每當遇到什么麻煩，比如實驗無法進行下去時，我都會看看這份評價，來提醒自己要努力堅持，不然真的就被以前老師說中了?！?/p>
歪打正著，報考文科卻被理科錄取
中學畢業后，格登的父親看兒子成績如此糟糕，認定格登不是學習深造的材料，建議他參軍到軍隊或在金融部門謀求一份職業。但當時金融部門的工作不太穩定，而因為身體上的原因軍隊又拒絕了格登的參軍申請。實際上，格登當時是一位很不錯的壁球選手，身體相當健康。遺憾地是，家庭醫生將格登的一點感冒診斷為支氣管炎，認為格登不適合軍旅生涯。格登至今還慶幸自己沒有參軍，不然不會走向科學研究之路?？梢赃@樣說，是家庭醫生的誤診，成就了今日的諾貝爾獎得主。
在參軍、求職和追求科學家之夢被認為不可能之后，格登轉向研讀英國古典文學，并申請進入牛津大學基督學院就讀古典文學專業。然而意想不到是，他卻被牛津大學生物系的動物學專業錄取。格登一直不明白，自己明明申請的是古典文學專業，為什么會被動物學專業錄取。原來，當時牛津大學的招生老師犯了一個嚴重錯誤，導致理科專業缺少了30個名額。因此，他們不得不從其他專業的申請者中尋找合適人選，而格登恰巧被選中。也許是歪打正著吧，招生老師的一個嚴重錯誤，成就了今日的諾貝爾獎得主。
格登進入牛津大學的生物系，由于在生物學方面知識的不足，他的父母不得不支付了一年的額外學費，以彌補這些缺陷。對生物學的學習，使格登對昆蟲學產生了濃厚興趣。畢業時，他打算申請昆蟲學博士。然而，這次又沒有達成所愿。最后，格登只得跟隨邁克爾.菲施貝格（Michael Fischberg）教授研究胚胎學。在菲施貝格建議下.格登決定研究兩棲動物的核移植，并選擇非洲爪蟾（Xenopuslaevis）作為實驗材料。
1958年，在牛津大學完成博士學位時，格登從非洲爪蟾蝌蚪的體細胞中提取出完整的細胞核，成功克隆出了一只爪蟾，一舉成名，他被稱為“克隆教父”。他的實驗吸引了各大科研機構的目光，其用于細胞核移植的工具及方法直到今天仍被廣泛使用。
1960年，格登在牛津大學獲得博士學位。此后，導師菲施貝格建議他去一個完全不同的研究領域，菲施貝格恰巧認識加州理工學院的喬治·比德爾（George Beadle），比德爾是生命科學領域研究熱門之一——噬菌體遺傳學的先驅。通過這種關系，格登在美國加州理工大學獲得一個博士后位置。然而，格登在噬菌體研究方面并不順利，根本無法處理實驗中出現的問題。在經歷了一年的嘗試后，格登終于放棄了噬菌體研究，重新回到胚胎學領域。盡管如此，格登仍然認為自己在加州理工學院接受的一年教育非常重要，可以通過一些不同的研究方向拓寬思路。
潛心研究，發現細胞的特化機能可以逆轉
1962年，格登的導師菲施貝格接受了日內瓦的一個教授職位。從而在牛津大學留下了一個空缺，系主任決定將這個位置提供給他。于是，格登從美國回到了英國，繼續核移植的研究。
在格登之前，生物學家們都知道，哺乳動物都是由受精卵發育而來，在受孕之后的最初幾天，組成胚胎的都是未成熟的細胞。這些細胞每一個都可以發育成成熟有機體中所有細胞類型的細胞。這種未成熟的細胞被稱為“多能干細胞”。隨著胚胎的發育，多能干細胞進一步形成神經細胞、肌肉細胞、肝臟細胞以及其他所有種類的細胞，這些細胞經過分化后，開始在機體內承擔起特殊的機能。很長的一段時間里，人們普遍認為這一過程是單向的、不可逆的。換就話說，成熟之后的細胞，是不可能再回到未成熟、多能性的狀態。
但格登卻提出了自己的看法，他假設：這些細胞的基因組仍然包含著驅動它發育成機體所有不同類型的細胞所需的信息。1962年，格登在一項被諾獎評審委員會稱之為“經典”的實驗中，以美洲爪蟾的卵細胞為實驗對象，取出卵細胞內一個不成熟的細胞核，以一個成熟的特化腸細胞所含細胞核取代，而改性后的卵細胞最終得以發育成為一個正常蝌蚪。這一實驗，首次證實了已分化細胞可通核移植技術將其重新轉化為具有多能性的細胞。1962年，格登在英國《胚胎學與實驗形態學雜志》以“細胞的特化機能可以逆轉”為題報告了這一實驗。
格登的實驗最終取得成功還得益于實驗室的2個先天優勢：一是實驗室擁有可有效去除細胞核的紫外顯微鏡；二是菲施貝格的另一個學生已發現了可作為爪蟾遺傳標記物的基因突變，這將很容易區別發育后代細胞核來自供體還是自身細胞核去除不徹底引起?；谶@2個原因，接下來的實驗格登選擇腸上皮細胞作為核移植實驗的供體。格登從帶有遺傳標記物的非洲爪蟾腸上皮細胞中取出細胞核，然后移植到正常爪蟾的去核卵細胞中，在隨后發育的胚胎中鑒定出了遺傳標記物，一方面證明了核移植的成功，另一方面也證實了已分化的腸上皮細胞核仍有指導胚胎發育的能力，并沒有發生遺傳物質不可逆的改變。
這一里程碑式的重大發現曾經遭到許多人的懷疑，不少科學家認為這完全不可能。但在重復實驗的驗證下，該結果最終被接受并引發了密集的研究，最終導致了哺乳動物的克隆。
1966年，格登的核移植實驗又往前邁出了堅實的一步。他從蝌蚪腸細胞核進行核移植后，獲得了完全發育成熟且可繁殖后代的爪蟾。這些細胞核可產生健康動物且可產生后代的結果證明：完全分化的細胞核擁有真正意義上的全能性，可指導所有類型細胞的形成。此后的1997年，蘇格蘭羅斯林研究所的科研人員伊恩·維爾穆特（1an Wilmut）和基思·坎貝爾（Keith Campbell） ，通過類似的體細胞核轉移技術，成功克隆出“多莉”（Dolly）羊，且“多莉”也順利產下了后代。從而證明成年體細胞也擁有全能性，并印證了格登的發現。
1971年，格登轉往牛津大學的最大對手劍橋大學。當年，劍橋大學醫學研究理事會為格登及同事，在分子生物學實驗室提供了一層樓進行分子胚胎學的研究，此時格登擔任研究教授。1983年，格登進入劍橋大學動物系，擔任細胞生物學講座教授和細胞生物學部的主任。1989年。格登進入劍橋大學很有名望的韋爾科姆細胞生物學和癌癥研究所（Wellcome/CRC），并一直擔任主席至2001年。2004年，劍橋大學為紀念格登的貢獻，將格登所在的研究所改名為格登研究所。
老當益壯，79歲高齡仍堅持全職工作
從20世紀70年代開始，格登主要研究分子生物學的機制和細胞核重編程的機制，格登對分子胚胎學領域的貢獻幾乎跨越了半個世紀，為推動該領域的發展做出了許多奠基性貢獻，這些貢獻覆蓋了該領域許多激動人心的重大進展，因此被譽為“動物細胞核移植和克隆研究領域的先驅”。
格登是一個非常親和、樸實的人，像他這樣的著名科學家，通常到了這個年紀和階段，精力會更多放在教學和著書上，很少有人還會親自動手做實驗。而79歲高齡的格登教授，時至今日仍經常在實驗室里工作很長時間。格登曾經每天早上開著破車送實驗樣本給學生做實驗。每周五在做完實驗以后，他會和學生們一起喝啤酒。在被通知獲得諾貝爾獎時，他還在實驗室工作。一名英國記者曾試圖聯系格登進行連線采訪，但格登的實驗室答復稱：“格登正在工作，請不要打擾他?！?/p>
格登介紹說，自己最先得知獲得諾貝爾獎的消息還是來自一家意大利媒體打來的電話，當時是8日早晨7時30分左右，他身在實驗室，電話另一頭要他談談自己的反應。不過，格登認為他們的消息并不一定準確。一個小時以后，格登接到了來自瑞典文學院的電話，告訴他獲得了諾貝爾醫學獎。一開始，格登依然懷疑是朋友或同事故意假裝瑞典口音跟他開玩笑，直到最后才確認獲獎的消息。
格登將和另一名獲獎者日本人山中伸彌平分800萬瑞典克朗（約合114萬美元）獎金。對于這筆獎金，格登表示自己可能將獎金撥給他此前設立的一個基金，用于資助一些攻讀博士學位的學生。
（作者單位：淮南聯合大學）
人物簡介
篇4
關鍵詞：SCAR標記；水產動物；應用
中圖分類號：S917 文獻標識碼：A 文章編號：1674-0432（2013）-04-0251-1
特異性片段擴增區域（Sequence Characterized Amplified Region，SCAR）是由PARAN I和MICHELMORE RW在1993年首次提出的。該分子標記建立在RAPD-PCR分子標記基礎之上的一種新型有效的分子標記技術[1]，主要是基于特異的RAPD片段序列，以兩端序列設計1對引物（含18-24個堿基），并且在較高的退火溫度下進行的特異性序列擴增，從而實現由RAPD標記到SCAR標記的轉化。SCAR標記直接采用專一性特異引物進行PCR擴增，避免了引物篩選、估算相似性等復雜的過程，且排除了隨機引物結合位點之間的競爭，使穩定性和重復性顯著提高。目前，SCAR分子標記技術已被廣泛的應用于基因定位、輔助育種、種質鑒定和遺傳連鎖圖譜構建等方面研究。[2-5]
1 SCAR標記的原理
SCAR標記主要是在序列未知的DNA標記（RAPD，AFLP等）基礎上，對其特異PCR擴增產物進行回收，克隆和測序，根據擴增產物的兩端序列設計特異性引物（一般比RAPD引物長，通常18-24個堿基），對DN段再進行PCR特異性擴增，把與DN段相對應的單一位點鑒別出來。由于SCAR標記擴增位點單一，退火溫度較高，對反應條件不敏感，一般表現為長度的多態性，為共顯性標記，有時也表現為擴增片段的有無，為顯性標記。[6]
2 SACR標記的特點
SCAR分子標記技術是基于RAPD技術建立起來的，由于SCAR分子標記技退火溫度較高，對反應條件不敏感，所以該方法與一般常規的分子標記方法相比，具有方便快捷、重復性好、可靠性高、對DNA質量要求低等優點[7]，不需要經過酶切、連接、電泳、銀染等過程，只需簡單的PCR和瓊脂糖凝膠電泳就能進行大規模的快速檢測大量個體，且結果穩定。[1]SCAR分子標記類似于STS，揭示的信息量大，可作為物理圖譜和遺傳圖譜之間的錨定位點，有利于構建高密度的遺傳圖譜，并能進行種間圖譜研究或比較同源性研究。[8]
3 SACR標記在水產動物研究中的應用
3.1 逆選育與遺傳性狀保存
利用SCAR分子標記技術進行輔助育種，能夠克服表現型鑒定和性狀基因的困難，提高回交育種效率。中國水產研究者已成功地將其應用于重要經濟型養殖魚類良種選育與保存之中。例如，孫效文等[9]以荷包紅鯉抗寒品系、黑龍江鯉、荷包紅鯉以及荷包紅鯉抗寒品系（父本）與柏氏鯉（母本）雜交F2的DNA樣品為材料，獲得2個與鯉抗寒性狀相關的SCAR標記，成功的反映了兩個群體在抗寒能力上的差異。高風英等[10]應用SCAR技術，對奧利亞羅非魚（Oreochromisco aureus）群體進行分析，以2個SCAR標記，區分3個不同的奧利亞羅非魚群體，并將為后期的選擇育種提供分子依據。佟雪紅等[11]利用RAPD和SCAR復合分子標記技術對建鯉、黃河鯉及其正反雜交子代4個群體進行RAPD-SCAR擴增圖譜的比較，尋找兩親本的特征標記，探討子代優勢產生的分子機理，為下階段良種培育提供重要的遺傳學依據。
3.2 優良種質分子鑒定和遺傳圖譜構建
SCAR用于優良種質分子鑒定，克服了RAPD、AFLP等分子標記的不足，使種質鑒定更為快速準確。楊弘等[12]利用RAPD-SCAR復合分子標記技術對日本鰻（Anguilla japonica）、歐洲鰻 （Anguilla anguilla）和美洲鰻（Anguilla rostrata）的DNA進行SCAR擴增，得到37個特異性標記，可用來區分這3種鰻魚。童芳芳等[13]成功的將RAPD-SCAR復合分子標記技術應用于三種黃顙魚（普通黃顙魚、光澤黃顙魚和瓦氏黃顙魚），進行SCAR擴增，并獲得特異標志性SCAR標記條帶，實現準確有效地鑒別了三種黃顙魚。鄭偉等[14]利用SCAR復合分子標記技術，測定了所檢的48尾魚黃顙魚，分屬于普通黃顙魚（Pelteobagrus fulvidraco）、瓦氏黃顙魚（Pelteobagrus vachelli）和光澤黃顙魚（Pelteobagrus nitidus）。司偉等[15]運用RAPD-SCAR復合分子標記技術對建鯉雌核發育的F1代進行分析，有效地區分雜交魚與雌核發育魚，建立了雌核發育的分子鑒別技術。此方法不僅提高了育種速度，而且縮短了育種周期，為相關的研究工作提供分子遺傳學依據。
3.3 種質資源的保護和品種純度的檢測
通過SCAR分子標記技術檢測水產動物良種的真偽和純度，彌補了表型檢測技術和同工酶檢測技術的不足，為審定新品種、保護優質種質等方面提供了新的技術鑒定方法，可以在水產動物幼苗狀態完成，而且準確性高，檢測時間短。在水產動物研究中，董志國等[16]通過檢測是否有該品種特有的SCAR特異性片段，對雜交種F1代的純度進行鑒定，用以質量監測。欒會妮等[17]將SSR標記和SCAR標記結合，對3種鯉魚品種內及品種間的遺傳差異進行研究，檢測其純度，可明顯提高篩選的準確性。
3.4 其他
SCAR還在基因克隆、基因定位等方面表現出它的優越性。朱慧蘭[18]利用SCAR標記，成功的克隆了小麥SSH文庫中IN-61-2全長cDNA，在缺鐵或赤霉菌侵染時均能誘導其表達。張海英等[19]用AFLP-SCAR復合標記克隆出2條與黃瓜花葉病（WMV）抗、感基因相關的特異性條帶，提高抗性育種效率。此外，王曉維等[20]還將小麥的AFLP標記轉化為SCAR標記，從中選擇多位點和較高多態性的引物，能夠區分品種種子的純度。但在水產動物中研究較少。
4 問題與展望
自從上世紀90年代以來，分子標記技術一直廣泛的應用于水產動物優良種質的鑒定和優良性狀基因的挖掘。鑒于SCAR標記技術的操作快捷方便、成本低等多種優點，受到了科研工作者的廣泛重視。目前，SCAR和SCAR復合分子標記技術主要應用于水產動物種質資源鑒定，在其他方面的應用相對較少，相信隨著分子生物學技術的不斷進步，SCAR標記技術方法水產動物種質資源鑒定、優質相關經濟性狀的挖掘等方面的研究將更加深入，并有著廣泛的應用前景。
參考文獻
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篇5
關鍵詞:植物藥材;ITS序列;DNA條形碼鑒定
中圖分類號:R285.5 文獻標識碼:A 文章編號:1673-7717(2010)04-0737-02
[FQ(9。25,X-W]
收稿日期:2009-11-26
基金項目:國家科技部資助項目(2005DKA21004);遼寧省教育廳資助項目(2009A496)
作者簡介:許亮(1978-),男,遼寧沈陽人,講師,博士研究生,主要從事中藥生藥的教學與科研研究。
通訊作者:康廷國(1955-),男,山東壽光人,教授,博士研究生導師,研究方向:中藥品質評價與中藥新藥開發研究。Tel:041187586028,Email:kangtg@lnutcm.省略。
ITS(internal transcribed spacer)是核糖體DNA上的內轉錄間隔區,位于18S 和26SrDNA 基因之間,被5.8S 基因分為兩段即ITS1和ITS2,見圖1。ITS 區包括5.8S rDNA 在內的總長度為600-700bp,其中5.8S rDNA 的長度非常保守,一般為163bp 或164bp ,ITS1和ITS2 的長度也比較保守,但核苷酸序列變化較大,可以提供豐富的系統學信息。ITS1和ITS2作為非編碼區,受外界環境因素的影響較小,承受的選擇壓力較小,進化速度較快,核苷酸序列變化較大,且其變異以相互獨立的點突變為主,是rDNA中的中度保守區,可為屬以下水平的研究提供較豐富的變異位點和信息位點的系統學信息。這使ITS序列十分適宜進行各種分子操作,已成為最廣泛的應用于被子植物系統發育和進化研究的核基因標記之一,并取得了一系列重要進展[1-3]。
圖1植物核糖體DNAITS的基本結構
1 ITS序列與植物DNA條形碼鑒定的關系
DNA條形碼(DNA barcoding)是利用一段標準的DNA序列作為標記來實現快速、準確和自動化的物種鑒定,類似于超市利用條形碼掃描區分成千上萬種不同的商品。已成為生物物種鑒定的新方向,受到世界40多個國家130多個組織中傳統生物分類學家、分子生物學家和生物信息學家等多學科專家的關注。加拿大動物學家Paul Hebert首先倡導將條形碼編碼技術應用到生物物種鑒定中,他對動物界11門13320個物種的線粒體細胞色素C氧化酶亞基(Cytocheome c oxidase Ⅰ,COⅠ)比較分析,提出可以采用單一的基因片段來代表生物種,作為物種的條形碼[4-5],因此他被稱為DNA條形編碼之父。但由于COⅠ基因在植物中的進化速率遠慢于在動物中的進化速率,對于大多數植物不適合作為DNA條形碼鑒定的編碼基因。
ITS序列在被子植物中的長度變異很小,ITS1和ITS2的長度均不足300bp,PCR擴增及測序簡單易行,特別是PCR直接測序法的誕生,極大地推動了ITS在被子植物科內,尤其是近緣屬間及種間關系研究中的應用,成為系統與進化植物學研究中的重要分子標記[6],隨著現代分子生物學技術的迅猛發展,使在分子水平上快速準確地鑒定中藥材成為可能,應用ITS序列作為植物類中藥材的DNA條形碼,為有效遏制各種假冒偽劣藥材提供了極為有力的先進的技術支持。
中藥材鑒定方法如基原鑒定、性狀鑒定、顯微鑒定、理化鑒定、色譜法鑒定等,在中藥材鑒定和評價其質量研究中發揮了重要作用,但隨著現代分子生物學技術的快速發展,涌現了多種中藥材DNA分子鑒定技術,DNA條形碼技術具有4個顯著的特點:①DNA 條形碼直接利用DNA序列進行物種的鑒定,基于生物的基因型,具有獨一無二的可重復性;②DNA條形碼序列具有通用性,在不同物種之間具有可比性,在全球物種鑒定中可以形成統一的標準,也更利于對植物系統進化的研究;③DNA 條形碼只需一對或幾對通用引物;④在技術發展成熟的基礎上,根據DNA 條形碼鑒定技術設計生產“便攜式中藥鑒定分析掃描儀”,任何人可以實時完成物種鑒定工作[7]。
作為DNA條形碼的編碼基因應符合以下標準:①具有足夠的變異性以區別不同的物種,同時具有相對的保守性;②必須是一段標準的DNA序列來盡可能的鑒別不同的種群;③應該包含足夠的系統進化信息以定位物種在系統中的位子;④應該具有高度的保守性以便于通用引物的設計;⑤應該足夠的短以便于有部分降解的DNA的擴增[8]。對于動物來源的藥材可以根據COI基因設計通用引物,而對于植物來源的中藥材ITS序列可以作為候選的編碼基因。
2 ITS序列在中藥材鑒別上的應用
由于ITS 區域具有較多的堿基信息,在長度上具有較好的保守性,因此該片段特別適合于屬、組級的系統發育和分類研究。尤其能為中藥材的分子鑒定提供依據。毛善國等[9],車建等[10]分別通過ITS序列的測定進行了番紅花及其混淆品的有效鑒別研究。劉春生等[11]通過基于核DNA ITS序列對細辛藥材的基源及分子鑒定進行了研究。閆坤等[12]通過ITS序列對地黃屬種間的親緣關系進行了研究。馬玉花等[13]對中國不同地區的杜仲rDNA的ITS序列進行了分析測序。蔡金娜等[14]對中國不同地區的蛇床進行了rDNA ITS序列分析。宋葆華等[15]對中國莧屬nrDNA的ITS序列分析并對其系統學意義進行了研究。武瑩等[16]通過ITS序列鑒別了5種習用柴胡。郝明干等[17-18]采用rDNA ITS的序列分析對中藥材白花蛇舌草進行了有效的分子鑒定。趙志禮等[19]進行了山姜屬中藥草豆蔻和益智nrDNA ITS區序列的測定。趙等[20]綜述了核rDNA ITS序列在植物種質資源鑒定中的應用。趙志禮等[21]綜述了核糖體DNA ITS區序列在植物分子系統學研究中的具有重要的價值。唐先華等[22]進行了睡蓮類植物ITS nrDNA序列的分子系統發育分析。陳生云等[23]用nrDNA ITS序列探討狹蕊龍膽屬及其近緣屬(龍膽科)的系統發育。李國強等[24]對中藥蓼大青葉及其偽品的nrDNA ITS區序列進行了測定分析。ITS序列在生物學、分子生態學、生物進化的研究領域有著廣泛的應用,陳士林等[7]學者認為植物來源的中藥材可以根據rDNA ITS序列作為該藥材的DNA條形碼進行生物鑒定等。
3 基于ITS序列的植物類藥材鑒定研究前景展望
隨著分子生物學的飛速發展,人們將會對ITS區序列及其植物分子系統學價值有更廣泛深入的研究。對于以ITS序列不能明顯鑒別的植物藥,可以通過與18S rDNA,葉綠體matK、rbcL和trnH-psbA等多個標記基因聯合應用進行。目前植物總DNA的提取方法已比較完善,可從長期貯存的標本中進行提取、擴增與測序,使中藥材的分子鑒別在方法學上得到保證。以ITS序列為編碼基因,進行植物類藥材的DNA條形碼鑒別及進一步設計生產使用“便攜式中藥鑒定分析掃描儀”,必將前景廣闊。
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篇6
關鍵詞：異色瓢蟲；生物學特性；觀察初報
中圖分類號：S476.2 文獻標識碼：A
1 開態特征
1.1 成蟲
體卵圓形，長5.4～8mm，寬3.8～5.2mm。背面色澤斑紋變異很多，大致可分為3個類型：前胸背板黃白色至淺黃色，中部有近似“M”形黑紋。鞘翅基色為淺橙黃色至桔紅色；其上無黑色斑點，或有2、4、6、8、10、12、14、16、18、19個黑色斑點；前胸背板中部黑色，兩側為白色斑。鞘翅基色黑色；其上有2、4、8、12個黃色至紅色斑點；前胸背板中部黑色，兩側為白色斑。鞘翅邊緣和鞘縫的前半部分黑色，或鞘翅基部、端部、基部和端部的黑色邊緣擴展成黑色橫帶，鞘翅中部黃色至桔紅色，其上無黑色斑點，或有2至幾個黑色斑點或斑紋?？傊?，該種的顯著特征是絕大多數個體的鞘翅末端有一明顯的牙痕狀橫脊。
1.2 卵
長卵形，長1.5mm，寬0.6mm，初產時為澆黃色，近孵化時為淺灰黑色。
1.3 幼蟲
初齡幼蟲黑黃色。老齡幼蟲灰黑色，體長約12mm，腹部第1～3節背面兩側各有1個桔黃色枝刺，第4、5節背面除兩側的枝刺外，中央還有2個桔黃色小枝刺。
1.4 蛹
卵圓形，黃褐色至棕紅色，具黑斑，頭部彎向腹面，腹部末端有2個突起，4齡幼蟲脫下的皮包圍在此。
2 生物學特性
異色瓢蟲在吉林省1a發生3代，以成蟲在山洞、石縫、墻角、屋檐下、枯枝落葉層下越冬。越冬成蟲于4月下旬開始活動，1～3代的發生日期為：第1代4月下旬至7月中旬；第2代6月中旬至8月下旬；第3代8月上旬至10月上旬；10月中下旬開始越冬。第1代卵的發育歷期為4～12d；幼蟲歷期為16～33d，其中1齡幼蟲為3～8d，2齡2～10d，3齡2～5d，4齡9～12d；蛹期5～8d，完成1代需24～53d。第2代卵期3～4d，幼蟲期11～17d，其為1齡幼蟲2～3d，2齡1～3d，3齡4～5d，4齡4～6d；蛹期6～7d，完成1代需20～28d。第3代卵期為2～4d；1齡幼蟲期2～3d，2齡1～2d，3齡1～2d，4齡4～7d，合計幼蟲期限8～14d，蛹期7～10d，從卵至幼蟲羽化共計28～35d，據觀察，卵的發育起點溫度為7.33±0.15℃，有效期積濕為51.71日度；幼蟲的發育起點溫度為9.48±0.19℃，有效積溫為133.27日度；蛹的發育起點溫度為11.92±0.74℃，有效積濕為55.16日度；自成蟲羽化至產卵，有效積濕為62.5日度。
異色瓢蟲成蟲色澤斑紋變異很多，據筆者在公主嶺市龍山鄉調查，在異色瓢蟲種群中，十九斑變種占33.3%；顯現變型占32.5%；顯明變種占25.2%；暗黃變型占4.9%；鮮明變種占2.4%，其他占1.7%。
異色瓢蟲成蟲食性很雜，1頭成蟲平均每d可捕食桃蚜79頭；松蚜若蟲31～39頭，最多56頭；落葉松球蚜卵約5堆或若蟲9～359頭；榆紫葉甲卵8～24粒，最多62粒；日本松干蚧1齡寄生若蟲20頭，或2齡無肢若蟲3.6頭。
異色瓢蟲成蟲一生可多次，每次時間為0.5～45h。雌蟲經過1次后產下的卵都能孵化。卵多產于植物的葉部或細枝上，10余粒至數10粒成行排列。用蚜蟲飼養成蟲80d，1頭雌蟲的最高產卵量為382粒，日產卵1～32粒。成蟲產卵量的多少除與雌蟲是屬于哪一種變型或變種有關外，還因捕食對象、飼養時的溫濕度和蟲口密度大小不同而異。取食大豆蚜、高粱蚜的，日只產卵5～6粒。成蟲在22～27℃時產卵最多，溫度高于32℃或低于16℃時，產卵量明顯下降。濕度對產卵量的影響不如溫度明顯，但在高溫季節，濕度對產卵有影響，一般以相對濕度80%～90%較為適宜。雌蟲產卵量與飼養密度呈負相關。
幼蟲孵化后常聚集在卵殼處不動，經約半天才開始爬行，尋找食物，有的則在卵殼處取食尚未孵化的卵粒。1頭3齡幼蟲平均每天可捕食日本松干蚧1齡寄生若蟲109頭，或2齡無肢若蟲90頭，雌成蟲1.3頭，卵囊1.5個。1頭老齡幼蟲每天可捕食榆葉甲卵約200粒，或落葉松球蚜54頭。整個幼蟲期可捕食落葉松球蚜1495頭，另據用松蚜測定幼蟲的捕食量，其結果為：1頭幼蟲總共可捕食松蚜409.6±17.9頭。其中1齡幼蟲捕食松蚜16.4±2.7頭，占幼蟲期限總捕食量的4.0%；2齡幼蟲捕食松蚜39.8±8.1頭，占總捕食量的9.6%；3齡幼蟲捕食松蚜62.8±13.8頭，占總捕食量的15.3%；4齡幼蟲捕食松蚜290.6±21.9頭，占總捕食量的71.0%。
篇7
關鍵詞：計算機輔助教學；實驗教學；生物學；應用
中圖分類號：G434文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)12-20ppp-0c
The Application of the CAI in Experiment Teaching of the Biology
CHANG Yan
(College of Life Science, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China)
Abstract: Computer Assisted Instruction, a product of contemporary computer and network technology applied to education, is presently used extensively at colleges and universities. From the characteristis of the CAI and combining with he teaching requirement of biological experiment, the article sets forth the effect of the application in the biological experiment
Key words: Computer Assisted Instruction; Experiment Teaching; Biology; Application
1 引言
隨著計算機多媒體技術的飛速發展，計算機輔助教學(CAl)已經成為教學中的一個熱點。21世紀是生命科學高速發展時期，需要大批高素質的專業人才。而生物學是一門以實驗為主的科學，實驗是該學科的重要組成部分，它對培養學生的基本技能和綜合能力是課堂教學所不能比擬的。因此在人才培養方面實驗占有的地位是不可低估的。在近幾年的實驗教學工作中，我們運用計算機輔助教學和傳統實驗教學手段相接合，大大提高了實驗教學的效
率，使學生的實驗技能和實際應用能力得到了很大的提高，同時也提高了實驗器材的利用率[1-3]。
2 計算機在生物實驗教學中運用的意義
2.1 打破傳統實驗教學模式
計算機多媒體技術改變了傳統的實驗教學模式，極大的豐富了視聽感官，降低了實驗難度。我們建立了局域網，把實驗的相關資料共享，在編制新實驗講義的過程中，搜集資料并把實驗內容制作成課件，改變了過去抄寫板書的模式，用課件和多媒體手段呈現實驗內容、操作步驟等，簡化了實驗教學。計算機演示實驗可以幫助學生將不易理解的抽象化知識具體化、形象化，使學生通過觀察，利用多種感官獲得感性認識。然后在此基礎上，由教師來講解，形成正確的概念和掌握有關知識點，學生理解和接受起來就容易多了。同時我們開放機房，通過局域網學生可預習實驗、處理實驗數據和分析實驗結果等。
2.2 突出生物實驗教學的直觀性并且能使微觀世界宏觀化
利用現代化教學手段能夠真實、生動、形象地展示生物的各種生理活動，顯示生物的宏觀世界和微觀世界，把抽象的內容形象化，激發了學生的積極性和創造性。如在觀察葫蘆蘚的生殖過程時，葫蘆蘚個體小，生殖過程必須借助于水的條件才能完成。采用現代化的教學手段，顯示器上首先出現葫蘆蘚的完整植株，再把各個部分用分解的形式描述：其蒴帽和蒴蓋脫落后，由孢蒴中放散出大量的孢子，孢子萌發形成原絲體、長出假根和芽體，由芽發育成葫蘆蘚植株（配子體）。配子體中的器和頸卵器放大，器中產生，借助水游到頸卵器中與卵細胞融合，完成受精過程。受精卵在頸卵器中進―步發育成胚，長出長柄。整個的顯示過程形象逼真，給同學以直觀的感受。
2.3 提高了實驗效率
利用計算機的數據采集、信息處理、實驗控制及多媒體教學軟件，可以使實驗教學過程實現智能化，從而大大提高實驗效率。這方面的應用主要表現在：減少了儀器的調試，實驗數據的記錄和分析實現計算機化。在實驗教學過程中，學生可以有更多的時間去掌握基本的實驗操作技術，動手能力得到更好的培養，綜合素質得到全面提高。能夠迅速得到漂亮、整潔的實驗結果圖。
2.4 使用多媒體課件降低實驗費用
多媒體實驗課件制作完成以后就可以由學習者操縱計算機完成實驗教學，因而擺脫了對實驗儀器的依賴以及對實驗材料的消耗。實驗課件可以經拷貝廣泛傳播應用，大大降低了實驗成本，節省了實驗經費。對于缺乏實驗儀器設備、實驗經費的學校，更有特殊的重要意義。
3 計算機輔助教學在生物學實驗中的前景展望
利用計算機技術，還可以使用多媒體實驗教學軟件演示實驗并進行模擬實驗。為了開設這方面的實驗課程，可以利用多媒體計算機的功能，交互式地仿真或演示這些新的方法和技術，使學生能夠及時了解最新的研究手段，以跟上機能學時展的步伐。計算機實驗是一個強有力的遠程教育的補充，它可以鞏固深化發展已有的生物知識，從定量上加強認識：可以取得大量的實驗數據，從而可以總結歸納實驗數據中蘊涵的規律，由于在計算機上可以設置多種情況，因此可以節省實際生物實驗所花費的大量人力物力財力。如果計算機實驗的模型設定恰當，建模與仿真是可以創造與發明的[4]，從教育上的計算機實驗可以很方便的過渡到相應的科研中去。
4 結束語
通過幾年的實踐，我們取得了初步的成果，資源得到合理配置，優化了實驗內容，教學體系也更加完善，學生學習更加積極主動，使學生在知識和實驗技能方面都得到了不同程度的提高。我們對生物實驗的計算機輔助教學只
進行了初步的探討,還有很多不完善的方面,在探究設計性實驗的把握上，以及實驗過程、結果的分析和討論等方
面都需要在今后的實驗改革中進一步探索。
參考文獻：
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[4]陳英. 計算機學科本科教學規劃的重構與發展[J]. 計算機教育,2004,(8):61-64.
篇8
現行初中生物學教材，極大體現了對生物與環境保護的科學方法訓練主線，充分體現了生物學作為前沿科學的一些優勢。貼近生活，以人為本，展示了其作為實驗學科的特色，而且不同于以往的生物學教材。因此新時期就要有新的教育觀念：教育不應單純以升學考試及學生成績等功利性目的為著眼點，而應以提高每一個學生可持續發展的能力為根本目的，著眼于培養他們這種能力所需的各種素質，即“一切為了學生，為了一切學生，為了學生一切”。為此在農村生物教學中，應從以下幾個方面著手：
首先，認真調查當地的生物資源，可以為更好地開展生物教學打下基礎。大理州的生物資源由于地域差異而千差萬別。當然只了解大范圍的生物資源還遠遠不夠，更重要的是要了解本鄉鎮，甚至本村的生物資源優勢，為了解本地主要經濟收入來源打下基礎。就以本校所在地喬甸鎮為例，烤煙是喬甸鎮的支柱產業，是本地主要經濟來源，而由于產業結構的調整，煙草種植面積逐年減少，質量要求也隨之上升，對這個經濟支柱也有所影響，為此紅提葡萄、柑桔、油菜等其他經濟作物的種植面積也逐年增加，成為新的經濟增長點。而當地的野生生物資源相對貧乏，但也有其獨特的地方，比如野生食用菌質量較好，有被譽為“真菌之王”的松茸、牛肝菌、干巴菌、香菇、雞油菌、羊肚菌、雞樅等。這些都是學生比較熟悉的，我在講到真菌這一節時就主要以這些為主要素材進行展開，這樣學生就比較感興趣了。而且，在此之前我還向有關的食用菌販子了解過一些行情，把一些食用菌的經濟價值也引入課堂，學生更是樂此不疲，也有心往向之。況且有的同學暑假期間就采集過食用菌出售，可以作為最好的解說員，這樣便把生物資源與它的效益結合起來了，為生物知識與經濟效益找到了恰當的切入點，真正體現了知識經濟的魅力，為學生以后的發展開拓了更廣闊的空間。最后再讓學生討論如何處理好生物資源的開發與環境保護的關系，這樣就更增強了學生的環保意識。
其次，利用生物技術讓學生在生物課中體驗成功。在生物教學中多介紹一些與生產實踐相關的生物技術。例如在講授“植物的生殖和發育”這一節的無性繁殖專題時可讓學生到苗圃或果園里親自實踐扦插、嫁接等技術，讓學生看到自己扦插或嫁接成活的花卉苗木，感受成功的喜悅，體驗成功的滋味，更能激發學生熱愛勞動，珍惜勞動成果的高尚思想。同時也能培養他們的動手能力和實踐操作能力，成為開展好生物實驗課的前提條件。還要讓學生了解未廣泛運用的，或正在研究中的，甚至是未來才可能出現的新品種、新技術、新知識，如克隆技術、組織培養技術、轉基因技術等生物新技術的發展與前景。這樣不但可以培養學生科學的研究方法，還可以教會學生辨別什么是偽科學，什么才是真正的科學，學會辨別生產生活中的生物技術騙子。例如，在講述蟲草的形成過程時可結合許多雜志上介紹的“蟲草栽培技術”廣告的虛假性，戳穿他們騙局，并作廣泛宣傳，以免學生自己、家人或其他人受騙上當?？梢?，以前的初中生物教育特別重視知識的傳播，而新時期的初中生物教育則更加重視能力的培養。
第三，注重農村生物教育的直接效益與間接效益的統一。學生是在生活中成長而不是在教育中成長的，他們從自然中汲取各種物質來長身體，從家庭、社會、學校中接受各種信息進行加工來增長知識，他們在思考中來鍛煉思維，在生物實驗和活動中鍛煉各方面的能力，他們在自身內在的各種需要的驅使下去追求實現自己的各種愿望，在這個過程中建立、健全自己的人格特征。而現實教育并不能完全替代這一切，教育只能對學生生活的某些方面進行不同程度的干預。高明的教育者考慮得全面一些，能對學生的生活環境進行總體設計，綜合利用各種有利因素，形成最大合力，那么教育效益就會高一些；反之，效益則會差一些。農村初中生物教育的直接效益體現在開始成績的好壞上，生物教師只有注意培養學生的自我管理、自我教育的方法、能力和習慣，才能使自己的教育效益達到最優化，達到事半功倍的效果。其間接效益則主要表現在學生今后的發展前景方面，好的教師會在學生的潛在能力方面加以挖掘，使學生的潛能得到最大限度的發揮，把學生培養成可持續發展的創新型人才?？梢娭挥邪艳r村初中生物教育的直接效益和間接效益統一成一個完整的整體才能達到較好的教育效果。
篇9
關鍵詞：溫度；水稻生長發育；措施
中圖分類號：s511 文獻標識碼：a
一切作物的生長發育都受著光照、溫度、水分、空氣、肥料等環境條件的影響。水稻是喜溫作物，溫度是影響其生長發育的最重要因素之一，生長隨著溫度升高而加快，隨溫度降低而減慢，然而其生長發育有最合適的溫度范圍，溫度過高過低都對水稻生產不利。
公式表明溫度高于或低于21.5℃會減低稻谷產量，但較強的太陽輻射能補償這種不利溫度的影響。
當式中t為28℃而太陽輻射保持不變時與日平均21.5℃時所達到的最高產量相比，產量將降低26%，可見高溫是水稻達到高產一個重要障礙。
同樣，當抽穗遇到低溫（粳稻連續3d日平均氣溫低于20℃，秈稻低于23℃）就會造成不結實而導致減產。
1 溫度對水稻生長發育的影響
眾所周知，粳稻發芽的最低溫度是10℃（秈稻為12℃）低于10℃不能發芽；發芽的最適溫度為28～32℃，最高溫度為40℃；溫度高達42℃時則芽內細胞原生質停止流動，造成燒芽；低于20℃或高于40℃發芽延遲且極不整齊。
幼苗生長的最低溫度為12℃，溫度在16℃以上各類型品種幼苗都能順利生長，幼苗生長的最適溫度為26～32℃。水稻分蘗發生最適氣溫為30～32℃，水溫32～34℃，氣溫低于20℃，水溫低于22℃或者高于38℃，水溫高于40℃，分蘗發生十分緩慢或受到抑制。
水稻幼穗分化最適溫度為26～30℃，而以晝溫35℃夜溫25℃更有利于形成大穗。幼穗分化的臨界低溫是15～18℃。水稻對溫度最敏感的時期是減數分裂期，稻穗發育的最高溫度為40～42℃。高溫對稻穗發育影響最為嚴重時期也是減數分裂期，因此減數分裂期低溫和高溫都將引起穎花大量退化和不育。
水稻開花受精適宜溫度為日平均24～29℃，粳稻日平均氣溫低于20℃（秈稻低于23℃）開花期明顯延遲，開花零散，裂藥不良，花粉管不發芽或伸長慢，不孕花明顯增加。生產上將連續2～3d平均氣溫低于20℃（秈稻低于23℃）的始日，向前推7～8d定為安全抽穗期。日平均氣溫高于32℃是開花期臨界高溫，超過此溫度將阻礙花粉成熟，影響淀粉充實與花藥開裂，花藥很快干枯，花粉生活力衰退，并阻礙在柱頭上的花粉發芽，花粉管伸長等，導致不受精、不結實，這一時期的高溫障礙是水稻一生中最為嚴重的。
溫度與灌漿結實關系密切，最適宜灌漿的平均氣溫為20～25℃，灌漿前的15d以晝溫29℃，夜溫19℃，日平均24℃為最佳，灌漿成熟期溫度超過30℃導致灌漿速度加快，千粒重降低。灌漿后15d以晝溫20℃，夜溫16℃，日平均溫度18℃為最好，結實率最高。抽穗至成熟期間日平均氣溫21℃左右，千粒重最高，粳稻日平均氣溫不低于15℃都可以正常灌漿。
2 主要應對措施
2011年由于低溫來得早，造成江蘇省淮北地區部分遲種的直播稻沒能安全齊穗，造成結實率下降而減產。2013年在水稻減數分裂至抽穗期長期高溫，又導致江淮稻區水稻不育。其實在我國長江中下游稻區，7～8月份連續3～5d平均氣溫≥30℃或最高氣溫≥35℃的天氣出現頻率較高，每年都有關于水稻因高溫導致減產的報道。由于減產程度低或者只局限在某些品種上，人們關注的程度沒有像預防“寒露風”那樣在意。就水稻各生育期對溫度的要求而言，是有一定規律的。因為水稻的生長發育若處于其生物學最適溫度則生育狀況正常。當溫度上升到各生育期的生物學最高溫度以上時，對它的生育便起到阻礙或停止作用甚至產生“熱害”。當溫度下降到各生育期的生物學最低溫度以下時，亦會發生阻礙其正常發育的“冷害”現象?，F將其應對措施敘述如下，供參考。
2.1 選擇準適應的品種
根據調查和以前大量的事實表明，水稻不同品種間對高溫或低溫的忽耐性是有差異的。2014年，筆者在育種田中觀察到造成20%不實的臨界溫度耐熱性強的材料約為36～37℃，耐熱性差的品種僅為32℃。西山巖男等（1981）發現：水稻開花期不受精的界限溫度敏感性高的品種（bkn.6624-46-2）為32～34℃，中等品種（ir747b-2-6）為35～37℃，耐高溫的品種（n22）為38～40℃。因此，在易受高溫危害的地區選用耐高溫的品種是可行的。另據我們調查，凡是抽穗后開花早的品種（即10：30前開花）結實率相對較好
選育開花習性早的品種可回避高溫的影響。
同樣，據調查，水稻不同品種在抽穗期耐低也存在著差異性。莫惠棟教授曾對江蘇省水稻安全開花的底限溫度指標的研究，指出，耐寒力弱的品種如農墾57，必須在連續2d日均溫低于21℃之前開花；耐寒力中等的品種，如較耐寒的秈稻品種珍珠矮11，必須在連續2d日均溫低于19℃之前開花；耐寒力強的品種，如農虎6號、農墾58等，花期耐寒力極強，開花后連續4～5d日平均溫度19℃，其空癟率仍增加不多。在易受低溫影響的地區，應選用耐寒力強的品種。
2.2 合理安排播栽期
使水稻對高溫（低溫）敏感期避過本地區易發生高溫（低溫）的時期
根據筆者在35℃以上高溫下對穎花受精結實影響調查結果，抽穗開花期不受精結實發生率最高，其次是抽穗前9d，即減數分裂之后小孢子初期。抽穗前15d和齊穗后3d則不受高溫影響。如果抽穗期白天溫度相同而夜間溫度高時，不育率增加，即使不像開花中溫度那樣高仍然會使不實率增加。
江蘇省高溫發生時間常在7月下旬～8月上旬，在水稻栽培上，只要不安排水稻減數分裂后的小孢子初期至抽穗揚花期在這其間就可以避免或減輕高溫的危害。
淮北水稻安全齊穗期為9月15～18日，只要在此前抽齊穗就不會擔心受低溫的影響（保溫）。
2.3 灌深水降溫
在高溫造成不結實田塊調查中，發現凡缺水的田塊及靠近水泥渠邊、水泥路邊的地方結實率都低，主要原因是缺水干燥，在高溫下更易造成花系干枯，導致授粉不良造成。因此，在高溫期間，田間灌深水，特別是灌流動的水降溫，是減輕高溫危害的最有效辦法之一。由于水的熱容量大，在低溫發生時，同樣灌深水可以減輕低溫危害。
2.4 增施磷、鉀肥料
調查發現，抽穗前20d施用保花肥田塊比不施肥的田塊受高溫危害輕；在施?；ǚ蕰r使用氮、磷、鉀（n15%、p2o515%、k2o15%）的田塊比只施用尿素的田塊受害程度輕。
篇10
關鍵詞棉花;細胞質雄性不育;育性恢復
abstractthere is fully apparent heterosis in cotton. cytoplasmic male sterility(cms) has played an important role in heterosis usage in cotton.cms and utilization of fertility restorer system have made a breakthrough in conquering breeding bottleneck by artificial emasculation and unfolded a bright outlook for promoting commercial production of hybrid seed. research progress of four facials of cytology,physiological and biochemical indexes,molecular biology and fertility restoration on cms in gossypium hirsutum l. during the recent years were reviewed mainly in this paper. in the four facials which were reviewed mainly in this paper,period of microspore abortion and cytological morphology,physiological and biochemical indexes including carbohydrate,amino acid,enzyme and hormone,molecular biology of intracellular genome including chloroplast genome and mitochondrial genome and restoring gene in nucleus and methods of getting ideal and high resilience restorer on cms in gossypium hirsutum l. the objects of introducing all above these things in detail would tell peple current research status of the mechanism on cms in gossypium hirsutum l. and provide some helps for their relevant researches. the problems existing in the present study and the prospect to the future work on cms in gossypium hirsutum l. were proposed,which would provide references for related researchers.
key wordscotton;cytoplasmic male sterility;fertility restoration
棉花是優質纖維、食用油和蛋白集一身的重要經濟作物。如何提高棉花品種的產量、品質和抗逆性并使其廣泛應用于生產是當前棉花育種亟需解決的問題。雜種優勢的利用則為這一問題的解決提供了新的思路,并已在很多植物中得到了廣泛的應用。棉花具有十分明顯的雜種優勢,但目前棉花雜種優勢的利用則主要采用人工去雄授粉法和核不育系“一系兩用”法,方法繁瑣且制種成本高,難以大規模推廣應用。而水稻、高粱等作物則主要采用細胞質雄性不育性(cytoplasmic male sterility,cms)實現“三系”配套來大面積利用雜種優勢的,操作簡便且制種成本低。盡管棉花cms已實現“三系”配套,但由于其恢復源狹窄及不育胞質對雜種1代皮棉產量所產生的負效應,“三系”雜種棉選育進展緩慢。隨著轉谷胱甘肽s-轉移酶基因(gst)強恢復系“浙大強恢”的育成以及海島棉中育性增強基因的發現,利用“三系”配套進行棉花大面積的雜種優勢利用成為可能[1]。筆者從細胞學、生理生化、分子生物學和育性恢復4個方面綜述棉花cms的研究進展,并對目前狀況進行了展望。
1棉花cms的細胞學研究
植物雄性不育小孢子的敗育時期各異,從花粉母細胞(pollen mother cells,pmcs)的形成到雙核花粉粒各個時期都有雄性不育發生的可能,且持續時間比較長,不限于某一特定的時間。對于棉花cms來說,小孢子敗育時期的發生主要有3種情況:①主要集中發生于造孢細胞增殖時期。murthi等[2]對哈克尼西棉cms進行細胞學研究的結果表明不育系的雄性敗育大多數發生在造孢細胞增殖期,偶爾能形成pmcs,但在減數分裂的前期ⅰ就退化,因此導致雄性不育。而thomber等[3]在美洲棉cms系、黃晉玲等[4]在晉a不育系也發現同樣的敗育情況。②主要集中發生于減數分裂時期。如王學德等[5]發現104-7a、湘遠4-a、nm-2a和nm-3a的小孢子母細胞在造孢細胞增殖時期較少異常,但在減數分裂時期特別是減數分裂第1次分裂時期(meiosis ⅰ)卻大量敗育,從而在花藥內見不到四分體的形成。③敗育時期貫穿造孢細胞增殖至減數分裂時期。童旭宏等[6]發現來源于陸地棉新型cms的敗育時期主要發生在造孢細胞增殖時期至小孢子母細胞減數分裂前的時期。
目前國內外大多數學者認為棉花胞質不育系花藥絨氈層的過早退化或推遲解體與造孢細胞和pmcs的敗育密切相關。通過細胞學觀察,棉花cms小孢子敗育過程中主要出現的細胞形態特征為:①造孢組織異常。如哈克尼西棉cms系的造孢組織在發育成熟前就已解體[2]。②細胞質和線粒體異常。如晉a不育系的大量小孢子母細胞在造孢細胞增殖期,細胞質大量液泡化,留下網狀殘體;線粒體處于解體狀態,線粒體膜和內部結構模糊,基質呈半透明甚至透明狀態,內嵴紊亂[4]。③細胞核異常。如nm 21a的小孢子母細胞在減數分裂期,核仁穿壁頻繁,出現2~3個微核多核細胞[5]。④細胞形狀異常。小孢子母細胞呈半月形和網狀形,且連成巨型團塊[5]。⑤染色體異常。在中期ⅰ出現落后染色體單體,在后期i染色體不是集中于兩極,而是凝結成若干個大小不一的團塊散布于兩極[5]。⑥絨氈層過早退化或推遲解體。如晉a不育系的絨氈層細胞在造孢細胞增殖期就過早退化[6]。
2棉花cms的生理生化研究
正常的生理生化代謝是植物生長發育所需能量的基礎,而研究育性表達過程中的生理生化代謝對雄性不育的生化機理探討具有重要的意義。目前已有許多學者對棉花cms的一些生理生化指標進行了大量的研究,取得了顯著成果。在碳水化合物方面,王學德[7]通過對中棉所12a及其保持系中棉所12b的花藥進行研究發現,從造孢細胞增殖期開始,保持系可育花藥隨著發育可溶性糖含量逐漸下降,淀粉積累逐漸增多,特別在pmcs減數分裂后,小孢子發育至花粉成熟過程中有大量淀粉合成;相反,不育花藥中的淀粉和可溶性糖含量,從造孢細胞增殖時期起一直處于原來水平幾乎不變?？梢?缺乏淀粉積累是引起花藥不育的重要原因。在氨基酸方面,servella等[8]首次報道了亞洲棉cms花藥中酸性氨基酸含量較低;在氨基酸組分中,不育系葉片中天門冬氨酸和精氨酸含量較高,而保持系葉片中含量很少或完全缺失。隨后王學德等[9]也在棉花不同cms研究中發現了同樣的情況。這說明氨基酸含量異常導致蛋白質合成受阻,從而引起花藥不育。在酶方面,黃晉玲等[10]研究發現晉a不育系及其保持系的過氧化物酶同工酶和細胞色素氧化酶同工酶存在明顯的差異,這種差異產生的時期與其細胞形態學觀察到的小孢子敗育時期一致。這說明雄性不育基因調控了同工酶的形成與差異。在激素方面,解海巖等[11]用酶聯免疫檢測技術對哈克尼西棉cms、保持系、恢復系和雜種f1在花藥發育時期內源激素含量的動態變化進行研究,發現在保持系、恢復系和f1的可育花藥之間內源激素差異不明顯,但在可育花藥與不育系的不育花藥間差異顯著。在活性氧代謝方面,jiang等[12]通過對哈克尼西棉cms、保持系和雜種f1不同發育時期的花藥進行活性氧指標及其清除酶含量研究發現,在不育系敗育初期的花藥中,超氧陰離子(o2-·)、過氧化氫(h2o2)、丙二醛(mda)3個對細胞有毒性的活性氧指標均高于保持系或雜種f1的花藥,同時對活性氧具有清除作用的超氧化物歧化酶(sod)、過氧化氫酶(cat)和過氧化物酶(pod)3個抗氧化酶活性也隨著提高,表明敗育初期花藥的活性氧增加對抗氧化酶有誘導作用。但在敗育盛期的不育花藥中,一方面o2-·、h2o2和mda含量極顯著高,另一方面sod、cat、pod 酶活性卻極顯著低,導致活性氧產生與清除失去平衡,這時花粉母細胞大量凋亡。在敗育后的花藥中,o2-和h2o2含量與可育花藥相近,但mda含量仍持續提高,以及sod、cat、pod酶活性持續降低,表明雄性細胞凋亡后活性氧對花藥仍有不利影響?；ㄋ巓2-、h2o2和mda的過量積累,及其清除酶活性的顯著降低,這一過程在棉花不育花藥中是與雄性細胞凋亡同步發生的,但在恢復基因引入后的雜種f1花藥中,過量產生的活性氧可被清除。這表明棉花cms與花藥活性氧代謝異常密切相關。
3棉花cms的分子生物學研究
棉花cms是一種母性遺傳性狀,受特定的細胞質基因和核內不育基因共同控制,不育系的細胞質基因組如線粒體基因組、葉綠體基因組與不育花粉的形成密切相關[1]。在線粒體基因組方面,線粒體功能的行使是由核基因組和線粒體基因組共同作用的。christine[13]認為目前至少有14個線粒體基因與細胞質不育有關,且共有特征是基因的開放閱讀框由來源于線粒體基因的編碼序列、基因的側翼序列和未知區域的序列共同組成。線粒體基因組的重排、突變及線粒體基因的剪切、編輯都可能引起細胞質雄性不育。2003年,黃晉玲[14]用合成的線粒體基因組探針(atpa、atp6、atp9、coxⅰ、coxⅱ和cob)對晉a胞質不育系和保持系線粒體dna(mtdna)進行了限制性片段長度多態性(restricted fragment length polymorphisms,rflp)分析,發現atp6和coxⅱ基因在兩者中的雜交帶型不一致;與保持系相比,atp6和coxⅱ基因在晉a不育系中分別缺少5.7 kb和4.2 kb的強雜交帶,并推測條帶的缺失可能是mtdna分子內或分子間重排所致,coxⅱ基因的變異導致了線粒體功能的失調和雄性不育。隨后她構建了棉花晉a不育系和保持系的線粒體文庫,獲得了晉a不育系和保持系的orfb、coxⅰ和nad4l等3個基因的全序列,通過比較,證明晉a不育系和保持系在orfb、coxⅰ和nad4l基因全序列上無差異。此外,也有人認為棉花cms可能是由線粒體基因組中新的嵌合閱讀框編碼一種毒蛋白質,該蛋白質干擾保守基因的生物活性或者干擾花藥發育的生理生化過程,從而中斷花粉發育[15]。在葉綠體基因組方面,葉綠體基因的變異與棉花胞質不育有關。chen等[16]研究認為,棉花cms與葉綠體rubisco大亞基的變異有關。galau等[17]證實,不育系與保持系之間在葉綠體dna的限制性酶切片段長度上存在明顯差異。在核內基因方面,目前國內外主要集中在與棉花育性恢復基因相連鎖分子標記開發及遺傳圖譜的精細定位、育性恢復相關基因的分離克隆等方面并已取得明顯進展。wang等[18]利用rapd、aflp、sts、caps和ssr標記技術分析了(d8×sg747)×sg747群體,發現了3個新的rapd標記和1個ssr標記,利用ppr基序設計的保守引物與aflp組合測試回交群體得到一個與恢復基因rf2連鎖的ppr-aflp標記,并結合9個與rf2緊密連鎖的分子標記構建了與rf2緊密連鎖的遺傳圖譜,由于cir179250與rf2和rf1都緊密連鎖,推測rf2和rf1都定位與d亞染色體組的lgd08連鎖群上。zhang等[19]通過差異展示技術鑒定分離了不攜帶恢復基因可育的保持系ark8518(rf2rf2)和含有d8胞質近等基因系雜合體恢復系ark8518(rf2rf2)在花藥組織中的差異表達基因。并首次在棉花上闡釋了cms和其恢復系的分子機制,特別是淀粉合成酶和pat基因可能與cms-d8中的rf2基因相關。
4棉花cms的育性恢復
盡管棉花cms已經實現“三系”配套,但“三系”雜種棉選育進展緩慢?？梢?棉花cms的育性恢復是實現棉花雜種優勢利用的關鍵。目前獲得恢復系的方法主要有:①通過遠緣雜交及回交等手段來獲得好的恢復系。如sheetz等[20]以恢復系des-haf277為母本,與海島棉品種pimas-4雜交,聚合恢復基因rf和育性增強基因e,育成帶有育性增強基因e的恢復系。②利用轉基因等生物工程技術來獲得好的恢復系。如王學德等[21]采用農桿菌介導法,將谷胱甘肽s-轉移酶基因(gst)導入恢復系des-haf277中,育成一個對cms具有強恢復力的恢復系“浙大強恢”。③以與胞質雄性不育系具相同遺傳背景的可育種質為原始材料,利用遺傳過濾技術培育出胞質雄性不育恢復系。這個方法是范萬發等[22]在成功培育出理想的、使wnafstu胞質不育系和其的f1代完全恢復育性的胞質雄性不育恢復系的過程中積累資料的基礎上提出來的。
5 結語
綜上所述,棉花cms在細胞學、生理生化、分子生物學和育性恢復方面取得了一定的成果,但仍存在著一些問題。如線粒體、葉綠體基因組和核內基因如何影響花粉的發育,恢復基因與不育基因的作用機理及其克隆都還需進一步研究。隨著分子生物學理論和技術的發展,特別是棉花基因組全測序計劃的啟動,在不久的將來必將會克隆出許多與棉花cms相關基因,從而為棉花cms的研究打開新的局面。
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