發(fā)布時間：2023-09-15 17:14:06
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的基因工程載體的種類樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關(guān)鍵詞:生物技術(shù);基因工程;細(xì)胞工程
現(xiàn)代生物技術(shù)的迅猛發(fā)展,成就非凡,推動著科學(xué)的進(jìn)步,促進(jìn)著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,改變著人類的生活與思維,影響著人類社會的發(fā)展進(jìn)程?，F(xiàn)代生物技術(shù)的成果越來越廣泛地應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、能源、化工、輕工和環(huán)境保護(hù)等諸多領(lǐng)域。生物技術(shù)是21世紀(jì)高新技術(shù)革命的核心內(nèi)容,具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益及潛在的生產(chǎn)力。專家預(yù)測,到2010～2020年,生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)將逐步成為世界經(jīng)濟(jì)體系的支柱產(chǎn)業(yè)之一。生物技術(shù)是以生命科學(xué)為基礎(chǔ),利用生物機(jī)體、生物系統(tǒng)創(chuàng)造新物種,并與工程原理相結(jié)合加工生產(chǎn)生物制品的綜合性科學(xué)技術(shù)?，F(xiàn)代生物技術(shù)則包括基因工程、蛋白質(zhì)工程、細(xì)胞工程、酶工程和發(fā)酵工程等領(lǐng)域。在我國的食品工業(yè)中,生物技術(shù)工業(yè)化產(chǎn)品占有相當(dāng)大的比重;近年,酒類和新型發(fā)酵產(chǎn)品以及釀造產(chǎn)品的產(chǎn)值占食品工業(yè)總產(chǎn)值的17%?，F(xiàn)代生物技術(shù)在食品發(fā)酵領(lǐng)域中有廣闊市場和發(fā)展前景,本文主要闡述現(xiàn)代生物技術(shù)在食品發(fā)酵生產(chǎn)中的應(yīng)用。
一、基因工程技術(shù)在食品發(fā)酵生產(chǎn)中的應(yīng)用
基因工程技術(shù)是現(xiàn)代生物技術(shù)的核心內(nèi)容,采用類似工程設(shè)計的方法,按照人類的特殊需要將具有遺傳性的目的基因在離體條件下進(jìn)行剪切、組合、拼接,再將人工重組的基因通過載體導(dǎo)入受體細(xì)胞,進(jìn)行無性繁殖,并使目的基因在受體細(xì)胞中高速表達(dá),產(chǎn)生出人類所需要的產(chǎn)品或組建成新的生物類型。
發(fā)酵工業(yè)的關(guān)鍵是優(yōu)良菌株的獲取,除選用常用的誘變、雜交和原生質(zhì)體融合等傳統(tǒng)方法外,還可與基因工程結(jié)合,進(jìn)行改造生產(chǎn)菌種。
(一)改良面包酵母菌的性能
面包酵母是最早采用基因工程改造的食品微生物。將優(yōu)良酶基因轉(zhuǎn)入面包酵母菌中后,其含有的麥芽糖透性酶及麥芽糖的含量比普通面包酵母顯著提高,面包加工中產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w量提高,應(yīng)用改良后的酵母菌種可生產(chǎn)出膨潤松軟的面包。
(二)改良釀酒酵母菌的性能
利用基因工程技術(shù)培育出新的釀酒酵母菌株,用以改進(jìn)傳統(tǒng)的釀酒工藝,并使之多樣化。采用基因工程技術(shù)將大麥中的淀粉酶基因轉(zhuǎn)入啤酒酵母中后,即可直接利用淀粉發(fā)酵,使生產(chǎn)流程縮短,工序簡化,革新啤酒生產(chǎn)工藝。目前,已成功地選育出分解β-葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌株、嗜殺啤酒酵母菌株,提高生香物質(zhì)含量的啤酒酵母菌株。
(三)改良乳酸菌發(fā)酵劑的性能
乳酸菌是一類能代謝產(chǎn)生乳酸,降低發(fā)酵產(chǎn)品pH值的一類微生物。乳酸菌基因表達(dá)系統(tǒng)分為組成型表達(dá)和受控表達(dá)兩種類型,其中受控表達(dá)系統(tǒng)包括糖誘導(dǎo)系統(tǒng)、Nisin誘導(dǎo)系統(tǒng)、pH誘導(dǎo)系統(tǒng)和噬菌體衍生系統(tǒng)。相對于乳酸乳球菌和嗜熱鏈球菌而言,德氏乳桿菌的基因研究比較缺乏,但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)質(zhì)粒pN42和PJBL2用于構(gòu)建德氏乳桿菌的克隆載體。有研究發(fā)現(xiàn)乳酸菌基因突變有2種方法:第一種方法涉及(同源或異源的)可獨(dú)立復(fù)制的轉(zhuǎn)座子,第二種方法是依賴于克隆的基因組DN斷和染色體上的同源部位的重組整合而獲得。通過基因工程得到的乳酸菌發(fā)酵劑具有優(yōu)良的發(fā)酵性能,產(chǎn)雙乙酰能力、蛋白水解能力、胞外多糖的穩(wěn)定形成能力、抗雜菌和病原菌的能力較強(qiáng)。
二、細(xì)胞工程技術(shù)在食品發(fā)酵生產(chǎn)中的應(yīng)用
細(xì)胞工程是生物工程主要組成之一,出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代末至80年代初,是在細(xì)胞水平上改變細(xì)胞的遺傳特性或通過大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)以獲得人們所需物質(zhì)的技術(shù)過程。細(xì)胞工程主要有細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞融合及細(xì)胞代謝物的生產(chǎn)等。細(xì)胞融合是在外力(誘導(dǎo)劑或促融劑)作用下,使兩個或兩個以上的異源(種、屬間)細(xì)胞或原生質(zhì)體相互接觸,從而發(fā)生膜融合、胞質(zhì)融合和核融合并形成雜種細(xì)胞的現(xiàn)象。細(xì)胞融合技術(shù)是一種改良微生物發(fā)酵菌種的有效方法,主要用于改良微生物菌種特性、提高目的產(chǎn)物的產(chǎn)量、使菌種獲得新的性狀、合成新產(chǎn)物等。與基因工程技術(shù)結(jié)合,使對遺傳物質(zhì)進(jìn)一步修飾提供了多樣的可能性。例如日本味之素公司應(yīng)用細(xì)胞融合技術(shù)使產(chǎn)生氨基酸的短桿菌雜交,獲得比原產(chǎn)量高3倍的賴氨酸產(chǎn)生菌和蘇氨酸高產(chǎn)新菌株。釀酒酵母和糖化酵母的種間雜交,分離子后代中個別菌株具有糖化和發(fā)酵的雙重能力。日本國稅廳釀造試驗(yàn)所用該技術(shù)獲得了優(yōu)良的高性能謝利酵母來釀制西班牙謝利白葡萄酒獲得了成功。目前,微生物細(xì)胞融合的對象已擴(kuò)展到酵母、霉菌、細(xì)菌、放線菌等多種微生物的種間以至屬間,不斷培育出用于各種領(lǐng)域的新菌種。
三、酶工程技術(shù)在食品發(fā)酵生產(chǎn)中的應(yīng)用
酶是活細(xì)胞產(chǎn)生的具有高效催化功能、高度專一性和高度受控性的一類特殊生物催化劑。酶工程是現(xiàn)代生物技術(shù)的一個重要組成部分,酶工程又稱酶反應(yīng)技術(shù),是在一定的生物反應(yīng)器內(nèi),利用生物酶作為催化劑,使某些物質(zhì)定向轉(zhuǎn)化的工藝技術(shù),包括酶的研制與生產(chǎn),酶和細(xì)胞或細(xì)胞器的固定化技術(shù),酶分子的修飾改造,以及生物傳感器等。酶工程技術(shù)在發(fā)酵生產(chǎn)中主要用于兩個方面,一是用酶技術(shù)處理發(fā)酵原料,有利于發(fā)酵過程的進(jìn)行。如啤酒釀制過程,主要原料麥芽的質(zhì)量欠佳或大麥、大米等輔助原料使用量較大時,會造成淀粉酶、俘一葡聚糖酶、纖維素酶的活力不足,使糖化不充分、蛋白質(zhì)降解不足,從而減慢發(fā)酵速度,影響啤酒的風(fēng)味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、一葡聚糖酶等制劑,可補(bǔ)充麥芽中酶活力不足的缺陷,提高麥汁的可發(fā)酵度和麥汁糖化的組分,縮短糖化時間,減少麥皮中色素、單寧等不良雜質(zhì)在糖化過程中浸出,從而降低麥汁色澤。二是用酶來處理發(fā)酵菌種的代謝產(chǎn)物,縮短發(fā)酵過程,促進(jìn)發(fā)酵風(fēng)味的形成。啤酒中的雙乙酰是影響啤酒風(fēng)味的主要因素,是判斷啤酒成熟的主要指標(biāo)。當(dāng)啤酒中雙乙酰的濃度超過閾值時,就會產(chǎn)生一種不愉快的餿酸味。雙乙酰是由酵母繁殖時生成的α-乙酰乳酸和α-乙酰羥基丁酸氧化脫羧而成的,一般在啤酒發(fā)酵后期還原雙乙酰需要約5～10d的時間。崔進(jìn)梅等報道,發(fā)酵罐中加入α-乙酰乳酸脫羧酶能催化α-乙酰乳酸直接形成羧基丁酮,可縮短發(fā)酵周期,減少雙乙酰含量。
四、小結(jié)
在食品發(fā)酵生產(chǎn)中應(yīng)用生物技術(shù)可以提高發(fā)酵劑的性能,縮短發(fā)酵周期,豐富發(fā)酵制品的種類。不僅提高了產(chǎn)品檔次和附加值,生產(chǎn)出符合不同消費(fèi)者需要的保健制品,而且在有利于加速食品加工業(yè)的發(fā)展。隨著生化技術(shù)的日益發(fā)展,相信會開發(fā)出更多物美價廉的發(fā)酵制品,使生物加工技術(shù)在食品發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用更加廣泛。
參考文獻(xiàn)
[1]趙志華,岳田利等.現(xiàn)代生物技術(shù)在乳品工業(yè)中的應(yīng)用研究[J].生物技術(shù)通報.2006,04:78-80.
[2]王春榮,王興國等.現(xiàn)代生物技術(shù)與食品工業(yè)[J].山東食品科技.2004,07:31.
[3]徐成勇,郭本恒等.酸奶發(fā)酵劑和乳酸菌生物技術(shù)育種[J].中國生物工程雜志.2004,(7):27.
【關(guān)鍵詞】質(zhì)粒載體；標(biāo)記基因；插入失活
質(zhì)粒是基因工程的常用載體，質(zhì)粒結(jié)構(gòu)和功能也是高考熱點(diǎn)問題之一，2016年全國卷理綜第40題再一次以質(zhì)粒圖譜為基礎(chǔ)，考查了質(zhì)粒作為載體應(yīng)具備的條件，重組質(zhì)粒導(dǎo)入受體細(xì)胞的篩選與鑒定問題，而這一方面的知識在教材中講解較少，理解起來較抽象，難以透徹的掌握這個知識點(diǎn)，給解題帶來困難。本文特針對質(zhì)粒結(jié)構(gòu)及重組質(zhì)粒篩選與鑒定問題進(jìn)行補(bǔ)充，以期能對老師教學(xué)和學(xué)生解題帶來幫助。
載體是一種可將外源DN段送入宿主細(xì)胞進(jìn)行擴(kuò)增和表達(dá)的運(yùn)載工具。目前已構(gòu)建成的載體主要有質(zhì)粒載體、噬菌體載體、病毒載體和人工染色體等多種類型。其中最常使用的是質(zhì)粒載體。
一、質(zhì)粒載體
質(zhì)粒是一種獨(dú)立于細(xì)菌擬核DNA之外，具有自我復(fù)制能力的小型環(huán)狀DNA分子。由于天然質(zhì)粒作為載體存在著不同的局限性，科研人員對其進(jìn)行了修飾改造。作為高質(zhì)量的克隆載體的質(zhì)粒必須具有如下特征：1.有復(fù)制原點(diǎn)，這是質(zhì)粒在宿主細(xì)胞內(nèi)能自主復(fù)制的基本條件。2.有多種限制酶的單一識別位點(diǎn)，以供外源基因的插入。3.有標(biāo)記基因，理想的質(zhì)粒載體應(yīng)具有兩種抗菌素抗性基因，以便從平板中直接篩選陽性重組子。4.相對分子質(zhì)量較小。5.有安全性，作為克隆載體應(yīng)當(dāng)只存在有限范圍內(nèi)的宿主；在體內(nèi)不進(jìn)行重組；不會發(fā)生轉(zhuǎn)移；不產(chǎn)生有害性狀；不會離開宿主而自由擴(kuò)散，因而是相對安全的。
二、插入失活
將外源DN段插入到載體的標(biāo)記基因中使此基因失活，喪失其原有的表性特征，稱為插入失活。pBR332是研究最多，應(yīng)用最廣泛的質(zhì)粒載體之一，該質(zhì)粒有兩個標(biāo)記基因， 四環(huán)素抗性基因（Tetr）和氨芐青霉素抗性基因（Ampr），有8種限制酶識別位點(diǎn)位于Tetr內(nèi)部，另外有2種限制酶的識別位點(diǎn)是存在于該基因的啟動區(qū)內(nèi)，在這10個限制位點(diǎn)上插入外源DNA都會導(dǎo)致Tetr的失活，這時含有DNA插入片段的pBR322將使宿主菌抗氨芐青霉素，但對四環(huán)素敏感。3種限制酶的識別位點(diǎn)位于Ampr內(nèi)，在這些位點(diǎn)插入外源DNA則會導(dǎo)致Ampr的失活，這時含有DNA插入片段的pBR322將使宿主菌抗四環(huán)素，但對氨芐青霉素敏感。插入失活是檢測重組質(zhì)粒的一種十分有效的方法。
三、實(shí)例應(yīng)用
2016年全國卷理綜第40題是一道很好的考查質(zhì)粒結(jié)構(gòu)和插入失活效應(yīng)的題目：
某一質(zhì)粒載體如圖所示，外源DNA插入到Ampr或Tetr中會導(dǎo)致相應(yīng)的基因失活（Ampr表示氨芐青霉素抗性基因，Tetr表示四環(huán)素抗性基因）。有人將此質(zhì)粒載體用BamHI酶切后，與用BamHI酶切獲得的目的基因混合，加入DNA連接酶進(jìn)行連接反應(yīng)，用得到的混合物直接轉(zhuǎn)化大腸桿菌，結(jié)果大腸桿菌有的未被轉(zhuǎn)化，有的被轉(zhuǎn)化。被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌有三種，分別是含有環(huán)狀目的基因、含有質(zhì)粒載體、含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌。回答下列問題：
（1）質(zhì)粒載體作為基因工程的工具，應(yīng)具備的基本條件有______（答出兩點(diǎn)即可），而作為基因表達(dá)載體，除滿足上述基本條件外，還需具有啟動子和終止子。
（2）如果用含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基進(jìn)行篩選，在上述四種大腸桿菌細(xì)胞中，未被轉(zhuǎn)化的和僅含有環(huán)狀目的基因的細(xì)胞是不能區(qū)分的，其原因是______；并且______和_____的細(xì)胞也是不能區(qū)分的，其原因是______。在上述篩選的基礎(chǔ)上，若要篩選含有插入了目的基因的重組質(zhì)粒的大腸桿菌的單菌落，還需使用含有______的固體培養(yǎng)基。
（3）基因工程中，某些噬菌體經(jīng)改造后可以作為載體，其DNA復(fù)制所需的原料來自______。
分析題目可知，本題考查了基因工程質(zhì)粒載體特點(diǎn)、插入失活效應(yīng)在重組質(zhì)粒篩選中的應(yīng)用及噬菌體侵染細(xì)菌后，合成子代噬菌體一切的原料來源于宿主細(xì)胞。分別解析如下：
（1）小題考查了質(zhì)粒作為基因工程的載體應(yīng)具備的基本條件，參考答案：具有復(fù)制原點(diǎn)；具有標(biāo)記基因；具有限制酶的單一識別位點(diǎn)。
（2）小題考查插入失活及重組質(zhì)粒的篩選問題，將此質(zhì)粒載體用BamHI酶切后，與用BamHI酶切獲得的目的基因混合，加入DNA連接酶進(jìn)行連接反應(yīng)，用得到的混合物直接轉(zhuǎn)化大腸桿菌，得到的大腸桿菌表型有四種：未被轉(zhuǎn)化大腸桿菌，對四環(huán)素和氨芐青霉素都敏感，即AmpsTets表型；含有環(huán)裝的目的基因的大腸桿菌，即AmpsTets表型，含有質(zhì)粒載體的大腸桿菌，即AmprTetr表型；含有插入了目的基因重組質(zhì)粒的大腸桿菌，即AmprTets。若用含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基進(jìn)行篩選，在上述四種大腸桿菌細(xì)胞中，未被轉(zhuǎn)化的大腸桿菌和僅含有環(huán)狀目的基因的細(xì)胞是不能區(qū)分的，其原因是都對氨芐青霉素敏感，都不能存活，都無菌落產(chǎn)生。含有質(zhì)粒載體的大腸桿菌（AmprTetr）和含有插入了目的基因重組質(zhì)粒的大腸桿菌（AmprTets）因都能抗氨芐青霉素，都能存活，產(chǎn)生菌落；但因?yàn)槟康幕蛑亟M質(zhì)粒因插入失活破壞了四環(huán)素抗性基因?qū)е滤沫h(huán)素抗性基因失活，因此可用含有四環(huán)素的固體培養(yǎng)基加以篩選。若是在含有氨芐青霉素的培養(yǎng)基上能形成菌落而在含四環(huán)素的固體培養(yǎng)基上不能形成菌落，就是我們所要的含有插入了目的基因重組質(zhì)粒的大腸桿菌。
【參考文獻(xiàn)】
[1]陳閱增普通生物學(xué)/吳相鈺主編.―2版.―北京：高等教育出版社，2005.1
Bt毒蛋白基因是目前應(yīng)用得最為廣泛的抗蟲基因，主要特點(diǎn)是特異性強(qiáng)、殺蟲譜窄。Bt毒蛋白基因種類很多，其中CryI抗鱗翅目害蟲、CryII抗鱗翅目和雙翅目害蟲、CryIII抗鞘翅目害蟲、CryIV抗雙翅目害蟲。
外源凝集素可與昆蟲腸道上皮細(xì)胞的糖蛋白相結(jié)合，影響營養(yǎng)物質(zhì)的正常吸收，同時，還可促進(jìn)昆蟲消化道內(nèi)細(xì)菌的繁殖，對消化道造成損傷，從而達(dá)到殺蟲的目的。研究表明，轉(zhuǎn)外源凝集素基因水稻對稻飛虱有抗殺作用。
白葉枯病是水稻三大病害之一。迄今，國際上已鑒定出25個抗白葉枯病基因，其中由國際水稻研究所Khush從印度長雄蕊野生稻中發(fā)現(xiàn)的抗白葉枯病基因—Xa-21，對印度、菲律賓和中國的所有白葉枯病小種均表現(xiàn)高抗。國內(nèi)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院章琦等也發(fā)現(xiàn)并定位了廣譜高抗白葉枯病基因Xa-23。1995年Song等克隆了Xa-21基因，研究表明，轉(zhuǎn)Xa-21基因水稻表現(xiàn)對白葉枯病的高度抗性和廣譜抗性。目前，我國雜交水稻大多數(shù)組合不抗白葉枯病，大力開展Xa-21抗白葉枯病基因工程育種具有重要意義。
稻瘟病是水稻三大病害之首。國內(nèi)外已發(fā)現(xiàn)30多個抗稻瘟病基因，其中Pi-b和Pi-ta已被克隆。國內(nèi)已有多個實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行抗稻瘟病基因的分離克隆，預(yù)計不久將會有克隆的基因用于我國水稻抗稻瘟病基因工程育種。
除此之外，抗病基因的轉(zhuǎn)化研究已經(jīng)逐步向綜合性、多元性、廣譜性和間抗性的方向擴(kuò)展，即同時轉(zhuǎn)化多個抗性基因以獲得對多種病原菌的抗性，如將Bt、Cptl、Chi 基因相連接一起轉(zhuǎn)化受體作物品種，或者轉(zhuǎn)化具有水平抗性的基因以獲得對多種病源菌的廣譜抗性，例如，轉(zhuǎn)化RIPs 基因可以同時獲得抗病毒、抗真菌、抗蟲的轉(zhuǎn)化體材料。
水稻分子育種研究主要包括基因工程育種和分子標(biāo)記輔助選擇，利用這一技術(shù)在超高產(chǎn)育種中主要進(jìn)行以下研究：
株型改良：利用這一技術(shù)，進(jìn)行株型改良育種，如利用水稻分蘗控制基因MOCl，通過構(gòu)建載體將正義、反義MOCl基因轉(zhuǎn)入到一些當(dāng)家品種中，改良水稻株型，增加有效分蘗，形成理想株型的“分蘗梯度”。
提高水稻光合效率：為進(jìn)一步提高水稻產(chǎn)量潛力，科學(xué)家們正在試圖用現(xiàn)代植物基因工程技術(shù)，提高光合效率。其途徑主要包括調(diào)節(jié)氣孔關(guān)閉、提高Rubisco的效率和引入C4基因等。
調(diào)控延緩葉片衰老系統(tǒng)：細(xì)胞激動素是一種重要的延緩葉片衰老的生長調(diào)節(jié)因子，其生物合成的第一步是異戊烯基側(cè)鏈轉(zhuǎn)移至5ˊ-AMP上。在農(nóng)桿菌中，這一反應(yīng)由tmr基因編碼的異戊烯基轉(zhuǎn)移酶所催化，并且這一反應(yīng)是細(xì)胞激動素生物合成的限速步驟。Cao等通過農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化方法獲得了 PSAG12-IPT轉(zhuǎn)基因水稻植株，考察了自我調(diào)控延緩葉片衰老系統(tǒng)在水稻中的表現(xiàn)，結(jié)果表明具有早衰現(xiàn)象的水稻品種延緩葉片衰老后，能促進(jìn)灌漿，增加籽粒的充實(shí)度，從而提高結(jié)實(shí)率和千粒重，并最終增加單株產(chǎn)量。
【關(guān)鍵詞】制藥工程；抗菌肽；微生物；生物技術(shù)
在當(dāng)前社會發(fā)展中，生物技術(shù)廣泛的應(yīng)用在各類制藥工程中，已成為制藥產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的主導(dǎo)基礎(chǔ)?？咕淖鳛橐环N廣泛存在于多種生物中的一類帶正電荷的小分子多肽，具有著光譜抗菌性，同時也具有著一定的抗真菌、抗病毒和抑制腫瘤活性的作用。伴隨著人們對藥品需求的不斷加大，抗菌肽在制藥工程中也得到了廣泛的應(yīng)用，對于提高藥品的作用，提高人體免疫里發(fā)揮著不容忽視的重要作用。
一、抗菌肽概述
抗菌肽廣義上是一種存在于生物體中且具有著抵抗外界微生物入侵、消除體內(nèi)出現(xiàn)突變細(xì)胞的一類小分子多肽結(jié)構(gòu)。在上個世紀(jì)七十年代，瑞典科學(xué)家首次提出了抗菌肽的概念，自此以后，人們在生物技術(shù)研究中對抗菌肽研究也不斷深入和擴(kuò)大，也獲得了較大的進(jìn)展。在目前的社會發(fā)展中，抗菌肽在昆蟲、植物、動物、病毒等多種領(lǐng)域得到了廣發(fā)的應(yīng)用與研究，其種類快有多大兩千多種?？咕脑谀壳暗难芯恐校嗍虏捎脛游锩庖呒?xì)胞、各種器官粘膜、皮膚以及植物的花、果、皮進(jìn)行研究。
經(jīng)過多年的總結(jié)和研究我們發(fā)現(xiàn)，抗菌肽是一種分子量低、水溶性好、熱穩(wěn)定性能好和強(qiáng)堿性高的特點(diǎn)，在目前社會發(fā)展中越來越受到人們的重視與研究。其在應(yīng)用的過程中與其他抗菌機(jī)理完全不同，已成為一種轉(zhuǎn)基因抗病毒植物基因的來源基礎(chǔ)，同時在研究中對于抗菌、抗癌等藥品的研究與生產(chǎn)中也得到了廣泛的應(yīng)用與研究。在當(dāng)前社會發(fā)展中，隨著生物學(xué)的不斷發(fā)展?？咕牡娜S結(jié)構(gòu)也被精確的測定了出來，使得抗菌肽結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系存在著一定的關(guān)系。并且生物血液信息和計算機(jī)圖形圖像的處理現(xiàn)實(shí)中也出現(xiàn)了極大的變動與變化。在當(dāng)前的制藥產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中，抗菌肽的分析設(shè)計手段已成為推動其發(fā)展核心與關(guān)鍵，更是促進(jìn)了整個醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。
二、抗菌肽在制藥中的應(yīng)用機(jī)理
1、應(yīng)用機(jī)理
抗菌肽是人們從各種細(xì)菌、真菌和兩棲動物分裂獲得的一種抗菌活性較強(qiáng)的肽，一般也被人們稱之為肽抗生素。在早期的研究與應(yīng)用的過程中主要是通過對天蠶免疫體制分析和研究的過程，也是由血淋巴產(chǎn)生的一種擬菌性的抗性物質(zhì)成分。在抗菌肽在應(yīng)用過程中具備著多種功能和作用，是通過多種氨基酸共同構(gòu)成的堿性物質(zhì)，在某些抗菌肽對部分真菌和原蟲處理中都具備著較為良好的殺傷作用與預(yù)防優(yōu)勢。其在應(yīng)用的過程中能夠通過單一應(yīng)用的時候體現(xiàn)出擬殺多種病菌和真菌、細(xì)菌的模式，抗菌肽還對各種癌細(xì)胞有著良好的擬制作用。
2、抗菌肽的效應(yīng)
抗菌肽是一種具備著光譜抗菌活性的一種新型微生物，也是一種有效對多種細(xì)菌進(jìn)行根除和滅殺的活性抗生素。在目前的制藥過程中，其使用對于耐藥性能源具備著良好的滅殺作用，因此受到人們廣泛的重視。與此同時，其在制藥應(yīng)用中對于提高身體免疫力也存在著重要優(yōu)勢，還能夠加快傷口的愈合速度，在目前已成為康復(fù)中心和人們常用藥品中必備的物品之一。
三、抗菌肽的應(yīng)用研究
抗菌太的應(yīng)用已成為當(dāng)前醫(yī)療事業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)前提，是未來制藥體系前景的核心動力。在目前各種醫(yī)療設(shè)備逐步完善的今天，抗菌肽的應(yīng)用更是為抗生素產(chǎn)業(yè)的發(fā)展開辟了新市場和理論基礎(chǔ)。
1、在畜牧業(yè)上的應(yīng)用
借鑒已成功的昆蟲抗菌肽轉(zhuǎn)基因工程，在當(dāng)前各種生產(chǎn)行業(yè)中抗菌肽的應(yīng)用不斷的在擴(kuò)大中，在畜牧業(yè)中，由于其各種動物的繁雜，病菌出現(xiàn)種類的多樣，使得抗菌肽在其生產(chǎn)過程中廣泛的應(yīng)用。
2、抗菌肽在基因工程上的應(yīng)用
抗菌肽分子量較小，對多種動植物病原菌具有廣譜的抗性作用，同時對動植物細(xì)胞無毒副作用，因此抗菌肽動植物基因工程的研究能廣泛開展起來，期望將抗菌肽的基因轉(zhuǎn)入動植物體內(nèi)并得到表達(dá)，達(dá)到抗病的目的。
3、抗菌肽作飼料添加劑應(yīng)用的優(yōu)勢
抗菌肽能耐受飼料制粒時的高溫，規(guī)模化發(fā)酵生產(chǎn)時，經(jīng)高溫濃縮工序，可充分殺滅酵母菌體而不導(dǎo)致抗菌肽失活，產(chǎn)品在推廣應(yīng)用后不會出現(xiàn)工程菌的擴(kuò)散而導(dǎo)致環(huán)境生態(tài)問題。抗菌肽殺菌機(jī)理獨(dú)特，病原菌不易對抗菌肽產(chǎn)生耐藥性。
4、抗菌肽的藥用前景
4.1柞蠶免疫血淋巴治療乙型肝炎的效果
滯育柞蠶蛹經(jīng)接種滅活的大腸桿菌誘導(dǎo)產(chǎn)生免疫血淋巴，含有多種免疫成分如抗菌肽、抗菌蛋白、溶菌酶等；供治療乙型肝炎的膠囊，試驗(yàn)證實(shí)其在合適劑量能顯著或極顯著降低鴨血清乙型肝炎病毒水平，能抑制鴨體內(nèi)乙型肝炎病毒復(fù)制增殖作用。
4.2抗菌肽在治療癌癥上的應(yīng)用
抗菌肽對體外培養(yǎng)的癌細(xì)胞有作用，主要是使癌細(xì)胞膜上形成孔洞，內(nèi)容物外泄，線粒體出現(xiàn)空泡化，嵴脫落，核膜界限模糊不清，有的核膜破損，核染色體DNA斷裂，并抑制染色體DNA的合成，細(xì)胞骨架也受到一定程度的損傷。昆蟲抗菌肽具有光譜抗菌、抗病毒、抗癌能力，以及活性濃度低，無致畸變作用，無蓄積毒性，不易產(chǎn)生抗藥性等優(yōu)點(diǎn)，有望成為新一代的抗菌、抗病毒、抗癌藥物。
5、問題與展望
5.1要將抗菌肽應(yīng)用到臨床治療，還有許多問題有待于解決
①由于抗菌肽的分子量比大部分抗生素大，生產(chǎn)成本高，目前還無法投入大規(guī)模生產(chǎn)。②表達(dá)系統(tǒng)載體和動物源的抗菌肽來源十分有限，不能滿足研究和臨床應(yīng)用的需要；化學(xué)合成和基因工程成為獲得抗菌肽的主要手段，但成本較高，通過基因工程方法對抗菌肽進(jìn)行表達(dá)，而大部分抗菌肽對表達(dá)載體都有抗殺作用，一般都選擇酵母菌，或者使抗菌肽以融合蛋白的形式表達(dá)，這樣又增加了后加工的難度。
5.2前景展望
近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和各種微生物技術(shù)的不斷進(jìn)步，抗菌肽在發(fā)展過程中也越來越瘦人們的重視，其在研究過程中也出現(xiàn)了多種不同方式的研究過程與方法。其在研究的過程中不僅在分子水平上研究抗菌肽在動物免疫防御系統(tǒng)中精細(xì)的合成過程及其調(diào)控機(jī)制，而且探討其藥用開發(fā)價值，通過對抗菌肽結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的研究為設(shè)計新的多肽類抗生素提供了理論依據(jù)，研究各種生物分子與其組合的過程中形成的各種先進(jìn)的治療藥品和抗病菌的成分。而且一些重要的抗菌肽的基因正陸續(xù)被克隆，轉(zhuǎn)基因研究已成為抗菌肽研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，如抗菌肽轉(zhuǎn)基因水稻、番茄等的成功，極大地提高了植物的抗病能力。
抗菌肽(antimicrobialpeptides)是具有抗菌活性短肽的總稱。1975年瑞典科學(xué)家G.Boman等人[2]等從惜古比天蠶(Hyatophoracecropia)蛹中誘導(dǎo)分離得到一種殺菌肽,并將其命名為cecropin。此后,許多抗菌肽相繼被分離、純化。一些抗菌肽的氨基酸一級結(jié)構(gòu)和基因序列得到確定。80年代,有關(guān)抗菌肽的研究主要集中在大型的經(jīng)濟(jì)昆蟲。90年代以來,在繼續(xù)對大型經(jīng)濟(jì)昆蟲進(jìn)行研究的同時,又?jǐn)U展到一些小型昆蟲和其它無脊椎及脊椎動物,抗菌肽已成為免疫學(xué)和分子生物學(xué)研究的熱點(diǎn)。研究的內(nèi)容包括:抗菌肽的分離與純化,氨基酸序列的分析,蛋白質(zhì)構(gòu)型與功能的關(guān)系,抗菌肽的作用機(jī)理[3,4],應(yīng)用基因工程克隆與表達(dá)抗菌肽基因,改造合成抗菌肽基因以及動植物的轉(zhuǎn)抗菌肽基因工程等,其中昆蟲抗菌肽基因工程研究最受重視[5,6]。目前已發(fā)現(xiàn)抗菌肽或類似抗菌肽的小分子肽類廣泛存在于生物界,包括細(xì)菌、動植物和人類。這種內(nèi)源性的抗菌肽經(jīng)誘導(dǎo)而合成,在機(jī)體抵抗病原的入侵方面起著重要的作用,更被認(rèn)為是缺乏特異性免疫功能生物的重要防御成分?？咕木哂袕V譜殺菌作用,大多數(shù)對革蘭氏陽性菌有較強(qiáng)的殺滅作用,有些則對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌均起作用。對某些真菌、原生動物,尤其對耐藥性細(xì)菌有殺滅作用,并能選擇殺傷腫瘤細(xì)胞,抑制乙型肝炎病毒的復(fù)制。
1.抗菌肽的分類
迄今為止從不同生物體內(nèi)誘導(dǎo)的抗菌肽已不下200種,僅從昆蟲體內(nèi)分離獲得的就多達(dá)170余種。根據(jù)抗菌肽的結(jié)構(gòu),可將其分為5類:(1)單鏈無半胱氨酸(Cys)的抗菌肽,或由無規(guī)則卷曲連接的兩段а-螺旋組成的肽。該類包括天蠶素Cecropins,Magainins等。Magainins最初是從非洲爪蟾的皮膚中發(fā)現(xiàn)的,它是爪蟾的皮膚在一定的環(huán)境壓力下分泌出的抗感染和促進(jìn)傷口愈合的成分,由兩個緊密相連的肽鏈組成,每一個肽鏈有23個氨基酸,低濃度便可抑制許多細(xì)菌和真菌生長[7]。(2)富含某些氨基酸殘基但不含Cys的抗菌肽。如富含脯氨酸(Pro)或甘氨酸(Gly)殘基的抗菌肽。如從豬腸內(nèi)分離的抗菌肽PR39中Pro含量占49%[6]。鞘翅肽Coleoptericin和半翅肽Hemiptericin的全序中富含Gly[8]。(3)含一個二硫鍵的抗菌肽,該二硫鍵的位置通常在肽鏈C端。如爪蟾皮膚細(xì)胞中產(chǎn)生的Brevinins[9]。(4)有兩個或兩個以上二硫鍵,具有β折疊結(jié)構(gòu)的抗菌肽。如綠蠅防御素(Phormindefensin),分子內(nèi)有6個Cys形成3個分子內(nèi)二硫鍵,肽鏈C末段是帶有擬β轉(zhuǎn)角的反向平行的β片層[10]。實(shí)驗(yàn)證明,分子中的二硫鍵在其抗菌作用中至關(guān)重要。(5)由其他已知功能較大的多肽衍生而來的具有抗菌活力的肽。
2.抗菌肽的作用及機(jī)理
2.1抗菌肽的抗菌作用及其機(jī)理抗菌肽分子可以在細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)膜上穿孔而形成離子孔道,造成細(xì)菌細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)破壞,引起胞內(nèi)水溶性物質(zhì)大量滲出,而最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡。抗菌肽分子首先結(jié)合在質(zhì)膜上,接著其分子中的疏水段和兩親性α-螺旋也插入到質(zhì)膜中,最終通過膜內(nèi)分子間的相互位移,抗菌肽分子聚集形成離子性通道,使細(xì)菌失去了膜勢而死亡[10-14]。但是,Gazit[15]等得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,抗菌肽只是結(jié)合到了單位膜的表面上,并未插入膜中,更未形成通道。然而,抗菌肽的作用靶部位是細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)膜,以及抗菌肽的作用結(jié)果是導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)膜通透性增大等基本內(nèi)容是確切無疑的,這也正是抗菌肽與青霉素等傳統(tǒng)抗生素對細(xì)菌作用機(jī)制不同的本質(zhì)所在。
2.2抗菌肽的抗病毒作用及其機(jī)理研究發(fā)現(xiàn)煙芽夜蛾幼蝦的血淋巴對6種DNA、RNA病毒有明顯的抑制作用,使病毒感染力迅速降低,而且這種抗病毒活性具有廣譜性。Mariam[16]試驗(yàn)表明來源于爪蟾的抗菌肽Magainins及其它Magainins類抗菌肽具有抗皰疹病毒-HSV的作用,還發(fā)現(xiàn)人的嗜中性粒細(xì)胞防御素(HNP-1)對一種皰疹病毒有抑制作用。此外,蜂毒素和天蠶素也可以在亞毒性濃度下抑制艾滋病毒HIV-1的基因表達(dá),從而抑制減少HIV-1的增殖。這表明抗菌肽對于當(dāng)今人類的頑癥———艾滋病也有抑制作用。
2.3抗菌肽的抗寄生蟲作用及其機(jī)理抗菌肽可以有效地殺滅產(chǎn)生人類及動物寄生蟲病的寄生蟲,如瘧疾、Chagas氏病、萊什曼病等。目前發(fā)現(xiàn)一種合成的天蠶素-蜂毒素雜合體對萊什曼原鞭毛蟲有損傷作用,起作用的靶目標(biāo)是細(xì)胞質(zhì)膜,它可以快速降低H-OH的通透性,破壞膜電勢,質(zhì)膜形態(tài)也受到損壞。Shahabuddin[17]研究發(fā)現(xiàn)昆蟲抗菌肽對感染蚊子的瘧原蟲發(fā)育的不同時期有不同的作用,主要對瘧原蟲的卵囊期和子孢子期造成明顯的損傷。
2.4抗菌肽對腫瘤細(xì)胞作用及其機(jī)理國內(nèi)外已對抗菌肽殺傷腫瘤細(xì)胞的作用進(jìn)行了廣泛研究,發(fā)現(xiàn)抗菌肽對體外培養(yǎng)的癌細(xì)胞的作用主要是使癌細(xì)胞膜上形成孔洞,內(nèi)容物外泄,線粒體出現(xiàn)空泡化,嵴脫落。核膜界限模糊不清,有的核膜破損,核染色體DNA斷裂,并抑制染色體DNA的合成,細(xì)胞骨架也受到一定程度的損傷[18,19]。通過對荷瘤小鼠的研究證明,抗菌肽能顯著抑制ECA腹水瘤荷瘤小鼠腹水的積累;對S180肉瘤和U14宮頸癌的抑瘤率亦達(dá)30%-50%[20]?？咕倪€可以調(diào)動機(jī)體的免疫機(jī)能,從體液免疫方面來抵抗癌瘤的入侵。
3.抗菌肽基因的融合表達(dá)
抗菌肽的天然產(chǎn)量低,合成或從機(jī)體中提取步驟復(fù)雜、產(chǎn)率低、價格相當(dāng)昂貴,利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)抗菌肽具有重要意義?？咕乃鶖y帶的堿性氨基酸使其對蛋白酶非常敏感,必須采用融合表達(dá)策略以抵消其堿性并降低其對宿主細(xì)胞的毒性。
謝維等合成了家蠶抗菌肽CMIV基因,并將其克隆到金黃色葡萄球菌A蛋白和IgG親合的結(jié)構(gòu)域ZZ的融合表達(dá)載體中,得到Pezz318-CMIVV質(zhì)粒,以此質(zhì)粒轉(zhuǎn)化E.coliHB101,得到ZZ-CMIV融合表達(dá)的蛋白,用CBr切割后,得到CMIV肽。李秀蘭等[21]對天然抗菌肽CMIV的氨基酸序列作了50%的改動,根據(jù)E.coli偏愛的密碼子人工合成了肽基因片斷,重組到測序載體,再將此片斷重組到表達(dá)載體Pet28上進(jìn)行表達(dá),融合蛋白經(jīng)CNBr裂解后,具有與天然抗菌肽相同的生物活性。吳映雅等將柞蠶抗菌肽D基因連接在牛成纖維細(xì)胞生長因子cDNA的上游,在酵母中成功地得到了表達(dá),表達(dá)產(chǎn)物具有抗菌活性和牛成纖維細(xì)胞生長因子的抗原性。Kevin等[22]HNP(humanneutrophilpeptide1)和CEME(syntheticcecropin/melittinhybrid)分別與GST(glutathione-S-transferase)、ORRF、IgG結(jié)合序列及SPA(staphylococcalproteinA)在E.coli或S.aureus中融合表達(dá),結(jié)果在S.aureus中雖實(shí)現(xiàn)了與SPA的融合分泌表達(dá),但表達(dá)產(chǎn)量較低;Zhang等[23]選擇RepA蛋白的序列作為抗菌肽的融合表達(dá)伴侶,并插入Histag等序列作為純化親和位點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了在E.coli中的融合表達(dá)。ChristsnenB等研究中得到的融合抗菌肽的抗菌活性比其任何一個供體抗菌肽的活性都高。
4.抗菌肽轉(zhuǎn)基因研究
王志興等把大麥α-淀粉酶的信號肽序列和抗菌肽CecropinB基因或HhivaA基因構(gòu)成嵌合基因,并把此基因?qū)腭R鈴薯,結(jié)果加信號肽序列的CecropinB轉(zhuǎn)基因植株發(fā)青枯病延遲,病情指數(shù)降低。Yarus等[24]用顯微注射法將牛氣管抗菌肽基因轉(zhuǎn)入小鼠,轉(zhuǎn)基因鼠在牛氣管抗菌肽基因控制序列的驅(qū)動下成功的表達(dá)了牛氣管抗菌肽,在鼠乳中的牛氣管抗菌肽對大腸桿菌具有抗菌活性。Reed等研究了以IL-2啟動子/增強(qiáng)子控制轉(zhuǎn)基因鼠中抗菌肽的合成及隨后對布氏桿菌的抑制作用。Reed[25]構(gòu)建了這樣一個DN斷:Shivala片斷,SV40多腺苷酸化/剪切信號肽基因片斷,此片斷加到鼠IL-2基因5’側(cè)-593─110區(qū)域。在受精卵精前核時將此融合基因注入受精卵(微注射法),得到26系小鼠。RT-PCR檢測:有兩系轉(zhuǎn)基因鼠,當(dāng)其脾淋巴細(xì)胞置于3.25mg/kg的conA(刀豆蛋白,一種抗原誘導(dǎo)物)時,可以誘導(dǎo)產(chǎn)生成熟的ShivalamRNA。用一定量的布氏桿菌接種時,有兩系小鼠遭到攻擊。四星期后,在轉(zhuǎn)基因鼠脾臟組織布氏桿菌比非轉(zhuǎn)基因鼠少得多(P<0.05)。DavidWinder等[26]把編碼Ceropin或Melittin的基因放置在MLV(鼠白血病病毒)的啟動子下,轉(zhuǎn)染到EJ細(xì)胞(人膀胱癌細(xì)胞),然后把這些細(xì)胞注入到裸鼠內(nèi),發(fā)現(xiàn)這些腫瘤細(xì)胞停止生長或生長減弱DavidWinder等用PCR擴(kuò)增,Prepromelittin(PPM前蜂毒素原),Premelittin(PM前蜂毒素)和Prececroppin(PC前抗菌肽)三種核酸片斷,均置于MLV啟動子下構(gòu)建融合基因轉(zhuǎn)染進(jìn)EJ細(xì)胞。三種類型的EJ細(xì)胞分別注入裸鼠后,測定50d后的腫瘤生長情況,無抗菌肽基因片斷的EJ細(xì)胞(對照組)致瘤率為70%,帶Cecropin基因片斷的EJ細(xì)胞致瘤率只有39%,PPM為50%,PM為65%,其抑制腫瘤的效果明顯。
5.抗菌肽的應(yīng)用前景
目前,大部分植物抗菌肽是從植物種子中分離獲得的,它們可以保護(hù)植物組織和種子不受真菌病原菌的侵害,但是植物抗菌肽對大部分細(xì)菌無抑制活性。因此,依靠基因工程的方法用其它真核生物的抗菌肽基因來轉(zhuǎn)化農(nóng)作物,培育抗病新品種是當(dāng)前國內(nèi)外研究的一個熱點(diǎn)。
動物抗菌肽和干擾素、補(bǔ)體一樣是機(jī)體非特異性天然防御系統(tǒng)的重要組成部分。機(jī)體受損傷或病原微生物入侵時,能迅速產(chǎn)生抗菌肽來殺傷入侵者,它對正常真核細(xì)胞幾乎沒有作用。另外,因?yàn)榭咕牡暮铣伤俣确浅？?假定核糖體上肽鍵合成速率不變,抗菌肽的產(chǎn)生比IgM要快100多倍),［27］而且小肽的擴(kuò)散比大的蛋白質(zhì)和免疫細(xì)胞更加迅速,作用更顯靈活,所以Boman曾指出,抗菌肽是機(jī)體的一種理想的一線防御物。與普通抗生素相比,抗菌肽的“抗菌譜”更廣,除了抗細(xì)菌外,有的抗菌肽還能作用于真菌、原蟲、有包膜的病毒及癌細(xì)胞(對癌細(xì)胞的選擇性作用可能與其細(xì)胞骨架的改變有關(guān)),同時能加速免疫和傷口愈合過程。這預(yù)示抗菌肽在治療及預(yù)防癌癥和抗病毒、抗感染等方面具有良好的應(yīng)用前景。更為重要的是,由于抗生素的濫用導(dǎo)致菌株產(chǎn)生了抗性,人們需要尋找新的抗菌藥劑?？咕倪@種從生物體中獲得的物質(zhì)恰巧具有獨(dú)特的抗菌機(jī)理,不是像一般的抗生素那樣通過阻斷生物大分子的生物合成來發(fā)揮作用,因而極有希望開發(fā)成為一類新型的廣譜高效抗菌藥物。
隨著研究工作的進(jìn)一步深入,可以預(yù)見,抗菌肽及其基因工程在醫(yī)藥、衛(wèi)生、食品工業(yè)及農(nóng)業(yè)等方面將會發(fā)揮更為重要的作用。另外,有些抗菌肽分子中含有D-氨基酸,這也為研究D-氨基酸如何在核糖體上合成多肽提供了一個理想的模式體系。
6.研究展望及存在問題
抗菌肽是哺乳動物防御系統(tǒng)的一個重要組成部分,具有熱穩(wěn)定、水溶性好、廣譜殺菌甚至有的能殺真菌、原蟲等優(yōu)點(diǎn),而且許多抗菌肽在100℃加熱10min條件下仍能保持一定活力,且對較大的離子強(qiáng)度和較低或較高的pH都有較強(qiáng)的抗性,而對真核細(xì)胞幾乎無作用,僅作用于原核細(xì)胞和發(fā)生病變的真核細(xì)胞,并且與抗生素通過阻斷大分子生物合成的作用機(jī)制完全不同,病源菌不易對其產(chǎn)生耐藥性,由此顯示了它具有獨(dú)特的研究和應(yīng)用價值。近20年來,人們對昆蟲抗菌肽已進(jìn)行了比較系統(tǒng)的理論和應(yīng)用研究,但有關(guān)畜禽抗菌肽基因工程應(yīng)用研究方面的報道較少。從哺乳動物抗菌肽特有的性質(zhì),顯示了它具有以下幾個方面在畜牧生產(chǎn)上的研究和應(yīng)用前景。研究展望及存在問題
6.1藥用前景隨著傳統(tǒng)抗生素的廣泛及長期的應(yīng)用,許多病源菌對它們產(chǎn)生了耐藥性,而具有廣譜抗菌且有獨(dú)特的抗菌機(jī)制的抗菌肽顯然在這方面的應(yīng)用研究中具明顯優(yōu)勢。隨著對抗菌肽結(jié)構(gòu)與活性的關(guān)系、抗菌肽作用機(jī)制及其基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制認(rèn)識的不斷深化,設(shè)計一種高效的、有利于人類健康的抗菌肽作抗生素替代品是完全可行的。
6.2轉(zhuǎn)基因研究及應(yīng)用仔豬腹瀉、奶牛炎及各種病毒性疾病如豬瘟、雞新城疫等一直是棘手的疾病,不利于畜牧業(yè)的發(fā)展。借鑒已成功的昆蟲抗菌肽轉(zhuǎn)基因工程,如轉(zhuǎn)基因蚊子、轉(zhuǎn)基因馬鈴薯、轉(zhuǎn)基因水稻等,把特異的抗菌肽基因轉(zhuǎn)入畜禽特定細(xì)胞讓其表達(dá),從而產(chǎn)生抗病新品種,不失為一條發(fā)展畜牧生產(chǎn)的新思路,前景深遠(yuǎn)。
6.3抗菌肽基因表達(dá)調(diào)控及抗菌肽添加劑研究研究表明,［28］抗生素添加劑的使用嚴(yán)重破壞了動物腸道的微生物平衡,并易在動物體內(nèi)殘留,嚴(yán)重影響了畜產(chǎn)品的品質(zhì)和人類的健康。用基因工程方法生產(chǎn)環(huán)保型抗菌肽添加劑,或者,通過日糧因素調(diào)控抗菌肽基因的表達(dá)而達(dá)到畜產(chǎn)品無抗素化值得進(jìn)一步研究。
然而,由于抗菌肽分子小,分離提純存在一定的困難,故天然資源有限?；瘜W(xué)合成和基因工程法獲得抗菌肽是主要手段,但化學(xué)合成抗菌肽成本高,而通過基因工程在微生物中直接表達(dá)抗菌肽基因,則可能對宿主有害而不能獲取表達(dá)產(chǎn)物。所以,對抗菌肽的結(jié)構(gòu)、構(gòu)效關(guān)系及作用機(jī)理還需進(jìn)一步研究。
7.結(jié)束語
抗菌肽是生物體對外界病原物質(zhì)侵染而產(chǎn)生的一系列免疫應(yīng)答反應(yīng)產(chǎn)物,它的出現(xiàn)為人們尋找理想的抗菌藥物提供新的領(lǐng)域,尤其是當(dāng)今許多抗生素產(chǎn)生了耐藥性,因此抗菌肽具有巨大的應(yīng)用潛力?；蚬こ碳夹g(shù)的發(fā)展,極大的促進(jìn)了抗菌肽的研究和開發(fā),通過抗菌肽基因的克隆與表達(dá)而大量生產(chǎn)成為可能。雖然抗菌肽目前還不能直接應(yīng)用于養(yǎng)殖業(yè),但抗菌肽獨(dú)特的作用機(jī)理不易產(chǎn)生耐藥性的特性將吸引科研工作的不斷深入,可以相信抗菌肽將在動物養(yǎng)殖和提高畜產(chǎn)品品質(zhì)方面發(fā)揮重要作用。
參考文獻(xiàn)
［1］.HancockREW.TheLancet,1997,349(9049):418
［2］.STEINERHD,HULTMARKA。,ENGSTR¨OMH,etal.Sequenceandspecificityoftwoantibacterialtwoantibacterialproteinsinvolvedininsectimmunity[J].Nature,1981,292:246-248.
［3］.CAMMUEBP,DEBOLLEMF,SCHOOFSHM,etal.Gene-encodedantimicrobialpeptidesfromplants[J].CibaFoundSymposium,1994,186:91-106.
［4］.LAMBERTYM.InsectimmunityisolationfromthelepidopteeranHeliothisvirescensofanovelinsectdefensinwithpotentantifungalactivity[J].JbiolChem,1999,274:9320-9326
［5］.李文楚,黃自然.昆蟲抗菌肽及其基因工程、轉(zhuǎn)基因動物[M].廣州:廣東科學(xué)技術(shù)出版社,1996.118-128.
［6］.鄭青,鮑時翔,姚汝華,等.新型抗菌肽基因設(shè)計、合成及在酵母中表達(dá)Ⅰ———雜合抗菌肽基因的設(shè)計與合成[J].華南理工大學(xué)學(xué)報,1998,26(3):60-63.
［7］.ZaslofM,etal.ProcNatlAcadSciUSA,1987,84:5449～5455.
［8］.BAgerberth,JYLee,etal.EuropeanJournalofBiochemistry,1991,202:849～854.
［9］.陳留存,王金星.生物工程進(jìn)展,1999,19(5):55～59.
［10］.饒賢才,胡福泉,等.生命的化學(xué),2001,21(5):357～359.
［11］.MarchiniD,etal.[J].InsectBiochemMolBiol,1993,23(5):591-598.
［12］.RadermacherSW,etal.[J].JneurosiRes,1993,36(6):657-662.
［13］.LockeyTD,eral.[J].EurJBiochem,1996,236(1):236-271.
［14］.SaberoalG,.etal.[J].BiochemBiophysActa,1994,1197(2):109-131.
［15］.GazitE,etal.[J].Biochemistry,1994,33(35):10681-10692.
［16］.MariamE.etal.[J].InternationalJofAntimicrobialAgents,1999,13:57-60.
［17］.ShahabuddinM,etal.[J].ExperimentalParasitogy,1998,89(1):103-112.
［18］.王芳,等.[J].生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展,1998,25(1):64-67.
［19］.賈紅武,等.[J].蠶業(yè)科學(xué),1996,22(4):62.
［20］.許玉澄,等.[J].動物學(xué)研究,1998,19(4):263-268.
[21].李秀蘭等.家蠶抗菌肽CMIV基因結(jié)構(gòu)改造及表達(dá)產(chǎn)物的研究[J].中國生物化學(xué)與分子生物學(xué)報,1999,15(3):
387-391.
［22］.KevinLP,MelissaHB,RoberEW.RecombinantDNAproceduresforproducingsmallantimicrobialcationicpeptideinbacteria[J].Gene.1993,134:7-13.
［23］.ZhangL,FallaT,WuM,etal.Determintsofrecombinantproductionofantimicrobialcationicpeptidesandcreationofpeptidevariantinbacteria[J].mun.1998,247:674-680.
［24］.YarusS,RosenJM,ColeAM,etal.Productionofactivebovinetra-chealantimicrobialpeptideinmilkoftransgenicmice[J].ProcNatlAcadSciUSA.1996,93:14118-14121.
［25］.RddeWA,ElzerPH,EnrightFM,etal.Interleukin2promoer/enhancecontrolledexpressionofasyntheticcecropin-classlyticcpeptideintransgenicmiceandsubsequentresistancetoBrucellaSabortus[J].TransgenicResearch.
1997,6:337-347.
［26］.DavidW,WaterH,GunzburJ,etal.Expressionofantimicrobialpeptideshasanantitumoureffectinghumancell[J].Biochem
mun.198,242:608-612.(007)
[關(guān)鍵詞]林業(yè)育種 新技術(shù) 應(yīng)用
中圖分類號：X12 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）30-0210-01
1.引言
林業(yè)育種是林業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)與重點(diǎn)所在。只有抓好育種工作，培育出易生長，快生長的樹木品種，才可以進(jìn)一步實(shí)行退耕還林，增加社會的綠化面積。為達(dá)到這一目的。諸多的研究學(xué)者與工作人員在育種方面投入了巨大的精力，并取得了不錯的成績。在林業(yè)產(chǎn)業(yè)中，林木品種的好壞，直接影響著我們的林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的好壞。通過新技術(shù)的應(yīng)用，可以有效快速的提高林業(yè)育種的成功率和優(yōu)質(zhì)率。
2.林業(yè)育種新技術(shù)的應(yīng)用
科學(xué)的種植方法能夠節(jié)省森林建設(shè)成本，生長環(huán)節(jié)以及開采使用都更加科學(xué)合理。育種過程中如果土壤中的營養(yǎng)成分不足，可以人工進(jìn)行補(bǔ)充，向土壤中灌輸營養(yǎng)液。生物技術(shù)以常規(guī)育種方法為基礎(chǔ)，并對之進(jìn)行了相應(yīng)的延伸與補(bǔ)充，這兩者密不可分。傳統(tǒng)的育種方法融合生物技術(shù)，是未來植物育種的研究方向。大力采用生物技術(shù)，逐步克服常規(guī)育種的不足，使傳統(tǒng)育種方式轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代育種方式。
2.1 分子標(biāo)記育種
通過分子標(biāo)記來挑選育種材料，這種方式也叫分子標(biāo)記育種。它受環(huán)境與季節(jié)的影響不大，可以有效提高選擇效率，促進(jìn)育種進(jìn)程提高。利用分子標(biāo)記組裝各類抗病，高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)樹種就可以成功被選中。林業(yè)分子標(biāo)記的研究起步較晚，基礎(chǔ)差。目前，雖然分子標(biāo)記技術(shù)在林業(yè)選擇育種中得到了一定的應(yīng)用，但仍然存在著缺點(diǎn)和不足。首先，分子標(biāo)記種類應(yīng)用不平衡，RAPD以外的標(biāo)記研究較少，而RAPD技術(shù)重演性低，穩(wěn)定性差，易受環(huán)境影響。其次，現(xiàn)有的分子標(biāo)記技術(shù)還不具備理想的DNA標(biāo)記特點(diǎn)。AFLP技術(shù)對基因微小差異高度敏感，但其與RFLP技術(shù)一樣，對技術(shù)要求苛刻，成本高；SSR技術(shù)雖然多態(tài)性豐富、重復(fù)性高、穩(wěn)定可靠，但必須依賴測序設(shè)計引物，成本也較高；SNP技術(shù)多態(tài)性高，速度快，基于SNP的圖譜用于群體分析具有許多優(yōu)勢，但大多數(shù)普通類型的SNP信息量不大，某一個SNP在群體間的有用性不同，要在SNP與變化形式間建立相關(guān)性較難。第三，目前，植物分子標(biāo)記大多數(shù)針對某單一性狀，分子標(biāo)記的多態(tài)性低，遺傳圖譜飽和度差，標(biāo)記間距離大。第四，分子標(biāo)記技術(shù)對實(shí)驗(yàn)人員、儀器設(shè)備和試劑等要求較高，且費(fèi)用也相對較高，推廣該技術(shù)還需要一個長期的過程。相對于傳統(tǒng)的基于性狀表現(xiàn)的方法，運(yùn)用分子標(biāo)記技術(shù)可以對目標(biāo)性狀基因型進(jìn)行早期選擇而不受環(huán)境條件的影響。這使得人為定向修飾某或某些目標(biāo)性狀并保留其他原有的優(yōu)良性狀，培育出新、優(yōu)、特的林業(yè)品種擁有了更高的可操作性，縮短了育種時間，提高了育種效率。近年來，分子標(biāo)記技術(shù)在林業(yè)雜交親本的選配，雜種實(shí)生苗的早期鑒定選擇，雌雄異株幼苗的性別鑒定，抗病等目的基因的快速檢測等方面都有應(yīng)用。它為人們充分了解、認(rèn)識以及更好地改良、利用林業(yè)創(chuàng)造了有利條件。隨著生物化學(xué)、基因組學(xué)和計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，分子標(biāo)記技術(shù)將具有廣闊的發(fā)展空間。
2.2 細(xì)胞工程育種
林木細(xì)胞工程是指在離體組織或細(xì)胞水平上，對植物進(jìn)行培養(yǎng)、增殖以及遺傳操作（體細(xì)胞融合等），從而大量繁育優(yōu)良性狀植株或植物新品種以及代謝產(chǎn)品的技術(shù)體系。近20年來林木細(xì)胞工程有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。從1990年開始，我國相繼對楊樹、毛白楊、懸鈴木、白花泡桐、桑樹、小葉楊、中華獼猴桃、枸杞等樹種進(jìn)行了原生質(zhì)體培養(yǎng)并獲得了植株。為原生質(zhì)體融合及外源基因?qū)雱?chuàng)造了良好的條件。南京林業(yè)大學(xué)獲得小葉楊×美洲黑楊雜種原生質(zhì)體再生植株，并對其遺傳變異進(jìn)行了研究，為楊樹細(xì)胞工程育種開辟了一條新路。
2.3 基因工程育種
基因工程是指把在體外插入病毒、質(zhì)?；蚱渌d體分子的核酸分子（目的基因）導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行無性繁殖，使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，產(chǎn)生出人類需要的基因產(chǎn)物。植物基因工程在目前社會中已經(jīng)被應(yīng)用在各個生產(chǎn)領(lǐng)域中。在林業(yè)工程中采用基因工程對林木新品種進(jìn)行培育和改良，有助于減少環(huán)境污染，提高林業(yè)效率。蟲害是林業(yè)生產(chǎn)的大敵采用常規(guī)育種手段對林木抗蟲性進(jìn)行改良，不僅周期長，而且抗性資源少，限制了林木的抗性育種。運(yùn)用基因工程技術(shù)培育抗性品種則成為最有效的生物防治之一。在耐鹽堿基因工程方面，采用先進(jìn)的轉(zhuǎn)基因技術(shù)，有利于對植物復(fù)雜的抗旱、耐鹽機(jī)制開展研究，了解植物一系列形態(tài)和代謝過程的變化。結(jié)合在干旱地區(qū)、海灘種植及可用海水澆灌的林木，開展多基因的轉(zhuǎn)化研究，可以增加外援基因的表達(dá)效率。利用基因技術(shù)，體胚誘導(dǎo)技術(shù)、細(xì)胞雜交技術(shù)等尖端技術(shù)不斷發(fā)展。目前，美國、德國等林業(yè)發(fā)達(dá)國家普遍利用組培技術(shù)進(jìn)行了大規(guī)模工廠化育苗，取得了令人矚目的成績。
2.4 激光育苗技術(shù)
利用激光輻照生物體誘導(dǎo)其發(fā)生遺傳性變異，再根據(jù)育種目標(biāo)進(jìn)行選擇和培育新品種就是激光育種技術(shù)。激光具有極高的功率密度，可被應(yīng)用于種子催芽和誘變育種，作為林木育種和基因改良的新技術(shù)手段。我國廣大育種工作者不懈努力，最近幾年，激光誘變育種研究有了新的進(jìn)展。激光被應(yīng)用于育種主要體現(xiàn)在：可以刺激植物種子催芽。小劑量激光輻照對生物有刺激效應(yīng)。研究已表明，種子的休眠狀態(tài)可以被激光輻照打破，這樣種子活力得到提高，形態(tài)結(jié)構(gòu)得到改善，植株生長發(fā)育更好。激光輻照誘變育種技術(shù)操作簡單、安全，正變率高，輻射損傷輕，誘變當(dāng)代即可出現(xiàn)遺傳性突變等特點(diǎn)，是林木遺傳育種研究中一種十分有效的技術(shù)手段。此外，激光加熱還可引起林木種子一系列的變化，如酶失活、蛋白質(zhì)變性，促使生物產(chǎn)生生理遺傳變異。再如，激光加熱以后，電磁場發(fā)揮作用，產(chǎn)生自由基導(dǎo)致DNA損傷，種子的微觀結(jié)構(gòu)改變，進(jìn)而引起遺傳突變。
3.結(jié)束語
綜上所述，獲得優(yōu)質(zhì)的林木幼苗往往需要很多年的研究、培育才能將新產(chǎn)品推廣。不僅經(jīng)歷的繁重周期長，并且還需投入大量的人力物力。所以，只有不斷的提出更高的要求，尋找更新的方向，研究更精的技術(shù)，才能我國林業(yè)產(chǎn)業(yè)獲得長足的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論不但應(yīng)該是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成果的概論，而且也應(yīng)該是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展歷史和規(guī)律的概論。離開現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)生、發(fā)展的歷史，靜止、孤立地介紹現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的基本理論和成果，就會使現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論這門課程變得零亂龐雜而不成體系。而如果把“史”與“論”有機(jī)地結(jié)合和統(tǒng)一起來，則不但能克服“零亂龐雜”的缺陷，而且還能為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論這門課程注入生機(jī)和活力。同時，把“史”與“論”結(jié)合起來，更是為思想政治教育專業(yè)學(xué)生開設(shè)這門課程的教學(xué)目的之所需。作為思想政治教育專業(yè)的學(xué)生，通過現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論課程的學(xué)習(xí)，不但要了解現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的主要成果、歷史演進(jìn)和完整體系，而且要了解科學(xué)技術(shù)發(fā)生、發(fā)展的一般過程和規(guī)律，了解哲學(xué)產(chǎn)生的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)以及對于推動科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要作用和意義。因此，只有做到史論結(jié)合，才能達(dá)到開課的目的和要求。
2現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論的教學(xué)內(nèi)容與體系
根據(jù)上述三原則，筆者認(rèn)為，思想政治教育專業(yè)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)概論課程的內(nèi)容與體系可做如下安排。導(dǎo)言。概要介紹現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)及其理論基礎(chǔ)、前沿陣地、中心內(nèi)容和綜合體現(xiàn)。
第一章，現(xiàn)代物理學(xué)革命及其影響。介紹現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的理論基礎(chǔ)———相對論和量子力學(xué)。引言，概述近代物理學(xué)的輝煌成就及其所遇到的“兩朵烏云”。第一節(jié)，相對論的建立。根據(jù)邏輯與歷史相統(tǒng)一的原則，具體講授伽利略變換和力學(xué)相對性原理，邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)，洛倫茲變換的提出，愛因斯坦的狹義相對論及其主要結(jié)論，廣義相對論及其驗(yàn)證。第二節(jié)，量子力學(xué)的建立和發(fā)展。一、量子力學(xué)產(chǎn)生的歷史背景，概要介紹黑體輻射理論和紫外災(zāi)難。二、量子力學(xué)的建立與發(fā)展，具體講述普朗克的量子假說，愛因斯坦的光量子理論，玻爾對原子結(jié)構(gòu)的量子解釋，德布羅意的物質(zhì)波，薛定諤的波動方程，海森伯的矩陣力學(xué)。第三節(jié)，現(xiàn)代化學(xué)理論的發(fā)展。主要講授元素周期理論的新發(fā)展和現(xiàn)代化學(xué)鍵理論。
第二章，原子物理學(xué)的開發(fā)研究及應(yīng)用。主要講授從物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究到原子能的開發(fā)和應(yīng)用。第一節(jié)，對微觀世界的探索和認(rèn)識。一、物質(zhì)結(jié)構(gòu)初探，復(fù)習(xí)回憶德謨克利特的原子論，道爾頓的原子說，門捷列夫的元素周期律。二、向原子世界的進(jìn)軍，主要講授X射線、放射性元素及電子的發(fā)現(xiàn)，原子結(jié)構(gòu)模型及其實(shí)驗(yàn)和發(fā)現(xiàn)，原子核結(jié)構(gòu)模型及其實(shí)驗(yàn)和發(fā)現(xiàn)，對基本粒子家族的認(rèn)識。第二節(jié)，原子能的開發(fā)研究及應(yīng)用。一、原子能的開發(fā)研究:重點(diǎn)介紹原子能開發(fā)研究中的三大發(fā)現(xiàn)，即慢中子效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)、核裂變的發(fā)現(xiàn)和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)現(xiàn)。二、原子能的應(yīng)用，包括能源方面的應(yīng)用和放射性同位素的應(yīng)用。能源方面的應(yīng)用包括兩個方面:一是軍用三彈即原子彈、氫彈和中子彈的研制;二是核電站的發(fā)展，主要介紹從慢中子反應(yīng)堆到快中子增殖堆再到核聚變反應(yīng)堆的歷史發(fā)展。放射性同位素的應(yīng)用可概要介紹在生產(chǎn)、生活、科研、軍事上的應(yīng)用及其成果。
第三章，生物學(xué)與生物工程技術(shù)。生物學(xué)是研究生命的科學(xué);生物工程技術(shù)是用人工的方法創(chuàng)造生命的技術(shù)。生命科學(xué)是現(xiàn)代科學(xué)的三大前沿陣地之一;生物工程技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的主要內(nèi)容。第一節(jié)，生命的起源和生物的進(jìn)化。一、生命起源的化學(xué)進(jìn)化歷程:從無機(jī)小分子物質(zhì)生成有機(jī)小分子物質(zhì);從有機(jī)小分子物質(zhì)形成有機(jī)高分子物質(zhì);從有機(jī)高分子物質(zhì)形成有機(jī)多分子體系;從有機(jī)多分子體系演化成原始生命物質(zhì)。二、生物進(jìn)化論，主要介紹拉馬克的生物進(jìn)化學(xué)說和達(dá)爾文的生物進(jìn)化論。第二節(jié)，現(xiàn)代遺傳學(xué)和分子生物學(xué)。一、遺傳學(xué):主要講授孟德爾的豌豆實(shí)驗(yàn)及其遺傳學(xué)說;摩爾根的果蠅實(shí)驗(yàn)及其遺傳學(xué)說。二、分子生物學(xué):重點(diǎn)介紹蛋白質(zhì)的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和功能;核酸的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和功能。第三節(jié)，生物工程技術(shù)。生物工程包括酶工程、發(fā)酵工程、細(xì)胞工程和基因工程四個部分的內(nèi)容。因?qū)W時限制，可重點(diǎn)介紹細(xì)胞工程和基因工程兩個部分。一、細(xì)胞工程，應(yīng)首先講授細(xì)胞的全能性，然后在細(xì)胞全能性的基礎(chǔ)上具體介紹植物組織培養(yǎng)技術(shù)、細(xì)胞融合技術(shù)、細(xì)胞折合和胚胎移植技術(shù)、克隆技術(shù)等內(nèi)容。二、基因工程:(1)基因工程的基礎(chǔ)研究，主要介紹限制性內(nèi)切酶、連接酶和基因載體的發(fā)現(xiàn)和研制。(2)基因工程的基本程序和方法，包括獲取目的基因DNA、獲取載體基因DNA、目的基因DNA與載體基因DNA的重組、把重組的DNA轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞進(jìn)行增殖和篩選轉(zhuǎn)基因生物體五個步驟及方法。三、生物技術(shù)的應(yīng)用前景。主要介紹生物醫(yī)藥的研制及應(yīng)用、生化工業(yè)的迅速發(fā)展、轉(zhuǎn)基因動植物的大量出現(xiàn)，人類基因組計劃(HGP)及其廣闊的應(yīng)用前景。
第四章，天文學(xué)和天體演化學(xué)說。天體演化學(xué)說是現(xiàn)代科學(xué)的三大前沿陣地之一，本章在重點(diǎn)講述天體演化學(xué)說之前，先把天文學(xué)的相關(guān)知識作一簡單介紹。第一節(jié)，天文學(xué)及其產(chǎn)生和發(fā)展。一、概要介紹天文學(xué)的研究對象和分類;二、重點(diǎn)講授天文學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展:具體介紹古代天文學(xué)、近代經(jīng)典天文學(xué)和現(xiàn)代天文學(xué)的發(fā)展情況。第二節(jié)，獲取天體信息的渠道和手段;可分三個大問題來講述。一、獲取天體信息的渠道，主要介紹電磁輻射、宇宙線和中微子三條途徑;二、獲取天體信息的物質(zhì)手段和儀器設(shè)備，主要介紹人眼的構(gòu)造和功能、光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、射電望遠(yuǎn)鏡和天體攝譜儀;三、天文觀測發(fā)展簡史:依次介紹光學(xué)天文學(xué)、射電天文學(xué)和空間天文學(xué)。第三節(jié)，天體的起源和演化。一、宇宙的起源和演化:主要介紹牛頓“無限無邊”宇宙模型及其疑難、愛因斯坦“有限無邊靜態(tài)”宇宙模型及其疑難、哈勃定律與大爆炸宇宙模型;二、星系的形成和演化:先對星系及其類型作一簡單的介紹，然后在此基礎(chǔ)上介紹星系的形成和演化;三、恒星的形成和演化:具體介紹恒星的形成，表征恒星演化過程的赫羅圖，恒星演化過程的三階段，即主序星階段、紅巨星階段和恒星的三種歸宿(白矮星、中子星和黑洞);四、太陽系的形成和演化:主要介紹太陽系的基本情況和太陽系的形成和演化兩部分內(nèi)容;五、地球的構(gòu)造和演化:包括地球概況、地球的圈層構(gòu)造和地球的形成和演化。
第五章，信息技術(shù)和激光技術(shù)。人類歷史在經(jīng)歷了6000年的農(nóng)業(yè)社會和近300年的工業(yè)社會以后，現(xiàn)在正在迅速走向第三個文明社會———信息社會。所謂信息社會，就是信息在社會生產(chǎn)和生活中起主導(dǎo)作用的社會。信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)，是信息社會的重要支柱。所謂信息技術(shù)，就是信息的獲取、傳遞和處理技術(shù)。信息技術(shù)以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)，包括計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、光導(dǎo)技術(shù)和人工智能技術(shù)等。第一節(jié)，微電子技術(shù)。一、微電子技術(shù)的出現(xiàn):具體介紹集成電路的誕生、集成電路的種類及其歷史發(fā)展和集成電路的制作工藝;二、微電子技術(shù)的應(yīng)用。第二節(jié)，計算機(jī)技術(shù)。一、計算機(jī)概述:具體介紹計算機(jī)的結(jié)構(gòu)與功能、計算機(jī)的特點(diǎn)和計算機(jī)的歷史發(fā)展;二、計算機(jī)的應(yīng)用:主要包括數(shù)值計算或科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理或稱信息處理、實(shí)時控制或稱過程控制、計算機(jī)輔助系統(tǒng)、人工智能或稱智能模擬等;三、信息高速公路。第三節(jié)，通信技術(shù)。一、電氣通信:主要介紹電話通信和非電話通信及傳真;二、光纖通信:具體介紹光纖通信的基本原理、光纖通信的優(yōu)點(diǎn)、光纖通信的應(yīng)用和發(fā)展;三、衛(wèi)星通信。第四節(jié)，激光技術(shù)。一、激光與激光器:具體介紹激光產(chǎn)生的基本原理、激光的特點(diǎn)、激光器的構(gòu)造等內(nèi)容。二、激光技術(shù)的應(yīng)用:概要介紹激光加工(包括激光鑄模、激光切割、激光焊接、激光雕刻等)技術(shù)及其在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、軍事上的廣泛應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】生物學(xué)科；導(dǎo)入方法；學(xué)習(xí)興趣
一節(jié)完整的課一般包括導(dǎo)入、新課講授、知識鞏固、課堂練習(xí)等幾個環(huán)節(jié)，其中，作為一節(jié)課“序曲”的導(dǎo)入環(huán)節(jié)，它的設(shè)計科學(xué)與否，將對于接下來整節(jié)課的教學(xué)質(zhì)量產(chǎn)生重要的影響。在生物課堂教學(xué)中，可以通過哪些方式來設(shè)計導(dǎo)入環(huán)節(jié)呢？
一、復(fù)習(xí)式導(dǎo)入法
生物學(xué)科是一門系統(tǒng)性很強(qiáng)的學(xué)科，很多的知識之間都存在著千絲萬縷的聯(lián)系，新知識的學(xué)習(xí)往往要以舊知識作為基礎(chǔ)。因此，教師在開展生物教學(xué)的時候，可以利用復(fù)習(xí)的方式來設(shè)計導(dǎo)入環(huán)節(jié)。例如，我在給學(xué)生講到“光合作用”的時候，由于初中階段學(xué)習(xí)過光合作用的相關(guān)知識，于是在進(jìn)行課前導(dǎo)入的時候，我就讓學(xué)生先回憶一下初中學(xué)習(xí)過的有關(guān)光合作用的知識，并思考什么是光合作用,光合作用發(fā)生的條件、過程和結(jié)果分別是什么。經(jīng)過思考和討論以后，學(xué)生初步得出了有關(guān)光合作用的知識，包括光合作用吸收二氧化碳、呼出氧氣，光合作用可以把無機(jī)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)物等。在有了一定的知識基礎(chǔ)以后，再進(jìn)行本節(jié)知識的講解，讓學(xué)生對光合作用進(jìn)行進(jìn)一步深入的探討，這樣，會讓學(xué)生在思維方面有一定準(zhǔn)備，從而有利于學(xué)生更好地接受新知識。
二、問題式導(dǎo)入法
問題是思維的源泉，很多時候，一個有價值的問題往往能夠激起千層浪，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行積極的思考。為此，我們在開展生物課時，就可以適當(dāng)利用問題設(shè)置來導(dǎo)入新課，讓學(xué)生在問題的引導(dǎo)下自然地進(jìn)入到新知識的學(xué)習(xí)中來。例如，我在給學(xué)生講到必修二第六章第二節(jié)的知識《基因工程及其應(yīng)用》時，教材上雖然清楚地介紹了基因工程的原理及其操作步驟，但是如果教師在上課的時候直接進(jìn)入主題，給學(xué)生按照教材的順序一一介紹基因工程的原理及其操作步驟，這樣，學(xué)生只會對這些知識形成一個較為淺顯的理解，而無法真正認(rèn)識和理解基因工程這項(xiàng)技術(shù)。為此，我在上課之前，給學(xué)生設(shè)計了這樣一個導(dǎo)入環(huán)節(jié)：首先，我先讓學(xué)生回顧一下之前學(xué)習(xí)過的雜交育種和誘變育種的過程和方法，經(jīng)過回顧舊知識，使得學(xué)生了解到，在傳統(tǒng)的育種方法中，一般只能夠在同一種類的生物中進(jìn)行，而無法將一種生物的優(yōu)良性狀移植到另外一種生物上。說到這里，自然就可以提出問題：“有沒有什么方法能夠?qū)崿F(xiàn)不同種類生物之間的基因交流呢？”這時候，很多學(xué)生都想到了植物嫁接的方法。這時候，教師就可以接著提問：“雖然可以嫁接，但是嫁接后所生長出來的果實(shí)在性狀上還是同原來的生物一樣，有沒有什么方法只保留某個物種的某個優(yōu)點(diǎn)呢？”這下，學(xué)生又再一次陷入了思考之中。片刻過后，就有學(xué)生提出了基因雜交、基因嫁接、基因轉(zhuǎn)移等。當(dāng)學(xué)生思考到了這一步，基本上已經(jīng)了解了基因工程的意義所在。為了拓展學(xué)生的思維，這時候，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生自己想象一下，如何完成這個基因嫁接的技術(shù)。在教師的引導(dǎo)和相互討論中，學(xué)生想到了很多的方法，這時候，再打開課本，讓學(xué)生對比一下教材上的方法和自己想到的方法有哪些異同點(diǎn)，找出自己想法中的不足之處。通過這種對比以后，學(xué)生能夠迅速且準(zhǔn)確地掌握本節(jié)課的新知識，從而達(dá)到了教學(xué)的目的。
三、實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入法
作為一門自然學(xué)科，生物學(xué)科的基礎(chǔ)也是源自于科學(xué)的實(shí)驗(yàn)。由于高中階段很多的生物知識具有一定的抽象性，如果單靠語言的描述很難講的清楚透徹。為此，很多時候，教師都會借助于實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行知識的講解。這種實(shí)驗(yàn)手段相較于理論講授，其直觀性、生動性要更強(qiáng)，因此，大部分的學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)的興趣會更加濃厚。因此，在生物課上，教師也可以利用一些簡單的小實(shí)驗(yàn)來引起學(xué)生的興趣，進(jìn)而導(dǎo)入新課。例如，為了讓學(xué)生了解“植物細(xì)胞對于水分的吸收”，我就在上課之前，給學(xué)生做了一個植物細(xì)胞的吸水和失水實(shí)驗(yàn)：將兩根放置了一段時間的蘿卜條分別浸入清水和鹽水之中，經(jīng)過一段時間以后把兩根蘿卜條拿出來，經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，浸入清水的蘿卜條變得比之前要堅挺的多，而浸入鹽水的蘿卜條則比之前更加軟。通過這個實(shí)驗(yàn)，向?qū)W生生動地說明了植物的細(xì)胞對于水分的吸收，從而順利地導(dǎo)入新課內(nèi)容。
四、比喻導(dǎo)入法
在生物學(xué)科中，很多的知識概念對于學(xué)生來說既陌生又抽象，從而給學(xué)生的理解帶來很多的困難。若教師在上課的時候，能夠利用生動的比喻來講解這些抽象的知識和概念，就會有效幫助學(xué)生理解和掌握知識。例如，我在給學(xué)生講到必修一第四章的“物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸”，就在上課的時候用“過河”的比喻開啟了本節(jié)課的新知講解：現(xiàn)在，我們把物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸比喻成某人要坐船過河，其中船相當(dāng)于載體，而河則相當(dāng)于膜，過河所需要的運(yùn)費(fèi)則相當(dāng)于能量。就這樣，一個生動的比喻，就使得學(xué)生在上課的一開始，對于本節(jié)課的知識有了一個直觀清楚的認(rèn)識，這樣，教師再進(jìn)行新課的講解，效果自然事半功倍。
常言道，良好的開端是成功的一半。對于教師來說，能否設(shè)計好課前導(dǎo)入，在上課之初就做到先聲奪人，這對于提升課堂教學(xué)質(zhì)量具有非常重要的意義。為此，作為一名高中生物教師，我們在開展生物課堂教學(xué)的時候，一定要結(jié)合生物學(xué)科的特點(diǎn)設(shè)計出適合的導(dǎo)入內(nèi)容，努力通過科學(xué)有效的導(dǎo)入激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，啟發(fā)學(xué)生的思維，使得學(xué)生在短時間內(nèi)迅速集中注意力，進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，進(jìn)而高效、圓滿地完成課堂教學(xué)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)既定的課堂教學(xué)目標(biāo)。
【參考文獻(xiàn)】
[1]孫曉東.論高中生物學(xué)科的導(dǎo)入藝術(shù)[J].教育教學(xué)論壇,2010年25期
[2]鄒光成.淺談高中生物學(xué)課堂教學(xué)導(dǎo)入藝術(shù)[J].凱里學(xué)院學(xué)報,2009年第03期
