分子生物学的主要内容范文

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中图分类号 G40-056 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2012）22-0336-01

分子生物学是从分子水平研究生物大分子的结构与功能从而阐明生命现象本质的一门科学[1]。自20世纪50年代以来，分子生物学已发展成为当前生命科学发展的主流，是目前最具潜力、最迅速的生命学科之一，成为研究生物学及相关科学的一个有力工具[2-3]。加强分子生物学实验教学，不仅有利于培养学生掌握分子生物学的理论基础知识和实验操作技能，而且有利于培养学生形成正确的科学研究素养和创造思维精神，让学生更好地进入科学研究领域[4]。

1 面临的问题

师范院校研究生的分子生物学基础较为薄弱，学生大部分来源于省市级师范院校，“985”和“211”高校生源较少。师范类院校本科教育以培养中学教师为目的，更注重培养学生的理论知识，对学生的实验动手能力、创造性思维能力、科研素养等重视不够。同时，所读本科师范院校为省市级院校，学校师资、实验条件、资金等条件一般，较难进行系统规范的分子生物学实验教学。

当前师范院校硕士研究生培养时间为3年，学生进校第1年要进行文化课程学习，第3年要提前写毕业论文，做科研的时间相对较短。分子生物学是一门实践操作性很强的课程，大部分研究生的课题研究都需要用到。如何在较短的时间里提高学生的分子生物学理论知识水平，培养学生扎实的实验操作能力，增强分子生物学的科研素养，让学生更好地进入科学研究领域是分子生物学实验教学面临的最主要问题。

2 改革的主要内容

2.1 师资队伍

师资队伍是分子生物学实验教学首要环节。教师必须具备较强的科研素养，具有较长的分子生物学研究经历及不断获取国际先进技术和经验的能力。由于分子生物学的特殊性，教师最好具有在国外较有影响的分子生物学实验室学习工作的经历；同时，要承担有国家、省部级的科研课题。做为师范院校的学生，实验操作能力的提高是目前最为迫切的任务。分子生物学实验是非常细致的操作，因此具有较好的操作技能、未离开科研实验工作第一线的老师的实验演示对学生实验技能的掌握具有重要作用。同时，兴趣是最好的老师，教师对科研工作特别是对分子生物学的精到理解，对学生科研兴趣的培养尤为重要。具有较高造诣的分子生物学专任教师任教，有利于培养学生形成正确的科研精神和创新思维。要加大师资队伍建设，要让优秀的分子生物学专业且仍在科研实验工作第一线的教师投入到分子生物学实验教学的工作中。

2.2 实验平台

实验平台是分子生物学实验教学的重要保障。分子生物学实验要用到较多大型的实验仪器，如PCR仪、分光光度计、冷冻高速离心机、凝胶成像系统等，需要投入大量的资金购买必备的实验仪器。另外，分子生物学实验对实验场地的要求较高，为保证教学效果，每位学生基本要做到每人独立实验。因此，在加强实验平台的建设上，要加大资金投入，建立独立专门的研究生分子生物学实验室；要让实验仪器公开化、常态化，提高实验仪器的使用率；要让每一个学生都有足够的机会操作实验仪器，让每个学生都能熟练掌握常用的分子生物学实验仪器。

2.3 教材教学

教材教学是分子生物学实验教学的核心内容。师范院校研究生的生源不一，分子生物学基础差异较大，学生在研究生期间开展的课题对分子生物学掌握程度的要求又一样。因此，教材教学显得尤为重要。

2.3.1 科学研究与实验教学相结合。打破传统的固定化的教学模式，更新陈旧的教学内容，把科研素质培养放在实验教学的第一位。教师要把科学研究的思维灌注于整个分子生物学实验教学过程中，适时将任课老师的科研项目引入到实验课程中来。研究生进入学校后，都会较早地了解自己在研究生阶段即将开展的课题的大致方向，因此要把实验教学与科研项目和研究生各自的课题联系起来。教师要以科学研究的指导思想来引领和统筹开展实验教学。

2.3.2 教材讲授与专题讲座相结合。在教学内容上，教材讲授与新进展专题讲座相结合，注重科学研究的新发展，要适时邀请相关领域较有造诣的教授就某些专题进行报告。分子生物学是一门发展中的学科，注重科学研究的前沿讲授，让学生及时了解分子生物学的最新发展尤为重要。专题讲座有利于拓宽学生的科研视野，提高学生的科研思维能力，增强学生的科研素养，培养学生的科研兴趣，让学生及早由本科生的教材学习向研究生的科学研究过渡。

2.3.3 基础实验与研究实验相结合。基础实验包括质粒DNA的提取、琼脂糖凝胶电泳、酶切鉴定、PCR技术、DNA的纯化、载体的构建、感受态细胞的制备、细胞转化、重组子鉴定、RNA提取等常规分子生物学实验。同时，让学生根据自己的课题科研需要，自主查阅资料设计实验，利用基础实验的常规技术进行研究实验。在实验过程中，任课老师可以定期组织学生汇报，也可附以邮件等方式及时解决实验问题。研究实验以上交毕业论文的形式进行考核，学生均要按照课题研究背景、研究目标、研究意义、实验方法、实验结果、分析讨论进行撰写论文，同时以小型答辩的形式让学生进行汇报，让学生参与讨论相互学习。基础实验培养学生的基本操作能力，研究实验提高学生运用分子生物学技术进行科学研究的能力和学生的科研创造力。

3 结语

分子生物学是研究生课程教学中一门重要而又相对难学的课程。随着分子生物学在生命科学领域的应用不断深入，分子生物学实验技能的熟练掌握、运用分子生物学技术的能力对学生科学研究越来越重要。只有通过分子生物学实验教学的不断改革，才能迅速提高学生的分子生物学实验操作能力、有效增强学生的科研素质，为研究生科学研究工作的迅速开展奠定基础。

4 参考文献

[1] 郑用琏.基础分子生物学[M].北京：高等教育出版社，2007.

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1全面把握教材，认真备课

分子生物学是一门新兴学科，整个教材反映了内容新颖性、理论抽象性和实验条件要求苛刻性。教师在接受教学任务后，要在课前做好充分准备，除“吃透”教材上的主要内容外，还要抓住章节重难点，根据专业特色，找到分子生物学与中医学专业的结合点。翻阅大量与授课内容有关的参考资料,掌握学科发展新动态，写出详细讲稿，制作简单易懂的幻灯片，配备典型的标本，展示典型照片和挂图等，合理安排课件内容和各教学环节时间，在每次上课前列出提纲，使每一次课的内容安排井然有序，突出重点和难点,体现科学性、专业性、生动性和易懂性。

2探索教学规律，讲究教学互动

教学是一个知识综合展现的过程，要不断探索教学规律，教学是一个不断发展的过程，要不断把新的教学手段、思想和理念贯穿到教学中;教学是一个多技巧并用的过程，要以学生为主体，激发学生的兴趣，引导学生学会主动学习，变强制接受为自觉接收，变被动学习为主动学习，变乏味学习为兴趣学习，变灌输为启发，变督促为引导，从“让我学”变为“我要学”。在教学过程中学会当一名演员，用诚恳的态度、饱满的热情投入每一次课，语言要通俗、生动、形象，声音要洪亮,语气要抑扬顿挫；在教学过程中学会当一名指挥官，要统筹全局，精心设计课堂教学，预可能出现的情况，从容驾驭课堂教学进程；在教学过程中学会当一名艺术家,随时洞察学生思维变化的态势，善于激起学生的兴趣和热情，把教学艺术渗透于教学的每个环节；在教学过程中学会当一名引路人，不断把科研中取得的新成果与课程内容衔接起来，使学生在学习中了解科研前沿与所学专业知识之间的联系,感悟出科学创造的技巧和着眼点,激发自身思想创新、知识创新。例如，在分子生物学教学过程中，讲到DNA双螺旋结构时让学生联想麻花,在讲到蛋白无规则卷曲时让学生联想厨房使用的钢丝球。同时,给学生提出问题:中西医结合有什么意义？中医五行理论与基因表达调控的时间性和空间性有什么联系？分子生物学技术与中医诊断技术的互补性在哪里？尽可能让学生结合专业，联系实际，拓宽思路。

3改革教学方法，提高教学效果

打破传统的教学方式，采取多种授课形式。例如，选取合适的内容让学生试讲,其余学生提问，教师点评;让学生根据已学内容写小论文，总结内容之间的联系，并结合专业阐述这些理论的实际应用；围绕授课内容提出热点问题，开展课堂讨论，让学生利用图书馆、网络等资源查找资料,提高学生学习的能力，例如可提出以下问题:转录和翻译的关系？中药对生物信号传递影响的路径和关系？中药多靶点、多路径和多方位作用与信号传递的关系？

讲授过程中密切关注学生的思维变化，用积极的心态精心设计每次课，提高教学效果。

4将科研体会与学术报告融入课堂

分子生物学是一门实验性很强的学科，理论和实验操作之间有密切联系，许多理论来源于实践。结合科研过程中的PCR技术、回收、转化、蓝白斑筛选等,给学生阐述核酸结构、DNA复制、RNA转录、蛋白翻译、细胞信号传递等,会使学生对相应的理论知识掌握得更牢固，理解得更深刻。

在教学过程中抽出几个学时，采用讲座的形式将分子生物学一些前沿知识介绍给学生,如“糖尿病的发生分子机制与中医疗法”、“PCR真的是魔鬼吗？”等，开阔学生的专业视野，激发学生对分子生物学的学习兴趣。

5考核要全面,评估要综合

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一、正文

1.引言

分子生物学取得了飞跃性的发展，形成了以基因工程为主要内容的现代分子生物学技术在生物学、医学等研究中得到广泛的应用，就目前来看，我国动物营养学方面的研究工作基本尚处在机体水平。分子水平方面的研究还刚刚起步，尚处于初级阶段。动物机体的生理病理变化，如生长发育、新陈代谢、遗传变异、免疫与疾病等，就本质而言，都是动物基因的表达调控发生了改变的结果，许多生理现象的彻底阐明，最终需要在基因水平上进行解释，所以动物营养学的各方面研究应与分子生物学技术，尤其是基因工程技术相结合，从分子水平上来解释各种营养素对机体的作用机制、动物机体的生理病理变化等问题，这也是动物营养学今后发展的必然趋势之一。

2.分子生物学在动物营养学的应用

2.1 营养与基因的表达调控

营养与动物基因表达调控的研究已成为当今动物营养学研究的一个热点领域；如何通过改变日粮组成成分来调节体内相关基因的表达，从而使动物体处于最佳生长状况已成为现代动物营养学研究的重点；通过营养对动物基因表达的调控途径及其机制的研究，将为人们如何更加有效地对某些特定有益基因的表达提供理论依据。已有大量证据表明，主要的营养物质如糖、脂肪酸、氨基酸以及一些微量元素（如锌）对动物体内许多基因的表达都有影响。

2.2 微量元素对基因表达的调控

2.2.1锌对基因表达的调控

锌作为动物体的一种必需微量元素，具有增强机体免疫功能、促进细胞增值分化、参与核酸蛋白质代谢、维持细胞周期正常进行等生物学功能。上述作用以前曾被认为主要是由于含锌酶活性的改变以及对细胞信号传导系统产生影响的结果，但近年来的研究表明，事实并不如此，锌主要是通过对基因的转录和表达的影响而产生一系列的生物学效应。研究认为，锌离子是1’2聚合酶的一个重要组成成分，锌对于维持1’2聚合酶的活性具有相当的重要性；另外锌通过影响1’2聚合酶活性及转录因子的作用，能够导致基因转录异常，从而使蛋白质表达也发生变化；还有饲料中锌的含量，可以通过影响金属调节蛋白的转录活性而影响金属硫蛋白基因的表达。

2.2.2其他微量元素对基因表达的调控

镉、铜、汞等元素的增加将显著提高基因的表达量。研究表明高铜将显著提高体内EH基因的表达水平。铁可以通过控制1’2的稳定性和翻译过程，调节铁蛋白的水平。

2.3基因工程技术

所谓基因工程，就是按照人们的意愿在体外获得目的基因，再按预先的设计，在体外将目的基因进行酶切连接，构建成适当的表达裁体，然后导入细菌或动物细胞或机体内，以研究该目的基因的结构与功能、表达的调控机制、或者获得该基因的表达产物。分子生物学技术的核心就是基因工程，而基因克隆和表达是基因工程的核心技术。

2.4抗菌肽基因工程

自从首次从美国惜古比天蚕中成功地分离到两种抗菌肽蚕素后，国内外很多科学家对这一类抗菌肽进行了深入细致的研究，发现在许多昆虫、植物、哺乳动物中均有这样的多肽存在，它们由多个氨基酸残基组成，不同来源的多肽的氨基酸序列具有较强的保守性。其抗菌机制大致如下：抗菌肽作用于细菌的细胞膜，破坏膜的完整性，造成离子通道，最终导致细胞内含物的泄漏。由于抗菌肽具有广谱杀菌作用、相对分子量较小、热稳定、水溶性好等优点，更为重要的是抗菌肽对真核细胞几乎没有作用，仅仅作用于原核细胞和发生病变的真核细胞，在目前不少病原菌对原有抗生素逐步产生耐药性，尤其是肉用动物长期使用抗生素受到严格检查和批评时，对畜禽体内自然产生的抗菌肽功能的了解以及设计一种方法来调节动物体内自然抗菌肽的功能便显得极为重要。[2]其中通过抗菌肽基因的克隆与表达而大量生产抗菌肽是一种较为直接而有效的方法。

2.5转基因技术

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Discussion about educational reform on teaching of molecular biology for undergraduate major in biotechnology

Shen Xin

Beijing Forestry University， Beijing， 100083， China

Abstract： In this paper， teaching approach was probed in regards of content， method and experiment on the course of molecular biology for undergraduate major in biotechnology. In the reform of course content， we had reduced the content overlaid with other courses for instance the knowledge on genetic information transmission and meanwhile increased the content on updated knowledge. In reform of teaching method， we introduced guiding type educational approach. In reform of course experiment， open type experiment was established. Through the presented reform， students become more active in studying the correlated knowledge and become more capable on experiment. The teaching effect get improved.

Key words： teaching method； molecular biology； experiment teaching

分子生物学是生物类本科教育中一门主要的基础课，它以探究生命过程中生物大分子的结构与功能为主要内容，以解析基因组和蛋白组中生物大分子在各个生命过程中的作用、基因表达调控机制以及信号传递网络为主要研究目标[1-3]。生物大分子结构与功能的研究渗透于生理学、发育生物学等各学科研究中，相关的知识构成了基因组、转录组和蛋白组研究的重要基础。掌握分子生物学的原理和实验技术对生物类学生认识生命的本质，培养生命科学研究能力至关重要，也有助于后续专业课程的学习，为将来进一步深造奠定坚实的基础。从学科特点而言，分子生物学是一门新兴学科，理论体系处在一个不断发展和完善的阶段，研究方法也在不断创新。分子生物学课程知识点多而分散，实验涉及的内容较为复杂，要求我们在教学中一方面要适时地更新教学内容，满足学生掌握分子生物学发展动向的需要，另一方面要充分调动学生的学习积极性，培养学生的创新意识和从事科学研究的能力。我们在多年分子生物学课程的教学改革和课程建设中，针对生物技术专业的分子生物学教学分别从教学内容、教学方法和实验教学等方面进行了探索，具体情况如下。

1 加强新知识点教学内容，深化对生命本质的认识

知识更新快是分子生物学一个鲜明的特点，如何将经典的基础知识与新知识点结合起来是分子生物学教学中需要探讨和解决的问题。在前期分子生物学教学中，我们以经典的遗传信息传递过程为主线，侧重对基础知识的介绍，新知识点虽有涉及，但远不能反映学科的发展。近年来，随着生命科学研究的不断深化，真核生物基因表达调控机制、信号传递网络、生物大分子在生命过程中的作用等方面科研成果不断涌现，转录调解因子的组合调控机制、组蛋白修饰与DNA甲基化、异染色质化、转录后基因沉默、细胞对环境信号的感知及信号转导机制等已经成为发育生物学、生理学及其他学科研究的热点[4-9]。了解和掌握这些知识对学生认识生命过程的本质具有重要意义。在已往的教学中，我们用较多的课时讲解以中心法为基础的遗传信息流的基本原理，但在教学实践中我们发现这部分内容与其他课程存在较大的重叠，一个主要的困惑是学生在学习过程中重复学习相同的知识点，这在很大程度上影响了学习的积极性。另一方面，在经典教材中真核生物组合调控、表观遗传学、基因转录后调控等内容篇幅明显偏低，而这些内容正是目前分子生物学发展的热点，对学生认识生命过程的本质尤为重要。如何更合理地安排学时，兼顾基础知识与科学发展新动向，是我们教学改革的重要环节。通过摸索，我们在教学实践中适当减少遗传信息传递的课时，压缩与其他学科重复的内容，增加了对真核生物组合调控机制、DNA甲基化修饰、组蛋白N端修饰、真核生物信号转导等内容。通过对教学效果的评估，我们观察到，教学内容的调整增强了学生学习的积极性，提高了他们对课程重要性的认识，同时也使学生对生命过程的本质有了更深刻的认识，为后续生理学和发育生物学的学习奠定了基础。

2 调整教学方法，培养创新意识

兴趣是学习的动力，充分调动学生的学习积极性是教好这门课的关键。多年的教学经验告诉我们，灌输式教育不利于学生学习兴趣和创新意识的培养，容易导致学生形成死记硬背的不良学习习惯。在灌输式教育模式下，学生处于被动学习状况，学习的积极性不高，思考问题的意识和分析问题的能力不强。为改变学生被动学习的现状，克服灌输式教育带来的不利影响，我们需要对教学方法进行改革，为此，我们在课程建设过程中尝试了导向性教学。在教学过程中，我们指定适量的文献作为课外阅读材料，以知识获得过程为主线，引导学生分析讨论前人发现问题与解决问题的过程，并帮助他们分析、总结相关实验方案。通过教学方法的改革，学生不仅学到了相关的基础知识，还学到了科学家发现问题、解决问题的思路和方法以及科学家为科学献身的精神。另外，搜集获取科学文献的能力是从事科学研究能力的重要方面。专业外语阅读能力对学生获取知识非常重要，我们在导向性教学中采取了双语教学的方式，结合导向性教学给学生布置英语阅读任务，让学生自己搜集资料，使学生既培养了创新意识也提升了搜集文献的能力。通过教学方法的改进，学生增强了对分子生物学的学习兴趣，也提高了他们的综合分析能力，更重要的是，通过导向性教学，学生逐步养成了独立思考的习惯并提高了创新意识。

3 强化实验基础，注重能力培养

分子生物学研究策略被广泛应用于当今的生物学研究中，分子生物学方法在科学研究创新中扮演着越来越重要的作用，分子生物学实验技能的培养对发展学生潜能，提高毕业生质量至关重要，在加强学生素质教育与培养创新能力方面有不可替代的作用。相对于理论教学，实验教学具有实践性、综合性和创新性的特点，对学生学习兴趣和科研能力的培养有很大帮助。为培养具备较强科研能力的生物科学专业和生物技术专业毕业生，我们在分子生物学教学实践中设置了开放性实验，内容包括核酸的提取与纯化、电泳分离与鉴定、分子克隆、PCR扩增、原核表达及蛋白质亲和层析等实验。这些实验在当今生物学研究中被广泛应用，掌握这些研究方法对学生科学研究能力的培养大有益处，我们期待学生通过实验环节掌握分子生物学实验的基本原理和基本技能。为配合实验课开展，在教学中我们用较大篇幅介绍基本实验的原理和新技术，包括生物大分子的制备技术、PCR技术、杂交技术、RNAi技术等。在教学实践中我们发现学生对分子生物学实验表现出浓厚的兴趣，参与实验的积极性很高。通过实验，学生对科学研究过程有了深刻的感性认识，这对学生了解知识获得的途径和方法有很大帮助。在实验教学过程中，我们发现，前期的实验课存在明显的不足，主要表现为实验原理的相关基础知识不足和实验准备环节的欠缺。在前期教学实验中，实验准备由教师完成，学生用教师配好的缓冲液、培养液进行操作，虽然能够获得不错的实验结果，但对学生能力的培养不利，学生常常不了解缓冲液中各成分的作用，对培养液配制中需要注意的问题也缺乏了解，我们认为这些问题涉及学生的基本素质，关系到能力的培养，为此在教学中我们采取了一些针对性的措施。一方面在理论课中增加了与实验技术相关的基础知识的介绍，如对核酸提取缓冲液、蛋白提取中的细胞裂解液等作了详尽介绍[10-12]，通过讲解使学生对变性剂、抗氧化剂、缓冲剂、离子型与非离子型表面活性剂等成分的作用有了充分的认识与了解，对蛋白质和核酸纯化原理有了全面的掌握。另一方面，在教学环节中，我们将实验改为开放性实验，要求学生自己准备实验，教师做必要的指导，通过这些措施使学生将分子生物学论课上学到的知识与实际操作过程相互印证。开放性实验使学生分子生物学实验技能得到了显著提高，为学生独立操作实验和培养良好的科研能力打下坚实基础。

4 结束语

经过几年的教学实践，我们逐渐摸索出分子生物学教学的一些方法和技巧，并通过教学内容和教学方法的改革激发了学生的学习热情和主动性，不仅使他们掌握了分子生物学的基础理论，更重要的是培养了他们发现问题的意识和解决问题的能力，养成了独立思考的习惯，教学改革显示出良好的效果。今后，我们还将继续探索，让分子生物学理论和实验教学在生物科学与生物技术本科生培养过程中发挥更大的作用。

参考文献

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