细胞生物学研究的主要内容十篇

细胞生物学研究的主要内容篇1

关键词：生物科学；核心课程；逻辑关系

中图分类号：G633.91

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）21-0130-03

1 引言

生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、基因工程学是生物科学专业的核心课程，由于它们相互联系，交叉渗透，因此存在逻辑关系不清，课程内容重叠较多等问题，例如原核生物和真核生物基因表达调控在生物化学、细胞生物学、分子生物学都有介绍，基因工程原理在分子生物学、基因工程学中都有介绍，导致教师教学内容难以起舍，课程顺序难以安排。要理顺生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、基因工程学的逻辑关系，确定各课程教学内容和教学顺序，必须把其定义，研究内容，发展历史动态结合起来。

2 生物科学专业核心课程概述

2.1 生物化学

生物化学是运用化学的理论和方法研究生物分子结构与功能、物质代谢及遗传信息传递与调控规律的科学。

生物化学是生命科学中最古老的学科之一。 随着生命科学的发展，各学科相互渗透。18世纪，一些从事化学研究的科学家转向生物领域，为生物化学的诞生播下了种子。19世纪末，生物化学从生理化学中独立。20世纪中后期又从生物化学分离出部分内容与遗传学部分内容结合为分子生物学，然后，分子生物学基因操作部分独立出来，形成基因工程学。

1920年以前，生物化学研究内容以分析生物体的化学组成、性质和含量为主，称为静态生物化学时期。

1920年-1950年，随着同位素示踪技术、色谱技术等物理学手段的广泛应用，生物化学从单纯的组成分析深入到物质代谢、能量转化，如：光合作用、生物氧化、糖、脂肪、蛋白质代谢等领域。这是生物化学飞速发展的时期，称为动态生物化学时期。

1950年以后，蛋白质化学和和核酸化学进展迅速，生物化学进入了分子生物学时期。分子生物学的发展揭示了生命本质的高度有序性和一致性，是人类在认识的巨大飞跃。根据生物化学的定义和历史，生物化学研究的内容包括以下几个方面。

2.1.1 生物的物质组成

生物是由一定的物质按特定的方式组成的，直到今天，新物质仍不断被发现。如陆续发现的干扰素、环核苷一磷酸、钙调蛋白、粘连蛋白、外源凝集素等都具有重要的生物学功能。另一方面，早已熟知的化合物也发现了新的功能，如20世纪50年代才知道肉碱是一种生长因子，而到60年代又发现其是生物氧化的载体。

2.1.2 物质代谢

生物体内绝大部分物质代谢是在酶催化下进行的，具有高度自动调节能力。一个小小的细胞内，有近2000种酶，在同一时间内，催化各种不同的化学反应。这些化学反应互不干扰，有条不紊地进行。表明生物体内的物质代谢有精确的调节控制系统。

2.1.3 结构与功能

生物大分子的功能与其特定的结构有密切关系。如酶的活性中心的结构决定其催化活性及其特异性；变构酶的活性还与其催化的代谢终末产物的结构有关。

核酸中核苷酸排列顺序的不同，其结构就不同，所含遗传信息不同。这些不同的构象对基因的表达具有调控作用。

生物体的糖包括多糖、寡糖和单糖。由于多糖链结构复杂，具有很大的信息容量，对于细胞专一地识别、相互作用具有重要作用。糖类将与蛋白质、核酸并列成为生物化学的主要研究对象。

在生物化学中，有关结构与功能关系的研究才仅仅开始，尚待大力研究的问题很多，其中重大的有：亚细胞结构中生物大分子间的结合，细胞的相互识别、细胞的接触抑制、细胞间的粘合、抗原与抗体的作用、激素、神经介质与其受体的相互作用等。

2.1.4 繁殖与遗传

生物典型特点是具有繁殖与遗传特性。基因是DNA分子中的一段核苷酸序列，现在DNA分子的核苷酸序列已不难测得，不但能在分子水平上研究遗传，而且还可能改变遗传，从而派生出基因工程学。

2.2 细胞生物学

细胞生物学是从显微水平、亚显微水平和分子水平研究细胞的结构及其生命活动规律的科学。

过去，细胞生物学主要是在光学显微镜下对细胞的形态结构和生活史进行研究，称为细胞学。20 世纪 50 年代以来，由于电子显微镜、放射性同位素、细胞结构组分分离技术、细胞培养等技术的广泛应用，特别是分子生物学的兴起，使细胞生物学研究的广度和深度都有迅猛发展，从宏观到微观、从平面到立体、从定性到定量、从分析到综合；从细胞、亚细胞、分子三个水平研究细胞的结构与功能、分裂与分化、衰老与死亡等生命活动规律及其调控机制，细胞与细胞、细胞与环境之间的相互关系。使原来以形态结构研究为主的细胞学转变成以生理功能研究为主、将结构与功能紧密结合起来的细胞生物学。由于细胞生物学在分子水平上的研究工作取得了深入的进展，因此细胞生物学又称为细胞分子生物学。细胞生物学研究内容如下。

2.2.1 细胞社会学

细胞社会学是细胞生物学中的一个新的领域。它是以系统论的观点研究细胞群体中细胞间的相互关系、细胞群体的社会行为；细胞识别、通讯、相互作用；整体和细胞群对细胞的生长、分化、形态发生和器官形成等活动的调控；细胞外环境对细胞的影响。

2.2.2 细胞的增殖、生长、分化与调控

研究细胞增殖、生长、分化及其调控机制，不仅是控制生物生长和发育的基础，而且是研究细胞癌变和逆转的重要途径。

2.2.3 细胞遗传学

细胞遗传学从细胞学角度来研究染色体的结构和行为以及染色体与细胞器的关系，从而探讨遗传与变异的机制等。

2.2.4 细胞化学

细胞化学：用切片或分离细胞成分，对单个细胞或细胞各个部分进行定性和定量的化学分析，研究细胞结构、化学成分的定位、分布及其生理功能。

2.2.5 分子细胞学

分子细胞学：从分子水平研究细胞与细胞器中蛋白质、核酸等大分子的组成、结构与功能及其遗传性状的表现和调控等，探讨细胞生命活动的分子机理。

2.3 遗传学

遗传学是研究生物遗传和变异规律的科学。孟德尔认为生物性状的遗传是受遗传因子控制的，并提出了遗传因子分离和自由组合的基本遗传规律。1900年，孟德尔的成果得到广泛重视，成为遗传学的基石。

20世纪初，利用光学显微镜发现了细胞有丝分裂和减数分裂过程中染色体及其行为，奠定了遗传的染色体理论基础。1910年左右，美国遗传学家摩尔根及其同事根据对普通果蝇的研究，提出了基因的连锁交换规律，并结合当时的细胞学成就，创立了以染色体遗传为核心的细胞遗传学。

遗传信息在分子水平上研究始于20世纪40年代。随着电子显微镜的发明，人们已能够直接观察遗传物质的结构及其在基因表达过程中的特征，使细胞遗传学的研究进入分子水平。

1953年，沃森和克里克提出了DNA的双螺旋结构模型，为进一步阐明DNA的结构、复制和遗传物质如何保持世代连续的问题奠定了基础，开创了分子遗传学这一新的学科领域。

遗传学研究的领域非常广泛，可划分成经典遗传学、细胞遗传学、分子遗传学和生统遗传学4个分支，各个分支领域相互联系、相互重叠、相互印证，组成了一个不可分割的整体。

经典遗传学研究从亲代到子代的遗传特性，包括遗传的分离规律；独立分配规律；连锁和交换遗传规律及机理；基因互作及其与环境的相互关系；性别决定与伴性遗传；基因及染色体变异；数量性状的特征及其多基因假说，近亲繁殖和杂种优势；细胞质遗传等。

细胞遗传学是通过细胞学手段对遗传物质进行研究。其内容包括细胞的结构和功能；染色体的形态结构；细胞的有丝分裂，减数分裂；配子的形成和受精。

分子遗传学是从分子的水平上研究遗传物质的结构及遗传信息的传递。内容包括DNA复制、转录和翻译，基因突变及修复，原核生物和真核基因表达与调控；基因、基因组及作图，遗传重组。

生统遗传学是用数理统计学方法来研究生物遗传变异规律的学科。根据研究的对象不同，又可分为数量遗传学和群体遗传学。前者研究生物体数量性状即由多基因控制的性状遗传规律，后者是研究基因频率在群体中的变化、群体的遗传结构和物种进化。

2.4 分子生物学

分子生物学是从分子水平研究核酸与蛋白质的结构与功能、遗传信息传递和调控，阐明生命本质的科学。

从19世纪后期到20世纪50年代初，确定了蛋白质是生命的主要物质基础，DNA是生物遗传的物质的载体，是现代分子生物学诞生的准备和酝酿阶段。

从20世纪50年代初到70年代初，是现代分子生物学的建立和发展阶段，1953年Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构模型为现代分子生物学诞生的里程碑，确立了核酸作为遗传信息分子的结构基础，提出了硷基配对是核酸复制、遗传信息传递的基本方式，为核酸与蛋白质的关系及其在生命中的作用打下了最重要的基础。

70年代后，基因工程技术出现，人类进入认识生命本质并开始改造生命的发展阶段。

分子生物学原来是生物化学的一部分，因其太重要了，20世纪中后期从生物化学中分离出来并与遗传学结合，独立出来成为单独的学科，是生物化学的发展和延续。涉及的部分内容比生物化学更细致深入，并从整体上考虑。

分子生物学从蛋白质、核酸、基因及基因组结构开始，以中心法则为主线，阐述生物大分子在信息传导、基因表达调控中的相互作用和机理。主要内容包括蛋白质、核酸、基因和基因组的结构、DNA的复制、转录、转录后加工、基因突变与修复、蛋白质生物合成和翻译后加工、原核生物基因表达的调控、真核生物基因表达的调控。基因工程技术的原理和应用等。

2.5 基因工程学

20世纪70年代，随着 DNA的内部结构和遗传机制逐渐呈现在人们眼前，生物学家不再仅仅满足于探索、揭示生物遗传的秘密，而是开始设想在分子的水平上去干预生物的遗传特性。这就像工程设计，按照人类的需要（设计）把这种生物的某个“基因”与那种生物的某个“基因”进行“施工”，“组装”成新的基因组合，创造出新的生物的工程技术被称为“基因工程”。

基因工程包括如下几个主要的内容：①目的基因的合成或提起分离。②载体的构建。③将载体转移到受体细胞并增殖。④重组DNA分子的受体细胞克隆筛选。⑤将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞，使之在新的遗传背景下实现功能表达，产生出人类所需要的物质。

3 课程间的逻辑关系，教学内容选择及课程顺序安排

从生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、基因工程学的定义，研究内容，发展历史动态可知，各学科的逻辑关系是：理解细胞结构及功能需要一定的生物化学基础，理解遗传物质的结构和功能需要一定的细胞生物学基础，而分子生物学是生物化学、遗传学交叉融合的产物，研究核酸和蛋白质分子结构和功能以及相互关系，而各个分子不能孤立发挥作用，必须依赖于一定的细胞结构，因此，生物化学是细胞生物学的基础；细胞生物学是遗传学和分子生物学的基础。基因工程是利用分子生物学的理论和实验技术进行转基因操作的部分独立出来的，因此分子生物学是基因工程学的基础。所以，高校应按生物化学、细胞生物学、遗传学、分子生物学、基因工程的顺序安排课程教学最为合适。

由以上可知，由于历史的原因，生物化学、细胞生物学、遗传学、分子生物学、基因工程学相互联系，交叉渗透，研究内容重复较多。因此，本研究根据其定义、逻辑关系及发展历史，同时为编写教材和教学的方便，建议生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、基因工程学教学内容如下。

（1）生物化学主要教学内容主要有：蛋白质化学、核酸化学；酶学基础；糖代谢与生物氧化；脂类代谢；蛋白质的分解代谢等内容。而将DNA复制、转录、翻译、突变、修复及原核生物和真核生物基因表达调控留在分子生物学讲授。

（2）细胞生物学的教学内容主要有：细胞的基本结构；细胞生物学研究方法；细胞膜的结构与功能及物质跨膜运输；细胞质基质与细胞内膜系统；细胞通讯与信号传递；线粒体和叶绿体；细胞核与染色体；细胞骨架；细胞增殖及其调控；细胞分化、衰老与凋亡。

（3）遗传学的教学内容主要有：遗传的分离规律；独立分配规律；连锁和交换遗传规律；基因互作及其与环境的关系；基因定位与连锁遗传图；性别决定与伴性遗传；基因及染色体变异；染色体畸变；数量性状的特征及其多基因假说；近亲繁殖和杂种优势；细胞质遗传；遗传重组。

（4）分子生物学的教学内容主要有：DNA的复制、转录、转录后加工、基因突变与修复、蛋白质生物合成和翻译后加工、原核生物基因表达的调控、真核生物基因表达的调控。

（5）基因工程学的主要教学内容有：基因工程技术的原理和应用等。

以上各门课的教学内容相对前述和我国现行教材的教学内容作了较大调整，例如；核酸和蛋白质的组成及结构只在生物化学中讲授，细胞信号传递只在细胞生物学中讲授，基因工程原理只在基因工程学中讲授，避免了课程内容的重复。

参考文献：

[1]沈振国.细胞生物学（第2版）[M].北京：中国农业出版社，2011.

[2]欧阳五庆.细胞生物学[M].北京：高等教育出版社，2010.

[3]翟中和，王喜忠，丁明孝.细胞生物学[M].北京：高等教育出版社，2007（8）.

[4]George M.Malacinski，David Freifelder.essentials of molecular biology（third edition）[M].北京：科学出版社，2003.

[5]Jeremy M.Berg，John L. Tymoczko，Lubert Stryer[J].Biochemistry，2002.

[6]徐晋麟.现代遗传学原理[M].北京：科学出版社，2000.

[7]王亚馥，戴灼华.遗传学[M].北京：高等教育出版社，1999.

[8]孙乃恩.分子遗传学[M].南京：南京大学出版社，1990.

[9]Robert H.Tamarin：Principles of Genetics[J].5th ed.，1996.

[10]朱玉贤，李 毅.现代分子生物学[M].北京：高等教育出版社，2002.

[11]杨业华.普通遗传学[M].北京：高等教育出版社，2000.

[12]Hartwell L，Hood L，Goldberg M L，et al.Genetics：From genes to Genomes（first edition）[J].McGraw-Hill Companies，Boston，2000.

[13]马建岗.基因工程学原理[M].西安：西安交通大学出版社，2001.

细胞生物学研究的主要内容篇2

【关键词】高校专业课 教材 教学内容 教材模式 细胞生物学

【基金项目】本文系河南省高等教育教学改革研究省级研究项目（2012SJGLX134）和河南师范大学教学研究基金重点项目（521751）的研究成果。

【中图分类号】Q2 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）10-0175-02

一、高校专业课教学的现状

提高教学质量是教育的根本目的，课程是教学的最根本依据和最基本的知识源泉和表达形式[1]。细胞生物学是生命科学领域的基础和前沿学科，是从不同层次上（包括细胞整体、显微、亚显微和分子等层次）研究细胞结构、功能及基本生命活动规律的学科。细胞生物学是当今生命科学发展最为迅速的学科之一，学科的活跃发展为教学提供了日益丰富的内容。但是在高校课程改革的形势下，基础课和专业课的课时在不断的压缩，这就要求教师在有限的课时内，不仅要引导学生建立完整的课程体系，而且要及时补充最新的学科进展，平衡好教学内容和课时缩减之间的矛盾，因此高校专业课教学改革势在必行。

在以细胞生物学为例的专业课调查中发现，学生普遍认为细胞生物学是难度较高的课程，学习起来压力较大，这一方面是由于该学科发展迅速，内容更新快，教材内容多、难度大，尤其是研究层次已经进入分子水平，学科本身具有深奥和抽象的特点，一些涉及细胞功能和调控的实验难以通过学生实验开设，加上该学科研究技术难度提高、对实验设备和操作人员水平的要求严格，无法满足学生亲自操作的要求，所以总的感觉是理论教学和实验教学严重脱节，实验课已经不能起到深化理论课教学的作用；另一方面，对于有进一步深造意愿的学生来说（占我校生命科学学院应届毕业生的95%以上），细胞生物学常常是许多专业研究生入学的必考课程，因而学生对课程的学习要求很高，希望教师在教学中充分考虑重点院校和科研院所考研试题难度的要求，结合考研的要求把理论课讲深讲透，同时也希望通过课堂弥补理论和实验教学之间的断层和缺口，提高自身的考研竞争力，获得更多的深造机会。综上所述，我们认为教材和教学模式的研究对于提高专业课教学质量尤为重要。

二、对专业课教材的思考

以细胞生物学为例，为适应高校课程改革背景学生的需求，首先我们对现有的国内外优秀的细胞生物学教材进行了分析，从以下方面进行了探索和尝试。

1. 教材体系的构建：

专业教育的改革是以课程内容为重点的，教材是教学的重要载体，是学生学习的主要参考书，对学生学习有着深刻影响[2]。笔者认为教材应具备以下特征，首先是科学性和先进性，即与时俱进，及时反映学科发展的最新成果；其次是系统性，即注重知识的衔接和前后呼应，有助于学生学科知识体系的建立；再者是实用性，教材的编写从学生的实际出发，符合学生的求知实际，有助于学生科学素养、探索精神和创新思维的培养；此外，教材还应具有灵活性，即内容编排有弹性，给教师课堂教学留有较大的空间，对学生课外拓展和提高具有一定的指导作用。

教材是对课程标准的一次再创造、再组织。不同版本的教材具有不同的编写体例、切入视角、呈现方式、内容选择及图像系统。通过对国外优秀教材Karp的《cell and molecular biology》（第6版），以及目前国内著名的翟中和主编《细胞生物学》（第3版和第4版）、王金发主编的《细胞生物学》、韩贻仁主编的《分子细胞生物学》等教材的分析，结合课程目标、我校学生的培养方案和一线教师的教学体会，我们对课程结构和内容进行了重新的梳理和整合，本着教师易教、学生易学的指导思想，突出了教材的实用性、前瞻性、系统性和灵活性，将课程内容划分为概述和方法、细胞结构和功能、细胞生活和调控三个模块，以真核细胞结构、功能和调控为主线，将细胞生物学课程内容通过相对独立的11章贯穿起来，构建了一个特色鲜明、简洁清晰的细胞生物学教材体系，该教材已经于2012年8月由科学出版社作为生命科学核心课程系列教材之一出版发行。

2. 教学内容的衔接：

大学生四年系统的专业学习，将形成学生完整的专业知识体系。在教学实践中，我们发现一些进入大四准备考研的同学，甚至是考研面试的同学，并未完成专业课的系统梳理，还未达到融会贯通的境界，所以在专业基础理论的测试中存在不少问题。这些现象也提醒专业课教师，专业课程的开设，既要考虑学生的知识背景，也需要考虑课程设置的合理性和系统性。作为专业课任课教师，是否在教学中忽略了对本课程在专业知识体系中地位的介绍，以及与其他专业课之间联系的铺垫。

以细胞生物学教学为例，该课程在我校大二第二学期开设，在此之前，学生已经系统学习了植物学和动物学，所以在教学中，细胞生物学教学是从植物细胞和动物细胞的结构导入的，在复习旧知识的同时，引导学生从细胞这一层面上认识生物的统一性和多样性，进而导入原核细胞、真核细胞和古核细胞的概念，使学生非常自然的理解细胞生物学和已经学习的植物学、动物学之间的联系，也为学生继续学习微生物学等学科做了铺垫。从学生的认知上看，是以植物细胞和动物细胞的知识基础为起点的，接受起来并不困难，教师需要引导学生认识到细胞生物学是向更深、更广和更精方向的渗透和延伸，专业课之间是相互联系、各有侧重的关系。

3. 教学内容的整合优化：

内容重叠问题是专业课教学中经常遇到的问题，包括许多专业课在内容上存在部分的重叠，例如：关于真核基因表达的内容，在生物化学、分子生物学、分子遗传学和细胞生物学中都有涉及，给授课教师在教学中带来一定困扰。如何解决这一问题，避免各专业课老师都讲，但是都讲得不深不透这一问题呢？从学科特征上分析，细胞生物学侧重在细胞和分子水平上研究细胞结构、功能和调控；分子生物学则是从分子水平入手，研究大分子的结构与功能等生命本质问题；而生物化学则关注大分子的代谢本质。因此，在教学中，对真核基因表达调控部分的讲述在细胞生物学中突出遗传物质的组织、基因表达调控的多层次性，在分子生物学中则侧重于遗传信息遵循中心法则流动的分子机制，在生物化学中则将重点放在生物大分子的结构、功能和代谢的介绍上。

在侧重点的把握上，我们主要遵循两个原则，首先，一些最为基础的内容放在培养方案中最先开设的课程中详细讲解，例如：对生物大分子结构的介绍放在生物化学课程中，对真核生物遗传物质的组织和包装主要在细胞生物学课程中讲解，而遗传物质的复制、转录和翻译的分子机制则是分子生物学课程重点讲解的内容。这样学生在学习的过程中，不断有温故知新、渐入佳境的感觉，无形中也调动了学生的学习的积极性，激发了学生强烈的求知欲望，培养了学生的科学素养和探索精神。其次，要充分考虑学生的认知情况，根据学科特点进行取舍，确定在最适合的课程中讲授，尽量避免学生的知识链产生断层，挫伤学生的学习信心，影响教学进度和效果。

4. 保持教学内容的开放性：

尽管高校在课程的规划与设置上有较大的自，教师在课程设计和教学中也有较大的自主性、灵活性，但在教学实践中，教材与课程的关系处理不当，不仅影响学生的学习热情，而且将影响教学质量的提高。

在细胞生物学教学中，我们一贯重视教学内容的优化和更新问题，从国内外优秀教材中吸取精华，取长补短，结合教师自身的教学实践和体会，充分考虑学生的特点和需求，以易教易学为指导思想，在保证教学内容的基础性、创新性的同时，还贯彻了开放性、可塑性和灵活性，将学科前沿和进展与教学内容有机结合，使学生及时了解学科发展的新成果和趋势，拓宽学生思路，扩展学科知识的空间。例如：与细胞生物学有关的最新诺贝尔奖获得者的成就和对学科的贡献，在相关的章节讲解中都会涉及；在Science，Nature等期刊发表的最新进展也是任课教师考虑补充更新教学内容的来源。所以一些有考研打算的学生虽然在大二已经学习了细胞生物学，但是在大四，他们仍然会旁听细胞生物学课，因为他们了解细胞生物学这门课每年的教学内容都不会完全相同，一些补充更新的内容是他们在学这门课时没有听过的，所以细胞生物学的课堂总是座无虚席。其实，作为细胞生物学任课教师，也能感受到学生对于新知识的渴求。虽说保证教学内容常讲常新需要花费更多的时间备课、制作课件，但是学生从中获益，这样的付出是值得的。

三、对教学模式的思考

教材的主旨在于培养学生自主学习和创新能力，在我国现行课程体系中，细胞生物学是生物学类、医药学类、农学类和林学类本科生一门专业基础课。理论课教学学时在48～54 学时左右，有统计显示，全国仅设有生物科学、生物技术和生物工程三个专业的学科点共500 余个，在校本科生总数近10万人，因此教学需求量大。但是高校专业课教学，大多有重理论轻实验的传统，常常存在理论和实践脱节的问题，在课程建设上，处理好二者之间的关系，也是亟待解决的问题。

鉴于学科的特点，要将细胞生物学许多过于抽象、难于理解的理论讲明白，除了引导学生将理论与生活实际相结合，发挥想象力，使抽象的内容形象化和动态化之外，实验教学也是不容忽视的重要环节。为进一步贯彻《教育部财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见》（教高[2007]1号）精神[3]，提高高校本科教学质量，推广研究性学习和个性化培养，我们对细胞生物学实验进行了改革，增大了设计性、创新性和综合性实验的比例，降低了验证性实验的份量，学生普遍反映改革后的实验课更加有趣，学生参与的主动性明显提高。同时，我们鼓励学有余力的同学积极参与大学生创新性实验项目，通过以大学生为主体的创新性实验改革，一部分学生得到了科学研究与发明创造的初步训练，学生的创新意识和实践能力增强。一些学生设计的细胞生物学实验不仅获得了大学生创新项目的支持，还获得“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛一等奖，学生的培养质量受到了广泛好评。

参考文献：

[1]刘昌，阎锡海.我国高校生物学专业课程现状及其改革的理论思考，高等理科教育[J]，1995，4：52-57

[2]邹方东，王喜忠.细胞生物学“教师、教材、教法”三位一体课程建设与改革，中国大学教学[J]，2009，1：52-54

[3]教育部.财政部“高等学校本科教学质量和教学改革工程”（2007年1号文件）

细胞生物学研究的主要内容篇3

一、国内外细胞生物学教学状况 

由于细胞生物学是现代生命科学领域的基础学科，国内外综合性或专门性的教学机构都将细胞生物学教学放在特别重要的地位，教学手段的建设也发展迅速。 

细胞生物学课程本身的知识内容多、理论推导复杂，学生平时的学习会遇到理解方面的困难。因此，国外许多教学机构很早就开展了将深奥难懂的理论知识以直观、形象的方式向学生教授的模式探索。随着多媒体技术的兴起，他们制作了许多精美的动画，演示细胞生物学中抽象难懂的内容，例如，细胞分裂、细胞骨架蛋白的组装与去组装、肌肉运动、白细胞运动、细胞衰老等。这些平时没有直观感受的、关于分子细胞生物学方面的抽象内容转换成教学动画素材后，形象地帮助学生去理解相关知识内容，使得他们对生命的奥秘有了深入的理解，并进一步对细胞生物学产生浓厚的兴趣，从而最终投身于生命科学领域的科学研究。从近50年来诺贝尔奖颁布情况来看，接近90%的诺贝尔奖项目与细胞生物学有关，这个情况一方面表明细胞生物学在现代生命科学研究中的重要地位，另一方面也从侧面反映出国外重视细胞生物学的教学，从而培养大批专业基础扎实而富有创新能力的科学研究人才。 

国内重点综合性大学也都非常重视细胞生物学的教学与研究，从1950年细胞生物学的正式诞生开始，兰州大学、北京大学就建立了专门的细胞生物学教学与科研机构。目前中山大学、北京大学、中国医科大学、北京师范大学等985、211高校先后建立了细胞生物学教学网站。近年来，根据对国家自然基金项目审批情况的不完全统计与分析，国内这些学校在生命科学领域中所申报成功的项目里细胞生物学所占的比重逐年增高。例如，北京大学承担的生物方面国家自然基金中，近五年来细胞生物学领域有关研究从50%上升到近80%；西北农林科技大学在学校学科发展战略性政策倾斜思想指导下越来越重视细胞领域的研究，近年来国家自然基金获批数量飞速增长，这也与对细胞研究的重视有关。这些国内情况表明，随着细胞生物学的发展，科研工作人员研究水平逐步提高，而大学要培养高水平生命科学领域的科学家，就必须要重视包括细胞生物学在内的三大基础科学的教学与研究，这对高校教师完善科研思维、促进他们的科研发展具有重要作用。 

然而，细胞生物学内容繁杂，抽象的地方多，而且新方法、技术、观点层出不穷。这导致学生在学习细胞生物学的过程中有一定的难度。同一个班级，不同学生个体差别很大，特别是传统的、单一进程的输灌式教学方式容易导致学生学起来产生枯燥感，挫伤他们的学习积极性。这样的状况不利于细胞生物学的学习。因此，建立一套立体化教学体系，启发式、探索式的学习也许能让不同层面的学生找到适合自己的路径以便更好地学习[2]。 

二、立体化教学理念与实践 

立体化教学包括立体化教学资源、立体化教学层次和立体化教学评价，主张综合利用网络平台、多媒体课件等手段循序渐进地传授基本知识，形象而系统地传授抽象的内容，因材施教，对不同个性的学生制定广度和深度不同的个性化教学内容，基于“厚基础、重个性”的理念开展立体化培养，对学生的学习与提高、教师的教学与科研都有许多好处[3-5]。 

（一）教学资源的立体化 

依据教学大纲设置内容合理、多媒体丰富的学习平台，让不同的学生找到适合自己的学习模式[6-7]。全方位、立体化的教学首先在资源上能把细胞生物学抽象的知识形象而生动地呈现给学习者，知识密度大、表现力强，通过将教学内容化静态为动态、化抽象不可见为直观可见、化复杂多变为简洁明了，可以顺利地引导学生突破思维障碍，使原本艰难的教学活动充满魅力，更能有效地激发学生的学习兴趣和欲望。例如，在绪论中引入哈佛大学制作的白细胞在毛细血管内壁滚动和钻入发炎组织部位过程分子细胞生物学机制的动画，让学生体会到不起眼的生命活动现象中原来也有如此多的奥秘，好奇心被激发出来，从而对课程各部分的学习产生浓厚的兴趣。在细胞骨架章节中回顾并详细讲解这段动画，有助于学生形象地理解相关知识，并能够与细胞膜结构和功能、中心法则、蛋白质分选等内容开展知识点之间的立体化联系。又如肌肉运动中的肌丝滑行过程反应步骤多、抽象而复杂，用动画可直观地演示动作电位产生、钙离子释放、钙离子结合、原肌球蛋白位移、ATP分解释放能量、肌动蛋白与肌球蛋白之间的相互运动、钙离子回收等生理过程。原来枯燥、呆板、深奥的科学原理，从多角度、多层面以更真实、更直观、更立体的方式表现出来，更加便于学生对知识的理解和掌握，使艰深的专业知识学习成为一种乐趣。在传统的教学中，教师讲解这些内容面向不同班级的学生要多次反复地在黑板上画图、板书，有时因为内容艰深容易顾此失彼，徒增学生的困惑，而形象生动的动画能大大减轻教师的负担，大大增加课堂内的有效讲授时间，较好地解决学时少、内容多的矛盾。通过教学资源的立体化，向学生提供一个生动而丰富的教学课件与网络平台，对传统教学时间、空间是一种突破，可为学生提供充分的课后学习资源，作为学生补充学习之用，也为学有余力的学生对某些感兴趣的领域自学提供良好的平台和深入思考的空间。 

细胞生物学研究的主要内容篇4

关键词： 植物细胞工程实验 课程优化 实验室开放

植物细胞工程指在细胞水平上对植物进行操作的技术，即植物组织培养或体外培养及这些技术的应用。植物细胞工程是植物生物技术的基础，在许多综合性大学的生命科学学院及农林院校都作为一门重要的专业课或专业基础课程开设[1]。实验课是植物细胞工程学习中的重要环节，目的是巩固和加深对植物细胞工程的理解，并初步掌握植物细胞工程研究必需的基本实验技术。目前，主要内容包括培养基母液的配制，培养基分装与灭菌，植物愈伤组织的诱导，茎及茎尖组织的培养，愈伤组织的增值和分化，植物的花药培养等内容。在现有的课程体系中验证性实验较多，设计实验和研究性实验较少，这样的课程结构给学生提供框架内的实验内容，无法进一步锻炼学生分析问题和解决问题的能力，无法提高学生的自主创造性。

为了提高植物细胞工程的实验教学质量和培养学生的创造力，应该对现有的课程内容进行优化。

一、优化原有的课程内容，增加设计性实验

对课程内容的优化，还应该保留基础性的实验内容，使学生掌握基本的实验原理和操作，了解植物细胞工程的关键技能，如培养基的配置、灭菌，愈伤组织的诱导，花药培养等实验。在实验课上，注重学生基本功的培养，使学生做到规范操作。在此基础上，为培养学生的科研思维能力和创新意识，实验内容的选择上适当减少一般性实验，增加自主性和设计性实验，实验内容由浅入深，相互渗透，循序渐进，使实验内容更加符合理论教学的要求[2]。

二、实行实验室开放制度

要提高学生思考问题、解决问题的能力，开放实验室是最直接和有效的途径。

首先，要规范和调动实验室教师的责任感和安全意识，做好仪器设备的维护和监管工作，提高利用率，使设备既能满足实验室开放培养创新人才的需要，又能防止闲置浪费现象的出现[3]。

其次，建立好开放实验室的软环境[4]。实验室开放是培养学生动手能力、实践能力、创新能力的重要途径。开放性实验室的课题设置应该具有创新性、趣味性，让学生产生浓厚的兴趣，主动投身到实验中[5]。

最后，加强开放实验室的监督和检查力度。实验室开放是一个长期、持久的工作，必须有一套严格的监管制度。实验室的开放应该得到足够的重视，并被纳入正常的教学管理中，定期检查、考核，并通过一系列奖励制度激励教师不断坚定信心，在实验室的开放运行中不断探索。

三、结合教学内容，使学生充分参与到教师的科研项目中来

教师的科研课题包含所有植物细胞工程实验教学要求掌握的基本实验技能，鼓励学生参与到教师的科学研究中，使学生可以根据自己的兴趣选择项目内容，自己查阅文献，设计实验方案，主动安排时间完成。学生由被动转为主动，成为实验的主人，调动学生的积极性和主动性[6]。通过科研与教学的有机结合，把验证性实验变为设计性实验，单一实验变为连贯性实验[7]。

四、对优化后的成果进行定期的验收和展示

定期验收和成果展示是一种积极的鞭策和激励措施。定期检查和验收才能及时发现问题、解决问题，同时提高教师和学生对课程优化和实验室开放的重视和责任感。在此基础上实验室应建立激励机制，充分调动教师和学生参加实验室开放工作的积极性。

参考文献：

[1]刘进平，莫饶，李彦军，吴繁花，莫廷辉，赖杭桂，韩平原.“植物细胞工程”课程教材建设与教改实践[J].农业与技术，2005（4）：194-195.

[2]魏明，杨超英，赵世光.植物细胞工程实验教学的探索与研究[J].中国科教创新导刊，2010（10）：48.

[3]韩红江，王绍兰.对高校教学实验室开放的认识与探讨[J].石油大学学报：社会科学版，2003，19（1）：110-112.

[4]张艳芬，刘中成，耿强，刘慧君，孙学军.新形势下高校实验室开放管理与运行机制的研究[J].实验技术与管理，2013（3）：180-183.

[5]施瑞，于晓勇，柳英，李丽洁.高校实验室开放管理模式的探索[J].实验室技术与管理，2010（4）：164-166.

[5]马同锁，张香美，赵士豪，张红兵，贾艳菊.微生物学实验教学改革及效果初探[J].安徽农业科学，2012，40（33）：16484-16485.

细胞生物学研究的主要内容篇5

一、教学目标的确立依据

（一）课程标准要求及解读

对于生物膜的结构，山东省2017级生物学科教学指导意见中的要求为“概述生物膜的结构”。概述为理解水平，即不仅要说出流动镶嵌模型的基本内容，还应该建立生物膜结构和功能之间的联系。2017版《普通高中生物学课程标准》中与这一部分有关的学业要求有：“从结构和功能相适应这一视角，解释细胞由多种多样的分子组成，这些分子是细胞执行各项生命活动的物质基础；建构并使用细胞模型，阐明细胞各部分结构通过分工与合作，形成相互协调的统一整体。”本节课是在学习了细胞膜功能和生物膜系统功能的基础上进行的，所以可以很好地使学生形成结构和功能相适应的观点，从而提高生命观念这一核心素养，所以这是本节课的一个重要目标。本节课将以生物膜结构的探究历程为主线，构建生物膜的流动镶嵌模型，从而使学生对细胞结构有一个更清晰的认识，进而能阐明其功能，所以引导学生回顾生物膜结构的探究历程进而总结出流动镶嵌模型的主要内容是本节课重要的学习目标。另外课标要求注重生物科学史和科学本质的学习，而本节课恰恰是以生物膜结构的探究历程为主线，可以让学生沿着科学家探索的道路，理解科学的本质和科学研究的思路、方法，让学生认识到“科学知识可能随着研究的深入而改变”“科学工作依赖观察和推论”“科学工作采用基于实证的范式”。

（二）教材与教学内容分析

1、内容分析

“生物膜的结构”为人教版高中生物学教材《分子与细胞》第4章第2节《生物膜的流动镶嵌模型》的内容，是上一章中“细胞膜——系统的边界”内容的延伸，与第4章第1节“物质跨膜运输的实例”和第3节“物质跨膜运输的方式”联系紧密，起到承上启下的作用。教学内容主要包括两部分 ：科学家对生物膜结构的探究历程；生物膜流动镶嵌模型的基本内容。在此基础上建立细胞膜结构和功能的联系，使学生认同结构与功能相适应的观点。对于生物膜结构的探索历程，教材中选取的资料简明扼要，所以在教学中以教材提供的资料为主，补充了冷冻断裂技术，以便学生认识蛋白质在膜中的分布情况和技术对于科学发展的推动作用；对于荧光标记人-鼠细胞融合的实验，不是直接给出，而是先让学生设计实验，以此培养学生科学探究的核心素养。

2、重难点分析

教学重点：生物膜结构的探究历程；生物膜流动镶嵌模型的基本内容。

教学难点：探究蛋白质分子是否能够运动的实验设计；建立细胞膜结构和功能的联系。

（三）学情分析

学生己经学习了细胞膜的成分和功能，认同了细胞膜作为系统边界对于细胞生命活动的重要意义，但对细胞膜的结构完全不了解 ，所以应该从膜的功能引入本节课的学习，最终让学生认同结构和功能是相适应的这一基本的生物学观点。高一学生对于科学研究的一般方法和科学的本质等缺乏深入认识，科学探究能力需要逐步培养，所以本节课应该通过分析生物膜结构的探究历程和实验设计，提高学生对科学研究方法和科学本质的认识，提高学生的科学探究能力。

二、教学目标

1.通过资料分析，回顾生物膜的探究历程，理解科学的本质和科学研究的思路、方法，通过血型的介绍增强社会责任感。（科学思维、科学探究、社会责任）

2.说出流动镶嵌模型的主要内容。（生命观念）

3.建立细胞膜结构和功能的联系，认同结构和功能相适应的观点。（科学思维、生命观念）

三、评价设计

目标1、通过目标检测题1学生对相关问题的回答进行评价进行评价

目标2、通过目标检测题2进行评价

目标3、通过学生对相关问题的回答进行评价

细胞生物学研究的主要内容篇6

??7月1日，卫生部干细胞禁令到期。这个禁令就是2012年1月6日卫生部下发的《关于开展干细胞临床研究和应用自查自纠工作的通知》，通知中要求在7月1日前停止在治疗和临床试验中试用任何未经批准使用的干细胞，并停止接受新的干细胞项目申请。禁令出台以后，国内风风火火的干细胞疗法被泼了一盆凉水。如今禁令到期以后，很多机构和单位又摩拳擦掌，准备大干一场。可干细胞研究背后的潜在问题还依然存在。

干细胞治疗包治百病？

“目前在世界范围内，除了造血干细胞，其他的一些干细胞研究都处在研究及动物实验的阶段，国内近些年这个领域比较混乱，业内存在着众多各种名目的干细胞治疗项目，从美容到各种慢性病都囊括其中。”中国科学院北京基因组研究所教授甄二真说。

??例如在美容行业，近年来一种用人体自身皮肤干细胞来进行除皱除疤痕美容的技术，就成为媒体报道和公众关注的热点，它被形容成“用自己的细胞为自己美容”，也有人将其称之为“一场除皱美容的生物革命”。但经过专家及国家卫生部门证实，目前世界上已经能够成熟应用的并不存在这一技术，干细胞美容完全是一个骗局。据悉，现在干细胞美容的相关研究更多是在实验室的研究阶段，还没有一项干细胞产品真正推向市场。

??据了解，干细胞是一种未充分分化、尚不成熟的细胞，具有再生各种组织器官和人体的潜在功能，医学界称之为“万能细胞”。也正是这种特性，干细胞在医疗系统受到了广泛的欢迎。

??但是在国内，其混乱的局面也带来了很大的隐患。记者从业界专家中了解到，国内干细胞治疗的一个重要隐患就是用于移植的干细胞制品来源渠道复杂，有的来源于医院自制、有的来源于科研机构实验室、有的来源于专门供应干细胞的公司。面对多种渠道来源的制品，制备工艺各异、质量控制指标不同，造成最终输注的细胞质量不可控制，而这种状况也给患者的治疗埋藏下很大的健康风险。

另外甄二真表示，现在国内一些医疗机构所宣称的干细胞治疗实际上并不是干细胞治疗，他们只是在打着干细胞的旗号行骗，其中在一些民营医疗机构中，这种问题就更为普遍，在他们的眼中，干细胞治疗似乎已经成了包治百病的灵丹妙药。

干细胞移植存在伦理争议

??北京大学医学部伦理学教研室主任李本富告诉记者，在干细胞领域，最具有争议性的就是人类胚胎干细胞的研究，人类胚胎干细胞来源于早期胚胎，具有“全能”的分化潜能，理论上可以发育成人体的任何组织和器官。而现在的一些胚胎干细胞研究，是把胚胎干细胞从早期胚胎中分离出来，建立胚胎干细胞系，将其诱导分化成为某种特定功能的细胞，可用于治疗糖尿病、老年痴呆症、唐氏综合征等多种疑难病症。

但是胚胎干细胞所面临的问题是，在提取和分离过程中不可避免地利用和破坏了人类的早期胚胎，所以人类胚胎干细胞的研究一直为宗教界和伦理界所诟病。一些反对者认为，人类不能为了治疗疾病而扼杀“生命”。

也正是这样的一些原因，人类胚胎干细胞领域的一些研究一直饱受批评和指责，现在世界各国，尽管有不少人和研究机构依旧在进行人类胚胎干细胞的研究，但是一般也都是谨慎而行，各国也都制定了一些具体的限定性举措。

不过由于管理方面的一些缺失，也有一些研究人员和机构偷偷突破人类胚胎干细胞研究的限制，私自进行各种实验。

卫生部禁令是无奈之举

我国干细胞领域的研究并不是没有约束。2003年12月24日，科技部和卫生部正式颁布实施了《人胚胎干细胞研究伦理指导原则》，具体规定了允许开展哪些研究，禁止开展哪些研究。李本富告诉记者，他本人也参与了这个《指导原则》的一些讨论，直到现在，里面的一些规定在解决人类干细胞研究的伦理非议方面依旧具有重要指导意义。例如其中明确规定禁止人的生殖性克隆，禁止将研究用胚胎植入人和其他动物生殖系统，禁止人的生殖细胞与其他物种生殖细胞的结合，另外利用体外受精、体细胞核移植等技术手段获得的囊胚，其体外培养期限自受精或核移植开始不得超过14天等等。

为何囊胚体外培养的期限不得超过14天呢？李本富说这是科学界就受精卵到新生儿之间的发育过程所达成的共识。因为从生物学的角度看，在受精14天之前，胚胎并不具有个性。然而在受精14天左右，原先的受精卵就开始出现了一定的结构。因此，科学界把受精14天视为胚胎开始成为人的“下限”。

按理说，有了《指导原则》的规定，我国干细胞的研究可以在规范中得到发展。但遗憾的是，当时《指导原则》中并没有规定干细胞研究的准入登记制度，也没有监督机制和报告制度。这直接导致了国内众多科研院所﹑医疗机构及一些企业一哄而上的局面。

为了规范国内的干细胞应用，强化对该行业的管理和控制，2012年1月6日，卫生部下发《关于开展干细胞临床研究和应用自查自纠工作的通知》，这也就是业界所说的干细胞禁令。在很多人看来，卫生部采取这种举措，也是没有办法的办法。

未来如何规范？

其实在国际上，干细胞的研究也是一个颇有争议性的行业。由于认为该技术涉及人类胚胎干细胞系，有悖于伦理道德和公共政策， 2011年欧盟法院宣布禁止干细胞研究进入专利申请程序，而美国则因为政治体制的原因，从联邦到各个州，对于干细胞的态度一直摇摆不定。

李本富说，由于我国允许流产，人类干细胞研究所面临的伦理风险也要比一些西方国家小得多，但是现实中的一些乱象也导致了卫生部不得不禁令予以规范。

现在的问题是，7月1日后将如何处置呢？业界有分析人士认为，如果没有新政策出台，这意味着各相关机构又可以名正言顺地进行干细胞项目的研究和开发。

细胞生物学研究的主要内容篇7

1 当代大学生的生物科学素养现状及其存在问题

生物相关专业的学生对生物科学技术具有浓厚的兴趣,生物科学技术基础知识扎实,对生物技术发展持积极的肯定态度,具备良好的科技强国的信念。但是,他们对高新生物科学技术知识和先进实验技术了解较少,生物科学实验实践技能较差,对生物科学科研精神的理解和研究方法的掌握不足。有调查表明,当代大学生对于当前的一些生物热点问题有一定的了解,但是对于高新技术的应用和新的科学研究领域的认识不足。在理性上,有43%的学生是盲目的怀疑,或者是盲从专家和他人的观点,对事物较少有自己的看法;在探索求知精神上,“科学功利主义”对学生的影响最大,使得学生视野狭窄、目光短浅;在实证精神上,有62%的学生缺乏实验实证精神,偏重抽象思维,缺乏科学实验的精神和价值眼光。②此外,许多高校只注重生物专业课的常规教学,很少举办专门的科研活动,且科学技能培养与锻炼的途径缺乏,这使得大学缺乏浓郁的科学素养氛围,学生较难形成一定的科学技能,由此科学实践能力也较差。

2 细胞生物学教学中培养科学素养的意义

细胞生物学是生物学类及农林医药类本科生一门必修的专业基础课,是现代生命科学的前沿分支学科之一,它是以细胞为研究对象,从细胞的整体水平、亚显微水平、分子水平等三个层研究细胞和细胞器的结构和功能、细胞的生活史和各种生命活动规律的学科。细胞生物学是一门承上启下的学科,和分子生物学一起同是现代生命科学的基础,并广泛渗透到遗传学、发育生物学、生殖生物学、神经生物学和免疫生物学等的研究中,和农业、医学、生物高新技术的发展有密切的关系,是生命科学的重要支柱之一,在解决人类面临的重大问题、促进经济和社会发展中发挥重要的基础作用。同时,细胞生物学又是一门实践性很强的学科,重要理论与实践密切地联系着。随着生命科学自身和生物产业的快速发展,对生命科学相关领域创新型人才的需求也在不断增加。由此可见,细胞生物学课程中科学素养的培养对于建立与其专业层次、研究方向相符合的细胞生物学知识构架体系,培养和锻炼学生的科学思维能力具有非常重要的作用。

3 细胞生物学教学中如何培养学生的科学素养

细胞生物学作为生物学类及农林医药类的一门专业基础课程,在培养学生的科学素养方面,具有举足轻的重要作用。然而,科学素养的提高不是一朝一夕之功,教师应始终将其贯穿于自己的教学之中。如何在细胞生物学教学中培养和提高学生的科学素养,以下是笔者的一些想法和体会。

3.1 加强课堂教学中的“生活化”融合

  细胞生物学的知识理论性强,内容抽象深奥、难于理解,教师可以试将抽象的内容与日常生活相联系,使学生有此联想起有趣的、熟悉的生活场景或事物,这不仅使抽象的内容具体化和动态化,使其容易理解,而且激发了学生的探究欲望和学习兴趣。例如讲解“蛋白质的分选”时,引导学生由细胞社会联想到人类社会。细胞中的各种蛋白质发挥结构或功能作用的部位几乎遍布细胞的各种膜区和组分,只有当蛋白质各就各位并组装成结构和功能复合体,才能参与细胞的各种生命活动。这就好比在人类社会中,各专业的毕业生只有找到适合其自身特点的工作岗位才能发挥所长。总之,运用发散性思维,尽可能地将细胞生物学抽象的理论知识与生活实际联系起来,并配合以多媒体辅助手段,使抽象的内容变得形象生动,易于理解掌握。

3.2 侧重教学内容的前沿性和新颖性

细胞生物学发展极为迅速,随着科学家们研究成果的不断涌现,其内容处在不断更新的动态过程中。因此,教师在教学过程中,要注重联系学科的前沿和热点,讲述较先进的科学结论,跟踪国际上最新进展。此外,教师在注重教学的同时,宜以科研并举,以科研引导和促进教学;教学与培养科学研究型人才紧密结合;教学内容与最新科研进展同步,使学生在正确掌握细胞生物学基础上学会解决与之相关的科学研究问题。如将教师的主要科研成果与基础理论教学有机结合,结合教学内容介绍自己的科研成果,这样既生动又贴切,学生又很熟悉,使学生获得学习的兴趣和动力,亦可以启发学生的创新思维能力,培养学生的科研钻研精神。

3.3 增加细胞生物学实验综合性和设计性实验的比例

综合性实验注重知识的综合运用,实验原理和方法步骤较为复杂,可以使学生更好地理解实验原理,正确使用仪器设备,锻炼学生综合分析问题的能力;设计性实验是指学生根据实验项

目,自主设计实验方案,自主准备实验材料,自主配制实验所需试剂,根据自己的时间自主安排实验进程,设计性实验可以充分调动学生的实验积极性,培养学生的创新思维和勇于探索的精神。由此可见,综合性和设计性实验可以锻炼学生综合分析问题和解决问题的能力。③然而目前许多高校由于实验条件和课时安排的限制,细胞生物学实验主要以基本操作和验证性实验为主,综合性和设计性实验较少甚至没有,这在一定程度上限制了学生综合素质和创新思维的培养。④因此,教师应根据科学性、可行性和实用性原则增大综合性和设计性实验的比例。如我们精选了真核生物基因组的提取、纯化、鉴定、扩增、酶切、重组、转化、筛选的大实验,膜蛋白的分离与鉴定等综合设计型大实验,这些实验中的每个实验都构成了一个综合性整体,同时,在实验材料的选择上尽量做到由学生自主选择。通过每一次的综合设计实验,使学生进一步巩固了已学习的知识和已掌握的技术,并能够对实验结果进行合理的正确的资料采集、整理、分析和归纳,有效地培养了学生的科学素质、科学精神、创新思维及分析问题和解决问题的能力。 3.4 组织各种“科学小组”,布置学科发展前沿的讨论,与全程科研训练对接,以培养学生的科学态度和科学精神

细胞生物学研究的主要内容篇8

关键词：课程改革；核心概念；知识结构

中图分类号：G632 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2016）08-260-02

一、《普通高中生物课程标准》的任务

2003年，教育部颁布的《普通高中生物课程标准》明确指出，“提高每个高中生的生物科学素养是本课程标准实施中的核心任务”。生物科学素养指的就是公民参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物科学知识、探究能力以及相关的情感态度与价值观。

促进学生对生物学核心概念的理解是提高学生的生物科学素养的重要途径和内容之一，《普通高中生物课程标准》首次将概念列入课程目标。《普通高中生物课程标准》规定的三大课程目标是知识与技能目标、过程与方法、情感态度与价值观目标，其中知识目标是达成后两个目标的基础。在知识目标中要求，“获得生物学基本事实、概念、原理、规律和模型等方面的基础知识”。整个生物学知识体系的基础就是概念。于此同时，课堂教学是所有教育改革的最终落脚点，那么，毫无疑问生物教学的核心就是生物概念的教学。那么生物概念教学就直接关系着知识目标的达成。又因为知识目标是达成情感态度与价值观和能力目标的基础，生物概念教学也即关系着整个课程目标的达成。生物学概念的教学关系着学生整体知识网络的构建和日后的持续学习。

二、学习《分子与细胞》模块的目的及意义

本模块选取的都是细胞生物学的最基本知识，和细胞研究的新进展以及实际应用，这些知识内容也是学习其他模块必备的基础。学习本模块的知识，学生将在微观层面上了解生命的物质特点和结构特点以及生物界的物质统一性和多样性，活细胞中物质、能量和信息变化的统一，细胞结构与功能的统一，生物体部分和整体的统一等，这样在辩证唯物主义自然观的形成中对学生有巨大帮助。学习本模块后，有助于学生对科学过程和本质的理解。

本模块的学习是学习其他模块的基础。所以，在本模块的学习中，极为必要的就是开展核心概念教学，帮助学生构建一个完整的概念体系和知识框架。

三、《分子与细胞》模块在高中生物课程中的地位及与其他模块的联系

在高中生物学课程的共同的三个必修模块内容中，“分子与细胞”模块主要是阐述生命的本质，即生命的化学基础和结构基础，实现自我更新的生理基础，实现自我复制的遗传信息传递基础；“遗传与进化”模块主要是阐述生命的延续性，和生物界的发生以及发展过程和原因；“稳态与环境”模块则主要是阐述生命系统通过自我调节机制使其保持稳态并适应环境，以及生态系统通过自动调节作用使其结构与功能达到协调统一并持续发展。因此，共同必修部分的3个模块内容之间的知识联系非常密切。而学习其他模块时“分子与细胞”是学习高中生物的基础。此外，学生通过“分子与细胞”内容的探究性学习活动获得的技能，对进一步学习选修模块的选修一“生物技术实践”和选修三“现代生物科技专题”等知识起到保证作用。

四、《分子与细胞》模块课程的主要内容及要求

1、生命系统这个概念存在于《分子与细胞》第一章第一节，本节是学生进入高中的第一堂生物课，起着承接初中学习开启高中学习的作用。因而本节内容并不需要学生掌握生命系统的所有外延，只需要学生能举例说明生命系统的层次，认同细胞是基本的生命系统即可。

2、“细胞的分子组成”部分，本部分内容的单元知识点有：细胞的元素组成、细胞的分子组成、水和无机盐、糖类、脂质、蛋白质、核酸等，要求是：简述生命元素的类别，说明生物大分子以碳链为骨架。

3、“细胞的结构”部分，本部分内容的单元知识点有：细胞的发现和细胞学说的建立、细胞的研究方法。细胞的类别、细胞的基本结构、细胞膜、细胞器、细胞核、细胞的整体性等。要求是：简述细胞膜的大体功能；举例说出几种细胞器的结构和功能，观察线粒体和叶绿体；简述细胞核的基本结构，阐明细胞核贮存遗传信息。举例说出细胞各部分结构相互联系和协调一致，理解细胞是一个有机的统一体。

4、“细胞的代谢”部分，本部分内容的单元知识点有：物质进出细胞的方式、ATP与代谢、酶与代谢、光合作用、细胞呼吸等，要求是：说明离子和小分子物质的跨膜运转方式，以及大分子进出细胞的方式。酶作用的特性；简述ATP分子结构，解释ATP与ADP相互转化的关系，说明ATP的生成途径，阐明ATP在能量代谢中的作用。细胞的呼吸的两种方式及过和光合作用的过程以及他们之间的相互关系和在生产实践中运用。

5、“细胞的生命历程”部分，本部分内容的单元知识点有： 细胞有丝分裂具有细胞周期，其包括分裂间期和分裂期。要求为“简述细胞的生长和增殖的同期性”，属于了解水平。 .细胞分化 ，细胞分化涉及到基因的选择性表达，与细胞核的内容存在一定的联系，与我们现实的生活也较为接近，另外同细胞的癌变等内容均联系紧密。这部分内容还包括细胞的衰老和凋亡。《新课程标准标准》的知识目标要求为“说明细胞的分化”“举例说明细胞的全能性”，属于理解水平。并要求将细胞的凋亡和细胞坏死进行区分，属于理解水品。

五、实施过程中，我的教学策略：

1、创建良好的问题情境。良好的问题情境对于提高学生的学习兴趣、激发学生的学习动机具有非常重要的作用。教师要根据学科特点和学习者特征，创设恰当的问题情境，让学生在对问题情境的体验中产生问题意识、发现并提出探究的问题。

2、引导学生积极思考，并提供必要帮助。教师在问题解决的过程中是以指导者、促进者的身份出现的。具体学科任务的解决是以学生自主探索为主进行的，但是学生对新知识的认识比较零散，缺乏系统性，只有在教师的引导下进行概括、归纳和总结，才能全面地看待问题。教师要把握时机，从旁指导，促进学生技能的掌握和知识的迁移。

3、进行及时的评价。为了保证问题解决的顺利进行，还要对学生问题解决的完成情况进行评价。值得注意的是，课程整合要求学生学习的重心不再只是放在学会知识上，而是应该转移到学会学习、掌握方法和培养能力上。评价的内容应包括：对新知识的理解、掌握和应用能力；自主学习能力；同学间的相互协作能力；问题解决能力

4、每节设置“练习”，每章设置“自我检测”和“本章小结”，及时复习和巩固，强化自我评价和创新能力。

参考文献：

[1] 《高中生物-教师培训手册》人民教育出版社

[2] 程玉平《在新课程标准下加强和改进生物实验教学》

细胞生物学研究的主要内容篇9

Abstract It is quick convient good-repeating and cheap that examining the biotic materials compatibility through cell-culturing method，and it is more and more important in evaluating the compatibility of biotic material.The new material appeating continously complicating of the part and aim material be planted in the intensity of materials toxic effect the reactions complication of material and biotic body，all of these decide the variety of experiment method and cells in cell toxicity experiment.It is very important that choices the right experiment method and cells according to the materials character the part and aim the material be planted in .The evaluation of biotic materials compatibility stressed on the changing of cells form and quantity before.Inrecent years，more and more reports appear about material influeances the growth.adhesion proliferation and metabolizing of cell.and presents the point that the evaluation standard of biotic materials compatibility should be set according to the active cells quantity and their growth.Combining many subjects technological development，such as immunology， chemistry，radiation and shadowgraphy，thoroughly inquires the changeing relation of cells structure and funtion，furtherly clarifes the materials effect on cell，It is the developing direction in the future that evaluates the biotic materials compatibility in cedd-culturing method.

Key words Biotic material Cell-culturing Compatibility Toxicity experiment

生物材料的临床应用已有较长的历史，广泛应用于牙科、眼科、整形外科及心血管外科领域。目前美每年有2-3百万人工脏器或假肢植入人体中。生物材料不仅要具有临床使用时所需要的理化性能，还必须具有良好的生物相容性，以保证使用安全。如何快速准确地评价材料的生物相容性，对于研制新材料和缩短研究周期起着重要的作用[1]。

根据1982年美国国家标准学会和牙科协会（ANSI/ADA）公布的评价生物相容性实验标准草案，评价生物相容性的实验方法有全身毒性试验（口服法）、急性全身毒性试验（静脉注射法）、吸入毒性试验、溶血试验、皮下植入试验、骨内植入试验、过敏试验等[2]。细胞培养法作为检测材料毒性的手段（亦称为细胞毒性试验），具有简便、敏感性高、节省动物、节约经费、缩短生物材料研究周期等优点，正日益受到人们的广泛重视。本文就该研究领域近几年的发展及动向作一简介。

1 细胞毒性试验方法的进展

1948年Rosen Bluth等首次报道利用鼠成纤维细胞培养来筛选聚合物，开始了细胞毒性试验评价生物材料的生物相容性的研究与应用工作，迄今为止这方面已有大量的工作积累与研究发现。细胞毒性试验在评价材料生物相容性地位已得到公认[3]。由于目前对生物相容性概念及机理还完全了解，加之材料的多样性、置入要体内环境中的变异性、材料与机体作用的复杂性等因素，故迄今为止，国内外还没有一个统一细胞毒性试验方法。

细胞毒性试验由于细胞培养方式（如单层细胞培养、细胞悬液与材料混合培养、细胞在材料上培养等）的不同，细胞与材料之间有无间质（即细胞直接与材料或其浸出液接触，还是通过间质接触）以及材料毒性成份（即材料本身、浸出物、扩散物或材料降解产物等）不同决定了细胞毒性试验方法的多样性。根据细胞和材料之间有无间质可以将细胞毒性试验方法分为间接法与直接法两大类。

1.1间接法

最典型的间接法是琼脂覆盖法，该法是Dubecco在1952年首先提出[4]。其方法是将含有培养液的琼层平铺在有单层细胞的培养皿中，再在固化的琼脂层上放上试样进行细胞培养。此法优点是不管试验材料是什么形态（膜、粉末或油脂状）等都适用。但该法敏感性受试样溶出物琼脂层上扩散程度的影响。当溶出物分子量小，易溶于水，其毒性发现早且较强。反之即使有毒的材料，如溶出物分子量大并难溶于水，使用该法时材料毒性就难以表现出来。

为克服琼脂法的缺点，Sabita Sriva等提出分子滤过法[3]。该法是在单层细胞上覆盖一层丙烯盐制成的微孔滤膜，将试样材料放在滤膜上，使材料毒性在成份通过滤膜作用于其下的细胞。由于滤膜微孔直径约0.45μm，Bondemark认为该法适合评价毒性成份分子量小的材料的相容性[5]。 van Luyn等1992年报道用甲基纤维素细胞培养法评价聚合物的细胞毒性[6]。该法是在甲基纤维素中混入细胞表面进行培养。该法优点是生物材料的水解及细胞坏死释放出的蛋白分解酶引起的酶解作用均要发生，因此可同观察到生物材料的原发性及继发性细胞毒性。

1.2 直接法

生物材料中一些易溶出物质引起炎症反应和组织反应的主要原因。易溶出物质一般是原料单体、低分子聚合物、催化剂、溶剂、稳定剂、乳化剂等。为研究这些溶出物的细胞毒性，一些学者提出浸出液法。该法是将试样投入培养液或蒸馏水中适当条件下进行浸泡，制备出含有溶出的浸泡液再将浸了液加在含有细胞的培养皿或试管中继续培养，观察溶出物对细胞的影响。Oshima认为不同浸提条件和浸提方式所制备的材料溶出物在细胞敏感程度上并无显著性差异[7]。

直接浸渍法：该法是形态不规则的试样（如金属粉末、油脂类材料）等与细胞一起放入培养皿中进行培养。当有溶出物时试样周围的细胞就会受到影响。宁淑华等1988年用该法对医用硅胶及聚乙烯醇进行细胞毒性试验[8]。作者认为对于形态不规则有微量毒性的材料使用该法较为适宜。

另一些学者在直接法基础上提出直接接触法。该法将细胞直接放在生物材料上进行细胞培养。当有毒性物质释放时，由细胞形态变化和数量增减检测细胞毒性程度，同时可以直接观察到细胞在材料表面贴附情况。直接接触法不仅能直接检测材料溶出物的细胞毒性，同时也是考察材料与组织细胞相容性的重要手段。通常“材料生物相容性好”，很多场合都是指细胞容易贴壁且能迅速繁殖生长。因此可根据直接接触法细胞培养的结果推测材料植入人体后与机体细胞的反应。但是，对于与血液接触的循环系统来说，为了避免引起血栓形成，就希望细胞难以贴壁且不易增殖。因此应根据材料的使用目的，作出相应的生物相容性判断。

Tsuchiya[9]等于1994年对琼脂法、分子滤过法、浸出液和直接接触法对材料的细胞毒性敏感程度的差异性进行比较。作者认为浸出液法适合检测材料溶出物毒性，并与动物毒性试验结果相符合。直接接触法对材料的细胞毒性敏感性最高，可测出材料微弱的细胞毒性。琼脂法适合对毒性大的大指材料进行筛选。分子滤过法适合毒性成份分子子量小的材料进行生物相容性评价。

综上所述。细胞毒性试验方法多种多样，并各有其特色。每种试验方法因其原理及方法不同，选择材料的针对性也不同。根据实验材料本身理化性质、毒性成份表现形式、毒性作用强弱及材料用途选择正确的实验方法是至关重要的。转贴于

2 实验细胞研究进展

目前细胞毒性试验中应用最早的及使用最广泛的细胞是L-929细胞，该细胞是Earle等1948年从小鼠皮小组织中分离出的成纤维细胞。另一种应用较多的细胞是Gey等1953年从人类子宫肿瘤中分离出的子宫粘膜上细胞（HeLa细胞）[10]。由于这两种具有传代容易，繁殖迅速、体外培养条件低、易储存，同时这两种已建立成系的细胞株能为实验提供稳定传代的细胞，能为许多材料细胞毒性评价所共用等优点。1982年美国质量标准协会将L-929细胞和HaLe细胞推荐为细胞毒性试验中的标准细胞[2]。

由于L-929细胞来源于小鼠的皮下组织，HaLe细胞来源于人的肿瘤组织。这两种已建立成系的细胞株都具有无限分裂增殖类似肿瘤细胞的特征。因此人们对利用这现两种细胞代替人体正常组织细胞评价材料的生物相容性的敏感性及可靠性产生了疑问。同时随着不断涌现，人们对材料植入人体后与机体组织之间可能发生的反应其对材料的影响产生了浓厚的兴趣。因此单用L0929和HaLe细胞培养检测材料的生物相容性已不能满足人们的这种需要。

从九十年代起越来越多学者根据材料植入体内的不同部位及使用目的选择人体不部位或/和组织来源的细胞作业实验细胞，使体外细胞培养对机体内环境的模拟更趋真实，其结果更为准确与客观。

对宿主而言植入宿主体内的生物材料是种异物，因此材料植入体内最普遍和最常见的反应是免疫排斥反应。由于单核巨噬细胞来源于人体的血液，在人体免疫系统中起着重要的作用，能释放各种刺激因子激活补体引起急慢性炎症反应，同时刺激成纤维细胞生长促进伤品的愈合。因此选择单核巨噬细胞作评价材料细胞毒性的实验细胞，有助于人们了解材料置入体内引起的炎症反应对组织细胞的影响[1]。

Cheung认为不同组织来源的细胞材料的敏感性是有差异的[12]。只用软组织来源的细胞培养检测材料的细胞毒性尚不能全面反映出材料的生物相容性。以骨替代材料和牙用材料为例。前者种植到骨组织内，所接触的是骨环境，而后者存在于软组织环境中。因此骨替代材料应选择骨组织来源的细胞，因为这种细胞在体外培养中可形成体内环境一致的矿物化小结，这种小结内含有类成骨细胞和类骨髓细胞及钙化的胶原基质，使体外细胞包培养更好地模拟了生物材料与骨组织在体内的反应。牙用材料可释放一些可溶性的毒性成份如Na+、Ca2+、Al3+和氟化物等[]14，这些可溶物质主要影响邻近的牙组织及口腔粘膜的上皮细胞、成纤维细胞及各种免疫细胞，并对这些细胞的生长、附着增殖及代谢等功能产生影响。因此对牙材料采用口腔粘膜的成纤细胞或/和上皮细胞才能更准确地反映出材料的生物相容性。

3 细胞毒性的观察方法

以往对材料生物相容性的评价往往着眼于细胞的形态与数量，通过细胞形态的改变和数量的增减判断材料的细胞毒性[15]。由于材料毒性成份对细胞的损伤，首先发生细胞生物化学反应和生物分子结构的改变，出现代谢和机能的改变如线粒体氧化代谢障碍、蛋白质合成下降，细胞膜选择性通透屏障作用消失等，这种变化用形态学方法通常不能发现。只有当细胞死亡10h以上，细胞的自溶性变化相当明显的才能在光显微镜下根据细胞死亡的判断特点，即核浓缩、核碎裂、胞浆伊红染色等判断材料的细胞毒性程度。因此传统的细胞毒性观察方法不能及时、准确地判断材料的细胞毒性。

九十年代以来，越来越多学者倾向于从材料毒性成份引起细胞死亡所产生的细胞形态和数量的变化评价材料生物相容性转移到材料对细胞的生长、附着、增殖及代谢功能的影响，并提出了以存活的有功能的细胞或/和细胞生长增殖情况作材料的生物相容性评价指标。

在体外细胞培养中已有学者提出一些能敏感地反映细胞活力功/和细胞殖的实验室评价方法。如放射性位素（3H-胸腺嘧啶，3H-亮氨酸等）摄入法[16]、荧光染色法（如乙酰乙酸荧光素）[18]、流式细胞光度术等[19]。这此方法各有其优缺点及适用范围。

放射性同位素摄入法是在培养基中掺入3H-胸腺嘧啶或/和3H-亮氨酸等，根据3H-胸腺嘧啶在细胞内含量测量DNA的合成含量，3H-亮氨酸含量测定细胞内蛋白质合成清况[16]。该法能揭示细胞分子水平的动态变化，是研究细胞代谢状态的重要手段。但同位素物质对研究人员会造成一定程度的放射性损害，同时需要特殊设计的实验室和一些特殊设备是其缺点。

四甲基偶氮唑盐微量酶反应色法（MTT法）是由Mosroann在1983年提出，最初应用于免疫学领域，近年一些学者将该法应用到生物相容性评价中[20]。其原理是线粒体琥珀酸脱氢酶能催化四甲基偶氮唑盐（MTT）形成兰色甲替。形成数目的多寡与活细胞数目和功能状态呈正相关，该法简便迅速、不接触同位素、而敏感性同位素法接近。该法缺点是甲替有时易聚集成团影响结果的难确性。

荧光染色法：其基本原理是当细胞受到损伤时，细胞膜的选择通透性屏障作用消失，利用乙酰乙酸荧光素和溴化乙锭快速进出细胞膜受损的细胞特点。在荧光显微镜下迅速区分受损细胞[22]该法特点适合评价首先影响细胞膜功能的材料的生理相容性。

流式细胞光度术（Flow cytometry，FCM）是近几年迅速发展起来的分析细胞的方法[22]。该法利用鞘流原理，使被荧光标记的单个悬浮细胞排成单列，按重力方向流动。细胞被激光照射后反射荧光，检测器械可逐个结细胞的荧光强度进行测定。FCM对细胞测定能力30-60万个细胞/分钟，同时可对细胞的核酸，蛋白质、酶、细胞周期分布等八种量进行测定。该法在材料的生物相容性评价中有着广泛的应用价值。

4 结束语

细胞生物学研究的主要内容篇10

DNA不仅是生命的密码，还可以作为制造纳米级构件和机器的通用元件，基于“自下而上”(bottom-up)的原则可以将DNA分子组装成高度有序可控的DNA纳米结构.自Seeman教授1982年首次制备出DNA纳米结构以来，DNA纳米技术的研究已经取得了突出的进展.目前，各种设计精巧而复杂的DNA纳米结构被应用于分子检测、肿瘤诊断、生物医药、药物输运、生物分子组装、生物传感器、纳米分子机器、靶向治疗等诸多领域.在DNA纳米结构被广泛应用的同时，其安全性包括细胞水平的摄取和毒性，动物水平的吸收、分布、代谢和排泄等也越来越受到研究人员的重视.全面了解DNA纳米结构的安全性，对于优化DNA纳米结构的设计，将其更好地应用于生命科学领域具有重要的意义.

本文首先简单介绍了DNA纳米技术的发展以及DNA纳米结构的构建方法和特点，然后分体外细胞和体内动物两个层次，综述了近年来DNA纳米结构的安全性研究进展.最后总结指出，DNA纳米结构的安全性研究工作尚不完善，并展望了在进一步工作中该领域应重点开展的研究方向.

2DNA纳米技术简介

DNA，即脱氧核糖核苷酸(deoxyribonucleicacid)，作为生命遗传信息的储存物质广泛存在于生物体内.1953年，DNA双螺旋结构的发现极大地促进了现代生命科学的发展.DNA双螺旋结构宽2nm，螺距3.4~3.6nm，每个碱基的长度约0.34nm，这些性质决定了核酸分子在纳米组装时具有尺寸适应性.更重要的是,DNA具有卓越的可编码性，根据碱基配对原则腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)互补配对可以进行精确的设计，从而构造出各种各样的纳米结构[31].1982年,Seeman教授[2]提出，DNA能够通过碱基互补配对原则形成特定的结构，而且单个的结构可以通过粘性末端形成复杂的二维或三维结构，引领了整个DNA纳米技术领域的发展.此后，研究人员以DNA为“建筑材料”，通过“自下而上”的构筑方法，设计合成了各种功能化的DNA以及不同形状的DNA纳米结构，DNA纳米技术也渗入到众多研究领域中.

近30年来，DNA纳米技术取得了突飞猛进的发展.DNA纳米技术的最大特点在于可以将DNA序列精确设计和组装成我们想要的结构.当前，构建DNA纳米结构有两种主要的方法：模块结构组装(tile)和DNA折纸术(DNAorigami).模块自组装是层次自组装(hierarchicalassembly),通过将目标结构分解成小的结构单元，利用每个结构单元里核酸链直接的强作用力以及结构单元之间略弱的作用力，形成整个结构.利用该方法可以构造出一维线性排列、二维平面网格、可寻址阵列、纳米纤维、三维多面体乃至三维晶体等多种结构,这种构建方法是DNA折纸术出现之前DNA纳米结构的主要构建方法.2006年，Rothemund发明了DNA折纸术，该技术的出现使得制作复杂DNA纳米结构的能力得到极大提升.DNA折纸术是一种成核自组装(nucleationassembly),整个组装过程围绕若干成核点(或称成核链)一次进行，因此，通过DNA折纸术生成图形的复杂度较模块自组装大大提高.通过DNA折纸技术，研究人员已经构建出了包括笑脸、海豚、中国地图、巨石、螺帽、桥式结构、细颈瓶、立体花瓶、五角星、方形、矩形、三角形、空心盒子、四面体和立方体等各种精巧的纳米图案和纳米结构此外，由DNA模块或是DNA折纸构建的模板中每条钉书链都可以延伸出特定可识别的序列，这使得通过DNA纳米技术构建的模板可以进行进一步的功能化修饰并广泛应用到诸多研究领域中.

3DNA纳米结构的安全性研究

在纳米领域，每一种新的纳米材料被制备出来并应用到众多研究领域特别是生物医药相关的领域中时，其生物安全性是研究人员首要关心的课题.同样地，DNA纳米结构作为一种新型的纳米材料在被广泛应用的同时，科学家也对其安全性进行了评估，下面将从体外细胞和体内动物两个层次介绍近年来的研究进展.

3.1细胞水平

细胞是构成生命的基本单位，外界任何有害因子对机体的作用，均可通过细胞形态与功能的改变表现或检测出来.细胞模型具有简单、实验条件的一致性易于控制、实验结果重复性较好等优点.并且，细胞实验所需要的DNA纳米结构的量较少，因此大量工作致力于在细胞水平开展研究.

DNA四面体是DNA纳米结构的典型代表，它由4条DNA单链自组装形成，因制备方法简单，产率较高而研究最多.樊春海研究组[43]应用共聚焦显微技术研究了RAW264.7巨噬细胞和荧光标记的DNA四面体的相互作用，孵育2h后，在细胞质中观察到强烈的荧光信号，说明该纳米结构能被细胞大量摄取，而用于合成该四面体的DNA单链和细胞孵育后细胞质中只检测到很微弱的荧光信号，说明四面体结构的形成对于有效的细胞摄取十分重要.流式细胞仪的定量分析结果也显示，与DNA单链相比，形成四面体纳米结构后，细胞的摄取量显著增加.并且，形成DNA四面体结构后能有效抵抗生物介质中核酸酶的降解，在细胞外和未灭活的胎牛血清孵育4h后仍保持完整的四面体结构.与细胞孵育8h后，细胞内分别用Cy3和Cy5标记的四面体两个顶点的荧光仍能很好地重合，充分证明了形成的DNA纳米结构具有良好的稳定性，这也是其能够应用于生物医药领域研究的重要特点之一.进一步地，该研究组使用全内反射显微镜、单粒子示踪等细胞成像技术，实时观察了单个DNA四面体结构穿过细胞膜并在胞内运输的过程(图1),发现DNA四面体结构的细胞摄取是一种能量依赖的过程，在细胞膜上的小窝蛋白介导下产生内吞，该过程可以在1min内完成.随后，DNA四面体结构通过由微管蛋白构成的细胞骨架系统进行运输，并最终到达溶酶体.并且，当DNA四面体结构被连接上信号肽分子后，还可以改变细胞命运.例如，载有核定位序列NLS的DNA四面体结构可以从溶酶体中逃逸出来而进入细胞核内.

虽然DNA纳米结构被细胞大量摄取，但是对细胞的生长没有显著影响.例如，Li等_用MTT法检测了DNA四面体纳米结构对RAW264.7巨噬细胞的毒性，发现DNA四面体在浓度为100nmol/L时对细胞存活率没有任何影响.类似地，Charoenphol等和Kim等的工作中分别检测了DNA四面体对宫颈癌细胞HeLa、成纤维细胞NIH3T3和乳腺癌细胞MCF-7等多种细胞存活率的影响，发现即使是使用很高的浓度(250和500nmol/L)也对细胞不显示任何毒性效应.除了四面体结构外，其他形状的DNA纳米结构也具有良好的生物相容性.Jiang等制备了二维管状和三维三角形形状的DNA折纸纳米结构，细胞核形态分析，碘化丙啶(PI)和细胞存活率分析结果显示，这两种纳米结构对正常和耐药的乳腺癌细胞均不显示毒性.同年，Zhao等也制备了管状的DNA折纸纳米结构用于药物输运系统的研究，同样证明了其对乳腺癌细胞不具有任何毒性效应.在无机纳米材料的安全性评估中，研究人员发现其生物相容性常常与形状以及尺寸大小密切相关.例如，球状的纳米金通常生物相容性较好，而棒状结构的纳米金则具有一定的细胞毒性[48].碳纳米材料中，直径较小的单壁碳纳米管毒性常常大于直径较大的多壁碳纳米管相反地，氧化石墨烯则片层越小生物相容性越好.对于DNA纳米结构，其大小、形状均不会影响其生物相容性，这一特点使得研究人员能够按照需要任意设计结构，大大拓展了其在生命科学领域的应用.

3.2动物水平

与体外细胞实验相比，动物实验能够检测纳米材料在生物体各个脏器的分布情况，追踪纳米材料在体内的代谢和排泄行为，更进一步反应纳米材料和人类相互作用可能产生的生物学效应，从而为其在生物医学领域的应用提供更多有用的信息.

在体内研究中，大部分工作也围绕DNA纳米结构的典型代表DNA四面体展开.2012年，Anderson研究组在该领域作出了先驱性的工作，他们设计制备了20nm的DNA四面体结构作为siRNA输运载体并应用于体内研究.由于叶酸受体在许多癌细胞系中过量表达，他们在该寡核苷酸纳米颗粒(oligonu?cleotidenanoparticles)上引入了叶酸分子作为肿瘤靶向配体.制备好的寡核苷酸纳米颗粒通过尾静脉注射进入到肿瘤小鼠体内，荧光分子断层成像融合X射线断层成像(FMT-CT)技术定量分析了24h内寡核苷酸纳米颗粒的体内分布和代谢行为，结果显示，该寡核苷酸纳米颗粒能在肿瘤部位大量富集，并且肾脏有较多摄取，肝和脾有一定摄取，其他器官如肺和心脏等则摄取很少(图2).由于寡核苷酸纳米颗粒载体的载带，siRNA在小鼠体内的血液循环半衰期延长了4倍(从6min延长至24.2min).此外，Surana等在近期发表的综述文章中特别指出，DNA具有一定的免疫原性，很可能引发生命体系的各种免疫反应，因而DNA纳米结构和免疫系统的相互作用是DNA纳米结构安全性评估的又一重要内容.在上述工作中，研究人员注射该寡核苷酸纳米颗粒6h后，血清中干扰素a(IFN-a)水平和对照组相比没有显著差异.这些结果表明，Anderson研究组构建的DNA纳米载体在体内具有良好的稳定性、很强的肿瘤靶向效应以及很低的免疫原性，因而在体内抗肿瘤研究中具有广阔的应用前景.最近，樊春海研究组[54]也制备了连接有叶酸分子的DNA四面体结构，使用近红外荧光基团和放射性核素同时对该DNA纳米结构进行标记，尾静脉注射，考察其在肿瘤小鼠体内的分布和代谢行为.荧光成像以及单光子发射断层成像融合X射线断层成像(SPECT/CT)结果均显示，该DNA纳米结构能很好地在肿瘤部位富集，同时肝、肾和脾等器官也有一定摄取，最后通过尿液排泄出体外.与DNA双链相比，形成四面体纳米结构后，其在小鼠体内的血液循环半衰期提高了一倍，并且该DNA纳米结构能在高浓度小鼠血清中稳定存在12h.这些结果显示，DNA纳米结构在体内多模态分子影像探针研究领域亦有良好的应用前景.

在DNA纳米结构相关的各类生物医学研究中，根据不同的实验目的，常常采用不同的给药方式，这使得DNA纳米结构在体内的分布和代谢行为也有所不同.例如，Kim等制备了荧光标记的DNA四面体结构并应用于肿瘤小鼠体内前哨淋巴结(sentinellymphnodes)的成像研究，DNA纳米结构由前肢足垫(forepawpad)皮下注射进入小鼠体内.注射后2h，荧光成像结果显示，四面体结构主要富集在小鼠腋下的前哨淋巴结区域，肾、肝和脾中有少量分布.可见，根据不同的实验目的采取适当的给药方式，可以大大提高DNA纳米结构在特定组织的富集效率，从而更好地应用于进一步的生物学研究.值得注意的是，不同的给药方式下，DNA纳米结构除了在特定组织富集外，在肝、脾等网状内皮系统均有一定的吸收，但最后都能经肾脏被排泄出体外，这说明DNA纳米结构在体内应用中具有良好的安全性.

为了达到更好的体内应用效果，丁宝全研究组考察了不同形状的DNA折纸纳米结构在肿瘤小鼠体内的分布和代谢行为.他们选用M13噬菌体DNA和辅助DNA链通过自组装的方式制备了三角形、四边形和管状3种DNA折纸纳米结构，并在纳米结构上连接量子点(QDs)用于荧光成像.尾静脉注射给药结果显示，在3种DNA折纸形状中，三角形折纸具有最好的肿瘤富集效果，并且在其他脏器的分布很少；正方形和管状DNA折纸除了在肿瘤部位富集外，肝脏和肾脏也有很强的吸收(图3(a,b)).进一步地，他们对三角形DNA折纸的体内生物相容性进行了系统评估.