生物学论文范文

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模型建构是一种重要的科学方法，也是生物学课程标准所重视的一种能力。高中生物学教材含有丰富的模型建构案例，是试题原创的重要素材库。模型分为三种类型，即物理模型、概念模型、数学模型。物理模型如细胞膜的流动镶嵌模型、DNA双螺旋结构模型;概念模型如血糖平衡调节模型、达尔文的自然选择学说的解释模型等;数学模型如自由组合定律、有丝分裂中DNA含量变化曲线等。在原创试题的命制中，对核心概念的考查，可在物理模型、概念模型、数学模型之间进行转换，从而创设出新颖的问题情景。例1:图示某反应物分子从常态到显著活跃状态能量变化的一段曲线。①②③三条曲线表示加酶、常温和加氯化铁等条件下的反应。下列叙述正确的是A．E1表示酶所降低的反应活化能B．E2表示氯化铁所降低的反应活化能C．曲线①与曲线③的对比，说明酶具有高效性D．曲线①与曲线②的对比，说明加氯化铁能加快反应速率例1是以“酶的作用及其原理”为考查内容的试题。命制时，将“概念模型”转换成“数学模型”，用数学中的坐标曲线图进行情景设计。该曲线图的设计创意来自大学教材陈阅增《普通生物学》第2版第46页上的插图，但经过较大的改进，在图中增加了有效信息，去除了一些干扰信息。题目情景新颖，又重点考查了“活化能”概念中之“显著活跃状态与常态下分子能量的差值”这一要素。参考答案:D。例2:图示为研究渗透作用的实验装置，请回答下列问题:(1)漏斗内溶液(S1)和漏斗外溶液(S2)为两种不同浓度的蔗糖溶液，漏斗内外起始液面一致。渗透平衡时的液面差为h，此时S1和S2浓度大小关系为。(2)图中半透膜模拟的是成熟植物细胞中的，两者在物质透过功能上的差异是。(3)为进一步探究两种膜的特性，某兴趣小组做了以下实验……(以下部分略)例题2是2013年江苏高考生物学试题的第27题，就是这种原创策略的成功案例。“渗透作用原理”是考纲中“物质出入细胞的方式”这一考点的重点内容之一。在命题时，将概念模型转换成物理模型，即将渗透作用的内涵和外延分解开来，将渗透装置示意图这一物理模型作为渗透作用概念外延的一部分。用数学方法处理实验结果(如液面高度差h、S1和S2溶液的浓度关系)，通过考查学生对实验宏观现象的认知来考查对渗透作用微观原理的认知，通过考查对概念外延的认知来考查对概念内涵的认知。参考答案:(1)S1＞S2(2)原生质层原生质层能主动转运有关物质而半透膜不能。

2“知识与方法”考查的“重组移植”策略

生物学试题考查的知识内容主要包括事实性知识和方法性知识。考查时，整合事实性知识和方法性知识可以还原知识的产生过程、体现知识的应用价值。从知识的形成过程提炼出的科学方法，还可以“移植”到其他知识的探究过程。生物学原创试题采用这种思路，重组“知识”和“方法”，可创设出新颖的问题情景。例如，差速离心法是分离各种细胞器的方法。设计“酵母菌细胞呼吸”有关试题时，可将差速离心法“移植”到酵母菌细胞呼吸的研究中。即用差速离心法将线粒体和细胞质基质分离，然后进行细胞呼吸的实验，以此作为试题情景，以考查细胞呼吸的过程。又如，将放射性同位素标记法“移植”到考查细胞周期染色体行为的试题中，创设出来的试题既能够考查有丝分裂细胞中染色体的行为，又能够考查DNA半保留复制的特点。例3就是这样的试题。例3:提取正常家兔的造血干细胞，放入液体培养基培养，提供的脱氧核苷酸原料中的N元素全为15N。造血干细胞连续进行有丝分裂，则第二次分裂后期的细胞中，含14N的染色体所占比例为A．0B．50%C．25%D．100%参考答案:B。

3从科学史资料提炼试题的“补充整合”策略

高中生物学教材含有丰富的科学史素材，是命题的重要素材库。若能根据知识的生成过程，梳理史实的脉络，挖掘史料之间的内在联系，以思维能力和核心知识为测量目标和考查内容，做好“补充整合”，命题往往能够打破框框、达到求变出新的效果。这一策略的要点:第一，要对史料进行针对性的“补充”，才能出新;第二，须“整合”，形成一个有内在联系的知识结构，思路才会连贯，主题才能聚焦。2014年高考理综试题福建卷的第28题，就是采用这种策略命制的。从例4可以看出，该题对教材中的科学史素材有选择、有提炼，以“人类对遗传的认知逐步深入”为线索，主题聚焦，第1小题和第3小题对教材中的史料有补充和整合，设问的角度也比较新颖。这道题的出现，是福建高考遗传方面命题的一个新突破，它避开了以往的旧模式，打开一片新的视野。尽管题干文字较长、语言表达还存在一定的瑕疵。但是，其灵活的创作思路和求新求变的可贵精神值得赞赏。例4:人类对遗传的认知逐步深入。(1)在孟德尔豌豆杂交实验中，纯合的黄色圆粒(YYRR)与绿色皱粒(yyrr)的豌豆杂交，若将F2中黄色皱粒豌豆自交，其子代中表现型为绿色皱粒的个体占。进一步研究发现r基因的碱基序列比R基因多了800个碱基对，但r基因编码的蛋白质(无酶活性)比R基因编码的淀粉支酶少了末端61个氨基酸，推测r基因转录的mRNA提前出现。试从基因表达的角度，解释在孟德尔“一对相对性状的杂交实验”中，所观察的7种性状的F1中显性性状得以体现，隐性性状不体现的原因是。(2)摩尔根用灰身长翅(BBVV)与黑身残翅(bbvv)的果蝇杂交，将F1中雌果蝇与黑身残翅雄果蝇进行测交，子代出现四种表现型，比例不为1∶1∶1∶1，说明F1中雌果蝇产生了种配子。实验结果不符合自由组合定律，原因是这两对等位基因不满足该定律“”这一基本条件。(3)格里菲思用于转化实验的肺炎双球菌中，S型菌有SⅠ、SⅡ、SⅢ等多种类型，R型菌是由SⅡ型突变产生。利用加热杀死的SⅢ与R型菌混合培养，出现了S型菌。有人认为S型菌出现是由于R型菌突变产生，但该实验中出现的S型菌全为，否定了这种说法。(4)沃森和克里克构建了DNA双螺旋结构模型，该模型用解释DNA分子的多样性，此外，的高度精确性保证了DNA遗传信息稳定传递。参考答案:(1)1/6终止密码(子)显性基因表达，隐性基因不转录，或隐性基因不翻译，或隐性基因编码的蛋白质无活性或活性低(2)4非同源染色体上非等位基因(3)SⅢ(4)碱基对排列顺序的多样性碱基互补配对。

4基于科技论文原创试题的“挖掘转化”策略

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1.1实验方法

1.1.1病原菌的分离和致病性测定采集新近腐烂的百合鳞茎，采用组织分离法[11]在病健交界组织处切取4mm×4mm小块，用75％酒精表面消毒30s，再用2%次氯酸钠消毒7min，无菌水冲洗3次，然后置于PDA培养基上28℃黑暗培养，待长出菌丝后，挑取菌落边缘进行纯化，纯化后的菌落再进行单孢分离培养。病原菌致病性测定根据柯赫氏法则，用灭菌的接种针在消毒后的鳞茎片上刺孔，将浸有菌液的滤纸片贴在孔上作为有伤接种，同时将浸有菌液的滤纸片贴在未刺孔的鳞茎片上作为无伤接种，将浸无菌水的滤纸片贴在孔上作为对照。接种处理完成后将鳞茎片置于培养皿中保湿培养，5d后观察并记录发病情况，确定病原菌对百合鳞茎的致病性。对接种发病的鳞茎片再次进行病原菌的分离。

1.1.2病原菌鉴定

1.1.2.1病原菌形态学观察将病原菌接种到PDA平板，28℃黑暗培养2-5d，观察菌落形态，并在显微镜下观察病原菌的菌丝及孢子的形态特征，测量孢子大小。

1.1.2.2ITS序列分析将供试菌株接种于PDA培养基中；28℃恒温培养4d，收集菌丝体，采用CTAB法提取病原菌基因组DNA。ITS通用扩增引物为TS1（5’-TCCGTAGGTGAACCTGCGG-3’）和TS4（5’-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3’）。扩增体系：50µL，基因组模板DNA1µL、10µmol/L上下游引物各1µL、2mmol/LdNTPs5µL、KODDNA聚合酶1µL、10×KODbuffer5µL，加ddH2O补足体积。PCR扩增反应程序为94℃预变性3min；94℃变性30s；58℃复性30s；72℃延伸3min，35个循环；72℃延伸10min。扩增产物经1%琼脂糖凝胶电泳检测后，由北京信诺金达生物技术有限公司测序。所得测序结果在NCBI网站上用BLAST软件进行同源性比较后，下载同源序列，用MEGA（molecularevolutionarygeneticsanalysis，Version6.0）软件将病原菌ITS序列与同源序列进行比对，并采用邻接法（Neighborjoining，NJ）构建系统发育树，自举法（bootstrap）对系统发育树进行检验，500次重复。

1.1.3病原菌生物学特性将直径5mm的病原菌菌块分别接种于供试培养基平板（直径9cm）中央，于培养箱中培养，分析培养基种类、碳源、氮源、温度、pH和光照时间对病原菌菌丝生长和产孢量的影响。采用PDA、PSA、PMA、LA和LDA培养基；培养温度分别为5、15、25和35℃；pH分别为5、6、7、8和9；全光照、全黑暗和光照/黑暗各12h；等量葡萄糖、果糖、乳糖和淀粉置换查氏基本培养基中的蔗糖，等量硫酸铵、硝酸铵、硝酸钾和蛋白胨，置换查氏基本培养基中的硝酸钠，并设空白对照。病原菌菌株Z1和Z2分别在以上各条件下培养5d、2d后（因菌株Z2生长速度较快，因此缩短培养时间统计菌落生长状况），采用十字交叉法测量菌落生长直径作为菌丝生长状况指标，7d后采用血球计数板法测量孢子产量。

1.2数据分析

采用SPSS20.0统计软件进行单因素方差分析，Duncan氏新复极差法检验处理间差异显著性。显著水平p=0.05，每个处理3个重复。

2结果与分析

2.1百合鳞茎腐烂病症状及致病性兰州百合鳞茎腐烂病的发生一般从鳞茎表面破损处开始，初侵染时在破损处形成略显褐色的侵染点，逐渐扩展形成近圆形或不规则形状的褐色病斑，病斑中央呈腐烂状，并逐渐向四周扩大，病斑上可见灰绿色霉层，腐烂组织不断增加，严重时导致整个鳞茎软化腐烂。从兰州百合鳞茎腐烂病斑上分离纯化得到五株菌株，分别编号为Z1、Z2、Z3、Z4和Z5。致病性结果表明，仅菌株Z1、Z2单独接种健康百合鳞茎片后，在接种部位出现腐烂病斑，并伴随菌丝体大量繁殖，菌株Z2比Z1的侵染能力强，无伤接种也可导致鳞茎片腐烂（图1-b、c）。菌株Z1和Z2混合接种鳞茎片后，使鳞茎片腐烂更为严重（图1-d），其病症与百合鳞茎自然条件下的发病症状相同。从接种发病部位可分别重新分离到与接种菌相同的菌株，表明所分离到的菌株Z1、Z2均为兰州百合鳞茎腐烂病病原菌。

2.2病原菌鉴定

2.2.1病原菌形态从兰州百合腐烂鳞茎上分离到的病原菌菌株Z1，在PDA培养基上菌丝质地致密丝绒状，中央部分呈絮状，菌株形成少量菌核，同时伴有渗出液（图2-a）；菌落反面为无色至淡褐色，后期产生菌核时，会显现黑褐色斑点（图2-b）；分生孢子头初为球形，后呈辐射形；分生孢子梗多生自基质，孢子梗200~800μm×8~20μm，壁厚，无色，粗糙；产孢结构为双层；分生孢子为近球形，直径为2.4~6.4μm，壁略粗糙（图2-c）。病原菌菌株Z2在PDA培养基上生长迅速，菌丝疏松，最初呈白色，后变为灰黑色（图2-d），菌落背面呈白色棉絮状（图2-e）；假根发达，分枝呈指状或根状，呈深褐色。孢子囊呈球形或近球形，初期呈白色，老后呈黑色，直径25~200μm，孢囊孢子呈椭圆形或近球形，淡褐色（图2-f）。

2.2.2ITS序列分析用ITS通用引物扩增出病原菌的通用引物序列，长度分别为594bp（GenBank登录号：KP172534）和627bp（GenBank登录号：KP172533）。经BLAST分析，菌株Z1、菌株Z2的rDNA-ITS序列分别与黄曲霉和米根霉的同源性最高。在同源性最高的序列中各挑选10个菌株的ITS序列分别与供试菌株构建系统发育树。如图3所示，菌株Z1序列与Aspergillusflavus（JF754467.1）的序列亲缘关系最近，且与A.flavus相聚于同一群。如图4所示，菌株Z2的序列与Rhizopusoryzae（JQ683242.1）的序列亲缘关系最近，且与R.oryzae相聚于同一群。菌株Z1、Z2的ITS序列在NCBI上BLAST结果与A.flavus和R.oryzae的相似性为分别为99%和99%～100%，进而从系统分类学上进一步验证了菌株Z1和菌株Z2；再结合病原菌的形态特征，可以确定菌株Z1为黄曲霉（A.flavus），菌株Z2为米根霉（R.oryzae）。

2.3病原菌的生物学特性

2.3.1培养基种类对病原菌菌丝生长和产孢量的影响A.flavus和R.oryzae两种病原菌在供试的五种培养基上都能生长，两种病原菌在百合培养基和百合葡萄糖培养基上菌丝生长和产孢量最大，且在这两种培养基上的差异不显著。A.flavus在LA上培养5d后菌落直径达19.0mm，R.oryzae在LA上培养2d后，菌落直径达40.5mm，7d后产孢量分别为10.35×106个/ml和8.06×106个/ml（图5）。

2.3.2碳源、氮源对病原菌菌丝生长和产孢量的影响两种病原菌对供试碳源均可利用。A.flavus在葡萄糖为碳源的培养基上菌丝生长速度最大，培养5d后菌落直径达20.0mm，而在果糖、乳糖和淀粉为碳源的培养基上菌丝生长速度次之，且三者间差异不显著。A.flavus在葡萄糖和果糖为碳源的培养基上产孢量最高，而两者间差异不显著；在淀粉为碳源的培养基上产孢量次之，在乳糖为碳源的培养基上产孢量最低（表1）。R.oryzae在葡萄糖和果糖为碳源的培养基上菌丝生长和产孢量最大，且两者间差异不显著；在乳糖和淀粉为碳源的培养基上菌丝生长和产孢量次之，且两者间差异也不显著（表1）。A.flavus在蛋白胨和硝酸铵为氮源的培养基上菌丝生长速度最大，且两者间差异不显著，但在蛋白胨为氮源的培养基上产孢量高于硝酸铵为氮源的培养基，在硫酸铵和硝酸钾为氮源的培养基上菌丝生长速度和产孢量都较低（表1）。R.oryzae在蛋白胨为氮源的培养基上，菌丝生长和产孢量都最大，在硫酸铵和硝酸钾为氮源的培养基上菌丝生长较好，在硝酸铵为氮源的培养基菌丝生长较差，与无氮培养基差异不显著，但在硝酸铵为氮源的培养基上产孢量高于硫酸铵和硝酸钾为氮源的培养基（表1）。

2.3.3培养条件对对病原菌菌丝生长和产孢量的影响由表2可知，两种病原菌的菌丝生长和产孢的最适温度是25℃。A.flavus和R.oryzae在pH为5-9范围内的PDA培养基上均能生长，A.flavus在pH为5、8和9的PDA培养基的菌丝生长速度均较快，5d后菌落直径差异不显著，而在pH为6时产孢量最大，7d后产孢量为9.85×106个。R.oryzae在pH为6时菌丝生长速度和产孢量最快，2d后菌落直径达35.5mm，7d后产孢量为3.75×106个/ml：光照可促进两种病原菌的菌丝生长和产孢，A.flavus在全光照条件下生长5d后，其菌落直径达23.0mm，而R.oryzae在全光照条件下生长2d后，菌落直径达24.0mm，7d后产孢量分别达13.03×106个/ml和6.33×106个/ml。

3讨论

本研究通过致病性测定、形态学特性和ITS序列分析，确定引起兰州百合鳞茎贮藏腐烂病的病原菌是A.flavus和R.oryza，表明此腐烂病害是根霉腐烂病和曲霉腐烂病混合发生，这两种腐烂病害在百合鳞茎腐烂的相关研究中也有报道，但与本研究中分离到的病原菌不同，其病原菌是A.niger和R.stolonifer。此外，也有较多研究表明圆弧青霉菌、簇状青霉菌也可导致百合鳞茎腐烂，我们在兰州百合鳞茎贮藏病害调查时也发现大多腐烂严重的百合鳞茎表面着生有青霉菌菌丝，而且在分离病原菌时也分离到两种青霉菌，但致病性测定表明，这两种青霉菌均不引起百合腐烂，仅可在刺破表皮的百合鳞茎表面繁殖，表明我们分离到两种青霉菌仅是腐生菌，而不是病原菌。

生物学特性研究表明，A.flavus和R.oryzae两种病原菌的最适生长条件基本相同，这可能也是两种菌可以共生而侵染百合导致其发生腐烂病的原因。此外，这两种病原菌在LA和LDA培养基上的菌丝生长速度和产孢量均高于PDA和PSA（在LA和LDA上的菌丝生长速度和产孢量差异不显著），表明百合鳞茎本身的营养有利于这两种菌的繁殖而侵染百合鳞茎导致发生腐烂病害。目前，国内外食用百合的种植面积远低于观赏用百合，因此对百合鳞茎腐烂病的研究大多关注观赏用百合鳞茎种球在生长发育过程中的腐烂对出苗率和花卉品质的影响，而尖镰孢菌是引起观赏用百合鳞茎种球腐烂的主要病原菌，这与导致兰州百合鳞茎贮藏期间腐烂的病原菌不同，因此，防治花卉百合种球腐烂病的方法对食用百合也无借鉴作用。而作为食用的兰州百合鳞茎在原产地的贮藏方式目前多采用低温冷库在零下4℃条件下贮藏，通常不采用其它防腐措施，导致贮藏期间腐烂病的发生较为严重，本研究通过对其病原菌的分离和生物学特性的研究，为下一步开展采用安全的方法消毒百合贮藏冷库以及预处理百合鳞茎来防治腐烂病害的发生奠定了必要的基础。

4结论

篇3

在同一性理论之后的功能主义认为，心理状态，即特定种类的功能状态，而“功能”即心理状态与外部行为之间的因果联系。黑箱功能主义因为把大脑仅仅视为一个能够做出刺激—反应的黑箱而没有深入研究大脑的内部结构，使得这一观点并不深入。而计算机功能主义则利用人工智能等新兴学科的成果，通过模拟大脑运行的方式来研究心灵，其主要观点是:心灵跟大脑的关系就像程序与硬件之间的关系。塞尔对此提出了著名的“中文屋论证”来批判计算机功能主义，他主张大脑天生不是一台计算机，因为计算机只是根据程序的句法学来操作的，而人的心灵是根据语法学来运行的，计算机只是把计算性质的解释指派给了大脑而已。此外，还存在同属于唯物主义，显得较为另类的版本:消除唯物主义(eliminativematerialism)和异常一元论(anomalousmonism)。正如保尔．丘奇兰德所说，“纯粹的还原论和纯粹的取消主义是关于心的问题的各种解决方案的两个极端”。消除唯物主义主张心理状态并不存在，人们所具有的信念、欲望等心理状态都是关于民间心理学(folkpsychology)的理论术语，它所提出的主张和在此基础上的假设都是错的，就像科学史上的燃素说一样，这样的理论迟早要被科学心理学理论所取代。而在异常一元论看来，在心理－物理之间根本上不存在严格的、有决定论性质的因果法则，由此得出了所有心灵事件都是物理事件的结论，从而也消除了心灵。而在心身问题内部，塞尔认为还存在我们继承的来自笛卡尔传统术语体系中隐含的四个错误假设，这些假设构成了心与物的冲突得不到解决的根源。因此，我们要在物理世界中为心灵定位，就必须对这四个假设进行质疑。所谓心理与物理之间的区别，即认为“心理的”(mental)和“物理的”(physical)包含了各自互不相容的本体论范畴:如果某事物是心理的，那么在这个方面它就不能是物理的;如果某事物是物理的，那么在这个方面它就不能是心理的。也就是说，心理的事物和物理的事物是相互排斥的，正是这个假设使得心物二元对立。一般认为，一种现象如果能够还原为另一种现象，那么这种还原的概念是清楚明白和无歧义的，即如果能够把诸A还原为诸B，那么诸A除了是诸B之外什么也不是。而在意识与脑的关系上，如果意识能够被还原为脑过程，那么意识就不过是脑过程。但是，这种对还原的片面理解往往消除了意识的存在。人们通常把因果关系狭隘地理解为在时间中被编序的、彼此离散事件之间的关系，在这种关系中原因先于结果而产生，而且“因果关系的特殊事例必定例示了一个普遍的因果法则”。然而，照此理解的话，如果脑事件能够引起心智事件，那么就会产生两个彼此分离的事件———脑神经过程和意识，而这似乎与人们熟知的常识是不相符的。人们理解的“同一性”含义也像还原概念一样被认为是当然的，即每一事物与自身的同一似乎是显而易见的，如晨星与暮星、水与H2O分子的同一性就是透明的。但是，如果心智状态与脑的神经生理学状态也以这种方式相同一的话，那么我们就存在两难境地:要么否认心智与脑神经状态的同一性，要么否认心灵的存在。

二、生物学自然主义意识理论的主要观点

生物学自然主义(biologicalnaturalism)的目标是在自然界中为意识找到位置，塞尔认为对意识的定位必须符合“科学的”世界观，而“物质的原子理论”以及“生物进化论”这两大目前证据确凿、不容置疑的理论在很大程度上构建了现代世界观，我们对此承认而不会怀疑。因此，在对意识进行自然化的理解中，生物自然主义就建立在这两大理论之上。第一，为了使生物学自然主义能够被接受，塞尔提醒我们应该忘记心身问题的讨论历史，而关注基本的物理事实。在塞尔看来，心灵的首要的和最根本的特征是意识性，他不仅给这种特征下了一个定义，而且依据生物进化论对意识在自然中是如何产生的作出了解释:这个词(意识性)意指那些知觉的或清醒的状态，它们一般在我们早晨从沉睡中醒来时开始、并在整个一天继续这种状态，直到我们再次入睡。心智现象是由脑中的神经生理过程而引起的，并且他们本身就是脑的特征……心智现象和过程如消化、有丝分裂、减数分裂或者酶的分泌一样，都是我们生物自然历史中的一部分。。第二，在塞尔看来，意识虽然有其物质性的一面，但同时也蕴含四个高阶的重要特征:定性特征、主观性、统一性和意向性，这使得意识不能在本体论上被还原为低阶神经生物学基础。所谓定性特征(qualitativeness)，即意识都具有“它感觉起来像什么”(what－it－feels－like)的特征，有哲学家用“qualia”(一般翻译为“感受质”)来表示这种性质，比如说感觉到疼痛和品尝冰激凌的状态就有着不同的感受。所谓主观性(subjectiv-ity)，即意识状态在必须通过人或者动物的主观感受到时才存在，在这个意义上，意识具有第一人称本体论的地位。所谓意识的统一场，即意识能够把触觉、视觉等感觉作为单一的、统一的意识场中的一部分而被经验到，即“规范的、非病因学(non-pathological)种类的意识是通过一个统一的结构而涌向我们的”。所谓意识的意向性(intentional-ity)，即意识能够关于、指称客体或者事件的能力。

在塞尔看来，很多有意识的状态都是有意向性的，然而并非所有的意识都有意向性，也不是所有的意向性都是有意识的。既然意识具有自身的独特特征，但是意识拥有神经生物学基础的事实也是不可忽视的，那么，意识的这些独特特征是如何在物质世界中存在且不与之相矛盾呢?塞尔用生物学自然主义的四个核心论题进行了描述。在他看来，二元论与唯物主义一元论虽然有错误，但是同时也含有合理因素，因此，塞尔所采取的策略就是在吸取各自正确方面的同时否定其错误方面，从而建构出生物学自然主义意识理论。具体来说，这一理论包含意识的实在性、因果还原性质、系统突现性质和因果效力四个主要论题。意识的实在性，即意识作为实在世界中的真实现象，它有着自身的独特性质，我们不可以通过消除性还原、本体论还原而表明其不存在或者是别的什么东西，否则就会消除意识。意识的因果还原性质，即意识状态完全是由脑中较低层次的神经生物学过程引起的，“意识状态在因果上可以还原为神经生物学进程”。意识的系统突现性质(emergentproperty)，即意识是大脑的宏观特征，意识状态是脑系统在脑中的实现，而在微观层次的单个神经元则不具有意识，通过微观的神经元组织才使得脑系统的各部分有意识。意识的因果效力，即意识的实在性使得它可以像物理事物一样作为原因而起作用，例如，我相信天会下雨而使我出门的时候带上雨伞。对于意识状态的这种特征，塞尔也称之为“心理因果性”(MentalCausation)或“意向因果性”(IntentionalCausation)。通过对以上四个论题的阐述，塞尔揭示了意识的实存依据，为意识找到了在自然界中的位置。在塞尔看来，意识具有实在性，表现为在本体论上不能够被还原为第三人称现象，它有神经生物学基础，通过突现的方式产生，而且能够以因果的方式发生作用。然而，仅仅指出意识是自然的一部分，而没有从细节上分析上述意识的特征和性质是如何不与物质世界的特征和规律相冲突的，这与唯物主义一元论的某些主张相比没有什么不同之处。

三、生物学自然主义意识理论解决心身问题的路径

塞尔把心身问题分为哲学部分和科学部分来加以解决。在他看来，较为容易的哲学部分主要解决意识与其他心理现象的关系、意识与大脑的关系是什么的问题，通过对心身问题背后隐含假设的清理，他把答案归结为两大原则“首先，意识甚至所有的心理现象都是在大脑中由较低层面的神经生物学过程引起的;第二，意识与其它心理现象都是大脑较高层次的特征”。而对于较为困难的科学部分，塞尔则认为主要任务就是从细节上解释意识在大脑中是如何运行的，如果能够解决这个问题，则将是目前时代最重要的科学发现。因此，总体看来，生物学自然主义解决心身难题的路径主要有:对传统概念的重新分析和定义———拒斥概念二元论、对两种不同形式还原概念的区分;建构意识的因果—层级模型;构建“意识科学”，把意识问题的解决在经验上诉诸神经生物学。塞尔认为，传统二元论和唯物论都预设了“概念二元论”(conceptualdualism)。这一理论假定“心理”和“物理”有严格的区别:“物理的”意味着“非心理的”，“心理的”意味着“非物理的”，从而导致唯物论与二元论一样也是不融贯的，“因此唯物论在某个意义上是二元论的最美的花朵”。

由于这种观点使心、物对立，心身问题难以解决，因此必须拒斥这一理论，把意识看作大脑系统的高阶生物特征。塞尔主张，心灵的定性特征、主观性和具有意向性，与物理性质的:能在空间中定位、在空间中延续、可以通过微观物理学进行因果解释，包括作为一个因果封闭系统而发挥作用是相容的，而且意识的这三个特征“在特定的时间段里定位于大脑之中，并可以通过较低层次的进程加以因果解释，还能够以因果方式发挥作用”。这必须区分两种不同形式的还原。第一，区分因果还原(causalreduction)和本体论还原(ontologicalreduction)。因果还原指的是当某事物A的行为在因果上能够通过事物B的行为来说明，而且除了B具有这种因果能力之外，A并不具有这种能力，那么，就可以说某种A现象就在因果方面被还原成了B种类的现象;本体论还原指的是当某事物A表明只不过就是事物B时，那么某种现象A在本体论上就被还原成了B种类的现象。塞尔认为，对于意识现象而言，我们不可以对之进行本体论还原，因为“拥有意识这个概念的关键就在于抓住该现象的第一人称的主观性特征，而如果我们通过第三人称的客观化话语方式来重新界定意识的话，那么我们就会失去该要点”。因此，我们只能从因果的角度将意识还原为大脑的神经生理活动。第二，区分消除性还原(eliminativereduction)和非消除性还原。消除性还原区分了表象与实在，意在表明被还原的现象根本不存在。而对于非消除式还原来说，其适用的对象不能是已经实存的东西，例如固体性本来就是物体分子行为产生的，人们不可能把这种实存特征消除。在塞尔看来，意识不能作消除性还原，因为对于意识而言，意识在产生它的本体论意义上是实存的，而且在认识论上也是不容怀疑的，不能作“现象—实在”的区分，意识作为一种表象就是实在。心身问题的重要方面就是心身因果作用的问题，塞尔在解决这个问题的过程中同时建立了意识的因果—层级模型。在他看来，世界是由原子等物理粒子构成的事实，使得许多大系统的特征可以依据小系统的行为从因果关系上得到解释，这种因果解释有两种:一是“从左到右”，即从宏观到宏观或者从微观到微观解释，也就是用宏观现象来解释宏观现象，或者用微观现象来解释微观现象;二是“从下到上”，即从微观到宏观的解释，也就是用微观现象来解释宏观现象。意识与脑的神经过程之间的关系就符合以上的因果解释，即在因果上，具有第一人称本体论的意识可以还原为第三人称基质(神经生物学基础)，而不会导致对意识的消除。因为相对于脑神经过程来说，意识是较高层次的特征，属于宏观现象，但是由于其物理实现在脑系统之中，使得脑神经过程是较低层次的特征，属于微观现象。例如，当某人说“举起我的胳膊”的时候，通过这一有意识的决定(行动中的意向)导致他的胳膊被举起(宏观现象)。

而在微观方面，他身体中的神经元激发导致了身体的生理学变化，从而也使得胳膊被举起。对此，塞尔指出，这是一种同时性的因果关系，从“较低层次的微观现象导致了较高层次上的宏观特征意义上讲，这一因果关系可以说是自下而上的”。为了展示这种意识的发挥因果作用的层级模式，塞尔把这种关系表示为如图。从哲学上解决了意识与大脑的关系之后，塞尔还注意到必须从细节上解释意识在脑中是如何运行的。为此，他把对这一问题的解决诉诸于科学，即从神经生物学的角度来探讨意识如何产生、意向性之谜等问题。他把在经验上研究意识的路数分为两大阵营:一个是“积木路径”(building－blockapproach)，另一个是“统一场路径”(unified－fieldapproach)，这两大路径有着各自不同的主张。“积木路径”把整个意识场处理为积木式的、或多或少彼此独立的意识单元;而“统一场路径”所研究的最初目标不是诸如红色的体验之类的东西，而是研究定性的、具有统一的主观性特征的整个意识场;对于这两大路径，塞尔认为“统一场路径”比“积木路径”更有可能成功解决意识问题。

四、对生物学自然主义意识理论的反驳和回应

塞尔的生物自然主义理论一经提出，就面临了诸多争议和反驳。第一，这一理论对意识和意向性的理解都不同于宽泛意义上的自然主义，也与主流自然主义有所不同。因为这一理论虽然被冠以“自然主义”的旗号，但塞尔本人对“自然”等范畴进行改造，坚决否定占主流、主导地位的计算机功能主义等具有还原性质的自然主义，对以往哲学家一概持批评的态度。塞尔认为，意识已经是自然的一部分，心智事件和过程就像生物的消化、有丝分裂、成熟分裂、酶分泌一样。因此，有学者称这一理论为自然主义的“异类”或者“异端”。第二，针对生物自然主义意识理论四个论题本身，有以下四个方面的反驳和质疑:这四个论题单独看来是成立的，但是如果同时坚持它们的话就会存在矛盾。例如，生物自然主义一方面强调意识具有实在性，另一方面认为意识在因果上可以还原为脑状态，从而似乎可以推出意识状态与大脑状态具有同一性，这明显成了塞尔批评过的心脑同一性理论。塞尔虽然反对任何形式的二元论和唯物主义一元论，但实际上生物自然主义还是一种二元论。塞尔强调，意识是脑的一种生物、空间属性，并且意识具有主观性，这似乎蕴含了在脑自身之中存在着公共的客观属性(任何神经外科医生都可以通过开颅手术而窥探到);而在这个意义上，又存在只能由持有它们的主体才能观察到的、非客观的主观的属性。这样，塞尔又重新作出了经典二元论的相同划分:主观/客观、第一人称和第三人称，即一种“生物－性质二元论”。塞尔在意识是否能够还原问题上的态度也前后矛盾。塞尔一方面强调意识具有第一人称本体论的特征，使得意识不适合还原，而在另一方面他又表明意识具有神经生理基础，在因果上能够还原为神经生理基质，因而与自己矛盾了。

心理状态所具有的因果效力会导致“原因的过剩决定”(causal－overdetermination)并且隐含了在微观物理层面的因果封闭性的失效。也就是说，如果心理状态可以产生因果效力的话，那么拿起水杯喝水的行为就有两个原因:一个是喝水的欲望，另一个是身体中发生的生理变化。这违背了物理领域的因果封闭性原则。除此之外，塞尔自己也对生物学自然主义意识理论遭受到的反驳进行了归纳和分析:对意识的解释不可能既是唯物主义的，又是二元论的，也不可能既包含了这两种理论也避免了这两种理论;生物自然主义不能避免副现象主义的指责，即物理宇宙满足因果封闭性原则，意识必须还原为物质才能对物理宇宙产生因果效应;对于意识能否还原问题上是矛盾的;生物学自然主义仍然是二元论，即认为意识在因果上可以还原为脑状态，则存在的是作为原因的脑过程和作为结果的意识，这就是二元论。然而，针对以上的责难，生物学自然主义都可以提出有理由的回应。第一，塞尔的这一理论不应该看作是二元论以及传统意义上的严格还原论唯物主义，他的这一理论应该被看作是一种非传统意义上的非还原唯物主义。因为他承认物质世界的第一性以及原子论、生物进化论，使得他的这一理论保证了基本的科学性。与此同时，他坚持自己改造过的“自然主义”，肯定意识本来就是自然的生物现象，且在承认意识具有实在性、第一人称本体论地位等特征的同时，把意识纳入进化论框架内，从神经生物学角度为意识提供因果解释，从而也避免了二元论，被认为是比传统的、极端的唯物主义更有建设性的立场，以此回应了他关于意识能否还原的立场是矛盾的指责。第二，针对生物学自然主义看起来像性质二元论以及会导致副现象主义的责难，塞尔在其文章《为什么我不是一个二元论者》中专门予以反驳，他认为由于存在两个局限，即“我们对脑如何运作的无知，以及接受传统的词汇表，使得人们发现性质二元论颇具魅力”。性质二元论认为，任何有意识的动物都具有心智的和物理的两类性质，但性质二元论者同时也怀疑意识是否能够起因果作用?如果能够起作用的话，则似乎存在心智的、物理的两类性质，且会导致因果的多重决定;而如果不能够的话，则说明意识必然是副现象的。塞尔指出，正是把心理－物理看作不同的存在论范畴，才会出现物理事物的因果封闭性问题和副现象主义问题。他所讲的“意识”并非是神经生物学基础之外或之上的东西，而是神经元系统所能够处于的状态，就像液体和固体乃是水能够处于的状态一样。而相反，由于受到传统“心理”“物理”二分的词汇表的影响，性质二元论把意识当作在脑的神经生物学特征之外存在的、截然不同的特征。塞尔认为，实际上即使宇宙在因果上是封闭的且是“物理的”，也并不意味着“物理的”和“心智的”是相互对立的，如活塞的固体性质可以用分子行为来说明一样，意识完全可以通过神经元行为来说明，“意识有着某种属于其自身的生命，能够影响物质世界”。除此之外，塞尔还指出我们对还原本性的理解也是错误的。他认为，由意识不能在本体论上还原为其神经元基础，不能推出意识不是物理世界的一部分，因为“因果还原并不必然地意味着本体论还原，虽然就像在液体性、固体性、颜色这些情况中那样，当我们做出因果还原时，我们往往典型地倾向于做出本体论还原”。所以，塞尔主张意识在本体论上的不可还原性质并没有给予它神秘的形而上学地位。

篇4

首先将ZJ1208野毒株和ZJ1208-ΔWza缺失株分别接种在5mLTSB中，37℃200r/min摇床培养12h，再转接种于30mLTSB中，同法培养11h，测量菌液OD600，调整ZJ1208野毒株和ZJ1208-ΔWza缺失株菌液浓度OD600为1，用于攻毒小鼠，并涂板计数。将6周龄Balb/c每7只分为一组，共8组。分别将ZJ1208野毒株和ZJ1208-ΔWza缺失株菌液0.3、0.5、1.0和1.5mL／只腹腔接种于各组小鼠。攻毒后每隔2小时观察和统计小鼠发病和死亡情况。

2结果与分析

2.1同源重组pUC18-LR-Kan的构建

用上下游同源臂引物分别从HPsZJ1208野毒株的基因组DNA中扩增得到了Wza基因上游同源臂Wza-UP和下游同源臂Wza-Down(图3泳道1和3)，上游同源臂5'端和下游同源臂3'端端含有USS识别序列，用Kan引物从pET-28质粒扩增得到了Kan基因片段(图3泳道2)；再将3个PCR扩增片以重叠PCR融合成Wza-UP+Kan+Wza-Down外源打靶片段(图3泳道4)。将Wza-UP+Kan+Wza-Down片段克隆入pUC-18质粒构成同源重组质粒pUC18-LR-Kan。经EcoRⅠ和HindⅢ双酶切后验证，得到预期的2684bp同源重组片段和2635bp的线性化质粒pUC18(图4)，外源打靶基因的三个片段测序结果证明没有发生碱基突变。

2.2自然转化法转化

HPs分别用2μg同源重组质粒自然转化HPs的5个不同菌株的感受态菌，经37℃温箱约36~48h培养，其中5个菌株中,ZJ1017、ZJ1208、ZJ1404和ZJ1307菌株在30μg/mLKan-TSA平板上长出菌落(表2)，以组合PCR鉴定(即用Kan引物、Wza引物、同源臂上下游引物Wza-U-F-EcoRⅠ-USS/Wza-D-R-HindⅢ-USS同时鉴定)结果只有ZJ1208的菌落有被鉴定为阳性的(表2,图5A)。将ZJ1208阳性转化子传至第20代提取基因组DNA，再次进行组合PCR验证，结果依然为阳性(图5B)，测序上下游片段和Kan片段正确，以上验证结果表明获得了Wza缺失株，命名为ZJ1208-ΔWza株。

2.3ZJ1208-ΔWza株与野毒株的生物学特性比较

2.3.1菌落形态的比较

将-70℃冻存的ZJ1208-ΔWza缺失株株和ZJ1208野毒株分别涂布在TSA平板上，37℃温箱培养24h后，可见二者均长出半透明，圆润的小菌落(直径约0.5~2mm)；此结果表明与野毒株相比,ZJ1208-ΔWza缺失株的菌落形态并没有发生明显变化(图6)。

2.3.2生长速率的比较

结果如图7所示，在整个生长过程中，ZJ1208野毒株生长速率要快于ZJ1208-ΔWza缺失株，二者都在12h时OD600值达到最大，分别为2.196和1.246；但其差值达到了0.95；ZJ1208野毒株的对数生长期在约10h时结束，而缺失株ZJ1208-ΔWza在培养8h，即提前2个小时结束。二者的活菌数基本都在8~10h间达到最大，但二者每毫升活菌数对数值的差值也在0.4~0.5个数量级之间。在其继续培养之后，二者活菌数均逐渐减少。

2.3.3荚膜染色和形态结构的比较

取对数生长中前期的突变株ZJ1208-ΔWza缺失株株和ZJ1208野毒株进行荚膜染色，显微镜下观察发现，突变株ZJ1208-ΔWza缺失株中存在比例较多的长链状菌体和长杆状菌体，约占总菌数的30%~40%，而ZJ1208野毒株菌体大部分则较短小，松散，单个菌体居多。在荚膜表达量初步比较中发现，ZJ1208-ΔWza缺失株和野毒株菌体周围都可见被染成绿色的荚膜成分存在(图8)。

2.3.4菌体沉降速率比较

将ZJ1208-ΔWza缺失株和ZJ1208野毒株过夜培养的菌液室温静置5h，每隔1h进行观察，2小时后ZJ1208-ΔWza缺失株菌体即可出现肉眼可辨的菌体沉淀，并且随着时间的延长，沉淀越明显；而ZJ1208野毒株菌体在5h未发生沉淀，菌液依然浑浊；此现象与2者OD600变化相符合(图9)。

2.3.5细胞吞噬实验

细菌计数结果表明，1个MOI感染时，ZJ1208野毒株被吞噬的细菌数量为9.25×103，而ZJ1208-ΔWza缺失株为6.95×105，吞噬率分别为0.064%和3.8%；10个MOI感染时，ZJ1208野毒株被吞噬的数量为1.23×105，而ZJ1208-ΔWza缺失株为0.88×106，吞噬率分别为0.085%和0.48%(图10)。说明ZJ1208-ΔWza缺失株比ZJ1208野毒株更容易被PAM所吞噬。

2.3.6小鼠攻毒实验

实验结果表明，ZJ1208野毒株接种的四个组别小鼠都全部死亡，并且随着攻毒剂量的增加，小鼠起始死亡时间随之提前。而ZJ1208-ΔWza缺失株0.3mL接种组未有小鼠死亡，0.5mL组只有一只小鼠死亡，并且死亡时间比同剂量ZJ1208野毒株组的小鼠死亡时间滞后10个小时。ZJ1208-ΔWza缺失株1mL和1.5mL接种组虽然小鼠也全部死亡，但是死亡时间比相同剂量的野毒株ZJ1208组的滞后(表3)。说明将Wza基因缺失后，ZJ1208-ΔWza缺失株对小鼠的毒力相比野毒株ZJ1208有明显下降。

3讨论

构建缺失株在研究微生物生物学特性方面起着举足轻重的作用，但是其转化技术到目前为止还依然不是很成熟;包括多数细菌和真菌在内，其转化方法都具有菌株特异性或其方法本身的不成熟(Juetal.,2012；孙磊等,2005;Xueetal.,1999)；然而HPs更是如此，这也是针对HPs研究中，国内外目前都在努力克服的一个关键性技术难点。Anna(2005)通过自然转化法构建HPs缺失株；Chen(2012)通过构建大肠杆菌-副猪穿梭质粒在电转化副猪嗜血杆菌方面也进行了初步尝试；Zhang等(2012)利用筛选出的天然感受态副猪嗜血杆菌通过自然转化成功获得ompP2缺失株；申果(2013)也通过自然转化成功构建了cdt基因缺失突等。在本实验构建HPsWza基因缺失株的实验过程中，针对筛选的5个HPs菌株，除了对自然转化方法的尝试和优化外，本实验室前后亦对电转化方法进行了摸索和尝试，但最终未能够用电转化方法获得阳性缺失株；采用自然转化法也是仅仅成功构建了ZJ1208HPs菌株，其他4个菌株中3个虽在Kan抗性平板可以长出菌落，但都没能获得阳性缺失株，以上也印证了HPs转化方法的不成熟和HPs菌株缺失株难以被构建的现象。目前推测限制修饰系统可能是副猪嗜血杆菌转化效率低下的一个关键因素。限制修饰系统最初在大肠杆菌中被发现，其分为4种类型(Robertsetal.,2009)，每种类型由一种限制性内切酶和对应的一种甲基化酶组成；不同的菌属或菌株可能又会存在酶结构上的差异性(Tombetal.,1997)。几乎90%的细菌包含限制修饰系统，而且43%的细菌存在以上4种或更多的限制修饰系统(Robertsetal.,2004)；。Ando等(2000)从分子机制水平验证了幽门螺杆菌的限制修饰系统对质粒的转化和重组起着阻碍的作用。因此，在前期电转方法的尝试中，根据Donahue等(2000)的方法，本实验室亦尝试利用无细胞抽提物(cellfreeextracts,CFEs)先预处理质粒，然后再转化副猪，但并没有取得成功。并且质粒在被CFEs处理回收后，有大量质粒被降解，条件的优化并不能抑制质粒的降解；另外，人们也通过预先确定受体菌中的限制修饰系统所包含的甲基化酶的种类，从而用商品化相应的甲基化酶在试管中预先处理，再转化受体菌，从而证明也可以提高外来质粒的转化效率(Kimetal.,2010)。基于以上经验，笔者认为应该先从基因水平上确定副猪嗜血杆菌的限制修饰系统的种类，然后有针对性的利用甲基化酶来修饰重组质粒，无论是针对自杀质粒或是穿梭质粒，或许此方式可提高自然转化和电转化的转化效率。荚膜合成基因在大肠杆菌和其他菌属已被鉴定出，由于其外膜合成基因和蛋白空间构象具有保守性，华中农业大学通过对HPs基因进行测序，并将其与其他菌科的相关基因和蛋白进行序列和空间构象对比，获得了HPs相关的基因序列功能，同时荚膜合成相关基因亦被鉴定出来，其中在HPs中被鉴定出的Wza基因被推测具有荚膜多糖运输功能(Xuetal.,2011)。因此，本实验通过构建HPs的Wza基因缺失株，一方面来研究证实Wza在HPs中的功能，另一方面来研究荚膜在HPs毒力和致病性中的作用。从本次实验结果来看，ZJ1208菌株至少在体外培养时，野毒株和Wza缺失株都可形成较薄的荚膜，并不能在光学显微镜下看到明显差异；或许其原因可能存在除Wza基因外其他有关荚膜合成的代偿代谢途径，另外ZJ1208-ΔWza缺失株在室温静置可形成菌体沉淀，而ZJ1208野毒株不能，并且在静止时其OD600在1~2h稍有增长，随后平稳，说明ZJ1208野毒株在短时间静置时有菌体进行了分裂繁殖，且不形成沉淀。Cheng等(2010)对肺炎杆菌的一种粘液蛋白合成基因rmpA缺失后，菌体K2荚膜合成减少，从而导致菌体粘度降低，低速离心时，rmpA缺失株可以在试管形成沉淀而野毒株不形成沉淀，并且缺失株对小鼠的毒力亦降低；因此作者推测，ZJ1208的Wza基因亦只对HPs荚膜合成中的一种或几种粘性多糖的运输或合成起着关键性作用，但并不在菌体荚膜的所有多糖的运输或合成中起着关键性作用。另一方面，通过对ZJ1208-ΔWza缺失株株和ZJ1208野毒株的菌落形态，荚膜染色菌体形态,生长速率以及抗PAM吞噬能力大小和对小鼠毒力等生物学特性的初步比较和分析后，发现其二者的菌落形态并没有明显的差异，ZJ1208-ΔWza株生长速率相比起ZJ1208野生株表现的明显较慢，作者认为可能是缺失株在菌体荚膜形成过程中的异常从而使其对培养环境相较于野毒株表现的更敏感和脆弱，使其活菌死亡或是裂解的快，亦或是缺失株本身在生物代谢上的异常从而造成了其生长的缓慢；另外，在8-~10h间，活菌数达到最大，这与OD600变化并不一致，原因可能是菌体死亡速率与二分裂的速率基本持平，但ZJ1208-ΔWza株菌体比起ZJ1208野生株菌体裂解的更快，因此可以看到对数生长曲线中ZJ1208野生株在8~10h后仍然在攀升,而ZJ1208-ΔWza株已基本保持平行状态，，这从另一方面也验证了作者对缺失株对培养环境相较于野毒株表现的更敏感和脆弱这一推测；同时，缺失株中较长的菌体比例明显增加，可能原因是其生长缓慢，造成了菌体二分裂的周期延长和缓慢，从而使菌体与菌体之间连接在一起，最终形成了看似较长的菌体；在抗PAM吞噬实验中，相同MOI情况下，PAM对ZJ1208-ΔWza的吞噬能力显著高于ZJ1208野生株，尤其在MOI为1并作用1h的情况下，二者的差异尤为显著；另外，在MOI增加时，野生株ZJ1208被PAM吞噬的数量亦成明显增长，但ZJ1208-ΔWza株被吞噬的数量却增加的幅度较小，甚至不明显；其可能原因是在MOI为1，菌体与PAM相互作用1h的情况下，PAM对ZJ1208-ΔWza菌体的吞噬几乎到达饱和状态，因此在增加菌体数量时，一定数量的PAM亦不能更高效地对其进行吞噬，而野生株ZJ1208菌体相比较ZJ1208-ΔWza，其对PAM不敏感，PAM对野生株ZJ1208吞噬的效率并不高，此时增加菌体数量时，可以较线性的增加PAM对ZJ1208的吞噬数量。小鼠的毒力实验亦表明了ZJ1208-ΔWza和野生株ZJ1208的毒力存在明显的差异，其在0.3和0.5mL组表现得尤为明显。

4结论

篇5

1．学校、老师对实验课的重视度不高

大多数生物教师在传统教学理念的影响下，认为生物实验教学只是生物教学的一种辅助工具而存在，没有理论课来的重要．这就导致许多学校的实验课基本上是讲解、背诵实验目的，实验原理，实验器材，实验步骤，实验结果，考试时也仅仅是粗略地考查实验，片面强调实验操作的熟练化，注重实验的结果，轻视在实验中发现问题，分析看到的实验现象，实验课沦为一种简单的实验技能训练，而研究方法的探寻不被重视，它的重要科学价值被抹杀．常此以往学生不仅失去了独立思考的机会，更会变成只会机械背诵，应付考试的机器，创新精神的缺失将更加严重．生物学的教学形式迫切需要变革，生物实验教学急需改进，一定要将生物实验教学落到实处才能培养出具有创新精神的新时代学生．另一方面，实验室利用率很低，大都闲置着．大部分学校都有单独的生物实验室，但平均利用率很低．学校在进行课程安排时将大部分的时间安排在理论课教学上，学生的实验课时间被大大压缩，理论与实践存在脱节的现象．

2．学校的硬件设施没有跟上

学校硬件设施的配备与学校对生物实验的重视程度，学校所在地的经济文化的发展程度有着极其密切的关联．总体而言，当前大多数地区的经济发展程度都可以满足基本的硬件设施配备需要，只要学校更加重视这方面的教育，加大一定的投入，基本的实验器材还是可以满足的．但生物学实验受外界客观因素的影响较大．客观条件的限制是实验课开设度不高的重要影响因素．有一些生物学实验需要用到较为先进的观察仪器，但这些仪器的价格高昂，大多数学校很难拿出足够的经费引进．另一些实验需要用到活体，像家兔，小白鼠，蟾蜍等，这些实验材料的储存需要找专人看管，投入的人力物力较大．其次，在一些偏远地区或者比较偏远的农村，想达到和大城市学校一样的实验配备在现有的经济条件下是不允许的，许多农村中学缺乏实验课程必备实验器材，开设实验课困难重重．

3．缺乏实验研究意识

当前学校开设的一些生物学实验，仅仅是从书本中选取一些操作相对简便，耗费的人力物力相对较少，没有危险性的最基本的实验，这已经远远不能满足新课程的需要．理想与现实总是存在一定的差距，当前的生物学教学中存在一些薄弱环节需要加强．

二、提高高中生物实验教学水平的举措

1．增强学校和老师对于高中生物实验教学的重视

生物教师和学生都应当充分地认识到，上实验课不是一种上课的新形式，重要的是通过实验能使学生更愿意动手操作、与他人展开合作和积极探索科学．在实验过程中，学生为着相同的实验目的进行相互分工合作，在合作中认识到人与人之间合作的重要性;亲身参与实验的每一个步骤，学生实事求是的科学态度得到培养;实验的失败与成功存在很大的不确定性，失败的痛苦，成功的喜悦教会学生要有一个健康良好的心理素质，不畏失败，坚持不懈，克服艰难、勇于探索，积极进取．这些实验可以教给学生知识的同时，助力学生的健康成长．学校和老师要从根本上真正认识到实验课的重要性，协调好实验课与理论课的比重，培养学生学习生物的兴趣，引导学生参与到生物实验教学中来．

2．完善学校的实验设备

高中生物对于学生来说也是比较重要的一门高中学科，在理科高考中占据一定的地位．生物课的教学成果差的话，将影响学生的整个高中生活．高中生物的很多知识都需要一些实验来证明，例如细胞分裂等实验．这些实验如果不能让学生实地得去操作，那么对于学生来说，并不能深入地理解这些实验所讲述的原理．所以学校引进优良的生物实验设备是十分必要的，学校可以向政府申请一定款项来重新完善实验室设备或者向社会的慈善的人士求助，帮助学校修葺生物实验室，让学生能够在设备完善的实验室里学习，提升学生的生物成绩，让学生在实验过程中爱上这个这门学科．

3．提升学生对实验研究的重视

生物学的发展需要进行大量的实验，仅仅依靠机械背诵是不能牢固掌握生物学知识的内核的，在课堂教学中，学生只有主动参与课堂教学，逐步对生物学科产生一定的学习兴趣，才能提高课堂学习的效率，使学生获得更多的知识．实验是人类认识和研究生物科学的一种直观的重要的手段，也是老师进行生物学教学的一种重要手段．教师指导学生利用一定的材料，药品，仪器设备，按照指定的内容去进行一系列生物实践活动是实验课的主要形式．通过生物学实验，学生获得一些对生物界的感性认识，学生学习生物的基本技能得到锻炼．由认识，分析，掌握，到综合运用生物学知识的能力增强．学生学习生物学的兴趣被生动有趣的生物学实验大大激发，实验可以培养学生秉持一种实事求是的科学态度．综上所述可见，要完成高中生物学的教学任务必须提高实验课的质量，要提高整个学科的综合成绩，也必须重视实验课．对此，提出以下举措:学校要从长远出发，积极开展一些生物实验型研究性学习，生物界缤纷多彩的，可以拿来进行研究的课题也层出不穷．引进一些具有较强带领学生进行实验研究的骨干教师，带领学生进行科学研究，

三、对高中生物的实验教学的展望

篇6

1.1实验内容陈旧。由于受计划课时、经费条件等因素限制，目前细胞生物学实验项目多为传统验证性的，如光学显微镜的构造与使用、细胞凝集反应等内容。以上实验内容和遗传实验重复。1.2学生缺乏主动性。现行的实验教学模式是以验证理论为主，实验方式简单枯燥。一般实验不要求学生查阅文献、分析资料，也不要求学生设计详细的实验步骤，这样的实验教学模式很少能够发挥学生的主观能动性，不利于培养师范类院校学生分析问题和解决问题的能力[3]。1.3考核内容不完善。由于细胞生物学实验课是考察课，独立于理论课考核，考查内容主要以出勤、卫生、实验报告为主，教师主观性较大，缺乏一定的量化标准，较难反应学生的动手能力，进而影响了学生学习动力。

2.改善实验教学条件，增加实验教学学时

为了保证实验教学改革的顺利进行，提高实验教学改革的成效，需要进一步加强实验室建设。首先要建立开放实验室，将分子实验室、细胞生物学实验室和遗传学实验室整合为现代生物学实验室。从而优化了实验室的资源共享；其次增加教学实验经费，改善教学条件。

3.优化实验内容，构建实验教学新体系

3.1科学设置实验内容。在细胞生物学实验课程的教学过程中，教师需要调整课程内容。调整的原则：一合并技术单一、重复性的实验。如观察细胞形态结构、线粒体和液泡系的超活染色与观察、人类X染色体的观察等实验，可将这些单项实验组合为系统综合性实验。3.2建立“三性”实验教学模式。传统的细胞生物学实验教学内容多为验证性试验，为进一步深化实验教学改革，增强学生综合分析能力，数据处理及查阅资料能力和实践能力，所以制定了以验证性、综合性、设计性为中心实验的“三性”教学内容。验证性实验是通过验证某些已有结论使学生掌握某些探索自然事物的方法；综合性实验是运用本课程或与本课程相关的多种课程知识，对学生实验技能和实验方法进行综合训练的一种复合性实验。

4.结语

为使细胞生物学实验教学质量上一个新台阶，拥有符合实际的教学模式，以适应新形势下实验教学水平的发展，所以进行细胞实验教学的改革是迫在眉睫的任务。通过优化实验内容，改革教学方法和教学手段，借助辅助教学手段等，让细胞实验课摆脱传统模式，最大限度地增强师范类学生的自主性与参与性，以利于培养具有一定创新潜能和动手能力的综合应用型人才。

作者:马勇 陈秀莉 图雅 单位:包头师范学院生物科学与技术学院

参考文献：

[1]翟中和.细胞生物学[M].北京:高等教育出版社,2008.

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【关键词】医学微生物学；直观教学；教学研究

直观教学是从具体形象入手，通过直观的感知刺激不断强化，使学生从视觉、听觉、触觉等多角度感知表象，开发学生形象思维能力，强化学生记忆认知效果［1］。笔者在医学微生物学教学中采用直观教学法，讨论如下。

1实物直观

1.1标本观察提供实物让学生去感知，在此基础上，再辅助以相应讲解、强化，可以使学生牢固掌握微生物的生物学形状，达到过目难忘，这种效果是单纯抽象语言叙述所无法达到的。

1.2实验示教医学微生物学实验技术复杂，标本具有一定的致病性，且要求严格遵守无菌操作，是实验学习的难点。到位的实验示教可以保证良好的实验效果，培养学生严谨的学习态度，一丝不苟的工作作风，对学生今后从事临床研究极为重要。

1.3访问调查医学微生物学涉及面广，涵盖性强，与医学免疫学、内科学、实验诊断学等多学科相联系，因此，在条件允许的情况下带领学生到医院访问实际病例，观察临床表现，以了解微生物的致病性。

实物直观优点在于学生直接接触物体，所获感性材料真实具体，有利于准确理解知识，在此过程中，学生易产生学习兴趣，提高学习积极性。但实物直观的缺点是易受客观条件限制，需用模像直观加以弥补。

2模像直观

2.1图片观察提供实物照片或简化了的示意图，通过挂图、投影方式展示出来，满足学生的感官认识需要。

2.2绘图教学人的感知规律其中包含活动律，即在固定不便的背景上活动的物体容易被感知，因此教师在教学中画图优先于挂图。

2.3动画展示课程中许多知识点研究微生物动态活动规律，如病毒的复制周期，衣原体感染细胞的过程，噬菌体的生活周期等，将这些书本上单纯语言叙述的枯燥过程制成模拟动画呈现出来，具体而直观，有利于调动学生的学习兴趣。

2.4电子课件应用计算机技术，教师根据课程需要制作个性化的电子课件进行微生物教学也是十分必要的。电子课件可以整合书籍、图片、动画、声音等直观素材［2］，是最有效的模像直观手段。

3言语直观

3.1口诀式微生物学中零散的知识点很多，很难记忆，将这些知识点综合起来，编成通俗易懂而又朗朗上口的口诀，则方便记忆。如描述破伤风芽胞梭菌生物学性状有这样的口诀：细长杆菌周鞭毛，幼龄运动很活跃，革兰阳性鼓棰样，端立芽胞要记牢。学生根据口诀，扎实记忆知识点，避免了造成相关特征的含糊和混淆。

3.2类比式为了使学生深刻理解典型知识点，类比方式在微生物教学中使用较为普遍。如介绍结核分枝杆菌培养特性，将其拟人化总结为3个字：馋(专性需氧，营养要求极高，pH6.5-6.8)、懒(生长速度极慢，18-24h繁殖一代，2-4w见菌落)、赖(菌落极粗糙，聚集生长，呈菜花状)。肺结核典型临床表现3个字：热(发热)、汗(盗汗)、美(面部潮红)。类比法化难为易，变抽象为具体，引起学生兴趣，加深学生对知识的理解。

3.3情境式这种方法是启发式教学的一部分，设立问题情境，组织学生讨论，使学生开动脑筋，运用课程相关知识解决问题，设立具体情境，启发学生发散式思维，知识在头脑中有意识地整合与重组，锻炼了学生分析问题解决问题的能力。言语直观的优点是不受时空条件限制，使用范围广，但言语直观往往不如实物直观和模像直观鲜明、具体、完整和稳定。

【参考文献】

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一年一代,成虫寿命约一年。于每年四月,越冬成虫开始活动,觅食及交尾产卵,卵经历共三龄幼虫和蛹的阶段羽化成成虫,六月至七月性成熟。据实验室内观察,成虫在光线之下,如有遮蔽物即全部躲于遮蔽物下方;若无遮蔽物,会在塑料缸内同一个角落聚集成堆,到了夜晚则分头觅食(图1)。野外炮步甲经常栖息于在肥力较好,有机质含量多,湿度较大的田块的土壤和田埂缝隙中,河流岸边等,没有固定的巢穴,有时也在其他昆虫(如蝼蛄或蚯蚓)造成的洞穴中或天然裂缝中,在10-20厘米的表土层中容易找到。实验室观察可见在无天然洞穴时,成虫会自主挖洞,以第一对步足和上颚掘土,因没有专门的挖掘结构,其挖洞速度稍慢,一周左右可挖出刚好伸入头部大小的洞穴,一个月以上基本可以见到能容纳整只炮步甲的洞穴。成虫食性很广,不仅取食其他昆虫,而且会食用馒头水果等。在可以选择时,会优先食用其它成虫尸体,如干黄粉虫和活黄粉虫,炮步甲会首先取食干燥的黄粉虫。在食物充足时没有见到取食活体昆虫的现象。当抢食同一只黄粉虫时,两只炮步甲会向对方喷射,除抢食外,它们并不互相攻击同类,但若有自然死亡的炮步甲,剩余活体便会取食死亡个体的内脏,剩下头胸部及腹部的外壳。

2防御行为关于防御行为作了如下几个方面的调查:

2.1.瞄准取0.3x0.3mm大小的双面胶,一面粘于虫体背部正中一面固定在铁丝上(双面胶的黏力需要强)用以固定虫体,再使用镊子加以刺激(此操作需在屋内只有单一光源时可拍摄照片捕捉到喷射轨迹):1.刺激腿,炮步甲能够通过灵活的腹部末端进行瞄准,当刺激其足时,它可以准确喷射到被刺激的部位。喷射来自前腿方向的刺激,需要腹部末端有较大的扭转角度,来自后腿方向的,需要较小的扭转角度。2.刺激后背,刺激后背时,炮步甲不能像刺激腿那样精确的定位,它的腹部末端向上弯曲到最大角度所喷出的液体,基本与身体平行,无论刺激头部、前胸、背板还是鞘翅,它都以同一向上弯曲到最大的角度喷射,但横向角度还是有区别的,如刺激鞘翅左边缘即喷射偏向左边,刺激鞘翅右边缘即结果相反。3.跟踪瞄准,炮步甲能够进行连续喷射和精准定位,改变刺激部位,它的腹部末端也会跟随转换喷射角度。例如,先刺激左中足,待它准确喷射向左中足后,立即刺激右后足,它也能立即定位右后足进行喷射,连续喷射并不影响定位准确性。

2.2.喷射次数与喷射距离炮步甲体内贮存的反应物含量有限,因此它所能进行的防御喷射次数也是有限的。将广炮步甲固定,以镊子进行刺激。经对20只广炮步甲研究所得,在同样强度的刺激下,立即喷射次数为3~5次。加强刺激和等待时间,刺激强度以不破坏炮步甲的身体为标准,直到炮步甲不再喷射,可得炮步甲总共能喷射的次数约6~9次。可见炮步甲可以进行连续喷射,但喷射次数多了以后,炮步甲需要用几秒长的时间来晃动腹部以进行喷射,无论是喷射时间还是精准度与开始相比都有所偏差。以淀粉碘化钾试纸铺于虫体下方,刺激喷射,可观察到喷射距离。在尽量于虫体正后方刺激,平直喷射,于纸上留下的痕迹在65mm左右,作为虫体的最远喷射距离。

2.3.喷射脉冲炮步甲共进化出两个分支,brachinoid和paussoid,其中paussoid分支的炮步甲种类非常少见,其喷射过程中并没有脉冲现象,另一类brachinoid包含了大多数种类的炮步甲[6],而广炮步甲就属于brachinoid分支。通过对炮步甲喷射的声音进行录音,并以cooleditpro软件进行音频处理,可见广炮步甲的喷射确实有音频脉冲。其喷射持续0.01～0.03s,如图可知,0.002s左右即有一脉冲波,一次喷射有5～15次脉冲(图2)。

3讨论

国内的炮步甲属有三个常见的近缘种较难鉴别,分别是广炮步甲、耶炮步甲和爪哇炮步甲,三者体表花色相近,大小类似,同样都具有“喷射”行为,难以辨别。其中耶炮步甲身体花纹稍显不同,而广炮步甲和爪哇炮步甲目前可见鉴别方式只有雌雄生殖器。本文所采炮步甲皆取自河北省白洋淀,根据生殖器和分布范围可以断定是广炮步甲(爪哇炮步甲主要分布在中国南部)。遂对其进行详细的形态描述予以补充便于分类。

本文对广炮步甲的生活习性主要是实验室内观察,其生活史可能与野外观察有所出入,但大体上与爪哇炮步甲习性相类似,所以主要提出几点关于习性的补充,尤其是关于广炮步甲的食性跟前人研究的其他种有所出入,广炮步甲偏向杂食,并且几乎不取食活体昆虫,除活体黄粉虫和死亡黄粉虫对比之外,笔者还曾观察到一只广炮步甲因为被水浸泡时间过长,处于行动非常困难的濒死状态,却在每当有其他炮步甲靠近时强烈挣扎移动身体或者推开其他炮步甲,直到它恢复活力不再有对其他同种的排斥行为,笔者怀疑是它怕其他炮步甲误认为自己已死取食自己身体所致。但在食物不充足的条件下,只提供活体昆虫广炮步甲是否会取食还需要进一步实验。炮步甲属的昆虫以它们独特的防御方式而著名。受“炮步甲”喷射毒液的启发,二战期间,美国的军事专家研制出一种二元化武器。对炮步甲的防御行为进行研究,既有助于了解生物奥秘,又可能具有仿生学意义。世界关于炮步甲防御机制有些报道,但对于炮步甲具体的防御行为,如喷射最远距离和喷射次数等目前还未见,本文对此作了初步调查。

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比较记忆法就是对相似而又不同的知识进行对比分析，不论哪一种比较方式，都能达到同中求异、异中求同的目的。有比较才有鉴别，其特征、本质就会得到凸现。

1．1横向比较例如，基因重组和易位这一对概念的比较，都属于可遗传变异，前者发生在一对同源染色体的非姐妹染色单体之间的部分交叉互换，而易位发生在两条非同源染色体之间的互换，属于染色体的结构变异。

1．2顺序比较在学习新知识时，将其与头脑中已有的旧知识加以比较。例如，在记忆动物细胞培养的条件时，与之前学过的植物细胞与组织培养的条件相比较，除了找出动植物细胞相同的培养条件外，还特别强调要控制一定的渗透压和溶解氧，在培养液中要添加动物血清。

2联想记忆法

根据知识点的特征引导学生进行正确的思维，对不同的知识点赋予不同的联想来加强记忆的方法。例如，由感冒时夜间咳嗽比白天严重，联想到副交感神经有使气管收缩的功能;由寒冷季节人们排尿增多的现象联想到人体内水分的来源和去路，以及体内渗透压的调节。

3图形再现法

俗话说，“一幅画胜过千万言”，由此说明图形记忆的有效性。这是由于图形具有鲜明的形象性、直观性，容易引起记忆。例如，拓展教材中“甘油三酯的代谢过程”图示，清晰呈现了甘油三酯的来源和代谢过程，其来源有外源性和内源性两种，前者是小肠上皮细胞吸收;后者是肝细胞和脂肪细胞的自身合成，去路是在肝细胞和脂肪细胞都能分解为甘油和脂肪酸再转化成葡萄糖，然后被组织细胞的利用，还体现了甘油三酯的平衡受到胰岛素、胰高血糖素和肾上腺素的调节机制。高三教材中还有很多知识点借助图形进行分析和记忆，是非常有效的。

4归纳记忆法

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从2002年开始，我们结合我校人才培养目标及具体情况，制定了本科生《分子生物学实践》及《基因工程实践》的教学大纲，开设了相应独立的实践课程，设计了质粒提取、PCR技术、DNA电泳、限制性内切酶技术、DN段的胶回收、外源基因的连接及重组DNA的转化、筛选和鉴定等最基本需要掌握的实践。同时，我们还自编了内容详细、操作具体的实践教材。从2002年第一次开课至今已经过去了十多年，实践课取得了一定的成绩，根据课上学生上课情况和完成的实践报告上看，学生反应良好，能积极动手动脑并提出问题，实践报告也完成得认真、仔细。学生掌握了这些基本实践的原理和操作，对将来从事中药相关领域的研究工作有一定的帮助。但是在这十多年的教学实践中，我们也发现了问题，由于该课程的实践内容全都是验证性实践，实践设计为“教师包办型”，从试剂配制到操作步骤教师都已经准备好，学生只是按照规定的步骤按部就班地做实践就行了，在这样的教学模式下学生的行为受到限制，对教师和教材依赖性强，限制了发挥学生主动思维的空间。

二、改革实践教学内容，强调综合性和连贯性

由于验证性实践限制了学生发挥主动思维的空间，因此，必须建立分子生物学实践教学创新培养新模式，从验证性实践过渡到以设计性、综合性实践为主，重点培养学生在科研中的综合思维能力及实际动手操作能力，变被动灌输为主动思考，为学生今后进实践室从事相关领域的科学研究做准备。我们在改革中强调实践的综合性和连贯性，如学习重组DNA技术时，我们安排了5个实践：重组质粒的提取，DNA的酶切，DNA凝胶电泳及片断的胶回收，外源基因的连接，重组DNA的转化、筛选及鉴定。这五个实践包括了重组DNA技术的五个核心内容“分、切、接、转、筛”。我们把这5个实践串联成一个综合实践，使其具有连贯性。每次实践结束时的样品正好是下次实践的材料，这些实践将变成一整套前后关联的有机整体，一环扣一环，只有这5个实践全部操作成功了，才能最后得到自己需要的克隆。这种综合性实践使学生在整个过程中面临着挑战，也使最终成功得到产物的学生有成就感；不仅能培养学生综合实践操作能力，还能培养学生团结协作的精神和对科学研究的兴趣。

三、开放型教学模式，提高教学质量

在传统的实践课教学中，学生除了在规定的上课时间，机械地完成规定的实践任务外，几乎没有机会进入实践室，学生的主观能动性得不到发挥。开放实践室，为学有余力的学生提供更多时间和空间显得很有必要的。但对于多数中医院校来说，由于实践室资源紧张，在开放方面一直实行得不够。这次，我们尝试对学生开放实践室，鼓励学有余力的学生进入实践室，开展相关的分子生物学实践研究，取得了一些成绩。我们首先在课堂上向学生介绍本课程组教师在课题研究中所用到分子生物学实践技术。有不少学生对教师的科研课题感兴趣，我们组织感兴趣的学生，在业余时间来课题组和教师一起进行了相关分子生物学的实践研究。通过和研究生共同实践，加强了理论课的知识。其次，我们组织学生利用所学到的分子生物学知识，以小组为单位，通过课下查阅资料，完成了科研小课题的实践设计。学生在课堂上讨论了他们设计的小课题，通过教师评价并与教师一起讨论，调动了学生的学习兴趣，激发了学生活跃的思维，通过讨论进一步修正方案，使其更加完善。同时，教师利用业余时间，组织感兴趣的学生进行了正式实践。最后，在课堂中，我们抽出15分钟，让做实践的学生讲了具体实践的体会和出现的问题，与大家分享成功的快乐和失败的经验。学生听得都非常认真，讨论得也很热烈，大家都觉得这种实践教学模式非常好，增长了很多知识，如果时间允许，希望能多些这种实践教学模式。