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[摘要] 蛇莓屬系薔薇科植物,為民間常用草藥,其果實可食,種子含油,全株供藥用,有消腫化淤,收斂止血,清熱,解毒等功效。蛇莓屬植物主要下屬4種,研究報道多為蛇莓Duchesnea indica (Andr.) Focke和皺果蛇莓Duchesnea chrysantha (Zollinger & Moritzi) Miquel,從蛇莓中分離得到的三萜及黃酮類化合物是本屬植物征次生代謝產物,其中烏蘇酸類衍生物含量尤為突出。其化學成分具有廣泛的生物活性,包括抗腫瘤、抗菌、中樞神經抑制等,研究得最為廣泛的則是其抗腫瘤生物活性,對其體內體外抗腫瘤活性以及相關作用機制均有報道。本文綜述了國內外蛇莓屬植物中分離鑒定得到的代表性單體化合物及其生物活性方面的研究進展。
[
關鍵詞 ] 蛇莓屬;化學成分;生物活性;抗腫瘤
[中圖分類號] R629
[文獻標識碼] A
[文章編號] 1672-5654(2014)07(c)-0194-03
蛇莓屬系薔薇科植物,主要有4種,分別為蛇莓,蛇莓(原變種),鄒果蛇莓,小葉蛇莓,分布于亞洲南部、歐洲及北美洲,我國產2種[1]。蛇莓為民間的常用草藥,別名有雞冠果、野楊梅(《救荒本草》)、三匹風(《草木便方》)、龍吐珠等。其果實可食,種子含油,全株供藥用,其性甘苦,寒。它的藥用功效主要有清熱,涼血,消腫,解毒等,且用途廣泛,多用于治療咳嗽,咽喉腫痛,熱病,驚癇,蛇蟲咬傷,湯火傷等疾病。國內外對蛇莓屬植物的研究報道多針對蛇莓Duchesnea indica (Andr.) Focke及皺果蛇莓Duchesnea chrysantha (Zollinger & Moritzi) Miquel這兩種。近年來因為蛇莓的廣譜抗腫瘤作用,而受到醫藥學者的廣泛關注。國內學者對蛇莓屬植物的天然產物化學及其藥理活性研究大多集中在蛇莓Duchesnea indica (Andr.) Focke這一種,而其它種類研究的報道比較少。本文對近年來從蛇莓屬植物中分離得到的代表性活性天然成分及其生物活性方面的研究進展進行綜述。
1蛇莓屬植物的天然產物化學研究
對于其化學成分的研究,國內外學者多采用浸漬法或者回流法獲得蛇莓植物的乙醇提取浸膏,然后采用溶劑萃取、硅膠柱色譜、聚酰胺柱色譜、大孔樹脂柱色譜、ODS柱色譜、Sephadex LH-20凝膠柱色譜以及高效液相分離等手段,從萃取層中分離得到化合物單體,再利用一維核磁(1H NMR, 13C NMR和DEPT譜),二維核磁(HSQC, HMBC, 1H-1H COSY, NOSEY等),質譜,單晶衍射等方法鑒定其化學結構。其中主要的天然產物結構類型有三萜類,黃酮類,甾醇類,酚酸類以及簡單有機酸類等,多為中等極性的次生代謝產物。從蛇莓中分離得到的三萜及黃酮類化合物是本屬植物征性次生代謝產物,其中烏蘇酸類衍生物成分含量較大;而從蛇莓中分離得到的黃酮類化合物多在其C-3位成單糖苷或者雙糖苷,相關的活性研究結構發現,極性較大黃酮苷類化合物抗腫瘤活性極弱,而極性較小的三萜類成分具有一定的抗腫瘤活性。下面將分別介紹這幾種類型的代表化合物。
1.1三萜以及三萜皂苷類化合物
有研究顯示,從蛇莓全草中提取可得到烏蘇酸(ursolic acid,化合物1,圖1)和齊墩果酸(oleanolic acid,化合物2),其中齊墩果酸為首次在該屬植物中獲得[2]。從蛇莓全草中發現了3β-羥基-烏蘇烷-12-稀-28-羧酸(3-hydroxylurs-12-en-28-oic acid),2α,3β,19α-三羥基-烏蘇烷-12-烯-28-羧酸(2α,3β,19α-trihydroxylurs-12-en-oic acid),2α,3α,19α-三羥基-烏蘇烷-12-烯-28-羧酸-28-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(2α,3α,19α-trihydroxylurs-12-en-28-oic acid-28-O-β-D-glucopyranoside),2α,3β,19α-三羥基-烏蘇烷-12-烯-28-羧酸-28-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(2α,3β,19α-trihydroxylurs-12-en-28-O-β-D-glucopyanoside)。從蛇莓從蛇莓干燥全草中可分離鑒定得到三個五環三萜類化合物,分別為熊果酸(ursolic acid),19-羥基烏蘇酸(pomolic acid),藍化楹酸(euscaphic acid),其中19-羥基烏蘇酸是首次從蛇莓屬植物中得到。
1.2黃酮類化合物
許文東等從蛇莓中得到的8個黃酮苷類成分均為該屬植物的屬內首分,經鑒定分別為:金合歡素-7-O-α-L-鼠李糖基(1-6)-β–D-葡萄糖苷(acacetin-7-O-α-L-rhamnopyranosyl-(1-6)-β-D-glucopyranoside,化合物3),山奈素-3-O-β-D-半乳糖苷(kaempferol-3-O-β-D-galactopyranoside,化合物4),蘆丁(rutin,化合物5),洋芹素-6-C-β-D-葡萄糖苷(apigenin-6-C-β-D-glucopyranoside,化合物6),異槲皮苷(isoquercitrin,化合物7),金絲桃苷(hyperin,化合物8),山奈素-3-O-α-L-鼠李糖基-(1-3)-α-L-鼠李糖基-(1-6)-β-D-半乳糖苷(kaempferol-3-O-[α-L-rhamnopyranosyl-(13)-α-L-rhamnopyranosyl-(16)-β-D-galactopyranoside],化合物9),山奈素-3-O-α-L-鼠李糖基-(1-6)-β–D-半乳糖(kaempferol-3-O-[α-L-rhamnopyranosyl-(16)-β-D-galactopyranoside],化合物10) [3]。之前從蛇莓中分離得到山奈甙(kaempferitrin),在蛇莓果中分離得到蛇莓的紅色素為翠菊苷(天竺葵素-3-葡萄糖苷)。
1.3甾醇類化合物
β-谷甾醇(β-sitosterol,化合物11),(24R)-6β-羥基–24-乙基-膽甾-4-烯-3-酮((24R)-6β-hydroxy-24-ethyl-cholest-4-en-3-one,化合物12)是在蛇莓中得到的兩種甾醇類物質,其中后者為首次從蛇莓屬植物分得。另據報道還有胡蘿卜苷(daucosterol)和甲氧脫氫膽固醇(methoxydehydracholesterol) [4]。
1.4酚酸類化合物
有研究從皺果蛇莓中分離得到短葉蘇木酚羧酸(brevifolin carboxylic acid),沒食子酸(gallic acid),咖啡酸甲酯(methyl caffeate),赤芍素(pedunculagin),原兒茶酸(protocatechuic acid)。并從蛇莓中分離得到3個短葉蘇木酚類化合物,經鑒定分別為:短葉蘇木酚酸(brevifolin carboxylic acid,化合物13),短葉蘇木酚酸甲酯(methyl brevifolincarboxylate,化合物14),短葉蘇木酚 (brevifolin,化合物15)。從蛇莓石油醚提取部分分離出了2個生育酚類物質: dl-α-Tocopherol,5α-Ethoxy-α- tocopherol。葉亮等從蛇莓干燥全草中分離出2個鞣花酸類物質:蛇莓甙A (ducheside A)和蛇莓甙B (ducheside B)[5]。
1.5有機酸類化合物
彭江南等報道了從蛇莓Duchesnea indica中分離得到的富馬酸(fumaric acid)和富馬酸單甲酯(fumaric acid monomethyl ester)等。
1.6其它類物質
除上述化合物之外,從蛇莓屬植物中提取分離出的物質還有:葉綠醇(phytol),2,5- Cyclohexadiene- 1,4- dione等[6]。
2蛇莓屬植物藥理研究
2.1抗腫瘤作用
蛇莓在我國被作為治療癌癥的藥方已有數百年歷史,但其作用機制還不甚明了。最近研究成果表明蛇莓在體內和體外均具有抗癌特性,值得國內外學者更進一步地關注。蛇莓中酚類化合物被證明對卵巢癌細胞SKOV-3有明顯的抑制作用,作用機制基于通過線粒體途徑的細胞凋亡作用和對細胞周期S期的阻斷作用[7]。另外,有研究以食管癌細胞Eca-109細胞為模型,對蛇莓進行了體外抗腫瘤作用研究,發現其水提物相當于原藥材15 mg/mL時作用腫瘤細胞48 h可使其完全喪失繁殖能力,它對腫瘤細胞DNA的合成有輕度的抑制作用。有報道報道蛇莓的水提浸膏對小鼠癌細胞S180、H22、S37有顯著的抑制作用,對人胃癌細胞、肝癌細胞、人食管癌細胞等均具有明顯的殺傷作用,值得一提的是,當蛇莓水提物相當生藥量0.4 mg/mL時對腫瘤細胞的殺傷率均為100% [8]。鄒果蛇莓和靈芝提取物的混合物具有抑制癌細胞HL-60增殖,并且誘導其死亡的作用,其作為藥物,可以用于防治白血病。
2.2對中樞神經系統的抑制作用
馬越鳴等報道給予小鼠50g/kg蛇莓水提物灌胃以后,可對抗最大電休克發作,對戊四氮最小發作無影響,能夠起到一定的鎮靜作用,抑制小鼠自主活動。他們的研究證明蛇莓醇提物的作用效果較水提物更為顯著[9]。
2.3抗菌作用
梁薇等發現蛇莓水提浸膏對多種常見致病菌包括金黃色葡萄球菌、痢疾桿菌、肺炎球菌、甲型副傷寒桿菌、變形桿菌等均有不同程度的抑菌作用。并且對金黃色葡萄球菌和變形桿菌抑菌作用效果最強,濃度越高則抑菌力越明顯[10]。
2.4興奮子宮作用
蛇莓浸膏和注射劑(相當于原生藥4 g)對大鼠、豚鼠及家兔的在體和離體子宮均有一定程度的興奮作用[11]。
2.5降壓作用
蛇莓注射劑對麻醉家兔及狗均有短暫的降壓作用,并且在切斷兩側迷走神經和靜脈注射阿托品1mg/Kg后,此作用不被減弱。
2.6促進免疫作用
蛇莓流浸膏(每毫升相當于原生藥2 g)對小鼠巨噬細胞的吞噬機能產生了顯著的促進作用,提示蛇莓具有免疫促進的作用。另外,蛇莓對紅細胞膜的保護作用,蛇莓流浸膏(濃度同上)在試管內不能對抗皂苷所致的溶血作用。
2.7抗氧化作用
從皺果蛇莓Duchesnea chrysantha中提取的總多糖成分在體外銅離子介導的低密度脂蛋白氧化等模型中顯示出良好的抗氧化活性。
3結語和展望
蛇莓在臨床上多用于癌癥的治療,以及治療口角炎,牙根尖周炎,腮腺炎,慢性咽炎,白喉,急性乳腺炎,急性穿孔性闌尾炎,細菌性痢疾,高熱,帶狀皰疹,蜂類蟄傷,外瞼腺炎等,其臨床應用相當廣泛。通過文獻調研我們發現,從蛇莓中分離出來的含量較大的一些代表性單體化合物的活性并不如蛇莓的混合提取物,有可能是多種成分相互作用而產生的結果,這也符合我們傳統中醫中藥的整體辯證理念。由于蛇莓的成分復雜,不同極性部位具有不同的療效,并且對多靶點可能有協同作用,因此對于蛇莓這一傳統藥用植物的整體藥效評價,針對不同療效的有效部位的質量控制,指認發揮療效的一種或多種單體化合物并作為其指標性成分,和其在生物體內代謝以及藥代動力學研究應該是今后值得關注的方向。其次,國內外學者普遍認為蛇莓具有廣譜的抗腫瘤活性,而現今的研究對其作用的靶點不甚明了,對于其抗腫瘤機制的發掘亦是值得深入探討的的課題。另外,蛇莓屬植物廣泛分布于我國遼寧以南地區,該屬植物適應性強,常常形成大片強勢群落,由此可見蛇莓屬植物作為藥物極高的開發價值。現今的研究熱點在于蛇莓中抗腫瘤活性先導化合物的發現和開發,及其活性物質作用機制以及有效作用部位的探索,我們相信在不久的將來這些問題得以系統地研究和完善后,蛇莓屬類植物藥一定會得到更為有效地開發和利用。
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參考文獻]
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Abstract: at present, high efficiency and low energy consumption of nitrogen and phosphorus removal water pollutants at home and abroad is extensive attention of the environmental problems, sewage denitrifying phosphorus denitrification and technology that is the current research hot spot. This thesis denitrifying phosphorus removal technology denitrification core-denitrifying dephosphatation bacterium microbiology properties have been studied, in order to deeply understand the denitrifying dephosphatation phenomenon, also from this can make full use of its advantages to improve and optimize biological denitrification and phosphorus efficiency and process.
Keywords: sewage treatment; Denitrification denitrification and p; Microbiology; Denitrifying phosphorus removal bacteria
中圖分類號:U664.9+2文獻標識碼:A 文章編號:
到目前為止,國內外學者普遍關注反硝化除磷工藝的試驗及影響因素,但對反硝化除磷脫氮微生物及其種屬的研究較少,尚處于起步階段,而針對反硝化除磷菌種在生理生態方面的特性研究則更少。本論文針對反硝化脫氮除磷技術的核心——反硝化除磷菌開展微生物學研究,更進一步理解反硝化除磷現象,提高生物脫氮除磷效率。
1 反硝化脫氮除磷的微生物機理[1]
在反硝化除磷理論提出以前,設計除磷工藝時大多都要盡量避免硝酸鹽進入到厭氧反應器或者厭氧階段中。因為若存在硝酸鹽,反硝化菌會在厭氧條件下優先利用污水中的有機物,使反硝化菌和除磷菌產生對碳源的競爭,影響磷的厭氧釋放,進一步影響到后續的好氧吸磷。許多學者的研究成果表明,在厭氧段缺少外碳源情況下,若存在NO2--N或者NO3--N,也同樣會有吸磷現象的發生。微生物利用內碳源,如PHA等,作為碳源和能量來進行過量吸磷,并將其以聚磷的形式貯存于微生物體內,這一過程與好氧吸磷所不同的是采用的電子受體為NO2--N或NO3--N,而不是氧。
2 反硝化脫氮除磷的微生物研究進展
2.1 Acinetobacter[2]
最先從聚磷污泥中分離出除磷菌種的是Fuhs 和chen,經鑒定確認分離出來的菌種具有較高的除磷能力,屬于γ-Proteobacteria中的Acinetobacter。另外,許多研究人員采用各種各樣不同的培養基從試驗模型和水廠中成功分離并培養了菌種,在這些菌種中大多數經鑒定后表明它們都屬于Acinetobacter spp.。因此,Acinetobacter菌種曾一度被認為是強化生物除磷系統中主要的除磷菌。在此后的很長一段時間內,在生物強化除磷系統中關于微生物學方面的研究中這一研究結論基本上占主宰地位。
Buchan利用純培養分離技術研究分析了幾個除磷效果良好的試驗裝置及污水廠的曝氣活性污泥,試驗結果表明Acinetobacter是優勢菌。然后,Lotter和Bayly等學者也都在除磷活性污泥中檢測到了大量屬于Acinetobacter的菌種。
但是,也有學者,如Cloete等,研究結果表明Acinetobacter只占到微生物總量的1~10%,屬于數量較少的菌屬。而Pseudomonas和Aerodomonas卻是生物除磷系統中的優勢菌屬。Hiraishi等將生物除磷工藝與非除磷工藝中的活性污泥微生物組成進行了比較,發現在這2中工藝中Acinetobacter 都不是優勢菌屬,在A/O工藝生物除磷的活性污泥中,Acinetobacter僅僅只占到系統內全部微生物的1%。朱懷蘭等也通過對除磷系統中微生物的分離發現Pseudomonas 是生物除磷系統中的優勢菌種。
大量的研究關注于已分離出來的Acinetobacter菌種的分類。有許多研究表明大多數菌種屬于Acinetobacter junii,Acinetobacter lwoffii,也有許多以前從未被描述過的Acinetobacter spp.菌種得到確認。然而,還是有大量的是不能被鑒定出的。
由此可知,污水生物除磷活性污泥中優勢菌屬并不是Acinetobacter,其它種屬微生物在除磷方面所表現出來的能力也是不容忽視的。進一步的研究還表明Aerodomonas能過量攝取外界環境中的磷酸鹽并形成胞內聚磷酸鹽物質,而Pseudomonas則與傳統PAOs的特性相同,在厭氧條件下進行釋磷,在好氧條件下則過量吸磷,同時累積聚磷酸鹽。
2.2 其它微生物屬種[3]
有學者從污水處理廠中分離得到很少的菌株,經鑒定并不屬于Acinetobacter spp.。2002年,羅寧等分離了A2N/ASBR雙污泥反應器的活性污泥中的微生物,發現起到反硝化脫氮除磷作用的主要存在于莫拉氏菌屬、假單胞菌屬、腸桿菌科細菌和氣單胞菌屬,它們占到了細菌總數的66.6%。其中,假單胞菌屬的含量最高,占全部菌株的22.9%;莫拉氏菌屬和腸桿菌科含量次之,各占到15.6%;氣單胞菌屬和不動桿菌屬含量排第三,各占到12.5%;但是,不動桿菌主要是在好氧條件下起除磷的作用,而沒有反硝化脫氮的功能。除此以外,活性污泥系統中還存在著共占約全部菌株20.8%的腸球菌屬、鏈球菌屬、葡萄球菌、微球菌屬等等。
3 結論
目前國內外對于反硝化除磷的研究大多停留在物理方面,也即從宏觀環境理論的角度來對反硝化脫氮除磷的機理和影響因素進行探討。卻并沒有對其有效菌群——反硝化除磷菌進行深入地研究。因此,從微生物學的角度開展對反硝化除磷菌的篩選和應用方面的研究,探討其脫氮除磷機理及其最佳生長條件,反硝化除磷現象才能真正的被理解,也由此才能充分利用其優越性來提高和優化生物脫氮除磷效率和工藝。
參考文獻
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近年來生物黃酮化合物的研究取得了很多可喜成果,尤其在心血管、消化系統以及鎮痛作用方面。本文就近年來相關研究及其臨床應用進展綜述如下。
1 心血管系統
1.1 沙苑子總黃酮沙苑子總黃酮(total flavonoid fractiono Astra)是從豆科植物扁莖黃芪的干燥成熟種子中分離而得, 早在20世紀80年代尹鐘洙等[1]曾初步觀察到靜脈注射沙苑子水煎劑及其總黃酮可引起血壓明顯下降, 李景新等[2]報道沙苑子總黃酮對腎血管性高血壓大鼠(RHR)有明顯降壓作用, 其機理可能與其降低血管緊張素(Ang)水平有關。吳捷等[3]認為沙苑子總黃酮能抑制心肌細胞鈣離子內流。
1.2 沙棘總黃酮(TFH)沙棘在許多藥理作用方面與銀杏相近,而銀杏(TFG)抗心腦缺血作用已在臨床上廣泛應用,王立群等[4]實驗表明,TFH和TFG對離體大鼠工作心臟缺血后心功能及血流動力學各指標有不同程度的改善作用,主要表現在能明顯減輕缺血后LVPSP,+dp/dtmax下降,TFH作用明顯優于TFG。
黃酮具有抗氧化、消除自由基作用。吳英等[5]研究表明沙棘總黃酮對大鼠心肌缺血再灌注損傷時能明顯減輕缺血再灌損傷區超微結構的病理改變,顯著提高大鼠心肌組織SOD活性并減少MDA的生成。TFH對大鼠心肌缺血再灌損傷的保護作用可能與提高自由基清除酶活性及抑制脂質過氧化反應有關。
1.3 羊藿總黃酮許蘭之等[6]研究了羊藿總黃酮(TFE)對腎上腺素能受體阻斷作用,發現TFE選擇性阻斷離體及整體動物心肌β1受體,對氣管β2受體和血管平滑肌α受體無阻斷的作用, 此研究為臨床應用羊藿治療冠心病心絞痛提供了理論依據。
1.4 水杉總黃酮程虹等[7]報道用水杉總黃酮10 mg/kg ip可推遲烏頭堿誘發的大鼠心律失常的出現時間,縮短持續時間;提高氯化鈣誘發大鼠心律失常的閾劑量;增加哇巴因誘發豚鼠心律失常的用量;還能對抗心肌缺血復灌所致的大鼠心律失常,表明水杉總黃酮具有廣泛的抗心律失常作用。水杉總黃酮能明顯減少甲狀腺素所致心臟肥厚大鼠心臟重量,縮短心肌纖維直徑,減少心室蛋白質及RNA含量,降低心室Na+-K+ATP酶及Na+-Ca2+ATP酶活性, 表明水杉總黃酮對甲狀腺素所致大鼠心臟肥厚具有抑制作用, 提示水杉總黃酮逆轉心衰致心肌肥厚有一定的意義[8]。
2 消化系統
2.1 黃芩莖葉總黃酮黃芩莖葉總黃酮可劑量依賴性地抑制膽鹽的吸收(P<0.01),其與考來烯胺的抑制膽鹽吸收的作用相比,沒有顯著性差異(P>0.05)。提示抑制膽鹽的吸收可能是黃芩莖葉總黃酮調血脂作用機理之一。黃芩莖葉總黃酮應用于降血脂和防治冠心病可能會優于考來烯胺。但黃芩莖葉總黃酮抑制膽鹽吸收的同時,脂溶性維生素的吸收會不會受到抑制尚須進一步研究[9]。
我室近來研究表明皺皮木瓜提取物依劑量抑制胃腸運動; 抑制回腸自發性收縮反應和非競爭性拮抗乙酰膽堿誘導胃底平滑肌收縮的量效曲線;同時能減弱Ca2+所致兔回腸收縮, 木瓜提取物對胃腸平滑肌收縮的松弛與抗鈣作用有關[10]。提示皺皮木瓜具有解痙作用。
3 鎮痛抗炎
3.1 銀杏葉總黃酮
在小鼠扭體模型上,皮下注射銀杏葉總黃酮20~80 mg/kg,可顯著減少小鼠扭體數,并且呈劑量依賴關系;在小鼠熱板模型上,皮下注射和側腦室注射銀杏葉總黃酮均可顯著地延長小鼠舔足潛伏期,結果表明銀杏葉總黃酮有明顯鎮痛作用,其鎮痛作用可能有中樞機制的參與[11]。
3.2 蘆丁宋必衛等[12]對蘆丁的鎮痛作用研究結果表明蘆丁(6.25~100 mg/kg,ip)呈劑量依賴性的抑制小鼠扭體反應;蘆丁(50~100 mg/kg,ip)明顯提高小鼠嘶叫刺激閥值,顯著延長小鼠熱板舔足反應潛伏期,表明蘆丁有鎮痛作用。其鎮痛作用比阿斯匹林強, 但比嗎啡弱。
3.3 木瓜野木瓜系木通科野木瓜屬植物,具有祛風止痛功能。野木瓜對髓鞘和軸突膜有親和力,可引起髓鞘和軸突膜結構的變化,從而導致神經傳導阻滯[13]。我室實驗結果表明:資木瓜提取物對醋酸、溫度所致小鼠疼痛有較好的鎮痛作用,但對二甲苯所致小鼠耳腫脹消腫作用很弱[14]。
3.4 蕎麥葉總黃酮蕎麥葉總黃酮(TFBL)能明顯減輕肉芽腫的形成,降低毛細血管通透性和抑制耳腫,顯示TFBL具有明顯的鎮痛抗炎作用[15]。其機制可能與TFBL所含的主要成分蘆丁和槲皮素有關。據報道,槲皮素對12脂氧合酶的活性有很強的抑制作用,可影響花生四烯酸的代謝過程。蘆丁、槲皮素鎮痛機制還與鈣離子拮抗有關 。TFBL具有清除自由基,抗脂質過氧化作用[16],可能也參與抗炎作用,有待深入研究。蕎麥葉資源豐富,其提取的TFBL幾乎無毒,值得進一步開發利用。
3.5 黃蜀葵花總黃酮(TFA)黃蜀葵花總黃酮TFA(ig或ip)可不同程度地抑制小鼠扭體反應;TFA(140,280 mg/kg,ig)可使福爾馬林致小鼠疼痛的Ⅰ、Ⅱ相反應明顯減輕,TFA(ip)對同側ip福爾馬林導致的疼痛可產生同樣抑制作用,但對側ip福爾馬林致小鼠疼痛無明顯影響;動脈注射TFA 200 mg/kg可明顯減輕KCl誘發的家兔疼痛反應;連續用藥可使TFA在小鼠跳躍實驗中陽性率為0。以上研究結果表明TFA有一定的鎮痛作用且局部給藥有效,連續用藥無成癮性。TFA的鎮痛機制可能既不同于阿片類藥物,也不同于非甾體抗炎藥,是一個鎮痛機制值得進一步探討的新型鎮痛藥物[17]。
3.6 蜂膠總黃酮(TFP)蜂膠總黃酮具有廣泛的生物活性如鎮痛作用等。注射TFP后能減少小鼠扭體次數。熱板實驗結果也表明TFP可延長小鼠舔足潛伏期,即延緩疼痛反應。甲醛致痛模型結果表明,注射TFP后在第一時相對小鼠疼痛反應無明顯影響,但可顯著降低第二時相的疼痛反應。說明TFP對炎癥所致疼痛反應有明顯鎮痛作用。icv TFP低劑量(為ip給藥劑量的1/20,即5 mg/kg)時,即可延長溫浴致小鼠縮尾反應潛伏期,提示TFP對小鼠具有中樞性鎮痛作用。已知NO在外周和中樞中以不同水平參與痛覺的調節。高劑量TFP在抑制小鼠熱板反應時能降低小鼠腦組織NO的含量,提示TFP鎮痛作用可能與抑制小鼠腦組織中NO的釋放有關;另外,ip TFP在抑制小鼠熱板反應同時,可降低腦組織、血清中MAD含量,提示TFP的鎮痛作用與抑制自由基及其過氧化物產生也有一定關系。PEGz是一種非常重要的疼痛介質之一,PEG 的外周致痛作用早已明確。ip TFP可降低腦組織和血清中的PEGz含量,提示TFP的鎮痛作用與抑制PEG 合成也有一定關系。TFP在多種疼痛動物模型中均表現出明顯的鎮痛作用,并可能通過降低腦組織中NO,MAD,PEG 含量和血中的MAD,PEG 含量而發揮鎮痛作用。至于其確切的鎮痛機制還有待進一步的研究[18]。
4 其他
金絲桃苷、蕓香苷及槲皮素等有良好的鎮痛作用[19],其作用機制與Ca2+拮抗有關,尤其是Hyp不僅在多種全身鎮痛模型上有作用,而且在兔隱神經放電,兔耳K+皮下滲透等局部致痛模型上更有良好的局部鎮痛作用[20],其作用機制與嗎啡和阿斯匹林皆不同,系一新型的鎮痛藥。
綜上所述,生物總黃酮來源廣泛,具有鎮痛消炎等多種藥理作用,有的甚至在臨床上得到廣泛應用,是一大類值得進一步研究和開發的藥物。
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中圖分類號:R544.1 文獻標識碼:A 文章編號:1009-816X(2016)06-0454-05
高血壓是一種以體循環動脈收縮期和(或)舒張期血壓持續升高為主要特點的全身性疾病,也是心腦血管病的主要危險因素,其引發的腦卒中、心力衰竭、心肌梗死及慢性腎病等并發癥給患者、家庭和國家造成了沉重負擔。近幾十年來,國內外學者從高血壓發病機制出發對高血壓的發生和發展進行干預,取得了一定成果。隨著高血壓發病機制研究的深入,與高血壓發病相關循環生化標志物得到了更多的關注,同時微小RNA(microRNA,miRNA)在高血壓的發生發展中的重要作用已成為新的亮點。研究高血壓發病相關循環生化標志物與miRNA的關系,可以為深入探索高血壓的發病機制提供新的思路,為揭示miRNA參與高血壓發病的環節提供指導,同時也是高血壓研究的一個新趨勢。
1 腎素-血管緊張素-醛固酮系統(RAAS)生化標志物與miRNA
RAAS是體內與血管舒縮及水鹽代謝關系密切的體系之一,在高血壓形成中起著關鍵作用,在RAAS各個環節中,腎素、血管緊張素轉換酶(ACE)、血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)、AngⅡ-1型受體等起到了重要作用。
1.1 腎素:主要由腎小球旁器的球旁細胞所合成,腎素催化血液中的血管緊張素原產生AngⅠ,AngⅠ進一步形成AngⅡ能夠高效地收縮血管,增加醛固酮和抗利尿激素分泌等最終升高血壓,故腎素是RAAS調控血壓的始動環節,是RAAS級聯反應中的限速步驟。腎素基因轉錄形成的腎素mRNA經翻譯、轉化形成腎素,故腎素mRNA水平變化直接導致腎素含量的變化。在高血壓性腎病患者腎臟髓質miRNA-181a和miRNA-663表達降低可以引起腎素mRNA水平升高,可能與miRNA-181a和miRNA-663可以綁定到腎素mRNA的3′UTR引起腎素mRNA活性降低有關,miRNA-181a和miRNA-663通過調節腎素mRNA水平進一步對腎素水平產生影響[1],從而進一步對血壓產生調節作用。
1.2 ACE:ACE是催化AngI生成AngⅡ和緩激肽滅活的關鍵酶,在高血壓的發生發展中起到了關鍵作用。研究表明ACE水平的調節是通過miRNA-27a、-27b實現的。Ravi等[2]通過對孕鼠給予低蛋白飲食發現小鼠胎兒大腦中miRNA-27a、-27b的升高可以降低ACE-1蛋白水平。同時郭威早等[3]在大鼠心肌細胞中對miRNA-27a、-27b進行增強時,ACE的表達水平明顯降低。Fernandes等[4]發現通過有氧運動使得大鼠產生的生理性肥大心臟組織中miRNA-27a和-27b含量增加,減弱了ACE的活性。推測miRNA-27a、-27b影響ACE含量的內在機制[2]可能是由于miRNA-27a、-27b可以結合到ACE-1 mRNA的3′UTR,阻礙ACE-1 mRNA的翻譯過程,引起ACE-1蛋白水平下降,進而影響ACE-1的水平。目前ACE與miRNA-27a、-27b的相互調節在高血壓發病過程中所起到的作用并沒有直接的實驗研究證實,但是二者相互調節的關系已經在小鼠胎兒大腦、大鼠心肌細胞及大鼠肥大的心臟組織中得到了驗證,由于ACE在高血壓發病中是一個非常關鍵的環節,故與ACE調節有關的miRNA-27a、-27b可能與高血壓的發病存在一定的聯系。以上研究結果在一定程度上說明miRNA-27a、27b通過影響ACE水平,從而可以作為一種內源性的ACE抑制劑,其作用可以模擬ACE抑制劑的藥理作用[3],為高血壓的治療提供了一個新思路。
1.3 AngⅡ:在RAAS對高血壓的調控過程中,AngⅡ起到了一個核心作用。AngⅡ可以直接促進全身微動脈收縮,通過中樞和外周機制使外周血管阻力增大、刺激醛固酮釋放、誘導氧化應激和炎癥等一系列過程使得全身有效循環血量增加、細胞外液容量增加、血壓升高。研究表明AngⅡ可以介導miRNA-132的表達。Tilde等[5]發現miRNA-132在AngⅡ介導的高血壓大鼠心臟、大動脈及腎臟中高表達,Jiang等[6]也發現miRNA-132在AngⅡ介導的大鼠心肌成纖維細胞內表達上調。通過預測miRNA-132的靶mRNAs發現其靶點包括MMP9 mRNA,且血管內皮細胞的c-Ets1是MMP9啟動子,在血管內皮生長因子(VEGF)存在時,AngII顯著上調c-Ets1,導致MMP9 mRNA在內皮細胞上的表達上調,進而影響MMP9的含量。同時Gαq-ERK1/2激活是AngⅡ和ET-1導致高血壓的信號通路之一,根據以上研究結果推測miRNA-132與AngII之間可能通過MMP9 mRNA的合成過程及Gαq-ERK1/2通路存在一定的關聯。
1.4 AngⅡ-1型受體(AT1R):AT1R主要介導血管舒縮、水鹽代謝、血管平滑肌細胞增殖以及功能調節等生理效應,是AngⅡ作用的重要環節。大量研究表明miRNA-155與血壓呈負相關,且AT1R是miRNA-155的調節靶點。Giulio等[7]在高血壓患者中發現CC基因型與AA或AC基因型相比,AT1R蛋白表達水平明顯升高,而miRNA-155表達則顯著下降,可能與miRNA-155與AT1R mRNA 3′UTR結合導致AT1R蛋白翻譯水平下降有關。miRNA-155與位于AT1R基因3′UTR的A1166C多態性(rs5186)存在聯系,研究表明該單核苷酸多態性(SNP)所在區域為miRNA-155的結合區域,1166A等位基因存在時miRNA-155可以下調AT1R基因的表達[8]。根據以上研究結果推測miRNA-155可以通過影響AT1R mRNA進而調控AT1R蛋白水平,從而對血壓產生影響。
2 交感神經生化標志物與miRNA
交感神經系統(SNS)過度激活是高血壓發生的一個重要因素,SNS的過度激活不僅影響血壓水平、心血管內環境穩態,而且參與了高血壓相關并發癥的形成。目前尚無一種公認的評價SNS活性的“金標準”,心率變異性被認為是無創評估自主神經功能的新手段和獨立評價的指標。除此之外還可以通過生物化學方法檢測血液中去甲腎上腺素(NE)的水平來評估交感神經活性。
測定靜態血漿NE濃度在一定程度上可反映整體SNS的功能。NE在化學結構上屬于兒茶酚胺,是強烈的α受體激動劑,對β1受體作用較弱,通過α受體激動作用,可引起全身小動靜脈血管收縮,通過β1受體的激動,使心肌收縮加強,心率加快,從而引起供血量增加,使血壓升高。孫丹云等[9]利用NE造模使小鼠產生心肌肥大,發現肥大的左心室組織中miRNA-199、miRNA-499、miRNA-1-2-5p的表達明顯升高,同時利用NE干預大鼠心肌細胞發現NE也可以明顯上調大鼠心肌細胞內的miRNA-199、miRNA-499、miRNA-1-2-5p的表達。雖然對于NE通過何種方式對miRNA-199、miRNA-499、miRNA-1-2-5p的表達產生影響還有待研究,且NE與miRNA-199、miRNA-499、miRNA-1-2-5p的相互在作用是否對高血壓產生影響也有待探索,但是NE與高血壓的發病有著密切的關系,可以推測NE與miRNA-199、miRNA-499、miRNA-1-2-5p的相互作用與高血壓發病可能存在一定的關聯。
3 血管內皮功能障礙生化標志物與miRNA
高血壓可引起血管內皮功能障礙,內皮功能障礙又促進高血壓的發生發展,加速了高血壓靶器官的損害,形成惡性循環。
3.1 同型半胱氨酸(Hcy):高Hcy與心腦血管疾病的發生存在著密切聯系,高Hcy引起內皮功能障礙已獲得大量試驗證實。Pankaj等[10]對高Hcy誘發的心肌重塑機制提出假設,認為高Hcy可以激活NMDAR1受體,導致心肌細胞內氧化應激水平升高,進而下調miRNA-133a、-499,miRNA-133a、-499可以調節DNA甲基化和組蛋白修飾酶,引起MMP9基因表達的改變,諸多證據表明MMP9與左室重塑有著直接的因果聯系,故MMP9基因表達的改變可能引發心臟重塑。由于miRNA-133a、miRNA-499與Hcy存在密切關系,同時心臟重塑在高血壓發生中扮演著重要角色,推測通過調節miRNA-133a、-499含量可間接控制心臟重塑,進而對血壓產生影響。
3.2 內皮型一氧化氮合酶(eNOS):eNOS介導內皮細胞釋放的NO在調節血壓和維持心血管穩態方面起到重要作用,eNOS表達異??纱龠M內皮功能障礙和心血管疾病的發展,eNOS被抑制或缺失及NO生成受阻可導致血壓升高。Li等[11]研究發現miRNA-155可以抑制HTR-8/SVneo細胞eNOS的表達,抑制滋養層細胞的細胞浸潤,揭示了miRNA-155可以通過調節eNOS對HTR-8/SVneo細胞的細胞遷徙具有負調節作用。Sun等[12]研究表明eNOS是miRNA-155的直接靶標,在人臍靜脈內皮細胞內,miRNA-155可以直接結合到eNOS mRNA的3′UTR,miRNA-155過度表達可以降低eNOS表達,減少NO的產生,故miRNA-155是eNOS表達和內皮依賴性血管舒張的重要調節器,抑制miRNA-155可能是一種新的治療包括高血壓在內的心血管疾病發展過程中血管內皮功能障礙的方法。
3.3 一氧化氮(NO):NO是免疫和炎癥信號傳導分子的調節劑,血管內皮細胞所分泌的NO/ET-1的失衡在高血壓的發生、發展中起重要作用。miRNA-155過度表達可通過降低eNOS水平,進而減少NO產生,且大量研究證實miRNA-155與高血壓的發生存在著密切關系。Yael等[13]在HepG2細胞中發現,外源性NO增加了miRNA-155的表達,但內源性NO卻表現出抑制miRNA-155的表達,這兩種效應都是通過的cGMP/PKG信號介導的。推測與高血壓發病相關的NO和miRNA-155可相互調節各自的水平,維持二者含量的相對穩定,進而對血壓產生影響。
3.4 內皮素-1(ET-1):通過血液中生化標志物探測血管內皮細胞功能障礙,ET和血管性假血友病因子(vWF)較為實用,在血管壁應力增加、缺氧、神經體液激素等因素刺激下,ET經內皮細胞ET mRNA的表達而產生增加,而vWF的產生與血流動力學及血管損害和血漿蛋白有關,ET和vWF是可以從不同角度反映內皮功能障礙,同時ET-1被認為是最有效和持久的血管收縮肽之一,對維持血壓穩定起到重要作用,故探索ET-1和vWF與miRNA-的關系顯得更加有意義。Li等[14]研究發現在SHR-SPs大鼠主動脈中miRNA-125a/b-5p表達下降對前內皮素-1(preproET-1)產生負調節。miRNA-125a/b-5p可以直接通過以preproET-1 mRNA的3′UTR為靶標抑制ET-1的表達,表明miRNA-125a/b-5p可以降低血管內皮細胞ET-1的水平,進而對血壓的穩定產生調節作用。
3.5 vWF:內皮細胞功能障礙是高血壓的基本病理過程之一,且vWF是非常有價值的內皮功能障礙標志物,具有一定特異性,大量研究顯示高血壓患者vWF水平顯著升高,在一定程度上vWF可以預測高血壓患者靶器官的損害[15]。有研究顯示miRNA-210在妊娠高血壓患者血漿中高表達,且與血管生成有關。目前miRNA-210與原發性高血壓的發病研究較少,但是miRNA-210與妊娠高血壓、血管生成及vWF存在相關性,預測miRNA-210與vWF的相互作用可能對高血壓的發病存在影響。
4 炎性生化標志物與miRNA
近年研究發現炎癥因子在高血壓的發生、發展及轉歸中扮演著重要角色,高血壓患者血清白介素-1(IL-1)、白介素-6(IL-6)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等炎癥因子明顯升高,且呈高度相關性,證實高血壓是一個低度炎癥狀態性疾病。目前在血管炎癥的所有血漿炎性標志物中,C反應蛋白(CRP)的研究最為深入,同時超敏C反應蛋白(hs-CRP)在心血管方面的研究報道較多,認為高血壓患者的高水平血壓對血管壁的剪切力增強,損傷血管內皮細胞,從而引起慢性炎癥反應,引發血清hs-CRP升高,它是一個被低估而未被充分利用的指標,2003年ESH/ESC正式推薦高血壓患者需檢測hs-CRP。同時IL-1、IL-6能夠促進VSMC增生,進而促使血管腔變窄、管壁增厚、管壁硬化,外周阻力增高,引發血壓升高。而且TNF-α是一種多功能的促炎細胞因子,可以引發血管內皮細胞損傷,致使內皮細胞功能紊亂,引發血管生長因子產生及釋放減少,導致全身小動脈痙攣,最終導致血壓升高。hs-CRP、IL-1、IL-6、TNF-α等是目前發現的可能與高血壓高度相關的炎癥因子,這些炎癥因子也是眾多研究中最常涉及的反應炎癥水平的炎癥因子。
研究顯示這些炎癥因子與相應miRNA存在關聯。鄭東陵等[16]發現miRNA-497可通過MAPK/ERK信號通路調節IL-1信號傳導,抑制IL-1誘導IL-6轉錄的過程。Jessica等[17]發現IL-6可觸發MEK/MAPK通路,通過MAPK通路引發人類漿細胞中miRNA-24-3p表達上調。Zhang等[18]發現miRNA-17/92家族在原代肝細胞和HepG2細胞的表達是通過IL-6的調節實現的。郭敏等[19]發現急性冠脈綜合征(ACS)患者外周血單核細胞內miRNA-146a的表達與TNF-α濃度呈顯著正相關,提示miRNA-146a功能亢進可能參與了ACS炎癥反應過程。
5 自身免疫生化標志物與miRNA
高血壓的發病與多種因素有關,大量研究表明,高血壓患者存在著體液和細胞免疫功能的紊亂,提示免疫損傷與高血壓發病有著密切關系。機體內炎癥免疫反應及氧化應激可促使T淋巴細胞在血管壁、腎臟等器官聚集,繼而可引發血壓升高。目前T淋巴細胞與高血壓的關系的研究主要集中在CD4+T淋巴細胞上,有關CD8+T淋巴細胞與高血壓關系的研究較少[20]。CD4+T淋巴細胞分化成Th1、Th2、Th17和Tregs后,各自通過表達不同的細胞因子以促炎和抑炎的方式參與高血壓的病理過程。同時眾多研究資料表明高血壓常伴有體液免疫功能的異常,B淋巴細胞參與體液免疫,當B淋巴細胞免疫功能紊亂,導致B淋巴細胞產生的IgG等抗體發生變化,引發抗原-抗體復合物的形成,激活補體引發血管內皮損傷,從而引發血壓升高。
研究表明CD4+T淋巴細胞、B淋巴細胞與miRNA-之間關系密切。陸永光等[21]經過研究推測miRNA-21可以通過對CD4+CD25+T調節細胞關鍵轉錄因子FOXP3和輔T細胞17的關鍵轉錄因子STAT3的作用,參與了CD4+T淋巴細胞的調控。劉洋等[22,23]經過研究推測miRNA-21可能通過抑制PDCD4表達,促進IL-10的分泌,抑制TNF-α的表達,從而調控CD4+T淋巴細胞介導的炎癥反應。Zhao等[24]發現在尋常型銀屑?。≒V)患者中miRNA-210可能通過CD4+T細胞中的FOXP3基因誘導免疫功能紊亂。Xue等[25]發現miRNA-181c可能具有間接抑制CD4+T細胞活性的功能。Liu等[26]發現SLE患者B淋巴細胞內miRNA-30a可以特異性的結合到Lyn mRNA的3′UTR,阻止Lyn在B淋巴細胞中的表達,促進B淋巴細胞增值,增加IgG抗體的產生。
6 氧化應激生化標志物與miRNA
氧化應激對高血壓的發生發展起著重要作用,血管內皮及平滑肌細胞在一些危險因素的誘導下產生的活性氧(ROS)可引起血壓持續升高和血管損害。丙二醛(MDA)是一種氧自由基連鎖反應的產物,它攻擊生物膜中的多不飽和脂肪酸引發脂質過氧化作用,使內皮細胞受損傷。超氧化物岐化酶(SOD)是自由基清除酶,它通過清除超氧陰離子自由基,保護細胞免受損傷,維持血管張力和血壓正常。谷胱甘肽(GSH)是體內一種重要的抗氧化劑,具有改善血管內皮功能。谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)有特異的催化GSH對H2O2的還原反應,可起到保護細胞膜結構和使其功能完整的作用。MDA、SOD、GSH、GSH-PX通過氧化應激反應對高血壓的發生產生調節作用。
研究表明miRNA可以調節MDA、SOD、GSH、GSH-PX的含量。Wang等[27]發現在心肌細胞中miRNA-181a可以調節Gpx1的表達,Gpx1可能通過調節Bax和Bcl-2的比值直接影響Bcl-2的水平,Bcl-2的過度表達可以減少ROS的產生,降低MDA等脂質過氧化物含量,從而抑制細胞凋亡。廖清池等[28]發現miRNA-21介導了非對稱性二甲基精氨酸(ADMA)誘導的內皮細胞衰老作用,其機制可能與其抑制SOD2表達有關。有研究顯示ERK抑制劑可有效抑制eNOS-Thr495的活化并逆轉LSS誘導的細胞內SOD減少[29],推測ERK磷酸化增強在一定程度上可以抑制SOD2的生成,使得ROS濃度增加,誘導內皮細胞衰老。Chisato等[30]發現興奮性氨基酸載體1(EAAC1)能調節神經元GSH含量,通過增加小鼠側腦室抑制劑抑制miRNA-96-5p可增加EAAC1以及GSH的水平。Min等[31]發現抑制miRNA-486可以誘導人神經源性分化蛋白6(NeuroD6)表達,NeuroD6可以通過間接的抗氧化功能和調節p-P38/p-JNK的下游途徑,產生各種活性氮,進而可以防止ROS的產生。在脊髓損傷組織中miRNA-486也可以通過誘導TXNL1和GPx3的表達,有效清除ROS,減弱免疫細胞增值和浸潤,進而有效改善小鼠脊髓損傷和小鼠運動功能恢復。
以上大量研究表明炎癥因子、淋巴細胞及氧化應激循環標志物等與miRNA存在相關性,但是在針對高血壓發病進而探索炎癥因子、淋巴細胞及氧化應激循環標志物與miRNA關系的研究尚未見大量報道,還需進一步研究和探索,但是由于炎癥因子在不同層面上對血壓產生的調節作用是公認的,且體液、細胞免疫功能紊亂、氧化應激均參與了高血壓的發生發展,所以炎癥因子、淋巴細胞及氧化應激循環標志物與miRNA的相互作用在一定程度上對高血壓的發生發展和轉歸可產生影響。
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生物化學作為生物學相關專業本科生的基礎課程,是進一步學習分子生物學、細胞生物學、微生物學等專業課程的基礎。該課程的內容不僅限于生物大分子的結構與功能、代謝途徑及其調控和遺傳信息及傳遞等基礎性內容,還包括該學科的研究進展以及新的研究技術和方法。因此,生物化學的內容非常豐富,教材的厚度也異常突出。如教育部推薦的“面向21世紀課程教材”,由王鏡巖等主編的《生物化學》共1307頁。該書的精簡版,即《生物化學教程》(為普通高等教育“十一五”國家級規劃教材)也有718頁。因此,要在有限的80學時學完,絕非易事。
1.2內容繁雜抽象,難以理解和記憶
生物化學主要討論生物分子的結構及其生理功能、生物分子的代謝途徑及其調控和遺傳信息傳遞的分子基礎與調控規律等,其中涉及的內容抽象,分子結構復雜,代謝途徑錯綜復雜,學生不僅難以理解和記憶,而且感覺枯燥和乏味。
1.3生物化學發展迅速,新內容不斷出現
生物化學研究進展不斷突飛猛進,使得生物化學的教學內容的廣度和深度逐漸增加。如新發現的一類天然無結構的蛋白,這些蛋白在天然狀態下沒有明確的三維結構,但有正常的生物學功能,這沖擊了蛋白質的結構決定生物學功能的傳統理論。這些突破性的研究成果已在生物化學教材中體現,增加了生物化學的“教”和“學”的難度。
2生物化學4a網絡教學平臺建設
4a(anyone,anytime,anywhere,anything)網絡教學平臺由高等教育出版社和北京師范大學等共同研發的符合國際標準的網絡輔助教學平臺,已成為全國各高校重要的網絡教學平臺之一。課程管理系統作為課堂教學的主要輔助系統,包括課程信息和課程內容兩大板塊。為便于學生更好的自主學習,我們在課程信息板塊中提供教學大綱、教學日歷以及教學活動安排等。而在課程內容板塊中,我們不僅制作精美、可視性強的教學課件,更注重提供各章節的學習重點、內容小結以及相應內容的知識拓展,還提供在線作業練習及試題自測等。交互式學習是網絡學習的一種重要形式,因此,交互學習系統是生物化學平臺建設的一個重要的環節。在該系統中我們設置了答疑解惑、討論交流和網絡學習活動等板塊。在網絡拓展資源系統中,我們設置了經典教材、參考文獻、趣味閱讀材料和科學家逸聞趣事等板塊,為學生提供不同的學習體驗,以此培養和提高學生的學習興趣,強化學習效果。
3利用網絡教學平臺輔助生物化學教學,提高教學效果
利用4a網絡教學平臺,通過將教學資源與網絡教學平臺進行有機的整合,為教師和學生之間搭建一個網上協同教學空間,不僅創建一種利用網上資源的互動式教學方法,還充分調動學生的自主學習能力。
3.1網絡拓展資源提高學習興趣、擴大學習視野
盡管生物化學存在知識點多、內容抽象繁雜等不利于學生學習的特點,但生物化學也是一門與人類生活實踐密切相關的課程。無論是課堂教學還是網絡教學平臺,教師都把相應的知識點與生活實踐,尤其是當前發生的與生物化學內容相關的熱點現象聯系起來,以提高學生的學習興趣。如短跑運動員為了提高比賽成績,堅持吃低糖、高蛋白的食物是否有效等。這些內容極大的提高了學生的學習興趣,不僅促進學生學習生物化學知識本身,還有助于培養學生利用生物化學知識去認識和解釋生活實踐中的現象。此外,還充分利用名人事跡、逸聞趣事等網絡資源,如Mullis和PCR的故事等,拓寬學生的視野。
3.2利用網絡平臺強化自主學習、加強歸納總結
課前預習對于課堂教學效果的提高具有促進作用,但這需學生能正確掌握預習要點。預習不僅要求學生閱讀某一章節內容,更重要的是能按照教師授課的思路進行預習,有針對性的對重點及難點進行仔細研讀。因此,我們將課堂授課的PPT課件上傳至網絡教學平臺的“課程資源”板塊,讓每位學生下載并打印,對照平臺中的“重點和難點”板塊進行預習。此外,因生物化學的內容繁雜,因此,要學好生物化學就必須對繁多的內容進行歸納和總結。歸納總結是學習過程中非常重要的一個環節。善于學習的學生,也應該是善于歸納、總結的學生。因此,要提高學生的學習效果,還必須培養學生歸納總結的能力。我們在教學過程中,每次課程結束后均要求學生對本次課程內容進行歸納和總結,并上傳至網絡教學平臺的“網絡學習活動”板塊,與全班同學分享。這有效的促進和督促了學生養成歸納總結的習慣,而且通過這一過程極大的提高了歸納總結的能力。
3.3利用教學平臺進行交互式學習
1調整教學內容,實現教學目標
口腔生物化學的教學目標是使學生了解口腔常見病相關的生化知識,用生化的觀點認識口腔疾病發生、發展的過程和診治方法,培養具有堅實理論基礎的口腔醫生。為實現這一教學目標,應該在教學內容上有所選擇。精選授課內容,突出重點,提高教學效果。口腔生物化學內容多,知識新,學時少,要想在課堂上做到面面俱到是不切實際的。因此,在授課時要學會取舍,突出重點。對于學生來講,在掌握一定專業基礎知識后,對臨床充滿好奇和向往,可以抓住他們的這種心理,逐步培養其臨床思維能力,加強學生主動學習基礎課的興趣。各章節要圍繞口腔生命活動來講解,強調與口腔臨床有關的口腔生物化學知識,如口腔黏膜組織的生物化學一章,可以重點講解口腔黏膜各層相關化學成分及其代謝異常,可能引發的口腔黏膜病,從生物化學角度揭示臨床上口腔黏膜病的機制。那些與口腔組織病理學、口腔生理學等重復的知識、與口腔疾病的分子機制無關的知識點應該予以簡化,可以用提問的方式加以復習,或讓學生以自學方式加以了解。結合科學研究成果和研究進展,準備教學課件,加深學生對理論知識的理解。由于生物化學研究的迅猛發展,口腔生物化學的教學內容也要作相應的補充[2],因此,這就需要教師加強自身學習,不斷更新知識,并在教學過程中不斷總結教學成果,以教材為基礎,參閱有關專著、文獻,講授公認的理論,以及經典地、重要的研究成果,并結合最新進展,準備教學課件,使學生了解已有基礎理論的研究脈絡,并展示口腔組織生物化學的最新進展,從而提高學生學習興趣,開闊學生的視野。
食品生物化學是食品科學與工程等專業必修的一門專業基礎課程,教學地位十分重要。其知識體系龐大,理論性和邏輯性強,內容復雜抽象,學科進展快。同時,隨著多數院校課程改革,使得食品生物化學的教學課時減少。采用傳統的教學方式很難取得良好的教學效果。運用多媒體進行生物化學輔助教學已成為高等學校教學改革的發展方向。筆者根據近幾年來使用多媒體教學手段進行食品生物化學教學的體會,就該教學方式的利弊進行初步剖析,以期能對改進食品生物化學的教學手段、提高教學效果有所幫助。
1 多媒體輔助食品生物化學教學的優勢
1.1增加課堂容量.提高課堂效率
傳統的教學模式要花費較多的時間用于板書,教學時間不能充分利用,教學內容信息量較少,有許多新知識沒時間在課堂上講述。而采用多媒體教學后,課件都是在課前準備好的,課堂上很少寫字,這樣就節省了板書時間,為增加教學信息量提供了條件。教師就可以多講授一些食品生物化學領域內的新知識和新進展,有利于知識的更新和視野的擴展。另外,節省的時間也可為師生互動留下空間,便于活躍課堂氣氛,提高教學質量。
1.2形象直觀生動,有效激發學生的學習興趣
多媒體教學將文字、圖片、聲音、動畫整合,可為學生提供大量的感性材料,教學形象、直觀、形式多樣、趣味性強,可有效激發學生的學習興趣。在食品生物化學中,生物大分子的立體結構及其代謝過程都是教與學的難點。在傳統的教學中,借助板書、掛圖或模型可有效講授這些難點,但對于學生而言,內容還是比較抽象,不容易理解。利用多媒體可輕易的解決這一問題。如在講生物大分子多糖、蛋白質、核酸等的結構時,十分抽象,教師難以講授清楚,而學生通過觀看三維結構的圖片或動畫,就可以輕易地理解有關的復雜問題,自然地掌握了這些生物大分子的三維結構等有關的概念。在生命物質的代謝過程中,教師可利用多媒體教學,采用動畫技術對生物代謝過程進行演示和講解,學生就可以清晰明了地掌握相應的內容。
此外,在多媒體教學實踐中,插入一些緊扣教學內容的時事圖片或研究進展,有效結合專業領域內的社會熱點問題對吸引學生的注意力和激發學生的興趣均有很大幫助。如在講解核糖體RNA時,插入2009年拉馬克里希南、施泰茨和約納特因“對核糖體結構和功能的研究獲得諾貝爾化學獎的報道;在講授蛋白質含量測定時,引入三聚氰胺事件,讓學生運用所學的生化知識進行分析和理解問題,進一步激發學生學習食品生物化學的興趣,并拓寬他們的視野
2 多媒體輔助食品生物化學教學的不足
毋庸置疑,多媒體生物化學教學的優點是顯而易見的,但在多媒體輔助教學的實踐中也存在一些不足,需充分認識并及時改進,才能真正使多媒體在食品生物化學教學中發揮積極作用。
2.1過分依賴多媒體,師生主動性發揮不夠
多媒體明顯提高的食品生物化學的教學效率,但過分依賴多媒體教學,會極大的限制師生的主動性發揮。在課堂上,教師將所用的教學內容均制作成課件,用屏幕代替黑板,把書上的文字拷貝到電腦中,在教學過程中變成了計算機操作員和解說員。教師仍然是灌輸知識,學生仍然是被動地接受知識,形成了新形式下的填鴨式教育。在課堂外,一方面教師是“新瓶裝舊酒”,往往一套課件多年使用,不能及時更新知識,另一方面,學生只是在課后考前看課件,忙于應試,對課件之外的知識不去了解,學生課外知識的拓展不夠,造成“上課老師讀課件,考前學生背課件”的現象。
二教學改革的內容與方式
1.修訂教學大綱
作為一所普通的地方性高等院校,學校的辦學指導思想圍繞的是結合地方特色,培養為地方經濟社會發展所需要的應用型人才,化學與應用化學專業的培養目標和就業目標也不相同。因此,作為指導性文件的教學大綱應根據不同專業人才培養目標的不同擬定不同的教學大綱。具體體現在教學內容、課時分配以及教學進度、教學深度、教學重點和難點等方面。
2.教學內容的改革
構建適合化學和應用化學專業特點的生物化學課程教學內容,應盡量避免已學知識的重復。兩個專業的學生由于基礎生物學知識相對缺乏,在學習中易出現“知其然,不知其所以然”的現象。因此,在教學中適當增加基礎生物學知識可為學生提供學習生物化學的基本背景性材料,從而有利于提高學生的學習積極性?;瘜W專業教學重點在生物大分子的結構、性質和功能,物質代謝及其調控和現代化學技術在生物化學中的應用。對應用化學專業還需要講授生物化學知識在工業、農業、醫藥等領域的實際應用。構建一個既有聯系又體現化學和應用化學專業特色,以適應不同專業學生的生物化學教學知識體系。
3.教學模式和方法的改革
中圖分類號 G642 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739(2017)01-0278-03
Application of Seminar Style in Biochemistry Teaching
LIU Xiao-lin CHEN Ji-peng QUE Zhi-qun HUANG You-ming LIAO Jun-jie
(Yichun University,Yichun Jiangxi 336000)
Abstract Introduction of seminar teaching model in biochemistry teaching has proved that it can change the traditional one-way teaching mode of teachers′ ″teaching″,students′ ″learning″ and improve the students′ learning initiative and enthusiasm,the quality and effect of teaching,so as to cultivate high quality students.It is a kind of effective new teaching mode.
Key words Seminar teaching pattern;biochemistry;application;practice
提高教W質量是高校辦學的主要任務之一,也是當今時代的要求。為了提高教學質量,目前各本科院校都在進行教學體制、教學模式、教學方法等教學改革,并取得了一定成效。其教學改革的主要目標之一就是打破傳統的教學模式,注重學生創新意識的培養。傳統的教學模式是以教師為主體,教師“教”,學生“學”。這種教學模式影響學生自主學習的積極性,不利于學生創新意識和創新能力的培養。生物化學是江西宜春學院農學、生物科學、園藝、動物科學專業的重要基礎學科之一,是研究生物體的分子基礎、化學變化及信息傳遞的一門科學。它是學生從分子水平了解生物各種生命現象和生物技術的理論與實踐的基礎。由于生物化學研究范圍涉及所有生物體,知識多樣,內容龐雜且抽象難以理解。另外,隨著創新型人才培養模式的建立和學生減負的推進,生物化學的授課學時日益減少。過去,在本科生生物化學教學中主要以傳統的講授式教學模式為主,這種教學實踐證明學生學習積極性普遍不高,教學效果比較差。因此,為了適應生物化學技術的迅速發展,為了實現人才培養目標,也為了適應生物化學授課學時減少的實際需要,從2014年開始在生物化學教學中引入一種新的教學模式――Seminar教學模式,并以此為契機,努力促進教學模式改革和課程整合,以適應新的教學需求,提高教學質量和教學效果,培養高素質、高質量的學生[1-3]。
1 生物化學課程教學模式改革的必要性和重要性
教學作為人類特有的一種社會實踐活動,總是有既定的人為目的。教學要達到既定目的,完成所肩負的任務,離不開教學方法。教學方法是教師與學生聯系的中介。采用適當的教學方法是提高課堂教學質量的關鍵,而課堂教學是學校培養人才的主渠道。生物化學是生命科學領域的前沿學科之一,它是在當代有機化學和生理學發展的基礎上,在20世紀初期從生理學中分支出來的,并很快發展成為一門獨立而年輕的學科。生物化學是利用化學的理論和方法研究生物的化學組成和生命過程中的化學變化的一門科學。具體來說,它是研究生物體的基本物質(如糖類、脂類、蛋白質、核酸等)的結構、性質及其生命活動(如生長、生殖、代謝、運動等)過程中的變化規律。通過生物化學的學習,要求學生掌握生物大分子的結構、性質和功能,大分子的結構及其與功能的關系、代謝過程及其調控規律,遺傳信息的儲藏、傳遞和表達調控的分子基礎及基本的實驗技能;掌握生物化學的基本原理,掌握對植物和微生物進行生化分析的一般方法,為進一步學習有關專業課程奠定生物化學知識基礎。由于生物化學課程涉及的基礎知識廣泛,基礎理論眾多,實驗技術基礎性強、內容多,加之生物科學的空前發展使生物化學教學面臨知識類別空前復雜,專業研究更加深入,成果信息日新月異的新形勢。因此,傳統的教學模式已很難適應這種新形勢,而且不利于培養學生主動思考和探索學習的能力。而Seminar 教學法是一種“教”與“學”雙向互動式的交流模式,能充分調動學生主動學習的積極性,做到教與學互相促進,有利于提高生物化學課程的教學水平和教學質量,促進生物化學教學改革的發展[4-6]。
2 Seminar教學模式概述
2.1 起源與發展
Seminar為德語詞匯,發軔于18世紀德國,源于拉丁文seminarium,原意為培育幼苗的“苗床”。 Seminar在英文中含義可譯為“研究班討論會”“研討班課程”“專家討論會”等。它后來逐步演變和發展成為一種具有教學和科研雙重功能的課程教學模式。Seminar是指大學或暑期學校學生為研究某問題而與教師共同討論之班級或研習班。這種教學方法簡而言之,就是“學生在教授或教師的指導下,就某一課題結成小組,在大量調查研究的基礎上與教師自由地進行學術探討,從而達到教學和科研的雙重目的”。它起源于英國,后來成為歐美大學課堂教學的一種重要形式。20世紀30年代以后,Seminar 模式被引入中國。近年來,隨著我國教育制度的不斷改革,國內學者開始重視Seminar教學法及其運用,其主要運用于我國大學課程如管理、營銷、英語、金融、預防、中醫外科、腫瘤學等,并取得了一定成效。
2.2 結構
Seminar教學模式結構主要包括:一是主持人(主要是教師)介紹本次討論主題及涉及的基本問題。二是主題報告宣講。由報告人(學生代表)進行專題發言,介紹專題的背景知識和目前的研究進展??梢葬槍δ骋谎芯窟M展發表自己的看法、陳述自己的觀點,也可以加入自己的研究內容。三是教師對報告進行補充和簡略的學術評述,引發其他學生提問。四是針對報告人的發言進行提問和交流,包括課程參與者有教師、學生等。
2.3 特點
Seminar教學法是一種全新的教學模式,是“以教師為中心”的傳統教育模式向“以學生為中心”的現代教育模式的一種轉變。與傳統講授式的教學方式相比,Seminar教學法有如下幾個特點:一是Seminar 教學法是一個教學雙向互動的過程,能調動學生的學習主動性和創造性。二是Seminar教學法更注重啟發學生的思維,能使學生內在認知結構充分激活、展現,從而實現從知識再現型向知識創造型的飛躍。三是Seminar教學法的教學內容可以緊跟最新的研究進展,從而改變傳統講授式教學那種單調而又陳舊的“老黃歷式”教學思路。四是Seminar教學法給每個學生提供了參與的機會,提供了與他人合作的機會,使他們逐漸學會如何與他人相處、開展工作。五是Seminar教學法有利于師生、生生之間的良性溝通模式的建立,不但提供了學生和教師之間互動學習交流的機會,也為學生之間的競爭學習提供了情景的壓力,促使每一個參與者積極投入到相關主題的思考中去,從而大大地促進了學生學習趨向的縱深發展。六是Seminar 教學法有利于塑造民主、平等、現代的新型師生關系,有利于學生心靈的塑造??傊琒eminar教學方法是“教”與“學”雙向互動式的交流模式,其主要目的是發掘學生的學習主動性、訓練學生的口頭表達能力和提高他們的參與意識,培養和訓練學生探索問題和解決問題。它充分體現了互動性、民主性、激勵性、學術性特點。Seminar 教學方法引入大學課堂教學,不僅豐富了教學手段,也實現了大學教育中“教會學生知識,更重要的是教會學生如何獲取知識的能力”的這一目標,使教學活動注入了新的活力。變以往學生的“要我學”而為“我要學”,能極大地提高大學教學的教學質量和教學效果。
3 生物化學教學中引入Seminar教學模式的探索與實踐
宜春學院自2010年成立以來,就在生科學院的農學、生物科學、園藝和動物科學等專業開設了生物化學課程。長期以來,在生物化學課程教學中主要采取傳統的教學方法為主,雖然其中也進行了一些改革探索,引進了其他一些方法,但教學效果并沒有明顯提高,學生學習的積極性也不高。因此,針對這種情況,從2014 年開始,在生物化學傳統的教師教授為主的教學方法中,引入Seminar 教學,旨在生物化學教學過程中探求一種更好的教學模式,以適應新的教學需求以及提高教學質量和教學效果的目標。根據近3年的教學實踐,Seminar教學模式為生物化學課程教學注入了新的活力,學生學習此門課程的主動性和積極性明顯提高,真正促進了教學相長、提高教學質量、深化教學改革發展的效果。
3.1 理論課程教學
生物化學是研究生命現象的化學本質的科學,其研究范圍涉及所有生物體。該課程內容主要包括生物大分子如蛋白質、核酸、糖類、脂類、酶、維生素、激素等的結構、物理性質、化學性質及生物膜的結構與功能,各類有機分子在生物體內的物質代謝過程和能量的轉換,代謝的調節機理,基因重組技術及學科發展的最新進展和研究的前沿技術。生物化學的任務不僅要揭示生物體內化學物質的種類、結構和含量,更重要的是要從分子水平上探討這些物質與生物體的生長、發育、生殖、遺傳、衰老等生命現象的關系。
在進行理論課程教學之前,一般是先根據各專業教學的要求和培養方案,向學生提供一份詳細的生物化學Seminar課程計劃,內容主要包括教學目標、選題范圍、每周選題安排、課程流程設置、成績考核標準以及關于各個選題的相關閱讀材料、書目及參考文獻等。
在理論課程教學過程中,各個教師結合核酸、氨基酸、蛋白質、酶、糖、脂類物質等各個相關選題,先主要是介紹該選題的主要知識點、當前這方面的研究熱點、難點以及主要進展提供給學生參考。然后學生則根據該選題的內容選擇自己感興趣的問題,擬定Seminar題目。再由教師根據各班學生情況和題目情況進行分組,同時各組推舉1名報告人,并準備PowerPoint報告。Seminar教學的具體實施過程如下:主持人介紹 (3~5 min);報告宣講 (10~15 min);討論交流(20~30 min);總結( 3~5 min)[7-9]。
3.2 實驗課程教學
實驗教學是生物化學課程構建的一個重要環節,對培養學生實踐能力、實驗技術和創新精神有著重要作用。在Seminar實驗教學改革上,對驗證性的實驗項目,主要按照傳統的實驗教學方法進行。而對一些綜合性、創新性的實驗項目則在教師的指導下,由學生自主選擇。然后再由學生進行報告,報告的演示文稿為PPT課件。學生報告后,再由教師和學生共同討論。在討論過程中,教師要積極引導學生發言。對相關的實驗方案設計提出修改意見。最后方案確定后學生再開展具體實驗。Seminar實驗教學其他程序同上。比如,在正式進行玉米醇溶蛋白的提取與酶解工藝這種探索性的實驗項目時,先由學生從國內外專業網站和期刊中查閱玉米醇溶蛋白和蛋白質的提取及酶解方法等相關文獻,并閱讀教師提供的有關材料,然后進行分組討論,準備各自的實驗方案和PowerPoint報告。然后按照Seminar其他程序,學生報告人從實驗研究的構思、實驗設計、實驗實施等方面進行介紹并發表自己的觀點。教師和其他學生在報告人介紹的基礎上根據自己對這個實驗課題的理解提出問題展開討論。最后,教師對各組實驗方案和討論情況進行總結和點評。之后,學生則根據論的情況和教師的點評對原設計的實驗方案進行適當修改確定最后實驗方案。然后才開展具體實驗。這樣,不但拓寬了思路,豐富了知識面,而且取得了最好的實驗結果[10-12]。
3.3 教學質量和教學效果影響評價
生物化學Seminar理論課程和實驗課程結束后,結合生物化學校級重點課程建設,對Seminar教學法對生物化學課程教學質量和教學效果的影響進行調查和測評。主要通過召開學生座談會和采用問卷調查等形式。調查測評主要內容包括2個方面:一是學生方面,二是教師方面。學生方面主要包括學習興趣、學習方法、師生感情、創新素質、文獻閱讀水平、表達能力、組織協調能力、PPT制作水平、團隊合作精神,選題的合適程度、課堂交流討論的情況等。這些方面主要作為教師對學生Seminar課程進行成績評定的主要依據。待學期結束時,學生的Seminar課程成績作為平時成績的主要部分,占80%,其他如實驗實踐考核和實驗實踐報告、上課表現和考勤等占平時成績的20%。學生的生物化學課程總成績按平時成績占30%、期末考試成績占70%計算。教師方面主要包括:教師的知識和能力水平、協助學生選題情況、對Seminar教學過程的控制情況、參與討論的程度、調動學生積極性、介紹與總結點評情況等。對教師的測評情況主要作為教師改進Seminar教學水平和進行獎勵的參考依據。
4 結語
通過在生物化學課程的理論、實驗教學中運用Seminar 教學法,建立了合理的教、學體系,取得了良好的教學效果,得到了學生的普遍歡迎。使學生的交流能力、分析問題和解決問題的能力、研究能力等都有所提高和改進,增強了自信,同時密切了師生之間、學生之間的關系,學生的綜合素質得到明顯提高,也促進教師的教學水平得到明顯提高。據調查,近2年來,各個班的學生期未考試平均成績均較往年有較大幅度提高,提高10%以上,不及格率明顯下降。此外,每年均有多人參加的學校大學生能力建設項目被立項,而且取得了一定成果。同時,有多名學生考取了研究生,部分甚至考取了名牌大學的研究生。
當然,在進行Seminar 教學上也存在一些不足。比如,學生對相關知識背景的儲備有的很不充分,學生的理論基礎和學習能力存在一些欠缺,有的主講學生沒有把精力全部投入進去,應付任務型的學生不少,有的學生參與討論的積極性不夠高,有的教師存在行為惰性等。這在一定程度上影響了Seminar 教學的效果。
總之,將Seminar教學模式引入生物化學課程的教學中,改變了枯燥、被動的填鴨式教學模式,激活了大學生的創造性潛能和創新的主動性,培養了學生的綜合、全面思維方式,提高了學生的綜合素質和能力。同時,也提高了教師的教學水平和能力。Seminar教學模式是適合大學生的一種新的教學方式。它在生物化學課程中的應用對大學生教學效果顯著,具有較好的推廣應用價值。
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中圖分類號:463 文獻標識碼:A 文章編號:1673-9795(2013)08(b)-0144-02
隨著網絡技術的發展及其在高校教學領域中的應用,借助網絡豐富的信息資源進行教學已經成為現代教育改革的一個重要方向。教育部指出要“把信息技術作為提高教學質量的重要手段”,“不斷推進教學資源的共建共享,逐步實現教學及管理的網絡化和數字化”[1]。因此,網絡教學具有十分重要的意義。而作為高等學校生命科學及相關專業重要基礎課之一的生物化學,其內容豐富,涉及生物、農林、醫、食品等諸多方面。隨著生命科學的飛速發展,生物化學的內容在不斷增加,許多方向都有新的進展。因此,如何在規定的教學時間內將生物化學的基礎理論和最新進展介紹給不同專業的學生,是生物化學教學的一個急需解決的問題。近年來我校成功開通了網絡教學綜合平臺,該平臺為現有教學方式提供了重要的補充,豐富了教學資源并提高了資源的利用率。網絡課程可提供完整的電子教材與資料,覆蓋率很高的多媒體課件,多種多樣的網絡學習資料,教學過程中能充分發揮多媒體教學的優勢。下面就我們利用網絡平臺在生化教學的過程談談我們的做法和體會,希望能引起同行就此課題的討論,提高我國高校的生物化學教學水平。
1 網絡教學綜合平臺可建立完整的電子教材
網絡教學綜合平臺可為教學提供一套內容豐富,資料齊全,更新迅速的生物化學教學資源系統,為教師的授課,學生的自學,提供良好的平臺。
1.1 內容豐富的電子理論教材
在使用書本教材(生物相關專業使用王鏡巖主編的《生物化學》)之外,編輯內容合適,與教學相結合的電子教材置于網絡,以便學生在自學時瀏覽。學生在復習已授內容時,可結合電子教材閱讀,有助于其對課程的理解。同時,我們將一些國內外知名大學的生化電子教材置于網絡,對于拓寬學生的知識面,加強生化知識的基礎性、系統性和先進性非常有益。同時,我們還編輯了一些發生在著名科學家身上或取得科學成果過程中的故事置于網絡,同學們在閱讀理論的同時,還能了解科學家的生平以及發生在他們身邊的趣事。這樣能喚起同學們追求真理、獻身科學的崇高使命感。
1.2 形象生動的實驗教材
生物化學也是一門實驗科學,在高等院校生命科學及相關學科的課程中都設置有“生物化學實驗”,生化實驗有助于學生對生物化學理論知識的理解和掌握,同時,也可培養學生的動手能力和科研思維能力。在網絡平臺編輯了實用性很強的“實驗操作,儀器使用”等項目。同時,還添加一些實驗的視頻教程,學生在實驗前可通過網絡平臺了解實驗的大致過程,操作規范以及注意事項。這些形象生動的實驗教材非常有助于提高學生對生化實驗的興趣,也能很好地提高實驗的成功率。
2 網絡教學綜合平臺可建立覆蓋率很高的多媒體課件
現在生化教學都使用多媒體課件,多媒體課件有許多優勢,其信息量豐富,文字和圖片相結合,形象而生動,有助于學生的理解以及提高學生的興趣。由于現代生物化學的進展非常迅猛,信息量非常大,而課時畢竟有限,許多內容在上課的時間無法講授。我們在制作多媒體課件時,除上課內容以外,還增加了許多拓展的知識,將這些知識覆蓋率很高的多媒體課件置于網絡教學平臺,可加深學生對生化理論的理解和掌握。同時,我們還放置了一些理解知識難點的視頻資料,例如,蛋白質一級、二級、三級與四級結構關系的模擬圖;DNA半保留、半不連續復制的模擬動畫等等。這些視頻資料是多媒體課件的一個重要補充。
3 網絡是師生交流的重要平臺
除授課以外,師生面對面交流的機會并不多,如何了解不同學生對生化知識的掌握情況,學生在自學過程中存在哪些疑問,如何針對特定的學生進行特定的教育輔導,這些都是我們需要解決的問題。通過網絡教學綜合平臺,學生可以將他們學習過程中遇到的疑問和老師授課的建議傳遞給老師,由于在虛擬網絡上,學生表現更真誠,更容易進行交流和互動。通過對不同學生學習情況的了解,我們進行不同的輔導。對于學習興趣強,基礎扎實的學生,介紹一些他們感興趣方向的課外讀物,甚至一些科研綜述、論文給他們閱讀,提高他們的理論水平。對于基礎差的學生,則引導他們加強生化基礎知識的理解,并注重生化重點,難點的學習。另外,還與學生對當前的一些有關生化的熱點進行交流,加強他們的興趣。例如,不法分子是如何利用凱氏定氮法的缺點而在牛奶中添加三聚氰胺以提高蛋白質含量。甲型流感病毒是如何分型的,等等。
另外,我們也經常在網絡上一些生化難點讓同學們討論,同學們可在網絡上各抒己見,通過討論,促進對生化難點的理解,在這里各種觀點發生激烈的碰撞。例如,我們在網絡上提出一個問題:只要條件允許是否所有的蛋白質都能從變性中復性?有部分同學持肯定態度,另一部分同學持否定意見。許多同學為了說服對方,不得不閱讀大量的文獻資料,這樣無疑提高了他們的生化理論水平,而且也帶動了班級的學習風氣。
4 學生在網絡教學平臺上進行單元測驗和完成課外作業
我們在網絡平臺上布置課外作業和單元測驗,并要求學生在規定的時間內完成。通過對學生課外作業和單元測驗的分析,可掌握學生對生化知識的理解程度。根據學生的情況改變教學策略和方法。并對不同學生進行個別輔導。例如,我們從作業和測驗中發現,學生對糖酵解過程與糖異生過程的異同理解不是很徹底。我們就用一個圖例,將兩者的生化途徑和異同之處標示出來,并在網絡平臺上。通過后來的測驗發現,同學們已經很好掌握該方面知識。
5 學生可通過網絡教學平臺了解生化最新進展
21世紀是生命科學的世紀,生物化學的發展也是日新月異。我們通過網絡教學平臺介紹了許多生化方向的重大進展。例如,體細胞克隆的流程,干細胞的研究進展等等。這些資料給學生打開了一扇窺視生化前沿的窗口。雖然有些內容超過學生的理解范圍,但是給他們帶來巨大的沖擊,提起了他們的學習興趣,鼓起了他們探索未知世界的動力。
6 結語
目前,高校正在全面推進素質教育,各個學科的教學內容和課程體系正在不斷的改革中。如何充分利用各種現代網絡技術,更新教育手段,豐富教育內容是高校教育改革的重要部分。隨著互聯網的發展,網絡教學平臺已經成為現代教育的一個重要組成部分。網絡教學平臺是實現教學過程網絡化、信息化的核心技術條件,因此,大力推廣網絡教學平臺的應用是高校教學發展和教學質量提高的必然要求[2]。我們通過學校開設的網絡教育綜合平臺,在生物化學的教學中進行了一些有益的探索,獲得了一些有益的經驗。但是,需要指出的是,網絡教學平臺的采用與教學質量的提高并不一定存在必然性。主講老師在充分利用網絡平臺的基礎上,還應對課程內容,教學方法,學生心理進行合理的研究與探索。在教學中充分調動和發揮學生的主體性和主觀能動性,從而實現從傳統教學模式向現代化教學模式的轉變。
2構建高職食品類專業特色的生物化學課程標準體系
生物化學課程在食品科學系食品類專業主要涉及生物技術、食品加工、食品營養與檢測3個專業。這些專業的主要就業崗位包括食品、藥品、酶制劑生產企業等的生產崗位、質量管理崗位、檢驗檢測崗位等。生物化學課程的基礎內容有其自身的學科特點,不同專業對生物化學課程的要求各不相同,如生物技術專業主要向學生傳授生物體的化學組成、結構及功能;物質代謝及其調控;遺傳信息的貯存、傳遞與表達;細胞間信息傳遞等生命科學內容。食品加工專業則側重于生物活性、酶促反應、生物轉化、大分子物質代謝等內容,其中物質代謝是講解的重點。食品營養與檢測專業重點在于對組成成分的定性、定量測定、對被測物的定性、定量及分離、提純,包括對一些儀器如分光光度計、電泳儀、層析儀等的使用。
3課程設計
3.1制定合理的教學大綱和教學計劃
教學大綱是培養計劃的具體表現形式,食品科學系每學年對食品類各專業市場需求和崗位變化進行調研,及時對食品類專業進行論證、調整,以此制定合理的教學大綱和教學計劃,包括教學目標、任務、內容、體系、范圍、進度、教學方法、考核與評價體系等。在制定生物化學教學大綱和教學計劃時,以長三角區域經濟社會發展需求為宗旨,結合現代生命科學發展方向,將職業道德教育與職業素質教育內容融入課程教學中,加強學生職業能力與職業養成教育。教材內容緊密結合生產實際,并注意及時跟蹤先進技術的發展。更新教學設施和儀器設備,保證學生有足夠時間的、高質量的實際動手訓練,切實提高學生的職業能力,滿足高技能人才培養的需要。同時,根據各專業生物化學課程標準的不同,食品營養與檢測專業生物化學教學學時由原先68學時壓縮為64學時,將實驗課時由原先24學時提高至32學時;食品加工技術保持68學時課時提高總數,縮減理論課時,實驗課時由原先24學時提高至32學時;生物技術及應用(含生物制藥方向)專業生物化學教學學時由原先68學時提高至72學時,整合實驗項目增加綜合性試驗,壓縮4學時理論課并增加4學時實驗課時,由原先24學時提高至32學時。
3.2根據教學側重點,選擇滿足專業需求的教材
根據專業對生物化學知識和技能需求的差異,有側重點地選擇不同專業的生物化學教材。食品營養與檢測專業以檢測為主,選擇十一五高職高專規劃教材、榮瑞芬主編的《生物化學》,重點介紹食品中糖、蛋白質、脂肪、核酸、維生素與酶類等營養元素的理化性質、結構與功能等相互關系,并對其生物代謝過程和色香味化學進行了介紹,理論部分強化靜態生化內容,簡化動態生化內容,突出支撐檢測技術應用的知識點,實驗技術選擇適合產品分析檢測用的基本技能和技術,以培養學生的職業技術能力;食品加工技術選用農業部高職高專規劃教材,劉靖主編的食品類《生物化學》,強化食品加工過程中物質食品加工中的變化及運用,了解生物氧化和代謝過程對食品質量的影響;生物技術及應用(含生物制藥方向)專業選擇高等職業教育教材、夏未銘主編的《生物化學》,結合生物科學的發展和高職生物技術與生物制藥的實際需要,重點介紹糖類、蛋白質、脂肪、核酸、維生素與酶類等結構、生物學功能、代謝規律、相互關系和特點及主要臟器的生物化學等知識點,掌握蛋白質的理化檢測、酶的特性研究、脂肪轉化糖等物質間相互轉化的實驗技能,熟練實驗分光光度計、電泳儀、層析儀等儀器設備[6-7]。
3.3設計優化實踐教學內容
根據高職技能型專業人才培養目標、崗位需求和前后續課程的銜接要求[8],食品科學系通過對相關用人單位、工作崗位的深入研究和調查,在確定實踐教學內容時,減少了驗證性演示實驗,重點突出了生物物質的提取、分析檢驗、代謝加工等內容,并參照公共營養師、食品檢驗工、化學檢驗工等職業技能的要求,在理化分析基本技能的基礎上,將課程的實踐教學與考工考證相結合,重點放在專業必備技能熟練及常規理化分析儀器使用上,課程實踐教學內容涉及的技能包括生化基本檢測技術、分光光度技術、電泳技術層析技術、比色分析技術、酶活力測定、酵母提取技術等。
3.4探索以崗位需求為導向的課程模塊化教學設計
為了更好地服務于專業改革,食品科學系生物化學教學改革建設過程中,結合食品加工技術、食品營養與檢測、生物技術及應用專業的崗位需求調查,認真研究課程教學內容,分析職業崗位的知識和技能構成,整合課程教學內容,將教學內容分為生命科學基本營養素模塊、生命體中的能量變化模塊、生命體中營養素的代謝模塊、生物化學實驗模塊等,結合各專業技能需要,合理設計安排教學內容。同時,根據專業要求和特點,在實踐教學內容中加入了專業針對性較強的生物質提取分析純化等的操作訓練。并且,將實踐教學內容分為基礎模塊和綜合性實驗模塊,基礎模塊是不同專業共選的內容,綜合性實驗模塊則是整合實驗內容,開設出融合多種技能的大實驗(如將單純的酶特性的驗證實驗,整合成酶的發酵生產、提取、分離、提純、性質檢測和生產應用等技能融合的大實驗),供不同專業根據專業特點選擇的內容,整合從而使同一課程體現不同的專業特色。
4增強教師自身素質,不斷提高教學質量
教師是提高教學質量的根本。面對日新月異的生命科學,生物化學知識也在不斷更新。這要求生物化學教師不斷學習,提高自身素質,才能保證教學高質量。教師要不斷增強自身生命科學知識儲備,教師的學術水平直接決定其專業教學質量,而教師專業知識積累則是教學活動開展的前提和基礎。一方面,教師要上好生物化學這門課,就要吃透各專業生物化學重點和難點,自身要有扎實的無機化學、有機化學、分析化學、食品加工、食品營養分析與檢測等學科的基礎理論知識。另一方面,要時刻關注生命科學發展,及時補充和更新各學科生物化學關注的方向,比如僅生物化學檢測技術,不斷在更新、提高。即使是最新版本的教材內容與企事業單位實際的檢測手段和技術也存在一定的距離,如果教師照本宣科,教學就會嚴重脫離學科發展前沿。因而,注重高技能素質人才培養的高職高專教師要站在專業科學前沿,關注本學科研究進展,準確掌握最新研究成果,在教學過程中教師應注意理論和實踐、經典與前沿的融合,努力使動物生化課程變得興趣盎然,而不是枯燥無味[9]。教師只有勤于積累,不斷充實自己,厚積而薄發,切實提高自身綜合素質,才能做一名稱職的、讓學生敬佩的生物化學專業教師。
5改革教學手段與方法
傳統的生物化學授課方式是填鴨式的教師授課,學生被動聽課模式,在很大程度上限制了學生主觀能動性的發揮,不利于學生對課程內容的掌握,時間越久,不但降低了學生的學習效率和能力的培養,也使教師逐漸失去授課的積極性。只有充分調動學生的主觀能動性,積極融入到課程教學中來,才能使教師的教與學的雙邊活動成效顯著[10]。同時,教學過程中教師要積極掌握現代教學多媒體技術,把聲、像、影等技術融合到教學手段中,以生動的語言和多彩的畫面最大限度地展示生物分子的立體結構和化學變化過程,將繁冗的生物化學知識變抽象為直觀,變復雜為簡明,變枯燥為生動,形象直觀地掌握課程的重點和難點。為此,食品科學系教師在生物化學的授課模式上結合多媒體技術采用了啟發式、“寓學于做,做學結合”的發現式教學模式。
5.1啟發式教學的應用
在生物化學教學中,應用啟發式教學,是利用生命科學的知識,引導學生按照認識事物、掌握知識技能和解決問題的思維過程,引導探究,層層深入,直至學生能動地領會和掌握知識技能的方法。在講授課程時,盡量將所講授的內容與生命活動、食品科學、營養與健康等方面的知識聯系起來,通過學生已感知的、感興趣、最常見的實際問題。如講述“糖的代謝:糖酵解”時,提問學生“為什么人在劇烈運動后會感到肌肉酸痛”以引起學生學習糖酵解的興趣;講述“維生素與輔酶”時,提出“為什么有人會得夜盲癥”;講述“生物氧化”時,提出“為什么一氧化碳會致人窒息”等,激發學生學習生物化學的濃厚興趣。通過這些問題的導入,讓學生感受生物化學與生活密切相關,學習生物化學不再是空洞知識,而是生活中時常遇到需要解決的問題,做到學而有用、學而有趣,調動學生的學習積極性、主動性和自覺性。