生物工程与生物科学的区别
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生物工程与生物科学的区别范文第1篇
关键词: 高中生物 遗传与进化 STS教育
自20世纪80年代以来,STS的理念和教育模式作为科学教育领域内的一种新的尝试得到了世界众多国家的认同,成为世界科学教育改革的一个重要方向。STS是“Science,Technology and Society”(科学、技术和社会)的英文缩写,是研究科学、技术与社会的相互关系,以及科学技术服务于社会生产、生活及发展的科学教育思想,它要求学生懂得科学知识的应用,知道科学技术与社会之间的相互影响和作用,培养学生关注社会的意识,并能以正确的价值观和方法解决科技发展所带来的社会问题。
《普通高中生物课程标准(实验)》在课程性质部分明确指出:“高中生物课程将在义务教育基础上,进一步提高学生的生物学素养。尤其是发展学生的科学探究能力,帮助学生理解生物科学、技术和社会的相互关系,增强学生对自然和社会的责任感,促进学生形成正确的世界观和价值观。”
“遗传与进化”是高中生物必修模块,它是生物学的一个基础和核心内容,也是生物科学与社会、个人生活关系最密切的领域,在本部分内容里包含遗传的细胞基础、分子基础、遗传的基本规律、生物的变异、人类遗传病、生物的进化六部分,该模块主要从细胞水平和分子水平阐述生命的延续性及生物进化的过程和原因。本文以该模块为切入点,对STS教育在生物学中的渗透进行探讨。
一、系统化生物学知识,在教学中贯穿STS教育
生物具有严整的结构,通过代谢表现为生长、繁殖等生命现象,具有应激性,能够适应并影响环境,因此生物学的基本概念和原理不是孤立的,而是彼此有着一定关联。在教学中,教师应心中有STS理念,在有意识地引导学生在学习生物学知识、技能的同时,建立起生物科技与社会的教育观念。
例如:学习细胞分裂知识后,分析细胞分裂中DNA、染色体变化规律,推导DNA与生物的遗传相关,通过“Avery实验、噬菌体侵染细菌实验”证明“DNA是主要的遗传物质”,继续追问思考:作为遗传物质应该具备什么条件?为什么DNA可以作为遗传物质?通过了解沃森和克里克成功的奥秘引出DNA结构、功能、中心法则这些遗传学的基本知识,由此引导学生关注:人类基因组计划、中国超级杂交水稻基因组计划、亲子鉴定、基因诊断与治疗、生物技术制药和研制疫苗、艾滋病病毒的遗传机理、基因工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程、转基因食品、害虫和病原体抗药性形成、干细胞的应用、克隆技术、人体器官移植、组织培养、朊病毒等,这些都是极好的STS教育素材,教师只要随心巧用,必可达到良好的STS教育效果。
可遗传的变异为生物的进化提供选择的材料,在生存斗争过程中适者生存,不适者淘汰,有利变异不断积累和加强,推进了生物的进化,学生沿着达尔文的思路,能了解达尔文的自然选择学说模型,教师提示学生达尔文进化学说的局限,能激发学生深入探究了解现代生物进化学说。不同的物种之间,生物和环境之间,在相互影响中不断进化和发展,即共同进化。至此,又很自然地把生物与环境的相关知识水到渠成的联系起来,在生物与环境里,生物性污染、生物净化、生物资源合理利用、绿色消费等又是渗透STS教育的良好素材。
以上的知识梳理只是一个示例,在任何一个模块的学习中,任何一个生物学的基本概念和规律的拓展,均可以作为主线将STS生物学知识框架建构。教师心中应有生物整体的概念,善于从不同角度把STS教育落实于生物教学实践中。
二、穿插应用生物科学史,渗透STS教育
生物科学史是一部科学发展的历史,它揭示了人类生命科学的发展规律,蕴含着丰富的STS教育材料。如孟德尔、摩尔根在经典遗传学上的贡献、我国首次人工合成结晶牛胰岛素和酵母丙氨酸转运核糖核酸、袁隆平两系杂交水稻法、DNA双螺旋结构提出、《寂静的春天》带来的环保革命等,生物科学史为我们展示了生物科学事实、概念、原理、方法,以及技术发明的历史背景、发展历程、现实应用,对于学生深入了解生物学原理、生物学实验设计的基本思路、掌握科学研究的一般方法,提供了极好的范例,同时,从生命科学的发展史来看,每一项成就的获得无一不是生物学家们不断思考、不断探索,甚至是不断失败后反复实验而获得的成功,因此生物科学史在教学中的融合,既有助于学生理解知识和概念,培养科学思维,形成良好的知识结构,理解科学研究方法,掌握生物科学概念原理,又有利于培养学生科学态度和形成正确的价值观。
例如,“基因的分离定律”可以采用以下教学步骤:(1)问题引导,设疑激趣:简单解释“融合遗传”的观点,预测孟德尔豌豆杂交实验F1会是什么样颜色?实际结果F1紫色,与“融合理论”不符合,怎么解释?(2)设问:在孟德尔豌豆杂交实验里为什么F1全是高茎?矮茎消失了吗?F2为什么会出现3∶1这样的结果?是偶然的吗?怎么解释孟德尔的发现?(3)带着疑问,引导学生思考孟德尔对该实验现象的解释;它与“融合理论”的本质区别是什么?孟德尔的解释是否合理呢?怎么检验它的正确性?(4)介绍“假说―演绎法”,指导学生绘制一对相对性状的遗传图解,理解测交实验过程,预测测交实验结果,领悟“假说―演绎法”在科学实验研究中的价值。(5)师生共同归纳总结孟德尔基因分离定律的实质,并组织模拟性状分离比实验,体会模型意义。(6)介绍孟德尔定律在生产实践上的应用。通过设疑探究模拟孟德尔关于基因分离定律的过程,再现生物学家的实验设计和操作,让学生亲身体验和感受科学探究过程,学生能够较好理解基因的分离定律实质,理解“生物―技术―社会”之间的关系,并对“观察、发现问题―分析问题、假设―实验设计、验证―归纳总结”的一般研究过程有了真实的体验,实现知识(分离定律)、技能(科学研究方法)目标的达成。
三、情境创设、课堂引导,落实STS教育
建构主义观点认为:知识是从情境和活动中来的,学习是在真实的活动和社会性的互动里发生的,情境教学是教学研究中的一个重要问题,所谓“情境教学”,就是“从情与境、情与辞、情与理,情与全面发展的辩证关系出发,创设典型的场景,激起儿童热烈的情绪,把情感活动和认识活动结合起来,所创建的一种教学模式”,即“情境教学”指的是教师人为“创设”的情境中所进行的教学。[1]创设情境的目的或激发学习兴趣,或启迪思维,总的来说是为实现有效的教学服务,因此创设恰当的教学情境,开展STS教育活动,是生物教师的基本素质和能力体现。如学习“性别决定和伴性遗传”的内容时,我先给学生展示一位男明星和一位女明星的照片,设问:人都是由受精卵发育而来,为什么有的发育成雄性,有点发育成雌性?再讲述“色盲的发现”“月亮的女儿”的故事,提问:色盲和白化病的患病人群有什么不同?为什么会出现这样的情形呢?面对可能出现的不同的遗传病,如果你是一个遗传咨询师,你怎么给一个怀孕的母亲进行遗传咨询?在这样创设的提问情境,学生产生了价值取向,注意力集中,认真思考,为相关知识的学习做好了准备。随着一个个问题的解决,学生较好掌握了知识,同时在假设的情景里应用所学习知识分析问题,解决问题,“科学、技术、社会”的意识也自然地融入在教学活动中。
四、活动延伸,课外拓展STS教育
课堂教学的时间是有限的,因此教师在做好课堂教学的活动的同时,应充分组织学生围绕与生物学有关的科学、技术及社会问题开展以学生为主体,以实践性、趣味性为主要特征的活动课,对生物学课堂教予以必要延伸和拓展补充。如举办“基因工程和转基因技术”“克隆技术与人类未来”“人类基因组计划”等专题讲座,进行“生物与人类未来”“环境污染”“健康与生命”“健康与营养”等专题调查,推荐适合中学生的科普读物,收集报刊杂志上最新科技发展动态,开展阅读竞赛活动,进行小制作、小发明、小实验等丰富多彩的活动。学生通过活动的参与,能巩固已学的生物学知识,学和合作与分享,认识体会生物学科学的重要性,养成关注与生物学有关的社会问题的习惯,自觉运用生物学的相关知识解决人类面临的社会问题。
当今世界,生命科学日新月异,生物工程、克隆技术、转基因技术、人类基因组计划的研究在环境保护、医药生产和疾病预治等方面发挥巨大作用的背景下,在新课程理念的指导下,生物教学与STS教育相结合,把知识与应用、科技进步与社会发展,价值观与关注社会的理念融于教学过程中,能使生物教学的内容更趋于完整。教师应立足于社会生活中的实际情况和问题,利用好教材,使学生能够积极思考,理解生物科学与技术在社会中的作用及反作用,作出判断和决策,主动学习,寻求当今社会发展中的生物科学、技术运用的最佳方案,培养科学的价值观,具有对社会问题进行预测、判断、决策和解决的能力,使生物学科教学真正着眼于每个学生的全面发展和终身发展的需要,真正全面提高学生的生物科学素养。
参考文献:
生物工程与生物科学的区别范文第2篇
【关键词】 现代生物技术，；，，中药化学
摘要：目的探讨现代生物技术在中药化学研究中的应用。方法分析现代生物技术在中药化学成分产生途径、化学反应、合成和生产三个方面的应用。结果现代生物技术在中药化学研究过程中比传统研究方法更具有优势，为中药化学研究开辟一条崭新的途径。结论中药化学研究应当充分吸收和利用现代生物技术。
关键词：现代生物技术 ； 中药化学
中药是我国传统医学用以防治疾病的重要武器，其产生功效的物质基础是中药所含的化学成分。中药化学的研究在中医药学的现代化、国际化及中药产业化的进程中具有极为重要的作用［1］。其研究过程中通常要结合现代科学理论和成果，应用当代最新技术和方法来进行。现代生物技术是以生物体系(个体、组织、细胞、细胞器、基因)和生物工程原理来生产生物产品，培育新的生物品种或提供社会服务的综合性生物科学技术，在各个行业得到了广泛的应用，尤其是农业、环保、医药等领域。现代生物技术将是推动中药现代化的强有力的重要技术之一［2］，并且在中药现代化研究中得到应用。现代生物技术在中药化学研究中也有应用，但这方面研究大多分散在其他研究当中，尚未见到报道对这方面有系统的分析，而且研究中药化学的人通常从化学角度入手，很少涉及到生物技术。本文就现代生物技术在中药化学研究中的应用进行一个比较全面系统的分析。
1 现代生物技术在中药化学成分产生途径研究中的应用
中药化学成分大多是药用植物在生长时期进行的一系列新陈代谢过程中形成和积累的，绝大部分是代谢次生产物，它们的产生往往有几种到几十种酶的参与，合成途径非常复杂。中药化学成分产生途径的研究要借助于酶工程、基因工程等现代生物技术来研究中药化学成分生物合成途径。研究中药化学成分的生物合成途径不仅可以有助于这些化学成分的仿生合成，而且还可以人为地对这些化学成分的合成进行生物调控，有利于定向合成所需要的化学成分，是整个中药化学研究的基础。国际上这方面的研究已经逐步深入。Heide等在辽宁紫草的细胞培养中，研究了与紫草宁生物合成相关的酶类，初步确定了紫草宁生物合成的关键酶是对羟基苯甲酸牦牛儿基转移酶(Phydroxybenzoate geranytransferase) ［3］。Okada等［4］分离出了某种黄连细胞中的编码(S)四氢小檗碱氧化酶的基因，并进行序列分析。国内这方面的研究起步较晚，但也取得一些成果。中国科学院植物研究所叶和春研究员课题组已克隆出青蒿素生物合成途径中四个关键酶基因，构建了不同启动子下的Cad和PP基因植物表达载体，通过液氮冻融法等技术建立了二元载体系统［5］。利用基因技术研究红豆杉属植物中抗癌化合物紫杉醇产生途径中关键酶环化酶已经取得应用。吲哚生物碱合成过程的关键酶异胡豆苷合成酶(SSS)，它催化次番木鳖苷和色胺缩合反应生成异胡豆苷。在萜类化合物(如倍半萜合成酶和二萜合成酶)和苯丙基类化合物(如查耳酮合成酶)的基因工程研究也取得了一定的进展。
2 现代生物技术在中药化学反应中的应用
中药化学反应非常复杂，广泛存在于药用动植物的生长采收阶段、炮制加工、中药制剂、临床调剂煎煮等中药产业的各个环节。中药化学研究的很重要方面就是研究其化学反应。现代生物技术在此方面的应用，给中药化学反应的研究开辟一条捷径。
2.1 羟基化反应羟基化发应是中药化学反应的一个重要类型，在中药化学成分生物合成途径中的乙酸丙二酸途径（acetatemalonate pathway ，AAMA途径 ）和甲戊二羟酸途径（mevalonic acid pathway， MVA途径）中都存在羟基化反应。传统羟基化反应需要大量的反应步骤和催化剂，过程复杂，大规模生产成本高。现在利用现代生物技术，就可以避免上述问题。通过培养具有部位特异和立体特异性羟基化烯丙位C=C双键的能力以及区别底物的不同对映体并选择性地对其中之一进行羟基化的能力的植物细胞培养物，在分子中的不同部位进行立体选择性氧化反应转化外源底物，从而实现羟基化。例如长春花(Catharanthus roseus)的细胞悬浮培养物可将香叶醇、橙花醇以及左旋和右旋香芹酮通过其戊基侧链羟基化为一系列的单羟基化异构体，再转化为抗真菌代谢物5，3羟基新二羟基香芹醇［6］。
2.2 还原反应中药化学成分的变化通常都存在还原反应。常见的包括羰基还原反应、C-C双键的还原反应、硝基还原反应等方面。现代生物技术在这些方面有着广泛的应用。利用细胞培养可以将醛和酮转化为相应的醇，羰基发生还原反应；C=C双键加成其他成分，发生C=C双键还原反应；硝基被还原，发生硝基还原反应。例如长春花细胞悬浮培养得到的全细胞，通过其过氧化物酶胞外分泌到培养基中，可以使进攻羰基表面发生还原反应，使羟基化合物在具羟基基团的部位具有活性［6］；眼虫Astasia longa细胞培养物能够产生2种烯酮(enone)还原酶，可以还原香芹酮的C=C 双键，该反应具有部位特异［6］；北洋金花（Datura innoxiu）、长春花以及Myrophyllum属植物细胞培养物都能够将TNT(2，4，6trinitrotoluene)经过硝基还原反应生成ADNT(2，4，6aminodinitrotoluene) ［7，8］。
2.3 糖基化反应 糖基是中草药的重要生物活性物质之一，由其衍生的苷类化合物，常为中草药的有效成分。糖基化反应可以使不溶于水的化合物转变为水溶性化合物，许多中药成分的理化性质与生物活性发生较大的变化，因此具有很重要的意义。糖基化反应利用传统的微生物培养或化学合成很难做到，不过利用现代生物技术就可以比较容易完成。例如：丁酸具有体外抑制肿瘤生长和诱导肿瘤细胞分化的作用，但是其在哺乳动物系统中半衰期很短，人们通过悬浮培养的灰叶烟草Nicotianaplumbaginiofia细胞糖基化得到其糖苷，半衰期大大增加，可以开发为抗癌新药。
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2.4 氧化和环氧化反应 中药化学成分在自然条件或人为条件下，经常会发生氧化或环氧化反应，这些反应有一些具有利用价值，通常被利用的如醇类成分被氧化成醛或酮，继而被氧化成酸；含有酚羟基成分的物质，被氧化缩合；环氧化反应可以用于具有细胞毒性的倍半萜烯的结构修饰。现代生物技术的应用，可以人为地调节和控制以上的反应。例如：利用细胞培养，可以将醇转化成对应的醛和酮；莪术Curcuma zedoaria细胞悬浮培养物可以完成大根香叶酮(germacrone)的环氧化反应；Pras等［9］研究发现，在Mucuna prllFICIIS的细胞培养物中由酚氧化酶催化可以生成一个非常重要的药用化合物7，8二羟基一 N二n丙基2氨基四氢化萘(7，8dihydroxyNdinpropyl2aminotetralin) 。
3 现代生物技术在中药化学成分合成和生产中的应用
中药所含有的化学成分，通常含量都不高，而且含有大量的非药用部分和杂质成分，给中药化学成分的提取和分离带来很大的难度，有的中药生长时期很长，产量很低。随着人类需求的急剧增加，单靠传统的从野生或种植的中药材中提取，远远不能满足需要，因此需要对中药化学成分进行人工合成，或者通过人工技术提高其纯度和产量。中药活性成分一般结构复杂，常有多个不对称碳原子，利用化学合成来进行结构修饰存在着得出率低、反应专一性差、副产物多等缺点，既费事费力又效果不佳。近年来，以微生物为反应器进行中药活性成分的生物转化和生物合成，有望为这类中药活性成分的获得提供新的途径。中国药科大学研究人员利用微生物转化技术成功地在吗啡类似物蒂巴因的14位碳原子上定向引人了羟基，使其镇痛活性提高了100倍以上［10］。有些中药化学成分在植物体内的含量非常少，化学合成和半合成也不太理想，可以通过现代生物技术的控制，生产这类有效物质。现在已经研究成功的有利用细胞悬浮技术培养具有抗癌活性但生长期漫长且含量极低的红豆杉的活性成分紫杉醇、紫草的有效成分紫草宁色素、三白草的活性成分金丝桃苷、具有抗肿瘤作用的长春花的活性成分长春碱和长春新碱等，利用固定化细胞培养技术培养一些有效成分如黄酮、葸醌、各种色素和生物碱等［11］，利用毛状根培养长春花、烟草、紫草、人参、曼陀罗、颠茄、丹参、黄芪、甘草和青蒿等40多种植物的有效成分［12］。 综上所述，现代生物技术在中药化学研究过程中比传统研究方法更具有优势，为中药化学研究开辟了一条崭新的途径。在中药化学研究中应当充分吸收和利用现代生物技术。
参考文献
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