遗传学前景

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇遗传学前景范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

遗传学前景范文第1篇

一、诗画结合，传情达意

因为诗人的情感都融入到景物的描写当中，要引导学生了解这种情感，就要从这渗透了“情”的景物入手。若把这些景物的画面展现在学生眼前，让他们有一个直观的感受，对画中的意境有一个具体的感知，就能很自然地引领他们走进诗人所创设的意境，从而更深刻地领会诗歌的图画美和意境美。

1. 边看画，边读诗。即在教学过程中以相应的图片帮助理解，这是诗歌意境教学中适用范围较广的一种方法。

如王维的《使至塞上》：

单车欲问边，属国过居延。征蓬出汉塞，归雁入胡天。

大漠孤烟直，长河落日圆。萧关逢候骑，都护在燕然。

诗人“单车”“问边”，行经宽阔无边的大漠，顿生孤独寂寞之感，故有“大漠孤烟直，长河落日圆”的绘景名句。学生多半没有到过西北大漠，对诗中雄浑壮阔的景观难以想象，对诗人那种孤寂之感更难以理解。这时，展示一系列以西北大漠为主题的画面，观赏那黄沙浩瀚的壮阔景观，让学生对西北大漠有一个初步的感观认识，然后让他们自行想象：假如自己置身于这样一个广漠之中，会有怎样的感受。这时再回到诗中，结合诗歌的写作背景，学生很自然就领会其中的魅力。

2. 先看画，再读诗。如教学苏轼的词《水调歌头》，我先展示一系列以月亮或月夜为主题的图片，让学生观察画面，用自己的感受来描述画中的意境，并可引用曾经学过的咏月名句总结月亮所寄托的人的情感世界。以一幅明月当空照的图片，引导学生说出“举头望明月，低头思故乡”“露从今夜白，月是故乡明”的思乡之情；以一幅残月西挂的图片，引导学生回忆出“无言独上西楼，月如钩”的孤寂之愁；再以一幅荒漠上空的半月，引出“我寄愁心与明月，随君直到夜郎西”的思念之苦……用这一系列的月夜图，把学生带进一个如诗般优美的境界，引领他们在月夜之下“漫步”，想象一下这圣洁的月亮会令人想起什么，会触动自己内心的哪一丝情感。

二、作画悟诗，品味诗意

1. 课前描画，感知诗意。布置预习的时候，我让学生结合课文的注释和工具书了解诗歌所描绘的景物，用笔把它们画出来，要求画出自己的感受。

如元散曲《天净沙・秋思》：

枯藤老树昏鸦，小桥流水人家，古道西风瘦马。夕阳西下，断肠人在天涯。

我先提示学生，这首曲一共写了十种景物：藤、树、鸦、桥、水、人家、道、风、马、夕阳。布置他们抓住这几种景物的特征把它们组合成一幅图画，用水墨画的形式画出来。在正式上课的时候，挑出画得最好的作品来分析，并把曲中各种物象的特征渗透到里面，纠正学生画里的错误或不足之处，最后就可以把这些景物的共同特征大致归纳为衰败、凄凉的意境。

2. 课后作画，再现诗意。在教学中，我引导学生把握诗意之后，展开想象，在头脑中形成画面，再用画笔把它画出来。通过这样的过程回味诗歌的意境，加深理解，留下深刻的印象。

如曹操的诗《观沧海》：

东临碣石，以观沧海。

水何澹澹，山岛竦峙。

树木丛生，百草丰茂。

秋风萧瑟，洪波涌起。

日月之行，若出其中；

星汉灿烂，若出其里。

幸甚至哉！歌以咏志。

遗传学前景范文第2篇

（一）建立民俗文化村

民俗文化村源于主题公园，强调以盈利为目的的企业运转模式，为美国迪斯尼乐园的全球化翻版。[1]民俗文化村是集中保存、保护、传承、展示、发展或经营特定地域或群体民俗我恩华的村落。民俗文化村可分为两种类型：异地集锦型和实地展示型。前者为博览、旅游等目的，通过浓缩、模仿、移植等方式，异地向人民集中活态展示民俗文化的模型博物馆，如北京的中华民族园、深圳的中华民俗文化村、昆明的云南民族村等；后者是指在原居地选择有典型代表性的村寨。集中保存、传承、展现和发展其民俗文化的村落，如贵州黔东南的郎德寨、南花，湖南的德夯苗族民俗村等。[2]

以档案学的视角观之，档案不是单一的，民族档案不仅仅指某一份单一的文献、石刻等，而是还包括与此文献、石刻相关的一切事物、活动等民族文化事象，一份具体的民族档案文献和与该份文献相关的所有民族档案事象共同构成了民族档案这一整体，民俗文化村就是将各地区典型的民俗习惯、仪式风俗、节日庆典等集中于一个主题景区内表现出来，其就是中国各民族文化的一个缩影，其不仅保存了民族档案的本体，还保留了与之紧密相关的民族档案事象，民俗文化村使保存分散的、不完整的民俗文化实现了体系化、集成化管理，有效地整合了民俗文化或民俗档案。

（二）建立民俗文化博物馆

所谓民俗博物馆，就是依托丰富多样的民俗文物、收藏品等，为弘扬民族文化精神，将民间传承下来的物质和非物质文化遗产，采用有形和无形的陈列手段，以达到实现地域民俗风味的效果，从而也兼具对民俗文物的研究保护，最大限度的成为一个民俗文化展示、研究和传播的产所。[3]民俗博物馆不同于历史类、自然类或其它类博物馆，它是以收藏、演讲、展示民俗文物为主要职能，并以此作为对公众进行民俗知识教育的产所。

从档案学的视角来看，民俗博物馆保存了有形的民族档案实物和无形的民俗文物，档案是历史的记忆者，在民俗博物馆中所保存的文物可以看出民族档案的发展历程，并且民族档案实物与民族档案文献相结合就构成了完整的民族档案，因此，民俗博物馆中的民俗文物是纸质型民族档案文献的重要补充，对于完善民族档案体系和实现民族档案集中统一管理具有重大的意义与价值。

（三）进行参与式保护

民俗文化的传承与保护需要人的自觉、自愿、积极地参与，然而在我国的保护实践中，由于主位观点与客位观点的歧义异、对参与的肤浅化理解、政府角色的定位失误等原因，导致对民俗文化传承与保护的“保护性破坏”。[4]因此，在对民俗文化的传承与保护过程中，就需要基于对主位观点的尊重和了解，充分汲取草根智慧与地方性知识，激发文化承载者的文化自觉，使其真正参与民俗文化的挖掘、保护、开发、监测和评估，实现参与式的保护。对正在消失的民族文字、风俗习惯等民俗文化进行参与式保护，通过与民俗文化的原始产生地的民俗文化传承人或是当地居民交流，能够记录民俗文化的起源、社会发展历程等具体的信息，能对民俗文化的传承起到积极的作用，是一种对民俗文化进行有效保护的方式。在民俗文化的传承与保护过程中，因思维定势的缘故，人们较为重视非物质文化遗产作者所创的作品，而容易忽视民俗文化作者所持有的那套技术或技艺。关注民间工艺的现状，以现代田野作业的理念调查民间工艺，以种种现代手段保存技艺、建立档案，无疑是很重要的，但更应注意对于民间工艺传承人的人文关怀，创造条件让他们走入现代社会的前台，更直接地参与到现代社会的发展与运作的过程之中。[5]因此，在建立民俗文化博物馆的同时，还应进行参与式保护工作，参与到民俗文化的原始产生地，加强与民俗文化传承人之间的互动。

从档案学的视角观之，参与式保护从源头保护了民俗文化的原始形成地，保证了民俗文化的纯真性，明晰了民俗文化的传承途径、模式和形式等等，对民俗文化的传承具有重大的意义。

二、档案学视野下民俗文化传承途径探讨

民俗文化的传承从各个不同学科领域视之，都有不同的有效地途径，从档案学学科视角解读民俗文化的传承，就可以实现民俗文化档案化。民俗文化档案化是指依据档案学原理，通过文字、录音、摄影、录像及数字化等记录手段将民俗文化转化成档案予以保存，并以之为依托加以再现、复原和创造的过程。[6]即把有历史文化价值、科学研究价值等具备一定的档案属性的民俗文化当作档案来对待，运用档案学的学科理论、知识对其进行有效地保护与传承，最终的目的是拯救濒临灭绝的民俗文化。使民俗文化以档案的形式展现出来，并以档案管理的操作要求来进行后续的管理，把民俗文化纳入到档案管理的范围之中，以档案管理的系统要求来对它进行保管、保护和提供利用，以达到民俗文化永续相传下去的目的。民俗文化档案化管理使民俗文化在开始形成时就处于受控状态，并及时纠偏、纠错，使民俗文化在形成、收集、整理、归档等环节中实现标准化、规范化管理。

实现民俗文化档案化的具体实施程序包括以下几个方面：

（一）广泛搜集民俗文物和民俗文化事象

民俗文物和民俗文化事象搜集的类型可以是文字型、石刻碑文型的古籍文献，也可以是宗教典籍文献、民族节日仪式以及举行宗教仪式活动时使用的物品等等。对于民族古籍文献而言，具体来说，国家可以成立专门的民俗文化保护工作组，由民族地区的档案管理部门和文化管理、文物管理部门一起，做好民俗文化的普查、登记工作，对各种不同类型的民俗文化的数量、种类、价值、保管状况进行登记；对于民族节日和宗教仪式活动等而言，就可以采用录音、录像的方式真实地记录整个仪式活动过程。对于价值难以判断的，可以组织专家，成立专门的民俗文化鉴定小组进行鉴定，以便对有价值的民俗文化重点保护。另外，针对以往普查不全的情况，可以在全社会进行广泛宣传，除了派工作人员走访登记外，可以利用互联网，建立专门网站，鼓励群众自己通过网络来进行登记，进行“鉴宝”。普查的结果，要形成民俗文化管理状况分布图、形态样式表、有价值的民俗文化登记表，使人们对所寻找的民俗文化资源有比较详细的了解和掌握。

（二）对民俗文化进行界定并归档保存

从档案学的视角解读民俗文化的传承与保护，就必须从档案学的学科视角出发对广泛搜集而来的不同载体类型的民俗文化进行界定，看其是否具备档案属性，如原始记录性等，具体来说，要看其内容信息的原始性、真实性，也就是了解某份文献是否是当时当地直接形成的，需要强调的是尽管有些文献是事后形成的，但是这些文献与有关社会活动是紧密联系的，是相关社会活动的一部分，类似这样的文献也应视为档案，就需要进行归档保存。待界定工作完成后，就把古籍文献和录音、录像资料进行分门别类地归档，考虑到民俗文化分布分散、残缺不全和有些民俗文化还正在产生等原因，可以采用区别于“官方归档”的“自然归档”方法进行归档以便在日后的工作中继续补充，实现民俗文化的体系完整、种类齐全。

遗传学前景范文第3篇

论文关键词：中学,民族传统体育,板鞋竞速,意义

1．引言

少数民族传统体育板鞋竞速运动是壮族民间传统体育项目，相传为广西河当地区的瓦氏夫人率兵抗倭，为了能够让士兵们精诚团结步调一致，于是让士兵们进行三至五人同穿一副板鞋练习齐步跑。在当时板鞋运动不仅是一种军事训练手段，更是一种集娱乐、强体质、调教队伍的体育手段。现在已经成为我国少数民族传统体育运动会的竞技项目之一，在培养人的团结合作意识、增进人的体质和促进人的健康等层面具有不可替代的作用。因此，把民族传统体育板鞋竞速运动作为中学体育教学内容进行开展，并对其作用意义进行研究显得非常重要，一方面可以为仍未开展板鞋运动的学校提供理论基础，另一方面可以为相关部门制定板鞋竞速运动推广策略提供参考。

2．中学开展板鞋竞速运动的作用和意义

2．1．中学开展板鞋竞速运动适合我国国情

我国是一个经济发展非常不平衡的国度，南北差异较大，特别是西部地区的农村中学现代体育条件非常滞后，能开展的现代体育运动项目非常有限，因受到场地、器材、师资等影响只有少数的现代体育项目在开展。学生的体育兴趣和体育能力的发展都受到严重的制约。相反，如果把我国特有的板鞋竞速运动项目纳入中学体育教学，可以解决现代竞技体育开展中存在的多种难题，场地、器材、师资都可以得到解决，板鞋运动可以在草地上、沙滩、泥路上、旱田中进行；而板鞋器材本身材质在我国农村非常多，易于自己解决器材缺乏和资金不足带来的难题。板鞋竞速运动方式简单，趣味性强，学生容易学会。因此，在中学开展板鞋竞速运动非常适合我国现有国情，是一项非常值得在我国中学推广开展的体育运动项目。

2．2．长期进行板鞋竞速运动可以增强体质，促进身体健康

民族传统体育板鞋竞速运动不仅参与性强、娱乐性高，而且具有较高的锻炼价值，通过板鞋竞速运动的练习可以使人在适应和促进同伴相互协作完成运作，对人的神经系统调节器要求较高，同时反过来可以使人的神经系统调节器得到良性发展，使人的反应更灵敏，动作更协调。板鞋竞速运动虽然形式多样、灵活机动，但其具有一定的运动量，对于人体速度和腿部的力量要求较高，长期练习可以改善人的心血管系统，使人体的机能水平得到提高，从而在多方面发展人的体能，使人的体质得到增强，使人的健康水平得到进一步的提升。

2．3．进行板鞋竞速运动教学可以培养学生团结合作意识和能力

板鞋竞速运动是一项集体配合要求非常高的项目，目前开展的形式主要是三人板鞋，对于三人进行跑动时形同一人在跑动一样，因而，三个人中的任何人动作必须高度一致，这不仅是动作技术和步幅节奏上的一致，而且三人要在心理产生一种高度的默契。要做到这些任何人都得做到如下几点：一是学会适应同伴。这种适应包含了谦让、鼓励、带动等多层要素。另一方面是学会理解和包容。在其中一人失败或者失误时要学会去理解别人的难处，并包容同伴的失败；在大家都失败时要学会总结失败原因，并能勇敢面对失败。再次是学会合作。失败并不可怕，可怕是失败后仍然找不到合作的基础，仍然学不会合作，因而，三个人都必须能及时的熟悉同伴特点，找到对策完成合作，所以只要进行板鞋运动教学，学生都可以在不知不觉学会团结合作，使其合作意识和能力得到增强。

2．4．中学开展板鞋竞速运动是实施素质教育和培养学生全面发展的重要途径之一

现代竞技体育是作为培养学生全面发展的重要手段，在现实的国情下，存在着诸多问题，一方面项目开展不全，学生的个性没有得到充分发挥和张扬，也就是说学生的全面发展无法实现，而在中学开展板鞋竞速运动至少可以使一部分学生的兴趣得到满足，可以使一部分学生积极参与到板鞋竞速运动中来，使在现代竞技体育中无法获得优异成绩的学生有机会在民族传统体育项目上得到发展，获得学校、教师和同学的认可。虽然板鞋运动不能完全代替实施素质教育和培养学生全面发展的途径，其在中学开展的作用和价值不其他运动项目一时无法替代的。

3．小结

中学开展民族传统体育板鞋竞速运动是当前学校体育改革非常可行的一种举措，一方面可以弥补西方竞技体育在我国当前国情现状下对学生培养存在的不足；使制约学校体育开展的最大因素场地、器材、师资等得到有效解决，另一方面可以充实学校体育教学内容，增加培养学生全面发展的途径。板鞋竞速运动作为学校培养学生的一种手段，除了具有现代体育具有的普适价值外，还具有板鞋竞速运动特有的价值功能，对促进学生体质健康和培养学生团结协作意识和能力方面意义重大，是中学值得推广普及的一项民族传统体育运动。

参考文献

1 胡小明.民族体育[M].桂林:广西师范大学出版社,2 0 0 0.

2 赵倩.板鞋竞速在学校体育教学中的发展研究[J].小作家选刊(教学交流), 2Ol1.02

3 李庆贺,丁先琼.试论少数民族传统体育走进民族中学体育教学的必要性[J].云南师范大学学报,2 0 0 7(5).

4 张文波.对三人板鞋引入大学公共教学领域的探讨[J].考试周刊,2010(33)

遗传学前景范文第4篇

关键词：光遗传学；上转换纳米粒子；近红外光转换器；光调控；离子通道；生理活动

0引言

精准调控生物分子以及生理过程，对于理解疾病的发生发展和实施有效的治疗具有重大意义[1-2]。而离子通道作为细胞膜的主要成分，对于神经、肌肉等其它系统的电生理信号的传导和整合起到关键作用，它的活化或功能障碍会影响正常生理及病理进程，比如大脑思维，肌肉收缩和离子通道病[3-5]。目前，常用于离子通道调控的策略有以下几种：(1)化学分子作用，如离子通道激活剂或阻断剂；(2)基因工程干预，如特异性地表达、敲除或沉默目的基因来影响通道蛋白的活性；(3)物理电刺激，作用于特定的电压门控离子通道[6-9]。尽管这些方法都取得了一定的进展，但在实际应用中依然存在着许多挑战。例如，化学药物随血液循环的非识别性积累及作用难以避免，这极大地限制了调控的空间分辨率[10]。再者，化学或遗传扰动的不可逆性也阻碍了实际调控的时间准确性[7]。此外，尽管电学模式的物理刺激，尤其是对于深部大脑刺激而言，显示出很好的时空准确性和应用价值。但是，实际操作中需要高侵入性地在深层脑组织植入电极或芯片，会造成潜在的临床不良反应[11-12]。

因此，迫切需要开发精度高、损伤小的调控膜离子通道的有效技术。近年来，使用光来控制生物分子和生理过程已引起了广泛关注[13-15]。其中一种新兴的被称作光遗传学的生物技术被应用于神经科学领域，并且能高选择性地，甚至在毫秒级的时间分辨率下实现神经功能的操控[16-18]。更重要的是，通过基因工程对光敏视紫红质离子通道蛋白进行改造，使其在离子特异性以及光谱响应性2个方面进一步多样化。这为推动光遗传学在更复杂的生物体系应用的提供了机会，不仅在体外单细胞水平，还在自由活动动物上对脑回路介导的行为学进行调控[19-22]。然而，尽管这些技术取得了令人瞩目的成就，但目前报道的光敏感视紫红质蛋白，或其它用于膜通道调节的光遗传学工具主要是在可见光区工作。由于可见光组织穿透性不足，生物体吸收和散射严重，这些因素极大地限制了光遗传学在体内应用[18，23-25]。虽然有研究报道通过光学纤维或微型发光二极管植入可以做到深层脑组织刺激，但这种高度侵入性的手段会引起一定的安全隐患[26-27]。由此，开发新的光遗传学技术，使其能够在活体条件下无(微)创地、有效地调控深层部位膜通道具有重要意义。

值得注意的是，科学家们目前为实现体内有效的光遗传学刺激做出了多方面努力，其中将光敏离子通道蛋白激发波长移至近红外窗口(＞700nm)被认为有利于更深的组织穿透能力[24，28-29]。比如通过基因工程化的策略，目前不同突变视紫红质离子通道蛋白的响应光谱已经从蓝光红移到黄光，甚至红光区域，但这些光遗传学体系仍局限在可见光波长范围内(表1)[30-31]。此外，通过使用近红外光响应纳米材料作为光转换器，进一步原位刺激光遗传学工具，可以增强光穿透能力进而调控离子通道的活性[32-34]。其中，镧系元素掺杂的上转换纳米粒子作为独特的光学材料被选为潜在的光纳米转换器。该材料具有将近红外光(如980或808nm)转换为紫外、可见或近红外区域的多种发射的性能(表2)，鉴于其较少的散射和更深的组织渗透深度，已被广泛地应用于生物成像和纳米医学研究领域[35-39]。基于此，近年来人们将镧系元素掺杂的上转换纳米粒子与各种光敏离子通道蛋白结合，实现了近红外上转换的光遗传学调控，并取得了显著的研究成果[32，40-41]。

因此，我们聚焦于生物医学研究中将近红外上转换纳米转换器用于光遗传学调控的最新成果。首先，我们对特定功能的上转换纳米平台与光敏离子通道蛋白结合的策略进行了总结；其次，详细地介绍了上转换光遗传学的广泛应用以及可改进的技术；最后，关于进一步推进该技术向临床转化并克服当前挑战提出了建议和展望。

1开发上转换纳米粒子介导的近红外光遗传学平台

通过匹配不同光敏视蛋白的激活波长，选择适当的上转换纳米粒子作为近红外光转换器，这种组合策略可以灵活地实现特定离子通道的激活。2011年，Deisseroth等[53]在一项专利申请中首先提出了这个理念，并列举了各种上转换纳米粒子与细胞膜上光响应视蛋白表达的神经元组合并进行光调控的方法。在2013年，Han等在一项基金申请里介绍了用于体内神经元无光纤操控的上转换光遗传学设计。此后在2015年，不同研究团队分别报道了在体外体内成功地实现了上转换光遗传学调控的研究[54-55]。

例如，Yawo等[40]使用蓝色发光(发射峰在450和480nm)的上转换纳米材料NaYF4∶Yb/Sc/Tm@NaYF4，在近红外976nm激光照射下，可以有效地激活PsChR离子通道，并产生明显的动作电位；另外，利用发出绿光(550nm)的NaYF4∶Sc/Yb/Er作为近红外光转换器，进而可用于激活表达细胞中的C1V1或mVChR1离子通道蛋白(图1)。进一步地研究还证明，结合上转换纳米粒子的光遗传学调控效果显示了刺激的时间和功率依赖性。但是，该研究仍有待改进空间，比如上转换发光效率，纳米材料的生物安全性等方面。

(1)将上转换纳米粒子嵌入细胞可生长的膜载体。如图2a所示，Lee等[54]制备了上转换纳米材料(NaYF4∶Yb/Tm@NaYF4)混合嵌入聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)聚合物的薄膜。这种0.5mm厚的薄膜不仅可用于神经元接触培养，还可以用作光遗传学调节的基础平台，将近红外激光转换为蓝光，随后激活表达有蓝色光敏通道视紫红质的蛋白(ChR2)的神经元。更关键地是，该体系通过1、5和10Hz的980nm脉冲激光刺激，实现了毫秒级分辨率的神经元活化响应。此外，Yawo等[40]比较分析了不同接触式细胞光遗传学调控平台的效率。根据图2b所示，方法一将上转换纳米粒子与神经元直接接触，而方法二在二者之间采用玻片间隔。实验结果发现两种方法均以激光功率依赖性的方式显示出光刺激下向内性的膜电流响应。但是，在相同的近红外激发功率下，方法一的效率明显高于方法二，说明需要将上转换纳米材料尽可能靠近地放置于光敏通道蛋白的位置，因为光子的功率密度与距离的平方成反比。

(2)将上转换纳米粒子制成微光极。Shi等[57]首先将UCNPs包装到玻璃微光极中，制成可植入的光转换器将近红外能量转换为可见光，然后刺激具有不同ChRs表达的神经元(图2c)。这些微型光学器件显示出极好的长期生物相容性，并且可以远程控制脑功能的调节，甚至用于复杂的动物行为学操控。

(3)直接利用细胞或生物体组织摄取上转换纳米粒子(图2d)。该方法在目前研究中最为常用，将功能修饰的上转换纳米粒子与所要调控的细胞孵育，或者直接通过注射的方式进入特定组织器官，待纳米粒子被有效摄入后，进行近红外激光照射并实现光遗传学调控。这种策略不仅可以达到亚细胞层面的精准光调控，而且在动物体内实验方面也易于实施。但是，局限也很突出，比如难以操作，生物安全患等方面。

2近红外上转换光遗传学体系在生物功能调控方面的应用进展

近红外上转换纳米技术和光遗传学的结合，从原理上克服了体内常用光遗传学研究中遇到的局限性，包括激发光的低穿透性或者光源植入的侵入性，为神经细胞或非神经体系中膜离子通道的调控提供了巨大的机会[32]。这种灵活的光学操控技术在神经科学领域取得了一系列成果，并进一步证明了其更广泛的适用性(表3)[34，69-70]。考虑到生物的内在复杂性，到目前为止，上转换光遗传学及其他调控技术，在详细阐明基本的生理、病理方面的探索仍然处于最初期阶段。因此，下面将着重讨论目前在不同生物模型上，采用近红外上转换光遗传学调节膜离子通道、钙信号以及相关生物学活性方面的研究进展。

2.1神经细胞膜电位

将光活性蛋白用于刺激活化或抑制神经活动是近年来神经学研究中的一大创新。这种光遗传手段由于具有较低的侵入性并且能够在时间与空间尺度精确地调节神经活动，因而在神经学研究中具有较为广阔的应用前景[23]。

早在2015年，Lee等[54]报道了通过UCNP进行神经调节的应用。该研究中视紫红质离子通道蛋白通过生物工程的手段表达于神经元细胞中，在近红外光(980nm)的照射下，这些神经元能够在毫秒范围内产生持续的神经脉冲信号。在之后的研究中，科研人员设计并制备了一系列发光性质不同的UCNPs，用于不同光敏离子通道的活化[15，31]。譬如，Han等[41]设计制备了IR806染料敏化的UCNP，通过800nm的近红外光激发，实现了对红光响应离子通道(ReaChR)的调节。实验中，染料敏化的UCNP被包覆于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜中，用于海马神经细胞的培养。这些神经细胞能够实现精确的时空调节，以光强度依赖性地方式被激活并产生神经信号。除此之外，在976nm激发条件下能发射绿光(550nm)的UCNPs(NaYF4∶Sc/Yb/Er@NaYF4)也被用于刺激离子通道C1V1或mVChR1以产生光电流。而对于表达PsChR的神经元，则可以通过发射蓝光的UCNPs(NaYF4∶Sc/Yb/Tm@NaYF4)实现近红外光遗传学刺激。上转换纳米材料可调的光学性质和不同光敏离子通道蛋白的灵活搭配为近红外光遗传学体系提供了丰富多样的选择，极大地促进了后续在动物模型上的生理、病理研究。

2.2钙信号通路

不同于常见报道的UCNP-ChR体系，Zhou和Han等[55]展示了另一种基于上转换纳米颗粒的近红外光遗传学平台，被称作“Opto-CRAC”(图3a)。Opto-CRAC在细胞和活体环境中，通过近红外光照射而发出蓝光的UCNPs(NaYF4∶Yb/Tm@NaYF4)作用于经基因工程改造的光敏钙离子通道蛋白，既可以选择性地控制细胞内钙离子的流入以及受此过程调控的基因表达，进而调节机体的免疫炎症反应(图3(b～d))。通过对光信号的调节(如激光的脉冲、强度)，该体系的光遗传模块LOVSoc能够可逆地产生持久且周期变化的钙离子信号。更为重要的是，Opto-CRAC介导的光致钙离子信号通路活化可以引发免疫细胞的特异性生理响应。通过使用近红外光激活光控-钙通道，可以促进树突状细胞的成熟及抗原的呈递，进而刺激T细胞的活化。通过这种手段实现了对细胞信号通路进行的精确操作，进而调控下游信号转导，方便其在动物生理/病理研究中发挥作用。

此外，斑马鱼活体模型广泛用于生命医药领域，比如生物造影，诊断治疗及生理病理研究[61]。目前，关于近红外光遗传学调控在斑马鱼模型中的可行性研究被Xing等[62]报道。该工作巧妙地设计了808nm激发的上转换光遗传学体系，实现了对离子通道ChR2的调节以及钙离子介导的肿瘤细胞命运调控(图4)。更为重要的是，该体系揭示了在体外和活体条件下，通过近红外光介导的离子通道的调节可引起细胞的凋亡，具有进一步在肿瘤治疗方面的应用前景。

2.3线虫行为学

除了能对细胞膜离子通道进行有效地调节外，在改进上转换光遗传学研究方面，Zhang等[58]通过利用准连续波的近红外激发手段，提高了上转换发光效率并在表达ChR2的线虫体内成功地实现光遗传学神经信号及行为学调控(图5(a，b))。最近的一项研究中，Gao等[67]采用线虫模型，借助近红外激发绿光发射的UCNP对表达有Crimson光敏离子通道的不同神经元(运动神经元或中间神经元)进行调控，实现了对线虫多种运动行为的控制(图5c)。这些工作不仅揭示了增强UCNP的多光子发光效率的可能性，还通过近红外光使线虫产生了受触动刺激的反应，展现出近红外光光遗传学这种非侵入性调控策略在不同活体动物模型应用上的优势和灵活性。

2.4鼠神经活性及行为学

鼠类模型在生化、医药研究中作为一种最为普遍的动物模型，对于光遗传学的转化研究更具价值[30]。尽管深层组织的光学刺激在鼠类模型中很大程度上需要特殊的光学设施，以及复杂的实验手术操作，但随着光遗传学和上转换纳米技术的发展，通过近红外光进行小鼠脑部功能的光遗传学调控已经成为可能。

Shi等[63]报道了一种基于UCNP的微型光极器件实现了远程光学控制小鼠脑部神经元(表达有多种视蛋白如ChR2或C1V1)的目标(图6)。机械激光投射系统通过发出的近红外光，可以有效地控制鼠的不同脑部区域的功能并产生神经脉冲活动，譬如脑部纹状体，中脑腹侧盖区以及视觉皮层。值得注意的是，在另一项工作中，Shi等[63]还通过设计制备不同光谱特征的UCNPs，实现了体外与体内条件下，神经细胞的多重刺激或抑制。上转换光遗传技术在小鼠神经活动刺激研究中的成功应用，极大地促进了基础生理调控以及神经科学的发展。

另外，McHugh及Liu[66]探究了将UCNPs作为光遗传调节器以微侵入注射式的方法调控小鼠脑部深层神经元功能的可能性(图7)。该研究中，近红外介导的光遗学传刺激能够引发脑部腹侧被盖区域多巴胺的释放。在此基础上，通过刺激脑部内侧隔核的抑制性神经元，可以诱导产生神经振荡。更为重要的是，研究中这种上转换光遗传体系还可以抑制癫痫小鼠海马体中的兴奋性神经元，实现记忆恢复，展现了其在神经疾病治疗方面的巨大潜力。

除了脑部神经活动调控，上转换光遗传体系还被成功地应用于小鼠的脊柱神经调节并用以控制小鼠的行为活动。Shi等[61]用聚丙烯以及UCNP制成光极器件，植入小鼠脊柱不同部位中(图8)。这些小鼠在已麻醉的情况下，通过近红外光的刺激，可以由肌电图观测到其腿部肌肉的活动。而自由活动的小鼠，在光的刺激下其运动行为还能被有效地抑制。这种柔性器件与上转换光遗传学的结合，还展现出较好的生物相容性。在长达4个月的植入期内未引起明显的炎症，适用于动物行为学的长期跟踪研究。

3近红外上转换光遗传学技术存在的问题及改进策略

尽管上转换光遗传学前景广阔，但目前仍然面临着纳米粒子生物安全性低，近红外光上转换效率低，以及持续照射引起的热效应显著等挑战[32，71]。为了解决这些问题，科学家们已经从各方面入手来改进这项技术，以期实现更高效，更精确地生物功能调控，并进一步使未来的临床转化研究成为可能。

3.1提高上转换效率

首先，上转换纳米材料的量子效率低是实现有效地光遗传学调控的最大限制因素。到目前为止，在低于100W·cm-2的激发光功率密度下，近红外到可见光上转换效率最高仅约为5%，而考虑到实际应用中，生物机体对于辐射暴露的最大允许剂量(例如980nm，皮肤组织MPE(maximumpermissibleexposure)＜1W·cm-2)的限制，通常上转换效率会远远低于1%[72]。对此，许多研究团队提出了增强上转换效率的不同策略，包括合成核-壳结构或表面修饰来控制局部环境的猝灭效应，利用敏化剂/活化剂来改善能量转移效率，以及通过激发光源的工程化来促进光子转移等[73-74]。

将增强上转换发光效率的策略进一步应用于光遗传学调控的研究已有报道。Shi和Wang研究团队[65]最近通过合成核-壳-壳纳米结构，并优化Yb3+离子的掺杂含量，实现了3倍于传统核-壳结构纳米粒子的上转换发光增强，并将其进一步开发为一种可植入的光学传感器，用于对表达eNpHR氯离子通道的小鼠大脑活性及行为学进行光遗传学抑制。另外，Prasad等[59]在一项近红外光遗传学的工作中应用了新型的核-壳型上转换纳米粒子(NaYbF4∶Tm@NaYF4)，这种材料的发光强度比传统NaYF4∶Yb/Tm@NaYF4纳米体系发光约高出6倍。此外，Zhang团队[58]通过使用准连续波作为激发光源来进行光遗传学实验，不仅提高了上转换蓝光发射，还降低了潜在的热效应，从而实现了有效的光遗传神经调控。

3.2控制热效应

利用近红外上转换技术可以有效地激活深层组织中的光敏膜离子通道。但应该指出的是，大部分上转换纳米粒子在980nm激光照射下可能会导致局部组织的热损伤[72]。为了避免这种热效应，在实际上转换光遗传学调控中，大部分的研究只能通过合理控制激光的功率以及照射时间来控制。除此以外，将上转换激发波长从980nm移至800nm，在很大程度上降低了机体组织水的热响应，可以极大地减少激光引起的热刺激[75]。例如，在Han等[64]的报道中，使用染料敏化的核/壳结构上转换材料，可以在800nm近红外光照射下激活海马神经元中的离子通道蛋白(ReaChR)。

3.3改善生物相容性

在生物医学乃至临床应用中，无机金属纳米材料在体内的生物相容性或潜在毒性是一个重要的问题[76]。迄今为止，尚无详尽的报道涉及上转换纳米粒子本身或用于表面功能化的相关试剂和配体的刺激性及长期毒性的研究，如免疫反应和诱变作用。但可以证实的是，上转换纳米材料的形貌尺寸、化学组成及表面修饰都影响其在体外和体内的安全性[76-80]。有一些常规的策略可以在一定程度上降低上转换纳米体系的毒性，比如制备超小尺寸纳米粒子(＜10nm)以增强生物清除率[81]；选择合适的配体进行表面修饰，例如聚乙二醇(PEG)、二氧化硅(SiO2)等安全性高的生物功能修饰剂；再者，通过增强上转换发光进而降低纳米材料的使用浓度，也是一种解决剂量依赖的毒性问题行之有效的方法[82-83]。另一方面，由于生物体本身没有光遗传学工具，而通过病毒或聚合物的基因转染手段在体内表达光敏蛋白也具有一定的安全性顾虑。

3.4实现特异性调控

尽管通过上转换光遗传学在神经元或非神经元调节方面取得了初步成功，但是目前在实际应用中光控生理功能的效率还受限于调控的精确性。主要表现在以下几个方面：

(1)光遗传学工具的离子选择性。目前广泛使用的光敏感视紫红质蛋白，尤其是阳离子通道蛋白(例如ChRs)，其激活后对Ca2+、Na+或K+等的细胞内流缺乏选择性，因此难以做到精准控制生理信号。对于如何解决离子选择性问题，有以下两种可能的策略：一是对已有的ChRs进行基因工程改造，得到具有高离子选择性的突变体，但至今还鲜有相关报道；二是结合其他现有的光遗传学技术，构建离子选择性好的光遗传学工具。例如，基于特异性的Ca2+通道激活释放的光遗传学平台(Opto-CRAC)，在体外和体内都体现出优秀的Ca2+信号调节能力[55，84]；另外，近年来报道的热敏离子通道(TRPs)也极具潜力，有望实现高选择性的Ca2+信号调控。

(2)光遗传学调控的细胞/组织特异性。许多在细胞层面上的光遗传学研究表明，上转换纳米转换器尽可能地靠近膜离子通道蛋白，可显著提高光子能量转移的效率，对调控效果产生重要影响。目前已报道了不同的策略，被用于将上转换纳米粒子尽可能特异地连接在光敏蛋白表达的细胞膜上(图9)。其中包括抗原-抗体结合的策略，将UCNPs定位于细胞表面，还可以通过糖代谢标记技术来共价连接。

而在动物层面，目前通过使用靶向的光基因递送技术，如细胞/组织特异性慢病毒感染等可以实现特异性的光遗传学调控[85-87]。但在实际的神经科学领域应用中，需要借助于脑定位注射来实现精确光遗传学基因及上转换纳米体系在目的组织区域表达。由于大脑结构的复杂性，很难保证操作的精准度，这在光遗传学研究中也是一个很大的挑战。

(3)纳米粒子靶向性。除此以外，上转换纳米粒子的靶向能力是远程调控细胞/组织特异性离子通道的另一个限制因素[88-89]。例如，在深层脑区的光遗传学操作中，纳米粒子难以有效通过血脑屏障(BBB)，因而只能通过注射的方法来输送上转换纳米颗粒。这种策略不仅增加了创伤性，还有可能引入一些潜在的不良反应。因此，开发完全无创的、可血液递送的上转换纳米平台，进而能够用于脑部的近红外光遗传学体系将是未来研究的一大方向。

3.5标准化上转换光遗传学设备

最后，除了对上转换纳米转换器和光遗传学工具的改进之外，可靠的光学调控仪器以及信号记录设备在实际的上转换光遗传学应用也亟待开发。迄今为止，用于上转换材料光学表征的大多数仪器都是实验室个人定制。此外，在动物模型中用于近红外激光介导的光遗传刺激、监测的专用仪器也非常有限[90-91]。因此，目前的上转换光遗传学研究的稳定性和重复性还不尽人意，亟待研发商用的、标准化的仪器(例如光谱仪，刺激器，显微成像系统及膜片钳设备等)。总体而言，由于近红外上转换光遗传学是一个多学科、高度交叉的领域，学术界和工业界的任何建设性合作与整合都将有利于该技术的转化应用。

遗传学前景范文第5篇

关键词 动物生物技术；课程建设；教学改革

中图分类号 G642；G420 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）01-0326-02

21世纪是生命科学的世纪。生物技术是人类科学技术发展历史中最悠久、对人类社会具有重大贡献的学科之一。随着分子生物学前沿学科的不断进步，生物技术也得到了突飞猛进的发展。动物生物技术是一门现代生物科学理论和技术相结合的综合性学科，主要涉及动物基因工程、动物细胞工程、动物胚胎工程等几大领域，在诸多行业都得到了广泛的应用，如农业、食品业、医学行业等[1]。生物技术这门学科在各大高校中都占有很重要的地位，可见该门学科的重要性，因此学好生物技术这门学科对今后的就业至关重要。笔者在介绍生物技术的概念的基础上，总结了动物生物技术课程的建设与改革措施，以期为学生的就业打下坚实的基础[1]。

1 生物技术的概念

生物技术是指在现代生命科学的基础上，利用各种先进的技术手段和其他类科学的原理和技术来对生物体或生物原料等进行加工或改造等，目的是生产出人类所需的产品。先进的工程技术包括基因工程、细胞工程、发酵工程、酶工程和蛋白质工程等新技术。对生物体的改造是指按照人类的需要，改造或加工生物包括植物、动物、微生物等，使其能够生产出对人类有利的产品[1-2]。

2 教学现状与分析

内蒙古农业大学生命科学学院生物技术专业自1996年开始招生，2006年成为品牌专业，经过了16年的专业建设，首先于2003级生物技术专业学生中开设36学时的动物胚胎工程课程（专业选修课），随着现代生物技术的迅猛发展，36学时的理论讲授明显不足，于2005级学生中更改教学大纲，内容上增加了动物组织、细胞的培养技术、基因工程技术等，理论教学增加到54学时，并增加18学时实验教学，课程性质首次转为专业必修课，并创新性地更名为动物生物技术，当时整个生物领域还未出现命名为动物生物技术的课程，直到2009年5月1日，科学出版社出版了普通高等教育十一五规划教材《动物生物技术》，至此这一新课程有了正式出版的教材可参考。笔者调查了部分农林院校生物技术专业开设的主干课程，主要有11门（动物学，植物学，微生物学，生物化学，遗传学，细胞生物学，分子生物学，基因工程，细胞工程，发酵工程和酶工程），在调查的农林院校中（安徽农业大学，西北农林科技大学，山东农业大学，湖南农业大学，吉林农业大学，东北林业大学，青岛农业大学，江西农业大学，福建农业大学，华中农业大学，华南农业大学，云南农业大学），都开设《细胞工程》课程，目前只有内蒙古农业大学生命科学学院生物技术专业开设与《细胞工程》相近课程《动物生物技术》和《植物生物技术》课程。

3 动物生物技术课程建设与改革

3.1 教学思想与目标改革

落实科学发展观，逐步树立“以学生为中心”、“一切为了学生”的意识。教师要改变传统的教学观念[3]，正确处理传授知识与提高学生学习能力之间的关系，使学生在学习一些课程基础知识的情况下，掌握一种主动学习课程相关知识的能力，成为富有知识和具有学习知识能力的复合型人才。

3.2 师资队伍建设

组建教学团队，将教学内容分为不同的教学模块，打破传统的一人一课的教学模式，每一模块由具有相应专业背景的教师承担，业务上要精益求精，力争紧跟各教学内容的学科前沿。定期开展教学研讨，督导组专家听课、评课，同时不定期开展自评和互评及学生评教，以促进整体教学水平的提高。

3.3 教材建设与改革

根据调研，笔者选用了科学出版社出版的普通高等教育十一五规划教材――蒋思文教授主编的《动物生物技术》作为教材，该书比较全面系统地介绍了动物生物技术的概况、基本原理、技术方法和最新发展。同时，由于课时的限制，在教学过程中，不可能做到面面俱到，且课程知识更新速度较快，一些最新热点在教材中没有体现的，自行编写部分讲义，以文本形式拷贝给学生，并推荐其阅读中外文的优秀参考书。

3.4 课程内容改革

动物生物技术属于多学科交叉课程，也是各国科研工作者研究的热点领域，大量的研究成果层出不穷，也在不断地更新和充实着这一新兴学科的知识。无论是教师的教，还是学生的学都具有一定的难度，这就要求在授课内容的选择上，既要注意授课内容的完整性，又要保证实用性和先进性，同时做好与其他课程交叉内容的增、减和衔接。在课程内容上，首先介绍绪论，动物胚胎工程技术概述，体外受精，胚胎移植，性别控制，胚胎分割，嵌合体；其次，介绍分子生物学及基因工程基础；最后重点介绍细胞核移植技术、干细胞技术、转基因技术、动物生物反应器、动物细胞培养技术，动物细胞融合技术，杂交瘤技术和单克隆抗体技术。通过精心的安排，使学生能在有限的时间内，全面系统地了解动物生物技术课程体系的基本内容。

3.5 教学方法改革

3.5.1 利用重大科研成果，激发学生学习的兴趣，提高其学习的主动性。如美国科学家马里奥・卡佩基、奥利弗・史密斯和英国科学家马丁・埃文斯，利用“基因靶向”技术让小鼠体内的特定基因失去活性，培养出研究价值极高的“基因敲除”小鼠，为人类遗传病研究提供了药物试验的动物模型。有了这些动物模型后，人类就能更有效地找到治疗各种遗传病的新疗法，彻底攻克遗传病就为时不远了，这一成果使得他们一起获得2007年诺贝尔生理学或医学奖。罗伯特・杰弗里・爱德华兹爵士，英国生理学家，生殖医学的先驱者，因创建了“体外受精技术”，被授予2010年诺贝尔生理学或医学奖。一门课程的讲授，不但要使学生掌握和了解课程相关的一些基础知识，更重要的是要教会学生如何通过有效途径尽可能的获取更多的、更丰富的相关知识，特别是对于像动物生物技术这样一门新兴的学科领域，许多知识都处于动态更新和完善的过程中[1]。

3.5.2 跟踪学科科研动态，开拓学生视野，培养创新思维。本科生的课堂教学过程不仅仅是传授书本知识，更重要的是启发学生的开拓性思维能力和创新意识，培养和提高其发现问题、分析问题和解决问题的能力[3-5]。因此，在应用范围广、知识更新快的动物生物技术教学过程中，介绍学科研究的新动态和新进展，有意识地拓宽学生视野，打开学生思路，培养学生创新性思维是十分必要的。例如诱导多能干细胞（Induced pluripotent stem cell，IPS cell），由日本的2位科学家于2006年发表于世界顶级杂志《Cell》上。通俗地讲，就是通过某种方法，把高度分化的成体细胞去分化，使之成为多能干细胞，重新获得分化成多种细胞的能力。IPS技术是干细胞研究领域的一项重大突破，它回避了历来已久的伦理争议，解决了干细胞移植医学上的免疫排斥问题，使干细胞向临床应用又迈进了一大步，该成果的研究者获得了2012年的诺贝尔生理学或医学奖。随着IPS技术的不断发展以及技术水平的不断更新，它在生命科学基础研究和医学领域的优势也已日趋明显[6]。

3.5.3 创新教学形式，提高教学效果。在课堂教学过程中，要认真倾听学生意见，像朋友一样对待学生，拉进教师与学生的距离，让学生感受课堂文化，使其融入其中，积极思考，成为课堂的主体。同时可适当增加专题讨论会，通过学生准备ppt演讲等形式，一改以往整节课教师讲、学生记，缺乏沟通的模式，使学生处于主动学习的状态[7]。

3.5.4 优化多媒体教学，引入现代信息技术。利用有限的课时，着重讲授课程的重点、难点、关键点、知识点间的联系，引导学生自觉地去思考，对于容易掌握的部分课程内容可安排学生自学。利用计算机和Internet等手段，从国外引进和下载原版图书和动感图像，进行多媒体教学，可以有效提高教学组织效率，充实教学内容。不仅可以多层次、多角度地向学生提供丰富多彩的教学信息，还可以提供更加生动形象的人机交互界面，充分调动学生学习的积极性[8]。例如，细胞融合，精卵受精，细胞核移植等内容。在多媒体教学中，坚持适度运用原则和有机结合原则，留出足够的时间给学生理解、思考，且结合使用板书、实物等各种教学媒体，取长补短，将教学内容化繁为简，增强教学的生动性和创造性，使学生喜欢学习[2]。

3.6 考核方法改革

首先，改变以往的考核方法，将重视课本上的知识转变成重视实践、将重视成绩转变成重视课堂教学，今后不以单一的考试成绩为总成绩，而要加上一定比例的实践考核成绩，让教师、学生都能重视实践；其次，增减考核方式的多样性，以平时成绩、实验成绩、期中成绩和期末考试等作为综合考查学生学习成绩的考核体系，即20%平时成绩、20%实验成绩、20%期中成绩和40%期末成绩[9]。

4 结语

随着科学技术的快速发展，动物生物技术方面的研究也会更加深入，因此各个高校要建设好动物生物技术专业已迫在眉睫。课程组立足于内蒙古农业大学生命科学学院自身特色，通过分析生物工程、生物技术、制药工程3个专业之间的内在联系，准确把握动物生物技术课程的教学地位，注重该门课程特点，围绕课程内容，加强教学建设，创新教学形式及考核体系，逐步完善优化动物生物技术多媒体教学，提高教学质量，达到人才培养的目的和要求[10]。

5 参考文献

[1] 王伟霞，李福后.生物技术专业《细胞工程》课程建设与改革[J].科技创新导报，2008（9）：245.

[2] 周欢敏.动物细胞工程学[M].北京：中国农业出版社，2010.

[3] 蒋思文.动物生物技术[M].北京：科学出版社，2009.

[4] 朱海英，苏娟，訾晓渊.课程教学体系构建与学生自主学习能力培养[J].中华医学教育杂志，2007，27（4）：107-109.

[5] 李淑芳，徐春厚，雍艳红.动物免疫学理论课教学改革的探索与实践[J].高等农业教育，2009（7）：65-67.

[6] 刘锴栋.细胞工程教学改革与探索[J].现代农业科技，2010（10）：30，32.

[7] 代建丽.植物细胞工程教学改革初探[J].科教文汇，2011（6）：23，37.

[8] 张一春.现代教育技术实用教程[M].南京：南京师范大学出版社，2005.