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关键词:合成(化学的);苯并呋喃类;苯并二氧六环类;新木脂素;生物活性
中图分类号:O626.11 文献标识码:A
苯并呋喃和苯并二氢呋喃新木脂素类是存在于丹参、百部、龙血巴豆、西洋参、野花椒、水飞蓟、牛蒡子等药用植物中的天然有机化合物,它们具有良好的生物活性,如抗病毒、抗肿瘤、抗菌、抗氧化、免疫抑制剂、抗血小板聚集活性和神经营养作用等\[1-5\]. 例如:从南美洲大戟科龙血巴豆树茎中分离出来的苯并呋喃新木脂素3′,4diOmethylcedrusin具有良好的抗肿瘤活性\[6\]. 从羊角草中分离得到的苯并二氧六环新木脂素cleomiscosinde A也具有显著的抗肿瘤活性\[7\]. 从美洲商陆Phytolacca americana L种子中分离得到的苯并二氧六环新木脂素isoamericanol A,具有营养神经的活性,可提高胎鼠大脑半球胆碱乙酰转移酶的活性,改善神经条的形态\[8\].
为了研究这类化合物的生理活性和构效关系,以及新药开发的需要,我们探索了简便高效的合成苯并呋喃类和苯并二氧六环类新木脂素的方法,并进一步研究这些化合物的生理活性. 以3,4二羟基苯丙烯酸(咖啡酸)为原料,以仿生氧化偶联和DDQ脱氢反应为关键步骤,合成了一系列苯并呋喃新木脂素类化合物1,3~7和苯并二氧六环新木脂素类化合物2,8~10. 其中5~7,9和10是未见文献报道的新化合物,8为天然产物美洲商陆醇A合成路线如图1所示.
1实验部分
1.1仪器与试剂
核磁共振仪:BrukerAV400,400 MHz(各种氘代溶剂,TMS为内标);质谱(ESI)用VG Autospec3000,SHIMADZ qp500;红外光谱用Bruker Tensor27(KBr压片法);熔点用XRC1型显微熔点仪测定(温度未校正). 所用试剂如无特殊说明均为市售化学纯或者分析纯;柱层析用硅胶300~400目(青岛海洋化工厂产品). 3,4二羟基苯基丙烯酸甲酯按文献\[9\]
在100 mL的三颈圆底烧瓶中加入化合物32.5 g(12.88 mmol)和新制氧化银粉末1.99 g(8.59 mmol),再加入无水丙酮20 mL,无水甲苯40 mL. 在N2保护下室温避光搅拌,TLC监测反应终点. 约48 h后停止反应,过滤,用丙酮洗涤,减压旋除溶剂,得红褐色黏稠物. 干法上样,硅胶柱层析分离\[洗脱剂:V(石油醚)/V(乙酸乙酯)= 4∶1~3∶1\],分别得2 0.9 g 和1 0.96 g,产率分别为36%和39%.
化合物1:黄色黏稠物. 1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ(ppm): 7.56 (1H, d, J=16.0 Hz, 8-H), 7.04 (1H, s, 4-H), 6.99 (1H, s, 6-H), 6.84 (1H, d, J=2.0 Hz, 2
SymbolbB@ -H), 6.79 (1H, d, J=8.0 Hz, 5′-H), 6.76 (1H, dd, J=8.0, 2.0 Hz 6′-H), 6.26 (1H, d, J=16.0 Hz, 9-H), 6.01 (1H, d, J=7.6 Hz, 2-H), 4.26 (1H, d, J=7.6 Hz, 3-H), 3.80 (3H, s, 10-OCH3), 3.78 (3H, s, 11-OCH
在100 mL的单口烧瓶中加入化合物1 238 mg(0.617 mmol),加入无水吡啶10 mL将其溶解.室温搅拌10 min后,加入乙酸酐5 mL,TLC监测反应,直至原料点消失. 约3 h后停止反应,将反应液倾入装有30 mL冰水的烧杯中搅拌20 min,出现白色浑浊,用乙酸乙酯(3×20 mL)萃取,合并有机相依次用5%稀盐酸、饱和食盐水洗涤,最后用无水硫酸镁粉末干燥. 蒸除溶剂得黄色固状物,用甲醇重结晶后得白色膨松固体285 mg,产率90%. m.p. 127-128
在100 mL三颈烧瓶内加入化合物3 500 mg(0.976 mmol),DDQ(2,3二氯5,6二氰基1,4苯醌 )2 g(9.76 mmol),在N2氛围下加入无水1,4二氧六环30 mL,继续通入N2 5 min,换无水氯化钙干燥管.加热回流,TLC监测反应,直至原料点基本消失.48 h后停止反应,将反应液冷却,过滤,滤液中倒入溶有NaHSO3 3.05 g(29.33 mmol)的水溶液100 mL,CH2Cl2 200 mL,充分搅拌后分液.水层用二氯甲烷萃取(3×20 mL),有机相合并用饱和食盐水洗涤,无水Na2SO4干燥.硅胶柱层析分离\[洗脱剂:V(石油醚)/V(乙酸乙酯)=3∶1\],得白色固体3 15 mg,产率63%. m.p. 157-158 oC; 1H NMR (400 MHz, DMSO-d6)
3二氢1,4苯并二氧六环(10)的合成
在100 mL的单口瓶中加入四氢铝锂147 mg(3.86 mmol),加入无水乙醚10 mL于-20 o1.10生物活性测试
实验方法:1)接种细胞:用含10%胎牛血清的培养液(DMEM或者RMPI1640)配成单个细胞悬液,以每孔5 000~10 000个细胞接种到96孔板,每孔体积100 μL,贴壁细胞需提前12 h接种培养.
2)加入待测化合物溶液(固定浓度40 μM初筛,于该浓度对肿瘤细胞生长抑制在50%附近的化合物设5个浓度进入梯度复筛),每孔终体积200 μL,每种处理均设3个复孔.
3)显色:37 oC培养48 h后,每孔加MTT溶液20 μL.继续孵育4 h,终止培养,吸弃孔内培养上清液,每孔加200 μL的SDS溶液(10%),过夜孵育(温度37 oC),使结晶物充分融解.
4)比色:选择595 nm的波长,酶联免疫检测仪(BioRad 680)读取各孔光吸收值,记录测定结果,以浓度为横坐标,细胞存活率为纵坐标绘制细胞生长曲线,应用两点法(Reed and Muench法)计算化合物的IC50值.
2结果与讨论
3,4羟基苯基丙烯酸甲酯在氧化银催化下,以无水甲苯和无水丙酮作为溶剂,得到苯并二氢呋喃环结构化合物1和苯并二氧六环类化合物2.该步反应与天然苯并二氢呋喃和苯并二氧六环类的生物合成途径类似\[11\],属自由基仿生氧化偶联反应, 其反应机理如图2所示.Ag2O催化仿生氧化偶联法同时合成了两种新木脂素化合物,1和2的产量接近1∶1.该反应条件温和,后处理简单,以1/1.5倍当量新制氧化银粉末作催化剂最宜.经多次实验发现,采用未重蒸的甲苯和丙酮溶剂对产率并无太大影响,因此简化了实验条件. 此外还发现,反应时间约40 h可达到较好收率,反应时间延长对产率提高不大且有可能增加其它副产物的生成.
化合物1用乙酸酐来保护酚羟基和DDQ脱氢反应,得到苯并呋喃类化合物4,化合物4的成功合成实现了苯并二氢呋喃向苯并呋喃环结构的转变,这为苯并呋喃新木脂素化合物的合成提供了一种有效的方法. 在对酚羟基进行乙酰化保护的薄层色谱监测过程中,用稀盐酸先将反应液进行酸化,再点板,目的是消除溶剂吡啶在点板观察时的影响,此步反应可提高下一步氧化时的产率. 实验发现,3.5倍当量的DDQ(2,3二氯-5,6二氰基1,4苯醌)可将原料全部脱氢氧化,后处理时以往采用的是硅胶柱过滤再经硅胶柱层析分离,虽然能达到尽可能除去DDQ的效果,但此过程需要使用大量的CH2Cl2且操作麻烦. 因此,先用V丙酮/V甲醇=2∶1进行重结晶,再经硅胶柱层析分离得到纯品.
化合物4在经催化氢化得5,5在氢化铝锂作用和无水无氧操作条件下,室温进行还原反应得到含有二个醇羟基的苯并呋喃新木脂素6,同时还生成了部分还原的产物7. 在用氢化铝锂还原时,一定要采用重蒸THF作溶剂,将溶有原料的THF溶液在-20 oC的低温条件下缓慢滴加至氢化铝锂的THF溶液中,后处理用水猝灭反应时有大量氢气放出,所以加水过程一定要缓慢. 化合物2在氢化铝锂作用和无水无氧操作条件下,室温进行还原反应则得到生物活性苯并二氧六环类天然产物isoamericanol A 化合物2经催化氢化和氢化铝锂还原分别得到未见文献报道的苯并二氧六环类化合物9和10.
对所合成的苯并呋喃新木脂素类化合物1,3~5使用MTT法进行生物活性的测试. 半数生长抑制浓度IC50值表明,化合物1,3,4对白血病细胞(HL60)、肺癌细胞(A549)、乳腺癌细胞(MCF7)、结肠癌细胞(SW480)、肝癌细胞(SMMC7721)有明显的体外肿瘤生长抑制活性;化合物5对白血病细胞(HL60)、肺癌细胞(A549)、乳腺癌细胞(MCF7)、肝癌细胞(SMMC7721)有明显的体外肿瘤生长抑制活性,其中部分抗肿瘤细胞活性优于对照药物顺铂(MW300)(如表1).
从1,3,4,5化合物的生物活性变化来看,羟基乙酰化的结构修饰明显提高了化合物对结肠癌细胞(SW480)的抑制作用;由苯并二氢呋喃变为苯并呋喃的结构变化提高了化合物对白血病细胞(HL60)和结肠癌细胞(SW480)的生长抑制活性;8位、9位的乙烯基还原为乙基的结构变化使得化合物5对肺癌细胞(A549)、乳腺癌细胞(MCF7)、结肠癌细胞(SW480)和肝癌细胞(SMMC7721)的生长抑制活性降低,但其对白血病细胞(HL60)的抑制活性优于化合物3.
参考文献
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第二条 凡在本市市区内从事本办法目录表所列监审商品和服务项目的生产经营单位、行政事业性单位和个人(以下简称经营者),均应当遵守本办法。
第三条 本办法由市、区价格主管部门组织实施。
第四条 本办法所监审的城市居民基本生活必需品和服务价格,是指与居民日常生活关系为密切的,其价格变动反应比较敏感,对居民生活影响较大的少数重要商品和服务项目价格,包括省政府规定的提价备案品种。
列入监审目录的商品和服务价格包括:食品、衣着、日用消费品、耐用消费品、服务收费、居民住宅等6大类46种商品和服务项目价格(具体目录详见附表)。上述商品和服务项目的价格,根据市场情况的变化,应当由市价格主管部门适时调整。
第五条 市、区价格主管部门对列入监审目录的商品和服务价格进行监测预报,定点、定人、定时收集和分析市场价格运行情况,按时上报市、区政府和市价格主管部门,如出现商品抢购、脱销、价格急剧波动以及其他突发性情况,应随时上报。
第六条 对列入监审目录属于政府定价管理的13种商品和服务项目(详见附表),其价格由市价格主管部门按照国家关于价格管理权限的规定进行管理,任何单位和个人未经省或国家批准,不得越权放开,不得擅自提价,不得擅自立项,不得擅自提高收费标准、扩大收费范围。
第七条 对列入监审目录属于市场形成价格的33种商品和服务项目(详见附表),实行价格行业管理。同行协议价格由市、区价格行业管理机构按市区分工的有关规定议定,同行业所有经营者都必须执行。
同行业议定的协议价格,必须经市、区价格主管部门或者有关部门批准的,应当由市、区价格行业管理机构报请批准后执行。
第八条 对列入监审目录的33种商品和服务项目(详见附表),由市、区价格主管部门实行价格差率控制管理:
(一)对本市地产商品控制商品出厂利润率;
(二)对批发企业和批发环节(包括地产和外购)控制进销差率;
(三)对零售企业和零售环节控制批零差率(毛利率);
(四)对服务项目控制服务质量等级的中准浮动幅度价格。
第九条 市级价格行业管理机构议定差率控制的初步意见,经市价格主管部门会同有关主管部门审核,报市政府批准后,在全市统一组织实施。
需要变动差率的,应当按企业法人登记关系分别向市、区价格行业管理机构申请,经其预审提出意见,由市价格主管部门会同有关主管部门审核,报市政府批准后,方可变动。
第十条 对列入监审目录的33种商品零售价格和服务项目的面市价格,按市、区分工管理:
(一)食品类的9种(详见附表),其零售价格由市级价格行业管理机构负责议定;
(二)鲜菜、豆制品、淡水鱼、茶叶和大众早点的零售价格,由各区价格行业管理机构负责议定;
(三)衣着、日用消费品、耐用消费品的零售价格和服务项目的面市价格,凡企业法人在市及市以上工商行政管理机关登记的,均由市级价格行业管理机构负责议定;企业法人在区工商行政管理机关登记的和个体工商户,均由区价格行业管理机构负责议定。
市、区价格行业管理机构议定的商品零售价和服务项目面市价格,应当分别报经市、区价格主管部门认可后公布实施。
第十一条 对列入监审目录的商品和服务项目,市、区价格主管部门和市、区价格行业管理机构将定期公布市场时点价格,实行价格指导,引导价格走势。
第十二条 对列入监审目录的33种商品和服务项目,在同行议价的基础上,分别实行以下制度和措施:
(一)企业提价事前备案制度。鸡蛋等23种商品和服务项目(详见附表),经营者需要提高零售价格的,应当按企业法人登记关系分别向市、区价格行业管理机构申请,经市、区价格行业管理机构议定后,提价前5天报市、区价格主管部门备案,价格主管部门保留干预权。个体工商户按以上办法向区价格行业管理机构申请。
(二)企业提价申报制度。粮食及其复制品等5种商品(详见附表),经营者需要提高零售价格的,应按企业法人登记关系分别向市、区价格行业管理机构申请,经其预审提出意见后,报市价格主管部门审核,市价格主管部门在10日内予明确答复,逾期未予答复,价格行业管理机构可通知企业自行调价。
(三)阶段性限价措施。如市场价格发生较大波动,影响到居民生活安定时,市价格主管部门会同有关主管部门研究提出限价的品种、项目和价格水平,报经市政府批准后组织实施。所有经营者都必须执行政府的限价规定。
第十三条 凡列入监审目录的商品和服务项目,无论实行何种价格形式管理,经营者都必须执行国家和省市有关明码标价的规定。
第十四条 对列入监审目录的商品和服务项目,市、区价格主管部门建立正常审价制度,经营者应当接受审价。价格行业管理机构要组织同行业互审。
(一)实行政府定价管理的商品和收费,每半年审价一次;
(二)市场形成价格的商品和服务项目,每年审价两次;
(三)当市场价格出现较大波动时,将及时有针对性地进行审价。
审价内容包括:政府定价限价规定、同行协议价、差率、费率、明码标价、提价备案和提价申报等规定和制度的执行情况。
第十五条 价格主管部门应当组织审价,对违反价格政策和纪律,以及哄抬物价、牟取暴利等行为,分别移交市、区价格检查机构立案查处。
凡根据群众举报而进行审价的,按照价格监督检查的有关规定处理。
第十六条 各级价格检查机构应当将列入监审的商品和服务价格作为监督检查工作的重点,定点、定人、定时、定奖惩,设立价格协管员,建立经常性的价格检查制度,并充分发挥价格社会监督网络的作用。
第十七条 有下列情况之一的,由市、区价格检查机构予以处罚:
(一)对违反本办法第六条和第十二条第(三)项规定的,没收其非法所得,并视情节轻重,处以非法所得一至十倍的罚款。
(二)对违反本办法第八条规定的,没收其非法所得,并视情节轻重处以非法所得的一至五倍的罚款。
(三)违反本办法第六条、第八条、第十二条、第十三第、第十四条规定,无非法所得的,视情节轻重,处以5000元以下的罚款。
(四)对价格违法单位的直接负责人和单位主要负责人,价格检查机构可以根据情节,处以相当于本人三个月基本工资以下的罚款,情节严重的,除给予上述处罚外,还可以通报批评、建议监察部门或上级主管部门给予行政处分。
以上处罚按企业法人登记关系,凡属市及市属以上工商行政管理机关登记的,由市价格检查机构检查并处罚;凡属区工商行政管理机关登记的,由区价格检查机构检查并处罚。
第十八条 凡未列入监审目录的城市居民生活必需品和服务价格,仍按有关规定执行。
第十九条 各县可参照本结合实际情况,制定城镇居民生活必需品和服务价格监审办法,报市价格主管部门批准后实施。
那如何充分利用有限的数学课堂教学,让学生学会“反思”呢?
一、优化氛围,激发反思
1、创设情境,促发内需。
有积极情绪支撑的反思过程是一个高效能的学习过程。在教学中,教师要激发学生反思的热情就要营造充满民主色彩的教学情境,让学生觉得宽松、自然,敢于质疑。在教学《3的倍数的特征》时,教师先出示了一组数字:3、6、9、33、66、99、336、549,让学生判断:这些数都是3的倍数吗?学生探索后,马上得出结论:个位上是3、6、9的数一定都是3的倍数。然后,教师又出示第二组数字:23、46、54、79、81、526、324、919,再让学生判断。学生经过尝试后发现与刚才的“结论”相矛盾。学生的思维欲望由此被激发出来了。
2、体味成功,适当鼓励
教学中,教师要采用语言的激励、手势的肯定、眼神的默许等手段对学生的反思行为给予充分的肯定和赞赏。俗话说:“亲其师而信其道。”人的感情有迁移功能,小学生更为强烈,唯有融洽师生关系,创设愉快、民主、和谐的教学气氛,才能使学生积极投入地参与到反思活动中来,主动建构知识。每当学生发现、提出问题时,我总是先表扬,表扬学生积极动脑思考,没有思考怎么会发现问题呢?即使学生提出一些幼稚可笑的想法,我也表扬他爱动脑筋。这样,学生不断体验到反思的价值,感受到反思的乐趣,学生的反思意识才会逐步形成。
二、把握时机,引导反思
1、在学生的疑难处,引导其反思。
学趋于思,源于疑,疑最容易引发反思。教师应针对小学生的好奇心理,创设认知冲突情境,制造悬念,使学生进行反思。在教学《认识容量和升》时,当学生认识了“容量”,会比较不同容器的容量和表示容器的容量时,教师则说到:这个水壶是我昨天买来的,当初我问售货员这个水壶容量是多少,售货员回答这个水壶大约能盛6杯水,刚才我们一试,这个水壶只能盛4杯水,我被骗了吗?学生一下就沉寂了,进入了反思。通过反思,学生感受到了为了准确测量或计量容量的多少,要用统一的容量单位。
2、在学生的错误处,引导其反思。
学生在学习中出现错误是一件很常见的事,一名优秀的教师对于学生错误的出现都不是轻易放弃或简单判错了之,而是把学生出现的错误作为一种教学资源努力加以开发,及时组织学生进行反思,元认知理论告诉我们:只有当外来的指导被学生接受并改变它们的信息加工时,才能改进学习。让学生对自己的错误进行自我反思,看到庐山之真面目,找出病因,并及时给自己注射一针“疫苗”。那么这种错误资源不是更有价值了吗?这样于别人于自已不就获得双赢了吗?通过反思,学生不但弄清了解题方法,更重要的是加深认识了分数的意义。
3、在学生发现规律处,引导其反思
课堂教学中,当学生在教师的正确引导下,通过自学后发现了规律时,就是引导学生反思的绝佳时机。此时,教师应追根问源:“你发现了什么?”、“你是怎么想的?”迫使学生去追忆刚才的思考过程,并把思考过程公诸于班级中,让全体学生从中受到启示。
三、掌握方法,学会反思。
1、在比较中反思
学生在解决问题时,往往只满足于把问题解决了,而不善于对解决问题的过程进行回顾,从而做到触类旁通,举一反三。如在教学完异分母分数加减法后,教师出示一下一组计算题:
学生正在为自己解答又对又快而高兴时,教师则启发学生反思:解答了这些题后,你有什么发现?学生通过观察答案与习题,很快就发现了其中的规律。教师此时并不满足于此,再此启发学生反思:计算异分母加减法时,都可以这样算吗?通过再次的反思,使学生掌握了当分数的分子都是1且分母的公约数只有1时的异分母分数加减法的口算方法,更使学生明白了,解决问题后要经常反思,从而才能举一反思。
2、在联想中反思
学生学习的过程是一个主动建构的过程。在学习新知的过程中,教师应该引导学生联想以前学过的知识,反思新旧知识之间的联系,让新知识顺应到原有的知识结构中,建构自己知识的网络。如在探究分数的基本性质时,当学生发现了分数的基本性质后,教师引导学生反思:分数的基本性质与我们以前学过的哪些知识相似?学生想到以前学过的除法的算式:分数的分子相当于除法算式里的被除数,分数的分母相当于除法中的除数,分数值相当于除法算式里的商;想到了除法里有除数和被除数同时乘或除以相同的数(0除外),所得的商不变。通过引导学生反思,学生理清了分数与除法算式之间的关系,头脑里建构了一个完整的关于除法的基本性质和分数基本性质的网络,使原本零星的知识变成一个有机的知识系统。
3、在回顾中反思
如在教学“异分母分数加减法”时,通过比较、分析、讨论和操作,每个学生参与了“异分母分数加减法”的探究过程。随后,让学生回顾怎样进行计算的?学生知道把两个分数通分成同分母分数再计算。老师追问,怎么会想到通分呢?学生想到了同分母分数加法已经学过了。在此基础上,老师和学生共同总结:当我们遇到一个新问题,不能直接解决时,可以想办法把它转化为已熟悉的问题,再来解决。在计算除数是小数除法时,我们先把它转化成除数是整数的除法,再计算??以上教学,教师没有局限于异分母分数加减的计算,而是引导学生回顾、反思,揭示蕴含于教学过程中的数学思想方法―――化归法,学生在回顾中建构解决问题的数学思想方法,超出了这节数学课本身的意义,为学生今后的学习打下基础。
一、过去教学中存在的问题
(一)实验课教学学时偏少
生物技术专业五年制生物信息学课程总学时为72学时,其中理论48学时,实验24学时。生物信息学课程最主要的目标是培养学生通过在线程序或利用生物信息学软件来分析生物学问题的能力,有效解决学生实验学时不足,实际操作时间少,解决实际问题能力较弱的问题。
(二)与其他课程联系较少
生物信息学课程开设在生物技术专业教学进程的第6学期,此时学生已具备普通生物学、细胞生物学、分子生物学、生物化学、医学免疫学、遗传学、基因组学、基因工程原理等生命科学的基础知识。但是,在生物信息学理论课和实践课学习的内容,如查阅的文献、分析的目的则由授课教师自行指定,忽略了与其他课程的联系,不利于学生系统地学习专业课的知识。
二、教学体系的改革和完善
(一)增加实验课教学学时
从2012年起,我校生物技术专业由五年制调整为四年制,同时在修订教学进程的时候将学时调整为理论36学时,实验36学时,理论课结束后即为该内容的实践部分,以此增加学生的实践训练时间。
(二)将基因工程原理实验课程与生物信息学实践相联系
在基因工程原理的实验中,我们把家蝇防御素基因作为目的基因,主要设计的实验内容包括:(1)目的基因的获得:利用PCR技术扩增已经克隆到pMD-18T载体上的家蝇防御素基因;(2)pSK质粒载体的小量制备;(3)目的基因与载体的酶切;(4)目的基因与载体的连接;(5)大肠杆菌感受态细胞的制备;(6)重组质粒的转化;(7)重组子的蓝白斑筛选;(8)菌落PCR鉴定重组子[2]。在学生对基因工程实验内容熟悉的基础上,我们在生物信息学的教学过程中对学生提出问题:家蝇防御素基因现有的研究现状是怎样的?PCR扩增目的基因的过程中引物该如何设计?获得阳性重组子后我们如何判断获得的插入序列就是目的基因呢?针对这样的疑问,我们结合基因工程实验对教学内容进行适当的调整:(1)PUBMED获取文献信息:由学生通过PUBMED查找近五年发表的有关家蝇防御素基因研究的文献;(2)核酸序列分析:以家蝇防御素基因为对象,分核酸序列的检索、搜索开放阅读框(ORF)、限制性酶切分析、引物设计、载体序列识别、核酸序列的比对、分子质量/碱基组成/碱基分布分析和序列转换共8大部分内容进行讲解和学生实践操作;(3)蛋白质序列分析:同样以家蝇防御素蛋白为对象,分蛋白质序列检索、蛋白质序列比对、蛋白质基本性质分析(蛋白质的氨基酸组成、分子量、等电点、亲疏水性分析、跨膜区分析、信号肽分析)、蛋白质功能预测、蛋白质结构预测(蛋白质二级结构和三级结构预测)共5大部分内容进行讲解和指导学生进行实践操作。
(三)以科研促进生物信息学的教学改革
笔者所在课程组主要集中于功能基因组学的研究,涉及了功能基因的获取、生物信息学分析、功能验证等方面的内容。学生在课程学习中,参与到教师的科研课题中,学会运用生物信息学所学知识实际解决科研问题。学生可自行完成从文献的查阅、目的序列的获取(由公共数据库获得或实验室测序获得)、基因序列的分析、理论推导氨基酸序列基本性质的分析及结构和功能的预测、系统发育分析,如有可能,学生可通过实验的方法验证生物信息学分析的结果,同时鼓励学生自主选择感兴趣的基因、蛋白进行课程设计研究,实践结束后学生将结果以论文形式提交给教师。
三、教学探索的成效
关键词:建筑材料;技术;性能
建筑材料种类繁多,根据功能,可划分为结构材料、围护材料、隔热材料、防水材料、吸声与隔声材料和装饰材料六种[34]。不同功能的材料性能各异,价格差距也很大;同时,使用在结构物不同部位、所在环境的不同的同种建筑材料,其功能要求是不同的,需要的性质也不一样。因此,选择性能符合要求的建筑材料以达到满足建筑物安全,适用,美观,耐久的要求是至关重要的。
1.建筑材料性能的内容
建筑材料的性能包括物理性能,力学性能、耐久性能及工艺性等。表征建筑材料物理状态的性能分为与质量相关的性质、 与水有关以及热工的性质,这其中的每一种性质又细分为几种具体的性能指标。力学性能指标则有材料的强度,弹塑性以及脆性和韧性等。
建筑材料是结构物的重要组成部分,其用于不同结构部位受到的作用力是不一样的。首先,必须具有足以承受规定外力作用的强度、刚度;其次,结构物置身于自然环境中,受到各种自然因素导致的侵蚀破坏作用,如温度变化、冻融循环、氧化、酸碱腐蚀等,必须有足够的能力抵抗这些负面影响作用以及保证达到设计寿命,甚至超过预定寿命,建筑材料的这种性能即是耐久性;第三,施工性,结构物中的建筑材料,已经以另一种形式成了结构物的一部分,故而所选用的建筑材料必须易于施工操作,且能根据需求被加工成可使用的状态。
可见,作为建筑材料,其性能可划分为基本性能、耐久性和施工性。
(1)基本性能
本文中,将基本性能定义为建筑材料本身所具有的最基本,最直接的性质。其所包含的性能具体为力学性能中的材料四种强度指标,具体而言,如水泥混凝土的抗拉和抗压强度,沥青材料的稳定度、流值等。
(2)耐久性
耐久性是指在外界自然环境和人为环境的长期影响和作用下,仍能在正常的维护下达到预定功能而不会被损坏的能力。材料在结构物中,不仅要承受各种外力作用,而且还发生着包括物理、化学、机械及生物等多种反应而被损坏。物理作用有湿度、温度和冻融变化以及阳光的辐射等因素;化学作用包括使用环境内的大气、水及呈酸性或碱性等的液体侵入材料内部造成的破坏作用等。
耐久性的指标是根据存在的环境条件所决定的。表征建筑材料耐久性的指标,除了对抗物理作用而具有的耐水性、耐热性、耐火性、抗冻性、抗渗性外,还包括抵抗化学、机械作用的抗腐蚀性、抗老化等能力。
(3)施工性
施工性是指在施工过程中,建筑材料能够通过一定的操作工序按要求加工成预期状态的性能。比如说,混凝土的和易性,钢材的可焊、可铆和可切割性及沥青的粘结性。不同材料的施工性表现为不同的方面,其测定的方法也各不相同。混凝土的和易性包括流动性、保水性、稳定性等,可用坍落度测定。沥青的施工性则是表现为施工过程中易拌性、易摊铺压实的性能。
2.建筑材料技术性能评价指标的选定
建筑材料的技术性能包含的内容指标错综复杂,若一一加以考虑,则会给本研究增加很大的困难,应对这些指标加以选取,但多选、重复选同样不利于研究的顺利进行,因此,评价指标的选取应该建立在拥有建筑材料相关的知识以及参考相关文献经验的基础上,采取定性分析的方法选取合适的指标进行建筑材料技术性能的评价。
(1)综合评价指标选取的原则
① 全面科学性原则:评价指标体系必须全面概括农村基础上设施建设材料的本质特征,所覆盖各方面性能指标应能客观科学地反映农村基础设施建设材料目前的综合水平.。
② 简明适用性原则:评价指标的选取必须具有代表性,不能将所有的影响因素均作为评价指标,亦不能选取的指标过少、过粗,两者都不能准确且充分地反映农村基础设施建设材料的水平;换言之,即指标体系的设置应简洁并有具有广泛的适用性。
③ 灵活独立性原则:评价指标间的相关性应降低,避免相互影响;同时评价指标体系应遵守理论联系实际的原则,以便能根据自身特点并联系实际情况,灵活运用;
④ 稳定可比性原则:选取的评价指标应考虑现状及前景,尽量把定性指标量化,使其具有一定的稳定可比性。
(2)物理性能评价指标的选定
建筑材料应用于结构物时,首要的是其具有满足需要的力学性能,而材料物理性能的改变会间接引起力学性能的变化,但并不是所有物理性能指标的改变都能对力学性能造成影响。因此,本文仅选取部分物理性能指标加以考虑。对此类性能指标的详细描述如下:
① 密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量。密度作为表征材料在自然状态下单位体积的质量,是所有材料都具备的基本物理性能;建筑材料的密度越大,其自重越大,表明其用于建筑物后会增加建筑物的不可变重量,相应的设计强度则要提高,这将使得造价提高。
② 孔隙率反映材料本身的分子结构,其对材料性质的影响范围广,特别是对于砖、混凝土等多孔材料,若孔隙增多,则:材料的强度、刚度随材料受力面积的减小而降低;同时,对材料的渗透性、抗冻性也存在直接影响,其影响的好坏则取决于材料孔隙的大小和形态。
(3)力学性能评价指标的选定
力学性能指标则有材料的强度,变形和疲劳等特性。
第一,建筑材料用于建造建筑物时最重要的力学性能为强度,即是优质适用的建筑材料必须具备足以安全承受设计重量的强度。建筑材料的强度会随其孔隙率及构造特征的变化而变化,一般情况下,两者的关系呈现近似直线的反比例关系。同时,不同材料其拉压弯扭四种强度特性的表现是不同的,木材抗压强度比抗拉强度低;混凝土的抗压强度则远远高于抗拉强度。可见,对于建筑材料来说,抗压、抗拉及抗弯强度是必备性质。
第二,材料的变形特征表现为弹性变形和塑形变形两种,通常用弹性模量E的大小表示材料在外力作用下的变形能力。不同的材料在受力情况下,表现出的变形特性是不同的,有些材料在受力后,随着受力的大小,先表现为弹性变形,再为塑性变形,如钢材;还有材料受力后,同时发生弹性和塑性变形,如混凝土。
第三,韧性和脆性材料的区别在于材料在受力状态下,且力的大小达到一定限度时,是否会发生破坏。脆性材料在受到一定限度的力作用后,会发生突然破坏,如天然石材、普通混凝土等;其特点表现为抗拉、抗弯、扭强度低但抗压强度却很高。相反,韧性材料则是在力的作用下,材料发生一定变形但不足以破坏,如钢材、木材等;其特点表现为抗拉、弯扭强度比抗压强度高。
材料的变形特性和疲劳特性均没有完全理想状态的绝对归属分类,同种材料受力情况不同时,其弹性与塑性变形特性和脆性与韧性疲劳特性是变化的,并最终影响材料的强度特性。故而,可仅选取材料的强度指标体现其力学性能进行评价。
(4)耐久性
耐久性包含许多不同类型的的指标。
第一,干湿变化作用:长期处于饱和水下环境的材料必须具有能持续一定时间内不软化的耐水性;材料在压力水作用下必须具有能抵抗水渗透的性能,称为抗渗性;可见,耐水性、抗渗性可作为检查材料防水效果的重要指标。
第二,温度变化作用:在冬季气温偏低的环境中,必须能承受反复冻融的循环作用,即具有抗冻性,尤其是混凝土、砖、石材等材料;长期在高温场合下受热的材料,必须具有耐热性。
第三,有机材料暴露在自然环境下,不会变脆或者开裂的特性称为抗老化能力,如沥青;另外,材料用于结构物必须有一定的耐火性,抵抗火灾隐患。
参考文献