高中生物中生命科學(xué)前沿問題的發(fā)展現(xiàn)狀及其

在教學(xué)中的滲透

IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】

高中生物中生命科學(xué)前沿問題的發(fā)展現(xiàn)狀及其在教學(xué)中的滲透

【摘要】隨著新一輪的基礎(chǔ)教育課程改革正在越來越廣泛的范圍開展，給傳統(tǒng)的中國(guó)基礎(chǔ)教育帶來了前所未有的沖擊，同時(shí)在教學(xué)內(nèi)容上也有了較大的突破，新課改的理念之一就是“注意學(xué)科滲透，關(guān)心科技發(fā)展” ，內(nèi)容上也適當(dāng)加大了前沿生物知識(shí)的比重，比如人類基因組計(jì)劃、干細(xì)胞技術(shù)、基因工程及基因治療等內(nèi)容。本文就這些生命科學(xué)前沿問題的發(fā)展現(xiàn)狀，以及如何讓生命科學(xué)前沿知識(shí)更好的服務(wù)高中生物教學(xué)做簡(jiǎn)單的研究。

【關(guān)鍵詞】高中生物、生命科學(xué)前沿問題、教學(xué)方法 1、高中生物中生命科學(xué)前沿問題的發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)人類基因組研究現(xiàn)狀

我國(guó)的科學(xué)家從九十年代初就展開了我國(guó)自己的基因組研究計(jì)劃，同時(shí)也積極參與國(guó)際人類基因組計(jì)劃的研究工作。1992年我國(guó)就開展了水稻基因組的測(cè)序工作；而我國(guó)1994年提出并開始實(shí)施的“中華民族基因組中若干點(diǎn)位基因結(jié)構(gòu)的研究”項(xiàng)目，則正式將人類基因組計(jì)劃納入國(guó)家重點(diǎn)研究項(xiàng)目；同時(shí)在國(guó)家863計(jì)劃中也做了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和安排，國(guó)家863計(jì)劃在“九五”以重大疾病基因分離克隆及結(jié)構(gòu)功能研究為目標(biāo)正式立項(xiàng)，給予了較大的支持，在1997年列為重大項(xiàng)目后，支持的力度大大加強(qiáng)。為了合理配置和利用有限的資金和設(shè)備資源，1998年初在上海成立了以陳竺院士為核心的國(guó)家人類基因組南方研究中心，之后又在北京成立了中科院人類基因組研究中心和國(guó)家人類基因組北方研究中心。我國(guó)人類基因組研究工作正在緊張有序地進(jìn)行著。 幾年來，我國(guó)科學(xué)家經(jīng)過努力拼搏，取得了一定的成績(jī)，首先是建立了腫瘤、心血管疾病、神經(jīng)、免疫、遺傳性疾病的家系和疾病現(xiàn)場(chǎng)遺傳材料的收集網(wǎng)絡(luò)，取得了大量

的樣品。其中高血壓家系200個(gè)，病例樣品840個(gè)，糖尿病家系88個(gè)，病例樣品逾700個(gè)。在江蘇肝癌現(xiàn)場(chǎng)、河南山西食管癌現(xiàn)場(chǎng)、廣東廣西鼻咽癌現(xiàn)場(chǎng)、山東胃癌現(xiàn)場(chǎng)大面積病人群及對(duì)照低發(fā)人群的樣品收集已成網(wǎng)絡(luò)，神經(jīng)遺傳性疾病的樣品和家系的收集也取得的很大的成績(jī)。完成了南北方兩個(gè)漢族人群和西南、東北12個(gè)少數(shù)民族的DNA樣本的收集整理工作，建立了733個(gè)永生細(xì)胞株，為我國(guó)多民族基因組的研究保存了寶貴的資源材料。

其次，建立了較完整的基因組研究技術(shù)體系。包括作圖(工具酶研制、DNA文庫篩選和構(gòu)建、順序標(biāo)簽位點(diǎn)制作)，測(cè)序(較大規(guī)模的cDNA片段和基因DNA的測(cè)序)，定位(熒光原位雜交和輻射雜種細(xì)胞)，基因識(shí)別(差異顯示、cDNA選擇和外顯子捕捉)，基因組掃描和染色體顯微切割等技術(shù)。引進(jìn)了人的基因酵母人工染色體(YAC)、細(xì)菌人工染色體(BAC)庫，構(gòu)建了一批有特色，十分有用的正常人群、胎兒、患病人群的各種組織(肝臟、心臟、造血等組織)的cDNA文庫，為篩選新基因打下了基礎(chǔ)。

再次，疾病基因和功能基因研究獲得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。目前已經(jīng)完成全長(zhǎng)cDNA及基因組DNA克隆、測(cè)序的新基因達(dá)20多個(gè)。其中包括兩個(gè)肝癌相關(guān)基因、一個(gè)白血病的致病基因、三個(gè)造血系統(tǒng)基因、兩個(gè)消化系統(tǒng)腫瘤相關(guān)基因、兩個(gè)神經(jīng)疾病相關(guān)基因、兩個(gè)心血管病相關(guān)基因和四個(gè)細(xì)胞因子及信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)分子基因；還有β株蛋白基因、血管緊張轉(zhuǎn)換酶基因、脂蛋白酶基因和載脂蛋白基因等。 干細(xì)胞技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

干細(xì)胞技術(shù)是生物技術(shù)領(lǐng)域最具有發(fā)展前景和后勁的前沿技術(shù)，其已成為世界高新技術(shù)的新亮點(diǎn)，勢(shì)將導(dǎo)致一場(chǎng)醫(yī)學(xué)和生物學(xué)。干細(xì)胞技術(shù)最顯著的特征就是能再造一種全新的、正常的甚至更年輕的細(xì)胞、組織或器官。由此人們可以用自身或他人的干細(xì)胞和干細(xì)胞衍生組織、器官替代病變或衰老的組織、器官，并可以廣泛涉及

用于治療傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)方法難以醫(yī)治的多種頑癥，諸如白血病、早老性癡呆、帕金森氏病、糖尿病、中風(fēng)和脊柱損傷等一系列目前尚不能治愈的疾病。從理論上說，應(yīng)用干細(xì)胞技術(shù)能治療各種疾病，且其較很多傳統(tǒng)治療方法具有無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。事實(shí)上，“干細(xì)胞”的概念不僅僅局限于“造血干細(xì)胞”，同樣，它的用途也不僅僅局限于治療白血病，“干細(xì)胞”研究是在當(dāng)今醫(yī)學(xué)界十分熱門及具有遠(yuǎn)大發(fā)展前景的前沿領(lǐng)域。

近幾年世界各國(guó)科學(xué)家對(duì)于干細(xì)胞的臨床應(yīng)用研究已經(jīng)取得很大的進(jìn)展。目前大量實(shí)驗(yàn)研究已證明，干細(xì)胞可用來治療心臟病、老年癡呆、帕金森氏綜合癥、中風(fēng)、糖尿病等疾病。現(xiàn)舉例如下：

瑞典神經(jīng)學(xué)家Biorklund 及其同事應(yīng)用從流產(chǎn)胎兒腦中分離的神經(jīng)干細(xì)胞，移植入患者的腦中來治療帕金森氏綜合癥。經(jīng)術(shù)后對(duì)病人進(jìn)行跟蹤研究，發(fā)現(xiàn)移植的神經(jīng)元仍然存活，并繼續(xù)產(chǎn)一多巴胺，而且口才的癥狀得到明顯改善。

美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)教授Ramiya 及其同事從尚未發(fā)病的糖尿病小鼠的胰島導(dǎo)管中分離出胰島干細(xì)胞，并在體外誘導(dǎo)這些細(xì)胞分化成為產(chǎn)生胰島素的β細(xì)胞。移植實(shí)驗(yàn)表明，接受移植的糖尿病鼠血糖嘗試控制良好，而對(duì)照的小鼠死于糖尿病。 基因治療發(fā)展現(xiàn)狀

基因治療可以分為兩類，生殖細(xì)胞基因治療和體細(xì)胞基因治療。前者關(guān)系到倫理問題后者較易進(jìn)行，所以基因治療主要從體細(xì)胞基因著手。目前基因轉(zhuǎn)移的方法分為生物學(xué)方法、物理方法和化學(xué)方法。廣義的基因治療是指利用基因藥物治療，而通常說的狹義的基因治療是指用完整的基因進(jìn)行基因替代治療，一般用DNA序列，主要的治療途徑是體外基因治療，即在體外用基因轉(zhuǎn)染病人靶細(xì)胞，然后將經(jīng)轉(zhuǎn)染的靶細(xì)胞輸入病人體內(nèi)，最終給予病人的療效物質(zhì)是基因修飾的細(xì)胞，而不是基因藥物。除間

接體內(nèi)法外，還可以用基因藥物進(jìn)行直接體內(nèi)途徑治療，這些基因藥物可以是完整基因，也可以是基因片段；可以是替代治療，也可以是抑制性治療。

基因治療可分為生殖細(xì)胞基因治療和體細(xì)胞基因治療兩種類型。生殖細(xì)胞基因治療，是在患者的生殖細(xì)胞中進(jìn)行操作，使其后代從此再也不會(huì)得這種遺傳疾病。但實(shí)際上，目前的技術(shù)水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到理論水平，難以解決關(guān)鍵的基因打靶問題，加之主動(dòng)接受治療的志愿患者甚少，還不能進(jìn)入臨床試驗(yàn)。體細(xì)胞基因治療,是當(dāng)前基因治療研究的主流。目前基因治療的安全性是比較可靠的，其安全性遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)治療法，因?yàn)榛蛑委焼噬睦雍苌僖姟Ｃ绹?guó)已經(jīng)對(duì)基因治療的安全問題發(fā)出聲明，鼓勵(lì)人們多嘗試這種新形式的治療方法。但是我們不排除治療過程中的一些隱患問題。對(duì)此我們應(yīng)該提高基因定位的準(zhǔn)確性和轉(zhuǎn)移載體的穩(wěn)定性，在技術(shù)水平上提高安全性。此外，尋找更安全的載體和導(dǎo)入方法，也可以減少安全性的隱患。 基因工程發(fā)展現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域是目前轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域之一。農(nóng)作物生物技術(shù)的目的是提高作物產(chǎn)量，改善品質(zhì)，增強(qiáng)作物抗逆性、抗病蟲害的能力。基因工程在這些領(lǐng)域已取得了令人矚目的成就。

由于植物病毒分子生物學(xué)的發(fā)展，植物抗病基因工程也也已全面展開。自從發(fā)現(xiàn)煙草花葉病毒(TMV)的外殼蛋白基因?qū)霟煵葜?，在轉(zhuǎn)基因植株上明顯延遲發(fā)病時(shí)間或減輕病害的癥狀，通過導(dǎo)入植物病毒外殼蛋白來提高植物抗病毒的能力，已用多種植物病毒進(jìn)行了試驗(yàn)。在利用基因工程手段增強(qiáng)植物對(duì)細(xì)菌和真菌病的抗性方面，也已取得很大進(jìn)展。植物對(duì)逆境的抗性一直是植物生物學(xué)家關(guān)心的問題。由于植物生理學(xué)家、遺傳學(xué)家和分子生物學(xué)家協(xié)同作戰(zhàn)，耐澇、耐鹽堿、耐旱和耐冷的轉(zhuǎn)基因作物新品種(系)也已獲得成功。植物的抗寒性對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育尤為重要?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)極地的魚

體內(nèi)有一些特殊蛋白可以抑晶的增長(zhǎng)，從而免受低溫的凍害并正常地生活在寒冷的極地中。將這種抗凍蛋白基因從魚基因組中分離出來，導(dǎo)入植物體可獲得轉(zhuǎn)基因植物，目前這種基因已被轉(zhuǎn)入番茄和黃瓜中。

隨著生活水平的提高，人們?cè)絹碓疥P(guān)注口味、口感、營(yíng)養(yǎng)成分、欣賞價(jià)值等品質(zhì)性狀。實(shí)踐證明，利用基因工程可以有效地改善植物的品質(zhì)，而且越來越多的基因工程植物進(jìn)入了商品化生產(chǎn)領(lǐng)域，近幾年利用基因工程改良作物品質(zhì)也取得了不少進(jìn)展，如美國(guó)國(guó)際植物研究所的科學(xué)家們從大豆中獲取蛋白質(zhì)合成基因，成功地導(dǎo)入到馬鈴薯中，培育出高蛋白馬鈴薯品種，其蛋白質(zhì)含量接近大豆，大大提高了營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，得到了農(nóng)場(chǎng)主及消費(fèi)者的普遍歡迎。在花色、花香、花姿等性狀的改良上也作了大量的研究。

目前，以基因工程藥物為主導(dǎo)的基因工程應(yīng)用產(chǎn)業(yè)已成為全球發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)之一，發(fā)展前景非常廣闊?；蚬こ趟幬镏饕?xì)胞因子、抗體、疫苗、激素和寡核甘酸藥物等。它們對(duì)預(yù)防人類的腫瘤、心血管疾病、遺傳病、糖尿病、包括艾滋病在內(nèi)的各種傳染病、類風(fēng)濕疾病等有重要作用。在很多領(lǐng)域特別是疑難病癥上，基因工程工程藥物起到了傳統(tǒng)化學(xué)藥物難以達(dá)到的作用。我們最為熟悉的干擾素(IFN)就是一類利用基因工程技術(shù)研制成的多功能細(xì)胞因子，在臨床上已用于治療白血病、乙肝、丙肝、多發(fā)性硬化癥和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等多種疾病。

目前，應(yīng)用基因工程研制的艾滋病疫苗已完成中試，并進(jìn)入臨床驗(yàn)證階段；專門用于治療腫瘤的“腫瘤基因?qū)棥币矊⒃诓痪猛瓿裳兄疲捎心康牡貙ふ也⑺滥[瘤，將使癌癥的治愈成為可能。由中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)三國(guó)科學(xué)家及中外六家研究機(jī)構(gòu)參與研制的專門用于治療乙肝、慢遷肝、慢活肝、丙肝、肝硬化的體細(xì)胞基因生物注射劑，最終解決了從剪切、分離到吞食肝細(xì)胞內(nèi)肝炎病毒，修復(fù)、促進(jìn)肝細(xì)胞再生的

全過程。經(jīng)4年臨床試驗(yàn)已在全國(guó)面向肝炎患者。此項(xiàng)基因?qū)W研究成果在國(guó)際治肝領(lǐng)域中，是繼干擾素等藥物之后的一項(xiàng)具有性轉(zhuǎn)變的重大醫(yī)學(xué)成果。

工業(yè)發(fā)展以及其它人為因素造成的環(huán)境污染已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了自然界微生物的凈化能力，已成為人們十分關(guān)注的問題?；蚬こ碳夹g(shù)可提高微生物凈化環(huán)境的能力。美國(guó)利用DNA重組技術(shù)把降解芳烴、萜烴、多環(huán)芳烴、脂肪烴的4種菌體基因鏈接，轉(zhuǎn)移到某一菌體中構(gòu)建出可同時(shí)降解4種有機(jī)物的“超級(jí)細(xì)菌”，用之清除石油污染，在數(shù)小時(shí)內(nèi)可將水上浮油中的2/3烴類降解完，而天然菌株需1年之久。也有人把Bt蛋白基因、球形芽孢桿菌、且表達(dá)成功。它能釘死蚊蟲與害蟲，而對(duì)人畜無害，不污染環(huán)境。現(xiàn)已開發(fā)出的基因工程菌有凈化農(nóng)藥的DDT的細(xì)菌、降解水中的染料、環(huán)境中有機(jī)氯苯類和氯酚類、多氯聯(lián)苯的工程菌、降解土壤中的TNT炸藥的工程菌及用于吸附無機(jī)有毒化合物(鉛、汞、鎘等)的基因工程菌及植物等。90年代后期問世的DNA改組技術(shù)可以創(chuàng)新基因，并賦予表達(dá)產(chǎn)物以新的功能，創(chuàng)造出全新的微生物，如可將降解某一污染物的不同細(xì)菌的基因通過PCR技術(shù)全部克隆出來，再利用基因重組技術(shù)在體外加工重組，最后導(dǎo)入合適的載體，就有可能產(chǎn)生一種或幾種具有非凡降解能力的超級(jí)菌株，從而大大地提高降解效率。 2、生命科學(xué)前沿問題在高中生物課堂中的滲透 充分利用多媒體手段在課堂上滲透

多媒體具有直觀形象、聲像并茂的特點(diǎn)，它能化繁為簡(jiǎn)、化靜為動(dòng)，化抽象為直觀，很多復(fù)雜的前沿知識(shí)學(xué)生能更好、更快地接受。比如PCR技術(shù)中DNA復(fù)制的過程不好理解，通過Flash展示，學(xué)生接受起來就非常容易。另外，多媒體容量大，可以節(jié)省緊張的高中生物課堂教學(xué)時(shí)間。

課外搜集資料，課堂上討論交流 前沿知識(shí)的學(xué)習(xí)不可能全在課堂上完成，可以讓學(xué)生在課后利用圖書館或網(wǎng)絡(luò)等渠道搜集資料，也可以由老師提供材料，拿到課堂上討論，集思廣益、激發(fā)“頭腦風(fēng)暴”，更好地理解生物科學(xué)前沿知識(shí)，并培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力、思維發(fā)散能力。 結(jié)合習(xí)題滲透

很多高考題、模擬題都是以生物科學(xué)前沿知識(shí)為背景命題的，老師在評(píng)講習(xí)題時(shí)帶領(lǐng)學(xué)生了解這些知識(shí)，以擴(kuò)大他們的知識(shí)面。 通過展示欄展示

可以充分利用教室或校園內(nèi)的展示欄，把新出現(xiàn)的生物科學(xué)前沿知識(shí)或熱點(diǎn)展示出來，讓學(xué)生及時(shí)了解科技發(fā)展的新動(dòng)向，培養(yǎng)學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和研究熱情。例如2012年網(wǎng)上討論比較熱烈的“黃金大米”，通過我們及時(shí)地展示，學(xué)生不僅更深入地理解了基因工程的內(nèi)容，還引發(fā)他們對(duì)轉(zhuǎn)基因生物安全性的討論，更好地促進(jìn)了教材內(nèi)容的學(xué)習(xí)。 結(jié)合科普講座滲透

在學(xué)校開設(shè)的活動(dòng)課中可以增加一些科普知識(shí)講座，相對(duì)其他方式而言，講座更深入、更具體、更系統(tǒng)，有利于學(xué)生形成完整的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，從較高層次理解和把握生物科學(xué)前沿知識(shí)的研究方法和內(nèi)容，更有利于學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)。

充分發(fā)揮生物興趣小組的作用 建立生物興趣小組，在老師適當(dāng)?shù)亟M織和指導(dǎo)下，學(xué)生可以通過報(bào)紙、雜志、電視節(jié)目、網(wǎng)絡(luò)等途徑獲取資料學(xué)習(xí)和研究，在課外完成生物科學(xué)前沿知識(shí)的學(xué)習(xí)。通過他們的作品展示、交流匯報(bào)，培養(yǎng)他們的自學(xué)能力、探究能力、合作能力、表達(dá)能力。另外，通過他們對(duì)其他同學(xué)的宣傳和影響，使更多的學(xué)生熱愛生物、關(guān)注生物科學(xué)前沿知識(shí)的發(fā)展，培養(yǎng)高中學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)。

【參考文獻(xiàn)】 [1]吳本連.化學(xué)前沿知識(shí)教育功能例談[J].山東教育，2001（11）. [2]鄭丑生，唐利強(qiáng). 新課程背景下的中學(xué)物理前沿問題教學(xué)探討[J].當(dāng)代教育理論與實(shí)踐，2011（1）. [3]黃敏. 高中物理教學(xué)中現(xiàn)代技術(shù)知識(shí)的滲透研究[D]. 西北師范大學(xué)教育碩士學(xué)位論文，2006.

[4]李寶健主編.面向21世紀(jì)生命科學(xué)發(fā)展前沿[M].廣州:廣東科技出版社,1996:15-39,329-344

[5]董光璧.21世紀(jì)初科學(xué)發(fā)展趨勢(shì)[M].北京:科學(xué)出版社,1996:6-17,9-100,290-297