多细胞生物的特点范文
发布时间：2024-01-25 14:56:28
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篇1
中图分类号：TB34 文献标志码：A
文章编号：0367-6358（2015）04-0246-05
随着纳米研究领域科研工作的发展，纳米材料的合成方法不断地推陈出新。其合成方法包括沉淀法、溶胶凝胶法、离子交换法等在内的化学方法和包括球磨法、溅射法、超重力法等在内的物理方法。但是这些传统方法都普遍面临着污染环境，能耗高等问题。纳米材料的生物合成是结合了纳米技术和生物技术的绿色合成方法。纳米材料的生物合成相比较传统的物理及化学等方法在原料的选取、反应条件的调控及后期处理等方面更加环保健康。将纳米技术与不同的生物相结合制备出不同形貌及性能的纳米材料，显示出了更广阔的发展空间。有些生物本身就有着微妙的形貌特征，以其为模板可以制备出有特定生物形貌的纳米材料，省去了传统模板法中模板的制备。而生物体的一些组成成分或其提取物中存在着一些活性成分对于某些反应来说是很好的还原剂和稳定剂，减少了有毒化学药品的使用。本文将依据单细胞及多细胞的不同生物体模板、生物体组成成分及从中提取的不同活性成分和病毒等参与反应的不同物质，对将近几年国内外的相关研究成果进行分类，系统地综述纳米材料生物合成的研究进展。
1以生物体为模板制备纳米材料
绿色化学要求科研工作者能够寻找到无污染、低毒、低能耗、绿色健康的反应前驱体或者是反应条件。生物体表面的氨基和羧基基团及特定形貌使其成为天然的还原成分和现成模板，以此为模板制备纳米材料与传统制备纳米材料的方法相比更加符合绿色化学的要求。
1.1以单细胞生物体为模板制备纳米材料
细胞是生物体结构和功能的基本单位，而细胞表面的细胞膜是由磷脂双分子层和镶嵌其中的蛋白质等构成的。不同的细胞有着独特精制的外形结构和功能化的表面，以单细胞为模板可以合成不同生物细胞形貌的纳米结构。
1.1.1以原核细胞为模板制备纳米材料
细菌和放线菌被广泛应用于金属纳米颗粒的合成，其中一个原因就是它们相对易于操作。最早着手研究的Jha等用乳酸杆菌引导在室温下合成了尺寸为8～35 nm的TiO2纳米粒子，并提出了与反应相关的机理。随着纳米材料的生物合成的逐渐发展，现在已成功合成了以不同菌为模板的不同形貌的纳米材料。Klaus等在假单胞菌（Pseudomonasstutzeri）的细胞不同结合位点处制备并发现了三角形，六边形和类球形的Ag纳米粒子，其粒径达200nm。Ahmad等从一种昆虫体内提取了比基尼链霉菌（Streptom yces bikiniensis），并以此制备出3～70 nm的球形Ag纳米颗粒。Nomura等以大肠杆菌为模板成功制备出平均孔径为2.5 nm的杆状中空SiO2，其比表面积达68.4 m2/g。
1.1.2以真核细胞为模板制备纳米材料
真核细胞相比较原核细胞种类更为广泛，培养更为方便，所以以此为模板的生物合成的研究更多。最简单的单细胞真核生物小球藻可以富集各种重金属，例如铀、铜、镍等。Fayaz等以真菌木霉菌（Trichodermaviride）为模板在27℃下合成了粒径为5～40 nm的Ag纳米粒子，并且发现青霉素，卡那霉素和红霉素等的抗菌性在加入该Ag纳米粒子后明显提高。Lin等发现HAuCl4中金离子在毕赤酵母（Pichiapastoris）表面先发生了生物吸附然后进行生物还原，从而得到Au纳米粒子。研究发现金离子被酵母菌表面的氨基、羟基和其它官能团首先还原成一价金离子，并进一步被还原成Au纳米颗粒。Mishra等以高里假丝酵母（Candidaguilliermondii）为模板合成了面心立方结构的Au和Ag纳米粒子，两种纳米粒子对金黄色葡萄球菌有很高的抗菌性，但所做的对比试验表明化学方法合成的两种粒子对致病菌均不具有抗菌性。Zhang等则以酵母菌为模板合成了形貌均-Co3O4修饰的ZnO中空结构微球。尖孢镰刀菌（Fusariu-moxysporum）可以在其自身表面将米糠的无定型硅生物转化成结晶SiO2，形成2～6 nm的准球形结构。
1.2以多细胞生物体为模板制备纳米材料
虽然以单细胞为模板制备的纳米粒子的单分散性较好，但是要涉及到生物体复杂的培养过程及后续处理，而以多细胞生物体为模板的制备方法就显得更加方便简捷。
1.2.1以多细胞植物体为模板制备纳米材料
地球上的植物种类很多，以其为模板的纳米材料的生物合成也就多种多样。多数情况下是将植物体培养在含有金属离子的溶液中，然后将植物体除去便可得到复制了植物体微结构的纳米材料。Rostami等将油菜和苜蓿的种子培养在含有Au3+的溶液中，将金离子变成纳米Au粒子，其大小分别是20～128 nm和8～48 nm。Dwivedi等以藜草（Chenopodium album）为模板分别制备出平均粒径为12 nm和10 nm的Ag和Au纳米晶体，并认为藜草中天然的草酸对于生物还原起着重要作用。Cyganiuk等以蒿柳（Salix viminalis）和金属盐为原料制备出碳基混合材料LaMnO3将蒿柳培植在含有金属盐的溶液中，金属盐离子顺着植物组织进行传输，进而渗透其中。然后将木质素丰富的植物体部位在600～8000℃范围进行煅烧碳化，得到的产物对正丁醇转化成4-庚酮有很好的催化效果。黄保军等以定性滤纸通过浸渍和煅烧等一系列过程仿生合成了微纳米结构的Fe2O3，并且对其形成机理进行了初步探讨。Cai等以发芽的大豆为模板，制备出室温下便有超顺磁性的Fe3O4纳米粒子，其平均粒径仅为8 nm。王盟盟等以山茶花花瓣为模板通过浸渍煅烧制备出 CeO2分层介孔纳米片，并且在可见光波段有很好的催化活性。
1.2.2以多细胞动物体为模板制备纳米材料
以多细胞动物体为模板的纳米材料的制备比较少，其中以Anshup等的研究较为突出。他们分别试验了人体的癌变宫颈上皮细胞、神经细胞和未癌变正常的人类胚胎肾细胞。这些人体细胞在模拟人体环境的试管中进行培养，培养液中含有1mmol/L的HAuCl4最终得到20～100 nm的Au纳米颗粒。细胞核和细胞质中都有Au纳米粒子沉积，并且发现细胞核周围的Au粒子粒径比细胞质中的小。
2以生物体提取物或组成成分中的有效成分制备纳米材料
生物体中含有很多还原稳定性成分。如果将这些成分提取出来，就可以脱离生物体原有形貌的束缚，得到绿色无污染的生物还原剂，进而以其制备纳米材料。很多糖类，维生素，纤维素等生物组成成分也被证实有很好的生物还原稳定作用，这就使得纳米材料的绿色生物合成更加方便快捷。
2.1以微生物提取物为有效成分制备纳米材料
以微生物的提取物为活性成分制备的纳米材料多数是纳米Ag和纳米Au，而且这两种粒子具有杀菌的效果。而以微生物提取物制备的纳米材料粒径更小，并且普遍也比一般化学方法合成的粒子有更好的杀菌效果。Gholami-Shabani等从尖孢镰刀菌（Fusariumozysporum）中提取了硝酸盐还原酶，并用其还原得到平均粒径为50nm的球形纳米Ag颗粒，并且对人类的病原菌和细菌有很好的抗菌效果。Wei等和Velmurugan等分别用酵母菌和枯草杆菌提取液成功合成了不同粒径及形貌的纳米Ag颗粒。提取物中的还原性酶是促进反应进行的重要成分。Inbakandan等将海洋生物海绵中提取物与HAuCl4反应制备得到粒径为7～20nm的纳米Au颗粒，主要得益于其中的水溶性有机还原性物质。Song等则从嗜热古菌（hyperther-mophilicarchaeon）中提取出高耐热型腾冲硫化纺锤形病毒1（Sulfolobustengchongensis spindle-shaped virus 1）的病毒蛋白质外壳。并且发现实验条件下在没有遗传物质时其蛋白质外壳仍可自组装成轮状纳米结构。与TiO2纳米粒子呈现出很好的亲和能力，在纳米材料的生物合成中将有广阔的应用前景。
2.2以植物提取物为有效成分制备纳米材料
生物提取物制备纳米材料的研究最多的是针对植物提取物的利用，因为地球上植物种类众多，为纳米材料的生物合成提供了众多可能性。Ahmed等以海莲子植物（Salicorniabrachiata）提取液还原制得Au纳米颗粒，其粒径为22～35nm。制备出的样品对致病菌有很大的抗菌性，而且能催化硼氢化钠还原4-硝基苯酚为4-氨基苯酚，也可催化亚甲基蓝转化成无色亚甲蓝。Velmurugan等和Kulkarni分别用腰果果壳提取液和甘蔗汁成功制备出纳米Ag和纳米Ag/AgCl复合颗粒，其均有很好的杀菌效果。Sivaraj等用一种药用植物叶子（Tabernaemontana）的提取液制备了对尿路病原体大肠杆菌有抑制作用的球形CuO纳米颗粒，其平均粒径为48 nm。
2.3以生物组成成分为有效成分制备纳米材料
碳水化合物是生物体中最丰富的有机化合物，分为单糖、淀粉、纤维素等。其独特的结构和成分可以用来合成各种结构的纳米材料。Panacek等，测试了两种单糖（葡萄糖和半乳糖）和两种二糖（麦芽糖和乳糖）对[Ag（NH3）2]+的还原效果，其中由麦芽糖还原制备的纳米Ag颗粒的平均粒径为25nm，并且对包括耐各种抗生素的金黄葡萄球菌在内的革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌有很好的抑制作用。Gao等和Abdel Halim等分别用淀粉和纤维素还原硝酸银制得了不同粒径的Ag纳米粒子，对一些菌体同样有很好的抗菌性。
维生素是人体不可缺少的成分，在人类机体的新陈代谢过程中发挥着重要作用，是很好的稳定剂和还原剂。Hui等用维生素C还原制备了Ag纳米颗粒修饰的氧化石墨烯复合材料，将加有维生素C的AgNO3和氧化石墨烯溶液进行超声反应，得到的Ag纳米颗粒平均粒径为15nm，并附着在氧化石墨烯纳米片表面。Nadagouda等用维生素B2为还原活性成分室温下合成了不同形貌（纳米球、纳米线、纳米棒）的纳米Pd。并且发现在不同的溶剂中制备的纳米材料的形貌和大小不同。
3以病毒为模板制备纳米材料
篇2
3、系统具体内容以及各种系统的作用；
4、显微镜的具体组以及操作方式；
5、鉴定食物中含有淀粉、糖类、脂肪的主要方法及其操作步骤；
6、消化功能的含义以及具体功效；
7、人体的基本组织；
8、单细胞与多细胞的形态特征以及生命活动特点；
篇3
中图分类号：R-332文献标识码：A文章编号：1673-2197（2009）02-0021-03
动物细胞培养技术是当今生物工程领域中的前沿研究课题之一，无论是在基础研究还是生产实践方面都得到生物技术界的重视。随着哺乳动物细胞培养规模的扩大和生物药物需求的增长，基于细胞及产品特性的无血清培养基的研制已成为细胞工程领域的重要课题。无血清细胞培养技术的研究日益得到人们的重视。近年来，有关无血清培养基的研制和开发得到了迅速发展，推动了基因工程产品及产业的发展。
1 无血清培养基的优势特点及分类
细胞培养基是细胞体外培养的最重要因素。无血清培养基是继天然培养基、合成培养基之后的第三类培养基。与传统的培养基相比，无血清培养基是一种不含有动物血清或其他生物提取液，但仍可以维持细胞在体外较长时间生长、繁殖的一种培养基。无血清培养基由于其组成成分相对清楚，制备过程简单，在现代生物技术学领域得到广泛应用。无血清培养技术也是阐明细胞生长、增殖、分化及基因表达调控的基础研究问题的有力工具。
常规细胞培养基的制备方法是在基础培养基中添加相应量的血清或组织提取物，其中最常用于培养基的血清是一种组分很不明确的混合物。所以常规血清细胞培养基存在以下缺点：
（1）血清来自于动物体，其对细胞在体外培养时的主要作用是提供生长因子、激素、结合蛋白，并提供保护作用，但同时也有细胞生长抑制因子和毒性因子，所以存在潜在毒性。
（2）由于动物血清提取的局限，使其应用于培养基的价格格外昂贵。
（3）动物血清提取的局限，也给细胞培养的标准化带来困难，同时也存在细胞培养表达产品分离纯化难的问题，具有潜在的细胞毒性作用，给规模化培养细胞增加了难度［1］。
由于上述常规血清细胞培养基存在的诸多问题，促使我们改进培养方法，用无血清细胞培养基来替代。细胞工程中无血清培养技术的应用，在很大程度上可以避免含血清培养所带来的不利。无血清培养基具有以下明显的优缺点：
无血清培养基的优点:
（1）可避免血清批次间的质量变动，提高细胞培养和实验结果的重复性。
（2）避免血清对细胞的毒性作用和血清源性污染。
（3）避免血清组分对实验研究的影响。
（4）有利于体外培养细胞的分化。
（5）可提高产品的表达水平并使细胞产品易于纯化。
缺点：
（1）细胞在无血清培养基中易受某些机械因素和化学因素的影响，培养基的保存和应用不如传统的合成培养基方便。
（2）成本较高。
（3）针对性很强，一种无血清培养基仅适合某一类细胞的培养。
发展无血清培养基，除了开发化学合成培养基外，也可以寻找适当的具有类似于血清功能的生物分子来替代血清。目前，无血清培养基的研究有两个方向：一是培养基中不含有任何动物来源的添加组分；二是培养基中不含有不明确的添加组分。依次可以将当前应用较多的无血清培养基归纳为以下4种：
（1）无血清培养基。此为一般意义上的无血清培养基，是由各类可替代血清功能的生物材料配制成的细胞培养基，如牛血清白蛋白（BSA）、转铁蛋白、胰岛素等生物大分子物质，以及从血清中提取的去除蛋白质的混合脂类以及水解蛋白等。其特点是培养基中的蛋白含量较高，添加物质的化学成分不明确，其中含有大量的动物来源蛋白［2］。
（2）无动物来源培养基。许多商业公司开发的无动物来源培养基是基于生产重组药物的安全考虑，培养基中的添加组分无动物来源，需要的蛋白来源于重组蛋白或者蛋白水解物，这些组分可以保障细胞生长及增殖的需要。
（3）无动物蛋白培养基。培养基完全不用动物来源的蛋白，但仍有部分添加物是来源于植物蛋白的水解片段或合成多肽片段等其他衍生物。此类培养基组分相对稳定，但必须添加类固醇激素和脂类前体，并且对培养的细胞是高度特异性的［3］。
（4）化学组分限定培养基［4，5］。此类培养基是目前最安全、最为理想的培养基，首先可以保证培养基批次间的一致性，其中所添加的少量动物来源的蛋白水解物、蛋白都是成分明确的组份。其特点是培养基的性质明确，有利于进行细胞培养的代谢研究，同时分离纯化也比较方便。
2 无血清培养基的实验研究
无血清培养基是不需要添加血清就可以维持细胞在体外较长时间生长繁殖的合成培养基。但是它们可能包含个别蛋白或大量蛋白组分。虽然基础培养基加少量血清所配制的完全培养基可以满足大部分细胞培养的要求，但对有些实验却不适合，如观察一种生长因子对某种细胞的作用，这时需要排除其他生长因子的干扰作用，而血清中可能含有各种生长因子；又如需要测定某种细胞在培养过程中分泌某种物质（抗体、生长因子）的能力；或者要大规模的培养某种细胞，以获得它们的分泌产物。
2.1 无血清培养基的基本配方
基本成分为基础培养基及添加组分两大部分。用于生物制药和疫苗生产的细胞在体外培养时，多数呈贴壁生长或兼性贴壁生长；而当其在无血清、无蛋白培养基中生长时，由于缺乏血清中的各种粘附贴壁因子如纤粘连蛋白、层粘连蛋白、胶原、玻表粘连蛋白，细胞往往以悬浮形式生长。
2.2 添加组分
2.2.1 促贴壁物质
许多细胞必须贴壁才能生长，这种情况下无血清培养基中一定要添加促贴壁和扩展因子，一般为细胞外基质，如纤连蛋白、层粘连蛋白等。它们还是重要的分裂素以及维持正常细胞功能的分化因子，对许多细胞的繁殖和分化，起着重要作用。纤连蛋白主要促进来自中胚层细胞的贴壁与分化，这些细胞包括成纤维细胞、肉瘤细胞、粒细胞、肾上皮细胞、肾上腺皮质细胞、CHO细胞、成肌细胞等。
2.2.2 促生长因子及激素
针对不同细胞添加不同的生长因子。激素也是刺激细胞生长、维持细胞功能的重要物质，有些激素是许多细胞必不可少的，如胰岛素。
2.2.3 酶抑制剂
培养贴壁生长的细胞，需要用胰酶消化传代，在无血清培养基中酶抑制剂必不可少，以终止酶的消化作用，达到保护细胞的目的。最常用的是大豆胰酶抑制剂。
2.2.4 结合蛋白和转运蛋白
常见如转铁蛋白和牛血清白蛋白。牛血清白蛋白的添加比较大，可增加培养基的粘度，保护细胞免受机械损伤。许多旋转式培养的无血清培养基都含有牛血清白蛋白。
2.2.5 微量元素
硒是最常见的微量元素。
2.3 使用方法
目前，血清仍是动物细胞培养中最基本的添加物，尤其是在原代培养或者细胞生长状况不良时，常常会先使用有血清的培养液进行培养，待细胞生长旺盛以后，再换成无血清培养液。细胞转入无血清培养基培养要有一个适应过程，一般要逐步降低血清浓度，从10%减少到5%，3%、1%，直至无血清培养。在降低过程中要注意观察细胞形态是否发生变化，是否有部分细胞死亡，存活细胞是否还保持原有的功能和生物学特性等。在实验后这些细胞一般不再继续保留，很少有细胞能够长期培养于无血清培养基而不发生改变的。细胞转入无血清培养之前，要留有种子细胞，种子细胞按常规培养于含血清的培养基中，以保证细胞的特性不发生变化。
为了使细胞适应无血清培养，关键是使所培养细胞处于如下状况：
（1）处于对数生长中期；
（2）>90%活细胞率；
（3）适应时以较高的起始细胞接种。
细胞适应无血清培养基的方法：
直接适应――细胞从添加血清的培养基转换到无血清培养基（SFM）中。
一些类型细胞可直接从包含血清的培养基适应无血清培养基。对于直接适应，接种细胞密度应该:2.5×105-3.5×105细胞/mL。当细胞密度达到1×106-3×106细胞/mL时，传代培养细胞。当细胞密度在培养4~7天后达到2×106~4×106细胞/mL时，细胞完全适应了无血清培养基。每隔3~5天，当细胞密度达到1×106~3×106细胞/mL，细胞活率在90％时，贮备的适应了无血清培养基的细胞培养物应该再次传代培养。
连续适应――分好几步把细胞从添加血清的培养基转换到无血清培养基（SFM）中，与直接适应相比较，连续适应趋向对于细胞更加温和一些。
(1)以2倍正常接种密度接种生长活跃的细胞培养物到75%有血清培养基-25％SFM混合培养基中，传代培养。
（2）当细胞密度>5×105细胞/mL时，以2×105~3×105细胞/mL细胞密度，在有血清培养基：SFM为50∶50的混合培养基中传代培养。
（3）以2×106~3×106细胞/ml细胞密度，25％有血清培养基和75%SFM中传代培养。
（4）当细胞密度达到1×106~3×106细胞/mL（接种后4~6天），在100％SFM培养基中传代培养。
（5）每隔3~5天，当细胞密度达到1×106~3×106细胞/mL，细胞活率在90％时，贮备的适应了无血清培养基的细胞培养物应该再次传代培养。
建议备份前一次混合培养的培养物，直到每一次细胞适应了新的混合培养基。每一次减少血清前，可能需要在SFM/有血清混合培养基中进行几次传代。
在适应过程中，最好不要让细胞生长过度。这将增加选择亚群的可能性。需要注意，与有血清培养基相比，大部分SFM包含非常少的蛋白质，因而更易于受外界因素的影响。
细胞培养适应替代血清：许多细胞利用连续适应方法能很好的适应，用包含FBS的培养基和包含有替代血清的培养基1∶1（v∶v）的混合培养基培养细胞。通过下列的混合培养基的方式，连续几代减少当前培养基的量：从1∶2到1∶4再到1∶16直至100％替代培养基。每次适应改变血清比例时，传代细胞2~3次。
培养直接从FBS转换到替代血清。一开始就使用相同于FBS的浓度的替代物或血清，生长的延迟可能会发生，允许进行2~3次的传代，使生长率恢复到以前的水平。
特别需要强调的是：配制无血清培养液必须使用高质量的水，如石英玻璃蒸馏器经3次蒸馏或超纯水净化装置制备的水。因为无血清培养基缺乏血清中天然成分未中和毒素、保护细胞的大分子，既便水中的有毒物质含量甚微，也可能对细胞产生致死性损害。这是无血清培养能否成功的关键因素之一。
3 结语
动物细胞无血清培养基的研究方法运用了基因组技术、蛋白质组技术、代谢工程技术、计量分析方法等。另外，有关无血清培养基在线数据库的建立也方便了相关信息的检索与分析［6］，为无血清培养基的设计提供了更多的信息。
随着重组蛋白、单克隆抗体及病毒疫苗需求量的加大，将会有更多的科学方法运用到细胞培养基的设计与研究中［7］。新一代动物细胞无血清培养基将具有“无血清、无蛋白、无动物来源、成分确定”的特性，同时在功能上属于安全、通用的高效培养基，这种细胞无血清培养基在细胞工程领域中将会得到广泛应用。
参考文献：
［1］ Even M S，Sandusky C B，Barnard N D. Serum-free hydridoma culture:ethical，scientific and safety considerations［J］. Trends in Biotechnology，2006，24(3):105-108.
［2］ Keen M J，Rapson N T. Development of a serum-free culture medium for the large scale production of recombinant protein from a Chinese hamster ovary cell line［J］. Cytotechnology，1995，17 (3) :153-163.
［3］ Schroder M， Matischak K， Friedl P. Serum-and protein-free media formulations for the Chinese hamster ovary cell line DUKXB11［J］. Journal of Biotechnology，2004， 108 (3): 179-292.
［4］ Hesse F， Wanger R. Developments and improvements in the manufacturing of human therapeutics with mammalian cell cultures［J］. Trends Biotechnology，2000， 18 (4): 173-180.
篇4
考点年份 细胞分化细胞全能性细胞衰老和凋亡细胞癌变
2010广东理综（3）
2011大纲全国卷（1）、北京理综卷（1）、安徽理综卷（2）山东理综卷（2）山东理综卷（3）
江苏卷（5）
2012上海卷（16）安徽理综卷（3）、山东理综卷（3）新课标全国卷（2）、江苏卷（20）、四川理综卷（26）
[考题特点]
高考试题对本部分内容的考查以选择题的形式为主，能力要求以识记、理解为主。但随着新成果的不断出现及人们对健康的高度关注，可能会出现以衰老、凋亡机理和癌症原因为命题素材的简答题。
[考点解读]
一、细胞分化
1.概念：在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。
2.特点：（1）普遍性：生物界普遍存在的现象。（2）持久性：贯穿于生物体整个生命过程中，但在胚胎时期达到最大。（3）不可逆性：一般情况下，分化的细胞不会再演变为原始的细胞。（4）遗传信息稳定性：分化过程中遗传物质不改变，只是基因的选择性表达。
3.意义：（1）增加了细胞种类，形成不同的组织、器官，是生物个体发育的基础。（2）使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。
4.注意：细胞分化是多细胞生物才有的，R型细菌转化为S型细菌不是细胞分化；细胞分化过程中必须有基因表达，植物细胞吸水导致形态改变不是分化。
二、细胞的全能性
1.概念：指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。
2.原因：生物体的每一个细胞中都包含该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全套基因。
3.结果：产生新的生物个体。
4.注意：植物根茎叶的组织培养说明体细胞具有全能性；花粉离体培养、蜜蜂的卵发育成为雄蜂说明生殖细胞具有全能性；克隆羊的成功说明细胞核具有全能性。
三、细胞衰老和凋亡
1.细胞衰老。
（1）个体衰老与细胞衰老的关系。
对于单细胞生物来说，细胞的衰老或死亡就是个体的衰老或死亡。对于多细胞生物来说，体内细胞总是在不断更新，细胞衰老与个体衰老不完全同步。但从整体上看，个体衰老的过程也是组成个体的细胞普遍衰老的过程。
（2）细胞衰老的特征。
细胞衰老是细胞内发生的生理生化过程，衰老的细胞在形态、结构和功能上都发生明显的变化。
①形态上的变化：由于细胞内水分减少，使细胞萎缩，体积缩小。
②结构上的变化：细胞核体积增大，染色体固缩；溶酶体数目增加且体积增大；内质网排列无序。
③功能上的变化：由于线粒体数目减少，使呼吸速度减慢。一些酶的活性降低，蛋白质合成速率降低。如人的头发变白是由于人的头发基部的黑色素细胞衰老，细胞中的酪氨酸酶活性降低，使黑色素合成受阻造成的。细胞膜通透性改变，物质运输功能降低。如老年斑是由于细胞代谢产生的脂褐质色素不能运出。
（3）细胞衰老与健康。
细胞的正常衰老对于实现有机体的自我更新非常有利，如红细胞的快速更新，使血液中始终有足够量的新生红细胞来运输氧气。细胞异常衰老会给人类带来健康上的威胁，如儿童早衰症就是细胞过早衰老产生的一种疾病。对人类来说，合理的饮食结构、良好的生活习惯、适宜的体育锻炼和乐观的人生态度等都有益于延缓衰老。
2.细胞凋亡。
（1）概念：由基因决定的细胞自动结束生命的过程。
（2）意义：①对于多细胞生物体完成正常发育非常重要。在胚胎发育至某阶段，特定区域的细胞（群）就发生自然凋亡。如人的肢体发育中，早期的手和足形似浆板，只有当某些多余细胞凋亡后，才能形成正常的指或趾。又如蝌蚪变成青蛙时，尾的细胞凋亡保证了正常的变态发育。
②对于维持内部环境的稳定以及抵御外界各种因素的干扰起着关键的作用。细胞凋亡可以清除已完成正常使命的衰老细胞，如人的红细胞分化成熟后是无核有功能的细胞，可存活120d，然后自然死亡。细胞凋亡还可以清除被病毒感染的细胞。
（3）细胞坏死和细胞凋亡。
尽管结果一样，但其产生机理是完全不同的。细胞坏死是在种种不利的因素（如病菌感染、细胞缺氧等）影响下，由于细胞正常的代谢活动受阻或中断从而导致细胞损伤和死亡。细胞坏死时，细胞内容物释放到细胞外，对周围细胞产生伤害，引发炎症反应。细胞凋亡是受严格的程序性调控，是一种自然的生理过程。凋亡的细胞内容物没有逸散到胞外环境中，不会导致炎症反应。
四、细胞癌变
1.癌细胞的特点：①适宜条件下，无限增殖。②形态结构发生显著变化。③易扩散转移，是由于细胞膜上糖蛋白等物质减少，细胞间的黏着性降低。
2.原因：环境中的致癌因子使原癌基因和抑癌基因发生突变。
（1）原癌基因和抑癌基因：原癌基因主要负责调节细胞周期，控制细胞生长和分裂的进程；抑癌基因主要是阻止细胞不正常的增殖。
（2）机理：
物理致癌因子化学致癌因子病毒致癌因子作用正常细胞原癌基因、抑癌基因突变细胞癌变
3.防治：（1）预防：尽量避免接触各种致癌因子，加强锻炼，增强体质。（2）治疗：抑制DNA复制或有关蛋白质的合成，从而阻止癌细胞的增殖。
[典例赏析]
例1.取同种生物的不同类型细胞，检测其基因表达，结果如下图。请回答：
（1）基因1～8中有一个是控制核糖体蛋白质合成的基因，则该基因最有可能是基因。
（2）图所示细胞中功能最为近似的是细胞。
A.1与6 B.2与5
C.2与3D.4与5
解析：考查细胞分化的知识，同时考查观察图的能力和分析能力。
核糖体是细胞合成蛋白质的场所，每个细胞中必须有核糖体才能生存。图中显示基因2在7种细胞中都表达，所以它最可能是控制核糖体蛋白质合成的基因。细胞的功能与基因的表达产物有关，细胞1和6表达的相同基因最多，所以功能最为近似。
答案：（1）2 （2）A
例2.以下不能说明细胞全能性的实验是（ ）
A.胡萝卜韧皮部细胞培育出植株
B.紫色糯性玉米种子培育出植株
C.转入抗虫基因的棉花细胞培育出植株
D.番茄与马铃薯体细胞杂交后培育出植株
解析：考查细胞全能性的概念，同时考查理解能力。
选项中的胡萝卜韧皮部细胞、棉花细胞、番茄与马铃薯的体细胞都属于已经分化的细胞，由它们培育出植株都是细胞全能性的体现。而玉米种子培育出植株实际上是胚发育形成植物，属于植物个体发育的一个阶段。
答案：B
例3.下列关于细胞分裂、分化、衰老、凋亡和癌变的说法，正确的是（ ）
A.细胞分裂、分化、衰老、凋亡和癌变都是细胞必须经历的生命历程
B.细胞分化形成不同的组织器官，细胞衰老发生在组织器官形成之后
C.细胞分化的实质是基因选择性表达，细胞凋亡与基因选择性表达无关
D.细胞分化过程受细胞内外信号的调控，与细胞分裂和细胞凋亡相伴进行
解析：综合考查细胞的分裂、分化、衰老、凋亡和癌变知识，同时考查理解能力。
细胞分裂、分化、衰老、凋亡都是细胞必须经历的生命历程，但细胞癌变不是。细胞衰老在组织器官形成之前也存在。细胞凋亡是由基因决定的细胞自动结束生命的过程，与基因选择性表达有关。细胞分化是在细胞分裂的基础上进行的，分化后的细胞可以补充因凋亡而缺少的细胞。
答案：D
例4.在个体发育中，有些细胞由于受到致癌因子的作用，不能正常的完成分化而转变为恶性增殖的癌细胞。请回答问题：
（1）人体正常体细胞转化为癌细胞后，细胞膜上发生改变，这些癌细胞便可以成为，刺激机体产生免疫反应，健康的机体可以通过免疫消灭它们。
（2）药物可以抑制癌细胞的分裂。如果用药物抑制DNA复制，癌细胞的细胞周期将阻断在期；如果用药物抑制纺锤体的形成，则癌细胞的细胞周期将阻断在期。
（3）将人体癌细胞放在含有3H-胸腺嘧啶的培养液中培养，经过一次分裂后，子细胞中将有条染色体被标记，原因是DNA分子进行复制。将癌组织切片放在高倍显微镜下观察，所有癌细胞中染色体数目（相同、不同）。
解析：考查癌细胞的特征、免疫类型、癌症的治疗和细胞增殖，同时考查理解能力和分析能力。
（1）细胞癌变后，细胞膜上出现异常蛋白成为抗原。癌细胞出现后，通过细胞免疫形成的效应T细胞与它们接触，使它们裂解死亡。（2）DNA复制发生在分裂间期，纺锤体的形成发生在分裂期。（3）由于DNA分子是半保留复制，所以癌细胞放在含有3H-胸腺嘧啶的培养液中培养，复制后每条染色体上的2条染色单体均被标记。又因为人的细胞中含有46条染色体，所以着丝点分裂后形成的92条染色体均含有标记。因此分裂后产生的子细胞中将有46条染色体被标记。由于切片中所有癌细胞不处于同一时期，故所有癌细胞中染色体数目不同。
答案：（1）糖蛋白 抗原 细胞 （2）分裂间 分裂 （3）46 半保留 不同
[专题训练]
1.有人把已分化的细胞中表达的基因形象地分为“管家基因”和“奢侈基因”。“管家基因”在所有细胞中表达，是维持细胞基本生命活动所必需的；而“奢侈基因”只在特定组织细胞中表达。下列属于“奢侈基因”表达产物的是（ ）
A.ATP水解酶B.RNA聚合酶
C.DNA聚合酶D.血红蛋白
2.珍珠是河蚌产生的一种有机物，它既是一种有机宝石，又可作为护肤品的主要原料，因为它在抑制细胞脂褐素的增加上有重要作用，这表明珍珠在保健上可用于（ ）
A.抑制细胞癌变B.延缓细胞衰老
C.促进细胞分裂D.诱导细胞分化
3.下列不属于细胞凋亡实例的是（ ）
A.与效应T细胞紧密接触的靶细胞裂解
B.被HIV侵染的T淋巴细胞裂解死亡
C.发育到第5周的人体胚胎中，位于指（趾）间的蹼消失
D.女性月经期子宫内膜脱落
4.《参考消息》报道，台湾科学家发现致癌蛋白质KLHL20，KLHL20蛋白是HIF-1（低氧诱导因子-1）在缺氧状态下诱导生成的一种促进肿瘤细胞生长的蛋白。下列有关说法错误的是（ ）
A.KLHL20蛋白可能是细胞膜上的一种糖蛋白
B.KLHL20蛋白的产生一定与核糖体和线粒体都有关
C.消除KLHL20蛋白在对付侵犯性癌症方面也许有效
D.HIF-1可被视为癌症治疗中药物干涉的目标
5.矿工中有一种常见的职业病――硅肺，其发病原因是肺部吸入硅尘（SiO2）后，硅尘可以被吞噬细胞吞噬，吞噬细胞中的溶酶体缺乏分解硅尘的酶，而硅尘可以破坏溶酶体膜，导致肺部细胞死亡，进而肺功能受损。下列说法错误的是（ ）
A.硅肺的细胞死亡属于细胞坏死
B.硅肺的发生可以说明酶具有专一性
篇5
结构学、生物化学和信息学路线是一直较为公认的分子生物学研究中三条主要的路线。[1]中心法则的产生是以生化——信息学方法为基础的。其产生的模式是假说演绎的，即先利用有限的证据提出一个假说，然后根据假说演绎出若干理论，最后等待证据检验所演绎的结论，其过程是假说——演绎——检验。伴随着分子生物学的不断发展，这一演绎——检验的过程不断循环往复。正是在这种循环往复的过程中，中心法则的语形发生着不断地转变。同时，在此过程中，不断有新的生物学概念的提出，不断有新旧生物学概念的更替。在这里既包括新的概念的提出及其所被赋予的特定意义，又包括同一概念在不同的研究范围中所包含的不同的生物学意义。也就是说，在这一过程中中心法则的语义不断地发生变迁，而这种变迁是在分子生物学纵向语境的不断变化中实现的。
1 中心法则的语义变迁
自克里克在1958年提出中心法则至今，中心法则已经经过了半个多世纪的丰富和发展。我们可以将其发展的整个过程大致分为三个阶段：克里克最初提出的经典的中心法则；20世纪70—80年代被修正和丰富的中心法则；20世纪末基因组及后基因组时代下的中心法则。
最初被克里克描述的中心法则如图1所示。
图1 最初被克里克描述的中心法则图
箭头表示在三大类生物大分子DNA、RNA和蛋白质间信息传递或流动所有可能的方向。它揭示了生命遗传信息的流动方向或传递规律。结合当时的理论背景和认识论背景，克里克对所描述的中心法则做了进一步的分析，最终提出了中心法则最初的基本形式：
上式描述了由碱基→氨基酸→蛋白质这一基本过程。对这一过程中代码的语义分析，必然无法脱离整个理论的语义结构。因为，在以上所描述的过程中，任意一次结构的上升，都必然会伴随着其代码的语义调整。在中心法则中，碱基位于一个基础的层面，成为生物学解释与物理、化学解释的纽带。例如，在化学中GAA是作为氨基乙酸的代码，然而，在生物学中，它却表示对应于谷氨酸的遗传密码。当我们对其结构上升，多个连续的三联体碱基序列自然也就对应多个连续的氨基酸序列。当碱基序列发生变化时，也就必然地导致氨基酸序列发生变化。有序列的碱基链和氨基酸链又分别构成了DNA和蛋白质。自此，就构成了最初的中心法则：蛋白质作为生物性状形成的工作分子是由构成DNA的碱基序列所决定，我们把这种碱基序列称之为遗传信息。同时，由于当时生物学理论背景及研究对象的限制，自然决定了中心法则从DNA到RNA到蛋白质严格的单程信息流路线，以及从DNA序列到RNA序列到蛋白质氨基酸序列严格的共线性。
由上可以得到，单一的碱基符号的语义形成是在中心法则整个的语义结构中实现的，碱基序列在生物学语境中的语义表达同样也无法脱离中心法则的语义结构。而整个中心法则的语义实现又是在当时特定的语境下完成。也就是说，特定语境的确立，决定了中心法则的语义解释，确定了中心法则在当时语境下的解释伸缩度。
随着分子生物学的发展，1970年Temin等在RNA病毒中发现了RNA逆转录酶，说明了RNA到DNA逆向转录的可能性。[2]之后，又有人发现细胞核里的DNA还可以直接转译到细胞质的核糖体上，不需要通过RNA即可以控制蛋白质的合成。[3]此时，中心法则被修正为如图2所示。
图2 修正后的中心法则图
而中心法则的语义解释，也就由之前的“严格的单程式”变迁为一种“中途单程式”。从20世纪70年代开始，分子生物学家对真核生物进行了大量的研究，发现了基因上存在的非编码序列，从而产生了内含子与外显子的区别。20世纪80年代末，分子生物学家又报道了多种RNA编辑的类型。这些都说明了蛋白质序列在DNA序列上的非连续性及非对应性。这又要求中心法则的语义解释由之前的“严格共线性”转变为“非共线性”。这都是由于分子生物学纵向语境的变化，导致了中心法则语义边界的改变，从而使其语义的解释范围及解释伸缩度发生改变。理论背景及认识论背景的不同，便造成了中心法则概念的语义扩张。这种语义的扩张通过再语境化的功能，继而又成为其它生物学理论的语义语境。中心法则的理论发展，就是在这种语境转变，或者说是再语境化的过程中不断实现其语义转变。
在分子生物学中，还有非DNA分子模板(如细胞模板、糖原以及一些细胞级的非分子模板)、朊病毒等的出现。虽然，这些只是出现在离体实验中，应只属于尚未定论的科学预测。但是，它们强力说明着：在生物系统中，信息流的传递是多元和多层次的，它们在细胞中构成了一个精密的时空框架，中心法则仅仅只是这些信息流中的一条或者说是一条主流；在中心法则的信息流中，非DNA编码的渗入，使得DNA仅作为DNA编码的一个起点，而不是遗传信息流的唯一源头；同时，在信息流的传递过程中，非模板式的序列加工，使得信息流并不是模板流。[4]这些似乎对中心法则都构成了严峻的挑战。然而，我们并不能抹杀它的合理性地位。中心法则的提出是以当时病毒、细菌的实验材料为依据。它所指出的DNA、RNA、蛋白质间的信息传递是符合分子生物法则的。鉴于当时理论背景和认识论背景的限制，我们应该是在其三大分子的框架性语境下对其进行语义解释。当分子生物学推进到真核细胞时，中心法则的信息流其实已经处于另一个完全不同的时空框架中，这时我们应对其进行语境下降，在单个基因层面或者是更低的层面对其进行语义解释。而面对当代基因组语义研究的问题，或许我们还要对其进行语境上升，在基因组层面、细胞层面甚至是更高的层面对其进行语义解释。
综上所述，对中心法则的语义解释应该放在分子生物学发展的纵向语境下进行。中心法则的语义变迁就是在这一纵向发展过程中，一次次不断地语境化与再语境化的过程中实现的。同时，我们对中心法 则的语义理解也还必须在一种横向的特定的语境下进行，而不是仅仅只在分子生物信息较窄的概念下进行。只有这样才不会导致中心法则的语义局限性。而作为科学理论的中心法则语义被局限，自然会导致其作为研究方法的意义局限性。这也就引出了本文接下来所要谈论的一个问题：在传统意义下，作为研究方法的中心法则的意义及其局限性。
2 作为研究方法的中心法则的意义及其局限性
中心法则是一个关于DNA、RNA、蛋白质三大分子的信息传递的科学理论。在它的解释之下，信息不能由蛋白质向下传递到DNA，而是DNA被转录成RNA，RNA再翻译成蛋白质。更进一步讲是，“信息从DNA向上传递到RNA、蛋白质，进而延伸到细胞、多细胞系统”。[5]然而，不仅于此，中心法则还作为一种研究的方法，被用于许多研究计划，用以解决基因组的语义问题。
基因组研究的核心问题是研究作为生命系统发展和运行基础的基因组调节网络的意义。一个基因组意义的理论问题便是一个基因组语义问题。部分地讲，这种语义是将基因组序列转化成系统性意义的语义代码。由于生物系统是在不同层次被组织，所以一个基因组的语义会由于该序列片段所处的本体论、功能及组织层次的不同而产生不同的语义联想意义。因此，如何获得一个基因组语义的元理论问题便成为基因组和蛋白质组研究的战略问题。
目前，许多关于基因组研究的方法论都是遵循一种自下而上的策略。这种研究的方法正是受到了中心法则的启示。也就是说，中心法则为还原论者研究基因组提供了方法论基础。这种还原论方法论的前提是，在我们要进一步了解下一个层次的信息时，我们必须在理论上和实际中都要对每一个更低、更微观层面的信息和本体论的知识有所把握。这就好比说，当我们要获得一个蛋白质的结构时，我们首先要掌握构成这一蛋白质的氨基酸信息，再获得核酸信息。然而，即便是掌握了基本的核酸信息，由于基因和细胞网络设计一系列的相互作用的部分，而使得从核酸到蛋白质信息的过程特别复杂。
一个以中心法则为方法的研究项目，最大的弱点是其惊人的复杂度。这种自下而上的还原论策略存在的问题是，寻找到一个解决路径的搜索空间非常巨大。在计算机科学中，解决一个问题的关键往往就在于能够解决这个问题的可能路径的空间。这样一系列的可能路径被称为搜索空间。一个问题的一种解决方法就是一个路径在这样一种搜索空间中实现一个目标或解决。一些问题拥有巨大的搜索空间，从而使得其在实际层面上几乎不可能被解决。在计算机科学中讲，这就是所谓的NP——complete问题。[6]这些问题的复杂程度，足以使现阶段最快的计算机瘫痪。基因组和细胞网络的研究正是面临这样的问题，它们涉及成千上万的相互作用的部分。遵循一种自下而上的策略进行研究，必然在其过程中呈现出一系列的NP——complete问题。
然而，在实际的研究过程中，研究者形成的研究策略都是依据关于更高层次的生物信息的知识。“即使在平常的实验决策和实验设计中，研究者的行为都是在一个关于现象的系统知识，即一个更高层次的语境中进行的。”[7]在这些系统问题的研究过程中，研究者预先假设这些知识可以对他的研究和实验设计提供一个更宽的方向。更为重要的是，这样就使得这个研究有了其自身的意义。这种高层次、系统性的信息给出了这个研究或实验为什么要进行的理由。
这种知识在人工智能的研究领域被称为启发性知识。启发性知识被定义为可以减少搜索空间的信息。因此，在这种情况下，科学家就利用这种启发性的、系统层面的生物学知识，去减少那些非正式的、直觉的、先验的搜索空间，从而来解决他的问题。在我们所说的基因组语义的问题中，启发性信息可以减少基因组语义的搜索空间，可以减少基因代码可能解释的空间。
例如，在信息的传递方面，根据中心法则，信息是不能从蛋白质到RNA再到DNA向下传递的。然而，在系统层面，信息可以从蛋白质向下传递到DNA。细胞信号就是一个例子。正是由于一系列的蛋白质与蛋白质的相互作用，蛋白质与RNA的相互作用，导致了DNA转录的被激活。因此，从系统层面来讲，中心法则仅仅介绍了细胞信息系统中许多种可能的信息传递路径中的一种。实际上，存在细胞内的信息传递路径和细胞间的信息传递路径。这些路径构成了细胞内及细胞间的信息传递网。然而，它们又都是通过细胞的基因组信息来组织着细胞内和细胞间的信息传递。
所以，我们必须有意识地去区分作为科学理论的中心法则和作为研究的方法的中心法则。否则，我们就有可能错误地提前认为，由于信息不能向下传递，我们就不能自上而下地由高层次的信息得到低层次的信息。多细胞以及单细胞中信息传递的二元性，就使得基因组语义的研究策略，跳出了传统意义下中心法则的局限性。
现阶段关于基因组理论的大部分研究，都是遵循传统意义下的中心法则，在一个严格的自下而上研究策略下进行的。替代这种研究策略，我们主张同时考虑一种自上而下的互补性策略。我们认为，一种能够整合高层面的系统层面与低层面的基因组信息层面的研究策略，对于解决基因组语义问题是非常必要的。传统意义下的中心法则对于基因组语义研究已经不再是充足的组织模式。那么是否存在一种路径，在细胞和多细胞的语境下，利用高层次的系统信息去理解基因组？我们认为是存在的。正如上文所言，这时候我们就需要对传统意义下的中心法则进行语境上升，在细胞与多细胞的层面对其进行语义理解。同时，在方法论层面，我们也就同样可以尝试一种自上而下的研究范式，来补充之前的严格的自下而上的方法论研究策略。
3 中心法则方法论意义研究的新路径
什么是一个自上而下的研究策略？
在一个自上而下的研究策略下，我们可以在抽象概念的层面来讨论多细胞的发展过程。在抽象概念层面的讨论，可以使我们获得更多关于系统层面的现象。假设有一个软件系统，并且在这个软件系统中可以设计一个人工基因组，同时在这个系统中该基因组可以产生一个人工有机体。然后，我们可以使这个人工基因组尽可能地模仿自然基因组的主要的系统属性。比如，该系统是否能够模拟多细胞的发展、细胞信号的传递等？在该系统中进行特定位点的基因突变，是否能得到自然基因组下的相似效果，如畸形发展、癌变等？这一系列问题的实现，就 使得我们可以确认该系统能够反映自然基因组的一些基本特征。然而，我们可能需要一种更为精确的相关性。但是，如果我们能够使得人工基因组与自然基因组相关联，那么我们就得到了从一个基因组翻译到另一个基因组的开端。如图3所示。
图3 基因组翻译模拟图
图3所模拟的是生物体内的基因组和计算机系统中多细胞有机体之间的关系。图中的“翻译关系”指的是计算机系统及生物体系统中基因组之间的“句法关系”。中间的“语义关系”表示的是用计算机系统中的多细胞有机体语言翻译出生物体中的基因组。下面的“一致性关系”应该包括系统之间暂时的和动态的形态学之间的一致性。
这就好比将英语翻译成汉语。我们需要知道这些被翻译的单词是什么，如何在句子中使它们相关联。这就是语言中的句法。但是，首先我们需要知道语言的语义。也只有当两段话的意思相同的时候，对于一个词、一句话或者一段话的翻译才是充分的。
这样我们就通过计算机代码的语义获得了基因组的语义。然而，在这个过程中，并不妨碍我们同时使用自下而上的研究策略。“在人工智能中，合并自上而下和自下而上的研究路径是较优的研究策略之一。当两种研究路径，分别自上而下与自下而上在中间合并时，便形成了一种解决路径。”[8]
在这里需要注意的是，无论是低层次的本体论层面(如生物化学)，还是高层次的关于信息和本体论的层面，对于研究生物过程而言，没有哪一种是固有的更为优越的。关于细胞和多细胞现象的正确的高层面的信息，没有必要一定要被还原成更低层面的本体论视角。很多情况下，高层面的系统知识反而能够帮助我们限定研究的搜索空间，促进我们去理解更低层面的生物过程。因此，对于一个系统不同层面信息的理解，能够使我们获得更多、更全面的关于该系统的知识。
所以，在细胞或者多细胞系统的层面，中心法则可以被简单的描述为：基因组→蛋白质组。我们也没有必要必须将其还原到DNA转录和翻译的层面。
4 结语
随着分子生物学的发展，其理论在不断地远离经验。在这样的一个背景下，如何去构造、理解和解释分子生物学，语义分析成为一种十分重要的科学方法。首先，“语义分析方法本身作为语义学方法论，在科学哲学中的运用是‘中性’的，这个方法本身并不必然地导向实在论或反实在论，而是为某种合理的科学哲学的立场提供有效的方法论的论证。”[9]“语义分析方法在例如科学实在论等传统问题的研究上具有超越性，在一个整体语境范围内其方法更具基础性；其次，作为科学表述形式的规则与其理论自身架构是息息相关的，这种关联充分体现在理论表述的语义结构之上，对其逻辑合理性的分析就是对理论真理性的最佳验证；第三，生物学理论表述的多元化特征使得语义分析应用更加具有灵活性。”[10]
篇6
中图分类号P588 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）54-0104-01
0 引言
在地质历史时期地球上大部分表面积被海水所覆盖，因而大量发育海相地层。其中微生物岩在前寒武纪地层中大量发育，进入显生宙地层后海相记录也远远大于陆相记录。例如从泥盆纪末期的弗拉斯阶到法门阶再到石炭纪的迪南统，一系列集群灭绝之后，真正的骨架礁构造有机体显著地消失，而非骨架的泥质为主的建造（泥丘）在这段地质历史间隔中间很普遍，对这些泥丘的研究就认为微生物的活动在其中发挥了非常重要的作用。显然研究微生物的地质历史记录有助于我们了解地球的演化、生物多样性、古环境和古气候变迁以及地质转折期的生物绝灭事件。
1 微生物岩概述
1.1 定义
微生物岩就是指由深海微生物群落和碎屑或者化学沉积物相互作用形成的一类岩石，主要包括微生物碳酸盐、磷块岩、硅质岩、铁质岩等众多类型，但各个地史时期主导类型并不一样，因微生物碳酸岩研究的程度最深，下文主要以其进行阐述。微生物岩并不同于一般的于生物有关的沉积物，她产出的环境并不仅仅局限于深海海域，在浅海环境和湖相沉积中也大量存在，同时它不是一般的残骸的组成，一旦形成以后，构成的主要骨架就成为二次粘结的场所。将他们和生物岩礁以及生物层礁相区分，微生物沉积建造被命名为微生物岩丘（岩礁）或者微生物岩镜（均质岩层或岩性体）。
1.2 分类
微生物岩分类因不同而标准划分不同。按照沉积物的组成类型可以分为钙质及碳酸岩质、磷块岩质、硅质岩以及铁质。实际上也就是根据微生物岩的宏观构造、内部结构、底栖微生物群落与沉积物之问的作用以及微生物岩在地层中发育方式和特点可将微生物岩分为
5种类型：1）叠层石；2）核形石；3）树枝石；4）凝块石；5）隐生石。根据微生物岩的宏观产出状态，建议用微生物岩礁和微生物岩层来与通常文献中所用的生物礁和生物层相区别。但不同的学者对分类方案持不同的意见，Ring提出的方案并不包括核形石的四分方案，高建平等则认为应当保留Burne的方案，而梅冥相则赞成微生物碳酸盐岩的类型的六分方案。
1.3 形成过程
Burne认为微生物岩的形成的过程主要包括捕获和黏结碎屑沉积（形成生物粘结灰岩）、非有机钙化（形成微生物钙华）以及由生物影响的钙化（形成生物骨架灰岩）三大过程。最后的过程可能是化学改造与光合作用相结合的产物，也可能是微生物含多糖鞘质的晶体结核作用的结果。根据澳大利眼产出的一些现代叠层石，已出版的凝块状叠层石（以凝块状构造为特征的微生物岩）和层状叠层石区别估计显示微生物岩既不总是由球菌为主的BMC（深海微生物群落）建造，也不由菌丝为主的BMC建造。尽管我们已经观察到现代凝块状叠层石建造的例子，在那里生物影响的碳酸岩化占主导作用；以及现在的层状叠层石建造的例子，在那里对于陆源碎屑以及季节性的沉积物的捕获和黏结作用占主导作用。
2 微生物岩的地层分布及其与生物绝灭的关系
地质历史时期微生物主要以微生物岩的形式大量的保存下来。在元古宙时期发育大量的微生物岩，随着寒武纪生命大爆发，多细胞生命的多样化，微生物在数量和多样性上都存在明显的衰减。晚奥陶纪生物绝灭事件后则出现了微生物繁盛的阶段，在尺寸和数量上都有所增加，其持续的时间也比较长。随后在晚泥盆纪弗拉期-法门期之交发生了显生宙中的另外一次生物绝灭事件，使生物礁生态系中的后生骨骼动物受到严重的影响，同时期则任表现为是微生物繁盛的过程。二叠-三叠生物大灭绝后发育大量的微生物岩，并大多数发育在浅水环境中，。由上可见在每次生物绝灭事件之后微生物岩都陆续出现，显然微生物岩的出现与重大地质历史转折事件是密不可分的，因二叠-三叠微生物岩是国内外研究的热点，下面主要以二叠-三叠之交的绝灭事件来进行探讨。
越来越多的研究表明二叠-三叠钙质微生物岩在全球广泛分布，并大部分都发育于低纬度的浅水海洋环境，向深水区很快歼灭，并且大多数位于二叠-三叠界线之后。这充分说明微生物岩在不仅在空间上具有广泛性，而且具有等时性。在我国华南地区，Lehrmann于1999年就报道了钙质微生物层，相继在川东、广西太平发现类似的沉积建造。王永标等在鄂东南报道的微生物岩产在二叠-三叠界线之上，同时Palaeofusulina sp等也在钙质微生物岩中发现了Hindeodus parvus 化石，即处于界线处。Xie等同过对GSSP煤山剖面生物标志化合物的检测发现多细胞生物大量减少的同时蓝细菌则是繁盛的，继而结合同位素的指标提出两幕式的观点，这一观点现被很多学者所采用。Kershaw通过对我国华南PT界线微生物岩的研究提出海平面处于上升的阶段，这和大部分学者得出的结果相符合。由大量的实例可以看出微生物的繁盛很有可能和多细胞生命的减少有关，但具体机制探讨的任不深入。
3 结论
微生物岩在地质记录中广泛分布，尤其是在地质转折期微生物岩记录了很多重要的信息，在其期间微生物岩的繁盛是地球环境急剧突变的时期，也是环境修复调整的时期，通过对微生物组成结构、成因分析以及和生物绝灭事件联系起来的研究分析必然对了解地质历史转折期生命与环境的协同演化有着重要的意义，是再造古地理古气候的重要线索，是了解不同圈层相互作用的良好载体，同时对于现代生物多样性危机导致微生物岩的繁盛对于我们重新思考人类和生态之间的平衡有一定的启示。
参考文献
篇7
胡铁生先生认为：微课是以微型教学视频为主要载体，针对某个学科知识点或教学环节而设计构建一种情景化、支持多种学习方式的新型在线网络视频课程。作为一种新媒体、新技术，微课与传统课堂相比优势很明显：短、小、精，一个微视频主要突破一个知识或能力点，精心遴选教学内容，安排教学流程，其生动的视频呈现形式，增强了知识的可视化，提高了学生的学习兴趣，可实现在线的自学、先学和协作学习。但因为微课的授课时间短、容量小、结构不够完整，学生学到的知识往往显得零碎割裂、不成体系，容易“只见树木不见森林”，很难进行知识网络的构建，不利于知识融会贯通的理解、记忆、保持和提取。
如何发挥微课的优点并弥补其缺陷？实践证明：在制作微视频之前，针对学情和知识体系进行知识结构的系统整体分析，确定多个合适的教学主题，制作积件式的系列微视频，可以提高微课的总体应用效益，有效地服务于学生的自学、补漏。
高中生物“必修三”有一个模块“稳态与环境”。“稳态”源于对内环境的研究，后来逐渐发展为在生命系统各个层次上适用的学科观念。本模块的重要价值之一就是帮助学生理解稳态等核心概念，建立良好的知识结构，形成学科观念。在第一章教学中，如何帮助学生构建“内环境稳态”概念、认识“内环境稳态”实质、了解其调节机制、建立对“内环境稳态重要性”的正确认识？单个微视频制作一般5-8分钟，短小，碎片化。但是，学生的认知应该是结构化的，因此，微视频整体设计时要围绕学科思想、观念和方法，进行系统化、结构化的构思，便于（翻转）课堂教学时引导学生对微视频的知识点进行整合，思考概念间的内在联系，融会贯通。教师在设计时首先围绕稳态核心概念主题分析概念体系（如下图），制作微视频时则“化整为零”，根据知识形成的逻辑顺序抓住六个重要概念：内环境概念、内环境各组分之间的联系、内环境是细胞与外界环境进行物质交换的媒介、内环境的成分、内环境的理化性质、内环境稳态重要性，分别调查了解学生的学习基础，寻找支撑这些重要概念形成的最为恰当的生物学事实，设计探究性学习活动。微视频设计和课堂教学实施时顺序刚好相反，先提供生物学事实，再通过问题链引导学生对事实进行抽象和概括，形成重要概念，并“化零为整”，引导学生建构合理的知识网络。
二、精心制作微课，帮助学生构建重要概念
教学主题明确后，就要开始分析学情，设计教学活动，选择和组织典型素材（图片、动画、视频等等），制作PPT，然后录制微视频。录制比较简单，只要一台安装有录屏软件的多媒体电脑和一个比较好的无线耳麦就可以了，教师的语言要科学准确，清晰生动，富有感染力，讲解节奏得当。录屏软件可全程录制教师的屏幕操作与讲解，自动生成适合各种要求的视频文件。
微课教学与课堂教学相比，主要作用是满足学生自主学习的需要，对教学设计提出了更高的要求。我认为生物学微课教学设计要遵循以下原则：以学定教、目标明确、创意新颖、直观生动、启迪思维、主线鲜明、短小精悍、讲练结合，要让学生一看到微视频，就会被吸引，有动力往下学，而且很快就能学得会，学得轻松愉快。微课后还要附配套的微测试和解题指导，以检测巩固知识。如获得省二等奖的“内环境概念”微视频的设计有几个主要的步骤。（1）教学需求分析：①学习者起点水平分析。内环境的概念是建立在学生初中对多细胞生物的结构如消化、呼吸、循环、泌尿系统、血液的组成、组织内细胞的物质交换等知识基础上的，因为对此部分内容初高中学习间隔时间长，学生遗忘较多，需要加强回忆或重建。②学习内容分析。内环境的概念比较抽象，应充分利用学生已有的知识、经验和直观图片，搭建学习和理解知识的桥梁，帮助学生形成概念。③教学目标分析。描述内环境的组成，说出内环境的概念，列举具体细胞的内环境，分辨一些场所或物质是否属于内环境。（2）教学设计思路：出示装有草履虫培养液和血液（加过抗凝剂并离心）的试管，首先回忆单细胞生物草履虫如何与外界环境直接进行物质交换，类比引出多细胞生物细胞具体生活的环境，说明血浆是血细胞直接生活的液体环境。提醒学生其他可能见过的细胞外液，如手或脚上磨出了水泡，挑破后流出液体，那是组织液。出示细胞直接与内环境进行物质交换示意图，说明血细胞直接生活在血浆中，组织细胞生活在周围的组织液中，淋巴细胞直接生活在淋巴中，毛细血管壁细胞直接生活在血浆和组织液中。高等多细胞生物的细胞生活在细胞外液中，细胞外液一般常见的为：血浆、组织液、淋巴。由细胞外液构成的体内细胞赖以生存的液体环境也叫内环境。内环境概念中的“内”和“外”相互矛盾吗？边讲边画示意图，画一个细胞，外面加一个大方框代表体壁。“外”是从细胞角度而言，内环境是细胞直接浸浴和生存的环境，是围绕在多细胞动物的细胞周围的液体环境，即细胞外液。“内”是相对于多细胞动物个体所生活的外界环境而言的人体内、细胞外的环境，因此，这里的内和外并不矛盾。但必须注意的是，一切与外界相通的管腔、囊腔（如消化道、呼吸道、肺泡腔、泌尿道、生殖道等）应属于人体内的外界环境的范畴，其中的液体如消化液、尿液等不能误认为是细胞外液。而封闭的管腔、囊腔中的液体，如脑脊液、关节腔内的滑液等应属于细胞外液，是内环境的范畴。接着进行典型例题讲解，帮助学生内化概念加强理解。（3）教学反思：一定情境下形成的概念才会生动和有意义，才能促进学生理解。对内环境这样微观抽象的概念，教学时需要充分利用学生已有的知识、经验和直观手段，为学生搭建“脚手架”，建立感性认识，激发学习兴趣，然后沿“感知―抽象思维―形成概念―深化理解”的路径，促进概念形成。
微视频制作好了，要附关键词、简介，上传到“泰微课”网站，便于他人检索和选择使用，简介要抓住主要特点来描述，其中包含了为什么要裁剪此内容制作，对本内容的理解和教学处理，让人看了一目了然。如获市一等奖微视频《内环境各组分之间的联系》的制作。（1）关键词：内环境、组织液、血浆、淋巴。（2）简介：通过图示讲解了内环境各组分之间的联系。内环境各组分之间的联系中，为什么组织液可以转化为淋巴，而淋巴不能直接转化为组织液？这是学生学习过程中的难点、易错点。本微视频难点抓得准，突破方法好。―是利用形象直观的毛细淋巴管结构示意图，将淋巴不能直接转化为组织液的原理进行透彻、清晰的解释，帮助学生建立结构与功能相适应的观念;二是在血液循环和淋巴循环大背景下，帮助学生建立起内环境各组分之间是动态联系的统一整体的印象，补充淋巴循环的功能，帮助学生形成对组织水肿等现象的理解。两道例题的设计，一是让学生抽象概括出内环境各组分之间联系的概念图，考察学生理解掌握情况;二是联系生活进行“班氏丝虫寄生在人体淋巴管内造成人体下肢肿胀的原因”现象的解释，考察学生对本微视频讲解的知识点是否会应用。对具体题目的讲解，注意思路分析和规律总结。配套练习的选择针对性强，难度合理，有层次性。
三、尝试翻转课堂，加强微视频应用
篇8
1.前言
印染行业是工业废水排放大户，据不完全统计，全国印染废水每天排放量为3×106～4×106m3。印染废水具有水量大、有机污染物含量高、色度深、碱性大、水质变化大等特点，属难处理的工业废水。目前，国内的印染废水处理手段以生化法为主，有的还将化学法与之串联。生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法工艺，其特点是在池内设置填料，池底曝气对污水进行充氧，并使池体内污水处于流动状态，以保证污水同浸没在污水中的填料充分接触，避免生物接触氧化池中存在污水与填料接触不均的缺陷。生物接触氧化法中微生物所需的氧常通过鼓风曝气供给，生物膜生长至一定厚度后，近填料壁的微生物由于缺氧而进行厌氧代谢，产生的气体及曝气形成的冲刷作用会造成生物膜的脱落，并促进新生物膜的生长，形成生物膜的新陈代谢，脱落的生物膜将随出水流出池外
本项目废水采用“絮凝沉淀＋水解酸化＋接触氧化”处理工艺，通过水质监测和调试过程中环境的变化对好氧生化池中生物相的变化进行了分析和研究，以为工程调试提供帮助。
2.工程简介
2.1 设计水量
处理水量：1200m3/d。
处理能力：50m3/h（以24h计）。
2.2 处理水质
进水水质：pH=5~6.5，ρ(CODcr)= 600~800mg／L，ρ(BOD5)=100~400 mg／L，ρ(SS)＝100~200 mg／L，色度100~400倍。
出水水质：执行《纺织染整工业水污染物排放标准》（GB4287-92）3中Ⅰ级标准：ρ(CODcr) 100 mg／L，ρ(BOD5) 25 mg／L，ρ(SS) 70 mg／L，色度40倍。
2.3 工艺流程
废水处理工艺流程见图1。
3.废水微生物概述
3.1 主要微生物
在好氧生物处理系统中的微生物主要是细菌（包括真菌），其它还有藻类、原生动物等微型动物。
在废水好氧生物处理过程中，去除含碳有机物起主要作用的是异氧菌，数量最多的也是异氧菌。真菌为多细胞异氧微生物，为严格好氧，喜欢酸性环境（最佳pH约5.6），需氧量低。
单细胞原生生物如原生动物和多细胞后生动物如微型动物轮虫在废水处理过程中也起主要的作用。这些微生物以小的胶体有机颗粒和分散的细菌细胞为食料，可减少生物处理系统出水的浊度。原生动物和后生动物的种类多少、生长情况和数量被用来评价生物系统是否正常。当原生动物种类多、生长好、数量多并出现后生动物时，一般认为废水处理系统处理情况良好，运行正常的象征。
必须指出，新生的微生物细菌，是一种不稳定的有机物，呈悬浮固体状，易于分离。好氧生物处理的实质时废水中的溶解性有机物转化成不溶性可沉的微生物固体和一部分无机物，从而使废水得到净化。固液分离后的微生物固体是不稳定的，一般尚需进一步处理或处置。
3.2 影响好氧生物处理的因素
影响好氧生物处理的因素主要是温度、pH、营养物、供氧、毒物和有机物性质等。
（1）温度
根据生长的最适宜温度范围，细菌可分为嗜冷、嗜温和嗜热（或可分为低温、中温和高温）三大类。嗜冷菌的最佳生长温度为4～10℃，嗜热菌为50～55℃，嗜温菌为20～40℃，废水好氧生物处理一般在15～35℃内运行，温度低于10℃或高于40℃，去除BOD的效率大大降低，降低。20～30℃效果最佳。一般在5～35℃内，温度每增加10～15℃，微生物活动能力可增加一倍。
（2）pH
废水氢离子浓度对微生物的生长有直接影响。好氧生物处理系统在中性环境中运行最好，一般在pH6.5～8.5范围内。当pH>9或pH
（3）供氧
好痒生物处理过程中提供足够的溶解氧是至关重要的，供氧不足会出现厌氧状态，妨碍好氧微生物正常的代谢过程，并滋长丝状细菌。为了使微生物正常代谢和沉淀分离性能良好，一般要求溶解氧维持在2mg/L左右。
（4）营养物
微生物的代谢需要一定比例的营养物质。除需要以BOD表示的碳源外，还需要氮、磷和其它微量元素。生活污水含有微生物所需要的各种元素；有些工业废水则缺乏某些关键的元素，如氮、磷等，这是就需要透加适量的氮、磷等或生活污水。好氧生物处理对氮、磷的需要量可根据下式估计：
（5）有毒物质
对生物处理有毒害的物质很多，其中包括重金属、氰、H2S等无机物质和某些有机毒物。毒物的毒害作用与pH值、水温、溶解氧、有无其它毒物及微生物的数量和是否驯化等有很大关系。
4.工程调试进程与微生物生长的关系
4.1 工程调试初期
废水接种城市污水处理厂的活性污泥。水中的微生物恢复活性后，镜观好氧池中主要的微生物仍为原城市污水处理中的优势菌体。主要有菌类、原生动物和浮游甲壳动物等。
4.2 调试过程中生物相变化
篇9
中图分类号：R285.5 文献标识码：A 文章编号：1005-5304（2013）02-0048-02
小檗碱作为黄连、黄柏等清热燥湿中药的主要生物碱，长期用于多种肠道疾病的治疗[1]。梗阻性黄疸是外科常见疾病。梗阻性黄疸时肠道内胆汁缺乏及肝脏库佛细胞功能下降和肠黏膜屏障损伤可引发细菌移位[2]，目前普遍认为梗阻性黄疸病死率高、并发症多的临床特点与细菌移位及内毒素有关[3-4]。长期的梗阻性黄疸可诱导肠道内毒素的产生增多，并使肝脏对血内毒素清除障碍[5-6]，而梗阻性黄疸时伴发内毒素血症的主要原因是由于肠黏膜屏障的损伤导致的内毒素易位[7]。所以在梗阻性黄疸发生时，护肝治疗和对肠道功能的保护有着重要的意义。现代药理实验表明，小檗碱治疗肝脏和肠道疾病有明显
的疗效[8]。本研究通过建立梗阻性黄疸大鼠模型，采用盐酸小檗碱灌胃，观察小檗碱对梗阻性黄疸大鼠肝细胞的影响。
1 材料与方法
1.1 动物
清洁级SD大鼠32只，体质量200～230 g，广东省医学实验动物中心提供，动物许可证号：SYXKk（粤）2010-0106。
1.2 药物、仪器与主要试剂
盐酸小檗碱（湖北远成药业原料有限公司产品，纯度100%）。AU2700型全自动生化分析仪（日本OLYMPUS光学株式会社）；TK-C1381显微成像系统（日本JVC公司）；MK3型酶标仪（美国THERMO公司）；EPICS?ALTRA流式细胞仪（美国贝克曼库尔特有限公司）。全组织冯库萨（Von kossa）钙染色试剂盒（上海江莱生物科技有限公司，批号LA135985）；罗氏公司Tunel试剂盒（北京嘉美诺斯生物科技有限公司，批号11684817911）；丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）测定试剂盒（南京建成科技有限公司，批号A001-6）。
1.3 分组
SD大鼠随机分为正常对照组、假手术组、模型组、小檗碱组，每组8只。各组按预定方式处理，1周后采用脊椎脱臼法处死。
1.4 造模与给药
常规麻醉消毒后，取上腹正中切口，显露肝十二指肠韧带，于近肝门处游离胆总管，模型组用0号丝线双重结扎，关腹。假手术组仅做胆总管游离，但不结扎。术后2 d经采血检查总胆红素和直接胆红素，比正常对照组高5倍为模型制作成功的标准。正常对照组、假手术组、模型组每日进食普通饲料；小檗碱组除每日进食普通饲料外，再用盐酸小檗碱90 mg/（kg・d）灌胃，每日1次。
1.5 观察指标与方法
1.5.1 肝细胞指数凋亡 肝组织经甲醛固定后，常规石蜡包埋、切片，用二甲苯脱蜡，梯度乙醇脱水。20 ?g/mL蛋白酶K在37 ℃下孵育20 min，PBS洗片2次，加入TUNEL反应液，37 ℃下孵育1 h，PBS洗片3次，Block液常温封闭20 min，加入FITC标记的卵白素，37 ℃下孵育20 min，DAPI核对比染色，用50%甘油封固，用激光共聚焦显微镜观察（Leica TCS SP2）。每张切片随机观察5个高倍视野，计算每100个细胞中的平均阳性细胞数，即凋亡指数（apoptosis index，AI）。
1.5.2 肝细胞钙离子含量测定 所取肝组织甲醛固定，常规石蜡包埋，切片，Von Kossa钙染色，光镜观察肝细胞内钙含量。肝细胞钙Von Kossa染色呈棕黑色颗粒，各组取1 mL细胞悬液分别于流式细胞仪上检测。
篇10
植物营固着生活,所有的细胞都被细胞壁束缚着不能自由移动,所以,植物体内不存在形成免疫系统的物质基础,植物细胞程序性死亡可为抵御病原微生物的侵染提供一定的保障。当植物细胞被病原微生物侵染时,可引起过敏反应,致宿主细胞程序性死亡,抑制病原微生物的生存和进一步侵染。这种通过部分细胞的死亡而换来整个植株的生存并最终服务于该植株有效繁殖的措施,是为自然选择所保留的。此外,木栓是形成周皮的一种细胞,是由死亡细胞构成的,对气体、有机溶剂有一定的隔绝作用[6],但未见木栓细胞对病原微生物的隔绝作用的报道,基于木栓细胞的以上作用,相信在木栓细胞在隔绝病原微生物方面也发挥一定的作用。部分细胞通过程序性死亡的方式来保全整个植株的生存,并最终服务于有效生殖的利益,不但是发育的需要[7],也是抵御外来微生物入侵的重要方式,如上述的石细胞即已死亡。不独植物如此,动物也采取了同样的方式,如构成哺乳动物的毛发和指甲均是已死亡的细胞,这些死细胞构成的组织对动物的保暖、隐匿和恫吓等发挥一定的作用。
篇11
恩格斯早在100年前就说过：“地球上几乎没有一种变化发生而不同时显示电现象。”人体更不例外。
1972年美国人布尔用真空管电压计在距体表数毫米处发现能场，并命名为“生命场”。他说，从低等生物到高等生物都有生命场，测定这个场可以提前得知这种生物在不久将要发生的病理变化。这是人类发现自身电现象具有划时代意义的实验。
1974年英国休伦德博士研究的电场效应探知器，不仅可以从4英尺处记录下人体电场情况，而且还证明身体外部有一个发射健康信号、感情信号或未知信号的电场存在。人类身体界限已超出了视觉认识，这再一次证明了人体内电的存在。
现代电生理学已明确提出：膜电位、动作电位及快慢反应电位的概念。细胞安静时，膜内带负电荷，而膜外带正电荷，形成极化状态，用微电极测量细胞内外，可产生一个电位差，称之为膜电位。当细胞受刺激开始除极时，伴随除极和复极进行，在细胞表面出现一个活动的电位变化，称之为动作电位。其电位值为-70～-90毫伏。由于动作电位特点又可分为快反应电位和慢反应电位，并有着不同的生理功能，它们是细胞生命活动的动力和基础。
大量电生理学的研究资料表明，生物电现象并不是细胞或器官机能活动的副产品或伴随物，而是细胞实现一些重要机能的关键或决定因素。例如，躯体的运动和呼吸动作，心脏的射血，一切中空脏器，如胃肠道、膀胱、子宫等内脏器官的运动，神经化学递质的释放，各种酶的活动，都是以生物电活动为基础。在活动之前，首先出现细胞膜静息电位，动作电位，然后再由膜上的电变化，通过某种偶联过程。启动细胞内某些机构表现出如神经传递、肌肉运动或腺体分泌等功能。
人类的某些疾病如高血压病、哮喘病、糖尿病及心脑血管疾病的发生发展，都和生物电活动失常、细胞膜离子转运障碍有关。因此。生物电平衡是人体保持健康的基本条件，细胞生物电失常是人体疾病的根源。细胞生物电就是细胞的生命。
如果把人体视为小宇宙，它就是大千世界的大宇宙的缩影，同时它又比大宇宙更完善、更先进。大宇宙没有解决的科技难点。小宇宙却莫名其妙地解决得很完善。
基因之小是人所共知的，即使把全世界的人所有的基因合在一起也没有一个顶针箍大，它却能封藏着60亿人的各个特性和500万年前祖先的遗传信息，掌管地球上一切生命活动，这是多么奇特的生命现象。而一切都是在生物电环境中完成的。
篇12
1生物圈包括大气圈、水圈、岩石圈三部分。
2生物的多样性包括物种多样性、遗传多样性、生态系统性三部分。
3生态系统中有生产者、消费者、分解者三部分构成。
4动物细胞的结构由细胞膜、细胞质、细胞核三部分构成。
5植物的营养器官由根、茎、叶三部分组成。
植物的生殖器官由花、果实、种子三部分组成。
6植物的根分为主根、侧根、不定根三部分。
7植物的叶片由表皮、叶肉、叶脉三部分组成。
8动物的栖息环境分为水中、陆地、空中三大类。
9人体耳的结构包括外耳、中耳、内耳三部分。
10人体运动系统由骨、骨连结、骨骼肌三部分构成。
11人体骨的基本结构由骨膜、骨质、骨髓三部分构成。
12人体关节的基本结构由关节面、关节囊、关节腔三部分构成。
13人体血管分为动脉、静脉、毛细血管三部分。
14人体血液中的血细胞分为白细胞、红细胞、血小板三部分构成。
15人体神经系统由脑、脊髓和神经组成。
16动物不完全变态发育经历了受精卵、若虫、成虫三个时期。
17昆虫的身体分为头、胸、腹三部分。
18单子叶植物种子由种皮、胚、胚乳三部分构成。
19种子萌发外界条件由适宜的温度、适宜的水分、充足的空气三部分构成。
20花的雌蕊由柱头、花柱、子房三部分构成。
21动物的多样性保护措施包括就地保护、易地保护、法制教育和管理三部分。
22微生物类型分为三部分，大多数是单细胞生物、少数多细胞生物，还有一少部分是没有细胞的结构的微生物。
23青春期发育特点有三个，即身高和体重增加、脑和内脏的功能趋于完善性发育和性成熟。
二、与“四”有关的知识
1生物的特征具有应激性、生长、繁殖、新陈代谢四个特征。
2植物的基本组织有分生组织、保护组织、营养组织、输导组织四部分构成。
3植物的主要类型有藻类植物、苔藓植物、蕨类植物、种子植物四种。
4植物的细胞结构由细胞壁、细胸膜、细胞质、细胞核四部分构成。
5植物的极尖由根冠分生区、伸长区和成熟区四部分构成。
6木本植物的茎由外到内由树皮形成层、木质部和髓四部分构成。
7草本植物的茎由外到内由表皮机械组织、薄壁细胞、维管束四部分构成。
8人和动物基本组织有上皮组织、肌肉组织、结缔组织和神经组织四部分构成。
9人体血型分为A型、B型、AB型、O型四种血型。
10人体脊柱有四个生理弯曲，即颈曲、胸曲、腰曲、骶曲四种。
11人体传染病分为四大类：呼吸道传染病、消化道传染病、血液传染病和体表传染病。
12人类进化历程分为：南方古猿、能人、直立人、智人四个阶段。
13人体心脏有四个腔，即左心房、右心房、左心塞、右心塞。
14现代人划分为四个人种：蒙古利亚人、高加索人、尼格罗人、澳大利亚人。
15昆虫完全变态发育经历了卵、幼虫、蛹、成虫四个时期。
篇13
原发性痛经（primary dysmenorrhea，PDM）多见于未婚或未育青年女性，发病率高达50%，其中严重影响工作和生活者占10%。中国高校女学生痛经发病率高达60%～80%[1]。由情致变化导致的气滞血瘀证是临床原发性痛经常见证候，生活、工作和周围环境所带来的压力使妇女产生愤怒或抑郁，气机郁滞，血行不畅，导致痛经。香附四物汤是临床经方，其组方药物如当归、香附等在气滞血瘀证痛经治疗中广泛使用。动物、细胞实验证明香附四物汤可改善原发性痛经导致的NEI系统紊乱和激素调节异常[26]。
蛋白质组学具有整体性和系统性特点，作为沟通中医药与现代医药2种科学体系的桥梁，为中医药认识疾病的方法、理论的现代科学表征体系提供了适宜的方法[7]。质谱技术是蛋白质组学的核心技术，目前用于蛋白质组学研究的质谱分析器包括离子阱质量分析器（IT）、四级杆（Q）、飞行时间分析器（TOF）、傅里叶变换离子回旋共振（FTICR）和轨道阱质谱分析器（Orbitrap）[8]。本文基于nano LCLTQOrbitrap平台，对原发性痛经模型小鼠卵巢组织差异表达蛋白进行分析，研究香附四物汤防治原发性痛经的分子机制。
1 材料与方法
1.1 动物
雌性健康C57BL/6小鼠，SPF级，体重（20±2）g，上海斯莱克实验动物有限责任公司，许可证号SCXK（沪）20120002。
1.2 药物与试剂
按文献[6]方法制备香附四物汤；动物全蛋白提取试剂盒[生工生物工程（上海）股份有限公司，批号BSP003130516]；BCA蛋白质定量检测试剂盒[生工生物工程（上海）股份有限公司，批号SK3021130516]；二巯基苏糖醇（DTT，批号C325BA0008），碘乙酰胺（IAA，批号BB13BA0007），碳酸氢铵（NH4HCO3，批号B715BA0021）均购自生工生物工程有限公司；质谱级胰酶（美国Thermo公司，批号QB214128A）。实验用水为MilliQ去离子水。
1.3 仪器
Dionex Ultimate 3000 UHPLC液相系统（美国Thermo公司）；nanoESILTQVelos OrbitrapElite（美国Thermo公司）；Thermo Acclaim PepMap C18（100 μm × 2 cm）trapping柱；Thermo Acclaim PepMap RSLC C18（75 μm × 25 cm）分析柱；MilliQ超纯水机（美国Millipore公司）；Microfuge 22R高速冷冻离心机（美国Beckman Coulter公司）；真空冷冻干燥机（美国Labconco公司）。
1.4 组织样本的制备
实验动物分为3组，每组6只，香附四物汤组和模型组按文献方法[9]，通过雌激素和缩宫素联合复制原发性痛经模型，香附四物汤组按含生药6.43 g・kg-1剂量给药，模型组和正常组按同等条件给予等体积的生理盐水，连续灌胃给药3 d，于末次给药后1 h，处死小鼠，解剖，取卵巢，液氮速冻后，贮存于-80 ℃冰箱，备用。
1.5 蛋白质组学分析
1.5.1 组织全蛋白提取、烷基化、脱盐、酶解 按照试剂盒说明书提取卵巢全蛋白，采用Bradford法测定蛋白浓度。
用DTT对蛋白质还原，用IAA烷基化，向还原烷基化后的样品溶液中加入丙酮使蛋白完全沉淀，离心（25 000×g），弃上清，并将蛋白沉淀置于空气中，使残留丙酮挥发。向样品中加入50 mmol・L-1 NH4HCO3缓冲溶液，使蛋白质量浓度为5 g・L-1，充分振荡使蛋白溶解。向样品中加入胰酶，充分溶解后，于37 ℃振荡酶解过夜。最后，样品置于95 ℃振荡10 min 终止酶解，并于冷冻干燥机中将样品完全干燥。加入0.1%甲酸水100 μL，13 000 r・min-1，4 ℃离心，取上清液，质谱上样分析。
1.5.2 质谱分析 色谱条件：样品进样量1 μL，载样流速300 nL・min-1，载样时间5 min，分析流速200 nL・min-1；流动相A 为0.1%甲酸2%乙腈水溶液，B为0.1%甲酸乙腈溶液，梯度洗脱，5～35 min，3%～40% B；35～45 min，40%～85% B；45～48 min，85% B；48～50 min，85%～3% B。
质谱条件：电喷雾（ESI）离子源，离子源喷雾电压2.5 kV，加热毛细管温度250 ℃。一级质谱Orbitrap扫描范围350～1 800，一级质谱里选取信号最强的15个母离子做二级质谱分析，动态排除功能开启，时间90 s。二级质谱LTQ为CID碰撞，正离子模式，标准化碰撞能量35%，活化q值0.25，活化时间10 ms。
1.5.3 数据处理及生物信息学分析 使用ThermoProteome discoverer 1.4（内带SEQUEST搜库软件）搜索引擎对数据进行检索，检索数据库为鼠种属的UniProt数据库。
检索参数：m/z 350～5 000，母离子容忍度1×10-5 Da，碎片离子容忍度为0.8 Da，肽段和蛋白质鉴定FDR均小于1%。采用SIEVE v2.1软件进行无标定量分析寻找相关差异蛋白，组间表达量差异比率1.5以上（即ratio小于0.7或大于1.5），且ANOVA统计检验P小于0.05，视为差异蛋白。利用DAVID，GO，KEGG，STRING数据库进行蛋白功能注释及生物学过程等分析[10]。选择合适的通路用作蛋白的解释并为后续验证做参考。
1.6 蛋白质验证
采用Western blot方法，将筛选出的重要差异蛋白进行小鼠卵巢（包括正常组、模型组和给药组）蛋白验证。一抗为兔抗人ADRM1（1∶250）及GAPDH（1∶400）多克隆抗体，二抗为辣根过氧化物标记的山羊抗兔抗体（1∶1 000），加DAB显色后用Bandscan分析软件分析条带灰度，进行半定量比较分析，采用自身灰度值校正，以目的基因的条带灰度与管家基因GAPDH的灰度比值表示蛋白的表达水平。
2 结果
酶解样品，分别进样，经纳升液相分离后，使用Thermo LTQ Orbitrap Elite质谱仪分析，采用Tune and Xcalibur控制软件，得总离子流图（TIC），见图1。
质谱数据经搜索蛋白质数据库及数据处理后，正常组和模型组数据比较获得1 697个差异蛋白，使用DAVID数据库对其进行功能注释，这些差异蛋白根据功能分为细胞骨架、肌动蛋白、ATP结合、微管细胞骨架、普列克底物蛋白、神经元、肌原纤维、钙调蛋白相关、辅肌动蛋白类等197类。在功能已知蛋白中，参与组织细胞投影（cell projection organization，2.5%）、神经细胞分化（neuron differentiation，2.4%）、细胞压力反应（cellular response to stress，2.4%）等所占比例较大。
模型组和给药组获得628个差异蛋白，根据功能分为细胞骨架，普列克底物蛋白，PDZ，微管细胞骨架，辅肌动蛋白类，DNA修复，嘌呤核苷类等95类，主要为磷酸化蛋白质（phosphoprotein，32.8%）。
正常组和给药组获得843个差异蛋白，根据功能分为细胞骨架、肌动蛋白、肌原纤维、嘌呤核苷类、辅肌动蛋白类、普列克底物蛋白等121类，主要为磷酸化蛋白质（phosphoprotein，31.7%）。
3组共有的差异蛋白106个，GO注释表明其参与解剖结构发育（anatomical structure development）、发育过程（developmental process）、单个有机体发育过程（singleorganism developmental process）、系统发育（system development）、多细胞体发育（multicellular organismal development）、单多细胞体发育（singlemulticellular organism process）、多细胞体过程（multicellular organismal process）、生物调节（biological regulation）、细胞成分组织（cellular component organization）、细胞成分组织或生源（cellular component organization or biogenesis）、细胞发展进程（cellular developmental process）、单个有机体细胞进程（singleorganism cellular process）、细胞过程调节（regulation of cellular process）、细胞器组织（organelle organization）、细胞变异（cell differentiation）、神经变异调节（regulation of neuron differentiation）、蛋白质复合体亚基组织（protein complex subunit organization）等17个生物学过程，见表1，图2。
同时，使用KEGG pathway对差异蛋白质可能参与的信号通路进行分析发现，其主要参与了黏着连接（adherens junction）、黏着斑（focal adhesion）、磷酸肌醇代谢（inositol phosphate metabolism）、胰岛素信号通路（insulin signaling pathway）、白细胞跨内皮迁移（leukocyte transendothelial migration）、神经退行性失调（neurodegenerative Disorders）、磷脂酰肌醇信号系统（phosphatidylinositol signaling system）、嘧啶代谢（pyrimidine metabolism）、紧密连接（tight junction）、三羧酸循环（citrate cycle）等信号通路。
采用Western blot法，对卵巢样本（正常对照组、模型组和给药组各6个）中的蛋白ADRM1（adhesionregulating molecule 1）进行了验证，见图3，表2。以灰度值的平均值计，正常对照组表达量为1，模型组表达量为1.81，给药组表达量为1.20。
3 讨论
本实验采用shotgun蛋白质组学研究策略，运用2D LCMS/MS分析了香附四物汤干预原发性痛经模型小鼠卵巢组织中的差异表达蛋白。Shotgun蛋白质组学技术具有快速、简单、高通量、自动化的特点。实验过程操作无需经过复杂的双向电泳，影响因素较传统的2DE策略显著减少，因此结果可靠性更高。本实验中，从正常组和原发性痛经模型组共鉴定1 697个差异蛋白，原发性痛经模型组和香附四物汤给药组628个差异蛋白，正常组和香附四物汤给药组843个差异蛋白。3组共有差异蛋白106个，参与细胞过程的蛋白所占比例较大，其所参与的黏着连接、黏着斑等信号通路对细胞内各种信号通路均有调节作用，说明香附四物汤的作用靶点通路与细胞过程相关，这与课题组前期通过网络药理学方法预测出的结论是一致的[11]。
香附四物汤是治疗气滞血瘀证型痛经的经典方剂，其组方药味多为活血化瘀药物，该类药物在针对卵巢癌等恶性肿瘤的治疗中出现较多。课题组前期通过网络药理学方法预测结果提示该方中的活性成分有可能开发成为潜在的预防和治疗卵巢癌或其他妇科肿瘤药物。ADRM1是一种黏附调节分子，对泛素酶UCHL5活性有促进作用，此外，还介导了内皮细胞中的淋巴细胞黏附。在肺腺癌、肺鳞状细胞癌、膀胱癌、结肠癌、肝癌、肾癌、胃癌、卵巢癌等实体瘤中，存在ADRM1的过表达，该分子与肿瘤的发生密切相关。有研究表明，ADRM1是治疗卵巢癌的一个新靶点[12]。本实验结果表明，ADRM1在原发性痛经模型小鼠体内表达上调，而给予香附四物汤后，表达下降，该蛋白分子有可能成为香附四物汤防治原发性痛经的潜在靶点。但其对于原发性痛经的诊断意义及成为药物治疗靶标还需进一步扩大样本研究。痛经与卵巢癌是否存在关联以及香附四物汤对卵巢癌是否有治疗效果有待进一步评估验证。
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