分子生物学的研究方法
分子生物学的研究方法范文第1篇
【关键词】生物电子学；研究生选修课；教学探索
Postgraduate Course of Bioelectronics Opened and Teaching
SU Shao
（School of Materials Science and Engineering， Nanjing University of Posts & Telecommunications， Nanjing Jiangsu 210023， China）
【Abstract】“Bioelectronics” is a newly elective course， which has opened for different postgraduates. Bioelectronic is an emerging and fascinating interdisciplinary， covering many areas of research， has become a research hotspot. This elective course aims to broaden graduate research horizons， learn about the latest frontior research and develop students' innovative spirit and overall quality. In this paper， we discuss the experiences of the research fields of bioelectronics， reference books， teaching object， course content and teaching methods and prospect the future development of the electives course.
【Key words】Bioelectronics； Postgraduate elective course； Teaching explore
0 前沿
生物电子学（Bioelectronics）是以生物学和电子学为代表但又涉及化学、物理、材料及信息技术等许多学科和高新技术相结合的一门新兴交叉学科。电子信息科学技术和生物科学（含医学科学）是十分重要的两个学科领域，它们对科学技术进步和经济发展，乃至于对人类的社会生活方式都将产生深刻而重要的影响。生物电子学的发展充分体现了上述两个学科的相互依赖和和相互促进的关系。生物电子学自20世纪50 年代诞生以来，发展迅速，领域不断拓宽，地位日益重要，已经展示了广阔的发展前景[1-2]。子学的研究领域大致可以包括如下7个方面：（1）生物信息检测；（2）生物医学信息处理；（3）生物系统建模和仿真；（4）场与生物物质的作用；（5）分子和生物分子电子学；（6）生物信息学；（7）生物医学仪器。近20年来，随着各种新原理、新技术和新方法不断地应用到生物电子学的研究中，生物电子学的发展日新月异，目前越来越的科研工作者聚集生物电子学方面的研究。
1 研究领域
生物电子学作为新兴的交叉学科，发展迅猛，涉及多个研究领域。国外的大学很早就开展生物电子学的相关研究。如英国的克兰菲尔德大学，其生物电子学方面的研究就包括生物信息学、生物传感器与生物诊断、环境与健康、环境与自然、环境与安全、智能材料和转化医学等。我国在1985年，由韦钰院士创立了分子与生物分子电子学实验室，通过20年的发展，2002年，东南大学生物电子学国家重点实验室开始建设。目前，该重点实验室的发展目标是瞄准生物电子学的国际发展前沿，开展应用基础研究，侧重综合应用信息科学领域的最新成果，发展生物领域研究的新方法和新技术，并用于探究生命过程的本质，揭示重大疾病的机制，为医学发展开辟新途径。该国家重点实验室以生物信息材料与器件、生物信息获取和传感、生物信息系统和应用为主要研究方向，研究内容涉及分子（纳米）有序材料及其制备、分子有序结构的组装与表征、分子/纳米器件、生物/纳米材料及其应用、植入式电子器件、单分子与单细胞检测、生物传感器、微阵列芯片技术、微流体生物芯片、生物信息学、仿生信息处理系统及应用、脑信息系统的建模和应用等。
2 教材选择
本课程是专业选修课，开设对象是低年级的硕士研究生和博士研究生。相对于本科生，研究生具有良好的自学能力和独立思考能力，因此，如何选择实用、全面和专业的参考教材尤其重要。目前，国内还没有《生物电子学》课程的材，很多医学专业的高等院校选用的是生物电子医学方面的教材，并不能很好的满足普通高校本科生或者研究生的课程需要。因此，在依据本学校和本学院的专业设置（材料物理、材料科学和信息显示等专业），以及本学院教师的科研方向，选用了以色列著名科学家Itamar Willner为主编，汇集了众多在生物电子学方面的专家编著的《Bioelectronics》[3]教材，从生物电子学的定义，生物电子学的发展和研究领域等方面，并结合当前热门生物电子学方面的科研资料和科研文献，多方位、多角度的向研究生展示生物电子学的研究内容、研究方向、研究前沿和研究热点。这样的安排，让研究生从一开始就接触科学前沿，开阔了眼界，更好的领悟科学的真谛。
3 授课对象
《生物电子学》是硕士和博士研究生的专业选修课程，目前选修本门课程的学生的专业跨度很大，有材料化学、材料物理和高分子材料与工程等不同专业。我们开设本门课程的宗旨是让不同学生都了解什么是生物电子学、当前生物电子学发展到怎样的阶段和生物电子学涉及的研究领域。通过对这些方面的学习，结合各自的研究背景，将生物电子学领域的研究内容糅合到各自的科学研究中，实现科学创新，更好更快的进行科学研究。
4 授课形式和课程内容
本门课程为研究生专业选修课，在授课形式和课程内容上有别于本科生的专业必修课。在充分考虑研究生具有良好的自学能力和理解能力的基础上，我们决定将本门课程的课时设置为32学时，分8次课完成。课题上以授课和讨论两种主要形式进行，设为8个不同的生物电子学版块，以讲座形式进行教学，并同时让研究生依据各自的研究背景，以每次课所要将的内容为主线，做好课下准备，带着问题有针对性的进行实时讨论。本着“科学性、系统性、实用性”的原则，我们确立了具体的授课内容，主要包括以下内容：概论部分、生物传感器、生物芯片、活体生物发光和荧光成像技术、微流控芯片体外诊断、临床即时检测仪器和DNA纳米技术等。在讲授这些专题的同时，结合大量的最新科研的前沿和热点文献，循序渐进，生动直观的介绍生物电子学方面的知识，使课堂教学更为生动、丰富。
5 教学方法
为了使研究生能在有限的课时内掌握老师所教授的内容，并能学以致用，就必须要运用灵活多样的教学方式，如：多媒体教学、互动式教学、理论联系实际等方法。由于生物电子学涉及多个研究领域，书本上的基础知识往往较为枯燥、抽象，不能很好的吸引研究生的求知欲望。因此，本门课程主要以多媒体教学为主，辅以互动式教学。在讲解科学前沿和热点时，利用多媒体技术在功能上、空间上及时间上交互的便利性，直观生动的将各种原理示意图、实验结果甚至影像资料展示给研究生，将抽象、枯燥的科研问题直观、形象又深入浅出的解释给学生，激发学生的学习兴趣。
为了提高研究生的学习主动性，让研究生参与到整（下转第24页）（上接第16页）个教学环节中，此时教师与学生不再说简单的传授与接受的关系，而是双边的互动关系。在课堂上除了老师有针对性地向学生提问外，学生也可以随时向老师发问，通过互动式教学，使学生最大限度地参与教学活动，积极思维，培养了主动探索、勇于创新的意识。
6 结语
目前《生物电子学》这门研究生选修课程还处于不断探索和改革阶段，作为专业教师，责任任重而道远，今后除了要不断提高自身的业务素质，不断实践、不断总结，还要依据不断变化的科研环境和教学环境，及时与学生沟通，把《生物电子学》课程的教学工作开展的更有深度、更有效果、更受研究生喜爱，为研究生开拓眼界、提升创新思维作出贡献。
【参考文献】
[1]韦钰.电子科技导报[N].1998，11，1-4.
分子生物学的研究方法范文第2篇
论文摘要：将量子化学原理及方法引入材料科学、能源以及生物大分子体系研究领域中无疑将从更高的理论起点来认识微观尺度上的各种参数、性能和规律，这将对材料科学、能源以及生物大分子体系的发展有着重要的意义。
量子化学是将量子力学的原理应用到化学中而产生的一门学科，经过化学家们的努力，量子化学理论和计算方法在近几十年来取得了很大的发展，在定性和定量地阐明许多分子、原子和电子尺度级问题上已经受到足够的重视。目前，量子化学已被广泛应用于化学的各个分支以及生物、医药、材料、环境、能源、军事等领域，取得了丰富的理论成果，并对实际工作起到了很好的指导作用。本文仅对量子化学原理及方法在材料、能源和生物大分子体系研究领域做一简要介绍。
一、 在材料科学中的应用
（一）在建筑材料方面的应用
水泥是重要的建筑材料之一。1993年，计算量子化学开始广泛地应用于许多水泥熟料矿物和水化产物体系的研究中，解决了很多实际问题。
钙矾石相是许多水泥品种的主要水化产物相之一，它对水泥石的强度起着关键作用。程新等[1 ，2]在假设材料的力学强度决定于化学键强度的前提下，研究了几种钙矾石相力学强度的大小差异。计算发现，含Ca 钙矾石、含Ba 钙矾石和含Sr 钙矾石的Al -O键级基本一致，而含Sr 钙矾石、含Ba 钙矾石中的Sr，Ba 原子键级与Sr-O，Ba -O共价键级都分别大于含Ca 钙矾石中的Ca 原子键级和Ca -O共价键级，由此认为，含Sr 、Ba 硫铝酸盐的胶凝强度高于硫铝酸钙的胶凝强度[3]。
将量子化学理论与方法引入水泥化学领域，是一门前景广阔的研究课题，它将有助于人们直接将分子的微观结构与宏观性能联系起来，也为水泥材料的设计提供了一条新的途径[3]。
（二） 在金属及合金材料方面的应用
过渡金属(Fe 、Co、Ni)中氢杂质的超精细场和电子结构，通过量子化学计算表明，含有杂质石原子的磁矩要降低，这与实验结果非常一致。闵新民等[4]通过量子化学方法研究了镧系三氟化物。结果表明，在LnF3中Ln原子轨道参与成键的次序是：d＞f＞p＞s，其结合能计算值与实验值定性趋势一致。此方法还广泛用于金属氧化物固体的电子结构及光谱的计算[5]。再比如说，NbO2是一个在810℃具有相变的物质(由金红石型变成四方体心)，其高温相的NbO2的电子结构和光谱也是通过量子化学方法进行的计算和讨论，并通过计算指出它和低温NbO2及其等电子化合物VO2在性质方面存在的差异[6]。
量子化学方法因其精确度高，计算机时少而广泛应用于材料科学中，并取得了许多有意义的结果。随着量子化学方法的不断完善，同时由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学在材料科学中的应用范围将不断得到拓展，将为材料科学的发展提供一条非常有意义的途径[5]。
二、在能源研究中的应用
（一）在煤裂解的反应机理和动力学性质方面的应用
煤是重要的能源之一。近年来随着量子化学理论的发展和量子化学计算方法以及计算技术的进步，量子化学方法对于深入探索煤的结构和反应性之间的关系成为可能。
量子化学计算在研究煤的模型分子裂解反应机理和预测反应方向方面有许多成功的例子， 如低级芳香烃作为碳/ 碳复合材料碳前驱体热解机理方面的研究已经取得了比较明确的研究结果。由化学知识对所研究的低级芳香烃设想可能的自由基裂解路径，由Guassian 98 程序中的半经验方法UAM1 、在UHF/ 3-21G*水平的从头计算方法和考虑了电子相关效应的密度泛函UB3L YP/ 3-21G*方法对设计路径的热力学和动力学进行了计算。由理论计算方法所得到的主反应路径、热力学变量和表观活化能等结果与实验数据对比有较好的一致性，对煤热解的量子化学基础的研究有重要意义[7]。 转贴于
（二）在锂离子电池研究中的应用
锂离子二次电池因为具有电容量大、工作电压高、循环寿命长、安全可靠、无记忆效应、重量轻等优点，被人们称之为“最有前途的化学电源”，被广泛应用于便携式电器等小型设备，并已开始向电动汽车、军用潜水艇、飞机、航空等领域发展。
锂离子电池又称摇椅型电池，电池的工作过程实际上是Li + 离子在正负两电极之间来回嵌入和脱嵌的过程。因此，深入锂的嵌入-脱嵌机理对进一步改善锂离子电池的性能至关重要。Ago 等[8] 用半经验分子轨道法以C32 H14作为模型碳结构研究了锂原子在碳层间的插入反应。认为锂最有可能掺杂在碳环中心的上方位置。Ago 等[9 ] 用abinitio 分子轨道法对掺锂的芳香族碳化合物的研究表明，随着锂含量的增加，锂的离子性减少，预示在较高的掺锂状态下有可能存在一种Li - C 和具有共价性的Li - Li 的混合物。Satoru 等[10] 用分子轨道计算法，对低结晶度的炭素材料的掺锂反应进行了研究，研究表明，锂优先插入到石墨层间反应，然后掺杂在石墨层中不同部位里[11]。
随着人们对材料晶体结构的进一步认识和计算机水平的更高发展，相信量子化学原理在锂离子电池中的应用领域会更广泛、更深入、更具指导性。
三、 在生物大分子体系研究中的应用
生物大分子体系的量子化学计算一直是一个具有挑战性的研究领域，尤其是生物大分子体系的理论研究具有重要意义。由于量子化学可以在分子、电子水平上对体系进行精细的理论研究，是其它理论研究方法所难以替代的。因此要深入理解有关酶的催化作用、基因的复制与突变、药物与受体之间的识别与结合过程及作用方式等，都很有必要运用量子化学的方法对这些生物大分子体系进行研究。毫无疑问，这种研究可以帮助人们有目的地调控酶的催化作用，甚至可以有目的地修饰酶的结构、设计并合成人工酶；可以揭示遗传与变异的奥秘， 进而调控基因的复制与突变，使之造福于人类；可以根据药物与受体的结合过程和作用特点设计高效低毒的新药等等，可见运用量子化学的手段来研究生命现象是十分有意义的。
综上所述，我们可以看出在材料、能源以及生物大分子体系研究中，量子化学发挥了重要的作用。在近十几年来，由于电子计算机的飞速发展和普及，量子化学计算变得更加迅速和方便。可以预言，在不久的将来，量子化学将在更广泛的领域发挥更加重要的作用。
参考文献：
[1]程新. [ 学位论文] .武汉:武汉工业大学材料科学与工程学院，1994
[2]程新，冯修吉.武汉工业大学学报，1995，17 (4) :12
[3]李北星，程新.建筑材料学报，1999，2(2):147
[4]闵新民，沈尔忠， 江元生等.化学学报，1990，48(10): 973
[5]程新，陈亚明.山东建材学院学报，1994，8(2):1
[6]闵新民.化学学报，1992，50(5):449
[7]王宝俊，张玉贵，秦育红等.煤炭转化，2003，26(1):1
[8]Ago H ，Nagata K， Yoshizaw A K， et al. Bull.Chem. Soc. Jpn.，1997，70:1717
[9]Ago H ，Kato M，Yahara A K. et al. Journal of the Electrochemical Society， 1999， 146(4):1262
分子生物学的研究方法范文第3篇
关键词：研究生；课堂教学；教学方法
中图分类号：G643 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）36-0201-02
工科硕士研究生（以下简称研究生）的培养通常包括两个阶段：理论课程学习和学位论文研究。目前国内的状况是相对重视学位论文研究，而放松理论课程学习。原因不外乎管理不严和教师心中无底。如何提高研究生课堂教学的质量，使课堂教学能为研究生从事学位论文研究奠定基础，真正为研究生培养发挥作用，是众多从事研究生教育的导师们关心的话题。本人从事硕士研究生培养多年，承担过多门研究生课程的教学任务。在多年的教学实践中，有一些感悟和认识，也有一些经验和失误。因此，总结在此，希望与各校同仁们分享。
一、课程内容的选择
有人认为，专业知识在本科阶段已经学过，研究生阶段的教学只是“超炒冷饭”而已，这显然是一种误解。窃以为，研究生课程不能简单重复本科生的课程内容，而应“温故而知新”。知新就是学习新的知识。那么如何做到“温故而知新”呢？本人认为有两点十分重要。
首先，研究生课程应该是从深度上拓展本科的知识。一般来说，本科生阶段较注重知识的汲取。而在研究生阶段，简单的了解和汲取显然是不够的，更多的应该是钻研和探究。也就是说，本科生阶段的学习有较多“learning”的成分，而研究生教学则应更多偏重于“study”。因此，工科研究生教学负有传授知识和培养科学研究能力的双重任务，重点则应在培养研究生综合科学研究能力方面。这就要求“授人以渔”，而不是简单的“授人以鱼”。一字之差，反映了教学理念的不同。比如说，由本人承担的《多组分聚合物结构与性能》硕士研究生课程，讲述的是高分子化合物之间共混的问题。实际上，很多高分子材料专业的学生都在本科阶段学过《高分子合金》或《高分子共混》等方面的课程。那么，《多组分聚合物结构与性能》研究生课程如何上，怎样才能使研究生们从深度和广度上进一步学习相关的内容。本人觉得可以从“高分子共混物”、“高分子合金”和“多组分聚合物”之间的关系与区别出发，介绍聚合物之间的热力学相容性和工艺相容性的概念，然后剖析聚合物相容性的特点、影响因素和与材料性能的关系。这样，通过层层解剖，使学生对多组分聚合物的特点与性能有了新的认识，不再是仅仅停留在对高分子共混物的简单了解上了。
其次，通过研究生课程学习，应该使学生从广度上拓宽眼界。“硕”者，“博”也。因此，研究生与本科生对同一问题的了解，深度和广度应该是不同的。同样以《多组分聚合物结构与性能》硕士研究生课程为例。本科生阶段的学习已经了解到，各种聚合物通过共混可以获得新的特性。那么在硕士研究生课程中，需要进一步使学生了解所谓的“共混”不仅仅是物理的概念，还可以拓展到采用化学方法实现“共混”，如接枝共聚物、嵌段共聚物、互穿聚合物网络和交联共混等，而且通过这些方法得到的多组分聚合物，其性能往往更为优异。由此可引出热塑性弹性体、高性能工程材料等内容。如此步步引导，带领学生走向更深更广的科学领地。
另外，结合教师的科研工作介绍相关学科的最新发展，不仅可调动研究生的学习积极性，也为研究生下一步选择学位论文课题作好铺垫。例如，近年来碳纳米材料的研究十分红火。但碳纳米材料在高分子材料领域有怎样的表现？学生们往往是雾里看花，不甚了解。结合《多组分聚合物结构与性能》等课程的教学，让学生及时了解高分子材料对石墨烯、碳纳米管等碳纳米材料的改性，以及石墨烯、碳纳米管对高分子材料的增强、增韧作用。事实证明，这些知识对研究生日后的学位论文研究确实起了很重要的作用。
通过上述教学内容的安排，研究生们不会觉得课堂教学只是在炒本科阶段的冷饭，而是有助于逐步建立起“科学是无止境的，值得我们化毕生的精力去探索”的观念。
由此可见，研究生的理论学习阶段不是简单的知识的传授，而应看成是一名科学工作者培养的启蒙阶段。
二、教学方法的探索
本科生经典的教学方法是教师在讲台上讲，学生则边听边作笔记。由于教师和学生之间的互动性较差，往往气氛沉闷，教学效果不理想。有很多教师提倡开展课堂讨论，但对本科生而言，由于掌握的知识面不够，课堂讨论实际上很难开展。但研究生们已经经过本科的学习，掌握了大量的专业知识，因此，完全有可能通过互动的形式获取更多的知识。笔者在国外观摩过研究生的课堂教学，大多是采用小组讨论（seminar）的形式，气氛比较活跃。彼国的方法能否“洋为中用”？因此，结合研究生课程人数较少，适合开展课堂讨论的特点，本人在研究生教学中也逐步推行了seminar的形式，取得了较好的效果。
具体做法是：每一次上课教师只讲2/3时间，另外1/3时间留给学生讨论。讨论的内容在上一次上课结束时预先布置，一方面让学生有所准备，以免冷场，另一方面培养学生带着问题查找资料的习惯。一开始，学生对这种教学方式不太习惯，往往不愿意第一个发言。这时教师要适时地进行启发和引导，避免过久的冷场。实际上，往往第一个学生发言后，后面学生就会接着发言。
例如，有一次安排的讨论内容为多组分聚合物的熔体黏性流动问题。实验中发现高分子熔体的黏度要比小分子液体的大得多，但某些多组分聚合物的熔体黏度却反而变小，希望大家就这一现象开展讨论。开始学生不知从何谈起，一度冷场。我就先给大家讲了小分子流动是由于体系中存在大量与分子体积差不多大小的孔穴，在外力作用下，后面的分子填补前面的孔穴，但又留下新的孔穴，再后面的分子有可填补这些孔穴。如此前赴后继，造成了液体宏观上的流动。然后，请大家想一想，大分子流动时，是否也是这种填补孔穴式的？有同学马上回答，不可能。因为一个大分子链的体积远远大于液体中的孔穴的体积。那么大分子实现流动的最可能方法是什么呢？马上又有同学回答：向蛇一样滑行。也有同学说，滑行也不太可能，因为需要克服的分子链之间作用力太大，不太现实，有可能是像蚯蚓那样的蠕动。“滑行说”和“蠕动说”究竟哪个更合理？在课堂上马上找出答案显然不太现实，因此就将此话题留作下一堂课的讨论内容，让学生查阅文献，结合以前学过的高分子的分子运动特点，从理论上计算两个大分子之间作用力的大小。在下一堂课上，同学们将文献中的解释和自己计算的结果加以分析，得出了高分子的流动是通过链段的运动完成的结论，亦即“蠕动说”更为合理。进一步，由于两种不同化学结构的聚合物链在同一温度下的卷曲状态和运动能力是不同的，部分卷曲状态的聚合物实际上成了另一种聚合物的填充物，降低了其分子间的作用力，因此熔体黏度反而变小了。
通过这样一次活动，大家反映印象深刻。有同学说，相关的概念这一辈子恐怕也忘不了了。
三、考核方法的改革
本科生的考核大多采用笔试的方法，那是因为本科生教学的主要目的是为了掌握知识，考试则是为了考察知识掌握的程度。这套方法用在研究生身上，显然不太合适。因为如前所述，研究生的课堂教学的主要目的是激发他们的求知欲望和钻研精神，因此，考核方法也应作相应的调整。
多年来，本人一直以撰写文献综述作为考核方法。亦即要求每位研究生根据课程的内容选择一个自己感兴趣的话题，通过查阅文献写一份文献综述。为了避免学生简单的抄录，要求这份文献综述至少根据十篇以上文献综合而来，而且这十篇文献中至少有三篇是外文的原创性论文。另外，综述中不仅要对他人的研究进行总结归纳，还有加上自己的观点和见解。在撰写格式方面，应达到在国内专业期刊上发表的要求。在完成文献综述后，通常还会安排学生将自己的文献综述内容做成PPT，作一次公开演讲。这样，不但使大家更多地了解相关学科的动向，还得到了一次演讲训练的机会，收到的益处是不言而喻的。最后成绩的评定则根据研究生平时的表现、文献综述的质量、PPT的制作和演讲的能力等综合评定。
这种以文献综述代替笔试的考核方法，将简单的考察研究生对知识的掌握程度改变为对学生能力培养的一个环节，是耶非耶，尚需时间的检验。但至今为止，每年都有一部分研究生的文献综述在专业期刊上发表，说明确实达到了研究生能力培养的目的。
四、结束语
研究生教学要突出对研究生自学能力的培养，将创新精神贯穿到整个教学过程中去。教学质量的提高，需要时间的考验，不是一朝一夕可见效的。但是，培养学生是高等院校永恒的主题，提高教学质量是教师不变的追求。提高研究生教学的质量，需要我们用心、尽心，不断地探索，不断地总结。
参考文献：
[1]程中华，高崎，田燕，等.积极创新课堂教学方法 不断提升研究生教学质量[J].中国电力教育，2012，（01）：51，51.
[2]赵忠双，贾瑛，阚俊青.研究生教学中应引入探究式教学法[J].西安文理学院学报（社会科学版），2012，15（2）：101～103.
[3]牟丽君.研究生专业课教学改革探索[J].中国教育科研杂志，2010，22（9）：20，29.
[4]李春鹏，王栓杰，王昌盛.项目教学法在研究生教学中的探究[J].中国电力教育，2012，（22）：43，55.
[5]宋怀波，何东健.Seminar学习理论对当前研究生教学模式改革的启示[J].内蒙古师范大学学报（教育科学版），2011，24（11）：9～12.
分子生物学的研究方法范文第4篇
为了适应这种快速发展的形势,美国、日本、澳大利亚等发达国家先后制定了国家发展计划,把海洋生物技术研究确定为21世纪优先发展领域。1996年,中国也不失时机地将海洋生物技术纳入国家高技术研究发展计划(863计划),为今后的发展打下了基础。不言而喻,迄今海洋生物技术不仅成为海洋科学与生物技术交叉发展起来的全新研究领域,同时,也是21世纪世界各国科学技术发展的重要内容并将显示出强劲的发展势头和巨大应用潜力。
1.发展特点
表1和表2列出的资料大体反映了当前海洋生物技术研究发展的主要特点。
1.1加强基础生物学研究是促进海洋生物技术研究发展的重要基石
海洋生物技术涉及到海洋生物的分子生物学、细胞生物学、发育生物学、生殖生物学、遗传学、生物化学、微生物学,乃至生物多样性和海洋生态学等广泛内容,为了使其发展有一个坚实的基础,研究者非常重视相关的基础研究。在《IMBC 2000》会议期间,当本文作者询问一位资深的与会者:本次会议的主要进步是什么?他毫不犹豫的回答:分子生物学水平的研究成果增多了。事实确实如此。近期的研究成果统计表明,海洋生物技术的基础研究更侧重于分子水平的研究,如基因表达、分子克隆、基因组学、分子标记、海洋生物分子、物质活性及其化合物等。这些具有导向性的基础研究,对今后的发展将有重要影。
1.2推动传统产业是海洋生物技术应用的主要方面
目前,应用海洋生物技术推动海洋产业发展主要聚焦在水产养殖和海洋天然产物开发两个方面,这也是海洋生物技术研究发展势头强劲。充满活力的原因所在。在水产养殖方面,提高重要养殖种类的繁殖、发育、生长和健康状况,特别是在培育品种的优良性状、提高抗病能力方面已取得令人鼓舞的进步,如转生长激素基因鱼的培育、贝类多倍体育苗、鱼类和甲壳类性别控制、疾病检测与防治、DNA疫苗和营养增强等;在海洋天然产物开发方面,利用生物技术的最新原理和方法开发分离海洋生物的活性物质、测定分子组成和结构及生物合成方式、检验生物活性等,已明显地促进了海洋新药、酶、高分子材料、诊断试剂等新一代生物制品和化学品的产业化开发。
表1 近期IMBC大会研讨的主要内容
表2 近期IMBC大会和《Marine Biotechnology》学报论文统计表
1.3保证海洋环境可持续利用是海洋生物技术研究应用的另一个重要方面
利用生物技术保护海洋环境、治理污染,使海洋生态系统生物生产过程更加有效是一个相对比较新的应用发展领域,因此,无论是从技术开发,还是产业发展的角度看,它都有巨大的潜力有待挖掘出来。目前已涉及到的研究主要包括生物修复(如生物降解和富集、固定有毒物质技术等)、防生物附着、生态毒理、环境适应和共生等。有关国家把“生物修复”作为海洋生态环境保护及其产业可持续发展的重要生物工程手段,美国和加拿大联合制定了海洋环境生物修复计划,推动该技术的应用与发展。
1.4与海洋生物技术发展有关的海洋政策始终是公众关注的问题
其中海洋生物技术的发展策略、海洋生物技术的专利保护、海洋生物技术对水产养殖发展的重要性、转基因种类的安全性及控制问题、海洋生物技术与生物多样性关系以及海洋环境保护等方面的政策、法规的制定与实施倍受关注。
2. 重点发展领域
当前,国际海洋生物技术的重点研究发展领域主要包括如下几个方面:
2.1发育与生殖生物学基础
弄清海洋生物胚胎发育、变态、成熟及繁殖各个环节的生理过程及其分子调控机理,不仅对于阐明海洋生物生长、发育与生殖的分子调控规律具有重要科学意义,而且对于应用生物技术手段,促进某种生物的生长发育及调控其生殖活动,提高水产养殖的质量和产量具有重要应用价值。因此,这方面的研究是近年来海洋生物技术领域的研究重点之一。主要包括:生长激素、生长因子、甲状腺激素受体、促性腺激素、促性腺激素释放激素、生长一催乳激素、渗透压调节激素、生殖抑制因子、卵母细胞最后成熟诱导因子、性别决定因子和性别特异基因等激素和调节因子的基因鉴定、克隆及表达分析,以及鱼类胚胎于细胞培养及定向分化等。
2.2基因组学与基因转移
随着全球性基因组计划尤其是人类基因组计划的实施,各种生物
的结构基因组和功能基因组研究成为生命科学的重点研究内容,海洋生物的基因组研究,特别是功能基因组学研究自然成为海洋生物学工作者研究的新热点。目前的研究重点是对有代表性的海洋生物(包括鱼、虾、贝及病原微生物和病毒)基因组进行全序列测定,同时进行特定功能基因,如药物基因、酶基因、激素多肽基因、抗病基因和耐盐基因等的克隆和功能分析。在此基础上,基因转移作为海洋生物遗传改良、培育快速生长和抗逆优良品种的有效技术手段,已成为该领域应用技术研究发展的重点。近几年研究重点集中在目标基因筛选,如抗病基因、胰岛素样生长因子基因及绿色荧光蛋白基因等作为目标基因;大批量、高效转基因方法也是基因转移研究的重点方面,除传统的显微注射法、基因枪法和携带法外,目前已发展了逆转录病毒介导法,电穿孔法,转座子介导法及胚胎细胞介导法等。 2.3病原生物学与免疫
随着海洋环境逐渐恶化和海水养殖的规模化发展,病害问题已成为制约世界海水养殖业发展的瓶颈因子之一。开展病原生物(如细菌、病毒等)致病机理、传播途径及其与宿主之间相互作用的研究,是研制有效防治技术的基础;同时,开展海水养殖生物分子免疫学和免疫遗传学的研究,弄清海水鱼、虾、贝类的免疫机制对于培育抗病养殖品种、有效防治养殖病害的发生具有重要意义。因此,病原生物学与免疫已成为当前海洋生物技术的重点研究领域之一,重点是病原微生物致病相关基因、海洋生物抗病相关基因的筛选、克隆,海洋无脊椎动物细胞系的建立、海洋生物免疫机制的探讨、DNA疫苗研制等。
2.4生物活性及其产物
海洋生物活性物质的分离与利用是当今海洋生物技术的又一研究热点。现人研究表明,各种海洋生物中都广泛存在独特的化合物,用来保护自己生存于海洋中。来自不同海洋生物的活性物质在生物医学及疾病防治上显示出巨大的应用潜力,如海绵是分离天然药物的重要资源。另外,有一些海洋微生物具有耐高温或低温、耐高压、耐高盐和财低营养的功能,研究开发利用这些具特殊功能的海洋极端生物可能获得陆地上无法得到的新的天然产物,因而,对极端生物研究也成为近年来海洋生物技术研究的重点方面。这一领域的研究重点包括抗肿瘤药物、工业酶及其它特殊用途酶类、极端微生物定功能基因的筛选、抗微生物活性物质、抗生殖药物、免疫增强物质、抗氧化剂及产业化生产等。
2.5海洋环境生物技术
该领域的研究重点是海洋生物修复技术的开发与应用。生物修复技术是比生物降解含义更为广泛,又以生物降解为重点的海洋环境生物技术。其方法包括利用活有机体、或其制作产品降解污染物,减少毒性或转化为无毒产品,富集和固定有毒物质(包括重金属等),大尺度的生物修复还包括生态系统中的生态调控等。应用领域包括水产规模化养殖和工厂化养殖、石油污染、重金属污染、城市排污以及海洋其他废物(水)处理等。目前,微生物对环境反应的动力学机制、降解过程的生化机理、生物传感器、海洋微生物之间以及与其它生物之间的共生关系和互利机制,抗附着物质的分离纯化等是该领域的重要研究内容。
3.前沿领域的最新研究进展
3.1发育与生殖调控
应用GIH(性腺抑制激素)和GSH(性腺刺激激素)等激素调控甲壳类动物成熟和繁殖的技术[1],研究了甲状腺激素在金绍生长和发育中的调控作用,发现甲状腺激素受体mRNA水平在大脑中最高,在肌肉中最低,而在肝、肾和鳃中表达水平中等,表明甲状腺素受体在成体金银脑中起着重要作用[1],对海鞘的同源框(Homeobox)基因进行了鉴定,分离到30个同源框基因[1],建立了青鳉的同源框(Homeobox)基因[1],建立了青鳉胚胎干细胞系并通过细胞移植获得了嵌合体青鳉[1],建立了虹鳟原始生殖细胞培养物并分离出Vasa基因[2],进行斑节对虾生殖抑制激素的分离与鉴定[2],应用受体介导法筛选GnRH类似物,用于鱼类繁殖[2],建立了海绵细胞培养技术,用于进行药物筛选[2],建立了将海胆胚胎作为研究基因表达的模式系统[2],通过基因转移开展了海胆胚胎工程的研究[2],研究了人葡糖转移酶和大鼠已糖激酶cDNA在虹鳟胚胎中的表达[3],建立了通过细胞周期蛋白依赖的激酶活性测定海水鱼苗细胞增殖速率的方法[3],研究了几丁质酶基因在斑节对虾蜕皮过程中的表达[4],从海参分离出同源框基因,并进行了序列的测定[4]。
3.2功能基因克隆
建立了牙鲆肝脏和脾脏mRN A的表达序列标志,从深海一种耐压细菌中分离到压力调节的操纵子,从大西洋鲑分离到雌激素受体和甲状腺素受体基因,从挪威对虾中分离到性腺抑制激素基因[1];将DNA微阵列技术在海绵细胞培养上进行了应用,构建了班节对虾遗传连锁图谱,建立了海洋红藻EST,从海星卵母细胞中分离出成熟蛋白酶体的催化亚基,初步表明硬骨头鱼类IGF-I原E一肽具有抗肿瘤作用[2];构建了海洋酵母De—baryomyces hansenii的质粒载体,从鲤鱼血清中分离纯化出蛋白酶抑制剂,从兰蟹血细胞中分离到一种抗菌肽样物质,从红鲍分离到一种肌动蛋白启动子,发现依赖于细胞周期的激酶活性可用作海洋鱼类苗种细胞增殖的标记,克隆和定序了鳗鱼细胞色素P4501A cD-NA,通过基因转移方法分析了鳗细胞色素P450IAI基因的启动子区域,分离和克隆了鳗细胞色素P450IAI基因,建立了适宜于沟绍遗传作图的多态性EST标记,构建了黄盖鲽EST数据库并鉴定出了一些新基因,建立了班节对虾一些组织特异的EST标志,从经Hirame Rhabdovirus病毒感染的牙鲆淋巴细胞 EST中分离出596个 cDNA克隆[3];用PCR方法克隆出一种自体受精雌雄同体鱼类的?一肌动蛋白基因,从金鲷cDNA文库中分离出多肽延伸因子EF-2CDNA克隆,在湖鳟基因组中发现了TC1样转座子元件[4];鉴定和克隆出的基因包括:南美白对虾抗菌肽基因、牡蛎变应原(allergen)基因、大西洋鳗和大西洋鲑抗体基因、虹鳟Vasa基因、青鳉P53基因组基因、双鞭毛藻类真核启始因子5A基因、条纹鲈GtH(促性腺激素)受体cDNA、鲍肌动蛋白基因、蓝细菌丙酮酸激酶基因、鲤鱼视紫红质基因调节系列以及牙鲆溶菌酶基因等[1—4]。
3.3基因转移
分离克隆了大马哈鱼IGF基因及其启动子,并构建了大马哈鱼IGF(胰岛素样生长因子)基因表达载体[1]。通过核定位信号因子提高了外源基因转移到斑马鱼卵的整合率[1],建立了快速生长的转基因罗非鱼品系并进行了安全性评价;对转基因罗非鱼进行了三倍体诱导,发现三倍体转基因罗非鱼尽管生长不如转基因二倍体快,但优于未转基因的二倍体鱼,同时,转基因三倍体雌鱼是完全不育的,因而具有推广价值[2];研究了超声处理促进外源DNA与金鲷结合的技术方法,将GFP作为细胞和生物中转基因表达的指示剂;表明转基因沟鲶比对照组生长快33%,且转基因鱼逃避敌害的能力较差,因而可以释放到自然界中,而不会对生态环境造成大的危害[3];应用GFP作为遗传标记研究了斑马鱼转基因的条件优化和表达效率[3];在抗病基因工程育种方面,构建了海洋生物抗菌肽及溶菌酶基因表达载体并进行了基因转移实验[2];在转基因研究的种类上,目前已从经济养殖鱼类逐步扩展到养殖虾、贝类及某些观赏鱼类[2.3]。通过基因枪法将外源基因转到虹鳟肌肉中获得了稳定表达[4]。
3.4分子标记技术与遗传多样性
研究了将鱼类基因内含子作为遗传多样性评价指标的可行性,应用SSCP和定序的方法研究了大西洋和地中海几种海洋生物的遗传多样性[1]。研究了南美白对虾消化酶基因的多态性[1];利用寄生性原生动
物和有毒甲藻基因组DNA的间隔区序列作标记检测环境水体中这些病原生物的污染程度,应用18S和5.8 S核糖体RNA基因之间的第一个内部间隔区(ITC—1)序列作标记进行甲壳类生物种间和种内遗传多样性研究[2];研究了斑节对虾三个种群的线粒体DNA多态性,用PCR技术鉴定了夏威夷Gobioid苗的种类特异性。通过测定内含子序列揭示了南美白对虾的种内遗传多样性,采用同功酶、微卫星DNA及RAPD标记对褐鳟不同种群的遗传变异进行了评价,在平鱼鉴定并分离出12种微卫星DNA,在美国加州鱿鱼上发现了高度可变的微卫星DNA[3];弄清了一种深水鱼类线粒体基因组的结构,并发现了硬骨鱼类 tRNA基因重组的首个实例,测定了具有重要商业价值的海水轮虫的卫星DNA序列,用RAPD技术在大鲮鲆和鳎鱼筛选到微卫星重复片段,从多毛环节动物上分离出高度多态性的微卫星DNA,用RAPD技术研究了泰国东部泥蟹的遗传多样性[3];用AFLP方法分析了母性遗传物质在雌核发育条纹鲈基因组中的贡献[4]。 3.5 DNA疫苗及疾病防治
构建了抗鱼类坏死病毒的 DNA疫苗[1];开展了虹鳟IHNV DNA疫苗构建及防病的研究,表明用编码IHNV糖蛋白基因的DNA疫苗免疫虹鳟,诱导了非特异性免疫保护反应,证明DNA免疫途径在鱼类上的可行性,从虹鳟细胞系中鉴定出经干扰素可诱导的蛋白激酶[2];建立了养殖对虾病毒病原检测的ELISA试剂盒,用PCR等分子生物学技术鉴定了虾类的病毒性病原,将鱼类的非特异性免疫指标用于海洋环境监控,研究了抗病基因转移提高鲷科鱼类抗病力的可行性,研究了蛤类唾液酸凝集素的抗菌防御反映[2];研究了一种海洋生物多糖及其衍生物的抗病毒活性[3];建立了测定牡蛎病原的PCR—ELISA方法[3];研究了Latrunculin B毒素在红海绵体内的免疫定位[4]。
3.6生物活性物质
从海藻中分离出新的抗氧化剂[1],建立了大量生产生物活性化合物的海藻细胞和组织培养技术,建立了通过海绵细胞体外培养制备抗肿瘤化合物的方法[1];从不同生物(如对虾和细菌)中鉴定分离出抗微生物肽及其基因,从鱼类水解产物中分离出可用作微生物生长底物的活性物质,海洋生物中存在的抗附着活性物质,用血管生成抑制剂作为抗受孕剂,从蟹和虾体内提取免疫激活剂,从海洋藻类和蓝细菌中纯化光细菌致死化合物,海星抽提物在小鼠上表现出批精细胞形成的作用,从海洋植物Zostera marina分离出一种无毒的抗附着活性化合物,从海绵和海鞘抽提物分离出抗肿瘤化合物,开发了珊瑚变态天然诱导剂,从海胆中分离出一种抗氧化的新药,在海洋双鞭毛藻类植物中鉴定出长碳链高度不饱和脂肪酸(C28),表明海洋真菌是分离抗微生物肽等生物活性化合物的理想来源[2];发现海洋假单胞杆菌的硫酸多糖及其衍生物具有抗病毒活性,从硬壳蛤分离出谷光甘肽一S一转移酶,从鲤血清中分离出丝氨酸蛋白酶抑制剂,从海绵中分离出氨激脯氨酸二肽酶,从一种珊瑚分离出具DNA酶样活性的物质,建立了开放式海绵养殖系统,为生物活性物质的大量制备提供了充足的海绵原料[3];从虾肌水解产物中分离到抗氧化肽物质[4];从一? 趾Q笙妇?蟹掷氪炕?鲮一乙酸葡糖胺一6一磷酸脱乙酸酶[4]。
3.7生物修复、极端微生物及防附着
研究了转重金属硫蛋白基因藻类对海水环境中重金属的吸附能力,表明明显大于野生藻类[1],研究了石油降解微生物在修复被石油污染的海水环境上的可疗性及应用潜力[1];研究了海洋磁细菌在去除和回收海水环境中重金属上的应用潜力[1];用Bacillus清除养鱼场污水中的氮,用分子技术筛选作为海水养殖饵料的微藻,开发了六价铬在生物修复上的应用潜力,分离出耐冷的癸烷降解细菌,研究了海洋环境中多芳香化烃的微生物降解技术[2];从噬盐细菌分离出渗透压调节基因,并生产了重组Ectoine(渗透压调节因子),从2650米的深海分离到一种耐高温的细菌,这种细菌可用来分离耐高温和热稳定的酶,在耐高温的archaea发现了D型氨基酸和无氧氨酸消旋酶,测定了3种海洋火球菌的基因组DNA序列,借助于CROSS/BLAST分析进行了特定功能基因的筛选,从海底沉积物、海水和北冰洋收集了1000多种噬冷细菌,并从这些细菌中分离到多种冷适应的酶[2];建立了一种测定藤壶附着诱导物质的简单方法,研究了Chlorophyta和共生细菌之间附着所必需的形态上相互作用,研究了珊瑚抗附着物质(dterpene)类似物的抗附着和麻醉作用[3];分析了海岸环境中污着的起始过程,并对沉积物和附着物的影响进行了检测[4]。
4.展望与建议
分子生物学的研究方法范文第5篇
摘要从教学内容、教学过程和考核方式等方面介绍了研究生细胞分子生物学课程的教学开展与体会，为适应多研究方向的研究生培养要求、提高教学效果提供参考。
关键词研究生;细胞分子生物学;教学;内容;考核
扬州大学硕士研究生培养方案课程设置将细胞分子生物学作为生物学一级学科的学位课程，包含植物学、动物学、生理学、水生生物学、微生物学、遗传学、发育生物学、细胞生物学、生物化学与分子生物学、生物物理学、生态学等11个生物学二级学科。扬州大学是江苏省属重点综合性大学，目前设有27个学院，11个生物学二级学科分散在生物科学与技术学院、农学院、兽医学院、医学院，各二级学科的研究方向也较广泛，如何适应这种多学院、多学科和多研究方向的硕士研究生培养要求，提高教学效果，扬州大学不断进行尝试、改革，构建了适合各二级学科培养目标要求的细胞分子生物学教学体系，现将这门课程的教学内容、教学过程和考核方式介绍如下。
1细胞分子生物学的教学内容
细胞分子生物学是随着细胞生物学和分子生物学发展而兴起的一门较新的学科，是一门在分子水平上研究基因对细胞活动调控以及各种细胞结构的形成和功能执行的科学[1]。对生物学专业的研究生来讲，本科阶段都学过细胞生物学和分子生物学这2门课程，因此研究生所开设的细胞分子生物学课程体系应该和本科生的课程体系有所区别。由于传统的细胞分子生物学教材与细胞生物学和分子生物学在内容上有很多雷同，若采用这些教材，很容易使研究生对该门课程失去兴趣。扬州大学将该门课程的教学内容分为4个部分:细胞结构、细胞遗传、细胞代谢与调控、细胞发育，该校没有选择任何固定教材，仅仅指定少数最新出版的教材作为参考书，如韩贻仁主编的分子细胞生物学[2]、Gerald Karp主编的Cell and Molecular Biology:Concepts and Experi-ments等[3]。
2细胞分子生物学的教学过程
扬州大学细胞分子生物学的授课对象差异比较大，学生的来源和专业背景也不同，在教学过程中，笔者尝试使用开放式教师、开放式教学和开放式课堂的教学方法。
2.1开放式教师
以往的研究生课程都是由固定的教师一上到底，由于教师的精力有限，不可能对细胞生物学各个领域的前沿知识都熟悉。为了解决这一问题，扬州大学采用不固定教师上课的制度，跨学科跨学院请资深教师进行授课，确保学生能够了解该领域的基本知识与前沿动态。设置的4个部分教学内容中，每一部分由1~2位专业教师负责主讲，教师可结合自己的专业背景，根据不同教学模块，设置具体的教学内容，不拘泥于任何教科书进行授课。有些教师的研究方向是植物，对植物细胞分子生物学的研究进展和前沿动态比较熟悉，讲授植物细胞分子生物学可以做到深入浅出，而对动物细胞分子生物学的讲授效果会比较差，因此主讲教师可选择来自植物、动物、微生物、病毒等研究方向的老师。对于学生，有些是来源于农学院，其背景知识和兴趣侧重在植物方面，而有些来源于医学院或兽医学院，其背景知识和兴趣侧重在动物方面，这就要求选择具有不同学科背景的教师。开展开放式的教学方式，满足不同学生的要求。
2.2开放式教学
由于细胞生物学是生命科学的前沿学科之一，因此在把握现有教材和参考资料的基础上，教学过程中要结合实际将细胞生物学相关领域的新进展、新知识、新方法介绍给学生，拓宽学生知识的深度、广度，培养其对未来工作的适应能力。
在每一个教学模块中，教师可通过不同的教学方式讲解不同侧重点的专题。如细胞结构部分包括讲了2个专题，一个是细胞内膜系统:结构、功能、蛋白质分选和膜泡运输，另一个是细胞骨架与细胞运动。内膜系统一般是指内质网、高尔基体、细胞核、溶酶体和液泡(包括内体和分泌泡)5类细胞器膜的总称，而广义的内膜系统概念也包括线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核等细胞内所有细胞器膜的总称。在本科细胞生物学教学过程中，这些细胞器的形态结构、功能和发生是分别独立介绍。虽然这些细胞器具有各自独立的结构和功能[4]，但它们又是密切相关的，尤其是它们的膜结构是可以相互转换的，转换的机制则是通过蛋白质分选和膜泡运输来实现的。在讲授内膜系统时，可通过蛋白质合成这条线将这些相关内容串联起来讲述。由于核糖体在蛋白质合成上与内膜系统互为一体，因此将核糖体也加入进来，同时向上讲可以提及细胞核中核糖体大小亚基及mRNA的合成，向下还可讲述细胞膜上的蛋白功能，从而用蛋白质合成一条线将细胞的三大结构即细胞膜、细胞质和细胞核联系了起来。同时，也启迪研究生自己去找线索，找出一根主干，将尽可能多的内容串起来。又如细胞骨架对于维持细胞的形态结构及内部结构的有序性以及在细胞运动、物质运输、能量转换、信息传递和细胞分化分裂等一系列方面起重要作用，因此对细胞骨架的研究是近代生命科学中最活跃的研究领域之一，它的快速发展主要得益于大型分析仪器的应用和实验方法技术的改进。在这一部分内容的教学中，可重点向学生讲解细胞骨架的研究方法，包括每种方法的原理、基本过程和结果分析，以最新的国外权威期刊上发表的细胞骨架方面的论文为例，向学生介绍细胞骨架的研究是如何开展的。
2.3开放式课堂
研究生课堂和本科生课堂相比，讲授内容量非常大。笔者一般会在课后将课件提供给学生，使他们在课堂上不用花太多精力记笔记，而是将主要精力集中到听课上，跟着教师的引导考虑问题，这样使其思维保持很高的兴奋度，且感到疲劳。在严格遵守课堂纪律的前提下，在上课时要尽量调动学生的积极性，以开拓学生的思维，培养创造性。课后要让学生自己阅读指定或推荐的原始文献，或者让他们自己到网上查阅自己感兴趣的问题，以此可培养学生阅读文献、查找资料、进行科研的能力。
3细胞分子生物学的考核方式
作为生物学一级学科硕士研究生的学位课程，细胞分子生物学的考核以考试为主，考虑到研究生学习细胞分子生物学课的目的主要是为了提高学生利用学到的细胞生物学知识解决课题研究中的问题，实用性较强，因此笔者选用开卷考试的形式，所出的试题都是综合性的分析题，在考场内学生可以查阅任何参考资料，但参考资料中没有现成的答案，促使学生综合运用所学知识，通过仔细分析才能得出答案。这种考核方式一方面提高了学生独立思考问题和解决问题的能力，另一方面也使教师了解了学生对这门课程的掌握情况，检验教学质量，很大程度上促进了以后教学的开展。
4参考文献
[1] 王石平，金安江.分子细胞生物学研究性教学模式的改革实践与思考[J].华中农业大学学报:社会科学版，2008(2):134-137.
[2] 韩贻仁.分子细胞生物学[M].2版.北京:科学出版社，2001.
分子生物学的研究方法范文第6篇
【关键词】化学发展/化学哲学/物质结构观/化学方法论/化学进化
【正文】
化学发展的哲学分析是化学哲学的一项重要内容，化学发展与化学哲学是化学科学研究中的两大重要课题。关于化学发展与化学哲学的关系问题，国内化学界和科学哲学界对此进行了多次的探讨。本文将综合近几年来学术界对此问题的看法，并结合作者的学术实践，对这一问题作一些总结和进一步的研究工作，以期对化学科学研究的这一重要领域作些阐述，从而引起广泛兴趣，并深入研究。
一、化学哲学的研究内容及其与化学发展和哲学的关系
化学哲学在我国曾被称为“化学辩证法”，“化学辩证法”一词现在仍部分沿用，是与正在使用的“自然辩证法”一词相协调。其实，马克思曾称恩格斯的自然辩证法为“关于自然哲学的著作”，所以无论自然哲学还是化学哲学一词并非后创的异端，而是被马克思哲学体系予以承认的一个名词。
那么究竟什么是化学哲学？从广义上来讲，化学哲学是以化学基本理论问题和化学运动及其发展的基本规律为研究内容的一门学科。在早期的科学研究中，自然科学的研究往往冠以philosoph （哲学）一词，所以20世纪以前的化学哲学基本上指的是化学本身，即定义中“化学基本理论问题”。许多重要的化学著作都有“化学哲学”一词，如有“近代化学之父”之誉的近代原子论创立者英国化学家道尔顿（j.dalton）的传世名著为《化学哲学新体系》（1808年），英国著名化学家戴维（h.davy）曾出版过《化学哲学原理》（1812），意大利化学家康尼查罗（s.canizaro）于1855年发表了《化学哲学概要》一文。虽然那时的化学哲学的主要研究对象是化学基本理论本身，但那时的化学家已经自觉或不自觉地担负起研究化学认识论和方法论的任务，这在上述几本著作或论文中都有所体现。所以说，20世纪以前的化学哲学也可以说是一种广义的化学哲学，虽然没有现在化学哲学研究内容深入，但比现在化学哲学研究内容广泛。化学哲学分解为化学与狭义的化学哲学是顺应了化学学科日益丰富和发展的需要。
狭义的化学哲学与化学学科本身分离开来，而成为自然科学哲学体系的一个子学科，它是以化学学科为研究对象，以化学基本运动和化学发展的基本规律为基本研究内容的一门学科。这个概念明确地体现了化学哲学与化学发展之间的关系，化学哲学既然是以化学运动和化学发展基本规律为研究内容，那么它必须以化学研究的实践为基础，这样一来，化学哲学的研究对象与化学的发展历程结下了不解之缘。化学哲学以化学发展为基础，脱离了化学发展中的研究实践就不存在着化学哲学，化学哲学不是毫无基础的空中楼阁，它必须从已发生或正在发生的化学实践活动中抽象和升华出来；另一方面，化学哲学也不是空洞无用的理论，不是一步一趋的“马后炮”，而是在总结实践的基础上去发现化学研究中的一些基本规律，对今后的化学实践活动起指导或启示作用。当然，我们也要摒弃另一种误解，即把化学哲学当成“万能钥匙”，以为拥有了这把钥匙就可以轻易地打开化学研究的大门。其实，化学哲学只是一种有用的工具，这个工具作用的发挥还要靠强大的化学理论基础和经验实践作后盾。
从某种意义上来讲，化学哲学和化学史都可以算是化学学科的衍生内容，但它们又不可能隶属于化学学科，因为化学哲学的基本研究工具是马克思主义的唯物辩证法，而化学史的研究方法是史学的研究方法，所以化学史与化学哲学都可以看成一门交叉的子学科，或称为边缘子学科。这就要求研究化学史和化学哲学的学者对化学、哲学和历史三门学科都有一定的造诣。
化学运动及发展的基本规律包括在化学领域中具有世界观和方法论意义的一般理论问题，主要涉及到以下几个方面的内容：（1 ）探讨化学的科学定义、化学研究的对象、特点、地位和作用；（2 ）揭示化学科学发展的规律性和预见化学发展的方向与趋势；（3 ）阐发物质化学运动本身具有的辩证内容；（4 ）讨论化学研究中的方法论和认识论问题；（5 ）分析化学所取得的成果和重要化学家所作贡献的哲学意义及现实意义；（6 ）研究化学和哲学辩证关系及其与化学、哲学发展的作用等。由化学哲学的研究内容可以看出，化学发展的哲学分析是化学哲学的一个很重要内容，上述六项内容基本上都得从化学发展的角度考察。
当然，化学哲学的研究不仅仅是在化学研究上具有重要意义，而且在哲学研究上也有重大意义。化学是研究世界的某一个方面，所揭示的化学规律只适用于一定特殊的学科范围；而哲学则是在概括包含化学在内的具体科学的成果、特殊规律的基础上所揭示的关于自然界、社会和人类思维共同的、普遍的规律和原则。化学哲学就是架在化学和哲学之间的一座桥梁。化学哲学的任务就是在于运用化学哲学真理对化学的成果作出哲学的概括，使化学概念上升为哲学范畴，使化学原则上升为哲学原则，使化学真理转化为哲学真理，化学真理的扬弃，就是哲学的显现。反过来，由化学及其它学科所得来的哲学把一切事物的普遍规律和普遍性质揭示出来，它运用的最一般的概念和范畴则通过化学哲学为中介对于化学具有一般方法论的意义。化学哲学在实现由化学真理上升为哲学真理过程中，发挥其自身固有的中介和桥梁作用。化学及化学发展史、化学哲学和哲学三者的关系可以用下面这个式子来表示：
升华
上升
——
——
化学及化学史——化学哲学——哲学
反馈
反馈
化学真理经过化学哲学上升为哲学真理也需要以辩证法作为正确的指导思想，脱离了这一点，化学真理就很有可能上升为伪哲学真理，蒙蔽人们正确的认识。化学发展史上的“热寂论”的导出就是这样一个典型的例子。由物理化学中的热力学第二定律推导出来的熵增加原理告诉我们，在绝热条件下，趋向平衡的过程使体系的熵增加。在19世纪后半叶，曾经有些人把熵增加原理不正确地外推到整个宇宙而得到荒谬的“热寂论”，“热寂论”者认为，整个宇宙是一个隔离体系，整个宇宙的熵要趋于极大，因此有一天全宇宙的温度都一样，成为一种热动平衡状态，一切热运动都将停止，这就是世界末日到了。如果承认宇宙的末日，就要承认它的开始，因此又导致一个荒谬的结论，即“造物主”和“原动力”的存在，并认为这个原动力就是造物主最初制造的不平衡，这样就为迷信和唯心主义找到了根据。事实上我们对宇宙的认识还很少。恩格斯在一系列的著作中，站在辩证唯物主义的立场上对“热寂论”进行了批判，“热寂论”的错误在于把热力学的结果不合理地外推到整个宇宙，热力学第二定律的坚实基础是建筑在从有限空间和时间上所获得的经验上，显然把第二定律无限外推到宇宙是不正确的。
二、化学发展的哲学分析
什么是化学史？化学史就是关于化学学科及化学知识体系演进的描述和说明。化学史既不隶属于化学，也不隶属于历史学，它是化学与历史相互交叉的一门特殊学科，它是自然科学史的一个分支学科。化学的发展既有连续性，又有阶段性。化学的发展历史证明，化学知识的增长、发展过程是理论和实践的矛盾斗争过程，是化学概念、原理的更迭和发展过程，是用包含较少谬误的理论代替较多谬误理论的一个曲折的历史发展过程，是一个由相对真理向绝对真理逐步演进的过程。
自从有人类以来，化学知识就处于不断积累过程，但在各个历史阶段，其发展状况也不一样，人类古代历史最漫长，化学的发展也处于最缓慢发展的时期，因为这个阶段整个社会生产力低下，文化处于初级阶段；哲学思想尽管也有唯心与唯物之分，但也是处于早期的朴素阶段，同时还受着封建迷信的极大干扰。所以这个时期的化学是处于化学的萌芽时期，化学学科因其缺乏物质文化基础而不可能建立起来，人们对化学知识不可能建立一个系统的体系，并且缺乏科学的研究方法，这个时期人们对自然的认识处于原始和初级阶段，对化学现象的认识仅仅依靠观察和一些化工生产实践活动，所以这个时期是经验化学知识的积累时期。史前时期人类掌握了对火的运用是人类开始化学实践活动的起点，它使得以后一系列的化工实践如制陶、冶金、酿造乃至于后来的炼金术成为可能。古代时期，人类的化学活动基本上分为两个方面：一方面是工匠们对实用化学工艺的发展，另一方面是思辩哲学家们在观察自然及化学工艺基础上的理论认识。最初是化学工艺占主导，古希腊时期，化学理论变为占主导，这时的理论问题主要包括物质本原和物质转变两方面的问题。在以后的长期的历史发展中，有时是化工占主导，有时是理论占主导，在一些引人注目的时期，二者共同繁荣，使化学得以更快的发展。从哲学的角度讲，理论与实践共同进步的时期，会使得二者互相促进并得到更好的发展。这两大分支最后合而为一，理论和实践融为一体，发展成为在黑暗的中世纪中艰难发展的金丹术，化学在当时那样一种历史背景下，采取金丹术这样一种形式是历史的必然，也有其学术理论基础。西方炼金术是在亚里士多德的四元素说和元素嬗变学说的基础上发展起来的，中国的炼丹术是在阴阳五行学说基础上发展起来的。金丹术是人类最早尝试把化学哲学和化学实践相结合并用理论去指导实践的活动。但是，最终因其理论基础的谬误而导致了整个金丹术历史所反映出的艰难发展状态，并最终当成了一块科学发展的绊脚石而被逐出了科学的殿堂。金丹术的发展历史正好告诉我们建立一个正确的化学哲学体系的重要性。当然，朴素唯物主义的合理成分也使得金丹家们的工作并非完全地失去了意义，而正是他们积累了较为丰富的化学知识，制造了一些实用的化学实验工具，在某种程度上为近代化学的建立准备了条件，所以化学史界普遍认为金丹术是“化学的萌芽”。
16世纪，欧洲发生了文艺复兴运动，人们崇尚科学和人性的解放，对整个封建制度和宗教发起了攻击，封建教会逐渐失去了独裁统治地位，宗教内部也掀起了改革运动，文艺复兴使得整个人类的思想发生了一次质的飞跃。17世纪中叶，英国爆发了工业革命，工业革命的结果是打破了旧的生产方式，巩固了资本主义，生产力得到迅速发展。文艺复兴和工业革命给自然科学各门学科的蓬勃发展打下了良好的物质文化基础，成为自然科学发展的强大外力。在这样一种历史背景之下，化学从17世纪迈入了近代时期，历时两个半世纪，这个时期的最大特点就是把化学知识的积累由工场转向实验室，实验方法的确立以及职业化学家的出现使得把化学建成一门独立的学科成为可能。化学实验方法来源于文艺复兴时期的独立科学实践活动，而职业化学家的出现得力于社会生产力的发展、思想的解放、工业对化学的要求以及社会分工的发展。在已积累的经验知识的基础上，化学家们逐步发展了一系列的概念、定律和理论。化学从多方面展开，建立起无机化学、有机化学、分析化学和物理化学等重要的基础理论分支学科，具备了较为丰富的实验基础和理论基础，这时的一系列化学实验和理论方法的建立为以后化学长足的发展打下了扎实的基础，近代化学时期是化学全面开花时期，这个时期化学界经历的大事件很多，发生了五次重大的突破，使得化学大厦牢固地确立起来。第一次重大突破是17世纪中期，波义耳（r.boyle ）提出了科学的元素概念，否定了亚里士多德的“四元素”说，把化学确立为科学。化学从此开始了正确的发展方向。第二次是18世纪下半叶，拉瓦锡（a. l.lavoisier）提出了燃烧氧化理论，否定了长达一百年之久的错误的燃素学说，把被燃素学说颠倒了的化学理论正立过来，建立了科学的化学燃烧理论，促进了化学的迅速发展。第三次是19世纪上半叶原子—分子论的建立，1803年，道尔顿在质量守恒定律、定组成定律、倍比定律等基础上提出了原子论；此后，阿佛加德罗（avogadro）在盖—吕萨克（gay—lusac）气体反应体积关系的基础上提出了分子学说，而康尼查罗综合两种学说，论证了原子—分子学说，解决了两种学说的争论，开创了化学发展新时期，为化学发展开拓了广阔道路。近代化学的崛起首先应该归功于氧化理论和原子—分子学说这两大范式的建立，这两种范式是在扬弃化学的第一个范式——金丹术的基础上发展起来的。第四次是1824年，德国有机化学家维勒（f.wohler）首先从无机物人工合成了有机物——尿素，使得当时流行的生命力学说得以破产，生命力论者把有机物质神妙化，使有机物化合物和无机化合物之间人为地制造了一条不可逾越的鸿沟，这样就严重地阻碍了有机化学的发展，生命力论是唯心主义和不可知论在有机领域内的反映。尿素的合成，突破了有机化合物和无机化合物之间的绝对界限，动摇了生命力的基础，解放了人们的思想，为有机合成开辟了广阔的道路。第五次是19世纪下半叶，俄国化学家门捷列夫（d.i.mendeleyv ）在总结前人的基础上发现了元素周期律。周期律的建立，不但为新元素的发现提供了理论指导，而且使化学从仅限于对大量个别零散事实作无规则排列中摆脱出来，奠定了现代无机化学的基础；周期律的伟大意义还在于它不再把自然界的元素看成一个彼此孤立、不相依赖的偶然堆积，而是把各种元素看成一个有内在联系的统一体，它表明了元素性质变化的过程是由量变到质变的过程，是由低级到高级由简单到复杂的演变过程，所以元素周期律的发现不但在化学上有重要意义，而且在哲学上也有着重要意义。整个近代化学发展时期是化学史上一个承前启后的重要时期，一方面，在短短的两百多年时间里，建立了一个完整的具有各种分支学科的化学体系，建立了基本的化学概念、定理和定律，为现代化学的快速发展打下了坚实基础；另一方面，也是十分重要的一方面，近代化学时期是一个思想全面解放的时期，它逐步破除了一些严重妨碍化学发展的错误或迷信思想。这个时期在化学思想、化学方法论上占有重要地位，许多普适性的化学研究方法就是在这个时候确立起来的。所以说，近代化学发展时期也是化学哲学的一个奠基时期。
本世纪以来，由于科学对生产的推动作用，使得整个人类的物质文明达到了空前繁荣，生产力得到迅速发展，这种发展反过来又对化学的进一步发展提供了强大的物质技术保证，化学也迈入了现代化学发展时期，这个时期的化学开始由宏观领域进入到微观领域，把宏观的理论研究和微观的理论研究结合起来，更深刻地揭示了化学现象的本质，化学哲学的研究也就有了基本的理论保证。微观化学从量子化学、结构化学和核化学三个方向发展并向化学的许多方向渗透，突出表现在化学动力学、生命过程的化学和人工元素合成方面，20世纪的人工合成化学到了一个崭新的阶段，合成的新物质随时间加速增长，表现了人类对自然的强大改造能力。20世纪化学向其它学科的交叉渗透和综合，预示着化学将要揭示人类更为本质的奥秘。在这个成果爆发式发展的年代里，在理论、方法、实验技术和应用方面都发生了深刻的变化，具有了一些新的显著的特点，概括起来，主要有以下几点：第一，发展速度的加速化。整个人类社会生产力即科学的发展都处于一个加速状态，其基数的不断增加导致了其成果的不断膨胀，化学的发展也不例外。化学小气候是与整个科学大气候是一致的。第二，纵向分化和横向联合。近代化学虽然建立了完备的化学体系，但现代化学的迅猛发展使得原有的分支学科不断地分化成更多的子学科，而这些学科的内部分化，也得力于与外部的“联姻”。自身的膨胀及多学科的渗透正是这些学科分化的原因。实验设备的仪器化促进了化学研究的精密化，这是化学尤其是分析中的一个新特点；这个特点其实也是化学与现代机械、光学、声学和电子学等方面的新技术“联姻”的结果。第三，从宏观深入到微观层次。这是现代化学最显著的特点，它建立在现代化学实验及电子、x 射线和铀射线三大发现的基础之上，其它特点都与之有着关联并互相渗透和促进，达到辩证的统一。微观大门的打开，是现代化学的起点，是人类认识水平的一个飞跃。第四，由静态向动态发展。近代化学一般是注重化学现象的结果，而现代化学则开始关心化学反应的过程，研究化学变化的动力学性质。这是由人类的认识规律所决定的，人类对事物的认识总要经历一个由外及里、由表观到本质的过程。把握化学反应过程的本质特点更有利于把握化学变化的外在规律。整个现代化学发展的历程告诉我们，化学科学实现了科学理论、实验研究和工业生产的高度辩证统一，正经由“必然王国”向“自由王国”发生飞跃式的发展。
三、物质观及物质结构观发展的哲学分析
关于物质本原与构成问题，不但是化学学科本身的一个基本理论问题，也是化学哲学以及哲学的一个基本理论问题。自从有人类以来，人类就同形形色色的物质打交道，面对千姿百态、丰富多采的物质世界，人类免不了要发出疑问：这些千变万化的物质世界有没有一个基本的组成成分？把复杂问题简单化、明朗化是人类发展知识的内在动力。千百年来，人们对这个问题不断思索着，并提出了各种各样的假设。任何正确理论的产生都不是一蹴而就的，它是在不断怀疑和否定的基础上产生出来的，物质观的发展也不例外。
在古代，人们没有系统的理论知识和正确的研究方法，他们对自然的认识往往靠观察和缜密的推理，所以他们对物质本原的认识有其合理的成分，在物质观发展史上有着重要的认识论上的意义。在我国古代，物质本原的基本假说是阴阳五行学说，该学说认为，水、木、金、火、土是世界的基本组成成分，这五种成分可以相互转化，也可以组成新的物种，万事万物都有阴阳之分，阴阳的对立统一导致了物质的变化和运动。在古希腊，有一个重要的物质观是德谟克利特（democritus）提出的原子论，他所提出的原子性质相同，但形状和大小多种多样，而这种不确定的多样性导致了这种原子论的复杂化和隐含的唯心主义色彩，所以最终物质观的统治地位让亚里士多德（aristotle）夺去了。 我国春秋时期墨翟提出的“端”的思想，也是一种朴素的原子论。亚氏在总结前人理论的基础上，提出了看似比德氏更为先进的四元素说和四原性说，四元素是土、气、水、火，四原性是冷、热、干、湿，这种学说在西方占据了两千多年的统治地位，并使化学走上了炼金术的歧途。亚氏把四原性也归入万物的本原，使得朴素唯物主义开始向唯心主义滑落。总的看来，最早的人类都企图从自然界中选取一种或几种物质元素来说明世界万物的成因，这也是早期朴素唯物主义的一个特征。
随后，近代化学把人类领进了一个五光十色、令人眩目的时代，使得物质观和结构理论也由哲学的思辨变成了具体的科学研究对象。17世纪末，波义耳提出了关于物质结构的“微粒说”，认为化学元素是多种多样的，是某种基本的和简单的物质最小单位，它是构成万物的基本成分，这无疑是科学地提出和解决物质结构问题的新起点，是化学史及化学哲学中一个划时代的成就。18世纪由道尔顿、阿佛加德罗、康尼查罗等人提出的原子—分子学说认为：由原子构成分子，由分子构成物体；原子是参加化学反应的最小质点，分子是物质保持其特性前能独立存在的最小质点。元素周期律的发现使人类对物质结构认识前进了一步。总之，近代科学分化后物质结构理论的最高成就是建立了原子—分子论。而在哲学上形成了“构成主义”结构观：承认世界及其组成物都是由早已存在并呈现在我们面前的完全独立的部分所构成，这是一种建立在现实世界简单性的信念基础上的观念。这种观念所描述的自然物质结构图景，是机械的、不变的、非整体的景观：自然界是由质点靠外力的机械运动组合的整体，这是一种机械唯物主义，这种割裂物质和运动的机械图景，影响自然科学达300年之久。
随着大工业和自然科学飞跃发展，世界万物的普遍联系和永恒发展日益显著，特别是世界的物质统一性，由于人类历史发展的物质动因日益暴露而为越来越多的人所认识，这为旧的机械唯物主义上升为新唯物主义提供了条件。恩格斯从世界观和方法论的高度提出辩证唯物主义体系的物质结构观念，从而为科学的发展指明了方向，他敏锐地意识到：“原子决不能被看成简单的东西或已知的最小粒子。”19世纪末20世纪初，人们对微观原子世界的认识达到了三个层次：原子、原子核、基本粒子和层子，这证实了恩格斯的科学预言，使物质结构学经由具体科学向哲学回归。新的物质结构理论使构成主义结构观被逐步扬弃，并开始向“潜存—显现”的结构观过渡。
总之，人类对自然界物质组成及其结构的认识经历了一个否定之否定的过程。人们对物质组成及其结构的认识过程也是唯物主义的一个不断辩证否定的发展过程，在这个过程中，唯物主义经由了朴素唯物主义、机械唯物主义和辩证唯物主义三个发展阶段。
四、关于化学的进化问题
辩证自然观把世界看成是“在本质上某种从浑沌中产生出来的东西，即某种发展的东西，某种逐渐生成的东西”。物质世界进化链可以形象地描述这种从浑沌中逐渐发展和逐渐生长的过程。大约在200 亿年以前的大爆炸初期，宇宙处于高温高密状态，只存在着中子、质子、电子和中微子等基本粒子。以后宇宙就沿着两条线索平行发展，一条是宇观链，即天体演化和地质演变；一条是微观、宏观链，此链又分为物理进化、生物进化、化学进化和社会进化四个阶段。对于化学进化来说，可以分为四个阶段，即：（1）化学元素的合成阶段。最简单的化学元素h可以俘获一个或二个中子，生成它们的同位素d或t，d和t反应可以聚变生成he，并进一步生成c、o、n……等元素，在宇观条件下， 还可以进一步合成近百种元素。（2）星际小分子的合成阶段。近二十年来， 由于射电望远镜的发展，人们发现了五十多个星际分子，这说明在宇宙发展过程中，由c、h、o、n等化学元素可以合成各种小分子。（3 ）生物小分子的合成。1953年美国米勒成功地做了一个由星际小分子生成氨基酸的自然过程的模拟实验，为自然界化学进化的第三阶段提供了一个有力的证据。（4）生物大分子的合成阶段。 现在人类在实验室条件下已经能够合成自我复制的活分子，完成了由死分子到活分子的飞跃。但至于在宇宙演化中，无生命到有生命的飞跃是在什么样的环境下完成的？关于这一问题，目前尚无定论。
就化学科学本身而言，也经历了一个发展、变化的过程。在19世纪，化学被认为是原子的科学，元素周期律是当时最重要的规律之一，发现新元素是当时化学的前沿，而现在化学的主要任务不是发现新元素，而是合成新分子。
化学进化的历程体现了物质发展由低级到高级、由简单到复杂这样一个辩证的发展过程。
五、化学发展与化学方法论
化学方法论是关于化学一般研究方法的规律性理论，它既有自然科学方法论的一般特征，也反映了化学科学研究方法的特殊规律。它是一般自然科学方法与化学相互交叉渗透的方法。化学方法论是化学研究的锐利武器和有效工具。随着现代科学方法统一化、综合化的特点和趋势，结合化学的现状来看，系统地研究化学方法论对确定化学研究方向、选择科研课题和探索化学新的分支学科都有着促进作用；同时，历史上的多次化学革命总是与化学方法的变革相联系着的，在一定的意义上来说，化学方法推动着化学的进步，化学方法论的研究也得到日益广泛的重视。
一般来说，化学研究的客体，首先是分子，其次是原子、原子核、基本粒子和超分子等，而化学研究的对象是物质，而不是意识，主要是实物粒子，而不是场，是实物粒子中的分子及其变化规律，而不是原子、原子核的运动规律。正是由于化学研究的对象是实物，所以实验的方法是化学研究中的重要方法，观察与实验是化学工作者所不可缺少的。化学研究的对象是分子、原子，而分子、原子在一般研究中是不能直接看到的，这就需要用思维去把握，用模型去具体化，这样，就需要有比较、类比、推理、假说和模型等方法，以作为化学研究的重要工具。化学科学的发展也反映了这些手段和方法在化学研究中的深入和扩展。
化学方法论研究的对象是化学科学的一般研究方法，它作为化学哲学的主要内容之一，成了哲学和化学科学之间的中介和纽带。一方面把哲学方法、自然科学一般方法具体应用于化学运动规律的研究，紧密地与化学学科特点相结合，因而它在科学方法论体系中具有相对的独立性。这种独立性表现在：在内容上相对一般科学方法深入和充实；在表述方法上相对于一般科学方法论精确、具体。另一方面，它又对化学学科中某些共有的通用的方法进行抽象和概括，使之上升为一般方法，以丰富、发展和深化一般自然科学方法，并使哲学中的方法论部分得以扩充。
化学方法论是化学理论建立所必不可少的工具。作为化学理论形成的主要标志在于它具有：能够反映化学运动的客观规律，由前提、推论、证明和结论所构成知识的严密逻辑性、进行定量表达的精确性等。这些标志所反映的条件，实际上只有依靠化学方法作研究工具才能实现。因此，化学理论的真理性必须由化学实验方法加以检验和证实。化学理论的逻辑性则需要运用化学演绎等方法去建立，这样才能把零星或散乱的知识依照本质关系和因果关系纳入一个严密的知识体系。
化学史是研究化学方法论的一个重要的经验来源；化学方法的理论的研究需要概括化学史的材料，从总结历史经验教训中受到启示，以便建立合理的方法论的逻辑结构。从方法论的角度看化学史，化学史也是一部充满了正确方法和错误之争的历史。在两种或多种假说的理论争论中，必然包含着方法论之争；在一种假说或理论的自身发生和发展过程中，也可能存在方法论上的差异。了解化学史在方法论上有以下几点作用：第一，化学史可以为我们提供历史上的概念与理论是如何产生的，它们又是如何演变的；第二，化学史可以提供化学史上成功和失败的典型事例，从中汲取经验和教训；第三，化学史还可提供著名化学家从事化学研究的方法，化学认识是人们对化学运动形式的客观规律的反映，化学家是人类认识化学运动的主要力量，在他们的实验记录、研究总结、著作、回忆录、传记、手稿和报告演讲中蕴含着丰富的方法论素材，总结他们的演讲方法和治学经验，揭示其方法论意义，无论对传统方法的合理继承，还是对现代化学方法的变革与创新都有重要作用。化学史上一些成就卓著的化学家，他们不仅有渊博的科学知识，而且在化学方法论上也有独到之处。显然，这方面的研究是化学方法论中不可缺少的一部分。如果离开了这些丰富的经验来源，研究化学方法论就成了一句空话，成了无本之木、无源之水。化学发展的现状尤其是前沿领域也是化学方法论的一个基本来源，化学方法论不能仅仅停留在对以往历史的经验性概括和总结水平上，还必须从现代化学的理论与实践的发展中去进行新的概括和总结，并以此为基础再从逻辑和认识上加以研究和提高。这样，化学方法论的研究才能具有不断充实和不断提高的基础。
化学方法论之所以能在化学认识、化学发现、化学理论的建立中起着重要的作用，正是由于它体现了从简单到复杂、从低级到高级的认识活动程序，即从问题出发明确研究对象进行实验考察提出化学假说检验化学理论这样一个一般性认识过程。因而化学方法可以指明研究的途径和方向，以避免错误，少走弯路，顺利达到目的。
综上所述，无论对于研究化学还是研究化学哲学或哲学的学者来说，化学发展的历史都是一个大宝库，我们可以根据自己的研究需要在其中找到迷人的宝贝。
【参考文献】
1.《化学哲学基础》编委会：《化学哲学基础》，科学出版社，1986年。
2.徐光宪、阮慎康：《现代科学的哲学争论》， 北京大学出版社，1995年。
3.阮慎康：《现代化学的哲学探讨》，北京大学出版社， 1995年。
4.曾近义：《中西科学技术思想史比较》，广东高等教育出版社，1993年。
5.张嘉同：《化学哲学》，江西教育出版社，1994年。
6.恩格斯：《自然辩证法》，人民出版社，1971年。
7.阮慎康：《方法论全书·化学方法论》，南京大学出版社，1995年。
9.傅献彩等：《物理化学》，高等教育出版社，1990年。
10.吴江：《哲学专题二十讲》，广西人民出版社，1987年。
11.伊利切夫著、潘培新译：《哲学和科学进步》，1982年。
12.c.pimental等编、唐有祺等译：《化学中的机会》， 科学出版社，1986年。
13.赵匡华：《化学通史》，高等教育出版社，1990年。
14.沈铭贤等：《科学哲学导论》，上海教育出版社，1991年。
15.何法信、 卢常源等：《化学史纲要》， 广西人民出版社，1996年。
分子生物学的研究方法范文第7篇
[论文摘要]：对细菌分类学研究的目的简单论述。对分类学研究中的多相分类方法包括经典分类，化学分类，分子分类，数值分类进行了详细的介绍，从而为临床和科研中细菌鉴定方法的选择应用提供 参考 依据。同时对分类学 发展 的研究趋势进行了简单的 总结 。
1. 细菌分类学研究的目的
原核微生物系统分类是 科学 地研究微生物多样性及它们之间相互关系的基础学科[1]。细菌是原核微生物的重要成员，当前主要从两个方面进行细菌分类学的研究，一是为了实用的需要，建立各种细菌的信息库，从而更有效地开发利用细菌资源及有效地控制有害细菌。许多种细菌是微生物药物活性物质的重要来源。包括假单胞菌属(pesudomonas)、微球菌属(microcoeeus)、芽孢杆菌属(bacillus)、肠杆菌属(eneturbacetrium)和别单胞菌属(atleromonas)等。早在1966年，burkholder从含溴假单胞菌分离到抗生素硝吡咯菌素(pyornlirtin)[2]。二是建立反映细菌进化关系的 自然 分类系统，以揭示各种细菌的本质特征和相互关系，丰富生物多样性研究的内容。
2. 细菌分类学研究方法
多相分类法是目前广泛使用的细菌分类学方法。在方法学上主要包括以下几种。
2.1 经典分类
经典分类主要指依据形态特征和生理生化特征等表观分类学指征进行分类学研究，是多相分类研究的基础。
2.2 化学分类
化学分类是根据生物细胞中某些特定化学物质的特征对生物个体进行分类的方法，是细菌属划分的主要特征之一。目前常使用的化学指征包括以下几种。
2.2.1 磷酸类脂分析
磷酸类脂与蛋白质、糖等共同构成细胞膜，对于物种运输、代谢及维持正常的渗透压都有重要作用。具有分类学意义的磷酸类脂是： pe、pc、pme、pg和glunus等五种。
2.2.2 脂肪酸组分分析
脂肪酸的链长、双键位置和数量及取代基团在细菌中具有分类学意义。脂肪酸定性分析结果限于属和属以上的分类；脂肪酸定量分析结果可为种和亚种分类提供有用的基本资料。
2.2.3 全细胞蛋白电泳分析
高度标准化的sds-page是对大量密切相关菌株进行比较归类的有效方法，研究证明全细胞蛋白组分和dna-dna杂交有很好相关性[3]。此法用于种或种以下分类单位的研究。
2.3 分子分类
分子分类是在分子水平上对生物个体的dna、rna和蛋白质进行研究分类的方法。目前经常使用的分子指征包括以下几种。
2.3.1 g+c mol％测定
g+c mol％主要用于验证已建立的分类关系是否正确。通常认为：种内菌株间g+c mol％相差不超过4％，属内菌株间相差不超过10％。
2.3.2 dna同源性分析
分析dna同源性的有效手段是dna-dna杂交，适用于种水平的分类学。1987年，国际系统细菌学委员会规定，dna同源性≥70％为细菌种的界限。dna-dna杂交常用的方法有液相复性速率法和固相膜杂交等。
2.3.3 dna为基础的分型方法
以dna为基础的分型方法指可将种分为不同型的技术。其中早期的rflp，缺点是图谱复杂，难于比较。选用专一识别6－8个碱基序列的限制性内切酶，dna片段数量就大大减少的lfrfa被认为是目前分辨率最高的dna分型法之一。但这样切出的dna片段太大，只能用脉冲场凝胶电泳分开。rapda、ardra、aflp等技术多用于种水平的研究。
rep-pcr所采用的分类信息来自于全基因组。该方法分辨率高、重现性好，在一定程度上与16s rrna基因序列比较结果相一致，可作为一种快速鉴定的方法[4]。
2.3.4 rrna同源性分析
现在一般认为，rrna是研究系统进化关系的最好材料。它广泛存在，功能稳定，由高度保守区和可变区组成。最初人们通过rrna-dna杂交和寡核苷酸编目法间接研究rrna的同源性。dna-rrna杂交反映的是属与属以上水平的信息[5]。
研究rrna同源性最直接可靠的方法是rrna核苷酸序列分析。目前，以16s rrna序列分析的应用最为广泛。
2.3.5 特异引物pcr
16s rrna特异引物的设计是建立在大量序列分析基础之上的。若能设计出一系列特异引物，如属特异引物，则菌种筛选过程将大为简化。种特异的引物主要用于鉴定，结合属特异引物联合应用则可能发现新种。
3. 细菌分类学 发展 的研究趋势
今后细菌分类学的发展将集中于以下几个方面：
(1) 分析方法的标准化
有研究表明，细菌的脂肪酸、磷脂与醌类组成及含量随着培养条件的变化而不同[71]。所以化学分类必须建立标准化的方法，这样定量才有意义，更准确，更具可比性。
(2) 多相分类方法的广泛应用及分子分类法的发展
由于各种分子生物学技术方法在分类学中的应用，细菌分类学家的研究重点已不仅是对某个分类单元的分类鉴定，而是通过分子分类的方法把分类与进化紧密的结合起来。在未来几年内16s rdna/rrna作为重要的系统发育分子仍将发挥主导作用，但是其它保守分子将更多的用于系统发育研究，如rna聚合酶p, hsp60基因，延伸因子tu, 23s rdna/rrna, rdna转录间隔区等。
(3) “在线分类”的发展
现代 细菌分类研究越来越依赖于internet，我们不仅需要大量的分子生物学和系统发育分析软件，更离不开网上丰富的信息资源。因此，oren和stackebrandt于2002年提出了原核生物“在线分类”(online taxonomy)的概念[6]。
(4) 分类学研究与细菌资源研究结合
很多科研单位己注意到将系统分类与细菌资源的开发研究相结合，例如日本的北理研究所、理化研研究所、明治制药等。
参考 文献
[1] 宋延龄, 杨亲二, 黄永青. 物种多样性研究与保护[m]. 浙江 科学 技术出版社, 1998.
[2] burkholder pr, pfister mr, leitz hf. production of a pyrrole antibiotic by a marine baeterium. applied mierobial, 1966, 14: 649-653.
[3] kersters,k.,pot,b.,dewettinck,d., et al. indentification and typing of bacteria by protein eletrophoresis. in： priest p g,ramos-cormenzana a,and tyndall b ed. bacterial diversity and systematics. new york： plenum press, 1994.
[4] 张建丽, 刘志恒. 链霉菌的rep-pcr基因指纹分析.微生物学报, 2004,44(4): 281-285.
分子生物学的研究方法范文第8篇
虚拟技术是使相关工作在计算机上实现或通过计算机模拟实现的技术[1]，早在20世纪70年代便开始将其应用于宇航员培训。由于这是一种消耗低、安全有效的培训方法，现今已被推广到各行各业的培训中，并已在科研、教育、商业、医疗、生物制药、环境保护、农业生产、娱乐等多个领域得到广泛应用。在此，只简单介绍它们在教育、生物制药和医疗领域的应用状况。
1.1教育领域
随着虚拟技术的发展和教学要求的不断提高，虚拟技术已进入教育领域，并且已成为完成教育工作的一种有效方式。例如利用化学教育软件，展示化学实验的流程和结果。学生可以通过使用该软件，了解和掌握整个实验过程，然后再进行实践操作。这样，既可以减少实验的危险性，又可以提高学生的学习兴趣和效率，减少不必要的浪费。再如利用物理教学软件，开展“欧姆定律”的讲解，其效果生动，且学生便于理解。
1.2生物制药领域
虚拟技术在生物制药方面的应用主要是在药物的设计阶段：采用相关的分子设计软件，设计药物小分子，模拟小分子与受体的相互作用，预测小分子的生物活性、毒性、排泄、吸收、代谢途径、代谢物及其各类性质。目前，这种药物设计模式已被国际专业制药公司在研发新药时采用，并与实验相结合，以达到减少研发消耗，提高研发成功率的目标。1.3医疗领域虚拟技术在医疗领域的应用主要有：手术培训、手术模拟、医学影像检查和临床诊断。已经报道的“上海交通大学附属第九人民医院骨科专家成功完成真正意义上的3D打印骨盆重建手术”，是虚拟技术在医疗领域成功应用的又一案例。
2、化学信息学
化学信息学的研究领域并未经过刻意界定，很多化学家在各自不同的研究领域中力争发展和采用计算机的方法来处理大量涌现的化学信息，建立化合物的结构与性质的关系。在20世纪60年代，化学信息学的发展已初见端倪，到了70年代开始出现了飓风式的发展。因此，相关的化学信息学的定义有多种。
比较典型的有以下一些论述。
（1）采用分子模拟和数据分析技术与高分辨图形显示组合，得到了令人惊讶的结果。因此，化学信息学是通过应用信息技术帮助化学家研究新问题、组织并分析科学数据，以研发新化合物、新材料的过程。
（2）很多人认为化学信息学是化学信息的扩展，它涵盖了与化学结构、数据存储和计算方法相关的领域，如化合物登记系统、在线化学文献、结构-活性关系分析和分子性质计算[3]。化学信息学作为一个学科名称来说是很新的，但我们可以体会到，它存在于我们周围已经有了一段时间。不同的阶段常会给出不同的化学信息学的定义。
所以，在讨论这些不同观点的时候，我们认为“化学信息学是一门应用信息学方法和计算机技术来辅助解决化学问题的学科”[4]这个论述更具有普适性。
化学信息学方法主要有三种，即基于数据、基于逻辑和基于原理。
（1）基于数据的方法建立和利用多种化学数据库管理系统和化学数据库中的数据。该方法主要的作用是在数据库中获得已记录的相关信息。
（2）基于逻辑的方法利用已有的化学数据库中的数据，并在此基础上，利用归纳、推理和分类等方法将数据转化为知识，并对知识实施有效的管理，以便于知识得到广泛的应用。最终，能用于解决实际的化学问题。该方法适用于大量数据的处理，对象具有比较强的规律性。同时，它能解决数据库系统不能解决的问题。
（3）基于原理的方法利用已有的量子化学的理论，对化学对象作相关的量化计算，并根据计算结果，研究对应的化学问题。该方法能从原理上解释化学问题，但不适用于大批数据和大的体系的处理。在化学研究中，这三种方法相辅相成。对于不同的研究对象或不同的研究阶段，采用对应的方法组合。
3、化学研究
化学是研究物质的组成、结构、性质和变化规律的科学。有机化学是研究有机化合物的来源、制备、结构、性质、用途和有关理论的一门学科，由于有机化合物都含有碳，同时以碳、氢化合物为母体，因此这门学科又可称为“碳化合物的化学”或“碳氢化合物及其衍生物的化学”，随着这门学科的发展，诞生出了高分子化学、元素有机化学等新学科，为合成染料、橡胶、纤维、药物、塑料等有机化学工业建立了理论基础。化学的研究内容主要可归纳为三部分：分子设计、合成设计和结构确定。利用相关技术设计具有特定功能的化合物即为分子设计[5]；利用相关技术设计特定化合物的合成路线即是合成设计；结构确定包括两部分：结构解析和谱图模拟。结构解析是根据已有的化学谱图，推测对应的化学结构。谱图模拟是基于化合物的化学结构，预测其化学谱图。化学是重要的基础科学之一，它也是一门建立在实验基础上的科学。在化学研究中实验和理论这两方面一直是相互依赖、彼此促进的。化学是一门古老而历史悠久的科学，它的研究模式为灵感、经验和实验（见图1）。长期实验数据的积累，为现在和今后的化学研究提供了宝贵的财富。截至2013年12月，已有记载的小分子化合物达7600多万个，化学反应约5580万个。要有效应用如此大量的研究和实验数据，只有采用信息技术才能实现。在此，我们提出了化学研究的现代模式，即在化学研究的传统模式中融入虚拟技术（见图2）。分子设计是化学研究的内容之一。传统模式的分子设计流程如图3所示，某种化合物的性质，通常是在得到化合物之后，经过实验测试才可获得对应的性质。现代模式的分子设计流程如图4所示，化合物的性质，可以用相关软件预测获得。根据获得的预测结果和经验，决定是否要合成该化合物。图3和图4中的分子设计流程显示，两者的差异主要在合成之前。传统模式在合成之前的分析工作仅以文献信息作为判断依据。而现代模式，既以文献信息作为判断依据，又以软件预测结果作为分析判断依据。从原理上讲，采用现代模式合成的化合物，其符合需求的成功率要高于传统模式，研究过程中产生污染的几率要比传统模式的低。
4、结论