分子生物学论文范文第1篇
摘 要:生物工程是一门化学与生物学的重要交叉学科,随着生命科学的不断发展,生物工程专业必将成为今后生物化工学科的重要发展专业。分子生物学是普通高校生物工程专业必修的一门重要的基础课程。由于分子生物学理论知识比较抽象,可从教材选择、教学内容的组织、教学计划的制定、理论课教学方法的运用、分子生物学实验的开设、网络信息资源的利用等方面进行教学改革,提高应用型生物工程专业分子生物学课程的教学效果。
关键词:分子生物学教学改革
生物工程专业是以化学基本原理和生物学基本原理为理论基础,以工程学的方法研究并解决生物技术和生命科学中的技术问题。从人才培养的行业要求方面看,作为生物工程专业的应用型人才,在知识的储备方面,应具有一定的专业基础知识、宽广的人文社会知识、较强的实践管理知识以及相关的其它知识;在实际能力培养方面,应该具备较强的社会生存适应能力、知识更新能力、工程管理实践能力、创新能力;在素质要求方面,应具有良好的思想道德素质、科学文化素质和身体素质[1]。分子生物学是前沿性很强的一门基础课,目前,分子生物学已经深入到生物学科的各个领域,我们应当适应学科发展的实际情况,开拓思路,不断进取,使分子生物学课程教学为应用型生物工程专业人才培养目标服务。
1 分子生物学课程教学改革的必要性
由于分子生物学的内容十分丰富繁杂,知识点多、信息量大,并且发展迅速、资料浩瀚,因此,传统的教学模式学生多反映难以理解和掌握,为了帮助学生进一步掌握分子生物学理论知识,提高实验技能,同时克服学生对学习分子生物学的畏难情绪,提高学生学习的主动性和积极性,在有限的学时内让学生更加全面而深入地学习和掌握课程的内容,提高我院分子生物学的教学质量,需要对目前的分子生物学课程教学进行改革。
2 分子生物学课程教学改革的原则及指导思想
2.1 应用型生物工程专业人才培养目标
培养符合社会主义市场经济需要,掌握生命科学的基本理论和生物技术的基础知识、基本理论、基本技能,并能在高等学校、科研机构、政府机关及相关行业的企事业单位从事生命科学和生物制品的研究与教学、生产与开发、经营与管理、检测和分析等方面工作的应用型高级专门人才。
2.2 生物工程专业分子生物学课时安排计划
理论课课时48,实验课课时16,理论课课时与实验课课时比例3∶1。
3 分子生物学课程教学改革的内容及目标
3.1 教材选择
分子生物学理论课教材版本多,教材内容体系不一致,其中科学出版社赵亚华老师编写的《分子生物学教程》作为生物类本科生的教材较为合适。该书以DNA和RNA两类生物大分子为主线,深入浅出地介绍了这些大分子的结构与功能及其复制、转录、翻译和表达调控。同时,该书简要地介绍了分子生物学的发展历程,内容涉及广泛,从宏观的生命科学发展整体水平上,力求使学生认识到分子生物学在生命科学中的地位,并了解生命科学的前沿。
3.2 教学内容
教材中,部分内容如染色体结构、基因和基因组学、细胞信号传导等与生物化学和细胞生物学重复。针对这种情况,应把相应知识点作为分子生物学的骨架内容精练浓缩,既可温故知新,又可节约教学时间,为分子生物学的新内容、新技术提供更多的教学时间;同时对基因芯片、转基因动物等内容进行适量的扩展细化,便于学生理解掌握。因此,任课教师首先必须查阅大量新文献、新资料,不断更新自身知识,重新组织教学内容,通过对教学内容的改革,最终让学生充分掌握分子生物学的精髓。
3.3 教学方式
3.3.1 理论教学
(1)传统理论教学方式的不足。
传统的分子生物学教学方式是教师在课堂上讲解,学生借助书本、语言和板书这些比较单一的媒体,同时靠眼看、耳听、手写等方式被动的接受。分子生物学中DNA、RNA及蛋白质的生物合成、基因表达调控等内容十分抽象,应用传统教学方式,教师难教、学生难学。例如:蛋白质生物合成过程氨基酸的进位、转位及肽链延伸等步骤学生就很难理解。传统教学方式不能展示出动态的、内容丰富的信息,而且束缚了学生的主观能动性和自我发挥、自我创造的能力[2]。
(2)将现代多媒体技术引入课堂教学。
多媒体技术是用文字、图像、声音、动画、视频等信息载体通过计算机处理和控制来表达信息的一种技术,它的某些优势是传统教学所不能比拟的。
①生动形象。
分子生物学是一门主要研究微观世界知识的学科,如基因的结构与功能、遗传物质、遗传信息表达等,这些内容不仅十分抽象,而且许多微细结构、生理、生化过程,即使借助显微镜及有限的实验也无法进行准确观察和认识,在讲授这些内容时,应用挂图等传统教学手段,学生无法很好地理解接受。例如:DNA的复制,使用传统教学很难使学生直观、形象地理解,使用多媒体教学,通过动画形象展示这个动态的过程,将看不见、摸不着的复杂生化过程用具体的图象表现出来,使学生看到一个边解旋、边复制、边表达的过程,使学生更易理解,印象更深刻。
②集成性高、信息量大。
多媒体的集成性可有机结合、加工、处理多方面信息。近年来分子生物学发展迅速,教学内容繁多,而课时又有限,往往使教师顾此失彼。采用多媒体教学,可充分发挥其节奏快、信息量大、画面多、表现力强的特点,激发学生的学习兴趣,使学生在有限的时间内获取更多的知识,增强对基础知识的理解[3]。
(3)采用互动式教学。
传统的教学方式也有优点,因此,在教学方式上可采取课堂讨论、提问的互动式教学方式,同时与讲授教材、新进展专题的传统教学方法相结合。课堂讨论与课堂提问的互动式教学是将分子生物学理论分成几个部分,同时将学生分成相应的组,每组同学准备相应的内容,并选择在课堂上向全体同学讲解该部分内容,其他同学就该部分内容提出问题,所提问题由该组同学回答,不能回答的问题准备后下一次课回答,最后由教师解答全部疑问及总结。
(4)专题讲座及指定阅读课外参考书。
分子生物学发展迅速,仅仅依靠教材很难跟上其发展的速度,这样学生在毕业后就很难适应社会与科技发展的需要。教师在教学中通过阅读大量的文献,可对分子生物学的新内容和新发展进行总结,然后作为专题介绍给学生,通过这种方式不仅能教给学生新知识,而且教师也能不断地丰富自己。为更进一步培养学生查阅文献的能力,在以教师为主的教学过程中,可给学生指定参考书及一些参考文献,要求学生利用课外时间阅读,这样既使学生的知识体系得以完善,又可培养学生的自学能力[4]。
3.3.2 开设分子生物学实验,培养学生的实践操作能力
分子生物学是一门实践性很强的课程,除理论教学外还应包括实验课。因此,在分子生物学教学中开设实验课是十分必要的。分子生物学技术包含内容很多,如核酸提取与纯化、电泳分离与鉴定、限制性酶切、DNA重组、核酸杂交、核酸序列测定、文库构建、PCR扩增等。学生通过动手操作,会增加对所学理论知识的感性认识,同时把所学理论运用到实践中解决实际问题。因此,开设分子生物学实验是加深学生对理论知识的理解,培养学生独立思考、独立工作能力以及创造能力的良好途径。
实验课作为理论知识的试验田,是学生参与科研实践的切入点。在实验课教学工作中,应加强所选实验内容的针对性、先进性和完整性。在实验过程中,应注意对学生思维能力、实验设计能力、分析解决问题能力的培养和锻炼。如在PCR扩增实验教学中,不仅要说明实验目的、原理以及一个设计成熟的PCR反应体系的操作步骤,还应从文献检索、模板提取、引物设计合成、反应条件摸索、反应产物分析鉴定方面引导学生对一个全新的PCR反应进行从头设计,充分锻炼他们的思维能力和实验设计能力,培养学生的科研意识[5]。
3.3.3 利用网络信息资源,提高学生获取知识的能力
互联网上的信息资料和研究成果可以共享,从而让世界同行减少了许多重复性的探索工作,也提供了一种全新的工作方式和思维方式。目前网络生物信息资源及其利用主要包括基因克隆、基因识别与定位、蛋白质结构与功能分析、信号通路和各种突变资源库等多个方面。因此,掌握互联网资源的查询和利用是掌握目前世界研究现状,提出新的问题和研究思路,获得免费已有研究材料(包括各种性质的克隆、抗体、模式动物等)快捷有效的途径。对互联网资源的熟练应用可确保研究的先进性、科学性和快捷性,因此,在分子生物学课程的教学中必须特别强调互联网资源运用的重要性。通过介绍几个常用资源库的运用,使学生了解如何对资源库进行查询,学生通过自身的努力来提高信息收集和辨别的能力。
4 结语
生物工程专业应用型人才培养目标是一个长期、系统的工程,它的实现,涉及到教育环节的各个方面,教学只是其中的一个方面,对于分子生物学的课程教学,教师的责任任重而道远,教师自身要不断地提高业务素质,不断探索、不断实践、不断总结,把课程教学工作开展的更有生气、更有效果,为国家培养更多高素质的应用型人才。
参考文献
[1] 刘迎春,熊志卿.应用型人才培养目标定位及其知识、能力、素质结构的研究[J].中国大学教学,2004(10):56～57.
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[4] 张胜权,罗欣,陈冰等.生物技术专业分子生物学教学初探[J].安徽医药,2005,9(4):314～315.
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分子生物学论文范文第2篇
关键词：分子生物技术;环境工程;微生物领域
前言：环境工程微生物是一个综合性的学科，涉及到很多相关联的学科，比如微生物学、环境工程学、环境保护学等。同时，在微生物领域中，环境工程微生物又是一个非常重要的组成部分，在对其进行研究时，应用了分子生物技术，这样一来，在进行环境监测时，提升了监测的效果，进而在很大程度上实现了环境保护。
一、分子生物技术
(一)PCR核酸技术
在PCR核酸技术中，包含了三种不同的技术。第一，PCR—SSCP技术，在利用此种技术进行环境监测时，首先要选取监测环境的DNA样本，随后，通过PCR扩增技术，得到SSCP凝胶DNA谱带，最后，对其进行分析，采用的方法为银染法、荧光的检测技术;第二，PCR—DGGE技术，对于检测的环境，首先将样本基本组DNA提取出来，接着利用PCR扩增技术进行扩增，随后，将DNA谱带经过电泳后形成，最后，利用此项技术进行割带回收工作，将微生物的种属准确的确定;第三，PCR—RFLP技术，与前两种技术不同，此种技术在进行DNA谱带切割时，利用限制性核酸内切酶，通过与某段DNA识别序列相结合，实现最终的切割工作。
(二)PCR的测序技术
通过分子生物技术的分离，微生物环境中会出现新的群体或者生命特征，这时，就需要对新的群體或者生命特征进行类别鉴定工作，为了准确的识别，就需要相应的技术提供支持，分子生物技术中的PCR测序技术恰好可以应用在此，在进行测序工作时，此项技术依赖于转DNA，这是因为转DNA具备的稳定性是比较好的，同时，在所有的生物序列中，同源性是一个显著的特征，基于此，在对新的群体或生命特征进行研究时，具备比较好的研究效果。
(三)基因探针测试技术
所谓基因探针，是指一个单链DNA片段，不过，此片段具备特异性。在对微生物环境进行检测时，首要的工作就是样品的选取，样品选取完成之后，通过解链以及相应的原理，对样品进行分析。在利用基因探针进行测试时，需要进行标记工作，这样一来，即使经过杂交之后，对比工作也可以顺利的展开。近年来，基因探针测试技术所具备的应用范围越来越广，在环境工程微生物领域中将会起到非常重要的作用。
二、分子生物技术在环境工程微生物领域中的应用
(一)检测环境中的致病菌和指示微生物
在环境中，致病菌是一定存在的，近年来，随着空气污染的加剧，致病菌的数量不断地增多，通过空气、水、土壤等介质的传播，导致人类患上各种疾病，比如2003年的SARS，进而产生非常严重的影响。在环境工程中，污水处理完成之后，在进行指示微生物时，通过大肠杆菌来实现。在不同的环境中，微生物的多样性和种群是不相同的，为了对其进行分析，采用了PCR—DGGE技术与16SrRNA基因相结合的办法，分析结果表明，在传统的微生物培养中，很多微生物种群是无法进行检测的，对此，应用了PCR扩增技术，再次进行检测，这样一来，检测的效果得到显著地提升，同时，所需的检测时间也比较短。
(二)分析环境工程微生物种群的多样性和丰度
一般说来，微生物会生存在污泥、生物膜、土壤等物质中，而且生存的数量是非常多的。在对微生物种群的多样性进行分析时，同样应用了分子生物技术，首先，对地下水微生物进行收集，同时，在陶瓷表面上让其形成生物膜，通过PCR-SSCP技术，将微生物种群的多样性分析出来;其次，对微生物种群的结构进行分析，分析时，应用了测序技术，并通过16SrRNA的抽取来完成。通过分子生物技术的应用，有效的对生物膜、污泥等物质的微生物种群多样性和丰度进行了分析，在定性检测与定量检测充分结合之后，有效的支持了分析的结果。
(三)培养环境工程功能微生物
随着化学工程的发展，化学工程也逐渐的实现了现代化，在进行有机化合物的合成时，复杂程度提升，同时，排入环境的物质可降解性越来越差，这样一来，环境中的微生物就无法实现有效降解，进而对环境造成污染。为了避免环境污染的发生，提升微生物的降解能力，应用了DNA印迹技术，同时，通过分子生物技术的应用，进行了微生物的培养，培养出来的微生物具备环境工程功能，能够有效且快速的实现降解，进而有效的保护环境。
结论：分子生物技术是一项先进的技术，通过分子生物技术，能够有效地对环境中的微生物属性进行测试，基于此，在环境工程微生物领域中，大力的应用了分子生物技术，不过，由于分析生物技术应用的普及程度比较差，进而导致应用中还存在一定的问题，因此，就必须要加大对分子生物技术在环境工程微生物学领域的研究力度，从而有效地提升应用的效果，加强对环境的检测，降低环境污染。在分子生物技术不断成熟的过程中，其应用范围会变得越来越广，与此同时，环境工程微生物领域也必然会产生革命性的变化。
参考文献
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[3]马美玲.环境工程中微生物分析方法研究进展[J].科技信息，2011，21(22)：183.
分子生物学论文范文第3篇
摘 要：乌紫杨梅是从浙江省象山县的自然实生资源中选出的一个优质、大果、早熟杨梅新品系。乌紫杨梅果实正圆形，果面紫黑色，单果重为23.49g；总糖、可溶性固形物和花色苷含量分别为83.6mg/g、13.26％、0.50mg/g，显著高于东魁杨梅；总酸为0.92％，比东魁略低；成熟期为6月15～24日，比东魁杨梅早7～10d。RAPD分析显示，乌紫杨梅新品系母本树与乌紫杨梅嫁接后代(嫁接第1代、第2代、第3代、第4代)的相似性极高，为0.94－0.98；他们之间的遗传距离也最小。而乌紫杨梅及嫁接后代与东魁、炭梅、水梅的之间相似性较低、遗传距离也相距较远。上述结果表明乌紫杨梅是一个不同于其他杨梅品种、后代表现稳定的大果、优质杨梅新品系。
关键词：乌紫杨梅；新品种；优质；大果；RAPD鉴定；遗传稳定性
杨梅为我国特有的水果与经济林木，经济栽培主要分布在浙江等南方省区。2004年浙江省杨梅种植面积已达600km2，产量超过27万t，2者均位居全国第一。浙江杨梅资源丰富，拥有东魁、荸荠种、丁岙、晚稻4大杨梅良种，特别是大果型、品质优、适应性强的东魁已成为全国发展最为迅猛的杨梅品种。但东魁杨梅为晚熟品种；目前，生产上缺少与之搭配的大果型早熟品种。近年来，我们在浙江省象山县发现了一个优质、大果的杨梅实生单株，以及农民自发从该优质单株上采穗嫁接后形成的后代群体。该新品系在浙江象山于6月中下旬成熟，比当地东魁杨梅提早7～10d。目前将该新品系暂定名为乌紫杨梅。该新品系是继东魁后又一个大果型的杨梅新品种，可拉长大果杨梅的供应期，有极高的推广应用价值。为加快乌紫杨梅的品种鉴定和推广，有必要对乌紫杨梅的生物学特性和嫁接后代的遗传稳定性进行观察与鉴定。近年来，RAPD(randomly amplifiedpolymorphic DNA)分析因其快速、简单、经济，广泛应用于杨梅、枇杷、李田、梨、樱桃、猕猴桃、杏等果树分类和品种鉴定，尤其是对来源于自然杂交的品种鉴别。为此，本研究以乌紫杨梅为材料，对该新品系的生长结果习性进行了观察，并采用RAPD分子标记技术对乌紫杨梅母本树及其嫁接后代与本地水梅、本地炭梅和东魁杨梅进行比较鉴别，以期明确该新品系的生物学特征、遗传稳定性，为乌紫杨梅新品系的栽培技术开发和新品种鉴定提供科学依据。
1 材料和方法
1．1 材料
本试验材料杨梅采自浙江省象山县晓塘乡焦头村。RAPD分析所用幼叶采自乌紫杨梅新品系母本-树、母本树附近的雄株(雄株1、雄株2)、乌紫杨梅嫁接树(嫁接第1代、第2代、第3代、第4代)、本地炭梅、本地水梅和东魁等杨梅春梢未完全展开的幼叶，采集后经液氮冷冻，保存于70℃供DNA提取用。
1．2 生物学与植物学特性观察
选14年生乌紫杨梅高接后代，主要观察叶、花、果、梢的物候期和生长发育特性。
1．3 杨梅果实品质分析
葡萄糖、果糖、蔗糖含量测定采用HPLC法，可溶性固形物含量(SSC)测定用手持折光仪法，可滴定酸含量用酸碱滴定法，花色苷测定用pH差示法。重复3次。
1．4 基因组DNA提取
杨梅幼叶基因组DNA提取参考Congiu等的方法略作改进：取1g叶片，加液氮研磨后转入50mL离心管中，加入10mL预热至65℃的C了AB提取液(含100mmol/L Tris-HCl，15mmol/L EDTA，1.2moL/LNaCl，2％CTAB，0.5％β－巯基乙醇，pH8.0)。将盛有样品的提取液在65℃水浴中保温45～60min。加入等体积氯仿一异戊醇(24:1)，摇匀，静置5min，4℃下8000G离心10min，上清液中加入等体积预冷异丙醇，缓缓摇匀，可见白色或黄白色DNA絮状沉淀，钩出絮状沉淀，在75％K,醇中洗涤沉淀2～3次，37℃或室温下风干，加入适量(1mL左右)TE缓冲液(10mmol/L Tris-HC1.1 mmol/L EDTA，pH8.0)，溶解DNA，加入10mL RNase(10μg/L)，37℃下保温1h，分别用等体积苯酚－氯仿、氯仿－异戊醇抽提纯化DNA，上清液加入1/10体积NaAc，2倍体积无水乙醇，-20℃放置30min，4℃下10000g离心10min。最后将DNA溶于适量(200～300μL)TE缓冲液中，贮于-20℃。
1．5 RAPD反应体系
PCR反应在了hermoHybaid PX2 PCR仪上进行，PCR反应体系为：35μL ddH2O，5μL 10×PCR反应缓冲液(500mmol/L KCL。100mmol/L Tris-HCl，1.0％Triton X-100)，4μL 25mmol/L MgCL2，4μL dNTPs，2μL 0.5μmol/L随机引物(RAPD引物选用OPERON的RAPDR10mer Kits中的68个随机引物进行了PCR扩增)，0.5μL模板DNA(约25ng)，混匀后离心5s；将混合物在94℃下加热5min后冰冷，加入0.5U Taq DNA聚合酶，混匀后加入1滴矿物油覆盖于反应混合物上。PCR扩增条件为：94℃预变性5min，94℃变性1min，45℃退火1min，72℃延伸2min，40个循环，最后72℃延伸10min。取8μLPCR产物在1.2％琼脂糖凝胶上电泳，用BIO-RADXR凝胶成像系统对电泳条带进行观察和拍照。
1．6 RAPD谱带统计和聚类分析
电泳图谱中同一位点RAPD谱带存在时赋值为1，不存在时赋值为O。利用NTSYSpc2.0聚类分析软件计算品种间相似性和遗传距离。
2 结果与分析
2．1 生物学特性
2004—2006年观察表明，乌紫杨梅花芽2月下旬萌动，3月10日初花，3月22日-4月2日盛花，4月2-13日末花。叶芽萌动期3月22日，春梢发生期3月26日-5月19日，平均梢长6.5cm。夏梢6月24日-7月中旬；秋梢8月下旬-9月底。春梢和夏梢为主要结果母枝，结果母枝平均长度约为10cm。果实初果期为4月8日左右，4月28-30日定果，5月4-16日硬核，6月5日果实阴面转白、少量着色见红，6月9日果实紫红色、味酸，6月16-18日果实紫黑色、第1批果实成熟。
乌紫杨梅叶长×叶宽为11.2cm×3.5cm，叶缘全缘，叶色深绿，叶尖为圆钝，叶基呈锲形。花序长为0.53～1.55cm，粗为0.20～0.28cm，每花序有7朵以
上花可开放。果实呈正圆形(圆球形)，果顶平，果面缝合线不明显。肉柱特征为长、粗、钝、硬。种子呈椭圆形，缝合线突起，核面粗糙。
2．1 果实主要品质特征
比较在象山同一地点栽培的乌紫杨梅、本地炭梅和东魁的品质显示，乌紫杨梅的葡萄糖、蔗糖和可溶性固形物含量显著高于本地炭梅和东魁，而可滴定酸含量比本地炭梅和东魁低。花色苷含量也显著高于东魁，单果质量比东魁略低，但差异不显著(表1)。上述结果表明，乌紫杨梅是一个优质、大果的杨梅新品系。
2．2 引物筛选和RAPD分析
为分析乌紫杨梅的遗传稳定性和与其他品种间的遗传差异，我们选用了RAPDR10mer Kits(OPERON)的68个随机引物对乌紫杨梅母本树及后代和其他杨梅品种等10个杨梅材料的DNA进行PCR扩增，筛选出了47个扩增结果较好且具有多态性的引物。所用的47个引物共计扩增出370个位点，其中多态性位点为250个，占总位点数的67.6％。扩增出的DNA片段长度多数在100～2500bp，个别引物能扩增出3000bp左右的片段。每个引物扩增出的DNA条带数为11～32条，平均每个引物能扩增出20条带。其中引物$35扩增出的多态性位点最多，图1是引物$35扩增的乌紫杨梅母本树及后代和其他杨梅品种等10个杨梅材料的DNA图谱，该图谱可明显将乌紫杨梅与其他品种区分开来。
2．3 遗传距离与相似性分析
对这47个引物扩增出的谱带进行DICE相似性分析，采用UPGMA进行聚类分析，结果如图2所示，乌紫杨梅母株及1～4代同属于一族，其中乌紫杨梅第1代(乌紫1st)与母株之间的相似性最高，相似系数达0.98，乌紫杨梅第3代(乌紫3rd)与母株相似性最低，相似系数为0.93，乌紫杨梅第2代(乌紫2nd)和第4代(乌紫4th)与母株的相似系数分别为0.96和0.94。遗传距离也是乌紫杨梅1～4代与母株之间最近。而乌紫杨梅1～4代及母株与东魁、炭梅、雄株和水梅之间的相似性较低，遗传距离也较远。
3 讨 论
杨梅是我国特有水果，但除东魁外，大果杨梅新品种罕有报道。本研究显示，乌紫杨梅单果质量为23.49g、SSC 13.26％、总糖83.6mg/g、总酸0.92％、花色苷0.50mg/g。除单果质量比东魁略低外，其他品质指标均优于东魁，表呀乌紫杨梅是一个品质优于东魁杨梅新品系。 由于乌紫杨梅的成熟期比东魁提早7-10 d，而单果质量与东魁接近，因此，乌紫杨梅可拉长大果杨梅的供应期，推广发展潜力巨大。
RAPD技术是利用PCR方法对所研究材料的基因组DNA进行扩增，以电泳谱带形式检测材料之间的多态性，能够从DNA分子水平揭示品种间的遗传差异。RAPD方法通常用于实生变异的品种区分和鉴别，并已在杨梅属植物分类中得到应用。本研究用RAPD分析显示，乌紫杨梅母本树及其嫁接后代之间的DNA水平的基本没有差异，表明后代遗传稳定。用RAPD能明显地将乌紫杨梅与东魁等品种区分开来，表明在DNA水平上乌紫杨梅母本树及其嫁接后代与当地水梅、炭梅及东魁之间存在较大差异，证明乌紫杨梅是一个遗传上不同其他杨梅品种的实生变异。本研究结果也表明，从本试验材料中用RAPD分析不能确定乌紫杨梅品种的起源。因此，要揭示乌紫杨梅的起源需要从当地收集更多的杨梅材料和应用多态性条带更多的AFLP等分子标记技术。
4 结 论
乌紫杨梅果大，可溶性固形物含量高，成熟期为6月15-24日。RAPD分析表明，乌紫杨梅新品系母本树与乌紫杨梅嫁接后代之间的相似性极高，遗传距离也十分接近。而乌紫杨梅母本及嫁接后代与东魁、炭梅、水梅之间的相似性较低、遗传距离也较远。因此，乌紫杨梅是一个遗传稳定的优质、大果、早熟杨梅新品系。
作者简介：钱皆兵，男，高级农艺师，从事果树栽培研究。
分子生物学论文范文第4篇
我和谁都不争
和谁争我都不屑
我爱大自然
其次就是艺术
我双手烤着生命之火取暖
火萎了
我也准备走了
2016年5月23日，中国最后一位以先生称呼的女性–––杨绛，带着对大自然以及艺术的眷恋，永远告别了这个她曾热爱的世界。
杨绛先生的一生，是一百多年来中国先进知识分子沉浮命运的典型。在许多熟悉她的朋友眼中，杨绛先生生活简朴，为人低调，不大的寓所没有见过任何装修，就连室内也没有昂贵的摆设，只有几个旧式的柜子、桌子。多年前，国家出资为她的房子装修，就遭到了她的拒绝。而对于自己的作品，她亦如此，当出版社出重金力邀她出席作品研讨会，杨绛先生坦陈：我把稿子交出去了，剩下怎么卖书的事情就不是我该管的了，而且我只是一滴清水，不是肥皂水，不能吹泡泡。也许，杨绛先生深知上苍不会把所有幸运集中在某个人身上，生活千姿百态，保持知足常乐的心境，才是淬炼心智，净化心灵，创作出好作品的最佳途径。
一切快乐的享受都属于精神，这种快乐把忍受变为享受，是精神对于物质的大胜利。这是杨绛先生淡泊名利的真实写照，也是她低调处世的人生哲学。
1953年，杨绛与钱钟书结婚，杨绛随之从大小姐的身份过度到了“老妈子”。但她从未觉得委屈，因为她爱丈夫胜过爱自己，即使在那个战火纷飞的年代，身临不幸中，他们依然携手书写着属于他们自己浪漫人生传记。1998年，丈夫去世，但杨绛仍不改初衷，默默继承丈夫未竟的事业，以惊人的毅力和执着的精神整理丈夫多达7万余页的手稿。因为手稿涉猎题材之大，再加上多年来随主人颠沛流离，纸张大多已变黄变脆，有的甚至模糊破损，字迹难辨，杨绛先生耐心一张张轻轻揭下，抹平，粘补，分类装订，认真编校，订正……。直到2003年《钱钟书手稿集》与读者见面。从左钱家媳妇时对诸事的含忍，到国难中的忍生活之苦以及后来在各种名利面前的深自敛抑。他和她的爱，平常而又真实，跨越世纪，感动世人，是波澜岁月长河中炼出的一块真金。
气质美如兰，才华馥比仙。追忆杨绛先生的百年人生，我看到了一位“老派”中国知识分子求实的学术精神和高尚的人格魅力。在历经整个世纪的起起落落和风云变幻之后，从来都不当一个醒目的存在。忍生活之苦，保其天其，哀而不伤。依旧温柔敦厚的活在属于自己的地方，做一个时代的见证者。待到白发苍苍之时，书写下充满智慧与哲学的警世恒句，为中国青年指点迷津。
她的名字如星光闪耀，但她却谈她此生最大的渴望是人们能把她忘记。杨绛先生的一生，大 真应了那句“人山人海里，你不必记得我，你只要记住感动初心，以及爱。”
她走了，带着对这大千世界的深情，悄无声息，如同一滴清水，融进了无垠的大地之中。
（作者单位：山东泗水一中）
分子生物学论文范文第5篇
摘要： 尊重并关注物质结构的存在，善于进行物质结构思维，关注物质结构与其性质的关联等等，是化学学科的核心素养之一。研究化学、学习化学都必须重视进行物质结构思维。基于对化学物质结构思维发展的历史回眸，指明化学物质结构思维主要由3个基本问题的思维构成;化学的物质结构思维主要有4种基本方法。分析了中学化学课程标准规定的物质结构思维内容、中学化学中物质结构思维教学应该注意的6点。
关键词： 物质结构思维; 物质结构思维教学; 化学学科核心素养; 中学化学教学
“结构”一词有结合构造之义，可以表示组成整体的各部分的搭配和安排。作为表达客观世界存在状态和运动状态的专业术语，它在意识形态领域和物质科学领域中都得到广泛应用。从系统科学的角度看，结构是指系统内部诸要素的组织形态，包括诸要素及其组织方式。化学科学中的结构则是指化学实体（化学物质）内部各构成要素以及各构成要素相互间的结合与构造方式[1]。
本文拟就化学物质结构思维的形成、内容、结构、方法和重要性，以及中学化学中物质结构思维的教学做一些初步的讨论。
1 物质结构思维是化学学科素养的核心与特点之一
世界由物质组成，化学是在分子、原子层次上研究物质的组成、结构、性质与变化规律的一门自然科学。要了解物质的结构，就必须进行物质结构思维。不了解物质的结构，就不能深入地了解、解释物质的性质和变化，更难以合成复杂的新物质来满足现代社会日益增长的需要。例如： 金刚石与石墨同是碳的单质，为什么性质差别很大;为什么碳可以形成巨量的化合物？再如： 化石燃料燃烧产生的NO会形成酸雨、破坏臭氧层，是有害气体。要除去产生的NO，最佳方案是利用下列反应： 2NON2+O2。由反应的ΔrHθm=-180kJ·mol-1 ΔrGθm=-173.8kJ·mol-1可以判断： 在热力学上该反应是可以自发进行的，但事实并不是这样。利用前线轨道理论可以确定该反应能垒很高，不可能正常进行，在动力学上是禁阻的，只有制备专用催化剂，才能实现这个过程（比如： 2NOPt Pd/Al2O3N2+O2）。
新材料的合成与表征必须以结构化学知识为基础，进行物质结构思维，否则就不可能从本质上理解材料的结构特点，并获得新材料。例如，摩尔定律预测半导体器件的尺寸会越来越小，然而当硅电子器件的尺寸从宏观状态演化到小分子尺度比如单个有机硅分子时，量子效应将起到主导作用，宏观下的电学规律将不再适用，量子隧穿效应等使摩尔定律面临挑战。上海师大肖胜雄教授、美国哥伦比亚大学科林·纳克尔斯教授、Latha·文卡塔拉曼教授以及丹麦哥本哈根大学杰玛·所罗门教授通力合作，通过扫描隧道显微镜断裂分子结（STMBJ）测试，结合密度泛函计算，从本质上解释了电导与分子结构的关系，发现Si[222]具有破坏性的d键量子干涉效应，在单分子电导测试中显示出超级单分子绝缘性能甚至低于同等尺寸的绝对真空，实现了在15nm以下的单分子超级绝缘，在单分子尺度阻止了量子隧穿。他们通过电子结构的调控，为摩尔定律突破到单分子级别提供了可行性支持，对单分子电子学以及量子计算机等研究领域具有重要意义[2]。
学会进行物质结构思维可以提升探讨宏观世界、微观世界及其相互联系的能力。因此，物质结构思维是化学学科思维的核心与特点之一。像尊重并关注原子、分子的存在，善于进行原子思维、分子思维那样，尊重并关注物质结构的存在，善于进行物质结构思维，关注物质结构跟其性质的关联，是化学学科的核心素养之一。研究化学、学习化学都必须重视进行物质结构思维。排斥和忽视物质结构的思维都不是科学的化学思维。
2 化学物质结构思维发展的历史回眸
一般认为，化学对物质结构的研究始于对亲和力的研究。早在公元前，古希腊哲学家恩培多克勒（Empedocles，公元前约490～435）曾假定万物都含有爱和憎两种成分，它们在爱的影响下结合，在憎的影响下分离[3]。为了解释物质微粒为什么能够结合在一起，中世纪的欧洲炼金术士借用“affinity（亲和力，本意是姻亲关系）”这个词提出了“化学亲和力”概念。例如炼金术士马格努斯（Albertus Magnus， 1193或1206～1280，德）就曾用这个术语来解释化学变化的原因[4][5]
。到了17、 18世纪，亲和力逐步由化学变化的动因变成了物质微粒结合的动因，人们把亲和力归结为机械作用，认为亲和力具有纯粹力学的性质，此时的“化学亲和力”是以“物质由微粒构成”为基础的。
18世纪末，人们对静电现象的研究已经相当深入。1800年伏打电堆问世后，尼科尔森（W. Nicholson， 1753～1815，英）实现了水的电解;戴维（H. Davy， 1778～1829）实现了苛性钾和苛性钠的电解……1814年贝采里乌斯（Jons Jakob Berzelius， 1779～1848）基于这些实验事实提出了电化二元学说：“所有的化合物都可以分割成带相反电荷的两部分”，把原子之间的结合归结为静电相互作用，从而用静电作用对亲和力学说作了重大发展[6]。
19世纪上半叶，人们发现一些有机化合物虽然有类似的组成，但却有不同的性质。如1824年前后，维勒（F. Whler， 1800～1882）与李比希（J. Liebig， 1803～1873）發现氰酸盐与雷酸盐具有相同的经验式;1824年维勒发现尿素与氰酸铵也具有同一经验式……1827年贝采里乌斯用“同分异构”来概括这一现象，并在1830年又发现葡萄酸与天然酒石酸具有同一经验式。大量的同分异构现象使人们想到有机化合物性质的不同与组成它们的原子的结合方式有关，引发了对物质结构问题的关注[7]。
在化学结构思维开启时期，化学家们主要从两个不同的侧面来展开思维： 凯库勒（F Kekule， 1829～1896）的重点在于原子的排列次序，强调结构的样式和形象;而布特列洛夫（А.М.Бутлеров， 1828～1886，俄）的着眼点在于原子之间的相互作用和影响，看重物质内部的原子结合关系。他们分别提出了不同的结构概念，形成了两种结构观。实际上，凯库勒和布特列洛夫各自侧重的两个方面是紧密联系在一起的，是同一个问题（化学结构）的两个不同侧面（化学相互作用和空间分布方式）： 化合物中各组成成分之间的相对位置、排列次序（即空间分布或空间样式）会使物质分子具有不同的结构，然而各组成成分之间的相互作用却是化学结构存在的前提。这两个方向的思维后来都为化学的发展做出了重要贡献： 从化学相互作用方面探索化学结构，导致了化学键理论或化合价理论形成;从空间样式角度探索化学结构，最终导致了有机空间化学、无机配位化学和晶体结构理论的形成。以化合价和化学键为基本概念的现代化学结构理论将原子之间的相互作用与原子的空间分布联系统一了起来。在现代化学中，讨论物质的结构必定涉及其中的化学键，这已经成了一种范式、一种公认的准则。化学键反映着分子中原子之间直接的（主要的、强烈的）或间接的（次要的、较弱的）联系。但是，仅仅从化学键的角度研究分子，只能解决比较简单的分子体系的问题，只能提供一种比较抽象化的图景，只有将化学键和空间因素结合起来，才有利于解决比较复杂的体系的问题，提供一种比较具体的、更与实际符合的图景。因此，现代化学在进一步深入地研究化学键理论的同时，越来越重视对空间效应的研究[8]。
到了19世纪末，化学家们对物质结构的探究主要是揭示分子怎样由原子构成，并通过化学反应来研究分子立体结构，只是对简单分子的结构有所了解。20世纪中叶以后，化学家们先后发现了蛋白质的基本结构，提出了DNA三维多级结构模型，建立了应用X射线分析直接测定晶体结构的纯数学理论，在研究激素、抗生素、蛋白质等大分子生物物质和新型药物分子以及非经典配合物的结构方面取得了重大进展;开辟了超微粒子、纳米材料以及分子机器、分子器件结构研究等新领域。结构化学研究从单纯为了阐明分子结构发展到研究物质的表面结构、内部结构、精细结构和高级结构等，开始了进行分子设计、超分子组装等方面的尝试。对超快分子过程、多光子过程、电子能量转移、各种激发和退激发过程、化学反应中间体研究、生物活性大分子的构象变化等进行的研究，促使化学家们除了静态结构外，还关注物质的动态结构、准动态结构的研究[9]。对化学物质的结构以及结构和性能之间相互关系的研究，逐渐形成了结构化学这门学科。化学键理论和结晶化学原理等，是现代结构化学理论的基本内容。
总的看来，人类对化学物质结构思维的发展过程大体上有如下特点：
●由发现结构的影响，到形成结构概念
●由关注静态的结构状态到关注动态的结构状态
●由关注物质的内部结构到也关注物质的表面结构
●由结构的认知和探查到结构的设计与实现
●由发现分子的结构到发现泛分子的结构，等等
化学物质结构思维逐步精细化、层次化、复杂化，内容日益深入、丰富;无机化学是物质结构思维的原始基础（例如提出原子论、化学亲和力、电化二元说等）;物质结构思维的产生跟有机化学的发展密切相关（例如发现各种同分异构现象等）;量子力学理论的建立为现代物质结构思维提供了理论基础;现代化学则大大丰富了现代物质结构思维的内容，拓展了现代物质结构思维的方法。
3 化学物质结构思维的基本结构与内容
化学物质结构思维主要由3个基本问题的思维构成： （1）物质的结构由哪些基本结构单元（组成微粒）构成？（2）基本结构单元（组成微粒）之间是怎样相互作用的？（3）基本结构单元（组成微粒）是怎样在空间分布的、产生了哪些空间效应？
3.1 关于基本结构单元（组成微粒）的思维
基本结构单元思维关注物质的不同层次结构的基本结构单元是什么、有哪些特点，以及不同层次结构的基本结构单元的相互关系等，其成果通常简称为微粒观，主要包括：
●物质可以分为原子、分子片、结构单元、分子、超分子、高分子、生物分子、纳米分子和纳米聚集体、原子和分子的宏观聚集体、复杂分子体系及其组装体等不同层次的微粒[10]。
●原子观： 原子是化学反应的基本微粒，可以构成更大、更为复杂的结构微粒;原子可以分为原子核和电子，原子核和电子也是可分的，但在化学反应里不能再分;原子不停地运动……
●分子观： 分子由原子按照一定方式构成，分子是保持物质化学性质的一种微粒，分子也在不停地运动……
现代结构化学中的结构概念进一步扩展，变为指称原子结合成分子或晶体以及进一步集聚成功能材料和功能体系（如催化剂）这些层次上的结构，包括分子和晶体中的各种化学键;原子及原子基团的空间排布;分子的转动、原子间的振动、电子的运动等各种内部运动以及这些运动状态给出的能级的分布。
3.2 关于基本结构单元（组成微粒）之间相互作用的思维
基本结构单元相互作用的思维既关注基本结构单元间的强相互作用，也关注基本结构单元间的弱相互作用，因为后者也可能会对物质的性质和化学变化产生不可忽略的影响。具体内容有：
●结构微粒之间强相互作用形成的化合价和化学键（简称价键），包括离子键（电价键）、共价键、金属键等，它们的形成原因各不相同，性质也不同。
●价键的数目和强度（键能）。元素原子的化合价与价键数的关系，形成单键、双键或三键以及共轭键等的条件;价键键能的意义，影响价键键能的因素，价键键能对物质性质的关系等。
●分子的电子结构跟分子中的电子云分布情况（包括对称性等）、分子的几何结构的关系。
●物质的微观结构中，不直接相连的原子之间弱相互作用的存在情况、原因与本质，等等。
分子轨道理论则从轨道变化等角度揭示了组成微粒间的相互作用。
3.3 关于基本结构单元（组成微粒）空间关系及空间效應的思维
关注原子的排列顺序和空间分布情况，以及原子的空间分布对物质性质及化学反应的影响。例如：
●基本结构单元之间的相对位置、排列次序、空间分布和相互作用如何展开（包括指向、间距）。
●结构微粒的空间关系和相互作用如何决定结构的存在和具体形象。
●结构微粒的几何因素如何影响物质的性质和化学反应。
●各种空间效应的比较以及协同作用结果（整体效应）如何，等等。
4 化学物质结构的思维方法
化学物质结构的思维方法主要有黑箱—假说验证方法、模型思维方法、量子思维方法和对称性思维方法4种基本类型。
4.1 黑箱—假说验证方法
所谓“黑箱”是指内部构造和机理不能直接观察的事物或系统。黑箱方法是通过外部观测和试验，建立输入信息和输出信息之间的关系，来探索黑箱的内部构造和机理的方法。化学物质是由其基本单元相互作用、相互联系而构成的系统，由于人的肉眼不能直接观察物质的内部结构，可以把物质（的内部结构情况）视做黑箱，通过典型化学反应性能试验，来勾画物质微观结构的轮廓，甚至某些细节。因此，由性质推测结构就自然地成为人们获得物质微观结构认识的常用方法。这种方法的有效性在于物质的微观结构与其微观性质乃至宏观性质是关联的，其本质属于黑箱方法。但是，由黑箱方法得到的“结论”具有猜测、假设性质，它需要得到验证。而且，这种验证常常需要恰当的宏—微转换。例如，由金刚石和石墨的硬度不同，可以推测它们具有不同的晶体结构;由二氯甲烷没有同分异构体，可以推测其分子不是平面结构，且具有高度对称性……
从物质的性质出发，可以弄清物质的结构。物质的内部结构决定它的典型化学反应性能和其他方面一些性能，是由性质推定物质结构的依据。物质结构与其性质关联策略是化学物质结构思维的非常重要的策略，是化学研究实现宏观与微观结合的桥梁。即使现在已经能够用特殊手段直接获得某些物质的结构图像，它仍不失其在化学研究和教学训练中的重要意义。
4.2 模型思维方法
模型是人们表达对事物（系统）的认识的一种重要方式，可以对事物的进一步认识、应用以及交流带来很大的便利，在科学、技术和生产活动中被广泛地应用。在化学的研究和教学中即是如此。例如，在原子和分子的教学中，由于不能直接观察，对原子和分子的认识，需要利用一定的模型来把握它们的结构、性能和变化。模型的意义在于能够推寻原型未被发现的信息，具有预测功能。模型是在运用中被完善、发展和分化的，就属性而言有理论模型、经验模型、思想模型、符号模型、理想模型等等类型。从形式看，在科学活动中常用的模型有语义模型（例如以语言或文字符号形式描述一类物质的通性或结构情况）、图像模型（以二维图形、图像等为主要形式）、物质模型（由实物构成，通常是三维有形物体）、数学模型（用数学语言描述和处理研究对象）以及非实物的、无形的抽象模型，等等[11]
。目前，化学教学中的物质结构模型主要是语义模型、图像模型或物质模型（例如电子云模型、晶体结构模型、空间分布模型等等）。直接跟思维联系的“模型”主要是语义模型，但不排除用图像模型、物质模型来表示物质结构思维的结果。
模型能够沟通科学现象与其本质，以简单、清晰的形象或意象表达直观、明确的含义，作为接近原型的重要手段，因而被化学物质结构研究广泛采用。结构化学中的模型大体上可以分为基本单元/系统模型（如分子模型、原子模型）、空间关系模型（如理想晶体模型、构型模型、构象模型、共轭键模型）和相互作用模型（原理模型，如化学键模型、杂化轨道模型等）、综合性模型（如理想气体模型、DNA双链螺旋模型）等主要类型。物质的化学结构式属于符号模型，它具有书面语言形态，也可以划属于语义模型。
模型思维涉及模型的建立、检验和应用。根据事实构建、检验、完善物质结构模型，应用物质结构模型来解决有关的问题等等，是化学物质结构思维的主要内容。化学中的模型的建立和发展依赖于对实验事实的概括，也依赖于得到验证的科学原理的指导。
4.3 量子思维方法
为了解释黑体辐射的实验现象，普朗克（M. Planck， 1858～1947，德）在1900年提出了量子概念，假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的，只能取能量基本单位的整数倍。后来的研究表明，不但能量表现出这种不连续的分离化性质，角动量、自旋、电荷等物理量也有这种不连续的量子化现象，量子是能表现出某物质或物理量特性的最小单元。可以说，整个世界都是由量子组成的。量子化现象主要表现在微观物理世界，描写微观物理世界的物理理论是量子力学，跟以牛顿力学为代表的经典物理有根本的区别。量子力学基于微观粒子波粒二象性，用波函数描述微观粒子的运动状态，以薛定谔（E. Schrdinger， 1887～1961，奥）方程确定波函数的变化规律，用算符或矩阵方法对有关的物理量进行计算，来研究微观粒子运动规律，是现代物理学的一种基础理论。1980年代，诺贝尔物理学奖得主费曼（R. Feynman， 1918～1988，美）曾提出，自然界本质上是遵循量子力学的。
现在，量子理论的影响已经超出了物理学的范畴，逐渐成为一种新的世界观和思维方式——量子思维方式。其特点/法则是： 不连续性、跃迁、复杂因果关系、不确定性等等[12， 13]。本文讨论的量子思维不是这种广义的、借代性的术语，而是专指化学中的量子思维（特称化学量子思维/量子化学思维）。
量子化学是应用量子力学的原理和方法来处理和研究化学问题的一门学科，主要研究电子云的密度与空间分布——化学键的本质及其在化学反应中的变化、分子间的相互作用、微观结构及其跟宏观性能的关系等。1927年海特勒（W. Heitler， 1904～1981，德）和伦敦（Fritz London， 1900～1954，德）通过求解氢分子的薛定谔方程寻找氢分子基态能量曲线的最低点，结合光谱分析进行讨论，来揭示共价键的本质。继之，基于电子配對的价键理论在1930年代建立，开启了化学量子思维的发展历程[14， 15]。现代量子化学思维主要内容和发展成果可概括为：
●将量子力学的原理和化学的直观经验紧密结合，在经典化学中引入量子力学理论和一系列新概念，例如杂化、共振、σ键、π键、电负性、电子配对等，其结果是形成化学键的理论（VB）。
●从分子的整体性出发，考察分子中电子的运动状况，以新的概念（分子轨道）来克服价键理论中强调电子配对造成分子电子波函数难以进行数学运算的缺点，结果导致形成莫利肯（R.S. Mulliken， 1898～1986，美）分子轨道理论，阐明了分子的共价键本质和电子结构。
●基于分子的许多性质是由最高占据轨道和最低未占轨道决定（前线轨道理论）这个规律来讨论周环反应的立体化学选择定则，从动态角度来判断和预言化学反应的方向、难易以及产物的立体构型等，其结果是提出分子轨道对称守恒原理（伍德沃德霍夫曼规则），把量子力学由静态发展到动态。
●基于基态是非简并态多电子体系，其电子密度决定该体系基态的一切物理性质，把单个电子的波函数变成电子密度的概念来进行计算，简化程序，减少计算量。这个思路的实现，结合NDDO（忽略双原子微分重叠）、CNDO（全略微分重叠）、INDO（间略微分重叠）等量子化学计算方法……可以计算分子体系的能量，分子的平衡性质，过渡态和反应途径，分子的电、磁和光学性质等等，使化学进入实验和理论计算协力探讨分子体系的新时代。现在，根据量子化学计算已经可以进行一些分子的合理设计与物性预测[16]。
4.4 对称性思维方法
分子中核的平衡骨架决定了它的对称性，所有分子波函数必须严格地满足分子对称性的一定要求，而这些波函数制约着分子中电子的分布、振动光谱、核磁共振谱等等。当分子对称性高时，这些限制是很严格的，仅由对称性知识往往就能获得有关分子中电子结构的一些有用的定性结论，并由光谱推断有关分子的结构。因此，分子的对称性以及用数学精确地确定它的方法是很重要的，对称性思维方法成为物质结构研究的一种重要方法，分子对称性概念和符号可以精确地描述物质的结构。考察物质分子的对称操作和对称元素，考察物质分子的对称群，是对称性思维的主要内容。对称性思维方法可视为一种特殊的模型思维方法。
4.5 化学物质结构思维材料的获得方法——实验
物质的微观结构难以直接观察，其本质规律又很抽象。但是，物质的微观结构会影响其性质而在宏观上有所表现，通过实验观察可以获得物质结构思维的材料。对实验所得材料进行加工需要以抽象的理论思维和严密的数学思维（计算）做工具。对于复杂一点的分子，有关薛定谔方程的求解难度很大。目前的应对策略主要包括理论探索与实验研究结合;量子化学研究与结构化学研究结合;区分整体性问题与局部性问题并抓住主要问题使问题简化;采用适当的近似处理方法;动态研究与静态研究结合等。
进入20世纪后，随着微观物理学和新的物理实验方法和实验技术的发展，现代化学物质结构研究广泛应用各种波谱、质谱、电子显微镜、电化学技术、激光技术、动态测试技术和电子计算机等高新技术，从物质的表面到体相，从静态到动态，从空间结构到电子结构，高灵敏度、快速、实时地进行自动控制、记录和数据处理的综合探测，提供包括元素组成、分子中原子排列的空间形式（键长、键角、配位结构等）和电子结构（包括电子的组态、电子云密度、电子的空间排布及能级等）以及动态信息（包括反应中间产物的构型变换、电子在各能阶存活的寿命、晶格的振动转动模式）等大量有用信息，能从大量的结构测定和计算工作中总结出许多有用的概念和规律。经典结构化学中根据物质的组成和性质来推断分子结构，化学结构和化学反应性能之间相互依赖、相互制约的研究，已经发展成为现代结构化学中直接应用新的实验手段测定物质的微观结构，进而探讨微观结构与宏观性能之间的相互关系的研究。
概括了大量化学经验事实的经典结构理论以及化学实验，是现代结构化学和量子化学赖以产生的共同前提和实践基础。结构化学研究离不开量子化学的理论解释和论证，现代结构化学中使用的新实验方法大多以量子化学基本原理为依据，需要运用量子化学的原理和计算结果加以分析。这两门学科的发展密切联系并相互促进。它们的发展推动着整个化学学科从主要是归纳经验材料的定性的科学，逐步成为定量的理论科学[17]。
5 中学化学中的物质结构思维
讨论中学化学中的物质结构思维，需要对课程标准中的有关规定进行分析。
5.1 对课程标准规定内容的分析
5.1.1 初中化学课程中规定的内容
根据教育部颁发的《义务教育化学课程标准（2011年版）》，初中化学课程中涉及物质结构思维的内容是：
●“初步认识物质的微观构成（课程目标）”，“能用微粒的观点解释某些常见的现象”;
●“认识物质的微粒性，知道分子、原子、离子等都是构成物质的微粒”;
●“知道原子是由原子核和核外电子构成的”;“知道原子可以结合成分子、同一元素的原子和离子可以互相转化，初步认识核外电子在化学反应中的作用”。
总的看来，初中化学课程中只要求初步的结构整体思维和结构单元思维，不涉及结构单元相互作用的思维和结构单元空间分布的思维。由于有关的知识技能较少、较浅，不需要也不足以形成对物质结构最低程度的全面认识[18]。
5.1.2 高中化学必修课程中规定的内容
根据教育部颁发的《普通高中化学课程标准（2017年版）》，高中化学必修课程中涉及物质结构思维的内容集中于“主题3： 物质结构基础及化学反应规律”和“主题4： 简单的有机化合物及其应用”，主要内容是：
●原子核外电子的排布，认识原子结构、元素性质以及元素在元素周期表中位置的关系;
●化学键，离子键和共价键的形成;
●化学键的断裂和形成与化学反应中物质变化及能量变化的关系;
●碳原子的成键特点;
●甲烷、乙烯、乙炔、苯以及乙醇、乙酸、乙酸乙酯等简单有机物的分子結构、碳原子成键类型及官能团;
●有机化合物的同分异构现象;
●分子的空间结构。
总的看来，高中化学必修课程中有了结构单元相互作用思维和结构单元空间分布思维的内容，但要求不是太高，能适应大多数高中学生的学习需要和学习能力[19]。
5.1.3 高中化学选择性必修课程中规定的内容
高中化学选择性必修课程中物质结构思维的内容较多，主要分布在“模块2物质结构与性质”（见表1）、“模块3有机化学基础”（见表2）和“系列3发展中的化学科学”（见表3）中，主要内容是：
●原子核外电子的运动状态和排布规律;
●微粒间的相互作用，共价键的本质和特征;
●分子的空间结构;
●晶体和聚集状态;
●有机化合物的分子结构，有机化合物中的官能团和化学键;
●聚合物的结构特点等。
“系列3发展中的化学科学”承载了高中化学选修课程中物质结构思维的重要内容。
由上列诸表可见：
跟实验版课程标准[23]比较，高中化学选择性必修部分（“物质结构与性质”模块）中，跟物质结构本体观念相应的知识（物质结构价值、方法等），跟物质结构基本观念相应的知识（结构微粒及其相互作用、空间结构等），跟物质结构拓展观念相应的知识（结构与物质状态、性质关系等）大幅增加，比较丰富，特别是还提出了不少应用性问题和活动任务，不但使有关的物质结构观念的形成有了可能，也很有必要。为了促进物质结构知识、技能和观念的学习，还注意了学习兴趣和科学态度的养育。
由于内容大量集中且比较抽象，使“物质结构与性质”模块的教学难度比较突出。
6 中学化学中物质结构思维的教学
中学化学中物质结构思维的教学应该注意下列诸点：
（1） 执行课程标准的规定;尊重学生的选择权和选择结果，不随意增减内容。
（2） 注重符合物质结构思维规律，首先抓好物质结构核心概念的教学，注重形成正确的物质结构观念并用于指导其他内容的教学。
（3） 物质结构内容比较抽象，要注意抽象思维跟具象思维结合，使物质结构思维得以顺利开展，积极地以具象思维促进学生抽象思维能力的提升和发展。
（4） 抓住典型题材培养物质结构思维能力。
（5） 重视培养兴趣，重视打好基础，重视学用结合，重视强化学习体验、引导学后小结。
（6） 重视有关的物理、数学基础知识（例如原子结构理论、对称性知识等）的巩固与应用。
据网络媒体2018年5月报道： 20世纪50年代，科学家发现碳有时可以形成5键。2016年，一个德国团队展示了如何制造6键的超级碳。AK Fazlur Rahman博士在俄克拉荷马州的俄克拉荷马科学与数学学院做了一个关于碳的讲座。他利用2016年的论文来挑战他的学生，要求证明存在超过6键以上的碳的可能性。意想不到的是，他的一个名为George Wang的学生发现可能有七键的碳（图1）。Wang的计算结果显示了碳和氢7键的稳定性，还显示了相同两种元素的8键组合会不稳定。这些计算现在发表在《Journal of Molecular Modeling》中。一名高中生居然取得了结构化学方面的巨大突破！这件事能给我们哪些启示？值得深思。
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