关键词：高中生物；遗传学定律；复习；学困生；对策
遗传学是生命科学领域中的一个重要知识点，在该领域中有着举足轻重的作用。因此，高中生物遗传学的知识一直以来都是教学的重点，同时也是难点，相当一部分学生对遗传学的知识存在模糊不清的现象，似懂非懂，学困现象相当普遍。不少学生往往只能应用遗传定律处理一些常规题型，如果把染色体、减数分裂、基因及基因表达等知识结合起来进行综合考试，则往往难以准确解答。为此，本文主要针对高中生物遗传学定律复习中的学困现象成因及对策进行探讨。
1.把孟德尔豌豆杂交实验上升为遗传规律
1.1学困现象成因分析
在对孟德尔豌豆杂交实验进行复习的过程中，不少师生对于杂交实验的推导过程过于重视，将大量的精力集中在对推理环节的分析过程中，反而忽视了实验自身的完整性与连续性，学生也没有明白实验本身其实是一个科学的发现过程。
1.2相应对策
建议在对本知识点进行复习的过程中，教师应当适度为学生讲解遗传学发展的历史和背景，把孟德尔豌豆杂交实验置于科学发展的进程中进行说明。实际上，从当下的角度来看，孟德尔遗传定律在1866年提出时很难被大众所认可也并不是偶然的因素，因为这一理论已经超越了当时的生物学发展水平。孟德尔采用豌豆这类常见植物进行杂交实验，不管是在当时还是现在，这个实验过程都可以具象化，并不断进行重复，因为豌豆的很多性状描述都是可触摸的、真切的存在，但实验的结论却是看不见摸不着的所谓“遗传因子”的传递规律，也就是现在的“基因分离及自由组合”的遗传规律。通过这种背景介绍的方式，学生能够切身体会到孟德尔这位遗传学之父在当时历史条件下的推导过程。
2.误把3∶1和9∶3∶3∶1看作定律
2.1学困现象成因分析
学生经常把这两个比例用在解题的过程当中，甚至不少学生还将其看作是一个“公式”到处进行套用，未能对这两个比例的含义进行正确理解。造成这一学困现象的原因就是学生将部分看成是整体，并未充分理解定律本身揭示的是基因在遗传过程中会怎样进行分配与传递的规律，而不是比例。
2.2相应对策
针对这一问题，教师在教学过程中应当重点关注遗传学内容的条理性与整体性，引导学生弄清楚教材只是对一个科学严谨的发现与论证过程进行了展示，而这一过程则是一个环环相扣的过程，是从发现问题到作出假设、验证假设并得出结论的过程。具体来说，教师应当引导学生对以下内容进行理解：第一，上述两个比例并非是定律，而是指性状分离比，它们是生物体遵循遗传定律后出现的结果，而不是定律。第二，即便在遗传过程中生物体遵循定律，也不一定是遵循上述比例，这是因为上述典型的比例出现需要很多的前提条件，比如不同类型配子生活力相同、精卵的结合随机，不同子代存活机会均等。因此，从本质上来看，豌豆的杂交实验过程并非遗传定律，而同样，3：1和9：3：3：1这类常见的比例也不属于定律。
3.难以对遗传定律描述的主体进行正确理解
3.1学困现象成因分析
遗传学定律中既涉及到了基因的分离或自由组合，减数分裂中也有同源染色体分离和非同源染色体的自由组合，而基因又在染色体上。在考查时，往往会在减数分裂时带上基因，在基因考察时又涉及到染色体，这就导致不少学生经常出现什么自由组合什么分离混乱的现象。实际上，在不同的条件下，分离指的既是等位基因的分离，同时包括同源染色体的分离，自由组合是非同源染色体上的非等位基因自由组合。出现这种现象的原因主要是由于学生对遗传规律的多层次性缺乏足够清晰的认识。
3.2相应对策
针对这一现象，教师应当将孟德尔遗传定律和减数分裂过程的先后顺序解释清楚，即孟德尔遗传定律揭示之后，减数分裂過程才被实验证实，换而言之，孟德尔在当时也并不知道减数分裂，更未求证出同源与非同源染色体的变化。实际上，孟德尔定律揭示的是分子水平的基因遗传规律，而减数分裂则揭示了细胞水平或染色体水平的染色体的分配规律。这两个规律描述的主体分别是基因和染色体，二者并非属于同一研究层次，也非同一时代被发现。直到1909年时，摩尔根的果蝇遗传才证明了基因和染色体的关系，上述两个定律才有了交汇的关系。因此，分离既指等位基因的分离，同时也包括同源染色体的分离，非同源染色体自由组合也是如此，这两者并非矛盾的关系，而是从不同层次和角度分别对遗传规律进行了阐述。
4.对孟德尔定律的应用范围模糊不清
4.1学困现象成因分析
导致这一学困现象的原因主要是学生忽视了孟德尔定律的应用前提，对定律的应用范围不清晰所造成的。
4.2相应对策
2003年，我国报刊刊登的十大新闻中，有一条是国务院颁发的自2003年10月1日起施行新《婚姻登记条件》。其中“不再强制规定婚前医学检查”的内容充分体现了对公民权利的尊重，因而颇受广大群众特别是适婚青年的称赞与欢迎。但从医学角度来说，对年轻人增强卫生保健意识，宣教人员加强卫生科普宣传等方面也提出了更高的要求。由于职业的敏感，笔者也萌发一些联想……
几多“无奈”在婚后
20世纪50年代后期，当时我还是一个住院医生。在我经治的病人中，有一位8岁左右的女孩，她的腭部出现了一个肿块，并日复一日地增大。我的上级医生诊断为“纤维骨瘤”。由于病变较为广泛，当时只做了部分切除手术，术后病理检查报告证实为纤维骨病。女孩10岁时，双侧面部开始出现对称性膨出，X线摄片证实原来的病变在继续扩大。此后我们多次为她做了整形手术。她成年以后，有一次来我院复查时告诉我，她的表妹也得了类似的疾病。那时我已晋升为主治医生，积累了不少临床经验，我顿时想到这病可能是“家族性颌骨肥大症”（也称“巨颌症”），于是，我告诉她：“我建议你最好不要结婚，若要结婚，也千万不能生育。”当然，这只能是建议和劝告，因为在婚姻法上没有相应的规定。几年过去了，有一次，她来我院复查时给我带来了喜糖，并告诉我，她已结婚并怀上了孩子，幸福之感溢于言表。我除了向她表示祝贺外，又向她提出了建议：“孩子生下后别忘了带来检查。”她点头同意了。后来她生了个儿子，果然被我言中――儿子也患了与妈妈同样的病……
也是在20世纪50年代，我当住院医生期间，曾经遇到一位“英雄妈妈”（这是当时社会对多生子女妈妈的美称），她带着第五个患有唇腭裂的儿子来我科就诊。我在询问孩子家族史时，发现她的五个子女中竟有三个患唇腭裂。她自叹命苦。可见遗传基因已使这位母亲陷入困境。对她来说，恐怕是生育越多，唇腭裂子女就越多。幸好后来她自觉终止了生育。几年以后，我们还专门为这五兄妹照了一张集体照，至今仍保留在我的科研资料里。
实际上，与口腔颌面部有关的遗传性疾病远不止这些。概括说来有三类：第一类是先天性畸形疾病（如上述第二个病例）。最近，据我国对围生期出生缺陷疾病的调查，先天性出生缺陷疾病的患病率为13.7‰，排列前五位的分别是无脑儿、开放性脊柱裂、先天性心脏病、脑积水和唇腭裂。第二类是肿瘤及类肿瘤疾病，如牙源性颌骨角化囊肿综合征，该病常有明显家族史，也包括前面第一个孩子的纤维骨瘤。第三类是一些全身性遗传性疾病在口腔颌面部的表现，如石骨症（一种全身骨质钙化过度的疾病）、神经纤维瘤病等。这三类又以前两类为多见。
为女子少留些遗憾
遗传性疾病是一种基因缺陷或基因突变性疾病，顾名思义，它有很强的遗传性。近几年来，科学家完成了人类基因组排序，这是现代科技史上一项重大的贡献。目前，对疾病基因的研究也已启动，上述这些遗传性疾病都与基因异常或基因突变有关，因此，也将成为今后遗传医学攻克的目标。当然，人们要弄清楚这些基因疾病，特别是多基因疾病还有很大的难度，今后还有很长的路要走。面对这种情况，医务工作者还必须加强科普宣传，让广大读者知晓遗传性疾病的一些特点：
1．遗传性疾病并不是后代个个都发病。不同的遗传性疾病，遗传方式和外显率（指出现临床症状的概率）也不一样。如神经纤维瘤病的外显率可达70%以上，而牙源性颌骨角化囊肿综合征的外显率只有3.2%，两者相差甚远。
2．即使前辈没有遗传性疾病，后代也可能出现基因突变或基因缺陷。如近亲婚配容易使下一生先天性缺陷。
3．遗传性疾病主要是直系遗传。我们曾调查过1409例唇腭裂患者的家族史，在有遗传性因素的患者中，一级亲属（父母子女）的发生率为1.35%，明显高于二级亲属0.33%（兄弟、姊妹）与三级亲属0.40%（姨表、姑表）。
4．除了有畸形或肿块等明显症状的遗传性疾病外，还有少数无显著症状的遗传性疾病，必须经过医生检查后方能发现。例如有些是因为乳牙迟脱、恒牙不萌出或牙齿发育不良前来就诊，实际上，这些都是先天性遗传性疾病，如乳光牙、锁颅发育不全综合征等。
5．不同的遗传性疾病对人的健康和生活质量的影响不尽相同。其治疗的难度与效果也有差异。如在现代医疗条件下，唇腭裂患者完全可以治愈，而像神经纤维瘤、着色性干色病等遗传性疾病不但难以治愈，而且还存在着癌变的危险。
6.现代医学还证明，环境因素可影响遗传基因。某些遗传性疾病在一定程度上受到环境（如污染空气中某些致癌因子、吸烟、饮酒等）的影响。患者遗传的不是疾病本身，而是疾病的易感性。因此，研究遗传性疾病的基因时，还应注意环境因素的影响。
因此，为了避免或减少遗传性疾病的发生，笔者提出下述建议：
1．从尊重公民权利角度来说，不强制进行婚前检查是正确的；但从医学角度来说，为了下一代的健康，应该提倡优生优育，婚前检查还是必不可少的，适婚青年应当自觉地接受婚前检查。
2．尽量避免近亲婚配。
本节为（苏教版）《普通高中课程标准实验教科书生物2遗传与进化》第4章第5节的内容。以遗传病的病理、危害、诊断和预防为线索，主要讲述人类遗传病常识性知识与基因的分离定律、染色体变异、“伴性遗传”等相关内容联系密切。本节活动较多：一个边做边学，一个积极思维，一个知识海洋，一个尝试调查人类的遗传病，一个拓展视野。
通过本节学习，学生可以了解到人类的许多疾病受遗传物质控制，能在上下代之间传递，而且多数目前还没有有效的手段，只能采取各种监测、预防措施，因此禁止近亲结婚，在婚前进行遗传咨询、产前诊断就显得尤为重要。通过此部分知识的学习有助于提高学生的素养，指导他们科学的认识遗传病，对于提高个人和家庭生活质量，提高人口素质有重要的现实和指导意义。
2. 教学目标
2.1 知识与技能。①概述人类遗传病的类型；②举例说出单基因遗传病、多基因遗传病和染色体遗传病；③说出人类遗传病的监测和预防方法。
2.2 过程与方法。①通过染色体剪贴配对操作理解先天智力障碍与染色体异常的关系；②通过苯丙氨酸耐量试验，理解遗传病的监测和预防。
2.3 情感态度与价值观。通过本节学习认识到近亲结婚的危害性和婚前检查的重要性。在进行遗传调查和实验活动中，善于从自己亲身经历的事物中发现问题和提出问题，大胆做出假设和进行自主性探究，养成实事求是的科学态度和培养勇于创新与合作的科学精神。
2.4 重点难点。①重点：人类常见遗传病的类型以及遗传病的监测和预防；②难点：人类常见遗传病的类型。
2.5 教学方法和教学手段。①教学方法：调查法、辩论法、讨论学习法、赏识性评价；②教学手段：多媒体、投影。
3. 课时安排（1课时）
教学内容（第一小节）：引言
教师活动（第一小节）：①最近甲型H1N1流感已经传染到多个国家，演变成全世界大流行；②近年来，随着医疗技术的和医药卫生条件的改善，人类传染性疾病已得到控制，而人的生殖细胞或受精卵里的遗传物质在数量、结构或功能上发生改变，使由此发育成的个体患先天性遗传病，其发病率和死亡率却有逐年增高的趋势。
每一个人都想拥有健康、高质量的生活，而这世界上的一部分人却因身体疾病而不能拥有健康，其中有些较严重的疾病是因为遗传所致，这些人的生活有着不为常人所知的痛苦，让我们一起来了解遗传病吧!
学生活动（第一小节）：学生听讲。
设计意图（第一小节）：引起学生兴趣。
教学内容（第二小节）：人类常见遗传病的类型。
教师活动（第二小节）：流行感冒是不是遗传病？为什么？
教师讲述：遗传病是由于人的生殖细胞或受精卵里遗传物质发生改变而引起的人类遗传性疾病，而流行感冒是由感冒病原体流感病毒引起的传染病，两者有着根本的区别。
问：遗传病有哪些类型？（学生自学）
（学生回答，老师归纳）
①单基因遗传病。单基因遗传病是指受一对等位基因控制的遗传性疾病。（强调一对，而不是一个）致病基因有的位于常染色体上，有的位于常染色体下，有的致病基因是显性基因，有的致病基因是隐性基因。比如软骨发育不全是属于常染色体上的显性遗传病。
常染色体遗传病：a.显性遗传病，如并指、多指、软骨发育不全；b.隐性遗传病，如白化病、先天性聋哑、苯丙酮尿症。
伴性遗传病：a.X显性遗传病，如抗维生素D佝偻病；b.X隐性遗传病，如红绿色盲、血友病、进行性肌营养不良；c.Y染色体遗传病，如外耳廓多毛症。
（银幕出示各种疾病患儿图，加深印象）
总结各种遗传方式的遗传特点：表格显示。
②多基因遗传病。多基因遗传病和单基因遗传病的区别是什么？
教师讲述：多基因遗传病是由多对基因控制的人类遗传病，多基因遗传病常表现出家族聚集现象，且比较容易受环境因素的影响。目前已发现的多基因遗传病有100多种，如唇裂、无脑儿、原发型高血压及青少年型糖尿病等。
出示多基因遗传病的发病率、遗传率表。多基因遗传病中，遗传因素所起作用的大小称为遗传率。一种疾病的发病率如果完全由遗传基础所决定的，其遗传率就是100%。遗传率高者可达70%~80%，这表明遗传基础在决定一个个体是否易于患病上有重要作用，环境因素作用较小，相反，遗传率低于30%~40%，这表明遗传基础在决定一个个体是否易于患病上作用较小，环境因素对是否发病可能更重要。
③染色体异常遗传病。如果人的染色体发生异常，也可引起许多遗传性疾病。
指导学生完成P86边做边学，完成讨论题。
比如先天智力障碍是由于体细胞中多了一条21号染色体引起的，（银幕出示“21三体”综合征患儿图）也叫“21三体”综合征，此患者体细胞为47条染色，核型45+XY。
问：先天智力障碍患者的症状是什么？对人类的危害是什么？目前我国是什么状况？
学生回答：患者智力低下，身体发育缓慢，外眼角上斜，口常半张，舌常伸出口外，约50%患者先天性早夭，它是一种常见的遗传病，我国每年新出生的幼儿中有2万人患有此病，患者总数估计不少于100万人。
学生归纳、性染色体遗传病。
教师讲述：现实生活中，由于一些女性会习惯性流产，研究发现其主要原因与胚胎细胞中染色体异常有关。
学生活动（第二小节）：实践：将课本86页图4~28复印下来，用剪刀将每条染色体分析。
设计意图（第二小节）：理论联系实际解决实际问题。
教学内容（第三小节）：遗传病的监测和预防。
教师活动（第三小节）：目前，只有极少数遗传病能够得到有效，大多数的治疗还处于探索阶段。因此，采取各种检测和预防措施，防止遗传病的发生非常重要。 转贴于 问：能直接根据表现型来推测患者的基因型吗？
学生：不能，对于隐性基因控制的遗传病，表现型正常的个体其基因型可能是纯合子也可能是携带者。
请大家看教材P87页“积极思维”，并回答后面的问题。
讨论：什么是健康的孩子？怎样才能做到优生？
教师讲述：优生就是让每一个家庭生育出健康的孩子。为此，就应该运用遗传学原理，改善人类遗传素质。我们在控制人口数量增长的同时，还应该进一步提高人口的质量。为了达到优生的目的措施有禁止近亲结婚，遗传咨询，婚前检查，适龄婚育，产前诊断等。首先，要禁止近亲结婚。
问：什么禁止近亲结婚？有什么危害？
（出示人类《血亲关系表》）。学生讨论，教师归纳，最后指出禁止近亲结婚是预防遗传性疾病发生的最简单有效的方法。
小结预防遗传病的方法：临床诊断———实验室诊断———遗传咨询
学生活动（第三小节）：学生阅读P87页“积极思维”完成课后分析。
设计意图（第三小节）：属于“了解”水平，通过自学就可以达到学习目的。
教学内容（第四小节）：自我评估。
教师活动（第四小节）：
①下列有关人类遗传病的途述中，正确的是（ ）
A. 遗传病是由于孕妇服用或注射了某些有致畸作用的药物引起的
B. 遗传病都是先天性的，因而某遗传病患者的父母或祖辈中一定有遗传病患者
C. 染色体的变化、基因的变化都有可能导致人类出现遗传病
D. 先天性的疾病都是遗传病，为避免遗传病的发生，人类应提倡优生优育
②下列疾病与基因病无关的是（ ）
A. 腭裂 B. 无脑儿 C. 肝炎 D. 黑尿症
③下列属于常染色体遗传病的是（ ）
A. 性腺发育不全综合征
B. 21三体综合征
C. 先天性睾丸发育不全综合征
D. 原发性高血压
④苯丙酮尿症是一种发病率较高的遗传病，该病属于（ ）
A. 单基因遗传病
B. 多基因遗传病
C. 常染色体遗传病
D. 性染色体遗传病
⑤从人类遗传病知识出发、结合实际案例分析我国《婚姻法》规定“禁止近亲结婚”的原因。
4. 板书设计
4.1 人类常见遗传病的类型：单基因遗传病、多基因遗传病染色体异常遗传病。
4.2 遗传病的监测和预防。
5. 教学反思
关键词:智能组卷;遗传算法;题库
中图分类号:TP18 文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)36-10559-03
Intelligent Test Paper Based on Genetic Algorithm Design of the Item Bank
HUANG Bao-ling
(puter and Control Institute, Guilin University of Electronic Science and Technology, Guilin 541000, China; 2.Liuzhou Vocational Technical College, Liuzhou 545006, China)
Abstract: Genetic algorithms are currently the most suitable algorithm to solve the problem of test paper, Development Test Paper system must rely on database platform support, in order to maintain system data integrity, integrity, and sharing nature, this paper presents a database makes possible algorithm to adapt to the needs of design.
Key words: intelligent test paper; genetic algorithm; question bank
考试是教学活动中的重要环节,考试组卷是教师的一项重要工作。但是在教师组卷的过程中,存在着大量人力财力浪费的情况。近年来,随着教育事业的飞速发展,人工组卷考试的做法己很难满足现代教育教学的需要。因此,利用计算机及相关技术,通过建立结构合理的试题库,依据教师提出的要求,并按照一定的组卷策略进行自动组卷,可以克服人工出题的主观因素(如不能保证出题的科学性),节省资源,有利于教师把注意力集中到要实现的教学目标上来,真正关心学生的学习困难和错误所在,有利于提高教学水平和质量,促进教育教学技术的改革。
智能组卷系统的开发涉及到应用的具体算法和前台界面及后台数据库的设计和实现,本文以Access为后台数据库设计工具,介绍了一种基于遗传算法实现智能组卷的题库设计思路。
1 组卷问题描述
由组卷系统所生成的试卷必须符合考试学的基本原理,符合课程教学大纲的要求,同时还必须符合教师对本次考试的具体要求。对于组卷系统来说,上述三方面的要求是对命题试卷的一种模糊的约束,本组卷系统按照人工组卷的经验,将组卷要求中最重要的约束指标归纳为题型、知识点、难度、区分度、分值、答题时间等六个基本指标。假如一张试卷由m道试题组成,每道题存在以上六个属性,那么抽题组成的试卷就构成了如图1的一个m×6的矩阵。
其中m是试卷所包含的试题数,每一列对应组卷约束条件中的一个约束变量。矩阵的列元素分别满足用户对试卷的相关要求。所有这些指标都应与用户指定的要求相等或者误差最小。组卷要做的工作就是从这个矩阵空间构成所需的解,使解满足给定的约束条件,即满足在矩阵每列上提出的要求,比如知识点覆盖比例、难度约束等等。
2 智能组卷中遗传算法的思想
遗传算法GA(Genetic Algorithm)是模拟自然界生物进化机制的随机化搜索算法,是一种有效解决最优化问题的方法,由美国Michigan大学的J.HHolland于60年代提出,适用于处理传统搜索方法难于解决的复杂的组合优化问题。智能组卷问题本身是一个组合优化问题,使用遗传算法进行试题抽取操作,可以有效地优化搜索过程,加快组卷速度。
生物的进化过程主要是通过染色体之间的交叉和染色体的变异来完成的。与此相对应,遗传算法中最优解的搜索过程也模仿生物的这个进化过程,使用所谓的遗传算子作用于群体P(t)中进行选择、交叉和变异三种遗传操作,从而得到新一代群体P(t+1),具体算法的实现步骤有如下几点。
2.1 编码
编码是从表现型到基因型的映射。根据所求解问题的特点,确定一种将问题的解表示成字符串的编码方式。按照一定的编码方法和编码策略,科学、合理、准确地为每道试题进行编码是高效组卷的首要工作,完整的试题编码能大大提高组卷算法的效率和成功率。常见的遗传算法编码方式有二进制编码、实数编码、自然数编码等编码方式。其中,二进制编码应用最早、最广,当表示对象数据多时,它存在转换复杂、编码长度大、占用计算机内存多等问题。所以在确定编码方案时,笔者采用了整数(即题号)编码策略。
2.2 初始化
在算法执行的过程中,首次根据组卷要求从试题库中选出试题组成试卷染色体的过程被称为染色体初始化。这里的一个染色体就是由一张试卷的各试题组成,染色体初始种群往往是采用随机的方法产生。
2.3 评估染色体
任何一个染色体个体诞生后,我们都要看其对环境的适应度是否已经达到拟定的目标值,或者判断二者之间的差距是否已经达到最小,这个过程被称为评估。对于组卷问题而言,我们要选用合适的适应度函数来判断某试卷染色体是否已经满足用户的需求,如总分值是否达到要求,难易度是否合适,知识点覆盖率如何等。适应度函数将综合上述6个试题属性值来衡量,如果某一染色体的适应度函数值越大,就表示该染色体所代表的试卷越接近组卷目标。
2.4 选择
选择也可称之为“复制”,其目的是为了从当前群体中选出优良的个体,使它们有机会作为父代为下一代繁殖子孙。根据各个个体的适应度值,按照一定的规则或方法从上一代群体中选择出一些优良的个体遗传到下一代群体中。
2.5 交叉
交叉操作是遗传算法中最主要的遗传操作。通过交叉操作可以得到新一代个体,新个体组合了父辈个体的特性。将群体内的各个个体随机搭配成对,对每一个个体,以某个概率(称为交叉概率,Crossover Rate)交换它们之间的部分染色体。交叉体现了信息交换的思想。
2.6 变异
变异操作是以一定的概率随机选择一个个体,对于选中的个体改变其基因值,在组卷问题中就是删除掉该试题,以另一试题替代。同生物界一样,遗传算法中变异发生的概率很低。变异为新个体的产生提供了机会。
综上所述,遗传算法运算流程即是首先初始化染色体群体,其次,在不满足迭代结束条件的前提下对染色体进行评估、选择、交叉以及变异,进而生成新的优良的染色体群体。
3 数据库设计思路
基于上述遗传算法的思想,为了完现组卷过程中各染色体的适应性评估,必须在设计题库时将试题的各属性进行量化。因此,题库建设也是一项艰巨的系统工程,要解决好几个问题:1) 题库的结构设计问题,包括题目的各属性值及度量标准的设置等。2) 试题的收集与编制。为了使题库更加科学化、标准化,题库必须具有大量的、高质量的试题,而题目的来源主要有两个方面:一是收集正在大量使用的优秀试题,二是组织专家专门命题。3) 确定各个试题的属性值。这一步是题库开发中极为重要的一步,因为以后试卷的生成主要依靠题目的这些属性值来确定选择哪些题目加入到试卷中。生成的试卷的质量在很大程度上取决于题库中各个试题指标的可靠性。其中问题1)、3) 要在数据库设计中由开发者解决。
据前所述,要基于遗传算法实现自动组卷,第一步就是对染色体进行编码。在编码时,由于一个试题充当生物学当中染色体中一个基因的角色,致使试题库中试题记录越多,在自动组卷时其时间复杂度就越高,试题库中的属性越多,组卷的难度越高,以致效率就越低。基于这一考虑,在设计数据库时,要一方面尽可能减少试题库中对应的试题记录的数量,另一方面,在满足科学组卷需要的前提下,以教育学理论为指导,合理地控制试题属性的数量。具体思路有如下几点。
3.1 主要约束指标的数据实现
根据遗传算法的特点,本组卷系统设置了六个组卷约束指标,要在组卷时由用户提出,其中题型指标采用分表保存的办法,其余五个约束指标要分别进行数据量化,并建立数据表进行管理,同时要与试题表建立参照关系。难度属性分为四个档次:容易、中等、较难、难;区分度属性分为三个档次:低、中、高;知识点属性规定分为8个点,由具有丰富经验的任课教师来划分;分值属性分六个档次:1分(单选题)、2分(填空题或判断题)、3分(多选题)、5分(改错题)、10分(综合题)、15(综合题),其中综合题允许有两个档次分值。
3.2 试题表的属性结构
题型一般有单选题、多选题、填空题、判断题、综合题等。如果所有试题放在一个数据表中,在搜索时必然带来很大的困难,增加算法的复杂度,同时还需要增加“试题类型”属性。所以在确定编码方案时,笔者采用了分段的整数编码策略。每一段编码反映一种题型,各个题型各自进行整数编码,题型组之间的编码是独立的,也分别运用遗传算法求出最优解。分开处理有利于减少属性,进而提高算法的执行效率。
尽管采用的是各种题型在试题库中分别保存的方式,其实各表的结构是完全相同的,如表1是试题的属性表。
其中:
ID属性为主码属性,兼有题号的功能,由系统自动生成,最大值表示本题型的题目数,且随题目的录入自动增加。
QuestionTypes为试题类型,用于与试题类型总表建立关联。
Subject为试题的问题描述。
Knowledge表示试题内容所属的知识点,建库之前要由课任教师根据教学大纲将课程内容划分为几个知识点,在课程知识分布表中明确,便于出题教师选择。本题库规定课程有八个知识点。
Difficult为难度系数属性,难度系数反映试题的难易程序的指标。在试题库建设的初期,由出题教师根据经验设置,以后可以根据实际测试情况逐步修正。本题库试题的难度系数分为4个级别。在具体的实现界面中,用户只需要在“简单”、“一般”,“较难”,“难”中选择,系统会自动取其所对应的具体数据。
Distinction为区分度:根据测量学理论,对于一道试题,如果Q>=0.3认为区分度比较好,Q值太小时,表明该题太易或太难,此时这道题已无法区分考生的水平。严格来说,区分度应该通过测试后才得到,但对每题进行实测存在技术困难,而且实测的信度难以保证,因此,类似难度指标,我们采用预先给定经验值,在实际的环境中可进一步精确。本题库的区分度分三个档次。
Score为建议分值,表示本试题在一份标准试卷上所占的分数值。这里所说的标准试卷应符合下述三条要求:1) 考试时间为120分钟;2) 试卷的满分值为100分;3) 用于学期结束评定学生成绩的考试(总结性考试)。根据常用的五种题型,本组卷系统在用户输入试题界面规定可采用的相应分值。
Time为学生解答该题所需的时间(分钟)的预估值,包括了下面三个时间之和:读题、审题所需的时间,进行解答书写的时间,可能的检查时间等。
3.3 数据库关系设计
将组卷系统涉及到的所有参数进行说明和量化后,可以用数据表表示和存放,通过Access建立表间关联关系。关系设计主要的功能是保持数据的完整性、一致性,减少数据冗余,提高应用程序的性能,有效地对数据库中的数据进行增加、删除、更新等管理,使数据库中数据与现实世界中的应用需求保持一致。如图2是一种题型与各约束指标数据表建立的关系。
由于试题已经过分类处理,所以在组卷时,必然要根据试题类型分步实现试卷的生成。将各题型的最优解(即各题型试题)组合起来形成一份完整的试卷。
4 结束语
根据分析,该思路设计下的数据库与不经过任何处理的试题数据库相比,在用遗传算法实现自动组卷时效率可以提高大约一倍,达到了数据存储与算法有效结合的设计目的。
参考文献:
[1] 肖洋,王强,刘凤新.在线考试组卷算法研究[J].北京:北京化工大学学报,2006(4).
[2] 雷英杰等.MATLAB遗传算法工具箱及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005:11-31.
[3] 王珊,萨师煊.数据库系统概论[M].北京:高等教育出版社,2006:84-113.
【关键词】 非物质文化遗产；数字艺术教育；动画短片创作；融入
中国拥有丰富的非物质文化遗产，珍贵而极具文化价值。“非物质文化遗产”又被称为“无形文化遗产”，根据联合国教科文组织2003年10月17日通过的《保护非物质文化遗产公约》（Convention for the Safeguarding of the Intangible Cultural Heritage）给出的定义，是指“被各群体、团体、有时是个人，视为其文化遗产组成部分的各种社会实践、观念表述、表现形式、知识、技能以及相关的工具、实物、手工艺品和文化场所。”2011年2月25日通过的《中华人民共和国非物质文化遗产法》定义“非物质文化遗产，是指各族人民世代相传并视为其文化遗产组成部分的各种传统文化表现形式，以及与传统文化表现形式相关的实物和场所。包括：传统口头文学以及作为其载体的语言；传统美术、书法、音乐、舞蹈、戏剧、曲艺和杂技；传统技艺、医药和历法；传统礼仪、节庆等民俗；传统体育和游艺；其他非物质文化遗产。”保护、宣传、推广非物质文化遗产，被研究者们广泛关注。在高等院校艺术专业教学中，将非物质文化遗产融入数字化教学体系，将具体内容渗透在艺术设计、动画设计、环境艺术设计等艺术专业的教学环节中，通过插画、插图、微电影、动画、网站、app等形式进行数字化记录、推广与传承，成为探索非遗与艺术教育结合的重要实践方式。
一、导入“非遗数字化专项课题”
针对“应用型”艺术学科，笔者提出“专项课题”计划，并将非物质文化遗产和时代创新精神贯彻到整个教学计划中。在此过程中，着重解决学生协作考察、田野调查、报告论文与完成数字化作品的制作等问题，强调专业精神、实践能力等综合能力的共同培养。导入“专项课题”，不仅有助于提高学生的专业素质、形成专业特长，并可以培养其严谨的科学态度，提高协作能力。以高等院校本科教学为例，可以在大学一年级下学期或二年级上学期进行立项，通过1学年左右的基础训练，在三年级专业创作和四年级毕业创作中可以看到明显效果。在具体教学中，通过组织相关考察、拜访传承人等活动发现创意的来源，在考察中开启独立的视角，发现“非遗”与当代艺术形式的契合点。如，组织西北大学艺术学院与陕西省工艺美术学会“走进宝鸡，走近大师” 的活动等，让青年学生在生活中亲近非遗大师，并了解“非遗”的生态环境。通过拍摄微电影、微信传播等方式进行数字化记录、整理、推广，将传承人的口述历史数字化保存。
二、以动画短片方面的部分实践为例
1、基于中国“非遗”项目――古琴艺术进行创作的水墨动画短片《高山流水》
该片是2014年部级大学生创新创业训练计划项目《“中国学派”与民族风格动画艺术研究》的成果之一。该片取自《吕氏春秋-本味》：伯牙善鼓琴，钟子期善听。伯牙鼓琴，志在高山，钟子期曰：“善哉，洋洋兮若江河！” 伯牙所念，钟子期必得之。子期死，伯牙^世再无知音，乃破琴绝弦，终身不复鼓。作者将伯牙和子期的传说故事及古曲《高山》《流水》进行了水墨动画改编。古琴是中国最古老的乐器之一，也是中国最早的弹弦乐器，称为“国乐之父”。2003年11月7日，联合国教科文组宣布的世界第二批“人类口头和非物质遗产代表作”，中国古琴名列其中。该动画通过将文人士大夫的传说进行视觉化塑造的方式来表现古琴的高古，通过吹箫抚琴、吟诗作画、登高远游、对酒当歌等桥段进行古琴文化的弘扬，是 “非遗”和水墨动画结合的综合尝试。故事由中国传统工艺古琴展开，讲述伯牙、子期相遇相知，却最终生死相隔，表达知己难得的情感。作品建立在传统国画的基础上，运用淡彩淡墨，展现了中国传统文化中的文士情怀。既有着意境之美，又表达了对古代文人情操的向往。在创作过程方面，根据剧情画出分镜，将场景绘制成静态山水画，然后进行扫描。使用photoshop进行图像处理以及上色，并根据时间、地点的不同，更改物体光线投影；利用图像分层拉大物体远近、虚实关系；在AE中进行局部特效并输出片段；最后利用PR进行剪辑。（《高山流水》作者：屈菁 蔡舒越 冯天，指导老师：温雅，2015）
2、基于“非遗”项目――巫舞进行创作的实验动画短片《图腾》
该片是2015年部级大学生创新创业训练计划项目《传统元素及地狱文化的动画融入――图腾》的成果之一。2007年，开县巫舞进入重庆市市级非物质文化遗产保护名录。巫舞是一种常见的民间艺术活动，带着浓厚的巴文化和楚巫文化痕迹。“跳端公”即是祭祀仪式中巫师所跳巫舞的基本步法，有禹步、罡步、便步和独脚跳等动作，是民间祈求保佑主家五谷丰登，六畜兴旺，人丁安吉的一种形式。《图腾》在选题构思阶段立足于以古代荆楚地域当中的巫楚文化，将楚人崇凤、鸣琴祭天、望祭龟卜等地域文化和民族心理的文脉传承在思想内涵上做出延伸。在创作初期通过对巫楚文化进行调研、对图形纹样等进行收集整理，梳理其中的符号元素，根据这些元素进行再创作。在这样一个结构与重构的过程中融入传统文化精神的思想表达。动画《图腾》结合计算机数字技术探寻当代语境下的传统新生，在“非遗”与动画实验艺术碰撞中展示出不同的艺术生命力。该片入围北京国际设计周《2016当代国际水墨设计展》。（《图腾》作者：韩文超 陈琳琳，指导老师：温雅，2016）
3、基于中国“非遗”项目――皮影戏进行的动画短片尝试
Flas《荆轲刺秦》改编的是《战国策・燕策三》的故事，二维动画《消失的心》则改编了《开天地》的传说。皮影戏是中国民间古老的传统艺术。据史书记载，皮影戏始于战国，兴于汉朝，盛于宋代，元代时期传至西亚和欧洲，可谓历史悠久，源远流长。2011年，中国皮影戏入选非物质文化遗产代表作名录。两个动画片的部分镜头均以皮影为研究对象，针对皮影形象、图形纹样、历史典故等元素进行梳理和再创作。（Flas《荆轲刺秦》作者：王斌 吴英，指导老师张辉，2016；二维动画《消失的心》作者：刘勇 曹杨，指导老师 温雅，2016）
综上，基于非物质文化遗产内容为导向的动画短片创作，是通过数字技术这种方式来进行传统文化艺术形式的创新探索。将非遗融入艺术院校数字化教学体系中，系统地进行文化遗产和数字技术相结合的艺术实践，有利于将“非遗”中蕴含的文化信息以生动形象、便于记忆、符合现代审美的方式传播出去，有利于推动对于传统文化遗产的认知。同时，可以开拓 “非遗”保护的思路，可以促进非遗数字化与动漫产品的开发，并促进中国文化产业资源的积累。
【参考文献】
[1] 刘思，冯学珍.浅谈非物质文化遗产保护中的问题[J].西部皮革，2015.08.
【作者简介】
温 雅，女，西北大学艺术学院动画与数字媒体系讲师，从事文化产业与动画（数字媒体）艺术教学与研究.
[关键词] 表观遗传学；基因表达；基因突变；癌前病变
[中图分类号] R34 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2014）07（a）-0152-04
表观遗传学是针对不涉及到DNA序列变化而表现为DNA甲基化谱、染色质结构状态和基因表达谱在细胞间传递的遗传现象的一门学科。表观遗传的主要机制包括DNA甲基化、核染色质修饰、印记基因丢失及非编码microRNA变化[1]。表观遗传修饰的一个重要特征是可以发生在亲代与子代间（有丝分裂遗传）以及子代与子代之间（减数分裂遗传）的可遗传变化。它还可以作为一种阐述具有相同DNA序列的细胞或生物体如何产生明显表型差异的机制，对于表观遗传的深入研究有助于解释生活习惯与疾病发生间的关系[2]。大量研究表明，基因表达的表观遗传调控已经成为阐述多种疾病，特别是恶性肿瘤发病机制的一个基本途径[3-4]。本文就表观遗传的研究进展做一综述。
1 DNA甲基化
DNA甲基化是指在DNA序列的胞嘧啶核苷酸的特定位置共价加减甲基基团的一种变化。甲基化反应进行的程度受到DNA甲基转移酶（DNA methyltransferases，DNMTs）的控制。在脊椎动物中，甲基基团的共价加减反应只会发生于启动子区域的胞嘧啶与鸟苷酸含量丰富的区域，即所谓的CpG岛（CpG islands）[5]。
1.1 低甲基化
在机体正常的生理条件下，位于启动子区域外的大约80%的CpG二核苷酸结构处于甲基化状态。全基因组的甲基化程度降低或者处于低甲基化状态会导致信使RNA水平受到抑制。结肠癌患者的DNA总体水平处于低甲基化状态，是首次阐述的表观遗传调控的异常情况[6]。低甲基化状态通过促进有丝分裂导致染色体重组，引起基因组不稳定现象如基因缺失，易位等发生肿瘤。DNA低甲基化状态还与原癌基因如c-Jun、c-Myc及c-Ha-Ras的激活作用有关[7]。目前的研究证实，肿瘤组织的DNA大部分都处于低甲基化状态，低甲基化加速癌变进程[8-9]。
1.2 高甲基化
通常，高度甲基化发生于特定的某一基因。基因组启动子区域CpG岛的高度甲基化状态基因的转录沉默，随后导致蛋白表达的缺失。肿瘤抑癌基因的高甲基化被认为是基因沉默致等位基因缺失或突变的一种途径[10]。细胞周期、DNA修复、血管生成、致癌物质的代谢、细胞凋亡以及细胞间相互作用等生物事件都涉及基因的高甲基化。另一方面，基因的高甲基化同样会发生于正常的生理进程，例如，女性的第二X染色体巴氏小体（Barr body）失活期间存在基因的高甲基化。此外，基因的高甲基化还是一种与衰老以及抑制甲基化诱导的重复DNA序列转录以保持基因组稳定性的生理过程。
1.3 DNA甲基化的检测方法
组织标本DNA或外周血及机体其他分泌体液如胆汁等的甲基化程度的检测有几种不同的实验方法。这些方法充分利用DNA的稳定性检测甲基化的程度。在DNA甲基化测序方法发明之前，人们常常利用甲基化敏感的同裂酶检测DNA甲基化程度。这种方法的一个主要缺点是，少于5%的甲基化胞嘧啶被错估在给定的DNA序列中。20世纪90年代早期开始，一种高灵敏度检测甲基化程度的方法即对DNA亚硫酸盐修饰方法逐渐被人们所接受。经过亚硫酸盐修饰后，未甲基化的胞嘧啶转变为尿嘧啶，而发生甲基化的则不发生转变。随后，采用与甲基化DNA序列相匹配的特异性引物和探针，定性或定量的甲基化特异PCR方法（methylation-specific PCR，MSP）检测甲基化程度被广泛使用[11]。MSP法的优点在于积极显示甲基化的胞嘧啶，以及描绘出给定DNA序列的基因整体甲基化状态。结合了实时定量的MSP方法则能够给出测定样品甲基化等位基因的百分比。
DNA测序方法也常被应用于亚硫酸盐修饰处理的DNA检测中，目的是确定高度甲基化或低度甲基化的特定区域。这是一种检测不同程度甲基化特定区域特别有用的，且有助于特异性更高的MSP检测时引物及探设计的方法。现在人们熟知的焦磷酸测序是一种基于聚合原理的DNA测序（确定DNA中核苷酸的顺序）方法。它依赖于核苷酸掺入中焦磷酸盐的释放，而非双脱氧核苷三磷酸参与的链终止反应[12]。
PCR技术的一个缺陷是只针对目标候选基因进行实验。近来，高通量技术、全基因组及芯片平台技术应用于肿瘤组定的甲基化类型的检测。甲基化DNA免疫沉淀法（methylated DNA immunoprecipitation，MeDIP）是一种富集甲基化DNA的方法。它依据的原理为基因组DNA可以被超声波裂解而随意地进行修剪，同时被特异性5-甲基胞苷的抗体免疫沉淀。这种技术可以用来测定整体基因组甲基化程度以及鉴别异常甲基化的基因[13]。甲基化CpG岛扩增（methylated CpG island amplification，MCA）是基于在甲基化敏感性限制性酶如仅在未甲基化位点进行剪切，在胞嘧啶于鸟苷酸间留下平端SmaⅠ酶对基因组DNA的消化作用的一种方法[14]。
2 染色质修饰
染色质是由组蛋白与DNA组成的。组蛋白是染色质的蛋白组分，DNA分子与其紧密结合，构成核小体。组蛋白翻译后有多种修饰的方式，包括甲基化、乙酰化、磷酸化以及泛素化等。这些修饰反应会影响组蛋白与DNA分子的相互作用，从而导致基因转录、DNA修复与复制、染色体的重排生理过程发生改变。
目前，对于赖氨酸残基乙酰化修饰是研究的比较透彻的组蛋白修饰反应。总体上，组蛋白乙酰化与转录激活相关联，而去乙酰化则与转录抑制有关。乙酰化作用可中和位于组蛋白尾部的赖氨酸残基电荷，减少组蛋白尾部与DNA结合键的长度。这种现象表明核小体更加容易接近转录因子而发挥生物学作用。组蛋白的甲基化作用对转录过程起到积极地或消极地影响。伴随着DNA的甲基化作用与组蛋白不同类型的修饰同时发生，染色质的修饰效果将会发生明显改变。这一领域是目前研究的热点[15-16]。对于染色质修饰的检测手段目前有质谱分析方法与DNA测序技术。质谱分析方法可以很方便且准确地对染色质的修饰程度进行检测。但是，这些技术仅局限于实验室使用，而且对仪器设备的要求较高。为了阐述组蛋白修饰的真正生物学意义，DNA序列的详细信息也是必需的。最佳的检测技术为染色质免疫沉淀反应（chromatin immunoprecipitation，ChIP）联合特异地与组蛋白修饰变化反应的抗体DNA测序技术[17-18]。
3 印记基因丢失
基因组印迹是一种在基因组DNA水平上对双亲等位基因特异性的修饰作用，这种作用发生在胚胎发育早期，具有不包括DNA序列变化，但影响基因调控以及引起两个等位基因不同表达的特性。它是一个基因的特定亲本等位基因或其所在染色体在配子或受精卵中发生的基因外遗传学修饰[19]，与该等位基因的表达或不表达密切相关。绝大多数印记基因成簇地分布在很大的染色体区域，在发育过程中起着十分重要的作用。印记基因具有单等位基因表达的特点，即仅从亲代中的一方获取拷贝体。常染色体基因中大约1%的基因为印记基因。由于基因表达仅仅取决于亲代中的一方，所以子代基因的表达在很大程度生依赖于亲代生活的环境条件。研究表明，一些疾病如自闭症、精神分裂症、Angelman综合征、隐睾-侏儒-肥胖-低智能综合征（Prader-Willi syndrome）以及Beckwith-Wiedemann综合征与印记基因丢失关系密切[20]。
4 非编码RNA
在非编码RNA的研究中，microRNA的研究最为清楚。microRNA长度大约为22个核苷酸片段，受长片段的非编码RNA或基因内含子所编码。microRNA在核内转录，再经历一系列变化最终成为成熟体发挥生物学功能[21-22]。microRNA可能通过两种方式抑制mRNA翻译成为蛋白质。若microRNA是mRNA的直接补充序列，那么microRNA则与mRNA结合同时通过RISC复合体将其降解。若microRNA的序列不能与mRNA进行很好的匹配，则microRNA部分结合于mRNA的3′末端，从而抑制转运RNA的活性，导致翻译不能进行[23]。常见的短链RNA为小干涉RNA（shot interfering RNA， siRNA）和微小RNA（MicroRNA， miRNA）。RNA无论以反义转录本存在的、非编码的RNAs，或RNAi均能导致异染色质形成，并且在有丝分裂中可以遗传的转录沉默。microRNA完全有能力如通过调节组蛋白去乙酰化酶分子从而控制核染色质结构的表观遗传途径方式，调控靶基因表达。
此外，microRNAs与肿瘤的表观遗传学进程密切相关，其可能通过协同肿瘤细胞内相关经典的致癌基因或者下调肿瘤抑制基因的表达，来影响肿瘤的进程。肿瘤细胞系中microRNAs表达水平的变化可能直接影响肿瘤细胞的某些基本行为方式，如肿瘤细胞的增殖与凋亡[24]。microRNAs除了在肿瘤抑制及肿瘤诱发中发挥作用，其还被认为是肿瘤相关药物抗性主要基因的调节因子。目前认为microRNAs作为肿瘤相关药物抗性主要基因的调节因子存在两种机制：一种是遗传学机制，另一种为表观遗传学机制。虽然关于化疗后基因改变的证据是有限的，但是已有大量研究揭示耐药肿瘤细胞在化疗后发生显著地表观遗传学改变[25-27]。同时，还表现在microRNAs表达的变化方面[28]。如Lujambio等[29]研究指出，miR-148的高度甲基化状态导致其自身的表达向下调节，可能的机制为miR-148可以加强乳腺癌细胞中DNMTs的超表达的正反馈。若给予乳腺癌患者DNA脱甲基化药物制剂治疗，则会减弱乳腺癌肿瘤的生长及抑制肿瘤转移。
5 环境对表观遗传影响
越来越多的研究表明，环境因素如二手烟、酗酒、病毒性肝炎、工业污染以及碳排放等在疾病发生的早期阶段扮演一个重要的角色。表观遗传能够对这一现象做出合理解释[30]。据文献资料记载，二战期间（1945～1945年），占领区的荷兰被德军实行严格的食物供给限制政策，每日的食物仅仅为2个土豆、2片面包及1片甜菜根。60年后，与他们同性别的兄弟姐妹相比较，饥荒时期怀孕母亲遗传给后代的基因依然包括印记基因IGFR2。据推测造成这一变化的原因可能为饥荒时期怀孕母亲的叶酸摄入不足导致。另外一份针对单卵双胞胎生命的不同时期进行基因甲基化与组蛋白修饰研究表明，年轻时期双胞胎的表观遗传机制几乎一致。但是，到了50岁时，两者表现为显著的差异，提示环境因素可以改变表观基因组的表达[31]。
6 表观遗传在医疗实践中的应用
表观遗传调节基因表达的事件已经作为解释发育生物学以及人类疾病病因的研究机制。例如，癌组织的高度甲基化使得许多细胞通路的多基因被沉默[32]。通过研究这些基因，可以了解癌症的产生及发展。目前，相关研究的大部分主要集中于单个基因，而没有深入进行相关基因沉默的功能研究。随着人类全基因组基因芯片平台技术的发展，DNA甲基化将被更深入的阐明其生物学功能。从表观遗传连同其他遗传信息共同获得的分子信息来看，可以对肿瘤及疾病形成一种全新的分类体系。这个理论上的分类系统目的是用来阐述患者总体的预后情况、术后病情复发风险、化疗的反应等信息的肿瘤生物学内容。
随着人们对疾病发病原因相关知识的积累，有希望掀起高效治疗疾病的新药物制剂的新时代。对DNA的表观遗传修改具有潜在的可预防或者可逆转的作用。例如，通过抑制DNA甲基化转移酶（DNMTs）的作用就可以阻断DNA甲基化发生，结果导致子代细胞启动子区域CpG岛的脱甲基化，随后引起肿瘤抑制基因的持续表达以及肿瘤生长因子的表达受到抑制。目前，一些DNA脱甲基化化合物如5-氮杂胞苷（5-azacytidine）、5-氮杂-2′-脱氧胞苷、普鲁卡因胺，已经被人们深入研究。但是，毒副作用限制这些药物的广泛使用，使其仅仅被用于骨髓增生异常综合征的患者治疗中。有研究预测，脱甲基制剂可能被用来加强传统化疗方式的效力[33]。此外，还有相当一部分组蛋白乙酰化抑制剂（HDAC），如曲古抑菌素、丙戊酸、丁酸钠等被用来治疗癌症。这些药物通过阻塞多重HDACs的作用导致组蛋白乙酰化的增加。
总之，表观遗传学是遗传与环境相互作用的重要纽带。对表观遗传中各种因子突变导致疾病的研究的复杂程度令人难以置信，表观遗传学对基因信息是如何转录、翻译成蛋白质和表型的调节具有深远的影响，将为人类疾病的治疗指引方向，为设计新方案、研制新药提供科学依据。
[参考文献]
[1] Boissonnas CC，Jouannet P，Jammes H. Epigenetic disorders and male subfertility [J]. Fertil Steril，2013，99（3）：6246-6231.
[2] Brasset E，Chambeyron S. Epigenetics and transgenerational inheritance [J]. Genome Biol，2013，14 （5）：306.
[3] Castelo-Branco G，Bannister AJ. The epigenetics of cancer：from non-coding RNAs to chromatin and beyond [J]. Brief Funct Genomics，2013，12（3）：161-163.
[4] Toriello HV. What is new in the field of genetics [J]. Adolesc Med State Art Rev，2013，24（1）：43-56.
[5] Long HK，Blackledge NP，Klose RJ. ZF-CxxC domain-containing proteins，CpG islands and the chromatin connection [J]. Biochem Soc Trans，2013，41（3）：727-740.
[6] Kamiyama H，Suzuki K，Maeda T，et al. DNA demethylation in normal colon tissue predicts predisposition to multiple cancers [J]. Oncogene，2012，31（48）：5029-5037.
[7] Shao C，Sun W，Tan M，et al. Integrated， genome-wide screening for hypomethylated oncogenes in salivary gland adenoid cystic carcinoma [J]. Clin Cancer Res，2011，17（13）：4320-4330.
[8] Gokul G，Khosla S. DNA methylation and cancer [J]. Subcell Biochem，2012，61（3）：597-625.
[9] Lee HS，Kim BH，Cho NY，et al. Prognostic implications of and relationship between CpG island hypermethylation and repetitive DNA hypomethylation in hepatocellular carcinoma [J]. Clin Cancer Res，2009，15：812-820.
[10] De Faveri LE，Hurst CD，Platt FM，et al. Putative tumour suppressor gene necdin is hypermethylated and mutated in human cancer [J]. Br J Cancer，2013，108（6）：1368-1377.
[11] Rainer C，Stefan W，Thomas H，et al. A systematic comparison of quantitative high-resolution DNA methylation analysis and methylation-specific PCR [J]. Landes Bioscience，2012，7（7）：772-780.
[12] Ye MH，Chen J，Lai MD. Pyrosequencing and its application in clinical diagnosis and therapy [J]. Zhonghua Bing Li Xue Za Zhi，2013， 42（2）：138-142.
[13] Shen HR，Qiu LH，Zhang ZQ，et al. Genome-wide methylated DNA immunoprecipitation analysis of patients with polycystic ovary syndrome [J]. PLoS One，2013，8（5）：e64801.
[14] Colyer HA，Dellett M，Mills KI. Detecting DNA methylation using the methylated CpG island amplification and microarray technique [J]. Methods Mol Biol，2012，863（9）：329-339.
[15] Wang Z，Patel DJ. Combinatorial readout of dual histone modifications by paired chromatin-associated modules [J]. J Biol Chem，2011， 286（21）：18363-18368.
[16] Sui X，Price C，Li Z，et al. Crosstalk between DNA and histones： tet's new role in embryonic stem cells [J]. Curr Genomics，2012， 13（8）：603-608.
[17] Wang Z，Patel DJ. Small molecule epigenetic inhibitors targeted to histone lysine methyltransferases and demethylases [J]. Q Rev Biophys，2013，46（4）：349-373.
[18] McCarthy N. Epigenetics： Histone modification [J]. Nat Rev Cancer，2013，13（6）：379.
[19] Lepage JF，Hong DS，Mazaika PK，et al. Genomic imprinting effects of the X chromosome on brain morphology [J]. J Neurosci，2013，33（19）：8567-8574.
[20] Le Bouc Y，Rossignol S，Azzi S，et al. Epigenetics， genomic imprinting and assisted reproductive technology [J]. Ann Endocrinol（Paris），2010，71（3）：237-238.
[21] Ichimura A，Ruike Y，Terasawa K，et al. MicoRNAs and regulation of cell signaling [J]. FEBS J，2011，278：16101618.
[22] Ono K，Kuwabara Y，Han J. MicroRNAs and cardiovascular diseases [J]. FEBS J，2011，278：1619-1633.
[23] Pencheva N，Tavazoie SF. Control of metastatic progression by microRNA regulatory networks [J]. Nat Cell Biol，2013，15（6）：546-554.
[24] Monroig PD，Calin GA. MicroRNA and epigenetics：diagnostic and therapeutic opportunities [J]. Curr Pathobiol Rep，2013，1（1）：43-52.
[25] Kala R，Peek GW，Hardy TM，et al. MicroRNAs：an emerging science in cancer epigenetics [J]. J Clin Bioinforma，2013，3（1）：6.
[26] Tardito D，Mallei A，Popoli. Lost in translation. New unexplored avenues for neuropsychopharmacology：epigenetics and microRNAs [J]. Expert Opin Investig Drugs，2013，22（2）：217-233.
[27] Patel DJ，Wang Z. Readout of epigenetic modifications [J]. Annu Rev Biochem，2013，82：81-118.
[28] Yu Z，Cheng S. Epigenetic deregulation of microRNAs：new opportunities to target oncogenic signaling pathways in hepatocellular carcinoma [J]. Curr Pharm Des，2013，19（7）：1192-1200.
[29] Lujambio A，Calin GA，Villanueva A，et al. A microRNA DNA methylation signature for human cancer metastasis [J]. Proc Natl Acad Sci，2008，105（36）：13556-13561.
[30] Ogino S，Lochhead P，Chan AT，et al. Molecular pathological epidemiology of epigenetics：emerging integrative science to analyzeenvironment，host， and disease [J]. Mod Pathol，2013，26（4）：465-484.
[31] Feinberg AP. Epigenetics at the epicenter of modern medicine [J]. JAMA，2008，299：1345-1350.
[32] Wang Z，Song J，Milne TA，et al. Pro isomerization in MLL1 PHD3-bromo cassette connects H3K4me readout to CyP33 and HDAC-mediated repression [J]. Cell，2010，141（7）：1183-1194.
【摘要】 目的 用双生子研究方法对青少年血尿酸的遗传度进行估计。方法 取青岛双生子库募集青少年双生子，测量身高、体质量和血尿酸。相同性别和血型的双生子采用16个多态标记进行卵型鉴定。通过校正年龄、性别和体质指数(BMI)来构建结构方程模型估计遗传度。结果 共收集521对双生子数据，其中同卵双生子274对，异卵双生子247对。经平方根转换后，男性血尿酸水平略高于女性(t=5.584，P
【关键词】 双生子;尿酸;遗传;青少年
[ABSTRACT] Objective To assess the heritability of serum uric acid in adolescent using the classic twin design. MethodsAdolescent twins were recruited from the Qingdao Twin Registry. Their uric acid， height， weight were measured. Zygosity in all samesex and samebloodgroup twin pairs was determined by 16 polymorphic markers. Heritability was assessed by structuralequation models， with age， gender and body mass index (BMI) included as covariate. Results A total of 521 twin pairs wereavailable for data analyses， including 274 pairs of monozygotic twins and 247 pairs of dizygotic. After square root transformed， uric acid in male was significantly higher than in female (t=5.584，P
[KEY WORDS] twins; uric acid; heritability; adolescent
尿酸是人类嘌呤代谢的终产物，其水平受人体尿酸的产生和代谢调控。高尿酸血症(血清浓度男性>420 μmol/L，女性>350 μmol/L)是由于各种原因引起体内尿酸增多或排泄减少而导致的一种代谢性疾病。尿酸结晶沉积到软组织所致的急性或慢性病变称为痛风，大约有10%～20%的高尿酸血症病人会引起痛风。高尿酸血症本身虽然不会产生临床症状，但却损害人体的重要器官。目前已把高尿酸血症及痛风列入代谢综合征的一个表现[1]。近期许多研究均表明，高尿酸血症与代谢综合征的许多成分如肥胖、血脂异常、高血压、冠心病及胰岛素抵抗等密切相关[25]。同时，以往被认为常在成人中出现的高尿酸血症，在儿童中的发病率也不断上升。儿童高尿酸血症可逐步发展为痛风、尿酸性肾病、肾结石、尿毒症， 而且与代谢综合征及其组分密切相关， 甚至成为心脑血管疾病发生的危险因素和成年后高血压发生的预测因素[68]。作为痛风的中间代谢表型，尿酸水平受到遗传和环境因素的共同影响， 双生子分析法是常用的判断遗传因素和环境因素对表型影响相对程度的方法之一。通过结构方程模型能对双生子不同的卵型性别进行拟合，并且可以同时校正年龄、性别等对表型的影响，分别估计加性遗传方差、共同环境方差、显性遗传方差和个体特异的环境方差，更精确地计算尿酸水平的遗传度[9]。既往国外运用双生子和家系等研究方法，得出青少年尿酸的遗传度(h2)为0.30～0.80[1011]。本研究应用双生子样本，采用构建结构方程模型的分析方法，来探讨遗传和环境对中国青少年双生子尿酸水平的影响。现将结果报告如下。
1 对象和方法
1.1 研究对象
依据青岛市的双生子登记系统[12]及学校预防保健科募集相结合的方式，从全市的中小学募集符合条件的10～16岁以上的青少年双生子。纳入标准：①2名双生子在同一天均接受调查;②有血液样本，并且样本质量符合要求;③本人及家长签署知情同意书。排除标准如下：①缺少关键指标的双生子对;②近1个月内服用减肥、降糖、降脂等影响血尿酸水平的药物的双生子对。最终共募集双生子614对，符合本研究标准的双生子共521对。其中同卵男性(MZM)133对，异卵男性(DZM)70对，同卵女性(MZF)141对，异卵女性(DZF)71对，异卵不同性别(OSDZ)106对。
1.2 研究方法
1.2.1 卵型鉴定 采用3种方法相结合分步进行双生子卵型鉴定。首先，双生子之间性别不同者必为异卵双生子(DZ)。其次，在性别相同的双生子中，ABO或RH血型不同的必定为DZ; ABO血型检测由青岛市疾病预防控制中心体检科完成。最后，如果两个双生子性别和血型均相同，则通过短串联序列(STR)荧光标记复合扩增技术来判定，性别和15个STR位点基因型全部一致的判为同卵双生子(MZ)，性别不同和(或)有一个或以上的位点基因型不同判为DZ。该项工作在青岛市中心血站实验室完成，可靠性达99.6%以上[13]。
1.2.2 测量指标 ①身高：使用经标准钢卷尺校正过的身高计测量赤脚身高，精确到1 cm;②体质量：使用校正过的杠杆式体质量计测量体质量，精确到0.1 kg;③体质指数(BMI)：为体质量(kg)/身高2(m2)。④尿酸测定：禁食12 h后取静脉血，两双生子采血间隔时间不超过5 min，离心后吸取血清。采用尿酸酶过氧化物酶耦联测定法，在自动生化分析仪(日立7600)上检测血清尿酸的浓度。尿酸的实验室测定在青岛市传染病医院检验科完成。现场调查和实验室检验的质量控制符合项目要求。
1.3 数据分析
数据采用Epidata 3.0双录入，核对修改。应用SPSS 17.0统计软件包对数据进行分析，采用频数或均数±标准差描述MZ和DZ各主要指标分布，成组t检验比较MZ和DZ之间各指标有无统计学差异，如无统计学意义，进行血尿酸的遗传度分析。根据卵型和性别的不同分类计算各组血尿酸的组内相关系数(ICC)。
1.4 遗传模型建立
应用Mx软件[14]建立遗传模型，构建结构等式方程，分析估计血尿酸的遗传度和环境效应。通常应用ACE模型来假设性状的表型，变异源于加性遗传效应A，共同环境效应C和特殊环境效应E。利用最佳拟合模型中遗传方差与表型方差之间的比值计算得出遗传度。本研究中，不同性别的DZ的相关低于相同性别的DZ，表明不同性别可能影响血尿酸水平。因而，应用性别限制模型来对数据进行拟合。在性别限制模型的全模型中，假设A、C、 E参数在男性和女性之间存在差异，而且性别限制模型的全模型假设不同性别双生子间的加性遗传相关系数(raO)在0～0.5之间变化。在性别限制模型的全模型基础上简化模型，并与全模型比较，确定最优模型。应用Mx软件包对原始数据进行模型拟合分析，计算负2倍的对数似然值(-2LL)。在全模型和简化模型之间，-2LL的差值近似服从自由度为两模型自由度差的分布，用对数似然比检验(LRT)来选择最佳拟合模型:如果全模型与简化模型之间χ2差异有显著性，则简化模型不能接受，如果差异没有显著性，则提示这个简化模型比全模型更好。并以AIC值结合专业知识来确定最好的模型，AIC值越小模拟的越好。
2 结 果
由于尿酸为偏态分布(ShapironWilk 检验P=0.000)，将其进行平方根转换，符合正态分布(P=0.079)。表1给出了样本一般性状描述，由于双生子之间并非独立样本，仅对先出生的双生子(双生子1)进行一般性状描述分析。表2给出了校正性别、年龄、BMI前后，经平方根转换血尿酸的ICC。样本平均年龄为(12.31±1.91)岁，MZ与DZ之间差异无显著性(t=1.782，P>0.05)。经平方根转化的血尿酸在MZ(16.98±2.25)和DZ(16.73±2.03)之间差异无显著性(t=1.288，P>0.05)。男性血尿酸(17.39±2.27)高于女性(16.36±1.91)，差异有显著性(t=5.584，P
表3中给出了模型拟合的结果。饱和模型和性别限制模型的全模型比较差异无显著性(χ2=1.993，df=1，P=0.158)，说明性别限制模型是可接受的。由于性别、年龄和BMI会造成尿酸的遗传和环境因素分析的偏移，为控制它们的影响，将其作为协变量进行分析[15]。 模型2将raO固定为0.5，与模型1比较差异无显著性，显示在男性和女性中有相同的基因影响血尿酸水平;模型3固定raO为0.5，在不同性别中A、C、E参数相等，与模型1相比较，差异无显著意义，确定两种性别遗传和环境大小对血尿酸水平的影响是相同的;模型4固定raO为0.5，且不同性别的A、E参数相等，将C参数从模型中剔除进行拟合，与模型1比较差异无显著意义，不能拒绝该模型，而且AIC值最小，说明模型4为最优拟合模型。血尿酸遗传度为77.5%(95%CI为0.731～0.811)，特殊环境因素占22.5%(95%CI为0.189～0.269)。表1 双生子一般性状描述表2 经平方根转换血尿酸ICC卵型对子数
3 讨 论
双生子研究是遗传流行病学中探索遗传和环境因素对表型相对作用的较完善方法。MZ具有完全相同的遗传基础，因此表型差异主要由环境造成，而DZ与普通同胞对一样，平均共享50%的遗传基础，因此表型差异主要是由遗传和环境因素共同决定的。因为本研究中双生子是在同一家庭培养长大，因此我们假设双胞胎对内有100%共同的家庭环境效应。利用双生子人群分析计算遗传度的方法，从最初简单的ICC分析、方差分析发展到通径分析。经典的双生子研究用ICC法估计表型的遗传度，但是，ICC法虽然灵敏度高，但是把握度低，并且没有将双生子资料充分利用。本研究中通过构建性别限制结构方程进行模型拟合，分析得出影响尿酸表型的最佳拟合模型为AE模型，并且男女的遗传度均为77.5%，特殊环境因素占22.5%，提示遗传因素和环境因素共同影响青少年尿酸水平，但遗传因素作用相对更大。
目前，国外对青少年血尿酸遗传度方面的研究和报道较少。MIDDELBERG等[10]针对澳大利亚青少年双生子在12、14、16岁3次追踪调查显示，尿酸的遗传度均不低于80%。以上研究与本研究的结果相近。而PARK等[11]在日本对37对11或12岁的双生子及其父母进行的家系研究显示，尿酸遗传度均不低于30%，与本研究结果比较尿酸遗传度较低。我们以往研究显示，青岛市成人双生子样本血尿酸水平男女遗传度相同，均为70.5%，与本研究结果非常相近[16]。国内张振文等[17]对20个原发痛风病人的核心家庭成员78人，运用回归法计算得出尿酸的一级亲属遗传度为58.6%。国外有作者通过模型模拟对澳大利亚18～34岁的206对双生子进行研究，尿酸的遗传度为73%[15]。MANOJ等[18]对12对成年同卵双生子尿结石的研究显示，尿酸的遗传度为96%。KALOUSDIAN等[19]运用经典遗传度计算方法，对美国360对中年男性双生子的研究显示，尿酸遗传度为0.45。以上研究比本研究结果低。由此可见，研究样本的种族、年龄、样本量、调查方法和分析方法的不同，均可能造成遗传度估算的差异。同时，本研究与青岛市成人双生子尿酸遗传度研究的结果相同，男性血尿酸略高于女性，在选择限制性别模型进行模拟的基础上，校正性别、年龄、BMI后，最终得出遗传因素对男女的血尿酸水平的影响无显著性差异，这可能与男女之间存在年龄或体型的差异有关，通过将其作为协变量带入方程，得到更准确的结果。
转贴于
本研究是国内首次利用双生子样本，运用Mx软件构建性别限制结构方程模型来分析影响中国青少年尿酸水平的遗传和环境作用，得出男女血尿酸的遗传度均为77.5%。该研究方法较家系研究和经典的遗传度计算方法能更好、更清楚地计算出精表3 运用ACE性别限制模型对尿酸表型模拟结果 模型1:raO变化，m≠Af，Cm≠Cf，Em≠Ef;模型2:raO指定为0.5，Am≠Af，Cm≠Cf，Em≠Ef;模型3:raO指定为0.5，Am=Af，Cm=Cf，Em=Ef;模型4:和模型2一样，但是剔除Cf和Cm;模型5：和模型2一样，但是剔除Af和Am。95%CI在括号中给出。A:加性遗传方差;C:共同环境方差;E:特殊环境方差。f:女性;m:男性。raO:性别不同的双生子的加性遗传相关系数;-2LL:负2倍最大似然比;Δχ2:子模型与全模型的拟合优度卡方之差;Δdf:子模型与全模型的自由度之差;P：显著性检验值。
确的遗传度。许多研究显示，青少年尿酸水平与糖尿病、高血压等代谢综合征密切相关，甚至成为成年后高血压发生的预测因素[68]。本研究将会为今后应用分子生物学技术和数理统计学方法，从分子水平到群体水平进一步阐明尿酸水平的遗传机制，为防治高尿酸血症、痛风以及其他代谢综合征提供科学依据。
【参考文献】
[1]叶任高. 内科学[M]. 北京：人民卫生出版社， 2000: 877883.
[2]YOO T W， SUNG K C， SHIN H S， et al. Relationship between serum uric acid concentration and insulin resistance and metabolic syndrome[J]. Circ J， 2005，69:928933.
[3]JOHNSON R J， FEIG D I， HERRERAACOSTA J， et al. Resurrection of uric acid as a causal risk factor in essential hypertension[J]. Hypertension， 2005，45:1820.
[4]TUOMILEHTO J， ZIMMET P， WOLF E， et al. Plasma uric acid level and its association with diabetes mellitus and some biologic parameters in a biracial population of Fiji[J]. Am J Epidemiol， 1988，127:321336.
[5]王颜刚，苗志敏，闫胜利，等. 高尿酸血症及痛风病人血尿酸与胰岛素抵抗的关系[J]. 青岛大学医学院学报， 2004，40(3):197199.
[6]FORD E S， LI C， COOK S， et al. Serum concentrations ofuric acid and the metabolic syndrome among US children and adolescents[J]. Circulation， 2007，115(19)：25262532.
[7]ALIAVSKAIA S I， LEBEDEV A V， TEMOVSKAIA V A. Chronic asymptomati chyperurice miaasa marker of ather ogenic risk in children[J]. Kardiologiia， 2007，47(3)：6266.
[8]ALPER A， CHEN W， YAU L， et al. Childhood uric acid predicts adult blood pressure：the bogalusa heart study[J]. Hypertension， 2005，45(1)：3438.
[9]李群娜，詹思延，吕筠，等. 双生子胰岛素敏感性的遗传度估计[J]. 北京大学学报：医学版， 2003，35(6)：591595.
[10]MIDDELBERG R P S， MEDLAND S E， MARTIN N G， et al. A longitudinal genetic study of uric acid and liver enzymes in adolescent twins[J]. Twin Research and Human Genetics， 2007，10(5):757764.
[11]PARK K S， INOUYE E， ASAKA A. Plasma and urine uric acid levels: heritability estimates and correlation with IQ[J]. Journal of Human Genetics， 1980，25:193202.
[12]PANG Z C， NING F， UNGER J， et al. The Qingdao Twin Registry: a focus on chronic disease research[J]. Twin Res Hum Genet， 2006， 9(6):758762.
[13]TOMSEY C S， KURTZ M， KIST F， et al. Comparison of PowerPlex 16， PowerPlex 1.1/2.1， and ABI ampfistr profiler plus/cofiler for forensic use[J]. Croat Med J， 2001，42:239243.
[14]NEALE M C， CARDON L R. Methodology for genetic studies of twins and families[M]. Dordrecht， the Netherlands: Kluwer Academic Publisher， 1992.
[15]WHITFIELD J B， MARTIN N G. Inheritance and alcohol as factors influencing plasma uric acid levels[J]. Acta Genet Med Gemellol， 1983，32:117126.
[16]段海平，逄增昌，张东峰，等. 成年双生子血尿酸遗传度研究[J]. 中华流行病学杂志， 2010，31(4)：384388.
[17]张振文，王正伦，王建华. 原发痛风代谢指标的遗传研究[J]. 武警医学， 2004，15(2):101104.
关键词：茄子；种质资源；农艺性状；遗传多样性
中图分类号：S641.1 文献标识码：A 文章编号：1001-3547（2016）24-0044-06
茄子（Solanum melongena L.，2n=24），属茄科茄属，为世界第四大蔬菜作物，起源于亚洲东南的印度、缅甸及临近的热带区域。中国是茄子的第二起源地及次生演化中心，拥有丰富的茄子种质资源[1]。茄子种质创新、遗传改良和品种选育需要丰富的种质资源，而开发利用种质资源的前提是对其进行评价鉴定[2]。农艺性状的鉴定和描述是种质资源研究最直接、最基本的方法和途径[3]，通过对此类性状进行遗传多样性分析，可以从整体上把握资源的丰富程度[4]，为育种者下一步进行种质筛选、亲本选配、品种分类和资源保护等提供重要依据[5]。
茄子是我国栽培的主要蔬菜之一[6]，但由于我国南北各地生态气候与消费习惯不同，各地区的育种目标有较大差异[7]，因而引进资源均需试种和评价后才可推广应用。如黄文枫等[8]、汪诗华等[9]、沈鹤忠[10]、黄文静等[11]开展引种、品比试验，筛选出适合各自地区的优良品种；王佳慧[12]、张念等[13]、苏晓梅等[14]、李宁等[2]、肖熙鸥等[15]、林鉴荣等[16]利用形态标记或分子标记对当地来源不同的茄子种质资源进行了多样性分析和评价。本研究主要运用遗传多样性分析结合聚类分析的方法，综合分析茄子种质资源主要农艺性状的遗传多样性，从形态学水平明确所选茄子表型变异丰富程度和类群特性，旨在为茄子种质资源的收集、保护及进一步开发利用提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
所用材料均为安徽省农业科学院园艺研究所长期收集保存的茄子资源，经多年田间试验筛选出56份表现良好的种质资源，于2014-2015年在合肥蔬菜综合试验站进行系统性评价鉴定，供试材料编号、名称见表1。
1.2 试验方法
采用随机区组排列，3次重复。行距70 cm，株距50 cm，平畦地膜覆盖，常规栽培管理。性状调查与采集方法参照《茄子种质资源描述规范和数据标准》[17]，同一性状由同一人采集，数值为2 a调查平均值，共计26个表型性状。20个质量性状的具体分级和赋值见表2。
1.3 数据处理及统计分析
采用SPSS 16.0计算性状的平均值（X）、标准差（s）等。根据计算结果将所有材料每个性状划分为10个等级，按第1 级[Xi（X+2s）]，每0.5s 为1级，每1级的相对频率（Pi）用于计算遗传多样性指数。遗传多样性指数即Shannon-Wiener index（H'）信息指数，计算公式：H'=-∑Pi× lnPi，式中，Pi为某性状第i级别内材料份数占总份数的百分比，Xi为第 i 级中的数据。聚类分析采用SPSS 16.0软件，聚类分析过程中，为便于数量化和统计分析，数值首先进行标准化转换（Z得分），将质量性状予以赋值。种质间遗传距离为欧氏距离，聚类方法采用离差平方和法（Ward's method）。
2 结果与分析
2.1 茄子质量性状的遗传多样性分析
对56个茄子种质资源的20个主要质量性状进行多样性分析发现，不同材料之间存在较大差异，不同性状在不同材料间也表现出不同程度的多样性（表3）。20个主要质量性状遗传多样性指数变化范围介于0～1.432，平均值为0.677。其中，子叶色、附生物和果面光泽3个质量性状的多样性指数为0，表明供试茄子种质资源在这3个性状上的表现型单一。商品果果形的多样性指数最高，其次是商品果果肉色、主茎色、商品果外果皮色、花萼色、果萼色和果肉紧密度，多样性指数均大于1，表明供试茄子种质资源的这些性状有明显的形态多样性。其次，果实弯曲程度、叶缘和叶色、下胚轴颜色、叶刺、叶柄及叶脉色泽和叶片基部多样性指数为0.562～0.790，数值相差不大，但供试茄子在这几个性状中每组内的分布并不均匀，分别以微弯果实、波状叶缘、浅绿叶色、紫色下胚轴、无叶刺、紫色叶柄及叶脉和等长叶片基部为主。此外，叶形、花朵着生方式和花冠色多样性指数较小，表明供试茄子的这3个性状的表现型相对较少，且在每个表现型的分布不均匀。
2.2 茄子数量性状的遗传多样性分析
56个茄子种质资源在6个数量性状上表现出了广泛的变异（表4），变异系数的范围在16.502%～63.147%，遗传多样性指数变化范围1.343～1.897。遗传多样性指数排序为：果实大小>开展度>株高>主茎高>单果质量>最大叶面积。不同材料各性状间也存在较大差异，其中最大叶的变异系数最大，其次是单果质量。其余4个性状依次为：主茎高>果实大小>开展度>株高。结果显示，不同性状在不同材料间表现出丰富的遗传多样性，表明生产中这些性状上还具有较大改良潜力，而且对生产中茄子株型、果形、产量等不同需求的育种目标具有实际意义。
2.3 茄子主要表型性状的聚类分析
利用SPSS 16.0软件对56份茄子资源的26个性状进行聚类分析，以欧氏距离为遗传距离，聚类方法采用Ward法，在遗传距离为10 cM处将参试材料分为3个类群（图1），各类群特征见表5、6。
第Ⅰ类群包括14份材料。其主要特征是子叶绿色，下胚轴紫绿色为主，紫色次之；主茎以绿色为主，浅紫色次之，有附生物；叶形以长卵圆形为主，卵圆形次之；叶片基部多数种质不等，少数相等；波状叶缘为主，全缘次之；叶色均为浅绿，叶柄及叶脉均为绿色，叶表面多数无刺；单生花和数朵花成一花序均有，花冠以浅紫色为主，白色次之，花萼均为浅绿色；商品果长条形为主，长羊角形次之；果实多数微弯，均有光泽；商品果外果皮均为白色，果萼均为绿色，果肉白色为主，仅1份为黄白色；果肉紧密度多为中等，少数松。开展度变异系数最小，其次是株高，而后是最大叶面积，它们的均值均为3个类群中最小；单果质量变异系数最大，其次是主茎高，而后是果实大小，它们的均值均介于其他2个类群之间。综合各性状，该类群特征为株型紧凑、果实大小适中，在选育密植类型材料时可考虑加以利用。
第Ⅱ类群包括12份材料。其主要特征是子叶绿色，下胚轴紫色为主，紫绿色次之；主茎以深紫色为主，其次为紫色，浅紫色最少，有附生物；叶形以长卵圆形为主，卵圆形次之；叶片基部均相等；波状叶缘为主，全缘次之；叶色均为绿色，叶柄及叶脉均为紫色，叶表面多数无刺；单生花和数朵花成一花序均有，花冠以浅紫色为主，深紫色次之，花萼以黑紫色为主，紫色次之，浅绿色最少；商品果以长条形为主，高圆、卵圆、扁圆、长筒、线形各有少数；果实多顺直，有光泽；商品果外果皮以紫红色为主，仅1份为鲜紫色；果萼紫色为主，仅1份为绿色；商品果果肉绿白色为主，仅2份为绿色；果肉多紧致。株高、开展度、最大叶变异系数依次增大，它们的均值均介于其他2个类群之间；主茎高、果实大小、单果质量变异系数依次增大，它们的均值均位居3个群体中首位。与第Ⅰ类群相比，该群体每个数量性状变异较大，其中单果质量超过50%。综合各性状，该类群果实大小和质量均有优势，且株型适中，具有一定增产潜力。
第Ⅲ类群包括30份材料，为最大类群。其主要特征是子叶绿色，下胚轴紫绿色为主，紫色次之；主茎以深紫色为主，其次为浅紫色，紫色和绿色最少，有附生物；叶形以长卵圆形为主，卵圆形次之；叶片基部多数不等；叶缘以全缘为主，波状次之；叶色以浅绿为主，绿色次之；叶柄及叶脉均为紫色，叶表面多数无刺；单生花和数朵花成一花序均有，花冠以浅紫色为主，深紫色次之，花萼以紫色为主，黑紫色次之，浅绿色最少；商品果以长条形为主，长卵圆形次之，线形、卵圆形、短筒形、短羊角形、长筒形各有少数；果实多数微弯，顺直次之，蛇形仅2份，有光泽；商品果外果皮以紫红为主，浅紫色次之，鲜紫色最少；果萼绿紫色为主，紫色次之，绿色最少；商品果果肉绿白色为主，绿色和白色次之，黄白色最少，仅3份；果肉紧密度中等。株高、开展度、最大叶变异系数依次增大，且最大叶变异系数超过50%，它们的均值均位居3个类群中的首位；果实大小、主茎高、单果质量变异系数依次增大，它们的均值均为3个类群中最小。综合各性状，该类群株型较大，长势好，植株和果实变异丰富，针对不同的消费需求，选育特别材料时可加以利用。
3 讨论与结论
品种改良的效果好坏反映了种质资源遗传多样性的高低，优异基因能否被发现并有效利用直接影响着新品种的选育[18]。本研究通过对56份茄子种质资源的26个农艺性状进行分析发现，参试材料具有广泛的遗传多样性。变异系数大小反映了参试材料多样性的丰富程度及对环境变化的适应能力；变异系数可以反映物种的变异程度，以及在具体的遗传育种选择过程中，是否具有获得优良基因的潜力[19，20]。本研究发现，参试材料在果实性状和植株外形方面有较大差异，果实大小多样性指数最高，其次是开展度；性状变异系数最大的是最大叶面积，其次是单果质量。据此，将现有种质资源拓宽，并基于育种目标对不同性状进行差异化选择可为茄子育种提供丰富的原材料。
聚类分析是种质资源鉴定和评价的常用方法，种质的来源、数目、类型和代表性等因素都会影响聚类结果[12]。为了降低权重，使聚类分析结果较为客观，我们尽可能多地对农艺学性状进行了调查。本研究利用Q型聚类分析方法对56份茄子种质资源的26个农艺性状进行了聚类，将参试材料分为三大类，系统分析了各类种质的特点，明确了供试茄子的主要类型，第Ⅰ类群在选育密植型品种时利用，第Ⅱ类群可在选育高产型品种时利用，第Ⅲ类群在选育特异材料时利用，根据不同育种目标进行亲本选配，大大提高选育的效率。
茄子遗传育种中，除了对重要目标性状的变异进行保留外，还应注重原始资源的保存与利用，这样有利于对其他变异进行针对性地选择，从而为茄子育种积累更多的自然材料和性状[13]。另外，植物表型性状同时具有遗传稳定性和自然变异性，它们可通过改变表型实现进化来适应环境的变化[21]；茄子属于形态变异较为显著的园艺作物，因而在形态学标记的基础上，配合以各类分子标记和基于染色体分析的细胞学标记等方法，可以更好地探索和把握茄子种质资源的遗传多样性机理。
参考文献
[1] 王锦秀.《植物名实图考》中一些百合科植物考证兼论茄子在中国的栽培起源和传播――植物考据学个例研究[D].北京：中国科学院植物研究所，2005.
[2] 李宁，姚明华，焦春海，等.亚洲及非洲茄子种质资源主要农艺性状的遗传多样性分[J].湖北农业科学，2014，53（23）：5 769-5 774.
[3] 郁香荷，章秋平，刘威生，等.中国李种质资源形态性状和农艺性状的遗传多样性分析[J].植物遗传资源学报，2011，
12（3）：402-407.
[4] 田稼，郑殿升.中国作物遗传资源[M].北京：中国农业出版社，1994：312-315.
[5] 解新明，云锦凤.植物遗传多样性及其检测方法[J].中国草地，2000（6）：51-59.
[6] 刘富中，连勇，冯东昕，等.茄子种质资源抗青枯病的鉴定与评价[J].植物遗传资源学报，2005，6（4）：381-385.
[7] 吕玲玲，李威，肖熙鸥.茄子种质资源主要性状评价及相关性分析[J].中国农学通报，2016，32（4）：165-170.
[8] 黄文枫，符坚，梁其伟，等.海南冬季紫黑长茄引种试验[J].广东农业科学，2013，40（16）：38-40.
[9] 汪诗华，何爱珍，余景根，等.淳安山地茄子品种比较试验[J].长江蔬菜，2010（6）：39-41.
[10] 沈鹤忠.出口盐渍茄子品种比较试验[J].安徽农学通报，2010，16（21）：81-82.
[11] 黄文静，龚亚菊，黎志彬，等.外销型茄子品种比较试验[J].长江蔬菜，2009（14）：48-49.
[12] 王佳慧.国外茄子种质资源主要农艺性状鉴定与评价[D].保定：河北农业大学，2012.
[13] 张念，王志敏，于晓虎，等.茄子种质资源遗传多样性的形态标记分析[J].中国蔬菜，2013（14）：46-52.
[14] 苏晓梅，刘卫东，柳李旺，等.茄子种质资源主要性状的多样性分析及花粉分类[J].江苏农业科学，2012，40（5）：100-103.
[15] 肖熙鸥，王勇，李冠男，等.茄子种质资源的ISSR遗传多样性分析[J].华南农业大学学报，2012，33（3）：296-300.
[16] 林鉴荣，乔燕春，郭爽，等.茄子种质资源SRAP、SSR遗传多样性研究[J].热带农业科学，2014，34（11）：35-40.
[17] 李锡香，蔚.茄子种质资源描述规范和数据标准[M].北京：中国农业出版社，2005.
[18] 聂石辉，彭琳，王仙，等.鹰嘴豆种质资源农艺性状遗传多样性分析[J].植物遗传资源学报，2015，16（1）：64-70.
[19] 赵香娜，李桂英，刘洋，等.国内外甜高粱种质资源主要性状遗传多样性及相关性分析[J].植物遗传资源学报，2008，9（3）：302-307.
[20] 雷进生.观赏辣椒种质资源遗传多样性研究[D].武汉：华中农业大学，2005.
关键词：遗传学实验；创新人才；教学
高校承担着把学生培养成为基础实、能力强、具有创新精神和创业意识与国际接轨的高素质应用型人才的重任。这种创新型人才不仅需要有扎实的基本理论功底，而且需要有较强的实验操作技能，可以说实验教学过程是创新教育的重要环节。遗传学实验是生命科学本科专业实验教学的重要组成部分，对培养学生的开拓创新精神和实践能力起着十分重要的作用。现行的遗传学实验多偏重于理论的理解，过于程序化且受学时限制，学生真正动手操作时间较少，可自由发挥的空间太小，从而导致学生参与实验的主动性不强，极不利于创新性人才的培养。在综合性大学开拓探索出一条新的教学方案，以实验教学为平台，培养和造就国际生命科学前沿领域有竞争力的一流的高素质人才，是高等生命科学教育面临的一个重要问题。本校根据遗传学实验存在的实际弊端和分子生物学实验整合为生物专业大实验的要求，对实验教学内容和方法、考核机制进行了一系列的改革和尝试。
一、教学内容的整合。建立“基础性――综合性――创新型”三层次的教学体系
遗传学实验有30学时，原有的实验教学项目包括人类的皮纹分析、果蝇的饲养观察、果蝇的伴性遗传、自由自合定律、粗糙麦胞菌杂交、果蝇唾腺染色体的制备和观察等项目，验证性的实验也就是经典的遗传学实验占的比重太大，与现代分子生物学的发展严重脱节，探究性实验教学内容缺乏，实验室开放少，学生的积极性不高，不利于学生创新能力的培养。针对本校实际，本着培养创新性人才的教学理念，对遗传学实验的教学大纲重新制定，对实验项目重新进行了整合和删减。由于粗糙麦胞菌的杂交实验效果不是太明显，把此项目删除。人类的皮纹分析、果蝇的唾腺染色体的制备和观察作为基础性试验的模块；把果蝇的饲养观察、果蝇的伴性遗传、自由自合定律等单一验证性实验整合为果蝇的设计综合性实验模块；新增基因突变的遗传分析模块中的植物多倍体的诱发与鉴定实验做为设计综合性试验。新增分子遗传模块中亲缘关系的遗传分析、分子标记的遗传分析和DNA提取方法的改进等作为创新性的实验项目，可以选做一个。当然，学生在实验设计合理的情况下得到老师的允许，也可以做自己感兴趣的课题。
1．教学设计的改革，培养学生的创新能力
传统的教学方式主要是老师把实验目的、原理、步骤等，抄在黑板上，由老师向学生讲述过程，要求学生按照实验步骤去做。学生没有思考的时间也只能是被动地接受，即使有了不一样的实验结果，也很难自己解答疑惑。这样的教学方式不利于创新性和实践性人才的培养。
在遗传学实验教学改革中本着“学生为主，教师为辅”的理念，进行研究式的教学探索。在实验教学当中采用多媒体和数码显微互动系统作为主要的教学手段，在讲述过程中注重本实验的前言部分的介绍，让学生多了解实验的背景和意义。对于综合性的实验项目以植物多倍体的诱导和鉴定为例进行介绍。老师先把多倍体的产生、原理与在实际生产中的应用，有多少植物已经用于实际，激发学生学习的兴趣，因为兴趣是学习的基础。然后对学生提出多倍体诱导的方法有几种啊?3个同学组成一组，自主设计实验方案，可以选用不同的植物不仅仅局限于大蒜、洋葱，采用不同的诱导方法，如高温、低温、射线照射、化学药品处理等。由各个小组的同学查阅资料，制定详细的实验方案，并由各个小组的代表用PPT的形式汇报自己的实验设计方案和意义。然后由同学们讨论实验的可行性，并由专人记录。方案通过以后，由同学自主安排时间到实验室进行实验包括实验的准备、试剂的配置的、植物的培养到多倍体的观察和鉴定以及照片的拍摄全部由学生在两周内完成。实验结束后，由各组代表用ppt的形式自己的实验过程和结果进行汇报，并对此次实验的收获进行总结。最后，以大论文的形式上交实验报告。这样的教学方式提高了学生的实践动手和分析问题、解决问题的能力，更重要的是强化了学生的团队合作意识。对于创新性实验项目，我们依旧采用这种“学生为主体，老师为辅”的研究性的理论教学的理念，对10种植物的15种品系进行了亲缘关系的分析，既采用了分子生物学的新手段，又利用遗传学的理论进行了分析，实现了分子生物学与遗传学实验的有机整合。当然，我们也鼓励学生的创新性的实验项目与老师的课题或者与自己的科研立项相结合。
二、教学手段的改革
采用多媒体网络和数码显微互动化系统相结合的教学方式。
多媒体教学的信息量大，许多实验图片可以直观的在多媒体上看到，更有利于实验的顺利进行。例如在果蝇唾液腺染色体的制备的实验中，学生很难想象果蝇唾液腺的形状，在剥离的过程中就会出现一定的困难。采用多媒体的话，就解决了这样的难题。数码显微互动系统的建立，更能使老师方便直观的对各个学生进行指导，利于师生之间的互动。在实验室方面实行全天开放的原则，保证了综合性实验和创新性实验项目的顺利进行。
三、遗传学实验的网络化建设
遗传学实验不仅有宏观方面的性状观察，更多的是微观领域的研究，如果蝇唾腺染色体的形状、植物多倍体的染色体的图片，这些内容在教学的过程中很难在学生的脑海中留下确切的印象，在学生的实验中往往很难准确地把握；随着科学技术的进步，尤其是计算机网络的发展，提供了+快速传递信息的途径，这就是网络教学。因此将遗传学实验做成网页，以网页的形式传递信息，为学生提供一个新的学习环境、学习模式，学生可以在这样的条件下自主学习。目前，遗传学实验网页包括了实验教学大纲、教案、实验目的、原理、实验步骤、操作规范等等。一些创新性实验项目的公布和学生的报名情况都可以在网络上操作进行。对于学生来说，可以在进行具体实验前通过浏览该网页达到预习的效果，从网页中得知他所要进行的实验的目的、原理，所要使用的实验仪器，实验可能会得出怎样的结果等，对实验有一个大致的了解，以至在实验过程中做到有的放矢，也节省了大量的时间。
四、改进了考核方法。综合评定学生技能
为了达到加强实践教学，提高学生的动手能力，我们在实验课成绩的评定方面也作了新的尝试。过去单凭学生交上来的实验报告评定成绩，普遍存在有些学生上课不认真、不动手、实验报告相互抄袭的现象，达不到锻炼学生、提高实验教学质量的目的。我们现在把实验成绩分为四部分：一是自己的实验设计方案，二是实验过程和结果的汇报以及心得，三是实验时自己做的装片和结果图，四是大论文的成绩，包括论文的规范性、翻译的准确性等等。
在本次的遗传学实验改革中，我们本着教育的本质就是培养创新性人才的教学理念。建立了“基础性――综合性――创新性”多层次的教学体系；在教学设计上主要是本着“学生为主，教师为辅”的理念，进行研究式的教学探索，学生自主设计方案，自行实施，老师起到导学的作用，培养学生的实践动手能力和解决问题、分析问题的能力和科研能力；在教学手段上主要是利用多媒体和计算机网络、数码显微互动系统；建设遗传学实验网页；建立完善的考核体系，综合评价学生的实验技能。经过两年的尝试，学生的科研能力都有了很大的提高，个别学生的论文已正式发表，这大大提高了学生的兴趣和成就感，并且同学们的合作意识也有很大的增强。
随着遗传学实验技术的发展以及国家对高素质人才的需要，进一步发展和完善遗传学实验教学方法变得越来越迫切。我们通过增加遗传学实验中的前沿实验，开设设计性及创新性实验，改进实验教学方法，利用现代技术提高教学质量，增强与学生的交流，有利于培养出具有科学探索精神和创新能力的新型人才。
参考文献
[1]皮妍，林娟，郭滨等_改革遗传学实验教学方法培养新型创新人才．实验室研究与探索，2008，27(10)：86-88．
[2]王竹林，刘曙东，马翎健，等．遗传学实验教学改革探索．高校实验室工作研究，2006，90(4)：14-16．
购物车(0)