“掌握性学习”简介

为了介绍“掌握学习法”,本刊本期发表了“初中动物学单元目标教学实验”和“动物学单元教育目标及单元目标检测题的设计示例”两篇文章,并编译了本文,以便读者能从理论上和实际教学方法上对“掌握性学习”的基本内容有一概括性的了解。     

代谢工程改造大肠杆菌一碳模块高效合成L-甲硫氨酸

L-甲硫氨酸又名L-蛋氨酸,是人体必需8种氨基酸之一,在饲料、医药、食品领域具有重要应用。以实验室前期构建的M2(Escherichia coli W3110?IJAHFEBC/PAM)为出发菌株,以模块化代谢工程策略构建了一株L-甲硫氨酸高产菌株。首先通过过表达亚甲基四氢叶酸还原酶(methylenetetrahydrofolate reductase,MetF)和筛选不同来源的丝氨酸羟甲基转移酶(hydroxymethyltransferase,GlyA),增强了一碳模块甲基供体的生成,优化了一碳模块。随后针对一碳模块的前体供应,过表达了胱醚裂解酶(cysteamine lyase,MalY)和半胱氨酸内运基因(fliY),有效地提高了L-高半胱氨酸和L-半胱氨酸的供应。最终摇瓶发酵L-甲硫氨酸的产量由2.8 g/L提高至4.05 g/L,5 L发酵罐中达到18.26 g/L。研究结果表明,一碳模块对L-甲硫氨酸的生物合成具有十分重要的影响,在细胞内通过优化一碳模块,可以实现L-甲硫氨酸的高效生物合成。本研究为进一步提高微生物发酵生产L-甲硫氨酸的水平奠定了基础。     

四膜虫(Tetrahymena shanghaiensis)大核核仁与去膜大核能诱导非细胞体系核重建

外源DNA或染色质在非洲爪蟾卵提取物中可以诱导细胞核样结构的重建。重建核除不具有核仁样结构外,在其它形态结构上与真核细胞核十分相似。前人的工作表明在重建核中具有核仁前体结构。但可能是由于缺少活性核仁组织者的缘故,这些核仁前体不能相互融合形成新生核仁。那么活性核仁组织者在重建核中是否能发挥其功能呢?为了研究这一问题,我们提取纯化了四膜虫的大核与大核的周边核仁。进一步去除大核的核被膜,并将去除核被膜的大核与大核核仁分别加入非洲爪赡卵非细胞体系中。通过电镜超薄切片观察,我们发现无论是与大核染色质相连的周边核仁还是分离纯化的核仁结构在非洲爪赡卵非细胞体系中都不能保持其原有结构特征,而是发生了典型核重建变化,并且在诱导形成的重建核中也看不到核仁样结构。这些结果说明具有活性的核仁组织者在加入非洲爪蟾卵提取物后既不能继续保持其原有的RNA转录功能也不能诱导新的核仁的出现。     

非细胞体系核重建过程中两类膜泡在环形片层及核被膜形成中的作用

非洲爪蟾卵经钙离子载体Ａ２３１８７激活后,在１０,０００ｇ下离心得到爪蟾卵提取物,ＬａｍｂｄａＤＮＡ中入上述提取物可构建出染色质结构,并在染色质表面重建核被膜,同时,在染色质外的区域形成环形片层。核被膜在环形片层有相似的发生途径,它们都是由两类在形态、大小、膜结构上有明显差别的膜泡融合而来,首先是直径２００ｎｍ的圆形小膜泡相互融合成双层膜片层,同时核孔复合体在双层膜上大量装配;以这些双层膜片层为基     

绿色穗霉377号菌株的研究

1971年我们从僵死变绿的斜纹夜蛾(Prodenia litura)幼虫上分离到产绿色分生孢子的377号菌株,经鉴定为绿色穗霉(Spicaria prasina)。1971至1977年进行了菌体形态、培养条件、致病力、田间防治应用、菌剂生产等项研究。简报如下。形态与培养特征:在豆饼粉琼脂培养基上菌丝有隔,直径1.8—2.1微米。瓶状小梗在孢子梗上互生或对生。顶端丛生。分生孢子椭圆形,大小为2.3×3.5—5.2微米,呈链状。菌落呈致     

气候因素对黑线姬鼠种群动态影响的非线性效应

受全球气候变化的影响,气候因素与害鼠种群变化之间的关系成为害鼠防治研究中的热点问题。以西安市长安区周边分布的黑线姬鼠为研究对象,通过标志重捕法进行种群动态监测,掌握其种群数量的动态变化规律,并结合非线性的统计方法广义可加模型,对该地区2015—2018年黑线姬鼠种群密度和气候因素数据进行分析,探讨该鼠种群变化与气候因素之间的关系。结果表明,该地区黑线姬鼠种群数量总体显现为下降趋势。黑线姬鼠种群密度存在显著的正向自我调节效应(F_(1.00, 5.77)=27.062,P0.01),且与上一月种群密度存在线性的正相关。当月平均温度与该鼠种群密度之间存在显著的非线性效应(F_(1.90, 5.77 )=4.696,P0.05),两者之间显现为钟型关系,当温度21℃时,两者之间显现为正相关,黑线姬鼠种群密度随温度的升高而升高,反之显现为负相关。当月累计降雨量与其种群密度之间也存在显著的非线性效应(F_(1.87, 5.77)=3.879,P0.05),同样,两者之间也显现为钟型关系,当降雨量90 mm时,两者之间显现为负相关,种群密度随降雨量的增加而降低,反之显现为正相关。因此,温度和降雨对黑线姬鼠种群变化具有调节作用,低温干旱和高温多雨均不适合该鼠的繁殖与生长。     

黄土区不同恢复年限草地群落生物量及根冠比对氮添加的响应

大气氮沉降增加作为全球变化的主要环境问题之一,已引发人们的广泛关注,持续的氮沉降对草地生态系统的组成、结构和功能产生重要影响。为深入了解草地恢复进程中群落生物量和根冠比对氮沉降的响应,以黄土区3个不同恢复年限（初期12a、中期28a和后期37a）的天然草地为研究对象,通过设置6个氮添加水平,CK （0）、N1（2.34g m^-2a^-1）、N2（4.67g m^-2a^-1）、N3（9.34g m^-2a^-1）、N4（18.68g m^-2a^-1）、N5（37.35g m^-2a^-1）来测定草地群落地上生物量、地下生物量和总生物量,并计算根冠比和氮响应效率（NRE）。结果表明：（1）地上生物量在恢复中期最大,随氮添加梯度增加,地上生物量在恢复初期和恢复后期呈不显著上升趋势,对氮添加表现为非线性的正响应（ΔNRE>0）,在恢复中期呈不显著下降趋势,对氮添加表现为非线性的负响应（ΔNRE<0）。（2）群落地下生物量对氮添加无显著响应,总生物量只有在恢复后期的N4添加水平下,与对照存在显著差异。（3）根冠比在恢复初期时,N3添加水平下显著高于对照和其他氮添加水平,其余恢复年限对氮添加无显著响应。综上所述,通过分析比较黄土区不同恢复年限草地群落的地上、地下及总生物量和根冠比对氮添加的响应。建议对该区域开展试点实验,实行适应性草地管理,如进行两年一次刈割或轻度放牧（2只羊/hm²）,来探寻更科学有效的管理措施,使草地实现系统性恢复,进而满足生态系统容量和社会需求的变化。     

长期施肥对黄土高原典型草原群落稳定性的影响及机制研究

施肥是当前草地生态系统最常见的人为干扰方式之一,可导致草地生物多样性和生态系统稳定性发生显著变化。该研究以黄土高原典型草原为研究对象,通过连续8年的氮肥(尿素)野外添加试验,分析不同氮肥处理(分别为0、5、10、20、40和80 g·m^-2)对草地群落稳定性的影响,并分析检验可能影响群落稳定性的四个潜在机制(物种多样性、物种同步性、投资组合效应和优势度),以明确施肥对群落稳定性的影响及其潜在机制,为黄土高原恢复草地的合理利用提供理论依据。结果表明:(1)随着施肥水平的增加,群落稳定性(S)降低,并在施肥处理为20 g·m^-2时开始极显著下降(P<0.01)。(2)施肥极显著降低了物种的丰富度(R)和优势度指数(D)(P<0.01),但物种同步性(B)和均值-方差的比例指数(z)并没有发生显著变化(P>0.05)。(3)物种丰富度(R)与群落稳定性(S)之间呈正相关关系,而优势度指数(D)与群落稳定性(S)不相关。研究认为,在人为施肥干扰下,黄土高原典型草原的物种丰富度下降导致群落稳定性下降,表明物种多样性对维持草地群落稳定具有重要作用。     

基于地理加权回归拓展模型的天然次生林碳储量空间分布

为精准获取区域尺度天然次生林的碳储量及其空间分布格局,以吉林省汪清林业局浪溪林场的天然次生林为研究对象,基于165块局级固定样地,以林分因子、地形因子和土壤因子为影响因子,将普通地理加权回归模型(GWR)作为基础,从空间维度、参数异质性特征和残差空间自相关性3个方面进行改进,构建7类拓展模型,即地理海拔加权回归模型(GAWR)、半参数地理加权回归模型(SGWR)、半参数地理海拔加权回归模型(SGAWR)、地理加权回归克里格模型(GWRK)、地理海拔加权回归克里格模型(GAWRK)、半参数地理加权回归克里格模型(SGWRK)和半参数地理海拔加权回归克里格模型(SGAWRK)。运用7类拓展模型对研究区的森林碳储量及其分布情况进行模拟估测,采用决定系数(R²)、均方误差(MSE)和赤池信息准则(AIC)对各种模型的拟合效果进行评价;最后,运用最优回归模型的拟合结果绘制森林碳储量空间分布图,分析研究区森林碳储量的分布规律。结果表明: 林分因子和地形因子对天然次生林碳储量产生了较大的影响,其中林分平均胸径是影响最大的变量,两者呈显著正相关;SGWR和SGAWR模型能够进一步降低GWR模型残差的空间自相关性;地理加权回归拓展模型能进一步提升GWR模型的拟合效果。其中,SGWRK模型具有最高的R²和最低的MSE和AIC。将海拔作为空间权重未能有效提高模型的拟合效果;浪溪林场森林总碳储量为205×10⁴ t,碳密度为8.56～145.74 t·hm^-2,平均值57.98 t·hm^-2,整体上呈现西北高、东南低,边缘高、内部低的分布格局。通过改进地理加权回归基础模型对参数异质性特征和残差空间自相关性的处理,可以更好地揭示研究区森林碳储量与相关变量间的空间关系,提升模型对区域尺度森林碳储量及其空间分布的估测精度。     

基于碳硫模块平衡策略的大肠杆菌高产L-半胱氨酸菌株构建

l-半胱氨酸是一种重要的含硫氨基酸,因其多样的生理功能,l-半胱氨酸在医药、化妆品和食品工业中有着广泛的应用。模块化代谢工程策略在细胞工厂的构建中具有极大的潜力。本研究利用碳硫模块协同表达策略进行大肠杆菌的l-半胱氨酸合成途径构建,构建了一株l-半胱氨酸合成基因工程菌。首先,通过增强l-半胱氨酸前体物质l-丝氨酸(serA^f、serB和serC^Cg)的生物合成以及转录调控因子CysB的表达,l-半胱氨酸的产量由0提高到(0.38±0.02)g/L。然后,通过促进l-半胱氨酸转运和无机硫源的吸收同化、减弱l-半胱氨酸和l-丝氨酸的降解以及异源表达cysE^f和cysB^St,l-半胱氨酸的产量提升至(3.82±0.01)g/L。最后,为了优化碳模块和硫模块的代谢通量,协同表达硫酸盐同化途径与硫代硫酸盐同化途径的基因cysM、nrdH、cysK以及cysIJ,得到l-半胱氨酸高产菌株。在500mL摇瓶和2L发酵罐中分别实现了(4.17±0.07)g/L和(11.94±0.1)g/L的l-半胱氨酸积累。研究结果表明,在细胞内通过对硫碳模块间代谢通量的协调控制,可以实现l-半胱氨酸的高效生物合成。研究结果为微生物发酵生产l-半胱氨酸的产业化奠定了基础。