结合生物学学科特点,利用"宏观—微观—符号"三重表征理论开展基因连锁和交换定律教学,在新知获取中实现3个表征水平的结合与转化,并将此理论应用于生活中的真实情境来解决实际问题,落实学生核心素养的培养.

目的 基于中药超分子"气析"理论结合化学计量学对广西莪术和蓬莪术挥发油成分"印迹模板"的特征进行分析和研究.方法 采用水蒸气蒸馏法提取广西莪术和蓬莪术挥发油,并用气质联用法建立其指纹图谱.应用总量统计矩法对2种莪术"印迹模板"的印迹性进行对比;计算各批莪术挥发油的物芯指数(CI),结合化学计量学对2种莪术"印迹模板"的拓扑结构特征进行对比.结果 广西莪术和蓬莪术的挥发油提取率无明显差异;两者的总量零阶矩分别为(1.907±0.177)×108、(1.979±0.413)×108 μV·s,表明两者挥发油成分总含量无明显差异;总量一阶矩分别为(30.969±0.962)、(33.198±0.409)min,总量二阶矩分别为(56.176±11.368)、(43.891±4.113)min2,表明两者挥发油成分含量配比及种类有显著差异;2种莪术总量统计矩相似度大多低于界定值,表明两者挥发油的整体化学成分与其构成比存在差异性;主成分分析和正交偏最小二乘-判别分析可明显将广西莪术和蓬莪术分为两类;通过P值与变量重要性投影值分析,确定广西莪术和蓬莪术的Xvp四阶、Xvpc五阶、Xvpc六阶、Xvpc七阶、Xvc三阶、Xvpc四阶6个阶数的CI值为主要差异性数值.结论 通过对中药超分子"印迹模板"进行"印迹性"及"拓扑特征"的表征并结合化学计量学分析可成功区分广西莪术和蓬莪术,并找到2种莪术"印迹模板"差异性的CI值.

目的 研究多花黄精精制多糖的结构特征并探究其抗疲劳及改善肠道菌作用,为以多花黄精精制多糖为功能性成分的产品开发提供理论依据.方法 采用PMP柱前衍生化-高效液相色谱法、三甲基硅醚衍生化-气相色谱法等方法对多花黄精精制多糖进行化学表征;采用小鼠负重游泳试验结合生化指标评价其抗疲劳作用;采用 16S rRNA肠道菌群测序研究多花黄精精制多糖的改善肠道菌作用.结果 获得的多花黄精精制多糖是一种果聚糖产物,且含有少量葡萄糖(Glc)、半乳糖(Gal)、阿拉伯糖(Ara)、甘露糖(Man)、鼠李糖(Rha)和半乳糖醛酸(GalA),其相对分子质量在 0.4～285 kDa内,主要组分的分子量在 3 kDa左右.与模型组比较,多花黄精精制多糖高剂量组能明显延长小鼠的力竭游泳时间(P＜0.01),降低血清中BUN、UA水平,显著降低肌肉组织中LA(P＜0.01)和MDA水平(P＜0.05);显著提高肝脏组织中SOD(P＜0.01)活性,GSH-Px(P＜0.001)和CAT(P＜0.05)水平.与空白对照组相比,多花黄精精制多糖低剂量组能够上调小鼠粪便微生物中益生菌伊格尔兹氏菌属(g_unclassified_f_Eggerthelaceae)和魏斯氏菌属(g_Weissella)相对丰度(P＜0.05).结论 确定了多花黄精精制多糖的化学组成,并证明了该多糖具有较好的抗疲劳功效,能促进肠道中益生菌生长,为以多花黄精精制多糖作为功能性成分的产品开发提供依据.

运用宏观、微观、符号3个层面表征知识能够有效促进学生对概念的深层认知和迁移应用,以"蛋白质是生命活动的主要承担者"为例,基于三重表征理论,引导学生宏观认识蛋白质的功能,微观辨析蛋白质的结构,在不同符号化表征的灵活转换中,全面构建知识框架,形成认识生物大分子的基本思路和方法,突出三重表征理论在帮助学生认识生物大分子、发展学生生物学学科核心素养的重要作用.

透明病理是随着病理学分子化、数字化、智能化而发展起来的有望改变未来病理学实践的新理论.它基于跨尺度、非侵入性的多模态分子成像技术,来实现活体内病理生理信息在时空动态上的可视化、表征及测量.透明病理不仅有望弥补传统活检的缺陷,还能综合形态、结构、功能、代谢等多维信息来全面评估病理生理信息以及探索疾病机制.目前,透明病理学正处于不断发展的阶段,人工智能技术在其中有着巨大的应用潜力.本文首先阐述了透明病理学在病理学发展中作为影像分子化与病理数字化融合方向的重要意义,然后,分别梳理了人工智能技术在分子影像学和数字病理学发展中的应用,进而举例探讨了三种可能推动透明病理学实践的人工智能技术.最后对透明病理学实践发展中的挑战进行了总结及展望.本文首次以综述的方式探讨了有望推动透明病理学发展的人工智能技术,以期促进透明病理的基础理论研究向临床研究转化,为精准医疗的实现提供强有力的支持.

高脂血症是常见慢性疾病,进行疾病预警并提前干预是降低发病率的关键手段.本文旨在探索一种新的"治未病"研究范式,通过生物信息与机器学习的结合,系统理解高脂血症"治未病"的现代医学内涵.基于高脂血症"三态四浊"理论的预警体系,重点关注从"欲病态"到"已病态"人体体征、血液、尿液以及粪便的生物信息从"清"到"浊"的动态变化过程.通过高脂血症"欲病态"的多维动态数据,揭示高脂血症从"欲病态"到"已病态"的临界转变规律,通过数学模型量化"欲病态"以进行疾病风险预警,为理解高脂血症发病机制、预判高脂血症发病与进展、实现精准预防以及开发诊疗新技术提供新的研究思路.

以"三重表征"理论为经线,阐释"三重表征"的含义,介绍其在生物学教学中的应用策略;以"三重表征"理论应用为纬线,引导学生以"宏观—微观—符号"的顺序循序渐进学习蛋白质的相关知识,自主探究蛋白质的种类和功能多样性,深刻理解"蛋白质是生命活动的主要承担者"这一概念.

长江经济带是重大国家战略发展区域,优化其国土空间开发保护格局是实现生态文明建设的重要内容.研究基于"核心点-发展轴-战略区"的框架,通过国土空间利用强度表征指标及夜间灯光数据识别发展核心点,借助有序加权平均算法模拟多种决策愿景下的空间发展阻力面,运用最小累积阻力模型和电路理论模型识别空间发展轴线及其内部的开发保护战略区,定量构建不同决策偏好的空间格局优化方案,突破了传统研究中单一目标和定性分析的局限.结果表明:长江经济带国土空间发展核心点共63个,约占区域总面积的5％,呈现自东向西递减的空间分布特征;城镇扩张、协同发展和生态约束三类情景下发展轴线均为61条,所覆盖的县级单元分别占总数的36.6％、36.5和36.7％,呈现出"一横三纵"的格局特征;城镇扩张、协同发展和生态约束三类情景下开发战略区分别占轴线面积的4.5％、4.9％、4.8％,多分布于长江干流及其支流沿线.保护战略区分别占轴线面积的17.1％、13.9％、15.3％,主要分布于长江南岸区域.在此基础上形成的国土空间开发保护格局基础架构,能够为落实长江经济带"共抓大保护、不搞大开发"提供决策参考.

视觉记忆系统主要由视觉长时记忆与视觉工作记忆组成,是人类信息存储的重要方式.自从Baddeley提出工作记忆的多成分模型以来,视觉工作记忆独立于长时记忆系统的观点一直占据着主导地位.然而,新的理论证据则支持两者之间具有紧密联系.基于所存储的信息具有不同表征状态的三嵌套成分模型,就把长时记忆与工作记忆纳入到一个统一的记忆系统中.一方面,视觉长时记忆能够利用其持久存储的性质来支持工作记忆的运作;另一方面,来自神经影像的证据也表明两者涉及共同的神经机制,并且整个视觉记忆系统呈现出从初级感觉皮层向前额叶皮层逐步递进的加工方式.同时,本文也为二者关系的未来研究提供展望.

“三重表征”理论中宏观、微观和符号的表征及相互转化对提升学生科学思维能力有着重要的作用.笔者尝试利用“三重表征”理论进行“基因自由组合定律”教学,探索提升学生科学思维能力的教学形态.