《植物保護(hù)通論》課程中引入科學(xué)前沿的探索
——以昆蟲學(xué)習(xí)與記憶行為為例

周 游

（重慶三峽學(xué)院，重慶 404100）

0 引言

植物保護(hù)通論主要闡述植物有害生物的發(fā)生規(guī)律及防治技術(shù)，是植物生產(chǎn)類如農(nóng)學(xué)、園藝、觀賞園藝、茶學(xué)、植物保護(hù)等專業(yè)的一門基礎(chǔ)性課程。要求學(xué)生通過理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐，掌握病、蟲、螨、雜草、鼠等有害生物的基本概念、基礎(chǔ)理論知識(shí)，以及綜合治理的基本原理與方法；側(cè)重了解并掌握重要農(nóng)作物有害生物的為害特點(diǎn)、鑒別與診斷方法、生物學(xué)與生態(tài)學(xué)特性、發(fā)生發(fā)展或流行規(guī)律，以及安全有效的防治技術(shù)，從而成為一名植物醫(yī)生以更好地保護(hù)植物。

在教學(xué)中通常會(huì)采用案例教學(xué)法、翻轉(zhuǎn)課堂、對(duì)分課堂等教學(xué)方法充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。然而在普通昆蟲學(xué)及普通植物病理學(xué)的基本理論部分，由于理論概念較多、內(nèi)容相對(duì)較為陌生、課時(shí)限制等原因，教學(xué)效果往往不太理想。為了吸引學(xué)生的注意力、提高該部分內(nèi)容的趣味性和教學(xué)效果，可以通過向?qū)W生介紹相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的研究現(xiàn)狀、研究熱點(diǎn)和研究前沿的教學(xué)方式。因此，本文以將昆蟲的學(xué)習(xí)與記憶行為融入《植物保護(hù)通論》課程為例，介紹在教學(xué)中如何引入知識(shí)點(diǎn)的科學(xué)前沿，為促進(jìn)類似理論性較強(qiáng)的課程提高教學(xué)效果提供有益借鑒。

1 昆蟲學(xué)習(xí)與記憶行為的融入過程

1.1 數(shù)據(jù)獲取與分析

以主題詞字段在Web of Science TM核心數(shù)據(jù)庫（WOS Core Database）進(jìn)行基本檢索，檢索主題詞為“insect*and learn*and memor*”，文獻(xiàn)出版時(shí)間限定為1997～2017年，其他檢索選項(xiàng)保持默認(rèn)，經(jīng)過檢索總計(jì)獲得672條數(shù)據(jù)，檢索結(jié)果不再進(jìn)一步限定全部納入后續(xù)分析。

1.2 該研究領(lǐng)域的時(shí)間分布

從時(shí)間分布來看，昆蟲學(xué)習(xí)與記憶研究領(lǐng)域大致可以分為3個(gè)階段。第一階段，1997～2001年，每年論文收錄數(shù)量為個(gè)位數(shù)；第二階段，2001～2008年，收錄論文數(shù)量由2001年的2篇增長至2008年的39篇，呈對(duì)數(shù)增長趨勢(shì)；第三階段，2008～2016年，收錄論文數(shù)量呈波浪式遞增趨勢(shì)，最低為2008年的39篇，最高為2012年的65篇，9年論文平均收錄量為52.3篇。以上分析表明了昆蟲學(xué)習(xí)與記憶研究領(lǐng)域當(dāng)前正處于穩(wěn)定增長期。

1.3 該研究領(lǐng)域的國家和機(jī)構(gòu)分布

從研究國家分布來看，該研究領(lǐng)域分散于全球28個(gè)國家或地區(qū)。發(fā)文數(shù)量排名前5的國家或地區(qū)分別為美國、德國、法國、英國、日本，排名10的國家或地區(qū)共計(jì)發(fā)表了670篇文章，占全部發(fā)文量的87.47%。美國和德國以發(fā)文量186篇排名第1和138篇排名第2，分別占總發(fā)文量的24.28%和18.02%，總計(jì)占全部發(fā)文量的42.30%，表明兩國在該研究領(lǐng)域具有絕對(duì)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。中國在該領(lǐng)域的研究相對(duì)較弱，總計(jì)發(fā)文量12篇，僅占全部發(fā)文量的1.57%，排名第10位，與發(fā)達(dá)國家之間存在較大差距。

從研究機(jī)構(gòu)分布來看，該研究領(lǐng)域分散于全球72個(gè)研究機(jī)構(gòu)。發(fā)文量前10的研究機(jī)構(gòu)總計(jì)發(fā)表260篇論文，占全部被引文章數(shù)量的58.04%。排名前3的研究機(jī)構(gòu)分別為 Free Univ Berlin、Univ Sussex 和 Univ Arizona，發(fā)文量分別為48、31和27篇。Free Univ Berlin排名第1，發(fā)文量48篇，居于領(lǐng)先地位；排名前10位的其他9個(gè)研究機(jī)構(gòu)之間的發(fā)文數(shù)量差距不大，處于第二梯隊(duì)。該領(lǐng)域沒有中國的研究結(jié)構(gòu)進(jìn)入前10，表明我國在昆蟲的學(xué)習(xí)和記憶方面的研究還處于較薄弱的劣勢(shì)地位。

1.4 該研究領(lǐng)域的期刊、作者和文獻(xiàn)

從期刊分布來看，在該研究領(lǐng)域 NATURE、SCIENCE、J COMP PHYSIOL A、J NEUROSCI、P NATL ACAD SCI USA、J EXP BIOL、LEARN MEMORY、CURR BIOL、J COMP NEUROL和NEURON這10本期刊共計(jì)被引用 3714次，占全部 672篇文獻(xiàn)總被引用次數(shù)的35.70%，表明在昆蟲的學(xué)習(xí)和記憶研究領(lǐng)域這10本期刊可以被認(rèn)定為該領(lǐng)域的核心關(guān)鍵期刊。

從作者分布來看，在該研究領(lǐng)域高被引作者之間的聚類界限非常不明顯，表明了高被引作者的研究方向具有較高的相近性。前9位高被引作者包括Menzel R、Heisenberg M、Giurfa M、Hammer M、Bitterman ME、Strausfeld NJ、Davis RL、Collett TS、Farris SM 和 Mizunami M，其共被引頻次分別為285、162、161、146、138、113、103、89、89和88，表明這些高被引作者的研究在該領(lǐng)域具有較大的影響力。

從文獻(xiàn)分布來看，在該研究領(lǐng)域Giurfa M于2007年在期刊J COMP PHYSIOL A發(fā)表的一篇文獻(xiàn)被引頻次最高（61次），中心性為0.21，說明了這篇文獻(xiàn)是昆蟲學(xué)習(xí)和記憶領(lǐng)域的最有影響力的一篇文獻(xiàn)。其他中心性大于0.1的文獻(xiàn)也具有高的中心性，表明了它們處于該領(lǐng)域的學(xué)科知識(shí)基礎(chǔ)和研究主題的演進(jìn)的重要地位。

1.5 該研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和研究前沿

通過術(shù)語和關(guān)鍵詞的共詞分析，在該研究領(lǐng)域有4個(gè)研究熱點(diǎn)。一是功能定位及分區(qū)：包括對(duì)蘑菇體、觸角葉的結(jié)構(gòu)與功能的研究。該方向包含的關(guān)鍵詞有mushroom body、antennal lobe和brain等。二是模式生物研究：包括對(duì)果蠅、蜜蜂的學(xué)習(xí)能力和產(chǎn)生記憶機(jī)理方面的研究。當(dāng)前果蠅和蜜蜂被認(rèn)為是研究學(xué)習(xí)和記憶能力的模式生物，通過對(duì)其研究能夠揭示其他動(dòng)物乃至高等動(dòng)物的學(xué)習(xí)和記憶方面的復(fù)雜生物學(xué)機(jī)制。該方向包含的關(guān)鍵詞有honeybee和drosophila等。三是學(xué)習(xí)行為策略研究：昆蟲對(duì)外界刺激的學(xué)習(xí)具有不同的模式和策略。例如昆蟲的聯(lián)想式學(xué)習(xí)記憶具有嗅覺與味覺、嗅覺與痛覺、視覺與味覺、嗅覺與視覺等多種雙通道范式。該方向包含的關(guān)鍵詞有l(wèi)earning和behavior等。四是記憶的時(shí)相劃分研究：果蠅通過學(xué)習(xí)產(chǎn)生的記憶，根據(jù)其維持的時(shí)間長短，可以分為短暫記憶（即麻醉敏感記憶）和長持續(xù)時(shí)間記憶。短暫記憶包括短時(shí)程記憶和中時(shí)程記憶，長持續(xù)時(shí)間記憶包括抗麻醉記憶和長時(shí)程記憶。昆蟲的記憶具有多時(shí)相模式，蜜蜂的一次學(xué)習(xí)能形成工作記憶、短時(shí)程和中時(shí)程記憶，多次間隔學(xué)習(xí)能夠形成長時(shí)程記憶。該方向包含的關(guān)鍵詞有l(wèi)ong term memory。

通過術(shù)語和關(guān)鍵詞的共詞分析發(fā)現(xiàn)，在該領(lǐng)域有4個(gè)研究前沿。一是非模式生物研究：前沿研究中所采用的目標(biāo)昆蟲由蜜蜂、果蠅等模式生物轉(zhuǎn)變?yōu)槲浵?、蟋蟀和美洲大蠊等物種。表明昆蟲的學(xué)習(xí)與記憶研究領(lǐng)域逐漸深入，將通過模式生物研究取得的研究成果應(yīng)用到非模式生物研究中，以期對(duì)相關(guān)理論進(jìn)行升華總結(jié)形成通論。該方向包含的關(guān)鍵詞有wood ant、desert ant、periplaneta americana等。二是聯(lián)想式學(xué)習(xí)記憶：喙伸反應(yīng)是測(cè)試蜜蜂學(xué)習(xí)與記憶能力行為的經(jīng)典方法，由Takeda于1961年提出。通過條件刺激和非條件刺激建立獎(jiǎng)賞性或懲罰性學(xué)習(xí)方式，能夠使桔小實(shí)蠅建立聯(lián)想式嗅覺記憶。通過對(duì)棉鈴蟲低齡幼蟲進(jìn)行花香揮發(fā)物的聯(lián)系式學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)和同種的成蟲以及若蟲期比較活潑的其他種類相比，棉鈴蟲低齡幼蟲嗅覺聯(lián)系性學(xué)習(xí)表現(xiàn)較差，并且嗅覺偏好性變化與條件化訓(xùn)練時(shí)長沒有明確關(guān)系。該方向包含的關(guān)鍵詞有proboscis extension response、honeybee、reward 等。三是分子及細(xì)胞水平機(jī)制的研究：昆蟲的學(xué)習(xí)與記憶研究經(jīng)過長期的結(jié)構(gòu)與功能、學(xué)習(xí)策略與途徑及記憶多時(shí)相模式等研究之后，進(jìn)入了探討學(xué)習(xí)與記憶機(jī)理的階段。分子生物手段和細(xì)胞生物學(xué)手段受到研究人員的青睞。此外，農(nóng)藥等化學(xué)物質(zhì)的暴露對(duì)昆蟲學(xué)習(xí)和記憶能力的影響也開始受到重視。吡蟲啉等新煙堿農(nóng)藥作用于昆蟲的煙堿型乙酰膽堿酯酶，研究表明新煙堿類化學(xué)農(nóng)藥對(duì)授粉昆蟲蜜蜂的毒性一般為中高毒，會(huì)對(duì)蜜蜂的產(chǎn)卵行為、學(xué)習(xí)行為、采集行為等產(chǎn)生損害。該方向包含的關(guān)鍵詞有kenyon cell、molecular mechanism、nicotinic acetylcholine receptor。四是短暫記憶研究：昆蟲的短暫記憶和長持續(xù)時(shí)間記憶具有不同的機(jī)制，產(chǎn)生短時(shí)記憶的機(jī)制在于外部刺激使感覺神經(jīng)元的每個(gè)動(dòng)作電位所釋放的神經(jīng)遞質(zhì)量增加，進(jìn)而改變已有突觸的強(qiáng)度，從而使反射增強(qiáng)；長時(shí)程記憶的形成不但需要新蛋白質(zhì)的合成也需要新基因的轉(zhuǎn)錄。大量研究表明核轉(zhuǎn)錄因子CREB可以與啟動(dòng)子cAMP反應(yīng)元件結(jié)合，在長時(shí)記憶形成中起重要的調(diào)節(jié)作用。以往的研究多關(guān)注聯(lián)想式學(xué)習(xí)產(chǎn)生的長時(shí)記憶的機(jī)制，隨著研究深入，短暫記憶的形成機(jī)制受到重視。該方向包含的關(guān)鍵詞有short term memory。

2 總結(jié)與啟示

通過采用期刊、作者、被引用文獻(xiàn)的共引網(wǎng)絡(luò)及關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析等方法，對(duì)WOS核心數(shù)據(jù)庫收錄的672篇昆蟲學(xué)習(xí)與記憶行為的文章進(jìn)行全面的文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)分析得到了以下結(jié)果：

第一，昆蟲的學(xué)習(xí)與記憶研究處于穩(wěn)定增長期。美國在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位；中國在該領(lǐng)域研究力量薄弱，與其他發(fā)達(dá)國家之間存在較大差距。德國Free Univ Berlin在該研究領(lǐng)域處于優(yōu)勢(shì)地位，排名前10的其他研究機(jī)構(gòu)共同處于第二梯隊(duì)；中國在該領(lǐng)域無研究機(jī)構(gòu)上榜，處于劣勢(shì)地位，需加強(qiáng)該領(lǐng)域的研究投入。

第二，該領(lǐng)域的核心期刊有NATURE、SCIENCE、J COMP PHYSIOL A、J NEUROSCI、P NATL ACAD SCI USA、J EXP BIOL、LEARN MEMORY、CURR BIOL、J COMP NEUROL、NEURON等。該領(lǐng)域的重要經(jīng)典文獻(xiàn)有Behavioral and neural analysis of associative learning in the honeybee:a taste from the magic well等中心性≥0.1的高被引頻次文章。

第三，該領(lǐng)域有4個(gè)研究熱點(diǎn)和4個(gè)研究前沿，分別是功能定位及分區(qū)、模式生物研究、學(xué)習(xí)行為策略、時(shí)相劃分研究和非模式生物研究、聯(lián)想式學(xué)習(xí)和記憶、分子及細(xì)胞水平機(jī)制研究、短暫記憶研究。

通過上述方式將昆蟲的學(xué)習(xí)與記憶行為融入《植物保護(hù)通論》課程，能夠起到以下有益效果，為類似知識(shí)點(diǎn)和課程提供了參考。首先學(xué)生可以學(xué)習(xí)到如何獲取學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)術(shù)信息，為將來自學(xué)感興趣的知識(shí)提供了入口；其次通過從時(shí)間、國家和機(jī)構(gòu)，期刊、作者和文獻(xiàn)，術(shù)語和關(guān)鍵詞等方面全面系統(tǒng)多角度地分析該領(lǐng)域，為學(xué)生提供了方法學(xué)參考；最后通過詳細(xì)介紹該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、研究熱點(diǎn)和研究前沿方面的情況，學(xué)生能夠?qū)υ擃I(lǐng)域有比較清晰的掌握和認(rèn)識(shí)，結(jié)合自身的興趣愛好和基礎(chǔ)，可以激發(fā)學(xué)生做好職業(yè)規(guī)劃。