《植物保護通論》課程中引入科學前沿的探索
——以昆蟲學習與記憶行為為例

周 游

（重慶三峽學院，重慶 404100）

0 引言

植物保護通論主要闡述植物有害生物的發生規律及防治技術，是植物生產類如農學、園藝、觀賞園藝、茶學、植物保護等專業的一門基礎性課程。要求學生通過理論學習與實踐，掌握病、蟲、螨、雜草、鼠等有害生物的基本概念、基礎理論知識，以及綜合治理的基本原理與方法；側重了解并掌握重要農作物有害生物的為害特點、鑒別與診斷方法、生物學與生態學特性、發生發展或流行規律，以及安全有效的防治技術，從而成為一名植物醫生以更好地保護植物。

在教學中通常會采用案例教學法、翻轉課堂、對分課堂等教學方法充分調動學生的學習主動性和積極性。然而在普通昆蟲學及普通植物病理學的基本理論部分，由于理論概念較多、內容相對較為陌生、課時限制等原因，教學效果往往不太理想。為了吸引學生的注意力、提高該部分內容的趣味性和教學效果，可以通過向學生介紹相應知識點的研究現狀、研究熱點和研究前沿的教學方式。因此，本文以將昆蟲的學習與記憶行為融入《植物保護通論》課程為例，介紹在教學中如何引入知識點的科學前沿，為促進類似理論性較強的課程提高教學效果提供有益借鑒。

1 昆蟲學習與記憶行為的融入過程

1.1 數據獲取與分析

以主題詞字段在Web of Science TM核心數據庫（WOS Core Database）進行基本檢索，檢索主題詞為“insect*and learn*and memor*”，文獻出版時間限定為1997～2017年，其他檢索選項保持默認，經過檢索總計獲得672條數據，檢索結果不再進一步限定全部納入后續分析。

1.2 該研究領域的時間分布

從時間分布來看，昆蟲學習與記憶研究領域大致可以分為3個階段。第一階段，1997～2001年，每年論文收錄數量為個位數；第二階段，2001～2008年，收錄論文數量由2001年的2篇增長至2008年的39篇，呈對數增長趨勢；第三階段，2008～2016年，收錄論文數量呈波浪式遞增趨勢，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習與記憶研究領域當前正處于穩定增長期。

1.3 該研究領域的國家和機構分布

從研究國家分布來看，該研究領域分散于全球28個國家或地區。發文數量排名前5的國家或地區分別為美國、德國、法國、英國、日本，排名10的國家或地區共計發表了670篇文章，占全部發文量的87.47%。美國和德國以發文量186篇排名第1和138篇排名第2，分別占總發文量的24.28%和18.02%，總計占全部發文量的42.30%，表明兩國在該研究領域具有絕對領先優勢。中國在該領域的研究相對較弱，總計發文量12篇，僅占全部發文量的1.57%，排名第10位，與發達國家之間存在較大差距。

從研究機構分布來看，該研究領域分散于全球72個研究機構。發文量前10的研究機構總計發表260篇論文，占全部被引文章數量的58.04%。排名前3的研究機構分別為 Free Univ Berlin、Univ Sussex 和 Univ Arizona，發文量分別為48、31和27篇。Free Univ Berlin排名第1，發文量48篇，居于領先地位；排名前10位的其他9個研究機構之間的發文數量差距不大，處于第二梯隊。該領域沒有中國的研究結構進入前10，表明我國在昆蟲的學習和記憶方面的研究還處于較薄弱的劣勢地位。

1.4 該研究領域的期刊、作者和文獻

從期刊分布來看，在該研究領域 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本期刊共計被引用 3714次，占全部 672篇文獻總被引用次數的35.70%，表明在昆蟲的學習和記憶研究領域這10本期刊可以被認定為該領域的核心關鍵期刊。

從作者分布來看，在該研究領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域具有較大的影響力。

從文獻分布來看，在該研究領域Giurfa M于2007年在期刊J COMP PHYSIOL A發表的一篇文獻被引頻次最高（61次），中心性為0.21，說明了這篇文獻是昆蟲學習和記憶領域的最有影響力的一篇文獻。其他中心性大于0.1的文獻也具有高的中心性，表明了它們處于該領域的學科知識基礎和研究主題的演進的重要地位。

1.5 該研究領域的研究熱點和研究前沿

通過術語和關鍵詞的共詞分析，在該研究領域有4個研究熱點。一是功能定位及分區：包括對蘑菇體、觸角葉的結構與功能的研究。該方向包含的關鍵詞有mushroom body、antennal lobe和brain等。二是模式生物研究：包括對果蠅、蜜蜂的學習能力和產生記憶機理方面的研究。當前果蠅和蜜蜂被認為是研究學習和記憶能力的模式生物，通過對其研究能夠揭示其他動物乃至高等動物的學習和記憶方面的復雜生物學機制。該方向包含的關鍵詞有honeybee和drosophila等。三是學習行為策略研究：昆蟲對外界刺激的學習具有不同的模式和策略。例如昆蟲的聯想式學習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。該方向包含的關鍵詞有learning和behavior等。四是記憶的時相劃分研究：果蠅通過學習產生的記憶，根據其維持的時間長短，可以分為短暫記憶（即麻醉敏感記憶）和長持續時間記憶。短暫記憶包括短時程記憶和中時程記憶，長持續時間記憶包括抗麻醉記憶和長時程記憶。昆蟲的記憶具有多時相模式，蜜蜂的一次學習能形成工作記憶、短時程和中時程記憶，多次間隔學習能夠形成長時程記憶。該方向包含的關鍵詞有long term memory。

通過術語和關鍵詞的共詞分析發現，在該領域有4個研究前沿。一是非模式生物研究：前沿研究中所采用的目標昆蟲由蜜蜂、果蠅等模式生物轉變為螞蟻、蟋蟀和美洲大蠊等物種。表明昆蟲的學習與記憶研究領域逐漸深入，將通過模式生物研究取得的研究成果應用到非模式生物研究中，以期對相關理論進行升華總結形成通論。該方向包含的關鍵詞有wood ant、desert ant、periplaneta americana等。二是聯想式學習記憶：喙伸反應是測試蜜蜂學習與記憶能力行為的經典方法，由Takeda于1961年提出。通過條件刺激和非條件刺激建立獎賞性或懲罰性學習方式，能夠使桔小實蠅建立聯想式嗅覺記憶。通過對棉鈴蟲低齡幼蟲進行花香揮發物的聯系式學習發現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系性學習表現較差，并且嗅覺偏好性變化與條件化訓練時長沒有明確關系。該方向包含的關鍵詞有proboscis extension response、honeybee、reward 等。三是分子及細胞水平機制的研究：昆蟲的學習與記憶研究經過長期的結構與功能、學習策略與途徑及記憶多時相模式等研究之后，進入了探討學習與記憶機理的階段。分子生物手段和細胞生物學手段受到研究人員的青睞。此外，農藥等化學物質的暴露對昆蟲學習和記憶能力的影響也開始受到重視。吡蟲啉等新煙堿農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農藥對授粉昆蟲蜜蜂的毒性一般為中高毒，會對蜜蜂的產卵行為、學習行為、采集行為等產生損害。該方向包含的關鍵詞有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時間記憶具有不同的機制，產生短時記憶的機制在于外部刺激使感覺神經元的每個動作電位所釋放的神經遞質量增加，進而改變已有突觸的強度，從而使反射增強；長時程記憶的形成不但需要新蛋白質的合成也需要新基因的轉錄。大量研究表明核轉錄因子CREB可以與啟動子cAMP反應元件結合，在長時記憶形成中起重要的調節作用。以往的研究多關注聯想式學習產生的長時記憶的機制，隨著研究深入，短暫記憶的形成機制受到重視。該方向包含的關鍵詞有short term memory。

2 總結與啟示

通過采用期刊、作者、被引用文獻的共引網絡及關鍵詞共現網絡分析等方法，對WOS核心數據庫收錄的672篇昆蟲學習與記憶行為的文章進行全面的文獻計量學分析得到了以下結果：

第一，昆蟲的學習與記憶研究處于穩定增長期。美國在該領域處于領先地位；中國在該領域研究力量薄弱，與其他發達國家之間存在較大差距。德國Free Univ Berlin在該研究領域處于優勢地位，排名前10的其他研究機構共同處于第二梯隊；中國在該領域無研究機構上榜，處于劣勢地位，需加強該領域的研究投入。

第二，該領域的核心期刊有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。該領域的重要經典文獻有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，該領域有4個研究熱點和4個研究前沿，分別是功能定位及分區、模式生物研究、學習行為策略、時相劃分研究和非模式生物研究、聯想式學習和記憶、分子及細胞水平機制研究、短暫記憶研究。

通過上述方式將昆蟲的學習與記憶行為融入《植物保護通論》課程，能夠起到以下有益效果，為類似知識點和課程提供了參考。首先學生可以學習到如何獲取學科領域的學術信息，為將來自學感興趣的知識提供了入口；其次通過從時間、國家和機構，期刊、作者和文獻，術語和關鍵詞等方面全面系統多角度地分析該領域，為學生提供了方法學參考；最后通過詳細介紹該領域的研究現狀、研究熱點和研究前沿方面的情況，學生能夠對該領域有比較清晰的掌握和認識，結合自身的興趣愛好和基礎，可以激發學生做好職業規劃。