《植物保护通论》课程中引入科学前沿的探索——以昆虫学习与记忆行为为例

周 游

（重庆三峡学院，重庆 404100）

0 引言

植物保护通论主要阐述植物有害生物的发生规律及防治技术，是植物生产类如农学、园艺、观赏园艺、茶学、植物保护等专业的一门基础性课程。要求学生通过理论学习与实践，掌握病、虫、螨、杂草、鼠等有害生物的基本概念、基础理论知识，以及综合治理的基本原理与方法；侧重了解并掌握重要农作物有害生物的为害特点、鉴别与诊断方法、生物学与生态学特性、发生发展或流行规律，以及安全有效的防治技术，从而成为一名植物医生以更好地保护植物。

在教学中通常会采用案例教学法、翻转课堂、对分课堂等教学方法充分调动学生的学习主动性和积极性。然而在普通昆虫学及普通植物病理学的基本理论部分，由于理论概念较多、内容相对较为陌生、课时限制等原因，教学效果往往不太理想。为了吸引学生的注意力、提高该部分内容的趣味性和教学效果，可以通过向学生介绍相应知识点的研究现状、研究热点和研究前沿的教学方式。因此，本文以将昆虫的学习与记忆行为融入《植物保护通论》课程为例，介绍在教学中如何引入知识点的科学前沿，为促进类似理论性较强的课程提高教学效果提供有益借鉴。

1 昆虫学习与记忆行为的融入过程

1.1 数据获取与分析

以主题词字段在Web of Science TM核心数据库（WOS Core Database）进行基本检索，检索主题词为“insect*and learn*and memor*”，文献出版时间限定为1997～2017年，其他检索选项保持默认，经过检索总计获得672条数据，检索结果不再进一步限定全部纳入后续分析。

1.2 该研究领域的时间分布

从时间分布来看，昆虫学习与记忆研究领域大致可以分为3个阶段。第一阶段，1997～2001年，每年论文收录数量为个位数；第二阶段，2001～2008年，收录论文数量由2001年的2篇增长至2008年的39篇，呈对数增长趋势；第三阶段，2008～2016年，收录论文数量呈波浪式递增趋势，最低为2008年的39篇，最高为2012年的65篇，9年论文平均收录量为52.3篇。以上分析表明了昆虫学习与记忆研究领域当前正处于稳定增长期。

1.3 该研究领域的国家和机构分布

从研究国家分布来看，该研究领域分散于全球28个国家或地区。发文数量排名前5的国家或地区分别为美国、德国、法国、英国、日本，排名10的国家或地区共计发表了670篇文章，占全部发文量的87.47%。美国和德国以发文量186篇排名第1和138篇排名第2，分别占总发文量的24.28%和18.02%，总计占全部发文量的42.30%，表明两国在该研究领域具有绝对领先优势。中国在该领域的研究相对较弱，总计发文量12篇，仅占全部发文量的1.57%，排名第10位，与发达国家之间存在较大差距。

从研究机构分布来看，该研究领域分散于全球72个研究机构。发文量前10的研究机构总计发表260篇论文，占全部被引文章数量的58.04%。排名前3的研究机构分别为 Free Univ Berlin、Univ Sussex 和 Univ Arizona，发文量分别为48、31和27篇。Free Univ Berlin排名第1，发文量48篇，居于领先地位；排名前10位的其他9个研究机构之间的发文数量差距不大，处于第二梯队。该领域没有中国的研究结构进入前10，表明我国在昆虫的学习和记忆方面的研究还处于较薄弱的劣势地位。

1.4 该研究领域的期刊、作者和文献

从期刊分布来看，在该研究领域 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这10本期刊共计被引用 3714次，占全部 672篇文献总被引用次数的35.70%，表明在昆虫的学习和记忆研究领域这10本期刊可以被认定为该领域的核心关键期刊。

从作者分布来看，在该研究领域高被引作者之间的聚类界限非常不明显，表明了高被引作者的研究方向具有较高的相近性。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，其共被引频次分别为285、162、161、146、138、113、103、89、89和88，表明这些高被引作者的研究在该领域具有较大的影响力。

从文献分布来看，在该研究领域Giurfa M于2007年在期刊J COMP PHYSIOL A发表的一篇文献被引频次最高（61次），中心性为0.21，说明了这篇文献是昆虫学习和记忆领域的最有影响力的一篇文献。其他中心性大于0.1的文献也具有高的中心性，表明了它们处于该领域的学科知识基础和研究主题的演进的重要地位。

1.5 该研究领域的研究热点和研究前沿

通过术语和关键词的共词分析，在该研究领域有4个研究热点。一是功能定位及分区：包括对蘑菇体、触角叶的结构与功能的研究。该方向包含的关键词有mushroom body、antennal lobe和brain等。二是模式生物研究：包括对果蝇、蜜蜂的学习能力和产生记忆机理方面的研究。当前果蝇和蜜蜂被认为是研究学习和记忆能力的模式生物，通过对其研究能够揭示其他动物乃至高等动物的学习和记忆方面的复杂生物学机制。该方向包含的关键词有honeybee和drosophila等。三是学习行为策略研究：昆虫对外界刺激的学习具有不同的模式和策略。例如昆虫的联想式学习记忆具有嗅觉与味觉、嗅觉与痛觉、视觉与味觉、嗅觉与视觉等多种双通道范式。该方向包含的关键词有learning和behavior等。四是记忆的时相划分研究：果蝇通过学习产生的记忆，根据其维持的时间长短，可以分为短暂记忆（即麻醉敏感记忆）和长持续时间记忆。短暂记忆包括短时程记忆和中时程记忆，长持续时间记忆包括抗麻醉记忆和长时程记忆。昆虫的记忆具有多时相模式，蜜蜂的一次学习能形成工作记忆、短时程和中时程记忆，多次间隔学习能够形成长时程记忆。该方向包含的关键词有long term memory。

通过术语和关键词的共词分析发现，在该领域有4个研究前沿。一是非模式生物研究：前沿研究中所采用的目标昆虫由蜜蜂、果蝇等模式生物转变为蚂蚁、蟋蟀和美洲大蠊等物种。表明昆虫的学习与记忆研究领域逐渐深入，将通过模式生物研究取得的研究成果应用到非模式生物研究中，以期对相关理论进行升华总结形成通论。该方向包含的关键词有wood ant、desert ant、periplaneta americana等。二是联想式学习记忆：喙伸反应是测试蜜蜂学习与记忆能力行为的经典方法，由Takeda于1961年提出。通过条件刺激和非条件刺激建立奖赏性或惩罚性学习方式，能够使桔小实蝇建立联想式嗅觉记忆。通过对棉铃虫低龄幼虫进行花香挥发物的联系式学习发现和同种的成虫以及若虫期比较活泼的其他种类相比，棉铃虫低龄幼虫嗅觉联系性学习表现较差，并且嗅觉偏好性变化与条件化训练时长没有明确关系。该方向包含的关键词有proboscis extension response、honeybee、reward 等。三是分子及细胞水平机制的研究：昆虫的学习与记忆研究经过长期的结构与功能、学习策略与途径及记忆多时相模式等研究之后，进入了探讨学习与记忆机理的阶段。分子生物手段和细胞生物学手段受到研究人员的青睐。此外，农药等化学物质的暴露对昆虫学习和记忆能力的影响也开始受到重视。吡虫啉等新烟碱农药作用于昆虫的烟碱型乙酰胆碱酯酶，研究表明新烟碱类化学农药对授粉昆虫蜜蜂的毒性一般为中高毒，会对蜜蜂的产卵行为、学习行为、采集行为等产生损害。该方向包含的关键词有kenyon cell、molecular mechanism、nicotinic acetylcholine receptor。四是短暂记忆研究：昆虫的短暂记忆和长持续时间记忆具有不同的机制，产生短时记忆的机制在于外部刺激使感觉神经元的每个动作电位所释放的神经递质量增加，进而改变已有突触的强度，从而使反射增强；长时程记忆的形成不但需要新蛋白质的合成也需要新基因的转录。大量研究表明核转录因子CREB可以与启动子cAMP反应元件结合，在长时记忆形成中起重要的调节作用。以往的研究多关注联想式学习产生的长时记忆的机制，随着研究深入，短暂记忆的形成机制受到重视。该方向包含的关键词有short term memory。

2 总结与启示

通过采用期刊、作者、被引用文献的共引网络及关键词共现网络分析等方法，对WOS核心数据库收录的672篇昆虫学习与记忆行为的文章进行全面的文献计量学分析得到了以下结果：

第一，昆虫的学习与记忆研究处于稳定增长期。美国在该领域处于领先地位；中国在该领域研究力量薄弱，与其他发达国家之间存在较大差距。德国Free Univ Berlin在该研究领域处于优势地位，排名前10的其他研究机构共同处于第二梯队；中国在该领域无研究机构上榜，处于劣势地位，需加强该领域的研究投入。

第二，该领域的核心期刊有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。该领域的重要经典文献有Behavioral and neural analysis of associative learning in the honeybee:a taste from the magic well等中心性≥0.1的高被引频次文章。

第三，该领域有4个研究热点和4个研究前沿，分别是功能定位及分区、模式生物研究、学习行为策略、时相划分研究和非模式生物研究、联想式学习和记忆、分子及细胞水平机制研究、短暂记忆研究。

通过上述方式将昆虫的学习与记忆行为融入《植物保护通论》课程，能够起到以下有益效果，为类似知识点和课程提供了参考。首先学生可以学习到如何获取学科领域的学术信息，为将来自学感兴趣的知识提供了入口；其次通过从时间、国家和机构，期刊、作者和文献，术语和关键词等方面全面系统多角度地分析该领域，为学生提供了方法学参考；最后通过详细介绍该领域的研究现状、研究热点和研究前沿方面的情况，学生能够对该领域有比较清晰的掌握和认识，结合自身的兴趣爱好和基础，可以激发学生做好职业规划。