時(shí)間：2023-07-03 16:08:01
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關(guān)鍵詞：生物科學(xué)；核心課程；邏輯關(guān)系
中圖分類號：G633.91
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）21-0130-03
1 引言
生物化學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、基因工程學(xué)是生物科學(xué)專業(yè)的核心課程，由于它們相互聯(lián)系，交叉滲透，因此存在邏輯關(guān)系不清，課程內(nèi)容重疊較多等問題，例如原核生物和真核生物基因表達(dá)調(diào)控在生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)都有介紹，基因工程原理在分子生物學(xué)、基因工程學(xué)中都有介紹，導(dǎo)致教師教學(xué)內(nèi)容難以起舍，課程順序難以安排。要理順生物化學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、基因工程學(xué)的邏輯關(guān)系，確定各課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)順序，必須把其定義，研究內(nèi)容，發(fā)展歷史動(dòng)態(tài)結(jié)合起來。
2 生物科學(xué)專業(yè)核心課程概述
2.1 生物化學(xué)
生物化學(xué)是運(yùn)用化學(xué)的理論和方法研究生物分子結(jié)構(gòu)與功能、物質(zhì)代謝及遺傳信息傳遞與調(diào)控規(guī)律的科學(xué)。
生物化學(xué)是生命科學(xué)中最古老的學(xué)科之一。 隨著生命科學(xué)的發(fā)展，各學(xué)科相互滲透。18世紀(jì)，一些從事化學(xué)研究的科學(xué)家轉(zhuǎn)向生物領(lǐng)域，為生物化學(xué)的誕生播下了種子。19世紀(jì)末，生物化學(xué)從生理化學(xué)中獨(dú)立。20世紀(jì)中后期又從生物化學(xué)分離出部分內(nèi)容與遺傳學(xué)部分內(nèi)容結(jié)合為分子生物學(xué)，然后，分子生物學(xué)基因操作部分獨(dú)立出來，形成基因工程學(xué)。
1920年以前，生物化學(xué)研究內(nèi)容以分析生物體的化學(xué)組成、性質(zhì)和含量為主，稱為靜態(tài)生物化學(xué)時(shí)期。
1920年-1950年，隨著同位素示蹤技術(shù)、色譜技術(shù)等物理學(xué)手段的廣泛應(yīng)用，生物化學(xué)從單純的組成分析深入到物質(zhì)代謝、能量轉(zhuǎn)化，如：光合作用、生物氧化、糖、脂肪、蛋白質(zhì)代謝等領(lǐng)域。這是生物化學(xué)飛速發(fā)展的時(shí)期，稱為動(dòng)態(tài)生物化學(xué)時(shí)期。
1950年以后，蛋白質(zhì)化學(xué)和和核酸化學(xué)進(jìn)展迅速，生物化學(xué)進(jìn)入了分子生物學(xué)時(shí)期。分子生物學(xué)的發(fā)展揭示了生命本質(zhì)的高度有序性和一致性，是人類在認(rèn)識的巨大飛躍。根據(jù)生物化學(xué)的定義和歷史，生物化學(xué)研究的內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面。
2.1.1 生物的物質(zhì)組成
生物是由一定的物質(zhì)按特定的方式組成的，直到今天，新物質(zhì)仍不斷被發(fā)現(xiàn)。如陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的干擾素、環(huán)核苷一磷酸、鈣調(diào)蛋白、粘連蛋白、外源凝集素等都具有重要的生物學(xué)功能。另一方面，早已熟知的化合物也發(fā)現(xiàn)了新的功能，如20世紀(jì)50年代才知道肉堿是一種生長因子，而到60年代又發(fā)現(xiàn)其是生物氧化的載體。
2.1.2 物質(zhì)代謝
生物體內(nèi)絕大部分物質(zhì)代謝是在酶催化下進(jìn)行的，具有高度自動(dòng)調(diào)節(jié)能力。一個(gè)小小的細(xì)胞內(nèi)，有近2000種酶，在同一時(shí)間內(nèi)，催化各種不同的化學(xué)反應(yīng)。這些化學(xué)反應(yīng)互不干擾，有條不紊地進(jìn)行。表明生物體內(nèi)的物質(zhì)代謝有精確的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。
2.1.3 結(jié)構(gòu)與功能
生物大分子的功能與其特定的結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。如酶的活性中心的結(jié)構(gòu)決定其催化活性及其特異性；變構(gòu)酶的活性還與其催化的代謝終末產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)有關(guān)。
核酸中核苷酸排列順序的不同，其結(jié)構(gòu)就不同，所含遺傳信息不同。這些不同的構(gòu)象對基因的表達(dá)具有調(diào)控作用。
生物體的糖包括多糖、寡糖和單糖。由于多糖鏈結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有很大的信息容量，對于細(xì)胞專一地識別、相互作用具有重要作用。糖類將與蛋白質(zhì)、核酸并列成為生物化學(xué)的主要研究對象。
在生物化學(xué)中，有關(guān)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的研究才僅僅開始，尚待大力研究的問題很多，其中重大的有：亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中生物大分子間的結(jié)合，細(xì)胞的相互識別、細(xì)胞的接觸抑制、細(xì)胞間的粘合、抗原與抗體的作用、激素、神經(jīng)介質(zhì)與其受體的相互作用等。
2.1.4 繁殖與遺傳
生物典型特點(diǎn)是具有繁殖與遺傳特性?；蚴荄NA分子中的一段核苷酸序列，現(xiàn)在DNA分子的核苷酸序列已不難測得，不但能在分子水平上研究遺傳，而且還可能改變遺傳，從而派生出基因工程學(xué)。
2.2 細(xì)胞生物學(xué)
細(xì)胞生物學(xué)是從顯微水平、亞顯微水平和分子水平研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)及其生命活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。
過去，細(xì)胞生物學(xué)主要是在光學(xué)顯微鏡下對細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生活史進(jìn)行研究，稱為細(xì)胞學(xué)。20 世紀(jì) 50 年代以來，由于電子顯微鏡、放射性同位素、細(xì)胞結(jié)構(gòu)組分分離技術(shù)、細(xì)胞培養(yǎng)等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，特別是分子生物學(xué)的興起，使細(xì)胞生物學(xué)研究的廣度和深度都有迅猛發(fā)展，從宏觀到微觀、從平面到立體、從定性到定量、從分析到綜合；從細(xì)胞、亞細(xì)胞、分子三個(gè)水平研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能、分裂與分化、衰老與死亡等生命活動(dòng)規(guī)律及其調(diào)控機(jī)制，細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與環(huán)境之間的相互關(guān)系。使原來以形態(tài)結(jié)構(gòu)研究為主的細(xì)胞學(xué)轉(zhuǎn)變成以生理功能研究為主、將結(jié)構(gòu)與功能緊密結(jié)合起來的細(xì)胞生物學(xué)。由于細(xì)胞生物學(xué)在分子水平上的研究工作取得了深入的進(jìn)展，因此細(xì)胞生物學(xué)又稱為細(xì)胞分子生物學(xué)。細(xì)胞生物學(xué)研究內(nèi)容如下。
2.2.1 細(xì)胞社會(huì)學(xué)
細(xì)胞社會(huì)學(xué)是細(xì)胞生物學(xué)中的一個(gè)新的領(lǐng)域。它是以系統(tǒng)論的觀點(diǎn)研究細(xì)胞群體中細(xì)胞間的相互關(guān)系、細(xì)胞群體的社會(huì)行為；細(xì)胞識別、通訊、相互作用；整體和細(xì)胞群對細(xì)胞的生長、分化、形態(tài)發(fā)生和器官形成等活動(dòng)的調(diào)控；細(xì)胞外環(huán)境對細(xì)胞的影響。
2.2.2 細(xì)胞的增殖、生長、分化與調(diào)控
研究細(xì)胞增殖、生長、分化及其調(diào)控機(jī)制，不僅是控制生物生長和發(fā)育的基礎(chǔ)，而且是研究細(xì)胞癌變和逆轉(zhuǎn)的重要途徑。
2.2.3 細(xì)胞遺傳學(xué)
細(xì)胞遺傳學(xué)從細(xì)胞學(xué)角度來研究染色體的結(jié)構(gòu)和行為以及染色體與細(xì)胞器的關(guān)系，從而探討遺傳與變異的機(jī)制等。
2.2.4 細(xì)胞化學(xué)
細(xì)胞化學(xué)：用切片或分離細(xì)胞成分，對單個(gè)細(xì)胞或細(xì)胞各個(gè)部分進(jìn)行定性和定量的化學(xué)分析，研究細(xì)胞結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分的定位、分布及其生理功能。
2.2.5 分子細(xì)胞學(xué)
分子細(xì)胞學(xué)：從分子水平研究細(xì)胞與細(xì)胞器中蛋白質(zhì)、核酸等大分子的組成、結(jié)構(gòu)與功能及其遺傳性狀的表現(xiàn)和調(diào)控等，探討細(xì)胞生命活動(dòng)的分子機(jī)理。
2.3 遺傳學(xué)
遺傳學(xué)是研究生物遺傳和變異規(guī)律的科學(xué)。孟德爾認(rèn)為生物性狀的遺傳是受遺傳因子控制的，并提出了遺傳因子分離和自由組合的基本遺傳規(guī)律。1900年，孟德爾的成果得到廣泛重視，成為遺傳學(xué)的基石。
20世紀(jì)初，利用光學(xué)顯微鏡發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞有絲分裂和減數(shù)分裂過程中染色體及其行為，奠定了遺傳的染色體理論基礎(chǔ)。1910年左右，美國遺傳學(xué)家摩爾根及其同事根據(jù)對普通果蠅的研究，提出了基因的連鎖交換規(guī)律，并結(jié)合當(dāng)時(shí)的細(xì)胞學(xué)成就，創(chuàng)立了以染色體遺傳為核心的細(xì)胞遺傳學(xué)。
遺傳信息在分子水平上研究始于20世紀(jì)40年代。隨著電子顯微鏡的發(fā)明，人們已能夠直接觀察遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其在基因表達(dá)過程中的特征，使細(xì)胞遺傳學(xué)的研究進(jìn)入分子水平。
1953年，沃森和克里克提出了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，為進(jìn)一步闡明DNA的結(jié)構(gòu)、復(fù)制和遺傳物質(zhì)如何保持世代連續(xù)的問題奠定了基礎(chǔ)，開創(chuàng)了分子遺傳學(xué)這一新的學(xué)科領(lǐng)域。
遺傳學(xué)研究的領(lǐng)域非常廣泛，可劃分成經(jīng)典遺傳學(xué)、細(xì)胞遺傳學(xué)、分子遺傳學(xué)和生統(tǒng)遺傳學(xué)4個(gè)分支，各個(gè)分支領(lǐng)域相互聯(lián)系、相互重疊、相互印證，組成了一個(gè)不可分割的整體。
經(jīng)典遺傳學(xué)研究從親代到子代的遺傳特性，包括遺傳的分離規(guī)律；獨(dú)立分配規(guī)律；連鎖和交換遺傳規(guī)律及機(jī)理；基因互作及其與環(huán)境的相互關(guān)系；性別決定與伴性遺傳；基因及染色體變異；數(shù)量性狀的特征及其多基因假說，近親繁殖和雜種優(yōu)勢；細(xì)胞質(zhì)遺傳等。
細(xì)胞遺傳學(xué)是通過細(xì)胞學(xué)手段對遺傳物質(zhì)進(jìn)行研究。其內(nèi)容包括細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能；染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)；細(xì)胞的有絲分裂，減數(shù)分裂；配子的形成和受精。
分子遺傳學(xué)是從分子的水平上研究遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及遺傳信息的傳遞。內(nèi)容包括DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯，基因突變及修復(fù)，原核生物和真核基因表達(dá)與調(diào)控；基因、基因組及作圖，遺傳重組。
生統(tǒng)遺傳學(xué)是用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)方法來研究生物遺傳變異規(guī)律的學(xué)科。根據(jù)研究的對象不同，又可分為數(shù)量遺傳學(xué)和群體遺傳學(xué)。前者研究生物體數(shù)量性狀即由多基因控制的性狀遺傳規(guī)律，后者是研究基因頻率在群體中的變化、群體的遺傳結(jié)構(gòu)和物種進(jìn)化。
2.4 分子生物學(xué)
分子生物學(xué)是從分子水平研究核酸與蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能、遺傳信息傳遞和調(diào)控，闡明生命本質(zhì)的科學(xué)。
從19世紀(jì)后期到20世紀(jì)50年代初，確定了蛋白質(zhì)是生命的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，DNA是生物遺傳的物質(zhì)的載體，是現(xiàn)代分子生物學(xué)誕生的準(zhǔn)備和醞釀階段。
從20世紀(jì)50年代初到70年代初，是現(xiàn)代分子生物學(xué)的建立和發(fā)展階段，1953年Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型為現(xiàn)代分子生物學(xué)誕生的里程碑，確立了核酸作為遺傳信息分子的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，提出了鹼基配對是核酸復(fù)制、遺傳信息傳遞的基本方式，為核酸與蛋白質(zhì)的關(guān)系及其在生命中的作用打下了最重要的基礎(chǔ)。
70年代后，基因工程技術(shù)出現(xiàn)，人類進(jìn)入認(rèn)識生命本質(zhì)并開始改造生命的發(fā)展階段。
分子生物學(xué)原來是生物化學(xué)的一部分，因其太重要了，20世紀(jì)中后期從生物化學(xué)中分離出來并與遺傳學(xué)結(jié)合，獨(dú)立出來成為單獨(dú)的學(xué)科，是生物化學(xué)的發(fā)展和延續(xù)。涉及的部分內(nèi)容比生物化學(xué)更細(xì)致深入，并從整體上考慮。
分子生物學(xué)從蛋白質(zhì)、核酸、基因及基因組結(jié)構(gòu)開始，以中心法則為主線，闡述生物大分子在信息傳導(dǎo)、基因表達(dá)調(diào)控中的相互作用和機(jī)理。主要內(nèi)容包括蛋白質(zhì)、核酸、基因和基因組的結(jié)構(gòu)、DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工、基因突變與修復(fù)、蛋白質(zhì)生物合成和翻譯后加工、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控。基因工程技術(shù)的原理和應(yīng)用等。
2.5 基因工程學(xué)
20世紀(jì)70年代，隨著 DNA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和遺傳機(jī)制逐漸呈現(xiàn)在人們眼前，生物學(xué)家不再僅僅滿足于探索、揭示生物遺傳的秘密，而是開始設(shè)想在分子的水平上去干預(yù)生物的遺傳特性。這就像工程設(shè)計(jì)，按照人類的需要（設(shè)計(jì)）把這種生物的某個(gè)“基因”與那種生物的某個(gè)“基因”進(jìn)行“施工”，“組裝”成新的基因組合，創(chuàng)造出新的生物的工程技術(shù)被稱為“基因工程”。
基因工程包括如下幾個(gè)主要的內(nèi)容：①目的基因的合成或提起分離。②載體的構(gòu)建。③將載體轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞并增殖。④重組DNA分子的受體細(xì)胞克隆篩選。⑤將目的基因克隆到表達(dá)載體上，導(dǎo)入寄主細(xì)胞，使之在新的遺傳背景下實(shí)現(xiàn)功能表達(dá)，產(chǎn)生出人類所需要的物質(zhì)。
3 課程間的邏輯關(guān)系，教學(xué)內(nèi)容選擇及課程順序安排
從生物化學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、基因工程學(xué)的定義，研究內(nèi)容，發(fā)展歷史動(dòng)態(tài)可知，各學(xué)科的邏輯關(guān)系是：理解細(xì)胞結(jié)構(gòu)及功能需要一定的生物化學(xué)基礎(chǔ)，理解遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能需要一定的細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)，而分子生物學(xué)是生物化學(xué)、遺傳學(xué)交叉融合的產(chǎn)物，研究核酸和蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和功能以及相互關(guān)系，而各個(gè)分子不能孤立發(fā)揮作用，必須依賴于一定的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，因此，生物化學(xué)是細(xì)胞生物學(xué)的基礎(chǔ)；細(xì)胞生物學(xué)是遺傳學(xué)和分子生物學(xué)的基礎(chǔ)。基因工程是利用分子生物學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)基因操作的部分獨(dú)立出來的，因此分子生物學(xué)是基因工程學(xué)的基礎(chǔ)。所以，高校應(yīng)按生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、基因工程的順序安排課程教學(xué)最為合適。
由以上可知，由于歷史的原因，生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、基因工程學(xué)相互聯(lián)系，交叉滲透，研究內(nèi)容重復(fù)較多。因此，本研究根據(jù)其定義、邏輯關(guān)系及發(fā)展歷史，同時(shí)為編寫教材和教學(xué)的方便，建議生物化學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、基因工程學(xué)教學(xué)內(nèi)容如下。
（1）生物化學(xué)主要教學(xué)內(nèi)容主要有：蛋白質(zhì)化學(xué)、核酸化學(xué)；酶學(xué)基礎(chǔ)；糖代謝與生物氧化；脂類代謝；蛋白質(zhì)的分解代謝等內(nèi)容。而將DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯、突變、修復(fù)及原核生物和真核生物基因表達(dá)調(diào)控留在分子生物學(xué)講授。
（2）細(xì)胞生物學(xué)的教學(xué)內(nèi)容主要有：細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)；細(xì)胞生物學(xué)研究方法；細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能及物質(zhì)跨膜運(yùn)輸；細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)；細(xì)胞通訊與信號傳遞；線粒體和葉綠體；細(xì)胞核與染色體；細(xì)胞骨架；細(xì)胞增殖及其調(diào)控；細(xì)胞分化、衰老與凋亡。
（3）遺傳學(xué)的教學(xué)內(nèi)容主要有：遺傳的分離規(guī)律；獨(dú)立分配規(guī)律；連鎖和交換遺傳規(guī)律；基因互作及其與環(huán)境的關(guān)系；基因定位與連鎖遺傳圖；性別決定與伴性遺傳；基因及染色體變異；染色體畸變；數(shù)量性狀的特征及其多基因假說；近親繁殖和雜種優(yōu)勢；細(xì)胞質(zhì)遺傳；遺傳重組。
（4）分子生物學(xué)的教學(xué)內(nèi)容主要有：DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工、基因突變與修復(fù)、蛋白質(zhì)生物合成和翻譯后加工、原核生物基因表達(dá)的調(diào)控、真核生物基因表達(dá)的調(diào)控。
（5）基因工程學(xué)的主要教學(xué)內(nèi)容有：基因工程技術(shù)的原理和應(yīng)用等。
以上各門課的教學(xué)內(nèi)容相對前述和我國現(xiàn)行教材的教學(xué)內(nèi)容作了較大調(diào)整，例如；核酸和蛋白質(zhì)的組成及結(jié)構(gòu)只在生物化學(xué)中講授，細(xì)胞信號傳遞只在細(xì)胞生物學(xué)中講授，基因工程原理只在基因工程學(xué)中講授，避免了課程內(nèi)容的重復(fù)。
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【關(guān)鍵詞】基因工程 多媒體 教學(xué)改革
【中圖分類號】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1006－9682（2011）05－0013－02
20世紀(jì)70年代誕生的基因工程是現(xiàn)代生命科學(xué)研究的主要方向之一，是打破物種之間的生殖隔離，改造甚至創(chuàng)造新生命的利器。［1］當(dāng)前，基因工程與醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)、能源等傳統(tǒng)產(chǎn)品的改造和新產(chǎn)品的形成密切相關(guān)?！痘蚬こ獭氛n程是教育部規(guī)定的生物工程和生物技術(shù)專業(yè)重要的專業(yè)課。由于基因工程是從分子水平上對生命復(fù)雜現(xiàn)象的認(rèn)識和操作，內(nèi)容豐富，理論性強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)操作條件高，該課程質(zhì)量的好壞將直接關(guān)系到生物工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。［2～3］
近年來，多媒體技術(shù)在高等院校課堂上得到了比較廣泛的應(yīng)用，在基因工程課程教學(xué)上也發(fā)揮著越來越重要的作用。多媒體教學(xué)是現(xiàn)代教育采用的最先進(jìn)的教學(xué)手段，它有很多優(yōu)勢，但使用不當(dāng)，也會(huì)帶來問題。在基因工程教學(xué)中應(yīng)合理使用多媒體，提高基因工程教學(xué)效率。
一、基因工程教學(xué)中應(yīng)用多媒體技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
1．有利于增大課堂容量，提高課堂效率。
由于基因工程是從分子水平上對生命復(fù)雜現(xiàn)象的認(rèn)識和操作，其內(nèi)容抽象復(fù)雜、較難理解，信息量大且更新速度很快，理論性和實(shí)踐性強(qiáng)，并且要求理論緊密聯(lián)系實(shí)踐，同時(shí)涉及大量難以用傳統(tǒng)的教學(xué)手段進(jìn)行描述的實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，普遍反應(yīng)該課程難學(xué)、難理解、難掌握。
在我校，生物技術(shù)專業(yè)安排的基因工程學(xué)時(shí)數(shù)為64學(xué)時(shí)，生物工程專業(yè)為40學(xué)時(shí)。由于學(xué)時(shí)有限，為了加大單位時(shí)間的信息量，在教學(xué)過程中采用了多媒體為主結(jié)合傳統(tǒng)板書的教學(xué)手段。多媒體技術(shù)的應(yīng)用，在很大程度上增大了課堂容量，增強(qiáng)了信息密度，豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容。多媒體課件的集成性和快速高效的特點(diǎn)可把大量的圖文信息、音像信息集中在一起并在有限的時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)出來。如在講解聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)這一章時(shí)，諸如PCR發(fā)展歷程、原理、反應(yīng)體系、引物設(shè)計(jì)原則、技術(shù)類型等都會(huì)按事先編排的順序在課堂上利用多媒體設(shè)備清晰地呈現(xiàn)，從而極大地增加了學(xué)生的信息輸入量。利用計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)和表現(xiàn)功能，教師可在課堂上展示與本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的各種信息，幫助學(xué)生掌握更多的與本課程相關(guān)的課外知識。另外教師先將所講授的內(nèi)容制成多媒體課件或幻燈片，節(jié)省了大量的板書時(shí)間，使教師能夠更多的注意課堂教學(xué)內(nèi)容的組織和講授，這樣不但課堂容量大，效率也高。
2．能夠突出圖片和動(dòng)畫在教學(xué)中的作用
基因工程內(nèi)容抽象復(fù)雜，不僅涉及到大量的基本原理、基本研究方法與基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)，而且很多內(nèi)容抽象難懂，需要記憶的知識點(diǎn)較多。因此，在組織教學(xué)時(shí)要注重課程的科學(xué)性、先進(jìn)性、系統(tǒng)性和條理性，努力反應(yīng)國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)和成果，并注重解決經(jīng)典與現(xiàn)代的關(guān)系。在基因工程課程的教學(xué)中，傳統(tǒng)的板書講解、比劃、掛圖等教學(xué)手段，難以使學(xué)生留下深刻的印象，學(xué)生難以快速掌握。實(shí)驗(yàn)心理學(xué)揭示，同樣的信息，圖像比文字容易被信息接受者所記憶。［3～5］因此，在教學(xué)過程中，我們特別重視圖片與動(dòng)畫的作用，對抽象的、難以想象的或重點(diǎn)內(nèi)容如核酸操作的基本技術(shù)、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)、基因文庫的構(gòu)建、目的基因的獲得等，采用動(dòng)畫、彩圖加以演示或模擬。通過化靜為動(dòng)、化抽象為直觀，使這些教學(xué)內(nèi)容直觀、生動(dòng)、形象，不但提高了學(xué)生對學(xué)習(xí)基因工程課程的興趣，而且使學(xué)生在感性和理性方面加深對基因工程知識的理解。
3．能夠模擬實(shí)驗(yàn)過程，展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
在我校，分子生物學(xué)和基因工程均沒有單獨(dú)安排實(shí)驗(yàn)課，而是單獨(dú)開了一門分子克隆實(shí)驗(yàn)課。由于實(shí)驗(yàn)課和理論課是分開講授的，假如采用傳統(tǒng)的教學(xué)，實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作講授就完全脫節(jié)。我們將多媒體引入基因工程教學(xué)中，在講授理論知識的同時(shí)，采用動(dòng)畫，對一些實(shí)驗(yàn)譬如DNA的提取、酶切、連接、轉(zhuǎn)化，PCR反應(yīng)，核酸分子雜交技術(shù)等實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行了模擬，在課堂上同步展示出來，使學(xué)生易于理解和掌握。對另外一些實(shí)驗(yàn)室沒有條件開展或是同學(xué)們感興趣的實(shí)驗(yàn)如親子鑒定、疾病診斷等應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)，也可以通過多媒體技術(shù)進(jìn)行模擬，使學(xué)生的知識面得到拓展，實(shí)驗(yàn)技能也得到了提高。
4．合理安排課程，將前沿的知識引進(jìn)課堂。
基因工程課程的學(xué)習(xí)，需要具備較扎實(shí)的生物化學(xué)、分子生物學(xué)、遺產(chǎn)學(xué)和微生物學(xué)的知識作為基礎(chǔ)。在學(xué)習(xí)本課程時(shí)，如果學(xué)生對前修課程內(nèi)容記憶不清，會(huì)感覺到學(xué)習(xí)難度加大。因此，在教學(xué)安排過程中需要考慮課程設(shè)置順序問題，通過合理安排課程，幫助學(xué)生更好的理解和掌握基因工程的內(nèi)容，構(gòu)建完善的知識體系。譬如講解核酸分子雜交的時(shí)候，需要具備退火、重組子、毛細(xì)管作用原理等相關(guān)知識，這些背景知識基本在前修課程生化化學(xué)、分子生物學(xué)中學(xué)過，但學(xué)生往往記憶不深刻，因此講授的時(shí)候需要對這些知識重新溫習(xí)，以利于學(xué)生更好的理解和掌握現(xiàn)學(xué)知識。但在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，由于課時(shí)的限制，不可能在短時(shí)間內(nèi)使學(xué)生對以前的知識融會(huì)貫通，而在制作多媒體課件時(shí)，可適當(dāng)?shù)睦脛?dòng)畫和圖片，使學(xué)生對一些復(fù)雜的過程一目了然，短時(shí)間內(nèi)抓住重點(diǎn)和要點(diǎn)。［4］［6］
基因工程是一門實(shí)驗(yàn)性和技術(shù)性都較強(qiáng)的前沿專業(yè)課程，發(fā)展非常迅速。對教師要求相對較高，需要豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論知識，要求授課者不斷積累經(jīng)驗(yàn)，擴(kuò)大知識面，掌握科學(xué)發(fā)展的前沿，努力提高教學(xué)水平與質(zhì)量，促進(jìn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展。我們在教學(xué)過程中，充分利用科研資源，將教師科研過程中涉及的照片、圖譜等帶進(jìn)課堂，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識；將科研中的課題或問題引入課堂，引導(dǎo)學(xué)生思考和討論；將最新的科研成果和基因工程領(lǐng)域的重大事件引入課堂，讓學(xué)生查閱文獻(xiàn)資料，設(shè)計(jì)解決方案等。
二、多媒體教學(xué)在基因工程教學(xué)中的誤區(qū)
1．避免多媒體應(yīng)用僵化
計(jì)算機(jī)能夠存儲(chǔ)大量的信息，這是其一大優(yōu)勢，但有些教師唯恐不能體現(xiàn)這一優(yōu)勢，將與課程相關(guān)的材料盡數(shù)羅列，使多媒體教學(xué)成為黑板文字或簡單教具教學(xué)的翻版。如果只是機(jī)械的灌輸，只能加快單位時(shí)間傳輸?shù)男畔⒘浚n堂節(jié)奏明顯加快，直接影響學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的理解和接受。因此在基因工程多媒體教學(xué)過程中，應(yīng)努力提高多媒體課件的制作質(zhì)量，課堂講授上也盡量實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心、既傳授語言知識與技能，更注重培養(yǎng)語言實(shí)際應(yīng)用能力和自主學(xué)習(xí)能力的轉(zhuǎn)變”。［7］
2．多媒體應(yīng)用欠缺理論性指導(dǎo)
多媒體早已成為教學(xué)中常用工具和必要手段，但由于缺乏系統(tǒng)理論指導(dǎo)，教師的多媒體課件制作技術(shù)和教學(xué)效果參差不齊。很多教師很難將多媒體教育技術(shù)與教學(xué)理論及教育心理學(xué)等學(xué)科的知識進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，對多媒體的應(yīng)用僅停留在課堂上應(yīng)用PPT制作教案等方面，使多媒體淪為“高級幻燈機(jī)”，在基因工程教學(xué)中也存在此類問題。還有些教師過分追求多媒體效果，過于注重課件的動(dòng)畫、色彩、音響等效果，不能本著實(shí)用的原則制作多媒體課件，結(jié)果容易分散學(xué)生的注意力，使學(xué)生過于注意花哨的圖片、動(dòng)畫，而無暇顧及所講授的知識內(nèi)容，使多媒體的應(yīng)用起到了相反的效果。
三、多媒體教學(xué)：關(guān)鍵看你怎么用
多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)的教學(xué)方式相比，存在著許多突出的優(yōu)點(diǎn)，但如果應(yīng)用不當(dāng)，會(huì)起到相反的效果?；诨蚬こ陶n程內(nèi)容豐富、理論性和實(shí)踐性強(qiáng)，且理論和實(shí)踐緊密聯(lián)系，學(xué)生普遍反應(yīng)該課程難學(xué)、難理解、難掌握的特點(diǎn)，本著合理構(gòu)建學(xué)生理論和實(shí)踐知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生跟上學(xué)科發(fā)展的進(jìn)程，為學(xué)生今后走上工作崗位或繼續(xù)深造奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。在我校的基因工程教學(xué)過程中，采用了以多媒體教學(xué)為主，傳統(tǒng)板書為輔結(jié)合教師講授的授課方法，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，拓寬了學(xué)生的知識面，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。經(jīng)問卷調(diào)查，學(xué)生普遍反應(yīng)，多媒體的應(yīng)用，使抽象難懂的內(nèi)容變得形象生動(dòng)起來，易于理解和掌握。
參考文獻(xiàn)
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1 構(gòu)建微生物工程綜合實(shí)驗(yàn)的重要性和必要性
近年來，國家對高校投入不斷加大，實(shí)驗(yàn)室的硬件設(shè)施有顯著地改善，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和形式也從封閉的課堂小實(shí)驗(yàn)改變?yōu)槿旌虻拈_放式綜合大實(shí)驗(yàn)。以前教改形成的微生物制藥大實(shí)驗(yàn)，發(fā)酵工程大實(shí)驗(yàn)等整合若干有聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，教學(xué)方式上強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立操作能力，但大實(shí)驗(yàn)之間尚缺少實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)技術(shù)上的剛性聯(lián)系，學(xué)生們在不同的大實(shí)驗(yàn)課程上學(xué)到的實(shí)驗(yàn)理念和操作技能不能形成一個(gè)知識鏈條，難以綜合運(yùn)用學(xué)到的知識和技能解決一個(gè)較大的科學(xué)問題或生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)。以科研提升教學(xué)，將科研實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容向科研工作的延伸，對于學(xué)生了解前沿性的實(shí)驗(yàn)技術(shù)與手段，提高創(chuàng)新能力具有不可比擬的效果。
如何選擇恰當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品，作為生物工程綜合實(shí)驗(yàn)的突破點(diǎn)？產(chǎn)品選擇的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括：時(shí)代性、前沿性、市場價(jià)值、技術(shù)綜合性、微生物遺傳操作可能性。達(dá)托霉素是一種新型環(huán)脂肽抗生素，用于治療耐藥革蘭氏陽性菌感染，2003 年在美國上市，上市后其銷售額逐年上升，2016 全球年銷售額超過 20 億美元，已成為控制耐藥菌感染的最后一道防線。2016 年我國食品藥品監(jiān)督總局批準(zhǔn)了華東醫(yī)藥和恒瑞醫(yī)藥生產(chǎn)達(dá)托霉素。達(dá)托霉素是一種微生物次級代謝產(chǎn)物，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，產(chǎn)量非常低，通過微生物工程系統(tǒng)改造是提高達(dá)托霉素產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本的重要策略。通過國內(nèi)外科學(xué)家的努力，克隆了達(dá)托霉素生物合成基因簇，并對達(dá)托霉素生物合成調(diào)控有了較為深入了解。達(dá)托霉素具備的突出特點(diǎn)以及課程教師長期從事達(dá)托霉素的代謝工程和合成生物學(xué)研究，形成了較為豐富的教學(xué)材料，使達(dá)托霉素產(chǎn)生菌菌株選育成為生物工程實(shí)驗(yàn)的突破點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上提出以達(dá)托霉素產(chǎn)生菌基因工程改造為主線，有機(jī)的整合基因工程，代謝工程和發(fā)酵工程的生物工程綜合實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)生將系統(tǒng)地學(xué)習(xí)現(xiàn)代生物技術(shù)的實(shí)踐理念，基因克隆，質(zhì)粒構(gòu)建，鏈霉菌發(fā)酵，抗生素含量測定等分子生物學(xué)，微生物學(xué)和發(fā)酵工程的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)方法及原理。本科學(xué)生通過該大實(shí)驗(yàn)不僅夯實(shí)了相關(guān)課程的基礎(chǔ)理論知識，而且掌握了現(xiàn)代微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作意識，獨(dú)立工作能力和科研創(chuàng)新能力。
2 以達(dá)托霉素產(chǎn)生菌菌株改造為主線的微生物工程綜合實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容架構(gòu)
為了追蹤微生物工程的發(fā)展前沿，提升本科生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，我們的生物工程綜合實(shí)驗(yàn)包含基因工程，代謝工程和發(fā)酵工程三個(gè)模塊。以基因工程改造達(dá)托霉素產(chǎn)生菌-玫瑰孢鏈霉菌（Streptomyces roseosporus）為研究材料，以提高抗生素的產(chǎn)量為實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，通過目的基因的克隆，重組質(zhì)粒的構(gòu)建和驗(yàn)證，重組質(zhì)粒整合到鏈霉菌基因組獲得工程菌，工程菌的發(fā)酵，抗生素效價(jià)的測定等一系列實(shí)驗(yàn)為主線，貫穿基因工程實(shí)驗(yàn)，代謝工程實(shí)驗(yàn)和發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)，重排實(shí)驗(yàn)課程順序，建立以微生物學(xué)，基因工程和發(fā)酵工程為核心的實(shí)驗(yàn)?zāi)K組合的生物工程綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺。。通過該系列課程的學(xué)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)生的基礎(chǔ)理論和掌握扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，并體驗(yàn)用現(xiàn)代生物技術(shù)構(gòu)建工業(yè)生產(chǎn)菌株的完整過程。
2.1 基因工程實(shí)驗(yàn)
基因工程模塊是整個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)，負(fù)責(zé)構(gòu)建后續(xù)代謝工程實(shí)驗(yàn)所需重組質(zhì)粒。實(shí)驗(yàn)主要由 PCR 擴(kuò)增抗生素高產(chǎn)相關(guān)基因，重組質(zhì)粒的構(gòu)建和驗(yàn)證，感受態(tài)細(xì)胞的制備和轉(zhuǎn)化等一系列整套相互關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn)，獲得一系列可用于后續(xù)代謝工程實(shí)驗(yàn)的重組質(zhì)粒。本模塊共學(xué)習(xí) 9 項(xiàng)基因工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)。學(xué)生通過本模塊的實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)，將增強(qiáng)基因工程的基本概論，掌握基因工程常用的核酸操作技術(shù)。
2.2 代謝工程實(shí)驗(yàn)
經(jīng)典的菌株改良技術(shù)是通過菌株的隨機(jī)誘變和選擇高產(chǎn)菌株。隨著研究的深入，通過代謝工程技術(shù)理性選育高產(chǎn)菌株得到了日益廣泛的利用。代謝工程實(shí)驗(yàn)?zāi)K利用基因工程實(shí)驗(yàn)?zāi)K制備的含有目的基因的重組質(zhì)粒，通過轉(zhuǎn)化大腸桿菌 ET12567，通過接合轉(zhuǎn)移技術(shù)將目的基因整合到鏈霉菌基因組，獲得重組菌株。實(shí)驗(yàn)包括接合轉(zhuǎn)移條件的摸索，重組菌株基因組 DNA 的提取和 PCR 驗(yàn)證等。本模塊包含 4 個(gè)實(shí)驗(yàn)。通過本模塊的實(shí)驗(yàn)操作學(xué)生將會(huì)掌握 DNA 轉(zhuǎn)化，利用接合轉(zhuǎn)移將外源 DNA 導(dǎo)入鏈霉菌，以及通過 PCR擴(kuò)增鑒定重組菌株等一系列鏈霉菌代謝工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)，加深對微生物遺傳學(xué)和代謝工程理論的理解。
2.3 發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)
發(fā)酵工程模塊利用代謝工程實(shí)驗(yàn)?zāi)K構(gòu)建的重組菌株，摸索最優(yōu)發(fā)酵條件，測定抗生素的效價(jià)和重要發(fā)酵參數(shù)。本模塊包含 5 個(gè)實(shí)驗(yàn)。通過本模塊的實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生將增加對發(fā)酵罐的工作和使用，發(fā)酵條件優(yōu)化，抗生素含量測定等一系列微生物發(fā)酵的原理的認(rèn)識，掌握生產(chǎn)實(shí)踐中常用的發(fā)酵技術(shù)，獲得達(dá)托霉素。
3 生物工程綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)安排及效果
微生物工程大實(shí)驗(yàn)由一系列的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)和分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)組成，學(xué)生需要具備遺傳學(xué)，發(fā)酵工程和基因工程的知識。遺傳學(xué)和基因工程在我校是大三上下學(xué)期開課，微生物學(xué)和發(fā)酵工程原理是大二開課。為了保證效果，在學(xué)院的支持下，其他課程的教學(xué)和考試在大學(xué)三年級下學(xué)期提前一個(gè)月結(jié)束，避免與生物工程綜合實(shí)驗(yàn)的沖突。本課程在的最后一個(gè)月統(tǒng)一開課，持續(xù)四周，共 96 學(xué)時(shí)，全天候進(jìn)行，以保證三個(gè)模塊的連續(xù)性，實(shí)驗(yàn)完整性，實(shí)驗(yàn)操作和科研思路訓(xùn)練的連貫性。
3.1 教學(xué)模式
將教師的科研項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為本科生綜合實(shí)驗(yàn)，是一個(gè)新的嘗試和探索，具有相當(dāng)?shù)碾y度和不確定性。為了全面鍛煉學(xué)生的綜合素質(zhì)和保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，我們采用了基于問題的教學(xué)模式，并采用模塊化的教學(xué)設(shè)計(jì)。基于提高達(dá)托霉素產(chǎn)量的問題，引導(dǎo)學(xué)生查閱中英文文獻(xiàn)，產(chǎn)生候選改造基因，通過學(xué)生的小組討論以及和指導(dǎo)老師討論確定最終的基因，在指導(dǎo)老師的幫助下自行設(shè)計(jì)引物開展基因擴(kuò)增和克隆，整個(gè)過程以學(xué)生為中心，基于問題的學(xué)習(xí)，極大地激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情和鍛煉他們的綜合能力。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中，每個(gè)模塊都以目標(biāo)導(dǎo)向的項(xiàng)目形式進(jìn)行，學(xué)生有機(jī)會(huì)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)重復(fù)某個(gè)失敗的實(shí)驗(yàn)，有助于學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)成功的秘訣和總結(jié)失敗的教訓(xùn)。通過綜合實(shí)驗(yàn)，學(xué)生深刻體會(huì)到了微生物工程的連貫性，綜合性和前瞻性。
3.2 考核方式
本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容相互關(guān)聯(lián)，具有上中下的時(shí)間順序，相對獨(dú)立，對于每個(gè)模塊的具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)由各模塊實(shí)驗(yàn)教師對實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行考核。整個(gè)實(shí)驗(yàn)按照科研項(xiàng)目的形式展開，每個(gè)研究小組選擇的目的基因各不相同，學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前查閱文獻(xiàn)資料，撰寫開題報(bào)告，詳細(xì)陳述立項(xiàng)依據(jù)，實(shí)驗(yàn)方案和預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，全部實(shí)驗(yàn)結(jié)束后按照西南大學(xué)畢業(yè)論文格式提交實(shí)驗(yàn)論文。每個(gè)研究小組整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行匯報(bào)答辯，并針對實(shí)驗(yàn)結(jié)果及在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行討論。最終的實(shí)驗(yàn)成績基于上述表現(xiàn)綜合判定。
The Reform of Comprehensive Experiment Teachingof the Genetic Engineering of Food
Mu Wanmeng Zhang Taomiao Ming GuangCui E Jiangbo
（State Key Laboratory of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi Jiangsu，214122，China）
Abstract：The genetic engineering of food plays a decisive role in the field of modern food biotechnology. Research the genetic engineering comprehensive experiment teaching method of undergraduate of food science professional background and design the comprehensive experiment system of gene engineering for major in food are urgent things.The present article analyzed the problems existing in the experiment teaching of genetic engineering of food，and the teaching reformation can carry on from the following five aspects，namely，optimizing experiment teaching contents，introducing the open experiment or combining the teaching and scientific research，transforming the way students participate in teaching， innovating the experiment report， improving student performance evaluation methods.The implementation of the teaching reform of the innovative practice can achieve the goal of training innovative talent.
Key words：Food；Genetic engineering； Comprehensive experiment； Innovativeness；Teaching reform
基因工程作為一門獨(dú)立的學(xué)科誕生于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過40年的發(fā)展已經(jīng)是現(xiàn)代生物技術(shù)中的核心學(xué)科和四大工程技術(shù)之一，其廣泛應(yīng)用于食品、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域[1]?；蚬こ淌且婚T集理論與實(shí)踐與一體的學(xué)科，其研究方法與技術(shù)貫穿現(xiàn)代生命科學(xué)的每個(gè)領(lǐng)域。食品科學(xué)是整合和應(yīng)用多個(gè)學(xué)科（化學(xué)、物理、生物、機(jī)械等）的基礎(chǔ)知識來研究食品的理化、生化以及食品加工原理和工藝的一門交叉學(xué)科。食品生物技術(shù)是食品加工領(lǐng)域的前沿交叉學(xué)科技術(shù)，其包括四大工程技術(shù)[2]，即食品基因工程、食品細(xì)胞工程、食品發(fā)酵工程和食品酶工程。而食品基因工程作為食品生物技術(shù)上游的關(guān)鍵學(xué)科，對現(xiàn)代食品生物技術(shù)的發(fā)展具有舉足輕重的支撐作用。食品基因工程綜合實(shí)驗(yàn)作為食品基因工程理論課的實(shí)踐課程，是一門非常重要的課程，根據(jù)食品專業(yè)的課程特點(diǎn)研究食品科學(xué)專業(yè)背景本科生的基因工程綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法以及設(shè)計(jì)與構(gòu)建適用于食品專業(yè)本科生的基因工程綜合實(shí)驗(yàn)體系是值得研究的課題。
1 食品基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題及改革的必要性分析
食品基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容不能緊跟學(xué)科發(fā)展的步伐，內(nèi)容古板陳舊[3-5]。目前的實(shí)驗(yàn)課大綱包含的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按授課順序?yàn)椋耗康幕虻腜CR擴(kuò)增、核酸電泳檢測、大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞的制備、質(zhì)粒轉(zhuǎn)化、質(zhì)粒DNA的抽提、重組質(zhì)粒的酶譜鑒定、重組細(xì)胞的誘導(dǎo)表達(dá)、重組酶的親和層析純化、SDS-PAGE蛋白電泳鑒定，共9個(gè)實(shí)驗(yàn)，即80個(gè)學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式為基礎(chǔ)性的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，即用課題組里碩士或博士已經(jīng)成功的實(shí)驗(yàn)中的主要實(shí)驗(yàn)材料（例如目的基因或質(zhì)粒等）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。做這種驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，如果操作步驟不出大的問題，基本上就能夠得到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ皆谝欢ǔ潭壬夏軌蚴箤W(xué)生溫習(xí)在理論課堂上學(xué)的知識，且能夠鍛煉同學(xué)們的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，可以從實(shí)驗(yàn)中學(xué)到一定的實(shí)驗(yàn)技能，但是對學(xué)生的創(chuàng)新性思維訓(xùn)練不能起到明顯的作用，學(xué)生無法體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的失敗，也就不能分析失敗的原因，對實(shí)驗(yàn)的理解也就有了局限性。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的另一個(gè)突出問題就是實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法單一[4，5]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用的是傳統(tǒng)的教學(xué)方式，老師在實(shí)驗(yàn)前會(huì)先把講義上的內(nèi)容（包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃?、步驟）講解一遍，然后就讓同學(xué)們照著講義上的實(shí)驗(yàn)步驟一步一步去做，學(xué)生只是參與了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的輸出，沒有深入思考實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生大部分時(shí)間都是處于被動(dòng)學(xué)習(xí)接受的狀態(tài)，獨(dú)立思考問題的時(shí)間很少。學(xué)生只是在實(shí)驗(yàn)操作技能上有些許提升，而比較重要的分析問題和解決問題的能力沒有任何鍛煉和提高。掌握的這些基礎(chǔ)的具有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的食品基因工程實(shí)驗(yàn)室還是不能獨(dú)立開展創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)研究。
還有一個(gè)問題就是考核方式不合理[5，6]。學(xué)生成績考核的方式影響著他們的學(xué)習(xí)態(tài)度，良好的評價(jià)方法能夠激發(fā)他們主動(dòng)學(xué)習(xí)和探索知識的欲望，如何突出學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力，成績考核方式顯得特別重要。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課成績評定方式是老師通過學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫情況來給定一個(gè)分?jǐn)?shù)，這種評定方式只能反應(yīng)學(xué)生課下寫作業(yè)的認(rèn)真程度，無法判斷學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上的表現(xiàn)，而作為實(shí)驗(yàn)課，要靠動(dòng)手去操作才能得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生的動(dòng)手能力這個(gè)評判實(shí)驗(yàn)課的重要因素給忽略掉了。從這里可以看出實(shí)驗(yàn)課成績的傳統(tǒng)評定方式的局限性。
鑒于在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中出現(xiàn)的種種問題，這種模式已經(jīng)不再適應(yīng)我國培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的需要，必須對這種教學(xué)方式進(jìn)行改革。改革的重點(diǎn)是向以“知識構(gòu)建和問題求解”為特點(diǎn)的“創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)”模式發(fā)展。這種綜合型的教學(xué)模式與以往的那種“驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)”模式相比涉及的知識面和深度要高的多，更能夠激發(fā)同學(xué)們的創(chuàng)新思維。這種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ揭詣?chuàng)新性實(shí)驗(yàn)研究學(xué)習(xí)為主，不斷提高人的主動(dòng)求知的欲望，達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果。
2 食品基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的具體實(shí)施
2.1 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容
對食品基因工程實(shí)驗(yàn)課程大綱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[2，6]。食品基因工程實(shí)驗(yàn)是一門系統(tǒng)性和綜合性很強(qiáng)的課程，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容時(shí)不僅應(yīng)強(qiáng)調(diào)其基礎(chǔ)性也應(yīng)該強(qiáng)調(diào)其綜合性?；蚬こ虒?shí)驗(yàn)是由不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)K組成的一個(gè)系統(tǒng)性的綜合實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K之間都存在著緊密的聯(lián)系，是環(huán)環(huán)相扣的一個(gè)過程，前一個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果通常作為下一步實(shí)驗(yàn)的原材料。因此，只有在上一個(gè)實(shí)驗(yàn)取得可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果后才能進(jìn)入下一步實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生至始至終都樹立完整的科學(xué)研究概念。
基因工程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富多彩，考慮到食品學(xué)科的發(fā)展，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室在微生物酶研究方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，我們應(yīng)選擇一個(gè)與食品生物技術(shù)密切相關(guān)的食品酶為研究對象，設(shè)立一個(gè)綜合性研究課題，如D-阿洛酮糖3-差向異構(gòu)酶的克隆、表達(dá)及性質(zhì)鑒定，實(shí)驗(yàn)應(yīng)該包含上面提到的九個(gè)實(shí)驗(yàn)的全部內(nèi)容。基因工程綜合實(shí)驗(yàn)中每個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K的連續(xù)性特點(diǎn)就要求該實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)該在一個(gè)完整的時(shí)間段內(nèi)有條不紊的全部做完，按照實(shí)驗(yàn)大綱的安排，可以安排一兩周的整塊時(shí)間來做這個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)。食品基因工程實(shí)驗(yàn)的綜合性和復(fù)雜性對學(xué)生們來說是最大的考驗(yàn)，但是這也是培養(yǎng)學(xué)生良好的科研理念及思維方式的很好機(jī)遇。通過實(shí)驗(yàn)不僅使學(xué)生能夠了解基本的實(shí)驗(yàn)原理及熟練掌握實(shí)驗(yàn)操作過程，而且還能幫助他們建立好的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)及培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。
2.2 引進(jìn)開放式實(shí)驗(yàn)或教學(xué)與科研相結(jié)合
食品基因工程實(shí)驗(yàn)采用開放性實(shí)驗(yàn)或者與科研相結(jié)合的方式，可以給學(xué)生的創(chuàng)新思維訓(xùn)練提供更廣闊的平臺[3，4，5，7]。開放性實(shí)驗(yàn)是指在老師規(guī)定的一個(gè)課題范圍內(nèi)，同學(xué)們可以自由選題，從課題方案的設(shè)計(jì)到課題的操作實(shí)施整個(gè)過程都是同學(xué)們掌控的。當(dāng)然在關(guān)系實(shí)驗(yàn)失敗與否的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)階段，老師會(huì)對學(xué)生的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行最后的確定，如果有不妥的地方會(huì)讓學(xué)生進(jìn)行修改，這樣以來學(xué)生可以在接下來的實(shí)驗(yàn)操作過程能夠順利進(jìn)行。把基因工程實(shí)驗(yàn)課和指導(dǎo)老師的科研項(xiàng)目相結(jié)合，這是個(gè)大膽的嘗試。在同學(xué)們參與任課老師的科研項(xiàng)目過程中，可以激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生把握課題研究方向的能力，有助于學(xué)生創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)。
2.3 轉(zhuǎn)變學(xué)生參與教學(xué)方式
讓學(xué)生參與食品基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的每個(gè)環(huán)節(jié)[8]。從實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備階段開始就讓學(xué)生參與進(jìn)來。以往的實(shí)驗(yàn)課程，不管是有機(jī)實(shí)驗(yàn)還是無機(jī)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前，所有實(shí)驗(yàn)過程中要用到的試劑和原材料都已準(zhǔn)備就緒。讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的每個(gè)環(huán)節(jié)有助于加深他們對實(shí)驗(yàn)的深刻理解?；蚬こ虒?shí)驗(yàn)一般都是按照一些成熟的操作步驟做的，操作起來不是很難，而實(shí)驗(yàn)的大部分時(shí)間都花費(fèi)在了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作上。基因工程實(shí)驗(yàn)不同于以往實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)之一就是一些原材料需要滅菌且部分操作要在無菌條件下進(jìn)行。通過參與實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備學(xué)生們能夠了解哪些需要事先滅菌，哪些需要在無菌條件下操作。培養(yǎng)基及種類繁多的試劑的配制也需要大量的人力參與。學(xué)生們也能熟悉實(shí)驗(yàn)中用到的基本儀器的使用，包括高壓滅菌鍋、PCR儀、蛋白和核酸電泳系統(tǒng)、凝膠成像系統(tǒng)、色譜柱的使用等等。通過讓同學(xué)們參與實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，使同學(xué)們更好的理解整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程。整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程做下來，可以使每個(gè)學(xué)生都能夠單獨(dú)的完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，要灌輸過程重于結(jié)果的思想，減輕學(xué)生們更看重結(jié)果的負(fù)重，使學(xué)生更有效地獲得知識和能力，從實(shí)驗(yàn)中得到更多的收獲，進(jìn)一步提高學(xué)生的動(dòng)手能力。
積極推廣多種多樣的教學(xué)模式。所有的教學(xué)模式可以歸為兩類，第一類以老師為主導(dǎo)，第二類是把學(xué)生作為主導(dǎo)。首先說第一類，老師起主導(dǎo)作用，即老師主講，但在傳統(tǒng)教學(xué)模式上做些變動(dòng)，即變成互動(dòng)式教學(xué)。這種互動(dòng)式教學(xué)方法需要學(xué)生的積極配合。作為學(xué)生，應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)開始之前通過預(yù)習(xí)全部的實(shí)驗(yàn)講義掌握整個(gè)實(shí)驗(yàn)的流程，實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)的銜接以及基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)知識，如實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮怼?shí)驗(yàn)操作步驟，通過查閱資料獲取實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，做出預(yù)案以防實(shí)驗(yàn)失敗，對整個(gè)實(shí)驗(yàn)有一個(gè)整體的深入理解。老師可以隨機(jī)提出一些問題讓同學(xué)們回答，學(xué)生們也可以就某些實(shí)驗(yàn)疑點(diǎn)向老師請教，活躍課堂氛圍，那些表現(xiàn)好的學(xué)生在評定成績時(shí)可以獲得額外的加分機(jī)會(huì)。這種方式能夠更積極的調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的熱情。另外一種教學(xué)方法就是采取角色互換的教學(xué)方式，第一種是老師講學(xué)生聽，而這一種是把老師和學(xué)生的角色互換，由學(xué)生在講臺上主講，然后大家補(bǔ)充和討論，最后由老師做出點(diǎn)評、總結(jié)。這是一種大膽的嘗試，對學(xué)生的要求很高，需要學(xué)生對實(shí)驗(yàn)有透徹的理解。
2.4 實(shí)驗(yàn)報(bào)告的創(chuàng)新
傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告由實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑?、?shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、討論及思考題這幾部分構(gòu)成，這樣的寫法幾乎是一個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的標(biāo)準(zhǔn)格式。由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課中的每個(gè)實(shí)驗(yàn)是獨(dú)立的，是互不影響的，而每個(gè)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容相對較少，采用標(biāo)準(zhǔn)格式書寫讓人對這個(gè)實(shí)驗(yàn)一目了然。但是食品基因工程實(shí)驗(yàn)是一個(gè)綜合性的大實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都是相互有聯(lián)系的，完全可以作為一個(gè)本科生的畢業(yè)課題來對待。所以，可以嘗試讓學(xué)生們按照畢業(yè)論文的格式書寫這個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，也就構(gòu)成了一個(gè)小論文[6]。按照論文的格式來寫，首先第一部分是緒論，寫這種食品酶的研究背景及研究目的和意義，然后第二部分就寫所做的實(shí)驗(yàn)部分，包括前言、材料與方法、主要試劑和儀器，接下來就是實(shí)驗(yàn)步驟，最后是實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論部分。在小論文的最后部分可以做個(gè)小結(jié)。這種寫法有助于開闊學(xué)生的視野，不只是把目光局限在一個(gè)個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)上面，而用開放的思維去思考整個(gè)實(shí)驗(yàn)。也可以讓學(xué)生們盡早接觸畢業(yè)論文的書寫格式，為學(xué)生真正的畢業(yè)論文寫作打下基礎(chǔ)。
2.5 改進(jìn)學(xué)生成績考核方式
以前的實(shí)驗(yàn)課成績評定方式是通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告的分?jǐn)?shù)給定的，這種評分方式過于單一化，有諸多弊端，所以我們要擯棄這種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課成績評定方式。學(xué)生的成績是由多種因素共同決定的，這些因素可以歸納如下：實(shí)驗(yàn)小論文，實(shí)驗(yàn)操作測評，平時(shí)表現(xiàn)與出勤[7，9，10，11]。這三個(gè)部分應(yīng)該按照一定的比例分?jǐn)?shù)構(gòu)成一個(gè)學(xué)生的總成績。小論文的質(zhì)量應(yīng)該是這個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)的最重要評判指標(biāo)，反應(yīng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的結(jié)果及對待實(shí)驗(yàn)的認(rèn)真態(tài)度。實(shí)驗(yàn)操作測評有老師在實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行期間的巡視觀察來判斷學(xué)生的操作實(shí)驗(yàn)的動(dòng)手能力。平時(shí)表現(xiàn)與出勤則反應(yīng)了學(xué)生課堂上的積極性及參與度。這幾種因素的疊加對以前單一評判標(biāo)準(zhǔn)起到很好的平衡作用，能夠更有效的促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
曹樹青，2001年7月獲南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位。2001年8月至2003年7月在復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院從事博士后研究。2011年9月至12月在美國普渡大學(xué)從事訪學(xué)研究。現(xiàn)任合肥工業(yè)大學(xué)生物與食品工程學(xué)院生物科學(xué)系主任、教授、博士生導(dǎo)師。先后主持包括國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國家重大科技專項(xiàng)子課題等在內(nèi)的國家級和省部級以及企業(yè)委托等課題20余項(xiàng)，指導(dǎo)國家大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目2項(xiàng)和校級大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目7項(xiàng)，主持校級精品課程及研究生教改項(xiàng)目各1項(xiàng)，參與省部級教改項(xiàng)目3項(xiàng)。
作為課題組的負(fù)責(zé)人，曹樹青在本領(lǐng)域研究較深。他先后在國內(nèi)外權(quán)威和核心刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇，其中在國際知名學(xué)術(shù)期刊New Phytologist、 Nature Communications、Planta、PLOS ONE、Molecular Genetics and Genomics、Pant and Soil、Plant Physiology and Biochemistry、Physiologia Plantarum等上發(fā)表SCI收錄的論文30余篇。除了這些重要論文，曹樹青還獲授權(quán)或申請國家發(fā)明專利14項(xiàng)，參與撰寫“973”專著1部。
土壤重金屬污染是全球面臨的重要環(huán)境問題之一，因?yàn)橥寥牢廴镜闹亟饘倏赏ㄟ^農(nóng)作物而進(jìn)入食物，嚴(yán)重影響食品安全和人類健康。為解決這一問題，科學(xué)家采取了很多措施，植物修復(fù)基因工程便是解決土壤重金屬污染的重要途徑之一。
其原理是利用綠色植物來轉(zhuǎn)移、容納或轉(zhuǎn)化污染物使其對環(huán)境無害。研究表明，通過植物的吸收、揮發(fā)、根濾、降解、穩(wěn)定等作用，可以凈化土壤或水體中的污染物，達(dá)到凈化環(huán)境的目的。而在其中，植物修復(fù)的對象是重金屬、有機(jī)物或放射性元素污染的土壤及水體。因而，植物修復(fù)基因工程是一種很有潛力、正在發(fā)展的清除環(huán)境污染的綠色技術(shù)。
經(jīng)過長年不懈的努力，合肥工業(yè)大學(xué)生物與食品工程學(xué)院生物科學(xué)系主任、曹樹青教授，帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)首次揭示了植物響應(yīng)重金屬鎘脅迫信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子調(diào)控機(jī)制，為土壤重金屬污染植物修復(fù)基因工程提供了新的技術(shù)途徑和基因資源。2014年10月20日，這一成果在線發(fā)表在國際植物學(xué)知名學(xué)術(shù)期刊《新植物學(xué)家》上，并獲得第十三屆全國農(nóng)業(yè)生物化學(xué)與分子生物學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)優(yōu)秀論文獎(jiǎng)。
從源頭保障農(nóng)產(chǎn)品安全
尋找和發(fā)掘耐受重金屬毒害且調(diào)控重金屬超量積累的關(guān)鍵基因并闡明其作用機(jī)理卻不容易，但這卻是植物修復(fù)基因工程獲得成功并從源頭上控制農(nóng)產(chǎn)品食品安全的關(guān)鍵所在。
我國有近20%的耕地存在鎘、砷、汞、鉛、鎳、銅等重金屬超標(biāo)，而土壤中重金屬可通過農(nóng)作物吸收進(jìn)入食物鏈，嚴(yán)重影響食品安全并危及人類健康。曹樹青介紹說，通過物理和化學(xué)手段治理土壤重金屬污染非常困難，也容易造成二次污染。
曹樹青課題組的此次研究正是瞄準(zhǔn)于此，主要通過正向和反向遺傳學(xué)途徑，篩選和克隆涉及植物重金屬超量積累（或降低重金屬吸收）的關(guān)鍵基因，并闡明其作用機(jī)理。該研究不僅有助于揭示植物耐受重金屬毒害的分子機(jī)理，而且可以為從源頭上控制農(nóng)產(chǎn)品安全提供新的技術(shù)途徑。
在得到了轉(zhuǎn)基因重大專項(xiàng)以及國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助下，曹樹青課題組利用正向遺傳學(xué)途徑篩選和鑒定了一個(gè)擬南芥耐鎘突變體xcd1-D，并克隆了其相應(yīng)的基因MAN3，該基因編碼一個(gè)1，4-糖苷水解酶。過量表達(dá)MAN3基因?qū)е骆k的耐受和積累，而MAN3基因功能缺失則該突變體表現(xiàn)出對鎘敏感。鎘脅迫誘導(dǎo)MAN3基因表達(dá)、增加甘露聚糖水解酶活性及甘露糖水平，從而激活谷胱甘肽依賴的植物螯合素合成途徑上的相關(guān)基因協(xié)調(diào)表達(dá)，進(jìn)而增加植物對鎘積累和耐受。大量實(shí)驗(yàn)表明，過量表達(dá)MAN3基因的擬南芥植株，在重金屬鎘污染的土壤中仍然保持正常生長狀態(tài)。
隨著研究的不斷深入，他們發(fā)現(xiàn)了MAN3及其介導(dǎo)的甘露糖的新功能，首次揭示了其在植物響應(yīng)重金屬鎘脅迫過程中新的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，這為土壤重金屬污染植物修復(fù)基因工程提供了新的技術(shù)途徑和基因資源。成果自從在線發(fā)表在國際植物學(xué)知名學(xué)術(shù)期刊《新植物學(xué)家》后，獲得了業(yè)界廣泛矚目。
科研活動(dòng)是一個(gè)連貫的對自然、社會(huì)規(guī)律的探索過程，因而一項(xiàng)科研需要堅(jiān)持以保證其延續(xù)性。曹樹青表示，下一步，他打算深入挖掘植物響應(yīng)重金屬鎘信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子調(diào)控機(jī)制，對植物響應(yīng)其他重金屬包括砷及鉛等的分子調(diào)控機(jī)制進(jìn)一步研究，爭取將已獲得的研究成果產(chǎn)業(yè)化。
拓展科研的廣度
創(chuàng)新路上，中國科技正不斷向各種高度、深度和廣度延伸?！熬取奔仁强萍紕?chuàng)新的目標(biāo)，也是丈量科技創(chuàng)新質(zhì)量的標(biāo)尺，“廣度”則涵蓋了科學(xué)研究領(lǐng)域的方方面面。嚴(yán)格意義上，曹樹青的視野在生物科學(xué)，除了從事植物修復(fù)基因工程、植物抗逆分子生物學(xué)及食品生物技術(shù)等方面研究，他的科研視野也落在利用正向和反向遺傳學(xué)途徑上，他篩選鑒定多個(gè)與非生物脅迫相關(guān)的功能基因，初步闡明這些基因參與非生物脅迫響應(yīng)調(diào)節(jié)的可能機(jī)理。
為什么會(huì)選擇這方面的研究？緣于他對糧食安全的擔(dān)憂。糧食安全是國家安全的物資基礎(chǔ)，始終是關(guān)系到國計(jì)民生和國家安危的重要問題。在他看來，如何增強(qiáng)作物品種的抗逆性，還依然是目前我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上亟待解決的關(guān)鍵問題之一。在解決這個(gè)問題方面，利用轉(zhuǎn)基因育種提高作物的耐寒和抗旱能力無疑具有重要的理論與經(jīng)濟(jì)意義。這項(xiàng)工作的關(guān)鍵在于對植物抗逆分子機(jī)理的認(rèn)識及關(guān)鍵基因的發(fā)掘。
通過長期的鉆研，曹樹青探索出了一條比較有效的科研方法。他以模式植物擬南芥為材料，通過正向和反向遺傳學(xué)途徑，利用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)和基因工程手段，篩選和克隆抗逆關(guān)鍵基因，闡明其功能，并用于作物抗逆分子遺傳改良。這一研究可獲得具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新基因，不僅可以為作物抗逆遺傳改良提供新的基因資源，而且對于揭示植物抗逆分子機(jī)理具有重要的理論意義。
科研育人，并行不悖
曹樹青是一個(gè)忙碌的人，平時(shí)除了做科研，還在合肥工業(yè)大學(xué)作為教授、博士生導(dǎo)師帶學(xué)生。在他的指導(dǎo)下，先后培養(yǎng)碩士和博士生30余人，一些學(xué)生已先后在國內(nèi)外知名大學(xué)從事博士后研究和攻讀博士學(xué)位。他指導(dǎo)過的優(yōu)秀學(xué)生和研究團(tuán)隊(duì)更是不計(jì)其數(shù)。
論文關(guān)鍵詞：翻譯雜交釋放技術(shù)，翻譯雜交捕獲技術(shù)，無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)，重組子，篩選
1.引言
翻譯雜交釋放（Hybrid-Release Translation , HRT）技術(shù)和翻譯雜交捕獲（Hybrid-ARrest Translation , HART）技術(shù)，是鑒定克隆基因翻譯產(chǎn)物的有效方法。兩種方法都利用純化的mRNA通過無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)（cell-free translationsystem）直接合成蛋白質(zhì)。細(xì)胞裂解物，可以來自于發(fā)芽的小麥種子中，或者來自于兔網(wǎng)狀細(xì)胞，都具有很強(qiáng)的合成蛋白的能力，含有蛋白質(zhì)合成所必需的核糖體，tRNA和其他蛋白質(zhì)合成所必需的分子。然后加入mRNA和必需的20種氨基酸，其中Met是35S標(biāo)記的。mRNA被轉(zhuǎn)錄成放射性蛋白質(zhì)的混合物，可以通過電泳分離，自顯影顯示出來。每一條帶都代表mRNA所翻譯的一種蛋白。
當(dāng)有cDNA克隆存在時(shí)HRT和HART可以非常好的工作。在HRT中，首先將cDNA變性，結(jié)合到纖維素膜上或者尼龍膜上，加入mRNA樣品，能與cDNA雜交的特異mRNA保留在膜上，除去未結(jié)合的分子后，可以收集mRNA并加到細(xì)胞外系統(tǒng)中生物論文，這樣將產(chǎn)生cDNA編碼的特異的蛋白質(zhì)。
HART的不同點(diǎn)在于，HART并不除去未雜交的分子，而是將整個(gè)膜轉(zhuǎn)入細(xì)胞外系統(tǒng)，雜交的mRNA不能直接翻譯，所以除此之外，所有的mRNA都翻譯。翻譯產(chǎn)物中缺失的蛋白可以進(jìn)行鑒定中國知網(wǎng)論文數(shù)據(jù)庫。
2. 無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)（Cell-Free Translation System）
實(shí)驗(yàn)室中常用的無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)是麥芽胚（germinating wheat seeds）提取物和兔網(wǎng)織紅細(xì)胞（rabbit reticulocyte cell）提取物，也有使用非洲爪蟾（Xenopus laeuis）卵母細(xì)胞體系的[1]。無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)主要含有：
（1）核糖體；
（2）tRNA；
（3）20種氨基酸，其中一種帶有放射性標(biāo)記（實(shí)驗(yàn)室中也經(jīng)常使用35S-甲硫氨酸<35S-methionine>），供放射自顯影檢測之用；
（4）控制蛋白質(zhì)合成的相關(guān)因子。
無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)主要有如下3點(diǎn)優(yōu)越性：
（1）在無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)中，蛋白質(zhì)合成的活性極高。
無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)就是一種人工制造的蛋白質(zhì)“合成機(jī)器”， 其功能就是專門進(jìn)行蛋白質(zhì)的合成。相對于傳統(tǒng)的宿主菌翻譯系統(tǒng)而言，無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)不用考慮宿主菌本身的生活能力，只需大量合成目的蛋白質(zhì)即可，效率極高[2]；
（2）專一性地翻譯目的基因的序列。
與（1）相同，無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)不受到宿主菌的干擾。假設(shè)一重組子X，如果加入到無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)中，則該系統(tǒng)只翻譯重組子上有限的核酸序列，便于對目的基因及其表達(dá)產(chǎn)物進(jìn)行分析。相反，如果將重組子X導(dǎo)入某一受體細(xì)胞，則表達(dá)產(chǎn)物將包括重組子與宿主細(xì)胞兩方面的蛋白質(zhì)，且后者將占絕大多數(shù)，給分析工作帶來極大的不便；
（3）加入了放射性標(biāo)記的氨基酸，有利于對翻譯產(chǎn)物進(jìn)行檢測；
作為基因工程研究的重要手段，無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)的主要功能就是定向地合成所需蛋白質(zhì)，并對其進(jìn)行檢測。常在系統(tǒng)的氨基酸底物中添加一種帶有放射性標(biāo)記的氨基酸，或者使用35S-甲硫氨酸（35S-methionine），便于翻譯后的檢測工作[3]。
3.HRT和HART
HRT和HART的技術(shù)思想是相同的，核心內(nèi)容都是以目的基因的mRNA為操作對象，用放射自顯影的方法檢測其表達(dá)產(chǎn)物的有無，而其中的關(guān)鍵步驟，就是以目的基因?yàn)槟０?，獲得該基因的cDNA生物論文，在雜交檢測中作為探針使用。
在HRT中，目的基因與載體連接之后，將進(jìn)行如下操作：
（1）將連接后的重組子加入到無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)中，進(jìn)行轉(zhuǎn)錄、表達(dá)，提取mRNA；
（2）從提取的mRNA中取出一部分，以目的基因?yàn)槟０逶O(shè)計(jì)引物、以 mRNA為底物進(jìn)行RT-PCR，獲得目的基因的cDNA；
（3）將cDNA固定在硝酸纖維素（nitrocellulose）或尼龍（nylon）膜上，作為雜交探針之用；
（4）將余下的RNA與上述cDNA混合、溫育，然后進(jìn)行非特異性的洗脫，即通過控制洗脫反應(yīng)的條件，將那些不與cDNA發(fā)生特異性雜交的RNA分子洗脫掉；
（5）轉(zhuǎn)變洗脫條件，進(jìn)行特異性的洗脫；如果有mRNA分子與cDNA發(fā)生特異性的結(jié)合，則此mRNA將在這一步驟中被洗脫下來，并且此mRNA就是目的基因的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物；
（6）收集洗脫產(chǎn)物，加入到無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)中，通過蛋白質(zhì)電泳和放射自顯影（autoradiography）檢測表達(dá)產(chǎn)物。
顯而易見，由于使用了無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)，去除了大量的、與檢測實(shí)驗(yàn)無關(guān)的mRNA分子，所以HRT的實(shí)驗(yàn)結(jié)果只有兩個(gè)：
（1）只有一條放射性條帶，即目的基因的最終表達(dá)產(chǎn)物。此結(jié)果表明：目的基因與載體成功連接并轉(zhuǎn)化、能夠在宿主菌中順利表達(dá)；
（2）沒有任何放射信號，檢測結(jié)果為空背景。此結(jié)果表明：目的基因可能與載體成功地連接并轉(zhuǎn)化，但不能順利地表達(dá)。
而對于HART而言，該方法中只有一點(diǎn)與HRT不同：在HRT中，最終要對目的基因的表達(dá)產(chǎn)物進(jìn)行檢測；而在HART中，則是要對目的基因表達(dá)產(chǎn)物之外的蛋白質(zhì)進(jìn)行檢測，具體步驟為：
（1）將連接后的重組子加入到無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)中，進(jìn)行轉(zhuǎn)錄、表達(dá)，提取mRNA；
（2）從提取的RNA中取出一部分，以目的基因?yàn)槟０逶O(shè)計(jì)引物、以RNA為底物進(jìn)行RT-PCR，獲得目的基因的cDNA；
（3）余下的RNA再分成兩部分，其中一部分與上述cDNA探針雜交，進(jìn)行非特異性的洗脫生物論文，并將洗脫產(chǎn)物回收，而棄去與cDNA探針發(fā)生特異性雜交的mRNA。換言之，洗脫產(chǎn)物中已經(jīng)特異性地去除了由目的基因轉(zhuǎn)錄的mRNA。將洗脫產(chǎn)物加入到無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)中進(jìn)行表達(dá)，用蛋白質(zhì)電泳和放射自顯影技術(shù)檢測其表達(dá)結(jié)果，記作結(jié)果-1；
（4）如（4）中所述，RNA分成兩部分之后，一部分用于雜交。與此同時(shí)，將另一部分RNA直接加入到無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)中進(jìn)行表達(dá)，用蛋白質(zhì)電泳和放射自顯影技術(shù)檢測其表達(dá)結(jié)果，記作結(jié)果-2。
（5）結(jié)果-1和結(jié)果-2進(jìn)行匹配，分析目的基因的轉(zhuǎn)化情況。
同樣，由于使用了無細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)，被檢測的蛋白質(zhì)種類少，僅限于載體所承載的表達(dá)信息，便于分析結(jié)果。結(jié)果-1和結(jié)果-2的比較，可以出現(xiàn)兩種情況：
（1）結(jié)果-1僅僅比結(jié)果-2多一個(gè)條帶，說明此條帶就是目的基因的翻譯產(chǎn)物，則可以推斷轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)是成功的；
（2）結(jié)果-1和結(jié)果-2完全相同，則至少說明目的基因不能順利表達(dá)，轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)不成功中國知網(wǎng)論文數(shù)據(jù)庫。
以上是對HRT和HART總體技術(shù)思想的闡述。不難看出，HRT和HART的核心思想是完全相同的，不同的只是實(shí)現(xiàn)這一思想的具體方式[2]。在HRT中，是直接對目的基因的表達(dá)產(chǎn)物進(jìn)行檢測；而在HART中，則是對目的基因表達(dá)產(chǎn)物之外的蛋白質(zhì)進(jìn)行檢測。圖-1概括了兩種方法的流程。從圖中可以看出，HRT和HART的結(jié)果是互補(bǔ)的、互為“陽性”和“陰性”的。
4. 使用HRT和HART方法的相關(guān)問題
HRT和HART技術(shù)是在蛋白質(zhì)水平檢測重組子陽性克隆的方法，由于這兩種技術(shù)的檢測對象是目的基因的最終表達(dá)產(chǎn)物，故比起常見的藍(lán)白篩選、PCR等基因水平檢測技術(shù)而言，更直觀、更嚴(yán)謹(jǐn)、更有說服力[1]。但是，從基因工程整體操作流程上看，對于重組子的檢測只是其中的一部分，研究人員不可能將最主要的精力投入到檢測工作中。而從上述對于HRT和HART操作步驟的介紹來看，作為檢測手段生物論文，兩種方法都過于繁瑣，特別是頻繁涉及對mRNA的操作，要特別注意對mRNA降解的預(yù)防，實(shí)驗(yàn)條件比較嚴(yán)格。
另外，雖然HRT和HART檢測的是表達(dá)產(chǎn)物，在這一點(diǎn)上確實(shí)比藍(lán)白篩選、PCR等基因水平檢測技術(shù)更具有優(yōu)越性，但是，在實(shí)際的工作中，研究人員完全可以利用Southern雜交、Northern雜交以及Western雜交等分子雜交手段，在基因工程操作的最后一步——重組子的表達(dá)階段對蛋白質(zhì)產(chǎn)物進(jìn)行專門的檢測。而在實(shí)際工作中，配合藍(lán)白篩選、PCR等方法來使用，HRT和HART技術(shù)使檢測結(jié)果更加可信，達(dá)到一種“錦上添花”的效果。隨著技術(shù)的不斷完善，近來又在DNA水平檢測方法上有了新的突破-HCII第二代雜交檢測方法的問世，無疑是對雜交檢測方法的靈敏度的改善【4】。除此之外，檢測基因表達(dá)產(chǎn)物的方法還有cDNA微距陣雜交技術(shù)【5】，磁珠捕獲技術(shù)【6】，，多重核酸擴(kuò)增熒光技術(shù)【7】，應(yīng)用反向斑點(diǎn)雜交技術(shù)【8】等。
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1 對象與方法
1.1 對象
用酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）檢測乙肝表面抗原（HBsAg）、保護(hù)性抗體（HBsAb）、e抗原（HBeAg）、e抗體（HBeAb）、核心抗體（HBcAb），5項(xiàng)指標(biāo)均為陰性，近期無感冒發(fā)熱，免疫前體溫正常，無接種乙肝疫苗史、肝病史及1年內(nèi)無輸血史者作為免疫對象。
1.2 對象來源
采用多階段分層抽樣的方法抽取上戍鄉(xiāng)坎上村、藤橋鎮(zhèn)樟村、南浦街道柳園社區(qū)6～60歲人群1 120人，3針全程接種的對象869人，失訪人群年齡、性別與在訪人群無差異。
1.3 疫苗
疫苗采用衛(wèi)生部北京天壇生物制品股份有限公司生產(chǎn)的重組（酵母）乙肝疫苗，劑量為每次1劑，19周歲及以上對象接種10μg×3疫苗，批號為2004060204，19周歲以下對象接種5μg×3疫苗，批號為2004020103和2005110107，疫苗均在效期內(nèi)使用。
1.4 免疫程序
免疫程序?yàn)?個(gè)月、1個(gè)月、6個(gè)月，接種途徑為上臂三角肌肌肉注射。
1.5 血清檢測指標(biāo)及判定標(biāo)準(zhǔn)
免疫前篩選時(shí)用ELISA法檢測HBsAg、HBsAb、HBeAg、HBeAb、HBcAb，試劑為鄭州安圖綠科工程有限公司生產(chǎn)。免疫后1個(gè)月采血，檢測方法采用時(shí)間分辨免疫熒光技術(shù)(TRFIA)法進(jìn)行檢測，試劑由上海新波生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)，試劑均在效期內(nèi)使用。檢測由專人負(fù)責(zé)，按照說明書操作。篩選時(shí)為定性檢測，免疫后用定量方法檢測,抗體滴度≤2.1mIU/mL為無應(yīng)答，＞2.1mIU/mL＜10mIU/mL為弱應(yīng)答，≥10mIU/mL為陽性，作為免疫成功。
1.6 統(tǒng)計(jì)分析
資料收集采用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)二次輸入，核對后采用SPSS 12.0軟件進(jìn)行分析
2 結(jié)果
2.1 抗-HBs陽轉(zhuǎn)情況
3劑乙肝疫苗免疫1個(gè)月后抗-HBs陽轉(zhuǎn)情況顯示，869例接種對象中有112例抗-HBs滴度＜10 mIU/mL，抗體陽轉(zhuǎn)率為87.11%。不同性別的免疫應(yīng)答情況見表1 。
男性抗-HBs滴度＜10 mIU/mL的對象多于女性，且有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,尤其是無應(yīng)答率男性明顯高于女性。
2.2 不同年齡組中不同性別抗-HBs陽轉(zhuǎn)情況
10μg組性別間抗-HBs陽轉(zhuǎn)率無明顯差異，而低年齡組（5μg）不同性別之間存在差異，6～9歲組不同性別之間無差異，10～14歲組女性抗體陽轉(zhuǎn)率高于男性，且有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，見表2。
2.3 抗體陽轉(zhuǎn)情況
不同年齡組抗體陽轉(zhuǎn)率見表3。低年齡組陽轉(zhuǎn)率明顯高于高年齡組，尤其是18歲以下人群、19~29歲陽轉(zhuǎn)率較高，經(jīng)卡方趨勢性檢驗(yàn)，χ2=15.675，P=0.000,不同年齡段間抗-HBs陽轉(zhuǎn)率有隨年齡增加而下降的趨勢。
2.4 乙肝疫苗的安全性
本組對象接種北京天壇生物制品股份有限公司生產(chǎn)的重組（酵母）乙肝疫苗后，只有2例出現(xiàn)局部輕微的紅腫、無發(fā)熱，48 h內(nèi)恢復(fù)正常，未出現(xiàn)嚴(yán)重的局部或全身不良反應(yīng)，證明該疫苗具有良好的安全性。
3 討論
乙肝疫苗接種后抗-HBs陽轉(zhuǎn)率報(bào)道各不相同，乙肝血源疫苗接種普通人，抗-HBs陽轉(zhuǎn)率可達(dá)95％以上，兒童接種基因疫苗后，抗-HBs陽轉(zhuǎn)率可達(dá)95.4l％~97.26％[3] 。成人接種國產(chǎn)酵母、進(jìn)口酵母、國產(chǎn)CHO乙肝疫苗后1個(gè)月抗體陽轉(zhuǎn)率為90％~100%[1]。本組對象接種重組（酵母）乙肝疫苗后，抗-HBs陽轉(zhuǎn)率為87.11%，低于兒童水平，說明本研究人群對接種乙肝基因工程疫苗的反應(yīng)不如兒童敏感,比成人最低值90%稍低[1]。
本研究15周歲以上人群性別之間無顯著性差異，與溫海輝等[4]的研究結(jié)果相近，10～14歲組女性抗體陽轉(zhuǎn)率高于男性，這與王昕、張萬華、張鳳梅等[5~7]報(bào)道相同，這些可能與男性人體對乙肝疫苗不敏感有關(guān)。
本研究19~29歲組陽轉(zhuǎn)率稍高于6~18歲組，但無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，可能是樣本太小或者為增加成10 μg的接種劑量有關(guān)，梁爭論等報(bào)道劑量增加抗體陽轉(zhuǎn)率將增高[1]。 19歲以上人群陽轉(zhuǎn)率低于6～18歲人群，40歲以上組低于19～29歲和7～18歲組，二者差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P
接種血源型乙肝疫苗可以發(fā)生過敏反應(yīng)[1]，但較少見。乙肝重組（酵母）基因工程疫苗接種后不良反應(yīng)一般較輕微[2]，重組（漢遜酵母）乙肝疫苗接種引起不良反應(yīng)較少見[9]。本組對象未出現(xiàn)任何嚴(yán)重的不良反應(yīng)，說明國產(chǎn)重組（酵母）乙肝疫苗具有良好的安全性。
（S050214課題組成員陳家檔、周志清、徐未霖、李雯等在課題研究現(xiàn)場采樣和實(shí)驗(yàn)室檢測做了大量工作，在此表示衷心感謝?。?/p>
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教學(xué)內(nèi)容往往需要與教材密切結(jié)合，目前適用于高等學(xué)校《食品生物技術(shù)》課程的相關(guān)教材基本上是分成基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程、蛋白質(zhì)工程、生物工程下游技術(shù)和現(xiàn)代分子檢測技術(shù)幾章節(jié)，這些內(nèi)容過于偏向生物技術(shù)方向，而且章節(jié)之間銜接性不強(qiáng)，在編排上顯得相互孤立。因此食品生物技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容會(huì)顯得繁多，而且枯燥乏味[4]。另外，食品質(zhì)量與安全專業(yè)的學(xué)生通常對生物技術(shù)在食品上的應(yīng)用更感興趣。本研究對教學(xué)內(nèi)容的改進(jìn)主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：
1.1理清知識模塊，抓住主線
食品生物技術(shù)課程是以基因工程為技術(shù)主線，以細(xì)胞工程、蛋白質(zhì)工程、酶工程及發(fā)酵工程為核心模塊。其中，基因工程和蛋白質(zhì)工程為發(fā)酵工程和酶工程提供技術(shù)支撐。細(xì)胞工程為發(fā)酵工程和酶工程提供細(xì)胞載體。生物技術(shù)產(chǎn)品需要利用現(xiàn)代分子檢測技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測和評價(jià)。在這個(gè)大框架下，再對各個(gè)章節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行凝練和歸納。例如，基因工程，這一章是食品生物技術(shù)課程的核心，其教學(xué)內(nèi)容可以基因操作步驟為主線，即“分”、“切”、“接”、“轉(zhuǎn)”、“篩”、“表”。在這個(gè)技術(shù)路線的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充相應(yīng)的知識內(nèi)容。學(xué)生學(xué)起來就比較連貫而且能夠從總體上把握住重點(diǎn)。
1.2把握教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)
食品生物技術(shù)涉及的知識繁多，不可能面面俱到。在課堂上授課時(shí)需要突出重點(diǎn)，才能在有限的課時(shí)情況下，完成教學(xué)任務(wù)。例如細(xì)胞工程這一章，重點(diǎn)就是植物、動(dòng)物和微生物細(xì)胞基本培養(yǎng)方法和技術(shù)。而且微生物細(xì)胞培養(yǎng)與學(xué)生已開設(shè)的《微生物學(xué)》重復(fù)性高。在這種情況下，重點(diǎn)講授植物、動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的方法，并且在講授的過程中將兩者（如：培養(yǎng)基成分、培養(yǎng)方式）進(jìn)行對比，便于學(xué)生記憶和理解。
1.3結(jié)合學(xué)科發(fā)展的最新應(yīng)用
食品生物技術(shù)是一門較為前沿的學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，也不斷涌現(xiàn)出新的技術(shù)和成果，這就要求教師不斷跟蹤學(xué)科發(fā)展，更新自己的知識儲(chǔ)備。另外食品生物技術(shù)學(xué)習(xí)的最終目的是要在食品領(lǐng)域中進(jìn)行應(yīng)用，而且學(xué)生往往對應(yīng)用方面的實(shí)例表現(xiàn)出更大的興趣。因此將學(xué)科發(fā)展的最新應(yīng)用以簡潔易懂的語言傳達(dá)給學(xué)生，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣[2]。
2教學(xué)方法的改革
食品生物技術(shù)的理論性較強(qiáng)，授課時(shí)難免會(huì)顯得晦澀難懂。老師要改進(jìn)教學(xué)方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。本研究對教學(xué)方法的改進(jìn)主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：
2.1采用問題探究式方法，活躍課堂氣氛
在本科課堂上，為講授更多的知識內(nèi)容，完成教學(xué)任務(wù)，教師們往往會(huì)采用注入式的教學(xué)方法。這種教學(xué)方法不利用學(xué)生的知識遷移，而且容易導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生惰性和厭倦情緒。在教學(xué)實(shí)踐中，可采用問題探究式教學(xué)方法，與學(xué)生形成良好的互動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的思維能力，培養(yǎng)學(xué)生知識聯(lián)結(jié)及思考習(xí)慣。比如，在細(xì)胞工程一章中，與學(xué)生探討“能不能通過細(xì)胞培養(yǎng)來大量生產(chǎn)紫杉醇，如果可以，需要如何操作，操作過程中的注意事項(xiàng)有哪些？”這樣一個(gè)問題基本上涵蓋了植物細(xì)胞培養(yǎng)的主要知識點(diǎn)。既活躍了課堂氣氛又完成了授課內(nèi)容，而且在提問的過程中無形地提高了學(xué)生神經(jīng)的緊張性，使學(xué)生的注意力集中在課堂上[5]。
2.2充分利用多媒體等教學(xué)手段
多媒體教學(xué)可以直觀、形象、生動(dòng)地展示教學(xué)內(nèi)容。利用多媒體教學(xué)一方面可以大大增加課堂信息量，另一方面可以使知識內(nèi)容立體化，有助于學(xué)生的理解。比如聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR），是一種應(yīng)用范圍廣而且極其重要的生物技術(shù)，學(xué)生需要理解其原理，掌握其方法。但是PCR反應(yīng)過程涉及到的試劑多，反應(yīng)程序復(fù)雜，而且反應(yīng)過程不直觀，即使進(jìn)行實(shí)際操作也很難理解其要點(diǎn)。利用多媒體動(dòng)畫，模擬實(shí)際反應(yīng)過程，將微觀的引物、模板、聚合酶等物質(zhì)形象化，促進(jìn)學(xué)生理解，同時(shí)使課堂鮮活起來。多媒體在促進(jìn)教學(xué)的同時(shí)，也有一些弊端。因?yàn)槎嗝襟w課件的信息量較大，以往板書需要3分鐘的內(nèi)容，通過多媒體展示可能只需要1分鐘便講述完，這樣容易導(dǎo)致學(xué)生沒有時(shí)間記錄和及時(shí)消化。因此，可以將多媒體課件在上課前發(fā)給學(xué)生預(yù)習(xí)和打印出來，便于學(xué)生記錄和日后的復(fù)習(xí)。
2.3布置適當(dāng)?shù)恼n后作業(yè)
現(xiàn)在本科教學(xué)中，學(xué)生在課后很少復(fù)習(xí)，對知識的理解和掌握基本上都是在課堂上。但是本科教學(xué)的內(nèi)容多，知識體系難以掌握，特別是專業(yè)課，僅靠課堂上的學(xué)習(xí)是不夠的。在課后布置一些綜合性和發(fā)散性的作業(yè)，可以敦促學(xué)生課后復(fù)習(xí)，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。
2.4以科研促教學(xué)
食品生物技術(shù)不僅涉及到基因和分子等方面的理論知識，也涉及食品工藝與加工等應(yīng)用方面的內(nèi)容，因此可以結(jié)合課程內(nèi)容設(shè)置一些大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)課題。激發(fā)和鼓勵(lì)學(xué)生參與到教師的科研項(xiàng)目中，使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和項(xiàng)目執(zhí)行更好地理解專業(yè)知識。通過這樣一個(gè)過程也激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識的積極性和興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力，以及自主解決問題的能力，為本科生的畢業(yè)論文奠定良好的基礎(chǔ)。
3結(jié)語
在新醫(yī)改緊張推進(jìn)之際，國內(nèi)生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃也被提上了日程。在“十二五”規(guī)劃綱要中，它被列為了加快培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)方向，成為國家提出的重點(diǎn)發(fā)展的七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。
生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)化始于上世紀(jì)70年代，在生物產(chǎn)業(yè)中，生物醫(yī)藥起步較早，規(guī)模較大，進(jìn)展較快，在整個(gè)生物產(chǎn)業(yè)中占到70%到80%，是整個(gè)生物產(chǎn)業(yè)的核心。尤其是近10年來，生物醫(yī)藥行業(yè)的表現(xiàn)異?；钴S，一些生物醫(yī)藥的產(chǎn)品治療了很多在過去無計(jì)可施的疾病，如對肝炎、癌癥的治療都起到了積極的治療作用。
在國際上，生物醫(yī)藥行業(yè)一直被各國看好，無論從研發(fā)還是產(chǎn)業(yè)化角度都成為其發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中生物產(chǎn)業(yè)的核心和重點(diǎn)。美國、歐盟等生物醫(yī)藥技術(shù)前沿國家和地區(qū)，近年來的創(chuàng)新藥多半出自生物醫(yī)藥領(lǐng)域，且受到醫(yī)學(xué)界的歡迎，銷售額迅速增長。像基因工程類產(chǎn)品、疫苗類產(chǎn)品，單抗產(chǎn)品等，都給了醫(yī)生全新的選擇。事實(shí)上，生物醫(yī)藥不僅是全球創(chuàng)新藥研發(fā)的新寵，在我國經(jīng)濟(jì)總量中所占的比重也在不斷攀高，增速在不斷加快。
創(chuàng)新是源泉
目前，國內(nèi)在生物醫(yī)藥上已經(jīng)做到了把國外已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品迅速轉(zhuǎn)移到國內(nèi)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化，而現(xiàn)在需要的則是創(chuàng)新，科技突破是生物醫(yī)藥行業(yè)做大做強(qiáng)的難點(diǎn)，同時(shí)也是關(guān)鍵點(diǎn)?？梢哉f，創(chuàng)新是生物醫(yī)藥發(fā)展永遠(yuǎn)的動(dòng)力源泉。當(dāng)然，這可能是一個(gè)非常艱苦的過程，但國家近年來一系列重大專項(xiàng)的支持，使我國生物醫(yī)藥已經(jīng)具備了原始創(chuàng)新的能力和基本條件。
高通量基因克隆表達(dá)、大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)及純化技術(shù)平臺、抗體人源化平臺等一系列技術(shù)平臺的建立，奠定了我國生物醫(yī)藥研發(fā)的基礎(chǔ)條件；大專院校、科研院所承擔(dān)了生物醫(yī)藥研究開發(fā)尤其是原始創(chuàng)新的主要工作；大量海外留學(xué)生的歸來，充實(shí)到生物醫(yī)藥行業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，大大縮短了我國在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的摸索階段；企業(yè)研發(fā)水平也在迅速提高，如沈陽三生制藥的紅細(xì)胞生成素、廈門特寶生物的長效抗干擾素等，都達(dá)到了國際先進(jìn)水平。
政策是推動(dòng)力
現(xiàn)在國家正在積極加大力量投入到具有自主知識產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)生物醫(yī)藥的研究和產(chǎn)業(yè)化。估計(jì)“十二五”期間，我國將擁有25個(gè)左右創(chuàng)新藥，其中約15個(gè)將是生物醫(yī)藥，包括基因工程幽門螺旋桿菌疫苗、乙肝治療疫苗、KH902等。