陳長(zhǎng)明

摘 要 植物基因工程原理與技術(shù)是植物相關(guān)專業(yè)研究生的一門重要的基礎(chǔ)課程，本文綜述了研究生該課程在實(shí)踐教學(xué)改革中的現(xiàn)狀，分析了其中存在的問題。本文針對(duì)植物基因工程的特點(diǎn)和園藝專業(yè)研究生人才培養(yǎng)要求，提出了提高該課程實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的教學(xué)方法及措施，以完善課程實(shí)踐教學(xué)體系，提高學(xué)生掌握知識(shí)的能力和創(chuàng)新意識(shí)。

關(guān)鍵詞 研究生 園藝植物基因工程 教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G643.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.09.019

On Graduates' Gardening Plant Genetic Engineering

Principles and Techniques Teaching and Reform

CHEN Changming

（College of Horticulture， South China Agricultural University， Guangzhou， Guangdong 510642）

Abstract Plant Genetic Engineering Principles and Techniques is a plant related graduate of an important basic course， the article reviewed the current postgraduate course in practice teaching reform， analyzes the existing problems. According to the characteristics and horticulture graduate personnel training requirements of plant genetic engineering， it is proposed to improve the quality of teaching practice teaching methods and measures to improve the practical teaching system to improve the ability of students to acquire knowledge and innovation.

Key words graduates; Plant Genetic Engineering; teaching reform

0 引言

基因工程是二十世紀(jì)八十年代在分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興學(xué)科。它的主要研究?jī)?nèi)容是體外將核酸分子插入質(zhì)?；蚱渌d體分子，構(gòu)成新的遺傳物質(zhì)組合，并將其轉(zhuǎn)化到原先沒有這類遺傳因子的寄主細(xì)胞內(nèi)，且能持續(xù)穩(wěn)定地表達(dá)和遺傳。因此，應(yīng)用基因工程技術(shù)，人們可以按照自己的主觀愿望，創(chuàng)造出自然界原本不存在的新生物類型?？蒲腥藛T正是利用這一特征，已在提高農(nóng)作物產(chǎn)量，改善品質(zhì)，增強(qiáng)抗逆性和抗病蟲害的能力等方面取得令人矚目的成就。園藝作物主要包含果樹、蔬菜、觀賞植物三大類經(jīng)濟(jì)作物，基因工程在園藝作物品種改良，關(guān)鍵基因的發(fā)掘，種質(zhì)鑒定等方面有著重要的作用，如今很多農(nóng)業(yè)院校園藝系相繼開設(shè)了研究生的園藝植物基因工程原理與技術(shù)課程。

1 研究生基因工程原理與技術(shù)課程教學(xué)與實(shí)踐改革現(xiàn)狀

為了適應(yīng)現(xiàn)代生物技術(shù)的飛速發(fā)展和達(dá)到培養(yǎng)高素質(zhì)科研人才的要求，基因工程原理與技術(shù)課程已被設(shè)置為包括生物技術(shù)、生命科學(xué)、生物工程在內(nèi)的生物相關(guān)專業(yè)、醫(yī)學(xué)專業(yè)及農(nóng)林專業(yè)本科生和研究生的必修課。由于基因工程技術(shù)在生物科學(xué)研究中的地位舉足輕重，在眾多綜合院校和農(nóng)業(yè)院校都開設(shè)了基因工程類課程，對(duì)基因工程類課程改革做了許多研究工作。阮小蕾等探討了本課程在傳統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的不足，結(jié)合筆者的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在教材建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容的改革與建設(shè)、實(shí)驗(yàn)配套的硬件與軟件建設(shè)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排等方面進(jìn)行了探索，總結(jié)出了一套行之有效的理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。姜大剛等對(duì)研究生基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革進(jìn)行了探討。提出了以教學(xué)大綱為指導(dǎo)開展教學(xué)，做好課程規(guī)劃;構(gòu)建“和諧課堂”，重視教學(xué)效果;教學(xué)內(nèi)容的與時(shí)俱進(jìn)和不斷充實(shí)完善;重視師資隊(duì)伍建設(shè)，發(fā)揮骨干教師的模范作用;科研內(nèi)容的滲入和應(yīng)用等觀點(diǎn)。馬婧等針對(duì)園藝專業(yè)研究生的特點(diǎn)和人才培養(yǎng)要求，提出了根據(jù)課程性質(zhì)，合理安排課程時(shí)間，針對(duì)專業(yè)特點(diǎn)，選擇理論教學(xué)內(nèi)容。并探討了實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐的方法，提出了采用小班教學(xué)，“高帶低”的輔助教學(xué)模式。

2 園藝研究生植物基因工程原理與技術(shù)課程教學(xué)與實(shí)踐存在的問題

園藝植物基因工程原理與技術(shù)是針對(duì)園藝專業(yè)低年級(jí)碩士、博士研究生的一門專業(yè)選修課程，包括基因工程原理講授和實(shí)驗(yàn)技術(shù)操作兩個(gè)部分。以筆者所在的華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院為例，該課程是針對(duì)園藝相關(guān)專業(yè)（包括果樹學(xué)、蔬菜學(xué)、花卉學(xué)、園藝產(chǎn)品采后科學(xué)、茶學(xué)）低年級(jí)碩士和博士研究生開設(shè)的一門專業(yè)選修課程，該專業(yè)生源大部分為園藝專業(yè)本科畢業(yè)生，同時(shí)存在一些跨專業(yè)考研的與生物不相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，他們?cè)诒究齐A段沒有學(xué)習(xí)過基因工程、分子生物學(xué)、植物生物技術(shù)等相關(guān)知識(shí)，相對(duì)來說，存在學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)薄弱、專業(yè)背景復(fù)雜、研究方向多樣等因素，這為園藝植物基因工程原理與技術(shù)課程在園藝專業(yè)研究生中的教學(xué)帶來了一定的困難。除此之外，開設(shè)時(shí)間短，課時(shí)少，一些學(xué)校的實(shí)驗(yàn)條件有限等現(xiàn)實(shí)情況也成為了該課程開展的制約條件，另外由于很多同學(xué)以前沒有做過分子生物學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)，對(duì)基因工程實(shí)驗(yàn)的操作非常生疏，因此也必要對(duì)他們進(jìn)行特別的指導(dǎo)與教學(xué)。針對(duì)以上問題，該課程應(yīng)結(jié)合專業(yè)特色和教師個(gè)人科研工作，讓研究生掌握一定的基因工程技術(shù)，為今后的研究和生產(chǎn)工作奠定基礎(chǔ)，本文從課程的理論體系教學(xué)和實(shí)驗(yàn)設(shè)置等方面提出了課程改革的措施。

3 研究生園藝植物基因工程原理與技術(shù)課程教學(xué)改革措施

3.1 設(shè)計(jì)合理的園藝專業(yè)研究生植物基因工程原理與技術(shù)理論教學(xué)內(nèi)容

園藝植物基因工程原理與技術(shù)雖然以實(shí)驗(yàn)操作為主，但離不開基本原理知識(shí)的講述，傳統(tǒng)的基因工程理論知識(shí)體系龐大而復(fù)雜，在有限的課時(shí)里（設(shè)計(jì)為30個(gè)學(xué)時(shí)），講授者很難將所有相關(guān)知識(shí)一并傳授給學(xué)生。因此挑選合適的講授內(nèi)容就顯得尤為重要了。園藝專業(yè)研究生的研究對(duì)象主要為果樹、蔬菜和花卉，運(yùn)用植物基因工程技術(shù)的主要目的是對(duì)植物某一性狀進(jìn)行改良。所以在課程內(nèi)容選擇上應(yīng)該以植物基因工程所要解決的主要問題為導(dǎo)向，帶著問題和目標(biāo)選擇授課內(nèi)容。講授側(cè)重于植物基因工程的相關(guān)內(nèi)容，重點(diǎn)講解核酸提取，目的基因的克隆，植物表達(dá)載體的構(gòu)建，重組子篩選，農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)基因方法等內(nèi)容。通過這些內(nèi)容的教授，學(xué)生就可以掌握在植物基因工程研究中所需要的基本理論知識(shí)，為將來從事相關(guān)的科學(xué)研究打下基礎(chǔ)。隨著現(xiàn)代基因工程技術(shù)的快速發(fā)展，基因工程的技術(shù)更新很快，除了基本的基因工程原理知識(shí)，也需要及時(shí)獲得最新的用于植物基因工程，尤其是適用于園藝類植物基因工程的新方法和新技術(shù)，并整合到教學(xué)內(nèi)容中，如最近出現(xiàn)的可用于園藝植物基因沉默的新技術(shù)TALEN和CRISPR/Cas系統(tǒng)等，與時(shí)俱進(jìn)地更新教學(xué)內(nèi)容，將新知識(shí)、新理論、新方法傳授給學(xué)生。

3.2 合理安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

研究生教育應(yīng)以科研為目標(biāo)，園藝植物基因工程原理與技術(shù)課程的學(xué)習(xí)就是為研究生將來進(jìn)行植物基因工程相關(guān)的科研活動(dòng)打基礎(chǔ)的，我們的課程教學(xué)與設(shè)計(jì)也要以園藝植物研究為導(dǎo)向，巧妙進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，合理安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。植物基因工程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)非常多，應(yīng)選擇適合園藝專業(yè)研究生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。選擇內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)主要有三個(gè)方面：第一，實(shí)用性原則，現(xiàn)在我們園藝學(xué)院科研項(xiàng)目所需的基因工程操作主要有基因克隆、載體構(gòu)建、表達(dá)分析、基因遺傳轉(zhuǎn)化等，所以我們著重從這些方面入手，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)將要從事的基因工程方面的實(shí)驗(yàn)有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí);第二，創(chuàng)新性原則，基因工程技術(shù)發(fā)展了這么多年，出現(xiàn)了很多新的技術(shù)，然而在我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，一直沿用最基本的實(shí)驗(yàn)操作模式，因此在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上加上一些近年來新發(fā)展的技術(shù)可培養(yǎng)研究生科研上與時(shí)俱進(jìn)的思維，如我們可在實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容加上生物信息學(xué)的內(nèi)容，或者學(xué)生采用電子克隆技術(shù)得到的基因序列，設(shè)計(jì)擴(kuò)增引物，用PCR的方法擴(kuò)增，并送往公司測(cè)序，然后分析序列，以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考與探索的意識(shí)，而且現(xiàn)在用的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，實(shí)驗(yàn)技巧與知識(shí)已經(jīng)陳舊，有必要增加新的基因工程操作技術(shù)到本課程的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中;第三，合理性和可操作性原則，園藝研究生有別于其他生物專業(yè)的研究生，他們的生物技術(shù)，生物化學(xué)以及分子生物學(xué)方面相關(guān)知識(shí)比較薄弱，所以在實(shí)驗(yàn)過程中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及時(shí)間安排應(yīng)循序漸進(jìn)，合理有序，首先從學(xué)生們易于接受的DNA提取、PCR以及凝膠電泳入手，再進(jìn)一步到載體構(gòu)建及基因表達(dá)，實(shí)驗(yàn)操作過程中分組進(jìn)行，每組4～5人，每一組由一個(gè)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)豐富的高年級(jí)研究生任指導(dǎo)組長(zhǎng)。

3.3 理論聯(lián)系實(shí)際，開展科研訓(xùn)練，探索原理講授與實(shí)驗(yàn)技術(shù)操作最佳結(jié)合方式

園藝植物基因工程原理與技術(shù)不但注重理論知識(shí)的講授和掌握，相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)更是本門課程的精髓所在，本門課程的最終產(chǎn)出還是看學(xué)生是否能夠完成基因工程相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作，并將實(shí)驗(yàn)手段和方法用于生產(chǎn)實(shí)踐。然而基因工程的基本原理是理解實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)，是解釋實(shí)驗(yàn)技術(shù)和開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)的必要支撐。如何將實(shí)驗(yàn)原理的講授與實(shí)驗(yàn)操作的實(shí)施有序有效結(jié)合是開好該門課程的關(guān)鍵，可從以下四個(gè)方面考慮：第一，理論課與實(shí)驗(yàn)課時(shí)間順序的安排，例如是先講理論還是先做實(shí)驗(yàn)，是穿插進(jìn)行，還是依次完成;第二，理論課與實(shí)驗(yàn)操作課的銜接性探索;第三，理論課與實(shí)驗(yàn)課講授內(nèi)容的分配，如在實(shí)驗(yàn)課中，相關(guān)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)及實(shí)驗(yàn)技巧需要強(qiáng)調(diào)，除此之外還會(huì)涉及一些實(shí)驗(yàn)原理，因此要探索實(shí)驗(yàn)課中應(yīng)該重點(diǎn)講授哪方面的實(shí)驗(yàn)原理;第四，在實(shí)驗(yàn)過程中讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果逐步運(yùn)用相關(guān)理論進(jìn)行分析并制定下一步實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，讓學(xué)生主動(dòng)地參與到實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施中，在實(shí)驗(yàn)中將各章節(jié)知識(shí)相融合，理論與實(shí)踐相貫通。

4 園藝植物基因工程與技術(shù)的課程改革展望

近年來，基因工程與技術(shù)發(fā)展迅速，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生了很多基因操作的新技術(shù)和方法，這些技術(shù)和方法在園藝植物中的應(yīng)用必將促進(jìn)園藝產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。而在人才培養(yǎng)方法，我們則需要有針對(duì)性地培養(yǎng)研究生掌握和應(yīng)用這些新技術(shù)的能力。由于不同學(xué)校學(xué)科專業(yè)的學(xué)生來源，學(xué)院所能提供的儀器設(shè)備，以及園藝作物研究方向的側(cè)重點(diǎn)均有不同，各個(gè)學(xué)院采取的教學(xué)方法也有所不同。對(duì)于特定院校的園藝研究生來說，良好的教學(xué)與實(shí)踐方案應(yīng)根據(jù)本學(xué)院的學(xué)生來源，在他們的現(xiàn)有的知識(shí)結(jié)構(gòu)以及將要開展的研究方向的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)定制化的園藝植物基因工程原理與技術(shù)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容，有針對(duì)性地培養(yǎng)園藝研究生掌握實(shí)用的基因工程基本原理和基本技術(shù)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解掌握，以提高園藝研究生的培養(yǎng)質(zhì)量。隨著基因工程技術(shù)在園藝植物的開發(fā)和研究中發(fā)揮的作用越來越大，將來會(huì)有越來越多農(nóng)業(yè)院校開始開設(shè)研究生的園藝植物基因工程原理與技術(shù)這一門課，有效的園藝研究生的基因工程教學(xué)改革模式可以為其他農(nóng)業(yè)院校的園藝專業(yè)提供參考。

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