时间：2023-07-03 16:08:01
导语：在基因工程的核心工作的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
关键词：生物科学；核心课程；逻辑关系
中图分类号：G633.91
文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）21-0130-03
1 引言
生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、基因工程学是生物科学专业的核心课程，由于它们相互联系，交叉渗透，因此存在逻辑关系不清，课程内容重叠较多等问题，例如原核生物和真核生物基因表达调控在生物化学、细胞生物学、分子生物学都有介绍，基因工程原理在分子生物学、基因工程学中都有介绍，导致教师教学内容难以起舍，课程顺序难以安排。要理顺生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、基因工程学的逻辑关系，确定各课程教学内容和教学顺序，必须把其定义，研究内容，发展历史动态结合起来。
2 生物科学专业核心课程概述
2.1 生物化学
生物化学是运用化学的理论和方法研究生物分子结构与功能、物质代谢及遗传信息传递与调控规律的科学。
生物化学是生命科学中最古老的学科之一。 随着生命科学的发展，各学科相互渗透。18世纪，一些从事化学研究的科学家转向生物领域，为生物化学的诞生播下了种子。19世纪末，生物化学从生理化学中独立。20世纪中后期又从生物化学分离出部分内容与遗传学部分内容结合为分子生物学，然后，分子生物学基因操作部分独立出来，形成基因工程学。
1920年以前，生物化学研究内容以分析生物体的化学组成、性质和含量为主，称为静态生物化学时期。
1920年-1950年，随着同位素示踪技术、色谱技术等物理学手段的广泛应用，生物化学从单纯的组成分析深入到物质代谢、能量转化，如：光合作用、生物氧化、糖、脂肪、蛋白质代谢等领域。这是生物化学飞速发展的时期，称为动态生物化学时期。
1950年以后，蛋白质化学和和核酸化学进展迅速，生物化学进入了分子生物学时期。分子生物学的发展揭示了生命本质的高度有序性和一致性，是人类在认识的巨大飞跃。根据生物化学的定义和历史，生物化学研究的内容包括以下几个方面。
2.1.1 生物的物质组成
生物是由一定的物质按特定的方式组成的，直到今天，新物质仍不断被发现。如陆续发现的干扰素、环核苷一磷酸、钙调蛋白、粘连蛋白、外源凝集素等都具有重要的生物学功能。另一方面，早已熟知的化合物也发现了新的功能，如20世纪50年代才知道肉碱是一种生长因子，而到60年代又发现其是生物氧化的载体。
2.1.2 物质代谢
生物体内绝大部分物质代谢是在酶催化下进行的，具有高度自动调节能力。一个小小的细胞内，有近2000种酶，在同一时间内，催化各种不同的化学反应。这些化学反应互不干扰，有条不紊地进行。表明生物体内的物质代谢有精确的调节控制系统。
2.1.3 结构与功能
生物大分子的功能与其特定的结构有密切关系。如酶的活性中心的结构决定其催化活性及其特异性；变构酶的活性还与其催化的代谢终末产物的结构有关。
核酸中核苷酸排列顺序的不同，其结构就不同，所含遗传信息不同。这些不同的构象对基因的表达具有调控作用。
生物体的糖包括多糖、寡糖和单糖。由于多糖链结构复杂，具有很大的信息容量，对于细胞专一地识别、相互作用具有重要作用。糖类将与蛋白质、核酸并列成为生物化学的主要研究对象。
在生物化学中，有关结构与功能关系的研究才仅仅开始，尚待大力研究的问题很多，其中重大的有：亚细胞结构中生物大分子间的结合，细胞的相互识别、细胞的接触抑制、细胞间的粘合、抗原与抗体的作用、激素、神经介质与其受体的相互作用等。
2.1.4 繁殖与遗传
生物典型特点是具有繁殖与遗传特性。基因是DNA分子中的一段核苷酸序列，现在DNA分子的核苷酸序列已不难测得，不但能在分子水平上研究遗传，而且还可能改变遗传，从而派生出基因工程学。
2.2 细胞生物学
细胞生物学是从显微水平、亚显微水平和分子水平研究细胞的结构及其生命活动规律的科学。
过去，细胞生物学主要是在光学显微镜下对细胞的形态结构和生活史进行研究，称为细胞学。20 世纪 50 年代以来，由于电子显微镜、放射性同位素、细胞结构组分分离技术、细胞培养等技术的广泛应用，特别是分子生物学的兴起，使细胞生物学研究的广度和深度都有迅猛发展，从宏观到微观、从平面到立体、从定性到定量、从分析到综合；从细胞、亚细胞、分子三个水平研究细胞的结构与功能、分裂与分化、衰老与死亡等生命活动规律及其调控机制，细胞与细胞、细胞与环境之间的相互关系。使原来以形态结构研究为主的细胞学转变成以生理功能研究为主、将结构与功能紧密结合起来的细胞生物学。由于细胞生物学在分子水平上的研究工作取得了深入的进展，因此细胞生物学又称为细胞分子生物学。细胞生物学研究内容如下。
2.2.1 细胞社会学
细胞社会学是细胞生物学中的一个新的领域。它是以系统论的观点研究细胞群体中细胞间的相互关系、细胞群体的社会行为；细胞识别、通讯、相互作用；整体和细胞群对细胞的生长、分化、形态发生和器官形成等活动的调控；细胞外环境对细胞的影响。
2.2.2 细胞的增殖、生长、分化与调控
研究细胞增殖、生长、分化及其调控机制，不仅是控制生物生长和发育的基础，而且是研究细胞癌变和逆转的重要途径。
2.2.3 细胞遗传学
细胞遗传学从细胞学角度来研究染色体的结构和行为以及染色体与细胞器的关系，从而探讨遗传与变异的机制等。
2.2.4 细胞化学
细胞化学：用切片或分离细胞成分，对单个细胞或细胞各个部分进行定性和定量的化学分析，研究细胞结构、化学成分的定位、分布及其生理功能。
2.2.5 分子细胞学
分子细胞学：从分子水平研究细胞与细胞器中蛋白质、核酸等大分子的组成、结构与功能及其遗传性状的表现和调控等，探讨细胞生命活动的分子机理。
2.3 遗传学
遗传学是研究生物遗传和变异规律的科学。孟德尔认为生物性状的遗传是受遗传因子控制的，并提出了遗传因子分离和自由组合的基本遗传规律。1900年，孟德尔的成果得到广泛重视，成为遗传学的基石。
20世纪初，利用光学显微镜发现了细胞有丝分裂和减数分裂过程中染色体及其行为，奠定了遗传的染色体理论基础。1910年左右，美国遗传学家摩尔根及其同事根据对普通果蝇的研究，提出了基因的连锁交换规律，并结合当时的细胞学成就，创立了以染色体遗传为核心的细胞遗传学。
遗传信息在分子水平上研究始于20世纪40年代。随着电子显微镜的发明，人们已能够直接观察遗传物质的结构及其在基因表达过程中的特征，使细胞遗传学的研究进入分子水平。
1953年，沃森和克里克提出了DNA的双螺旋结构模型，为进一步阐明DNA的结构、复制和遗传物质如何保持世代连续的问题奠定了基础，开创了分子遗传学这一新的学科领域。
遗传学研究的领域非常广泛，可划分成经典遗传学、细胞遗传学、分子遗传学和生统遗传学4个分支，各个分支领域相互联系、相互重叠、相互印证，组成了一个不可分割的整体。
经典遗传学研究从亲代到子代的遗传特性，包括遗传的分离规律；独立分配规律；连锁和交换遗传规律及机理；基因互作及其与环境的相互关系；性别决定与伴性遗传；基因及染色体变异；数量性状的特征及其多基因假说，近亲繁殖和杂种优势；细胞质遗传等。
细胞遗传学是通过细胞学手段对遗传物质进行研究。其内容包括细胞的结构和功能；染色体的形态结构；细胞的有丝分裂，减数分裂；配子的形成和受精。
分子遗传学是从分子的水平上研究遗传物质的结构及遗传信息的传递。内容包括DNA复制、转录和翻译，基因突变及修复，原核生物和真核基因表达与调控；基因、基因组及作图，遗传重组。
生统遗传学是用数理统计学方法来研究生物遗传变异规律的学科。根据研究的对象不同，又可分为数量遗传学和群体遗传学。前者研究生物体数量性状即由多基因控制的性状遗传规律，后者是研究基因频率在群体中的变化、群体的遗传结构和物种进化。
2.4 分子生物学
分子生物学是从分子水平研究核酸与蛋白质的结构与功能、遗传信息传递和调控，阐明生命本质的科学。
从19世纪后期到20世纪50年代初，确定了蛋白质是生命的主要物质基础，DNA是生物遗传的物质的载体，是现代分子生物学诞生的准备和酝酿阶段。
从20世纪50年代初到70年代初，是现代分子生物学的建立和发展阶段，1953年Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构模型为现代分子生物学诞生的里程碑，确立了核酸作为遗传信息分子的结构基础，提出了硷基配对是核酸复制、遗传信息传递的基本方式，为核酸与蛋白质的关系及其在生命中的作用打下了最重要的基础。
70年代后，基因工程技术出现，人类进入认识生命本质并开始改造生命的发展阶段。
分子生物学原来是生物化学的一部分，因其太重要了，20世纪中后期从生物化学中分离出来并与遗传学结合，独立出来成为单独的学科，是生物化学的发展和延续。涉及的部分内容比生物化学更细致深入，并从整体上考虑。
分子生物学从蛋白质、核酸、基因及基因组结构开始，以中心法则为主线，阐述生物大分子在信息传导、基因表达调控中的相互作用和机理。主要内容包括蛋白质、核酸、基因和基因组的结构、DNA的复制、转录、转录后加工、基因突变与修复、蛋白质生物合成和翻译后加工、原核生物基因表达的调控、真核生物基因表达的调控。基因工程技术的原理和应用等。
2.5 基因工程学
20世纪70年代，随着 DNA的内部结构和遗传机制逐渐呈现在人们眼前，生物学家不再仅仅满足于探索、揭示生物遗传的秘密，而是开始设想在分子的水平上去干预生物的遗传特性。这就像工程设计，按照人类的需要（设计）把这种生物的某个“基因”与那种生物的某个“基因”进行“施工”，“组装”成新的基因组合，创造出新的生物的工程技术被称为“基因工程”。
基因工程包括如下几个主要的内容：①目的基因的合成或提起分离。②载体的构建。③将载体转移到受体细胞并增殖。④重组DNA分子的受体细胞克隆筛选。⑤将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞，使之在新的遗传背景下实现功能表达，产生出人类所需要的物质。
3 课程间的逻辑关系，教学内容选择及课程顺序安排
从生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、基因工程学的定义，研究内容，发展历史动态可知，各学科的逻辑关系是：理解细胞结构及功能需要一定的生物化学基础，理解遗传物质的结构和功能需要一定的细胞生物学基础，而分子生物学是生物化学、遗传学交叉融合的产物，研究核酸和蛋白质分子结构和功能以及相互关系，而各个分子不能孤立发挥作用，必须依赖于一定的细胞结构，因此，生物化学是细胞生物学的基础；细胞生物学是遗传学和分子生物学的基础。基因工程是利用分子生物学的理论和实验技术进行转基因操作的部分独立出来的，因此分子生物学是基因工程学的基础。所以，高校应按生物化学、细胞生物学、遗传学、分子生物学、基因工程的顺序安排课程教学最为合适。
由以上可知，由于历史的原因，生物化学、细胞生物学、遗传学、分子生物学、基因工程学相互联系，交叉渗透，研究内容重复较多。因此，本研究根据其定义、逻辑关系及发展历史，同时为编写教材和教学的方便，建议生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、基因工程学教学内容如下。
（1）生物化学主要教学内容主要有：蛋白质化学、核酸化学；酶学基础；糖代谢与生物氧化；脂类代谢；蛋白质的分解代谢等内容。而将DNA复制、转录、翻译、突变、修复及原核生物和真核生物基因表达调控留在分子生物学讲授。
（2）细胞生物学的教学内容主要有：细胞的基本结构；细胞生物学研究方法；细胞膜的结构与功能及物质跨膜运输；细胞质基质与细胞内膜系统；细胞通讯与信号传递；线粒体和叶绿体；细胞核与染色体；细胞骨架；细胞增殖及其调控；细胞分化、衰老与凋亡。
（3）遗传学的教学内容主要有：遗传的分离规律；独立分配规律；连锁和交换遗传规律；基因互作及其与环境的关系；基因定位与连锁遗传图；性别决定与伴性遗传；基因及染色体变异；染色体畸变；数量性状的特征及其多基因假说；近亲繁殖和杂种优势；细胞质遗传；遗传重组。
（4）分子生物学的教学内容主要有：DNA的复制、转录、转录后加工、基因突变与修复、蛋白质生物合成和翻译后加工、原核生物基因表达的调控、真核生物基因表达的调控。
（5）基因工程学的主要教学内容有：基因工程技术的原理和应用等。
以上各门课的教学内容相对前述和我国现行教材的教学内容作了较大调整，例如；核酸和蛋白质的组成及结构只在生物化学中讲授，细胞信号传递只在细胞生物学中讲授，基因工程原理只在基因工程学中讲授，避免了课程内容的重复。
参考文献：
[1]沈振国.细胞生物学（第2版）[M].北京：中国农业出版社，2011.
[2]欧阳五庆.细胞生物学[M].北京：高等教育出版社，2010.
[3]翟中和，王喜忠，丁明孝.细胞生物学[M].北京：高等教育出版社，2007（8）.
[4]George M.Malacinski，David Freifelder.essentials of molecular biology（third edition）[M].北京：科学出版社，2003.
[5]Jeremy M.Berg，John L. Tymoczko，Lubert Stryer[J].Biochemistry，2002.
[6]徐晋麟.现代遗传学原理[M].北京：科学出版社，2000.
[7]王亚馥，戴灼华.遗传学[M].北京：高等教育出版社，1999.
[8]孙乃恩.分子遗传学[M].南京：南京大学出版社，1990.
[9]Robert H.Tamarin：Principles of Genetics[J].5th ed.，1996.
[10]朱玉贤，李 毅.现代分子生物学[M].北京：高等教育出版社，2002.
[11]杨业华.普通遗传学[M].北京：高等教育出版社，2000.
[12]Hartwell L，Hood L，Goldberg M L，et al.Genetics：From genes to Genomes（first edition）[J].McGraw-Hill Companies，Boston，2000.
[13]马建岗.基因工程学原理[M].西安：西安交通大学出版社，2001.
【关键词】基因工程 多媒体 教学改革
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006－9682（2011）05－0013－02
20世纪70年代诞生的基因工程是现代生命科学研究的主要方向之一，是打破物种之间的生殖隔离，改造甚至创造新生命的利器。［1］当前，基因工程与医药、食品、农业、能源等传统产品的改造和新产品的形成密切相关。《基因工程》课程是教育部规定的生物工程和生物技术专业重要的专业课。由于基因工程是从分子水平上对生命复杂现象的认识和操作，内容丰富，理论性强，实验操作条件高，该课程质量的好坏将直接关系到生物工程专业学生的专业素质和创新能力的培养。［2～3］
近年来，多媒体技术在高等院校课堂上得到了比较广泛的应用，在基因工程课程教学上也发挥着越来越重要的作用。多媒体教学是现代教育采用的最先进的教学手段，它有很多优势，但使用不当，也会带来问题。在基因工程教学中应合理使用多媒体，提高基因工程教学效率。
一、基因工程教学中应用多媒体技术的优点
1．有利于增大课堂容量，提高课堂效率。
由于基因工程是从分子水平上对生命复杂现象的认识和操作，其内容抽象复杂、较难理解，信息量大且更新速度很快，理论性和实践性强，并且要求理论紧密联系实践，同时涉及大量难以用传统的教学手段进行描述的实验操作技术，学生在学习过程中，普遍反应该课程难学、难理解、难掌握。
在我校，生物技术专业安排的基因工程学时数为64学时，生物工程专业为40学时。由于学时有限，为了加大单位时间的信息量，在教学过程中采用了多媒体为主结合传统板书的教学手段。多媒体技术的应用，在很大程度上增大了课堂容量，增强了信息密度，丰富了学生的学习内容。多媒体课件的集成性和快速高效的特点可把大量的图文信息、音像信息集中在一起并在有限的时间内呈现出来。如在讲解聚合酶链式反应这一章时，诸如PCR发展历程、原理、反应体系、引物设计原则、技术类型等都会按事先编排的顺序在课堂上利用多媒体设备清晰地呈现，从而极大地增加了学生的信息输入量。利用计算机的存储和表现功能，教师可在课堂上展示与本节课教学内容相关的各种信息，帮助学生掌握更多的与本课程相关的课外知识。另外教师先将所讲授的内容制成多媒体课件或幻灯片，节省了大量的板书时间，使教师能够更多的注意课堂教学内容的组织和讲授，这样不但课堂容量大，效率也高。
2．能够突出图片和动画在教学中的作用
基因工程内容抽象复杂，不仅涉及到大量的基本原理、基本研究方法与基本实验技术，而且很多内容抽象难懂，需要记忆的知识点较多。因此，在组织教学时要注重课程的科学性、先进性、系统性和条理性，努力反应国内外研究动态和成果，并注重解决经典与现代的关系。在基因工程课程的教学中，传统的板书讲解、比划、挂图等教学手段，难以使学生留下深刻的印象，学生难以快速掌握。实验心理学揭示，同样的信息，图像比文字容易被信息接受者所记忆。［3～5］因此，在教学过程中，我们特别重视图片与动画的作用，对抽象的、难以想象的或重点内容如核酸操作的基本技术、聚合酶链式反应、基因文库的构建、目的基因的获得等，采用动画、彩图加以演示或模拟。通过化静为动、化抽象为直观，使这些教学内容直观、生动、形象，不但提高了学生对学习基因工程课程的兴趣，而且使学生在感性和理性方面加深对基因工程知识的理解。
3．能够模拟实验过程，展示实验结果。
在我校，分子生物学和基因工程均没有单独安排实验课，而是单独开了一门分子克隆实验课。由于实验课和理论课是分开讲授的，假如采用传统的教学，实验原理和实验操作讲授就完全脱节。我们将多媒体引入基因工程教学中，在讲授理论知识的同时，采用动画，对一些实验譬如DNA的提取、酶切、连接、转化，PCR反应，核酸分子杂交技术等实验过程进行了模拟，在课堂上同步展示出来，使学生易于理解和掌握。对另外一些实验室没有条件开展或是同学们感兴趣的实验如亲子鉴定、疾病诊断等应用性实验，也可以通过多媒体技术进行模拟，使学生的知识面得到拓展，实验技能也得到了提高。
4．合理安排课程，将前沿的知识引进课堂。
基因工程课程的学习，需要具备较扎实的生物化学、分子生物学、遗产学和微生物学的知识作为基础。在学习本课程时，如果学生对前修课程内容记忆不清，会感觉到学习难度加大。因此，在教学安排过程中需要考虑课程设置顺序问题，通过合理安排课程，帮助学生更好的理解和掌握基因工程的内容，构建完善的知识体系。譬如讲解核酸分子杂交的时候，需要具备退火、重组子、毛细管作用原理等相关知识，这些背景知识基本在前修课程生化化学、分子生物学中学过，但学生往往记忆不深刻，因此讲授的时候需要对这些知识重新温习，以利于学生更好的理解和掌握现学知识。但在传统的教学过程中，由于课时的限制，不可能在短时间内使学生对以前的知识融会贯通，而在制作多媒体课件时，可适当的利用动画和图片，使学生对一些复杂的过程一目了然，短时间内抓住重点和要点。［4］［6］
基因工程是一门实验性和技术性都较强的前沿专业课程，发展非常迅速。对教师要求相对较高，需要丰富的实践经验和理论知识，要求授课者不断积累经验，扩大知识面，掌握科学发展的前沿，努力提高教学水平与质量，促进科学技术发展。我们在教学过程中，充分利用科研资源，将教师科研过程中涉及的照片、图谱等带进课堂，增强学生的感性认识；将科研中的课题或问题引入课堂，引导学生思考和讨论；将最新的科研成果和基因工程领域的重大事件引入课堂，让学生查阅文献资料，设计解决方案等。
二、多媒体教学在基因工程教学中的误区
1．避免多媒体应用僵化
计算机能够存储大量的信息，这是其一大优势，但有些教师唯恐不能体现这一优势，将与课程相关的材料尽数罗列，使多媒体教学成为黑板文字或简单教具教学的翻版。如果只是机械的灌输，只能加快单位时间传输的信息量，课堂节奏明显加快，直接影响学生对所学内容的理解和接受。因此在基因工程多媒体教学过程中，应努力提高多媒体课件的制作质量，课堂讲授上也尽量实现“以学生为中心、既传授语言知识与技能，更注重培养语言实际应用能力和自主学习能力的转变”。［7］
2．多媒体应用欠缺理论性指导
多媒体早已成为教学中常用工具和必要手段，但由于缺乏系统理论指导，教师的多媒体课件制作技术和教学效果参差不齐。很多教师很难将多媒体教育技术与教学理论及教育心理学等学科的知识进行有机结合，对多媒体的应用仅停留在课堂上应用PPT制作教案等方面，使多媒体沦为“高级幻灯机”，在基因工程教学中也存在此类问题。还有些教师过分追求多媒体效果，过于注重课件的动画、色彩、音响等效果，不能本着实用的原则制作多媒体课件，结果容易分散学生的注意力，使学生过于注意花哨的图片、动画，而无暇顾及所讲授的知识内容，使多媒体的应用起到了相反的效果。
三、多媒体教学：关键看你怎么用
多媒体教学与传统的教学方式相比，存在着许多突出的优点，但如果应用不当，会起到相反的效果。基于基因工程课程内容丰富、理论性和实践性强，且理论和实践紧密联系，学生普遍反应该课程难学、难理解、难掌握的特点，本着合理构建学生理论和实践知识结构，培养学生综合素质，促进学生跟上学科发展的进程，为学生今后走上工作岗位或继续深造奠定坚实的理论基础。在我校的基因工程教学过程中，采用了以多媒体教学为主，传统板书为辅结合教师讲授的授课方法，激发了学生学习的兴趣，拓宽了学生的知识面，提高了学生的学习效率。经问卷调查，学生普遍反应，多媒体的应用，使抽象难懂的内容变得形象生动起来，易于理解和掌握。
参考文献
1 杨吉成.面向21世纪，尽快开设基因工程高等教育课［J］.生物学杂志，1999（2）：36～37
2 许崇波等.深化基因工程课程改革 提高教学质量［J］．微生物学通报，2008（7）：1153～1156
3 陈 英、黄敏仁.“基因工程”教学改革初探［J］.生物学杂志，2005（5）：48～50
4 张 明.多媒体教学课件的策划与实现［J］.电声技术，2000（3）：37～39
5 陆光涛.基因工程多媒体教学初探［J］.广西农业生物科学，2007（S1）：154～156
1 构建微生物工程综合实验的重要性和必要性
近年来，国家对高校投入不断加大，实验室的硬件设施有显著地改善，实验教学内容和形式也从封闭的课堂小实验改变为全天候的开放式综合大实验。以前教改形成的微生物制药大实验，发酵工程大实验等整合若干有联系的实验技术，教学方式上强调培养学生独立操作能力，但大实验之间尚缺少实验内容与实验技术上的刚性联系，学生们在不同的大实验课程上学到的实验理念和操作技能不能形成一个知识链条，难以综合运用学到的知识和技能解决一个较大的科学问题或生产实践活动。以科研提升教学，将科研实验转化为教学内容，并进一步实现教学内容向科研工作的延伸，对于学生了解前沿性的实验技术与手段，提高创新能力具有不可比拟的效果。
如何选择恰当的产品，作为生物工程综合实验的突破点？产品选择的标准应包括：时代性、前沿性、市场价值、技术综合性、微生物遗传操作可能性。达托霉素是一种新型环脂肽抗生素，用于治疗耐药革兰氏阳性菌感染，2003 年在美国上市，上市后其销售额逐年上升，2016 全球年销售额超过 20 亿美元，已成为控制耐药菌感染的最后一道防线。2016 年我国食品药品监督总局批准了华东医药和恒瑞医药生产达托霉素。达托霉素是一种微生物次级代谢产物，结构复杂，产量非常低，通过微生物工程系统改造是提高达托霉素产量，降低生产成本的重要策略。通过国内外科学家的努力，克隆了达托霉素生物合成基因簇，并对达托霉素生物合成调控有了较为深入了解。达托霉素具备的突出特点以及课程教师长期从事达托霉素的代谢工程和合成生物学研究，形成了较为丰富的教学材料，使达托霉素产生菌菌株选育成为生物工程实验的突破点。在此基础上提出以达托霉素产生菌基因工程改造为主线，有机的整合基因工程，代谢工程和发酵工程的生物工程综合实验课程，学生将系统地学习现代生物技术的实践理念，基因克隆，质粒构建，链霉菌发酵，抗生素含量测定等分子生物学，微生物学和发酵工程的基础实验方法及原理。本科学生通过该大实验不仅夯实了相关课程的基础理论知识，而且掌握了现代微生物学实验技术，培养了团队合作意识，独立工作能力和科研创新能力。
2 以达托霉素产生菌菌株改造为主线的微生物工程综合实验课程的内容架构
为了追踪微生物工程的发展前沿，提升本科生的实践能力和创新能力，我们的生物工程综合实验包含基因工程，代谢工程和发酵工程三个模块。以基因工程改造达托霉素产生菌-玫瑰孢链霉菌（Streptomyces roseosporus）为研究材料，以提高抗生素的产量为实验目标，通过目的基因的克隆，重组质粒的构建和验证，重组质粒整合到链霉菌基因组获得工程菌，工程菌的发酵，抗生素效价的测定等一系列实验为主线，贯穿基因工程实验，代谢工程实验和发酵工程实验，重排实验课程顺序，建立以微生物学，基因工程和发酵工程为核心的实验模块组合的生物工程综合实验教学平台。。通过该系列课程的学习，增强学生的基础理论和掌握扎实的实验技术，并体验用现代生物技术构建工业生产菌株的完整过程。
2.1 基因工程实验
基因工程模块是整个综合实验的重要环节，负责构建后续代谢工程实验所需重组质粒。实验主要由 PCR 扩增抗生素高产相关基因，重组质粒的构建和验证，感受态细胞的制备和转化等一系列整套相互关联的实验，获得一系列可用于后续代谢工程实验的重组质粒。本模块共学习 9 项基因工程实验技术。学生通过本模块的实验课程学习，将增强基因工程的基本概论，掌握基因工程常用的核酸操作技术。
2.2 代谢工程实验
经典的菌株改良技术是通过菌株的随机诱变和选择高产菌株。随着研究的深入，通过代谢工程技术理性选育高产菌株得到了日益广泛的利用。代谢工程实验模块利用基因工程实验模块制备的含有目的基因的重组质粒，通过转化大肠杆菌 ET12567，通过接合转移技术将目的基因整合到链霉菌基因组，获得重组菌株。实验包括接合转移条件的摸索，重组菌株基因组 DNA 的提取和 PCR 验证等。本模块包含 4 个实验。通过本模块的实验操作学生将会掌握 DNA 转化，利用接合转移将外源 DNA 导入链霉菌，以及通过 PCR扩增鉴定重组菌株等一系列链霉菌代谢工程实验技术，加深对微生物遗传学和代谢工程理论的理解。
2.3 发酵工程实验
发酵工程模块利用代谢工程实验模块构建的重组菌株，摸索最优发酵条件，测定抗生素的效价和重要发酵参数。本模块包含 5 个实验。通过本模块的实验操作，学生将增加对发酵罐的工作和使用，发酵条件优化，抗生素含量测定等一系列微生物发酵的原理的认识，掌握生产实践中常用的发酵技术，获得达托霉素。
3 生物工程综合实验的教学安排及效果
微生物工程大实验由一系列的微生物学实验和分子生物学实验组成，学生需要具备遗传学，发酵工程和基因工程的知识。遗传学和基因工程在我校是大三上下学期开课，微生物学和发酵工程原理是大二开课。为了保证效果，在学院的支持下，其他课程的教学和考试在大学三年级下学期提前一个月结束，避免与生物工程综合实验的冲突。本课程在的最后一个月统一开课，持续四周，共 96 学时，全天候进行，以保证三个模块的连续性，实验完整性，实验操作和科研思路训练的连贯性。
3.1 教学模式
将教师的科研项目转化为本科生综合实验，是一个新的尝试和探索，具有相当的难度和不确定性。为了全面锻炼学生的综合素质和保证实验的顺利进行，我们采用了基于问题的教学模式，并采用模块化的教学设计。基于提高达托霉素产量的问题，引导学生查阅中英文文献，产生候选改造基因，通过学生的小组讨论以及和指导老师讨论确定最终的基因，在指导老师的帮助下自行设计引物开展基因扩增和克隆，整个过程以学生为中心，基于问题的学习，极大地激发了学生的实验热情和锻炼他们的综合能力。实验进行中，每个模块都以目标导向的项目形式进行，学生有机会在规定的时间内重复某个失败的实验，有助于学生探究实验成功的秘诀和总结失败的教训。通过综合实验，学生深刻体会到了微生物工程的连贯性，综合性和前瞻性。
3.2 考核方式
本实验的教学内容相互关联，具有上中下的时间顺序，相对独立，对于每个模块的具体实验教学由各模块实验教师对实验操作进行考核。整个实验按照科研项目的形式展开，每个研究小组选择的目的基因各不相同，学生在进入实验室之前查阅文献资料，撰写开题报告，详细陈述立项依据，实验方案和预期实验结果，全部实验结束后按照西南大学毕业论文格式提交实验论文。每个研究小组整理实验结果进行汇报答辩，并针对实验结果及在实验过程中出现的问题进行讨论。最终的实验成绩基于上述表现综合判定。
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
基因工程作为一门独立的学科诞生于20世纪70年代，经过40年的发展已经是现代生物技术中的核心学科和四大工程技术之一，其广泛应用于食品、农业、工业、医药等领域[1]。基因工程是一门集理论与实践与一体的学科，其研究方法与技术贯穿现代生命科学的每个领域。食品科学是整合和应用多个学科（化学、物理、生物、机械等）的基础知识来研究食品的理化、生化以及食品加工原理和工艺的一门交叉学科。食品生物技术是食品加工领域的前沿交叉学科技术，其包括四大工程技术[2]，即食品基因工程、食品细胞工程、食品发酵工程和食品酶工程。而食品基因工程作为食品生物技术上游的关键学科，对现代食品生物技术的发展具有举足轻重的支撑作用。食品基因工程综合实验作为食品基因工程理论课的实践课程，是一门非常重要的课程，根据食品专业的课程特点研究食品科学专业背景本科生的基因工程综合实验教学方法以及设计与构建适用于食品专业本科生的基因工程综合实验体系是值得研究的课题。
1 食品基因工程实验教学中存在的问题及改革的必要性分析
食品基因工程实验教学内容不能紧跟学科发展的步伐，内容古板陈旧[3-5]。目前的实验课大纲包含的实验内容按授课顺序为：目的基因的PCR扩增、核酸电泳检测、大肠杆菌感受态细胞的制备、质粒转化、质粒DNA的抽提、重组质粒的酶谱鉴定、重组细胞的诱导表达、重组酶的亲和层析纯化、SDS-PAGE蛋白电泳鉴定，共9个实验，即80个学时。实验教学模式为基础性的验证性实验，即用课题组里硕士或博士已经成功的实验中的主要实验材料（例如目的基因或质粒等）进行实验。做这种验证性实验，如果操作步骤不出大的问题，基本上就能够得到预期的实验结果。这种实验模式在一定程度上能够使学生温习在理论课堂上学的知识，且能够锻炼同学们的实验动手能力，可以从实验中学到一定的实验技能，但是对学生的创新性思维训练不能起到明显的作用，学生无法体验实验的失败，也就不能分析失败的原因，对实验的理解也就有了局限性。
实验教学存在的另一个突出问题就是实验教学方法单一[4，5]。实验教学采用的是传统的教学方式，老师在实验前会先把讲义上的内容（包括实验目的、原理、步骤）讲解一遍，然后就让同学们照着讲义上的实验步骤一步一步去做，学生只是参与了实验结果的输出，没有深入思考实验的机会。在整个实验过程中，学生大部分时间都是处于被动学习接受的状态，独立思考问题的时间很少。学生只是在实验操作技能上有些许提升，而比较重要的分析问题和解决问题的能力没有任何锻炼和提高。掌握的这些基础的具有验证性实验性质的食品基因工程实验室还是不能独立开展创新型实验研究。
还有一个问题就是考核方式不合理[5，6]。学生成绩考核的方式影响着他们的学习态度，良好的评价方法能够激发他们主动学习和探索知识的欲望，如何突出学生的综合素质和能力，成绩考核方式显得特别重要。传统的实验课成绩评定方式是老师通过学生的实验报告的书写情况来给定一个分数，这种评定方式只能反应学生课下写作业的认真程度，无法判断学生在实验课上的表现，而作为实验课，要靠动手去操作才能得出实验结果，学生的动手能力这个评判实验课的重要因素给忽略掉了。从这里可以看出实验课成绩的传统评定方式的局限性。
鉴于在实验教学中出现的种种问题，这种模式已经不再适应我国培养创新性人才的需要，必须对这种教学方式进行改革。改革的重点是向以“知识构建和问题求解”为特点的“创新性实践教学”模式发展。这种综合型的教学模式与以往的那种“验证性实验教学”模式相比涉及的知识面和深度要高的多，更能够激发同学们的创新思维。这种实验模式以创新性实验研究学习为主，不断提高人的主动求知的欲望，达到更好的学习效果。
2 食品基因工程实验教学改革的具体实施
2.1 优化实验教学内容
对食品基因工程实验课程大纲进行优化设计[2，6]。食品基因工程实验是一门系统性和综合性很强的课程，设计实验教学内容时不仅应强调其基础性也应该强调其综合性。基因工程实验是由不同的实验模块组成的一个系统性的综合实验，每个实验模块之间都存在着紧密的联系，是环环相扣的一个过程，前一个实验的结果通常作为下一步实验的原材料。因此，只有在上一个实验取得可靠的实验结果后才能进入下一步实验，使学生至始至终都树立完整的科学研究概念。
基因工程实验内容丰富多彩，考虑到食品学科的发展，结合实验室在微生物酶研究方面的丰富经验，我们应选择一个与食品生物技术密切相关的食品酶为研究对象，设立一个综合性研究课题，如D-阿洛酮糖3-差向异构酶的克隆、表达及性质鉴定，实验应该包含上面提到的九个实验的全部内容。基因工程综合实验中每个实验模块的连续性特点就要求该实验课程应该在一个完整的时间段内有条不紊的全部做完，按照实验大纲的安排，可以安排一两周的整块时间来做这个综合性实验。食品基因工程实验的综合性和复杂性对学生们来说是最大的考验，但是这也是培养学生良好的科研理念及思维方式的很好机遇。通过实验不仅使学生能够了解基本的实验原理及熟练掌握实验操作过程，而且还能帮助他们建立好的实验素养及培养团队协作能力。
2.2 引进开放式实验或教学与科研相结合
食品基因工程实验采用开放性实验或者与科研相结合的方式，可以给学生的创新思维训练提供更广阔的平台[3，4，5，7]。开放性实验是指在老师规定的一个课题范围内，同学们可以自由选题，从课题方案的设计到课题的操作实施整个过程都是同学们掌控的。当然在关系实验失败与否的实验方案设计阶段，老师会对学生的设计方案进行最后的确定，如果有不妥的地方会让学生进行修改，这样以来学生可以在接下来的实验操作过程能够顺利进行。把基因工程实验课和指导老师的科研项目相结合，这是个大胆的尝试。在同学们参与任课老师的科研项目过程中，可以激发同学们的学习兴趣，锻炼学生把握课题研究方向的能力，有助于学生创新性思维的培养。
2.3 转变学生参与教学方式
让学生参与食品基因工程实验教学的每个环节[8]。从实验的准备阶段开始就让学生参与进来。以往的实验课程，不管是有机实验还是无机实验，学生们在进入实验室前，所有实验过程中要用到的试剂和原材料都已准备就绪。让学生参与实验的每个环节有助于加深他们对实验的深刻理解。基因工程实验一般都是按照一些成熟的操作步骤做的，操作起来不是很难，而实验的大部分时间都花费在了实验的准备工作上。基因工程实验不同于以往实验的特点之一就是一些原材料需要灭菌且部分操作要在无菌条件下进行。通过参与实验的准备学生们能够了解哪些需要事先灭菌，哪些需要在无菌条件下操作。培养基及种类繁多的试剂的配制也需要大量的人力参与。学生们也能熟悉实验中用到的基本仪器的使用，包括高压灭菌锅、PCR仪、蛋白和核酸电泳系统、凝胶成像系统、色谱柱的使用等等。通过让同学们参与实验的各个环节，使同学们更好的理解整个实验流程。整个实验流程做下来，可以使每个学生都能够单独的完成整个实验。在实验过程中，要灌输过程重于结果的思想，减轻学生们更看重结果的负重，使学生更有效地获得知识和能力，从实验中得到更多的收获，进一步提高学生的动手能力。
积极推广多种多样的教学模式。所有的教学模式可以归为两类，第一类以老师为主导，第二类是把学生作为主导。首先说第一类，老师起主导作用，即老师主讲，但在传统教学模式上做些变动，即变成互动式教学。这种互动式教学方法需要学生的积极配合。作为学生，应该在实验开始之前通过预习全部的实验讲义掌握整个实验的流程，实验与实验的衔接以及基础的实验知识，如实验目的和原理、实验操作步骤，通过查阅资料获取实验注意事项，做出预案以防实验失败，对整个实验有一个整体的深入理解。老师可以随机提出一些问题让同学们回答，学生们也可以就某些实验疑点向老师请教，活跃课堂氛围，那些表现好的学生在评定成绩时可以获得额外的加分机会。这种方式能够更积极的调动学生参与实验的热情。另外一种教学方法就是采取角色互换的教学方式，第一种是老师讲学生听，而这一种是把老师和学生的角色互换，由学生在讲台上主讲，然后大家补充和讨论，最后由老师做出点评、总结。这是一种大胆的尝试，对学生的要求很高，需要学生对实验有透彻的理解。
2.4 实验报告的创新
传统的实验报告由实验目的原理、实验步骤、实验结果、讨论及思考题这几部分构成，这样的写法几乎是一个实验报告的标准格式。由于传统实验课中的每个实验是独立的，是互不影响的，而每个实验的内容相对较少，采用标准格式书写让人对这个实验一目了然。但是食品基因工程实验是一个综合性的大实验，每个实验都是相互有联系的，完全可以作为一个本科生的毕业课题来对待。所以，可以尝试让学生们按照毕业论文的格式书写这个综合实验的内容，也就构成了一个小论文[6]。按照论文的格式来写，首先第一部分是绪论，写这种食品酶的研究背景及研究目的和意义，然后第二部分就写所做的实验部分，包括前言、材料与方法、主要试剂和仪器，接下来就是实验步骤，最后是实验结果和讨论部分。在小论文的最后部分可以做个小结。这种写法有助于开阔学生的视野，不只是把目光局限在一个个独立的实验上面，而用开放的思维去思考整个实验。也可以让学生们尽早接触毕业论文的书写格式，为学生真正的毕业论文写作打下基础。
2.5 改进学生成绩考核方式
以前的实验课成绩评定方式是通过实验报告的分数给定的，这种评分方式过于单一化，有诸多弊端，所以我们要摈弃这种传统的实验课成绩评定方式。学生的成绩是由多种因素共同决定的，这些因素可以归纳如下：实验小论文，实验操作测评，平时表现与出勤[7，9，10，11]。这三个部分应该按照一定的比例分数构成一个学生的总成绩。小论文的质量应该是这个综合实验的最重要评判指标，反应学生实验的结果及对待实验的认真态度。实验操作测评有老师在实验课进行期间的巡视观察来判断学生的操作实验的动手能力。平时表现与出勤则反应了学生课堂上的积极性及参与度。这几种因素的叠加对以前单一评判标准起到很好的平衡作用，能够更有效的促进学生的学习兴趣。
曹树青，2001年7月获南京农业大学博士学位。2001年8月至2003年7月在复旦大学生命科学学院从事博士后研究。2011年9月至12月在美国普渡大学从事访学研究。现任合肥工业大学生物与食品工程学院生物科学系主任、教授、博士生导师。先后主持包括国家自然科学基金面上项目、国家重大科技专项子课题等在内的国家级和省部级以及企业委托等课题20余项，指导国家大学生创新性实验计划项目2项和校级大学生创新项目7项，主持校级精品课程及研究生教改项目各1项，参与省部级教改项目3项。
作为课题组的负责人，曹树青在本领域研究较深。他先后在国内外权威和核心刊物上发表学术论文80余篇，其中在国际知名学术期刊New Phytologist、 Nature Communications、Planta、PLOS ONE、Molecular Genetics and Genomics、Pant and Soil、Plant Physiology and Biochemistry、Physiologia Plantarum等上发表SCI收录的论文30余篇。除了这些重要论文，曹树青还获授权或申请国家发明专利14项，参与撰写“973”专著1部。
土壤重金属污染是全球面临的重要环境问题之一，因为土壤污染的重金属可通过农作物而进入食物，严重影响食品安全和人类健康。为解决这一问题，科学家采取了很多措施，植物修复基因工程便是解决土壤重金属污染的重要途径之一。
其原理是利用绿色植物来转移、容纳或转化污染物使其对环境无害。研究表明，通过植物的吸收、挥发、根滤、降解、稳定等作用，可以净化土壤或水体中的污染物，达到净化环境的目的。而在其中，植物修复的对象是重金属、有机物或放射性元素污染的土壤及水体。因而，植物修复基因工程是一种很有潜力、正在发展的清除环境污染的绿色技术。
经过长年不懈的努力，合肥工业大学生物与食品工程学院生物科学系主任、曹树青教授，带领科研团队首次揭示了植物响应重金属镉胁迫信号转导的分子调控机制，为土壤重金属污染植物修复基因工程提供了新的技术途径和基因资源。2014年10月20日，这一成果在线发表在国际植物学知名学术期刊《新植物学家》上，并获得第十三届全国农业生物化学与分子生物学学术研讨会优秀论文奖。
从源头保障农产品安全
寻找和发掘耐受重金属毒害且调控重金属超量积累的关键基因并阐明其作用机理却不容易，但这却是植物修复基因工程获得成功并从源头上控制农产品食品安全的关键所在。
我国有近20%的耕地存在镉、砷、汞、铅、镍、铜等重金属超标，而土壤中重金属可通过农作物吸收进入食物链，严重影响食品安全并危及人类健康。曹树青介绍说，通过物理和化学手段治理土壤重金属污染非常困难，也容易造成二次污染。
曹树青课题组的此次研究正是瞄准于此，主要通过正向和反向遗传学途径，筛选和克隆涉及植物重金属超量积累（或降低重金属吸收）的关键基因，并阐明其作用机理。该研究不仅有助于揭示植物耐受重金属毒害的分子机理，而且可以为从源头上控制农产品安全提供新的技术途径。
在得到了转基因重大专项以及国家自然科学基金等项目资助下，曹树青课题组利用正向遗传学途径筛选和鉴定了一个拟南芥耐镉突变体xcd1-D，并克隆了其相应的基因MAN3，该基因编码一个1，4-糖苷水解酶。过量表达MAN3基因导致镉的耐受和积累，而MAN3基因功能缺失则该突变体表现出对镉敏感。镉胁迫诱导MAN3基因表达、增加甘露聚糖水解酶活性及甘露糖水平，从而激活谷胱甘肽依赖的植物螯合素合成途径上的相关基因协调表达，进而增加植物对镉积累和耐受。大量实验表明，过量表达MAN3基因的拟南芥植株，在重金属镉污染的土壤中仍然保持正常生长状态。
随着研究的不断深入，他们发现了MAN3及其介导的甘露糖的新功能，首次揭示了其在植物响应重金属镉胁迫过程中新的信号转导通路，这为土壤重金属污染植物修复基因工程提供了新的技术途径和基因资源。成果自从在线发表在国际植物学知名学术期刊《新植物学家》后，获得了业界广泛瞩目。
科研活动是一个连贯的对自然、社会规律的探索过程，因而一项科研需要坚持以保证其延续性。曹树青表示，下一步，他打算深入挖掘植物响应重金属镉信号转导的分子调控机制，对植物响应其他重金属包括砷及铅等的分子调控机制进一步研究，争取将已获得的研究成果产业化。
拓展科研的广度
创新路上，中国科技正不断向各种高度、深度和广度延伸。“精度”既是科技创新的目标，也是丈量科技创新质量的标尺，“广度”则涵盖了科学研究领域的方方面面。严格意义上，曹树青的视野在生物科学，除了从事植物修复基因工程、植物抗逆分子生物学及食品生物技术等方面研究，他的科研视野也落在利用正向和反向遗传学途径上，他筛选鉴定多个与非生物胁迫相关的功能基因，初步阐明这些基因参与非生物胁迫响应调节的可能机理。
为什么会选择这方面的研究？缘于他对粮食安全的担忧。粮食安全是国家安全的物资基础，始终是关系到国计民生和国家安危的重要问题。在他看来，如何增强作物品种的抗逆性，还依然是目前我国农业生产上亟待解决的关键问题之一。在解决这个问题方面，利用转基因育种提高作物的耐寒和抗旱能力无疑具有重要的理论与经济意义。这项工作的关键在于对植物抗逆分子机理的认识及关键基因的发掘。
通过长期的钻研，曹树青探索出了一条比较有效的科研方法。他以模式植物拟南芥为材料，通过正向和反向遗传学途径，利用现代分子生物学技术和基因工程手段，筛选和克隆抗逆关键基因，阐明其功能，并用于作物抗逆分子遗传改良。这一研究可获得具有自主知识产权的新基因，不仅可以为作物抗逆遗传改良提供新的基因资源，而且对于揭示植物抗逆分子机理具有重要的理论意义。
科研育人，并行不悖
曹树青是一个忙碌的人，平时除了做科研，还在合肥工业大学作为教授、博士生导师带学生。在他的指导下，先后培养硕士和博士生30余人，一些学生已先后在国内外知名大学从事博士后研究和攻读博士学位。他指导过的优秀学生和研究团队更是不计其数。
论文关键词：翻译杂交释放技术，翻译杂交捕获技术，无细胞翻译系统，重组子，筛选
1.引言
翻译杂交释放（Hybrid-Release Translation , HRT）技术和翻译杂交捕获（Hybrid-ARrest Translation , HART）技术，是鉴定克隆基因翻译产物的有效方法。两种方法都利用纯化的mRNA通过无细胞翻译系统（cell-free translationsystem）直接合成蛋白质。细胞裂解物，可以来自于发芽的小麦种子中，或者来自于兔网状细胞，都具有很强的合成蛋白的能力，含有蛋白质合成所必需的核糖体，tRNA和其他蛋白质合成所必需的分子。然后加入mRNA和必需的20种氨基酸，其中Met是35S标记的。mRNA被转录成放射性蛋白质的混合物，可以通过电泳分离，自显影显示出来。每一条带都代表mRNA所翻译的一种蛋白。
当有cDNA克隆存在时HRT和HART可以非常好的工作。在HRT中，首先将cDNA变性，结合到纤维素膜上或者尼龙膜上，加入mRNA样品，能与cDNA杂交的特异mRNA保留在膜上，除去未结合的分子后，可以收集mRNA并加到细胞外系统中生物论文，这样将产生cDNA编码的特异的蛋白质。
HART的不同点在于，HART并不除去未杂交的分子，而是将整个膜转入细胞外系统，杂交的mRNA不能直接翻译，所以除此之外，所有的mRNA都翻译。翻译产物中缺失的蛋白可以进行鉴定中国知网论文数据库。
2. 无细胞翻译系统（Cell-Free Translation System）
实验室中常用的无细胞翻译系统是麦芽胚（germinating wheat seeds）提取物和兔网织红细胞（rabbit reticulocyte cell）提取物，也有使用非洲爪蟾（Xenopus laeuis）卵母细胞体系的[1]。无细胞翻译系统主要含有：
（1）核糖体；
（2）tRNA；
（3）20种氨基酸，其中一种带有放射性标记（实验室中也经常使用35S-甲硫氨酸<35S-methionine>），供放射自显影检测之用；
（4）控制蛋白质合成的相关因子。
无细胞翻译系统主要有如下3点优越性：
（1）在无细胞翻译系统中，蛋白质合成的活性极高。
无细胞翻译系统就是一种人工制造的蛋白质“合成机器”， 其功能就是专门进行蛋白质的合成。相对于传统的宿主菌翻译系统而言，无细胞翻译系统不用考虑宿主菌本身的生活能力，只需大量合成目的蛋白质即可，效率极高[2]；
（2）专一性地翻译目的基因的序列。
与（1）相同，无细胞翻译系统不受到宿主菌的干扰。假设一重组子X，如果加入到无细胞翻译系统中，则该系统只翻译重组子上有限的核酸序列，便于对目的基因及其表达产物进行分析。相反，如果将重组子X导入某一受体细胞，则表达产物将包括重组子与宿主细胞两方面的蛋白质，且后者将占绝大多数，给分析工作带来极大的不便；
（3）加入了放射性标记的氨基酸，有利于对翻译产物进行检测；
作为基因工程研究的重要手段，无细胞翻译系统的主要功能就是定向地合成所需蛋白质，并对其进行检测。常在系统的氨基酸底物中添加一种带有放射性标记的氨基酸，或者使用35S-甲硫氨酸（35S-methionine），便于翻译后的检测工作[3]。
3.HRT和HART
HRT和HART的技术思想是相同的，核心内容都是以目的基因的mRNA为操作对象，用放射自显影的方法检测其表达产物的有无，而其中的关键步骤，就是以目的基因为模板，获得该基因的cDNA生物论文，在杂交检测中作为探针使用。
在HRT中，目的基因与载体连接之后，将进行如下操作：
（1）将连接后的重组子加入到无细胞翻译系统中，进行转录、表达，提取mRNA；
（2）从提取的mRNA中取出一部分，以目的基因为模板设计引物、以 mRNA为底物进行RT-PCR，获得目的基因的cDNA；
（3）将cDNA固定在硝酸纤维素（nitrocellulose）或尼龙（nylon）膜上，作为杂交探针之用；
（4）将余下的RNA与上述cDNA混合、温育，然后进行非特异性的洗脱，即通过控制洗脱反应的条件，将那些不与cDNA发生特异性杂交的RNA分子洗脱掉；
（5）转变洗脱条件，进行特异性的洗脱；如果有mRNA分子与cDNA发生特异性的结合，则此mRNA将在这一步骤中被洗脱下来，并且此mRNA就是目的基因的转录产物；
（6）收集洗脱产物，加入到无细胞翻译系统中，通过蛋白质电泳和放射自显影（autoradiography）检测表达产物。
显而易见，由于使用了无细胞翻译系统，去除了大量的、与检测实验无关的mRNA分子，所以HRT的实验结果只有两个：
（1）只有一条放射性条带，即目的基因的最终表达产物。此结果表明：目的基因与载体成功连接并转化、能够在宿主菌中顺利表达；
（2）没有任何放射信号，检测结果为空背景。此结果表明：目的基因可能与载体成功地连接并转化，但不能顺利地表达。
而对于HART而言，该方法中只有一点与HRT不同：在HRT中，最终要对目的基因的表达产物进行检测；而在HART中，则是要对目的基因表达产物之外的蛋白质进行检测，具体步骤为：
（1）将连接后的重组子加入到无细胞翻译系统中，进行转录、表达，提取mRNA；
（2）从提取的RNA中取出一部分，以目的基因为模板设计引物、以RNA为底物进行RT-PCR，获得目的基因的cDNA；
（3）余下的RNA再分成两部分，其中一部分与上述cDNA探针杂交，进行非特异性的洗脱生物论文，并将洗脱产物回收，而弃去与cDNA探针发生特异性杂交的mRNA。换言之，洗脱产物中已经特异性地去除了由目的基因转录的mRNA。将洗脱产物加入到无细胞翻译系统中进行表达，用蛋白质电泳和放射自显影技术检测其表达结果，记作结果-1；
（4）如（4）中所述，RNA分成两部分之后，一部分用于杂交。与此同时，将另一部分RNA直接加入到无细胞翻译系统中进行表达，用蛋白质电泳和放射自显影技术检测其表达结果，记作结果-2。
（5）结果-1和结果-2进行匹配，分析目的基因的转化情况。
同样，由于使用了无细胞表达系统，被检测的蛋白质种类少，仅限于载体所承载的表达信息，便于分析结果。结果-1和结果-2的比较，可以出现两种情况：
（1）结果-1仅仅比结果-2多一个条带，说明此条带就是目的基因的翻译产物，则可以推断转化实验是成功的；
（2）结果-1和结果-2完全相同，则至少说明目的基因不能顺利表达，转化实验不成功中国知网论文数据库。
以上是对HRT和HART总体技术思想的阐述。不难看出，HRT和HART的核心思想是完全相同的，不同的只是实现这一思想的具体方式[2]。在HRT中，是直接对目的基因的表达产物进行检测；而在HART中，则是对目的基因表达产物之外的蛋白质进行检测。图-1概括了两种方法的流程。从图中可以看出，HRT和HART的结果是互补的、互为“阳性”和“阴性”的。
4. 使用HRT和HART方法的相关问题
HRT和HART技术是在蛋白质水平检测重组子阳性克隆的方法，由于这两种技术的检测对象是目的基因的最终表达产物，故比起常见的蓝白筛选、PCR等基因水平检测技术而言，更直观、更严谨、更有说服力[1]。但是，从基因工程整体操作流程上看，对于重组子的检测只是其中的一部分，研究人员不可能将最主要的精力投入到检测工作中。而从上述对于HRT和HART操作步骤的介绍来看，作为检测手段生物论文，两种方法都过于繁琐，特别是频繁涉及对mRNA的操作，要特别注意对mRNA降解的预防，实验条件比较严格。
另外，虽然HRT和HART检测的是表达产物，在这一点上确实比蓝白筛选、PCR等基因水平检测技术更具有优越性，但是，在实际的工作中，研究人员完全可以利用Southern杂交、Northern杂交以及Western杂交等分子杂交手段，在基因工程操作的最后一步——重组子的表达阶段对蛋白质产物进行专门的检测。而在实际工作中，配合蓝白筛选、PCR等方法来使用，HRT和HART技术使检测结果更加可信，达到一种“锦上添花”的效果。随着技术的不断完善，近来又在DNA水平检测方法上有了新的突破-HCII第二代杂交检测方法的问世，无疑是对杂交检测方法的灵敏度的改善【4】。除此之外，检测基因表达产物的方法还有cDNA微距阵杂交技术【5】，磁珠捕获技术【6】，，多重核酸扩增荧光技术【7】，应用反向斑点杂交技术【8】等。
参考文献：
[1]邱泽生主编.基因工程.北京：首都师范大学出版社，1993，125-128；
[2]T.A. Brown. Gene Cloning and DNA Analysis – An introduction.4th edition. US：Blackwell Science Ltd , 2002, 235-236；
[3]吴乃虎编著.基因工程原理.第2版.北京：科学出版社，2001，382-384；
[4]王秋伟,虞斌,许培箴.HPV DNA HCII检测在宫颈病变筛查中的应用. 山东医药,2009,44-45
[5]胡吉,王宣春,沈烨.采用cDNA 微阵列杂交技术对垂体瘤基因表达谱的研究.复旦学报，2005，565-569
[6]王卉放,许化溪.磁珠捕获技术在定量液相杂交中的应用.江苏大学学报（医学版）2003,285-288
[7]李晴,乌兰娜等.多重核酸扩增荧光检测技术在宫颈癌筛查中的效果评价.中国肿瘤，2009，315-318
[8]胡军勇,金卉等.应用反向斑点杂交技术从转录序列的选择性捕获中筛选副猪嗜血杆菌表达差异基因.农业生物技术学报，2009，189-194
1 对象与方法
1.1 对象
用酶联免疫吸附法（ELISA）检测乙肝表面抗原（HBsAg）、保护性抗体（HBsAb）、e抗原（HBeAg）、e抗体（HBeAb）、核心抗体（HBcAb），5项指标均为阴性，近期无感冒发热，免疫前体温正常，无接种乙肝疫苗史、肝病史及1年内无输血史者作为免疫对象。
1.2 对象来源
采用多阶段分层抽样的方法抽取上戍乡坎上村、藤桥镇樟村、南浦街道柳园社区6～60岁人群1 120人，3针全程接种的对象869人，失访人群年龄、性别与在访人群无差异。
1.3 疫苗
疫苗采用卫生部北京天坛生物制品股份有限公司生产的重组（酵母）乙肝疫苗，剂量为每次1剂，19周岁及以上对象接种10μg×3疫苗，批号为2004060204，19周岁以下对象接种5μg×3疫苗，批号为2004020103和2005110107，疫苗均在效期内使用。
1.4 免疫程序
免疫程序为0个月、1个月、6个月，接种途径为上臂三角肌肌肉注射。
1.5 血清检测指标及判定标准
免疫前筛选时用ELISA法检测HBsAg、HBsAb、HBeAg、HBeAb、HBcAb，试剂为郑州安图绿科工程有限公司生产。免疫后1个月采血，检测方法采用时间分辨免疫荧光技术(TRFIA)法进行检测，试剂由上海新波生物技术有限公司生产，试剂均在效期内使用。检测由专人负责，按照说明书操作。筛选时为定性检测，免疫后用定量方法检测,抗体滴度≤2.1mIU/mL为无应答，＞2.1mIU/mL＜10mIU/mL为弱应答，≥10mIU/mL为阳性，作为免疫成功。
1.6 统计分析
资料收集采用Excel 2003进行数据二次输入，核对后采用SPSS 12.0软件进行分析
2 结果
2.1 抗-HBs阳转情况
3剂乙肝疫苗免疫1个月后抗-HBs阳转情况显示，869例接种对象中有112例抗-HBs滴度＜10 mIU/mL，抗体阳转率为87.11%。不同性别的免疫应答情况见表1 。
男性抗-HBs滴度＜10 mIU/mL的对象多于女性，且有统计学差异,尤其是无应答率男性明显高于女性。
2.2 不同年龄组中不同性别抗-HBs阳转情况
10μg组性别间抗-HBs阳转率无明显差异，而低年龄组（5μg）不同性别之间存在差异，6～9岁组不同性别之间无差异，10～14岁组女性抗体阳转率高于男性，且有统计学差异，见表2。
2.3 抗体阳转情况
不同年龄组抗体阳转率见表3。低年龄组阳转率明显高于高年龄组，尤其是18岁以下人群、19~29岁阳转率较高，经卡方趋势性检验，χ2=15.675，P=0.000,不同年龄段间抗-HBs阳转率有随年龄增加而下降的趋势。
2.4 乙肝疫苗的安全性
本组对象接种北京天坛生物制品股份有限公司生产的重组（酵母）乙肝疫苗后，只有2例出现局部轻微的红肿、无发热，48 h内恢复正常，未出现严重的局部或全身不良反应，证明该疫苗具有良好的安全性。
3 讨论
乙肝疫苗接种后抗-HBs阳转率报道各不相同，乙肝血源疫苗接种普通人，抗-HBs阳转率可达95％以上，儿童接种基因疫苗后，抗-HBs阳转率可达95.4l％~97.26％[3] 。成人接种国产酵母、进口酵母、国产CHO乙肝疫苗后1个月抗体阳转率为90％~100%[1]。本组对象接种重组（酵母）乙肝疫苗后，抗-HBs阳转率为87.11%，低于儿童水平，说明本研究人群对接种乙肝基因工程疫苗的反应不如儿童敏感,比成人最低值90%稍低[1]。
本研究15周岁以上人群性别之间无显著性差异，与温海辉等[4]的研究结果相近，10～14岁组女性抗体阳转率高于男性，这与王昕、张万华、张凤梅等[5~7]报道相同，这些可能与男性人体对乙肝疫苗不敏感有关。
本研究19~29岁组阳转率稍高于6~18岁组，但无统计学差异，可能是样本太小或者为增加成10 μg的接种剂量有关，梁争论等报道剂量增加抗体阳转率将增高[1]。 19岁以上人群阳转率低于6～18岁人群，40岁以上组低于19～29岁和7～18岁组，二者差异有统计学意义(P
接种血源型乙肝疫苗可以发生过敏反应[1]，但较少见。乙肝重组（酵母）基因工程疫苗接种后不良反应一般较轻微[2]，重组（汉逊酵母）乙肝疫苗接种引起不良反应较少见[9]。本组对象未出现任何严重的不良反应，说明国产重组（酵母）乙肝疫苗具有良好的安全性。
（S050214课题组成员陈家档、周志清、徐未霖、李雯等在课题研究现场采样和实验室检测做了大量工作，在此表示衷心感谢！）
4 参考文献
［1］梁争论,李河民,吴小音,等.中国乙型肝炎疫苗免疫效果和免疫机制的研究进展［J］.中华实验和临床病毒学杂志,2002,16（1）:91-93.
［2］王昕,孙树,时景璞.成人接种重组酵母乙肝疫苗后免疫效果的评价［J］.中国医科大学学报,2002,31（2）:121-122.
［3］靳维声,邢玉兰,球铁珊,等.重组酵母乙肝疫苗免疫效果研究［J］.中华微生物和免疫学杂志,1998,18(4):324―326．
［4］温海辉,黄飞雁,陈思东,等.乙型肝炎疫苗接种后无弱应答的发生及其影响因素的条件Logistic回归分析［J］.预防医学论坛,2006,12（4）:422-424.
［5］王昕,孙树,时景璞，等.成人接种重组酵母乙肝疫苗后免疫效果的评价［J］.中国医科大学学报,2002,31（2）：121-122.
［6］张万华，刘流.中小学生接种乙型肝炎疫苗免疫效果观察［J］.右江民族医学院学报，2006，4：653-654.
［7］张凤梅，陈希平，杨传志，等.不同人群接种重组（酵母）乙型肝炎免疫效果分析［J］.中国计划免疫，2004，10（3）：150.
［8］卢崇南,邓海燕.基因乙肝疫苗人体免疫效果分析［J］. 国际医药卫生导报，2005,11（6）:119-120.
教学内容往往需要与教材密切结合，目前适用于高等学校《食品生物技术》课程的相关教材基本上是分成基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程、生物工程下游技术和现代分子检测技术几章节，这些内容过于偏向生物技术方向，而且章节之间衔接性不强，在编排上显得相互孤立。因此食品生物技术课程的教学内容会显得繁多，而且枯燥乏味[4]。另外，食品质量与安全专业的学生通常对生物技术在食品上的应用更感兴趣。本研究对教学内容的改进主要从以下几个方面进行：
1.1理清知识模块，抓住主线
食品生物技术课程是以基因工程为技术主线，以细胞工程、蛋白质工程、酶工程及发酵工程为核心模块。其中，基因工程和蛋白质工程为发酵工程和酶工程提供技术支撑。细胞工程为发酵工程和酶工程提供细胞载体。生物技术产品需要利用现代分子检测技术进行监测和评价。在这个大框架下，再对各个章节的内容进行凝练和归纳。例如，基因工程，这一章是食品生物技术课程的核心，其教学内容可以基因操作步骤为主线，即“分”、“切”、“接”、“转”、“筛”、“表”。在这个技术路线的基础上，补充相应的知识内容。学生学起来就比较连贯而且能够从总体上把握住重点。
1.2把握教学重点和难点
食品生物技术涉及的知识繁多，不可能面面俱到。在课堂上授课时需要突出重点，才能在有限的课时情况下，完成教学任务。例如细胞工程这一章，重点就是植物、动物和微生物细胞基本培养方法和技术。而且微生物细胞培养与学生已开设的《微生物学》重复性高。在这种情况下，重点讲授植物、动物细胞培养的方法，并且在讲授的过程中将两者（如：培养基成分、培养方式）进行对比，便于学生记忆和理解。
1.3结合学科发展的最新应用
食品生物技术是一门较为前沿的学科，随着科学技术的发展，也不断涌现出新的技术和成果，这就要求教师不断跟踪学科发展，更新自己的知识储备。另外食品生物技术学习的最终目的是要在食品领域中进行应用，而且学生往往对应用方面的实例表现出更大的兴趣。因此将学科发展的最新应用以简洁易懂的语言传达给学生，可以激发学生的学习积极性和学习兴趣[2]。
2教学方法的改革
食品生物技术的理论性较强，授课时难免会显得晦涩难懂。老师要改进教学方法，调动学生的学习积极性。本研究对教学方法的改进主要从以下几个方面进行：
2.1采用问题探究式方法，活跃课堂气氛
在本科课堂上，为讲授更多的知识内容，完成教学任务，教师们往往会采用注入式的教学方法。这种教学方法不利用学生的知识迁移，而且容易导致学生产生惰性和厌倦情绪。在教学实践中，可采用问题探究式教学方法，与学生形成良好的互动，激发学生的思维能力，培养学生知识联结及思考习惯。比如，在细胞工程一章中，与学生探讨“能不能通过细胞培养来大量生产紫杉醇，如果可以，需要如何操作，操作过程中的注意事项有哪些？”这样一个问题基本上涵盖了植物细胞培养的主要知识点。既活跃了课堂气氛又完成了授课内容，而且在提问的过程中无形地提高了学生神经的紧张性，使学生的注意力集中在课堂上[5]。
2.2充分利用多媒体等教学手段
多媒体教学可以直观、形象、生动地展示教学内容。利用多媒体教学一方面可以大大增加课堂信息量，另一方面可以使知识内容立体化，有助于学生的理解。比如聚合酶链式反应（PCR），是一种应用范围广而且极其重要的生物技术，学生需要理解其原理，掌握其方法。但是PCR反应过程涉及到的试剂多，反应程序复杂，而且反应过程不直观，即使进行实际操作也很难理解其要点。利用多媒体动画，模拟实际反应过程，将微观的引物、模板、聚合酶等物质形象化，促进学生理解，同时使课堂鲜活起来。多媒体在促进教学的同时，也有一些弊端。因为多媒体课件的信息量较大，以往板书需要3分钟的内容，通过多媒体展示可能只需要1分钟便讲述完，这样容易导致学生没有时间记录和及时消化。因此，可以将多媒体课件在上课前发给学生预习和打印出来，便于学生记录和日后的复习。
2.3布置适当的课后作业
现在本科教学中，学生在课后很少复习，对知识的理解和掌握基本上都是在课堂上。但是本科教学的内容多，知识体系难以掌握，特别是专业课，仅靠课堂上的学习是不够的。在课后布置一些综合性和发散性的作业，可以敦促学生课后复习，同时也培养学生的自学能力。
2.4以科研促教学
食品生物技术不仅涉及到基因和分子等方面的理论知识，也涉及食品工艺与加工等应用方面的内容，因此可以结合课程内容设置一些大学生创新实践活动课题。激发和鼓励学生参与到教师的科研项目中，使学生通过实验设计和项目执行更好地理解专业知识。通过这样一个过程也激发学生学习专业知识的积极性和兴趣，培养学生的科研能力，以及自主解决问题的能力，为本科生的毕业论文奠定良好的基础。
3结语
在新医改紧张推进之际，国内生物医药产业振兴规划也被提上了日程。在“十二五”规划纲要中，它被列为了加快培育发展战略性新兴产业的重点方向，成为国家提出的重点发展的七大战略性新兴产业之一。
生物医药产业化始于上世纪70年代，在生物产业中，生物医药起步较早，规模较大，进展较快，在整个生物产业中占到70%到80%，是整个生物产业的核心。尤其是近10年来，生物医药行业的表现异常活跃，一些生物医药的产品治疗了很多在过去无计可施的疾病，如对肝炎、癌症的治疗都起到了积极的治疗作用。
在国际上，生物医药行业一直被各国看好，无论从研发还是产业化角度都成为其发展战略性新兴产业中生物产业的核心和重点。美国、欧盟等生物医药技术前沿国家和地区，近年来的创新药多半出自生物医药领域，且受到医学界的欢迎，销售额迅速增长。像基因工程类产品、疫苗类产品，单抗产品等，都给了医生全新的选择。事实上，生物医药不仅是全球创新药研发的新宠，在我国经济总量中所占的比重也在不断攀高，增速在不断加快。
创新是源泉
目前，国内在生物医药上已经做到了把国外已经产业化的产品迅速转移到国内进行产业化，而现在需要的则是创新，科技突破是生物医药行业做大做强的难点，同时也是关键点。可以说，创新是生物医药发展永远的动力源泉。当然，这可能是一个非常艰苦的过程，但国家近年来一系列重大专项的支持，使我国生物医药已经具备了原始创新的能力和基本条件。
高通量基因克隆表达、大规模细胞培养及纯化技术平台、抗体人源化平台等一系列技术平台的建立，奠定了我国生物医药研发的基础条件；大专院校、科研院所承担了生物医药研究开发尤其是原始创新的主要工作；大量海外留学生的归来，充实到生物医药行业的各个环节，大大缩短了我国在生物医药领域的摸索阶段；企业研发水平也在迅速提高，如沈阳三生制药的红细胞生成素、厦门特宝生物的长效抗干扰素等，都达到了国际先进水平。
政策是推动力
现在国家正在积极加大力量投入到具有自主知识产权的原创生物医药的研究和产业化。估计“十二五”期间，我国将拥有25个左右创新药，其中约15个将是生物医药，包括基因工程幽门螺旋杆菌疫苗、乙肝治疗疫苗、KH902等。
购物车(0)