時(shí)間:2023-03-22 17:33:46
序論:好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過(guò)程,我們?yōu)槟扑]十篇生物技術(shù)論文范例,希望它們能助您一臂之力,提升您的閱讀品質(zhì),帶來(lái)更深刻的閱讀感受。

2提高南華大學(xué)生物技術(shù)專業(yè)本科畢業(yè)論文質(zhì)量的建議
2.1改革現(xiàn)有教學(xué)模式
目前,生物技術(shù)專業(yè)人才不但需要掌握扎實(shí)的生物學(xué)理論知識(shí),而且還需要具有一定獨(dú)立從事科學(xué)研究和創(chuàng)新能力。許多綜合性大學(xué)生物類研究生的招生規(guī)模已超過(guò)了本科生的招生規(guī)模。為了滿足社會(huì)的需要,應(yīng)在本科階段即開始培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究和創(chuàng)新的能力,為學(xué)生的進(jìn)一步深造打下良好基礎(chǔ)。因此,可以考慮改革現(xiàn)有教學(xué)模式,將生物技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文時(shí)間安排提前,在大三甚至大二時(shí)學(xué)生即可以在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科學(xué)研究。鄭增娟等對(duì)某醫(yī)學(xué)院校本科生通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)42.6%受調(diào)查的學(xué)生都希望將畢業(yè)論文撰寫時(shí)間提前至大三[4]。這樣不但可以增加學(xué)生對(duì)理論知識(shí)掌握和應(yīng)用的能力,還可以加強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)研究素養(yǎng),讓學(xué)生有充分的時(shí)間去完成創(chuàng)新性和探索性較高的課題,以保證畢業(yè)論文的質(zhì)量。目前,我校藥學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院已開展了嘗試,在新生入校起,所有生物技術(shù)專業(yè)本科生就實(shí)行導(dǎo)師制,一般每位導(dǎo)師指導(dǎo)2-4名本科生。這樣學(xué)生從大一開始,就可以進(jìn)入導(dǎo)師的實(shí)驗(yàn)室,有充足的時(shí)間來(lái)確定畢業(yè)論文的選題,以及培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣、實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力。
2.2選拔具有較高學(xué)術(shù)水平和責(zé)任感的教師承擔(dān)論文的指導(dǎo)
要明確指導(dǎo)教師的責(zé)任,通過(guò)制定指導(dǎo)教師工作細(xì)則來(lái)實(shí)現(xiàn)本科畢業(yè)論文指導(dǎo)的制度化[5]。指導(dǎo)教師應(yīng)在畢業(yè)論文過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生樹立勤勉嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度、實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng),使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到做好畢業(yè)論文對(duì)提高自身思想道德、業(yè)務(wù)水平、工作能力和綜合素質(zhì)的意義。同時(shí)指導(dǎo)教師自身的學(xué)術(shù)水平、學(xué)術(shù)道德和品行操守對(duì)學(xué)生會(huì)有深刻的影響。
2.3全程監(jiān)控畢業(yè)論文質(zhì)量
畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,要始終以指導(dǎo)教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體、組織管理為保障[6]。從任務(wù)書的下達(dá)、相關(guān)文獻(xiàn)的查閱和論文的準(zhǔn)備、開題、實(shí)施、中期檢查、論文撰寫階段教師均要全程進(jìn)行指導(dǎo)和監(jiān)控。學(xué)校教務(wù)部門應(yīng)制定論文開題與中期檢查制度,全程監(jiān)控論文的實(shí)施和完成情況。學(xué)校還應(yīng)為學(xué)生建立完整的論文檔案,如學(xué)生的任務(wù)書、開提報(bào)告、實(shí)驗(yàn)記錄、論文等。指導(dǎo)教師在論文全程中的指導(dǎo)和監(jiān)督是指強(qiáng)調(diào)指導(dǎo)教師的啟發(fā)和引導(dǎo)作用,而不是布置任務(wù)似的指導(dǎo),否則會(huì)導(dǎo)致學(xué)生過(guò)分依賴于指導(dǎo)教師,無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
2.4規(guī)范論文寫作、嚴(yán)格答辯程序、客觀評(píng)定成績(jī)
論文寫作要按正式期刊的發(fā)表要求來(lái)規(guī)范,從科學(xué)術(shù)語(yǔ)、文獻(xiàn)引用、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)使用、圖表繪制、圖表說(shuō)明等方面都應(yīng)規(guī)范化。學(xué)校從2012年起實(shí)行本科畢業(yè)論文制度,規(guī)定重復(fù)率在30%以上的必須修改后才能參加答辯,重復(fù)率在60%以上的推遲一年答辯。對(duì)答辯過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)督,如采取的教研室小組答辯、院級(jí)公開答辯和校級(jí)公開答辯三種形式是一種較好的嘗試。小組答辯以教研室為單位分組進(jìn)行,導(dǎo)師一概回避,互相答辯對(duì)方評(píng)委的學(xué)生,嚴(yán)格規(guī)定答辯程序和時(shí)間(如學(xué)校規(guī)定陳述和答辯時(shí)間必須控制在15min左右)。成績(jī)的評(píng)定應(yīng)采用客觀、公正、合理的評(píng)價(jià)體系,最好是能量化的指標(biāo),如從論文的創(chuàng)新性、理論知識(shí)的掌握、論文工作量、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、論文撰寫等各個(gè)環(huán)節(jié)給出具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),成績(jī)?cè)u(píng)定的主體可采用指導(dǎo)老師、論文評(píng)閱教師、答辯評(píng)委三級(jí)評(píng)分相結(jié)合。隨機(jī)抽取30%左右參加院級(jí)公開答辯,被評(píng)為優(yōu)秀的再參加校級(jí)公開答辯。這樣能有效地對(duì)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))的最終質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控。
2.5建立本科畢業(yè)論文的激勵(lì)制度,提高學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的積極性
應(yīng)建立完善的本科畢業(yè)論文激勵(lì)制度,如學(xué)生的畢業(yè)論文公開發(fā)表在學(xué)術(shù)刊物上、獲得了某些等級(jí)的獎(jiǎng)勵(lì)與表彰、獲得了國(guó)家專利等,學(xué)校應(yīng)給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)??梢酝ㄟ^(guò)物質(zhì)鼓勵(lì)或以增加綜合素質(zhì)測(cè)評(píng)績(jī)點(diǎn)、評(píng)優(yōu)、評(píng)先、評(píng)獎(jiǎng)學(xué)金、免試推薦攻讀研究生等形式進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)。這樣就能大大提高學(xué)生畢業(yè)論文的積極性,為畢業(yè)論文質(zhì)量的提高打下基礎(chǔ)。
隨著軟電離技術(shù)的迅速發(fā)展,對(duì)于一些具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的大分子生物聚合物,質(zhì)譜法可將其進(jìn)行電離分解后在電場(chǎng)和磁場(chǎng)作用下進(jìn)行離子質(zhì)量分析,從而獲得有機(jī)物分子式和結(jié)構(gòu)信息,方法高效、快速準(zhǔn)確。將色譜法與質(zhì)譜聯(lián)用可形成更強(qiáng)有力的聯(lián)用分析技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)極低濃度的生物樣品的含量測(cè)定和蛋白質(zhì)多肽類藥物的代謝動(dòng)力學(xué)研究。核磁共振是一種吸收光譜(1H-NMR和13C-NMR應(yīng)用廣泛)。1H-NMR可以提供分子中氫原子所處的化學(xué)環(huán)境、相對(duì)數(shù)目以及分子構(gòu)型等有關(guān)信息,13C-NMR直接提供有關(guān)分子骨架的結(jié)構(gòu)信息。光譜攜帶大分子生物聚合物結(jié)構(gòu)信息經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理,可確定氨基酸序列、核酸的分析和定量混合物中的各組分含量分析等。將核磁共振技術(shù)與高效液相色譜法或毛細(xì)管電泳法聯(lián)用,分析能力強(qiáng)大并能拓展其在生命科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍。但質(zhì)譜,核磁共振儀器精密昂貴,工作環(huán)境操作技術(shù)要求高,普及性受限。
1.2生物技術(shù)分析法
生物技術(shù)分析法主要包括:免疫學(xué)法、放射性同位素示蹤法、生物鑒定法和量熱法等。免疫學(xué)法是利用蛋白質(zhì)多肽抗原與相應(yīng)抗體(單克隆或多克隆抗體)可以特異性識(shí)別結(jié)合的特點(diǎn)(結(jié)合比色法),借助顯微鏡觀察定位,對(duì)蛋白質(zhì)多肽進(jìn)行定性定量分析。常用免疫學(xué)方法有免疫熒光法和酶聯(lián)免疫吸附劑測(cè)定法。免疫熒光法:是將目標(biāo)抗體標(biāo)上熒光素,借助熒光顯微鏡進(jìn)行抗原示蹤定位的檢測(cè)技術(shù);酶聯(lián)免疫吸附劑測(cè)定法:又稱酶聯(lián)免疫法,或ELISA法,是在酶免疫技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新興的免疫檢測(cè)方法,該方法是將可以催化底物發(fā)生顯色反應(yīng)的酶進(jìn)行標(biāo)記,然后通過(guò)顯色進(jìn)行分析檢測(cè)的一種前沿特殊試劑檢測(cè)方法。例如,動(dòng)物血清蛋白藥物或動(dòng)物性食品中農(nóng)藥殘留的ELISA法建立等。而放射性同位素示蹤法則是將目標(biāo)性分子或產(chǎn)物用放射性同位素標(biāo)記(與內(nèi)源物質(zhì)區(qū)別),以研究目標(biāo)分子或產(chǎn)物的體內(nèi)分布、代謝行為。放射性同位素示蹤法和免疫學(xué)方法雖然能夠描述蛋白質(zhì)多肽類藥物的體內(nèi)動(dòng)力學(xué)行為,但不能夠直接反映出蛋白質(zhì)多肽類藥物的生物活性和穩(wěn)定性。生物鑒定法和量熱法則分別依據(jù)生物藥物的特異性反應(yīng)原理和放熱吸熱原理對(duì)藥物的生物活性和穩(wěn)定性進(jìn)行分析研究。例如,生物鑒定法利用組織或細(xì)胞對(duì)蛋白質(zhì)多肽類藥物的某種特異反應(yīng),界定藥物是否具有生物活性,根據(jù)制劑-效應(yīng)曲線對(duì)目標(biāo)蛋白質(zhì)多肽類藥物進(jìn)行定性定量分析。量熱法則是通過(guò)測(cè)定樣品在受熱過(guò)程中的放熱和吸熱行為來(lái)研究樣品中各組分相互作用及狀態(tài)變化的一種方法,該方法多用于多肽的熱穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)分析。
生物技術(shù)及應(yīng)用專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo),是培養(yǎng)具有從事生物技術(shù)應(yīng)用必備的專業(yè)理論知識(shí)和較熟練的綜合職業(yè)技能,適應(yīng)食用菌、組培苗、發(fā)酵產(chǎn)品等生產(chǎn)、基地建設(shè)、經(jīng)營(yíng)管理、技術(shù)服務(wù)及相關(guān)專業(yè)第一線需要的高技能人才。實(shí)訓(xùn)基地是培養(yǎng)高技能人才的必要場(chǎng)所,實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)是實(shí)現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的必要條件。通過(guò)實(shí)訓(xùn),培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)技能,提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。
(二)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)有利于提升學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力,提高就業(yè)率
高職院校要保證就業(yè)率,就必須提高畢業(yè)生的“含金量”,讓其成為用人單位心目中的合適人選。建立實(shí)訓(xùn)基地,讓學(xué)生親身實(shí)踐無(wú)疑是提高其自身“含金量”最有效的方法。在參與實(shí)踐的過(guò)程中,學(xué)生能將平時(shí)所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)際聯(lián)系,同時(shí),在實(shí)踐中體現(xiàn)自身的價(jià)值,使學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和方向更加明確,從而不斷提高自身職業(yè)素質(zhì),提升就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
(三)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)有利于培養(yǎng)“雙師型”教師,提高教學(xué)水平
實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)有利于培養(yǎng)“雙師型”教師,提高教學(xué)水平。教師通過(guò)到實(shí)訓(xùn)基地鍛煉,來(lái)提高自身的技術(shù)水平和動(dòng)手能力,同時(shí),教師在生產(chǎn)、管理第一線有利于獲取各種最新的技術(shù)方法和管理理念,將這些新知識(shí)應(yīng)用于教學(xué),既可以保證知識(shí)的更新,又能激發(fā)學(xué)生的興趣。
二、高職生物技術(shù)及應(yīng)用實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)與實(shí)踐
(一)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)
1.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè),改善實(shí)驗(yàn)室條件。生物技術(shù)及應(yīng)用專業(yè)重視和改善實(shí)驗(yàn)條件,加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室基本設(shè)施的建設(shè),形成完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)規(guī)章制度和科學(xué)的運(yùn)行機(jī)制。在學(xué)院的大力支持下,投入大量資金,對(duì)生物基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室、生物類專業(yè)實(shí)訓(xùn)室,重新裝修并添置了不少儀器設(shè)備,大大加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。有足夠的實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)專業(yè)基礎(chǔ)與專業(yè)課的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,可用于該專業(yè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量(800元以上)共610件,總價(jià)值237萬(wàn)元,生均10031元。實(shí)驗(yàn)開出率達(dá)100%。生物類基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室2005年8月通過(guò)了廣西教育廳基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室合格評(píng)估。
2.加強(qiáng)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè),走“產(chǎn)學(xué)研結(jié)合”發(fā)展之路。廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)有校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地5個(gè):生物技術(shù)中心、生物技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地(園藝方向)、食品生物技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地、食用菌生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)、廣西現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)展示中心。主干課程“植物細(xì)胞工程”“發(fā)酵工藝學(xué)”“食用菌栽培”均有實(shí)力雄厚的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地。生物技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地、食品生物技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地,被批準(zhǔn)為自治區(qū)示范性高等職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)基地。
生物技術(shù)中心是一個(gè)集科研、生產(chǎn)、教學(xué)、技術(shù)推廣為一體的現(xiàn)代生物技術(shù)綜合開發(fā)中心。該中心初步形成了布局合理化、教職工知識(shí)結(jié)構(gòu)專業(yè)化、生產(chǎn)科研管理科學(xué)化、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)規(guī)?;徒虒W(xué)實(shí)踐化的產(chǎn)學(xué)研基地,成功開發(fā)果樹類、經(jīng)濟(jì)作物類、藥用植物類、觀賞植物類等數(shù)十個(gè)品種,享有較高聲譽(yù)。由專業(yè)教師擔(dān)任生物技術(shù)中心主任,教師在生物技術(shù)中心開展科學(xué)研究,承擔(dān)“優(yōu)質(zhì)網(wǎng)紋甜瓜組織培養(yǎng)技術(shù)研究”等6項(xiàng)科研課題。生物技術(shù)中心按教學(xué)計(jì)劃安排學(xué)生實(shí)習(xí),使其在取得較好的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),提高了教師的業(yè)務(wù)素質(zhì)和學(xué)生的實(shí)踐操作技能。
3.加強(qiáng)能力本位實(shí)踐教學(xué),提高學(xué)生綜合能力。為了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和綜合能力,我們非常注重以能力為本位的教學(xué),開展各種形式的實(shí)踐教學(xué)。(1)加強(qiáng)課內(nèi)實(shí)踐活動(dòng)。主干課程理論和實(shí)訓(xùn)的比例為1∶1,做到理論與實(shí)踐的結(jié)合。模擬生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng),如食用菌課教師帶領(lǐng)學(xué)生栽培各種食用菌,由學(xué)生自行制種、栽培、銷售,既掌握了技能,又獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。(2)改驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為探索性實(shí)驗(yàn),提高學(xué)生動(dòng)手能力。根據(jù)課程的特點(diǎn),學(xué)生在教師指導(dǎo)下,進(jìn)行探索性實(shí)驗(yàn)。例如,在植物組織培養(yǎng)中,培養(yǎng)基不同,植物生長(zhǎng)效果也不同。教師在教學(xué)中并不直接將這些實(shí)驗(yàn)技巧或方法告訴學(xué)生,而是指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行探索性實(shí)驗(yàn),最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)和分析得出最佳的方案或結(jié)果。(3)利用科研資源豐富實(shí)踐教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。在生物中心承擔(dān)的科研項(xiàng)目中,有豐富的實(shí)驗(yàn)材料供學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。例如,在植物脫毒培養(yǎng)和試管苗增殖培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中,讓學(xué)生參與香蕉、生姜的脫毒與工廠化試管苗快繁培養(yǎng)等項(xiàng)目,對(duì)提高學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力和科研創(chuàng)新能力起到了很好的作用。
4.健全實(shí)踐教學(xué)管理規(guī)章制度。建立了一整套完整的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)大綱和實(shí)習(xí)指導(dǎo)書。制定各門課程實(shí)踐技能考核辦法,加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐技能考核。理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)由學(xué)校組織實(shí)施,生產(chǎn)實(shí)習(xí)和專業(yè)實(shí)踐與合作辦學(xué)單位共同組織實(shí)施。實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的成績(jī)由指導(dǎo)實(shí)習(xí)的企業(yè)參與評(píng)定。
(二)校外實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)
1.開展校企合作,實(shí)現(xiàn)雙方共贏。實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)離不開企業(yè)的參與。校企合作、工學(xué)交替是高職教育發(fā)展的必由之路。生物技術(shù)及應(yīng)用專業(yè)通過(guò)簽訂合作辦學(xué)協(xié)議,共建立了15個(gè)穩(wěn)定的校外實(shí)訓(xùn)基地。如桂林萊茵生物應(yīng)用技術(shù)有限公司、廣西北生集團(tuán)海玉農(nóng)業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司、南寧市良風(fēng)江食用菌生產(chǎn)示范基地等。這些實(shí)訓(xùn)基地實(shí)力雄厚,足以承擔(dān)本專業(yè)的實(shí)訓(xùn)任務(wù)。我們每年都會(huì)派遣學(xué)生到企業(yè)進(jìn)行實(shí)踐,不少學(xué)生在實(shí)習(xí)期間就被企業(yè)選中留用。
2教學(xué)手段與方法的改良
傳統(tǒng)的基因工程教學(xué)方法在水產(chǎn)類高等學(xué)校中多以板書結(jié)合多媒體的方法來(lái)講解概念、原理以及性質(zhì)等內(nèi)容,其過(guò)程相對(duì)機(jī)械、枯燥,使得學(xué)生難以理解所學(xué)內(nèi)容。對(duì)此,筆者通過(guò)多媒體教學(xué)與自制模型演示相結(jié)合的方法取代原有的傳統(tǒng)教學(xué)。由于基因工程的很多內(nèi)容相對(duì)抽象,僅僅通過(guò)文字、圖片和語(yǔ)言來(lái)表述是難以講解透徹的?,F(xiàn)代的多媒體教學(xué)技術(shù)具有圖文聲像隨意組合、靈活多變的特點(diǎn),為學(xué)生創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)情境。通過(guò)功能強(qiáng)大的各種計(jì)算機(jī)軟件把一些很難理解的內(nèi)容做成動(dòng)畫影片,化難為易、化靜為動(dòng)、變抽象為形象,使學(xué)生對(duì)上課產(chǎn)生興趣,促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)學(xué)習(xí)的渴望。同時(shí),利用自制的模型講解課程中的重點(diǎn)以及難點(diǎn)。例如:在介紹限制酶的切割位點(diǎn)時(shí),讓學(xué)生手持模型,分別角色扮演限制酶和基因序列,在排列位置的互換中了解3種切口的方式以及位置。這樣的教學(xué)方法不僅形象,也讓學(xué)生在互動(dòng)中快速、深刻地記憶知識(shí)要點(diǎn)。另外,通過(guò)當(dāng)下研究的前沿話題為例,先提出一個(gè)問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用其他課程所學(xué)過(guò)的或者自身所積累的知識(shí)來(lái)聯(lián)想、分析、討論,自己設(shè)計(jì)解答此問(wèn)題的方法或?qū)嶒?yàn)流程。然后老師再參與其中,在討論和修改方法以及實(shí)驗(yàn)流程的過(guò)程中,引出所要講授的新的概念和知識(shí)要點(diǎn)。
例如介紹表達(dá)物質(zhì)(蛋白質(zhì))的鑒定時(shí),老師會(huì)先提出問(wèn)題:基因克隆表達(dá)出的物質(zhì)是什么?這些物質(zhì)是由什么組成的?鑒定這些物質(zhì)可以使用什么方法?然后引導(dǎo)學(xué)生回顧生物學(xué)中心法則,得出基因表達(dá)物質(zhì)為蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)是由氨基酸組成等所學(xué)過(guò)的知識(shí),由此學(xué)生可歸納出氨基酸測(cè)序法等鑒定蛋白質(zhì)的方法。最后老師再在此基礎(chǔ)上補(bǔ)充出WesternBlot法、生物質(zhì)譜技術(shù)等新的鑒定方法。這樣的講課方式讓學(xué)生回到課堂上的主角位置,在復(fù)習(xí)了以往的知識(shí)要點(diǎn)的同時(shí)也加深了學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解與記憶,在一定程度上啟發(fā)了學(xué)生如何去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題。此外,基因工程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,在講授理論課的同時(shí),實(shí)驗(yàn)課的安排也是非常重要的。設(shè)計(jì)好與理論課相配套的實(shí)驗(yàn)課程,可以使學(xué)生加深對(duì)基因工程學(xué)理論的學(xué)習(xí)和理解,達(dá)到理論和實(shí)踐相結(jié)合的目的。對(duì)此,各大高校均在基因工程實(shí)驗(yàn)課上進(jìn)行了改革創(chuàng)新,但有一點(diǎn)總被忽略,那就是實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象。目前,國(guó)內(nèi)大多數(shù)高?;蚬こ虒?shí)驗(yàn)課所使用的研究對(duì)象均為果蠅等無(wú)脊椎模式生物。這種情況對(duì)于普通高校而言是可行的,但是對(duì)于擁有特色學(xué)科的水產(chǎn)類高校而言,研究對(duì)象也應(yīng)具有其專業(yè)特點(diǎn)。所以本實(shí)驗(yàn)課所使用的研究對(duì)象是斑馬魚這種海洋模式生物。研究對(duì)象的改變雖微不足道,但是能讓學(xué)生更好地理解自己所學(xué)專業(yè)的特色,在實(shí)踐操作中加深對(duì)所屬專業(yè)的熱愛。
3成績(jī)考核
中國(guó)傳統(tǒng)的應(yīng)試教育產(chǎn)生了“高分決定一切”的迂腐思想。隨著國(guó)家教育體系改革的不斷推進(jìn),學(xué)生對(duì)于專業(yè)知識(shí)的掌握與否,已經(jīng)不能僅從一張考卷成績(jī)的高低來(lái)反映,考核成績(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)向多元化的方向發(fā)展?;蚬こ痰淖罱K考核成績(jī)主要包括兩部分:平時(shí)成績(jī)占40%,其中課堂出勤率10%、課堂討論10%、課堂小考10%以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告10%;期末考試成績(jī)占60%。這樣的考核體系改變了過(guò)去注重結(jié)果忽略過(guò)程的做法,讓學(xué)生在平時(shí)將知識(shí)一點(diǎn)一滴地積累起來(lái)。同時(shí),也讓授課教師能夠及時(shí)得到教學(xué)效果的反饋信息,進(jìn)一步提高教學(xué)水平。
苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanineammonia-lyase,PAL)是苯丙烷途徑的第一個(gè)關(guān)鍵酶。PAL普遍存在于植物和某些真菌、細(xì)菌和藻類中,其功能是催化L-苯丙氨酸非氧化性脫氨生成反式肉桂酸(cinnamicacid,CA),而肉桂酸是苯丙烷類次生物質(zhì)(如黃酮、香豆素、木質(zhì)素及某些酚類)生物合成的通用前體,因此該酶在植物次生代謝中具有極其重要的位置[14]。多數(shù)被子植物中,PAL是一個(gè)多基因家族,在一組染色體中含有一到多個(gè)PAL基因。PAL亞基通常由小型基因家族編碼(一般2~5個(gè)成員),這些基因家族又圖1黃芩苷生物合成途徑Fig.1Biosyntheticpathwayofbaicalin186可分成2或3個(gè)亞族,隨植物不同而異。煙草(Nicoti-anatabacumL.)PAL由2~4個(gè)獨(dú)立基因編碼,而歐芹(Petroselinumcrispum)PAL至少包含4個(gè)編碼基因[15],例外的是火炬松,僅有1個(gè)pal基因。Whetten等[16]采用多克隆抗體識(shí)別火炬松PAL亞基,獲得cDNA,經(jīng)PCR擴(kuò)增后測(cè)定pal基因序列,發(fā)現(xiàn)其與水稻、豆、甘薯等被子植物的編碼序列存在60%~62%同源性。歐芹中pal基因含有6個(gè)內(nèi)含子,其上游含有一段富含CT的區(qū)段[17]。目前已在諸如馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)、擬南芥、煙草、黃瓜(CucumissativusLinn.)和大麥(HordeumvulgareLinn.)等植物中,克隆到了編碼PAL酶的cDN段或基因組序列,其它多種植物的pal基因已測(cè)序并在GenBank注冊(cè)[18]。課題組也已分離獲得粘毛黃芩的pal編碼基因,并進(jìn)行了相應(yīng)的序列和表達(dá)分析,發(fā)現(xiàn)黃芩pal基因與其它植物pal基因具有很高的同源性,從而證實(shí)了該基因具有高度的遺傳保守性[9]。
2查爾酮合成酶
包括黃芩苷在內(nèi)的所有黃酮類化合物的直接通用前體物均是柚皮苷查爾酮,它是由1分子桂皮酰輔酶A與3分子丙二酸單酰輔酶A縮合而成,其中前者來(lái)自苯丙酸中間途徑,后者經(jīng)醋酸經(jīng)乙酰輔酶A羧化酶催化生成。這個(gè)重要的縮合反應(yīng)就是由查爾酮合成酶(Chal-conesynthase,CHS)催化完成的,這是黃酮類化合物合成中第1個(gè)關(guān)鍵酶,具有限速作用[19]。自從第1個(gè)荷蘭芹的chs基因在1983年以來(lái)[20],迄今已從多種植物中克隆了chs基因,如高粱(Sorghumbicolor)[21]、蘭花(OrchidBromheadiafinlay-soniana)[22]和擬南芥[23]等。chs基因在不同植物類群中保守性較高,一般都含有2個(gè)外顯子和1個(gè)內(nèi)含子,而金魚草chs則含有2個(gè)內(nèi)含子[24]。chs基因的外顯子1和2分別編碼60個(gè)和340個(gè)左右氨基酸殘基,但在序列長(zhǎng)度和核苷酸組成方面外顯子2的保守性高于外顯子1,而作為活性位點(diǎn)的4個(gè)保守氨基酸殘基位于外顯子2中。chs基因內(nèi)含子的大小及序列差異都較大。不同物種中查爾酮合酶在氨基酸水平上的一致性很高,約79%~91%,說(shuō)明其具有高度的遺傳保守性[25]。chs基因啟動(dòng)子具有多個(gè)對(duì)環(huán)境感受的特異性元件,如接受激發(fā)子誘導(dǎo)的ACE元件(ACGTele-ment)[26-27]和H區(qū)(H-box)[28],富含AT元件區(qū)[29-30]、以及負(fù)調(diào)控的沉默子[31]和維持基因轉(zhuǎn)錄水平的P區(qū)[32]。大部分植物的CHS編碼基因是一個(gè)多基因家族,如矮牽牛、大豆和豌豆等,特別是雙子葉植物的chs家族基因數(shù)目較多,如菜豆中已發(fā)現(xiàn)8個(gè)chs基因[33],矮牽牛的chs基因家族包括8~10個(gè)成員[34]。雖然chs基因家族中數(shù)目較多,但各成員基因編碼區(qū)的同源性較高。由于CHS在植物外源基因的表達(dá)、細(xì)胞的發(fā)育和分化、花色素的積累和抗菌、抗脅迫生理過(guò)程等起著重要的作用,因此chs基因家族的不同成員往往受植物不同發(fā)育時(shí)期和組織特異性調(diào)控,對(duì)不同外源刺激的敏感程度也不同,這個(gè)特點(diǎn)與黃酮類物質(zhì)的功能多樣性相適應(yīng)[35]。該課題組基于黃芩chs家族,利用同源性克隆方法,克隆獲得了粘毛黃芩chs基因,并從分子水平上驗(yàn)證了所選植物的chs可能起源于同一個(gè)祖先,也反映出黃酮化合物為聚類指標(biāo)的進(jìn)化生物學(xué)意義,從而說(shuō)明作為類黃酮代謝關(guān)鍵酶的CHS蛋白在自然演化進(jìn)程中的遺傳保守性和功能穩(wěn)定性[36-37]。chs基因具有顯著的時(shí)空差異性表達(dá)模式,如組織和發(fā)育時(shí)期的特異性表達(dá),在一些植物發(fā)育的早期階段CHS在葉片中表達(dá),而成熟植株中主要僅限于花組織中存在;chs基因接受誘導(dǎo)因子調(diào)控的特異性轉(zhuǎn)錄,在很多植物(如矮牽牛、菜豆等)中,外界刺激如脅迫、紫外線和病原體會(huì)誘導(dǎo)CHS的快速響應(yīng)并表達(dá),CHS的這種對(duì)外界刺激的敏感程度的差異特點(diǎn)與CHS編碼序列上游啟動(dòng)子中含有的特異性順式作用元件有關(guān)[38]。此外,筆者也發(fā)現(xiàn)粘毛黃芩chs基因受到外源甲基茉莉酸的時(shí)間依賴性地調(diào)控,并建立了其誘導(dǎo)差異表達(dá)譜[37]。在基因工程領(lǐng)域,對(duì)chs基因調(diào)控作用的研究主要集中于植物花色表型和抗逆性狀的遺傳改良,而這種改變實(shí)質(zhì)上也是基于細(xì)胞和組織內(nèi)黃酮化合物的含量調(diào)節(jié),例如通過(guò)對(duì)chs基因的反義或共抑制操作培育顏色變異的轉(zhuǎn)基因花卉[39],也可以正調(diào)節(jié)馬鈴薯中的chs基因增加花色素苷等黃酮類化合物的積累,從而改善其抗氧化能力[40],而基于煙草轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的研究證實(shí)黃芩chs基因在驅(qū)動(dòng)黃酮化合物生物合成的過(guò)程中發(fā)揮了重要作用[41]。
3黃烷酮3-羥化酶
黃烷酮3-羥化酶(flavanone3-h(huán)ydroxylase,F(xiàn)3H)是黃烷酮分支點(diǎn)的一個(gè)核心酶,其作用是催化5,7,4-黃烷酮C3位的羥化,生成二氫山奈素(dihydrokaempferol,DHK),而該物質(zhì)則是合成黃烷酮和花色素的重要中間產(chǎn)物[42]。因此F3H也是黃酮化合物生物合成途徑中的關(guān)鍵酶,是控制黃酮合成與花青素苷積累的分流節(jié)點(diǎn),被認(rèn)為是整個(gè)類黃酮代謝途徑的中樞。1991年,人們首次獲得f3h基因序列,是從金魚草中克隆出來(lái)[43]。目前已經(jīng)在擬南芥[44]、苜蓿[45]和玉米(Zeamays)[46]中被陸續(xù)分離鑒定,且是以單拷貝形式存在,但在甘藍(lán)型油菜和紫蘇中則是以多基因家族形式存在,分別含有5~7個(gè)和2~3個(gè)成員。在這些植物中,f3h基因一般具有3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子[45]。筆者首次克隆了粘毛黃芩的f3h基因,通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)化樹分析,從分子水平上驗(yàn)證了所選植物的f3h可能起源于同一個(gè)祖先,也反映出植物間的植物黃酮醇類化合物的含量與植物間親緣關(guān)系有一定關(guān)系。f3h基因在一些植物中是獨(dú)立表達(dá)的,如矮牽牛中的f3h基因,而在大多數(shù)的情況下,f3h則是和其上游的chs、chi(查爾酮異構(gòu)酶)基因以及下游的dfr(二氫黃酮醇還原酶)基因協(xié)同表達(dá)的,這在擬南芥和金魚草中都有相關(guān)的報(bào)道。此外,矮牽牛和金魚草中f3h基因突變失活則可在阻斷花色素的合成通路,獲得白花的矮牽?;蚪痿~草[43,47]。近期研究表明,通過(guò)調(diào)控f3h基因的表達(dá)能夠有效改變植物花卉或種皮的顏色,基于該基因的遺傳操作已成為花卉育種研究的重要手段[44,48];而旨在高產(chǎn)黃酮和異黃酮的藥物代謝工程領(lǐng)域,通過(guò)反義抑制f3h基因阻斷花青素合成途徑能夠使通用前體柚皮苷更多地流向黃酮和異黃酮,從而獲得促進(jìn)目標(biāo)產(chǎn)物的積累,該方式證明F3H是黃酮代謝工程的重要靶點(diǎn)[49]。由此可見,f3h是黃酮生物合成途徑上關(guān)鍵的限速基因,其催化反應(yīng)是黃酮合成調(diào)控的的重要步驟。
生物技術(shù)在農(nóng)作物中已有廣泛的應(yīng)用。最初通過(guò)遺傳工程獲得而進(jìn)入市場(chǎng)的作物是:玉米、大豆和棉花。它們經(jīng)轉(zhuǎn)基因后具有抗除草劑和棉鈴蟲的能力。這種玉米、大豆和棉花從Bt細(xì)菌獲得基因,經(jīng)遺傳改良后具有防蟲害的能力。利用Bt細(xì)菌獲得經(jīng)遺傳改良的作物的潛力是相當(dāng)大的。例如:美國(guó)有200萬(wàn)hm2的Bt棉花,澳大利亞有40萬(wàn)hm2,兩者各相當(dāng)于2.5億美元價(jià)值。如果將Bt玉米引種在美國(guó)1000萬(wàn)hm2的土地上,只要增產(chǎn)5%,就意味著能增加3.5億美元收入。這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步促進(jìn)了Bt制劑控制蟲害在商業(yè)上的應(yīng)用。除此之外,還有許多經(jīng)轉(zhuǎn)入特定基因的玉米品種,這些品種能同時(shí)抗除草劑和一些蟲害。
生物技術(shù)在畜牧業(yè)上應(yīng)用所獲得的益處與在農(nóng)作物上相似。一方面,生物技術(shù)有助于提高畜禽的生命力以及消滅競(jìng)爭(zhēng)者。促進(jìn)畜禽生長(zhǎng)的物質(zhì)有生長(zhǎng)激素以及促進(jìn)其生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)劑,這些物質(zhì)可由基因工程而獲得。如利用鼠類基因(該基因能促進(jìn)角蛋白的形成)能獲得了經(jīng)遺傳改良的綿羊,這種綿羊比普通棉羊產(chǎn)毛量能提高6%左右。另一方面,生物技術(shù)在提高農(nóng)作物產(chǎn)量、質(zhì)量的同時(shí),有助于提高畜牧業(yè)的生產(chǎn)力發(fā)展水平。例如,通過(guò)控制飼料作物體內(nèi)碳水化合物含量可提高畜牧業(yè)生產(chǎn)力;利用基因調(diào)控技術(shù)可以提高包括豆科作物在內(nèi)一些作物的蛋白質(zhì)含量,減少飼料作物中難消化的木質(zhì)素含量等。達(dá)比等人已生產(chǎn)出一種轉(zhuǎn)基因三葉草,可應(yīng)用于澳大利亞綿羊牧場(chǎng)。該基因來(lái)自向日葵,經(jīng)轉(zhuǎn)基因的三葉草能制造富含氨基酸的蛋白質(zhì),該蛋白質(zhì)經(jīng)食物鏈進(jìn)入綿羊體內(nèi),進(jìn)而能提高產(chǎn)毛量。
生物技術(shù)給人類帶來(lái)的益處也包括在生態(tài)和環(huán)境兩個(gè)方面。利用生物技術(shù)提高現(xiàn)有農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力可以減低農(nóng)業(yè)向原始的、自然、半自然生態(tài)系統(tǒng)擴(kuò)張的要求,因此,它有助于有人類保存、保護(hù)地球上僅有的自然生態(tài)系統(tǒng)及其資源,有助于人們未來(lái)再利用其中的基因資源開發(fā)新的產(chǎn)品。
生物技術(shù)已用于生產(chǎn)抗蟲害、抗除草劑作物。正如前面所述,一些轉(zhuǎn)基因棉花、玉米、大豆等具有抗蟲害、抗除草劑的能力。1995年人們可以在市場(chǎng)上購(gòu)買到轉(zhuǎn)基因馬鈴薯,這種馬鈴薯能產(chǎn)生水晶蛋白,而水晶蛋白對(duì)科倫那多馬鈴薯甲蟲有毒害作用。這些轉(zhuǎn)基因作物能減少殺蟲劑的用量,降低殺蟲劑及其殘留物對(duì)食物鏈、水體造成污染,從而有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。
在許多農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū),土壤氮素可利用量是制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力提高的一個(gè)重要因子。而一高科技農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)使用人造氮肥是以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價(jià)的。制造氮肥要利用大量能源,據(jù)統(tǒng)計(jì),英聯(lián)邦農(nóng)場(chǎng)平均投入的能源大約有50%來(lái)自肥料。由施用肥料而產(chǎn)生的溫度氣體(二氧氣化碳、氮氧化合物等)不可避免地促進(jìn)地球氣候變暖。除此之外,農(nóng)業(yè)土壤的氮素流失是水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因。
生物技術(shù)的利用能為這些問(wèn)題的解決提供潛在的、真正有價(jià)值的幫助。
同樣,人們可以利用真菌來(lái)提高土壤養(yǎng)分的有效性。溫萊指出:特定的真菌類能促進(jìn)土壤養(yǎng)分的釋放,從而促進(jìn)作物生長(zhǎng);真菌也能通過(guò)分解有機(jī)物質(zhì)(例如纖維素等)釋放出糖類,促進(jìn)固氮菌的生長(zhǎng)。進(jìn)一步提高土壤養(yǎng)分有效性的可能,包括獲得轉(zhuǎn)基因細(xì)菌和真菌,以進(jìn)一步增強(qiáng)它們制造養(yǎng)分和釋放土壤養(yǎng)分的能力。轉(zhuǎn)基因作物的最終目標(biāo)是使作物本身能夠自行固氮,避免、減少使用人造肥料,從而減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。這在目前尚不可能,但在將來(lái)卻有望實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。
二、生物技術(shù)帶來(lái)的不利
從經(jīng)濟(jì)角度上講,生物技術(shù)帶來(lái)的不利并不明顯,然而,它會(huì)引起發(fā)達(dá)國(guó)家與發(fā)展中國(guó)家貧富差距進(jìn)一步擴(kuò)大。因?yàn)椋锛夹g(shù)公司主要集中在發(fā)達(dá)國(guó)家,發(fā)達(dá)國(guó)家可以通過(guò)輸出生物技術(shù)產(chǎn)品而獲得利潤(rùn)。與此同時(shí),發(fā)展中國(guó)家由于技術(shù)、及其產(chǎn)品還遠(yuǎn)沒(méi)有被廣泛接受。
生物技術(shù)可能引起生產(chǎn)方式和人類健康的退變。這種情獎(jiǎng)品可能會(huì)隨著需要特定處理的轉(zhuǎn)基因作物的出現(xiàn)而產(chǎn)生,特別是抗除草劑的轉(zhuǎn)基因作物出現(xiàn)。農(nóng)民必須從同一公司購(gòu)買種子和除草劑,否則除草劑起不了作用。同樣的問(wèn)題也可能在需人造肥料的轉(zhuǎn)基因作物上出現(xiàn),這些轉(zhuǎn)基因作物會(huì)取代傳統(tǒng)的依靠有機(jī)肥的作物,后者在發(fā)展中國(guó)家是很普遍的,并且也有利于環(huán)境保護(hù)。生物技術(shù)在食品上的應(yīng)用對(duì)發(fā)展中國(guó)家的農(nóng)民也會(huì)造成許多困難。生物技術(shù)也會(huì)對(duì)人類的健康制造麻煩。近年來(lái)在英國(guó)已有這方面的報(bào)道。特別是當(dāng)能引發(fā)人體過(guò)敏反應(yīng)的基因轉(zhuǎn)入農(nóng)作物時(shí),例如,堅(jiān)果能引發(fā)人體過(guò)敏反應(yīng),若它的基因被導(dǎo)入其他作物,則有可能其他作物也會(huì)引起人體過(guò)敏。為了預(yù)防起見,轉(zhuǎn)基因作物產(chǎn)品必須經(jīng)免疫測(cè)定篩選后才能利用。
驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)比例高達(dá)80~90%,而綜合性或設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)比例很低或缺無(wú);部分地方高校雖然設(shè)備更新很快,但不注重實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的開發(fā),重硬輕軟;實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍不穩(wěn)定,加上學(xué)生多,分組大等因素,教學(xué)效果不佳;實(shí)驗(yàn)考核環(huán)節(jié)簡(jiǎn)化,缺乏對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的測(cè)評(píng).
1.2生產(chǎn)實(shí)習(xí)方面
高質(zhì)量的實(shí)習(xí)基地建設(shè)較為困難;實(shí)習(xí)內(nèi)容單一,難以滿足實(shí)綱的要求;實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師相對(duì)缺乏,且隊(duì)伍不穩(wěn)定,難以滿足實(shí)習(xí)需要.
1.3畢業(yè)論文方面
選題開題一般安排在第七學(xué)期初進(jìn)行,時(shí)間較晚;選題面相對(duì)比較窄,雖然能夠滿足每生一題,但真正原創(chuàng)性的選題比例較低,驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)論文選題比例偏高;另外,綜述性論文相對(duì)較多.
1.4課程見習(xí)方面
課程見習(xí)還沒(méi)有形成綜合課程見習(xí)體系,單門課程見習(xí)課時(shí)較少,多數(shù)是組織學(xué)生到企業(yè)參觀,對(duì)學(xué)生的要求也不高,一般只需完成一份參觀體會(huì)或調(diào)查報(bào)告即可,對(duì)課程見習(xí)的考核流于形式.
1.5社會(huì)實(shí)踐方面
很多地方性高校大學(xué)生的社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)由共青團(tuán)組織,沒(méi)有設(shè)立全校層面的管理和協(xié)調(diào)機(jī)制,不利于實(shí)踐活動(dòng)的有效開展;部分地方高校未把該環(huán)節(jié)列入人才培養(yǎng)計(jì)劃,自主性較大,且考核不嚴(yán)格,也不能滿足全體學(xué)生參加,效果不明顯.另外,學(xué)生參與的社會(huì)實(shí)踐內(nèi)容與專業(yè)的關(guān)系往往不密切,僅僅停留在調(diào)查層面,缺乏專業(yè)性或者探究型的社會(huì)實(shí)踐.
1.6科技創(chuàng)新方面
多數(shù)地方性高校大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)沒(méi)有列入人才培養(yǎng)計(jì)劃,有的高校即使列入了人才培養(yǎng)計(jì)劃,也只是抵其它模塊的學(xué)分(譬如公選課學(xué)分),而大部分學(xué)生參與科技創(chuàng)新的機(jī)會(huì)不多,且參與時(shí)間一般都在三年級(jí)以后,科技創(chuàng)新活動(dòng)往往又歸屬于團(tuán)委管理,這種管理歸屬不當(dāng),導(dǎo)致組織不力,考核不嚴(yán),學(xué)生及指導(dǎo)教師的參與率均較低,不能培養(yǎng)大部分學(xué)生的科技創(chuàng)新能力。
2實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建與實(shí)踐
構(gòu)建完善的實(shí)踐教學(xué)體系,能夠有效地開展實(shí)踐教學(xué),解決實(shí)踐教學(xué)中存在的突出問(wèn)題.要體現(xiàn)“優(yōu)化課內(nèi)、強(qiáng)化課外、交叉融合、功能互補(bǔ)”,也要體現(xiàn)知識(shí)、能力、素質(zhì)結(jié)構(gòu),強(qiáng)調(diào)寬口徑專業(yè)教育和綜合能力培養(yǎng),更要加強(qiáng)動(dòng)手能力培養(yǎng),重視應(yīng)用性技能培養(yǎng),突出職業(yè)技能和創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng).以專業(yè)實(shí)踐能力培養(yǎng)要求為主線,構(gòu)建全程實(shí)踐能力訓(xùn)練的教學(xué)體系,即構(gòu)建以實(shí)驗(yàn)教學(xué)、知識(shí)應(yīng)用、素質(zhì)拓展、科技創(chuàng)新和社會(huì)實(shí)踐等模塊為載體的實(shí)踐能力培養(yǎng)體系,完善和豐富每個(gè)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)中的具體內(nèi)容.使實(shí)踐教學(xué)累計(jì)學(xué)分占總學(xué)分及課程實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)占理論課總學(xué)時(shí)均達(dá)35%以上.
2.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)
將生物技術(shù)專業(yè)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行有機(jī)整合,構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),按照“基礎(chǔ)-應(yīng)用-綜合-創(chuàng)新”的四層設(shè)計(jì)思路,設(shè)計(jì)生物學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)等,深化專業(yè)知識(shí)的掌握,提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力.該平臺(tái)包含形態(tài)結(jié)構(gòu)模塊、生物分子與功能模塊和及生物技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K.在保證掌握基本知識(shí)、基本技能和基本實(shí)驗(yàn)方法的前提下,減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)數(shù)量,增加設(shè)計(jì)性及綜合性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)比例,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力.該平臺(tái)由基礎(chǔ)交叉學(xué)科課程實(shí)驗(yàn)、微生物學(xué)、生物化學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)及分子生物學(xué)、微生物工程學(xué)及生物技術(shù)大實(shí)驗(yàn)專業(yè)技能實(shí)驗(yàn)等共計(jì)15門實(shí)驗(yàn)課程構(gòu)成,各門實(shí)驗(yàn)課程既相互獨(dú)立,又交叉互補(bǔ),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容得到優(yōu)化和整合.
2.2課程見習(xí)平臺(tái)
由動(dòng)物生物學(xué)、植物生物學(xué)、食品微生物學(xué)等及生物制品學(xué)、生物技術(shù)制藥基礎(chǔ)、生物工程設(shè)備及生物工程下游技術(shù)等18門課程,構(gòu)成課程綜合見習(xí)平臺(tái).每門課程設(shè)置9~12學(xué)時(shí)的課外實(shí)踐課程,各門課程根據(jù)內(nèi)容的相近和關(guān)聯(lián)性,實(shí)施單一或綜合課程見習(xí).
2.3綜合實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)
該平臺(tái)體現(xiàn)出基本理論與基本能力的協(xié)調(diào)、基礎(chǔ)與專業(yè)能力的融合、專業(yè)技能與綜合能力訓(xùn)練相結(jié)合的整體要求,以實(shí)踐教學(xué)全程化、實(shí)踐環(huán)節(jié)課程化為途徑,旨在培養(yǎng)學(xué)生的基本技能,強(qiáng)化學(xué)生職業(yè)技能訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力、從業(yè)能力及創(chuàng)新精神.該平臺(tái)學(xué)生需修滿34學(xué)分.
2.3.1知識(shí)應(yīng)用模塊
按照生產(chǎn)見習(xí)與職業(yè)崗位、生產(chǎn)實(shí)習(xí)與就業(yè)、畢業(yè)論文及學(xué)年論文與實(shí)際需要相結(jié)合的原則,設(shè)置生產(chǎn)見習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、學(xué)年論文和畢業(yè)論文等實(shí)踐環(huán)節(jié).對(duì)“實(shí)習(xí)”教學(xué),積極主動(dòng)地開發(fā)和建設(shè)校內(nèi)外優(yōu)質(zhì)實(shí)習(xí)基地及實(shí)踐教學(xué)基地,增加實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)投入,保證實(shí)習(xí)時(shí)間和質(zhì)量;同時(shí),充分利用學(xué)校與企業(yè)及科研院所的科研合作關(guān)系,加強(qiáng)與產(chǎn)業(yè)、企業(yè)在人才培養(yǎng)方面的合作.實(shí)習(xí)期限由過(guò)去的6周增加到21周(一個(gè)學(xué)期).該模塊學(xué)生需完成20學(xué)分.
2.3.2科技創(chuàng)新模塊
課外科技創(chuàng)新包括專業(yè)技能競(jìng)賽、科技創(chuàng)新項(xiàng)目、科研論文等內(nèi)容.設(shè)置科技創(chuàng)新學(xué)分,鼓勵(lì)學(xué)生盡早參加科研和創(chuàng)新活動(dòng),以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和科研能力、技術(shù)開發(fā)能力,以及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力和創(chuàng)新能力.本模塊學(xué)生需完成4學(xué)分.
2.3.3社會(huì)實(shí)踐模塊
積極鼓勵(lì)學(xué)生面向行業(yè),走向社會(huì),加強(qiáng)學(xué)生與社會(huì)生活生產(chǎn)實(shí)際的聯(lián)系,提高學(xué)生的社會(huì)服務(wù)意識(shí),增強(qiáng)了解社會(huì)、適應(yīng)社會(huì)、服務(wù)社會(huì)的能力.主要在暑期進(jìn)行與生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)相關(guān)的市場(chǎng)調(diào)研,了解行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,掌握專業(yè)發(fā)展趨勢(shì),提交產(chǎn)業(yè)調(diào)查或發(fā)展規(guī)劃建議報(bào)告.本模塊學(xué)生需完成2學(xué)分.
2.3.4素質(zhì)拓展模塊
素質(zhì)拓展計(jì)劃以培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)、精神品質(zhì)、身心健康和延伸專業(yè)能力為目標(biāo),根據(jù)學(xué)生的個(gè)性差異和興趣愛好,通過(guò)實(shí)施厚德計(jì)劃、博學(xué)計(jì)劃、創(chuàng)新計(jì)劃、遠(yuǎn)航計(jì)劃、篤行計(jì)劃及鑄魂工程、治學(xué)工程、培英工程、勵(lì)志工程、溝通工程、心理工程,實(shí)現(xiàn)學(xué)生能力訓(xùn)練的規(guī)范化和全程化,培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì),促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展.本模塊學(xué)生需完成8學(xué)分.
3結(jié)果
3.1實(shí)踐教學(xué)所占比重
生物技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建、完善及實(shí)施,為應(yīng)用型專業(yè)人才培養(yǎng)奠定基礎(chǔ).構(gòu)建的實(shí)踐教學(xué)體系中,實(shí)踐教學(xué)累計(jì)學(xué)分占總學(xué)分的比例為35.6%;專業(yè)課程實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)占理論課總學(xué)時(shí)的比例為38.8%。
3.2實(shí)施后的成效
1.實(shí)驗(yàn)、見習(xí)及實(shí)習(xí)教學(xué)大綱得以完善.修訂完善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱、課程見習(xí)及專業(yè)見習(xí)、實(shí)綱.
2.制度得到完善.形成了學(xué)年論文、畢業(yè)論文工作條例和考核等管理制度;完善了專業(yè)技能競(jìng)賽辦法和科技創(chuàng)新獎(jiǎng)勵(lì)激勵(lì)措施.
3.學(xué)生取得成績(jī).該實(shí)踐教學(xué)體系實(shí)施后,學(xué)生的綜合素質(zhì)得到提高.2011~2013年該專業(yè)學(xué)生在河南省生物基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽中獲得一等獎(jiǎng)3項(xiàng),二等獎(jiǎng)5項(xiàng),三等獎(jiǎng)6項(xiàng);在第九屆挑戰(zhàn)杯贏響中原河南省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中獲得二等獎(jiǎng)6項(xiàng),三等獎(jiǎng)12項(xiàng);獲得國(guó)家級(jí)創(chuàng)業(yè)設(shè)計(jì)大賽項(xiàng)目7項(xiàng);畢業(yè)數(shù)量逐年增加,該專業(yè)學(xué)生2011屆畢業(yè)生畢業(yè)率為12.2%,2012屆畢業(yè)率為16.4%,截止2014年4月15日,2013屆畢業(yè)率(包括錄稿)為16.9%.
3.3實(shí)施中存在的問(wèn)題
1.時(shí)間保障.由于實(shí)踐教學(xué)往往需要占用較多的時(shí)間,因此,在不占用日常課堂教學(xué)時(shí)間的前提下,擠出時(shí)間來(lái)實(shí)施新的實(shí)踐教學(xué)體系規(guī)定的內(nèi)容,有時(shí)候占用了周末時(shí)間,使得學(xué)生略感學(xué)習(xí)緊張,產(chǎn)生抱怨情緒.
2需要建立科學(xué)合理的實(shí)踐教學(xué)計(jì)劃根據(jù)具體培養(yǎng)要求,在培養(yǎng)計(jì)劃中建立一個(gè)基本完整的實(shí)踐教學(xué)模式。按照實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)體系,整合實(shí)踐項(xiàng)目和內(nèi)容。在學(xué)生入學(xué)后的不同學(xué)習(xí)階段,分別在各個(gè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行學(xué)習(xí),按照循序漸進(jìn)的教學(xué)原則,設(shè)置各個(gè)課程的驗(yàn)證型,綜合型實(shí)驗(yàn),另設(shè)置基礎(chǔ)和專業(yè)課的實(shí)習(xí)和實(shí)訓(xùn),雖然這些課程都有專門的培養(yǎng)方案和教學(xué)安排,但如何科學(xué)安排好各個(gè)課程的銜接,還需深入研究。
3需要研究實(shí)踐教學(xué)體系的組成按照專業(yè)實(shí)踐能力培養(yǎng)的自身規(guī)律性,首先針對(duì)本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo),體現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相互聯(lián)系,建立符合實(shí)際、具有科學(xué)性和操作性的實(shí)踐教學(xué)體系,分別包括了實(shí)踐教學(xué)基礎(chǔ)訓(xùn)練(課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn))、實(shí)踐教學(xué)的依托訓(xùn)練(畢業(yè)實(shí)習(xí)、科研訓(xùn)練)、實(shí)踐教學(xué)核心訓(xùn)練(各種設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)論文實(shí)驗(yàn))、實(shí)踐教學(xué)補(bǔ)充訓(xùn)練(社會(huì)實(shí)踐),這四個(gè)訓(xùn)練貫穿整個(gè)學(xué)程,構(gòu)成培訓(xùn)學(xué)生基本能力、綜合能力和創(chuàng)新能力的平臺(tái)。教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)可分為四大類進(jìn)行:認(rèn)知實(shí)踐:結(jié)合基礎(chǔ)階段所學(xué)理論,激發(fā)學(xué)生對(duì)本專業(yè)后續(xù)課程的求知欲望,為學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課提供感性認(rèn)識(shí);課程實(shí)踐:選擇一些專業(yè)主干課程,根據(jù)每門課程的授課內(nèi)容和教學(xué)進(jìn)度,安排學(xué)生實(shí)習(xí),加深學(xué)生對(duì)授課內(nèi)容的理解;專業(yè)實(shí)踐:使學(xué)生系統(tǒng)參與專業(yè)課的具體實(shí)踐,培養(yǎng)應(yīng)用與創(chuàng)新能力,團(tuán)隊(duì)協(xié)作和交流能力。落實(shí)到各個(gè)專業(yè)課程的實(shí)踐中;綜合實(shí)踐:按本科培養(yǎng)方案的要求,撰寫畢業(yè)論文,組織答辯。實(shí)驗(yàn)考核的效果能夠反映平時(shí)實(shí)驗(yàn)課的成績(jī),考試的目的是為了促進(jìn)學(xué)習(xí),從而進(jìn)一步保證實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的不斷提高。
近10年來(lái),由于海洋在沿海國(guó)家可持續(xù)發(fā)展中的戰(zhàn)略地位日益突出,以及人類對(duì)海洋環(huán)境特殊性和海洋生物多樣性特征的認(rèn)識(shí)不斷深入,海洋生物資源多層面的開發(fā)利用極大地促進(jìn)了海洋生物技術(shù)研究與應(yīng)用的迅速發(fā)展。1989年首屆國(guó)際海洋生物技術(shù)大會(huì)(以下簡(jiǎn)稱MPS大會(huì))在日本召開時(shí)僅有幾十人參加,而1997年第四屆IMBC大會(huì)在意大利召開時(shí)參加入數(shù)達(dá)1000多人?,F(xiàn)在IMBC會(huì)議已成為全球海洋生物技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志,出現(xiàn)了火紅的局面?!禝MBC2000》在澳大利亞剛剛開過(guò),《IMBC2003》的籌備工作在日本已經(jīng)開始,以色列為了舉辦們《IMBC2006》早早作了宣傳,并爭(zhēng)到了舉辦權(quán)。每3年一屆的IMBC不僅吸引了眾多高水平的專家學(xué)者前往展示與交流研究成果,探討新的研究發(fā)展方向,同時(shí)也極大地推動(dòng)了區(qū)域海洋生物技術(shù)研究的發(fā)展進(jìn)程。在各大洲,先后成立了區(qū)域性學(xué)術(shù)交流組織,如亞太海洋生物技術(shù)學(xué)會(huì)、歐洲海洋生物技術(shù)學(xué)會(huì)和泛美海洋生物技術(shù)協(xié)會(huì)等。各國(guó)還組建了一批研究中心,其中比較著名的為美國(guó)馬里蘭大學(xué)海洋生物技術(shù)中心、加州大學(xué)圣地亞哥分校海洋生物技術(shù)和環(huán)境中心,康州大學(xué)海洋生物技術(shù)中心,挪威貝爾根大學(xué)海洋分子生物學(xué)國(guó)際研究中心和日本海洋生物技術(shù)研究所等。這些學(xué)術(shù)組織或研究中心不斷舉辦各種專題研討會(huì)或工作組會(huì)議研究討論富有區(qū)域特色的海洋生物技術(shù)問(wèn)題。1998年在歐洲海洋生物技術(shù)學(xué)會(huì)、日本海洋生物技術(shù)學(xué)會(huì)和泛美海洋生物技術(shù)協(xié)會(huì)的支持下,原《海洋生物技術(shù)雜志》與《分子海洋生物學(xué)和生物技術(shù)》合刊為《海洋生物技術(shù)》學(xué)報(bào)(以下簡(jiǎn)稱MBT),現(xiàn)在它已成為一份具有權(quán)威性的國(guó)際刊物。海洋生物技術(shù)作為一個(gè)新的學(xué)科領(lǐng)域已明確被定義為“海洋生命的分子生物學(xué)如細(xì)胞生物學(xué)及其它的技術(shù)應(yīng)用”。
為了適應(yīng)這種快速發(fā)展的形勢(shì),美國(guó)、日本、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家先后制定了國(guó)家發(fā)展計(jì)劃,把海洋生物技術(shù)研究確定為21世紀(jì)優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。1996年,中國(guó)也不失時(shí)機(jī)地將海洋生物技術(shù)納入國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃),為今后的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。不言而喻,迄今海洋生物技術(shù)不僅成為海洋科學(xué)與生物技術(shù)交叉發(fā)展起來(lái)的全新研究領(lǐng)域,同時(shí),也是21世紀(jì)世界各國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容并將顯示出強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭和巨大應(yīng)用潛力。
1.發(fā)展特點(diǎn)
表1和表2列出的資料大體反映了當(dāng)前海洋生物技術(shù)研究發(fā)展的主要特點(diǎn)。
1.1加強(qiáng)基礎(chǔ)生物學(xué)研究是促進(jìn)海洋生物技術(shù)研究發(fā)展的重要基石
海洋生物技術(shù)涉及到海洋生物的分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、生殖生物學(xué)、遺傳學(xué)、生物化學(xué)、微生物學(xué),乃至生物多樣性和海洋生態(tài)學(xué)等廣泛內(nèi)容,為了使其發(fā)展有一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),研究者非常重視相關(guān)的基礎(chǔ)研究。在《IMBC2000》會(huì)議期間,當(dāng)本文作者詢問(wèn)一位資深的與會(huì)者:本次會(huì)議的主要進(jìn)步是什么?他毫不猶豫的回答:分子生物學(xué)水平的研究成果增多了。事實(shí)確實(shí)如此。近期的研究成果統(tǒng)計(jì)表明,海洋生物技術(shù)的基礎(chǔ)研究更側(cè)重于分子水平的研究,如基因表達(dá)、分子克隆、基因組學(xué)、分子標(biāo)記、海洋生物分子、物質(zhì)活性及其化合物等。這些具有導(dǎo)向性的基礎(chǔ)研究,對(duì)今后的發(fā)展將有重要影。
1.2推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)是海洋生物技術(shù)應(yīng)用的主要方面
目前,應(yīng)用海洋生物技術(shù)推動(dòng)海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展主要聚焦在水產(chǎn)養(yǎng)殖和海洋天然產(chǎn)物開發(fā)兩個(gè)方面,這也是海洋生物技術(shù)研究發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁。充滿活力的原因所在。在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面,提高重要養(yǎng)殖種類的繁殖、發(fā)育、生長(zhǎng)和健康狀況,特別是在培育品種的優(yōu)良性狀、提高抗病能力方面已取得令人鼓舞的進(jìn)步,如轉(zhuǎn)生長(zhǎng)激素基因魚的培育、貝類多倍體育苗、魚類和甲殼類性別控制、疾病檢測(cè)與防治、DNA疫苗和營(yíng)養(yǎng)增強(qiáng)等;在海洋天然產(chǎn)物開發(fā)方面,利用生物技術(shù)的最新原理和方法開發(fā)分離海洋生物的活性物質(zhì)、測(cè)定分子組成和結(jié)構(gòu)及生物合成方式、檢驗(yàn)生物活性等,已明顯地促進(jìn)了海洋新藥、酶、高分子材料、診斷試劑等新一代生物制品和化學(xué)品的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。
表1近期IMBC大會(huì)研討的主要內(nèi)容
表2近期IMBC大會(huì)和《MarineBiotechnology》學(xué)報(bào)論文統(tǒng)計(jì)表
1.3保證海洋環(huán)境可持續(xù)利用是海洋生物技術(shù)研究應(yīng)用的另一個(gè)重要方面
利用生物技術(shù)保護(hù)海洋環(huán)境、治理污染,使海洋生態(tài)系統(tǒng)生物生產(chǎn)過(guò)程更加有效是一個(gè)相對(duì)比較新的應(yīng)用發(fā)展領(lǐng)域,因此,無(wú)論是從技術(shù)開發(fā),還是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度看,它都有巨大的潛力有待挖掘出來(lái)。目前已涉及到的研究主要包括生物修復(fù)(如生物降解和富集、固定有毒物質(zhì)技術(shù)等)、防生物附著、生態(tài)毒理、環(huán)境適應(yīng)和共生等。有關(guān)國(guó)家把“生物修復(fù)”作為海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)及其產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要生物工程手段,美國(guó)和加拿大聯(lián)合制定了海洋環(huán)境生物修復(fù)計(jì)劃,推動(dòng)該技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。
1.4與海洋生物技術(shù)發(fā)展有關(guān)的海洋政策始終是公眾關(guān)注的問(wèn)題
其中海洋生物技術(shù)的發(fā)展策略、海洋生物技術(shù)的專利保護(hù)、海洋生物技術(shù)對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展的重要性、轉(zhuǎn)基因種類的安全性及控制問(wèn)題、海洋生物技術(shù)與生物多樣性關(guān)系以及海洋環(huán)境保護(hù)等方面的政策、法規(guī)的制定與實(shí)施倍受關(guān)注。
2.重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域
當(dāng)前,國(guó)際海洋生物技術(shù)的重點(diǎn)研究發(fā)展領(lǐng)域主要包括如下幾個(gè)方面:
2.1發(fā)育與生殖生物學(xué)基礎(chǔ)
弄清海洋生物胚胎發(fā)育、變態(tài)、成熟及繁殖各個(gè)環(huán)節(jié)的生理過(guò)程及其分子調(diào)控機(jī)理,不僅對(duì)于闡明海洋生物生長(zhǎng)、發(fā)育與生殖的分子調(diào)控規(guī)律具有重要科學(xué)意義,而且對(duì)于應(yīng)用生物技術(shù)手段,促進(jìn)某種生物的生長(zhǎng)發(fā)育及調(diào)控其生殖活動(dòng),提高水產(chǎn)養(yǎng)殖的質(zhì)量和產(chǎn)量具有重要應(yīng)用價(jià)值。因此,這方面的研究是近年來(lái)海洋生物技術(shù)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一。主要包括:生長(zhǎng)激素、生長(zhǎng)因子、甲狀腺激素受體、促性腺激素、促性腺激素釋放激素、生長(zhǎng)一催乳激素、滲透壓調(diào)節(jié)激素、生殖抑制因子、卵母細(xì)胞最后成熟誘導(dǎo)因子、性別決定因子和性別特異基因等激素和調(diào)節(jié)因子的基因鑒定、克隆及表達(dá)分析,以及魚類胚胎于細(xì)胞培養(yǎng)及定向分化等。
2.2基因組學(xué)與基因轉(zhuǎn)移
隨著全球性基因組計(jì)劃尤其是人類基因組計(jì)劃的實(shí)施,各種生物的結(jié)構(gòu)基因組和功能基因組研究成為生命科學(xué)的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容,海洋生物的基因組研究,特別是功能基因組學(xué)研究自然成為海洋生物學(xué)工作者研究的新熱點(diǎn)。目前的研究重點(diǎn)是對(duì)有代表性的海洋生物(包括魚、蝦、貝及病原微生物和病毒)基因組進(jìn)行全序列測(cè)定,同時(shí)進(jìn)行特定功能基因,如藥物基因、酶基因、激素多肽基因、抗病基因和耐鹽基因等的克隆和功能分析。在此基礎(chǔ)上,基因轉(zhuǎn)移作為海洋生物遺傳改良、培育快速生長(zhǎng)和抗逆優(yōu)良品種的有效技術(shù)手段,已成為該領(lǐng)域應(yīng)用技術(shù)研究發(fā)展的重點(diǎn)。近幾年研究重點(diǎn)集中在目標(biāo)基因篩選,如抗病基因、胰島素樣生長(zhǎng)因子基因及綠色熒光蛋白基因等作為目標(biāo)基因;大批量、高效轉(zhuǎn)基因方法也是基因轉(zhuǎn)移研究的重點(diǎn)方面,除傳統(tǒng)的顯微注射法、基因槍法和攜帶法外,目前已發(fā)展了逆轉(zhuǎn)錄病毒介導(dǎo)法,電穿孔法,轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)法及胚胎細(xì)胞介導(dǎo)法等。
2.3病原生物學(xué)與免疫
隨著海洋環(huán)境逐漸惡化和海水養(yǎng)殖的規(guī)?;l(fā)展,病害問(wèn)題已成為制約世界海水養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的瓶頸因子之一。開展病原生物(如細(xì)菌、病毒等)致病機(jī)理、傳播途徑及其與宿主之間相互作用的研究,是研制有效防治技術(shù)的基礎(chǔ);同時(shí),開展海水養(yǎng)殖生物分子免疫學(xué)和免疫遺傳學(xué)的研究,弄清海水魚、蝦、貝類的免疫機(jī)制對(duì)于培育抗病養(yǎng)殖品種、有效防治養(yǎng)殖病害的發(fā)生具有重要意義。因此,病原生物學(xué)與免疫已成為當(dāng)前海洋生物技術(shù)的重點(diǎn)研究領(lǐng)域之一,重點(diǎn)是病原微生物致病相關(guān)基因、海洋生物抗病相關(guān)基因的篩選、克隆,海洋無(wú)脊椎動(dòng)物細(xì)胞系的建立、海洋生物免疫機(jī)制的探討、DNA疫苗研制等。
2.4生物活性及其產(chǎn)物
海洋生物活性物質(zhì)的分離與利用是當(dāng)今海洋生物技術(shù)的又一研究熱點(diǎn)?,F(xiàn)人研究表明,各種海洋生物中都廣泛存在獨(dú)特的化合物,用來(lái)保護(hù)自己生存于海洋中。來(lái)自不同海洋生物的活性物質(zhì)在生物醫(yī)學(xué)及疾病防治上顯示出巨大的應(yīng)用潛力,如海綿是分離天然藥物的重要資源。另外,有一些海洋微生物具有耐高溫或低溫、耐高壓、耐高鹽和財(cái)?shù)蜖I(yíng)養(yǎng)的功能,研究開發(fā)利用這些具特殊功能的海洋極端生物可能獲得陸地上無(wú)法得到的新的天然產(chǎn)物,因而,對(duì)極端生物研究也成為近年來(lái)海洋生物技術(shù)研究的重點(diǎn)方面。這一領(lǐng)域的研究重點(diǎn)包括抗腫瘤藥物、工業(yè)酶及其它特殊用途酶類、極端微生物定功能基因的篩選、抗微生物活性物質(zhì)、抗生殖藥物、免疫增強(qiáng)物質(zhì)、抗氧化劑及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等。
2.5海洋環(huán)境生物技術(shù)
該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)是海洋生物修復(fù)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用。生物修復(fù)技術(shù)是比生物降解含義更為廣泛,又以生物降解為重點(diǎn)的海洋環(huán)境生物技術(shù)。其方法包括利用活有機(jī)體、或其制作產(chǎn)品降解污染物,減少毒性或轉(zhuǎn)化為無(wú)毒產(chǎn)品,富集和固定有毒物質(zhì)(包括重金屬等),大尺度的生物修復(fù)還包括生態(tài)系統(tǒng)中的生態(tài)調(diào)控等。應(yīng)用領(lǐng)域包括水產(chǎn)規(guī)?;B(yǎng)殖和工廠化養(yǎng)殖、石油污染、重金屬污染、城市排污以及海洋其他廢物(水)處理等。目前,微生物對(duì)環(huán)境反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)機(jī)制、降解過(guò)程的生化機(jī)理、生物傳感器、海洋微生物之間以及與其它生物之間的共生關(guān)系和互利機(jī)制,抗附著物質(zhì)的分離純化等是該領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。
3.前沿領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展
3.1發(fā)育與生殖調(diào)控
應(yīng)用GIH(性腺抑制激素)和GSH(性腺刺激激素)等激素調(diào)控甲殼類動(dòng)物成熟和繁殖的技術(shù)[1],研究了甲狀腺激素在金紹生長(zhǎng)和發(fā)育中的調(diào)控作用,發(fā)現(xiàn)甲狀腺激素受體mRNA水平在大腦中最高,在肌肉中最低,而在肝、腎和鰓中表達(dá)水平中等,表明甲狀腺素受體在成體金銀腦中起著重要作用[1],對(duì)海鞘的同源框(Homeobox)基因進(jìn)行了鑒定,分離到30個(gè)同源框基因[1],建立了青鳉的同源框(Homeobox)基因[1],建立了青鳉胚胎干細(xì)胞系并通過(guò)細(xì)胞移植獲得了嵌合體青鳉[1],建立了虹鱒原始生殖細(xì)胞培養(yǎng)物并分離出Vasa基因[2],進(jìn)行斑節(jié)對(duì)蝦生殖抑制激素的分離與鑒定[2],應(yīng)用受體介導(dǎo)法篩選GnRH類似物,用于魚類繁殖[2],建立了海綿細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù),用于進(jìn)行藥物篩選[2],建立了將海膽胚胎作為研究基因表達(dá)的模式系統(tǒng)[2],通過(guò)基因轉(zhuǎn)移開展了海膽胚胎工程的研究[2],研究了人葡糖轉(zhuǎn)移酶和大鼠已糖激酶cDNA在虹鱒胚胎中的表達(dá)[3],建立了通過(guò)細(xì)胞周期蛋白依賴的激酶活性測(cè)定海水魚苗細(xì)胞增殖速率的方法[3],研究了幾丁質(zhì)酶基因在斑節(jié)對(duì)蝦蛻皮過(guò)程中的表達(dá)[4],從海參分離出同源框基因,并進(jìn)行了序列的測(cè)定[4]。
3.2功能基因克隆
建立了牙鲆肝臟和脾臟mRNA的表達(dá)序列標(biāo)志,從深海一種耐壓細(xì)菌中分離到壓力調(diào)節(jié)的操縱子,從大西洋鮭分離到雌激素受體和甲狀腺素受體基因,從挪威對(duì)蝦中分離到性腺抑制激素基因[1];將DNA微陣列技術(shù)在海綿細(xì)胞培養(yǎng)上進(jìn)行了應(yīng)用,構(gòu)建了班節(jié)對(duì)蝦遺傳連鎖圖譜,建立了海洋紅藻EST,從海星卵母細(xì)胞中分離出成熟蛋白酶體的催化亞基,初步表明硬骨頭魚類IGF-I原E一肽具有抗腫瘤作用[2];構(gòu)建了海洋酵母De—baryomyceshansenii的質(zhì)粒載體,從鯉魚血清中分離純化出蛋白酶抑制劑,從蘭蟹血細(xì)胞中分離到一種抗菌肽樣物質(zhì),從紅鮑分離到一種肌動(dòng)蛋白啟動(dòng)子,發(fā)現(xiàn)依賴于細(xì)胞周期的激酶活性可用作海洋魚類苗種細(xì)胞增殖的標(biāo)記,克隆和定序了鰻魚細(xì)胞色素P4501AcD-NA,通過(guò)基因轉(zhuǎn)移方法分析了鰻細(xì)胞色素P450IAI基因的啟動(dòng)子區(qū)域,分離和克隆了鰻細(xì)胞色素P450IAI基因,建立了適宜于溝紹遺傳作圖的多態(tài)性EST標(biāo)記,構(gòu)建了黃蓋鰈EST數(shù)據(jù)庫(kù)并鑒定出了一些新基因,建立了班節(jié)對(duì)蝦一些組織特異的EST標(biāo)志,從經(jīng)HirameRhabdovirus病毒感染的牙鲆淋巴細(xì)胞EST中分離出596個(gè)cDNA克隆[3];用PCR方法克隆出一種自體受精雌雄同體魚類的ß一肌動(dòng)蛋白基因,從金鯛cDNA文庫(kù)中分離出多肽延伸因子EF-2CDNA克隆,在湖鱒基因組中發(fā)現(xiàn)了TC1樣轉(zhuǎn)座子元件[4];鑒定和克隆出的基因包括:南美白對(duì)蝦抗菌肽基因、牡蠣變應(yīng)原(allergen)基因、大西洋鰻和大西洋鮭抗體基因、虹鱒Vasa基因、青鳉P53基因組基因、雙鞭毛藻類真核啟始因子5A基因、條紋鱸GtH(促性腺激素)受體cDNA、鮑肌動(dòng)蛋白基因、藍(lán)細(xì)菌丙酮酸激酶基因、鯉魚視紫紅質(zhì)基因調(diào)節(jié)系列以及牙鲆溶菌酶基因等[1—4]。
3.3基因轉(zhuǎn)移
分離克隆了大馬哈魚IGF基因及其啟動(dòng)子,并構(gòu)建了大馬哈魚IGF(胰島素樣生長(zhǎng)因子)基因表達(dá)載體[1]。通過(guò)核定位信號(hào)因子提高了外源基因轉(zhuǎn)移到斑馬魚卵的整合率[1],建立了快速生長(zhǎng)的轉(zhuǎn)基因羅非魚品系并進(jìn)行了安全性評(píng)價(jià);對(duì)轉(zhuǎn)基因羅非魚進(jìn)行了三倍體誘導(dǎo),發(fā)現(xiàn)三倍體轉(zhuǎn)基因羅非魚盡管生長(zhǎng)不如轉(zhuǎn)基因二倍體快,但優(yōu)于未轉(zhuǎn)基因的二倍體魚,同時(shí),轉(zhuǎn)基因三倍體雌魚是完全不育的,因而具有推廣價(jià)值[2];研究了超聲處理促進(jìn)外源DNA與金鯛結(jié)合的技術(shù)方法,將GFP作為細(xì)胞和生物中轉(zhuǎn)基因表達(dá)的指示劑;表明轉(zhuǎn)基因溝鯰比對(duì)照組生長(zhǎng)快33%,且轉(zhuǎn)基因魚逃避敵害的能力較差,因而可以釋放到自然界中,而不會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成大的危害[3];應(yīng)用GFP作為遺傳標(biāo)記研究了斑馬魚轉(zhuǎn)基因的條件優(yōu)化和表達(dá)效率[3];在抗病基因工程育種方面,構(gòu)建了海洋生物抗菌肽及溶菌酶基因表達(dá)載體并進(jìn)行了基因轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)[2];在轉(zhuǎn)基因研究的種類上,目前已從經(jīng)濟(jì)養(yǎng)殖魚類逐步擴(kuò)展到養(yǎng)殖蝦、貝類及某些觀賞魚類[2.3]。通過(guò)基因槍法將外源基因轉(zhuǎn)到虹鱒肌肉中獲得了穩(wěn)定表達(dá)[4]。
3.4分子標(biāo)記技術(shù)與遺傳多樣性
研究了將魚類基因內(nèi)含子作為遺傳多樣性評(píng)價(jià)指標(biāo)的可行性,應(yīng)用SSCP和定序的方法研究了大西洋和地中海幾種海洋生物的遺傳多樣性[1]。研究了南美白對(duì)蝦消化酶基因的多態(tài)性[1];利用寄生性原生動(dòng)物和有毒甲藻基因組DNA的間隔區(qū)序列作標(biāo)記檢測(cè)環(huán)境水體中這些病原生物的污染程度,應(yīng)用18S和5.8S核糖體RNA基因之間的第一個(gè)內(nèi)部間隔區(qū)(ITC—1)序列作標(biāo)記進(jìn)行甲殼類生物種間和種內(nèi)遺傳多樣性研究[2];研究了斑節(jié)對(duì)蝦三個(gè)種群的線粒體DNA多態(tài)性,用PCR技術(shù)鑒定了夏威夷Gobioid苗的種類特異性。通過(guò)測(cè)定內(nèi)含子序列揭示了南美白對(duì)蝦的種內(nèi)遺傳多樣性,采用同功酶、微衛(wèi)星DNA及RAPD標(biāo)記對(duì)褐鱒不同種群的遺傳變異進(jìn)行了評(píng)價(jià),在平魚鑒定并分離出12種微衛(wèi)星DNA,在美國(guó)加州魷魚上發(fā)現(xiàn)了高度可變的微衛(wèi)星DNA[3];弄清了一種深水魚類(Gonostomagracile)線粒體基因組的結(jié)構(gòu),并發(fā)現(xiàn)了硬骨魚類tRNA基因重組的首個(gè)實(shí)例,測(cè)定了具有重要商業(yè)價(jià)值的海水輪蟲的衛(wèi)星DNA序列,用RAPD技術(shù)在大鯪鲆和鰨魚篩選到微衛(wèi)星重復(fù)片段,從多毛環(huán)節(jié)動(dòng)物上分離出高度多態(tài)性的微衛(wèi)星DNA,用RAPD技術(shù)研究了泰國(guó)東部泥蟹的遺傳多樣性[3];用AFLP方法分析了母性遺傳物質(zhì)在雌核發(fā)育條紋鱸基因組中的貢獻(xiàn)[4]。
3.5DNA疫苗及疾病防治
構(gòu)建了抗魚類壞死病毒的DNA疫苗[1];開展了虹鱒IHNVDNA疫苗構(gòu)建及防病的研究,表明用編碼IHNV糖蛋白基因的DNA疫苗免疫虹鱒,誘導(dǎo)了非特異性免疫保護(hù)反應(yīng),證明DNA免疫途徑在魚類上的可行性,從虹鱒細(xì)胞系中鑒定出經(jīng)干擾素可誘導(dǎo)的蛋白激酶[2];建立了養(yǎng)殖對(duì)蝦病毒病原檢測(cè)的ELISA試劑盒,用PCR等分子生物學(xué)技術(shù)鑒定了蝦類的病毒性病原,將魚類的非特異性免疫指標(biāo)用于海洋環(huán)境監(jiān)控,研究了抗病基因轉(zhuǎn)移提高鯛科魚類抗病力的可行性,研究了蛤類唾液酸凝集素的抗菌防御反映[2];研究了一種海洋生物多糖及其衍生物的抗病毒活性[3];建立了測(cè)定牡蠣病原的PCR—ELISA方法[3];研究了LatrunculinB毒素在紅海綿體內(nèi)的免疫定位[4]。
3.6生物活性物質(zhì)
從海藻中分離出新的抗氧化劑[1],建立了大量生產(chǎn)生物活性化合物的海藻細(xì)胞和組織培養(yǎng)技術(shù),建立了通過(guò)海綿細(xì)胞體外培養(yǎng)制備抗腫瘤化合物的方法[1];從不同生物(如對(duì)蝦和細(xì)菌)中鑒定分離出抗微生物肽及其基因,從魚類水解產(chǎn)物中分離出可用作微生物生長(zhǎng)底物的活性物質(zhì),海洋生物中存在的抗附著活性物質(zhì),用血管生成抑制劑作為抗受孕劑,從蟹和蝦體內(nèi)提取免疫激活劑,從海洋藻類和藍(lán)細(xì)菌中純化光細(xì)菌致死化合物,海星抽提物在小鼠上表現(xiàn)出批精細(xì)胞形成的作用,從海洋植物Zosteramarina分離出一種無(wú)毒的抗附著活性化合物,從海綿和海鞘抽提物分離出抗腫瘤化合物,開發(fā)了珊瑚變態(tài)天然誘導(dǎo)劑,從海膽中分離出一種抗氧化的新藥,在海洋雙鞭毛藻類植物中鑒定出長(zhǎng)碳鏈高度不飽和脂肪酸(C28),表明海洋真菌是分離抗微生物肽等生物活性化合物的理想來(lái)源[2];發(fā)現(xiàn)海洋假單胞桿菌的硫酸多糖及其衍生物具有抗病毒活性,從硬殼蛤分離出谷光甘肽一S一轉(zhuǎn)移酶,從鯉血清中分離出絲氨酸蛋白酶抑制劑,從海綿中分離出氨激脯氨酸二肽酶,從一種珊瑚分離出具DNA酶樣活性的物質(zhì),建立了開放式海綿養(yǎng)殖系統(tǒng),為生物活性物質(zhì)的大量制備提供了充足的海綿原料[3];從蝦肌水解產(chǎn)物中分離到抗氧化肽物質(zhì)[4];從一種海洋細(xì)菌中分離純化出N一乙酸葡糖胺一6一磷酸脫乙酸酶[4]。
3.7生物修復(fù)、極端微生物及防附著
研究了轉(zhuǎn)重金屬硫蛋白基因藻類對(duì)海水環(huán)境中重金屬的吸附能力,表明明顯大于野生藻類[1],研究了石油降解微生物在修復(fù)被石油污染的海水環(huán)境上的可療性及應(yīng)用潛力[1];研究了海洋磁細(xì)菌在去除和回收海水環(huán)境中重金屬上的應(yīng)用潛力[1];用Bacillus清除養(yǎng)魚場(chǎng)污水中的氮,用分子技術(shù)篩選作為海水養(yǎng)殖餌料的微藻,開發(fā)了六價(jià)鉻在生物修復(fù)上的應(yīng)用潛力,分離出耐冷的癸烷降解細(xì)菌,研究了海洋環(huán)境中多芳香化烴的微生物降解技術(shù)[2];從噬鹽細(xì)菌分離出滲透壓調(diào)節(jié)基因,并生產(chǎn)了重組Ectoine(滲透壓調(diào)節(jié)因子),從2650米的深海分離到一種耐高溫的細(xì)菌,這種細(xì)菌可用來(lái)分離耐高溫和熱穩(wěn)定的酶,在耐高溫的archaea發(fā)現(xiàn)了D型氨基酸和無(wú)氧氨酸消旋酶,測(cè)定了3種海洋火球菌的基因組DNA序列,借助于CROSS/BLAST分析進(jìn)行了特定功能基因的篩選,從海底沉積物、海水和北冰洋收集了1000多種噬冷細(xì)菌,并從這些細(xì)菌中分離到多種冷適應(yīng)的酶[2];建立了一種測(cè)定藤壺附著誘導(dǎo)物質(zhì)的簡(jiǎn)單方法,研究了Chlorophyta和共生細(xì)菌之間附著所必需的形態(tài)上相互作用,研究了珊瑚抗附著物質(zhì)(dterpene)類似物的抗附著和麻醉作用[3];分析了海岸環(huán)境中污著的起始過(guò)程,并對(duì)沉積物和附著物的影響進(jìn)行了檢測(cè)[4]。
2獼猴桃育種進(jìn)展及其方法
2.1獼猴桃育種主要進(jìn)展
據(jù)統(tǒng)計(jì),截止到2013年,全球獼猴桃面積約為17萬(wàn)hm2,產(chǎn)量242.80萬(wàn)t(數(shù)據(jù)引自第八屆國(guó)際獼猴桃會(huì)議資料)。從1978-2013年,我國(guó)獼猴桃種植面積從不足1hm2增加到了11萬(wàn)hm2,截止到2013年我國(guó)獼猴桃年產(chǎn)量達(dá)到約123.63萬(wàn)t。這些數(shù)據(jù)說(shuō)明由于育種家的多年努力,獼猴桃主產(chǎn)國(guó)的栽培面積和產(chǎn)量在繼續(xù)提高。我國(guó)獼猴桃育種取得的新進(jìn)展主要表現(xiàn)在2個(gè)方面:(1)主栽區(qū)育成一批優(yōu)良的新品種,實(shí)現(xiàn)了國(guó)外品種長(zhǎng)期主導(dǎo)我國(guó)獼猴桃產(chǎn)業(yè)的局面。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì),主要美味獼猴桃品種有(陜西)秦美、(湖南)米良1號(hào)、(湖北)金魁、(江蘇)徐香、(貴州)貴長(zhǎng)、(陜西)翠香、(河南)華美2號(hào)、(陜西)金香、金碩(湖北)、(湖北)鄂獼猴桃4號(hào)(、河南)中獼1號(hào)(、安徽)皖翠(、陜西)秦翠(、四川)川獼1號(hào)、川獼2號(hào)(、河南)蜜寶1號(hào)。主要中華獼猴桃品種有(湖北)金桃、(四川)紅陽(yáng)、(陜西)華優(yōu)、(湖北)金艷、(湖南)翠玉、(湖南)豐悅、(江西)早鮮、(江西)魁蜜、(江西)金豐、(湖南)楚紅(、湖北)武植3號(hào)、(四川)金什1號(hào)(、湖北)金怡、(湖北)鄂獼猴桃3號(hào)、(湖北)金早、(湖北)鄂獼猴桃3號(hào)(、湖北)金陽(yáng)1號(hào)、金農(nóng)1號(hào)及(四川)川獼3號(hào)和川獼4號(hào)。主要雄性授粉品種有(新西蘭)湯姆利、(新西蘭)馬圖阿、(湖北)磨山4號(hào)及(湖北)超紅。其他種獼猴桃品種有:毛花獼猴桃品種‘華特’、軟棗獼猴桃新品種‘寶貝星’(四川)、黑蕊獼猴桃新品種‘紅寶石星’(河南)和大籽獼猴桃新品種‘金鈴’(湖北)。在我國(guó)大面積栽培的國(guó)外品種有海沃德(新西蘭)、布魯諾(新西蘭)、Hort16A(新西蘭)[1,64,65]。自1978年以來(lái)我國(guó)選育出了近100多個(gè)獼猴桃優(yōu)良品種(品系),實(shí)際上大面積推廣栽培的品種很少。截止到2011年,栽培面積占到全國(guó)5%的品種僅有紅陽(yáng)、徐香、秦美和金魁4個(gè)[1]??傮w來(lái)說(shuō),大面積推廣栽培的品種主要表現(xiàn)是產(chǎn)量和品質(zhì)較高,而最突出的特點(diǎn)是生態(tài)適應(yīng)性廣。(2)育種目標(biāo)趨于多元化發(fā)展。例如,傳統(tǒng)的獼猴桃以綠肉果實(shí)為主,近年來(lái)黃肉和紅肉獼猴桃逐漸受到消費(fèi)者青睞,用中華獼猴桃和毛花獼猴桃雜交育成的黃肉品種‘金艷’已經(jīng)成功進(jìn)入歐洲和南美市場(chǎng);另外,也培育了供觀賞的品種,如‘江山嬌’和‘滿天星’[66]。獼猴桃育種中還存在許多較為突出的問(wèn)題??傮w上可以概括為:育種單位多,組織形式不合理,缺乏有效協(xié)作和必要的合作,材料和信息交流不暢通,嚴(yán)重影響了我國(guó)獼猴桃大品種和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:一是育種方法和品種單一。目前我國(guó)育成的這100多個(gè)新品種(系)中,約有95%以上的品種是通過(guò)野生、實(shí)生選優(yōu)方法育成的;另外,這些品種中基本上以美味獼猴桃和中華獼猴桃為主,涉及到其他獼猴桃種的很少。二是生物技術(shù)應(yīng)用慢,針對(duì)特定性狀的分子標(biāo)記很少,分子標(biāo)記的開發(fā)與獼猴桃育種目標(biāo)結(jié)合不緊密,尚未建立起為育種服務(wù)的生物技術(shù)平臺(tái),標(biāo)記輔助選擇育種技術(shù)沒(méi)有真正在新品種培育中發(fā)揮作用。三是新品種審定應(yīng)進(jìn)一步規(guī)范化。近30多年來(lái)全國(guó)共育成審定品種數(shù)量很多,但大多數(shù)品種基本上都是處于“曇花一現(xiàn)”的困窘,真正能夠在生產(chǎn)上推廣栽培的品種寥寥無(wú)幾;另外,這些審定的品種中對(duì)抗病性(特別是抗?jié)儾。┑然旧隙既狈﹁b定結(jié)果,直接影響了品種的推廣壽命。
2.2育種方法和育種路線淺析
現(xiàn)有的獼猴桃育種方法主要有:野生選優(yōu)、實(shí)生選優(yōu)、芽變選種、雜交育種和漸滲育種等[1]?,F(xiàn)階段,我國(guó)獼猴桃育種仍然以野生選優(yōu)和實(shí)生選優(yōu)為主,利用這些方法培育出的品種為推動(dòng)獼猴桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn),如秦美、金魁和金桃等;通過(guò)實(shí)生選優(yōu)培育的品種有海沃德、紅陽(yáng)、徐香和華優(yōu)等;也有經(jīng)過(guò)種間雜交育成的品種,如金艷[64]。野生和實(shí)生選優(yōu)存在育種周期長(zhǎng),同時(shí)是建立在大量野生資源收集基礎(chǔ)上的。因此,如何將野生和實(shí)生選優(yōu)與分子生物學(xué)技術(shù)結(jié)合起來(lái),加速育種進(jìn)程和定向性是急需解決的一個(gè)問(wèn)題。另外,種間雜交在獼猴桃育種中應(yīng)用也較多,該方法可以將感興趣的野生物種農(nóng)藝性狀通過(guò)雜交轉(zhuǎn)育到栽培品種中[67,68]。目前已有許多獼猴桃實(shí)現(xiàn)了種間雜交育種,主要包括中華獼猴桃、軟棗獼猴桃、黑蕊獼猴桃、大籽獼猴桃(A.macrosperma)和狗棗獼猴桃等[36,38,67-75]。某些物種雜交后代雖然由于受精障礙無(wú)法獲得可育種子,但在獼猴桃種間雜交中已成功獲得了一些優(yōu)良性狀,如實(shí)現(xiàn)了紅色和黃色果肉、高含量VC、綠色和無(wú)毛果皮、高含量的可溶性固形物、花結(jié)構(gòu)和顏色[67,68,70,71]。例如,Hirsch等[36]配置了4個(gè)種間雜交組合:狗棗獼猴桃×中華獼猴桃、葛棗獼猴桃×對(duì)萼獼猴桃、軟棗獼猴桃×葛棗獼猴桃、狗棗獼猴桃×美味獼猴桃,流式細(xì)胞分析檢測(cè)結(jié)果表明在這些物種間存在廣泛的種間可雜交性。近年來(lái),利用體外染色體加倍技術(shù)進(jìn)行育種的研究也有報(bào)道。如Wu等[37]利用秋水仙素離體加倍中華獼猴桃染色體進(jìn)行育種,這是首次成功的將秋水仙素用于獼猴桃多倍體誘導(dǎo)育種研究中,結(jié)果表明加倍效率主要受體外培養(yǎng)基和秋水仙素濃度的相互作用。Wu等[76]報(bào)道了自然四倍體和人工誘導(dǎo)四倍體中華獼猴桃染色體減數(shù)分裂中的配對(duì)行為,指出二倍體種質(zhì)資源可用于四倍體獼猴桃育種中。也有利用其他方法培育新品種的報(bào)道,如Mavromatis等[19]從獼猴桃品種“海沃德”中利用系統(tǒng)的孢子體選擇方法選育出了一個(gè)新品種。合理科學(xué)的育種理論和方法對(duì)指導(dǎo)獼猴桃育種工作具有重要的意義?;诂F(xiàn)階段相關(guān)研究進(jìn)展,我國(guó)獼猴桃的育種方法可以分為:傳統(tǒng)育種和現(xiàn)代育種。(1)傳統(tǒng)育種即選擇具有特定性狀的雜交親本進(jìn)行人工雜交育種以培育具有某種新性狀的優(yōu)良品種或者經(jīng)過(guò)野生選優(yōu)和實(shí)生選優(yōu)培育新品種,如Atkinson等[77]對(duì)毛花獼猴桃利于剝皮的這一特性進(jìn)行了分析,并將其用于常規(guī)雜交育種實(shí)踐中;(2)現(xiàn)代育種,也可稱為快速育種技術(shù),主要是利用現(xiàn)代生物技術(shù)進(jìn)行標(biāo)記輔助選擇育種,并借助生物統(tǒng)計(jì)學(xué)進(jìn)行親本、后代的有效選擇和評(píng)價(jià)基因型和環(huán)境相互作用的影響,如黃宏文[1]提出的獼猴桃基因漸滲育種就是現(xiàn)代育種技術(shù)的一個(gè)范例。如在自然資源不具優(yōu)勢(shì)的新西蘭和意大利等獼猴桃主產(chǎn)國(guó),其新品種選育大多采用了大量的人工雜交設(shè)計(jì)育種程序和分子標(biāo)記輔助選擇育種[1]。例如,Gill等[8]利用RAPD分子標(biāo)記開發(fā)了用于獼猴桃性別決定鑒定的序列特異性擴(kuò)增區(qū)(Sequence-characterizedamplifiedregion,SCAR)標(biāo)記,這些標(biāo)記可以用于獼猴桃標(biāo)記輔助育種選擇中,如對(duì)雜交后代在苗期剔除雄株,當(dāng)作為授粉樹時(shí)用于選擇雄株,或者用于確定種植群體的一個(gè)合理的雌雄子代比率。從育種路線上可以分為:抗逆育種、品質(zhì)育種和砧木選擇育種等。(1)抗逆育種具體包括抗病、抗旱、抗寒和抗熱等育種;(2)品質(zhì)育種主要包括果實(shí)大小和形狀、果面毛被、果肉顏色、果實(shí)質(zhì)地、果實(shí)風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)成分等?;谝陨嫌N方法體系,適應(yīng)于我國(guó)獼猴桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展的育種策略和育種目標(biāo)可以概括描述為:“以獼猴桃野生種質(zhì)資源收集和評(píng)價(jià)為中心,通過(guò)傳統(tǒng)育種和現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合的方法,培育滿足消費(fèi)者和市場(chǎng)需求的具有新性狀的優(yōu)良品種為目標(biāo)”。在具體育種實(shí)踐中可考慮利用的現(xiàn)代技術(shù)包括:染色體重組調(diào)控、細(xì)胞選擇、原生質(zhì)體融合、倍性操作和胚胎培養(yǎng)等(plantandfood.co.nz)。此外,新一代測(cè)序技術(shù)如轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和SLAF-seq技術(shù)對(duì)分子生物學(xué)的研究發(fā)揮了巨大的作用,我國(guó)獼猴桃野生資源豐富,利用新一代測(cè)序技術(shù)進(jìn)行各種優(yōu)異資源開發(fā),建立大規(guī)模的基因組數(shù)據(jù)庫(kù),可加速育種進(jìn)程,為培育轉(zhuǎn)基因新品種提供豐富的基因資源[78,79]。
3展望
獼猴桃因其富含豐富的營(yíng)養(yǎng),已成為人們青睞的水果。而優(yōu)質(zhì)的獼猴桃新品種是實(shí)現(xiàn)其高品質(zhì)的保證。因此,針對(duì)重要性狀的多目標(biāo)育種應(yīng)是今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)獼猴桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟需解決的重要任務(wù)。
3.1加強(qiáng)我國(guó)野生獼猴桃種質(zhì)資源的收集、鑒定、評(píng)價(jià)和利用
野生種質(zhì)資源中包含著豐富的優(yōu)異基因,是一個(gè)巨大的天然“基因庫(kù)”,也是新品種選育的主要材料來(lái)源。目前主栽的獼猴桃品種基本上都是利用野生資源選育的,如海沃德和秦美。獼猴桃野生種質(zhì)資源可以考慮從以下幾個(gè)方面著手開展工作:一是加強(qiáng)野外資源調(diào)查工作。野生種質(zhì)資源調(diào)查應(yīng)是育種工作者堅(jiān)持的一項(xiàng)常規(guī)性工作,當(dāng)前更多的青年研究者熱衷于從事實(shí)驗(yàn)室和分子研究工作,而往往忽視了野生資源的收集與利用;二是加強(qiáng)開展野生資源多目標(biāo)評(píng)價(jià)篩選和優(yōu)異基因的發(fā)掘。對(duì)野生資源的利用不能僅僅局限于品種選育方面,如在以往的抗逆性資源篩選和轉(zhuǎn)基因研究中,選擇的研究材料多集中在栽培品種中,將抗逆資源篩選和抗逆基因發(fā)掘的重點(diǎn)放在野生植物上更為可行,因?yàn)檫@方面的抗逆資源更為豐富、抗性更強(qiáng),而且與栽培品種相比,這類野生植株存活需求是第一位的,產(chǎn)量品質(zhì)是第二位的,生態(tài)生理效益在先,只要生存下來(lái),就有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)其栽培經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。具體來(lái)說(shuō),在獼猴桃研究中,可從野生資源中鑒定篩選抗旱、抗寒砧木,利用抗獼猴桃潰瘍病材料進(jìn)行抗性基因發(fā)掘,為培育轉(zhuǎn)基因品種奠定夯實(shí)的材料基礎(chǔ)。
3.2加強(qiáng)獼猴桃特異資源的種質(zhì)創(chuàng)新
通過(guò)植物基因工程、種間雜交、胚挽救和花藥培養(yǎng)等方法可以實(shí)現(xiàn)新種質(zhì)創(chuàng)新。特別是以獼猴桃野生近緣種為供體,與栽培品種雜交,同時(shí)利用“高代回交法”,可以將近緣種中的優(yōu)異目標(biāo)基因快速轉(zhuǎn)移到栽培種中。目前,獼猴桃分子研究的目標(biāo)性狀多集中在果實(shí)風(fēng)味、香味、成熟和顏色上;另外,由于潰瘍病的大面積爆發(fā),近年來(lái)在獼猴桃潰瘍病方面的研究也越來(lái)越多,而對(duì)抗逆性狀的研究相對(duì)較少。另外,獼猴桃雄性授粉品種特異資源的培育也是一個(gè)研究重點(diǎn),利用野生資源進(jìn)行雄性品種選育需要注意幾個(gè)問(wèn)題:一是選擇樹體健壯,花量大,花母枝開花數(shù)量多,每朵花含有的花粉粒多,花粉發(fā)芽率高,花期長(zhǎng)的資源;二是選擇多種倍性的雄株,以保證與雌性品種的配套,并開展多種雄花與栽培品種的花粉直感效應(yīng)研究,為生產(chǎn)上栽培品種提供最優(yōu)的配套雄株;三是在篩選獼猴桃主栽品種專用授粉雄株的基礎(chǔ)上,開發(fā)花粉加工專用設(shè)備組裝形成生產(chǎn)線,建設(shè)花粉生產(chǎn)工廠。如本單位已經(jīng)研制出了獼猴桃雄株花粉加工專用設(shè)備、制定了花粉生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、輔助授粉器,該項(xiàng)目成果已在生產(chǎn)中進(jìn)行了廣泛的推廣應(yīng)用。
3.3加強(qiáng)基因組學(xué)技術(shù)在獼猴桃育種中的應(yīng)用
生物技術(shù)育種取得的系列研究進(jìn)展,特別是中華獼猴桃‘紅陽(yáng)’基因組測(cè)序成果的發(fā)表,為實(shí)現(xiàn)分子標(biāo)記輔助選擇和不同獼猴桃種質(zhì)資源有利性狀的基因滲入培育新品種奠定了基礎(chǔ),加速了獼猴桃分子育種的進(jìn)程,給獼猴桃育種提供了新的發(fā)展機(jī)遇。在獼猴桃基因組學(xué)育種實(shí)踐中,建議可考慮以下幾方面工作:(1)功能標(biāo)記是可用于育種工作的一種理想標(biāo)記,功能標(biāo)記的開發(fā)是以克隆基因序列、標(biāo)記與特定性狀的關(guān)系為前提的,該標(biāo)記可用于親本鑒定、育種后代材料的基因檢測(cè)以及分離世代抗病性和品質(zhì)性狀的選擇;(2)利用基因標(biāo)記開展聚合育種,如聚合抗?jié)儾』蚝职卟〉幕?,以增加品種的多抗性和持久性;(3)利用流式細(xì)胞儀開展倍性育種,利用不同倍性親本雜交可以提高結(jié)實(shí)率,不同雜交組合的雜交親和性與親本的基因型有關(guān),特別是母本的基因型,因此在雜交后代進(jìn)行倍性鑒定開展早期定向選擇育種是非常有意義的。