多方面解析水平基因轉移的原理和應用做好高級分子生物學的引導課

楊艷坤 劉秀霞 司艷紅 白仲虎

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2011-5640-1383

摘? 要：針對生命科學領域研究生課程高級分子生物學的引導課，基于培養(yǎng)綜合創(chuàng)新人才的要求，設計了多層次的引導教學模式。以生物科技幻想出發(fā)，引導學生深入思考轉基因自然發(fā)生的現(xiàn)象和潛在危險。列舉自然發(fā)生的轉基因現(xiàn)象，講解其分子機理。綜合生理學、發(fā)育學、生物化學、農學等各學科，探討轉基因的機理和安全性?；钴S學生科研思維，激發(fā)學生學習高級分子生物的熱情，引導學生注重培養(yǎng)從多角度、多層次設計和論證課題的能力。

關鍵詞：高級分子生物學? 引導課? 研究生教學? 創(chuàng)新人才培養(yǎng)

中圖分類號：G643? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）01（c）-0190-03

Analyze the Mechanism and Applications of Horizontal Gene Transfer for a Good Introduction Course of? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Advanced Molecular Biology

YANG Yankun? LIU Xiuxia? SI Yanhong? BAI Zhonghu

（Jiangnan University， Wuxi， Jiangsu Province， 214122? China）

Abstract： Targeting introduction course of advanced molecules biology in life sciences， a multi-level guided teaching model is designed based on the requirement of cultivating comprehensive innovative talents. Starting from the fantasy of biotechnology， postgraduate students are guided to think deeply about the natural phenomena and potential dangers of genetic modification. Enumerate naturally occurring genetic modification and explain its molecular mechanism. Integrate physiology， developmental science， biochemistry， agronomy and other disciplines to discuss the mechanism and safety of genetic modification. Encourage students scientific research thinking， stimulate their enthusiasm for learning advanced molecular biology， and guide students to focus on cultivating the ability to design and demonstrate topics from multiple angles and levels.

Key Words： Advanced molecular biology; Introduction course; Postgraduate teaching; Cultivation of innovative talents

研究生教育是培養(yǎng)高素質人才的重要途徑。與本科生培養(yǎng)相比，研究生教育更注重綜合創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，旨在培養(yǎng)具有獨立從事科學研究、在科學或專門技術上做出創(chuàng)造性成果的高級人才[1-2]。

在生命科學領域，分子生物學的理論與技術發(fā)展日新月異，極大地推動著相關領域的研究。因此，高級分子生物學在研究生教學工作中占有非常重要的地位，已成為研究生的重要基礎課程[3]。

研究生開展課題研究，幾乎離不開分子生物學。生命科學相關的研究生專業(yè)往往有多個，合理地設置高級分子生物學的教學內容非常重要。在教學內容上要充分考慮到不同知識結構的研究生。既要盡可能地介紹分子生物學最新進展和前沿理論，又要回顧經典的分子生物學理論，還要聯(lián)系其他學科知識融會貫通[1，4，5]。

如何保證教學質量，在高級分子生物學的教學過程中培養(yǎng)研究生的綜合創(chuàng)新能力是一個重要的課題。近年來，分子生物學的理論和技術得到迅猛發(fā)展，使得分子生物學的知識結構體系不斷更新。這就要求我們在分子生物學的教學過程中，調整知識結構，及時更新教學內容[6]。

在實際的高級分子生物學教學中，如何上好開篇的引導課非常重要。好的引導課有助于增加學生濃厚的學習興趣，引導學生開拓思維，對學生研究生期間的學習和科研工作有所裨益。

筆者在多年的高級分子生物學的教學中，承擔江南大學研究生培養(yǎng)創(chuàng)新工程項目，開展了高級分子生物學的教學改革，設計和實踐了效果良好的引導課教學。

1? 課程設計

引導課的總體設計框架見圖1。

2? 自然發(fā)生水平基因轉移的顧慮和相關知識點

此部分是重要的知識點講解。既要條理清晰，層層遞進，又要引發(fā)學生思考，講明重要知識點。

2.1 思考與討論1：食用外源核酸的隱患

人人都想擁有一雙翅膀，正如科學幻想作品中的天使、天馬、長翅膀的變種人。人們長期食用禽類食物，如雞肉和雞蛋，每個禽類細胞中都含有大量的遺傳物質，可以說人們天天食用外源核酸，會不會有一天人類身上開始長羽毛甚至翅膀了？人類長期吃綠色蔬菜，會不會有一天身體變綠開始進行光合作用了？

以上這樣看似天馬行空的簡單問題，往往需要很多的專業(yè)知識才能解釋清楚，通常可以引起學生熱情地參與和討論。

2.2 思考與討論2：自然發(fā)生的水平基因轉移及其分子機理

針對2.1中問題的討論，當大部分同學覺得食用食物中的核酸是安全的時候，舉一個反例：海蝸牛以海藻為食，之后會全身變綠，開始進行光合作用。說明動物吃綠色植物是有可能變綠并進行光合作用的，那人類呢？

此部分討論之后，解釋海蝸牛之所以在食用海藻后變綠并且能進行光合作用是因為植物特有的光合作用必需的psbO基因不知何時已經成為了海蝸牛基因組的一部分。這種現(xiàn)象便是水平基因轉移，在自然界中天然存在。

2.3 葉綠體和線粒體的內共生學說和重要知識點講解

講解葉綠體和線粒體的內共生學說，此學說是水平基因轉移的重要實例。進而講解水平基因轉移的概念、自然遺傳轉化的概念和機理，從而使學生在深入思考和討論后，快速掌握重要的分子生物學知識點。

2.4 水平基因轉移的更多實例

很多物種基因組上含有大量的其他物種來源的基因，說明自然界中天然發(fā)生的水平基因轉移現(xiàn)象很普遍，是物種進化的動力之一。

所以，貌似人類長期食用外源核酸，是存在隱患的。其他動物也像人類一樣，大量食用了外源核酸。但為什么各個物種還能穩(wěn)定存在呢？這需要進一步從其他學科角度論證。

3? 物質的跨膜運輸和核酸代謝

此部分從生物化學角度論證食用食品中外源核酸的安全性。食物中的核酸是一種生物大分子，并不能直接跨過細胞膜進入人體細胞。核酸在細胞內也會被分解成尿酸、氨等小分子化合物。各個物種自身的核酸又是從核糖、氨基酸、一碳單位等小分子合成的，并不是外源的DNA片段直接整合到宿主細胞的染色體上。這些內容是生物化學的知識范疇，和分子生物學的知識相結合，可以進一步闡明食物中核酸的安全性。

4? 現(xiàn)實生活中轉基因的思考

講解各種人工進行遺傳轉化的方法。介紹人們生活中會接觸到的轉基因產品。理解人們對未知的轉基因安全隱患的擔憂。全球的各種轉基因產品逐年呈現(xiàn)遞增趨勢。在我國，農業(yè)部對于批準上市的轉基因農作物都要有相應的農業(yè)轉基因生物安全評價資料，人們可以在農業(yè)部網站進行查詢和閱讀。

5? 對課題設計和論證的思考

再次回想最開始的思考和討論，從分子生物學和生物化學的角度，學習了水平基因轉移的原理和現(xiàn)象，并且消除了人們食用外源基因的擔憂。同時，從生理和進化的角度來看，鳥類的翅膀和哺乳動物的上肢同源，擁有了翅膀也就沒有了上肢，所以長出翅膀的人類僅存在于科學幻想中。

可見，我們應該尊重科技的發(fā)展，對于一個看似簡單的問題，需要從不同層次和不同角度深入研究和探討，發(fā)現(xiàn)其中重要的科學問題，并設計合理可行的實驗方案，科學地進行研究。這對于學生今后學習高級分子生物學和從事科學研究至關重要。

6? 結語

筆者承擔研究生高級分子生物學課程教學工作，在多年教學經驗的基礎上，計劃針對性對教學模式、教學內容和教學組織方式等進行了一系列改革，通過改革教學模式、優(yōu)化知識結構、合理設置教學內容、擴展前沿知識領域、改善考核方式等多個舉措，著重培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識，提高研究生的獨立科研創(chuàng)新能力。

該引導課的設計，實際教學效果很好，是整體課程體系中重要的組成部分。通過引導課的學習，學生學習高級分子生物學的熱情很高，能夠順利進入良好的學習狀態(tài)，并且能夠積極思考，培養(yǎng)良好的科研思維。

參考文獻

[1] 許娜，徐瑤.加強生物學研究生學術創(chuàng)新能力的探討 [J].當代教育實踐與教學研究，2019（24）：237-238.

[2] 張玉婷.西南聯(lián)大的研究生教育研究[D].昆明：云南師范大學，2020.

[3] Black Paul N. A revolution in biochemistry and molecular biology education informed by basic research to meet the demands of 21st century career paths[J].Journal of Biological Chemistry，2020，295（31）：10653-10661.

[4] 王金晶，陳鵬程，方芳，等.“創(chuàng)新實踐、學科交叉”提高輕工技術與工程研究生理論創(chuàng)新能力——以江南大學輕工技術與工程專業(yè)為例 [J]. 教育教學論壇，2020（38）：151-153.

[5] 王云，郭欽，孫玲，等.研究生高級生物化學課程教學改革的實踐與思考[J].生命的化學，2020，40（2）：297-300.

[6] 張琴，李艷賓.強化創(chuàng)新能力的研究生“合成生物學”課程教學模式探討[J].高校生物學教學研究：電子版，2019，9（6）：29-32.