研究生園藝植物基因工程原理與技術課程教學與改革

陳長明

摘 要 植物基因工程原理與技術是植物相關專業(yè)研究生的一門重要的基礎課程，本文綜述了研究生該課程在實踐教學改革中的現狀，分析了其中存在的問題。本文針對植物基因工程的特點和園藝專業(yè)研究生人才培養(yǎng)要求，提出了提高該課程實踐教學質量的教學方法及措施，以完善課程實踐教學體系，提高學生掌握知識的能力和創(chuàng)新意識。

關鍵詞 研究生 園藝植物基因工程 教學改革

中圖分類號：G643.0 文獻標識碼：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八十年代在分子生物學和分子遺傳學的基礎上發(fā)展起來的一門新興學科。它的主要研究內容是體外將核酸分子插入質?；蚱渌d體分子，構成新的遺傳物質組合，并將其轉化到原先沒有這類遺傳因子的寄主細胞內，且能持續(xù)穩(wěn)定地表達和遺傳。因此，應用基因工程技術，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，已在提高農作物產量，改善品質，增強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、觀賞植物三大類經濟作物，基因工程在園藝作物品種改良，關鍵基因的發(fā)掘，種質鑒定等方面有著重要的作用，如今很多農業(yè)院校園藝系相繼開設了研究生的園藝植物基因工程原理與技術課程。

1 研究生基因工程原理與技術課程教學與實踐改革現狀

為了適應現代生物技術的飛速發(fā)展和達到培養(yǎng)高素質科研人才的要求，基因工程原理與技術課程已被設置為包括生物技術、生命科學、生物工程在內的生物相關專業(yè)、醫(yī)學專業(yè)及農林專業(yè)本科生和研究生的必修課。由于基因工程技術在生物科學研究中的地位舉足輕重，在眾多綜合院校和農業(yè)院校都開設了基因工程類課程，對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)的理論和實驗教學中存在的不足，結合筆者的教學經驗，在教材建設、教學內容的改革與建設、實驗配套的硬件與軟件建設、實驗教學安排等方面進行了探索，總結出了一套行之有效的理論和實驗教學方法。姜大剛等對研究生基因工程實驗教學改革進行了探討。提出了以教學大綱為指導開展教學，做好課程規(guī)劃;構建“和諧課堂”，重視教學效果;教學內容的與時俱進和不斷充實完善;重視師資隊伍建設，發(fā)揮骨干教師的模范作用;科研內容的滲入和應用等觀點。馬婧等針對園藝專業(yè)研究生的特點和人才培養(yǎng)要求，提出了根據課程性質，合理安排課程時間，針對專業(yè)特點，選擇理論教學內容。并探討了實驗教學實踐的方法，提出了采用小班教學，“高帶低”的輔助教學模式。

2 園藝研究生植物基因工程原理與技術課程教學與實踐存在的問題

園藝植物基因工程原理與技術是針對園藝專業(yè)低年級碩士、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驗技術操作兩個部分。以筆者所在的華南農業(yè)大學園藝學院為例，該課程是針對園藝相關專業(yè)（包括果樹學、蔬菜學、花卉學、園藝產品采后科學、茶學）低年級碩士和博士研究生開設的一門專業(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，同時存在一些跨專業(yè)考研的與生物不相關專業(yè)的學生，他們在本科階段沒有學習過基因工程、分子生物學、植物生物技術等相關知識，相對來說，存在學生基礎知識薄弱、專業(yè)背景復雜、研究方向多樣等因素，這為園藝植物基因工程原理與技術課程在園藝專業(yè)研究生中的教學帶來了一定的困難。除此之外，開設時間短，課時少，一些學校的實驗條件有限等現實情況也成為了該課程開展的制約條件，另外由于很多同學以前沒有做過分子生物學方面的實驗，對基因工程實驗的操作非常生疏，因此也必要對他們進行特別的指導與教學。針對以上問題，該課程應結合專業(yè)特色和教師個人科研工作，讓研究生掌握一定的基因工程技術，為今后的研究和生產工作奠定基礎，本文從課程的理論體系教學和實驗設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課程教學改革措施

3.1 設計合理的園藝專業(yè)研究生植物基因工程原理與技術理論教學內容

園藝植物基因工程原理與技術雖然以實驗操作為主，但離不開基本原理知識的講述，傳統(tǒng)的基因工程理論知識體系龐大而復雜，在有限的課時里（設計為30個學時），講授者很難將所有相關知識一并傳授給學生。因此挑選合適的講授內容就顯得尤為重要了。園藝專業(yè)研究生的研究對象主要為果樹、蔬菜和花卉，運用植物基因工程技術的主要目的是對植物某一性狀進行改良。所以在課程內容選擇上應該以植物基因工程所要解決的主要問題為導向，帶著問題和目標選擇授課內容。講授側重于植物基因工程的相關內容，重點講解核酸提取，目的基因的克隆，植物表達載體的構建，重組子篩選，農桿菌介導的轉基因方法等內容。通過這些內容的教授，學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，為將來從事相關的科學研究打下基礎。隨著現代基因工程技術的快速發(fā)展，基因工程的技術更新很快，除了基本的基因工程原理知識，也需要及時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，并整合到教學內容中，如最近出現的可用于園藝植物基因沉默的新技術TALEN和CRISPR/Cas系統(tǒng)等，與時俱進地更新教學內容，將新知識、新理論、新方法傳授給學生。

3.2 合理安排實驗內容

研究生教育應以科研為目標，園藝植物基因工程原理與技術課程的學習就是為研究生將來進行植物基因工程相關的科研活動打基礎的，我們的課程教學與設計也要以園藝植物研究為導向，巧妙進行實驗設計，合理安排實驗內容。植物基因工程相關的實驗方法和技術非常多，應選擇適合園藝專業(yè)研究生的實驗內容。選擇內容的標準主要有三個方面：第一，實用性原則，現在我們園藝學院科研項目所需的基因工程操作主要有基因克隆、載體構建、表達分析、基因遺傳轉化等，所以我們著重從這些方面入手，設計實驗，讓學生對將要從事的基因工程方面的實驗有一個整體的認識;第二，創(chuàng)新性原則，基因工程技術發(fā)展了這么多年，出現了很多新的技術，然而在我們的實驗教學過程中，一直沿用最基本的實驗操作模式，因此在現有實驗的基礎上加上一些近年來新發(fā)展的技術可培養(yǎng)研究生科研上與時俱進的思維，如我們可在實驗的內容加上生物信息學的內容，或者學生采用電子克隆技術得到的基因序列，設計擴增引物，用PCR的方法擴增，并送往公司測序，然后分析序列，以培養(yǎng)學生獨立思考與探索的意識，而且現在用的實驗指導書，實驗技巧與知識已經陳舊，有必要增加新的基因工程操作技術到本課程的實驗指導書中;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，生物化學以及分子生物學方面相關知識比較薄弱，所以在實驗過程中的實驗內容及時間安排應循序漸進，合理有序，首先從學生們易于接受的DNA提取、PCR以及凝膠電泳入手，再進一步到載體構建及基因表達，實驗操作過程中分組進行，每組4～5人，每一組由一個實驗經驗豐富的高年級研究生任指導組長。

3.3 理論聯系實際，開展科研訓練，探索原理講授與實驗技術操作最佳結合方式

園藝植物基因工程原理與技術不但注重理論知識的講授和掌握，相關實驗技術更是本門課程的精髓所在，本門課程的最終產出還是看學生是否能夠完成基因工程相應的實驗操作，并將實驗手段和方法用于生產實踐。然而基因工程的基本原理是理解實驗技術的基礎，是解釋實驗技術和開發(fā)新的實驗技術的必要支撐。如何將實驗原理的講授與實驗操作的實施有序有效結合是開好該門課程的關鍵，可從以下四個方面考慮：第一，理論課與實驗課時間順序的安排，例如是先講理論還是先做實驗，是穿插進行，還是依次完成;第二，理論課與實驗操作課的銜接性探索;第三，理論課與實驗課講授內容的分配，如在實驗課中，相關實驗注意事項及實驗技巧需要強調，除此之外還會涉及一些實驗原理，因此要探索實驗課中應該重點講授哪方面的實驗原理;第四，在實驗過程中讓學生對實驗結果逐步運用相關理論進行分析并制定下一步實驗計劃，讓學生主動地參與到實驗的設計與實施中，在實驗中將各章節(jié)知識相融合，理論與實踐相貫通。

4 園藝植物基因工程與技術的課程改革展望

近年來，基因工程與技術發(fā)展迅速，短時間內產生了很多基因操作的新技術和方法，這些技術和方法在園藝植物中的應用必將促進園藝產業(yè)的快速發(fā)展。而在人才培養(yǎng)方法，我們則需要有針對性地培養(yǎng)研究生掌握和應用這些新技術的能力。由于不同學校學科專業(yè)的學生來源，學院所能提供的儀器設備，以及園藝作物研究方向的側重點均有不同，各個學院采取的教學方法也有所不同。對于特定院校的園藝研究生來說，良好的教學與實踐方案應根據本學院的學生來源，在他們的現有的知識結構以及將要開展的研究方向的基礎上，設計定制化的園藝植物基因工程原理與技術理論教學與實驗課程內容，有針對性地培養(yǎng)園藝研究生掌握實用的基因工程基本原理和基本技術，增強學生對課程內容的理解掌握，以提高園藝研究生的培養(yǎng)質量。隨著基因工程技術在園藝植物的開發(fā)和研究中發(fā)揮的作用越來越大，將來會有越來越多農業(yè)院校開始開設研究生的園藝植物基因工程原理與技術這一門課，有效的園藝研究生的基因工程教學改革模式可以為其他農業(yè)院校的園藝專業(yè)提供參考。

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