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關鍵詞：生物科學；核心課程；邏輯關系
中圖分類號：G633.91
文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）21-0130-03
1 引言
生物化學、遺傳學、細胞生物學、分子生物學、基因工程學是生物科學專業的核心課程，由于它們相互聯系，交叉滲透，因此存在邏輯關系不清，課程內容重疊較多等問題，例如原核生物和真核生物基因表達調控在生物化學、細胞生物學、分子生物學都有介紹，基因工程原理在分子生物學、基因工程學中都有介紹，導致教師教學內容難以起舍，課程順序難以安排。要理順生物化學、遺傳學、細胞生物學、分子生物學、基因工程學的邏輯關系，確定各課程教學內容和教學順序，必須把其定義，研究內容，發展歷史動態結合起來。
2 生物科學專業核心課程概述
2.1 生物化學
生物化學是運用化學的理論和方法研究生物分子結構與功能、物質代謝及遺傳信息傳遞與調控規律的科學。
生物化學是生命科學中最古老的學科之一。 隨著生命科學的發展，各學科相互滲透。18世紀，一些從事化學研究的科學家轉向生物領域，為生物化學的誕生播下了種子。19世紀末，生物化學從生理化學中獨立。20世紀中后期又從生物化學分離出部分內容與遺傳學部分內容結合為分子生物學，然后，分子生物學基因操作部分獨立出來，形成基因工程學。
1920年以前，生物化學研究內容以分析生物體的化學組成、性質和含量為主，稱為靜態生物化學時期。
1920年-1950年，隨著同位素示蹤技術、色譜技術等物理學手段的廣泛應用，生物化學從單純的組成分析深入到物質代謝、能量轉化，如：光合作用、生物氧化、糖、脂肪、蛋白質代謝等領域。這是生物化學飛速發展的時期，稱為動態生物化學時期。
1950年以后，蛋白質化學和和核酸化學進展迅速，生物化學進入了分子生物學時期。分子生物學的發展揭示了生命本質的高度有序性和一致性，是人類在認識的巨大飛躍。根據生物化學的定義和歷史，生物化學研究的內容包括以下幾個方面。
2.1.1 生物的物質組成
生物是由一定的物質按特定的方式組成的，直到今天，新物質仍不斷被發現。如陸續發現的干擾素、環核苷一磷酸、鈣調蛋白、粘連蛋白、外源凝集素等都具有重要的生物學功能。另一方面，早已熟知的化合物也發現了新的功能，如20世紀50年代才知道肉堿是一種生長因子，而到60年代又發現其是生物氧化的載體。
2.1.2 物質代謝
生物體內絕大部分物質代謝是在酶催化下進行的，具有高度自動調節能力。一個小小的細胞內，有近2000種酶，在同一時間內，催化各種不同的化學反應。這些化學反應互不干擾，有條不紊地進行。表明生物體內的物質代謝有精確的調節控制系統。
2.1.3 結構與功能
生物大分子的功能與其特定的結構有密切關系。如酶的活性中心的結構決定其催化活性及其特異性；變構酶的活性還與其催化的代謝終末產物的結構有關。
核酸中核苷酸排列順序的不同，其結構就不同，所含遺傳信息不同。這些不同的構象對基因的表達具有調控作用。
生物體的糖包括多糖、寡糖和單糖。由于多糖鏈結構復雜，具有很大的信息容量，對于細胞專一地識別、相互作用具有重要作用。糖類將與蛋白質、核酸并列成為生物化學的主要研究對象。
在生物化學中，有關結構與功能關系的研究才僅僅開始，尚待大力研究的問題很多，其中重大的有：亞細胞結構中生物大分子間的結合，細胞的相互識別、細胞的接觸抑制、細胞間的粘合、抗原與抗體的作用、激素、神經介質與其受體的相互作用等。
2.1.4 繁殖與遺傳
生物典型特點是具有繁殖與遺傳特性。基因是DNA分子中的一段核苷酸序列，現在DNA分子的核苷酸序列已不難測得，不但能在分子水平上研究遺傳，而且還可能改變遺傳，從而派生出基因工程學。
2.2 細胞生物學
細胞生物學是從顯微水平、亞顯微水平和分子水平研究細胞的結構及其生命活動規律的科學。
過去，細胞生物學主要是在光學顯微鏡下對細胞的形態結構和生活史進行研究，稱為細胞學。20 世紀 50 年代以來，由于電子顯微鏡、放射性同位素、細胞結構組分分離技術、細胞培養等技術的廣泛應用，特別是分子生物學的興起，使細胞生物學研究的廣度和深度都有迅猛發展，從宏觀到微觀、從平面到立體、從定性到定量、從分析到綜合；從細胞、亞細胞、分子三個水平研究細胞的結構與功能、分裂與分化、衰老與死亡等生命活動規律及其調控機制，細胞與細胞、細胞與環境之間的相互關系。使原來以形態結構研究為主的細胞學轉變成以生理功能研究為主、將結構與功能緊密結合起來的細胞生物學。由于細胞生物學在分子水平上的研究工作取得了深入的進展，因此細胞生物學又稱為細胞分子生物學。細胞生物學研究內容如下。
2.2.1 細胞社會學
細胞社會學是細胞生物學中的一個新的領域。它是以系統論的觀點研究細胞群體中細胞間的相互關系、細胞群體的社會行為；細胞識別、通訊、相互作用；整體和細胞群對細胞的生長、分化、形態發生和器官形成等活動的調控；細胞外環境對細胞的影響。
2.2.2 細胞的增殖、生長、分化與調控
研究細胞增殖、生長、分化及其調控機制，不僅是控制生物生長和發育的基礎，而且是研究細胞癌變和逆轉的重要途徑。
2.2.3 細胞遺傳學
細胞遺傳學從細胞學角度來研究染色體的結構和行為以及染色體與細胞器的關系，從而探討遺傳與變異的機制等。
2.2.4 細胞化學
細胞化學：用切片或分離細胞成分，對單個細胞或細胞各個部分進行定性和定量的化學分析，研究細胞結構、化學成分的定位、分布及其生理功能。
2.2.5 分子細胞學
分子細胞學：從分子水平研究細胞與細胞器中蛋白質、核酸等大分子的組成、結構與功能及其遺傳性狀的表現和調控等，探討細胞生命活動的分子機理。
2.3 遺傳學
遺傳學是研究生物遺傳和變異規律的科學。孟德爾認為生物性狀的遺傳是受遺傳因子控制的，并提出了遺傳因子分離和自由組合的基本遺傳規律。1900年，孟德爾的成果得到廣泛重視，成為遺傳學的基石。
20世紀初，利用光學顯微鏡發現了細胞有絲分裂和減數分裂過程中染色體及其行為，奠定了遺傳的染色體理論基礎。1910年左右，美國遺傳學家摩爾根及其同事根據對普通果蠅的研究，提出了基因的連鎖交換規律，并結合當時的細胞學成就，創立了以染色體遺傳為核心的細胞遺傳學。
遺傳信息在分子水平上研究始于20世紀40年代。隨著電子顯微鏡的發明，人們已能夠直接觀察遺傳物質的結構及其在基因表達過程中的特征，使細胞遺傳學的研究進入分子水平。
1953年，沃森和克里克提出了DNA的雙螺旋結構模型，為進一步闡明DNA的結構、復制和遺傳物質如何保持世代連續的問題奠定了基礎，開創了分子遺傳學這一新的學科領域。
遺傳學研究的領域非常廣泛，可劃分成經典遺傳學、細胞遺傳學、分子遺傳學和生統遺傳學4個分支，各個分支領域相互聯系、相互重疊、相互印證，組成了一個不可分割的整體。
經典遺傳學研究從親代到子代的遺傳特性，包括遺傳的分離規律；獨立分配規律；連鎖和交換遺傳規律及機理；基因互作及其與環境的相互關系；性別決定與伴性遺傳；基因及染色體變異；數量性狀的特征及其多基因假說，近親繁殖和雜種優勢；細胞質遺傳等。
細胞遺傳學是通過細胞學手段對遺傳物質進行研究。其內容包括細胞的結構和功能；染色體的形態結構；細胞的有絲分裂，減數分裂；配子的形成和受精。
分子遺傳學是從分子的水平上研究遺傳物質的結構及遺傳信息的傳遞。內容包括DNA復制、轉錄和翻譯，基因突變及修復，原核生物和真核基因表達與調控；基因、基因組及作圖，遺傳重組。
生統遺傳學是用數理統計學方法來研究生物遺傳變異規律的學科。根據研究的對象不同，又可分為數量遺傳學和群體遺傳學。前者研究生物體數量性狀即由多基因控制的性狀遺傳規律，后者是研究基因頻率在群體中的變化、群體的遺傳結構和物種進化。
2.4 分子生物學
分子生物學是從分子水平研究核酸與蛋白質的結構與功能、遺傳信息傳遞和調控，闡明生命本質的科學。
從19世紀后期到20世紀50年代初，確定了蛋白質是生命的主要物質基礎，DNA是生物遺傳的物質的載體，是現代分子生物學誕生的準備和醞釀階段。
從20世紀50年代初到70年代初，是現代分子生物學的建立和發展階段，1953年Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結構模型為現代分子生物學誕生的里程碑，確立了核酸作為遺傳信息分子的結構基礎，提出了鹼基配對是核酸復制、遺傳信息傳遞的基本方式，為核酸與蛋白質的關系及其在生命中的作用打下了最重要的基礎。
70年代后，基因工程技術出現，人類進入認識生命本質并開始改造生命的發展階段。
分子生物學原來是生物化學的一部分，因其太重要了，20世紀中后期從生物化學中分離出來并與遺傳學結合，獨立出來成為單獨的學科，是生物化學的發展和延續。涉及的部分內容比生物化學更細致深入，并從整體上考慮。
分子生物學從蛋白質、核酸、基因及基因組結構開始，以中心法則為主線，闡述生物大分子在信息傳導、基因表達調控中的相互作用和機理。主要內容包括蛋白質、核酸、基因和基因組的結構、DNA的復制、轉錄、轉錄后加工、基因突變與修復、蛋白質生物合成和翻譯后加工、原核生物基因表達的調控、真核生物基因表達的調控。基因工程技術的原理和應用等。
2.5 基因工程學
20世紀70年代，隨著 DNA的內部結構和遺傳機制逐漸呈現在人們眼前，生物學家不再僅僅滿足于探索、揭示生物遺傳的秘密，而是開始設想在分子的水平上去干預生物的遺傳特性。這就像工程設計，按照人類的需要（設計）把這種生物的某個“基因”與那種生物的某個“基因”進行“施工”，“組裝”成新的基因組合，創造出新的生物的工程技術被稱為“基因工程”。
基因工程包括如下幾個主要的內容：①目的基因的合成或提起分離。②載體的構建。③將載體轉移到受體細胞并增殖。④重組DNA分子的受體細胞克隆篩選。⑤將目的基因克隆到表達載體上，導入寄主細胞，使之在新的遺傳背景下實現功能表達，產生出人類所需要的物質。
3 課程間的邏輯關系，教學內容選擇及課程順序安排
從生物化學、遺傳學、細胞生物學、分子生物學、基因工程學的定義，研究內容，發展歷史動態可知，各學科的邏輯關系是：理解細胞結構及功能需要一定的生物化學基礎，理解遺傳物質的結構和功能需要一定的細胞生物學基礎，而分子生物學是生物化學、遺傳學交叉融合的產物，研究核酸和蛋白質分子結構和功能以及相互關系，而各個分子不能孤立發揮作用，必須依賴于一定的細胞結構，因此，生物化學是細胞生物學的基礎；細胞生物學是遺傳學和分子生物學的基礎。基因工程是利用分子生物學的理論和實驗技術進行轉基因操作的部分獨立出來的，因此分子生物學是基因工程學的基礎。所以，高校應按生物化學、細胞生物學、遺傳學、分子生物學、基因工程的順序安排課程教學最為合適。
由以上可知，由于歷史的原因，生物化學、細胞生物學、遺傳學、分子生物學、基因工程學相互聯系，交叉滲透，研究內容重復較多。因此，本研究根據其定義、邏輯關系及發展歷史，同時為編寫教材和教學的方便，建議生物化學、遺傳學、細胞生物學、分子生物學、基因工程學教學內容如下。
（1）生物化學主要教學內容主要有：蛋白質化學、核酸化學；酶學基礎；糖代謝與生物氧化；脂類代謝；蛋白質的分解代謝等內容。而將DNA復制、轉錄、翻譯、突變、修復及原核生物和真核生物基因表達調控留在分子生物學講授。
（2）細胞生物學的教學內容主要有：細胞的基本結構；細胞生物學研究方法；細胞膜的結構與功能及物質跨膜運輸；細胞質基質與細胞內膜系統；細胞通訊與信號傳遞；線粒體和葉綠體；細胞核與染色體；細胞骨架；細胞增殖及其調控；細胞分化、衰老與凋亡。
（3）遺傳學的教學內容主要有：遺傳的分離規律；獨立分配規律；連鎖和交換遺傳規律；基因互作及其與環境的關系；基因定位與連鎖遺傳圖；性別決定與伴性遺傳；基因及染色體變異；染色體畸變；數量性狀的特征及其多基因假說；近親繁殖和雜種優勢；細胞質遺傳；遺傳重組。
（4）分子生物學的教學內容主要有：DNA的復制、轉錄、轉錄后加工、基因突變與修復、蛋白質生物合成和翻譯后加工、原核生物基因表達的調控、真核生物基因表達的調控。
（5）基因工程學的主要教學內容有：基因工程技術的原理和應用等。
以上各門課的教學內容相對前述和我國現行教材的教學內容作了較大調整，例如；核酸和蛋白質的組成及結構只在生物化學中講授，細胞信號傳遞只在細胞生物學中講授，基因工程原理只在基因工程學中講授，避免了課程內容的重復。
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【關鍵詞】基因工程 多媒體 教學改革
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1006－9682（2011）05－0013－02
20世紀70年代誕生的基因工程是現代生命科學研究的主要方向之一，是打破物種之間的生殖隔離，改造甚至創造新生命的利器。［1］當前，基因工程與醫藥、食品、農業、能源等傳統產品的改造和新產品的形成密切相關。《基因工程》課程是教育部規定的生物工程和生物技術專業重要的專業課。由于基因工程是從分子水平上對生命復雜現象的認識和操作，內容豐富，理論性強，實驗操作條件高，該課程質量的好壞將直接關系到生物工程專業學生的專業素質和創新能力的培養。［2～3］
近年來，多媒體技術在高等院校課堂上得到了比較廣泛的應用，在基因工程課程教學上也發揮著越來越重要的作用。多媒體教學是現代教育采用的最先進的教學手段，它有很多優勢，但使用不當，也會帶來問題。在基因工程教學中應合理使用多媒體，提高基因工程教學效率。
一、基因工程教學中應用多媒體技術的優點
1．有利于增大課堂容量，提高課堂效率。
由于基因工程是從分子水平上對生命復雜現象的認識和操作，其內容抽象復雜、較難理解，信息量大且更新速度很快，理論性和實踐性強，并且要求理論緊密聯系實踐，同時涉及大量難以用傳統的教學手段進行描述的實驗操作技術，學生在學習過程中，普遍反應該課程難學、難理解、難掌握。
在我校，生物技術專業安排的基因工程學時數為64學時，生物工程專業為40學時。由于學時有限，為了加大單位時間的信息量，在教學過程中采用了多媒體為主結合傳統板書的教學手段。多媒體技術的應用，在很大程度上增大了課堂容量，增強了信息密度，豐富了學生的學習內容。多媒體課件的集成性和快速高效的特點可把大量的圖文信息、音像信息集中在一起并在有限的時間內呈現出來。如在講解聚合酶鏈式反應這一章時，諸如PCR發展歷程、原理、反應體系、引物設計原則、技術類型等都會按事先編排的順序在課堂上利用多媒體設備清晰地呈現，從而極大地增加了學生的信息輸入量。利用計算機的存儲和表現功能，教師可在課堂上展示與本節課教學內容相關的各種信息，幫助學生掌握更多的與本課程相關的課外知識。另外教師先將所講授的內容制成多媒體課件或幻燈片，節省了大量的板書時間，使教師能夠更多的注意課堂教學內容的組織和講授，這樣不但課堂容量大，效率也高。
2．能夠突出圖片和動畫在教學中的作用
基因工程內容抽象復雜，不僅涉及到大量的基本原理、基本研究方法與基本實驗技術，而且很多內容抽象難懂，需要記憶的知識點較多。因此，在組織教學時要注重課程的科學性、先進性、系統性和條理性，努力反應國內外研究動態和成果，并注重解決經典與現代的關系。在基因工程課程的教學中，傳統的板書講解、比劃、掛圖等教學手段，難以使學生留下深刻的印象，學生難以快速掌握。實驗心理學揭示，同樣的信息，圖像比文字容易被信息接受者所記憶。［3～5］因此，在教學過程中，我們特別重視圖片與動畫的作用，對抽象的、難以想象的或重點內容如核酸操作的基本技術、聚合酶鏈式反應、基因文庫的構建、目的基因的獲得等，采用動畫、彩圖加以演示或模擬。通過化靜為動、化抽象為直觀，使這些教學內容直觀、生動、形象，不但提高了學生對學習基因工程課程的興趣，而且使學生在感性和理性方面加深對基因工程知識的理解。
3．能夠模擬實驗過程，展示實驗結果。
在我校，分子生物學和基因工程均沒有單獨安排實驗課，而是單獨開了一門分子克隆實驗課。由于實驗課和理論課是分開講授的，假如采用傳統的教學，實驗原理和實驗操作講授就完全脫節。我們將多媒體引入基因工程教學中，在講授理論知識的同時，采用動畫，對一些實驗譬如DNA的提取、酶切、連接、轉化，PCR反應，核酸分子雜交技術等實驗過程進行了模擬，在課堂上同步展示出來，使學生易于理解和掌握。對另外一些實驗室沒有條件開展或是同學們感興趣的實驗如親子鑒定、疾病診斷等應用性實驗，也可以通過多媒體技術進行模擬，使學生的知識面得到拓展，實驗技能也得到了提高。
4．合理安排課程，將前沿的知識引進課堂。
基因工程課程的學習，需要具備較扎實的生物化學、分子生物學、遺產學和微生物學的知識作為基礎。在學習本課程時，如果學生對前修課程內容記憶不清，會感覺到學習難度加大。因此，在教學安排過程中需要考慮課程設置順序問題，通過合理安排課程，幫助學生更好的理解和掌握基因工程的內容，構建完善的知識體系。譬如講解核酸分子雜交的時候，需要具備退火、重組子、毛細管作用原理等相關知識，這些背景知識基本在前修課程生化化學、分子生物學中學過，但學生往往記憶不深刻，因此講授的時候需要對這些知識重新溫習，以利于學生更好的理解和掌握現學知識。但在傳統的教學過程中，由于課時的限制，不可能在短時間內使學生對以前的知識融會貫通，而在制作多媒體課件時，可適當的利用動畫和圖片，使學生對一些復雜的過程一目了然，短時間內抓住重點和要點。［4］［6］
基因工程是一門實驗性和技術性都較強的前沿專業課程，發展非常迅速。對教師要求相對較高，需要豐富的實踐經驗和理論知識，要求授課者不斷積累經驗，擴大知識面，掌握科學發展的前沿，努力提高教學水平與質量，促進科學技術發展。我們在教學過程中，充分利用科研資源，將教師科研過程中涉及的照片、圖譜等帶進課堂，增強學生的感性認識；將科研中的課題或問題引入課堂，引導學生思考和討論；將最新的科研成果和基因工程領域的重大事件引入課堂，讓學生查閱文獻資料，設計解決方案等。
二、多媒體教學在基因工程教學中的誤區
1．避免多媒體應用僵化
計算機能夠存儲大量的信息，這是其一大優勢，但有些教師唯恐不能體現這一優勢，將與課程相關的材料盡數羅列，使多媒體教學成為黑板文字或簡單教具教學的翻版。如果只是機械的灌輸，只能加快單位時間傳輸的信息量，課堂節奏明顯加快，直接影響學生對所學內容的理解和接受。因此在基因工程多媒體教學過程中，應努力提高多媒體課件的制作質量，課堂講授上也盡量實現“以學生為中心、既傳授語言知識與技能，更注重培養語言實際應用能力和自主學習能力的轉變”。［7］
2．多媒體應用欠缺理論性指導
多媒體早已成為教學中常用工具和必要手段，但由于缺乏系統理論指導，教師的多媒體課件制作技術和教學效果參差不齊。很多教師很難將多媒體教育技術與教學理論及教育心理學等學科的知識進行有機結合，對多媒體的應用僅停留在課堂上應用PPT制作教案等方面，使多媒體淪為“高級幻燈機”，在基因工程教學中也存在此類問題。還有些教師過分追求多媒體效果，過于注重課件的動畫、色彩、音響等效果，不能本著實用的原則制作多媒體課件，結果容易分散學生的注意力，使學生過于注意花哨的圖片、動畫，而無暇顧及所講授的知識內容，使多媒體的應用起到了相反的效果。
三、多媒體教學：關鍵看你怎么用
多媒體教學與傳統的教學方式相比，存在著許多突出的優點，但如果應用不當，會起到相反的效果。基于基因工程課程內容豐富、理論性和實踐性強，且理論和實踐緊密聯系，學生普遍反應該課程難學、難理解、難掌握的特點，本著合理構建學生理論和實踐知識結構，培養學生綜合素質，促進學生跟上學科發展的進程，為學生今后走上工作崗位或繼續深造奠定堅實的理論基礎。在我校的基因工程教學過程中，采用了以多媒體教學為主，傳統板書為輔結合教師講授的授課方法，激發了學生學習的興趣，拓寬了學生的知識面，提高了學生的學習效率。經問卷調查，學生普遍反應，多媒體的應用，使抽象難懂的內容變得形象生動起來，易于理解和掌握。
參考文獻
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1 構建微生物工程綜合實驗的重要性和必要性
近年來，國家對高校投入不斷加大，實驗室的硬件設施有顯著地改善，實驗教學內容和形式也從封閉的課堂小實驗改變為全天候的開放式綜合大實驗。以前教改形成的微生物制藥大實驗，發酵工程大實驗等整合若干有聯系的實驗技術，教學方式上強調培養學生獨立操作能力，但大實驗之間尚缺少實驗內容與實驗技術上的剛性聯系，學生們在不同的大實驗課程上學到的實驗理念和操作技能不能形成一個知識鏈條，難以綜合運用學到的知識和技能解決一個較大的科學問題或生產實踐活動。以科研提升教學，將科研實驗轉化為教學內容，并進一步實現教學內容向科研工作的延伸，對于學生了解前沿性的實驗技術與手段，提高創新能力具有不可比擬的效果。
如何選擇恰當的產品，作為生物工程綜合實驗的突破點？產品選擇的標準應包括：時代性、前沿性、市場價值、技術綜合性、微生物遺傳操作可能性。達托霉素是一種新型環脂肽抗生素，用于治療耐藥革蘭氏陽性菌感染，2003 年在美國上市，上市后其銷售額逐年上升，2016 全球年銷售額超過 20 億美元，已成為控制耐藥菌感染的最后一道防線。2016 年我國食品藥品監督總局批準了華東醫藥和恒瑞醫藥生產達托霉素。達托霉素是一種微生物次級代謝產物，結構復雜，產量非常低，通過微生物工程系統改造是提高達托霉素產量，降低生產成本的重要策略。通過國內外科學家的努力，克隆了達托霉素生物合成基因簇，并對達托霉素生物合成調控有了較為深入了解。達托霉素具備的突出特點以及課程教師長期從事達托霉素的代謝工程和合成生物學研究，形成了較為豐富的教學材料，使達托霉素產生菌菌株選育成為生物工程實驗的突破點。在此基礎上提出以達托霉素產生菌基因工程改造為主線，有機的整合基因工程，代謝工程和發酵工程的生物工程綜合實驗課程，學生將系統地學習現代生物技術的實踐理念，基因克隆，質粒構建，鏈霉菌發酵，抗生素含量測定等分子生物學，微生物學和發酵工程的基礎實驗方法及原理。本科學生通過該大實驗不僅夯實了相關課程的基礎理論知識，而且掌握了現代微生物學實驗技術，培養了團隊合作意識，獨立工作能力和科研創新能力。
2 以達托霉素產生菌菌株改造為主線的微生物工程綜合實驗課程的內容架構
為了追蹤微生物工程的發展前沿，提升本科生的實踐能力和創新能力，我們的生物工程綜合實驗包含基因工程，代謝工程和發酵工程三個模塊。以基因工程改造達托霉素產生菌-玫瑰孢鏈霉菌（Streptomyces roseosporus）為研究材料，以提高抗生素的產量為實驗目標，通過目的基因的克隆，重組質粒的構建和驗證，重組質粒整合到鏈霉菌基因組獲得工程菌，工程菌的發酵，抗生素效價的測定等一系列實驗為主線，貫穿基因工程實驗，代謝工程實驗和發酵工程實驗，重排實驗課程順序，建立以微生物學，基因工程和發酵工程為核心的實驗模塊組合的生物工程綜合實驗教學平臺。。通過該系列課程的學習，增強學生的基礎理論和掌握扎實的實驗技術，并體驗用現代生物技術構建工業生產菌株的完整過程。
2.1 基因工程實驗
基因工程模塊是整個綜合實驗的重要環節，負責構建后續代謝工程實驗所需重組質粒。實驗主要由 PCR 擴增抗生素高產相關基因，重組質粒的構建和驗證，感受態細胞的制備和轉化等一系列整套相互關聯的實驗，獲得一系列可用于后續代謝工程實驗的重組質粒。本模塊共學習 9 項基因工程實驗技術。學生通過本模塊的實驗課程學習，將增強基因工程的基本概論，掌握基因工程常用的核酸操作技術。
2.2 代謝工程實驗
經典的菌株改良技術是通過菌株的隨機誘變和選擇高產菌株。隨著研究的深入，通過代謝工程技術理性選育高產菌株得到了日益廣泛的利用。代謝工程實驗模塊利用基因工程實驗模塊制備的含有目的基因的重組質粒，通過轉化大腸桿菌 ET12567，通過接合轉移技術將目的基因整合到鏈霉菌基因組，獲得重組菌株。實驗包括接合轉移條件的摸索，重組菌株基因組 DNA 的提取和 PCR 驗證等。本模塊包含 4 個實驗。通過本模塊的實驗操作學生將會掌握 DNA 轉化，利用接合轉移將外源 DNA 導入鏈霉菌，以及通過 PCR擴增鑒定重組菌株等一系列鏈霉菌代謝工程實驗技術，加深對微生物遺傳學和代謝工程理論的理解。
2.3 發酵工程實驗
發酵工程模塊利用代謝工程實驗模塊構建的重組菌株，摸索最優發酵條件，測定抗生素的效價和重要發酵參數。本模塊包含 5 個實驗。通過本模塊的實驗操作，學生將增加對發酵罐的工作和使用，發酵條件優化，抗生素含量測定等一系列微生物發酵的原理的認識，掌握生產實踐中常用的發酵技術，獲得達托霉素。
3 生物工程綜合實驗的教學安排及效果
微生物工程大實驗由一系列的微生物學實驗和分子生物學實驗組成，學生需要具備遺傳學，發酵工程和基因工程的知識。遺傳學和基因工程在我校是大三上下學期開課，微生物學和發酵工程原理是大二開課。為了保證效果，在學院的支持下，其他課程的教學和考試在大學三年級下學期提前一個月結束，避免與生物工程綜合實驗的沖突。本課程在的最后一個月統一開課，持續四周，共 96 學時，全天候進行，以保證三個模塊的連續性，實驗完整性，實驗操作和科研思路訓練的連貫性。
3.1 教學模式
將教師的科研項目轉化為本科生綜合實驗，是一個新的嘗試和探索，具有相當的難度和不確定性。為了全面鍛煉學生的綜合素質和保證實驗的順利進行，我們采用了基于問題的教學模式，并采用模塊化的教學設計。基于提高達托霉素產量的問題，引導學生查閱中英文文獻，產生候選改造基因，通過學生的小組討論以及和指導老師討論確定最終的基因，在指導老師的幫助下自行設計引物開展基因擴增和克隆，整個過程以學生為中心，基于問題的學習，極大地激發了學生的實驗熱情和鍛煉他們的綜合能力。實驗進行中，每個模塊都以目標導向的項目形式進行，學生有機會在規定的時間內重復某個失敗的實驗，有助于學生探究實驗成功的秘訣和總結失敗的教訓。通過綜合實驗，學生深刻體會到了微生物工程的連貫性，綜合性和前瞻性。
3.2 考核方式
本實驗的教學內容相互關聯，具有上中下的時間順序，相對獨立，對于每個模塊的具體實驗教學由各模塊實驗教師對實驗操作進行考核。整個實驗按照科研項目的形式展開，每個研究小組選擇的目的基因各不相同，學生在進入實驗室之前查閱文獻資料，撰寫開題報告，詳細陳述立項依據，實驗方案和預期實驗結果，全部實驗結束后按照西南大學畢業論文格式提交實驗論文。每個研究小組整理實驗結果進行匯報答辯，并針對實驗結果及在實驗過程中出現的問題進行討論。最終的實驗成績基于上述表現綜合判定。
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
基因工程作為一門獨立的學科誕生于20世紀70年代，經過40年的發展已經是現代生物技術中的核心學科和四大工程技術之一，其廣泛應用于食品、農業、工業、醫藥等領域[1]。基因工程是一門集理論與實踐與一體的學科，其研究方法與技術貫穿現代生命科學的每個領域。食品科學是整合和應用多個學科（化學、物理、生物、機械等）的基礎知識來研究食品的理化、生化以及食品加工原理和工藝的一門交叉學科。食品生物技術是食品加工領域的前沿交叉學科技術，其包括四大工程技術[2]，即食品基因工程、食品細胞工程、食品發酵工程和食品酶工程。而食品基因工程作為食品生物技術上游的關鍵學科，對現代食品生物技術的發展具有舉足輕重的支撐作用。食品基因工程綜合實驗作為食品基因工程理論課的實踐課程，是一門非常重要的課程，根據食品專業的課程特點研究食品科學專業背景本科生的基因工程綜合實驗教學方法以及設計與構建適用于食品專業本科生的基因工程綜合實驗體系是值得研究的課題。
1 食品基因工程實驗教學中存在的問題及改革的必要性分析
食品基因工程實驗教學內容不能緊跟學科發展的步伐，內容古板陳舊[3-5]。目前的實驗課大綱包含的實驗內容按授課順序為：目的基因的PCR擴增、核酸電泳檢測、大腸桿菌感受態細胞的制備、質粒轉化、質粒DNA的抽提、重組質粒的酶譜鑒定、重組細胞的誘導表達、重組酶的親和層析純化、SDS-PAGE蛋白電泳鑒定，共9個實驗，即80個學時。實驗教學模式為基礎性的驗證性實驗，即用課題組里碩士或博士已經成功的實驗中的主要實驗材料（例如目的基因或質粒等）進行實驗。做這種驗證性實驗，如果操作步驟不出大的問題，基本上就能夠得到預期的實驗結果。這種實驗模式在一定程度上能夠使學生溫習在理論課堂上學的知識，且能夠鍛煉同學們的實驗動手能力，可以從實驗中學到一定的實驗技能，但是對學生的創新性思維訓練不能起到明顯的作用，學生無法體驗實驗的失敗，也就不能分析失敗的原因，對實驗的理解也就有了局限性。
實驗教學存在的另一個突出問題就是實驗教學方法單一[4，5]。實驗教學采用的是傳統的教學方式，老師在實驗前會先把講義上的內容（包括實驗目的、原理、步驟）講解一遍，然后就讓同學們照著講義上的實驗步驟一步一步去做，學生只是參與了實驗結果的輸出，沒有深入思考實驗的機會。在整個實驗過程中，學生大部分時間都是處于被動學習接受的狀態，獨立思考問題的時間很少。學生只是在實驗操作技能上有些許提升，而比較重要的分析問題和解決問題的能力沒有任何鍛煉和提高。掌握的這些基礎的具有驗證性實驗性質的食品基因工程實驗室還是不能獨立開展創新型實驗研究。
還有一個問題就是考核方式不合理[5，6]。學生成績考核的方式影響著他們的學習態度，良好的評價方法能夠激發他們主動學習和探索知識的欲望，如何突出學生的綜合素質和能力，成績考核方式顯得特別重要。傳統的實驗課成績評定方式是老師通過學生的實驗報告的書寫情況來給定一個分數，這種評定方式只能反應學生課下寫作業的認真程度，無法判斷學生在實驗課上的表現，而作為實驗課，要靠動手去操作才能得出實驗結果，學生的動手能力這個評判實驗課的重要因素給忽略掉了。從這里可以看出實驗課成績的傳統評定方式的局限性。
鑒于在實驗教學中出現的種種問題，這種模式已經不再適應我國培養創新性人才的需要，必須對這種教學方式進行改革。改革的重點是向以“知識構建和問題求解”為特點的“創新性實踐教學”模式發展。這種綜合型的教學模式與以往的那種“驗證性實驗教學”模式相比涉及的知識面和深度要高的多，更能夠激發同學們的創新思維。這種實驗模式以創新性實驗研究學習為主，不斷提高人的主動求知的欲望，達到更好的學習效果。
2 食品基因工程實驗教學改革的具體實施
2.1 優化實驗教學內容
對食品基因工程實驗課程大綱進行優化設計[2，6]。食品基因工程實驗是一門系統性和綜合性很強的課程，設計實驗教學內容時不僅應強調其基礎性也應該強調其綜合性。基因工程實驗是由不同的實驗模塊組成的一個系統性的綜合實驗，每個實驗模塊之間都存在著緊密的聯系，是環環相扣的一個過程，前一個實驗的結果通常作為下一步實驗的原材料。因此，只有在上一個實驗取得可靠的實驗結果后才能進入下一步實驗，使學生至始至終都樹立完整的科學研究概念。
基因工程實驗內容豐富多彩，考慮到食品學科的發展，結合實驗室在微生物酶研究方面的豐富經驗，我們應選擇一個與食品生物技術密切相關的食品酶為研究對象，設立一個綜合性研究課題，如D-阿洛酮糖3-差向異構酶的克隆、表達及性質鑒定，實驗應該包含上面提到的九個實驗的全部內容。基因工程綜合實驗中每個實驗模塊的連續性特點就要求該實驗課程應該在一個完整的時間段內有條不紊的全部做完，按照實驗大綱的安排，可以安排一兩周的整塊時間來做這個綜合性實驗。食品基因工程實驗的綜合性和復雜性對學生們來說是最大的考驗，但是這也是培養學生良好的科研理念及思維方式的很好機遇。通過實驗不僅使學生能夠了解基本的實驗原理及熟練掌握實驗操作過程，而且還能幫助他們建立好的實驗素養及培養團隊協作能力。
2.2 引進開放式實驗或教學與科研相結合
食品基因工程實驗采用開放性實驗或者與科研相結合的方式，可以給學生的創新思維訓練提供更廣闊的平臺[3，4，5，7]。開放性實驗是指在老師規定的一個課題范圍內，同學們可以自由選題，從課題方案的設計到課題的操作實施整個過程都是同學們掌控的。當然在關系實驗失敗與否的實驗方案設計階段，老師會對學生的設計方案進行最后的確定，如果有不妥的地方會讓學生進行修改，這樣以來學生可以在接下來的實驗操作過程能夠順利進行。把基因工程實驗課和指導老師的科研項目相結合，這是個大膽的嘗試。在同學們參與任課老師的科研項目過程中，可以激發同學們的學習興趣，鍛煉學生把握課題研究方向的能力，有助于學生創新性思維的培養。
2.3 轉變學生參與教學方式
讓學生參與食品基因工程實驗教學的每個環節[8]。從實驗的準備階段開始就讓學生參與進來。以往的實驗課程，不管是有機實驗還是無機實驗，學生們在進入實驗室前，所有實驗過程中要用到的試劑和原材料都已準備就緒。讓學生參與實驗的每個環節有助于加深他們對實驗的深刻理解。基因工程實驗一般都是按照一些成熟的操作步驟做的，操作起來不是很難，而實驗的大部分時間都花費在了實驗的準備工作上。基因工程實驗不同于以往實驗的特點之一就是一些原材料需要滅菌且部分操作要在無菌條件下進行。通過參與實驗的準備學生們能夠了解哪些需要事先滅菌，哪些需要在無菌條件下操作。培養基及種類繁多的試劑的配制也需要大量的人力參與。學生們也能熟悉實驗中用到的基本儀器的使用，包括高壓滅菌鍋、PCR儀、蛋白和核酸電泳系統、凝膠成像系統、色譜柱的使用等等。通過讓同學們參與實驗的各個環節，使同學們更好的理解整個實驗流程。整個實驗流程做下來，可以使每個學生都能夠單獨的完成整個實驗。在實驗過程中，要灌輸過程重于結果的思想，減輕學生們更看重結果的負重，使學生更有效地獲得知識和能力，從實驗中得到更多的收獲，進一步提高學生的動手能力。
積極推廣多種多樣的教學模式。所有的教學模式可以歸為兩類，第一類以老師為主導，第二類是把學生作為主導。首先說第一類，老師起主導作用，即老師主講，但在傳統教學模式上做些變動，即變成互動式教學。這種互動式教學方法需要學生的積極配合。作為學生，應該在實驗開始之前通過預習全部的實驗講義掌握整個實驗的流程，實驗與實驗的銜接以及基礎的實驗知識，如實驗目的和原理、實驗操作步驟，通過查閱資料獲取實驗注意事項，做出預案以防實驗失敗，對整個實驗有一個整體的深入理解。老師可以隨機提出一些問題讓同學們回答，學生們也可以就某些實驗疑點向老師請教，活躍課堂氛圍，那些表現好的學生在評定成績時可以獲得額外的加分機會。這種方式能夠更積極的調動學生參與實驗的熱情。另外一種教學方法就是采取角色互換的教學方式，第一種是老師講學生聽，而這一種是把老師和學生的角色互換，由學生在講臺上主講，然后大家補充和討論，最后由老師做出點評、總結。這是一種大膽的嘗試，對學生的要求很高，需要學生對實驗有透徹的理解。
2.4 實驗報告的創新
傳統的實驗報告由實驗目的原理、實驗步驟、實驗結果、討論及思考題這幾部分構成，這樣的寫法幾乎是一個實驗報告的標準格式。由于傳統實驗課中的每個實驗是獨立的，是互不影響的，而每個實驗的內容相對較少，采用標準格式書寫讓人對這個實驗一目了然。但是食品基因工程實驗是一個綜合性的大實驗，每個實驗都是相互有聯系的，完全可以作為一個本科生的畢業課題來對待。所以，可以嘗試讓學生們按照畢業論文的格式書寫這個綜合實驗的內容，也就構成了一個小論文[6]。按照論文的格式來寫，首先第一部分是緒論，寫這種食品酶的研究背景及研究目的和意義，然后第二部分就寫所做的實驗部分，包括前言、材料與方法、主要試劑和儀器，接下來就是實驗步驟，最后是實驗結果和討論部分。在小論文的最后部分可以做個小結。這種寫法有助于開闊學生的視野，不只是把目光局限在一個個獨立的實驗上面，而用開放的思維去思考整個實驗。也可以讓學生們盡早接觸畢業論文的書寫格式，為學生真正的畢業論文寫作打下基礎。
2.5 改進學生成績考核方式
以前的實驗課成績評定方式是通過實驗報告的分數給定的，這種評分方式過于單一化，有諸多弊端，所以我們要擯棄這種傳統的實驗課成績評定方式。學生的成績是由多種因素共同決定的，這些因素可以歸納如下：實驗小論文，實驗操作測評，平時表現與出勤[7，9，10，11]。這三個部分應該按照一定的比例分數構成一個學生的總成績。小論文的質量應該是這個綜合實驗的最重要評判指標，反應學生實驗的結果及對待實驗的認真態度。實驗操作測評有老師在實驗課進行期間的巡視觀察來判斷學生的操作實驗的動手能力。平時表現與出勤則反應了學生課堂上的積極性及參與度。這幾種因素的疊加對以前單一評判標準起到很好的平衡作用，能夠更有效的促進學生的學習興趣。
曹樹青，2001年7月獲南京農業大學博士學位。2001年8月至2003年7月在復旦大學生命科學學院從事博士后研究。2011年9月至12月在美國普渡大學從事訪學研究。現任合肥工業大學生物與食品工程學院生物科學系主任、教授、博士生導師。先后主持包括國家自然科學基金面上項目、國家重大科技專項子課題等在內的國家級和省部級以及企業委托等課題20余項，指導國家大學生創新性實驗計劃項目2項和校級大學生創新項目7項，主持校級精品課程及研究生教改項目各1項，參與省部級教改項目3項。
作為課題組的負責人，曹樹青在本領域研究較深。他先后在國內外權威和核心刊物上發表學術論文80余篇，其中在國際知名學術期刊New Phytologist、 Nature Communications、Planta、PLOS ONE、Molecular Genetics and Genomics、Pant and Soil、Plant Physiology and Biochemistry、Physiologia Plantarum等上發表SCI收錄的論文30余篇。除了這些重要論文，曹樹青還獲授權或申請國家發明專利14項，參與撰寫“973”專著1部。
土壤重金屬污染是全球面臨的重要環境問題之一，因為土壤污染的重金屬可通過農作物而進入食物，嚴重影響食品安全和人類健康。為解決這一問題，科學家采取了很多措施，植物修復基因工程便是解決土壤重金屬污染的重要途徑之一。
其原理是利用綠色植物來轉移、容納或轉化污染物使其對環境無害。研究表明，通過植物的吸收、揮發、根濾、降解、穩定等作用，可以凈化土壤或水體中的污染物，達到凈化環境的目的。而在其中，植物修復的對象是重金屬、有機物或放射性元素污染的土壤及水體。因而，植物修復基因工程是一種很有潛力、正在發展的清除環境污染的綠色技術。
經過長年不懈的努力，合肥工業大學生物與食品工程學院生物科學系主任、曹樹青教授，帶領科研團隊首次揭示了植物響應重金屬鎘脅迫信號轉導的分子調控機制，為土壤重金屬污染植物修復基因工程提供了新的技術途徑和基因資源。2014年10月20日，這一成果在線發表在國際植物學知名學術期刊《新植物學家》上，并獲得第十三屆全國農業生物化學與分子生物學學術研討會優秀論文獎。
從源頭保障農產品安全
尋找和發掘耐受重金屬毒害且調控重金屬超量積累的關鍵基因并闡明其作用機理卻不容易，但這卻是植物修復基因工程獲得成功并從源頭上控制農產品食品安全的關鍵所在。
我國有近20%的耕地存在鎘、砷、汞、鉛、鎳、銅等重金屬超標，而土壤中重金屬可通過農作物吸收進入食物鏈，嚴重影響食品安全并危及人類健康。曹樹青介紹說，通過物理和化學手段治理土壤重金屬污染非常困難，也容易造成二次污染。
曹樹青課題組的此次研究正是瞄準于此，主要通過正向和反向遺傳學途徑，篩選和克隆涉及植物重金屬超量積累（或降低重金屬吸收）的關鍵基因，并闡明其作用機理。該研究不僅有助于揭示植物耐受重金屬毒害的分子機理，而且可以為從源頭上控制農產品安全提供新的技術途徑。
在得到了轉基因重大專項以及國家自然科學基金等項目資助下，曹樹青課題組利用正向遺傳學途徑篩選和鑒定了一個擬南芥耐鎘突變體xcd1-D，并克隆了其相應的基因MAN3，該基因編碼一個1，4-糖苷水解酶。過量表達MAN3基因導致鎘的耐受和積累，而MAN3基因功能缺失則該突變體表現出對鎘敏感。鎘脅迫誘導MAN3基因表達、增加甘露聚糖水解酶活性及甘露糖水平，從而激活谷胱甘肽依賴的植物螯合素合成途徑上的相關基因協調表達，進而增加植物對鎘積累和耐受。大量實驗表明，過量表達MAN3基因的擬南芥植株，在重金屬鎘污染的土壤中仍然保持正常生長狀態。
隨著研究的不斷深入，他們發現了MAN3及其介導的甘露糖的新功能，首次揭示了其在植物響應重金屬鎘脅迫過程中新的信號轉導通路，這為土壤重金屬污染植物修復基因工程提供了新的技術途徑和基因資源。成果自從在線發表在國際植物學知名學術期刊《新植物學家》后，獲得了業界廣泛矚目。
科研活動是一個連貫的對自然、社會規律的探索過程，因而一項科研需要堅持以保證其延續性。曹樹青表示，下一步，他打算深入挖掘植物響應重金屬鎘信號轉導的分子調控機制，對植物響應其他重金屬包括砷及鉛等的分子調控機制進一步研究，爭取將已獲得的研究成果產業化。
拓展科研的廣度
創新路上，中國科技正不斷向各種高度、深度和廣度延伸。“精度”既是科技創新的目標，也是丈量科技創新質量的標尺，“廣度”則涵蓋了科學研究領域的方方面面。嚴格意義上，曹樹青的視野在生物科學，除了從事植物修復基因工程、植物抗逆分子生物學及食品生物技術等方面研究，他的科研視野也落在利用正向和反向遺傳學途徑上，他篩選鑒定多個與非生物脅迫相關的功能基因，初步闡明這些基因參與非生物脅迫響應調節的可能機理。
為什么會選擇這方面的研究？緣于他對糧食安全的擔憂。糧食安全是國家安全的物資基礎，始終是關系到國計民生和國家安危的重要問題。在他看來，如何增強作物品種的抗逆性，還依然是目前我國農業生產上亟待解決的關鍵問題之一。在解決這個問題方面，利用轉基因育種提高作物的耐寒和抗旱能力無疑具有重要的理論與經濟意義。這項工作的關鍵在于對植物抗逆分子機理的認識及關鍵基因的發掘。
通過長期的鉆研，曹樹青探索出了一條比較有效的科研方法。他以模式植物擬南芥為材料，通過正向和反向遺傳學途徑，利用現代分子生物學技術和基因工程手段，篩選和克隆抗逆關鍵基因，闡明其功能，并用于作物抗逆分子遺傳改良。這一研究可獲得具有自主知識產權的新基因，不僅可以為作物抗逆遺傳改良提供新的基因資源，而且對于揭示植物抗逆分子機理具有重要的理論意義。
科研育人，并行不悖
曹樹青是一個忙碌的人，平時除了做科研，還在合肥工業大學作為教授、博士生導師帶學生。在他的指導下，先后培養碩士和博士生30余人，一些學生已先后在國內外知名大學從事博士后研究和攻讀博士學位。他指導過的優秀學生和研究團隊更是不計其數。
論文關鍵詞：翻譯雜交釋放技術，翻譯雜交捕獲技術，無細胞翻譯系統，重組子，篩選
1.引言
翻譯雜交釋放（Hybrid-Release Translation , HRT）技術和翻譯雜交捕獲（Hybrid-ARrest Translation , HART）技術，是鑒定克隆基因翻譯產物的有效方法。兩種方法都利用純化的mRNA通過無細胞翻譯系統（cell-free translationsystem）直接合成蛋白質。細胞裂解物，可以來自于發芽的小麥種子中，或者來自于兔網狀細胞，都具有很強的合成蛋白的能力，含有蛋白質合成所必需的核糖體，tRNA和其他蛋白質合成所必需的分子。然后加入mRNA和必需的20種氨基酸，其中Met是35S標記的。mRNA被轉錄成放射性蛋白質的混合物，可以通過電泳分離，自顯影顯示出來。每一條帶都代表mRNA所翻譯的一種蛋白。
當有cDNA克隆存在時HRT和HART可以非常好的工作。在HRT中，首先將cDNA變性，結合到纖維素膜上或者尼龍膜上，加入mRNA樣品，能與cDNA雜交的特異mRNA保留在膜上，除去未結合的分子后，可以收集mRNA并加到細胞外系統中生物論文，這樣將產生cDNA編碼的特異的蛋白質。
HART的不同點在于，HART并不除去未雜交的分子，而是將整個膜轉入細胞外系統，雜交的mRNA不能直接翻譯，所以除此之外，所有的mRNA都翻譯。翻譯產物中缺失的蛋白可以進行鑒定中國知網論文數據庫。
2. 無細胞翻譯系統（Cell-Free Translation System）
實驗室中常用的無細胞翻譯系統是麥芽胚（germinating wheat seeds）提取物和兔網織紅細胞（rabbit reticulocyte cell）提取物，也有使用非洲爪蟾（Xenopus laeuis）卵母細胞體系的[1]。無細胞翻譯系統主要含有：
（1）核糖體；
（2）tRNA；
（3）20種氨基酸，其中一種帶有放射性標記（實驗室中也經常使用35S-甲硫氨酸<35S-methionine>），供放射自顯影檢測之用；
（4）控制蛋白質合成的相關因子。
無細胞翻譯系統主要有如下3點優越性：
（1）在無細胞翻譯系統中，蛋白質合成的活性極高。
無細胞翻譯系統就是一種人工制造的蛋白質“合成機器”， 其功能就是專門進行蛋白質的合成。相對于傳統的宿主菌翻譯系統而言，無細胞翻譯系統不用考慮宿主菌本身的生活能力，只需大量合成目的蛋白質即可，效率極高[2]；
（2）專一性地翻譯目的基因的序列。
與（1）相同，無細胞翻譯系統不受到宿主菌的干擾。假設一重組子X，如果加入到無細胞翻譯系統中，則該系統只翻譯重組子上有限的核酸序列，便于對目的基因及其表達產物進行分析。相反，如果將重組子X導入某一受體細胞，則表達產物將包括重組子與宿主細胞兩方面的蛋白質，且后者將占絕大多數，給分析工作帶來極大的不便；
（3）加入了放射性標記的氨基酸，有利于對翻譯產物進行檢測；
作為基因工程研究的重要手段，無細胞翻譯系統的主要功能就是定向地合成所需蛋白質，并對其進行檢測。常在系統的氨基酸底物中添加一種帶有放射性標記的氨基酸，或者使用35S-甲硫氨酸（35S-methionine），便于翻譯后的檢測工作[3]。
3.HRT和HART
HRT和HART的技術思想是相同的，核心內容都是以目的基因的mRNA為操作對象，用放射自顯影的方法檢測其表達產物的有無，而其中的關鍵步驟，就是以目的基因為模板，獲得該基因的cDNA生物論文，在雜交檢測中作為探針使用。
在HRT中，目的基因與載體連接之后，將進行如下操作：
（1）將連接后的重組子加入到無細胞翻譯系統中，進行轉錄、表達，提取mRNA；
（2）從提取的mRNA中取出一部分，以目的基因為模板設計引物、以 mRNA為底物進行RT-PCR，獲得目的基因的cDNA；
（3）將cDNA固定在硝酸纖維素（nitrocellulose）或尼龍（nylon）膜上，作為雜交探針之用；
（4）將余下的RNA與上述cDNA混合、溫育，然后進行非特異性的洗脫，即通過控制洗脫反應的條件，將那些不與cDNA發生特異性雜交的RNA分子洗脫掉；
（5）轉變洗脫條件，進行特異性的洗脫；如果有mRNA分子與cDNA發生特異性的結合，則此mRNA將在這一步驟中被洗脫下來，并且此mRNA就是目的基因的轉錄產物；
（6）收集洗脫產物，加入到無細胞翻譯系統中，通過蛋白質電泳和放射自顯影（autoradiography）檢測表達產物。
顯而易見，由于使用了無細胞翻譯系統，去除了大量的、與檢測實驗無關的mRNA分子，所以HRT的實驗結果只有兩個：
（1）只有一條放射性條帶，即目的基因的最終表達產物。此結果表明：目的基因與載體成功連接并轉化、能夠在宿主菌中順利表達；
（2）沒有任何放射信號，檢測結果為空背景。此結果表明：目的基因可能與載體成功地連接并轉化，但不能順利地表達。
而對于HART而言，該方法中只有一點與HRT不同：在HRT中，最終要對目的基因的表達產物進行檢測；而在HART中，則是要對目的基因表達產物之外的蛋白質進行檢測，具體步驟為：
（1）將連接后的重組子加入到無細胞翻譯系統中，進行轉錄、表達，提取mRNA；
（2）從提取的RNA中取出一部分，以目的基因為模板設計引物、以RNA為底物進行RT-PCR，獲得目的基因的cDNA；
（3）余下的RNA再分成兩部分，其中一部分與上述cDNA探針雜交，進行非特異性的洗脫生物論文，并將洗脫產物回收，而棄去與cDNA探針發生特異性雜交的mRNA。換言之，洗脫產物中已經特異性地去除了由目的基因轉錄的mRNA。將洗脫產物加入到無細胞翻譯系統中進行表達，用蛋白質電泳和放射自顯影技術檢測其表達結果，記作結果-1；
（4）如（4）中所述，RNA分成兩部分之后，一部分用于雜交。與此同時，將另一部分RNA直接加入到無細胞翻譯系統中進行表達，用蛋白質電泳和放射自顯影技術檢測其表達結果，記作結果-2。
（5）結果-1和結果-2進行匹配，分析目的基因的轉化情況。
同樣，由于使用了無細胞表達系統，被檢測的蛋白質種類少，僅限于載體所承載的表達信息，便于分析結果。結果-1和結果-2的比較，可以出現兩種情況：
（1）結果-1僅僅比結果-2多一個條帶，說明此條帶就是目的基因的翻譯產物，則可以推斷轉化實驗是成功的；
（2）結果-1和結果-2完全相同，則至少說明目的基因不能順利表達，轉化實驗不成功中國知網論文數據庫。
以上是對HRT和HART總體技術思想的闡述。不難看出，HRT和HART的核心思想是完全相同的，不同的只是實現這一思想的具體方式[2]。在HRT中，是直接對目的基因的表達產物進行檢測；而在HART中，則是對目的基因表達產物之外的蛋白質進行檢測。圖-1概括了兩種方法的流程。從圖中可以看出，HRT和HART的結果是互補的、互為“陽性”和“陰性”的。
4. 使用HRT和HART方法的相關問題
HRT和HART技術是在蛋白質水平檢測重組子陽性克隆的方法，由于這兩種技術的檢測對象是目的基因的最終表達產物，故比起常見的藍白篩選、PCR等基因水平檢測技術而言，更直觀、更嚴謹、更有說服力[1]。但是，從基因工程整體操作流程上看，對于重組子的檢測只是其中的一部分，研究人員不可能將最主要的精力投入到檢測工作中。而從上述對于HRT和HART操作步驟的介紹來看，作為檢測手段生物論文，兩種方法都過于繁瑣，特別是頻繁涉及對mRNA的操作，要特別注意對mRNA降解的預防，實驗條件比較嚴格。
另外，雖然HRT和HART檢測的是表達產物，在這一點上確實比藍白篩選、PCR等基因水平檢測技術更具有優越性，但是，在實際的工作中，研究人員完全可以利用Southern雜交、Northern雜交以及Western雜交等分子雜交手段，在基因工程操作的最后一步——重組子的表達階段對蛋白質產物進行專門的檢測。而在實際工作中，配合藍白篩選、PCR等方法來使用，HRT和HART技術使檢測結果更加可信，達到一種“錦上添花”的效果。隨著技術的不斷完善，近來又在DNA水平檢測方法上有了新的突破-HCII第二代雜交檢測方法的問世，無疑是對雜交檢測方法的靈敏度的改善【4】。除此之外，檢測基因表達產物的方法還有cDNA微距陣雜交技術【5】，磁珠捕獲技術【6】，，多重核酸擴增熒光技術【7】，應用反向斑點雜交技術【8】等。
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1 對象與方法
1.1 對象
用酶聯免疫吸附法（ELISA）檢測乙肝表面抗原（HBsAg）、保護性抗體（HBsAb）、e抗原（HBeAg）、e抗體（HBeAb）、核心抗體（HBcAb），5項指標均為陰性，近期無感冒發熱，免疫前體溫正常，無接種乙肝疫苗史、肝病史及1年內無輸血史者作為免疫對象。
1.2 對象來源
采用多階段分層抽樣的方法抽取上戍鄉坎上村、藤橋鎮樟村、南浦街道柳園社區6～60歲人群1 120人，3針全程接種的對象869人，失訪人群年齡、性別與在訪人群無差異。
1.3 疫苗
疫苗采用衛生部北京天壇生物制品股份有限公司生產的重組（酵母）乙肝疫苗，劑量為每次1劑，19周歲及以上對象接種10μg×3疫苗，批號為2004060204，19周歲以下對象接種5μg×3疫苗，批號為2004020103和2005110107，疫苗均在效期內使用。
1.4 免疫程序
免疫程序為0個月、1個月、6個月，接種途徑為上臂三角肌肌肉注射。
1.5 血清檢測指標及判定標準
免疫前篩選時用ELISA法檢測HBsAg、HBsAb、HBeAg、HBeAb、HBcAb，試劑為鄭州安圖綠科工程有限公司生產。免疫后1個月采血，檢測方法采用時間分辨免疫熒光技術(TRFIA)法進行檢測，試劑由上海新波生物技術有限公司生產，試劑均在效期內使用。檢測由專人負責，按照說明書操作。篩選時為定性檢測，免疫后用定量方法檢測,抗體滴度≤2.1mIU/mL為無應答，＞2.1mIU/mL＜10mIU/mL為弱應答，≥10mIU/mL為陽性，作為免疫成功。
1.6 統計分析
資料收集采用Excel 2003進行數據二次輸入，核對后采用SPSS 12.0軟件進行分析
2 結果
2.1 抗-HBs陽轉情況
3劑乙肝疫苗免疫1個月后抗-HBs陽轉情況顯示，869例接種對象中有112例抗-HBs滴度＜10 mIU/mL，抗體陽轉率為87.11%。不同性別的免疫應答情況見表1 。
男性抗-HBs滴度＜10 mIU/mL的對象多于女性，且有統計學差異,尤其是無應答率男性明顯高于女性。
2.2 不同年齡組中不同性別抗-HBs陽轉情況
10μg組性別間抗-HBs陽轉率無明顯差異，而低年齡組（5μg）不同性別之間存在差異，6～9歲組不同性別之間無差異，10～14歲組女性抗體陽轉率高于男性，且有統計學差異，見表2。
2.3 抗體陽轉情況
不同年齡組抗體陽轉率見表3。低年齡組陽轉率明顯高于高年齡組，尤其是18歲以下人群、19~29歲陽轉率較高，經卡方趨勢性檢驗，χ2=15.675，P=0.000,不同年齡段間抗-HBs陽轉率有隨年齡增加而下降的趨勢。
2.4 乙肝疫苗的安全性
本組對象接種北京天壇生物制品股份有限公司生產的重組（酵母）乙肝疫苗后，只有2例出現局部輕微的紅腫、無發熱，48 h內恢復正常，未出現嚴重的局部或全身不良反應，證明該疫苗具有良好的安全性。
3 討論
乙肝疫苗接種后抗-HBs陽轉率報道各不相同，乙肝血源疫苗接種普通人，抗-HBs陽轉率可達95％以上，兒童接種基因疫苗后，抗-HBs陽轉率可達95.4l％~97.26％[3] 。成人接種國產酵母、進口酵母、國產CHO乙肝疫苗后1個月抗體陽轉率為90％~100%[1]。本組對象接種重組（酵母）乙肝疫苗后，抗-HBs陽轉率為87.11%，低于兒童水平，說明本研究人群對接種乙肝基因工程疫苗的反應不如兒童敏感,比成人最低值90%稍低[1]。
本研究15周歲以上人群性別之間無顯著性差異，與溫海輝等[4]的研究結果相近，10～14歲組女性抗體陽轉率高于男性，這與王昕、張萬華、張鳳梅等[5~7]報道相同，這些可能與男性人體對乙肝疫苗不敏感有關。
本研究19~29歲組陽轉率稍高于6~18歲組，但無統計學差異，可能是樣本太小或者為增加成10 μg的接種劑量有關，梁爭論等報道劑量增加抗體陽轉率將增高[1]。 19歲以上人群陽轉率低于6～18歲人群，40歲以上組低于19～29歲和7～18歲組，二者差異有統計學意義(P
接種血源型乙肝疫苗可以發生過敏反應[1]，但較少見。乙肝重組（酵母）基因工程疫苗接種后不良反應一般較輕微[2]，重組（漢遜酵母）乙肝疫苗接種引起不良反應較少見[9]。本組對象未出現任何嚴重的不良反應，說明國產重組（酵母）乙肝疫苗具有良好的安全性。
（S050214課題組成員陳家檔、周志清、徐未霖、李雯等在課題研究現場采樣和實驗室檢測做了大量工作，在此表示衷心感謝！）
4 參考文獻
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［2］王昕,孫樹,時景璞.成人接種重組酵母乙肝疫苗后免疫效果的評價［J］.中國醫科大學學報,2002,31（2）:121-122.
［3］靳維聲,邢玉蘭,球鐵珊,等.重組酵母乙肝疫苗免疫效果研究［J］.中華微生物和免疫學雜志,1998,18(4):324―326．
［4］溫海輝,黃飛雁,陳思東,等.乙型肝炎疫苗接種后無弱應答的發生及其影響因素的條件Logistic回歸分析［J］.預防醫學論壇,2006,12（4）:422-424.
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［6］張萬華，劉流.中小學生接種乙型肝炎疫苗免疫效果觀察［J］.右江民族醫學院學報，2006，4：653-654.
［7］張鳳梅，陳希平，楊傳志，等.不同人群接種重組（酵母）乙型肝炎免疫效果分析［J］.中國計劃免疫，2004，10（3）：150.
［8］盧崇南,鄧海燕.基因乙肝疫苗人體免疫效果分析［J］. 國際醫藥衛生導報，2005,11（6）:119-120.
教學內容往往需要與教材密切結合，目前適用于高等學校《食品生物技術》課程的相關教材基本上是分成基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程、蛋白質工程、生物工程下游技術和現代分子檢測技術幾章節，這些內容過于偏向生物技術方向，而且章節之間銜接性不強，在編排上顯得相互孤立。因此食品生物技術課程的教學內容會顯得繁多，而且枯燥乏味[4]。另外，食品質量與安全專業的學生通常對生物技術在食品上的應用更感興趣。本研究對教學內容的改進主要從以下幾個方面進行：
1.1理清知識模塊，抓住主線
食品生物技術課程是以基因工程為技術主線，以細胞工程、蛋白質工程、酶工程及發酵工程為核心模塊。其中，基因工程和蛋白質工程為發酵工程和酶工程提供技術支撐。細胞工程為發酵工程和酶工程提供細胞載體。生物技術產品需要利用現代分子檢測技術進行監測和評價。在這個大框架下，再對各個章節的內容進行凝練和歸納。例如，基因工程，這一章是食品生物技術課程的核心，其教學內容可以基因操作步驟為主線，即“分”、“切”、“接”、“轉”、“篩”、“表”。在這個技術路線的基礎上，補充相應的知識內容。學生學起來就比較連貫而且能夠從總體上把握住重點。
1.2把握教學重點和難點
食品生物技術涉及的知識繁多，不可能面面俱到。在課堂上授課時需要突出重點，才能在有限的課時情況下，完成教學任務。例如細胞工程這一章，重點就是植物、動物和微生物細胞基本培養方法和技術。而且微生物細胞培養與學生已開設的《微生物學》重復性高。在這種情況下，重點講授植物、動物細胞培養的方法，并且在講授的過程中將兩者（如：培養基成分、培養方式）進行對比，便于學生記憶和理解。
1.3結合學科發展的最新應用
食品生物技術是一門較為前沿的學科，隨著科學技術的發展，也不斷涌現出新的技術和成果，這就要求教師不斷跟蹤學科發展，更新自己的知識儲備。另外食品生物技術學習的最終目的是要在食品領域中進行應用，而且學生往往對應用方面的實例表現出更大的興趣。因此將學科發展的最新應用以簡潔易懂的語言傳達給學生，可以激發學生的學習積極性和學習興趣[2]。
2教學方法的改革
食品生物技術的理論性較強，授課時難免會顯得晦澀難懂。老師要改進教學方法，調動學生的學習積極性。本研究對教學方法的改進主要從以下幾個方面進行：
2.1采用問題探究式方法，活躍課堂氣氛
在本科課堂上，為講授更多的知識內容，完成教學任務，教師們往往會采用注入式的教學方法。這種教學方法不利用學生的知識遷移，而且容易導致學生產生惰性和厭倦情緒。在教學實踐中，可采用問題探究式教學方法，與學生形成良好的互動，激發學生的思維能力，培養學生知識聯結及思考習慣。比如，在細胞工程一章中，與學生探討“能不能通過細胞培養來大量生產紫杉醇，如果可以，需要如何操作，操作過程中的注意事項有哪些？”這樣一個問題基本上涵蓋了植物細胞培養的主要知識點。既活躍了課堂氣氛又完成了授課內容，而且在提問的過程中無形地提高了學生神經的緊張性，使學生的注意力集中在課堂上[5]。
2.2充分利用多媒體等教學手段
多媒體教學可以直觀、形象、生動地展示教學內容。利用多媒體教學一方面可以大大增加課堂信息量，另一方面可以使知識內容立體化，有助于學生的理解。比如聚合酶鏈式反應（PCR），是一種應用范圍廣而且極其重要的生物技術，學生需要理解其原理，掌握其方法。但是PCR反應過程涉及到的試劑多，反應程序復雜，而且反應過程不直觀，即使進行實際操作也很難理解其要點。利用多媒體動畫，模擬實際反應過程，將微觀的引物、模板、聚合酶等物質形象化，促進學生理解，同時使課堂鮮活起來。多媒體在促進教學的同時，也有一些弊端。因為多媒體課件的信息量較大，以往板書需要3分鐘的內容，通過多媒體展示可能只需要1分鐘便講述完，這樣容易導致學生沒有時間記錄和及時消化。因此，可以將多媒體課件在上課前發給學生預習和打印出來，便于學生記錄和日后的復習。
2.3布置適當的課后作業
現在本科教學中，學生在課后很少復習，對知識的理解和掌握基本上都是在課堂上。但是本科教學的內容多，知識體系難以掌握，特別是專業課，僅靠課堂上的學習是不夠的。在課后布置一些綜合性和發散性的作業，可以敦促學生課后復習，同時也培養學生的自學能力。
2.4以科研促教學
食品生物技術不僅涉及到基因和分子等方面的理論知識，也涉及食品工藝與加工等應用方面的內容，因此可以結合課程內容設置一些大學生創新實踐活動課題。激發和鼓勵學生參與到教師的科研項目中，使學生通過實驗設計和項目執行更好地理解專業知識。通過這樣一個過程也激發學生學習專業知識的積極性和興趣，培養學生的科研能力，以及自主解決問題的能力，為本科生的畢業論文奠定良好的基礎。
3結語
在新醫改緊張推進之際，國內生物醫藥產業振興規劃也被提上了日程。在“十二五”規劃綱要中，它被列為了加快培育發展戰略性新興產業的重點方向，成為國家提出的重點發展的七大戰略性新興產業之一。
生物醫藥產業化始于上世紀70年代，在生物產業中，生物醫藥起步較早，規模較大，進展較快，在整個生物產業中占到70%到80%，是整個生物產業的核心。尤其是近10年來，生物醫藥行業的表現異常活躍，一些生物醫藥的產品治療了很多在過去無計可施的疾病，如對肝炎、癌癥的治療都起到了積極的治療作用。
在國際上，生物醫藥行業一直被各國看好，無論從研發還是產業化角度都成為其發展戰略性新興產業中生物產業的核心和重點。美國、歐盟等生物醫藥技術前沿國家和地區，近年來的創新藥多半出自生物醫藥領域，且受到醫學界的歡迎，銷售額迅速增長。像基因工程類產品、疫苗類產品，單抗產品等，都給了醫生全新的選擇。事實上，生物醫藥不僅是全球創新藥研發的新寵，在我國經濟總量中所占的比重也在不斷攀高，增速在不斷加快。
創新是源泉
目前，國內在生物醫藥上已經做到了把國外已經產業化的產品迅速轉移到國內進行產業化，而現在需要的則是創新，科技突破是生物醫藥行業做大做強的難點，同時也是關鍵點。可以說，創新是生物醫藥發展永遠的動力源泉。當然，這可能是一個非常艱苦的過程，但國家近年來一系列重大專項的支持，使我國生物醫藥已經具備了原始創新的能力和基本條件。
高通量基因克隆表達、大規模細胞培養及純化技術平臺、抗體人源化平臺等一系列技術平臺的建立，奠定了我國生物醫藥研發的基礎條件；大專院校、科研院所承擔了生物醫藥研究開發尤其是原始創新的主要工作；大量海外留學生的歸來，充實到生物醫藥行業的各個環節，大大縮短了我國在生物醫藥領域的摸索階段；企業研發水平也在迅速提高，如沈陽三生制藥的紅細胞生成素、廈門特寶生物的長效抗干擾素等，都達到了國際先進水平。
政策是推動力
現在國家正在積極加大力量投入到具有自主知識產權的原創生物醫藥的研究和產業化。估計“十二五”期間，我國將擁有25個左右創新藥，其中約15個將是生物醫藥，包括基因工程幽門螺旋桿菌疫苗、乙肝治療疫苗、KH902等。