从基因工程的发展动态探讨《基因工程》课程建设

盖树鹏林于凯孙阳

摘要基因工程是生命科学领域最具生命力的前沿学科之一，本文分析了基因工程的发展动态，并跟据发展动态，从理论和实验课程教学体系和教学内容、教学方法手段、教学模式、实践教学形式的丰富等方面探讨了基因工程课程建设，取得了较好的教学效果。

关键词基因工程动态课程建设

基因工程自20世纪诞生以来，经过近40年的发展，已成为最具生命力的前沿学科之一[1]。为适应现代生物学的发展和社会需要，许多高校相继开设了基因工程课程，作为生物技术、生物工程等专业的主干课程。青岛农业大学于2003开设《基因工程》课程，经过多年的探索和教改实践，积累了一定的经验，现结合基因工程的发展动态，谈谈《基因工程》课程建设的经验和想法，供相关教师借鉴和讨论。

1．基因工程的发展动态

1.1基因工程技术不断创新

1973年基因工程诞生以来，转基因技术日新月异，不断发展成熟。农杆菌介导法、基因枪法、显微注射法成为高等生物基因转化的成熟技术，并在转基因生物培育方面发挥了重要作用。近几年来，随着遗传学和生物信息学的发展，转基因新技术不断涌现。锌指核酸酶技术(Zincfingernuclease)[2-4]、VIGS病毒介导的基因沉默技术（virus-inducedgenesilencing）[5]、小RNA技术等已在基因功能研究和转基因生物培育方面广泛应用。其中，锌指蛋白核酸酶技术是2003年发展起来的新技术[2]，并可能成为未来基因组操作的主要技术[3,4]。同时，用于研究基因定位、基因表达规律和蛋白质相互作用等的新技术也层出不穷。要想在有限学时内让学生了解、熟悉所有技术，难度较大，必须探索新的教学形式和途径，拓宽学生知识面。

1.2转基因产业化革命已成必然趋势

转基因生物问世以来，各国都非常重视转基因生物的研究和开发。1986年转基因作物被批准进入田间试验，完成了由实验室到商业化的质的飞跃。以抗虫棉为代表的转基因作物大面积推广，并带来了巨额经济效益。自1997年中国开始种植转基因Bt抗虫棉以来，全国累计增收已达10亿美元。据国际农业生物技术应用服务组织(ISAAA)统计，1996至2010年，全球转基因作物种植面积增加了87倍，累计达到了10亿公顷[6]。

国家“863”计划和2008年启动的“转基因生物新品种培育”重大科技专项的实施，推动了转基因产业化在中国的迅猛发展。2010年，中国转基因作物种植面积达到了350万公顷，居世界第6位[6]。可以预见，转基因农业生物技术产业化继医药生物技术的产业化浪潮之后，将掀起生物技术产业化革命的第二次浪潮。

1.3转基因安全性越来越受重视

自1983年首例转基因植物问世以来，关于转基因生物安全性的讨论从未停止过。普斯陶伊事件和美国大斑蝶事件将基因工程安全性争论推上了高潮[7,8]，并在一段时间延缓了转基因发展的脚步。基因工程培育新品种属于新事物，对此出现争议和质疑是正常的，进行安全评价和管理是必要的。随着转基因作物种植面积的扩大，关于转基因的检测、安全性评价和管理应得到更大的重视。为适应学科发展和产业化的需要，这些内容应出现在基因工程教学大纲中，并在实验教学中增加相应实验技术。

2．基因工程理论教学的探索

《基因工程》主要学习基因克隆、遗传转化、转化子筛选鉴定等的理论和技术，是学生将来从事生物技术领域科研、开发工作的重要基础。在教学中，如何适应该学科发展动态，“与时俱进”培养合格人才，是教师和管理人员必须思考的问题。陈至立指出：为了培养21世纪社会需要的合格人才，必须转变教育思想和观念，改革传统的教学方法和教学模式，大力提倡启发式、讨论式教育，推行研究性、探索性学习，重视培养学生的创新精神和实践能力，努力培养高素质创新人才[9]。根据这一精神指导，进行了如下探索。

2.1优化理论教学体系和教学内容

针对基因工程快速发展的动态，并注重课程体系的科学性、先进性、系统性和条理性，构建了基因工程理论教学体系。新的理论体系包括3部分：①基因工程基本原理：包括基因工程概论、DNA提取、工具酶、克隆载体、DNA重组以及重组子的转化与筛选鉴定。这些内容是基因工程的核心，目的是让学生全面掌握基因工程的基本原理。②基因工程的研究应用：包括PCR技术、DNA序列分析、基因克隆和定位、目的基因表达调控等方面，让学生掌握基因工程主要的实验技术原理。在这一部分中，注重经典与现代的结合，将新的研究技术贯穿其中，做到深入浅出，通俗易懂。③基因工程的产业化应用部分。该部分以基因工程的三大用途为主线，介绍外源基因表达系统、基因工程在医学、动物和植物等方面的应用策略和实例。通过大量的科学实例，使课堂教学更为生动、丰富，并培养学生对科研认识。

2.2加强网络课程建设

从前面的分析可以看出，《基因工程》课程内容繁杂、信息量大且更新速度快，国内甚至国际上教材建设进度很难跟上学科发展的进度。要想紧跟基因工程发展动态，就必须拓宽信息来源途径，而网络课程建设不失为一条有效的途径。网络课程中，除了将与本课程有关的所有教学材料上网外，还要将设置一些专题性内容和外部链接。在专题性内容中介绍学科前沿知识和技术，如前文中提到的锌指核酸酶、VIGS、RNAi、基因芯片等；并建立基因工程相关的一些网站和Genbank数据库等的外部链接。网络课程为学生了解最新进展，进行“自主式”学习提供了便利条件,同时构建了师生交流的桥梁。

2.3创新教学模式

目前，“传统板书教学结合多媒体教学”的教学模式已在《基因工程》课程教学中广泛使用，并成为主要的模式。对于基因工程基本原理部分，这种模式教学效果较好。然而，随着内容不断深入，难度逐渐加大，教学效果不很理想。在基因工程研究应用部分和产业化应用部分可以相应的采取“讨论式教学”和“专题式教学”,如“基因治疗的伦理性”和“转基因安全性”等问题，可以让学生查阅资料，结合所学的知识进行讨论，最后老师做一下点评或补充，就可以保证教学效果,深受学生欢迎。

3．基因工程实践教学探索

培养学生的综合素质已成为当前高等教育发展的趋势,综合素质是指学生应具备扎实的理论基础和熟练的实践能力。实践能力必须在平时的教学实践中有计划、按步骤地培养。

3.1优化实验教学内容，设立基础性、综合性和设计性实验

根据长期的教学实践经验和基因工程发展动态，调整了实验教学内容和教学大纲，形成了较为稳定的实验内容体系。以基因工程操作的基本步骤，以DNA提取、基因克隆（以PCR扩增技术为代表）、转化和转化子鉴定为主线设立基础性实验，培养学生基本技能。综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验，设立时注重了基础性实验的延伸，如外源蛋白的原核表达和检测，植物遗传转化技术等。设计性实验是指给定实验目的要求和实验条件，由学生自行设计实验方案，并加以实施的实验。设计性实验内容紧密结合教师的科研课题，开设了“马铃薯卷叶病毒外壳蛋白的原核表达”、“海藻糖基因转化水稻”，“玉米品种纯度的SSR鉴定”等。同时，鉴于转基因生物的产业化浪潮，增加“转基因生物检测技术”已势在必行。这一课程内容体系经过长期实践证明，有利于培养学生综合素质。在此基础上，课程组编写了实验教材[3]。

3.2丰富实践教学形式，保证教学效果

基因工程实验的复杂性和综合性决定了它是本科生难度最大的实验课之一。纯通过课堂教学很难保证教学效果，实践教学是课堂教学的延伸，拉长了教学时间。我们设计了多样化的实践教学形式，保证了基因工程实验的教学效果。1）通过开放实验室，加强科研技能训练。基础性实验全部以课堂教学的形式完成，而综合性和设计性的实验以开放的方式实施。在实验过程中，学生必须自己配制药品，详细记录实验结果，撰写实验报告。实验中鼓励学生根据实验的影响因素，优化反应体系和程序，突出了基因工程研究性的特点。2）以科研活动促进实验教学。钱伟长院士认为：大学必须拆除教学与科研之间的高墙，教学没有科研做底蕴，就是一种没有观点的教育，没有灵魂的教育。你不教课，就不是教师；你不搞科研，就不是好教师[10]。一方面，将教师的一些科研成果引入到实验教学中；另一方面，学生可通过课程兴趣小组或申请创新基金等形式参加教师的科研活动。3）课程论文和毕业实习是教学的延伸。结合本科生二、三年级的科研训练和四年级的毕业实习，我们有目的的安排一些与基因工程有关的内容，由学生查阅资料，设计实验方案，独立完成实验操作。通过这一形式，每届有1/3的学生能熟练掌握基因工程的基本技术。。

基因工程领域的技术进步日新月异，产业化规模日益扩大，要求在教学中“与时俱进”，不断革新，才能保证教学质量和教学效果。经过几年的努力，我们在《基因工程》课程的教学内容优化、教学手段和实践教学形式的丰富、考核方式的优化等方面做了一些尝试，取得了较好的效果。许多院校和教师已经进行了大量有益的探索，取得了卓有成效的成绩。但不同院校定位不同，学生基础和素质也有所差异，课程建设中采取的措施也不能千篇一律，必须因地制宜，才能保证改革效果。

参考文献

【1】吴乃虎.1998.基因工程原理.北京:科学出版社

【2】PorteusMH,BaltimoreD.2003.Chimericnucleasesstimulategenetargetinginhumancells.Science,300,763.

【3】WoodsIG,SchierAF.2008.Targetedmutagenesisinzebrafish.NatureBiotechnology.26,650-651.

【4】PearsonH.2008.Thefateoffingers.Nature,455(11):160-184.

【5】BaulcombeDC.1999.Fastforwardgeneticsbasedonvirus-inducedgenesilencing.CurrOpinPlantBiol,2:109-113.

【6】http://www.isaaa.org/resources/publications/briefs/42/executivesummary/default.asp.2011

【7】LoseyJE,RayorLS,CarterME.1999.Transgenicpollenharmsmonarchlarvae.Nature,399:214.

【8】陈茂,叶恭银,胡萃.2004.《Nature》有关转基因玉米生态安全争论性报道的回顾.生态学杂志,23(2):80-85.

【9】陈至立.2002.自觉更新教育观念,积极实践素质教育思想.人民教育,2002,(1):1.

【10】钱伟长.2003.钱伟长院士论教学与科研关系.群言,10.