基因工程论文范文

2022-05-10

想必大家在写论文的时候都会遇到烦恼，小编特意整理了一些《基因工程论文范文(精选3篇)》，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。摘要：低温是限制植物分布与生长的重要因素，低温伤害是一种严重的自然灾害，全球每年因此造成农作物的损失高达数千亿美元。本文综述了抗寒基因研究中一些已分离和鉴定出的低温诱导表述基因，对抗冻基因的功能特性和作用机制进行了全面的回顾，总结了抗冻基因工程的研究方向，对典型抗冻基因的表达效果进行了比较分析，并提出此领域尚存在的一些问题及发展前景。

第一篇：基因工程论文范文

《基因工程与当代医学》课程设计思考

摘要：《基因工程与当代医学》是我院临床医学等专业的选修课，对于本科医学生知识面的开阔及科研思维能力的提高具有重要意义，授课教师往往难以区分专业课和选修课的界限造成授课内容过深，与学生接受水平脱节。本文介绍了我院基因工程与当代医学的课程设置思路并提出建设性建议，为该课程的发展及教学效果的强化提供了参考。

关键词：《基因工程与当代医学》课程设计教学方法

海南医学院于2007年开设生物技术专业，并将基因工程列为该专业必修的四大专业课之一，其中理论讲授48学时，实验课程120学时。从2013年3月份开始，我院开设了《基因工程与当代医学》选修课，授课对象为全院医学生。在2013年的教学实践中，学生似懂非懂，很难把握知识的内涵，学习兴趣随之下降。这无疑使本课程的教学进入了困境。为了打破这种僵局，我们对授课对象做了深入分析，并对课程的内容和设计作了梳理，以期持续提高教学质量，使学生在课堂中真正受益。

一、困局原因分析

总结授课经验，我们对学生的知识结构特点、课程特点、授课方式等方面作了分析，为基因工程与当代医学选修课教学质量的提高提供了参考。

1.学生特点

选修本课程的学生一般是处于大一和大二下学期的学子，在2013年的统计中，大一学生占78%，大二学生占22%。大一学生主要以大学通识教育为主，对于专业课和专业基础课所学甚少，而对于基因工程相关的知识背景主要依赖于高中时期曾经学习的极少的相关知识，基础极为薄弱。例如，讲基因工程绪论时，学生学习热情特别高，然而当学生接触到基因工程的专业核心知识时，会觉得云里雾里，不知其所以然，学习兴趣大打折扣。因此，学生的知识结构特点要求我们尽量深入浅出地讲授，不能将侧重点一味放在专业知识方面。

2.课程特点

基因工程是支撑生物技术专业的四大专业课之一，内容涉及生物化学、微生物学、遗传学、分子生物学等学科的理论知识[1]。内容多、概念抽象、理论性强、技术性强是基因工程的四大特点，即使是相关背景知识较好的生物技术专业学生学习起来也不轻松[2]-[3]。对于知识背景相对薄弱的普通医学生而言，更难在有限时间里掌握基因工程的内涵。

3.授课方式

生物技术专业的学生在学习基因工程理论的同时有120学时的实验课同时开展，理论与实验相结合可以促进学生对基因工程理论知识的理解和掌握。在《基因工程与当代医学》的选修课中，仅有24个学时的理论讲授时间，学生没有机会接触基因工程实验，更难以及时理解和消化所学习的内容。过去一年，我们在授课过程中选择多媒体讲授方式结合PBL学习方式。学生在PBL讨论课上表现得很积极，但在理论课的课堂上容易走神，旷课现象时有发生。

综合以上三点，我们不难看出对相关知识背景较为薄弱的学生群体，运用多媒体讲授理论和抽象性极强的基因工程理论和技术，是制约《基因工程与当代医学》教学效果的瓶颈。如何应对，提高学生的学习兴趣，最大限度地让学生受益呢?

二、对策思考

为了使学生从《基因工程与当代医学》的24个学时中受益，我们提出了以下对策。

1.重新定位教学目标

对于生物技术专业的学生，我们重点强调学生在168个理论和实验课的学习中掌握基因工程的理论体系和基本技术方法。对于选修课的学生而言，重点让学生了解基因工程的理论和技术体系在医学中的应用，通过对基因工程发展过程中的科学事例培养学生的科学观、能力及实事求是的情感价值观。

2.优化课程内容

鉴于以上课程目标的改变，我们拟在新的授课过程中对授课内容及侧重点作出相应改变。例如我们在以往的授课中对基因工程操作的基本工具——酶和载体的侧重点主要讲授原理及作用特点等，调整后我们对其作用特点作简单介绍，而对相关酶类的发现、背后的科学故事、酶在医学中的应用进行讲授。这样不但可以激发学生浓厚的学习兴趣，而且可以让他们切实感受到基因工程相关知识与医学之间密切的相关性，同时对学生的品德及素质的培养起到潜移默化的作用。

3.优化授课方式

以往的授课主要以多媒体讲授为主。伴随新的授课内容的调整，我们在课件中适当引入相关视频，这样既减轻了教师的工作量，又让学生更轻松地学习。例如我们在讲授基因工程的诞生时，尚未进行生物化学学习的学生听起来有些吃力。我们引入了《DNA与基因工程》的优酷视频，不但让学生通过直观的动画了解了DNA的基本结构，而且让他们很清楚地明白了基因工程的基本概念。在基因工程的发展中讲授“克隆”这个概念时，插入优酷视频中的《中国克隆技术》，让学生更直观地了解克隆、克隆动物、克隆的基本过程、中国的克隆进展及克隆带来的伦理学争论等。这比教师空洞的讲授更能启发学生思维，更能引发他们对我国科学界的自豪感及对伦理学感悟的提升。除了合理引进视频外，我们还考虑继续保留学生PBL的学习方式，让他们有更多时间和空间发表对基因工程的看法和争论。对于一些必须讲授的核心知识点，尽量采用“通俗法”讲授[4]。

总之，作为一门新开设的选修课，它需要我们在授课过程中持续改进，改进的前提是教师对学生的责任心、对课程的责任心及耐心的观察和思考。学生的建设性建议是必不可少的，在后续的课程开设中，我们会持续收集学生的意见和建议，更好地完善课程。

参考文献：

[1]苏泽红，练高建，何淑雅，尹卫东，李斌元.生物科学专业基因工程教学改革初探[J].广东化工，2013(18)：157-159.

[2]刘香利，王保莉，张大鹏，刘华伟.基因工程课程教学改革探索与实践[J].教育教学论坛，2014(2)：98.

[3]张小华，姚庆收，秦加阳，刘秀珍，王越嗣.医学院校基因工程教学实践探索[J].西北医学教育，2013(6)：56.

[4]杨海，雷海玲，王芳宇.“通俗教法”在基因工程理论教学中的应用体会[J].黑龙江畜牧兽医，2013(4)：39-40.

海南省教育厅教育科研项目(Hjsk2012-56)，海南医学院教育科研项目(HYZX201103)资助。

通讯作者：张云霞

作者：邱逸敏等

第二篇：抗冻基因及其在基因工程中的应用研究进展

摘要：低温是限制植物分布与生长的重要因素，低温伤害是一种严重的自然灾害，全球每年因此造成农作物的损失高达数千亿美元。本文综述了抗寒基因研究中一些已分离和鉴定出的低温诱导表述基因，对抗冻基因的功能特性和作用机制进行了全面的回顾，总结了抗冻基因工程的研究方向，对典型抗冻基因的表达效果进行了比较分析，并提出此领域尚存在的一些问题及发展前景。

关键词：抗冻基因;抗冻机制;基因工程

低温冻害是农业生产中严重的自然灾害，不仅会限制农作物的栽种范围，也会造成农作物减产，每年引起的农作物的损失巨大，所以有关植物抗寒性的研究，改造农作物的遗传特性，使之从冻害中解脱出来，一直都是植物学领域研究的热点之一，也是科学工作者的理想与追求。用传统的抗寒育种方法对提高植物抗寒性的作用很小，目前用传统育种方法得到的最耐寒的小麦品种抗寒能力与20世纪早期所研制的品种抗寒能力基本上一样。随着生物技术的发展和广泛应用，对抗寒分子机理的认识不断加深，人们开始采用基因工程培育抗寒新品种。根据这一领域的研究现状对已分离和鉴定出的低温诱导表达基因、抗冻基因的功能特性和作用机制、抗冻基因工程的研究方向、典型抗冻基因对植物遗传转化的表达效果比较分析，以及此领域尚存在的一些问题、发展前景进行综述。

1　已分离和鉴定的冷诱导基因

目前已知的植物抗冻基因主要分为环境诱导表达的基因及和某些组成性表达的基因。前者指冷驯化，即植物自身适应环境的结果，如有骤然低温或霜冻来得较早的年份，植物来不及反应就受到冻害。后者是通过基因工程技术克隆出抗冻基因，连上强启动子或冷诱导启动子转入植物获得转基因植株，进而提高植株的抗冻性。目的性较强，能对低温迅速做出反应，因此，育种上经常采用此种方法来培育抗冻作物品种，目前已分离鉴定的植物冷诱导基因见表1。1970年，最先提出植物在低温锻炼过程中基因表达会发生改变的观点，并指出植物的低温适应性可能需要两个条件，即特异基因的转录激活和在最大抗寒过程中新蛋白质的低温诱导合成。1985年，GuyC L等最先证实菠菜在低温锻炼中基因表达确实发生了改变。迄今，大量的研究已经证实。低温锻炼可以诱发许多抗冻基因表达。

2　抗冻基因的功能特性和作用机制

低温诱导基因表达蛋白质的作用涉及广泛的生理过程，通过一些直接的方法(转移正义，反义eDNA分析后代抗寒性)及间接证据，如蛋白质同源序列比较等，人们已对大多数低温诱导基因的功能有所认识，它们大多数具有高度的亲水性，对膜起保护和稳定作用，从而防止冰冻损伤，提高植物的抗冻性。

2.1　corl5a基因表达提高植物的抗冻性

拟南芥的COl"基因在拟南芥所有高效表达的抗冻相关基因中研究最多。又称lti基因、kin基因、rd基因或erd基因。cor基因由4个基因族组成，每个基因族又是由2个基因一前一后串联组成，在低温、干旱及受脱落酸(ABA)诱导的胁迫中都表达。1996年，ArtusN N等对拟南芥corlSa基因的研究为冷诱导基因的抗冻作用首次提供了直接的证据，构建了一种组成型表达corl5am多肽的转基因植物，并将这种未经低温驯化的转基因植物与野生型植物的叶绿体的耐冻性进行比较，前者比后者提高了1～2℃。

1998年，Steponkus P L等对corl5a增加植物细胞耐冻性的机制提出了内部弯曲假说(intrinsic curvature hypothesis)。这个假说也可以解释其他抗冻基因编码的亲水性多肽的作用。它们都有形成亲水脂性a-螺旋的区域，因此，都可能通过影响膜磷脂层内部的弯曲性，来稳定膜结构以抵抗由于冰冻或其他逆境如干旱、高盐等引起的细胞脱水而造成的膜伤害。在这里我们来假设一下：它还有可能是通过调节一些与抗冻性有关的蛋白(如参与糖或脂代谢的酶)的活性来增强细胞内保持水分的能力，从而提高膜稳定性。如果多个cor基因协调参与提高植物对低温的抗性，那么整个cot基因表达提高的抗寒性较corl5a单个表达要强得多。但这些只是假想，还需用实验来证明。

2.2　CBF基因家族在抗寒中的作用机制

CBF基因家族是一个包括CBF1、CBF2、CBF3、CBF4的小基因家族，其成员在植物抗寒，抗旱及抗盐碱方面起着很大的作用。CBF转录因子在抗寒中的作用最早是从拟南芥开始研究。实验表明，在转基因拟南芥中过量表达CBF1或CBF3基因，能够使启动子中含有CRT/DRE基序的基因表达，如cor15a、cor78等，转入CBFI或CBF3基因的植株其抗寒性要比正常植株高很多。当把拟南芥转移到低温条件下，15min后CBF的转录水平将明显提高，并且会一直持续1～2 h。在2 h后转录水平开始下降(但仍比常温时高)。与此同时，cor15a、cor78蛋白会大量积累。在正常条件下是观察不到野生型的cor6.6、cor15a、cor47或cor78基因表达的。但Jaglo-Ottosen K R等发现，在转基因的拟南芥中，由于CBFl/DREBlb或CBF3/DREBla基因的超表达，不仅使冷相关基因能在正常温度环境中表达。而且当给以低温刺激时，这种转基因拟南芥的cor基因的表达水平比野生型的显著增强，其耐寒能力也随之大大增加。

如上所说，CBF/DREB1蛋白既然能在正常温度下诱导冷调节基因转录，那为什么在正常温度下又观察不到这些cor基因表达呢?研究发现，在放入低温环境后不到15 min，CBF/DREBl开始转录，随后1～2h由CRT/DRE调控的基因才开始转录，由此可见CBF/DREBl基因本身也由低温诱导。因此Gilmour S J等提出了一种假说，认为存在一种转录因子ICE，它是CBF/DREBl表达的启动子。这种蛋白在正常温度环境中是以非活化状态存在的。当植物面临低温胁迫时，ICE蛋白或与之相作用的蛋白就被激活，诱导CBF/DREBl基因的转录，随后诱导CBF调控元的表达。但是对CBF调控元的表达是如何来保护细胞免受低温以及包括干旱在内的其他胁迫伤害的功能目前还不太清楚。

2002年，Haake V等报道，冷诱导表达的拟南芥CBFl。CBF2和CBF3基因是不依赖于ABA的，而干旱诱导表达的CBF4基因是由ABA控制的。有趣的是，温度快速下降并不是CBF诱导表达所必需的。2003年，Zarka D G等在梯度降温的实验中发现，CBF的表达量与绝对温度有关，温度越低，CBF表达量越高，这就与cot基因在低温下持续表达不同，即CBF基因的表达需要的是低温程度而不是降温过程。植物似乎可以精确地感知环境温度，并严格控制对环境胁

迫的响应程度。是什么分子充当了温度传感器的作用?迄今知之甚少。也许RNA解旋酶对低温响应基因的调控会给我们对这问题的认识提出一个值得思考的方向。

2.3　抗冻蛋白的功能特性和作用机制

目前，已在多种生物体内发现了多种抗冻蛋白，其中研究比较清楚的是鱼类和昆虫的抗冻蛋白，对植物抗冻蛋白的研究也正在开展，另外还在细菌、真菌等多种生物中发现了抗冻蛋白。抗冻蛋白(antifreeze proteins，AFPs)是1969年Devries在南极Mcmurdo海峡的一种Nototheneniid鱼的血液中首次发现的[z02，由于南北两极的鱼类生活在低于0℃(约-1.9℃)的海水中，其体液内含有抗冻物质～抗冻蛋白(AFPs)或抗冻糖蛋白(AFGP)，以防止体液内冰核的形成与生长。有些生物体为适应寒冷环境在受冻害胁迫时产生并借此防止细胞免受冰冻伤害，这也是一些生活在极地，高山以及深水域等寒冷环境的生物抵御冰冻的一种有效方式。

表1中拟南芥cor6.6基因与油菜Bn28基因表达的蛋白质与鱼抗冻蛋白AFPs序列非常相近。属抗冻蛋白AFPs类群，它们区别于其他冷诱导蛋白的3个基本特征：(1)能够非依数性降低溶液冰点，(2)修饰冰晶形态;(3)抑制重结晶。抗冻蛋白低温下对植物的保护作用是直接的，不象其他冷诱导基因只是间接调节酶或通过信号传导等一系列温度适应来词节植物的抗寒性，它们特别针对零下低温对植物起保护作用，因此有人将抗冻蛋白与冷诱导蛋白分开来。但就低温诱导性来说两者有着相似性。

对鱼类AFP抗冻机制研究提出多种假说，如结合水学说、空间屏障及吸附抑制学说等。目前普遍认为吸附抑制学说比较合理，这一学说认为AFPs吸附在冰晶表面，通过Kelvin效应抑制冰晶的生长，属于热滞效应。它很好地分析了冰点下降的原因，有一定的实验根据，但在植物体内，热滞效应并不明显，而冰重结晶抑制效应显著。所以，吸附抑制学说是否适应于植物AFP仍有待证实。

有关植物AFP的抗冻机制亦曾有过报道。费云标等报道，沙冬青及黑小麦AFP的冰晶都具有鱼类AFP双锥形的冰晶形态，因此推测植物AFP与鱼类AFP可能有类似的作用机制，即依靠抗冻蛋白的热滞效应降低冰点。但是由于植物AFP的热滞值通常为0.2～0.6℃，其热滞效应大大低于鱼类和昆虫的AFP，这对环境温度远远低于-1.9℃下的北方越冬植物来说，仅靠AFP的热滞效应来降低冰点是难以解释的。因此，植物AFP的作用除了降低冰点外主要通过重结晶抑制作用来避免冰晶体对细胞组织的伤害。但也有学者提出，AFP在维持越冬植物原生质体的过冷状态中可能扮演着重要的角色。这一提法是根据两方面的发现推理而来的，一方面，原生质体的过冷作用是植物避免体内结冰的重要机制;另一方面，在昆虫和鱼类体内发现了AFP降低过冷点的实验依据。由此推测植物AFP可能也有类似的功能，否则越冬植物就不可能在远低于冰点的低温环境中生存。关于植物AFP的抗冻机制还有待于进一步的研究。

3　植物抗寒基因工程

植物的抗寒性受微效多基因控制，抗寒力诱导过程中基因表达的改变既可以发生在转录水平，也受转录后调节控制，随着人们对植物抗寒分子生物学研究的不断深入，开始逐步探索利用基因工程手段改造植物的遗传特性。

现人们已开始将不同作用的基因转入同一植物中，以期获得更强的抗逆性，但到现在为止，该方面的研究不多。同时将同一作用的不同基因转入同一植物中，对所获得植株的抗逆性比较，至今还未见报道。因此，基于所查大量文献，就上述3种抗冻基因转入同种植物，所得的结果进行分析。Artus N N等。对corl5a转基因拟南芥叶绿体、原生质体的抗冻性进行鉴定，未经低温锻炼的corl5a转基因拟南芥叶绿体的抗冻能力比对照提高1～2℃，但是冷锻炼的拟南芥叶绿体的抗冻能力比对照提高了6℃。1989年Cutler AJ等用真空透析法将冬比目鱼AFPs基因导入马铃薯，拟南芥和欧洲油菜中，降低了植物的自然结冰温度，提高了植物的抗寒性。在1999年，Meyer用农杆菌介导胡萝卜AFP基因重组子转化拟南芥，诱导了一系列低温调节蛋白的表达，使未经低温驯化的植株具有较强的抗寒能力。Jaglo K R等把拟南芥CBF基因转入油菜中，不需低温刺激，CBF1，CBF2和CBF3基因的组成表达引起了转基因油菜Bn115和Bn28(与cor6.6具有高度的同源性)的积累，提高了植株的抗冻性。1990年，Georges F等用电击法将人工合成的黄盖鲽鱼抗冻蛋白基因导入玉米原生质体，在植物细胞中获得表达，提高了其抗寒性。甄伟等用CBF1基因转化油菜及烟草，以电解质渗漏法检测抗寒性，结果显示转基因油菜的抗寒性较未转基因油菜有明显提高，转基因烟草抗寒性也有一定的提高。2002年，Fan Y等以胡萝卜幼苗为模板进行PCR扩增，克隆到一个1099 bp的抗冻蛋白基因，连上CaMV35S启动子，构建到pCAMBIA2300载体上后转入烟草，发现转基因阳性植株存活的过冷却点下降至一2℃。

以上所说cor15a，鱼类AFP和植物AFP抗冻基因均导人拟南芥中，CBF，鱼类AFP和植物AFP均导人烟草中，CBF、鱼类AFP导人油菜、玉米中。虽然将这些抗冻基因导入植物后，所获得的转基因植物的抗冻性都有所提高，同时也都有其不足之处。就转入同一种植物来说表达效果最好的是植物抗冻基因AFP。尽管cor15a转基因拟南芥在器官和细胞水平(叶绿体、原生质体)的抗冻性提高了，但是植株的抗冻性并没有显著提高。可能由于单个cor15a基因不足以明显提高植株的抗冻能力，植物的抗冻性是由多基因控制的。值得引人注意的是虽然转入CBF基因的株系可获得优良的低温抗性，但转基因系普遍出现不同程度的生长延滞(retardation)现象，其程度与CBF转录因子的表达水平呈正相关，具体生理现象包括叶柄缩短、叶片卷曲、叶色加深、开花延迟、结荚数减少等等。同时还发现这种生长延滞可以通过外加赤霉素(GA3)得到恢复，推测这种生长延滞现象与赤霉素合成途径的阻断或不同程度的抑制有关。从上述可以看出人们用不同的方法将鱼类的AFP基因导入拟南芥、油菜、玉米中，虽然重组蛋白能够在质外体中积累，有热滞活性，能够抑制重结晶，且转基因植株的抗冻耐寒性有所提高，但是最终获得的转基因植物抗寒性有限，还不能达到人们期待的结果，毕竟鱼类和植物在分类学上关系太远，同源性较差，基因结构差异较大，导致转基因植物的表达不尽如人意。虽然植物AFP基因的表达效果很好，但是对转基因植物抗冻性的提高还是没能达到人们的期望值，到目前为止，人们应用的植物AFP大多都是从胡萝卜种提取出来的，据报道，冬季常绿乔木北海道黄杨能忍耐-23.9℃低温，若能从中提取出抗寒基因并转入其他植物，将会极大地提高转基因植株抗寒性，因为植物内源AFPs基因更适合在植物体内表达。因此如何从植物中分离出更多的、活性更高的AFPs，并通过遗传转化将其导入抗寒性弱或不抗寒植物中进而获得抗寒性强的转基因植株，将是今后植物抗寒性基因工程研究的主要内容之一。

4　存在的问题与前景展望

自抗冻基因被发现并克隆后，利用基因工程手段来提高部分作物抗寒性的研究开展较多，植物抗冻基因工程也取得了可喜的进展。但同时还有许多尚未解决的问题有待于进一步深入研究。

(1)目前对植物AFPs及基因的了解甚少，只对鱼类AFPs蛋白基因的结构和表达调控有系统性的认识。今后的工作重点应转移到对植物AFPs作用机制的研究上。例如研究低温下植物AFPs与膜相互作用的稳定性机理、对冰晶形成的抑制机制、冷信号的传递与表达等。从而为植物AFPs在农牧业，食品工业等方面的广泛应用提供坚实的理论基础。

(2)在选择外源基因时，应考虑外源基因是否能与植物内源基因相互协调，一般以导入与植物同源性强的基因为佳，同时也应注意解决转基因植物沉默的问题。今后有必要利用生物化学与分子生物学手段分离和克隆更为优良的，适用于植物基因工程的抗冻蛋白基因，同时也需要对目前已获得的抗冻蛋白在结构、功能上进行深入分析。尽管现在有关抗冻基因及转抗冻基因植物方面的研究不多，但在不远的将来一定会得到飞速的发展。

(3)目前转基因工程多限于在模式植物拟南芥中展开，而研究植物抗寒性的一个最主要原因是提高农作物的抗寒性以增加其产量和地域分布。今后的工作应更多的转向农作物的研究开发。

(4)目前仅仅通过从生物体内提取抗冻蛋白远不能满足人们的诸多需求。或许人们可以通过生物技术的方法，试着用某种生物反应器来定向生产抗冻蛋白。总之，抗冻蛋白具有极其广阔的应用前景，在预防人类冻伤的研究中也可能会发挥一定的作用。今后应加强抗冻蛋白的应用研究，应以抗冻蛋白的化学合成和基因工程为突破口，实现抗冻蛋白的规模化生产，将抗冻蛋白应用到各个领域中去。

作者：郝　风　刘晓静　周爱琴　于铁峰

第三篇：“基因工程实验技术”教学改革与探索

摘要：“基因工程实验技术”是生物科学相关专业本科教学中最重要的核心课程之一。以实验教学目标与项目设置、教学方法与手段改革(引入合作性、探究式、开放式教学)等方面为突破口，围绕学生创新能力培养的终极目标对应用型本科院校如何开展“基因工程实验技术”教学进行了改革与实践，以期为同类教学提供参考。

关键词：地方性高校;基因工程实验;创新能力培养;教学改革与探索

作者简介：王忠华(1972-)，男，浙江开化人，浙江万里学院生物与环境学院，教授;斯越秀(1979-)，女，浙江诸暨人，浙江万里学院生物与环境学院，讲师。(浙江宁波 315100)

基金项目：本文系教育部双语示范课程和浙江省新世纪教改项目(项目编号：zc2010085)的研究成果。

随着分子生物学的迅猛发展，基因工程实验技术已广泛渗透到现代生命科学的各个分支领域，成为生物技术和生物工程等专业的核心技术。[1-3]通过“基因工程实验技术”的学习，使学生了解基因工程的四大要素，知晓从自然界的生物中克隆所需目的基因的基本思路和策略，启发学生的思维，让学生熟悉从最基础的核酸、质粒的提取，到基因分离方法的确定、基因的克隆、鉴定、表达以及最终能获得目的基因的表达产物的整个过程;使学生对基因工程有一个全方位的、比较系统的认识。[4，5]通过一系列实验，加强学生的动手能力，提高其基本操作技能，使学生具备从事基因工程教学和科研的基本能力。

一、目前基因工程实验课程教学存在的问题

虽然基因工程实验课程的主要内容具有综合设计性和实践性强等特点，并且与农业、医药、环境、能源和食品等行业紧密结合，发展空间广阔。但目前基因工程实验课程教学也存在诸多问题。

1.贴近行业的实验项目缺乏系统的创新性设计

基因工程实验尽管开设时间较长，但实验项目注重基本技能训练，与行业结合不够，不能适应生物技术相关产业的发展需求;创新性项目成点状分布，不利于学生创新能力的系统培养。因此有必要增加一些研究性、行业相关性的项目，并根据学生需要开展不同层次、可供选择的实验项目，真正实现以生为本的教学理念。

2.教学方法不能充分发挥学生的主动性和创造性

传统的基因工程实验教学的基本模式是教师依据实验教学计划，安排每次实验的内容。实验前，教师先把实验内容和操作步骤完整地讲一遍，强调学生在实验过程中的注意事项，然后让学生做实验。学生实验时只需“依样画葫芦”，机械模仿、重复操作，该教学模式使学生始终处于被动地位，学生的主体作用和积极性都得不到充分发挥，难以激发学生独立思考和分析问题、解决问题的兴趣和激情。不能从主动探索中获得失败的经验和成功的体会，从而使学生失去了学习的主动性，抑制了个性发展，甚至泯灭了独立思考的意识和创新精神。[6，7]

根据上述问题，结合基因工程面向行业的特点和学生创新能力培养需要，确立了综合技能、工程应用能力和学科研究能力三个层次的实验教学目标(见表1)。

表1 基因工程实验的能力培养层次及培养途径

能力层次具体能力描述拟培养途径

学科研究能力利用基因工程技术进行新产品开发;培育转基因新产品;开拓新产品、新工艺;利用基因技术分析解决问题能力;创造性思维能力开放创新性项目训练

工程应用能力核酸与蛋白质提取工艺参数优化能力;基因工程产品产量与品质参数优化能力工程性项目训练

综合技能核酸分离纯化能力;PCR操作技能;质粒连接、转化与筛选技能;基因及其表达产物检测技能综合性项目训练

围绕不同能力的培养目标，本文从项目设计、教学方法与考核方式改革三个方面对基因工程实验改革进行了探索与实践，同时对改革的初步成效与存在的问题进行了总结与讨论，以期为同类研究提供参考。

二、实验项目设计

为了实现上述不同层次的能力目标，根据以能力培养为主线的《基因工程》三级训练体系鱼骨图(见图1)，设置了三个层次的实验项目，其中综合技能训练以原有的项目为基础进行优化;而工程能力训练和开放创新训练项目则为本课题的改革重点。项目主要来自教师科研和学生创新创业项目，拟设置的项目详见表2。

表2 部分实验项目一览表

项目类型项目名称备注

综合技能

训练质粒DNA的提取、酶切及其产物的凝胶电泳原有

DNA酶切产物的纯化、重组质粒的连接原有

大肠杆菌感受态细胞的制备、转化及筛选原有

质粒DNA的分离和鉴定原有

PCR扩增技术及其扩增产物的检测原有

工程能力

训练溶藻弧菌外膜蛋白OmpU的克隆与原核表达新增

碱性磷酸单酯酶基因的定位、克隆与表达新增

富锌功能水稻品种特性改良新增

明胶植物源替代物关键参数优化新增

开放创新能力

训练葡萄不同品种的ISSR分析新增

转抗螟虫基因蔺草新种质的培育新增

浙贝母分子身份的鉴定新增

富锌水稻分子指纹图谱分析新增

根据不同行业现状，教师先拟定了一些具有行业生产应用前景的目标蛋白或产物(如外膜蛋白、碱性磷酸单酯酶和白介素等)布置给学生，并将实验方法和重要参数告诉学生，然后要求学生查阅相关文献和资料，设计实验方案并提交，指导教师审核通过后进行实验，最后对实验结果进行分析与讨论，形成总结性材料。以生物制药行业外膜蛋白(Outer membrane protein，简称Omp)为例，其免疫保护力远远高于灭活全菌疫苗，有望作为高效疫苗的重要成分，通过生物工程技术大量生产应用于海水养殖动物疾病的防治。由此可将“溶藻弧菌外膜蛋白OmpU的克隆与原核表达”作为设计应用性实验。涉及的重要参数有DNA分离纯化参数、PCR扩增体系和程序参数、不同载体构建参数和不同表达产物检测技术参数等。通过这个层次的训练，让学生用学到的基因操作技术(核酸提取技术、引物设计技术、载体构建技术、基因检测技术、表达产物检测等)去解决具体的行业问题，培养学生的创新能力和行业应用能力。

开放创新训练项目围绕教师科研、大学生新苗人才计划、大学生创新创业项目、学科竞赛等进行，如特色经济和药用植物(蔺草、葡萄、浙贝母等)及海洋生物(中华鳖等)的分子身份与种质资源鉴定、绿色荧光蛋白在生物医药与现代农业中的应用等。主要是采用基因工程实验技术解决当前生产实践中遇到的科学问题，使学生在掌握先进的、应用性强的专业综合技能的同时，提高自己的科研能力、创新意识、创新能力。

三、教学方法改革

对于综合技能训练项目，采取虚拟实验与实战操作相结合的形式，要求学生全程参与实验过程，学生必须在实验前进行预习，然后反复进行虚拟实验(购置相关软件)，最后进行实战操作，实验结束后写出实验报告，并对实验结果进行班级讨论，最后由教师进行相应的点评，使学生了解出现不同实验结果的原因及解决办法。这种实验教学方法既有利于提高学生对实验内容的兴趣，使学生牢固掌握基因工程操作的基本过程与技能，提高实验教学效果，又有利于培养学生的自主学习能力，进而提高学生分析问题与解决问题的能力。

对于工程能力训练和开放创新训练项目，采用“自主设计式、开放式”实验教学法。即要求3～5位学生组成课题小组，确定小组感兴趣的课题，或根据教师提出的实验目标查阅资料，设计实验方案，并提出申请和实验预约，经教师审批后，利用开放实验时间完成实验，最后递交实验报告，并书写实验总结或论文。鼓励学生从行业调查入手，自行选题、自行查阅文献、自行拟就实验方案、自行备齐所需试剂并进行实验。允许学生分多次来实验室完成同一个实验项目，允许学生对同一个实验项目采取不同的实验方法进行实验，如核酸提取可采用酸法，也可采用碱法、SDS法、CTAB法等。同一种方法还可在不同提取条件下进行，如水浴温度、水浴时间、离心转速、离心时间等。自主设计实验突出了学生的主体地位，有利于激发学生的学习兴趣与激情，有利于培养学生的创新精神和实践能力。

四、考核方式改革

为提高实验教学效果，适应创新性人才培养的需要，必须建立和完善一套以创新能力培养为重心的既重过程又重结果的实验课程考核新模式。

在对综合技能训练项目进行考核时，采用全程性评价，实验预习环节的评价可培养学生的自主学习能力，实验准备和过程环节及实验操作考试可提高学生的动手能力和专业技能，而实验笔试环节主要考察学生对专业知识的掌握情况，为学生开展创新性活动奠定了坚实的专业基础。

对于工程能力和开放创新训练项目的评价，主要是从查阅资料和设计环节、实验参与环节、实验结果和总结环节等方面来考核，重在提高学生的综合素质，如口头表达能力、专业操作技能、文字组织能力和组织协调能力等。对于有创新部分的学生要给予加分与奖励。这种全方位的成绩评定方法既能反映学生的实际水平和能力，又能调动和提高学生学习的主动性和积极性，对提高学生运用理论知识解决实际问题、提高实际操作能力和创新能力都有积极的意义。

五、改革实施初步成效与物化成果

本改革以浙江万里学院生物与环境学院生物技术和生物工程专业2009级、2010级学生为课程改革实施对象，直接受益学生数为200人/年。由于本改革能紧密围绕学生综合能力的培养，采用以学生为主体、教师主导的教学方法，教学内容实用且能紧跟专业前沿，因此，较好地培养了学生的自学能力、动手能力、创新能力和团队合作精神。

近两年来，生物技术、生物工程专业学生参加课程组教师相关科研项目的有50多人次;完成相关校级创业创新基金项目或校科研基金项目近10项;获浙江省科技厅“新苗计划”资助项目2项;获浙江省“挑战杯”课外科技作品竞赛二等奖1项;获浙江省大学生生命科学竞赛优胜项目1项;学生在校期间公开发表与课程相关学术论文8篇。

通过对毕业生综合表现的跟踪调查，发现学生在所进行的毕业实习中，表现出较强的基因工程操作能力、实验组织能力和设计能力，一定的创新精神和良好的合作精神，受到了用人单位的一致好评。考研学生在复试中，较强的基因工程实验技能受到了浙江大学、厦门大学等院校教师的肯定。

六、存在的问题及解决办法

课程组全体成员清醒地认识到课程教学改革与推广是一项艰巨的任务，它需要教师着眼于现实建设、着眼于未来发展，不断更新内容，不断改进教学方法，使项目始终保持可持续的高水平的发展。项目的后阶段任务与计划如下：

首先，继续完善教材建设。通过学生的试用，提出相关的修改意见，对基因工程实验技术教程进行修订，以更好地满足学生发展的需要。并根据教材适用对象进行推广，增加辐射面。

其次，在已有项目的基础上进一步设计新的实验项目，建立相对稳定的自主设计实验项目库及操作规范。

再次，完善开放式的管理制度与全程式参与的考核办法。

最后，加强与兄弟院校的交流与学习，增加辐射面，提升示范作用。

参考文献：

[1]邢万金，扈延茂.本科基因工程大实验教学改革的实践和体会[J].生物学通报，2007，42(2)：48-50.

[2]陈鲁勇，孟和，许文平，等.分子生物学实验教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2008，27(12)：121-122.

[3]杨海灵.分子生物学实验教学改革的探索与实践[J].成都大学学报(教育科学版)，2008，(4)：70-71.

[4]高凤山，许崇波，刘庆平，等.基因工程开放实验中的几点体会[J].科技创新导报，2009，(3)：213-216.