生物技术与基因工程范文

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关键词:基因工程技术;生物燃料;应用

基因工程技术的出现让各个国家都开始对该领域进行重视，因此该技术不仅是生物科学中的前沿技术，也对社会的各个领域发展具有重要的推动作用。基因工程技术的出现的时间虽然是比较晚的，但是它已经在很多领域都创造出了很大的奇迹，向人们展示出了巨大的科学价值，将其应用在生物燃料领域也必定具有很大的发展，对全球可持续发展的能源战略目标实现具有非常重要的意义。

一、基因工程技术的概述

基因工程技术指的就是将人工分离和经过修饰的基因导入到生物体基因组当中，然后的引起生物体性状的可遗传修饰。对于基因工程技术来说，它与传统生物技术是一脉相承的，但是两者在基因转移的范围和效率上又具有明显的不同。首先，传统的生物技术一般只能在生物种内的个体间进行基因重组，但是基因工程技术的基因转移是不会受到种间亲缘关系限制的;其次，传统的杂交和选择技术一般只能在生物个体水平中进行，不能准确的选择某个基因，但是基因工程技术转移基因的功能是比较明确的，并且后代的表现形式是可以进行准确预期的。就此来看，基因工程技术可以说是传统生物技术的一个发展和补充。

二、生物燃料技术的现状

(一)生物柴油生物柴油是优质石化燃料的重要替代品，它在性能方面与普通柴油是及其相似的，因此被称为是“绿色柴油”。生物超有一般都是从动植物油脂中提取出来的，基本上都是自然界中可持续供应得到的原料。对于生物柴油来说，它的发展瓶颈之一就是原料的供给问题。生物柴油的原料发展具有多样性，一般是因地制宜，通过这样的方式来推动生物柴油的产业的发展。对于我国来说，想要发展生物柴油，就需要因地制宜，走原料多元化的发展道路，其中比较关键性的内容就是对生物原料的拓展。一般来说，制备生物柴油的方法主要可以分为物理法和化学法，物理法主要是包括直接使用法、混合使用法和微乳液法;化学法主要包括高温热裂解法和酯交换法，其中的酯交换法是目前工业生物柴油生产比较常用的方法。1．酸或碱催化法在酸或碱的催化之下，油脂和低碳醇会进行酯化和酯交换反应，在反应之后对下层的粗甘油进行去除，然后回收出售，上层的油脂在经过洗涤干燥之后就会得到生物柴油。酸或碱催化法对于原料的油脂要求是比较高，一般会产生一定的废物，并且在回收利用方面也存在着一定的难度，整体的生产工艺也比较复杂。2．生物酶法生物酶法就是油脂和低碳醇在酶催化剂的作用下进行酯化反应声场的生物柴油。对于生物酶法来说，它的主要特点就是清洁、环保且高效，但是因为脂肪酶具有较高的价格，因此会有比较高的成本，反应的条件也较为严格，因此的在进行大规模应用的时候还会面临很大的挑战，需要加强深入研究的力度。3．工程微藻法微藻再生生物质能源生产方面具有巨大的潜力，因为它的生物柴油产量是比较高的。使用这种方式来制备生物柴油主要就是通过基因工程技术来构建和培养富油的微藻，从藻类中提取油脂成分，再进行酯交换反应。对于工程微藻法来说，它的优越性主要在于生产力上，还可以对农业资源进行节省，对环境也不会造成严重的破坏。

(二)纤维素乙醇纤维素原料的来源比较广，总量也比较丰富，因此纤维素乙醇的开发和利用会受到更烦的关注和重视。近些年来，纤维素乙醇的研究和发展在全世界都受到了很大的重视，它作为先进的生物能源典型代表产品，如果进行了技术的突破，就会得到很大的发展。对于纤维素乙醇技术来说，需要进行进一步的开发，主要有五个方面需要进行重视:一是开发可搞笑水解新型木质纤维素原料;二是对新型温和预处理工艺进行发展;三是开发新型搞笑纤维素降解酶系;四是开发研究木质素高效利用技术;五是开发乙醇发酵菌株。通过这些技术的开发，可以更好的降低工艺成本和酶成本，同时也能降低相关的环境成本，对突破成本瓶颈具有重要的意义。

三、基因工程技术在生物燃料生产中的应用

(一)基因工程技术增加生物丁醇产量生物丁醇是新时代的生物燃料，它的原料生产工艺与生物乙醇有着极大相似性，并且比生物乙醇具有更高的热值。但是就目前来说，生物丁醇的转化率是比较低的，需要相关的研究人员对生物丁醇的生物转化机制进行深入的研究，只有这样才可以寻找出更为有效的解决方法。一般来说，使用生物基因工程技术可以对生物定存的合成途径进行一定的编辑和修改，也可以通过对其他分支途径进行抑制删除的方式，进一步的提高生物丁醇的产率，进而更好的提高生物燃料的成本竞争优势。

(二)基因工程技术提高微藻油脂含量在对生物柴油进行生产的过程中，微藻已经成为新一代的原料，它具有非常强大的潜力价值，但是因为多种因素的影响，在开放的环境中，微藻油脂积累的数量是很难超出30%的，想要对油脂含量进行有效的提升，就需要继续开发和研究，对新的基因工程藻类菌株进行研究。就目前来看，基因工程改造的微藻菌株在脂质积累的研究中已经取得了重要的进展，对于未来的微藻原料在生物燃料中的生产的来说，它将发挥出巨大的潜力。

(三)基因工程技术提高微生物对产物的耐受性在微生物的发酵过程中，乙醇等产物的生成会对生物本身的生理活性造成一定的抑制，这样就会让降低微生物细胞的密度，进而影响到生物燃料的产率。想要对这些不利影响进行降低，相关的研究人员需要加强这方面的研究，对微生物产物抑制机制所涉及到的基因进行分析，进一步提升微生物对产物的耐受性。

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关键词:生物技术;基因工程;细胞工程

现代生物技术的迅猛发展，成就非凡，推动着科学的进步，促进着经济的发展，改变着人类的生活与思维，影响着人类社会的发展进程。现代生物技术的成果越来越广泛地应用于医药、食品、能源、化工、轻工和环境保护等诸多领域。生物技术是21世纪高新技术革命的核心内容，具有巨大的经济效益及潜在的生产力。专家预测，到2010～2020年，生物技术产业将逐步成为世界经济体系的支柱产业之一。生物技术是以生命科学为基础，利用生物机体、生物系统创造新物种，并与工程原理相结合加工生产生物制品的综合性科学技术。现代生物技术则包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等领域。在我国的食品工业中，生物技术工业化产品占有相当大的比重;近年，酒类和新型发酵产品以及酿造产品的产值占食品工业总产值的17%。现代生物技术在食品发酵领域中有广阔市场和发展前景，本文主要阐述现代生物技术在食品发酵生产中的应用。

一、基因工程技术在食品发酵生产中的应用

基因工程技术是现代生物技术的核心内容，采用类似工程设计的方法，按照人类的特殊需要将具有遗传性的目的基因在离体条件下进行剪切、组合、拼接，再将人工重组的基因通过载体导入受体细胞，进行无性繁殖，并使目的基因在受体细胞中高速表达，产生出人类所需要的产品或组建成新的生物类型。

发酵工业的关键是优良菌株的获取，除选用常用的诱变、杂交和原生质体融合等传统方法外，还可与基因工程结合，进行改造生产菌种。

(一)改良面包酵母菌的性能

面包酵母是最早采用基因工程改造的食品微生物。将优良酶基因转入面包酵母菌中后，其含有的麦芽糖透性酶及麦芽糖的含量比普通面包酵母显著提高，面包加工中产生二氧化碳气体量提高，应用改良后的酵母菌种可生产出膨润松软的面包。

(二)改良酿酒酵母菌的性能

利用基因工程技术培育出新的酿酒酵母菌株，用以改进传统的酿酒工艺，并使之多样化。采用基因工程技术将大麦中的淀粉酶基因转入啤酒酵母中后，即可直接利用淀粉发酵，使生产流程缩短，工序简化，革新啤酒生产工艺。目前，已成功地选育出分解β-葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌株、嗜杀啤酒酵母菌株，提高生香物质含量的啤酒酵母菌株。

(三) 改良乳酸菌发酵剂的性能

乳酸菌是一类能代谢产生乳酸，降低发酵产品pH值的一类微生物。乳酸菌基因表达系统分为组成型表达和受控表达两种类型，其中受控表达系统包括糖诱导系统、Nisin诱导系统、pH 诱导系统和噬菌体衍生系统。相对于乳酸乳球菌和嗜热链球菌而言，德氏乳杆菌的基因研究比较缺乏，但是已经发现质粒pN42和PJBL2用于构建德氏乳杆菌的克隆载体。有研究发现乳酸菌基因突变有2种方法:第一种方法涉及(同源或异源的)可独立复制的转座子，第二种方法是依赖于克隆的基因组DNA 片断和染色体上的同源部位的重组整合而获得。通过基因工程得到的乳酸菌发酵剂具有优良的发酵性能，产双乙酰能力、蛋白水解能力、胞外多糖的稳定形成能力、抗杂菌和病原菌的能力较强。

二、细胞工程技术在食品发酵生产中的应用

细胞工程是生物工程主要组成之一，出现于20世纪70年代末至80 年代初，是在细胞水平上改变细胞的遗传特性或通过大规模细胞培养以获得人们所需物质的技术过程。细胞工程主要有细胞培养、细胞融合及细胞代谢物的生产等。细胞融合是在外力(诱导剂或促融剂)作用下，使两个或两个以上的异源(种、属间) 细胞或原生质体相互接触，从而发生膜融合、胞质融合和核融合并形成杂种细胞的现象。细胞融合技术是一种改良微生物发酵菌种的有效方法，主要用于改良微生物菌种特性、提高目的产物的产量、使菌种获得新的性状、合成新产物等。与基因工程技术结合，使对遗传物质进一步修饰提供了多样的可能性。例如日本味之素公司应用细胞融合技术使产生氨基酸的短杆菌杂交，获得比原产量高3倍的赖氨酸产生菌和苏氨酸高产新菌株。酿酒酵母和糖化酵母的种间杂交，分离子后代中个别菌株具有糖化和发酵的双重能力。日本国税厅酿造试验所用该技术获得了优良的高性能谢利酵母来酿制西班牙谢利白葡萄酒获得了成功。目前，微生物细胞融合的对象已扩展到酵母、霉菌、细菌、放线菌等多种微生物的种间以至属间，不断培育出用于各种领域的新菌种。

三、酶工程技术在食品发酵生产中的应用

酶是活细胞产生的具有高效催化功能、高度专一性和高度受控性的一类特殊生物催化剂。酶工程是现代生物技术的一个重要组成部分，酶工程又称酶反应技术，是在一定的生物反应器内，利用生物酶作为催化剂，使某些物质定向转化的工艺技术，包括酶的研制与生产，酶和细胞或细胞器的固定化技术，酶分子的修饰改造，以及生物传感器等。酶工程技术在发酵生产中主要用于两个方面，一是用酶技术处理发酵原料，有利于发酵过程的进行。如啤酒酿制过程，主要原料麦芽的质量欠佳或大麦、大米等辅助原料使用量较大时，会造成淀粉酶、俘一葡聚糖酶、纤维素酶的活力不足，使糖化不充分、蛋白质降解不足，从而减慢发酵速度，影响啤酒的风味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、一葡聚糖酶等制剂，可补充麦芽中酶活力不足的缺陷，提高麦汁的可发酵度和麦汁糖化的组分，缩短糖化时间，减少麦皮中色素、单宁等不良杂质在糖化过程中浸出，从而降低麦汁色泽。二是用酶来处理发酵菌种的代谢产物，缩短发酵过程，促进发酵风味的形成。啤酒中的双乙酰是影响啤酒风味的主要因素，是判断啤酒成熟的主要指标。当啤酒中双乙酰的浓度超过阈值时，就会产生一种不愉快的馊酸味。双乙酰是由酵母繁殖时生成的α-乙酰乳酸和α-乙酰羟基丁酸氧化脱羧而成的，一般在啤酒发酵后期还原双乙酰需要约5～10d 的时间。崔进梅等报道，发酵罐中加入α-乙酰乳酸脱羧酶能催化α-乙酰乳酸直接形成羧基丁酮，可缩短发酵周期，减少双乙酰含量。

四、小结

在食品发酵生产中应用生物技术可以提高发酵剂的性能，缩短发酵周期，丰富发酵制品的种类。不仅提高了产品档次和附加值，生产出符合不同消费者需要的保健制品，而且在有利于加速食品加工业的发展。随着生化技术的日益发展，相信会开发出更多物美价廉的发酵制品，使生物加工技术在食品发酵工业中的应用更加广泛。

参考文献

[1]赵志华，岳田利等.现代生物技术在乳品工业中的应用研究[J].生物技术通报.2006，04:78-80.

[2]王春荣，王兴国等.现代生物技术与食品工业[J].山东食品科技.2004，07:31.

[3]徐成勇，郭本恒等.酸奶发酵剂和乳酸菌生物技术育种[J].中国生物工程杂志.2004，(7):27.

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关键词：基因工程；教学改革；人才培养；教学方法

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）15-0097-02

随着科学技术特别是生物技术的迅猛发展，生命科学进入了以生物信息学、生物技术和基因工程等为标志的崭新领域[1]。《基因工程概论》是一门以分子生物学、分子遗传学等相关学科为基础的专业基础课程，这门课程是各高校生物技术、农学、园艺等专业的主干课程，如何在有限的教学时间内提高教学质量，培养学生的创新和实践能力，最终达到提高学生专业素养和综合竞争力的目标[2]。在该课程的教学过程中进行了各方面的教学探索工作，充分利用多媒体和各种网络资源开展新型教学模式，并及时补充植物学生物技术领域最新研究进展，激发学生对于生命科学知识学习的兴趣和热情，紧跟生命学科发展前沿，达到提高教学质量的目的。

一、由浅入深，双语教学

学生在学习基因工程相关概念和知识的同时，通过了解基因工程的发展历史，特别是在基因工程发展过程中一些推动人类解开生命之谜的标志性事件和经典实验，来更加充分地理解学习的内容，同时能够激发学生的学习兴趣，例如孟德尔是如何针对豌豆七对独立表现型在其杂交子代中出现分离的现象展开详细研究的，最终经过统计发现了基因分离与自由组合定律，开创了遗传学和基因工程的先河，通过诸多生动的实例，使学生充分了解生物技术领域内基因工程的发展历史，同时也让学生深深感受到每项令人瞩目的科研成就的背后，科研工作者需要付出超乎想象的艰辛与努力，才能够推动科学技术的进步[3]。其次，在讲授基因工程内容相关概念的时候，需要进行双语教学，让学生在学习的同时，接触到一些专业词汇，为其今后阅读国外基因工程研究进展文献报告和从事基因工程相关研究工作奠定理论基础。

二、教学方法的设计

传统教育教学方式往往是教师作为教育主体，按照课程设置和既定思维，将事先设置好的内容按部就班地讲解给学生的被动学习模式。整个授课方式较为枯燥，限制了学生对于《基因工程概论》所学内容的想象力和趣味性，不利于学生自我科研探索精神和创新能力的培养。《基因工程原理》作为农学生物技术等相关专业的理论课，需要依据教学大纲，进行学生自主学习、教师辅助学生学习等形式的教学内容的设计。以学生作为课程的主体，教师作为主导去鼓励和启发学生思考、发现和解决问题，教师仅仅能把知识灌输给学生，但并不能帮助学生完全接受和消化所学内容，授人以鱼不如授人以渔，通过提问式教学和包括完成课程作业、课堂分组讨论等反馈式教学方法，及时了解学生对于知识掌握的情况，帮助学生温故而知新，并结合平时完成作业情况，从多个方面对于学生的成绩进行综合评价[4]。只有提高学生自主学习的积极性，才能使其真正领会相关知识，开阔思路，实现多学科内容的交叉[5]。要从学生学习实际需求出发，注重将每一个基因工程发展史上的重要技术的研究思路和实验引入课堂，例如红色荧光蛋白、绿色荧光蛋白的发现及其在现代基因工程研究过程中是如何与目的基因形成融合蛋白来进行基因定位等方面的研究的，以较为生动的例子让学生切实感受到基因工程技术的魅力所在和其存在的重要性[6]。另外，在《基因工程原理》课程中的较为抽象的部分重点内容，如乳糖操纵子的作用原理，单纯的通过依赖多媒体教学方式使得授课内容过于笼统，在结合多媒体的同时，这部分教学内容以板书的方式则更能让学生准确地了解其作用机制。另外，通过实践教学发现，在理论教学过程中，通过文字的演示适时配合一些简短而生动的生物学动画和影像资料，如酵母单杂交和双杂交的基本原理、链式聚合酶反应、基因的转录和翻译过程及噬菌体感染大肠杆菌等相关教学，通过动画和影片使学生对于所学知识从抽象思维到直接具体化，引起其学习积极性，帮助其理解所学知识。

三、紧跟基因工程学科发展前沿

教材的内容仅仅是基本，但并不是全部。基因工程研究发展日新月异，课本上的基础内容还停留在过去发展的某个阶段，过去有些未能解析的生命作用机制之谜如今得以解答，生物新技术特别是二代测序技术等快速发展使得我们可以更加有效地进行生命科学研究[7]。因此积极追踪基因工程学科发展前沿，对于激发学生学习兴趣，促进学生理解理论知识及其未来可能从事的科研工作提供很大帮助。教师在完成教学工作的同时也开展大量科研工作，教师在教学活动中可以结合自身的科研实例，将自己的事例搬上讲台，例如在介绍载体构建章节相关内容中，可以结合自己在科研中是如何构建pCambia3301植物双元表达载体、pGBKT7酵母表达载体和pMD18-T克隆载体的例子进行说明，再例如在实际的科研实验中是如何进行农杆菌GV3101转化等。通过介绍自己最新的科研进展和生命科学领域的研究热点，结合引导学生到图书馆检索并阅读相关科研文献和研究报告，例如在介绍基因表达与调控章节部分内容时，现代生物技术的发展到今天，利用标记型RNA干扰替代传统常规RNA干扰的方法能够有效地避免基因脱靶现象的发生，通过引入基因工程最新研究成果，一方面能够丰富课程内容，活跃课堂气氛，拓宽学生的知识面，成功地把学生从书本中引入到书本外，另一方面在介绍过程中极大程度上吸引了学生的注意力，引发学生对于所产生科学问题及其相应解决方法的思考。这种教学模式受到学生的广泛关注，学生课下通过媒体与老师和其他同学就某些科学问题展开详细讨论，比如基因工程研究在农业、医药、食品和化工等领域的重要应用，转基因技术对人类发展的重要作用，但其同时对环境和人类健康也存在潜在威胁[8]。在热烈讨论的过程中，老师通过让学生从数据库中查阅大量科研文献特别是一些最新发表的外文研究报告来引导学生自主学习，解决其学习中存在的疑虑和困惑。除此之外，考虑到未来学生对于基因工程、生物技术方面相关实验技术的需求，在适当的时候，教师可以利用自己现有的科研资源，创造条件让学生积极参加自己的科学研究工作，让学生能够接触到基因工程实验中重要的科研仪器和生物制品，学生通过辅助老师使用这些仪器设备和生物制剂来完成一些较为基础的科学实验，从而提高自身动手能力，并能进一步加深其对《基因工程概论》课程相关理论知识的理解，做到让学生真正地走出书本。

四、建立综合评价制度，提高学生综合素质

考核和教学评价是评定课程教学效果和教育质量最直接也是最有效的方法。在传统教学评价体系中，学生单纯依赖课后复习资料和教师授课课件进行死记硬背，最终往往很难准确评估学生对课程的综合学习情况。为了更加科学、更加有效地衡量学生学习这门课程的水平，建立综合评价体系，从多个角度去考察学生思考问题、解决问题和对知识融会贯通的能力，避免学生死记硬背，让学生真正理解所学知识，例如说《基因工程概论》第三章内容限制性内切酶，让学生明确限制性内切酶的定义同时，通过举例和课堂练习、课堂讨论等方式让学生理解在基因工程和分子克隆实验中如何构建限制性内切酶图谱及其利用限制酶进行不同类型的载体构建。在评价体系建立过程中，课堂练习、课堂讨论等灵活评价成绩占总评成绩30%，而期末考试成绩占70%，且期末考试试题中主观题和实例应用题的比重较大，概念题和简答题等客观题比重较低，综合检验学生对基因工程相关知识的应用能力。《基因工程概论》是一门涉及生物技术等多个交叉学科的课程，要求学生掌握翔实的专业基础知识和实践技能。《基因工程概论》课程改革是一项需要不断探索、调整和改革的重要工程，如何提高课程教学质量，提高学生学习的自主性和对知识掌握的灵活性，就需要教师针对课程改革内容进行深入思考，既要照顾课堂实际教学情况，同时又要着眼于未来，特别是在生物技术、基因工程技术飞速发展的今天，教师必须紧跟基因工程学科发展方向，结合自己的科学研究工作不断更新教学内容，改革教学方法，采用先进的教学手段，提高学生的学习效率，培养具有扎实理论知识和良好科研素养的高级专业人才[9]。使得学生在竞争如此激烈的社会环境下能够做好充分准备，以扎实的专业知识武装自己，提高自我适应性和竞争力。

参考文献：

[1]任如意，魏继承.基因工程实验教学改革初探[J].高等理科教育，2008，82（6）：112-114.

[2]林娜，魏琴，张超，等.《生物技术概论》课程特色教学实践[J].中国科技信息，2008，（16）：240-241.

[3]吴茜茜，刘斌，吴克.我国生物工程研究进展与人才培养的特点[J].生物学杂志，2002，18（1）：45-46.

[4]马利兵，王凤梅.基因工程教学改革的探索与实践[J].新课程研究，2011，（213）：100-101.

[5]范桂枝，李晓灿，詹亚光.基因工程教学改革的思考[J].中国农业教育，2006，（6）：55-56.

[6]齐宇歆.对高校教育技术学专业本科课程体系建设的理性审视[J].现代教育技术，2011，（21）：24-27.

[7]马慧，李浩戈，陈丽静，等.《基因工程》教学中学生学习能力的培养[J].中国科教创新导刊，2012，（7）：148-149.

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1.1基因工程

基因工程,即DNA重组技术,是指对不同生物的遗传基因,根据人类的需求或意愿进行基因的切割后,通过转入受体的方式,使其产生人类期望产物。基因工程在技术上使得人类一定程度上可以客服物种的界限,定向培养出自然界已知不存在的生命形态,以此来满足人类社会的不同需求。其在农业生产中已得到广泛的应用,如根据人类对作物的需要将特定基因转入受体植物基因组中,起到改良品质、增加产量及抗病虫害、抗除草剂的目的,其中应用最广的抗冲虫剂苏云金芽孢杆菌(Bt)伴孢晶体基因已被转入棉花、玉米、烟草等多种植物基因组中,并获得不错的效果。基因工程在畜牧业上也有应用,如将鼠类有关促进角蛋白形成的基因转入绵羊基因组,经改良的绵羊比普通绵羊产毛量提高6%左右[1]。

1.2细胞工程

细胞工程是指应用细胞生物学和分子生物学方法,借助工程的实验方法和技术,在细胞水平上改造生物遗传特性和生物学特性,以此获取特定的细胞产品或新生物体。如植物体细胞杂交可以将两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞,并且把杂种细胞培育成新的植物体,袁隆平通过体细胞杂交技术获得具有远缘杂种优势的超级杂交水稻,亩产可达1600公斤。

1.3酶工程

酶工程是指在生物反应装置中,利用酶所具有的生物催化功能将相应的原料转化的一门技术,包括微生物细胞发酵产酶、动植物细胞培养产酶、酶的提纯与分离纯化、酶和细胞原生质体固定化、酶的修饰和改造及酶反引器等研究方向,其应用范围也涵盖了食品、轻工、化工、能源、医学等多个学科和领域。1.4发酵工程发酵工程是指将微生物学、生物化学和化学工程的基本原理有机的结合起来,利用微生物的生长和代谢来制造各种产物的工程技术。最早的发酵工程是在20世纪40年代随抗生素工业的兴起而得到迅速发展的,特别是二战期间的美国利用发酵工程技术大规模的生产青霉素,使得这一技术得到了长足的进步和发展[2]。

2现代生物技术在食品加工中的应用

随着现代生物技术的发展,越来越多的新技术、新方法被应用到食品加工行业中来,特别是基因工程,作为现代生物技术的产物,短短的十几年内其在食品加工制造领域的应用得到了长足的发展和进步,产生了显著的社会、经济效益。通过特定基因的转入使得农作物能够抵抗病虫害、旱涝灾害,大大降低了生产成本,提高了粮食产量,一定程度上为人类解决因人口增加而产生的食物短缺问题提供了有力手段。同时、利用基因工程手段可以大幅度的提高酶的催化活力,将影响产酶和酶催化活力的基因转入受体中,可获得基因菌,以此来产生具有较强催化能力能催化特性的酶类满足食品加工的要求。应用微生物发酵技术生产发酵产品,充分利用了生物技术的手段借助微生物的特殊功能生产有用的物质,或者将微生物直接应用于食品加工的技术体系中,手段包括菌种选育、菌种生产、代谢产物发酵、特种微生物利用技术等。发酵工程在食品加工领域所取得成果包括从新食品研发配料、食品加工催化剂、饮料稳定剂、D-氨基酸及其衍生物制造及废弃物利用和食品品质检测等。其应用主要在以下几个方面(1)用现酵工程改良传统发酵食品、如双酶法糖化工艺取代酸法水解生产味精,或采用固定化酵母连续发酵技术进行啤酒的生产可明显的缩短发酵周期提高啤酒产量。(2)优化近酵产品。如运用固定化醋酸菌酿制食醋,既可以缩短发酵周期,又可将酯化能力提高9～12倍。(3)缩短发酵产品的开发周期。如单细胞蛋白(SCP)的制备等[3]。目前世界范围内,现代生物技术应用于食品加工中并创造总产值已达到2000亿美元,涵盖了维生素、氨基酸、酵母制剂、微生物多糖、环状糊精、脂肪酸等产品的开发与检测。

3困境与展望

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关键词：基因工程 生物技术 林木培养 林业

林业是国民经济的基础产业，在维护生态平衡、改善生态环境和实现可持续发展战略中有着不可忽视的重要意义。培育林木新品种是林业工作中的主要内容，是林业发展中不容忽视的重点。基因工程作为现代化技术发展中的一项新内容，其发展为林业工作进展开辟了一条经济、合理、高效的途径。基因工程是指把在体外插入病毒、质粒或其他载体分子的核酸分子（目的基因）导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类需要的基因产物。基因工程学诞生于上个世纪七十年代，在近半个世纪的发展中取得了辉煌的成就，并还在迅速的发展之中，成为当今生命科学研究领域和生物技术领域中最具生命力和最引人注目的前沿学科。植物基因工程在目前社会中已经被应用在各个生产领域中，由于其具有巨大的实用性和发展潜力而日益受到人们重视。

1、基因工程的概念和特点

基因工程是由传统生物技术结合现代化科学技术发展而形成的一种现代化生物技术分支学科。传统的生物技术的原始应用可以追索久远，但是现代的生物技术主要是指在近三四十年的实践中产生的微生物学、遗传学、生物化学等，这些学科在计算机技术、信息技术的指引下逐步形成了现代化高新技术，以基因工程为主的现代化高新生物技术最受人们关注。在林业工程中采用基因工程对林木新品种进行培育和爱良，是林业工业生产中减少环境污染，提高林业效率的主要手段，基因工程在林业技术加工和能源转换等方面都具有着重要的意义，同时也拥有广阔的发展前景。

2、转基因的方法

2.1以生物载体如农杆菌和反转录病毒等为介导的基因转移据统计，迄今获得的60多种植物的基因植株，80%以上为农杆菌介导的转化。

2.2 以非生物载体如脂质体为载体的转移脂质体是由磷脂组成的膜状结构，将DNA分子包装在脂质体内可以避免外部DNA降解酶的降解作用，同时还有提高DNA局部浓度的效果。

3、植物转化细胞的筛选和转基因植物细胞的组织培养

植物细胞经过目的基因转移处理后，只有少数细胞被转化，需将转化细胞与未转化细胞区分开来，并淘汰未转化的细胞，然后利用植物细胞的全能性在适当的环境条件下使转化细胞发育为转基因植株。目前，转化细胞与未转化细胞的区分及未转化细胞的淘汰常采用抗生素抗性基因和抗除草剂基因，即筛选标记基因和筛选试剂。为了实现有效的转化，必须依据转化材料和转移方法选择合适的抗性基因和筛选试剂。目前目的基因载体转移的实施方法是叶盘法，是将植物的叶片或其他的一些组织切割成段、或切成0.8～2.0 cm2的圆盘或方片，切割处即造成损伤口，将他们浸入土壤农杆菌培养液内几分钟，然后将组织表面多余的菌液吸去，把这些侵染过的组织放在合适的固体培养基的表面上培养，经过一段时间的培养后，在这些组织的伤口附近会出现许多愈伤组织。再经过诱导的方法，在愈伤组织中会分化出芽点，并长出有根有茎的植株，最后将它们移植到土壤中去，此即为转基因植株。这种方法已在多种双子叶植物中使用。

4、目的基因的表达和鉴定

大多数转基因植物的外源基因的表达都相当低，现在认为这是由于外源基因插入的位点效应引起的；另外，外源基因的表达会受到植物体自身的同源基因或先前转入的外源基因中的同源序列的影响而常表现为外源基因失活。目的基因在其转化后获得的转基因植物中能否有效表达，转基因植物能否表现出特定的遗传性状，并稳定地遗传给后代，可借助植株的表型、PCR方法鉴定和筛选转化植株，或取植物细胞或愈伤组织的提取物检测外源基因表达的生成物来鉴定。目前有一类用来显示外源基因导人与否的基因称为报告基因。

5、基因工程在林木培育上已取得的进展及今后的发展方向

5.1抗虫基因工程方面

虫害是林业生产的大敌，采用化学方法防治害虫，不仅增加营林成本，而且严重污染环境，不利于维护生态平衡；而采用生物方法进行防治，则受气象因子影响较大，效果不甚稳定。采用常规育种手段对林木抗虫性进行改良，不仅周期长，而且抗性资源少，限制了林木的抗性育种。运用基因工程技术培育抗性品种则成为最有效的生物防治之一，我国研究人员在此方面做出了不少成绩。

5.2耐盐碱基因工程方面

目前林木抗旱、耐盐碱基因工程研究报道不少，但是这些科研成果在研究的过程中主要是针对植物对于干旱地区和气候反应的研究，而没有针对植物内部存在的问题进行深入的研究，这种复杂多元化的反应系统受到基因工程控制方式和生理机理也并不明确，这就为日后研究工作的开展带来了难题。我国开始了这方面研究的尝试，在植物抗旱、耐盐等方面进行了较多的实验，但是其中的问题还较为明显，不曾得到根本的解决。这是因为植物的抗旱、耐盐机制十分复杂，涉及到一系列形态和代谢过程的变化，转移单个基因往往只能获得部分抗性，要获得可以在干旱地区、海滩种植及可用海水浇灌的林木，需要进行多基因的转化研究；采用先进的转基因技术，以增加外援基因的表达效率；尝试进行转录调控因子基因的转化。

5.3、国际方面

基因工程作为上个世纪人类科技事业最伟大的成就之一，不仅正在推动着世界经济和社会的发展，也对整个国际科技战略发展格局产生了深远的影响。因此许多国家把发展基因工程作为重要国策，以期在国际竞争中长期占据有利地位。

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【关键词】基因工程 蛋白药物 发展概况

中图分类号：R97 文献标识码：B 文章编号：1005-0515（2011）6-255-03

基因工程制药是随着生物技术革命而发展起来的。1980 年，美国通过Bayh-Dole 法案，授予科学家 Herbert Boyer 和 Stanley Cohen 基因克隆专利，这是现代生物制药产业发展的里程碑。1982 年，第一个生物医药产品在美国上市销售，标志着生物制药业从此走入市场[1]。

生物制药业有不同于传统制药业的特点：首先，生物制药具有“靶向治疗”作用；其次，生物制药有利于突破传统医药的专利保护到期等困境；再次，生物制药具有高技术、高投入、高风险、高收益特性；此外，生物制药具有较长的产业链[1]。生物制药业这一系列的特点决定了其在21世纪国民经济中的重要地位，历版中国药典收录的生物药物品种也是逐渐增多[2]（图一）。

当前生物制药业的发展趋势在于不断地改进、完善和创新生物技术，在基因工程药物研发投入逐年增加的基础上，我国生物制药的产值及利润增长迅猛， 2006-2008年三年就实现了利润翻番[2]（表一）。随着研究的深入，当前生物药的热点逐渐聚焦到通过新技术大量生产一些对医疗有重要意义且成分确定的蛋白上。研究表明，在我国的基因工程药物中，蛋白质类药物超过50%[3]。而这些源自基因工程菌表达的蛋白，如疫苗、激素、诊断工具、细胞因子等在生物医学领域的应用主要包括4个方面：即疾病或感染的预防；临床疾病的治疗；抗体存在的诊断和新疗法的发现。利用基因工程技术（重组DNA技术）生产蛋白主要有三方面的理由：1.需求性，天然蛋白的供应受限制，随需求的不断增加，数量上难以满足，使它得不到广泛应用；2.安全性，一些天然蛋白质的原料可能受到致病性病毒的污染，且难以消除或钝化；3.特异性，来自天然原料的蛋白往往残留污染，会引起诊断试验所不应有的背景[4]。

以下将介绍一些基因工程产物的市场概况和研究发展。

1 促红细胞生成素

是细胞因子的一种，在骨髓造血微环境下促进红细胞的生成。1985年科学家应用基因重组技术，在实验室获得重组人EPO（rhEPO），1989年安进（Amgen）公司的第一个基因重组药物Epogen获得FDA的批准，适应症为慢性肾功能衰竭导致的贫血、恶性肿瘤或化疗导致的贫血、失血后贫血等[5,6]。

2001年，EPO的全球销售额达21.1亿美元，2002年达26.8亿美元，2003年全世界EPO的年销售额超过50亿美元。创下生物工程药品单个品种之最，是当今最成功的基因工程药物。用过EPO的大多数病人感觉良好，在治疗期间无明显毒副作用或功能失调。重组体CHO细胞可以放大到生产规模以满足对EPO的需求。

2 胰岛素

自1921 年胰岛素被Banting 等人成功提取并应用于临床以来，已经挽救了无数糖尿病患者的生命。仅2000年，胰岛素在全球范围内就大约延长了5100万名I型糖尿病病人的寿命。20世纪80年代初，人胰岛素又成为了商业现实；80 年代末利用基因重组技术成功生物合成人胰岛素，大肠杆菌和酵母都被用作胰岛素表达的寄主细胞[7]。

国内外可工业化生产人胰岛素的企业只有美国的礼来公司、丹麦的诺和诺德公司、法国的安万特公司和中国北京甘李生物技术有限公司等，胰岛素类似物也仅在上述4个国家生产，且每个公司只能生产艮效或速效类似物巾的个品种，主要原因是要达到生物合成人胰岛素产业化的技术难度特别大，若无高精尖的高密度发酵技术、纯化技术和工业化生产经验是无法实现的[8]。

3 疫苗

在人类历史上，曾经出现过多种造成巨大生命和财产所示的疫症，而在预防和消除这些疫症的过程中疫苗发挥了十分关键的作用。所以疫苗被评为人类历史上最重大的发现之一。

疫苗可分为传统疫苗(t raditional vaccine) 和新型疫苗(new generation vaccine)或高技术疫苗( high2tech vaccine)两类,传统疫苗主要包括减毒活疫苗、灭活疫苗和亚单位疫苗,新型疫苗主要是基因工程疫苗。疫苗的作用也从单纯的预防传染病发展到预防或治疗疾病(包括传染病) 以及防、治兼具[2]。

随着科技的发展，对付艾滋病、癌症、肝炎等多种严重威胁人类生命安全的疫苗开发取得巨大进展，这其中也孕育着巨大的商业机会[9]， 2007年全球疫苗销售额就已达到163亿美元，据美林证券公布的一份研究报告显示，全球疫苗市场正以超过13%的符合增长率增长。而我国是疫苗的新兴市场，国内疫苗市场发展潜力巨大，年增长率超过15%。

在以细胞培养为基础的疫苗、抗体药物生产中，Vero细胞、BHK21细胞、CHO细胞和Marc145细胞是最常用的细胞，这些细胞的反应器大规模培养技术支撑着行业的技术水平[4]。建立细胞培养和蛋白表达技术平台，进一步完善生物反应器背景下的疫苗生产支撑技术是当前国际疫苗产业研究的重点。

4 抗体

从功能上划分，抗体可分为治疗性抗体和诊断性抗体；从结构特点上划分，抗体可分为单克隆抗体和多克隆抗体。抗体可有效地治疗各种疾病，比如自身免疫性疾病、心血管病、传染病、癌症和炎症等[10,11]。抗体药物的一大特点在于其较低甚至几乎可以忽略的毒性。另外一个优势是，抗体本身也许既可被当作一种治疗武器，也可被用作传递药物的一种工具。除了全人源化抗体以外，与小分子药物、毒素或放射性有效载荷有关的结合性抗体也已经在理论上显示出了强大的潜力，尤其是在癌症治疗方面[12]。

治疗性抗体是世界销售额最高的一类生物技术药物,2008 年治疗性抗体销售额超过了300 亿美元,占了整个生物制药市场40%。在美国批准的99 种生物技术药物中,抗体类药物就占了30 种;在633 种处于临床研究的生物技术药物中, 有192 种为抗体药物,而在抗癌及自身免疫性疾病的治疗研究中,治疗性抗体占了一半[2]。截止2007年，美国FDA批准上市的抗体药物见表二[13]。

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【关键词】基因工程；教学模式；教学改革

20 世纪70 年代诞生的基因工程是以分子遗传学为理论基础、以微生物学和分子生物学的现代技术方法为手段发展起来的新兴交叉学科，它是对不同生物的基因，在体外进行切割、拼接和重新组合，再转入生物体内，产生出人们所期望的基因产物，或创造出具有新的遗传特征的生物类型，开创了人们按照自己意愿在体外操纵生命的新纪元[1]。历经近40年的历程，该学科发展十分迅速，随着新知识、新概念、新技术的不断涌现，已取得了质的飞跃，成为21世纪生命科学的核心学科，广泛应用于农业、医学、药学等各个领域。

基因工程课程是全国高等院校生物工程和生物技术等专业的一门前沿性重要专业必修课。其理论覆盖面广，内容丰富、高新技术较多，且实验操作条件要求较高，需要学生系统熟练的掌握基因操作技术、细胞操作技术、遗传学技术等基础学科的理论知识，给理论及实验教学带来了一定的困难。目前采用传统的教学方法已无法满足学生的求知欲，难以取得令人满意的教学效果。为了顺应科学的发展，让学生在实践课堂中更好地认识和体会前沿科学的探索方法，在过去两年的基因工程课程教学中，笔者积极参与基因工程课程的探索式改革，根据需要调整教学内容，使学生能够深入理解本课程的基本概念、原理及操作方法，启发学生思考，深入学习新时代背景下的遗传工程技术，为培养生物技术高素质人才提供理论支持。

1教学内容改革

1.1以科学发展为向标，精简教学内容

《基因工程》是一门系统性的课程，内容多且抽象难懂，涉及面广，每一章节的内容紧密连接、环环相扣，需记忆的知识点较多。例如基因工程工具酶的内容是基因修饰、基因改造的基础，载体的内容是学习基因转化、筛选的前提等，因此，各部分内容之间有很强的逻辑性和连贯性，如果前一部分没有打下良好的基础，那么学习后边的内容就很困难。因此，要以全局观重新构建本课程的教学内容体系。

目前，国内外出版的《基因工程》教材版本较多，编写内容各有侧重，编排体系各有特色。因此在选择教材时应全面比较、慎重考虑，所选教材应具有新意，能展示近年来基因工程领域所取得的理论成果。但我校生物技术专业的基因工程课程所安排的学时数仅48学时，因此，要求教师适当精简部分内容，根据科研和生产实际工作中对基因工程知识和技能的要求，对课程内容进行取舍，按照酶切、连接、转化、扩增、鉴定等操作单元一根线将全部知识串起来，构建合理的授课内容体系，以期达到最佳的教学效果。

此外，《基因工程》是本校学生在修完《分子生物学》、《微生物学》、《细胞工程》等课程后才学习的课程，因此其教学内容可精简，避免与已学课程重复，可对教学内容进行删减，对重复的部分内容提醒学生复习，课堂教学时以提问的方式回顾或以课外作业形式进行，这样就可留出充裕时间讲解新的知识点，使得教学内容不只局限于教材，而以教材为依托向课外延伸，拓宽学习的内容，鼓励学生阅读多种课外资料，增加知识的积累。这样可以激发学生学习的兴趣，避免理论讲解过于晦涩难懂，提高教学效果。

1.2结合国内外基因工程新动态，引进新知识新内容

在教学过程中引进国内外基因工程最新科研成果的研究动态，使得学生接受目前基因工程相关的新观念，鼓励学生利用课余时间查阅和检索中外文文献，让他们了解基因工程的新动向，领悟基因工程在动植物遗传改良、基因治疗、环保应用等方面的研究正处于不断发展中，正是由于科研工作者共同努力的结果，其应用前景十分广阔，从而唤起学生学习兴趣以及对未知领域求知的欲望，增强生物技术专业自信心。

1.3理论与实践有机结合，双管齐下

基因工程是一门实践性、技术性较强的课程，一方面扎实的理论基础是学习和研究基因工程的重要前提，另一方面基因工程又要通过具体的技术环节来完成，技术性和实践性很强。但在传统理论授课过程中，教师普遍采用“先理论，后实验”的传统教学模式，笔者常感到学生们对于分子遗传的许多实验设计和方法兴趣浓厚，但缺少实践体会，学习效果不理想。因此，如何在理论知识中整合实验课程一直是笔者思考的问题。只有通过不断实践，才能深化有关理论和掌握基因工程的具体技术。对于初学者来说，首先要注意学习和掌握有关技术的基本原理和仪器设备的规范操作技术，培养规范的操作技能，比如加样枪（pipette）的规范使用和质粒DNA提取纯化、电泳鉴定等基本技能，如实记录实验结果与数据，培养学生的动手能力及发现和解决问题的能力，并在撰写实验总结报告中提高学生的归纳总结能力。

如在讲述基因工程中“分子克隆载体”理论章节时，载体的构建与改造中以pUC18/19载体为例，利用菌落的蓝白颜色进行重组子筛选的原理，教师可将科研中的重组质粒转化β-半乳糖苷酶缺陷型工程菌（大肠杆菌）后的蓝白斑筛选的实验图片，在课堂上通过多媒体展示，对蓝白斑筛选的机制原理进行阐释，以及在转化与蓝白斑筛选操作中受体细胞的状态、载体的空间构象、重组载体转化后是否有一定形成白斑，在实验室4℃冰箱搁置一两天为何白斑会变蓝色等现象，解释外源DN段与质粒载体的连接以及转化都存在一定的效率，最后生长出来的菌落并不都是阳性克隆，需要采用特殊的方法筛选出可能含有目的基因的重组体克隆[2]。通过理论知识的讲解，加强学生对实验每个操作环节的关注，让学生明白每个环节都可能影响最后的实验结果，使学生在实验操作中要具有严谨的科学研究的态度。

因此在观念上，应强调基因工程“实验同理论课同等重要”的教学理念，彻底改变“重上课，轻实验”的观念。通过这样的过程培养学生应用知识的能力，加强学生对文献资料的查询能力，拓宽知识面，可系统地梳理所学的理论知识。这样在《基因工程》教学实习中组织学生进行基因工程的“切、接、转、增、检”五大步骤中的目的基因及载体的切割及连接、重组质粒的转化及扩增、重组子的筛选与鉴定，较为完备地将《基因工程》的上游技术紧密衔接综合成为一体。

2教学方法改革

2.1发挥教师的主导作用，交流亲身体会

多媒体辅助教学在教学中的优势虽然比较明显，但运用不当将丧失其优势，在课堂教学中老师若只扮演播放幻灯者角色，不注意面对学生调整授课节奏，这将直接影响双方互动式交流，而交流减少必将疏远教学者与学习者的距离，弱化教师在教学中的主导地位，以及学生的主动性思考。笔者结合自己的经验，在教授基因工程这门具有很强操作性的课程时，在涉及实验操作等相关知识点上讲授自己的实验体会，把自己的成功经验与同学们分享，失败体会则告知同学们以提高警惕，避免在实践中出现类似的错误。

再譬如讲到“基因工程发展状况及应用”章节时，向学生介绍我国历史上在基因工程领域所取得的成就，介绍我国的生物科学家如何为科学事业做出贡献的事例，激发他们的民族自豪感，从而增强了他们的危机感和责任心，增强他们学习基因工程的热情。因此，在教学过程中，教师要循循善诱，激发学生的参与兴趣，我们的做法是在教学过程中阐明基因工程的应用成果，开阔学生的视野，驱使他们积极主动思考、主动探究，使其产生强烈的参与意识，使教学过程成为教师与学生互动和协作的过程，打破传统的“启而不发”、“无动于衷”等模式[3]。

2.2激发学生兴趣，参与研讨式教学

爱因斯坦说过，“只要把学生的热情激发起来，那么学校规定的功课就会被当作一种礼物来接受。”传统的灌输式教学容易让学生产生惰性，也不利于教师对学生学习情况的及时把握。基因工程课程本身抽象理论较多，因此在教学过程中，我们预留一定比例的课时，引导学生走上讲台参与教学讨论，营造活跃的课堂气氛，极大地调动学生学习的主动性和兴趣，有助于学生对课堂知识的掌握，例如在讲解“基因工程产品安全性评价争议”的章节时[4]，我们预留出互动环节，让学生分析影响转基因产品安全性因素有哪些，如何站在科学的立场辩证地看待和分析这起争论，这不仅关系到基因工程技术的深入研究，而且直接影响到生物技术产业的发展。学生在查阅相关方面最新文献和动态资料的基础上结合自己的理解各抒己见，分组讨论，最后再由老师进行点评、归纳，安排他们登上讲台讲解，这样既可以锻炼他们的表达能力，同时也增强他们看待科学问题的综合能力。这种教学方式调动了学生学习的主动性和兴趣，同时使学生在阅读能力、自学能力、口头表达能力等方面受到实际锻炼，达到事半功倍的教学效果。

2.3增加投入，完善多媒体教学

基因工程课程中涉及的信息量比较大，概念抽象、理论性强，如果使用传统的教学手段，学生只能得到一些感知的内容，无法使其得到直接的体验，从而加大了学习和理解的难度。而多媒体、影像资料、电视录像、电影、CAI课件等现代化教学手段，可以使学习内容图文并茂、有声有色、栩栩如生，便于学生理解记忆。例如，利用FLASH 动画演示聚合酶链式反应过程中DNA聚合酶是如何在模板链和引物的引导下，以指数倍数迅速扩增的过程，使得原来抽象难以理解的内容变得形象直观，既激发了学生的兴趣，又加深了学生的理解。改变了以往一支粉笔、一块黑板的传统教学方法，可以在有限的时间内提供给学生最大的知识信息量。为此，我们以科学性、教育性与技术性为标准，精心制作了基因工程多媒体课件，将教学内容多层次、多角度地呈现给学生。

2.4以科研项目为依托，促进基因工程的课堂与实验教学

本科教学过程具有很强的探索性，它不仅要传授知识，还担负着发现未知和培养学生探求新知能力的任务。在过去的两年中，笔者做了几个方面的尝试，一方面借鉴教学团队成员们多年的科研工作的积累，将多种成熟的分子实验技术和实验材料提供应用到实验教学中，比如，根据目的基因设计引物进行PCR鉴定，利用切口平移法标记探针进行DNA分子杂交等分子遗传研究领域的常用实验技术。另外，依托教师所在的科研团队和研究项目，教师们把科研成果转化为实验课程内容，借助科研项目小组的实验材料，学生们才可以尝试更多的实验技术与方法，利用科研平台和项目背景促进实验教学的发展，开阔学生的学术眼光和视野、进行学术熏陶，这是一条行之有效、立竿见影的改革途径。

把教师正在从事的科研课题新知识贯穿到教学之中，使课堂内容更为具体、亲切、富于实际感受，从而激发学生科学研究的兴趣和灵感，鼓励学生申请一些研究生课题参与到研究工作中。实践表明，通过启发式的案例教学，不仅使同学们深刻领会到学习该门专业课的真正目的和用途，而且还大大提高学生培养和树立辩证的思维与系统的方法来综合运用专业理论知识去分析及解决复杂实际问题。由于基因工程具体操作中涉及基因的选择、技术路线的制订和实施，面对的都是系统问题，充满着局部与整体、微观与宏观对立统一的辩证关系，只有应用辩证的思维和系统的分析方法，才能客观地分析生物代谢环节、生理过程、发育阶段等在性状决定中的作用，从而制定出动态优化、高效的技术方案，这样有利于学生学以致用的应用型人才培养和创新思维能力的培养，收到了良好的教学效果[5]。

长期的实践告诉我们：教学是科研的基础，科研是教学的发展与提高的依托。《基因工程》是现代生物技术专业典型的专业基础课，其发展迅速，教学效果好坏直接影响高校生物技术专业人才的培养，进而影响高校人才培养目标的实现。通过对《基因工程》教学内容与教学方法的改革，不仅改变了在教学中只能教死书的状况，而且把在科研工作中积累的经验带到了课堂，丰富了课堂教学内容，提高了课程质量，促进学生跟上学科的发展进程，为国家培养更多高素质的21世纪合格人才。

参考文献：

[1] 吴燕华, 郭滨, 娄慧玲, 崔玉良, 顾惠娟, 乔守怡.从基因克隆到表达分析——改革基因工程实验课程的实践与体会. 遗传,2012 ,4(2): 248-252.

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关键词：基因工程；双语教学；教学质量

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）09-0157-02

随着经济全球化，我国经济与科技发展与国际联系越来越密切，需要一批具有国际视野和国际竞争力的人才，以应对经济全球化和科技革命的挑战。由此，培养适应经济全球化的人才成为高校教育的重要议题。教育部明确要求本科教育要创造条件使用英语等外语进行公共课和专业课教学。尤其是对高新技术领域的生物技术、信息技术等专业更需要使用外语教学[1]。

基因工程是生物技术专业一门重要的专业课程。它涉及面广，应用性强，发展迅速，既是生物技术理论研究的核心，又是一门应用性极强的学科，对生命科学的发展起着巨大的推动作用。因此，对生物技术专业的学生来说，该学科知识的掌握程度直接影响其专业素质。为使学生更好的理解基因工程相关知识，了解该学科的新动态，我们开展了基因工程双语教学，并对教学内容、教学方法、教材选用等进行了探讨。

一、《基因工程》双语教学的必要性

基因工程是现代生物技术的核心内容。它的快速发展大大推动了科学理论研究的发展，而且其应用几乎可涉及人类生存所必需的各个行业[2]。目前，英语是当今国际交流的通用语言。基因工程相关的权威论文和著作主要以英文发表。学术交流会上，专家主要采用英文作学术报告，相互交流也以英文为主。

二、提高《基因工程》双语教学质量的方法

（一）加强双语教学师资队伍建设

双语教学不仅要使学生扎实的掌握本专业相关的基础知识，还要提高学生的外语水平，引导学生用外语思维思考问题、解决问题，培养学生用外语学习专业知识的能力。这对任课老师提出了更高的要求。不仅要求教师具有精深的专业知识，而且必须具备较深厚的外语基础，有较强的读、写、听、说能力，能用英语进行日常交流，用外语表述专业知识、解析专业词汇。因此，作为双语教学的主要实践者，教师的英语水平、学科知识等直接影响教学质量。

（二）选择合适的原版教材

教材是体现教学内容和教学要求的知识载体，是进行教学的基本工具，是提高教学质量的重要保证。双语教学的教材更是一个非常关键的教学资源，教材的选择直接关系教学的质量和效果。目前国内出版的《基因工程》教材版本很多，但均为中文教材，无国内自编的《基因工程》双语教材。我们认为基因工程双语教学教材以英文原版教材为好。为实现基因工程双语教学的目的，我们采用了由Sandy Primrose等主编的《Principles of Gene Manipulation》国外优秀生命科学教材。该书的英文影印版和中文版均由高等教育出版社出版，特点是内容丰富先进，图文并茂，在国际上使用广泛，具有权威性和时代感。但国外教材内容广泛，知识的的系统性和逻辑性不强，对理论论述也不够详细。一些基础不好的学生学习起来会很吃力。因此在教学过程中，我们配套选用一本中文教材，还将一些国内教材列为教学参考书。

（三）把握好双语教学中的中、英文讲述比例，做到循序渐进

目前，高校双语教学一般采用三种方式:①全外语教学，即使用外语原版教材，外语讲解、板书、答疑，也常要求学生用外语提问、外语作业、外语考试；②使用外语原版教材，教师用汉语和外语讲课；③使用外语原版教材，中文授课模式[4]。

基因工程双语教学的首要目的是学生应该掌握基因工程专业知识，其次才是对专业英语词汇听、说、读、写及专业英语表达内容的理解能力。基因工程双语教学对象为生物技术专业三年级的学生。由于该专业学生的英语水平参差不齐，阅读英语教材和听英语授课的能力相对有限，掌握的专业词汇较少，很难理解英语专业书籍，若采用全英文授课，很多学生很难理解课程内容。因此，在教学内容上，我们采用英文教学和中文教学相结合的方式。教学内容在用英语讲述后，再用中文加以补充说明。对于一些较难理解的内容，常采用中文教学，再用英语进行相应表达。我们在基因工程双语教学过程中，遵循由浅入深、由少到多、由慢到速度适中的用英语解释专业知识。先充实学生的专业词汇，逐步提高学生阅读能力，再采取中英文讲授相结合的方法，加强学生对英文教学内容的理解能力。

（四）教学手段多样化

基因工程是分子水平上对基因进行操作的复杂技术。其内容涉及分子遗传学、生物化学、细胞生物学、微生物学及分子生物学等学科相关理论基础及其实验技术手段。课程内容繁多、概念抽象、理论性和技术性强。对一些基础不好的学生来说，其教学内容比较难理解。在双语教学过程中，有些英文基础不好的学生，看不懂英文原版教材，也听不懂教师的英文讲课，学习的积极性和主动性不高，这些将严重影响教学效果。因此在基因工程双语教学中，教师应尽量使用常见的词汇将复杂的句子简化，使教学内容简单易懂。在每一章节授课之前，要求学生课前预习教学内容。多媒体课件应图文并茂、形象生动。课件中多采用示意图、照片、动画和短片，使教学内容更直观、形象，便于学生理解所学内容。针对某些教学内容，老师可以设计一些讨论题，由学生查阅相关文献资料，进行归纳总结后，在课堂上用英文进行讨论。这样既可调动学生学习的积极性和自主性，又可让学生熟悉相关的专业英语词汇和表达，学会用外语去理解和掌握专业知识，用外语去思考问题、解决问题，从而提高学生的外语应用能力。一定时间后，要求学习小组上交全英文的学结报告。通过这种方式，让学生互相帮助，互相学习，共同提高。每一章节教学内容完成后，要求学生对教学内容进行总结和归纳。利用课外时间，我们会组织学生听取一些英文专题报告会，以提高学生对本学科前沿知识的了解。

（五）考核内容和方式灵活化

每章教学内容结束后，我们都会设计一些讨论题或设计题提供给学生，他们查阅相关文献资料后，以作业的形式递交或是集中讨论。设计报告和讨论稿以及学生在讨论中的表现及其平时在课堂上的发言次数、质量和水平都计入成绩，以此来鼓励学生的学习积极性，提高他们的语言表达能力和应用知识的能力，锻炼英文写作能力。

总之，双语教学是培养具有国际视野的高素质创新人才的重要途径，同时也是一项长期、循序渐进的工作[5]。随着我国生物技术研究及其产业的迅速发展，需要更多能够适应国际需求的人才。基因工程是现代生物技术的核心。与此相关的技术和研究结果常以英文展示。探索基因工程双语教学的模式，对教学质量的提高以及生物技术专业本科生综合素质的提高都具有重要的意义。

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关键词：基因工程 选修课 教学

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（a）-0143-02

20世纪70年代，随着分子生物学和遗传学的飞速发展，基因工程这门新的学科应运而生[1]。作为前沿性学科，基因工程技术历经数十年的发展，逐渐成为现代生物技术的核心，基因工程的理论和技术手段已渗透到很多领域，如医学、药学、农学、环境生物学、动物学、植物学、微生物学、食品科学等学科，各学科知识相互交联，形成致密的知识网络体系[2]。基因工程技术广泛地应用在医药、工业和农业领域，在生命科学的各个研究和生产领域拥有重要地位[3]，因此，基因工程成为生命科学相关专业的一门重要的专业基础课[4]。2013起该院开设了《基因工程》选修课，共20学时。在最初的教学实践中，发现了一系列问题。主要体现在：学生缺乏学习兴趣，对选修课不够重视；教学内容设置不合理，内容过多过深学生理解不够透彻、消化困难，内容过少过浅浪费课堂资源；学生对于知识似懂非懂，没有清晰的逻辑和概念；把选修课当做修满学分的工具。为了走出教学困境，教师们深入分析了授课对象，并对课程的内容进行重新设置，改善了教学方法，提高了基因工程选修课的教学质量，使学生在课堂中真正受益。

1 授课对象

最初基因工程选修课面向非生物技术专业所有学段本科生，据总计，大一和大二学生占70%以上。面对的问题是，此学段学生主要进行的是基础学习，基本没有开展专业课的学习，大多数学生对本专业认知程度浅，基础极为薄弱。这种情况下，除了绪论以外，学生无法立刻接受较为专业的知识，更无法将本专业知识与基因工程知识链接，如此一来，学生逐渐缺乏学习兴趣。因此，改变授课对象为该校临床医学、药学、医学检验、临床输血、食品科学的大三大四学生，此学段学生都已开始学习专业基础课，在对本专业知识有了一定的学习后，学生首先在选课的时候就会根据自己的兴趣和专业进行选择，在课堂上也能将基因工程与本专业知识点交叉互补。

2 课程设置

基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程是生物技术专业的四大专业课，其中相互关联的知识有很多，涉及生物化学、微生物学、分子生物学和遗传学理论知识，内容复杂，概念抽象、注重技术应用[5]。基因工程选修课的课程设置应具有基础性和前沿性，使学生在有限的时间里掌握基本的基因工程知识内涵，了解当今基因工程技术的应用和新的研究成果。

首先，教材的选择至关重要。学校选择面向21世纪高等院校规划教材《基因工程原理和技术》，由邹克琴主编。此书不仅有基础知识讲解，还包括基因工程技术的应用，知识点较为全面。同时还推荐两本选择阅读书籍：由克雷格・文特尔著的《解码生命》，阅读该书可激励学生的科研斗志；由于该校是医学院校，因此推荐学生阅读李校抑鞅嗟摹痘因工程与药物研究》，该书可为学生提供基因工程在药物研发中应用到的理论，并列举药物生产实践。除此以外，鼓励学生主动阅读其他感兴趣的相关书籍，并在课堂上讲述自己的阅读体会，达到知识的共享。

其次，设置合理的课程内容。基因工程选修课课程设置为两大部分：基因工程原理和基因工程技术应用。基因工程原理包括概述、分子克隆工具酶、分子克隆载体、PCR技术及其应用、DNA序列分析、DNA诱变、DNA文库的构建和目的基因的筛选，对于专业课中涉及到的人工染色体载体、表达载体、基因操作中大分子的分离和检测等内容过为复杂，在选修课中进行删减，只进行简单介绍。基因工程技术应用包括基因组研究技术，基因工程在动植物、微生物、医药上的应用，基因工程产品的安全评价及其管理。重点向学生介绍国内外新的成果，开阔学生的视野，培养他们的创新思维。

3 教学方法的更新

基因工程知识内容抽象，技术性强并注重实践应用，这使学生时常感到理解难度大。传统的教学手段通常是教师通过板书和课本进行授课，学生忙于记笔记，被动接受大量知识点后难以消化。使用多媒体现代化教学手段，可以在讲解抽象内容时配有动画和图片，使知识点的讲解更生动和形象。课程中涉及到大量操作技术，如PCR、分子克隆等，单纯靠文字描述学生无法理解。选修课课时有限，所以无法安排实验或现场观摩，教师在教学过程中应用视频或动画，对操作技术逐步展示并讲解，使实验操作形象化和具体化。另外，该校正在筹建生物技术虚拟实验室，在不久的将来，基因工程授课可充分利用此平台逐步提高课堂教学水平。

另外，在教学中添设与社会和生活紧密相连的思考题，如“如何看待转基因食品的未来？”“调查转基因食品在你生活中的占有比例”“你用过转基因疫苗吗？”利用社会热点问题引发学生讨论，鼓励学生自主查阅资料。学生通过查阅相关背景资料，对基因工程的应用发展现状有明确清晰的认识，并真正的成为课堂的主体。在教学过程中，教师也可结合正在从事的科研项目讲解基因工程技术在科研过程中的应用，引导学生思考在科研中出现的问题，对培养具有创造精神和意识的人才有重要作用。

4 考评机制的改革

以往的选修课考评采取笔试开卷考试，学生可以轻易地完成考试获得学分，修完课程后普遍认为收获较小。因此经过不断改革和实践，确立了基因工程选修课新的考评机制。由课堂考评（20%），作业考评（30%）和期末考评（50%）共3部分构成。课堂考评包括出席情况、课堂问题回答等其他课堂活动；作业考评包括随堂作业、布置的文献查阅、文献翻译、课外读物阅读心得等；期末考试则可有多种形式，如：分组课题答辩，自主命题的小论文写作、外文文献阅读和总结等。经过实践后，认为此考u机制发挥基因工程选修课的教学作用，激发了学生的学习兴趣，培养学生的协作精神。

5 结语

经过近年来不断地探索和实践，笔者在基因工程选修课的课程设置和教学方法等进行了一系列的改革。调查问卷结果显示，在新的教学模式下，学生普遍认为在课堂上对授课内容有着广泛的兴趣，他们不仅收获了学科上的知识，还锻炼了能力，增进了友谊。虽然这种新的教学方法得到了大多数学生的认可，但仍存在不足之处。因此，教师必须坚持不懈地进行教学创新和实践，以达到不断提高教学效果，培养具有高理论水平和高素质人才的要求。

参考文献

[1] 张小华，姚庆收，秦加阳，等.医学院校基因工程教学实践探索[J].西北医学教育，2013，21（6）：1173-1175.

[2] 苏泽红，练高建，何淑雅，等.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.

篇10

关键词 ：生物制药 研究 发展

引言

生物制药是我国科学研究过程中产生的一种先进的技术，生物制药的研究需要耗费大量的资金，当前生物药品的开发费用是十分惊人的，我国的生物制药技术在发展过程中也面临了较大的经费问题，从当前我国生物工程药物行业发展来看，我国的多项生物技术在实验研究的阶段与国际水平接近，甚至有一些技术已经领先了国际水平，比如肝细胞生长因子、人源性碱性成纤维细胞生长因子等产品都是具有我国自主知识产权，尽管我国在生物制药工程实践过程中的发展十分快速，但是在临床试验过程中还存在一些不足，因此使得我国生物制药产业的上游产业和下游产业之间出现脱节的现象，生物制药工程的产业化发展水平不足，明显落后于国际的先进水平。

一、 快速基因测序技术的进展

快速基因测序技术是基因工程发展过程中的一种重要技术，快速基因测序技术的发展以及应用，使得基因的诊断工具变得越来越专一、快速，使得当前我国基因相关疾病的检测研究进入到一个全新的阶段。比如通过当前的研究得到，hMLHI基因与30%继发性肿瘤相关，P53基因涉及到近一半的肿瘤，这些研究成果对于我国生物制药工程的发展有很强的指导作用。再比如在具体的研究过程中发现有些疾病，如肿瘤与心脏病是多基因性的疾病，因此不能采用一种药物针对一种疾病的方式进行治疗，而应该要根据个体的基因差异选择特殊的手段进行治疗。近10年以来，基因诊断所占的比重越来越大，在今后10年内，生物技术的研究和应用对于各种疾病的治疗将会发挥更重要的作用，有助于创造出更多有效地药物。

基因工程作为生物药物发展过程中的重要技术，在很多方面都有广泛的应用，尤其是在遗传工程方面，近年来所取得的突破越来越多。当前我国已开展的微生物基因组工作计划超过40项，依照目前的发展趋势，在未来的一段时间内，这些研究成果将会促进微生物领域的快速发展，对新药的研究以及医药工业的发展产生积极的促进作用。

二、 手性化合物的生物合成技术

手性化合物的生物合成技术是手性药物发展过程中取得突破的关键技术之一，手性药物及其中间体市场和相应技术的迅速发展使得相关产业也得到了快速发展，近年来，国际上的手性技术公司也变得越来越多，一些规模巨大的企业也开始对手性技术研究进行更多的投入，比如酶拆分、酶消旋等生物技术的应用，使得更为独特、毒副作用更小的新型手性药物变得越来越普遍。在当前的研究过程中，已知的聚酮类化合物超过10000个，其中作为治疗药用途的化合物全球年销售额十分巨大，已经超过100亿美元，具有十分广阔的前景。比如我们常见的抗生素，如红霉素、四环素、阿霉素、雷帕霉素等，其中大多数的聚酮合成酶基因已被克隆。在抗生素发酵过程中有一个十分严重的问题，即供氧，供养是一个抗生素生产过程中的一个限制因素，经过研究，该问题也得到了有效地解决，有美国科学家曾试验，将与氧传递有关的透明颤菌血红蛋白基因克隆进天蓝色链霉素中，使得供养不足的时候，仍然可以确保放线紫红素的产量，这一技术的应用，表明工程菌发酵过程中在合成抗生素时对氧的敏感性有了很大程度的降低，血红蛋白基因工程的研究和应用对于抗生素及其相关产业的发展有十分重要的促进作用。

三、 DNA芯片技术

DNA芯片技术也是一种前沿的科学技术，当前在生物医学、分子生物学等领域中都有广泛的应用，国际上也已经有相关公司对该技术进行应用，取得了很大的进步，我国在该领域的研究已经经过了几十年的探索与发展，当前我国已经可以实现利用基因技术对恶性肿瘤进行治疗，而且我国在该领域中的研究也取得了很多前所未有的成就，已经步入世界发展的现金行列。就当前我国的形势而言，基因疗法、转基因技术研究和一些基因工程治癌药物已经开始进入到临床试验或者应用的阶段，我国还对酶法生产D_苯甘氨酸和D一对羟苯甘氨酸技术进行研究和反洗，对于我国抗生素工业的发展有十分重要的促进作用。

四、 基因组科学的建立与基因操作技术

生物制药技术与基因是分不开的，我国当前的研究过程中，基因组科学的建立与基因操作技术已经取得了很大的进步，基因操作技术也越来越成熟，这使得基因治疗与基因测序技术有可能逐渐实现商业化发展。基因治疗对于一些恶性的疾病有很好的治疗效果，比如对于肿痛、肝炎、艾滋病、老年痴呆、囊性纤维变性、血友病、风湿性关节炎等，都有很好的效果，基因治疗所带来的社会收益也是十分巨大的，当前美国对于基因治疗的研究相对较多，美国已有30多个基因治疗公司，在今后的发展过程中，基因治疗将会成为一个十分庞大的市场。

五、 生物技术药物的发展趋势

生物技术药物作为一种先进的科学技术产物，对人类的健康以及人类的发展有十分重要的意义，当前世界各国也都认识到这一点，开始加强对这方面的投入，在今后的十年中，生物技术药物对当代的各种严重的疾病将会产生更好的效果，而且会在前沿性的医学领域中形成一派新的局面。生物学的发展不仅依赖于生物科学以及生物技术，与相关的领域的发展和走向也有重要的联系，生物技术的快速发展使得人们对未来的生物技术领域的走向很难做出预测，但是可以肯定的是，基因组图谱、克隆技术、遗传修改技术、生物医学工程等方面的发展十分迅速，生物技术还可以继续改进预防和治疗疾病的疗法，这些全新的疗法可以使得人体形成一个保护屏障，对各种病原体进行封锁，对人体形成一个更加全面的保护系统，确保人类的健康发展。

结语

生物技术的应用使得生物技术及其相关领域都得到了快速的发展，通过对各种生物技术的研究和分析，可以拓宽发明新药的空间，增加发明新药的机遇与速度，使得各种新药的临床试验效果更稳定，从而为人类的健康保驾护航。

参考文献

[1] 黄际薇，张云辉，林海中.生化制药的研究进展[J].中国药业，2003（24）