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關鍵詞:遺傳學;課堂教學;實驗教學;改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2017)16-0150-02
遺傳學是一門探索生命起源和生物進化的科學,對于推動整個生物科學和有關科學的發展都有著巨大的作用[1]。遺傳學是我院各專業不可或缺的專業基礎課,學好遺傳學將會為后續專業課程的學習打下堅實的基礎。本文根據多年來的教學經驗,在遵循遺傳學教學規律的基礎上有利于提高該課程教學質量的各個環節進行了探索。
一、課堂教學
課堂教學是教學施過程中最基本的一種教學形式,教師是課堂教學的組織者和引導者,在課堂教學中具有主導作用。課堂教學是教師講授知識、培養學生能力的主要方式。好的課堂教學能夠使學生在輕松、有趣的課堂氛圍中掌握理論知識,使知識的掌握不再成為枯燥的乏味的單純的知識灌輸。通過多年的教學,總結出了以下課堂教學經驗及體會。
1.教學內容。①根據不同專業合理安排教學內容,突出重點和難點,遺傳學是我校農學、種子工程與科學、生物技術、園藝、植物保護等專業必修的一門專業基礎課。因不同專業教學內容的側重點有所不同,授課學時也不同,所以教學內容的安排也不應該按統一的標準一概而論。比如,對生物技術專業來說,除了講解遺傳的基本概念、基本定理和研究方法外,還需詳細地講解現代分子遺傳學概念、理論、技術以及它們在實踐中的應用。②在課堂教學當中適當結合國內外學科前沿,在課堂教學中融入相關領域中最新研究成果,是提高教學水平和質量的手段之一[2]。現代科技的迅猛發展,遺傳學中的理論和技術也在迅速不斷更新。在進行遺傳學課堂教學時,教師不能只講授教材中的內容,應以教材為基礎,補充和完善遺傳學學科的新概念、新理論、新技術、新成果等新的教學內容,與時俱進,注重把本領域最新的研究成果與進展引入課堂教學當中,激發學生的學習興趣,滿足學生的不同需求[3],從而達到提高教學質量的目的。
2.靈活應用多媒體教學方法。隨著科學的進步,教學手段的現代化已成為當前實施素質教育、提高教學效率的一個重要方式。教師在課前要充分準備,注重多媒體的正確使用。同時使用的課件要靈活、內容豐富,再復雜的內容也要想方設法用簡單的途徑和方法展示、通過具體例子很生動的表達,善于歸納總結,并注重與教學內容的結合。
3.安排單元測驗,提高教學效果。目前遺傳學課程的考核方式還是以期末考試成績為主,而過程考核沒有量化。為了幫助學生注重平時的學習過程,提高學習質量和及格率,培養學生的遺傳學綜合應用能力。每個單元之后應安排一次小測驗,測驗內容反映教學目標及突出教學重點,同時要注重遺傳學綜合應用能力。題型包括,選擇題、判斷題、名詞解釋、填空題、問答題及計算題等。每次對測驗成績進行認真、深入的分析,實時掌握學生對該門課程的學習和掌握狀態,并總結教學中存在的問題,從而提高教學效果。
4.適時安排討論課,加深對知識點的理解。為了加深學生對理論知識的理解,啟發學生獨立思考和解決問題的能力,每個教學單元講授后安排討論課。在教師的指導下開展討論,由全班或小組成員圍繞某一中心問題發表自己的看法,達到相互學習的目的。首先要擬定討論題目,題目應該難易適度、面向大多數學生。題目應該是教學內容的重點、難點或具有不確定性和不一致性的問題。按題目的要求寫出發言提綱,在此基礎上進行討論。教師注意傾聽和發現典型的、代有普遍性的問題,并重點記載學生發言的優缺點,以便更好地引導學生。最后針對學生討論過程中存在的問題進行講解,把學生理解不深刻、不正確的問題給予糾正和深化。學生做報告和參與討論有助于增強學生的獨立科研能力,有利于提高學生靈活運用知識的能力和獨立思考的能力。
二、實驗教學
遺傳學實驗教學是遺傳學課程的重要組成部分,對培養學生的綜合素質起著無可替代的作用,遺傳學的快速發展給遺傳學實驗教學提出了更高的要求。遺傳學實驗教學不僅應注重學生對理論知識的掌握和科學思維的訓練,而且還應加強應用技術和實際操作的訓練,特別是近代遺傳學新興技術的訓練。
1.實驗教學內容。①注重遺傳學實驗的先進性,改革和創新實驗教學內容,瓦特森(Watsen,J.D.)和克里克(Crick,F.H.C.)于1953年提出DNA分子結構模式理論后,遺傳學的研究進入了分子水平。20世紀70年代初,分子遺傳學已成功的進行了人工分離基因和人工合成基因,開始建立了遺傳工程這一個新的研究領域。90年代后,遺傳學的研究進入了基因組學。由于遺傳學廣泛應用近代化學、物理學、數學的新成就、新技術和新儀器設備,因而由宏觀到微觀逐步深入到研究遺傳物質的結構和功能。從事遺傳學研究首先要掌握遺傳學研究方法、技術理論基礎、應用等內容。傳統遺傳學教學中,實驗內容安排大都以經典遺傳學和細胞遺傳學為主,在實驗安排上跟不上遺傳學教學內容的更新。因此,為解決這種現象,應根據教學內容,從簡單到復雜逐步的安排分子遺傳學研究技術,幫助學生了解遺傳學研究方法,同時要側重于培養學生的理論聯系實際的能力、創新能力。比如講授完DNA復制時就安排PCR(聚合酶鏈式反應擴增)技術;在真核生物表達調控時,講解從真核生物體內如何提取不同RNA的方法、DNA微陣雜交等內容。②實驗課內容要凸顯高校遺傳學研究方向,不同高校在同一個領域的研究材料和方法都有一定的區別。比如,以擬南芥為實驗材料,在“核算測序”中測定擬南芥熱休克轉錄因子的核苷酸序列。實驗課內容的這種安排,一方面有助于學生通過實驗掌握當前的遺傳學研究方法、技術,另一方面也能夠幫助學生了解高校的研究方向,如果學生在本校繼續深造,就會很容易的進入研究工作。
2.教師和學生的充分準備,保證順利完成實驗教學任務。因為實驗課是理論聯系實際的教學活動,實驗教學內容也是當前的遺傳學研究技術方法。由于實驗的內容先進,因而也具有一定的難度,這就要求教師和學生要有充分的準備。實驗課的主要準備內容包括:一是實驗教師的準備,教師提前在學生做實驗的同樣條件下,從頭到尾把實驗做一遍。二是學生的準備,教師應在第一次上課時讓每一位學生準備一個實驗記錄本,每次新的實驗開始前一周讓學生預習,了解實驗內容并將相關問題記錄在實驗記錄本上。學生必須在做實驗前要了解每個實驗的目的、方法、操作步驟、作業等內容。有了教師和學生的充分準備,實驗教學效果就能夠得到有效提高。
3.撰寫高質量的實驗報告,培養學生從事科研及科研論文寫作能力。實驗報告是實驗結果的總結和反映,也是實驗課的繼續。實驗報告的書寫情況是學生學習態度、思維能力及教師教學成果的綜合體現。加強實驗報告的書寫能力,不僅利于實現實驗教學目標,提高學生本身的專業素質,而且也能促進學生理論系實際的學風和實事求是的科學態度。傳統的實驗報告格式不利于學生分析問題和論文寫作能力的培養。為此,要求學生的實驗報告的書寫按論文格式進行寫作,包括引言、實驗目的、實驗方法、步驟、實驗結果、討論、結論等部分。這樣有利用于學生用所學的理論知識對實驗結果進行分析總結,加強學生的邏輯推導和理論聯系實際的能力。這就要求教師認真地批改實驗報告,如果實驗報告有不清楚、錯的部分,教師應該書寫自己的要求并還給學生,要求學生在固定的時間內按照教師的要求更改。從而,學生也就會很重視從實驗課的準備、進行、到實驗報告的書寫等部分,這對培養學生對提高實驗教學質量具有積極促進作用。
關鍵詞:遺傳學教學;科研理念;前沿知識
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)46-0165-02
遺傳學是生命科學中最核心的學科,也是發展最為迅速的學科之一。例如差不多每期頂級期刊《細胞》(Cell)、《自然》(Nature)和《科學》(Science)(國內簡稱CNS)都會發表遺傳學方面重要突破的文章。但是遺傳學教材的內容則相對滯后,原因是教材的編寫和出版周期較長,加之教材內容主要是結果比較確定的內容,因此往往要比實際進展滯后5~10年或者更長時間。對遺傳學這樣發展極快的學科來說,如果課程內容多年不更新,每年講同樣的內容,恐怕是不恰當的。另外,傳統課堂教學中注重知識傳授,忽視知識獲得方法的情況也顯著存在。
為了改善這種狀況,遺傳學教學要注重結合教師的科研理念和前沿知識的介紹,而且這兩方面差不多是統一的。有研究表明,教師的科研成果和教師的教學效果呈現較為顯著的正相關,表明大學教師的科研和教學存在相互促進的關系。注重科研的教師,更會將學科最前沿的信息帶到課堂,從而激發學生的求知欲和好奇心。這要比只會照本宣科的教師更有利于培養學生的創造能力。老一代著名科學家錢偉長先生早就指出:“教師的提高,不是靠聽課進修,而是主要靠做科研工作,邊研究邊學習,這是積極有效的方法。”“教師的教,主要不是把知識教給學生,而是要把獲取和處理知識的能力教給學生。”“講課不應只講具體的知識。具體的知識學生是很容易懂的,教師應講重大的概念,講過去和當前發展的情況,發展的趨勢和走向,講你自己的觀點,用你頭腦里的一把火去點燃千百學生頭腦里的一把火。”
不注重知識獲得過程,只注重結論的傳授,會阻礙學生對科學本質的理解;而不注重前沿知識的教學,則容易造成科學教育的“片斷化”。前沿知識的教育,可以讓學生了解學科的迅速發展,結果日新月異,體驗前沿激動人心的進展,能激發他們的認知興趣,引發探究欲望。此外,注重課堂教學中滲透科研理念和前沿知識,可以防止學生對教材和書本的盲信盲從和過度依賴,有助于學生對科學發現和科學本質深刻了解,養成科學精神。其實不止科學類課程是如此,文科教學也應如此。在這方面一些文科方面的大師給我們做出了很好的榜樣。據歷史學大師陳寅恪學生和女兒的回憶:“寅師授課,創見(Discovery)極多,全非復本(Reproduction)。”“即使每年開同以前一樣的課程,每屆講授內容都必須有更新,加入新的研究成果、新的發現,絕不能一成不變。”
教師在在課堂教學中結合自己的研究,適當介紹研究對象的進展情況,所用遺傳學方法的利用情況,將親身經歷和體會告訴學生,是很能提高學生的學習興趣和加深學生對相關知識的掌握的。例如,結合我的科研工作,在遺傳學教學中適當章節介紹互補測驗、分子標記在基因克隆中的重要作用,以及上位性在進行遺傳學分析和分子機理揭示方面的作用,都加深了學生對所學知識的印象,提高了教學效果。另外,本身是搞科研的教師,通常不會干巴巴介紹書本上的結論,有意注重經典實驗的介紹。如Avery-MacLeod-McCarty的R型細胞向S型細胞轉化試驗和Hershey-Chase的噬菌體侵染大腸桿菌(Escherichia coli)試驗證明生物的遺傳物質是DNA。Watson和Crick的DNA三維結構模型,是在DNA堿基的Chargaff規律和DNA的X射線衍射照片的基礎上提出的。證明DNA和染色體的半保留復制,需要介紹Meselson-Stahl對大腸桿菌DNA的超速離心實驗及利用BudR對復制染色體的標記實驗。三聯體密碼子的存在和解碼,需要介紹Crick利用噬菌體T4的rII突變體的遺傳分析,Nirenberg和Mathaei利用無細胞的體外翻譯方法破譯遺傳密碼。
在農科遺傳學教學中,我們發現很多前沿知識需要補充。目前隨著包括人類、果蠅、擬南芥、水稻等在內的模式生物基因組測序工作的完成,遺傳學進入了后基因組時代,即功能基因組學時代。在基因組、轉錄組、蛋白質組等水平上的系統研究手段需要讓學生有所了解。此外,一些觀念需要更正。如在真核生物基因組中存在著大量的非編碼的DNA,原來以為它們沒有什么功能,稱之為“垃圾DNA”,現在人們發現事實并非如此,這些“垃圾DNA”可以通過編碼微RNA(microRNA,miRNA)而發揮功能。
在基因表達調控領域,是研究相當活躍的遺傳學領域之一。表觀遺傳學(epigenetics)機制和微RNA的作用,都需要在適當章節加以簡介。不少遺傳學課本這方面的內容極少,甚至有的課本提都不提。表觀遺傳是基因結構未改變但基因表達發生變化或染色質調節基因轉錄水平改變的遺傳變化,主要內容包括DNA甲基化作用(DNA methylation)、組蛋白修飾作用(histon modification)、染色質重塑(chromatin remodeling)、遺傳印記(genetic imprinting)、X染色體失活(X chromosome inactivation)及非編碼RNA(non-coding RNA s)等,這些內容對理解生物基因表達調控奧秘,運用表觀遺傳學技術來改變或調整基因表達方面都具有重要意義。微RNA是一類在基因表達調控、細胞分化等過程中發揮重要的作用的RNA分子,大小約21-25個核苷酸,一般來源于染色體的非編碼區域。微RNA通過RNA干擾作用機制發揮生物學功能,是21世紀生命科學的重要發現。這些重要突破將來獲得諾貝爾獎的可能性是很大的,呼聲也是很高的。
即使在經典遺傳學領域,目前在揭示遺傳規律和遺傳現象發生機制方面也取得了長足的進步。例如在講授孟德爾分離規律時,F1代表現顯性性狀,而不表現隱性性狀。我們可以提一下日本奈良尖端科學技術大學院大學高山誠司(Seiji Takayama)課題組2006年發表在《自然-遺傳學》和2010年發表在《自然》上的兩篇文章。他們的研究表明,顯性基因表達,而隱性基因表達被抑制的原因是,由于位于顯性基因附近的某種基因指導合成了一種順式作用的小分子非編碼RNA(24-nucleotide sRNA),導致隱性基因甲基化,從而隱性基因作用被遏制。
由于遺傳學教師的實際科研工作可能只集中在相關生物遺傳的某一個很窄的方面,如果要在課堂教學中滲透前沿學科知識,就需要經常性閱讀遺傳學方面的國外版本更新較快的專著、教材如Krebs JE、Goldstein ES、Kilpatrick ST編寫的《基因》(Levin’s GENE XI),期刊如英國《自然》(Nature)、美國的《科學》(Science)和《細胞》(Cell)網頁中全文(或摘要)、科技新聞及評論。此外,遺傳學教師在有條件的情況下,宜泛覽《自然-遺傳學》(Nature genetics)、《自然綜述遺傳學》(Nature reviews genetics)、《遺傳學年評》(Annual Review of Genetics)、《遺傳學趨勢》(Trends in Genetics)、《美國人類遺傳學雜志》(American Journal of Human Genetics)、《基因組研究》(Genome Research)、《遺傳與發育新見》(Current Opinion in Genetics & Development)等國際著名的遺傳學期刊,并將最新的遺傳學領域最新和最重要的發現、進展和動態介紹給學生,這對開闊學生專業視野、提高學生的學習興趣大有裨益。
參考文獻
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關鍵詞 GoPubMed PubMed 信息分析
AbstractGoPubMed is the latest,conducting intelligent search tool to PubMed.The text analyzes the papers published by Jiangsu Institute of Hematology,indexed into PubMed by using GoPubMed.
Key WordsGoPubMed;PubMed;information analysis
GoPubMed是德國Transinsight公司開發的生命科學語義搜索引擎,其網址為:省略/。其2008年12月推出的4.0版獲2009年度德國Red Dot設計大獎:傳播設計領域(圖形用戶界面與交互工具)之至尊獎(the best of the best)。該引擎是基于知識和語義計算處理的智能檢索系統。其數據源與美國國立醫學圖書館的PubMed完全一樣,其本身并沒有數據庫,其原理為將讀者檢索提問詞提交給PubMed,接收PubMed的檢索結果,利用GO(gene ontology,GO-基因本體)和MESH(醫學主題詞表)對檢索結果進行提煉,利用算法從中提取GO術語和MESH主題詞,自動生成臨時基因本體和醫學主題詞表,從而對檢索結果進行分類,讀者可以根據這些分類快速找到需要的文獻[1]。
GoPubMed統計分析功能具有對所有檢索結果或單獨對分類類目中的術語在PubMed中檢索得到的文獻進行的統計分析,提供的4W分析(What,Who,Where,When)可以直觀地提供給我們包括對檢索到文獻從年代分布、核心著者、核心期刊、著者分布的可視化地圖。
資料與方法
由于GoPubMed的數據源取自PubMed,故我們研究的對象論文為江蘇省血液研究所(Jiangsu Institute of Hematology)發表的被PubMed收錄的論文。
研究方法:使用GoPubMed檢索引擎,輸入檢索詞“Jiangsu Institute of Hematology”進行檢索,并對檢索結果進行分析。
圖2 Who分析顯示核心作者
圖5Who分析的研究者合作關系網絡
圖6When分析的發表文獻時間分布和趨勢
圖8Where分析的世界地理分布
結 果
檢索出相關文獻323篇。What分析:顯示該所的研究內容與研究方向主要為白血病、基因表達、骨髓移植、抗原電泳實驗、淋巴胚前體細胞白血病、細胞遺傳學等(圖1)。
圖1 What分析顯示研究方向
Who分析:該所的核心作者:阮長耿教授-資深作者(Senior Author)(圖2)。
核心作者群:阮長耿教授、薛永權教授、陳子興教授。其他高產作者還有潘金蘭、岑建農、白霞、王兆鉞、沛、吳亞芳等(圖3)。
的核心期刊:依次為中華血液學雜志(77篇),中國實驗血液學雜志(45篇),中華醫學雜志(20篇),中華醫學遺傳學雜志(18篇),中華內科雜志(17篇)等(圖4)。
該所研究人員的合作關系網絡圖,見圖5。
圖4Who分析的核心期刊
When分析:該所發表文獻時間分布和趨勢(圖6)。
Where分析:江蘇省血液研究所研究成果的世界地理分布圖(圖7、8)。
圖7 Where分析的國家和城市分布
討 論
GoPubMed是優秀的智能檢索工具。不僅可以對一個研究機構發表的文獻進行分析從而揭示其研究方向、核心作者、研究趨勢等,還可以針對某一研究課題進行分析,總結出該課題領域的最新相關情況。必將在醫學研究中越來越多地發揮重要作用。
參考文獻
關鍵詞:動物遺傳學;教學實踐;教學質量
中圖分類號 G642.0 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731(2014)06-133-03
《動物遺傳學》是動物科學等相關生物專業的一門重要的專業基礎課程,主要學習內容包括遺傳學基本定律―孟德爾的分離定律和自由組合定律以及摩爾根的連鎖互換定律,遺傳的染色體理論,遺傳的重要物質核酸的結構與功能,群體遺傳結構中基因頻率與基因型頻率的概念以及遺傳平衡定律Hardy-Weinberg平衡理論、影響平衡的各種因素:選擇、遷移、突變、遺傳漂變等,數量性狀的概念與主要遺傳參數遺傳力、遺傳相關和重復力的概念及計算方法[1]。目的是讓學生了解遺傳學的發展歷史,掌握遺傳學的基本知識和基本理論,理解分子遺傳學的基本原理與研究方法,為后續課程的學習奠定基礎。
動物遺傳學在學習過程中具有較強的理論性、邏輯性,并且相對抽象,屬于畜牧專業中比較難學的一門課程。隨著高校教育教學改革的不斷深入以及素質教育的推進,課堂理論較實驗課程較少并且不斷壓縮,已經由課程初始設置的125學時減少到目前的50學時,甚至是44學時。壓縮理論課時,學生普遍反映遺傳學課程的教學內容較多、時間較為緊張、知識面跨度大、學習難度大,并且在學習的過程中經常產生抵觸的情緒,給教學工作帶來較多的困難。因此,在教學過程中,基于以學生為本的教學思想,應積極改進遺傳學教學法,并且重點培養學生學習遺傳學的興趣,調動學生的學習積極性和主動性,這對于提高遺傳學教學效果,培養學生的綜合素質具有十分重要的意義。采取何種教學方法,如何提高其教學效果,值得深入探討。
1 培養學生對動物遺傳學的學習興趣,充分發揮學生主體作用
興趣才是最好的老師,它能有效地誘發和強化學習動力。單單靠一塊黑板和一本教材傳授、籠統地灌輸知識,勢必會降低學生對課程的學習興趣,并且直接影響學習的效果。緒論作為第一節課,是教師宏觀的對學生介紹一門課的方向,并且是與學生的第一次接觸,教師自身的水平、性格、態度、言語表達、情感、穿著等都會給學生留下較為深刻的印象。在緒論課上,可精選一些典型的遺傳學學史事例,一些在遺傳學領域中作出較為重要貢獻的歷史人物事跡,在當前醫學、生物技術等領域的應用與遺傳學相關并且所起到的至關重要的作用的事例,充分展示課程的重要性,在學生了解遺傳學的建立與發展的同時,進而使學生學習興趣得到提升。
2 采用多媒體教學,展示更多的研究信息
對于遺傳學的學習,教授的引導、啟發、推理以及學生的想象占據了大部分內容。在教學實踐中,教授過程應運用生動的語言,教師應充當引導者和組織者的角色,充分發揮其引導作用激發學生對遺傳學的學習興趣。在有絲分裂、減數分裂、基因表達調控等內容教學過程中,應該將教學內容與實際生活充分地聯系起來。把多媒體輔助教學、動畫及圖像結合起來激發學生強烈的學習興趣,有利于學生對知識點形成較為直觀地形象理解。以學生為主體,通過照片、視頻等媒體為輔助,生動形象的介紹學習內容,建立學生對知識點的直觀理解,使學生對其產生新鮮感并成為對認知過程形成主體意識的主動構建者。在學生心理方面,隨著時間的推移,學生對學習的新鮮感會逐漸減弱并且產生微妙的變化,這種變化表現在學習態度以及行為方面。從教師角度來看,如果單純利用視聽媒體的優勢不斷地向學生灌輸知識和信息,只是依托媒體照本宣科,勢必成為另一種形式的“滿堂灌”;追求“直觀”也不能限制學生想象、思考的空間而遲滯抽象思維的發展。因此在利用多媒體教學的過程中,應當把啟發式教學的思想預先注入媒體的圖像、視聽造型及媒體的組合之中,確定啟發式精講與媒體的啟發式展示相結合的教學策略。
3 對于不同的章節,應采取不同的授課方式
采取題海戰術在遺傳學的教學實踐中是不可取的。例如遺傳的三大定律、染色體數目及結構變異等不需要死記硬背,教師應通過鼓勵學生多做習題或者上習題課的方法來掌握。在布置習題的過程中,應有針對性地選擇一些典型的習題并重點說明。在批改學生作業的過程中,要發現學生的問題所在,對習題進行深入地解析,使學生可以牢固地掌握所學內容。
4 增設討論課,提高學生的分析與總結能力
遺傳學內容抽象,不易掌握。在教學過程中常出現有些學生可以理解,有些學生一知半解的現象,應充分對某些學習內容開展一些必要的課堂即興討論,增加學生的學習興趣。例如在有絲分裂、減數分裂、遺傳學的三大遺傳規律教學中,針對處于不同時期及染色體在分裂過程中的動態變化規律和對某些概念點的實質的聯系、區別,在細胞核遺傳、細胞至遺傳以及母性影響的區別和聯系,還有一些較為典型的F因子、Fc因子及Hfr區別和相互影響,這些都可以作為課堂上較為典型的問題進行提問和討論。如有必要可將其作為一次課后作業讓學生充分思考。在經過充分的討論及課后的靜心思考后,可由學生自主理清思路并且以小論文的形式提交作業或者以討論形式在下一節課堂上進行專門的討論。這種形式[2]可充分改變由教師一個人形成的主講式課堂,并不是從一個教師的角度去理解問題,而是從學生個人的角度去學習理解。這種穿插式的討論和教學方法會使學生對遺傳學的學習興趣增加并且對知識體系產生深入地認識,提高了自主學習性,并使學生的總結能力、分析能力得到提高。教師在教學中可以組織學生各抒己見、自由地表達對問題的觀點,教師可適當的引導和提問,讓學生相互質疑、相互補充等從中得出結論,然后教師對所得出結論進行點評。值得一提的是,在教學過程中,教師要善于發現并且捕捉到學生的閃光點,對不同水平的學生給予適當的評價和鼓勵,使學生保持著一種積極好學的心態,充分發揮以學生為主體的作用。
5 精心準備遺傳學的實驗課
遺傳學在農業、醫學、環境污染治理、生物多樣性的保護等方面具有重要作用,而實驗教學是不可分割的重要部分[3]。實驗教學在育人方面有其獨特作用,不僅可以授人以知識和技術,培養學生的動手能力與分析問題、解決問題的能力,而且能夠影響人的世界觀、正確的思維方法和嚴謹的工作作風。實驗室是實驗教學的主要場所,而實驗教學又是培養有創新思維、創新能力人才的最佳途徑。在遺傳學課程的安排中,實驗課占了1/3~1/4。實驗課不僅能激發學生的求知欲,而且能加深學生對所學理論知識的理解,鍛煉學生的實驗操作技能,有助于提高學生觀察、思維、分析和創新等方面的能力。
隨著遺傳學的發展,僅僅停留在以果蠅為材料的實驗方法上,遠遠無法滿足學生的需要。可以結合生物科學目前發展的趨勢,為學生開展一些分子生物學的實驗,例如DNA的提取、基因克隆、DNA測序、轉基因等等,讓學生對當前的實驗技術有所了解[4]。這不僅能夠激起學生學習的興趣,還有利于培養學生進一步在生物科學領域深造的欲望。
6 培養學生的信息素質和自學能力
教師的教學體系應該與時俱進,要利用網絡的生物資源對學科的發展前沿進行適當的調整和數據庫共享,對網絡資源的應用和對課堂教學的引入都極大的利于學生在對遺傳學課程學習知識體系的擴展、更新和學生自學能力、自身素質的提升。
隨著遺傳學的快速發展,遺傳學在教學中的缺陷表現為教材內容的滯后性,因此產生在學習中對課本獲取知識的不足。但網絡的信息資源的數據共享便可彌補這一缺陷,因此為教學構建了一個較為便捷的平臺。教師在教學過程中可采取由學生提出關鍵詞、教師總結的方法,讓學生進行網絡查詢,使網絡與課本相結合,自主了解最新的研究成果和研究進程,有助對學生積累信息的能力和自主學習的能力的提升,并且可以對所學的內容有所鞏固,開闊學生的專業知識視野。
7 多做習題,熟練掌握各種遺傳規律
世界是多姿多彩的,性狀的遺傳也是非常復雜的。如果在教學中缺乏實習、加上實驗條件的限制,沒有接觸各種遺傳現象的機會,則可以通過做各種各樣的習題來彌補。如為學生出各種各樣的習題,每講過一段以后,可進行一次習題課的講解,最后再做一次綜合練習。讓學生從各種各樣的習題中發現、掌握各種各樣的遺傳現象和遺傳規律,從中摸索分析問題,解決問題的方法。
8 提高自身的語言表達水平
有人說教師的語言如鑰匙,能打開學生心靈的窗戶。好的教師語言是教師從事教育、教學工作必備的條件。教師語言水平的高低,直接影響到教學效果和教學質量的優劣[5]。作為一個合格的人民教師,必須不斷地提高自己的語言表達水平,盡量使自己的語言幽默詼諧。蘇聯作家斯維洛夫說:“教育家最主要的也是第一位的助手是幽默。”一個概念,講授時有無幽默感,表達效果就不大一樣。幽默能引起學生的興趣,加深學生的理解和記憶。趣味性一般指教學語言生動形象、富于情趣。教學語言的趣味性也是教育教學成敗的重要條件之一。
9 結語
以上是對遺傳學教學中的體會作了一些總結和探討,如何采用不同的教學方式教學手段和網絡資源,提高學生的學習積極性和主動性,從而提高教學的效率與質量,是一項非常艱巨的任務,還有待于在教學實踐中逐漸探索和研究。
參考文獻
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關鍵詞:遺傳標記 遺傳學實驗 SSR 棗樹 分子遺傳
Application and practice of SSR marker in the teaching of genetics experiment
Pang Xiaoming, Li Yingyue
Beijing forestry university, Beijing, 100083, China
Abstract: The well-designed experiment is a successful case of making full use of scientific research achievements in the teaching of genetic experiment, which includes the experiment of DNA fingerprinting construction and paternity analysis of the seedlings. Through the experiment, the students will have the experience of PCR technology, DNA isolation and the separation of DNA by different methods. Furthermore, the involvement in the experiment will help to strengthen several important concepts in the genetics including gene locus/allele, heterozygosity/homozygosity, diploid/triploid, the Mendelian inheritance laws and DNA fingerprinting etc. Taken together, the experiment will be important to invoke the interest to learn the course for the students.
Key words: genetic marker; genetic experiment; SSR; jujube; molecular genetics
“DNA指紋”是指可以利用DNA差異來進行與傳統指紋相似的個體身份識別。DNA指紋是以DNA的多態性為基礎。SSR(Simple sequence repeat,簡單重復序列),又稱微衛星DNA,一般是由2~6個核苷酸堿基組成的基序并串聯而成的DNA序列,在真核生物基因組中廣泛存在。SSR標記具有多態性高、實驗操作簡單、穩定性好、可重復性高、對DNA模板質量和數量要求均較低的共顯性標記,現廣泛應用于親本分析、遺傳多樣性研究、指紋圖譜和遺傳圖譜構建等方面,是一種目前發展較為成熟的分子標記技術[1]。
在植物的遺傳及育種試驗和實踐中(如實生選種中),獲得的子代苗母本來源是確切知道的,但經常缺乏父本信息。利用共顯性分子標記技術結合統計分析方法可以幫助我們尋找可能的父本來源。父本分析(Paternity analysis)對了解群體間或世代間的基因流動及性別選擇適合度有重要的理論意義[2]。SSR的高分辨力及其共顯性遺傳特點使其成為雜交種親本鑒定使用最多的標記。
常用的父本分析方法包括排除分析法、最大似然性分析法和父性拆分法等,在植物群體中利用親本排除法進行父本分析的例子較多[2]。排除分析法根據孟德爾遺傳規律檢測母本與可疑父本基因型組合能否產生子代基因型,否則排除相應可疑父本。另外,也可以利用軟件Cervus 3.0進行分析。Cervus 3.0是一款使用共顯性標記的軟件,是Marshall于1998年開發的,這款軟件可以鑒定單親本未知或雙親本未知的情況,基于最大似然法進行親本分析,通過等位基因頻率來計算各個非排除父本作為親生父本的概率,進而確定最大可能的父本。用LOD值來進行結果分析。由于便于操作,是目前最普遍應用的親本分析軟件[3]。
該實驗是體現遺傳學原理和技術在生產和生活中應用的例子,可達到鞏固和學習如下重要知識點的目的:(1)通過提取棗樹DNA,熟悉植物DNA的提取步驟;(2)鞏固分離定律和自由組合定律的學習;(3)鞏固PCR技術原理;(4)通過SSR標記的檢測,掌握SSR標記的原理、檢測技術和應用;(5)通過二倍體和多倍體基因型差異,鞏固復等位基因和基因座等概念;(6)學習利用SSR標記進行親子鑒定的原理和技術。學生通過實驗了解到遺傳學技術和理論知識可解決生產生活中的具體問題,可有效調動學生學習遺傳學知識和技術的興趣和熱情,有助于消除科學研究高不可攀的心理,激發學生對基本實驗和科學研究的興趣,增強學生分析問題和解決問題的能力。
1 實驗材料及試劑
1.1 實驗材料
冬棗、映山紅、贊皇大棗(3n)、梨棗、柿餅棗和辣椒棗及6個不同的雜交后代基因型(已知母本為冬棗,假定父本未知)共12個基因型的植物材料。
1.2 實驗試劑
PCR MIX(北京博邁德科技發展有限公司),6~8對SSR引物,瓊脂糖,DNA分子量標準,ddH2O,溴酚藍加樣緩沖液,5×TBE濃貯液〔稱取27.5 g硼酸與54 g Tris堿,稱量20 ml EDTA(0.5 mol/L),加入蒸餾水定容至1 000 mL,待溶解后室溫保存待用〕,使用時稀釋為0.5×TBE,Goldviewer II(染液)等。
2 實驗方法
2.1 實驗儀器
微量移液器,小型離心機,恒溫水浴鍋,PCR儀,電泳儀,紫外透射儀,照相機或(國產凝膠成像系統),槍頭和離心管(使用前高溫滅菌)。
2.2 實驗步驟
(1)DNA提取:從我校實驗苗圃采集各植物材料葉片,對各樣品進行準確編號記錄,應用CTAB法或試劑盒法提取總DNA。
(2)DNA質量檢測:取5μL DNA樣品混合1μL 6×Loading Buffer,用0.5×TBE液配制0.8%瓊脂糖凝膠對總DNA進行電泳質量檢測;取3 μLDNA樣品液,在超微量紫外分光光度計上測量其DNA含量(μg/mL)、A260 nm/A280 nm的值及其在260 nm處的吸收峰,檢測DNA的純度,對DNA進行稀釋,直至工作濃度10 ng/μL。
(3)SSR-PCR擴增:應用6對SSR引物(見表1)進行PCR反應[4],引物由北京金唯智生物公司合成。熒光引物為M13(-21)-ROX:TGTAAA ACGACGGCCAGT。
表1 SSR引物信息表
20.0 μL PCR反應體系包括:2×PCR MIX(10 μL)、DNA模板(1.0 μL),1?M上游引物(1.0 ul),1?M下游引物(1.0 μL)和ddH2O(7.0 μL)。如果采用毛細管測序電泳檢測,則體系中加入1 ?M的M13引物3.2 μL。按上述體系混合好后,PCR程序設置如下:94℃ 5min;94℃ 30s-55℃(相應退火溫度)30s-72℃ 45s,30個循環;94℃ 30s-53℃ 30s-72℃ 30s,8個循環;72℃ 10min;4℃ forever。
(4)擴增產物檢測:擴增結果按照公司提供的手冊進行ABI Prism 3730XL型測序儀測序檢測,所得數據利用GeneMarker V1.75軟件進行讀取。或者采用4%瓊脂糖凝膠電泳進行檢測:用1×TBE液配制70 mL+3.5 μL Goldviewer II;每管加入5 μL溴酚藍上樣緩沖液,瞬時離心取10 μL擴增產物上樣;穩壓100V,電泳1~1.5 h;UVP凝膠成像系統觀察電泳結果并拍照。
2.3 分析結果
圖示各品種的基因型,計算相關指標或采用軟件分析確定子代的未知父本;當用于檢驗的位點間非連鎖遺傳時,每一個位點可以計算出一個父權指數PI(paternity index)值(疑似父親獲得父權的可能性與失去父權可能性的比值,也稱為非父排除率),多位點的累積PI值(CPI)等于各位點PI值的乘積,計算公式為:CPI=PI1×PI2×PI3×…×PIn(1,2,3…n代表第1,2,3…n個位點的PI值)。由PI值得到的相對親權概率RCP=[CPI/(CPI+1)]×100%≥99.73%時,可認為疑似親本得到父權,RCP
3 實驗結果
微衛星位點BFU0277的基因分型峰圖如圖1所示。分型結果理想,可以較為準確地判斷等位基因大小。由圖1可知贊皇大棗含三等位基因,驗證的基三倍體的特點,其余樣品為二倍體。二倍體樣品中除梨棗是純合體以外,其他樣品為雜合體。對除贊皇大棗以外的其他個體共分析了8對SSR引物,每個個體的基因型見表2。從表2可以看出,11個個體在這8個基因座的基因型是不一樣的,這也構成了區分這11個樣品的SSR指紋圖譜。
圖1 12個樣品在BFU0277號引物中的毛細管電泳檢測圖
表2 11個樣品在8個基因座的SSR基因型
子代1~5的母本為冬棗,通過排除分析法,子代1~4不可能以柿餅棗、辣椒棗或梨棗為父本,因為SSR等位基因遺傳違反孟德爾遺傳規律,子代出現與這幾個疑似親本完全不同的等位基因位點,排除它們之間有親緣關系。而映山紅不能排除為父本。按照方法中所述公式計算CPI和RCP,結果見表3,可推測映山紅為子代1~4的父本。對于子代5,所有的可能父本都被排除,因此在供選材料中沒有子代5的父本。而子代6為雙親都未知的個體,通過排除法發現,供選親本中沒有合適的樣本可能為其父母本。
表3 4個子代的父本分析指標
由Cervus 3.0軟件分析發現,子代1~4的父本為映山紅的LOD值見表3,4個LOD值都大于零,與RCP計算結果相一致。對于子代5,所有的可能父本的LOD值都為負值;對于子代6,各種父母本組合的LOD值均為負值。因此,與排除法所得的結果相一致,疑似親本中沒有這兩個個體的父(母)本。
4 結束語
本實驗為基于課題組最新的科學研究成果設計成的學生容易操作的實驗內容,把與實踐掛鉤的親子鑒定內容設計到實驗中,可以增加學生的學習興趣[6]。根據實驗結果我們看到,本實驗涉及基因位點/等位基因、純合體/雜合體、二倍體/三倍體、孟德爾遺傳規律和DNA指紋圖譜等多個(對)重要的遺傳學概念,使學生能形象地掌握相關概念。
根據學生專業和課時長短的不同,教師可以對實驗內容有選擇地進行。生物科學和技術類專業課時較長,可以選擇用常規的CTAB方法進行DNA提取;而農業和林業等應用性專業學時相對較短,可采用試劑盒進行DNA提取,以節省時間。如果時間和實驗經費允許,SSR的產物檢測可采用毛細管電泳的方法。而凝膠電泳的方法相對便宜,時間短,而且可以更好地鍛煉學生的動手操作能力,有利于學生在實驗過程中自信心的培養。
參考文獻
[1] Cipriani G, Marrazzo ME, Gaspero G. A set of microsatellite markers with long core repeat optimized for grape (Vitis spp.) genotyping[J]. BMC Plant Biology,2008,8:127.
[2] 張冬梅,沈熙環,張華新.林木群體基因流及父本分析的研究進展[J].林業科學研究,2003,16(4):488-494.
[3] Kalinowski, ST, Taper, ML & Marshall, TC. Revising how the computer program CERVUS accommodates genotyping error increases success in paternity assignment[J]. Molecular Ecology,2007,16:1099-1106.
[4] 王斯琪,唐詩哲,孔德倉.利用SSR標記進行棗樹子代苗父本鑒定[J].園藝學報,2012,39(11):2133-2140.
新西蘭奧塔哥大學的一個研究小組近日發掘整理出約2700萬年前的巨型企鵝化石。據推測,這種遠古企鵝體型巨大,身長能達到1.5米,體重約60公斤,有著牙一樣的喙和細長的腳蹼,比起現在世界上體型最大、約1米高的帝企鵝,這種已經滅絕的企鵝算得上是名副其實的“巨無霸”,它們不僅擁有更長的翅膀,而且更適合進行長距離的潛泳,以捕食距離陸地更遠的水生物。
Y染色體的福音
距今約1.6億年前,人類祖先的Y染色體發生了巨大的變化,大量的基因不再與X染色體匹配。今天,人類的Y染色體上只有19個能與X染色體配對的基因。基于這種減少的趨勢,一些遺傳學家認為,Y染色體將在460萬年內失去自己的最后一個基因。但懷海特基因組研究所的最新研究成果表明,雖然這幸存的19個基因數量稀少,但卻非常穩定地存在了2500萬年之久,因此在可預見的未來,決定性別的Y染色體并不會消失。
挑戰“世紀裂縫”
近日,來自英國的兩位勇士湯姆?蘭德爾(Tom Randall)和彼得?惠特克(Pete Whittaker)成功征服了美國猶他州大峽谷的“世紀裂縫”。這條長約50米的“世紀裂縫”是世界上最長、最難攀爬的狹窄裂縫。為了挑戰這條還未曾有人成功攀爬過的裂縫,現年32歲的湯姆和20歲的彼得從兩年前就開始刻苦訓練,累計完成了約5000米的垂直攀爬、25萬次仰臥起坐和4萬多次引體向上。
機械獵豹
美國波士頓動力公司近日研發了一種名叫“獵豹”的機器人。這種機械獵豹最高時速可達每小時29公里,打破了麻省理工大學研發的機器人保持了23年的記錄,是世界上跑得最快的有腳機器人。但因受到動力來源的限制,這個由美國國防部高級研究計劃局資助研發的機械獵豹,目前還只能在室內的跑步機上奔跑。
“客星”新影
據《后漢書?天文志》記載,公元185年12月7日,有一顆“客星”出現在天空中。今年年初,美國宇航局利用四架太空望遠鏡的數據合成了一張“客星”的最新圖像。這顆“客星”代號為RCW86,是有記錄以來最古老的超新星。相關數據顯示,這顆超新星距離地球約8000光年,本身的直徑就長達85光年。
大熊貓對環境也很挑剔!中國科學院動物研究所魏輔文研究員和他領導的研究團隊通過最新的研究發現,大熊貓喜歡在成熟森林或未經砍伐和破壞的天然林中游蕩、覓食。因此,他呼吁政府應更加重視天然林的保護,以確保大熊貓的生存。這項研究成果刊登在1月20日出版的英國《自然》雜志的研究亮點欄目。
《北京科技報》:這次是如何發現大熊貓偏好的生境的 ?
魏輔文:只有了解大熊貓喜歡怎樣的生境,才能更好地保護它。我們采用了中國國家林業局組織的第三次全國大熊貓普查數據來做分析,因為那次普查是歷史上最為全面的一次,當時共找到了大約1600只大熊貓。研究小組分析了不同生境中大熊貓的數量,對森林類型和年齡、樹木直徑、竹子數量等因素進行了分析,考察它們對大熊貓的影響。結果發現,竹子的數量是影響大熊貓分布格局的首要原因。同時,我們也發現,在竹子數量相當的情況下,經過砍伐后重生的年輕森林和其他類型的生境相比,大熊貓更愿意選擇生活在未經砍伐的,或未曾受到人類活動影響的原始林中。
《北京科技報》:大熊貓為何喜歡成熟的森林?
魏輔文:這是因為成熟森林有更多大熊貓容易獲得的竹子,也能為大熊貓建窩繁殖提供各種藏身的角落和縫隙。大熊貓不僅需要竹子,同時,原始森林中的大樹對于大熊貓產仔和育幼也有著重要的作用。
《北京科技報》:這項研究有何意義?
魏輔文:大熊貓作為動物保護領域的旗艦物種,長期以來“大熊貓走到進化盡頭”的論點占據上風。后來,我們在野外考察中發現野生大熊貓的種群數量可能遠超過人們先前的估計。要知道野生大熊貓的遺傳多樣性在瀕危食肉動物中居于中上等水平,具有復壯,乃至長期續存的進化潛力,如果給大熊貓更多的棲息地,大熊貓將有擺脫瀕危的可能。同時,這項研究也為保護天然林的工作增加了科學的砝碼,這都將有利于大熊貓的生存。國家林業局現正在考慮編寫一部大熊貓保護的規劃草案,我們研究后發表的建議都將是草案的一部分。
《北京科技報》:下一步的研究方向是什么?
魏輔文:在我20來年對大熊貓的保護工作中,我發現對大熊貓的研究是個循序漸進的過程。找到了大熊貓喜歡的生境,接下來就是希望能擴大適宜大熊貓生存的生境,制定保護策略的科學基礎能夠不斷加強。
《北京科技報》:目前制約大熊貓保護的屏障有哪些?
關鍵詞:育種現狀 解決辦法 引導與管理
中圖分類號:S828 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2014)01(c)-0255-02
1 目前在我國所存在的生豬引種的問題
總結為以下三個方面,其一,就近幾年而言,雖然我國高強度引種,但所引進的種豬基本上都沒有本身的數據測定,所以,不合格的種豬被大量的引進我國,在種豬引種時我們已經落后了。其二,種豬引進的國家和場地有限,不集中,比較分散的大量引進使得效率低下,常規引種公母比例為1∶8~1∶10,然而優秀種公豬在核心育種群中使用達不到5%,使得資源出現嚴重浪費現象。其三,嚴重的依賴拿來主義,沒有自己的育種體系。
就目前而言,我國引種短期種豬在性能上得到了很大的改進,其銷售額增長的速度也是很可觀的,然而沒有持續性的育種基本上就等同于簡單的繁殖。中國是生豬生產的大國家,這一點是不容置疑的,但是對種豬的育種工作卻遠遠達不到國際標準,更甚者已經被養豬發達的國家遠遠的拋在后面了。我國一直成不了養豬發達的國家主要是受到種豬育種的影響,造成這種現象有很多因素,其中較為突出的一些原因如育種目標和組織性的缺乏、基礎性育種工作的薄弱、育種工作資金投入不足經及利益沖突、育種觀念落后地區,另外,中國多年的文化歷史形成了特有的消費市場以及長期計劃經濟等因素,這也使我國種豬育種系統的發展受到了限制。育種方面沒有成熟的系統,缺乏長期性且觀念陳舊,也是育種方面不足的體現,性能測定空白或數量少、質量差、流程缺乏標準化、規范化,育種群獨立分散,有效育種群體規模小。
國內的生豬育種方面依然存在很多問題,但也有國外無法比擬的優勢,比如,在國內豬養殖場的飼養規模都很大,資源素材豐富,目前的生產方式發生了很大的變化,對優良種豬的需求也日益增長,國內在養殖觀念上也產生了巨大的變化,關于育種方面的知識也提高了很多,國家對此也非常的支持,出臺了一些相關政策給予幫助。
2 動物育種技術的發展始終跟隨著遺傳學理論發展,只有當遺傳學理論的研究更深一步時,動物育種技術才能取得進步
我國從20世紀中期開始采用現代育種技術以來,同國外育種進程一樣先后經歷了表型值選擇、育種值選擇、基因型選擇的過程。經過半個多世紀的不斷創新應用與實踐,總結了以下幾點成就:根據性狀表型值的高低進行選擇,這一點做的很好,雖然這種方法進展較慢且穩定性較差,仍有參考價值;動物模型最佳線性無偏干預方法的應用,使得育種值的估計可以充分利用不同親屬的信息,能夠在對場、年度及其他環境效應進行估計的同時預測出個體的育種值,從而指導科學、準確地選種。現今中國場內性能檢測出現的主要問題為測定規模普遍較小,銷售和育種之間的矛盾突顯,留種在前,測定在后,監督機制不夠強硬,導致數據的不真實性,數據記錄方式不正規,為性能測定而測定,測定結果沒有得到充分利用。而許多種豬育種場流動性大和育種組織工作混亂等種種原因不能持之以恒地按照老規章制度的育種規劃進行性能測定,或者在測定過程中由于人為因素(如測定人員的熟練程度不夠和責任心不強等)或儀器因素(測定所用的儀器不夠精密以及繼續使用已損壞的儀器測定等)而導致數據缺乏真實性。
目前國家對育種工作非常重視,因此在人力和財力方面的投放也加大了,但是育種的研究成果只停留在理論研究上而沒有付諸于實踐,所以,并沒有對育種的進展和經濟產生任何的效益,即使部分研究成果進行實踐,因為有效信息的反饋以及有力的合作機制不足等等原因,也同樣對育種工作起不到任何有益的作用。但是我們依然可以看到豬育種基礎投入有了較好的進展。此外,國內的豬育種所采用的參數設置主要以加拿大育種體系為主要參考,如多種參數的計算,包括育種值的遺傳參數、表型性狀的校正參數、計算育種值的遺傳參數、計算選擇指數的經濟參數,這些參數是根據加拿大的育種體系的計算方式并不適用于我國的育種要求,我們需要鉆研并建立屬于自己并符合我國育種需求的參數體系,這是現在首當其沖的任務。
3 聯合育種及其意義
所謂的聯合育種是指多組核心育種結合發展,是在所指定范圍內的進行的跨場的種豬遺傳評估。這樣做的目的是實用種豬的優育和選擇,使后期的豬群能夠遺傳更多的優良基因。育種工作是一份長期的工作,這個過程需要耗費很多的物力和財力,所以很多公司前期對于工程的投入比較積極可是后期沒有好的經濟回報就會減少人力物力的投入,從而使育種工作不能很好的進行甚至被終止。有一部分企業和豬場抵御不了利益的誘惑,在生豬價格較低的情況下賣掉,此時的生豬還沒有達到測定的體重,這都會影響數據的準確性和完整性,從而阻礙了育種工作的進展。國內育種工作的系統仍不完善,各部門、各企業之間缺少溝通交流和探討,都習慣于自行研究。因為關系到企業自身的利益,絕大部分的企業或種豬場都不會主動的貢獻出自己所擁有的優良種公豬來實現跨場聯合育種。更甚的是,經濟利益驅使下,市場競爭越來越激烈,如果企業或種豬場都覺得自己所擁有的育種方式比同行更科學、先進、優良,更不可能把育種方式公布于眾,這使得育種工作發展緩慢,效果不明顯。種種情況導致只有少數專業的育種公司在有規模有組織的開展育種工作。聯合育種工作包含:種豬登記、統一規范的生產性能測定、統一數據管理系統、跨場聯合遺傳評估、種豬跨場選擇與利用、人工授精體系以及網絡信息系統七項內容。
聯合育種行動的開展對我國的飼養種豬行業帶來了福音。原因分為四點:1.可有效的增加種公畜的遺傳變異,增加了可選性,同時也避免了因封鎖核心育種所導致的退化。2.可將最新的現代育種方式方法和理論應用于其中。3.將育種效率提高,并將成本控制在最低。4.因信息的透明話,可以進行公平公正公開的競爭。現如今我國的都在進行種豬編號注冊的一種登記方法,名為“品種登記編號系統”這也是按照種豬登記技術規范的要求對純種豬進行登記。建立國家育種中心或成立聯合育種協作組,制定全國性的育種方案和方向,收集和匯總并整理測定數據,制定統一規范的性能測定方法,建立供全國查詢的數據記錄信息網絡;加強以華東、華南、華北和華中區域性育種中心聯合,片區性育種中心除了負責該區域育種工作的統籌安排以及數據的初步整理和分析外,還需將所得原始數據及初步分析結果報至國家育種中心或聯合育種協作組,并且要加強各區域間育種工作的協作力度;建立以省畜牧獸醫研究所為主導、各高校科研技術為支撐的省級育種中心,主要負責本省各生豬企業或種豬育種場的育種分工,紡一培訓基層育種工作人員,落實數據測定的各項工作,監督育種工作按期進行和數據測定的真實性,積極聯合各高校科研技術力量和設備實際運用于育種工作中;各生豬企業或種豬育種場負責各項育種工作的實際開展,具體實施育種措施,負責測定種豬性能的各項指標。經多年實際觀察得出,保證育種成果的關鍵是各生豬企業或種豬育種場保證檢測數據的可靠性和精準性。所以,每個級別的部門都各自負責掌握自己的職責,上一級所得到的測定數據都是由下一級反應上來的,通過對這些數據研究、統一,設定出一套正確的育種方案,然后督促下級部門對該方案的實施。上一級部門適時通報下一級的育種工作進展,對進展滯后的企業或育種場進行通報并采取一定的處罰措施,對進展超前的則通報表揚并預以獎勵。
4 努力推進配套系與聯合育種相結合
大部分的企業不會將自己性能優良的配套系主動的奉獻出來,因為這關系到他們自身的利益和商業競爭,從而出現了聯合育種的積極性低現象。所以想要防止這種現象的發生,我們可以通過各企業或育種場分工協作的方式,各個企業或育種場在上一級育種部門的協調分工與技術支持和監督下分別培育同性能的配套系,而后再進行聯合育種。將配套系育種有效的結合全國性聯合育種,推進了全國的聯合育種的發展,同時也化解了部分存在于聯合育種中的問題,完善了育種系統,使全國性聯合育種更為完整。
以上論述得出,改良遺傳必要的基礎條件是純種豬登記,統一的種豬性能測定和場內遺傳評估體系是我國種豬場遺傳改良的基本點,人工授精作為跨場遺傳聯系的紐帶和種豬場利用的紐帶,這些都是聯合育種必不可少的組成成分。聯合育種長期的束縛得不到有效發展,陳舊的觀念也重要因素之一,摒棄老的觀念,使其新陳代謝,可以有效的推動聯合育種工作的發展,然而觀念的轉變不是一朝一夕,不是一個企業就能完成的,所以,需要大部分的企業先自身建立完整的企業觀念,不僅要樹立戰略發展觀還要有合作觀,以身作則,配合政策的引導和管理,事半功倍。
關鍵詞:生物技術 發展 人類
一、引言
1917年匈牙利工程師K.Ereky首次使用“生物技術”這一名詞時,其原意是指用甜菜作為飼料進行大規模養豬,即把生物原料轉變成產品。
1982年國際經濟合作及發展組織提出的生物技術定義為:“生物技術是應用自然科學及工程學原理,依靠生物作用劑的作用將物料加工以提供提品為社會服務的技術”。這里所謂的“生物作用劑”是指酶,整體細胞或生物體,一般也稱生物催化劑。1997年加拿大提出的定義:“生物技術是指自然或人工狀態下,直接或間接地將科學和工程學方法應用魚有機體的活體或部分組織,以實現對生產和服務過程進行創新或改進現狀的目的”。2001年美國認為:生物技術是應用分子和生物細胞的工藝來解決問題、進行研究、生產產品并提供服務。
總之,生物技術是一門多學科、綜合性的技術科學,最終目的是建立生產過程或為社會服務。其中涉及到的學科包括生物學、化學、工程學、醫學、藥學和農學等。
二、生物技術在食品工業的應用
應用于食品工業的主要生物技術包括基因工程、細胞工程、酶工程和發酵工程4個方面內容。
基因工程又稱為DNA重組技術,是以分子遺傳學為理論基礎,以分子生物學和微生物學的現代方法為手段,將不同來源的基因按預先設計的藍圖,在體外構建雜種DNA分子,然后導入活細胞,以改變生物原有的遺傳特性、獲得新品種、生產新產品。它是現代生物技術的核心內容,可以將此技術應用于食品包裝、食品保藏、貯運等中,以改變包裝材料,降低生產成本;延長食物的貯藏期,改變傳統的貯運方式。如通過轉基因技術生產的延熟番茄,主要通過乙烯合成途徑調控,抑制乙烯合成,從而達到延遲成熟、耐貯藏的目的。
細胞工程是指應用現代細胞生物學、發育生物學、遺傳學和分子生物學的理論與方法,按照人們的需要和設計,在細胞水平上的遺傳操作,重組細胞的結構和內含物,以改變生物的結構和功能,即通過細胞融合、核質移植、染色體或基因移植以及組織和細胞培養等方法,快速繁殖和培養出人們所需要的新物種的生物工程技術。細胞工程作為科學研究的一種手段,已經滲入到生物工程的各個方面,成為必不可少的配套技術。在食品等領域中,細胞工程正在為人類做出巨大的貢獻。羅自生等報道,在搖床轉速160r/min、pH為4.5、溫度為25℃時,固定化醋酸桿菌細胞能有效地脫除柑桔汁中由檸堿所引起的苦味,并且固定化細胞的熱穩定性比游離細胞好。
酶工程是生物技術的一個重要組成部分,指在一定的生物反應器內,利用酶的催化作用,進行物質轉化的技術,可應用于食品生產過程中物質的轉化,如纖維素酶在果汁生產、蔬菜汁生產、速溶茶生產、醬油釀造、制酒等食品工業中應用。
發酵工程是生物工程技術的重要組成部分,是生物技術產業的重要環節,是通過現代工程技術手段,利用微生物的某種特定功能,產生有用的物質或使微生物直接參與控制某些生產過程的技術。人們熟知的利用酵母菌發酵制造啤酒、果酒、工業酒精;利用乳酸菌發酵制造奶酪和酸牛奶等都是這方面的例子。隨著科學技術的進步,發酵技術也有了很大的發展,并且已經進入能夠人為控制和改造微生物,使這些微生物為人類生產產品的現酵工程階段。現酵工程作為現代生物技術的一個重要組成部分,具有廣闊的應用前景。
三、當今中國的前沿生物技術
在納米藥物載體、納米生物材料、納米生物傳感器等的研究和應用方面取得了重要的進展。多項高靶向、緩解納米以藥制劑進入臨床研究。3項納米藥物制劑完成臨床前研究,已經申報臨床批件的納米藥物制劑。自主研發了多項納米生物材料產品,主要包括膽道支架、骨修復用納米生物材料、心血管修復用納米生物材料等。在納米生物器件研發方面也取得了重大突破。
DNA受損細胞自我清除的內在機理研究取得種重要進展;在抗病毒天然免疫信號轉導分子機制領域取得重要原創新突破;在神經營養因子和受體復合物結構研究方面取得重要進展;高發及突發傳染病重要病原微生物蛋白質三維結構研究取得重大突破。
癌癥基因組研究發現多個潛在的藥物靶點;全基因組功能區DNA甲基化監測方法大幅度降低成本;開發出新一代磷酸化多肽高選擇性富集技術;蛋白質相互作用技術研究取得重大進展;建立了先進的時間分辨免疫學檢測技術平臺及抗體制備平臺技術。
開發蛋白質鑒定軟件性能達到世界先進水平。中國科學院計算機技術研究所對一系列質譜數據分析和蛋白質及其修飾鑒定核心算法研究,實現了多種蛋白質庫檢索關鍵技術,在此基礎上開發了穩定可靠的蛋白質鑒定軟件PFind單機版和并行版。
完成工業生物過程生物信息數據庫設計,提出阿維鏈霉菌胞內蛋白酶譜研究方法,解決了阿維菌素生產的瓶頸;運用計算機導向藥物分子設計,發現離子通道阻斷劑;開展多囊腎病治療藥物先導化合物的設計,確定5種優選化合物,并完成了化合物的放大合成,為后續研究奠定了基礎;研發一批用于重大疾病臨床診斷、治療及預后判斷的試劑盒、生物芯片和預測模型;肺癌的分子分型基礎上的個體化治療研究取得顯著進展。