楊艷坤 劉秀霞 司艷紅 白仲虎

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2011-5640-1383

摘? 要：針對(duì)生命科學(xué)領(lǐng)域研究生課程高級(jí)分子生物學(xué)的引導(dǎo)課，基于培養(yǎng)綜合創(chuàng)新人才的要求，設(shè)計(jì)了多層次的引導(dǎo)教學(xué)模式。以生物科技幻想出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生深入思考轉(zhuǎn)基因自然發(fā)生的現(xiàn)象和潛在危險(xiǎn)。列舉自然發(fā)生的轉(zhuǎn)基因現(xiàn)象，講解其分子機(jī)理。綜合生理學(xué)、發(fā)育學(xué)、生物化學(xué)、農(nóng)學(xué)等各學(xué)科，探討轉(zhuǎn)基因的機(jī)理和安全性?；钴S學(xué)生科研思維，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)高級(jí)分子生物的熱情，引導(dǎo)學(xué)生注重培養(yǎng)從多角度、多層次設(shè)計(jì)和論證課題的能力。

關(guān)鍵詞：高級(jí)分子生物學(xué)? 引導(dǎo)課? 研究生教學(xué)? 創(chuàng)新人才培養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G643? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2021）01（c）-0190-03

Analyze the Mechanism and Applications of Horizontal Gene Transfer for a Good Introduction Course of? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Advanced Molecular Biology

YANG Yankun? LIU Xiuxia? SI Yanhong? BAI Zhonghu

（Jiangnan University， Wuxi， Jiangsu Province， 214122? China）

Abstract： Targeting introduction course of advanced molecules biology in life sciences， a multi-level guided teaching model is designed based on the requirement of cultivating comprehensive innovative talents. Starting from the fantasy of biotechnology， postgraduate students are guided to think deeply about the natural phenomena and potential dangers of genetic modification. Enumerate naturally occurring genetic modification and explain its molecular mechanism. Integrate physiology， developmental science， biochemistry， agronomy and other disciplines to discuss the mechanism and safety of genetic modification. Encourage students scientific research thinking， stimulate their enthusiasm for learning advanced molecular biology， and guide students to focus on cultivating the ability to design and demonstrate topics from multiple angles and levels.

Key Words： Advanced molecular biology; Introduction course; Postgraduate teaching; Cultivation of innovative talents

研究生教育是培養(yǎng)高素質(zhì)人才的重要途徑。與本科生培養(yǎng)相比，研究生教育更注重綜合創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，旨在培養(yǎng)具有獨(dú)立從事科學(xué)研究、在科學(xué)或?qū)ｉT技術(shù)上做出創(chuàng)造性成果的高級(jí)人才[1-2]。

在生命科學(xué)領(lǐng)域，分子生物學(xué)的理論與技術(shù)發(fā)展日新月異，極大地推動(dòng)著相關(guān)領(lǐng)域的研究。因此，高級(jí)分子生物學(xué)在研究生教學(xué)工作中占有非常重要的地位，已成為研究生的重要基礎(chǔ)課程[3]。

研究生開展課題研究，幾乎離不開分子生物學(xué)。生命科學(xué)相關(guān)的研究生專業(yè)往往有多個(gè)，合理地設(shè)置高級(jí)分子生物學(xué)的教學(xué)內(nèi)容非常重要。在教學(xué)內(nèi)容上要充分考慮到不同知識(shí)結(jié)構(gòu)的研究生。既要盡可能地介紹分子生物學(xué)最新進(jìn)展和前沿理論，又要回顧經(jīng)典的分子生物學(xué)理論，還要聯(lián)系其他學(xué)科知識(shí)融會(huì)貫通[1，4，5]。

如何保證教學(xué)質(zhì)量，在高級(jí)分子生物學(xué)的教學(xué)過程中培養(yǎng)研究生的綜合創(chuàng)新能力是一個(gè)重要的課題。近年來，分子生物學(xué)的理論和技術(shù)得到迅猛發(fā)展，使得分子生物學(xué)的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系不斷更新。這就要求我們?cè)诜肿由飳W(xué)的教學(xué)過程中，調(diào)整知識(shí)結(jié)構(gòu)，及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容[6]。

在實(shí)際的高級(jí)分子生物學(xué)教學(xué)中，如何上好開篇的引導(dǎo)課非常重要。好的引導(dǎo)課有助于增加學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生開拓思維，對(duì)學(xué)生研究生期間的學(xué)習(xí)和科研工作有所裨益。

筆者在多年的高級(jí)分子生物學(xué)的教學(xué)中，承擔(dān)江南大學(xué)研究生培養(yǎng)創(chuàng)新工程項(xiàng)目，開展了高級(jí)分子生物學(xué)的教學(xué)改革，設(shè)計(jì)和實(shí)踐了效果良好的引導(dǎo)課教學(xué)。

1? 課程設(shè)計(jì)

引導(dǎo)課的總體設(shè)計(jì)框架見圖1。

2? 自然發(fā)生水平基因轉(zhuǎn)移的顧慮和相關(guān)知識(shí)點(diǎn)

此部分是重要的知識(shí)點(diǎn)講解。既要條理清晰，層層遞進(jìn)，又要引發(fā)學(xué)生思考，講明重要知識(shí)點(diǎn)。

2.1 思考與討論1：食用外源核酸的隱患

人人都想擁有一雙翅膀，正如科學(xué)幻想作品中的天使、天馬、長(zhǎng)翅膀的變種人。人們長(zhǎng)期食用禽類食物，如雞肉和雞蛋，每個(gè)禽類細(xì)胞中都含有大量的遺傳物質(zhì)，可以說人們天天食用外源核酸，會(huì)不會(huì)有一天人類身上開始長(zhǎng)羽毛甚至翅膀了？人類長(zhǎng)期吃綠色蔬菜，會(huì)不會(huì)有一天身體變綠開始進(jìn)行光合作用了？

以上這樣看似天馬行空的簡(jiǎn)單問題，往往需要很多的專業(yè)知識(shí)才能解釋清楚，通?？梢砸饘W(xué)生熱情地參與和討論。

2.2 思考與討論2：自然發(fā)生的水平基因轉(zhuǎn)移及其分子機(jī)理

針對(duì)2.1中問題的討論，當(dāng)大部分同學(xué)覺得食用食物中的核酸是安全的時(shí)候，舉一個(gè)反例：海蝸牛以海藻為食，之后會(huì)全身變綠，開始進(jìn)行光合作用。說明動(dòng)物吃綠色植物是有可能變綠并進(jìn)行光合作用的，那人類呢？

此部分討論之后，解釋海蝸牛之所以在食用海藻后變綠并且能進(jìn)行光合作用是因?yàn)橹参锾赜械墓夂献饔帽匦璧膒sbO基因不知何時(shí)已經(jīng)成為了海蝸牛基因組的一部分。這種現(xiàn)象便是水平基因轉(zhuǎn)移，在自然界中天然存在。

2.3 葉綠體和線粒體的內(nèi)共生學(xué)說和重要知識(shí)點(diǎn)講解

講解葉綠體和線粒體的內(nèi)共生學(xué)說，此學(xué)說是水平基因轉(zhuǎn)移的重要實(shí)例。進(jìn)而講解水平基因轉(zhuǎn)移的概念、自然遺傳轉(zhuǎn)化的概念和機(jī)理，從而使學(xué)生在深入思考和討論后，快速掌握重要的分子生物學(xué)知識(shí)點(diǎn)。

2.4 水平基因轉(zhuǎn)移的更多實(shí)例

很多物種基因組上含有大量的其他物種來源的基因，說明自然界中天然發(fā)生的水平基因轉(zhuǎn)移現(xiàn)象很普遍，是物種進(jìn)化的動(dòng)力之一。

所以，貌似人類長(zhǎng)期食用外源核酸，是存在隱患的。其他動(dòng)物也像人類一樣，大量食用了外源核酸。但為什么各個(gè)物種還能穩(wěn)定存在呢？這需要進(jìn)一步從其他學(xué)科角度論證。

3? 物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸和核酸代謝

此部分從生物化學(xué)角度論證食用食品中外源核酸的安全性。食物中的核酸是一種生物大分子，并不能直接跨過細(xì)胞膜進(jìn)入人體細(xì)胞。核酸在細(xì)胞內(nèi)也會(huì)被分解成尿酸、氨等小分子化合物。各個(gè)物種自身的核酸又是從核糖、氨基酸、一碳單位等小分子合成的，并不是外源的DNA片段直接整合到宿主細(xì)胞的染色體上。這些內(nèi)容是生物化學(xué)的知識(shí)范疇，和分子生物學(xué)的知識(shí)相結(jié)合，可以進(jìn)一步闡明食物中核酸的安全性。

4? 現(xiàn)實(shí)生活中轉(zhuǎn)基因的思考

講解各種人工進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化的方法。介紹人們生活中會(huì)接觸到的轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品。理解人們對(duì)未知的轉(zhuǎn)基因安全隱患的擔(dān)憂。全球的各種轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品逐年呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。在我國(guó)，農(nóng)業(yè)部對(duì)于批準(zhǔn)上市的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物都要有相應(yīng)的農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)基因生物安全評(píng)價(jià)資料，人們可以在農(nóng)業(yè)部網(wǎng)站進(jìn)行查詢和閱讀。

5? 對(duì)課題設(shè)計(jì)和論證的思考

再次回想最開始的思考和討論，從分子生物學(xué)和生物化學(xué)的角度，學(xué)習(xí)了水平基因轉(zhuǎn)移的原理和現(xiàn)象，并且消除了人們食用外源基因的擔(dān)憂。同時(shí)，從生理和進(jìn)化的角度來看，鳥類的翅膀和哺乳動(dòng)物的上肢同源，擁有了翅膀也就沒有了上肢，所以長(zhǎng)出翅膀的人類僅存在于科學(xué)幻想中。

可見，我們應(yīng)該尊重科技的發(fā)展，對(duì)于一個(gè)看似簡(jiǎn)單的問題，需要從不同層次和不同角度深入研究和探討，發(fā)現(xiàn)其中重要的科學(xué)問題，并設(shè)計(jì)合理可行的實(shí)驗(yàn)方案，科學(xué)地進(jìn)行研究。這對(duì)于學(xué)生今后學(xué)習(xí)高級(jí)分子生物學(xué)和從事科學(xué)研究至關(guān)重要。

6? 結(jié)語

筆者承擔(dān)研究生高級(jí)分子生物學(xué)課程教學(xué)工作，在多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，計(jì)劃針對(duì)性對(duì)教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)組織方式等進(jìn)行了一系列改革，通過改革教學(xué)模式、優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)、合理設(shè)置教學(xué)內(nèi)容、擴(kuò)展前沿知識(shí)領(lǐng)域、改善考核方式等多個(gè)舉措，著重培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)，提高研究生的獨(dú)立科研創(chuàng)新能力。

該引導(dǎo)課的設(shè)計(jì)，實(shí)際教學(xué)效果很好，是整體課程體系中重要的組成部分。通過引導(dǎo)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)習(xí)高級(jí)分子生物學(xué)的熱情很高，能夠順利進(jìn)入良好的學(xué)習(xí)狀態(tài)，并且能夠積極思考，培養(yǎng)良好的科研思維。

參考文獻(xiàn)

[1] 許娜，徐瑤.加強(qiáng)生物學(xué)研究生學(xué)術(shù)創(chuàng)新能力的探討 [J].當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究，2019（24）：237-238.

[2] 張玉婷.西南聯(lián)大的研究生教育研究[D].昆明：云南師范大學(xué)，2020.

[3] Black Paul N. A revolution in biochemistry and molecular biology education informed by basic research to meet the demands of 21st century career paths[J].Journal of Biological Chemistry，2020，295（31）：10653-10661.

[4] 王金晶，陳鵬程，方芳，等.“創(chuàng)新實(shí)踐、學(xué)科交叉”提高輕工技術(shù)與工程研究生理論創(chuàng)新能力——以江南大學(xué)輕工技術(shù)與工程專業(yè)為例 [J]. 教育教學(xué)論壇，2020（38）：151-153.

[5] 王云，郭欽，孫玲，等.研究生高級(jí)生物化學(xué)課程教學(xué)改革的實(shí)踐與思考[J].生命的化學(xué)，2020，40（2）：297-300.

[6] 張琴，李艷賓.強(qiáng)化創(chuàng)新能力的研究生“合成生物學(xué)”課程教學(xué)模式探討[J].高校生物學(xué)教學(xué)研究：電子版，2019，9（6）：29-32.