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1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容開(kāi)放園藝植物生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)本著豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、革新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的核心原則,以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為最基本的目標(biāo),提出以下園藝植物生物技術(shù)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。實(shí)驗(yàn)性質(zhì)由驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)過(guò)度為綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)教學(xué)中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)占總實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的80%以上,采用開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué),驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)壓縮到20%以內(nèi),增加了綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
2.實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地開(kāi)放實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地是制約學(xué)生開(kāi)展創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的主要原因。以國(guó)家級(jí)植物生產(chǎn)類(lèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為平臺(tái),采用開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行機(jī)制,結(jié)合學(xué)科點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室,為學(xué)生自主選擇和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)提供了良好的條件。實(shí)驗(yàn)室配2~3名研究生協(xié)助管理,儀器設(shè)備采用預(yù)約登記制度,使用前須經(jīng)專(zhuān)人培訓(xùn)合格后才能使用。實(shí)驗(yàn)耗材按實(shí)驗(yàn)計(jì)劃,由實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一提供。
3.實(shí)驗(yàn)時(shí)間開(kāi)放以3~4人為一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組,以小組為單位安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間,實(shí)驗(yàn)室一次可以同時(shí)安排6個(gè)小組開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)間由以前固定時(shí)間,改為課程理論授課3周開(kāi)始至學(xué)期末前1周結(jié)束。學(xué)生可以根據(jù)自己的課程安排,合理選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)間。實(shí)驗(yàn)室時(shí)間采用預(yù)約制,由實(shí)驗(yàn)室管理人員統(tǒng)一安排。上班時(shí)間由實(shí)驗(yàn)室管理人員負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室,節(jié)假日和晚上由研究生協(xié)助管理實(shí)驗(yàn)室,為學(xué)生開(kāi)展開(kāi)放實(shí)驗(yàn)提供充足的時(shí)間。
二、開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)取得的效果
1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式開(kāi)放,激發(fā)學(xué)生興趣在大多數(shù)同學(xué)印象中園藝植物生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)以實(shí)驗(yàn)方法、手段、技術(shù)為主要內(nèi)容,這些內(nèi)容過(guò)于抽象,通過(guò)授課形式講授或單獨(dú)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),學(xué)生理解效果很差,很難達(dá)到掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的目的。任何研究都是從好奇和懷疑開(kāi)始的,通過(guò)典型的生物技術(shù)實(shí)例,如柑橘細(xì)胞融合獲得原生質(zhì)體雜種、植物遺傳轉(zhuǎn)化獲得轉(zhuǎn)基因植株,人類(lèi)基因組測(cè)序及園藝植物基因組測(cè)序的不斷完成,生物信息學(xué)預(yù)測(cè)基因的功能分析等,這些實(shí)例在網(wǎng)絡(luò)上的介紹與視頻非常多,通過(guò)網(wǎng)站瀏覽和視頻觀看,讓同學(xué)們真正了解生物技術(shù)的神秘與貼近生活的兩個(gè)方面,將抽象的概念轉(zhuǎn)化為切實(shí)可行的操作行動(dòng)。
2.實(shí)驗(yàn)時(shí)間及空間開(kāi)放,提高動(dòng)手能力實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放,即儀器設(shè)備和時(shí)間概念上的開(kāi)放,在一定程度上可以解決實(shí)驗(yàn)人數(shù)多、實(shí)驗(yàn)室及儀器設(shè)備嚴(yán)重不足的問(wèn)題。例如,生物分子實(shí)驗(yàn)室的定量PCR儀、PCR儀、離心機(jī)、核酸儀、電泳儀、紫外投射儀等,實(shí)驗(yàn)時(shí)間一旦開(kāi)放,學(xué)生可以用充裕的時(shí)間來(lái)把實(shí)驗(yàn)獨(dú)立完成,不會(huì)被課程所限制。通過(guò)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室,本科生可以在課余時(shí)間多次進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。同時(shí),研究生可以一對(duì)一或一對(duì)三的帶領(lǐng)本科生進(jìn)行實(shí)驗(yàn),開(kāi)展相關(guān)的擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,開(kāi)闊視野,提高動(dòng)手能力,還可以更好地參與教師的科研項(xiàng)目,增加教師和學(xué)生的交流機(jī)會(huì)。
3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容開(kāi)放,自主設(shè)計(jì)試驗(yàn)在教學(xué)內(nèi)容上打破原有的實(shí)驗(yàn)課程結(jié)構(gòu)體系,優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容組合與創(chuàng)新,注重設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn),充分利用網(wǎng)絡(luò)資源、視頻資源及生物公司的廣告資源,提高學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),促進(jìn)學(xué)生在學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和社交能力等綜合能力的培養(yǎng)。根據(jù)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和實(shí)驗(yàn)條件,突出實(shí)用性,根據(jù)學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件提出以下實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行選擇與優(yōu)化。通過(guò)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,學(xué)生打破傳統(tǒng)的擬定學(xué)時(shí)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,充分利用學(xué)生的自主性進(jìn)行大量的設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。學(xué)生在學(xué)校提供的實(shí)驗(yàn)條件的前提下,自選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,自定實(shí)驗(yàn)步驟,自選儀器設(shè)備,自己處理和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),給學(xué)生提供了創(chuàng)新思維的自由空間。這將有利于激發(fā)學(xué)生的自覺(jué)性和主動(dòng)性,有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。自覺(jué)接受現(xiàn)代教育技術(shù)新的成果,把信息技術(shù)與學(xué)科有機(jī)的融合在一起,為學(xué)生創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)情景,突出雙向性、參與性、互動(dòng)性。在實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié),鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立完成操作,獨(dú)立分析結(jié)果,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。
4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果靈活,革新考核與評(píng)價(jià)體系通過(guò)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),學(xué)生將與老師的課堂交流轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^(guò)面對(duì)面、QQ、微信等其他平臺(tái),對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)展隨時(shí)進(jìn)行分析、討論及總結(jié),并且學(xué)生通過(guò)查閱相應(yīng)的資料,最后得出科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。開(kāi)放式綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不確定性也避免了同學(xué)之間相互抄襲、模仿。因此,既增加了學(xué)生動(dòng)手操作的機(jī)會(huì),又有利于學(xué)生系統(tǒng)的掌握?qǐng)@藝植物生物技術(shù)的實(shí)驗(yàn)方法和技能及分析與解決問(wèn)題的能力。開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)除在以上方面進(jìn)行開(kāi)放外,同時(shí)也革新了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核與評(píng)價(jià)體系,與以往實(shí)驗(yàn)成績(jī)包括實(shí)驗(yàn)課堂成績(jī)與實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)之外,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面補(bǔ)充了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作、結(jié)果分析與討論的考核內(nèi)容,形成了實(shí)驗(yàn)方案撰寫(xiě)(20%)+實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備(20%)+實(shí)驗(yàn)過(guò)程(30%)+實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析(30%)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核體系,評(píng)價(jià)方式分為優(yōu)、良好、中等、合格,不及格五種不同的方式。
關(guān)鍵詞 植物遺傳資源;保護(hù)與利用;市場(chǎng)化機(jī)制;國(guó)際制度
1 前言
隨著生物技術(shù)的迅猛發(fā)展,利用植物遺傳資源有目的地改良植物的性狀與品質(zhì),為人類(lèi)解決糧食、健康和環(huán)境等 21 世紀(jì)重大問(wèn)題提供了誘人的前景。長(zhǎng)期以來(lái),人們對(duì)植物遺傳資源的保護(hù)與利用,主要作為技術(shù)、生態(tài)和倫理問(wèn)題而得到廣泛、深入的研究,但有關(guān)經(jīng)濟(jì)政策與制度方面的探討則至今仍相當(dāng)滯后。隨著植物物種資源的不斷減少和因生物技術(shù)迅猛發(fā)展對(duì)遺傳資源需求的不斷增加,作為“人類(lèi)自然遺產(chǎn)”的植物遺傳資源已逐步由公共物品轉(zhuǎn)變?yōu)橄∪蔽锲贰Ec此同時(shí),由于植物遺傳資源分布和生物技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用水平存在明顯的國(guó)際差異,尤其是缺少相應(yīng)的市場(chǎng)化機(jī)制以及現(xiàn)有國(guó)際多邊體系的失效,以致使物種資源相對(duì)貧乏的西方發(fā)達(dá)國(guó)家使用了地球上大部分植物遺傳資源,而植物遺傳資源豐富的發(fā)展中國(guó)家卻受技術(shù)、資金等制約大都仍處于植物基因材料無(wú)償提供者的位置。在此背景下,如何以聯(lián)合國(guó)《生物多樣性公約》所確立的遺傳資源效益公平分享為目標(biāo),利用市場(chǎng)化保護(hù)與利用機(jī)制,建立公正、有效的國(guó)際多邊體系與制度,提高各國(guó)尤其是發(fā)展中國(guó)家保護(hù)植物遺傳資源的積極性,以保證全球植物物種資源的安全,實(shí)現(xiàn)人類(lèi)對(duì)植物遺傳資源的可持續(xù)利用,近年來(lái)已引起有關(guān)國(guó)際組織和經(jīng)濟(jì)學(xué)家的廣泛關(guān)注。本文在探討植物遺傳資源市場(chǎng)化保護(hù)與利用機(jī)制的基礎(chǔ)上,以現(xiàn)有國(guó)際多邊體系為出發(fā)點(diǎn),提出未來(lái)國(guó)際制度安排的可能選擇。
2 植物遺傳資源保護(hù)與利用的市場(chǎng)化機(jī)制
2.1 經(jīng)濟(jì)價(jià)值概念與市場(chǎng)化界限
遺傳多樣性作為生物多樣性的核心部分,是物種多樣性和生態(tài)多樣性的重要來(lái)源與基礎(chǔ)。與一般物品不同,植物遺傳資源作為一種經(jīng)濟(jì)資源有自身獨(dú)特的特點(diǎn)。它不僅具有遺傳信息的多樣性和代際共存性,而且以其稀缺性和功能不可替代性為主要特征。但人們?cè)谡J(rèn)識(shí)與確定植物遺傳資源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值時(shí),所涉及的概念不是一般意義上的“遺傳信息的多樣性”,而是“遺傳信息的功能和稀缺性”。因?yàn)樵谕ǔG闆r下遺傳信息的功能很少體現(xiàn)在某一單一基因,而是大多表現(xiàn)為含有多基因組合的遺傳功能,所以“遺傳編碼功能 "(genetically coded function) 被經(jīng)濟(jì)學(xué)家認(rèn)為是評(píng)價(jià)植物遺傳資源經(jīng)濟(jì)價(jià)值和研究其市場(chǎng)化保護(hù)與利用機(jī)制的基礎(chǔ)[1]。隨著生物技術(shù)的發(fā)展,植物遺傳資源對(duì)當(dāng)今藥業(yè)工業(yè)和從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看對(duì)農(nóng)業(yè)更有實(shí)際意義的將是“遺傳編碼信息 "(genetically coded information,下簡(jiǎn)稱(chēng) GCI)[2]。雖然植物遺傳資源對(duì)解決農(nóng)業(yè)、健康和環(huán)境等問(wèn)題將起十分重要的作用,但由于人類(lèi)目前認(rèn)識(shí)上的局限,尤其依靠現(xiàn)有的基因辨認(rèn)與測(cè)序技術(shù),一種植物物種及其遺傳編碼信息的經(jīng)濟(jì)價(jià)值又是很難明確量化的。根據(jù) Munasinghe[3] 和 Von Braun[2]等人的研究,植物物種與遺傳資源的理論經(jīng)濟(jì)價(jià)值可借助下圖(資料來(lái)源:文獻(xiàn) 2 和 3)所示來(lái)分類(lèi)與評(píng)價(jià)。
值得注意的是,圖 1 在構(gòu)劃出植物遺傳資源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及其細(xì)分的同時(shí),也顯示出植物遺傳資源作為經(jīng)濟(jì)資源的市場(chǎng)化可能與界限。如果將市場(chǎng)化機(jī)制作為植物遺傳資源分配的手段,其作用與意義在圖中將從左到右遞減(參見(jiàn)文獻(xiàn) 2)。同時(shí),植物遺傳資源的縮減可能在某種程度上會(huì)造成在上圖中所示的“可利用價(jià)值”與“不可利用價(jià)值”之間的沖突,如果植物遺傳資源的開(kāi)發(fā)與利用對(duì)后者產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)。這種效應(yīng)不僅關(guān)系到遺傳編碼信息市場(chǎng)化交換方案的設(shè)計(jì),而且涉及到植物遺傳資源市場(chǎng)化后將可能對(duì)資源保護(hù)產(chǎn)生的消極影響。因此,如何消除因遺傳資源市場(chǎng)化對(duì)保護(hù)在經(jīng)濟(jì)上沒(méi)有利用價(jià)值的植物遺傳資源的不利影響,將是制度安排中需要注意的問(wèn)題。
2.2 供求趨勢(shì)與保護(hù)效應(yīng)內(nèi)部化
從全球范圍內(nèi)看,植物遺傳資源與遺傳編碼信息的供給,大致可分為兩個(gè)方面:一是保存在各國(guó)及國(guó)際農(nóng)業(yè)與生物研究機(jī)構(gòu)的基因庫(kù)里的“離位”樣本材料 (ex-situ accessions);二是以發(fā)展中國(guó)家為主的原產(chǎn)地栽培植物及其野生近緣,即所謂的“原位”樣本材料 (in-situ accessions)。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì),至 1996 年,全世界保存在基因庫(kù)內(nèi)的植物遺傳資源共達(dá) 200 多萬(wàn)樣本材料,其中大約有 60 萬(wàn)樣本材料屬于國(guó)際農(nóng)業(yè)研究機(jī)構(gòu)并在聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織的監(jiān)管之下[4]。
在過(guò)去的幾十年里,植物遺傳資源和 GCI“原位”樣本材料的供給因野生植物和原產(chǎn)地栽培作物的不斷破壞而明顯減少,而其原因又是十分復(fù)雜的。除了自然力的影響和人類(lèi)活動(dòng)的干擾,長(zhǎng)期以來(lái)植物遺傳資源被視為可自由獲取、非排它性和非競(jìng)爭(zhēng)性的公共物品,沒(méi)有形成相應(yīng)的市場(chǎng)化體系和與此相聯(lián)系的保護(hù)制度與組織的失效,從而造成植物遺傳資源利用上的掠奪性行為和保護(hù)上的積極性下降[5]。
在植物遺傳資源供給減少的同時(shí),隨著生物技術(shù)尤其是基因辨認(rèn)與測(cè)序技術(shù)的迅速發(fā)展及其信息體系的日趨完善,將使 GCI 獲取與保存的邊際成本不斷下降,其結(jié)果是部分地減輕了因物種多樣性破壞而引起的 GCI 供給短缺程度。因此,在其它條件不變的情況下,未來(lái)植物遺傳資源市場(chǎng)化交換價(jià)格的上升幅度可能比預(yù)計(jì)的要小。另一方面,植物遺傳資源的需求卻因生物工程技術(shù)在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)境等領(lǐng)域應(yīng)用的進(jìn)一步擴(kuò)大將呈急增的趨勢(shì)。可以預(yù)見(jiàn),在短期內(nèi),隨著生物技術(shù)的發(fā)展,植物遺傳資源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值將因多樣化需求而提高。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看,尤其隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的進(jìn)一步成熟,將有可能使原生植物物種對(duì)植物與農(nóng)作物育種的重要性呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)。
對(duì)生物技術(shù)的一個(gè)普遍接受的定義為“對(duì)基因、細(xì)胞、器官、胚胎、微生物、動(dòng)植物等生命體進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)運(yùn)用的技術(shù)活動(dòng)”。就本文的生物技術(shù)研究(非農(nóng)學(xué)意義,而是社會(huì)――經(jīng)濟(jì)意義上的)來(lái)說(shuō),對(duì)生物技術(shù)的一切研究都必定是建立在對(duì)生物技術(shù)如何具體運(yùn)用于中國(guó)本土社會(huì)發(fā)展的研究之上的,是和中國(guó)人民的生活息息相關(guān)的。如果生物技術(shù)只是停留在實(shí)驗(yàn)室階段,尚未能獨(dú)立地成為一種社會(huì)――經(jīng)濟(jì)事業(yè)的話,也就沒(méi)有生物經(jīng)濟(jì)這個(gè)概念了。所以,生物經(jīng)濟(jì)這個(gè)概念是指生物技術(shù)與實(shí)驗(yàn)室外的社會(huì)接壤后發(fā)生的經(jīng)濟(jì)――社會(huì)事實(shí)。如果沒(méi)有產(chǎn)業(yè)化的運(yùn)作,沒(méi)有它運(yùn)作的動(dòng)力與目的,生物技術(shù)本身并不能直接衍生出生物經(jīng)濟(jì)。我們就該關(guān)注什么樣的生物技術(shù)能夠被傳播運(yùn)用,又是怎樣成為經(jīng)濟(jì)因子的,亦即生物技術(shù)作為一種社會(huì)事實(shí)和社會(huì)事業(yè)的運(yùn)作的動(dòng)力和目的。
實(shí)驗(yàn)室里的生物技術(shù),一個(gè)人可能一輩子也與此無(wú)干。要使技術(shù)與經(jīng)濟(jì)生活連接的前提必須是,在一定范圍內(nèi)為人所需要并要獲取,必須有一個(gè)共享的范圍,這個(gè)范圍較大,技術(shù)的(經(jīng)濟(jì))價(jià)值一般就較高。生物技術(shù)的傳播與共享永遠(yuǎn)只是一個(gè)不斷克服局限的努力,但局限是永遠(yuǎn)存在的,先天的利益不公正已經(jīng)包含其中。所以我們來(lái)研究生物技術(shù),更重要的是研究它怎么逸出實(shí)驗(yàn)室,飄落到社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活土壤中,結(jié)出生物經(jīng)濟(jì)這朵花來(lái)的,而這朵花的粉與蜜又是為誰(shuí)所擁有和采摘的。
2生物技術(shù)的物質(zhì)層面與社會(huì)層面
第一個(gè)層面,物質(zhì)層面亦即事實(shí)層面。生物技術(shù)其實(shí)是生物經(jīng)濟(jì)的潛在形式,是它的質(zhì)料。就象轉(zhuǎn)基因大米種出來(lái)就是為了進(jìn)入市場(chǎng)賣(mài)掉,但并不是所有的都賣(mài)掉了,有的也許是農(nóng)民自己吃了,這時(shí)候它就不是生物經(jīng)濟(jì)成分;決定轉(zhuǎn)基因大米進(jìn)入市場(chǎng)的是米業(yè)制度、米市行情和機(jī)遇,當(dāng)然前提是你必須是用轉(zhuǎn)基因大米種子種出來(lái)的大米。借用邏輯學(xué)老祖宗亞里斯多德的一對(duì)哲學(xué)范疇來(lái)說(shuō),質(zhì)料只是潛能,從潛能轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)存在,還需要目的因和動(dòng)力因,質(zhì)料和形式這一對(duì)范疇是被亞里斯多德用來(lái)解釋事物發(fā)生的原因的,形式本身可以劃分為形式因、動(dòng)力因和目的因,再加上質(zhì)料因,便是亞氏著名的四因說(shuō),一切事物的發(fā)生離不開(kāi)這四因。在他看來(lái),作為潛能的質(zhì)料從理論上講是在先的;但實(shí)際上,現(xiàn)實(shí)性是在先的,因?yàn)槿绻麧撃茉谙鹊脑挘敲春芸赡芤磺械臇|西都可能存在,卻還沒(méi)有存在。就生物技術(shù)來(lái)說(shuō),它出不了實(shí)驗(yàn)室,進(jìn)入不了生產(chǎn)體系,沒(méi)有生產(chǎn)運(yùn)作的目的和動(dòng)力,就不會(huì)是生物經(jīng)濟(jì)的因素。所以,生物技術(shù)的第一個(gè)層面的含義就是劃定了生物技術(shù)的質(zhì)料,從定義的角度來(lái)說(shuō),就是規(guī)定了事物的屬性。如果我們把生物技術(shù)與生物經(jīng)濟(jì)聯(lián)系起來(lái)看,那么生物技術(shù)的這一層面的屬性便不足以揭示出生物技術(shù)的種差,比如已能作為生物經(jīng)濟(jì)因子和不能、尚未作為生物經(jīng)濟(jì)因子的區(qū)別。
第二個(gè)層面,社會(huì)層面。生物技術(shù)必須具有社會(huì)――經(jīng)濟(jì)價(jià)值,才能進(jìn)入市場(chǎng)完成使命,所以生物經(jīng)濟(jì)意義下的生物技術(shù)必然是社會(huì)性的存在。在生物經(jīng)濟(jì)概念下來(lái)看生物技術(shù),就會(huì)重視價(jià)值觀視角的引入。作為生物經(jīng)濟(jì)因子的生物技術(shù)與否的兩者之不同就在于前者是有價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)與衡量級(jí)別的,這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在一個(gè)共同的范圍內(nèi)是有效的,尤其在技術(shù)的實(shí)用性、對(duì)經(jīng)濟(jì)的促動(dòng)性等方面;然而這種效應(yīng)也是有邊界的,它受制于我們所處的社會(huì),所以才有一個(gè)社會(huì)里的生物技術(shù)創(chuàng)造出來(lái)的生物經(jīng)濟(jì)價(jià)值不同于另一個(gè)的社會(huì)的現(xiàn)象。生物技術(shù)的價(jià)值說(shuō)到底是一種價(jià)值觀,是我們?nèi)嗽谡f(shuō)這種技術(shù)而非那種具有價(jià)值,任何價(jià)值都不是孤立懸置的存在,主客體之間任何一方的缺失都會(huì)導(dǎo)致價(jià)值的消失。
3生物技術(shù)價(jià)值的有效性及其邊界
生物技術(shù)價(jià)值是一種價(jià)值觀,但它不是個(gè)別的價(jià)值觀,而是一種普遍的社會(huì)價(jià)值關(guān)系的體現(xiàn),在這個(gè)意義上,生物科技及經(jīng)濟(jì)行業(yè)是一種社會(huì)存在和社會(huì)事業(yè)。生物技術(shù)價(jià)值的主體當(dāng)然是人,而人在其現(xiàn)實(shí)性上是一切社會(huì)關(guān)系的總和。在實(shí)際生活中,生物技術(shù)事業(yè)應(yīng)該以國(guó)家和民族為價(jià)值主體,生物經(jīng)濟(jì)價(jià)值就必須服從國(guó)家民族共享的價(jià)值觀念體系,并且生物經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)該以社會(huì)價(jià)值觀體系為邊界。目前生物技術(shù)界是眾所注目的朝陽(yáng)領(lǐng)域,被視為解決中國(guó)“三農(nóng)”問(wèn)題的重要途徑,社會(huì)上對(duì)這個(gè)新生事物有贊揚(yáng)也有疑慮。中國(guó)生物科技事業(yè)是伴隨著中國(guó)政治、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的深刻變革而發(fā)展起來(lái)的,改革的目標(biāo)和歸屬是富民強(qiáng)國(guó),“國(guó)”是社會(huì)主義中國(guó),“民”是最廣大的中國(guó)人民,中國(guó)生物科技事業(yè)在根本上不得違背這個(gè)共同的利益原則,不得無(wú)視這個(gè)價(jià)值主體,這是它的使命,也是它的發(fā)展源泉和合法性所在。當(dāng)前,新一界政府對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)利國(guó)利民的強(qiáng)調(diào),對(duì)“和諧社會(huì)”的不懈追求,對(duì)“三農(nóng)”問(wèn)題前所未有的重視,都是深化改革、進(jìn)一步推進(jìn)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的表征。
4對(duì)“新型農(nóng)業(yè)體系”理論的一點(diǎn)看法
摘 要:本文對(duì)人教版高中生物學(xué)必修教材和選修教材中的生物技術(shù)內(nèi)容呈現(xiàn)內(nèi)容方向和呈現(xiàn)途徑進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。
關(guān)鍵詞:高中生物學(xué)教材;生物技術(shù);內(nèi)容簡(jiǎn)析
在課程改革的大背景下,有關(guān)生物技術(shù)的內(nèi)容被大量引入高中生物學(xué)的教科書(shū)中,但是很多生物學(xué)教師并沒(méi)有對(duì)這部分內(nèi)容給予足夠的重視,對(duì)選修教材內(nèi)容的開(kāi)設(shè)也明顯不足,因此要加強(qiáng)生物技術(shù)的教學(xué),對(duì)教材中生物技術(shù)內(nèi)容呈現(xiàn)進(jìn)行分析是十分必要的。
“生命科學(xué)本身就與醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)有著不可分割的聯(lián)系,它既是這些應(yīng)用學(xué)科的基礎(chǔ),也能從應(yīng)用學(xué)科中獲取基礎(chǔ)研究的源泉活水,為理論研究提出重大的研究課題。21世紀(jì),生命科學(xué)技術(shù)對(duì)社會(huì)影響最大的領(lǐng)域,將出現(xiàn)保護(hù)人類(lèi)健康、促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展、恢復(fù)生態(tài)環(huán)境等方面。”[1]可見(jiàn),生物技術(shù)與我們的日常生活息息相關(guān),并能提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng),應(yīng)引起足夠的重視。
1.生物技術(shù)的概念
“生物技術(shù)的概念有廣義和狹義之分。廣義的生物技術(shù)是指人類(lèi)以經(jīng)驗(yàn)科學(xué)為基礎(chǔ),改造生物物種及其功能的技術(shù)。狹義的生物技術(shù),指人類(lèi)以現(xiàn)代生物學(xué)、生物化學(xué)等,特別是以分子生物學(xué)為基礎(chǔ),在細(xì)胞水平和分子水平直接改造生物物種及其功能的新興生物技術(shù)。”[2]《高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)生物技術(shù)的理解,沒(méi)有將生物技術(shù)局限于“高新”技術(shù),而是廣義上的[3]。
本文對(duì)教材中“生物技術(shù)”內(nèi)容的分類(lèi)方式參考了2006年國(guó)際經(jīng)濟(jì)合作及發(fā)展組織改編的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)調(diào)查中對(duì)于生物技術(shù)的分類(lèi),即:“①基于DNA的生物技術(shù);②基于生物化學(xué)/免疫化學(xué)的生物技術(shù);③基于生物處理的生物技術(shù);④環(huán)境生物技術(shù);⑤仿生生物學(xué)技術(shù)這五個(gè)方向”[4]。據(jù)此,將人教版高中生物必修及選修教材中的生物技術(shù)內(nèi)容匯總于表1。
從表2可以看出,教材中有關(guān)生物技術(shù)的內(nèi)容總體方向均衡,但是不同教材的側(cè)重點(diǎn)顯著不同。從生物技術(shù)方向的縱向看,教材對(duì)于①、②、③、④四個(gè)方向上均有呈現(xiàn),而且每個(gè)方向出現(xiàn)的次數(shù)基本均衡。另外,在必修教材和選修教材中均沒(méi)有出現(xiàn)⑤仿生生物技術(shù)的內(nèi)容。從呈現(xiàn)內(nèi)容的橫向分析,教材之間差異顯著,每?jī)?cè)都有其方向的側(cè)重點(diǎn)。
例如,教材將必修1《分子與細(xì)胞》分為六章,分別為走近細(xì)胞、組成細(xì)胞的分子、細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)、細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出、細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用、細(xì)胞生命歷程。在這本教材中生物技術(shù)有關(guān)的內(nèi)容:方向①基于DNA的生物技術(shù)出現(xiàn)了7次,方向②基于生物化學(xué)/免疫化學(xué)的生物技術(shù)出現(xiàn)了5次,方向③基于生物處理的生物技術(shù)出現(xiàn)了7次。在必修2《遺傳與進(jìn)化》中生物技術(shù)內(nèi)容方向的側(cè)重點(diǎn)也是在方向①基于DNA的生物技術(shù)上,出現(xiàn)了10次,但是方向②基于生物化學(xué)/免疫化學(xué)的生物技術(shù)僅出現(xiàn)了1次,并且在這兩本教材中均沒(méi)有出現(xiàn)方向④環(huán)境生物技術(shù)的內(nèi)容。在必修3《穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》中有關(guān)環(huán)境生物技術(shù)的內(nèi)容達(dá)到15次,這與必修3教材中包含的內(nèi)容:植物的激素調(diào)節(jié)、動(dòng)物生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)、人體的內(nèi)環(huán)境與穩(wěn)態(tài)、種群和群落、生態(tài)系統(tǒng)以及生態(tài)環(huán)境的保護(hù)等內(nèi)容有關(guān)。
選修教材分了三個(gè)模塊,分別為《生物技術(shù)實(shí)踐》、《生物科學(xué)與社會(huì)》、《現(xiàn)代生物科技專(zhuān)題》,三個(gè)模塊中選修1更注重“培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手操作、收集證據(jù)等科學(xué)探究的能力,增進(jìn)學(xué)生對(duì)生物技術(shù)應(yīng)用的了解”,所以有關(guān)環(huán)境生物技術(shù)方面就沒(méi)有體現(xiàn)。選修2主要是圍繞生物科學(xué)技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療保健和環(huán)境保護(hù)等方面的應(yīng)用,較全面地介紹了生物科技對(duì)社會(huì)發(fā)展所起的作用,因此在4個(gè)內(nèi)容方向上均有呈現(xiàn)。選修3以專(zhuān)題形式介紹了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的一些重要領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用前景,為以后學(xué)習(xí)生命科學(xué)打下基礎(chǔ),所以本模塊涉及內(nèi)容多而且全面。
2.2 呈現(xiàn)途徑
必修教材中生物技術(shù)內(nèi)容的呈現(xiàn)途徑有5種:正文,探究實(shí)驗(yàn),思考練習(xí),延伸閱讀及整個(gè)章節(jié)。(見(jiàn)表3)由于選修教材是以專(zhuān)題形式出現(xiàn),有關(guān)生物技術(shù)的內(nèi)容在整章中的各個(gè)部分均有體現(xiàn),因此對(duì)選修教材不作具體分析。
從表3中可以看出,除必修1沒(méi)有以探究實(shí)驗(yàn)的方式呈現(xiàn)之外,其余兩冊(cè)均有各種方式進(jìn)行呈現(xiàn)。必修1以延伸閱讀為呈現(xiàn)的主要方式;必修2以正文作為主要的呈現(xiàn)途徑;必修3中正文、思考練習(xí)、延伸閱讀都是主體方式。總體看,延伸閱讀在各冊(cè)中使用最為頻繁,對(duì)于探究實(shí)驗(yàn)還沒(méi)有作為主要的呈現(xiàn)途徑,三冊(cè)中僅有3個(gè)探究?jī)?nèi)容。
3.結(jié)語(yǔ)
隨著國(guó)際上對(duì)生物技術(shù)的重視程度不斷提高,我國(guó)普通高中對(duì)于生物學(xué)教育從過(guò)去單純的科學(xué)教育逐步走向科學(xué)與技術(shù)相結(jié)合的教育模式轉(zhuǎn)變。在國(guó)內(nèi)伴隨著課程改革,生物技術(shù)教育逐漸受到重視,但是必修教材中對(duì)于高中生掌握生物技術(shù)的要求還較低,在呈現(xiàn)方式上以延伸閱讀為主要途徑,仍有較大的提升發(fā)展空間。教師應(yīng)該關(guān)注高中生物學(xué)必修教材中的生物技術(shù)內(nèi)容及呈現(xiàn)特點(diǎn),重視選修教材中生物技術(shù)內(nèi)容的教學(xué),以利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和技術(shù)素養(yǎng)。
參考文獻(xiàn):
[1] 劉恩山.基礎(chǔ)教育新課程師資培訓(xùn)指導(dǎo)?初中生物[M].北京:北京師范大學(xué)出版社,2003:36
[2] 余自強(qiáng).生物課程論[M].北京:教育科學(xué)出版社,2006:323
關(guān)鍵詞:生物技術(shù);課程建設(shè);教學(xué)改革;學(xué)分制
中圖分類(lèi)號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2016)12-0116-02
學(xué)分制既是一種教學(xué)管理制度,也是建立在學(xué)生學(xué)習(xí)自由基礎(chǔ)上的一種教育理念。學(xué)分制有完全學(xué)分制和學(xué)年學(xué)分制之分。目前,我國(guó)普通高等院校多數(shù)實(shí)行的并非完全意義上的學(xué)分制,而是學(xué)年學(xué)分制。隨著我國(guó)高校不斷推進(jìn)的教育體制改革,許多高等院校的教學(xué)管理模式由以往學(xué)年制向?qū)W分制轉(zhuǎn)變。與學(xué)年制相比,學(xué)分制下學(xué)生可根據(jù)自己的專(zhuān)業(yè)興趣自主選擇所修課程,因而較學(xué)年制有較大進(jìn)步。為此,臨沂大學(xué)自2008年開(kāi)始全面實(shí)施學(xué)分制改革,推進(jìn)課程的小型化建設(shè),并制訂相應(yīng)的本科培養(yǎng)方案。
一、生物技術(shù)系列課程組成及課程開(kāi)設(shè)簡(jiǎn)介
生物技術(shù)系列課程是臨沂大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院在生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè)方向課程,其系列課程主要包括《基因工程》、《發(fā)酵工程》、《細(xì)胞工程》、《酶工程與蛋白質(zhì)工程》及《生物技術(shù)大實(shí)驗(yàn)》等。通過(guò)系列課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生掌握基因工程的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法,掌握生物技術(shù)各項(xiàng)技術(shù)和成果在發(fā)酵菌種選育改良、細(xì)胞培養(yǎng)、酶制劑研發(fā)、蛋白質(zhì)改造等領(lǐng)域的應(yīng)用;熟悉現(xiàn)代生物技術(shù)在農(nóng)作物改良、新品種培育、疾病診斷和治療、新藥研發(fā)等領(lǐng)域的重大作用。通過(guò)綜合性的生物技術(shù)大實(shí)驗(yàn)的設(shè)置,培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力及實(shí)驗(yàn)操作技能,拓寬學(xué)生的知識(shí)面及專(zhuān)業(yè)技能,為以后的專(zhuān)業(yè)實(shí)踐學(xué)習(xí)及畢業(yè)后走向生命科學(xué)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的工作崗位打下基礎(chǔ)。2004年,《生物技術(shù)導(dǎo)論》作為一門(mén)綜合性課程首先面向生物科學(xué)和生物技術(shù)兩個(gè)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)。后來(lái)隨著學(xué)科的發(fā)展、師資力量的壯大以及實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的日益完善,2006年,生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)的《生物技術(shù)導(dǎo)論》擴(kuò)展為《基因工程》、《細(xì)胞工程》、《發(fā)酵工程》和《酶工程與蛋白質(zhì)工程》四門(mén)課程,并開(kāi)設(shè)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn),充分體現(xiàn)生物技術(shù)及其下游應(yīng)用特性。而生物科學(xué)專(zhuān)業(yè)繼續(xù)以《生物技術(shù)導(dǎo)論》的綜合形式開(kāi)課,作為本專(zhuān)業(yè)的方向選修課。
二、學(xué)分制下生物技術(shù)導(dǎo)論系列課程的教學(xué)改革
1.教學(xué)內(nèi)容改革實(shí)踐。①教學(xué)大綱的制定及授課學(xué)期的安排。由于生物技術(shù)系列課程具有涉及學(xué)科多、實(shí)用性較強(qiáng)、與實(shí)踐結(jié)合緊密的特點(diǎn),其基本理論和應(yīng)用研究一直是非常活躍的領(lǐng)域。學(xué)分制下,教學(xué)大綱的制定應(yīng)結(jié)合專(zhuān)業(yè)特色,將課程小型化、精致化。因此在課程內(nèi)容選擇上,我們精益求精,在制定教學(xué)大綱前,生物技術(shù)系列課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)共同討論,集體擬定教學(xué)大綱,充分結(jié)合專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)和定位,結(jié)合培養(yǎng)方案,既能體現(xiàn)學(xué)科特色,達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo),又避免內(nèi)容重復(fù)。生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)的《基因工程》、《細(xì)胞工程》、《發(fā)酵工程》和《酶工程與蛋白質(zhì)工程》的理論教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱分別制定,為了突出實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練,各門(mén)課程理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)行1∶1的學(xué)時(shí)設(shè)置,各32個(gè)學(xué)時(shí)(共3學(xué)分)。生物科學(xué)專(zhuān)業(yè)制定《生物技術(shù)導(dǎo)論》教學(xué)大綱,實(shí)行模塊化教學(xué),實(shí)驗(yàn)方面開(kāi)設(shè)綜合性的“生物技術(shù)大實(shí)驗(yàn)”,根據(jù)教學(xué)內(nèi)容,理論學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)32學(xué)時(shí)。在學(xué)期安排上,生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)在第四學(xué)期開(kāi)設(shè)必修課《基因工程》及其實(shí)驗(yàn),第五學(xué)期開(kāi)設(shè)《細(xì)胞工程》、《發(fā)酵工程》和《酶工程與蛋白質(zhì)工程》等系列選修課程,學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和學(xué)分情況進(jìn)行選課。對(duì)于生物科學(xué)專(zhuān)業(yè),在第五學(xué)期開(kāi)設(shè)《生物技術(shù)導(dǎo)論》和《生物技術(shù)大實(shí)驗(yàn)》,既能與前面學(xué)科銜接,又能為后面的考研、就業(yè)提供理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練。②教材建設(shè)。教材建設(shè)必須以服務(wù)人才培養(yǎng)為目標(biāo),以提高教材質(zhì)量為核心。學(xué)分制的實(shí)施和教學(xué)計(jì)劃的調(diào)整,教材建設(shè)需走在前列。本課程在選擇教材時(shí)優(yōu)先使用近5年內(nèi)出版的“面向21世紀(jì)課程教材”和“國(guó)家‘十一五’規(guī)劃教材”。以這些教材為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容,編制教學(xué)講義,實(shí)現(xiàn)立體化授課,同時(shí)指定幾本相關(guān)教材作為參考書(shū),并利用專(zhuān)業(yè)網(wǎng)站進(jìn)行課外學(xué)習(xí)資源。
2.教學(xué)方式的改革實(shí)踐。①采用多元的課堂教學(xué)形式,提高課堂教學(xué)效果。教學(xué)方法的選擇和組合,要同教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生的特點(diǎn)及教師自身運(yùn)用教學(xué)的能力聯(lián)系在一起。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)形式主要是以教師單向授課為主,學(xué)生多為被動(dòng)聽(tīng)課。為啟發(fā)和調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,應(yīng)根據(jù)生物技術(shù)系列課程的特點(diǎn),選擇不同的教學(xué)方法。對(duì)于理論性強(qiáng)、內(nèi)容抽象的知識(shí)采用講解―教授式,如《基因工程》中基因工程操作的基本過(guò)程、目的基因的克隆和篩選等內(nèi)容,通過(guò)教師的精心編排,盡量使抽象問(wèn)題具體化、繁雜內(nèi)容簡(jiǎn)明化、同類(lèi)問(wèn)題規(guī)律化,便于學(xué)生理解和接受。而在講基因治療時(shí),采用問(wèn)題―探究式的教學(xué)方法,教師在課堂教學(xué)中穿插啟發(fā)性問(wèn)題,運(yùn)用引趣、設(shè)疑、類(lèi)比、聯(lián)想等方法能刺激引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與思考,也加強(qiáng)了師生之間的互動(dòng)。例如,在講基因治療的作用時(shí),先舉一個(gè)乙肝病毒的例子,提示例子關(guān)鍵性,提出怎么辦,讓學(xué)生在教師的啟發(fā)誘導(dǎo)下,主動(dòng)積極獨(dú)立地思考,使學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力得到較快提高。翻轉(zhuǎn)課堂是學(xué)生學(xué)習(xí)自主性和師生角色轉(zhuǎn)換的重要體現(xiàn)。在教學(xué)過(guò)程中,讓學(xué)生自由組合成學(xué)習(xí)小組,結(jié)合本組成員的興趣,自主選擇一個(gè)主題,調(diào)查研究,查閱文獻(xiàn),在課堂教學(xué)期間走上講臺(tái)為大家講課,以此進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力及表達(dá)溝通能力,增加師生之間的理解互信。對(duì)于一些較容易理解的內(nèi)容,采用自學(xué)―輔導(dǎo)式教學(xué)方法,對(duì)于學(xué)生認(rèn)知前提較好的內(nèi)容,先由學(xué)生自己看教材,總結(jié)筆記,針對(duì)普遍問(wèn)題和教學(xué)大綱要求講解,然后歸納總結(jié),使學(xué)生閱讀教材的能力、邏輯思維能力、歸納總結(jié)能力等方面受到實(shí)際鍛煉,掌握自學(xué)方法,讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)。②充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段。生物技術(shù)系列課程內(nèi)容具有信息量大、抽象、應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn),如果使用傳統(tǒng)教學(xué)手段,學(xué)生很難深刻理解這些內(nèi)容。而使用媒體、影像資料等現(xiàn)代化教學(xué)手段,可以在有限時(shí)間內(nèi)提供給學(xué)生最大的知識(shí)信息量。如基因工程中限制性內(nèi)切酶、載體、重組DNA構(gòu)建、PCR的原理等內(nèi)容,比較抽象,學(xué)生理解比較困難,在講授的基礎(chǔ)上配以動(dòng)畫(huà)演示,把這些要素的應(yīng)用展示給大家,生動(dòng)直觀形象地加深學(xué)生的理解程度。③改革實(shí)驗(yàn)教學(xué),強(qiáng)化學(xué)生動(dòng)手能力。如科學(xué)安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,根據(jù)學(xué)生反饋信息,調(diào)整實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)方法、改革試驗(yàn)考查方式,促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高,著重考核學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力。在實(shí)驗(yàn)安排上主要分為3個(gè)層次:基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)與綜合型實(shí)驗(yàn)和研究型實(shí)驗(yàn)。通過(guò)基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練,掌握基因工程最基本的實(shí)驗(yàn)技術(shù)及操作方法;掌握常規(guī)儀器設(shè)備原理及應(yīng)用,培養(yǎng)數(shù)據(jù)處理和表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力。通過(guò)綜合實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生多實(shí)驗(yàn)方法手段綜合、多途徑信息獲取,以及科學(xué)分析推理的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰酮?dú)立操作、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),使學(xué)生能在教師指導(dǎo)下正確的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),按自定實(shí)驗(yàn)方案操作、觀察,獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),正確分析結(jié)論及解決實(shí)際問(wèn)題。研究型實(shí)驗(yàn)是將最新研究成果引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。引入科研、教改成果,使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與科研應(yīng)用項(xiàng)目密切聯(lián)系,充分體現(xiàn)基礎(chǔ)與前沿、經(jīng)典與現(xiàn)代相結(jié)合。如綜合型實(shí)驗(yàn)“大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞的制備、轉(zhuǎn)化與篩選”中,將以前單一分散的三個(gè)實(shí)驗(yàn),按照其內(nèi)在聯(lián)系組合為綜合性實(shí)驗(yàn),不但使學(xué)生學(xué)到了感受態(tài)細(xì)胞制備方法、LB培養(yǎng)基的制備、質(zhì)粒DNA的轉(zhuǎn)化與篩選等3種基本實(shí)驗(yàn)技術(shù),更重要的是使學(xué)生在掌握基本技術(shù)的同時(shí),培養(yǎng)學(xué)生對(duì)基本技術(shù)和方法綜合運(yùn)用的能力。發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)中帶領(lǐng)學(xué)生親自操作發(fā)酵罐生產(chǎn)酸奶、米酒等產(chǎn)品,既掌握了發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu),還體驗(yàn)了生產(chǎn)產(chǎn)品的樂(lè)趣。細(xì)胞工程實(shí)驗(yàn)中讓學(xué)生自己取材,進(jìn)行植物組織培養(yǎng),觀察植物是如何從一個(gè)愈傷發(fā)展成為一個(gè)完整的植株,體會(huì)植物細(xì)胞全能性的概念。
三、教學(xué)改革所取得的成效
在學(xué)分制指導(dǎo)下,通過(guò)對(duì)生物技術(shù)系列課程的教學(xué)改革,提高了學(xué)生選課的自主性,大大激發(fā)了學(xué)生對(duì)生物技術(shù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)興趣。在酸奶發(fā)酵和米酒發(fā)酵實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生體會(huì)到生物技術(shù)并不是深不可測(cè),在蛋白質(zhì)改造和基因工程藥物設(shè)計(jì)中,在顯微注射和動(dòng)物克隆原理和技術(shù)的學(xué)習(xí)中,學(xué)生認(rèn)識(shí)到現(xiàn)代生物技術(shù)的博大精深。在實(shí)驗(yàn)課中,學(xué)生根據(jù)自己掌握的專(zhuān)業(yè)知識(shí)積極設(shè)計(jì)自己組內(nèi)的實(shí)驗(yàn)方案,并順利完成一種植物的組織培養(yǎng)、完成酸奶制作和米酒釀制,實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,學(xué)生們?cè)趯?shí)驗(yàn)報(bào)告的結(jié)尾都寫(xiě)出了自己的實(shí)驗(yàn)心得,體會(huì)收獲的快樂(lè)。在教學(xué)互動(dòng)環(huán)節(jié),鼓勵(lì)學(xué)生走上講臺(tái),講授自己所撰寫(xiě)的課程論文,通過(guò)此環(huán)節(jié)的鍛煉,學(xué)生的總結(jié)及自我表達(dá)能力得到了提高。在教學(xué)過(guò)程中我們還注重學(xué)生科研能力的訓(xùn)練,先后申請(qǐng)了如“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)探究鹽脅迫下納離子對(duì)小麥種子萌發(fā)和幼苗離子毒害效應(yīng)”、“低糖保健型石榴汁酸奶加工工藝的研究”、“玉米等主要農(nóng)作物的抗逆性研究”等多個(gè)國(guó)家級(jí)和校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新基金,實(shí)驗(yàn)“葉用芥菜和白菜型油菜之間體細(xì)胞雜交體的RAPD鑒定”參加第十二屆“挑戰(zhàn)杯”山東省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽并獲得三等獎(jiǎng)。目前生物技術(shù)導(dǎo)論申報(bào)校級(jí)特色課程,正在建設(shè)中。近幾年的教學(xué)實(shí)踐顯示,教學(xué)改革效果良好,并符合新世紀(jì)高等教育培養(yǎng)高素質(zhì)現(xiàn)代生物技術(shù)人才的需要。
參考文獻(xiàn):
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現(xiàn)代生物技術(shù)亦即生物工程,是以生命科學(xué)為基礎(chǔ),利用生物(或其組織、細(xì)胞等)的特性和功能,設(shè)計(jì)、構(gòu)建具有預(yù)期性能的新物質(zhì)或新品系,以及與工程原理相結(jié)合,加工生產(chǎn)產(chǎn)品或提供服務(wù)的綜合性技術(shù),它是以DNA 分子技術(shù)為基礎(chǔ),包括微生物工程,細(xì)胞工程,酶工程,基因工程等一系列生物高新技術(shù)的總稱(chēng).它雖誕生于20 世紀(jì)70 年代初,起步較晚,但其發(fā)展迅猛,且潛力巨大。為解決人類(lèi)生存與發(fā)展所面臨的糧食、健康、環(huán)境和能源等一系列重大問(wèn)題開(kāi)辟了廣闊的前景,因而倍受各國(guó)政府和企業(yè)界的歡迎,并將其與信息、新材料和新能源技術(shù)并列為影響國(guó)計(jì)民生的四大科學(xué)技術(shù)支柱,是21 世紀(jì)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的先導(dǎo)。
現(xiàn)代生物技術(shù)是一把雙刃劍,以基因工程為代表的現(xiàn)代生物技術(shù)的迅速崛起,在給人類(lèi)解決環(huán)境與發(fā)展的矛盾帶來(lái)新希望的同時(shí),不僅對(duì)人類(lèi)賴(lài)以生存的自然環(huán)境產(chǎn)生了巨大的威脅,且迅速滲透到政治、經(jīng)濟(jì)等各個(gè)領(lǐng)域,給國(guó)家或地區(qū)生態(tài)安全造成災(zāi)難性的影響。特別是在對(duì)其危害性認(rèn)識(shí)不足或被人類(lèi)濫用時(shí),其潛在危險(xiǎn)更難以預(yù)料,因而倍受世界的關(guān)注與憂慮。
一、現(xiàn)代生物技術(shù)及其在環(huán)境中的應(yīng)用和發(fā)展
以現(xiàn)代生物技術(shù)手段治理環(huán)境,保護(hù)環(huán)境,就是利用生物過(guò)程處理物質(zhì)包括廢棄物在內(nèi)的有毒有害物質(zhì)。現(xiàn)代生物技術(shù)對(duì)于解決土壤以及水污染和處理垃圾等環(huán)保問(wèn)題是一種經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益俱佳的有效手段之一。
與傳統(tǒng)方法比較,生物技術(shù)治理方法具有許多優(yōu)點(diǎn)。一是生物技術(shù)處理垃圾廢棄物是降解破壞污染物的分子結(jié)構(gòu),降解的產(chǎn)物以及副產(chǎn)物,大都是可以被生物重新利用的,有助于把人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的環(huán)境污染減輕到最小程度,這樣既做到一勞永逸,不留下長(zhǎng)期污染問(wèn)題,同時(shí)也對(duì)垃圾廢棄物進(jìn)行了資源化。二是生物技術(shù)是以酶促反應(yīng)為基礎(chǔ)的生物化學(xué)過(guò)程,而作為生物催化劑的酶是一種活性蛋白質(zhì),其反應(yīng)過(guò)程是在常溫常壓和接近中性的條件下進(jìn)行的,所以大多數(shù)生物治理技術(shù)可以就地實(shí)施,而且不影響其他作業(yè)的正常進(jìn)行,與常常需要高溫高壓的化工過(guò)程比較,反應(yīng)條件大大簡(jiǎn)化,設(shè)備簡(jiǎn)單,成本低廉,效果好,過(guò)程穩(wěn)定,操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。三是利用發(fā)酵工程技術(shù)處理污染物質(zhì)的最終轉(zhuǎn)化產(chǎn)物大都是無(wú)毒無(wú)害的穩(wěn)定的物質(zhì),如二氧化碳、水、氮?dú)夂图淄闅怏w等,常常是一步到位,避免污染物的多次轉(zhuǎn)移,因此生物技術(shù)又是一種消除污染的既安全又徹底的手段。生物技術(shù)作為一種高新技術(shù),自從上個(gè)世紀(jì)80 年代以來(lái),便受到世界各國(guó)以及各大民間機(jī)構(gòu)的高度重視,發(fā)展十分迅速,廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)清潔生產(chǎn)、工業(yè)廢棄物和城市生活垃圾的處理、有毒有害物質(zhì)的無(wú)害化處理等各個(gè)方面。
1.生物技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)的應(yīng)用
1.1 生物傳感器和生物芯片
生物感傳器和生物芯片是利用固定在載玻片、硅片、塑料片、尼龍膜等載體上的生物大分子(如DNA等)的分子雜交原理制成的辨認(rèn)元件來(lái)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的。通過(guò)檢測(cè)信號(hào)系統(tǒng)將生物分子辨認(rèn)過(guò)程中的物理或化學(xué)變化現(xiàn)象轉(zhuǎn)化成生物電信號(hào),再通過(guò)電子信號(hào)放大并由計(jì)算機(jī)軟件處理,可以得到與生物轉(zhuǎn)感器和生物芯片相對(duì)應(yīng)的環(huán)境物質(zhì)的監(jiān)測(cè)結(jié)果。近年來(lái),利用生物傳感器(biosensors)監(jiān)測(cè)環(huán)境中的污染物,特別是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),日益為人們所青睞。生物傳感器由分子識(shí)別單元(敏感材料)和轉(zhuǎn)換部分(換能器)構(gòu)成,以分子識(shí)別部分去識(shí)別被測(cè)目標(biāo)。根據(jù)敏感材料的不同相應(yīng)地分為酶?jìng)鞲衅鳌⑽⑸飩鞲衅鳌⒓?xì)胞傳感器和免疫傳感器。由生物傳感器與生物芯片構(gòu)成的檢測(cè)系統(tǒng)具有特異性、選擇性、高靈敏度和速度快的特點(diǎn)。目前,生物傳感器已達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用水平的有BOD生物傳感器、氨生物傳感器、亞硝酸鹽生物傳感器、乙醇生物傳感器和甲烷生物傳感器等。使用生物傳感器具有成本低、易制作、使用方便、測(cè)定快、省時(shí)等優(yōu)點(diǎn),在環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用中有著誘人的前景。
1.2 單細(xì)胞凝膠電泳
單細(xì)胞凝膠電泳是在細(xì)胞水平上檢測(cè)核酸損傷的方法,比經(jīng)典的染色體畸變實(shí)驗(yàn)、微核實(shí)驗(yàn)、姊妹染色體交換實(shí)驗(yàn)更靈敏。單細(xì)胞凝膠電泳是埋在瓊脂糖凝膠中的細(xì)胞在中性或堿性條件下裂解與解旋后,帶負(fù)電的核酸片斷在電場(chǎng)中向陽(yáng)極移動(dòng),在熒光下可觀察到受損傷的核酸便形成形似夜空中的彗星圖像。該實(shí)驗(yàn)對(duì)檢測(cè)低濃度遺傳毒物具有很高的靈敏性,被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)。
1.3 DNA分析技術(shù)
目前在一些環(huán)境污染源分析中,采用辨認(rèn)微生物DNA分子結(jié)構(gòu)的方式,取代以往采用生物染色或是原子示蹤技術(shù),分析和辨認(rèn)污染源的構(gòu)成和污染物的來(lái)源。如利用特定菌種 +,- 序列設(shè)計(jì)特定性的核酸熒光探針,分析環(huán)境中存在的特異性污染物. DNA分析方法常在多種環(huán)境污染物聯(lián)合作用分析中得到應(yīng)用,用來(lái)判斷環(huán)境中污染物的種群和數(shù)量(濃度)、來(lái)源。
通過(guò)制備特定菌種DNA 序列的特定的核酸熒光探針來(lái)檢測(cè)環(huán)境中的特異性污染物質(zhì),以此分析和辨認(rèn)污染源的構(gòu)成和污染物的來(lái)源。
1.4 生物免疫檢驗(yàn)
生物免疫檢驗(yàn)是利用特定的生物的抗原或抗體的反應(yīng),檢驗(yàn)分析環(huán)境物質(zhì)的生物毒性。通過(guò)生物抗原體在環(huán)境中的特種變異來(lái)監(jiān)測(cè)環(huán)境物質(zhì)對(duì)環(huán)境的毒性影響和預(yù)測(cè)等,并建立防治的一般性方法;利用免疫分析的效感性、特異性、快速及應(yīng)用的實(shí)效性、經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn),逐步取代傳統(tǒng)的環(huán)境化學(xué)分析方法和技術(shù)。該方法具有靈敏、特異、快捷、實(shí)用和經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn),而被廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染物的監(jiān)控。應(yīng)用酶聯(lián)免疫技術(shù)檢測(cè)分析環(huán)境中的農(nóng)藥及其代謝物是90 年代的一項(xiàng)新技術(shù)。目前,國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)發(fā)出殺蟲(chóng)劑、殺菌劑、除草劑等農(nóng)藥以及多氯聯(lián)苯、二惡英、抗菌素等污染物的酶聯(lián)免疫分析方法,其中用于現(xiàn)場(chǎng)快速分析的酶免疫試劑盒已商品化。
1.5 Ames 實(shí)驗(yàn)
該試驗(yàn)為微生物致突變?cè)囼?yàn),不僅可以測(cè)定環(huán)境中化學(xué)污染物的致突變,而且可以推測(cè)該環(huán)境污染物潛在的致癌性。Ames 實(shí)驗(yàn)是1975 年美國(guó)加利福尼亞大學(xué)Ames 教授發(fā)現(xiàn)鼠傷寒沙門(mén)氏菌組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株具有發(fā)生回交致突變的性能,后來(lái)Ames 教授發(fā)明了利用鼠傷寒沙門(mén)氏菌致突變性來(lái)檢測(cè)物質(zhì)致突變的方法。該方法經(jīng)過(guò)數(shù)次修改已日趨完善,具有試驗(yàn)周期短、靈敏度高、待測(cè)物用量少,一次可同時(shí)利用千萬(wàn)計(jì)的細(xì)菌個(gè)體探測(cè),易于操作,結(jié)果明確并能直接反映環(huán)境中多種污染物的聯(lián)合效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn),是一種較好的環(huán)境潛在突變物的預(yù)警手段。
2.生物技術(shù)在污染治理中的應(yīng)用
2.1 生物膜技術(shù)
生物膜處理污染物是以大量好氣性特定的微生物族群組成的生物膜為凈化主體的水處理方法,根據(jù)介質(zhì)與廢水的不同接觸方式有各種不同的處理裝置與方法。由于生物膜法具有生物密度高且易于培養(yǎng)特定微生物族群、耐污能力強(qiáng)、動(dòng)能消耗小,且不存在污泥回流和膨脹問(wèn)題、運(yùn)行管理方便等諸多特點(diǎn),而被廣泛運(yùn)用在處理化工、食品、石油、印染、醫(yī)藥等行業(yè)的工業(yè)污水處理上。
2.2 基因工程技術(shù)
在處理污染物的過(guò)程中,針對(duì)特定的污染物種類(lèi),利用基因工程技術(shù) (包括基因重組、原生質(zhì)融合、克隆技術(shù)等)培養(yǎng)、馴化特定新型的高效工程菌應(yīng)用于污染物處理。中科院武漢病毒研究所和成都生物研究所等科研單位聯(lián)合攻關(guān),已分離到數(shù)十種對(duì)污水具有高效降解和凈化的菌株,反復(fù)對(duì)不同工業(yè)污染源和環(huán)境化學(xué)污染物的凈化進(jìn)行了分離、鑒定、特點(diǎn)和凈化效率的深入研究,并結(jié)合環(huán)境工程技術(shù)進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)研究與推廣,已成功地將控制聯(lián)苯代謝的基因轉(zhuǎn)移到“666”降解菌細(xì)胞中并得到了表達(dá);將分離的SB1 菌運(yùn)用于處理聚乙烯醇退漿液時(shí),廢水凈化效果達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);篩選的染料脫色菌對(duì)印染廢水中的各種色素物質(zhì)除去率達(dá)95 %,凈化效率十分顯著。如美國(guó)采用基因工程培育的 “超級(jí)石油菌”,幾小時(shí)內(nèi)就可以降解自然菌需要 1年時(shí)間降解的水上浮油。目前普遍在工業(yè)中采用的如用基因工程微生物處理原煤脫硫,工業(yè)廢水中生物脫硫、脫酚;農(nóng)作物秸稈還田秸稈分解菌的篩選和培育等。又如有人把4 種假單胞菌的基因組入到同一菌種中,創(chuàng)造了有超常降解石油能力的超級(jí)菌,幾小時(shí)內(nèi)能降解浮油中的三分之二的烴類(lèi),而用自然菌則需一年多時(shí)間。Chakabrty 等將OCT 質(zhì)粒和抗汞MER 同時(shí)轉(zhuǎn)入惡臭假單胞菌中,使其既能降解烷烴又可在含汞50 - 70mg/ L 的環(huán)境中生長(zhǎng),并能降解有機(jī)汞。美國(guó)科學(xué)家把一種細(xì)菌中具有分解除草劑2,4 - D 的基因轉(zhuǎn)移到另一生長(zhǎng)速度快的細(xì)菌體內(nèi),使得這種菌明顯加快2,4 - D 的降解速度。目前,通過(guò)生物技術(shù),已培育出可降解石油及其衍生物如樟腦等、農(nóng)藥類(lèi)如六六六、化工污染物尼龍低聚體和重金屬如汞等的細(xì)菌。同時(shí),轉(zhuǎn)基因植物,特別是能超量吸收和累積重金屬的超量累積植物( hyperaccumulator),也是當(dāng)前研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。應(yīng)用植物修復(fù)不但可達(dá)到凈化環(huán)境,美化環(huán)境,還可以通過(guò)采集進(jìn)行處理和再利用。
2.3 發(fā)酵工程技術(shù)
在處理環(huán)境廢棄物的過(guò)程中,根據(jù)不同的環(huán)境廢棄物,選擇不同的生物菌群,配合適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件,進(jìn)行發(fā)酵處理,變廢為寶,實(shí)現(xiàn)廢物資源化。如利用微生物種群處理生活垃圾和農(nóng)業(yè)廢棄物進(jìn)行的堆肥、漚肥處理;利用農(nóng)業(yè)廢棄物進(jìn)行沼氣發(fā)酵,參與沼氣發(fā)酵的微生物都屬于嫌氣性有機(jī)營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌,如奧氏甲烷桿菌,甲烷八聯(lián)球菌等等。中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所經(jīng)過(guò)多年的研究,分離、篩選、優(yōu)化了一批高效基因工程菌以及微生物處理固體廢棄物的新工藝、新技術(shù),如城市有機(jī)垃圾處理技術(shù),有機(jī)垃圾高速發(fā)酵處理技術(shù),飲食垃圾發(fā)酵處理技術(shù)等。在城市垃圾生物技術(shù)處理方面目前有一種生物處理方法是先經(jīng)過(guò)篩選,回收可再生資源后,引入具有特定功能的微生物(主要是一些能高效降解有機(jī)物質(zhì)如纖維素、脂肪、蛋白質(zhì)的微生物)進(jìn)行好氧處理或厭氧發(fā)酵,加速發(fā)酵過(guò)程,同時(shí)還可以收集所產(chǎn)生的沼氣。
二、現(xiàn)代生物技術(shù)與生態(tài)安全
生態(tài)安全(ecological safety)是指一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是否受到破壞,功能是否受到損害。生態(tài)安全的顯著特性是生態(tài)系統(tǒng)所提供服務(wù)的數(shù)量和質(zhì)量的狀態(tài),其包含兩重含義,一是生態(tài)系統(tǒng)自身是否安全;二是生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類(lèi)是否安全,即生態(tài)系統(tǒng)所提供的服務(wù)是否滿足人類(lèi)生存需要。生態(tài)安全是在環(huán)境與安全的交叉域上出現(xiàn)的一個(gè)新概念。它蘊(yùn)含著:①與人類(lèi)生存、發(fā)展息息相關(guān)的生態(tài)環(huán)境及自然資源免遭污染與破壞,或處于未面臨污染破壞威脅的良好狀態(tài); ②因環(huán)境污染和生態(tài)破壞(包括可再生資源的耗竭)而對(duì)人群健康、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)家及全球構(gòu)成的威脅。生態(tài)安全的提出不僅反映了人類(lèi)對(duì)由環(huán)境問(wèn)題引起的安全問(wèn)題以及安全問(wèn)題所涉及的環(huán)境問(wèn)題的深切關(guān)注,而且拓展了環(huán)境觀和安全觀的內(nèi)涵。進(jìn)入20 世紀(jì)90 年代以來(lái),世界各國(guó)進(jìn)一步認(rèn)清了環(huán)境與發(fā)展的辯證關(guān)系,生態(tài)安全也擴(kuò)展到經(jīng)濟(jì)、政治等眾多領(lǐng)域。它不僅是指對(duì)當(dāng)代人群健康和后代人的健康成長(zhǎng)的危害,更主要的是指因環(huán)境污染與生態(tài)破壞而導(dǎo)致對(duì)世界和平與發(fā)展,對(duì)國(guó)家安全、經(jīng)濟(jì)安全,甚至對(duì)整個(gè)人類(lèi)的生存和發(fā)展的不利影響。這種廣義而綜合的生態(tài)安全觀正逐步為人們所理解和重視.
生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng),有一定演替規(guī)律。生物技術(shù)的應(yīng)用往往要引入新的或高密度生物群體,這對(duì)受納系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)可能產(chǎn)生影響,其中有一部分是負(fù)面的憑目前的生物技術(shù)發(fā)展水平,還不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)基因工程生物體及其代謝產(chǎn)物的表現(xiàn)形態(tài)和潛在危害,也難以提出針對(duì)性的防范措施。現(xiàn)代生物技術(shù)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的危害體現(xiàn)在下面幾個(gè)方面:
1.對(duì)生物多樣性的影響
由于轉(zhuǎn)基因技術(shù)已經(jīng)突破了傳統(tǒng)的界、門(mén)的局限,可以使動(dòng)植物、微生物甚至人類(lèi)的基因進(jìn)行相互轉(zhuǎn)移,使轉(zhuǎn)基因生物具有普通物種不具備的優(yōu)勢(shì)特征。若釋放到環(huán)境,會(huì)改變物種間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,破壞原有自然生態(tài)平衡,導(dǎo)致生物多樣性的喪失。當(dāng)這些轉(zhuǎn)基因通過(guò)基因流逐漸在野生種群中定居后,就使得作物的野生親緣種具有了獲得選擇優(yōu)勢(shì)的潛在可能性. 這樣作物本身及其野生親緣種就有可能成為雜草. 轉(zhuǎn)基因作物對(duì)土壤生物多樣性的影響最實(shí)質(zhì)的問(wèn)題就是轉(zhuǎn)基因作物所造成的生態(tài)入侵問(wèn)題。所謂生態(tài)入侵就是指外源生物引入本地區(qū),種群迅速蔓延失控,造成其它土著種類(lèi)瀕臨滅絕,并伴有其它嚴(yán)重危害的現(xiàn)象。生態(tài)入侵是一種不可逆的現(xiàn)象,它的危害除改變物種多樣性,更為嚴(yán)重的是導(dǎo)致整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的崩潰。例如,轉(zhuǎn)基因生物釋放后,與野生種導(dǎo)致外源基因的擴(kuò)散,改變物種原來(lái)基因組成,造成物質(zhì)資源的混亂,某些野生品種因不具備競(jìng)爭(zhēng)力而滅亡,最終威脅物種遺傳多樣性; 同時(shí)轉(zhuǎn)基因個(gè)體經(jīng)人們定向改造,往往生長(zhǎng)更快或抗病力、抗逆性增強(qiáng),比其它物種更具適應(yīng)性和競(jìng)爭(zhēng)力,一旦釋放到自然環(huán)境,就會(huì)破壞原有的種群生態(tài)平衡,改變生物群落的結(jié)構(gòu),影響生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)。
2.基因污染
從細(xì)菌、動(dòng)物或植物的一個(gè)物種中提取到一種基因通過(guò)各種方法轉(zhuǎn)移并整合到其它一個(gè)物種中去,這就是重組DNA 技術(shù),也就是轉(zhuǎn)基因技術(shù)。轉(zhuǎn)基因生物中的外源基因通過(guò)例如花粉的傳播(基因流)等途徑又被轉(zhuǎn)移到另外的生物體中,就會(huì)造成自然界基因庫(kù)的污染,這種現(xiàn)象稱(chēng)為基因污染。基因污染發(fā)生的途徑很多,可以由花粉通過(guò)風(fēng)媒或蟲(chóng)媒進(jìn)行傳播,或者種子通過(guò)動(dòng)物或在裝卸、運(yùn)輸過(guò)程中無(wú)意擴(kuò)散而傳播。因此,基因污染往往不會(huì)僅局限于最初發(fā)生的地區(qū),而會(huì)對(duì)環(huán)境造成蔓延性的災(zāi)難。野生植物通過(guò)抗除草劑基因受粉,也就完成了抗除草劑的基因改良,可能會(huì)變成“超級(jí)雜草”。這樣非目標(biāo)性的基因改良人類(lèi)很難控制,其后果也很難預(yù)測(cè)。
3.產(chǎn)生有害生物,危害生物群落
轉(zhuǎn)基因生物引入后可能會(huì)干擾生態(tài)系統(tǒng)的種群結(jié)構(gòu),如給蚜蟲(chóng)喂飼料轉(zhuǎn)基因馬鈴薯后,天敵瓢蟲(chóng)死亡較早,生殖率降低38 %,不能孵化率高出3 倍,導(dǎo)致蚜蟲(chóng)大量繁殖而變得更為猖獗。轉(zhuǎn)基因生物引入環(huán)境后可能加速有害生物進(jìn)化,產(chǎn)生更加有害的生物。如Bt 抗蟲(chóng)基因就有這種潛在可能性。同時(shí)有害生物中原先一些次要種可能上升成為主要種,改變生物種群物種的地位。并且,基因工程是一門(mén)新技術(shù),目前的科學(xué)水平還不能精確地預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)基因生物可能產(chǎn)生的所有表現(xiàn)型效應(yīng),轉(zhuǎn)基因生物在某些環(huán)境下可能具有良好的表現(xiàn)型效應(yīng),一旦被引入另一環(huán)境中可能產(chǎn)生不同表現(xiàn)型而對(duì)環(huán)境不利。如百慕大草(Cynodon dactylon)在一些地區(qū)是重要的草皮草和飼料,而在美國(guó)的許多地方卻是最不受歡迎的雜草之一。
三、中國(guó)的生物技術(shù)與生態(tài)安全
對(duì)中國(guó)這樣的人口大國(guó)來(lái)說(shuō),人口- 資源- 環(huán)境- 經(jīng)濟(jì)-社會(huì)的矛盾尤為尖銳,生存問(wèn)題尤顯重要。利用現(xiàn)代生物技術(shù),提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和質(zhì)量,對(duì)解決我國(guó)生存與發(fā)展以及可持續(xù)發(fā)展意義深遠(yuǎn)。但是,我國(guó)生物技術(shù)的研究和應(yīng)用還很落后,還得依靠國(guó)外的技術(shù)與產(chǎn)品,這就使得我國(guó)面臨經(jīng)濟(jì)安全和生物安全的雙重威脅。加入WTO 后,有更多的跨國(guó)公司涌入中國(guó)市場(chǎng),推銷(xiāo)其生物技術(shù)與產(chǎn)品,在滿足研發(fā)和消費(fèi)需求的同時(shí),勢(shì)必對(duì)我國(guó)的資源、環(huán)境、生態(tài)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的安全構(gòu)成巨大的威脅和挑戰(zhàn)。我國(guó)的環(huán)境問(wèn)題已相當(dāng)嚴(yán)重,人口眾多和資源短缺,急需利用現(xiàn)代生物技術(shù)來(lái)防治環(huán)境污染和生態(tài)破壞,在保障環(huán)境安全的同時(shí),綜合高效地利用資源,以促進(jìn)我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展。因此,現(xiàn)代生物技術(shù)所帶來(lái)的環(huán)境安全問(wèn)題亟待引起高度重視和廣泛關(guān)注。
四、對(duì)策
現(xiàn)代生物技術(shù)對(duì)人類(lèi)環(huán)境已造成和存在潛在的災(zāi)害性影響,已經(jīng)引起了世界各國(guó)政府、專(zhuān)家、普通民眾和環(huán)保組織的關(guān)注。盡管如此,人們對(duì)現(xiàn)代生物技術(shù)與環(huán)境安全的機(jī)理、危害性、嚴(yán)重性等認(rèn)識(shí)還不夠。要避免現(xiàn)代生物技術(shù)造成環(huán)境生態(tài)災(zāi)難,應(yīng)采取如下措施:
1.在加強(qiáng)生物技術(shù)研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的同時(shí),重視跟蹤研究和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)測(cè)。風(fēng)險(xiǎn)的出現(xiàn)有長(zhǎng)期滯后性,對(duì)轉(zhuǎn)基因生物的環(huán)境安全問(wèn)題必須進(jìn)行長(zhǎng)期、系統(tǒng)地研究,對(duì)生物技術(shù)進(jìn)行評(píng)測(cè),積極防范環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),防患于未然。利用科學(xué)手段評(píng)估生物技術(shù)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),目前看來(lái),評(píng)估的研究多集中在:(1)轉(zhuǎn)基因逃逸所造成的基因生物與其野生系緣種間基因的流動(dòng); (2)轉(zhuǎn)基因生物釋放引起的生態(tài)入侵這兩個(gè)問(wèn)題上.對(duì)于轉(zhuǎn)基因微生物進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,首先要考慮的是轉(zhuǎn)基因微生物中插入哪些DNA,該DNA 的來(lái)源,功能及插入位置,其次是基因轉(zhuǎn)移問(wèn)題以及轉(zhuǎn)基因微生物的適合度(包括它在環(huán)境中的適應(yīng)能力,繁殖能力,競(jìng)爭(zhēng)能力等),第三是要避免轉(zhuǎn)基因微生物對(duì)非目標(biāo)生物造成危害,最后要考慮其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的影響,以及它對(duì)生物多樣性可能造成了破壞。
2.建立有效的約束監(jiān)督機(jī)制,加強(qiáng)如生物技術(shù)的研究、應(yīng)用的立法,特別是加強(qiáng)生物技術(shù)環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的研究與評(píng)測(cè)方面的立法與監(jiān)督.為預(yù)防和控制現(xiàn)代生物技術(shù)可能產(chǎn)生的各種風(fēng)險(xiǎn),保護(hù)全球生物多樣性和人類(lèi)健康,聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署和《生物多樣性公約》秘書(shū)處從1994 年開(kāi)始組織制定“生物安全議定書(shū)”,并于1999 年6 月5 日正式簽署實(shí)施。2000 年8 月,中國(guó)政府也正式簽署了《〈生物多樣性公約〉的卡塔赫納生物安全議定書(shū)》,并由國(guó)家環(huán)保總局牽頭編制了《中國(guó)國(guó)家生物安全框架》,提出了我國(guó)生物安全管理體制、法規(guī)建設(shè)和能力建設(shè)方案。同時(shí),各國(guó)政府也普遍認(rèn)識(shí)到現(xiàn)代生物技術(shù)的潛在危害,并開(kāi)始制定和完善相關(guān)法規(guī)。美國(guó)、歐盟、加拿大先后制定了有關(guān)法規(guī),建立相應(yīng)的管理機(jī)制;印度、埃及、印尼、巴西、智利等也都了管理法規(guī)。
3.加強(qiáng)宣傳與教育,樹(shù)立環(huán)境安全觀。加強(qiáng)現(xiàn)代生物技術(shù)的宣傳與教育,將生物技術(shù)的有關(guān)信息向公眾公開(kāi),特別是其可能存在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),讓公眾廣泛參與,進(jìn)行監(jiān)督與約束;幫助公眾樹(shù)立正確的環(huán)境意識(shí)和環(huán)境安全觀,重視和防范轉(zhuǎn)基因生物的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),樹(shù)立基因資源觀和防范環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)。
4.積極推動(dòng)建立公正、公平、合理的國(guó)際政治和經(jīng)濟(jì)新秩序。由于現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展的不平衡以及不合理的國(guó)際政治、經(jīng)濟(jì)舊秩序,使得在國(guó)際貿(mào)易與交往中,發(fā)展中國(guó)家與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的發(fā)展嚴(yán)重失衡,有可能形成新的環(huán)境殖民主義和霸權(quán)主義。廣大發(fā)展中國(guó)家只有團(tuán)結(jié)起來(lái),加強(qiáng)自身資源的開(kāi)發(fā)與保護(hù),并積極推動(dòng)建立新的國(guó)際政治、經(jīng)濟(jì)新秩序,才能徹底地扭轉(zhuǎn)這種局面。
總之,生物技術(shù)將成為21世紀(jì)高新技術(shù)中一項(xiàng)重要的技術(shù),發(fā)展也會(huì)非常迅速。在發(fā)展現(xiàn)在生物技術(shù)的同時(shí),重視生態(tài)安全也是重要的。
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關(guān)鍵詞:植物組織培養(yǎng);教學(xué)改革;辦學(xué)特色
中圖分類(lèi)號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2012)12-0042-02
植物組織培養(yǎng)是一門(mén)理論和實(shí)踐緊密相連的課程,作為植物生物技術(shù)的重要組成部分,目前已經(jīng)廣泛滲透到生物科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。它不僅在生物學(xué)基礎(chǔ)研究理論的研究方面,而且在植物脫毒快繁、新品種的選育和藥用植物工廠化生產(chǎn)等實(shí)踐應(yīng)用方面,都發(fā)揮著極為重要的作用[1-3]。作為一門(mén)應(yīng)用性很強(qiáng)的課程,如何向?qū)W生講授好這一課程是一個(gè)難中難的問(wèn)題。對(duì)于生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)的畢業(yè)生來(lái)說(shuō),掌握好組織培養(yǎng)技術(shù)對(duì)于其今后的就業(yè)以及人生的職業(yè)規(guī)劃,都有著舉足輕重的作用。尤其是在高校畢業(yè)生就業(yè)困難的特殊時(shí)期。鑒于此,本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)手段和教學(xué)環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行了不斷的改革和探索,以期能提高植物組織培養(yǎng)的教學(xué)質(zhì)量,培養(yǎng)出合格的高素質(zhì)創(chuàng)新型生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才。
一、適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容,優(yōu)化植物組織培養(yǎng)的課程體系
植物組織培養(yǎng)課程涉及內(nèi)容廣,實(shí)踐應(yīng)用性強(qiáng)。因此,建設(shè)一門(mén)內(nèi)容布局合理,資源高效、實(shí)用性強(qiáng)的植物組織培養(yǎng)課程體系是非常必須的。這樣如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)做到內(nèi)容得當(dāng),重點(diǎn)突出的授課,顯得尤為重要。首先課程內(nèi)容的開(kāi)設(shè)必須以教學(xué)大綱為依據(jù),基礎(chǔ)理論既要體現(xiàn)本課程的完整性與系統(tǒng)性,又要注重課程的前沿性。但在內(nèi)容設(shè)置方面需要與相近課程銜接,既要避免相近課程間內(nèi)容重復(fù),又要做到為后續(xù)課程服務(wù),使學(xué)生從總體上能夠把握該課程。其次,要特別突出其應(yīng)用性強(qiáng)的特色,尤其是社會(huì)對(duì)組培技術(shù)的需求。這樣不僅能拓寬學(xué)生就業(yè)渠道,而且使學(xué)科服務(wù)社會(huì)的功能更加明顯。此外,還應(yīng)增加案例分析。利用植物組織培養(yǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的成功事例,讓學(xué)生切身感受到學(xué)以致用,增加學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和開(kāi)拓學(xué)生的眼界。基于上述考慮,課程內(nèi)容設(shè)置主要包括以下幾方面:(1)講授植物組織培養(yǎng)基本操作技術(shù)。內(nèi)容包括植物組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建、主要儀器設(shè)備的使用、培養(yǎng)基種類(lèi)及制備、外植體的消毒滅菌及無(wú)菌操作技術(shù)。這一部分是從事植物組織培養(yǎng)的必備技能。(2)講授植物各種離體器官、組織和細(xì)胞的培養(yǎng)方法,重點(diǎn)內(nèi)容是愈傷組織的形態(tài)建成、體細(xì)胞胚胎發(fā)生、離體快繁和植物離體培養(yǎng)常見(jiàn)問(wèn)題及預(yù)防技術(shù)等。此外,對(duì)植物組培的基礎(chǔ)理論,如植物細(xì)胞全能性、分化和脫分化機(jī)理做必要的闡述。而且對(duì)植物干細(xì)胞的最新研究進(jìn)展做簡(jiǎn)要介紹,以便使同學(xué)了解組培技術(shù)在生物學(xué)基礎(chǔ)理論研究方面的應(yīng)用,做好本課程與細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)的銜接。而對(duì)植物細(xì)胞培養(yǎng)除了講授原理外,著重突出其技術(shù)和應(yīng)用知識(shí)講授以突顯工科特色。(3)考慮到植物組培在實(shí)踐中的應(yīng)用,講授植物組織培養(yǎng)工廠化生產(chǎn)方面的內(nèi)容。對(duì)組培項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施、工廠化育苗及工廠化生產(chǎn)的技術(shù)、經(jīng)營(yíng)與管理知識(shí)進(jìn)行講解。而且為了加深感受,在后續(xù)的工程教育課程中開(kāi)設(shè)實(shí)地考察當(dāng)?shù)亟M培工廠內(nèi)容。做到課程間的互相協(xié)調(diào),促進(jìn)教學(xué)效果。
二、教學(xué)模式多樣化
作為一門(mén)技術(shù)性很強(qiáng)的課程,植物組織培養(yǎng)就有很強(qiáng)的科學(xué)性、實(shí)踐性和靈活性。特別是在科技日益發(fā)展的今天,單一的傳統(tǒng)板書(shū)教學(xué)模式會(huì)使學(xué)生感到乏味。因此,為了提高課堂教學(xué)效果,也為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,在實(shí)際教學(xué)中,根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)采用板書(shū)、專(zhuān)題討論、多媒體展示等多種教學(xué)方法相結(jié)合的教學(xué)模式。
(一)多媒體輔助教學(xué)
多媒體技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)整合是一種高效率、高層次的全新教學(xué)模式。它不僅可以創(chuàng)設(shè)生動(dòng)情境,模擬現(xiàn)實(shí)情景,而且能擴(kuò)展教學(xué)內(nèi)容,開(kāi)闊學(xué)生視野,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生認(rèn)識(shí)與主觀能動(dòng)性,讓學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主人[4]。在植物組織培養(yǎng)課程講授中,不時(shí)地會(huì)出現(xiàn)一些抽象的內(nèi)容,如胚狀體、愈傷組織的形態(tài),植物形態(tài)發(fā)生過(guò)程以及個(gè)別儀器設(shè)備(如光照培養(yǎng)箱、倒置顯微鏡、高溫蒸汽滅菌鍋等)的使用等內(nèi)容,這時(shí)傳統(tǒng)的教學(xué)講解并不一定能起到理想的效果,而借助多媒體展示相關(guān)的圖片、flas就可以圖文并茂,起到生動(dòng)形象的效果。而通過(guò)一些與組織相關(guān)的科教光盤(pán),這樣就能更好地展示植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用前景。因此,二者的有機(jī)結(jié)合,可以起到事半功倍的教學(xué)效果。
(二)專(zhuān)題討論
由于植物組織培養(yǎng)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性,因此在介紹植物組織培養(yǎng)技術(shù)的同時(shí),不可避免要闡述其在各領(lǐng)域應(yīng)用。這時(shí)通過(guò)階段性的系統(tǒng)學(xué)習(xí)之后,以專(zhuān)題討論的形式進(jìn)行課堂教學(xué),利用PBL教學(xué)法(problem-based learning,PBL)進(jìn)行教學(xué)。即以問(wèn)題為基礎(chǔ),以學(xué)生為中心,培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力,發(fā)展學(xué)生綜合思考能力和解決實(shí)際問(wèn)題能力的教學(xué)方法[5]。從而起到很好的教學(xué)效果。如在學(xué)習(xí)完植物離體快繁后,通過(guò)植物離體快繁專(zhuān)題討論課,讓學(xué)生先從各自感興趣的方面查閱文獻(xiàn),最后在課堂就該主題展開(kāi)討論。這樣就可以讓學(xué)生自己成為學(xué)習(xí)的主宰者,加深對(duì)相關(guān)知識(shí)的了解,從而全面掌握所學(xué)知識(shí)。
(三)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合
作為一門(mén)技術(shù)性課程,單一的理論講解并不能使學(xué)生完全掌握。因此,在理論教學(xué)課程中穿插必要的實(shí)驗(yàn)教學(xué),讓學(xué)生把課堂知識(shí)從抽象到具體,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中消化課堂教學(xué)內(nèi)容。做到二者的有機(jī)結(jié)合,相互促進(jìn)。如在介紹愈傷組織的概念及其形態(tài)發(fā)生時(shí),課堂的講授過(guò)于抽象兒不利于學(xué)生理解,但是及時(shí)的實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué),卻會(huì)使學(xué)生從實(shí)體上去理解相關(guān)內(nèi)容。因此在課堂教學(xué)中,不能局限于單一的教學(xué)模式,而是要根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容,采用多種教學(xué)手段的有機(jī)結(jié)合,這樣就能極大地提高課堂教學(xué)效果,并充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性。
三、引導(dǎo)大學(xué)生科技創(chuàng)新
創(chuàng)新教育是當(dāng)今高等教育改革的首要任務(wù)。這不僅是全面貫徹國(guó)家教育方針的需要,同樣也是迎接知識(shí)經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)的需要。植物組織培養(yǎng)作為一門(mén)實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的課程,如何在教學(xué)中去培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力和實(shí)踐精神,是一個(gè)重中之重的難題。基于以上考慮,在課程的講授中,引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí),利用植物組織培養(yǎng)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室平臺(tái),并且結(jié)合“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽及內(nèi)蒙古科技大學(xué)“李保衛(wèi)創(chuàng)新基金”等項(xiàng)目,就植物組織培養(yǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)創(chuàng)探索性工作。
四、改革考核方式
高校教育不是考分教育,單一的以考試不能全面反映學(xué)生的綜合表現(xiàn)。因此,任課教師對(duì)植物組織培養(yǎng)課程的考核進(jìn)行改革,學(xué)生成績(jī)的評(píng)定采取考試成績(jī)(60%)+實(shí)驗(yàn)成績(jī)(30%)+作業(yè)(10%)的多種形式結(jié)合的考核方式。俗話說(shuō),沒(méi)有規(guī)矩,不成方圓。因此必備的考試形式還是不可缺少,而且這也是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)狀況,檢驗(yàn)老師教學(xué)效果的最直接的方式。但是這不是檢驗(yàn)學(xué)生的唯一標(biāo)準(zhǔn)。同樣,在日常教學(xué)過(guò)程中,根據(jù)不同教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)給同學(xué)留些具有拓展性的思考題,通過(guò)這種方式培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和查閱文獻(xiàn)的能力。故而在成績(jī)?cè)u(píng)定時(shí)會(huì)加以考慮。而實(shí)驗(yàn)技能的好壞這是檢驗(yàn)學(xué)生動(dòng)手能力的唯一標(biāo)準(zhǔn)。因此,最終的課程成績(jī)通過(guò)對(duì)這些不同方面的考核來(lái)綜合評(píng)定。
作為地方工科院校,本校歷來(lái)堅(jiān)持“厚基礎(chǔ)、寬口徑、淡化專(zhuān)業(yè)方向”的培養(yǎng)模式,形成了為生產(chǎn)一線培養(yǎng)“上手快、留得住、后勁足”的工程應(yīng)用型人才的辦學(xué)特色。生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)作為學(xué)校的新專(zhuān)業(yè),須秉承學(xué)校的辦學(xué)宗旨。因此植物組織培養(yǎng)課程的教學(xué)改革也是以本校的培養(yǎng)模式為依據(jù),以辦學(xué)特色為目標(biāo),進(jìn)而不斷優(yōu)化課程體系,培養(yǎng)成具有工科特色和地方特色的生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)人才。
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【關(guān)鍵詞】生物修復(fù);金屬污染;石油污染;污染治理
隨著人口的迅猛增長(zhǎng)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展,人類(lèi)對(duì)化學(xué)品的依賴(lài)程度不斷提高,化學(xué)品在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、裝卸和處置的過(guò)程中都會(huì)有大量有毒有害物質(zhì)釋放到空氣、土壤和水體中,使得土壤、水體及空氣中有毒有害化學(xué)物質(zhì)的污染加重,這已經(jīng)成為世界各國(guó)面臨的主要環(huán)境問(wèn)題。尋找一種高效、經(jīng)濟(jì)、持久且對(duì)環(huán)境擾動(dòng)小的治理方法成為目前關(guān)注的焦點(diǎn)。
在二十世紀(jì)50年代末和60年代初,在Cornell大學(xué)任教的Martin.Alexander與他的學(xué)生展開(kāi)了農(nóng)藥在土壤中可降解性的研究,為后來(lái)生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)[1]。但人類(lèi)利用生物修復(fù)技術(shù)處理現(xiàn)場(chǎng)僅有30年的歷史,首次記錄實(shí)際使用生物修復(fù)是在1972年,于美國(guó)賓夕法尼亞洲的Ambler清除管線泄漏的汽油[2]。最初生物修復(fù)的應(yīng)用范圍僅限于試驗(yàn)階段,直到1989年,埃克遜油輪在阿拉斯加泄油事件為生物修復(fù)技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用提供了機(jī)會(huì),同時(shí)生物修復(fù)技術(shù)也得到了廣泛認(rèn)可。1991年,第一屆原位生物修復(fù)國(guó)際研討會(huì)在美國(guó)的圣地亞哥舉行,各國(guó)學(xué)者在會(huì)上對(duì)生物修復(fù)工作中的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了交流和總結(jié),進(jìn)一步促進(jìn)了生物修復(fù)技術(shù)的推廣和應(yīng)用[3]。2002年10月Science專(zhuān)門(mén)刊登環(huán)境微生物技術(shù)的研究特輯[4]。可以預(yù)料,生物修復(fù)將是21世紀(jì)初環(huán)境生物技術(shù)的主攻方向之一。
1.生物修復(fù)技術(shù)的概念
生物修復(fù)(bioremediation),是指利用生物的生命代謝活動(dòng)減小存在于環(huán)境中有毒有害物質(zhì)的濃度或使其完全無(wú)害化,從而使污染了的環(huán)境能夠部分或完全恢復(fù)到原初狀態(tài)的過(guò)程。生物修復(fù)方法是利用土著的、引入的微生物的代謝作用進(jìn)行消除或富積有毒有害物質(zhì)的生物學(xué)過(guò)程。應(yīng)用環(huán)境生物修復(fù)技術(shù)處理污染物時(shí),最終產(chǎn)物大都是無(wú)害的、穩(wěn)定的物質(zhì),如二氧化碳、水、氮?dú)獾龋疫@種處理方法能一步到位,避免了污染物的多次轉(zhuǎn)移。總體而言,生物修復(fù)技術(shù)是一類(lèi)低耗、高效和環(huán)境安全的環(huán)境生物技術(shù)。
大體上,可以將生物修復(fù)分為原位生物修復(fù)和異位生物修復(fù)。原位生物修復(fù)(就地生物修復(fù))即污染土壤或水體不經(jīng)過(guò)搬運(yùn)或運(yùn)輸,而是通過(guò)投加微生物、營(yíng)養(yǎng)鹽、電子受體等方法進(jìn)行原位生物降解。異位生物修復(fù)即利用物理化學(xué)方法將受污染物質(zhì)搬離原地進(jìn)行集中生物降解,通常對(duì)于污染嚴(yán)重的土壤與水體多采用該技術(shù)。
2.生物修復(fù)技術(shù)的研究與應(yīng)用
2.1生物修復(fù)技術(shù)在金屬污染中的應(yīng)用
隨著電鍍、制革、印染、化工等工業(yè)的發(fā)展,重金屬的使用越來(lái)越廣泛,伴隨而來(lái)的重金屬污染的問(wèn)題也日趨嚴(yán)重。環(huán)境中的痕量重金屬如鉛、鉻、鎘等可通過(guò)食物鏈最終在生物體內(nèi)累積,對(duì)人的神經(jīng)系統(tǒng)、肝臟、骨骼具有毒害作用,甚至產(chǎn)生三致(致癌、致畸、致突變)作用,極大地危害了人類(lèi)健康;而鎳不僅被認(rèn)為是致癌物質(zhì),還會(huì)通過(guò)基因遺傳影響后代。因此,有效地去除重金屬污染也成為當(dāng)前一個(gè)十分迫切的任務(wù)。
傳統(tǒng)的處理重金屬的物理化學(xué)方法很多,如化學(xué)沉淀法、離子交換法、電解法、反滲透法、萃取法、活性炭吸附法、膜分離法等[5-6]。它們各有優(yōu)點(diǎn),但不同程度地存在著投資大、能耗高、操作困難、易產(chǎn)生二次污染等缺點(diǎn),特別是在處理低含量重金屬污染時(shí),其操作費(fèi)用和原材料成本相對(duì)過(guò)高。隨著生物技術(shù)的發(fā)展,20世紀(jì)80年代人們逐漸將低含量重金屬污染治理的研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了生物修復(fù)技術(shù)。
重金屬污染土壤生物修復(fù)技術(shù),是利用生物作用,削減、凈化土壤中重金屬或降低重金屬毒性,該技術(shù)主要通過(guò)2種途徑來(lái)達(dá)到凈化作用。①通過(guò)生物作用改變重金屬在土壤中的化學(xué)形態(tài),使重金屬固定或解毒,降低其在土壤環(huán)境中的移動(dòng)性和生物可利用性;②通過(guò)生物吸收、代謝達(dá)到對(duì)重金屬的削減、凈化與固定作用。生物修復(fù)技術(shù)主要包括微生物修復(fù)和植物修復(fù)2種類(lèi)型。
微生物法去除環(huán)境中的重金屬主要是利用微生物改變金屬原子、金屬離子的形態(tài)使其沉淀,以達(dá)到去除有毒重金屬的目的;或者利用微生物改變金屬離子的價(jià)態(tài)使金屬溶于液體中,從而易于從土壤中濾除。此外,還發(fā)現(xiàn)海藻、酵母菌等對(duì)金屬具有較強(qiáng)的生物吸附能力。Hap等[7]發(fā)現(xiàn)從工業(yè)廢水中分離出的Enterobacter cloacae,Klebsiella spp.微生物可以適應(yīng)環(huán)境中高濃度的鎘、鉛、鉻,而且細(xì)胞繁殖過(guò)程中對(duì)鎘的去除率達(dá)63%~70%。Donmez和Aksu[8]分離出的Candida spp.酵母菌對(duì)環(huán)境中鎳、銅的去除率分別為57%~71%、52%~68%,但是去除率受到介質(zhì)中起初金屬濃度、pH值(最適宜pH值為3~5)的影響。
植物修復(fù)技術(shù)是利用植物對(duì)某種污染物具有特殊的吸收富集能力,將環(huán)境中的污染物轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)或?qū)⑽廴疚锝到饫茫瑢?duì)植物進(jìn)行回收處理,達(dá)到去除污染與修復(fù)生態(tài)的目的。植物修復(fù)的機(jī)理通常包括植物固定、植物揮發(fā)和植物吸收3種方式,其中植物吸收技術(shù)是目前應(yīng)用最多、最有發(fā)展前景的土壤重金屬污染植物修復(fù)技術(shù)。植物修復(fù)具有成本低、可提高土壤肥力、避免二次污染以及對(duì)環(huán)境擾動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于土壤重金屬污染治理中。
2.2生物修復(fù)技術(shù)在石油污染中的應(yīng)用
隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快,全球?qū)τ谑偷男枨罅恳搽S之增加。然而石油在開(kāi)采與運(yùn)輸過(guò)程中由于泄漏對(duì)土壤、水體等環(huán)境造成的污染也越來(lái)越嚴(yán)重。石油中含有多種烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴和烯烴等復(fù)雜烴類(lèi)化合物,其中多環(huán)芳香烴(PAHs)還被認(rèn)為是一種致癌、致誘變物質(zhì)[9-10]。1989年3月,美國(guó)埃克森公司“瓦爾德斯”號(hào)油輪在阿拉斯加州威廉王子灣擱淺,泄漏5萬(wàn)噸原油。沿海1300公里區(qū)域受到污染,當(dāng)?shù)仵q魚(yú)和鯡魚(yú)近于滅絕,數(shù)十家企業(yè)破產(chǎn)或?yàn)l臨倒閉;1991年1月,海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間,伊拉克軍隊(duì)撤出科威特前點(diǎn)燃科威特境內(nèi)油井,多達(dá)150萬(wàn)噸石油泄漏,污染沙特阿拉伯西北部沿海500公里區(qū)域;2010年4月,位于美國(guó)南部墨西哥灣的“深水地平線”鉆井平臺(tái)發(fā)生爆炸,事故造成的原油泄漏形成了一條長(zhǎng)達(dá)100多公里的污染帶,造成嚴(yán)重污染。
石油泄漏過(guò)程中不僅破壞了海洋等生態(tài)環(huán)境,而且通過(guò)土壤、植物等進(jìn)入食物鏈直接危害到了人類(lèi)健康。美國(guó)國(guó)家環(huán)保局已將l6種PAHs確定為污染環(huán)境的優(yōu)先去除污染物。與傳統(tǒng)的去除PAHs的物理化學(xué)方法相比,生物修復(fù)方法不是將污染物從一種環(huán)境物質(zhì)轉(zhuǎn)移到另一種環(huán)境物質(zhì),而是將污染物降解或者固定,從而減少了二次污染,節(jié)省了投資,因此得到廣泛應(yīng)用。
石油污染的生物修復(fù)研究,萌芽自20世紀(jì)70年代,到了90年代顯著增加,尤其是2000年以后,其研究方向更為多元化[11]。1984年,針對(duì)美國(guó)密蘇里州西部石油運(yùn)輸泄漏事件,采用了添加氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、人工曝氣的方法進(jìn)行原位生物修復(fù),經(jīng)過(guò)32個(gè)月的運(yùn)行。苯、甲苯和二甲苯的濃度從20mg/L~30mg/L降低到0.05mg/L~0.1mg/L。均得到了良好的處理效果。1989年,利用生物修復(fù)的方法修復(fù)受石油污染的阿拉斯加海灘是生物修復(fù)技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的最成功的例子。在我國(guó),石油污染土壤、地下水的生物修復(fù)技術(shù)還處于研究階段。秦煜民、隋智慧等[12]人在對(duì)遼河石油污染土壤的生物修復(fù)可行性研究中分離出微球菌、黃桿菌、假單胞菌和無(wú)色桿菌4種可以降解石油中碳?xì)浠衔锏木N,當(dāng)H2O2和油酸鈉的用量分別為8850mg/L和166mg/L時(shí),24h內(nèi)生物除油率可達(dá)48%。張旭等[13]人取淄河灘含石油土壤。通過(guò)加入富集細(xì)菌、翻耕調(diào)濕、加菌和翻濕相結(jié)合3種生物修復(fù)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)石油半衰期由自然土壤的990d減少到346d;在翻耕和調(diào)節(jié)土壤含水率的條件下。石油半衰期由對(duì)照樣的173d減少為90d;在綜合生物治理?xiàng)l件下,石油半衰期縮短為42d。
石油污染生物修復(fù)技術(shù)目前的主要研究方向包括:添加輔助營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或輔助乳化劑、石油污染降解過(guò)程的生物標(biāo)記研究、菌株具體降解途徑、工程示范研究,但由于石油污染成分復(fù)雜,不同微生物可利用的石油底物不同,降解途徑也不同,因此傳統(tǒng)的石油污染生物修復(fù)研究存在效率不高、難以維持等問(wèn)題。
3.生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用前景展望
生物修復(fù)技術(shù)是20世紀(jì)90年代迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)污染環(huán)境治理技術(shù),實(shí)踐證明,采用生物技術(shù)修復(fù)污染環(huán)境與傳統(tǒng)的物理化學(xué)技術(shù)相比可以節(jié)省大量投資、可以就地進(jìn)行、對(duì)周?chē)h(huán)境的影響較小、可以最大限度地去除環(huán)境中的污染物。
生物修復(fù)是目前環(huán)境工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛、較為重要的一項(xiàng)技術(shù),是一種環(huán)境友好替代技術(shù),從經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的發(fā)展角度來(lái)看具有很大的誘惑力,在國(guó)內(nèi)外受到日益廣泛的重視。我國(guó)關(guān)于生物修復(fù)的研究起步較晚,目前尚處于小試與中試階段,還需進(jìn)一步發(fā)展。
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關(guān)鍵詞:基因工程 生物技術(shù) 林木培養(yǎng) 林業(yè)
林業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),在維護(hù)生態(tài)平衡、改善生態(tài)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中有著不可忽視的重要意義。培育林木新品種是林業(yè)工作中的主要內(nèi)容,是林業(yè)發(fā)展中不容忽視的重點(diǎn)。基因工程作為現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展中的一項(xiàng)新內(nèi)容,其發(fā)展為林業(yè)工作進(jìn)展開(kāi)辟了一條經(jīng)濟(jì)、合理、高效的途徑。基因工程是指把在體外插入病毒、質(zhì)粒或其他載體分子的核酸分子(目的基因)導(dǎo)入受體細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行無(wú)性繁殖,使重組基因在受體細(xì)胞內(nèi)表達(dá),產(chǎn)生出人類(lèi)需要的基因產(chǎn)物。基因工程學(xué)誕生于上個(gè)世紀(jì)七十年代,在近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展中取得了輝煌的成就,并還在迅速的發(fā)展之中,成為當(dāng)今生命科學(xué)研究領(lǐng)域和生物技術(shù)領(lǐng)域中最具生命力和最引人注目的前沿學(xué)科。植物基因工程在目前社會(huì)中已經(jīng)被應(yīng)用在各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域中,由于其具有巨大的實(shí)用性和發(fā)展?jié)摿Χ找媸艿饺藗冎匾暋?/p>
1、基因工程的概念和特點(diǎn)
基因工程是由傳統(tǒng)生物技術(shù)結(jié)合現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)發(fā)展而形成的一種現(xiàn)代化生物技術(shù)分支學(xué)科。傳統(tǒng)的生物技術(shù)的原始應(yīng)用可以追索久遠(yuǎn),但是現(xiàn)代的生物技術(shù)主要是指在近三四十年的實(shí)踐中產(chǎn)生的微生物學(xué)、遺傳學(xué)、生物化學(xué)等,這些學(xué)科在計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)的指引下逐步形成了現(xiàn)代化高新技術(shù),以基因工程為主的現(xiàn)代化高新生物技術(shù)最受人們關(guān)注。在林業(yè)工程中采用基因工程對(duì)林木新品種進(jìn)行培育和愛(ài)良,是林業(yè)工業(yè)生產(chǎn)中減少環(huán)境污染,提高林業(yè)效率的主要手段,基因工程在林業(yè)技術(shù)加工和能源轉(zhuǎn)換等方面都具有著重要的意義,同時(shí)也擁有廣闊的發(fā)展前景。
2、轉(zhuǎn)基因的方法
2.1以生物載體如農(nóng)桿菌和反轉(zhuǎn)錄病毒等為介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移據(jù)統(tǒng)計(jì),迄今獲得的60多種植物的基因植株,80%以上為農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化。
2.2 以非生物載體如脂質(zhì)體為載體的轉(zhuǎn)移脂質(zhì)體是由磷脂組成的膜狀結(jié)構(gòu),將DNA分子包裝在脂質(zhì)體內(nèi)可以避免外部DNA降解酶的降解作用,同時(shí)還有提高DNA局部濃度的效果。
3、植物轉(zhuǎn)化細(xì)胞的篩選和轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞的組織培養(yǎng)
植物細(xì)胞經(jīng)過(guò)目的基因轉(zhuǎn)移處理后,只有少數(shù)細(xì)胞被轉(zhuǎn)化,需將轉(zhuǎn)化細(xì)胞與未轉(zhuǎn)化細(xì)胞區(qū)分開(kāi)來(lái),并淘汰未轉(zhuǎn)化的細(xì)胞,然后利用植物細(xì)胞的全能性在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件下使轉(zhuǎn)化細(xì)胞發(fā)育為轉(zhuǎn)基因植株。目前,轉(zhuǎn)化細(xì)胞與未轉(zhuǎn)化細(xì)胞的區(qū)分及未轉(zhuǎn)化細(xì)胞的淘汰常采用抗生素抗性基因和抗除草劑基因,即篩選標(biāo)記基因和篩選試劑。為了實(shí)現(xiàn)有效的轉(zhuǎn)化,必須依據(jù)轉(zhuǎn)化材料和轉(zhuǎn)移方法選擇合適的抗性基因和篩選試劑。目前目的基因載體轉(zhuǎn)移的實(shí)施方法是葉盤(pán)法,是將植物的葉片或其他的一些組織切割成段、或切成0.8~2.0 cm2的圓盤(pán)或方片,切割處即造成損傷口,將他們浸入土壤農(nóng)桿菌培養(yǎng)液內(nèi)幾分鐘,然后將組織表面多余的菌液吸去,把這些侵染過(guò)的組織放在合適的固體培養(yǎng)基的表面上培養(yǎng),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的培養(yǎng)后,在這些組織的傷口附近會(huì)出現(xiàn)許多愈傷組織。再經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)的方法,在愈傷組織中會(huì)分化出芽點(diǎn),并長(zhǎng)出有根有莖的植株,最后將它們移植到土壤中去,此即為轉(zhuǎn)基因植株。這種方法已在多種雙子葉植物中使用。
4、目的基因的表達(dá)和鑒定
大多數(shù)轉(zhuǎn)基因植物的外源基因的表達(dá)都相當(dāng)?shù)停F(xiàn)在認(rèn)為這是由于外源基因插入的位點(diǎn)效應(yīng)引起的;另外,外源基因的表達(dá)會(huì)受到植物體自身的同源基因或先前轉(zhuǎn)入的外源基因中的同源序列的影響而常表現(xiàn)為外源基因失活。目的基因在其轉(zhuǎn)化后獲得的轉(zhuǎn)基因植物中能否有效表達(dá),轉(zhuǎn)基因植物能否表現(xiàn)出特定的遺傳性狀,并穩(wěn)定地遺傳給后代,可借助植株的表型、PCR方法鑒定和篩選轉(zhuǎn)化植株,或取植物細(xì)胞或愈傷組織的提取物檢測(cè)外源基因表達(dá)的生成物來(lái)鑒定。目前有一類(lèi)用來(lái)顯示外源基因?qū)伺c否的基因稱(chēng)為報(bào)告基因。
5、基因工程在林木培育上已取得的進(jìn)展及今后的發(fā)展方向
5.1抗蟲(chóng)基因工程方面
蟲(chóng)害是林業(yè)生產(chǎn)的大敵,采用化學(xué)方法防治害蟲(chóng),不僅增加營(yíng)林成本,而且嚴(yán)重污染環(huán)境,不利于維護(hù)生態(tài)平衡;而采用生物方法進(jìn)行防治,則受氣象因子影響較大,效果不甚穩(wěn)定。采用常規(guī)育種手段對(duì)林木抗蟲(chóng)性進(jìn)行改良,不僅周期長(zhǎng),而且抗性資源少,限制了林木的抗性育種。運(yùn)用基因工程技術(shù)培育抗性品種則成為最有效的生物防治之一,我國(guó)研究人員在此方面做出了不少成績(jī)。
5.2耐鹽堿基因工程方面
目前林木抗旱、耐鹽堿基因工程研究報(bào)道不少,但是這些科研成果在研究的過(guò)程中主要是針對(duì)植物對(duì)于干旱地區(qū)和氣候反應(yīng)的研究,而沒(méi)有針對(duì)植物內(nèi)部存在的問(wèn)題進(jìn)行深入的研究,這種復(fù)雜多元化的反應(yīng)系統(tǒng)受到基因工程控制方式和生理機(jī)理也并不明確,這就為日后研究工作的開(kāi)展帶來(lái)了難題。我國(guó)開(kāi)始了這方面研究的嘗試,在植物抗旱、耐鹽等方面進(jìn)行了較多的實(shí)驗(yàn),但是其中的問(wèn)題還較為明顯,不曾得到根本的解決。這是因?yàn)橹参锏目购怠⒛望}機(jī)制十分復(fù)雜,涉及到一系列形態(tài)和代謝過(guò)程的變化,轉(zhuǎn)移單個(gè)基因往往只能獲得部分抗性,要獲得可以在干旱地區(qū)、海灘種植及可用海水澆灌的林木,需要進(jìn)行多基因的轉(zhuǎn)化研究;采用先進(jìn)的轉(zhuǎn)基因技術(shù),以增加外援基因的表達(dá)效率;嘗試進(jìn)行轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子基因的轉(zhuǎn)化。
5.3、國(guó)際方面
基因工程作為上個(gè)世紀(jì)人類(lèi)科技事業(yè)最偉大的成就之一,不僅正在推動(dòng)著世界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展,也對(duì)整個(gè)國(guó)際科技戰(zhàn)略發(fā)展格局產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。因此許多國(guó)家把發(fā)展基因工程作為重要國(guó)策,以期在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中長(zhǎng)期占據(jù)有利地位。
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