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分子生物学课程教学改革初探
编辑:悠然小筑 识别码:21-232685 12号文库 发布时间: 2023-03-28 15:32:42 来源:网络

第一篇:分子生物学课程教学改革初探

分子生物学课程教学改革初探

摘要:文章总结了在十余年分子生物学教学过程中,不断开展的对教师自身综合素质和能力、教学内容、教学方法和教学手段的改革探索,旨在提高分子生物学的教学效果。实践证实,新的教学模式,在传授学生专业知识的同时,激发了学生的学习兴趣,改进了学生的学习方法,也逐步提高了学生的自主学习能力,从而满足了社会对高素质创新型生物人才的需求。

关键词:分子生物学;课程教学;改革研究;创新生物学人才

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)26-0128-03

前言:

分子生物学的目标是在分子水平上阐明细胞活动的规律,从而揭示生命的本质[1]。虽然它在生物类专业课程体系中充当着重要角色,对生命科学的发展起着至关重要的作用,但是分子生物学的教学却因为课程内容多,学科交叉广,理解难度高,信息量大,知识更新快而使教学效果差强人意,集中表现为教师授课难和学生学习难。这种现状不但困扰着老师和同学,也与大学培养高素质创新型人才的目标不相适应。如何克服分子生物学课堂教学的“瓶颈”?本人在从事十多年的分子生物学教学过程中,努力研究和探索多种形式的教学改革,力求提升教学效果和教学质量。

一、教学内容的合理组织

分子生物学的教学除了选用好的教材,制定完善的教学大纲,如何组织教学内容是教学的一个非常重要环节[2]。教学内容呈现给学生的应该是完整、清晰的、有层次、条理的知识。我们在组织教学的过程中,首先从提高自身学科素养着手。“一本教材书,数种参考书”,除分子生物学国内、国外各类版本外,与分子生物学相互交叉和渗透的其他学科,如细胞生物学、生物化学、遗传学,我们也都进行了系统的学习和强化,不断夯实专业知识、拓展专业领域,基本构建了分子生物学完整的知识体系,具备了对教材处理的前提。既避免了教学中各学科的重复,也进一步凝练了知识。此外,我们还通过网络教学平台向全国优秀教师学习,在不断的探索中总结出了教学内容合理组织的一些思路。

1.思维导学模式。在DNA复制教学环节,知识点多,并且较分散,很容易在教学中造成学习困难和知识混淆的现象,针对这章教学的特点,我们采用了思维导学模式,收到了非常好的教学效果。

2.重点、难点解读。本科教学形式多样化,也更提倡学生的自主学习,但并不是淡化了教师的教学,反而对教师提出了更高的要求[3]。教师必须围绕每堂课的教学目的,合理组织和引导学生理解并掌握教学的重点和难点内容。

比如在讲解染色体端粒末端修复机制中,教师首先要从教材的知识结构中梳理出重点。染色体端粒末端修复机制的知识点包括:(1)引物切除造成的遗传信息缺失;(2)端粒末端的特点;(3)体细胞和性细胞末端修复机制的不同;(4)DNA结构的变化;(5)端粒酶的修复机制。梳理知识点后,总结教学重点:一是引物切除后损伤修复在体细胞和性细胞中的不同;二是四链DNA结构;三是端粒酶的修复机制。其中端粒酶修复机制的讲授是学生学习的难点。难点集中在端粒酶的性质和修复发生的过程。

经过对教学内容中重点和难点的准确把握和合理组织,教师才能在课堂教学中突出重点、突破难点,让学生的课堂学习无障碍。

二、教学方法和手段的改进

教学方法的推陈出新,是教学改革的重要内容[4]。为发挥学生作为教学主体的能动性,我们根据具体的教学内容设置了启发式、联想式、探究式等多种教学方法[5],让学生参与到教学过程中,不仅活跃了课堂气氛,而且在分享知识的同时,更注重教会学生灵活掌握学习的方法。

1.启发式教学。启发的目的在于举一反三,触类旁通。针对每一次的课堂教学,设计一些抛砖引玉的问题,供学生思考与讨论,这成为了分子生物学理论教学的重要组成部分。如进行到真核生物基因表达调控学习环节,提出甲基化修饰的生物学意义,这个问题覆盖范围广,涉及到了DNA复制的调节、蛋白质和DNA甲基化修饰对基因表达的调控,以及Epigenetic(表观遗传学)方面的知识。通过提出问题―讨论分析―不断启发―再讨论分析―归纳总结―解决问题这一系列的互动教学活动,充分调动了学生课堂学习的主动性和积极性,在不断的讨论分析中通过展示不同的思维、发表各自的观点,不但有利于促进学生在学习中发现问题、解决问题,而且有利于学生通过对基础知识的消化、理解来达到理论的升华、拓展[4]。

2.联想式教学。分子生物学是在生物化学、细胞生物学和遗传学的基础上发展而来[6],因此知识相互交叉、相互渗透。在授课的过程中,教师一方面要避免重复,一方面要通过联想知识点适时培养学生的发散性思维,提高学生对知识的迁移能力和整合能力。如在讲解化学修饰对基因的表达调控时,将细胞生物学中的信号转导有机结合,使学生了解基因表达调控对细胞信号转导的作用机制。

3.探究式教学。在分子生物学教学中,每一个理论知识的背后都是科学研究的重大突破。如确定遗传物质是DNA的两大经典实验,我们以探究的形式呈现教学内容,从实验设计,到结果显示,再经过讨论分析并得出结论,以课题研究的角度,研究人员的身份引导学生进入学习角色,将学科概念、理论产生的起因和过程展示给学生,启发学生努力探索,走近科学,让学生从中领悟知识形成的探究性和科学性,逐渐培养具有创新意识和能力的高素质研究型人才。

4.多媒体多样化教学。分子生物学的教学内容具有微观性、复杂性、抽象性和动态性。传统的教学手段无法满足教学的需求,而多媒体技术则具有声像俱佳、动静皆宜的特点[7],是传统教学无法比拟的。多年来我们不断补充和完善教学手段,逐渐形成了独具特色的多媒体教学课件。

多媒体图像处理清晰直观,文字表述简洁明了、主题突出。课件中的图像来源于国内外的网络数据平台。如讲述DNA半保留复制机理时[8],首先将DNA可能存在的几种复制方式用图像展现,并利用Meselson和Stahl设计的DNA复制同位素示踪实验和密度梯度离心实验来进行结果验证,引导学生明确掌握DNA半保留复制特点,并结合文字,通过图文并茂的多媒体课件,将教学内容中的背景知识、基本概念、基本理论,以及静态、抽象的微观知识清晰讲解。

多媒体课件动静结合、声像互动。对于生命过程中动态的知识点,比如DNA的复制、RNA的转录、蛋白质的翻译过程,可以将这些复杂的生命过程利用多媒体手段做成动画并配以文字和声像,形象直观地展现给学生,既加深了学生对知识的理解,也提高了其学习效率。

三、知识领域的拓展

分子生物学的教学内容除包含基础理论知识外,还有大量理论应用的研究方法部分。我们在教学中不仅仅将知识局限在教材中,利用课堂教学不断引导学生去了解本学科相关领域内的研究热点、最新进展、发展趋势[8],以及生物技术在生产实践中的广泛应用。

1.专题讲座与专题讨论。专题讲座是教师根据教学内容,自己组织参考资料对教学内容的延伸与拓展。比如在讲授“SNP技术”时,先从遗传标记分析的发展着手,把一代、二代的标记分析做知识性的回顾,再将纳入教材的第三代标记分析“SNP”做详细的讲解,引导大家理解什么是单核苷酸多态性,核苷酸多态性研究的生物学意义以及在医学、农业、畜牧等多种领域的发展与应用。通过这种方式激发了学生的学习热情和求知欲,也使教师不断地进行知识的更新,及时了解本学科当前发展的趋势、研究的热点以及争论的问题。

专题讨论则是以学生为主体,根据课程教学内容,组织学生就某一个专题自行查阅、组织文献资料,并在课堂上展开讨论[9]。比如在讲授基因重组的教学内容时,设计“转基因的利与弊”供学生讨论。引导学生思考基因工程药物和转基因动植物对社会产生的巨大影响,让知识离开课本走进生活,从而唤起学生学习的兴趣和探索未知领域的欲望。这不仅使学生更加深入、系统地理解所学知识,并且培养了学生灵活运用知识的能力[10]。

2.生物信息技术与数据库。生物信息技术已经发展成为分子生物学研究方法中不可分割的一部分,比如在“PCR技术”的专题讲座中,不仅要对实验目的、原理、操作以及应用进行讲解,还要特别对引物设计的生物信息技术进行补充,介绍学生对一些常规的生物信息技术软件Primer6.0、DNAman、Olig6.0、DNAStar、Cluster等有一个基本的认知度。

在整个分子生物学的教学中,学生需要自行查阅和组织各种文献资料,因此,必须特别强调互联网资源运用的重要性。教师通过介绍中国知网、维普、清华同方、NCBI等几个常用资源库,使学生了解如何利用资源库进行查询,对互联网资源的熟练应用使学生的知识体系得以完善,学生通过自身的努力来提高信息收集和辨别的能力,培养了学生的自学能力。

四、教学改革中应该注意的问题

1.教师的专业修养与教学基本功。教师在教学中具有双重身份,既是一名导演,又是一名演员。作为导演,首先需要有最新的教学理念,整个教学过程中适时设问、适时讨论、适时启发。其次要有较强的课堂组织能力,根据学生的学习情况,把握课堂节奏,调动学生课堂学习激情,使教学有的放矢。否则会在教学中出现“启而不发”和论证条理不清的现象;作为演员,还要有良好的课程驾驭能力,通过教师扎实的专业知识、广泛的认知领域、全面的知识结构,呈现给学生的是一个丰盛的知识大餐,而不是一锅夹生饭。因此作为教师,必须从理论水平、科研水平、思维水平这3个方面提高教师自身的专业素质,此外,还要掌握适合自己的各项教学技能。

2.多媒体教学的合理应用。多媒体教学只是一种提高教学效果的辅助手段,是为教师的教学和学生的学习服务的,只有运用合理才可能达到好的效果。因此尽量避免在多媒体教学课件上出现过多的文字,否则多媒体成了教学活动中的主体,老师由照本宣科转变为扮演放映员和播音员的角色。学生的学习兴趣不高,教学效果也就适得其反。多媒体和传统教学只有合理地结合,取长补短,才能在课堂教学中体现出其真正的价值。

总之,教学改革的目标是帮助学生建立学科知识体系,培养学生良好的科学素养,提升学生后继学习的能力。正如叶圣陶先生所说:“教师的教学,不在于给学生搬去可以致富的金子。而在于给学生点金的指头。”目前,我们关于分子生物学课堂教学改革还处于不断探索和实践阶段,除了需要不断地提高教师自身的学科修养和科研素质外,也以“夯实基础、拓展知识、增强能力、提高素质”[8]作为教学的目的和人才培养目标,努力在今后把教学工作开展得更加有生有色,为社会培养更多高素质创新型人才。

参考文献:

[1]朱玉贤,李毅,郑晓峰,等.现代分子生物学[M].第4版.北京:高等教育出版社,2012:1.[2]戚晓利,张丽敏,薜春梅.分子生物学教学改革的探索[J].生物学杂志,2003,20(6):51-52.[3]朱虹.《分子生物学》教学改革的实践与思考――启发式教学和论证型教学的综合运用[J].安徽农学通报,2010,16(1):190-192.[4]许崇波.《基因工程》课程教学改革初探[J].大连大学学报,2005,26(6):41-43.[5]文静,申玉华,赵冰.高等学校分子生物学教学改革初探[J].吉林农业,2013,305(8):92-93.[6]王荣,刘勇,姜双林.高等师范院校分子生物学课程教学改革与实践[J].生物学杂志,2012,29(1):100-102.[7]张金岭.浅谈多媒体教学[J].教育与职业,2009,(30):189-190.[8]徐启江,李玉花.分子生物学教学改革与高素质人才培养[J].黑龙江高教研究,2007,158(6):159-161.[9]胡旭东,王晓玲,吕芳昕,等.中医药博士分子生物学进展课程中专题讨论法的应用[J].基础医学教育,2013,15(2):117-119.[10]赵延林,王敏.大学生创新实验对岩石力学教学的促进作用[J].当代教育理论与实践,2014,6(1):146-148.

第二篇:分子生物学教学改革总结2014-7-7

高校课堂教学改革工作总结

(陈珂珂)

本学期在2012级生物技术专业进行了《分子生物学》课程教学改革的初步尝试,以改变传统的“教师教、学生学”的死板的课堂教学为目的,促进学生的学习积极性和对知识掌握的牢固性,我从两个方面着手进行了改革,改革的效果和不足总结如下:

一、课堂测试及课后作业

大学的教学比较开放,教师对课堂的管理较中学松懈很多,教师对学生知识的掌握程度了解度不够,学生基本靠自主学习,有部分同学的学习就比较盲目无重点。同时在课下,教师监督不到位的情况下,很多同学就随波逐流,放纵自我。期末考试就靠临时抱佛脚,考试成绩也并不理想。

因此,本学期开始,除了在课堂上对重点难点反复强调讲解之外,在本章节结束后,也会对本章的重点知识布置课后作业,促使学生在课下也能够复习课堂内容,及时消化吸收。同时对于一些比较难以理解的内容,利用这种形式也促使学生能够主动查阅少量的文献资料。在课程进行一半时,进行课堂测验,检验学生对前面课程内容的掌握情况,以在今后的教学中更好的有的放矢。

本学期共布置了2次课后作业,进行了1次课堂测验。从结果来看,课后作业完成较好,但不乏部分同学抄袭的痕迹。从课堂测验的分数来看,大部分同学能够掌握理解大部分的知识,少部分同学测试成绩很不理想。

二、讨论教学

在分子生物学的教学中,设置了两个专题讲述,一个是PCR技术,在实验课中完成。二是人类基因组计划,由学生讨论完成。讨论式教学的目的是为了增加课堂的趣味性,及学生参与的积极性,从中也能检验出学生的提出问题解决问题的能力、自我收集材料的能力,小组成员之间的相互配合情况等等方面的素质。

1.教学程序,提前3周由教师提出计划,简单介绍人类基因组计划(HGP),将专题内容分为5个小部分,分组进行资料查询和ppt制作,以小组为单位汇报,其他小组提问,由教师打分,总时间为2个课时。小组汇报内容分别是:(1)HGP介绍

(2)HGP之遗传图谱的绘制

(3)HGP之物理图谱的绘制

(4)HGP之序列图谱的绘制

(5)HGP之转录图谱的绘制

根据学生的讲述,最后将提出的问题进行汇总,并以课后作业的形式布置给学生,让其在课下继续查阅文献资料,进行回答。问题如下:

(1)HGP的意义何在?

(2)绘制遗传图谱时,分子标记有哪些?(3)物理图谱和遗传图谱的区别?(4)什么是STS标签,并举例说明?(5)EST序列是什么?作用是什么?(6)DNA测序方法有哪些? 2.效果

讨论的效果没有达到预期效果,学生的ppt制作、讲解及对内容的理解充分。大家除了对小故事很感兴趣外,对于专业的知识不慎热衷,查阅资料不充分,对于前沿的英文文献置之不理。这也充分说明学生的自主学习能力还不够,教师的督促也不能有丝毫的放松。

3.不足

这次讨论课存在着很多的不足。第一,高估了学生的知识储备,设置的专题有点难度,不够大众化。第二,教师的不足,在任务布置下去之后,没有及时的进行监督检查。第三,课时设置不足,在以小组为单位的讨论中,由于时间限制,兼顾不到每个人的发言。

总结:这次尝试不是很成功,这些经验不足的积累,以期指导今后的教学改革工作。

第三篇:分子生物学课程教学大纲

《分子生物学》课程教学大纲(理论学时:16学时)

使用教材: 医学分子生物学

(供8年制及7年制临床医学等专业用)

分子生物学是一门从分子水平研究生命现象、生命的本质、生命活动及其规律的科学。医学分子生物学是分子生物学的一个重要分支,是从分子水平研究人体在正常及疾病状态下生命活动及其规律的一门科学。它主要研究人体生物大分子和大分子体系的结构、功能、相互作用及其同疾病发生、发展的关系。作为一门课程,医学分子生物学涵盖了医学各专业学生必须学习的分子生物学基础知识,以及分子生物学在医学领域中形成的专门研究领域及相关知识。

医学分子生物学既要较系统地了解分子生物学的基础理论知识和技术理论知识,同时也要了解分子生物学在医学领域的应用和相关研究进展。

本书共二十三章,包括5个方面内容。第二章至第十章介绍分子生物学基本知识,主要介绍基因和基因组的基本概念和基本特点,基因组核酸复制与损伤修复、基因表达和功能蛋白形成与降解、基因表达调控、细胞间通讯与信号转导的基本概念和基本理论,细胞增殖与凋亡的相关分子生物学机制。第十一章至第十三章介绍基因操作的基本知识,包括基因分析、基因功能研究和基因克隆与表达的相关基本知识和研究策略。第十四章至第十八章介绍疾病分子生物学机制,介绍了基因和基因组、细胞间通讯和信号与人类健康和疾病之间关系。第十九章至第二十一章介绍分子生物学理论与技术在医学中应用,包括基因诊断和基因治疗概念与相关研究。最后两章介绍分子生物学新兴研究领域、生物信息学在基因和蛋白质研究中的应用。

本大纲正是从上述目的出发,在要求学生掌握分子生物学基本知识与基本技术,同时了解分子生物学在医学领域的应用与相关研究。使学生们在分子水平上研究人体在正常及疾病状态下生命活动及其规律,为从事临床医学打下深厚的基础。

绪 论

一、目的要求

了解分子生物学的定义、研究对象和研究内容;分子生物学发展简史;生物遗传物质的发现;现代分子生物学的建立和深入发展;分子生物学与相关学科的关系;分子生物学在医学和生物学中的应用。

二、主要内容

分子生物学则是从分子水平研究生命现象及其规律的一门新兴学科。它以核酸和蛋白质等生物大分子的结构与功能为研究对象

(一)、分子生物学的研究内容

分子生物学主要研究生物大分子的结构、功能、生物大分子之间的相互作用及其与疾病发生、发展的关系。

研究内容主要包括以下三个方面。1.核酸分子生物学 2.蛋白质分子生物学 3.细胞信号转导

(二)、分子生物学发展简史

1、生物遗传物质的发现

2、现代分子生物学的建立

3、现代分子生物学的深入发展

(三)、分子生物学与相关学科的关系

由于生命本质的高度一致性,分子生物学已经对生物学和医学的各个领域产生了全面而深刻的影响,并逐步形成了一系列的分子学科。可以使用同一套理论、同一套技术,来解释和研究不同的病理、生理现象,甚至治疗不同的疾病。

1、分子生物学与生物化学

2、细胞生物学与分子生物学

3、分子生物学与遗传学

4、分子生物学与生物技术

(四)、分子生物学与医学未来

分子生物学的发展和渗透从根本上改变了医学(包括临床和基础医学)各个学科的格局, 使医学各学科进入了一个更高的水平——分子水平。

1、分子生物学在医学和生物学中的应用

2、分子生物学与基础医学

3、分子生物学和病理学

4、分子生物学和疾病诊断

5、分子生物学和疾病治疗

基因治疗技术的发展与整个医学科学的发展以及许多分子生物学新理论、新技术、新方法的应用密切相关。

所谓基因治疗,就是用正常基因置换致病基因以纠正患者基因结构和功能异常的一种疾病治疗的方法。

狭义的基因治疗是指目的基因导入靶细胞后与宿主细胞内的基因发生整合、成为宿主基因组的一部分,目的基因的表达产物起治疗疾病的作用。广义的基因治疗则包括通过基因转移技术,使目的基因得到表达,封闭、剪切致病基因的mRNA,或自杀基因产物催化药物前体转化为细胞毒性物质,杀死肿瘤细胞,从而达到治疗疾病的目的。

三、学时安排 1学时

第二章 基因与基因组

一、目的要求:

(一)掌握:基因的概念及结构特点;中心法则;基因转录调控相关序列;多顺反子,单顺反子;真核基因与原核基因的结构特点。基因组的概念;病毒、细菌及真核生物基因组的结构特征。

(二)熟悉:基因突变的意义,基因组变异的生理和病理学意义。

(三)了解:基因的命名法,基因组学;人类基因组计划。

二、主要内容

基因是负责编码RNA或一条多肽链的DNA片段,包括编码序列、编码序列外的侧翼序列及插入序列。编码RNA或蛋白质的DNA序列称为结构基因。原核生物的结构基因是连续的,其RNA合成后不需要经过剪接加工。而大多数真核生物基因在编码区内有非编码的插入序列。基因中含有与转录有关调控序列。真核生物基因中调控序列一般称为顺式作用元件。

大多数生物的遗传信息都是以特定的核苷酸排列顺序贮存在DNA分 子中。但在一些病毒中,RNA作为遗传物质。多数生物信息按照从DNA到RNA再到蛋白质的方向流。但是对RNA病毒是以RNA为模板,合成单链DNA,然后再合成双链DNA。

mRNA将DNA中信息传递给蛋白质。在mRNA编码区内每三个连续核苷酸,对应多肽链一个氨基酸,指导蛋白质合成。原核生物mRNA称多顺反子mRNA,而真核生物mRNA称单顺反子mRNA。

基因突变在进化上具有重要意义,它是形成生物多样性主要因素之一。同时基因突变可以改变遗传信息,导致疾病。导致基因突变因素有自发、物理、化学因素等,基因突变可直接影响蛋白质一级结构和空间结构,导致疾病或对疾病易感。

基因命名的基本原则是简明、独特、能够表达基因的特征或功能。基因符号的命名也应遵循独特、简短、仅含有大写拉丁字母或大写字母和阿拉伯数字、不应含有标点符号的基本原则。

1.重点内容:基因转录调控相关序列;多顺反子,单顺反子;基因组的概念;病毒、细菌及真核生物基因组的结构特征。

2.难点内容:基因的结构特点,真核生物基因组的结构特征。

三、学时安排

5学时

第三章 基因表达与基因表达调控

一、目的要求:

(一)掌握:遗传信息表达,转录,翻译,有意义链,转录模板链,开放阅读框,遗传密码等基本概念。基因表达,管家基因,组成性基因表达,诱导表达,阻遏表达,协调表达,表达调控,反式作用因子,表达组织特异性等基本概念;乳糖操纵子的结构及其调节机制。

(二)熟悉:原核生物RNA和蛋白质的生物合成基本过程,真核生物RNA和蛋白质合成特点;真核生物基因表达调控的各个水平,DNA水平调控的不同方式,反式作用因子的主要特点和调节方式,转录后调控的不同环节,翻译水平和翻译后水平调控的基本环节

(三)、了解:了解转录和翻译后的加工。反式作用因子结构域模式和反式作用因子的作用方式,基因表达的组织特异性和时相性。

二、主要内容

原核生物基因表达调控主要是在转录水平和翻译水平。转录水平的调控涉及启动子、S因子、阻遏蛋白、正调控蛋白等多种因素,翻译水平的调控则涉及SD序列、mRNA的稳定性及翻译产物的调控。

真核生物基因表达调控环节较多,在DNA水平可通过染色体丢失、基因扩增、基因重排、DNA甲基化以及染色质结构改变影响基因表达;在转录水平则主要通过反式作用因子的作用调控转录因子与TATA盒的结合、RNA聚合酶与转录因子-DNA复合物的结合以及转录起始复合物的形成;在转录后水平主要通过RNA修饰、剪接及mRNA运输的控制来影响基因表达;影响翻译水平的因素有影响翻译起始的阴遏蛋白、5`AUG、5` 端非编码区的长度等,另外还存在小分子反义RNA对翻译调控。翻译后蛋白质修饰和定位也是表达调控的重要环节。

同时近年提出的有关基因表达的统一理论惭被认识。从而形成一个完整的调控网络。

1、重点内容:

原核生物转录水平的调控机制;真核生物转录水平的调控机制;真核生物转录后水平的调控机制。

2、难点内容:

原核生物转录水平的调控机制。

三、学时安排

4学时

第四章 基因分析的基本策略

一、目的要求

(一)掌握:Southern 杂交和PCR等技术原理及在分析基因拷贝数的应用;Northern blot和RT-PCR技术原理及在基因转录水平变化分析中的应用;

(二)熟悉:Western blot 原理及在特定基因产物-蛋白质分析中的应用。

(三)了解:DNA序列测定的原理及其主要应用;RNA酶保护试验原理及应用;原位杂交技术;DNA微阵列技术原理; 流式细胞术的应用;免疫 组化方法的应用。

二、主要内容

基因分析是一种策略性很强的工作,有许多技术可以用于基因分析,正确选择实验技术方法和基因分析切入点是进行基因分析首先要考虑的问题。根据信息中心法则,DNA是遗传信息的携带者,RNA是基因的转录产物,蛋白质是结构基因的最终产物,因此,分析基因可从DNA、RNA、蛋白质水平上进行。同时研究者善于将各种技术有机结合起来,根据研究目的筛选适当技术方法,也可先制定研究策略,再进行实验技术路线设计。

1、重点内容:Southern 杂交和PCR等技术原理及应用;Northern blot和RT-PCR技术原理及应用Western blot 原理及应用。

2、难点内容:RNA酶保护试验原理及应用。

三、学时安排

3学时

第五章基因功能分析的基本策略

一、目的要求

(一)掌握:转基因模型研究基因的功能原理、基因敲除技术原理、利用基因沉默技术对基因功能进行分析的原理

(二)了解;三种实验技术的操作过程及注意事项

二、主要内容

基因功能分析可以在DNA、RNA和蛋白质水平上采用不同的技术和模 型来实现。模式生物是研究基因功能不可缺少的工具,转基因小鼠和基因敲除技术是目前研究特定基因功能最常用的动物模型,转染细胞是利用转基因技术建立的细胞模型。RNA干涉技术能够实现在RNA水平上暂时关闭特定基因的方法。各种方法都具有各自的特点及局限性,研究者可根据不同目的筛选最合适方法与模型,实现对特定基因功能的研究目的。

1、重点内容:转基因技术、基因敲除技术及RNA干涉技术原理

2、难点内容:转基因技术、基因敲除技术及RNA干涉技术各自优点及局限性

三、学时安排

3学时

第六章 基因工程与体外表达

一、目的要求:

(一)、掌握:常用克隆载体;基因克隆的基本过程;外源基因在大肠杆菌和哺乳动物细胞中表达的原理和方法。

(二)、熟悉:限制性核酸内切酶和其他常用工具酶的概念和特点;定点诱变技术原理。

(三)、了解:昆虫表达系统;酵母表达系统。

二、主要内容:

基因工程指在体外对DNA分子按照既定的目的与方案进行剪切和重新连接,或将DNA中某个位点进行人工替换或删除,改造基因结构,然 后利用转化、转染、感染等方法将重组DNA导入宿主细胞,使DNA片段得到扩增。DNA的体外剪切和重新连接是在限制性核酸内切酶、边接酶以及其他修饰酶的参与下进行的。不同目的的克隆基因需要不同的载体,常用的载体有质粒、噬菌体和粘性质粒等。载体可与外源DNA在体外连接,构成重组DNA分子,导入相应的宿主细胞,能在宿主细胞中自行复制与表达。

克隆的基因可进一步用于表达有关基因的产物,进行DNA序列分析,基因治疗,研究基因表达的调节因子以及基因的功能等。还可通过寡核苷酸介导法、含U模板法、PCR介导的定点诱变法等技术,定向改变克隆基因的序列结构,从而改造相应蛋白的结构。

基因工程在得到重组体后,通常利用大肠杆菌、哺乳动物细胞、昆虫、酵母等表达系统进行克隆基因的体外表达。

1、重点内容:基因克隆的基本操作过程。

2、难点内容:α-互补筛选;阳性转染细胞的筛选;定点诱变技术原理。

三、学时安排:

6学时

第七章 基因诊断(自学)

一、目的要求:

(一)掌握:基因诊断的基本概念;掌握基因诊断中常用的分子生物学技术——核酸分子杂交、聚合酶链式反应(PCR)、单链构象多态性(SSCP)检测、限制性酶酶谱分析、DNA序列测定、DNA 芯片技术;

(二)熟悉基因诊断的基本方法;

(三)了解遗传病、感染性疾病以及肿瘤的基因诊断的策略;了解基因诊断在法医学中的应用。

二、主要内容:

基因诊断已成为临床实验医学的一个重要组成部分。PCR扩增和分子杂交是现代基因诊断技术的基本方法,基因诊断的基本操作流程是:样本抽提、样本扩增、分子杂交和信号检测。遗传病的基因诊断主要是针对DNA分子的遗传分析技术,其基本方法学包括连锁分析和直接诊断。用作连锁分析的遗传标志物主要有RFLP、STR、SNP。用于遗传分析的代表性直接诊断技术有:用于DNA制图的Southern印迹法、用于检测点突变的ASO分子杂交法以及用于识别STR序列的PCR直接扩增法等。同时基因诊断技术已经成为现代法医学的重要内容。

1、重点内容:各种检测方法原理

2、难点内容:各自优点及缺点

三、学时安排

3学时

第八章 基因治疗(自学)

一、目的要求:

(一)掌握:基因治疗、基因标记、基因置换、基因添加、基因干预、反义RNA、核酶等基本概念;

(二)熟悉:基因转移技术,逆转录病毒、腺病毒和腺相关病毒载体的特点;熟悉肿瘤基因治疗思路,理解抑癌基因治疗原理、实验研究和临床试验及肿瘤的免疫基因治疗;理解反义RNA在基因治疗中的意义和应用;

(三)了解:了解其它基因转移方法;了解核酶及三链DNA在基因治疗中的意义和基本原理;了解基因治疗的前景与问题。

二、主要内容

基因治疗是指以改变人类遗传物质为基础的生物医学学治疗,即通过一定方式将人正常或野生型基因或有治疗作用的DNA顺序导入人体靶细胞,以矫正或转换致病基因的治疗方法。目前开展基因治疗方案采取的策略包括:用正常基因置换染色体上致病基因,将正常基因转移至患者的宿主细胞,使治疗基因代替致病基因表达正常蛋白质而发挥作用;向患者体内或肿瘤细胞内导入肿瘤抑制基因,以抑制其表达;也可用反义RNA、SiRNA、核酶、肽核酸抑制或封闭有害基因mRNA表达;也可将抗体、细胞因子等基因导入肿瘤细胞以激活体内免疫细胞活力,增强患者免疫力。

治疗基因导入体内方法有非病毒方法与病毒方法,非病毒方法包括直接注射法、电穿孔法、脂质体转运法,其方法安全性好但效率低。与病毒方法各具有不同优缺点。

1、重点内容:基因治疗概念、基因治疗策略方法、2、难点内容:治疗基因导入体内方法,各自优缺点、病毒载体结构特点;核酶及三链DNA在基因治疗的原理

三、学时安排

3学时

第九章 基因组学与医学(自学)

一、目的求:

(一)掌握:基因组学、人类基因组计划、基因病和SNP的概念;结构基因组学、功能基因组学的概念及研究内容。

(二)熟悉:比较基因组学的概念;疾病相关基因的鉴定策略。

(三)了解:基因组学与医学的关系。

二、主要内容

人类基因组计划的研究目标是阐明构成人类基因组的全部DNA的结构;阐明基因的编码方式和分布特点;理解基因及其调控序列之间的相互关系;理解DNA全部序列所蕴藏的意义。该计划包括为遗传图谱、物理图谱、序列图谱、转录图谱分析。

功能基因组学是研究基因组中所有基因功能的学科。功能基因组学是从基因整体水平对基因的活动规律进行探讨,其研究内容主要包括基因组的表达、蛋白质产物的功能、基因组多样性的研究、基因组功能注释。

1、重点内容:人类基因组计划、功能基因组学的研究内容。

2、难点内容:功能基因组学的研究内容。

三、学时安排 2学时

四、实验内容及学时安排

1大肠杆菌质粒DNA的提取 3学时 2琼脂糖凝胶电泳检测DNA 3学时 3 DNA纯度、浓度和分子量的测定 4学时 4大肠杆菌感受态细胞的制备与转化 4学时 5动植物基因组DNA的提取与纯化 4学时

第四篇:分子生物学综合性实验教学改革和探索

分子生物学综合性实验教学改革和探索

摘 要:分子生物学是一门实践性较强的前沿学科,实验教学是其重要组成部分。安徽师范大学借助教育部“国家级双语教学示范课程建设项目”的机遇,对分子生物学实验教学的建设与改革进行了探索。该文介绍了安徽师范大学分子生物学综合实验改革的背景、理念及目标,提出了综合性实验教学体系的设计,这种改革方式不仅能提高学生对实验的参与度和关心度,还能将理论知识系统化,并形成一种整体思维方式。

关键词:分子生物学;综合性实验;改革

中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2014)10-126-03

综合性实验也称为复合型实验,是对学生实验技能和实验方法进行综合训练的一种大实验,其内容组合了多项单个实验,是一个系统的、连续的过程,类似于一个比较完整的科研过程,前一实验内容作为后一实验内容的基础,实验间联系性强。它一方面要求对理论知识有较强的综合能力,可以培养学生对知识的综合能力及应变能力,另一方面其复杂性也可以极大地提高学生对实验结果的关注度,提升实践操作的兴趣和能力[1]。2001 年8月,教育部印发了《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》,要求各高等学校积极推动使用英语等外语进行教学[2]。安徽师范大学分子生物学双语教学于2009年获得教育部“国家级双语教学示范课程建设项目”,其实验教学也是建设内容之一。本文总结了安徽师范大学在分子生物学综合性实验改革中的背景、目标和建设体系等内容。分子生物学综合性实验改革背景

分子生物学是在分子水平研究生命本质的一门学科,是当前生命科学中发展最快并与其他学科广泛交叉及相互渗透的前沿学科[3],是生物科学、生物技术和应用生物科学等专业的基础课程,在此基础上开设其他专业方向课程,如基因工程、酶工程、发酵工程和分子免疫学等。

以往我校分子生物学实验内容设置是选取相对经典的验证性实验,忽略了实验项目之间的内在联系,导致实验项目相对孤立、缺乏知识逻辑、项目间的逻辑顺序不合理等问题,一般采用理论教学与实验教学穿插的方式进行教学,每次实验间隔的时间较长,不利于学生知识的系统化;且由于各课程间缺乏交流,导致不同课程间的某些实验项目相同或相似,如分子生物学、遗传学、生物化学、基因工程、细胞生物学等学科,在实验项目上均出现同质化现象,同一个实验项目在不同实验指导教材中反复出现。

近年来,我校虽然多次对实验教学考核方式进行了调整,目前考核方式为平时成绩占60%,期末考试成绩占40%,但是对各部分的具体要求未有明确说明。这种考核方式对学生的激励作用不大,不能很好地调动学生学习的积极性和主动性。以上这些问题影响了学生对实验的兴趣及主动性,甚至出现学生轻视实验教学的现象,不仅不利于教学质量的提高,也不利于学生能力的培养。综合性实验设置的理念及目标

2.1 设置理念 分子生物学涉及面广、知识更新快,在我校其理论课程以双语为教学手段,学生在理论素养和专业外语方面具有较好的基础。通过设置综合性实验让学生形成良好的整体思维,将理论课程中学习到的知识系统化,增强实践能力,使学生在理论素养、专业外语、思维模式和实践能力等方面的能力均得到提高,培养出能适应生物学专业突飞猛进的高素质人才。

2.2 设置目标 一是摒除现有问题,改变我校以往以“点”形式为设置实验课程,重点突出课程内和课程间知识的系统性和整体性。先将基础实验课程设置为综合性实验,将单个实验项目的“点”串联成“线”,再通过在基础课程实验上设置专业方向课程实验,逐步形成“面”。二是使学生掌握扎实的分子生物学基础技术实践能力,并最终使学生将知识系统化,学会整体思维方式。三是提高学生对实验的重视度、参与度和兴趣度。综合性实验教学体系的设计

3.1 建立整体贯通的实验内容 根据我院分子生物学在各专业的定位、学科特点、存在的问题及课程设置目标,为学生设计一套完整的分子克隆技术实验作为分子生物学基础综合性实验,后继的高级实验技术将在专业方向课程中以此为基础继续开设,如在基因工程中学习蛋白质表达及检测技术,在酶工程中学习蛋白质纯化技术和酶学性质分析技术等。分子生物学实验共设36学时,7d内完成教学,学生在实验指导教师的指导下完成整个操作流程,所有操作均由学生完成,提高学生的参与度,改变学生以往只按步骤做实验,不参与前期准备的状况。流程如图1所示。

为了保证综合性实验的连贯性,我校实施了实验教学月来集中强化训练。将理论课设置在学期前段,上调理论课周学时,整个理论教学过程要在前13周内完成,在后期设置了为期30d的实验教学月。在实验教学月中,各年级的所有实验均在此期间完成,由于实验具有连贯性和整体性,实验项目环环相扣,故将基础实验设置在前,其他专业方向实验设置在后,每门实验同时开设4个平行教学班。

3.2 完善基础设施和教材建设 在上述实验目标和实验内容的基础上,我院对相关的基础设施进行了改造和建设,先期配置了4间多媒体公用实验室,共享了部分仪器设备,改变了以往为每门课程专门配备仪器设备的模式;同时在方案的基础上,配备了空缺仪器,保证每4人能共有一套基础仪器。

教材建设也是教学改革的一部分,教学效果设想和试验最终都要体现和落实在教材建设上,而作为教学改革的物化成果,教材的质量对学校教学改革的效果有很大影响[4]。我校分子生物学在建设国家级双语教学示范课程建设项目时,已为理论课程选用和编写了一批实用教材[5]。为了配合综合性实验教学和双语教学,首先应将各课程的实验进行优化组合编写一套符合各专业特点的实验教材,尽可能地使整个大学过程的实验教学体系完整化、系统化,并分段实施教学,避免不同课程之间过于独立,实验项目重复等问题;其次,在双语教师和实验技术人员的共同努力下编写了一本分子生物学英文实验教材并投入使用;最后辅以现有的实验教材作为补充。

3.3 运用现代化的教学手段 分子生物学实验课程是一门对操作要求极为严格的实验,同时综合性实验也要求学生对很多未接触过的技术要有直观的印象。运用多媒体和网络技术是我院采用的主要教学手段,课件、操作录像、网站资源和相关软件都是综合实验教学的一部分。课件和操作录像是指导学生了解实验思路的必要条件,也是指导学生规范操作的主要手段。网站资源对现代分子生物学实验有极大的参考作用,如文献和基因序列查找时可以应用NCBI等网站;在DNA双酶切实验时,可以使用试剂公司网站查找最佳反应缓冲液、反应时间和条件等;国内外最新的实验技术,既丰富了教学内容,又可以提高学生的学习兴趣;生物学软件是现代分子生物学实验中必不可少的,教学过程中应用多媒体可以直接指导学生对部分软件和网络的使用,如引物设计软件、序列比对软件和统计学软件等。

3.4 组建高水平的教学团队 我院以国家级双语教学示范课程建设项目为依托,组建了一批高素质的双语教学师资队伍[5];课程组坚持让教授走进实验室指导本科生实验,并要求各位教师在实验过程中介绍自己的研究课题,激发学生的兴趣;每个教学班级辅以2名相关专业研究生协助指导学生的操作过程,保证操作规范性;同时优秀的实验技术人员是实验顺利进行的基本保障。

3.5 建设综合的评价体系 实验课程评价体系是保证教学质量的关键之一,构建科学的实验考核体系,可以提高实验教学质量和学生对实验课的关注度与兴趣度。实验成绩评定包括平时成绩、操作考试和理论考试成绩3方面内容,其中平时成绩占60%、操作考试占20%、理论考试占20%。平时成绩包括出勤、实验报告、课堂态度、操作规范程度等。其中,实验报告改变了单个实验项目的报告形式,而是要求学生按照整体思维,用科研论文的形式撰写实验的思路,列举实验材料和仪器设备,陈述实验步骤和方法、分析并讨论实验结果,着重培养学生总结实验结果和撰写科研论文的能力;操作考试主要考察学生实验过程是否规范,以及在没有指导下的操作能力;理论考试主要是对实验理论、方法原理及运用等进行闭卷考试,促使学生将理论知识与实际操作相结合。

参考文献

[1]倪郁.分子生物学综合实验课程的设计和实践[J].西南师范大学学报(自然科学版),2012,37(2): 147-149.[2]教育部.关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见(Ministry of Education.Some views on how to strengthen undergraduate education and improve teaching quality),2001.[3]葛亚东,葛雅丽,王鹏,等.分子生物学国家级双语教学示范课程的实践与思考[J].中国细胞生物学学报,2013,35(8): 1 251-1 254.[4]冯永平,吕守华,刘生梅.加强教材建设与管理,保证和提高教学质量[J].高等农业教育,2003,1(1): 34-36.[5]袁继红,李香花,朱意.分子生物学综合性实验教学的探讨与实践[J].生物学杂志,2011,28(3): 99-102.(责编:张宏民)

第五篇:《分子生物学与基因工程》课程论文

植物基因工程研究进展

摘要:自1983年美国人首先成功地获得抗卡那霉素的烟草再生植株开始,人类就开始了植物基因工程的研究。至今已在逾200种植物中成功地获得了转基因植株,并有近1000例转基因植物获准进行田间试验,更有十余种转基因植物(如转基因棉花.大豆)已进入商业化种植.转基因产品已进入人们日常生活。植物基因工程的应用已进入蓬勃发展阶段。下面是我从植物基因工程改善生物质能利用的研究进展做一说明。

关键词:木质纤维素 细胞壁 水解酶

近几年来全世界对能源的需求量急剧增加加速了对有限的不可再生矿物质 能源的消耗资源的利用也增加了CO2及粉尘的排放,造成环境破坏和全球气候变 化[1]可再生的清洁的生物质能成为人们关注的热点。其中的燃料乙醇工业,近年来在世界范围内得到了广泛的发展,我国也大力支持发酵乙醇用作能源[2]。目前,绝大部分乙醇来源于玉米淀粉发酵生产。但是由于淀粉本身又作为食品和饲料,产量有限,成本较高,阻碍了乙醇工业的发展。于是,人们把注意力转移到谷物秸秆等廉价 的含有大量 的木质 纤维素 的生物质 材料上希望 能够被 充分利用 [3]。但由于木质纤维素本身难以分解,许多研究利用 基 因工程 方法 改善植物,使自生产生的多糖资源更利于降解,用于发酵产乙醇。1.木质纤维素发酵生产乙醇发展现状

在中国,大约每年会产生10t亿农林业废弃物这些资源用于造纸、纺织或者直接作为燃料这些占到很少一部分。绝大部分被废弃了木质纤维素是光合作用的基本产物 , 也是生物圈产生的最充足的可再 生生物资源被认为是地球上最丰富的生物高分子聚合[4]。

大部分的高等植物细胞壁由胶联多糖、糖蛋白和木质素组成双 子 叶植物 , 如拟南芥等,细胞壁多糖主要有三种:纤维素半、纤维素和果胶质,包埋在非 纤 维多糖基质(半纤维素和果胶)中的纤维素网络,与木质素和结构蛋白共同构成植物细胞壁的聚合液晶结构[5]天然状态下由于木质素的保护作用,阻碍了水解 纤维素酶与纤维素的接触并发挥作用,成为影响纤维素水解的重要因素 [3, 4]。YangB等人发酵降解实验证明,虽然半纤维素对纤维素。也有一定保护作用 , 但木质素的去除对于纤维素有效降解是最关键的[6]。一般对木质纤维素材料 的利用,首先要进行粉碎,然后预处理(酸碱处理等),最后 添 加 微 生物 来源 的纤维素复合水解酶类,使之与处理过的木质纤维充分接触,将其降解为单糖 , 从而用于乙醇发酵。现在虽然前期的粉碎和预处理工艺研究取得了很大进展但成本仍然较高,而且后期发酵分解处理。要添加来源于微生物的纤维素水解复合酶,价格仍十分昂贵[7]。这些因素导致目前用木质纤维素作为这些因素 导致 目前用木质纤维素作为原料发酵产乙醇,成本较高发展缓慢因此,现在对木质纤维素进行高效降解使用,仍然是个很大的难题。2.植物基因工程与植物木质纤维素利用

近年来随着生物技术的不断进步,人们开始尝试利用植物基因工程方法来 解决植物木质纤维素有效利用问题研究主要集中在改善植物细胞壁木质纤维素结构和含量比例等方面,使植物多糖资源利于降解使用,或者利用植物作为生物反应器,在植物内表达微生物来源的强活性纤维素降解酶,使植物自身表达高活性纤维素水解 酶类等研究。2.1 改善植物细胞壁的结构与组成

过去几十年的研究,改善木质素含量及细胞壁已成为可能。利用基 因工程方法,控制植物内木质素合成相关基因的表达,可以改变木质素结构和含量木质素对纤维素形成的保护作用是导致 纤维素资源利用 的主要障碍,降低木质素含量或改变其结构,将利于纤维素 的分解[8]。虽然植物体木质素的合成过程还不是十分清楚,但近几年的研究,已使大量降低木质素含量成为可能。

在玉米和苜蓿的研究中发现,木质素合成单体之一的芥子醇, 其前体的甲基化合成酶基因COMT(caffeate/5-hydroxyferulate O-methyltransferase),如果被抑制表达,芥子单体含量会明显减少,可导致木质素含量降低 [9, 10]但是在杨树中抑制这种酶的表达却不能够改善材质,木质素含量反而增加[11]。Li L等人在杨树中研究发现,通过反义表达4CL基因(4-coumarate-CoA ligase)时,木质素含量了减少了约40%,并且导致10%的纤维素含量的增加,如果正义表达控制木质素组成单体紫丁香基丙 烷(syringyl)和愈疮木基丙烷(guaiacyl)比率的CAld5H基因(Coniferaldehyde 5-hydroxylase),可导致紫丁香基丙烷的量明显增 高,但木质素含量没有变化[12]。当两基因同时转化时,木质素含量减少可达53%,紫丁香基丙烷含量进一步增加,而纤维素含量能够增加30%。Cano-Delgado A等人研究拟南芥CESA3突变体发现,纤维素合成酶受损时,导致了木质素大量合成[13]这表明在植物木质部细胞中可能存在一种调控机制,当木质素含量减少时,为了维持支撑作用,纤维素含量会相应增加。Chabannes M等人在烟草中研究发现,同时抑制CCR(Cinnamoyl CoA reductase)和 CAD(Cinnamyl alcohol dehydrogenase)的表达,可大量减少木质素含量,但非预期 的还引起了细胞壁多糖酚类物质及可溶性酚类物质含量的变化[14]等人在番茄中抑制表达木质素合成相关的CCR基因,导致木质素含量降低,同时与木质素形成具有共同前体的酚类复合物增加[15]。Boudet AM等人通过抑制杨树木质素合成酶基因CCR,可导致植物细胞壁纤维 素成分更容易被纤维素分解菌Clostridium产糖量达到原来的2倍[16]这表明,降低木质素等物质含量后,非常利于纤维资源的利用。Li Y等人研究发现,过氧化酶影响了木质化过程[17]。Blee KA等人在烟草中反义抑制过氧化酶FBP1(French bean cationic peroxidase)同系物表达,在不影响植物生长发育的情况下,使木质素含量降低了40%~50% [18]。通过基因工程方法,改变木质素结构与含量的方法改善植物细胞壁结构,利于作为能源植物,具有重要的研究价值。

2.2 植物体内表达木质纤维素水解酶

过去几十年的发展,植物已成功的作为重组蛋白表达的生物反应器,它相对于微生物和动物表达的优势是具有较低的成本已在多种植物里面进行了异源重组蛋白的表达研究(如疫苗和工业用酶等),蛋白表达量高且保持了很好的生物学活性[19]。近几年,人们开始在植物体内进行微生物来源的研究,希望这些植物作为生物反应器,大量表达并在细胞内积累纤维素酶。收获的植物,经过粉碎和预处理(酸碱处理等)后,在分解过程中能利用自身表达的酶,不添加加来源于微生物的酶,就可以将纤维素充分分解为单糖, 进一步用于生产乙醇,降低生产成本(Sticklen M,2006)[20]。考虑到细胞质表达对植物生长影响较大,一般采用定向胞外或细胞器积累表达(如定向质外体叶绿体溶酶体等)Ziegler MT等人在拟南芥中,定向质外体,积累表达了来源于Acidothermus cellulolyticus的耐热内切-β-1,4-葡聚糖酶(Endo-1,4-β-glucanase),表达量约达到叶子总可溶性蛋白的26%,并且保持了很好的活性[21],同样是在拟南芥中,Hyunjong B等人定向叶绿体和过氧化酶体,积累表达来源于Trichoderma reesei的木聚糖酶(Xylase),达到了总可溶性蛋白的4.6%,明显 高于细胞质表达和单一细胞器定向表达[22]在烟草中Dai Z等人定向叶绿体,积累表达了A.cellulolyticu 的耐热内切-β-1,4-葡聚糖酶,达到总可溶性蛋白的1.35%[23]。Dai Z等人采用同样的酶,比较了定向不同细胞器积累表达的差异,发现定向质外体表达蛋 白量最高,且保持了较好的活性[24]。在其它的植物中,也进行了相关的研究, Xue GP等人在大麦的胚乳中,特异表达来源于Neocallimastix patriciarum 的内切-β-1,4-葡聚糖酶,约达到了总种子蛋白的1.5%[25]。Oraby H 等人在水稻中,定向质外体积累表达了A.cellulolyticu耐热内切-β-1,4-葡聚糖酶,达到了叶子总可溶性蛋白的 4.9%。

目前的研究集中于将植物作为生物反应器,尽可能多的表达并积累纤维素酶,用于后期的处理。在发酵分解过程可以利用植物自身表达的异源纤维素水解酶,节省了额外添加酶的量。表达 的大都是内切-β-1,4-葡聚糖酶或木聚糖酶,为了预处理后还 能保持较好活性,多采用稳定性强的耐高温酶。由于纤维素有效降解需要复合水解酶,并且木质素对其具有很强的保护作用,这些植物不会发生自身降解。3.前景与展望

利用不断发展的植物基因工程技术,在能源植物研究方面已经取得了不错的研究进展。但是,目前要实现廉价充分的利用纤维资源,还有一定的困难。通过对植物细胞壁合成 代谢研究的不断深入,应该能够获得对自身生长发育不影响的低木质素植物细胞壁木质素结构及含量改善纤维素含量增加,利于降解发酵产乙醇。还希望最终能够获得一种能源植物,这种植物通过自身表达异源的高活性木质纤维水解复合酶,酶的表达受到诱导调控,收获前诱导表达,收获后送往生物能源发酵工厂。这期间,木质纤维素多糖在植物体内也可进行持续降解,在发酵工厂只需添加一些简单的辅助分解酶就可以彻底降解掉,使木质纤维资源产乙醇变得十分简单 参 考 文 献: 1.Dorian JP, Franssen HT, Simbeck DR.Energy Policy, 2006, 34 : 1984~1991.2.Yang B, Lu Y.J Chem Technol Biotechnol, 2007, 82 : 6~10.3.Himmel ME, et al.Science, 2007, 315 : 804~807.4.Ding SY, Himmel ME.J Agric Food Chem, 2006, 54(3): 597~606.5.Cosgrove DJ.Nat Rev Mol Cell Biol 2005 6 11 850~861.6.Yang B Wyman CE.Biotechnol Bioeng 2004 86 1 88~95.7.Kabel MA, et al.Biotechnol Bioeng, 2005, 93 : 56~63.8.Ragauskas AJ, et al.Science, 2006, 311 :484~489.9.Piquemal J et al.Plant Physiol 2002 130 4 1675~1685.10.Guo D et al.Transgenic Res 2001 10 5 457~464.11.Pilate G et al.Nat Biotechnol 2002 20 6 607~612.12.Li L et al.Proc Natl Acad Sci USA 2003 100 8 4939~4944.13.Cano Delgado A, et al.Plant J, 2003, 34(3): 351~362.14.Chabannes M et al.Plant J 2001 28 3 257~270.15.van der Rest B et al.J Exp Bot 2006 57 6 1399~1411.16.Boudet AM Kajita S Grima Pettenati J et al.Trends Plant Sci2003 8 12 576~581.17.Li Y et al.J Plant Res 2003 116 3 175~182.18.Blee KA, et al.Phytochemistry, 2003, 64(1): 163~176.19.Streatfield SJ.Plant Biotechnol J 2007 5 1 2~15.20.Sticklen M.Curr Opin Biotechnol 2006 17 3 315~319.21.Ziegler MT, Thomas SR, Danna KJ.Mol Breed, 2000, 6 : 37~46.22.Hyunjong B, Lee DS, Hwang I.J Exp Bot, 2006, 57 : 161~169.23.Dai Z, Hooker BS, Anderson DB, et al.Transgenic Res, 2000, 9(1):43~54.24.Dai Z, et al.Transgenic Res, 2005, 14(5): 627~643.25.Xue GP et al.Plant Cell Rep 2003 21 11 1088~1094.

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