生物技术与基因工程(收集3篇)
生物技术与基因工程范文篇1
关键词：园艺植物生物技术；课程建设；创新与优化
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2017）27-0144-02
一、引言
高等学校教育课程体系建设是提高本科教学水平以及本科生素质的有效手段。对于园艺植物生物技术课程而言，动手实验能力是进行课程体系建设必须具备的一项基本技能，良好的动手实验能力可以培养学生的创新性思维，有效提高课程质量。在这样的建设背景下，如何使学生在基本的教学大纲、教案设计以及课程开发与创新等方面掌握更多的理论知识，着实增强学生自身的动手实践能力，培养完善的课程体系机制是当前进行课程建设的关键所在。
二、《园艺植物生物技术》基本课程建设解读
1.园艺植物生物技术课程的开设背景。园艺植物是农作物的重要组成部分，在现实生活中，我们可以通过研究园艺植物的机理组成、基因结构、育种方法以及培育手段等对园艺植物进行系统的研究和控制，从而形成一套普遍的物种培育方法，为我国园艺行业的发展做出应有的贡献。另外，通过探索园艺植物生物技术在基因工程、细胞工程等领域的具体应用，深入研究园艺植物生物的病毒脱除与检测方法。通过掌握基本的病毒脱除技术有利于减少病毒对人体的侵害，减少农业化学物品的使用，实现安全生产与技术运用相结合。
2.生物技术发展简述。一般来说，生物技术指的是利用基因技术、细胞工程技术、发酵技术、微生物技术以及现代生物技术制造产品的过程以及所有技术的总和。现代生物技术起源于20世纪70年代，而园艺植物生物技术是现代生物技术的一个细小分支，由传统园艺学与现代生物技术交融而来，主要以园艺植物为建设素材，以生物技术为创造和改良对象。
3.课程体系建设创新的必要性。基因工程和细胞工程是园艺植物生物课程学习的主要内容。目前，园艺植物生物技术的发展步伐正在不断加快，随着植物生物技术的不断更新，课程建设体系的不断发展与完善，要想达到理想的教学目标，在教学建设中教学任务就显得尤为重要。因此，如何按照现有的学校应用型人才规划机制，培养一批专业技能高、实践能力强的高素质人才，着力打造综合性的课程培养体系，探索更加优化完善的教育教学模式是文章主要的研究方向和研究重点。
三、《园艺植物生物技术》整体课程设计
1.教学内容介绍。进入21世纪以来，园艺植物生物技术得到了广泛的应用与发展。作为农林院校园艺基础专业的重要基础课程，在一些新型课程设计上，例如分子生物学、植物基因工程等，课程体系和课程内容要根据具体的培养目标做出相应的改变和调整。目前，高校的园艺课程内容主要包括园艺植物细胞工程培养，园艺植物基因克隆技术，园艺植物组织培养与发展，园艺植物病毒脱除与检测，园艺植物基因分离与克隆以及园艺植物遗传转化载体的构建等。
2.教学目标。整体来讲，《园艺植物生物技术》是将现代生物技术与园艺植物研究有效结合的重要载体。学习本门课程要求学生在具体实践基础上，充分了解园艺植物生物技术的相关概念、研究内容、研究途径；理解园艺植物生物技术的基本发展原理；掌握园艺植物生物技术的相关操作方法并能应用于社会实践，着实提高运用现代生物技术进行园艺植物育种的能力。具体看来，学习本门课程的具体目标是加深学生对现代生物技术的理解；能够利用园艺植物生物技术所学知识，设计一些小实验解决遇到的生产或育种等问题，为从事生物学领域的相关研究奠定良好的理论与技术基础。
3.课程整体开发与系统应用。（1）基础课程建设。《园艺植物生物技术》课程是一门复杂的综合性课程，需要充足的课程时间加以学习，但是大多数学校分配的授课时间却是极其有限的。根据国家教学培养方案以及新型教育培养计划的发展要求，我校充分结合本专业学生的具体学习情况，经过不断地实验尝试，结合往常丰富的教学经验，将本门课程的学习时间调整为40学时，其中课堂讲授教学为24学时，实验课为16学时。在具体的教W实践中，由于植物遗传因子的转化与植物基因工程需要学生进行动手实践且该课程学习周期长、操作难度大，如果只采用教师课堂讲授的方法，那么课程本身的实践性就得不到有效发挥，将会影响学生对课程的具体理解和整体的教学效果，因此，学校采用教授与实验相结合的教学模式。另外，学校还设立了专门的文献搜集和实践讨论课程，旨在让学生们及时掌握植物生物技术发展的最新动态。（2）教学大纲的演变与完善。学校的课程指导大纲是课程教学的主要建设依据。为了更好地实现学校的教育发展目标，我们对学校的教学大纲进行了一次次的改良与完善，由之前注重理论课程设计到现在的实践导向性研究，着实增加学生田间作业的机会和对相关前沿文献的阅读与讨论，旨在让学生更好地掌握现代植物生物技术。
四、课程教学过程中的优化策略
生物技术与基因工程范文篇2
关键词:生物技术;基因工程;细胞工程
现代生物技术的迅猛发展，成就非凡，推动着科学的进步，促进着经济的发展，改变着人类的生活与思维，影响着人类社会的发展进程。现代生物技术的成果越来越广泛地应用于医药、食品、能源、化工、轻工和环境保护等诸多领域。生物技术是21世纪高新技术革命的核心内容，具有巨大的经济效益及潜在的生产力。专家预测，到2010～2023年，生物技术产业将逐步成为世界经济体系的支柱产业之一。生物技术是以生命科学为基础，利用生物机体、生物系统创造新物种，并与工程原理相结合加工生产生物制品的综合性科学技术。现代生物技术则包括基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等领域。在我国的食品工业中，生物技术工业化产品占有相当大的比重;近年，酒类和新型发酵产品以及酿造产品的产值占食品工业总产值的17%。现代生物技术在食品发酵领域中有广阔市场和发展前景，本文主要阐述现代生物技术在食品发酵生产中的应用。
一、基因工程技术在食品发酵生产中的应用
基因工程技术是现代生物技术的核心内容，采用类似工程设计的方法，按照人类的特殊需要将具有遗传性的目的基因在离体条件下进行剪切、组合、拼接，再将人工重组的基因通过载体导入受体细胞，进行无性繁殖，并使目的基因在受体细胞中高速表达，产生出人类所需要的产品或组建成新的生物类型。
发酵工业的关键是优良菌株的获取，除选用常用的诱变、杂交和原生质体融合等传统方法外，还可与基因工程结合，进行改造生产菌种。
(一)改良面包酵母菌的性能
面包酵母是最早采用基因工程改造的食品微生物。将优良酶基因转入面包酵母菌中后，其含有的麦芽糖透性酶及麦芽糖的含量比普通面包酵母显著提高，面包加工中产生二氧化碳气体量提高，应用改良后的酵母菌种可生产出膨润松软的面包。
(二)改良酿酒酵母菌的性能
利用基因工程技术培育出新的酿酒酵母菌株，用以改进传统的酿酒工艺，并使之多样化。采用基因工程技术将大麦中的淀粉酶基因转入啤酒酵母中后，即可直接利用淀粉发酵，使生产流程缩短，工序简化，革新啤酒生产工艺。目前，已成功地选育出分解β-葡聚糖和分解糊精的啤酒酵母菌株、嗜杀啤酒酵母菌株，提高生香物质含量的啤酒酵母菌株。
(三)改良乳酸菌发酵剂的性能
乳酸菌是一类能代谢产生乳酸，降低发酵产品pH值的一类微生物。乳酸菌基因表达系统分为组成型表达和受控表达两种类型，其中受控表达系统包括糖诱导系统、Nisin诱导系统、pH诱导系统和噬菌体衍生系统。相对于乳酸乳球菌和嗜热链球菌而言，德氏乳杆菌的基因研究比较缺乏，但是已经发现质粒pN42和PJBL2用于构建德氏乳杆菌的克隆载体。有研究发现乳酸菌基因突变有2种方法:第一种方法涉及(同源或异源的)可独立复制的转座子，第二种方法是依赖于克隆的基因组DNA片断和染色体上的同源部位的重组整合而获得。通过基因工程得到的乳酸菌发酵剂具有优良的发酵性能，产双乙酰能力、蛋白水解能力、胞外多糖的稳定形成能力、抗杂菌和病原菌的能力较强。
二、细胞工程技术在食品发酵生产中的应用
细胞工程是生物工程主要组成之一，出现于20世纪70年代末至80年代初，是在细胞水平上改变细胞的遗传特性或通过大规模细胞培养以获得人们所需物质的技术过程。细胞工程主要有细胞培养、细胞融合及细胞代谢物的生产等。细胞融合是在外力(诱导剂或促融剂)作用下，使两个或两个以上的异源(种、属间)细胞或原生质体相互接触，从而发生膜融合、胞质融合和核融合并形成杂种细胞的现象。细胞融合技术是一种改良微生物发酵菌种的有效方法，主要用于改良微生物菌种特性、提高目的产物的产量、使菌种获得新的性状、合成新产物等。与基因工程技术结合，使对遗传物质进一步修饰提供了多样的可能性。例如日本味之素公司应用细胞融合技术使产生氨基酸的短杆菌杂交，获得比原产量高3倍的赖氨酸产生菌和苏氨酸高产新菌株。酿酒酵母和糖化酵母的种间杂交，分离子后代中个别菌株具有糖化和发酵的双重能力。日本国税厅酿造试验所用该技术获得了优良的高性能谢利酵母来酿制西班牙谢利白葡萄酒获得了成功。目前，微生物细胞融合的对象已扩展到酵母、霉菌、细菌、放线菌等多种微生物的种间以至属间，不断培育出用于各种领域的新菌种。
三、酶工程技术在食品发酵生产中的应用
酶是活细胞产生的具有高效催化功能、高度专一性和高度受控性的一类特殊生物催化剂。酶工程是现代生物技术的一个重要组成部分，酶工程又称酶反应技术，是在一定的生物反应器内，利用生物酶作为催化剂，使某些物质定向转化的工艺技术，包括酶的研制与生产，酶和细胞或细胞器的固定化技术，酶分子的修饰改造，以及生物传感器等。酶工程技术在发酵生产中主要用于两个方面，一是用酶技术处理发酵原料，有利于发酵过程的进行。如啤酒酿制过程，主要原料麦芽的质量欠佳或大麦、大米等辅助原料使用量较大时，会造成淀粉酶、俘一葡聚糖酶、纤维素酶的活力不足，使糖化不充分、蛋白质降解不足，从而减慢发酵速度，影响啤酒的风味和收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、一葡聚糖酶等制剂，可补充麦芽中酶活力不足的缺陷，提高麦汁的可发酵度和麦汁糖化的组分，缩短糖化时间，减少麦皮中色素、单宁等不良杂质在糖化过程中浸出，从而降低麦汁色泽。二是用酶来处理发酵菌种的代谢产物，缩短发酵过程，促进发酵风味的形成。啤酒中的双乙酰是影响啤酒风味的主要因素，是判断啤酒成熟的主要指标。当啤酒中双乙酰的浓度超过阈值时，就会产生一种不愉快的馊酸味。双乙酰是由酵母繁殖时生成的α-乙酰乳酸和α-乙酰羟基丁酸氧化脱羧而成的，一般在啤酒发酵后期还原双乙酰需要约5～10d的时间。崔进梅等报道，发酵罐中加入α-乙酰乳酸脱羧酶能催化α-乙酰乳酸直接形成羧基丁酮，可缩短发酵周期，减少双乙酰含量。
四、小结
在食品发酵生产中应用生物技术可以提高发酵剂的性能，缩短发酵周期，丰富发酵制品的种类。不仅提高了产品档次和附加值，生产出符合不同消费者需要的保健制品，而且在有利于加速食品加工业的发展。随着生化技术的日益发展，相信会开发出更多物美价廉的发酵制品，使生物加工技术在食品发酵工业中的应用更加广泛。
参考文献
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生物技术与基因工程范文篇3
关键词基因工程;教学改革;独立学院
基因工程是通过人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质提取出来,在离体条件下用适当的工具酶进行切割后,与载体dna分子连接重组,再导入受体细胞内,使其在受体细胞内复制、转录和翻译表达,创造出人们所需要的新品种的一种技术体系[1]。由于基因工程可以突破物种间的遗传障碍,大跨度的超越物种间的不亲和性,具有无限光明的应用前景。因此,吸引人们进行了广泛的研究与探索,其结果迅速地应用于农业、医药、轻工、化工、环境等各个领域[2-5]。目前,随着基因工程的发展,急需大批的专业人才。因此,许多高校为满足社会需求,新增了生物技术和生物工程专业,开设了基因工程课程,希望能为国家培养和输送人才。基因工程面向独立学院生物技术和生物工程专业本科生已开设多年。在教学过程中,课程组教师针对该课程及独立学院学生的特点,对这门课程的教学进行了探索,获得了许多经验。
1基因工程教学改革的必要性
基因工程是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术,其内容涉及分子遗传学、生物化学、细胞生物学、微生物学及分子生物学等学科相关理论基础及其实验技术手段。课程内容繁多、概念抽象、理论性和技术性强。同时基因工程发展非常迅速,相关知识可以说是日新月异。然而高等学校教学时间有限,独立学院学生基础知识相对薄弱学生虽思维敏捷,但强调个人喜好,并且学习的自主能力也较弱。因此,在有限的课时内,让他们理解和掌握基因工程相关的内容确实有难度。而正处于农业高等院校的生物技术和生物工程专业的大学生们,即将投身于生命科学社会实践,展现他们的才能,如果他们对基因工程的基本理论和技术知之甚少,这种状况与培养现今的人才培养目标极不相称,这些大学生在21世纪的生命科学时代中也难以胜任社会重负于他们的工作,更难以挑起生物高科技研究和开发的重担。虽然在基因工程教学过程中,教师采取了许多办法,如采用多媒体教学,使用flas等将教学内容直观化,或通过讨论、课程论文等激发学生对基因工程的学习自主性,但效果还是不理想。经过多年的独立学院基因工程教学,笔者发现目前的基因工程教学内容体系和教学方法没有充分体现独立学院学生的特点,即没有补偿他们存在的某些缺陷,也没有充分发挥独立学院学生的优势。为了使这些发展潜力大的学生的综合素质进一步提高,能够跟上学科的发展进程,对现行基因工程课程教学内容和方法进行改革势在必行。
2构筑合理的教学内容体系
2.1精简内容,突出重点
基因工程与分子遗传学、生物化学、分子生物学、微生物学及细胞工程等课程有着紧密的联系,所以学生在修完了这些课程后才开设基因工程课程。由于学生已具备这些课程相关的理论和实践基础,所以基因工程教学内容可精简,避免与这些课程重复,留出充裕的时间详细讲解新的知识点,如细菌转化实验在微生物中讲授过;基因表达与调控在分子遗传学中涉及到;转基因植物的培养再生与细胞工程内容相关。这些重复的内容可以在课前提醒学生复习,教学时通过提问的形式回顾,或以课外作业的形式进行。对于独立学院中那些基础较薄弱的学生,可通过基因工程网络课程进行知识的答疑。
2.2组织合理的教学内容体系
基因工程课程教学内容包括基因操作的基本原理、基本研究方法及应用,内容广泛抽象。为使学生在短时间理解相关知识,教学内容应具备较强的系统性和条理性,同时又能反映学科的科学性和先进性。因此,构建以基因工程操作技术为主线,以基因工程原理基础知识及基因工程应用基础知识为基础的理论教学体系十分重要。
基因工程原理基础知识包括基因工程基本概念、基因的各种分析手段(包括pcr技术、分子杂交技术等)、分子克隆工具酶、克隆载体、目的基因与分子克隆载体的重组、重组体的转化与筛选鉴定、外源基因的表达等内容。这些是基因工程的核心内容,因此每部分内容的有关原理、实验技术及应用等需详细加以阐述。另外,针对一些抽象内容,教师应该使用多种教学方法,使其直观生动,让学生易于理解、接受和掌握。同时,要发挥独立学院学生综合素质高的特点,可要求学生个人或以班为单位制作flas和视频等,充分调动学生主动学习的积极性,挖掘潜能,激发学生的学习兴趣,使学生在学习过程中感悟到对事业成功的向往,达到教学目的。
基因工程技术几乎渗透至生命科学的各个方面,大大的推动了生命科学理论研究的发展,且扩展到人类生产实践的各个行业,例如植物、动物、微生物、医药、环境保护、能源等。这部分内容主要以学生为主体,通过讨论、专题报告、实际案例和生产实习的形式进行。通过这些内容的学习让学生感受科学发展与生产实践息息相关,增强学生的科技意识及求知欲望。
2.3引进新知识、新动态
基因工程自诞生以来,发展迅猛,新成果层出不穷。在教学过程中引进生命科学的最新科研成果及国内外研究动态,使学生在有限的课时中尽量接受基因工程相关的新观念、新技术和新成果。同时促使他们以发展的观点看待科学研究问题,唤起他们探索未知领域的欲望,增强专业自信心。
2.4理论教学和实验教学相配套
基因工程是一门理论与实践相结合的课程,其教学内容除了理论知识外,还配套有基因工程实验技术和教学实习。基因工程实验技术主要是对学生实验基本技能的操练,以班为单位进行教学。在教学过程中,要求学生在每次实验前预习好实验指导中的相关内容、掌握实验目的和实验设计原理、了解实验操作的基本过程及注意事项。学生在实验过程中,严格执行操作程序,仔细观察实验中出现的现象,如实记录实验结果和数据,培养学生的动手能力和敢于发现问题、解决问题的能力。实验课后,要求学生根据实验过程,写出实验总结报告,提高他们的归纳总结能力。基因工程教学实习是以重组体的构建、转化、筛选及检测为主线的系统性的实验体系。其内容包括质粒dna的提取、目的基因及载体进行限制性内切酶的切割、目的片段与载体的体外连接、感受态细胞的制备、重组质粒的转化、重组子的筛选以及鉴定。整个实验内容紧密衔接,较为完备地将基因工程学的上游技术综合为一体。实施教学时,学生在教师指导下,了解实验的整体设计思路和流程,查阅相关文献,书写实验方案,再进行实验实施。通过这样的过程培养学生应用知识的能力,加强学生对生物学文献资料的查询与消化能力,拓宽学生的知识面,并且实验的每个环节都可能直接影响最终结果,所以学生必须关注每个环节,才能顺利完成在此过程中有助于学生树立完整的科学研究概念,具备严谨的科学研究态度。
3改进教学方法
3.1传统板书教学与多媒体教学相结合
在基因工程教学中,传统的板书教学必不可少。这是由于学生虽具备一定的生物学基础,但知识比较凌乱,更无法很好的应用于基因工程学习中。板书教学能够很好的将这些知识系统而又精炼的展示出来,并且有助于老师控制讲课的进度,学生也可以详细的记好笔记,增强对知识的记忆。但是传统的板书教学呆板,所提供的信息量非常有限。对于基因工程这门课程,完全采取板书教学无法直观生动的将所有内容演示。另外,板书教学中老师是主体,学生认为学习的好坏只与老师有关而与自身毫无关联,学习的积极性不高,无法达到教学目的。多媒体教学能综合应用影视、图形、图像、声音、动画和文字等信息,可以使抽象的概念直观化、复杂的问题简明化、整体的过程动态化。它可以使学习内容图文并茂、有声有色、栩栩如生,便于学生理解记忆。但是课件是一页页地进行显示,单独使用课件会降低课堂授课内容的连续性及关联性,使学生不易掌握每一次授课的线索及整体内容。因此,在讲课过程中很有必要将传统板书教学与多媒体教学结合、教师传授知识与学生自主学习结合,采取多种教学方法使课程教学更为生动、丰富,促使学生自主学习和对基础知识的消化、理解和升华。
3.2“研讨式”教学
独立学院学生感应新事物的能力较高,他们查阅相关资料后,能够就某些问题提出见解。因此,笔者设计一些讨论题,供学生思考与讨论,充分调动学生的能动性、自主性和创造性,让学生真正成为课堂的主体。例如关于基因工程安全性的问题,是以讨论课的形式进行教学。学生不但对现存的一些安全问题进行了全面的阐述,而且还提出了自己的一些见解。针对一些不一致的观点,可以进行辩论,不仅使课堂气氛非常活跃,而且锻炼了学生的表达能力,使他们树立了看待科学问题的批判意识。
课程组的老师都从事了与基因工程相关的研究工作,经常将科学研究结果融入教学,增强学生对知识的感性认识。鼓励学生申请一些研究性课题和进入实验室参与研究工作。通过对科学研究的探索,培养学生将理论知识应用于实践的能力,有助于他们树立艰苦奋斗的精神。
3.3“总结归纳”式教学
每一章内容结束后,要求学生对教学内容进行总结和归纳,系统地梳理知识体系。另外,组织学生听取一些专题报告会,以提高学生对学科前沿知识的了解。
基因工程是现代生物技术的核心,教学效果的好坏直接影响高校生物技术专业学生的素质,进而影响高校人才培养目标的实现。尝试通过对基因工程教学内容和教学方法的改革,提高教学质量,促进学生综合素质的提高,使他们适应21世纪生命科学时代的工作需求。
4参考文献
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