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1.1化學(xué)儀器分析法
隨著軟電離技術(shù)的迅速發(fā)展,對(duì)于一些具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的大分子生物聚合物,質(zhì)譜法可將其進(jìn)行電離分解后在電場(chǎng)和磁場(chǎng)作用下進(jìn)行離子質(zhì)量分析,從而獲得有機(jī)物分子式和結(jié)構(gòu)信息,方法高效、快速準(zhǔn)確。將色譜法與質(zhì)譜聯(lián)用可形成更強(qiáng)有力的聯(lián)用分析技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)極低濃度的生物樣品的含量測(cè)定和蛋白質(zhì)多肽類藥物的代謝動(dòng)力學(xué)研究。核磁共振是一種吸收光譜(1H-NMR和13C-NMR應(yīng)用廣泛)。1H-NMR可以提供分子中氫原子所處的化學(xué)環(huán)境、相對(duì)數(shù)目以及分子構(gòu)型等有關(guān)信息,13C-NMR直接提供有關(guān)分子骨架的結(jié)構(gòu)信息。光譜攜帶大分子生物聚合物結(jié)構(gòu)信息經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理,可確定氨基酸序列、核酸的分析和定量混合物中的各組分含量分析等。將核磁共振技術(shù)與高效液相色譜法或毛細(xì)管電泳法聯(lián)用,分析能力強(qiáng)大并能拓展其在生命科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍。但質(zhì)譜,核磁共振儀器精密昂貴,工作環(huán)境操作技術(shù)要求高,普及性受限。
1.2生物技術(shù)分析法
生物技術(shù)分析法主要包括:免疫學(xué)法、放射性同位素示蹤法、生物鑒定法和量熱法等。免疫學(xué)法是利用蛋白質(zhì)多肽抗原與相應(yīng)抗體(單克隆或多克隆抗體)可以特異性識(shí)別結(jié)合的特點(diǎn)(結(jié)合比色法),借助顯微鏡觀察定位,對(duì)蛋白質(zhì)多肽進(jìn)行定性定量分析。常用免疫學(xué)方法有免疫熒光法和酶聯(lián)免疫吸附劑測(cè)定法。免疫熒光法:是將目標(biāo)抗體標(biāo)上熒光素,借助熒光顯微鏡進(jìn)行抗原示蹤定位的檢測(cè)技術(shù);酶聯(lián)免疫吸附劑測(cè)定法:又稱酶聯(lián)免疫法,或ELISA法,是在酶免疫技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新興的免疫檢測(cè)方法,該方法是將可以催化底物發(fā)生顯色反應(yīng)的酶進(jìn)行標(biāo)記,然后通過(guò)顯色進(jìn)行分析檢測(cè)的一種前沿特殊試劑檢測(cè)方法。例如,動(dòng)物血清蛋白藥物或動(dòng)物性食品中農(nóng)藥殘留的ELISA法建立等。而放射性同位素示蹤法則是將目標(biāo)性分子或產(chǎn)物用放射性同位素標(biāo)記(與內(nèi)源物質(zhì)區(qū)別),以研究目標(biāo)分子或產(chǎn)物的體內(nèi)分布、代謝行為。放射性同位素示蹤法和免疫學(xué)方法雖然能夠描述蛋白質(zhì)多肽類藥物的體內(nèi)動(dòng)力學(xué)行為,但不能夠直接反映出蛋白質(zhì)多肽類藥物的生物活性和穩(wěn)定性。生物鑒定法和量熱法則分別依據(jù)生物藥物的特異性反應(yīng)原理和放熱吸熱原理對(duì)藥物的生物活性和穩(wěn)定性進(jìn)行分析研究。例如,生物鑒定法利用組織或細(xì)胞對(duì)蛋白質(zhì)多肽類藥物的某種特異反應(yīng),界定藥物是否具有生物活性,根據(jù)制劑-效應(yīng)曲線對(duì)目標(biāo)蛋白質(zhì)多肽類藥物進(jìn)行定性定量分析。量熱法則是通過(guò)測(cè)定樣品在受熱過(guò)程中的放熱和吸熱行為來(lái)研究樣品中各組分相互作用及狀態(tài)變化的一種方法,該方法多用于多肽的熱穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)分析。
2結(jié)語(yǔ)
1苯丙氨酸解氨酶
苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanineammonia-lyase,PAL)是苯丙烷途徑的第一個(gè)關(guān)鍵酶。PAL普遍存在于植物和某些真菌、細(xì)菌和藻類中,其功能是催化L-苯丙氨酸非氧化性脫氨生成反式肉桂酸(cinnamicacid,CA),而肉桂酸是苯丙烷類次生物質(zhì)(如黃酮、香豆素、木質(zhì)素及某些酚類)生物合成的通用前體,因此該酶在植物次生代謝中具有極其重要的位置[14]。多數(shù)被子植物中,PAL是一個(gè)多基因家族,在一組染色體中含有一到多個(gè)PAL基因。PAL亞基通常由小型基因家族編碼(一般2~5個(gè)成員),這些基因家族又圖1黃芩苷生物合成途徑Fig.1Biosyntheticpathwayofbaicalin186可分成2或3個(gè)亞族,隨植物不同而異。煙草(Nicoti-anatabacumL.)PAL由2~4個(gè)獨(dú)立基因編碼,而歐芹(Petroselinumcrispum)PAL至少包含4個(gè)編碼基因[15],例外的是火炬松,僅有1個(gè)pal基因。Whetten等[16]采用多克隆抗體識(shí)別火炬松PAL亞基,獲得cDNA,經(jīng)PCR擴(kuò)增后測(cè)定pal基因序列,發(fā)現(xiàn)其與水稻、豆、甘薯等被子植物的編碼序列存在60%~62%同源性。歐芹中pal基因含有6個(gè)內(nèi)含子,其上游含有一段富含CT的區(qū)段[17]。目前已在諸如馬鈴薯(SolanumtuberosumL.)、擬南芥、煙草、黃瓜(CucumissativusLinn.)和大麥(HordeumvulgareLinn.)等植物中,克隆到了編碼PAL酶的cDN段或基因組序列,其它多種植物的pal基因已測(cè)序并在GenBank注冊(cè)[18]。課題組也已分離獲得粘毛黃芩的pal編碼基因,并進(jìn)行了相應(yīng)的序列和表達(dá)分析,發(fā)現(xiàn)黃芩pal基因與其它植物pal基因具有很高的同源性,從而證實(shí)了該基因具有高度的遺傳保守性[9]。
2查爾酮合成酶
包括黃芩苷在內(nèi)的所有黃酮類化合物的直接通用前體物均是柚皮苷查爾酮,它是由1分子桂皮酰輔酶A與3分子丙二酸單酰輔酶A縮合而成,其中前者來(lái)自苯丙酸中間途徑,后者經(jīng)醋酸經(jīng)乙酰輔酶A羧化酶催化生成。這個(gè)重要的縮合反應(yīng)就是由查爾酮合成酶(Chal-conesynthase,CHS)催化完成的,這是黃酮類化合物合成中第1個(gè)關(guān)鍵酶,具有限速作用[19]。自從第1個(gè)荷蘭芹的chs基因在1983年以來(lái)[20],迄今已從多種植物中克隆了chs基因,如高粱(Sorghumbicolor)[21]、蘭花(OrchidBromheadiafinlay-soniana)[22]和擬南芥[23]等。chs基因在不同植物類群中保守性較高,一般都含有2個(gè)外顯子和1個(gè)內(nèi)含子,而金魚草chs則含有2個(gè)內(nèi)含子[24]。chs基因的外顯子1和2分別編碼60個(gè)和340個(gè)左右氨基酸殘基,但在序列長(zhǎng)度和核苷酸組成方面外顯子2的保守性高于外顯子1,而作為活性位點(diǎn)的4個(gè)保守氨基酸殘基位于外顯子2中。chs基因內(nèi)含子的大小及序列差異都較大。不同物種中查爾酮合酶在氨基酸水平上的一致性很高,約79%~91%,說(shuō)明其具有高度的遺傳保守性[25]。chs基因啟動(dòng)子具有多個(gè)對(duì)環(huán)境感受的特異性元件,如接受激發(fā)子誘導(dǎo)的ACE元件(ACGTele-ment)[26-27]和H區(qū)(H-box)[28],富含AT元件區(qū)[29-30]、以及負(fù)調(diào)控的沉默子[31]和維持基因轉(zhuǎn)錄水平的P區(qū)[32]。大部分植物的CHS編碼基因是一個(gè)多基因家族,如矮牽牛、大豆和豌豆等,特別是雙子葉植物的chs家族基因數(shù)目較多,如菜豆中已發(fā)現(xiàn)8個(gè)chs基因[33],矮牽牛的chs基因家族包括8~10個(gè)成員[34]。雖然chs基因家族中數(shù)目較多,但各成員基因編碼區(qū)的同源性較高。由于CHS在植物外源基因的表達(dá)、細(xì)胞的發(fā)育和分化、花色素的積累和抗菌、抗脅迫生理過(guò)程等起著重要的作用,因此chs基因家族的不同成員往往受植物不同發(fā)育時(shí)期和組織特異性調(diào)控,對(duì)不同外源刺激的敏感程度也不同,這個(gè)特點(diǎn)與黃酮類物質(zhì)的功能多樣性相適應(yīng)[35]。該課題組基于黃芩chs家族,利用同源性克隆方法,克隆獲得了粘毛黃芩chs基因,并從分子水平上驗(yàn)證了所選植物的chs可能起源于同一個(gè)祖先,也反映出黃酮化合物為聚類指標(biāo)的進(jìn)化生物學(xué)意義,從而說(shuō)明作為類黃酮代謝關(guān)鍵酶的CHS蛋白在自然演化進(jìn)程中的遺傳保守性和功能穩(wěn)定性[36-37]。chs基因具有顯著的時(shí)空差異性表達(dá)模式,如組織和發(fā)育時(shí)期的特異性表達(dá),在一些植物發(fā)育的早期階段CHS在葉片中表達(dá),而成熟植株中主要僅限于花組織中存在;chs基因接受誘導(dǎo)因子調(diào)控的特異性轉(zhuǎn)錄,在很多植物(如矮牽牛、菜豆等)中,外界刺激如脅迫、紫外線和病原體會(huì)誘導(dǎo)CHS的快速響應(yīng)并表達(dá),CHS的這種對(duì)外界刺激的敏感程度的差異特點(diǎn)與CHS編碼序列上游啟動(dòng)子中含有的特異性順式作用元件有關(guān)[38]。此外,筆者也發(fā)現(xiàn)粘毛黃芩chs基因受到外源甲基茉莉酸的時(shí)間依賴性地調(diào)控,并建立了其誘導(dǎo)差異表達(dá)譜[37]。在基因工程領(lǐng)域,對(duì)chs基因調(diào)控作用的研究主要集中于植物花色表型和抗逆性狀的遺傳改良,而這種改變實(shí)質(zhì)上也是基于細(xì)胞和組織內(nèi)黃酮化合物的含量調(diào)節(jié),例如通過(guò)對(duì)chs基因的反義或共抑制操作培育顏色變異的轉(zhuǎn)基因花卉[39],也可以正調(diào)節(jié)馬鈴薯中的chs基因增加花色素苷等黃酮類化合物的積累,從而改善其抗氧化能力[40],而基于煙草轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的研究證實(shí)黃芩chs基因在驅(qū)動(dòng)黃酮化合物生物合成的過(guò)程中發(fā)揮了重要作用[41]。
3黃烷酮3-羥化酶
黃烷酮3-羥化酶(flavanone3-h(huán)ydroxylase,F(xiàn)3H)是黃烷酮分支點(diǎn)的一個(gè)核心酶,其作用是催化5,7,4-黃烷酮C3位的羥化,生成二氫山奈素(dihydrokaempferol,DHK),而該物質(zhì)則是合成黃烷酮和花色素的重要中間產(chǎn)物[42]。因此F3H也是黃酮化合物生物合成途徑中的關(guān)鍵酶,是控制黃酮合成與花青素苷積累的分流節(jié)點(diǎn),被認(rèn)為是整個(gè)類黃酮代謝途徑的中樞。1991年,人們首次獲得f3h基因序列,是從金魚草中克隆出來(lái)[43]。目前已經(jīng)在擬南芥[44]、苜蓿[45]和玉米(Zeamays)[46]中被陸續(xù)分離鑒定,且是以單拷貝形式存在,但在甘藍(lán)型油菜和紫蘇中則是以多基因家族形式存在,分別含有5~7個(gè)和2~3個(gè)成員。在這些植物中,f3h基因一般具有3個(gè)外顯子和2個(gè)內(nèi)含子[45]。筆者首次克隆了粘毛黃芩的f3h基因,通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)化樹分析,從分子水平上驗(yàn)證了所選植物的f3h可能起源于同一個(gè)祖先,也反映出植物間的植物黃酮醇類化合物的含量與植物間親緣關(guān)系有一定關(guān)系。f3h基因在一些植物中是獨(dú)立表達(dá)的,如矮牽牛中的f3h基因,而在大多數(shù)的情況下,f3h則是和其上游的chs、chi(查爾酮異構(gòu)酶)基因以及下游的dfr(二氫黃酮醇還原酶)基因協(xié)同表達(dá)的,這在擬南芥和金魚草中都有相關(guān)的報(bào)道。此外,矮牽牛和金魚草中f3h基因突變失活則可在阻斷花色素的合成通路,獲得白花的矮牽?;蚪痿~草[43,47]。近期研究表明,通過(guò)調(diào)控f3h基因的表達(dá)能夠有效改變植物花卉或種皮的顏色,基于該基因的遺傳操作已成為花卉育種研究的重要手段[44,48];而旨在高產(chǎn)黃酮和異黃酮的藥物代謝工程領(lǐng)域,通過(guò)反義抑制f3h基因阻斷花青素合成途徑能夠使通用前體柚皮苷更多地流向黃酮和異黃酮,從而獲得促進(jìn)目標(biāo)產(chǎn)物的積累,該方式證明F3H是黃酮代謝工程的重要靶點(diǎn)[49]。由此可見,f3h是黃酮生物合成途徑上關(guān)鍵的限速基因,其催化反應(yīng)是黃酮合成調(diào)控的的重要步驟。
4小結(jié)
生物技術(shù)專業(yè)基本技能達(dá)標(biāo)訓(xùn)練,目的在于提高學(xué)生科研素養(yǎng)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力,使畢業(yè)生與就業(yè)單位的科研、生產(chǎn)研發(fā)和管理達(dá)到“無(wú)縫接軌”,從而能夠在社會(huì)生產(chǎn)、管理和服務(wù)的第一線解決生物技術(shù)方面的實(shí)際問(wèn)題。在專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的基礎(chǔ)上,分別在第一、二、三、四學(xué)期設(shè)置4個(gè)基礎(chǔ)技能訓(xùn)練項(xiàng)目:(1)植物生物學(xué)基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn),訓(xùn)練內(nèi)容包括光學(xué)顯微鏡的結(jié)構(gòu)、規(guī)范操作,臨時(shí)切片制作、觀察與輪廓圖的繪制等,對(duì)接第一學(xué)期的專業(yè)核心課程“植物生物學(xué)”。(2)動(dòng)物生物學(xué)基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn),訓(xùn)練內(nèi)容包括光蛔蟲或蚯蚓的橫切片觀察;鯽魚外形、鯉魚骨骼系統(tǒng)的觀察,內(nèi)部解剖與觀察;土壤動(dòng)物的采集、保存及鑒定,等等,對(duì)接第二學(xué)期的專業(yè)核心課程“動(dòng)物生物學(xué)”。(3)生物化學(xué)基礎(chǔ)技能訓(xùn)練,訓(xùn)練內(nèi)容包括分光光度法測(cè)蛋白質(zhì)含量、聚丙烯酰胺凝膠電泳電泳槽安裝、點(diǎn)樣及電泳及層析法分離鑒定氨基酸,等等,對(duì)接第三學(xué)期的專業(yè)核心課程“生物化學(xué)。(4)微生物學(xué)基礎(chǔ)技能訓(xùn)練,訓(xùn)練內(nèi)容包括(革蘭氏)染色法和油鏡的使用;酵母菌大小測(cè)定;平板菌落計(jì)數(shù)法等,對(duì)接第四學(xué)期的專業(yè)核心課程“微生物學(xué)”。每個(gè)項(xiàng)目都設(shè)置有相應(yīng)的考核要點(diǎn),如項(xiàng)目Ⅰ的考核要點(diǎn)有:①光學(xué)顯微鏡的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)、規(guī)范化操作流程;②臨時(shí)切片的熟練制作、質(zhì)量好壞與規(guī)范化觀察;③合適染料的挑選與染色效果;④植物輪廓圖的繪制和結(jié)構(gòu)標(biāo)注等,項(xiàng)目Ⅱ的考核要點(diǎn)有:①觀察蛔蟲或蚯蚓的橫切片裝片,并按照所給的裝片判斷出該裝片是蛔蟲還是蚯蚓并給出理由;②解剖鯽魚并繪內(nèi)部解剖示意圖;③利用體式顯微鏡,根據(jù)所給檢索圖鑒定標(biāo)本等,要求學(xué)生必須通過(guò)此4個(gè)專業(yè)基礎(chǔ)技能訓(xùn)練項(xiàng)目的考核,否則不能取得本專業(yè)學(xué)士學(xué)位。
在此基礎(chǔ)上,大三大四年級(jí)設(shè)置相應(yīng)的綜合實(shí)驗(yàn)及實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目5項(xiàng),進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)技能的綜合應(yīng)用實(shí)訓(xùn),包括生物技術(shù)綜合實(shí)訓(xùn)(內(nèi)容包括生物樣品的制備、含量測(cè)定、層析技術(shù)、電泳技術(shù)等)、發(fā)酵工程綜合實(shí)訓(xùn)(內(nèi)容包括菌種選育、發(fā)酵原料準(zhǔn)備、發(fā)酵工藝控制及產(chǎn)品分離技術(shù)等)、生物工藝實(shí)訓(xùn)(內(nèi)容包括抗生素生產(chǎn)工藝實(shí)訓(xùn)和啤酒生產(chǎn)工藝實(shí)訓(xùn)等)、酶工程實(shí)訓(xùn)(內(nèi)容包括淀粉酶發(fā)酵技術(shù),生物制劑的生產(chǎn)工藝等)、職業(yè)技能培訓(xùn)(內(nèi)容包括<營(yíng)養(yǎng)配餐員>、<食品檢驗(yàn)工>國(guó)家級(jí)職業(yè)技能證書考核培訓(xùn)等)。要求學(xué)生必須通過(guò)所要求的專業(yè)技能訓(xùn)練項(xiàng)目才可以參加后續(xù)的專業(yè)(畢業(yè))實(shí)習(xí)和畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))等工作。通過(guò)專業(yè)技能達(dá)標(biāo)訓(xùn)練,保證學(xué)生掌握本科生必須具備的現(xiàn)代生物技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)踐技能,顯著增強(qiáng)學(xué)生在食品生物技術(shù)與生物制藥技術(shù)兩個(gè)專業(yè)方向的專業(yè)技能,并具有一定的行業(yè)綜合技能,具有一定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品研發(fā)能力,具有歸納、整理、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力以及撰寫論文、參與學(xué)術(shù)交流的能力,同時(shí)強(qiáng)化職業(yè)技能資格證書作用,將擁有相關(guān)職業(yè)資格證書算入學(xué)分,進(jìn)入學(xué)生的生物技術(shù)能力評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn),鼓勵(lì)學(xué)生多參加相關(guān)職業(yè)技能證書的培訓(xùn)和考證活動(dòng),提高學(xué)生適應(yīng)社會(huì)需要的能力。
二、轉(zhuǎn)變觀念,積極探索能力培養(yǎng)的新模式
1.改變教育觀念,在教與學(xué)中促進(jìn)學(xué)生能力培養(yǎng)。
教學(xué)改革的首要任務(wù)是教學(xué)形式的改進(jìn)。要改進(jìn)過(guò)去單純傳授知識(shí)、演繹知識(shí)的教學(xué)方式,在課堂教學(xué)中努力實(shí)踐、探索師生積極互動(dòng)、共同發(fā)展的教學(xué)方式與學(xué)習(xí)方式的變革;研究教師在教學(xué)中的角色轉(zhuǎn)變;提倡啟發(fā)式、討論式等生動(dòng)活潑的教學(xué)方法,創(chuàng)設(shè)寬松、民主、高效的課堂氛圍。探討培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)的策略;培養(yǎng)學(xué)生在新的教學(xué)理念下搜集與處理信息的能力,獲取新知識(shí)的能力,發(fā)現(xiàn)、分析、探索、解決問(wèn)題的能力;交流與合作的能力等。尋求適合于、滿足于不同學(xué)生學(xué)習(xí)需要的,使每個(gè)學(xué)生都能得到充分發(fā)展的教育教學(xué)途徑,開發(fā)學(xué)生智力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造思維和實(shí)際操作能力。其實(shí)關(guān)于能力培養(yǎng),我們還必須對(duì)生物教學(xué)中的存在的大量技能、技巧性的知識(shí)加以挖掘與開發(fā)。上世紀(jì)50年代英國(guó)哲學(xué)家邁克爾•波蘭尼(MichaelPolanyi)研究人類知識(shí)的形式,提出人類知識(shí)有兩種:一種類型的知識(shí)是通常以書面文字、圖表和數(shù)學(xué)公式加以表述的;另一種知識(shí)是我們知道但難以言述的知識(shí),包括那些非正式的、難以表達(dá)的技能、技巧、經(jīng)驗(yàn)和訣竅等。前者稱為顯性知識(shí),后者稱為隱性知識(shí)。顯性知識(shí)是能夠被人類以一定符碼系統(tǒng)(最典型的是語(yǔ)言,也包括數(shù)學(xué)公式、各類圖表、盲文、手勢(shì)語(yǔ)、旗語(yǔ)等諸種符號(hào)形式)加以完整表述的知識(shí)。隱性知識(shí)和顯性知識(shí)相對(duì),是指那種不能通過(guò)語(yǔ)言、文字、圖表或符號(hào)明確表述,很難進(jìn)行明確表述與邏輯說(shuō)明,它是人類非語(yǔ)言智力活動(dòng)的成果。這是隱性知識(shí)最本質(zhì)的特性。隱性知識(shí)是存在于個(gè)人頭腦中的,它的主要載體是個(gè)人,它不能通過(guò)正規(guī)的形式(例如,學(xué)校教育、大眾媒體等形式)進(jìn)行傳遞,因?yàn)殡[性知識(shí)的擁有者和使用者都很難清晰表達(dá)。但是隱性知識(shí)并不是不能傳遞的,只不過(guò)它的傳遞方式特殊一些,例如通過(guò)“師傳徒授”的方式進(jìn)行(波蘭尼《個(gè)人知識(shí)》,貴州人民出版社2000年11月出版)。生物教學(xué)中的能力培養(yǎng),實(shí)際上確實(shí)存在著大量的隱形知識(shí),生物技術(shù)是多門操作性很強(qiáng)的學(xué)科(生物技術(shù)領(lǐng)域包括發(fā)酵工程、細(xì)胞工程、蛋白質(zhì)與酶工程、基因工程),它所涉及的多種技術(shù)(如熒光定量PCR、蛋白雙向電泳和分子雜交等)都有非常詳細(xì)的步驟,有的操作只需30秒、幾分鐘不等,幾十個(gè)步驟下來(lái)有的要耗時(shí)一周左右,而且整個(gè)過(guò)程的操作對(duì)象都不是肉眼所能分辨的,只有到了最后一步或者通過(guò)染色、或者借助儀器(凝膠成像儀、放射自顯影等)才能得出結(jié)果。即使是同樣的操作流程,不一樣的操作者完全有可能得到不一樣的試驗(yàn)結(jié)果甚至大相徑庭。從此方面來(lái)看,除了依靠課堂教學(xué)的知識(shí)傳遞以外,還需要更多的重復(fù)性、個(gè)體性的操作演練,這是我們長(zhǎng)期教學(xué)實(shí)踐所忽視的一面。
2.改革教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制,多形式提高學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)能力。
在高考指揮棒下,高校的教學(xué)評(píng)價(jià)也沿襲了用分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)學(xué)生一切學(xué)習(xí)狀況的慣性與惰性,目前高校最主要的人才評(píng)價(jià)機(jī)制是分?jǐn)?shù)標(biāo)注的學(xué)業(yè)成績(jī),其他評(píng)價(jià)機(jī)制只能淪為輔助作用。如何改進(jìn)教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制,對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)能力的提高具有重大意義。為科學(xué)評(píng)價(jià)教學(xué)質(zhì)量,需要確定科學(xué)的評(píng)價(jià)方法和建立科學(xué)的評(píng)價(jià)體系。為此,在專業(yè)素質(zhì)能力等少數(shù)知識(shí)性較強(qiáng)的課程中采用百分制的積分方式,而其他的技能與創(chuàng)新能力的課程則盡量采用其他的計(jì)分方式,如用國(guó)家職業(yè)技能證書(如營(yíng)養(yǎng)師考核證書、食品檢驗(yàn)師考核證書等技能證書)代替課程成績(jī),頂替學(xué)分,用研究成果(如、研究成果、科研項(xiàng)目等)取代實(shí)驗(yàn)課成績(jī),盡量不用量化的分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)學(xué)生的生物技能。即使在普通生物學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià),也盡量注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)及研究過(guò)程和方法的引導(dǎo),采取通過(guò)查閱有關(guān)資料或進(jìn)行實(shí)驗(yàn)才能完成且無(wú)統(tǒng)一答案的作業(yè)等形式進(jìn)行評(píng)價(jià)??荚嚪椒ǘ鄻踊绮扇¢_卷或半開卷、文獻(xiàn)綜述、專題論文、案例分析等形式,評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)則側(cè)重學(xué)生研究、解決問(wèn)題的思路和方法,是否有獨(dú)立見解和創(chuàng)新,從而培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)和自我發(fā)展的能力。
3.重視科研,著力培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的創(chuàng)新能力。
構(gòu)建科學(xué)合理的醫(yī)藥院校生物技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)模式。首先必須調(diào)整和優(yōu)化生物技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案,突出醫(yī)藥院校生物技術(shù)專業(yè)醫(yī)藥應(yīng)用型的特點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō),在2013年新版培養(yǎng)方案中,我們優(yōu)化了課程設(shè)置體系,適當(dāng)減少了專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)時(shí),同時(shí)強(qiáng)化和突出了專業(yè)課程和畢業(yè)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)。根據(jù)我校的實(shí)際情況,我校生物技術(shù)專業(yè)的主干學(xué)科定位為生物學(xué)和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)。公共基礎(chǔ)課由語(yǔ)言、法律、經(jīng)濟(jì)、管理等人文社科類課程和數(shù)、理、化、計(jì)算機(jī)等自然科學(xué)基礎(chǔ)課程組成。主要專業(yè)課程有人體解剖學(xué)、物理化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、微生物學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、免疫學(xué)、生理學(xué)、藥理學(xué)、基因工程、酶工程、微生物工程、細(xì)胞工程、蛋白質(zhì)工程、生物信息學(xué)等。在教材的選用上,原則上采用高等教育出版社、人民衛(wèi)生出版社等出版的最新教材。在專業(yè)課程的整合方面,使其相互銜接,盡量避免重復(fù),使學(xué)生系統(tǒng)而深入地掌握專業(yè)知識(shí),以適應(yīng)不同醫(yī)藥生物技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的需求。同時(shí)在一些條件較好的課程建設(shè)中,比如生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等課程中,我們也加強(qiáng)了雙語(yǔ)課程的教學(xué)和精品課程的建設(shè)。
二、強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)體系
對(duì)生物技術(shù)專業(yè)應(yīng)用型人才來(lái)說(shuō),具有較高的技術(shù)應(yīng)用能力非常重要。實(shí)驗(yàn)、見習(xí)和實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)體系是生物技術(shù)專業(yè)技術(shù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要手段。針對(duì)我校的實(shí)際,圍繞生物技術(shù)專業(yè)技術(shù)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo),我們構(gòu)建了分類設(shè)計(jì)、分層施教的選修與必修相結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)體系。具體來(lái)說(shuō),桂林醫(yī)學(xué)院生物技術(shù)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系分為如下幾方面:一是課程實(shí)驗(yàn)(見習(xí))教學(xué)。課程實(shí)驗(yàn)(見習(xí))教學(xué)安排在各門課程學(xué)習(xí)期間,通過(guò)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)和校外企業(yè)參觀,使理論與實(shí)踐相結(jié)合,達(dá)到掌握實(shí)驗(yàn)技能的目的。為保障學(xué)生在課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有更多的動(dòng)手機(jī)會(huì),強(qiáng)化實(shí)踐動(dòng)手能力培養(yǎng),在新的人才培養(yǎng)方案修訂中,我們適當(dāng)增加了各類課程的實(shí)驗(yàn)(見習(xí))學(xué)時(shí),加大了實(shí)踐課程的比例。必修課程中理論課與實(shí)踐課學(xué)時(shí)的比例:2010年培養(yǎng)方案中從1554∶755(2.1∶1)調(diào)整為2013年新版培養(yǎng)方案的1700∶1061(1.6∶1)。二是畢業(yè)實(shí)習(xí),主要到生物、醫(yī)藥及生物制品研究機(jī)構(gòu)、高等院校、疾病預(yù)防控制中心等相關(guān)企業(yè)和部門進(jìn)行專題研究,在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下完成畢業(yè)論文。三是第二課堂,在2013年新版培養(yǎng)方案中,我們?cè)黾恿嗽缙诮佑|專業(yè)、早期接觸科研和早期接觸社會(huì)實(shí)踐的“三早”實(shí)踐教學(xué)方案。此外,第二課堂也包括勞動(dòng)教育、舉辦專業(yè)知識(shí)講座和演講等。四是其他實(shí)踐,包括入學(xué)教育、軍事訓(xùn)練、畢業(yè)教育及就業(yè)指導(dǎo)。
三、完善教學(xué)方法和手段
當(dāng)前,一些傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段已經(jīng)不能滿足培養(yǎng)應(yīng)用型生物技術(shù)專業(yè)人才的需要,不能滿足培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力的需要,也不能滿足學(xué)生創(chuàng)造力培養(yǎng)的需要。因此,我們特別強(qiáng)調(diào)重視學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的主體地位,鼓勵(lì)新的教學(xué)方法和手段的嘗試,以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性。根據(jù)不同的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)對(duì)象,因材施教,采用啟發(fā)式、討論式、現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)等教學(xué)方法,為學(xué)生自主學(xué)習(xí)創(chuàng)造更好的條件,培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和創(chuàng)造思維的能力。為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,在教學(xué)中,我們注重使用多媒體技術(shù)等先進(jìn)的教學(xué)手段,合理運(yùn)用因特網(wǎng)來(lái)進(jìn)行教學(xué)。同時(shí)加強(qiáng)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源如教學(xué)課件的共享,提高教學(xué)水平。為保證生物技術(shù)專業(yè)技術(shù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn),我們還采取引進(jìn)、培養(yǎng)、聘請(qǐng)等途徑加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè),尤其是加強(qiáng)具有醫(yī)藥生物技術(shù)領(lǐng)域企業(yè)工作經(jīng)歷的教師的培養(yǎng)和引進(jìn)。
四、改革課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系
為滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求,就必須深化生物技術(shù)專業(yè)考試制度改革,改革課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系。我校生物技術(shù)專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系分為:
(1)形成性考核,包括課程平時(shí)考核、課程期中考核和課程實(shí)驗(yàn)考核。課程平時(shí)考核主要考核學(xué)生在整個(gè)課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的表現(xiàn)情況(含學(xué)習(xí)行為、動(dòng)手操作、平時(shí)作業(yè)、課堂提問(wèn)等);課程期中考核主要考查學(xué)生對(duì)課程前半部分知識(shí)的掌握情況;課程實(shí)驗(yàn)考核主要在期末以筆試、實(shí)驗(yàn)操作等形式進(jìn)行,主要考核學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解、實(shí)驗(yàn)操作的能力及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫情況等。
(2)終結(jié)性考核,每門課程結(jié)束時(shí)或期末,采用閉卷或開卷筆試的形式進(jìn)行考試,教師根據(jù)課程的性質(zhì)和要求選擇考試方式,對(duì)于專業(yè)基礎(chǔ)課程和一些與學(xué)生能力和素質(zhì)培養(yǎng)影響較大的核心課程,可以采取閉卷考試的方式,對(duì)于選修課程和其他非核心課程可以采取開卷考試、課程論文等方式進(jìn)行考核。
五、總結(jié)
生物表面吸附是一個(gè)物理化學(xué)過(guò)程,含鈾廢水中的鈾與生物表面發(fā)生靜電吸附或與生物細(xì)胞壁上的-COOH、-NH、-OH、PO43-和-SH等官能團(tuán)的化學(xué)絡(luò)合,達(dá)到降低其遷移性的目的。這種方法適宜處理廢水量大、濃度低的放射性廢水,具有快速、廉價(jià)的特點(diǎn)[24]。陽(yáng)海斌等[25]研究了紅樹林內(nèi)源真菌對(duì)鈾的富集特性,結(jié)果表明受試菌吸附鈾的吸附平衡時(shí)間為60min,常溫常壓下吸附最佳條件為pH4.0,鈾的初始質(zhì)量濃度為50mg/L,鈾的吸附容量為15.46mg/g。劉明學(xué)等[26]應(yīng)用掃描電子顯微鏡、傅立葉紅外光譜、和電子能譜等方法研究了釀酒酵母菌與鈾酰離子的相互作用,結(jié)果表明,酵母菌細(xì)胞表面有大量鈾結(jié)晶,UO22+離子與細(xì)胞表面發(fā)生了顯著的吸附作用,并且吸附量隨鈾濃度增加和作用時(shí)間延長(zhǎng)而加大。另外,王寶娥等[27]研究表明,死體微生物富集金屬的能力并不比活體微生物差,其利用滅活啤酒酵母菌研究吸附鈾的能力,試驗(yàn)結(jié)果證明在pH值為6.0時(shí),滅活啤酒酵母菌吸附速率較快,吸附量大,由吸附模型可以得出理論最大吸附量可達(dá)196.1mg/g。盡管生物吸附能快速的降低廢水中的鈾含量,但目前鮮見其應(yīng)用于實(shí)際廢水的處理,主要原因在于生物吸附后產(chǎn)物非常不穩(wěn)定,有研究表明[28]處理后期其解吸速度幾乎與吸附速度一樣快。
2生物體內(nèi)富集
鈾在生物體內(nèi)富集往往發(fā)生在生物表面吸附后期,即首先是通過(guò)物理化學(xué)作用使金屬被動(dòng)地附著在細(xì)胞表面;然后通過(guò)能量流動(dòng)和信息傳遞等功能使金屬在細(xì)胞內(nèi)部富集[22]。生物體內(nèi)積累僅發(fā)生在活細(xì)胞內(nèi),鈾不是生物功能性元素,不參與細(xì)胞新陳代謝,細(xì)胞體內(nèi)的鈾含量可能是由于鈾的毒性改變細(xì)胞膜的滲透性后進(jìn)入生物體內(nèi)[29]。Kazy等[30]研究了假單胞菌對(duì)鈾的沉淀機(jī)制及化學(xué)特性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)與鈾作用的基團(tuán)有磷酸基、羧基和酰胺基團(tuán),微沉淀是主要機(jī)制,鈾在細(xì)胞內(nèi)形成稠密的胞內(nèi)沉積物,隨著鈾的富集,細(xì)胞長(zhǎng)度和寬度都有所增加,但細(xì)胞表面沒(méi)有被破壞。另外,其他學(xué)者[31,32]從鈾污染場(chǎng)地篩選出假單胞菌對(duì)鈾廢液進(jìn)行修復(fù)試驗(yàn),結(jié)果表明其對(duì)鈾毒性有很好的耐受能力。鈾在生物體內(nèi)積累是一個(gè)伴隨著能量消耗的主動(dòng)過(guò)程,由于其主要原理是通過(guò)與生物體內(nèi)的磷酸鹽結(jié)合生成穩(wěn)定的磷酸鈾酰沉淀,因此目前僅發(fā)現(xiàn)假單胞菌等聚磷菌具有這一功能。該技術(shù)有待于對(duì)生物體內(nèi)富集效能、磷酸鹽來(lái)源及生物活性等因素進(jìn)一步研究。
3生物還原
自Lovely等[33]在20世紀(jì)90年代初期提出利用微生物地桿菌以氫為電子供體將地下水環(huán)境中可溶性的U(VI)還原轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的、溶解度較低的四價(jià)鈾,進(jìn)而防止其遷移擴(kuò)散的設(shè)想,生物還原除鈾技術(shù)開始引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。通過(guò)近10余年的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)證實(shí),某些微生物具有除鈾能力,可以通過(guò)其還原作用將溶解性的U(VI)還原成不溶性的U(IV)。微生物學(xué)家們?cè)囼?yàn)了用純培養(yǎng)物或混合菌群來(lái)還原U(VI)發(fā)現(xiàn),多種微生物具有還原鈾的功能,如硫酸鹽還原菌、地桿菌、厭氧黏細(xì)菌、希瓦氏菌及梭菌等[34-36]。硫酸鹽還原菌是一種典型的金屬還原菌,在H2或乳酸鹽等電子供體存在的條件下,硫酸鹽還原菌可通過(guò)酶促作用直接將鈾U(VI)還原,并且其對(duì)鈾具有良好的耐受能力和去除效果。易正戟等[37]采用硫酸鹽還原菌處理地浸含鈾廢水中的鈾,結(jié)果表明pH值對(duì)鈾生物沉淀存在顯著影響,在pH為6.0時(shí)鈾去除率高達(dá)99.4%。謝水波等[38]研究了共存離子Mo(VI)及Ca2+對(duì)鈾的去除效果影響,結(jié)果表明Mo(VI)或Ca2+初始濃度≤5mg/L時(shí),對(duì)硫酸鹽還原菌去除U(VI)影響不大;但當(dāng)其濃度達(dá)到20mg/L時(shí),U(VI)還原受到強(qiáng)抑制作用。周泉宇等[39]通過(guò)柱實(shí)驗(yàn)研究了硫酸鹽還原菌和零價(jià)鐵協(xié)同去除鈾廢水的潛力,結(jié)果表明U(VI)的去除率可達(dá)99.4%。Barlett等[40]系統(tǒng)研究了鈾污染生物修復(fù)中硫酸鹽還原菌和地桿菌的相互關(guān)系,結(jié)果發(fā)現(xiàn)Fe(III)濃度是影響地桿菌數(shù)量及活性的關(guān)鍵因素,并與鈾的原位生物修復(fù)效果密切相關(guān)。謝水波等[41]研究發(fā)現(xiàn)腐敗希瓦氏菌可以利用一些有機(jī)酸鹽作為電子供體,以蒽醌-2-磺酸鈉作為電子穿梭載體,高效還原U(Ⅵ)。而Shi等[42]對(duì)希瓦氏菌的研究發(fā)現(xiàn),外膜細(xì)胞色素及結(jié)構(gòu)蛋白在鈾的還原中發(fā)揮重要作用。另外,美國(guó)一些研究者們[43,44]也進(jìn)行了微生物還原U()的土柱試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)原位固定試驗(yàn)。吳唯民等[45]總結(jié)了美國(guó)斯坦福大學(xué)和橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等在美國(guó)能源部田納西州橡樹嶺綜合試驗(yàn)基地進(jìn)行的鈾污染原位微生物修復(fù)階段性試驗(yàn)結(jié)果,并通過(guò)加入溶解氧和硝酸鹽來(lái)試驗(yàn)微生物原位修復(fù)后的地下水層中還原固定態(tài)鈾的穩(wěn)定性,結(jié)果表明,固定化后的四價(jià)鈾只有在厭氧條件下才是穩(wěn)定的,溶解氧和硝酸鹽侵入地下水層后會(huì)使固定化的四價(jià)鈾重新氧化為溶解態(tài)的六價(jià)鈾。這些研究表明,生物還原技術(shù)應(yīng)用于修復(fù)鈾廢水,需要保持厭氧條件,才能長(zhǎng)期保持還原態(tài)鈾的穩(wěn)定性及保證生物修復(fù)效果。因而,它不適用于含NO3-、Fe3+及Mn6+等氧化態(tài)離子及水質(zhì)參數(shù)多變的廢水修復(fù)。
4生物礦化
生物礦化是指生物將大分子有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物的過(guò)程,再利用生成的無(wú)機(jī)物如磷酸鹽、碳酸鹽及氫氧化物等,以及廢水中的鈾發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成不溶的無(wú)機(jī)微沉淀。研究發(fā)現(xiàn)大腸桿菌、沙雷氏菌屬及假單胞菌屬等可以通過(guò)酶促反應(yīng)礦化分解磷酸鹽類有機(jī)物產(chǎn)生正磷酸鹽,能與鈾結(jié)合生成穩(wěn)定的磷酸鈾沉淀,如HUO2PO4、Ca(UO2)2(PO4)2和H2(UO2)2(PO4)2等。英國(guó)科學(xué)家Paterson-Beedle等[46]發(fā)現(xiàn)大腸桿菌配合肌醇磷酸,可以用來(lái)回收鈾礦污染水中的鈾,試驗(yàn)中將大腸桿菌與肌醇磷酸配合使用,大腸桿菌能分解肌醇磷酸,讓磷酸鹽分子處于自由狀態(tài)。之后,磷酸鹽分子與鈾結(jié)合稱為鈾磷酸鹽,并凝結(jié)沉積在大腸桿菌細(xì)胞表面。美國(guó)學(xué)者Ray等[47]從被鈾污染的沉積物中篩選出的微生物菌株,在pH為7.0厭氧環(huán)境對(duì)鈾進(jìn)行固化試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),固化體中除了四價(jià)鈾晶相結(jié)構(gòu)外,還出現(xiàn)部分磷酸鈾酰固相結(jié)晶,表明該菌株可以通過(guò)還原六價(jià)鈾和釋放磷酸鹽生成磷酸鈾酰等方式共同發(fā)揮除鈾的作用。Handley-Sidhu等[48]利用沙雷氏菌礦化甘油磷酸生成磷酸鈣鹽納米顆粒對(duì)鈾等放射性核素進(jìn)行修復(fù)試驗(yàn),考察鈾在固化體的吸附點(diǎn)位及穩(wěn)定性,結(jié)果表明,磷酸鈣鹽納米固化基材對(duì)鈾等放射性污染地下水具有良好的修復(fù)能力。Salome等[49]通過(guò)外加電子供體與磷酸礦物,對(duì)厭氧環(huán)境下微生物的固鈾方式進(jìn)行了研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在pH為5.5弱酸及pH為7.0中性環(huán)境下,鈾酰離子大部分均與磷酸鹽1∶1結(jié)合生成磷酸鈾酰類物質(zhì)[HUO2PO4、Ca(UO2)2(PO4)2和H2(UO2)2(PO4)2],表明在該體系中微生物礦化生成穩(wěn)定的磷酸鈾酰沉淀較生物還原對(duì)鈾的去除效果更明顯,為其主要的固鈾方式。微生物的無(wú)機(jī)微沉淀其優(yōu)勢(shì)在于沉淀產(chǎn)物的穩(wěn)定性強(qiáng),操作條件溫和、適用于好氧、厭氧等各種復(fù)雜環(huán)境,但現(xiàn)有研究主要以“甘油磷酸”作為碳源及磷酸鹽供體,存在獲取困難、高成本等問(wèn)題。如果能找到一種來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉的磷酸鹽基材,它很可能成為一種有效、應(yīng)用前景良好的鈾廢水處理方法。
5展望
生物學(xué)科 生物醫(yī)學(xué)工程 生物技術(shù) 生物學(xué)論文 生物教學(xué) 生物科學(xué)論文 生物科技論文 生物醫(yī)藥論文 生物化學(xué) 生物統(tǒng)計(jì)論文 紀(jì)律教育問(wèn)題 新時(shí)代教育價(jià)值觀