生物育种（精选11篇）
生物育种 篇1
1 转基因育种技术的发展现状和发展趋势
1.1 转基因生物育种技术概述
转基因生物育种技术是一种新型的生物育种技术,利用这种育种技术可以精确地选择农作物的优良基因,通过基因重组技术把优良基因融合在一起,形成新品种。通过把每种植物的优良基因结合在一起打破了生物规律,提高了农作物的产量。
1.2 转基因生物育种技术的优点
与传统的育种技术不同,采用转基因育种技术培养出来的农作物产量高,农作物在生长过程中有较强的抵抗病虫害的能力,也能够一定程度上改善农作物的生长环境,从而增加粮食产量。而且通过应用转基因生物育种技术,在农作物生长过程中减少了农药和化肥的使用,降低了农作物的生产成本[1]。当前,世界上有很多农作物采用了转基因生物育种技术,如大豆和棉花等;还有很多农作物只采用了部分转基因技术,如玉米等。这些农作物因为采用转基因生物育种技术促进了我国农业的发展,进一步推动了社会的进步。
1.3 转基因生物育种技术存在的问题及发展趋势
转基因生物育种技术在各个国家得到了广泛的推广,我国也已经引进了转基因生物育种技术,但采用转基因生物育种技术的农作物只能应用于饲养和食品加工中,并不能在我国广泛推广转基因生物育种技术。从我国转基因技术的发展情况来看,我国具备了完善的转基因生物育种技术,具备一定的研发能力,很多转基因育种农作物在我国的种植都取得了良好的效果,推动了我国农产品的发展。转基因生物育种技术虽然有很多优点,但也有很多质疑,对转基因技术是否存在危害性越来越关注,导致转基因技术在我国发展缓慢,并且我国很多农作物没有批准采用转基因技术。
总之,转基因生物育种技术在我国的发展现状引起了广泛思考,是否推广与应用转基因生物育种技,或者吸取转基因技术的优点,这些都是值得思考的[2]。而且当前我国的玉米和大豆产量存在不足的现象,而转基因技术可以解决其中存在的问题。所以,需要深入探究如何应用转基因技术,切实符合我国可持续发展战略,促进我国的农业发展。
2 分子设计育种现状及发展趋势
2.1 分子设计育种概述
分子设计育种是指利用很多基因组的数据来收集相关植物的基因信息,通过分子标记的方式加深对植物基因性状的了解,这就是分子设计育种。在育种的过程中使用分子设计育种技术,相关的工作人员可以根据农作物的特性进行分子设计,以便研发出更适合种植的新型农作物。通过分子设计育种的发展,可以改变农作物的基因,增加优良基因,从而缩短农作物的生长周期。这种育种方法有效改良了农作物的基因,提高了农作物的产量。
2.2 分子设计育种技术的发展趋势
目前,我国对分子设计育种技术已经开展了深入的研究,已经把水稻列入了研究行列中,并且研发了水稻所具备的位点,探究了各个基因之间的联合效应,并且根据存在的位点设计出相关的探针,对水稻的基因进行了分析,很多国家对玉米的位点也作出了分析,制作出了玉米的育种分析和基因位点,但国际上的研究与我国的研究有一定的差别,我国科学家要进行深入的研究,进一步优化分子设计育种的技术,找出正确的信息,推动我国分子设计育种的发展。
3 结语
我国的生物育种技术主要有转基因生物育种和分子设计育种,而两者育种技术的发展推动了我国农业的发展,但我国对于生物育种技术有一定的舆论限制,使我国生物育种技术发展缓慢。因此,需详细了解我国生物育种技术的现状,进一步推动生物育种技术的发展,提高我国农作物的产量。
摘要：我国的生物技术发展迅速,但生物育种技术发展缓慢,仍停留在传统的育种技术上,已经不符合社会经济发展的需求,制约了我国农产品的发展。基于此,分析我国现有的生物育种技术及其存在的问题,并提出生物育种技术未来的发展趋势。
关键词：生物育种技术,现状,未来
参考文献
[1]胡刚领.生物技术育种现状与发展趋势初探[J].农家科技,2014(5):254.
[2]殷实.美国生物技术产业带给我们的反思[J].河北农业科学,2010(1):95-96.
生物育种 篇2
高考频度：★★★☆☆ 难易程度：★★☆☆☆
下图为几种育种方法示意图，据图回答：
（1）①→④方向所示的途径表示________育种，利用的遗传学原理是______。该育种方法得到的后代会出现_________现象，短期内难以得到稳定品种，育种进程缓慢，过程复杂。
（2）②过程中常用的方法是_________，为确认该过程得到的植株是否为单倍体，可在显微镜下观察根尖分生区细胞的染色体，观察的最佳时期为有丝分裂的_________期。
（3）⑦过程所示的育种方法叫做__________。③、⑦过程中目前最常用而且最有效的方法是用_________来处理萌发的种子或幼苗，原理是抑制细胞分裂时_________________的形成，引起细胞内染色体数目加倍。
【参考答案】（1）杂交
基因重组
性状分离
（2）花药离体培养
中
（3）多倍体育种
秋水仙素
纺锤体
【试题解析】（1）由题图可知，①→④方向所示的途径表示杂交育种，利用的遗传学原理是基因重组。该育种方法得到的后代会出现性状分离现象，短期内难以得到稳定品种，育种进程缓慢，过程复杂。（2）分析题图可知，②过程是获得单倍体，常用的方法是花药离体培养，观察染色体的最佳时期是有丝分裂的中期。（3）分析题图可知，⑦过程所示的育种方法叫做多倍体育种。③、⑦过程中目前最常用而且最有效的方法是用秋水仙素来处理萌发的种子或幼苗，原理是抑制细胞分裂时纺锤体的形成，引起细胞内染色体数目加倍。
1．经 X射线照射的紫花香豌豆品种，其后代中出现了几株开白花植株，下列叙述错误的是 A．白花植株的出现是对环境主动适应的结果，有利于香豌豆的生存 B．选择白花植株进行自交并不断扩大白花植株的数量，体现定向选择的过程 C．通过杂交实验，可以确定是显性突变还是隐性突变 D．通过人工诱变会使基因的突变率明显提高
2．已知小麦中高秆对矮秆（抗倒伏）为显性、抗病对不抗病为显性，以纯合高秆抗病小麦和纯合矮秆不抗病小麦为亲本，培育抗病抗倒伏小麦，下列相关说法不正确的是
A．单倍体育种利用了花粉细胞具有全能性及秋水仙素能抑制纺锤体的形成等原理 B．杂交育种过程需要不断筛选、自交，直到矮秆抗病个体的后代不发生性状分离 C．利用射线、亚硝酸等处理矮秆不抗病小麦种子可实现人工诱变，但成功率低 D．如果要最短的时间获取抗病抗倒伏小麦应该选择诱变育种 3．下列关于育种的叙述中，错误的是
A．用紫外线、X射线诱变处理能改变核酸的碱基来提高突变率 B．诱变育种和杂交育种均可形成新的基因型 C．三倍体无籽西瓜的性状可以遗传
D．基因工程育种能按人类的意愿定向改变生物性状
4．将①、②两个植株杂交，得到③，将③再做进一步处理，如图所示，下列分析错误的是
A．由③到④过程一定发生了等位基因分离、非同源染色体上非等位基因自由组合 B．由⑤×⑥到⑧的育种过程中，遵循的主要原理是染色体变异 C．若③的基因型为AaBbdd，则⑩植株中能稳定遗传的个体占总数的1/4 D．由③到⑦过程可能发生突变和重组，为生物进化提供原材料
5．为获得高产抗病小麦，育种者用CO射线照射易感病小麦的种子，鉴定发现了某些抗病植株，下列有关叙述正确的是
A．60CO射线使易感病小麦的种子发生定向变异 B．通常取风干的小麦种子或成熟的植株作为处理材料 C．这些抗病植株产生的种子可直接用于农业生产
60D．60CO射线照射后提高了抗病植株出现的频率
答案 1．【答案】A
2．【答案】D 【解析】培育抗病抗倒伏小麦可通过单倍体育种，利用花粉细胞具有全能性及秋水仙素能抑制纺锤体的形成等原理进行；也可通过杂交育种，经过不断筛选、自交，直到矮秆抗病个体的后代不发生性状分离；也可利用射线、亚硝酸等处理矮秆不抗病小麦种子实现人工诱变，但成功率低；单倍体育种能够明显缩短育种年限，最短时间内获取目的植株。3．【答案】A 【解析】用紫外线、X射线诱变处理能改变核酸的碱基序列来提高突变率，A错误；诱变育种和杂交育种均可形成新的基因型，B正确；三倍体无籽西瓜性状的产生为染色体变异，属于可遗传变异，C正确；基因工程育种能按人类的意愿定向改变生物性状，D正确。4．【答案】A 【解析】③到④过程中，细胞进行有丝分裂，不发生等位基因分离和非等位基因自由组合，A错误；⑤×⑥到⑧的育种过程中，最终形成的是三倍体，原理是染色体变异，B正确；自交后代中，纯合子稳定遗传，比例为1/2×1/2，C正确；形成花粉时，进行减数分裂，可发生基因重组和突变，为进行提供原材料，D正确。5．【答案】D 【解析】A项错误：60CO射线使易感病小麦的种子发生的变异是不定向的；B项错误：通常将萌发的种子或幼苗作为诱变材料；C项错误：抗病植株产生的种子有许多是杂合体，不能直接用于农业生产；D项正确：Co射线照射后增大了基因突变的频率，因而可以提高抗病类型出现的频率。
生物育种 篇3
1 转基因水稻、玉米和普通品种具有同样的安全性
我国政府除先后批准转基因棉花、杨树等植物的生产应用外，2009年又颁发了具有我国自主知识产权的一个转植酸酶基因玉米品种以及两个转抗虫基因水稻品种的生产应用安全证书。部分社会公众曾经对此心存疑虑，担心转基因粮食存在安全性的问题。
在这次座谈会上，相关研究人员表示，这些转基因农作物新品种的关键营养成分没有生物学意义差异，毒性试验对试验动物未发现不良影响，与已知过敏原无同源性，与非转基因水稻、玉米具有同样的安全性。
据中国农业科学院生物技术研究所研究员、中国工程院院士范云六介绍，转植酸酶基因玉米可以提高饲料的利用效率，减少饲料中磷酸氢钙的添加量，降低饲养成本；减少动物粪、尿中植酸磷的排泄，减轻环境污染，有利于环境保护。此外，利用农业种植方式生产植酸酶，具有节能、环保、低成本优势。
华中农业大学教授、中国工程院院士张启发则介绍说，转抗虫基因水稻不仅能有效控制螟虫等鳞翅目害虫危害，保障水稻增产，还能减少80％的化学农药用量。
研究人员表示，我国转基因食品的安全评价指标参考了国际食品法典委员会、世界卫生组织、经济合作组织制定的转基因生物安全评价指南，制定的评价指标比国际标准更加严格。已批准的转基因玉米和水稻品种的安全性评价过程历经多年，根据法规要求，相关研发单位系统开展了分子特征、遗传稳定性、环境安全性、食用安全性的试验，积累了充分的科学数据。
农业转基因生物安全委员会对申报资料进行了反复评价和审查，并由农业部委托第三方权威检测机构对食用安全、环境安全、目标性状分子特征等重要指标进行了严格的检测验证，未发现环境安全不良影响。在此基础上，经农业、科技、环保、卫生等11个农业转基因生物安全管理部际联席会议成员部门审议，农业部于去年8月批准颁发了生产应用安全证书。
2 转基因新品种产业化面临新的机遇期
在座谈会上，专家们认为，目前转基因生物育种已成为我国推进科技创新、发展现代农业、确保粮食安全的战略选择。
拥有自主知识产权的转基因抗虫棉是我国打破国际公司垄断，抢占国际生物技术制高点的成功事例。截至2008年底，我国已审定转基因抗虫棉品种160个，全国累计推广种植3．15亿亩，农民增收250亿元。转基因抗虫棉的应用不仅有效控制了棉铃虫对棉花、玉米、大豆等作物的危害，还减少了70％~80％的农药使用，保护了农田生态环境。
近年来，转基因农作物的研究和产业化步伐加快。2008年，转基因生物新品种培育重大专项正式启动；2009年，农作物生物育种被列入国家战略性新兴产业发展规划；今年中央一号文件又明确指出，要在科学评估，依法管理基础上推进转基因新品种产业化。
日前由国际农业生物技术应用服务组织（ISAAA）发布的全球转基因作物育种产业发展最新统计数据显示，2009年全球有25个国家商业化种植转基因作物，包括玉米、大豆、棉花、油菜等24种转基因作物种植面积继续快速增长，总面积已达1.34亿公顷，较产业化初始的1996年增长近79倍。
专家们表示，转基因作物育种带来的巨大经济、社会效益和显著的生态效益已充分显现，其推广应用速度之快创造了近代农业科技发展的奇迹。伴随着生物安全管理的日趋规范和科学实践的不断积累，转基因作物安全性进一步得到保障，公众的认识也逐步走向科学和理性。
3 大力营造生物育种产业发展的良好氛围
专家们普遍认为，我国经过十多年的努力，已经建立了比较完善的转基因作物育种研发和管理体系，成为世界上为数不多的具有转基因作物独立研发、安全评价与安全管理能力的国家之一。
但是，尽管我国在少数作物上具有一定优势或特色，但自主创新能力仍然不强，产业化机制尚不健全，整体实力与发达国家差距较大。面对近年来全球转基因作物市场竞争日趋激烈的态势，要抢抓发展机遇，积极推进转基因技术研究与产业应用。
一些专家还表示，部分公众对基因、转基因食品、转基因生物安全等知识缺乏了解，为此建议在转基因作物育种产业推进过程中，应重视科普宣传，大力加强科学知识普及，提高公众的科学认知。大专院校、科研院所和科协组织应充分发挥自身优势，科技专家要结合科研工作，广泛开展多种形式的科普宣传活动，增进公众对转基因知识和国家生物技术发展战略的了解。
繁殖生物技术在家畜育种中的应用 篇4
迄今为止对繁殖生物技术的概念比较常见的表达有两种:其一定义为“那些允许人们在微观上认识和控制生物遗传与繁殖过程的技术”;其二界定为“能工业规模设计、经营和开发微生物、动物、植物以及动植物组织、器官、细胞的生物学特性和功能, 为人类提供产品和服务的新兴技术”。
2 繁殖生物技术的特点
繁殖生物技术是人类最古老的生物工程之一, 是当前产业革命和知识经济中的高新技术之一, 现代生物技术的优越性主要表现在, 它的大部分过程是在常温常压下进行的, 可以节约资源和能源, 甚至不需要大量的附属设备。因此, 可以节省大量的费用, 减少对环境的污染。更重要的是生物资源具有可循环性, 对于当前世界性的资源日趋枯竭, 环境不断恶化的严峻形势来说, 无疑是一项具有重要意义的发展战略。
3 繁殖生物技术在家畜育种中的应用
3.1 人工授精与AI育种体系
近几十年来, 人工授精技术不断发展和完善, 尤其是精液低温冷冻保存技术的成熟, 使人工授精成为迄今在家畜育种中最重要的生物技术。他给家畜育种带来的效应可概括为以下几点: (1) 通过人工授精技术, 可使优秀种公畜获得大量的后代, 由此迅速地扩大其优良遗传特性和高产基因在群体中的影响。 (2) 通过精液低温冷藏保存, 使得优秀种公畜的使用不受时间和地域限制。进一步扩大了优秀种公畜在家畜遗传改良中的作用。 (3) 依靠人工授精, 可使每头种公牛承担更多母畜配种任务。因此, 大大减少了种公畜的需要量, 在同样选择的基础上, 提高了公畜的选择强度, 从而加快了群体的遗传进展。 (4) 通过冷冻精液的传递, 能使参加后裔测定的公畜与来自不同地区、不同群体的母畜交配, 从而获得数量更多, 分布范围更广泛的生产性能测定数据, 使得对公畜的遗传评定更加精确。 (5) 采用精液长期冷冻保存技术, 还可以更经济更可靠地实现家畜品种资源保护。
3.2 人工控制母畜繁殖周期
用生物技术生产的各种药物在畜牧生产实践中被广泛应用, 控制母畜繁殖周期的应用, 可以更加准确的掌握畜群中母畜的繁殖生理周期, 从而实现适时输精, 大大提高了畜群的受胎率。产后人工催情可缩短母畜的胎间距, 提高种畜的使用效率, 进而提高育种效益。
3.3 胚胎移植与MOET核心群育种体系
家畜繁殖技术研究结果表明, 通过对母畜即供体牛实施超数排卵处理, 可诱发动物更多的卵细胞成熟和排卵, 因而可充分利用卵巢中储备的生殖细胞。这种诱发排卵是在母畜黄体期间通过注射促性腺激素和前列腺素来实现的。在完成超数排卵后, 即可进行授精、采胎、胚胎检验、胚胎培养与保存, 然后将发育正常胚胎移植到发情适时的受体牛生殖道内, 以实现“借腹还胎”的目的。在这项繁殖生物技术中, 超数排卵是基础, 胚胎移植是手段。但是人们往往习惯将这两项互相联系的生物技术统称为胚胎移植。
3.4 体外受精
迄今为止体外受精在各个主要技术环节上的效率还不是很高, 胚胎工程学家们正在探索新的技术途径, 如对供体母牛的活体取卵技术, 对腔前期或者小腔期卵细胞的体外培养等。可预测到它在家畜育种中乃至动物生产中有着广泛的应用前景。
3.5 性别控制与胚胎性别鉴定
经过性别鉴定的胚胎移植, 可以广泛地实施一头受体母牛移植两枚胚胎, 从而提高繁殖率, 因为经过性别鉴定就不会出现异性双胞胎不育现象。
3.6 克隆技术
克隆是指用胚胎或机体的某一部分的细胞来完成繁衍后代的过程, 因此, 属于无性繁殖范畴。克隆得到的个体在遗传上是同质的或者基本同质的, 克隆技术只能实现基因型的复制, 而且不能使一个群体的基因库得到进一步的创新和扩充。对于家畜来说, 克隆可通过胚胎分割、卵母细胞中卵裂球细胞核的移植来实现。
3.7 转基因动物
生物育种 篇5
【自我诊断】 ● 基础题
1、两个亲本的基因型分别为AAbb和aaBB，这两对基因按自由组合定律遗传,要培育出基因型为aabb的新品种，最简捷的方法是（）
A、单倍体育种 B、杂交育种 C、人工诱变育种 D、细胞工程育种 答案：B
2、以下关于生物变异的叙述，正确的是（）
A、基因突变都会遗传给后代 B、基因碱基序列发生改变，不一定导致性状改变 C、染色体变异产生的后代都是不育的 D、基因重组只发生在生殖细胞形成过程中 答案：B
3、.AABB和aabb的植株杂交，其F2的新类型中能稳定遗传的个体占F2总数的（）A．1/4 B．3/16 C．1/8 D．1/16 答案：C
4、在一块栽种红果番茄的田地里，农民发现有一株番茄的一枝条结出黄色番茄，这是因为该枝条发生了（）
A、细胞质遗传 B、基因突变 C、基因重组 D、染色体变异 答案：B
5、假如水稻高秆（D）对矮秆（d）为显性，抗稻瘟病（R）对易感染稻瘟病（r）为显性，两对性状独立遗传。用一个纯合易感染病的矮秆品种（抗倒伏）与一个纯合抗病高秆（易倒伏）杂交，F2代中出现即抗病又抗倒伏类型的基因型及其比例是（）A．ddRR，1/8 B．ddRR，1/16和 ddRr，1/8 C．ddRr，1/16 D．DDrr，1/16和 DdRR，1/8 答案：B 6．下面列举几种可能诱发基因突变的原因，其中哪项是不正确的（）A、射线的辐射 B、杂交 C、激光照射 D、秋水仙素处理 答案：B
7、用四倍体水稻的花粉通过人工离体培养，育成的植株是（）A、二倍体 B、单倍体 C、四倍体 D、多倍体
8．将纯种小麦播种于生产田，发现边际和灌水沟两侧的植株总体上比中间的长得好。产生这种现象的原因是
A． 基因重组引起性状分离 B．环境引起性状变异
C．隐性基因突变成为显性基因 D．染色体结构和数目发生了变化 答案：B 9．一般地说，干旱条件下育成的作物品种，适于在干旱地区种植；潮湿条件下育成的作物品种，适于在潮湿地区种植。在这里，干旱和潮湿条件所起的作用是 A．诱发基因突变
B．引起染色体变异
用心
爱心
专心 1
C．选择基因型 答案：C
D．导致基因重组
10．已知普通小麦是六倍体，含42条染色体。有关普通小麦的下列叙述中，错误的是
A．它的单倍体植株的体细胞含21条染色体 B．它的每个染色体组含7条染色体 C．它的胚乳含3个染色体组
D．离体培养它的花粉，产生的植株表现高度不育 答案：C ● 拓展题
1、下图为6种不同育种方法的示意图。据图回答：
（1）图中A至D方向所示的途径表示 育种方式，A→B→C的途径表示 育种方式。这两种育种方式中后者的优越性主要表现在。
（2）B常用的方法为。
（3）E方法所用的原理是，所用的方法如、。（4）C、F过程中最常采用的药剂是，其作用的原理。（5）由G到J的过程中涉及的生物工程技术有 和。答案：①．杂交 单倍体 明显缩短育种年限②．花药离体培养③．基因突变 X射线、紫外线、激光 亚硝酸、硫酸二乙酯、秋水仙素（物理因素、化学因素必须各说出一项）
④．秋水仙素 在细胞分裂时，抑制纺锤体形成，引起染色体数目加倍
⑤．基因工程（DNA拼接技术或DNA重组技术或转基因技术）植物组织培养技术 2．现在三个番茄品种，A品种的基因型为AABBdd，B品种的基因型为AabbDD，C品种的基因型为aaBBDD。三对等位基因分别位于三对同源染色体上，并且分别控制叶形、花色和果形三对相对性状。请回答：
（1）如何运用杂交育种方法利用以上三个品种获得基因型为aabbdd的植株？（用文字
用心
爱心
专心
简要描述获得过程即可）
（2）如果从播种到获得种子需要一年，获得基因型为aabbdd的植株最少需要几年？（3）如果要缩短获得aabbdd植株的时间，可采用什么方法？（写出方法的名称即可）答案：（1）A与B杂交得到杂交一代，杂交一代与C杂交，得到杂交二代，杂交二代自交，可以得到基因型为aabbdd的种子，该种子可长成基因型为aabbdd植株。（2）4年
（3）单倍体育种技术
3．科学家利用辐射诱变技术处理红色种皮的花生，获得一突变植株，其自交所结的种子均具紫色种皮。这些紫色种皮的种子长成的植株中，有些却结出了红色种皮的种子。
（1）上述紫色种皮的花生种子长成的植株中，有些结出了红色种皮种子的原因是_____________________________________________。
（2）上述紫色种皮的种子，可用于培育紫色种皮性状稳定遗传的花生新品种。假设花生种皮的紫色和红色性状由一对等位基因控制，用文字简要叙述获得该新品种的过程： _____________________________________________。
答案：（1）获得的突变植株是杂合子 其自交所产生的后代发生性状分离
（2）分别种植这批紫色种皮种子，连续自交两代。若其中一些植株所结的种子均具紫色种皮，这些种子就是所需要的新品种（纯合子）
用心
爱心
生物育种 篇6
跨国公司一直把我国作为转基因产品市场开拓的重点。近年来我国转基因大豆进口壁垒失守，跨国公司获利剧增使得他们更加觊觎潜力巨大的中国市场。为了在激烈的国际竞争中占有一席之地，我国也在下大力气持续增强转基因技术自主研发的实力，在转基因作物产品研发的某些领域建立了领先优势。然而，由于相关信息沟通渠道不够畅通等原因，使得相当一部分人对转基因技术及转基因产品心存疑虑甚至产生误解。本文重点就转基因作物育种与常规育种之间的关系，以及转基因食品是否安全等人们普遍关心的问题抛砖引玉，希望能使大家对这些问题的认识产生进一步的思索。
一、纯粹的“天然食品”并不存在
转基因技术可以应用于动物、植物和微生物。作物转基因是在常规育种技术的基础上利用现代分子生物学技术，将某些生物的基因转移到作物的遗传物质中去，使其有效表达出相应的产物（蛋白质或核酸），在产量、抗性、营养品质、消费品质等方面向人们所需要的方向转变。以转基因生物为直接食品或为原料加工生产的食品就是转基因食品。
人们通常所说的非转基因作物是指利用常规育种技术培育出来的作物品种。许多人以为非转基因作物更安全，殊不知，常规育种技术的本质是两个生物体之间的基因重组，而这样的重组过程涉及成千上万个基因。同时，即使没有人为地通过物种杂交产生新品种，基因交流在自然条件下也时时刻刻在发生着，这是一种客观存在，不以人的意志为转移。现在我们吃的东西都是通过基因交换或杂交（即基因重组）而来。在作物的进化过程中，有很多很多未知基因在不同个体之间相互转移并发生重组。由于参与这种基因重组过程的染色体片段非常大，其中有有利的基因，也有不利的基因，所以这样一种自然变异过程完全是随机的、不可控的。从严格意义上来讲，现今所有的农作物都是经过人类长期选择的“转基因”生物，不是原生态的天然物种。纯粹的“天然作物食品”，今天几乎不存在。
而转基因则是精确可控的事件。在转基因研究的过程当中，我们要对一个或几个基因及其编码蛋白了解得非常清楚，对基因的片段大小、功能和作用机理，转基因在基因组中的插入位点、表达强度，以及转基因植物的病理和毒理等等诸多方面有非常清晰和全面的了解，一旦发现有任何潜在的问题即停止相关的研究。例如，巴西坚果一个富甲硫氨酸基因在进行大豆转基因产品研发和转基因安全评价时，科学家发现它有可能导致大豆产生过敏原，相关的转基因工作立刻被取消，体现了转基因安全的自我可控性。因此，转基因培育的作物新品种经过了比任何自然变异而产生的新品种更为严格更为科学的安全性评价。从这个意义上讲，转基因技术是比较准确和精确的育种技术。如转基因抗虫玉米种植后，不仅因少打农药降低了对环境和产品的直接污染，而且能使谷物免遭腐生真菌的二次污染，转基因玉米中的真菌毒素含量远远低于非转基因玉米。
一般情况下，转基因作物与非作物转基因除了目标性状以外，其他性状是相同的。由于科学家可以针对不同的目标性状对作物进行专门的改良，因而转基因食品在这些目标性状方面具有其独特的优点。例如，可增加作物单位面积产量，可以降低生产成本，可增强作物抗虫害、抗病毒等的能力，提高农产品的耐贮性，延长保鲜期，可表达有利于人类营养健康的物质等等。转基因技术的最大好处是可以实现向人们所需要方向的“无中生有”。比如，棉铃虫对棉花生产危害巨大，虫害发生严重时可以导致棉花绝收。如果不采用转基因技术，能否让棉花抵抗棉铃虫的侵害呢？答案是否定的，因为棉花的“父亲”、“母亲”甚至祖先中没有抗虫基因的存在，无论怎么进行常规育种也难以培育出抗棉铃虫的棉花。如果希望棉花不被棉铃虫所侵害，有效的办法是利用转基因技术把来自于微生物的抗虫基因转移到棉花中去，从而培育出能抵抗棉铃虫的棉花新品种。
二、转基因技术最具兼容性
作物转基因技术的载体是种子，其目标是获得各种优良性状（比如抗旱、抗虫、抗除草剂、营养成分改善）的良种。在农业增产的诸多因素中，良种的贡献率在30％左右，由此可见，通过转基因技术手段创造良种对农业生产是非常重要的。但是，从事生物技术育种的科学家们从来就不认为只靠种子这一个环节能包打天下和解决所有的农业问题。“农业八字宪法”中已经指出，种子只是农业生产诸要素当中的一个，良种要发挥它的增产潜力，必须与其他的农业增产措施相结合。而转基因育种的生命力就在于它是在最好的传统育种技术基础之上发挥其功能和效力。
有许多人由于对转基因技术的本质理解不深刻而对其产生各种错误的解读，其中一个典型的观点就是把转基因技术和其他农业增产技术完全对立起来，以为二者之间是非此即彼、有你没我的“仇人”关系。实际上，转基因育种技术是开放的、兼容的、友好的，这一点不但体现在它和其他育种技术的关系上，也体现在它与其他农业增产技术的关系上。它是以最好的品种材料为技术载体并与各种常规和现代生物育种技术（比如分子标记辅助选择和单倍体技术）相融合的一种技术；同时，转基因技术若在一个优良的生态农业条件下将会发挥出更大的效益。“土、肥、水、种、密、保、管、工”，多管齐下才是最佳选择。总之，转基因育种技术是在最先进的常规技术和最好的品种基础之上不断发展的高新技术，当它与其他农业生产技术相结合时则会迸发出更加强大的生命力！
三、已批准上市的转基因食品可放心食用
任何物种（包括植物在内）在漫长的进化过程中都经历了人工选择或自然选择，它们的存在是这两种选择的结果。人工或自然选择究其实质是遗传变异选择。因此，变异是物种进化的基础，变异是绝对的，而稳定是相对的。换言之，没有任何一个生物体与其亲本祖先是完全相同的，而常规育种就是一个对遗传变异进行人工选择的过程，转基因育种和常规育种没有本质上的不同。
现在，转基因食品已开始进入了我们的日常生活。我国市场上出售的大豆色拉油，几乎全部都是用转基因抗除草剂大豆生产的。而美国人吃的食品中，60%～70%都含有转基因成分在内。美国人“惜命”世界闻名，商场中出售的任何食品中的所有成分都标记得一清二楚。可以想象，如果美国人因为食用转基因食品而产生健康问题，那一定会闹出大乱子不可。而事实是，美国作为世界上转基因作物研发最为成功的国家，在其十几年的转基因作物大面积商品化推广的过程当中从未发现任何有关安全性的问题。但即便如此，科学家们仍然以前所未有的审慎态度对待转基因安全问题。转基因安全问题同其他新技术一样，只是一个在人类科技进步和发展过程中出现的一个新的科学问题而已。我们应该以科学的态度加以重视、加以深入研究和探讨，而不应把转基因安全性问题和地震、SARS一类问题混为一谈，谈“转基因”色变。目前关于转基因安全性的争论在很多时候已经脱离了科学的范畴，许多其他问题（例如国际贸易等）使其复杂化了。因此，理性地看待转基因安全问题非常重要。
在生物技术育种20多年的发展过程中，关于转基因食品安全性的科学研究报告数不胜数，其中仅有8个所谓的“转基因食品安全性问题”事例报道，而这8个所谓的研究或是因为实验设计不合理，或是因为对实验数据的错误解释，已经分别被国际上不同的学术机构或科学家小组所完全否定。因此，从科学实践的角度来看，凡是经过严格审批的转基因产品在十几年的大规模应用过程中还没有发现有任何一例是不安全的。
转基因技术作为当今最具活力、发展最为迅速的新兴技术，正在对人类生产和生活的方方面面产生着巨大影响。纵观世界文明发展史，任何一项新技术从诞生到广为人们所接受，其间都经历了相当的曲折。生活在21世纪的我们，应该更加能够理性科学地认识和对待转基因技术。尤其是在全球经济一体化的形势下，如果我们不大力发展转基因技术，就无法在事关国家民族命脉的粮食安全问题上拥有主动权。
生物育种 篇7
1 优化教学内容, 体现“传统与先进并重”
教学内容是教学改革的关键, 广西大学生命科学与技术学院选用的教材是由施巧琴、吴松刚主编的《工业微生物育种学》, 该书不仅论述了工业微生物育种的基本理论, 而且还通过许多实例介绍育种的技术路线和选育的具体方法。该书内容全面, 适用性强, 但是由于这一门课程安排的课时比较少, 对每章节内容难以讲深讲透。为了更好地适合学时少的理论教学要求, 笔者将《工业微生物育种学》课本中与其它课程相互交叉, 相同的内容进行删减, 对教学内容进行优化, 侧重于实用性和前沿性。如“遗传物质的基础”、“基因突变”和“工业微生物代谢控制育种”这三章内容在《生物化学》、《基因工程》和《微生物生理学》理论必修课中任课老师已进行详细讲授, 为此在本课程教学中只是一带而过, 尽量凝练。教师把讲授的重点放在教学内容的实用性和前沿性。例如在讲授“工业微生物诱交育种”这一章内容, 教师以碱性脂肪酶高产菌株选育为例, 与我们日常生活紧密联系。讲述脂肪酶可将油脂水解, 广泛应用于洗涤工业、食品加工业、制药工业、化妆品行业中, 特别是在家用洗涤中脂肪酶为主要的添加剂, 使学生将理论与实际相结合, 提高学习内容的实用性和趣味性, 从而激发学生学习的兴趣, 更容易掌握课程的内容而且学以致用。此外, 随着分子生物学的发展渗透, 基因组学和蛋白质组学的深入研究, 传统的微生物育种发生根本性的转变, 微生物育种进入了分子进化育种。因此, 在《微生物育种学》课程中, 教师除了重点介绍诱变育种外, 还着重介绍基因组改组育种技术, 基因工程育种和分子定向进化育种的内容, 同时经常查阅最新文献, 密切关注国内外的研究动态。吸收学科新知识新成果, 不断更新教学内容, 体现学科的前沿性和新颖性, 实现教学内容传统与先进并重[3]。
2 改进教学方法, 提高教学效果
传统的教学方式采用“喂食式”的授课方式, 上课时, 老师在讲台上讲, 学生在讲台下听, 整个过程学生缺乏思考, 缺乏主观能动性。为了利于学生理解和掌握教学内容, 激发学生的学习兴趣, 调动学生的积极性, 培养学生的独立思考, 分析问题和解决问题的能力, 采用多样灵活的教学方式进行授课。如采用启发式教学, 案例教学和讨论式教学等[4,5]。
启发式教学就是老师通过提问方式, 让学生开动脑筋, 独立思考, 自己解决问题, 使课堂教学由教师一个人讲授方式转变为师生互动的方式, 从而激发学生的学习兴趣, 强烈的求知欲和勇于探索精神[6]。例如笔者在讲授野生型目的菌株的筛选这一节内容时, 向学生提出“如何采样获取低温酶”问题, 引导学生积极思考, 在思考中接受知识, 理解知识, 最后掌握知识。在讲授“微生物的分离与筛选”时, 采用案例教学法并辅以多媒体, 通过实例来介绍透明圈法, 变色法, 生长圈法、抑制圈法的筛选方法, 使知识变得生动形象而易懂。在讲授“琼脂块大通量筛选突变株”和“影印筛选法”, 采用演示教学方法使学生虽然未动手做实验, 但却通过观看老师亲自实物操作掌握了这两项技术。此外, 笔者还安排讨论课, 提前3周将“蛋白酶产生菌的筛选及高产突变株选育”、“脂肪酶产生菌的筛选及高产突变株选育”、“淀粉酶产生菌的筛选及高产突变株选育”、“果胶酶产生菌的筛选及高产突变株选育”等多个题目布置给学生, 学生3人1小组, 自由选择题目。要求学生通过文献的查阅, 深入了解研究的背景、内容, 并自己设计研究方案, 最后形成1份研究报告, 制作成PPT课件。每个小组派代表在课堂上进行阐述答辩[7]。学生们通过资料的查阅, 复习了以前所学的筛选方法, 同时也初步了解了微生物诱变剂原理和方法。最后, 教师在学生讨论的基础上根据发现的问题及时补充、完善, 并进一步详细且系统介绍诱变育种的试验设计, 诱变育种的步骤和原理方法, 致死率和突变率的计算及诱变剂量的选择, 遗传稳定性实验等等以及正交试验设计和响应面法试验设计。学生通过将自己设计的实验和老师的对比, 印象更深刻, 对知识掌握得更牢固, 同时也培养了学生独立科研能力、知识运用能力及团结合作的团队精神。
3 理论联系实践, 加强科研项目结合
微生物育种学是一门实践性和应用性很强的课程, 因此在讲授理论知识时注重把理论知识与实际应用紧密结合。尽量列举生活与生产中的例子, 与学生一起分析、学习, 提高学生学习兴趣, 并让学生感到能够学以致用。例如在学习乳酸菌菌种分离筛选及育种中, 笔者通过乳品厂酸奶车间展示, 向学生介绍酸奶的生产流程和生产设备, 并对生产中的关键技术问题进行详细的讲解, 使学生有了直观深刻的认识, 收到了良好的效果[8]。
此外, 由于现代微生物发展的日新月异, 因此教学也要紧跟先进科学技术发展前沿, 注重理论知识与科研项目紧密结合。近几年, 笔者依托亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室, 同时依托省部共建国家重点实验室培育基地——广西亚热带生物资源保护利用重点实验室和广西人才小高地基地, 及时将重点实验室的最新科研成果引入教学中, 更新教学实例。譬如, 在最后的课程学习中, 安排一个专题介绍实验室最新研究成果:“耐受葡萄糖高活力的β-葡萄糖苷酶获取”。分别从传统育种和现代育种两条技术路线介绍微生物的选育流程, 把整个《微生物育种学》课程内容有机地串联起来, 形成一个综合系统。这样的安排使学生对课程内容思路清晰明了。在传统育种的这个技术路线, 温习了样品的采集、筛选的方法, 诱变剂种类和剂量的选择及正交优化实验和响应面法试验设计。而在现代育种的这个技术路线, 学习了最前沿的技术方法, 如宏基因组的提取和纯化, 宏基因组文库的构建, 基因工程菌的构建以及基因组改组技术和分子定向进化的理性设计和非理性设计, 通过这些实验最后获取耐葡萄糖糖的高活力的β-葡萄糖苷酶基因。同时, 还鼓励学生积极地参加重点实验室的科研项目, 锻炼动手能力和创新能力, 完善、补充课堂教学内容。
教学改革是一项长期的工作, 今后还需要不断地深化和完善微生物育种学课程的改革, 提高微生物育种学课程的教学质量, 努力培养理论知识扎实, 动手操作能力强, 具有创新能力的高素质专业人才。
参考文献
[1]施巧琴, 吴松刚等.工业微生物育种学 (第3版) [M].北京:科学出版社, 2009.
[2]江琼, 朱诚, 李素芳.《工业微生物育种学》课程教学探讨[J].科技信息, 2011, (32) :145.
[3]庞宗文.《微生物工程工艺原理》课程的教学体会[J].轻工科技, 2013, (6) :166.
[4]冯飞, 张雅君, 曾幕衡.《微生物工程》课程教学探索与改革[J].微生物学通报, 2009, 36 (6) :910-913.
[5]李正鹏, 吴萍, 祝嫦巍等.微生物工程课程教学改革的探索与实践[J].广东化工, 2013, 40 (1) :149, 132.
[6]王大红, 古绍彬.以现代教育观念改革《微生物工程》课程的教学工作[J].广东化工, 2011, 38 (9) :209-210.
[7]林日辉, 姜明国, 金彩.微生物工程课程讨论式教学探讨[J].安徽农业科学, 2011, 39 (36) :22891-22892.
生物育种 篇8
1.优化教学内容, 突出实践教学
1.1注重教材的选择, 增加实用性强的内容。
教材是沟通教与学的桥梁, 也是学生理解、接受理论与技能的重要参考, 所选用的教材对保证和提高教学质量具有十分重要的作用。 笔者选择诸葛健编写《微生物学》作为教材, 鉴于作者编写内容针对工科院校有关专业的工艺、工程学较多, 与工科的应用性和适用性密切结合, 包含了形态学、生理学、生态学和遗传育种学。 作为普通高等教育“十一五”国家级规划教材, 此书侧重于微生物学的基础性、系统性、应用性和先进性, 体现了微生物领域基础与前沿、传统与现状的关系, 强化了与应用结合的相关内容, 如常用工业微生物的形态学, 与发酵工艺密切相关的营养及培养环境, 与定向育种相关的代谢调控, 与废水处理相关的微生物生态, 从微生物遗传学引申的各种菌种选育与保藏技术, 等等。 将诸葛健《微生物遗传育种》作为重要的参考补充教材, 共同学习微生物育种的遗传学原理、基因突变及其机制、基因突变的应用、基因重组育种、基因工程及其应用[3], 使课程在基础理论研究和实际应用两方面均有涉及, 倾斜于与工业发酵和农副产品深加工有关的工业微生物, 强化与应用结合的相关内容[4], 再通过实验项目的开设对微生物学及育种学的知识进行综合运用和巩固提高。
1.2模块制教学, 加大综合设计性实验的比例。
模块化教学是一种国际公认的应用型人才培养模式范例, 与传统教学相比形式灵活, 可以根据学科发展趋势, 增补新的教学内容。 根据应用型本科院校“3+1”人才培养模式要求, 我们将《微生物与遗传育种》课程及实验采取模块式教学, 将课程教学内容分为:微生物形态学、微生物生长代谢、微生物人工控制三大模块。 微生物形态学主要讲授微生物类群的个体形态、群体特征和繁殖方法等, 涉及的实验以验证型实验为主, 包括微生物制片及染色技术、光学显微观察技术、培养基配置灭菌技术、 无菌操作技术等, 让学生对微生物个体形态、群体特征有直观认识, 对微生物无菌操作、培养、观察方法有一定的理解和掌握。 微生物生长代谢模块主要讲授微生物营养机制、物质能量代谢、代谢和发酵及生长控制。 开设微生物学综合实验, 主要有土壤中产蛋白酶微生物的分离和纯化、污染的水体中细菌总数与大肠菌群的测定、 环境及人体表面微生物的检测、环境因素对微生物生长的影响、微生物常用的生理生化试验等。 微生物人工控制模块主要教授育种的遗传学原理及诱变育种、杂交育种、原生质体融合育种和基因工程育种等育种方法。 在实验内容上以设计应用性实验为主, 包括产蛋白酶菌株的筛选、 微生物产沼气试验装置设计制作及效果分析、微生物的紫外诱变及筛选、牛乳巴氏消毒及酸乳的制作、氨基酸营养缺陷型菌株的筛选等。
在课时分配上《微生物遗传育种》课程51学时, 实验70学时, 其中综合设计性实验比例达70%以上, 实验注重实践性、综合性、探索性和启发性, 将理论教学与实践教学相融合, 形成教、学、研一体化教学模式[5]。
1.3课外开放实验和创新实验室的开设。
实验是检验课程学习效果, 培养和提高科研素质和应用能力的重要训练场所。 课外开放实验和创新实验室, 不仅向学生提供了可选择的课外实验题目和要求, 更重要的是培养学生解决问题思路方法和熟练掌握操作技巧, 进而锻炼学生克服困难精益求精的意志品格。
课外开放实验以学生为主体, 教师不向学生教授现成的实验步骤, 而是向学生提出实验目标和要求, 让学生在课余查找资料, 经过自学提出合理的实验方案, 启发学生如何从实验目的要求出发, 从粗到细地逐步设计出过程, 最后与老师探讨实验方案的正确性和可行性, 完善后方能自行实施实验。 在教学内容上主要安排有:紫外诱变技术及抗药性突变株的筛选、大肠杆菌的转化实验及酵母原生质体融合、微生物产沼气试验装置设计制作及效果分析等内容, 提高学生实验的主观能动性, 将应用型、创新型人才培养模式真正落到实处。
创新实验室将微生物在污水处理中的应用的研究方向, 教师与学生共同参与试验前期的选题、 思路设计及方案的拟订, 而后续的试验过程由学生在课外独立完成, 学生定期向老师汇报试验进展和遇到的困难, 教师给予指导帮助, 给学生尽可能大的独立思考和钻研空间。 目前创新实验室开设的研究项目有:微生物浸取回收废旧锂离子电池中的金属、微生物技术修复污染底泥、活性污泥中微生物菌种的分离筛选。
在课余时间学生通过在课外开放实验和创新实验室的锻炼, 提高学生的综合实验技能, 使学生尽早接触到专业技术领域, 接受科学研究的初步训练, 使学生不论是从知识上还是从能力上都能产生较大突破。
2.改革教学方法和手段, 强化教学效果
2.1互动式课程教学模式的建立。
在应用型本科院校生物工程专业“3+1”人才培养模式的探索过程中, 《微生物与遗传育种》学时做了相应调整, 教学内容进行了适时优化整合, 但要在有限的课堂时间和空间里实现课程要求, 必须对传统的教学手段和方法进行新的探索、改革和研究, 调动学生学习的主动性, 让学生主动参与教学过程[6]。
在整个互动式的教学过程中, 教师担当组织者、指导者、帮助者和推进者的角色, 使学生通过与老师、 同学的协商讨论, 发现知识, 掌握知识, 不断整合知识结构, 使自己步入更高的学习层面。 通过教学方法的改革, 将课程关键知识、课程重点难点以操作应用和讨论互动等形式表现, 与微生物前沿知识整合成教学专题, 精心设计出课堂教学方案, 提高学生学习效率, 同时扩增课堂信息量, 节省教学资源和教学时间, 让学生在不同看法中进行交叉思考, 提高学生分析问题和解决问题的能力。
2.2多媒体及网络技术在教学中大量运用。
《微生物与遗传育种 》 是一门抽象性较强的专业基础课, 以教师讲授知识点为主的单一教学方法, 学生以被动接受为主, 自主性学习热情不高。 多媒体教学将语言、文字、声音、图形、图像、影像等多种媒体信息结合起来, 学生可以根据自身的认知结构特点选择适合自己的内容及自己所感兴趣的东西, 认真地重复观看学习, 完成教学或训练过程, 实现微生物学在学生的大脑中的意义建构, 强化教学效果[7]。
“网络教学平台”能实现图文并茂、 声像并举、 实时互动, 能激发学生求知欲, 发挥助学助教的作用。 多年来笔者通过对教学大纲、教学日历、课程指南、讲义、课件、题库等电子资源的收集和整理, 设计网络教学活动, 推出了网络辅助教学平台内容包括:课程介绍 (课程建设概况、内容简介、教学目的、课程指南等) ;教学计划 (教学大纲、教学日历等) ;主讲内容 (各章节PPT、视频、flash等) ;虚拟实验室 (验证试验、设计性试验等) ;电子教材 (课程教材和实验课电子教材) ;作业习题 (各章节练习题、考研试题等) ;电子资源 (网站、视频、动画及录像等) ;学科前沿 (研究动态、热点资料) 、互动家园 (学习交流、在线测试、意见反馈) , 为学生自主学习创造了良好的学习互动平台。
网络辅助教学平台实现了教所需资源、学所需资源、测评所需资源的有机统一, 有利于发挥学生的主观能动性, 启发引导学生自己发现总结规律, 实现个性化差异化教学, 激发学生求知欲, 发挥助学助教的作用, 是未来教育的发展趋势。
3.完善教学考核方法, 建立考核评分体系
成绩的优劣始终是学生关注的焦点。 单纯从期末卷面成绩高低判定学生掌握好坏的方法显然是片面的。 因此, 要从期末卷面、实验报告、课后作业、课堂笔记及实践创新成绩等几个方面综合评定成绩。 为突出试卷的应用性特点, 严格控制填空题、概念题、简单题等记忆性题型的分值之和在50%以内, 为保证成绩的客观性, 同类专业的学生统一参加考试, 至少由三位教师流水阅卷。
我们将课程考核的内容与权重分为4部分: 期末成绩 (50%) 、课堂提问与讨论 (20%) 、笔记与资料整理收集 (20%) 、网络在线学习及互动 (10%) 。 互动式课程教学模式的建立后, 学生的平时学习成绩占到总成绩的一半, 将学生的态度、自学能力的培养、钻研精神纳入考核范围, 检验教与学双边效果。新的考核体系对学督促学生平时的学习, 在引导学生主动学习方面效果显著, 对教学起到很好的促进作用, 扭转了过去看重理论知识考试结果而忽略平时学习习惯和能力的培养的片面考核方式。
实验课考核鉴于以往学生学习偏重实验报告的书写而忽略平时实验操作技能与技巧的训练, 新的考核体系对考核的内容与权重分为4部分:实验报告 (40%) 、实验操作 (30%) 、课外实验考核 (20%) 、预习报告 (10%) 。 其中课外实验考核的成绩是由创新性、实用性、难度系数和工作量等因素决定的。 现有的考核方法提高了平时操作在总成绩中的地位, 更改了过去实验考核主要是教师根据学生的实验报告来评定, 强调了实验的预习和准备, 加大了对实验操作规范性的考量, 避免了部分学生实验课不动脑、少动手的坏毛病, 以实验成绩反映学生的实际操作水平和理论教学效果。
4.结语
《微生物与遗传育种 》 课程改革通过对课程体系、 教学内容和手段、 教学模式等方面的改革实践, 优化整合了教学内容, 加大了综合设计性实验的比例, 开设了课外开放实验和创新实验室的, 通过互动式课程教学模式的建立, 运用多种教学方式和科学考核方式调动学生学习的积极性, 使教学效果得到强化。
参考文献
[1]江琼, 朱诚, 李素芳.《工业微生物育种学》课程教学探讨[J].科技信息, 2012, 32.
[2]施巧琴, 吴松刚, 等.工业微生物育种学[M]. (第3版) 北京:科学出版社, 2009, 03.
[3]诸葛健.微生物学[M]. (第2版) 北京:科学出版社, 2009, 03.
[4]诸葛健.李华钟.王正祥.微生物遗传育种学.北京:化学工业出版社, 2009, 02.
[5]吕凯波, 吴士筠, 徐文广.工科院校微生物学实验教学模块的构建与实践[J].科教导刊, 2013 (27) :66-68.
[6]吕岫华, 刘伟, 王明莲.工科院校微生物学教学改革的探索与实践[J].中国教育技术装备, 2012 (15) :39-40.
生物育种 篇9
关键词：校企合作,生育育种,人才培养
一、校企合作的概述
国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)指出:创新人才培养模式,适应国家和社会发展需要,遵循教育规律和人才成长规律,深化教育教学改革,创新教育教学方法,探索多种人才培养方式,形成各类人才辈出、拔尖创新人才不断涌现的局面。近年来,社会对应用型人才的需求不断增加,而很多普通高校培养的人才满足不了市场的需求,一方面表现在企业招不到合适的人才,另一方面高校毕业生找不到合适的工作,这已成为高校人才培养必须解决的问题。缓解这一矛盾的途径之一就是通过校企合作联合培养学生成为学得好、社会用得上的人才。校企合作培养模式,顾名思义,是学校与企业建立的一种合作培养人才的一种模式。校企合作是一种以市场和社会需求为导向的运行机制,是学校和企业双方共同参与人才培养的过程,它是一种以培养学生的全面素质、综合能力和就业竞争力为重点,利用学校和企业两种不同的教学环境和教学资源,培养适合用人单位需要的应用型、复合型人才的教育模式。
生物育种产业目前已被纳入我国七大战略性新兴产业,是国家生物产业发展“十二五”规划的重要内容,商业化育种成为国家主导方向。在当前国家大力提倡校企合作教育背景下,探索校企合作模式下生物育种专业人才培养的模式,充分利用企业在育种实践中的独特优势,发挥其在教学环节中的作用,与高校合作共同为社会及种业提供高质量的育种人才已成为研究的热点。本文通过长江大学首届“生物育种”湖北省重点新兴(支柱)产业计划班(下称“生物育种”产业计划班)校企合作人才培养的实践,研究生物育种专业校企合作人才培养的模式及成效。
二、校企合作联合培养生物育种专业人才的运行模式
(一)联合制定人才培养方案
生物育种专业培养的人才要求能够在现代种子行业(企业)从事作物新品种选育、推广与开发、种子加工与质量检测、种子生产、种子经营与管理等工作的应用型、复合型高级专门人才。围绕人才培养的目标,落实校企联合培养的责任,高校和企业首先要共同制定人才培养方案,该方案显著的特点是必须反应企业对人才的具体要求及培养途径,这样企业才有可能实质性地在人才培养全过程中承担相应的责任。在人才培养方案的制定中,校企双方研究拟定新的教学大纲,制定教学计划,落实教学环节,甚至部分课程的教学计划、讲义编写、授课时间的安排、授课内容、形式与方法都要在方案中体现出来。
(二)共建实验室和实践教学基地
生物育种是一门实践性、技术性很强的应用性学科,实践教学在生物育种专业人才培养中的作用独特而且不可替代。育种学实践环节多、周期长、跨度大,并且需要大量的人力、物力、财力。该专业的实践教学不仅需要规范的实验室和实习实训基地,还需要提供数量充足、质量可靠的可供教学实验、实习的生物育种材料,以及懂技术、会管理的实习基地田间技术工人。其中,专业实验室至少需要设置农作物种子品质分析实验室、种子检验实验室、分子标记实验室、作物遗传育种实验室和考种实验室等专门实验室,实验仪器设备的专用性强,但教学使用频率不高。通过校企合作共建实验室,不仅可以大大提高实验室的使用效率,相比各单位单独建立和使用方式还可以节省成本,提高效率。大型种业企业有比较完善的育种及产业相关基地和各类育种创新平台,能够为学生提供丰富的可供现场实习的材料。而当前育种行业普遍用工紧缺,企业往往缺乏劳动力。通过校企合作,一方面,企业可以提供基地和实习的材料供学生实习。另一方面,参与实习的学生可以部分解决企业劳动力短缺的现实问题,这样可优势互补,高校可以节约办学成本,企业可以节约运行成本,是一种“双赢”的模式。
(三)共同承担理论和实践教学
在生物育种专业人才培养过程中,对有些实践性强的课程,聘请企业中有丰富经验的专家进行教学效果会更好。如《种子营销学》这门课程,企业的专家授课可以结合自身的营销网点、营销策略和营销技巧,在教学中列举大量的案例,这样更能激发学生的学习兴趣,提高教学效果。再如《种子生产与种子检验技术》这门课,虽然是理论课,但实践性非常强,如果完全由高校教师在课堂上讲解,学生往往理解不透、认识不深,也感觉乏味,效果不好。比如杂交水稻种子生产部分内容,聘请长期在水稻杂交制种一线工作的专家来讲解,对杂交水稻生产中的规模化、机械化、标准化和集约化等内容进行讲解,专家结合自己的经验与体会,并辅助以丰富的现场图片或影像资料进行讲授(这部份由高校教师提出要求),课堂教学就可能更加形象生动,学生会有身临其境的感觉,进而可以增加学生学习的积极性和效果。对生物育种专业的学生来讲,实践教学对提高学生的素质显得尤为重要,能力提升性的学习必须通过实践。育种实践环节多、周期长、跨度大,以往学生实验实践活动往往只能涉及其中的一小部分,无法全面系统地掌握育种全过程。比如水稻、棉花、玉米等作物的杂交,通常是学生完成杂交的操作过程,最好的结果是收到杂交的种子,而对杂种的真伪及后代的表型,学生一般难以观测到。再如学生到田间进行单株选择,往往只能观察到选择时的表型,没有机会了解选择后的效果。由于这些后续实验要跨年度,往往只能由教师进行讲解。在育种学的实践环节中,学生很少能完成育种材料从种到收的全过程,学生通常只参加其中的1~2个环节。通过校企合作,生物育种产业班的学生可以参加完整的实践教学环节。根据人才培养计划,产业班的学生大约有两年的时间在大型的种业企业进行学习,通过校内外教师的合理安排与组织,借助育种单位完善的育种设施及技术专家的力量,可以完成长周期的实验实践教学环节。为了更好地落实校企合作、双向参与、共同育人的原则,长江大学农学院自2011年起针对“生物育种”产业计划班,制定了《农学院本科生校外导师工作条例》,在2~3年级本科生中实行校内外导师联合指导制,安排每一名校外导师指导3~4位学生,同时配备1名校内指导教师,校内外导师联合指导学生的实践、科研与毕业论文。有校外导师的指导,学生在企业能接受来自社会的教育,不仅可以解决学生的生产实践问题,还可以更好地了解社会,比传统方法培养的学生更容易被社会所接受。
(四)通过合作研究培养人才
校企合作中人才培养是目的,但双方共同的研发是基础,也是校企合作可持续进行的保障。当前高校的育种科研项目申报压力较大,国家多数育种项目要以企业牵头申报,很多院校特别是地方院校难以直接申报育种的课题。但从育种人才培养的角度来讲,高校必须要从事育种研究,与企业合作就成了必然的趋势。通过联合攻关,企业提供课题和一定的经费支持,校内外教师和学生共同进行课题研究。教师指导学生进行科学研究,解决生产中遇到的实际问题,这是一种问题导向式的学习方法,起初学生感觉要求比较高,压力比较大,但学生学习的目标明确,意识到自己解决问题的社会价值和意义后,学习兴趣会被调动起来,潜力会被激发出来,从而使他们主动地学习、查阅资料、向老师请教、开展科学研究。通过联合科技攻关,学生接触到了企业生产中的实际问题,并与指导教师一起开展科学研究,帮助企业解决生产中的问题,同时培养了学生发现问题、分析问题、解决问题的能力和实事求是、努力创新、不畏艰难的科学素养,对创新型人才的培养起到了良好作用,同时为毕业后适应企业和社会打下了基础。
三、校企合作对生物育种专业人才培养的成效
(一)锻炼教师,打造优质教学团队
长江大学农学院每年派遣部分教师,特别是年轻教师深入企业开展实践活动,有利于他们接触社会,了解社会需求,积累经验,丰富背景知识,使得教学更加有目的性和针对性。高校教师通过与企业共同进行科学研究,可以提高教师的科研水平,为充实教学内容做好准备。同时吸纳企业优秀的人才参与到教学中,大大充实了教学队伍。目前生物育种专业的所有课程,包括理论课、实验实践课、毕业论文指导和第二课堂活动都配有相应特长的校内外教师进行教学指导,教师队伍得到了优化提高,学生对教师的认可度大大提高。学院聘请企业家介绍“种业发展动态”等专题讲座,课后组织的问卷调查显示:100%的学生认为通过聘请企业家授课,可以开拓视野,加深对所学专业的了解,增强学习兴趣,明确学习的目的性。
(二)解决理论与实践脱节的问题
当前,高校育种专业部分毕业生存在眼高手低,动手能力不强,理论与实践脱节,满足不了用人单位的需求的问题。通过校企联合培养,在教学过程中强调学以致用的原则,并体现在人才培养方案的制定和整个教学全过程。种业企业的营销专家在讲授《种子营销》课程的过程中,为鼓励学生学以致用,该门课程的考试采用种子营销技能大赛的方式进行,每个学生结合老师讲的理论知识,结合市场调查和自己的理解,提出自己的营销策略,然后通过公开答辩给予评分,结果一些同学的营销策略很有创意和价值,超出了老师的预期。生物育种专业的学生有大约两年的时间在大型的种业企业进行学习与实践,能很好地将理论与实践相融合。通过校内外教师的共同教育活动,让学生一方面接受来自高校的理论教育,另一方面接受来自社会的实践教育,可很好地弥补学生在学校过程中理论与实践脱节的问题。目前约有三分之一的学生在种子企业进行技术推广和种子营销实践活动,很受企业欢迎。
(三)增强了学生的社会适应性
通过校企联合培养,学生更加深入地了解了企业,懂得企业的运行管理方法,接触到了企业文化,通过企业了解了社会对人才的需求,同时也培养了自身的兴趣与爱好。按照校企联合人才培养模式,培养目标与用人标准相结合、课程设置与社会需求相结合、知识学习和技能训练与工作需要相结合的原则,使学生经历“学习—实践—再学习—再实践”的渐进式人才培养过程,增强了学生对知识学习的完整性和系统性,为种业新型复合型人才的培养打下了良好基础。通过接触校内外不同背景的教师,学生也逐步明确了自己的学习目的与兴趣爱好。通过企业家的感化与鼓舞,部分学生的创业意识和创业潜力被发掘出来,毕业后立志成为企业家,这部分学生在首届育种产业班中大约占20%。通过科学研究发现,部分同学的科研兴趣和科研特长被发挥出来,立志通过考研后从事科学研究,该班考研上线率达到50%。还有部分学生通社会实习与实践,培养了技术应用与推广和种子营销的兴趣,这部分学生约占30%。值得一提的是,长江大学农学院首届“生物育种”产业计划班学生的一次性就业率已经达100%,学生对就业的满意度达到95%。
四、存在的问题与展望
目前,我国的校企合作教育还处于探索阶段。在实际运行过程中,由于学校和企业在社会职责、价值取向上存在一定的差异,运行过程中还需要进一步沟通和交流。一直以来,高校对合作教育的热情与主动性比较高,企业往往显得比较消极、被动,缺乏主动关注人才培养的热情。即便企业常常抱怨当前的大学生难以满足用人单位的需求,但很少见到它们真正参与到大学生人才培养的过程中来。因此,如何让高校和企业通过合作教育模式培养高质量的合格人才方面形成共识,使双方在价值目标上实现最大统一,形成“双赢”的局面,建立合理的校企合作教育模式的运行和管理机制是至关重要的。在这一点上,尽管国家制定了相关政策来鼓励校企合作,但没有真正的法律及政策保障措施。从发达国家的合作教育成功的经验来看,校企合作模式的发展离不开政府的大力倡导和支持。在我国,政府更应充分发挥其宏观调控职能,积极鼓励校企合作教育,并提供必要的条件,协调好双方利益关系。政府应以政策为导向,以经济为杠杆,引导企业积极参与到合作教育中来,最终使高校和企业建立长期、稳定、全面的合作关系,推动合作教育健康快速发展。高校在合作教育过程中,也要充分发挥好其主观能动性,协调好各方的关系,使企业能积极参与到合作教育中来。高校通过与企业的对科研项目的联合研究与联合攻关建立紧密的联系,通过保证企业对人才资源的优先使用权和获得权等措施提高他们参与人才培养的积极性。另外,还要积极开展与国际、国内的合作与交流,采用多种形式,开辟更多的合作渠道,加强与外界的联系与沟通,拓宽视野,了解自身的不足,借鉴其他兄弟院校的合作经验,进一步完善与企业的人才合作培养的制度与机制。
作为我国七大战略性新兴(支柱)产业的生物育种产业,是国家生物产业发展“十二五”规划的重要内容,未来社会迫切需要相关专业的高素质人才。通过校企合作培养生育育种专业人才必将成为一种趋势。校企合作模式提高了人才培养的质量,有利于种业企业的发展壮大,同样也有利于高校的人才培养改革,这种“双赢”模式必将在我国迅速发展起来。
参考文献
[1]孙芳城,张晓洪.产学研结合教育改革模式的理论探索与实践尝试[J].中国高教研究,2000,(4).
[2]刘群志.高校产学研合作教育的创新观念与优化机制[J].黑龙江高教研究,2004,(11).
[3]邱秀荣,王国妮.校企合作人才培养新模式实践研究[J].新课程学习,2010,(4).
[4]袁占良.产学研合作教育模式的探讨[J].成功(教育版),2007,(1).
[5]孙东发.作物育种学课程教学改革与实践[J].高等农业教育,2002,(6).
[6]李志新,张文英,刘章勇等.产学研合作模式下作物育种学教学改革探讨[J].高等农业教育,2014,(3).
生物育种 篇10
为了让重离子束在微生物诱变育种和生物能源开发中得到更加广泛和有效的利用, 近年来众多的科学家在这方面作出了努力, 对其在物理学以及生物学的应用当中所表现出的特点进行了广泛的研究分析。重离子束按照其能量的高低以及最终对生物体系所引起的作用, 大致有三种基本过程, 即表现为三重效应。作为一种新的辐射源, 重离子束的地位是十分独特的。重离子束有众多的优势, 大大优于常规的辐射能源。其优势的具体表现是LET大、RBE高、氧效应小等许多方面。重离子束还能够用在诱变育种之上, 重离子束特别是低能碳、氮离子束对植物种子和微生物方面具有很大的影响, 它会使得微生物和植物种子的致突变作用变强。将重离子束运用到微生物诱变育种和生物能源的开发中来具有很大的经济效益以及社会效益。
1 重离子束的理论基础
如果重离子的能量高于0.1Me V/u的时候, 在此时它通过介质之时就会使得介质的核外电子发生碰撞阻止, 并且会在单位路程上发生能量损失。而影响这个能量损失率的因素主要有三个, 分别是离子能量、介质材料性质、离子有效电荷数。重离子之所以在诱变育种中具有很大的优势, 主要是由其特性决定的。首先重离子的传能线密度比X、γ射线要大很多, 所以它比两种射线对生物介质作用到的部位损伤程度更加严重, 或者导致细胞致死, 或者是突变率高, 而且已经造成的这个程度的损伤是不容易修复的。这些特性都决定了重离子的使用不仅突变率高, 而且突变体的稳定性非常好, 育种周期也要短得多。所以为了达到最终的诱变育种目的, 可以选择使用份量小一些的重离子。当能量在0.1Me V/u之下的时候, 重离子在通过介子的时候, 就会相应的造成介子内众多的原子位移, 因为已经发生了位移, 所以原本的分子组分与结构就已经发生了变化, 而物质缺陷也因此形成。这样的反应对于中、高能离子也不例外, 因为就算最后被阻止了, 但在这之前中、高能离子也必然会经历以上那种能量低于0.1Me V/u的情况, 所以最后它们依然会具备低能甚至超低能的特性。除了以上的能量转移之外, 电荷交换以及质量沉积也是会发生的。而在进行生物分子改造的时候, 就可以充分利用这一特性。因为重离子的LET是根据它的行程而发生变化的, 则当多电荷离子射入介质之后, 可以依据以下的BetheBloch公式进行描述:
在开始的一段路程之上能量损失值基本是保持不变的, 而造成这样的结果主要有两个因素:第一, 因为重离子的能量是在一直损失当中, 所以速度会渐渐减慢。第二, 在其路程中因为会获得电子, 所以电荷数也会慢慢变小。随着离子在不断的前进中, 速度逐渐变小, 有效的电荷数却不会继续有变化, 当离子的能量最终耗尽的时候, 这个射程就会突然停止。在停止之前会产生一个Bragg峰 (能量损失峰) 。而这个Bragg峰形成会导致LET在前进的路程当中有极长一段会表现出相对较小的特征, 最后又突然加大。因为能量沉积空间分辨高的这个特性, 导致生物系统中只有局部地区会受到严重的影响, 而其他地区相对影响就小很多。根据以上的种种特性可以看出, 重离子束在生物体系当中的运用, 可以得到更多的突变体, 最终让突变率得到提高。而且因为局部受损的位置是可以选择和调控的, 所以在利用重离子的时候就可以采用宏观定点定位的方式进行诱变, 最终达到定向育种的目的。
重离子束在辐照生物体系之时, 会导致受体的DNA损伤和细胞膜透性以及跨膜电场的改变。而这两个结果又可能会提高外源基因导入率以及克服转基因沉默并且将表达时间延长, 不仅如此还能够转导大片段的DNA甚至全部的DNA。其好处就是有效的简化了原有的步骤, 缩短了周期和压缩成本。
2 重离子束在微生物诱变育种上的应用
2.1 离子注入
2.1.1 抗生素药物
在使用离子注入的过程中, 通过离子注入的方法将原有的抗生素抗力提高了27.39%, 其具体的过程是先选用了30ke V, 然后在剂量之上通过考量决定采用1.0×1015-5.0×1016ions/cm2的N+离子注入庆大霉素, 在成熟的孢子产生之后又从中选择高产的抗生素突变菌株, 最后进行摇瓶发酵发现原有的抗力显著提高。在红霉素产生菌上通过离子注入之后产量也显著提高, 在原有的基础之上提高了20%。首先选择利用的是40-60ke V, 通过研究考虑之后剂量选择采用1×1011-5×1014ions/cm2的N+离子注入红霉素产生菌, 然后再选择其中高产的突变菌株, 通过摇瓶发酵之后发现产量大大提高。
2.1.2 酶制剂
通过离子注入米曲霉WJ0521使得产酶水平在原有基础之上大大提高, 甚至高达77.5%。具体的过程是先经过了N+离子注入米曲霉WJ0521, 然后从中选出两株高产菌株M60-5-13和M80-10-7, 择选的标准是因为这两株氨肽酶的活力比之前提高了30%。接下来又进行了多次的传代实验, 证实了这两菌株遗传的稳定性优良, 最后通过将M80-10-7的发酵条件进行了初步优化, 最终使得产酶水平大大提高。
2.2 微波
微波作为一种高频电磁波, 能够通过对水、核酸、脂肪等的极性分子快速的震动, 再由震动引起摩擦, 然后可以对氢键以及范德华力、疏水键产生作用。通过这个原理可以利用微波让单孢子悬液内的DNA分子之间产生剧烈的摩擦, 孢子内部的DNA分子, 也就是氢键和碱基堆积化学力受损, 从而使得DNA的结构发生了变化, 最终产生遗传变异。利用微波辐照诱变阿维拉霉素, 研究所得最后的产量结果比之前提高119.4%。利用微波进行了诱变之后, 阿维拉霉素就产生了菌SV并从中得到一株阿维拉霉素突变菌株SV-15, 其产量达到了21.5mg/L。
3 重离子束在生物能源开发中的应用
目前通过对生物能源的开发所得到的新型二次能源主要形式有两种, 即生物柴油和燃料乙醇。首先在生物柴油这方面, 主要就是以重离子辐照微生物诱变育种的技术作为依托, 并且通过HIRFL的利用而产生的重离子束在产能微生物菌种方面的改良工作, 通过这种方式对那些油脂含量高以及原料的利用广泛的产油菌株进行选择, 最后用在微生物油脂生产之上并通过转酯化的方式来进行生产生物柴油工作的探索。其次是燃料乙醇产业, 通过重离子束在微生物诱变育种之上的利用, 最后培育出一种酒精发酵的新的菌种, 而这种新的菌种有两个特性就是耐高温和耐酒精。与此同时通过对甜高粱做了品种方面的改良, 从中选择最优良的四个品种, 在含糖量方面在以前的基础之上大大提高, 超过了24%。并且将培育出来的新的菌种利用到甜高粱的榨汁中, 从很大程度上减少了发酵时间。这个技术不仅达到了提高设备的利用率, 从而减少了能源浪费, 而且极大的减少了成本投入。
4 结语
通过重离子束在微生物诱变育种以及生物能源开发中的运用, 可见重离子束具有许多独特的优越性, 决定了以后在这方面的研究还应该加大力度, 扩大其优越性, 推动微生物诱变育种和生物能源的发展。
摘要：本文对重离子束在微生物诱变育种和生物能源开发利用中的应用原理、优势、成果等方面进行了研究分析。
关键词：重离子束,微生物,诱变育种,生物能源
参考文献
[1]张建华, 王乃彦, 张丰收, 王广甫.离子注入诱变微生物应用与研究进展[J].北京师范大学学报 (自然科学版) , 2011, 03:262-267.
[2]张楠, 张昺林, 王婉如, 徐俊泉, 张东明, 薛林贵.重离子诱变选育聚β-羟基丁酸酯高产菌株研究[J].中国农业科技导报, 2012, 02:95-100.
[3]赵晓彬.截短侧耳素高产菌株重离子诱变及高通量筛选[D].兰州理工大学, 2012.
[4]石坡.离子注入D-核糖产生菌的诱变效应及作用机理研究[D].河北师范大学, 2013.
生物育种 篇11
离子束注入技术以其独特的诱变机理和较显著的生物学效应受到广泛关注,离子注入的能量、剂量、脉冲次数等参数可以按需要进行不同组合,这种联合作用不但使诱变具有较高的方向性和可控性,还可使产生的生物学效应比单一辐射更为丰富,这就为筛选有利的突变型提供了较大空间[8]。本研究以阿魏菇菌丝单细胞及分生孢子为靶材,考察了离子束注入阿魏菇的生物效应,探索了大型真菌阿魏菇的离子束诱变育种简易方法。
1 材料和方法
1.1 材料
1.1.1 菌种
出发菌株ACK由青河野生阿魏菇子实体组织分离所得。
1.1.2 供试平板培养基(%,w/v)
小麦粉1.5,酵母膏0.4, KH2PO4 0.2,MgSO4 0.2,麸皮1.5,琼脂2.0,pH值自然。
1.2 方法
1.2.1 菌悬液的制备
1.2.1.1 分生孢子悬液的制备
取一片未喷发孢子的阿魏菇子实体,将其置于放有无菌培养皿的干燥器中,让其自然喷发,用一定量无菌水将喷发的阿魏菇分生孢子洗脱,装入50 ml锥形瓶制备分生孢子悬液,用血小板计数器计数。
1.2.1.2 菌丝单细胞悬液的制备
用无菌接种钩挑取一定量的平板外缘阿魏菇新生菌丝接入装有玻璃珠及30ml无菌水的150 ml锥形瓶,置于250r/min摇床将菌丝打散,用双层生宣纸加单层脱脂棉过滤制备菌丝单细胞悬液,用血小板计数器计数。
1.2.2 离子束注入
分别从以20%的脱脂奶作为保护剂的青河野生阿魏菇分生孢子及菌丝单细胞悬浮液中,取0.2ml涂于无菌空白培养皿中,超净工作台风干制成菌膜,置于LCD1000型多功能离子注入机小真空室,采用能量5 keV～30 keV、剂量1.5×1015cm-2～1.5×1016cm-2的低能N+束,在2.5×10-3Pa真空状态下,以5s/次间隔10s的脉冲方式注入菌种。
1.2.3 镜检
将未注入与注入过的菌悬液制作成微生物涂片放在数码显微镜下,观察离子注入对分生孢子及菌丝单细胞的刻蚀程度。具体操作参照[9]。
1.2.4 筛选
将经过不同能量及剂量离子束处理的阿魏菇分生孢子及菌丝单细胞洗脱,平板培养计数,通过营养缺陷性或目标性状高通量定性初筛、目标性状定量复筛,获得细胞存活率能量、剂量效应曲线和营养缺陷性突变株或目标性状高产菌株。
2 结果与分析
2.1 离子束刻蚀生物效应
2.1.1 低能离子束对阿魏菇分生孢子的刻蚀作用
低能离子束对阿魏菇分生孢子的刻蚀作用显著。注入前,阿魏菇分生孢子形态规则、排列整齐,细胞呈椭圆形,似蚕蛹。注入后,阿魏菇分生孢子细胞受到注入离子的损伤,细胞破碎、排列杂乱,有些细胞被打碎,有些细胞变形,有的被刻蚀只剩下了孢子壳,内容物全被离子束轰击出来(见图1)。
2.1.2 低能离子束对阿魏菇菌丝单细胞的刻蚀作用
阿魏菇菌丝单细胞的形态在低能离子束注入前后差异明显。未经离子束处理的阿魏菇菌丝单细胞细胞结构完整,形状规则,仅有少量摇瓶打散时产生的碎片,未见细胞上有损伤。而经离子束处理的阿魏菇菌丝单细胞细胞结构不完整,细胞壁经离子束刻蚀有孔洞,且碎片明显多于未经过离子束处理的(见图2)。
2.2 离子束注入细胞存活率能量、剂量效应
2.2.1 不同能量的N+束注入阿魏菇分生孢子及菌丝单细胞与存活率的关系
低能离子束对阿魏菇分生孢子及菌丝单细胞进行辐照处理,具有相似的变化规律,即阿魏菇菌落数随着加速能量的增大呈小能量缓慢下降,大能量急剧下降的变化曲线(见图3、图4)。呈现这一变化曲线的原因是加速能量较低时离子束获得的初始速度较低、动量较小,对细胞表面进行损伤和刻蚀作用较小,致死率较低,宏观表现为菌落数较多;随着加速能量的增加,离子束获得的初始速度也将增大,离子束注入的最大深度随之增大,离子束有可能损伤到细胞内部遗传物质产生许多致死突变,另外离子束注入有可能引起二次电子、软X射线、大量自由基,对细胞产生毒害,影响细胞正常的新陈代谢,致使细胞致死率提高,宏观表现为菌落数急剧减少。
2.2.2 不同剂量N+束注入阿魏菇分生孢子及菌丝单细胞与存活率的关系
阿魏菇新生菌落数随着注入剂量的变化表现出“先降后升再降”变化趋势(见图5、图6),这与其它微生物的“存活率与剂量呈马鞍型下降曲线”基本上相一致。出现这一特异现象的原因是低剂量时离子束对细胞表面刻蚀作用较轻,没有破坏细胞的完整结构,对细胞吸收养份及水份影响不大,表现为新生菌落数与真空对照相差不大;由于作者采用的是脉冲式注入,随着剂量的增加,低能离子束注入生命体的最大深度随之增大,离子束有可能损伤到细胞内部物质并产生大量的自由基和软射线等,影响细胞正常的生理代谢。有研究表明:低能离子束注入生命体的深度-浓度分布是一个非对称高斯分布[10],低能离子束注入细胞的最可几深度随着最大深度的增大也将增大,离子束对细胞表面的刻蚀作用加重,致使细胞致死率提高,宏观表现为新生菌落数有所下降;当剂量累积到一定值时,细胞修复机制被激活,保护酶的活性提高,新生菌落数又有所回升;当剂量继续增加时,细胞损伤将无法修复,使得低能离子束注入出现了与一般辐射不同的离子注入剂量与细胞存活率呈马鞍形下降曲线,这种现象在其他学者的研究中同样得到验证[11,12]。
2.3 筛选
2.3.1 营养缺陷性或目标性状高通量定性初筛
阿魏菇分生孢子或菌丝单细胞通过离子束处理后,洗脱涂皿,在最适培养条件下培养,挑取新生菌落菌丝转接到目标性状筛选培养基上培养。从营养缺陷性筛选结果(见图7A)发现:在加了苯丙氨酸Phe、丝氨酸Ser、赖氨酸Lys及维生素B6的筛选培养基上,阿魏菇突变株菌丝体生长正常,而在加了其它氨基酸及维生素的筛选培养基上,阿魏菇突变株菌丝不能正常生长,可以确定该突变株为苯丙氨酸、丝氨酸、赖氨酸及维生素B6营养缺陷型突变株,以备目标性状定量复筛之用。从耐高温高通量定性筛选结果(见图7B)发现:经过离子束注入后,99%的阿魏菇新生菌落在阿魏菇菌丝生长的极限温度35℃下,菌丝停止生长,仅有极少数的新生菌丝能够在该温度下缓慢生长,初步确定该菌株为耐高温突变株,以备后续出菇复筛之用。从多糖高产菌株高通量定性筛选结果(见图7C),我们发现:经过离子束处理的阿魏菇菌丝体通过10d左右的试管发酵,加入指示剂,进行显色反应定性检识,部分菌株与出发菌株相比颜色明显不同,暂定为目的菌株,以备后续摇瓶发酵定量复筛。
2.3.2 目标性状定量复筛
将初筛获得的目标菌株菌丝体转接到摇瓶发酵培养基,在阿魏菇菌丝体摇瓶发酵最适培养参数下发酵,对目的菌株菌丝体生物量、菌丝体胞内多糖含量等几个指标进行了定量检测,通过数据分析,将多糖产量提高15%以上的目的菌株定为多糖高产菌株。从表1的试验结果,发现2号、3号、4号菌株菌丝体的摇瓶发酵多糖产量较出发菌株分别提高了54.53%、54.36%和48.14%,均为多糖高产菌株。
3 讨论