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微生物学史范文1
关键词：微生物学实验；以学生为中心
微生物学实验是微生物学的重要组成部分，同时也是现代生物学技术的重要基础。其独特的实验技术在生命科学的发展中起着重要的作用。复旦大学强调大学教学的服务意识，我们以学生为中心开展教学工作，在微生物学实验课程教学中注意从以下几个方面做出努力，以期获得良好的教学效果。
一、使学生熟练掌握基本操作，灵活运用所学技能是微生物学实验教学的目标
微生物学实验课程的任务之一是培养学生熟练掌握微生物学实验操作的技能。复旦大学生命科学学院的绝大多数本科毕业生选择继续深造，无论这些学生将来从事的是哪方面的工作，能够熟练运用微生物学的原理、方法和手段去分析问题和解决问题都非常重要。限于学时的原因，实际上为学生开设的微生物学实验内容不可能太多，必然存在一个取舍的问题。授人以鱼，不如授人以渔。我们在微生物学实验教学中坚持在兼顾传授知识的同时，将培养学生独立分析问题和解决问题的能力放在第一位。学生在弄清实验原理、牢固树立无菌观念的同时，准确、熟练掌握微生物学实验基本操作，综合、灵活运用所学的各项技能是微生物学实验课程教学的目标。
据此，我们目前开设的微生物学实验课程主要包括两个部分：基础实验和综合实验。基础实验侧重于培养学生的实验基本功，包括培养基配制和灭菌、无菌操作倒平板、划线分离、显微镜的使用、微生物的染色等。此外我们在教学的过程中，不但要求学生掌握自控灭菌锅的使用方法，同时也强调学生在一个学期中需独立使用手提式灭菌锅一次。综合实验则侧重训练学生综合运用所学知识和技术的能力，内容包括微生物生长繁殖测定、育种、保藏、快速鉴定、免疫学技术、噬菌体效价的测定等。此外，还开设了综合性的选做实验，如酸奶的制作及乳酸菌分离及初步鉴定等。
二、采用现代化教学手段，使学生正确、牢固掌握实验技能
我们采用数码技术拍摄制作了实验教学视频。包括实验的内容、方法、原理和实验操作(重点)。对于每个实验，操作部分首先由实验操作经验丰富、动作标准熟练的教师从头演示一遍。然后，整个实验分解成数个关键动作，每个动作都缓慢重复数次，使学生能够看清楚。最后，对于实验中需要注意的问题，包括菌种的要求、容易犯的错误操作都具体指出，并说明危害。在将整个实验操作重复一次后，实验视频最后给出本实验中应该得到的实验结果，如显微摄影图片或者菌落图片等。实验视频在每次上课前供学生学习，不但提高了实验课的质量，并且使实验教学更鲜明生动，取得了良好的实验效果。同时，我们还制作了完整的实验课件，供校内学生下载后独立学习之用。
当然，根据我们的体会，多媒体等现代化教学手段不能完全代替教师课堂的讲解和示范。但是教学视频的采用，对我们取得良好的教学效果是非常重要的。比如颜色、动作等，简单的语言是很难描述的，采用视频、图片等现代化教学手段，使讲解更加直观准确。
三、充分的课前准备是实验课程取得良好效果的基本条件
微生物学实验成败通常受多种因素的影响。为了取得较好的实验效果，我们非常重视学生实验前的预备实验，并在实验课前准备好各种实验材料，主要包括菌种和相应的试剂等。而有些材料则由学生准备。学生自己从复旦校园内的燕园、曦园采集水样，大大激发学生的兴趣。放线菌的筛选则由学生自己采集土样，分离放线菌。另外，试管、移液管、培养基、培养皿等材料一般都由学生自己动手提前一周准备。多年来的实践证明，充分的课前准备确实是实验课取得良好效果的基本条件，同时对于培养学生扎实的实验功底、使学生养成良好的实验习惯也是很有必要的。
四、采用全面的考核方式，激发学生学习的主动性
优异的成绩是对学生学习的认可，必须合理公正地评价学生的努力和结果。我们在开设实验之初，就明确了成绩评定的几个部分，包括重要的几个关键实验操作、实验结果与报告、实验考试成绩、平时表现等。平时表现主要参考日常实验是否认真，是否注意环境卫生，实验后是否整理台面和周围环境，以促进学生养成良好的实验习惯。关键的操作主要选择革兰氏染色、无菌操作倒平板和四区划线分离纯化等。实验结果主要通过当堂检查、课后检查和报告批阅等途径以全面了解每个学生的实验结果情况。而实验报告主要了解学生是否认真书写，尤其是对实验结果能否认真记录，并对实验中出现的各种问题进行认真分析，提出自己的新想法等。期末进行的实验考试，既不是考核对实验书上操作步骤的记忆，也不是考核单项实验操作，而是一个综合性的实验。即利用一学期学到的知识和技术进行“盲样中微生物菌群初步分析”。其中从设计实验方案到准备实验材料，全部由学生独立完成，学生在实验过程中根据实验需要自己查阅参考文献，同学间可以相互讨论。学生普遍反映这种考试方式很有挑战性，时间虽花费多些，但很值得。这种考试方式不但检验了学生掌握微生物学实验方法和技能的程度，同时也使学生独立分析问题和解决问题的能力明显增强。
五、培养年轻教师，保持教学队伍的稳定性
目前，不断有年轻教师参与到微生物学实验教学中。年轻教师在微生物学实验教学中虽然有一定的新思路、新观点，但缺乏相应的经验。为培养年轻教师，主要通过如下几条途径：一是针对初次承担该课程教学的年轻教师，组织年长教师听其试讲及观其示范操作等，并对他们的讲课及实验操作情况进行点评：二是随时讨论，特别是年长教师随时关注年轻教师上课情况；三是不定期召开实验教学研讨会。
六、全时段开放实验室，方便学生随时进行实验
微生物学实验的独特性之一是微生物的生长需要一定的时间，观察结果有个最佳时间。同时，现在大学生的课程彼此不一，通常存在时间冲突等问题。为了获得良好的教学效果，必须尽量保证所有的时间实验室都开放，让学生随时都可以观察结果。在我们的教学中尽量保证这一点。周一到周五的工作时间，实验室都是开放的，有专门的教师管理和指导，并提供实验用材料等。周六和周日，在实验需要的时候尤其是综合实验阶段和考试阶段，都安排开放。我们要求学生在实验室注意安全，有问题及时向教师汇报。
七、加强与学生的沟通和交流，听取学生意见，是实验课不断进步的动力
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1存在问题
微生物实验教学不仅是培养生物技术专业人才的重要实践教学环节，而且也是培养微生物相关学科(食品、医药、环境、检验检疫等)学生实验技能，提高其创新实践能力的关键环节.结合微生物相关工作的实际需要，分析我校生物基础实验教学中心生物技术专业的微生物学实验教学存在以下问题.
1．1实验教学资源不足
近年来，以省级基础实验教学示范中心建设和新校区建设为契机，我院实验室环境建设得到不断改善，中心现有各类实验室面积达3000m2余，仪器设备1000余台(套)，总价值1000余万元.各实验室宽敞明亮，实验室布局集中、合理，能满足全院生物类实验课的排课需要.但是，在实验教学过程中还存在部分基础设备(比如天平、高压灭菌锅等)、药品耗材台套数不充足的问题.大量的学生人数和教学内容与有限的药品耗材台套数和实验课时之间存在诸多矛盾.因此，在想保证微生物实验教学与理论教学进度相衔接的情况下，又受实验教学资源的限制.在实验过程中存在至少两个小组学生公用一套完整的基本设备及药品耗材，在有限的实验教学资源和实验学时下，大多数学生都未能亲自参与动手操作，到学期末还是不能掌握相关的基本技能.
1．2教学模式陈旧，不能突显学生主观能动性
以往的微生物学实验教学多为实验教师把实验目的、原理、内容、材料与方全部板书在黑板上，学生对照黑板和依赖实验讲义按部就班地按照老师的要求进行实验操作，使实验教学成为了老师单向灌输、学生被动接受的教学程序，学生缺乏动脑、动手、分析和解决问题的主动能动性，这在一定程度上大大泯灭了学生的创造性思维，束缚了学生的洞察力.此外，实验前期的准备多数都由实验教师自己亲临亲为，学生们对有些实验过程几乎完全不了解，进而造成了学生缺乏独立自主的实验能力.
1．3教学内容陈旧、实用性不强
目前，我院生物技术专业微生物学实验教学内容与生物科学专业相比，并无明显差异.实验教学的顺序基本上是根据理论教学内容的顺序安排，前后实验内容相对比较孤立，衔接不够，连贯性不强.选用的实验项目以基础验证性实验为主，综合性设计性和研究创新性实验项目相对较少，这对学生思维兴趣、动手能力、创新能力的培养和提高均有一定的局限性，不利于学生对知识系统化学习和整体性的把握，学生对对所学的知识难以融会贯通［12］.
1．4考核方式太过单一
实验课的考核是衡量实验教学质量一个不可或缺的重要环节，若无行之有效的考核机制，教学改革也可能流于形式，达不到预期的理想效果.以前，我院生物基础实验中心对实验考核方式太过单一，以期末笔试成绩(占60%)、实验报告成绩(占30%)和平时考勤成绩(占10%)作为评定最终实验成绩的依据，没有突出体现学生操作技能，造成学生偏重理论，不重视操作技能训练，实验时不愿意多动手操作，实验结束后不能够认真分析总结，长期这样不利于学生基本技能的培养，不利于学生的主动学习.因此调整实验考试方式十分重要.基于以上问题和不足，对我院生物技术专业微生物学实验教学改革和探索势在必行.
2微生物实践教学的改革探索
2．1优化管理，应对资源不足
我院生物基础实验中心以“加强建设、规范管理、提高质量”为工作思路，坚持制度建设与规范管理相结合，目标考核与过程管理相结合，强化实践教学，提高学生实践能力，努力把实践教学质量提高到了一定的水平.优化管理，最大限度的实现资源共享，挤出大量资金添加了真正不足的实验仪器设备，做到台套数充足，基础实验力真做到了学生1人一组，综合实验3人一组，建立一门课一学期完整的实验台套数，大型仪器资源共享，小型仪器耗材开学第一次实验就分组落实，装箱锁柜，责任到学生，课结束后统一归还，损坏照价赔偿，优化管理，保证实验教学顺利有序开展.同时，加强学科带头人和实验教学团队的建设，组织教师到实验教学改革执行优良的实验教学中心去交流和学习，形成理论与实验教学互通的队伍结构.
2．2整合教学内容，改革教学方法
根据专业建设目标，依托已有学科基础和优势，我院生物技术专业定位在“偏应用微生物方向”为特色的人才培养.为此，生物技术专业微生物学实验内容应根据学院培养学生的目标、实验条件、社会对生物技术专业微生物相关岗位技术知识点、技能点精心选择实验项目(力求知识性、综合性、应用性为一体)，从整体上强调基础性和系统性，突出实用性、实践性，职业性、强化学生的职业训练.基于以上理念，近两年来，我院为了适应整个实践教学体系充分体现综合性与创新性的发展要求，对生物技术专业微生物学实验教学大纲与教学计划区别于生物科学专业，并在基础上进一步修订与完善，在实验对象、实验材料的选择上尽量选择常见的、应用性强的以及学生感兴趣的实验课题(药品或食品中有害或有益微生物的检测、分离纯化及鉴定等)，让学生可从简单的验证性实验向综合性实验发展，将微生物实验的基本技术(显微技术、无菌操场技术、分离纯化技术)有机结合起来，这样使微生物实验既增强了实验的综合性，也增强了实验的系统性，实验课不再是理论课的依附，而是从知识结构、技术技能、创新能力等方面培养了学生综合能力.同时，在微生物实验教学过程，组织更新实验项目和教学内容，实现实验教学内容的系统性、科学性与先进性，利用兴趣提升学生学习能动性，使学生在实验过程中找到乐趣，寓教于乐，从而达到学以致用.加强了实验教学的开放性与互动性，如鼓励学生课余时间利用实验室条件开展自主性、研究性实验.例如学生完成的自主开放实验“酸奶乳酸菌的分离纯化及乳酸饮料的制作”、“水中大肠菌群的检测及水质状况评价”、“食用菌的菌种分离纯化及栽培”等成果已被纳入面向全院开设的专业选修课《生物实验基本操作规范及安全》中，进一步扩大了校级选修课《生命科学导论》课程的影响，为学生今后进一步深造，为学校进行创新型、应用型人才培养工作奠定了坚实的基础.
2．3以学生为中心，重视实验过程
通过对相关企业对生物技术专业微生物相关岗位需要的能力调查［13］结果表明，企业需要的岗位能力除对无菌操作技术、细菌常规分离、纯化及检验、质控等外，实验前期的准备工作和实验后期的处理工作、微生物安全常识、自我防护知识、团队合作精神等也是企业重视的能力.但在目前传统的实验中，实验前的准备大部分均由实验教师自己完成，这很容易造成学生被动地学习，对整个检验过程不能全面地了解.因此，现在整个实验过程中我院均以学生为中心，鼓励学生参与实验的课前准备，如通过土壤微生物分离、纯化及活菌计数的整个流程，使学生不但学到了培养细菌(牛肉膏蛋白胨培养基)、放线菌(高氏一号培养基)、霉菌(马铃薯培养基)三大培养基的制备，且掌握了基本的灭菌技术(高压蒸气灭菌、火焰灭菌、紫外消毒灭菌)、无菌操作技术、分离纯化技术、革兰氏染色技术、鉴定技术及平板菌落计数计数等基本实验技能.实验绝大部分过程都让学生参与准备，独立操作，自己完成.通过训练，不然培养了学生发现问题、解决问题的方法能力及相互协作能力，也使学生增加了责任感，提高了实验效率和效果.同时，我院力促科研资源全面向本科生开放，以本实验教学中心为基地，以分子生物学与生化药学重点实验室、生态中心重点实验室、竹原纤维中心等已有科研平台为依托，以项目研究为载体，培养学生的科学思维、科学研究能力和创新精神.学校还专门设立了绵阳师范学院本科生创新实验项目，我院不少同学获得了经费资助.近两年，大二以上年级的本科生70%以上均参加了科研创新项目.
2．4以实践技能训练为根本，革新实验考核方式
合理的成绩评定有利于学生平时更认真地掌握实验操作，从而巩固和提高学生动手的能力［14］.以往，我院实验课终成绩以理论考核为主，实验报告为辅，理论考试和实验报告虽在一定程度上可反映学生接受知识的情况，但不能以此作为唯一的考核标准.学生对实验方案设计、实验操作的熟练程度、实验报告撰写与结果分析能力、实验习惯以及团队合作精神与组织能力等方面也是评价学生实验成绩的重要依据.近两年来，为了使生物技术专业学生对微生物实验课有足够的重视，进一步加强学生基本操作技能训练和提高实验课质量，实行“实验考勤综合操作加笔试”的综合评定考核方法，选择既有代表性、又有较严格的操作要求的实验进行技能操作考试，让每个学生独立完成.因此，我院现将课程考核分为以下四部分:①理论考核(40%).微生物学实验必须掌握的基本理论知识及技能理论知识.②综合设计实验考核(20%).综合设计实验项目，学生以小组为单位，在组长的带领下，查阅相关资料，每组撰写实验方案，安排时间进度，准备所需一切仪器设备，独立完成，直至完成结果的报告.教师根据整个过程的表现给予评分，重点关注的是学生掌握知识的水平及团队精神与合作能力.③操作技能考核(30%).将学生必须掌握的操作技能归纳为若干小项目，做到技能操作标准化.在学生充分练习熟悉的基础上，考核时由学生随意抽签决定考核内容，教师一对一进行操作技能的现场考核，现场打分.操作技能考核也可与学生第二课堂活动结合起来，开展操作技能竞赛活动.④平时成绩考核(10%).主要是对学生平时上课时的综合评定，包括考勤、回答问题积极性、态度、实验习惯及实验报告等.
3结语
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姓名
实验一、···培养基的配制和高压蒸汽灭菌
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验材料（实际用到哪些试剂、材料、玻璃器皿等都要写出，包括数量）
四、 实验步骤（按照实际步骤填写,切忌抄袭）
五、 注意事项（自己总结实验过程中的注意点）
六、 思考题
1、简述培养基的配制原则？
2.为什么湿热灭菌比干热灭菌法更有效？
3.高压蒸汽灭菌时，为什么要先将灭菌锅锅内的冷空气完全排尽？
实验二 自生固氮菌的分离纯化
（这是个综合实验，请大家回顾三周来的所有操作步骤，将其整理成连贯完整的一份报告，注意每次实验的衔接，不要把其他的实验项目写进来，但也不要漏写该实验的相关步骤。）
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验材料（整个综合实验有涉及到的材料都要列出）
四、 实验步骤（详叙每周所做的相关步骤）
五、 注意事项（自己总结实验过程中的注意点）
六、 思考题
1、划线分离时，为什么每次都要将接种环上多余的菌体烧掉？划线为何不能重叠？
2、如何从自然界中分离自己所需要的纯培养？
实验三 平板培养测数法
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验材料（实际操作有涉及到的材料都要列出）
四、 实验步骤（详叙相关步骤）
五、 实验结果
六、 注意事项（自己总结实验过程中的注意点）
七、 思考题
1、平板菌落计数法中，为什么溶化后的培养基再冷却至45℃左右才能倒平板？
2、本次实验是否成功？如果失败，试分析原因。
实验四 简单染色
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验材料（包括菌种、染料、玻璃器皿）
四、 实验步骤
五、 实验结果（黏贴染色结果图片并描述所观察到的细菌的显微形态）
六、 思考题
1、简单染色要获得成功，有哪些问题需要注意，为什么？
实验五 革兰氏染色
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验材料（包括菌种、染料、玻璃器皿）
四、 实验步骤
五、 实验结果（黏贴染色结果图片并判断自己分离到的菌种是G还是G+-？）
六、 思考题
1、革兰氏染色要获得成功，有哪些问题需要注意，为什么？
2、什么情况下会导致结果出现假阳性或假阴性？
实验六 放线菌的印片染色法
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验材料（包括菌种、染料、玻璃器皿）
四、 实验步骤
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一、实验目的
1.初步掌握高倍显微镜的使用方法。
2.观察高等植物的叶绿体在细胞质基质中的形态和分布
二、实验原理
高等植物的叶绿体呈椭球状,在不同的光照条件下,叶绿体可以运动,改变椭球体的方
向,这样既能接受较多的光照,又不至于被强光灼伤。在强光下,叶绿体以其椭球体的侧面朝
向光源;在弱光下,叶绿体以其椭球体的正面朝向光源。因此,在不同光照条件下采集的葫芦
藓,其小叶内叶绿体椭球体的形状不完全一样。
活细胞中的细胞质处于不断的流动状态，观察细胞质的流动，可以用细胞质基质中的
叶绿体的运动做为标志。
三、材料用具
藓类的叶，新鲜的黑藻，显微镜，载玻片，盖玻片，滴管，镊子，刀片，培养皿，铅笔
四、实验过程（见书P30）
1．制作藓类叶片的临时装片
2．用显微镜观察叶绿体
3．制作黑藻叶片临时装片
4．用显微镜观察细胞质流动
物理实验报告 ·化学实验报告 ·生物实验报告 ·实验报告格式 ·实验报告模板
五、讨论
1．细胞质基质中的叶绿体是否静止不动，为什么？
2．叶绿体的形态和分布与叶绿体的功能有什么关系？
3．植物细胞的细胞质处于不断的流动状态，这对于活细胞完成生命活动有什么
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一、精选习题，示范讲解，充分发挥例题的作用
例题教学不仅有助于学生理顺解题思路、复习巩固知识和明确解题规范，更重要的是可以培养学生多方面的能力，但由于课堂时间有限，生物习题类型繁多，不可能面面俱到。因此，教师必须对例题进行筛选，精选典型的、具有普遍指导意义的习题作范题，从方法、步骤着眼，从解题思路入手，注意引导学生认真分析题意，弄清要求和条件，找出例题所涉及的知识点，以及要求解答的问题与已知条件的关系，抓住解题关键，形成正确的解题思路和方案，并适当列出解题格式、要点和注意事项，使学生从解题思路、方法、层次和规范要求等方面受到启发。通过对典型例题的剖析，不仅可以收到以题及类、举一反三的效果，更重要的是可以达到明确概念、掌握方法、启迪思路、培养能力的目的。
二、选好习题，组织训练，培养思维能力
习题练习不仅有助于学生理解知识间的纵横关系，掌握知识的系统性，而且有助于学生掌握题型，开拓思路，熟悉解法，培养学生运用知识去解决问题的能力，同时还能及时反馈学生在知识和能力上的缺陷，是诊断学生学习困难的重要手段。因此教师必须加强习题训练，但不能将学生引入“题海战术”，这就要求学生的练习要“少而精”，教师必须对习题进行精选，选择具有启发性、典型性、规律性和针对性的习题，采用“多变、多析、多问、多解”的导向法组织学生练习，鼓励学生一题多解，多角度、多层次分析问题，进而达到培养学生思维能力的目的。
三、加强解后评析，注重思路启迪，提高解题效率
习题解后的评析，不仅能及时清理学生的解题思路，引导学生反思解题过程。同时对训练思维，提高分析问题、解决问题的能力，有特殊的功效。解后评析可采取“一题一评析”的策略，可先让一位学生汇报结果或上讲台作解答，并要求其作适当的讲解，然后师生共同分析、讨论，鼓励学生提出不同见解，补充不同的解法，但绝不能将习题的评析变成“就题论题”，而应该引导学生深化习题，挖掘习题内涵，进一步拓宽知识，做到融会贯通。方法可采用“一题多解”“变题讨论”“错例分析”等。通过评析沟通知识间的内在联系，把知识讲活，从而达到培养思维变通性、创造性，开拓学生解题思路，提高解题效率的目的。
四、加强解题小结，注意学法指导
良好的学习方法是获取知识的重要手段。在练习和评析中注意多角度分析问题，培养学生的比较、分析、综合、归纳能力，指导学生总结习题所涉及的知识点，并使之系统化，同时对题目类型、解题步骤等进行归纳小结，总结解题常用方法、解题的一般规律、应注意的事项、容易出现的问题等，并在掌握常规思路和方法的基础上，启发新思路，探索巧解、速解、一题多解的新途径、新方法，并做出小结，让学生明确或记忆，这样可使学生解题经验积少成多，开阔视野，少走弯路，提高解题速度。
五、习题教学中的几点注意事项
1.习题要“少而精”
减轻学生过重的学习负担的关键在于习题精讲精练，在“精”字上下工夫。精讲例题，精选习题，少留课堂作业和家庭作业，给学生留出充分的自学时间，让他们去思考、去归纳、去自主获取知识，去不断完善自身的知识结构。不少人都认为做题越多越好，陷入题海。事实上过多的习题和重复雷同的演练，只会使学生疲于奔命，只有“举一”之功，而无“反三”之效。教师可精选培养学生各种思维方法的训练题，通过一题多解培养发散性思维，通过一题多变或多题一解，启迪学生抓住关键，总结规律，培养收敛思维能力。利用信息迁移题培养学生阅读理解能力、知识迁移能力及挖掘隐含条件的能力，只要抓住了关键，就能以少胜多。
2.要注意启发讨论
练习评析的同时积极启发讨论，这是习题教学成功的保证。教师在教学中的作用在于启发、引导学生学会观察、分析和总结，教师根据学生练习反馈的信息，积极组织学生讨论，适时启发点拨，帮助学生实现知识的转化。
3.传授方法与培养能力并重
传授方法与培养能力是习题教学的目的。习题教学不能只着眼于解几道习题，而要着重于培养学生分析问题、解决问题的能力，教会学生总结解题规律，掌握解题思路和方法。为此，教师应多方设法，调动学生的能动性，通过习题的讲、练、评、议，启迪思路，传授方法，培养能力。
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关键词： 生物信息学 农业研究领域 应用
“生物信息学”是英文单词“Bioinformatics”的中文译名，其概念是1956年在美国田纳西州Gatlinburg召开的“生物学中的信息理论”讨论会上首次被提出的［1］，由美国学者Lim在1991年发表的文章中首次使用。生物信息学自产生以来，大致经历了前基因组时代、基因组时代和后基因组时代三个发展阶段［2］。2003年4月14日，美国人类基因组研究项目首席科学家Collins F博士在华盛顿隆重宣布人类基因组计划（Human Genome Project，HGP）的所有目标全部实现［3］。这标志着后基因组时代（Post Genome Era，PGE）的来临，是生命科学史中又一个里程碑。生物信息学作为21世纪生物技术的核心，已经成为现代生命科学研究中重要的组成部分。研究基因、蛋白质和生命，其研究成果必将深刻地影响农业。本文重点阐述生物信息学在农业模式植物、种质资源优化、农药的设计开发、作物遗传育种、生态环境改善等方面的最新研究进展。
1.生物信息学在农业模式植物研究领域中的应用
1997年5月美国启动国家植物基因组计划（NPGI），旨在绘出包括玉米、大豆、小麦、大麦、高粱、水稻、棉花、西红柿和松树等十多种具有经济价值的关键植物的基因图谱。国家植物基因组计划是与人类基因组工程（HGP）并行的庞大工程［4］。近年来，通过各国科学家的通力合作，植物基因组研究取得了重大进展，拟南芥、水稻等模式植物已完成了全基因组测序。人们可以使用生物信息学的方法系统地研究这些重要农作物的基因表达、蛋白质互作、蛋白质和核酸的定位、代谢物及其调节网络等，从而从分子水平上了解细胞的结构和功能［5］。目前已经建立的农作物生物信息学数据库研究平台有植物转录本（TA）集合数据库TIGR、植物核酸序列数据库PlantGDB、研究玉米遗传学和基因组学的MazeGDB数据库、研究草类和水稻的Gramene数据库、研究马铃薯的PoMaMo数据库，等等。
2.生物信息学在种质资源保存研究领域中的应用
种质资源是农业生产的重要资源，它包括许多农艺性状（如抗病、产量、品质、环境适应性基因等）的等位基因。植物种质资源库是指以植物种质资源为保护对象的保存设施。至1996年，全世界已建成了1300余座植物种质资源库，在我国也已建成30多座作物种质资源库。种质入库保存类型也从单一的种子形式，发展到营养器官、细胞和组织，甚至DN段等多种形式。保护的物种也从有性繁殖植物扩展到无性繁殖植物及顽拗型种子植物等［6］。近年来，人们越来越多地应用各种分子标记来鉴定种质资源。例如微卫星、AFLP、SSAP、RBIP和SNP等。由于对种质资源进行分子标记产生了大量的数据，因此需要建立生物信息学数据库和采用分析工具来实现对这些数据的查询、统计和计算机分析等［7］。
3.生物信息学在农药设计开发研究领域中的应用
传统的药物研制主要是从大量的天然产物、合成化合物，以及矿物中进行筛选，得到一个可供临床使用的药物要耗费大量的时间与金钱。生物信息学在药物研发中的意义在于找到病理过程中关键性的分子靶标、阐明其结构和功能关系，从而指导设计能激活或阻断生物大分子发挥其生物功能的治疗性药物，使药物研发之路从过去的偶然和盲目中找到正确的研发方向。生物信息学为药物研发提供了新的手段［8，9］，导致了药物研发模式的改变［10］。目前，生物信息学促进农药研制已有许多成功的例子。Itzstein等设计出两种具有与唾液酸酶结合化合物：4-氨基-Neu5Ac2en和4-胍基-Neu5Ac2en。其中，后者是前者与唾液酸酶的结合活性的250倍［11］。目前，这两种新药已经进入临床试验阶段。TANG SY等学者研制出新一代抗AIDS药物saquinavir［12］。Pungpo等已经设计出几种新型高效的抗HIV-1型药物［13］。杨华铮等人设计合成了十多类数百个除草化合物，经生物活性测定，部分化合物的活性已超过商品化光合作用抑制剂的水平［14］。
现代农药的研发已离不开生物信息技术的参与，随着生物信息学技术的进一步完善和发展，将会大大降低药物研发的成本，提高研发的质量和效率。
4.生物学信息学在作物遗传育种研究领域中的应用
随着主要农作物遗传图谱精确度的提高，以及特定性状相关分子基础的进一步阐明，人们可以利用生物信息学的方法，先从模式生物中寻找可能的相关基因，然后在作物中找到相应的基因及其位点。农作物的遗传学和分子生物学的研究积累了大量的基因序列、分子标记、图谱和功能方面的数据，可通过建立生物信息学数据库来整合这些数据，从而比较和分析来自不同基因组的基因序列、功能和遗传图谱位置［15］。在此基础上，育种学家就可以应用计算机模型来提出预测假设，从多种复杂的等位基因组合中建立自己所需要的表型，然后从大量遗传标记中筛选到理想的组合，从而培育出新的优良农作物品种。
5.生物信息学在生态环境平衡研究领域中的应用
在生态系统中，基因流从根本上影响能量流和物质流的循环和运转，是生态平衡稳定的根本因素。生物信息学在环境领域主要应用在控制环境污染方面，主要通过数学与计算机的运用构建遗传工程特效菌株，以降解目标基因及其目标污染物为切入点，通过降解污染物的分子遗传物质核酸 DNA，以及生物大分子蛋白质酶，达到催化目标污染物的降解，从而维护空气［16］、水源、土地等生态环境的安全。
美国农业研究中心（ARS） 的农药特性信息数据库（PPD） 提供 334 种正在广泛使用的杀虫剂信息，涉及它们在环境中转运和降解途径的16种最重要的物化特性。日本丰桥技术大学（Toyohashi University of Technology） 多环芳烃危险性有机污染物的物化特性、色谱、紫外光谱的谱线图。美国环保局综合风险信息系统数据库（IRIS） 涉及 600种化学污染物，列出了污染物的毒性与风险评价参数，以及分子遗传毒性参数［17］。除此之外，生物信息学在生物防治［18］中也起到了重要的作用。网络的普及，情报、信息等学科的资源共享，势必会创造出一个环境微生物技术信息的高速发展趋势。
6.生物信息学在食品安全研究领域中的应用
食品在加工制作和存储过程中各种细菌数量发生变化，传统检测方法是进行生化鉴定，但所需时间较长，不能满足检验检疫部门的要求，运用生物信息学方法获得各种致病菌的核酸序列，并对这些序列进行比对，筛选出用于检测的引物和探针，进而运用PCR法［19］、RT-PCR法、荧光RT-PCR法、多重PCR［20］和多重荧光定量PCR等技术，可快速准确地检测出细菌及病毒。此外，对电阻抗、放射测量、ELISA法、生物传感器、基因芯片等［21-25］技术也是未来食品病毒检测的发展方向。
转基因食品检测是通过设计特异性的引物对食品样品的DNA提取物进行扩增，从而判断样品中是否含有外源性基因片段［26］。通过对转基因农产品数据库信息的及时更新，可准确了解各国新出现和新批准的转基因农产品，便于查找其插入的外源基因片段，以便及时对检验方法进行修改。目前由于某些通过食品传播的病毒具有变异特性，以及检测方法的不完善等因素影响，生物信息学在食品领域的应用还比较有限，但随着食品安全检测数据库的不断完善，相信相关的生物信息学技术将在食品领域发挥越来越重要的作用。
生物信息学广泛用于农业科学研究的各个领域，但是仅有信息资源是不够的，选出符合自己需求的生物信息就需要情报部门，以及信息中介服务机构提供相关服务，通过出版物、信息共享平台、数字图书馆、电子论坛等信息媒介的帮助，科研工作者可快速有效地找到符合需要的信息。目前我国生物信息学发展还很不均衡，与国际前沿有一定差距，这需要从事信息和科研的工作者们不断交流，使得生物信息学能够更好地为我国农业持续健康发展发挥作用。
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