基因工程技术范例

摘要:在全球工业化进程的发展下，燃料能源的需求出现了建筑的增加，可再生生物燃料的重要性被愈发的凸显出来。煤炭、石油和天然气为主要原料的化石能源依旧是各国的主要能源，但是这些能源的使用不仅会导致一系列的环境问题，供需的差距也在越来越大，生物燃料领域的内容具有更大的优势需要进行挖掘。

关键词:基因工程技术;生物燃料;应用

基因工程技术的出现让各个国家都开始对该领域进行重视，因此该技术不仅是生物科学中的前沿技术，也对社会的各个领域发展具有重要的推动作用。基因工程技术的出现的时间虽然是比较晚的，但是它已经在很多领域都创造出了很大的奇迹，向人们展示出了巨大的科学价值，将其应用在生物燃料领域也必定具有很大的发展，对全球可持续发展的能源战略目标实现具有非常重要的意义。

一、基因工程技术的概述

基因工程技术指的就是将人工分离和经过修饰的基因导入到生物体基因组当中，然后的引起生物体性状的可遗传修饰。对于基因工程技术来说，它与传统生物技术是一脉相承的，但是两者在基因转移的范围和效率上又具有明显的不同。首先，传统的生物技术一般只能在生物种内的个体间进行基因重组，但是基因工程技术的基因转移是不会受到种间亲缘关系限制的;其次，传统的杂交和选择技术一般只能在生物个体水平中进行，不能准确的选择某个基因，但是基因工程技术转移基因的功能是比较明确的，并且后代的表现形式是可以进行准确预期的。就此来看，基因工程技术可以说是传统生物技术的一个发展和补充。

二、生物燃料技术的现状

(一)生物柴油

摘要：基因工程技术在产生之初就得到了各个国家的高度重视与大力扶持，这不仅因为基因工程技术是生物科学中的前沿技术，而且也因为基因工程技术在推动社会各个领域的发展方面都能够发挥出重要的作用。本文从学生的视角，在阅读基因工程技术相关文献的基础上，对基因工程技术在农业、畜牧业、医学以及环境保护、能源开发中的应用价值做出了分析与论述。

关键词：基因工程技术；农业；畜牧业；医学

一、基因工程技术的概述

基因工程技术(Transgenetechnology)指将人工分离和修饰过的基因导入到生物体基因组中，由于导入基因的表达，引起生物体的性状的可遗传的修饰。在我看来，基因工程技术与传统生物技术一脉相承，均是通过获得优良基因对生物进行基因改造。但在基因转移的范围和效率上，二者又有明显不同：第一，传统技术一般只能在生物种内个体间实现基因重组，而基因工程技术的基因转移不受种间亲缘关系的限制；第二，传统的杂交与选择技术一般只能在生物个体水平进行，不可能准确地操作、选择某一个基因，对后代表现型预测性差，而基因工程技术所操作、转移的基因功能明确，后代的表现型可准确预期。因此基因工程技术又是传统生物技术的发展与补充。

二、基因工程技术与农业发展

基因工程技术的发展为农业发展提供了强大的技术支撑。具体而言，基因工程技术在农业发展中的应用主要体现在以下几个方面：首先，在应用基因工程技术的基础上，农作物的环境适应能力可以得到强化。基因工程技术能够对农作物抗逆性进行有效改善，如在应用基因工程技术的基础上，农作物所具有的抗盐碱性、抗霜害、抗病虫害能力会得到有效的提升，这不仅能够拓展农作物的种植范围，而且也能够减少化肥、农药在农作物成长中的使用。其次，在应用基因工程技术的基础上，农作物所具有的产量与质量能够得到有效提升。基因工程技术能够对农作物所含有的营养成分进行调整，同时能够促使农产品呈现出耐存储的特点。如在抗病虫害方面，现在种植的保铃棉就是美国孟山都公司和岱字棉公司通过基因改造后可产生一种杀虫剂从而驱散棉铃虫的生物基因技术，从而使棉花不受棉铃虫侵害；在基因移植方面可以把其他植物中富含淀粉的基因转移到土豆当中，从而提升土豆的淀粉含量；将耐存储基因移植到水果当中，从而延长水果的存储时间。另外，基因工程技术还能够提高农作物生长速度，这对于降低农作物培育周期具有重要意义。

三、基因工程技术与畜牧业发展

摘要:培养创新型人才顺应我国当前科学研究和创新发展的趋势，是我国当前社会进步和经济发展的必然要求。在当前时代背景下，普通高等院校基因工程课程也要进行教学内容更新与教学方法改革，以达到创新型人才的培养目标。本文对基于创新型人才培养的基因工程课程进行教学实践与思考。

关键词:创新型人才;基因工程;教学研究;创新创业

这就说明，在新时代背景下，我国非常重视大学生创新能力的培养。党的十八大报告中多次提到创新，包括:科技创新、创新人才、文化创新、制度创新等。要建设创新型国家，就需要培养一批高水平的创新型人才。培养创新型人才顺应我国当前科学研究和创新发展的趋势，是我国当前社会发展和经济发展的必然要求。作为为国家和社会培养并输送人才的重要基地，普通高等院校必须要重视对大学生创新能力和创新思维的培养，要更新传统的教育观念，深化教学改革，以培养创新型人才为目的开展教学活动［1］。基因工程技术发展速度极快，经过40多年的积累和发展，成为当今生命科学研究中应用广泛、取得经济效益显著的前沿学科之一。当前基因工程技术已经广泛应用于医学诊疗、药物研发、畜牧农业、国防、环境保护和能源开发等多个领域，影响着人们生产生活的方方面面。目前我国许多普通高等院校针对生物工程、生物医药和生物技术等专业的本科生及硕士研究生都开设了基因工程课程。本文对基于创新型人才培养的基因工程课程进行教学实践与思考。

1与时俱进更新教学内容

基因工程的教学内容包含基因工程技术的基本原理和操作方法。该课程的教学目的是让学生了解基因工程技术的发展史与当前发展趋势，掌握基因工程技术的基本原理与操作，为学生今后开展相关的科学研究奠定理论和实践基础。近几十年来基因工程技术取得了飞速的发展。基因工程课程的教学内容也应与时俱进，跟上当前科学技术发展的脚步。因此，我们需要加强基因工程课程建设，更新教学内容，顺应新时代背景下高等院校培养创新型人才的需求［2］。以往的基因工程教学内容主要包括基因工程发展史及基因工程技术的主要原理和方法，包括目的基因的获得，基因克隆的工具酶与载体，重组DNA、重组子的鉴定与表达。但缺少近年新兴的基因工程技术内容，如基因编辑技术等。在教学内容设置上，我们主要从基因工程基本知识、目的基因的获取、重组DNA的导入和鉴定、大肠杆菌基因工程和酵母基因工程、植物基因工程和哺乳动物基因工程、外源基因表达产物分离纯化、基因编辑技术等几个方面进行讲授。在该课程的参考教材选择上，当前很多高等院校选用的是由科学出版社出版的楼士林等编著(2005)和何水林等编著(2008)的《基因工程》为主要参考教材。这两本教材应用广泛，但由于这两本教材出版已有十余年，书中缺少近十年来新兴的基因工程技术内容。因此，我们选择由化学工业出版社在2019年出版的袁婺洲编著的《基因工程》作为参考教材。该教材为国家精品课程建设教材和国家精品资源共享课教材，更值得一提的是该教材还有与之配套的慕课视频可供学生学习。该教材内容在传统经典的基因工程原理和技术的基础上还增加了TALEN和CRISPR/Cas基因编辑技术的研究进展。顺应时代发展，更新教学内容，有助于引导学生了解新兴的基因工程技术，拓宽学生的创新思维。

2整合线上资源改革教学方法

要培养创新型人才，就要改革传统的教学方法。教师站在讲堂单方面输出向学生讲授理论知识，教学方法较为单一枯燥，不利于激起学生的学习兴趣，而且基因工程的知识点较为抽象，仅仅通过幻灯片和语言来讲解，学生有时很难深刻地理解其原理和方法。因此，我们需要充分利用线上资源和多媒体教学相结合，引起学生的学习热情，启发学生的创新思维［3］。以讲解聚合酶链式反应PCR为例，传统教学方法中，学生不容易理解PCR扩增过程，教师可以在课堂上播放PCR反应动画和实验操作视频，动画视频能直观地反映出DNA模板如何双链解开、引物如何与模板互补结合、如何通过聚合酶和dNTP实现DNA扩增。实验操作视频也能让学生较直观地了解PCR实验操作步骤，教师讲授与动画演示、操作视频相结合，有助于提升学生对PCR技术的理解。线上除基因工程动画、实验操作视频外，还有很多丰富的教学资源，如慕课网MOOC、学堂在线等。我们选择袁婺洲编著的《基因工程》教材具有配套的慕课视频，学生可以在上课之前看慕课视频，进行预习课程和查阅资料。此外，教师在第一节课就要讲解如何查阅文献，鼓励学生查阅基因工程相关的中英文文献，并进行文献抄读，了解基因工程最新国际研究前沿，在课堂上可以让学生进行文献汇报，并针对文献中的热点问题进行分组讨论，如“基因编辑技术的应用与安全性”;“转基因食品能不能食用”;“新型冠状病毒检测与疫苗制备”等。通过整合线上资源、文献汇报及分组讨论等方式，可以有效提高课堂教学效率，提高学生的学习热情，提高学生PPT制作和语言表达能力，拓宽科研思维，有助于培养学生的创新能力。

摘要:基因工程课程是生物技术专业的核心课程，从精选教学内容、改进教学方法，提高教学效果，引入课程辩论赛，提高学生学习兴趣，运用超星学习平台，辅助“线上”素材，完善过程性评价和结果性评价考核体系来探索新模式在基因工程课程教学中的应用。新的教学模式可以有效激发学生对基因工程课程的学习兴趣，改革效果良好。

关键词:应用型本科;基因工程课程;教学改革

基因工程课程作为生物技术的核心内容，已成为生命科学研究诸领域中最具生命力、最引人注目的前沿学科之一［1］。基因工程课程作为一门十分重要的专业核心课，课程质量关系到学生的专业素质的提高和创新能力的培养。构筑学生的理论和实践知识结构，努力培养高素质创新人才。转变高等院校的教育思想和观念，改革传统的教学方法和模式［2］。如何对应用型本科院校生物技术专业基因工程课程进行教学改革，既满足国家专业建设的需要，还要发挥特色服务地方生物产业发展的需求［3］。为了提高基因工程课程的教学质量和教学效果，培养学生的学习积极性，及时掌握学生的课堂学习以及课后预习复习是基因工程课程教学改革的重点。结合洛阳理工学院环境工程与化学学院的实际情况，重新修订了基因工程课程教学大纲，重点修订了教学内容、改进教学方法及手段，运用现代化教学手段，辅助“线上”教学平台，改革考试评价标准，考核成绩采用过程性评价和结果性评价。

1精选教学内容，突出重点

基因工程课程作为一门专业技术性很强的课程，学生要具备一定的生物学基础，在洛阳理工学院环境工程与化学学院，基因工程课程课在大三下学期开设，与之相关的一些专业基础课如分子生物学、微生物学、遗传学等课均已开设，学生已经掌握与课程相关的理论和实践基础。为了避免课程内容的交叉重叠，我们精选了一些教学内容，改革了教学方法，例如PCR技术，重点讲述基因表达调控在分子生物学中的作用，基因工程课程采用提问回顾的形式进行。选用由袁婺洲主编的国家精品课程教材基因工程课程，内容包括两部分:第一部分讲述基因工程课程的基本概念、流程以及基因工程课程的发展简史和研究意义，基因克隆的工具酶和载体、目的基因的制备与鉴定以及基因工程在基因功能研究中的应用等理论知识。第二部分讲述基因工程课程在转基因植物、基因治疗和基因工程药物等方面的应用及最新研究进展和动态。

2改进教学方法，提高教学效果

基因工程课程要求学生必须接触一些前沿性知识。传统的教学方式已不能满足于启发和引导学生学习该课程的主动性和积极性，需要教师积极探索新的教学方法和手段，对理论知识主要采用提问式和启发式教学。例如，在讲绪论部分时抛出三个问题:“什么是基因克隆”“什么是基因工程课程”“我们身边都有那些转基因产品”。随着学生的积极思考与问题的导入，选择学生感兴趣的内容作为切入点，既可抓住学生的注意力，又可活跃课堂气氛。授课过程中对一些比较抽象的知识点引入网络视频、flash动画等，以提高学生的兴趣。如讲解PCR混合体系时，采用动画转换视频，使学生直观地了解到PCR体系内部的变化过程;在讲授目的基因的筛选与鉴定时，关于westernblot、southernblot等核酸杂交技术，由于本实验室条件有限，学生基本没机会去接触这些实验，通过观看视频录像，使抽象、难以理解的基因工程课程原理和方法变的更加具体，更加容易理解和掌握。由于基因工程技术的迅速发展，其已渗入到各行各业，为了培养学生查阅整理文献资料以及制作PPT的能力，提前给学生布置几个专题内容，让学生分组准备。先由小组学生来讲解，各组再根据制作课件的情况、讲解情况进行打分，将其作为过程性评价的一部分，不仅锻炼了学生的语言表达能力，也提高了学生认真听课的主动性。

摘要:基因工程课程是生物技术专业的核心课程，从精选教学内容、改进教学方法，提高教学效果，引入课程辩论赛，提高学生学习兴趣，运用超星学习平台，辅助“线上”素材，完善过程性评价和结果性评价考核体系来探索新模式在基因工程课程教学中的应用。新的教学模式可以有效激发学生对基因工程课程的学习兴趣，改革效果良好。

关键词:应用型本科;基因工程课程;教学改革

基因工程课程作为生物技术的核心内容，已成为生命科学研究诸领域中最具生命力、最引人注目的前沿学科之一［1］。基因工程课程作为一门十分重要的专业核心课，课程质量关系到学生的专业素质的提高和创新能力的培养。构筑学生的理论和实践知识结构，努力培养高素质创新人才。转变高等院校的教育思想和观念，改革传统的教学方法和模式［2］。如何对应用型本科院校生物技术专业基因工程课程进行教学改革，既满足国家专业建设的需要，还要发挥特色服务地方生物产业发展的需求［3］。为了提高基因工程课程的教学质量和教学效果，培养学生的学习积极性，及时掌握学生的课堂学习以及课后预习复习是基因工程课程教学改革的重点。结合洛阳理工学院环境工程与化学学院的实际情况，重新修订了基因工程课程教学大纲，重点修订了教学内容、改进教学方法及手段，运用现代化教学手段，辅助“线上”教学平台，改革考试评价标准，考核成绩采用过程性评价和结果性评价。

1精选教学内容，突出重点

基因工程课程作为一门专业技术性很强的课程，学生要具备一定的生物学基础，在洛阳理工学院环境工程与化学学院，基因工程课程课在大三下学期开设，与之相关的一些专业基础课如分子生物学、微生物学、遗传学等课均已开设，学生已经掌握与课程相关的理论和实践基础。为了避免课程内容的交叉重叠，我们精选了一些教学内容，改革了教学方法，例如PCR技术，重点讲述基因表达调控在分子生物学中的作用，基因工程课程采用提问回顾的形式进行。选用由袁婺洲主编的国家精品课程教材基因工程课程，内容包括两部分:第一部分讲述基因工程课程的基本概念、流程以及基因工程课程的发展简史和研究意义，基因克隆的工具酶和载体、目的基因的制备与鉴定以及基因工程在基因功能研究中的应用等理论知识。第二部分讲述基因工程课程在转基因植物、基因46治疗和基因工程药物等方面的应用及最新研究进展和动态。

2改进教学方法，提高教学效果

基因工程课程要求学生必须接触一些前沿性知识。传统的教学方式已不能满足于启发和引导学生学习该课程的主动性和积极性，需要教师积极探索新的教学方法和手段，对理论知识主要采用提问式和启发式教学。例如，在讲绪论部分时抛出三个问题:“什么是基因克隆”“什么是基因工程课程”“我们身边都有那些转基因产品”。随着学生的积极思考与问题的导入，选择学生感兴趣的内容作为切入点，既可抓住学生的注意力，又可活跃课堂气氛。授课过程中对一些比较抽象的知识点引入网络视频、flash动画等，以提高学生的兴趣。如讲解PCR混合体系时，采用动画转换视频，使学生直观地了解到PCR体系内部的变化过程;在讲授目的基因的筛选与鉴定时，关于westernblot、southernblot等核酸杂交技术，由于本实验室条件有限，学生基本没机会去接触这些实验，通过观看视频录像，使抽象、难以理解的基因工程课程原理和方法变的更加具体，更加容易理解和掌握。由于基因工程技术的迅速发展，其已渗入到各行各业，为了培养学生查阅整理文献资料以及制作PPT的能力，提前给学生布置几个专题内容，让学生分组准备。先由小组学生来讲解，各组再根据制作课件的情况、讲解情况进行打分，将其作为过程性评价的一部分，不仅锻炼了学生的语言表达能力，也提高了学生认真听课的主动性。

［摘要］《高中生物学课程标准（2017年版）》明确指出要注重培养学生的科学思维，在高中生物学课堂上融入ATDE教学模式的问、想、做、评的环节，能够为高中生物教学带来新的视角。基于ATDE教学模式的视角，对“基因工程”进行教学设计，为在生物教学中培养学生的科学思维探索一个新的模式。

［关键词］科学思维；ATDE教育；教学设计

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》指出核心素养是由生命观念、科学思维、科学探究和社会责任组成，其中对科学思维的培养提出了要求，学生基于生物学事实和证据运用归纳与概况、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维等方法，论证生物学社会议题[1]。“ATDE”教学模式由问（Asking）、想（Thinking）、做（Doing）和评（Evaluation）四要素构成，该模式通过“问”“想”“做”“评”四步灵活组合进行训练，培养学生的创造性思维能力[2]。本文尝试用ATDE教学模式培养学生的科学思维能力和创新性能力，对“基因工程”进行教学设计，探索ATDE教学模式应用于高中生物学教学中发展学生科学思维的有效教学方式，供教师在具体教学实践中参考。

一、教材分析及设计思路

“基因工程及其应用”选自人教版高中生物必修2“遗传与进化”第6章第2节内容，主要内容有基因工程操作的基本步骤，基因工程的工具。本节教学内容以学习过的DNA分子的结构、DNA的复制等内容为基础，是DNA复制等知识的扩展。为后面学习和理解转基因食品安全性等知识奠定基础[3]。笔者通过对基因工程相关知识点的核心素养分析，将基因工程操作的基本工具穿插在讲解基因工程的步骤上，保持连贯性，让学生来设计获得某一基因工程产品的方案。根据不同内容进行构建概念模型等教学策略，将核心素养落实到教学实践中。

二、教学目标

（一）生命观念。通过对生物议题以及基因工程的学习，认识基因工程操作的基本工具，了解并阐明基因工程的基本步骤，从而能够形成结构与功能相适应的观点，促进生命观念的形成。

摘要：本文根据建构主义理论对基因工程及其应用的教学采取“情景—问题—探究—建模”模式，引导学生体验和领悟基因工程中的“剪、拼、接、导”的过程，落实新课程倡导“主动参与，乐于探究，交流与合作”的教学理念。

关键词：递进式问题串；思维导图；模型构建；合作学习

一教学分析

“基因工程及其应用”是生物课程的主要内容之一，本课程主要介绍了基因工程的原理，通过对该课程的学习，可让学生对基因工程有着一个初步的了解。当然，由于教材版面设置有限，教学内容有限，如果单纯的以教材为主的话所为学生展示的内容也并不多，很难满足学生的学习需求。因此，需要借助一些教材外的内容、实例等扩充学生的学习资源，为学生学习提供可靠的帮助。例如，可为学生介绍“基因工程及其应用”相关内容在环境保护、作物育种、药物研制等方面的应用，并通过一些多媒体课件播放应用的整个流程，为人们的生活、生产提供极大的便利性。最后，教师再引导学生针对课程的核心内容展开讨论，让学生分别发表自己的观点，在此过程中，学生会通过相互交流、查阅资料等方式搜索更多有关“基因工程及其应用”的相关知识，进而增强学生的学习效率。“基因工程及其应用”是一门较为抽象且难以理解的学科内容，因此，在针对其展开教学时，应结合学生的实际学习情况，采取多元化、多样化的教学方式，例如，可通过动画、图片、比喻、活动等方式，对学生实施体验式、形象化的教学，让学生身临其境的感受知识的魅力。

二教学设计思路

课堂教学设计上，按照“情景—问题—探究—建模”的模式进行互动探究式教学，不同环节，因地制宜；力求直观，化抽象为具体；力求层次，递进式设问；力求主动参与，学生通过制作模型活动来切身体会基因工程基本工具的作用和基因工程“剪、拼、接、导”的主要过程，真正做到让学生“在做中学”“在学中思”，体验手脑并用和互动合作的乐趣。课后，设计思考题或自主探究的课题，引导学生课下自主学习。

三教学目标

1乳品发酵项目中的生物工程技术运用分析

1.1细菌素

乳酸菌的细菌素本质为蛋白质,可以当作防腐剂容易被胃酶讲解,拥有相对较好的理化与抑菌特点。当前,nisin与microgard已经运用在乳食产品防腐剂中。nisin作为乳酸乳球菌亚种的一项分泌肽,大量的革兰氏阳性菌与少量的革兰氏阴性菌具备一定的抑制作用。在上世纪中期nisin主要用在对芽孢生长菌成长的控制与有效延长乳制品等的货架期。目前,FDA已经通过有关部门批准可以运用在融化干酪相关抗菌剂。除去当作食品的防腐剂之外,nisin可以当作医疗制剂运用在牛乳房炎的治疗中。另外,microgard还是一种具备抑制性的革兰氏阴性菌与真菌细菌素,可是其不能抑制革兰氏的阳性菌。例如美国的1%microgard溶液普遍运用在保存乡村干酪。同时microgard能够有效控制瑞士干酪皮的出现的腐败问题。运用定点突变的作用,例如蛋白质相关生物工程技术能够有效拓宽细菌素相关狭窄的抑菌普。现阶段,已能够克隆与测序nisin形成的相关基因,可以实现定位在质拉或是染色体DNA中编码等的克隆与测序。大量细菌素基因可以定位于接合质粒或是转座子上,比较便于基因转移至其他相关微生物。

1.2促进干酪成熟

干酪的成熟期相对较长,冷藏与库存的费用也比较高。对此,促进干酪的成熟已经成为干酪研究的主要内容。促进干酪成熟以往的手段主要是在其添加蛋白酶和肽酶以及脂肪酶等。目前,通常是在干酪中添加酶类和经过基因工程技术修饰之后的如霉菌促进干酪的成熟。许多学者都重点研究基因工程技术的乳酸菌修饰,能够加速干酪的成熟,拥有相对良好的抗噬菌体能力。充分运用蛋白质的分解阴性等促进干酪的成熟。另外,乳糖代谢之后的阴性乳酸菌能够以高密度进入干酪的凝乳当中,促进干酪的成熟。相对较强的蛋白质分解能够有效加速苦味肽进一步生成。对此,蛋白质所分解的阴性菌体和一般菌株混合运用可以有效促进干酪的成熟。

2生物工程技术的育种手段

2.1原生质体融合