关键词：生物工程；实验教学；质量工程项目；实践体系

分子生物学以遗传学、生物化学、微生物学等为基础，在分子水平上揭示生命现象，是生命科学的核心，已成为当今世界一门重要学科。基因工程是分子生物学的工程应用，是以分子生物学为基础，对生命现象进行工程改造的一门新兴技术学科。分子生物学和基因工程是生命科学中最重要、发展最快的领域，已经、正在并将继续在医药、制药、食品、农业、化工、环保、能源等行业产生巨大的效益。例如，基因工程在制药行业被广泛用于药物和疫苗的研发、改造和生产，在人类健康领域发挥了巨大的作用。植物基因工程在作物育种中对提高作物产量、品质、抗逆性起着重要作用[1]。以基因工程为核心的生物技术是当代高新技术，生物技术产业正在成为许多国家的战略性新兴支柱产业。生物工程专业在这些领域有着广阔的发展和就业前景。 与此相应,也需要不断改革和发展以基因工程为主要内容的生物工程上游综合技术实验,更加注重培养学生的综合实践能力和创新能力,满足不断创新的生物工程与生物技术产业的需求[2]。

1 改革的必要性

1.1生物工程上游技术实验概况。生物工程以现代生命科学为基础，综合了遗传工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程等新技术，实验性和应用性强，必须加强实验教学，提高教学质量[3G4]。教育部高等学校生物科学与工程专业教学指导委员会在《生物工程专业规范》（2006年）[5]和《生物工程专业简介》（2011年）中将“分子生物学与遗传工程实验”列为核心实验课程，在生命科学类其他两个本科专业（生物科学专业和生物技术专业）中也被列为核心实验课程。国内外不同大学的生物学科均开设了分子生物学和遗传工程实验课程。分子生物学和遗传工程作为生命科学发展的前沿基因工程技术，在研究技术和研究成果方面发展迅速，国内许多高校正在改革相应课程实验的内容和方法。 复旦大学的基因工程实验不仅包括原核生物，还包括哺乳动物细胞系，包括基因可变剪接、功能分析、表达水平定量分析等内容，不仅将较新的技术引入实验教学，还能让学生对基因工程过程有更全面的了解，激发学生的学习和科研兴趣 [6]。湖南师范大学的袁五洲等人利用自身的科研平台，将转基因斑马鱼的生产引入基因工程实验课程，从构建动物表达载体、通过显微注射进行转基因，到筛选、鉴定转基因或嵌合后代，让学生系统地了解完整的动物基因工程过程 [7]。

内蒙古的林晓飞等人在基因工程实验中加入了制作转基因拟南芥的内容[8]。这些教学改革注重综合性和创新性，结合科技发展的前沿研究成果，取得了良好的教学效果。从2003年开始，广州大学生命科学学院开始在生物工程专业开设基因工程实验。为了与生物技术产业接轨，广州大学生命科学学院开创性地提出了生物工程专业实验改革方案，开设生物工程上游技术实验、中游技术实验和下游技术实验，整合和替代了原有的实验。该方案于2005年4月通过了广州大学教务处组织的《生物工程专业实验体系改革方案》，全国高校生物科学与工程教学指导委员会的两名委员参加了论证。 随后，针对不同的生物专业开设了相应的实验课程，包括生物工程上游技术实验（生物工程专业，64学时）、现代生物技术综合实验（生物技术专业，48学时）、分子生物学实验（生物科学专业，32学时）。其中，后两门实验课程是从生物工程上游技术实验中选取的专业相关实验项目。生物工程上游技术实验将“分子生物学实验”、“遗传工程实验”、“微生物遗传育种实验”等多个实验课程有机地整合为一体[9]。将这些实验课程整合成若干个基础性、设计性、综合性的实验，形成完整的实验教学体系，不仅可以节省成本，还可以使学生更系统地掌握基本的实验技术。

实验技术也更贴近本学科的前沿，包括：感受态细胞的制备与转化；转化子的筛选；DNA和RNA的提取；基因表达的分析；质粒的提取、酶切与凝胶电泳；聚合酶链式反应（PCR）；PCR产物的纯化、克隆与转化；转化子的鉴定等。实验之间一环扣一环，前一个实验的结果是下一个实验的素材。因此，学生在做每一个实验时都要小心谨慎，课前认真准备，实验操作严格，学生的学习习惯和科研态度得到明显改善。通过本课程的学习，学生可以系统地掌握分子生物学许多基本的实验技术，包括：DNA和RNA的提取及质量分析；DNA的限制性酶切与目标片段的分离；质粒的扩增与提取等。这些基本的实验技术将为后续的遗传工程等实验课程打下良好的基础。 在遗传工程与微生物遗传育种实验技术方面，实验室一直专注于本实验室研究较为广泛的蛋白质的生物工程实验技术，如拟南芥生长素反应因子8或钙调蛋白5。从蛋白质编码基因出发，通过PCR扩增基因，克隆到适合在受体菌中表达的载体中，将表达载体导入受体菌，再利用表型、选择标记或分子标记对转基因后代进行筛选和鉴定。通过实验，学生可以清晰地掌握上游技术实验的精髓。基于此，田长恩主编的《生物工程上游技术实验手册》作为“十一五”期间国家重点图书出版规划项目《应用生物技术丛书》的系列丛书由科学出版社出版[10]。

1.2 当前生物工程上游技术实验存在的问题及改革思路。尽管如此，当前生物工程上游技术实验仍然存在一些问题。第一，在最初建立的实验项目体系中，以拟南芥生长素反应因子8基因片段为实验对象，虽然便于基因克隆和鉴定，但无法通过便捷的表型观察来分析其表达情况。在优化后的实验项目体系中，以拟南芥钙调蛋白5基因为实验对象，虽然便于基因克隆和鉴定，也便于分析其表达情况，但不便于表型观察。因此，寻找一个便于表型观察的基因非常重要。绿色荧光蛋白基因分子不大，其编码的蛋白在蓝光下呈现绿色荧光，非常方便观察，只需要简单的设备。 因此，本研究在实验项目的优化上，首先构建了便于遗传操作和转基因产物观察的携带绿色荧光蛋白基因的表达载体，并对转化有绿色荧光蛋白基因的大肠杆菌进行转化鉴定，用于实验教学。其次，原实验课程的主要内容包括原核表达质粒的构建、大肠杆菌感受态细胞的制备与转化、受体菌的筛选与鉴定，这些都属于原核遗传工程的内容，而不属于真核遗传工程的内容。因此，在优化实验内容过程中，增加了高等植物遗传工程的内容，利用原生质体转化法将绿色荧光蛋白基因转入水稻，构建外源目的基因的瞬时表达体系，对目的基因的表达产物进行鉴定，并通过荧光显微镜表型直观地观察绿色荧光。

第三，实验课程的教学方法有待进一步优化。目前，除最后一项设计性实验外，本课程的实验教学方法大多较为传统，没有让学生参与文献查阅、实验设计、预实验、实验准备等环节，导致部分学生学习比较被动，机械地重复实验方案，求知欲望不强，学习主动性发挥不充分，影响了学生对分子生物学与遗传工程相关学科理论知识的掌握和对实验整体技术路线、原理的理解，也导致学生对实验设计的可靠性、科学性认识不足，解决问题和数据分析能力较差。

2 改革内容