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一、传统农学专业人才培养方面存在的问题
(一)专业口径狭窄
传统农学专业的学习对象主要是大田作物,如玉米、小麦、水稻,而北京郊区随着城镇建设的发展,三大作物的种植面积逐渐缩小,甚至生长期间需水量较大的水稻已经限制生产,小麦亦改为节水种植。有限的农用土地逐渐被籽种农业和设施农业的兴起所占领,传统农学专业人才应用的舞台日渐缩小。
(二)专业课程老化
传统农学专业的骨干课程主要是作物栽培学、耕作学和作物育种学。作物栽培学和耕作学课程的学习目标是提高粮食作物的产量,面对北京都市型农业中农作物种植的多元化、生产的机械化、设备的现代化和农业功能的转化,其学习内容与北京农业的发展方向渐行渐远。
(三)实践教学简化
学校正向综合大学转变,原本在校内的农场、实验田逐渐被其他功能的建筑所替代,实践教学远离教学区,实验课与理论课在不同场地进行,增大了实验课的难度和成本,原来每天都要求观察农作物生长情况的教学安排,在成本约束下,变成了一次,投入时间少,学生学农兴趣很难形成。(四)动手能力弱化在教学改革“厚基础”的大背景影响下,专业课时逐渐减少,相应的实践学时也在减少,在规定的实践教学时间内,很难培养学生扎实的实践技能。实验课中以验证性实验居多,教师无法得到学生掌握实验技能情况的反馈,学生也以考试能过关的低标准要求自己,导致实验设计能力差、独立操作能力差。
二、专业方向与课程体系的改革
针对上述问题,按照北京都市型现代农业发展特点和专业教师的业务优势,经过多方调研和论证,提出了“适合北京需求,培养都市型农业人才”的原则,修订人才培养方案,调整专业方向,构建课程体系,增加实践环节,争创特色专业。
(一)调整专业方向
农学专业的支撑学科以作物遗传育种学科为主,作物遗传育种学科是北京农学院重点建设学科,硕士点之一,以农作物种质创新和新品种选育为特色,先后选育出6个小麦品种,6个玉米品种,4个小豆品种,2个大豆品种,师资力量在种子科学方面有优势。其次,根据北京农业的发展方向,籽种农业将成为北京农业的优势产业。因此,农学专业在2003年第一次改革时,将专业学习方向调整为“种子科学与工程”方向。2006年,又针对北京观光休闲农业的发展需要,进一步拓展专业领域,借助本院园艺学科和北京都市农业研究院(北京农学院)的师资力量和教学条件,增设了“观光农业”的学习方向。至此,农学专业包括:“种子科学与工程”和“观光农业”两个学习方向,形成了培养北京都市型农业中籽种农业、观光农业两个核心产业所需人才的新型农学专业,每年两个专业方向各招收一个本科生班。农学专业的两个专业方向直接针对北京都市型农业中籽种农业和观光休闲农业的人才培养,特色鲜明。“种子科学与工程”专业方向侧重于培养北京籽种产业发展需要的,掌握种子科学与工程技术等方面的理论、技能;懂得国内外种子法规、经营管理等方面的知识,能在种子管理部门、种子加工与生产、种子营销企业等领域和部门,从事新品种选育、种子繁殖生产、种子检验、经营与管理等工作的专业人才;“观光农业”专业方向侧重于培养掌握观光休闲农业、设施农业等现代农业技术,在农业观光园区、农业文化旅游产业、高科技现代农业园区等部门和领域,从事技术指导、规划设计、项目策划和管理等工作的复合型专业人才。
(二)构建新型专业课程体系
2005年在北京市教委“农学专业课优化整合及骨干课程体系的研究”教改项目的支持下,根据专业学习方向和培养方案改革课程体系,并对课程内容和教学手段进行深入调整。经过反复修订,形成了现在的专业课程体系。“种子科学与工程”专业方向的专业必修课包括:《植物育种学》《种子生物学》《种子生产学》《种子加工与贮藏》《种子检验学》《种子法规》《种子经营与管理学》等,专业选修课程包括:《种子营销学》《作物栽培学》《耕作学》《园艺学概论》《植物种质资源学》《国际贸易学》等。专业课程体系以新品种选育、种子生产、加工、贮藏、质量检验、经营管理为主线,涉及种业产业化方方面面的知识;“观光农业”专业方向的专业必修课为《农业生态学》《植物种质资源学》《观光农业》《现代农业生产原理与技术》《都市农业发展规划》《都市型农业评价案例分析》等,专业选修课程包括:《新农村发展规划》《现代设施农业》《有机农业》《籽种农业》《农业项目投资与评估》《城市园林与绿化》《观赏植物装饰与应用》等,形成了以观光休闲园区、现代高科技园区建设、管理为主线的课程体系。课程内容均面向北京农业生产需求,很多课程没有现成教材,任课教师就边学习、边总结、边教学。学生感到学的知识理论联系实际,有用武之地,增强了学习兴趣和主动性。通过专业方向和课程体系的设置,保证每个学生都有学习方向,每个学生都有专业特长。
(三)增加实践教学环节
为加强实践环节,在教育部“新世纪高等农林教育改革工程———农学专业实践教学改革和校内外基地建设的研究与实践”(2002-2005)教改项目的支持下,将农业生产中常用的技能作为农学专业的一门必修课,形成实践课程《农事学》教学体系。《农事学》在2004年被评为北京市精品课程,其配套教材《农事学实践教程》为2005年北京市精品教材。目前,该课程改名为《植物科技技能训练》,成为植科学院所属农学、园艺、植保专业的基础实践课程,该课程从大学第一学期开课直到第四学期,每周3个学时。在农学专业两个新学习方向形成后,又对专业课学习增加实践环节。原则是专业课学时不变,调整实验课时和增加教学实习天数,同时安排一些科研实践、生产训练和创新竞赛等活动,培养学生的动手能力。现在的专业课都增加或补充了实践教学,例如,《植物育种学》课程包括30学时理论课、10学时实验课和9天教学实习;《种子加工与贮藏》课程包括16学时理论课、16学时实验课和3天教学实习;《种子检验学》课程包括8学时理论课、16学时实验课和3天教学实习等等。在科研实践、生产训练和创新竞赛等活动安排上,第四学期学生在教师的指导下利用假期或周末参加不少于12天的“三农问题调查”和“拓展训练”,在学习专业课之前了解农村、了解农民、了解农业生产。第六学期以毕业论文为主线,学生自由选择毕业论文指导教师,参加导师的科研课题活动,完成毕业论文,毕业前答辩。同时组织、鼓励学生申报市级或校级“北京市大学生科学研究与创业行动计划”项目课题,通过参与项目研究的方式激发大学生创新与创业热情,提高科学研究与创业能力,目前,农学专业已经形成了以校内外实践教学基地为基础、有一定理论体系和实用价值的实践教学体系。该体系包括:(1)大一、大二学生设置有《植物科技技能训练》课程,每周一次3学时,学习与农业生产相关的技能。(2)大二学生参加不少于12天、由教师指导的“三农问题调查”和“拓展训练”活动。(3)大三学生开始参加科研训练,加入到指导教师的科研课题中,在科研活动中进行毕业论文设计、实验实施和写作,毕业前完成论文答辩。(4)大四学生在第八学期结合就业参加毕业生产实习。这一套实践教学体系,保证学生在大学四年期间结合农业生产实际不断线,培养学生的理论结合实践的能力。同时,每年聘请名师专家来校讲学,使课堂教学与北京都市农业的生产实际紧密结合,基本实现了“理论教学、实践教学、科学研究”三位一体的教学模式。实践教学往往难以掌控,为了督促师生更好地完成实践环节,在考核上制定了一系列的评价标准,完成后计学分,保证教学质量。例如,(1)在每次实验、实习结束后,要求学生独立完成实验或实习报告,分别考核,考核成绩占课程总成绩的30%~40%。(2)“三农调查”和“拓展训练”等实践环节,要求每位学生深入北京农村或农业生产一线,进行调查、考察,结束后完成调查报告,采用答辩方式,全体导师为评委集体考核,合格后方可计入学分。(3)毕业论文采用导师负责制,学生每人一题,依次完成论文综述、论文设计(开题报告)、论文写作和论文答辩等工作,每项工作均由导师进行评价和集体考核,最终成绩采用优、良、中、及格四个等级,毕业论文只有达到中等以上成绩,方能合格毕业。几年的实践表明,实践教学的严格要求,督促和激励了学生学习的主动性,拓展了学生的思维、提供了施展才能的空间和条件,提高了学生的创新能力和综合素质,学生毕业后很容易融入到工作岗位中。
关键词:种子生物学;教学改革;策略
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1002-4107(2016)10-0006-02
种子是我国重要的农业生产资料,随着国家“种子工程”的实施,各高校先后设立种子科学与工程专业,开设了“种子生物学”课程。“种子生物学”是种子科学与工程专业重要的必修课,其内容主要研究种子形成、发育及萌发过程生理生化变化以及种子与外界环境相互作用的一门科学[1-5]。黑龙江大学种子科学与工程专业建立于2005年,在十多年的种子科学教学与科研过程中,其一直积极开展教学改革,致力于培养具有创新能力的种业人才。“种子生物学”成为种子科学与工程专业开展创新教学的重点课程,如何开展“种子生物学”课程教学改革,反映种子科学发展的最新趋势,培养具有种子科学素养的学生,是教学改革实践一直探索的课题。
一、“种子生物学”教学改革策略
(一)优化教学内容与结构
传统的“种子生物学”内容主要是来源于种子学教程,包含有种子形态与结构,种子的主要化学成分,种子的休眠、萌发和衰老,种子活力和新技术等几个部分。其特点一是具有较强的综合性,即所教授的内容要求的基础知识范围较广泛,涉及植物学、生物化学和植物生理学等相关学科,但与生产实践结合不多;二是不同部分的内容相对独立,没有系统性。这样的特点导致教学内容不连续,趣味性差,学生容易听懂却难以掌握。经过十多年的教学积累和学习,我们对这门课程进行了补充和调整,首先增添了“种子生殖学”中胚和胚乳发育,主要讲述植物受精卵形成后单子叶胚和双子叶胚的形成过程及不同类型胚乳的形成过程,这部分内容是种子形态和结构前期基础,补充后植物受精卵如何发育成为不同类型的胚就非常清晰且与后期种子形态类型的划分完整地衔接起来;其次是增加了前瞻性的研究进展,通过教师的科研项目、企业合作和对外进修等各种渠道收集到的最新研究内容对原教材中“新技术”部分进行补充,增加了与种子形状相关的基因定位方法及研究动态,在“种子引发”的基础上补充了其他类型的种子增值技术等;最后就是将教学内容与生产实践有机结合。如对“种子活力”介绍中将实验室的测定方法与田间出苗率相结合,并加入作物在逆境中如低温、缺氧、盐碱等环节中的萌发特征及变化规律,使得学生对“种子活力”这个较为抽象的概念及其在农业生产中的重要意义有了更加准确的了解。
(二)强化实践教学环节
种子科学与工程专业是一个培养应用型人才的新兴专业,其课程内容与生产实践紧密联系。“种子生物学”含有较多的理论基础,这些又是指导农业生产实践的重要依据。通过以下环节有效提高学生的理论学习和实践能力。
1.注重理论联系实践。学生“抬头率”低是目前大学生课堂学习中的存在普遍现象,提高“抬头率”就要抓住学生的兴趣点。“种子生物学”从日常生活出发,开展课堂教学讲授。如介绍种子构造知识点按部就班地进行,会很枯燥。把大豆、玉米、水稻、花生和瓜子等日常生活中常见的种子带到课堂上,以向日葵籽为例,通过实物从外到内,种子结构从果皮、种皮及胚的鉴定,及打开胚后,子叶、胚芽、胚根和胚轴清晰可见,由此拓展到其他具有特殊结构的种子类型,学生的学习兴趣会被带动起来。通过黄豆芽和绿豆芽开始认识幼苗的萌发特点及构造,通过水稻在深水环境中萌发认识到萌发条件中氧含量对幼苗生长起到的重要影响。这样的“种子生物学”授课吸引学生的注意力,使学生带着兴趣和疑问来学习,收到了事半功倍的效果。
2.设立种子学综合大实验。“种子生物学”中的有些实验项目的完成需要较长的周期,如果按照传统规定根据课时设课,实验很难从头至尾地完成,只能截取其中的一部分内容,学生掌握起来会一知半解。针对这种情况,我们设立了种子综合大实验,时间定在周六或周日,实验时间充裕。如在学习种子引发实验时,从“种子引发”处理开始,到幼苗生长形态测定及各项生理指标的测定等过程。整个实验过程需要两周时间,其中实验处理和测定利用两个周末,培养过程一周时间,就可以完成一个较长实验周期的一个实验。包括种子DNA提取、PCR扩展及电泳等都可以采用综合实验的方式完成。学生从中学习到工作或从事科研活动需要的实验技能。
3.开展“种子生物学”实践创新活动。“种子生物学”设立在大学的第四学期,即大二年级的下学期,学生完成了专业基础课“植物学”、“生物化学”、“植物生理生化”等的学习,这个时期的学生具备了基本的实验技能和理论基础,思想上还对专业知识具有较强的好奇心和求知欲,但科研创新和实践能力尚未形成。此时引导学生参加学校组织的创新和开放实验室等项目,在教师的指导下他们开展“种子生物学”相关内容的科研实践活动,所开展的实践课题可以作为学年论文和毕业论文的前期研究。同时对指导教师提出严格要求,所指导的学生从立项、开题、确立实验方法、数据分析、论文写作和答辩要悉心指导,学生独立完成。学生经过这样的实践创新训练后,受益匪浅[6]。
(三)开展“慕课”教学
基于“种子生物学”课程的综合性和多元化的特点,开展“慕课”教学,能够很好地帮助学生及时补充和重复学习。这表现在以下三个方面。
1.促进知识点及时学习。“慕课”教学是利用计算机互联网将课程教学内容以开放式形式呈现于课堂之外,为学生提供足够的学习空间和时间[7]。由于“种子生物学”各部分内容前后联系不多,相对独立,在典型的“慕课”教学过程中,教学内容的“碎片化”特征较符合“种子生物学”课程特点。在“慕课”教学过程中,将教程内容分为四个部分即种子形成前受精卵的分化、种子的静态生理生化特征、种子休眠与萌动生理变化和种子处理后的生物学特性,每个部分分别划分成四、二、三和三个单元,将每个单元设定出多个内容完整但简洁的知识点,录制成不超过10分钟的视频讲解图像,同时配以动漫效果和图片,学生可以在较短的时间内完成学习内容,还可以选择性地学习,提高学生的学习兴趣。回到线下课堂中,教师的教学内容要更加重视前后知识的连贯性,补充间断学习导致学生对所学知识系统性和完整性的不足。同时辅助全国名师讲授的相同课程的视频图像,学生可以拓展观看。
2.强化学生学习的实时反馈。为了更好地了解学生的学习情况,“慕课”利用互联网技术,设立了一系列管理方式。如知识检测试题,即在每个知识点之间都有测试题,观看视频后可以顺利地通过答题,进入下一个环节的学习,如果解答不出问题进行回放,重新学习。这些测试题又可以作为期末考核的一部分,使得学生开展“慕课”学习有动力,减少期末集中被动记忆造成的学习压力。同时,教师通过网络上学生学习信息的实时反馈,了解每个学生的学习状态、学习习惯;还可以发现“种子生物学”教程内容中学生学习的难点和自身在教学过程中存在的问题,做到互学互长。
3.充分利用“翻转课堂”的教学潜力。传统“种子生物学”课堂的“教”与“学”互动、布置作业等教学是督促学生掌握课堂知识的重要环节,开展起来学生较为被动。利用“慕课”学习,学生在线完成知识的学习后,产生的问题和疑惑在线下课堂上提出来,使得线下面对面的课堂成为答疑、交流和知识应用的环节。这种线上与线下教学相结合的方式, 成就了“翻转课堂”(Flipped Class Model)。在这个过程中教与学也发生了一些变化,学生成为学习的主导者,教师成为启发、激励、答疑、解惑的角色,学生学习的主动性极大地提高。同时线上教师也可以开展及时的答疑活动,学生发现问题及时提出,教师及时解答。
二、“种子生物学”教学改革的成效
通过“种子生物学”课程教学的不断改革,逐步提高了我院专业学生对专业学习的兴趣,表现在课堂的出勤率和“抬头率”的提高上,主动学习的学生增加,参加课程创新科研活动的学生占到本专业学生的85%以上,其中一部分学生还将研究成果发表在国家各类期刊上。学生在科研活动中不仅增强了实践创新能力,也学会了帮助别人,提高了团队协作意识。
种子科学与工程专业在我国建立只有几十年,“种子生物学”课程也是一门新兴的学科。我院经过十多年的不断教学探索和改革,“种子生物学”成为了我院受到学生欢迎的重点建设课程。要高质量地完成课程教学任务还要面临许多考验,需要更加深入地了解学科特点,有的放矢开展教学改革活动。此外,根据“种子生物学”的特点,开展不同时期的不同形式的考核,这样的考试改革也是提高学习质量的重要途径。“种子生物学”的教学改革对教师也提出了高要求,教师需要更加积极主动地不断学习和提高自身的专业水平,才能适应现代教学活动。总之,在今后的教学过程中,教师要不断地探索新的教学方法,使“种子生物学”课程保持新鲜活力。
参考文献:
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关键词:种子专业综合实验;实验教学;改革研究
中图分类号:G642 文献标识码:A DOI 编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2014.11.024
随着我国农业的快速发展,我国的种子产业已发展成为农业生产领域的重要部分。社会对种子科技提出了更新、更高的要求,迫切需要大量的种子科技专门人才。为适应农业发展和种子产业化工程对种子科学专门人才的需求,自2002年以来,许多高等农业院校新增设了种子科学与工程专业[1],天津农学院也于2005年开始招收种子科学与工程专业学生。为了适应快速发展的种子产业需要,培养一大批懂技术、懂管理、懂经营的复合型人才,我们注重课程改革和实践教学的建设,进一步加强学生的动手能力和综合素质的培养。《种子专业综合实验》是该专业的重要专业课之一,对培养学生实践创新能力具有重要的作用。为适应沿海都市型农业院校的发展需求[2-3],进一步培养学生的实验及创新能力,我们结合专业特点对种子专业综合实验的教学内容、教学方法和考核方式等方面进行了初步研究和探索,取得了一些经验和良好的效果。
1 以适应现代种业发展要求为指导思想,构建课程内容体系
理论课和实验课同等重要,两者紧密联系,相辅相成[4]。以往的教学过程中,理论教学和实验教学结合在一起,共同组成一门课程,且实验课程所占的学时数较少,这对提高学生的动手能力,培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力产生了一定的负面影响[5],为了解决这些问题,我们通过调查研究,借鉴兄弟高校的先进教学经验,结合自身的实际情况,最终开设了《种子专业综合实验》这门综合性的实验课程。本课程独立设课,共30学时,1.5个学分,单独考核。本课程综合了种子专业基础课和专业课的许多内容,涉及知识面广,包括种子生理指标测定、种子检验和加工贮藏的许多综合性的实验,一共包括13个实验项目(表1)。
实验内容的设置结合了都市型现代农业的发展和都市型高等农业教育的特点,针对天津市在设施农业方面的优势,加大蔬菜、花卉种子相关实验内容的开设,以现代教学理念为指导,结合生产实际,培养学生的创新能力和综合素质。实验内容包括了必要的“验证性”、“操作性”实验,增加综合性和设计性实验的内容,尽可能地涵盖种子学、种子检验、种子加工与贮藏等实验技术,例如增加“种子加工设备的操作”、“田间检验”等综合性实验和“蔬菜种子必检项目的测定”设计性实验,进一步培养学生的创新素质和独立开展实验研究的能力。同时,为了适应种子专业发展的需求,紧跟现代种业发展的步伐,提高学生的综合素质和动手操作能力,我们对院内部主编教材《种子专业综合实验指导书》的内容进行进一步地更新和完善,包括增加一些新的前沿性的实验内容,对已有实验的内容和图表进行修订和完善等。
2 以培养学生的实际应用能力为主线,改革实验教学形式,提高教学效果
2.1 制作多媒体实验教学课件,丰富实验教学内容
传统的板书实验教学模式很难解决一些验证性和操作型实验的抽象性,学生也很难真正地掌握实验的原理和具体的操作内容,达不到预期的实验效果。制作集文字、图形、音频和视频等多种媒体信息于一体的实验教学课件,通过动画演示实验原理、操作过程及实验结果的甄别,使学生对实验内容有了更形象、直观地了解和掌握,教学效果大大地提高[6]。例如,种子形态构造特征和种子形成发育的全过程可以通过图像和动画效果展示给学生,使得这些抽象的东西更加便于理解,学生在实验过程中可以对自己疑点比较多的内容进行重点的观察和学习;在“种子加工设备的操作”这个实验过程中,先通过观看清晰的图片和视频,把各个设备的基本构成和简单的操作流程给同学们进行讲授,再到车间进行现场操作,这样学生可以得心应手地操作各个设备,真正提高学生的动手操作能力。
2.2 注重参与式实践教学,对实验过程进行改革
改变传统的实验教学方式,让学生参与到实验课的全过程中来,从实验材料准备、药品配制、仪器的调试到实验的具体操作再到实验结果的分析和讨论。每次实验课前有计划地安排几个学生组成一个团队,让他们参与实验材料的准备、药品的配制及预备实验的操作[7],实验课中学生就可以充当实验辅导老师的角色跟其他同学共同完成实验内容,探讨实验结果。这样可以培养学生独立思考问题和团队协作的能力,提高学生动手操作能力和管理协调能力,加深对理论知识的理解,提高实验课的教学质量。
2.3 结合生产进行实践教学
充分利用周边先进种子经营单位和科研院所进行实验教学工作,着重强化种子生产技能的实践,培养学生从事种子生产工作中所必需的各种技能和能力[8]。例如,在学校附近的天津市津丰种业进行种子加工、清选分级、包衣、计量包装及种子贮藏等实验教学;在天津市蔬菜研究所进行“蔬菜种子必检项目测定”中种子纯度的田间检验实验的教学,让学生更加直观地去根据不同品种蔬菜在田间种植的各种农艺性状的差异来进行种子纯度的测定,这种教学方法可以开阔学生的思路,丰富实践经验,进一步巩固和应用所学的知识。
2.4 将种子专业综合实验教学与学生科技创新活动、毕业论文和教师科研有机结合
实验教学与学生的科技创新活动、科研活动和毕业论文有机结合。为了建立研究性、探究性和协作性有机结合的学习氛围,天津农学院设立了各种类型的科技创新基金,如大学生科技创新大赛、大学生创业大赛等。天津市也设立了市大学生挑战杯大赛,指导学生结合种子专业综合实验学习的内容,查阅文献,进行选题申请,开展课外科研活动,通过这些活动来加强学生的实践动手能力、团队协作能力和科技创新能力。同时将本科生的毕业论文工作与实验教学链接起来,注重一些基础实验技能的培养;实验教学要充分利用教师的科研课题和经费,注重对本专业学生毕业论文的后续指导,使种子专业综合实验的教学真正达到学以致用的目的。
3 改革实验考核方法,完善实验评分标准
建立完善的实验考核制度,督促学生认真做好每个实验。我们根据多年的实验教学经验,结合其他高校的成绩评定标准,将种子专业综合实验成绩分为平时考核(60%)和期末考核(40%),平时考核主要针对学生预习报告、实验态度、实验操作规范程度、实验结果和实验报告五个方面进行考核[9]。预习报告主要考查学生对实验的预习情况;实验态度和操作主要考查学生的学习态度和动手能力;实验结果主要考查学生实验课上所测得结果是否准确,是否符合基本的实验要求;实验报告考查学生的实验总结能力,重点考查学生观察问题和分析问题的能力,报告中要说明本实验的注意事项及影响本实验的因素等。期末考核主要对学生的实验操作技能进行考核[10],考核采用抽签或教师随机安排的形式让学生独立进行实验操作,教师根据学生的操作规范程度、实验结果分析是否合理逐项评分。这种考核方式可以客观地反映学生对实验技能和知识的掌握情况,激发学生学习的兴趣,带动学生学习的积极性。
4 结 语
总之,笔者在课程体系、教学形式和内容、教学方法和手段、实验考核方式等方面做了一些初步探索,这些对种子专业综合实验教学效果的提高起到了非常重要的作用,同时也极大调动了学生做实验的热情,提高了学生的创新能力、观察分析问题能力。今后将继续不断改革和完善实验教学模式,提高实验教学效果,培养具有沿海都市型的应用型种业复合人才。
参考文献:
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关键词:种子科学与工程;实验教学改革;创新人才培养
种子是农业第一性生产资料,种子产业在农业生产中有着重要的地位。种子科学与工程专业是顺应国内外种子产业化快速发展的需要而设立。从2002年中国农业大学第一批招收种子科学与工程专业本科生后,全国先后已有lO余所高校开办了种子科学与工程专业。湖南农业大学是于2007年正式招收种子科学与工程专业本科生。作为实践性和应用性很强的一门学科,实验教学是培养种子学科专业人才创新能力的重要手段,系统、完善的实验教学有利于提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力,也有利于学生创造性思维和团队协作精神培养】。近年来为提高学生的动手能力和思维创新能力,很多高校教师开展了相关的实验教学研究工作】。而目前,国内农业高校种子科学与工程专业开办的时间都不长,还是一个较年轻的专业,对种子科学与工程本科专业的实验教学基本上仍处于探索阶段。下面主要介绍一下湖南农业大学近几年来在种子科学与工程本科专业实验教学改革方面的一些思路和措施,以供其他院校一起探讨和参考。
1改革实验基本思路,完善实验教学体系传统的实验教学基本上是验证性的基础性实验,综合性实验少,研究性实验基本没有,这样的实验教学忽视了学生综合运用知识的能力和创新能力的培养。
针对种子科学与工程专业人才培养涉及的学科领域多、知识面广、知识更新快、实践性强特点,湖南农业大学种子科学与工程专业的实验教学形成以学生实践能力和创新能力培养为核心,实行分层次教学,实施“厚基础、宽口径、适应广、能力强、素质高”为基本内容的人才培养模式,在实验教学中构建传授知识、运用提高、研究创新的“一体化、三层次”实验教学新体系:第一层次为基础性、验证性实验,主要以训练学生基本实验技能和验证基础理论知识为目的;第二层次为综合、设计性实验,以提高学生自主实验和综合实验素质,培养学生实验动手能力及分析问题、解决问题能力为目的;第三层次为探索性、研究性和创新性实验,以培养学生创新素质和创新精神及独立开展实验科学研究能力为目的。
2联系当地实际。优化实验教学内容种子科学与工程专业人才的培养涉及到生物学、农学、生态学、经济学、机械与工程、系统科学等多个学科领域,涵盖种子生物学、品种引育、种子繁制、种子加工与储藏、种子企业经营与管理、种子质量检验与认证管理等一系列环节。为了避免种子科学与工程各专业课程实验教学的重复,内容分散等问题,根据种子科学与工程专业培养目标,将各专业实验整合为一门独立的实验课程种子学实验技术,实验学时72学时,3.0学分,分2‘个学期开课,另外加1周大实验,36学时。实验内容包括了常规实验项目和电泳法测定种子纯度等新内容,实验学时数和实验项目数都多于其他专业的专业实验课,实验课教学内容涵盖了主要农作物的杂交技术、田问测产技术、种子形态结构、种子生物学、种子质量检验、种子加工与贮藏等方面,逐步形成了一个基本能反映湖南农业大学特色的实验教学内容体系。在实际教学内容上重点让学生掌握主要农作物的杂交技术、田间测产技术、种子形态结构、种子生物学、种子质量检验、种子加工与贮藏等实验操作技术,熟悉所用仪器的原理,学会使用和维护。同时培养学生科学、严谨、实事求是的学风,提高学生的动手能力、分析问题能力、解决问题的能力以及创新性思维。
3改革实验教学方法,培养学生创新能力改革传统的实验课教学方法:(1)让学生参与实验课的准备工作,如配制试剂、准备材料、野外采样等。(2)结合学校和湖南省教育厅设立的大学生创新性实验计划项目,鼓励学生成立科研兴趣小组,自主设计实验方案,自主申报学校和省教育厅的科研创新基金。到目前为止,种子科学与工程专业有5个科研小组申请得到了学校和省教育厅设立的大学生创新性实验计划项目,通过参加这些科研活动,使实验教学与科研有机地结合起来,相互促进,从而提高实验课的教学质量。(3)实验室面向学生开放,让学生利用课余时间到实验室做实验,或结合毕业论文研究,参与老师的科研课题。这样可以充分发挥学生的学习积极性和主观能动性,扩大知识面,培养独立科研能力。(4)利用寒、暑假进行现场实验教学。在寒、暑假利用作物标本园、教学实验田、教师的科研试验田及种子企业进行现场教学,内容丰富、增强了学生的感性认识、扩大了学生的知识面。
4改善实验教学条件,提高实验教学效果实验教学条件影响到实验教学效果。过去开设植物幼穗分化过程观察和作物不育系镜检,主要借助于光学显微镜或体视显微镜下观察完成,学生观察显微或微小结构与只有1—2名教师指导的矛盾必然造成教师只能照顾个别学生而顾及不到全班,这肯定影响教学效果。现在学校改善了实验教学条件,目前种子科学与工程专业建设有一个专门的实验室,实验室里配备有多媒体教学设备,有从事种子检验、种子加工与贮藏等仪器设备,另外配有一个综合实验室,配备有彩色电视显微镜成像系统,在实验教学过程中运用现代化教育手段,可以把抽象的微观世界变得形象具体、生动有趣,有利于提高教学效率和学生的学习兴趣,有利于学生对教学内容的理解和掌握,大大提高了教学效果。
5改革实验考核方法。完善实验评分标准实验考核是检查教师教学质量和学生掌握实验技能的重要手段。我们对传统的实验考核方法进行了改进和完善,形成一套综合评价学生成绩考核体系。考核体系由平时实验成绩和实验考试成绩2大部分构成,各占5O。平时实验成绩可根据学生上课出勤、实验态度、实验操作的规范性、实验结果、实验报告完成情况等内容综合评定给出。实验考试成绩包括实验笔试成绩和综合性实验操作考试成绩2部分。笔试考查学生对种子学实验技术的实验理论、基本知识、基本原理的掌握隋况以及对实验现象的分析、解释等,占实验考试成绩的30;综合性实验操作考试考查学生独立进行综合性实验的能力,占7O。通过建立这种综合的实验课考核体系,能较全面、客观、公正的反映出学生对实验知识和技能的掌握情况,有利于提升学生综合素质培养。
6建立网上实验教学辅助系统
充分利用了校园网这一教学平台进行了种子学实验技术网络课程建设,建立了网上实验教学辅助系统。将教学大纲、教学计划、多媒体课件、教案和讲义在网络课程上公布,便于学生及时了解课程的进度及安排,认真预习相关内容,了解有关背景知识,查找处理数据;将基本操作部分的实验内容放于网上,学生可以在自己方便的时候观看,这可以解决上课老师面对多个学生无法一一指导,以及上课教师个体差异而引起的教学质量问题。网上实验教学辅助系统的建立,使得实验教学内容得到了扩展和补充,增加了学生对实验课的兴趣,有效地提高了学习效率和教学效果。
7结束语
种子科学与工程专业实验教学对于学生掌握种子学研究的基本实验技能,培养学生的综合素质和创新能力是至关重要的。湖南农业大学在种子科学与工程专业实验教学改革中做了初步探索并取得了一定的实践经验。在今后的实验教学中,将继续不断完善实验教学体系,与时俱进地更新实验教学内容,不断改进实验教学方法和手段,提高实验教学效果。
小编发现很多作者对论文的参考文献都不是很重视,都认为只要把论文的内容写好就可以了,参考文献就随便写几个,这样写出来参考文献是没有任何意义的。本篇主要介绍了盐碱地论文参考文献,给大家在盐碱地论文写作时提供方向。
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关键词 生物工程;综合性实验;教学改革
中图分类号:G642.0 文献标识码:B
文章编号:1671-489X(2016)10-0130-02
1 前言
生物工程是一门新兴的综合性应用学科,是以生物学的理论和技术为基础,结合化工、机械、电子计算机等现代工程技术,充分运用分子生物学的最新成就,定向地改造生物或其功能,创造出具有超远缘性状的新物种,再通过合适的生物反应器对这类“工程菌”或“工程细胞株”进行大规模的培养,以生产大量有用代谢产物或发挥它们独特生理功能的新兴技术,包括发酵工程、酶与蛋白质工程、细胞工程、基因工程四大工程。生物工程理论和技术突飞猛进地发展,在农业、食品、医药、化工、环境等行业的应用也越来越广泛。
生物工程也是一门实验性和应用性很强的学科,以培养应用型人才为主,要求学生除了掌握基础的生物工程实验方法外,还要具有整体实验的综合安排能力[1]。实验教学环节不仅是培养学生综合素质的重要方面,也是培养学生动手能力和创新能力的重要环节,在实验中加深学生对理论知识的认识和理解。目前,许多高校生物工程专业实验大多是依附于各门理论课,而且实验内容相对分散,以验证性实验为主,学生在教师的指导下按照规定内容完成实验,处在被动学习地位,抑制了学习的积极性和主动性,影响生物工程专业实验的教学效果[2]。因此,笔者对河南中医药大学药学院生物工程专业学生(2013级)的生物工程综合实验课程进行了一些改革和探索。
2 开展生物工程综合性大实验
制定生物工程实验课程教学大纲 根据本专业人才培养定位和实验开展情况,参考兄弟院校生物工程专业实验的开展项目内容,组织教师制定了详细的实验大纲,通过了教务处组织的实验项目论证,同时组织学科教师编写了《生物工程专业实验》教材。制定教学大纲遵循的原则包括:减少重复性实验,体现专业实验的整体性、连贯性;减少验证性、演示性实验,多开设设计性、综合性实验。
在课程安排上,生物工程实验开设在大三第二学期。在前5个学期,学生已经学习过生物工程基础课和专业课,包括细胞生物学、生物化学、工业微生物、分子生物学、基因工程、细胞工程和蛋白质工程等课程,所以在实验项目设置上,避免开设与细胞生物学、分子生物学、基因工程等课程重复的实验,注重综合性实验的连续性。最终确定的生物工程实验教学大纲包括10个小的实验单元:1)碱裂解法小量制备质粒DNA;2)DNA琼脂糖凝胶电泳;3)聚合酶链式反应(PCR);4)DNA的限制性酶切及纯化;5)质粒载体与外源DN段的链接;6)连接产物转化大肠杆菌;7)抗生素平板筛选重组转化子;8)原核表达载体的诱导表达和检测;9)大肠杆菌发酵培养及表达产物的纯化;10)纯化蛋白的细胞学活性检测。
开展综合性实验 在传统的实验教学中,以验证性实验为主,学生只要根据实验教材,按教师制定好的实验步骤,利用实验教师已经准备好的实验试剂和实验器材,在教师的指导下即可完成。这种机械式完成实验的方式,实验教学效果很差,无法引起学生的兴趣,更加难以培养学生的动手能力和操作能力。在这种情况下,制定生物工程综合性大实验。如“丹参病程相关蛋白的原核表达及纯化”,实验设计依托学科教师的科研课题“丹参病程相关蛋白基因SmPR10的克隆及功能研究”,通过对丹参病程相关蛋白(Pathogenesis-Related Protein,PR Protein)为研究对象,通过SmPR10蛋白在大肠杆菌中的原核表达、纯化以及活性检测进行实验,深入了解生物工程表达异源蛋白的原理,掌握生物工程的实验操作,巩固和检验已学的理论知识,为毕业论文和走向工作岗位打下基础。
该实验综合了分子生物学、基因工程、蛋白质工程、发酵工程、生物分离技术和生物反应器的基本知识,要求学生通过病程相关蛋白的制备了解生物工程的相关基本操作,掌握DNA重组、载体构建、微生物菌种保存与培养、目标蛋白的分离提取等专业实验技能。在综合性实验过程中,培养学生的科学思维, 提高学生综合运用所学知识解决实验中遇到的实际问题的能力。
在实验操作过程中,允许学生的实验结果不尽如人意甚至失败,但是一定要注重强调学生对自己实验过程中所得结果进行分析和解释[3],找出实验问题所在,然后修订实验方案,进行下一步实验。综合性实验有利于拓宽学生思路,培养学生整体安排实验的能力,打破过去传统的实验教学方法,改变在传统实验教学过程中由教师领着学生走的现象。
集中时间安排实验环节 因为生物实验周期长,同时生物工程综合性大实验对实验的连续性要求较高,将学校安排的每周4个实验学时改为4个学时为一个实验单元,每次完成综合性大实验的一个实验项目,而且集中在每天下午开设实验课,体现了综合性大实验的连贯性、完整性和科学性。
改革实验成绩评定办法 以往的实验课成绩完全由形成性成绩构成,主要有考勤、提问、实验报告和最终测试3部分组成。实验报告在最终实验成绩中所占比重较大。有些学生在实验过程中不认真做实验,最后为了写出好的实验报告,就会出现编撰数据甚至抄袭其他学生实验报告的不良行为。
为了体现以学生为中心的教学理念,调动学生实验的积极性,计划在以往实验课成绩评定的基础上建立新的实验成绩评定办法。平时成绩除了考勤、提问外,还重点考核学生对实验资料的收集和对实验文献的查阅情况,以及实验数据的记录、团队合作能力、实验中的操作规范、独立思考能力等。同时引入学生自评、互评和科研小论文的书写,通过每次实验结束时的总结讨论和学生自评、互评,使学生参与到实验结果和实验问题的分析与讨论,加强学生和教师之间的交流,整个生物工程综合性大实验完成后,要求学生以学术论文的形式写作科研小论文。
科研小论文的写作要求完全按照正规学术论文的写作要求。正文之前部分包括题目、作者、作者单位、摘要、关键词(3~5个);正文部分包括前言、实验方法、结果与分析、讨论4部分,要求层次分明;标题层次不得多于3层,采用1、1.1、1.1.1方式。前言部分包括研究背景、国内外研究进展和实验意义。结果与分析是对实验过程中所记录的实验数据和实验现象进行科学的处理,客观地对实验结果进行分析和描述。讨论部分则是对整个实验的分析讨论,如果得到预期的实验结果,对实验过程中的关键步骤进行分析;如果没有获得预期的实验结果,则要分析实验过程中失败的原因,找出问题所在。科研小论文最后要求列出参考文献(不得少于3篇)。
通过科研小论文的写作,锻炼学生写作科学论文的能力,为最终毕业论文的写作奠定基础。
引入先进工程设备 在以往生物工程实验室中,发酵实验都是在摇床上用不同规格的三角瓶来完成,与实际工厂生产过程相差较大。为了培养合格的应用型的生物工程专业人才,购置了6台10 L小型全自动生物发酵罐、1台30 L种子罐和1台300 L的全自动生物发酵罐,可以开展从小试到中试的发酵实验,使得发酵工程实验中的啤酒发酵实验和红霉素发酵实验如同在缩小的工厂进行,整个发酵过程的参数一目了然,使学生了解生物发酵的全过程,掌握发酵接种技术以及发酵过程中温度和pH控制、氧气的供应、添加补料、发酵液的后处理等生产工艺,学习到现酵车间的先进生产技术。
在生物工程综合性大实验开展过程中,采用先进的实验技术培养学生。如在质粒DNA提取过程中,采用试剂盒提取质粒DNA,这是国内外分子生物学实验室的主流方法(而不采用配制试剂、最后酚氯仿抽提的方法提取质粒DNA),同时给学生讲解质粒提取的原理。在PCR实验单元,采用进口的Takara所产的DNA Taq酶和dNTP试剂,让学生手动加入每样试剂,同时讲解每样试剂的作用,复习PCR的实验原理。
3 结语
通过开设生物工程综合性实验,不但巩固了学生以往所学的理论知识,也培养了学生动手操作的能力,给予学生在一个综合性实验中整理安排实验的训练,为学生走向工作岗位打下坚实的基础。生物工程专业实验教学的改革还需更多的探索和实践,改革实验课程的教学方法和教学内容,培养学生动手操作的能力、发现问题和解决问题的能力,最终培养出合格的应用型生物工程专业人才[4]。
新的生物工程综合性实验对教师也提出更高的要求,所以教师也要不断学习新知识、新技术,提高自身的知识水平和业务能力,保证实验改革的顺利进行。生物工程综合性实验改革的探索虽然取得一定的效果,但还有许多不完善的地方和需要解决的问题,如整个实验体系的设计中工科部分所占比例相对较弱,主要受限于学校、学院和学科的特点,这一部分还需要进一步加强和改进。
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6900家种子企业少有研发机构,90%的农作物新品种是由科研院所选育完成,具备“育繁推”一体化能力的企业尚不足百。这就是我国种业的育种现状。
“多年来,我们沿袭的传统育种模式就是一个教授带着一帮学生的‘课题组制’,面对的是国际分工精细的‘专业化团队’,这就好比是‘小舢板’对抗‘航空母舰’、‘小作坊’博弈‘大工厂’,根本不是同一个重量级——这也是种业积贫积弱的根本所在。”玉米首席育种专家张世煌言之凿凿地说。
育种方向:紧盯农业生产需求
如何解决“育”的问题?张世煌给出的方案是以企业为主体搞商业化育种,这也是世界发达国家种业发展的成功经验。
“商业化育种的核心是以市场为导向。育什么种子,不是听专家的,而是听市场的。要紧贴农民种植习惯,农业生产需要什么种子,企业就培育和生产什么种子。”农业部种子管理局副局长廖西元说,“企业能最快、最准确感知农业生产需求和广大农民的需求。建立以企业为主体的商业化育种体系是根本解决‘把论文写在大地上、成果送到千万家’这一导向机制的关键,因为如果企业把论文写在刊物上,那就是泄密;如果企业不能把成果送到千万家,那它一定会倒闭。”
隆平高科总裁彭光剑对此深有感触。他告诉记者,隆平高科正在改革育种机制,公司在2012年上半年成立了一个“育种方向决策委员会”,这个委员会的成员公司决策层、生产人员、销售人员占2/3,研发人员占1/3,育什么品种不是由育种家说了算,而是综合生产特点、经济性状、消费者需求等系统指标确定育种目标。
湖北惠民农业科技有限公司的做法也有异曲同工之妙。公司采取定期召开科技工作会的形式,直接把农民和经销商都请来和企业的科研人员座谈,让科研人员充分倾听来自市场终端的意见和需求,从而为下一步育种指明方向。
和隆平高科、惠民科技一样,越来越多的种子企业开始面向市场终端,培育具有自主知识产权、适合机械化作业、设施化栽培、高产优质多抗、适应性强的突破性新品种。
在育种方式上,企业也开始从单个育种人员负责筛选、配种、品比等选育全过程向工厂化育种转变。湖南科裕隆种业有限公司董事长孙梅元介绍说,他们公司具体从事科研育种的人员有明确的分工:有的负责亲本选育,有的负责配组,有的负责品种测试,各个环节互相衔接密切配合,组成一个商业化育种体系。
这样做的好处,不仅能提高育种效率,稳定团队,也有利于种质资源的保护。孙梅元做了个假设对比:在传统育种团队中,领头的育种家走人不干了,可能把整个科研成果也就带走了,整个团队几乎垮掉,再找人来也代替不了他的位置;如果在商业化育种体系里面,即使是领头的育种家,也只负责一个环节,走了一个,可以找另外适合这个领域的人才来替代。
而且,他自己掌握的也只是这个环节,不是全部,不会造成种质资源的大量流失。
“所以我们要建立起‘科学设计、合理分工、标准操作、流水作业’的商业化育种体系,促进育种由经验向科学,由个人向团队,从偶然到必然的三个飞跃。这就是传统种业向现代种业发展的现实意义所在。”廖西元说。
实现形式:把科研根植于企业
科研生长在企业里才是产业真正强的表现。值得关注的是,一些实力较为雄厚的种子企业已经开始了自身研发体系的建设步伐,正从传统的、个性化的育种,逐渐转变成现代化的、以基因组信息为依据、以生物技术为手段、具有高度预见性的科学育种。
在中种集团武汉光谷科技中心分子育种实验室,基因组育种部总监周发松博士向记者介绍,研发中心已经初步建立了snp芯片检测平台及全基因组选择育种体系,创制了全球第一张水稻全基因组育种芯片。通过分子育种技术,公司已经实现育种过程的科学控制,即根据育种设计选择目标基因进行组合,创造理想基因型。
“想要什么品种,我们就能找到现有的基因,这对于缩短品种育种年限,提高育种效率将大有帮助。”周发松说。
一些企业开始探索与科研单位合作,实现资源共享,畅通科技成果向企业转化的渠道。2012年3月,8家玉米种子骨干企业携手中国农业科学院作物所共同组建起中农华玉种业联合创新有限公司。作为8家企业之一的河南金博士种业股份有限公司董事长闫永生告诉记者,“8+1”的科企合作模式让企业和科研单位的合作更为紧密,企业所有品种都是公开的,并全程参与育种过程,大大加快了良种推广速度。
创新机制:留住更多实用人才
“商业化育种成否的关键是留住人才。”对这句话,北京联创种业有限公司董事长王义波体会最深。2011年他曾以300万元年薪(不包括干股)的高价引进了一位高科技人才,成为种业界的一则重磅新闻。
这位高科技人才叫徐国平,主攻遗传工程方向,在美国先锋公司工作10多年,拥有丰富的育种经验。徐国平告诉记者,哪个公司最有科技实力,哪个公司就更有前途。北京联创的研发体系稳定、团队效率高,专业化分工明确等特点是最吸引他的地方。
留住人才,靠待遇,更要靠机制。湖北惠民农业科技有限公司除了建立起骨干员工持股制度、研发人员专项奖励制度等方式,还于2012年5月出台了《湖北惠民研发人员薪酬制度》,奖金与科研成果直接挂钩,上不封顶,如果给公司带来利润,公司每年将按照成果当年创造的税后利润的1%~2%提成。
要让人才引进之水真正活起来,还要靠政策的倾力支持。如何鼓励科研单位的育种专家服务企业,打通科研人员流向企业的渠道,以湖南省为代表的一些地方已经开始了相关探索。
湖南省种子局局长周志魁告诉记者,2011年以来,湖南省出台政策,鼓励科研人才积极向企业流动,并探索出了四种模式:留职服务,鼓励科研人员停薪留职到企业从事育种工作;兼职服务,科研人员的人事组织关系不变,允许其利用富余时间到企业从事育种工作,育成的成果归企业独有,对育成新品种的科研人员提成奖励;辞职服务,引导一批育种人员先后从有“铁饭碗”的科研院所辞职,应聘到企业工作,这些育种人员已成长为湖南商业化育种各领域的领衔人;本职服务,科研人员利用科研院所的试验设备、育种材料等资源,主动为企业开展商业化育种外包服务,育成的品种归院、企共有,企业享有排他的开发权。
以湖南为代表的一些地方探索有效解决了科研人员的后顾之忧,育种人员的积极性高涨,农业科研院所的优势资源源源不断地进入商业化育种领域,为企业提供了近三成的研发力量,使商业化育种成为了育种人才的重要聚集地。
生物技术是分子遗传学、生物化学、微生物学等基础学科发展的产物。作为一种高新技术,生物技术在整个科学领域中占据了越来越显著的地位。作为世界新技术革命的重要组成部分,生物技术已经成为人类彻底认识和改造自然界,克服人类自身所面临的人口膨胀、粮食短缺、环境污染、疾病危害、能源资源匮乏等一系列重大问题的有效手段和工具[1]。
目前在黄瓜育种中,广大科研工作者利用生物技术结合常规育种方法,创新了一大批含有优异基因的黄瓜育种材料,培育出多个丰产、优质、多抗品种。生物技术在黄瓜遗传育种上的应用非常广泛,下面介绍在这方面已取得的一些重要进展。
2分子标记技术在黄瓜遗传育种中的应用
2.1黄瓜基因的分子标记
开展基因分子标记研究是进行分子标记辅助选择育种、分离和克隆基因的基础。“十五”期间,我国科研工作者建立了适合黄瓜的RAPD、AFLP和SSR标记的优化反应体系,并对黄瓜的多个基因进行了分子标记。
钱忠英等[2]优化的黄瓜RAPD反应体系为:PCR程序94 ℃预变性3 min,94 ℃变性30 s,37 ℃复性30 s,72 ℃延伸2 min,循环40周,最后72 ℃延伸7 min为佳;模板DNA的适宜浓度为2.5~5 ng/μL,引物浓度为0.6 mol/μL,dNTPs浓度为0.25 mmol/L,Mg2+浓度为1.875 mmol/L。张桂华等[3]建立了适合黄瓜的AFLP反应体系:在50μL酶切连接体系中,取300 ng基因组DNA进行双酶切和接头连接,然后取4μL酶切连接产物进行预扩增,预扩增产物稀释30倍后,采用“2+3”选择性扩增引物组合用于选择性扩增可以得到很好的扩增效果。葛风伟[4]等摸索了适宜黄瓜的SSR反应体系,认为在25Μl PCR反应体系中,Mg2+的最适浓度为0.2 mmol/L;dNTP最适浓度为0.2 mmol/L;反应体系中Taq聚合酶宜加入1U,引物应加入30 ng;DNA最适浓度为5 ng/μL。另外,刘殿林[5]、张正奇[6]、孙敏[7]等也对黄瓜基因组DNA提取方法和RAPD反应体系进行了探索。
基因分子标记方面,陈劲枫等[8]利用RAPD技术获得了黄瓜全雌性特异的片段B111000。娄群峰等[9]筛选得到了与黄瓜全雌性F基因连锁距离为6.7 cM的AFLP标记TG/CAC234,并将该标记转化为SCAR标记SA166。张桂华等[10]找到2个与白粉病抗病相关基因连锁距离为5.56 cM的AFLP标记,目标片段的大小分别为238 bp和236 bp。张素勤等[11]研究并获得了与控制黄瓜霜霉病和白粉病的感病QTLs均紧密连锁的显性AFLP标记:E25M632-103。该标记从分子水平说明黄瓜霜霉病和白粉病的某个感病QTLs是连锁的。丁国华[12]筛选得到与抗霜霉病基因dm连锁不十分密切的CsRGA3标记。在dm和CsRGA3之间还检测到黄瓜白粉病抗病基因pm的存在,显示了dm和pm存在连锁关系。国艳梅[13]筛选到的AFLP标记E4M6和E5M5,分别与黄瓜营养部分苦味基因Bi连锁,距离15.0 cM;和不苦基因bi连锁,距离18.8 cM。顾兴芳等[14]找到了与黄瓜果实苦味基因Bt紧密连锁的两个显性AFLP标记E23M662-101和E25M652-213,与Bt的遗传距离分别为5 cM和4 cM,且位于Bt两侧。Thomas等[15]以WⅡ983G×Strait8的55个F2+代个体和Iudm1×Strait8的90个F2+代为研究群体,从960对RAPD引物产生的135个多态性标记中筛选出5个与黄瓜霜霉病基因(dm)紧密连锁的标记:G14-800、X15-1100、AS5-800、BC519-1100和BC526-1000。
2.2黄瓜遗传图谱的构建与基因定位
1994年,Kennard等[16]以G421×H-19获得的F2+群体为材料,构建了一张总长为766 cM的遗传图谱,该图谱由10个连锁群组成,包含了58个位点标记,2个位点之间的平均距离为(21±8)cM。同时利用种间杂交GY14×PⅡ83967获得F2+群体构建了含有70个位点,10个连锁组群,总长480 cM的连锁图谱。1997年,Serquen等[17]以G421×H219杂交的100个F2+株系为试材利用RAPD技术构建了一个含有80个位点的连锁图谱,包含了77个RAPD标记,3个形态标记,分为9个连锁组群,整合长度628 cM,平均标记间隔7.8 cM。
2000年,Danin-Poleg等[18]以GY14×PⅡ83967为材料,用SSR标记技术构建了黄瓜的遗传图谱,将14个SSR标记定位到8个连锁组群中,整合图谱总长为783.2 cM,并发现其中有9个标记与甜瓜相同。Bradeen等[19]利用Joinmap软件,以G421×H219的杂交后代群体为研究对象,整合出含有10个连锁群,255个标记,总长为538.6 cM的遗传图谱,平均标记间隔为2.3 cM。又以GY14×PⅡ83967为材料,构建了一张包括了15个连锁组群,197个标记,整合图谱长度为450.1 cM的黄瓜遗传图谱。Park等[20]利用对番木瓜环斑病毒(PRSV-W)和南瓜花叶病毒(ZYMV)敏感的“Straight8”和对PRSV-W、ZYMV有抗性的TMG1(TaichungMouGua)的F6代重组自交系(RLs)为材料,构建了包含353个位点,12个连锁组群的连锁图谱。Fazio等[21]采用G421×H219获得的171个RLs和216个F2+单株构建了包含14个SSR标记、24个SCAR标记、27个AFLP标记、62个RAPD标记、1个SNP标记和3个重要形态学标记(雌性,有限生长和小叶),分为7个连锁组群,总长为706 cM的遗传图谱。Young等[22]以黄瓜抗病毒和感病毒的亲本组成的重组自交系进行AFLP、RAPD、RFLP标记,并构建了353个位点的黄瓜图谱。
“十五”期间,我国科研工作者构建了2张黄瓜遗传图谱,其一是张海英等[23]利用黄瓜重组自交系为作图群体,构建的包含9个连锁组群,共有234个分子标记的连锁图谱,其中包括141个AFLP标记、4个SSR标记和89个RAPD标记,覆盖基因组长度727.5 cM,平均图距3.1 cM。应用该图谱对控制黄瓜耐弱光的数量性状基因(QTL)进行了研究,将影响叶面积增长量的5个QTL分别定位在LG1、LG7和LG9连锁群[24]。其二为李效尊等[25]利用F2+代群体,构建的包含77个SRAP标记和79个RAPD标记的遗传图谱,分属4个大的连锁群和5个小的连锁群,总长度1110.0 cM,平均间距为13.7 cM。并将侧枝基因(lb)定位在一个大的连锁群上,其两侧标记是OP-Q5-1和OP-M-2-2,与lb的间距分别是9.3 cM和15.9 cM;将全雌性基因(f)定位在一个小的连锁群上,其两侧标记是OP-Q5-2和BC151,与f的间距分别是13.8 cM和13.6 cM。
2.3分子标记在黄瓜亲缘关系和遗传多样性上的研究
分子标记技术以其准确性高、速度快、周期短而较多地应用于黄瓜种质亲缘关系分析和种质资源多样性检测方面。利用RAPD标记进行研究的报道有:张海英等[26]分析了华北型与欧洲温室型品种的杂交后代的遗传漂移情况,进行了初步的遗传分析以及F2+个体的基因型分析。刘殿林等[27]分析了39份黄瓜材料的遗传差异,不同材料间的遗传距离(D)在0.0642~0.592之间,并根据遗传距离,按UWPGA法进行了聚类分析。夏立新等[28]计算出黄瓜亲本间分子遗传距离,研究了田间园艺性状与分子遗传距离间各种相关曲线的相关系数。陈劲枫等[29]对黄瓜属的22份材料的亲缘关系进行了研究,聚类分析为2群:CS群(黄瓜、西南野黄瓜及野黄瓜)和CM群(甜瓜、菜瓜、野生小黄瓜及非洲角黄瓜)。庄飞云等[30]也将23份材料按亲缘关系聚类为黄瓜、近缘野生种、种间杂交种和甜瓜亚属种4类。李锡香等[31]分析了66份黄瓜种质基因组DNA,将供试种质分为8个组群。另外,利用RAPD标记可以从分子水平上探测黄瓜亲本自交系与其杂种F1代的遗传差异[32]。
AFLP技术也经常用在亲缘关系和遗传多样性研究上面。王志峰等[33]利用AFLP技术对包括80份山东黄瓜地方品种和24份其他地区品种的遗传亲缘关系进行了研究,聚类分析结果显示:山东黄瓜地方品种与日本品种和欧美品种分属不同类群或亚类群,山东地方品种分为8组,各组内生态类型基本一致。AFLP分析计算出15份密刺类黄瓜品种的遗传距离在0.033~0.686之间,聚类分析分为8类,新泰密刺和山东密刺遗传差异较小,与长春密刺遗传差异较大[34]。李锡香等[35]以8对引物对70份不同来源的野生和栽培黄瓜种质基因组DNA进行AFLP分析,将供试种质聚类为3大种群:西双版纳黄瓜组群、印度野生黄瓜组群和栽培黄瓜组群。Zhuang等[36]用RAPD和SSR分析黄瓜野生种、半野生种的亲缘关系,二者的遗传分析结果具有很高的协调性,二者遗传距离的相关系数为0.94。
另外,李俊英等[37]发现在不同黄瓜品种的线粒体中存在类质粒分布的差异,其存在有一定随机性,不同品种中的同一种类质粒间具有同源性。
2.4黄瓜基因的克隆与表达
黄瓜基因克隆有多篇报道。康国斌等[38]克隆得到了在黄瓜冷敏型品种低温锻炼异表达基因的cDN段(ccr18),大小为639 bp。在基因组中以单拷贝或低拷贝形式存在。ccr18基因与黄瓜低温锻炼相关,与拟南芥染色体IIIBAC库中的F14P3基因组序列具有88 %的同源性。白吉刚等[39]扩增出黄瓜生长素结合蛋白基因(ABPl)cDN段,大小约为800 bp,该基因在开花前1 d的子房中表达信号较弱,在授粉后2 d、4 d和6 d的幼果中表达增强。丁国华等[40]利用简并引物从黄瓜基因组DNA中分离得到15条同时具有特征保守域结构的NBS类型抗病基因同源序列(RGA),翻译产物与许多抗病蛋白有较高的同源性。
牛林海[41]克隆了黄瓜HMG(high mobility group proteins)基因,并认为该基因是单拷贝,具有组织特异性表达,在根中表达最强。叶青静[42]测定了黄瓜果实组织中的与细胞分裂相关的精氨酸脱羧酶(ADC)基因cDNA序列(约1.83 kb)、与细胞膨大有关的扩张蛋白基因cDNA序列(约786 bp)以及一条酸性转化酶的cDNA全长序列(约2.25 kb)。李志英[43]获得了正常和“花打顶”黄瓜之间的2个差异片段所在基因的全长cDNA序列,分别定名为CUATP和CuADC。“花打顶”植株中CUATP的表达明显减少,而CuADC表达量增加。梅茜[44]构建了黄瓜幼果的cDNA文库,得到139个表达序列标签(ESTs),其中有97条与已知基因高度相似,36条为低度相似序列,在GenBank中未找到匹配同源序列的ESTs为6个。娄群峰[45]从中国弱雌性黄瓜中克隆出了全长为1024 bp的ACC合酶基因,包含6个开放阅读框,不同生态型黄瓜中ACC合酶基因序列保守性很强。不具有性型特异性,但在植株不同部位表达程度存在明显差异。
2.5黄瓜杂种纯度及品种指纹图谱分析
黄瓜种子纯度鉴定的常规方法是根据田间表现性状进行鉴定,后来发展为利用同工酶的方法,但二者都有一定的缺陷。利用分子标记技术鉴定黄瓜种子纯度,可以在苗期甚至种子阶段进行,高效快速、稳定可靠。克服了传统田间检验要根据植株园艺性状进行而导致的费时、费力等缺点。但相关报道比较少。
王和勇[46]研究表明,黄瓜不同组织器官的DNA对RAPD扩增无影响,均可获得一致的指纹图谱,并建立了种子纯度鉴定的RAPD的反应体系。孙敏[47]等通过RAPD标记鉴定和分析了黄瓜品种真实性,也建立了适宜黄瓜种子纯度鉴定的RAPD指纹图谱。金红等[48]研究了抗除草剂基因在黄瓜杂种纯度快速鉴定上的应用,摸索出田间抗性鉴定和室内种子抗性鉴定的除草剂临界浓度,建立了一套在种子发芽阶段或2片真叶期进行黄瓜杂交种纯度鉴定的新技术。
2.6分子技术鉴定黄瓜病害
王惠哲等[49]以感病组织和健康组织总RNA为模板,进行cDNA合成和PCR扩增,对75份黄瓜病毒病样本进行了检测,结果从感病组织中扩增出与预期的425 bp大小一致的目标片段,而健康组织无此扩增产物;29份材料检测到TMV,检出率达38.67 %。同样的方法,也检测到黄瓜上的西瓜花叶病毒2号(WMV22)[50]。李淑菊等[51]利用RT-PCR对黄瓜病毒毒原种类进行检测。陈洁云等[52]用同样技术明确了ZYMV和CMV是浙江及其周边地区侵染葫芦科植物最主要的病毒种类,夏季CMV普遍发生,ZYMV主要发生在秋季。
3黄瓜组培技术与单倍体和三倍体培养
利用对黄瓜离体组织的培养,通过愈伤组织和胚状体两条途径均可获得再生植株。何晓明等[53]建立了子叶及下胚轴离体培养体系,通过愈伤组织分化出的不定芽获得再生植株。郭德章等[54]将分离纯化的黄瓜子叶原生质体,培养于mKM8p液体培养基中,原生质体可持续分裂至愈伤组织形成。当再生的愈伤组织直径达0.5~1.5 cm时,及时转入改良的MS附加不同生长激素的培养基上诱导分化及再生,结果产生大量体胚并再生成植株。
不少报道对黄瓜组织培养的影响因素做了探讨。侯爱菊等[55]认为外植体类型、基因型及植物生长调节剂对诱导黄瓜直接器官发生有显著影响,子叶节是最佳的外植体类型。杨爱馥等[56]研究认为愈伤组织诱导阶段和胚胎发生阶段分别采用9 %和6 %的蔗糖浓度,可促进体细胞胚胎发生;胚诱导培养基中添加6-BA 0.5 mg/L,以及愈伤组织诱导阶段甘露醇与蔗糖配合使用,可提高体细胞胚胎发生率。梅茜等[57]研究表明,苗龄和ABA是影响子叶分化形成不定芽的显著因素;加入适量的AgNO3可改善黄瓜愈伤组织的质地、促进芽的形成。与曹利仙等[58]试验结果相同。郭德章等[54]认为Ca2+浓度对黄瓜原生质体的稳定和细胞分裂有重要影响。李云等[59]研究后认为赤霉素处理离体黄瓜子叶不能诱导花芽分化,萘乙酸的促进作用不明显,激动素KT1.0诱导花芽分化的频率最高。但周俊辉等[60]认为l/2 MS培养基中附加0.10 mg/L 6-BA能显著提高离体黄瓜子叶的开花率,White培养基中附加2.00 mg/L的KT开花率也有明显提高。相同浓度的L-丙氨酸和L-酪氨酸均明显促进黄瓜子叶开花,而甘氨酸对黄瓜子叶开花则有一定的抑制。
在黄瓜单倍体和多倍体培养方面,杜胜利等[61]在国内首次建立了一整套通过未受房离体培养产生黄瓜单倍体植株的技术体系,再生频率达25 %。雷春等[62]通过射线辐射花粉授粉并结合胚培养从3个基因型中获得了单倍体植株。陈劲枫等[63]研究了异源三倍体黄瓜的离体繁殖的培养基配方最佳的不定芽诱导培养基为:MS + 6-BA 2.2 mg/L和MS + 3.0 mg/L KT + 0.2 mg/L NAA,然后丛生芽在MS + 0.2 mg/L 6-BA的培养基上伸长大约10 d后取整齐一致的芽在1/2 MS + 0.2 mg/L 6-BA培养基上生根。
4黄瓜遗传转化体系建立及基因工程改良
基因工程技术是现代生物技术改良作物品种的关键技术之一,在农业生产中有着广泛的应用前景。可应用于黄瓜上的转基因方法有农杆菌介导法、基因枪法、花粉管通道法和电激法等,目前以农杆菌介导法为主要方法。近几年来,广大科研工作者研究和建立了黄瓜高效遗传转化体系,并通过农杆菌介导将CMV-CP、CBF3、Cor15A、Chi、Glu、CTB/CS3、RS等基因导入黄瓜基因组。
陈峥等[64]的研究表明,在共培养的菌液中添加乙酰丁香酮,明显提高外植体的愈伤组织诱导率;延长农杆菌与外植体的共浸染时间至40 min,外植体的存活率和出芽率显著提高。姚春娜等[65]试验表明,超声波处理可以明显提高农杆菌对外植体的转化频率。侯爱菊等[66]建立了一套黄瓜遗传转化体系,适宜的选择压力为卡那霉素30 mg/L。金红等[67]也对影响遗传转化体系的因素进行了摸索。于静[68]、孙兰英[69]、赵隽等[70]均认为子叶节是黄瓜遗传转化体系的最佳外植体,最适宜的芽诱导培养基为MS + 6-BA 0.5 mg/L;子叶节预培养1~2 d,在添加6-BA 0.5 mg/L、乙酰丁香酮100μmo1/L,pH 5.2的MS培养基上进行培养,遗传转化效率最高。利用TDZ从子叶节上诱导出再生芽,效果优于BA。
金红等[67]将抗除草剂基因bar导入到黄瓜子叶中,获得落地转化株系。邓小燕等[71]构建成植物表达载体Pbinp-35S-CBF3。通过农杆菌介导转化黄瓜子叶,获得了具有卡那霉素抗性的黄瓜再生植株。张兴国[72]等也将冷cbf3基因和corl5a抗寒基因导入黄瓜基因组,创制出耐寒黄瓜新材料。白吉刚等[73,74]将拟南芥生长素结合蛋白基因转化黄瓜,获得的转基因植株单性结实能力增强。通过黄瓜离体子叶不定芽再生体系,陈丽梅[75]和林建丽[76]已分别将荧光素基因(luc)、ATT1基因和花生白黎芦醇合酶(RS)基因导入黄瓜,获得了阳性转基因植株。柏锡[77]获得了转组织型纤溶酶原激活剂基因的黄瓜植株。张国广[78]将来源于菜豆的几丁质酶(Chi)基因和克隆自烟草的β-1,3-葡聚糖酶(Glu)基因导入3个基因型的黄瓜基因组中。侯爱菊[66]、孙兰英[69]和杨成德[79]也利用农杆菌介导法将菜豆几丁质酶基因导入黄瓜。
5存在问题及展望
黄瓜有7对染色体,染色体组总长度750~1 000 cM,高饱和的分子连锁图应具有7个连锁群。目前构建的遗传图谱相对不饱和,整合后的连锁图谱虽然密度增加,但是不能覆盖整个基因组。被定位到图谱上的分子标记不多,与重要性状紧密连锁的标记就更少。因此,仍需对黄瓜分子标记进行研究,找到与性状紧密连锁的标记,为分子标记辅助育种和基因的定位克隆奠定基础。黄瓜组织培养以二倍体的研究居多,单倍体和多倍体的研究较少,黄瓜单倍体组织培养的技术在国内仍未成熟,黄瓜转基因技术也还停留在研究阶段,与实际应用还有相当差距,今后尚需进一步研究。
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论文参考文献的撰写是为了让读者在研究某些问题时候,提供相关的文献资料,让读者更进一步的了解作者引用的具体内容,从而解决读者的需求。下面是千里马网站小编整理的会计本科论文参考文献,供大家阅读借鉴。
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[论文摘要]转基因食品已经逐步进入我们的日常生活,食品与人类健康密切相关。随着今年来转基因技术的迅速发展及其在农业生产应用范围的扩大,转基因农产品和其安全性逐渐成为人们关注的热点。
转基因食品是基因修饰生物体(genetically modified objects, GMO)中的一类,又称基因修饰食品(genetically modified food, GMF)。GMF是现代生物技术的产物,它利用现代分子生物学技术,将某些生物的基因转移到其他物种中去,改造它们的遗传物质,使某些生物的基因转移到其他物种中去,改造它们的遗传物质,使其在性状、营养品质、消费品质等方面向人们所需要的目标转变。这种以GMO为食物或为原料加工生产出的食品就是GMF。现阶段的GMF主要以GMC为食品(比如转基因番茄)或以GMC作为原料而加工的食品(比如利用转基因大豆生产的豆奶)。转基因技术既给人类带来了巨大的利益,也存在着一些潜在的危险。
一、GMF发展概况
1994年,第一例进入市场的GMF(转基因番茄)在美国诞生。现在至少有13个国家种植了GMF,其中美国的种植面积最大,达3030万公顷,68%;其次是阿根廷1000万公顷,23%;加拿大300万公顷,7%;我国50万公顷,占1%。
美国食品和药物管理局(FDA)确定的GMF品种达43个,有60%以上的加工食品有转基因成分,GMF的销售额达百亿美圆;有调查显示,美国、加拿大两国的消费者大多接受了GMF,仅有27%的消费者我食用GMF可能对健康造成危害。
我国已批准了6种GMF的商品化,其中食品3种:抗病毒甜椒、抗病毒番茄、延迟成熟番茄。随着我国对GMF的研究和开发,我国的GMF品种会越来越多。目前,研究重点是开发转基因水稻、转基因鱼等食品。
根据GMF的来源可以将GMF分为植物源GMF、动物源GMFH和微生物源GMF。现阶段的主要是植物源GMF,涉及的食品或食品原料包括:转基因大豆、转基因玉米、转基因番茄、转基因油菜、转基因马铃薯等。全球转基因种植中,转基因大豆种植面积最大2580亿公顷,占全球GMF的58%。
二、转基因食品的特点
GMF与传统的食品比较:传统食品是通过自然选择或人为的杂交育种来进行。虽然转基因技术与传统的以及新近发展的亚种间杂交技术相比,在基本原则是并无实质差别,但生产GMF的转基因技术着眼于从分子水平上,进行基因操作(通过重组DNA技术做基因的 修饰或转移),因而更加精致、严密和具有更高的可控制性。人们可以利用现代生物技术改变生物的遗传性状,并且可以创造自然界中不存在的新物种。比如,可以杀死害虫的食品植物,抗除草剂的食品植物,可以产生人体疫苗的食品植物等。其具有如下特点:
(1)成本低、产量高。成本是传统产品的40%60%,产量至少增加20%,有的增加几倍甚至几十倍。
(2)具有抗草、抗虫、抗逆境等特征。其一可以降低农业生产成本;其二可以提高农作物的产量。2000年的GMC达4420万公顷,其中抗除草剂的有3280万公顷,占74%;抗虫性状的有830万公顷,占19%;抗虫肩抗除草剂的占7%。
(3)食品的品质和营养价值提高。例如,通过转基因技术可以提高谷物食品赖氨酸含量以增加其营养价值,通过转基因技术改良小麦中谷蛋白的含量比以提高烘焙(bei)性能的研究也取得一定的成果。
(4)保鲜性能增强。例如,利用反义DNA技术抑制酶活力来延迟成熟和软化的反义RAN转基因番茄,延长贮zhu藏和保鲜时间。
三、转基因食品的安全性
1998年,英国苏格兰研究所的Arpad Pusztiai 教授用转基因马铃薯喂老鼠,1998年秋在电视上宣布大鼠食用后,引起器官生长异常,体重和器官重量减轻,免疫系统受损。此事引起国际轰动。这是对转基因食品提出的最早的,有所科学证据的质疑,并在英国及全世界引发了关于转基因食品安全性的大讨论。虽然,英国皇家学会于1999年5月宣布此项研究“充满漏洞”,从中不能得出转基因马铃薯有生物健康的结论。
转贴于
1998年3月,美国专利和商标局批准了一项由美国农业部和DPL(Delta and Pine Land)公司联合申请的所谓“终结者”技术(terminator technology)专利,“终结者”技术获得专利后引起国际社会的强烈反响。因为该技术不是一般性技术,利用这个技术可以使作物第一年种植获得的种子不育,在第二年种植时,种子会自动死亡。“终结者”技术是将一种终止子基因插入到作物基因组中得到转基因作物种子,种子公司在种子出售前,在种子表面喷上一种诱导剂,农民播种后,种子可以长成正常的植株,结出成熟的种子。但是在诱导剂的作用下,插入的终止子基因会在种子成熟时激活启动,产生毒素杀死种子胚胎,因此收获的种子在第二年再种植不能正常发芽,但这种种子在油脂、蛋白质等方面完全正常。
美国农业部发言人声称,“终结者”技术是为了保护基因工程技术的知识产权。1998年10月,国际农业研究磋商小组(CGIAR)在华盛顿召开会议,明确提出禁止“终结者”技术,理由主要有:外观上不能辨认终结者技术生产的种子,易造成不可弥补的损失;通过花粉非故意传播造成生物安全风险。
1999年5月,康奈尔大学一个研究组报告,一个斑蝶食用了转苏云金杆菌的杀虫蛋白基因(bt)玉米花粉后44%死亡,表明GMF可能存在安全隐患。此事引起科学家对GMF的广泛争论。Bt玉米中的杀虫晶体蛋白CryLA是特异毒杀鳞翘目害虫,斑蝶属于鳞翘目昆虫,自然会受到bt蛋白的影响。事实上,Science、Nature拒绝发斑蝶的文章,审稿人认为,这并不反映田间的情况,最后在Nature上以简讯的形式报道。但该事件却成为《纽约时报》、《华尔街日报》、《今日美国》等报刊的头版消息。最后,该事件被科学界否定。
2001年7月9日联合国开发计划署承认,GMF可能会破坏生态平衡,它们可能把自身的基因传递给相关物种,产生超级杂草,也可能会对其他植物或动物产生意想不到的有害影响。有关GMF和GMC的潜在危险和安全性的许多问题,有待于进一步研究才能下结论。因此,对GMC和GMF的种植于市场化要慎重,否则可能对人体健康和生态环境造成不可估量的损失。
虽然目前没有发现GMF对人类健康有害的案例,并不表明没有危害,因为它进入人类的时间还太短,其潜在危害在短时间内不会表现出来。直到目前为止,人类长期食用是否安全仍然成疑,而科学界对这些食品是否安全也没有共识。世界粮农组织、世界卫生组织及经济合作组织这些国际权威机构都表示,人工移植外来基因可能令生物产生“非预期后果”。即是说我们到现在为止还没有足够的科学手段去评估转基因生物及食品的风险。国际消费者联会(成员包括全球 115个国家的250个消费者组织)表示“现时没有一个政府或联合国组织会声称转基因食品是完全安全的。”
目前大量的转基因技术的应用,给我们带来了巨大的利益,但从上述的分析中我们仍可以看出,转基因食品目前还没有可以评估的安全性,转基因食品是否安全还有待进一步的研究和时间上的验证。
参考文献
【论文关键词】农业;水资源;高效用水;节水措施
按
2现代农业的主要节水措施
2.1节水技术措施
节水技术措施主要包括输水工程和灌溉技术。在输水方面,以山东省为例,全省平均渠灌区输水损失量在50%左右,而以色列小于10%,美国小于22%。因此,输水工程中的节水潜力巨大,可以进行渠系配套、渠道防渗、低压管道输水等工程。节水灌溉技术如“小白龙”、滴灌、渗灌等,用水量仅为常规灌溉用水量的30%~50%,节水效果明显。
2.2节水农业措施
通过田间节水,抑制土壤蒸发和作物蒸腾,提高农田水分利用效率,是发展节水农业的主要措施之一,主要包括适水生产、抗旱育种、节水高效灌溉制度、农田保墒技术、培肥地力等[3]。根据有关研究成果,通过上述措施,可提高水分利用率30%左右。
2.3节水管理措施
节水潜力的40%在于管理,只有科学的管理,才能使其他节水措施发挥应用作用,建立完善的管理机构,健全规章制度与法规,大力推广现有的科技成果和先进技术,管好水、用好水,使水资源发挥其最大效益。
3农业高效用水技术
农田节水灌溉技术内容很广泛,主要可分为工程节水和农艺节水。农艺节水包括制定各种农业节水灌溉制度及农田灌溉管理技术[4]。由于各种作物对水分的敏感期、需水耗水规律均不同,各自的灌溉制度及管理措施也不同。灌溉制度包括作物播种前以及全生育期内的灌水次数、每次灌水的日期与灌水定额、灌溉总定额3方面,这些方面的研究已趋于成熟。节水型农田灌溉技术主要有:小畦灌、长畦分段短灌、宽浅式畦沟结合灌等优化畦灌技术;节水型沟灌技术,如封闭式直形沟、方形沟、锁链沟、八字沟、细流沟、沟垄灌水、沟畦灌等;地膜覆盖灌水技术,如膜上灌等。此外,田间管理方面,可通过平整土地,秸秆覆盖,地膜覆盖,少耕免耕技术,灌溉水全面规划、合理调蓄、综合利用、定量调配,因地因水(状况)制定适宜的水价及电费政策,对浪费实行罚款等措施,以实现农业水资源的可持续利用。此外,还可利用各种化学制剂调控土壤表面及作物叶面蒸发,以达到节水的目的,如土面增温保湿剂、抗旱剂、保水剂、种子包衣剂等;利用植物基因工程手段培养高效节水品种,如农大146等小麦品种。随着信息技术的发展,通过遥感(rs)、地理信息系统(gis)、全球定位系统(gps)及计算机网络获取、处理、传送各类农业节水信息,实现高效节水的现代化技术已日趋成熟,今后将被广泛推广应用[-
[关键词]专利引证 技术热点 耦合 聚类分析
[分类号]G353.1
1 引言
新技术的产生可以导致一系列相关的新产品问世,对人们的生活、企业的发展乃至社会经济产生巨大的推动作用。在某一新技术尚未完全成熟之际,必定会有很多企业围绕这一技术不断进行改进和完善,并申请相关专利技术进行保护。因此,未来主流市场中的主流技术在专利文献中有量的征兆,可以通过对专利数据的定量分析来进行技术热点的监测。
当前利用专利文献进行技术热点监测的方法主要有两种:①通过对具有技术含义的专利著录项,如专利IPC分类号的数量变化来监测技术热点;②利用文本挖掘技术,从专利文献中抽取技术关键词进行词频统计、聚类分析来监测技术热点。在学术领域,学者们基于专利分类号对某个时间点或时间段的技术热点进行了探索。袁冰等指出,通过分析专利涉及的所有IPC分类号,以及这些IPC分类号下分别包括的专利数量,就能够获知整个区域的技术构成情况以及该区域内市场经营主体关注的技术热点。王燕玲认为,将不同主体的1PC分类按时间分布并加以比较,可发现不同主体的IPC变化过程,是一个从创新主体角度研究技术领域热点变化的主要方法。左凤茹对水电行业中世界著名企业的专利申请量按IPC分类号进行统计后,指出目前水电没备的研究热点。栾春娟等认为,经过德温特技术人员标引的“德温特指南代码”(Derwent Manual Codes),对研究专利的技术领域分布更具指导意义,她们利用德温特指南代码,陆续对基因工程、3G技术、生物技术、电动汽车领域进行了技术热点分析。在技术实践领域,主流的专利分析软件如Thomson Data Analyzer(TDA)、Aureka、HIT-恒库等正是基于上述原理,实现了从批量专利文献中抽取专利分类号或技术特征词汇进行统计、聚类分析的功能,并用可视化的方式展示分析结果,生成相应的专利地图,进行技术热点监测。以Aureka为例,它提供了ThemeSeape地形图功能,以分析的专利样本为基础,对其中相关词汇的词频应用聚类分析生成主题(词汇)地形图,以此来描述专利技术热点的分布情况。
但是,由于IPC的分类原则是将同一技术主题归在同一分类位置,使之具有相同的分类号,即侧重于对单一技术主题进行分类,而且IPC将专利要求的技术主题作为一个整体来分类,而不是对其各个组成部分分别进行分类,因此分类不彻底,也造成分类不够细,某个分类号下存在大量文献。这样一来,基于IPC分类号的技术热点难免存在偏差,且比较宏观,难以反映企业关注的微观技术热点变化,更难以揭示技术日新月异的变化和发展。而利用模式匹配、规则基础和自然语言处理技术直接从专利文本中抽取词和词组进行统计或聚类分析,虽然相对比较精确和具体,但也存在着一些相关陛较高的词组或短语,因为出现过于频繁而容易被软件分析系统自动剔除,造成分析的误差。因此,如何提高基于专利文献技术热点监测的准确性,如何利用专利引文所承载的技术关联信息进行获取和关联挖掘,如何对已有的宏观技术热点和微观技术热点监测进行补充,是本文研究的主要问题。
2 基于专利引证的技术热点监测方法
2.1 专利引文的技术情报价值
专利对先有技术(prior art)和科学论文的引用是科学和技术发展规律的表现,它体现了科学和技术的累积性、连续性和继承性,也体现了不同学科、不同研究层次之间的交叉、渗透。大多数发明不是“无中生有”的,一般发明人在进行发明创造活动时,会参考具有相同发明目的的先有技术的发明创造内容和发明人所熟知的先有技术。另外,专利审查员审查专利文件时常会将被审查的专利与主题相近的先有技术相比较,这两种方式导致了专利引文的出现。Arehibugi和Pianta指出,专利引文数据广泛地提供了具体技术领域某一技术发明的相关技术信息。
1965年,普赖斯创造性地研究了科学论文之间的施引与被引证关系,以及由此形成的所谓“引证网络”。专利引证网络是将文献计量引证网络的对象从科技论文到专利文献的直接延伸,通过绘制专利引证关系图来考察互相引证的专利的关联程度和技术相互间的影响,寻找最早被引证的专利文献,洞悉专利的继承性和发展历程。专利与其引证论文或引证专利密切相关,反映了相同或相近的技术创新,这种相关性是由技术本身的传承和发展而形成的。据此,利用各种数学以及统计学的方法对专利与专利之间的施引和被引现象进行比较、归纳、抽象判断,以探索其数量特征及内在价值,专利引文分析也具有重要的技术竞争情报价值。
2.2 基于专利引证进行技术热点监测方面的实践应用
借助专利与专利间的引用与被引用关系,不仅可以揭示出专利的理论、技术起源,而且可以对技术领域中的技术前沿和技术热点进行追踪。Mogee等利用专利同被引(patent co-cltation)对2808条Eli Lilly公司的专利数据进行聚类分析,识别该公司的核心专利技术和技术热点群组,发现主要的技术热点(teehnolo-gy fronts)。孙涛涛等基于专利耦合关系,指出同时引用相同基础技术专利簇的另一个专利簇(base tech-nology)可以构成技术热点。尹丽春等将文献计量学中的共被引方法应用到专利文献的研究中,对在我国申请的数字信息传输领域中的专利技术前沿问题进行探讨。
目前市场上各种专业的商业化专利分析软件(如法国IMCS的Matheo Analyzer、美国汤森路透旗下的Aureka、Innovation和Delphion、中国恒和顿的HIT-恒库等)几乎都有绘制引证网络图的功能,利于追溯目标技术的起源和发展。但是这些软件工具无法利用专利文献中的同被引或耦合技术,借助可视化关系揭示技术前沿或者技术热点。
2.3 基于专利引证的技术热点监测方法设计
研究首先通过基于“关键词+专利引文”的检索策略,从专利数据库中检索、下载研究主题范围内的原始专利数据,构建本地专利专题数据库;其次,按照分析需要对本地原始专利数据进行拙取,将专利号、题名、发明人等专利著录项从专利文献中抽取出来,完成数据预处理;再次,分别利用专利耦合聚类和具体概念词聚类,实现由浅至深、由粗到细的技术热点监测。具体实施流程如图l所示:
值得注意的是,为了构建准确、有效的专题数据集-进行分析,专利数据检索至关重要。在专利数据采集的过程中,首先采用关键词试检,从试检结果中寻找相
应表达的同义或近义词,扩充、调整检索策略,力求保证关键词的全面性与准确性,构建初始专利数据集。然后对初始专利数据集中的专利进行被引频次排序,遴选25-50个高被引专利作为种子专利,并请领域专家对种子专利进行判读。如果专家认为研究领域的种子专利不准确,则需要重新回到第一步,调整检索策略进行数据检索。
此外,在利用专利耦合进行技术监测的过程中,要注意设定合适的专利耦合阈值,阈值过大或过小都会影响耦合矩阵的构建,从而影响耦合技术热点的聚类。同时,那些低于耦合阈值的专利内容相对分散,较难形成热点,应该予以舍弃。
2.3.1 基于专利引证的技术领域数据集构建 利用专利引文和专利引文索引能识别那些用其他方式不能识别的专利之间的关系,而且这些关系往往可以使相关信息的检索变得迅速。正如Garfield E所言,除了专利引文和专利引文索引,现在尚无一种更加有效的工具可以确定某一专利所透露的技术是如何被改动、完善和利用的。马海群指出,引用检索作为传统专利情报检索方式(如分类或主题检索)的重要补充,可以有效地提高专利检索的查准率和查全率。借助专利与专利间的引用与被引用关系,本文提出“关键词+专利引文”的技术领域专利文献数据集构建方法,获得同一批技术专利技术起源的所有相关专利数据,提升检索效率、增强资料的搜集性及准确性,具体步骤如下:①与领域专家讨论,确定相关检索技术关键词,确定检索式进行关键词检索;②根据初检结果,构建与专题技术相关的初始专利数据集;③遴选TOP25-TOP50高被引专利作为该技术领域的种子专利;④检索引证种子专利的专利(citing patent)及其被引专利(cited patent),构建专题技术数据集。
通过上述步骤,构建待分析的技术专题数据集,其专利引证关系如图2所示:
2.3.2 技术热点监测方法文献中的间接关联包括文献耦合和同被引两种,都能用来确定研究热点(re-search fronts)。正如Persson和Morris。所言,耦合论文可以反映“研究热点”的知识结构,同被引论文则提供了一种知识基础(intellectual base)的知识结构。Glanzel指出论文从发表到被引用期问有一个明显的时滞,用同被引来映射学科结构存在时差,而耦合分析则可以实时地反映学科最新的动态变化。Van denBesselaar P等也指出,耦合测度的是源文献之间的关系,同被引测度的是被引文献之间的关系。前者是基于有意识的行为,即著者有意地将两篇文献联系起来,而后者仅是两篇文献出现之后的偶然关联。因此,文献耦合更适于最新研究主题的揭示。
为了在基于IPC分类号的宏观技术热点和基于词的微观技术热点中找到一个较好的平衡点,本文首先利用专利之间的耦合关系获得耦合专利簇,形成中观层面上的技术热点?技术热点交由领域专家识别,为其命名。其次,引入时间轴的概念,对耦合聚类实现的技术热点发展趋势进行分析,帮助技术决策者了解每个技术热点随时间的发展变化情况。再次,利用自然语言处理技术,从技术热点的专利文本中抽取词和词组进行统汁和聚类分析,获得以概念词为表征的技术热点,辅助技术决策。
3 实证研究
3.1 数据集的构建
本文采川基于专利引证的方法构建技术领域专题数据集。研究以DVD领域激光头技术为例,经与领域专家讨论,将optical head、pickup和pick up确定为检索关键词,从美国专利商标局(USPTO)文摘库中检索1995-2004年1O年间的专利数据,检索出1934个专利构建DVD激光头技术领域初始专利数据集。从巾遴选TOP25高被引专利作为该技术领域的种子专利。从USPT0数据库中检索出种子专利的729个施引专利(citing patent),去重后得到515个。上述515个专利又引用了3397个(去重后)被引专利(cited patent)。分别将上述数据下载到本地,构建专题数据库,作为本次研究的分析对象。
3.2 基于专利耦合的技术热点分析
研究首先将515个专利和3397个被引专利的专利号(patent number)、题名(title)、授权日期(issuedate)、专利权人(assignee)、技术分类号(IPC)从数据集中抽取出来,为后续分析做准备。然后将研究的耦合阈值确定为4,对原始数据集中的515个专利进行筛选,舍弃专利耦合强度少于4的那部分专利,得到272个专利作进一步的分析。
其次,根据专利之间的引证关系,生成专利初始引证矩阵。这是个典型的二值矩阵,即矩阵中所有的元素取值均为0或者1,如果两个专利之间存在着引证关系,即取值为1;如果两个专利之间不存在引证关系,即取值为0。本例中的研究对象有272个专利,需要生成272×272的矩阵,由于文章篇幅限制,略去原始的272×272矩阵。专利初始引证矩阵是一个不对称矩阵,根据初始引证矩阵转换成对称的专利耦合矩阵。
再次,采用层次聚类法对专利单元样本进行聚类分析。聚类的过程是:先将n维专利耦合矩阵转换成n维的相似矩阵,然后根据一定的聚类算法把分析对象分成类群。在选择相似性(similarity)测度方法时,本文采用了Dice相关系数来对耦合距阵进行标准化处理,采用离差平方和法(ward’s method)计算类间距离。上述步骤用Matlab提供的statistics toolbox工具,选择层次聚类方法实现,将耦合强度大于4的专利聚成了10个小类的专利簇,得到10个技术热点,并通过领域专家帮助,给每个技术子主题命名。
最后,绘制各技术热点的发展演变图,考察技术热点在10年间的发展变化。从DVD激光头技术各个子技术主题在10年间(1995-2004年)的发展趋势来看,大部分子技术主题在1997-2002年处于上升阶段,随后缩量发展,从一个侧面说明激光头技术整体而言已经相对成熟,自2003年始发明创新逐渐减少。其中,生命力最为旺盛的是技术热点4――光记录设备,从1997年至2004年不断有新技术发明问世。DVD激光头技术10个热点的发展演变如图3所示:
3.3 基于词聚类的技术热点分析
为了考察光记录设备这一技术热点的具体情况,随后将光记录设备的87条专利数据导入Patentics专利检索分析平台,进行概念聚类分析,得到10组概念索引词,表征光记录设备的详细技术热点,见表1。
其中,关于物镜的专利占了该技术热点的1/4,其次为光度头和激光束。在这些子技术热点中,日立、松下电工、富士施乐、日本电气等日本企业在光度头中表现突出,日立、富士施乐、希捷等企业在激光束中有较大的技术优势。
4 研究结论
基于专利引证的技术热点监测方法在技术领域数据集的构建和热点监测过程中,有针对性地对专利引文所承载的技术关联信息进行获取和关联挖掘,使得数据分析的目标更加明确,通过专利耦合寻找微观技术热点群获得的技术热点更为凝练、精确。此外,在凝练的微观技术热点群中利用技术特征词汇进行聚类监测,词或短语的专指度更高,能有效避免出现词或短语的高峰区域内个别专利不属于此技术领域的分析误差现象。因此,无论在理论上还是实际操作中,基于技术特征词汇的技术热点监测更具有效性和可靠性,是对以往单纯基于IPC分类号或基于词处理技术获得技术热点的有效补充和参考。
一科研发展现状
自“十一五”以来,学校共承担纵向科研项目562项,其中国家科技支撑项目5项,国家科技支撑计划课题22项,到位经费近2.36亿元。主持或参与完成的科研成果获省部级以上奖励60项,其中荣获国家科技进步二等奖2项,自治区科技进步一等奖6项,自治区哲学社会科学成果奖一等奖3项。通过审定的品种12个,获得专利81项。总体来看,学校科研项目数及科研经费均呈现逐年递增的趋势,主持参加科研活动的教师数量稳步增加,而且承担课题的年轻教师比例也在逐步提升。全校教师人均科研经费逐年递增,学校科研成果产出丰硕,在各类核心期刊发表了大量的学术论文,出版了许多著作及教材。通过这些科研课题积累了大量的科研成果及相应的设备条件,在学科建设上取得了重大进展,办学实力有明显的提高。我校拥有1个国家重点学科,1个国家重点学科培育学科,1个国家部委重点学科,1个省部共建教育部重点实验室,1个农业部农业科学观测实验站,7个自治区重点实验室,1个国家级实验教学示范中心,7个自治区级实验教学示范中心,6个博士后科研流动工作站、18个博士学位授权点、73个硕士学位授权点、4个专业硕士学位授权点(其中,农业推广硕士专业学位领域12个、工程硕士专业学位领域6个)、60个本科专业。
二科研对本科教学的促进
科研是新知识和新技术的源泉,是高校教学质量的推进器。只有不断地进行科学研究,才能丰富学科内涵,拓展学科知识,提高教学水平。新疆农业大学重视科学研究并鼓励科技创新,以科研促进教学,提高教学质量,培养出了许多创新型人才。
1鼓励科学研究,促进人才培养
本科教学质量的提高首先要拥有高水平的教师,教师人才的培养就显得尤为重要。我校从2000年开始,设立了专门的科研启动基金―――新疆农业大学青年科学基金,重点资助具有中级专业技术职称的青年教师,使他们通过承担科研项目,提高自身科研能力,改进教学方法和教学手段。“十一五”以来,我校主持国家级、省部级、厅局级科研及推广项目共计562项,为本科教学培养了大批青年人才。此外,学校还对在职教师参加深造和学位进修给予一定的资助,鼓励他们结合所主持或参加的科研课题攻读在职硕士和博士学位,进一步加强本科生教育。
2加强基地建设,提供实习平台
实践是检验真理的唯一标准,对本科学生的教学也必须归结到实践上来。通过教师承担的各类科研项目,我校与全疆各地州建立了178个实习基地。其中,由我校草业学院承担的“新牧1、2号种子基地建设与生产”国家牧草种子基地建设项目,总投资额达1470万元,为学校的本科教学实践活动提供了可靠的保障。此外,我校还拥有4600多万平方米的实习林场和275.58万平方米的实验农场。这些科研基地的建设与维持主要依靠科研经费支撑。他们对本科学生的开放,培养了大学生的实践能力、创新能力,提高了大学生毕业论文(设计)整体水平。
3更新教学内容,体现特色教学
教材是大学本科教学中理论部分的源泉,是联系理论与实践的纽带。随着社会的发展,知识更新加快,教材内容总是落后于现实生产力。因此,大学教师不能也不应该依赖现有教材,而应该通过科研不断学习和吸收新知识,接触新事物,研究新问题,利用自己最新的思想、方法、成果,随时自编教材或补充讲义,保持教材的前沿性。我校始终鼓励教师自编教材,近年来,共编纂各类教材121部,各类实验指导、复习资料若干。这些教材都紧密结合科研实践,结合新疆地域特色,使学生掌握了较为先进的理论知识。此外,学校还通过计算工作量的方式鼓励教师利用科研成果自编教材,取得了较为满意的成效。
4强化学术交流,培养创新意识
开放式教学能培养学生的学习兴趣,提高学生的理解能力。我校所有科研项目在通过成果鉴定后,都要求项目主持人或主要参加人及时举办讲座或学术报告会,将在科研工作中得到的最新成果给本科学生演示或讲解,并努力使这种规定逐步成为一种制度。通过这些讲座培养了大学生的创新精神,激发了其科研兴趣。此外,我校还聘请了国内外知名专家、学者为本科学生讲授前沿性学科知识,使广大学生了解了所学专业的前沿性知识,感性上得到了升华。
5成立学术团体,鼓励学生科研
通过成立各类学术团体,可以使本科学生以自发的形式进行科研活动。我校在“新疆农业大学科技协会”的基础上,成立了“新疆农业大学大学生科技协会”。学生科协的成立,充分体现了科技在教学中的地位,使学生与科研可以零距离接触,而且还促进了大学生的创新能力提升,为我校的科研促进教学工作提供了良好的平台,活跃了学生的学术思想,促成了我校学生的学术氛围。
6注重能力培养,提高学生就业率
社会的发展对高等学校培养具备创新精神和实践能力的学生提出了更高的要求。我校有45%的科研项目为本科学生提供了参与机会,积极吸纳本科学生参加我校教师的科研活动,开阔了学生的眼界,加强了学生动手能力、理论联系实际的能力及创新能力和创新思维的培养,提高了本科教学质量。五年来,我校部分本科大学生利用实习和假期参与到了教师科研项目的研究工作当中,接受了科研思维的训练,获得了科学精神的熏陶。本科毕业生的毕业论文(设计)选题有80%来自指导教师的科研课题。
三以研促教的设想和建议
1尝试在本科教学中设立科研学分,增强学生科研与实践能力
本科生阶段,基于学生本身的基础、能力及培养目标,科学研究主要是对其进行科学素质、科研习惯、科研方法和科学精神的培养。要让大学生通过参与教师科研项目或自主选题开展研究等多种形式,进行初步的探索性研究工作。设立本科生科研学分,鼓励和指导学生参加科研工作,因材施教,促使本科生早期系统接受科研训练,直接参加科研实验或实习,使大部分本科生的毕业设计(论文)选题结合科研课题或生产实际,提高学生的专业兴趣,培养学生的科研意识和科研精神。坚持教学与科研相结合,使学生在学习的同时还受到从事科研的基本训练,从而培养学生独立研究的能力。
2进一步完善教授为本科生授课制,提高本科教学质量
科研项目(成果)越多,教学内容就越丰富,更新就越快。教授们可以运用自己丰富的经验,结合他们所做课题,告诉学生自己发现问题、提炼问题的思考过程,引导学生养成不迷信权威、于不疑处有疑的科学思维习惯,培养学生发现问题、解决问题的能力。这对于促进本科教学的改革创新,大幅度提高本科教学的质量将具有积极的影响和深远的意义。
3强化学术交流,活跃大学学术氛围
及时举办反映学科进展的讲座或学术报告会,向本科生宣传介绍科研成果。我校所有科研项目在通过成果鉴定后,要求项目主持人或主要参加人及时举办讲座或学术报告会,将最新科研成果给本科学生演示或讲解,这些是在书本中学不到的。
4鼓励教师自编教材与学术著作,体现特色教学
随着社会的发展,知识增长迅猛,知识更新加快,教材内容总是滞后,为此,应鼓励教师自编教材和学术著作。大学教师应该通过科研不断学习和吸收新知识,接触新事物,研究新问题,利用自己最新的思想、方法、成果,自编具有特色的教材和学术著作。教师在授课中将最新的和属于自己的学术思想、科研成果渗透到传统的经典课程内容之中,有利于激发学生学习的兴趣,培养学生的科学思维方法、价值观和创新精神,也是应对知识高速更新的根本举措。
5加强实践教学环节,注重本科生科研训练
(1)对各类实验室的功能进行整合和强化,重点强化服务本科教学的功能。保证实验内容和实验手段的先进性和时代性,应提倡教师将自己成熟的科研成果转化为实验课的教学内容。
(2)毕业设计(论文)是一种带有总结性的集中科研训练。一个有水平的毕业设计(论文)选题,既是一个好的科研课题,又能适合本科学生的特点,从而做到教学和科研的互相促进。应注重本科生毕业设计(论文)与科研的结合。
(3)教学与科研基地并建,提高学生实践能力。以现有的教学和科研实习基地为依托,通过科研项目实施不断扩大和发展新的科研与实习基地,组织大学生的课外科技创新活动。
科研是高校的三大基本功能之一,在如何将科研与本科教学密切结合,以科研促教学、促教改方面,新疆农业大学近年进行了积极的探索,及时将科研和生产中的新发现、新成果、新问题及时融汇到本科教学活动中,以期提高教学质量和教学水平。
参考文献
论文摘要:综述了文冠果的分布和栽培状况,根据其经济价值和用于园林绿化的意义,阐述了文冠果的发展前景。
文冠果(XanthocerassorbifoliaBunge),属落叶灌木,原产我国干旱寒冷地区,对土壤要求不严,主要分布在甘肃、陕西、山西、河北等省,是北方特有的优良木本油料树种,其种子含油量为35%~40%,素有“北方油茶”之称。
1文冠果在我国的分布
文冠果在沙荒、石砾地、粘土及轻盐碱土上均能生长。历史上,文冠果自然分布于我国的秦岭、淮河以北,内蒙古以南,东起辽宁,西至青海,南至河南及江苏北部(有零星庭院栽培)。20世纪90年代,黑龙江省南部、吉林省和年降水量仅148.2mm的宁夏自治区,均出现了较大面积的文冠果生态林。据调查,目前文冠果(天然次生林、人工林)在我国北京、河北、内蒙、辽宁、河南、山东、安徽、陕西、山西、甘肃、青海、宁夏、新疆和均有分布[1,2]。北京、内蒙、辽宁、山东、安徽、宁夏和新疆多为引种栽培,无天然林,河北、河南、陕西、山西、甘肃、青海和除人工栽培外,也有天然林分布。现有资源以陕西延安,山西临汾、运城和忻州,河北张家口和辽宁朝阳为多;内蒙古赤峰市翁旗中部分布着1867hm2保存较完整的人工文冠果生长林;河北唐山已形成较大的人工育苗基地[3]。至2003年,山西、陕西、湖北、内蒙古、宁夏、甘肃和河南的文冠果栽培总面积约25000hm2。2006年,吉林和山东等地相继建立起文冠果基地,栽培向更高层次发展。
2文冠果的引种和选育种
在引种方面。多年来我国许多地区都进行了文冠果的引种尝试,并取得了成功。早在1968年陕西蒲城就开始了文冠果的引种工作[4];近年陕西洛川成功引种了文冠果。1975年新疆建设兵团农一师引种文冠果,2年生树平均树高80cm,在38~-22℃条件下生长正常[5];新疆奇台和冬季-35℃以下的乌鲁木齐、昌吉、石河子、沙湾一带也已引种成功[6~8]。1976年江苏灌南县从甘肃平凉和辽宁翁牛两地引进文冠果种子育苗,1978年大田移植,成活率99.7%,3~5年始果,盛果期树株产15~50kg[9]。此外,青海河湟流域、河南蒿县、山东济宁和莱芜等地引种的文冠果也均能正常开花坐果[10]。在引种的同时,人们进行了大量调查研究,确定了其适栽范围,发现文冠果的分布极限北部位置达47°20'''',南部极限位置达29°[11];同时对引种种源、栽培管理措施等也进行了阐述,如刘才[12]等就摸索出一套提高黑龙江地区文冠果引种成活率的完整经验。
在选、育种方面。从20世纪70年代开始,我国陆续开展文冠果的选育工作,并不断取得进展。内蒙古林学院1974年即开始文冠果良种选育工作,1979年选出了内林53号优良单株;徐东翔选出内林2号,并对其经济性状进行了调查[13];据报道[14],杨凌金山农业科技有限责任公司近年成功培育出文冠果1号,彻底改良了野生文冠果素有的弊端。在理论上对文冠果染色体组型、大小孢子及胚和胚乳形成过程的探索,为文冠果选育工作提供了细胞学方面的基础材料[15,16]。在早期选、育和理论探索的基础上,目前已经总结出文冠果选育的两个途径:一是选择优株。文冠果自然分布区内生态条件差别较大,必定存在着种源差异,可首先筛选出生长速度快,树势健壮,坐果率高,单株产量高,果大皮薄,籽粒饱满,出仁率和种子含油量高,抗病虫和生产能力大的优良母株;然后进行快速无性繁殖,形成遗传性状稳定的无性系,进而培育成优良品种。二是育种。文冠果遗传资源十分丰富,如能育成文冠果纯合二倍体(即自交系),然后配成优良杂交组合,进而建立杂交种子园,选择其杂种优势明显、后代表现型整齐一致的良种,也不失为一条有效途径。安守琴等[17]就曾以无性繁殖和子代测定的常规育种为手段,通过表型选择、当代鉴定设计的子代测定,在37个无性系中,选出了当代表现及其较优良的73-006优良无性系以及73-006×74-032,74-001×74-031最佳组合。
3文冠果的丰产栽培
文冠果可用播种、分株、扦插、压条及组培法繁殖苗木,其中播种仍是主要的方式。秋播一般在10月中旬进行,用苗床或高畦条播,株行距20~25cm×25cm,播种深度2~2.5cm,播后轻镇压,根据墒情,保持土壤湿润;春播一般在4月中下旬(谷雨前后)进行,播前4~5天浇足底水,地面土壤松散时,顺垄或畦每隔15~20cm宽,开3~4cm深的沟,沟内隔15~20cm点播1粒种子,播后覆土,覆土厚度2~3cm,大水缓灌沉实,垄面稍干时松土。如果播前对经过层积或温汤浸种的种子进行低频电流处理和钴辐射,可有效提高种子的发芽率及苗木质量。扦插育苗及组培繁殖研究也取得了一定进展。研究发现,把3~5cm粗的根剪成20~30cm长的根段,斜插入土的根插法,新苗植株生根系数远高于常规枝插法。王永明[18]等用文冠果嫩茎进行离体培养,结果嫩茎分化速度快,得苗容易,移植成活率高。生产中看出,扦插和组培繁殖的苗木要比播种法得到的苗木整齐度高,园相好。但因扦插成活率低,组培繁殖系数不高且植株难生根等,实际生产中并未大规模应用。
文冠果长期处于自然生长状态,素有“千花一果”现象,为解决其落花落果问题,人们从生长环境及生理机制方面进行了大量研究,发现通过改善文冠果的生长环境和改进栽培技术,即合理施肥灌溉、整形修剪、改善其通风透光条件、花期进行人工辅助授粉、使用生长调节剂和及时进行病虫害防治等,能够大大提高文冠果的坐果率及产量。
4文冠果的化学成分
文冠果的茎中含有2α,3β双氢杨梅槲皮素(2α,3β-dihydromyricetin)、2α,3β-双氢槲皮素(2α,3β-dihydroguercetin)、2β,3β-表儿茶精(2β,3β-epicatechin)和2β,3β-表没食子儿茶精(2β,3β-epigallocatechin)[19]。1998年,白玉霞等[20]从文冠木中提取了总黄酮。1999年,张文霞等又从文冠木的醇提取物中进一步分离得到一种新的化合物,命名为文冠木素(Xanthocerin),化学名称为7,9-二羟基-4-甲基-2,4a,10,10a-四氢-吡喃并[3,2-b][1]苯并吡喃-2-酮(7,9-dihydroxy-4-methyl-2,4α,10,10α-tetrahydro-pynano[3,2-b][1]benzopyran-2-one),并首次从文冠果属植物中提取得到七叶内酯和2,5-二甲基对苯醌[21]。1981年,王红斗等[22]报道了文冠果种仁含油60%,并用气液色谱分析出其中含有14种脂肪酸,其中6种为不饱和脂肪酸,碳链长度C16~C18,同普通柴油的碳链长度(C15~C19)极接近。1993年,李霞冰等采用羧基端化学修饰新技术,气质法结合尿素包合法,鉴定了文冠果种仁油中脂肪酸12种[23]。前苏联学者用水-甲醇-正丁醇提取文冠果种子中的文冠果皂苷,再用氧化铝柱层析分离得纯皂苷。陈英杰以甲醇-正丁醇-水为提取液,反相柱层析法从文冠果子中得到4种新结构类型的皂苷(bunkankasaponinsA、B、C、D)。王红斗等用Stato-otto法鉴定出文冠果种仁脱脂物中含有少量植物碱和皂苷,且含有17种氨基酸[24],其中人体必需的赖氨酸占0.42%。2001年,程文明、杨柏珍采用柱色谱和光谱方法,从文冠果果壳中分得2种甾醇[25],经鉴定为:(3β,5α,20R,24S)-豆甾-7,反-22-二烯-3-醇和(3β,5α,20R,24R)-豆甾-7烯-3醇;2002年,他们又分析了果壳中脂肪酸成分,发现21种脂肪酸,其中8种为首次报道,分别为:己酸、庚酸、辛酸、壬酸、葵酸,10-甲基-十一烷酸,12-甲基-十四烷酸以及十七烷酸[26]。早期研究发现文冠果叶中含杨梅树皮苷,鞣质(18.7%),黄酮醇(2.16%),三萜皂苷(6.65%),羟基香豆精(2.18%),水杨苷(4%),植物甾醇,蛋白(19.8%),16种氨基酸和挥发油。1989年,朱丹等经预实验也从文冠果叶中分离出生物碱、有机酸、鞣质、皂苷等10种化学成分,其中皂苷含量为5.53%,并测定出锶、锌、钡、硼、铁、铜、锰等12种微量元素[27]。1968年,M.VictorPlouvier等从花的萼片中分离出芩皮苷、白蜡树皮苷和少量七叶苷。
5文冠果的发展前景
文冠果耐干旱、贫瘠、抗风沙,在石质山地、黄土丘陵、石灰性冲积土壤、固定或半固定的沙区均能成长,甚至在的岩石缝隙中也能生长发育、开花结果。文冠果的一年生苗主根深1m以上,有较大的侧根20多条,播种两个月的小苗,虽苗高不足30cm,根深却达60cm。成龄文冠果根系发达,既扎得深,又分布广;根的皮层占91%,就像根的外面包着很厚的一层海绵一样,能充分吸收和贮存水分。是防风固沙、小流域治理和荒漠化治理的优良树种。在国家林业局2006~2015年的能源林建设规划当中文冠果已成为三北地区的首选树种[28]。
3年生文冠果便可开花结果,15~20年进入盛果期,一直可持续百余年。树的寿命长达300年,有的可达600年。其种子含油率为30%~40%,种仁含油率50%~70%。油可食用,还可用作高级剂、增塑剂、制油漆和肥皂亦可作为生物柴油。东北师范大学、吉林省林业科学院和长春市亿高生态工程研究所,联合开展了文冠果生物柴油的研究工作。据初步分析,由文冠果油制备的生物柴油相关烃脂类成分含量较高,内含18C的烃类占93.4%,而且无硫、无氮等污染因子,符合理想生物柴油指标。文冠果果粕中蛋白质含量高达40%,且富含18种氨基酸,是优质饮料原料;文冠果嫩叶经加工可代茶饮,文冠果果皮可提取糠醛,种皮和外果皮可制活性炭;文冠果木材纹理细致,抗腐性强,是制做家具和农具的良材;根是制作根雕及雕刻的上等材料;文冠果花美、叶奇、果香,具有极高的观赏价值,是园林绿化的珍贵资源,也是行道树的首选。
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(温州科技职业学院 浙江 温州 325006)
摘要:介绍了温州科技职业学院种子生产与经营专业人才培养模式的探索实践。通过协同行业主管部门、种子企业和高职院校构建和完善人才培养模式,根据种子行业工作岗位特点实施人才培养方案,密切联系行业,发挥科研优势等措施进行人才培养,取得良好的效果。
关键词 :高职;种子生产与经营;人才培养模式;行业需求
中图分类号:G718 文献标识码:A 文章编号:1672-5727(2015)01-0075-04
行业需求是高职人才培养的指挥棒,高职院校如何培养出行业真正需求的人才,一直是需要研究和探索的问题。我校种子生产经营专业于2007年开始招生,从人才培养方案设计到实施,再到毕业生就业和用人单位反馈,积累了一定的经验。同时,我们也看到人才培养过程中存在的一些问题:早期在培养方案实施过程中实践环节与农作物生长季节脱节,与行业对接较少;部分种子专业核心课程(特别是行业考证课程,如种子加工、种子生产、种子贮藏、种子检验)的相关教材与行业需求的知识与技能不相吻合;毕业生人文素养、专业情感不高等。我们一直在思考如何培养出满足行业需求的热爱种子行业的毕业生。通过几年的实践,我们认为关键在于人才培养模式是否符合行业的需要,培养方案实施能否满足种子专业人才培养的要求。高等职业教育人才培养模式是指人才的培养目标、培养规格、培养方案,它集中反映在人才培养计划上,包括专业培养目标,人才培养规格,学生的知识、能力、素质结构,课程体系,教学内容及培养过程等。国内外与行业对接的校企合作、工学结合模式应用广泛,特别是工科类专业,高职院校进行了大量的探索实践,取得了一定成效。在种子生产与经营专业方面,新疆农业职业技术学院创建了种子生产与经营专业“工学交替、‘一轮半’实践”人才培养模式;甘肃省酒泉职业技术学院构建了“平台+模块”的人才培养模式,形成了自身特色。由于种子行业具有很强的区域性,行业需求存在较大差异,不同区域的种子专业较难完全适用某一培养模式及配套教材。为此,我们不断探索适合华东区域的与种子行业需求对接的人才培养模式,以期实现培养出喜欢行业、行业喜欢的专业人才,为种子产业的健康发展做出贡献。
一、协同行业主管部门、种子企业和高职院校构建和完善人才培养模式
(一)协同制定人才培养方案
成立种子专业指导委员会,由种子行业专家、种子企业技术人员、专业教师共同组成。开展行业企业的人才需求调查,研讨、论证、确定专业高职人才培养目标和规格定位,分析研究行业企业发展趋势及变化,论证课程设置,构建并及时调整专业人才培养方案,使人才培养始终处于行业需求的最前沿。
1.人才培养目标
培养坚持四项基本原则,适应经济社会发展和文化传承创新需要,掌握作物生产,作物育种,种子生产、检验、经营管理的基础理论、基本知识与基本技能,面向种子生产、种子检验、贮藏加工、种子经营管理及技术服务推广等岗位的德、智、体、美全面发展,具有可持续发展能力的生产、建设、经营、管理第一线的技术技能型人才。
2.人才培养规格
围绕培养种子生产与经营专业一线所需要的德、智、体、美全面发展的技术技能型人才,突出生产和经营两个岗位方向,具有热爱“三农”、爱岗敬业、善于沟通、团结协作、积极进取的职业精神,熟练掌握种子生产、加工、检验、经营管理等核心能力。
(二)协同构建课程体系
协同行业、企业和其他高校构建由种子生产与经营工作任务引领的与行业对接的“点、线、面、体”课程体系,调研分析学生对岗位的需求。从职业岗位分析入手,采用逆向分析法,按照职业岗位分析及职业能力标准的要求构建有针对性的岗位方向课程(点);从种子专业就业岗位群精选专业核心课程(线);从农类行业对人才的基本知识面需求确定专业基础课程(面);从社会对人文素质的需求设计人文素质课程(体)。做到人文素质全、基础知识宽、专业知识精、岗位技能强,最终形成与职业岗位工作相适应的、满足学生职业生涯可持续发展的课程体系。
(三)协同制定课程标准
开展各类课程的标准化建设,通过对课程内容选择标准和课程内容排序标准的研讨论证,进一步明确职业教育课程的本质特征,职业教育课程的结构类型。通过成立课程建设领导小组,细化课程建设目标任务,建立课程建设负责人制度,邀请校内外、行业、企业专家、毕业生、用人单位参加课程建设研讨论证,共同制定,使课程建设实现制度化、规范化、科学化和现代化。
(四)协同编写专业核心课程教材
成立种子系列教材编写委员会(由行业和学校成员组成),由温州科技职业学院牵头会同农业部、农业厅、其他高职院校及浙江大学、浙江农林大学等编写种子专业核心课程教材体系。编写教材包括《作物遗传育种》、《种子生产技术》、《种子加工》、《种子贮藏》、《种子质量检验》、《种子经营管理》等。系列教材立足南方种子生产经营方式,以高职高专院校种子专业教学为主,兼顾种子行业种子技术人员资格培训教材。编写坚持种子专业基本知识与种业生产实际应用相结合的原则,坚持提高学生种业生产技术与经营能力的原则,坚持经典理论、传统技术与最新理论、现代生物技术和方法在种业上的应用相结合的原则。为种子专业教学和种业生产服务。
二、根据岗位工作特点实施人才培养方案
(一)“农科教一体,两轮三段式”的人才培养模式
通过多年探索实践,本专业形成了“农科教一体,两轮三段式”的人才培养模式。本模式是指按照种子企业人才需求规格,结合个人职业发展需要,根据农业生产特点和种子企业生产经营规律,利用本学院农业科研优势,实行“农业、科研、教学”一体化,采取校内实训基地两个生产周期的实训和合作企业一个生产周期的岗位技能训练相结合的人才培养模式。
(二)实施“两轮三段式”教学实践
人才培养模式中“两轮”实践指的是在校内实训基地和在合作企事业单位各完成一轮种子生产或营销实践。“三段”是指分三个阶段进行教学实践:第一学年主要在校进行公共课和专业基础课学习,第二学年第二学期围绕3种作物的种子生产进行相关专业知识与技能的学习和操练,第三学年第一学期开展岗位方向课程学习及“导师+团队+项目”岗位能力训练和下企业进行岗位技能训练,第二学期在企事业单位进行顶岗实习。
(三)根据作物生长季节进行课程安排
1.专项技能训练
由于种子生产、经营的季节性较强,课程安排和实施也有明显的季节性,学生在教师指导下,结合科研项目,灵活利用课堂时间、实训时间以及节假日,在实训基地自主学习与操作并完成两轮种子生产,使学生对作物生长、病虫害防治、种子繁育、种子加工检验和种子营销等专业知识技能有比较系统全面的认识和掌握,考取相关职业资格证书,使职业岗位关键能力得到锻炼,提高综合职业素质。其中,多门课程根据作物生长季节跨学期设置,如“种子生产基础技能训练”设置在第二、第三学期,要求通过本课程的学习实现种子生产技能的一轮完整实践过程。上课时间根据农作物的生长周期和天气情况确定,上课内容以教师指导关键技术,学生自主管理实践为主,完成两种作物从播种、管理、杂交制种到种子收获的全过程实践,达到培养学生的操作动手能力,系统掌握生产各个环节的目的,实现学生能够独立完成多种作物的种子生产,以满足企业、行业种子生产工作岗位的需求。“种子学基本技能训练”课程安排在第四、第五学期,要求通过本课程的学习实现种子检验、种子储藏和加工技能的一轮完整实践过程,上课时间根据农作物的生长周期和天气情况确定,上课内容以教师指导关键技术,学生自主管理实践为主,完成两种作物种子收获、种子贮藏、加工和种子检验的全过程多项目实践,达到培养学生的操作动手能力的目的,实现学生能够独立完成多种作物的种子贮藏、加工和种子检验,以满足企业、行业种子贮藏、加工和种子检验工作岗位的需求。
2.综合技能训练
第三学年第一学期的“导师+团队+项目”岗位能力训练,要求导师选择项目,学生选择岗位,指导教师与学生双向选择,落实“导师+项目+团队”,原则上1名导师不得多于5名学生,实习从学期初开始,不固定时间实习(根据项目需要确定),实习累计时间不得少于72学时,实习完毕学生认真填写实训报告总结,指导教师根据实习情况综合评定学生成绩。“企业岗位技能训练”结合第二学期的顶岗实习,与企业指导教师合作培养,完成种子生产与营销任务,实现学习与生产紧密契合,有效提高学生的岗位核心能力。
三、密切联系行业,发挥科研优势促进教书育人
(一)发挥教师科研优势
温州科技职业学院是在农科院的基础上办学,具有较强的科研基础。本专业人才培养将农生系的作物所、蔬菜研究所、生物工程研究所、生态环境研究所等研究机构和院所开发企业引进教学,鼓励科研能力突出和企业经营人员走上讲台,把科研经营成果融入课堂,实现科研与教学的有机结合。实施项目导师制,实现导师科研项目与学生实训和毕业论文相衔接,让学生成为教师的科研助手,参与课题工作,锻炼学生科研生产能力、创新能力和问题解决能力,提升职业综合能力,将研究、生产、经营贯穿于整个学习过程。科研优势在教书育人工作中逐步显现。
(二)密切联系行业专家
聘请行业高级管理人员、知名专家、技术能手作为兼职教师为学生上课、做技术报告或担任顶岗实习指导教师,使学生学习内容与行业动态保持密切联系。
四、改进教学方法,提高教学质量
本专业教学组织活动计划性强,教学内容与教学组织实施管理较为严谨,除采取传统的课堂理论传授教学方法外,不断探索和创新教学方法与手段,努力实践“教、学、做”一体化。
(一)“多媒体+现场”教学
学习本专业的很多学生没有下过田、种过地,对现实农业生产、关键技术环节缺乏直接的感性认识,所以安排了4种主要作物,从播种、种子收获再到种子储藏、检验、处理再到播种的全过程现场教学。尽管如此,由于农业生产季节性很强,作物种类多,生产现场和技术案例并不能完全满足教学需要。所以,为增强课堂教学效果,增进学生对农业生产感性认识,教师采集制作大量生产现场、农业生产过程、关键技术环节等方面的案例图片、动画和视频用于课堂教学,极大地丰富了教学内容,提高课堂教学对学生的吸引力。
(二)项目导师制教学
高职教育培养的是高素质的技能型人才,实践教学是关键。为了提高学生的实践能力,利用我院教师科研项目多的优势,“导师+项目+团队”岗位能力训练课程实行项目导师制教学,项目来源多样,学生成为教师的科研助手参与课题工作,在导师指导下自己设计项目计划,综合利用在校时间完成项目任务,从而锻炼学生的科研能力、创新能力和解决问题的能力,以提升职业综合能力。
(三)校企合作,共同培养
本着“三赢”原则,我们建立了温州市神鹿种业有限公司等12个校外实训实习基地。专业课程认知实习、企业岗位技能训练、毕业顶岗实习等以合作单位为主开展实习,通过校企合作培养,学生普遍增强了职业意识,初步具备了顶岗工作能力,学生在生产、经营第一线接受企业管理,和企业员工同工作、同生活,切身体验严格的技术要求,感受岗位工作的艰辛和团结协作的意义,使毕业与就业接轨,提高了学生的就业竞争力,对培养学生良好的职业道德、吃苦耐劳的作风和团结协作的精神有极大的帮助。
实施新人才培养模式以来,本专业学生发生了较大变化。一是学生学习主动性提高,理论和实训有机融合,创新意识、适应能力和动手能力明显增强;二是培养了学生专业意识,使学生熟悉了工作环境,明确了专业目标和就业岗位方向;三是就业情况有所改善,近三年平均就业率97.5%,就业单位反馈普遍认为我校毕业生岗位技能强、能吃苦耐劳,符合种子行业用人需求。
高职院校“校企合作”、“工学结合”、“生本理念”的人才培养模式在不同的领域和学校有很多典型的成功范例。温州科技职业学院是全国唯一一所在农业科学研究院的基础上办学的高职院校,多年来一直探索和实践农科教一体化办学模式,取得了可喜的成绩。种子生产与经营专业是农类专业,但又不同于普通的农类专业。种子的生产与经营必须遵守《种子法》,所以对种子专业的人才培养有更高的要求。除了要遵循农业产业的规律外,还要充分学习国家、行业的种业规范要求。所以,在人才培养模式制定和实施的关键环节应有行业主管部门、企业的共同参与,人才培养的实践过程必须与行业对接。只有把行业需求融入到人才培养方案,只有把人才培养过程融入行业,才能真正培养出种子行业需要的高职人才。
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(责任编辑:杨在良)
Exploration and Practice of Effective Linkage between Industry Demand and High Vocational Personnel Training of Seed Production and Management
LUO Tian-kuan,ZHANG Xiao-ling,XU Fang-cheng
(Wenzhou Vocational College of science and Technology,Wenzhou Zhejiang 325006,China)