时间：2022-03-26 08:40:11
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇转基因生物安全论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
西北农林科技大学科研楼最北边的二楼，整层都是动物医学院的实验室。其中，农业部动物生物技术重点实验室就设在这里。此前，这里曾是农业部动物生殖生理和胚胎工程重点开放实验室。
实验室主任张涌生病在西安住院，不便于接受采访。张涌的弟子权富生教授向记者详细介绍了近些年实验室的研究进展及其成果。
今年1月23日，张涌及其团队研究的克隆羊阳阳在过了15岁生日后去世，被做成标本永远安置于克隆羊基地。“母羊的寿命一般是8到10岁，阳阳已算很高寿的了，因为身份特殊，得到了特殊照顾。”权富生说。
阳阳的特殊，在于她不仅是中国活下来的首例体细胞克隆山羊，在世界上也是第一例。
上篇 克隆羊及其应用
2000年6月22日晚间，西北农林科技大学克隆羊基地，一只白山羊诞下了一只青灰色的山羊。张涌亲自替她取名为“阳阳”，希望她能健康成长。
“山羊一般是白色的，青山羊的颜色是灰青色，为了更直观，所以用了青山羊。”权富生解释选择克隆青山羊的个中缘由。
阳阳并不是基地诞下的首例体细胞克隆山羊，却是中国、乃至世界活下来的首例，且活成了羊界的寿星佬。
在阳阳出生六天前，基地迎来了第一只克隆山羊的出世。张涌为其取名为“元元”，意即“第一”。不幸的是，三十六小时之后，元元因“肺部发育不全”，加之天气太热等原因而死亡。面对逝去的元元，张涌的心如箭穿般地痛。
1956年3月，张涌出生于内蒙古边陲的和林格尔县。1981年，他从内蒙古农牧学院兽医系毕业留校任助教。1984年考进西农大读研，接着又读了博士。
“张涌教授天赋高，聪明刻苦。”权富生介绍说，“29岁就已经是教授了。”
西农大的动物胚胎工程研究始于上世纪70年代，当时，中国家畜产科学开拓者之一的王建辰教授，亦即张涌的博士生导师，敏锐地意识到胚胎移植技术的广阔发展前景，带领一批研究人员开始进行胚胎移植试验。1980年，两只鲜胚胎移植山羊在这所学校诞生。1984年，西农大建立了山羊胚胎工程实验室。
张涌一直专注于哺乳动物培育生物工程的理论及技术研究。读硕士期间，他负责完成的“小鼠胚胎分割方法及同卵双生试验”被誉为开创我国哺乳动物胚胎分割成功先例；随后，他负责完成的“山羊胚胎分割及同卵双生试验”，被同行专家鉴定为具有国际先进水平的优秀科研成果。
胚胎分割对现在的硕士生来说，是一个很简单的实验，因为可以使用先进的仪器，但在以前则属于很前沿的一项研究。最具挑战性的地方在于，胚胎要手工分割。张涌与此相关的硕士论文获得了省科技进步一等奖。
读博士期间，张涌主持完成的“小鼠山羊半胚冷冻和冻胚分割试验”被同行专家鉴定为具有国际领先水平，其博士论文获陕西省优秀博士论文。“当时还没有全国优博论文。”权富生说。
1990年，张涌成功培育出了世界上首批7头胚胎克隆山羊；1995年，他利用胚胎核移植―去掉一卵细胞的细胞核，植入另一受精卵的胚胎核，克隆出45只山羊，形成了当时世界上最大的一群胚胎克隆动物群体。张涌因而被誉为“中国克隆羊之父”。
1996年，西农大畜牧系的种羊场专门划给了张涌作为哺乳动物发育生物工程科研基地。2000年，经国务院批准，该基地正式被命名为“中国克隆动物基地”。
克隆，“Clone”的音译，即复制的意思，属于“无性繁殖”的一种。后代与前代有着完全相同的遗传特征。从技术层面讲，克隆分为胚胎克隆和体细胞克隆两个层级。
1997年，克隆绵羊“多莉”面世。“多莉”的诞生，打破了教科书上的“从成年动物的体细胞进行克隆是不可能的”这一教条，使世界生物遗传技术向前跨进了一大步。
这对张涌来说是一个巨大的刺激。他利用胚胎核移植克隆出山羊后，就开始尝试用体细胞克隆山羊，但一直没能成功。
1999年末，张涌从一只山东小青羊耳朵后面取下一块皮肤，进行单个细胞克隆，待其成熟后将细胞核取出，注入到去核后的卵母细胞中，卵母细胞来自另一只山羊，经培育形成克隆胚胎，并分别移入两只白母山羊的子宫内。
2000年6月，随着元元以及阳阳相继出生，张涌终于登上世界动物克隆技术的制高点。
2001年8月8日，克隆羊阳阳成功诞生了一对龙凤胎―“欢欢”和“庆庆”，其父亲系世界首批胚胎克隆安哥拉山羊，证明体细胞克隆羊、胚胎克隆羊与普通羊一样具有自然生殖繁衍的功能，这在世界尚属首例。几年后，阳阳已是五代同堂了。
据权富生介绍，克隆技术在胚胎育种、优良个体方面有不可比拟的优势。日常生活中，有些羊主要用于产毛，有的羊是产肉的，有些羊主要是产奶的。应用克隆技术可以把两种或三种羊的优点集于一种羊身上，克隆出肉好吃、产奶多、又能产毛的羊。
“中国克隆动物基地克隆出不膻的种羊，用以繁殖不膻的体重超过500公斤的肉羊；还克隆出日产奶是其它奶羊几倍、甚至十几倍的奶羊。最为神奇的是，该基地在培育高产奶山羊的同时，创造性地在山羊的胚胎中植入人乳基因，繁殖出了能产‘人奶’的山羊。”权富生说。
张涌和他的同事们围绕两个世界级“羊”难题开展工作：一是让更多的克隆羊宝宝诞生，提高克隆动物的成功率；二是让克隆羊“身价”更高，生产出有重要经济、营养、医疗价值的转基因克隆羊。
下篇 挑战转基因牛
2015年3月，张涌带领的课题组成功培育出抗结核病的转基因牛，其牛奶并不含转基因成分。
牛结核病是一种慢性传染病，在世界范围内广泛传播，尤其在亚洲、非洲不发达地区，目前还没有办法有效地控制和消除。公开资料显示，由牛结核分枝杆菌引起的结核病，还是一种人畜共患病，可由动物传播给人，并在人类之间传播，对公共卫生也产生严重威胁。
相关论文已发表在知名学术期刊PNAS（《美国科学院院刊》）上，论文题目为《TALEN介导插入sp110基因能增加牛对结核病的抗性》。TALEN是进行基因改造的方法之一，能精确地对目标基因进行缺失、插入等突变。与其他方法比，其特点是精确性。
论文称，该研究将有助于控制和预防牛结核病，研究中建立的方法为其他抗病动物的育种工作提供了前瞻性探索。这是TALEN技术首次应用于牛基因组的改造。
2004年2月6日凌晨，张涌一直守候在羊圈旁，直到第四代体细胞克隆山羊出生，并为之取名“笑笑”。离开基地不久，张涌便病倒了，被确诊为冠心病、大面积心肌梗死。
“治疗期间使用了进口溶栓药，很贵，一针几十万，是从一种牛的奶里提取的溶血蛋白。”权富生说：“病愈后的张涌教授，对牛有了浓厚的研究兴趣。”
克隆牛项目是从2006年起步的。
第一个研究项目是克隆培育牛奶含溶血蛋白的牛，但没进入生产阶段。接着克隆一种肉牛，这种肉牛的肉很贵，在香港一公斤100美元，目前克隆牛基地有400多头。
2009年11月25日，张涌培育的世界第一例转人防御素基因的克隆奶牛通过剖腹产降生，其牛奶含有人的防御素。据介绍，实验室将400枚转基因胚胎移植到200头黄牛受体，六个月后监测妊娠受体30头，现获17头转人防御素基因的克隆牛，3头转人溶菌霉素基因克隆牛。这项技术的应用前景是，奶牛的奶里含有能将细菌溶解的物质，这样牛就不会得乳腺炎，可大大减少抗菌素的使用。
转基因抗病牛的整个培育过程，可以简单地归结成三个部分：首先对细胞进行基因改造，在实验室取一个牛的细胞，将外源抗病基因转到细胞里；其次，待带有此基因的细胞发育后，进行分割，将单个细胞放在取了核的卵细胞里；最后，将卵细胞移植到黄牛受体子宫里发育成个体。
抗口蹄疫转基因克隆牛，是实验室的另一项研究成果，目前只处于育种材料阶段。
“之所以用黄牛做受体，是因为黄牛比奶牛便宜，可以降低实验成本。”权富生解释道。
截至目前，实验室做的都是一种技术研究。转基因牛都还没进入实际应用中，牛奶、牛肉以及牛的排泄物的环境安全等一系列问题处于中试阶段。“将转基因牛的奶、肉给实验鼠吃，进行对比实验，观察老鼠生长的情况，观察器官、血液变化，如果没发现变化，说明没有不利影响，是安全的。实验动物除了老鼠，还有猪、羊等大型动物。”权富生介绍说，“现在转基因动物都处于安全隔离阶段，即将牛圈在一个地方，不和外界接触。等确定测试安全之后，才会和非转基因牛混在一起养，进入环境释放阶段。”
2015年1月25日，由陕西省科技厅组织河南农业大学张改平院士等全国9名同行专家对张涌主持完成的“牛羊基因定点精确编辑技术研究与应用”项目进行成果鉴定，专家们认为该研究成果达到国际领先水平，对推动抗病基因工程育种和乳腺生物反应器技术的发展，提升我国牛羊业种质创新水平具有重大意义，具有广阔应用前景。
今年4月，西农大进行的一场“与身边的科学家面对面”活动中，张涌针对学生们关心的转基因的安全性进行了科普。
“西药治病具有针对性，成分、分子结构以及副作用都明明白白地标注；中药的成分不是很清楚，副作用也不详，稀里糊涂喝一碗药，也说不清会有什么副作用。而我们就认为西药不好，西药有副作用，中药好，中药没有副作用。”张涌一番关于什么是安全的比喻，惹得听讲座的同学哈哈大笑。
1998年欧盟暂停批准新的转基因农产品上市，形成事实上的“转基因禁令”，更加深了公众心目中“转基因食品有问题”的印象。但此后欧盟政策不断调整，2007年以后，欧盟批准转基因作物的速度越来越快，目前已经批准了30个转基因作物品种，有7个国家。
1999年4月，查尔斯王子授权BBC了自己撰写的反转基因的文章，同时还在电视上说出了“决不吃任何含DNA的食物”的话，这一言论后来被当作笑谈。
1999年5月，美国康奈尔大学洛希实验室向英国《自然》杂志报告说，他们用沾有抗虫害转基因玉米花粉的草叶喂养大花蝶的幼虫，导致这些毛毛虫死亡。但他们的实验受到了同行质疑，并被检查出数据有误，《自然》杂志最后对论文撤稿。
1999年11月，英国政府开始进行大规模的科学试验，考察转基因作物对局部环境生物多样性的影响。简单地说，就是对农田杂草和虫子的影响。试验报告于2003年出炉，结果出乎人们意料：不是好的，也不是坏的，而是有好有坏的。
2002年6月，绿色和平组织在北京《转Bt基因抗虫棉环境影响研究的综合报告》，声称已证实中国种植的转基因棉对环境带来了明显的负面影响。这份报告的可靠性遭到了众多中国农业专家的质疑，但也成了中国国内“反转”的序曲。
2007年，维也纳大学的泽特克教授声称，发现喂了20周的转基因杂交玉米的小鼠产下的后代数量较少、体重较轻。这一结论立刻被绿色和平广泛传播，该消息传到中国后，被简单有力地翻译为“转基因玉米导致绝育”。不过，这一研究受到科学家及监管机构的质疑，并为此展开调查。2009年，包括欧洲食品安全局在内多家权威机构发表声明，指出泽特克教授等人的数据分析方法是错误的，其研究是无效的。
2010年，《国际先驱导报》发表报道，称山西地等出现动物异常现象，是因为吃了美国的“先玉335玉米”。该文引起消费者和农户的恐慌。此后，山西农业厅认定为“该报道所述的因果关系缺失科学依据”。农业部随后辟谣称，“先玉335”并未检出转基因成分。
2012年，绿色和平组织曝光美国塔夫茨大学汤光文等研究人员在不告知的情况下，利用湖南省衡南县的25名小学生进行黄金大米（一种转基因大米）的营养实验，引起轩然大波。12月6日，中国疾病预防控制中心调查通报称，黄金大米试验违反了相关规定、科研诚信。国家食品安全风险评估中心随后表示，“黄金大米本身不会对人体健康产生不良影响”。
2012年9月，媒体广泛报道法国卡昂大学研究者的一项报告，称喂食美国孟山都公司NK603转基因玉米的老鼠的寿命比正常老鼠短，并且前者长肿瘤的几率更高。欧洲食品安全局对此展开调查，并于12月份表示，卡昂大学研究人员实验结论不仅缺乏数据支持，而且相关实验的设计和方法都存在严重漏洞。
转基因大米“品尝”启事
为传播科学精神，北京科技报社拟和华中农业大学科学传媒中心共同开展转基因大米“品尝”活动，现征集读者报名品尝，报社将赠送入选者一份由华中农业大学研发的转基因大米。
1转基因食品标识规制的由来
转基因技术是人类有计划的在最基础的遗传物质层面改造生物，这一巨大的力量及其伴随的各种风险，使其自诞生之日就备受争议，转基因食品自然不能幸免。转基因食品是指以转基因生物直接作为食品，或者将转基因生物作为食品原料加工而成的食品。转基因食品主要包括两类：第一类是可以直接用来吃的转基因生物或者是包括了转基因生物的食品；第二类是将转基因生物加工而成的转基因食品，但在最后的食品中不再包含活的转基因生物体。第一类转基因食品中的转基因生物依然存活，危害生态系统的可能性仍然存在；第二类转基因食品中由于不再存有活的改性生物，通常只会影响人类健康，而不会危害环境。为防范转基因食品可能带来的上述风险、保障消费者的知情权、维护不同食品提供商之间的公平竞争、尊重特定社会的文化和信仰，要求对转基因食品加注标识，从而使其有别于普通食品，成为很多国家的立法选择。必要的标识规制政策也被国际自由贸易法律体系所容许，并成为环境保护国际立法所极力追求的目标和要求。因而，从国外立法、国际立法两个层面对转基因食品标识规制制度进行比较探讨，对于我国转基因食品标识规制制度的完善可以提供有益参考。转基因食品标识规制政策可以有不同分类，比如强制标识和自愿标识、全部标识和部分标识。每一种分类标准在一定程度上都可以视为基于标识管制的范围、强度和程序的不同而形成的。完全采用一种标识政策的情形比较少见，比如美国被认为是采用自愿标识制度的典型，但这种自愿标识的自由并不具有绝对性，符合要求的产品也必须按规定加注标识。下面部分标识与全部标识为分类标准，以说明典型国家之间转基因食品标识制度的差异。
2典型国家转基因食品标识规制之比较
（1）部分标识政策。即只要求对部分转基因食品加注标识。该政策又可分为三小类：第一，如果某一转基因食品与传统食品实质等同则不要求加注标识，若其与传统食品实质不等同才要求加注标识。判断转基因食品与传统食品是否实质等同的依据包括构成、营养作用、使用、过敏性等。采用这一标识政策的典型国家和地区有美国、加拿大。美国食品与药品管理局认为，只有与食品的自身性质相关的信息才是实质性信息，转基因技术导致食品在功效、储存和管理条件等方面的改变，能够影响食品安全或品质等情况，即属于实质性信息，应当予以标识。依照美国《食品、药品和化妆品法》的相关规定，除了其包装标注没有反映实质性的相关信息，才可能被认为具有误导性。这种部分标识政策在美国具有很大的自由度，因为其要求标识的字样为“来源于生物工程技术的”或“生物工程改造过的”等，这与直接标识为转基因食品，还是有很大不同。由于该政策认为转基因技术与杂交等传统的普通生物工程方式相比没有什么特别区别，因而对于与传统食品实质不等同的转基因食品标注为“来源于生物工程技术”或“生物工程改造过的”即可。第二，以食品中转基因成分所占的百分比为标准确定是否加注标识。各国根据各自情况，结合标识管理的其他制度，规定具体的成分标准和标识要求。第三，规定需要强制标识的转基因食品范围，不在强制标识范围的转基因食品则不要求加注标识。（2）全部标识政策。即不论转基因食品的种类和范围，所有转基因食品都要加注标识。这一政策可以分为两种情况：第一，某一食品中转基因成分达到一定含量才被要求加注标识。例如欧盟1997年的《新食品管理条例（258/97）》要求在欧盟范围内所有的转基因产品只要转基因成分在产品中的比例达到1%才要求加注标识。2002年欧盟修改了上述标准，规定所有转基因植物衍生的食品和饲料均要加以标识，并且将转基因成分含量的最低标准降为0.9%，未超过上述标准的转基因产品才无需标识。第二，没有规定食品中转基因成分的比例，只要在最终产品中检测到有转基因成分都要求加注标识。采用这一方法的典型国家有捷克、巴西、马来西亚、沙特等。较之部分标识政策，全部标识政策体现了更广的规制范围和较高的规制强度。一些实行部分标识政策的国家，其标识政策甚至体现或接近于自由或自愿标识制度。此外，转基因食品标识管理制度需要与转基因食品其他相关管理制度互相衔接。依照欧盟相关立法，欧盟成员国要采取措施保证转基因食品在市场的各个阶段的可跟踪性、检测性，转基因食品生产商需要经申请审批其产品才能够上市，并要求确保转基因食品在被确认对健康存在危害的时候能够及时从市场上撤回。上述规定与标识规制规定相互配合，确保了欧盟市场上的转基因食品处于更为严格的法律控制之下。
3转基因食品标识规制的国际立法
相较于各国法律对于转基因食品标识规制具体安排，国际立法中直接与转基因食品标识规制相关的内容要少许多。不过，不同国家转基因食品管理方面的差异，包含转基因食品标识规制政策的不同选择，都有可能演化为国际（贸易）冲突，并成为国际法关照的对象。转基因食品国际规范间冲突的核心问题是贸易自由最大化与环保健康最大化的冲突，换言之，为了经济利益最大化肯定会强调贸易自由和减少干预，为了保障环境和人类安全则必须对贸易自由进行必要限制。由此，以环保健康为中心的转基因食品国际规范与以贸易自由为中心的转基因食品国际标准之间必然存在诸多冲突，这一冲突在标识制度上的表现非常典型。以贸易自由最大化为中心的WTO协议缺乏对于转基因食品标识问题的有力规则或直接规则。按照WTO规定，产品能否等同的标准是最终产品的功效、用处和物理化学性质等方面，而不是生产加工过程或方法，只要没有科学研究证明转基因食品有危害，就应该将其和传统食品同等对待，也就不需要加注标识。然而，以《生物多样性公约》及其《卡塔赫那生物安全议定书》为代表的涉及转基因食品安全的国际规范则认为，转基因食品有别于传统食品，有必要予以专门规范，以预防其可能发生的、现有科学无法证明或预测的危害，这其中就包括采取标识措施。对于任何转基因生物的越境转移问题，上述国际立法对其标识规制提出了很高的标准，要求可能直接作为食品加工用的转基因生物附有单据，阐明其中可能包括转基因生物成分，并且无意将其引入社会环境，并要附上供提取资料的联系方式或者地点；对于有意引入进口缔约方环境的转基因生物应该附有单据，标明其为转基因生物，并详细说明其称号、个性，以及自身性质对于安全储存、运输和使用的任何要求。缔约国发出通知所需提供的资料应包括转基因生物的名称和标志，如果出口国有转基因生物的生物安全程度分类制度，应当列出其所属类别。
4我国转基因食品标识规制政策的完善
我国有关转基因食品标识管理的法律和行政法规主要有2015年4月修订的《中华人民共和国食品安全法》和2011年修正的《农业转基因生物安全管理条例》，部门规章主要由农业部依据《农业转基因生物安全管理条例》制定的《农业转基因生物标识管理办法》、国家质检总局《食品标识管理规定》和国家卫生和计划生育委员会出台的《新食品原料安全性审查管理办法》以及原卫生部出台的《新资源食品管理办法》，已作废的《转基因食品卫生管理办法》和《转基因食品卫生管理办法》。学界对于我国转基因食品标识管理制度存在的问题已有较多研讨，结合这些研究，特别是域外经验，有必要从以下方面完善我国的转基因食品标识规制政策。（1）立法模式选择与管理体制的重构。现行转基因食品标识管理法律文件分布零散，一度存在着部门间规定不一致、管理体系不合理（比如承担主要监管职责的农业部并无足够执法力量对市场上的转基因食品标识实行管理，质监部门主要是生产环节而非流通环节的监管）等缺陷，这些问题完全可以借助制定综合性的标识管理制度加以解决，从而形成职权相对统一集中、部门间职责分工合理、符合转基因食品标识规制要求的标识管理体制。2015年新修订的《食品安全法》将此职能依法授权由食品药品监督管理部门承担，但旧有立法清理、配套制度完善、相关部门配合的问题仍待继续解决。（2）立法层次提升。《食品安全法》第151条规定“转基因食品和食盐的食品安全管理，本法未作规定的，适用其他法律、行政法规的规定”。该法第153条规定，“国务院根据实际需要，可以对食品安全监督管理体制作出调整”。因而，制定专门的、综合性的行政法规提升转基因食品标识规制的立法层次，显得很有必要。这既合乎《食品安全法》的相关立法精神，推动监管体制改革，也有助于增强立法的正当性，防止发生贸易争端时陷于不必要的被动。（3）具体规则的细化和完善。具体而言，重点细化完善以下几个方面的规则：①扩大强制标识范围。转基因食品标识规制是转基因食品的安全尚未有科学定论的前提下所采取的必要举措。依此初衷，只要某一食品中含有转基因成分都应加以标识。目前国内强制标识的品种范围较小、目录更新迟缓，为了加强监管，应及时更新转基因食品强制标识的名录，添加将来一定时段内可能出现的转基因食品类别。②完善强制标识的起点标准和检测标准等标准体系。尽管各国对于食品中转基因成分的阀值并无统一规定，但我国若无比例规定或比例规定不合理，显然不利于国际竞争和市场监管。此外，与起点标准相配套的检测标准体系也需同步完善，形成既符合当前国情又尊重国际经验的转基因食品标准体系。③细化、明确强制标识内容和形式。在标识内容上，对于利用含有转基因生物加工制作而成的食品，且在销售过程中也检测不出转基因成分的食品，也应作出类似“本食品加工原料中有转基因，然而本食品中没有含有转基因成分”的提示说明。在标识形式上，应该采用能够让普通消费者也能一目了然的标识设计。④强化标识监管力度。目前，我国对于转基因食品标识采用以政府为主导的监管方式，依照《食品安全法》第125条之规定，处罚金额已较高，但非政府力量的作用微乎其微。消费者协会、行业组织、环保组织、各类媒体特别是消费者自身，与市场接触更多，较之政府监管更具灵活性，可以鼓励支持他们通过公益诉讼、社会调解等方式参与监管，以强化标识监管力度。
参考文献
[1]毛新志.转基因食品生态安全的伦理探析[J].华中科技大学学报(社会科学版),2005(1)
论文摘要：随着世界人口的增长，农业将经历具有重大意义的革新。毫无疑问，生物技术作为科学和技术在这场变革中将起到关键性的作用。原则上讲，生物技术本身有能力帮助人们提高农业生产力和保护环境，但在实践中，生物技术作为环境保护的人其作用相对来说是微乎其微的。人们对它在环境保护以及促进人类进步中的作用仍将拭目以待。
一、生物技术给农业发展带来机遇
广义上讲，生物技术是利用有机体、死细胞、活细胞以及细胞内含物，采用特殊的过程生产出特殊的产品应作到农业、医药以及环境修复治理中，尤其是70年代基因工程的出现，它能改变、取代物种的基因。
生物技术在农作物中已有广泛的应用。最初通过遗传工程获得而进入市场的作物是：玉米、大豆和棉花。它们经转基因后具有抗除草剂和棉铃虫的能力。这种玉米、大豆和棉花从Bt细菌获得基因，经遗传改良后具有防虫害的能力。利用Bt细菌获得经遗传改良的作物的潜力是相当大的。例如：美国有200万hm2的Bt棉花，澳大利亚有40万hm2，两者各相当于2.5亿美元价值。如果将Bt玉米引种在美国1000万hm2的土地上，只要增产5%，就意味着能增加3.5亿美元收入。这项技术进一步促进了Bt制剂控制虫害在商业上的应用。除此之外，还有许多经转入特定基因的玉米品种，这些品种能同时抗除草剂和一些虫害。
生物技术在畜牧业上应用所获得的益处与在农作物上相似。一方面，生物技术有助于提高畜禽的生命力以及消灭竞争者。促进畜禽生长的物质有生长激素以及促进其生长的调节剂，这些物质可由基因工程而获得。如利用鼠类基因（该基因能促进角蛋白的形成）能获得了经遗传改良的绵羊，这种绵羊比普通棉羊产毛量能提高6%左右。另一方面，生物技术在提高农作物产量、质量的同时，有助于提高畜牧业的生产力发展水平。例如，通过控制饲料作物体内碳水化合物含量可提高畜牧业生产力；利用基因调控技术可以提高包括豆科作物在内一些作物的蛋白质含量，减少饲料作物中难消化的木质素含量等。达比等人已生产出一种转基因三叶草，可应用于澳大利亚绵羊牧场。该基因来自向日葵，经转基因的三叶草能制造富含氨基酸的蛋白质，该蛋白质经食物链进入绵羊体内，进而能提高产毛量。
生物技术给人类带来的益处也包括在生态和环境两个方面。利用生物技术提高现有农业生态系统的生产力可以减低农业向原始的、自然、半自然生态系统扩张的要求，因此，它有助于有人类保存、保护地球上仅有的自然生态系统及其资源，有助于人们未来再利用其中的基因资源开发新的产品。
生物技术已用于生产抗虫害、抗除草剂作物。正如前面所述，一些转基因棉花、玉米、大豆等具有抗虫害、抗除草剂的能力。1995年人们可以在市场上购买到转基因马铃薯，这种马铃薯能产生水晶蛋白，而水晶蛋白对科伦那多马铃薯甲虫有毒害作用。这些转基因作物能减少杀虫剂的用量，降低杀虫剂及其残留物对食物链、水体造成污染，从而有利于保护生态环境。
在许多农业生产区，土壤氮素可利用量是制约农业生产力提高的一个重要因子。而一高科技农业生产区使用人造氮肥是以牺牲生态环境为代价的。制造氮肥要利用大量能源，据统计，英联邦农场平均投入的能源大约有50%来自肥料。由施用肥料而产生的温度气体（二氧气化碳、氮氧化合物等）不可避免地促进地球气候变暖。除此之外，农业土壤的氮素流失是水体富营养化的主要原因。
生物技术的利用能为这些问题的解决提供潜在的、真正有价值的帮助。
同样，人们可以利用真菌来提高土壤养分的有效性。温莱指出：特定的真菌类能促进土壤养分的释放，从而促进作物生长；真菌也能通过分解有机物质（例如纤维素等）释放出糖类，促进固氮菌的生长。进一步提高土壤养分有效性的可能，包括获得转基因细菌和真菌，以进一步增强它们制造养分和释放土壤养分的能力。转基因作物的最终目标是使作物本身能够自行固氮，避免、减少使用人造肥料，从而减少对生态环境的破坏。这在目前尚不可能，但在将来却有望实现这个目标。
二、利用生物技术发展农业应注意克服的问题
从经济角度上讲，生物技术带来的不利并不明显，然而，它会引起发达国家与发展中国家贫富差距进一步扩大。因为，生物技术公司主要集中在发达国家，发达国家可以通过输出生物技术产品而获得利润。与此同时，发展中国家由于技术、及其产品还远没有被广泛接受。
生物技术可能引起生产方式和人类健康的退变。这种情奖品可能会随着需要特定处理的转基因作物的出现而产生，特别是抗除草剂的转基因作物出现。农民必须从同一公司购买种子和除草剂，否则除草剂起不了作用。同样的问题也可能在需人造肥料的转基因作物上出现，这些转基因作物会取代传统的依靠有机肥的作物，后者在发展中国家是很普遍的，并且也有利于环境保护。生物技术在食品上的应用对发展中国家的农民也会造成许多困难。生物技术也会对人类的健康制造麻烦。近年来在英国已有这方面的报道。特别是当能引发人体过敏反应的基因转入农作物时，例如，坚果能引发人体过敏反应，若它的基因被导入其他作物，则有可能其他作物也会引起人体过敏。为了预防起见，转基因作物产品必须经免疫测定筛选后才能利用。
生物技术也可能引发环境问题。人们利用生物技术生产出抗旱、耐盐、抗病虫害作物同时，也导致生物多样性遭受严重破坏，甚至导致一些物种灭绝。这一结果是由于生物技术促进农作物向它原本不适应的地域扩张而造成的。生物技术同样加速土壤侵蚀和沙漠化。农业，尤其是耕作农业的扩张会增加除草剂、杀虫剂、人造肥料的使用，农业中不断投入的能源促进全球变暖。与此同时，氮素生物化学循环的改变也加剧了水体的富营养化，直接影响人类和动植物的生存。
神奇的基因变异
从企鹅体内提取抗冻基因，然后植入不抗寒植物中，便可得出抗寒植物；将活跃于昆虫胃肠道里的抗虫细菌提取出来，植入农作物体内就可使其产生杀虫本能……，这些在远古神话中难以听到的故事今天却变成了现实。由于转基因源非常广泛，而转基因技术能够克服有性杂交的限制，因此，转基因作物可以通过任何目的基因的重组后产生新的品种。而随着生物技术撑开转基因食品的繁衍与伸展空间，人类所能分享到的物种变异盛宴与大餐也精彩地摆列和呈现开来。
英国咨询公司PG Economics分析了1996年至2011年间的数据后得出了如下结论：转基因作物额外生产了3.28亿吨额外的粮食、饲料和纤维，相当于增加了价值982亿美元的农作物产量；与此同时，转基因作物节约了 1.087亿公顷土地，保护了生物的多样性；另外，转基因累积减少农药使用4.73亿公斤，等于是与转基因作物相关的农药使用量下降了9%；不仅如此，转基因仅在2011年一年就从土壤中吸收了相当于211亿公斤的二氧化碳，等于当年从公路上移走大约1020万辆汽车；最为重要的是，转基因食品帮助了超过1500万小型农户及其家人，共计超过5000万人口（他们属于世界最贫困人口）收益。在许多科学家看来，PG的研究报告是截止目前有关转基因作物对人类和环境影响所进行的最全面、最权威的评估。
必须承认，自商业化种植以来，全球转基因作物种植的国家和种植面积呈持续增加态势。美国是全球转基因作物第一大种植与生产国，种植面积达7010万公顷，占本国可种植耕地面积的一半以上，占全球种植面积的40%。紧跟美国之后的是巴西，2013年该国转基因作物种植面积增长了370万公顷，达到4030万公顷，而且连续五年以来巴西都是全球转基因作物种植面积增长的引擎。从排序上看，阿根廷、印度和加拿大是转基因作物种植面积名列五强的另外三个国家。
动态地分析，目前世界各国已累计批准的可商业化种植的25种转基因作物大致可以分为两类：第一类着重于抗性转基因，如抗除草剂、抗虫、抗旱、抗盐碱和抗寒等，它们的特点是通过减少损失而被动地实现产量的明显增加；第二类侧重于改变作物的品质，如增加营养、提高食品的医疗保健功能等，其主要依靠作物自身特性的改善进一步提高产量。目前转基因作物的种植仍然以第一类为主，但育种重点已从第一代的抗除草剂、抗虫产品转向提升抗旱、抗涝等适应能力为代表的第二代产品上，而且多基因叠加的复合性状逐渐增强。资料显示，相比于抗除草剂性状的转基因作物5%的增长和抗虫性状的转基因作物11%的增长，2012年复合性状转基因作物种植面积的增长达到33%.
代表着未来趋势的第二类转基因作物已经在人类面前打开了灿烂的想象空间。黄金大米是一种经过改造的大米，它的独特黄色来自添加的β-胡萝卜素，也就是维生素A的前体，借以弥补很多东亚国家饮食中所缺乏的维生素A。自第一代黄金大米问世13年以来，经过多年的不懈努力，黄金大米目前已在菲律宾开展田间实验。无独有偶，可抗黄叶病并增加了β-胡萝卜素、铁等营养元素的香蕉已从澳大利亚昆士兰科技大学的实验室走到田间展开实验，这对于身体微量元素非常缺乏但又以香蕉为主食的乌干达等非洲国家百姓的确是一个福音。
可视的社会经济价值以及诱人的未来前景引来个各国政府纷纷放松对转基因食品监管的口径。在美国，白宫于今年对种植首个转基因抗旱玉米下放准许证书，同时巴西及其南美洲邻国政府也将批准首次种植复合性状大豆；在菲律宾，政府高调宣布将在2013-2014年批准黄金大米的正式上市。受官方政策的激励，全球转基因食品的最大制造商孟山度公司放出了到2030年将农作物单产提高一倍的豪言状语，同时孟山度承诺届时将使化肥、农药和水源的用量减少三分之一。
恐怖的“生物魔鬼”
与常规育种是将近缘或种内生物基因进行重组从而遵循了自然法规以能确保产品的安全性有所不同，转基因技术则跨越了常规育种的自然边界，将任何生物甚至人工合成的基因进行交流重组，其风险的不确定性自然要超过前者。尤其是，当转基因以及相关的生物技术并不能对转基因产品的潜在威胁作出充分评估并拿出具有说服力的实验结论时，公众自然就能清晰地听到凝聚于转基因及其产品身上的质疑和诟病之声。
如同转基因拥趸者大力宣扬转基因技术可以带来农作物的高产一样，转基因的反对者们也从来没有停止为此证伪的脚步。联合国相关专家仔细地研究了过去20年方方面面的情况后发现，没有任何一个案例能够证明转基因对提高产量有帮助，不仅单一技术没法增产，即使有6―8个基因的叠加仍然不会解决问题。印度科学院科学家席瓦在实地考察后得出结论称，印度运用了孟山都公司的转基因种子后农作物尤其是棉花的产量不增反降，席瓦甚至还指出，转基因玉米对印度农民产生了400亿卢比的经济损失。无独有偶，任职于联合国粮农组织的新西兰坎特伯雷大学教授杰克・海尼曼对北美加拿大、美国与西欧两地农业情况进行长期跟踪对比研究后发现，转基因并不能带来农作物的增产的。海尼曼指出，北美1996年开始的转基因和西欧的非转基因种植相比，西欧的农业生态系统能够向可持续性方向发展，会带来更多产量。
转基因会对生态环境形成杀伤和损害已被越来越多的人所关注和公认。一方面，由于转基因技术的特殊性，一些病毒重组现象在转基因作物中出现得尤其频繁，即导入转基因生物的外源基因有可能与感染转基因生物的某些细菌或病毒杂交，从而重组出新型病原体。另一方面，转基因作物中很可能会出现抗药性高的有害生物，或者原有作物内部的害虫对抗虫转基因产生了适应性和耐受性，且由于其基因重组所导致的新型病毒，由此加大农作物病虫害的防治难度。不仅如此，随着转基因产物的广泛应用，转基因植物出现在自然环境中的机会必然增加，因为其具有某些野生植物所不具备的抗病，抗虫，耐寒耐旱性，转基因植物必然成为新的优势种群，那些不具备抗虫抗病特性的野生植物将被转基因植物取代，因此转基因植物的引入可能会对生态系统的平衡造成破坏。
对于人类健康可能形成侵害是转基因食品释放出的最大风险。一方面，自然界中存在很多过敏原，在转基因过程中，如果将控制过敏原形成的基因导入新的生物体内，从而使新的品种会对过敏人群产生过敏反应，同时在基因转变的过程中会形成新的植物蛋白，可能会引发新物种过敏。另一方面，转基因农作物所表达的某些蛋白质，可能潜移默化的影响人的免疫系统，从而对人体健康造成隐性的伤害。更为重要的是，转基因食品可能产生不可预见的生物突变，这些突变可能会直接产生毒素，或者含有潜在毒素的蛋白质，引起人类急、慢性中毒或产生致畸、致癌的可怕后果。
俄罗斯全国基因安全协会和生态与环境问题研究所的科学家选择农业中广泛应用的含有不同比例转基因成分的普通大豆，喂养了具有快速繁殖率的坎贝尔仓鼠2年，结果发现，食用转基因食品的动物失去了繁殖能力。无独有偶，法国卡昂大学的动生物学家研究小组用两年时间给200只小白鼠做转基因玉米喂养实验，结果这些白鼠的肝、肾被严重损害，其中雌鼠70%早死，雄鼠50%早死，而且雌鼠易患乳腺癌。
来自印度的研究报告将公众对转基因的声讨推到了登峰造极的地步。印度环保及女权主义活动组织称，自从孟山都公司进入印度种子市场以来，已有27万印度农民自杀，而且印度的人口自杀率逐年升高。令人玩味的是，如此震耳欲聋的结论却得到美国华盛顿特区国际食物政策研究中心的声援与支持。美方研究人员收集、分析了与Bt棉花和印度农民自杀相关的政府数据、学术论文以及媒体报道，之后得出研究结果显示，印度人口的年自杀总数从1997年的不足10万人增加到2007的12万人，在同一时期内自杀人数一直保持在每年2万人左右。
认知与监管的分野
一方在竭尽所能地宣讲和推介转基因给人类和社会带来的积极功用与显著价值，另一方在旁征博引地佐证转基因给环境与公众健康造成的重大损伤与致命危害，科学界对转基因所表现出姿态与行为从来就是泾渭分明，而且至今谁也说服不了谁。实际上，如同科学界一样，在不同国家甚至同一国家内部，无论是普通民众的主观认知还是官方机构的制度监管，凝聚于转基因作物与食品之上的态度也是莫衷一是或者大相径庭。
作为全球转基因食品的最大消费国，美国80%的包装食品都使用转基因作物作为原料，而且过去10年中美国人吃了3万亿份转基因餐食。但皮尤研究中心公布的一项调查结果表明，75%的美国人希望知道他们吃的是不是转基因食品，只有21%的人认为不重要；在评价转基因食品是否安全问题上，有46%的美国人不知道转基因食品是否安全，25%的人认为不安全，只有29%的人认为安全。另外，有研究报告表明，虽然美国种植的86%的玉米，93%的大豆和95%以上的甜菜是转基因作物，但这些转基因作物主要是用于工业材料，比如燃料能源、工业制品原材料，美国的转基因大豆油有相当一部分用作生物柴油原料和动物饲料。
由于是全球最大的转基因作物种植国，美国政府的监管政策因而被人们反复提及。观察发现，在转基因技术监管上，美国主张“可靠科学原则”，即强调科学才是管制的基石――而非无端的猜测，因此，美国并没有制定专门法律管制转基因食品，只是将转基因食品直接纳入现有法律框架内，要求食品生产商确保食品安全。不过，美国政府针对转基因食品的上市所把持的行政审查程序还是比较严格的。按照规定，一种转基因食品上市至少要经过三个部门的审查：农业部动植物卫生检验局负责管理转基因植物的开发和田间试验；环保局负责对转基因植物的环境影响进行评估；而药管局则负责转基因食品和饲料的安全性评估。药管局对转基因食品的审核在于确保新产品符合传统食品安全标准，因此对转基因食品的审核与对传统食品采用同一框架和同一标准。在经过政府审批后，对于上市的转基因产品的商品标注，美国并没有强制性的要求。
相比于美国而言，对转基因产品实行从农田到餐桌全过程管理的欧盟显然要谨慎得多。欧盟委员会曾做过一项调查，发现70%的欧洲人不想吃转基因食品，94%的欧洲人希望能自己选择是否购买含转基因物质的产品。因此，虽然欧盟目前已经批准了22种转基因玉米、3种转基因大豆、一种甜菜、三种油菜以及一种土豆可以用于商业化种植，但转基因作物在欧盟农业中的实际所占比例不到0.12%，且大部分种植在西班牙，在世界范围内，欧盟种植转基因作物的土地也只占到总额的0.08%，而法国、奥地利、匈牙利、卢森堡、德国和希腊等6个国家还禁止种植转基因玉米。 不仅如此，最近13年来欧盟没有批准过任何一种新的转基因食品上市，从而形成了一种“事实上的禁令”。另外，按照欧盟的规定，如果人用食品或者动物饲料含有0.9%以上的已被欧盟批准的转基因物质的农作物，产品标签必须标注。欧盟对转基因食品近乎抵制的态度，引起了美国等转基因产品生产大国的强烈不满，其中美国和加拿大、阿根廷等国曾联手将官司打到了世界贸易组织。
与严格的政策管制相比，欧盟对于转基因的技术研究则秉持了高度的宽松与支持态度。资料显示，近20年来，欧盟国家农业转基因研究单位增加了接近500个，一个完整的研究体系正在建立。也就在日前，为了支持法国卡恩大学使用用转基因玉米NK603饲养老鼠的实验，欧盟特别拨款300万欧元。目前，世界各地监管机构没有要求进行长期的转基因食品试验，而是以公认的90天饲养老鼠实验证明转基因安全性，而卡恩大学研究团队将转基因的试验周期延长到两年，表明欧盟官方希望通过该项研究进一步验证转基因是否引致肿瘤的结论。由此不难看到欧盟对转基因的高度警戒心理。
同欧盟一样，日本对转基因作物也表现出慎重对待的态度，其政策监管也趋向严厉。对于转基因食品，日本政府作出明确地规定，如果转基因含量超过5%，必须进行标识，正是如此，日本商家不大愿意在市场上推出转基因食品。
近来关于农产品价格上涨的报道此起彼伏，客观上反映了我国乃至世界日趋严峻的粮食供应危机。浙江大学杨万江教授是我国现代农业产业技术体系聘用的农经专家，担任着国家水稻产业技术研发中心产业经济研究室主任与水稻产业经济岗位科学家，同时主持国家社科基金重大项目“中国特色农业现代化道路”研究任务。他从事农业农村经济发展研究25年，在粮食安全与农业现代化问题上造诣深厚，特别是对于水稻经济的研究有着长期积累和独到的理念。
水稻既是世界60％人口的主粮，更是我国第一大粮食作物和绝大多数人口的主食口粮，中国水稻生产供给状况不仅关系我国粮食安全，也对世界粮食安全有着重要影响。为此，我国政府从2007年开始建设现代农业产业技术体系，水稻产业技术体系作为重中之重启动建设。国家水稻产业技术体系是一个集数十位科学技术和经济管理专家为一体的开放式、多学科、产学研相结合的水稻产业技术研发体系。杨万江博士作为我国农经领域的知名专家入选，有利于该学科在交叉融合发展中起到更大的作用，从而促进农业经济管理科学研究成果更及时、更紧密地服务于国家发展战略、农业产业政策和水稻产业现代化建设的科学决策和实践。
据了解，杨万江博士能够参与国家现代农业产业技术体系建设绝非偶然，他长期以来在农业经济科研、教学与决策服务方面成绩斐然。20多年来，杨万江教授主持完成国家和省部级科研项目50余项，在国内外发表学术论文70余篇，出版学术专著10部，先后获得农业部科技进步二等奖和浙江省政府优秀成果奖十余项，多项政策建议被省部委采纳，还为涉农企业制订战略规划，是我国将农业发展理论研究与实践紧密结合的为数不多的农经专家之一。
他认为：世界粮食安全将越来越突出，中国水稻产业发展必须走技术创新之路。转基因技术作为现代农业生物技术的核心，在缓解资源约束、保障粮食安全、保护生态环境、拓展农业功能等方面已显现出巨大的潜力，转基因农作物在25个国家商业化种植长达14年就是证明。
杨教授指出，中国是发展中大国，今后几十年都将面临人口增加与耕地资源持续减少的双重压力，实现粮食供求基本平衡和保障国家粮食安全战略任务将会越来越艰巨，中国必须立足长远以大国姿态改革创新，利用转基因技术培育高产、优质、生态、环保、高效的水稻新品种是最有效的途径之一，2009年11月国家转基因农作物管理部门首次发放转基因水稻和玉米安全证书，就是按照科学发展观在尊重科学与事实基础上的一项重大战略决策。目前，我国转基因水稻商业化生产前期工作正在顺利展开，预计未来2年内我国将迈出转基因水稻商业化经营第一步，中国将成为世界上第一个种植转基因主粮的国家。
杨万江教授对我们详细阐述了转基因水稻技术的发展方向。他说发展转基因水稻已是不可抗拒的战略方向，安全证书的发放表明安全性问题在科技层面已经解决，而且在大力推进水稻生产常规现代技术基础上同步推进转基因现代技术也越来越得到广大水稻科技工作者的认同，接下来关注重点应是如何走好转基因水稻产业发展的每一步。
如何才能推进转基因水稻商业化生产经营顺利发展呢?或许正如杨教授在2010年2月撰文“基于宏观视角的我国转基因水稻发展思考”中指出，需要积极推进转基水稻特向第二阶段转变，需要改革传统的农业生产、农产品管理与消费模式，加强转基因农作物法规政策透明化与大众化，充分重视转基因水稻的公众理解和接受程度。
关键词纳米粒子；4-羧基苯硼酸；DNA提取；转基因大豆
近年来，转基因产业快速发展。然而，在转基因技术为人类带来巨大效益的同时，转基因所引发的安全事件屡有发生，以致引起各方的广泛重视和担忧。由于转基因产品的安全性在世界范围内仍存在争议，世界各国相继制定法规来加强转基因产品的管理，并且设置贸易性技术壁垒限制该类产品的进口，欧盟、新西兰、澳大利亚、俄罗斯、沙特阿拉伯、日本、韩国等发达国家对转基因产品实施强制性标识制度。生产商或贸易商销售农产品到上述国家，便需要证明产品没有转基因成分或达到相关进口国家的法规要求。我国自从1995年起，大豆就由净出口变为净进口，而且进口量呈现逐年增加的趋势。进口的大豆主要来源于美国、加拿大、巴西和阿根廷等转基因作物的种植大国。我国种植的大豆均是非转基因品种，这是我国大豆及其加工产品在国际竞争中的优势所在。目前，非转基因大豆走俏国际市场，其价格要高出转基因大豆15%～20%。加强转基因大豆的检测，全面实行“标签制度”，对发展我国大豆产业具有重要意义，可使种植非转基因大豆更加规范，保证我国非转基因大豆的优势地位，预防转基因大豆对我国市场的冲击。目前，各国转基因检测机构对转基因产品的检测主要基于分子水平的检测［1-3］，而核酸提取的质量是影响后续分子鉴定的重要因素。转基因产品检测工作中，分子生物学检测方法的敏感性和特异性很大程度上决定于样品前处理环节（核酸提取过程）。与传统的核酸提取方法相比，以纳米磁珠为载体的核酸提取方法由于其操作简单、提取结果重复性好、稳定性高等优点而成为一种非常有前景的提取方法，该方法已经广泛应用到植物病毒［4-5］检测中来。本文主要研究了4-羧基苯硼酸修饰的纳米粒子的制备过程，并应用磁性纳米粒子对转基因大豆基因组DNA进行提取和评价，以便取代国外昂贵的相关试剂盒，能够在相关转基因检测机构中进行推广使用。
1材料和方法
1.1试剂和材料
氨水植（28%）、乙酰丙酮铁（97%）和CPBA（97%）均购自Sigma-Aldrich公司；氨水（25%）、无水乙醇（分析纯）、正己烷（分析纯）、苯甲醇（分析纯）均购自国药集团北京分公司。转基因大豆由本实验室保存；植物基因组DNA提取试剂盒（Plantgenom-icDNAkit）购自北京天根生化科技有限公司。Pre-mixExTaqTM和RNaseA1购自大连宝生物工程公司。转基因大豆实时荧光PCR的引物与探针见表1。
1.2仪器
RCTbasic加热磁力搅拌器（德国IKA）、KQ2200DV型数控超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）、JEM1400透射电子显微镜（日本日立）、SU-1510扫描电子显微镜（日本日立）、PerkinElmerSpectrumOne傅里叶变换红外光谱仪（美国铂金埃尔默）、MalvernZetasizerNanoZS马尔文动态光散射粒度仪（英国马尔文）、FD-1CE真空冷冻干燥仪（北京德天佑科技发展有限公司）、RetschMM400自动破碎仪（德国莱驰）、UV2450微量紫外分光光度计（日本岛津）、DYCP-31C水平电泳槽（北京六一仪器厂）、Univer-SalHoodⅡ凝胶成像系统（美国Bio-Rad公司）。
1.3方法
1.3.1磁性纳米粒子的制备1.3.1.1热分解法合成Fe3O4磁性纳米颗粒参考已发表的论文［6］，利用热分解法合成Fe3O4磁性纳米颗粒。具体如下：将0.5g乙酰丙酮铁放入三口烧瓶中，然后加入20mL苯甲醇作为溶剂，室温抽真空，再在氩气保护下加热至190℃，在此温度下持续搅拌2h，得到黑色的胶体溶液。室温自然冷却后使用磁铁收集产物，分别用正己烷和乙醇清洗数次，真空冷冻干燥48h，得到稳定的Fe3O4。1.3.1.24-羧基苯硼酸修饰取合成的Fe3O4磁性纳米颗粒10mg，分散于2mL乙醇中，超声30min，加入30mg4-羧基苯硼酸，继续超声处理45min后呈透明胶体溶液，室温放置过夜。将饱和氯化钠溶液加入胶体溶液中，磁分离收集磁性纳米粒子，分别用无水乙醇和去离子水清洗数次，真空冷冻干燥48h，即可获得羧基苯硼酸修饰的磁性纳米颗粒（CPBA-MNPs）。1.3.2大豆基因组DNA提取利用自动破碎仪破碎转基因大豆和非转基因大豆。分别称取50mg样本材料，利用CPBA-MNPs提取大豆基因组DNA，具体操作步骤如下：首先加入1mLCTAB裂解液（2%CTAB，1.4mol/LNaCl，pH8.0），混匀后65℃裂解10min，冷却至室温后加入2μLRNaseA1（50mg/μL），37℃孵育10min后加入100μL醋酸钾（5mol/L，pH5.2），然后置于冰上6min；12000rpm离心5min后取上清液200μL加入到含有1mgCPBA-MNPs的离心管中，再加入等体积无水乙醇；室温静置5min后，磁分离；70%乙醇清洗3次，置于室温晾干；然后加入50μL的TEbuffer（50mmol/LTris-HCl，5mmol/LED-TA，pH8.8），重新分散磁性颗粒，室温静置5min；磁分离后吸取洗脱液于新的离心管中保存。同时，以植物基因组DNA提取试剂盒（PlantgenomicDNAkit，北京天根）作为对照。1.3.3DNA完整性检测取10μL基因组DNA提取液在0.75%琼脂糖凝胶上进行电泳检测，然后在凝胶成像仪上拍照分析提取的基因组DNA的完整性。1.3.4DNA纯度和浓度的检测利用微量紫外分光光度计测定提取的基因组DNA的浓度，并检测基因组DNA在260nm和280nm的吸收值OD260和OD280，以OD260/OD280的值评价DNA的纯度。1.3.5实时荧光PCR检测目的基因利用实时荧光PCR技术分析检测转基因的可行性。分别以CPBA-MNPs法和植物基因组DNA提取试剂盒法提取的转基因大豆基因组DNA为模板，选取花椰菜花叶病毒（Cauliflowermosaicvirus，CaMV）35S启动子和胭脂碱合酶（nopalinesynthase，NOS）基因的终止子的引物与探针进行转基因检测。
2结果与分析
2.1磁性微球的表征
为了了解制备的Fe3O4磁珠在修饰前后的粒径大小和形貌特征，我们对合成的Fe3O4磁性纳米粒子与CPBA-MNPs样品进行了透射电子显微镜的表征（图1：A和1：B）。从图1：A中可以看出修饰前的Fe3O4磁珠在乙醇中极易团聚，这是由于粒子表面仅具有少量的苯甲酸分子，而修饰后的CPBA-MNPs磁性纳米粒子（图1：B）能够稳定的分散于乙醇中。
2.2DNA完整性检测结果
利用制备的CPBA-MNPs提取转基因大豆和非转基因大豆种子的基因组DNA，同时，以植物基因组DNA提取试剂盒作为对照。0.75%琼脂糖凝胶电泳分析提取的基因组DNA完整性。由图2可见，两种方法提取到的基因组DNA条带都很整齐单一，且没有拖尾现象，但试剂盒提取的基因组DNA条带亮度较暗。
2.3DNA浓度和纯度检测结果
利用微量紫外分光光度计测定提取的基因组DNA浓度。结果表明，利用CPBA-MNPs可从50mg大豆种子提取约11μg基因组DNA，而利用试剂盒可提取到7.5μg。两种方法提取的基因组DNA的OD260/OD280均介于1.78～1.92之间，说明提取的基因组DNA纯度符合实验要求。
2.4实时荧光PCR检测目的基因
以提取的转基因大豆基因组DNA作为模板，利用实时荧光PCR进行检测分析，结果如表2。虽然利用student’st-test对于实验数据进行分析的结果表明，两者无明显的统计学上的差异（P>0.05），然而利用CPBA-MNPs方法，检测转基因大豆的Ct值低于植物基因组提取试剂盒。因此，结果表明具有少量的苯甲酸分子，而修饰后的CPBA-MNPs磁性纳米粒子（图1：B）能够稳定的分散于乙醇中。
3结论
关键词：储粮害虫；转Bt基因稻谷；抗性
水稻（OryzasativaL.）是世界三大粮食作物之一，也是我国重要的经济作物和粮食作物，全球约三分之一以上的人口以稻米为主食[1]。在水稻生产中，储藏稻谷是生产中一个重要环节。我国是一个粮食大国，粮食储藏周期较长、储量较大，在粮食储藏期间，各种有害生物容易滋生危害，造成储粮质量和品质的巨大损失，由于受到仓储条件和防虫技术的限制，每年在北方地区因虫害造成的储粮数量损失为3%～5%，南方地区为6%～8%，损失粮食200～300亿kg[2]。可见，储粮害虫造成的危害和损失是十分巨大的。据2004-2005年第六次全国储粮昆虫调查，我国储粮昆虫有270种，其中储粮害虫有226种[3]，危害严重且分布广的主要有玉米象、米象、谷蠹、锯谷盗及赤拟谷盗等鞘翅目害虫和麦蛾、印度谷螟及一点谷螟等鳞翅目害虫[4]。
目前，我国乃至全世界对储粮害虫的防治主要采用化学防治，但由此造成的农药残留、环境污染以及害虫抗性等问题日益严重，迫使人们寻求其他更加安全有效的害虫防治措施。通过分子生物学手段，将抗虫基因导入水稻细胞中，并使其遗传和表达，从而培育具有抗虫能力的转基因水稻新品系成为控制水稻害虫的重要途径[3.4.5]。苏云金芽孢杆菌（Bacillusthuringiensi，简称Bt）是一种能产生杀虫晶体蛋白（insecticidalcrystalprotein）的革兰氏阳性菌，其孢子及伴孢晶体对鳞翅目和鞘翅目的一些害虫具有一定的毒杀作用，自1938年第一个Bt商品制剂问世以来，因其毒力高，致病快，且对非靶标生物及人类无毒，对环境安全，已作为微生物杀虫剂广泛应用于害虫的防治[6]。然而，随着Bt制剂的大量使用，人们发现在实验室的条件下已有多种害虫对其产生抗性，更为严重的是，已发现在大田中世界性蔬菜害虫小菜蛾Plutellaxylostella（Linnaeus）对Bt产生了抗性[7]。近年来，昆虫对Bt制剂及对转Bt基因作物产生抗性的报道已有很多。在我国，关于转Bt基因水稻生态安全性方面的研究，已取得了一些研究成果，处于起步阶段，在转Bt基因稻谷对储粮害虫的生态安全性研究少有报道。本文将对近些年国内外学者在储粮害虫对转Bt稻谷的抗性研究进行概括，为转Bt水稻的合理利用和商业化生产以及害虫的抗性治理等方面提供参考依据。
1转Bt基因水稻研究现状
Bt毒蛋白基因是应用最为广泛且最有潜力的毒蛋白基因，在现代植物基因工程技术的推动下，转Bt基因烟草[8]、马铃薯[9]、棉花[10]、玉米[11]和水稻[12-20]得到了广泛的应用，并获得了较为理想的抗虫效果。Bt玉米、Bt棉花、Bt马铃薯等已开始商业化应用[21.22]。
目前，水稻抗虫Bt毒蛋白基因有cry1A(b)、cry1A(c)[12]，国内外已获得了许多抗虫效果良好的水稻品种[13-20].。虽然转Bt基因水稻在害虫防治方面取得了不错的效果，但仍还处于试验研究阶段，迟迟未得以商业化生产推广，主要原因就是其安全性评价有待完善和提高[23-25]。而转Bt基因稻谷的生态安全性评价是转基因水稻安全性评价的一项重要内容。
2转Bt基因稻谷对储粮害虫的影响
2.1抗虫性机制
苏云金芽孢杆菌在产孢过程中会形成一种对昆虫具有毒效的蛋白，即Bt杀虫晶体蛋白(insecticidalcrystalprotein)，可分为α-外毒素、β-外毒素、δ-内毒素和虱因子，其中用于转基因植物的主要是δ-内毒素[26]，有很多学者对Bt毒蛋白的杀虫机理做了研究，其大致过程为：昆虫食入毒蛋白后，在中肠的碱性环境下，毒蛋白溶解为无杀虫活性的原毒素（protoxin），原毒素在中肠蛋白酶的作用下激活进一步转化为具有杀虫活性的60kDa左右的毒素（toxin），活化的毒素与中肠BBMVs（刷状边膜囊）上的特异性受体结合引起中肠上皮细胞膜透性的改变，细胞裂解、中肠麻痹，最终导致昆虫瘫痪或死亡[26.27.28]。
然而转Bt基因作物与传统Bt杀虫剂不同，后者包含几种Bt原毒素以及细菌孢子，而目前商业化种植的转基因作物仅含有单一毒素基因且在植株的整株和整个生育期都表达，具有转移性更高、毒性强的特性[29]。有人初步研究了转Bt基因棉抗棉铃虫的毒性机理，认为幼虫取食转基因棉后，中肠处于中度痉挛状态，珠状细胞微绒毛萎缩、被破坏，肠壁细胞质内细胞器减少，营养物质自耗成空泡[30]。梁革梅等比较了棉铃虫取食转Bt杀虫剂、Bt毒蛋白和Bt基因棉后中肠组织病理变化的情况发现，对棉铃虫中肠的破坏速度依次为Bt杀虫剂>Bt毒蛋白>Bt基因棉，并认为这可能是由于前两者作为杀虫毒素直接影响棉铃虫中肠细胞，而转Bt基因棉中的杀虫毒素是由导入棉花品种Bt基因转录形成，棉铃虫中肠细胞的变化直接受Bt基因转录量的大小和毒素的杀虫作用力的影响[31]。
2.2转Bt基因稻谷对储粮害虫的抗性
目前，在转Bt基因稻谷对仓储害虫的抗性方面的报道较少。JohnDSedlacek等研究证明转基因作物会使印度谷螟和麦蛾的孵化率和产卵率明显降低，并延缓印度谷螟的发育历期[32]。AnthonyMHanley等再次证实了转Bt基因作物在降低印度谷螟和麦蛾的产卵率和孵化率，延缓印度谷螟发育历期等方面的影响[33]。李光涛等研究表明：转Bt基因稻谷对麦蛾具有显著抗性，取食转Bt基因稻谷的麦蛾羽化率仅为对照的13%，且各发育指标均显著降低，转Bt基因稻谷的损失率仅为对照的12%，Dobie敏感系数显著低于对照，对麦蛾表现为高抗[34]。王平等对转Bt基因稻谷中Bt毒蛋白的变化、转Bt基因稻谷对麦蛾生长发育的影响、以及对储粮期节肢动物群落结构的影响等方面做了初步研究[35]。蔡万伦等在研究中发现用Bt稻谷粉连续饲喂三个世代的赤拟谷盗，其在各个发育阶段的历期与对照相比无明显差异，但就虫蚀率来说转基因稻谷要比对照低的多。他通过对在自然条件下对不同储藏期的Bt稻谷与非Bt稻谷进行抽样调查，结果发现随着稻谷储藏期的延长，在储藏17个月后Bt稻谷上的虫蚀率依次为0.70%，1.20%，显著低于另外两种非Bt稻谷上的虫蚀率(汕优63：1.7%，2.0%；9311稻：2.70%，3.00%，P<0.05)。但Bt稻谷和非Bt稻谷中赤拟谷盗、谷蠢、书虱、麦蛾的数量在19个月储藏期内，其种群数量及动态与对照稻谷相比无明显差异或在少数时期存在显著差异。Bt稻谷上害虫群落物种数、多样性指数、优势集中性与对照稻谷相比差异性很小，Bt稻谷对储粮害虫物种构成的影响不明显[36]。
3印度谷螟对Bt的抗性研究
印度谷螟是一种重要的鳞翅目仓储害虫，也是第一个被发现对Bt中δ-内毒素产生抗性的害虫。目前，众多国内外学者对印度谷螟经Bt制剂处理后的生物学习性、交互抗性、抗性机制等方面进行了广泛的研究。早在1984年，Mardan就指出，印度谷螟的吐丝结网、对Bt制剂的驱避性等会增加害虫对Bt制剂的忍耐能力[37]。
1985年McGaughey在世界上首次报道了印度谷螟在室内对苏云金杆菌产生了严重的抗性[38]。McGaughey在实验室对经Dipel处理和未处理的粮仓印度谷螟进行生物测定，处理过的印度谷螟不如未处理的对Dipel敏感，初步显示出对Bt的抗性，于是其在实验室条件下以62.5mg/kg的浓度进行抗性种群的筛选，F2的LC50是未经筛选幼虫的27倍，到F15则增至97倍，进一步证明了抗性的产生。此外，经9代后终止处理，LC50在随后的7代都不下降，其高抗性保持稳定。1987年McGaughey和Johson发现对B.t.kHD-1菌株产生抗性的印度谷螟对57个不同品系Bt制剂中36个品系产生了不同程度的抗性，同时使16个品系产生了交互抗性[39]。
1988年McGaughey等研究证明，用Bt处理5个印度谷螟和一个粉斑螟品系，不同群体的印度谷螟和粉斑螟的抗性发展速率和发展程度不同，对5个印度谷螟品系进行抗性筛选，最快的抗性发展出现在F36，抗性比起始时大250倍，最慢的在F39，抗性仅为起始时的15倍，与印度谷螟相比，粉斑螟产生的抗性水平则低的多。当抗性水平达到稳定状态之后，中断选择作用抗性仍保持稳定，但如果在抗性水平达到稳定状态之前就中止选择，抗性水平会逐渐下降[40]。同时，McGaughey等从另一仓贮害虫干果斑螟中也检测到了其对Dipel的轻度抗性。
1990年VanRie等证明，BBMV对蛋白毒素的亲合力在印度谷螟抗性和敏感品系间有极大差异，后者比前者大70倍，同时抗性种群对CryIC的敏感性以及CryIC在BBMV上的结合位点都增加了，这表明对一种杀虫晶体蛋白产生抗性的印度谷螟不一定也对另一种杀虫晶体蛋白产生抗性[41]。有研究表明，Cry1Ab在印度谷螟体内有2个不同的结合位点，其中一个结合位点与Cry1Ac的一样，对Cry1Ab产生抗性的印度谷螟种群的结合位点与Cry1Ab的结合亲和力比敏感种群下降了60倍[42]。而Zhu等发现，在抗性印度谷螟中肠中，类胰蛋白酶的酶活性比敏感品系低约3倍，可能这种类胰蛋白酶活性的差异与Bt的抗性有关[43]。
Mcgaughey等将两种不同Bt变种的菌株HD-1，HD-133等量混合起来对印度谷螟进行选择，结果发现，在相同的选择压力下，印度谷螟对两种菌株混合产生的抗性分别比这两种菌株单独处理所产生的抗性小[44]。
McGaughey对交互抗性问题做了深入的研究，认为具有多种ICPs的Bt菌株会引起更广泛的抗性[45]。
3展望
关于储粮害虫对Bt抗性的研究多集中在印度谷螟上，但也仅限于对Bt制剂和毒蛋白的抗性研究，对转基因稻谷产生抗性的研究，无论是在实验室条件下还是在大田试验下都未见报道，针对水稻生长期的鳞翅目类害虫对转Bt稻谷产生抗性的研究较多。粮食储藏是水稻生产中的一个重要环节，储粮害虫造成的危害不容忽视，今后在储粮害虫对转基因植物抗性方面还应加大研究，以为害虫的综合防治和转基因植物的商业化生产及安全性评价提供指导。
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论文摘要 总结了苏云金杆菌的发现及杀虫机理，对苏云金杆菌的研究现状、研究中存在的问题及解决的思路进行了阐述，并对苏云金杆菌的应用前景进行了展望。
新型微生物农药作为无公害农林生产资料，在未来的农作物病虫害防治方面将有巨大的市场需求。进一步加快微生物农药的研制、产业化和推广应用进程，降低农药在农副产品中的残留和对农田生态环境的污染，实现农作物重大病虫害的可持续控制，必将产生巨大的社会、经济和生态效益。
1苏云金芽孢杆菌（Bt）的发现及杀虫机理
1.1苏云金芽孢杆菌（Bt）的发现
1901年日本学者石度繁从患猝倒病的家蚕幼虫中分离到第1个产生晶体的芽孢杆菌。10年后Berliner从德国苏云金地方一家面粉厂染病的地中海粉螟中分离到一个相似的菌株，并正式定名为苏云金芽孢杆菌（Bt）。4年后，一个叫克林诺的科学家发现，在这种细菌的细胞中可以形成方形或菱形的晶体，可惜这个发现并未被重视。直到40年后的1953年，一位叫汉纳的生物学家证明了这种晶体是有毒的蛋白质晶体，才揭示了粉螟死亡的原因。在1920～1930年间，Bt作为微生物杀虫剂主要用来防治玉米螟。1938年第1个商品制剂Sporeine在法国问世，从此拉开了生物杀虫剂的序幕。以后相继发现了对鞘翅目、螨类、同翅目、膜翅目、直翅目昆虫、动植物寄生线虫、鞭毛虫、变形虫、吸虫、绦虫有毒杀作用的Bt菌株。
进一步的研究发现，Bt是革兰氏阳性菌，另外，它可寄生在一些蛾类和蝶类的幼虫上，甚至是植物表面。
苏云金芽孢杆菌分泌出的由Cry基因编码的、有杀虫活性的δ-毒素（或被称为杀虫晶体蛋白）的蛋白结晶构成了内孢子。Cry蛋白对鳞翅目（如蛾与蝶）、双翅目（如苍蝇、蚊子）和鞘翅目（甲虫）有很大杀伤力。因此，可将苏云金芽孢杆菌发酵生产制成高效生物杀虫剂，或用Cry基因制成防虫害的转基因产品。
1.2苏云金芽孢杆菌（Bt）的杀虫机理
苏云金芽孢杆菌（Bt）之所以能够杀虫，是由于它们的细胞内存在着一种有毒的蛋白质，叫做伴孢晶体，昆虫吞食后就会中毒而死。而这种活细胞及伴孢晶体对环境无毒无害。因为在动物的胃肠道内，酸性环境下蛋白质晶体不能溶解，从而对人畜无害。所以它是一种高效安全的生物杀虫剂，可用来杀灭多种农作物害虫。苏云金芽孢杆菌（Bt）杀虫机理主要是：昆虫取食苏云金芽孢杆菌后，杆菌在其胃肠道内产生蛋白质晶体内毒素（δ-内毒素）、热稳定毒素（β-外毒素）、叶蜂毒素（α-外毒素）及Bt-γ外毒素。这些毒素能侵蚀昆虫肠道细胞，破坏肠道内膜，并进入血淋巴组织，使害虫因饥饿而出现败血症最后死亡。苏云金芽孢杆菌的防治对象是鳞翅目、膜翅目、双翅目、鞘翅目等多种害虫，其药性的持效期可达7～10d左右。需要特别注意的是：苏云金芽孢杆菌（Bt）及其制剂对蚕具有很高的毒性，桑园必须禁用。另外，勿与碱性杀菌剂混合施用，晴天的傍晚或阴天施药效果最佳。
2苏云金芽孢杆菌（Bt）的研究现状
2.1苏云金芽孢杆菌（Bt）的研究主要集中在分子水平上
过去Bt是作为一种制剂应用于农林害虫的防治，随着生物技术的发展，现在已对苏云金芽孢杆菌的杀虫蛋白质和相关基因作了深入而透彻的研究，也就是说在基因的水平上对它有了更多的了解。研究发现，在其体内具有一种Cry基因，正是这种基因编码产生的蛋白质对上述昆虫具有极大的毒性，所以这种基因的结构和特性就影响到它本身，也影响到它的杀虫范围。当然某一基因的长期应用会刺激昆虫产生抗体。因此，现在对苏云金芽孢杆菌的研究更多地集中在分子水平上。
2.2国内主要研究成果
中国现在在苏云金芽孢杆菌杀虫剂的商品化生产和防治农林害虫的系统工作方面，取得的主要成果有：研制和生产质优价廉的Bt悬浮剂和高效价的粉剂，实现了中国Bt杀虫剂的商品化生产；建立了以生物测定为基础的产品毒力效价测定的质量标准化技术化系统；研究了助剂及贮存条件对Bt的影响，为助剂的筛选和有效存贮提供了可靠的依据；大规模推广应用Bt杀虫剂以防治棉、粮、果疏及林业害虫，并取得了良好的效果。该研究中研制和生产的适合中国的优质廉价的Bt悬浮剂，已在农林害虫防治中得到广泛应用；Bt粉剂的毒力效价和防虫效果，已达到国际同类产品先进水平；以棉铃虫和小菜蛾为标准昆虫，建立了中国Bt产品质量标准化测定技术系统，为国产Bt杀虫剂的行业标准的建立奠定了良好基础，为与Bt杀虫剂国际质量标准接轨提供了保障。
3研究中存在的问题及解决的思路
3.1主要问题
苏菌基因的表达会发生变化。例如，如果温度不理想，就可能降低毒素的产生，使植物易受侵蚀。更加严重的是，试验证明毒素减少的晚季植物会形成启动子的DNA甲基化。 另外，毒素的持续使用会使普通害虫演化为抗性虫。试验发现，小菜蛾对苏菌毒素的喷雾形式就已产生抗性。
苏菌毒素的运用还有一些可能的危险，如：如果转基因玉米与变异野草杂交，苏菌基因的抗性就有可能因食物链来到食草动物群落中，蜂群衰竭失调（CCD），也可能跟苏菌转基因作物有关。
3.2解决的思路
（1）有抗植株与无抗植株间种。减少害虫抗药性的一个有效方法就是将有抗植株与无抗植株间种，目的是减少抗性基因频率，牺牲少量无抗植株保证产量。美国和欧洲的某些区域已经立法要求使用上述方法种植。这种方法的理论依据是假设抗性基因是隐性的。依目前来看，这种方法应该可以延迟害虫对苏菌的抗性；另一方面，假如产生了多种苏菌毒素的农作物可以完全灭绝害虫，抗性基因的存在也就不可能了。不过，至今为止，害虫灭绝的情况还未出现。
（2）通过接合构建新菌株。苏云金芽孢杆菌菌株的特定质粒可以自行转移，这些质粒可以通过接合来构建新菌株。例如，科罗拉多马铃薯甲虫（鞘翅目）是北美最具破坏性的马铃薯害虫，欧洲玉米螟和土豆块茎蠕虫，对马铃薯也有很大的破坏作用。从自然界中分离的苏云金芽孢杆菌菌株，没有一个菌株对所有这些昆虫都具毒性。然而，通过质粒转移杂交，现在已经构建出对3种害虫都有效的新菌株，田间试验表明，该菌株作为广谱的马铃薯杀虫剂很有前途。
4苏云金芽孢杆菌（Bt）的应用前景
微生物农药是21世纪农药工业的新产业，代表着植物保护的方向，其最大的优势在于能克服化学农药对生态环境的污染，并减少农药在农副产品中的残留量。同时，在推广微生物农药应用过程中，农副产品的品质和价格将大幅度上升，有力地促进农村经济增长和农民增收，社会效益不可估量。
我国是一个农业大国，农业的发展事关重大。为了更好地落实科学发展观，建立环保型、节约型农业，微生物农药将为农产品优质安全生产和降低有毒物质残留提供技术和物质保证。微生物农药研究与发展，将有效地实现农产品的优质安全生产，提升农产品的经济附加值，扩大我国农副产品外销市场，推进绿色产业的发展。所有这些均对发展农村经济、增加农民收入、促进农村繁荣具有重要的推进作用。
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“我就是想为中国农民做点事情，从小在农村长大，我对农民有着根深蒂固的感情。”朱玉贤院士的赤子情怀让人感动。“做点事情”，就是让中国的棉花纤维再伸长0.3厘米，就是这点事情，将改变中国棉纺织产业在世界市场的地位，在高端棉花需求上摆脱对美国的依赖。而对于中国的广大棉农，这也将为他们带来更多的经济收入。
朱玉贤院士对科学真理孜孜以求的感人事迹，给记者留下深刻印象。之所以能取得令世人瞩目的科研成就，在于他对创新境界的自觉追求。朱玉贤认为，科学研究想获取创新成果，不仅要培养在学识上的远见，更要求具备追求目标时的坚韧态度和行动，还要对研究方法的灵活选择和变通。
秉持这一自觉追求，十余年来，朱玉贤和他带领的团队攻克了一个个难关，通过功能基因组研究发现乙烯能够促进纤维细胞伸长，这前所未有的研究结论为提高我国棉花的产量和品质奠定了理论基础，也使我国的棉花研究达到世界领先水平。
提高棉花纤维0.3厘米为中国棉升级奠定基础
接受本刊记者采访时，朱玉贤说：“我大学专业选的就是农业，一直有一个坚定的信念，我可以为中国农民做一点事情。所以当1998年科技部生物工程中心负责人找到我，让我申请棉花这个项目时，我一下子就答应了。”
“我国是世界第一产棉大国，年产量四五百万吨，但是每年仍需从美洲进口约100万吨的原棉，主要原因是我国棉花的品质偏差。”朱玉贤说。我国生产的棉花纤维平均长度不足3厘米，而美国产的棉花平均长度为3.3厘米。纺织品中必须有1/3以上的棉花纤维长度大于3厘米，低于3厘米棉纤维之间的接头太多，生产出来的棉布会很毛糙。生产实践中，90支纱以上的高端纺织品都必须掺入3厘米以上的原棉，越高支纱的棉布、掺入的长绒棉就相对越多。
就是这0.3厘米的微小差距，使我国的棉纺厂每年都要进口来自北美的长绒棉（绒长在3.3厘米左右），以提高纺织品质量。因此，我国每年都会有国产原棉积压，使棉农和纺织业喘不过气来，承受了很大压力。
“当初获得这个项目时，我第一感觉就是心中的愿望终于可以实现了，可以用自己的专业知识为农民做点事。”朱玉贤说。
朱玉贤和他的团队制作了棉花芯片，将野生型陆地棉和它的无纤维突变体进行比较，最初是想通过这种比较，找到两者在基因表达上的差异。实验过程中发现，比较芯片中12000多个棉花基因，居然有5000～6000个基因表达有明显的差异。
怎样才能找到控制棉纤维伸长的关键基因呢？研究一度陷入了困境。
“这个问题困扰了我很长一段时间，有一天我在办公室苦思不得其解，突然一个念头在脑中闪过，既然从芯片中很难找到控制纤维伸长的关键基因，为什么不能在纤维高表达的生化途径上试试呢？”
经过慎重考虑，朱玉贤放弃了以往研究单个基因表达的惯性思维，转向高表达生化途径的研究。2005年，朱玉贤和他的团队通过生物信息软件来系统性地检测纤维发育期间生理生化代谢途径的表达变化，最终发现乙烯是该期间变化最显著的生化途径。
“乙烯是一种植物激素，棉花本身就含有这种激素，通过基因工程提高乙烯的释放量，能够促进棉纤维的细胞生长。”这个研究结论让朱玉贤和他的团队喜出望外，加快了研究进程。之后，他们相继取得超长链脂肪酸调控乙烯合成，乙烯通过调节果胶多糖生物合成来控制纤维伸长等重大发现。
通过功能基因组研究发现乙烯能够促进纤维细胞伸长，这个前所未有的研究结论为提高我国棉花的产量和品质奠定了理论基础，也使我国的棉花研究达到世界领先水平。
2010年，中国农科院棉花研究所进行栽培试验，实验结果证实了朱玉贤的研究结论，在纤维显著伸长的10个株系中，有8个都来自他的实验室，其中效果最好的品种纤维平均长度为31.49～32.05毫米，比转基因母本品种的原始纤维长度提高了超过3毫米。
对这个实验结果，朱玉贤仍然感到一丝遗憾，他计划把实验得到的转基因品种与生产上大面积推广的长纤维品种进行杂交，期望能够进一步提高棉纤维的长度，以期为整个棉花产业做出实质性贡献。
朱玉贤对记者说，陆地棉的伸长问题已经解决，实验室现已进入第二阶段研究，下一个目标争取让长纤维的海岛棉长出像陆地棉那样多的纤维。这将是一个更大的难题，因为海岛棉的纤维虽然较长，品质也很好，但单株海岛棉上的纤维数量太少，因此生产上无法大面积推广。如果我们能大幅度增加海岛棉的纤维产量，不仅可以提高棉农收入，还将使我国的棉纺织产业进入一个可持续发展阶段，完成产业的升级换代，增强其在国际市场高端棉纺织品行业的竞争力。
负笈美国学成归国感恩母亲报效国家
“我做事的方式很大程度上受我母亲的影响”，说到自己所取得的成绩，朱玉贤由衷地感谢母亲在他成长过程中为他付出的艰辛。
小时候上学时，早晨6点半钟朱玉贤从家里出来，走路到学校。母亲每天都很早起来给他做饭。母亲下地劳作一天，回家后还要做很多家务。那个时候，母亲每天可能只睡两三个小时，四五点钟就起来给他做饭。
那时家里没有闹钟，而母亲每天都要准时起来，估计很难安安稳稳地睡觉。母亲的这种坚韧与付出，让朱玉贤从小就坚定了一个信念：一定要好好读书，将来报答母亲。
从小学到初中，喜欢学习的朱玉贤成绩一直很好，很受老师喜欢。“”开始后，学校停课了，朱玉贤只好回家跟着父母做农活。离校前，他找到当时的语文老师，请他帮忙找一套“”前的高中数、理、化、语文教材。老师给他找了整整一网兜的书。朱玉贤背着这些书和简单的行李，从富阳镇上的学校步行逾12公里，回到家乡。之后两年，他利用工余和晚上的时间，把这些书通读了一遍，做了大量的笔记。这是朱玉贤积累的第一笔人生“财富”！
1975年1月，朱玉贤应征入伍，在舟山度过了3年多宝贵的部队生活。军人生涯锤炼了朱玉贤的百折不回的性格。1977年，国家恢复了高考。1978年退伍的朱玉贤，经过短暂复习之后，参加高考考进了浙江农业大学农学系种子专业。
1986年1月朱玉贤到美国康奈尔大学攻读博士学位，专修植物学，主要从事植物激素与豌豆的衰老研究。留学所读专业也是与农业紧密关连，朝着为农民“做点事情”的目标，他又迈出了坚定一步。
留美期间发生的一件事情深深刺激了朱玉贤。读博士时，朱玉贤的导师拿了一本美国的《The Economist》（《经济学人》）杂志，封面是一个巨大的漩涡，漩涡边上有一艘小船，上面写着China Economy！以此暗示中国早晚被这巨大的漩涡吸进去，中国经济早晚得完蛋！当时国际上就是这么看中国的。朱玉贤对记者说，即使现在，欧美一些国家的人还是对中国的改革开放有偏见。看不到中国这30多年为世界经济和科学发展作出的贡献，他们愿意用一种有色眼镜看中国今天所取得的成就。
当1991年完成学业和研究之后，朱玉贤毅然选择回国创业。当时很多同学都劝他留在美国，朱玉贤告诉他们：“我的根在中国。”卖掉了在美国买的二手福特车，朱玉贤与夫人一起返回中国。
编写教材刻苦钻研自觉追求创新境界
回国后，看到国内没有系统的分子生物学教材，朱玉贤就联系了李毅博士等人，编写了70万字的《现代分子生物学》教材。这本书15年间印刷量超过30万册，已成为国内高校分子生物学的最主要教材，今年推出第4版。
朱玉贤一心献身科学，但科研道路上也会遇到坎儿。1993至1994年间，他没有拿到任何一个国家科学研究项目，连国家自然科学基金面上项目的申请都失败了。那段时间很困惑，朱玉贤怀疑自己选择的科研道路是不是还能走下去。但如果遇到困难就撤退，就换方向，不一定能走得很远。最终他咬咬牙决定坚持走下来。
但从另一角度看，做科学研究，永远坚持一个方向不变，也不一定能出成果。朱玉贤在康奈尔大学读博士时，导师就对他说，做研究需要在黑暗中不断摸索、校正，再摸索再校正，也就是人们常说的失败、斗争，再失败再斗争。什么时候要换方向，什么时候要坚持下去，这恐怕是决定一个人能否成为一个好学者的重要品质。所以科学家要有第六感觉，要能把握科研方向，大致判断此路是否能走通。而第六感的形成，朱玉贤认为需要学术背景、对问题系统性的认识、对世界前沿科学的把握以及对所拟研究的问题的独到见解。
“做学问，最终是一种综合素质的匹配”，朱玉贤说。科学研究想获取创新成果，不仅要培养在学识上的远见，更要求具备追求目标时的坚韧态度和行动，还要对研究方法的灵活选择和变通。
正是“各种素质的合理匹配”，促成了朱玉贤在棉纤维发育和拟南芥细胞分化机制领域取得重大突破。
朱玉贤和他的团队首次展开棉纤维中差异表达基因的大规模克隆分离工作，建成具有国际领先水平的大型高通量陆地棉cDNA芯片，发现植物激素乙烯在棉花纤维细胞伸长过程中的主导作用。发现超长链脂肪酸（VLCFA）在转录水平上调控乙烯生物合成，发现同时受乙烯和超长链脂肪酸调控的果胶多糖生物合成是棉纤维细胞初生壁合成和细胞伸长的限速步骤。由于在乙烯信号通路上下游长期而系统性的研究，世界植物科学著名的综述期刊《当代植物学观点》邀请他撰写论文，阐述他们对棉纤维这个特殊细胞的认知。该研究于2011年获国家自然科学二等奖。
朱玉贤和他的团队研究还发现了拟南芥乳腺癌抑制因子同源基因BARD1是干细胞决定因子WUS和WOX5的抑制因子，BARD1缺失突变体中WUS的表达从顶端的组织中心扩展到所有外表层细胞，使顶端分生组织分化受阻。在拟南芥根尖，BARD1抑制了WOX5基因表达，从而控制植物向地性生长和根尖分生组织细胞分化。
带团队如同选种子为国选材悉心培养
作为学术带头人，朱玉贤认为，研究生的培养，不仅是知识传递的过程，更重要的是要为自己的学科培养可以为国家做研究的栋梁之材。
朱玉贤带领团队，采用了选种子的经验，优选“种子”，并采取恰当的“培养”方法。带领研究生，朱玉贤第一年可能不会主动跟他们接触，先观察他们，看他们会不会主动找自己谈问题，因为提问题的时候，可以知道他们对这个专业了解的深度和广度。
有个学生叫施永辉，他2000年5月到朱玉贤实验室，先跟师哥师姐一起干些“杂活”，做本科毕业论文。
2001年夏天，施永辉找到即将毕业的师兄姬生健，希望能继续做他留下的课题。刚接触这个课题的前一两个月，施永辉就多次主动向朱玉贤汇报工作进展。这使朱玉贤感到很吃惊，新生一般都很怕见他，害怕被问实验进展如何，害怕挨呲儿。连续几次听了施永辉的汇报后，朱玉贤感觉他是可造之材，于是每次都给他布置很多新工作。施永辉花了一个学期的时间，学会了包括测定文库滴度、体外剪切、cDNA文库序列测定、多序列比对以及生物信息学分析等工作。这期间，施永辉不断总结经验，主动反馈实验结果，促使朱玉贤最终决定立即开展大规模棉花cDNA芯片研究，并决定由施永辉负责该项研究。
说到姬生健，朱玉贤同样充满了自豪感。他说，这也是一个很有想法的学生。那时，实验室主要用“差异显示”技术筛选与棉纤维伸长相关基因。当年，全世界通行的模式是对“差异显示”实验中获得的单个基因片段进行深入分析，证明该基因与人们所研究的性状有关联。有一天，姬生健突然跑来找朱玉贤，说应该把“差异显示”实验中得到的所有基因片段建成“差异基因文库”，进行高通量DNA序列测定，这样，理论上就能一次性获得所有与棉纤维伸长相关的差异表达基因。这当然是个好想法，朱玉贤马上同意了。姬生健发表在《核酸研究》上关于棉纤维“差异基因文库”构建与分析的论文，施永辉发表在《植物细胞》上用基因芯片技术研究调控棉纤维发育代谢途径的论文均已成为近十年来全世界棉花研究领域影响最广泛的十篇科研论文之一，成为享誉世界的重要科研成果。所以说，一个好学生必须是一个会思考的人。
朱玉贤不赞同“不能让孩子输在起跑线上”这一套说法。人生不是百米赛跑，人生是马拉松，而且是N多个马拉松，与“起跑”基本没什么相关性！条件不是决定成败的唯一因素！老师对学生起“一杆秤”的作用，用自己的学识，去“称量”所选“种子”的重量和质量，给学生指明最合适的发展方向和方法。
“科学工作者要取得突破，面对失败的态度很关键。因为在探索未知世界的过程中，失败必然要多于成功，如果不能理性对待失败，就不能保持长期工作热情，更不要提最后的成功。”朱玉贤说，“作为农民的儿子，我对农村孩子较为了解。在我研究室，不少人是来自农村，他们做事情比较有韧性。当他们遇到困难，我会尽可能地提供帮助。”
[关键词] 高效液相色谱；药学研究；进展
[中图分类号] R91 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721（2013）07（c）-0015-03
色谱法（chromatography）又称为色谱分析法、层析法，是一种分离和分析方法，在分析化学、有机化学、生物化学等领域有着非常广泛的应用。色谱法的作用机制为根据不同物质在不同相态下进行选择性分配，针对流动相对固定相中的混合物进行洗脱，不同的物质会以不同的速度以固定相移动，最终实现分离。本文所研究的高效液相色谱技术（high performance liquid chromatography，HPLC）全程依靠仪器完成。本文对HPLC的特点、类型并对其在药学领域中的应用进行了相关阐述。
1 HPLC在中药学中的应用
中药学的研究是通过不同单味药与复方药的配伍方法及煎煮时间等来发掘中药中化学成分的变化规律与药理联系[1-2]。在实际应用中，最为简捷有效的方法为选取长度足够的色谱柱，设置合适的时间以温和流动相进行洗脱[3-4]。也有资料显示新式的毛细管电色谱在中药成分的分析上表现出极大的优势，其规避了HPLC所有的柱床污染，冲洗方便，分辨率高，集HPLC与脉细管电泳优点于一体，利用了HPLC高效快速、高灵敏度的特点，使成分分析法更为完善，在中药学的研究领域发挥了重要的作用[5]。
1.1 HPLC在中药含量测定方面的运用
雷萍等[6]采用HPLC分离测定了虫草产品中腺苷和虫草素的含量，选取Acquityuplc C18色谱柱，以乙腈-水流动相进行洗脱，基本可在4 min内行基线分离，各组分的浓度与峰面积在1～17.5 μg/ml范围内线性良好。HPLC在中药含量测定方面的研究不胜枚举，但均证明其具有一定的特异性[7-8]。
1.2 HPLC在中药代谢方面的运用
薛璟等[9-10]使用大鼠为标本行体肠灌流实验，采用HPLC检测雷公藤甲素含量，研究不同吸收部位于药物浓度对雷公藤甲素的吸收。实验结果表明各肠段吸收情况为：回肠
2 HPLC在食品检测中的应用
2.1 HPLC在食品添加剂检测中的应用
食品添加剂可以提升食品的色、香、味，延长食物的保藏期限，为日常生活带来了很多乐趣和方便。但是不合理地使用食品添加剂不仅降低食品质量，甚至损害人体健康，如苏丹红鸭蛋事件。目前我国对食品添加剂的使用种类、数量有着严格的限制，严禁添加危害人体健康的添加剂。
2.1.1 甜昧剂 甜味剂可以使被添加食物的甜度增加。一般来说，人工添加的甜昧剂都是没有营养的，最常用的有乙酰磺胺酸钾（安塞蜜）、环己氨基磺酸钠（甜蜜素）、糖精钠等，其中尤以低价格的糖精钠使用范围较广。少量添加甜味剂对人体没有副作用，但是，添加过量将会危害人体健康。丁芳林等[11]采用气、液相色谱联用技术，定量检测果冻等食品中安赛蜜、糖精钠和甜蜜素等甜味剂的含量，结果加样回收率为93.19%～100.90%，相对标准偏差（RSD）为1.05%～2.04%。这种气、液相色谱联用技术，不仅能够在短时间内对果冻中的甜味剂进行定性、定量分析，而且也同样适用于检测饮料中的甜味剂的含量。
2.1.2 防腐剂 防腐剂能够延长食物的保藏时间，有效阻止细菌等微生物的滋生。比较常用的防腐剂有山梨酸、苯甲酸和它们的钠盐等。当前，我国食品企业向食品中添加的防腐剂大都是人工合成的，使用过量会损害身体健康。赵质创等[12]采用甲醇、氨化甲醇、水、80%甲醇和20%甲醇提取糕点中的防腐剂，提取液经C18色谱柱进行分离，用甲醇-乙酸铵溶液进行梯度洗脱，在波长为220 nm处进行检测。检测结果表明，苯甲酸、山梨酸、脱氢乙酸、富马酸二甲酯这4种常见防腐剂完全分离开来，且分离效果良好，回收率为84%～106%，变异系数
2.1.3 食用色素 食用色素属于色素的一种，可以改善食物的感官性质，使其颜色亮丽、诱人，增加人的食欲。依据其来源，食用色素可以分为两种：天然色素和人工色素，食品添加剂中大多使用的是人工合成的食用色素，过量食用人工色素会致癌。柠檬黄、苋菜红、胭脂红和日落黄是常用的人工色素。陈再洁等[13]采用HPLC方法对饮料中的食用色素进行检测，同时分离出6种食用色素：柠檬黄、苋菜红、胭脂红、日落黄、亮蓝1和亮蓝2，且检出限较低，检测结果的准确度和精密度均较高，达到了日常食品中食用色素的检测要求。
2.2 HPLC在食品污染物检测中的应用
2.2.1 对食品中农药、兽药残留物的检测 食品中的农药、兽药残留物严重影响食品的安全性，残留量过大会引起癌变。农药易残留于植物食品中，而兽药易残留于动物食品中。要想提高人们的生活质量，就必须及时、精确检测出食品中的农药、兽药残留物，使人们吃到放心食物。无论是农药残留物，还是兽药残留物，都具有不稳定、难挥发的特征，而HPLC能有效定性、定量地分离、分析出这些化合物。目前，全世界应用比较广泛的新型农药是烟碱类杀虫剂，其中尤以啶虫脒为代表。尹建吉等[14]建立了HPLC对蔬菜中的农药进行检测的方法，以西红柿为例，采用乙腈提取、盐析、氨基小柱（LC-NH2）净化的样品处理方法，检测其中的啶虫脒含量，结果证实这种方法样品需要量少、回收效率高、相对标准偏差小，且方法简便，能准确地实现蔬菜样品的检测，足以满足常规农药残留物检测的需求。
邬晨阳等[15]用HPLC对牛奶中的残留兽药进行了检测，结果表明此HPLC分析方法能同时测定牛奶中11种兽药的残留量，其中包含7种磺胺类药物和4种氟喹诺酮类药物，且灵敏度高、重现性好、准确度高，可满足动物源性食品中磺胺和氟喹诺酮类药物的残留分析，有很好的实际应用价值。
2.2.2 对食品微生物及其代谢产物的检测 食品在生产的过程中难免会产生微生物及其代谢产物，而其中相当一部分会损害人体健康，如寄生曲霉新陈代谢过程中产生的次生代谢产物黄曲霉毒素能诱发癌症等，而以大米、玉米为主原料生产的食品，生产环节不当的话，极易产生黄曲霉毒素，威胁人们的身体健康。HPLC能根据微生物的化学结构和代谢产物的不同，检测食品中微生物的数量和对人体的危害程度。高志杰[16]采用带有荧光检测器的HPLC对食品中容易出现的4种黄曲霉毒素AFB1、AFB2、AFG1、AFG2进行定性定量的检测。结果表明，4种黄曲霉毒素在0～100 μg/kg范围内线性关系良好，样品检出限低，能检测出0.05 μg/kg水平的黄曲霉素。该种检测方法不仅准确度高、灵敏性强，而且重复性好，适用于常规食品中对4种黄曲霉毒素含量的检测。
2.3 HPLC在转基因食物检测中的应用
目前，我国食品市场中流通着很多转基因食品，如：转基因大豆、转基因玉米、转基因水稻等，转基因食品已经广泛渗入我们的日常生活中。但是转基因食品并不是绝对安全的，一些学者认为转基因食品能增加人体对抗生素的耐药性，在人体内积累微量毒素可能引起变态反应，并且转基因食品的营养均衡可能被破坏。所以，需要建立一种能够检测转基因食品中的潜在危险的方法。HPLC除应用于常规食物的检测外，也可以应用于转基因食物检测中。蔗糖-果糖基转移酶能够转化甘蔗的果聚糖种类和含量，武媛丽等[17]建立了HPLC测定果糖、葡萄糖、蔗糖及低聚果糖含量的方法，测定转基因甘蔗中的蔗果三糖、蔗果四糖和蔗果五糖3种低聚果糖来验证转移酶的转化情况。这种方法也可以蔗糖-果糖基转移酶的催化产物蔗果三糖（GF2）较为准确地检测甘蔗茎杆节间其他糖类的组分及含量，可以用于甘蔗中糖类的定性和定量检测，且该方法操作简便、成本较低、结果准确。
2.4 HPLC在化学合成药物分析检测中的应用
在化学合成药物的合成过程中有时需要对已合成的化合物进行分离分析，这时通常会考虑选用HPLC或者HPLC与其他分析检测技术联用，既方便、快捷，灵敏度又高，大大提高了药物合成的速度，并且可以为药物后期的开发制订质量标准。
2.5 HPLC在药物代谢动力学研究中的应用
药物代谢动力学主要是定量研究药物在生物体内吸收、分布、代谢和排泄规律，并运用数学原理和方法阐述血药浓度随时间变化的规律的一门学科。在创新药物研制过程中，药物代谢动力学研究与药效学研究、毒理学研究处于同等重要的地位，已成为药物临床前研究和临床研究的重要组成部分。在药动学研究中通常要用到HPLC或与其他技术联用对药物在生物体内的吸收、分布、代谢进行分析检测，如HPLC-紫外检测法测定血浆多潘立酮[18]、HPLC串联质谱法检测多潘立酮血浆浓度、HPLC固定化钌（Ⅱ）联吡啶-高锰酸钾化学发光法测定人血清中的雷尼替丁等。
3 HPLC在保健品检测中的应用
常凤启等[19]用HPLC测定保健食品中大豆异黄酮指标，目前主要采用流动相的甲醇-水梯度洗脱法，对HPLC分离测定的条件进行优化，样品的分析与检测可在短时间内完成。该方法可同时分析多种大豆异黄酮成分，快捷精准、灵敏度高，尤其适用于测定保健品中大豆异黄酮成分。
4 结语
HPLC以其高精确度、高灵敏度和高回收率、重复性好等优点独领食品检测技术的，目前，HPLC与其他技术的联用已成为药品和食品检测技术的发展趋势，也使得HPLC在药品和食品领域的应用范围更加广阔。
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关键词：翻转课堂；细胞生物学；实验；自主学习
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）04-0241-03
长期以来，普通高校饱受传统课堂教学模式影响，过度关注教师课堂主体作用的发挥，忽略学生的学，学生自主性学习的积极性不高，学习效率偏低。翻转课堂（Flipped Classroom）相对于传统教学模式以课堂讲授、课外练习和解决问题为主要教学方法而言，更强调学生个性化学习的模式。翻转课堂具有许多优点：高度自主的学习环境；更加关注对学生学习方法的指导以及课堂探究和交流活动的组织；学生的学习情绪能被很好地调动起来，更益于对知识的内化，能在较短的时间内完成知识目标。按照《细胞生物学实验》课程目标要求与PBL教学模式在细胞生物学课程教学中的应用，以“植物细胞DNA制备与显示技术”实验为研究课例，以问题导向为切入点，以学生自主学习和实验设计为学习目标，实施了翻转课堂教学模式改革实践，探索基于PBL的自主学习过程与效果评价方式。
一、基于PBL法的“植物细胞DNA制备与显示技术”教学设计
1.教学目标分析。一般而言，实验教学目标：①传承实验知识，实践对理论知识的理解和验证；②提高实践理性，就是指与我们的行动和选择有关的理性；③实践策略：为什么要这么做？培养学生反思、设计实验的能力；④生成实践智慧，即以实践为目的的能够指导实践行动的理性能力。《细胞生物学实验》课程目标包括三个层次：①知识目标层次，主要是细胞生物学理论知识、研究方法、实验原理的学习与掌握。②能力目标层次，主要是实验设计、细胞生物学实验常用仪器设备的正确使用，学会并应用细胞生物学主要实验技术，如细胞化学组分的分离与鉴别、细胞结构组分的显示与定位、细胞融合等。③文化素质目标层次，主要阐释科学技术对人类社会发展的促进作用，对学生人生观、价值观培养的作用，关注科学、社会、人类发展问题的意识。根据课程目标，“植物细胞DNA制备与显示技术”实验项目的教学目标分为：掌握孚尔根反应、Brachet反应和SDS碱变性法和CTAB法提取植物DNA原理的知识目标；学会运用孚尔根反应和Brachet反应原理完成植物细胞内DNA定位显示技术、DNA提取技术、实验方案设计、论文撰写的能力目标；关注转基因技术对社会的影响以及对科学、技术、社会协调发展理性思考的文化素质目标。
2.实验改革方案设计与实施。PBL以问题为导向，以主动学习为主，设置问题情景，通过学习者的自主探究与合作来解决问题，形成解决问题的技能，达到自主学习能力的提升。而翻转课堂并不只是“视屏录制”，而是一种“有效的课堂管理”，且更适用于有学习自觉性、能够做好课前功课的大学生。本课例的实验改革方案设计与实施植入了PBL法的“问题设置”、“问题解决”、“能力拓展”翻转课堂模式，形成学习资源搜集、课前自主学习与合作实验探究、课堂讨论与答疑、课后能力拓展和反馈与评价的“五段学习法”。（1）学习资源搜集。主要是教师提供给学生的课前学习资料，如微课程、视频、文本材料、PPT等。同时，引导学生查阅各类研究课题的最新进展，及时补充更新网络学习资源。（2）以“问题设置”为前提的课前自主学习与合作实验探究。植物细胞DNA的细胞化学显示方法有哪些？如何设计实验方案并实施？如何用琼脂糖凝胶电泳显示植物细胞DNA？通过“问题设置”，将学生被动学习变为主动完成课前自主学习与合作实验探究。①自主学习先行。充分利用课程学习资源，通过观看视频、阅读资料等方式完成课前自主学习，通过网络平台提交作业，达到知识的内化。②小组合作学习。由教师提出实验方案设计任务书，明确小组合作学习的任务，让学生自主进行实验方案设计。③实验方案设计。学生利用开放实验室分小组自主完成实验方案设计。④实验方案的实施。各小组按照自己设计的实验方案，利用实验室资源，分工协作，在课余时间自主完成实验。利用Feulgen染色技术、Brachet染色技术、琼脂糖凝胶电泳等技术显示DNA的存在。有实验实施过程的详细记录的实施步骤与结果分析，并撰写实验论文。学生提出新的需要答疑的问题。（3）以“问题解决”为核心的“课堂讨论与答疑”。①小组课堂讨论完善实验方案。根据课前小组完成实验方案的具体情况组织讨论。②利用翻转课堂讨论、交流，解决新的问题。学生提出各种疑难问题，如洋葱根尖临时装片，中期分裂相细胞偏少，染色体分散度差，难以计数，进而影响核型分析；基因组DNA降解严重，电泳呈弥散状等，教师组织大家讨论。③课堂答疑。解决实验过程中存在的小组内解决不了的疑难问题，在实验课上协作完成。如根尖制片的中期分裂相细胞偏少是因为根尖取材时间把握不好；染色体分散度不高是因为压片的力度把握不好；DNA提取过程中的基因组DNA降解严重，电泳呈弥散状是因为提取过程中低温研磨、离心上清液或沉淀的取用等操作不规范所致。④教师根据学生讲解和讨论内容进行点评和个别指导，使学生形成新的认知结构。在这一环节，实验教师扮演主导的角色，学生则是学习的主体，学生通过自主学习、相互协作完成实验项目，参与课堂讨论。（4）以“三拓展”为目标的能力培养。①思维能力。通过开展转基因技术的辩论，激发学生对“转基因技术利弊”的思考，实现思维能力拓展。②设计能力。通过考核“植物细胞DNA制备与显示技术”实验方案的设计与实施效果，引导学生修改完善实验方案，实现实验方案设计能力拓展。③自主学习能力。教师收集、上传与教学内容相关的拓展学习资料，结合自主学习考核，实现学生对知识（技能）的巩固和自主学习能力拓展。（5）反馈与评价。①基于自主学习考核的翻转课堂过程性评价。根据学生在“学习资源搜集”、“课前自主学习与合作实验探究”、“课堂讨论与答疑”、“课后能力拓展”阶段中的表现进行考核评价。如网络评价时，针对文献阅读回答问题，如果回答不正确无法进行下一步；小组讨论记录；课堂小组PPT展示。小组实验方案设计及实施标准包括：实验目的、原理；用品、步骤，如洋葱根尖培养、取材固定、稀酸解离、黑暗环境染色、压片、观察；注意事项；实验记录；结果分析。过程性评价成绩占总成绩30%。②基于论文写作考核的翻转课堂评价。论文内容包括摘要、前言、材料与方法、实验结果、讨论、参考文献等几部分。论文成绩按评分标准执行。论文成绩占总成绩20%。③基于实验操作技能考核的终结性评价。实验技能考核成绩采用综合评定方法确定，主要考核实验基本操作、仪器使用，考核要点主要包括仪器操作、实验方案、实验操作步骤、关键操作点、实验记录、实验数据分析等。实验考核成绩占总成绩50%。考核评价方法采取自我评价（占技能考核成绩的20%）、小组成员互评（占技能考核成绩的30%）、教师评价（占技能考核成绩的50%）相结合。
二、翻转课堂教学改革取得的效果
1.学生层面。（1）自主学习能力得到提升。课前学生的自主学习，时间灵活，目的性强。通过翻转课堂高效地完成知识的传授和能力的训练，实现了生生、师生互动交流，促进了知识的内化与吸收，兼顾了不同层次学生的需求。通过学习资源搜集及课前自主学习，学生的资料查阅能力提高、知识面扩大、协作意识和能力增强。课堂答疑及讨论阶段，几乎每个同学都参与问题的解答、讨论、交流、互动，极大增强了学生的学习兴趣和自信心，自主学习能力得到提升。（2）课外科技大赛取得可喜成果。生物技术专业有3名同学获得河北省2015年大学生挑战杯课外科技大赛一等奖；6名同学获得大赛二等奖；7名同学获得大赛三等奖。（3）技能考核评价采取自我评价、小组成员互评及教师评价三个环节，提高了学生的自主学习能力、团队协作能力、实验操作能力及分析解决问题的能力。
2.教师层面。（1）教学改革成果明显。完成河北省高等学校教学改革研究项目1项，《系统论视域下新建地方本科院校生物学实践教学体系的改革与实践》（2012GJJG206），邯郸学院综合改革与转型发展四级项目3项（1412010，15sjf162，15sjt1012）。（2）《细胞生物学实验》网络课程建设并得以实践。利用邯郸学院网络课程平台，建设了生物技术、生物科学两个专业的《细胞生物学实验》网络课程，教师负责完成网络学习资源的上传，如自主学习资源、“N+2”考核及标准、学习论坛、问卷调查等。学生上传自主学习作业。（3）通过实施《细胞生物学实验》教学改革，要求教师发挥主导作用，具备相关的知识、实践经验、组织能力等，促进了教师业务素质的提升。
三、对翻转课堂教学模式的反思
1.反思。（1）翻转课堂模式中，学生需要花费更多的准备时间，部分学生对新的教学模式的接受度不高。翻转课堂可以尝试，但不能常试。（2）在小组活动中，有的小组分工不太合理，个别学生的实验方案设计及实验操作能力也有待提高，学生对实验任务完成的贡献度有差异。（3）教师指导实践活动的能力需要进一步提升。
2.对策。（1）提高学生参与自主学习的积极性和主动性。精心选择实验项目，借鉴“慕课”教学模式在传授知识、互动交流、自主学习等方面的优势，选择学生关注的问题进行讨论，实现学生知识能力的提炼升华。（2）对学生进行实验方案设计及实验仪器操作技术等方面的训练，完善实验方案，开展实验动手能力的过程性考核。（3）引导教师积极参加企业实践锻炼，提升实践创新能力，成为“双师双能型”教师。
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The Reflection and Reformation of the Flipped Classroom in the "Cell Biology Experimental" Teaching
LI Zhi-liang，XING Hao-chun，YE Jia
（College of Life Science and Engineering，Handan College，Handan，Hebei 056005，China）