生物技术特色专业复合型创新人才培养体系的改革与实践

生物技术专业人才是新兴生物产业发展急需的高科技人才。针对教育部新增的生物技术专业如何培养适应生物产业需求的创新人才这一突出问题,深入分析生物产业优先发展领域及其对人才素质要求,确定围绕生物制药为主的工业生物技术领域培养研发能力强的复合型创新人才;通过与业界产学研合作,发展相应的特色学科方向、高水平双师型队伍及校外实践基地;经过十多年的"以提高学生创新能力为核心"的教学改革实践,成效较为显著,创建了特色鲜明的理工医交叉、学研产结合、实践教学开放运行的"厚基础、强实践、重交叉"的"3+1"模式的复合型生物技术创新人才培养体系和实践教学体系,以及多模式结合的研究型开放性实践教学方法,显著提高了人才培养质量,深受用人单位欢迎。通过多渠道推广,教学改革成果对我国生物技术专业建设具有推广示范作用。

微藻及其碳酸酐酶对石灰岩土壤系统中钙元素迁移的驱动作用实验研究

本文以微藻(莱茵衣藻)为材料,通过室内模拟石灰岩土壤系统,对接种微藻的土柱进行不同淋滤条件的处理,系统监测了淋出液的电导率、Ca2+浓度和碳酸酐酶的活性。结果表明,以双蒸水进行淋滤的土柱,Ca2+总淋出量在24 d时仅为以微藻培养液进行淋滤土柱的11.9%,且淋出液碳酸酐酶的平均活性与Ca2+总淋出量间有较好的相关性,说明微藻及其碳酸酐酶对石灰岩土壤系统中的Ca元素迁移有较强的驱动作用。本文的研究结果为探讨藻类碳酸酐酶在岩溶发育中的作用提供了一定的科学依据,进一步深入研究将有助于弄清藻类及其碳酸酐酶对岩溶碳汇的作用。

影响腐霉发酵培养中菌丝形态的因素及其与EPA含量的关系

研究了发酵培养中影响腐霉菌丝形态的因素及其与EPA(二十碳五烯酸)含量的关系.结果表明,接种量、起始pH值、温度、添加物对腐霉菌丝形态影响较大,接种量3%～10%,培养温度25～30℃,起始pH4及pH6.5～9,添加植物油能使菌丝保持直径小于5mm的分散小球状态.同时,起始pH值及培养温度显著影响EPA含量.较低pH值和低温培养均有利于菌丝内EPA积累.

基于教研结合的细胞生物学启发式教学研究

启发式教学指教师运用各种教学手段,启发诱导传授知识,启发学生的思维、充分调动其学习主动性,从而全方位地培养学生积极的自主学习能力。细胞生物学是生命科学的前沿学科之一,是分子生物学、细胞工程等学科的基石,在生命科学领域中的地位不可替代。在华中科技大学,细胞生物学是生物学和医学两大学科共同的专业基础课。为全面提高细胞生物学课程教学质量,提高人才培养的水平,本文归纳总结了华中科技大学细胞生物学课程的教学方法,开展了基于教研相结合的启发式教学方法研究,将科研项目、最新研究成果渗入到细胞生物学教学中,让学生参与科研项目的研究,培养具有创新意识和科研素质的人才。

红豆杉细胞反应器悬浮培养氧传质系数的研究

氧传质系数是表征反应器操作性能的重要参数,是反应器优化设计和放大的关键,植物细胞培养液中的氧传质系数与纯水或模拟溶液有很大差异,必须在实际培养过程中在线进行氧传质系数的研究。为了快速、准确地测量实际培养液的氧传质系数,基于动态法恢复通气后的溶氧质量浓度-时间数据,提出了确定氧传质系数和饱和溶氧质量浓度的新方法,进而测定了10 L通气搅拌反应器中红豆杉细胞悬浮培养过程的氧传质系数,研究了氧传质系数、细胞的摄氧率和细胞的比耗氧速率的变化规律。结果表明:通气量对氧传质系数的影响大于搅拌转速对氧传质系数的影响;随着细胞生物量增加,氧传质系数减少、摄氧率增加,比耗氧速率先增加后缓慢下降;建立了氧传质系数kLa与单位体积的功率输入N3D2和空气表观线速度vS的关联式和氧传质系数kLa与细胞生物量X的关联式。

微型生物在岩溶碳循环中的作用研究回顾与展望

全球气候变化问题使岩溶系统碳循环的研究倍受关注,有关微型生物及其碳酸酐酶在岩溶系统碳循环中的作用的认识也在不断深入。文章回顾了微型生物及其碳酸酐酶在碳酸盐岩风化以及碳酸盐岩沉积过程中的作用过程及作用机制,指出未来的研究需结合不同岩溶生态环境,量化微型生物及其碳酸酐酶对岩溶生态系统碳增汇的影响,为深入研究微型生物及其碳酸酐酶对岩溶碳汇的贡献、增加岩溶生态系统碳汇的能力、助力实现碳中和提供参考。

基于课程责任教授制的“细胞生物学”课程建设与改革研究

课程责任教授团队旨在建设一流课程,提升人才培养质量。华中科技大学细胞生物学课程责任教授团队系统地开展了"以学生为主体"的教育教学改革实践,建立了双岗和双师型师资队伍及规范化的课程责任教授团队管理制度;建成了国家级教学团队、虚拟仿真实验教学示范中心和湖北省名师工作室,以及虚拟仿真实验共享与管理平台、智能化远程开放运行平台;建成了自具特色的细胞生物学教学资源库、新形态教材和手机软件,为人才培养奠定了坚实的基础。课程责任教授团队通过项目式、探究式及"虚实结合、以虚促实"的开放式研究型教学实践,大幅提高了学生提出问题、分析和解决问题的科研创新思维能力,提高了人才培养质量。

重铬酸钾-DNS比色法测定发酵液中乙醇含量

发酵液中往往含有一些还原性物质,如葡萄糖等,用经典的重铬酸钾氧化比色法来测定发酵液中乙醇含量时,往往出现结果偏大的现象.为了测定发酵液中乙醇含量,在经典重铬酸钾氧化比色法基础上,使用DNS氧化比色法测定葡萄糖含量,修正乙醇含量的测定结果.统计分析发现,经改良的重铬酸钾-DNS比色法测定含葡萄糖的乙醇标准溶液时相对误差均值为0.95%,远小于传统的重铬酸钾氧化比色法的相对误差均值18.07%,在精密度相似情况下提高了准确度,更适宜用于测定含葡萄糖等还原性成分的发酵液中乙醇含量.

流域不同地质生态环境中水体碳酸酐酶活性特征——以桂江流域为例

在对桂江流域进行考察时,选取了流域地质类型不同、人类活动程度不一的6条支流以及干流的水体为研究对象,研究比较了流域不同生态环境下水体中的碳酸酐酶(CA)活性、游离CO2浓度和HCO3-浓度,并对比了流域内部分区域的归一化植被指数(NDVI)数据,获得如下结果:(1)证实水体中具有CA活性,且其活性与游离CO2浓度呈负相关,与HCO3-浓度呈正相关;(2)大量的人类活动加剧流域生态环境恶化,造成植被覆盖率降低,使河流水体中的CA活性降低,HCO3-浓度降低,表明CA对岩溶作用具有不可忽视的影响;(3)流域地质类型会影响水体中CA活性,在人类活动程度相似的情况下,岩溶区水体中的CA活性高于非岩溶区。总之,在进行流域碳汇潜力调查研究时,必须综合考虑人类活动、生态环境和地质类型等因素的影响,进行科学分段调查研究与计算。CA所引起的生物岩溶作用不容忽视,其对流域碳汇的潜在贡献值得深入研究。

基于动力学模型的法夫酵母发酵生产虾青素的补料策略优化

对法夫酵母的不同补料发酵方式进行了研究。基于底物抑制模型,提出了一种优化的两阶段补料策略,用于法夫酵母产虾青素的高密度发酵。在发酵的延迟期和对数生长期早期,糖浓度控制在25 g/L左右,在此条件下,生物量可以达到最大,且时间缩短。在对数生长期后期及稳定期,糖浓度控制在5 g/L,虾青素的合成时间可以有效延长。与传统的补料方式相比,采用此补料策略取得了较好的发酵效果。发酵终点细胞干重达到23.8 g/L,虾青素产量达到29.05 mg/L,分别比分批发酵提高了52.8%和109%。

新形势下本科生生产实习模式的改革探索

分析了新形势下传统生产实习模式存在的问题,探讨了新形势下生产实习模式的改革,针对新形势下本科人才培养质量要求以及本科生不同发展目标,提出了校内外集中与分散实习多种形式并存的生产实习新模式,以实现生产实习五个目标的集成,即生产实习与认识社会结合、与专业教育结合、与后续的毕业设计/论文结合、与未来深造结合、与本科生就业结合,并提出了相应的生产实习教学内容体系及教学方法的配套改革措施。通过新的实习模式实践,取得了良好的实习效果。

基于国家资源共享课的翻转课堂教学改革与实践

为了提高高等教育质量,顺应"教育面向现代化,面向世界,面向未来"发展的必然趋势,中国高等教育推行了从"以教师为中心"向"以学生为中心"的本科教育模式变革,注重学生创新思维能力培养。国家级资源共享课为"以学生为中心"的教育模式奠定了基础。以国家级资源共享课"发酵工程"为例,华中科技大学生命科学与技术学院进行了翻转课堂教学的探索与实践,课程体系设计突出"厚基础、强实践、重创新"的特色,课程教学采用"课前视频教学,课中互动交流,课后归纳总结"的翻转教学模式,已取得了较好的成效,真正实现了"以学生为中心"的自主学习,提高了学生的创新能力和科研素质。此外,针对翻转课堂教学实践中存在的问题提出了对策,认为明确翻转课堂教学的实质,加大教师投入,并及早让学生适应,对于大力推进翻转课堂教学非常必要,能够为我国培育出知识宽、能力强、素质高的创新人才。

信息化背景下以学生为中心的教育改革与实践

随着信息化时代的到来,教育形势发生了新的变化。学生获取知识的渠道多元化,方式更加便捷,形式更加多样化。传统灌输式教学方式面临挑战,因而教育教学理念要随之转变。教育工作要以学生为中心,教师的职责由传递知识转变为激发学生学习的兴趣和动力,指导学生选择和有效获取知识,引导学生构建主动学习和自主学习的新学习方式。教育的重点要放在学生分析、评价能力和创新能力的培养上。根据这一理念,探索了结合网络资源的翻转课堂教学模式,取得了良好的教学效果,表明以学生为中心的教育教学改革是信息化背景下提高大学教育人才培养质量的重要途径。

中国红豆杉TcNPR1基因的克隆与功能研究

水杨酸(SA)可诱导红豆杉细胞中紫杉醇的合成,病程相关基因非表达子基因(NPR1)是SA介导的植物系统获得性抗性(SAR)信号途径中的关键信号分子。本研究从中国红豆杉(Taxus chinesis)细胞中克隆了TcNPR1基因,该基因完整的开放阅读框大小为1857 bp,编码蛋白序列由619个氨基酸组成,含有典型的NPR1保守结构域、锌指结构域和锚蛋白结构域。进化树分析发现,TcNPR1蛋白与拟南芥AtNPR3和AtNPR4类蛋白的亲源关系较近。TcNPR1基因表达响应SA、干旱和NaCl胁迫处理,且随着处理时间增加,TcNPR1基因表达量逐渐增大。超表达TcNPR1的转基因烟草植株对干旱的耐受力增强,叶片内可溶性糖含量达43.8 mg/g(FW),比对照高出2倍左右,说明TcNPR1基因具有表达功能,此结果为探究中国红豆杉细胞响应SA诱导大量合成紫杉醇的信号途径提供了依据。

长江流域不同地质生态环境土壤碳酸酐酶活性、有机碳含量及其相关性

为了探讨流域岩溶生态系统土壤碳酸酐酶（CA）活性、有机碳含量及CA固碳之间的潜在关系,选取长江流域干流及支流沿岸不同地质生态环境下的10个样地,比较长江流域不同地质生态环境下表层土壤（0--20cm）中的碳酸酐酶（CA）活性与土壤有机碳（SOC）含量,并分析二者之间的关系。结果表明：（1）长江流域岩溶区的表层土壤CA活性要高于非岩溶区（P〈0.01）,土壤CA活性的差异与样地的地质类型及植被类型不同有关;（2）位于岩溶区高场（GC）样地的年平均SOC含量最高（1.09%）,而位于非岩溶区外洲（WZ）样地的年平均SOC含量最低（0.29%）,而且总体比较而言,长江流域冬季表层土壤的平均SOC含量显著高于夏季（P〈0.01）;（3）相关性分析结果显示,不同季节长江流域岩溶区表层土壤CA活性与SOC含量呈一定的正相关。研究结果为进一步研究流域岩溶生态系统土壤CA与土壤固碳能力之间的关系奠定了基础。

岩溶区水生生态系统微藻的生物碳泵效应

微藻在水生生态系统的碳固定中扮演重要角色。本文综述了岩溶区水生生态系统生物碳泵的提出、岩溶区微藻生物碳泵作用、影响微藻固碳的主要环境因素以及岩溶区微藻固碳的研究进展,并提出了亟待解决的关键科学问题,为深入研究岩溶区水生生态系统微藻固碳能力及生物碳泵机制、科学认识岩溶生态系统的碳汇潜力、丰富和完善岩溶碳循环理论提供参考。

透明颤菌血红蛋白基因表达对腐霉合成二十碳五烯酸的作用

通过研究腐霉菌体内透明颤菌血红蛋白基因的表达及工程菌株的生长代谢特性,解决其发酵过程中溶解氧限制的问题,从而提高二十碳五烯酸的产量。构建了血红蛋白基因表达载体,通过农杆菌LBA4404介导的方法导入丝状真菌腐霉,成功构建血红蛋白基因腐霉工程菌,摇瓶发酵研究血红蛋白基因表达对腐霉工程菌生长代谢特性的影响。研究结果表明血红蛋白基因正常表达,在优化的培养条件下,摇瓶结果显示,腐霉V1的生物量、油脂量及油脂中二十碳五烯酸含量较出发菌株分别提高了4.80%,4.82%和11.69%,EPA产量为1 004.96 mg/L。

食药两用植物地梢瓜的研究进展及应用探讨

地梢瓜是一种活性成分丰富的食药两用特色植物资源。其嫩果生食可生津止渴,是老少皆宜的天然蔬果;其成熟果实、种子、全草均可入药,具有补肺气、清热降火、消炎止痛、祛风活血、益气通乳等传统功效,现代医学表明地梢瓜具有细胞保护、抗衰老、抗病毒等药理作用。地梢瓜食药两用特性与其合理的营养结构以及多种次生代谢产物密切相关,地梢瓜中不仅含有丰富的蛋白质、不饱和脂肪酸、维生素及钾、钙、镁、硒等矿质元素,而且含有黄酮类、三萜类、甾体类等多种生理活性成分,其中地梢瓜苷为其特有的化学成分。本文介绍了地梢瓜的植物学特征,并重点综述了地梢瓜化学成分、药理作用、食用安全性等方面的国内外研究现状,探讨了其应用前景,为进一步开发利用地梢瓜食药两用资源提供参考。

岩溶环境下华南忍冬气孔泌钙及其生物矿化

植物对不同生长环境具有不同的适应机制。华南忍冬(Lonicera confusa)是生长于岩溶富钙环境下的典型植物,它具有通过气孔泌钙方式适应富钙环境的特性。以华南忍冬为研究对象,利用环境扫描电镜系统研究了华南忍冬气孔泌钙现象,并对泌钙后自组装的不同生物矿化物质进行了能谱分析,同时对比分析了能谱仪的点扫描和面扫描方式对相同物质的检测效果。结果表明:生长于岩溶富钙环境下的华南忍冬叶片表面不同晶型的钙盐是由气孔排出后形成的;钙盐分泌出组织后,自组装成多种形态的晶体,如晶沙、球晶和棱晶,晶体中除含有较高的钙外,还含有一定量的硫及其它元素,推测晶体的成核物质可能是由含硫氨基酸构成的蛋白质。研究结果为相关钙盐的仿生矿化研究提供了一定的启示。能谱分析能有效用于植物表面的微区分析及植物分泌物的物质基础测定。

紫杉醇生物合成途径中羟化酶的研究进展

紫杉醇是一种从红豆杉植物中提取的具有显著抗癌效果的萜类化合物,但在红豆杉中含量很低,难以满足日益增长的临床需求。近年来,利用合成生物学技术建立新的紫杉醇来源途径已成为研究热点。目前,紫杉醇合成相关酶基因大部分已被克隆和鉴定,但其中羟化酶基因的发现与应用仍是目前研究的热点和难点。本文对紫杉醇生物合成途径研究进展进行了综述,对其中羟化酶的克隆及功能研究体系进行了重点深入分析,最后探讨了本领域未来的研究方向并对其前景进行展望,以期为紫杉醇合成途径中未知羟化步骤的羟化酶基因克隆,以及利用合成生物学技术实现紫杉醇的大量生产提供依据。