“遗传学”教学内容与科学前沿及社会热点的整合

王倩男，安 邦，刘进平，牛晓磊，殷红彦

（海南大学 a.热带作物学院；b.海南省热带生物资源可持续利用重点实验室，海南 海口 570228）

遗传学是生命科学中基础且重要的学科之一，也是现代众多学科中发展最为迅猛的学科之一。随着分子生物学等相关学科的发展，遗传学研究迎来了一个全新的时期。就教师而言，为适应创新型人才培养的要求和“遗传学”的快速发展，如何着力于教学改革、如何充分调动学生学习的主动性和积极性、如何培养学生探索创新的能力，对“遗传学”教学来说显得尤为重要。笔者根据自身的教学实践，提出两个关于教学策略方面的改进意见。

一、“遗传学”教学内容与科学前沿的整合

遗传学是一门发展极快的科学。近几十年来，由于遗传学与许多相关学科之间相互促进，同时新技术及新仪器被广泛应用，使得新的研究进展不断赋予遗传学新的内容。但是由于教材编写和出版周期较长等原因，大多数学科的教材无法及时更新其课程内容，存在一定程度的滞后现象，遗传学也不例外。这无疑不利于学生对新知识的学习，教师也难以激发学生的好奇心和求知欲。因此，对于“遗传学”教学，除了要注重其基础性，让学生牢牢掌握生物遗传和变异的现象及规律、遗传分析的基本方法外，还要注重其前沿性，将科学前沿动态与基础知识灵活组合，加深学生对相关知识的掌握，拓宽学生的知识面，让学生真切感受科研的魅力，进一步提升学生的学习主动性，培养学生探索求真的科研精神。

例如，在讲述染色体端粒的结构的相关内容时，首先介绍端粒的生物学功能、其串联重复序列的结构组成、重复次数的特性等。随后在介绍端粒长度的生物学意义时可引入发表在2021年（《植物细胞》）期刊上的“Natural Variation in Plant Telomere Length is Associated with Flowering Time”（植物端粒长度的自然变异与开花早晚相关）一文。该论文通过研究拟南芥、水稻、玉米的端粒长度的自然变异与开花时间的相关性，发现在这三种植物中，端粒较长的个体比端粒较短的个体更早开花，更长的端粒可能在较快发育并因此较早开花的植物中更具适应性。此外，在讲述染色体端粒复制内容时，指出细胞分裂会消耗端粒，因此当端粒缩短到一定长度，细胞就会停止分裂。然后可通过提问“短端粒与衰老及某些疾病相关联，那么是否端粒越长意味着越健康越年轻？”来引发学生进行课堂或课后讨论。

在讲解DNA复制内容时，首先参照教材内容讲述原核生物DNA的复制过程，再通过归纳真核生物DNA复制的特点介绍真核DNA复制与原核DNA复制的异同点。但若仅仅介绍这些内容，一方面，与学生在中学生物课堂上所学内容重复较多；另一方面，使得课堂教学过于平淡，不易抓住学生的专注力。教师可以通过提问的方式引发学生思考和讨论：“DNA前导链连续合成，后随链不连续合成，那么前导链和后随链的复制是否协同共进、复制进程完全一致？”然后可向学生介绍发表在2017年（《细胞》）期刊上的“Independent and Stochastic Action of DNA Polymerases in the Replisome”（复制子中DNA聚合酶的独立和随机行为）一文。该论文通过实时单分子分析，分别对大肠杆菌DNA前导链和后随链的复制进行了观察，结果发现在大肠杆菌DNA的复制过程中，聚合酶并不相互协调，前导链和后随链高度独立复制，充满随机性。如，有时后随链停止运行，但前导链继续延长；有时其中一条链突然以10倍于正常速度进行复制，但最后仍能保证DNA复制的完整性。这一研究表明DNA复制是一个更为动态的不连续过程，无疑为DNA复制机制提供了新的见解。

在讲述核外遗传与植物雄性不育的相关内容时，可介绍袁隆平院士团队研究与发展杂交水稻的艰苦历程，培养学生不畏艰难、探索求知的精神。基于细胞质雄性不育（CMS）的三系法杂交稻是中国第一代杂交水稻。基于光、温敏感的细胞核雄性不育系（GMS）的两系法杂交稻则是第二代杂交水稻。第三代杂交水稻是以遗传工程不育系为遗传工具的两系法杂交稻，袁隆平院士在第三届中国（三亚）国际水稻论坛上指出，这将是今后的发展方向。2020年（《植物生物技术杂志》）期刊在线发表了湖南杂交水稻研究中心袁隆平院士/李莉研究员团队的研究论文。该论文利用CRISPR/Cas9基因组编辑技术对水稻花粉发育调控基因CYP703A3进行敲除，同时通过对水稻内源的红莲型细胞质不育基因orfH79进行精准调控，拓展了转基因花粉致死体系，为第三代杂交育种技术在水稻及其他作物中的应用提供了参考，该研究将助推第三代杂交水稻育种技术的发展和产业化。同期，中国农业科学院的研究人员利用CRISPR/Cas9介导的基因编辑技术对玉米内源核基因组编码的雄花育性基因MS26进行了定点编辑，实现了一步法创制雄性核不育系并筛选得到配套的保持系，该技术还可以拓展应用于其他杂交种作物，为第三代作物杂交种技术提供了高效的解决方案。

二、将日常生活及社会热点引入“遗传学”教学内容

遗传学是一门兼具理论性和实践性的学科，对农业科学有着直接的指导作用，与人类生活也有着密切的关系。联系实际生活和生产实践的教学，更能提高学生在课堂上的关注度和对学习的兴趣，还可以增强学生分析问题和解决问题的能力。教师可在保证知识点完整性及连贯性的前提下，以学生兴趣为出发点组织课堂教学，将日常生活中的一些常见问题及社会热点内容有机整合到“遗传学”教学中。

例如，在讲述核型分析的相关内容时，可介绍其在试管婴儿及人类产前诊断中的作用，此外还可以通过介绍产前唐氏筛查的三种常用方法，如普通唐氏筛查、无创DNA检测及羊水穿刺检测，与绪论章节相呼应，再次表明“遗传学”与医疗卫生的关系及其重要性。此外，国家近期对生育政策进行了调整，提倡适龄婚育、优生优育，实施三孩生育政策。我们不难预料届时将出现一大批高龄父母。教师可以高龄父母为切入点，将“人类遗传病”与“染色体结构变异及数量变异”相关教学内容进行整合，组织学生对多类遗传病的染色体组成展开推断和讨论，同时向学生普及预防遗传病的相关知识。

在介绍人类性状的孟德尔遗传分析及人类的性连锁的相关内容时，为了提高学生的学习兴趣和课外资料搜索能力，除了介绍课本上或众所周知的一些人类显隐性性状表现外，还可以向学生介绍“在线人类孟德尔遗传”数据库（OMIMOnline Mendelian Inheritance in Man,http://omim.org/）。OMIM是一个在持续更新中的关于人类基因和遗传紊乱的数据库（截至2021年8月27日，已更新26032个条目），搜索结果除了包括已知致病基因的定位信息、连锁关系、功能及相关参考文献外，还提供按孟德尔式遗传的人类性状的遗传信息。该数据库具有及时性、权威性、全面性和实用性等特点。教师可在课堂进行简单的演示，如对血友病b（hemophilia B）进行搜索，可得知该性状表型是X-连锁隐性遗传，由F9基因控制，该基因位于X染色体长臂末端（Xq27.1），该性状表型的OMIM号是306900，该基因的OMIM号是300746。教师在课后提供有关OMIM的较为详细的条目内容、检索途径和检索方法，供学生在课余时间进行查阅和学习，培养学生自主学习、查阅文献的能力。

基因突变指染色体上某个基因位点内部发生了化学性质的变化，与原来的基因形成对性关系。近两年，全球人民的学习、工作和生活被新冠病毒（COVID-19）所影响。新冠病毒在其传播过程中不断从普通株变为α株（于英国发现的B.1.1.7,Alpha）、β 株（于南非发现的B.1.351,Beta）、γ株（于巴西发现的P.1,Gamma）、δ株（于印度发现的B.1.617,Delta），乃至目前的λ株（于秘鲁发现的C.37,Lambda）。在课堂上，可将新冠病毒的突变与基因突变类型的教学结合起来。例如，研究报道指出，λ株出现了T76I和L452Q两个突变（错义突变），改变了该变种与血管紧张素转化酶2（ACE2）细胞受体结合的性质，使得λ株呈现出高传染性。此外，λ株的另一个突变（7个氨基酸的缺失突变）使之能逃避抗体的中和作用，降低接种疫苗后所产生的抵抗力。这一内容的整合会加深学生对基因突变类型的理解。教师引导学生理性认识新冠病毒仍会在传播过程中发生新的变异，引导学生理解科研人员夜以继日攻关不辍的艰辛，同时呼吁学生将防疫工作常态化，为防疫工作贡献自己的力量。

在《基因工程》章节教学中，教师以“基因工程概述、基因工程的工具酶、基因工程的主要载体、基因的分离与鉴定、基因工程的应用”为逻辑主线，将争议性科技议题“转基因食品是否安全”有机整合到教学中。课前向学生发布预习资料：（1）基因工程概述的课件，“基因工程概念及技术路线”的任务；（2）科普读物《理性看待转基因》（由国家农业转基因生物安全管理部际联席会议办公室和中国科协科普部组织专家编写）电子版。课上，利用PPT动画的形式介绍电影《侏罗纪公园》（1993）中克隆恐龙的简要过程：（1）科学家从一枚侏罗纪时期的琥珀中，在刚吸食了恐龙血液的蚊子身上提取了恐龙的DNA；（2）用蟾蜍的DNA片段对恐龙的DNA片段进行修复和补充；（3）将重组DNA导入人工合成的细胞中；（4）进行一系列的检测和筛选，最终让克隆恐龙重新出现在人们的面前。随后请学生回顾课前预习任务，引导学生将电影中克隆恐龙的四个简要步骤与基因工程技术路线一一对应起来：（1）目的基因的获取；（2）通过DNA重组技术构建表达载体；（3）将表达载体导入受体细胞；（4）目的基因的检测与鉴定。这时就能引起学生对如何选择和获得目的基因、如何选择和构建载体、如何将其导入受体细胞并进行后续的筛选和鉴定等一系列问题的兴趣和关注，然后针对这些问题结合影片内容及其他转基因作物案例一一讲解，同时引入下一个内容，即“基因工程的应用”。随后，教师通过实际案例介绍基因工程在工业基因工程、植物基因工程、动物基因工程、遗传疾病诊断、基因治疗等领域的应用。在讲解植物基因工程内容时，可先让学生对“市面可售的转基因食品是否安全”这一话题进行举手投票，并让部分学生陈述其观点。随后通过以下四个方面介绍转基因农作物的现状：（1）再次回顾基因工程的原理步骤；（2）介绍在我国转基因农作物进入市场的程序；（3）介绍五大权威科学机构（美国科学促进会、美国国家科学院、英国皇家学会、世界卫生组织、欧盟委员会）对转基因技术安全性的定论；（4）介绍2021年2月18日，农业农村部办公厅发布的《关于鼓励农业转基因生物原始创新和规范生物材料转移转让转育的通知》，引导学生深入思考，培养学生分析问题、辩证看待问题的能力。课后可将相关资料发送给学生，并鼓励学生多方查阅文献资料，以小论文的形式阐述“转基因研究需要注意哪些问题”及自己的学习感悟。