科研反哺教学在林木育种学教学中的探索与实践

任亚超 张军 王进茂 杨敏生

摘要 林木育种学是高等农林院校林学专业的一门骨干课程，是以遗传进化理论为指导，研究林木优良品种选育、繁殖原理和技术的学科。其最高目标是选育林木优良品种，为林业生产提供最基本、最优质、最高效的生产资料，是林业的命脉和促进林业产业发展的原动力，在生态文明和美丽中国建设中发挥着越来越重要的作用。为了使学生更容易理解和掌握林木育种学的理论知识，深化科教融合，推进创新型人才培养，完善协同育人机制，在林木育种学授课过程中，通过将理论知识与生产实践相联系，将科技前沿贯穿于课堂教学，并以科研平台辅助实验教学的方式进行教学改革，不仅丰富了教学内容，激发了学生的学习热情，加深了对理论知识的理解，而且还利于学生良好科研素养的培养及创新能力的提高。

关键词 林木育种学；科研反哺教学；教学改革；科研基地；科技前沿

中图分类号 S-01  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）10-0278-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.10.060

Exploration and Practice of Scientific Research Naturing Teaching in Forest Tree Breeding Teaching

REN Ya-chao，ZHANG Jun，WANG Jin-mao et al

（Basic Teaching and Research Section of Tree Biology，Forestry College，Hebei Agriculture University，Baoding，Hebei 071000）

Abstract Forest tree breeding is a key course for forestry majors in agricultural and forestry universities.It is a discipline that studies the principles and techniques of selecting and breeding excellent forest varieties under the guidance of genetic evolution theory.Its highest goal is to select excellent varieties of forest trees，provide the most basic，high-quality，and efficient means of production for forestry production，and is the lifeblood of forestry and the driving force for promoting the development of the forestry industry.It is playing an increasingly important role in the construction of ecological civilization and a beautiful China.In order to make it easier for students to understand and master the theoretical knowledge of forest tree breeding，deepen the integration of science and education，promote the cultivation of innovative talents，and improve the collaborative education mechanism，during the teaching process of forest tree breeding，by connecting theoretical knowledge with production practice，integrating the forefront of science and technology into classroom teaching，and carrying out teaching reform using a scientific research platform to assist experimental teaching，not only enriched the teaching content，but also stimulated students enthusiasm for learning.It not only deepens the understanding of theoretical knowledge，but also facilitates the cultivation of students good scientific research literacy and the improvement of their innovative ability.

Key words Forest tree breeding;Scientific research naturing teaching;Reform in education;Scientific research base;Cutting-edge technology

作者簡介 任亚超（1987—），女，河北保定人，讲师，博士，硕士生导师，从事林木育种的教学与研究工作。*通信作者，教授，从事林木遗传育种相关教学与研究工作。

收稿日期 2023-06-15

人才培养、科学研究和社会服务是高等学校的三大职能，三者之间相互联系、相互促进。人才培养即教书育人，不仅是创建大学的根本目的，还是高等学校的首要工作和基本任务［1］。然而，高校教師除了承担教学工作外，还必须进行科学研究，因为科研对促进教师自身发展具有重要作用。教学是科研的基础，指导和推进科研的发展，是科研后备力量储备的必要途径。科研是教学的目的，对教学具有反馈作用。科研有助于完善教学系统，推动教学改革，提高教学质量，有助于让学生更深入地了解科学［2］。正确处理教学与科研的关系，将教学与科研内容相结合，推进科教融合，才能充分实现教学与科研的良好循环和互动。如果只是单纯做科研，不能很好地与教学相结合，就和科研院所没有差别，所以能反哺教学的科研才是高校教师科研的重心所在［3］。早在1920年，德国教育家威廉冯洪堡教授首次提出“研究与教学相统一”的观点［4］。2019年，教育部发布《教育部关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》，强调“科研育人”的重要功能，明确提出高校应及时把最新科研成果转化为教学内容，激发学生学习专业知识的兴趣，推动“科研反哺教学”，以此提高学生的创新和实践能力。所谓科研反哺教学，是指将科研成果转化为教学优势，从而促进教学质量的提高［5-7］。科研反哺教学，主要目的是为了将科研精神融入教育理念，让科研成果丰富教学内容，从而激发与提升学生专业学习的兴趣。科研反哺教学是一种能够将科研与教学有机联结起来、在较大程度上缓解高校教研发展不平衡问题的教学方法，利用学科专业的学术前沿有效带动教学活动的开展进行，将理论基础的实践成果生动地展现给学生。加深对科研反哺教学的理解，将其应用于本科教学之中，有利于取得更好的教学效果。近些年来，越来越多的科研反哺教学实践被应用于教学工作。

林以种为本，种以质为先，优质种苗是林业生态建设与产业发展的基石，是现代林业可持续发展的重要战略资源，是我国林业安全的重要保障。林木育种学是以遗传进化理论为指导，研究林木优良品种培育和繁殖的原理和技术的学科。林木育种学的任务是选育和大量繁殖遗传品质得到不同程度改良的林木繁殖材料，其最高目标是选育林木优良品种。因此，林木育种学为林业生产提供最基本、最优质、最高效的生产资料，是林业的命脉和促进林业产业发展的原动力，具有基础性、公益性和战略性地位，在生态文明和美丽中国建设中发挥着越来越重要的作用。林木育种学是高等农林院校林学本科专业的专业核心课程和骨干课程，主要介绍如何应用遗传学的基本原理有效地控制和利用林木的遗传变异进行林木改良。该课程包括理论教学和实验教学两大部分，涵盖绪论、林木选育技术基础、林木遗传资源和林木引种、种源选择与优树选择、杂交与倍性育种、无性繁殖与无性系选育、种子园、遗传测定、分子生物技术在林木育种中的应用等内容。由此衍生出来的林木遗传改良与良种工程成为我校卓越农林人才教育培养计划中林学专业卓越人才培养的骨干课程。

林木育种学理论教学理论性强，内容覆盖面广，知识点多而散，前后内容关联性强。传统的林木育种学教学偏重于理论讲授，学生的参与度不高，师生之间缺乏交流互动，难以激发学生的学习兴趣，长此以往会导致学生失去学习热情和求知欲。实验教学对育种材料和育种试验场所的要求较高，内容难以固定，质量难以保障。为此，笔者及团队成员通过近年来教学改革探索与实践，以理论知识联系育种实践、关注科技前沿和科研平台辅助实验教学3个方面作为切入点，探讨了“科研反哺教学”理念在林木育种学教学中的探索和应用。

1 理论知识联系育种实践：将育种科研基地参观与成果展示融入教学过程

实践是检验真理的唯一标准。在科研工作中，需要真抓实干，求真务实，同样在教学过程中，也需要实事求是，将理论知识与育种实践结合起来，让学生更好地理解理论知识，同时可以了解理论知识应用于实践后的具体体现，增加认同感。此外，利用教学实习或课余时间组织学生到育种科研基地进行实地参观学习，有利于对理论知识的深入理解和掌握。下面是几个具体案例。

案例一：在第二章林木选育技术基础中，个体内变异层次讲授时，结合国内科研单位和本研究团队相关科研成果具体案例进行介绍，不仅充分吸引学生的注意力，激发兴趣，而且易于理解和记忆。比如，中华金叶榆，叶色金黄鲜亮，在万绿丛中十分引人注目，造景效果极好，适合在城市园林绿地、公园、道路两侧、庭院点缀风景，散植于绿地中或栽植成树阵均有良好效果［8］。中华金叶榆是河北省林业科学研究院苗圃一线生产人员发现的芽变品种，发现后采集枝条进行嫁接繁殖，并申报了河北省的林木新品种。由于中华金叶榆不仅色彩鲜艳，而且适应性强，抗旱和抗寒能力强，具有很高的应用价值，是目前应用非常广泛的园林绿化树种。在介绍芽变品种的过程中，使学生了解品种的来源如何，特性如何，应用情况如何等，激发学生的兴趣，便于理解和记忆。再比如，中华红叶杨、全红杨、炫红杨等彩色杨树系列（图1），是由商丘市中兴苗木种植有限公司程相军选育的。程相军看到家乡黄河故道滩区大量沙化土地闲置，种庄稼不能生长，经济效益特别低，风沙严重。他立志为国土绿化和改造生态环境做出贡献，于是从中国林业科学研究院引进了中林2025速生杨种植在承包的地里进行繁殖，并在黄河故道滩区沙化土地上栽植速生杨，3年共栽种200 hm2。他创办的商丘市中兴苗木种植有限公司，不仅进行苗木繁育，而且非常重视新品种的开发与引进。从2025杨中选育出红色叶片的芽变品种，并申报新品种中华红叶杨。中华红叶杨叶片只在春天呈现红色，他继续选育，选育出整个季节均为红紫色的全红杨，由于颜色不是很亮丽，他又继续选育，选育出炫红杨等，叶片鲜红亮丽，观赏价值极高。程相军通过芽变选种选出多个彩色杨树芽变新品种，逐步繁殖应用。在这个例子中，结合芽变品种的选育以及个人的事迹将具体的案例展示给学生，使大家容易理解接受，同时融入了不忘绿化祖国初心、牢记生态建设使命的思政元素，重视课程思政建设和落实立德树人的根本任务。

案例二：在第六章无性繁殖与无性系选育第一节扦插与嫁接中，在介绍嫁接方法的过程中引入伐根嫁接育苗技术，针对天牛等害虫严重危害杨树林，如何高效改造杨树低产林，以及如何高效更新主伐后的杨树林迹地等现实问题，该校教师根据现状结合嫁接技术研发出了伐根嫁接技术（圖2），免除了采伐后清理伐根和整地工作，在伐根的养分供应下苗木生长健壮，极大降低了成本，提高了生产力。讲授时结合具体操作流程图以及关键点等为学生展开讲述，使学生了解技术研发的背景、关键点、注意事项、应用情况等，在理解专业知识的同时引发学生思考，培养学生在学习和生活中善于发现问题、提出问题和解决问题的能力。此外，还补充介绍研究团队发明的大叶红花槐的根繁技术。大叶红花槐是从德国引进的新品种，生长迅速，花色艳丽，叶片肥大，根系发达，根蘖能力强，茎叶产量高，是优质用材、高蛋白饲料和绿化观赏兼用树种。引进我国后发现直接通过硬枝扦插生根成活率仅为20%，通过改进方法，秋季采根沙藏，第2年春天将0.5～1.0 cm粗的根剪成5.0 cm左右长的根段，通过类似播种的方式进行繁殖，生根成活率可达95%。利用改进后的根繁方式解决了大叶红花槐的繁殖问题，为其在我国的推广和利用奠定了基础。结合该项技术的具体操作过程及相关图片、影视资料，使学生清楚地了解了这项技术的由来，通过这项技术如何进行苗木繁殖，让学生意识到除了常规的繁殖方式，还可以结合具体树种进行新技术的探索和创新。

案例三：在第一章绪论、第三章林木遗传资源和林木引种等章节理论教学过程中，涉及林木种质资源库和良种基地的介绍，除了在课堂教学中介绍基本的概念、技术，结合具体案例进行展示外，还利用教学实习或课余时间，组织学生到研究团队技术支撑的种质资源库和良种基地进行实地参观。比如，组织学生到河北省洪崖山国有林场管理局蒙古栎、栓皮栎国家林木种质资源库参观，让学生实地学习蒙古栎和栓皮栎种质资源异地保存和原地保存方式、良种选育与繁育等知识及一些新的技术，亲自体会育种的整个过程，理论与育种实践相结合，有助于对理论知识的深入理解和掌握。再比如，到衡水市中心苗圃场国家白蜡良种基地，实地参观白蜡良种的繁育过程、试验林建设、种质资源收集保存，让学生切身融入良种选育与繁殖的现实环境，加深理论知识的理解，同时激发学生将来投身林木育种事业的热情。

通过将课本上的理论知识与科研单位特别是本团队的科研实践成果相结合，组织学生到科研基地实地参观学习，不仅使学生更加深入地理解了知识点，同时也了解了理论知识应用于实践转化的成果，增强了对理论知识转化应用的求知欲和探索欲。

2 关注科技前沿：将林木育种学最新科研成果和前沿热点贯穿课堂教学

时代在发展，科技在进步。作为一名教师，同时作为一名科技工作者，要时刻关注科技前沿，聚焦研究热点，不仅将其融入科研工作中，而且要将其贯穿到课堂教学，使学生及时了解学科发展现状以及未来前景。关注科技前沿，在林木育种学课程讲授过程中，力争将国内外林木育种学相关最新科研成果和前沿热点贯穿到本科课堂教学过程中，增强理论教学的吸引力，展现学科领域的发展前景。下面列举几个具体的案例。

案例一：在第一章绪论和第十一章分子生物技术在林木育种中的应用章节中，介绍植物基因工程育种过程时，不仅介绍参考书上的经典案例，还将研究团队研究现状以及本领域的科技前沿融入课堂教学。在转基因育种中，将研究团队最新获得的转抗虫基因杨树成果展示给学生，结合具体研究进行介绍，使学生了解转基因杨树研究现状，商品化的转基因林木有哪些，商品化前需要通过哪些审批程序以及林木转基因育种的发展趋势。此外，在介绍新兴的基因组编辑技术时，结合研究团队主持的国家级项目介绍如何利用基因组编辑技术，比如研究发现WRKY转录因子与杨树的抗虫性有关，利用超表达载体对杨树进行遗传转化，研究其抗虫效果［9］，并且通过基因编辑载体对WRKY转录因子的启动子进行编辑替换，提高其表达水平，从而研究其抗虫效果是否提高。与常规转基因相比，基因组编辑技术可以实现内源基因的精准编辑，从而避免转基因带来的非预期效应和生态安全性问题等。介绍案例时让学生了解植物基因工程育种的最新进展和技术，也让大家积极讨论，对比不同技术的优缺点，活跃课堂气氛，提高学生参与度。此外，笔者将国外的前沿成果也融入课堂教学，引入近期林木基因编辑取得的研究成果，比如，美国密歇根理工大学森林资源与环境科学学院在Plant Biotechnology Journal发表的最新研究成果，利用CRISPR/Cas9基因编辑系统对杨树PopSAP基因进行单等位基因和双等位基因敲除实现杨树的完全生殖不育［10］，那么这项研究成果为杨树新品种的培育提供了种质资源。通过科研成果和前沿热点的融入，使学生拓宽眼界，清楚学科的发展现状和方向。

案例二：在第三章林木遗传资源与林木引种中，讲授遗传资源鉴定与研究方法时涉及遗传标记技术，遗传标记技术主要分为4个层次，形态标记、细胞学标记、生化标记和DNA分子标记，这些理论比较抽象，学生难以理解。讲授时引入了研究团队多年来一直进行的新疆野苹果种质资源评价与利用的具体案例。从新疆天山地区4个野苹果居群的13个群体收集野苹果当年生枝条后嫁接到2年生海棠砧木上，种植于河北省保定市满城苗圃场进行种质资源的保存；通过不同群体的叶形性状、抗寒性分析以及SSR分子标记在不同水平分析新疆野苹果群体的遗传多样性和遗传结构，对新疆野苹果种质资源做出评价。之后根据果实颜色和树冠冠幅选育出2个新疆野苹果新品种冀新一号和冀新二号（图3）。在介绍案例时，讲解了种质资源评价的具体步骤和方法，使抽象的理论更加直观易懂。在这个过程中，学生有问题及时提出来，现场答疑解惑，有助于学生更好地理解知识点，激发学生的兴趣和主观能动性，提高抬头率。

案例三：在第五章杂交与倍性育种中，讲授克服远缘杂交不亲和的方法时，方法之一是胚培养。有些远缘杂种胚发育期会中途夭亡，不能结实，可以通过未成熟胚培养获得杂种苗。结合研究团队前期进行的毛白杨与小黑杨杂种苗培育案例来讲授，利用发育2周的杂种幼胚进行胚培养，获得了100多个杂种苗，克服了远缘杂交不能结实的现象（图4）。期间展示了具体操作步骤、胚培养以及杂种苗的图片，直观形象，充分调动了学生听课的积极性。授课过程中，除了紧密结合研究团队的研究成果外，还积极将其他兄弟院校的最新成果展示给学生，让大家的眼界更加开阔。在讲授林木多倍体及其诱导的基本途径时，展示了北京林业大学的科研成果。例如，康向阳老师团队以毛白杨优良无性系MC1和MC2为母本，银腺杨为父本，以雄性小孢子发育进程为即时判别大孢子发育进程的参照，当小孢子发育至单核靠边期，对应大孢子母细胞减数分裂至粗线期至中期I，此时施加38 ℃和40 ℃高温处理4 h，是毛白杨大孢子染色体加倍的最佳时期［11］。张平冬老师利用38 ℃处理处于减数分裂双线期的银灰杨花粉母细胞3 h和6 h，获得高达56.3%的2n花粉，并基于高通量测序探索了2n花粉的形成机制［12］。将最新研究成果结合图片直观地展示，使学生能够把握学科前沿，更有利于学生良好科研素养的培养及创新能力的提高。

通过将具体科研成果、新技术及前沿热点贯穿到本科课堂教学，丰富了教学内容，激发了学生的学习兴趣，同时拓宽了学生的学术视野，有利于科研素养的培养及创新能力的提高。

3 科研平台辅助实验教学：将科研实验室和科研课题引入实验教学

林木育种学除了理论讲授外还包括实验教学。在实验教学中，为了充分利用科研平台及实验资源，将林木遗传育种科研实验室辅助于本科实验教学，在实验的过程中让学生能够进入科研环境，感受科研氛围，了解科研设备，激发科研兴趣，为培养学生良好的科研素养做好铺垫。同时，鼓励本科生进入科研实验室进行相关科研工作，重视学生独立解决问题能力及创新能力的培养。此外，将科研课题融入实验教学，比如，在进行树木有性杂交实验时，以往大多数教学中杂交亲本基本固定，属于重复实验，实验过程基本都是收集花粉、室内切枝杂交、杂交种子收集、播种、杂种苗培育及表型测定等，缺乏创新性。改革后结合科研课题实际情况确定杂交亲本，为了获得具有优良性状的转抗虫基因杨树的杂种子代，选取转Cry3A基因741杨高抗虫株系CC84作为母本，以银腺杨杂种84K杨等作为父本进行室内切枝杂交，由于741杨为三倍体雌株，授粉后一般会败育，产生的种子干瘪无生命活力，无法直接播种获得杂种子代。为了获得杂种子代，实验就需要寻找其他途径，在授粉2周后，摘取未成熟胚，基于组织培养技术通过未成熟胚培养的方式进行杂种子代的培养和繁殖，从而突破瓶颈，解决741杨败育问题。让学生切身融入科研过程中，使学生体会到进行科研工作需要专业严谨，需要不断尝试，敢于探索和创新，实验结果的获得也可以使学生更加有成就感，从而有利于学生科研思维水平的提升，为后续从事科研相关工作打下基础。

通过将科研实验室及科研课题引入到本科实验教学，增加课程的吸引力，使学生提早进入实验室，提前感受到科研的氛围，在实验过程中，增强解决问题的能力，提高科研思维水平和创新能力，有助于学生未来的发展。

4 教学改革成效

将科研反哺教学的理念融入林木育种学的教学改革之中，通过将理论知识联系育种实践、将科技前沿贯穿课堂教学、以科研平台辅助实验教学3种方式进行探索与实践，取得了较好的效果，主要表现在以下两方面：

一方面，科研反哺教学将科研成果融入课堂教学，更新和充实了教学内容，激发了学生的学习兴趣，提高学生的参与度。由于教材更新速度有限，不能涵盖学科最新的研究进展，将研究团队和兄弟院校科研成果以及学科领域相关科技前沿以具体案例的形式展示给学生，结合案例让大家进行讨论，使学生可以了解学科最新研究成果和未来发展方向。

另一方面，科研反哺教学将科研平台和科研課题辅助实验教学，使学生提前进入科研环境，感受科研氛围，激发科研兴趣，促使学生主动联系老师尽早走进实验室，乐意参加老师课题的相关科研工作，对学生的毕业设计、科研素质的培养、实践能力以及创新能力的提高均有益处。

总之，在林木育种学教学中，通过科研反哺教学的探索与实践发现，科研反哺教学有利于学生对理论知识的理解和掌握，有利于学生科研素养的培养以及创新能力的提高。

5 结语

科研反哺教学作为高等教育教学和科研的有机结合点，是对专业领域知识的深入探索，是对学生综合素质能力的自我挖掘，是将理论知识应用于实践的重要体现。在林木育种学教学过程中，通过将理论知识联系育种实践、科技前沿贯穿课堂教学及科研平台辅助实验教学的探索和尝试，证明科研反哺教学不仅丰富了教学内容，增强了学生的学习积极性，加深了对理论知识的理解，而且还利于学生良好科研素养的培养以及创新能力的提高。作为一名青年教师，正确处理教学和科研的关系，将科学研究与课堂教学结合起来才能真正实现教学与科研的良好循环和互动。

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