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让分子检测技术渗入植物病理学本科课程体系

发布时间:2019-01-19 14:48所属分类:农业论文浏览:1

摘要:分子检测技术已在植物病害诊断方面取得了大量研究成果,但在本科教学中缺乏渗入。利用这些先进的技术激发植保本科新生的专业兴趣,将其引入到植保学科主干课程的理论课、实验课、课程论文、毕业论文等教学环节,不仅可以为本科生打下前瞻性的专业基础知

  摘要:分子检测技术已在植物病害诊断方面取得了大量研究成果,但在本科教学中缺乏渗入。利用这些先进的技术激发植保本科新生的专业兴趣,将其引入到植保学科主干课程的理论课、实验课、课程论文、毕业论文等教学环节,不仅可以为本科生打下前瞻性的专业基础知识,架起科研成果应用于田间地头的桥梁,而且可以开拓学生专业素养的视野,提高学生追踪新知识、新技术的能力。

  关键词:分子检测,植物病理学,本科课程

中国农学通报

  分子生物学是生命科学领域最具活力的学科前沿,其研究方法与技术是二十一世纪生命科学研究的重要基础和支撑,在创新型生物学专业人才培养中起着重要作用。随着它的不断发展,其理论、技术和方法已渗透到了医学、农学、动物学、植物保护学等各级学科,在医学领域,分子生物学与临床医学交叉渗透后产生的临床分子诊断学,十多年前就已在国内不少高等医学院校开设,目前已成为高校教学中探讨教学方法最热门的课程之一。

  [1-2]分子生物学渗透到植物保护学科后,大量学者针对一些生产上发生的重大病虫害研发出了各种灵敏度很高的分子检测技术,但可惜的是,这些快速、准确、先进的检测技术大多停留在实验室、论文中,并没有被很好地引入到本科教学用于培养新型植保人才,正是因为大多数在农业生产一线工作的本科生不懂这些先进的技术,也使得这些技术在田间地头的应用受到了很大的限制。

  与依据病害症状和病原形态学进行植物病害诊断的传统方法相比,分子检测技术不仅能实现病害的潜育期诊断,还能实现一次性检测多种病害的病原物,尤其对于与缺素症易混淆的植物病毒病,分子检测技术的准确性和灵敏性更显示出了极大的优势。

  早期准确诊断是有效防控植物病害和减少农药使用量的前提,分子检测技术是实现病害早期快速诊断的先进手段,同时,分子生物学技术也是鉴定病原物种类的先进手段。目前PCR仪及相关试剂已经国产化,随着进一步的研发与市场竞争,分子检测成本将会大幅下降,分子检测技术走出高校科研院校,走向基层各领域是未来发展的必然趋势。在新形势下,如何培养前瞻性的植保本科应用型人才,从新生入学教育开始,激发学生的专业兴趣、建设好承载先进专业知识和技能的植保课程无疑是有效途径之一。

  一、引入植保专业本科新生入学教育

  新生入学教育是大学新生入校后的“第一堂课”,一般除了介绍校史校情、校纪校规、安全法制、职业生涯规划等,还要介绍专业学科。[3]专业学科一般包括学科内涵与外延、发展的历程、校友名人、招生情况与就业去向、专业课程设置、课程考核管理办法等。

  入学前报考志愿时,很多新生对所报专业并不是很了解,甚至只是听外行一知半解的介绍,尤其是一些被调剂的学生,对被录取的专业了解更少,导致不少新生对专业不感兴趣,若在介绍专业课程时能引入几个先进经典的分子检测技术案例,让新生了解到植保不只是“看病、抓虫、打药那”么简单,不只是用眼用手,它也涉及高精尖技术,也会像医院一样用到先进的技术和设备,引导新生了解植保专业高新发展的方向,培养他们对植保专业的仰视感,激发新生的专业兴趣和学习欲望。

  在选择案例时,最好选择几个用常规方法难以识别和对生产影响较大的病害,如香蕉枯萎病、柑橘黄龙病、槟榔黄化病等。因新生对这些病害了解甚少,所以介绍时,除了介绍其对农业生产的影响外,可对比介绍一下用传统方法识别这些病害的难度,而用分子检测技术检测的快速性、准确性和灵敏性,让学生了解到虽然植物不会像病人一样描述病情,也无脉可把,但通过他们所学的专业技术,可以实现植物病害的早期准确诊断,达到提前预防或治疗,降低经济损失的目的。通过引入经典案例,让新生对获取这些“未卜先知”的专业技能充满期待,从大学之初在心里树立起专业自豪感。

  二、引入植保及其他农科相关专业课程体系

  随着分子生物学和基因工程技术的迅速发展,国内外在病害诊断方面已研发出了一系列灵敏度高、准确性强的快速检测技术,如选择性培养基检测技术、ELISA系列检测技术、常规PCR技术、巢式PCR技术、免疫捕捉PCR技术、多重PCR技术、反转录PCR技术、环介导等温扩增技术、荧光实时定量PCR技术、基因芯片技术等。

  这些技术也已在各种热带作物病害的研究中得到了广泛的应用,实现了70余种重要热作病害病原物的快速检测[4-9],如橡胶树棒孢霉叶斑病、木薯细菌性萎蔫病、非洲木薯花叶病、芒果细菌性黑斑病、芒果畸形病、柑橘黄龙病等等[4-8]。

  可见,先进快速的检测技术在热区植物病害的检测研究方面已逐渐成熟。但可惜的是在现有出版的各类本科教材中却极少被编入,更缺乏一本集中热区植物病害分子诊断的专业参考书,因此查阅大量中外文文献,搜集热带作物病害的分子检测技术,结合教师多年的教学和实践经验,甄别优劣,精选实用的检测案例,集成编著一本《热区植物病害诊断检测技术》教学参考书是非常有必要的。

  目前笔者已组织相关教师编写完了初稿,正在勘正出版。这将会为今后植保、农学、园艺、林学、设施农业等专业的课程体系提供教学资源,便于授课教师引入相关案例到相应课程。

  (一)引入理论课

  在热区,植保专业的主要课程有普通植物病理学、热带作物病理学、热带果树病理学、农业植物病理学、热带花卉病理学、植物检疫学、菌物学、植物病原细菌学、植物病原线虫学、植物病毒学等10余门,农学、园艺、林学等专业也有如作物病虫害防治、热带园艺植物病虫害防治、林业病理学等植保相关课程,如何克服以往课程教学中缺乏新核心竞争力知识点,将层出不穷的新知识恰当地引入本科课程体系是一个值得研究的课题。

  针对这些专业开设一门“热区植物病害诊断检测技术”选修课是比较直接的办法,但涉及的症状、病原知识点会与上述课程重复,更可能因为专业课学时受限很难开设,所以倡导教师将相关内容纳入上述主要课程的理论教学中是比较可行的方法。那么如何有效引入本科课程教学呢?

  因受学时限制,在各门课中的每个病害都引入讲解分子检测技术是不大可能,也是没有必要的,所以精选案例很重要,比如在普通植物病理学专业基础课程中,可以提及一下分子检测技术的种类和特点,在热带作物病理学、热带果树病理学、农业植物病理学、热带花卉病理学、植物检疫学、菌物学、植物病原细菌学、植物病原线虫学、植物病毒学等专业课程中,可分别选择木薯细菌性萎蔫病,槟榔黄化病,香蕉枯萎病、芒果细菌性黑斑病、芒果畸形病、柑橘黄龙病、菠萝凋萎病,蔬菜青枯病、瓜类细菌性果斑病,兰花病毒病,橡胶树南美叶疫病、非洲木薯花叶病,香蕉细菌性枯萎病、香蕉细菌性萎蔫病,香蕉穿孔线虫病,在讲解完症状、病原识别后穿插介绍分子检测技术。

  有些病害已报道了多种分子检测技术,筛选时可优先考虑多重PCR检测技术,如柑橘黄龙病、柑橘衰退病毒病、柑橘裂皮病和柑橘碎叶病多重PCR一步检测法,[5]或者精选一些先进的检测技术,采用递进式讲解,如柑橘黄龙病、槟榔黄化病、木薯非洲花叶病等,可以先从简单的ELISA或常规PCR技术讲起,再介绍巢式PCR、LAMP、荧光实时PCR检测技术,让学生体会各种检测技术的优势。在其他专业有关植保的课程中也可以选择1-2个精选案例介绍,以便拓宽学生的知识视野。

  (二)引入实验课

  实验课是培养学生实际动手能力、学会使用仪器设备、掌握检测技术的重要途径和手段。分子检测所用仪器设备比较先进,实验经费相比一般的病理学实验要多,所以不可能在上述植保主干课程都开设相关实验,但可以考虑在某门课,如植物检疫学开设一个“利用分子技术检测田间潜育期病害样品中的病原物种类”的示范性综合实验。

  实验对象可以结合热区主栽作物上的重要病害选择香蕉枯萎病、柑橘黄龙病、柑橘溃疡病、水稻白叶枯病(种子)等检疫性病害,也可以为了方便获取实验材料选择橡胶树炭疽病、芒果细菌性黑斑病、蔬菜青枯病等常发生的重大病害,精选经典的PCR检测案例,在预实验基础上,编写实验指导,开设示范性实验,让学生学会分子检测的操作流程及操作注意事项,学会使用相关的系列仪器设备。

  (三)引入课程论文和毕业论文

  分子检测技术层出不穷,为了更好的掌握最新的研究进展,同时补充理论课上没有充足学时介绍分子检测技术的不足,可以考虑采用布置课程论文的方式,指导学生查阅国内外文献、整理检测技术,为日后走上工作岗位培养获取新知识的自主学习能力。其次也可以结合教师的科研项目,对尚未建立快速检测技术的热区重要病害,组建兴趣研究小组、或组织参与“挑战杯”大赛,或在开展毕业论文时,涉及一些研发或应用分子检测技术的实验,帮助学生建立科研思维和培养科研能力。

  三、结语

  总之,为了培养出能适应社会发展新趋势所需的新型植保人才,我们必须从课程内容体系着手开拓学生的视野,为本科生打下前瞻性的专业基础知识,培养学生追踪新知识、新技术的能力和专业素养,使其走上工作岗位后,能直接用先进技术解决生产一线的问题,或至少知道那些部门可以开展分子检测,在生产上遇到疑难杂症又无法自行检测时能寻找到有效的解决途径,也可以激励有深造意识的学生走上科研之道。

  同时促进教师熟悉专业前沿知识和技术研究进展,明确尚未实现分子检测技术的热区作物重要病害种类,在今后申请科研项目、指导毕业论文、组建创新团队等工作方面,有更开阔的思路。当然,随着现代分子生物学的迅猛发展,多种新理论和新技术不断融合创新,分子检测技术也在发生着日新月异的更新,培养专业能力强、综合素质高的多元化植保人才也会不断遇到新的机会和挑战,因此在今后的教学中我们仍旧需要积极探索。

  参考文献:

  [1]袁仕善,唐小异,杨盛清,等.《分子诊断学》课程教学探讨[J].国际检验医学杂志,2016.

  [2]熊伟,周静华,等.医学检验专业临床分子生物学检验课程的教学反思[J].基础医学教育,2016.

  [3]杨兆强,刘玲.当前高校新生入学教育现状及对策研究[J].黑龙江畜牧兽医,2017.

  [4]封立平,李洪林,倪新,等.木薯细菌性萎蔫病菌的LAMP快速检测方法[J].植物保护,2015.

  [5]贾静,蒲金基,吕延超,等.芒果畸形病的巢式PCR检测[J].广东农业科学,2012.

  [6]刘金香,周常勇,唐科志,等.应用多重PCR技术同步检测柑橘4种重要嫁接传播病原(英文)[J].植物病理学报,2014.

  [7]蒲金基,漆艳香,谢艺贤,等.NY/T22572012杧果细菌性黑斑病原菌分子检测技术规范[NY].北京:中国农业出版社,2012.

  [8]张永江,马洁,李桂芬,等.应用纳米磁珠实时荧光PCR检测非洲木薯花叶病毒[J].中国农学通报,2013.

  相关期刊推荐:《中国农学通报》[3](以下简称《通报》)是中国农学会主办,由我国著名农业科学家、两院院士石元春教授担任主编的综合性农业学术期刊。

  

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