生物信息學浪潮下動植物檢疫專業教學策略研究

王金輝 馬樹杰 陳雪蛟

摘要 生物信息學快速崛起，高通量測序、生物大數據、專業數據庫和多維組學等生物信息學技術日漸普及，該學科與醫藥、生物和農學等生命類學科正深度交叉融合。實踐中，少數農林院校開設的動植物檢疫專業的本科生人才培養體系中有專業針對性的生物信息學基礎課程尚待完善，部分現有的課程設置已不完全符合未來信息化背景下專業人才培養的要求。本文分析了動植物檢疫專業教學與生物信息學交叉融合程度有待提升的原因，從重要性認識提升、課程體系更新、師資力量建設及教學案例建設4個方面進行教學改革實踐。

關鍵詞 動植物檢疫；生物信息學；跨學科融合；生物數據庫

中圖分類號 G642.0；S40 文獻標識碼 A ?文章編號 1007-7731（2024）07-0128-04

Teaching strategies for animal and plant quarantine under the wave of bioinformatics

WANG Jinhui? ? MA Shujie? ? CHEN Xuejiao

（Hebei Agricultural University， Baoding 071000， China）

Abstract The rapid rise of bioinformatics had led to the increasing popularity of bioinformatics technologies such as high-throughput sequencing， biological big data， professional databases， and multi-dimensional omics. This discipline was deeply integrated with life sciences such as medicine， biology， and agriculture. In practice， few agricultural and forestry colleges had established undergraduate talent training systems for animal and plant quarantine majors， and there was still room for improvement in the specialized bioinformatics basic courses. Some existing course offerings were no longer fully in line with the requirements of professional talent training in the future information technology background. This article analyzed the reasons for the lack of cross integration between animal and plant quarantine teaching and bioinformatics， and proposes teaching reform suggestions from four aspects， including improving importance awareness， updating curriculum system， building teacher resources， and constructing teaching cases.

Keywords animal and plant quarantine; bioinformatics; interdisciplinary integration; biological bank

當前，生物信息學學科正迅速崛起，成為生命科學研究領域不可或缺的學科之一。其背后的高通量測序技術、組學大數據以及龐大的生物數據庫已成為現代生命科學研究的重要支柱[1]。生物信息學技術廣泛應用于醫藥、生物和農業等眾多領域，為解決健康、環境和食品安全等問題提供一定的可能性。生物信息學的重要性日漸凸顯，實踐中部分農林院校的動植物檢疫專業與生物信息學之間的關聯尚待進一步加深，專門為動植物檢疫專業學生開設的生物信息學基礎課程有限，可能導致學生無法及時獲得必要的生物信息學技能和知識，以應對未來專業信息化發展的挑戰[2]。

動植物檢疫工作在實踐中發揮的作用越來越明顯[3]，不僅有利于確保食品安全和阻止病害傳播，還能積極保護生態系統免受入侵物種的威脅等[4]。因此，采用先進的信息化工具和技術來支持決策制定和實施至關重要。目前，生物信息學技術在動植物檢疫工作中得到廣泛應用[5]。在病原菌檢測中，利用大數據可以監測傳播趨勢，并預測病原菌的變異。利用高通量測序技術能夠快速識別和鑒定不同的病原菌株，并采取針對性的控制措施。生物信息學技術也可用于識別不明生物物種，尤其是檢測入侵物種。通過比對DNA條形碼數據或基因組數據，檢疫人員可以準確鑒定風險物種。通過大規?；蚪M數據構建系統發育樹和分析病原群體間的遺傳關系，可以研究風險物種的進化和親緣關系，揭示遺傳特征、抗藥性和適應性。生物信息學可用于生態系統的健康評估[6-7]。通過分析環境DNA數據，檢測生態系統中物種的多樣性，有助于及早發現生態異常情況和監測生態系統恢復的跡象。此外，生物信息學技術還可以用于構建專業數據庫，開發數據挖掘工具，并提供決策支持，以制定更有效的檢疫策略等。

實踐中，動植物檢疫專業教育要積極迎接信息化挑戰，包括重塑本科課程結構，以確保學生能熟練掌握生物信息學的基本技能，如數據庫條目檢索、DNA條形碼數據分析、病原系統發生分析和以基因組為代表的組學數據分析等。動植物檢疫本科課程體系中引入專門的生物信息學基礎課程，可幫助學生拓寬職業發展機會，使其在動植物檢疫領域取得成就。

本文分析動植物檢疫專業教學與生物信息學交叉融合程度有待提升的原因，從重要性認識提升、課程體系更新、師資力量建設及教學案例建設4個方面提出了教學改革實踐。

1 農業院校動植物檢疫專業現狀分析

1.1 對專業的重要程度與重視意識方面

生物信息學與動植物檢疫專業的融合有助于重構和拓展學科內涵，促進學科與時俱進發展，并為學生提供更廣泛的就業機會。實踐中，部分農林院?？赡軙何闯浞终J識到將生物信息學融入動植物檢疫專業的潛力和重要性，部分院?？赡軐r林專業與信息技術領域融合的重視程度不足，可能會使得專業教學暫未及時改革創新 [8]。同時，動植物檢疫專業畢業生進入的行業領域對生物信息學的未來巨大價值認識不夠充分，行業倒逼高校課程改革的推力尚待進一步增強，因此部分院校對其主動改革的緊迫感不深。學生通常傾向于選擇職業前景明確的相關課程，生物信息學領域的職業路徑可能相對模糊，對生物信息學及本專業未來職業發展的影響有待深入認識。因此，學生對生物信息學的興趣尚待進一步提升，積極主動學習專業技能的動力有待進一步增強，以在未來職業競爭中獲得專業技術優勢。

1.2 專業課程體系設置方面

部分農林院校的動植物檢疫專業課程設置未能與時俱進，課程內容以農林科學、生物學和生態學等為主，專業課程體系中尚待進一步增加生物信息學基礎課程板塊[9]。生物信息學是不斷演進的學科領域，新的工具和技術不斷涌現。在已有專業課程中，涉及生物信息學技術的部分也有待及時更新，以納入生物信息學的最新前沿發展技術。部分學?？赡茉谡n程設置中未能給予生物信息學課程足夠的重視，或者賦予的權重有待提高，僅將其納入拓展選修課范疇，學生對該課程的學習投入熱情有待進一步激發。這導致教育體系可能與信息化發展水平的匹配度有待進一步提升，使學生獲得必要知識和技能的空間與機會有待進一步擴大，影響了對學生大數據和組學思維的培養，也可能影響農林院校的學科競爭力。

1.3 跨學科背景的師資力量方面

生物信息學是一門集信息學、生物學、基因組學和計算機技術等領域的跨專業學科。在部分農林院校，具備多重學科背景的教師隊伍有待進一步壯大，這類教師既懂得生物信息學的專業知識，又能熟練掌握生物信息學技能，同時熟知動植物檢疫專業的背景和需求。培育壯大具有綜合背景的教師隊伍對促進生物信息學在農業領域的應用至關重要。因為生物信息學需要采用理論與實際相結合的教學方法，以便學生能將所學知識應用到動植物檢疫的實際問題中，包括病害疫情傳播的數據處理和模型構建，基因組數據分析，以及病害病原的高通量分子檢測等前沿交叉領域。實踐中，部分農林高校在生物信息學教學方面可能存在硬件設施有待進一步完善的情況，如部分教學機房中的計算機型號可能老舊，故障率偏高，性能參數無法滿足教學需求。暫缺少適用于生物信息學運算的服務器或工作站，或者尚待采購云計算服務等。部分學?？赡苄枰哟罅Χ冉ㄔO校園全覆蓋的無線網絡，以進一步提升多媒體教室的計算機性能，以滿足課堂演示教學需求。

1.4 課程內容與專業結合的應用范例方面

在動植物檢疫專業，生物信息學等課程教學的目的是解決本專業領域的實際問題[10]。因此，將生物信息學教學內容與本專業實際應用范例相結合尤為重要。實踐中，部分農業院校動植物檢疫專業涉及生物信息學的教學內容可能與本專業領域的實際問題和需求匹配度有待進一步提升，本專業領域真實的應用范例有待進一步增加，如海關檢驗檢疫部門檢疫性病害病原實驗室檢測、農產品原產地檢測和口岸檢驗檢疫的真實案例等。部分學生以跨專業選修課學習生物信息學的入門課程，可能會因與本專業的聯系程度不高而導致教學最終效果不夠理想。

2 動植物檢疫專業生物信息學教學的優化策略

2.1 提高重要性認知度

首先，農業院校動植物檢疫專業以及其所在學院層面應加強宣傳和推廣。例如，通過舉辦專題講座、主題班會、學生會科協研討會和信息化科普等活動，幫助提高專業教師和學生對生物信息學的興趣，提高其對新興交叉學科的認知度。其次，在專業教師隊伍中深入貫徹信息化教學改革理念，鼓勵教師積極融入生物信息學的新內容和新方法。加強對生物信息技術、生物大數據、高通量測序和組學思維等的教育，幫助學生認識到相關知識技能對未來職業發展的重要性。最后，組織本專業生物信息學技能競賽，鼓勵學生積極參與并展示所學技能，以激發學生的學習興趣，選拔實踐操作能力較強的學生，引導其孵育具有較高信息化水平和學科交叉特色的創新創業項目。

2.2 更新專業課程體系

首先，對動植物檢疫專業的課程體系進行適當重構。將生物信息學基礎課程知識點納入必修課范疇，包括生物信息學的基本知識、方法和分析技能等內容。將課程內容拆分為基礎模塊和拓展模塊，每個模塊涵蓋生物信息學的不同方面。例如，基礎模塊包括數據庫的檢索、分子檢測的數據分析、系統發生分析、高通量測序技術和基因組學基礎等，拓展模塊可以朝轉錄組學和宏基因組等方向延伸。學生可以根據個人興趣或需求選擇拓展模塊，以使其學習路徑更加個性化。其次，定期審查和更新課程內容，確保該課程與最新生物信息學技術和應用密切相關。持續關注生物信息學領域的發展現狀，定期更新課程內容，以確保課程內容保持前沿性。最后，建立緊密聯系的跨學科教研小組，促進不同專業之間的合作和交流，有助于課程內容充分反映專業特色和實際需求。

2.3 加強專業師資力量建設

首先，培育壯大多重學科教師隊伍。積極招聘具備多重學科背景的教師，這類教師扮演跨學科橋梁的角色，不僅熟悉生物信息學，還深刻理解動植物檢疫專業的需求，可以實現綜合性教育。同時，積極引導現有師資力量進行跨專業聯合授課，鼓勵現有生物信息學專業教師加入動植物檢疫專業的教學團隊，確保專業知識講授的全面性。其次，設立跨學科聘用崗位，吸引具有生物信息學和專業領域背景的專家參與合作教學項目，提供跨學科視角。為現有動植物檢疫專業教師提供生物信息學培訓和進修機會，包括參加研討會、培訓課程以及提供在線學習資源等，以提高其在該領域的教學水平。最后，鼓勵教師積極參與生物信息學研究和應用項目，這不僅可以豐富教師的實際應用經驗，還能使其將最新研究成果融入教學內容，使課程教學內容更具生動性和前沿性。最后，設立教育激勵措施，鼓勵教師積極參與專業師資力量建設，包括獎勵教師在生物信息學教育和研究方面的杰出貢獻。另外，逐步提升教學硬件設施水平，配套專業機房和購置服務器，并利用校園網絡選擇購買云計算服務等，以更好地服務于生物信息學教學。

2.4 引入實際應用教學范例

首先，在生物信息學基礎課程中大量引入與動植物檢疫實際問題密切相關的生物信息學范例，讓其在實踐中學會將所學知識應用于解決現實問題的能力。該教學方法有利于學生更好地理解相關理論知識，并培養其解決實際問題的能力。其次，與行業相關單位或企業建立緊密的合作關系，從行業一線單位的工作和生產活動中發掘教學案例。如與相關檢驗檢疫部門建立合作關系，獲取病害疫情監測、病原溯源等檢疫案例，以獲取真實的檢疫性病原分子檢測數據。將這些案例作為課程的組成部分，供學生分析和討論。再次，利用生物信息學工具和軟件進行模擬實驗，讓學生模擬分析生物信息數據，如檢疫調查數據、分子檢測數據和基因組序列等，讓學生在虛擬環境中鍛煉相關技能。最后，開展動植物檢疫專業與生物信息學融合的創新研究項目，鼓勵學生積極參與，幫助學生將所學理論知識轉化為實際技能，培養其實際應用能力，使其豐富實際項目經驗。

3 結語

生物信息學在生命類學科中的應用趨勢明顯。這不僅豐富了對生命科學的理解，也對高等專業教育提出了全新的挑戰。在農林院校動植物檢疫專業教育中，生物信息學的重要性日益凸顯，其教育體系有待及時跟進。本文對動植物檢疫專業中的生物信息學教學策略進行概括。主要為4個關鍵點：提高認知水平，更新課程設置，強化師資力量，以及引入實際應用范例。這些策略有助于提高動植物檢疫專業生物信息學教育質量，培養學生在未來職業發展中所需的專業知識和技能，培養具備綜合素質的專業人才，為農業現代化發展提供人才支持。

參考文獻

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（責編：楊 歡）

基金項目 河北農業大學引進人才專項（YJ2020015）。

作者簡介 王金輝（1985—），男，河南鄭州人，博士，講師，從事植物保護、動植物檢疫專業教學工作。