生物信息学浪潮下动植物检疫专业教学策略研究

王金辉 马树杰 陈雪蛟

摘要 生物信息学快速崛起，高通量测序、生物大数据、专业数据库和多维组学等生物信息学技术日渐普及，该学科与医药、生物和农学等生命类学科正深度交叉融合。实践中，少数农林院校开设的动植物检疫专业的本科生人才培养体系中有专业针对性的生物信息学基础课程尚待完善，部分现有的课程设置已不完全符合未来信息化背景下专业人才培养的要求。本文分析了动植物检疫专业教学与生物信息学交叉融合程度有待提升的原因，从重要性认识提升、课程体系更新、师资力量建设及教学案例建设4个方面进行教学改革实践。

关键词 动植物检疫；生物信息学；跨学科融合；生物数据库

中图分类号 G642.0；S40 文献标识码 A  文章编号 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，生物信息学学科正迅速崛起，成为生命科学研究领域不可或缺的学科之一。其背后的高通量测序技术、组学大数据以及庞大的生物数据库已成为现代生命科学研究的重要支柱[1]。生物信息学技术广泛应用于医药、生物和农业等众多领域，为解决健康、环境和食品安全等问题提供一定的可能性。生物信息学的重要性日渐凸显，实践中部分农林院校的动植物检疫专业与生物信息学之间的关联尚待进一步加深，专门为动植物检疫专业学生开设的生物信息学基础课程有限，可能导致学生无法及时获得必要的生物信息学技能和知识，以应对未来专业信息化发展的挑战[2]。

动植物检疫工作在实践中发挥的作用越来越明显[3]，不仅有利于确保食品安全和阻止病害传播，还能积极保护生态系统免受入侵物种的威胁等[4]。因此，采用先进的信息化工具和技术来支持决策制定和实施至关重要。目前，生物信息学技术在动植物检疫工作中得到广泛应用[5]。在病原菌检测中，利用大数据可以监测传播趋势，并预测病原菌的变异。利用高通量测序技术能够快速识别和鉴定不同的病原菌株，并采取针对性的控制措施。生物信息学技术也可用于识别不明生物物种，尤其是检测入侵物种。通过比对DNA条形码数据或基因组数据，检疫人员可以准确鉴定风险物种。通过大规模基因组数据构建系统发育树和分析病原群体间的遗传关系，可以研究风险物种的进化和亲缘关系，揭示遗传特征、抗药性和适应性。生物信息学可用于生态系统的健康评估[6-7]。通过分析环境DNA数据，检测生态系统中物种的多样性，有助于及早发现生态异常情况和监测生态系统恢复的迹象。此外，生物信息学技术还可以用于构建专业数据库，开发数据挖掘工具，并提供决策支持，以制定更有效的检疫策略等。

实践中，动植物检疫专业教育要积极迎接信息化挑战，包括重塑本科课程结构，以确保学生能熟练掌握生物信息学的基本技能，如数据库条目检索、DNA条形码数据分析、病原系统发生分析和以基因组为代表的组学数据分析等。动植物检疫本科课程体系中引入专门的生物信息学基础课程，可帮助学生拓宽职业发展机会，使其在动植物检疫领域取得成就。

本文分析动植物检疫专业教学与生物信息学交叉融合程度有待提升的原因，从重要性认识提升、课程体系更新、师资力量建设及教学案例建设4个方面提出了教学改革实践。

1 农业院校动植物检疫专业现状分析

1.1 对专业的重要程度与重视意识方面

生物信息学与动植物检疫专业的融合有助于重构和拓展学科内涵，促进学科与时俱进发展，并为学生提供更广泛的就业机会。实践中，部分农林院校可能暂未充分认识到将生物信息学融入动植物检疫专业的潜力和重要性，部分院校可能对农林专业与信息技术领域融合的重视程度不足，可能会使得专业教学暂未及时改革创新 [8]。同时，动植物检疫专业毕业生进入的行业领域对生物信息学的未来巨大价值认识不够充分，行业倒逼高校课程改革的推力尚待进一步增强，因此部分院校对其主动改革的紧迫感不深。学生通常倾向于选择职业前景明确的相关课程，生物信息学领域的职业路径可能相对模糊，对生物信息学及本专业未来职业发展的影响有待深入认识。因此，学生对生物信息学的兴趣尚待进一步提升，积极主动学习专业技能的动力有待进一步增强，以在未来职业竞争中获得专业技术优势。

1.2 专业课程体系设置方面

部分农林院校的动植物检疫专业课程设置未能与时俱进，课程内容以农林科学、生物学和生态学等为主，专业课程体系中尚待进一步增加生物信息学基础课程板块[9]。生物信息学是不断演进的学科领域，新的工具和技术不断涌现。在已有专业课程中，涉及生物信息学技术的部分也有待及时更新，以纳入生物信息学的最新前沿发展技术。部分学校可能在课程设置中未能给予生物信息学课程足够的重视，或者赋予的权重有待提高，仅将其纳入拓展选修课范畴，学生对该课程的学习投入热情有待进一步激发。这导致教育体系可能与信息化发展水平的匹配度有待进一步提升，使学生获得必要知识和技能的空间与机会有待进一步扩大，影响了对学生大数据和组学思维的培养，也可能影响农林院校的学科竞争力。

1.3 跨学科背景的师资力量方面

生物信息学是一门集信息学、生物学、基因组学和计算机技术等领域的跨专业学科。在部分农林院校，具备多重学科背景的教师队伍有待进一步壮大，这类教师既懂得生物信息学的专业知识，又能熟练掌握生物信息学技能，同时熟知动植物检疫专业的背景和需求。培育壮大具有综合背景的教师队伍对促进生物信息学在农业领域的应用至关重要。因为生物信息学需要采用理论与实际相结合的教学方法，以便学生能将所学知识应用到动植物检疫的实际问题中，包括病害疫情传播的数据处理和模型构建，基因组数据分析，以及病害病原的高通量分子检测等前沿交叉领域。实践中，部分农林高校在生物信息学教学方面可能存在硬件设施有待进一步完善的情况，如部分教学机房中的计算机型号可能老旧，故障率偏高，性能参数无法满足教学需求。暂缺少适用于生物信息学运算的服务器或工作站，或者尚待采购云计算服务等。部分学校可能需要加大力度建设校园全覆盖的无线网络，以进一步提升多媒体教室的计算机性能，以满足课堂演示教学需求。

1.4 课程内容与专业结合的应用范例方面

在动植物检疫专业，生物信息学等课程教学的目的是解决本专业领域的实际问题[10]。因此，将生物信息学教学内容与本专业实际应用范例相结合尤为重要。实践中，部分农业院校动植物检疫专业涉及生物信息学的教学内容可能与本专业领域的实际问题和需求匹配度有待进一步提升，本专业领域真实的应用范例有待进一步增加，如海关检验检疫部门检疫性病害病原实验室检测、农产品原产地检测和口岸检验检疫的真实案例等。部分学生以跨专业选修课学习生物信息学的入门课程，可能会因与本专业的联系程度不高而导致教学最终效果不够理想。

2 动植物检疫专业生物信息学教学的优化策略

2.1 提高重要性认知度

首先，农业院校动植物检疫专业以及其所在学院层面应加强宣传和推广。例如，通过举办专题讲座、主题班会、学生会科协研讨会和信息化科普等活动，帮助提高专业教师和学生对生物信息学的兴趣，提高其对新兴交叉学科的认知度。其次，在专业教师队伍中深入贯彻信息化教学改革理念，鼓励教师积极融入生物信息学的新内容和新方法。加强对生物信息技术、生物大数据、高通量测序和组学思维等的教育，帮助学生认识到相关知识技能对未来职业发展的重要性。最后，组织本专业生物信息学技能竞赛，鼓励学生积极参与并展示所学技能，以激发学生的学习兴趣，选拔实践操作能力较强的学生，引导其孵育具有较高信息化水平和学科交叉特色的创新创业项目。

2.2 更新专业课程体系

首先，对动植物检疫专业的课程体系进行适当重构。将生物信息学基础课程知识点纳入必修课范畴，包括生物信息学的基本知识、方法和分析技能等内容。将课程内容拆分为基础模块和拓展模块，每个模块涵盖生物信息学的不同方面。例如，基础模块包括数据库的检索、分子检测的数据分析、系统发生分析、高通量测序技术和基因组学基础等，拓展模块可以朝转录组学和宏基因组等方向延伸。学生可以根据个人兴趣或需求选择拓展模块，以使其学习路径更加个性化。其次，定期审查和更新课程内容，确保该课程与最新生物信息学技术和应用密切相关。持续关注生物信息学领域的发展现状，定期更新课程内容，以确保课程内容保持前沿性。最后，建立紧密联系的跨学科教研小组，促进不同专业之间的合作和交流，有助于课程内容充分反映专业特色和实际需求。

2.3 加強专业师资力量建设

首先，培育壮大多重学科教师队伍。积极招聘具备多重学科背景的教师，这类教师扮演跨学科桥梁的角色，不仅熟悉生物信息学，还深刻理解动植物检疫专业的需求，可以实现综合性教育。同时，积极引导现有师资力量进行跨专业联合授课，鼓励现有生物信息学专业教师加入动植物检疫专业的教学团队，确保专业知识讲授的全面性。其次，设立跨学科聘用岗位，吸引具有生物信息学和专业领域背景的专家参与合作教学项目，提供跨学科视角。为现有动植物检疫专业教师提供生物信息学培训和进修机会，包括参加研讨会、培训课程以及提供在线学习资源等，以提高其在该领域的教学水平。最后，鼓励教师积极参与生物信息学研究和应用项目，这不仅可以丰富教师的实际应用经验，还能使其将最新研究成果融入教学内容，使课程教学内容更具生动性和前沿性。最后，设立教育激励措施，鼓励教师积极参与专业师资力量建设，包括奖励教师在生物信息学教育和研究方面的杰出贡献。另外，逐步提升教学硬件设施水平，配套专业机房和购置服务器，并利用校园网络选择购买云计算服务等，以更好地服务于生物信息学教学。

2.4 引入实际应用教学范例

首先，在生物信息学基础课程中大量引入与动植物检疫实际问题密切相关的生物信息学范例，让其在实践中学会将所学知识应用于解决现实问题的能力。该教学方法有利于学生更好地理解相关理论知识，并培养其解决实际问题的能力。其次，与行业相关单位或企业建立紧密的合作关系，从行业一线单位的工作和生产活动中发掘教学案例。如与相关检验检疫部门建立合作关系，获取病害疫情监测、病原溯源等检疫案例，以获取真实的检疫性病原分子检测数据。将这些案例作为课程的组成部分，供学生分析和讨论。再次，利用生物信息学工具和软件进行模拟实验，让学生模拟分析生物信息数据，如检疫调查数据、分子检测数据和基因组序列等，让学生在虚拟环境中锻炼相关技能。最后，开展动植物检疫专业与生物信息学融合的创新研究项目，鼓励学生积极参与，帮助学生将所学理论知识转化为实际技能，培养其实际应用能力，使其丰富实际项目经验。

3 结语

生物信息学在生命类学科中的应用趋势明显。这不仅丰富了对生命科学的理解，也对高等专业教育提出了全新的挑战。在农林院校动植物检疫专业教育中，生物信息学的重要性日益凸显，其教育体系有待及时跟进。本文对动植物检疫专业中的生物信息学教学策略进行概括。主要为4个关键点：提高认知水平，更新课程设置，强化师资力量，以及引入实际应用范例。这些策略有助于提高动植物检疫专业生物信息学教育质量，培养学生在未来职业发展中所需的专业知识和技能，培养具备综合素质的专业人才，为农业现代化发展提供人才支持。

参考文献

[1] 刘艳，王海芸，唐凯临，等. 生物信息本科专业课程体系建设的调研与建设方案[J]. 科教导刊，2022（13）：156-158.

[2] 袁道军，杨细燕. 农学专业生物信息学概论本科教学实践探讨[J]. 安徽农业科学，2016，44（13）：304-305.

[3] 周丽丽，高晓晓，魏宏，等. 实施《生物安全法》提高我国进境植物检疫水平[J]. 中国植保导刊，2021，41（7）：5-8.

[4] 杜军，王金花，刘华杰，等. 中国特色进出境动植物检验检疫的风险管理[J]. 中国高新科技，2021（21）：77-78.

[5] 李艺娟. 加快智慧海关动植检发展，推进进出境动植物检疫监管数字化[J]. 大数据时代，2021（10）：22-23.

[6] 周明华，吴新华，顾斌，等. 中国进出境植物疫情监测工作现状及相关建议[J]. 植物检疫，2021，35（5）：1-9.

[7] 谈静惠，贺生芳，郭澍强，等. DNA条形码技术在植物检疫中的应用探究[J]. 南方农业，2019，13（3）：187，191.

[8] 尹荣焕，白文林，原婧，等. 高等院校动植物检疫专业人才培养方案的比较研究[J]. 黑龙江畜牧兽医，2018（14）：238-239.

[9] 柴薇薇，劉俊林，王瑞，等. 动植物检疫学混合式教学改革探索[J]. 甘肃教育，2022（11）：78-82.

[10] 李超，羌松，赵娜娜，等. 动植物检疫专业建设现状与思考[J]. 检验检疫学刊，2020，30（1）：73-75.

（责编：杨 欢）

基金项目 河北农业大学引进人才专项（YJ2020015）。

作者简介 王金辉（1985—），男，河南郑州人，博士，讲师，从事植物保护、动植物检疫专业教学工作。