宏基因組學在中藥栽培學教學改革中的應用

摘" 要：為滿足中藥行業對創新型人才的需求，該文從課程資源、教學模式和課程考核3個方面分析宏基因組學技術在中藥栽培學教學中的應用。通過利用長江雨課堂教學平臺與線下教學相結合，重構教學手段，整合核心內容并引入前沿知識，并采用多元化的考核模式來評估教學效果。鑒于大多數中藥專業學生有繼續深造的需求，將宏基因組學研究成果轉化為課堂內容，在培養具備科研素養的高質量中藥專業人才方面奠定堅實基礎，提升中藥專業畢業生就業競爭力，并為相關課程及其改革提供有益參考。

關鍵詞：宏基因組學；中藥栽培學；教學改革；土壤微生物；信息化教學

中圖分類號：G642" " " "文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2025）05-0151-04

Abstract： In order to meet the needs of the traditional Chinese medicine industry for innovative talents， this paper analyzes the application of macrogenomics technology in the teaching of traditional Chinese medicine cultivation from three aspects： course resources， teaching models and course assessment. By combining the Yangtze Rain Classroom teaching platform with offline teaching， teaching methods are reconstructed， core content is integrated and cutting-edge knowledge is introduced， and diversified assessment models are adopted to evaluate teaching effects. In view of the need for most Chinese medicine students to continue their studies， transforming the results of macrogenomic research into classroom content will lay a solid foundation for cultivating high-quality Chinese medicine professionals with scientific research literacy， enhance the employment competitiveness of Chinese medicine graduates， and provide relevant courses and reforms provide useful reference.

Keywords： metagenomics; traditional Chinese medicine cultivation; teaching reform; soil microorganism; information-based teaching

中藥作為我國獨特的衛生、經濟、科技、文化和生態資源，在經濟社會發展中具有重要意義。它不僅是中華醫學的重要組成部分，還承載著豐富的文化和生態價值，對推動健康產業、促進綠色經濟發展有著重要作用。隨著人工智能、云計算、大數據等前沿技術的快速發展，中藥的研究與應用進入了一個全新的信息化時代。中藥信息化數據庫逐步建立，大量中藥材的種植、加工、功效和使用數據得以數字化和系統化管理[1]。這種變革不僅極大地推動了中藥行業的現代化，也對高校中藥專業的人才培養提出了更高的要求。在新時代背景下，培養高素質的中藥人才需要更加多元化的教育模式。高校不僅要培養具備扎實理論基礎和實踐技能的應用型人才，能夠掌握中藥栽培的基本理論、知識和技能，并從事中藥生產與管理等相關工作；同時，還要注重培養創新型人才，使他們具備中藥現代化、信息化背景下的創新思維，能夠適應未來中藥領域的科技進步和行業發展需求。中藥栽培學作為該領域的基礎課程，其教學目標在于讓學生全面掌握中藥材種植與管理的基本理論與技術，理解中藥材對環境條件的要求，尤其是土壤與微生物的交互作用對植物生長和品質的影響，從而提高中藥材的產量和質量。然而，傳統的中藥栽培學教學模式存在一定的瓶頸。課堂教學多依賴于理論傳授，實踐教學的內容和形式較為局限，教學資源分布不均，且教學方式相對單一，無法充分調動學生的學習積極性和主動性[2]。因此，必須對現有的教學資源進行優化，創新教學模式，以提升教學效果。宏基因組學作為現代生物學的重要研究領域，近年來在農業、生態和藥用植物栽培中的應用逐漸顯現出其獨特的價值。雖然中藥栽培與宏基因組學看似兩個獨立的領域，但隨著研究的深入，它們之間的交叉融合變得越來越重要。通過宏基因組學研究，能夠深入揭示土壤微生物群落結構與中藥植物生長之間的復雜關系，為中藥材栽培提供新的科學視角和手段，有助于改善中藥材的品質，并推動可持續發展。將宏基因組學引入中藥栽培教學不僅能拓展學生的學科視野[3]，還能為他們提供多學科交叉的研究方法，培養學生在現代中藥研究中的創新能力和實踐能力。特別是在面對中藥現代化過程中出現的諸多新問題時，具備宏基因組學和中藥栽培雙重知識的復合型人才將具有更強的競爭力和適應能力。因此，本文將從整合教學資源、創新教學模式和多元化考核3個方面進行詳細分析，探討如何通過教學改革培養兼具理論深度和創新實踐能力的中藥專業人才，以應對新時代中藥產業發展的需求。

1" 教學資源整合

中藥栽培學是中藥生產的基礎學科，包括從種植到采收的全程技術和理論指導[4]。宏基因組學技術在環境微生物研究中應用廣泛，揭示了微生物群體在植物健康、土壤肥力及生態平衡中的重要作用。目前的中藥栽培學教學主要依賴傳統教材，注重植物生理、栽培技術和生態環境。然而，這些教材內容較單一，缺乏對現代生物技術、微生物與植物相互作用等新興領域的關注。傳統實驗課多集中于種子發芽、基質選擇和栽培過程監控，較少涉及分子生物學和生物信息學技術，限制了對栽培科學深層次機制的理解。無法滿足中藥產業對高質量人才需求以及人才梯隊持續發展的要求。通過整合宏基因組學教學資源可以幫助培養具備植物栽培和微生物群體分析雙重技能的復合型人才，并通過跨學科教學使得學生成為能夠獨立開展研究并解決實際問題的人才。

1.1" 中藥栽培學概述

中藥栽培學是研究中藥材種植技術、環境管理和質量控制的學科，共48學時，其中理論課36學時，實踐課12學時。旨在培養學生掌握中藥材種植的基本理論和技術，了解影響中藥材質量的環境因素，尤其是土壤條件和微生物群落[5]。理論課包括中藥材生物學基礎、栽培環境、繁育技術、種植技術、土壤管理與微生物作用、病蟲害防治以及采收與加工；實踐課包含田間實習、實驗操作和課題研究?？己朔绞椒譃槔碚摽己耍?0%）和實踐考核（30%）。傳統教學模式為多媒體授課和示教，在內容及模式上與中藥現代化及科研前沿有一定脫節。教學資源需要進一步整合優化，并更新教學模式。戴軍[6]認為由于知識內容復雜且操作較多，傳統教學難以達到目標，建議采用多元化手段并引入前沿科研成果以及新型科技來提高有效性。高靜等[7]使用“云課班”在線平臺，并通過師生互動功能提升了教學效果。還有學者將前沿科研成果融入到教學資源中，并依托科研平臺進行實踐，從而提升了中藥栽培學的教育質量。

1.2" 宏基因組學概述

宏基因組學是通過對環境樣品中所有遺傳物質進行測序，研究微生物群體結構、功能及其與環境相互作用的學科[8]。隨著高通量測序技術的發展，宏基因組學得以廣泛應用。通過高通量測序和生物信息學分析，宏基因組學能夠全面揭示土壤中微生物的多樣性和生態功能。這種技術突破了傳統微生物培養的局限性，并為研究微生物在中藥材生長過程中的作用提供了新視角。通過學習宏基因組技術，可以理解其原理和技術，并掌握土壤微生物樣本采集、DNA提取、測序和數據分析等全過程。同時還能了解土壤微生物在生態系統中的作用，并將宏基因組結果與土壤理化指標、中草藥種植管理等實際問題結合起來。宏基因組技術流程主要包括：①樣本采集，從不同地點采集土壤樣本；②DNA提取，將土壤中的微生物DNA提取出來；③高通量測序，利用Illumina、PacBio或Oxford Nanopore等平臺對提取的DNA進行大規模測序；④數據分析，對測序數據進行質控與去除低質量和污染序列，并通過比對數據庫注釋功能基因分析微生物種類和豐度[9]。

1.3" 整合策略

中藥栽培學與宏基因組學的整合是響應現代生物技術與農業生產需求的必然趨勢。傳統中藥栽培學教學較為局限，無法應對中藥產業對高質量藥材需求的增加以及對環境可持續發展的重視。整合宏基因組學技術教學資源，能夠加深學生對土壤微生物生態系統及其在中藥材生長中的作用的理解，幫助培養具備植物栽培和微生物群體分析雙重技能的復合型人才。

1.3.1" 教學目標整合

將宏基因組技術引入中藥栽培學進行整合，應緊密結合教學目標，進行互補性的目標整合。只有有效的目標整合才能確保培養的針對性和導向性，以達到預期效果。中藥栽培學的教學目標是使學生掌握中藥材種植的基本理論和技術，并理解影響中藥材質量的各種環境因素，尤其是土壤條件和微生物群落。宏基因組技術則讓學生練習使用生物信息學軟件和工具處理與分析宏基因組數據，并掌握數據清洗、組裝、基因預測和功能注釋等方法[10]。教師要認真梳理二者共同點，在土壤管理與微生物作用方面進行整合。

1.3.2" 教學內容整合

為了充分發揮宏基因組學和中藥栽培學的加成效應，教師需要深入挖掘課程細分結構，秉承資源互補原則完成教學內容整合。在課程資源重組過程中要遵循教學規律，綜合調研學情，并按照由簡到復雜的順序設計調查問卷，包括知識背景、了解程度、軟件工具和信息處理能力等方面。將問卷發放給學生填寫，并對反饋結果進行統計分析，依據學情調研結果進行教學內容整合。例如，大多數同學對宏基因組學研究對象、測序技術和微生物群落多樣性等方面有較高的了解，而對核酸數據庫、功能注釋數據庫和生信分析軟件等知識背景了解程度相對較低?？紤]到學生們的知識背景，可以將中藥栽培學中的土壤管理與微生物作用與宏基因組學結合起來，并按照以下整合思路進行：①將宏基因組學技術應用于不同的土壤管理策略，如耕作方式、輪作和施肥等，以探究其對微生物群落結構及功能基因表達的影響。②將宏基因組技術整合到微生物群落研究中，以揭示其在土壤有機質和碳、氮、磷循環動態過程中扮演的角色。③通過宏基因組測序手段評估土壤中微生物多樣性，并將其作為評估土壤管理策略有效性的標準之一。④利用宏基因組技術追蹤植物促進生長的益菌，在提升藥材品質方面提供科學依據。⑤利用教師科研項目的中藥材栽培土壤微生物宏基因組測序數據為分析對象，探討不同施肥處理對土壤微生物群落的影響，分析特定微生物群落如何促進有效成分積累，并提出以微生物調控為基礎的栽培建議。

2" 教學模式創新

2.1" 信息化教學應用

隨著信息化教學的不斷發展應用，其豐富的教學資源、個性化的學習路徑、增強現實的互動性以及實施評估與反饋等優勢，優化了教學過程，實現了更高水平的靈活性、互動性和效率，并推進了教育現代化。為了實現以學生為中心的教學理念，并將科研成果融入到教學效果中去，信息化教學依托于互聯網和數字技術，在提供海量數字化教育資源方面具備巨大潛力。借助長江雨課堂和QIIME等工具包，針對優化整合的中藥栽培學與宏基因組技術跨學科教學內容進行信息化教學，充分利用雨課堂在推送教育資源方面所帶來便利來完成導引及預習反饋環節；運用雨課堂提供的實時互動功能如課堂測試、隨堂調查或投票等方式加強師生之間參與感和互動性；并且使用QIIME進行數據處理、序列聚類、物種分類、多樣性分析以及可視化和社區支持資源等功能指導宏基因組數據分析，并討論其結果及其生物意義。為進一步發揮主觀能動性并體現“以人為本”的思想，在翻轉課堂、混合式和移動式學習方面充分利用長江雨課堂所具有優勢來增強師生之間交流從而達到提升授課質量促進自主式學習與學生參與度提高。

2.2" 開放科研平臺開展實踐教學

為了滿足中藥現代化發展的需求以及學生進一步深造的殷切企盼，近年來越來越多的學生選擇考研深造，并涌現出一批對我國科研事業起到重要貢獻的青年學者。這些優秀的同學往往在本科教育階段通過參與創新創業訓練計劃和研究性學習等項目積極參加學院老師的科研課題，提升科學研究能力，為后續的研究生教育打下堅實基礎。然而，由于經費等原因，每年審批給予創新創業訓練計劃和研究性學習等項目數量有限，無法滿足廣大莘莘學子們的需求?？蒲衅脚_是將科技人員、設備、設施以及科技創新制度有機結合在一起，形成綜合性的科研環境。在這個環境中，不僅可以了解前沿的科研動態并培養自身的科研能力，還為高等教育培養具備創新精神的人才提供豐富資源和條件，并滿足本碩補充關系紐帶之需。因此，為了培養高素質人才并提升其從事科技工作時所需要掌握知識與技能水平，在向行業輸送更優質人才方面做出努力，則有必要向本科生開放可供進行各類實踐活動和開展相關課題研究與分析等工作使用之專門場地。目前皖西學院擁有多個省部級科研平臺，包括中藥質量評價與品質提升安徽省重點實驗室、安徽省中藥資源保護與利用工程研究中心、安徽省大別山中醫藥研究院、國家中藥材產業技術體系皖西綜合實驗站、安徽省中藥生態農業工程技術研究中心以及安徽省現代中藥產業共性技術研究中心等。此外，皖西學院還建立了一個占地30余畝（1畝約等于667 m2） 的植物園，在其中種植了霍山石斛、鐵皮石斛、斷血流、白芨、太子參和水蘇等多種中草藥，并為學生提供足夠的栽培實踐場地，加強他們在實踐操作和訓練方面的能力，并將這些經驗應用于相關領域如宏基因組技術實踐之上。作為教育教學改革重要內容之一，學院提供開放式實驗室給本科生使用，并根據該平臺所承擔的各項項目吸納學生從事與栽培領域相關的科學研究工作， 從而促進他們發展出獨立思考、實際操作以及撰寫論文方面更好更專業化的能力。這極大地激發了同學們對中藥學研究的興趣，并堅定了投身專業領域的決心。

3" 多元化考核

傳統的考核方式往往側重于知識點的評估，主要測試學生對知識的機械記憶能力，難以全面、客觀地反映出學生在學習過程中的實際表現與掌握程度。因此，為了更準確地記錄學生的學習過程并展現個性化的評估結果，我們引入了長江雨課堂進行過程性評價。這種過程性評價不僅僅局限于最終考試的成績評估，還貫穿整個學習周期，包括課前、課堂和課后的各個環節。通過雨課堂，我們能夠有效實施多元化考核，對學生的課前預習、課堂表現、數據處理、課程報告、科學素養以及出勤等方面的實際表現進行全面考核，并將這些成績及時轉換為五級制綜合成績，從而實現更為精準的教學評估。具體而言，多元化考核方法具備以下幾個顯著優勢。①提升學生的參與度：相比于傳統的試卷考核方式，使用雨課堂能夠通過移動互聯網工具，如手機或平板設備，靈活開展教學活動，特別受到年輕學生群體的歡迎。這種方式不僅打破了傳統教學的時間和空間限制，還增強了學生的主動學習性和參與感。②增強教師對教學進展的把控：在中藥栽培和宏基因組技術的教學中，涉及復雜的知識點和數據庫分析任務，教師借助雨課堂的實時反饋功能，可以隨時掌握學生的學習狀態，并根據學生的反饋適時調整教學內容和節奏，確保學生在理解困難內容時能夠得到及時的幫助。③使評估結果更加客觀和全面：多元化考核不僅通過雨課堂對預習、課堂答題、討論、數據分析、報告撰寫和總結等環節進行實時記錄和跟蹤，還能夠生成詳細的數據化評價報告。教師可以依據這些數據進行閉環式評估，使得學生的學習過程和成績更加透明和客觀，從而有效避免了單一考核模式下的片面性，確保每個學生的學習成果都得到充分的展示與認可。

4" 結束語

整合宏基因組學技術對于中藥栽培學的教學和科研具有深遠意義，它不僅能夠將最前沿的科研技術引入教學體系，還能極大地提升學生對中藥栽培過程中微生物群落作用的理解。土壤微生物在中藥材的生長、品質以及藥用成分的形成過程中扮演著至關重要的角色，通過宏基因組學技術，學生可以更全面地了解微生物群落的組成及其對中藥功效成分的調控機制。這種深度融合的教學方式，有助于學生從微觀層面掌握中藥材的生產規律和質量控制要素，從而構建一個更為系統化、科學化的專業知識網絡體系。

在這種教學模式下，學生能夠通過接觸先進的基因組學分析技術，探索微生物群落與中藥材種植環境的相互作用，真正理解微生物與中藥植物的共生關系。這種知識的深化，不僅提升了學生對中藥栽培學的認知高度，還能培養他們的科學研究能力，使他們在未來的工作中具備更加創新的思維方式。與此同時，整合宏基因組學技術還有助于學生發展多維度的專業素養。通過實際操作這些新興技術，學生可以將理論知識與實踐技能有機結合，提高分析問題和解決問題的能力，增強他們的動手能力和創新能力。

為實現這一教學目標，教師首先要增強思想認識，主動適應并融入新時代科技發展的潮流。教師應深刻理解宏基因組學在中藥栽培中的應用前景和價值，并將其轉化為具體的教學資源和方法。通過不斷深化教學研究，探索如何將中藥栽培學與宏基因組學技術有機結合，以提高學生對前沿知識的掌握，提升他們的科研素質。

總的來說，整合宏基因組學技術不僅是中藥栽培學教學的一次重要創新，更是培養高水平中藥人才的必然途徑。通過引入和應用這些前沿技術，學生的專業素養和實踐能力將得到顯著提升，最終為社會輸送出具有創新精神、理論深度和實踐經驗的高質量中藥人才，推動中藥產業向現代化、科學化方向發展。

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基金項目：皖西學院校級質量工程項目（wxxy2021140，wxxy2022078）

第一作者簡介：李道遠（1986-），男，博士，講師。研究方向為分子生物學、土壤微生物學。