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關鍵詞：綜合實驗；海洋科學；人才培養(yǎng)
中圖分類號：G640文獻標識碼：A文章編號：1002-4107（2014）04-0073-02
當今世界，人口激增，耕地銳減，資源匱乏，環(huán)境惡化，在如此嚴峻的現(xiàn)實面前，各個國家都想方設法謀求出路，其中不少國家將目光投向海洋，我國也不例外。隨著我國綜合國力的增強和經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國迫切需要開發(fā)海洋資源，繁榮海洋經(jīng)濟，建設海洋強國，以便在激烈的國際競爭中立于不敗之地。建設海洋強國必須把海洋科學人才培養(yǎng)放在首要地位。筆者認為綜合實驗是典型的、個性特征明顯的智力創(chuàng)新活動，它可以通過多種科研方法和思維方式，使受教育者形成創(chuàng)新思想、產(chǎn)生創(chuàng)新意識，提高創(chuàng)新能力。因此，綜合實驗是海洋教育的重要平臺，是人才培養(yǎng)的有效途徑。
一、海洋科學研究的內容與特點
（一）海洋科學研究的內容
海洋科學是研究地球上海洋的自然現(xiàn)象、性質及其變化規(guī)律，以及和開發(fā)與利用海洋相關的知識體系。它的研究對象，既有占地球表面近71%的海洋，其中包括海洋中的水以及海水中溶解或懸浮的物質，生存于海洋中的生物；也有海洋底邊界――海洋沉積和海底巖石圈，以及海洋側邊界――河口、海岸帶，還有海洋的上邊界――海面上的大氣邊界層等等。它的研究內容，既有海水的運動規(guī)律、海洋中的物理、化學、生物、地質過程，及其相互作用的基礎理論，也包括海洋資源開發(fā)、利用以及海洋軍事活動的應用研究。這些研究，不但涉及力學、物理學、化學、生物學、地質學、大氣科學以及水文科學，還涉及環(huán)境科學、管理科學和法學等。因此，海洋科學是一個綜合性極強的科學體系[1]。
（二）海洋科學研究的特點
海洋科學研究有其顯著的特點。第一，依賴于直接觀測。直接觀測的資料既為實驗和數(shù)學研究提供借鑒，又對實驗和數(shù)學方法研究的結果予以驗證。第二，信息論、控制論、系統(tǒng)論等方法在海洋科學研究中的作用越來越突顯。直接的海洋觀測獲取到大量的信息資料，但這些信息資料是局部和片斷的，只有借助于信息論、控制論、系統(tǒng)論的觀點和方法進行加工，通過系統(tǒng)功能模擬模型進行研究，才能取得良好效果。第三，學科分支越來越細且相互交叉與滲透，趨于綜合與整體化研究[2]。
二、海洋科學人才培養(yǎng)現(xiàn)狀
十幾年來，我國非常重視海洋科學人才培養(yǎng)，海洋科學人才無論在數(shù)量上還是在技術水平上都有了很大提高，但跟社會整體科技水平和國際海洋科學整體水平相比還存在顯著差距。我國在海洋科學人才培養(yǎng)中存在的主要問題：（1）國民海洋意識淡薄：“重陸輕海”思想根深蒂固；（2）學歷結構不合理：海洋從業(yè)人員中，低學歷人員比例太大 ，高學歷人才缺乏；（3）年齡結構不合理：海洋高端人才老化現(xiàn)象嚴重，中青年高端人才匱乏；（4）專業(yè)技術結構不合理：海洋高新技術專業(yè)、應用型專業(yè)、特色專業(yè)以及品牌專業(yè)開設較少，專業(yè)技術人員比例遠遠低于中等發(fā)達國家水平；（5）人才流動渠道不暢通：人才引進困難，流失和浪費現(xiàn)象嚴重，用人機制不合理[3]。
三、綜合實驗在海洋科學人才培養(yǎng)中的作用
（一）注重海洋科學基礎教育
海洋化學綜合實驗，應該在以人為本的教育理念下，以科學發(fā)展觀為指導，以學生為主體，融合現(xiàn)代最新科學、科技知識，選取時代前沿課題，這既能調動學生的主觀能動性，又能解決現(xiàn)實問題。教師應縱觀全局，宏觀把控學生思想動態(tài)，正確引導學生手腦并用，在實事求是的基礎上展開實驗項目。綜合實驗的目的主要是培養(yǎng)學生查閱文獻能力、分析綜合能力、實驗動手能力、數(shù)據(jù)處理能力、應對困難與挑戰(zhàn)能力、創(chuàng)新能力和奉獻精神等[4-6]。
（二）綜合實驗開展現(xiàn)狀
海洋環(huán)境污染日趨嚴重，已經(jīng)給人類的生產(chǎn)生活帶來嚴重影響和重大經(jīng)濟損失（有時是毀滅性的），進而惡化了全球生態(tài)環(huán)境。天津科技大學海洋科學與工程學院海洋科學系在實踐教學環(huán)節(jié)，在大四第一學期開設海洋化學綜合實驗和海洋生物綜合實驗，對天津近岸海域進行每年一次的環(huán)境調查與監(jiān)測，讓學生了解附近海域的狀況，分析海域環(huán)境是否異常，進而分析異常原因，科學擬定解決對策。指導教師立足于學院現(xiàn)有實驗室條件和儀器設備資源，立足于學生對基礎知識和專業(yè)知識的掌握情況，宏觀把控學生的選題。現(xiàn)以海洋化學綜合實驗為例，談談綜合實驗在海洋科學人才培養(yǎng)中的作用。
海洋化學綜合實驗主要涉及四類實驗項目，見表1。
表1海洋化學綜合實驗的項目名稱及內容
（三）綜合實驗開展的意義
通過海洋化學綜合實驗，使學生經(jīng)歷一次海上實習訓練，在整個出海過程中學生受到了課堂里無法感受的教育：（1）加強安全防范和自我保護意識。（2）相互關心與協(xié)作精神。（3）采樣需要注意的要領，分為海水和沉積物樣品以及生物樣品，如何進行前期準備及預處理等。（4）精心設計采樣點的分布，使采集到的樣品既有一定的代表性（表層、水深5米、底層或其他），又覆蓋一定的海域范圍，使所得數(shù)據(jù)具有一定的參考價值。（5）數(shù)據(jù)處理。用不同的方法處理數(shù)據(jù)，再通過不同的方式加以表達，看結果是否一致，如果不一致，分析哪種處理方法更合理，哪種表達形式更確切、更直觀等。（6）結果討論。對測得的數(shù)據(jù)進行匯總，看同一站位不同水深的同一檢測要素之間的關系，再看不同站位相同水深的同一檢測要素之間的關系，最后系統(tǒng)分析各種檢測要素的分布特征及其存在形態(tài)，并用所學理論知識加以解釋，簡要探討其機理。（7）提出應對措施。通過測定數(shù)據(jù)分析環(huán)境因子是否異常，導致異常原因，并進一步擬定應對措施。（8）撰寫實驗報告的過程，使學生學會系統(tǒng)分析實驗數(shù)據(jù)，探討實驗中遇到的各種現(xiàn)象，提高撰寫科研論文的能力等。
更重要的是，海上實習訓練，使學生對海洋有了更深入的認識，開闊了他們的視野，激發(fā)了他們探索海洋、開發(fā)海洋、利用海洋的興致和信心，奠定了服務海洋事業(yè)的基礎。通過海洋化學綜合實驗的開展，我們清楚地看到，學生的學習習慣和思維方式發(fā)生了明顯的改變，整體能力有了顯著提高[7]。
實踐教學是人才培養(yǎng)的重要平臺，綜合實驗在平臺中起著關鍵性的作用。海洋科學綜合實驗要把握時代精神和現(xiàn)實需要，適時進行更新與完善。通過綜合實驗的訓練，激發(fā)學生的學習熱情，加強他們對海洋科學專業(yè)的理解與熱愛，開闊視野，增強應對困難與挑戰(zhàn)的能力，培養(yǎng)吃苦耐勞的精神，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，提高創(chuàng)新能力，為其今后的工作學習奠定良好基礎。培養(yǎng)優(yōu)秀的海洋人才，編寫機制靈活、內容新穎、綠色環(huán)保、體現(xiàn)時代精神與創(chuàng)新精神的綜合實驗教材尤為重要。
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收稿日期：2013-09-25
關鍵詞: 海洋技術 實習基地建設 特點 目標
海洋技術專業(yè)是綜合了原海洋物理、海洋化學、海洋生物、海洋地質等專業(yè)中側重于應用的部分而產(chǎn)生的新專業(yè)。鹽城工學院海洋技術專業(yè)成立于1999年,是為適應江蘇“海上”的開發(fā)戰(zhàn)略而設,在目前《江蘇沿海地區(qū)發(fā)展規(guī)劃》上升為國家戰(zhàn)略時仍然是人才培養(yǎng)與輸送基地之一。作為一所地方性普通工科院校,鹽城工學院海洋技術專業(yè)主要是培養(yǎng)適應社會主義現(xiàn)代化建設和地方經(jīng)濟發(fā)展需要,德、智、體、美全面發(fā)展,具有海洋技術專業(yè)(海洋生物資源與環(huán)境監(jiān)測、水產(chǎn)動物營養(yǎng)與飼料科學)和相近專業(yè)的理論知識,有較強的實踐能力、創(chuàng)新精神和社會責任感,能在水產(chǎn)養(yǎng)殖、飼料、海洋生物資源開發(fā)、海洋保護與管理相關行業(yè)從事生產(chǎn)、營銷、質檢、科研和企業(yè)管理等工作的本科應用型創(chuàng)新技術人才。
應用型創(chuàng)新技術人才就是具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力、表現(xiàn)出靈活、開放、好奇的個性,具有精力充沛、堅持不懈、注意力集中、想象力豐富及冒險精神,能夠把成熟的技術和理論應用到實際的生產(chǎn)中去,具備深厚的科學基礎理論的人才。對大學生進行對創(chuàng)業(yè)教育,培養(yǎng)具有創(chuàng)新、創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè)能力的高素質人才是當前高校的重要任務,創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)是新時期人才培養(yǎng)目標的核心[1]。實習基地應成為學生自主訓練,激發(fā)創(chuàng)新思維的基地。
一、實習基地的現(xiàn)狀與不足
鹽城工學院海洋技術學科經(jīng)過10年的建設與發(fā)展,已經(jīng)初具規(guī)模,學科發(fā)展方向明確、教學規(guī)模適中、科研水平有一定提升、教師學緣組成相對合理,尤其在培養(yǎng)應用型人才的思路與實踐上有了較大的收獲,但由于學校的整體發(fā)展要求、所處的地區(qū)性差異及其他一些客觀條件,我校海洋技術學科仍然有諸多改進與提高之處,尤其表現(xiàn)在培養(yǎng)應用型創(chuàng)新技術人才的實習基地建設上。
1.基地沒有完全體現(xiàn)海洋技術人才培養(yǎng)特色
海洋技術專業(yè)主要是培養(yǎng)具備海洋高科技和海洋工程方面的基本理論、基本知識及海洋高新技術開發(fā)研究的能力,具有從事海洋調查和海洋科學研究方面的基本能力,能從事海洋高科技、海洋資源開發(fā)及海洋工程工作的高級專門人才。各個學校可以根據(jù)實際狀況進行適當調整,我校的海洋技術專業(yè)目前偏重向水產(chǎn)動物營養(yǎng)與飼料科學,在目前的實習基地中大多數(shù)是與淡水養(yǎng)殖相關的一些企業(yè),如養(yǎng)殖飼料生產(chǎn)廠、魚種繁育場等,而對于以海洋生物資源、海洋化學資源等研究對象及一些海洋高科技研究的實習場所很少。
2.實習基地提供的實習內容單調
培養(yǎng)計劃中實習包括認識實習、綜合實習、畢業(yè)實習及畢業(yè)設計四個方面,不同的實習時間、內容是與理論講授的內容相適應的,目前除畢業(yè)設計需要投入系統(tǒng)的研究過程外,其他的實習形式基本上都是觀摩學習,浮于表面,對實習基地的整體沒有深入的了解。
3.部分實習內容檔次低
畢業(yè)論文(設計)是對學生理論與實際相結合程度與水平的一種檢驗方法,也是對培養(yǎng)創(chuàng)新應用型人才體系優(yōu)劣的考核,目前海洋技術專業(yè)學生的畢業(yè)論文大多數(shù)是由本專業(yè)理論課老師指導,絕大多數(shù)內容是在學校實驗室中完成,研究內容基本上是理論課多個實驗內容的重復,更重要的是學生自主思路少,完全是按照老師的完整方案執(zhí)行。
4.適應應用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標的實習基地較少
海洋技術專業(yè)主要是以海洋科學、海洋資源與環(huán)境等方面為主要研究對象的,鹽城工學院海洋技術專業(yè)方向是海洋生物資源與環(huán)境監(jiān)測、水產(chǎn)動物營養(yǎng)與飼料科學,是以生物體為具體研究對象的,生物的生長周期較長,如鹽地堿蓬的一個生長周期需要6―7個月,魚從幼體長成成體也需要數(shù)月,而目前較多的實習單位是飼料生產(chǎn)企業(yè)、水產(chǎn)品養(yǎng)殖企業(yè),以直接程序化操作為主,加上實習單位的管理章程、效益要求,學生到實習單位后僅僅是看看、望望、逛逛,無法真正上手操作。
二、應用型創(chuàng)新人才實習基地的建設目標
鹽城工學院是面向地方建設的一所省市共建普通院校,服務地方,培養(yǎng)應用型人才是其發(fā)展定位,在目前沿海大開發(fā)的利好形勢下,海洋技術學科的發(fā)展前景廣闊。
培養(yǎng)應用型創(chuàng)新人才,加強學科實習基地建設是重頭戲之一,在海洋技術學科應用型創(chuàng)新人才實習基地建設過程中,地方政府、業(yè)務單位和高校三個方面要共同參與基地建設;調整與提升現(xiàn)有基地層次,發(fā)展與完善基地特色;在發(fā)展過程中只有相互尊重、目標明確、效益兼顧,才能完成海洋技術學科創(chuàng)新應用型人才實習基地的建設目標。
1.基地組成的層次性
實習內容的多樣性決定了基地組成的層次性,包括認識實習、綜合實習、畢業(yè)實習以及畢業(yè)設計四個方面,針對不同的實習內容,可以組建不同內涵層次的單位。不同層次包括有單位的整體經(jīng)濟實力、研究實力、與海洋技術專業(yè)的相關程度等。認識實習、綜合實習主要是給學生以加強專業(yè)知識的了解、明確專業(yè)在社會的應用狀況,學時較少,基于此目的的實習單位需要與海洋技術學科相近的即可,如水產(chǎn)養(yǎng)殖場、水產(chǎn)品加工、微生物研究所、灘涂濕地保護區(qū)等。畢業(yè)實習和畢業(yè)設計是給學生專業(yè)課程的全面檢查與實際應用能力的考核,所耗的時間較長,基于此目的的實習單位就需要與專業(yè)科學較為密切的單位,如海洋化工生產(chǎn)企業(yè)、灘涂資源研究機構、海水養(yǎng)殖場、海洋生物技術研究機構等。
2.發(fā)展方向的多元性
人才培養(yǎng)方向與發(fā)展的多元性決定了實習基地發(fā)展的多元性,海洋技術專業(yè)創(chuàng)新性人才包括創(chuàng)新應用型人才、創(chuàng)新研究性人才。由于自身的發(fā)展,實習單位在基地組成層次中可以易位,原來主要作為認識實習的單位可以發(fā)展成畢業(yè)實習單位,原來科研型單位可以發(fā)展成科研生產(chǎn)一體化的單位,實習單位多元化與創(chuàng)新人才的多元化培養(yǎng)是相輔相成的。
校內實習基地建設與發(fā)展是必不可少的,校內基地是校外實習基地多元化發(fā)展的必要補充,校內基地的建設應當采用最先進的儀器設備和軟件系統(tǒng),實習指導教師也應具有較強的科研和實踐能力,保證學生學到本行業(yè)最先進的技術和管理方法,完善校內基地培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的功能[2]。
3.實習內容的完整性
整合基地單位優(yōu)質資源,同類實習基地要各具特色,采取學生在不同單位輪換實習的方式彌補實踐內容單一的缺陷,保障實習效果,并對不能達到要求或效果不理想的實習基地及時予以淘汰。在畢業(yè)實習和畢業(yè)論文設計過程中,實習內容的完整性顯得更為重要。海洋技術主要是以生物為研究對象的,研究對象生長周期長,任務完成需要時間也長,要求學生的動手能力強及與社會有較強的溝通能力,如果研究失敗,則付出的時間和經(jīng)濟上的代價就較大。因此,畢業(yè)實習與畢業(yè)論文的時間要相互調劑,與實習單位的生產(chǎn)周期或者研究周期相適應。
4.實習過程的理論性
實習指導教師是專業(yè)實習中的組織者和領導者,發(fā)揮著主導作用,實習指導老師的素質、水平是學生實習質量的保證,在一定程度上甚至比理論老師更為重要。高水平的實習基地離不開高水平的實習指導教師。實習指導教師既要有較全面的專業(yè)理論水平,更重要的是要有較強的實踐能力,同時還應了解和熟悉企業(yè)的運營情況[3]。
在校外實習基地指導的老師大多數(shù)都有較強的實際工作能力,解決實際工作的能力較強,但及時給學生以專業(yè)理論歸納解釋則缺火候,如果讓校內教師充當實習指導老師,則理論強而實踐弱,因此需要注重校外基地指導老師的培訓工作,讓校內指導老師可以作為帶隊老師直接深入到校外基地進行實踐,通過理論、實踐、提高、再應用,講懂、講通深奧晦澀的理論,提高實踐經(jīng)驗和解決實際問題的能力。
學校要把加強實習指導教師隊伍建設作為教育教學工作的重中之重,建立和健全實習指導教師隊伍建設的長效機制,加快建設一支理論與實踐共優(yōu)的“雙師型”教師隊伍,提升海洋技術學科創(chuàng)新應用型人才的培育體系。
5.基地建設的動態(tài)性
實習基地建設目標與人才培養(yǎng)目標相適應,人才培養(yǎng)與社會發(fā)展是一致的。實習基地建設是一項綜合性的系統(tǒng)工程。從內容上看,包括思想建設、組織建設、物質建設、師資隊伍建設等;從布局上看,有不同地域、不同背景、不同條件的實習基地的建設。同時,教育實習基地需要高等院校、教育行政部門、實習學校、當?shù)卣榷喾矫嫱献髋c共建,因此,是一項長期而艱巨的任務[4]。
在當今市場經(jīng)濟起主導作用的社會,效益是企業(yè)的生命線。要想實習基地能夠最大限度地發(fā)揮作用,校企雙方就要本著“優(yōu)勢互補、互利互惠”的原則進行合作,最終實現(xiàn)學校、企業(yè)、社會都受益的“共贏”目標[5]。創(chuàng)新性實習基地的組成是相對穩(wěn)定的動態(tài)平衡體系,優(yōu)勝劣汰,去劣存優(yōu),校企共贏是保證其良性發(fā)展的基礎。
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【關鍵詞】地方高校海洋科學人才培養(yǎng)欽州學院
21世紀不僅是人類全面認識、開發(fā)和保護海洋的世紀，更是培養(yǎng)海洋科學人才的世紀，這已成為各國發(fā)展的根本性戰(zhàn)略[1]。海洋科學專業(yè)研究的主要內容包括對于海洋中的物理、化學、生物和地質過程的基礎研究和面向海洋資源開發(fā)利用以及海上軍事活動等的應用研究[2]。目前，地方高校要想更好地服務于地方海洋經(jīng)濟建設，就必須準確定位，確定目標，構建平臺，打好基礎，合理設計，充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，積極制定科學的人才培養(yǎng)目標，優(yōu)化人才培養(yǎng)方案，創(chuàng)新人才培養(yǎng)途徑，改革人才培養(yǎng)運行機制，改進教學組織形式，提高海洋人才培養(yǎng)質量。基于這幾個方面, 本文對海洋科學專業(yè)人才培養(yǎng)進行初步探討。
一、海洋科學專業(yè)人才的培養(yǎng)目標
海洋科學本科教育應以培養(yǎng)“綜合型”人才為目標，注重加強基礎、拓展知識面，讓學生在獲得較強專業(yè)基礎的同時，也盡可能全面發(fā)展[3]。各地方高校針對自身實際情況制定符合海洋經(jīng)濟和科技發(fā)展需要的人才培養(yǎng)目標。廣東海洋大學提出以“培養(yǎng)富有社會責任感, 基礎理論扎實, 實踐能力和創(chuàng)業(yè)能力較強, 熱愛海洋事業(yè), 具有人文精神和創(chuàng)新意識的應用型、復合型高級專門人才”的培養(yǎng)目標[4]。浙江海洋學院提出的人才培養(yǎng)目標為“培養(yǎng)德、智、體、美、勞全面發(fā)展的, 具有創(chuàng)新意識、實踐能力、創(chuàng)新精神以及海洋科技文化背景的復合型應用人才”[5]。欽州學院海洋學院作為廣西唯一的海洋學院承擔起了為廣西海洋科技人才培養(yǎng)的重任[6]。學校根據(jù)自身辦學條件和辦學層次，著力培養(yǎng)具備掌握堅實海洋科學基礎理論和基本知識，具備從事海洋調查研究基本能力，能夠在海洋事業(yè)單位、科研院所和涉海類企業(yè)等領域從事科學研究、技術開發(fā)、教學與管理工作的海洋科學復合型人才。
二、海洋科學專業(yè)人才的培養(yǎng)方案
制定和修訂人才培養(yǎng)方案是培養(yǎng)海洋科學類人才的重要前提。欽州學院在借鑒中國海洋大學、廈門大學、廣東海洋大學等多所高校辦學經(jīng)驗的基礎上，結合當?shù)厣鐣?jīng)濟建設對人才的需求狀況和自身的辦學條件，將海洋科學專業(yè)定位為海洋化學和海洋生物制藥兩個方向，前者偏重海洋環(huán)境監(jiān)測和海洋環(huán)境調查，基于北部灣海洋污染災害防治方面；后者偏重于海洋生物資源的保護與利用，基于北部灣豐富的海洋生物資源方面。
根據(jù)教育部《高等教育面向21世紀教學內容和課程體系改革計劃》和我國高等學校海洋科學教學指導委員會提出的《面向21世紀海洋科學教學改革與研究》指導性文件，考慮我校的海洋科學專業(yè)建設的實際情況及地方經(jīng)濟發(fā)展對海洋類專業(yè)人才知識結構的需要，我校對海洋科學專業(yè)的教學計劃進行了反復多次的研討，優(yōu)化設計適應21世紀海洋科技發(fā)展要求的知識結構和以海洋科學專業(yè)基礎必修課為根基、海洋科學專業(yè)方向模塊課為主干、基礎選修課和專業(yè)任選課為枝葉的樹狀課程體系。從而避免了制定人才培養(yǎng)方案的主觀盲目性，保證了人才培養(yǎng)方案的科學合理性。修訂后的教學計劃，更加重視專業(yè)基礎課的教育，同時調整了部分專業(yè)課和實驗課，加強了實踐環(huán)節(jié)，使人才培養(yǎng)的目標和方向更加明確，注重對學生創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)。例如在課程設置上，增加了《海洋美學》專業(yè)任選課程，以發(fā)展和豐富學生的海洋審美意識，海洋化學方向增加《海洋生物學》專業(yè)課程，使該方向的學生也要具備海洋生物學方面的知識。考慮到專業(yè)課的課程實驗，學時數(shù)少，不同課程間重復實驗多的情況，為提高實驗教學的效率和質量，在教學計劃中將幾門專業(yè)課的實驗獨立出來，與理論教學分開，形成一門綜合的專業(yè)實驗課程，不斷加強實踐教學環(huán)節(jié)。
三、海洋科學專業(yè)人才的培養(yǎng)途徑
地方高校要培養(yǎng)和發(fā)展海洋科學人才就必須立足地方服務，以滿足地方社會經(jīng)濟的發(fā)展。學校緊緊圍繞服務地方經(jīng)濟這個中心，重視引進社會資源，做到資源共享、互利雙贏的目的，同時有針對性地進行分類培養(yǎng)，以提高學生就業(yè)率。一是要堅持走出校門，走產(chǎn)學研相結合的道路。例如我校充分發(fā)揮北部灣海洋保護開發(fā)利用省重點建設實驗室的優(yōu)勢科研群體作用與廣西海洋局和欽州、北海、防城港地方海洋局等單位在北部灣海洋重大污染監(jiān)測預警及防災應急技術、北部灣海洋資源的保護與利用、北部灣海洋環(huán)境監(jiān)測等方面建立了廣泛的產(chǎn)學研合作關系，實現(xiàn)了科技創(chuàng)新與區(qū)域經(jīng)濟社會的互動和有效對接。教育部周濟部長曾提出：“以產(chǎn)學研結合為切入點，大力推動高等學校的辦學機制和人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新”[7]。實踐證明，產(chǎn)學研結合，是地方高校推動創(chuàng)新型海洋科技人才培養(yǎng)的有效途徑。二是要有針對性地進行優(yōu)秀本科生的分類培養(yǎng)。我校根據(jù)因材施教的教育觀點，將優(yōu)秀本科生分為學術型和應用型培養(yǎng)。對于有志向繼續(xù)深造的學生，要幫其夯實科學理論基礎，加強學術思想和素質訓練，走學術型道路；對于動手能力強，且本科畢業(yè)后計劃工作的學生，我們要積極創(chuàng)造條件為其配備有實踐經(jīng)驗的導師，促進其走應用型的發(fā)展道路。學校強化優(yōu)秀本科生導師制，每人每年精心指導一到兩名優(yōu)秀本科生，定期進行交流和討論，做到精英培養(yǎng)，重點培養(yǎng)，已獲得了較好的成效，優(yōu)秀本科生的就業(yè)去向主要在各高校和企事業(yè)單位部門，學生就業(yè)率得到很大提升。
四、海洋科學專業(yè)人才的培養(yǎng)機制
構建良好的人才培養(yǎng)機制，是實現(xiàn)創(chuàng)新型海洋科學專業(yè)人才培養(yǎng)目標的根本。培養(yǎng)高素質、有作為的海洋科技人才積極服務于地方和國家的海洋事業(yè)，是地方高校最基本的職能。我校從自身特點出發(fā)，審時度勢，構建海洋人才培養(yǎng)的柔性機制和激勵機制。學校通過制定相關文件，將“創(chuàng)新訓練”規(guī)定為必修環(huán)節(jié)，以及開設第二專業(yè)教育等方式，逐步建立有利于一專多能海洋人才培養(yǎng)教學體系，使海洋類專業(yè)教育拓展為綜合素質教育；逐步實行彈性學制，不斷完善學年學分制[8]。為避免傳統(tǒng)評價體系采用簡單劃一的方式對培養(yǎng)創(chuàng)新人才的弊端，學校通過考試方式多樣化、考試時間自主化、讓學生寫實驗專題、撰寫學術文章或參與科研項目等多種形式進行評學，建立對學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力、創(chuàng)新成果的激勵機制，即對學生的各種創(chuàng)新行為和成果給予正面的激勵和獎勵，以推動創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。
五、海洋科學專業(yè)人才的教學組織形式
良好的教學組織形式是地方高校實現(xiàn)海洋人才培養(yǎng)目標的關鍵。我校針對海洋科學本科專業(yè)性質和地方應用型人才的需求，在課堂教學手段上充分利用多媒體教學，在傳統(tǒng)教學模式的基礎上，大力推進啟發(fā)式、互動式、案例式、情景式和雙語教學等形式, 使教學方法多樣化和靈活化, 以促進海洋科技人才的培養(yǎng)，教學效果反映良好。海洋科學專業(yè)具有很強的實踐性，它不同于一般的理科專業(yè)，必須重視實踐教學環(huán)節(jié)，要注重對學生的實踐動手能力的培養(yǎng)，才能適應海洋學科的發(fā)展。學校每年自籌經(jīng)費設立各類科研基金項目，積極創(chuàng)造條件鼓勵學生參與教師的科研項目，這不僅較大地提高了學生的實際動手操作能力和創(chuàng)新能力，還極大地提高了學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。此外，學生的專業(yè)素養(yǎng)和科研素質逐步提升、科研方法逐步掌握，樹立了他們敢于批判，敢于探索，敢于冒險的精神，逐漸積累從事各類創(chuàng)新工作的能力，同時也為學生進行畢業(yè)論文打下了良好的基礎。學校通過對學生海上現(xiàn)場調查實踐證明：不僅提高了學生應對突發(fā)事件的反應和處理能力，也加強了學生的團隊協(xié)作精神，更增強了學生現(xiàn)場調查的實踐技能。總之，多樣式的教學組織形式為學生打下了堅實的理論基礎，獲得了較強的實踐能力，為地方海洋科學綜合創(chuàng)新應用型本科人才的輸送提供了質量保障。
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環(huán)境問題涉及多學科，覆蓋面廣。因此課程設置不僅要包括傳統(tǒng)的四大化學及與化學、化工相關的專業(yè)課外，也應該涉及生活中的邊緣學科農學、材料、冶金、海洋、市政等與環(huán)境息息相關的課程。河南科技大學現(xiàn)有的環(huán)境專業(yè)的課程遠遠滿足不了日益涌現(xiàn)的環(huán)境問題的需要。例如農學課程的《特種經(jīng)濟作物栽培》、《農產(chǎn)品加工》，環(huán)境工程的學生可以站在環(huán)境的角度分析和學習農作物的栽培和加工是否會對環(huán)境造成潛在的危害。材料學的《高分子與復合材料》、《工程材料研究技術》，這兩門課程的學習會讓學生在了解有關新型材料的同時，注重材料的環(huán)保意義。現(xiàn)代人的生活越來越重視裝潢材料及工程材料對人類健康和環(huán)境保護的意義。海洋學的《海洋化學》、《海洋調查與檢測》，水體污染是最嚴重的環(huán)境問題之一，這兩門課程可以更加深入地幫助學生了解海洋所進行的化學變化，從原理上用環(huán)境的方法指導海洋水體的保護。市政工程的《城市給排水工程》、《市政工程課程設計》，這兩門課程引領學生關心身邊的生活起居環(huán)境問題以及激發(fā)學生為市政工程的環(huán)境意義和以開設有關課程引導學生深入思考霧霾形成的原因，從而提出創(chuàng)造性的解決方法。通過增加安全方面提出合理的建設性的建議。總之，與環(huán)境工程相關專業(yè)的課程延伸性特別強，本科教育強調學生的知識掌握廣度，在學好環(huán)境工程專業(yè)的專業(yè)課之外，我們必須加強對學生興趣的培養(yǎng)，開設更多與生活相關的環(huán)境問題的課程。例如近期熱議的霧霾天氣，學院完全可有關生活化的環(huán)境問題的選修課程有目的地培養(yǎng)多樣化環(huán)境工程人才，一方面滿足了本科培養(yǎng)素質人才的要求，另一方面可以增加學生畢業(yè)之后的就業(yè)寬度。
2.改變傳統(tǒng)的教學模式傳統(tǒng)的教學模式
注重的是教師的受教，學生是被動性的接受知識，沒有留給學生思考和創(chuàng)新的空間。河南科技大學的環(huán)境專業(yè)是工學方向的，環(huán)境科學和環(huán)境工程是一個方向兩種不同的培養(yǎng)方案。環(huán)境科學偏向知識的學習和研究，而環(huán)境工程則偏向實踐與應用型人才的培養(yǎng)。要想改變這種培養(yǎng)模式，首先要求我們在教學上有所革新。在新教學模式的探索中我們要突出學生的主體地位，建立以學生為主體、教師組織、全校服務的教學模式。高校的環(huán)境工程專業(yè)教科書，只能滿足學生對一些原理知識的掌握，有關最新、最前沿的知識和案例通常很少涉及，而環(huán)境工程專業(yè)就是為了解決和防止已經(jīng)出現(xiàn)的和即將出現(xiàn)的環(huán)境問題而設置的。鑒于這種目的要求教師將最新、最熱門的環(huán)境問題雜糅在教科書中，并且完全可以以一種討論案例的方式組織整堂課程教學。一方面增加了教師與學生的課堂互動，另一方面使學生更加透徹與深刻地掌握了本節(jié)所要學習的內容。教師在選擇案例時要注意案例的特點，每個案例的設計要求在討論中能突出課程中的某些難點和重點，使學生對課程的一些問題有較深的理解，從而提高分析問題和解決問題的能力。再次，雙語教學的探索也是新型教育模式的一種探索。我國高校的非英語專業(yè)普遍采用中文教學，而在一些發(fā)展中國家，例如印度，巴基斯坦等高校使用英語專業(yè)課教材、英語授課、課堂辯論用英語、用英文寫論文報告。印度大學生總體英語水平比中國大學生高的多，故此在全球產(chǎn)業(yè)鏈分工競賽中，印度大學生優(yōu)勢明顯。中英雙語教學模式的實施不僅有助于中國大學生英語水平和閱讀英語文獻能力的提高，而且也提高了中國大學生在跨國企業(yè)中的競爭力。
3.實習和實驗課程的加強以及環(huán)保活動的參與
環(huán)境工程是一門實踐性與參與性極強的課程，要求學生有嫻熟的實驗技能和豐富的實習課程。作為培養(yǎng)環(huán)境人才主力的高校，我們要盡全力為學生提供實驗環(huán)境及實驗設備，使學生的基礎實驗能力不能缺乏。另一方面我們要加強校企合作，使學生有更多的機會參與到實際解決環(huán)境問題的過程中來，條件允許的情況下，有必要讓學生積極進行一些實際的環(huán)境工程設計，而不是單純依靠畢業(yè)設計來訓練學生的分析與解決問題的能力。另外，我們要建立引導式和啟發(fā)式專業(yè)實驗課堂，精選實驗項目，選擇環(huán)境專業(yè)中比較經(jīng)典的基礎實驗，編寫新的實驗講義要做到理論聯(lián)系實際，使實驗內容更能激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維。此外，以環(huán)保為主題的活動要盡量豐富多彩，環(huán)保競賽、環(huán)保演講賽、環(huán)保科技制作大賽、環(huán)保進社區(qū)、以學生為發(fā)起對象的環(huán)保倡議活動都能有效地促進學生的積極性和環(huán)保意識，增強其在學校和社會上的影響力。環(huán)境專業(yè)人才要求扎實過硬的環(huán)境專業(yè)知識基本功，更應該有社會環(huán)境，人人有責的號召力和感染力。
4.結語
海洋微藻研究的苦與樂
時間追溯到2004年，嚴小軍在浙江樂清翁育苗場檢驗微藻餌料生物是否具有設想營養(yǎng)價值。剛開始，育苗場的老板并不同意，嚴小軍就用科學精神去感動他，告訴他們這樣做的目的是為了讓今后的育苗更加可靠。就這樣，嚴小軍和他的研究生每天一清晨就到育苗場干活，空余時間則在一起做不同餌料微藻的營養(yǎng)效果實驗，衣服不知被汗水浸濕多少回。終于功夫不負有心人，實驗得出結果，今后育苗只要選取1-2種餌料生物就可以達到更好的效果。令人意想不到的是，實驗選出的餌料在當年的育苗中就取得了更好的經(jīng)濟效益，“這時候大家是何等的開心！”后來，他們把育苗場收集的樣品帶回實驗室繼續(xù)分析，最后看到了特定的脂類物質出現(xiàn)了選擇性的富集，“我們知道當初提出的假設成功了！”
實驗的成功無疑讓每個參與其中的人都為之振奮，但殊不知，經(jīng)驗豐富的育苗高手――嚴小軍的研究助手徐繼林老師一開始并不看好他們的假設。這個餌料微藻是否會真的像嚴小軍設想的一樣是具有不同的餌料效果？餌料的效果是否真的來自脂類營養(yǎng)學的影響？徐繼林將信將疑，而且他也擔心在育苗場做實驗是否能取得足夠的支持和精細的樣品。
實踐是驗證真理的唯一標準，實驗之后徐繼林相信了。“徐老師在此之后成為了這一研究的主力，即使在我們獲得國家獎之后，我和他還是一直深入地探討是否有可能進一步改進我們的技術”，通過不斷努力，嚴小軍建立了國際上最先進的微藻脂類學研究方法，從而可以篩選到了更好的餌料微藻。在福建漳州詔安，他們建立了東南沿海最大的灘涂貝類育苗基地。
那么，什么是微藻脂類學研究？國際上對于脂組學的研究出現(xiàn)于90年代末，主要基于液質聯(lián)用的分析方法對海洋微藻全脂組成進行精準分析，該項技術曾獲2002年諾貝爾化學獎，已經(jīng)成為近年來廣泛興起的蛋白質組學、代謝組學的重要研究工具。而微藻脂類物質主要包括：甘油磷脂（磷脂酰膽堿、磷脂酰絲氨酸、磷脂酰肌醇、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰甘油）、甘油糖脂（MGDG、DGDG、SQDG）、甘油三酯、甘油甜菜堿酯（DGTS、DGTC、DGTA）、鞘脂（Sphingosine、Cer、GSL），這些物質結構多樣復雜并擔負不同的生理功能，脂類物質隨生理條件會出現(xiàn)相互轉化。
海洋微藻的大學問
對海洋微藻脂類的研究有三大意義：作為微藻本身及其食物鏈以及生物地球化學循環(huán)的重要生物指示物，作為微藻生理學代謝與營養(yǎng)學的重要指標，作為微藻生物能源的重要物質基礎。
所以，對微藻脂類研究勢在必行。嚴小軍所在的實驗室是國內最早開展微藻脂組學研究的研究團隊，他門采用飛行時間質譜高精度分析的技術手段，解決了一些早期研究中無法識別的精細結構的判別特征和判別規(guī)律，也發(fā)現(xiàn)了一些新型的脂類結構。經(jīng)過近十年的持續(xù)研究，已經(jīng)形成一套完整的脂類結構的分析技術和脂組學技術體系。近年來，隨著質譜技術的快速發(fā)展，鑒定極為復雜的脂類物質的結構組成為可能，同時結合不同條件下結構組變化的規(guī)律，形成脂組學新學科，是代謝組學技術中發(fā)展最快的專門領域。
目前，他們已經(jīng)成為國際上較為知名的微藻脂類學研究的研究隊伍，收獲眾多前沿發(fā)現(xiàn)。比如，在微藻鞘脂方面發(fā)現(xiàn)了一些全新的糖鞘脂結構，這些糖鞘脂結構作為新的微藻化學分類學生物指標具有重要意義，且可能與微藻抗病毒的能力有關；發(fā)展了微藻甘油三酯的精確結構鑒定方法，解決了微藻甘油三酯共流出組分的精確判斷方法；在微藻脂組學研究微藻生理代謝中，發(fā)現(xiàn)硅藻氮缺乏是微藻生長從指數(shù)期向對數(shù)期轉變的最為關鍵的生源要素限制因素，而并非傳統(tǒng)認為的硅缺乏，這一發(fā)現(xiàn)與近期對于硅藻基因組中出現(xiàn)罕見的鳥氨酸循環(huán)具有科學解釋的一致性，同時還觀察到硅藻類是所有餌料微藻中能夠在進入生長平臺期后最快速積累甘油三酯，是最優(yōu)良的餌料生物；在微藻分類學方面，解決了骨條藻、微綠球藻中幾株形態(tài)相似種的脂類學判別難題。
對于目前已經(jīng)取得的傲人成績，嚴小軍并沒有浮躁，而是冷靜地認識到，“相對于國際上一些重要的研究團隊來說，我們對于微藻脂類學的研究技術已經(jīng)處于尖端水平，但將微藻脂類學的研究方法放入一個更加宏觀的生理學與生態(tài)學研究的問題中尚顯能力不足”，美國伍茲霍爾海洋研究所的科學家采用微藻脂類學研究技術提出了藍細菌對于磷限制耐受的新觀點；以色列魏斯曼研究所的科學家利用微藻脂類學研究技術提出了顆石藻受病毒入侵的鞘脂生物合成基因橫向傳遞的新理論……
差距雖有，但令人欣慰的是，嚴小軍近期在對深海熱液口盲蝦的脂類學分析中發(fā)現(xiàn)了不同于光合作用層普通蝦的鞘脂差異，為深海熱液口盲蝦的生理學適應提出了一個新的視角。
除了海藻脂類學研究，嚴小軍的另一大創(chuàng)新性成果是――微藻脂肪酸甾醇同時分析，這是緊密圍繞微藻營養(yǎng)對于貝類生長發(fā)育的一項技術創(chuàng)新。由于貝類在攝食微藻后可能同時對脂肪酸和甾醇都有營養(yǎng)需求，哪個物質對貝類的生長更為重要？這時就需要同時分析兩類物質的變化規(guī)律以精確判別其重要性。如果采用傳統(tǒng)的脂肪酸和甾醇分開測定，不僅需要兩份樣品做平行的獨立分析，而且可能由于不同的分析批次而導致結果的系統(tǒng)性誤差。因此，嚴小軍在充分研究傳統(tǒng)分析方法的基礎上，發(fā)現(xiàn)了“如果將脂肪酸充分甲酯化之后，再直接對甾醇進行硅醚化衍生，進行一次性的GCMS分析就可以同時獲得分析結果”，幸運的是，他在實際分析中發(fā)現(xiàn)脂肪酸甲酯和甾醇硅醚在出峰時間上分別處在兩個差異顯著的時段，這大大簡化了物質結構判別中可能出現(xiàn)脂肪酸甲酯和甾醇硅醚混雜在一起而所帶來的潛在麻煩。有了新的分析方法，后續(xù)的實驗就順利許多，最終研究結果發(fā)現(xiàn)，貝類攝食微藻后，對于特定的脂肪酸具有顯著的富集作用，而對于甾醇，尤其是膽固醇，具有更加高效的富集倍率。這不僅使嚴小軍了解到了貝類對于微藻脂類營養(yǎng)的一些內在規(guī)律，還為選用微藻高效營養(yǎng)種類指明了路徑。
實現(xiàn)產(chǎn)學研的成功轉化
在嚴小軍看來，要進一步使我國的藻類資源開發(fā)利用走在國際前沿水平，我們仍然需要不斷地努力，要實現(xiàn)這一目標，主要解決兩個關鍵問題，一個是新型設備的產(chǎn)業(yè)鏈改造，我們所知，目前企業(yè)在自動化控制方面已經(jīng)達到一個較高的水平，但是在新型加工工藝裝備方面，仍然依靠進口設備，缺乏自主知識產(chǎn)權，“短時間內無法改變這種局面，但需要下決心改進工藝設備的高端化”。
另一個問題是研發(fā)成果的產(chǎn)業(yè)化。“相比于老一輩科學家而言，我們更加注重學術成果，但對于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的緊密結合做得不如前輩好。”近五年來，有趨勢表明，科研成果的產(chǎn)業(yè)化在得到有效地推進，“大家有理由相信，新產(chǎn)品新工藝的產(chǎn)業(yè)化將進入一個快速發(fā)展的新時期。”
如今，嚴小軍正在進行3項產(chǎn)學研合作的探索。針對螺旋藻紅球藻高質量培養(yǎng)與加工技術，2011年與云南程海麗江程海保爾生物開發(fā)有限公司合作，共同申報發(fā)明專利16項，包括“大規(guī)模培養(yǎng)雨生紅球藻和轉化蝦青素的裝置及其方法”“一種螺旋藻培養(yǎng)基循環(huán)利用的方法”“一種養(yǎng)殖螺旋藻越冬復壯保種的培養(yǎng)基”……研究掌握了螺旋藻重金屬積累溯源的主要途徑，突破了螺旋藻重金屬的減除技術，極大地改進了螺旋藻的產(chǎn)品質量和廢水處理技術。
針對海藻生物活性物質與海藻工業(yè)技術，2012年與山東日照潔晶集團股份有限公司合作，重點針對海藻化工行業(yè)產(chǎn)品種類趨同、利潤低下、工藝耗水量大等問題，提出了將傳統(tǒng)海藻工業(yè)老三樣“海藻酸鈉、甘露醇、碘”提升為新三樣“巖藻黃素、褐藻多酚、巖藻多糖硫酸酯”的產(chǎn)業(yè)合作創(chuàng)新構想。
針對微藻餌料營養(yǎng)供應技術，2012年與福建寶智水產(chǎn)科技有限公司合作，共進行了10余種灘涂貝類苗種培育，其中3個品種為首次進行規(guī)模化生產(chǎn)，無論是苗種的質量還是經(jīng)濟效益均居全國同行業(yè)首位，2014年各項產(chǎn)品年銷售額突破5000萬元。建成了東南沿海規(guī)模最大的灘涂貝類育苗基地、全國灘涂貝類行業(yè)中唯一一家溫控車間――“循環(huán)溫控新品種培育車間”。
打開海洋生物科學研究的一扇窗
2013年，在北京生物芯片國家工程研究中心程京院士的指導下，嚴小軍領導建立了生物芯片北京國家工程中心寧波分中心――我國唯一的海洋領域的生物芯片分中心。該中心的目標是將生物芯片技術應用于生態(tài)環(huán)境、生物育種、海水養(yǎng)殖病害快速檢測等領域，是海洋生物技術科學研究和產(chǎn)業(yè)化的一個重大機遇。
生物芯片為何物？簡單來說，生物芯片就是一種將多數(shù)的生物分子探針取得快速檢測的方法和技術，最主要的是DNA探針微陣列技術，芯片的制造和檢測技術包括了材料學、化學、分子生物學等多學科的技術手段。其應用主要包括“物種的快速檢測”和“生物生理學變化的多參數(shù)變化規(guī)律測定”兩個方向，用途十分廣泛。
中心成立以來，嚴小軍團隊已成功建立基于LAMP-LFD技術的藍藻有毒水華的監(jiān)控新技術。目前，有多位教授承擔了國家級生物芯片的重大科技計劃，取得了很大進展。其中，張德民教授采用生物芯片技術，提出了基于微生物群落結構變化的海水養(yǎng)殖健康診斷新方法，對于東海近海海域提出了基于微生物分子區(qū)系結構的區(qū)域劃分方法。程京院士將生物芯片技術應用于海洋，可能在生態(tài)環(huán)境診斷、生物病害篩查、生物探礦、海洋微型生物快速鑒定等領域具有廣闊的用途，“生物芯片技術有望在‘十三五’期間實現(xiàn)在海洋領域的產(chǎn)業(yè)化突破。”
今年以來，嚴小軍擔任了寧波大學副校長，主要分管國際教育和寧波海洋研究院的籌建，工作異常繁忙，“但對于科學研究和學生培養(yǎng)，仍然是我心中關注的中心”，作為一個科研人員，嚴小軍很贊同這樣一個觀點，“做學問要有好奇心、學術榮譽感、社會責任感”。好奇心是要對自己研究的事情有濃厚的興趣，學術榮譽感是要對自己發(fā)表的研究結果有一種自信和珍惜，社會責任感就是要時刻關注自己的研究是否可以應用于社會經(jīng)濟，“這三條也是我培養(yǎng)學生的育人理念”。
【關鍵詞】環(huán)境工程 改革與創(chuàng)新 環(huán)保意識
【項目來源】河南科技大學教育教學改革重點資助項目“《環(huán)境生態(tài)學》課程教學創(chuàng)新改革建設與實踐研究”（編號：2012Z-009）。
【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】C 【文章編號】2095-3089（2014）09-0248-01
隨著中國的經(jīng)濟發(fā)展和城市化進程的加快，環(huán)境問題越來越多的被政府提上日程，環(huán)境保護相關職業(yè)也被譽為21世紀最熱門的職業(yè)之一。作為主要培養(yǎng)環(huán)境人才的高校來說，環(huán)境相關專業(yè)的改革與創(chuàng)新已迫在眉睫。河南科技大學的環(huán)境工程專業(yè)作為化工與制藥學院一個分支越來越顯現(xiàn)出該專業(yè)的局限性，一方面不能滿足化工與制藥方向的環(huán)保要求，另一方面隨著人們環(huán)保意識的增強，環(huán)保越來越生活化。縱觀各個高校的環(huán)境工程專業(yè)大致由三種形式發(fā)展而來：第一，市政工程發(fā)展而來的環(huán)境工程專業(yè)；第二由傳統(tǒng)的化學、化工類專業(yè)發(fā)展而來的環(huán)境工程專業(yè)；第三由其他礦業(yè)、石油、冶金、海洋、農業(yè)等院校的相關專業(yè)發(fā)展而來的環(huán)境專業(yè)。因此，各個院校的環(huán)境專業(yè)所覆蓋的學科相對來說都比較少。一名合格的環(huán)境工程師不僅要求有扎實的專業(yè)知識技能，而且要求具備熟練的實驗技巧以及應對環(huán)境問題的創(chuàng)新能力。河南科技大學通過豐富課程設置、改變傳統(tǒng)教學模式、加強理論聯(lián)系實踐等措施對環(huán)境工程專業(yè)教學改革進行了探索與創(chuàng)新，在辦學理念、人才培養(yǎng)目標、人才培養(yǎng)模式、人才培養(yǎng)質量等方面具有顯著特色，建成了具有較高社會聲譽的專業(yè)，適應了經(jīng)濟社會發(fā)展的需要。
1.豐富環(huán)境專業(yè)的課程設置
環(huán)境問題涉及多學科，覆蓋面廣。因此課程設置不僅要包括傳統(tǒng)的四大化學及與化學、化工相關的專業(yè)課外，也應該涉及生活中的邊緣學科農學、材料、冶金、海洋、市政等與環(huán)境息息相關的課程。河南科技大學現(xiàn)有的環(huán)境專業(yè)的課程遠遠滿足不了日益涌現(xiàn)的環(huán)境問題的需要。例如農學課程的《特種經(jīng)濟作物栽培》、《農產(chǎn)品加工》，環(huán)境工程的學生可以站在環(huán)境的角度分析和學習農作物的栽培和加工是否會對環(huán)境造成潛在的危害。材料學的《高分子與復合材料》、《工程材料研究技術》，這兩門課程的學習會讓學生在了解有關新型材料的同時，注重材料的環(huán)保意義。現(xiàn)代人的生活越來越重視裝潢材料及工程材料對人類健康和環(huán)境保護的意義。海洋學的《海洋化學》、《海洋調查與檢測》，水體污染是最嚴重的環(huán)境問題之一，這兩門課程可以更加深入地幫助學生了解海洋所進行的化學變化，從原理上用環(huán)境的方法指導海洋水體的保護。市政工程的《城市給排水工程》、《市政工程課程設計》，這兩門課程引領學生關心身邊的生活起居環(huán)境問題以及激發(fā)學生為市政工程的環(huán)境意義和以開設有關課程引導學生深入思考霧霾形成的原因，從而提出創(chuàng)造性的解決方法。通過增加安全方面提出合理的建設性的建議。總之，與環(huán)境工程相關專業(yè)的課程延伸性特別強，本科教育強調學生的知識掌握廣度，在學好環(huán)境工程專業(yè)的專業(yè)課之外，我們必須加強對學生興趣的培養(yǎng)，開設更多與生活相關的環(huán)境問題的課程。例如近期熱議的霧霾天氣，學院完全可有關生活化的環(huán)境問題的選修課程有目的地培養(yǎng)多樣化環(huán)境工程人才，一方面滿足了本科培養(yǎng)素質人才的要求，另一方面可以增加學生畢業(yè)之后的就業(yè)寬度。
2.改變傳統(tǒng)的教學模式
傳統(tǒng)的教學模式注重的是教師的受教，學生是被動性的接受知識，沒有留給學生思考和創(chuàng)新的空間。河南科技大學的環(huán)境專業(yè)是工學方向的，環(huán)境科學和環(huán)境工程是一個方向兩種不同的培養(yǎng)方案。環(huán)境科學偏向知識的學習和研究，而環(huán)境工程則偏向實踐與應用型人才的培養(yǎng)。要想改變這種培養(yǎng)模式，首先要求我們在教學上有所革新。在新教學模式的探索中我們要突出學生的主體地位，建立以學生為主體、教師組織、全校服務的教學模式。高校的環(huán)境工程專業(yè)教科書，只能滿足學生對一些原理知識的掌握，有關最新、最前沿的知識和案例通常很少涉及，而環(huán)境工程專業(yè)就是為了解決和防止已經(jīng)出現(xiàn)的和即將出現(xiàn)的環(huán)境問題而設置的。鑒于這種目的要求教師將最新、最熱門的環(huán)境問題雜糅在教科書中，并且完全可以以一種討論案例的方式組織整堂課程教學。一方面增加了教師與學生的課堂互動，另一方面使學生更加透徹與深刻地掌握了本節(jié)所要學習的內容。教師在選擇案例時要注意案例的特點，每個案例的設計要求在討論中能突出課程中的某些難點和重點，使學生對課程的一些問題有較深的理解，從而提高分析問題和解決問題的能力。再次，雙語教學的探索也是新型教育模式的一種探索。我國高校的非英語專業(yè)普遍采用中文教學，而在一些發(fā)展中國家，例如印度，巴基斯坦等高校使用英語專業(yè)課教材、英語授課、課堂辯論用英語、用英文寫論文報告。印度大學生總體英語水平比中國大學生高的多，故此在全球產(chǎn)業(yè)鏈分工競賽中，印度大學生優(yōu)勢明顯。中英雙語教學模式的實施不僅有助于中國大學生英語水平和閱讀英語文獻能力的提高，而且也提高了中國大學生在跨國企業(yè)中的競爭力。
3.實習和實驗課程的加強以及環(huán)保活動的參與
環(huán)境工程是一門實踐性與參與性極強的課程，要求學生有嫻熟的實驗技能和豐富的實習課程。作為培養(yǎng)環(huán)境人才主力的高校，我們要盡全力為學生提供實驗環(huán)境及實驗設備，使學生的基礎實驗能力不能缺乏。另一方面我們要加強校企合作，使學生有更多的機會參與到實際解決環(huán)境問題的過程中來，條件允許的情況下，有必要讓學生積極進行一些實際的環(huán)境工程設計，而不是單純依靠畢業(yè)設計來訓練學生的分析與解決問題的能力。另外，我們要建立引導式和啟發(fā)式專業(yè)實驗課堂，精選實驗項目，選擇環(huán)境專業(yè)中比較經(jīng)典的基礎實驗，編寫新的實驗講義要做到理論聯(lián)系實際，使實驗內容更能激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維。此外，以環(huán)保為主題的活動要盡量豐富多彩，環(huán)保競賽、環(huán)保演講賽、環(huán)保科技制作大賽、環(huán)保進社區(qū)、以學生為發(fā)起對象的環(huán)保倡議活動都能有效地促進學生的積極性和環(huán)保意識，增強其在學校和社會上的影響力。環(huán)境專業(yè)人才要求扎實過硬的環(huán)境專業(yè)知識基本功，更應該有社會環(huán)境，人人有責的號召力和感染力。
4.結語
鑒于環(huán)境工程專業(yè)發(fā)展特點， 新型環(huán)境人才的培養(yǎng)需要新的知識結構，既要掌握最近污染治理新技術，也需要熟悉主要行業(yè)的基本生產(chǎn)過程及技術。在理論教學方面應從把握專業(yè)發(fā)展趨勢、知識體系的構建和注重培養(yǎng)獨立思考能力等方面下功夫，同時結合實際環(huán)境問題及當前環(huán)境現(xiàn)狀和環(huán)境保護方向，加大對實踐教學的建設力度。
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關鍵詞： 海洋管理專業(yè) 課程設置 思考
一、開設海洋管理專業(yè)的時代背景
2001年，聯(lián)合國正式文件中提出“21世紀是海洋世紀”，是人類全面認識、開發(fā)海洋的世紀，也是海洋高科技發(fā)展的世紀。21世紀人類面臨的“人口劇增、資源匱乏、環(huán)境惡化”三大問題的挑戰(zhàn)，其根本出路在于向海洋開發(fā)。研究海洋、規(guī)劃管理海洋、綜合開發(fā)利用海洋，促進海洋經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，是世界各瀕海國家或地區(qū)的政府普遍重視的問題，也是該領域的專家、學者日益關注和研究的熱點問題。發(fā)展海洋科學、開發(fā)海洋技術、加強海洋管理、維護海洋權益是各國政府的共同選擇。
我國是海洋大國，擁有18000公里的海岸線，依照《聯(lián)合國海洋法公約》中200海里專屬經(jīng)濟區(qū)制度和大陸架制度，我國可管轄的海域有300萬平方公里。目前，我國沿海地區(qū)以占全國13%的陸地面積養(yǎng)活了全國40%的人口，創(chuàng)造了60%的GNP。自20世紀80年代以來，我國海洋產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的速度就遠高于同期國民經(jīng)濟發(fā)展的速度。基于海洋經(jīng)濟的巨大潛力，我國沿海地區(qū)的許多省份都將發(fā)展海洋經(jīng)濟提到了戰(zhàn)略高度。如，90年代初，遼寧省首先提出了建設“海上遼寧”戰(zhàn)略，很快，山東省提出了“海上山東”的戰(zhàn)略思路，隨后，從北到南，一個個“海上”經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略相繼出臺。
然而，我國的海洋問題嚴峻、令人擔憂。首先，就總體而言，全民族的海洋觀念薄弱。國人對960萬平方公里的土地刻骨銘心，但對于300萬平方公里的海洋國土，卻茫然無知。其次，由于缺乏高層次的海洋科技人才和管理人才，我國的海洋資源得不到有效開發(fā)，海洋權益得不到應有的維護，“藍色國土”正在受到周邊一些國家的覬覦。最后，中國已經(jīng)加入WTO，如何按照WTO的規(guī)則來管理、運作海洋，也是我國面臨的一個新課題。
維護海洋權益、發(fā)展海洋經(jīng)濟、保護海洋環(huán)境迫切需要一大批既懂海洋科學技術，又懂海洋經(jīng)濟管理的應用復合型高層次人才。國家海洋局原局長王曙光同志指出：沒有一個高水平的現(xiàn)代化管理隊伍，就不可能有高水平的海洋管理，就不可能有高水平的海洋事業(yè)，要抓緊培養(yǎng)一批高素質的優(yōu)秀人才。鑒于我國海洋管理專業(yè)人才的缺乏，青島海洋大學受國家海洋局委托于2002年向國家培養(yǎng)輸送了第一批海洋管理專業(yè)人才，并于2002年按教育部正式批準的海洋管理專業(yè)向全國招生。
江蘇是海洋大省，有945公里的海岸線、2.44萬平方公里的淺海、占全國1/4的灘涂，海洋區(qū)位優(yōu)勢明顯。江蘇海洋資源密度指數(shù)列全國第二，豐度指數(shù)列全國第六，綜合指數(shù)列全國第三，海洋自然資源的分布在我國處于重要地位。開發(fā)海洋資源，發(fā)展海洋經(jīng)濟，建設“海上”已成為江蘇跨世紀的戰(zhàn)略舉措。“九五”以來，江蘇海洋產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值年平均增長24.6%，大大超過了同期國民經(jīng)濟增長速度，2000年已達到360億元。根據(jù)《江蘇省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十個五年計劃――海洋經(jīng)濟發(fā)展專項規(guī)劃》，“十五”期間，江蘇的海洋經(jīng)濟增加值預期年平均增長15%左右，經(jīng)濟結構進一步優(yōu)化，海洋工業(yè)將成為沿海地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)。
江蘇雖然是海洋大省，但是海洋高等教育卻比較薄弱，至今既沒有一所獨立設置的海洋大學，又沒有主要面向海洋的高層人才的培養(yǎng)基地，海洋科技與管理人才的短缺已成為江蘇海洋經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的“瓶頸”。由于海洋人才的缺乏，江蘇這個海洋大省卻是海洋經(jīng)濟的弱省，江蘇海洋產(chǎn)業(yè)的總量僅占全國海洋經(jīng)濟總量的3.9%；江蘇“九五”規(guī)劃中海洋產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值目標，實際完成量不到規(guī)劃目標的50%，只占廣東海洋產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的14.1%，山東的19.8%，遼寧的44.7%。這一“大”一“小”的數(shù)字對比，向人們發(fā)出了強烈的呼吁：要把江蘇建設成海洋強省必須構建人才高地，實地調研表明江蘇各地海洋管理部門迫切需要高層次的海洋管理人才。
二、開設海洋管理專業(yè)的優(yōu)勢
1.有江蘇省省委、省人大、省政府的強力支持。淮海工學院地處江蘇沿海的連云港市，面向海洋辦學是我院辦學的特色定位，我院未來的發(fā)展目標是大力發(fā)展海洋學科，建設江蘇海洋大學。省委、省人大、省政府對以淮海工學院為基礎建設海洋大學寄予了厚望。早在1998年，江蘇省人大常委會就曾對以淮海工學院為基礎創(chuàng)建江蘇海洋大學的課題進行了調研并形成了專門議案。2003年10月，在江蘇省海洋經(jīng)濟發(fā)展聯(lián)席會上，季允石同志指示我院要借鑒國內外海洋大學的辦學經(jīng)驗，加快相關專業(yè)建設。《江蘇省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十個五年計劃――海洋經(jīng)濟發(fā)展專項規(guī)劃》明確指出，把淮海工學院列為江蘇海洋人才的培養(yǎng)基地，要求為江蘇海洋經(jīng)濟培養(yǎng)更多的人才。
2.淮海工學院在設立海洋管理專業(yè)、培養(yǎng)復合型海洋管理人才方面具有明顯的區(qū)位優(yōu)勢和基礎優(yōu)勢。江蘇連云港市是江蘇“海上”戰(zhàn)略實施的重點地區(qū)。《中國21世紀議程》、《全國海洋開發(fā)規(guī)劃》和《江蘇省海洋經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》，都將連云港市的海洋開發(fā)列為重點，連云港市豐富的海洋資源為海洋經(jīng)濟的發(fā)展提供了十分有利的條件，也為海洋管理專業(yè)的實踐教學與課題研究和畢業(yè)生就業(yè)提供了良好的平臺。因此，在淮海工學院設立海洋管理專業(yè)有著獨特的區(qū)位優(yōu)勢。二級學院――海洋學院，前身是隸屬江蘇水產(chǎn)局的一所老牌學校――江蘇省連云港水產(chǎn)學校，有著50多年的辦學經(jīng)驗，形成了以“海洋、水產(chǎn)”為主的辦學特色。海洋管理專業(yè)依托的經(jīng)濟管理系，其工商管理學科是我院重點建設的學科之一，法學本科專業(yè)近年正式招生，該系的經(jīng)濟學、管理學、法學類課程的教學基礎扎實，且有相當成熟的辦學經(jīng)驗。因此，我院培養(yǎng)復合型、高層次的海洋管理專業(yè)人才具備凸顯的辦學優(yōu)勢。
3.淮海工學院的師資力量能夠滿足海洋管理專業(yè)的辦學要求。首先，淮海工學院屬于多科性的工科院校，涉海專業(yè)較多，海洋管理專業(yè)所需要的師資隊伍在專業(yè)知識結構上能基本滿足教學要求。專業(yè)所開設的公共基礎課、專業(yè)基礎課和專業(yè)課的絕大部分教師都由本院師資提供。教師在職稱結構、年齡結構等方面比較合理。現(xiàn)有教師中，教授8名，副教授30人，講師6人；其中，博士學位教師22人，碩士學位教師20人。為增強實踐教學效果，提高學生的實踐能力，已從有關部門聘請從事海洋管理實際工作的專家擔任客座教授。并同中國海洋大學、廈門大學、湛江海洋大學、浙江海洋學院等相關院系建立了橫向聯(lián)系，尤其是與比鄰高校、國內第一個設立海洋管理專業(yè)的高校――中國海洋大學的相關院系在教學計劃制定、師資培養(yǎng)、教材建設等資源共享上達成了合作意向。
4.專業(yè)師資學術水平較高、科研成果頗豐。自1985年建校以來，淮海工學院一貫重視科研工作，院系兩級建立了多種科研基金以鼓勵教師開展科研活動，并把教師的科研成果與教師考評、職務聘任直接掛鉤。近五年來，教師開展科研蔚然成風，教師的學術水平明顯提高，取得了一系列豐碩的科研成果。承擔海洋管理專業(yè)教學任務的全部教師，已在國內外重要刊物上400余篇，出版著作、教材30余部，已開展的各類課題140余項，其中，有35項科研成果獲得省級、市級和院級科研成果獎勵。
5.教學資源豐富，能夠滿足學生高質量地進行學習、研究與生活的需要。我校有館藏圖書近百萬冊，中外文期刊報紙1400余種。圖書館已鏈接清華大學學術期刊光盤鏡像站、萬方數(shù)據(jù)庫鏡像站等多家專業(yè)網(wǎng)站。館藏經(jīng)濟與管理類專業(yè)圖書10余萬冊，中外文專業(yè)期刊報紙130余種；館藏海洋學科及相關圖書資料14余萬冊，訂閱海洋學科專業(yè)期刊20余種，建立海洋認識和調查的校外實習基地6個。
6.為開設海洋管理專業(yè)做了充分的論證。我院從2001年7月就開始籌劃海洋管理專業(yè)。在2001年暑假、2002年暑假召開了兩屆海洋特色專家論壇，邀請中科院海洋研究所、中國海洋大學和江蘇海洋漁業(yè)局等單位的專家與領導，為我院的海洋特色出謀劃策。為提高現(xiàn)有涉海專業(yè)師資的專業(yè)水平，派教師到有關院校調研、訪學和進修，并從青島海洋大學、省海洋漁業(yè)局、省海洋研究所等單位聘請資深人士任我院海洋管理專業(yè)的客座教授，這樣既有利于拓展專業(yè)的辦學空間，又有利于利用社會高質量的人才資源。
三、專業(yè)定位及課程設置的依據(jù)
海洋管理是社會管理的一個領域和構成部分，是隨著人類海洋開發(fā)活動的展開和發(fā)展而產(chǎn)生的一種管理活動，是指政府和海洋開發(fā)主體對海洋資源、海洋環(huán)境、海洋開發(fā)利用活動、海洋權益等進行的調查、決策、計劃、組織、協(xié)調和控制工作。海洋管理的主體是政府有關職能部門和海洋開發(fā)主體，政府有關職能部門對海洋的管理主要是宏觀管理和執(zhí)法管理；海洋科技機構和海洋企業(yè)等海洋開發(fā)主體，主要是對海洋開發(fā)利用活動和海洋科技活動進行微觀管理。海洋管理的內容主要包括海洋資源管理、海洋環(huán)境管理、海洋經(jīng)濟管理、海洋科技及其產(chǎn)業(yè)化管理、海洋信息管理、海洋權益管理、海洋人力資源管理，等等。因此專業(yè)定位就是培養(yǎng)德、智、體、美、勞全面發(fā)展，系統(tǒng)掌握海洋科學、海洋管理基本理論和規(guī)律，具有良好科學素養(yǎng)和創(chuàng)新精神，能在海洋管理相關管理部門從事海洋管理、教學和科研的專門人才。
專業(yè)定位是課程設置的依據(jù)，圍繞專業(yè)的課程設置分為五個模塊：通識教育模塊（哲學原理、思想概論、法律基礎、概率論與數(shù)理統(tǒng)計等課程）、學科基礎教育模塊（海洋科學導論、海洋管理通論、管理信息系統(tǒng)、海洋調查、海洋資源與利用、國土規(guī)劃學、海洋資源與利用等課程）、專業(yè)必修課模塊（海域使用管理、海岸帶管理、海洋監(jiān)察管理、行政管理學、地理信息系統(tǒng)等課程）、專業(yè)選修課模塊（生物海洋學概論、海洋化學概論、環(huán)境海洋學概論、海洋生態(tài)學、海洋政策選講、海洋科技發(fā)展動態(tài)等課程）和實踐教學模塊（海洋調查實習、信息系統(tǒng)課程設計、課程認識實習、畢業(yè)實習等）。
在課程設置上還需體現(xiàn)實用的原則，根據(jù)學生生源狀況女生和文科生較多，以及學生就業(yè)與考研深造等實際需求，體現(xiàn)厚基礎、寬口徑原則和自主選擇專業(yè)方向原則，加大了專業(yè)選修課程的比例，即在原有專業(yè)選修課程的基礎上，增加了《西方經(jīng)濟學》、《管理學原理》、《現(xiàn)代企業(yè)管理》、《產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟學》、《國際貿易》和《財政與稅收》等專業(yè)基礎選修課程、專業(yè)方向和特色選修課程。通過《西方經(jīng)濟學》、《管理學原理》、《產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟學》等課程的設置，拓寬了學生的經(jīng)濟學科知識面，而《金融學》和《管理學》等應用型課程則提高了學生的應用能力，且知識結構體系能更好地適應社會發(fā)展的需要和人才個性化發(fā)展的需要。在體現(xiàn)科研能力培養(yǎng)的原則上，改進相關課程教學環(huán)節(jié)，在課程設置中安排科研講座和畢業(yè)論文寫作環(huán)節(jié)，提高學生的科研能力。
四、取得的成績與面臨的挑戰(zhàn)
經(jīng)過多年專業(yè)建設及發(fā)展，淮海工學院海洋學院海洋管理專業(yè)從專業(yè)定位到課程設置，從教學到實習都創(chuàng)出了一條切實可行的路子，取得了一定的成績。一是畢業(yè)生在國家海洋與漁業(yè)局的公務員考試中取得了較好的成績，其中海管031班的胡永歌同學在公務員考試中以筆試和面試雙第一的成績被江蘇省海洋與漁業(yè)局錄取。二是畢業(yè)生在研究生考試中取得了較好成績，歷年來的錄取率都在50%以上，如海管031班的馮煒同學以408的高分考入南京師范大學行政管理專業(yè)，郭境同學以342的高分考入廈門大學海岸帶綜合管理專業(yè)，張珍寶同學以325的高分考入中國海洋大學海洋管理專業(yè)，黃康寧同學以375的高分考入上海海洋大學海洋生態(tài)專業(yè)，等等。三是畢業(yè)生在各級各類競賽中取得較好成績，其中海管041班的張飛同學取得2005年全國大學生數(shù)學建模競賽江蘇賽區(qū)一等獎，楊倩同學取得2006年第十屆希望杯全國師生書畫印大獎賽大學組三等獎，趙青同學獲得2005年中央電視臺第六屆希望之星英語風采大賽江蘇賽區(qū)大學組優(yōu)秀獎、全國大學生英語競賽A級二等獎，等等。四是課程設置專業(yè)滿意度逐年上升，不滿意度逐漸下降，如滿意度從2003級的81.25%上升到2004級的87.76%，而不滿意度從2003級的18.75%下降到2004級的12.24%。總之，成績是主流，但隨著社會行業(yè)的發(fā)展，對海洋管理專業(yè)的畢業(yè)生提出了新的挑戰(zhàn)，有了新的知識技能要求，因此海洋管理專業(yè)課程設置必須與時俱進。
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[關鍵詞]深海 捕獲 采樣 深海生物
1引言
和傳統(tǒng)海域不同,深海是一個非常特殊的生態(tài)環(huán)境,可以說是地球上最惡劣的環(huán)境之一。這里永久低溫(火山口除外)、高壓、黑暗。海水每加深10米,就會增加一個大氣壓。在1萬多米的深海,壓力高達1000多個大氣壓,也就是在每平方厘米的面積上的壓力可達到1000公斤 [1]。
近年來,隨著各國海洋技術的發(fā)展,科學家紛紛把目光聚焦到深海這片廣闊而又神秘的未知領域。其中對深海生物的探索主要包括了兩方面:一是對生命起源的探索,如對發(fā)現(xiàn)深海熱液噴口生物群落等[2];二是對深海生物樣本進行采樣及研究。本文將詳細敘述近年來對深海生物捕獲技術方面的現(xiàn)狀、進展以及收獲。
2深海生物捕獲技術
深海生物捕獲,即對深海生物進行采樣,把生物樣品從深海捕獲出水進行科學研究。從生物特性上來看,浮游生物行動力差,分布較多,所以相對容易捕獲。目前國內外對浮游生物的捕獲技術已經(jīng)比較成熟,傳統(tǒng)的捕獲方法就是利用深海拖網(wǎng)、取樣器或者抓斗獲取生物樣本,然后拖上岸來進行過濾分離[3]。而對于深海一些較大型生物(諸如深海底棲生物、游泳生物)的捕獲相對較難,當今的捕獲技術主要分為拖網(wǎng)技術以及深潛器技術,結合一些比較簡單的誘捕技術。
2.1 深海拖網(wǎng)捕獲技術
拖網(wǎng)捕獲技術,是一種利用船舶航行的拖拽式采樣方式。主要分為底拖網(wǎng)和水中拖網(wǎng)兩種方式。
底拖網(wǎng)技術用于對深海底棲生物等小型生物進行采樣捕獲。它由拖曳纜繩和采樣鐵框架和網(wǎng)籃等構成,采樣時用絞車把采樣器沉放到海底,并靠船舶的航行沿著海底拖曳采樣,收集樣品。
水中拖網(wǎng)適用于捕獲較大的深海生物,它是由拖拽覽繩和設置了一定網(wǎng)格大小的漁網(wǎng)所組成,利用船只在海面上拖動,來回拖拽進行捕獲。
2.1.1拖網(wǎng)的缺陷
大量研究顯示,底拖網(wǎng)技術對生態(tài)系統(tǒng)造成了災難性傷害,珊瑚、海綿、魚類和其它動物都將因此受到捕殺。而且眾多海洋生物的棲息地――海山等水下生態(tài)系統(tǒng)也遭到了嚴重的破壞。這對海洋生態(tài)系統(tǒng)造成了無法彌補的損失。
從圖1中可見,拖網(wǎng)后海床上留下明顯的底拖網(wǎng)滾輪劃痕,所經(jīng)之處都被夷為平地。此外,底拖網(wǎng)還會掀起海底沉積物,嚴重破壞海底生物的生存環(huán)境。
而從技術層次來看,拖網(wǎng)技術很難對生物進行有針對性的捕獲,往往造成不分青紅皂白的“濫殺無辜”,成功率低且浪費資源。
2.1.2拖網(wǎng)的改進[4]
由于拖網(wǎng)存在著以上這些缺陷,尤其是對深海生態(tài)環(huán)境的破壞,使得研究者不得不思考如何改進技術,盡量減小拖網(wǎng)的破壞。改進的理論基礎是使用遙控技術控制拖網(wǎng)上綱、下綱以及海底之間的距離(D1、D2),使其保持在一個合適的距離,盡可能的減小拖網(wǎng)與海底之間的剪切力。
目前加拿大的NTI公司就基于這種理論發(fā)明了一種拖網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)。這套拖網(wǎng)監(jiān)視系統(tǒng)NETMIND ™由四部分組成:接收器,水聽器,軟件和傳感器,分別安裝在拖網(wǎng)上進行工作。這種新型拖網(wǎng)技術主要能夠更好地監(jiān)視和控制拖網(wǎng)過程,不僅提高了效率,更重要的是控制了拖網(wǎng)高度,盡量減少拖網(wǎng)與海床摩擦所產(chǎn)生的破壞。
2.2 深潛器技術
深海深潛器近年來越來越多地運用于人類對深海資源的探索。其中,對深海生物資源的探索也是極為重要的一環(huán)。深潛器最直觀的優(yōu)點在于科學家可以遠程進行操控并且針對性高,也不會對深海環(huán)境造成破壞,但造價不菲。主要分為水下機器人和載人深海深潛器兩種。
2.2.1深海深潛機器人
水下機器人又稱無人遙控潛水器,其工作方式是由水面母船上的工作人員通過連接潛水器的臍帶提供動力,操縱或控制潛水器,采用水下電視、聲吶等專用設備進行觀察,并由機械手進行水下作業(yè)。在深海生物捕獲中,水下機器人使用機械手把捕獲的生物放入收集倉中帶上水面。
2.2.2深海載人深潛器
深海載人深潛器與水下機器人的不同之處在于可以把人攜帶進深潛器進入深海進行科學工作,類似于潛艇,其科技含量更高。
2.3 其他技術
除了上述兩種方法外,還有一些針對某些特定的深海生物所設計的簡單誘捕設備。比如把深度表綁在浮動的長繩上垂吊到海底下捕捉大型游泳生物;利用深海抓斗捕獲底層底棲生物等等。
3 國內外深海生物捕獲現(xiàn)狀及收獲
3.1拖網(wǎng)技術的現(xiàn)狀與收獲
在利用拖網(wǎng)技術對較大型深海生物捕獲方面,研究者們的收獲頗豐。2008年,來自14個國家的科學家在北大西洋的馬尾藻海(Sargasso sea)表層以下5000米處運用拖網(wǎng)捕獲了一種漂浮的、相貌丑陋的片腳類動物(Amphipod),它是一種小型的、類似對蝦的甲殼類。此外,專家們在這里采集了500多種生物,其中可能包括12個新物種。這也是我們目前了解到的生活在最深海域中的生物之一;在愛爾蘭西北處約400里的大西洋深海處,考察者們通過深海拖拉船捕獲到深海巨型蜘蛛蟹;在深海魚類捕獲方面,科學家們利用底拖網(wǎng)技術捕獲深海貢式巨口魚、深海白袋巨口魚以及寬咽魚等等。
除了大型深海生物,研究者還利用兩種特制的拖網(wǎng)技術對生活于3000~6000m的深海生物幼體進行捕獲。而這兩種拖網(wǎng)新技術在國內外運用的還比較少[5]:
第一種叫作多層矩形中層拖網(wǎng)RMT(Multiple Rectangular
Midwater Trawl),用于采集上升熱液羽流中的熱液生物幼體。該網(wǎng)由甲板上發(fā)出不同頻率的聲波來控制網(wǎng)的開閉裝置。不足之處是沒有可視裝置,無法在近底層水平拖曳,因而很難采集到近底層熱液生物幼體。
第二種用拖網(wǎng)和浮游生物泵掛在深潛器的側面采集近底層熱液生物幼體。但考慮到潛器活動范圍、下潛時間以及安全性的多方面因素,拖掛的拖網(wǎng)網(wǎng)口比較小,濾水量不大,采集的幼體也不多。系統(tǒng)中浮游生物泵被安裝在深潛器上,并下放到預定深度后開啟動力泵,使大量海水流過濾網(wǎng),捕獲的懸浮顆粒物和微生物的濾網(wǎng)連同一定體積的水樣密封于耐壓樣品容器中,但由于深海底大型生物的豐度低且泵過濾的水量有限,幾乎采集不到底棲生物幼體等較大的生物,偶爾采到一些,也都是死的標本,因此這種方法不常使用。
3.2深潛水下機器人的現(xiàn)狀與收獲
當今深潛水下機器人技術比較發(fā)達的是美國、日本以及一些歐洲國家,我國近年來在這個方面也取得了突破性的進展。
在利用深海深潛機器人對深海資源進行探測領域上處于領先地位的是美國。美國的伍茲霍爾(Woods Hole)海洋研究所從事研制深海深潛機器人以及深海載人深潛器兩方面的工作,貢獻巨大。他們在2007年研制的訥雷依(Nereus)號水下機器人對大面積洋底進行一般性測量以及收集生物標本,訥雷依(Nereus)號水下機器人能夠在最大深度為6500～11000 m的世界海洋,其中包括北冰洋底[6]。在2009年,來自伍茲霍爾海洋研究所的專家對東南亞的西里伯斯海進行了一次為期4周的“探究深海物種進化”的科學考察,發(fā)現(xiàn)了大量以前未見的物種,并且還捕獲了不少深海罕見的生物。所使用的技術就是一臺名為“全球最棒的漂流者”的深潛水下機器人(如圖3),它配備有高清晰度攝像頭,能在深達3000米的水下工作,科學家可遠距離操作,將水中抓獲的生物存放在機器人的收集倉中。
通過這次深海采樣,科學家捕獲了不少深海生物,比如在2000米深的西里伯斯海捕獲了一種長約3厘米,和普通藥片差不多大小的等足目生物(如圖4);在約2500米海域捕獲了一種粉紅色、透明的好似海參的生物等等。
國內近年來在深潛器技術領域取得了突破,2008年5月在海南,目前我國下潛深度最大、功能最強的無人遙控潛水器(Remotely Operated vehicle,簡稱ROV)“海龍?zhí)枴?亦稱水下取樣型機器人完成了3277米深誨試驗,這在目前世界上只有極少數(shù)國家能夠做到。該機器人將主要用于大洋深海生物基因和極端微生物的研究以及探索人類起源的秘密,同時也將進行各種水下作業(yè)。
3.3 深海載人深潛器的現(xiàn)狀與收獲
深海載人潛水器最初更多地應用在軍事方面,近年來隨著深潛器技術的突飛猛進,載人深潛器開始被廣泛運用在深海科學研究中去。相比較水下機器人,深潛器能夠將研究人員送入深海進行實地考察,研究人員可以近距離更直觀的對生物進行研究。由于深海載人潛水器的特殊地位和作用,美、法、日、俄等國早已開展了深海載人潛水器的研制工作,而我國起步相對較晚。
國外方面,美國在無人潛航器中最具代表性的就是美國伍茲霍爾(Woods Hole)海洋研究所研制的阿爾文號(Alvin)深潛器。自建造以來,阿爾文號已下潛4100余次,每年的平均下潛次數(shù)保持在百次以上,對地殼構造、海洋化學、生命的起源以及深海物質的組成等基礎研究起到了重要作用[6]。在深海生物方面的最著名的貢獻就是于1977年歷史性地發(fā)現(xiàn)了洋中脊上的黑煙囪和熱液生物群落。如圖5所示,科學家(Pilot)可隨著阿爾文號的載人艙潛入海底,利用配備的機械手(Starboard/Port Manipulator)、生物取樣器以及采樣籃(Sample Basket)對深海生物進行采樣和收集。據(jù)悉,2004年美國已決定斥資2000多萬美元在6年內建造一艘功能更加完善的新概念ALVIN號潛水器[7]。
其他國家方面,日本海洋科技中心用欽合金做耐壓殼建造了 “深海2000”號和“深海6500”號的潛水器,以及法國研制的“Victor 6000”號、Nautile號和Cyana號載人深潛器,都能在低至6000m的深海完成包括深海生物捕獲考察在內的許多深海探索及捕撈工作。
我國的海洋事業(yè)起步較晚。近年來,海洋開發(fā)和海洋科研逐步和國際接軌,開始走向深遠洋。我國在載人深潛器領域最大的突破是研制的7000米載人深潛器(如圖6),此載人深潛器需花5小時下潛至7000米深海,整個作業(yè)時長可達12小時。潛水器類似美國阿爾文號能容納3個人,一名操作員,兩名科學家。在潛水器的前端,是一個密閉的玻璃,潛水科學家可以通過這里看到外面的世界。潛水器裝有兩只機械手,可以進行抓取等水下工作。潛水器可用于深海生物基因的采樣及研究等多項工作。
3.4 其他誘捕技術的現(xiàn)狀與收獲[8]
此外,科學研究者也會針對所要捕獲的生物的特性設計一些比較簡單的誘捕設備來進行采樣。
比如在針對大型深海游泳生物捕獲方面,2005年,來自日本的兩位科學家在水深900米的海中將攝影機和深度表綁在浮動的長繩上垂吊到海底。他們在攝影機下面掛著小烏賊當誘餌,并且用一袋切碎的蝦來引誘大章魚。當一條長約8米的大烏賊用觸角纏繞住誘餌后,就被隱藏在其中的掛鉤給鉤住了,綁在長繩上的攝影機拍下了前前后后捕獲的過程。
而針對一些小型深海生物,研究人員研制了一種像雙瓣貝殼的“大洋抓斗”,在撞擊到海底時能快速閉合,將樣品全部“抓”到斗內。但它容易擾亂樣品,不利于精細研究。為此又設計了箱式取樣器、重力取樣器和活塞取樣器等,將它們垂直下放到海底,利用特殊裝置迅速將樣品完好地取上來,這樣就能對沉積物逐層加以研究。
4對深海生物捕獲技術的探討
4.1 捕獲技術的展望
就目前的技術而言,水下機器人以及載人深潛器無論制造還是使用都需耗費極大的人力財力,遠遠超過了普通研究機構的承擔能力。拖網(wǎng)技術雖然使用較為廣泛,但是除了存在會破壞深海生態(tài)環(huán)境的弊端以外,捕獲的針對性和成功率都比較低。最為關鍵的是,無論拖網(wǎng)或深潛器都不是專門針對捕獲設計的,其捕獲功能的經(jīng)濟實用性太低。因此,越來越多的研究人員正在開發(fā)一種既經(jīng)濟又實用、專門針對深海生物捕獲的簡單設備,比如一些深海生物誘捕設備。
所謂的“誘捕”,即是轉“主動捕獲”為“被動誘捕”。研究者根據(jù)深潛器的耐壓構造原理[9-10],設計建造一個耐壓的籠體,籠內放有誘餌,籠體上帶有類似蟹籠的誘捕口,籠體外裝有蓄電池、重錨、浮標、無線通信設備以及水下聲學通信設備。把此誘捕籠放入海底,一段時間后,通過水下聲學釋放器等設備控制其上浮并通過無線通信設備定位回收。此設計可通過改變誘餌來更換捕獲的對象,針對性較拖網(wǎng)技術有很大提高,而且不會破壞深海環(huán)境,也不需要深潛器那般龐大的經(jīng)費支持。
4.2 深海生物捕獲待解決的難點
目前對深海生物捕獲存在著一個難題,就是所捕獲生物的存活率。也就是說,當今的采樣技術在捕獲稍微大型的生物的時候,很難克服保壓的問題,往往把深海生物從海底撈上來的過程中生物已經(jīng)死亡,在采集深海生物幼體方面也具有同樣的難題,沒有保壓裝置所采集的幼體出水面時已幾乎全部死亡(除了極個別的蟹類大眼幼體能在1個大氣壓下經(jīng)歷變態(tài)發(fā)育過程外)。
為此,各國的研究者開始對保壓轉置進行了研究。目前對深海微生物的活體采樣已經(jīng)可以實現(xiàn),使用的方法是多網(wǎng)分段/分層生物幼體保壓取樣器,可以保持高壓取樣筒體的壓力,即6h的壓力變化不超過10%[3]。接下來,針對中大型深海生物捕獲裝置的保壓問題也急需得到解決。
5結語
21世紀是屬于海洋的世紀,海洋中有著巨大的資源等著人類去探索和發(fā)掘。深海作為海洋最神秘之處,是地球表面生物多樣性最為豐富的地區(qū),因此,對深海的生物進行捕獲研究以及發(fā)現(xiàn)深海新的物種,進而對深海極端海洋生態(tài)系統(tǒng)中的生物資源、生物多樣性進行系統(tǒng)的比較研究,對人類揭示生命的起源以及研究生物對特殊環(huán)境的適應能力有著極為重要的科學意義。目前,國際上對深海生物資源的探索愈來愈熱,各國科學家都爭先恐后地探索著這片人類知之甚少的寶地,深海生物資源也已成為世界各國的戰(zhàn)略發(fā)展資源,許多發(fā)達國家在制定針對本土生物資源保護和可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃的同時,更是把目光轉向國際公共深海區(qū)域的競爭和開發(fā)。因此,我國要在今后日趨激烈的國際深海公共資源的競爭中取得領先地位的話,就必須盡快發(fā)展海洋事業(yè),發(fā)掘深海生物資源。
參考文獻:
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【關鍵詞】海洋生物;天然產(chǎn)物;先導化合物
近代人類疾病譜的進化和改變給藥物學家和藥物化學家提出新的難題。隨著中國進入WTO,中國醫(yī)藥界也面臨著國際藥業(yè)的激烈競爭和嚴峻挑戰(zhàn)。在合成藥,天然藥和生物藥的三大支柱藥業(yè)中,最具有發(fā)展?jié)摿Σ⒆羁赡苄纬芍袊灾髦R產(chǎn)權的新藥應首推天然藥物。組合化學與高通量藥物篩選技術的結合為快速發(fā)現(xiàn)有新藥開發(fā)潛力的先導化合物開辟了新的研究途徑。但是從天然資源中尋找具有顯著生物活性的天然產(chǎn)物仍然是發(fā)現(xiàn)新藥先導化合物的主要途徑。因此加強從天然藥用資源中發(fā)現(xiàn)對治療人類重大疾病高效低毒的創(chuàng)新藥物研究,具有其特殊的重要性和迫切性。
在天然藥物資源中,海洋生物資源是保留最完整,來源最豐富,最具新藥開發(fā)潛力的領域。由于海洋生態(tài)環(huán)境的特殊性(高鹽度,高壓,缺氧,避光),使得海洋生物產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物的生物合成途徑和酶反應系統(tǒng)與陸地生物相比有著巨大的差異,導致海洋生物往往能夠產(chǎn)生一些化學結構新穎、生物活性多樣、顯著的海洋藥物先導化合物,為新藥研究與開發(fā)提供了大量的模式結構和藥物前體。海洋生物資源是一個巨大的、潛在的、未來新藥來源的寶庫已成為一種共識。
海洋生物活性物質的研究是海洋藥物研究的核心和基礎。近30年來,科學家已從海洋植物、無脊椎動物等不同海洋生物中發(fā)現(xiàn)近萬種海洋天然產(chǎn)物,其中結構新穎、具有顯著生物活性和重要應用前景的化合物有數(shù)百種,如從海綿Luffariellavariabilis中得到的manolide具有選擇性抑制與很多炎癥疾病有關的磷酸酯酶A2的活性;而由海綿Halichondriaokadai中分得的okadaicacid則對蛋白磷酸酯酶具有高度的選擇性抑制作用,可用于探測細胞磷酸化過程,進而闡明炎癥性疾病的發(fā)病機理。這兩個海洋生物分子現(xiàn)已商品化正式生產(chǎn)。美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)癌癥研究所(NCI)每年投于海洋藥物研究的科研經(jīng)費占全部天然藥物研究經(jīng)費的一半以上,他們的巨大投入已獲得豐厚的回報。僅目前正在NCI進行臨床療效評價的海洋抗癌藥物就至少有6個,例如Ecteinascidin743,Dolastatin10,HalichondrinB等。此外還有一些很有前景的海洋藥物候選物正在進行臨床前研究。海洋生物活性物質不僅是對治療癌癥,而且在治療其他多種疾病方面亦具有巨大的潛力和美好的應用前景。例如加勒比海鞘Pseudopterogorgiaelisabethae中發(fā)現(xiàn)的活性成分Pseudopterosins具有很強抗炎活性而被用于皮膚過敏性疾病的治療。
我國海域遼闊,海洋生物資源豐富。據(jù)初步統(tǒng)計,我國海洋生物經(jīng)分類鑒定的有2萬多種,其中,僅我國近海發(fā)現(xiàn)的具有藥用價值的海洋生物就有700多種。許多具有免疫、抗炎、抗腫瘤、抗病毒以及作用于心血管系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)的生物活性物質先后被分離、提純,其中部分先導化合物已進入臨床前研究,一些海洋新藥已進入臨床研究。
但與先進國家相比,我國目前能形成自主知識產(chǎn)權的海洋新藥仍寥寥無幾。主要原因是我國海洋先導化合物的應用基礎研究力量薄弱,未能提供足夠的結構新穎化合物供生物活性篩選,導致新藥先導化合物發(fā)現(xiàn)的幾率低。
故從海洋生物中發(fā)現(xiàn)大量結構新穎的先導化合物,建立與重大疾病相關的生物篩選模型,并以生物篩選為導向,是發(fā)現(xiàn)可供臨床前及臨床研究的海洋先導化合物,進而開發(fā)具有中國自主知識產(chǎn)權海洋新藥的關鍵。
本文根據(jù)作者幾年來從事海洋天然產(chǎn)物研究的體會,認為我國海洋動植物作為藥物開發(fā)需要考慮如下幾點:
1海洋生物資源的選擇
我國海洋生物資源豐富,但可供新藥開發(fā)的藥用資源卻十分有限。因此,在選擇藥用資源時應考慮資源的群落分布和滋養(yǎng)采集的可持續(xù)性,包括資源的可培養(yǎng)和可種植。此外,海洋生物的傳統(tǒng)藥學用途和民間藥用的調查是開發(fā)海洋藥物的重要捷徑。其中,海洋中藥在我國傳統(tǒng)中藥中占有一定的地位,根據(jù)中藥理論對其藥性、藥味及其物質基礎進行研究,可快速開發(fā)出海洋中藥的新藥產(chǎn)品。
此外,我國民間海洋用藥如紅樹林植物具有多種疾病治療作用,我國紅樹植物有12科15屬27種,廣布于我國東南沿海海岸線。據(jù)對民間紅樹植物的藥用考證,我國民間具有長期藥用紅樹植物的歷史,如正紅樹為治療腎結核,尿路結石等的特效藥;紅茄冬用于治療血尿病;木欖果治療糖尿病;老鼠勒根具有抗白血病和抗乙肝活性,海蓮樹皮提取物具有抑制肉瘤S180和Lewis肺癌活性。在“全國中草藥匯編”(1978)中記載3種紅樹植物(老鼠勒,海芒果和黃槿)及其藥用功效。據(jù)統(tǒng)計,我國近一半的紅樹植物對多種疾病具有治療用途。然而,對紅樹藥用植物的活性成分及其作用機理研究在國內少見報道。而國際上,特別是東南亞國家近年在國際雜志相繼發(fā)表與紅樹植物的化學成分和生物活性的論文,表明國際上對紅樹植物的化學成分多樣性及其生物活性已引起高度重視。該類藥用資源具有可種植再生的優(yōu)點,一方面可作為陸地保護植物,另一方面可作為藥用資源,并可充分利用我國鹽堿地和灘涂資源。近年研究結果表明,我國豐富的藻類資源具有各種藥學功效包括抗糖尿病和抗病毒,由于藻類資源可作為大規(guī)模仿生養(yǎng)殖培養(yǎng),對資源的可持續(xù)性應用存在巨大潛力。
2海洋藥用天然產(chǎn)物的快速分離和鑒定系統(tǒng)的建立
現(xiàn)代色譜和波譜技術及其聯(lián)機技術如HPLC2MS/MS,HPLC2NMR技術的推廣和應用,改變了傳統(tǒng)植物化學技術研究海洋天然產(chǎn)物的方法,加快了結構新穎天然化合物的發(fā)現(xiàn)速度。因此,建立快速分離和鑒定系統(tǒng)是開發(fā)海洋藥物和快速發(fā)現(xiàn)藥物先導化合物的關鍵瓶頸。
3靶向藥物篩選體系的建立
引進新的篩選技術,如高內涵篩選(HighContentScreening,HCS)是指在保持細胞結構和功能完整性的前提下,同時檢測被篩樣品對細胞形態(tài)、生長、分化、遷移、凋亡、代謝途徑及信號轉導各個環(huán)節(jié)的影響,在單一實驗中獲取大量相關信息,確定其生物活性和潛在毒性。經(jīng)典的高通量篩選(HighThroughputScreening,HTS)對創(chuàng)新藥物的研究起到了不可替代的作用,雖然其結果較為準確,易于評價,但其檢測模型均建立在單個藥物作用靶分子的基礎上,無法全面反映被篩樣品的生物活性特征,只得到有限的數(shù)據(jù),初篩得到的陽性結果需要進一步確認。而HCS是基于個體細胞對細胞表型的多次測量,有更多的生物學信息和多個終點的定量資料,可用于篩選和確認先導化合物。通過同步應用報告基因、熒光標記、酶學反應和細胞可視化等高內涵篩選常規(guī)檢測技術,研究人員可以在新藥研究的早期階段獲得活性化合物對細胞產(chǎn)生的多重效應的詳細數(shù)據(jù),包括細胞毒性、代謝調節(jié)和對其他靶點的非特異性作用等,從而顯著提高發(fā)現(xiàn)先導化合物的速率,減少開發(fā)后期的失敗率。因此,HCS將成為HTS的發(fā)展方向。顯微熒光標記、數(shù)碼影像分析以及圖象數(shù)據(jù)處理技術的快速發(fā)展,使以高通量方式對細胞的多個生理環(huán)節(jié)進行檢測成為可能,有力推動了藥物篩選技術由高通量篩選向高內涵篩選方向的革命化轉變。
4針對重大疾病的創(chuàng)新海洋藥物研究
411海洋抗腫瘤活性物質從海洋生物中尋找海洋抗腫瘤活性化合物一直是海洋天然產(chǎn)物研究的重點之一。從海洋動物中獲得的次生代謝產(chǎn)物10%具有抗種瘤活性,從海洋植物中獲得的化合物315%具有抗腫瘤或細胞毒活性。目前已從海綿,海鞘,珊瑚,海洋軟體動物,海洋紅樹植物等海洋生物中獲得數(shù)百種具有明顯抗腫瘤活性的化合物,結構類型包括核苷類、酰胺類、聚醚類、萜類、大環(huán)內酯類、多肽類等。目前至少已有15個海洋抗癌藥物進入臨床或臨床前研究階段。
已進入Ⅱ期臨床研究的抗腫瘤海洋活性化合物如從加勒比海鞘中分離的didemninB,ecteinascidin743,用于治療肺癌和皮膚癌,具有顯著的療效;從總合草苔蟲中分離的草苔蟲素bryostatins和從海兔中分離的海兔毒素dolastatin對白血病、乳腺癌等多種腫瘤有很好的療效;膜海鞘素didemninB是第一個進入臨床試驗的抗癌海洋藥物;從被囊動物Tri2didemnum中分離出來的環(huán)肽化合物aplidine,dehydrodidemninB,curacinA,discoclermolide,eleutherobin,halichondrinB,具有強烈的抗白血病和黑色素瘤活性。目前應用最廣的抗癌藥氟尿嘧啶,是隱南瓜海綿中的海綿核苷的結構修飾產(chǎn)物。最近,科學家從海綿Aplysiasp1中發(fā)現(xiàn)了一種新的抗癌活性物質aplyronineA,體外實驗結果對P338白血病細胞,肺癌細胞在低濃度下具有顯著的抑制活性,T/C為544%,顯示出顯著的延長生命的效果,是具臨床應用前景的藥物先導化合物。從海綿獲得的callystatinA對KB細胞顯示出極強的活性(IC50=0101ng·kg-1)。大田軟海綿酸(okadaicacid)為聚醚衍生物,能抑制致癌基因,使它逆轉為正常表現(xiàn)型,現(xiàn)已成為研究生命科學的重要工具藥。
此外,已在臨床應用的鯊魚軟骨制劑(Scatp)可克服放化療引起的副作用,增強患者機體免疫力;昆布多糖、海帶多糖等8種多糖制成的復方海藻多糖是抗癌中藥制劑;從海洋昆布和麒麟菜中提取的多糖類藥物海力特,臨床上用于治療慢性乙肝和各種腫瘤有一定的療效。
目前我國研究開發(fā)的抗腫瘤海洋藥物,已進入臨床研究或批準生產(chǎn)應用于臨床的有62硫酸軟骨素、脫溴海兔毒素、海鞘素A、B、C,膜海鞘素B、扭曲肉芝酯、刺參多糖鉀注射液、海王金牡蠣、909膠囊、海洋寶膠囊、長棘海星苷、三環(huán)半萜C2Ⅱ,大田軟海綿酸制劑、Hs272片、海兔毒素10、海力特、羊棲菜多糖制劑、海福康之侶等近30種。
412抗病毒活性物質病毒感染性疾病近年無論是在發(fā)病率上、還是在病種上均呈現(xiàn)快速上升趨勢。然而,長期以來病毒性疾病的相關治療藥物卻發(fā)展緩慢,迄今為止,僅有為數(shù)不多的幾種藥物如泛昔洛韋、齊多夫定、阿糖腺苷、六環(huán)鳥苷、干擾素等限制性地應用于臨床。迄今已從海綿,海鞘,海藻等海洋生物中獲得核苷類、生物堿類、萜類、多糖類、雜環(huán)類,多肽和蛋白類等抗病毒活性化合物。其中阿糖胞苷是從加勒比海生活的隱瓜海綿中獲得第一個海洋抗病毒藥物。
從同種海綿中還分離到對病毒L2G多聚酶活性有抑制作用的阿糖胸腺嘧啶。NCI發(fā)現(xiàn)了抗HIV蛋白化合物cyanovirin2N,并已成功完成了基因表達。我國近期開發(fā)的“PV2911”、珍珠貝殼酸性提取物等具有抗病毒感染功效。
另外,從地中海貪婪倔海綿中分離到的倍半萜類化合物對NO+逆轉錄酶的活性有強抑制作用,無細胞毒性,是一種十分理想的抗病毒先導化合物。從山海綿中分離的對單純皰疹病毒、皰疹性口炎病毒在低濃度下即有顯著抑制效果。這些海綿產(chǎn)生的活性物質主要是生物堿類、萜類、大環(huán)內酯類、核苷類、甾醇類、肽類和脂肪酸類化合物。
從藻類中發(fā)現(xiàn)的抗病毒活性物質主要是多糖類,多糖類物質能強烈干擾病毒的初始侵染過程,并最終與病毒顆粒形成無感染力的多糖病毒復合物,對病毒在宿主細胞中的復制和包裝也有一定的抑制作用。藻類多糖能夠激活機體的免疫系統(tǒng)或改善機體的生物應答功能,從而與保護正常細胞,提高整體免疫力有關。從加勒比海被囊動物三膜海鞘中分離到的一組環(huán)縮醛酸多肽,在抗腫瘤、抗病毒、抗感染等方面都表現(xiàn)出很強的藥理活性,并在體外實驗中發(fā)現(xiàn)該化合物對骨髓細胞病毒的逆轉錄酶有很強的抑制作用。
通過分離編碼抗病毒活性物質的基因,將該基因轉入高效表達體系,是大規(guī)模生產(chǎn)海洋肽類藥物的一新的研究方向。通過克隆基因在載體上的表達,還可以產(chǎn)生系列酶合成的同系物,為新藥篩選提供新的候選化合物。這方面工作目前正在我國開展,如利用自建的海帶遺傳轉化模型,在海帶中穩(wěn)定表達了乙肝病毒表面抗原的轉基因海帶,其蛋白的平均表達量高,且表達產(chǎn)物具有天然表位。
另外,發(fā)展海洋生物技術,對藥源生物進行人工培養(yǎng)是保護自然資源、解決樣品短缺和采樣重復性差的重要途徑。
413海洋抗心血管疾病活性化合物對具有抗心血管疾病活性化合物的研究是海洋天然產(chǎn)物研究的另一重點。目前已對數(shù)千種海洋生物的代謝產(chǎn)物進行了活性篩選,發(fā)現(xiàn)一批具有顯著活性的化合物,其化學結構類型包括萜類、多糖類、高不飽和脂肪酸類、喹啉酮類、生物堿類、肽類和核苷類等。但目前進入臨床應用的抗心血管海洋藥物仍然較少,我國擁有自主知識產(chǎn)權的藥物有藻酸雙酯鈉(PSS),甘糖酯等。
在軟體動物麝香蛸中分離出麝香蛸毒素,具有持續(xù)的降壓作用,是迄今所知活性最強的降壓物質,其效應比硝酸甘油強數(shù)千倍。另有50多種海洋生物毒素在心血管系統(tǒng)具有相當?shù)幕钚?如海葵素thalassin和congestin,海葵毒素具有強心作用,對心率卻無影響,可望開發(fā)成一種取代洋地黃毒苷的生化藥物。海兔毒素不僅有強心作用而且有很強的降壓作用。河豚毒素(TTX)的抗心律失常作用目前研究較多。海星酸性粘多糖有明顯降低膽固醇及溫和的抗凝血作用。從中國南海棘皮動物多棘海盤車分離獲得海星甾醇(3β2羥基雄甾252烯2172酮)具有增強記憶及抗氧化作用,海星甾醇經(jīng)結構修飾得化合物CO1,具有抗心律失常作用。從中國南海短指多型軟珊瑚分離出的一種喹啉酮具有明顯的心血管活性,作為抗心律失常藥物開發(fā)是很有前途的。從中國南海小棒短指軟珊瑚中分離到的柳珊瑚甾醇(gorgosterol)具有明顯的抗心律失常和抗心肌缺血作用,能舒張血管、降低血壓、減慢心率及減少心肌耗氧量作用,有望開發(fā)成心血管疾病藥物。以牡蠣為主要原料的“東海三豪”等保健品具有降血脂、軟化血管和改善微循環(huán)作用。利用海藻加工成的“脈怡康”、“必索”及螺旋藻制劑等對高脂血、動脈粥樣硬化具有良好的預防和治療作用。以合浦珠母貝提取物制成的珍珠精母注射液,治療子宮出血療效顯著,已被國家計生委推薦為計劃生育用藥。
以上實例使人們看到海洋藥物產(chǎn)業(yè)化的希望。
414海洋生物抗菌、抗炎活性化合物從海洋生物中提取分離的抗菌、抗炎化合物有脂肪酸類、糖酯類、丙烯酸類、苯酚類、溴苯酚類、吲哚類、酮類、多糖類、多肽類、N2糖苷類和β2胡蘿卜素類等。最早一批海洋藥物是抗菌藥物,如頭孢菌素類抗生素早已用于臨床。
我國在開發(fā)海洋抗菌抗炎藥物方面取得較顯著成就,已開發(fā)了系列頭孢菌素、玉足海參素滲透劑等海洋抗菌藥物,海參中提取的海參皂苷抗真菌有效率達8815%,是人類歷史上從動物界找到的第一種抗真菌皂苷。從刺參中分離得皂苷毒素holotoxinA,B已用于治療腳癬和白癬菌感染。
從環(huán)節(jié)動物毛乳蟄蟲中分離到的含溴化合物結構與灰黃霉素相似,已用于臨床,商品名為平。國外臨床使用氨基葡萄糖硫酸酯鹽(glucosaminesulfate)治療骨關節(jié)炎,能顯著減輕患者的炎癥和疼痛,毒副作用少。另外作為傳統(tǒng)的民間藥用植物—半紅樹藥用植物楊葉肖槿中的man2sonones類化合物是高度氧化的倍半萜醌類化合物,和其樹皮中提取到一種含棉酚(gossypol)具有很強的消炎作用,證實其在傷口治療上有效。
從多棘海盤車中分離的海星皂苷能治療胃潰瘍,商品名為“胃可安”,及其配合中藥制成的“海洋胃藥”已應用于臨床。褐藻多糖硫酸酯(FPS)在國內首先用于治療慢性腎衰,尿毒癥患者,現(xiàn)已按國家二類新藥獲準進入臨床,商品名為“腎海康”。海螵蛸具有止血、澀經(jīng)止帶、制酸吞酸、劍瘡等功效。
殼聚糖對格蘭氏陽性菌的敏感性高于格蘭氏陰性菌。
對于大腸桿菌和金黃色葡萄球菌,殼聚糖均顯示出快速而顯著的殺菌作用。殼聚糖的抗菌活性隨分子量的下降而增強,并隨脫乙酰度的增加而增大。且抗細菌活性比抗真菌活性更強,而水溶性殼聚糖的抗真菌活性要強于其抗細菌活性。從泥鰍中分離到一個21肽Misgurin,具有較強的體外廣譜抗菌活性,且沒有明顯的溶血作用,其抗菌活性是蛙皮素的2～6倍。鯰(Parasilurusasotus)受傷后上皮粘膜細胞層分泌一種分子量為200014Da的抗菌肽parasinI,具有廣譜抗菌性,其抗菌活性是蛙皮22的12～100倍。從虹鱒魚皮中分離得到一種具有抗菌作用的白肽,在抵御胞內或胞外病毒方面起著關鍵作用。該肽對B1subtilis,P1citreus及E1coli等細菌的抑制作用非常強,遠遠超過昆蟲抗菌肽的抑菌作用。研究表明,海綿中存在的環(huán)肽Diso2derminA具有抑菌活性,在濃度為3～116μg·mL-1時可分別抑制枯草桿菌和奇異型桿菌;加勒比海棉Discodermiasp1中分離得到的環(huán)肽PolydiscamideA也具有顯著的抑菌活性,它對枯草桿菌的MIC為3μg·mL-1。海藻類中存在許多有抗菌活性的物質,如瓊脂低聚糖、海藻糖等。
5海洋生物大分子的藥學用途
海洋生物大分子指海洋生物中的多糖類、多肽類和蛋白類化合物。多數(shù)海洋生物能夠產(chǎn)生多糖類聚合物,海洋多糖已證明具有各種各樣的生理調節(jié)功能。目前國內外已從多種海洋動物中分離到活性多糖成分,如甲殼類動物的甲殼素;軟骨魚骨中的硫酸軟骨素;多孔動物海綿,棘皮動物海參、海星中的硫酸多糖,軟體動物扇貝、文蛤、鮑魚、海兔等中的糖蛋白或糖胺聚糖等。另外,多糖在海藻中含量豐富,約占干重50%以上,是海洋多糖藥物開發(fā)的重要資源。從海藻中還可分離到含微量元素多糖,如碘多糖、硒多糖、鋅多糖等。微量元素多糖既可發(fā)揮微量元素有機態(tài)的營養(yǎng)作用、減少毒性,又可發(fā)揮多糖本身的生理活性,因此成為一個新的研究方向。如硒多糖能清除自由基、防治腫瘤;碘多糖能促進神經(jīng)末梢細胞生長,具有增智作用;鋅多糖能調節(jié)血液物質平衡,防止皮膚病等。目前有關海洋微生物活性多糖的研究報道很少。從海洋生物中分離的多糖往往具有高度硫酸化的特點,是開發(fā)抗病毒特別是抗HIV的重要資源,如從海藻中提取分離的硫酸多糖911和PS2870具有顯著的抗HIV作用。硫酸多糖911能通過抑制逆轉錄酶活性、干擾吸附,來抑制HIV21對MT4細胞的急性感染和對H9細胞的慢性感染。
由于海洋生物生存的特定環(huán)境,導致海洋生物中存在的肽類化合物的結構和組成與陸生動植物有很大不同。
很多海洋肽類具有抗腫瘤、抗艾滋病、抗真菌、抗病毒及免疫調節(jié)等生理活性。其中抗癌多肽具有活性高、穩(wěn)定性好等特點。如從海兔中分離到的小分子肽dolastatins,其抑制癌細胞的活性顯著,是目前已知來源的抗腫瘤制劑中活性最強的一類;我國科學家從海葵中獲得多種強心活性多肽物質和神經(jīng)調節(jié)肽。肽類毒素研究是海洋活性物質研究中發(fā)展最迅速的領域之一。海洋動物肽類毒素作為一種攻擊或防衛(wèi)的武器,往往含多種神經(jīng)、心血管和細胞毒素,一般以神經(jīng)毒素為主,具有很強的麻醉、強心,抗癌、抗菌和抗病毒作用,是開發(fā)研制用于神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)疾病治療特效藥物的重要來源。海洋生物肽類毒素具有毒性作用強、藥效高、作用劑量小等特點,而且分子量相對較小,容易通過基因工程技術進行大批量生產(chǎn)。目前已知的肽類毒素有40余種。海洋抗菌肽是近10年來發(fā)展起來的一個研究熱點。
抗菌肽具有廣譜抗細菌、真菌、病毒、原蟲和抗腫瘤功能及獨特的作用機理,極有可能成為抗菌、抗病毒以及抗腫瘤藥物的新來源。日本學者Nakamura等從亞洲鱟(Tachypleustridentatus)純化出鱟素(tachyplesin),這是首次從海洋生物中發(fā)現(xiàn)的抗菌肽,能顯著抑制革蘭氏陰性和陽性菌生長。從對蝦(Penaeusvannamei)中分離得到對蝦肽pe2naeidins,該類肽由富含脯氨酸N端和3個分子內二硫鍵的C端結構域組成。它們對革蘭氏陽性菌有強烈的抑制作用,MIC為016～215μmol·L-1,對革蘭氏陰性菌抑制活性較弱,對真菌也表現(xiàn)出抑制作用。
目前許多海洋抗菌肽的基因結構已被確定。用異源大量表達載體(酵母系統(tǒng))成功重組表達了P2和P32A兩種對蝦肽。重組肽有顯著的抗真菌活性,抗細菌的活性主要集中于革蘭氏陽性菌。從鱟血細胞中分離含小顆粒的血細胞與系統(tǒng)應答有關。當用微生物產(chǎn)生物質(如LPS)刺激時,這些血細胞會自發(fā)脫顆粒,將抗菌肽(如defensins)釋放到胞外體液中。
我國是海洋大國,開發(fā)和利用海洋動物抗菌肽資源,將為研制肽類新藥提供理想分子設計骨架和模板,為發(fā)展新的抗感染藥物奠定重要基礎。
6海洋極端生物的開發(fā)
極端生物的開發(fā)利用是海洋生物技術應用的又一個重要領域。具有耐高溫、低溫、抗壓、耐鹽堿等功能的極端生物是篩選和分離不同酶類、生物活性物質及次級代謝產(chǎn)物的重要資源。這些極端生物的開發(fā)利用將會形成很大的產(chǎn)業(yè)。日本計劃在未來幾年,在極端微生物開發(fā)利用上的產(chǎn)值將達到30多億美元。另外,很值得一提的是海洋生物技術在新能源開發(fā)方面的應用。我國目前正在開展海洋極端微生物藥學應用的相關研究。
7海洋生物產(chǎn)生的基因藥物
海洋生物技術研究的快速發(fā)展得益于基礎生命科學技術的創(chuàng)新和進步。全基因組測序與結構基因的分析及生物技術應用、DNA提取純化和分子分析的自動化等無疑大大提高和擴展了海洋生物技術的研究水平和應用范圍。
要縮短與國際海洋生物技術研究發(fā)展的差距,一項重要的措施是加大基礎生命科學的研究和先進技術的發(fā)展,加大與水產(chǎn)養(yǎng)殖、天然產(chǎn)物、海洋環(huán)境保護、甚至與生物氫研發(fā)等應用領域密切相關的海洋分子生物學的研究。在當前選擇1～2種有代表性的海洋生物(包括微生物)開展功能基因組學的研究是十分緊迫和必要的,同時,應用基因工程手段研制能替代海水養(yǎng)殖業(yè)中廣為應用的抗生素的綠色生物藥物也是非常急需的。另外,還應進一步擴展海洋生物技術在我國的應用領域,例如加強生物技術在海洋環(huán)境保護領域的應用研究,以便真正能夠利用高新技術手段解決日益增多的海洋生態(tài)環(huán)境問題。
海洋藥物基因工程主要是指將來自陸地的藥物基因轉入海洋生物中進行表達,或將海洋藥物基因轉入陸地微生物、植物或動物中表達,或將海洋藥物基因轉入海水養(yǎng)殖生物中表達。如海葵多肽毒素具有顯著的強心作用,并有降血脂、抗血凝、抑制血栓形成等作用,活性強于毒毛旋花苷,臨床前景十分看好。但由于海葵中的多肽毒素含量極微,難以滿足臨床前及臨床試驗用藥的需要。故科學家們將人工合成的Ap2B基因與E1coli噬菌體基因構建成融合基因,在T49E1coli中表達,得到了融合蛋白,經(jīng)過分離純化、蛋白酶切等技術處理,獲得高表達,其理化性質及生物活性與天然Ap2B肽毒素完全一致。
8加強海洋生物毒素研究
海洋生物毒素是海洋天然產(chǎn)物的重要組成部分,是海洋生物活性物質中研究進展最迅速的領域,它們具有結構特異、活性廣泛且活性強等特點。許多高毒性海洋毒素對生物神經(jīng)系統(tǒng)或心血管系統(tǒng)具有高特異性作用,可發(fā)展成神經(jīng)系統(tǒng)或心血管系統(tǒng)藥物的重要先導化合物,有的已被FDA批準為正式藥物,如多肽類海葵毒素已作為強心藥物的重要先導化合物。芋螺毒素在臨床上用作特異診斷試劑,作為鎮(zhèn)痛藥療效確切,不成癮;ω2芋螺毒素用于癌癥、艾滋病晚期的頑痛治療,成本比鴉片類止痛劑大大降低,它比常用強萬倍以上;α2芋螺毒素在小細胞肺癌的治療中顯示極好的應用前景。河豚毒素亦是一種較強的鎮(zhèn)痛劑,可代替嗎啡、杜冷丁等治療神經(jīng)痛。聚醚類毒素PTX(巖沙海葵毒素)、CTX(西加毒素)、MTX(刺尾魚毒素)等分別具有強抑癌、高強心等作用,已成為新藥開發(fā)的特殊模式結構。水母毒素有望研制成獨特心血管藥及神經(jīng)分子生物學工具藥,頭足毒素(也稱章魚毒素)可望開發(fā)成抗心絞痛藥物,海膽毒素和海蛇毒素在心血管、抗血栓藥方面將大有作為。
9海洋中藥現(xiàn)代化研究
近年,我國海洋生物研究的另一側重點為海洋中藥的現(xiàn)代化研究。海洋中藥系指以中醫(yī)藥理論為指導的傳統(tǒng)海洋藥物。我國最早的醫(yī)學文獻《黃帝內經(jīng)》中就有“烏賊骨作丸,飲以鮑魚汁治血枯”的記載。我國的《神農本草經(jīng)》、《本草綱目》等收載的海洋藥物已達百余種。《中藥大辭典》收載海洋中藥134種;《海洋藥物與效方》收載我國常見海洋藥物208種,海藥效方1197首;《中華本草》亦收載了海洋藥物802種。海洋中藥傳統(tǒng)藥材如昆布、海帶、紫菜、烏賊骨(海螵蛸)、海馬、海龍等涉及的海洋生物包括綠藻、褐藻、紅藻等藻類以及腔腸動物、環(huán)節(jié)動物、軟體動物、節(jié)肢動物、棘皮動物、脊索動物等。以海洋生物制成的單方藥物有22種,以海洋生物配伍其他藥物制成的復方中成藥有152種。我國對海洋中藥的研發(fā)已逐漸形成產(chǎn)業(yè)。如應用于臨床的雙海止咳膏、復方褐藻酸膠囊、海力特、復方全牡蠣膠囊、海珍玉液、珍珠精母口服液、海蛇祛風濕靈膠囊、海蛇海龍口服液等,在臨床上發(fā)揮了重要作用。海洋中藥的制劑涉及傳統(tǒng)劑型和新制劑的各劑型。新晨
我國從藻類中提取得到具有抗艾滋病活性的一類藥物聚甘古酯,可認為是海洋中藥現(xiàn)代化研究的實例之一。
10結語
近十幾年來,我國海洋藥物的研究工作不斷向廣度和深度發(fā)展,發(fā)現(xiàn)了數(shù)百種新化合物,開發(fā)了數(shù)種海洋新藥,有些已達國際先進水平。近年來,我國政府和少數(shù)地方政府對中國海洋藥物事業(yè)高度重視,正在開展“科技興海技術”的海洋藥物專題研究,尤其是各種基金給予大力資助,以海洋藥物為中心的專業(yè)化藥業(yè)逐漸形成。
