趙丹 趙德剛

摘要：高校實驗室是進(jìn)行教學(xué)和科研的重要基地，也是培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新精神的重要場所。結(jié)合基因工程實驗室建設(shè)與管理實踐，對基因工程實驗室的實驗內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、實驗設(shè)置以及實驗室“物、教師、學(xué)生”管理等方面進(jìn)行了探討和論述。

關(guān)鍵詞：基因工程;實驗室建設(shè);管理

中圖分類號：G647 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）41-0270-02

實驗室是高校開展大學(xué)生和研究生實驗教學(xué)的主要場所，也是高校教師開展科學(xué)研究的重要平臺，是一所大學(xué)教學(xué)、學(xué)科建設(shè)和管理水平的重要體現(xiàn)（袁繼紅等，2011）。通過實驗室開展的實踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、創(chuàng)新能力以及理論聯(lián)系實際的基本途徑。基因工程是現(xiàn)代生命科學(xué)研究領(lǐng)域中一門極其重要的學(xué)科，我校生命科學(xué)學(xué)院開展的基因工程教學(xué)主要依托農(nóng)業(yè)生物工程研究院的科研平臺進(jìn)行，對基因工程教學(xué)實驗室進(jìn)行建設(shè)和管理，期望達(dá)到教學(xué)、科研資源共享的目的。為此，以科研平臺建設(shè)的是教學(xué)實驗室有其不同于常規(guī)單一教學(xué)實驗室的管理模式，能使大學(xué)生有更多的機(jī)會了解學(xué)科前沿和實際研究狀況，在驗證性實驗的基礎(chǔ)上融進(jìn)創(chuàng)新性實驗內(nèi)容。經(jīng)過幾年的實踐探索，在提高參與實驗學(xué)生動手能力及培養(yǎng)創(chuàng)新思維發(fā)揮了重要作用，尤其是對進(jìn)一步攻讀相關(guān)專業(yè)碩士學(xué)位或博士學(xué)位的學(xué)生更具有意義。

一、基因工程實驗室的實驗內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)

基因工程（genetic engineering）又稱基因拼接技術(shù)、遺傳工程或DNA重組技術(shù)等，是以分子遺傳學(xué)為理論基礎(chǔ)，以分子生物學(xué)和微生物學(xué)的現(xiàn)代方法為手段，將不同來源的基因按預(yù)先設(shè)計的藍(lán)圖，在體外構(gòu)建雜種DNA分子，然后導(dǎo)入活細(xì)胞，以改變生物原有遺傳特性，獲得新品種，生產(chǎn)新產(chǎn)品的現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)。以基因工程操作步驟為主線，含有目的基因分離、克隆，載體構(gòu)建、轉(zhuǎn)化、篩選鑒定等實驗內(nèi)容，設(shè)置和選擇實驗內(nèi)容時既要注重專業(yè)性和可操作性，又要突出先進(jìn)性和系統(tǒng)性。在通過課堂學(xué)習(xí)理論以后，需要通過實驗對基因工程理論有系統(tǒng)、明確的認(rèn)識，達(dá)到熟識、理解并掌握DNA重組的原理和實際操作方法，并在實踐中提高分析問題和解決問題的能力，開拓創(chuàng)新能力，為學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)課程以及從事生物技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。

我們所建設(shè)的基因工程教學(xué)實驗室進(jìn)行教學(xué)的目標(biāo)是培養(yǎng)高年級本科生及研究生進(jìn)行基因操作的能力。在教學(xué)中，我們以問題導(dǎo)向，充分調(diào)動教、學(xué)雙方的主觀能動性，積極組織學(xué)生參與實驗的準(zhǔn)備工作;在實驗中，安排學(xué)生與教師共同討論實驗涉及的理論問題和實驗內(nèi)容可能應(yīng)用的問題，指導(dǎo)學(xué)生分析總結(jié)實驗結(jié)果和存在的問題。以培養(yǎng)學(xué)生興趣為主，發(fā)展一批從事基因工程研究的后備力量，據(jù)不完全統(tǒng)計，繼續(xù)深造讀研的學(xué)生占總?cè)藬?shù)的30%以上。

二、構(gòu)建實驗體系，全面提高學(xué)生實驗技能

基因工程實驗內(nèi)容主要包括基因獲得、載體構(gòu)建、基因?qū)?、基因表達(dá)4個方面，但在進(jìn)行實驗教學(xué)時，往往不是完全直接以此4個方面開展實驗。通過幾年的本科基因工程實驗教學(xué)經(jīng)驗，逐漸形成了以基因工程經(jīng)典性、基礎(chǔ)性實驗為主，強(qiáng)調(diào)實驗的連續(xù)性，并結(jié)合植物基因工程實驗室研究設(shè)計實驗。我們的做法是：

1.基因的獲得，主要采用從克隆載體上酶切獲得目標(biāo)基因、通過PCR擴(kuò)增目的基因、人工合成DNA序列。在基因分離、克隆這部分知識的實驗室驗證教學(xué)中，往往是安排“基因組DNA分離提取技術(shù)”、“RNA分離提取技術(shù)及cDNA反轉(zhuǎn)錄技術(shù)”、“基因酶切與DNA的瓊脂糖電泳技術(shù)”、“PCR技術(shù)”、“電泳膠回收DNA技術(shù)”。

2.載體構(gòu)建。這部分實驗內(nèi)容和基因獲得部分是難以分開的，常常是將酶切后電泳回收的目標(biāo)基因、RNA反轉(zhuǎn)錄的cDNA、人工化學(xué)合成的基因序列、PCR擴(kuò)增的DNA序列構(gòu)建在亞克隆載體上、或構(gòu)建目標(biāo)基因在表達(dá)載體上。這部分實驗室教學(xué)內(nèi)容主要有“載體構(gòu)建技術(shù)”、“基因連接技術(shù)”等。

3.目的基因?qū)?。根?jù)受體細(xì)胞不同導(dǎo)入方法也不同，包括感受態(tài)細(xì)胞的制備、農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法，基因槍法（或微彈轟擊法），花粉管通道法以及顯微注射技術(shù)等，結(jié)合本實驗室研究內(nèi)容，以植物細(xì)胞為主，利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化法，以模式植物煙草為受體材料，通過組織培養(yǎng)再生實驗獲得轉(zhuǎn)目的基因煙草植株。

4.目的基因在宿主基因組上的整合、表達(dá)、檢測及轉(zhuǎn)基因生物的篩選，實驗內(nèi)容包括報告基因的組織化學(xué)染色、PCR擴(kuò)增目的基因、southern blot、Northern blot、Western Blot等實驗內(nèi)容涵蓋了基因工程的主要操作過程和內(nèi)容，可使學(xué)術(shù)全面掌握基因工程技術(shù)。

結(jié)合本實驗室特點，設(shè)置4個實驗內(nèi)容，包括DNA片段得連接、轉(zhuǎn)化及酶切鑒定，農(nóng)桿菌介導(dǎo)的植物遺傳轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化植物的表型分析及鑒定，轉(zhuǎn)基因植物的性狀分析及基因表達(dá)產(chǎn)物提取和檢測。從2006年開始，已經(jīng)培養(yǎng)生物技術(shù)及生物科學(xué)專業(yè)的本科生600余人。

三、加強(qiáng)“物、教師、學(xué)生”管理，全面提高實驗教學(xué)效率

儀器設(shè)備是基因工程實驗得以開設(shè)的基礎(chǔ)，本實驗室儀器設(shè)備總值達(dá)到2394余萬元，完全具備開展基因工程實驗所需硬件條件。在實驗過程中需要使用大量儀器，包括PCR儀、離心機(jī)、電泳儀、凝膠成像系統(tǒng)、恒溫水浴鍋等，種類繁多，價格昂貴，學(xué)生很容易因為不當(dāng)操作導(dǎo)致儀器損壞，導(dǎo)致維修經(jīng)費開支巨大，因此“物”的管理顯得尤為重要，必須嚴(yán)格建立實驗儀器臺賬，利用儀器管理軟件對儀器出入庫、維修及報廢等做好記錄，便于對每臺儀器隨時跟蹤管理。嚴(yán)格按照“賬、物、卡”管理，每臺儀器責(zé)任到人，做好使用登記，定期組織老師對儀器進(jìn)行排查和維護(hù)，保證學(xué)生實驗的順利開展。

教師和實驗技術(shù)人員是實驗教學(xué)的實施者，在注重培養(yǎng)學(xué)生獨立開展實驗的能力的同時，教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生注意理論知識與實驗內(nèi)容的結(jié)合，要講解清楚實驗內(nèi)容的基本原理、操作的關(guān)鍵步驟，甚至要指出可能的誤操作引起的問題。因此教師和實驗技術(shù)人員業(yè)務(wù)水平非常重要，目前本實驗室已有從事基因工程教學(xué)工作教師10人，均獲得博士學(xué)位，專職實驗技術(shù)人員9人（含博士1人，在讀博士3人）。

學(xué)生作為實驗教學(xué)的主體，在實驗設(shè)置時應(yīng)充分考慮學(xué)生的水平和接受程度，要鼓勵學(xué)生按照操作步驟進(jìn)行實驗操作，也要要求學(xué)生清楚每一步操作步驟的理論原理以及所使用儀器的基本性能和操作標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程，才能完成好實驗內(nèi)容的學(xué)習(xí)，對于出現(xiàn)的問題能夠有自己的見解。只有做到“物、教師、學(xué)生”三者的有機(jī)結(jié)合，才能提高基因工程實驗教學(xué)質(zhì)量。

四、展望

基因工程是一門新興的學(xué)科，由于基因概念較為抽象，單憑課堂講解很難完全掌握該門課程的理論基礎(chǔ)和操作技術(shù)，需要開展相應(yīng)實驗教學(xué)，印證課堂教學(xué)內(nèi)容，通過課堂教學(xué)-實驗教學(xué)-知識回顧，才能真正理解基因工程技術(shù)的精要內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁繼紅，李香花，朱意，付家忠.高校生化與分子生物學(xué)實驗室建設(shè)與管理的實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2011，（11）.

[2]趙宏霞，王金平.關(guān)于強(qiáng)化實驗室建設(shè)與工作管理的思考[J].農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)，2009，（15）.

[3]王文娟，朱俊華，尹芳，張雪丹.“分子生物學(xué)實驗”課程教學(xué)改革的實踐與探索[J].北京城市學(xué)院學(xué)報，2010，（3）.

[4]崔芳，孟麗，支濤.電子顯微學(xué)實驗室建設(shè)及發(fā)展的思考[J].中國校外教育，2010，8.

[5]李開智，肖勝軍，郭芳.病理學(xué)創(chuàng)新性實驗教學(xué)初探[J].山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報（基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育版），2007，9（4）.

[6]劉幸福，吳元喜.在實驗教學(xué)中試行“以學(xué)生為主體”的教學(xué)模式探討[J].實驗技術(shù)管理，2002（3）.

[7]謝青，楊廣笑.分子生物學(xué)創(chuàng)新性實驗教學(xué)的實踐與探索[J].實驗室科學(xué)，2008，（5）.

[8]李敏，李堅斌，梁興泉.淺談大學(xué)生創(chuàng)新實驗[J].廣西大學(xué)學(xué)報（哲學(xué)社會科學(xué)版），2009，31（增刊）.

[9]張文利，徐躍飛，董旭.醫(yī)學(xué)本科留學(xué)生的生物化學(xué)實驗教學(xué)[J].教育論壇，2008，13（5）.

[10]曹朝暉，龍石銀，胡小波.把握專業(yè)特色提高生物化學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量[J].醫(yī)學(xué)教育探索，2008，7（4）.

Discussion for the Construction and Administration of Genetic Engineering Laboratory in University

ZHAO Dan1，ZHAO De-gang1

（“The Key Laboratory of Plant Resources Conservation and Germplasm Innovation in Mountainous Region（Ministry of Education），Institute of Agro-Bioengineering and College of Life Sciences，Guizhou University， Guiyang， Guizhou Province 550025”）

Abstract：Laboratory in university is an important base for teaching and research，but also is an important platform to improve the students' ability and innovative spirit. Combined with laboratory construction and practice management in genetic engineering laboratory，the experimental contents，teaching objectives laboratory settings and management of "goods，teachers，students" are discussed in this paper.

Key words：gene-engineering;laboratory construction;management