何華綱, 朱姍穎, 姜 松, 董 英

(1.江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，鎮(zhèn)江 212013； 2.江蘇大學(xué)環(huán)境學(xué)院，鎮(zhèn)江 212013)

分子生物學(xué)和基因工程技術(shù)被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，不僅給現(xiàn)代生命科學(xué)帶來(lái)了一場(chǎng)革命，而且大大促進(jìn)了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等行業(yè)的發(fā)展，尤其是在基因工程藥物、轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物等方面已創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[1]。分子生物學(xué)與基因工程實(shí)驗(yàn)課程對(duì)培養(yǎng)生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)技術(shù)型及創(chuàng)新型人才具有重要意義[2-3]。在多年實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上，本文對(duì)分子生物學(xué)與基因工程實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)的現(xiàn)狀進(jìn)行剖析，探索并提出實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)的思路，并將其應(yīng)用于教材建設(shè)的實(shí)踐。

1 分子生物學(xué)與基因工程實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)的現(xiàn)狀

近年來(lái)，隨著生命科學(xué)的發(fā)展，涌現(xiàn)出大量相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教材，促進(jìn)了生物技術(shù)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)，但在整體上還存在以下三個(gè)方面的不足：

1)讀者群定位不夠清晰。在建設(shè)和出版教材時(shí)，許多編者不能清晰地界定讀者群，在內(nèi)容上貪多求全，不能完全適應(yīng)和滿足本科教學(xué)的需求。

2)入門(mén)指導(dǎo)性不強(qiáng)。在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇上，不少教材所選的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目過(guò)于專(zhuān)業(yè)化，不適于本科入門(mén)教學(xué)；在內(nèi)容的編排上，往往偏重于實(shí)驗(yàn)步驟的編寫(xiě)，甚至羅列，而對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的闡述不夠詳細(xì)[4]，缺乏應(yīng)有的指導(dǎo)性。

3)系統(tǒng)性不強(qiáng)。有些教材所選的各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目過(guò)于獨(dú)立，缺乏連貫性和系統(tǒng)性，易使學(xué)生孤立地看待相關(guān)知識(shí)及技能，從而不利于培養(yǎng)學(xué)生的整體意識(shí)和科研意識(shí)[5]。

2 分子生物學(xué)與基因工程實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)的指導(dǎo)思想

針對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教材的不足，本文提出兩點(diǎn)設(shè)想。

2.1 立足本科培養(yǎng)目標(biāo)，強(qiáng)化入門(mén)指導(dǎo)

作為本科實(shí)驗(yàn)教材，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇上應(yīng)有別于研究生教材，需立足于本科培養(yǎng)目標(biāo)，兼顧本科教學(xué)平臺(tái)，選擇涵蓋核心技術(shù)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的撰寫(xiě)上，應(yīng)強(qiáng)化教材的入門(mén)指導(dǎo)作用，詳盡介紹專(zhuān)業(yè)知識(shí)背景、實(shí)驗(yàn)原理和操作方法。

2.2 適應(yīng)創(chuàng)新教學(xué)理念，強(qiáng)化科研啟蒙

無(wú)論是學(xué)科自身的發(fā)展，還是社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，都對(duì)本科教學(xué)提出了培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的更高要求。為了適應(yīng)創(chuàng)新教學(xué)的理念，在實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)時(shí)，既要重視基本操作技能的培養(yǎng)，還要重視綜合運(yùn)用、獨(dú)立創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[6-7]。對(duì)此，應(yīng)在教材中加大綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的比重。綜合性實(shí)驗(yàn)不僅要體現(xiàn)出學(xué)科內(nèi)的小綜合，還要體現(xiàn)出跨學(xué)科的大綜合，以反映學(xué)科發(fā)展的動(dòng)向及學(xué)科之間的聯(lián)系；在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，要求引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并作可行性分析，規(guī)范思維；開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)最好能與科研課題結(jié)合[8]，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化本科實(shí)驗(yàn)課程的科研啟蒙作用[9]。

3 分子生物學(xué)與基因工程實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)的實(shí)踐

根據(jù)上述兩個(gè)指導(dǎo)思想，本文作者及所在教研組在實(shí)驗(yàn)教材的建設(shè)上做了初步嘗試，編寫(xiě)并出版了適用于生物技術(shù)本科專(zhuān)業(yè)的《分子生物學(xué)與基因工程實(shí)驗(yàn)教程》。該教材的建設(shè)著重于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的模塊化設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容的編撰等三個(gè)方面。

3.1 精心選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

立足于生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)大綱，圍繞DNA重組、原核表達(dá)、轉(zhuǎn)基因等核心技術(shù)，選擇能在本科教學(xué)平臺(tái)上有效實(shí)施的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，既考慮上游技術(shù)，又重視下游技術(shù)，并兼顧實(shí)驗(yàn)技術(shù)在微生物、植物和動(dòng)物領(lǐng)域的應(yīng)用。由于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、成本、時(shí)間等因素的限制，將動(dòng)物轉(zhuǎn)基因引入本科教學(xué)是不現(xiàn)實(shí)的，但編者還是在教材中成功引入了昆蟲(chóng)桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)，利用重組桿狀病毒建立家蠶生物反應(yīng)器，這不僅具有本科教學(xué)的可行性，而且展現(xiàn)了學(xué)科的發(fā)展動(dòng)向及技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，在教學(xué)中極大地激發(fā)了學(xué)生的專(zhuān)業(yè)興趣。

選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目還要考慮到生物大分子看不見(jiàn)摸不著的特性[10]，盡量將不可見(jiàn)變?yōu)榭梢?jiàn)，將抽象變?yōu)榫唧w，將枯燥變?yōu)橛腥?。例如，在原核表達(dá)時(shí)使用綠色或紅色熒光蛋白基因作為外源基因，經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)表達(dá)后，大腸桿菌能夠呈現(xiàn)亮麗的綠色或紅色；隨后利用鎳離子親和層析分離純化重組蛋白時(shí)，還可根據(jù)綠色或紅色的聚集或消散，直觀地觀察到重組蛋白的結(jié)合效果和洗脫效果，這既加深了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解，又提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.2 模塊化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

跟其他實(shí)驗(yàn)課程相比，分子生物學(xué)與基因工程實(shí)驗(yàn)具有自身的特色，各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相對(duì)獨(dú)立，又前后關(guān)聯(lián)，在教材建設(shè)時(shí)要充分認(rèn)識(shí)到這種關(guān)聯(lián)性，否則不利于所學(xué)知識(shí)及技術(shù)的融會(huì)貫通。比較合理的做法是將各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行模塊化處理。如將整部教材分為DNA重組、原核表達(dá)、植物轉(zhuǎn)基因、昆蟲(chóng)桿狀病毒、開(kāi)放實(shí)驗(yàn)等模塊，每個(gè)模塊包含若干個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間環(huán)環(huán)相扣，構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。

例如，原核表達(dá)模塊不僅涵蓋了引物的設(shè)計(jì)、表達(dá)載體的構(gòu)建、外源基因的誘導(dǎo)表達(dá)、重組蛋白的SDS-PAGE檢測(cè)、重組蛋白的分離純化、重組蛋白的活性分析等實(shí)驗(yàn)及技術(shù)，而且以點(diǎn)成線、以線成面，將孤立的知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，形成一個(gè)完整的系統(tǒng)，指導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建基因工程菌并從中獲得具有生物學(xué)活性的重組蛋白。教材中的原核表達(dá)模塊還加強(qiáng)了分子生物學(xué)與基因工程同生物化學(xué)、酶工程、發(fā)酵工程、分離工程等課程的銜接，充分體現(xiàn)出生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)核心課程的關(guān)聯(lián)性。

總之，教材中實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的模塊化設(shè)計(jì)具有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：

1)將實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性、綜合性等要素有機(jī)地結(jié)合在一起，有利于全面培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立操作能力、綜合應(yīng)用能力、方案設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。

2)將單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)整合為一個(gè)獨(dú)立的課題，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還原出科研的面貌，有利于引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)研究的方法，激發(fā)學(xué)生的科研興趣，真正起到科研啟蒙的作用。

3.3 精心編撰實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容的編撰采用易于被學(xué)生接受的傳統(tǒng)格式，將單個(gè)實(shí)驗(yàn)分為實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和思考題等5個(gè)部分，撰寫(xiě)時(shí)把實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容作為重點(diǎn)。

1)實(shí)驗(yàn)原理部分：針對(duì)初學(xué)者的特點(diǎn)，教材注重背景知識(shí)的介紹和技術(shù)原理的闡述，例如，在“農(nóng)桿菌介導(dǎo)法制作轉(zhuǎn)基因植物”實(shí)驗(yàn)中，先概括性地介紹了轉(zhuǎn)基因植物的應(yīng)用現(xiàn)狀，綜合評(píng)價(jià)了基因槍法、花粉管通道法、農(nóng)桿菌介導(dǎo)法等常用的植物轉(zhuǎn)基因方法，使讀者能對(duì)整個(gè)技術(shù)背景有比較全面的了解；然后詳細(xì)介紹了Ti質(zhì)粒的構(gòu)建策略和方法、外源基因?qū)朕r(nóng)桿菌、農(nóng)桿菌感染植物細(xì)胞、轉(zhuǎn)基因植株的再生等核心技術(shù)。在實(shí)驗(yàn)原理的闡述過(guò)程中，力求突出重點(diǎn)、深入淺出、清晰透徹、通俗易懂，并精心設(shè)計(jì)70多幅圖片，輔助學(xué)生對(duì)各重點(diǎn)、難點(diǎn)的理解。例如，介紹“藍(lán)白斑篩選”時(shí)就設(shè)計(jì)了5幅圖片，既有β-半乳糖苷酶催化的反應(yīng)圖，又有藍(lán)白斑的實(shí)物圖及示意圖，還特別呈現(xiàn)了大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控、α-互補(bǔ)及化學(xué)反應(yīng)，使藍(lán)白斑篩選的原理一目了然。

2)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容部分：力求準(zhǔn)確地描述基本操作，并用注解形式強(qiáng)調(diào)關(guān)鍵操作，或作必要的安全提示。比如在“氯仿抽提去質(zhì)粒DNA中雜蛋白”這個(gè)步驟中，利用注解比較詳細(xì)地說(shuō)明了該步驟在實(shí)驗(yàn)中所起的作用、操作難度及潛在的實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)，對(duì)學(xué)生掌握操作技術(shù)有實(shí)際的指導(dǎo)作用。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容部分，盡量提供備用方案，以滿足不同的實(shí)驗(yàn)操作要求，也可適應(yīng)不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，例如提供SDS堿裂解法、柱式抽提法兩種方案提取質(zhì)粒DNA，提供試劑盒法、反復(fù)凍融法、乙醇沉淀法等4種方案回收和純化目的基因。在教學(xué)中由學(xué)生自己選擇和實(shí)施不同的實(shí)驗(yàn)方案，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，并拓展了其思維。

[1]何華綱.朱姍穎(主編).分子生物學(xué)與基因工程實(shí)驗(yàn)教程[M].北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社, 2011.

[2]朱旭芬.王 莉.一本實(shí)用性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)教材[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué), 2006(8): 62-63.

[3]楊東英, 焦傳珍, 唐立剛.分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的幾點(diǎn)思考[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào).2007, 33: 209.

[4]張 寶.分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的體會(huì)[J].衛(wèi)生職業(yè)教育, 2007, 25(12): 102-103.

[5]李洪濤.基因工程原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)與實(shí)踐[J].科技資訊.2008, 10: 107.

[6]曹 華, 裴 鵬， 王松梅， 等.分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].醫(yī)學(xué)教育探索, 2006, 5(1):59-62.

[7]邢萬(wàn)金, 扈廷茂.本科基因工程大實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)踐和體會(huì)[J].生物學(xué)通報(bào).2007, 42(3): 48-50.

[8]崔銀秋, 林 鳳, 逯家輝， 等.建立與科研課題結(jié)合的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2009, 28(11): 109-111.

[9]何華綱.朱姍穎， 王 勇， 等.生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革初探[J].中國(guó)校外教育, 2011(5): 120.

[10]陳啟龍, 楊和建.分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討[J].黃山學(xué)院學(xué)報(bào), 2009, 11(3): 136-138.