蔡中全，楊 娟

（廣西大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，廣西 南寧 530004）

農(nóng)科專業(yè)分子遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

蔡中全，楊 娟

（廣西大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，廣西 南寧 530004）

為了適應(yīng)分子遺傳學(xué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域日趨廣泛的應(yīng)用，培養(yǎng)高素質(zhì)的農(nóng)科人才，廣西大學(xué)農(nóng)科專業(yè)分子遺傳實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了循序漸進(jìn)地改革實(shí)踐。不僅通過(guò)實(shí)驗(yàn)課演示鞏固理論知識(shí)，還發(fā)掘其高新技術(shù)教育的實(shí)用價(jià)值和趣味性，結(jié)合學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)和人才培養(yǎng)目標(biāo)，立足重要理論的演示和知識(shí)鞏固，兼顧實(shí)用高新技術(shù)教育，集中力量開(kāi)好幾個(gè)關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)。實(shí)踐表明，改革提高了學(xué)生的參與積極性、克服了學(xué)生對(duì)較前沿知識(shí)和技術(shù)的畏難和神秘感，有效提升了學(xué)生的專業(yè)技能和創(chuàng)新信心。

農(nóng)業(yè)科學(xué)；分子遺傳；實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革；高新技術(shù)教育；農(nóng)科人才培養(yǎng)

遺傳學(xué)是研究生物遺傳變異規(guī)律、探索生命本質(zhì)的學(xué)科［1］，是21世紀(jì)生命科學(xué)領(lǐng)域中發(fā)展最為迅速的學(xué)科，又以其分子遺傳實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展尤為矚目［2］。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，如分子標(biāo)記輔助選擇、農(nóng)作物品種純度檢驗(yàn)、農(nóng)作物品種特異性檢驗(yàn)、轉(zhuǎn)基因檢測(cè)、農(nóng)作物指紋圖譜、轉(zhuǎn)基因育種、農(nóng)業(yè)科學(xué)研究等［3-5］。目前，許多高校對(duì)于遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革進(jìn)行了可貴的探索和實(shí)踐［6-10］，廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院從2005年開(kāi)始對(duì)其實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革探索和實(shí)踐，循序漸進(jìn)地開(kāi)展分子遺傳實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，通過(guò)加強(qiáng)師資，設(shè)置前沿、關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，兼顧實(shí)用高新技術(shù)的教育，取得了很好的效果。

1 遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的必要性

1.1 遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的問(wèn)題

實(shí)驗(yàn)課是趣味性較強(qiáng)的課程，但在過(guò)去遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，越來(lái)越多的學(xué)生忙于撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告、獲得高分實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以至于不愿花時(shí)間去思考和記憶實(shí)驗(yàn)步驟及原理，往往只關(guān)注和自身關(guān)系密切的成績(jī)或者學(xué)分。

在分子遺傳實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生往往無(wú)法完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。主要有以下兩個(gè)原因:1）基于安全因素，一些操作失誤可能導(dǎo)致不可挽回的安全事故，如凍傷、致癌物泄漏等；2）基于時(shí)間因素，該類實(shí)驗(yàn)往往耗時(shí)較多，周期較長(zhǎng)，限制了學(xué)生全程參與。

1.2 分子遺傳實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的必要性

1）知識(shí)更新的需要:遺傳學(xué)的快速發(fā)展主要體現(xiàn)在分子遺傳學(xué)方向的發(fā)展，在21世紀(jì)遺傳學(xué)教材中，均已增補(bǔ)了分子遺傳學(xué)理論課程，并分為多個(gè)章節(jié)，因此，開(kāi)設(shè)分子遺傳學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，是遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須考慮的內(nèi)容。

2）社會(huì)的需要:分子遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。如分子標(biāo)記輔助選擇，農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因成分檢測(cè)，食品轉(zhuǎn)基因成分檢測(cè)，品種純度檢測(cè)，農(nóng)作物品種指紋圖譜等。新時(shí)代的農(nóng)科人才，必將是這些技術(shù)的主要使用者或參與者，有必要將這些知識(shí)和技術(shù)納入專業(yè)教育內(nèi)。

2 改革實(shí)踐與探索

2.1 改革目標(biāo)和思路

1）改革傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)。傳統(tǒng)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的目標(biāo)是通過(guò)一定的實(shí)際參與和操作，演示遺傳變異機(jī)理和規(guī)律?，F(xiàn)代分子遺傳學(xué)的快速發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了更高的要求，還必須涵蓋已經(jīng)廣泛應(yīng)用的分子遺傳學(xué)高新技術(shù)。

2）結(jié)合農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用趨勢(shì)，設(shè)置關(guān)鍵的知識(shí)點(diǎn)和實(shí)用價(jià)值高的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。當(dāng)前農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較多的關(guān)鍵基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為核酸提取，DNA體外擴(kuò)增和檢測(cè)。充分利用科技新成果、新技術(shù)、新思路以及相關(guān)社會(huì)熱點(diǎn)，展示遺傳學(xué)的發(fā)展成就與魅力，緊密結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，逐步發(fā)展系列具備先進(jìn)性、時(shí)代性、實(shí)用性的分子遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)課程。

3）固定的知識(shí)點(diǎn)，采用靈活的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。設(shè)置學(xué)生認(rèn)為值得投入精力、并愿意投入學(xué)習(xí)熱情的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。措施上，設(shè)置具先進(jìn)性、實(shí)用性、時(shí)代熱點(diǎn)和學(xué)生自身關(guān)聯(lián)密切的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。如核酸提取、擴(kuò)增、檢測(cè)基本知識(shí)點(diǎn)和技術(shù)，可以以輔助育種、轉(zhuǎn)基因檢測(cè)、作物指紋圖譜等多種具體的內(nèi)容出現(xiàn)，如在轉(zhuǎn)基因?yàn)樯鐣?huì)熱點(diǎn)的時(shí)期，設(shè)置轉(zhuǎn)基因檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，深受學(xué)生歡迎。

2.2 循序漸進(jìn)的改革實(shí)踐

1）首先在遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)中增設(shè)PCR、電泳實(shí)驗(yàn)。

2005年開(kāi)始增加該部分內(nèi)容，對(duì)鞏固PCR反應(yīng)原理，學(xué)習(xí)并掌握該實(shí)驗(yàn)技術(shù)、補(bǔ)充理論課的不足起到了重要作用。

實(shí)驗(yàn)利用Lambda載體為模板，擴(kuò)增其一個(gè)基因片段，利用無(wú)菌水、PCR緩沖液、氯化鎂溶液、4種底物、一對(duì)引物、taq酶和DNA模板等構(gòu)建一個(gè)25 uL的反應(yīng)體系。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和選材均較為簡(jiǎn)單和穩(wěn)定，利于學(xué)生首次實(shí)驗(yàn)獲得成功，消除對(duì)該類實(shí)驗(yàn)的神秘和畏難心理，建立掌握該類實(shí)驗(yàn)技術(shù)的信心。該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容開(kāi)設(shè)之初受到了學(xué)生的普遍歡迎，屬于較新的、較熱點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

2）增加植物基因組DNA提取，形成一套完整的技術(shù)。

生物組織DNA提取是分子遺傳學(xué)的一個(gè)基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)，增加該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)鞏固植物DNA基因組提取原理和掌握基本的提取方法有重要的意義，同時(shí)基本形成一個(gè)完整的技術(shù)體系，即DNA提取，PCR，電泳分析，基本可以滿足當(dāng)下在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用需要。

3）逐步加強(qiáng)分子遺傳實(shí)驗(yàn)課在高新技術(shù)教育方面的作用。

隨著科技發(fā)展，分子遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域普遍應(yīng)用，基礎(chǔ)的分子遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)成為農(nóng)科人才必須掌握的一項(xiàng)技術(shù)。在此背景下，對(duì)分子遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了一定的調(diào)整，整合為一個(gè)連續(xù)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，3個(gè)試驗(yàn)，完成一個(gè)具體實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)（如從水稻染色體上擴(kuò)增一個(gè)基因片段并定性檢測(cè)）。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上，采用較新的科技成果、產(chǎn)品和技術(shù)，并充分考慮實(shí)用性問(wèn)題，完全模擬了在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，采用較先進(jìn)的試劑盒、Taq Mastermix等成套解決方案，較大程度地更新了分子遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，向高新技術(shù)教育方向加強(qiáng)，抓住主要問(wèn)題，擺脫眾多待掌握知識(shí)點(diǎn)的束縛。

4）采取獨(dú)立設(shè)課。

將分子遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)作為一門(mén)課程的內(nèi)容，系統(tǒng)教授基本的分子遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)。進(jìn)一步將農(nóng)業(yè)領(lǐng)域常用的分子遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)和生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)安排在一起，整合為一門(mén)實(shí)驗(yàn)課程，將蛋白質(zhì)和核酸實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容整合，作為農(nóng)科本科學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，安排在遺傳學(xué)和生物化學(xué)理論課程中。

5）設(shè)置多層次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，滿足不同學(xué)生的需求，并簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

①合格基準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:基本掌握DNA提取、PCR、電泳等的實(shí)驗(yàn)。

②良好基準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:完成分子標(biāo)記輔助選擇、轉(zhuǎn)基因成分檢測(cè)等。

③優(yōu)秀基準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:完成一個(gè)農(nóng)作物指紋圖譜或者自由設(shè)計(jì)引物和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等。

廣東深圳海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展示范區(qū)的主要任務(wù)是加大海洋科技創(chuàng)新力度，引領(lǐng)海洋高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和服務(wù)業(yè)發(fā)展。湛江海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展示范區(qū)主要是創(chuàng)新臨港鋼鐵和臨港石化循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，探索產(chǎn)學(xué)研用一體化體制機(jī)制創(chuàng)新。

6）強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)人員隊(duì)伍建設(shè)。

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備人員在分子遺傳實(shí)驗(yàn)中，起著重要作用，從實(shí)驗(yàn)設(shè)置、教材編制、素材準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)實(shí)施等過(guò)程，基本全程參與和把控，廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院經(jīng)多年的改革和積累，已實(shí)現(xiàn)該方向?qū)嶒?yàn)員全員碩士及以上學(xué)歷。

7）隨著科技進(jìn)步，改革不間斷。

隨著分子遺傳學(xué)不斷取得的新進(jìn)步，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容需不斷改革。下一步預(yù)計(jì)采用新的科技成果，將DNA提取、體外擴(kuò)增、檢測(cè)壓縮在一次實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)完成，然后逐步增設(shè)引物設(shè)計(jì)、熒光定量pCR、重組酶聚合酶擴(kuò)增（RPA）、轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)等在農(nóng)業(yè)中基礎(chǔ)、關(guān)鍵、實(shí)用的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

2.3 實(shí)驗(yàn)室安全控制

分子遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)中，除了常規(guī)的安全問(wèn)題，如用電安全、強(qiáng)酸、堿、鹽等安全外，還涉及其他如凍傷、有毒易揮發(fā)、致癌等危險(xiǎn)性試劑的使用，關(guān)涉師生健康和安全，同時(shí)也是制約該類實(shí)驗(yàn)改革和提升的主要因素。

1）核酸染色液:早期使用EB染色，研究生助教、實(shí)驗(yàn)員幫助實(shí)施染色等工序，隨著科技發(fā)展，逐漸采用更安全的核酸染料。目前，采用基本無(wú)危險(xiǎn)的Gelred和Gelgreen，基本實(shí)現(xiàn)學(xué)生完全獨(dú)立開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，每人均獨(dú)立操作。

3）液氮:提取DNA過(guò)程有使用液氮研磨的操作，而液氮在取和用的過(guò)程中均存在較大的凍傷安全隱患。最早設(shè)計(jì)多人一組，由研究生助教直接監(jiān)控和指導(dǎo)每個(gè)組使用液氮，逐步改進(jìn)液氮取用方法，逐步實(shí)現(xiàn)每人均親自操作。后來(lái)，逐步淘汰液氮，直接使用離解液研磨和勻漿機(jī)研磨等。

3 改革總體效果

改革總體取得了很好的效果，主要體現(xiàn)在以下5個(gè)方面。

1）接觸學(xué)習(xí)了一種新類型的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性有明顯的提高，實(shí)驗(yàn)室氣氛明顯活躍，參與的熱情度較高。

2）學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的態(tài)度有明顯的轉(zhuǎn)變，實(shí)驗(yàn)教改探索過(guò)程中，設(shè)置的部分實(shí)驗(yàn)有些班級(jí)不能按時(shí)完成，學(xué)生卻并不著急，下課后繼續(xù)做，甚至拖延到飯后。有些下午的實(shí)驗(yàn)課，老師提議中午提早開(kāi)始，也都能得到學(xué)生很積極的響應(yīng)。

3）通過(guò)分子遺傳實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)習(xí)和熟悉了超微量類型的實(shí)驗(yàn)，這對(duì)絕大多數(shù)本科學(xué)生來(lái)說(shuō)，是個(gè)全新的實(shí)驗(yàn)體系。

4）對(duì)前沿實(shí)驗(yàn)技術(shù)、高新技術(shù)等學(xué)習(xí)的自信心明顯增強(qiáng)、畏難情緒明顯改觀，主要體現(xiàn)在本科畢業(yè)論文試驗(yàn)中，涉及需要開(kāi)展分子等較新較前沿實(shí)驗(yàn)的，神秘感、畏難情緒明顯較小，完成質(zhì)量比改革前明顯好轉(zhuǎn)。同樣的情況也表現(xiàn)在部分繼續(xù)攻讀碩士研究生的學(xué)生身上。

5）對(duì)科技創(chuàng)新和研究的信心和積極性明顯增強(qiáng)。農(nóng)科大學(xué)生經(jīng)歷幾年的課程學(xué)習(xí)和對(duì)專業(yè)的較深入了解，專業(yè)激情和自信普遍下降。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，讓學(xué)生實(shí)地學(xué)習(xí)實(shí)用的高新技術(shù)，同時(shí)體驗(yàn)到新科技創(chuàng)新成果的優(yōu)越性和現(xiàn)實(shí)存在，如人性化的試劑盒產(chǎn)品、生化企業(yè)推出的各類成套解決方案等，都很大程度上增強(qiáng)了他們對(duì)科學(xué)研究和創(chuàng)新的信心，參與相關(guān)課題研究的熱情明顯提高。

4 結(jié)束語(yǔ)

分子遺傳學(xué)處于飛速發(fā)展階段，其實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)展尤為迅速，這就對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件和實(shí)驗(yàn)改革速度提出了更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)［11］。前沿的科技不僅包含前沿的科學(xué)理論知識(shí)，還必須包含前沿的科學(xué)技術(shù)。

思路上，實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)必須緊緊抓住實(shí)驗(yàn)教學(xué)的先進(jìn)性、實(shí)用性、趣味性以及與生活的相關(guān)性贏得學(xué)生青睞。

內(nèi)容上，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要緊密聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用，分子遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅要體現(xiàn)理論教學(xué)價(jià)值，同時(shí)還必須發(fā)揮技術(shù)教育的作用，即實(shí)驗(yàn)課傳授的知識(shí)和技術(shù)，不僅體現(xiàn)理論教學(xué)價(jià)值，且在實(shí)際生活或工作中會(huì)用到、能解決重要問(wèn)題，能體現(xiàn)課程的價(jià)值。

有的放矢設(shè)置實(shí)驗(yàn)。分子遺傳學(xué)重要的內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)非常多［8，12］，有限的課時(shí)，如何取得最大的價(jià)值，必須認(rèn)真研究，緊密結(jié)合本領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和人才培養(yǎng)目標(biāo)，兼顧前沿知識(shí)和技術(shù)，側(cè)重高新、有用、實(shí)用，集中力量開(kāi)好幾個(gè)關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)。

［1］孫君艷.基于應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的《遺傳學(xué)》課程的教學(xué)改革［J］.教育教學(xué)論壇，2016（35）: 101-102.

［2］朱正茂.遺傳學(xué)課程基因組章節(jié)教學(xué)探討［C］//2014全國(guó)遺傳學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)研討會(huì)會(huì)議手冊(cè)及論文集.［出版地不詳］:［出版者不詳］，2014.

［3］李宗蕓，潘沈元，朱必才，等.遺傳學(xué)課程群的設(shè)置和思考［J］.江蘇師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，22（4）:73-75.

［4］程朝平，劉成德，楊德衛(wèi)，等.分子標(biāo)記輔助選擇秈型直立恢復(fù)系［J］.分子植物育種，2011，9（5）: 561-566.

［5］王文潔，周聯(lián)東，郭玉霞，等.構(gòu)建玉米新品種新科19指紋圖譜的SSR引物篩選［J］.湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，50（17）:3635-3636.

［6］熊大勝，席在星.本科生遺傳實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革探討［J］.遺傳，2005，27（5）:811-814.

［7］李宗蕓，潘沈元，朱必才，等.改革遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2005，24（12）:64-66.

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［10］中華人民共和國(guó)教育部.關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見(jiàn)［J］.中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2001（6）:4-5，36.

［11］張丹，徐崇志，鄒洪軍.淺析《遺傳學(xué)》教學(xué)改革［J］.黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（1）: 98-99.

［12］徐吉臣.科研案例在遺傳學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用［C］//全國(guó)高等院校遺傳學(xué)教學(xué)改革研討會(huì).［出版地不詳］:［出版者不詳］，2010.

Practice and Exploration about Experimental Teaching Reformation of Molecular Genetics in Agricultural Science

CAI Zhongquan，YANG Juan
（College of Agricultural Science，Guangxi University，Nanning 530004，China）

In order to accommodate the rapid development of molecular genetics and the wide use of its technology increasingly in agriculture，cultivate agricultural students of high quality，the reform of molecular genetics experiment teaching was put into practice progressively for the agricultural professional students of Guangxi University.Demonstration of experiment class not only consolidates the theoretical knowledge traditionally，but also explores the role of the technical education，combining with the subject development trend and talent cultivation objectives.The molecular genetics experimental teaching reform based on the important theoretical demonstration and consolidates knowledge，combining practical education of new and high technology focus on several key open experiments. Practice shows that the reform improve the students’enthusiasm to participate，to overcome the difficulties of the students for advanced knowledge and technology and mystery，effectively enhance the confidence of the students’professional skills and innovation.

agriculture；molecular genetics；experimental teaching reformation；high technology education；agricultural talents cultivation

G642.423

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.05.043

2015-10-12；修改日期：2016-09-04

質(zhì)量工程——植物科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范（T3310098209）。

蔡中全（1980-），男，碩士，助理研究員，主要從事遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的工作。