郝曉冉, 向碧云, 謝巧紅, 高瀟瀟, 郝俊冉

(1. 北京師范大學 生命科學學院, 北京 100875; 2. 北京市八一學校, 北京 100080)

研究型大學是國家高等教育體系的領跑者,在知識生產(chǎn)、傳播與應用中發(fā)揮著不可替代的作用,其科研生產(chǎn)力在很大程度上也決定了國家在區(qū)域和全球的競爭力。《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》中明確指出：“大學是我國培養(yǎng)高層次創(chuàng)新人才的重要基地,是我國基礎研究和高技術領域原始創(chuàng)新的主力軍之一,是解決國民經(jīng)濟重大科技問題、實現(xiàn)技術轉移、成果轉化的生力軍。加快建設一批高水平大學,特別是一批世界知名的高水平研究型大學,是我國加速科技創(chuàng)新、建設國家創(chuàng)新體系的需要”[1]。

科研實驗室作為高?？萍紕?chuàng)新的平臺,是人才培養(yǎng)與成長的搖籃,是推動高校創(chuàng)新能力的有力支撐?？蒲袑嶒炇业慕ㄔO和管理對高校教學和科研工作的正常進行起著舉足輕重的作用[2]。研究生作為科研實驗室的主體部分,與實驗室的管理密切相關,因此探討研究生自主管理實驗室的有效模式,充分發(fā)揮研究生在實驗室的主體作用,對于提高科研工作效率、培養(yǎng)高素質人才具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

1 微生物學科研實驗室模塊化管理模式建立的背景

微生物學是生物學的重要分支學科之一。它是在分子、細胞或群體水平上研究各類微小生物(細菌、放線菌、真菌、病毒、立克次氏體、支原體、衣原體、螺旋體原生動物以及單細胞藻類)的形態(tài)結構、生長繁殖、生理代謝、遺傳變異、生態(tài)分布和分類進化等生命活動的基本規(guī)律,并將其應用于工業(yè)發(fā)酵、醫(yī)學衛(wèi)生和生物工程等領域的科學。微生物學[3]是現(xiàn)代高新生物技術的理論與技術基礎,也是高等農(nóng)林院校生物類專業(yè)發(fā)展及農(nóng)林業(yè)現(xiàn)代化的重要基石之一。由于微生物生長周期短、易操作、易培養(yǎng)等特點,在越來越追求本質的趨勢下,微生物學技術在宏觀學科研究中也變得越來越重要。

高校微生物學實驗室具有如下幾個特點：(1)研究對象往往是細菌、真菌等各種微生物菌種,微生物菌種的純培養(yǎng)和菌種保藏尤為重要,操作不當則可能引起的微生物菌種擴散、微生物廢棄物污染環(huán)境等問題,如果沒有相應的規(guī)章制度管理,容易造成嚴重后果；(2)常用的實驗儀器包括高壓蒸汽滅菌鍋、旋轉蒸發(fā)器、大型高速離心機、搖床、超低溫冰箱、微波爐、電磁爐、烘箱、冷凍干燥儀等,這些儀器經(jīng)常處于接通電源、高溫高壓、高速等實驗狀態(tài),如果不按照規(guī)范操作,極易造成燙傷、凍傷、機械損傷，甚至引起火災；(3)一些精密儀器比如熒光定量PCR儀、高效液相色譜儀、多功能酶標儀等,對操作技術要求相對較高,需要經(jīng)過培訓才能使用,同時這些儀器還存在易損耗配件或者需要定時校準維護；(4)易燃、易爆、劇毒、強腐蝕性的化學藥品和試劑使用頻繁,一旦操作不當,輕則造成儀器損壞、環(huán)境污染,重則引發(fā)安全事故,甚至威脅到實驗人員的生命健康安全；(5)各種高成本、易失活的酶制劑,如果保存條件不當,或者使用方法不當,造成污染,影響后續(xù)人員使用,對科研經(jīng)費也造成極大的浪費；(6)實驗技術有傳承性。碩士研究生的培養(yǎng)一般是3年,博士研究生的培養(yǎng)一般是4年及以上,研究生畢業(yè)之后,如果相關課題沒有繼續(xù)進行,那么期間建立的各種實驗方法和技術很容易丟失,對于實驗室建設和發(fā)展,造成極大的損失。某些研究方向相關的科研實驗室組建成公共實驗室,還表現(xiàn)出使用人員和使用時間不固定、日常管理困難、儀器設備維護頻繁等特點。

建設綠色生物實驗室已成為實驗室管理和改革的重要內容[4],基于微生物學實驗的特點,在高校實驗室管理中提高科研實驗室管理和運行效率,培養(yǎng)研究生的責任心、安全意識對于建設綠色生物實驗室至關重要。

2 “模塊化”管理模式的實踐和探究

2.1 “模塊化”管理理念

模塊化管理是20世紀90年代崛起的一種新型企業(yè)管理思想,是一種處置復雜系統(tǒng)的產(chǎn)品和服務的新方法,簡言之,就是把問題細化,分級別管理,各負其責,管理模式呈金字塔狀。目前為止,模塊化管理模式已經(jīng)被廣泛應用到金融行業(yè)[5]、軟件發(fā)展行業(yè)、汽車行業(yè)和微機行業(yè)、石油鉆井[6]、發(fā)電廠工程[7]、手術室感染管理[8]等多個行業(yè)。

2.2 北京師范大學微生物學實驗室

目前各個高校有很多針對微生物學實驗室的管理制度,常見的有：實驗室準入制度、實驗室定期消毒、廢棄物集中處理等[9-12]。北京師范大學生命科學學院是“國家理科基礎科學研究人才培養(yǎng)基地”“國家生命科學與技術人才培養(yǎng)基地”和“基礎學科拔尖學生培養(yǎng)試驗計劃”單位,以及“211工程”和“985工程”項目重點建設單位。微生物學實驗室是其中的重要組成部分,團隊成員目前有1名教授、1名實驗師、1名博士后、4名博士研究生、2名碩士研究生。主要研究方向包括：1)酵母菌非編碼RNAs(noncoding RNAs)的發(fā)生和生物學功能；2)真菌天然活性產(chǎn)物生物合成通路以及調控機制的研究。實驗室除了進行研究生培養(yǎng)外,還承擔指導本科生完成創(chuàng)新項目、畢業(yè)設計等多項任務。實驗室占地面積80 m2,配置各種專業(yè)儀器設備40余種,日常工作人數(shù)在7～20人不等。自2012年開始,實驗室采用“模塊化”管理模式管理實驗室,經(jīng)過連續(xù)5年的發(fā)展,在實驗室管理方面取得了一些良好的效果,實驗室整體工作效率大大提高,研究生的工作熱情也得到了很大的提升。

2.3 微生物實驗室的“模塊化”管理模式

利用“模塊化”管理模式,我校微生物學實驗室首先將整個實驗室管理分為6個模塊：(1)實驗儀器；(2)實驗藥品；(3)菌種和引物；(4)實驗技術；(5)采購與報賬；(6)安全和衛(wèi)生(見圖1)。

2.3.1 實驗儀器模塊

為了更好地利用空間,根據(jù)儀器屬性和實驗功能不同,將同類別,或者同一實驗需要,或者對環(huán)境要求類似的儀器擺放在一起,將實驗室劃分為多個功能區(qū),包括①接種區(qū),2臺超凈工作臺；②RNA操作區(qū),大型臺式冷凍離心機、小型臺式冷凍離心機、渦旋儀、細胞破碎儀、冷凍干燥儀;③電泳區(qū),凝膠成像系統(tǒng)、電泳儀及配套電源、藍光切膠儀;④天然產(chǎn)物分離分析區(qū),高效液相色譜儀、真空泵、旋轉蒸發(fā)器、冷阱、紫外檢測儀、超聲波清洗機；⑤檢測區(qū),酶標儀、超微量紫外可見分光光度計、細胞電穿孔系統(tǒng)；⑥PCR區(qū),3臺PCR儀、小型離心機、金屬?。虎吲囵B(yǎng)基配置區(qū),電子天平、分析天平、磁力攪拌器、電磁爐、微波爐；⑧培養(yǎng)區(qū),3臺培養(yǎng)箱,2臺搖床；⑨冰箱區(qū),6臺冰箱。某些常用到的小型臺式離心機儀器、渦旋儀、移液器等間插排布在實驗臺上,方便學生實驗操作。所有儀器統(tǒng)一登記,統(tǒng)一編號,分區(qū)指派研究生負責日常儀器維護和保養(yǎng)。

圖1 微生物實驗室模塊化管理模式

2.3.2 實驗藥品試劑模塊

根據(jù)使用目的,可將微生物實驗室用到的藥品試劑分為下面幾類：①常用藥品,包括各種碳源、氮源、無機鹽類、瓊脂粉、瓊脂糖等。為便于查找和歸位,每個藥品蓋子上都寫上藥品名稱和藥品柜編號,同時在電腦登記藥品名稱和存放位置；②抗生素類,存放于4 ℃冰箱固定區(qū)域內;③消化酶,包括蝸牛酶、纖維素酶、幾丁質酶、溶菌酶等,存放于4 ℃冰箱固定區(qū)域內;④有機試劑,包括乙醇、甲醇、氯仿、二氯甲烷、乙酸乙酯、二甲基亞砜等,分類存放于可通風的藥品柜中；⑤強酸強堿類,包括濃硫酸、濃磷酸、濃鹽酸、醋酸、雙氧水、過氧化鈉等分類存放于專門的藥品柜中；⑥分子生物學常用試劑,包括限制性內切酶類、連接酶、Taq酶、逆轉錄酶、定量PCR試劑、地高辛DIG標記檢測試劑盒等,存放于-20 ℃冰箱固定抽屜內；⑦常用試劑盒,包括質粒小提試劑盒、凝膠回收試劑盒、片段純化試劑盒等分類存放于實驗室固定柜子中；⑧氨基酸類和維生素類,作為合成培養(yǎng)基的補充營養(yǎng)成分,這類藥品種類多,瓶子小,所以統(tǒng)一存放在實驗室固定抽屜或者冰箱中；⑨RNA相關試劑,RNase廣泛存在于皮膚和環(huán)境中,活性穩(wěn)定,易于復性,因此相關試劑存放于實驗室固定區(qū)域;⑩Southern blot常用藥品試劑,Southern blot步驟多,實際使用量大,相關藥品統(tǒng)一存放于實驗室固定柜子中。

2.3.3 菌種和引物模塊

對微生物進行基因功能研究或者菌種改造,涉及到各種各樣的菌種、質粒、突變株,實驗室統(tǒng)一要求對每種新構建的質粒、突變株、新分離到的菌種做成甘油管保存于-80 ℃冰箱內,除了分配的個人甘油管盒子外,每保藏一個菌種還需要提交兩份到實驗室公共盒子中,一份日?；罨N使用,一份保存?zhèn)溆谩Ｍ谎芯糠较虻耐ㄓ靡镆泊娣庞?80 ℃冰箱內,每設計一對引物,被驗證可以使用后,需要登記入實驗室公共引物文件中。

2.3.4 實驗技術模塊

實驗室配備有公用電腦,方便學生查找實驗室公共資料,技術模塊主要包括5個方面：①實驗記錄,每位學生有實驗室統(tǒng)一編號的實驗記錄本,記錄日常實驗步驟、結果以及總結；②畢業(yè)論文和已發(fā)表文章,實驗室都留有一份紙質版和電子版；③基本實驗操作步驟,包括常用試劑盒說明書、常用培養(yǎng)基和試劑、抗生素、質粒、天然產(chǎn)物純化方法、菌種分離及保藏技術、分子生物學技術、Southern blot、Northern blot、微生物生理生化等;④相關課題前沿書籍,包括《分子克隆實驗指南》第三版等；⑤供貨公司的產(chǎn)品目錄。

2.3.5 采購與報賬模塊

微生物學實驗要用到很多種實驗耗材、有機無機試劑、抗體和酶制劑等,所以為了保證整個實驗室的正常有序高效的運作,就對各種材料進行了專人負責制度。①國外訂貨類,如地高辛DIG標記檢測試劑盒、Real-time PCR定量試劑盒等試劑需要從國外采購,供貨周期長,規(guī)定每次使用要登記余量,并安排專人負責定期查看使用登記表,及時采購,有效避免試劑短缺現(xiàn)象；②有機試劑類,規(guī)定每次使用登記用量和余量,并安排專人負責檢查各試劑的保存狀況及采購；③常用低值易耗材料如吸頭、Ep管、PCR管、培養(yǎng)皿、手套等,規(guī)定每半個月定期清點耗材余量,實驗室集中采購；④及時更新試劑。發(fā)現(xiàn)有高效或者更加優(yōu)惠的試劑或者試劑盒,及時更換產(chǎn)品。

所有藥品試劑,每訂購一次,都需要登記藥品試劑的詳細信息,方便學生及時查到藥品貨號、價格和供貨商,為后續(xù)訂貨提供便利。同時也便于項目負責人了解經(jīng)費使用情況。到貨后,由專人負責核對包括貨號、價格、商家等信息,并對所開具的發(fā)票定期進行報賬處理。

2.3.6 安全與衛(wèi)生模塊

微生物學實驗中,很多藥品、試劑等在《實驗室安全管理規(guī)定》中屬于危險品,但又是進行實驗所必不可少的試劑,為了實驗室及實驗人員的安全,本實驗室也實施了專人負責制度。本實驗室常用儀器、試劑較多,分塊管理能保證實驗室日常工作的高效運行。①分區(qū)管理。實驗儀器分管到個人,實驗室每個成員都有自己負責的模塊,例如實時熒光定量PCR儀的使用,在對所有成員進行培訓后,再在負責人的監(jiān)督下使用,在保障了儀器的運行安全的同時,也降低了儀器的損耗。再如離心機、高壓滅菌鍋,由專人負責定期清潔保養(yǎng),既保證了儀器的安全，也保障了使用者的人身安全。②有機試劑類。分別歸類于各自的藥品柜中,由專人負責定期檢查保存情況；使用揮發(fā)性試劑時,須在通風櫥中進行；廢液進行專門的貯存,倒入的廢液種類也有登記作為參考,并安排了專人在學院進行統(tǒng)一處理的時候,進行廢液的移送。③常用藥品的安全管理。負責人定期查看藥品的分類存放情況,將常用的藥品和氫氧化鈉、氫氧化鉀及高錳酸鉀等腐蝕性藥品分開存放,并確保藥品的標簽和蓋子完好。有毒有害藥品需要在藥品登記表上附注危險標識,以提示使用者。④垃圾分類。實驗后帶菌的平板、試管及培養(yǎng)基等,需要進行高溫高壓滅菌處理后才能倒入實驗垃圾桶內,并進行清洗,避免污染環(huán)境。⑤每天最后離開實驗室的成員,必須關閉不需要運行的儀器,拔掉電源,并檢查正在運行的儀器是否正常,鎖好門窗。⑥實驗室每周進行一次大掃除,各負責人清潔和維護各自管理的儀器,并將臺面整理干凈。值日生負責將實驗垃圾和生活垃圾回收,做好科室、負責人及日期等標識,分別送到學院的實驗垃圾站和生活垃圾站。

3 取得的成果和存在的問題

研究生是科研實驗室的主要成員,大部分時間都在實驗室中工作,對實驗室情況最為了解,也是實驗室管理的最終受益者,這種模塊化、責任化的管理模式能充分調動研究生的主觀能動性和責任心。每人都有儀器和藥品管理責任,每人都受益于他人的付出。具體來說,通過實時登記,學生能及時對實驗室儀器損壞、實驗耗材損耗、材料短缺做好反饋工作,避免了儀器損壞或材料短缺對實驗及進度造成的影響。在促進研究生全方位了解掌握各種儀器設備,促進個人實踐和儀器操作能力的提升的同時，也充分發(fā)揮了學生作為管理者的能力。通過建立儀器預約制度,避免實驗撞車,使學生能夠更加有效規(guī)劃實驗時間,也讓儀器的使用效率達到最大化。通過建立實驗技術模塊,新加入的成員能夠很快學會基本實驗操作,很容易建立實驗自信心,也大大減少了培訓時間,提高了實驗室整體工作效率。通過努力,近五年來實驗室取得很多成果,培養(yǎng)研究生6名,發(fā)表SCI論文24篇,獲得批準的科研專利3項,指導本科生國際遺傳機器工程大賽(international genetically engineered machine competition,IGEM)獲得2金1銀1銅的好成績,指導并完成5名本科生創(chuàng)新項目,其中“利用宏基因組學方法研究細菌素在食品發(fā)酵微環(huán)境中的Quorum sensing作用”項目被評為“校級本科生科研基金”優(yōu)秀項目。

在模式化管理的過程中,也發(fā)現(xiàn)了一些存在的問題,例如：高年級研究生的行為習慣對低年級學生起到重要的示范作用,如何激勵和保證這種示范作用保持積極方向？第二,在發(fā)現(xiàn)有學生違反規(guī)定時,如何能夠及時提醒并避免用力過度？另外,有些研究生不能持續(xù)遵守實驗室的規(guī)章制度,責任心和主動性不強,在管理過程中需要管理者或者導師與其進行進一步的溝通,這些問題都需要繼續(xù)關注和探討解決。