辛暨麗 楊丹聃 張連芝 張紅 薛百功

(1吉林大學基礎(chǔ)醫(yī)學院，吉林 長春 130021；2吉林大學第一醫(yī)院眼科)

以學生發(fā)展為中心，通過教學改革促進學習革命，開放性實驗教學是高校素質(zhì)教育深化改革的重要課題〔1〕。進化生物學在很多領(lǐng)域有效地解決了當今重大疑難疾病治療的世界性難題，其廣泛地利用相鄰學科的成就，在技術(shù)方法上是博采眾長，因此十分適宜開放性實驗教學〔2〕。讓學生在教師的指導下閱讀文獻、獨立設計實驗、操作實驗、分析實驗結(jié)果，幫助學生掌握科研技能，進而形成嚴謹?shù)目茖W思維〔3〕。

1 實驗方案的確定

在微生物進化過程中，選擇壓力的存在可以保證微生物在與選擇壓力的相互作用下，菌種的隨機變異實現(xiàn)定向淘汰，與環(huán)境相適應的基因型得以保存，特別是在人工選育過程中，通過人工施加定向的選擇壓力，使微生物沿著所需的方向的進化，從而獲得目標性狀的菌種。目前實驗室最常用的適應進化方法是在特定條件(給予選擇壓力)下將微生物連續(xù)傳代培養(yǎng)，通過菌株自發(fā)突變的不斷富集，獲得適應特定條件的表型或生理性能。本實驗預期將改良具有降解農(nóng)藥的菌株，以期獲得降解能力更強的菌株。適應性進化又稱定向進化“實驗室進化或馴化”，是目前備受矚目的菌種改良技術(shù)，能夠使菌株在較短的時間內(nèi)有效地改變菌株的某些表型或生理特性(如菌體生長速度，底物消耗速度，耐受高溫 高低pH值及不同有機溶劑等)，并且基本不會影響除目的表型外的其他優(yōu)良性狀〔4〕。采用分組制，每組4～5人，共分6～7組，每個小組由組長負責組織組員進行實驗的開展。學生在指導教師的指導下掌握查閱資料、確定實驗計劃、設計實驗、實踐操作、分析解決問題、撰寫論文的能力。

2 實驗儀器及實驗過程

儀器包括超凈工作臺、搖床、培養(yǎng)箱、顯微鏡、分光光度計、滅菌鍋、恒溫干燥箱、恒溫水浴鍋、酸度計、離心機、移液器、培養(yǎng)皿、三角瓶、槍頭、各種培養(yǎng)基所需試劑，顯色試劑、菌種及農(nóng)藥底物。以泛氧副球菌為出發(fā)菌株，以O,O-二甲基-O-(2,2-二氯乙烯基)磷酸酯(DDVP)為底物，添加濃度為最低抑菌濃度，添加時間為菌株的對數(shù)生長期，以1%的比例在液體培養(yǎng)基中不斷轉(zhuǎn)接，直至篩選出降解DDVP最高的菌株為止。①測得菌株最低抑菌濃度：菌株在最低抑菌濃度下，菌株突變率最高。通過測量OD值來確定最低抑菌濃度。隨著DDVP濃度增加，OD值逐漸降低，通過對不同濃度DDVP培養(yǎng)1 d，2 d，3 d，制得OD值與DDVP濃度曲線，3條曲線的第一個交點即為最低抑菌濃度。②菌株的生長曲線測定。OD值和培養(yǎng)時間制得曲線，曲線平緩之前即為最佳轉(zhuǎn)接時間。③進行傳代培養(yǎng)：加入最低抑菌濃度的DDVP，并且測定DDVP降解率，得出最佳降解率及其所需要傳代時間(或傳代次數(shù))。④篩選：在降解率最高時，進行涂布，平板劃線，單菌落篩選，逐一測定每株菌的DDVP降解率。⑤穩(wěn)定性的測定：對所得菌種進行連續(xù)四至六代培養(yǎng)，隨后測定DDVP降解率。來確定降解率這一特性是否能穩(wěn)定遺傳。⑥菌種檢測：進行細胞形態(tài)觀察，活菌數(shù)的測定，菌活力檢測。⑦脅迫條件的改變：在進行到第6步后，將得到的優(yōu)良菌種接種在新培養(yǎng)基中。培養(yǎng)基除DDVP濃度增加，其余條件不變。⑧重復④～⑦步驟。直到篩選出能夠耐受最高DDVP濃度的菌株。⑨基因組測序分析。開放性實驗結(jié)果的評價。

3 效 果

在本實驗中學生掌握了①設計適應性進化的環(huán)境條件；②掌握微生物降解磷的檢測方法；③掌握對進化微生物的鑒定檢測方法；④分析原始菌株和進化后菌株的比較分析。試驗后各組需提交實驗記錄和分析報告，總結(jié)實驗中的收獲及存在的問題，指導教師根據(jù)反饋意見改進實驗。

綜上，我國高校人才培養(yǎng)重要目標之一是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才,推動探究式學習，提高學生分析解決問題的能力，開放型實驗為學生提供了一個開放、自由的實驗環(huán)境，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力、實踐能力和科學素養(yǎng)。本實驗融合了細胞生物學、生物化學、微生物學等多學科的原理和操作技術(shù)，切實提高學生的實驗素質(zhì)和實操能力,培養(yǎng)學生創(chuàng)造性的科學思維和嚴謹?shù)膶W習態(tài)度,最大限度地利用實驗室資源,充分發(fā)揮實驗室在實施素質(zhì)教育中的重要作用,使其更好地為學生服務。