高?；蚬こ虒?shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理探討

趙丹 趙德剛

摘要：高校實(shí)驗(yàn)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(dòng)手能力和創(chuàng)新精神的重要場(chǎng)所。結(jié)合基因工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理實(shí)踐，對(duì)基因工程實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、實(shí)驗(yàn)設(shè)置以及實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室建設(shè);管理

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

實(shí)驗(yàn)室是高校開展大學(xué)生和研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要場(chǎng)所，也是高校教師開展科學(xué)研究的重要平臺(tái)，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(shí)驗(yàn)室開展的實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力以及理論聯(lián)系實(shí)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(tái)進(jìn)行，對(duì)基因工程教學(xué)實(shí)驗(yàn)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(tái)建設(shè)的是教學(xué)實(shí)驗(yàn)室有其不同于常規(guī)單一教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的管理模式，能使大學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)了解學(xué)科前沿和實(shí)際研究狀況，在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上融進(jìn)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。經(jīng)過幾年的實(shí)踐探索，在提高參與實(shí)驗(yàn)學(xué)生動(dòng)手能力及培養(yǎng)創(chuàng)新思維發(fā)揮了重要作用，尤其是對(duì)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(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)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(jì)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)置和選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)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(shí)驗(yàn)對(duì)基因工程理論有系統(tǒng)、明確的認(rèn)識(shí)，達(dá)到熟識(shí)、理解并掌握DNA重組的原理和實(shí)際操作方法，并在實(shí)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(shí)驗(yàn)室進(jìn)行教學(xué)的目標(biāo)是培養(yǎng)高年級(jí)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(dòng)教、學(xué)雙方的主觀能動(dòng)性，積極組織學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作;在實(shí)驗(yàn)中，安排學(xué)生與教師共同討論實(shí)驗(yàn)涉及的理論問題和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可能應(yīng)用的問題，指導(dǎo)學(xué)生分析總結(jié)實(shí)驗(yàn)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(jì)，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(shí)驗(yàn)體系，全面提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能

基因工程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括基因獲得、載體構(gòu)建、基因?qū)搿⒒虮磉_(dá)4個(gè)方面，但在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，往往不是完全直接以此4個(gè)方面開展實(shí)驗(yàn)。通過幾年的本科基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，逐漸形成了以基因工程經(jīng)典性、基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)為主，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的連續(xù)性，并結(jié)合植物基因工程實(shí)驗(yàn)室研究設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。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(shí)的實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(cè)及轉(zhuǎn)基因生物的篩選，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括報(bào)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室特點(diǎn)，設(shè)置4個(gè)實(shí)驗(yàn)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(cè)。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(shí)驗(yàn)教學(xué)效率

儀器設(shè)備是基因工程實(shí)驗(yàn)得以開設(shè)的基礎(chǔ)，本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)所需硬件條件。在實(shí)驗(yàn)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(jià)格昂貴，學(xué)生很容易因?yàn)椴划?dāng)操作導(dǎo)致儀器損壞，導(dǎo)致維修經(jīng)費(fèi)開支巨大，因此“物”的管理顯得尤為重要，必須嚴(yán)格建立實(shí)驗(yàn)儀器臺(tái)賬，利用儀器管理軟件對(duì)儀器出入庫、維修及報(bào)廢等做好記錄，便于對(duì)每臺(tái)儀器隨時(shí)跟蹤管理。嚴(yán)格按照“賬、物、卡”管理，每臺(tái)儀器責(zé)任到人，做好使用登記，定期組織老師對(duì)儀器進(jìn)行排查和維護(hù)，保證學(xué)生實(shí)驗(yàn)的順利開展。

教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施者，在注重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立開展實(shí)驗(yàn)的能力的同時(shí)，教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生注意理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的結(jié)合，要講解清楚實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)技術(shù)人員業(yè)務(wù)水平非常重要，目前本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)技術(shù)人員9人（含博士1人，在讀博士3人）。

學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體，在實(shí)驗(yàn)設(shè)置時(shí)應(yīng)充分考慮學(xué)生的水平和接受程度，要鼓勵(lì)學(xué)生按照操作步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，對(duì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)，印證課堂教學(xué)內(nèi)容，通過課堂教學(xué)-實(shí)驗(yàn)教學(xué)-知識(shí)回顧，才能真正理解基因工程技術(shù)的精要內(nèi)容。

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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