遺傳學實驗中注重培養(yǎng)學生實踐能力

牛東紅　陳麗平　汪桂玲

摘要：遺傳學是生命科學領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)課程，是一門理論和實踐緊密結(jié)合的學科。遺傳學實驗教學不僅鍛煉學生基本操作技能，而且培養(yǎng)學生科研思維和創(chuàng)新能力。本文以“人類性別決定基因的擴增”為例，闡述遺傳學實驗教學中注重培養(yǎng)學生實踐能力的重要性，以期提高學生的獨立思考和動手能力，培養(yǎng)學生的科研興趣和科研素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：遺傳學實驗；實踐能力；性別決定基因

中圖分類號：G642.423 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）51-0051-02

遺傳學是一門研究遺傳與變異的自然學科，是生命科學領(lǐng)域重要的基礎(chǔ)課程[1]。遺傳學理論與實踐緊密結(jié)合，遺傳學的發(fā)展離不開遺傳學實驗[2]。通過實驗教學，使學生加深理解和鞏固基礎(chǔ)理論知識，掌握實驗基本操作技能，從而培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新思維，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)[3]。

目前，遺傳學實驗部分教學內(nèi)容陳舊，驗證性和觀察性實驗多，探究性實驗少，且實驗考核方式缺乏細節(jié)量化[4]。在實驗教學課程中增加綜合性實驗，將不同學科之間內(nèi)容有機整合在一起，將各種技術(shù)手段得以充分發(fā)揮和應(yīng)用。通過實驗教學讓學生較早地參與科學研究和創(chuàng)新活動，訓練學生較強的動手操作能力，以及分析和解決實驗問題的能力。

因此，在遺傳學實驗中，需要拓展實驗內(nèi)容，緊跟遺傳學課程的發(fā)展腳步，以及加強學生獨立思考和動手能力，這是實驗設(shè)計中需要考慮的重要環(huán)節(jié)。本文以綜合性實驗——“人類性別決定基因的擴增”為例，闡述在實驗過程中提高學生實踐能力的重要性，從而鍛煉學生的主動思考能力，實際操作能力以及科研創(chuàng)新能力，以期培養(yǎng)創(chuàng)新型人才和卓越人才。

一、實驗原理

性別決定基因（sex determination region of the Y，SRY），是哺乳動物雄性的性別決定基因，是Y染色體上決定雄性性別的基因片段。SRY基因的啟動能夠促進雄性發(fā)育，從而控制動物性別。因此SRY基因在動物性別鑒定和性別控制中發(fā)揮了重要的獨特作用[5]。

SRY基因片段在多種哺乳動物中普遍存在，但不同動物所處的位置不盡相同，結(jié)構(gòu)有異，長短不等[6]。人類SRY基因的開放閱讀框中包含1個外顯子，可編碼204個氨基酸的蛋白質(zhì)[7]。本實驗通過PCR擴增技術(shù)，對SRY基因進行擴增，通過電泳檢測結(jié)果，根據(jù)是否可以擴增出SRY基因進行性別鑒定。

二、實驗過程

（一）DNA樣品制備

（1）取男性和女性帶毛囊的毛發(fā)數(shù)根，剪出毛囊部分，分別轉(zhuǎn)移至PCR管中。（2）分別加入20ul 0.2M NaOH溶液，于PCR儀中75℃溫育30min。（3）分別加入50ul 0.04M HCl溶液進行中和。（4）放于高速冷凍離心機中，12000rpm離心5min，取出上清，即為DNA模板。

（二）PCR擴增

PCR反應(yīng)體系為25μL，含1×Taq Master Mix，上、下游引物各0.2μmol/mL（上游5-CTA AGT ATC AGT GTG AAA CGG G-3；下游5-ATTCTTCGGCAGCATCTTCGC-3），模板DNA 2.0μl；PCR反應(yīng)條件：94℃預(yù)變性3min，94℃變性30s，58℃退火30s，72℃延伸40s，進行35循環(huán)，最后72℃延伸10min。本實驗進行一次PCR和二次PCR，其中二次PCR的模板為第一次PCR產(chǎn)物，二次PCR引物不同第一次PCR（上游5-ACAGTAAAGGCAACGTCCAGG-3；下游5-CCTTCCGACGAGGTCGATAC-3），PCR反應(yīng)條件相同。

（三）瓊脂糖電泳檢測

制備1%的瓊脂糖凝膠，取5μl PCR產(chǎn)物，在5V/cm的電壓下電泳，電泳結(jié)束后用熒光染料溴乙錠（EB）染色，紫外光下觀察DNA條帶，用凝膠成像系統(tǒng)輸出照片。

三、實驗結(jié)果與分析

在本實驗中，實驗結(jié)果應(yīng)為男生組出現(xiàn)SRY基因條帶，而女生組沒有該基因條帶。但是，實驗結(jié)果并非完全符合理論結(jié)果。該實驗關(guān)鍵步驟為PCR反應(yīng)體系的制備。通過歷年實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過學生自己獨立完成所有操作步驟，實驗結(jié)果女生組出現(xiàn)了SRY基因條帶（圖1）。如果PCR反應(yīng)體系由實驗教輔人員預(yù)先混合后分裝，而學生只需要將模板加入分裝好的體系中，結(jié)果則較為理想（圖2）。因此，看似非常簡單的體系制備過程，確是實驗成功與否的關(guān)鍵步驟。學生缺乏實際操作經(jīng)驗，在PCR體系制備的過程中，可能發(fā)生交叉污染，將模板帶入其他反應(yīng)體系，從而導致實驗結(jié)果的不可靠性?？梢?，在實驗過程中，如果教師代勞部分操作，則學生無法獲得實驗細節(jié)，基礎(chǔ)知識得不到充分鞏固，同時失去了鍛煉其主動思考和解決問題的機會。

四、實驗教學改革

通過上述實驗案例，我們發(fā)現(xiàn)在實驗過程中，需要給學生創(chuàng)造更多的動手機會，才能不斷增加學生操作經(jīng)驗，提高操作技能。因此，在遺傳學實驗中進行實驗教學改革，以期提高學生的動手能力和科研能力。

首先，進行實驗分組改革。每組限制學生人數(shù)為2人，所有同學都可以加入到實際操作中，動手能力得到充分的鍛煉。其次，進行實驗設(shè)計改革?？蒲惺且詫嵤虑笫恰⒖茖W嚴謹和科技創(chuàng)新為基本原則。尤其在綜合實驗中，每組同學需要設(shè)計三個實驗重復，這樣更加符合科學實驗的基本原則，實驗結(jié)果也更加具有說服力。即使結(jié)果出現(xiàn)了假陽性和假陰性，也容易分析原因和解決問題。再次，進行考核方式改革。遺傳學實驗過程較長，花費時間較多，對實驗的考核往往集中在結(jié)果而不是過程。因此，在教學改革中需要更加注重實驗過程，這樣促進學生認真完成實驗，提高主觀能動性，鍛煉其主動思考問題和解決問題的能力。

通過改革，學生在實驗教學中，進一步體會科學研究的嚴謹性、實驗操作的規(guī)范性，以及理論與實際的緊密結(jié)合性，進一步提高學生動手能力、思考能力和解決問題的能力，提高學生對科研的興趣，培養(yǎng)學生一定的科研素養(yǎng)，挖掘?qū)W生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

參考文獻：

[1]吳燕華，盧大儒，林娟，等.案例式教學在遺傳學課堂中的運用與效果分析[J].高校生物學教學研究：電子版，2013，3（2）：25-28.

[2]李賀，孫曉東，王莉，等.遺傳學實驗教學多方位改革的探討[J].高校實驗室工作研究，2015，（3）：6-8.

[3]赫杰，張顥，張麗麗.高校遺傳學實驗考核方式的改革探析[J].遺傳，2015，37（3）：309-313.

[4]何風華.關(guān)于遺傳學實驗教學創(chuàng)新的思考[J].實驗技術(shù)與管理，2008，25（4）：32-34.

[5]孫偉麗，李光玉，鐘偉，等.SRY基因研究進展及其在動物性別鑒定中的應(yīng)用[J].黑龍江動物繁殖，2008，（3）：1-3.

[6]孫偉麗，李光玉，鐘偉，等.SRY基因研究進展及其在動物性別鑒定中的應(yīng)用[J].黑龍江動物繁殖，2008，（3）：1-3.

[7]馬夢婷，高慶華，董琴，等.哺乳動物SRY基因分子生物學及性別決定以外的功能[J].畜牧與獸醫(yī)，2014，（10）：109-112.