環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容的改革與實(shí)踐

呂紅 周楊 王奕

[摘 要] 環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)作為環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)重要的實(shí)踐課程之一，伴隨著環(huán)境污染現(xiàn)狀的變化以及分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，其現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容已經(jīng)難以滿足其對(duì)環(huán)境微生物學(xué)課程的支撐，不利于培養(yǎng)學(xué)生解決環(huán)境復(fù)合污染問題的能力。結(jié)合相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，在科研成果以及教學(xué)條件的支撐下，對(duì)其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行改革與實(shí)踐。

[關(guān)鍵詞] 環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)內(nèi)容;改革;實(shí)踐

環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是高校環(huán)境科學(xué)和工程專業(yè)重要的專業(yè)實(shí)踐課之一，該課程的主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生掌握基本的培養(yǎng)與觀察微生物的操作技能，能利用環(huán)境微生物學(xué)理論及技術(shù)解決環(huán)境污染問題。目前，隨著環(huán)境中各種新的污染物的不斷出現(xiàn)以及生物技術(shù)的快速發(fā)展，這門課程中的部分內(nèi)容已有些陳舊，不利于學(xué)生更好的理解和把握專業(yè)前沿知識(shí)或了解目前亟待解決的環(huán)境問題，因此有必要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革與實(shí)踐。

一、環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)現(xiàn)狀

1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊。對(duì)于很多高校而言，都存在內(nèi)容陳舊的問題[1]。以本校為例，環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的課程內(nèi)容包括培養(yǎng)基的制備和滅菌、微生物的培養(yǎng)和鏡檢、細(xì)菌菌落總數(shù)的計(jì)數(shù)、環(huán)境污染物高效降解菌的篩選四個(gè)實(shí)驗(yàn)。其中綜合型實(shí)驗(yàn)環(huán)境污染物高效降解菌的篩選還停留在單一污染物的降解菌篩選方面[2-4]，具體是采用傳統(tǒng)的蒽醌染料中間體溴氨酸作為模式污染物，并通過測定和比較不同菌株對(duì)溴氨酸的脫色速率，來進(jìn)行高效降解菌的篩選。這一實(shí)驗(yàn)內(nèi)容已經(jīng)講授多年，且經(jīng)過多年研究，其目前的污染現(xiàn)狀以及治理方式已不再具有代表性。除此之外，環(huán)境分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，也為環(huán)境污染的防治提供了新的解決方法。因此有必要在傳統(tǒng)環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合環(huán)境分子生物學(xué)技術(shù)，增加相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，從而使得環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐與教學(xué)能夠齊頭并進(jìn)。

2.難以提起學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的興趣。陳舊的教學(xué)內(nèi)容以及不符合實(shí)際的實(shí)踐培養(yǎng)，使得該實(shí)驗(yàn)的實(shí)際意義越來越小，并且已經(jīng)很難引起學(xué)生的興趣。因此現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)的教學(xué)及其實(shí)踐意義已經(jīng)大打折扣，需要結(jié)合現(xiàn)階段的國家需求以及前沿科學(xué)問題的研究來提高學(xué)生對(duì)于科學(xué)探究的興趣。針對(duì)目前我國各種復(fù)合污染狀況以及作者的研究基礎(chǔ)，改進(jìn)現(xiàn)有環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的課程內(nèi)容，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐意義事半功倍。

二、基于科研成果及教學(xué)條件的環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革

1.針對(duì)污染現(xiàn)狀，改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容。隨著環(huán)境中各種新的污染物的不斷出現(xiàn)，環(huán)境污染已經(jīng)多元化且環(huán)境污染多數(shù)是有機(jī)和無機(jī)污染物共存。比如目前水中氨氮和硝態(tài)氮的去除一直是比較受關(guān)注的環(huán)境問題，與此同時(shí)，隨著各種新型污染物的不斷出現(xiàn)，內(nèi)分泌干擾物質(zhì)（如雙酚A、雙酚F等）也頻繁的在各種廢水中檢測出來。因此，氨氮、硝態(tài)氮和內(nèi)分泌干擾物質(zhì)的共存及去除是亟待解決的問題。改革綜合性實(shí)驗(yàn)環(huán)境污染物高效降解菌的篩選內(nèi)容，篩選同步去除內(nèi)分泌干擾物質(zhì)和無機(jī)污染的高效降解菌，既符合污染現(xiàn)狀且具有實(shí)際意義。相較于之前的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生通過對(duì)本實(shí)驗(yàn)背景的了解，加深了對(duì)現(xiàn)階段污染現(xiàn)狀的了解，并通過學(xué)習(xí)同時(shí)檢測兩種污染物的方法，加強(qiáng)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。

2.結(jié)合當(dāng)前環(huán)境問題及研究成果，激發(fā)學(xué)生興趣。近年來，人們發(fā)現(xiàn)環(huán)境中還存在一類異養(yǎng)硝化-好氧反硝化菌，它們能同步去除有機(jī)碳與氨氮，并具有脫氮徹底（產(chǎn)生氣態(tài)產(chǎn)物）、酸堿中和等優(yōu)點(diǎn)，因而受到了極大的關(guān)注[5]。作者開展了以內(nèi)分泌干擾物雙酚F為唯一碳源進(jìn)行異養(yǎng)硝化-好氧反硝化菌株的篩選和特性研究，目前已經(jīng)成功的篩選出兩株假單胞菌株，它們都能夠在好氧條件下，同時(shí)去除雙酚F和氨氮（不存在競爭性抑制），并且去除率達(dá)到98%以上。在此過程中，雙酚F被礦化為二氧化碳，氨氮被還原為氮?dú)鈁6]。將這一研究成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使學(xué)生了解內(nèi)分泌干擾物雙酚類化合物的生物降解情況以及水中氨氮的好氧去除方法，有利于學(xué)生了解當(dāng)前的環(huán)境問題及處理方法，并通過激發(fā)學(xué)生的求知欲，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的興趣。此外，前沿新興的事物總能引起學(xué)生更大的興趣，學(xué)生對(duì)于新型交叉環(huán)境分子生物技術(shù)也表現(xiàn)出了極大的熱情，因此有必要增設(shè)這類實(shí)驗(yàn)。

3.改善教學(xué)條件，增設(shè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，保證教學(xué)質(zhì)量。近年來，隨著核酸測序技術(shù)的發(fā)展，采用分子生物技術(shù)來揭示環(huán)境污染控制的基本原理以及污染防治效果的深層次反饋也具有十分重要的意義。在國家對(duì)高等學(xué)校本科教學(xué)的支持下，我校環(huán)境學(xué)院本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)室購進(jìn)了高效液相色譜、總有機(jī)碳測定儀、核酸電泳系統(tǒng)、凝膠呈像分析系統(tǒng)、核酸定量儀和低溫高速離心機(jī)等儀器。其中液相色譜和總有機(jī)碳測定儀拓寬了綜合性實(shí)驗(yàn)環(huán)境污染物高效降解菌的篩選中污染物的檢測手段，使學(xué)生能夠了解更多的檢測手段。涉及核酸測定的儀器能夠較好地支撐微生物宏基因組DNA的提取及定量檢測實(shí)驗(yàn)的建立。同時(shí)我們也根據(jù)綜合現(xiàn)有文獻(xiàn)資料以及實(shí)踐結(jié)果，提出了一套有效可行的實(shí)驗(yàn)流程，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括環(huán)境樣品的總DNA的提取、純化及定量，從而讓學(xué)生能夠初步了解這類技術(shù)，為其后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及科研能力的培養(yǎng)打下基礎(chǔ)。

三、小結(jié)

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革與實(shí)踐，其目的在于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的興趣，在面對(duì)復(fù)雜環(huán)境污染問題時(shí)，能夠全面和細(xì)致的考慮解決方案，從而加強(qiáng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。本文基于作者的科研成果以及前沿學(xué)科的發(fā)展提出改革方案，旨在拋磚引玉，提出一種與時(shí)俱進(jìn)的動(dòng)態(tài)的環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)改革方法，使得實(shí)驗(yàn)內(nèi)容能夠符合當(dāng)下環(huán)境專業(yè)研究方向的同時(shí)，也具有一定的實(shí)踐與現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]劉最，何麗芳，李玉中，滕濤.環(huán)境微生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索[J].教育現(xiàn)代化，2018，5（41）：36-37.

[2]張瓊.面向污染防治實(shí)踐的《環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)的改革[J].廣州化工，2018，46（1）：180-181.

[3]宋增福，張慶華，邱軍強(qiáng)，李娟英.突出專業(yè)特點(diǎn)培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力——實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索與思考[J].教育教學(xué)論壇，2012，（5）：128-130.

[4]蔣麗娟，王曉琳，尹穎，楊柳燕，肖琳，崔益斌.環(huán)境微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015，34（3）：226-227.

[5]翁梓航，呂紅，周集體.異養(yǎng)硝化-好氧反硝化菌的脫氮性能研究進(jìn)展[J].工業(yè)水處理，2017，37（3）：21-25.

[6]魏浩，呂紅，周集體，王競，張倩，周楊.Pseudomonas sp.HS-2降解雙酚F及脫氮的特性研究[J].工業(yè)水處理，2018，38（1）：52-56.