馬鈴薯糖苷生物堿對血液膽堿酯酶抑制作用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討
——以山東理工大學(xué)食品毒理學(xué)為例

宋越冬 朱繼英

山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東 淄博 255049

食品毒理學(xué)是食品科學(xué)與工程本科專業(yè)的專業(yè)課，是講述關(guān)于食品中可能含有的外源物質(zhì)對人體健康的危害作用，并就這些物質(zhì)進(jìn)行檢測和對相應(yīng)食品的安全性進(jìn)行評估的課程，也是一門理論聯(lián)系實(shí)際較強(qiáng)的課程。該課程在山東理工大學(xué)（以下簡稱“我?！保╅_課的時(shí)間為第六學(xué)期，總課時(shí)數(shù)為32 課時(shí)，其中理論課時(shí)為24 課時(shí)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)為8 課時(shí)。馬鈴薯糖苷生物堿對血液膽堿酯酶抑制作用作為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之一，教學(xué)計(jì)劃為6 課時(shí)。該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多，操作步驟繁復(fù)，實(shí)驗(yàn)條件也較為苛刻。為了在規(guī)定學(xué)時(shí)內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師要根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況選擇合適的實(shí)驗(yàn)方法，合理分配實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，并就實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)和改進(jìn)。本文現(xiàn)就該實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行總結(jié)，以期為工科院校開設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)提供可以借鑒的資料。

一、對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容做好充分分析，合理分配教學(xué)課時(shí)，圓滿完成教學(xué)任務(wù)

現(xiàn)代教育學(xué)認(rèn)為，要獲得良好的教學(xué)效果，就必須對教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行充分的分析，可以說，對教學(xué)內(nèi)容的分析是教師備課中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，是上好課和達(dá)到預(yù)期教學(xué)目標(biāo)的前提和關(guān)鍵。馬鈴薯糖苷生物堿對血液膽堿酯酶的抑制作用實(shí)驗(yàn)類型為綜合性實(shí)驗(yàn)，本實(shí)驗(yàn)將毒素的獲得和毒性作用綜合在一起，內(nèi)容多、時(shí)間長，因此更需要對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行充分分析。實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容包括：馬鈴薯糖苷生物堿的獲得、膽堿酯酶的獲得、膽堿酯酶活性測定三個(gè)部分。由于課時(shí)限制和專業(yè)特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)的原理部分只作為了解，實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)內(nèi)容為馬鈴薯糖苷生物堿的獲得、膽堿酯酶活性測定，難點(diǎn)是膽堿酯酶的獲得。完整的馬鈴薯糖苷生物堿的獲得部分如果全部由學(xué)生完成需要6～8 課時(shí)，顯然教學(xué)計(jì)劃的課時(shí)是不足的，因此需要進(jìn)行合理分配。實(shí)際上，教師在對學(xué)生特點(diǎn)和內(nèi)容重難點(diǎn)綜合分析的基礎(chǔ)上，對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)取舍，采用一個(gè)實(shí)驗(yàn)兩次完成的方法進(jìn)行教學(xué)。第一次2 課時(shí)，內(nèi)容為馬鈴薯糖苷生物堿的獲得，學(xué)生操作的部分僅為生物堿的提取，而提取物烘干和純化由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師完成，這樣可以節(jié)省4 課時(shí)。一周之后進(jìn)行第二次實(shí)驗(yàn)，為4課時(shí)，主要內(nèi)容是膽堿酯酶的獲得、膽堿酯酶活性測定。實(shí)踐證明，這樣的時(shí)間安排比較合理，既能突出重點(diǎn)，又能攻克難點(diǎn)，讓學(xué)生在有限的實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)學(xué)習(xí)到更多的實(shí)際操作技能，從而圓滿完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。

二、從有利于學(xué)生發(fā)展的角度出發(fā)，選擇合適的實(shí)驗(yàn)方法

教育教學(xué)的目的之一，是要充分發(fā)揮學(xué)生的能動性，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上這點(diǎn)顯得尤為重要。馬鈴薯糖苷生物堿對血液膽堿酯酶抑制作用實(shí)驗(yàn)，是研究茄科植物馬鈴薯中的糖苷生物堿抑制血液中的膽堿酯酶的活性，使得生物體中乙酰膽堿濃度增大，引起生物體神經(jīng)興奮異常，進(jìn)而中毒的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)中的膽堿酯酶，可以直接購買生化試劑，也可以采集實(shí)驗(yàn)動物的新鮮血液。購買生化試劑簡單、安全、省時(shí)省力，卻背離了毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)的根本宗旨，因?yàn)槎纠韺W(xué)實(shí)驗(yàn)的主要評價(jià)手段是動物實(shí)驗(yàn)。如果直接從動物身上取血，則實(shí)驗(yàn)的難度系數(shù)增大，因?yàn)槲倚５膶W(xué)生大多沒有動物實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)動物存在畏懼心理，在實(shí)驗(yàn)過程中就容易出現(xiàn)事故，比如被動物抓傷或咬傷、誤傷動物、采不到血液等，甚至有的學(xué)生還因?yàn)閼峙露粎⒓訉?shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師從有利于學(xué)生發(fā)展的角度出發(fā)，最終選擇用昆明小鼠亞成體眼瞼采血。采取這種方式，學(xué)生可以在教師的指導(dǎo)下，學(xué)會動物的抓取、固定、消毒、血液采集、血液抗凝保存及后續(xù)實(shí)驗(yàn)動物無害化處理等操作技術(shù)，讓學(xué)生真正理解毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)的宗旨，也為學(xué)生走向工作崗位打下基礎(chǔ)。

膽堿酯酶活性的測定方法，目前有堿性羥胺—三氯化鐵分光光度法、Ellman 法、便攜式膽堿酯酶測定儀、毛細(xì)管電泳法等。毛細(xì)管電泳法實(shí)驗(yàn)精確度高，然而實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生更多時(shí)間用于等儀器跑樣，學(xué)生參與度低、能動性差；便攜式膽堿酯酶測定儀精度較差，主要用于戶外，顯然不適合學(xué)生實(shí)驗(yàn)；堿性羥胺—三氯化鐵分光光度法為國標(biāo)法，該法適用于全血中膽堿酯酶活性的測定，操作步驟較多，對學(xué)生操作技巧要求較高；Ellman法和堿性羥胺—三氯化鐵分光光度法原理相似，只是測定基質(zhì)改為溴化物。綜合考慮幾種測試方法，我們選定了堿性羥胺—三氯化鐵分光光度法。在實(shí)際上課時(shí)，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件和學(xué)生課時(shí)需要，對實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行了必要的調(diào)整，具體步驟見表1。實(shí)踐證明，雖然該方法的實(shí)驗(yàn)步驟和操作有些復(fù)雜，但穩(wěn)定性好，同時(shí)能較好地增強(qiáng)學(xué)生的動手能力，能夠在計(jì)劃學(xué)時(shí)內(nèi)較好地完成教學(xué)目標(biāo)。

三、提供有代表性的實(shí)驗(yàn)樣品，提高學(xué)生對食品毒理學(xué)知識的認(rèn)知度

樣品是檢測的主體，樣品的選擇要有代表性和多樣性，要能反映實(shí)驗(yàn)的目的性。糖苷生物堿是茄科植物中典型的次生代謝產(chǎn)物，在發(fā)芽的馬鈴薯或表皮變綠的塊莖中含量較高，食用不當(dāng)會引起食物中毒甚至死亡，而能正常食用的表皮沒變色的土豆，其糖苷生物堿含量較低。為了加深學(xué)生對于食品毒性的認(rèn)知，實(shí)驗(yàn)需要準(zhǔn)備不同類型的土豆做樣品，分別是能正常食用的土豆、發(fā)芽或表皮變綠的土豆。為了獲得這些樣品，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師需要提前一周左右把土豆曝光，促使其表皮變綠甚至發(fā)芽。在實(shí)驗(yàn)課講解原理部分，教師要講解關(guān)于土豆糖苷生物堿生成的相關(guān)知識，對其毒理作用做簡要介紹，現(xiàn)場展示不同樣品，并就不同樣品的食用安全性問題做簡要說明。而不同樣品的實(shí)驗(yàn)結(jié)論的差異，則可以驗(yàn)證相關(guān)理論，從而加深學(xué)生對相關(guān)理論知識的理解和對毒理學(xué)知識的認(rèn)知，從而提高學(xué)生對食品安全性問題的關(guān)注度。

四、科學(xué)示范，提供足夠的實(shí)驗(yàn)動物，給學(xué)生以充分鍛煉的機(jī)會

實(shí)驗(yàn)操作的科學(xué)規(guī)范與否關(guān)系到實(shí)驗(yàn)的成敗，有時(shí)不正確的操作甚至?xí){到生命安全。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師一定要傳授學(xué)生正確的操作方法，強(qiáng)調(diào)細(xì)節(jié)性的問題，保證學(xué)生在安全的情況下完成教學(xué)任務(wù)。由于我校學(xué)生大多缺乏動物實(shí)驗(yàn)的相關(guān)基礎(chǔ)，所以在本次實(shí)驗(yàn)中，在從昆明鼠眼瞼采血時(shí)，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師要科學(xué)示范整個(gè)采血過程，從最初的防護(hù)措施（戴雙層手套：內(nèi)部是一次性醫(yī)用手套，外部是線手套）開始，示范抓取和固定小鼠的手法，強(qiáng)調(diào)對小鼠腹部輕觸按摩，消除小鼠的緊張情緒；用75%的酒精對小鼠面部進(jìn)行消毒后，迅速按照眼瞼法采血。教師要做到給每個(gè)小組都要示范一次，要給每組提供4～6 只小鼠，確保每個(gè)學(xué)生有2 只以上的實(shí)驗(yàn)用鼠，保證采到實(shí)驗(yàn)用血。這個(gè)過程需要1課時(shí)左右，主要是因?yàn)閷W(xué)生心存畏懼，不敢操作，然而這又是學(xué)生必須要面對的。教師要強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)用鼠是不帶病原菌的，要適當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生，讓學(xué)生克服畏懼心理，大膽嘗試。通過這樣的措施，確保每個(gè)參與的學(xué)生都有鍛煉的機(jī)會。實(shí)踐證明，通過本次實(shí)驗(yàn)，90%的學(xué)生能克服對實(shí)驗(yàn)動物的畏懼心理，這為學(xué)生后續(xù)開展有關(guān)動物學(xué)實(shí)驗(yàn)奠定了必要的操作基礎(chǔ)，有效提高了學(xué)生的操作技能。

五、用辯證的觀點(diǎn)教授學(xué)生知識，開闊學(xué)生知識視野，促進(jìn)學(xué)生科研思維的形成

教師在教授知識時(shí)，不能局限于課堂知識，要有塑造學(xué)生創(chuàng)造性人格的意識，有意識地引導(dǎo)學(xué)生拓寬知識面，發(fā)揮學(xué)生的想象力和創(chuàng)造潛力，同時(shí)要讓學(xué)生樹立辯證唯物主義思想。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，教師要把這種理念傳授給學(xué)生，比如實(shí)驗(yàn)中的糖苷生物堿能讓膽堿酯酶失去活性而引起人體內(nèi)乙酰膽堿濃度增大，從而引起人體中毒甚至死亡。而糖苷生物堿同時(shí)對動物及人類具有較好的生理益處，比如具有抗腫瘤特性、抗病毒等病原微生物、作為疫苗的免疫佐劑、降低膽固醇和消炎鎮(zhèn)痛作用。教師要適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生思考，怎樣將糖苷生物堿的這些作用與所學(xué)的其他知識結(jié)合起來，做創(chuàng)新研究：是否可以就其具有降低膽固醇的作用，對天然植物中的糖苷生物堿進(jìn)行提取純化，在食用安全的前提下研發(fā)一款藥膳，專門提供給有高膽固醇癥的人食用；再或者就其具有抗病毒和能作為免疫佐劑的特性，開發(fā)出一款生物制劑用于植物保護(hù)，特別是抗病毒的天然農(nóng)藥，從而降低化學(xué)農(nóng)藥對自然環(huán)境的污染，同時(shí)減少農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留；再比如能否通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)，把茄科植物生產(chǎn)糖苷生物堿的基因轉(zhuǎn)移到牧草中，比如豆科的苜蓿，讓苜蓿等牧草具有抗病毒降糖等特性，從而生產(chǎn)出具有抗病毒降糖的牛奶。事實(shí)證明，這樣的教學(xué)方式，可以有效提高學(xué)生對所學(xué)知識的興趣，開闊學(xué)生的知識視野，有利于學(xué)生科研思維的構(gòu)建和形成，對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思想具有促進(jìn)作用。

六、結(jié)語

馬鈴薯糖苷生物堿對血液膽堿酯酶的抑制作用是一個(gè)綜合性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，集食品中有毒物質(zhì)的提取與純化、實(shí)驗(yàn)動物取血、膽堿酯酶活性的測定等內(nèi)容于一體。該實(shí)驗(yàn)使用了常規(guī)和發(fā)芽的馬鈴薯做對比樣品、用浸提法提取馬鈴薯糖苷生物堿、用眼瞼法從昆明鼠亞成體取血、用堿性羥胺—三氯化鐵測膽堿酯酶活性方法。該實(shí)驗(yàn)在我校已開設(shè)多次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明其設(shè)計(jì)合理，可以在規(guī)定的教學(xué)課時(shí)內(nèi)圓滿地完成教學(xué)任務(wù)。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生學(xué)會了從實(shí)驗(yàn)動物取血的基本操作技能，并對不同馬鈴薯中有毒物質(zhì)含量有了具體感知，對糖苷生物堿對膽堿酯酶的抑制作用有了更加清楚的認(rèn)知。在完成教學(xué)計(jì)劃的前提下，還可以通過對糖苷生物堿特性的生理活性介紹，開闊學(xué)生視野，讓學(xué)生形成辯證的科學(xué)觀，這將有利于學(xué)生科研思維的形成，對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思想具有促進(jìn)作用?？傊搶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對提高學(xué)生動手能力、培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型人才打下了扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作基礎(chǔ)。