農(nóng)科專業(yè)分子遺傳學(xué)實驗教學(xué)改革探索

蔡中全，楊 娟

（廣西大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，廣西 南寧 530004）

農(nóng)科專業(yè)分子遺傳學(xué)實驗教學(xué)改革探索

蔡中全，楊 娟

（廣西大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，廣西 南寧 530004）

為了適應(yīng)分子遺傳學(xué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域日趨廣泛的應(yīng)用，培養(yǎng)高素質(zhì)的農(nóng)科人才，廣西大學(xué)農(nóng)科專業(yè)分子遺傳實驗教學(xué)進行了循序漸進地改革實踐。不僅通過實驗課演示鞏固理論知識，還發(fā)掘其高新技術(shù)教育的實用價值和趣味性，結(jié)合學(xué)科發(fā)展趨勢和人才培養(yǎng)目標，立足重要理論的演示和知識鞏固，兼顧實用高新技術(shù)教育，集中力量開好幾個關(guān)鍵實驗。實踐表明，改革提高了學(xué)生的參與積極性、克服了學(xué)生對較前沿知識和技術(shù)的畏難和神秘感，有效提升了學(xué)生的專業(yè)技能和創(chuàng)新信心。

農(nóng)業(yè)科學(xué)；分子遺傳；實驗教學(xué)改革；高新技術(shù)教育；農(nóng)科人才培養(yǎng)

遺傳學(xué)是研究生物遺傳變異規(guī)律、探索生命本質(zhì)的學(xué)科［1］，是21世紀生命科學(xué)領(lǐng)域中發(fā)展最為迅速的學(xué)科，又以其分子遺傳實驗技術(shù)的發(fā)展尤為矚目［2］。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)的各個領(lǐng)域，如分子標記輔助選擇、農(nóng)作物品種純度檢驗、農(nóng)作物品種特異性檢驗、轉(zhuǎn)基因檢測、農(nóng)作物指紋圖譜、轉(zhuǎn)基因育種、農(nóng)業(yè)科學(xué)研究等［3-5］。目前，許多高校對于遺傳學(xué)實驗教學(xué)改革進行了可貴的探索和實踐［6-10］，廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院從2005年開始對其實驗教學(xué)進行改革探索和實踐，循序漸進地開展分子遺傳實驗教學(xué)改革，通過加強師資，設(shè)置前沿、關(guān)鍵的實驗內(nèi)容，兼顧實用高新技術(shù)的教育，取得了很好的效果。

1 遺傳學(xué)實驗教學(xué)改革的必要性

1.1 遺傳學(xué)實驗教學(xué)面臨的問題

實驗課是趣味性較強的課程，但在過去遺傳學(xué)實驗教學(xué)過程中，越來越多的學(xué)生忙于撰寫實驗報告、獲得高分實驗結(jié)果，以至于不愿花時間去思考和記憶實驗步驟及原理，往往只關(guān)注和自身關(guān)系密切的成績或者學(xué)分。

在分子遺傳實驗中，學(xué)生往往無法完成整個實驗過程。主要有以下兩個原因:1）基于安全因素，一些操作失誤可能導(dǎo)致不可挽回的安全事故，如凍傷、致癌物泄漏等；2）基于時間因素，該類實驗往往耗時較多，周期較長，限制了學(xué)生全程參與。

1.2 分子遺傳實驗教學(xué)改革的必要性

1）知識更新的需要:遺傳學(xué)的快速發(fā)展主要體現(xiàn)在分子遺傳學(xué)方向的發(fā)展，在21世紀遺傳學(xué)教材中，均已增補了分子遺傳學(xué)理論課程，并分為多個章節(jié)，因此，開設(shè)分子遺傳學(xué)相關(guān)實驗，是遺傳學(xué)實驗教學(xué)必須考慮的內(nèi)容。

2）社會的需要:分子遺傳學(xué)實驗技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。如分子標記輔助選擇，農(nóng)作物轉(zhuǎn)基因成分檢測，食品轉(zhuǎn)基因成分檢測，品種純度檢測，農(nóng)作物品種指紋圖譜等。新時代的農(nóng)科人才，必將是這些技術(shù)的主要使用者或參與者，有必要將這些知識和技術(shù)納入專業(yè)教育內(nèi)。

2 改革實踐與探索

2.1 改革目標和思路

1）改革傳統(tǒng)實驗教學(xué)目標。傳統(tǒng)遺傳學(xué)實驗課程教學(xué)的目標是通過一定的實際參與和操作，演示遺傳變異機理和規(guī)律。現(xiàn)代分子遺傳學(xué)的快速發(fā)展和應(yīng)用，對實驗教學(xué)提出了更高的要求，還必須涵蓋已經(jīng)廣泛應(yīng)用的分子遺傳學(xué)高新技術(shù)。

2）結(jié)合農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用趨勢，設(shè)置關(guān)鍵的知識點和實用價值高的實驗內(nèi)容。當(dāng)前農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較多的關(guān)鍵基礎(chǔ)實驗為核酸提取，DNA體外擴增和檢測。充分利用科技新成果、新技術(shù)、新思路以及相關(guān)社會熱點，展示遺傳學(xué)的發(fā)展成就與魅力，緊密結(jié)合實際應(yīng)用，逐步發(fā)展系列具備先進性、時代性、實用性的分子遺傳學(xué)實驗課程。

3）固定的知識點，采用靈活的實驗內(nèi)容。設(shè)置學(xué)生認為值得投入精力、并愿意投入學(xué)習(xí)熱情的實驗內(nèi)容。措施上，設(shè)置具先進性、實用性、時代熱點和學(xué)生自身關(guān)聯(lián)密切的實驗內(nèi)容。如核酸提取、擴增、檢測基本知識點和技術(shù)，可以以輔助育種、轉(zhuǎn)基因檢測、作物指紋圖譜等多種具體的內(nèi)容出現(xiàn)，如在轉(zhuǎn)基因為社會熱點的時期，設(shè)置轉(zhuǎn)基因檢測實驗，深受學(xué)生歡迎。

2.2 循序漸進的改革實踐

1）首先在遺傳學(xué)實驗中增設(shè)PCR、電泳實驗。

2005年開始增加該部分內(nèi)容，對鞏固PCR反應(yīng)原理，學(xué)習(xí)并掌握該實驗技術(shù)、補充理論課的不足起到了重要作用。

實驗利用Lambda載體為模板，擴增其一個基因片段，利用無菌水、PCR緩沖液、氯化鎂溶液、4種底物、一對引物、taq酶和DNA模板等構(gòu)建一個25 uL的反應(yīng)體系。實驗設(shè)計和選材均較為簡單和穩(wěn)定，利于學(xué)生首次實驗獲得成功，消除對該類實驗的神秘和畏難心理，建立掌握該類實驗技術(shù)的信心。該實驗內(nèi)容開設(shè)之初受到了學(xué)生的普遍歡迎，屬于較新的、較熱點的實驗技術(shù)。

2）增加植物基因組DNA提取，形成一套完整的技術(shù)。

生物組織DNA提取是分子遺傳學(xué)的一個基本實驗技術(shù)，增加該實驗內(nèi)容對鞏固植物DNA基因組提取原理和掌握基本的提取方法有重要的意義，同時基本形成一個完整的技術(shù)體系，即DNA提取，PCR，電泳分析，基本可以滿足當(dāng)下在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用需要。

3）逐步加強分子遺傳實驗課在高新技術(shù)教育方面的作用。

隨著科技發(fā)展，分子遺傳學(xué)實驗技術(shù)已經(jīng)開始在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域普遍應(yīng)用，基礎(chǔ)的分子遺傳學(xué)實驗技術(shù)已經(jīng)成為農(nóng)科人才必須掌握的一項技術(shù)。在此背景下，對分子遺傳學(xué)實驗內(nèi)容進行了一定的調(diào)整，整合為一個連續(xù)的實驗過程，3個試驗，完成一個具體實驗?zāi)繕耍ㄈ鐝乃救旧w上擴增一個基因片段并定性檢測）。

實驗設(shè)計上，采用較新的科技成果、產(chǎn)品和技術(shù)，并充分考慮實用性問題，完全模擬了在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，采用較先進的試劑盒、Taq Mastermix等成套解決方案，較大程度地更新了分子遺傳學(xué)實驗教學(xué)理念，向高新技術(shù)教育方向加強，抓住主要問題，擺脫眾多待掌握知識點的束縛。

4）采取獨立設(shè)課。

將分子遺傳學(xué)實驗作為一門課程的內(nèi)容，系統(tǒng)教授基本的分子遺傳學(xué)實驗技術(shù)。進一步將農(nóng)業(yè)領(lǐng)域常用的分子遺傳學(xué)實驗和生物化學(xué)實驗安排在一起，整合為一門實驗課程，將蛋白質(zhì)和核酸實驗教學(xué)內(nèi)容整合，作為農(nóng)科本科學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，安排在遺傳學(xué)和生物化學(xué)理論課程中。

5）設(shè)置多層次實驗標準，滿足不同學(xué)生的需求，并簡化實驗報告。

①合格基準的實驗內(nèi)容:基本掌握DNA提取、PCR、電泳等的實驗。

②良好基準的實驗內(nèi)容:完成分子標記輔助選擇、轉(zhuǎn)基因成分檢測等。

③優(yōu)秀基準的實驗內(nèi)容:完成一個農(nóng)作物指紋圖譜或者自由設(shè)計引物和實驗內(nèi)容等。

廣東深圳海洋經(jīng)濟發(fā)展示范區(qū)的主要任務(wù)是加大海洋科技創(chuàng)新力度，引領(lǐng)海洋高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和服務(wù)業(yè)發(fā)展。湛江海洋經(jīng)濟發(fā)展示范區(qū)主要是創(chuàng)新臨港鋼鐵和臨港石化循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式，探索產(chǎn)學(xué)研用一體化體制機制創(chuàng)新。

6）強化實驗人員隊伍建設(shè)。

實驗準備人員在分子遺傳實驗中，起著重要作用，從實驗設(shè)置、教材編制、素材準備、實驗實施等過程，基本全程參與和把控，廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院經(jīng)多年的改革和積累，已實現(xiàn)該方向?qū)嶒瀱T全員碩士及以上學(xué)歷。

7）隨著科技進步，改革不間斷。

隨著分子遺傳學(xué)不斷取得的新進步，實驗內(nèi)容需不斷改革。下一步預(yù)計采用新的科技成果，將DNA提取、體外擴增、檢測壓縮在一次實驗課程內(nèi)完成，然后逐步增設(shè)引物設(shè)計、熒光定量pCR、重組酶聚合酶擴增（RPA）、轉(zhuǎn)基因?qū)嶒灥仍谵r(nóng)業(yè)中基礎(chǔ)、關(guān)鍵、實用的實驗內(nèi)容。

2.3 實驗室安全控制

分子遺傳學(xué)實驗中，除了常規(guī)的安全問題，如用電安全、強酸、堿、鹽等安全外，還涉及其他如凍傷、有毒易揮發(fā)、致癌等危險性試劑的使用，關(guān)涉師生健康和安全，同時也是制約該類實驗改革和提升的主要因素。

1）核酸染色液:早期使用EB染色，研究生助教、實驗員幫助實施染色等工序，隨著科技發(fā)展，逐漸采用更安全的核酸染料。目前，采用基本無危險的Gelred和Gelgreen，基本實現(xiàn)學(xué)生完全獨立開展實驗，每人均獨立操作。

3）液氮:提取DNA過程有使用液氮研磨的操作，而液氮在取和用的過程中均存在較大的凍傷安全隱患。最早設(shè)計多人一組，由研究生助教直接監(jiān)控和指導(dǎo)每個組使用液氮，逐步改進液氮取用方法，逐步實現(xiàn)每人均親自操作。后來，逐步淘汰液氮，直接使用離解液研磨和勻漿機研磨等。

3 改革總體效果

改革總體取得了很好的效果，主要體現(xiàn)在以下5個方面。

1）接觸學(xué)習(xí)了一種新類型的實驗，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性有明顯的提高，實驗室氣氛明顯活躍，參與的熱情度較高。

2）學(xué)生對實驗的態(tài)度有明顯的轉(zhuǎn)變，實驗教改探索過程中，設(shè)置的部分實驗有些班級不能按時完成，學(xué)生卻并不著急，下課后繼續(xù)做，甚至拖延到飯后。有些下午的實驗課，老師提議中午提早開始，也都能得到學(xué)生很積極的響應(yīng)。

3）通過分子遺傳實驗教學(xué)，學(xué)習(xí)和熟悉了超微量類型的實驗，這對絕大多數(shù)本科學(xué)生來說，是個全新的實驗體系。

4）對前沿實驗技術(shù)、高新技術(shù)等學(xué)習(xí)的自信心明顯增強、畏難情緒明顯改觀，主要體現(xiàn)在本科畢業(yè)論文試驗中，涉及需要開展分子等較新較前沿實驗的，神秘感、畏難情緒明顯較小，完成質(zhì)量比改革前明顯好轉(zhuǎn)。同樣的情況也表現(xiàn)在部分繼續(xù)攻讀碩士研究生的學(xué)生身上。

5）對科技創(chuàng)新和研究的信心和積極性明顯增強。農(nóng)科大學(xué)生經(jīng)歷幾年的課程學(xué)習(xí)和對專業(yè)的較深入了解，專業(yè)激情和自信普遍下降。通過實驗教學(xué)改革，讓學(xué)生實地學(xué)習(xí)實用的高新技術(shù)，同時體驗到新科技創(chuàng)新成果的優(yōu)越性和現(xiàn)實存在，如人性化的試劑盒產(chǎn)品、生化企業(yè)推出的各類成套解決方案等，都很大程度上增強了他們對科學(xué)研究和創(chuàng)新的信心，參與相關(guān)課題研究的熱情明顯提高。

4 結(jié)束語

分子遺傳學(xué)處于飛速發(fā)展階段，其實驗技術(shù)發(fā)展尤為迅速，這就對實驗教學(xué)條件和實驗改革速度提出了更嚴峻的挑戰(zhàn)［11］。前沿的科技不僅包含前沿的科學(xué)理論知識，還必須包含前沿的科學(xué)技術(shù)。

思路上，實驗課程設(shè)計必須緊緊抓住實驗教學(xué)的先進性、實用性、趣味性以及與生活的相關(guān)性贏得學(xué)生青睞。

內(nèi)容上，實驗設(shè)計要緊密聯(lián)系實際應(yīng)用，分子遺傳學(xué)實驗不僅要體現(xiàn)理論教學(xué)價值，同時還必須發(fā)揮技術(shù)教育的作用，即實驗課傳授的知識和技術(shù)，不僅體現(xiàn)理論教學(xué)價值，且在實際生活或工作中會用到、能解決重要問題，能體現(xiàn)課程的價值。

有的放矢設(shè)置實驗。分子遺傳學(xué)重要的內(nèi)容和實驗非常多［8，12］，有限的課時，如何取得最大的價值，必須認真研究，緊密結(jié)合本領(lǐng)域的發(fā)展趨勢和人才培養(yǎng)目標，兼顧前沿知識和技術(shù)，側(cè)重高新、有用、實用，集中力量開好幾個關(guān)鍵實驗。

［1］孫君艷.基于應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的《遺傳學(xué)》課程的教學(xué)改革［J］.教育教學(xué)論壇，2016（35）: 101-102.

［2］朱正茂.遺傳學(xué)課程基因組章節(jié)教學(xué)探討［C］//2014全國遺傳學(xué)理論與實驗教學(xué)研討會會議手冊及論文集.［出版地不詳］:［出版者不詳］，2014.

［3］李宗蕓，潘沈元，朱必才，等.遺傳學(xué)課程群的設(shè)置和思考［J］.江蘇師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2004，22（4）:73-75.

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［7］李宗蕓，潘沈元，朱必才，等.改革遺傳學(xué)實驗教學(xué)［J］.實驗室研究與探索，2005，24（12）:64-66.

［8］吳瑞娟.遺傳學(xué)綜合性、設(shè)計性實驗課程的開設(shè)與研究［J］.東華理工大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2008，27（1）:84-86.

［9］姚琳，郭長虹，王曉萍，等.遺傳學(xué)實驗教學(xué)的改革與創(chuàng)新人才的培養(yǎng)［J］.國際遺傳學(xué)雜志，2010，33（4）:243-246.

［10］中華人民共和國教育部.關(guān)于加強高等學(xué)校本科教學(xué)工作提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見［J］.中國大學(xué)教學(xué)，2001（6）:4-5，36.

［11］張丹，徐崇志，鄒洪軍.淺析《遺傳學(xué)》教學(xué)改革［J］.黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2011（1）: 98-99.

［12］徐吉臣.科研案例在遺傳學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用［C］//全國高等院校遺傳學(xué)教學(xué)改革研討會.［出版地不詳］:［出版者不詳］，2010.

Practice and Exploration about Experimental Teaching Reformation of Molecular Genetics in Agricultural Science

CAI Zhongquan，YANG Juan
（College of Agricultural Science，Guangxi University，Nanning 530004，China）

In order to accommodate the rapid development of molecular genetics and the wide use of its technology increasingly in agriculture，cultivate agricultural students of high quality，the reform of molecular genetics experiment teaching was put into practice progressively for the agricultural professional students of Guangxi University.Demonstration of experiment class not only consolidates the theoretical knowledge traditionally，but also explores the role of the technical education，combining with the subject development trend and talent cultivation objectives.The molecular genetics experimental teaching reform based on the important theoretical demonstration and consolidates knowledge，combining practical education of new and high technology focus on several key open experiments. Practice shows that the reform improve the students’enthusiasm to participate，to overcome the difficulties of the students for advanced knowledge and technology and mystery，effectively enhance the confidence of the students’professional skills and innovation.

agriculture；molecular genetics；experimental teaching reformation；high technology education；agricultural talents cultivation

G642.423

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.05.043

2015-10-12；修改日期：2016-09-04

質(zhì)量工程——植物科學(xué)實驗教學(xué)示范（T3310098209）。

蔡中全（1980-），男，碩士，助理研究員，主要從事遺傳學(xué)實驗教學(xué)方面的工作。