分子生物学与基因工程实验教材建设初探

何华纲, 朱姗颖, 姜 松, 董 英

(1.江苏大学食品与生物工程学院，镇江 212013； 2.江苏大学环境学院，镇江 212013)

分子生物学和基因工程技术被广泛应用于生命科学的各个领域，不仅给现代生命科学带来了一场革命，而且大大促进了工业、农业、医药等行业的发展，尤其是在基因工程药物、转基因农作物等方面已创造了巨大的经济效益和社会效益[1]。分子生物学与基因工程实验课程对培养生物技术专业技术型及创新型人才具有重要意义[2-3]。在多年实验教学的基础上，本文对分子生物学与基因工程实验教材建设的现状进行剖析，探索并提出实验教材建设的思路，并将其应用于教材建设的实践。

1 分子生物学与基因工程实验教材建设的现状

近年来，随着生命科学的发展，涌现出大量相关的实验教材，促进了生物技术及相关专业人才的培养，但在整体上还存在以下三个方面的不足：

1)读者群定位不够清晰。在建设和出版教材时，许多编者不能清晰地界定读者群，在内容上贪多求全，不能完全适应和满足本科教学的需求。

2)入门指导性不强。在实验项目的选择上，不少教材所选的实验项目过于专业化，不适于本科入门教学；在内容的编排上，往往偏重于实验步骤的编写，甚至罗列，而对实验原理的阐述不够详细[4]，缺乏应有的指导性。

3)系统性不强。有些教材所选的各实验项目过于独立，缺乏连贯性和系统性，易使学生孤立地看待相关知识及技能，从而不利于培养学生的整体意识和科研意识[5]。

2 分子生物学与基因工程实验教材建设的指导思想

针对现有实验教材的不足，本文提出两点设想。

2.1 立足本科培养目标，强化入门指导

作为本科实验教材，在实验项目的选择上应有别于研究生教材，需立足于本科培养目标，兼顾本科教学平台，选择涵盖核心技术的实验项目。在实验内容的撰写上，应强化教材的入门指导作用，详尽介绍专业知识背景、实验原理和操作方法。

2.2 适应创新教学理念，强化科研启蒙

无论是学科自身的发展，还是社会经济的发展，都对本科教学提出了培养创新型人才的更高要求。为了适应创新教学的理念，在实验教材建设时，既要重视基本操作技能的培养，还要重视综合运用、独立创新能力的培养[6-7]。对此，应在教材中加大综合性实验、设计性实验和开放性实验的比重。综合性实验不仅要体现出学科内的小综合，还要体现出跨学科的大综合，以反映学科发展的动向及学科之间的联系；在设计性实验中，要求引导学生独立设计实验方案，并作可行性分析，规范思维；开放性实验最好能与科研课题结合[8]，应当强化本科实验课程的科研启蒙作用[9]。

3 分子生物学与基因工程实验教材建设的实践

根据上述两个指导思想，本文作者及所在教研组在实验教材的建设上做了初步尝试，编写并出版了适用于生物技术本科专业的《分子生物学与基因工程实验教程》。该教材的建设着重于实验项目的选择、实验项目的模块化设计、实验教材内容的编撰等三个方面。

3.1 精心选择实验项目

立足于生物技术专业的教学大纲，围绕DNA重组、原核表达、转基因等核心技术，选择能在本科教学平台上有效实施的实验项目。在选择实验项目时，既考虑上游技术，又重视下游技术，并兼顾实验技术在微生物、植物和动物领域的应用。由于实验平台、成本、时间等因素的限制，将动物转基因引入本科教学是不现实的，但编者还是在教材中成功引入了昆虫杆状病毒表达系统，利用重组杆状病毒建立家蚕生物反应器，这不仅具有本科教学的可行性，而且展现了学科的发展动向及技术的应用价值，在教学中极大地激发了学生的专业兴趣。

选择实验项目还要考虑到生物大分子看不见摸不着的特性[10]，尽量将不可见变为可见，将抽象变为具体，将枯燥变为有趣。例如，在原核表达时使用绿色或红色荧光蛋白基因作为外源基因，经过诱导表达后，大肠杆菌能够呈现亮丽的绿色或红色；随后利用镍离子亲和层析分离纯化重组蛋白时，还可根据绿色或红色的聚集或消散，直观地观察到重组蛋白的结合效果和洗脱效果，这既加深了学生对实验原理的理解，又提高了学生的学习兴趣。

3.2 模块化设计实验项目

跟其他实验课程相比，分子生物学与基因工程实验具有自身的特色，各实验项目相对独立，又前后关联，在教材建设时要充分认识到这种关联性，否则不利于所学知识及技术的融会贯通。比较合理的做法是将各实验项目进行模块化处理。如将整部教材分为DNA重组、原核表达、植物转基因、昆虫杆状病毒、开放实验等模块，每个模块包含若干个独立的实验项目，各实验项目之间环环相扣，构成一个系统。

例如，原核表达模块不仅涵盖了引物的设计、表达载体的构建、外源基因的诱导表达、重组蛋白的SDS-PAGE检测、重组蛋白的分离纯化、重组蛋白的活性分析等实验及技术，而且以点成线、以线成面，将孤立的知识点联系起来，形成一个完整的系统，指导学生构建基因工程菌并从中获得具有生物学活性的重组蛋白。教材中的原核表达模块还加强了分子生物学与基因工程同生物化学、酶工程、发酵工程、分离工程等课程的衔接，充分体现出生物技术专业核心课程的关联性。

总之，教材中实验项目的模块化设计具有两个突出的优点：

1)将实验的验证性、设计性、综合性等要素有机地结合在一起，有利于全面培养学生的独立操作能力、综合应用能力、方案设计能力和创新能力。

2)将单项实验整合为一个独立的课题，在实验教学中还原出科研的面貌，有利于引导学生掌握科学研究的方法，激发学生的科研兴趣，真正起到科研启蒙的作用。

3.3 精心编撰实验教材内容

实验教材内容的编撰采用易于被学生接受的传统格式，将单个实验分为实验目的、实验原理、实验材料、实验内容和思考题等5个部分，撰写时把实验原理和实验内容作为重点。

1)实验原理部分：针对初学者的特点，教材注重背景知识的介绍和技术原理的阐述，例如，在“农杆菌介导法制作转基因植物”实验中，先概括性地介绍了转基因植物的应用现状，综合评价了基因枪法、花粉管通道法、农杆菌介导法等常用的植物转基因方法，使读者能对整个技术背景有比较全面的了解；然后详细介绍了Ti质粒的构建策略和方法、外源基因导入农杆菌、农杆菌感染植物细胞、转基因植株的再生等核心技术。在实验原理的阐述过程中，力求突出重点、深入浅出、清晰透彻、通俗易懂，并精心设计70多幅图片，辅助学生对各重点、难点的理解。例如，介绍“蓝白斑筛选”时就设计了5幅图片，既有β-半乳糖苷酶催化的反应图，又有蓝白斑的实物图及示意图，还特别呈现了大肠杆菌细胞内相关基因的表达调控、α-互补及化学反应，使蓝白斑筛选的原理一目了然。

2)实验内容部分：力求准确地描述基本操作，并用注解形式强调关键操作，或作必要的安全提示。比如在“氯仿抽提去质粒DNA中杂蛋白”这个步骤中，利用注解比较详细地说明了该步骤在实验中所起的作用、操作难度及潜在的实验危险，对学生掌握操作技术有实际的指导作用。在实验内容部分，尽量提供备用方案，以满足不同的实验操作要求，也可适应不同的实验教学平台，例如提供SDS碱裂解法、柱式抽提法两种方案提取质粒DNA，提供试剂盒法、反复冻融法、乙醇沉淀法等4种方案回收和纯化目的基因。在教学中由学生自己选择和实施不同的实验方案，充分发挥了学生的主观能动性，并拓展了其思维。

[1]何华纲.朱姗颖(主编).分子生物学与基因工程实验教程[M].北京: 中国轻工业出版社, 2011.

[2]朱旭芬.王 莉.一本实用性强的实验教材[J].中国大学教学, 2006(8): 62-63.

[3]杨东英, 焦传珍, 唐立刚.分子生物学实验教学改革的几点思考[J].科技创新导报.2007, 33: 209.

[4]张 宝.分子生物学实验教学的体会[J].卫生职业教育, 2007, 25(12): 102-103.

[5]李洪涛.基因工程原理与应用实验教学的改进与实践[J].科技资讯.2008, 10: 107.

[6]曹 华, 裴 鹏， 王松梅， 等.分子生物学实验教学中创新能力的培养[J].医学教育探索, 2006, 5(1):59-62.

[7]邢万金, 扈廷茂.本科基因工程大实验教学改革的实践和体会[J].生物学通报.2007, 42(3): 48-50.

[8]崔银秋, 林 凤, 逯家辉， 等.建立与科研课题结合的分子生物学实验教学新模式[J].实验室研究与探索, 2009, 28(11): 109-111.

[9]何华纲.朱姗颖， 王 勇， 等.生物技术专业分子生物学实验教学改革初探[J].中国校外教育, 2011(5): 120.

[10]陈启龙, 杨和建.分子生物学实验教学的探讨[J].黄山学院学报, 2009, 11(3): 136-138.