本科植物細(xì)胞與基因工程研究型實(shí)驗(yàn)課程的構(gòu)建與實(shí)踐

林曉飛，征榮，莫日根

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本科植物細(xì)胞與基因工程研究型實(shí)驗(yàn)課程的構(gòu)建與實(shí)踐

林曉飛，征榮，莫日根

內(nèi)蒙古大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 呼和浩特 010021

在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中開(kāi)設(shè)研究型綜合性實(shí)驗(yàn)課程是培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的重要教改內(nèi)容。作者利用自身的科研平臺(tái)，為本科生開(kāi)設(shè)了植物細(xì)胞與基因工程的專業(yè)選修課，主要講授植物組織培養(yǎng)、原生質(zhì)體分離與培養(yǎng)、植物遺傳轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)基因植物的篩選與鑒定等植物細(xì)胞與分子生物學(xué)技術(shù)原理及實(shí)驗(yàn)操作。通過(guò)整合植物組織、細(xì)胞和分子3個(gè)水平的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和操作技術(shù)，采用集中講解—獨(dú)立操作—全天候開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，并在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中增加自主設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)本科生的綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，訓(xùn)練獨(dú)立操作技能，激發(fā)科研興趣和自主創(chuàng)新意識(shí)，從而達(dá)到培養(yǎng)本科創(chuàng)新人才的目標(biāo)。文章總結(jié)了開(kāi)展植物細(xì)胞與基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)效果，介紹了該實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和方法、考核評(píng)價(jià)體系，分析了存在的問(wèn)題，闡述了以高水平科學(xué)研究促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于深化本科教學(xué)改革和培養(yǎng)現(xiàn)代生物技術(shù)創(chuàng)新人才的重要性。

植物細(xì)胞工程; 基因工程; 研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué); 創(chuàng)新人才

20世紀(jì)后半葉，生命科學(xué)的飛速發(fā)展為現(xiàn)代生物技術(shù)的誕生和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，特別是遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、微生物學(xué)和分子生物學(xué)等學(xué)科的迅速發(fā)展及相關(guān)技術(shù)的突破極大地促進(jìn)了現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展。目前，生物技術(shù)被視為高新技術(shù)和優(yōu)先發(fā)展的領(lǐng)域，已被應(yīng)用到農(nóng)林、工業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、食品、化工和能源等各個(gè)行業(yè)。其中，植物生物技術(shù)，特別是植物細(xì)胞與基因工程的發(fā)展促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)出現(xiàn)了兩次被譽(yù)為綠色革命[1,2]的飛躍，在生態(tài)平衡、能源、醫(yī)藥、食品和人類健康等方面對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展起到越來(lái)越重要的推動(dòng)作用。

自1902年德國(guó)植物學(xué)家Haberlandt[3]提出了細(xì)胞培養(yǎng)的概念以來(lái)，各國(guó)植物學(xué)家在植物組織細(xì)胞培養(yǎng)領(lǐng)域進(jìn)行了50多年的不懈努力, 1939年Gautheret[4], White[5]和Nobecourt[6]分別建立了體外愈傷組織培養(yǎng)體系；1958年Steward等[7]用胡蘿卜韌皮部的細(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)，得到了完整植株。這些成果證實(shí)了Haberlandt關(guān)于細(xì)胞全能性的預(yù)言，開(kāi)辟了植物細(xì)胞工程的新紀(jì)元，其在珍稀植物擴(kuò)繁、農(nóng)林作物遺傳育種、種質(zhì)資源保存、人工種子制作和次生代謝產(chǎn)物生產(chǎn)等領(lǐng)域的應(yīng)用及所取得的效益有目共睹。同時(shí)，植物細(xì)胞工程的發(fā)展為植物基因工程的建立和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1973年，Stanford大學(xué)的Cohen等[8]成功地利用體外重組實(shí)現(xiàn)了細(xì)菌間性狀的轉(zhuǎn)移，標(biāo)志著基因工程的誕生。1983年第一例轉(zhuǎn)基因植物(煙草)在美國(guó)問(wèn)世[9]，從此，轉(zhuǎn)基因植物的研究和應(yīng)用受到前所未有的矚目。轉(zhuǎn)基因技術(shù)在提高農(nóng)作物產(chǎn)量，改善農(nóng)產(chǎn)品的性狀和品質(zhì)(保質(zhì)期、口味)、提高藥用植物有效成分的含量、提高植物抗逆性(抗蟲、抗寒、抗旱、抗倒伏、耐除草劑、耐鹽堿)等方面發(fā)揮了重要作用。目前，雖然對(duì)轉(zhuǎn)基因植物的安全性尚有爭(zhēng)議，但它對(duì)于解決全球糧食問(wèn)題及在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中所起到的作用毋庸置疑。正如諾貝爾和平獎(jiǎng)獲得者、綠色革命之父Norman Borlaug所說(shuō)：“要想滿足全球糧食的供給，不可能寄希望于耕地面積的擴(kuò)大和灌溉能力的提高，只有靠改良和選育出高產(chǎn)作物品種才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，而能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的又唯有植物基因工程技術(shù)”。

1 構(gòu)建植物細(xì)胞與基因工程實(shí)驗(yàn)課程的必要性

鑒于植物組織培養(yǎng)、細(xì)胞工程和基因工程技術(shù)在植物生物學(xué)研究及農(nóng)林、醫(yī)藥、食品等應(yīng)用領(lǐng)域的重要作用，植物組織培養(yǎng)和基因工程技術(shù)一直是生命科學(xué)教學(xué)的必修實(shí)驗(yàn)。但傳統(tǒng)的植物組織培養(yǎng)只是單純學(xué)習(xí)愈傷組織培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)，并不給學(xué)生演示愈傷組織培養(yǎng)技術(shù)的實(shí)際用途。植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)只是基因工程課程理論課教學(xué)的一部分內(nèi)容，限于經(jīng)費(fèi)和時(shí)間，很少能讓本科生親手操作。為了深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，整合內(nèi)容相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，利用任課教師的科研平臺(tái)和成果，用高水平的科研技術(shù)和研究性思想開(kāi)設(shè)新型綜合性研究型大實(shí)驗(yàn)，提升經(jīng)典的分散性驗(yàn)證型小實(shí)驗(yàn)的水平，使學(xué)生既能學(xué)會(huì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作，又能初步接觸科學(xué)研究理念，體會(huì)不同的實(shí)驗(yàn)技術(shù)在科研創(chuàng)新活動(dòng)中的具體運(yùn)用模式和有機(jī)聯(lián)系，內(nèi)蒙古大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院于2010年把原來(lái)的“植物組織培養(yǎng)”理論及實(shí)驗(yàn)課與“植物基因工程”理論課整合為植物細(xì)胞與基因工程課程，作為植物生物學(xué)課群的一門綜合性專業(yè)實(shí)驗(yàn)課，供生物科學(xué)、生物技術(shù)和生物工程專業(yè)學(xué)生選讀，旨在提高本科生植物細(xì)胞與分子生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作技能，培養(yǎng)學(xué)生的綜合性和創(chuàng)新型思維方式。此外，這樣的綜合性大實(shí)驗(yàn)本身就成為一個(gè)實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)和創(chuàng)新思維孵化器，通過(guò)在綜合性實(shí)驗(yàn)中增加自主設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)或融入新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，營(yíng)造研究型創(chuàng)新性氛圍，以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的水平，并激發(fā)學(xué)生的研究興趣，培養(yǎng)科研創(chuàng)新能力。

2 植物細(xì)胞與基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的構(gòu)建

為了追蹤生物科學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展前沿，提高本科生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，我們?cè)O(shè)計(jì)的植物細(xì)胞與基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容包括植物組織培養(yǎng)、細(xì)胞培養(yǎng)及原生質(zhì)體操作和基因工程3個(gè)模塊，總課時(shí)為32學(xué)時(shí)(2學(xué)時(shí)/周×16周)，2學(xué)分。在這3個(gè)模塊的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們采用擬南芥作為主要實(shí)驗(yàn)材料，通過(guò)在組織、細(xì)胞及分子水平上的操作，使學(xué)生在掌握相關(guān)操作技術(shù)的同時(shí)，體會(huì)該植物作為模式植物在植物細(xì)胞與基因工程及植物分子生物學(xué)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)所在，同時(shí)為學(xué)生今后從事植物學(xué)相關(guān)研究奠定基礎(chǔ)。具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和課時(shí)安排見(jiàn)表1，愈傷組織3~4周繼代一次，懸浮培養(yǎng)細(xì)胞2周繼代一次，由學(xué)生自主管理，要求學(xué)生定期對(duì)培養(yǎng)物進(jìn)行觀察、記錄。

2.1 植物組織培養(yǎng)模塊

植物組織培養(yǎng)模塊以愈傷組織的誘導(dǎo)及分化培養(yǎng)為主線，其主要內(nèi)容包括培養(yǎng)基的配制、愈傷組織的誘導(dǎo)及繼代培養(yǎng)、愈傷組織的分化培養(yǎng)及植株再生。我們以擬南芥的實(shí)生苗為材料，選擇根、莖和葉的不同部位作為外植體進(jìn)行愈傷組織的誘導(dǎo)，并對(duì)所形成的愈傷組織進(jìn)行分化培養(yǎng)以形成不定芽、不定根、進(jìn)而形成再生植株。通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生掌握培養(yǎng)基的配制，外植體的選擇、消毒、接種，繼代培養(yǎng)等無(wú)菌操作技術(shù)及植物組織培養(yǎng)的關(guān)鍵步驟。

2.2 細(xì)胞培養(yǎng)及原生質(zhì)體操作實(shí)驗(yàn)?zāi)K

植物細(xì)胞培養(yǎng)及原生質(zhì)體操作模塊的內(nèi)容包括：細(xì)胞懸浮培養(yǎng)系的建立、原生質(zhì)體的分離(酶解法)及培養(yǎng)、PEG介導(dǎo)原生質(zhì)體的遺傳轉(zhuǎn)化等，基本涵蓋了植物細(xì)胞工程領(lǐng)域的主要實(shí)驗(yàn)技術(shù)。我們以植物組織培養(yǎng)模塊中所誘導(dǎo)的愈傷組織作為材料進(jìn)行細(xì)胞的懸浮培養(yǎng)，利用懸浮培養(yǎng)細(xì)胞分離原生質(zhì)體，并利用PEG法進(jìn)行原生質(zhì)體的遺傳轉(zhuǎn)化。通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)學(xué)生能夠掌握細(xì)胞懸浮培養(yǎng)系的建立、原生質(zhì)體的分離和培養(yǎng)、原生質(zhì)體的遺傳轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)基因細(xì)胞的觀察(GFP熒光觀察)等一系列關(guān)鍵技術(shù)。在原生質(zhì)體的遺傳轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，我們利用課題研究中所構(gòu)建的包含編碼定位于不同亞細(xì)胞組分上的GFP融合蛋白基因的pUC18載體(定位于葉綠體、細(xì)胞核和液泡膜等[10])進(jìn)行轉(zhuǎn)化，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)化細(xì)胞的觀察，可使學(xué)生深入體會(huì)原生質(zhì)體轉(zhuǎn)化技術(shù)在蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位分析中的應(yīng)用。

2.3 植物基因工程實(shí)驗(yàn)?zāi)K

本模塊以轉(zhuǎn)基因植物(擬南芥)的構(gòu)建及檢測(cè)為主線，主要內(nèi)容包括：農(nóng)瘤桿菌的遺傳轉(zhuǎn)化(CaCl2法)及重組菌的篩選與鑒定(菌落PCR檢測(cè))、擬南芥的培育及遺傳轉(zhuǎn)化(花序浸染法)、利用抗生素篩選轉(zhuǎn)基因植株以及外源基因的PCR檢測(cè)。要求學(xué)生掌握細(xì)菌的轉(zhuǎn)化及篩選鑒定、植物的遺傳轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)基因植物的構(gòu)建及后期管理、植物DNA的提取、PCR及電泳檢測(cè)等一系列技術(shù)。在擬南芥的遺傳轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，我們利用課題研究中所構(gòu)建的含有卡那霉素抗性基因和功能性基因(促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)[11]、調(diào)控葉片形狀[12]、提高耐鹽性等[10])的pBI101雙元載體，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)基因植物表型的觀察，使學(xué)生深入理解轉(zhuǎn)基因技術(shù)在農(nóng)林生產(chǎn)及科學(xué)研究中的應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)而為獨(dú)立從事植物分子生物學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

教學(xué)模式在很大程度上影響教學(xué)效果。研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置和獨(dú)立操作實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的建立有助于培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣，提升學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力[13]。我們以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為目標(biāo)，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，采用了集中講解—獨(dú)立操作—全天候開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

3.1 獨(dú)立操作的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

獨(dú)立操作是培養(yǎng)獨(dú)立思維和創(chuàng)新能力的關(guān)鍵，通過(guò)獨(dú)立操作可培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣及獨(dú)立從事科研工作的能力和自信。針對(duì)實(shí)驗(yàn)課所涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多，各個(gè)實(shí)驗(yàn)間的關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)、部分實(shí)驗(yàn)耗時(shí)較長(zhǎng)等特點(diǎn)，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)初對(duì)本實(shí)驗(yàn)課的主要教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、進(jìn)度安排(表1)及所要進(jìn)行的前期準(zhǔn)備(相關(guān)文獻(xiàn)的查閱、自主實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和課程討論等)進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明；每一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)由實(shí)驗(yàn)教師集中講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、操作步驟、技術(shù)要點(diǎn)、相關(guān)設(shè)備的使用及注意事項(xiàng)；要求學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)擇時(shí)獨(dú)立完成各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。指導(dǎo)教師在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行指導(dǎo)和監(jiān)督。

3.2 全天候開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)室管理模式

根據(jù)植物再生體系、細(xì)胞懸浮培養(yǎng)系及轉(zhuǎn)基因植物株系的構(gòu)建所需實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、而且需要不間斷地對(duì)培養(yǎng)物進(jìn)行管理和觀察等特點(diǎn)，我們選擇全天候開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)室管理模式。學(xué)生可根據(jù)自身情況，自主選擇時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、培養(yǎng)物的觀察和管理。實(shí)驗(yàn)教師及協(xié)助實(shí)驗(yàn)課的研究生輪流值班，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督和管理，對(duì)學(xué)生在操作中的問(wèn)題及時(shí)予以解答，并通過(guò)對(duì)培養(yǎng)物的適時(shí)觀察，指導(dǎo)學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。

3.3 引入研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

為使學(xué)生得到全面的科研訓(xùn)練，本課程引入研究型教學(xué)模式[13,14]。要求學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)，把握該領(lǐng)域的前沿進(jìn)展，獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案；獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，做好詳細(xì)規(guī)范的實(shí)驗(yàn)記錄；整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果并進(jìn)行深入分析；以學(xué)術(shù)論文形式提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告(包括中英文摘要、前言、材料與方法、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、討論和參考文獻(xiàn)等部分)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組(2人1組)集中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)匯報(bào)，并針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行討論。通過(guò)以上各環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，使學(xué)生經(jīng)歷和體會(huì)科學(xué)研究的全過(guò)程，為今后獨(dú)立從事科研工作打下基礎(chǔ)。另外，我們?cè)黾恿苏n程討論環(huán)節(jié)，要求每位學(xué)生介紹一篇該領(lǐng)域高水平的實(shí)驗(yàn)論文，以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)該領(lǐng)域前沿進(jìn)展的把握，深刻理解和體會(huì)植物細(xì)胞與基因工程在科學(xué)研究及應(yīng)用領(lǐng)域所發(fā)揮的巨大作用。

表1 植物細(xì)胞與基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及課時(shí)安排

注：括號(hào)里的數(shù)字為課時(shí)數(shù)。

4 考核評(píng)價(jià)體系

本實(shí)驗(yàn)課的主要考核內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告(論文形式)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)理論閉卷考試及課程討論。實(shí)驗(yàn)部分占50%，包括每次實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)情況、實(shí)際操作過(guò)程、自主實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案及創(chuàng)新性、實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫的規(guī)范性及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與討論；實(shí)驗(yàn)理論閉卷考試部分占30%，主要考核本實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所涉及的實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中的關(guān)鍵性步驟；課程討論環(huán)節(jié)占20%，根據(jù)所選文獻(xiàn)的影響指數(shù)、與本實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的相關(guān)性及在文獻(xiàn)介紹過(guò)程中PPT文件的制作和表達(dá)等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

5 教學(xué)成效

本實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施3年來(lái)，受到了同學(xué)們的歡迎。2013年度，生物科學(xué)專業(yè)學(xué)生的選課率達(dá)到了92.7%(51/55人)。同學(xué)們普遍反映，該實(shí)驗(yàn)課程雖然時(shí)間較長(zhǎng)，工作較為辛苦，但通過(guò)該課程的訓(xùn)練，切實(shí)掌握了該領(lǐng)域的主要操作技能，體驗(yàn)了科學(xué)研究的全過(guò)程。在教學(xué)過(guò)程中，我們本著學(xué)院提出的以高水平科學(xué)研究促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理念[15]，在激發(fā)學(xué)生的興趣和培養(yǎng)創(chuàng)新能力上下功夫，進(jìn)行了一系列的嘗試。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中增加了自主環(huán)節(jié)，例如，在愈傷組織誘導(dǎo)及分化培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，我們讓同學(xué)們查閱文獻(xiàn)自主選擇不同的外植體，自主設(shè)計(jì)培養(yǎng)方案；在擬南芥的遺傳轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，我們讓學(xué)生自主選擇研究生在課題研究中構(gòu)建的形態(tài)特征表型明顯的載體進(jìn)行轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)基因植物產(chǎn)生后，通過(guò)表型觀察，使學(xué)生對(duì)于轉(zhuǎn)基因技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用有更加深刻的體會(huì)，進(jìn)而提高了他們對(duì)于科學(xué)研究的興趣；全天候開(kāi)放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式對(duì)于營(yíng)造良好科研氛圍起到了重要作用。另外，課程討論環(huán)節(jié)對(duì)于開(kāi)拓學(xué)生的視野、了解植物細(xì)胞與基因工程領(lǐng)域的研究進(jìn)展及應(yīng)用和激發(fā)對(duì)該領(lǐng)域的研究興趣起到了很好的促進(jìn)作用。實(shí)驗(yàn)課結(jié)束后，部分同學(xué)選擇本實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行畢業(yè)研究，有些同學(xué)成功申請(qǐng)了國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新研究項(xiàng)目和內(nèi)蒙古大學(xué)本科創(chuàng)新基金項(xiàng)目。2013年度，我們指導(dǎo)的研究小組利用PEG-介導(dǎo)原生質(zhì)體遺傳轉(zhuǎn)化的方法分析了興安落葉松MurE蛋白的亞細(xì)胞定位，該研究成果獲得了內(nèi)蒙古自治區(qū)大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”課外學(xué)術(shù)作品三等獎(jiǎng)。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)也榮獲2013年度內(nèi)蒙古自治區(qū)教學(xué)成果三等獎(jiǎng)及內(nèi)蒙古大學(xué)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)。

6 存在的問(wèn)題及采取的措施

該課程作為本科生3年級(jí)秋季學(xué)期的選修課，每年選修該課程的學(xué)生較多，從而增加了實(shí)驗(yàn)教師的工作量。為了解決這一問(wèn)題，我們?cè)黾恿?名專職實(shí)驗(yàn)教師，并安排研究生協(xié)助任課教師對(duì)實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行監(jiān)督管理。目前，本實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)有1名任課教師，2名專職實(shí)驗(yàn)師和3名研究生，最大能夠承擔(dān)90名學(xué)生(30人/組×3組)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革初期，實(shí)驗(yàn)設(shè)備短缺是我們遇到的最大困難。我們本著以科研反哺教學(xué)，以高水平的科學(xué)研究促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理念，充分利用任課教師的科研平臺(tái)，順利完成了教學(xué)任務(wù)。上一年度，在“西部高校綜合實(shí)力提升計(jì)劃本科教學(xué)建設(shè)與改革”項(xiàng)目的支持下，補(bǔ)充了必需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備(離心機(jī)、超凈工作臺(tái)、PCR儀、凝膠成像系統(tǒng)、熒光顯微鏡等)，目前已經(jīng)能夠很好地滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要。

另外，由于本實(shí)驗(yàn)課所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)較多，且各實(shí)驗(yàn)內(nèi)容間的連貫性較強(qiáng)，例如擬南芥的遺傳轉(zhuǎn)化大實(shí)驗(yàn)，要經(jīng)過(guò)擬南芥的播種、移栽、遺傳轉(zhuǎn)化、種子的采收、抗性篩選、DNA的提取及PCR檢測(cè)等(表1)，中間任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度。本學(xué)科方向研究生結(jié)合自己的課題研究，經(jīng)過(guò)多次的預(yù)實(shí)驗(yàn)，在各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間安排及各實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)的把握上進(jìn)行了周密的設(shè)計(jì)，保證了實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。截至目前，由于受課時(shí)和實(shí)驗(yàn)條件的限制，一些相關(guān)實(shí)驗(yàn)未能被列入教學(xué)計(jì)劃，特別是包括外源基因表達(dá)檢測(cè)等轉(zhuǎn)基因植物解析的實(shí)驗(yàn)未能深入開(kāi)展。今后我們計(jì)劃逐步增加“利用RT-PCR檢測(cè)外源基因表達(dá)、利用GUS染色檢測(cè)基因表達(dá)模式及利用Southern雜交調(diào)查外源基因拷貝數(shù)”等相關(guān)實(shí)驗(yàn)，使本科植物細(xì)胞與基因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加系統(tǒng)、完善，讓學(xué)生掌握更多高水平的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

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(責(zé)任編委: 謝建平)

Research-oriented experimental course of plant cell and gene engineering for undergraduates

Xiaofei Lin, Rong Zheng, Morigen

Research-oriented comprehensive experimental course for undergraduates is an important part for their training of innovation. We established an optional course of plant cell and gene engineering for undergraduates using our research platform. The course is designed to study the cellular and molecular basis and experimental techniques for plant tissue culture, isolation and culture of protoplast, genetic transformation, and screening and identification of transgenic plants. To develop undergraduates’ ability in experimental design and operation, and inspire their interest in scientific research and innovation consciousness, we integrated experimental teaching and practice in plant genetic engineering on the tissue, cellular, and molecular levels. Students in the course practiced an experimental teaching model featured by two-week teaching of principles, independent experimental design and bench work, and ready-to-access laboratory. In this paper, we describe the contents, methods, evaluation system and a few issues to be solved in this course, as well as the general application and significance of the research-oriented experimental course in reforming undergraduates’ teaching and training innovative talents.

plant cell engineering; genetic engineering; research-oriented experimental course; innovative training

2014-09-18;

2014-10-09

西部高校綜合實(shí)力提升計(jì)劃本科教學(xué)建設(shè)與改革--生物工程專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目

林曉飛，博士，副教授，研究方向：植物分子生物學(xué)。E-mail: linxiaofei04@hotmail.com

莫日根，博士，教授，研究方向：DNA復(fù)制與細(xì)胞周期。E-mail: morigenm@life.imu.edu.cn

10.16288/j.yczz.14-309

2014-12-17 16:13:07

http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1913.R.20141217.1613.001.html