地方高校遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的整合與創(chuàng)新

肖璇 吳笑臣

摘? 要：針對地方高校遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)偏多、研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)偏少、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對陳舊、缺乏自身特色等問題，對遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的整合及創(chuàng)新進(jìn)行了探討;提出將果蠅經(jīng)典遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合，并基于目前地方高校實(shí)驗(yàn)平臺與學(xué)生學(xué)業(yè)水平，結(jié)合教師自身科研資源及地方農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)特色對部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行深化與創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：遺傳學(xué);實(shí)驗(yàn)整合;實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2019）25-0042-03

Abstract： The integration and innovation of genetic experiment teaching contents is discussed in this paper in view of problems existing in the teaching of genetic experiment in local universities. These problems include too many confirmatory experiments， too little innovative experiments， and the lack of its own characteristics. It is proposed in this paper that the classical experiment of fruit fly hybridization should be integrated and some experimental projects should be deepened and innovated based on the current improved experimental platform conditions， the professional foundation of students，the resources of teachers' scientific research， and the characteristics of local agricultural economy.

Keywords： genetics; experiment integration; experiment innovation

遺傳學(xué)是一門生物科學(xué)類基礎(chǔ)課程，既有很強(qiáng)的理論性又與實(shí)踐聯(lián)系十分緊密。遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)則是連接遺傳學(xué)理論及實(shí)踐的橋梁，對學(xué)生動手能力及創(chuàng)新思維的培養(yǎng)具有重要作用[1]。長期以來，受實(shí)驗(yàn)學(xué)時不足及實(shí)驗(yàn)平臺條件的限制，地方高校的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容普遍存在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)偏多、研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)偏少、缺乏自身特色等問題[2]。近年來，隨著國家在高等教育中投入的增加，地方高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件得到較大的改善。以筆者所在的省屬地方高校贛南師范大學(xué)為例，近十年新建了數(shù)顯互動顯微鏡室，新增了超低溫冰箱、基因擴(kuò)增儀、凝膠成像系統(tǒng)等較為高端的儀器設(shè)備，已具備研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)開設(shè)的基本條件。為改變當(dāng)前遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)偏少及缺乏地方特色的現(xiàn)狀，筆者依托當(dāng)前實(shí)驗(yàn)平臺，結(jié)合多年地方農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，對遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了整合、深化與創(chuàng)新，并進(jìn)行了初步的教學(xué)實(shí)踐。

一、整合果蠅經(jīng)典遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)，為創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)設(shè)置預(yù)留課時空間

筆者所在地方師范高校生物科學(xué)專業(yè)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)課程僅24學(xué)時。遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)中幾個與果蠅有關(guān)的經(jīng)典遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)包括分離規(guī)律、自由組合規(guī)律、連鎖與交換規(guī)律及伴性遺傳規(guī)律;這四個實(shí)驗(yàn)若按照實(shí)驗(yàn)教材中獨(dú)立開設(shè)模式將占據(jù)實(shí)驗(yàn)總學(xué)時的一半，加劇了教學(xué)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)課時的矛盾;此外，由于果蠅遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為陳舊，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中缺乏自主設(shè)計(jì)，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣不高。針對果蠅雜交實(shí)驗(yàn)均包含處女蠅收集及雜交、表型觀察及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)方法類似的特點(diǎn)，要求學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，選擇合適性狀，將這幾個獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)整合為一個果蠅大實(shí)驗(yàn)，課內(nèi)四個學(xué)時，主要完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及其審核、處女蠅收集等工作;其余實(shí)驗(yàn)工作通過課外分組完成。經(jīng)整合后的果蠅雜交實(shí)驗(yàn)融入實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，鍛煉了學(xué)生思維能力，調(diào)動了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的興趣和積極性，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)課內(nèi)課時，為研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)預(yù)留課時空間。

二、遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容深化與創(chuàng)新途徑

作為生命科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)課程，遺傳學(xué)發(fā)展日新月異，分子生物學(xué)手段已在遺傳學(xué)科學(xué)研究中得到了廣泛應(yīng)用。隨著國家對高校教育經(jīng)費(fèi)投入的增加，當(dāng)今各地方高?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺已有較大提升;離心機(jī)、PCR擴(kuò)增儀、凝膠成像系統(tǒng)等DNA分子水平實(shí)驗(yàn)的儀器已較為常見。如何充分利用實(shí)驗(yàn)平臺，深化與創(chuàng)新遺傳學(xué)內(nèi)容，使地方高校遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)跟上遺傳學(xué)發(fā)展的步伐是遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要內(nèi)容。

（一）結(jié)合地方農(nóng)業(yè)實(shí)踐，對實(shí)驗(yàn)教材已有遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行深化與創(chuàng)新

以“植物多倍體細(xì)胞誘導(dǎo)與鑒定”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為例。教材以水培洋蔥或大蒜根尖為材料，經(jīng)秋水仙素誘導(dǎo)使根尖部分細(xì)胞染色體加倍，通過根尖染色體制片對多倍體細(xì)胞進(jìn)行觀察和鑒定[3]。按照實(shí)驗(yàn)教材執(zhí)行教學(xué)計(jì)劃，學(xué)生能認(rèn)識到秋水仙素對根尖分生區(qū)細(xì)胞染色體加倍的顯著作用，掌握根尖染色體制片方法。然而，該實(shí)驗(yàn)僅獲得染色體加倍的根尖細(xì)胞，與科學(xué)研究及農(nóng)業(yè)實(shí)踐中多倍體選育工作實(shí)際尚有一定距離。枳是贛南師范大學(xué)所在的贛南地區(qū)“紐荷爾”臍橙常用砧木;針對贛南師范大學(xué)校內(nèi)柑橘資源圃每年均有大量柑橘砧木枳實(shí)生苗播種及出苗的情況，參考多倍體選育一般方法[4]，將“植物多倍體細(xì)胞誘導(dǎo)與鑒定”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目深化為“植物多倍體細(xì)胞誘導(dǎo)、鑒定及多倍體資源發(fā)掘”，進(jìn)一步拓展了從枳實(shí)生珠心苗中發(fā)掘多倍體的內(nèi)容。學(xué)生根據(jù)多倍體株型、葉形、葉色方面與正常二倍體的區(qū)別（圖1），從枳實(shí)生苗中初選疑似多倍體植株，進(jìn)一步通過組織細(xì)胞學(xué)方法進(jìn)行鑒定，從而將課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐有機(jī)聯(lián)系起來。

（二）基于學(xué)生學(xué)業(yè)基礎(chǔ)及教師科研資源，構(gòu)建研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

轉(zhuǎn)基因是分子遺傳學(xué)領(lǐng)域一項(xiàng)重要技術(shù)，開設(shè)植物轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn)項(xiàng)目能讓學(xué)生較好的認(rèn)知遺傳學(xué)發(fā)展前沿。生物科學(xué)專業(yè)大三學(xué)生已完成“分子生物學(xué)”課程的學(xué)習(xí)，能理解植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的基本原理。根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)的植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)由于涉及轉(zhuǎn)基因植株再生環(huán)節(jié)，一般需數(shù)月以上實(shí)驗(yàn)周期，導(dǎo)致學(xué)期結(jié)束時仍得不到最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果;與此不同的是，發(fā)根農(nóng)桿菌介導(dǎo)的植物遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)在農(nóng)桿菌侵染結(jié)束后1-2周即可得到轉(zhuǎn)化毛狀根。筆者利用本人課題組保存的含生長素報(bào)告基因DR5：：YFP：GUS發(fā)根農(nóng)桿菌，在分子遺傳學(xué)模塊中設(shè)置了“發(fā)根農(nóng)桿菌介導(dǎo)的植物遺傳轉(zhuǎn)化”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以煙草或番茄等雙子葉草本植物無菌苗為材料，兩周后即可獲得轉(zhuǎn)生長素報(bào)告基因毛狀根（圖2）。該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開展讓學(xué)生掌握了植物無菌苗制備、農(nóng)桿菌制備及侵染、毛狀根誘導(dǎo)、YFP熒光及GUS組織化學(xué)鑒定、DNA提取及傳化、PCR擴(kuò)增及瓊脂糖凝膠電泳等整個植物遺傳轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)技術(shù)流程，有效提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣、綜合實(shí)驗(yàn)技能及研究創(chuàng)新意識。

（三）結(jié)合遺傳學(xué)理論教學(xué)前沿，構(gòu)建前沿性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

遺傳學(xué)理論發(fā)展日新月異，基因組學(xué)、蛋白質(zhì)學(xué)及表觀遺傳學(xué)是目前遺傳學(xué)教材新增前沿內(nèi)容，也是當(dāng)前遺傳學(xué)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)?；蚪M學(xué)及蛋白質(zhì)組學(xué)需要較為深厚的專業(yè)知識，涉及的實(shí)驗(yàn)技術(shù)較為復(fù)雜、費(fèi)用昂貴，因此難以開發(fā)出符合地方高校經(jīng)濟(jì)條件及本科學(xué)生學(xué)業(yè)水平的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。然而，表觀遺傳學(xué)研究中的“DNA甲基化”涉及的甲基化敏感擴(kuò)增多態(tài)性技術(shù)（Methylation sensitive amplified polymorphism， MSAP）是以酶切及PCR為基礎(chǔ)，結(jié)合聚丙烯凝膠電泳技術(shù)組成的分子標(biāo)記技術(shù);相關(guān)理論及實(shí)驗(yàn)技術(shù)在先修課程“分子實(shí)物學(xué)”及“分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)”中均有涉及，只需將相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)整合即可;此外該實(shí)驗(yàn)技術(shù)所需費(fèi)用不高，適合于構(gòu)建前沿性遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以填補(bǔ)遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中缺乏表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的空白。例如，以上述“植物多倍體細(xì)胞誘導(dǎo)與鑒定”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目拓展內(nèi)容中發(fā)掘的二倍體及四倍體柑橘砧木為材料，可構(gòu)建“MSAP技術(shù)在植物表觀遺傳學(xué)研究中的應(yīng)用”或“基于MSAP技術(shù)的四倍體柑橘砧木表觀遺傳變異分析”等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，教師適當(dāng)加以指導(dǎo)學(xué)生即可理解并掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)理論及實(shí)驗(yàn)技術(shù)。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織

（一）實(shí)驗(yàn)室要對學(xué)生有序開放

遺傳學(xué)教學(xué)的組織方式對于實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果具有重要的影響[5，6]。受實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及周期影響，教師需合理組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)，課內(nèi)與課外相結(jié)合。藥品領(lǐng)用及管理要有專人負(fù)責(zé)、實(shí)驗(yàn)藥品、試劑根據(jù)需要經(jīng)指導(dǎo)老師審核認(rèn)可后由指定學(xué)生領(lǐng)用、管理及回收。實(shí)驗(yàn)儀器需在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師或儀器使用負(fù)責(zé)人指導(dǎo)后能獨(dú)立規(guī)范使用方可獲得使用許可資格。

（二）鼓勵學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)藥品、試劑的配制及實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利開展有著重要影響。以往遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)試劑、材料的準(zhǔn)備均由實(shí)驗(yàn)員完成，未能有效利用實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力及創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)作用。筆者在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中安排學(xué)生分組參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，提高了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)藥品、試劑使用的規(guī)范與安全意識，深刻認(rèn)識到實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程重要環(huán)節(jié)的積極作用。

（三）合理分工及分層次能力培養(yǎng)

受擴(kuò)大招生影響，當(dāng)前高校同一專業(yè)學(xué)生存在學(xué)業(yè)基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)與動手能力參差不齊的現(xiàn)象;因此，結(jié)合知識基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)興趣及能力水平差異對學(xué)生進(jìn)行分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)是當(dāng)前高校教學(xué)實(shí)際對教師的現(xiàn)實(shí)要求[7]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中根據(jù)學(xué)生興趣及能力水平進(jìn)行合理分工，結(jié)合學(xué)生實(shí)際對學(xué)生進(jìn)行分層次能力培養(yǎng)，使得不同實(shí)驗(yàn)?zāi)芰哟蔚膶W(xué)生都能得到鍛煉和提升。例如“植物多倍體誘導(dǎo)及鑒定實(shí)驗(yàn)”中最基本的實(shí)驗(yàn)技能要求是能利用一定濃度的秋水仙素誘導(dǎo)洋蔥或大蒜根尖產(chǎn)生多倍體細(xì)胞，掌握根尖染色體制片的基本方法，這是每個同學(xué)必需達(dá)到的基本教學(xué)要求。此外，該實(shí)驗(yàn)的拓展內(nèi)容是“利用秋水仙素誘導(dǎo)法獲得完整多倍體植物”以及“從柑橘資源圃枳實(shí)生苗群體中發(fā)掘多倍體”。拓展內(nèi)容需要學(xué)生分組并選擇其中一項(xiàng)完成，組內(nèi)學(xué)生進(jìn)一步根據(jù)各自興趣特長分擔(dān)不同的任務(wù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后各小組將實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果整理后做成ppt課件分組匯報(bào)、答辯，養(yǎng)成學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中的合作習(xí)慣與團(tuán)隊(duì)意識，鍛煉學(xué)生科研思維與口頭表達(dá)能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中根據(jù)學(xué)生興趣、知識基礎(chǔ)及能力水平進(jìn)行合理分工，結(jié)合學(xué)生實(shí)際對學(xué)生進(jìn)行分層次能力培養(yǎng)，使得不同實(shí)驗(yàn)?zāi)芰哟蔚膶W(xué)生都能得到鍛煉和提升。

四、結(jié)束語

提高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力是國家對新時期高等教育提出的明確要求。遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生科研思維及創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。通過遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對學(xué)生思維和創(chuàng)新能力進(jìn)行培養(yǎng)首先要對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行深化和創(chuàng)新，使之緊跟學(xué)科前沿并與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐緊密聯(lián)系。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的深化與創(chuàng)新一定程度上加深了部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開展的難度，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中會經(jīng)歷一定的挫折，但這也是人才培養(yǎng)過程中的必經(jīng)環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中讓學(xué)生根據(jù)自己知識基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)與實(shí)踐能力選擇合適的不同層次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在完成基本實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求的基礎(chǔ)上在科研思維與實(shí)驗(yàn)動手能力上均有進(jìn)一步的鍛煉與提升。

從目前本校生物科學(xué)專業(yè)遺傳學(xué)教學(xué)改革內(nèi)容實(shí)施的效果來看，通過整合經(jīng)典遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)，深化與創(chuàng)新遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容;在此基礎(chǔ)上，通過開放實(shí)驗(yàn)室、合理分工、實(shí)驗(yàn)答辯等實(shí)驗(yàn)組織環(huán)節(jié)，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)從以往教師講授知識、學(xué)生參照實(shí)驗(yàn)教材已有實(shí)驗(yàn)步驟按部就班完成實(shí)驗(yàn)的單一模式轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生在老師的指導(dǎo)與協(xié)調(diào)下，在探究中克服實(shí)驗(yàn)困難、實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，極大的提高了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)、體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過程的興趣，也增強(qiáng)了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)挫折的心理承受力，對學(xué)生今后走上工作崗位或繼續(xù)科研深造具有積極的作用。

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