開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)化分子生物學(xué)精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

1、開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)化分子生物學(xué)精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目摘 要：為優(yōu)化分子生物學(xué)精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以通過報(bào)告基因檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)cAMP水 平變化”實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行研究。結(jié)果顯示通過開放實(shí)驗(yàn)室，擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)過程，完善實(shí)驗(yàn) 操作，尤其是讓學(xué)生充分了解整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程，親自參與各個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟，掌握實(shí)驗(yàn)操 作每個(gè)細(xì)節(jié)，大大增強(qiáng)了學(xué)生的操作技能，加深了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的認(rèn)識(shí)與理解。 同時(shí)從實(shí)驗(yàn)過程優(yōu)化入手，更新儀器，提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性;優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，拓展實(shí)驗(yàn)深 度和廣度。培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析總結(jié)能力，為本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)建立大數(shù) 據(jù)”提供依據(jù)。總之該研究使學(xué)生逐步形成以自主式、合作式、研究式相結(jié)合的學(xué) 習(xí)方式，激發(fā)學(xué)生興趣，鍛煉科研思維，培養(yǎng)運(yùn)用科

2、研思維和系統(tǒng)組合各種實(shí)驗(yàn)技 術(shù)來實(shí)現(xiàn)科研目標(biāo)的能力。關(guān)鍵詞：分子生物學(xué)；精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；拓展；開放實(shí)驗(yàn)室Opening Experimental Teaching and Optimizing a SuperiorExperiment Items of Molecular BiologyAbstract: In order to optimize the experimental project of molecular biology, we took the experiment of detecting the change of level of intracellular c

3、AMP through reporter gene & as an example for the study. The results show that by opening laboratory, extending the experimental process, improving the operations in the experiment, and in particular, by letting the students fully understand the whole experimental process so that they can personally

4、 participate in every experiment steps and know the details about the experiment, we enabled the students to expand their operational skills. Meanwhile, starting from optimizing the experiment process, we also improved the correctness of the experiment by updating instruments . By optimizing the des

5、ign scheme of the experiment, we broadened the depth and breadth of the experiment. By cultivating the studentsability in processing, analysis and summary of data acquired in the experiment, we laid the basis for the big data& needed by the experiment teaching for the undergraduates. In a word, the

6、study enabled the students to gradually have a learning style that features the autonomy，cooperation and research. The study aroused the interest of the students，exercised their thinking ability in scientific research. The study also cultivated their ability to use their thinking ability in scientif

7、ic research and systematically combine various experiment techniques to achieve the goals in scientific research.Key words： molecular biology; superior experiment items; experimental teaching; expansion; opening laboratories劑處理劑處理、報(bào)告基因的測(cè)定和統(tǒng)計(jì)分析等多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)原有計(jì)數(shù)方法是通過血球計(jì)數(shù)板人工計(jì)數(shù)，耗時(shí)基本都由教師操作，改進(jìn)后所有實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)均由學(xué)生較長(zhǎng),通過購(gòu)置

8、全自動(dòng)細(xì)胞計(jì)數(shù)儀，能快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)0引言分子生物學(xué)是從分子水平研究核酸等生物大分子 的結(jié)構(gòu)、功能及其在生命現(xiàn)象中體現(xiàn)的重要性和規(guī)律 性的科學(xué),是一門實(shí)驗(yàn)性極強(qiáng)的學(xué)科,其理論與實(shí)驗(yàn)方 法已經(jīng)滲透到生命科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域頃。分子生 物學(xué)實(shí)驗(yàn)作為生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)專業(yè)重要的實(shí)驗(yàn)課之 一，在我國(guó)多數(shù)學(xué)校均作為一門必修課程。我院將分 子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)操作作為本科生畢業(yè)技能考核的重要標(biāo) 準(zhǔn)之一，多年來分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課時(shí)安排為每屆本科 生34學(xué)時(shí),共包括6個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，項(xiàng)目設(shè)計(jì)從簡(jiǎn)單的 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)到綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)層層深入血。近年來 結(jié)合本學(xué)科的發(fā)展對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了調(diào)整，設(shè)計(jì)了 “通過報(bào)告基因檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)cAMP水平變化

9、哺乳動(dòng) 物細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)染”等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。其中尤以“報(bào)告基 因檢測(cè)”實(shí)驗(yàn)較為復(fù)雜，難度較高，該實(shí)驗(yàn)涉及報(bào)告基 因載體質(zhì)粒構(gòu)建、細(xì)胞報(bào)告基因轉(zhuǎn)染、報(bào)告基因表達(dá)產(chǎn) 物鑒定等多個(gè)環(huán)節(jié)特別是本實(shí)驗(yàn)中接觸到多種 實(shí)驗(yàn)技能，如細(xì)胞培養(yǎng)的無菌操作技術(shù)、細(xì)胞傳代培養(yǎng) 技術(shù)、細(xì)胞計(jì)數(shù)、質(zhì)粒的脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染技術(shù)、蛋白濃度測(cè) 定方法、報(bào)告基因的檢測(cè)技術(shù)和生物統(tǒng)計(jì)學(xué)分析等。然而，由于實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)和操作時(shí)間的限制，學(xué)生要參 與所有過程是困難的，所以大部分實(shí)驗(yàn)由教師提前準(zhǔn) 備，學(xué)生僅完成課堂實(shí)驗(yàn)部分內(nèi)容，幾乎達(dá)不到整個(gè)實(shí) 驗(yàn)的50%教學(xué)內(nèi)容。為了讓學(xué)生能夠得到更多的實(shí) 驗(yàn)技能訓(xùn)練和了解整個(gè)實(shí)驗(yàn)的技術(shù)路線，從拓展實(shí)驗(yàn) 教學(xué)的角度出發(fā)，

10、以“報(bào)告基因檢測(cè)”實(shí)驗(yàn)為例，讓學(xué) 生參與到整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，從而培養(yǎng)學(xué)生的操作技能和 研究思維能力。我院從以下幾方面對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了探索，通過 建立精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，力求以點(diǎn)帶面將分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn) 打造成實(shí)驗(yàn)“金課1開放實(shí)驗(yàn)室,讓學(xué)生全過程參與實(shí)驗(yàn)操作鑒于原有的實(shí)驗(yàn)過程受實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的限制,學(xué)生只 能操作其中的幾個(gè)步驟，隨著學(xué)校大力提倡在課余時(shí) 間給本科生開放實(shí)驗(yàn)室，為了讓學(xué)生有更多的時(shí)間參 與到完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生在課余時(shí)間系 統(tǒng)掌握實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容囪，利用教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的開放機(jī)制， 讓學(xué)生利用課余時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，在老師的指導(dǎo)下完 成所有的實(shí)驗(yàn)過程AM，增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的機(jī)會(huì)，增 強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能，牢固

11、掌握相關(guān)的實(shí)驗(yàn)原理。實(shí)驗(yàn)室開放前，僅對(duì)“報(bào)告基因的測(cè)定和統(tǒng)計(jì)分 析”實(shí)驗(yàn)規(guī)定由學(xué)生操作，其他如細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞計(jì) 數(shù)、報(bào)告基因質(zhì)粒的轉(zhuǎn)染、轉(zhuǎn)染效率的分析、細(xì)胞激活 操作。學(xué)生通過親自參與各個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟,掌握實(shí)驗(yàn)操作 的每個(gè)細(xì)節(jié)，拓展了學(xué)生的操作技能。對(duì)于“報(bào)告基 因檢測(cè)”實(shí)驗(yàn)，還進(jìn)行了如下的改進(jìn):課堂教學(xué)前1 周,開始進(jìn)行教學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的訓(xùn)練（建立無菌操 作觀念，掌握包括滅菌、細(xì)胞傳代培養(yǎng)等）。課堂教 學(xué)前兩天，對(duì)實(shí)驗(yàn)用的細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)及分組（掌握細(xì) 胞計(jì)數(shù)方法及稀釋方法）。課堂教學(xué)前1天，對(duì)實(shí) 驗(yàn)用的細(xì)胞進(jìn)行報(bào)告基因質(zhì)粒的轉(zhuǎn)染（需耗時(shí)6 h） （掌握質(zhì)粒轉(zhuǎn)染的技術(shù)）。課堂教學(xué)當(dāng)日清晨，讓學(xué) 生親

12、自加入激活劑。課堂教學(xué)課上進(jìn)行報(bào)告基因 的測(cè)定和統(tǒng)計(jì)分析并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。通過這樣的實(shí)驗(yàn)安排，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)室過程有了 充分的了解。原來學(xué)生沒有掌握細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，對(duì) 細(xì)胞的狀態(tài)、培養(yǎng)基的使用等沒有感性認(rèn)識(shí),通過試驗(yàn) 后，學(xué)生能正確配制細(xì)胞培養(yǎng)液,對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的健康狀 況有了初步的直觀認(rèn)知和判斷,加深了細(xì)胞培養(yǎng)無菌 操作的理念理解,熟悉了細(xì)胞傳代培養(yǎng)的每個(gè)步驟。 原來學(xué)生對(duì)于報(bào)告基因檢測(cè)只認(rèn)為在老師轉(zhuǎn)染好 的細(xì)胞中加入底物上機(jī)檢測(cè)就完成實(shí)驗(yàn)了，但是對(duì)細(xì) 胞中報(bào)告基因如何進(jìn)入細(xì)胞，如何發(fā)揮作用都不了解。 通過改進(jìn)，學(xué)生能夠通過計(jì)數(shù)來調(diào)節(jié)細(xì)胞濃度然后傳 代細(xì)胞，能根據(jù)細(xì)胞的濃度來調(diào)整質(zhì)粒的用量,并通過 熒

13、光顯微鏡判斷分析轉(zhuǎn)染的效率，如何使用激活劑并 了解報(bào)告基因的處理和數(shù)據(jù)分析方法。對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過 程有了系統(tǒng)性的了解與認(rèn)識(shí)。2優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性充分利用儀器設(shè)備資源,優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法，提高數(shù)據(jù) 精確性皿。依托本院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心以及大型儀器公 共實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)備資源,通過實(shí)驗(yàn)室對(duì)本科生開放的 機(jī)制，讓學(xué)生可以自主選擇對(duì)實(shí)驗(yàn)前后的拓展實(shí)驗(yàn)。 通過使用更新升級(jí)的儀器設(shè)備（見圖1），嘗試不同試 驗(yàn)數(shù)據(jù)的檢測(cè)方法,優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，全面滲入實(shí)驗(yàn)課程 每個(gè)細(xì)節(jié)。2.1檢測(cè)蛋白濃度方法改進(jìn)原實(shí)驗(yàn)用721分光光度計(jì)通過紫外吸收（OD280 nm波長(zhǎng)）法來測(cè)定蛋白濃度，現(xiàn)在改用更精確靈敏的 BCA法，同時(shí)配置了高效快速的

14、多功能酶標(biāo)儀來測(cè)定 實(shí)驗(yàn)結(jié)果,使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更精準(zhǔn)。2.2增加通過轉(zhuǎn)染帶熒光標(biāo)簽的質(zhì)粒判斷轉(zhuǎn)染效率通過倒置熒光顯微鏡觀察質(zhì)粒轉(zhuǎn)染情況,并通過 拍照及軟件分析判斷熒光質(zhì)粒轉(zhuǎn)染效率，增加收集一 項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，更精確地判斷報(bào)告基因的轉(zhuǎn)染效率。2.3改變細(xì)胞計(jì)數(shù)方法（a）細(xì)胞計(jì)數(shù)儀（a）細(xì)胞計(jì)數(shù)儀（b）多功能酶標(biāo)儀（C）倒置熒光顯微鏡圖1實(shí)驗(yàn)中使用的部分儀器圖3優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，拓展實(shí)驗(yàn)深度和廣度3.1調(diào)整實(shí)驗(yàn)中試劑加入量在每個(gè)實(shí)驗(yàn)中，試劑加入量的準(zhǔn)確使用是實(shí)驗(yàn)成 功的關(guān)鍵，所以，調(diào)整實(shí)驗(yàn)中的試劑加入量，作為預(yù)實(shí) 驗(yàn)要確定的一個(gè)重要指標(biāo)。例如，報(bào)告基因檢測(cè)實(shí)驗(yàn) 中需要用激活劑對(duì)細(xì)胞進(jìn)行處理，升高細(xì)胞內(nèi)的 cAM

15、P水平，不同處理時(shí)間會(huì)有不同的結(jié)果，通過學(xué)生 自行設(shè)計(jì)選擇不同的試劑濃度、處理時(shí)間，得到不同的 實(shí)驗(yàn)結(jié)果。再根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果找出最合適的激活劑計(jì) 量，使實(shí)驗(yàn)在計(jì)量上更精確。最后通過學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)的分析處理，得出最佳的處理時(shí)間。這樣每組學(xué)生 的實(shí)驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)都是不同的，提高了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)探索 的興趣。3.2擴(kuò)充細(xì)胞種類實(shí)驗(yàn)中研究對(duì)象的選擇為實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析提供了 很好的依據(jù)，因?yàn)榧偃缭谝环N細(xì)胞中沒有實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可 能在另一種細(xì)胞中獲得滿意的結(jié)果，從而提高了學(xué)生 分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力。以本實(shí)驗(yàn)為例，從細(xì)胞傳代培 養(yǎng)開始實(shí)驗(yàn)教師提供幾種不同的腫瘤細(xì)胞供學(xué)生選 擇，除了在實(shí)驗(yàn)講義上使用的293T（人胚腎細(xì)胞），增

16、 加了 CNE（人鼻咽癌細(xì)胞）、4T1（小鼠乳腺癌細(xì)胞）、 A549（人非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞）、Hela（人宮頸癌細(xì)胞）等 多種腫瘤細(xì)胞供學(xué)生選擇使用。不同的細(xì)胞轉(zhuǎn)染效率 不同（見圖2），實(shí)驗(yàn)結(jié)果也不同,這種帶有探索性的實(shí) 驗(yàn)過程，雖然以實(shí)驗(yàn)講義中的實(shí)驗(yàn)步驟為主干,卻大大 提高了實(shí)驗(yàn)的自由度，也激發(fā)了學(xué)生科學(xué)探索的欲望, 有利于學(xué)生掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù),加深理解實(shí)驗(yàn)涉及的 分子生物學(xué)原理。4結(jié)語在教學(xué)過程中實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，一般要求每個(gè)學(xué) 生對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理分析并詳細(xì)討論。數(shù)據(jù)越豐富，學(xué) 生討論得越深入。在本實(shí)驗(yàn)中，由于每組同學(xué)使用的 細(xì)胞和實(shí)驗(yàn)相關(guān)試劑及藥物處理時(shí)間的不同，每組學(xué) 生得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都不盡

17、相同，學(xué)生不僅可以就本組 的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，亦可橫向聯(lián)合多組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、總(a) CNE(b) 4T1(c) Hela( d) 239T(a) CNE(b) 4T1(c) Hela( d) 239T（e） A549圖2不同細(xì)胞轉(zhuǎn)染效果熒光顯微鏡圖片我院分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程至今已開設(shè)16年，逐漸 形成了較穩(wěn)定的主講教師、實(shí)驗(yàn)輔助老師以及助教教 學(xué)隊(duì)伍。實(shí)驗(yàn)條件近年來也得到極大提高，教學(xué)方法 密切結(jié)合學(xué)科特點(diǎn),受到學(xué)生和督導(dǎo)老師的一致好評(píng)。報(bào)告基因檢測(cè)技術(shù)，是一種間接的測(cè)定技術(shù)，涉及 報(bào)告基因載體質(zhì)粒構(gòu)建、細(xì)胞轉(zhuǎn)染、報(bào)告基因產(chǎn)物測(cè)定 等環(huán)節(jié)。螢光素酶檢測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)先進(jìn)指示系統(tǒng)皿, 操作簡(jiǎn)便，靈敏度高,輝光型信號(hào)亮且持久，可用于因 靈敏度不夠而受限的挑戰(zhàn)性應(yīng)用。通過本精品實(shí)驗(yàn)項(xiàng) 目將報(bào)告基因檢測(cè)技術(shù)介紹給學(xué)生，有一定的獨(dú)創(chuàng)性。通過實(shí)驗(yàn)全面提升學(xué)生對(duì)于分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的理 解，訓(xùn)練學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)的能力g。同時(shí)由本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提出實(shí)驗(yàn)相關(guān)的問題啟發(fā)學(xué)生 思考討論,更進(jìn)一步依托