农科专业分子遗传学实验教学改革探索

蔡中全，杨 娟

（广西大学 农学院，广西 南宁 530004）

农科专业分子遗传学实验教学改革探索

蔡中全，杨 娟

（广西大学 农学院，广西 南宁 530004）

为了适应分子遗传学技术在农业领域日趋广泛的应用，培养高素质的农科人才，广西大学农科专业分子遗传实验教学进行了循序渐进地改革实践。不仅通过实验课演示巩固理论知识，还发掘其高新技术教育的实用价值和趣味性，结合学科发展趋势和人才培养目标，立足重要理论的演示和知识巩固，兼顾实用高新技术教育，集中力量开好几个关键实验。实践表明，改革提高了学生的参与积极性、克服了学生对较前沿知识和技术的畏难和神秘感，有效提升了学生的专业技能和创新信心。

农业科学；分子遗传；实验教学改革；高新技术教育；农科人才培养

遗传学是研究生物遗传变异规律、探索生命本质的学科［1］，是21世纪生命科学领域中发展最为迅速的学科，又以其分子遗传实验技术的发展尤为瞩目［2］。目前已经广泛应用到农业的各个领域，如分子标记辅助选择、农作物品种纯度检验、农作物品种特异性检验、转基因检测、农作物指纹图谱、转基因育种、农业科学研究等［3-5］。目前，许多高校对于遗传学实验教学改革进行了可贵的探索和实践［6-10］，广西大学农学院从2005年开始对其实验教学进行改革探索和实践，循序渐进地开展分子遗传实验教学改革，通过加强师资，设置前沿、关键的实验内容，兼顾实用高新技术的教育，取得了很好的效果。

1 遗传学实验教学改革的必要性

1.1 遗传学实验教学面临的问题

实验课是趣味性较强的课程，但在过去遗传学实验教学过程中，越来越多的学生忙于撰写实验报告、获得高分实验结果，以至于不愿花时间去思考和记忆实验步骤及原理，往往只关注和自身关系密切的成绩或者学分。

在分子遗传实验中，学生往往无法完成整个实验过程。主要有以下两个原因:1）基于安全因素，一些操作失误可能导致不可挽回的安全事故，如冻伤、致癌物泄漏等；2）基于时间因素，该类实验往往耗时较多，周期较长，限制了学生全程参与。

1.2 分子遗传实验教学改革的必要性

1）知识更新的需要:遗传学的快速发展主要体现在分子遗传学方向的发展，在21世纪遗传学教材中，均已增补了分子遗传学理论课程，并分为多个章节，因此，开设分子遗传学相关实验，是遗传学实验教学必须考虑的内容。

2）社会的需要:分子遗传学实验技术在农业领域已经有了广泛的应用。如分子标记辅助选择，农作物转基因成分检测，食品转基因成分检测，品种纯度检测，农作物品种指纹图谱等。新时代的农科人才，必将是这些技术的主要使用者或参与者，有必要将这些知识和技术纳入专业教育内。

2 改革实践与探索

2.1 改革目标和思路

1）改革传统实验教学目标。传统遗传学实验课程教学的目标是通过一定的实际参与和操作，演示遗传变异机理和规律。现代分子遗传学的快速发展和应用，对实验教学提出了更高的要求，还必须涵盖已经广泛应用的分子遗传学高新技术。

2）结合农业领域的发展应用趋势，设置关键的知识点和实用价值高的实验内容。当前农业领域应用较多的关键基础实验为核酸提取，DNA体外扩增和检测。充分利用科技新成果、新技术、新思路以及相关社会热点，展示遗传学的发展成就与魅力，紧密结合实际应用，逐步发展系列具备先进性、时代性、实用性的分子遗传学实验课程。

3）固定的知识点，采用灵活的实验内容。设置学生认为值得投入精力、并愿意投入学习热情的实验内容。措施上，设置具先进性、实用性、时代热点和学生自身关联密切的实验内容。如核酸提取、扩增、检测基本知识点和技术，可以以辅助育种、转基因检测、作物指纹图谱等多种具体的内容出现，如在转基因为社会热点的时期，设置转基因检测实验，深受学生欢迎。

2.2 循序渐进的改革实践

1）首先在遗传学实验中增设PCR、电泳实验。

2005年开始增加该部分内容，对巩固PCR反应原理，学习并掌握该实验技术、补充理论课的不足起到了重要作用。

实验利用Lambda载体为模板，扩增其一个基因片段，利用无菌水、PCR缓冲液、氯化镁溶液、4种底物、一对引物、taq酶和DNA模板等构建一个25 uL的反应体系。实验设计和选材均较为简单和稳定，利于学生首次实验获得成功，消除对该类实验的神秘和畏难心理，建立掌握该类实验技术的信心。该实验内容开设之初受到了学生的普遍欢迎，属于较新的、较热点的实验技术。

2）增加植物基因组DNA提取，形成一套完整的技术。

生物组织DNA提取是分子遗传学的一个基本实验技术，增加该实验内容对巩固植物DNA基因组提取原理和掌握基本的提取方法有重要的意义，同时基本形成一个完整的技术体系，即DNA提取，PCR，电泳分析，基本可以满足当下在农业领域的应用需要。

3）逐步加强分子遗传实验课在高新技术教育方面的作用。

随着科技发展，分子遗传学实验技术已经开始在农业领域普遍应用，基础的分子遗传学实验技术已经成为农科人才必须掌握的一项技术。在此背景下，对分子遗传学实验内容进行了一定的调整，整合为一个连续的实验过程，3个试验，完成一个具体实验目标（如从水稻染色体上扩增一个基因片段并定性检测）。

实验设计上，采用较新的科技成果、产品和技术，并充分考虑实用性问题，完全模拟了在农业中的应用，采用较先进的试剂盒、Taq Mastermix等成套解决方案，较大程度地更新了分子遗传学实验教学理念，向高新技术教育方向加强，抓住主要问题，摆脱众多待掌握知识点的束缚。

4）采取独立设课。

将分子遗传学实验作为一门课程的内容，系统教授基本的分子遗传学实验技术。进一步将农业领域常用的分子遗传学实验和生物化学实验安排在一起，整合为一门实验课程，将蛋白质和核酸实验教学内容整合，作为农科本科学生的专业基础课程，安排在遗传学和生物化学理论课程中。

5）设置多层次实验标准，满足不同学生的需求，并简化实验报告。

①合格基准的实验内容:基本掌握DNA提取、PCR、电泳等的实验。

②良好基准的实验内容:完成分子标记辅助选择、转基因成分检测等。

③优秀基准的实验内容:完成一个农作物指纹图谱或者自由设计引物和实验内容等。

广东深圳海洋经济发展示范区的主要任务是加大海洋科技创新力度，引领海洋高技术产业和服务业发展。湛江海洋经济发展示范区主要是创新临港钢铁和临港石化循环经济发展模式，探索产学研用一体化体制机制创新。

6）强化实验人员队伍建设。

实验准备人员在分子遗传实验中，起着重要作用，从实验设置、教材编制、素材准备、实验实施等过程，基本全程参与和把控，广西大学农学院经多年的改革和积累，已实现该方向实验员全员硕士及以上学历。

7）随着科技进步，改革不间断。

随着分子遗传学不断取得的新进步，实验内容需不断改革。下一步预计采用新的科技成果，将DNA提取、体外扩增、检测压缩在一次实验课程内完成，然后逐步增设引物设计、荧光定量pCR、重组酶聚合酶扩增（RPA）、转基因实验等在农业中基础、关键、实用的实验内容。

2.3 实验室安全控制

分子遗传学实验中，除了常规的安全问题，如用电安全、强酸、碱、盐等安全外，还涉及其他如冻伤、有毒易挥发、致癌等危险性试剂的使用，关涉师生健康和安全，同时也是制约该类实验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、实验员帮助实施染色等工序，随着科技发展，逐渐采用更安全的核酸染料。目前，采用基本无危险的Gelred和Gelgreen，基本实现学生完全独立开展实验，每人均独立操作。

3）液氮:提取DNA过程有使用液氮研磨的操作，而液氮在取和用的过程中均存在较大的冻伤安全隐患。最早设计多人一组，由研究生助教直接监控和指导每个组使用液氮，逐步改进液氮取用方法，逐步实现每人均亲自操作。后来，逐步淘汰液氮，直接使用离解液研磨和匀浆机研磨等。

3 改革总体效果

改革总体取得了很好的效果，主要体现在以下5个方面。

1）接触学习了一种新类型的实验，学生学习积极性有明显的提高，实验室气氛明显活跃，参与的热情度较高。

2）学生对实验的态度有明显的转变，实验教改探索过程中，设置的部分实验有些班级不能按时完成，学生却并不着急，下课后继续做，甚至拖延到饭后。有些下午的实验课，老师提议中午提早开始，也都能得到学生很积极的响应。

3）通过分子遗传实验教学，学习和熟悉了超微量类型的实验，这对绝大多数本科学生来说，是个全新的实验体系。

4）对前沿实验技术、高新技术等学习的自信心明显增强、畏难情绪明显改观，主要体现在本科毕业论文试验中，涉及需要开展分子等较新较前沿实验的，神秘感、畏难情绪明显较小，完成质量比改革前明显好转。同样的情况也表现在部分继续攻读硕士研究生的学生身上。

5）对科技创新和研究的信心和积极性明显增强。农科大学生经历几年的课程学习和对专业的较深入了解，专业激情和自信普遍下降。通过实验教学改革，让学生实地学习实用的高新技术，同时体验到新科技创新成果的优越性和现实存在，如人性化的试剂盒产品、生化企业推出的各类成套解决方案等，都很大程度上增强了他们对科学研究和创新的信心，参与相关课题研究的热情明显提高。

4 结束语

分子遗传学处于飞速发展阶段，其实验技术发展尤为迅速，这就对实验教学条件和实验改革速度提出了更严峻的挑战［11］。前沿的科技不仅包含前沿的科学理论知识，还必须包含前沿的科学技术。

思路上，实验课程设计必须紧紧抓住实验教学的先进性、实用性、趣味性以及与生活的相关性赢得学生青睐。

内容上，实验设计要紧密联系实际应用，分子遗传学实验不仅要体现理论教学价值，同时还必须发挥技术教育的作用，即实验课传授的知识和技术，不仅体现理论教学价值，且在实际生活或工作中会用到、能解决重要问题，能体现课程的价值。

有的放矢设置实验。分子遗传学重要的内容和实验非常多［8，12］，有限的课时，如何取得最大的价值，必须认真研究，紧密结合本领域的发展趋势和人才培养目标，兼顾前沿知识和技术，侧重高新、有用、实用，集中力量开好几个关键实验。

［1］孙君艳.基于应用型本科人才培养的《遗传学》课程的教学改革［J］.教育教学论坛，2016（35）: 101-102.

［2］朱正茂.遗传学课程基因组章节教学探讨［C］//2014全国遗传学理论与实验教学研讨会会议手册及论文集.［出版地不详］:［出版者不详］，2014.

［3］李宗芸，潘沈元，朱必才，等.遗传学课程群的设置和思考［J］.江苏师范大学学报（自然科学版），2004，22（4）:73-75.

［4］程朝平，刘成德，杨德卫，等.分子标记辅助选择籼型直立恢复系［J］.分子植物育种，2011，9（5）: 561-566.

［5］王文洁，周联东，郭玉霞，等.构建玉米新品种新科19指纹图谱的SSR引物筛选［J］.湖北农业科学，2011，50（17）:3635-3636.

［6］熊大胜，席在星.本科生遗传实验教学的改革探讨［J］.遗传，2005，27（5）:811-814.

［7］李宗芸，潘沈元，朱必才，等.改革遗传学实验教学［J］.实验室研究与探索，2005，24（12）:64-66.

［8］吴瑞娟.遗传学综合性、设计性实验课程的开设与研究［J］.东华理工大学学报（社会科学版），2008，27（1）:84-86.

［9］姚琳，郭长虹，王晓萍，等.遗传学实验教学的改革与创新人才的培养［J］.国际遗传学杂志，2010，33（4）:243-246.

［10］中华人民共和国教育部.关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见［J］.中国大学教学，2001（6）:4-5，36.

［11］张丹，徐崇志，邹洪军.浅析《遗传学》教学改革［J］.黑龙江生态工程职业学院学报，2011（1）: 98-99.

［12］徐吉臣.科研案例在遗传学教学中的应用［C］//全国高等院校遗传学教学改革研讨会.［出版地不详］:［出版者不详］，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

质量工程——植物科学实验教学示范（T3310098209）。

蔡中全（1980-），男，硕士，助理研究员，主要从事遗传学实验教学方面的工作。