高校基因工程实验室建设与管理探讨

赵丹 赵德刚

摘要：高校实验室是进行教学和科研的重要基地，也是培养学生动手能力和创新精神的重要场所。结合基因工程实验室建设与管理实践，对基因工程实验室的实验内容、教学目标、实验设置以及实验室“物、教师、学生”管理等方面进行了探讨和论述。

关键词：基因工程;实验室建设;管理

中图分类号：G647     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）41-0270-02

实验室是高校开展大学生和研究生实验教学的主要场所，也是高校教师开展科学研究的重要平台，是一所大学教学、学科建设和管理水平的重要体现（袁继红等，2011）。通过实验室开展的实践教学是培养学生动手能力、创新能力以及理论联系实际的基本途径。基因工程是现代生命科学研究领域中一门极其重要的学科，我校生命科学学院开展的基因工程教学主要依托农业生物工程研究院的科研平台进行，对基因工程教学实验室进行建设和管理，期望达到教学、科研资源共享的目的。为此，以科研平台建设的是教学实验室有其不同于常规单一教学实验室的管理模式，能使大学生有更多的机会了解学科前沿和实际研究状况，在验证性实验的基础上融进创新性实验内容。经过几年的实践探索，在提高参与实验学生动手能力及培养创新思维发挥了重要作用，尤其是对进一步攻读相关专业硕士学位或博士学位的学生更具有意义。

一、基因工程实验室的实验内容与教学目标

基因工程（genetic engineering）又称基因拼接技术、遗传工程或DNA重组技术等，是以分子遗传学为理论基础，以分子生物学和微生物学的现代方法为手段，将不同来源的基因按预先设计的蓝图，在体外构建杂种DNA分子，然后导入活细胞，以改变生物原有遗传特性，获得新品种，生产新产品的现代生物学技术。以基因工程操作步骤为主线，含有目的基因分离、克隆，载体构建、转化、筛选鉴定等实验内容，设置和选择实验内容时既要注重专业性和可操作性，又要突出先进性和系统性。在通过课堂学习理论以后，需要通过实验对基因工程理论有系统、明确的认识，达到熟识、理解并掌握DNA重组的原理和实际操作方法，并在实践中提高分析问题和解决问题的能力，开拓创新能力，为学习相关专业课程以及从事生物技术相关领域的科学研究奠定基础。

我们所建设的基因工程教学实验室进行教学的目标是培养高年级本科生及研究生进行基因操作的能力。在教学中，我们以问题导向，充分调动教、学双方的主观能动性，积极组织学生参与实验的准备工作;在实验中，安排学生与教师共同讨论实验涉及的理论问题和实验内容可能应用的问题，指导学生分析总结实验结果和存在的问题。以培养学生兴趣为主，发展一批从事基因工程研究的后备力量，据不完全统计，继续深造读研的学生占总人数的30%以上。

二、构建实验体系，全面提高学生实验技能

基因工程实验内容主要包括基因获得、载体构建、基因导入、基因表达4个方面，但在进行实验教学时，往往不是完全直接以此4个方面开展实验。通过几年的本科基因工程实验教学经验，逐渐形成了以基因工程经典性、基础性实验为主，强调实验的连续性，并结合植物基因工程实验室研究设计实验。我们的做法是：

1.基因的获得，主要采用从克隆载体上酶切获得目标基因、通过PCR扩增目的基因、人工合成DNA序列。在基因分离、克隆这部分知识的实验室验证教学中，往往是安排“基因组DNA分离提取技术”、“RNA分离提取技术及cDNA反转录技术”、“基因酶切与DNA的琼脂糖电泳技术”、“PCR技术”、“电泳胶回收DNA技术”。

2.载体构建。这部分实验内容和基因获得部分是难以分开的，常常是将酶切后电泳回收的目标基因、RNA反转录的cDNA、人工化学合成的基因序列、PCR扩增的DNA序列构建在亚克隆载体上、或构建目标基因在表达载体上。这部分实验室教学内容主要有“载体构建技术”、“基因连接技术”等。

3.目的基因导入。根据受体细胞不同导入方法也不同，包括感受态细胞的制备、农杆菌介导转化法，基因枪法（或微弹轰击法），花粉管通道法以及显微注射技术等，结合本实验室研究内容，以植物细胞为主，利用农杆菌介导转化法，以模式植物烟草为受体材料，通过组织培养再生实验获得转目的基因烟草植株。

4.目的基因在宿主基因组上的整合、表达、检测及转基因生物的筛选，实验内容包括报告基因的组织化学染色、PCR扩增目的基因、southern blot、Northern blot、Western Blot等实验内容涵盖了基因工程的主要操作过程和内容，可使学术全面掌握基因工程技术。

结合本实验室特点，设置4个实验内容，包括DNA片段得连接、转化及酶切鉴定，农杆菌介导的植物遗传转化，转化植物的表型分析及鉴定，转基因植物的性状分析及基因表达产物提取和检测。从2006年开始，已经培养生物技术及生物科学专业的本科生600余人。

三、加强“物、教师、学生”管理，全面提高实验教学效率

仪器设备是基因工程实验得以开设的基础，本实验室仪器设备总值达到2394余万元，完全具备开展基因工程实验所需硬件条件。在实验过程中需要使用大量仪器，包括PCR仪、离心机、电泳仪、凝胶成像系统、恒温水浴锅等，种类繁多，价格昂贵，学生很容易因为不当操作导致仪器损坏，导致维修经费开支巨大，因此“物”的管理显得尤为重要，必须严格建立实验仪器台账，利用仪器管理软件对仪器出入库、维修及报废等做好记录，便于对每台仪器随时跟踪管理。严格按照“账、物、卡”管理，每台仪器责任到人，做好使用登记，定期组织老师对仪器进行排查和维护，保证学生实验的顺利开展。

教师和实验技术人员是实验教学的实施者，在注重培养学生独立开展实验的能力的同时，教学中要引导学生注意理论知识与实验内容的结合，要讲解清楚实验内容的基本原理、操作的关键步骤，甚至要指出可能的误操作引起的问题。因此教师和实验技术人员业务水平非常重要，目前本实验室已有从事基因工程教学工作教师10人，均获得博士学位，专职实验技术人员9人（含博士1人，在读博士3人）。

学生作为实验教学的主体，在实验设置时应充分考虑学生的水平和接受程度，要鼓励学生按照操作步骤进行实验操作，也要要求学生清楚每一步操作步骤的理论原理以及所使用仪器的基本性能和操作标准规程，才能完成好实验内容的学习，对于出现的问题能够有自己的见解。只有做到“物、教师、学生”三者的有机结合，才能提高基因工程实验教学质量。

四、展望

基因工程是一门新兴的学科，由于基因概念较为抽象，单凭课堂讲解很难完全掌握该门课程的理论基础和操作技术，需要开展相应实验教学，印证课堂教学内容，通过课堂教学-实验教学-知识回顾，才能真正理解基因工程技术的精要内容。

参考文献：

[1]袁继红，李香花，朱意，付家忠.高校生化与分子生物学实验室建设与管理的实践[J].中国现代教育装备，2011，（11）.

[2]赵宏霞，王金平.关于强化实验室建设与工作管理的思考[J].农业基础科学，2009，（15）.

[3]王文娟，朱俊华，尹芳，张雪丹.“分子生物学实验”课程教学改革的实践与探索[J].北京城市学院学报，2010，（3）.

[4]崔芳，孟丽，支涛.电子显微学实验室建设及发展的思考[J].中国校外教育，2010，8.

[5]李开智，肖胜军，郭芳.病理学创新性实验教学初探[J].山西医科大学学报（基础医学教育版），2007，9（4）.

[6]刘幸福，吴元喜.在实验教学中试行“以学生为主体”的教学模式探讨[J].实验技术管理，2002（3）.

[7]谢青，杨广笑.分子生物学创新性实验教学的实践与探索[J].实验室科学，2008，（5）.

[8]李敏，李坚斌，梁兴泉.浅谈大学生创新实验[J].广西大学学报（哲学社会科学版），2009，31（增刊）.

[9]张文利，徐跃飞，董旭.医学本科留学生的生物化学实验教学[J].教育论坛，2008，13（5）.

[10]曹朝晖，龙石银，胡小波.把握专业特色提高生物化学实验教学质量[J].医学教育探索，2008，7（4）.

Discussion for the Construction and Administration of Genetic Engineering Laboratory in University

ZHAO Dan1，ZHAO De-gang1

（“The Key Laboratory of Plant Resources Conservation and Germplasm Innovation in Mountainous Region（Ministry of Education），Institute of Agro-Bioengineering and College of Life Sciences，Guizhou University， Guiyang， Guizhou Province 550025”）

Abstract：Laboratory in university is an important base for teaching and research，but also is an important platform to improve the students' ability and innovative spirit. Combined with laboratory construction and practice management in genetic engineering laboratory，the experimental contents，teaching objectives laboratory settings and management of "goods，teachers，students" are discussed in this paper.

Key words：gene-engineering;laboratory construction;management