开放性基础医学实验教学促进医学生专业能力的培养——以适应性进化技术改造有机磷降解菌为例

辛暨丽 杨丹聃 张连芝 张红 薛百功

(1吉林大学基础医学院，吉林 长春 130021；2吉林大学第一医院眼科)

以学生发展为中心，通过教学改革促进学习革命，开放性实验教学是高校素质教育深化改革的重要课题〔1〕。进化生物学在很多领域有效地解决了当今重大疑难疾病治疗的世界性难题，其广泛地利用相邻学科的成就，在技术方法上是博采众长，因此十分适宜开放性实验教学〔2〕。让学生在教师的指导下阅读文献、独立设计实验、操作实验、分析实验结果，帮助学生掌握科研技能，进而形成严谨的科学思维〔3〕。

1 实验方案的确定

在微生物进化过程中，选择压力的存在可以保证微生物在与选择压力的相互作用下，菌种的随机变异实现定向淘汰，与环境相适应的基因型得以保存，特别是在人工选育过程中，通过人工施加定向的选择压力，使微生物沿着所需的方向的进化，从而获得目标性状的菌种。目前实验室最常用的适应进化方法是在特定条件(给予选择压力)下将微生物连续传代培养，通过菌株自发突变的不断富集，获得适应特定条件的表型或生理性能。本实验预期将改良具有降解农药的菌株，以期获得降解能力更强的菌株。适应性进化又称定向进化“实验室进化或驯化”，是目前备受瞩目的菌种改良技术，能够使菌株在较短的时间内有效地改变菌株的某些表型或生理特性(如菌体生长速度，底物消耗速度，耐受高温 高低pH值及不同有机溶剂等)，并且基本不会影响除目的表型外的其他优良性状〔4〕。采用分组制，每组4～5人，共分6～7组，每个小组由组长负责组织组员进行实验的开展。学生在指导教师的指导下掌握查阅资料、确定实验计划、设计实验、实践操作、分析解决问题、撰写论文的能力。

2 实验仪器及实验过程

仪器包括超净工作台、摇床、培养箱、显微镜、分光光度计、灭菌锅、恒温干燥箱、恒温水浴锅、酸度计、离心机、移液器、培养皿、三角瓶、枪头、各种培养基所需试剂，显色试剂、菌种及农药底物。以泛氧副球菌为出发菌株，以O,O-二甲基-O-(2,2-二氯乙烯基)磷酸酯(DDVP)为底物，添加浓度为最低抑菌浓度，添加时间为菌株的对数生长期，以1%的比例在液体培养基中不断转接，直至筛选出降解DDVP最高的菌株为止。①测得菌株最低抑菌浓度：菌株在最低抑菌浓度下，菌株突变率最高。通过测量OD值来确定最低抑菌浓度。随着DDVP浓度增加，OD值逐渐降低，通过对不同浓度DDVP培养1 d，2 d，3 d，制得OD值与DDVP浓度曲线，3条曲线的第一个交点即为最低抑菌浓度。②菌株的生长曲线测定。OD值和培养时间制得曲线，曲线平缓之前即为最佳转接时间。③进行传代培养：加入最低抑菌浓度的DDVP，并且测定DDVP降解率，得出最佳降解率及其所需要传代时间(或传代次数)。④筛选：在降解率最高时，进行涂布，平板划线，单菌落筛选，逐一测定每株菌的DDVP降解率。⑤稳定性的测定：对所得菌种进行连续四至六代培养，随后测定DDVP降解率。来确定降解率这一特性是否能稳定遗传。⑥菌种检测：进行细胞形态观察，活菌数的测定，菌活力检测。⑦胁迫条件的改变：在进行到第6步后，将得到的优良菌种接种在新培养基中。培养基除DDVP浓度增加，其余条件不变。⑧重复④～⑦步骤。直到筛选出能够耐受最高DDVP浓度的菌株。⑨基因组测序分析。开放性实验结果的评价。

3 效 果

在本实验中学生掌握了①设计适应性进化的环境条件；②掌握微生物降解磷的检测方法；③掌握对进化微生物的鉴定检测方法；④分析原始菌株和进化后菌株的比较分析。试验后各组需提交实验记录和分析报告，总结实验中的收获及存在的问题，指导教师根据反馈意见改进实验。

综上，我国高校人才培养重要目标之一是培养创新型人才,推动探究式学习，提高学生分析解决问题的能力，开放型实验为学生提供了一个开放、自由的实验环境，培养了学生的创新能力、实践能力和科学素养。本实验融合了细胞生物学、生物化学、微生物学等多学科的原理和操作技术，切实提高学生的实验素质和实操能力,培养学生创造性的科学思维和严谨的学习态度,最大限度地利用实验室资源,充分发挥实验室在实施素质教育中的重要作用,使其更好地为学生服务。