開放實驗教學(xué)優(yōu)化分子生物學(xué)精品實驗項目

1、開放實驗教學(xué)優(yōu)化分子生物學(xué)精品實驗項目摘 要：為優(yōu)化分子生物學(xué)精品實驗項目，以通過報告基因檢測細(xì)胞內(nèi)cAMP水 平變化”實驗為例進(jìn)行研究。結(jié)果顯示通過開放實驗室，擴(kuò)展實驗過程，完善實驗 操作，尤其是讓學(xué)生充分了解整個實驗流程，親自參與各個實驗步驟，掌握實驗操 作每個細(xì)節(jié)，大大增強(qiáng)了學(xué)生的操作技能，加深了學(xué)生對實驗內(nèi)容的認(rèn)識與理解。 同時從實驗過程優(yōu)化入手，更新儀器，提高實驗準(zhǔn)確性;優(yōu)化實驗設(shè)計，拓展實驗深 度和廣度。培養(yǎng)學(xué)生實驗數(shù)據(jù)處理和分析總結(jié)能力，為本科實驗教學(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)組合各種實驗技 術(shù)來實現(xiàn)科研目標(biāo)的能力。關(guān)鍵詞：分子生物學(xué)；精品實驗項目；實驗教學(xué)；拓展；開放實驗室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、報告基因的測定和統(tǒng)計分析等多項實驗環(huán)節(jié)原有計數(shù)方法是通過血球計數(shù)板人工計數(shù)，耗時基本都由教師操作，改進(jìn)后所有實驗環(huán)節(jié)均由學(xué)生較長,通過購置

8、全自動細(xì)胞計數(shù)儀，能快速準(zhǔn)確地實現(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),是一門實驗性極強(qiáng)的學(xué)科,其理論與實驗方 法已經(jīng)滲透到生命科學(xué)研究的各個領(lǐng)域頃。分子生 物學(xué)實驗作為生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)專業(yè)重要的實驗課之 一，在我國多數(shù)學(xué)校均作為一門必修課程。我院將分 子生物學(xué)實驗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)實驗課時安排為每屆本科 生34學(xué)時,共包括6個實驗項目，項目設(shè)計從簡單的 驗證性實驗到綜合設(shè)計性實驗層層深入血。近年來 結(jié)合本學(xué)科的發(fā)展對實驗項目進(jìn)行了調(diào)整，設(shè)計了 “通過報告基因檢測細(xì)胞內(nèi)cAMP水平變化

9、哺乳動 物細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)染”等實驗項目。其中尤以“報告基 因檢測”實驗較為復(fù)雜，難度較高，該實驗涉及報告基 因載體質(zhì)粒構(gòu)建、細(xì)胞報告基因轉(zhuǎn)染、報告基因表達(dá)產(chǎn) 物鑒定等多個環(huán)節(jié)特別是本實驗中接觸到多種 實驗技能，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)胞計數(shù)、質(zhì)粒的脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染技術(shù)、蛋白濃度測 定方法、報告基因的檢測技術(shù)和生物統(tǒng)計學(xué)分析等。然而，由于實驗學(xué)時和操作時間的限制，學(xué)生要參 與所有過程是困難的，所以大部分實驗由教師提前準(zhǔn) 備，學(xué)生僅完成課堂實驗部分內(nèi)容，幾乎達(dá)不到整個實 驗的50%教學(xué)內(nèi)容。為了讓學(xué)生能夠得到更多的實 驗技能訓(xùn)練和了解整個實驗的技術(shù)路線，從拓展實驗 教學(xué)的角度出發(fā)，

10、以“報告基因檢測”實驗為例，讓學(xué) 生參與到整個實驗過程，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實驗教學(xué)進(jìn)行了探索，通過 建立精品實驗項目，力求以點(diǎn)帶面將分子生物學(xué)實驗 打造成實驗“金課1開放實驗室,讓學(xué)生全過程參與實驗操作鑒于原有的實驗過程受實驗學(xué)時的限制,學(xué)生只 能操作其中的幾個步驟，隨著學(xué)校大力提倡在課余時 間給本科生開放實驗室，為了讓學(xué)生有更多的時間參 與到完整的實驗教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生在課余時間系 統(tǒng)掌握實驗課內(nèi)容囪，利用教學(xué)實驗室的開放機(jī)制， 讓學(xué)生利用課余時間進(jìn)入實驗室，在老師的指導(dǎo)下完 成所有的實驗過程AM，增加學(xué)生實驗操作的機(jī)會，增 強(qiáng)學(xué)生實驗操作技能，牢固

11、掌握相關(guān)的實驗原理。實驗室開放前，僅對“報告基因的測定和統(tǒng)計分 析”實驗規(guī)定由學(xué)生操作，其他如細(xì)胞培養(yǎng)、細(xì)胞計 數(shù)、報告基因質(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實驗步驟,掌握實驗操作 的每個細(xì)節(jié)，拓展了學(xué)生的操作技能。對于“報告基 因檢測”實驗，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)實驗技術(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，對實驗用的細(xì)胞進(jìn)行計數(shù)及分組（掌握細(xì) 胞計數(shù)方法及稀釋方法）。課堂教學(xué)前1天，對實 驗用的細(xì)胞進(jìn)行報告基因質(zhì)粒的轉(zhuǎn)染（需耗時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)行報告基因 的測定和統(tǒng)計分析并完成實驗報告。通過這樣的實驗安排，使學(xué)生對實驗室過程有了 充分的了解。原來學(xué)生沒有掌握細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，對 細(xì)胞的狀態(tài)、培養(yǎng)基的使用等沒有感性認(rèn)識,通過試驗 后，學(xué)生能正確配制細(xì)胞培養(yǎng)液,對細(xì)胞生長的健康狀 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)的每個步驟。 原來學(xué)生對于報告基因檢測只認(rèn)為在老師轉(zhuǎn)染好 的細(xì)胞中加入底物上機(jī)檢測就完成實驗了，但是對細(xì) 胞中報告基因如何進(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 了解報告基因的處理和數(shù)據(jù)分析方法。對整個實驗過 程有了系統(tǒng)性的了解與認(rèn)識。2優(yōu)化實驗，提高實驗準(zhǔn)確性充分利用儀器設(shè)備資源,優(yōu)化實驗方法，提高數(shù)據(jù) 精確性皿。依托本院實驗教學(xué)中心以及大型儀器公 共實驗平臺的設(shè)備資源,通過實驗室對本科生開放的 機(jī)制，讓學(xué)生可以自主選擇對實驗前后的拓展實驗。 通過使用更新升級的儀器設(shè)備（見圖1），嘗試不同試 驗數(shù)據(jù)的檢測方法,優(yōu)化實驗方案，全面滲入實驗課程 每個細(xì)節(jié)。2.1檢測蛋白濃度方法改進(jìn)原實驗用721分光光度計通過紫外吸收（OD280 nm波長）法來測定蛋白濃度，現(xiàn)在改用更精確靈敏的 BCA法，同時配置了高效快速的

14、多功能酶標(biāo)儀來測定 實驗結(jié)果,使實驗結(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 項實驗數(shù)據(jù)，更精確地判斷報告基因的轉(zhuǎn)染效率。2.3改變細(xì)胞計數(shù)方法（a）細(xì)胞計數(shù)儀（a）細(xì)胞計數(shù)儀（b）多功能酶標(biāo)儀（C）倒置熒光顯微鏡圖1實驗中使用的部分儀器圖3優(yōu)化實驗設(shè)計，拓展實驗深度和廣度3.1調(diào)整實驗中試劑加入量在每個實驗中，試劑加入量的準(zhǔn)確使用是實驗成 功的關(guān)鍵，所以，調(diào)整實驗中的試劑加入量，作為預(yù)實 驗要確定的一個重要指標(biāo)。例如，報告基因檢測實驗 中需要用激活劑對細(xì)胞進(jìn)行處理，升高細(xì)胞內(nèi)的 cAM

15、P水平，不同處理時間會有不同的結(jié)果，通過學(xué)生 自行設(shè)計選擇不同的試劑濃度、處理時間，得到不同的 實驗結(jié)果。再根據(jù)實驗結(jié)果找出最合適的激活劑計 量，使實驗在計量上更精確。最后通過學(xué)生對實驗數(shù) 據(jù)的分析處理，得出最佳的處理時間。這樣每組學(xué)生 的實驗報告數(shù)據(jù)都是不同的，提高了學(xué)生對實驗探索 的興趣。3.2擴(kuò)充細(xì)胞種類實驗中研究對象的選擇為實驗結(jié)果的分析提供了 很好的依據(jù)，因為假如在一種細(xì)胞中沒有實驗結(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 分析實驗結(jié)果的能力。以本實驗為例，從細(xì)胞傳代培 養(yǎng)開始實驗教師提供幾種不同的腫瘤細(xì)胞供學(xué)生選 擇，除了在實驗講義上使用的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），實驗結(jié)果也不同,這種帶有探索性的實 驗過程，雖然以實驗講義中的實驗步驟為主干,卻大大 提高了實驗的自由度，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)實驗技術(shù),加深理解實驗涉及的 分子生物學(xué)原理。4結(jié)語在教學(xué)過程中實驗產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，一般要求每個學(xué) 生對結(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。在本實驗中，由于每組同學(xué)使用的 細(xì)胞和實驗相關(guān)試劑及藥物處理時間的不同，每組學(xué) 生得到的實驗結(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)實驗課程至今已開設(shè)16年，逐漸 形成了較穩(wěn)定的主講教師、實驗輔助老師以及助教教 學(xué)隊伍。實驗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。報告基因檢測技術(shù)，是一種間接的測定技術(shù)，涉及 報告基因載體質(zhì)粒構(gòu)建、細(xì)胞轉(zhuǎn)染、報告基因產(chǎn)物測定 等環(huán)節(jié)。螢光素酶檢測系統(tǒng)是一個先進(jìn)指示系統(tǒng)皿, 操作簡便，靈敏度高,輝光型信號亮且持久，可用于因 靈敏度不夠而受限的挑戰(zhàn)性應(yīng)用。通過本精品實驗項 目將報告基因檢測技術(shù)介紹給學(xué)生，有一定的獨(dú)創(chuàng)性。通過實驗全面提升學(xué)生對于分子生物學(xué)基礎(chǔ)知識的理 解，訓(xùn)練學(xué)生綜合實驗的能力g。同時由本實驗項目提出實驗相關(guān)的問題啟發(fā)學(xué)生 思考討論,更進(jìn)一步依托