遗传学实验中注重培养学生实践能力

牛东红　陈丽平　汪桂玲

摘要：遗传学是生命科学领域重要的基础课程，是一门理论和实践紧密结合的学科。遗传学实验教学不仅锻炼学生基本操作技能，而且培养学生科研思维和创新能力。本文以“人类性别决定基因的扩增”为例，阐述遗传学实验教学中注重培养学生实践能力的重要性，以期提高学生的独立思考和动手能力，培养学生的科研兴趣和科研素养。

关键词：遗传学实验；实践能力；性别决定基因

中图分类号：G642.423 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）51-0051-02

遗传学是一门研究遗传与变异的自然学科，是生命科学领域重要的基础课程[1]。遗传学理论与实践紧密结合，遗传学的发展离不开遗传学实验[2]。通过实验教学，使学生加深理解和巩固基础理论知识，掌握实验基本操作技能，从而培养学生实践能力和创新思维，为培养创新型人才奠定基础[3]。

目前，遗传学实验部分教学内容陈旧，验证性和观察性实验多，探究性实验少，且实验考核方式缺乏细节量化[4]。在实验教学课程中增加综合性实验，将不同学科之间内容有机整合在一起，将各种技术手段得以充分发挥和应用。通过实验教学让学生较早地参与科学研究和创新活动，训练学生较强的动手操作能力，以及分析和解决实验问题的能力。

因此，在遗传学实验中，需要拓展实验内容，紧跟遗传学课程的发展脚步，以及加强学生独立思考和動手能力，这是实验设计中需要考虑的重要环节。本文以综合性实验——“人类性别决定基因的扩增”为例，阐述在实验过程中提高学生实践能力的重要性，从而锻炼学生的主动思考能力，实际操作能力以及科研创新能力，以期培养创新型人才和卓越人才。

一、实验原理

性别决定基因（sex determination region of the Y，SRY），是哺乳动物雄性的性别决定基因，是Y染色体上决定雄性性别的基因片段。SRY基因的启动能够促进雄性发育，从而控制动物性别。因此SRY基因在动物性别鉴定和性别控制中发挥了重要的独特作用[5]。

SRY基因片段在多种哺乳动物中普遍存在，但不同动物所处的位置不尽相同，结构有异，长短不等[6]。人类SRY基因的开放阅读框中包含1个外显子，可编码204个氨基酸的蛋白质[7]。本实验通过PCR扩增技术，对SRY基因进行扩增，通过电泳检测结果，根据是否可以扩增出SRY基因进行性别鉴定。

二、实验过程

（一）DNA样品制备

（1）取男性和女性带毛囊的毛发数根，剪出毛囊部分，分别转移至PCR管中。（2）分别加入20ul 0.2M NaOH溶液，于PCR仪中75℃温育30min。（3）分别加入50ul 0.04M HCl溶液进行中和。（4）放于高速冷冻离心机中，12000rpm离心5min，取出上清，即为DNA模板。

（二）PCR扩增

PCR反应体系为25μL，含1×Taq Master Mix，上、下游引物各0.2μmol/mL（上游5-CTA AGT ATC AGT GTG AAA CGG G-3；下游5-ATTCTTCGGCAGCATCTTCGC-3），模板DNA 2.0μl；PCR反应条件：94℃预变性3min，94℃变性30s，58℃退火30s，72℃延伸40s，进行35循环，最后72℃延伸10min。本实验进行一次PCR和二次PCR，其中二次PCR的模板为第一次PCR产物，二次PCR引物不同第一次PCR（上游5-ACAGTAAAGGCAACGTCCAGG-3；下游5-CCTTCCGACGAGGTCGATAC-3），PCR反应条件相同。

（三）琼脂糖电泳检测

制备1%的琼脂糖凝胶，取5μl PCR产物，在5V/cm的电压下电泳，电泳结束后用荧光染料溴乙锭（EB）染色，紫外光下观察DNA条带，用凝胶成像系统输出照片。

三、实验结果与分析

在本实验中，实验结果应为男生组出现SRY基因条带，而女生组没有该基因条带。但是，实验结果并非完全符合理论结果。该实验关键步骤为PCR反应体系的制备。通过历年实验结果发现，通过学生自己独立完成所有操作步骤，实验结果女生组出现了SRY基因条带（图1）。如果PCR反应体系由实验教辅人员预先混合后分装，而学生只需要将模板加入分装好的体系中，结果则较为理想（图2）。因此，看似非常简单的体系制备过程，确是实验成功与否的关键步骤。学生缺乏实际操作经验，在PCR体系制备的过程中，可能发生交叉污染，将模板带入其他反应体系，从而导致实验结果的不可靠性。可见，在实验过程中，如果教师代劳部分操作，则学生无法获得实验细节，基础知识得不到充分巩固，同时失去了锻炼其主动思考和解决问题的机会。

四、实验教学改革

通过上述实验案例，我们发现在实验过程中，需要给学生创造更多的动手机会，才能不断增加学生操作经验，提高操作技能。因此，在遗传学实验中进行实验教学改革，以期提高学生的动手能力和科研能力。

首先，进行实验分组改革。每组限制学生人数为2人，所有同学都可以加入到实际操作中，动手能力得到充分的锻炼。其次，进行实验设计改革。科研是以实事求是、科学严谨和科技创新为基本原则。尤其在综合实验中，每组同学需要设计三个实验重复，这样更加符合科学实验的基本原则，实验结果也更加具有说服力。即使结果出现了假阳性和假阴性，也容易分析原因和解决问题。再次，进行考核方式改革。遗传学实验过程较长，花费时间较多，对实验的考核往往集中在结果而不是过程。因此，在教学改革中需要更加注重实验过程，这样促进学生认真完成实验，提高主观能动性，锻炼其主动思考问题和解决问题的能力。

通过改革，学生在实验教学中，进一步体会科学研究的严谨性、实验操作的规范性，以及理论与实际的紧密结合性，进一步提高学生动手能力、思考能力和解决问题的能力，提高学生对科研的兴趣，培养学生一定的科研素养，挖掘学生创新意识和创新能力。

参考文献：

[1]吴燕华，卢大儒，林娟，等.案例式教学在遗传学课堂中的运用与效果分析[J].高校生物学教学研究：电子版，2013，3（2）：25-28.

[2]李贺，孙晓东，王莉，等.遗传学实验教学多方位改革的探讨[J].高校实验室工作研究，2015，（3）：6-8.

[3]赫杰，张颢，张丽丽.高校遗传学实验考核方式的改革探析[J].遗传，2015，37（3）：309-313.

[4]何风华.关于遗传学实验教学创新的思考[J].实验技术与管理，2008，25（4）：32-34.

[5]孙伟丽，李光玉，钟伟，等.SRY基因研究进展及其在动物性别鉴定中的应用[J].黑龙江动物繁殖，2008，（3）：1-3.

[6]孙伟丽，李光玉，钟伟，等.SRY基因研究进展及其在动物性别鉴定中的应用[J].黑龙江动物繁殖，2008，（3）：1-3.

[7]马梦婷，高庆华，董琴，等.哺乳动物SRY基因分子生物学及性别决定以外的功能[J].畜牧与兽医，2014，（10）：109-112.