地方高校遗传学实验内容的整合与创新

肖璇 吴笑臣

摘  要：针对地方高校遗传学实验教学中存在的验证性实验偏多、研究创新性实验偏少、实验内容相对陈旧、缺乏自身特色等问题，对遗传学实验教学内容的整合及创新进行了探讨;提出将果蝇经典遗传学实验进行整合，并基于目前地方高校实验平台与学生学业水平，结合教师自身科研资源及地方农业经济特色对部分实验项目进行深化与创新。

关键词：遗传学;实验整合;实验创新

中图分类号：G642        文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2019）25-0042-03

Abstract： The integration and innovation of genetic experiment teaching contents is discussed in this paper in view of problems existing in the teaching of genetic experiment in local universities. These problems include too many confirmatory experiments， too little innovative experiments， and the lack of its own characteristics. It is proposed in this paper that the classical experiment of fruit fly hybridization should be integrated and some experimental projects should be deepened and innovated based on the current improved experimental platform conditions， the professional foundation of students，the resources of teachers' scientific research， and the characteristics of local agricultural economy.

Keywords： genetics; experiment integration; experiment innovation

遺传学是一门生物科学类基础课程，既有很强的理论性又与实践联系十分紧密。遗传学实验则是连接遗传学理论及实践的桥梁，对学生动手能力及创新思维的培养具有重要作用[1]。长期以来，受实验学时不足及实验平台条件的限制，地方高校的遗传学实验内容普遍存在验证性实验偏多、研究创新性实验偏少、缺乏自身特色等问题[2]。近年来，随着国家在高等教育中投入的增加，地方高校实验教学条件得到较大的改善。以笔者所在的省属地方高校赣南师范大学为例，近十年新建了数显互动显微镜室，新增了超低温冰箱、基因扩增仪、凝胶成像系统等较为高端的仪器设备，已具备研究创新性实验开设的基本条件。为改变当前遗传学实验内容陈旧、创新性实验偏少及缺乏地方特色的现状，笔者依托当前实验平台，结合多年地方农业经济特点，对遗传学实验内容进行了整合、深化与创新，并进行了初步的教学实践。

一、整合果蝇经典遗传学实验，为创新性实验设置预留课时空间

笔者所在地方师范高校生物科学专业遗传学实验课程仅24学时。遗传学实验中几个与果蝇有关的经典遗传学实验包括分离规律、自由组合规律、连锁与交换规律及伴性遗传规律;这四个实验若按照实验教材中独立开设模式将占据实验总学时的一半，加剧了教学内容与实验课时的矛盾;此外，由于果蝇遗传学实验内容较为陈旧，学生在实验过程中缺乏自主设计，导致学生实验兴趣不高。针对果蝇杂交实验均包含处女蝇收集及杂交、表型观察及数据统计等环节，实验方法类似的特点，要求学生自行设计实验，选择合适性状，将这几个独立的实验整合为一个果蝇大实验，课内四个学时，主要完成实验设计及其审核、处女蝇收集等工作;其余实验工作通过课外分组完成。经整合后的果蝇杂交实验融入实验设计环节，锻炼了学生思维能力，调动了学生参与实验的兴趣和积极性，节约了实验课内课时，为研究创新性实验的开设预留课时空间。

二、遗传学实验内容深化与创新途径

作为生命科学领域的基础课程，遗传学发展日新月异，分子生物学手段已在遗传学科学研究中得到了广泛应用。随着国家对高校教育经费投入的增加，当今各地方高校基础实验教学平台已有较大提升;离心机、PCR扩增仪、凝胶成像系统等DNA分子水平实验的仪器已较为常见。如何充分利用实验平台，深化与创新遗传学内容，使地方高校遗传学实验教学跟上遗传学发展的步伐是遗传学实验教学改革的重要内容。

（一）结合地方农业实践，对实验教材已有遗传学实验项目进行深化与创新

以“植物多倍体细胞诱导与鉴定”实验项目为例。教材以水培洋葱或大蒜根尖为材料，经秋水仙素诱导使根尖部分细胞染色体加倍，通过根尖染色体制片对多倍体细胞进行观察和鉴定[3]。按照实验教材执行教学计划，学生能认识到秋水仙素对根尖分生区细胞染色体加倍的显著作用，掌握根尖染色体制片方法。然而，该实验仅获得染色体加倍的根尖细胞，与科学研究及农业实践中多倍体选育工作实际尚有一定距离。枳是赣南师范大学所在的赣南地区“纽荷尔”脐橙常用砧木;针对赣南师范大学校内柑橘资源圃每年均有大量柑橘砧木枳实生苗播种及出苗的情况，参考多倍体选育一般方法[4]，将“植物多倍体细胞诱导与鉴定”实验项目深化为“植物多倍体细胞诱导、鉴定及多倍体资源发掘”，进一步拓展了从枳实生珠心苗中发掘多倍体的内容。学生根据多倍体株型、叶形、叶色方面与正常二倍体的区别（图1），从枳实生苗中初选疑似多倍体植株，进一步通过组织细胞学方法进行鉴定，从而将课堂实验教学与农业生产实践有机联系起来。

（二）基于学生学业基础及教师科研资源，构建研究创新性实验项目

转基因是分子遗传学领域一项重要技术，开设植物转基因实验项目能让学生较好的认知遗传学发展前沿。生物科学专业大三学生已完成“分子生物学”课程的学习，能理解植物转基因技术的基本原理。根癌农杆菌介导的植物转基因技术由于涉及转基因植株再生环节，一般需数月以上实验周期，导致学期结束时仍得不到最终实验结果;与此不同的是，发根农杆菌介导的植物遗传转化技术在农杆菌侵染结束后1-2周即可得到转化毛状根。笔者利用本人课题组保存的含生长素报告基因DR5：：YFP：GUS发根农杆菌，在分子遗传学模块中设置了“发根农杆菌介导的植物遗传转化”实验项目，以烟草或番茄等双子叶草本植物无菌苗为材料，两周后即可获得转生长素报告基因毛状根（图2）。该实验项目的开展让学生掌握了植物无菌苗制备、农杆菌制备及侵染、毛状根诱导、YFP荧光及GUS组织化学鉴定、DNA提取及传化、PCR扩增及琼脂糖凝胶电泳等整个植物遗传转化实验技术流程，有效提高了学生实验兴趣、综合实验技能及研究创新意识。

（三）结合遗传学理论教学前沿，构建前沿性实验项目

遗传学理论发展日新月异，基因组学、蛋白质学及表观遗传学是目前遗传学教材新增前沿内容，也是当前遗传学领域研究热点。基因组学及蛋白质组学需要较为深厚的专业知识，涉及的实验技术较为复杂、费用昂贵，因此难以开发出符合地方高校经济条件及本科学生学业水平的实验项目。然而，表观遗传学研究中的“DNA甲基化”涉及的甲基化敏感扩增多态性技术（Methylation sensitive amplified polymorphism， MSAP）是以酶切及PCR为基础，结合聚丙烯凝胶电泳技术组成的分子标记技术;相关理论及实验技术在先修课程“分子实物学”及“分子生物学实验”中均有涉及，只需将相关实验技术整合即可;此外该实验技术所需费用不高，适合于构建前沿性遗传学实验项目，以填补遗传学实验教学中缺乏表观遗传学领域相关实验项目的空白。例如，以上述“植物多倍体细胞诱导与鉴定”实验项目拓展内容中发掘的二倍体及四倍体柑橘砧木为材料，可构建“MSAP技术在植物表观遗传学研究中的应用”或“基于MSAP技术的四倍体柑橘砧木表观遗传变异分析”等实验项目，教师适当加以指导学生即可理解并掌握相关实验理论及实验技术。

三、实验教学的组织

（一）实验室要对学生有序开放

遗传学教学的组织方式对于实验教学效果具有重要的影响[5，6]。受实验内容及周期影响，教师需合理组织实验教学，课内与课外相结合。药品领用及管理要有专人负责、实验药品、试剂根据需要经指导老师审核认可后由指定学生领用、管理及回收。实验仪器需在实验指导老师或仪器使用负责人指导后能独立规范使用方可获得使用许可资格。

（二）鼓励学生参与实验准备

实验药品、试剂的配制及实验材料的准备对实验教学的顺利开展有着重要影响。以往遗传学实验教学相关实验试剂、材料的准备均由实验员完成，未能有效利用实验准备环节对学生自主学习能力及创造性思维的培养作用。笔者在实验教学中安排学生分组参与实验准备，提高了学生对实验药品、试剂使用的规范与安全意识，深刻认识到实验准备工作作为实验教学过程重要环节的积极作用。

（三）合理分工及分层次能力培养

受扩大招生影响，当前高校同一专业学生存在学业基础、学习与动手能力参差不齐的现象;因此，结合知识基础、学习兴趣及能力水平差异对学生进行分层次实验教学是当前高校教学实际对教师的现实要求[7]。实验教学中根据学生兴趣及能力水平进行合理分工，结合学生实际对学生进行分层次能力培养，使得不同实验能力层次的学生都能得到锻炼和提升。例如“植物多倍体诱导及鉴定实验”中最基本的实验技能要求是能利用一定浓度的秋水仙素诱导洋葱或大蒜根尖产生多倍体细胞，掌握根尖染色体制片的基本方法，这是每个同学必需达到的基本教學要求。此外，该实验的拓展内容是“利用秋水仙素诱导法获得完整多倍体植物”以及“从柑橘资源圃枳实生苗群体中发掘多倍体”。拓展内容需要学生分组并选择其中一项完成，组内学生进一步根据各自兴趣特长分担不同的任务。实验结束后各小组将实验过程及结果整理后做成ppt课件分组汇报、答辩，养成学生实验过程中的合作习惯与团队意识，锻炼学生科研思维与口头表达能力。实验教学中根据学生兴趣、知识基础及能力水平进行合理分工，结合学生实际对学生进行分层次能力培养，使得不同实验能力层次的学生都能得到锻炼和提升。

四、结束语

提高创新创业能力是国家对新时期高等教育提出的明确要求。遗传学实验是学生科研思维及创新能力培养的重要环节。通过遗传学实验教学对学生思维和创新能力进行培养首先要对实验内容进行深化和创新，使之紧跟学科前沿并与农业生产实践紧密联系。

实验教学内容的深化与创新一定程度上加深了部分实验项目开展的难度，学生在实验过程中会经历一定的挫折，但这也是人才培养过程中的必经环节。实验教学中让学生根据自己知识基础、学习与实践能力选择合适的不同层次实验内容，在完成基本实验教学要求的基础上在科研思维与实验动手能力上均有进一步的锻炼与提升。

从目前本校生物科学专业遗传学教学改革内容实施的效果来看，通过整合经典遗传学实验，深化与创新遗传学实验内容;在此基础上，通过开放实验室、合理分工、实验答辩等实验组织环节，将实验教学从以往教师讲授知识、学生参照实验教材已有实验步骤按部就班完成实验的单一模式转变为学生在老师的指导与协调下，在探究中克服实验困难、实现教学目标，极大的提高了学生参与实验、体验实验过程的兴趣，也增强了学生对实验挫折的心理承受力，对学生今后走上工作岗位或继续科研深造具有积极的作用。

参考文献：

[1]赵昕，李利，李雅轩，等.培养学生的创新能力，提高遗传学实验教学水平[J].实验技术与管理，2009（10）：133-134.

[2]洪键，石云.生物科学（师范类）专业遗传学实验教学改革的探索与实践[J].高师理科学刊，2018，38（09）：105-110.

[3]李雅轩，赵昕.遗传学综合实验[M].2版.北京：科学出版社，2010.

[4]梁武军，解凯东，郭大勇，等.10个柑橘砧木类型同源四倍体的发掘与SSR鉴定[J].果树学报，2014，31（1）：1-6.

[5]刘良科，佘朝文，谭娟.开放性遗传学实验教学改革与探索[J].安徽农业科学，2009，37（35）：17767-17768.

[6]宣劲松，许倩倩，时国庆，等.科研创新为目标的遗传学实验教学模式探索[J].高等理科教育，2014（1）：94-97.

[7]王守信，郭萍.高等学校实验教学分层次培养模式探讨[J].实验技术与管理，2012（01）：33-35.