中医药院校分子生物学多学科交叉实验教学改革探索

吴 娜，王 珏,岳慧英，胡丽丽△

(1山西中医药大学基础医学院实验教学中心， 晋中 030619； 2山西中医药大学基础医学院生物学系； △通讯作者)

多学科交叉融合是目前高等教育与科学研究的重要趋势之一，也是高校实验室建设与改革强有力的推手[1]。相对于科研实验室来说，高校对教学实验室建设的关注和投入较少，对本科生实验教学内容的创新缺乏相应的支持和保障[2]。实验教学要注重质量保障，应体现对学生跨学科综合实验能力以及创新能力的培养[3]。高校应该充分发挥自身优势，培养不同方向、具有实际操作能力、创新能力等综合素质较强的本科人才。中医药院校应该充分利用自身丰富的中医药资源，在学生能够构建完整知识体系的基础上，培养学生良好的实践能力。但目前，我们的分子生物学实验教学内容单一，缺乏系统性和完整性，不利于学生综合素质的培养[4]。

1 分子生物学的多学科交叉融合

1.1 分子生物学与遗传学

分子生物学与遗传学是生物科学领域两门重要的学科。分子生物学是在分子水平上探究生命活动的基本规律，而遗传学是研究生物遗传和变异的学科，二者互为基础，互相渗透，联系紧密[5]。研究显示，遗传学与分子生物学的综合分析在糖尿病、急性髓细胞白血病、子痫等疾病的临床诊断、发病机制、治疗检测、预后判断等方面都有重要作用[6-8]。这就表明，分子生物学与遗传学在医学诊断方面的应用是相辅相成，缺一不可的。因此，将两门课程的实验设计综合联系在一起是十分必要的。这样不仅可以将知识点串联起来，使学生能够融会贯通，而且在学生掌握必要的操作方法之外，实验内容更加联系实际。现阶段，我们分子生物学实验开设的项目有：动物组织基因组DNA的提取、PCR及其产物的鉴定、质粒的提取、酶切及胶回收等。这样的实验教学只注重了学生实际操作技能的掌握，而忽视了学生对知识的实践应用及其创新能力的培养。

1.2 分子生物学与临床医学

随着分子生物学的快速发展，现代分子生物学技术也逐渐成熟，其对临床医学的发展有着深远的影响。PCR技术作为新型的诊断手段，在心血管疾病临床诊断上表现优异，诊断精准度较高，可以为临床疾病诊断提供可靠的生物学支持[9]。多重RT-PCR的检测方法对感染性疾病的临床诊断、治疗及疗效评价起到重要作用。在2019新型冠状病毒(2019-nCoV)的检测中，RT-PCR技术得到了广泛的应用[10]。在慢性阻塞性肺疾病、子痫等疾病的发病机制研究中，同样涉及分子生物学的多个领域[11,12]，如信号通路、分子标志物等。分子生物学在药物治疗方面也发挥着重要作用。近年来，随着与肿瘤相关的“靶”分子的发现，人们针对这些分子研发了单克隆抗体类或其他抑制剂类的分子靶向药物[13]。

1.3 分子生物学与中药学

目前，分子生物学在药用植物的保护、道地药材形成机制、活性成分分析、中药鉴定等领域的研究已经成为热点[14]。在药物鉴定方面，我们可以应用随机扩增引物DNA(RAPD)法，从基因水平将药物进行明确的分类；利用简单重复序列间扩增(inter-simple sequence repeat，ISSR)技术，对物种亲缘关系鉴定及遗传多样性进行鉴别。在成分分析方面，我们通过质谱仪可以测定蛋白质分子的质量，从而进行蛋白质分子鉴定、蛋白质分子修饰和蛋白质分子相互作用的研究；另外，还有醋酸纤维素薄膜电泳法、高效液相色谱法、毛细管电泳法、光谱和色谱技术、薄层扫描法等分子生物学技术可以对药物的活性成分进行分析。在中药药理的研究方面，免疫组化法、MTT比色法、流式细胞术、ELASA、RT-PCR技术得到了广泛的应用[15]。

2 实验教学的改革策略

2.1 实验项目的多样化设计

目前我们的分子生物学实验教学内容单一，多为验证性实验，缺乏创新性和综合性[16]，导致学生的实验积极性不高。因此，在实验内容的设计上，我们需要体现系统化、整体化和多样化，设计多个系统性实验项目，使学生根据自己的兴趣或知识的掌握度进行自由选择。例如：实验项目一的设计是中药遗传多样性的研究(ISSR-PAGE技术)[17]。实验具体步骤为：基因组DNA的提取、PCR反应体系的建立(包括引物的设计)、聚丙烯酰胺凝胶电泳、硝酸银染色、标记数据分析(包括NTSYSpc2.10软件的使用，最后得到种源聚类图)。实验项目二的设计是中药资源表观遗传机制的研究(MSAP-PCR技术)。实验具体步骤为：基因组DNA的提取、DNA含量的测定、酶切及其产物的纯化、PCR反应体系的建立(包括引物的设计)、聚丙烯酰胺凝胶电泳、琼脂糖凝胶电泳、结果分析。实验项目三的设计是中药治疗疾病机制的研究(荧光定量PCR和Western Blot技术)。荧光定量PCR具体步骤为：细胞总RNA的提取、RNA含量的鉴定(包括琼脂糖凝胶电泳)、反转录、荧光定量PCR。Western Blot技术具体步骤为：蛋白质的提取、蛋白含量的测定、SDS-PAGE电泳、电泳转移、免疫反应。学生在任课教师的指导下，自行选择感兴趣的实验项目。多样化的实验设计加入了科学前沿的研究方法，有助于提高学生实验积极性，激发学生学习的自主性，培养学生的科研素养。

2.2 大型仪器设备的使用

由于大型仪器设备价格昂贵、数量较少、操作复杂等特点，多用于研究生以及教师的科学研究，本科实验教学基本上不涉及大型仪器设备使用的内容。实践表明，面向本科实验教学开放大型仪器设备，可以很好地激发本科学生探索科学问题的兴趣，对学生的深造和就业提供极大的帮助[18]。在分子生物学多学科交叉融合的实验教学过程中，大型仪器设备的使用是必不可少的。例如，中药活性成分的分析会用到高效液相色谱仪；药理的研究中会使用到流式细胞仪；在分子机制的研究中会用到实时荧光定量PCR仪等。但是，大型仪器设备价格昂贵，维修费用高、维护周期长、操作相对复杂，学生在实验过程中极易因为操作的失误导致仪器损坏[19]。因此，学生需要在课前做好实验预习，初步了解实验内容与仪器的操作[20]。在实验教学中，首先由任课教师进行大型仪器设备的示范性操作，并让学生通过观看仪器图片和操作视频的方式进行了解；然后，在任课教师和熟悉仪器设备的实验技术人员共同的指导和帮助下，学生完成仪器的使用。

2.3 实验课程的考核

多学科交叉融合的分子生物学实验教学知识面涵盖广，应该采取论文的形式进行考核。以往的实验课程考核多采取实验报告、实验操作、到课情况结合的方式，其中以实验报告为主。由于开设的实验项目多为验证性实验，实验操作过程一致，实验结果相同，学生的实验报告大多数是照抄实验手册或者教师课堂讲授的内容，不利于培养学生的思考与实践能力[21]。多学科交叉融合的分子生物学实验教学中，学生之间实验项目不同，操作步骤不同，实验内容是完整的、系统的一个科学问题的研究。因此，在实验课程结束后，考核方式应采取完整的论文形式，不需要每节课都提交一份单独的实验报告。这样的考核方式既避免了学生互相抄袭的弊端，又能够提高学生自主思考的能力以及撰写科研论文的能力。

2.4 实验指导教材的改编

由于多学科交叉融合的分子生物学实验内容是一个综合性的实验体系，现有的实验指导教材无法满足指导学生实验的需求，因此，需要编写新的实验指导教材。现有教材是基于指导学生完成基础实验操作而编写的，分为多个基础实验项目，内容主要包括：实验目的、实验原理、实验操作步骤。新的实验教材应该基于帮助学生了解科学问题的研究方法而编写。教材的内容需包含常用的基础实验技术、科学前沿的研究技术、常规的实验设备操作流程以及大型仪器设备的操作流程。每一项实验技术和仪器设备的介绍需包括原理、操作步骤以及实际应用这几个模块。

随着时代、科技的发展，学科交叉成为必然的趋势，实验教学需要不断改革才能满足新时代人才培养的需求。中医药院校开展的多学科交叉融合、有特色的分子生物学实验教学改革，对培养本科学生的综合科研素养起着重要的作用，对学生今后的深造和就业有着极大的帮助。