通识选修课开设微丝荧光观察实验的探究

王宏刚， 魏 远， 刘 巍， 李登文， 赵立青

(南开大学生物国家级实验教学示范中心， 天津300071)

通识教育一直是高等教育的重要组成部分，做好通识教育对学生思想政治素质、开拓创新精神、身心健康、个性化发展等方面的培养都具有积极的作用[1-3]。基础生命科学导论实验课是一门在高校中广泛开设的以介绍生命科学基础实验技术、训练基础实验操作为目标的实验实践类通识选修课。随着“六卓越一拔尖”计划2.0的推进，针对基础生命科学导论实验课教学内容、教学方法及课程建设相关的教学改革也不断深入，涌现了不少新的思路[4-6]。

为了提高课程教学内容的创新性，将生命科学学术研究的热点知识和常用方法引入实验教学，生物国家级实验教学示范中心(南开大学)细胞与遗传学实验室在进行大量研讨和预实验的基础上，在基础生命科学导论实验课中面向非生物类专业的本科生开设了微丝荧光观察实验。通过该实验，将细胞骨架、荧光标记技术等处于生命科学研究前沿的知识点和技术方法引入实验教学，取得了良好的教学效果。

1 材料与方法

1.1 材料 洋葱鳞茎。

1.2 方法 (1)取材。

选取靠近中轴的洋葱内表皮，使用刀片在内表皮上轻轻画“井”字方格，长宽以5～8 mm为宜，取材过大会造成后续操作中洋葱内表皮发生卷曲，带来不便。用镊子撕下洋葱内表皮置于PBS中漂洗，洗去粘连的叶肉细胞。(2)固定。加入4%多聚甲醛(体积分数)室温固定20 min，固定过程中应不时翻动试验材料，达到充分固定的目的。固定后弃去固定液，加入Pipes缓冲液清洗3次，每次5 min。(3)抽提。加入Pipes缓冲液配制的含体积分数为0.1% Triton X-100和5% DMSO的抽提液处理洋葱内表皮20～30 min，弃去抽提液，Pipes缓冲液清洗洋葱内表皮3次，每次10 min。此步骤可以在摇床上进行以增强抽提效果。(4)染色。将洋葱内表皮平铺于洁净的载玻片上，滴加几滴100 ng/mL罗丹明-鬼笔环肽(Pipes缓冲液配制)，避光染色10～20 min。染色过程中要随时补加染色液，防止染色液蒸干。染色完成后蒸馏水清洗洋葱内表皮。(5)制片观察。在实验材料上滴一滴含有DAPI的防荧光淬灭剂，轻轻盖上盖玻片，尽量不要产生气泡。在荧光显微镜下，使用绿光激发，观察跟微丝结合的罗丹明-鬼笔环肽发出的红色荧光。使用紫外线激发，观察跟细胞核结合的DAPI发出的蓝色荧光，并拍照。

2 结果

荧光显微镜下可观察到洋葱内表皮细胞中的微丝发出红色荧光，相互交织，充满整个细胞，部分位置有分叉，细胞核周围的微丝分布较为密集(图1)。

3 讨论

3.1 教学内容的设计

通识选修课最重要的教学目标之一是要向学生普及学科前沿知识，基础生命科学导论实验课的授课对象是非生物类专业的本科生，他们对生物学基础知识的了解程度不同，动手能力参差不齐。这就要求教学内容要能够体现学科发展的时代性和前沿性，并通俗易懂、操作简便、易上手。

细胞骨架中的微丝与植物细胞壁的形成、肿瘤的迁移等多种生命活动有关，近年来一直是生命科学研究的热点[7-9]。荧光标记技术是生命科学研究中普遍采用的实验方法[10-11]。微丝荧光观察实验利用鬼笔环肽-罗丹明作为荧光探针标记微丝，原理简单明了，步骤简便，过程可控，适合作为通识选修课的教学内容。实验采用洋葱内表皮作为试验材料，洋葱内表皮细胞是天然的单层细胞，细胞体积较大，取材简单，观察方便，操作难度适中。另外，在使用Triton X-100对细胞进行抽提时加入DMSO来增加细胞膜的通透性以方便荧光标记的鬼笔环肽进入，增加荧光的亮度。

图1 洋葱内表皮细胞中微丝的分布(10×)Figure 1 The distribution of microfilaments in theonion innerepidermal cells (10×)

3.2 教学过程的组织

通识选修课教学过程最大的特点是要求在相对固定的时间段内完成一个较为完整的实验内容的教学。微丝荧光观察实验的教学过程分为知识点讲解、实验操作、实验报告撰写3个部分，需要3～4个学时。

知识点讲解的是细胞骨架的概念和功能、微丝的结构、荧光标记技术的概念和应用等基础理论知识，利用微视频向学生展示实验的操作过程，对每个步骤的注意事项进行强调和示范，约0.5～1个学时。

学生动手完成实验是教学过程的主体，需要2～3个学时。微丝荧光观察实验共有5个步骤，每个步骤对学生的动手能力均有一定的要求，但不是太难。固定和抽提的处理时间对实验结果的影响较大，任课教师需要根据预实验的实际情况进行适度的优化，给学生一个较为精确的建议，荧光显微镜的使用是实验中的一个难点，任课教师需要对学生进行必要的指导或配备助教帮助学生进行操作。

实验报告分两个部分，第一部分是实验的原始记录，穿插在实验过程中进行，要求学生如实详细地记录实验过程中每一步操作和每一个参数。第二部分要求学生在课后阅读文献的基础上完成思考题，为学有余力的学生提供进一步拔高的平台，提高课程的挑战度。

4 结束语

通识教育是高等教育的重要组成部分，通识教育的改革需要在教育理念、管理体制、人才培养模式多个方面进行创新。作为通识教育的重要载体之一，通识选修课教学内容的建设格外重要。微丝荧光观察实验采用较为简便的方法将细胞生物学前沿的知识和技术方法改造为适合在通识选修课中开设的教学内容，体现出一定的创新性、高阶性和挑战度，提高了课程的课程教学水平，收到了良好的效果。