高校基因工程實驗室建設與管理探討

趙丹 趙德剛

摘要：高校實驗室是進行教學和科研的重要基地，也是培養學生動手能力和創新精神的重要場所。結合基因工程實驗室建設與管理實踐，對基因工程實驗室的實驗內容、教學目標、實驗設置以及實驗室“物、教師、學生”管理等方面進行了探討和論述。

關鍵詞：基因工程;實驗室建設;管理

中圖分類號：G647 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）41-0270-02

實驗室是高校開展大學生和研究生實驗教學的主要場所，也是高校教師開展科學研究的重要平臺，是一所大學教學、學科建設和管理水平的重要體現（袁繼紅等，2011）。通過實驗室開展的實踐教學是培養學生動手能力、創新能力以及理論聯系實際的基本途徑。基因工程是現代生命科學研究領域中一門極其重要的學科，我校生命科學學院開展的基因工程教學主要依托農業生物工程研究院的科研平臺進行，對基因工程教學實驗室進行建設和管理，期望達到教學、科研資源共享的目的。為此，以科研平臺建設的是教學實驗室有其不同于常規單一教學實驗室的管理模式，能使大學生有更多的機會了解學科前沿和實際研究狀況，在驗證性實驗的基礎上融進創新性實驗內容。經過幾年的實踐探索，在提高參與實驗學生動手能力及培養創新思維發揮了重要作用，尤其是對進一步攻讀相關專業碩士學位或博士學位的學生更具有意義。

一、基因工程實驗室的實驗內容與教學目標

基因工程（genetic engineering）又稱基因拼接技術、遺傳工程或DNA重組技術等，是以分子遺傳學為理論基礎，以分子生物學和微生物學的現代方法為手段，將不同來源的基因按預先設計的藍圖，在體外構建雜種DNA分子，然后導入活細胞，以改變生物原有遺傳特性，獲得新品種，生產新產品的現代生物學技術。以基因工程操作步驟為主線，含有目的基因分離、克隆，載體構建、轉化、篩選鑒定等實驗內容，設置和選擇實驗內容時既要注重專業性和可操作性，又要突出先進性和系統性。在通過課堂學習理論以后，需要通過實驗對基因工程理論有系統、明確的認識，達到熟識、理解并掌握DNA重組的原理和實際操作方法，并在實踐中提高分析問題和解決問題的能力，開拓創新能力，為學習相關專業課程以及從事生物技術相關領域的科學研究奠定基礎。

我們所建設的基因工程教學實驗室進行教學的目標是培養高年級本科生及研究生進行基因操作的能力。在教學中，我們以問題導向，充分調動教、學雙方的主觀能動性，積極組織學生參與實驗的準備工作;在實驗中，安排學生與教師共同討論實驗涉及的理論問題和實驗內容可能應用的問題，指導學生分析總結實驗結果和存在的問題。以培養學生興趣為主，發展一批從事基因工程研究的后備力量，據不完全統計，繼續深造讀研的學生占總人數的30%以上。

二、構建實驗體系，全面提高學生實驗技能

基因工程實驗內容主要包括基因獲得、載體構建、基因導入、基因表達4個方面，但在進行實驗教學時，往往不是完全直接以此4個方面開展實驗。通過幾年的本科基因工程實驗教學經驗，逐漸形成了以基因工程經典性、基礎性實驗為主，強調實驗的連續性，并結合植物基因工程實驗室研究設計實驗。我們的做法是：

1.基因的獲得，主要采用從克隆載體上酶切獲得目標基因、通過PCR擴增目的基因、人工合成DNA序列。在基因分離、克隆這部分知識的實驗室驗證教學中，往往是安排“基因組DNA分離提取技術”、“RNA分離提取技術及cDNA反轉錄技術”、“基因酶切與DNA的瓊脂糖電泳技術”、“PCR技術”、“電泳膠回收DNA技術”。

2.載體構建。這部分實驗內容和基因獲得部分是難以分開的，常常是將酶切后電泳回收的目標基因、RNA反轉錄的cDNA、人工化學合成的基因序列、PCR擴增的DNA序列構建在亞克隆載體上、或構建目標基因在表達載體上。這部分實驗室教學內容主要有“載體構建技術”、“基因連接技術”等。

3.目的基因導入。根據受體細胞不同導入方法也不同，包括感受態細胞的制備、農桿菌介導轉化法，基因槍法（或微彈轟擊法），花粉管通道法以及顯微注射技術等，結合本實驗室研究內容，以植物細胞為主，利用農桿菌介導轉化法，以模式植物煙草為受體材料，通過組織培養再生實驗獲得轉目的基因煙草植株。

4.目的基因在宿主基因組上的整合、表達、檢測及轉基因生物的篩選，實驗內容包括報告基因的組織化學染色、PCR擴增目的基因、southern blot、Northern blot、Western Blot等實驗內容涵蓋了基因工程的主要操作過程和內容，可使學術全面掌握基因工程技術。

結合本實驗室特點，設置4個實驗內容，包括DNA片段得連接、轉化及酶切鑒定，農桿菌介導的植物遺傳轉化，轉化植物的表型分析及鑒定，轉基因植物的性狀分析及基因表達產物提取和檢測。從2006年開始，已經培養生物技術及生物科學專業的本科生600余人。

三、加強“物、教師、學生”管理，全面提高實驗教學效率

儀器設備是基因工程實驗得以開設的基礎，本實驗室儀器設備總值達到2394余萬元，完全具備開展基因工程實驗所需硬件條件。在實驗過程中需要使用大量儀器，包括PCR儀、離心機、電泳儀、凝膠成像系統、恒溫水浴鍋等，種類繁多，價格昂貴，學生很容易因為不當操作導致儀器損壞，導致維修經費開支巨大，因此“物”的管理顯得尤為重要，必須嚴格建立實驗儀器臺賬，利用儀器管理軟件對儀器出入庫、維修及報廢等做好記錄，便于對每臺儀器隨時跟蹤管理。嚴格按照“賬、物、卡”管理，每臺儀器責任到人，做好使用登記，定期組織老師對儀器進行排查和維護，保證學生實驗的順利開展。

教師和實驗技術人員是實驗教學的實施者，在注重培養學生獨立開展實驗的能力的同時，教學中要引導學生注意理論知識與實驗內容的結合，要講解清楚實驗內容的基本原理、操作的關鍵步驟，甚至要指出可能的誤操作引起的問題。因此教師和實驗技術人員業務水平非常重要，目前本實驗室已有從事基因工程教學工作教師10人，均獲得博士學位，專職實驗技術人員9人（含博士1人，在讀博士3人）。

學生作為實驗教學的主體，在實驗設置時應充分考慮學生的水平和接受程度，要鼓勵學生按照操作步驟進行實驗操作，也要要求學生清楚每一步操作步驟的理論原理以及所使用儀器的基本性能和操作標準規程，才能完成好實驗內容的學習，對于出現的問題能夠有自己的見解。只有做到“物、教師、學生”三者的有機結合，才能提高基因工程實驗教學質量。

四、展望

基因工程是一門新興的學科，由于基因概念較為抽象，單憑課堂講解很難完全掌握該門課程的理論基礎和操作技術，需要開展相應實驗教學，印證課堂教學內容，通過課堂教學-實驗教學-知識回顧，才能真正理解基因工程技術的精要內容。

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Discussion for the Construction and Administration of Genetic Engineering Laboratory in University

ZHAO Dan1，ZHAO De-gang1

（“The Key Laboratory of Plant Resources Conservation and Germplasm Innovation in Mountainous Region（Ministry of Education），Institute of Agro-Bioengineering and College of Life Sciences，Guizhou University， Guiyang， Guizhou Province 550025”）

Abstract：Laboratory in university is an important base for teaching and research，but also is an important platform to improve the students' ability and innovative spirit. Combined with laboratory construction and practice management in genetic engineering laboratory，the experimental contents，teaching objectives laboratory settings and management of "goods，teachers，students" are discussed in this paper.

Key words：gene-engineering;laboratory construction;management