遺傳學實驗中注重培養學生實踐能力

牛東紅　陳麗平　汪桂玲

摘要：遺傳學是生命科學領域重要的基礎課程，是一門理論和實踐緊密結合的學科。遺傳學實驗教學不僅鍛煉學生基本操作技能，而且培養學生科研思維和創新能力。本文以“人類性別決定基因的擴增”為例，闡述遺傳學實驗教學中注重培養學生實踐能力的重要性，以期提高學生的獨立思考和動手能力，培養學生的科研興趣和科研素養。

關鍵詞：遺傳學實驗；實踐能力；性別決定基因

中圖分類號：G642.423 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）51-0051-02

遺傳學是一門研究遺傳與變異的自然學科，是生命科學領域重要的基礎課程[1]。遺傳學理論與實踐緊密結合，遺傳學的發展離不開遺傳學實驗[2]。通過實驗教學，使學生加深理解和鞏固基礎理論知識，掌握實驗基本操作技能，從而培養學生實踐能力和創新思維，為培養創新型人才奠定基礎[3]。

目前，遺傳學實驗部分教學內容陳舊，驗證性和觀察性實驗多，探究性實驗少，且實驗考核方式缺乏細節量化[4]。在實驗教學課程中增加綜合性實驗，將不同學科之間內容有機整合在一起，將各種技術手段得以充分發揮和應用。通過實驗教學讓學生較早地參與科學研究和創新活動，訓練學生較強的動手操作能力，以及分析和解決實驗問題的能力。

因此，在遺傳學實驗中，需要拓展實驗內容，緊跟遺傳學課程的發展腳步，以及加強學生獨立思考和動手能力，這是實驗設計中需要考慮的重要環節。本文以綜合性實驗——“人類性別決定基因的擴增”為例，闡述在實驗過程中提高學生實踐能力的重要性，從而鍛煉學生的主動思考能力，實際操作能力以及科研創新能力，以期培養創新型人才和卓越人才。

一、實驗原理

性別決定基因（sex determination region of the Y，SRY），是哺乳動物雄性的性別決定基因，是Y染色體上決定雄性性別的基因片段。SRY基因的啟動能夠促進雄性發育，從而控制動物性別。因此SRY基因在動物性別鑒定和性別控制中發揮了重要的獨特作用[5]。

SRY基因片段在多種哺乳動物中普遍存在，但不同動物所處的位置不盡相同，結構有異，長短不等[6]。人類SRY基因的開放閱讀框中包含1個外顯子，可編碼204個氨基酸的蛋白質[7]。本實驗通過PCR擴增技術，對SRY基因進行擴增，通過電泳檢測結果，根據是否可以擴增出SRY基因進行性別鑒定。

二、實驗過程

（一）DNA樣品制備

（1）取男性和女性帶毛囊的毛發數根，剪出毛囊部分，分別轉移至PCR管中。（2）分別加入20ul 0.2M NaOH溶液，于PCR儀中75℃溫育30min。（3）分別加入50ul 0.04M HCl溶液進行中和。（4）放于高速冷凍離心機中，12000rpm離心5min，取出上清，即為DNA模板。

（二）PCR擴增

PCR反應體系為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反應條件：94℃預變性3min，94℃變性30s，58℃退火30s，72℃延伸40s，進行35循環，最后72℃延伸10min。本實驗進行一次PCR和二次PCR，其中二次PCR的模板為第一次PCR產物，二次PCR引物不同第一次PCR（上游5-ACAGTAAAGGCAACGTCCAGG-3；下游5-CCTTCCGACGAGGTCGATAC-3），PCR反應條件相同。

（三）瓊脂糖電泳檢測

制備1%的瓊脂糖凝膠，取5μl PCR產物，在5V/cm的電壓下電泳，電泳結束后用熒光染料溴乙錠（EB）染色，紫外光下觀察DNA條帶，用凝膠成像系統輸出照片。

三、實驗結果與分析

在本實驗中，實驗結果應為男生組出現SRY基因條帶，而女生組沒有該基因條帶。但是，實驗結果并非完全符合理論結果。該實驗關鍵步驟為PCR反應體系的制備。通過歷年實驗結果發現，通過學生自己獨立完成所有操作步驟，實驗結果女生組出現了SRY基因條帶（圖1）。如果PCR反應體系由實驗教輔人員預先混合后分裝，而學生只需要將模板加入分裝好的體系中，結果則較為理想（圖2）。因此，看似非常簡單的體系制備過程，確是實驗成功與否的關鍵步驟。學生缺乏實際操作經驗，在PCR體系制備的過程中，可能發生交叉污染，將模板帶入其他反應體系，從而導致實驗結果的不可靠性。可見，在實驗過程中，如果教師代勞部分操作，則學生無法獲得實驗細節，基礎知識得不到充分鞏固，同時失去了鍛煉其主動思考和解決問題的機會。

四、實驗教學改革

通過上述實驗案例，我們發現在實驗過程中，需要給學生創造更多的動手機會，才能不斷增加學生操作經驗，提高操作技能。因此，在遺傳學實驗中進行實驗教學改革，以期提高學生的動手能力和科研能力。

首先，進行實驗分組改革。每組限制學生人數為2人，所有同學都可以加入到實際操作中，動手能力得到充分的鍛煉。其次，進行實驗設計改革?？蒲惺且詫嵤虑笫?、科學嚴謹和科技創新為基本原則。尤其在綜合實驗中，每組同學需要設計三個實驗重復，這樣更加符合科學實驗的基本原則，實驗結果也更加具有說服力。即使結果出現了假陽性和假陰性，也容易分析原因和解決問題。再次，進行考核方式改革。遺傳學實驗過程較長，花費時間較多，對實驗的考核往往集中在結果而不是過程。因此，在教學改革中需要更加注重實驗過程，這樣促進學生認真完成實驗，提高主觀能動性，鍛煉其主動思考問題和解決問題的能力。

通過改革，學生在實驗教學中，進一步體會科學研究的嚴謹性、實驗操作的規范性，以及理論與實際的緊密結合性，進一步提高學生動手能力、思考能力和解決問題的能力，提高學生對科研的興趣，培養學生一定的科研素養，挖掘學生創新意識和創新能力。

參考文獻：

[1]吳燕華，盧大儒，林娟，等.案例式教學在遺傳學課堂中的運用與效果分析[J].高校生物學教學研究：電子版，2013，3（2）：25-28.

[2]李賀，孫曉東，王莉，等.遺傳學實驗教學多方位改革的探討[J].高校實驗室工作研究，2015，（3）：6-8.

[3]赫杰，張顥，張麗麗.高校遺傳學實驗考核方式的改革探析[J].遺傳，2015，37（3）：309-313.

[4]何風華.關于遺傳學實驗教學創新的思考[J].實驗技術與管理，2008，25（4）：32-34.

[5]孫偉麗，李光玉，鐘偉，等.SRY基因研究進展及其在動物性別鑒定中的應用[J].黑龍江動物繁殖，2008，（3）：1-3.

[6]孫偉麗，李光玉，鐘偉，等.SRY基因研究進展及其在動物性別鑒定中的應用[J].黑龍江動物繁殖，2008，（3）：1-3.

[7]馬夢婷，高慶華，董琴，等.哺乳動物SRY基因分子生物學及性別決定以外的功能[J].畜牧與獸醫，2014，（10）：109-112.