生物技術專業基因工程大實驗的探索和優化

王文鋒穆靈敏張采宏井長勤*高啟禹*

（1.新鄉醫學院生命科學技術學院 河南新鄉 453003；2.新鄉醫學院形態學實驗室 河南新鄉 453003）

生物技術專業基因工程大實驗的探索和優化

王文鋒1穆靈敏2張采宏1井長勤1*高啟禹1*

（1.新鄉醫學院生命科學技術學院 河南新鄉 453003；2.新鄉醫學院形態學實驗室 河南新鄉 453003）

基因工程是生物技術專業的一門核心課程，尤其是基因工程大實驗，學生對其的掌握程度對他們今后工作以及科研影響很大。為提高教學質量和教學效果，本文從教學方法、教學內容等方面對其進行了優化整合，設計了一個α-淀粉酶基因蛋白的原核表達及純化實驗，將逐個單一技術通過一個綜合實驗串聯起來，成為一個有機整體，最終讓學生對微妙的分子操作能夠感應的到，取得了很好的效果。

生物技術 α-淀粉酶 基因工程大實驗 大腸桿菌

基因工程要求較強的實踐性,要求從事此操作的專業技術人員不僅要有深厚的理論基礎,還要具有較強的動手能力?；蚬こ檀髮嶒炛饕康幕虻臄U增、反應產物的回收、目的基因的連接及轉化等,這一系列完整的實驗操作可以很好地鍛煉和提升學生的動手能力,對實驗的整體把握力和問題的處理分析能力［1］。如果能設計一個很好的實驗將上述基因工程的操作串聯起來,讓學生親自操作整個過程并解決其中出現的問題,將對學生掌握這門課起到了一個很好的作用。

α-淀粉酶廣泛應用于低聚糖、啤酒及面制品等的生產,具有十分廣闊的市場前景。最主要的是,α-淀粉酶在基因工程方面應用的比較廣泛［2］,如能夠催化α-1,4-葡萄糖多聚體的水解,是一種非常重要的內生淀粉酶；通過測定酶的活力,SDS-PAGE分析判斷基因表達的強弱；通過強化啟動子功能,提高分子拷貝數提高淀粉酶的分泌能力等［3,4］。鑒于α-淀粉酶在基因工程中的廣泛應用,本實驗改革設計了“α-淀粉酶基因的原核表達及純化”實驗,將逐個單一技術通過一個綜合實驗串聯起來,成為一個有機整體。通過此次實驗,學生可獲得一個肉眼可見的基因工程產物即淀粉透明圈,使微觀的分子世界通過此次實驗變得明朗起來,讓初次學習基因工程的同學獲得較強的學習興趣,以達到最好的教學效果。

1 改革教學內容的目的

讓學生學會科學實驗的基本方法和原理是實驗教學的主要目的,因此實驗教學應該在老師的指導下給學生以盡可能多的獨立操作?；蚬こ淌且婚T實踐性極強的課程,通過實驗教學,不僅要讓學生更好地掌握所學知識,同時也要培養學生創新精神和實踐能力［5］。因此,激發學生的學習興趣,培養學生的科學思維、創新和實踐能力是基因工程實驗教學不斷努力和探索的方向。以前的實驗課存在這樣的弊病,如基本內容雖然包括了PCR、質粒提取、感受態制備及質粒轉化等最基本的實驗操作,開設內容也達到了培養生物技術相關人才的基本要求,但每個獨立的實驗時間短且分散的,相關實驗內容連貫不強,加上分子水平操作的枯燥及目標產物不可見性,導致學生雖然實驗之初興趣頗高,實驗最后卻不能有效地將相關實驗銜接,最終導致興趣缺乏。所以有必要對實驗進行改革、重置為綜合性實驗,用一個實驗內容將上述技術串聯起來。

2 改革后的教學內容

①從基因文庫中找到基因序列,設計引物,兩端加上HindIII和EcoRI酶切位點 ,從菌株DNA中PCR擴增得到兩端加有酶切接頭的產物,瓊脂糖凝膠電泳檢測——學習引物設計、PCR擴增、瓊脂糖凝膠電泳技術。② PCR產物的回收后,用限制性內切酶雙酶切目的基因和載體——學習酶切和DNA回收技術。③目的基因與表達載體的連接——學習DNA重組技術。④制備感受態細胞,重組子轉化——學習感受態細胞制備和轉化技術。⑤重組子的篩選——綜合技術的重溫。⑥蛋白表達及純化——學習蛋白表達技術。⑦實驗論文的完成。

3 改革教學內容的結果

通過探索從克隆一個基因（α-淀粉酶）到最終表達出該基因產物的整個過程,學生最終可獲得一個肉眼可見的基因工程產物——淀粉透明圈,既提高了學生的學習興趣,也取得到了很好的學習效果,對基因工程的操作有了一個全面的掌握。

4 討論

本實驗改革首先規范化了α-淀粉酶基因的原核表達實驗步驟,使之成為一個學生可操作的成熟的綜合性基因工程大實驗。通過此實驗,改革了以前通過多個單一實驗使學生逐項掌握單個技術為目的,將逐個單一技術通過一個綜合實驗串聯起來,成為一個有機整體。通過實驗,不僅使學生掌握了基因工程核心要素“目的基因克隆、酶切、連接、轉化及篩選”等過程,同時也使學生學會了質粒提取、DNA瓊脂糖凝膠電泳以及蛋白表達和純化等實驗技術,將以前支離破碎的多個單一實驗環環相扣成為了一個整體［6］。通過此次實驗,學生可獲得一個肉眼可見的基因工程產物即淀粉透明圈,另外, α-淀粉酶基因是從真核生物中首先克隆出來的基因,能夠通過原核表達獲得其活性產物,使學生更直觀的認識到了基因工程可以跨越物種障礙,感受到基因工程的獨特魅力,大大提高了學生對基因工程實驗課的學習興趣,取得到了很好的教學效果。

另外,筆者在實驗結束安排學生嘗試以“α-淀粉酶基因的克隆和表達”為題,寫一篇關于來源于α-淀粉酶基因在大腸桿菌中得到表達的實驗論文。通過查閱相關的參考文獻,可以進一步擴大學生的知識面,既有利于學生很好地復習實驗課所學的知識,又可以盡早地熟悉論文的書寫格式,為以后的工作和科研做準備。

［1］何艷，張婷，吳昌學，等.醫學生物技術本科生基因工程實驗教學與實踐［J］.現代醫藥衛生2013，29（11）：1735-1736.

［2］馮樂平，劉志國，王文鋒，等.基因工程實驗教程［M］.北京：科學出版社，2013：54-57.

［3］黃春敏，沈微，王正祥.高溫α-淀粉酶高表達的研究［J］.微生物學雜志，2010， 30（5）：36-42.

［4］趙金海，楊靈，張志芳，等.α-淀粉酶基因amyP 的原核表達及酶學性質初步分析［J］.農產品加工，2014，352（8）：33-37.

［5］張玉玉，張麟飛，關偉雄，等.基因工程實驗教學改革的實踐探索［J］.實驗科學與技術，2011，9（2）：94-98.

［6］王文鋒，武新勝，楊保勝，等.醫學院?；蚬こ陶n程的教學改革［J］.中國高等醫學教育，2015，5：28-29.

Q-3

A

1674-2060（2016）03-0254-01