分子生物学综合实验课程设计研究,分子生物学论文

分子生物学综合实验课程设计研究,分子生物学论文原标题：分子生物学综合性实验教学体系的构建内容摘要：根据分子生物学学科特点，以茶树转录因子CsCBF1的克隆及转录激活活性分析为基础，对分子生物学实验教学内容进行整合优化，构建了实验教学新体系，重点突出实验的综合性、系统性和设计性。采用研究型教学形式，提高了学生的实验兴趣，培养了学生的实验设计和创新能力，实现了学习实验技术和理论知识的统一。本文关键词语：分子生物学实验；综合性；构建实验教学是高校创新人才培养的重要环节。实验教学不但能使学生把握基本的实验技能，提高实际操作能力，而且能够培养学生的探寻求索精神和科学思维的技巧，促进学生认知能力的发展。通过实验教学，学生还能体验知识的构成经过，构建自个的知识体系，实现研究性学习。分子生物学是在分子水平上研究生命现象的一门学科[1-2],其主要内容是研究遗传信息的储存与传递的分子细节，它的理论和方式方法已浸透到生命科学的每一领域，为生命科学的研究提供了新的思维方式和研究手段。分子生物学实验是分子生物学课程体系的重要组成部分，是学生学习分子生物学的基本理论、基本技能，提高综合素质和创新能力的重要途径[3-4].传统的分子生物学实验主要包括核酸的分离与检测、PCR扩增及其相关技术、基因克隆的基本步骤〔感受态细胞的制备、载体与外源DNA片段酶切纯化和连接、转化、重组子的鉴定〕等[5].在实验课程的组织形式上，采用独立分割的实验策略，通过一个个独立的实验演示分子生物学的基本原理和技术[6].这种策略的优点是能够使学生很好地把握单项技术，但由于实验课程缺乏系统性，不利于学生综合利用所学技术解决科学问题，理解科学的经过。在教学方式上，传统的分子生物学实验以讲明性、验证性实验为主，指导老师讲述实验原理，演示、讲解实验方式方法，指导学生操作，并对整个实验经过进行管理。学生严格根据实验指导开展实验，重点关注能否得到正确的实验结果，而较少关心实验设计和对结果的分析解释，老师也没有分配给学生足够的时间去考虑实验所牵涉的科学原理，以及对信息进行深度的加工处理。这种讲明性、验证性实验教学形式不利于学生主观能动性的发挥和创新型人才的培养。1实验教学理念和改革思路针对传统分子生物学实验教学体系中存在的问题，一些实验室以分子生物学为中心，整合不同课程的实验教学内容，建立多学科融合的实验教学体系，获得了较为理想的教学效果[7-9].参照国内外实验教学改革的成果，本研究以茶树的一个CBF转录因子的克隆和转录激活活性为主线，对分子生物学实验教学的内容进行整合优化，建立系统、开放的实验教学体系。新的实验教学体系包括验证性实验、设计性实验和综合性实验三个层次的实验项目，实验项目之间密切关联，层层推进。验证性实验重点训练学生的基本技能和基本操作。设计性实验注重培养学生分析问题和解决问题的能力[10].综合性实验引导学生将不同的实验方式方法融会贯穿，把握科学研究的整体性方式方法，构成综合设计实验的理念。新的实验教学体系采用以研究为基础的实验教学形式，鼓励学生通过查阅资料、自行设计实验方案、独立进行实验等一系列的活动来锻炼他们的科研思路，提高他们的动手能力，并引导学生在实验中，体验知识的生成经过，构建对知识的理解，实现实验技术的学习和知识获取的统一。2构建分子生物学综合性实验教学体系实验课以茶树转录因子CsCBF1转录激活活性分析为中心，将CsCBF1基因全长cDNA序列的克隆及序列分析、CsCBF1基因的表示出特性分析、CsCBF1的亚细胞定位、CsCBF1在酵母细胞中转录激活活性分析等内容进行整合优化，构成系统、连续的综合性实验。华而不实，CsCBF1基因全长cDNA序列的克隆及序列分析包括PCR技术、利用T载体克隆PCR产物、将重组DNA分子导入到大肠杆菌细胞、DNA自动化测序等内容；CsCBF1基因的序列分析利用常用的分子生物学软件分析CsCBF1蛋白的核定位信号、DNA结合构造域和转录激活构造域；CsCBF1基因的表示出特性分析则利用荧光定量PCR技术分析低温在转录水平上对CsCBF1表示出的影响；CsCBF1的亚细胞定位将CsCBF1基因的ORF与植物表示出载体pBI121中的报告基因GFP融合，并通过遗传转化使融合基因在植物细胞中的瞬时表示出；CsCBF1在酵母细胞中的转录激活活性分析主要包括两方面的内容，一是利用酵母单杂交技术分析CsCBF1与DNA结合的特异性，其二是将CsCBF1的各种N端缺失突变体与GAL4的DNA结合构造域融合后，观察CsCBF1的C端构造域对lacZ、HIS和ADE报告基因的激活作用。实验内容互相衔接，将分子生物学、基因工程、生物信息学和生物化学等课程的实验有机地结合在一起，能够使学生获得跨学科多技能的综合训练。利用PCR技术克隆CsCBF1基因涵盖了基因克隆的核心技术，是整个实验的基础。序列分析能够预期CsCBF1含有一核定位信号，并且有一个DNA结合构造域和一个C端酸性构造域，这为研究CsCBF1的功能指明了方向。亚细胞定位则用实验证明CsCBF1含有一核定位信号，定位于洋葱表皮细胞的细胞核中。转录激活活性分析表示清楚CsCBF1的DNA结合构造域能够与DRE/CRT元件发生特异性结合，其酸性构造域在形式生物中能够激活报告基因的转录。综合上述实验结果，能够推断CsCBF1为一植物转录因子，在细胞核中通过与特异性的DNA元件结合，激活基因的表示出。CsCBF1基因的表示出特性分析通过研究低温对CsCBF1表示出的影响，推断CsCBF1可能在植物应答低温经过中发挥作用。3开创建立实验教学施行新形式本项目是根据茶树的一个转录因子的克隆与功能分析设计的多学科综合的实验教学体系。为了让学生深切进入系统地理解实验教学所牵涉的知识、技术和原理，课程组编写了一系列学习辅助材料，对实验项目所牵涉的主要技术给出了较为完备的注解。例如，ICE1-CBF冷应答途径是当前研究得最为清楚的一个调节植物冷信号传递的转录级联。课程组挑选了一组能够反映该信号传导途径发现经过的节点性文献，重现问题的提出、理论构成和发展的经过。CsCBF1转录因子的DNA结合构造域和转录激活构造域的鉴定需要利用酵母表示出系统。课程组以研究论文为基础编写研究简报，系统描绘叙述了通过互补实验分离酵母的GAL4基因、利用缺失实验鉴定GAL4转录因子的DNA结合域和转录激活域、利用构造域交换实验进一步证实GAL4转录激活域在构造和功能上具有相对独立性。并在这里基础上，讲明酵母单杂交系统和酵母双杂交系统的原理和方式方法。通过指导学生阅读研究论文和研究简报使学生在详细的研究情境中领悟到科学研究的基本策略和方式方法，进一步理解在实验课中学习的相关技术是怎样应用于解决详细的科学问题，进而促进学生思维水平的发展。新的实验教学体系的一个重要目的是提高学生的科技写作水平。为了帮助学生更有效地学习科技写作的基本技能，老师要抽出专门的时间介绍科技论文的基本构造及各部分的写作要求，让学生对科技写作有一个简明而完好的概念。每次实验除了要求每个学生完好记录整个实验经过外，还要对学生进行写作技巧方面的训练，但练习仅限于论文的某一部分，例如内容摘要、引言、材料与方式方法或者结果与讨论，甚至能够是对图表的文字讲明。这种化整为零的训练方式，能够降低学生对科技写作的畏难情绪，使他们循序渐进地把握写作技巧。当整个实验项目完成时，学生需要提供两种不同的实验报告，一种是关于每个子项目的实验报告，例如茶树DNA的制备、PCR、连接、感受态细胞的制备、转化、挑选、序列分析等；另一种是一个综合性的实验报告，将所有的实验内容整合在一起，写一个完好的科学研究报告，包括目的、原理、经过、结果和讨论。在实验教学中，注意发挥老师的主导作用和学生的主体作用。在实验教学的开场阶段，以验证性实验为主，学生在老师的指导下完成CsCBF1基因的克隆和序列分析。当学生把握了PCR技术、基因克隆和序列分析的基本方式方法后，鼓励学生在查阅资料的基础上，根据老师提出的问题，自行设计试验方案。学生在实验前，提交实验方案，指导老师对实验方案进行修改后，组织学生讨论，使学生深入理解实验原理和实验步骤。有了这些准备，学生便能够摆脱对老师的依靠，独立开展实验工作。为了突出实验教学的探寻求索性，在研究CsCBF1的亚细胞定位时，由不同的实验小组分别将CsCBF1的编码区与GFP基因融合，或者将程序预测的核定位信号的编码序列同时与GST和GFP基因融合，然后观察两种不同的融合蛋白在洋葱表皮细胞中的表示出部位。在确定CsCBF1能否与DRE/CRT顺式作用元件发生特异性结合的酵母单杂交实验中，分别将DRE/CRT或者突变型元件置于酵母表示出载体报告基因的上游外，转化表示出CsCBF1的酵母细胞后，检测两种不同的转化子的-半乳糖苷酶活性。在确定CsCBF1的转录激活区时，将CsCBF1的编码区和几种不同的缺失突变体与酵母表示出载体的GAL4DNA结合域融合，转化酵母细胞后，检测各种转化子的-半乳糖苷酶活性。对于以上实验项目，能够让学生根据实验的目的与要求自行设计不同的表示出载体，分组平行实验，实验后通过对不同组的实验结果进行分析比拟，引导学生自个得出结论。尽管新的实验教学体系包含的主要是常规的分子生物学实验，但是要求每个实验小组所做的每一步实验都要成功还是不切实际的。假如实验失败，应帮助学生分析失败的原因，并在时间允许的情况下，鼓励学生重做实验，独立获得实验结果。但是，为了在规定的课时内完成实验教学内容，老师要准备一套完好的实验材料，例如茶树的基因组DNA、携带有CsCBF1的质粒、各种酵母表示出载体及转化的酵母细胞长成的菌落等。没有获得实验结果的学生，能够从教师那里获得实验材料，进而使后续实验能够顺利进行。相比于实验结果，我们愈加关注学习的经过，学生的某一项实验失败，并不影响实验课的成绩，除非错误反复发生。本课程采用多元化的考核方式方法。课程的考核评价体系由三个部分组成，第一部分是在实验课结束时，每一实验小组通过课件介绍实验方案和实验原理，展示实验结果，并对结果进行分析讨论，最后回答提问。该部分的成绩占总成绩的40%,以小组的形式给出，成绩的评定内容包括：课件能否清楚明晰地讲明实验原理和实验方案，能否以恰当的方式展示实验结果，对结