以拟南芥为材料的发育生物学实验实践技术教改研究

摘要 为提高高等农业院校发育生物学实验实践的教学质量，综述了发育生物学实验实践教学的改革成果，并初步探索了以拟南芥为材料的发育生物学实验实践教学的内容及实施方案，效果明显。

关键词 发育生物学；实验实践；教改；拟南芥

中图分类号 G642 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）10-0326-02

Research on Experimental and Practical Teaching of Development Biology Using Arabidopsis thaliana as Material

HUANG Yong CHEN Dong-hong RUAN Ying

（College of Bioscience and Biotechnology，Hunan Agricultural University，Changsha Hunan 410128）

Abstract To improve the teaching quality of the experiment and practices of development biology in higher agricultural institutions，firstly this paper reviewed the achievements of this course. And then，the content of experiment and practice of developmental biology were constructed used Arabidopsis thaliana as material. It was approved that the method brought more advantage to students.

Key words development biology；experimental and practical；reform；Arabidopsis thaliana

发育生物学是在传统胚胎学的基础上，随着生化与分子生物学、细胞生物学、遗传学等相关学科的发展和进步，形成的一门新兴学科[1]。发育生物学主要研究生物个体发育过程中的原理及调控机制，具有发展迅速、更新快等特点[2]。发育生物学是本科高年级的专业基础课、必修课。目前，国内使用的发育生物学教材多样化，而且还没有适合本科生使用的实验教材，即使有些院校开设了一些实验，但内容常取决于授课老师的研究方向，随意性较大，不够规范合理，学科和理论体系不完备[1-3]。

湖南农业大学生物科学技术学院发育生物学实验面向本部及国际学院生物科学专业，但目前为止尚无实验教材。基于已有的教学经验、本校及本院的研究内容与研究优势，以模式植物拟南芥为材料，建立“发育生物实验技术”体系，充分发挥实验课的作用与优势，不仅达到巩固理论知识的目的，而且尽量发挥学生学习的主动性，激发学生的学习兴趣和创造力，培养学生的科研能力与创新意识。项目已在我校2012―2014级生物科学专业学生中连续实施3届，取得了良好的效果。

1 发育生物学实验实践教材

发育生物学实验教材较少，常参考或借用动物胚胎学、解剖学、分子生物学、细胞生物学等课程的实验指导。适用于专业科研人员的指导书主要有吴秀山主编的《现育生物学实验指南》[4]。适用于本科教学的主要有林丹军主编的《发育生物学实验》[5]，张蕾、赵洁主编的《植物发育生物学实验指导》[6]。前者包括动物发育模式的形态学观察及发育机制的实验，后者重点介绍了发育相关的分子生物学研究方法和技术，涉及植物开花、传粉、受精、胚胎发育及植株形成等不同发育阶段的细胞和分子机理。我校发育生物学实验已经开课3届，但尚未有合适的教材。

2 发育生物学实验实践内容教改研究

发育生物学是一门理论性与实验并重的学科，但目前很多学校发育生物学教学普遍存在着理论教学和实验教学相分离的问题。开设的实验课孤立于理论教学，甚至根本不开实验课，纯粹的理论教学使发育生物学变得更加晦涩难懂[7]。发育生物学实验具有涵盖面广、综合性强，发展速度快、架构不成熟，注重实验设计、实验结果不确定等特点[8]。常规实验内容主要包括模式动物胚胎发育过程观察、结构解剖等部分，与动物学或胚胎学部分重叠。董 巍等将实验分为模式动物饲养和胚胎早期发育、发育生物学常用基本实验技术、发育生物学研究中的经典和综合性实验3个层次，设计了一系列综合性实验[8]。丁乃峥等将实验内容设计成不同的模块，各专业根据需要选择性进行，实验内容涉及基础性、综合性、设计性、研究性等层次[3]。李巧峡等则以花背蟾蜍为唯一材料设计了胚胎外部形态观察、内部结构观察、不同处理对胚胎发育的影响及角膜诱导及免疫组化研究4个综合性实验，让学生根据自己基础知识及兴趣点选择相应的课题，自主完成实验设计、实施及总结过程，取得了良好的效果[9]。

植物及相关学科的研究在我校具有明显比较优势，农作物相关基础理论与应用研究在国内处于领先地位。紧密结合科研方向、发挥专业优势，构建以植物为主的发育生物学实验技术体系具有重要意义。本课题成员的研究方向包括植物开花发育、配子发育、表观遗传调控、抗性与发育等多方面，在拟南芥发育生物学领域积累了大量的经验，取得了较好的研究成果。项目组织课题组成员共同撰写实验实践教学大纲与讲义、制定教学计划、组织实施、课程考核，建立并完善课程体系。主要实验内容包括拟南芥野生型及突变体表型观察及数据统计；拟南芥配子发育的细胞学观察；载体构建及拟南芥遗传转化、筛选等。设计验证性试验2～4个，如拟南芥野生型及sdg8突变体表型观察；综合性实验7～10个，如拟南芥野生型及sdg2突变体雄配子体发育过程观察。

3 发育生物学实验实践实施方案教改研究

发育生物学实验技术实施方式与其他生物学科实验技术类似，每次实验常集中在2个或4个学时内进行，内容多为验证性。贾伟章等利用不同的模式生物开展实验教学，开设了海胆、文昌鱼、斑马鱼、蛙等相关实验教学内容，开设综合性实验，采用班级和分组教学的形式[10]。将教学实验与科研实验相结合是提高教学与科研水平的重要方式。如丁乃峥等在开放实验室的基础上，利用模块教学实现了从基础性实验到研究性实验的教学模式[3]。董 巍等在分层次实验基础上，与相关的课题组合作，将科研内容充实到实验教学中，实现将科研实验向教学实验的内向转化。同时在导师的指导下，让学生承担部分科研任务，实现探索性教学实验向科研的外向转化[8]。

传统的发育生物学实验多以大班方式进行，仅有少数学生有机会动手，效果有限。本校目前生物科学专业20～28人/班，人数相对较少，将学生进行课题分组，设置开放实验室。发育生物学实验周期长，但每次实验不全需要4课时。项目将尝试向本科学生开放实验室，在完成既定任务的基础上，学生可以自主安排其余时间。目前已有3个课题组在本实验室开展实验，并在《植物生理学报》上发表了论文[11]。

4 考核体系的改革

实验课程传统的考核体系存在考核内容局限性大、评价方式单一等问题[12]。针对之前设计的课题，以小组形式考核。成绩由3个部分构成：科研课题进展（50%）+研究报告/论文撰写（30%）+PPT/Poster汇报（20%）。鼓励学生发表科研论文。

5 结语

生物学实验教学是生物学教育中重要的教学环节，也是培养学生实践和分析能力的必要手段[13]。发育生物学是当今生命科学领域中发展最快的前沿学科之一，是现代生物学的带头学科[14]。建立健全适合我校现状的发育生物学实验技术体系，对于我校生物科学专业人才培养具有重要意义[15]。

6 参考文献

[1] 张红卫.发育生物学[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2] 彭树英，李俊，金显文.对发育生物学教学模式的探讨[J].安徽农业通报，2009，15（2）：199-200.

[3] 丁乃峥，李善妮.浅论融会发育生物学知识的人体解剖生理学教学[J].生物学杂志，2011，28（1）：103-105.

[4] 吴秀山.现育生物学实验指南[M].北京：化学工业出版社，2007.

[5] 林丹军.发育生物学实验[M].北京：科学出版社，2011.

[6] 张蕾，赵洁.植物发育生物学实验指导[M].武汉：武汉大学出版社，2010.

[7] 周景明，祁艳华，王爱萍.生物技术专业发育生物学教学改革与研究[J].洛阳师范学院学报，2012，31（8）：66-68.

[8] 董巍，张媛，樊启昶，等.改革创新发育生物学实验教学的实践与思考[J].高校生物学教学研究（电子版），2014，4（1）：46-50.

[9] 李巧峡，李保中.以花背蟾蜍为材料进行发育生物学综合性实验的设计[J].四川动物，2010，29（5）：638-639.

[10] 贾伟章，余雪松，李浩明.浅谈对发育生物学教学内容与课程体系的认识[J].科教文汇，2013（9）：69-70.

[11] 易吉明，黄婷，黄勇，等.小立碗藓MADS-box基因家族的系统进化分析[J].植物生理学报，2015，51（2）：197-206.

[12] 彭安，向本琼，张根发，等.大学生物开放性和设计性实验教学探讨[J].中国大学教学，2007（3）：55-57.

[13] 乔守怡.生物类实验教材改革的思考与展望[J].生命世界，2009（5）：26-27.

[14] 张育辉.发育生物学在生物科学中的地位及其教学内容研究[J].陕西师范大学继续教育学报，2003，20（3）：114-116.

[15] 丁乃峥，李善妮.浅谈发育生物学实践教学改革及创新能力培养[J].生物学杂志，2011（3）：103-105.