生物技术专业基因工程大实验探索

摘要:基因工程是生物技术专业的一门核心课程，尤其是基因工程大实验，学生对其的掌握程度对他们今后工作以及科研影响很大。为提高教学质量和教学效果，本文从教学方法、教学内容等方面对其进行了优化整合，设计了一个α-淀粉酶基因蛋白的原核表达及纯化实验，将逐个单一技术通过一个综合实验串联起来，成为一个有机整体，最终让学生对微妙的分子操作能够感应的到，取得了很好的效果。

关键词:生物技术；α-淀粉酶；基因工程大实验；大肠杆菌

中图分类号:Q-3 文献标识码:A 文章编号:1674-2060(2016)03-0254-01

基因工程要求较强的实践性，要求从事此操作的专业技术人员不仅要有深厚的理论基础，还要具有较强的动手能力。基因工程大实验主要包括目的基因的扩增、反应产物的回收、目的基因的连接及转化等，这一系列完整的实验操作可以很好地锻炼和提升学生的动手能力，对实验的整体把握力和问题的处理分析能力[1]。如果能设计一个很好的实验将上述基因工程的操作串联起来，让学生亲自操作整个过程并解决其中出现的问题，将对学生掌握这门课起到了一个很好的作用。α-淀粉酶广泛应用于低聚糖、啤酒及面制品等的生产，具有十分广阔的市场前景。最主要的是，α-淀粉酶在基因工程方面应用的比较广泛[2]，如能够催化α-1,4-葡萄糖多聚体的水解，是一种非常重要的内生淀粉酶；通过测定酶的活力，SDS-PAGE分析判断基因表达的强弱；通过强化启动子功能，提高分子拷贝数提高淀粉酶的分泌能力等[3,4]。鉴于α-淀粉酶在基因工程中的广泛应用，本实验改革设计了“α-淀粉酶基因的原核表达及纯化”实验，将逐个单一技术通过一个综合实验串联起来，成为一个有机整体。通过此次实验，学生可获得一个肉眼可见的基因工程产物即淀粉透明圈，使微观的分子世界通过此次实验变得明朗起来，让初次学习基因工程的同学获得较强的学习兴趣，以达到最好的教学效果。

1改革教学内容的目的

让学生学会科学实验的基本方法和原理是实验教学的主要目的，因此实验教学应该在老师的指导下给学生以尽可能多的独立操作。基因工程是一门实践性极强的课程，通过实验教学，不仅要让学生更好地掌握所学知识，同时也要培养学生创新精神和实践能力[5]。因此，激发学生的学习兴趣，培养学生的科学思维、创新和实践能力是基因工程实验教学不断努力和探索的方向。以前的实验课存在这样的弊病，如基本内容虽然包括了PCR、质粒提取、感受态制备及质粒转化等最基本的实验操作，开设内容也达到了培养生物技术相关人才的基本要求，但每个独立的实验时间短且分散的，相关实验内容连贯不强，加上分子水平操作的枯燥及目标产物不可见性，导致学生虽然实验之初兴趣颇高，实验最后却不能有效地将相关实验衔接，最终导致兴趣缺乏。所以有必要对实验进行改革、重置为综合性实验，用一个实验内容将上述技术串联起来。

2改革后的教学内容

①从基因文库中找到基因序列，设计引物，两端加上HindIII和EcoRI酶切位点，从菌株DNA中PCR扩增得到两端加有酶切接头的产物，琼脂糖凝胶电泳检测——学习引物设计、PCR扩增、琼脂糖凝胶电泳技术。②PCR产物的回收后，用限制性内切酶双酶切目的基因和载体——学习酶切和DNA回收技术。③目的基因与表达载体的连接——学习DNA重组技术。④制备感受态细胞，重组子转化——学习感受态细胞制备和转化技术。⑤重组子的筛选——综合技术的重温。⑥蛋白表达及纯化——学习蛋白表达技术。⑦实验论文的完成。

3改革教学内容的结果

通过探索从克隆一个基因（α-淀粉酶)到最终表达出该基因产物的整个过程，学生最终可获得一个肉眼可见的基因工程产物——淀粉透明圈，既提高了学生的学习兴趣，也取得到了很好的学习效果，对基因工程的操作有了一个全面的掌握。

4讨论

本实验改革首先规范化了α-淀粉酶基因的原核表达实验步骤，使之成为一个学生可操作的成熟的综合性基因工程大实验。通过此实验，改革了以前通过多个单一实验使学生逐项掌握单个技术为目的，将逐个单一技术通过一个综合实验串联起来，成为一个有机整体。通过实验，不仅使学生掌握了基因工程核心要素“目的基因克隆、酶切、连接、转化及筛选”等过程，同时也使学生学会了质粒提取、DNA琼脂糖凝胶电泳以及蛋白表达和纯化等实验技术，将以前支离破碎的多个单一实验环环相扣成为了一个整体[6]。通过此次实验，学生可获得一个肉眼可见的基因工程产物即淀粉透明圈，另外，α-淀粉酶基因是从真核生物中首先克隆出来的基因，能够通过原核表达获得其活性产物，使学生更直观的认识到了基因工程可以跨越物种障碍，感受到基因工程的独特魅力，大大提高了学生对基因工程实验课的学习兴趣，取得到了很好的教学效果。另外，笔者在实验结束安排学生尝试以“α-淀粉酶基因的克隆和表达”为题，写一篇关于来源于α-淀粉酶基因在大肠杆菌中得到表达的实验论文。通过查阅相关的参考文献，可以进一步扩大学生的知识面，既有利于学生很好地复习实验课所学的知识，又可以尽早地熟悉论文的书写格式，为以后的工作和科研做准备。

参考文献

[1]何艳,张婷,吴昌学,等.医学生物技术本科生基因工程实验教学与实践[J].现代医药卫生2013,29(11):1735-1736.

[2]冯乐平,刘志国,王文锋,等.基因工程实验教程[M].北京:科学出版社,2013:54-57.

[3]黄春敏,沈微,王正祥.高温α-淀粉酶高表达的研究[J].微生物学杂志,2010,30(5):36-42.

[4]赵金海,杨灵,张志芳,等.α-淀粉酶基因amyP的原核表达及酶学性质初步分析[J].农产品加工，2014,352(8):33-37.

[5]张玉玉,张麟飞,关伟雄,等.基因工程实验教学改革的实践探索[J].实验科学与技术,2011,9(2):94-98.

[6]王文锋,武新胜,杨保胜,等.医学院校基因工程课程的教学改革[J].中国高等医学教育,2015,5:28-29.

作者：王文锋 穆灵敏 张采宏 井长勤 高启禹 单位：新乡医学院生命科学技术学院 新乡医学院形态学实验室