模塊式微生物學(xué)實驗教學(xué)體系的改革

馬瓊 雷紅靈 嚴(yán)榮

摘要通過實施類似于科學(xué)研究的4個模塊進(jìn)行微生物學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容的改革，從實驗?zāi)K的設(shè)計和實驗教學(xué)效果等方面探討了微生物學(xué)實驗改革的做法和體會。實踐表明，模塊式教學(xué)打破了傳統(tǒng)的微生物學(xué)實驗教學(xué)模式，使微生物實驗知識達(dá)到了系統(tǒng)化，提高了學(xué)生的實驗技能。

關(guān)鍵詞微生物學(xué)實驗；科學(xué)研究；模塊；系統(tǒng)化

中圖分類號S-01文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2017）12-0248-02

AbstractThrough four module experiments similar to scientific research， the designs of microbiology experiment modules and the teaching results were discussed in this paper. It is proved that this module teaching method broke the traditional microbiology experiment teaching system， which can systematize the microbiology experiment， and improve the students experimental skills.

Key wordsMicrobiology experiment；Scientific research；Modules；Systematize

微生物學(xué)是生命科學(xué)的支柱學(xué)科，也是分子生物學(xué)、發(fā)酵工程、基因工程等學(xué)科的基礎(chǔ)學(xué)科[1]。微生物學(xué)的研究方法和技術(shù)已成為生命科學(xué)領(lǐng)域研究的基本手段，在生命科學(xué)的發(fā)展過程中起著奠基和先鋒作用[2-3]。因此，微生物學(xué)實驗課程的教學(xué)效果對生命科學(xué)相關(guān)專業(yè)教學(xué)質(zhì)量的保證有著極其重要的作用。目前，微生物學(xué)教學(xué)實驗順序安排不合理、實驗內(nèi)容相互孤立、實驗項目之間連貫性不強(qiáng)[4-5]。學(xué)生在學(xué)習(xí)微生物學(xué)實驗課程的過程中，對于為什么要開展這些實驗項目以及各個實驗項目之間的聯(lián)系并不清楚。這樣，學(xué)生在修完該課程后，微生物實驗知識無法達(dá)到系統(tǒng)化，也就難以實現(xiàn)知識點之間的融會貫通[6-7]。因此，湖北民族學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院將優(yōu)化微生物實驗教學(xué)順序，增加綜合性和設(shè)計性實驗，整合演示性和驗證性實驗于綜合性、設(shè)計性實驗中，改革微生物實驗教學(xué)內(nèi)容。擬按照類似于科學(xué)研究的4個實驗?zāi)K進(jìn)行微生物學(xué)實驗內(nèi)容及實驗順序的改革，以期實現(xiàn)微生物學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容的相互銜接，在有限的學(xué)時內(nèi)系統(tǒng)地開展更多的實驗，使學(xué)生在修完微生物實驗課程后，微生物實驗知識可以達(dá)到系統(tǒng)化，微生物實驗操作技能可以得到更大的提高。

1實驗?zāi)K的設(shè)計

將微生物學(xué)實驗教學(xué)分為微生物的分離純化、形態(tài)學(xué)鑒定、生理生化鑒定、分子生物學(xué)鑒定4個模塊（圖1）。

1.1土壤微生物的分離與純化包括培養(yǎng)基的制備與滅菌、微生物的分離與純化等實驗項目。在這一模塊部分，學(xué)生不僅可以學(xué)習(xí)培養(yǎng)基的制備與滅菌、玻璃器皿的洗滌與包扎、接種工具的使用及無菌操作技術(shù)，還可以學(xué)習(xí)從實驗樣品中分離微生物、微生物的活菌計數(shù)、微生物的劃線分離與接種技術(shù)，以及微生物菌落形態(tài)的觀察等實驗操作技術(shù)。

1.2微生物的形態(tài)學(xué)鑒定實驗項目包括微生物的制片與染色技術(shù)、微生物形態(tài)的顯微觀察技術(shù)、微生物大小的顯微測定、顯微計數(shù)等實驗項目。模塊二所用的實驗材料是模塊一分離獲得的菌種。在模塊二部分，主要整合了“微生物染色技術(shù)”與“微生物形態(tài)觀察”實驗部分，這樣既加強(qiáng)了知識的連貫性，又充分利用了課堂教學(xué)時間。將微生物的顯微計數(shù)法與模塊一的微生物活菌計數(shù)法進(jìn)行比較，分析兩種微生物計數(shù)方法的優(yōu)缺點，能加深學(xué)生對微生物各種計數(shù)方法的理解。

1.3目的微生物的生理生化鑒定包括微生物利用大分子物質(zhì)的水解實驗、糖發(fā)酵實驗、吲哚試劑反應(yīng)、甲基紅反應(yīng)等實驗項目。在這一模塊部分，通過利用超凈工作臺和恒溫培養(yǎng)箱等實驗設(shè)備，采用平板培養(yǎng)和液體試管培養(yǎng)技術(shù)開展微生物的生理生化實驗，學(xué)生可以全面地了解和掌握微生物的生理生化知識。

1.4微生物的分子生物學(xué)鑒定包括微生物基因組DNA的提取、PCR技術(shù)、瓊脂糖凝膠電泳技術(shù)等實驗項目。設(shè)計特異性引物，應(yīng)用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的微生物的16S rRNA或18S rRNA序列，利用生物進(jìn)化樹分析軟件PHYLIP和MEGA分析16S rRNA或18S rRNA序列，構(gòu)建目的微生物的系統(tǒng)發(fā)育樹，從而準(zhǔn)確地鑒定目的微生物的種屬。

2課程實驗結(jié)果

采取以上4個模塊開展微生物實驗，可以讓學(xué)生系統(tǒng)地掌握各個實驗項目的實驗內(nèi)容和實驗技術(shù)，使學(xué)生所學(xué)的微生物學(xué)實驗知識系統(tǒng)化，實現(xiàn)微生物學(xué)實驗知識的融會貫通，得到了如下實驗結(jié)果。

2.1土壤微生物種類及數(shù)量從湖北民族學(xué)院花園土壤中取樣，采用稀釋分離法和劃線分離法，以牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基和高氏一號培養(yǎng)基為分離培養(yǎng)基，得到了各種土壤微生物的單菌落（圖 2），共分離得到了55株微生物。根據(jù)微生物的形態(tài)特征和菌落特征對55株微生物進(jìn)行分類，其中細(xì)菌24株，占分離所得微生物的43.63%；放線菌18株，占分離所得微生物的32.72%；真菌13株，占分離所得微生物的23.65%。由此可知，湖北民族學(xué)院花園土壤微生物數(shù)量從大到小依次為細(xì)菌、放線菌、真菌。

2.2土壤細(xì)菌的生理生化反應(yīng)通過研究細(xì)菌的生理生化反應(yīng)，主要觀察細(xì)菌的代謝特征，對營養(yǎng)源的利用情況，生長發(fā)育條件，能否產(chǎn)酸、產(chǎn)氣、產(chǎn)堿等。生理生化實驗表明：土壤中多數(shù)細(xì)菌不能水解油脂和明膠，24株細(xì)菌均可以水解纖維素和淀粉，23株細(xì)菌能原硝酸鹽，20株細(xì)菌能發(fā)酵乳糖產(chǎn)酸，或既產(chǎn)酸又產(chǎn)氣，18株細(xì)菌接觸酶反應(yīng)為陽性，15株細(xì)菌石蕊牛奶實驗?zāi)墚a(chǎn)堿。利用《伯杰氏鑒定細(xì)菌學(xué)手冊》，根據(jù)細(xì)菌的形態(tài)學(xué)特征和生理生化特征，初步鑒定來自湖北民族學(xué)院花園土壤的24株細(xì)菌分屬于14個種屬，其中芽孢桿菌屬約占54%，假單胞菌屬約占14%，固氮菌屬約占8%，乳桿菌屬約占8%，微球菌屬占7%，黃單胞菌屬約占6%等。

2.3土壤細(xì)菌的16Sr DNA鑒定根據(jù)細(xì)菌16S rDNA的V3可變區(qū)的差異，可以準(zhǔn)確鑒定細(xì)菌的種屬。利用細(xì)菌16S rDNA的V3可變區(qū)通用引物， 以細(xì)菌基因組DNA為模版，PCR擴(kuò)增得到了土壤細(xì)菌的16S rDNA V3可變區(qū)片段，PCR產(chǎn)物經(jīng)1.2%瓊脂糖凝膠電泳檢測，獲得300 bp左右的特異性擴(kuò)增片斷（圖 3）。特異性擴(kuò)增片斷經(jīng)核苷酸序列測序，將核苷酸序列在NCBI數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行Blast序列比對，根據(jù)最大相似率，最后得到了代表6個不同屬或種的24株細(xì)菌，其中假單胞桿菌8株、變形桿菌6株、乳桿菌5株、固氮菌3株、腸膜明串珠菌1株、黃單胞菌1株，比例分別為33.3%、25.0%、20.8%、12.5%、4.2%和4.2%。由此表明湖北民族學(xué)院花園土壤中優(yōu)勢細(xì)菌類群為假單胞桿菌和變形桿菌， 且土壤細(xì)菌類群豐富多樣。

3實驗教學(xué)改革效果

微生物學(xué)實驗教學(xué)體系的改革打破了傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端，將驗證性、基礎(chǔ)性和綜合性實驗均包括其中，不僅能實現(xiàn)各個實驗內(nèi)容相互聯(lián)系，實驗內(nèi)容更具整體性，還有利于培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作技能、綜合素質(zhì)與創(chuàng)新能力，提高實驗教學(xué)的效果。具體表現(xiàn)如下：

（1）學(xué)生親自采集實驗樣品并分離純化微生物，他們對土壤環(huán)境微生物的認(rèn)識就更加深刻，開展實驗也更加仔細(xì)，對實驗結(jié)果的觀察也更加細(xì)致，實驗效果也就得到了提高。有些學(xué)生還認(rèn)真做了采集時間、地點等的記錄，為進(jìn)一步研究及應(yīng)用這些微生物做好準(zhǔn)備。

（2）學(xué)生在實驗過程中積累了許多鮮活的微生物標(biāo)本，并進(jìn)行了顯微拍照。組織學(xué)生收集實驗圖片和整理實驗圖片資料，選出有代表性的微生物圖片資料用于微生物學(xué)理論課堂教學(xué)，這樣既豐富了微生物學(xué)理論課教學(xué)內(nèi)容，又更進(jìn)一步增強(qiáng)了微生物實驗課的效果。

（3）通過開展小組成員實驗，組員之間的合作更加高效、密切，學(xué)生實驗動手能力增強(qiáng)，積極參與國家級、省級以及校級微生物相關(guān)的科研創(chuàng)新項目，科技活動蓬勃開展。隨著微生物學(xué)實驗教學(xué)體系的改革，實驗內(nèi)容和實驗教學(xué)設(shè)施不斷完善，學(xué)生的實驗熱情和動手能力將會顯著增強(qiáng)。

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