“植物細胞工程”實驗教學的改革與探索

鄧祥宜，李 琳，周雪婷，李繼偉

（武漢設計工程學院 食品與生物科技學院，湖北武漢 430205）

“植物細胞工程”是生物工程專業的核心課程，該課程以植物細胞為研究對象，通過生物學原理和工程手段，按照人們的意愿對細胞進行定向改造或生產細胞產品的一門應用性很強的課程，在生物醫藥、農業、食品、生物資源環保、新物種構建等領域發揮著越來越重要的作用[1-2]。實驗教學是植物細胞工程的一個重要環節，相比略顯枯燥的理論課，大多數學生對實驗課充滿期待。

傳統的實驗教學內容是固定的、單一的，學生只能按照既定模式進行操作，喪失了探索的可能，也從一定程度上影響了學習的積極性。另外，細胞工程實驗的無菌操作要求高，污染會導致徹底的失敗。怎樣保證實驗的成功率，怎樣使實驗課的教學效果更好，怎樣使每位學生在整個實驗過程中始終保持著較濃厚的學習興趣，怎樣使學生的自主學習能力得到加強？已成為“植物細胞工程”教學過程中必須思考和探索的問題。

1 傳統“植物細胞工程”實驗教學方法的不足

改革前，學校生物工程專業“植物細胞工程”課程共48學時，其中實驗16學時，實驗內容包括MS培養基的配置、胡蘿卜愈傷組織的誘導、繼代或分化，實驗所用培養基及激素成分是固定的，屬于驗證性實驗。教學中，超凈工作臺數量有限，學生需輪流操作。在教師做演示實驗時，由于學生站位角度問題，不少學生難以領會操作要領，不能很好地掌握組培的無菌操作技術，加之使用的胡蘿卜可能帶有內生菌，因而整個實驗的污染率較高。

在傳統的“植物細胞工程”實驗教學中，學生只是完成整個實驗的部分步驟：在培養基配制與滅菌實驗的傳統教學中，通常情況是實驗教師提前準備好各種母液，上課時學生按照教師提供的配方集中進行培養基的配制；培養基滅菌結束后，超凈工作臺中物品的擺放通常由每個小組的個別學生和教師一起完成；接種完成后，材料放入組培室的過程也是由小組部分學生完成，很多學生不知道材料培養的具體環境條件。這種走流程輕過程、重接受輕參與的做法，導致很多學生對于實驗整個流程的了解比較模糊，特別是實驗細節不注意，最終影響到實驗效果，不利于學生實踐能力的培養。

“植物細胞工程”實驗內容雖然具有一定的連續性，但也是分小實驗完成的，傳統的教學過程中，學生做完一次實驗，提交一次實驗報告，書寫格式為實驗目的、實驗原理、方法步驟、結果與分析，大部分報告內容在實驗指導書上都有，學生之間所能體現不同的僅有“結果與分析”，導致學生在完成實驗報告的過程中不思考，只流于形式，甚至個別學生出現了抄襲的現象。

2 應對方法和措施

基于上述情況，筆者在10余年的教學過程中不斷思考、不斷探索，以提高“植物細胞工程”實驗的教學效果。

2.1 教學內容“開放化、多樣化”

在教學中發現，很多學生對植物組織培養非常感興趣，經常咨詢不同材料的組培問題，為了充分調動積極性，教師將實驗內容“開放化、多樣化”，在實驗開課前1個月，把實驗課的形式及要求告知學生，并鼓勵大家選擇感興趣的材料，自由分組，查閱資料，設計實驗，經過組內充分討論后，跟指導教師一起敲定實驗方案。到目前為止，經學生自主設計并完成實驗的內容有月季芽的無菌培養及生根培養、多肉植物愈傷組織的誘導及繼代、銀杏葉片愈傷組織的誘導及繼代、胡蘿卜愈傷組織的誘導及懸浮細胞系的建立、不同類型的培養基對胡蘿卜愈傷組織誘導及分化的影響等。

對于未進行自主選材的學生，可以研究激素種類、濃度及配比對胡蘿卜愈傷組織誘導及分化的影響。在胡蘿卜愈傷組織誘導及分化的過程中，激素起著至關重要的作用，特別是兩類激素：生長素和細胞分裂素，為了讓學生更好地理解這2種激素在組織培養中的作用，設計了不同的激素濃度梯度和配比，要求不同小組按照不同激素濃度配置培養基，培養結束后將所有梯度進行橫向比較，這樣就證明了激素對生長效果的影響。盡管這種設計是相對固定的，但“哪個梯度更好”的疑問常常使得學生們更有興趣去完成該實驗。

2.2 將微課思想引入到實驗課堂

植物細胞工程實驗成功率的保證主要包括2個方面，一方面是實驗設計的合理與否，另一方面是實驗過程中的無菌操作是否過關。很多學生實驗污染率高的主要原因就是無菌操作不過關，針對這種情況，在課前錄制了無菌操作的示范視頻，提前發放給學生觀看，再統一在課前強調操作的關鍵點，這樣可以保證每位學生都清晰地看到教師的演示，清楚地了解無菌操作的注意點，從而保證實驗的成功率。

除了無菌操作演示實驗視頻外，教師還錄制了超凈工作臺的擺放規則視頻，培養物的培養環境條件控制視頻等，幫助學生更清晰地了解實驗的整個流程。

2.3 實驗報告“論文化”

將傳統的分次完成實驗報告改成讓學生撰寫一篇實驗論文，包括題目、摘要、關鍵詞、前言、實驗材料和方法、實驗結果和分析、小結等部分，這樣一方面可以讓學生更好地理解實驗的整個流程，另一方面可以促使學生更深入理解和分析實驗結果，同時也可以讓學生的科技論文寫作能力得到初步鍛煉。

2.4 課外延伸

對于學有余力的學生，教師鼓勵他們在課程實驗的基礎上，通過申報大學生科技創新項目、參加綜合實訓項目等方式，更深入地推進實驗，提高學生的動手能力及創新能力。比如，做銀杏葉片愈傷組織誘導和繼代的實驗小組，申請了國家級大學生科技創新項目“銀杏組織培養法生產活性黃酮的初步研究”，課題組學生依托該項目發表了北大核心及以上論文3篇[3-5]，完成了1篇省級優秀學士學位論文，項目組學生參加了第三屆湖北省生物實驗技能競賽，獲得了綜合賽三等獎。

3 結語

在“植物細胞工程”實驗課的教學過程中，給學生提供自主選材、自主設計并開展相關研究的機會和條件；通過引入微視頻，強化實驗操作細節，提高了實驗成功率；通過實驗報告“論文化”鍛煉了學生的科技論文寫作能力；鼓勵學有余力的學生通過大學生科技創新項目更深入地推進實驗，培養學生的動手能力及創新能力[6]。