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【关键词】环境工程微生物学 实验教学 探索
环境工程微生物学是环境工程专业的专业基础必修课。它是生命科学和环境科学与工程的交叉学科,具有极强的实践性和应用性。环境工程微生物学实验是加深学生对理论知识的理解,培养学生实验技能、实验思维和动手能力的一个重要途径。同时,该实验又是一门操作性很强的课程,需要大量的实验仪器,以及老师手把手传授实验技能,如果没有先进的教学方法做支持,掌握其中的操作技术是很困难的。下面提出几点心得体会,将有利于提高实验教学的质量,深化学生对微生物的认识。
1 让学生参与实验准备的全过程
实验室的前期准备工作是很重要,工作量要比实验课程多许多。老师除了要认真备课外,还需要对培养皿、试管、镊子等消毒灭菌,配制各种试剂,最好还要进行预实验,不但更加熟悉实验步骤,而且能保证实验课程的顺利进行。
通过让学生参与实验准备过程,可以让学生学习到完整微生物实验操作技术,这样一个完整流程学生完全参与下来,不但让学生体会到实验过程的艰辛,进而更加珍惜来之不易的实验课程,还可以培养学生科研思维,提高科研能力,使他们在课堂上学到的知识在实验操作中体会得更形象、更具体、更全面,从而激发他们学习兴趣。在巩固专业知识的同时,还培养了其发现问题、综合分析和解决问题的能力。这些对于提高学生的实际动手能力都有很大的帮助。
2 更新实验教学内容, 加大新知识和新技术的传授
微生物学和环境科学知识的更新推动着环境工程微生物学这门新兴的边缘学科不断向前发展。特别是日新月异的分子生物学技术已渗透到环境工程应用的各个领域。为了紧跟时代和学科发展的步伐, 培养高质量人才,让学生熟悉和掌握学科前沿新的理论知识和操作技术, 为他们将来工作研究或是硕士博士阶段的深造打下良好的基础。
例如,过去研究环境中微生物的方法是建立在平板分离基础上的,但迄今为止利用这种方法培养出的微生物只占总微生物种类的0.1%~10%。固体培养基其实是人类为微生物创造的人工培养环境,与微生物的实际生存环境有很大差异,用它来培养环境中的微生物相当于是对自然微生物群落进行了一次强制的人工筛选。所以,用平板分离的方法来研究自然环境的微生物生态时,往往不能准确反映微生物群落的实际组成和存在状态。分子生物学、基因组学和生物信息学等学科的发展及其向微生物学领域的渗透,形成一个新的交叉学科分支——微生物分子生态学 (molecular microbial ecology),它为我们全面客观地研究微生物生态系统提供了新的技术手段。微生物分子生态学是以微生物基因组dna的序列信息为依据,通过分析环境样品中dna分子的种类、数量和分布特征来反映微生物区系组成和群落结构[2,3]。所以,这项技术就需要研究者掌握dna提取及纯化技术、dna琼脂糖凝胶电泳技术和pcr基因扩增技术。针对这一点,我们就可以给学生设计一个微生物大实验,以活性污泥为样品,从dna的提取、纯化,凝胶电泳检测,到细菌16s rdna基因扩增,都让学生自己操作一遍。通过这一实验的学习,使学生对当今环境工程微生物学的前沿技术都有一定的了解和掌握。
3 增强不同实验间的连贯性,以及实验和理论知识的连贯性
3.1 增强各实验间的连贯性
过去实验内容多为孤立、连贯性不强的项目,各实验之间的内容重复较多,学生难以系统地把握微生物学实验,既浪费了有限的实验学时,又不利于培养学生的科学素养。对此,我们调整了实验内容,将原来独立设置的实验内容整合到一起,形成一个综合实验,通过一个综合实验就能使学生学到以前3-4个实验项目的实验技能。
3.2 增强实验和理论知识的连贯性
环境工程微生物学是一门实践性很强的学科,涉及到的内容覆盖面广,要学好这门课,仅仅依靠理论教学是远远不够的,实验教学可以弥补理论教学的不足,将微生物学的基础理论在实验教学中延伸、深化,并通过实验,加强基本技能的训练。
4 实现多媒体实验教学,更直观展现实验内容
环境工程微生物学实验中的各种微生物需要在光学显微镜甚至电子显微镜下放大才能看到。由于环境样品中微生物的复杂性和多样性,应用传统的实验教学方法不便于更好的展示微生物的形态结构、动态变化过程,多媒体教学与传统教学相比,能更加生动形象、栩栩如生的展现微生物的特点,提高学生的学习兴趣和参与度,从而使学生更好的掌握实验知识。
首先,可以在多媒体课件中放入大量彩色的宏观及微观图片、flash动画,从而更直观的反应微生物的形态特征,利于学生对新知识的吸收掌握,有了这些认识,才能在自己动手实验中达到很好的实验结果。
其次,也可以使用录像教学。教学录像具有较强的直观性,它可以通过屏幕清晰形象准确地展现每一个步骤,使学生掌握实验操作技能的关键所在。同时节约时间,提高实验教学的效率。如配置培养基实验,称量-溶化-调ph-过滤-分装-加塞-包扎-灭菌-搁置斜面-无菌检查等步骤,如果没有录像,需要老师反复强调实验顺序及注意要点,才能保证大部分学生配好正确的培养基。但是,如果有录像,老师只需要先播放一遍录像,从旁作简单介绍,播放完后再讲一下原理及注意要点,然后再播放一遍录像,学生就可以开始实验了。
最后,还可以利用电视显微镜进行教学。老师将样品放在显微镜下,找到微生物个体,让学生先有感性认识,然后再观察自己的样品。该方法既明确了实验目标,又能让全班学生同时看到老师显微镜里样品的特点,避免了以往同学们一个个排队去老师显微镜目镜里观察样品,提高了教学效率。
环境工程微生物学是一门来自实践的科学,学生掌握了它之后也最终要应用于实践。所以,实验教学是培养学生具备从事科学实验能力和严谨求实的科学素质的重要途径,许多问题还需要我们不断探索、实施和进一步完善。
参考文献
[1] 周群英,高廷耀. 环境工程微生物学(第三版).北京高等教育出版社,2008.
[2] watanabe k,kodama y.molecular characterization of bacterial populations in petroleum-contaminated groundwaterdischarged from underground crude oil storage cavities [j].applied and environmental microbiology,2000,66: 4803-4809.
结合我系环境监测与治理技术专业近10年的办学经验以及社会对环境监测与治理专业岗位人员素质能力要求,环境工程微生物实验操作技能要达到的能力目标概括为:通过环境工程微生物实验操作技能的训育,学生会使用显微镜,能进行微生物个体形态的观察;掌握培养基的制作与灭菌,能够制作培养基平板和试管斜面;会进行微生物的分离、纯化、接种、培养、染色等微生物操作,具备一定的微生物认知、操作以及发现问题、分析问题并解决问题的能力。
2环境工程微生物实验操作技能训育中存在的问题
2.1实验操作技能训育内容简单
当前环境工程微生物实验操作技能训育内容简单、枯燥,多是一些附属于微生物理论的操作性和验证性的实验,缺乏新颖性,实验操作内容只着重学生专业基本技能的培养,以期通过实验让学生掌握一定的基本技能;而锻炼和提高学生综合专业素养,增强学生开发创新意识的综合性、设计性实验少,学生自主设计的探索性实验几乎没有,实验操作内容难以调动学生的兴趣和积发学生的学习积极性、主动性。
2.2实验操作技能训育方式死板,手段单一
传统的环境工程微生物实验操作技能,在训育过程中,一般遵循的三步骤是:老师先讲技能训练达到的要求,然后作操作示范,最后老师监督学生操作。老师先讲一般是由实验指导老师先讲技能训练达到的要求,采用的方法、目的、原理,仪器设备的操作要求及注意事项,然后按步骤示范给学生,最后监督学生按照实验操作指导书的步骤完成实验操作内容,以实现技能训育目的。整个技能操作训练过程死板,枯燥,缺乏新鲜感。加之技能训育手段单一,多采用讲解、板书、挂图等模式。枯燥的技能训育内容,死板的技能训育方式,单一技能操作训育手段,抑制了学生的主动性和学习热情,学生很难在实验技能操作中感受到主体地位。
2.3实验操作技能训育效果评定不合理
目前环境工程微生物实验操作技能,其训育效果评定主要包括平时成绩30%(主要是依据出勤以及实验操作态度等)+实验操作技能报告70%,这样的实验技能训育效果评定体系,容易出现学生只重视实验操作报告,不注重技能操作规范和操作要求,不重视技能训练过程,实验操作敷衍了事,不利于学生的实验操作技能的培养和提高。
3提高环境工程微生物实验操作技能的措施分析
3.1更新对环境工程微生物实验操作技能的认识
提高环境工程微生物实验操作技能,更新观念是前提。结合我系实际,由于我系环境监测与治理专业学生人数少,个别实验操作指导教师思想认识不到位,甚至有的领导也不重视,导致一些实验操作技能训育的基本器材缺乏,加之学生对环境工程微生物实验操作技能培养的意义认识不足,积极参与意识不强,从而影响操作技能的提高。为此更新教师和学生对环境工程微生物实验操作技能在专业素质和专业技能形成中的重要性、必要性认识,深刻认识在强调“实践性”的高职院校中,校内实验和校内校外实训,是对学生的科学实验方法、专业操作技能、求真务实作风、探索创新精神等培养和训练的主要渠道,充分认识环境工程微生物实验操作技能是环境监测与治理专业学生专业技能必不可少的内容,对学生专业素质和专业技能的培养有重要作用,明确环境工程微生物实验操作技能的训育目标,从思想上认识和重视其技能培养和形成。
3.2合理选择和安排环境工程微生物实验操作技能训育内容
结合高职教育及本系学生实际,合理选择实验操作技能训育内容,是提高技能训育效果的内容保证。环境工程微生物实验操作技能训育内容的选择,要坚持学生能用、实用、够用的原则,做到验证性实验、操作性实验、设计性实验、创新性实验、综合性实验合理结合,比例适当。在内容选择上不能全是验证性实验、操作性实验,以免学生学得枯燥乏味而无新奇感,也不能不管学生实际,盲目选择过多的设计性实验、创新性实验、综合性实验,让学生感觉毫无头绪,或是无从下手而产生畏难情绪。此外,在保证实验内容多样化的前提下,一要充分考虑学生对实验的求知探索欲和接受能力,二要结合综合性实验的延续性,合理安排实验的先后顺序。
3.3改进环境工程微生物实验操作技能训育方式和手段
针对过去实验操作技能训育方式和手段上的不足,本着突出实验操作技能训育以学生为主体,充分调动学生的学习主动性和积极性,在科学合理选择好实验操作技能训育内容的前提下,在技能训育过程中建立预习实验报告制,即技能训育前要求学生预习内容,查阅相关资料,撰写实验预习报告,发挥学生的主动性,积极参与实验材料的收集和准备。此外技能训育人员要深入研究有关理论、大胆探索实验操作技能训育方法,结合学生实际,有效组织和实施实验技能训育课,在技能培养过程中充分认识学生的主体地位,让学生尽可能的参与到实验操作技能训育的全过程。结合环境工程微生物实验操作实际,由于有些实验需要的时间比较长,而且需要在实验过程中观察、记录,为此,实验操作就要更加灵活,有条件的还可以建立学生开放实验室。经验表明,开放实验室的建立,学生可以不受学时限制,教师可以依据学生实际拓展实验内容,增强实验内容的多样性,提高了学生的动手操作能力、综合运用能力以及独立自主的责任心。同时由于环境工程微生物实验中微生物具有体积微小,肉眼难以看见等特点,加之微生物实验很多操作都强调无菌操作,操作过程中要求动作轻、快、不能讲话。实验操作中讲解与示范操作往往不能同步,而且示范操作时,技能操作中的一些关键技术和环节不利于向全部学生展示,在一定程度上会抑制学生学习的积极性,影响效果。在传统训育手段中合理的使用多媒体,采用必要的视频、录像等,融文字、图像、动画、声音等为一体,一方面可以解决传统训育中的不足,另一方面还可以使实验技能训育变得更加生动,提高实验操作技能训育的效果。
3.4完善环境工程微生物实验操作技能训育效果评定的体系
关键词:发酵食品;微生物多样性;分子生物科学技术
食品若要发酵就必须要有一个特定的微生物环境,发酵过程中微生物的种类会对发酵食品的口感产生非常大的影响,而加强对发酵食品中微生物多样性的研究可以十分有效的为相关的研究提供更多的理论依据,在研究的过程中,最为基本的两个要素就是物种的丰度和物种的均匀程度。而微生物在生长的过程中也有其自身独到的特点。因为微生物自身的体积小,结构也并不是十分的复杂,所以我国在微生物多样性的研究方面还处于比较缓慢的状态,在很长一段时间里都采用非常陈旧的方法去研究微生物的多样性,而我国有关的技术在不断的发展,所以在微生物研究方面也有了一些新的迹象。
1 微生物的培养分离方法
在微生物多样性研究的过程中,培养技术起到了非常关键的作用,直到现在,这种技术都广泛的使用在研究当中,微生物培养主要是按照目标的要求给微生物选择比较适宜的培养基,然后再按照不同的微生物特性来对其进行更加全面和准确的鉴别,但是这种方法在使用的范围上还是有着一定的限制,一般情况下它比较适合使用在小范围的微生物多样性鉴别中。
微生物培养法在实际的应用中需要首先通过人工的方式对培养基进行适当的处理,虽然不同的微生物在生长环境和自身的特性上都存在着较为明显的差异,所以研究的结果会和实验室当中不受任何外界因素影响条件下得出的结果存在着一定的差异,此外,自然界当中,很多种微生物都是没有办法通过人工培养的方式得到的,所以在研究的过程中也会造成生物多样性的流失,这样就使得实验室中所得出的结论不是非常的准确,存在着一定的片面性。
2 化学方法
磷脂脂肪酸是生物细胞膜中一个非常重要的成分,而不同的微生物能够通过生活反应形成不同种类的磷脂脂肪酸,这样就可以对不同的微生物进行鉴别和检验,但是在这一过程中尤其需要注意的一点就是不同类型的磷脂脂肪酸或者是不同生物体上的磷脂脂肪酸有可能会出现完全相同的研究和实验结果,所以还需要采用其他的辅助方式对其进行进一步的检验。
3 生理方法的鉴定系统
BIOLOG微孔平板阀是国外的研究机构在1991年建立起来的一套专门研究土壤微生物多样性的一种方法,这种方法通常就是按照生物对单一碳源不同的反应而实现对不同种类的微生物进行区分的目的,该鉴定系统当中主要有95反应孔的微孔平板和鉴定的软件组成的,反应孔当中还设置了碳源底物和对应的指示剂,而当接种样品溶液的时候,其中的一些营养物质就会被吸收和利用,从而使得孔中的反应物呈现出不同的颜色和状态,因为不同的微生物对95糖的反应和接受程度具备一定的差异按照反应孔当中颜色的转变和吸光度的变化就形成了不同的形式,这样也就使得不同微生物逐渐被判断出来。经过该系统软件的处理和判断,和标准菌种的数据进行详细的对比之后,这种菌的种类也就被准确的判断了出来,这种方法实际上已经进入到了微生物食品微生物多样性的研究当中,但是这种方法在应用的过程中也存在着一定的局限,所以也无法很好的独立使用,其主要的不足有:由于真菌、放线菌的代谢反应不能分解氯化物.此方法只能检测微生物群落细菌中快速生长的那部分微生物信息主要为革兰氏阴性菌:另外由于培养环境的改变可能引起微生物对碳源底物实际利用能力的改变而造成一定的误差目前所具有的标准菌种的数据库还不完善。有些种类还不能被准确进行鉴定即使存在以上不足。但由于其不需经过培养分离繁琐的步骤.仍被用于微生物多样性的研究。
4 分子生物学方法
分子生物学技术在微生物多样性研究上的应用主要可以归纳总结为2个方面:一方面是在PCR技术应用前提下所衍生出的一些研究方法.这些方法可以把少部分的DNA进行大量的增加.通过对基因排列顺序的对比和分析来对微生物的多样性进行研究另一方面是在应用分子杂交技术的前提下使用分子标记的方法。
4.1 建立在PCR技术的方法
PCR是1985年由MULUS发明的一种聚合酶链式反应技术.主要特点是短时间内在实验室条件下人为控制并特异扩增目的基因或DN段,以便于对已知DN断进行分析。PCR技术的发明和不断完善.不仅为分子生物学的发展作出了巨大的贡献.而且在微生物生态学的发展和分析技术的建立提供了有利工具。
4.2 基于分子杂交技术的分子标记法
分子杂交技术是基于核酸分子碱基互补配对的原理.用特异性探针与待测样品的DNA或ETNA形成杂交分子的过程用于微生物多样性研究常用的探针主要有RNA基因探针、抗性探针和编码代谢酶基因探针等。特别是近年来发展起来的荧光原位杂交技术是研究环境中不可培养微生物群落多样性最为常用和有效的手段荧光原位杂交技术是根据已知微生物不同分类级别上种群特异的DNA序列,以荧光标记的特异寡聚核酸片段作为探针与环境基因组中DNA分子杂交,检测该特异微生物种群的存在与丰度。操作步骤是将微生物样品固定在载玻片上,用荧光染料标记的基因探针杂交,将未杂交的荧光探针洗去后用普通荧光显微镜进行观察和摄像采用这一技术可以同时对不同类群的细菌在细胞水平上进行原位的定性定量分析和空间位置标示。该方法的特点是可以进行样品的原位杂交,且特意性和灵敏度高,克服了PCR扩增的偏好性,对生态系统样品中的种群结构的测度准确性高发酵食品中微生物多样性研究方法在传统技术的基础上有了很大的发展.主要发展出了4种研究方法四种方法在不同的方面有不同的优缺点,只有根据不同的特点选择不同的研究方法,才能更好地保证研究的准确性,从而促进发酵食品中微生物多样性研究。
结束语
发酵食品越来越多的走入到人们的生活当中,发酵食品中的生物多样性是影响其口感的一个非常重要的因素,而在实际的研究工作中,有很多的研究方法,不同的研究方法尤其自身的优势和使用范围,所以一定要根据实际的需要选择适当的方式,只有这样,才能更加充分的保证发酵食品微生物多样性研究更加的成熟。
参考文献
关键词: 高职院校 药用微生物 学习能力 项目操作能力 探讨
现代高职院校为了适应社会发展的需要,为了培训企业岗位所需要的人才,使学生学有所需,学有所用,对专业基础课,专业课,实行了新型的课改教学,使之更适合企业的需要。
在课改教学中,药用微生物技术课的教学目的是使学生学习完这门课后,学生在理论水平上,和项目实践操作技术上都达到中级技工对药用微生物技术的要求标准,成为一名合格的药物检验工,为企业所需。
根据课改教学的目标、要求,我们拟定了一套培养学生适应并掌握课改教材,掌握项目引领目标的新型教学手段,掌握项目实训操作技术,提高学生学习能力、理解能力、创新能力、操作能力的教学手段和方法。下面就是我们总结的课改教学方法,供大家讨论。
一、选用合适的实用的课改教材
现在各种版本、各个出版社的药用微生物的课改教材,种类繁多,各有其特点,我校是高职院校,在选用教材时要根据本校学生的学习基础,学习能力,企业对学生的能力要求来选定教材,合适的教材对提高学生的学习能力大有帮助。在选用教材时,我们认为应从下列几个方面着手。
1.选用的教材涵盖的理论基础知识要广、泛而简单明了,教学重点、难点要突出,易学易懂,总结性,归纳性,针对性较强的教材。
2.选用的教材,每章节前面都应有本节教学目标,明确规定同学在学习这节内容需要重点掌握的内容,一般了解、理解的概念及内容,要了解的应用性、拓展性的知识,这样的教材使学生对本节的重点,要掌握的概念、结构、特点、应用性知识一目了然,增加同学们在学习过程中的目标性,针对性,减少以往在学习过程中学完一节、一章后不知道要掌握什么内容的盲目性。
3.选用的教材,在每学完一节后,有目标检测题,题的形式多样,可以有选择题(单选和多选),名词解释题、填空题、问答题,前三项题型都是比较细致。我们应而泛地、有针对性地帮助同学了解、掌握基本理论知识,如概念、特点、区别等,使学生对学到的知识消化、吸收、强化,而问答题,可以在学完一章内容后,选择性地做,可增加学生的学习能力、归纳能力、分析问题和解决问题的能力。
二、教学内容切合专业的需要
在高职院校的教学工作中,我们特别强调对理论知识要精挑细选,不同的专业,对微生物这门课的需求不一样,要尽量选择和专业相关连的专业基础知识。
对于生物制药专业,主要是普通细菌、病原性细菌、霉菌、放线菌和药用真菌形态、结构、特点、应用知识的学习,并了解细菌,病毒的致病性、干扰素、抗体、免疫疫苗等相关医学知识。我们还根据高职生的学习能力,理解水平,专业特点和综合素质能力的特点,选择一些拓展性强、应用性强,先进的技术手段,使学生认识到微生物技术在生物高新技术中的应用。如柠檬酸,谷氨酸的生产原理,基因工作的基本操作步骤,原理及其特点,基因工程药品,转基因食品,糖尿病、痛风、高脂症、脂肪肝的病理及症状,微生物在有机废水处理,探矿、探油方面的应用。这样的教学内容,强调了理论学习的重点,加深了学生对重点的掌握和理解,拓展了其知识面,提高了其理论知识方面的素质,做到了有的放矢,将专业基础课的理论知识和专业课内容有机地结合起来,并且拓展了相关连的应用性知识。
三、项目操作技能的培训
药用微生物技术是一门理论和实验实训结合紧密的一门应用性学科,在重视理论基础知识学习的同时,还要重视项目操作技术的培训,二者有机结合,才能真正地学好这门课,我们认为可从下列两方面培训学生的操作技能。
(一)平时实验实训
在平时的实验实训中要着重培养学生的基本操作技能。在实验中发现,学生在很多操作重点和细节上,不能完全领会老师的示范操作,步骤混乱,操作不得要领,不注意操作步骤的严谨性,不在乎安全性,导致实验结果失败的情况常有发生,而且不会分析失败的原因。因此,我们在课改教学中采用下列较为有效的方法有助于提高学生的操作技能。
1.实验前播放相关实验视频,使学生对整个实验用的材料、仪器、正确的操作步骤、实验可能出现的结果,有一个大概的了解。
2.在实验课堂上,教师再简短讲解实验的原理、目的、材料、操作要领、要点。教师自己再实操一遍实验中的重点步骤,如接种、移液的方法,高温高压灭菌锅的使用步骤,等等,使学生对实验操作步骤和重点有深入而客观的认识,操作起来更加容易。
3.学生边自己动手,教师在旁边观察每个学生的操作状态,及时纠正学生在操作过程中出现的错误。
4.结果分析。在学生做完每个实验后,要求其书写实验报告,报告要切合实际,要对结果进行分析、总结,如结果有失败,要对失败的原因加以分析,以避免下次的错误,使学生对实验及操作程序有更加深刻的认识。
(二)专题实验培训周
在平时实验实训后,还要专门用一周来培训学生在应用性方面的操作技能,培训的内容是:①药品或食品中细菌菌落总数的测定;②药品、食品中大肠菌群的测定,③空气、水中微生物种类的测定。
这三门实训项目是在有基本的微生物操作技能后才能开展的拓展性、应用性的综合大实验,是以中华人民共和国国家标准作为准则,可以帮助同学提高创新思维,提高综合技能素质,提高实验操作的熟练度,达到学生考核中级药物检验工的要求。
通过这样的教学和实验手段,学生的理论基础水平学习能力和实操水平都大大提高了,既掌握了重点要求的理论基础知识内容,又了解了拓展性的应用性知识,还初步学会了对问题的研究,项目实验实训的操作技术得到了很大的提高。学生的实践能力、理论水平、发现问题、分析问题、解决问题的能力加强了,学习的自信心增强了,勇于挑战的创新精神得到了发挥,观察力、想象力、独立思考力得到了加强。在劳动局组织的技工证考核中同学们达到了98%的合格证。这种新型的教学手段受到了同学、企业的好评,就业率大大增加了,符合了社会、企业的需求。
参考文献:
[1]药用微生物学.中国医药科技出版社,2007.
[2]微生物.中国医药科技出版社,2007.
关键词:微生物学实验;教学改革;人才培养
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1674-9324(2012)07-0123-02
《微生物学》是生物学及相关专业的一门专业基础课,也是重要的实践和应用课程。微生物实验方法和技术在生命科学的研究领域中占有重要的地位,已广泛应用到现代生命科学的各分支学科中[1-2]。微生物实验的教学对整个教学质量起着举足轻重的作用,是培养学生动手能力、创新意识和创新能力的重要实践环节[3]。
一、微生物实验教学存在的问题
在微生物实验教学过程中,存在的主要问题涉及四个方面:一是微生物实验教学的地位缺少独立性。微生物实验教学的设置往往与理论课教学相配套,没有单独设置为一门课程,缺乏其独立性。二是实验教学体系的完整性缺乏。实验教学内容往往根据理论课教学的内容进行设置,实验内容之间联系不紧密,缺乏连续性、整体性。三是实验教学内容比较陈旧,表现为验证性实验多,综合性、设计性实验较少,实验内容之间缺乏有机联系。四是实验教学的方法比较单一、缺乏学生自主进行实验的空间。
二、完善微生物实验教学体系
为了贯彻“以学生为本,坚持把知识传授、能力培养和素质提高贯穿于实验教学始终”的教学理念[4],以“加强基础、拓宽知识、培养能力、提高素质”为实验教学的目标,将整个微生物实验教学的内容划分为基本实验、综合实验、设计实验和创新实验四个模块。
1.基本实验模块。基本实验模块主要是训练学生的基本技能,增加学生对所学理论的感性认识,进一步加深学生对一些基本原理的理解[5]。基本实验包括了微生物实验所必备的实验技术。通过对学生进行基本实验操作的训练,使学生掌握基本的操作技能,加深对基础知识的理解和掌握。
2.综合实验模块。综合性实验是学生在掌握一定的基础理论和基本技能的基础上,运用所学到的知识,对实验技能和实验方法进行综合训练的一种复合性实验[6]。综合性实验的内容涉及本课程的综合知识和与本课程相关的其他课程知识,根据实验内容的内在联系,将单一的、分散的实验组合为综合性实验,这样可以在学生掌握基本知识和基本技能的基础上,使其对基本技能和基本操作的综合运用能力得到训练。
3.设计实验模块。在教学过程中,教师的作用应在于“授之于渔而非鱼”[7]。在实验教学过程中,教师要有意识地指导学生进行实验设计,培养学生的思维能力。因此,在进行基础实验和综合实验之后,开设设计性实验尤为必要。设计性实验往往是采取开放式教学模式,是学生进行自主实验。学生可以根据自身的兴趣和爱好自主选题、查阅相关资料、设计实验方案、独立完成实验、记录分析实验结果、撰写实验报告,并在实验的过程中独立解决实验中所遇到的各种问题。而教师是学生设计实验的指导者,在实验过程中,教师要指导学生选题、制订实验方案,对学生遇到的问题,可以提出解决问题的建议。设计性实验补充完善了学生的专业知识,提高了学生查阅文献、独力思考和实验设计能力,也培养了学生在工作中的协调能力和坚韧不拔的科研精神,加强了学生的团队协作精神。同时,也提高了学生运用微生物学相关知识和技能从事科学研究和技术开发的能力。
4.创新性实验模块。创新实验环节是为了给学生一个宽松的思维、想象空间,有利于展现学生的智慧和才华。创新实验是给部分有兴趣的同学提供的实验环节,不需要人人参与。创新性实验的重点是培养学生应用、整合和拓宽已有知识,培养创新的能力[5]。创新实验有利于提高了学生对科研的兴趣和自信、提升学生的科研能力。
三、注重学生的能力培养
《微生物学》是一门实践性很强的学科。微生物实验的教学可以培养学生多方面的能力。
1.动手操作能力的培养。基本实验主要是对学生进行微生物学实验基本技能的训练。所开设的实验内容,主要是训练学生的基本实验操作技能,提高学生的动手能力。在教学过程中,教师先讲解操作步骤,强调操作的关键,然后教师示范,学生动手操作。在学生实际操作的过程中教师进行指导。如微生物实验中的无菌操作技术是极为重要的技术,如果学生不掌握技术要领,不严格按规程操作,很容易发生污染。因此,在实验过程中,让学生反复练习,直到掌握要领为止。这样可以促使学生熟练掌握各个环节的操作程序,认识到实验规范的重要性,提高学生的操作技能。
1前言
“微生物的实验室培养”是人教版高中生物学“生物技术实践”模块中的重要学生活动。该课题中包括了培养基配制,微生物接种,微生物菌落形态观察以及微生物的分离纯化。这部分内容与人们的生活息息相关,学生也对实验充满兴趣,但按照教材实验设计及顺序安排实验会遇到一系列问题(如菌种的来源及保存,无菌条件等)。因此,笔者设计此实验,希望通过此实验让学生掌握微生物实验室培养的操作。
2培养基的配置及灭菌
按照教材方法与步骤配置牛肉膏蛋白胨固体培养基。并将实验所需的培养皿以及配置好的培养基进行高压蒸汽灭菌。
3培养手指上的微生物菌落并计数
3.1倒平板
待培养基冷却凝固后,将每个培养皿底部用记号笔均分为两份。一侧用未清洗过的手指均匀涂抹培养基表面;另一侧用洗手液或者香皂清洗过的手指均匀涂抹培养基表面(需要标注区分两侧)。实验操作时,将学生分为两组,一组学生探究不同品牌洗手液的抑菌效果;另一组学生探究不同品牌香皂的抑菌效果。
3.2培养
在28 ℃的条件下,培养微生物48 h后(若环境温度较低,需要延
长培养时间),
观察培养基表面的菌落的种类和数量,如图1所示。
3.3统计菌落数
设计表格统计菌落数,见表1。
4分离培养手指上的微生物
在培养基上不同形态的菌落中分别取菌种,然后用划线法接种到培养皿中进行单独培养。将各培养皿标记后置于培养箱中培养48 h,观察菌落的形态及颜色。
5观察抑菌圈比较抑菌效果
5.1制备洗手液和香皂溶液和滤纸片
称取等量洗手液与香皂分别与等量的蒸馏水混合后搅拌溶解备用。将滤纸剪成半径为6 mm的小圆片,将滤纸片与制备的溶液充分混合后靠在小烧杯壁,一段时间后待用。
5.2纸片琼脂扩散法检测抑菌圈
用涂布法分别将分离培养的各种微生物接种至灭菌的牛肉膏蛋白胨培养基上。将含有香皂和洗手液的滤纸片用灼烧灭菌的镊子分别贴在涂布接种微生物的培养基的表面,相互间隔一定的距离,置于室内倒置培养。
5.3观察并测量抑菌圈大小
28 ℃条件下培养48 h后(若环境温度较低,需要延长培养时间),观察是否有抑菌圈的出现,并测量抑菌圈大小,如图2所示。
6教学结果与反思
实验中学生可以直观地观察到不同的菌落形态,根据菌落形态的不同可以判断出微生物的种类不同,同时理解我们生活的环境及体表均有微生物存在。通过统计洗手前后培养基表面的菌落数量,可以发现洗手后培养基上微生物菌落数量确实少于洗手前。为了防止“病从口入”,勤洗手很重要。
在整个实验过程中,学生可以深刻理解微生物培养中无菌操作的重要性,也能体验微生物实验室培养的一般过程和方法。
在实验中还发现温度对微生物培养的影响较大,若环境温度较低,则需要一周左右才能观察到微生物菌落。因此,这个实验放在夏季做更好,能缩短实验周期。
1.除了高温加热以外,其他灭菌方法还有()
A.长时间紫外线照射 B.真空包装
C.用保鲜膜密闭 D.添加防腐剂
2.下列关于微生物分离和培养的叙述,错误的是()
A.微生物培养前,需对培养基进行消毒
B.测定土壤样品中的细菌数目,常用菌落计数法
C.分离土壤中不同的微生物,要采用不同的稀释度
D.分离能分解尿素的细菌,要以尿素作为培养基中的氮源
3.(2015·镇海中学月考)检验饮用水的细菌含量是有效监控疾病发生的必要措施。请回答下列与检验饮用水有关的问题:
(1)要测定饮用水中大肠杆菌的数量,常采用________法,通常将水样进行一系列的梯度________,然后将上述的水样用涂布器分别涂布到________的表面进行培养,记录菌落数量。用该方法统计样本菌落数时________(填“是”或“否”)需要对照组。原因__________________________。
(2)下图所示的四种菌落分布图中,不可能由上述方法得到的是________。
(3)大肠杆菌培养的条件需无菌,培养基配制时需加入氯化钠,以维持________。配制培养基时先________(填“调节pH”或“灭菌”)后________(填“调节pH”或“灭菌”)。
4.(2013·全国卷Ⅱ)临床使用抗生素前,有时需要做细菌耐药实验。实验时,首先要从病人身上获取少量样本,然后按照一定的实验步骤操作,以确定某致病菌对不同抗生素的敏感性。回答下列问题:
(1)为了从样本中获取致病菌单菌落,可用________法或________法将样本接种于固体培养基表面,经过选择培养、鉴别等步骤获得。
(2)取该单菌落适当稀释,用________法接种于固体培养基表面,在37 ℃培养箱中培养24 h,使其均匀生长,布满平板。
(3)为了检测该致病菌对于抗生素的敏感性,将分别含有A、B、C、D四种抗生素的滤纸片均匀置于该平板上的不同位置,培养一段时间后,含A的滤纸片周围出现透明圈,说明该致病菌对抗生素A________;含B的滤纸片周围没有出现透明圈,说明该致病菌对抗生素B__________;含C的滤纸片周围的透明圈比含A的小,说明________________________________;含D的滤纸片周围的透明圈也比含A的小,且透明圈中出现了一个菌落,在排除杂菌污染的情况下,此菌落很可能是抗生素D的________。
(4)根据上述实验结果,为达到抗菌目的,选用抗生素________。
5.自然界中的微生物往往是混杂生长的。人们在研究微生物时一般要将它们分离提纯,然后进行数量的测定。下面是对大肠杆菌进行数量测定的实验,请回答有关问题:
实验步骤:
(1)制备稀释倍数为102、103、104、105、106的系列稀释液。
(2)为了得到更加准确的结果,你选用________法接种样品。
(3)适宜温度下培养。
结果分析:__________________________________________________________
(1)测定大肠杆菌数目时,在对应稀释倍数为106的培养基中,得到以下几种统计结果,正确可信的是__________,其理由___________________________________________
________________________________________________________________________。
A.一个平板,统计的菌落数是230
B.两个平板,统计的菌落数是220和260,取平均值240
C.三个平板,统计的菌落数分别是210、50和520,取平均值260
D.四个平板,统计的菌落数分别是210、300、240和250,取平均值250
(2)一同学在稀释倍数为105的培养基中测得平板上菌落数的平均值为234,那么每毫升样品中的菌落数是________(涂布平板时所用稀释液的体积为0.1 mL)。
(3)用这种方法测定的大肠杆菌密度,实际活菌数量要比测得的数量________,因为________________________________________。
6.(2015·湖州中学周考)高温淀粉酶在大规模工业生产中有很大的实用性。研究者从热泉中筛选了高效产生高温淀粉酶的嗜热菌,其筛选过程如下图所示。
(1)Ⅰ号培养基从物理状态来看,属于固体培养基,配制时要加入________作为凝固剂,从用途来看属于选择培养基,因以________作为碳源。
(2)配置固体培养基的基本步骤是()
A.计算、称量、倒平板、溶化、灭菌
B.计算、称量、溶化、倒平板、灭菌
C.计算、称量、溶化、灭菌、倒平板
D.计算、称量、灭菌、溶化、倒平板
(3)溶化时,烧杯中加入琼脂后要不停地________,防止琼脂糊底引起烧杯破裂。对培养基灭菌的方法一般为________。
(4)①过程是________,②过程所使用的接种方法是________法。
(5)部分嗜热菌在Ⅰ号培养基上生长时可释放________分解培养基中的淀粉,在菌落周围形成透明圈,挑选相应的菌落,接种到Ⅱ号培养基进一步分离纯化后,再对菌种进行________培养。
1.选A 灭菌是使用强烈的理化因素杀死物体内外所有的微生物(包括芽孢和孢子)。真空包装、添加防腐剂、用保鲜膜密闭都起到了抑菌作用,紫外线照射使细菌的蛋白质变性,核酸受破坏,是灭菌方法。
2.选A 微生物培养前,要对培养基进行灭菌;菌落计数法可以测定土壤样品中的细菌数目;不同微生物在土壤中含量不同,故分离不同微生物需采用不同的稀释度;在以尿素作为氮源的培养基上,只有能分解尿素的细菌可以生长。
3.解析:测定饮用水中细菌数目可以采用涂布分离法,涂布前需先稀释样品以获得合适的计数平板,稀释后的水样涂布于LB固体培养基上,培养时需同时培养一个未接种的空白培养基作为对照,从而判断培养基是否已被污染。题图中D是经划线分离后培养所得结果。LB培养基中加入NaCl除作为无机盐外,还能维持培养基的渗透压。培养基配制后先调pH值后灭菌才能使用,若先灭菌后调pH值就不能保证调pH值后的培养基无菌。
答案:(1)涂布分离 稀释 LB固体培养基 是 因为需要判断培养基使用之前是否被杂菌污染(培养基灭菌是否合格)
(2)D (3)渗透压 调节pH 灭菌
4.解析:(1)微生物的常用接种方法为划线法和稀释涂布法。(2)能够使菌落均匀生长、布满平板的接种方法为涂布法。(3)含A的滤纸片周围出现透明圈,说明该致病菌对抗生素A敏感;含B的滤纸片周围没有出现透明圈,说明该致病菌对抗生素B不敏感;含C的滤纸片周围的透明圈比含A的小,说明该致病菌对C的敏感性比对A的弱;含D的滤纸片周围的透明圈比含A的小,且透明圈中出现了一个菌落(排除杂菌污染),说明该致病菌可能对抗生素D产生了抗药性。
答案:(1)划线 稀释涂布(或涂布)
(2)涂布 (3)敏感 不敏感 该致病菌对C的敏感性比对A的弱 耐药菌 (4)A
5.解析:为了得到更加准确的结果,应用稀释涂布平板法接种样品。选取多个菌落数相差不大的平板计数,取其平均值。234÷0.1×105=2.34×108。因为菌落可能由两个或多个细菌连在一起生长而成,所以实际活菌数量要比测得的数量多。
答案:实验步骤:(2)稀释涂布平板
结果分析:(1)D 在设计实验时,一定要涂布至少三个平板作为重复组,才能增强实验的说服力与准确性;在分析实验结果时,要考虑所设置的重复组的结果是否相当
(2)2.34×108
(3)多 当两个或多个细胞连在一起时,平板上观察到的是一个菌落
[关键词] 微生物学; 实验教学;教学探讨
[中图分类号]Q93 [文献标识码]B [文章编号]1673-7210(2008)05(b)-111-01
微生物学是医学院校重要的基础课之一,随着分子生物学的发展与拓宽,微生物学方法与技术显得尤为重要,熟悉掌握微生物学方法与技术,对将来的临床工作及与相关学科的融会贯通有直接的影响[1]。因此,为了提高微生物学实验教学质量,培养学生实践科研能力,我们将微生物学实验分为课程实验和综合实验两大部分。课程实验侧重于学生实验方法和实验技能的训练,使学生掌握一定的微生物学实验知识和操作技能;综合实验侧重于训练学生对学习过的微生物学知识的综合运用能力,注重学生创新能力的培养[2]。
1注重提高课程实验质量
课程实验包含基础实验和重点实验两部分,基础实验的重点是强化学生对基本理论的理解以及让学生掌握基本操作,训练学生微生物实验技能和动手能力;重点实验的重点是强化学生实验技能,提高实验动手能力,培养学生初步的科研能力。
1.1通过基础实验,培养学生实验动手能力
由于基础实验中定性的多、定量的少,验证性的多、综合训练的少,学生往往不够重视,实验中不求甚解,应付了事。实验课上教师需强调重点和注意事项,侧重解决实验中出现的问题,及时纠正错误或不规范的操作,鼓励学生对实验结果进行讨论。老师在适当时间予以提示;对实验中所出现的一些现象多向学生提出问题,使他们学会分析,并与理论知识有机结合;根据实验的进行程度,引导学生更深入思考,逐步树立他们的创新意识;严格要求,使操作技能规范化,老师作示范,强调其要点,学生自己练。我们的教学目的是培训学生进行科学实验的方法和技能,使他们通过实验现象的思考,加深对基本原理的理解。
1.2重视重点实验,初步培养学生科研能力
在学生掌握基本实验操作的基础上,我们设计安排了一些操作较复杂、系统性强的重点实验,以强化学生实验动手能力,实现学生由学习知识到初步科研能力的转化。重点实验与科研课题紧密结合,由教师设计、组织和管理。例如,我们设计的“适于甘薯淀粉高产L-乳酸的菌种选育”的实验,内容涉及特定培养基的制备与灭菌,从特定环境中分离和纯化微生物,微生物的染色、形态观察及菌落观察、大小计数,诱变育种提高目标产物,微生物的生理生化实验,环境因素对微生物的影响,微生物的液体摇瓶培养 ,微生物的数量测定与生长曲线的测定,微生物的菌种保藏等内容。这样一个完整的重点实验,包含微生物实验的大部分内容。在重点实验中,我们还安排学生参加实验前的准备工作,如试剂的配制、玻璃器皿的洗涤,使学生对顺利完成实验并获得理想的实验结果有较全面的认识。通过重点实验,学生不仅对基础实验中学到的操作技能进行了反复训练,还学习了一些新的实验方法、实验技术,提高了动手能力,锻炼了科研能力。
2开展综合实验,培养学生创新能力
综合实验是指学生根据一定的实验目的和要求,在教师的指导下,运用有关知识和技能, 对实验的仪器用具、方法、步骤在头脑中进行构思并付诸实施的实验[3]。作为近年来崭露头角的新型实验,在激发学生学习兴趣、训练动手操作能力,特别是在培养学生创造性思维能力方面有着很好的作用。
在老师的指导下,学生自己查阅相关文献资料,设计出实验方案, 包括实验程序、实验材料、实验方法与步骤。各小组讨论每个方案的可行性及优缺点,最终确定实验设计方案。方案确定后,学生自己准备实验材料,指导老师发放标本,学生实施操作,对各种标本进行微生物学检验,记录实验结果。对实验结果进行综合分析, 填写临床检验报告单。
将实验综合化,并让学生自己设计实验方案,大大地激发了学生的求知欲, 由以往的“让我做实验”变成了“我要做实验”,学习从被动变为主动,学生的学习热情得到了极大的提高。学生选择综合与设计性实验题目后,必须查阅相关资料,设计实验方案并实施方案,学生对临床标本进行微生物检验时,还需要综合运用微生物检验基本的实验技能与方法,对实验结果进行综合分析,最终写出实验报告。这一过程提高了学生综合运用所学知识的能力, 收集和处理信息的能力,分析问题和解决问题的能力。同时也培养了学生严谨求实、团结协作的科学精神。实验大部分过程由学生自己准备,自己完成,操作机会大大增加。通过系列训练, 学生提高了动手能力, 微生物实验操作技能不断强化,职业技能得到了极大的提高。
[参考文献]
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关键词: DNA提取 土壤 微生物多样性
土壤是微生物生活的主要场所,蕴含着丰富的微生物资源并表现出高度的多样性,据估计每克土壤中含有4000-7000种近109个细菌细胞,含有几千到上百万种不同的基因组信息。长期以来,对土壤微生物的研究仅限于极少部分可培养的微生物,而这种可培养的微生物还不到自然界微生物总量的1%,实际上绝大多数环境微生物都是不可或很难被培养的,利用传统的培养方法研究土壤微生物多样性,具有很强的偏好性。随着发展起来的宏基因组学利用分子生物学的研究方法绕过培养方法来研究微生物多样性及功能这一局限,为土壤微生物研究开辟了新的道路[1]。而宏基因组学技术在研究土壤微生物方面的关键第一步是提取DNA。
提取高浓度、大片段、多样性程度高、具有代表性的土壤微生物总DNA对土壤微生物多样性研究至关重要。然而,土壤是一个非常复杂的异质体系,其中含有的腐植酸及腐植酸类似物、酚类化合物、重金属离子等,在DNA提取过程中如不能有效去除,将直接影响后续的PCR扩增、核酸杂交、内切酶消化等分子操作[2]。土壤微生物DNA的提取纯化是一个耗时、繁琐的过程,许多学者一直在探索更加快速、高效、低成本的土壤DNA提取方法。下面就近年来已发表的国内外DNA提取相关方面的文献,对DNA提取作了些论述。
一、土壤DNA
土壤中的DNA主要存在于细胞核内,核内DNA占整个细胞DNA量的90%以上,核外DNA主要有线粒体DNA和质粒DNA,因此,土壤DNA提取主要获得的是核内DNA[3]。
二、影响土壤DNA提取的主要因素
影响土壤DNA提取的因素主要有以下几点:1)DNA与土壤环境基质的相互作用。DNA与粘土矿物、高含量有机质等之间的吸附会降低DNA提取产量。2)DNA共提取物。土壤中含有的腐植酸及腐植酸类似物、酚类化合物、重金属离子等对土壤DNA提取存在影响,限制性内切酶活性在共提取的腐植酸浓度为0.8-51.71μg/mL时就受到抑制,且Taq聚合酶对腐植酸具有高抑制敏感性[4]。3)DNA的降解、损失或损伤。土壤样品保存方法不当,会导致微生物细胞降解或DNA降解,如土壤样品储存在4℃下3周,高分子量DNA显著减少[5];还有DNA提取过程越繁琐或步骤越多,DNA损失就越多,DNA提取过程中的剪切力也会对DNA分子会造成损伤。4)细胞不完全裂解。
三、土壤DNA提取方法
土壤样品的DNA提取,通常包括细胞裂解、细胞碎片的去除和核酸的沉淀与纯化三个步骤。根据微生物细胞是否需要从他们的环境基质中分离出来,可将DNA提取方法分为直接法和间接法,直接法耗时短且具有更好的DNA恢复率,可以获得更好体现样品微生物多样性的代表性DNA,从而直接法得到更为普遍的应用[6]。
已经出现了很多被接纳并广泛使用的土壤DNA提取方法,可以说这些方法被当作了标准。其中,Zhou 等[7]于1996年提出了一种多元组成土壤DNA恢复方法,该研究为应对某一具体的土样提供了指导便于选择适当的DNA提取和纯化方法。有人在此基础上,改进了方案,来提取几种性质不同的土壤样品DNA,并得到了较好的结果[8]。而有些土壤样品来自于极端环境或由于本身特性,提取出满足用于分子分析的DNA比较困难。这时结合使用不同的细胞裂解方法就显得特别重要(常见的细胞裂解方法见表1)。例如引进土壤预洗涤程序用于提取一般有机质(腐植酸)和金属离子含量比较高的森林土样DNA,DNA提取产量和质量可以得到改善[9]。风沙土壤本身微生物数量较低,需要采取特殊的土壤处理方法,以获得足够产量的DNA,张颖等人也报道了一种风沙土壤微生物总DNA提取方法,获得的DNA可直接用于PCR分析[10]。还有,一些极端环境如火山土壤样品DNA提取面临着粘土和其他矿物含量高的难题,Ruth M.Henneberger等[11]尝试了各种提取方法,最终成功地提取到了效果较好的DNA,这都证明了结合使用不同提取处理的重要性。
DNA提取技术除了在土壤样品上的应用外,还有很多其他的环境样品如沉积物、堆肥、植物组织、动物标本、消化物或粪便、骨骼牙齿、化石冰与冻土、碳酸盐岩石、唾液等。另一方面,DNA提取技术的不断发展与成熟也促进了市场上出现了许多各种各样的商业化DNA提取试剂盒。S.M. Dineen等[12]比较了6种商业DNA提取试剂盒用于三种土样细菌孢子的DNA提取,结果表明FastDNA?SPIN kit提取DNA产率最高,而E.Z.N.A.?Soil DNA和PowerSoil?DNA Isolation kits在去除壤土提取物中PCR抑制物方面表现出最高的效率。
以上所诉的大多属于直接法,直接法虽然产量高,但是纯度一般较低,有时需要进一步的纯化,获得的DN段也较小;相对而言,间接法虽然需要另外的特殊处理材料和足够的土壤数量,耗时长,但获得的DNA纯度高、长片段多,且含有更少的真核基因序列,在进行深入的微生物群落测序和克隆构建福斯质粒文库方面,间接法是一个有用的方法[13]。
四、土壤DNA提取方法对土壤微生物多样性分析的偏差影响
已报道的从土壤中提取DNA的方法有很多种,但大多数只适用于有限的土壤类型,这些核酸提取方法也会有复杂的低效性,不可避免地会引进各自的偏差[14]。Jan Dirk van Elsas等[15]比较分析了四种提取方法获得的DNA多样性,发现方法对表观丰度和群落结构有明显的影响,其中,通过两种方法获取土壤DNA得到了一种迄今未描述的放线菌组。为了改善宏基因组方法,研究DNA提取偏差以及提供一些工具便于评价不同组的丰度,Tom O.Delmont等[16]人也设计并开展了实验,他们的工作强调了提取的DNA库与目前无法获取的完整土壤宏基因组之间的不同。
目前,绝大多数土壤微生物基因组总DNA提取时采用的是一次裂解,而一次裂解并不能得到较为完全的土壤宏基因组,因此一般基于提取的DNA分析获得的土壤微生物多样性可称为表观土壤微生物多样性。为了尽量获取完整的土壤样品DNA,Larry M.Feinstein等[17]在评估了一个常用土壤DNA提取试剂盒时,改变了细胞裂解方案,对粘土、砂土和有机质土壤子样品进行多次连续DNA提取,得出大部分DNA能够通过前几次提取获得,并且通过集中三次连续提取,DNA提取的偏差可以得到很大程度降低。同样,郭等的实验结果也证实了这点,土壤DNA的3次连续提取最低回收率占5次连续提取的76%以上,而且与新鲜土壤相比,风干过程显著降低了土壤微生物丰度,但利用风干土壤中微生物丰度的变化趋势反映新鲜土壤中微生物数量变化规律具有一定的可行性,这也为使用风干土壤进行土壤微生物多样性研究提供了一定的依据[18]。
五、讨论与展望
对于同一份土壤样品,不同的DNA提取方法获得的DNA往往具有差异而表现出方法特异性。DNA提取也会有复杂的低效性,土壤宏基因组DNA的不完全提取,土壤中的腐植酸、蛋白质等物质对PCR的抑制,这些都会对土壤微生物多样性造成偏低的评估,提取的土壤DNA质量将直接影响到后续的分子生物学分析的真实性。目前,没有一种DNA提取方法适用于所有类型的土壤样品,在面对一些棘手的土壤样品DNA提取时,可采取一些不同的提取方法。
土壤DNA提取是进行土壤分子生物学分析的关键步骤,也是一个限制步骤。随着PCR芯片和高通量测序技术的不断发展和应用,对大批量土壤样品DNA的快速获取也变得迫切需求。虽然市场上出现的商业DNA提取试剂盒已为土壤DNA的获取提供了不少方便,但在应对较多的土壤样品量,还是需要消耗较多时间来手工操作,缺乏自动高效性。 因此,必须寻求更加高效的DNA提取方法。■
参考文献
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