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摘要通过实施类似于科学研究的4个模块进行微生物学实验教学内容的改革，从实验模块的设计和实验教学效果等方面探讨了微生物学实验改革的做法和体会。实践表明，模块式教学打破了传统的微生物学实验教学模式，使微生物实验知识达到了系统化，提高了学生的实验技能。
关键词微生物学实验；科学研究；模块；系统化
中图分类号S-01文献标识码A文章编号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
微生物學是生命科学的支柱学科，也是分子生物学、发酵工程、基因工程等学科的基础学科[1]。微生物学的研究方法和技术已成为生命科学领域研究的基本手段，在生命科学的发展过程中起着奠基和先锋作用[2-3]。因此，微生物学实验课程的教学效果对生命科学相关专业教学质量的保证有着极其重要的作用。目前，微生物学教学实验顺序安排不合理、实验内容相互孤立、实验项目之间连贯性不强[4-5]。学生在学习微生物学实验课程的过程中，对于为什么要开展这些实验项目以及各个实验项目之间的联系并不清楚。这样，学生在修完该课程后，微生物实验知识无法达到系统化，也就难以实现知识点之间的融会贯通[6-7]。因此，湖北民族学院生物科学与技术学院将优化微生物实验教学顺序，增加综合性和设计性实验，整合演示性和验证性实验于综合性、设计性实验中，改革微生物实验教学内容。拟按照类似于科学研究的4个实验模块进行微生物学实验内容及实验顺序的改革，以期实现微生物学实验教学内容的相互衔接，在有限的学时内系统地开展更多的实验，使学生在修完微生物实验课程后，微生物实验知识可以达到系统化，微生物实验操作技能可以得到更大的提高。
1实验模块的设计
将微生物学实验教学分为微生物的分离纯化、形态学鉴定、生理生化鉴定、分子生物学鉴定4个模块（图1）。
1.1土壤微生物的分离与纯化包括培养基的制备与灭菌、微生物的分离与纯化等实验项目。在这一模块部分，学生不仅可以学习培养基的制备与灭菌、玻璃器皿的洗涤与包扎、接种工具的使用及无菌操作技术，还可以学习从实验样品中分离微生物、微生物的活菌计数、微生物的划线分离与接种技术，以及微生物菌落形态的观察等实验操作技术。
1.2微生物的形态学鉴定实验项目包括微生物的制片与染色技术、微生物形态的显微观察技术、微生物大小的显微测定、显微计数等实验项目。模块二所用的实验材料是模块一分离获得的菌种。在模块二部分，主要整合了“微生物染色技术”与“微生物形态观察”实验部分，这样既加强了知识的连贯性，又充分利用了课堂教学时间。将微生物的显微计数法与模块一的微生物活菌计数法进行比较，分析两种微生物计数方法的优缺点，能加深学生对微生物各种计数方法的理解。
1.3目的微生物的生理生化鉴定包括微生物利用大分子物质的水解实验、糖发酵实验、吲哚试剂反应、甲基红反应等实验项目。在这一模块部分，通过利用超净工作台和恒温培养箱等实验设备，采用平板培养和液体试管培养技术开展微生物的生理生化实验，学生可以全面地了解和掌握微生物的生理生化知识。
1.4微生物的分子生物学鉴定包括微生物基因组DNA的提取、PCR技术、琼脂糖凝胶电泳技术等实验项目。设计特异性引物，应用PCR技术扩增目的微生物的16S rRNA或18S rRNA序列，利用生物进化树分析软件PHYLIP和MEGA分析16S rRNA或18S rRNA序列，构建目的微生物的系统发育树，从而准确地鉴定目的微生物的种属。
2课程实验结果
采取以上4个模块开展微生物实验，可以让学生系统地掌握各个实验项目的实验内容和实验技术，使学生所学的微生物学实验知识系统化，实现微生物学实验知识的融会贯通，得到了如下实验结果。
2.1土壤微生物种类及数量从湖北民族学院花园土壤中取样，采用稀释分离法和划线分离法，以牛肉膏蛋白胨培养基、马铃薯葡萄糖琼脂培养基和高氏一号培养基为分离培养基，得到了各种土壤微生物的单菌落（图 2），共分离得到了55株微生物。根据微生物的形态特征和菌落特征对55株微生物进行分类，其中细菌24株，占分离所得微生物的43.63%；放线菌18株，占分离所得微生物的32.72%；真菌13株，占分离所得微生物的23.65%。由此可知，湖北民族学院花园土壤微生物数量从大到小依次为细菌、放线菌、真菌。
2.2土壤细菌的生理生化反应通过研究细菌的生理生化反应，主要观察细菌的代谢特征，对营养源的利用情况，生长发育条件，能否产酸、产气、产碱等。生理生化实验表明：土壤中多数细菌不能水解油脂和明胶，24株细菌均可以水解纤维素和淀粉，23株细菌能原硝酸盐，20株细菌能发酵乳糖产酸，或既产酸又产气，18株细菌接触酶反应为阳性，15株细菌石蕊牛奶实验能产碱。利用《伯杰氏鉴定细菌学手册》，根据细菌的形态学特征和生理生化特征，初步鉴定来自湖北民族学院花园土壤的24株细菌分属于14个种属，其中芽孢杆菌属约占54%，假单胞菌属约占14%，固氮菌属约占8%，乳杆菌属约占8%，微球菌属占7%，黄单胞菌属约占6%等。 2.3土壤细菌的16Sr DNA鉴定根据细菌16S rDNA的V3可变区的差异，可以准确鉴定细菌的种属。利用细菌16S rDNA的V3可变区通用引物， 以细菌基因组DNA为模版，PCR扩增得到了土壤细菌的16S rDNA V3可变区片段，PCR产物经1.2%琼脂糖凝胶电泳检测，获得300 bp左右的特异性扩增片断（图 3）。特异性扩增片断经核苷酸序列测序，将核苷酸序列在NCBI数据库中进行Blast序列比对，根据最大相似率，最后得到了代表6个不同属或种的24株细菌，其中假单胞杆菌8株、变形杆菌6株、乳杆菌5株、固氮菌3株、肠膜明串珠菌1株、黄单胞菌1株，比例分别为33.3%、25.0%、20.8%、12.5%、4.2%和4.2%。由此表明湖北民族学院花园土壤中优势细菌类群为假单胞杆菌和变形杆菌， 且土壤细菌类群丰富多样。
3实验教学改革效果
微生物学实验教学体系的改革打破了传统教学模式的弊端，将验证性、基础性和综合性实验均包括其中，不仅能实现各个实验内容相互联系，实验内容更具整体性，还有利于培养学生的实验操作技能、综合素质与创新能力，提高实验教学的效果。具体表现如下：
（1）学生亲自采集实验样品并分离纯化微生物，他们对土壤环境微生物的认识就更加深刻，开展实验也更加仔细，对实验结果的观察也更加细致，实验效果也就得到了提高。有些学生还认真做了采集时间、地点等的记录，为进一步研究及应用这些微生物做好准备。
（2）学生在实验过程中积累了许多鲜活的微生物标本，并进行了显微拍照。组织学生收集实验图片和整理实验图片资料，选出有代表性的微生物图片资料用于微生物学理论课堂教学，这样既丰富了微生物学理论课教学内容，又更进一步增强了微生物实验课的效果。
（3）通过开展小组成员实验，组员之间的合作更加高效、密切，学生实验动手能力增强，积极参与国家级、省级以及校级微生物相关的科研创新项目，科技活动蓬勃开展。随着微生物学实验教学体系的改革，实验内容和实验教学设施不断完善，学生的实验热情和动手能力将会显著增强。
参考文献
[1] 黄瑶，黄翠姬，伍时华，等.改革微生物学实验教学方法，提高学生综合能力[J].微生物学通报，2009，36（6）：914-917.
[2] 黎庶，汪正清，胡晓梅，等.科学安排教学内容，提高微生物学实验教学质量[J].山西医科大学学报（基础医学教育版），2009，11（1）：51-53.
[3] 徐晖.改革实验教学，提高微生物学实验教学的质量[J].实验室研究与探索，2009，28（10）：136-137.
[4] 姜华，邹伟，崔玉影.生物科学实验教学与管理改革的探索[J].实验室研究与探索，2007，26（2）：124-125，147.
[5] 秦秀丽，孙佳岩.微生物学课程教学改革的探索与实践[J].吉林农业科技学院学报，2011，20（1）：79-81.
[6] 曹广丽，宋金柱，杨谦.生物专业微生物课程教学改革初探[J].東北农业大学学报（社会科学版），2013，11（4）：10 9-102.
[7] 王芳，叶宝兴，贾泽峰.农业微生物学设计性实验模式的实践[J].实验室研究与探索，2009，28（5）：104-106.
关键词微生物学实验；科学研究；模块；系统化
中图分类号S-01文献标识码A文章编号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
微生物學是生命科学的支柱学科，也是分子生物学、发酵工程、基因工程等学科的基础学科[1]。微生物学的研究方法和技术已成为生命科学领域研究的基本手段，在生命科学的发展过程中起着奠基和先锋作用[2-3]。因此，微生物学实验课程的教学效果对生命科学相关专业教学质量的保证有着极其重要的作用。目前，微生物学教学实验顺序安排不合理、实验内容相互孤立、实验项目之间连贯性不强[4-5]。学生在学习微生物学实验课程的过程中，对于为什么要开展这些实验项目以及各个实验项目之间的联系并不清楚。这样，学生在修完该课程后，微生物实验知识无法达到系统化，也就难以实现知识点之间的融会贯通[6-7]。因此，湖北民族学院生物科学与技术学院将优化微生物实验教学顺序，增加综合性和设计性实验，整合演示性和验证性实验于综合性、设计性实验中，改革微生物实验教学内容。拟按照类似于科学研究的4个实验模块进行微生物学实验内容及实验顺序的改革，以期实现微生物学实验教学内容的相互衔接，在有限的学时内系统地开展更多的实验，使学生在修完微生物实验课程后，微生物实验知识可以达到系统化，微生物实验操作技能可以得到更大的提高。
1实验模块的设计
将微生物学实验教学分为微生物的分离纯化、形态学鉴定、生理生化鉴定、分子生物学鉴定4个模块（图1）。
1.1土壤微生物的分离与纯化包括培养基的制备与灭菌、微生物的分离与纯化等实验项目。在这一模块部分，学生不仅可以学习培养基的制备与灭菌、玻璃器皿的洗涤与包扎、接种工具的使用及无菌操作技术，还可以学习从实验样品中分离微生物、微生物的活菌计数、微生物的划线分离与接种技术，以及微生物菌落形态的观察等实验操作技术。
1.2微生物的形态学鉴定实验项目包括微生物的制片与染色技术、微生物形态的显微观察技术、微生物大小的显微测定、显微计数等实验项目。模块二所用的实验材料是模块一分离获得的菌种。在模块二部分，主要整合了“微生物染色技术”与“微生物形态观察”实验部分，这样既加强了知识的连贯性，又充分利用了课堂教学时间。将微生物的显微计数法与模块一的微生物活菌计数法进行比较，分析两种微生物计数方法的优缺点，能加深学生对微生物各种计数方法的理解。
1.3目的微生物的生理生化鉴定包括微生物利用大分子物质的水解实验、糖发酵实验、吲哚试剂反应、甲基红反应等实验项目。在这一模块部分，通过利用超净工作台和恒温培养箱等实验设备，采用平板培养和液体试管培养技术开展微生物的生理生化实验，学生可以全面地了解和掌握微生物的生理生化知识。
1.4微生物的分子生物学鉴定包括微生物基因组DNA的提取、PCR技术、琼脂糖凝胶电泳技术等实验项目。设计特异性引物，应用PCR技术扩增目的微生物的16S rRNA或18S rRNA序列，利用生物进化树分析软件PHYLIP和MEGA分析16S rRNA或18S rRNA序列，构建目的微生物的系统发育树，从而准确地鉴定目的微生物的种属。
2课程实验结果
采取以上4个模块开展微生物实验，可以让学生系统地掌握各个实验项目的实验内容和实验技术，使学生所学的微生物学实验知识系统化，实现微生物学实验知识的融会贯通，得到了如下实验结果。
2.1土壤微生物种类及数量从湖北民族学院花园土壤中取样，采用稀释分离法和划线分离法，以牛肉膏蛋白胨培养基、马铃薯葡萄糖琼脂培养基和高氏一号培养基为分离培养基，得到了各种土壤微生物的单菌落（图 2），共分离得到了55株微生物。根据微生物的形态特征和菌落特征对55株微生物进行分类，其中细菌24株，占分离所得微生物的43.63%；放线菌18株，占分离所得微生物的32.72%；真菌13株，占分离所得微生物的23.65%。由此可知，湖北民族学院花园土壤微生物数量从大到小依次为细菌、放线菌、真菌。
2.2土壤细菌的生理生化反应通过研究细菌的生理生化反应，主要观察细菌的代谢特征，对营养源的利用情况，生长发育条件，能否产酸、产气、产碱等。生理生化实验表明：土壤中多数细菌不能水解油脂和明胶，24株细菌均可以水解纤维素和淀粉，23株细菌能原硝酸盐，20株细菌能发酵乳糖产酸，或既产酸又产气，18株细菌接触酶反应为阳性，15株细菌石蕊牛奶实验能产碱。利用《伯杰氏鉴定细菌学手册》，根据细菌的形态学特征和生理生化特征，初步鉴定来自湖北民族学院花园土壤的24株细菌分属于14个种属，其中芽孢杆菌属约占54%，假单胞菌属约占14%，固氮菌属约占8%，乳杆菌属约占8%，微球菌属占7%，黄单胞菌属约占6%等。 2.3土壤细菌的16Sr DNA鉴定根据细菌16S rDNA的V3可变区的差异，可以准确鉴定细菌的种属。利用细菌16S rDNA的V3可变区通用引物， 以细菌基因组DNA为模版，PCR扩增得到了土壤细菌的16S rDNA V3可变区片段，PCR产物经1.2%琼脂糖凝胶电泳检测，获得300 bp左右的特异性扩增片断（图 3）。特异性扩增片断经核苷酸序列测序，将核苷酸序列在NCBI数据库中进行Blast序列比对，根据最大相似率，最后得到了代表6个不同属或种的24株细菌，其中假单胞杆菌8株、变形杆菌6株、乳杆菌5株、固氮菌3株、肠膜明串珠菌1株、黄单胞菌1株，比例分别为33.3%、25.0%、20.8%、12.5%、4.2%和4.2%。由此表明湖北民族学院花园土壤中优势细菌类群为假单胞杆菌和变形杆菌， 且土壤细菌类群丰富多样。
3实验教学改革效果
微生物学实验教学体系的改革打破了传统教学模式的弊端，将验证性、基础性和综合性实验均包括其中，不仅能实现各个实验内容相互联系，实验内容更具整体性，还有利于培养学生的实验操作技能、综合素质与创新能力，提高实验教学的效果。具体表现如下：
（1）学生亲自采集实验样品并分离纯化微生物，他们对土壤环境微生物的认识就更加深刻，开展实验也更加仔细，对实验结果的观察也更加细致，实验效果也就得到了提高。有些学生还认真做了采集时间、地点等的记录，为进一步研究及应用这些微生物做好准备。
（2）学生在实验过程中积累了许多鲜活的微生物标本，并进行了显微拍照。组织学生收集实验图片和整理实验图片资料，选出有代表性的微生物图片资料用于微生物学理论课堂教学，这样既丰富了微生物学理论课教学内容，又更进一步增强了微生物实验课的效果。
（3）通过开展小组成员实验，组员之间的合作更加高效、密切，学生实验动手能力增强，积极参与国家级、省级以及校级微生物相关的科研创新项目，科技活动蓬勃开展。随着微生物学实验教学体系的改革，实验内容和实验教学设施不断完善，学生的实验热情和动手能力将会显著增强。
参考文献
[1] 黄瑶，黄翠姬，伍时华，等.改革微生物学实验教学方法，提高学生综合能力[J].微生物学通报，2009，36（6）：914-917.
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[7] 王芳，叶宝兴，贾泽峰.农业微生物学设计性实验模式的实践[J].实验室研究与探索，2009，28（5）：104-106.