“行动计划”的创新性实验教学项目

南京大学国家级生命科学实验教学示范中心2008/12/21

创新性实验的设计思路

1. 再现大科学家经典实验，提出改进措施2. 科研成果“转化”项目3. 整合型实验项目4. 与生活实际相联系的实验项目5. 旧实验新手段6. 动员学生走向企业，能解决企业实际问题的研

究型项目7. 科研子项目

牛胰核糖核酸酶的分离、纯化、变性和复性实验

• 方案设计： Anfinsen 经典实验的再现 • 项目内容：将蛋白质的分离、纯化与变性与、复

性的实验有机整合在一起，不仅让学生学到了蛋白质的分离纯化技术，而且让学生通过进一步的变性和复性实验学会如何从数据中得出重要的结论。

• 实施步骤：（ 1 ）牛胰核糖核酸酶的分离、纯化及活性测定；（ 2 ）牛胰核糖核酸酶在二硫苏糖醇和尿素作用下的变性，以活性的完全丧失作为变性的指标；（ 3 ）去除尿素和二硫苏糖醇以后，观测在空气中的氧气缓慢氧化下，核糖核酸酶的复性情况，以活性的恢复情况作为复性的指标。

• 时间安排 ： 2 周

巴斯德实验 • 方案设计： Pasteur 和 Spallanzani 经典

实验的再现 • 项目内容：重做具有特殊历史意义的

实验，学会从有限的数据中得出合理的结论。

• 实施步骤：（ 1 ）总的对照实验；（ 2 ） Spallanzani 的对照；（ 3 ） Spallanzani 的实验；（ 4 ） Pasteur 对照；（ 5 ）改进的 Pasteur 对照；（ 6 ） Pasteur 最初实验；（ 7 ） Pasteur 最后的实验。

• 时间安排 ： 1 周

证明 DNA 复制为半保留复制的实验

• 方案设计： Stahl 和 Meselson 经典实验的再现• 项目内容：该实验被誉为生命科学最美丽的实验。

整个实验设计的巧妙值得现在的学生思考和借鉴。• 实施步骤：（ 1 ）先将大肠杆菌放在 15N 为唯一 N

源的培养基上连续培养十多代，以使细胞内的 DNA分子两条链上的 N 原子全部为较重的 15N ；（ 2 ）从上述培养基中收集细菌，其中的一部分用于抽取DNA ，另一部分改放在 14N 为 N 源的培养基中继续培养。将不同培养代数的大肠杆菌进行收集、裂解和 DNA 抽取；（ 3 ）用 CsCl 密度梯度离心的方法，分析和比较各代 DNA 和从单纯在 15N 或 14N 为唯一N 源的培养基中培养的大肠杆菌中（对照）抽取到的 DNA 区带位置

• 时间安排： 2 周

米勒的模拟实验 • 方案设计： Miller 经典实验的再现• 项目内容：像米勒一样，使用自制的简陋仪

器，在实验室内模拟原始地球还原性大气，在雷鸣闪电的条件下，看看能否合成有机物，特别是氨基酸、核糖、嘧啶、嘌呤等组成蛋白质和核酸的生物小分子。

• 实施步骤：（ 1 ）自制并装配米勒的实验装置；（ 2 ）将水注入烧瓶内。将玻璃仪器中的空气抽去。然后打开活塞，泵入 CH4 、 NH3 和 H2 的混合气体。再将烧瓶内的水煮沸，使水蒸汽和混合气体同在密闭的玻璃管道内不断循环，并在一大烧瓶中，经受火花放电一周。使用 HPLC检测积聚在仪器底部的溶液内的有机物成分；（ 3 ）增加 H2S ，再做同样的实验。

• 时间安排： 2 周

基因缺陷型小鼠和正常小鼠在生理和生化以及分子和细胞功能上的比较实验

• 方案设计：生理、生化、分子和细胞整合型实验• 项目内容：通过细胞学、生理学、生化手段和基因芯片技

术手段对两种小鼠进行了全方位的比较研究• 实施步骤：（ 1 ）使用单盲法测定 OBOB鼠、 DBDB鼠和正常小鼠（饥饿和正常饮食两种状态下）的血糖浓度；（ 2 ）测定 OBOB鼠、 DBDB鼠和正常小鼠的巨噬细胞在吞噬功能上的不同；（ 3 ） 比较 OBOB鼠、 DBDB鼠和正常小鼠的巨噬细胞在摄食中枢结构上的不同；（ 4 ）实验基因芯片技术比较 OBOB鼠、 DBDB鼠和正常小鼠的在基因表达图谱上的异同

• 时间安排 ： 1周

自然成熟的蔬菜和在大棚内生长的蔬菜在主要营养成分上的分析比较实验

• 方案设计：与身边的生活实际相联系的实验

• 项目内容：学会如何利用在实验室学到的各种技术方法解决身边实际的问题

• 实施步骤：分别比较两类蔬菜在维生素、蛋白质、脂肪、微量元素和碳水混合物的含量上的差异。

• 时间安排 ： 2 周

鉴别模拟犯罪现场犯罪嫌疑人的实验

• 方案设计：与身边的生活实际相联系的实验

• 项目内容：学会如何利用高科技手段解决身边的实际问题

• 实施步骤：（ 1 ）利用茚三酮反应采集传统的指纹；（ 2 ）利用 PCR采集 DNA 指纹

• 时间安排 ： 1周

尿激酶的改造和纯化实验

• 方案设计：科研成果“转化”实验

• 项目内容：及时将科研研究中的新方法应用到教学实验中

• 实施步骤：（ 1 ）尿激酶变体的设计与制备；（ 2 ）尿液中野生型的尿激酶分离及纯化；（ 3 ）基因工程表达的尿激酶变体的分离及纯化

• 时间安排： 3周

柱层析分离条件的确定及优化

• 方案设计：与仿真实验结合的实验• 项目内容：针对某一生物样品的分

离，结合有关实验以学习如何实际确定不同的柱层析的最佳分离条件。

• 实施步骤：结合计算机仿真实验，对不同性质的蛋白质，找最佳条件，然后通过真实实验进行验证。

• 时间安排： 3 天

荧光原位杂交实验（ FISH ）

• 方案设计：新方法、新技术的应用

• 项目内容： FISH 是新兴的分子细胞遗传学技术，已广泛应用于基因组结构研究、染色体精细结构变异分析、人类产前诊断、基因组进化研究等方面。

• 实施步骤：利用 FISH 进行产前诊断

• 时间安排： 1周

环境因素对果蝇发生量的影响-基因型与环境的互作分析

• 方案设计：学会数量遗传的基本分析方法，了解如何进行实验设计。

• 项目内容：数量性状是由微效多基因决定的，必须应用统计遗传学的方差分析。

• 实施步骤：将不同基因型的果蝇置于不同体积培养瓶的环境条件下，比较成虫发生量，估计基因型与环境的互作。

• 时间安排： 1周

小鼠体外受精实验

• 方案设计：发育生物学实验• 项目内容：让学生熟悉和掌握作

为胚胎工程重要步骤的体外受精技术

• 实施步骤：（ 1 ）输卵管采卵；（ 2 ）采精及激活；（ 3 ）体外受精

• 时间安排： 2 周

商用螺旋藻真伪的鉴定 • 方案设计：螺旋藻是比较成功的商用藻类，其保健功效得到了广泛的认可，时有不法之徒利用普通民众相信螺旋藻但又不能准确识别的心理，推销假冒螺旋藻的产品。曾有消费者来找植物学老师请求鉴定所买产品真假的。把这个问题交给学生去研究处理，可以说是一个学以致用的好机会。这个问题的解决过程，将是提高学生观察问题、提出问题和解决问题的能力的过程。由于没有现成的答案可供复制，问题的解决具有个体差异性和不确定性，因而具有创造性实验的特征。

• 项目内容：提供几种形态的藻类商品（制剂），要求提供分析鉴定报告说明其是否为螺旋藻制品。

• 实施步骤：接受课题的学生首先要全面分析问题，探索可能的方案，查阅资料，有根据地提出可行性技术方案，着手联系实验室实际准备仪器、器材、药品、试剂等。依据各人的思路、方案具体可能有很大的差异。一般而言可能需要获得纯种螺旋藻作为参照，技术手段可能涉及形态观察、生化成分提取、纯化，特征脂肪酸或者特异基因的检测等。

• 时间安排： 1~2 个月

用秸秆生产酒精的微生物学系列研究

• 方案设计；农产品秸秆转化为工业品酒精，在能源日趋紧张的今天是一个很有意义的课题。本课题的解决至少涉及两类功能不同的微生物：纤维素分解菌和酒精生产菌。这个系列实验要求结合多方面的微生物学技能进行工作。从配制培养基、筛选菌种到发酵罐实验，从微生物菌落形态观察到微生物染色、生理生化实验等。

• 项目内容：不提供菌种，要求设法从自然界获得相关的菌种进行研究，把经过和结果写成论文式的报告。本实验结果难以准确预期，一般不会有很实用的结果。

• 实施步骤：（ 1 ）配制选择性培养基→初筛纤维素分解菌 →复筛纤维素分解菌，得到可用菌株→ 菌种鉴定；（ 2 ）用纤维素分解物配制培养基筛选酒精生产菌，菌种鉴定；（ 3 ） 综合试验，整体评估。 4 扩大规模实验。

• 时间安排： 1学期

低温对几种校园植物减数分裂及花粉发育影响的研究

• 方案设计：遗传学实验中，常常安排蚕豆花作为减数分裂的材料。但是若忘记在春季采集材料，秋季上课就没有材料。然而，减数分裂的发生决不限于蚕豆，其它植物也有。植物减数分裂的观察与取材的关系很密切，取材时间不合适或者材料固定不好都无法观察到显著的减数分裂过程。不同的低温对同一植物、同样程度的低温对不同的植物的减数分裂和花粉的形成的影响可能是不同的。

• 项目内容：要求学生自行确定几种正在花期的校园植物作为实验对象，通过切片或压片观察，探索出观察不同植物的减数分裂的有效的取材方法和材料固定处理方法；设计不同的低温梯度，研究低温的影响。

• 实施步骤：从课题的要求看，学生可以选用多种参数进行实验，若按照一般的遗传学要求就是取材、秋水仙素处理、固定处理、水解、压片制片观察。开放性实验本意是不限制方案的，若学生提出观察其中的基因表达谱的差异，似乎也应该允许。总之，步骤取决于学生设定的方案。

• 时间安排： ~1个学期

大规模藻类生产中生物性污染的治理

• 方案设计：即使是对环境具有高度选择性的螺旋藻的大规模培养，生物性污染（杂藻、原生动物、细菌等）也不可避免。有不少生物公司在研制这类污染的防治剂。

• 项目内容：设法取得纯种，实验培养，模拟污染状况。或者直接从自然水体中获取混生藻类，适当扩大培养，鉴定种类，选定数量占优势的已经有报道有大规模养殖的种类为实验对象。选取几种杀藻剂、杀菌剂、杀原生动物剂，设计不同的浓度，再选用合适的参数，检测它们的选择性杀灭作用（对养殖藻的伤害小，对非养殖藻或其它生物的杀灭作用大为最佳）。

• 实施步骤：要分类进行实验：藻类、原生动物、细菌。检测指标也要分别选定。具体步骤取决于拟定的方案。

• 时间安排： 1学期

对氧磷酶对动脉粥样硬化形成的影响的研究 • 方案设计：科研项目的子项目• 项目内容：本研究拟通过构建人 PON1 和人 PON3 两种基因的重组表达质粒，观察经骨骼肌注射和电脉冲刺激转移入肌细胞高效分泌表达后，两种酶在小鼠血液中的积累水平和持续时间，探索 PON1Q 和 PON3裸 DNA 基因药物单独或联合使用时，在 ApoE 基因敲除的动脉粥样硬化模型小鼠中抗 AS 的效果，找到更实用有效的防治 AS 的新途径。

• 实施步骤：（ 1 ）构建和制备 pcDNA4/PON1Q 和 pcDNA4/PON3高效分泌表达的真核表达质粒；（ 2 ）体外培养肌细胞中的转染和分泌表达；（ 3 ）建立正常小鼠骨骼肌中 PON1Q 和 PON3 基因转移和表达模型

• 时间安排： 1学期

Wnt/β-catenin 信号通路在肺纤维化发病中的作用

• 方案设计：科研项目的子项目• 项目内容： wnt信号通路在肾纤维化中起着重要

的作用，根据肺和肾多分支的相似性，推测此信号通路可能也在肺纤维化的发病中起着举足轻重的作用。此信号通路在肺纤维化发病中的研究还甚少，在这方面作一些研究是必要的。

• 实施步骤： β-catenin 基因敲除；肺纤维化的诱导；检测分析。

• 时间安排： 1学期