生物技术综合实验

第7期岳慧英，等:生物技术专业综合实验独立设课的实践与思考185・生物技术专业综合实验独立设课的实践与思考岳慧英，吴娜，蔡东晖，胡丽丽*（山西中医药大学基础医学院，山西晋中030619）摘要:生物学以理论研究为基础，是一门实践性很强的学科，提升学生的综合实验技能对创新型人才的培养有重要的促进作用。

对生物技术专业独立设置《生物技术综合实验》实验课，实验内容包含基因工程、细胞工程、发酵工程和蛋白质工程四个模块，实验项目设置以综合性实验为主，考核方式中加入了科技论文写作，学生参与科学研究的全过程，提高了综合素质。

通过《生物技术综合实验》独立设置实验教学实践，取得了良好的教学效果，增强了本科生的自主学习、主动思考、分析问题、解决问题的能力，为培养生物科学创新型人才奠定基础。

关键词:生物技术专业；生物技术综合实验；独立设置实验课中图分类号：G642.0文献标识码：B文章编号：'008-02'X（202'）07-0'85-02随着当今生物技术产业的蓬勃发展，对生物专业人才的专业素质要求不断提升。

生命科学领域的发展要求生物技术本科毕业生不仅具有较扎实的生物技术基础理论知识，更强调具备较强的实验技能、动手能力以及独立分析问题和解决问题等综合科研能力。

当今时代技术发展要求大学素质教育与创新创业相结合的背景下，对生物技术专业实验课程的教学模式和实验内容进行改革大有必要，以适应形势发展的要求。

山西中医药大学（以下简称“我校”）基础医学院生物技术专业为四年制本科,为学生开设了遗传学、细胞生物学、生物化学、分子生物学、发育生物学、微生物学等专业课程，且上述理论课中均设计有紧扣理论的实验课，目的是用理论知识指导实验实践，并在实验中加深对理论知识的理解。

在第6学期，为学生开设了生物技术概论,该课程是一门实践性、综合性很强的学科，包括基因工程、细胞工程、蛋白质工程、发酵工程和酶工程中重要理论和技术的概述，重在突岀五大工程在农业、食品、工业、医学、药学等方面的综合应用，所以该课程理论课后安排有一定学时的实验课。

一、活动主题：探索植物的生长与发育1. 活动目的：（1）了解植物的生长过程及影响因素。

（2）培养学生的观察、实验和分析问题的能力。

（3）提高学生对生物科学的兴趣和环保意识。

2. 活动内容：（1）植物的生长过程及生理机制。

（2）植物生长的环境因素：光、水、温度、土壤等。

（3）植物生长实验：设置对照实验，观察植物在不同环境条件下的生长情况。

3. 活动步骤：（1）引入话题：通过展示图片和实例，引导学生关注植物的生长过程。

（2）讲解植物生长的基本过程和生理机制。

（3）讲解植物生长的环境因素及其作用。

（4）分组讨论：让学生思考并分析影响植物生长的因素。

（5）实验环节：学生分组进行实验，观察植物在不同环境条件下的生长情况。

（6）总结与反思：引导学生分析实验结果，探讨植物生长的规律。

二、活动主题：走进微生物世界1. 活动目的：（1）了解微生物的基本特征和分类。

（2）掌握微生物的观察和培养方法。

（3）培养学生对微生物研究的兴趣和探索精神。

2. 活动内容：（1）微生物的基本特征和分类：细菌、真菌、病毒等。

（2）微生物的观察：使用显微镜观察微生物的形态结构。

（3）微生物的培养：学习制作培养基，进行微生物的培养实验。

3. 活动步骤：（1）引入话题：通过展示图片和实例，引导学生关注微生物。

（2）讲解微生物的基本特征和分类。

（3）讲解微生物的观察和培养方法。

（4）实验环节：学生分组进行微生物观察和培养实验。

（5）总结与反思：引导学生分析实验结果，探讨微生物的特点和作用。

三、活动主题：探索生态系统的平衡1. 活动目的：（1）了解生态系统的组成和功能。

（2）培养学生对生态平衡的认识和保护意识。

（3）提高学生的团队协作和观察分析能力。

2. 活动内容：（1）生态系统的组成：生物成分和非生物成分。

（2）生态平衡的原理和意义。

（3）生态系统实验：设置对照实验，观察生态系统在不同条件下的变化。

3. 活动步骤：（1）引入话题：通过展示图片和实例，引导学生关注生态系统。

《生物科学综合实验》—分子生物学实验1 实验目的1.1学习并掌握在宿主菌中扩增质粒的理论依据与操作方法。

了解大肠杆菌质粒提取的原理和方法，掌握小量快速提取法（试剂盒法）。

1.2学习并掌握DNA的琼脂糖凝胶电泳的原理与方法。

3.了解大肠杆菌感受态细胞的制备原理，掌握制备方法。

4.以pET28a质粒转化大肠杆菌TOP10为例，学习转化的基本原理及方法。

2 实验原理2.1 PET28a质粒在大肠杆菌中的扩增与试剂盒抽提细菌质粒是一类双链、闭环的DNA，大小范围从1kb至200kb以上不等。

各种质粒都是存在于细胞质中、独立于细胞染色体之外的自主复制的遗传成份，通常情况下可持续稳定地处于染色体外的游离状态，但在一定条件下也会可逆地整合到寄主染色体上，随着染色体的复制而复制，并通过细胞分裂传递到后代。

基因工程用质粒都带有选择性标记序列，最常用的的选择性标记是对抗生素的抗性基因。

如本实验所使用的质粒（pET28a），即带有抗卡那霉素（Kan r）抗性基因。

当培养中含有卡那霉素时，宿主（大肠杆菌BL21）的蛋白质合成受到抑制，而pET28a质粒可自行复制，从而将大大增加拷贝数，达到抽提质粒的浓度要求。

图1 pET-28a 质粒基因结构简图一般分离质粒DNA的方法都包括3个步骤：①培养细菌，使质粒DNA大量扩增；②收集和裂解细菌；③分离和纯化质粒DNA。

分离制备质粒DNA的方法很多，其中常用的方法有碱裂解法、煮沸法、SDS法、羟基磷灰石层析法等。

在实际操作中可以根据宿主菌株类型、质粒分子大小、碱基组成和结构等特点以及质粒DNA的用途进行选择。

本实验介绍碱裂解法提取质粒DNA。

碱裂解法提取质粒DNA是根据共价闭合环状质粒DNA和线性染色体DNA在拓扑学上的差异来分离质粒DNA。

在pH值介于12.0-12.5这个狭窄的范围内，线性的DNA双螺旋结构解开而被变性，尽管在这样的条件下，共价闭环质粒DNA的氢键会被断裂，但两条互补链彼此相互盘绕，仍会紧密地结合在一起。

生物技术制药综合实验的探索与实践生物技术制药是一门跨学科的领域，涉及生物学、化学、药学等多个学科的知识，其核心在于利用生物技术手段生产药物。

生物技术制药的发展和应用，已经成为推动医药产业发展的重要引擎。

本文将从实验的角度出发，探索生物技术制药的实验方法和实践经验，为广大科研工作者和学生提供借鉴和参考。

一、实验目的生物技术制药综合实验的目的是让学生全面了解和掌握生物技术在制药领域的应用。

通过实验，学生可以了解生物技术制药的原理、实验操作和数据分析方法，培养学生的创新意识和实践能力。

二、实验内容1.基因工程细菌的构建基因工程细菌是制药领域中常用的工具，通过基因工程技术，可以将外源基因导入细菌中，使细菌表达目标蛋白。

实验中，可以选择一种适合表达目标蛋白的细菌菌株，如大肠杆菌等，构建表达载体，将目标基因插入到表达载体中，然后转化到细菌中，进行培养和诱导表达。

2.原核表达蛋白的纯化和鉴定在实验中，可以通过蛋白纯化技术，从转化的细菌中纯化目标蛋白，然后通过SDS-PAGE、Western blot等方法对蛋白进行鉴定。

这一步骤可以让学生了解蛋白纯化的原理和技术，培养学生的动手能力和实验操作技能。

3.细胞培养和药物筛选在制药领域，细胞培养是不可或缺的环节。

在实验中，可以选择适合用于药物筛选的细胞系，如HEK293细胞、Hela细胞等，将药物加入培养基中，观察细胞的生长情况和药物的毒性和活性。

4.药物分子构效关系研究药物分子构效关系研究是生物技术制药的重要内容之一，通过分子生物学和生物化学手段，研究药物分子与靶标的作用机制和关系。

实验中可以选择一种常用药物，通过分子对接、酶活性检测等方法，研究药物分子与靶标的结合特点和作用机制，揭示药物的作用方式和规律。

三、实验方法1.实验前准备在进行生物技术制药综合实验之前，需要充分准备实验材料和仪器设备，包括培养基、细菌菌株、表达载体、药物样品等。

需要对实验步骤和方法进行充分了解和掌握，确保实验的顺利进行。

生命的基本特征：①细胞是生物的基本组成单位（病毒除外）②新陈代谢、生长和运动是生命的基本功能③生命通过繁殖而延续，DNA是生物遗传的基本物质④生物对外界可产生应激反应和自我调节，对环境具有适应性生物学经历的三个阶段：描述生物学阶段、实验~、创造~生物技术：也称生物工程，是以现代化生命科学为基础，运用先进科学原理和工程技术手段按预先的设计来加工或改造生物材料，从而产生出人类需要的产品或达到某种目的生物技术发展三个阶段：作坊式生物技术、工业化~、现代~生物技术内容：基因工程技术、细胞~、酶~、发酵~、蛋白质~细胞工程：指以细胞为对象，应用生命科学理论，借助工程学原理与技术，有目的地利用或改造生物遗传特性，以获得特定的细胞、组织产品或新型物种的一门综合性科学技术蛋白质工程：是以蛋白质结构功能关系的知识为基础，通过周密的分子设计，把蛋白质改造为合乎人类需要的新的突变蛋白质。

蛋白质工程也成为“第二代基因工程”生物技术基本特征：①高效益②高智力③高投入④高竞争⑤高风险⑥高势能透光度t：某一波长的光透过某一物质的溶液时，其入射的角度I0与透过溶液后的强度I相比发生了变化：I与I0的比值（I /I 0)称为透光度实验室常用水的制备：①利息交换法②蒸馏法③反浸法④超纯法消毒灭菌方法：①高压高温灭菌②干热灭菌③滤膜灭菌④化学消毒法⑤紫外线灭菌⑥抗生素灭菌消毒核酸的一级结构：线性结构，核苷酸的排列顺序，也称碱基序列二级结构：双螺旋结构三级结构：超螺旋结构DNA的变形：在某些理化因素作用下，DNA双链解开成两条单链的过程增色效应：核酸变性后，在260nm处吸收值上升DNA的复性：在适当条件下，变性DNA的两条互补链可恢复天然的双螺旋构象减色效应：DNA复性时，OD260值下降影响复性速度的因素：①溶液温度的高低②单链片段的大小③单链片段浓度④溶液离子强度的大小⑤片段内重复序列的多少OD260的应用：OD260=1.0 相当于①50ug/ml 双链DNA ②40ug/ml 单链DNA或RNA③20 ug/ml 寡核苷酸基因（分子生物学概念）：基因是DNA双螺旋分子中含有特定遗传信息的一段核苷酸序列管家基因：某些基因是维持细胞基本代谢所必须的基因，其在一个生物个体的几乎所有细胞中持续表达阅读框架：在DNA链上，由蛋白质合成的起始密码开始，到终止密码子为止的一个连续编码序列基因的结构：外显子、内含子、前导区、尾部区、调控区三个关键因素：①自由复制的DNA序列②着丝粒DNA序列③端粒DNA序列原核生物和真核生物染色体的区别：①原核生物的染色体实质上是一个裸露的DNA双螺旋结构，DNA通常呈环状，且与相对少量的蛋白质结合，长度可打达几厘米，DNA复制从单一复制起点开始②真核生物都有许多线状的染色体，且染色体存在于细胞核内，真核生物染色体由DNA、组蛋白、RNA、非组蛋白等成分组成。

生物技术综合实验——淀粉酶产生菌的初步筛选一、实验目的学习从自然界中筛选分离淀粉酶产生菌株。

二、实验内容淀粉酶产生菌的筛选和分离。

三、实验原理在筛选培养基平板上，可溶性淀粉被目的菌株产生的淀粉酶水解，形成透明圈。

不同种类的微生物产生的淀粉酶的种类和活力各不相同，对可溶性淀粉的水解能力各不相同，所形成的水解圈与菌落大小比值故而不同，因而根据其比值可初步断定其对可溶性淀粉的水解能力。

许多细菌和霉菌产生淀粉酶，特别是一些芽孢杆菌，因此，本实验将土壤样品加热处理后，将其接种到筛选培养基平板进行培养，根据平板的水解圈做初筛，从中筛选出产淀粉酶活性较好的菌株进行保藏。

四、实验材料和用具1、材料：土壤样品2、试剂：牛肉膏蛋白胨筛选培养基平板（含可溶性淀粉1%）、45mL无菌水瓶3、仪器及用具：恒温培养箱、超净工作台、高压蒸汽灭菌锅、摇床、酒精灯、牙签、移液枪、试管、涂布器、量筒等。

五、操作步骤（一）准备材料1、筛选固体培养基：在牛肉膏蛋白胨培养基中加入可溶性淀粉（1%），配制600mL，制备30个平板。

2、含45mL水的三角瓶5瓶，200ul枪头及枪头盒3盒，牙签3瓶，涂布器3包，灭菌处理。

（二）菌种分离1、土壤采集选取采集地点地表植被根系周围的土壤，首先去除地表浮土，然后挖取2-5cm深的土壤样品，每个样品约取20g土壤，装入塑料袋内，备用。

2、制备菌悬液取5g土壤样品置于含45ml无菌水的三角瓶中，用振荡器震荡10分钟，在90度水浴锅中处理15分钟。

3、涂布平板培养与分离吸取100ul悬浮液，用涂布器涂布于筛选培养基平板，待液体充分被吸收后，置于37℃培养箱中培养48h。

每组做2个平板。

（三）菌种初步筛选在平板中加入少量卢戈氏碘液，观察菌落形成透明水解圈情况，用无菌牙签挑取产水解圈的菌落，转接到新的筛选培养基中，每个平板上接种16个菌种，每组接种2个平板，置于37℃培养24h。

在平板内加入卢戈氏碘液，根据单菌落透明圈直径与菌落直径比值(H/C)大小进行初筛，选择水解圈直径与菌落直径比值大的菌株，从中选取淀粉酶活力相对较高的菌株。

生物技术综合大实验实验报告GFP的分离与纯化姓名：专业班级院系：指导教师：完成日期GFP的分离与纯化摘要： GFP，在生物领域应用广泛。

本实验回顾了GFP提取纯化过程，包括细菌破碎、GFP沉淀、疏水过滤层析、透析、离子交换层析和凝胶过滤层析等步骤，来获得较纯的GFP，并运用SDS-PAGE来检测纯化效果。

关键词：GFP 应用进展层析 SDS-PAGE绿色荧光蛋白(Green fluorescent protein，GFP)是一类存在于这些腔肠动物体内的生物发光蛋白。

1962年Shimomura等首先从多管水母(Aequorin victoria)中分离出一种分子量为20kDa的称为Aequorin的蛋白。

由于水母整体荧光及提取的蛋白质颗粒荧光都呈绿色，因此，人们将这种蛋白命名为绿色荧光蛋白。

1992年Prasher 等克隆了GFP基因的cDNA，并分析了GFP的一级结构；1994年Chalfie 等首次在大肠杆菌细胞和线虫中表达了GFP，开创了GFP应用研究的先河，之后很快发现GFP能在多种异源细胞中表达，GFP在细胞学、分子生物学和医学、病毒学等领域中迅速掀起了一股热潮；1997年10月18~22日在美国New—Jersey专门召开了一次关于GFP的国际会议。

1994年钱永健改造了GFP，使得GFP的荧光变强、变色。

由此和Shimomura、Martin Chalfie共享了2008年诺贝尔化学。

从此，荧光蛋白带来了生物技术的新革命。

GFP本身是一种酸性，球状，可溶性天然荧光蛋白，分子量约27×103，一级结构为一个由238个氨基酸残基组成的单链多肽。

在395 nm具有最高光吸收峰，肩峰为473 nm；发射光谱λmax=508~509nm。

GFP性质极其稳定，易耐受高温处理，甲醛固定和石蜡包埋不影响其荧光性质。

其变性需在90℃或pH<4.0或pH>12.0的条件下用6mol/L盐酸胍处理，一旦恢复中性环境，或去除变性剂，虽然变性的蛋白质并不能完全复性，但是复性蛋白质同天然蛋白质对温度、pH 变化的耐受性、抗胰蛋白酶消解的能力是相同的。

生物技术综合实验教学改革的初步探索【摘要】生物技术综合实验是一门具有较强实践性的重要的专业实验课程。

本文阐述了生物技术综合实验教学改革的意义，并介绍了从实验教学内容、教学方法与考核方法三方面实施的改革措施。

目的在于提高学生的自主意识和综合素质，培养学生的实际操作能力、创新意识和研究能力。

【关键词】生物技术；综合实验；教学方法改革生物技术综合实验是为生物技术专业学生开设的重要的实验课程，是一门具有较强实践性的专业实验课程。

通过本实验，学生不但可以巩固并加深对生物技术专业的专业课程的基本理论知识和基本技术原理的理解认识，还可以提高动手能力和实践能力。

近年来，我们根据实验室现有资源和实验教学效果对生物技术综合实验进行了不断探索和实践，及时调整实验教学内容、改革实验教学方法和完善实验教学考核办法[1]，目的是调动学生学习的积极性和主动性，有效激发学生的学习兴趣，提高学生的综合能力。

本文介绍了内蒙古科技大学数理与生物工程学院生物技术系的生物技术综合实验教学改革的一些基本措施。

1 实验教学内容体系改革实验教学内容是实验教学的核心[2]。

首先对教学内容进行了改革。

传统的生物技术综合实验教学内容验证性实验较多，综合型、设计型、研究型实验较少；传统型、经典型实验较多，实用型实验较少[3]。

并且更侧重于基因工程和蛋白质工程的实验内容。

为了更好的提高学生学习兴趣和培养学生的科研能力、自主创新能力和实验操作技能。

改革措施如下：1.1 完善综合实验的实验项目改革后的生物技术综合实验的实验项目，将涉及生物技术五大工程的实验内容，并且实验内容联系实际生活和生产，具有较强的实用性，从而很大程度调动学生的积极性，并巩固和加深了学生对生物技术五大工程基础理论和基础技术的理解认识。

1.2 减少验证型实验实验项目中的每一个实验都具有一定的综合性或设计性。

将合并原有的实验单元的验证型实验并进行优化，精简实验内容，节省实验学时，提高实验效率[3]。

最新微生物综合实验报告在本次的微生物综合实验中，我们旨在探索和分析不同环境样本中的微生物多样性，并评估其潜在的生物活性。

实验设计包括了样本收集、微生物分离、鉴定以及活性评估等关键步骤。

首先，我们从土壤、水体和空气三个不同的环境收集了样本。

通过无菌操作，我们使用不同的培养基对样本进行了微生物的分离培养。

土壤样本主要采用了营养琼脂培养基，水体样本使用了液体培养基，而空气样本则采用了平板计数法。

在培养过程中，我们观察到了形态各异的菌落，包括细菌、酵母和霉菌等。

通过显微镜观察和生化试验，我们对这些微生物进行了初步的鉴定。

例如，我们发现了革兰氏阳性球菌、革兰氏阴性杆菌以及一些能够产生孢子的放线菌。

进一步地，我们利用分子生物学技术，如16S rRNA基因测序，对部分代表性菌株进行了精确鉴定。

这些菌株中，我们发现了一些具有潜在工业应用价值的微生物，如能够分解塑料的细菌和具有抗氧化特性的酵母。

在活性评估方面，我们对选定的微生物进行了抗生素产生能力的测试。

通过纸片扩散法，我们评估了这些微生物产生的代谢产物对一些病原菌的抑制效果。

结果显示，部分菌株产生的代谢产物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌表现出了明显的抑制作用。

此外，我们还对一些微生物进行了重金属抗性和降解能力的评估。

通过添加不同浓度的重金属离子到培养基中，我们发现某些菌株能够在较高浓度的铅和镉环境中生长，显示出潜在的生物修复应用前景。

总结来说，本次实验不仅丰富了我们对环境微生物多样性的认识，而且为未来微生物资源的开发和应用提供了重要的基础数据。

未来的工作将集中在对这些有潜力的微生物进行深入的功能研究和应用开发上。

生物技术综合大实验work Information Technology Company.2020YEAR2013-2014学年生命科学综合大实验GFP分离与纯化1.文献综述绿色荧光蛋白（green fluorescent protein,GFP）是由238个氨基酸组成，分子量是26.9kDa，最初是从维多利亚多管发光水母(Aequorea victoria )中分离出来的，在蓝光照射下会发出绿色荧光。

来源于水母的野生型GFP在395nm和475nm分别有主要和次要的激发峰，它的发射峰在509nm，处于可见光谱的绿色区域，来源于海肾的GFP只在498nm有单个激发峰。

GFP是典型的β桶形结构，包含β折叠α和螺旋，将荧光基团包含在其中。

严密的桶形结构保护着荧光基团，防止它被周围环境淬灭，内部面向桶形的侧链诱Ser65-Tyr66-Gly67三肽环化，导致荧光基团形成。

北京时间10月8日下午5点45分，2008年诺贝尔化学奖揭晓，三位美国科学家，美国Woods Hole海洋生物学实验室的Osamu Shimomura(下村修)、哥伦比亚大学的Martin Chalfie和加州大学圣地亚哥分校的Roger Y.Tsien（钱永健）因发现并发展了绿色荧光蛋白（GFP）而获得该奖项。

下修村首次从Aequorea victoria中分离出GFP。

他发现该蛋白在紫外线下会发出明亮的绿光。

Martin Chalfie证明了GFP作为多种生物学现象的发光遗传标记的价值。

在最初的一项实验中，他用GFP使秀丽隐杆线虫的6个单独细胞有了颜色。

钱永健的主要成就在于让人们理解了GFP发出荧光的机制。

同时，他拓展出绿色之外的可用于标记的其他颜色，从而使科学家能够对各种蛋白质和细胞施以不同的色彩。

这一切，令在同一时间跟踪多个不同的生物学过程成为了现实。

2.实验器材2.1实验材料：含GFP融合质粒，Top10菌株2.2实验试剂：质粒提取：溶液Ⅰ：50mM葡萄糖/10mM EDTA /25mM Tris-HCl，pH=8.0；溶液Ⅱ：0.2M NaOH/1% SDS；溶液Ⅲ：3M醋酸钾/2M醋酸；无水乙醇，75%乙醇，TE Buffer；转化：0.1M预冷 CaCl2，LB培养基，氨苄青霉素，阿拉伯糖；GFP提取：液氮，Lysis Buffer，饱和(NH4)2SO4溶液，溶菌酶；疏水作用层析柱材：苯基琼脂糖凝胶CL-4B；离子交换柱层析柱材：DEAE+纤维素，Start Buffer(A液20mM Tris-HCl，pH7.0（透析液）)Elution buffer(B液20mM Tris-HCl，1M NaCl，pH7.0) SDS-PAGE电泳：PEG10000，Loading Buffer，溴酚蓝，丙烯酰胺，Tris，SDS，过硫酸铵，TEMED，Gly，SDS，甘油，β-巯基乙醇，溴酚蓝，甲醇，考马斯亮蓝，乙酸等2.3实验仪器高速冷冻离心机,移液枪，超声波破碎仪，梯度混合器，恒流泵,层析柱,色谱仪,自动记录仪,SDS-PAGE电泳装置。