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一、在概念、規(guī)律的教學中,重視對學生進行思維方法的培養(yǎng)
在物理要領(lǐng)與規(guī)律的教學中,我們重視對學生思維方法的培養(yǎng),這對學生整體思維素質(zhì)的提高起著積極的作用。常見的思維方法有理想化方法、類比方法、分析方法和綜合方法、抽象和概括、演繹方法、數(shù)學方法等等。在初中物理教學中,著重應培養(yǎng)如下幾種思維方法。
1.理想化的思維方法
人們?yōu)榱丝茖W研究,通常需要建立一種理想化的模型,拋開具體事物中的無關(guān)因素和次要因素,抓住影響事物的主要因素,從而使物理問題得到簡化。理想化的方法是科學家們常用的一種思維方法。教學中我們應充分利用好教材,向?qū)W生滲透這種思維方法,從而使學生逐步認識科學家們?yōu)楹喕瘜嶋H問題所采用的這種思維方法。
例如,在《牛頓第一運動定律》一節(jié)的教學中,為了引導學生認識“物體在不受外力作用時將怎樣運動”這個問題。在教學中,我首先提出:在地球上完全不受力的物體是沒有的,那么我們又如何來研究呢?接著通過講解使學生認識:水平軌道上運動著的物體,雖然在豎直方向上受到重力和支持力的作用,但這一對平衡力對于水平方向運動的物體來說不會產(chǎn)生影響,是無關(guān)因素。因此,我們把物體不受外力的情況一般簡化成物體在運動方向上不受外力的情況來研究,就把本來不存在的事物變成了客觀存在的事物。在此基礎上,我通過教材中的實驗引導學生得出:“運動的小車在不同的水平軌道上運動,受到的摩擦力越小,速度就減小得越慢,運動的距離就越長”的結(jié)論。然后引導學生做出推想:如果有磨擦,運動的小車在水平軌道上將怎樣運動?學生在教師的指導下能較自然地得出結(jié)論,其中滲透著理想化的思維方法,教師切不可草草了事。又如,在九年級的電學部分,通常情況下我們?yōu)槭裁炊疾豢紤]電流表、電壓表對接入電路的影響?即把電流表的電阻視為零,可近似看作一根導線,把電壓表的電阻視為無窮大,可看作開路。實際上,把初中涉及的電流表、電壓表視為理想化電表。再加力學部分中的“動滑輪可省一半力”問題,也涉及理想化的問題。為此,教師在教學中應注意挖掘教材,盡可能使學生多接受理想化思維方法的訓練。
2.類比思維方法
許多物理規(guī)律的建立,都采用了類比也是一種常用的思維方法。因此,在物理教學中,我們也應重視對學生進行類比思維方法的訓練,使學生逐步領(lǐng)會這一思維方法。
例如,在功率、電功率的教學中,為了反映做功快慢的情況,我們均可采用類比方法,仿照速度的概念建立,能較容易地引導學生形成功率、電功率的概念。又如在慣性的教學中,為了幫助學生認識慣性是物體的固有屬性這一知識,我也采用了類比方法進行教學:一個正常健康人具有勞動能力(假定成立),正常健康人在參加勞動時具有勞動能力,在休息時也具有勞動能力。物體的慣性正如正常健康人的勞動能力,物體無論是否處于靜止或勻速直線運動狀態(tài),都具有保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)的性質(zhì),也就是一切物體任何時候都具有慣性。運用類比方法能幫助學生深刻理解慣性概念,起到較好的效果。
3.分析與綜合的思維方法
任何事物和現(xiàn)象,都是由許多要素,許多屬性組成的統(tǒng)一體。分析就是以事物的整體與部分為客觀基礎,為了從總體上把握事物的性質(zhì)以及運動規(guī)律,就必須了解其各個組成部份和要素的性質(zhì)、特點和相互聯(lián)系??陀^事物的整體與部分的這種關(guān)系,使得運用分析解決物理問題不僅成為可能,而且成為現(xiàn)實。綜合是把事物各個部分、側(cè)面和綜合的基礎,分析以綜合為前提。分析與綜合所關(guān)心和強調(diào)的面不同,但都是重要的思維方法。掌握分析與綜合的方法,訓練分析與綜合的思維方法,提高分析與綜合的能力,是中學物理科學方法教育的最主要內(nèi)容。因此,教師應充分重視對學生進行分析與綜合思維方法的訓練。
例如,《歐姆定律》的教學中、為了探索電流、電壓、電阻這三個相互關(guān)聯(lián)的物理量之間的關(guān)系,就采取了先分析后綜合的思維方法。先保持其中一個物理量不變,研究其與兩個物理量之間的變化關(guān)系;再保持另外一個物理量不變,研究剩余的兩個物理量之間的變化關(guān)系。通過實驗在得出:“保持電阻不變時,電流跟電壓成正比;保持電壓不變時,電流跟電阻成反比”結(jié)論的基礎上,再綜合得出了歐姆定律。在教學中,教師因充分認識到引導學生領(lǐng)會探索電流、電壓、電阻三者變化關(guān)系的思維方法,這比學生知道歐姆定律的結(jié)論更為重要。
二、在實驗教學中,重視對學生進行科學態(tài)度和科學素養(yǎng)的培養(yǎng)
物理教學大綱中,把“加強演示和學生實驗”提在“重視物理概念和規(guī)律教學”之前,充分體現(xiàn)了實驗在物理教學中的作用。通過加強實驗教學,來培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和科學素養(yǎng),這也是物理教學的重要目的之一。
1.養(yǎng)成善于觀察的習慣,增強學生良好的觀察素養(yǎng)
法拉第曾經(jīng)說過:“沒有觀察,就沒有科學”。觀察是有意知覺的高級形式,認識的開端起源于觀察??梢姡^察是何等重要。
(1)培養(yǎng)學生觀察的興趣。觀察也是受到興趣的調(diào)節(jié)和制約,興趣的品質(zhì)直接影響觀察能力。教師應根據(jù)教材要求和特點,精心設計實驗,制作一些新穎、趣味性強的實驗教具,并巧妙地進行演示,有效地刺激學生的感官,增強學生的有意注意,從而激發(fā)學生觀察的興趣。同時,教師應注意豐富學生的基礎知識,擴大學生的知識面,盡可能地創(chuàng)造條件,多給學生觀察的機會,堅持課內(nèi)、課外相結(jié)合,引導學生觀察自然、生活和生產(chǎn)實際,進一步激發(fā)學生觀察的興趣。
(2)引導學生有目的、有計劃地進行觀察。觀察本身就是有目的、有計劃的知覺過程。針對初中學生來說,活動常常不明確目的性,容易受外界干擾。教師在實驗前,應使學生弄清觀察對象,明確觀察的順序,在觀察的過程中,教師對學生進行恰如其分的指導,會對學生的觀察效果有明顯的影響。這樣,使絕大多數(shù)學生能觀察到應該觀察的現(xiàn)象,達到觀察的目的。
(3)教會學生觀察的方法,不斷提高觀察能力。對復雜的物理現(xiàn)象和過程,沒有全面、深刻、敏銳、準確的觀察力是不行的。在實驗教學中,常用的觀測法有:全面觀察、重點觀察、對比觀察、動態(tài)觀察等幾種。教會學生掌握正確的觀察方法,引導學生觀察思考,學會從平常事物和現(xiàn)象中找出相關(guān)的聯(lián)系,從偶然事物和現(xiàn)象中找出規(guī)律,逐步增強學生的觀察素養(yǎng)。
2.樹立辯證觀點,培養(yǎng)學生的科學方法和科學態(tài)度
樹立辯證唯物主義觀點。物理實驗中同樣也包含著豐富的唯物辯證法思想,這種思想對學生科學世界觀的形成極為有利。
一、高中物理教學中學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)
創(chuàng)造性思維屬于一種極具開創(chuàng)作用的思維活動,其更是人類認識新生事物和開創(chuàng)新型成果不可缺少的思維活動。創(chuàng)造性思維均是基于思考、聯(lián)想而展開的綜合探究性思維活動,每項成果都是人們付出了巨大的腦力勞動,歷經(jīng)了長時間的探究、學習、鉆研而得到的,此類思維能力是需要長時間、海量知識的積累才能具備的,且其與推理及想象息息相關(guān),應通過現(xiàn)象看本質(zhì)。
二、激發(fā)學生學習興趣,培養(yǎng)其創(chuàng)新意識
創(chuàng)新屬于一種思維意識,教師應深刻認識到教學過程中培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識的重要性。學生具備創(chuàng)新意識,即可獨自處理非常復雜的問題,亦可及時轉(zhuǎn)換角度分析問題,從而提出新穎的處理方案。在日常教學中,教師應以多種方式激發(fā)學生的學習興趣,不能讓學生總是被動地接受知識,而不去積極主動地探究問題,這時學生的學習效率低,更不能真正地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。教師應在教學中逐漸滲透物理學史,讓學生懂得物理學的發(fā)展都是諸多科學家不斷探索和努力的結(jié)果,物理學家發(fā)現(xiàn)相關(guān)理論的過程可充分激發(fā)學生的學習興趣,更愿意自主創(chuàng)新。
比如,在講布朗運動時,教師可讓學生先在顯微鏡下觀察懸浮于液體中的布朗離子運動情況,學生經(jīng)過仔細觀察后,再進行思維加工而主動總結(jié)其運動特征,以此激發(fā)學生的學習興趣,調(diào)動學生的積極性,在此期間,教師應適時地提出問題:(1)布朗運動是怎樣產(chǎn)生的?(2)如果液體不干涸,則運動永不停息?從而激發(fā)學生的求知欲,讓學生積極主動地思考,并探尋答案,以此提升教學效果,且?guī)椭鷮W生發(fā)展創(chuàng)造性思維。
三、改善教學模式,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力
教師應積極改善教學方式,這有利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。教學時應創(chuàng)設良好的課堂氛圍,引導學生大膽發(fā)言、大膽想象,教師應耐心地聽學生內(nèi)心的想法,學生提出的問題與想法不能立刻否定,應讓學生的思維不斷突破。還應增加實際實驗,物理學科中的實驗很多,其間諸多經(jīng)典定理及其規(guī)律均是以實驗來實現(xiàn)的,我國教學受應試教育的制約,高中物理教學總是在趕進度、做習題,其教學過程并不注重實驗教學,這嚴重制約了學生綜合素質(zhì)及能力的提升,更影響了學生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。
比如,在講牛頓第一定律時,可先演示靜止的小車用力推動,撤掉推力之后又停下來,引導學生積極分析問題、探討問題,使其發(fā)現(xiàn)其間的摩擦力因素,同時質(zhì)疑力是維持物體運動的原因,最終得出力是改變物體運動狀態(tài)的原因,從而充分補充與完善,若非物體受到了外力的作用,物體是可永遠保持靜止或者是勻速直線運動狀態(tài),之后歸納出牛頓第一定律。
四、加強辯證思考,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維
學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)應注重啟發(fā)與自主,啟發(fā)應強調(diào)生活現(xiàn)象,但亦可來自于教師,學生只有受到良好的啟發(fā),從而產(chǎn)生靈感、產(chǎn)生創(chuàng)新思維。高中物理教學過程中的創(chuàng)新思維培養(yǎng),可采用觀察法、逆向思維法、屬性列舉法。學生在創(chuàng)新活動中所提出的不同問題,或者是同個事物的不同看法及其處理方案,從而提出創(chuàng)新型處理方式。在此期間,教師應觀察學生的思維過程是否正確,或者是否有意義,且積極鼓勵和支持學生的各種想法,堅決不能將學生的創(chuàng)新否定或者扼殺。
一、微生物不可培養(yǎng)的原因
對微生物進行常規(guī)培養(yǎng)時,由于生活條件的改變,有些微生物不能適應而死亡,另一些則通過產(chǎn)生孢子進入休眠狀態(tài)或改變細胞形態(tài)、進入維持一定代謝活性但不生長繁殖的“活的非可培養(yǎng)狀態(tài)”,結(jié)果均表現(xiàn)為微生物的“不可培養(yǎng)性”。
實際上,微生物的不可培養(yǎng)性是由于對微生物生長條件及其規(guī)律性的認識嚴重不足,而采取了偏離微生物生長實際情況的培養(yǎng)條件所造成的,這些偏離具體可以包括以下幾個方面:
(一)實驗室中無法完全模擬自然界的環(huán)境條件
由于目前監(jiān)測技術(shù)和手段的限制,人們對微生物生存環(huán)境和自然條件的了解尚不充分。因此,人們沒有或無法完全模擬微生物的自然生存條件,而通常將培養(yǎng)條件進行簡化:將微生物置于恒溫、恒濕、黑暗等環(huán)境中;將微生物限制在“板結(jié)”的瓊脂或不擾動的液體介質(zhì)中;簡化微生物的營養(yǎng)組成沒有提供微生物生長繁殖所必需的某些化學物質(zhì)等等。所以在自然界中可以生長繁殖的微生物,在“純培養(yǎng)”中生長條件得不到滿足,從而導致了微生物的不可培養(yǎng)性。
(二)生長緩慢的微生物被忽視
環(huán)境中很多微生物都聚集生長,當將這些微生物接種至培養(yǎng)基時,適合生長的微生物由于生長快而占據(jù)優(yōu)勢地位,它們對營養(yǎng)成分的大量攝取使生長緩慢的微生物得不到充足營養(yǎng)而生長受到抑制。
(三)采用高濃度的營養(yǎng)基質(zhì)
最初對微生物的培養(yǎng)是在富含營養(yǎng)的培養(yǎng)基中進行的,但是由于自然界中微生物數(shù)量龐大,其可利用的營養(yǎng)物質(zhì)極度匱乏,多數(shù)處于“岔營養(yǎng)”狀態(tài)。常規(guī)純培養(yǎng)對這種認識不允分,通常將寡營養(yǎng)微生物迅速置于富營養(yǎng)狀態(tài),微生物初期的快速生長會產(chǎn)生大量的、微生物自身難以調(diào)節(jié)的過氧化物、超氧化物和羥基自由基等“毒性氧物質(zhì)”,該類物質(zhì)快速、過量的積累會破壞細胞內(nèi)膜結(jié)構(gòu),導致細胞死亡,從而表現(xiàn)出微生物的不可培養(yǎng)性。
(四)環(huán)境微生物之間的相互關(guān)系被忽略
微生物相互關(guān)系繁多復雜,包括:(1)種間的偏利共生關(guān)系和互惠共生關(guān)系,兩者的共性是至少一個群體提供另一些群體所需的生長因子而使微生物群體獲利;(2)群體感應,這種關(guān)系被認為是通過細菌間的信息交流來調(diào)控細菌的群體行為:細胞通過感應一種胞外低分子量的信號分子來判斷菌群密度和周圍環(huán)境的變化,從而調(diào)節(jié)相應的細菌表達以調(diào)節(jié)細菌的群體行為。以上這兩種關(guān)系都是微生物生長所必需的。由于人們目前對環(huán)境中微生物之間多數(shù)復雜的相互關(guān)系所知甚少,采用的培養(yǎng)技術(shù)沒有將這種關(guān)系考慮在內(nèi)。純培養(yǎng)技術(shù)將待培養(yǎng)的微生物與其它微生物群體、以及生存環(huán)境人為地分離開,種間的共生關(guān)系和信息交流被阻斷,微生物缺乏必需的生長因子和信號分了而死亡,表現(xiàn)出微生物的不可培養(yǎng)性。
(五)對微生物生長狀況進行判斷的常規(guī)標準存在的缺陷,也導致某些微生物生長不被發(fā)覺,表現(xiàn)為“不可培養(yǎng)”
關(guān)鍵詞 微生物分離 選擇
1 教材分析與課時安排
“土壤中分解尿素的細菌的分離與計數(shù)”是人教版高中生物(選修1)專題2“微生物的培養(yǎng)與應用”的第二個課題,學生已學習了有關(guān)培養(yǎng)基和無菌技術(shù)的基本知識,在掌握使用平板劃線法和稀釋涂布法、分離和純化微生物的實驗操作的基礎上,研究培養(yǎng)基對微生物的選擇作用,并測定其數(shù)量。其中既有關(guān)于特定菌株的選擇策略等知識性內(nèi)容,又有土壤溶液的稀釋、菌落數(shù)量統(tǒng)計等操作性內(nèi)容,難度較大、探究性較強,是培養(yǎng)學生設計實驗、動手操作等科學探究能力,提高生物科學素養(yǎng)的好素材。
本課題教學實施中的關(guān)鍵在于兩點:① 教師要處理好知識性內(nèi)容與操作性內(nèi)容的關(guān)系,要讓學生理解特定菌株的選擇策略,并學習有關(guān)的實驗方法和操作程序;② 處理好課常與課后的關(guān)系。本課題的實驗操作時間不長,但是操作前要制備培養(yǎng)基、對培養(yǎng)基和其他操作用具進行滅菌,操作后的培養(yǎng)時間和對微生物進行觀察則需要較長時間,因此需要教師精心設計教學程序,統(tǒng)籌安排教學時間。
根據(jù)這一教材特點,本課題教學可分2個課時進行,2個課時之間應留有2 d左右的間隔,以便進行微生物的培養(yǎng)與觀察。
2 教學目標
2.1 知識目標
簡述稀釋涂布平板法分離微生物和進行微生物計數(shù)的實驗原理;說出選擇性培養(yǎng)基和鑒別性培養(yǎng)基的用途;歸納分離純化微生物的原理和方法。
2.2 能力目標
學會制備土壤樣本稀釋液,學會用稀釋涂布法將菌樣液接種到固體培養(yǎng)基平板;學會用稀釋涂布平板法進行微生物數(shù)量測定的方法。
2.3 情感、態(tài)度與價值觀目標
體驗科學知識的形成過程,加深對科學本質(zhì)的理解;體會在實驗活動中合作學習的有效性,養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。
3 教學準備
3.1 土壤樣品的采集以及土壤溶液的配制
為保證實驗取得預期效果,應選擇經(jīng)常施用尿素的農(nóng)田,鏟去表土后采集3~8 cm深度范圍內(nèi)的土壤;回實驗室后,去除土壤中的植物枯枝敗葉及其他雜物,用托盤天平稱取樣品10 g,加入到盛有90 g無菌水的錐形瓶中,震蕩10 min,即制得101土壤溶液;制備完成后可置于冰箱冷藏室內(nèi)備用(1~2 d)。
3.2 配制培養(yǎng)基并進行高壓蒸氣滅菌
配制牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基(配方:牛肉膏5 g,蛋白胨10 g,氯化鈉5 g,瓊脂20 g,加熱溶解后,加水定容至1 000 mL。如條件具備可用瓊脂糖代替瓊脂), 分裝到100 mL 帶棉塞的錐形瓶中,每瓶各25 mL。
配制尿素固體培養(yǎng)基(配方:葡萄糖10 g,尿素1 g,KH2PO4 1.4 g,Na2HPO4 2.1g,MgSO4?7H2O 0.2 g,瓊脂15 g,加熱溶解后定容至1 000 mL),分裝到100 mL 帶棉塞的錐形瓶中,每瓶各25 mL。
將上述分裝好的兩種培養(yǎng)基、裝有4.5 mL 蒸餾水的帶棉塞試管、裝有99 mL 蒸餾水的250 mL錐形瓶、包裝好的培養(yǎng)皿進行高壓蒸氣滅菌。
4 教學過程
4.1 導入新課
教師講解:尿素是動物體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝終產(chǎn)物,也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的化肥,但農(nóng)作物并不能直接吸收利用尿素,而有些土壤微生物能產(chǎn)生并分泌脲酶。通過分解土壤中的尿素為自身和植物生長提供氮元素,由此引出課題:在特定的土壤中可以分解尿素的微生物的數(shù)量是多少?如何從土壤中的眾多微生物中分離出能分解尿素的微生物?
4.2 分析原理,學生嘗試進行實驗設計
教師介紹Taq細菌的發(fā)現(xiàn)和選擇過程,引導學生認識到研究微生物的分離和培養(yǎng),是研究微生物利用的基礎,而要選擇出符合需要的特定微生物,則要從微生物的生理和代謝特點出發(fā),創(chuàng)造有利于目的菌株生長的條件,同時抑制或阻止其他微生物的生長。在此基礎上,教師引導學生提出實驗的初步設想,以尿素為惟一氮源,配制培養(yǎng)基,阻止不能利用尿素的微生物的生長,從而篩選出分解尿素的微生物。學生以實驗小組為單位進行實驗設計。由于本實驗的綜合性強,難度大,學生在設計實驗流程時可能存在不少困難。教師一方面要鼓勵小組內(nèi)部開展討論,逐步修正設計;另一方面也要適時的參與到各組的討論過程中,提出合理的建議。
4.3 總結(jié)設計結(jié)果,得出可行的實驗流程
讓各小組展示設計結(jié)果,組織全體學生討論,教師給予評價,最終得出可行的實驗流程(圖1),并要求學生明確各步驟的具體目的。根據(jù)教師課前所進行的預實驗,所取的土壤樣品中分解尿素的微生物大約為1.5×108個/g。因此,可選擇讓學生進行104、105兩種土壤稀釋液的涂布接種。這樣既可保證實驗效果,又減少了器材、試劑的用量,節(jié)約教學時間,提高教學效率。同時,以牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基的培養(yǎng)作為實驗對照,以便讓學生充分理解和認識選擇性培養(yǎng)基的設計策略和選擇效果。
4.4 學生分組操作
為節(jié)約教學時間,教師可在課前將前期備好的牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基和尿素固體培養(yǎng)基,用電磁爐加熱融化后,于課前置于80 ℃的水浴中進行保溫,保持融化狀態(tài),以便學生及時取用。
倒平板:將融化的兩種培養(yǎng)基分發(fā)給每個實驗小組,指導其按規(guī)范倒平板,將兩種融化的固體培養(yǎng)基倒入已滅菌的培養(yǎng)皿中,每個100 mL錐形瓶中盛有的25 mL培養(yǎng)基,可倒兩個平板,每個實驗組可制得兩種平板共四個。制作完成后,分別編號,置于實驗臺上等待其冷卻凝固。
配制104、105土壤稀釋液:將101土壤溶液和經(jīng)滅菌的裝有4.5 mL 蒸餾水的帶棉塞試管、裝有99 mL 蒸餾水的250 mL錐形瓶分發(fā)給各小組,教師指導學生制備104、105兩種土壤稀釋液。具體的方法可由教師直接給出,也可由各小組自行討論制定方法,因?qū)W生對微量移液器的使用不熟悉,教師應給予指導。
接種菌液,分離尿素分解菌:教師指導學生用微量移液器,各取0.1 mL104、105土壤稀釋液,分別加入到裝有牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基和尿素固體培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿中,使用涂布器,在酒精燈火焰附近打開培養(yǎng)皿,將加入的菌液均勻涂布于整個培養(yǎng)基,蓋上培養(yǎng)皿后,倒置于37℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。
以上為第一課時。在第二課時教學實施前,教師可組織學生定期觀察培養(yǎng)情況。
觀察對比培養(yǎng)結(jié)果并計算:2 d后觀察比較牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基和尿素固體培養(yǎng)基中菌落的形態(tài)并計數(shù)。可以明顯地發(fā)現(xiàn),牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基上的菌落形態(tài)多樣,數(shù)目較多,而且隨稀釋倍數(shù)的增加,菌落的數(shù)目減少。而尿素培養(yǎng)基上的菌落形態(tài)比較單一,數(shù)目也明顯少于對應稀釋倍數(shù)的牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基上菌落。學生根據(jù)計數(shù)結(jié)果,計算出土壤中分解尿素的微生物的數(shù)量。例如學生計數(shù)在105稀釋倍數(shù)的培養(yǎng)基上出現(xiàn)的菌落為60個,則每克土壤中尿素分解菌數(shù)量為60×5×105×10=3×108個/g。
4.5 小組討論,促進學生對微生物選擇性培養(yǎng)的理解
學生完成分組操作后,教師可設計問題,引導學生鞏固有關(guān)微生物培養(yǎng)的原理和方法,加深其對微生物選擇性培養(yǎng)的理解。具體問題及設計意圖如下:
(1) 牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基中,提供碳源和氮源的物質(zhì)分別是什么?
(2) 尿素固體培養(yǎng)基中,提供碳源和氮源的物質(zhì)分別是什么?
(3) 你所在的實驗小組的培養(yǎng)結(jié)果如何?按生長菌落的多少,將4只培養(yǎng)皿排序,從多到少的順序是什么?為何會出現(xiàn)菌落數(shù)量的差異?
(4) 你所在的實驗小組,實現(xiàn)了對土壤中分解尿素的微生物的選擇性培養(yǎng)嗎?為什么?
以上問題串從復習上一課題介紹的微生物培養(yǎng)過程中的碳源、氮源入手,讓學生體會不同微生物在生長過程中利用的碳源和氮源是不同的,從而引導其深刻理解微生物的選擇性培養(yǎng)的思路,進一步掌握特定微生物的選擇和分離的方法。
4.6 設計“意外”,引導課題延伸
教師展示學生的實驗結(jié)果,從中選擇符合實驗預期的尿素固體培養(yǎng)基,打開培養(yǎng)皿,使用手持式噴壺,向培養(yǎng)基表面噴入事先配好的質(zhì)量分數(shù)為0.1%的酚紅試劑,靜置片刻,讓學生觀察現(xiàn)象。
教師講解并提問:酚紅試劑是一種酸堿指導劑,其變色范圍是pH6.8(黃)~8.4(紅),觀察到的培養(yǎng)基上的顏色有何變化?這說明了什么問題?
學生通過觀察可知,在培養(yǎng)基上出現(xiàn)了兩種不同類型的菌落,一種菌落周圍出現(xiàn)了紅色圈,另一種則呈現(xiàn)黃色。這說明這些微生物的種類是不同的,菌落周圍變紅的說明微生物培養(yǎng)過程中產(chǎn)生了堿性物質(zhì),而菌落周圍變黃則說明產(chǎn)生了酸性物質(zhì)。
教師給出如下資料,指導學生閱讀:
資料:微生物將含氮有機物分解產(chǎn)生氨的過程被稱為氨化作用。能進行氨化作用的細菌統(tǒng)稱氨化細菌。有些氨化細菌能分泌脲酶,可將尿素分解生成氨,為微生物提供氮源,如脲芽孢八疊球菌。
硝化細菌可利用氨氧化過程中釋放的能量,將無機物轉(zhuǎn)化成有機物而營自養(yǎng)生活,其中能將氨氧化成亞硝酸鹽的稱為氨氧化細菌,如亞硝化單胞菌;能將亞硝酸鹽氧化為硝酸的是亞硝酸氧化細菌,如硝化桿菌等。
教師要求學生根據(jù)以上資料,進一步判斷培養(yǎng)基上出現(xiàn)的兩類菌群,分別是資料所給出的哪一類細菌。
在此基礎上,教師提出問題:本實驗中使用的尿素固體培養(yǎng)基中的惟一氮源是尿素,其目的在于選擇土壤中的分解尿素的微生物,那么為何在培養(yǎng)基中出現(xiàn)了以氨為氮源的氨化細菌?如果想進一步選擇分解尿素的微生物應該怎么做?
筆者設計這一問題串的目的在于幫助學生理解選擇性培養(yǎng)基和鑒定性培養(yǎng)基的用途。借此問題,教師引導學生認識到,尿素分解菌可將尿素分解為氨,這時培養(yǎng)基中的氮源的種類就發(fā)生了變化,由原來的尿素是惟一氮源變成了除尿素外還存在其他的氮源。因此,可在這樣的培養(yǎng)基上生長的細菌,有些是可以分解尿素的,有些則是以氨為氮源的雜菌。而要想選擇出其中分解尿素的微生物,可在配制尿素固體培養(yǎng)基時加入酚紅起到鑒別作用,然后用滅菌后的接種環(huán),挑取菌落周圍出現(xiàn)紅色區(qū)域的微生物進行接種培養(yǎng)。
4.7 總結(jié)歸納
在總結(jié)歸納階段,教師可設計一系列問題,引導學生回顧微生物分離純化的方法和實驗設計的思路,具體問題如下:
(1) 分離純化微生物的方法有哪些?(平板劃線法、稀釋涂布法、選擇培養(yǎng)基分離、鑒別性培養(yǎng)基鑒別后挑取接種)
(2) 本實驗中,為何要設計使用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基培養(yǎng)土壤微生物的步驟?(設置對照,通過比較實驗組和對照組培養(yǎng)基上菌落的數(shù)量和形態(tài),證明尿素固體培養(yǎng)基的選擇效果)
(3) 要想提高土壤中尿素分解微生物計數(shù)的準確性,應該怎么做?(設置重復,取均值,減少實驗誤差)
(4) 請歸納微生物計數(shù)的方法。(稀釋涂布法、血球計數(shù)板、比濁法等)
以上教學過程充分挖掘了該課題的教學價值,使課程標準中“微生物的分離與培養(yǎng)、微生物計數(shù)、選擇性培養(yǎng)基的選擇作用”等具體要求得到有效落實,同時,該教學過程較好地處理了知識性內(nèi)容與操作性內(nèi)容及課堂與課后的關(guān)系,可起到節(jié)約時間,提高教學效率的效果。
參考文獻:
關(guān)鍵詞:微生物學實驗; 教學模式; 探索
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1006-3315(2013)09-117-002
微生物學是生物科學的一個重要的分支,是生物科學中理論性、技術(shù)性、應用性都很強的基礎學科之一。微生物學的發(fā)展,促進了許多重大理論問題的突破,為分子生物學和分子遺傳學的發(fā)展奠定了基礎[1]。微生物學實驗是微生物學教學內(nèi)容的重要組成部分[2],對印證和鞏固微生物學理論知識,以及研究與應用微生物都具有很重要的作用。因此,隨著生物科學的不斷發(fā)展,如何進一步通過微生物學實驗課程的教學,培養(yǎng)學生掌握實驗方法與實驗技能,提高學生思維能力﹑綜合應用能力和創(chuàng)新能力,提高學生綜合素質(zhì),是微生物學實驗教學重要的研究課題。對這一問題,許多高校都展開了探索和實踐,如林雁冰[3]等研究構(gòu)建了一種創(chuàng)新型微生物實驗教學體系,黃族豪[4]等對生物科學專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)進行了探索與實踐。近年來,我們針對黔南民族師范學院生物科學專業(yè)的本科學生,對微生物學實驗課程的教學模式進行了探索和實踐,為高素質(zhì)創(chuàng)新性人才培養(yǎng)提供理論參考和實踐依據(jù)。
一、修訂微生物學實驗課程教學大綱,整合實驗內(nèi)容,構(gòu)建實驗教學模式
黔南民族師范學院是改革開放以來,在實施西部大開發(fā)戰(zhàn)略進程中,由教育部和貴州省人民政府批準的一所省州共建、以省為主的本科層次的民族師范院校。新建的地方院校,經(jīng)費困難,用錢的地方很多,實驗設備短缺而陳舊落后,由于微生物實驗受儀器設備和實驗學時等條件的限制,擬訂的實驗教學大綱開設的實驗項目數(shù)偏少,僅有8個實驗(只有1個綜合性實驗,其余都是簡單的驗證性實驗),實驗內(nèi)容單一,相當學生學習消極,培養(yǎng)學生的實驗方法和技能單調(diào)、不利于學生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
近年來隨著各級政府對學院的投入增加,實驗室建設有了長足發(fā)展,實驗設備儀器得到添置,實驗條件有所改善。為了加強培養(yǎng)學生的實驗技能,提高學生的實驗素養(yǎng)和創(chuàng)新能力,我們根據(jù)微
生物學科的特點,結(jié)合我院的實際和多年的教學實踐,本著以人為本,以學生的發(fā)展為根本的教學理念,夯實學生基礎,注重學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的原則,修訂微生物學實驗課程教學大綱。新的微生物學課程實驗大綱將原來的實驗內(nèi)容由8個實驗調(diào)整為10個(其中5個驗證性實驗,3個綜合性試驗,2個設計性實驗),實驗學時由原來的24學時增加至48學時(其中2個綜合性實驗與1個設計性實驗,每個實驗時,其余為3個學時,共計48學時)。按照人們認識事物的規(guī)律和微生物學知識的邏輯關(guān)系,將上述微生物實驗的內(nèi)容整合為三個模塊,即基礎性微生物學實驗模塊、綜合性微生物學實驗模塊、創(chuàng)新性微生物學實驗模塊,構(gòu)建形成微生物學實驗課程教學模式。該模式體現(xiàn)了微生物學實驗課程客觀規(guī)律的教學框架,它具有目的明確、內(nèi)容具體、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和實踐性強的特點,在實施過程中注意三個模塊的實驗內(nèi)容既有區(qū)別又有聯(lián)系,使學生能系統(tǒng)掌握微生物實驗的基本方法和技能,培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。
二、基礎性實驗模塊實驗內(nèi)容的整合
1.教學目標
通過開設5個實驗,使學生印證和鞏固微生物學的基本知識、基本理論;掌握微生物學實驗的基本操作技能(包括臨時裝片制作技術(shù)、微生物形態(tài)觀察技術(shù)、微生物轉(zhuǎn)管培養(yǎng)技術(shù)、微生物實驗無菌操作技術(shù)),環(huán)境消毒的方法,體會無菌操作的重要性,牢固樹立無菌概念;培養(yǎng)學生獨立使用實驗儀器開展實驗的能力,為進一步開展綜合性實驗和設計性實驗奠定良好的基礎。
2.主要內(nèi)容
將微生物在實驗室環(huán)境和人體表面分布,微生物的形態(tài)識別,細菌特殊構(gòu)造的觀察,真核微生物與原核微生物的形態(tài)和區(qū)別,顯微鏡、細胞計數(shù)器、測微尺等儀器使用,培養(yǎng)基制備、無菌操作技術(shù)、微生物染色觀察技術(shù)等知識整合為5個實驗。即:(1)培養(yǎng)基制備、滅菌及環(huán)境消毒;(2)實驗室環(huán)境、人體表面微生物的檢查及無菌技術(shù);(3)細菌、放線菌、酵母菌和霉菌的制片及簡單染色觀察;(4)細菌革蘭氏染色、芽孢、莢膜、鞭毛染色;(5)微生物大小測定、顯微鏡直接計數(shù)技術(shù)和懸滴觀察。每個實驗3學時。原來的微生物學實驗課程大綱對這部分實驗內(nèi)容安排了7個實驗(每個實驗3學時),但還不包括細菌芽孢、莢膜、鞭毛染色和微生物大小測定等實驗內(nèi)容。經(jīng)過上述整合,不僅豐富了實驗內(nèi)容,還對學生的實驗技術(shù)和操作技能進行多方位的訓練,為綜合性實驗和設計性實驗打下堅實的基礎。在實驗順序上,按前一個實驗作為下一個實驗的基礎或準備進行安排,使實驗體系緊湊,邏輯相連。如培養(yǎng)基的制備實驗的結(jié)果,就為實驗室環(huán)境、人體表面微生物的檢查及無菌技術(shù)實驗做好了培養(yǎng)基的準備,節(jié)約耗材,提高實驗的效率。
3.教學方法與效果
該模塊的教學方法利用黑板板書和多媒體,教師用邊示范操作邊介紹的方法進行教學。對微生物形態(tài)觀察的實驗內(nèi)容為學生制作示范鏡顯示觀察結(jié)果。在學生實驗過程中,教師觀察各實驗臺學生操作情況,并及時糾正不規(guī)范的操作。實驗報告按傳統(tǒng)的格式完成。實驗準備和預備實驗由指導教師帶領(lǐng)學生進行(學生以實驗臺為單位輪流安排)。經(jīng)過該模塊的學習和訓練,學生反映良好,對他們實驗能力的提高幫助很大。
三、綜合性實驗模塊實驗內(nèi)容整合
1.教學目標
綜合性實驗的教學目標是強化學生的動手能力、實踐能力和將微生物各單項基礎實驗技術(shù)整合應用的能力,培養(yǎng)學生綜合實驗技術(shù),分析和解決實際問題的能力。
2.主要內(nèi)容
將基礎性實驗模塊的實驗內(nèi)容有機整合,把微生物的分離、培養(yǎng)、鑒定、生理生化、環(huán)境條件對微生物的影響等知識整合為3個綜合實驗。即:(1)IMViC試驗;(2)土壤中微生物的分離培養(yǎng)及初步鑒定;(3)大型真菌菌種分離、質(zhì)量鑒定。其中第1個實驗為3學時,剩余的的2個實驗各為時。該部分實驗在強化基本原理的基礎上,把實驗內(nèi)容與生產(chǎn)實際和科學研究緊密聯(lián)系起來,真正做到理論聯(lián)系實際,為微生物實驗技術(shù)廣泛應用打下堅實的基礎。
3.教學方法與效果
綜合性實驗的教學主要以學生為主,將單項基礎性實驗根據(jù)實驗目的進行有機組合,集成微生物實驗方法和技術(shù),形成對微生物研究和應用的綜合技術(shù)。如土壤中微生物的分離培養(yǎng)及初步鑒定綜合性實驗,將培養(yǎng)基的配制、滅菌、分離、鑒定、轉(zhuǎn)管培養(yǎng)、菌種保藏等技術(shù)進行整合,形成土壤中微生物的分離培養(yǎng)及初步鑒定整套實驗方法和技術(shù)。教師在實驗前提前布置實驗題目,交待實驗目的和要求,學生獨立擬定實驗方法和步驟,實驗前由教師檢查實驗方案合理后,學生獨立實施。實驗過程中觀察學生的實驗操作方法是否規(guī)范,并及時指正。實驗準備以實驗臺為單位,在指導教師的帶領(lǐng)下進行。實驗報告以小論文的格式完成。學生對這種應用性較強的模塊學習積極性較高,能發(fā)揮學生的主觀能動作用,知識掌握程度也牢固。
四、設計性實驗模塊
1.教學目標
該模塊以人才培養(yǎng)與社會對人才需求有機接軌為目標,培養(yǎng)學生綜合運用所學知識和技能,結(jié)合經(jīng)濟社會發(fā)展的需求,開展設計性實驗,進行探究性學習,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。
2.主要內(nèi)容
該模塊是學生進入工作崗位(教學、科研、生產(chǎn)等各領(lǐng)域)從事微生物和相關(guān)領(lǐng)域工作必備的知識和技能,也是學校人才培養(yǎng)與社會對人才需求實現(xiàn)無縫結(jié)合的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)當?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展人們生活與生產(chǎn)亟待解決的熱點問題,結(jié)合學生特點作為實驗內(nèi)容,開展具有本院微生物學科特色的設計性實驗。即(1)當?shù)仫嬘盟此屑毦倲?shù)和總大腸菌群的檢測(時);(2)牛乳的巴氏消毒、細菌學檢查、酸乳的制作及質(zhì)量檢測(3學時)。
3.教學方法與效果
設計性實驗由教師結(jié)合社會發(fā)展需要,在實驗前提出實驗題目和要求,學生獨立設計實驗方案,指導教師檢查合理后,學生獨立進行實驗。實驗過程教師觀察學生操作,指導學生解決實驗過程中出現(xiàn)的問題。實驗準備以實驗臺為單位,仍然在指導教師的帶領(lǐng)下進行。實驗報告以小論文的格式完成。該模塊內(nèi)容結(jié)合社會生活與生產(chǎn)實際,實踐性和應用性很強,學生學習的積極性高,主動性強,能有效促進創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。
五、實驗成績考核
實驗成績由學生制訂的實驗方案(30%)、完成的實驗報告(30%)和實驗技能(40%)構(gòu)成。實驗方案和實驗報告按統(tǒng)一的基本要求作為評分的標準,由指導教師評閱給出成績。技能考核以大型真菌組織分離制作菌種作為技能考核單元,從培養(yǎng)基配制和滅菌、接種環(huán)境消毒、組織分離方法、無菌操作等方面綜合檢查學生對微生物實驗基本操作技能的掌握情況,以成功分離無污染的菌種為判定標準,記載考核成績。指導教師對實驗報告評閱在下一個實驗前批改發(fā)給學生,并在下一個實驗前對前一個實驗進行小結(jié),肯定成績,指出不足,以利于學生及時改進。
六、小結(jié)
微生物學實驗教學模式從2009年開始在我院生物科學專業(yè)2007級兩個班的微生物學實驗課程中摸索,在生物科學專業(yè)2008級職業(yè)師資班微生物學實驗課程的教學過程中逐步完善,經(jīng)過對生物科學專業(yè)2009級兩個班學生的教學實踐檢驗,得到學生的認可。不管是哪個年級,在微生物學實驗課程結(jié)束后,相當部分的學生向指導教師提出申請,要求教師指導他們進行微生物學方向的研究性學習,有些同學在畢業(yè)論文選題時選擇微生物學領(lǐng)域的內(nèi)容。由此微生物學課程教師常常因要求的學生過多而超過學院規(guī)定教師指導學生的任務。學生通過微生物學實驗教學模式的學習訓練,成果顯著,有的發(fā)表了研究論文,有的考取碩士研究生。實踐證明,通過以上對微生物學實驗教學的改革,建立的微生物學實驗課程教學模式,符合我院生物科學專業(yè)學生的特點,使學生認識到了微生物學實驗課程的重要性,大大激發(fā)了學生對微生物學實驗的興趣,調(diào)動學生學習的積極性和創(chuàng)造性,發(fā)揮學生學習的主觀能動性,培養(yǎng)了學生的動手能力、思考分析、解決問題的能力和創(chuàng)新能力,為學生適應將來工作或進一步深造奠定了良好的基礎。
基金項目:貴州省高校專業(yè)綜合改革試點項目:黔教高發(fā)[2012]426號;黔南民族師范學院微生物學重點學科建設項目:院政發(fā)[2011]04號;黔南民族師范學院優(yōu)秀教學團隊建設項目,院教發(fā){2011}5號。
參考文獻:
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關(guān)鍵詞:土壤微生物;高通量測序;生物多樣性
中圖分類號:S154.37文獻標識碼:A文章編號:16749944(2013)08020303
1引言
土壤是一個非常復雜的生態(tài)環(huán)境體系,土壤微生物學作為微生物學的一個分支,一直在研究之中。土壤微生物是土壤的重要組成部分,是生態(tài)系統(tǒng)中重要的消費者和分解者,其群落結(jié)構(gòu)多樣性及變化在一定程度上反映了土壤的質(zhì)量和穩(wěn)定性。土壤微生物多樣性是指微生物生命的豐富性及在遺傳、種類、生態(tài)系統(tǒng)層次上的變化,同時反映微生物群落的穩(wěn)定性。許多研究已經(jīng)證實, 通過傳統(tǒng)的DNA分離方法測定出來的土壤微生物只占到環(huán)境微生物的0.1%~10%[1, 2]。傳統(tǒng)的土壤微生物研究方法如微生物平板培養(yǎng)法、Biolog鑒定系統(tǒng)法、生物標記法等[3]往往會過低估價土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)組成,無法詳細描述出土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)組成方面的信息,也無法描繪出不同群體的生理差異。隨著科學技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的Sanger技術(shù)的弊端也日益體現(xiàn),一方面是因為該方法費時,且一次的反應數(shù)有限,另一方面是該技術(shù)基于酶法測序,成本較高。隨著微生物研究技術(shù)的迅速發(fā)展尤其是分子生物學技術(shù)的發(fā)展,土壤微生物學研究專家開發(fā)出一系列的研究土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的方法[4],高通量測序技術(shù)也隨之誕生,慢慢應用到科研之中。
2土壤微生物研究方法
2.1微生物平板培養(yǎng)法
傳統(tǒng)的土壤生態(tài)系統(tǒng)中微生物群落多樣性及結(jié)構(gòu)分析大多是將微生物進行分離培養(yǎng),然后通過一般的生物化學性狀,或者特定的表現(xiàn)型來分析,局限于從固體培養(yǎng)基上分離微生物。這種方法只能培養(yǎng)出極少量的微生物類群,大約占0.1%~10%,無法對絕大多數(shù)土壤微生物的分類和群落結(jié)構(gòu)進行深入研究。因此這種培養(yǎng)法局限性比較大,只能應用于特殊微生物的研究[5]。
2.2BIOLOG鑒定系統(tǒng)
BIOLOG系統(tǒng)是Garland于1991年建立起來的一套用于研究土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性方法。細胞的維持和生長需要能量、碳源和多種無機離子,底物利用是群落中微生物存活和競爭的關(guān)鍵。因此可以根據(jù)微生物對碳源利用的方式來鑒定微生物的群落結(jié)構(gòu)。碳數(shù)利用法通常用BIOLOG盤來實現(xiàn)。BIOLOG測試盤內(nèi)有96個小孔,除了一個小孔為對照不含碳源外,其余都含不同的碳源。試驗中將碳源和指示劑一起放入平板小孔內(nèi),然后將稀釋后的細胞懸液接種到各個小孔中,由于微生物利用碳源引起指示劑變化,以此來檢測和判斷不同土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[6]。
2.3分子生物學技術(shù)測序方法
在過去的20多年里,分子生物學技術(shù)尤其16S rDNA技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于鑒定未知菌類的研究中。20世紀80年代以來,逐步建立起了以分子系統(tǒng)發(fā)育分析為基礎的現(xiàn)代微生物分子生態(tài)學的研究方法,如PCR-RFLP、PCR-RAPD、PCR-SSCP、熒光原位雜交技術(shù)(FISH)、基因芯片(Microarry)、磷脂脂肪酸圖譜分析( Phospholipid fatty acid, PLFA)、穩(wěn)定同位素探針(Stable Isotope Probing, SIP)、PCR-DGGE/TGGE等[7],使得研究者能夠在分子水平上對土壤微生物多樣性進行研究。
但是這些技術(shù)只能在科或?qū)偎缴戏治鐾寥牢⑸锏娜郝浣Y(jié)構(gòu),不能更細致更詳細地對土壤微生物進行分析研究。隨著科學技術(shù)的發(fā)展,相繼出現(xiàn)了第一代、第二代、第三代高通量測序技術(shù),使得研究人員能在種的水平上對土壤微生物進行研究和分析。
2.4 454高通量測序方法
高通量測序技術(shù)[8]是傳統(tǒng)測序一次革命性的改變,一次可以對幾十萬到幾百萬條DNA分子進行序列測定,在有些文獻中也稱其為下一代測序技術(shù)(next generation sequencing),可見其劃時代的改變,同時高通量測序使得對一個物種的轉(zhuǎn)錄組和基因組進行細致全貌的分析成為可能,所以又被稱為深度測序。
近年來,以16S rRNA/DNA為基礎的分子生物學技術(shù)已成為普遍接受的方法。研究表明,400~600堿基的序列足以對環(huán)境中微生物的多樣性和種群分類進行初步的估計[9],因此454高通量測序的方法因其讀長(400~500bp)長和準確性高的特點大量用于微生物多樣性的研究。
因此通過高通量測序法來確定土壤微生物群落結(jié)構(gòu),從而可以在種的水平上將土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)分析出來,然后就可以對土壤微生物的多樣性進行分析。并可以對土壤微生物和鹽生植被的相互照應關(guān)系進行分析研究。
3454高通量測序在土壤微生物研究中的應用
3.1研究土壤微生物的物種多樣性
研究微生物物種多樣性主要從微生物類群即細菌、真菌和放線菌這三大類群的數(shù)目及其比例來描述某個地區(qū)某段深度土壤中微生物的多樣性,然后根據(jù)此地區(qū)土壤微生物物種的多樣性來探究全球范圍內(nèi)土壤微生物的物種多樣性。通過高通量測序測得土壤中土壤微生物的各種菌類組成,以此來研究某個地區(qū)土壤中微生物的物種多樣性。
3.2研究土壤微生物的功能多樣性
研究土壤微生物功能多樣性主要從各種微生物的活性及它們的相互作用產(chǎn)生的功能、底物代謝能力及與N、P、K等營養(yǎng)元素在土壤中相互轉(zhuǎn)化的功能等。通過將高通量測序得到的土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)及組成和實驗測定土壤的幾種理化性質(zhì)及轉(zhuǎn)化過程來了解土壤微生物的功能。
通過實驗測得土壤的堿解氮、有效磷、活性有機質(zhì)、腐殖質(zhì)理化性質(zhì),可以分析地區(qū)土壤微生物的功能多樣性,以此來探究全球范圍內(nèi)土壤微生物乃至整個微生物的功能多樣性。
3.3研究環(huán)境的突然變化對土壤微生物菌群的影響
環(huán)境的突然改變會導致微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化。近幾年來隨著全球變暖,土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)可能發(fā)生了變化,地震、泥石流等自然災害也會對土壤微生物的群落構(gòu)成產(chǎn)生影響。Zachary等以重水穩(wěn)定同位素探測技術(shù)(H218O-SIP)鑒定與土壤增濕相關(guān)的細菌。先對土壤增濕前土壤微生物進行測定,得到土壤微生物各種組成,然后將土壤增濕后,對土壤中16S rRNA進行高通量測序,發(fā)現(xiàn)Alphaproteobacteria、Betaproteobacteria和Gammaproteobacteria的相對比例升高,而Chloroflexi和Deltaproteobacteria的比例則降低。作者通過控制土壤濕度的動態(tài)變化,對微生物菌群的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化進行研究,劃分生態(tài)類群。除此之外,溫度的驟變也會對土壤微生物菌群產(chǎn)生巨大的影響。
4454高通量測序技術(shù)存在的問題及發(fā)
展前景到目前為止,大量的研究者應用454測序技術(shù)對多種環(huán)境樣品的微生物多樣性進行了深入研究,這些研究大大增長了人類對微生物的存在和種類的認識。針對不同的研究對象,454測序技術(shù)不僅為研究提供了大量數(shù)據(jù),證實研究對象所含微生物具有較高的多樣性,而且還建立了一種研究復雜生態(tài)系統(tǒng)里的微生物多樣性方法。但由于該技術(shù)剛剛起步,所以存在一些待解決的問題。首先,隨著核酸序列數(shù)量上的跨越式累積,生物信息學分析將面臨巨大的挑戰(zhàn)。另外,海量數(shù)據(jù)的深入挖掘工作會發(fā)現(xiàn)用傳統(tǒng)生物學理論難以解釋的生命規(guī)律,對傳統(tǒng)理論的顛覆和新理論的提出與建立將成為不可避免的工作。
雖然存在許多不足,但454測序技術(shù)仍以其強大的測序能力滲透到生命科學研究的方方面面,包括那些此前無法用測序來解決的領(lǐng)域。在微生物領(lǐng)域,憑借著 454測序技術(shù)各方面的優(yōu)勢,終究會成為未來研究環(huán)境基因組的主導測序技術(shù),同時,隨著454技術(shù)的不斷完善,該技術(shù)將為微生物生態(tài)學研究注入新的動力,成為微生物生態(tài)學研究新的亮點,大大加速微生物生態(tài)學的發(fā)展,增長人類對微生物生態(tài)學的認識,為人類探索廣袤的微生物資源提供無限遐想。參考文獻:
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關(guān)鍵詞環(huán)境工程微生物學;實驗課程教學;改革
AbstractAccording to the problems of environmental microbiology in traditional experiment teaching and social needs,a set of reforms had been explored and practiced,which included construction environmental microbiology knowledge system,concerning reality,using advanced technology,comprehensive experiments and flexible forms of examination,in order to improve students’ interest,research capacity and innovative ability.
Key wordsenvironmental microbiology;experimental teaching;reform
環(huán)境工程微生物學作為環(huán)境科學和環(huán)境工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎課程,是一門實驗性和應用性很強的學科,是多學科相互交叉滲透而高速發(fā)展的前沿研究領(lǐng)域。其基本原理、研究技術(shù)已滲透到所有分支學科,是推動微生物技術(shù)發(fā)展和解決環(huán)境工程問題不可或缺的力量。實驗課程是聯(lián)系理論和實踐的紐帶,有助于加深學生對理論知識的理解,培養(yǎng)學生動手能力,開拓學生視野,提高學生創(chuàng)新思維和科研能力。在以往的實驗課教學體系運行下,學生只能做一些類似“標準答案”的驗證性實驗,興趣不高,缺乏思考。如何利用有限的的學時將環(huán)境工程微生物學實驗技術(shù)和前沿進展傳授給學生,使學生系統(tǒng)地掌握環(huán)境微生物學的知識體系,并靈活地運用知識解決實際問題,是21世紀綜合型人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。近年來,在環(huán)境工程微生物學實驗課程教學過程中,本課題組以周群英、王士芬主編的《環(huán)境工程微生物學》(第3版)為主要教材(包含理論和實驗課),并參考黃秀莉、辛明秀主編的《微生物學實驗》和王蘭主編的《環(huán)境微生物學實驗方法與技術(shù)》等多種實驗課教材,進行了一系列改革和嘗試,力求構(gòu)建環(huán)境工程微生物實驗課程新體系,以取得更好的教學效果[1-4]。
1環(huán)境微生物學實驗課程改革的必要性
環(huán)境工程微生物學是西華師范大學生命科學學院開設環(huán)境工程專業(yè)以來的一門重要專業(yè)基礎課,實驗課教學體系參照生物科學專業(yè)的微生物學實驗,增加了部分與環(huán)境工程相關(guān)的內(nèi)容。首先,以驗證性實驗為主,不能充分鍛煉學生的思維能力和創(chuàng)新能力。如細菌芽孢染色實驗,利用細菌芽孢壁厚和細胞質(zhì)濃厚而不易著色的特點,采用著色力強的染色劑和用加熱等手段促使芽孢著色,并利用復染的方法對比原細菌菌體和芽孢,這只是簡單的驗證了理論知識,類似的實驗還包括革蘭氏染色、莢膜染色等。其次,各實驗之間沒有必然的聯(lián)系。整個學期實驗課結(jié)束以后,特別是畢業(yè)論文時,學生往往記不住以前做過的實驗名稱、藥品和操作步驟,更不用說應用整體思維去思考。
實驗課程的教學方法是按照設定的教學計劃,由實驗教師幫助學生完成很大一部分準備工作,學生在課堂上則只須花費很少的時間,按照教師講解以及實驗手冊上的步驟和注意事項進行操作。學生一般是到了教室才關(guān)注實驗的內(nèi)容,對實驗原理、研究背景和其他相關(guān)知識知之甚少。在整個實驗進行過程中,學生被動聽課和操作,幾乎沒有時間去思考該實驗過程的來龍去脈。因此,傳統(tǒng)的教學方法雖然在一定程度上能讓學生學到一定的實驗技能,鞏固部分理論知識,但容易造成學生對實驗原理理解不透徹,實驗操作按部就班,對實驗一知半解。
實驗結(jié)束后大多數(shù)學生往往書寫幾近統(tǒng)一的實驗報告,有的學生不忠實于真實的實驗結(jié)果,無論實驗成功還是失敗都不太注重原因的分析。實驗的考核也僅憑一紙實驗報告。因此,容易忽略對學生真實的實驗能力包括整體思維、實驗態(tài)度、實驗技能和創(chuàng)新能力的考核。
由此可見,這種教學方法難以培養(yǎng)學生對實驗的興趣,無法調(diào)動學生的主動性和積極性,不能真正培養(yǎng)學生的創(chuàng)造精神和創(chuàng)造能力。在課時逐漸減少,知識不斷更新,環(huán)境問題日益突出和生物技術(shù)不斷發(fā)展的今天,如何巧妙的安排實驗課程,以提高學生實驗的主動性和積極性,激發(fā)學生開放性思維,培養(yǎng)學生靈活運用知識分析問題和解決問題的能力,是非常值得思考的問題。圍繞這個問題,筆者基于環(huán)境工程微生物學理論課和實驗課教學,對當前環(huán)境工程微生物學實驗課改革進行了一些探討,以期達到提高實驗課教學效果的目的。
2環(huán)境微生物學實驗課教學改革的新舉措
2.1優(yōu)化實驗內(nèi)容,構(gòu)建環(huán)境微生物學實驗課程知識體系
環(huán)境工程微生物學涵蓋的實驗內(nèi)容豐富,大綱要求具有一定的深度和廣度,由于環(huán)境工程微生物學和其他的課程存在交叉重疊,有的內(nèi)容和其他的課程有所重復,所以必須在內(nèi)容的選擇上有所取舍[5]。微生物學的基礎操作,能驗證一些重要的理論知識,所以要讓學生牢固掌握這方面的技能,包括培養(yǎng)基的制備、微生物的接種、培養(yǎng)和保存、微生物的染色實驗和微生物的觀察實驗。還要讓學生明白,這些技能服務于所有實驗,貫穿于整個實驗體系。綜合性實驗包括環(huán)境微生物生態(tài)學的實驗方法和技術(shù)、環(huán)境微生物的監(jiān)測與評價、污染物的微生物處理技術(shù)和方法,比如環(huán)境因素對環(huán)境微生物生長和死亡的影響、富營養(yǎng)化湖泊中微生物的多樣性的監(jiān)測、污染物的微生物降解等。在這些綜合性試驗中,學生能夠不斷強化微生物的基礎知識,融會貫通,加深對學科前沿發(fā)展狀況的了解,培養(yǎng)科研意識,并開拓視野。
2.2貼近生活,激發(fā)學生的興趣
環(huán)境工程微生物學和實際生活聯(lián)系非常緊密,在教學過程中注意縮小理論和實際的差距,培養(yǎng)學生應用知識關(guān)注現(xiàn)實和改善環(huán)境問題的能力,做到學以致用。在課程中通過白色污染、水體污染、大氣污染、重金屬污染、固體廢棄物污染、甲型H1N1流感病毒和能源危機等現(xiàn)實社會環(huán)境問題的講解,讓學生意識到專業(yè)的重要性和肩負的責任;讓學生了解生活中污染環(huán)境的微生物,比如學校食堂廚余中的微生物類群,酸奶里的微生物種類,發(fā)生霉變的食物中主要的微生物種類,腐敗水果蔬菜中微生物種類,校園人工湖的微生態(tài)系統(tǒng),教室和醫(yī)院微生物菌群等,使知識融入到生活中,讓生活中的現(xiàn)象點燃學生學習和探索知識的激情。
2.3關(guān)注前沿科技,培養(yǎng)學生對尖端技術(shù)的操作能力
隨著物理、化學和工程技術(shù)的發(fā)展,大大推動了生物科技的發(fā)展,新成就如雨后春筍,層出不窮。在微觀方面,生物學已經(jīng)從細胞水平進入到分子水平去探索生命的本質(zhì)。以分子生物學為基礎的生物技術(shù)促進了環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)、生態(tài)學和醫(yī)學等各個領(lǐng)域的迅猛發(fā)展。在當代環(huán)境科學領(lǐng)域,DGGE和RFLP等技術(shù)已經(jīng)成為研究環(huán)境中不可培養(yǎng)微生物有力的手段??蓪⒁粋€班的同學分成4~6個小組,在老師的指導下,讓各組同學獨立設計,應用PCR-DGGE的方法研究污染河流不同河段的微生物區(qū)系,使學生接觸前沿科學技術(shù),并應用到解決環(huán)境問題中,能進一步把握微生物技術(shù)在環(huán)境工程領(lǐng)域發(fā)展的方向。這樣的安排不僅使學生能掌握一些尖端技術(shù)的操作方法,也能增加學生的信息量,開拓學生的眼界,增加學習的興趣。
2.4開設綜合性實驗,提高學生創(chuàng)新能力
環(huán)境工程微生物學實驗課程的目的還在于學生能夠利用自己掌握的基本實驗技術(shù),對于自己感興趣的領(lǐng)域和課題獨立自主地進行分析和研究,進一步提高學生的學習能力和科研能力。比如在綜合實驗階段,本課題組開設極具環(huán)保和經(jīng)濟價值的“蟋蟀蟲生真菌的分離鑒定和生長特性研究”綜合性實驗,學生試圖通過學習的微生物分離鑒定技術(shù)去認識和研究這種真菌,從而為生物農(nóng)藥的開發(fā)奠定基礎。這就使得學生在課后多做功課,查閱文獻,展開調(diào)查研究,制定并提交實驗方案。上課時學生分小組討論,然后提出小組實驗方案。教師可以使用提問的方法檢查學生的方案,糾正錯誤。這種方法不僅能夠大大提高學生做實驗的積極性,而且能夠讓學生變成自主的研究型學習。通過學生查閱文獻,在相互討論和交流的過程中,學生除了提高文化知識,還能促進團隊合作,促進溝通能力和創(chuàng)新能力的形成。另外,這種互動也能促進教師更加積極的備課。因而形成一種師生共同進步的良性循環(huán)。
2.5靈活制定考核機制,做好實驗現(xiàn)場指導
實驗課程的分數(shù)比重應該增大到30%,這樣可以避免學生只會死記硬背,而不注重動手能力的培養(yǎng)。在實驗過程中,進行現(xiàn)場指導,當場考核,不僅要看實驗報告,更要依據(jù)出勤、現(xiàn)場實驗操作和實驗結(jié)果綜合考核。比如除指導教師外,應有專門實驗人員發(fā)放實驗器材,進行出勤登記并納入考核,占實驗課成績的10%。從制度上引起學生對實驗課的重視。實驗過程中,規(guī)范的操作和可靠的結(jié)果是考核的重點,各占實驗課成績的30%。對于實驗報告,占實驗課成績的30%。應要求學生對實驗過程和結(jié)果進行詳細記錄和分析,比如哪些操作步驟沒有做好,或者在實驗過程中容易出現(xiàn)什么問題,如何避免等,從而讓學生養(yǎng)成一個善于分析問題和總結(jié)問題的好習慣。對于實驗報告中的結(jié)果,要實事求是,嚴格杜絕相互抄襲現(xiàn)象。
在實驗指導現(xiàn)場,對態(tài)度認真、操作規(guī)范的學生及時表揚,并號召其他學生觀摩或欣賞,起到模范帶頭作用。有些操作較為繁瑣的實驗,個別學生總是失誤,會產(chǎn)生厭煩心理,比如芽孢染色,要加以啟發(fā)性的引導,幫助其順利完成實驗。由于學生經(jīng)驗不足,實驗過程難免會有失誤,實驗結(jié)果有時不盡相同甚至會大相徑庭。在這種情況下,不要急于批評學生,而要分析問題,找到原因。比如做細菌接種練習,一個班上總有1~2個學生平板上什么都沒有長出來,這時候要鼓勵學生勇于承認實驗失誤,還要讓其回憶,實驗失敗是由于沒有劃線還是接了菌種以后再在火焰上灼燒而將微生物燒死。這樣學生有深刻的印象,以后的操作也就不容易出現(xiàn)類似錯誤。有時候?qū)W生的失誤,可能會出現(xiàn)一些意想不到的結(jié)果,這時候更要進行分析,幫助學生拓展思維。
3實施改革后取得的效果與思考
這些改革措施的實施,使學生做實驗更加主動和用心,大大減少了盲目操作的現(xiàn)象,提高了綜合運用知識、分析和解決問題的能力,培養(yǎng)了嚴謹、鉆研、科學的學風。在新的課程改革實施后,95%以上的學生認為微生物學和生活聯(lián)系非常緊密。部分本科生已經(jīng)參與到一些教師的科學研究中去,有的學生還能夠設計完整的實驗進程,或通過合作完成一些小型課題。同時,實驗課程改革也對實驗課教師提出了新的要求,使教師不斷學習新的實驗課程管理理念,不斷開發(fā)新的研究課題,同環(huán)境工程微生物學的發(fā)展同步。在以后的教學過程中,還要不斷探索,以取得更好的成效。
4參考文獻
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【關(guān)鍵詞】環(huán)境工程微生物學 實驗教學 探索
環(huán)境工程微生物學是環(huán)境工程專業(yè)的專業(yè)基礎必修課。它是生命科學和環(huán)境科學與工程的交叉學科,具有極強的實踐性和應用性。環(huán)境工程微生物學實驗是加深學生對理論知識的理解,培養(yǎng)學生實驗技能、實驗思維和動手能力的一個重要途徑。同時,該實驗又是一門操作性很強的課程,需要大量的實驗儀器,以及老師手把手傳授實驗技能,如果沒有先進的教學方法做支持,掌握其中的操作技術(shù)是很困難的。下面提出幾點心得體會,將有利于提高實驗教學的質(zhì)量,深化學生對微生物的認識。
1 讓學生參與實驗準備的全過程
實驗室的前期準備工作是很重要,工作量要比實驗課程多許多。老師除了要認真?zhèn)湔n外,還需要對培養(yǎng)皿、試管、鑷子等消毒滅菌,配制各種試劑,最好還要進行預實驗,不但更加熟悉實驗步驟,而且能保證實驗課程的順利進行。
通過讓學生參與實驗準備過程,可以讓學生學習到完整微生物實驗操作技術(shù),這樣一個完整流程學生完全參與下來,不但讓學生體會到實驗過程的艱辛,進而更加珍惜來之不易的實驗課程,還可以培養(yǎng)學生科研思維,提高科研能力,使他們在課堂上學到的知識在實驗操作中體會得更形象、更具體、更全面,從而激發(fā)他們學習興趣。在鞏固專業(yè)知識的同時,還培養(yǎng)了其發(fā)現(xiàn)問題、綜合分析和解決問題的能力。這些對于提高學生的實際動手能力都有很大的幫助。
2 更新實驗教學內(nèi)容, 加大新知識和新技術(shù)的傳授
微生物學和環(huán)境科學知識的更新推動著環(huán)境工程微生物學這門新興的邊緣學科不斷向前發(fā)展。特別是日新月異的分子生物學技術(shù)已滲透到環(huán)境工程應用的各個領(lǐng)域。為了緊跟時代和學科發(fā)展的步伐, 培養(yǎng)高質(zhì)量人才,讓學生熟悉和掌握學科前沿新的理論知識和操作技術(shù), 為他們將來工作研究或是碩士博士階段的深造打下良好的基礎。
例如,過去研究環(huán)境中微生物的方法是建立在平板分離基礎上的,但迄今為止利用這種方法培養(yǎng)出的微生物只占總微生物種類的0.1%~10%。固體培養(yǎng)基其實是人類為微生物創(chuàng)造的人工培養(yǎng)環(huán)境,與微生物的實際生存環(huán)境有很大差異,用它來培養(yǎng)環(huán)境中的微生物相當于是對自然微生物群落進行了一次強制的人工篩選。所以,用平板分離的方法來研究自然環(huán)境的微生物生態(tài)時,往往不能準確反映微生物群落的實際組成和存在狀態(tài)。分子生物學、基因組學和生物信息學等學科的發(fā)展及其向微生物學領(lǐng)域的滲透,形成一個新的交叉學科分支——微生物分子生態(tài)學 (molecular microbial ecology),它為我們?nèi)婵陀^地研究微生物生態(tài)系統(tǒng)提供了新的技術(shù)手段。微生物分子生態(tài)學是以微生物基因組dna的序列信息為依據(jù),通過分析環(huán)境樣品中dna分子的種類、數(shù)量和分布特征來反映微生物區(qū)系組成和群落結(jié)構(gòu)[2,3]。所以,這項技術(shù)就需要研究者掌握dna提取及純化技術(shù)、dna瓊脂糖凝膠電泳技術(shù)和pcr基因擴增技術(shù)。針對這一點,我們就可以給學生設計一個微生物大實驗,以活性污泥為樣品,從dna的提取、純化,凝膠電泳檢測,到細菌16s rdna基因擴增,都讓學生自己操作一遍。通過這一實驗的學習,使學生對當今環(huán)境工程微生物學的前沿技術(shù)都有一定的了解和掌握。
3 增強不同實驗間的連貫性,以及實驗和理論知識的連貫性
3.1 增強各實驗間的連貫性
過去實驗內(nèi)容多為孤立、連貫性不強的項目,各實驗之間的內(nèi)容重復較多,學生難以系統(tǒng)地把握微生物學實驗,既浪費了有限的實驗學時,又不利于培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。對此,我們調(diào)整了實驗內(nèi)容,將原來獨立設置的實驗內(nèi)容整合到一起,形成一個綜合實驗,通過一個綜合實驗就能使學生學到以前3-4個實驗項目的實驗技能。
3.2 增強實驗和理論知識的連貫性
環(huán)境工程微生物學是一門實踐性很強的學科,涉及到的內(nèi)容覆蓋面廣,要學好這門課,僅僅依靠理論教學是遠遠不夠的,實驗教學可以彌補理論教學的不足,將微生物學的基礎理論在實驗教學中延伸、深化,并通過實驗,加強基本技能的訓練。
4 實現(xiàn)多媒體實驗教學,更直觀展現(xiàn)實驗內(nèi)容
環(huán)境工程微生物學實驗中的各種微生物需要在光學顯微鏡甚至電子顯微鏡下放大才能看到。由于環(huán)境樣品中微生物的復雜性和多樣性,應用傳統(tǒng)的實驗教學方法不便于更好的展示微生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、動態(tài)變化過程,多媒體教學與傳統(tǒng)教學相比,能更加生動形象、栩栩如生的展現(xiàn)微生物的特點,提高學生的學習興趣和參與度,從而使學生更好的掌握實驗知識。
首先,可以在多媒體課件中放入大量彩色的宏觀及微觀圖片、flash動畫,從而更直觀的反應微生物的形態(tài)特征,利于學生對新知識的吸收掌握,有了這些認識,才能在自己動手實驗中達到很好的實驗結(jié)果。
其次,也可以使用錄像教學。教學錄像具有較強的直觀性,它可以通過屏幕清晰形象準確地展現(xiàn)每一個步驟,使學生掌握實驗操作技能的關(guān)鍵所在。同時節(jié)約時間,提高實驗教學的效率。如配置培養(yǎng)基實驗,稱量-溶化-調(diào)ph-過濾-分裝-加塞-包扎-滅菌-擱置斜面-無菌檢查等步驟,如果沒有錄像,需要老師反復強調(diào)實驗順序及注意要點,才能保證大部分學生配好正確的培養(yǎng)基。但是,如果有錄像,老師只需要先播放一遍錄像,從旁作簡單介紹,播放完后再講一下原理及注意要點,然后再播放一遍錄像,學生就可以開始實驗了。
最后,還可以利用電視顯微鏡進行教學。老師將樣品放在顯微鏡下,找到微生物個體,讓學生先有感性認識,然后再觀察自己的樣品。該方法既明確了實驗目標,又能讓全班學生同時看到老師顯微鏡里樣品的特點,避免了以往同學們一個個排隊去老師顯微鏡目鏡里觀察樣品,提高了教學效率。
環(huán)境工程微生物學是一門來自實踐的科學,學生掌握了它之后也最終要應用于實踐。所以,實驗教學是培養(yǎng)學生具備從事科學實驗能力和嚴謹求實的科學素質(zhì)的重要途徑,許多問題還需要我們不斷探索、實施和進一步完善。
參考文獻
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關(guān)鍵詞 糜蛋白酶 微生物限度檢查法 回收率
中圖分類號:R927.11 文獻標識碼:B 文章編號:1006-1533(2014)19-0078-03
Validation of microbial limit test method for chymotrypsin
WANG Qi*
(Shanghai NO.1 Biochemical Pharmaceutical Co., Ltd., Shanghai 200240, China)
ABSTRACT Objective: To establish a method for microbial limit tests of chymotrypsin. Methods: An appropriate diluent was selected to dissolve chymotrypsin. The microbial limit were tested by both plate and film methods. Results: Microbial recoveries in two methods were≥70%, which showed that no inhibition of chymotrypsin to microbial growth. Microbial detection rate was higher in the film method than in the plate method since the sampling volume in the film method was 10 times larger than that in the plate method. Conclusion: The film method is suitable for the microbial limit test of chymotrypsin.
KEY WORDS chymotrypsin; microbial limit test; recovery
糜蛋白酶系自?;蜇i胰中提取的一種蛋白水解酶,能迅速分解變性蛋白質(zhì)。作用、用途與胰蛋白酶相似,但比胰蛋白酶分解能力強、毒性低、不良反應小??墒桂こ淼奶狄合』阌诳瘸?,對膿性和非膿性痰液均有效。臨床上常用于創(chuàng)傷或手術(shù)后傷口愈合等。對糜蛋白酶進行微生物限度檢查,能有效發(fā)現(xiàn)樣品中的微生物污染水平,從而進行微生物風險評估,保證用藥安全。
材料和方法
儀器
恒溫培養(yǎng)箱(Sanyo MIR253),電子天平(JY-5002型),高壓蒸汽滅菌鍋(新華XG1.D型、Sanyo MLS-3750),醫(yī)用電動吸引器(YX940D),生物安全柜(Esco Class II BSC),電熱恒溫水浴鍋(HSY2-SP)。
藥品、培養(yǎng)基和試劑
糜蛋白酶原料藥(白色或類白色結(jié)晶性粉末或無定型粉末,上海第一生化藥業(yè)有限公司);營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基(批號:111222)和玫瑰紅鈉瓊脂培養(yǎng)基(批號:110809)購自上海中科昆蟲生物技術(shù)開發(fā)有限公司;硫乙醇酸鹽流體培養(yǎng)基(批號:1109262)和改良馬丁培養(yǎng)基(批號:111121)購自北京三藥科技開發(fā)公司;0.9%無菌氯化鈉溶液;pH 7.0無菌氯化鈉-蛋白胨緩沖液。培養(yǎng)基在使用前按廠方說明書要求高壓滅菌,試劑在使用前于121 ℃滅菌30 min。
菌種與菌液制備
細菌計數(shù)驗證用菌株為:金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)CMCC(B)26003,大腸埃希菌(Escherichia coli)CMCC(B)44102,枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)CMCC(B)63501;霉菌、酵母菌計數(shù)驗證用菌株為:白色假絲酵母(Candida albicans) CMCC(F)98001,黑曲霉(Aspergillus niger)CMCC(F)98003。以上菌種均由上海市食品藥品檢驗所提供。參照中國藥典方法培養(yǎng)菌種,制備菌懸液或孢子懸液[1]。
驗證方法
供試液的制備
共取3個不同批號產(chǎn)品對微生物限度檢查方法進行平行試驗。
取供試品10 g加入到100 ml pH 7.0無菌氯化鈉-蛋白胨緩沖液中[1]附錄104,混勻后,作為1∶10供試液。
平皿法
取供試液1 ml,分別加入上述5種50~100 CFU/ml的試驗菌株1 ml,分別傾注15~20 ml營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基或玫瑰紅鈉瓊脂培養(yǎng)基,平行制備2個平皿,按文獻[1-2]規(guī)定的溫度和時間培養(yǎng)作為試驗組;同法測定相應加入的試驗菌菌落數(shù),作為菌液組;測定供試液本底菌菌落數(shù),作為供試液對照組。培養(yǎng)后對菌落計數(shù)?;厥章剩?)=[(試驗組平均菌落數(shù)-供試液對照組平均菌落數(shù))/菌液組平均菌落數(shù)]×100%)[2-3]。
薄膜過濾法
取供試液10 ml,微孔濾膜(混合纖維素酯膜,孔徑0.45 mm,直徑50 mm,上海半島實業(yè)有限公司)過濾,用pH 7.0無菌氯化鈉-蛋白胨緩沖液50 ml沖洗玻璃壁上殘留的供試液,分別加入上述5種50~100 CFU/ml的試驗菌1 ml,抽濾,取膜,貼于相應的培養(yǎng)基上,按中國藥典2010版規(guī)定的溫度和時間培養(yǎng)[1-2,5],平行制備2個平皿。培養(yǎng)后對菌落計數(shù),并計算回收率。
結(jié)果
平皿法檢測
平皿法檢測結(jié)果見表1。
由表1可知,采用平皿法進行驗證時,5種試驗菌的回收率為97.2%~103.2%,均大于藥典規(guī)定(70%),表明糜蛋白酶對其無抑制作用。但由于3批糜蛋白酶采用平皿法檢驗時均未檢出微生物,考慮到供試液取樣量的多少可能影響微生物的檢出率[4],所以擴大取樣量,采用薄膜過濾法進行驗證。
薄膜過濾法檢測
薄膜過濾法檢測結(jié)果見表2。
試驗結(jié)果表明,同樣3批糜蛋白酶分別采用平皿法和薄膜過濾法進行方法驗證,試驗組的細菌回收率為92.1%~108.4%,但由于取樣量的不同,本底樣品的微生物檢出率有明顯的差異。采用平皿法時,3批糜蛋白酶均未檢出微生物,但采用薄膜過濾法時,3批糜蛋白酶均有一定量的微生物生長[6-7]。
樣品測定
采用經(jīng)過驗證的薄膜過濾法對5批糜蛋白酶進行微生物限度檢查,結(jié)果見表3。
討論
對糜蛋白酶進行微生物限度檢查法的驗證,有助于對其原料藥進行微生物風險評估。由試驗結(jié)果表明,兩種檢測方法中糜蛋白酶均無抑菌作用。
兩種方法的檢測結(jié)果表明薄膜過濾法的微生物檢出率明顯高于平皿法,其原因是兩種方法的取樣體積不同(平皿法1 ml,薄膜過濾法10 ml)??紤]到微生物在糜蛋白酶樣品中可能是不均勻分布的,故采用薄膜過濾法能較為準確、有效地反映出糜蛋白酶樣品中污染的微生物數(shù)。
之所以對糜蛋白酶樣品進行微生物限度檢查,主要考慮到原料藥也是導致微生物污染的主要途徑之一。要滿足成品的微生物污染控制,還需要結(jié)合更多生產(chǎn)過程的控制來進一步保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
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