绿色基因GREEN GENES——记苏大附中与冷泉港联合创新实验课程冬令营活动
1 月 26 日到 29 日,苏大附中高二年级近六十名学生在老师带领下,于冷泉港亚洲 DNA 学习中心,进行了为期四天的绿色基因营地课程的冬令营活动。
本次生物技术冬令营主要是让高二已经学习过基因工程课程内容的同学,通过一系列的实验,更深刻地理解 DNA 重组技术。课程通过绿色荧光蛋白基因(发现于太平洋多管水母)的克隆与表达,使学生最终通过对细菌的基因改造来萃取和提纯水母蛋白。
26 日上午到达冷泉港实验中心,同学们受到了中心各位老师的欢迎。简短的开营仪式后,分成叁个班级,分别进入线粒体实验室、高尔基体实验室、叶绿体实验室,跟随叁位生物学博士开展本次营地活动的实验课程。
基因工程的工具和操作步骤
老师为同学们介绍了本次实验课程的主角—— GFP (绿色荧光蛋白)的故事,带领大家使用特定的限制性核酸内切酶获取 GFP 和 AMP (氨苄青霉素)的基因片段,并通过凝胶电泳的方法,分离不同 bp 长度的 DNA 分子,对实验结果进行检测和分析。再根据电泳结果,对 GFP 基因进行切胶纯化,获取纯度较高的 GFP 基因后,与人工改造过的 AMP 质粒连接成重组 DNA 分子,获得 GFP/GFP 、 AMP/AMP 、 GFP/AMP 等多种连接产物。
细菌转化
同学们将感受态的大肠杆菌细胞分别加入含有 GFP/GFP 、 AMP/AMP 、 GFP/AMP 的离心管中,经过冰浴、热击等处理后,使重组 DNA 分子进入细菌细胞,并分别涂布在 6 个平板上( 3 个 LB 培养基, 3 个 LB-AMP 培养基),形成叁组对照实验。同时在老师的指导下,预测各个平板上可能出现的实验现象及其原因。 37 ℃过夜培养后,在涂布了 GFP/AMP 的 LB-AMP 培养基上成功的筛选出能产生绿色荧光蛋白的菌落(黑光灯下,成功转入重组质粒( AMP-GFP )的大肠杆菌形成的菌落会发出明亮的绿色荧光)。同学们还对预测进行了纠错及分析,更好的巩固了课本知识并将之灵活运用。
细菌作画
同学们用 LB 培养基做画板,用老师提供的进行过基因改造的大肠杆菌培养液做颜料,充分发挥想象力,进行细菌作画。培养后的平板上也顺利的展现出了大家的精彩画作。
PCR 技术和电泳检测
同学们在自己培养的 GFP/AMP 的 LB-AMP 培养基上分别挑取绿色菌落和白色( GFP 阴性)菌落,溶于 2 只含有液体培养基的离心管中,处理后放入 PCR 仪进行扩增,并用凝胶电泳技术对 2 种菌落的细胞中所含的基因进行检测。
蛋白纯化
学生从 GFP/AMP 的 LB-AMP 培养基上挑取绿色荧光菌落,加入到含有 AMP 的培养基中, 37 ℃摇床过夜培养后,收集并裂解细胞,对细菌细胞中的绿色荧光蛋白进行提纯,最后在黑光灯下观察到小离心管中纯化的绿色荧光蛋白。
制作海报,汇报成果
实验顺利完成后, 29 日下午,各实验小组将叁天半的课程分成不同模块进行回顾归纳,整理实验结果,总结成功经验,反思实验中的问题。大家就“ GFP 的故事”、“限制酶与切胶纯化与连接”、“细菌转化与细菌作画”、“ PCR 与电泳检测”、“蛋白纯化”五个话题精心制作了海报,进行了成果汇报交流。
四天的实验课程顺利结束,学生在冷泉港的叁位博士指导下,学会了使用限制酶和 DNA 连接酶从基础质体上剪切和粘贴基因;使用凝胶电泳法分析结果;改造细菌基因来制造一个可见的蛋白质;使用聚合酶链式反应( PCR 技术)来扩增 DNA 片段;用色谱法分离和提纯绿色荧光蛋白。听着老师对基因工程发展史的介绍,看着课本中的实验现象逐步在自己的手中呈现,同学们兴奋的同时,也感慨科学技术不断进步为人类带来的巨大变化。同学们纷纷表示,“这次营地课程,让我们体验到实验的美妙和乐趣,学习到科学严谨的实验操作态度,提高了个人的科学素养”。
休营式上,叁位授课博士亲自向自己的每一位学生颁发了课程证书,表扬了大家的科学探究精神,肯定了每一位同学实验技能的提升。
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