环境微生物学实验课内容的改革与实践
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作者:吕红 周杨 王奕
[摘 要] 环境微生物学实验作为环境科学与工程专业重要的实践课程之一，伴随着环境污染现状的变化以及分子生物学技術的发展，其现有的实验内容已经难以满足其对环境微生物学课程的支撑，不利于培养学生解决环境复合污染问题的能力。结合相关学科的发展，在科研成果以及教学条件的支撑下，对其实验内容进行改革与实践。
[关键词] 环境微生物学实验;实验内容;改革;实践
环境微生物学实验是高校环境科学和工程专业重要的专业实践课之一，该课程的主要目标是培养学生掌握基本的培养与观察微生物的操作技能，能利用环境微生物学理论及技术解决环境污染问题。目前，随着环境中各种新的污染物的不断出现以及生物技术的快速发展，这门课程中的部分内容已有些陈旧，不利于学生更好的理解和把握专业前沿知识或了解目前亟待解决的环境问题，因此有必要进行实验教学内容改革与实践。
一、环境微生物学实验的教学现状
1.实验教学内容陈旧。对于很多高校而言，都存在内容陈旧的问题[1]。以本校为例，环境微生物学实验的课程内容包括培养基的制备和灭菌、微生物的培养和镜检、细菌菌落总数的计数、环境污染物高效降解菌的筛选四个实验。其中综合型实验环境污染物高效降解菌的筛选还停留在单一污染物的降解菌筛选方面[2-4]，具体是采用传统的蒽醌染料中间体溴氨酸作为模式污染物，并通过测定和比较不同菌株对溴氨酸的脱色速率，来进行高效降解菌的筛选。这一实验内容已经讲授多年，且经过多年研究，其目前的污染现状以及治理方式已不再具有代表性。除此之外，环境分子生物学技术的快速发展，也为环境污染的防治提供了新的解决方法。因此有必要在传统环境微生物学实验的基础上，结合环境分子生物学技术，增加相应的实验教学内容，从而使得环境微生物学实验的实践与教学能够齐头并进。
2.难以提起学生对科学探究的兴趣。陈旧的教学内容以及不符合实际的实践培养，使得该实验的实际意义越来越小，并且已经很难引起学生的兴趣。因此现有实验的教学及其实践意义已经大打折扣，需要结合现阶段的国家需求以及前沿科学问题的研究来提高学生对于科学探究的兴趣。针对目前我国各种复合污染状况以及作者的研究基础，改进现有环境微生物学实验的课程内容，充分调动学生积极性，使得实验教学的实践意义事半功倍。
二、基于科研成果及教学条件的环境微生物学实验的教学改革
1.针对污染现状，改进教学内容。随着环境中各种新的污染物的不断出现，环境污染已经多元化且环境污染多数是有机和无机污染物共存。比如目前水中氨氮和硝态氮的去除一直是比较受关注的环境问题，与此同时，随着各种新型污染物的不断出现，内分泌干扰物质（如双酚A、双酚F等）也频繁的在各种废水中检测出来。因此，氨氮、硝态氮和内分泌干扰物质的共存及去除是亟待解决的问题。改革综合性实验环境污染物高效降解菌的筛选内容，筛选同步去除内分泌干扰物质和无机污染的高效降解菌，既符合污染现状且具有实际意义。相较于之前的实验内容，学生通过对本实验背景的了解，加深了对现阶段污染现状的了解，并通过学习同时检测两种污染物的方法，加强学生综合能力的培养。
2.结合当前环境问题及研究成果，激发学生兴趣。近年来，人们发现环境中还存在一类异养硝化-好氧反硝化菌，它们能同步去除有机碳与氨氮，并具有脱氮彻底（产生气态产物）、酸碱中和等优点，因而受到了极大的关注[5]。作者开展了以内分泌干扰物双酚F为唯一碳源进行异养硝化-好氧反硝化菌株的筛选和特性研究，目前已经成功的筛选出两株假单胞菌株，它们都能够在好氧条件下，同时去除双酚F和氨氮（不存在竞争性抑制），并且去除率达到98%以上。在此过程中，双酚F被矿化为二氧化碳，氨氮被还原为氮气[6]。将这一研究成果转化为教学实验内容，使学生了解内分泌干扰物双酚类化合物的生物降解情况以及水中氨氮的好氧去除方法，有利于学生了解当前的环境问题及处理方法，并通过激发学生的求知欲，培养学生对科学探究的兴趣。此外，前沿新兴的事物总能引起学生更大的兴趣，学生对于新型交叉环境分子生物技术也表现出了极大的热情，因此有必要增设这类实验。
3.改善教学条件，增设实验内容，保证教学质量。近年来，随着核酸测序技术的发展，采用分子生物技术来揭示环境污染控制的基本原理以及污染防治效果的深层次反馈也具有十分重要的意义。在国家对高等学校本科教学的支持下，我校环境学院本科教学实验室购进了高效液相色谱、总有机碳测定仪、核酸电泳系统、凝胶呈像分析系统、核酸定量仪和低温高速离心机等仪器。其中液相色谱和总有机碳测定仪拓宽了综合性实验环境污染物高效降解菌的筛选中污染物的检测手段，使学生能够了解更多的检测手段。涉及核酸测定的仪器能够较好地支撑微生物宏基因组DNA的提取及定量检测实验的建立。同时我们也根据综合现有文献资料以及实践结果，提出了一套有效可行的实验流程，实验内容主要包括环境样品的总DNA的提取、纯化及定量，从而让学生能够初步了解这类技术，为其后续课程的学习及科研能力的培养打下基础。
三、小结
通过对实验教学内容的改革与实践，其目的在于培养学生对科学探究的兴趣，在面对复杂环境污染问题时，能够全面和细致的考虑解决方案，从而加强对学生创新能力和实践能力的培养。本文基于作者的科研成果以及前沿学科的发展提出改革方案，旨在抛砖引玉，提出一种与时俱进的动态的环境微生物学实验改革方法，使得实验内容能够符合当下环境专业研究方向的同时，也具有一定的实践与现实意义。
参考文献
[1]刘最，何丽芳，李玉中，滕涛.环境微生物实验教学改革的探索[J].教育现代化，2018，5（41）：36-37.
[2]张琼.面向污染防治实践的《环境微生物学实验》教学的改革[J].广州化工，2018，46（1）：180-181.
[3]宋增福，张庆华，邱军强，李娟英.突出专业特点培养大学生创新实践能力——实验教学改革的探索与思考[J].教育教学论坛，2012，（5）：128-130.
[4]蒋丽娟，王晓琳，尹颖，杨柳燕，肖琳，崔益斌.环境微生物学实验教学改革与探索[J].实验室研究与探索，2015，34（3）：226-227.
[5]翁梓航，吕红，周集体.异养硝化-好氧反硝化菌的脱氮性能研究进展[J].工业水处理，2017，37（3）：21-25.
[6]魏浩，吕红，周集体，王竞，张倩，周杨.Pseudomonas sp.HS-2降解双酚F及脱氮的特性研究[J].工业水处理，2018，38（1）：52-56.
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