生物科学与技术虚拟仿真实验教学中心的建设与应用

生物科学与技术虚拟仿真实验教学中心通过优秀科研项目转化以及与高新技术企业合作开发,建设了一批高质量的生物类虚拟仿真实验教学资源。多层次、多元化的资源为学生前沿科学知识学习、综合性科研训练和生物下游产业技术训练提供有利环境,有效地实现教学模式的转变以及学科交叉知识的学习和延伸。全天候开放共享虚拟仿真实验教学平台,实现虚拟仿真实验教学软件、实验标准化视频、教学课件和测试题库等线上教学资源的有机整合,满足随时随地实验教学需求,支持了一系列的混合式线上线下实验教学课程开展。生物科学与技术虚拟仿真实验教学中心与国家级生物科学实验教学示范中心形成了“双中心”融合发展的创新人才培养实验教学体系,“虚实结合”的实验教学模式,提升了学生的综合科研能力与教师的业务水平,培养了满足社会需求的生物技术创新实践人才。

生物科学类拔尖创新人才培养多维度协同模式研究与实践

针对高校生物科学类拔尖创新人才培养存在的问题,积极探索生物科学专业知识教育与创新创业教育的深度融合,以及教学资源组织形式和育人模式的改革、融合与创新,构建优秀师资、优质课程体系和高端育人平台,创建以课程引领、科教融合、实践教学、科研训练、竞赛牵引、创新平台为核心的多维度拔尖创新人才培养模式,走出了“多维协同、追求卓越”的人才培养之路。通过推进实施该模式,湖南大学生物学院在拔尖创新人才培养方面取得了良好成效,可为国内外其他高校提供有益的启示和借鉴。

川藏香茶菜庚素的体外抗炎作用与分子机制研究

为探究川藏香茶菜庚素(Pseurata H)对巨噬细胞炎症模型的抗炎作用及分子机制,利用LPS刺激RAW264.7细胞建立体外炎症模型,并分别以浓度为10、20和40μmol/L的Pseurata H干预该细胞模型。利用CCK-8法检测Pseurata H对细胞增殖活性的影响;Griess法和ELISA试剂盒分别检测细胞上清液中NO、IL-6和TNF-α的含量;Western Blot检测COX-2、iNOS蛋白、p-NF-κB和p-ERK蛋白的表达变化;以RT-qPCR法检测药物干预前后细胞中iNOS、TNF-α、IL-6和IL-1β的mRNA基因表达变化。结果表明:浓度为10、20和40μmol/L的Pseurata H对细胞没有毒性,不同浓度的Pseurata H对LPS诱导RAW264.7细胞炎症模型中NO、IL-6和TNF-α分泌具有很好的下调作用,对iNOS、COX-2、NF-κB、p-NF-κB、ERK和p-ERK蛋白的表达具有良好的抑制作用,且具有浓度效应。Pseurata H具有明显的抗炎作用,其作用机制可能是通过抑制NF-κB/MAPK信号通路而发挥抗炎作用。

牛Ⅰ型胶原的性能表征及标准样品研制

以牛Ⅰ型胶原作为研究对象,胶原标准样品研制为目标,对其红外光谱特征、三螺旋结构、热稳定性、氨基酸覆盖率、端肽残留、分子质量等主要性能指标进行分析,将羟脯氨酸含量作为判定依据对产品的均匀性进行分析;利用SDS-PAGE法对其稳定性进行分析;以8家实验室测定的羟脯氨酸含量进行定值和不确定度分析。结果表明,该产品的各项性能指标符合胶原蛋白的质量要求。该牛Ⅰ型胶原产品在95%置信区间内均匀性良好;在4℃放置2周、4周,25℃放置1周、2周,反复冻融1次、3次和5次及在-20℃放置6个月,产品稳定性良好;羟脯氨酸含量的定值结果为11.17%,置信度为95%时扩展不确定度为0.03(k=2)。因此,该牛Ⅰ型胶原可作为国家标准样品用于胶原产品的质量评价。

服务于“蓝色种业”的海洋生物技术

从我国海洋生物技术三十年来理论实践创新的角度出发,以我国“蓝色种业”的跨越式发展为主题,综述1989年以来中国特色的宏微观结合的海洋生物技术育种创新成果,以及理论联系实际的应用成就。分析有关国际前沿趋势以及中国海水养殖产业持续健康发展的迫切需求,总结面向全球变化的区域响应的精准育种是未来十年国际海水养殖生物技术的发展方向,我国应积极应对、调整部署,为世界规模第一的“蓝色农业”提供精准高效的科技创新供给。

ω-转氨酶的筛选和异源表达用于制备S-甲氧基异丙胺

根据转氨酶家族进化分类和底物特异性,构建一个包含36个ω-转氨酶的酶库;将酶库中的基因克隆进大肠杆菌E.coli BL21 (DE3)中进行异源重组表达,考察酶蛋白表达水平并测定相应的酶活以及对映体选择性。通过筛选,获得最佳的ω-转氨酶为来源于巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium的ω-转氨酶BmeTA,其重组表达粗酶活为2.0 U/mL,纯酶比活为9.5 U/mg蛋白;酶学性质表征发现其最适温度为35℃,最适pH为8.0。在此基础上进一步优化其催化反应工艺条件,在20 g/L加酶量、0.5 mmol/L辅酶添加量以及1.4的氨基供体/氨基受体比例条件下,反应18 h获得450 mmol/L的S-甲氧基异丙胺,原料转化率达到90%,为实现生物催化制备S-甲氧基异丙胺的工业化奠定基础。

狂犬病暴露后预防性单克隆抗体药物研究进展

简要介绍狂犬病的流行现状、发病机制、狂犬病病毒G蛋白中和抗原位点及其单克隆抗体的中和机制。重点介绍目前全球已上市或处于研发阶段的多种狂犬病病毒单克隆抗体药物的筛选发现技术、识别位点、作用方式以及体内外病毒中和效果,分析上述单克隆抗体在目前狂犬病暴露后治疗的应用推广中存在的问题,并针对当前狂犬病免疫球蛋白存在的血源供应、中和效价、质量控制及潜在病毒感染等问题,指出狂犬病病毒单克隆抗体研发的重要性,尤其是抗体的中和效价和中和广度,进而提出针对狂犬病病毒遗传谱系Ⅱ/Ⅲ的全人源单克隆抗体开发,以及针对G蛋白多个抗原位点的单克隆抗体鸡尾酒(mAb cocktail)疗法是当前在狂犬病暴露后预防性单克隆抗体药物研发中亟待解决的问题。

基于任务驱动的多糖制备工艺对其黏弹性影响综合实验教学设计

基于科教融合和成果导向(OBE)教育理念,将生化领域的前沿科技成果转化为教学实验,培养学生的科研创新素质。引入科研项目“多糖的制备工艺对其黏弹性能的影响”并贯穿教学全过程,引导学生查阅文献并讨论“耐温耐盐、环境友好新型驱油剂开发”的热点问题,拓宽学生的学术视野,培养学生文献查阅能力;鼓励学生根据自己的知识体系设计个性化实验方案,培养学生分析问题、解决问题的能力;指导学生探究利用盐醇析法和Sevage法制备多糖的工艺并计算其得率,采用红外和紫外光谱对样品进行表征,探究不同制备工艺对黏弹性及驱替效果的影响,帮助学生搭建“生物—化工—能源”多学科知识体系,提升实践创新能力;开展数据分析、方案评价和成果路演,锻炼学生的科研探究能力。

一种适用于实验教学的果蝇DNA提取新方法

南开大学遗传学实验课程组将科研中常用的动物组织DNA提取方法改造后用于实验教学,获得了1种适用于实验教学的果蝇DNA提取新方法。该方法由碱裂解、酸中和、离心3个步骤组成,具有操作简单、时间短、成本低、效果稳定等特点,获得的DNA无论是浓度还是纯度均可满足后续PCR扩增的需要,符合实验教学的要求。该方法简化了果蝇DNA的提取流程,为与果蝇基因表达分析相关实验项目的改革奠定了基础,有助于提升实验教学效果,推动课程建设。

远程互动教学模式在医学麻醉实践课程中的探索

传统医学实践课程存在学生学习参与度不高,缺乏跨学科教学合作等缺陷,因此,探索适应互联网时代的新型远程互动教学模式是大势所趋。麻醉学作为医学的重要组成部分,集中了生物医学、神经生物学、临床医学等多学科的理论和技术,以麻醉学实践课程为切入点,通过打造“校园-医院”学习共同体,在教学实践中融合以问题或病例为中心、情景模拟教学等多种教学方法,转变考核方式,培养学生的自主学习意识与创新精神,提高学生的综合素质,取得了良好的教学效果。

过表达TLR2分子的B淋巴细胞系模型的建立

为构建稳定表达人源TLR2分子的B淋巴细胞系模型,将编码人TLR1、TLR2和TLR6的基因分别克隆到pCDH-CMV-MCS-EF1-GFP-puro慢病毒载体上,测序正确后经293T细胞包装成完整具备感染性的病毒颗粒,转染Nalm-6细胞(TLR2^(-)),嘌呤霉素筛选获得稳定表达TLR2分子的Nalm-6细胞(TLR2^(+))。利用倒置荧光显微镜观察细胞状态和绿色荧光表达情况,通过蛋白质免疫印迹法(Western Blot)检测相关蛋白表达水平,采用CCK-8以及流式细胞术检测细胞存活率和细胞增殖水平。结果显示:倒置荧光显微镜下可见成功转染慢病毒的Nalm-6细胞表达绿色荧光和嘌呤霉素抗性。Western Blot检测到TLR2在Nalm-6细胞中成功表达,且TLR2信号的激活明显增强PI3K-AKT信号轴分子的磷酸化水平。CCK-8和流式细胞术发现TLR2活化可提升细胞存活率,促进细胞增殖。研究成功构建了过表达TLR2分子的B淋巴细胞系模型,并在此基础上验证TLR2活化不仅能够增强B细胞PI3K-AKT信号通路传导,还可促进细胞增殖。此模型为进一步探究TLR2通路对B细胞抗感染免疫功能的影响奠定基础。

微波强化嗜酸氧化硫硫杆菌浸出废线路板中铜的条件优化

为提高电子废弃物中金属铜的生物浸出率,用微波强化嗜酸氧化硫硫杆菌(Aidithiobacillus thiooxidan)对废线路板中铜的浸出,采用Plackett-Burman法和Box-Behnken法优化强化浸出条件。Plackett-Burman法表明微波功率、辐照时间和浸出时间能够显著影响废线路板中铜的生物浸出率。最陡爬坡实验确定3因素的中心值为微波功率340 W、辐照时间3.60 min和浸出时间6.80 d。采用Box-Behnken法优化浸铜条件。研究发现,微波功率、浸出时间、微波功率和浸出时间及辐照时间和浸出时间的交互作用对浸铜有显著影响,辐照时间有影响但不显著。模型预测最优条件为微波功率336.10 W、辐照时间3.59 min和浸出时间6.82 d,预测最优浸出率为75.69%。调整微波强化废线路板中铜的生物浸出条件为微波功率336 W、辐照时间3.60 min和浸出时间6.80 d,实际铜浸出率为75.41%±0.76%,与模型预测结果相近。表明所得最优条件真实有效,可用于后续研究。

大辟缘蝽触角感器的扫描电镜观察

为了解大辟缘蝽(Prionolomia gigas Distant)触角感器与其嗅觉感受机制的关系,采用扫描电镜观察大辟缘蝽雌、雄成虫触角感器类型、超微形态及其分布。结果表明:大辟缘蝽雌、雄成虫触角均呈线状,由柄节、梗节和鞭节3部分组成;雌、雄成虫触角上共观察到6种类型感器,分别为毛形感器、刺形感器、锥形感器、腔形感器、腔锥形感器和具弯钩型感器,其中,以毛型感器数量最多、分布范围最广,鞭节上的感器类型较柄节和梗节丰富,雌虫的感器类型多于雄虫,表现出明显的性二型现象。

“环境影响番茄果实色泽变化”实验的PBL教学实践

运用问题导向学习(PBL)教学方法,以番茄果实着色不均的品质问题为教学实验切入点,引导学生查阅文献解析影响果实品质的环境因子,鼓励学生基于文献查阅结果提出合理设想。根据实验假设,教师引导学生设计不同温度及光照强度组合的多因子实验。通过果实表型观察、叶绿素/番茄红素含量测定、果实硬度分析及荧光定量PCR检测基因表达等植物生理学综合性实验,逐步引导学生发现高温通过抑制番茄红素关键基因的表达抑制番茄红素的合成,从而导致果实着色不均的机理。通过实验,学生能切实感受农业生产与科学研究的紧密联系,体会理论指导实践的重要意义。因此,PBL法结合农业生产实际问题设计的教学实践对培养学生专业知识的综合应用、训练学生的科学思维及创新研究能力具有重要作用。

基础植物克隆技术与应用课程的教学设计

基础植物克隆技术与应用是浙江大学生命科学学院面向全校本科生开设的通识课程,课程涵盖培养基配制、无菌操作、愈伤组织和胚状体诱导、组培苗驯化等内容,体现了生物、林学和园艺等学科的交叉融合,从课程教学目标、课程体系建设和课程考核方式等方面探索该课程与其他专业领域的交叉融合知识点。结合问题导向式和线上线下相结合等教学方法,探索课程教学内容和教学方法在培养学科交叉学生方面的作用。三年的教学实践结果表明,学生学习成绩、科研实验兴趣及课程建设水平均有所提升,学科交叉的教学设计提升了学生跨学科知识的串联式认知,扩展了学生视野,为具有多学科背景的创新型人才的培养奠定了良好基础。

一株肝素降解菌的分离鉴定及基因组测序分析

以白头叶猴粪便为材料分离到一株不形成芽孢、可产黄色色素的细菌,革兰氏染色为阴性,接触酶阳性,经形态学观察和分子生物学鉴定为Sphingobacterium daejeonense NS6-1。NS6-1不能水解淀粉,但能降解肝素,肝素酶酶活为46.60 U/mL,当添加100 mmol/L的Ca2+为辅助剂时肝素酶活性可达107.29 U/mL。通过K-B纸片琼脂扩散法检测菌株对几种常规药物的敏感性,发现NS6-1对卡那霉素和庆大霉素耐药,对利福平、四环素、多黏菌素B、氧氟沙星、头孢哌酮和万古霉素敏感。基于Illumina Hiseq 4000平台对NS6-1进行全基因组序列测定,结果显示其基因组大小为4 381 042 bp, GC含量为37.21%,预测到的蛋白质编码基因数为3 852个。功能基因注释结果显示,基因组中含1个编码肝素酶Ⅱ/Ⅲ基因,1个氨基糖苷类抗生素耐药功能基因以及1个与芳香烃化合物降解相关的邻苯二酚1,2-双加氧酶基因。利用antiSMASH预测到6个次级代谢产物生物合成基因簇,其中,2个为类胡萝卜素合成基因簇,1个为高分子表面活性剂emulsan合成基因簇。综上,NS6-1具有肝素类物质降解能力以及潜在的石油降解能力和类胡萝卜素合成能力。以上结果为该菌的后续研究及实际应用奠定了理论基础。

不同美味猕猴桃花粉萌发活力及形态学研究

为探究猕猴桃花粉萌发活力和花粉萌发前后的形态变化,以15份美味猕猴桃花粉为样本,采用离体培养方法测定花粉的萌发活力,利用扫描电镜观察离体培养前后5份雌株花粉和10份雄株花粉的形态变化。结果表明:15份花粉样本萌发率差异较大,5份雌株花粉均不萌发;10份雄株花粉中8号花粉样本的萌发率最高,为79.27%;9号花粉样本的萌发率最低,仅为22.85%。15份花粉样本离体培养前后扫描电镜观察发现:极面观基本相同,均为三裂圆形;赤道面观有差异,5份雌株花粉离体培养前后花粉形态不发生改变,均为近球形,而10份雄株花粉在萌发前为超长球形或长球形,萌发后均为近球形,极轴长度略有变小、赤道轴长变大、极轴长度与赤道轴长度比值变小、萌发沟宽度增宽,但萌发后的雄株花粉样本间各项形态学指标值差异较小。

基于网络和组学方法的产电微生物胞外电子传递研究进展

介绍产电微生物胞外电子传递(extracellular electron transfer,EET)研究的背景和意义,概述细胞色素c、菌毛蛋白、电子介体等多种分子在EET过程中的作用,综述近年来利用网络方法和组学方法研究产电微生物EET过程的相关工作。从蛋白网络、调控网络与整合网络等方面总结网络分析方法在关键电子传递分子识别、电子传递模块挖掘、电子传递途径推断等方面的应用;从基因组、转录组、蛋白组、多组学与宏组学等方面总结使用组学方法识别电子传递基因及其功能分析方面的研究;介绍整合生物网络与组学数据在产电微生物EET过程生物分子协调利用、关键基因与基因簇识别等方面的研究。探讨当前存在的问题,展望未来整合多种生物网络和组学数据开展产电微生物EET研究的方向。

菌藻生物膜反应器处理养猪废水机制研究

利用菌藻共生生物膜系统处理畜禽养殖废水,反应器是关键的工序和重要的限制因素。设计菌藻生物膜反应器运行处理养猪废水,通过调节进水氨氮质量浓度探究其对污染物去除效率及微藻生物量的影响,扫描电镜观察载体上菌藻生物膜的形成情况,然后利用高通量测序进一步探究微生物群落的变化,从而揭示菌藻生物膜污水处理系统的污染物去除规律和微生物响应机制。结果表明,当进水氨氮质量浓度为200 mg/L时,氨氮的日去除速率最高可达到35.60 mg/(L·d),并在载体上观察到大量微藻和细菌的团簇体,表明菌藻生物膜形成,优势菌属为Prevotella_9、Clostridium_sensu_stricto_1、Acinetobacter和Bifidobacterium;当进水氨氮质量浓度为300 mg/L时,氨氮的日去除速率显著提高,最高可达到45.70 mg/(L·d),但持续的高氨氮负荷会对菌藻生物膜造成一定冲击,优势菌属演替为Comamonas和Christensenellaceae_R-7_group。

嗜酸铁氧化细菌生物矿化研究进展及其应用

重点介绍嗜酸铁氧化细菌的胞内胞外矿化研究进展,概述嗜酸铁氧化细菌胞内矿化产物性质和影响矿化产物合成的因素,整理现阶段磁性纳米颗粒的合成机制;对嗜酸铁氧化细菌胞外矿化产物的合成原理和影响因素进行汇总;最后总结嗜酸铁氧化细菌矿化产物的应用前景,并指出当下磁性纳米颗粒研究的不足。针对研究现状提出未来依赖分子生物学解析胞内矿化机制并拓展其应用范围的新思路,该研究有望为进一步研究嗜酸铁氧化细菌胞内胞外矿化及其应用提供理论指导。