«Урок по биологии на тему «Биотехнология»


Класс/Grade: 10
Тема урока: Биотехнология
Lesson topic: Biotechnology
Цели/Objectives:
-рассмотреть особенности селекции микроорганизмов и их использования в хозяйственной деятельности человека;
- сформировать у учащихся знания о биотехнологии, ее основных направлениях – генной, хромосомной и клеточной инженерии;
-рассмотреть этические аспекты исследований в биотехнологии.
Оборудование/Resources: таблица “Бактерии”, “Плесневые грибы”, портрет А. Левенгука.
Ход урока
Микроб, этот гадкий утенок первых лет эпидемиологии,благодаря успехам науки и техники, достижениям человеческого гения,превратился в прекрасного лебедя генетической инженерии современнойбиотехнологии и индустрии живых клеток.
Б.Я. Нейман
План.
Характеристика микроорганизмов.2. Использование микроорганизмов с древних до наших времен.3. Методы биотехнологии.4. Этические аспекты некоторых исследований в биотехнологии.
Характеристика микроорганизмов.
Открыты в XVII веке А. Левенгуком.
Microorganisms

Prokaryotes (bacteria Eukaryotes (microscopic fungi, algae, protozoa)
and blue-green algae)
1. Микроорганизмы характеризуются большой скоростью размножения, часто путем простого деления пополам. Например: бактериальная клетка в благоприятных условиях делится пополам через каждые 20-25 минут.
2. Разнообразны по физиологическим и биохимическим свойствам, некоторые живут в условиях, не пригодных для жизни других. Например: выдерживают высокий уровень радиации, высокие (75–105°С) и низкие (-80°С) температуры, концентрацию хлорида натрия до 30%, отсутствие кислорода (анаэробы).
3. Очень продуктивны.
Например:
1 корова массой 500 кг вырабатывает в сутки 0,5 кг белка.500 кг растений – 5 кг белка.
500 кг дрожжей – 50 т белка (а это масса 10 слонов!)
! При определенных условиях микробная клетка способна за равное время продуцировать в 100 000 раз больше белка, чем животная клетка. При этом использует дешевые вещества (крахмальные растворы, сточные воды).
4. Чрезвычайная приспособляемость, т.е. их можно быстро и легко селекционировать. Например: чтобы получить новый сорт хлебного злака, необходимы десятилетия или даже столетия, а у кистевидной плесени всего за 30 лет удалось в 1000 раз повысить продуктивность.
5. Микроорганизмы повсеместно распространены в природе, играют важную роль в круговороте веществ (благодаря большому разнообразию микроорганизмы бывают автотрофами, хемоавтотрофами и гетеротрофами, в трофических цепях часто являются редуцентами).
II. Использование микроорганизмов/The usage of the microorganisms.
Некоторые биотехнологические процессы с древних времен использовались в хлебопечении, в приготовлении вина и пива, уксуса, сыра, при различных способах переработки кожи, растительных волокон. Современная биотехнология основана главным образом на культивировании микроорганизмов (бактерий и микроскопических грибов), животных и растительных клеток.
Пищевая промышленность. Химическая промышленность. Металлургия. Сельское хозяйство. Охрана природы
Хлебопечение,Виноделие,Сыроварение, получение молочно-кислых продуктов, уксуса, кормовых белков. Производство антибиотиков, витаминов, гормонов, аминокислот, синтетических вакцин, получение метана как топлива. Выщелачивание некоторых металлов из бедных руд (медь, уран, золото, серебро). Производство силоса и азотфиксаторов, биологическая защита растений. Очистка сточных вод.Ликвидация разлива нефти.
III. Биотехнология – производство необходимых человеку продуктов и материалов с помощью биологических объектов и процессов. (Появление термина “биотехнология” в 1970-х гг. связано с успехами молекулярной генетики.)
Методы биотехнологии:
1) Клеточная инженерия/ Cell engineering – метод получения новых клеток и тканей на искусственной питательной среде. В основе метода лежит высокая способность живых культур к регенерации.
1-ый метод – Культивирование. Метод основан на способности клеток растений и животных делиться при помещении их в питательную среду, где содержатся все необходимые для жизнедеятельности вещества. Клетки растений обладают свойством, которое позволяет им при определенных условиях сформировать полноценное растение.
Например: Культура клеток женьшеня нарабатывает ценные для человека вещества, выращенные клетки кожи используют для лечения ожогов.
2-ой метод – Реконструкция (метод “in vitro”– в пробирке). Помещая клетки растений в определенные питательные среды, размножают редкие и ценные виды. Это позволяет создавать безвирусные культуры редких растений.
3-ий метод – Клонирование. Метод пересадки ядер соматических клеток в яйцеклетки позволяет получать генетической копии одного организма.
Например: лимфоцит (антитела)+ раковая клетка (быстрый рост и потенциальное бессмертие)→гибридомы (гибридные клетки, синтезирующие высокоспецифичные антитела и неограниченно размножающиеся в культуре).
2) Хромосомная инженерия/ Chromosome engineering
1-ый метод– Метод гаплоидов. Метод основан на выращивании гаплоидных растений с последующим удвоением хромосом. Всего за 2–3 года получают полностью гомозиготные растения вместо 6–8 лет инбридинга.
2-ой метод-Метод полиплоидов. Получение полиплоидных растений в результате кратного увеличения хромосом
3-ий метод-замена некоторых хромосом в геноме одного организма на сестринские из генома другого организма этого же или близкого вида.
3) Генная инженерия/ Gene engineering – основана на выделении (или на искусственном синтезе) нужного вида из генома одного организма и введении его в геном другого организма, зачастую далекому по происхождению (впервые процесс был проведен в 1969 году).
ДНК1ДНК2ДНК3  →ДНК-рестриктазы(разрезают) →ДНК-лигазы →(сшивают) гибридная ДНК↓      клоны многих генов рРНК, тРНК,многие белки, гормоны, интерфероны,трансгенные растения и животные.
– “Вырезание” ферменты-рестриктазы (генетические ножницы),– затем “вшивание” – ферменты-лигазы в плазмиду+ маркерные гены,– введение плазмиды в клетку реципиента,– отбор тех бактерий, в которых успешно работают внедренные гены.
Например: Излюбленный объект генных инженеров – кишечная палочка. С помощью нее получают соматотропин (гормон роста), интерферон (белок, который культивирование помогает справиться со многими вирусными инфекциями), инсулин (гормон поджелудочной железы)
Растения и животные, геном которых изменен с помощью подобных операций, называют трансгенными.
В 1983 в США, Бельгии и Германии впервые получены трансгенные растения.
Сейчас – 17 стран выращивают трансгенные растения, которые имеют необходимые для человека сроки созревания, их плоды обладают способностью к длительному хранению и не теряют товарный вид при транспортировке. Уже получены трансгенные свиньи, овцы и кролики в геном которых были введены гены различного происхождения – вирусов, микроорганизмов, грибов, человека; получены трансгенные растения с генами животных, микроорганизмов, вирусов и искусственно созданными генами. Большая часть трансгенных культур выращивается в США.
Например: Китай – табак, рис, соя, томаты, быстрорастущие сорта, которые могут расти на засоленных почвах.
США – хлопчатник, кукуруза, картофель – устойчивы к вредителям, так как эти растения вырабатывают энтомоксин
Генетики работают над получением растений-вакцин, т.е. растений содержащих готовые антитела на различные заболевания или вещества, препятствующие развитию болезни.
Например: картофель вырабатывает антитела холеры (Россия). Красный помидор содержит в 3,5 раза больше ликонина (красный пигмент). Ликонин, обладая окислительными свойствами, снижает вероятность раковых заболеваний (США).
IV. Этические аспекты развития некоторых исследований в биотехнологии.
– Клонирование человека.– Создание генетически модифицированных штаммов вирусов и бактерий.
Закрепление.
Беседа по вопросам/ Discussing questions:
1. Почему селекция микроорганизмов приобретает очень большое значение в настоящее время?2. Что такое биотехнология и каковы ее задачи?3. Каким образом используются микроорганизмы в биотехнологии?4. Почему некоторые биотехнологические исследования представляют опасность для человечества?
Домашнее задание/ Home task. Подготовиться к зачету.

Приложенные файлы


Добавить комментарий