Программа элективного курса «Биотехнология вокруг нас», «Практическое применение достижений молекулярной биотехнологии» 10 класс

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №14»

141300, Московская область, г. Сергиев Посад, ул. Куликова, д.16

Тел. 8(496) 540-41-46; факс 8(496) 540-41-46

Утверждаю

Директор МБОУ СОШ №14 _______________

И. В. Горшкова

«29» августа 2020 года

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Элективного курса «Биотехнология вокруг нас»

2020/2021 учебный год

10 «А» класс

Составитель: Сенькина Наталья Николаевна,

учитель биологии высшей категории

2020 год

Пояснительная записка

Программа элективного курса «Биотехнология вокруг нас», «Практическое применение достижений молекулярной биотехнологии» составлена на основе авторской программы, кандидата биологических наук, Даньковой Елены Владимировны, доцента кафедры естественных дисциплин Педагогической Академии. (АСОУ)

Актуальность курса связана с необходимостью формирования у старших школьников современных научных представлений о достижениях, сделанных в наиболее бурно развивающихся областях биологии. Элективный курс «Биотехнология вокруг нас» углубляет содержание профильного курса «Общая биология» и предназначен для подготовки старшеклассников, выбравших естественнонаучный профиль.

Элективный курс «Практическое применение достижений молекулярной биотехнологии» целесообразно включить в профильное обучение учащихся в 10 и 11 классах.

Предлагаемая программа предназначена для учащихся 10 классов. Курс рассчитан на 34 часа, 1 час в неделю.

В программе данного курса предусмотрено расширение представлений учащихся о структуре гена, конструировании организмов с заданными свойствами, о неограниченных возможностях, представляемых технологией рекомбинантных ДНК.

Предлагаемый курс направлен на формирование профессиональных приоритетов в области молекулярной биологии, микробиологии, генетики, биотехнологии, медицины и биохимии. Изучение проблем, рассматриваемых в рамках данного курса, будет способствовать формированию мировоззренческих устоев старшеклассников.

Задачи курса

Формирование представлений о роли молекулярной биотехнологии в жизни современного человека, ключевых этапах технологии рекомбинантных ДНК, современных достижениях молекулярной биологии, энзимологии нуклеиновых кислот.

Развитие исследовательской компетенции путем организации сбора научной информации о способах получения трансгенных организмов и их практическом применении, а также при выполнении проектных работ.

Развитие навыков расшифровки ДНК.

Обеспечение условий для развития коммуникативной активности учащихся.

Умение применять на практике знания о получении продуктов, содержащих генетически модифицированные источники пищи.

Создание условий для профессиональной ориентации старшеклассников, выбравших естественнонаучный профиль.

Место курса в системе профильной подготовки

Элективный курс «Практическое применение достижений молекулярной биотехнологии» предназначен для профильной подготовки старшеклассников, избравших естественнонаучный профиль. Предлагаемый элективный курс может стать основой для развития исследовательской компетентности учащихся на базе использования исследовательских проектов в учебно-воспитательном процессе.

Требования к освоению содержания курса

Учащиеся должны знать:

- основные этапы биотехнологического процесса;

- сферы практического использования достижений биотехнологии;

-особенности организации генов у прокариот и эукариот;

-строение и механизм действия ферментов, применяемых в генной инженерии;

-векторы, применяемые в молекулярной биотехнологии;

-сущность горизонтального переноса генов;

-технологию рекомбинантных ДНК.

Учащиеся должны уметь:

- давать оценочную характеристику продуктам, содержащим генетически модифицированные источники;

- выполнять задания, связанные с определением нуклеотидной последовательности фрагментов ДНК;

- понимать сущность исследуемой проблемы, самостоятельно формулировать тему и цель проектной деятельности;

- самостоятельно работать с научно-популярной, справочной и учебной литературой;

- составлять конспекты, рефераты научно-популярных статей, готовить и делать сообщения, доклады;

- согласованно работать в группе;

- проводить анкетирование и анализировать его результаты.

Оборудование: таблицы, диаграммы, рисунки с изображением схем строения клеток растений, животных, бактерий, презентации, видео-фильмы; материалы и оборудование для проведения практической работы.

Оценивание знаний

Виды контроля знаний: проведение конференций, семинаров, презентация авторских работ на одну из актуальных тем, оценка творческих работ учащихся

Содержание курса 10-11 класс

I блок. Общие представления о молекулярной биотехнологии. (6 час.)

1. Биотехнология. История развития традиционной биотехнологии.

Хлебопечение, виноделие, пивоварение, сыроварение.

Лабораторная работа №1 «Окрашивание бактерий для изучения их с помощью светового микроскопа».

1. Основные этапы биотехнологического процесса. Сырье, начальная обработка, трансформация, конечная обработка, конечный выход продукта. К.п.д. биотехнологического процесса и его повышение.

Лабораторная работа №2 «Изучения клеток дрожжей под микроскопом».

1. XXI век – век информации. Носители информации в живых организмах. Изучение строения ДНК – путь к построению общества всеобщего изобилия. Получение организмов с заданными свойствами мечта.

2. Молекулярная биотехнология - синтез традиционной биотехнологии и новейших достижений биологии. Получение первой рекомбинантной ДНК. Опасения мирового научного сообщества, вызванные с созданием искусственной гибридной ДНК. Этические аспекты открытия.

II блок. Теоретические знания о строении ДНК – основа практических достижений

молекулярной биотехнологии. (15 час.)

1. Клеточная и молекулярная основы жизни.

Строение клетки. Клеточные мембраны, ядро, генетический материал клетки, органоиды клетки. Химический состав клетки.

Лабораторная работа №3 «Приготовление препарата растительных клеток».

2. История развития представлений о носителе наследственной информации.

Работы Ф. Мишера, опыты Ф. Гриффитса, О.Эйвери, Дж. Ледерберга.

3. Строение и свойства нуклеиновых кислот.

Первичная, вторичная, третичная структура ДНК. Репликация. Типы РНК. Трансляция, транскрипция.

Лабораторная работа №4 «Изучение хромосом на готовых препаратах».

4. От ДНК к гену. Ген – функционально неделимая часть ДНК. От Т. Бовери до наших дней.

Практическая работа №5 «Решение задач по генетическому коду».

5. Перенос генетической информации в клетки.

Экеспрессия генов. Возможности перенесения наследственной информации в клетке. «Дозревание» иРНК (сплайсинг).

Практическая работа №6 «Решение задач на реакцию матричного синтеза».

6. Генетические инструменты молекулярной биотехнологии: ферменты и векторы. Строение ферментов. Плазмиды – первые векторы.

Лабораторная работа №7 «Каталитическая активность ферментов в живых тканях».

7. Вклад отечественных и зарубежных ученых в изучение ДНК.

III блок. Достижения в сельском хозяйстве. (13 час.)

1.Трансгенные растения. Методы получения трансгенных растений.

2. Генетически модифицированные растения и их свойства.

Лабораторная работа № 1 «Изучение свойств сортов у культурных растений»

3. Получение трансгенных растений, устойчивых к гербицидам, насекомым, патогенам.

4. Повышение питательной ценности трансгенных растений.

Золотой рис, с повышенным содержанием витамина А, томат, с удлиненным периодом созревания, рапс, содержащий полиненасыщенные жирные кислоты (лауриновая кислота).

Практическая работа № 2 «Составление индивидуального суточного меню согласно основным принципам здорового питания».

5. Растения – биореакторы для получения вакцин. Вакцины против холеры, гепатита В, диареи, кистозного фиброза.

6. Клональное микроразмножение - основной метод размножения ГМ- растений. Свойство тотипотентности растительных клеток – основа для клонированного рапзмножения. Условия для клонирования растительных объектов, питательные среды, гормоны, инструменты, оборудование, посуда, типы эксплантатов.

Лабораторная работа №3 «Микроклональное размножение растений».

Экскурсия в биотехнологическую лабораторию.

7. Экологические проблемы, связанные с использованием ГМ- растений. Природное разнообразие и изменение климата.

Практическая работа №4 «Биодиагностика загрязнения окружающей среды по частотам встречаемости фенов белого клевера».

8. Биоинженерия в животноводстве. Трансгенныеи животные. Продукты, получаемые из трансгенных животных: молоко коз, яйца кур.

Лабораторная работа №5 «Изучение свойств пород с/х животных».

Экскурсия в институт птицеводства.

IV блок. Достижения в медицине. (8 час.)

1. Технология рекомбинантных ДНК для медицинской биотехнологии. Вакцины против герпеса, гепатита, вируса иммунодефицита человека, вируса папилломы человека, атипичной пневмонии.

Практическая работа №1 «Оценка состояния противоинфекционного иммунитета».

2. Использование рибозимов в лечении вирусных инфекций рака. Успехи биотехнологии в борьбе со СПИДом.

3. Белковая терапия в лечении болезней человека. Успехи молекулярной биотехнологии в лечении болезней Альцгеймера, Паркинсона, серповидно – клеточной анемии, прионовых болезней. Получение «эликсира молодости».

Практическая работа №2 «Составление родословной (наследование заболеваний)».

4. Эмбриональное развитие. Получение столовых клеток.

5. Использование эмбриональных стволовых клеток в терапевтических целях. Создание линий эмбриональных стволовых клеток.

Экскурсия на СЭС «Изучение заболеваемости в районе».

V блок. Применение в промышленности и очистке окружающей среды. (7 час.)

1. Биоремедиация – использование микроорганизмов на загрязненных территориях. Получение трансгенных бактерий, связывавающих тяжелые металлы.

2. Фиторемедиация – использование растений для очистки окружающей среды. Фитоэкстракия, фитоволитализация, фитостабилизация.

Практическая работа №1 «Использование водного гиацинта для очистки воды».

3. Очистка воды с помощью бактерий рода Рseudomonas. Утилизация ксенобиотиков: нафталина, толуола, камфоры.

4. Биогеотехнология – использование микроорганизмов в горнодобывающей промышленности. Выщелачивание металлов. Обессеривание угля. Роль тионовых бактерий. Микроорганизмы и повышение нефтеотдачи пластов.

5. Биоэнергетика – возможный путь выхода из энергетического кризиса. Биометаногенез – процесс превращения биомассы в энергию. Химизм процесса. Бактерии, участвующие в этом процессе. Достоинства и недостатки биогаза.

Практическая работа №2 «Получение биогаза из органических отходов».

VI блок. Результаты программы «Геном человека». (4 час.)

1. Предпосылки для реализации международной программы «Геном человека». Открытие ревертазы, секвенирование ДНК, полимеразная цепная реакция.

Лабораторная работа №1 «Экстракция ДНК».

2. Цели и задачи проекта «Геном человека». Генетические, физические и секвенсовые карты хромосом. Различные подходы к определению нуклеотидной последовательности ДНК.

3. Результаты международной программы «Геном человека»: размер генома человека, размер хромосом, число генов, средний размер гена человека, явление «парадокс содержания ДНК».

VII блок. Продукты, содержащие генетически модифицированные источники пищи. (15 час.)

1. Права потребителей на качество безопасность пищевых продуктов. Пища, содержащая генетически модифицированные источники.

Практическая работа №1 «О чем может рассказать упаковка».

2. Трансгенные растения и проблемы дефицита пищи на планете. Демографическая ситуация на планете и проблема голода. «Золотой миллиард».

Практическая работа №2 «Составление индивидуального суточного меню согласно основным принципам здорового питания».

3. История земледелия и «зеленые революции» на планете.

4. Масштабы использования трансгенных растений в мире.

Выращивание и испытание генетически модифицированных растений в России и мире.

Лабораторная работа №3 «Определение примесей в сметане».

5. Контроль за маркировкой продуктов. Маркировка и этикетирование продуктов, содержащих ГМИ в США, в странах ЕС, в России.

Практическая работа №4 «Определение наличия ГМ -добавок в продуктах». http://www.regnum.ru/news/529574.html

6. Продукты, подлежащие и не подлежащие обязательному этикетированию.

«Зеленый список», «красный список», «оранжевый список» производителей, использующих генетически модифицированные источники.

Лабораторная работа №5 «Оценка загрязненности пищевых продуктов спорами грибов».

7. Многообразие продуктов, содержащих ГМИ. Трансгенофобия.

Лабораторная работа №6 «Исследование микробиоты кисломолочных продуктов».

8. Обзор современных взглядов на проблему ГМО. Аргументы сторонников и противников использования продуктов, содержащих ГМИ. Информация «Гринпис» в России. Мнение ведущих зарубежных компаний. Мнение отечественных экспертов.

Лабораторная работа №7 «Изучение устойчивости витамина С (в обычных и ГМО-томатах)».

Лабораторная работа №8 «Лежкость томатов: традиционных и трансгенных».

Практическая работа №9 «Разработка рекомендаций по результатам исследований продуктов на содержание ГМИ».

9. Биотехнология: шаг в будущее.

Лабораторная работа: 1). Определение кофеина в чае и кофе . 2). Анализ наличия анионов в минеральной воде. 3). Изучение содержания витамина С в соках и фруктах.

4). Исследование образцов мясных изделий.

Содержание программы 10 класс. 34 часа

I блок. Общие представления о молекулярной биотехнологии. (9 час.)

1. Введение. История развития традиционной биотехнологии.

2. Области применения современной биотехнологии. Основные разделы биотехнологии.

3. Методы молекулярной биологии. (Микроскопия, хроматография, технология рекомбинантных ДНК и т. д.)

4. Хромосомы – носители наследственных задатков. (История открытия хромосом; строение хромосом.)

5. Биологическая программа жизни. История открытия нуклеиновых кислот. (Работы Ф. Мишера, О. Эвери.)

6. ДНК и наследственность. (Строение ДНК; соединение нуклеотидов в цепь; образование двухцепочечной молекулы ДНК.)

7. Мозаика наследственности. Современное представление о структуре гена. Хлебопечение, виноделие, пивоварение, сыроварение. Л.р. «Изучение бактериальной клетки»

8. ГМО – «Кентавры» живого. Технология получения рекомбинантной ДНК.

Л.р. «Культивирование мицелия грибов: вешенка, шитовка, шампиньоны)

13.Генетические «инструменты»: ферменты и векторы.

II блок. Достижения в сельском хозяйстве. (6 час.)

1. Генетическая инженерия и ее применение в медицине.

2. Клональное микроразмножение. Способы размножения.

3. Технология клонального размножения. П.р. «Клональное микроразмножение растений»

4. Способы получения трансгенных растений и их свойства. Л.р. «Изучение признаков бактериальных заболеваний у растений»

5. Биоинженерия в животноводстве. Л.р. «Определение числа бактерий в свежем и несвежем молоке»

6. Семинар «Клонирование: за и против».

III блок. Достижения в медицине. (8 час.)

1. Генетическая инженерия и ее применение в медицине.

2. Фармакология. Вакцины.

Практическая работа №1 «Оценка состояния противоинфекционного иммунитета».

3. М Генетические болезни и генная терапия,олекулярная диагностика заболеваний. Методы диагностики.

4. Понятие о стволовых клетках и их использование в терапевтических целях.

5. Понятие о стволовых клетках и их использование в терапевтических целях. Практическая работа №2 «Составление родословной (наследование заболеваний)».

6 Расшифровка ДНК – помощь в выявлении болезней, судебной медицине, криминалистики. (Секвенирование ДНК и ПЦР)

7. Результаты исследования по программе «Геном человека» . Белковая терапия в лечении болезней человека. Успехи молекулярной биотехнологии в лечении болезней Альцгеймера, Паркинсона, серповидно – клеточной анемии, прионовых болезней. Получение «эликсира молодости».

8. Использование рибозимов в лечении вирусных инфекций рака. Успехи биотехнологии в борьбе со СПИДом.

Экскурсия на СЭС «Изучение заболеваемости в районе».

IV блок. Применение в промышленности и очистке окружающей среды. (4 час.)

1. Генетическая инженерия и ее применение в промышленности.

2. Интенсивная очистка сточных вод. Самоочищение водоемов. Л.р. «Очистка качества воды: до и после культивирования водного гиацинта»

3. Переработка твердых отходов. Восстановление плодородия почв.

4. Биоэнергетика – выход из энергетического кризиса. Л.р. «Достоинства и недостатки биогаза» Биоэнергетика – возможный путь выхода из энергетического кризиса. Биометаногенез – процесс превращения биомассы в энергию. Химизм процесса. Бактерии, участвующие в этом процессе. Достоинства и недостатки биогаза.

VI блок. Продукты, содержащие генетически модифицированные источники пищи. (6 час.)

1. Права потребителей на качество и безопасность пищевых продуктов. Права

потребителей на информацию о пищевых продуктах. Обзор современных взглядов на проблему ГМО.

Практическая работа №1 «О чем может рассказать упаковка».

2. Качество и безопасность пищевых продуктов. Контроль за маркировкой продуктов.

3. Пищевая биотехнология и микробиология. Л.Р. «Составление индивидуального суточного меню соглавсно основным принципам питания»

4. Многообразие продуктов, содержащих ГМИ. Л.р. «Лежкость томатов: традиционные и трансгенные»

5. Молочно – кислое брожение. Л.р. «Исследование микробиоты кисломолочных продуктов»

6. Конференция «ЗА» или «ПРОТИВ» трансгенной пищи»

Тематическое планирование элективного курса

«Практическое применение достижений молекулярной биотехнологии».

«Биотехнология вокруг нас»

10 класс. 34 часа (1 час в неделю)

Литература.

Рекомендуемые источники:

1. ИНТЕРНЕТРЕСУРСЫ

2. Энциклопедии

3. http://www.crosswmds.net/~livingthmgs/ -Электронная иллюстрированная энциклопедия «Живые существа» - фотографии представителей царства животных, растений, грибов, бактерий. Классификация, поиск, справочные сведения.

4. По страницам периодической печати.

5. www.droug.ru. –Журнал «Друг»

6. www.geoclub.ru. – Журнал «Гео»

7. www.nationalgeographic.com/index.html - Журнал «National Geographic ». – ENG

8. www.zooclub.ru/animals/. – Газета «Мое зверье».

9. www.znanie-sila.ru. –Журнал «Знание - сила»

10. http://bio.1september.ru/ - Газета «Биология»

11. http://nauka.relis.ru. – Журнал «Наука и жизнь»

12. http://computera.ru – Журнал «Комрьютера»

13. Общие сайты по биологии

14. www.nature.ru –«Научная сеть» - прекрасный помощник для учителя и учащихся. На этом сайте приводится интереснейшая и достоверная информация по разным отраслям науки, в том числе и по основным разделам биологии: аннотации книжных новинок, биографии ученых, курсы лекций, научные статьи, популярные заметки и многое другое.

15. www.zooland.ru «Кирилл и Мефодий. Животный мир» - прекрасный сайт, содержащий обилие интереснейших сведений о самых разнообразных животных. Сайт постоянно обновляется.

16. www.bio.msu.ru – Биологический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова

17. www.herba.msu.ru – «Херба» ботанический сервер МГУ им. М.В.Ломоносова – предлагает научную информацию о Ра тениях, рисунки гербарных листов, цветные фотографии.

18. www.nature.ok.ru/mlk_nas.htm - «Редкие и исчезающие животные России», на сайте представлена информация о животных России, внесенных в Красную книгу, а также их фотографии, рисунки, аудиофайлы – записи голосов, видиосюжеты.

19. www.biodan.narod.ru – «БиоДан. Новости биологии» - авторский сайт, на котором собрана интересная и полезная для учителя научная информация по ботанике, зоологии, генетике, антропологии.

20. Игнатова О. В поисках зеленого кружка.- Ольга Игнатова/Российская газета, Центральный выпуск, № 4650 от 29 апреля 2008 г. - Версия для печати http://www.rg.ru/2008/04/29/produkty.html.

21. Новикова Т.А. Генная инженерия бактерий.- Новикова Т.А./Биология в школе, 1/2004.- С.5-13. http://www.ekomir.crimea.ua/activity/gmo/suspect in_gmo.shtml.

22. http://www.wikipedia.ru

23. http://www.tiensmed.ru/news/gmo-wk.