Урок: Биотехнология – достижения и перспективы развития
Интегрирующая цель в процессе усвоения учебного материала:
Повторить и обобщить материал о селекции и генетике. Познакомиться с биотехнологией, с методами создания и использования биологических объектов, ее достижениями и перспективами развития. Формирование знаний о методах биотехнологии.
Ход урока.
1. Фильм «Генетика и селекция».
2. Работа с определениями и понятиями. Задача подобрать правильные определения к предложенным понятиям. Через 10 минут одна из трех групп комментирует часть определений (по 7 определений), две другие группы – эксперты. Просчитать баллы.
3. Рассказ учителя.
Для решения продовольственных проблем и не только на помощь селекции пришла новая наука – биотехнология. Впервые термин "биотехнология" применил венгерский инженер Карл Эреки в 1917 году. Таким образом, в 1917 году началась биотехнологическая революция.
В традиционном понимании биотехнология – это наука о методах и технологиях получения необходимых человеку веществ с помощью живых клеток. В современном понимании биотехнология - это наука о методах генной и клеточной инженерии и технологиях создания и использования генетически трансформированных биологических объектов. С помощью современных методов традиционные биотехнологические производства получили возможность улучшить качество пищевых продуктов и увеличить продуктивность живых организмов. В начале XX века ученые активно работали с биологическими объектами, которые вызывают брожение и микробиологическими объектами. В эти же годы были предприняты первые попытки наладить производство антибиотиков, пищевых концентратов, полученных из дрожжей, осуществить контроль ферментации продуктов растительного и животного происхождения.
Первый антибиотик — пенициллин — удалось выделить и очистить до приемлемого уровня в 1940 году, что дало новые задачи: поиск и налаживание промышленного производства лекарственных веществ, продуцируемых микроорганизмами, работа над удешевлением и повышением уровня биобезопасности новых лекарственных препаратов.
До 1971 года термин «биотехнология» использовался, большей частью, в пищевой промышленности и сельском хозяйстве. Затем учёные стали использовать этот термин в применении к лабораторным методам, таким, как использование рекомбинантной ДНК и культур клеток, выращиваемых in vitro.
Биотехнология основана на генетике, молекулярной биологии, биохимии, эмбриологии и клеточной биологии, а также прикладных дисциплинах — химической и информационной технологиях и робототехнике.
Предлагаю вам познакомиться с основными методами биотехнологии.
4. Фильм «10 достижений генной инженерии»
5. Работа в группах. Объединить класс в 4 группы:
• 1 группа – аналитики,
• 2 группа – клеточные инженеры,
• 3 группа – хромосомные инженеры,
• 4 группа – генные инженеры
Задания для групп
ЗАДАНИЕ ДЛЯ АНАЛИТИКОВ.
Прочитайте текст. Проанализируйте следующие данные.
Одна корова с живой массой в 500 кг за сутки образует около 0,5 кг белка;
Соя массой 500 кг за сутки образует 5 кг белка;
Дрожжи массой 500 кг за сутки вырабатывают в биореакторе 50 тонн белка.
Микробная клетка потребляет дешевые вещества – крахмальные растворы, сточные воды, нефтепродукты и др. вещества. Корове требуются хорошие и, следовательно, дорогие корма.
Чтобы вывести новую породу животных или сорт растений приходиться биться десятилетиями и даже столетиями, а у кистевидной плесени всего лишь за 30 лет удалось в 10 000 раз повысить продуктивность пенициллина!
Сделайте вывод, о том какие организмы более выгодно использовать для получения белка. Почему? Ответ аргументируйте с помощью математики.
Вывод:
1) микроорганизмы обладают высокой продуктивностью;
2) микроорганизмы выращивают на дешевых субстратах.
3) высокая скорость получения нужной продукции.
ЗАДАНИЕ ДЛЯ КЛЕТОЧНЫХ ИНЖЕНЕРОВ.
Внимательно прочитайте текст. Во время чтения делайте на полях следующие пометки карандашом:
“v” - уже знал
“+” - новое
“-” - думал иначе
“?” - не понял, есть вопросы
После выполнения задания обменяйтесь информацией в группе, а затем сообщите свои результаты классу. Раскройте все «+» и «-» указанных технологий
Пример №1. Биотехнологи могут создавать гибриды растений в обход полового процесса. Для этого у соматических клеток удаляют клеточную стенку, в результате чего образуются протопласты. При определённых условиях протопласты от разных растений легко сливаются между собой. У таких гибридных протопластов вновь синтезируется клеточная стенка. Возникает гибридная клетка, способная делиться и регенерировать в целое растение. Например, так был получен соматический гибрид культурного и дикого картофеля, устойчивого к вирусным болезням.
Вспомним! Соматические клетки – клетки, составляющие органы и ткани любого многоклеточного организма. Регенерация – это восстановление утраченных или повреждённых частей тела.
Пример №2. С помощью методов клеточной инженерии учёные смогли получить клоны живых организмов. В 1996 году в Англии был создан клон овцы. Для этого использовали ядра соматических клеток, полученных из ткани молочной железы взрослой овцы. Необходимый генетический материал был взят из вымени уже умершей овцы и был заранее заморожен. Из яйцеклетки удалялось ядро и замещалось ядром соматической клетки. Образовавшуюся диплоидную зиготу стимулировали к дроблению электрошоком и трансплантировали в овцу – реципиента. Через 148 дней приёмная мама родила живую овечку, её назвали Долли. Таким образом, у Долли было 3 мамы и не было папы. Овечка Долли прожила 6,5 года и принесла потомство, однако была усыплена по состоянию здоровья: животное страдало от артрита и вирусных инфекций. Создатели Долли утверждали, что их достижение поможет сохранить вымирающие виды животных.
Вспомним! Клон – точная генетическая копия другого организма. Диплоидный набор хромосом – набор, содержащий по две хромосомы каждого вида.
Пример №3. Помимо традиционных черенкования, прививок, выращивания из семян, размножения корневищами, луковицами и т.д. в большинстве стран рассаду многих растений сегодня получают путем технологии “in vitro” (в пробирках). Особенно широко этот способ применяется для выращивания редких и ценных растений, которые плохо поддаются размножению другими способами. Также этот метод незаменим, если необходимо постоянно получать в достаточно короткие сроки значительное количество качественной рассады.
Образовательные ткани отделяют от нужного экземпляра растения и помещают на специальные питательные среды в пробирки. Примерно через месяц образовавшиеся микрочеренки имеют зачатки всех вегетативных органов. Когда у микрочеренков образуется достаточная корневая система, их извлекают из пробирок и пересаживают в горшочки.
Вспомним! Вегетативные органы - части растения, выполняющие основные функции питания и обмена веществ с внешней средой (корень, лист, стебель). Черенок - это часть растения, способная укорениться и вырасти в новое растение.
Полученные способом “in vitro” растения наследуют все признаки, присущие данному сорту и вполне могут в дальнейшем размножаться обычным вегетативным или семенным способом.
ЗАДАНИЕ ДЛЯ ХРОМОСОМНЫХ ИНЖЕНЕРОВ.
Внимательно прочитайте текст. Во время чтения делайте на полях следующие пометки карандашом:
“v” - уже знал
“+” - новое
“-” - думал иначе
“?” - не понял, есть вопросы
После выполнения задания обменяйтесь информацией в парах, а затем сообщите свои результаты классу. Раскройте все потенциальные возможности предложенных технологий. Приведите примеры.
Пример №1. Биотехнологи могут проводить различные манипуляции с хромосомами. Например, заменять одну или обе гомологичные хромосомы одного сорта пшеницы на ту же пару хромосом, но из другого сорта. Тем самым слабый признак заменяется на более сильный. Таким образом, биотехнологии приближаются к созданию “идеального сорта”, у которого все полезные признаки будут выражены в максимальной степени.
Вспомним! Гомологичные хромосомы – это парные, т.е. абсолютно одинаковые хромосомы.
Пример №2. Любой сорт растения является чистой линией, на создание которой в традиционной селекции уходит до 6-8 лет. Этот срок можно сократить в два раза используя метод гаплоидов. Для этого получают гибриды, берут из них пыльцу, на питательных средах выращивают из неё гаплоидные растения, а затем удваивают у них число хромосом и получают полностью гомозиготные диплоидные растения.
Вспомним! Гаплоиды – организмы, содержащие по одной хромосоме каждого вида. Гаметы имеют гаплоидный набор хромосом. Гомозигота – зигота, содержащая два одинаковых аллельных гена. Аллельные гены – гены, отвечающие за развитие одного признака. Чистая линия – потомство одной гомозиготной самоопыляющейся особи.
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ГЕННЫХ ИНЖЕНЕРОВ.
Внимательно прочитайте следующий текст.
Генная инженерия основана на выделении (или искусственном синтезе) нужного гена из генома одного организма и введение его в геном другого организма. “Вырезание” генов проводят с помощью специальных “генетических ножниц”, которыми являются ферменты. Затем ген “вшивают” в вектор (носитель) – плазмиду, с помощью которой ген вводится в бактерию. “Вшивание” осуществляется с помощью других ферментов. Затем вектор вводится в бактерию, и на последнем этапе отбираются те бактерии, в которых введённые гены успешно работают.
Вспомним! Геном – совокупность генов в гаплоидном наборе хромосом данного вида организмов. Плазмида – это кольцевая двухцепочечная молекула ДНК, которая есть в бактериальной клетке.
Реконструируйте и нарисуйте бактериальную клетку, способную синтезировать инсулин человека. Продемонстрируйте и объясните свой результат классу.
Презентация работы групп. Оценка счетной комиссии.
6. Рассказ учителя. Генные инженеры с помощью микроорганизмов получают гормон роста соматотропин, гормон инсулин для лечения сахарного диабета, противовирусный белок интерферон, витамины, антибиотики, аминокислоты, ферменты, кормовые и пищевые белки. Учёные создают трансгенные организмы (или ГМО) - живые организмы, в геном которых искусственно введен ген другого организма.
7. Фильм «Генная инженерия изменит все и навсегда»
8. Игра «Хорошо» и «Плохо». Фраза «Генная инженерия это…»
9. Итог урока. Домашнее задание
9 431
5 556 
