Тема: «Биотехнология: достижения и перспективы развития»

Биотехнология: достижения и перспективы развития

9 класс

Тема: «Биотехнология: достижения и перспективы развития»

Цель урока:

образовательная: познакомить учащихся с наукой биотехнологией, с методами создания и использования биологических объектов, ее достижениями и перспективами развития, рассмотреть вопрос о генно-модифицированных организмах, познакомить с проблемой по данному вопросу, научить отстаивать свою точку зрения, выслушивать доводы оппонентов;

развивающая: развивать творческий подход к изучению нового материала, интеллектуальные способности, память; приобретение обучаемыми умений работать с различными литературными источниками, совершенствовать мыслительные процессы, речь;

воспитательная:  воспитывать у учащихся потребность в знаниях, ответственность при выполнении заданий; укреплять стремление приносить только пользу людям, акцентируя на проблеме этичности применения генных технологий..

Задача урока:  сформировать знания учащихся о биотехнологиях, рассмотреть этические аспекты исследований в биотехнологии, обратить внимание учащихся на проблему появления генно-модифицированных продуктов в рационе питания современного человека.

Методы и педагогические приемы: словесные: рассказ, беседа, дискуссия; наглядный – демонстрация; интернет-технологии – видеоролик; методы контроля – устный и письменный.

Формы работы: индивидуальная, групповая, коллективная организация учебной деятельности.

Педагогические технологии: личностно-ориентированные, проектные, групповые, технология развития критического мышления, ИКТ

Межпредметные связи: информатика, литература, история, география.
Тип урока: нестандартный.

Оборудование: ноутбук, мультимедийный проектор, презентация, видеофрагмент, раздаточный материал.

Планируемые результаты:

предметные: обучаемый сможет дать определение понятиям «биотехнология», «клеточная инженерия», «генная инженерия», «клонирование»; определять методы биотехнологии, достижения и перспективы развития;

метапредметные: обучаемый сумеет рассматривать проблему использования генно-модифицированных организмов с разных точек зрения: научной, общественной, экономической, медицинской; вступать в диалог и участвовать в коллективном обсуждении проблемы, аргументировать свою позицию, работать в группе; определять продукты, содержащие ГМО, и делать выбор «за» и «против»;

личностные: обучаемый научится осуществлять поиск информации с использованием различных источников»; получит возможность развивать критичное мышление, формировать интерес к биологии.

Ход урока

I. Организационный момент

Слайд 1. Методика «Настроение».

Учитель. Некоторые люди считают, что успех приходит к тем, кто рано встает. На самом деле успех приходит к тем, кто встает в хорошем настроении. По вашим лицам я вижу, что вы сейчас в настроении, поэтому удачи вам на уроке и в течение дня.

Сегодня у нас работает 4 группы. Во главе каждой группы лидер ….., который будет наблюдать за порядком, дисциплиной, будет назначать ответственных за то или иное дело и поэтапно фиксировать учебные результаты в листы оценивания достижений участников группы. Определите, кто вместе с лидером будет фиксировать результаты работы в листы оценивания. Откройте мини-тетради с печатной основой и запишите дату нашего урока.

II. Актуализация ранее усвоенных знаний и умений

Учитель На протяжении почти что целого семестра мы с вами углублялись в базис биологической науки, в раздел генетики, и открыв множество секретов, ответив на множество вопросов, мы вполне достигли того уровня, чтобы поговорить о современных проблемах генетики почти как специалисты. Сегодня мы проведем с вами урок, где мы сможем обменяться знаниями, личным мнением и безусловно узнать что-то новое о достижениях современной биологии.

Слайд 2-5. Приглашаю вас на заочную экскурсию в институт генетики. Но, чтобы туда попасть нам необходимо получить пропуск, приняв участие в блиц-опросе.

Наука генетика является теоретической базой селекции. Давайте вспомним, что мы изучали на прошлом уроке.

Что такое селекция?

 Где применяется селекция?

 Когда возникла эта наука»?

 Зачем (для чего?) нужна селекция?

 Какие методы используются в селекции?

Чем интересна эта наука?

Почему она нужна людям?

 III. Мотивация учебной деятельности.

Учитель. 21 ВЕК - это не только век научно-технического прогресса, но и определен как век биологии. В тоже время, с открытием технологий ipad, была создана первая в мире синтетическая бактериальная клетка - Синтия; получили стволовые клетки из кожи взрослого человека, что дало возможность выращивать нужные органы без использования эмбриональных клеток. Различные медицинские центры обещают вечную молодость, жизнь без болезней, моментальное исцеление от всех болезней. Слайд 6

 Биологические объекты представляют широкий простор для ученых. Создание новых сортов растений и пород животных поможет избежать голодного кризиса; получение лекарств – избежать многих болезней. Ребята, о чем идет речь? Какой будет тема нашего урока?

Согласно этой темы давайте определим задачи урока. Основная задача какая?

Допишите себе в тетради. Еще какие задачи?

Узнать: что изучает биотехнология?

Выяснить: какие методы используются в биотехнологии?

Установить: где применяется биотехнология?

 IV. Изучение нового материала.

Начинаем нашу экскурсию с лаборатории «Теоретиков», где мы познакомимся с понятием - биотехнология.

Слайд 7. Понятие о биотехнологии. Впервые термин "биотехнология" применил венгерский инженер Карл Эреки в 1917 году. Слово «биотехнология» состоит из двух смысловых частей: «био» и «технология». «Био» – «жизнь», а слово «технология» само образовано из двух частей: «техне» – мастерство и «логос» – учение. В современном языке «технология» имеет еще и значение «способ промышленного производства». Давайте посмотрим, как авторы учебника биология трактуют это понятие – прочитайте стр. 100. Биотехнология – наука, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач.

Найдите ключевые слова и запишите в тетради. (живые организмы – технологические задачи; запись в тетрадь)

2. История. Этапы развития. Учитель. Биотехнология очень сложная и противоречивая наука. Здесь много спорных вопросов. Ученый мир до сих пор думает: а нужно ли вмешательство человека в такую тонкую сферу, как геном. Не зря ли на то, чтобы прочитать геном, ушло 10 лет кропотливой работы и на это потрачено около 13 млрд. долларов. Давайте с вами определим на каком этапе становления науки наблюдается самое быстрое ее развитие и посетим лабораторию «Истории биотехнологии».

«Лестница времени» Слайд 8

1953 г. Разработали модель структуры ДНК.

1969 г. Синтезирован химическим путем первый ген.

1972 г. Заложены основы генной инженерии.

1988 г. Создание международного проекта «Геном человека».

1993 г. На прилавках впервые появились трансгенные томаты.

1997 г. клонировали животное – овечку Долли

2000 г. Клонировали свинью.

Вопросы к классу:

1) В какие десятилетия бурно развивается биотехнология?
2) Какой первый был трансгенный организм? Почему возникла потребность в его необходимости?
Учитель. Как вы думаете, термин биотехнология современный или нет? Оказывается с древних времен известны отдельные биотехнологические процессы, биологическая сущность которых была выявлена в ХIХ в, благодаря научным открытиям Луи Пастера.

А теперь посмотрите на экран, что объединяет между собой следующие продукты питания: хлеб, сыр, кефир, квашеная капуста? (Слайд 9)

- В производстве этих продуктов питания используются микроорганизмы. Учитель. Человек давно использовал живые организмы для получения необходимой продукции и раньше делал это вовсе не промышленным способом. А сейчас посмотрим видеофрагмент, где используются живые объекты в технологических процессах.

(Просмотр видеофрагмента “Использование дрожжей” 26 сек.) Вывод. Хлебопечение – одно из древнейших биотехнологических производств. Слайд 10

Прокомментируйте: какие методы используются в биотехнологии? Слайд 11

Работа в группах (опережающее задание) Каждой группе было предложено задание изучить некоторые методы, которые используются в биотехнологии и сейчас они нам предоставят результат. Остальные ребята должны кратко указать, какие есть достижения биотехнологии и зафиксировать в мини-тетради. У каждой группы есть свой слайд. Отправляемся в лабораторию «Полезного питания».

1 группа Традиционная биотехнология. Получение молочнокислой продукции. (Слайд 12)

Одним из самых древних биотехнологических производств, считают хлебопечение, при котором используется спиртовое брожение, вызываемое одноклеточными грибами – дрожжами.

К традиционной биотехнологии также относится и производство молочнокислых продуктов, основанное на использовании молочнокислого брожения – разложения сахара до молочной кислоты молочнокислыми бактериями: С₆Н₁₂О₆ → 2 С₃Н₆О₃. В зависимости от особенностей процесса, получаются разные продукты.

Простоквашу получают с помощью молочнокислых стрептококков.

Ацидофилин – с помощью ацидофильных палочек, молочнокислых стрептококков и кефирной грибковой закваски.

Кефир – с помощью молочнокислых стрептококков, молочнокислых палочек, уксуснокислых бактерий и молочных дрожжей (кефир – это продукт смешанного брожения: молочнокислого и спиртового).

Йогурт – с помощью молочнокислых стрептококков и болгарской палочки.

Сметану вырабатывают из сливок с помощью чистых культур молочнокислых стрептококков.

Творог – белковый молочнокислый продукт – получают сквашиванием молока чистыми культурами молочнокислых бактерий с применением сычужных ферментов и удалением части сыворотки с отпрессовыванием белковой массы.

Сыр – творожное изделие, подвергающееся созреванию (короткому 1–2 ч или очень длительному – до двух лет, как при производстве твердых сыров).

Производство сыра  состоит из нескольких этапов.

Молоко сквашивается и свертывается с помощью молочнокислых бактерий в сочетании с сычужным ферментом телят. Чаще всего используются молочнокислые стрептококки.молочнокислые палочки, часто используют также пропионовокислые бактерии, а для некоторых сыров (для рокфора, например) используют микроскопические грибы – Pen. roqueforti.

Новейшая биотехнология.

Учитель. Вы уже знаете, что витамины содержатся в продуктах питания растительного и животного происхождения. К сожалению не все витамины, попадающие к нам с пищей, полностью усваиваются. Поэтому в настоящее время есть витамины, которые получают биологическим синтезом. Переходим в лабораторию «Витаминов»

2 группа Микробиологический синтез витаминов

Так получают витамины группы В: дрожжи способны к синтезу витамина В₁, дрожжи из рода Candida продуцируют витамин В₂, актиномицеты и пропионовокислые бактерии синтезируют витамин В₁₂ и т.д. Витамин B₁₂ получают практически только путём микробиологического синтеза. Основными продуцентами при этом служат пропионовокислые бактерии, актиномицеты, а также комплекс метанобразующих бактерий, использующих отходы бродильной промышленности и применяемых в основном для получения кормового концентрата. Многие микроорганизмы способны к сверхсинтезу витамина B₂ с активным выделением его в среду, но в качестве промышленных продуцентов употребляют наиболее активные культуры, главным образом грибы. Эргостерин — провитамин витамина D₂ — содержится в клетках многих дрожжей; основным источником его промышленного получения служат пекарские дрожжи. При этом уже имеются дрожжевые культуры со значительно более высоким уровнем накопления эргостерина.

Учитель. Уже давно ни для кого не секрет, что причиной многих заболеваний являются микроорганизмы. Помогают противостоять инфекционным заболеваниям лекарственные препараты – антибиотики, принимать которые мы можем только с разрешения врача. Антибиотики - один из самых дорогостоящих групп лекарственных препаратов, сильнее всего ударяющих по кошельку среднестатистического человека. На разработку новых антибиотиков уходят десятилетия, так еще и стоимость проекта равняется стоимости полета в космос. А вот в следующей лаборатории «Получения антибиотиков» мы будем говорить о более дешевых способах получения антибиотиков.

3 группа Получение антибиотиков

Антибиотики – это вещества микробного происхождения, убивающие другие микроорганизмы или тормозящие их развитие (т.е. обладающие бактерицидным или бактериостатическим действием).

Пенициллин синтезируется плесневым грибом, стрептомицин и тетрациклин– актиномицетами и стрептомицетами. Известно около 6 тыс. антибиотиков природного происхождения и, кроме того, получают еще и полусинтетические антибиотики.

Эра антибиотиков началась в 1871–1872 гг., когда русские врачи В.А. Манассеин (1841–1901) и А.Г. Полотебнов (1838–1907) опубликовали статьи о подавлении роста бактерий плесневыми грибами. Они показали, что плесневые грибы можно использовать для лечения долго незаживающих ран в виде примочек, т.к. химически чистые вещества в те времена еще получать не могли. Результаты были очень хорошими, но были и побочные явления: не было стерильности, в рану попадал и мицелий, и споры, что приводило к нежелательным последствиям.

В 1941 г. Зинаидой Виссарионовной Ермольевой независимо от американских ученых, из культуры Penicillium crustosum был получен советский пенициллин. В годы войны специальная бригада врачей провела испытания пенициллина в полевых условиях: ни у одного из 500 тяжелораненых, получавших пенициллин, не возникло обычных тогда осложнений в виде газовой гангрены или сепсиса.

Учитель. А вы знаете, что японцы одни из первых стали использовать микробные ферменты для чистки канализационных труб. Оказывается, микробные ферменты, попадая в канализационную трубу, разлагают органические вещества в канализации, очищают внутреннюю поверхность трубы от органических отложений. Причем тратится на это мизерная сумма. Об этом нам расскажут в лаборатории «Производства ферментов».

4 группа Производство ферментов

Ферментные препараты применяются в более чем 200 отраслях промышленности: пищевой (хлебопечение, виноделие, пивоварение, производство кондитерских изделий, молочных продуктов, консервов и т.д.), легкой (текстильной, кожевенной, бумажной), медицинской и др.

Применение ферментов в технологических процессах:

- амилаза – в спиртовой и пивоваренной промышленности, хлебопечении, получении патоки, глюкозы,

- липазы – гидролиз жиров и масел в пищевой, медицинской промышленности, сельском, жилищно-коммунальном хозяйстве, бытовой химии, в состав моющих средств вводят липазу для удаления загрязнений крахмального происхождения.

- пектиназа – осветление вина и фруктовых соков.

Протеазы находят широчайшее применение в разных отраслях промышленности: мясная - для смягчения мяса; кожевенная - смягчение шкур; кинопроизводство - растворение желатинового слоя при регенерации пленок; парфюмерная - добавки в зубную пасту, кремы, лосьоны; производство моющих средств - добавки для удаления загрязнений белковой природы; медицина - при лечении воспалительных процессов, тромбозов

- целлюлазы – гидролиз целлюлозы до глюкозы. Производство пищевых и кормовых препаратов, этанола, глюкозо-фруктозных сиропов. Спиртовая, пивоваренная, пищеконцентратная промышленность. Хлебопечение, кормопроизводство.

Микробные ферменты активно используют в клинической диагностике при определении уровня холестерина в крови и мочевой кислоты. Ферменты предлагают использовать для очистки канализационных и водопроводных труб. Ферменты для медицинских или аналитических целей должны быть высокоочищенными.

Учитель. Мы с вами узнали о древних способах применения биотехнологий, тех, которые начали развиваться в двадцатом веке. А в XXI веке, в современном понимании биотехнология - это наука о методах генной и клеточной инженерии и технологиях создания и использования генетически трансформированных биологических объектов.

Основные направления. ( схема уч-ся в тетради) (Слайд 16)

Приглашаю в лабораторию «Клеточной инженерии». (Работа с текстом учебника с. 102) (Слайд 17)

Работа с презентацией.

Начало клеточной инженерии относят к 1960-м годам, когда появился метод выращивания в культуре клеток и тканей растений.

Процесс создания клеток нового типа
на основе гибридизации, реконструкции и культивирования соматических клеток.

(Слайд 18) Клонирование. Клон – это ряд поколений наследственно однородных потомков одной особи. В феврале 1997 году человечество было потрясено известием о генетическом клонировании овцы. Шотландский ученый Ян Вильмут с коллегами провели успешное клонирование овцы. Началась эра клонирования животных.

Каков механизм появления ее на свет?

Давайте опять обратимся к учебнику (стр. 102, 1 абзац). Работа в группах. Прочитайте и составьте схему в тетрадях. (Слайд 19)

У этой овечки нет отца, но зато 3 матери:

- овца породы Финский Дорсет, давшая свой генетический материал (из клеток тканей молочной железы этой взрослой овцы извлекли соматические ядра);

- овца породы шотландская черномордая, от которой взяли яйцеклетку (из её яйцеклетки удалили гаплоидное ядро и поместили в цитоплазму клетки без ядра диплоидное ядро из клетки первой овцы);

- овца – реципиент породы тоже шотландская черномордая, которая выносила за 148 дней знаменитого ягненка.

А кто же ее «настоящая» биологическая мать?

Та, чей генетический материал был внесен.

Как вы думаете, технически сложны эти эксперименты?

Да. Из 256 попыток пересадки яйцеклеток – удалось только единожды.

К 2002 году сама Долли произвела на свет естественным способом 4 нормальных ягнят. Была кремирована в 2003 году.

Возможно ли клонирование человека?

Физминутка. Метод «Земля, воздух, огонь и вода»

Учитель: В народе говорят лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Я предлагаю вам стать исследователями и посетить лабораторию «Генной инженерии». Что вы знаете о таком направлении, как «генная инженерия»?

 Генная инженерия – это целенаправленный перенос нужных генов из одного вида живых организмов в другой часто очень далекий по своему происхождению. (слайд № 21-22)

Учитель: Познакомимся с некоторыми примерами достижений генной инженерии. Генные инженеры с помощью микроорганизмов получают гормон роста соматотропин, 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. (слайд № 23)

А сейчас ребята посмотрим презентацию индивидуального проекта, который подготовила ….

Показ презентации “Невероятные примеры трансгенных продуктов”.

Слайд № 24. “Золотой рис”. В 1999 г. был получен трансгенный "золотой рис" с повышенным содержанием каротина. Он служит для профилактики слепоты детей развивающихся стран, где является основным продуктом питания.

Слайд №25. “Ядовитая капуста”. Для борьбы с насекомыми - вредителями созданы растения, способные вырабатывать бактериальный белок ВТ-токсин, который вызывает образование пор в кишечнике насекомого и оно погибает.

Слайд №26. “Негниющие томаты”. Созданы томаты с повышенной лёжкостью. У таких томатов снижен синтез этилена – газа, вызывающего созревание плодов.

Слайд №27. “Устойчивость к вирусам”. Поражение растений вирусами уменьшает урожай в среднем на 30%. На сегодня получены устойчивые к вирусу трансгенные растения огурцов, кабачков и дыни.

Слайд №28. “Эко – свинья”. Навоз со свиноферм, попадая в водоёмы, вызывает бурный рост водорослей. Учёные ввели ген фитазы, которая расщепляет фосфаты в пище свиньи, уменьшая тем самым их содержание в помёте животного. Это существенно снижает вредное влияние свиноферм на окружающую среду.

Слайд №29. “Быстрорастущий лосось” В трансгенном лососе гормон роста образуется круглый год, увеличивая скорость роста рыбы в 2-3 раза. Опасения учёных: ГМ лосось способен размножаться с обычным лососем, создавать гибриды, которые вырастают еще быстрее, чем даже ГМ лосось.

Слайд №30. “Банановая вакцина”. Вскоре люди смогут получать вакцину от гепатита B и холеры, просто съев банан. Когда люди съедают кусок генетически созданного банана, заполненного вирусными белками, их иммунная система создает антитела для борьбы с болезнью; то же происходит и с обычной вакциной.

Учитель.. Сегодня разработано более 120 видов генетически измененных растений – соя, кукуруза, рис, хлопок, тыква, огурец, перец, дыня. Однако по-прежнему генетически измененные продукты составляют в рационе небольшой процент. Потребители относятся настороженно к новым чудо-растениям и не торопятся переходить на эту еду.

 Учитель:  проведем предварительное голосование по этой проблеме. Кто считает, что трансгенные продукты можно вводить в рацион человека, прикрепляет зеленый кружочек, кто выступает против – красный, сомневающимся – желтый . Давайте посмотрим общее мнение класса.(лидеры прикрепляют силуэты человека на доску).

 Обобщение.

Учитель. Мы выслушали мнения сторон.

Не все за, но и не все против применения трансгенных организмов. Вот так сейчас и в обществе мнение сторон разделилось. И сегодня эти вопросы очень обсуждаются.
Вывод. Прогресс не остановить. Генетически модифицированные продукты уже стали частью нашей жизни. Это свершившийся факт. Мы можем желать только одного, чтобы лаборатории, которые «дают жизнь» новым ГМ-продуктам лучше проверяли их воздействие на живые организмы. И, конечно, каждый человек вправе знать, что он потребляет в пищу. Подобного рода продукция должна быть промаркирована надлежащим образом.
VI. Закрепление. У нас сегодня была не просто экскурсия, мы должны усвоить определенные знания. И как обычно проведем небольшой тест.
1.Создание большого числа генетических копий одного индивидуума с помощью бесполого размножения – это

А) клонирование

Б) получение трансгенных организмов

В) создание чистых линий

Г) проявление гетерозиса

2. Искусственным переносом генов из одного организма в другой с целью получения более продуктивных трансгенных организмов занимается

А) генная инженерия

Б)клеточная инженерия

В) бионика

Г) микробиологическое производство

3. Отрасль хозяйства, которая производит различные вещества на основе использования микроорганизмов, клеток и тканей других организмов,-

А) бионика

Б) биотехнология

В) цитология

Г) микробиология

4. Какова роль клеточной инженерии в селекции растений

А) изменяет сроки размножения организмов

Б) изменяет природу ценных сортов

В) ускоряет сроки выведения сортов

Г) усиливает скорость роста организмов

5.Методы конструирования клеток нового типа на основе их культивирования, гибридизации, реконструкции используются в

А) генной инженерии

Б) клеточной инженерии

В) генетике

Г) бионике

Давайте проверим на слайде № 32.

Лидеры зафиксируйте правильные ответы.

VII .Подведение итога урока.

Коротко об итоге нашего урока. Как вы думаете, выполнили мы задачи сегодня на уроке?

Узнать: что изучает биотехнология?

Выяснить: какие методы используются в биотехнологии?

Установить: где применяется биотехнология?

О результатах работы в группах доложат лидеры.

VIII Рефлексия.
Предлагаю вам оценить свою работу на уроке.

На уроке было комфортно и все понятно – зеленое яблоко.

На уроке немного затруднялся, не все понятно – желтое яблоко.

На уроке было трудно, ничего не понял – красное яблоко.

VIII . Домашнее задание