Урок-лекция по теме Биотехнология. 11-й класс


Цели: 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: 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 современной
биотехнологии и индустрии живых клеток.
Б.Я. Нейман

План.

1. Характеристика микроорганизмов.
2. Использование микроорганизмов с древних до наших времен.
3. Методы биотехнологии.
4. Этические аспекты некоторых исследований в биотехнологии.

1. Характеристика микроорганизмов.

Открыты в XVII веке А.
Левенгуком.

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.

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.

Использование микроорганизмов.

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

– 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

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

– 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).

ДНК1
ДНК2
ДНК3
→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:

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.

Подготовиться к зачету.

Литература:

  1. Биология 10 класс: поурочные планы по учебнику Д.К. Беляева, П.М.
    Бородина, Н.Н. Воронцова.
    IIч./
    авт.-сост. А.Ю Гаврилова – Волгоград: Учитель, 2006.
  2. Биология 10 класс: поурочные планы по учебникам В.К. Шумного, Г.М.
    Дымшица, А.О Рувинского, В.Б. Захарова, С.Г. Мамонтова, Н.И. Сонина.

    Профильный уровень /авт.– сост. О.А. Ващенко – Волгоград: Учитель, 2009.
  3. Пепеляева О.А., Сунцова И.В. Поурочные разработки по общей
    биологии: 9 класс. –М., ВАКО, 2006.



Следующий: