现代生物科技专题9046340558

普通高中课程标准实验教科书选修3现代生物科技专题简介人民教育出版社生物室包春莹[e-mail]:48444305年3月选修模块设计的指导思想“选修模块是为了满足学生多样化发展的需要而设计的，有助于拓展学生的生物科技视野、增进学生对生物科技与社会关系的理解、提高学生的实践和探究能力。”（课标中“课程设计思路”）选修1生物技术实践选修模块选修2生物科学与社会选修3现代生物科技专题本模块设计的指导思想让学生进一步了解现代生物科学和技术中一些重要领域的研究热点、发展趋势和应用前景，以开拓视野，增强科技意识，为学生进一步学习现代生物科学类专业奠定基础。一、本模块的内容范围基因工程克隆技术（改为细胞工程，内容标准不变）胚胎工程生物技术的安全性和伦理问题生态工程现代生物科技专题科学技术现代基因工程克隆技术胚胎工程生态工程基本概念和基本原理技术流程、操作和应用伦理问题生物技术的安全性与伦理问题社会交流、讨论、辩论具体内容标准——基因工程概述基因工程的诞生简述基因工程的原理及技术举例说出基因工程的应用简述蛋白质工程具体内容标准——克隆技术简述植物的组织培养简述动物的细胞培养与体细胞克隆举例说出细胞融合与单克隆抗体具体内容标准——胚胎工程简述动物胚胎发育的基本过程简述胚胎工程的理论基础举例说出胚胎干细胞的移植举例说出胚胎工程的应用具体内容标准——生物技术的安全性和伦理问题关注转基因生物的安全性问题举例说出生物武器对人类的威胁讨论生物技术中的伦理问题生态工程关注生态工程的建设简述生态工程的原理举例说出生态工程的实例二、本模块的特点1.具体内容标准的特点（课标P28）共17项，其中简述8项，举例说出6项，关注2项，讨论1项。①知识性目标以了解水平为主；②情感性目标以经历（感受:参与、交流）和反应（认同：表示感受、态度和价值判断）水平为主；③技能性目标体现在活动建议中，主要是参观、调查、资料收集、撰写专题综述报告等。二、本模块的特点与选修2相比2.以专题形式介绍现代生物科学和技术中一些重要领域的研究热点、发展趋势与应用前景（不是全面介绍生物科技在社会中的应用）；3.生物科技的原理和过程介绍较为详细；4.同样需要学生关注生物科技对社会产生的各种影响。三、教材的设计思路和呈现方式1.以学习专题方式呈现，各个专题相对独立，但又相互联系。本模块知识内容的构建顺序：从微观到宏观的顺序（分子水平、细胞水平、个体水平、群体水平）。从基因文库中获取目的基因的基本原理生态工程所遵循的基本原理:物质循环再生原理物种多样性原理协调与平衡原理整体性原理系统学和工程学原理牛体外受精胚胎工厂化生产流程图技术流程图可以帮助学生认识到这门技术不是纸上谈兵，是已经成为现实的技术体细胞核移植过程流程图(帮助理解原理)胚胎移植繁育良种奶牛的技术流程图热点讨论1、2、3克隆人设计试管婴儿基因“身份证”背景资料争论焦点讨论科学、理性地看待这些问题，做到趋利避害呈现方式概述本领域的发展历程。标题、章题图、引言思考与探究生产或生活中的问题图文介绍原理和方法讨论问题—对策—案例论坛或热点问题讨论科技探索之路进展追踪专题小结书海导航网站链接实践活动拓展视野内容主体、引导阅读、分析和讨论。联系实际，深入社会；课外阅读，拓展视野。收集资料，撰写报告。总结梳理，课外延伸。本节作业，深入思考。标题、章题图、引言思考与探究生产或生活中的问题图文介绍原理和方法讨论论坛或热点问题讨论问题—对策—案例科技探索之路进展追踪专题小结书海导航网站链接实践活动拓展视野内容主体、引导阅读、分析和讨论。联系实际，深入社会；课外阅读，拓展视野。收集资料，撰写报告。总结梳理，课外延伸。本节作业，深入思考。编写的设计思路和呈现方式本模块的编写模式序——致同学们专题封科技探索之路正文设计思路和呈现方式——知识的建构、能力的培养与情感、态度、价值观的形成给出定义创设情景,引出专题典型事例、典型图片，吸引学生的注意力，激发学习兴趣专题引言、题图和文字科技探索之路《基础理论和技术的发展催生了基因工程》《细胞工程的发展历程》《胚胎工程的建立》《生物技术引发的社会争论》《生态工程的兴起》编写科技探索之路的目的是：概述本领域的发展历程，激发学生的学习兴趣。介绍一些背景资料或呈现一些不同的观点，以激发学生学习的兴趣。加深学生对科学史和科学本质的理解和认识，增强学生对科学、技术与社会关系的理解。科技探索之路编年史的方法展示基因工程的发展历程：有利于学生认识基因工程的发展历程；有利于形成科学和技术是相互促进，不断发展的观点；有利于学生形成生物技术的发展离不开众多科学家的共同努力的观点；编写设计思路和呈现方式本模块的编写模式正文设计思路和呈现方式——知识的建构、能力的培养与情感、态度、价值观的形成从科学与技术互动的观念出发建构知识以讨论等多种方式发展探究能力和思维能力通过活动体验，领悟方法,加深对科学原理的理解关注科学技术的社会应用，增强社会责任感主要两种形式论坛形式（第1节）转基因生物与食物安全转基因生物与生物安全转基因生物与环境安全热点问题讨论形式（第2节）有朝一日克隆人真的来了，我们该怎么办？你支持设计试管婴儿吗？你要一张基因“身份证”吗？编写模式编写模式先是生态工程原理（第1节），然后是实例（第2节）实例：问题—对策—案例四、本模块的教学建议1.由于课程内容多属于生物科学前沿领域，进展迅速，教学过程中需要及时补充最新进展的资料。2.鉴于课标中要求大多是了解水平，教学中仍要避免讲得过深过专。3.重视现代生物科技的基本概念和原理的教学，避免变成泛泛的科普，或资料的搜集浏览。4.围绕生物科技与社会的关系，切实组织好资料搜集分析、讨论和辩论等活动。5.充分利用当地的活的课程资源和信息技术。6.指导学习撰写综述报告（1~2篇；分期分批进行；进一步拓展和延伸；有明确主题，对主题意义和价值的简述，层次清楚的内容、结论、讨论，资料文献的来源。教师要对报告评价）。五、教材内容答疑1、有少数限制酶的识别序列由5个核苷酸组成,这样的限制酶是如何切割DNA片段的?（教材第5页）这种类型的限制酶是不可能识别严格意义上的回文结构序列的，即其识别序列并不唯一，识别序列中间的那个核苷酸通常并不要求是某种特定的核苷酸。例如：①限制酶HinfI的识别序列为GANTC，中间的核苷酸N可以是A、T、C、G中的任何一个，即该限制酶有四种识别序列；②又如SfiI限制酶的识别序列为GGCCNNNNNCCGG，共13个核苷酸，中间的五个核苷酸NNNNN也没有特定的要求，该酶可以识别并切割多种DNA分子。某种特定核苷酸序列：不是唯一的一旦酶切位点被破坏，限制酶就不再识别了限制酶能识别特定的DNA序列并进行剪切，不同的限制酶可以对不同的核酸序列进行剪切。现以3种不同的限制酶a、b、c对6.2kb大小的线性DNA进行剪切，用凝胶电泳分离各核酸片段，实验结果如右图所示。那么3种不同的限制酶在此DNA片段上的相应切点位置是：（D）质粒是基因工程中最常用的载体，它存在于许多细菌体内。某质粒上的标记基因如下图所示，通过标记基因可以推知目的基因是否转移成功。目的基因插入的位置不同，细菌在培养基上的生长情况也不同，下表是目的基因插入位置（插入点有a、b、c）与细菌的生长情况。推测①②③三种重组后的目的基因插入点，正确的一组是：（）细菌在含青霉素培养基上生长情况细菌在含四环素培养基上生长情况①能生长能生长②能生长不能生长③不能生长能生长A．①是c，②是b，③是a；B．①是a和b，②是a，③是b；C．①是a和b，②是b，③是a；D．①是c，②是a，③是b。2、关于目的基因的获取从基因文库中获取目的基因利用PCR技术扩增目的基因人工合成老师们的疑问：这三种方法不是并列的？3、PCR原料中为什么用dNTP？（教材第10页）dNTP包括dCTP、dATP、dGTP和dTTP同ATP用单磷酸腺苷和二磷酸腺苷是不行的4、关于PCR循环参数的确定变性时间是如何确定的？–在选择的变性温度下，DNA分子越长，两条链完全分开所需的时间也越长。如果变性温度过低或时间太短，模板DNA中往往只有富含AT的区域被变性。–在PCR的第一个循环中，有时常把变性时间设计为5min，来增加大分子模板DNA彻底变性的概率，又称此为预变性。–当模板DNA的G+C含量超过55%时，需要更高的变性温度，来源于古细菌的DNA聚合酶比TaqDNA聚合酶更能耐受高温，因此更适合用来扩增富含GC的DNA模板。4、关于PCR循环参数的确定复性温度的确定有什么考虑？复性过程（即退火）采用的温度至关重要。如果复性温度太高，寡核苷酸引物不能与模板很好地复性，扩增效率将会非常低。如果复性温度太低，引物将产生非特异性复性，从而导致非特异性的DNA片段的扩增。4、关于PCR循环参数的确定延伸的时间是如何确定的？TaqDNA聚合酶在最适反应温度（72~78℃）下聚合速率约为2000bp/min。根据多数研究者的经验，确定了一个规则，即：靶基因的每1000bp的扩增产物的延伸时间被设计为1min，以此类推。对于PCR的最后一个循环，许多研究者常把延伸时间增加为以前循环的延伸时间的3倍以上，以使所有扩增产物完成延伸，这又称为后延伸。4、关于PCR循环参数的确定循环数目一般都为30，这个数值是怎么来的？PCR扩增所需的循环数目决定于反应体系中起始的模板拷贝数以及引物延伸和扩增的速率。一旦PCR反应进入几何级数增长期，反应会一直持续下去，直至某一成分成为限制因素。从这一点上来说，扩增产物中绝大多数应该是特异性的扩增产物，而非特异性的扩增产物低到难以检测的程度。用TaqDNA聚合酶在一个含有105个拷贝的靶序列的反应体系中进行30个循环后往往可以做到上述的理想情况。5、目的基因的检测与鉴定——分子杂交技术（教材第14页）探针标记种类放射性同位素、荧光、生物素（一种维生素）检测基因工程是否成功检测转基因生物染色体的DNA是否插入了目的基因：DNA分子杂交技术（Southern杂交）检测目的基因是否转录出了mRNA：Northern杂交（探针是DNA）或Eastern杂交（探针是RNA）检测目的基因是否翻译成蛋白质：用免疫组织化学技术或Western杂交，原理都是抗原和抗体反应6、大肠杆菌能生产糖干扰素吗？（教材第15页）干扰素是哺乳动物细胞在诱导物的诱导下产生的一种特异糖蛋白；科学家用通过基因工程用大肠杆菌生产出来的干扰素是没有糖链的，但同样能够抑制病毒在细胞内的增殖，加强巨噬细胞的吞噬作用和对癌细胞的杀伤作用；真核细胞表达的干扰素需要糖链来稳定结构、帮助溶解，并通过转运系统分泌到细胞外，进入血液循环系统，以发挥其抗病毒抗肿瘤的生物功效；2002年，科学家们发现在一种名为Campylobacterjejuni的细菌里存在生产糖蛋白的基因簇，即pgl基因簇，此基因编码的蛋白能够起糖基转移酶的作用，科学家用基因工程方法将这套基因克隆至大肠杆菌共表达，使得大肠杆菌也能够生产相应的糖蛋白。7、基因诊断目前四大类疾病可以通过基因进行诊断由单个基因突变引起的疾病常见病和多发病（多是多个基因引起的，如糖尿病、心脏病等）癌症（抑癌基因或癌基因异常）感染性疾病（SARS、禽流感等外源性基因）现状：目前已经对1000中单基因病、几十种染色体病和近百种代谢缺陷症能用此种方法进行明确诊断目标：开发简便、高效的多种疾病同步检测技术基因诊断常用技术（DNA诊断技术）核酸分子杂交技术，其中最主要的是限制性内切酶谱分析法内切酶：从核酸链中间水解二酯键，将核酸链切断，多数需要识别特殊的位点外切酶：作用于单链或双链，从核酸的一端开始，一个接一个地将核苷酸水解下来或切成短链，无特异性。PCR技术基因测序基因芯片：简便、高效检查多种疾病的基因突变，建立高通量、自动化和快速检测基因突变的平台（不仅可检验基因突