«От селекции к биотехнологии»

«Микроб, этот гадкий утенок первых лет эпидемиологии…

превратился в прекрасного лебедя современной биотехнологии»

Б. А. Нейман

План-конспект урока.

Тема: «От селекции к биотехнологии»

Цели урока:

1. Проверить и закрепить материал о селекции, её задачах, об исходном селекционном материале, о центрах происхождения культурных растений.

2. Обеспечить усвоение знаний о методах и задачах современной биотехнологии.

3. Познакомить обучающихся с особенностями генной и клеточной инженерии.

4. Развивать умения применять полученные знания.

6.Продолжить развитие познавательного интереса у старшеклассников к изучению проблем современной селекции.

Древнеримский оратор Цицерон считал, что правильно построенная речь содержит ответы на семь вопросов: Что? Где? Когда? Зачем? Как? Чем? Почему?

Так их теперь и называют - "алгоритм Цицерона". А для того, чтобы Ваша речь всегда звучала правильно, работу над новой темой и терминами мы построим на принципе алгоритма Цицерона.

Запись в тетрадях. ЧИСЛО: 30 ноября 2012 год. Воспроизведение опорных знаний.

Вспомним понятия: прокариоты, витамины, интерферон, гормоны.

Итак, 1-й вопрос в алгоритме Цицерона: Давайте вспомним:

Первоначально в основе селекции лежал искусственный отбор, когда человек отбирает растения или животных с интересующими его признаками. До XVI—XVII веков отбор происходил бессознательно: то есть человек, например, отбирал для посева лучшие, самые крупные семена пшеницы, не задумываясь о том, что он изменяет растения в нужном ему направлении.

Только в последнее столетие человек, еще не зная законов генетики, стал использовать отбор сознательно или целенаправленно, скрещивая те растения, которые удовлетворяли его в наибольшей степени.

ГДЕ? Селекция как наука оформилась лишь в последние десятилетия. В прошлом она была больше искусством, чем наукой. Навыки, знания и конкретный опыт, нередко засекреченный, были достоянием отдельных хозяйств, переходя от поколения к поколению. Только гению Дарвина удалось обобщить весь этот огромный и разрозненный опыт прошлого, выдвинув идею естественного и искусственного отбора как основного фактора эволюции наряду с наследственностью и изменчивостью.

Как? Однако методом отбора человек не может получить принципиально новых свойств у разводимых организмов, так как при отборе можно выделить только те генотипы, которые уже существуют в популяции. Поэтому для получения новых пород и сортов животных и растений применяют гибридизацию, скрещивая растения с желательными признаками и в дальнейшем отбирая из потомства те особи, у которых полезные свойства выражены наиболее сильно. Например, один сорт пшеницы отличается прочным стволом и устойчив к полеганию, а сорт с тонкой соломиной не заражается стеблевой ржавчиной. При скрещивании растений из двух сортов в потомстве возникают различные комбинации признаков. Но отбирают именно те растения, которые одновременно имеют прочную соломину и не болеют стеблевой ржавчиной. Так создается новый сорт.

Почему? В связи с развитием генетики, селекция получила новый импульс к развитию. Генная инженерия позволяет подвергать организмы целенаправленной модификации. Окончательно производится уже отбор лучших, но среди искусственно созданных генотипов.


ЗАЧЕМ? Зачем (для чего?) нужна селекция?

(Презентация "Достижения селекции")
Изучение нового материала.

1-й вопрос в алгоритме Цицерона:

(для производства необходимых человеку продуктов и биологически активных соединений)

-Численность популяции любых видов живых организмов держится примерно на одном уровне, потому что на них действует ограничивающий фактор. У человека действие ограничивающего фактора ослаблено, так как он является биосоциальным существом.
Удвоение численности вида Человек разумный происходит с невероятно большой для планеты скоростью.
В 1980 г. на Земле насчитывалось 4,5 млрд. человек, от которых ежегодно рождается 80 млн. детей. В настоящее время на планете - 6 млрд. человек. 10 млрд. человек Земля не прокормит, и встанет вопрос о регуляции численности населения! Чтобы этого не произошло, нужно удовлетворять возрастающие потребности людей в продуктах питания. (слайд)
Всех их надо одевать, поить, кормить, лечить... Какие бы мы не выводили высокопродуктивные сорта растение и породы животных, Земля не в состоянии прокормить 10 млрд. человек. Тогда перед человечеством станет вопрос о регуляции численности людей. Страшно даже подумать о том, какими методами это будет достигаться, и что будет твориться.
К счастью недавно появилась многоотраслевая наука - это биотехнология .

Запись в тетрадях определения биотехнологии.

№1

-А теперь давайте вместе вспомним:

3.Демострация микроорганизмов. Микроскоп, культуры дрожжей, бактерии сенной палочки, простейших.

микроорганизмы – это группа организмов, имеющая микроскопические размеры и состоящие в основном из одной клетки.

- Какими преимуществами обладают микробы перед другими организмами?

Самостоятельная работа с текстом.

Текст № 1 Проанализируйте следующие данные. Сделайте вывод, о том какие организмы более выгодно использовать для получения белка. Почему?

-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 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.

Задание: 1)прочитать текст;

2)найти в тексте свойства микроорганизмов, обеспечивающие их преимущество перед животными, растениями.

Вывод:

1)микроорганизмы обладают высокой продуктивностью;

3)высокая скорость получения нужной продукции.

Давайте посмотрим, ЧЕМ пользуется биотехнология для достижения своей основной задачи? Другими словами, какими методами эти задачи достигаются?

№3
-Сейчас мы с Вами будем разбираться с каждым методом в отдельности.
Начнем, с генной инженерии.
№4
Запись в тетрадях.

Методы биотехнологии: Генная инженерия, клеточная инженерия, клонирование.

№5
Генная инженерия – это совокупность методов, позволяющих переносить генетическую информацию из одного организма в другой.

Трансгенез – перенос генов

№6 -№9.(Сообщение 1).

№10. Генетически модифицированные помидоры, морозоустойчивые, устойчивые к транспортировке. Их новым свойством стала способность месяцами лежать в недоспелом виде при температуре 12 градусов. Но как только такой помидор помещают в тепло, он за несколько часов становится спелым. Но: человек, не переносящий рыбу и съевший помидор «из пробирки», начинал страдать от аллергии: для повышения морозоустойчивости овоща в него был «пересажен » ген океанской камбалы.

Изменение генов позволяет вывести кур устойчивых к такому заболеванию как сальмонеллез, повышать кладку яиц.

№11 КАРТОФЕЛЬ: в него был имплантирован ген бактерии, которая вырабатывала яд, смертельный для колорадского жука – молодые побеги, не успев вылезть из земли, сами начинают бороться с вредителями (ген бактериальный ген -Bt)

КАРТОФЕЛЬ: с человеческим интерфероном крови, который повышает иммунитет.

СУПЕРЛОСОСЬ - вырастают в 10 раз быстрее

СВИНИНА без холестерина, содержит меньше

МОЛОКО – коровы могут давать с содержанием различных полезных веществ

ВМЕСТО ЯДОХИМИКАТОВ : в вирус встраивают ген ядовитого скорпиона и опыляют посевы от вредителей

ОВЦЫ: недавно в Москве получен патент на овцу, у которой в молоке присутствует сычужный фермент, необходимый для производства сыра. Специалисты утверждают, что при новой технологии производства сыра, достаточно будет всего 200 овец, чтобы обеспечить сыром всю Россию.

Флюресцентные крысы, кролики, традесканции, ирисы, тюльпаны

Генные сорта сельскохозяйственных культур дают урожай больше, чем обычные, в среднем в 4 раза.

ГМО используются и в пищу:

Томатное пюре — первый генетически модифицированный пищевой продукт, появившийся в Европе в продаже (в 1996 году).

К сожалению, на первых этапах внедрения ГМО – они не были достаточно хорошо исследованы и могли приводить к различным негативным послед-ям (аллергия на рыбу + на помидоры, экологические катастрофы) Сейчас ведутся тщательные исследования, перед тем, как сорт запускается в с/х и на продажу.

№12

№13 Соя — древнейшее культурное растение семейства бобовых. Возделывать её начали в Китае, откуда соя попала в другие азиатские страны. В Европе она не прижилась, а в Америке распространена очень широко. Сегодня почти половина мировых посевов сои сосредоточено в США. Популярность продуктов из сои, соевого масла с каждым годом растёт. Соя — самое „трансгенное“ растение в мире. В США около 75% её посевных площадей засеяны генетически модифицированными сортами, а, например, в Аргентине они составляют 99%!

Нужны ли нам трансгенные продукты? Это спорный вопрос.

Практические достижения современной генной инженерии:

- Созданы банки генов, или клонотеки, представляющие собой коллекции клонов бактерий. Каждый из этих клонов содержит фрагменты ДНК определенного организма (дрозофилы, человека и других).

– На основе трансформированных штаммов вирусов, бактерий и дрожжей осуществляется промышленное производство инсулина, интерферона, гормональных препаратов. На стадии испытаний находится производство белков, позволяющих сохранить свертываемость крови при гемофилии, и других лекарственных препаратов.

– Созданы трансгенные высшие организмы (некоторые рыбы и млекопитающие, многие растения) в клетках которых успешно функционируют гены совершенно других организмов. Широко известны генетически модифицированные растения (ГМР), устойчивые к высоких дозам определенных гербицидов, а также Bt-модифицированные растения, устойчивые к вредителям.

– Разработаны методы клонирования строго определенных участков ДНК, например, метод полимеразной цепной реакции (ПЦР). ПЦР-технологии применяются для идентификации определенных нуклеотидных последовательностей, что используется при ранней диагностике некоторых заболеваний, например, для выявления носителей ВИЧ-инфекции.

Возможности генной инженерии практически безграничны. В настоящее время интенсивно изучается возможность коррекции генома человека (и других организмов) при генетических и негенетических заболеваниях.

Вот с этим методом мы сейчас по-подробнее разберемся:

Он нужен для того, чтобы получать большое к-во растений с интересующим нас признаком за более короткий срок, in vitro, т.е. для получения большого числа посадочного материала или культуру клеток и тканей животных. Что для этого нужно? Для этого нужна одна клетка!

Разберем метод на примере растений. (Сообщение 2)

Итак, обо всём по - порядку. Человечество было потрясено известием о рождении Долли в феврале 1997 года. Шотландский учёный Ян Вильмут с коллегами провели успешные эксперименты по генетическому клонированию овцы. Попробуем разобраться в механизме появления Долли на свет. У этой овечки нет отца, но зато 3 матери:

№18

Овца под буквой В 143 вынашивала знаменитого ягненка. Эксперимент был очень сложным, исследователи использовали 256 яйцеклеток, прежде чем все удалось.

К 2002 году сама Долли произвела на свет естественным способом четырёх нормальных ягнят. Ей самой исполнилось к этому времени 6 лет, т.к. на свет она появилась летом 1996 года, что несколько месяцев тщательным образом скрывали – это для овцы далеко не преклонный возраст. 14 февраля 2003 года учёные усыпили первую клонированную овечку.

Ученый разных стран мира, решив, что ткани Долли после ее усыпления будут продаваться в лаборатории разных стран для исследований, начали изыскивать средства, но знаменитая овечка была кремирована.

– Промышленное производство продуктов питания, в первую очередь, белков и незаменимых аминокислот.

– Повышение плодородия почв, производство биологически активных веществ для нужд сельского хозяйства.

– Производство лекарственных препаратов и биологически активных веществ, повышающих качество жизни людей.

– Использование биологических систем для производства и обработки промышленного сырья.

– Производство дешевых и эффективных энергоносителей (биотоплива).

– Использование биологических систем для утилизации отходов различного характера, биологической очистки сточных вод.

– Создание организмов с заданными свойствами.

С целью контроля знаний я предлагаю вам поработать над тестом по теме: "Селекция".

1. Наука о выведении новых сортов растении, пород животных, штаммов микроорганизмов, а так же совершенствовании уже существующих называется...

а) генетикой в) ботаникой

в) селекцией г) микробиологией

2. Искусственный мутагенез не применяется при работе с популяциями...

а) животных в) растении

б) микроорганизмов г) грибов

3 Что из перечисленного не относится к методам селекции животных?

а) близкородственное скрещивание в) полиплоидия

6) внутрипородное скрещивание г) инбридинг

4. Как называется организм, полученный путем скрещивания?

а) полиплоид в) пробанд

б) мутант г) гибрид

5. Чистую линию организмов получают методом...

а) мутагенеза в) инбридинга

б) гетерозиса г) биотехнологии

6. Центры происхождения культурных растений открыл...

а) Карпеченко в) Цицин

б) Мичурин г) Вавилов

7.Архаромеринос, мул, лошак, бестер были выведены методом...

а) отдаленной гибридизации в) межпородного скрещивания

б) близкородственного скрещивания г) гетерозиса

8. .Необратимое изменение наследственного аппарата называется...

а) нейруляцией в) селекцией

б) мутацией г) гибридизацией

9. Животные, полученные с помощью отдаленной гибридизации, не обладают...

а) выносливостью б) плодовитостью

в) наследственностью г) изменчивостью

10. Выбор человеком наиболее ценных в хозяйственном отношении особей с целью получения от них потомства называют...

а) аутбридингом в) доместикацией