必修2遗传与进化《与生物学有关的职业生物技术产业的研发人员》集体备课教案设计

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难点：讲解过程中涉及的研究过程与结论。

课前准备

教师提前收集关于生物技术的前沿发展，各领域内生物技术的发展前景、逸闻趣事的详实信息，并阅读理解，能流程表述。

教学过程

【导入】

当今世界，我们所处的这个时代，是科学技术飞速发展、知识信息爆炸的知识经济时代，世界各国都在相互竞争，竞争的焦点集中在科学技术上，谁的科技发达，谁的综合国力就强大。现在世界七大高新技术分别是现代生物技术、航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、新能源技术和新材料技术。

其中生物技术列在首位，生物技术之所以令世界各国如此重视，是因为它是解决人类所面临的诸如食物短缺、人类健康、环境污染和资源匮乏等重大问题上有着不可比拟的优越性，还因为它与理、工、农、医等科技的发展、与伦理道德、法律等社会问题都有着密切的关系。

而在生物技术背后默默奉献的就是生物技术研发人员，这些研发人员都在从事什么样的研究呢？ 我们可以通过现代生物技术产业的发展来了解生物技术研究人员的研究趋势。

【环节1：什么是现代生物技术】

现代生物技术是指以现代生命科学为基础（分子生物学、细胞生物学），结合先进的工程技术手段利用生物体及其亚细胞结构和分子，研究、设计和制造新产品，或预期性地改变生物的特性乃至创造新的物种或品种，使人们得到所期望的品质的技术。在人类健康、农林业生产、食品化工、新能源、军事、生物安全等方面都有建树。

【环节2：生物技术与人类健康】

人类基因组计划（Human Genome Project,HGP)其全称是“人类基因组作图和测序计划”，此计划是以美国为主，通过国际合作，在15年（1990-2005）内有美国政府投资30亿镁元，完成人基因组23对染色体上约10万个基因的作图，和DNA全长2的测序，并进一步研究生物和医学上有重要意义的基因的结构和功能。

当技术发展到一定程度以后，如果有选择的权利，你希望拿到自己的“基因身份证”吗？

【环节3：生物技术与农林业生产】

此外现代生物技术，也常用于动植物的育种，生产各种人类所需的产品。 随着科学技术迅速发展，农业生产正由资源依赖型向科技依赖型转化，以现代生物技术为核心的现代农业方兴未艾。现代生物技术可以培育出优质、高产、抗性强的农作物以及畜禽、林木、鱼类等新品种，提高农产品产量和质量，加快高产、优质、高效、可持续农业的发展。

①农产品品种改良 品种改良可改善农产品色、香、味、形等性状，提高或降低某种成分含量，缩短果树生长周期，增强耐储藏性能、提高作物经济附加值，使人类有丰富营养的农产品可供选择。常见的品种改良现代生物技术有转基因技术和基因导人技术。转基因技术提高了农作物的单位产量，改善了它们的品质与口感；基因导人技术丰富了观赏植物的性状，蓝色玫瑰花等异色花卉大量出现；利用转基因技术可以使植物产生疫苗，通过食用这些植物人类就能达到接种疫苗的目的。

此外，现代生物技术在动物品种和产品品质改良上也取得了重大突破。利用基因工程方法将某些动物生长激素基因转移到细菌中，然后由细菌繁殖产生大量有用的激素。这些激素在畜禽新陈代谢过程中，能促进其体内蛋白质的合成和脂肪的消耗，从而加快生长发育，即在不增加饲料消耗的情况下提高畜禽产品产量和品质。科学家已经成功地把某些动物基因转移到牛、猪、羊等的受精卵中，获得性能优异的畜禽品种，使这些动物脂肪含量显著减少，瘦肉率明显提高，生长速率加快。

②植物抗性改良 常规育种对农作物抗逆性的培育非常有限，现代生物技术可有效改善农作物在抗非生物逆境的性能。非生物逆境包括干旱、盐碱、冷冻、高温、营养盆瘤、重金属胁迫、水灾、紫外线等。随着研究的不断深入，农作物抗非生物逆境的机制得以揭示。目前，全世界多数国家都在利用现代生物技术从不同角度研究植物抗逆境的生理、生化、分子生物学机制，并在此基础上进行抗性新品种培育。通过遗传转化获得抗逆境基因，并构建相应的抗逆性植物，如耐盐转基因苜蓿、草莓和烟草等，这些转基因植物都已进入田间试验阶段。

③植物生物反应器 植物生物反应器是以常见的农作物作为“细胞工厂”，通过大规模种植生产具有高附加值的医用蛋白、工农业用酶、生物降解塑料、脂类以及其他一些有益的次生代谢产物等的一种“新型反应器”。利用植物生物反应器生产动物口蹄疫、结核病等疾病的兽用疫苗、降钙素和人乳铁蛋白等功能蛋白在植物医药蛋白及植物生产中起到很重要的作用。

【环节4：生物技术与食品】

人类利用微生物的发酵作用制造食品的历史悠久，产品种类繁多，如：（1）各类调味品：如酱油、醋、味精、豆腐乳等。 （2）酒类产品：如白酒、啤酒、葡萄酒等。 （3）各类焙烤食品：如面包等。（4）各种发酵饮料：如酸奶等。（5）发酵香肠、酸泡菜等。这些食物的生产都需要各种微生物与发酵技术。随着现代生物技术的改进，这些食物的制作流程更加安全简洁、食品更加安全美味等。

【环节5：生物技术与能源、环保】

环境污染是人类社会在21世纪面临的四大难题之一。科技的发展充分证明生物技术是解决环境问题、保护环境的理想方法，它从根本上体现了可持续发展的战略思想。生物技术可以彻底去除污染物中有害物质，有效解决环境污染问题，不仅不会产生二次污染，还可以对一些污染物进行转化，使其成为一种再生资源，费用也通常比一般处理技术低，是一种安全而彻底的消除污染的方法。

①污染治理与修复 ： 生物技术在改善传统的工业生产过程、治理污染、净化环境、改善生态方面发挥着非常大的作用。生物技术是水污染控制、大气污染控制、土壤净化等最为重要的单项技术，人们可以利用特定微生物降解有毒化合物、净化有毒气体和恶臭物质、综合利用废水和废渣，达到净化环境、保护环境、废物利用并获得新产品的目的。目前，生物技术在此领域的研究应用已朝着具有高效净化能力的微生物种类及菌株的寻找分离、筛选以及基因工程菌的人工构建方向迈进。例如，利用质粒DNA重组和质粒转化技术，把4种假单胞菌的基因组人到同一菌种中，创造了有超常降解石油能力的超级菌，几小时内能降解浮油中三分之二的烃类，而用自然菌需一年多时间；又如，利用基因工程技术，将一种昆虫的耐DDT基因转移到细菌体内，培育一种专门“吃”DDT的细菌，大量培养，放到土壤中，土壤中的DDT就会被“吃”得一千二净。应用植物修复不但可净化环境、美化环境，还可以通过采集进行处理和再利用，在这方面，转基因植物，特别是能超量吸收和累积重金属的超量累积植物( hyper accumulator)是当前研究开发的热点。

②开发清洁能源资源及能源、资源的综合利用 ： 对能源资源的依赖和使用，使人们预感不可再生能源资源的有限性和潜在的危机，现代生物技术的发展为解决这一问题带来了新希望。今天，生物技术这一概念已从消除有害物质和废物扩展到将这些物质的转化和再利用方面，如利用废物生产单细胞蛋白( SCP)、纤维质原料生产酒精等。德国从木糖生产食用酵母，后来发展了从造纸工业的亚硫酸废液制造饲料酵母，单细胞蛋白年产量15000 X 104t．作为肉类代替品以补充蛋白质的不足。我国科学工作者利用味精废水生产热带假丝酵母（Candida tropicalis）单细胞蛋白，含蛋白达60%，产品用作饲料，效果与鱼料相同。英国伦敦一家公司用硬脂嗜热芽孢杆菌将废弃的稻草、玉米芯等转化为乙醇，转化效率明显高于酵母菌。