Программа дополнительного образования учащихся 10 класса по теме: «Биотехнология»

Программа дополнительного образования учащихся 10 класса

по теме: «Биотехнология».

Пояснительная записка.

Предлагаемый курс дополнительного образования предназначен для учащихся 9 класса, с целью расширения знаний по биотехнологии. Программа является дополнением в плане ознакомления с новейшими достижениями в области молекулярной и клеточной биотехнологии.

В предполагаемом курсе рассматриваются вопросы современного состояния и перспективы развития биотехнологии,приэтом особое внимание уделено методам биотехнологии, позволяющим раскрытьгенетический потенциал организма с последующей реализацией в коммерческий продукт.

Наибольшее внимание уделено: биологическим, научно-техническим и экономическим предпосылкам в развитии биотехнологии; основным методам и приёмам молекулярной и клеточной биотехнологии; принципам и правилам конструирования генов и генотипов; методам получения биотехнологической коммерческой продукции. Полученные знания помогут учащимся не только проследить за искусственной молекулярной эволюцией живой природы путём конструирования генов и генотипов, но осмыслить последствия, которые следует ожидать от молекулярно - клеточных технологий, направленных на преобразование биологической и генетической программ развития организма и популяции в целом.

Программа дополнительного образования рассчитана на учащихся 10 класса, 34 часа в год, 1 час в неделю.

Актуальность данной программы заключается в том, что предлагаемый курс даёт возможность учащимся 10 класса основательно освоить структуру нуклеиновых кислот и на основе этих знаний совершенствовать понятия о рекомбинации ДНК и РНК, применяемых в биотехнологических процессах. Изучить методы клеточной инженерии, микрохирургические манипуляции на уровне клеток, поскольку они не рассматриваются в школьной программе.

Данные знания помогут учащимся в подготовке к ЕГЭ

Новизна данной программы в том, что она даёт возможность учащимся, начиная с курса 9 класса усвоить глубину биотехнологических процессов, связывая её с особенностью строения нуклеиновых кислот, и способами получения новых белковых молекул за счёт изменения последовательности нуклеотидов в нуклеиновых кислотах бактерий и грибов. Эта программа даёт возможность осознать то, что клетка представляет собой «мини фабрику» для производства рекомбинантных белков

Цель:

Формирование знаний о биотехнологических детерминантахгенетического поведения на уровне молекул, клеток и организмов.

Отличительные особенности данной дополнительной образовательной программы:

Предлагаемая система занятий позволяет лучше понять микробиологические процессы происходящие в клетках живых организмов, эта программа позволит легче подготовиться к ЕГЭ

Планируемые результаты:

Учащиеся должны понимать:

Главные исторические события в развитии биотехнологии;

«классические» методы молекулярной и клеточной биотехнологии;

биологическую сущность сконструированных генов игенотипов;

молекулярную организацию рекомбинантных молекул и клеток;

пути и возможности получения биотехнологического коммерческого продукта;

биологию трансгенных, клонированных и химерных индивидуумов.

-владеть основами биотехнологических знаний.

Учащиеся должны уметь:

оценивать значение и перспективы развития биотехнологии для решения актуальных вопросов человечества.

характеризовать методы, позволяющие получить чужеродные гены, векторы, рекомбинантные молекулы, библиотеку генома, трансгенные, химерные, клонированные индивидуумы.

раскрывать особенности функционирования рекомбинантных молекул и клеток;

объяснить влияние генных конструкций на геном организма;

применять теоретические знания в решении практических задач по биотехнологии микро - и макроорганизмов;

анализировать основные этапы работ при получениибиотехнологического продукта;

определять экономическую рентабельность от полученной биотехнологической продукции;

приводить примеры позитивного и негативноговлияниямолекулярно

клеточных технологий на биоразнообразие.

Способы определения результативности:

Тестирование, работа на семинарских занятиях, самостоятельная работа с учебником, создание и работа с проектами, участие в олимпиадах разных уровней.

Формы проведения итогов реализации дополнительной образовательной программы

-Участие в выставках, фестивалях, учебно- исследовательских конференциях и других конкурсов разных видов.

Основные задачи программы-

­Образовательные – развивать основные понятия применения биотехнологических методов.

­Совершенствовать знания, касающиеся молекулярно – клеточных технологий в области медицины, животноводства и растениеводства.

­Ознакомить с основными принципами конструирования генов и

­генотипов.

­Развивающие - умение анализировать, сравнивать, обобщать и устанавливать причинно - следственные связи при изучении методов биотехнологии, оказывающих непосредственное внимание на генетическую программу развития.

­Воспитательные - расширить кругозор через самостоятельную научную деятельность.

Формы занятий:

-групповые (работа в больших и малых группах)

-индивидуальные

Виды деятельности:

Лекции с элементами беседы, викторины, выступление, рассказы.

Конференции

Лабораторные работы

Практические работы

Проекты

Защита проектов

Решение генетических задач

Методы:

Словесный, поисковый, исследовательский, проблемный.

Межпредметные связи:

Химия, физика, математика, ботаника, зоология, анатомия, история.

Способы определения результативности:

Собеседование по ходу занятий

Тематический контроль по решению задач

Конференция

Итоговый контроль

Конференция

Защита проектов.

Расширить кругозор через самостоятельную научную деятельность.

Ожидаемые результаты:

Учащиеся должны знать:

Главные исторические события в развитии биотехнологии;

«классические» методы молекулярной и клеточной биотехнологии;

биологическую сущность сконструированных генов игенотипов;

молекулярную организацию рекомбинантных молекул и клеток;

пути и возможности получения биотехнологического коммерческого продукта;

биологию трансгенных, клонированных и химерных индивидуумов.

Учащиеся должны уметь:

оценивать значение и перспективы развития биотехнологии для
решения актуальных вопросов человечества.

характеризовать методы, позволяющие получить чужеродные гены, векторы, рекомбинантные молекулы, библиотеку генома, трансгенные, химерные, клонированные индивидуумы.

раскрывать особенности функционирования рекомбинантных молекул и клеток;

объяснить влияние генных конструкций на геном организма;

применять теоретические знания в решении практических задач по биотехнологии микро - и макроорганизмов;

анализировать основные этапы работ при получениибиотехнологического продукта;

определять экономическую рентабельность от полученной биотехнологической продукции;

приводить примеры позитивного и негативного влияния молекулярно

-клеточных технологий на биоразнообразие.

Учебно - тематическое планирование.

Содержание курса. Введение(2 часа)

1.Биотехнология - мультидисциплинарная наука.

Биотехнология - наука, корректирующая биологическую и генетическую программу развития организма. Цель и задачи курса, методы и объекты исследования. Биотехнология как сфера науки и сфера производства. Зарождение, становление и развитие науки. Биотехнология и её связь с другими науками. Коммерческие аспекты биотехнологии.Современное состояние, проблемы и практические достижения биотехнологии в решении актуальных вопросов человечества: пищевых ресурсов, роста народонаселения, здоровья человека: в промышленности, сельском хозяйстве, медицине, экологии и космосе. Клеточно - молекулярные основы биотехнологии. Клетка - источник реализации генетической программы. Молекулярные источники генетического аппарата. Природные детерминанты генетическогоповедения. Гены: молекулярная организация и особенности функционирования. Ферменты генетического аппарата.

Биотехнологические ресурсы организмов: понятия и классификация. Пути и возможности извлечения биотехнологического ресурса из различных уровней организации живой материи: молекулы, клетки, организма и популяции. Биологическая программа развития и генетический потенциал в развитии генетических, биохимических, физиологических и селекционных ресурсов организма.

Демонстрациясхем и рисунков, иллюстрирующих методы и объекты биотехнологии, особенности функционирования клеточного и генетического аппаратов у прокариот и эукариот.

Клеточная биотехнология (16 часов)

2.Макроклеточная технология (10 часов) Культура клеток прокариот и эукариот: методология и основные принципы. Условия и правила работы с культурами клеток. Питательные среды: качественный и количественный состав.Идентификация видовой принадлежности клеток в культуре. Клетка поведение в культуре.

Клональное микроразмножение растений и его преимущества. Этапы и методы клонального микроразмножения растений. Техника культивирования растительных тканей наразных этапах клонального микроразмножения. Влияние генетических, физиологических, гормональных и физических факторов на микроразмножение растений. Применение клонального размножения иегоперспективы.Эмбриокультура в медицине и животноводстве. Культивирование гамет и эмбрионов животных и человека. Методы и сроки культивирования. Экстракорпоральное оплодотворение гамет (ЭКО). Генетические и генноинженерные методы детерминациипола. Создание криобанка и линии клеток и коллекций клеточных культур. Теоретические аспекты низкотемпературной консервации клеток. Особенности криоконсервации клеток в зависимости от видовой принадлежности. Реанимационное культивирование клеток. Низкотемпературный банк гамет и эмбрионов и проблемы егоклинического применения.

Клеточная селекция. Селекция клеток растений, животных и человека. Методы клеточной селекции. Отбор устойчивых клеток: из суспензионных культур, поверхностно культивируемых каллусных клеток, культуры протопластов. Стабильность признака устойчивости. Оценка и селекция после рекультивирования клеток. Оценка качества гамет и эмбрионов. Селекция и отбор эмбрионов. Биотехнология трансплантации эмбрионов в животноводстве и медицине: особенности и перспективы использования. Биологические предпосылки для использования метода трансплантации эмбрионов животных и человека. Эмбриотрансплантационные технологии в

медицине при борьбе с бесплодием. Биологические и физиологические родители при трансплантации эмбрионов.Самка - реципиент: постоянный и промежуточный. Влияние материнского эффекта на формирование биологических качеств у трансплантантов.

«Репродуктивная пассивность»: механизм, контролирующий норму овуляции. Супер овулированный фолликулогенез и уровень сулеровуляции. Экзогармоны как стимуляторы роста и развития дополнительных фолликулов яичника. Синхронизация половых циклов между донорами и реципиентами. Искусственное осеменение: суперовулированных самок - доноров.Методы трансплантации эмбрионов, факторы влияющие на эффективность трансплантации эмбрионов. Вымывание эмбрионов и вымываемость эмбрионов. Взаимодействие между суперовулированными ооцитами и прижившимися эмбрионами при трансплантации. Факторы, влияющие на приживаемость эмбрионов. Взаимодействие между донором, эмбрионом, реципиентом и трансплантатом при трансплантации.

Демонстрациясхем, таблиц, рисунков, иллюстрирующих поведение клеток в культуре в зависимости от методов и методологии, основные принципы селекции клеток растений, животных и человека и методы трансплантации эмбрионов.

3.Микроклеточные технологии (б часов)

Биологические и научно - технологические предпосылки для микроклеточных технологий в растениеводстве, животноводстве и медицине. Метод гибридизации соматических клеток. Зонды. Артефакты. Гибридомы и моноклональные антитела вдиагностикеинфекционных болезней. Генетическая трансформация клеток. Компетентность культур сельскохозяйственных клеток восприятиючужеродной генетической информации. Генетически маркированные мутантные клетки.

Эмбриоинженерия. Основные принципы конструирования генотипов растений и животных. Микрохирургические манипуляции на уровне молекул. Трансгенные животные - доноры внутренних органов для пересадки человеку. Микрохирургические манипуляции на уровне клеток. Монозиготные близнецы. Химерные индивидуумы. Типы химер и их получение. Клеточные маркеры в химерных системах. Микрохирургические манипуляции на уровне ядер. Клонирование организмов. Методы получения клонов. Трансплантация ядер и реконструкция клеток. Перспективы и ограничения техники трансплантации ядер. Клонирование и использование клонированных клеток. Партеногенетическое размножение животных. Эмбриональные стволовые клетки. Характеристика эмбриональных стволовых клеток полученных из эмбриобласта пред имплантационных эмбрионов и их культивирование.

Демонстрациясхем и рисунков, иллюстрирующих основныепринципы конструирования генотипов растений и животных.

Молекулярная биотехнология (17 часов) Рекомбинантная ДНК (4;часа)

Ферменты рДНК. Рестриктазы в молекулярном клонировании и картировании сегментов ДНК. Номенклатура для МРсистемы и их ферментов. Особенностихарактерные для ферментов рестрикции.

Метилазы - ферменты модификации. Полимеразы –ферменты,

катализирующие полуконсервативный синтез новых цепей ДНК. РНК зависимые ДНК полимеразы. Лигаза как фермент лигирования. Механизм лигирования липких и тупых концов ДНК. Чужеродная ДНК. Наличие полной информации о гене,предназначенного для клонирования, - важное условиедля получения чДНК. Макроструктура ДНК. Рестрикционная карта ДНК: принципы построения. Микроструктура ДНК. Секвенирование - метод определения нуклеотидной последовательности ДНК. Методы секвенирования.

Векторная ДНК. Векторные природные источники. Методы получения векторов. Требования, предъявленные вектору.Биотехнологическая сущность рДНК: молекулярное строение,основные принципы конструирования, особенностифункционирования и применения.

Биобезопасности. Генно - инженерные конструкции и их влияние на генетическое разнообразие. Международный контроль и международное регулирование в области молекулярных технологий и использования модифицированных организмов и получения из них продуктов.

Демонстрациясхем иллюстрирующих особенности конструированиягенов и функционирование в микро и макроорганизмах.

5.Рекомбинантный белок ( З часа.)

Биотехнологическая сущность рекомбинантного белка: особенности получения, функционирования, применения. Клетка-«минифабрика» для производства рекомбинантных белков. Биотехнология микро и макроорганизмов. Особенности функционирования рекомбинантных молекул в микро и макросистемах. Молекулярно -биологические и научно - технические предпосылки вполучениирекомбинантных молекул и трансгенных индивидуумов. Значение иперспективы использования рекомбинантного белкавмедицине, фармакологии, диетологии, растениеводстве, животноводстве и ветеринарии. Генная инженерия белков и ферментов. Индуцированный мутагенез как метод получения белков с заданными свойствами. Специфические замены в клонируемых генах.

ДемонстрацияСхем и рисунков, иллюстрирующих этапы работ при технологии рекомбинантного белка.

6.Биотехнология микроорганизмов.(4часа)

Методы введения рДНК в геном бактерий. Рекомбинантный белок, полученный из клеток бактерий. Бактерии как синтезатор эндонуклеаз рестрикции. Химерные белки и их применение. Стабилизация белков в прокариотических системах. Бактериальный пемоглобик, интеграция и ДНК в хромосому бактерий. Пути повышения эффективности "секреции. Получение больших количеств рекомбинантного белка. Метаболическая перегрузка.

Рекомбинантные микроорганизмы с новой ферментативнойактивностью. Рекомбинантные микроорганизмы в фармакологии и в медицине.

Демонстрациярисунков, иллюстрирующих аппарат трансляции в клетках прокариот.

7.Биотехнология макроорганизмов, (6часов)

Рекомбинантный белок , полученный из клеток дрожжей, растений и животных. Биотехнология растений и животных. Микроклеточные технологии при получении трансгенных индивидуумов, трансформация генных конструкций в геном растений и животных: методология и общие принципы.

Трансгенные индивидуумы. Технология генетической инженерии макроорганизмов. Этапы получения трансгенных индивидуумов,методы трансформации клеток растений и животных. Экспрессия чДНК в геноме растений и животных. Трансгенные животные и растения с корректированными селекционными признаками. Трансгенные индивидуумы как биореакторы, биология трансгенных индивидуумов.

Методы биотехнологии в изучении генома человека. Картирование генома человека. Молекулярная диагностика генетических заболеваний, клонирование патогенов человека.Иммунобиотехнология. Иммунодиагностический контроль методамибиотехнологии. Биотехнологические препараты активного и пассивного иммунитета. Генная терапия. Методы генной терапии. Терапевтические векторы и терапевтические гены: особенности.

Список литературы.

1. Баев А.А. Биотехнология, М, Наука,1984.

2. Глик Б., Пастернак Дж, Молекулярная биотехнология. М.Мир2002.

3.Картель Н.А .Биоинженерия: методы и возможности. Минск Урожай,1989.

4.Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды. М.Мир 1987.

5Шевелуха В.С. Сельскохозяйственная биотехнология. М. Высшая школа, 2003.

6. Аила С. Современная генетика. Е.1-3 том М. Мир 1987.

7 Воронцов Н.Н. Эволюция органического мира М.Наука 1996.

8. Грин Н., Стаут У. Биология ТЗ М. Мир 1990.

9. Льюин Б. Гены. М.Мир 1998.

10.Сингер М. Гены и геномы. М Мир 1998.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/266749-programma-dopolnitelnogo-obrazovanija-uchasch