高中生物全册教案集(全)

2007年高三选修教材教案集 第课，课题绪论人体的稳态第课时，课型新授。总序第个教案。编写时间执行时间教学目的与要求：1．水和无机盐的平衡（理解）；2．水和无机盐平衡的调节（理解）；   3．水和无机盐平衡的意义（理解）。重点难点：水和无机盐的平衡和调节。教具：幻灯片。教学程序：（导入）在21世纪，生物科学将成为主导科学。为什么这么讲呢？因为21世纪，人类将更加关注自己的生存和健康，这就需要我们从不同的结构层次上来认识、掌握人体生命活动规律；面对人口爆炸所带来的吃饭问题，要求生物科学为粮食增产提供相应的理论和方法；面对工业化所带来的环境污染、资源危机，需要在生物科学理论指导下，运用生物工程的方法，借鉴自然界生态系统的生产模式，建立保证人类社会可持续发展的生产模式。由于人类社会所面临的各种问题的解决都离不开生物科学的理论和技术，所以，生物科学将成为21世纪的主导科学。展望21世纪，人类社会可以说是希望与挑战并存。一方面，科学技术的发展更加迅速，而生物科学作为自然科学领域的带头学科，将会结出更加丰硕的果实；另一方面人类社会面临的人口、粮食、资源、环境和健康等问题将更加突出，而这些问题的解决，都将在很大程度上依赖于生物科学的进步。一、生物科学与人体健康：人类的许多疾病是由于稳态失衡、营养失衡或免疫失调引起的。因此，研究人体稳态的调节机制、营养平衡、免疫机制等，对于增进人体健康具有重要意义。二、生物科学与农业：粮食危机的重要原因是粮食产量的增长赶不上人口的增长，还有耕地的逐年减少等。提高粮食产量的重要途径就是靠科技进步，而生物科学和生物技术将在这方面发挥不可估量的作用。三、生物科学与生物工程产业：生物工程包括基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程。其特点是利用生物资源的可再生性，在常温常压下生产产品，从而能节约资源和能源，并且减少环境污染。四、生物科学与资源利用和环境保护：生物圈中物质是可以被生物反复利用的，生物群落的物质生产几乎是无废料的生产过程。第一章人体生命活动的调节和免疫抗洪战士通过大量排汗来散热，进而调节体温；同时又需要不断地补充含盐的水，并且通过自身的调节减少排尿量，以维持体内水和无机盐的平衡。高强度的体力劳动要消耗体内大量的糖类等有机物，同时需要及时地补充食物，以满足身体对营养的需要；传染病爆发的时候，一方面要注意饮食、环境卫生，另一方面要靠自身的免疫功能来抵抗疾病的浸袭。由此可见，人体生命活动的调节及营养和免疫，对于维持人体的健康有着非常重要的意义。第一节内环境与稳态[讨论]单细胞的动物，如草履虫、变形虫等，可以通过体表直接与外界环境进行物质交换，而对于人这样的高等动物，体内的细胞是否也可以直接和外界环境进行物质交换呢？[参考要点]不能。单细胞动物的整个身体只有一个细胞，这个细胞承担着像我们人这样一个复杂的有机体内所有细胞的生理功能。但在人及其它高等动物体内，各种组织细胞之间有着严格的分工和合作。人体内的单个细胞不能直接与外界环境进行物质交换，人体内的细胞必须首先和该细胞生存的体内的液体环境进行物质交换，这个液体环境称为内环境，通过内环境再与外界发生物质交换。一、内环境：（一）体液的概念：人体内的大量液体成为体液。细胞内液：存在于细胞内部的液体。（二）体液的分类：细胞外液：存在于人体内细胞外的液体。主要由淋巴、血浆和组织液组成。 血浆组织液O2、养料分泌物、CO2等废物组织细胞淋巴淋巴循环体外物质消化、呼吸泌尿系统等内环境血浆是血液中的液体部分，血液分为血浆和血细胞，其中血浆占55%。血细胞浸浴在血浆中。组织液是指组织细胞之间的液体，一般的组织细胞浸浴组织液中，与组织液之间进行物质交换。淋巴是淋巴管中的液体。（三）体液各部分之间的关系：在细胞内液与细胞外液之间隔着一层细胞膜，水分和一切能透过细胞膜的物质，都可以在细胞内液与组织液之间进行交换。在组织液与血浆之间只隔着毛细血管壁，水分和一切能透过毛细血管壁的物质，都可以在两者之间进行交换。组织液还可以渗入毛细血管形成淋巴，由于毛细淋巴管的压力比组织液低，所以淋巴不能重新进入组织间隙形成组织液，淋巴可以通过淋巴循环重新进入血浆。（四）细胞外液的各种成分以及PH、温度、渗透压的正常值：1、细胞外液的成分：（1）水：含量最多。如血浆含有90~92%的水。（2）气体：其中以O2、CO2最为重要。（3）各种无机离子：其中以Na+、Cl—、K+、Ca2+、HCO3—和PO33—的量最多。其它无机离子需要量甚微，如Cu2+、Zn2+、Mn2+、Co2+对某些酶的活性是必要的，碘对生成甲状腺激素是必需的，F—对增强牙齿和骨骼也是重要的。（4）有机化合物：如脂类、氨基酸、葡萄糖、核苷酸、维生素等。（5）调节生命活动的各种激素。（6）细胞代谢排泄的废物：除二氧化碳以外，还有蛋白质和核酸代谢产生的含氮废物，如氨、尿素等。2、PH：正常人血浆的PH在7.35~7.45之间。3、温度：人体的体液温度在37℃左右。4、渗透压：人的血浆渗透压在37℃时，约为770pa，相当于生理盐水的渗透压。（五）内环境：1、概念：是指人体内细胞外的液体环境，是人体内细胞赖以生存的液体环境。上述的细胞外液就是内环境，主要包括淋巴、血浆和组织液。2、组成、与代谢的关系：一般的组织细胞的具体内环境是在组织液中；血细胞的具体内环境是血浆；毛细血管壁细胞的具体内环境是血浆和组织液；毛细淋巴管管壁细胞的具体内环境是组织液和淋巴。【讨论】唾液等消化液是否属于内环境？【参考要点】消化道是被围在体内的一个特殊的外界环境，是对食物进行消化吸收的场所。由消化腺分泌的消化液已经离开了内环境，在消化道对营养物质进行消化，消化后的营养物质被吸收到血液或淋巴后，已进入了内环境。 二、内环境的稳态：（一）稳态的概念：是指正常机体在神经系统和体液的调节下，通过各个器官、系统的协调活动，共同维持内环境相对稳定的状态。内环境中的PH值可以通过血液中的缓冲对加以调节，实际上，内环境中的其它理化性质，如温度、渗透压、各种化学物质的含量等，在神经系统和体液的调节下，都能维持在一个相对稳定的状态。（二）内环境稳态的实现：正常机体会在神经系统和体液的调节下，通过各个器官、系统的协调活动，共同维持内环境的相对稳定，使内环境的理化性质不会发生剧烈变化。例如PH稳态的实现。原理：酸碱缓冲对，如H2CO3/NaHCO3、NaH2PO4/Na2HPO4，对酸碱度起缓冲作用。【讨论】人在剧烈运动时，肌肉组织中会产生大量的乳酸、碳酸等物质，当这些酸性物质进入血液后，血液的PH值将发生什么样的变化？【参考要点】不会发生太大的变化。因为当乳酸进入血液后，乳酸就会与NaHCO3发生反应，生产乳酸钠和H2CO3，H2CO3是一种弱酸，而且不稳定，很容易分解成CO2和H2O，所以对PH值的影响不大。血液中增多的CO2会刺激控制呼吸的神经中枢，促使呼吸运动增强，增加通气量，从而将血液中的CO2排出体外。如果有过多的Na2CO3进入血液，就会与血液中H2CO3的发生，生成NaHCO3，过多的NaHCO3可以由肾脏排出体外。（三）稳态的生理意义：是机体进行正常生命活动的必要条件。当稳态遭到破坏时，就会引起细胞代谢紊乱，并导致疾病。如组织液中的水分过多，会出现组织水肿；尿素、无机盐等废物过多会出现尿毒症。再如当血液中钙、磷的含量降低时，会影响骨组织的钙化，这在成年人表现为骨软化病；在儿童则表现为骨质生长障碍、骨化不全的佝偻病。而血液中钙过高会引起肌无力等疾病。三、课堂思考：“请设计一个简单的实验验证血液是一个缓冲系统。”1、材料：加了抗凝剂（如柠檬酸钠）的血液、洁净试管若干、质量浓度为1%的盐酸、蒸馏水、PH试纸。2、步骤方法：第一步，取洁净的试管2支，编为1、2号；第二步，在1号试管中加2ml加了抗凝剂的血液，2号加2ml蒸馏水，并用PH试纸测定它们各自的酸碱度；第三步，再分别在1、2号试管中各加1滴1%的盐酸；第四步，结果观察，用PH试纸测定。3、结果分析：1号试管PH试纸颜色与加入HCl前的试纸比较没有太大的变化，而测试蒸馏水的PH试纸与加入HCl前测试的PH试纸比较明显变红。4、结论：血液对PH有一定的缓冲作用，或血液是一个缓冲系统。四、后记：【小实验】用加了抗凝剂（如柠檬酸钠）的血液或血浆用做实验材料，取两支洁净的试管，甲试管加入2mL血液或血浆，乙试管中加入等量的蒸馏水。在加入一滴质量浓度为1%的演算溶液之前，分别用PH试纸测试，并进行比较。【参考结果】测试血液或血浆的PH试纸略呈兰色，血液的PH值在7.35~7.45之间；测试蒸馏水时不变色。在甲乙试管中各加入一滴质量浓度为1%的盐酸，再用试纸测试，发现测试血液或血浆的PH试纸颜色与加入盐酸的试纸比较没有太大的变化，但测试蒸馏水的PH试纸与加盐酸前的测试的PH试纸比较明显变红。【讨论】如何解释上述实验现象？【参考要点】在血液中含有许多对对酸碱度起缓冲作用的物质，称为缓冲物质。每一对缓冲物质都是由一种弱酸和相应的一种强碱盐组成的，如H2CO3/NaHCO3、NaH2PO4/Na2HPO4等。当加入了盐酸时，就与NaHCO3发生反应，生成NaCl和H2CO3，H2CO3是一种弱酸，而且不稳定，很容易分解成CO2和H2O，所以对PH值的影响不大。在蒸馏水中没有这些缓冲物质，所以当少量的盐酸加入后，PH值就明显下降。 第二节人体的稳态稳态是人体进行正常生命活动的必要条件。它是通过人体自身的调节来实现的，其中水和无机盐的平衡和调节、血糖的调节、体温的调节等，都是稳态的重要方面。一、水的平衡：1、水的稳态是体内水的相对含量的相对稳定。这个相对含量是以渗透压为衡量标志的，渗透压升高时，表示水相对缺少；渗透压降低时，水则过剩。渗透压升高、降低的标准是是否口渴。这是针对细胞液的量正常的情况下来说的。注：渗透压——溶液中不易透过半透膜的溶质颗粒，吸取膜外水分子的一种力量。它的大小决定于单位体积溶液中溶质分子或颗粒数量的多少（溶液浓度），而与溶质分子或颗粒的种类和大小无关。溶液中溶质分子和颗粒数量越多（溶液浓度越大），它形成的渗透压越大。例如：某人饮水不足，或食物过咸等原因，造成细胞外液渗透压升高，即其细胞外液浓度增大。主要来源食物中所含的水2、体内水的来源饮水物质代谢产生的水3、体内水的去路：（1）肾脏排尿。是人体排出水的最主要途径，也是唯一可由机体调节的排出途径。（2）皮肤排汗和蒸发水汽。（3）肺呼出的水汽。（4）大肠排便。是指饮食中的水以及消化液在消化道被吸收后所余下的水。只有大肠排出的水中含有未进入机体组织的水。4、水的平衡是在一定时间内水的摄入量和排出量基本相等的结果。是由神经和体液调节的。调节过程是渗透压降低时，水多，排尿量增加；渗透压升高时，水少，排尿量减少。水平衡的调节是以渗透压的相对稳定为条件的。5、具体过程：（见教材P8和资料P236）从图中可以看出，水平衡的调节中枢是在下丘脑。当渗透压升高时，可产生三种效应：渴觉、抗利尿激素的分泌、抗利尿激素的释放。抗利尿激素控制着尿量，从而控制渗透压的稳定。三、无机盐的平衡：来源：主要来自食盐；（6~10g）（一）钠盐平衡排出：主要经肾随尿排出、其次有汗液、粪便；及其调节：调节：醛固酮调节（一种盐皮质激素）；特点：排出量几乎等于摄入量，多吃多排，少吃少排，不吃不排。来源：食物；(2~4g)（二）钾盐平衡排出：主要经肾随尿排出，未被吸收的钾盐经粪便排出；及其调节：调节：醛固酮调节（一种盐皮质激素）；特点：多吃多排，少吃少排，不吃也排。[在临床上常把血钾（指血清中的K+）含量作为诊断某些疾病的指标。]注：盐皮质激素（醛固酮）的效应有三：促进钠的重吸收、促进钾的分泌排出、促进水的重吸收。前两个作用可单独完成，后一个作用是派生功能。盐皮质激素调节体内盐平衡。（即保Na+、保水、保K+）（三）无机盐平衡的调节：正常成年人每天滤过肾小球的水、K+和Na+等有99%以上被肾小管和集 合管重吸收。（四）水和无机盐平衡的意义：（肾小管、集合管）1、水和钠盐在维持细胞外液渗透压稳定方面具有重要意义。由于人在高温条件下工作，剧烈运动或是某些疾病（如剧烈呕吐、严重腹泻）时，会丢失大量的水和无机盐，影响血压、心率的稳定。2、钾在维持细胞内液渗透压、心肌舒张、保持心肌兴奋性上具有重要意义。当血钾含量过低时，会出现多种临床症状，如心肌的自动节律异常，并导致心率失常等。蔬菜和水果中含有丰富的K+，只要保持合理膳食，就能满足机体的需要。3、水在溶解代谢废物、排出代谢废物方面具有重要作用。人体每昼夜有35~50克的代谢废物必须要随尿液排出体外，而溶解这些废物的最低尿量应在500毫升以上。如果排出的尿量过少，代谢废物不能及时随尿排出体外，就会引起中毒而损害健康。所以，我们每天都要保证饮水，尤其是在大量出汗等情况下，更应多喝水。四、总结：水和盐平衡调节的完成是肾脏。五、作业：1、“大量出汗后为什么要补充盐？”明确：当正常人长时间在高温下工作或做剧烈运动，身体会排出大量汗，而有些人因患某些疾病剧烈呕吐，严重腹泻，也会丢失大量的水，更重要的随水排出了大量无机盐，使机体内细胞外液渗透压下降，其中主要是钠盐和钾盐应注意及时补充。2、不能进食的病人，是否只靠注射葡萄糖和生理盐水以维持代谢平衡？试用所学解释其原因？明确：不能。还应补充钾。因为钾的排出特点是：多吃多排，少吃少排，不吃也排。所以，不能进食的病人除注入葡萄糖和生理盐水外，还应补充钾。六、后记：1、水平衡的调节：细胞外渗透压变化、渗透压感受器、抗利尿激素是要点。（1）细胞外液浓度升高，其渗透压就升高，从而刺激下丘脑的渗透压感受器；（2）以上变化会引起两种反应，一是抗利尿激素的释放增加，这属于体液调节；二是大脑皮层参与调节，这属于神经调节；（3）细胞外液浓度下降时，情况就和升高时相反；（4）无论细胞外液浓度升高或下降，调节的结果都是使其趋向正常值。2、无机盐平衡的调节：醛固酮分泌量的增减及其作用是要点。肾小球肾小囊肾小管肾小体3、肾单位 第课，课题二血糖的调节第课时，课型新授。总序第个教案。编写时间执行时间教学目的与要求：１．了解血糖的平衡与意义；２．了解血糖平衡的调节；３．了解糖尿病的成因及其治疗。　重点难点：１．血糖平衡的调节；２．糖尿病的成因。教具：幻灯片。教学程序：（导入）当我们较长时间没有进食而饥饿时，当我们由蹲位突然站立时，常感到四肢无力、头昏眼花，这是低血糖引起的现象。较长时间没有进食，血糖来源缺乏，血糖浓度降低。由蹲位突然站立时大脑供血量减少，葡萄糖供应不足，大脑得不到足够的能量而引起头晕。有一种病人有这些症状：口干、饮水多、食量增多，而病人却逐渐消瘦，并且其小便倒在地上后，引来许多的蚂蚁。从这些症状分析，我们可以判断此人患的是糖尿病。以上这些现象都与人体内血糖的平衡及其调节有关。一、血糖的平衡及其意义：1、血糖：是指血液中的葡萄糖。2、血糖平衡：血液中的葡萄糖的来源和去路保持相对平衡。食物中糖（消化、吸收）（氧化分解）CO2+H2O+能量肝糖元（分解）血糖（合成）肝糖元、肌糖元非糖物质（转化）80~120mg/dL（转变）脂肪、非必需氨基酸正常情况下，血糖的来源和去路能够保持动态的平衡，从而使血糖含量在80~120mg/dL的范围内保持相对稳定。如果血糖的来源和去路不能保持动态平衡，血糖含量就不能维持相对稳定。血糖含量过低时，会引起头昏、心慌、四肢无力等，严重时会导致死亡；血糖含量过高时，会使葡萄糖从肾脏排出，形成糖尿，危害健康。3、意义：保证人体各组织和器官的能量供应，维持人体健康。  （1）当血糖浓度低于50～60mg／dL时——低血糖早期症状  （2）当血糖浓度低于45mg／dL时——低血糖晚期症状  （3）当空腹血糖浓度高于130mg／dL时——高血糖症 （4）当血糖浓度高于160～180mg／dL时——糖尿   血糖的平衡对于保证人体各种组织和器官的能量供应以及保持人体健康有重要意义。二、血糖平衡的调节：人体内有多种激素能够调节血糖的含量，但以胰岛素和胰高血糖素的作用为主。（一）调节过程： 血糖调节的中枢在下丘脑。下丘脑可使血糖含量升高或降低，是双向调节。血糖降低由胰岛素调节，血糖升高是由胰高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素等调节。这些激素的作用器官是肝脏等组织细胞。注：①肾上腺素是肾上腺髓质部分分泌的一种激素。它能促进肝糖元分解为葡萄糖，从而使血糖含量升高。②糖皮质激素：是由肾上腺皮质分泌的一种激素。它的主要作用是调节糖类、蛋白质和脂肪的代谢，促进蛋白质的分解和抑制蛋白质的合成，并促进使蛋白质、脂肪在肝脏内转变为糖元和葡萄糖。此外，糖皮质激素还能增强机体对有害刺激的抵抗力。当机体受到内外环境中各种有害刺激时（如创伤、缺氧、疼痛、感受剧烈的环境温度变化等），下丘脑和垂体的活动加强，使得促肾上腺皮质素的分泌增加，进而引起糖皮质激素的大量分泌，从而改变机体的代谢状况，提高对这些有害刺激的抵抗力。1、血糖含量偏高：在下丘脑作用下，胰岛B细胞活动增强，分泌胰岛素（降低血糖）。（1）增加血糖去路，如促进血糖进入肝脏、肌肉、脂肪细胞等合成糖元、氧化分解或转变成脂肪；（2）减少血糖来源，抑制肝糖元分解，抑制非糖物质转化成葡萄糖等。2、血糖含量偏低：胰岛A细胞活动加强，分泌胰高血糖素（下丘脑作用同时，肾上腺素分泌）。（二）调节途径：1、激素调节（体液调节）。2、神经—体液（激素）调节。小结：1、肾上腺素与胰高血糖素协同作用使肝糖元分解；2、胰岛素和胰高血糖素的拮抗作用使血糖维持相对稳定；3、胰高血糖素可使非糖物质转化为葡萄糖；4、胰高血糖素促进胰岛素的分泌，胰岛素抑制胰高血糖素的分泌。三、糖尿病及其预防：当人体不能正常调节血糖的平衡时，就会出现低血糖或糖尿病等病状。下面重点学习糖尿病产生的原因及其预防。临床上把空腹时血糖超过130mg/dL叫做高血糖。1、糖尿病：又称“富贵病”，号称人类的“三号杀手”。是指血糖含量高于肾糖阈（160~180mg/dL）的范围时，一部分葡萄糖随尿排出，就叫糖尿。（探究性）设问：假如你是一名医生，你将如何诊断糖尿病？分析、讨论：只有当血糖含量超过了肾糖阈（160~180mg/dL），才可能出现糖尿。所以，诊断糖尿病，既要验血，又要验尿，只有同时出现了高血糖和糖尿时，才患糖尿病。2、诊断：血糖高且有糖尿。加热提问：如何检测患者的尿中有糖呢？（引导学生用所学的可溶性鉴定还原糖的知识，进行简单的实验设计来解决。）（演示实验）3、尿糖的测定原理：班氏糖定性试剂+糖尿病人尿→蓝色→砖红色沉淀。（引导学生探究）：导致患者血糖升高的根本原因又是什么呢？4、产生的原因：胰岛B细胞受损，导致胰岛素分泌不足。 糖尿病病人之所以会出现高血糖和糖尿，是因为胰岛B细胞受损，导致胰岛素分泌不足，这样就使得葡萄糖进入组织细胞和在细胞内的氧化利用发生障碍，而此时肝脏释放的和由非糖物质转化来的葡萄糖就增多，因而出现高血糖。由于细胞内能量供应不足，患者总感觉饥饿而多食；多食又进一步使血糖来源增多，从而使血糖含量继续升高，当血糖含量高于160~180mg/dL时，糖就从肾脏排出而出现糖尿。糖尿病病人在排出大量糖的同时，也带走了大量水分，于是会出现多尿、口渴、多饮的现象。又由于糖氧化供能发生障碍，使得体内脂肪和蛋白质的分解加强，导致机体逐渐消瘦，体重减轻等。即糖尿病病人的三多症状：多食、多饮、多尿，体重下降（即三多一降）。5、防治：无根治方法，但可根据患者的具体情况，采用调节和控制饮食结合药物的方法进行治疗。（基因治疗，药物治疗，饮食习惯，加强锻炼。）（1）对于较轻的糖尿病患者，通过调节和控制饮食、配合口服降血糖药物，就可以达到治疗的目的。糖尿病患者在饮食上主要应注意三点：①不要吃糖、巧克力、香蕉和糕点等食物；②少吃含糖类较多的食物，如马铃薯、藕、芋头等，肥肉、油炸食品等也尽量少吃；③多吃一些含膳食纤维多的食物，如粗粮和蔬菜等。（2）对于较重的糖尿病患者，除了控制饮食外，还需要按照医生的要求注射胰岛素进行治疗。目前，世界上采取的治疗方法，仍然是控制饮食，及利用药物降低血糖含量，维持人体内正常的生命活动，但还没有达到治愈的目标。若想治愈，需患者的胰岛B细胞能够正常地分泌胰岛素。因此，许多科学家希望（3）利用基因工程手段将正常的合成胰岛素的基因导入患者体内，并能准确表达，以此来修复或替代失去正常功能的胰岛B细胞，从而维持机体血糖平衡。四、总结：五、后记：“血糖平衡的调节” 第课，课题三人的体温及其调节第课时，课型新授。总序第个教案。编写时间执行时间教学目的与要求：1．人的体温及其意义。2．体温的调节重点难点：体温的意义及其调节。教具：幻灯片。教学程序：（导入）引言:1910年英国斯科特（ScottRobertFalconl868～1912）探险队和挪威阿蒙森探险队都宣布将向南极点进军，两支探险队之间展开了一场激烈的角逐。阿蒙森一行五人，用狗拉雪橇，经过千辛万苦于1911年12月14日成为第一批到达南极极点的人。而斯科特探险队一行五人，使用的是马拉和人拉的雪橇，结果马在严寒中陷入了泥沼。他们用雪橇拉着设备，顶风冒雪经过82天，于1912年1月16日终于到达南极点。在南极探险的路上跋涉了1450km之后，归途中因饥饿劳累倒下。攀登南极点的角逐是南极考察热中光辉的一页。（资料来自：http：//www.wst.net.cn）   两支探险队都在零下三十七度的南极艰难跋涉，阿蒙森队的胜利表明人类可以战胜严寒，而斯科特队永远留在了南极也表明如果严寒加上饥饿、疲惫也会危及人类的生命。   地球上的气温可高至60℃，低至零下70℃。人类的足迹几乎遍布全球，在不同的环境中，人是怎样维持体温恒定的呢？生活中，大家都知道，不管是白雪皑皑的冬天，还是三伏的夏天；也不管你是在冰天雪地的南极，还是站在高温的锅炉旁，你会发现你的体温总保持在37℃左右。那么，究竟什么是体温？体温的恒定又有什么意义？一、人的体温及其意义：1、人的体温：是指人身体内部的温度。2、体温的测定：口腔：36.7~37.7℃（平均37.2℃）；腋窝：36.0~37.4℃（36.8℃）；直肠：36.9~37.9℃（平均37.5℃）。其中直肠温度最接近人体内部的温度，但测量不方便，因此，一般采用腋窝下和口腔测量。[讨论]（1）同一个人的体温数据有什么变化？（2）一个家庭里各成员的体温数据又有什么差别？（3）选择同一年龄不同性别的学生，他们的体温数据又有什么差别？正常情况下，体温会因年龄、性别等的不同而在狭小的范围内变动。新生儿和儿童的体温稍高于成年人；成年人的体温稍高于老年人；女性的体温平均比男性高0.3℃。并且同一个人的体温，一般清晨2~4时最低，14~20时最高，但体温的昼夜差别不超过1℃。并且体温还会因活动量的改变而改变。因此被测试者应处于平静状态中进行测量。3、意义：体温的相对稳定，保证了酶的活性，是维持机体内环境稳定，保证新陈代谢等生命活动正常进行的必要条件。（1）体温相对恒定是指体温在一个范围内变动。 （2）体温恒定是生命活动进行的必要条件。 （3）恒温动物能摆脱环境的限制，无论天气如何，只要体温恒定就能进行代谢活动。 （4）相对恒定的体温可以保证酶在最适温度下发挥催化作用。 我们知道，人体的一切生命活动都是以新陈代谢为基础的，而恒定的体温则是新陈代谢正常进行所必须的。体温过高或过低，都会影响酶的活性，从而影响新陈代谢的正常进行，使各种细胞、组织和器官的功能发生紊乱，严重时还会导致死亡。因此，体温的相对稳定，保证了酶的活性，是维持机体内环境稳定，保证新陈代谢等生命活动正常进行的必要条件。二、低温麻醉：（见教材P12）三、体温的调节：（产热=散热。）体温调节的中枢也是在下丘脑。在外界环境温度升高或降低时可完成团结，是双向调节。在外界温度下降时由交感神经、体液（肾上腺素、甲状腺激素、糖皮质激素）调节完成，而在外界环境温度升高时，仅由神经调节完成。“体温是机体代谢活动的结果，也是生命活动必需的条件。” 1、产热的主要器官是骨骼肌和肝脏。安静状态下以肝脏产热为主，运动时以骨骼肌产热为主，产热的主要细胞器是线粒体。  2、能源物质是糖类，脂肪和蛋白质。主要能源物质是糖类。  3、散热主要由皮肤经传导、对流、辐射和蒸发完成。[设疑]：体温的相对恒定是由于下面等式成立：产热=散热。请大家分析：在炎热和寒冷的环境中怎样维持体温的相对恒定呢？（见上图分析）   结论：寒冷环境中增加产热，减少散热；炎热环境中减少产热，增加散热。炎热环境中可以减少产热，但不产热是不可能的，因为有机物氧化分解合成ATP的同时必然伴随着热量的释放。故炎热环境中以增加散热为主。[设疑]；请分析在寒冷和炎热的环境中怎样调节产热与散热以保持体温的相对恒定呢？调节机制是什么？是神经调节还是体液调节？神经调节的调节中枢在哪里？    讨论，得出结论：1．增加产热的生理活动有：骨骼肌会不自主地颤抖，皮肤立毛肌收缩，增加产热；有关神经作用于肾上腺促使肾上腺素的分泌增加，导致机体的代谢活动增强，产热量增加。2．减少散热的生理活动有：几乎不出汗，以减少蒸发散热；皮肤血管收缩，减少皮肤的血流量，以减少对流散热和辐射散热；皮肤立毛肌收缩，产生“鸡皮疙瘩”，缩小汗毛孔，减少热量散失。3．神经和体液共同调节，神经调节是通过反射弧实现的，体温调节中枢在下丘脑。列出调节机制示意图。（见板书设计）（用实物投影仪投射在大屏幕上）   分析下列两个不等式：散热>产热、散热<产热时，人的体温将会怎样变化？分析其中的利与弊。   回答，应明确：因为人体调节体温的能力是有限的，当长时间置身于寒冷环境中，机体产生的热量不足以补偿散失的热量，会引起体温降低；而在高温环境中过久，会因体内热量散不出去，导致体温升高。        讲述：体温调节的障碍。   温度对酶活性的影响应特别注意的是低温抑制酶的活性，而高温则使酶失活。因此，绘制酶的活性与温度的关系曲线时，应注意低温时曲线不能达到酶活性的零点，而高温则曲线可以达到零点。于是可以说体温过高会致人死亡，而体温过低则不一定。   发热与体温过高：发热是许多疾病的症状，原因很多：如感染、肿瘤、内分泌失常、免疫紊乱、组织损伤、毒物和药物作用等。因为代谢增加、产热量增加而散热相对减少了，体温因此上升，但人还会有冷的感觉，（可能是因皮肤血管收缩而引起的一种感觉）这种冷的感觉，可引起寒颤，使体温更快地上升。   发热后体温一般不超过40℃。体温高于40℃，称为体温过高，体温高达44．5℃而能生存的已是罕见。一般认为人的最高致死体温大约是45．5℃，这可能与蛋白质在45～50℃之间开始变性有关。体温过低会不会也一定导致人的死亡呢？让我们来认识一下2001年最小的新闻人物：13个月大的小艾里卡。（用实物投影仪投射在大屏幕上）2001年2月底的加拿大埃德蒙顿市的气温仍然在摄氏零下30度以下。只有13个月大、刚学会走路的女婴艾里卡只穿着纸尿裤和一件T恤衫走向零下30度的室外！   等她被发现时，身体已经僵硬，心脏也停止了跳动，体温已经下降到摄氏16度！   在医护人员的救助下奇迹发生了：艾里卡的心脏突然跳动了一下，接着竟然连续跳动起来！小家伙复活了。科学家因此断言：冻体复活不是梦。   事实上，人体细胞冷冻已经被广泛应用于临床，比如在治疗不育症时使用的精子冷冻、卵子冷冻、胚胎冷冻技术（—196℃）。   科学家预测，人体冷冻技术在未来的应用将十分广泛。可以把患了绝症的病人冷冻起来，几百年后当相关的技术出现后，再使其复活，经治疗而获得健康；再有，可以把字航员冷冻起来暂停人体老化的程序，数光年之后，他们抵达某个星系后解冻，他们的年龄就和离开地球时完全一样，没有任何衰老。人体冷冻技术使人的太空旅行有了实现的可能。目前不能确定人的最低致死体温。   除这种奇迹之外，有些情况也会导致体温过低：某些疾病如甲状腺功能不足、脑血管疾病或麻醉药中毒时体温也会降低。人的体温下降至20℃时，通常不能恢复。   临床上用人工冷却法使人进入麻醉状态，称为低温麻醉。体温一般不低于28℃，可以阻断血液循环10～15min脑组织和心肌机能不会遇到严重障碍，为做脑、心脏手术创造了有利条件。   上述学习的体温调节是生理性调节，动物体还可以通过自觉行为来调节体温，如不在极端环境中停留过长等。大家还可以继续思考：还有什么自觉行为可以调节体温呢？四、总结：五、作业：实验一探索温度对淀粉酶活性的影响 一、实验原理：淀粉遇碘后，形成蓝色的复合物。淀粉酶可以使淀粉逐步水解成麦芽糖和葡萄糖。麦芽糖和葡萄糖遇碘后，不形成蓝色的复合物。二、目的要求：1、初步学会探索影响美活性条件的方法。2、探索淀粉酶在不同温度下催化淀粉水解的情况。三、材料用具：质量分数为2%的新鲜淀粉酶溶液、质量分数为3%的可溶性淀粉溶液、试管、烧杯、量筒、滴管、试管夹、酒精灯、三脚架、石棉网，温度计、火柴。四、方法步骤：1、取3支洁净的试管，编上号，并且分别注入2ml可溶性淀粉溶液。2、将3支试管分别放入60℃左右的热水、沸水和冰块中，维持各自的温度5min。3、在3支试管中各注入1ml新鲜的淀粉酶溶液，摇匀后，维持各自的温度5min。4、在3支试管中各滴入1滴碘液，然后摇匀。5、观察、记录结果。第课，课题第三节免疫（2课时）第课时，课型新授。总序第个教案。编写时间执行时间 教学目的与要求：1．了解非特异性免疫的特点和功能；   2．识记淋巴细胞的起源和分化；   3．理解抗原和抗体的知识；   4．理解体液免疫和细胞免疫的过程以及两者的关系。重点难点：1、抗原和抗体的知识；2、体液免疫与细胞免疫的过程，以及体液免疫和细胞免疫的关系。教具：幻灯片。教学程序：（导入）在生活中，为什么有的人虽然接触到病菌、病毒却不会患病？为什么患过麻疹的人就不再患麻疹了？……这些都与人体的免疫有关系。那么，什么是免疫呢？免疫又有什么作用呢？一、免疫的概念：是机体的一种特殊的保护性生理功能。通过免疫，机体能够识别“自己”、排除“非己”，以维持内环境的平衡和稳定。二、免疫的功能：1、抵抗抗原的侵入，防止疾病的产生，维护人体的健康；2、及时清除体内衰老的、死亡的或损伤的细胞；3、随时识别和清除体内产生的异常细胞（如肿瘤细胞）。当上述功能异常时，就会引起疾病。例如，当第一个方面的功能过高时，对进入体内的某些药物和食物等会发生过敏反应；当第二个方面的功能异常时，会对正常的自身细胞发生反应，而出现类风湿关节炎等疾病；当第三个方面的功能异常时，有可能会发生肿瘤。非特异性免疫三、免疫的分类：特异性免疫概念：是人类在长期进化过程中形成的一种天然防御功能；四、非特异特点：人人生来就有，对多种病原体都有一定的防御作用；性免疫：结构：皮肤、黏膜等构成了第一道防线；体液中的杀菌物质、吞噬细胞构成第二道防线。在多数情况下，这两道防线可以防止病原体对机体的侵袭。如果这两道防线被突破，人体的第三道防线——特异性免疫就发挥作用了。五、特异性免疫：（一）概念：人在出生之后才产生的，针对某一特定病原体或异物起作用叫做特异性免疫。特异性免疫是机体在生活过程中接触病原微生物及抗原异物后产生的免疫力。1、对抗原有严格的针对性；（二）特点：2、是后天获得的，不能遗传；3、和相同抗原再次作用可产生更强烈的免疫反应。免疫器官：骨髓、胸腺、脾、淋巴结等；（三）物质基础：免疫细胞：淋巴细胞、吞噬细胞等；免疫物质：抗体、淋巴因子等。概念：可使机体产生特异性免疫反应的物质；异物性：抗原一般是进入人体的外来物质，如细菌、病毒、花粉等。（四）抗原：性质：大分子性：抗原常是相对分子量大于10000的大分子物质，如蛋白质； 特异性：一种抗原只能与相应的抗体或效应T细胞发生特异性结合。这种特异性取决于抗原物质表面具有某些特定的化学基团，这些化学基团叫做抗原决定簇，它是免疫细胞识别抗原的依据。（见教材P21）概念：是机体受到抗原刺激后产生的，并能和该抗原发生特异性结合的具有免疫功能的球蛋白；成分：球蛋白；分泌抗体的细胞：效应B细胞；组成抗毒素：能特异性中和外毒素的成分；（五）抗体：凝集素：使细菌发生特异性凝集的成分；分布：主要分布于血清中，少数分布于组织液中及外分泌液中；特点：专一性：一定的抗体通常只能与某一特定的抗原结合，从而促进白细胞的吞噬作用；记忆性：抗原被清除后，抗体仍然存在人体中，当同样的抗原再次侵入人体后，就会被同样的抗体加以清除。功能：能与特异性抗原结合，发生免疫反应，以消灭抗原。（六）淋巴细胞的起源：在特异性免疫中发挥免疫作用的主要是淋巴细胞。淋巴细胞是由骨髓中的造血干细胞分化、发育而来的。其中的一部分造血干细胞随血液进入胸腺，并在胸腺内发育成淋巴细胞。因为胸腺英文名称的第一个字母是“T”，所以把这一类细胞称为T淋巴细胞，简称T细胞。另一部分造血干细胞在骨髓中发育成淋巴细胞。因为骨髓英文名称的第一个字母是“B”，所以把这一类细胞称为B淋巴细胞，简称B细胞。由造血干细胞发育成的T细胞和B细胞，大部分很快死亡，只有一部分随血液转移到淋巴结、脾脏和扁桃体等部位，并随血液和淋巴在体内流动。当T细胞或B细胞受到抗原刺激时，能够增殖分化成具有免疫效应的细胞——效应T细胞或效应B细胞，进而发挥免疫作用。骨髓、胸腺、脾、淋巴结等免疫器官，淋巴细胞和吞噬细胞等免疫细胞，以及体液中的各种抗体和淋巴因子等，共同组成了人体的免疫系统，这是构成特异性免疫的物质基础。抗原进入人体以后，有的被体液中相应的抗体消灭，有的则被相应的免疫细胞消灭。前者称为体液免疫，后者称为细胞免疫。六、体液免疫：在体液中抗体和相应的抗原发生免疫反应的过程。抗体感应阶段反应阶段效应阶段1、感应阶段：抗原进入机体后，除少数可以直接作用于淋巴细胞外，大多数抗原都要经过吞噬细胞的摄取和处理，经过处理的抗原，可将其内部隐蔽的抗原决定簇暴露出来。然后，吞噬细胞将抗原呈递给T细胞，再由T细胞呈递给B细胞；有的抗原可以直接刺激B细胞。这种抗原呈递，多数是通过细胞表面的直接相互接触来完成的。 2、反应阶段：B细胞接受抗原刺激后，开始进行一系列的增殖、分化，形成效应B细胞。在这个过程中，有一小部分B细胞成为记忆细胞，该细胞可以在体内抗原消失数月乃至数十年后，仍保持对抗原的记忆。当同一种抗原再次进入机体时，记忆细胞就会迅速增殖、分化，形成大量的效应B细胞，继而产生更强的特异性免疫反应，及时将抗原清除。3、效应阶段：抗体+特异性抗原→免疫反应在这一阶段，抗原成为被作用的对象，效应B细胞产生的抗体可以与相应的抗原特异性结合，发挥免疫效应。例如，抗体与入侵的病菌结合，可以抑制病菌的繁殖或是对宿主细胞的黏附，从而防止感染和疾病的发生；抗体与病毒结合后，可以使病毒失去侵染和破坏宿主细胞的能力。在多数情况下，抗原抗体结合后会发生进一步的变化，如形成沉淀或细胞集团，进而被吞噬细胞吞噬消化等。[知识拓宽]“人的血型”血型红细胞上的凝集原血清中的凝集素可输给可接受O型O（无）A和bO、A、B、AB型O型A型AbA、AB型O、A型B型BaB、AB型O、B型AB型A、B无AB型O、A、B、AB型七、细胞免疫：免疫细胞消灭宿主细胞内抗原的过程。感应阶段反应阶段效应阶段1、感应阶段：这一阶段与体液免疫的感应阶段基本相同。2、反应阶段：T细胞接受抗原刺激后，开始进行一系列的增殖、分化，形成效应T细胞。在这个过程中，有一小部分T细胞成为记忆细胞。当同一种抗原再次进入机体时，记忆细胞就会迅速增殖、分化，形成大量的效应T细胞，继而产生更强的特异性免疫反应。3、效应阶段：效应T细胞+靶细胞→靶细胞裂解死亡在这一阶段，效应T细胞与被抗原入侵的宿主细胞（即靶细胞）密切接触，激活靶细胞内的溶酶体酶，使靶细胞的通透性改变，渗透压发生变化，最终导致靶细胞裂解破坏。细胞内的抗原也因失去藏身之地而为抗体消灭。与此同时，效应T细胞还能释放出可溶性免疫活性物质——淋巴因子，如白细胞介素、干扰素等。淋巴因子大多数是通过加强各种有关细胞的作用来发挥免疫效应的。如白细胞介素—2能够诱导产生更多的效应T细胞，并且增强效应T细胞的杀伤力；还能增强其它有关的免疫细胞对靶细胞的杀伤作用。小结：1、由此可见，特异性免疫反应大体上都可以分为三个阶段：感应阶段是抗原处理、呈递和识别的阶段；反应阶段是B细胞、T细胞增殖分化，以及记忆细胞形成的阶段；效应阶段是效应T细胞、抗体和淋巴因子发挥免疫效应的阶段。2、与免疫有关的细胞的比较：细胞名称来源功能 吞噬细胞造血干细胞处理、呈递抗原，吞噬抗体抗原结合体B细胞造血干细胞识别抗原，分化成为效应B细胞和记忆细胞T细胞造血干细胞在胸腺中发育识别、呈递抗原，分化成为效应T细胞和记忆细胞效应B细胞B细胞或记忆细胞分泌抗体效应T细胞T细胞或记忆细胞分泌淋巴因子，与靶细胞结合发生免疫反应记忆细胞B细胞或T细胞识别抗原，分化成相应的效应细胞注意：以上6种细胞，只有效应B细胞不能识别抗原。八、体液免疫和细胞免疫的关系：各具功能，相互配合。1、体液免疫与细胞免疫的关系：作用独特，相互配合，共同发挥免疫效应。2、细胞免疫与体液免疫的不同：主要表现在第三阶段，免疫类型比较项目体液免疫细胞免疫作用对象抗原被抗原侵入的宿主细胞（即靶细胞）作用方式效应B细胞产生的抗体与相应的抗原特异性结合1、效应T细胞与靶细胞密切接触；2、效应T细胞释放淋巴因子，促进细胞免疫的作用。在特异性免疫反应中，体液免疫和细胞免疫之间，既各自有其独特的作用，又可以相互配合，共同发挥免疫效应。例如，进入人体内的细菌外毒素，需要有特异的抗毒素与它结合，才能使它丧失毒性，因此主要是体液免疫发挥作用；结核杆菌、麻风杆菌等是细胞内寄生菌，也就是寄生在宿主细胞内，而抗体是不能进入宿主细胞内的，这就需要通过细胞免疫的作用才能将这些病菌消灭；而在病毒感染中，则往往是先通过体液免疫的作用来阻止病毒通过血液循环而播散，再通过细胞免疫的作用来予以彻底消灭。九、总结：（略）十、作业：十一、后记：（一）“对于特异性的理解要注意以下几个问题：”1、骨髓中造血干细胞由于发育场所的不同而成为不同的淋巴细胞。在骨髓中发育的成为B细胞，在胸腺中发育的成为T细胞。这两种细胞的存在是建立特异性免疫的前提；2、抗原须同时有异物性、大分子性和特异性，其中以特异性为显著特征。在身体内的弹片，由于没有大分子和特异性，而不能成为抗原。3、T细胞接受吞噬细胞处理过的抗原而增殖分化成为效应T细胞。效应T细胞可与靶细胞接触而消灭抗原，它还可以分泌淋巴因子而增强它的杀伤力。4、B细胞接受T细胞转运来的抗原或直接受抗原刺激分化为效应B细胞。效应B细胞分泌抗体，抗体与相应的抗原结合而清除抗原。5、记忆细胞在初次感染时与效应细胞产生的同时产生。它记忆了相应抗原的特性。当再次感染时，记忆细胞迅速增殖分化成相应的效应细胞而发挥免疫作用。免疫（二）体液免疫： （三）细胞免疫：第课，课题二免疫失调引起的疾病第课时，课型新授。总序第个教案。编写时间执行时间教学目的与要求：1．知道过敏反应、自身免疫病和免疫缺陷病。2．了解艾滋病的危害、传播途径和预防措施。3．知道免疫学的应用。    重点难点：1、过敏反应 。  2．免疫缺陷病。  教具：幻灯片。教学程序：（导入）人体的免疫功能正常时，可以对非己抗原产生体液免疫和细胞免疫，对机体发挥免疫保护作用。免疫功能失调，就像内分泌激素异常一样，有免疫功能过高和过低两种类型，免疫功能过高则引发过敏反应和自身免疫疾病；免疫功能过低则分为免疫功能不足或缺乏，统称免疫缺陷病。因此，当免疫功能失调时，可以引起过敏反应、自身免疫病或免疫缺陷病等，损害人体的健康。一、过敏反应：生活中同学常会发现这样一些现象：有的人吃了鱼，虾等食物后，会发生腹疼、腹泻、呕吐，或是皮肤奇痒难熬；有的人吸入花粉或尘土后，会发生鼻炎或哮喘；有的人注射了青霉素后会发生休克等等。这些都是过敏的表现。那么，什么是过敏反应呢？1、概念：是指已免疫的机体在再次接受相同物质的刺激时所发生的反应。2、特点：（1）发作迅速、反应强烈、消退较快；（2）一般不会破坏组织细胞，也不会引起组织损伤，有明显的遗传倾向和个体差异。3、过敏原：引起过敏反应的物质，如花粉、室内尘土、鱼虾、牛奶、蛋类、青霉素、磺胺、奎宁等。的表面4、机理：有舒张血管的作用。结果：毛细血管渗透压增大，渗出液体众多，出现局部红肿，灼热、流涕等。治疗：注射抗组织胺药剂，可缓解。当某些人接触到过敏原时，在过敏原的刺激下，由效应B细胞产生抗体，这些抗体吸附在皮肤、呼吸道或消化道黏膜以及血液中某些细胞的表面。当相同的过敏原再次进入机体时，就会与吸附在细胞表面的相应抗体结合，使上述细胞释放出组织胺等物质，引起毛细血管扩张、血管壁通透性增强、平滑肌收缩和腺体分泌增多等。（1）上述反应如果出现在皮肤，则出现红肿、寻麻疹等；（2）如果发生在呼吸道，则出现流涕、喷嚏、哮喘、呼吸困难等；（3）如果发生在消化道，则出现呕吐、腹痛、腹泻等。个别病情严重的，可因支气管痉挛、窒息或过敏性休克而死亡。[思考]过敏反应中出现局部红肿的原因。[分析]过敏反应是一种免疫反应，过敏反应的第一步是与过敏原互补的体液抗体，只要是IgE大量增生。IgE抗体是一种亲细胞抗体，能附着在肥大细胞和嗜碱性粒细胞表面，使这些细胞变成敏感细胞。这些敏感细胞富含分泌粒，主要分布在皮肤下与呼吸系统、消化系统等的黏膜表面。接受了IgE抗体的敏感细胞再遇到过敏原时，过敏原即与这些细胞上的受体结合，使这些细胞大量分泌组织胺等物质。组织胺有舒张血管的作用。结果毛细血管渗透性重大，渗出液体众多，出现局部红肿，灼热等。5、预防方法：由于过敏反应是机体接触过敏原而引起的，所以，（1）找出过敏原； （2）避免再次接触过敏原；（3）医学就诊。如果自己找不出过敏原，可由医生用医学方法检测出来；已经发生过敏反应的人，应当及时去医院诊断治疗。小结：过敏反应是由于免疫功能高而对进入机体的抗原的识别范围扩大；将一些不是大分子的物质或正常机体不识别为抗原的物质识别为抗原，正因为如此，这些抗原称为过敏原。由过敏原引起的产生的抗体和由抗原引起的抗体的比较如下：性质分布反应时机反应结果过敏反应中抗体球蛋白吸附在皮肤、消化道或呼吸道黏膜、某些细胞表面机体第二次接触过敏原时发生使细胞释放组织胺，从而引发过敏反应体液免疫中的抗体球蛋白血清、组织液、外分泌液机体第一次接触抗原就发生免疫反应使抗原沉淀或形成细胞集团二、自身免疫病：一般的情况，人体的免疫系统具有分辨“自己”和“非己”成分的能力，通常不会对自身成分发生免疫反应。但是，在某些特殊情况下，人体的免疫系统也会对自身成分起作用，发生自身免疫反应。1、概念：自身免疫反应应对自身的组织和器官造成了损伤并出现了症状，就称为自身免疫病。2、常见病：风湿性心脏病、类风湿关节炎、系统性红斑狼疮等。例如，风湿性心脏病：是酿脓链球菌的表面有一种抗原决定簇，与心脏瓣膜上的一种物质的表面结构十分相似；当人体感染了这种病菌后，免疫系统产生的抗体不仅向病菌发起进攻，而且也向心脏瓣膜发起进攻。结果，在消灭病菌的同时，心脏也受到了损伤，使人得了风湿性心脏病，即这是一种自身免疫病。另系统性红斑狼疮详见教材P25小字体。小结：自身免疫病是机体对自身细胞的抗原识别范围扩大的结果。在正常机体内的衰老的、死亡和突变的细胞都可成为抗原，而被机体清除，这些细胞已经不是正常细胞，成为“非己”成分了。自身免疫病的患者不但将这些死亡、衰老和变异的细胞清除，也将正常细胞认定了抗原而加以排斥，从而发病。三、免疫性缺陷病：1、概念：是指由于机体免疫功能不足或缺乏而引起的疾病。先天性免疫缺陷病：是由于遗传而使机体生来就有的；2、种类获得性免疫缺陷病：是由于疾病和其它因素引起的，大多数属于此类，如艾滋病。3、艾滋病（AIDS）：是获得性免疫缺陷综合症的简称。于1981年在美国发现，现已在全世界传播蔓延。（1）病因：是由“人类免疫缺陷病毒（HIV）”引起的。HIV能攻击人体的免疫系统，特别是能够侵入T细胞，使T细胞大量死亡，导致患者丧失一切免疫功能，各种传染病则乘虚而入。人体感染HIV后，经过2~10年的潜伏期，可发展成艾滋病。艾滋病患者一般在两年内死亡。（2）HIV的存在：存在于艾滋病患者和带病毒者的血液、精液、唾液、泪液、尿液和乳汁中；（3）HIV的传播：通过性滥交、毒品注射、输血、输入血液制品或使用未消毒的、病人用过的注射器而传染的。小结：获得性免疫缺陷综合症是HIV病毒侵入了T细胞引发的疾病。T细胞大量死亡，使抗原的识别、呈递（给B细胞）发生障碍，结果是不会出现效应B细胞，也不出现效应T细胞，因而这样的人丧失一切特异性免疫功能。（4）初期症状：全身淋巴结肿大，不明原因的持续性发烧，夜间盗汗，食欲不振，精神疲乏等；晚期症状：肝、脾肿大，并发恶性肿瘤，极度消瘦，腹泻便血，呼吸困难，心力衰竭，中枢神经麻痹，最终死亡。 （5）预防的主要措施：①洁身自爱，不与配偶以外发生性关系；②不与他人共用牙刷和剃须刀；③不用未经消毒的器械纹眉、穿耳等；④医疗时使用的注射器及检查和治疗器械必须要经过严格消毒；⑤需要输入的血液和血液制品，必须经过艾滋病病毒抗体检测。　四、免疫学的应用：免疫学的应用范围十分广阔。1、免疫预防：（1）概念：是指通过预防接种，把疫苗接种到人体内，使人产生对传染病的抵抗能力，增强人的免疫力的措施。（2）方式：预防接种。如接种卡介苗、脊髓灰质炎疫苗麻疹疫苗等；通过预防接种，不仅能够增强人体的免疫力，控制传染病的流行，而且消灭了天花等疾病。（3）所以实践证明，免疫预防是使人类免受某些传染病折磨的有效措施，但不能预防所有传染病。2、免疫治疗：输入抗体、胸腺素、淋巴因子或某些药物等，从而调整病人的免疫功能，从而达到治疗疾病的目的。例如，临床上给抗体缺陷患者注射从混合的健康人血清中提取出来的、针对多种病菌的抗体，可以提高患者的抗感染力。（见教材P27）注：免疫预防和免疫治疗分别是患病前和患病后的治疗措施。3、器官移植：（1）概念：把用正常的器官置换丧失功能的器官，以重建其生理功能的技术，叫做器官移植。由于每个人的细胞表面，都带有一组与别人不同的组织相容性抗原（即人类白细胞抗原，简称HLA），如果将别人的器官移植到病人身上，病人的免疫系统就会认出这是“非己”成分而加以排斥。因此，器官移植的成败。主要取决于供者与受者的HLA是否一致或相近。而事实上，除了同卵双胞胎以外，要想从世界上找到两个完全一致的人是不可能的。研究表明，只要供者与受者的主要HLA（这种抗原引起的免疫反应快而强）有一半以上相同，就可以进行器官移植。由于供者与受者的HLA一般不可能一致，为了减轻器官移植后所要发生的排斥反应，病人还要长期使用免疫抑制药物，使免疫系统变得“迟钝”，这样，植入的器官就可以长期存留了。五、总结：六、作业：七、后记：关于“HIV”HIV是一种反转录病毒，含有2个单链RNA，能产生反转录酶，因而RNA可作为模板而反转录为DNA。HIV主要是侵染T细胞，也能侵染巨噬细胞、某些B细胞以及其它细胞。在寄主细胞中，病毒可迅速复制，新病毒粒随血液而流到身体各处，再侵入新的细胞中。HIV还可以在反转录为DNA后，将DNA拼接到寄主细胞的DNA分子中，成为原病毒而潜伏，人的免疫系统对此就无能为力了。更重要的是，HIV作为抗原分子，每繁殖一次，新的病毒粒都要发生一些有别于原来病毒分子的变异，这就使寄主的抗体难于识别而不能把它们及时消灭。湖南省安仁县第一中学 教师备课本科目高中生物年级高三年级任课老师曹显平公元2004年下期RJ602NO．2第课，课题第二章光合作用与生物固氮第课时，课型新授。总序第个教案。编写时间执行时间教学目的与要求：1．知道光能在叶绿体中如何转换成电能，进而转换成活跃的化学能的过程；2、了解NADPH和ATP中活跃的化学能，在暗反应中转换为储存在糖类等有机物中稳定化学能的过程； 3、识记C3植物和C4植物在叶片结构上的区别   4、识记C4植物固定二氧化碳的能力明显提高的原因重点难点：1、能量的变化是由光能转换成电能，再由电能转换成活跃的化学能； 2、光合作用过程中的能量在叶绿体中的转换；3、C3植物和C4植物在叶片结构上的区别及C3植物光合作用的特点。教具：幻灯片。教学程序：（导入）粮食问题是当今世界面临的重大问题之一，粮食危机严重地影响着人类的生存和发展。我国的可耕地面积仅占世界总量的7%，需要养活的人口却占世界人口的22%，满足人们对粮食的需求，提高粮食产量，事关重大。因此，提高农作物的光合作用利用率和通过生物固氮为农作物提供氮素，可以使粮食产量明显提高。第一节光合作用（3课时）一、概念：是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。光合作用是叶绿体内进行的一个复杂的能量转换和物质变化过程。从能量方面看，光合作用将光能最终转换成稳定的化学能；从物质方面看，光合作用包括水在光下分解并释放氧气、二氧化碳的固定和还原，以及糖类等有机物的形成。人们要想提高农作物的光合作用效率，就必须对光合作用中能量转换和物质转变过程进行深入的研究。二、光能在叶绿体中的转换：介绍一个生物小实验：利用一台正负电荷检验器，贴近在室内生长的花卉以及在室外生长的植物的茎、叶后，检验结果发现有些植物带有负电荷，还有的植物未有此现象；经进一步检测在早、中、晚不同时段植物的带电情况，同时对室内花卉进行暗处理后做对照检测，结果发现：一些茎叶宽大的植物在有光的情况下均带有负电荷，并且在一天当中以中午和下午3时左右带电最强，无光情况下所有的植物都不带电。得出植物在光合作用过程中能够把光能转换成电能的结论。引导学生推导出光能在叶绿体中转换的三个步骤的发生部位及反应阶段。即包括光能转换成电能；电能转换成活跃的化学能；活跃的化学能转换成稳定的化学能。光能转换成电能属于光反应阶段电能转换成活跃的化学能活跃的化学能转换成稳定的化学能：属于暗反应阶段。在上述过程中，二氧化碳和水最终转化成糖类等有机物并且释放出氧气，稳定的化学能就储存在糖类等有机物中。1、光能转换成电能：（图见教材P29）复习回忆叶绿体结构，特别是与光能的吸收、传递和转换有关的色素的种类、功能和位置以及与光合作用有关的酶的位置，引导学生通过对示意图的观察、分析、讨论，依次解决以下问题：（1）A、B表示色素，它们分别代表什么色素以及各自的作用。   思考：光能在色素分子之间通过什么方式进行传递？   （提供资料：光能在色素之间以诱导共振的方式进行传递。） （2）特殊状态的叶绿素a在光的照射下发生了什么变化？（3）特殊状态的叶绿素a失去的电子是怎样传递的，自身的氧化还原性质的前后变化情况怎样？  （4）脱离叶绿素a的电子，经过一系列的传递，最后传递给什么物质？（阅读教材中的小资料。）   （5）失去电子的叶绿体a最终从什么物质中获得电子，而恢复稳定状态？该物质发生了什么变化？并尝试写出物质变化的反应简式。 （6）特殊状态的叶绿素a在光照下连续不断失电子和得电子形成电子流，从物理学角度，表示能量形式发生了什么变化？  （7）能量转换的场所？（叶绿体的囊状结构即类囊体。）小结：      [思维发散]：要求学生分析回答氧气的来源和产生的原因，回忆氧气来自于水的光解的发现过程和方法。并启发思考绿色植物这种独有的现象在不同领域特别是宇宙空间、国防现代化和能源发展等方面的广阔应用和研究前景。同时提出水的光解中电子的传递和氢离子的去路的问题，引出1、电能转换成活跃的化学能：在叶绿体的囊状结构的薄膜上发生的能量转换的两个步骤，由光能转换成电能，由电能进一步转换成活跃的化学能是连续不可分割的过程，光合作用中光合磷酸化与电子传递是偶联的。分析：  （1）少数特殊状态的叶绿素a分子电荷分离的根本原因。  （2）形成电子流的化学原理。  （3）水的光解产生的电子和氢离子最终传递给什么物质，并生成了什么物质？反应需何条件？尝试写出物质变化的反应式。  （4）在电子传递过程中还形成了什么物质？写出其反应式。  （5）在物质形成过程中，能量形式发生的变化情况。  （6）电能转换成的活跃的化学能，贮存在什么物质中？  （7）能量转换的场所？小结：2、活跃的化学能转换成稳定的化学能：回忆以下问题：   （1）ATP和NADPH在细胞中的含量？属于光合作用的什么产物？   （2）ATP和NADPH参与暗反应阶段的什么过程的反应？   （3）在此过程中能量形式发生的变化以及场所？   回忆ATP在细胞内数目不多并容易水解释放高能磷酸键所储存的能量的特点，同时介绍NADP+很容易与氢结合而被还原，在需要氢的反应中，有很容易与氢分离的特性。通过提问的 方式强调与高二学习中的有区别的知识内容：  （1）一个被还原的物质再氧化时是吸收能量还是释放能量？  （2）ATP和NADPH在暗反应阶段CO2的还原中各自的作用。   （3）ATP和NADPH在不同阶段自身不断氧化还原的变化情况以及在光反应和暗反应阶段的联系中所起的作用。小结：板书设计第二章第一节一光能在叶绿体中的转换三、C3植物和C4植物：[引言]光合作用是在叶绿体内进行的一个复杂的能量转换和物质变化过程，是地球上最基本的物质代谢和能量代谢。由于光合作用如此重要，它很早就吸引了许多科学家的兴趣。一个世纪以来，为了探寻光合作用的具体化学反应过程，科学家进行了大量的研究，诞生出众多的科学巨人，如在必修教材中涉及到的海尔豪特、普利斯特利、萨克斯、恩吉尔曼、鲁宾和卡门等，其中美国化学家卡尔文因揭示了植物光合作用暗反应的机理而获得了1961年的诺贝尔化学奖。 [导入新课]提供材料：《卡尔文与地球上最重要的化学反应》。   卡尔文（Me1vinCa1vin1911～1997）生于美国明尼苏达州，1931年获得密欧根采矿技术学院的化学学士学位，1935年获明尼苏达州大学的博士学位，1944年到1945年在曼哈顿计划中从事铀的研究。   1940年，鲁宾（S.Ruben）和卡门（M.Kanmen）发现了碳的长寿命同位素14C，使卡尔文有了一种理想的工具来追踪二氧化碳是如何在暗反应中一步步变成碳水化合物的。在卡尔文的研究过程中，14C成了主要工具，发挥了特别重要的作用。   卡尔文在一个装置中放入进行光合作用的小球藻悬浮液，注入普通的二氧化碳，然后按照预先设定的时间长度向装置中注入14C标记的二氧化碳，在每个时间长度结束时，杀死小球藻，使酶反应终止，提取产物进行分析。他通过色谱分析法发现当把光照时间缩短为几分之一秒时，磷酸甘油酸（C3）占全部放射性的90％，这就证明了磷酸甘油酸（C3）是光合作用中由二氧化碳转化的第一个产物。在5秒钟的光合作用后，卡尔文找到了含有放射性的C3、C5和C6。   在实验中，卡尔文发现在光照下C3和C5很快达到饱和并保持稳定。但当把灯关掉后，C3的浓度急速升高，同时C5的浓度急速降低。如果在光照下突然中断二氧化碳的供应，则C5就积累起来，C3就消失。分析材料，结合所学内容回答问题：   1．在文中，卡尔文运用了哪些研究方法？（放射性同位素标记法、色谱分析法）   2．被标记的碳元素首先出现在哪一种化合物中？（磷酸甘油酸C3）   3．文中的最后一段说明了什么问题？（C5是二氧化碳的受体，C3是二氧化碳固定后的产物）复习总结C3植物暗反应特点。介绍C4植物的发现过程。   澳大利亚科学家M.D.Hatch和C.R.Slack在研究玉米、甘蔗等原产热带地区的绿色植物发现，当向这些绿色植物提供14C时，光合作用开始后的1秒内，90％以上的14C出现在含有四个碳原子的有机酸（C4）中。随着光合作用的进行，C4中的14C逐渐减少，而C3中的14C逐渐增多。分析上述材料。 得出结论：说明在这类绿色植物的光合作用中，CO2中的C原子首先转移到C4中，然后才转移到C3中。简单地说，对于小麦、水稻等大多数绿色植物来说，在暗反应阶段中，一个CO2被一个五碳化合物固定以后，形成的是两个三碳化合物。但是，科学家在研究玉米、甘蔗等原产在热带地区绿色植物的光合作用时发现，当向这些绿色植物提供14CO2时，光合作用开始后1S内，竟有90%以上的14C出现在含有四个碳原子的有机酸（用C4表示）中。随着光合作用的进行，C4中的14C逐渐减少，而C3中的14C逐渐增多。这说明在这类绿色植物的光合作用中，CO2中的C首先转移到中C4，然后才转移到C3中。科学家将这类植物叫做C4植物；将仅有C3的植物叫做C3植物。C3植物和C4植物不仅固定CO2的途径不同，而且叶片结构也具各自的特点。（一）C3植物和C4植物：1、C3植物：CO2C3（CH2O）2、C4植物：CO2C4CO2C3（CH2O）（二）C3植物和C4植物叶片结构的特点：（演示实验显示）绿色植物的叶片中有由导管和筛管等构成的维管束，围绕着维管束的一圈薄壁细胞叫做维管束鞘细胞。 （三）C3植物和C4植物举例：（详见教材P29）1、C3植物：典型的温带植物，如水稻、小麦、大麦、大豆、烟草、马铃薯、菜豆和菠菜等；现在已经知道，蕨类植物、裸子植物和木本被子植物都是C3植物；2、C4植物：典型的热带或亚热带植物，如玉米、高粱、甘蔗、苋菜等；只有草本被子植物中才有C4植物。科学研究表明，C3植物和C4植物由于叶片结构有差异，所以两者固定CO2的途径也不一样。（四）C3和C4途径：1、C3途径：光合作用固定CO2的途径，发生在C3植物体内；2、C4途径：发生在C4植物体内固定CO2的途径。下面重点来学习C4植物的光合作用：（五）C4植物光合作用的特点：（图见教材P32）1、既有C3途径，又有C4途径。2、大大提高了固定CO2的能力。C4植物能利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用，所以比C3植物具有较强的光合作用。在C4植物叶肉细胞的叶绿体中，在有关酶的催化作用下，一个CO2被一个叫做磷酸烯醇式丙酮酸的三碳化合物（英文缩写是PEP）所固定，形成一个C4。C4进入维管束鞘细胞的叶绿体中，释放出一个CO2，并且形成一个含有三个碳原子的有机酸——丙酮酸。释放出来的CO2先被一个C5固定，然后很快形成两个C3。在有关酶的催化作用下，一些C3接受NADPH和ATP释放出的能量并且被NADPH还原，然后经过一系列复杂的变化，形成糖类等有机物；另一些C3则经过复杂的变化，又形成C5，从而使暗反应阶段的化学反应不断地进行下去。丙酮酸则再次进入到叶肉细胞中的叶绿体内，在有关酶的催化作用下通过ATP提供的能量，转化成PEP，PEP则可以继续固定CO2。由此可见，C4植物光合作用中的C4途径发生在叶肉细胞的叶绿体（场所）内，C3途径发生在维管鞘细胞的叶绿体内，两者共同完成二氧化碳的固定。C4植物利用PEP将CO2固定在C4中，C4经过一系列的变化后，又把CO2释放出来，这有什么意义呢？原来，C4途径中能够固定CO2的那种酶，对CO2具有很强的亲和力，可以促使PEP把大气中含量很低的CO2以C4的形式固定下来，并且使C4集中到维管束鞘细胞内的叶绿中，供维管束鞘细胞内叶绿体中的C3途径利用。科学家把C4植物的这种独特作用，形象地比喻成“二氧化碳泵”。同C3植物相比，C4植物大大提高了固定CO2的能力。在高温、光照强烈和干旱的条件下，绿色植物的气孔关闭。这时，C4植物能够利用叶片内细胞间隙中含水量很低的CO2进行光合作用，而C3植物则不能。这就是C4植物比C3植物具有较强光合用的原因之一。四、提高农作物的光合作用效率：（一）光合作用效率：指绿色植物通过光合作用制造的有机物中所含有的能量，与光合作用中吸收的光能的比值。 提高农作物产量的重要条件之一，是提高农作物对光能的利用率。要提高农作物对光能的利用率，除了延长光照时间和增强光合作用面积以外，还应当提高农作物的光合作用效率。（二）提高农作物光合作用效率的方式：1、控制光照的强弱。光照是光合作用的条件之一，直接影响农作物光合作用效率的提高。但是，不同的农作物，对光照强弱的需求不同。（1）阳生植物：需要强的光照来进行光合作用，只有强的光照才能生长发育好，才能提高光合作用效率，如水稻、玉米、向日葵、松树、柳树等，阳生植物应种植在阳光充裕的地方；（2）阴生植物：进行光合作用时不需要太强的光照，太强的光照不利于生长发育，也不利于提高光合作用效率，如胡椒、人参、三七等，阴生植物应种植在隐蔽的地方。2、二氧化碳的供应：科学家通过研究绿色植物周围空气中二氧化碳含量与光合作用强弱的关系，得到下面曲线：从图中可知，二氧化碳的含量很低时，绿色植物不能制造有机物，随着二氧化碳含量的提高，光合作用逐渐增强；当二氧化碳含量提高到一定程度时，光合作用的强度不再随二氧化碳含量的提高而增强。可见，绿色植物周围空气中二氧化碳的含量，直接影响绿色植物的光合作用效率。农作物周围空气中CO2的含量通常比较低，并且随着光合作用的进行还会降低，使植株经常处于“二氧化碳饥饿”的状态，这显然不利于提高光合作用效率。对于农田里的农作物来说，确保良好的通风透光，既有利于充分利用光能，又可以使空气不断地流过叶面，有助于提供较多的CO2，从而提高光合作用效率。对于温室里的农作物来说，通过增施农家肥或使用二氧化碳发生器等措施，可以增加温室中二氧化碳的含量，同样可以提高农作物的光合作用效率。如果CO2浓度过高，光合作用不但不会增加，反而要下降，甚至引起植物CO2中毒而影响植物正常的生长发育。[增加CO2浓度的利与弊]我们知道，空气中CO2的含量一般是330mg/L，这与农作物进行光合作用时最适的CO2浓度（1000mg/L）相差甚远，特别是在密植栽种、水肥充足的情况下，农作物需要的CO2就更多。显然，只靠空气中CO2的浓度差所形成的扩散作用来补充CO2远远不能满足农作物进行光合作用时对CO2的需要。通风良好则能使大量的空气（内含CO2）流过叶面，（故古有“正其行，通其风”）这显然有利于光合作用的正常进行。有三种措施可以提高农田CO2的浓度：①控制好农作物的密度，即合理密植，使农田后期通风良好；②增施有机肥料，原理是利用土壤微生物分解有机物时，会释放出较多的CO2；③适当施用碳酸氢铵肥料，碳酸氢铵分解后后能够释放出较多的CO2。必须强调指出的是，空气中高浓度CO2可以强烈地吸收红外线。这样，随着大气中CO2浓度的不断提高，太阳辐射能在大气中就会“易入难出”，从而使地球好象温室一样逐渐变暖，这就会造成冰川融化、海面上升和气候异常。因此，农田中增施CO2也要适量，避免促成“温室效应”。3、必需矿质元素的供应：绿色植物进行光合作用时，需要多种必需的矿质元素，除了教材中所提到的N、P、K、Mg外，S、Fe、Mn、Cu、Zn、Cl等也参与光合机构的组成或运行。例如，（1）N——酶、ATP以及NADP+；（2）Mg——叶绿素； （3）P——ATP以及NADP+；在维持叶绿体膜的结构和功能上起着重要的作用。因为科学家发现，用磷脂酶将离体叶绿体膜结构上的磷脂水解后，在原料和条件都具备的情况下，这些叶绿体的光合作用受到明显的阻碍。（4）K——绿色植物通过光合作用合成糖类，以及将糖类运输到块根、块茎和种子等器官中，都需要K。（合成、运输糖类需K。）以上例子说明，只有保证植物必需矿质元素的供应，才能使光合作用顺利地进行下去。但是，必需矿质元素的供应如果过量，也会给农作物的生长、发育带来危害，例如，N肥施用过多，会造成农作物倒伏，从而影响农作物光合作用效率的提高。五、总结：（略）六、作业：（详见资料）七、后记：第课，课题第二节生物固氮第课时，课型新授。总序第个教案。编写时间执行时间教学目的与要求： 重点难点：教具：幻灯片。教学程序：（导入）在农业生产上，同学们可能有这么一些发现，豆科植物往往不需要施肥，也能有好的收成；如果其它的植物（如水稻、小麦等）也能像豆科植物不要施肥，那就可以大大地节约成本。那么，为什么水稻等植物不能像豆科植物一样不施肥也能收获呢？这就与生物固氮有关。也许有的同学注意过了，如果把豆科植物拔出来，会发现豆科的根部有许多一粒一粒的，这就是豆科植物的根瘤，在根瘤里面，有大量的根瘤菌，根瘤菌可以将空气中的氮变为含氮的养料，供豆科植物利用，这属于自然界中的生物固氮现象。而水稻等无根瘤菌的植物则不能，但科学家在进行这方面的研究。一、生物固氮的概念：指固氮微生物将大气中的氮还原成氨的过程。二、固氮微生物的种类：人们现在所知道的固氮微生物都属于个体微小的原核生物，所以固氮微生物又叫固氮微生物。根据固氮微生物的固氮特点以及与植物的关系，可以将它们分为自生固氮微生物、共生固氮微生物和联合固氮微生物三类。（一）共生固氮微生物：1、概念：是与指一些绿色植物互利共生的固氮微生物，如根瘤菌。根瘤菌在土壤中分布广泛，但只有侵入到豆科植物的根内才能固氮。根瘤菌固定的氮素，占自然界生物固氮总量的绝大部分。（实验演示，观察根瘤与根瘤菌的形态，引导学生总结根瘤菌的形态特征）2、举例：根瘤菌。（1）形态特征：呈棒槌形，“T”形或“Y”形。代谢类型：异养需氧型。专一性：不同的根瘤菌，各自只能侵入特定种类的豆科植物：有的根瘤菌只（2）生理特征：能侵入一种豆科植物，如大豆根瘤菌只能侵入大豆的根；有的根瘤菌能侵入多种豆科植物，如蚕豆根瘤菌可侵入蚕豆、菜豆和豇豆的根。与豆科植物互利共生：豆科植物通过光合作用制造有机物，一部分供给根瘤菌；根瘤菌通过生物固氮制造的氨，则供给豆科植物。（3）根瘤的形成：豆科植物幼苗长出后，土壤中与该种豆科植物相适应的根瘤菌就侵入到根内。根瘤菌在根内不断地繁殖，并且刺激根内的一些薄壁细胞分裂，进而使该处的组织逐渐膨大，形成根瘤。据科学家分析，豆科植物从根瘤获得的氮素，占其一生中所需氮素的30~80%。所以说，一个根瘤就是一座“小氮肥厂”。衰老的根瘤破溃后，里面的根瘤菌和一些含氮化合物则遗留在土壤中。（二）自生固氮微生物：1、概念：指在土壤中能独立进行固氮的微生物。其中，多数是一类叫做自生固氮菌的细菌。2、举例：圆褐固氮菌：（1）形态特征：大多是杆菌或短杆菌，单生或对生。经过两三天的培养，成对的菌体呈“8”字形排列，并在外面有一层厚厚的荚膜。（2）作用：具有较强的固氮能力，并且能分泌生长素，促进植株的生长和果实的发育。因此，将圆褐固氮菌制成菌剂，施用到土壤中，可以提高农作物的产量。（实验介绍）三、生物固氮过程简介： 生物固氮是固氮微生物特有一种生理功能。固氮过程是在细胞内固氮酶的催化作用下进行的。不同固氮酶，催化作用的情况基本相同，可用下面的反应式概括地表示：分析上面的反应式可以看出，分子氮的还原过程是在固氮酶的催化作用下进行的。注意三点：1、ATP一定要与镁结合，形成Mg—ATP复合物后才能起作用；2、固氮酶具有底物多样性的特点，除了能够催化N2还原成NH3以外，还能催化乙炔还原成乙烯（固氮酶催化乙炔还原成乙烯的化学反应，常被科学家用来测定固氮酶的活性）等；3、生物固氮过程中实际上还需要黄素氧还蛋白和铁氧还蛋白参与，这两种物质作为电子载体能够起到传递电子的作用。铁蛋白与Mg—ATP结合以后，被黄素氧还蛋白或铁氧还蛋白还原，并与钼铁蛋白暂时结合以传递电子。铁蛋白每传递一个e给钼铁蛋白，同时伴随有两个Mg—ATP的水解。在这一催化反应中，铁蛋白反复氧化和还原，只有这样，e和H+才能依次通过铁蛋白和钼铁蛋白，最终传递给N2和乙炔，使它们分别还原成NH3和乙烯。小结：在固氮酶将N2还原成NH3的过程中，需要e和H+，还需要ATP提供能量。简单地说，生物固氮的过程是：在ATP提供能量的情况下，e和H+通过固氮酶传递给N2和乙炔，使它们分别还原成NH3和乙烯。四、生物固氮的意义：（见教材P39）1、生物体内有机氮的合成：植物吸收土壤中的铵盐和硝酸盐，进而将这些无机氮同化成植物体内的蛋白质等有机氮。2、氨化作用：动植物遗体、排出物和残落物中有机氮被微生物分解后形成氨的过程。3、硝化作用：在有氧的条件下，土壤的氨或铵盐在硝化细菌的作用下最终氧化成硝酸盐的过程。注：氨化作用和硝化作用产生的无机氮，都能被植物吸收利用。4、反硝化作用：在氧气不足的条件下，土壤中硝酸盐被反硝化细菌等多种微生物还原成亚硝酸盐，并且进一步还原成分子态氮而返回到大气中的过程。5、固氮作用：大气中的分子态氮还原成氨的过程。没有固氮作用，大气中的分子态氮就不能被植物吸收利用。地球上固氮作用的途径有三种：生物固氮，工业固氮（用高温、高压和化学催化的方法，将氮转化成氨）和高能固氮（如闪电等高空瞬间放电所产生的高能，可以使空气中的氮与水中的氢结合，形成氨和硝酸，氨与硝酸则由雨水带到地面）。据科学家估算，每年生物固氮的总量占地球上固氮总量的90%左右，可见生物固氮在地球的氮循环中具有十分重要的作用。五、生物固氮在农业生产中的应用： 1．20世纪初以来，全球农作物单位面积产量不断增长，在一定程度上依赖于氮素化肥的施用量不断增加。农作物依赖于施用氮素化肥所获得的增产实际上是以消耗能源和污染环境为代价的。在现代化农业中，生物固氮具有提高农作物产量和增强土壤肥力的作用。2．土壤获得氮素消耗和补充的途径。3．生物固氮在农业生产中的应用实例：拌种、绿肥。4．人类自从发现豆科植物与根瘤菌共生结瘤固氮现象以来，对生物固氮研究己有一百多年之久，我国对生物的共生固氮现象也进行了长达六十余年的探索性研究。围绕着培育新的固氮植物，通过生物技术改造固氮微生物和现有的农作物，使新的固氮菌与新的农作物更容易形成共生固氮关系。可以肯定，生物固氮工程的研究已经进入一个新的历史阶段，扩大生物间共生固氮范围和将豆科植物的固氮能力转移到非豆科植物中的研究已呈现出希望之光。随着生物固氮研究地不断深入，将逐步实现禾本科农作物与固氮微生物共生结瘤固氮的美好愿望。六、总结：（略）七、作业：“请写出‘雷雨肥庄稼’的反应式”。八、后记：根据固氮微生物的固氮特点以及与植物的关系，可以将它们分为自生固氮微生物、共生固氮微生物和联合固氮微生物三类。1、自生固氮微生物：它们在土壤或培养基中生活时，可以自行固定空气中的分子态氮，对植物没有依存关系。常见的自生固氮微生物包括圆褐固氮菌为代表的好氧性自生固氮菌、以梭菌为代表的厌氧性自生固氮菌，以及以鱼腥藻、念珠藻和颤藻为代表的具有异形胞的固氮蓝藻（异形胞内含有固氮酶，可以进行生物固氮）。2、共生固氮微生物：只有和植物互利共生时，才能固定空气中的分子态氮。共生固氮微生物可以非为两类：①是与豆科植物互利共生的根瘤菌，以及桤木属、杨梅属和消棘属等非豆科植物共生的弗兰克氏放线菌；②是与红萍（又叫满江红）等水生蕨类植物或罗汉松等裸子植物共生的蓝藻，蓝藻和某些真菌形成的地衣也属于这一类。3、联合固氮微生物：有些固氮微生物，如固氮螺菌、雀稗固氮菌等，能够在玉米、雀稗、水稻和甘蔗等植物根内的皮层细胞之间。这些固氮微生物和共生的植物之间具有一定的专一性，但是不形成根瘤那样的特殊结构。这些固氮微生物不能自行固氮。它们的固氮特点介于固氮与共生固氮之间，叫做联合菌。第课，课题第三章遗传与基因工程第课时，课型新授。总序第个教案。编写时间执行时间教学目的与要求：1、理解细胞质遗传的概念和特点以及形成这些特点的原因。   2、理解细胞质遗传的物质基础是细胞质中的DNA。   3、理解细胞质遗传在育种中的应用。 重点难点：1、细胞质遗传的特点和形成这些特点的原因。2、细胞质遗传在育种中的应用。教具：幻灯片。教学程序：（导入）提到遗传，人们不会忘记遗传学之父——孟德尔，他以严谨求实的科学态度和正确的研究方法以及持之以恒的探索精神，发现了基因分离定律和基因自由组合定律，拉开了20世纪人类解开遗传之谜的序幕。到20世纪50年代，美国科学家沃森和英国科学家克里克对DNA分子双螺旋结构的阐明，标志着遗传学的发展进入了分子遗传学阶段。在此后的20年中，分子遗传学取得了突飞猛进的发展，主要包括：遗传密码的破译，真核生物基因非连续结构的发现，原核生物基因调控机制的阐明等。从20世纪70年代开始，伴随着限制性内切酶的发现，以人类向改造生物遗传性状为目的的基因工程应运而生。基因工程的发展，使人类进入了控制和改造生物的新时代。第一节细胞质遗传象前面所提到的孟德尔的基因分离定律和基因自由组合定律都是指真核生物的细胞核内的遗传。一、细胞核遗传：真核生物的许多性状是由细胞核内的遗传物质（核基因）控制的，这种遗传方式叫做细胞核遗传（简称核遗传）。以后人们还发现了，二、细胞质遗传：真核生物的还有一些性状是通过细胞质内的遗传物质控制的，这种遗传方式就叫做细胞质遗传（简称质遗传）。那么，细胞质遗传具有什么特点呢？三、细胞质遗传的特点：（一）典型实例——紫茉莉质体的遗传：1909年德国植物学家兼遗传学家——科伦斯发现。（二）简要介绍实验材料——紫茉莉。（挂图显示）   紫茉莉的枝条一般是绿色的，因为它含有叶绿素的正常叶绿体。但这种植物存在着多种变异类型，如花斑植株，它的枝叶呈现出白绿相间的花斑状，有时在它的植株上还会出现三种不同的枝条——绿色的、白色的、花斑状的。为什么？科伦斯通过镜检发现：是由于紫茉莉的叶肉细胞中存在着不同种类的质体。绿色叶的细胞里含有的是有叶绿素的叶绿体；白色叶的细胞里不含叶绿体，而仅含没有色素的白色体，这种白化突变在自然界中可能是由某种因素引起的，如紫外线照射等；而花斑叶中含有三种不同的细胞：只含有叶绿体的细胞、只含有白色体的细胞、同时含有叶绿体和白色体的细胞，三种不同的细胞互相间隔存在，使得枝条呈现了白绿相间的花斑状。（三）紫茉莉枝叶的性状遗传的杂交试验过程（参考教材P43表3-1，紫茉莉花斑植株的杂交结果），学生观察、思考。[思考]结果是不是一种偶然？经过科伦斯的多次重复性试验，都得到了相同的试验结果。与此同时，德国科学家鲍尔发现天竺葵的叶色遗传也有相似现象。结果：紫茉莉F1植株的颜色，完全取决于种子产生于哪一种枝条，而与花粉来自哪一种枝条无关。换句话讲，F1的性状完全是由母本决定的。（四）细胞质遗传的特点：1、子一代并不表现出显性性状，而只表现出母系的性状，即母系遗传。（1）母系遗传——具有相对性状的亲本杂交，子一代总是表现出母本性状的遗传现象，叫做母系遗传。母系遗传是细胞质遗传不同于细胞核遗传的一个主要特点。（例子，参考教材P44图3—2）“母系遗传与核遗传正、反交比较”，由学生讨论、交流、归纳： 后代的核基因不论正交还是反交，总是父方与母方各提供一半，因此核基因型相同；而质基因在正交和反交时却出现明显的不同，因为受精时精子中只带有很少的细胞质，使得受精卵中的细胞质几乎全部来自于卵细胞，这样受细胞质内的遗传物质控制的性状实际上是由卵细胞传给后代的，因此会表现为母系遗传现象。这也初步证明了学生的假设是成立的，使学生感受到了成功的喜悦，增强了学习探索的信心。除紫茉莉外，植物中的藏报春、玉米、棉花等叶绿体的遗传，以及高粱、水稻等雄性不育的遗传，微生物中链孢霉线粒体的遗传等都有细胞质遗传现象。（2）原因：受精卵的细胞质主要来自卵细胞，一切受细胞质基因控制的性状，只通过卵细胞遗传给后代。细胞学研究表明：卵细胞中含有大量的细胞质，而精子中只含有极少量的细胞质。也就是说，受精卵中的细胞质几乎全部来自卵细胞，这样受细胞质内遗传物质控制的性状实际上是由卵细胞传给了子代，所以，子代知识表现出母本的性状。2、杂交后代不出现一定的分离比。原因：生殖细胞在进行减数分裂时，细胞质中遗传物质不能像核内的遗传物质那样进行有规律的分离，而是随机地、不均等地分配到子细胞中去。（例子，参考教材P44图3—3）[思考]为什么以花斑紫茉莉为母本时，后代会产生三种不同的植株？引导学生分析得出：由于花斑紫茉莉的卵原细胞在减数分裂时，细胞质中的基因并不像核基因那样有规律地分离，而是随机地、不均等地分配到子细胞中去，因此会产生三种卵细胞，从而会产生三种不同的植株。这种随机性和不均等性就导致了细胞质遗传的第二个特点：后代不出现一定的分离比。注：可强化学生已有知识与当前知识的矛盾冲突，使学生渴望知识的心理处于激发状态，以引发学生强烈的探索欲望。四、细胞质遗传的物质基础：细胞质中叶绿体和线粒体中的DNA。    按照从现象到本质，从感性到理性的认知规律，教师应适时抓住学生心理，引导学生复习和设疑提问，启发学生思维，发现科学本质。   [设问]性状受何物质控制？   ——基因。基因是决定生物性状的基本单位。[设问]基因分布于细胞的何种结构中？   ——基因是有遗传效应的DNA片断。DNA主要存在于细胞核，少量存在于细胞质，如线粒体、叶绿体中。此处顺理成章地引出“核基因”和“质基因”的概念，1、细胞核基因（简称核基因）——细胞核内具有控制某些性状的遗传物质。存在与染色体上。2、细胞质基因（简称质基因）——细胞质内具有控制某些性状的遗传物质。[设问]细胞质基因是否也是象核基因一样存在于染色体上呢？或者说细胞质中有染色体吗？科学家用电子显微镜观察，在细胞质内并没有找到像染色体一样的结构。1962年，科学家里斯和普兰特等用电子显微镜观察衣藻、玉米等植物叶绿体的超薄切片，发现在叶绿体的基质中有长度为20.5nm左右的细纤维存在。用DNA酶处理，这种细纤维就消失。由此证明，这种细纤维结构就是叶绿体的DNA。后来，科学家用生物化学的方法，证明了细胞的线粒体中也含有DNA。线粒体和叶绿体中的DNA，都能进行自我复制，并通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成。分析比较核基因和质基因的主要区别：一是存在位置不同，二是存在方式不同。核基因在染色体上直线排列，而组成质基因的DNA并不与蛋白质结合，而是呈双链环状等形状单独存在。五、细胞质遗传在实践中的应用——作物育种：我国是泱泱农业大国，但耕地面积仅仅占世界的7 ％，却要养活占世界22％的人口，粮食问题一直是困绕在中国人民，乃至世界人民心头的难题。经过长期的实践与探索，人们终于发现，“杂种优势”可以大幅度提高粮食产量。什么是“杂种优势”？它为什么能大幅度提高农作物的产量？（一）育种原理——杂种优势：采用层层递进的方法，提出一系列探索性问题，引导学生分析、归纳、理解杂种优势有关知识。1．杂种优势现象：是指两个遗传型不相同的亲本杂交产生的杂种一代，在生长发育、繁殖力、抗逆性（抗虫抗病能力强）和产量等多方面均优于双亲的现象。杂种优势一般只表现在两个品种杂交后的第一代上；第二代就出现生长不齐，产量下降等。需要年年配制第一代杂种。2．杂种为什么会表现出优势？引导学生回忆基因的自由组合定律在育种上的应用，讨论分析出很可能就是因为杂种可以集合双亲的有利基因而产生杂种优势，并且两个亲本的亲缘关系越远，携带的异质基因越多，杂种优势越明显。使学生对杂种优势的原理有初步理解。3．杂种优势会不会稳定遗传？不会，根据遗传定律，杂种F1自交后会出现性状分离。4．在农业生产上利用杂种优势育种所面临的难题是什么？要保持作物的杂种优势，必须年年配制第一代杂交种。5．杂交育种的主要措施是什么？引导学生回忆盂德尔的杂交试验，讨论归纳出杂交育种的关键步骤就是人工去雄。 6．出示玉米和水稻植株的模式图，让学生比较雌雄同株异花植物和雌雄同花植物在花的结构和位置上的区别，使学生发现，对于玉米等雌雄同株异花植物，人工去雄还比较容易，但是，对于水稻、小麦等雌雄同花植物，花又很小，人工去雄就非常困难了。如何解决实际生产中的问题，让杂交育种工作变得简单易行呢？（结论：人工去雄肯定不行。）此时可以先让学生做出大胆假设，培养学生的创新思维。然后，由教师提出：针对如此大的难题，我国科学家是如何采取措施的？由此引出袁隆平和他培育杂交水稻的三系配套法，进入本节重点课题的探讨。（二）三系配套法育种  1．学生主要按照以下几个方面进行资料交流。   （1）我国水稻育种专家——袁隆平在20世纪60年代有什么梦想？想利用雄性不育的“母稻”来生产出水稻的杂交种。   什么是雄性不育？植株的雄蕊发育不正常，不能产生可育的花粉，但是雌蕊正常发育，可以接受其他植株的花粉而产生种子，这种现象在遗传学上就被称为雄性不育。同种植物中具有可遗传的雄性不育性状的植株群体叫做雄性不育系（简称不育系）。使用雄性不育系育种的优点是什么？免去大量的人工去雄工作，既节省劳动力，又保证杂交种的纯度。   这样他踏上的是一条前人没有走过的路。首要任务是必须找到雄性不育植株。 （2）何时何地他发现了雄性不育植株？   1964年7月5日午后2点25分，袁隆平终于发现了第一株天然雄性不育水稻。发现地点：安江农校水稻实验田。水稻品种：洞庭早籼。   1965年，“知识十汗水十灵感十机遇”，终于成全了袁隆平的第一份心愿。这一年，他通过对8500多穗（加上去年总计达14000多穗）扬花期稻穗的仔细观察，新找到了5株（加去年总共6株）天然雄性不育水稻，经测算，他得出水稻天然雄性不育的发生概率大约为1/3000。 （3）袁隆平及其助手们利用在稻田里发现的雄性不育植株做了几千次的杂交试验，结果都不太理想，他们从中得到的启示是什么？如果用远源的野生雄性不育稻与栽培稻杂交，可能会取得较好的效果。 （4）远源的野生雄性不育稻是何时发现的？1970年，海南。  （5）第一批雄性不育杂交稻种是何时诞生的？1975年，经过103个单位，300多位专家的支持。打破了世界性的自花授粉作物育种的禁区，实现了历史性的突破。  （6）杂交水稻的优势是什么？我国是世界上一个产稻大国。多年来，水稻播种面积在5亿亩左右。近年来，全国杂交水稻每年种植面积为0．153亿ha上下，约占全国水稻总面积的50％，而产量却占稻谷总产量的近60％，平均增产20％，每年增产的稻谷可养活6000万人口。从这些材料可以看出，杂交水稻可以明显提高产量。除此以外，杂交水稻还有生长健壮、整齐，抗逆性强等优点。所以，杂交水稻技术已经在世界上几十个国家得到了推广和应用。2．探究三系配套杂交育种原理（1）雄性不育现象发生的原理——教师利用投影片讲述。  ①雄蕊是否可育，是由核基因和质基因共同决定的。   核基因：可育基因R对不育基因r是显性。   质基因：可育基因为N，不育基因为S。  ②核基因和质基因的关系：细胞质的可育基因N可使花粉正常发育，细胞核的可育基因R能够抑制细胞质不育基因S的表达。  ③结果：   A、当细胞核可育基因（R）存在时，植株都表现为雄性可育，即S（RR）、S(Rr)；B、当细胞质可育基因为（N）存在时，无论细胞核具有可育基因还是不育基因，植株都表现为雄性可育，即N(RR)、N(Rr)、N(rr)；C、只有当细胞核不育基因（rr）与细胞质不育基因为（S）同时存在时，植株才表现为雄性不育。（2）引导学生探究在利用雄性不育系培育杂交种的过程中遇到的两大重要问题。  ①如何解决雄性不育系的自身留种问题？   要保持杂种优势，必须年年配制第一代杂交种，这样就年年需要不育系，而雄性不育系不能自花传粉，在杂交过程中只能做母本。用什么品种做父本，可以让不育植株上结出种子，而且又能保持雄性不育的特点呢？从右图中可以看出，只能用基因型N（rr）的品种作为父本，与基因型S（rr）的雄性不育系杂交，杂交后代的基因型就是S（rr），表现为雄性不育。这里，基因型为N（rr）的品种，既能使母本结实，又使后代保持了不育特性，因此叫做雄性不育保持系（简称保持系）。    ②如何得到雄性可育的杂交种？大田里使用的杂交种必须是雄性可育的，这样才能生产出粮食。以雄性不育系做母本，什么品种做父本才能使后代恢复可育呢？从图中可知，用基因型N（RR）的品种做父本，与基因型S（rr）的雄性不育系杂交，才能使后代恢复可育性。★雄性不育恢复系（简称恢复系）——指能使雄性不育系的后代恢复可育性的品种。引导同学推导出恢复系的基因型。学生利用细胞质遗传和细胞核遗传知识，经过分析不仅可以推导出教材中给出的恢复系的基因型N（RR），还可能推导出教材中没有提供的恢复系基因型S（RR）（如下图）。   从右图的杂交过程可以看出，不论哪种恢复系与不育系杂交，结果都会得到具有杂种优势的S（Rr）基因型的植株。用这样的种子在田间大面积播种，长成的植株既可以通过传粉而结实，又可以在各方面表现出较强的优势。   小结：在杂交育种中，雄性不育系、雄性不育保持系、雄性不育恢复系必须配套使用，就是三系配套。我国科学家利用三系配套的方法培育出了小麦、大麦、谷子、玉米、水稻等许多优势杂交种，特别是在培育水稻优势杂交种方面，我国处于世界领先地位。   实际生产中怎么才能做到三系确实能够配套使用？非常关键的一个问题就是要使三系植株间的天然授粉顺利进行。如何使天然授粉顺利进行呢？学生讨论，教师适时引导，使学生认识到，为了使天然授粉顺利进行，保持系、恢复系不仅要和不育系的花期一致，而且植株通常要比不育系的高一些，以便花粉顺利地散落到不育系的花上，请学生观察教材第46页图，加强理解。花期怎么才能一致？植株高矮又如何控制？引导学生联系激素有关知识讨论，提出建议，经对比分析一致认为以下方案可采纳：一是选种时要考虑到遗传性状符合要求；二是一旦种植后，由于环境等情况影响没有达到花期一致。高矮要求，怎么办？可以采取人为喷洒激素的方法改变。此时教师出示资料。实践证明，通过使用不同浓度的赤霉素可以使植株的生长受到促进或抑制，从而调节植株的高矮和花期。这样设计，不仅使学生理论联系实际，还可以联系以前知识，更可以使学生不拘泥于教材，培养学生的发散思维。（3）巩固练习。   ① 在一块稻田里，间行种植不育系和保持系，在不育系和保持系的植株上分别结出何种种子？其基因型分别为何种类型？   不育系没有花粉，花粉只能从保持系而来，因此不育系植株上结出的种子仍是不育系，保持系是一种自交情况，因此植株上结出的种子仍是保持系。   ②在一块稻田里，间行种植不育系和恢复系，在不育系和恢复系的植株上分别结出何种种子？其基因型分别为何种类型？   与上题道理类似，不育系上结出的种子是杂交优势种S（Rr），恢复系上结出的种子仍是恢复系N（RR）。   ③在一块稻田里，不育系、保持系和恢复系三种植株同时间行种植，结果又会怎样？   由于三系间行种植，不育系、保持系、恢复系分别都能既可以接受保持系的花粉，又可以接受恢复系的花粉，因此在不育系植株上可以得到基因型为S(rr)和S(Rr)的种子，保持系植株上可以得到N（rr）和N（Rr）的种子，恢复系植株上可以得到基因型为N（RR）和N（Rr）的种子。   通过此题使学生推想出在实际生产中配制杂交种时，一定要建立两个隔离区。一个是繁殖不育系和保持系的隔离区，交替种植不育系和保持系，在不育系植株上收获不育系种子，在保持系植株上收获保持系种子，达到同时繁殖不育系和保持系的目的。另一个是制杂交种的隔离区，交替种植不育系和恢复系，在不育系植株上收获可供大田使用的优势杂交种，在恢复系植株上收获恢复系种子，从而达到既制备了大量的优势杂交种，又繁殖了恢复系的目的。同时使学生再次感受实际生产操作的艰辛，而我们仅仅学的是三系配套杂交育种的基本理论。12345④某农场不小心将不育系、保持系和恢复系种在了一起，如右图：其中1、3是不育系，2、4是保持系，5是恢复系，那么，1、2、3、4、5上的种子的基因型分别是什么？六、总结：七、作业：雄性不育：S(rr)（不育系）八、后记：“关于杂交育种”（雄性三系）N(rr)：（保持系）N(RR)、S(RR)：（恢复系）N(Rr)、S(Rr)雄性可育：雄性的表现型和基因型不育系留种：♀S(rr)×N（rr）♂制杂交种：　♀S(rr)×N（RR）♂♀S(rr)×S（RR）♂大田种植：S(Rr)1、三系法杂交原理光温敏型雄性不育系：长日照、高于临界温度（２３℃），雄性不育；　　　　　　　　　　短日照、低温时雄性可育。雄性不育恢复系　　　　　　　　２、两系法：板书设计第三章第一节细胞质遗传 第课，课题第二节基因的结构第课时，课型新授。总序第个教案。编写时间执行时间教学目的与要求：1．原核细胞的基团结构、真核细胞的基因结构2．人类基因组研究重点难点：1、原核细胞和真核细胞的基因结构；2、基因结构中非编码区上的RNA聚合酶结合位点的作用。教具：幻灯片。 教学程序：提问：什么是基因？其概念何谓遗传效应？（讨论1`）明确：基因是有遗传效应的DNA片段，此中遗传效应是指能转录为mRNA，继而翻译为蛋白质，或转录为核糖体RNA、转运RNA的功能。（导入）无论是核基因还是质基因，（其作用）都能储存、传递和表达遗传信息，也都可能发生突变，从而决定生物体的性状。基因之所以能行使这些重要功能，是与它的结构密切关系的。那么，基因的结构究竟是怎样的呢？早在20世纪50年代，科学家们就开始了对基因内部结构的研究，但是直到70年代中期，随着DNA分析技术的发展，人们才对基因的结构有所认识。一、原核细胞的基因结构：原核细胞的基因是由成百上千个核苷酸对组成的。组成基因的核苷酸可以分为不同的区段。在基因的表达过程中，不同区段所起的作用并不相同。1、编码区：能转录为相应的信使RNA，进而指导蛋白质的合成，即能编码蛋白质。概念：不能转录为信使RNA，即不能编码蛋白质的区段。①有调控遗传信息表达的核苷酸序列；②在调控序列中，最重要的是位于编码区上游的RNA聚合酶结合位点。2、非编码区组成：由编码区上游和编码区下游的DNA序列组成。作用：注：RNA聚合酶是由多个肽链构成的蛋白质，它的作用是DNA转录为RNA。RNA聚合酶能识别调控序列中的结合位点，并与之结合。转录开始后，RNA聚合酶沿DNA分子移动，并以DNA分子的一条链为模板合成RNA。转录完毕后，RNA链释放出来，紧接着RNA聚合酶也从DNA模板链上脱落下来。二、真核细胞的基因结构：真核细胞的基因也是由编码区和非编码区两部分组成的。 外显子——能编码蛋白质的序列；特点：间隔的、不连续的。即能编码蛋白质的序列被不能编码蛋白质的序列分隔开来，成为一种断列的形式。包括1、编码区：内含子——不能编码蛋白质的序列。注：在真核细胞中，不同种类的蛋白质的基因所含的外显子和内含子的数目是不同的，长度也有差别。如，人的血红蛋白中，有一种蛋白质叫做β—珠蛋白，它的基因有1700个碱基对，其中有3个外显子和2个内含子，能编码146个氨基酸。人的一种凝血因子的基因，在它的186000个碱基对中，有26个外显子和25个内含子，能编码2552个氨基酸。一般来说，在真和细胞中，每一个能编码蛋白质的基因都含有若干个外显子和内含子。2、非编码区：有调控作用的核苷酸序列。启动子——是基因结构中位于编码区上游的核苷酸序列，是RNA聚合酶结合点，能准确地识别转录的起点并开始转录，有调控遗传信息表达的作用。三、人类基因组研究：人类有许多生理和病理现象都与基因有关，为了进一步了解基因的结构和功能，20世纪90年代，美国科学家首先提出了“人类基因组计划”（HGP）。这一计划提出后，得到各国科学家的广泛支持，目前已经发展为全球范围的全面研究人类基因组的重大科学项目。（一）人类基因组：指人体DNA分子所携带的全部遗传信息。人类单倍体基因组：由24条双链的DNA分子组成（包括1~22号染色体DNA与X、Y染色体DNA），上边有30亿个碱基对，估计核苷酸序列。（二）人类基因组计划：1、概念：是指分析测定人类基因组的核苷酸序列。2、主要内容：绘制人类基因组的四张图，即遗传图、物理图、序列图和转录图。绘制这四张图好比是建立一个“人体地图”，沿着地图中一个个路标，如“遗传标记”、“物理标记”等，可以一步步地找到每一个基因，搞清楚每一个基因的核苷酸序列。3、进展：2000年6月26日，6国科学家向世界宣布：“人类基因组草图”的绘制工作已经全部完成。预计到2003年，“人类基因组精图”的绘制工作也将全部完成。4、意义：（1）对于各种疾病，尤其是各种遗传病的诊断、治疗具有划时代的意义；（有利于疾病的诊断和治疗。）（2）对于进一步了解基因表达的调控机制、细胞的生长、分化和个体发育的机制，以及生物的进化等也具有重要的意义；（有利于研究基因的表达和调控机制）；（有利于研究生物的进化。）（3）将推动生物高新技术的发展，并产生巨大的经济效益。（有利于培育优良的动植物品种）。[概念辨别]“为何终止子不是终止密码？”（1）终止子：是DNA上的非编码区上核苷酸序列，它能阻碍RNA聚合酶的移动，并使其从DNA模板链上脱离下来，从而使转录结束。（2）终止密码：位于mRNA上，有3种：UAA、UAG、UGA。它们不能决定氨基酸，为“无字义密码”，翻译过程中遇到任何一种都表明一条肽链的合成结束。第课，课题第三节基因表达的调控第课时，课型新授。总序第个教案。编写时间执行时间教学目的与要求：1．原核生物基因表达的原理；2．真核生物基因表达调控的复杂性及其在细胞分化中的重要作用。重点难点：原核生物基因表达调控的原理。教具：幻灯片。教学程序： （导入）生物体内的每一个细胞都含有该物种的一整套基因，但是，这些基因并不是同时都在表达。例如，单细胞的细菌，就能根据环境的变化，开启或关闭某些基因，以便迅速合成它所需要的蛋白质，停止合成它不需要的蛋白质。而多细胞生物体内基因的表达更为复杂。生物体内的基因之所以能有序地表达，是因为细胞内存在着对基因表达的调控机制，这种调控机制是生物体所不可缺少的。一、原核生物基因表达的调控：（以大肠杆菌乳糖代谢为例）（一）发现者：20世纪60年代，法国生物学家雅各布和莫诺研究大肠杆菌乳糖代谢时，首先弄清了原核生物基因表达调控的机制。大肠杆菌一般以葡萄糖作为碳元素的来源。但是，雅各布和莫诺发现，当大肠杆菌生活的环境中没有葡萄糖而乳糖时，大肠杆菌就只会迅速合成大量的分解乳糖的酶，将乳糖分解成葡萄糖和半乳糖加以利用。这种酶叫做半乳糖苷酶。当从大肠杆菌生活的环境中去除乳糖后，半乳糖苷酶的合成就会停止。（乳糖是哺乳类动物奶汁中的一种双糖，由一分子葡萄糖和一分子半乳糖结合而成）从上面的现象可以看出，大肠杆菌能根据周围环境中有没有乳糖，来决定是否合成半乳糖苷酶。我们知道，。酶的合成是受特定的基因控制的半乳糖苷酶的合成，是半乳糖酶基因表达的结果。由此可见，乳糖似乎对半乳糖苷酶基因的表达起到了诱导作用。那么，为什么乳糖能对半乳糖苷酶基因的表达起到的诱导作用呢？雅各布和莫诺通过反复的实验，对这一现象提出了科学的解释。他们认为，在大肠杆菌的DNA分子上，与乳糖代谢有关的核苷酸序列有4种。（二）有关的核苷酸序列：1、结构基因：直接编码乳糖分解代谢所需酶类的基因，包括基因lacZ、lacY、lacA。其中lacZ编码半乳糖苷酶，lacY和lacA分别编码另外两种与乳糖分解有关的酶。2、操纵基因（用O表示）：在结构基因上游有3个对结构基因起调控作用的核苷酸序列，其中紧靠结构基因的是操纵基因，它对结构基因起着“开关”的作用，可以直接控制结构基因的转录。3、启动子（用P表示）：在操纵基因上游依次是启动子和调节基因，启动子上有与RNA聚合酶结合的位点。即只有在启动子存在时，RNA聚合酶才能准确地识别转录起点，并沿着DNA编码区正常地进行转录，从而对“开关”起着控制作用。4、调节基因（用R表示）：能调节操纵基因状态，从而对“开关”起着控制作用。通过转录、翻译产生阻抑物。注：操纵基因、启动子和调节基因协调配合，共同对结构基因的表达起调控作用。（三）乳糖代谢基因表达调控过程：当周围环境中没有乳糖存在时，调节基因通过转录和翻译，合成一种叫做阻抑物的蛋白质。阻抑物蛋白质是一种变构蛋白质，当没有乳糖存在时，它的构象能识别操纵基因，并与操纵基因紧密结合。因为操纵基因与启动子的位点有一定程度的重叠，所以当阻抑物与操纵子结合时，就阻碍了RNA聚合酶与启动子的结合。没有了RNA聚合酶的参与，结构基因就不能进行转录和翻译，因而也就不能合成乳糖代谢所需要的酶。 1、无乳糖时：调节基因→阻抑物→与操纵基因结合→阻碍了RNA聚合酶与启动子结合→结构基因不能转录→不能合成相关的酶→不分解乳糖；当周围环境中有乳糖存在时，乳糖就会进入细菌细胞与阻抑物相结合，引起阻抑物的构象发生变化，使阻抑物失去与操纵基因结合的能力。这时，RNA聚合酶便与启动子结合。在RNA聚合酶的作用下，结构基因的转录得以正常进行，最终使细胞内合成半乳糖苷酶等3种酶，使乳糖分解。乳糖被分解的过程，也就是乳糖在大肠杆菌内被消化吸收的过程。当乳糖分解完毕后，阻抑物的构象又会恢复成原状。此时，阻抑物又重新与操纵基因结合，从而阻止了RNA聚合酶与启动子的结合，使结构基因的转录停止。这时，半乳糖苷酶等3种酶的合成也随之停止。2、有乳糖时：阻抑物与乳糖结合→构象发生变化→不能与操纵基因结合→RNA聚合酶与启动子结合→结构基因转录→合成3种酶→乳糖被分解。小结：从大肠杆菌乳糖代谢的过程可看出，细胞并不是在任何时刻都能产生利用乳糖的酶，只有在环境中有乳糖存在时，才能产生这些酶。当乳糖被消化后，这些酶也就不再产生。所以，乳糖分解代谢调控是一个自我调控的过程。（四）乳糖代谢调控的意义：生物体不会浪费细胞中的物质和能量，不断适应变化的环境。二、真核生物基因表达的调控：（一）与原核生物的共同点：在结构基因的侧翼序列上，存在着许多不同的调控序列；通过特异性蛋白与某些调控序列的结合与否，进行调控。（二）与原核生物的不同点：1、转录产生的信使RNA必须经过加工。因为真核生物中编码蛋白质的基因通常是间断的、不连续的，又由于转录时内含子和外显子是一起转录的，因而转录产生的信使RNA必须经过加工，将内含子转录部分剪切掉，将外显子转录部分拼接起来，才能成为有功能的成熟的信使RNA。而原核生物的基因由于不含有外显子和内含子，因此，转录产生的信使RNA不需要剪切、拼接等加工过程。2、转录和翻译具有时间和空间的分隔。原核生物基因的转录和翻译通常是同一时间同一地点进行的，即在转录未完成之前翻译便开始进行了，如大肠杆菌乳糖分解代谢过程中，三个结构基因的转录和翻译就是同时在细胞质中进行的；而真核生物由于有细胞核核膜将核质与细胞质分隔开来，因此，转录是在细胞核中进行的，翻译是在细胞质中进行的。 3、转录后的剪切、拼接和转移等过程，都需要有调控序列的调控；而这种调控作用是原核生物所没有的。4、组织分化是不同基因表达的结果，即某些基因只能特异地在某种细胞中表达。细胞中关闭或开启某些基因，都是在严格的调控作用下进行的。基因的这种特异性表达的调控机制也是真核生物所特有的。小结：1.转录过程受到很多因素的调控；2.对前体RNA加工：剪切与拼接、转移；3.转录和翻译存在时空上的差异；4.基因的选择性表达。由此可见，真核生物的基因表达调控要比原核生物复杂得多，有许多方面是原核生物所没有的。应当指出的是，关于真核生物中基因表达的调控机制，还有许多未知领域，有待于人们进一步探索。巩固练习一、判断题　　1．原核细胞中的几个结构基因往往成簇地连锁在一起，共同受调控序列的调控。(√)2．在大肠杆菌中，如果调节基因突变造成阻抑物缺乏，那么，与乳糖分解代谢有关的三种酶就不能合成。(×)　二、选择题　　1．大肠杆菌乳糖代谢的调控主要是：[B]　　　A．对基因水平的调控；　　　B．对转录水平的调控；　　　C．对翻译水平的调控；　　　D．上述三种调控以外的其他调控。　　2．真核生物的基因表达调控比原核生物复杂的原因是：[D]　　　A．必须对转录产生的信使RNA进行加工；　　　B．转录和翻译在时间和空间上的分隔；　　　C．某些基因只能特异地在某种细胞中表达；　　　D．受包括上述A、B、C在内的多方面调控。　三、填表题用简明的语言将大肠杆菌DNA分子中，构成乳糖分解代谢各部分结构的功能填入下表。 　四、简答题　1．大肠杆菌的DNA分子中，如果控制乳糖分解代谢的启动子发生了突变，转录过程还能正常进行吗？为什么？（不能进行。因为启动子是RNA聚合酶结合的位点，如果启动子发生了突变，RNA聚合酶因无法识别启动子而不能与其结合。没有RNA聚合酶参与，转录过程是无法进行的。）2．左图是假设的原核生物某一反应系统的基因表达调控路线简图。图中的G1和G2为结构基因，O1和O2为操纵基因，R1和R2为调节基因。G1决定酶E1，G2决定酶E2，酶E1和E2的作用分别是把物质S1和S2转变为产物Q1和Q2，产物Q1和Q2分别与调节基因R2和R1产生的阻抑物相互作用，可以关闭操纵基因O1和O2。试分析，如果增加物质S2的供应，将对这个反应系统产生什么影响（如果物质S2增加，那么产物Q2也会增加，根据题意，产物Q2与调节基因R1产生的阻抑物相互作用，可以关闭操纵基因O1。因此，基因G1的产物E1就会减少，从而导致Q1的减少。同理可以推得：Q1的减少反而会使结构基因G2的产物E2增加，进而会导致Q2增加；如此循环往复。由此可见，增加物质S2可以使这个反应系统产生的酶E2增加，从而使更多的物质S2转化为产物Q2。）第课，课题第四节基因工程简介（2课时）第课时，课型新授。总序第个教案。编写时间执行时间教学目的与要求：1、基因工程的概念（知道）。   2、基因操作的工具和基本步骤（知道）。重点难点： 1、基因操作的工具和基本步骤。  2、限制性内切酶和运载体的作用。教具：幻灯片。教学程序：（导入）一、激发情趣、复习导入、引出新课   众所周知，对于大多数生物而言，DNA是主要的遗传物质，有遗传效应的DNA片段叫基因，生物之所以体现出各种形态是基因表达的结果。但是各种生物间的性状千差万别这是为什么呢？ （提出问题，引导学生回答：生物体的不同性状是基因特异性表达的结果。）   教师演示幻灯或利用多媒体课件列举几种生物的不同性状，如下：   1．青霉菌能产生对人类有用的抗生素——青霉素。   2．豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮气。   3．人的胰岛素细胞能分泌胰岛素调节血糖的浓度。4．家蚕能够吐出丝等。   以上几种生物各自有其特定的性状，这些性状都是基因特异性表达的结果，但是人类能不能改造生物体的基因呢？能不能使本身没有某个性状的生物具有某个特定性状呢？例如，通过对基因进行改造和重新组合，让禾本科植物能够固定空气中的氮气；让细菌“吐出”蚕丝；让微生物生产出人的胰岛素、干扰素等药物。这样既节省了人力，又简化了生产，同时还不会对环境造成污染。这种设想能实现吗？回答是可以的。通过科学家们的不断努力，在20世纪70年代终于创立了一种能定向改造生物的新技术——基因工程。那么，什么是基因工程呢？基因工程又是如何改变生物遗传特性的呢？   根据具体实例提出假设，引导学生思考，激发学生求知、探究的欲望，同时引出本节课题：第四节基因工程简介   二、讲授新课一基因工程的基本内容   （一）基因工程的概念：   对于基因工程的概念，教师应在指导学生阅读教材的基础上，让学生理解基因工程概念的两种不同的表述方式（标准概念和通俗概念），并通过提问的方式指导学生找出概念中的关键词语，便于学生的记忆，最后由教师归纳列表，引导学生独立完成。基因工程的别名基因拼接技术或DNA重组技术操作环境生物体外操作对象基因操作水平DNA分子水平基本过程剪切→拼接→导入→表达结果人类需要的基因产物基因工程——又叫基因拼接技术或DNA重组技术。这种技术是指在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。通俗地讲，就是按照人们的意愿，把一种生物的个别基因复制出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状。基因工程是在DNA分子水平上进行实际施工的。DNA分子的直径只有2.0nm（粗细只有头发丝的十万分之一），其长度也是极其短小的。如流感嗜血杆菌的DNA，长度只有0.83um，即使是较大的大肠杆菌，其长度也只有1.36um。要在如此微小的DNA分子上进行剪切和拼接，是一项非常精细的工作，必须要有专门的工具。（二）基因操作的工具：   用什么样的工具才能准确无误地对基因进行剪切和拼接呢？这是从事基因工程研究的科学家首先遇到的难题。例如，通过基因工程培育抗虫棉时，就需要将抗虫的基因从某种生物（如苏云金芽孢杆菌）中提取出来，“放入”棉的细胞中，与棉细胞中的DNA结合起来，在棉中发挥作用。（教师利用幻灯或多媒体课件演示基因工程培育抗虫棉的简要过程，同时提出讨论问题，进行分组讨论，最后交流讨论结果，教师进行归纳总结。）  [思考]在以上的基因工程培育抗虫棉的过程中，关键步骤或难点是什么？  经过学生的讨论和交流，教师对基因工程关键步骤归纳总结：（幻灯演示）关键步骤一：抗虫基因从苏云金芽孢杆菌细胞内提取。苏云金芽孢杆菌的一个DNA分子有许多基因，怎样从它的DNA分子的长链上辨别出所需要的基因，并且怎样把它切割下来。关键步骤二：抗虫基因与运载体DNA连接。如何将切割下来的抗虫基因与棉的DNA“缝合”起来。 关键步骤三：抗虫基因进入棉细胞。   （通过对以上关键步骤的确定，教师引导学生思考，使学生理解在关键步骤的完成过程中都要用到基因操作工具，并使学生形象地记忆“工具”的作用。）（幻灯演示）为了突破这些难关，科学家做许多实验，最后他们发现了一种“基因剪刀”和“基因针线”，可以用来完成基因的煎切和拼接、运输。即：   关键步骤一的工具：基因的剪刀——限制性内切酶。   关键步骤二的工具：基因的针线——DNA连接酶。   关键步骤三的工具：基因的运输工具——运载体。1、基因的剪刀——限制性内切酶（简称限制酶）。（小黑板显示教材P57图3—15）   对于限制性内切酶的教学，教师应在学生熟练掌握DNA分子结构的基础上展开。通过演示幻灯或多媒体动画，将限制酶的作用过程进行动态演示，使学生理解抽象的知识内容。最后教师要在学生直观理解的基础上指导学生归纳总结限制酶的知识要点。（可让学生在观察自学的基础上自主完成）  ①分布：主要在微生物中。  ②作用特点：特异性，即识别特定核苷酸序列，切割特定切点。即一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并且能在特定的切点上切割DNA分子。（专一性、特异性）  ③结果：产生黏性未端（碱基互补配对）。一种限制酶切割一个核苷酸序列产生2个黏性未端。  ④举例：大肠杆菌的一种限制酶能识别GAATTC序列，并在G和A之间切开。目前发现的限制酶约200多种，它们的切点各不相同。苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因，就能被某种限制酶切割下来。  [思考]要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口？可产生几个黏性未端？2、基因的针线——DNA连接酶。   从DNA的结构入手，利用幻灯或多媒体动画演示连接酶的连接部位，利用形象的比喻使学生更容易接受和理解。最后教师指导学生归纳如下：（可让学生在观察自学的基础上自主完成。）   从图中我们可看出，被限制酶切开的DNA两条单链的切口，带有几个伸出的核苷酸，它们之间正好互补配对，这样的切口叫做黏性末端。我们可以设想，如果把两种来源不同的DNA用同一种限制酶来切割，然后让两者的黏性末端黏合起来，似乎就可以合成重组的DNA分子了。但是这种连接只相当于把断成两截的梯子中间的踏板连接起来，而两边的扶手的断口还没有连接起来。要把扶手的断口处连接起来，也就是把两条DNA末端之间的缝隙“缝合”起来，还要靠另一种极其重要的工具——DNA连接酶。①连接的部位：磷酸二酯键（梯子的扶手），不是氢键（梯子的踏板）。   ②结果：两个相同的黏性未端的连接。   思考题：1、用DNA连接酶连接两个相同的黏性未端要连接几个磷酸二酯键？   2、用限制酶切一个特定基因要切断几个磷酸二酯键？3、基困的运输工具——运载体。   对于运载体的教学，应使学生形象地理解运载体的作用、种类及其所具备的条件，可通过教材中的示意图或多媒体演示使学生由浅入深逐步理解，指导学生归纳如下：（可让学生在观察自学的基础上自主完成）要将一个外源基因，如上面所说的抗虫基因，送入受体细胞，如棉细胞，还需要有运输工具——这就是运载体。 ①作用：将外源基因送入受体细胞。  ②具备的条件：能在宿主细胞内复制并稳定地保存。                具有多个限制酶切点，以便与外源基因连接。                具有某些标记基因，便于进行筛选，如对抗菌素的抗性基因、产物具有颜色反应的基因等。  ③种类：质粒、噬菌体和动植物病毒。  ④质粒的特点：质粒是基因工程中最常用的运载体。                最常用的质粒是大肠杆菌的质粒。                存在于许多细菌及酵母菌等生物中。                质粒的存在对宿主细胞无影响。                质粒的复制只能在宿主细胞内完成。                细胞染色体外能自主主复制的小型环状DNA分子。质粒是基因工程中最常用的运载体，它存在于许多细菌以及酵母菌等生物中，是细胞染色体外能自主主复制的小型环状DNA分子，最常用的质粒是大肠杆菌的质粒。大肠杆菌的质粒中常含有抗药性基因，如四环素的标记基因。细菌质粒的大小只有普通细菌染色体DNA的百分之一左右。质粒能“友好”地“借居”在宿主细胞中。一般来说，质粒的存在对宿主细胞没有决定性的作用。但是，质粒的复制只能在宿主细胞内完成。注：用运载体的目的是：（1）是作为运载工具，把目的基因转移到宿主细胞中去；（2）是利用它在宿主细胞中对目的基因进行大量复制（克隆）。思考题： 质粒上会存在某些标记基因，这些标记基因有什么用途？  要想将某个特定基因与质粒相连，需要用几种限制性内切酶和几种DNA连接酶处理？   第一课时的教学重点是使学生理解基因工程的概念和基因操作的工具。通过教师适当的置疑，启发学生的思维，通过直观教学手段，将复杂的问题简化，并在教学中注意培养学生的自主学习能力、语言表达能力和文字归纳能力。同时在第一课时结尾提出疑问引导学生思考，为第二课时的进行埋下伏笔。（三）基因操作的基本步骤：（见教材P58）进行基因操作一般要经历四个步骤，也就是进行基因草组的“四步曲”。1、提取目的基因：就是要取得人们所需要的特定基因。如前面所提到的苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因，还有植物的抗病基因、种子的贮藏蛋白的基因以及人的胰岛素基因、干扰素基因等。（基因操作中要从“基因海洋”中获得特定的基因，犹如大海捞针，非常困难。后来科学家经过反复的探索，终于找到了两条途径：一条是从供体细胞的DNA中直接分离基因；另一条是人工合成基因。（1）直接分离基因——最常用的方法是“鸟枪法”，又叫“散弹射击法”。①具体做法：用限制酶将供体细胞中的DNA切成许多片段，将这些片段分别载入运载体，然后通过运载体分别转入不同的受体细胞，让供体细胞所提供的DNA（外源DNA）的所有片段分别在各个受体细胞中大量复制（也叫扩增），从中找出含有目的基因的细胞，再用一定的方法把带有目的基因的DNA片段分离出来。如许多抗虫、抗病毒的基因都可以用上述方法获得。②优点：操作简单③缺点：工作量大，具有一定的盲目性。同时，又由于真核细胞的基因含有不表达的DNA片段，不能直接用于基因的扩增和表达，因此，在获取真核细胞中的目的基因时，一般是用人工合成基因的方法。（2）人工合成基因的方法：逆转录按互补原则①以目的基因转录成的信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA，从而获得所需要的基因。即：把从细胞中提取分离出的目的基因为模板，转录成 mRNA单链DNA双链DNA。按互补原则推测出②根据已知的蛋白质的氨基酸序列，推测出它的相应的信使RNA序列，然后按照碱基互补配对原则，推测出它的结构基因的核苷酸序列，再通过化学方法，以单核苷酸为原料合成目的基因。如人的胰岛素基因、血红蛋白基因等就可以通过人工合成基因的方法获得。即：通过化学方法合成据蛋白质中氨基酸序列mRNA中碱基序列DNA碱基序列目的基因。2、目的基因与运载体结合：（需限制酶、连接酶形成重组DNA）。将目的基因与运载体结合的过程，实际上是不同来源的DNA重新组合的过程。如果以质粒作为运载体，首先要用一定的限制酶切割质粒，使质粒出现一个切口，露出黏性末端。然后用同一种限制酶切断目的基因，使其产生相同的黏性末端。将切下的目的基因的片段插入质粒的切口处，再加入适量DNA连接酶，质粒的黏性末端就会因碱基互补配对而结合，形成了一个重组DNA分子。如人的胰岛素基因就是通过这种方式与大肠杆菌中的质粒DNA分子结合，形成重组DNA分子（也叫重组质粒）的。[思考题]目的基因与运载体结合的结果可能有几种情况？   （在学生思考讨论的基础上，引导学生理解该问题）有三种情况：目的基因与目的基因结合，质粒与质粒结合，目的基因与质粒结合。 3、把目的基因导入受体细胞：（若受体有细胞壁用氯化钙处理增大通透性）。目的基因的片段与运载体在生物体外连接形成重组DNA分子后，下一步是将重组DNA分子引入受体细胞中进行扩增。注：基因工程中最常用的受体细胞：大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。用人工的方法使体外重组的DNA分子转移到受体细胞，主要是借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。例如，如果运载体是质粒，受体细胞是细菌，一般是将细菌用氯化钙处理，以增大细菌细胞壁的通透性，使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。目的基因导入受体细胞后，就可以随着受体细胞的繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因。小结：导入方法：借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径。   导入过程：（运载体为质粒，受体细胞为细菌）4、目的基因的检测和表达：（检验受体细胞是否导入目的基因：方法很多，如抗毒性、性状表达等）以上步骤完成后，在全体受体细胞中，真正能够摄入重组DNA分子的受体细胞是很少的。因此，必须通过一定的手段对受体细胞中导入了目的基因进行检测。检测的方法有很多种，如大肠杆菌的某种质粒具有青霉素抗性基因，当这种质粒与外源DNA组合在一起形成重组质粒，并被转入受体细胞后，就可以根据受体细胞是否具有青霉素抗性来判断受体细胞是否获得了目的基因。重组的DNA分子进入受体细胞后，受体细胞必须表现出特定的性状，才能说明目的基因完成了表达过程。例如，科学家最初做抗虫棉实验时，虽然用一定的方法已经检测出棉的植株中含有抗虫的基因，但让棉铃虫食用棉的叶时，棉铃虫并没有被杀死，这说明抗虫基因还不能在高等植物中表达。科学家在研究的基础上，又一次对棉植株中的抗虫基因进行了修饰，然后再让棉铃虫食用棉的叶片，结果食用的第二天棉铃虫就中毒死亡了。这就说明抗虫基因在棉植株中得到了表达。小结：检测：通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是否导入。   表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。三、总结：（略）四、作业：（详见资料） 五、后记：第课，课题基因工程的超过与发展前景第课时，课型新授。总序第个教案。编写时间执行时间教学目的与要求：1、基因工程的概念（知道）。   2、基因操作的工具和基本步骤（知道）。重点难点： 1、基因操作的工具和基本步骤。  2、限制性内切酶和运载体的作用。教具：幻灯片。教学程序：（导入）基因工程自20世纪70年代兴起之后，经过20多年的发展，取得了惊人的成绩，特别是近十年来，基因工程的发展更是突飞猛进。基因转移、基因扩增等技术的应用不仅使生命科学的研究发生了前所未有的变化，而且在实际应用领域——医药卫生、农牧业、食品工业、环境保护等方面也展示出了美好的前景。一、基因工程与医药卫生：（一）生产基因工程药品：在药品生产中，有些药品是直接从生物体的组织、细胞或血液中提取的。由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。用基因工程方法制造： 1、“工程菌”：可以高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。如胰岛素、干扰素和乙肝疫苗等。2、1979年，科学家将动物体内能够产生胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌内表达获得成功，用2000L大肠杆菌培养液就可以提取100g胰岛素，相当于从2t猪胰腺中提取的量。（每100g猪、牛胰腺只能提取4~5g胰岛素。）3、1982年美国一家基因公司用基因工程方法生产的胰岛素开始投放市场，价格比传统法生产的胰岛素降低了30~50%。4、1997年，我国自己生产的白细胞介素—2、干扰素、乙肝疫苗、人生长素等几种基因工程药物已投产。5、目前，用基因工程方法生产的药物已经有60多种，除胰岛素、干扰素外，还有百细胞介素、凝血栓剂、凝血因子、人造血液代用品，以及预防乙肝、狂犬病、百日咳、霍乱、伤寒、疟疾等疾病的各类疫苗。其中一部分要平已商品化，还有处于临床实验阶段。（二）用于基因诊断与基因治疗：1、基因诊断：是用放射性同位素（如32P）、荧光分子等标记的DNA分子做探针，利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达到检测疾病的目的。例如，肝炎病毒引起的传染病易于传播，给诊断和治疗带来困难，利用DNA探针可以迅速地检出肝炎患者的病毒，为肝炎的诊断提供了一种快速简便的方法。目前用基因诊断方法已经能检测出肠道病毒、单纯疱疹病毒等多种病毒。2、基因诊断技术的应用：（1）用于遗传病的产前诊断：例如，用β-珠蛋白的DNA探针可以检测出镰刀型细胞贫血症；用苯丙氨酸羟化酶基因探针可以检测出苯丙酮尿症。（2）用于肿瘤的诊断：例如用白血病患者细胞中分离出的癌基因制备的DNA探针，可以用来检测白血病。3、基因治疗：是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。例如，患半乳糖血症的病人，由于细胞内半乳糖苷转移酶记忆内缺陷而缺少半乳糖苷转移酶，因此当乳糖分解成半乳糖后，不能继续转化为葡萄糖，过多的半乳糖在体内积聚，会引起肝、脑等功能受损。1971年，美国的一位科学家在体外做了这样一个实验，他用带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者的离体组织细胞，结果发现这些组织细胞能够利用半乳糖了。这就表明，用基因替换的方法治疗这种遗传病是可能的。二、基因工程与农牧业、食品工业：（一）农牧业主要应用：培育高产、优质或具有特殊用途的动植物新品种。如转基因动植物。（二）农业上：1、通过基因工程技术获得高产、稳产和具有优良品质的农作物。例如，用基因工程的方法可以改善粮食作物的蛋白质含量。1981年，科学家将菜豆储存蛋白的基因转移到向日葵中，培育出了“向日葵豆”植株。2、用基因工程的方法培育出具有抗逆性的作物新品种。自然界中细菌的种类非常多，在细菌身上几乎可以找到植物所需要的各种抗性，如抗虫、抗病毒、抗除草剂、抗盐碱、抗干旱、抗高温等。如果将这些抗性记忆内转移到作物体内，将从根本上改变作物的特性。（1）1982年，科学家将细菌中抗卡那霉素基因转移到烟草、向日葵和胡萝卜中。（2）1993年，我国农科院科学家成功地将苏云金芽孢杆菌中的抗虫基因转入棉植株，培育成了抗棉铃虫的转基因抗虫棉。 （三）畜牧养殖业上：科学家将某些特定基因与病毒DNA构成重组DNA，然后通过感染或显微注射技术将重组DNA转移到受精卵中。由这种受精卵发育成的动物可以获得人们所需要的各种优良品质，如抗病、高产仔率、高产奶率及高质量的皮毛等。如1982年，美国科学家将人的生长素基因和牛的生长素基因分别注射到小白鼠的受精卵中，得到了体型巨大的“超级小鼠”、“超级绵羊”、“超级鱼”等。（四）食品工业上：基因工程还可以为人类开辟新的食物来源。如科学家用鸡蛋白基因在大肠杆菌和酵母菌中表达获得成功。这就说明了人们将可以用发酵罐培养的大肠杆菌或酵母菌来生产人类所需要的卵清蛋白。同样也可获得糖类、脂肪、维生素等。三、基因工程与环境保护：基因工程的方法可以用于环境监测。（一）据报道，用DNA探针可以检测饮水中病毒的含量。具体的方法是使用一个特定的DNA片段制成探针，与被检测的病毒DNA杂交，从而把病毒检测出来。这种方法的特点是快速、灵敏。用传统方法进行检测，一次需要耗费几天或几个星期的时间的时间，并且能大幅度地提高检测精度，据报道，1t水中有10个病毒也能检测出来。t（二）用于被污染环境的净化。1、1975年，用基因工程的方法培育成“超级细菌”，能同时分解四种烃类。2、用基因工程的方法培养出了“吞噬”汞和降解土壤中DDT的细菌，以及能够净化镉污染的植物。四、总结：（略）五、作业：（详见资料）六、后记：第课，课题第四章细胞与细胞工程第课时，课型新授。总序第个教案。编写时间执行时间教学目的与要求：1．明确生物膜的化学组成和基本结构。2．理解细胞的生物膜系统的概念和作用。3．理解细胞的生物膜系统是一个在结构和功能上都是紧密联系的统一整体。4．了解生物膜的研究成果及研究意义。重点难点：1、各种生物膜在结构和功能上的联系；2．细胞的生物膜系统的重要作用。教学方法：引导——发展式。教学手段：细胞亚显微结构挂图、实物投影仪、课件。课时安排：二课时教学程序：（导入）变形虫是原生动物门的一种单细胞动物，是真核生物。生物学家将变形虫的细胞核取出，使其形成只含有细胞质和只含有细胞核的独立的两部分，然后分别对这两部分进行单独培养。结果发现：只含有细胞质的部分在培养了一段时间后死去；而只含有细胞核的部分，基本上也不能单独培养。这个实验证明：细胞是一个完整的整体，每个部分都有它的生理功能。（即：细胞只有保持完整性，才能够正常地完成各项生命活动。） （小结、导入新课） ：细胞是生物体结构和功能的基本单位，人们对许多生命现象的探索都要深入到细胞中寻求答案，使细胞生物学得到了迅猛的发展，特别是20世纪后半叶，在生物膜、细胞骨架、细胞增殖、细胞分化、细胞凋亡与衰老、染色体结构和功能、细胞信号转导、细胞工程等研究领域取得了非常可观的成就。 细胞生物学作为生命科学的重要支柱之一，已广泛地渗透到生命科学的各个分支领域中。本章选择生物膜系统和细胞工程作为代表，简要介绍细胞生物学在理论研究和应用方面的重要进展。  第一节细胞的生物膜系统（挂图复习细胞的亚显微结构。）（设计以下问题）    ①具有单层膜的细胞结构有哪些？（内质网、高尔基体、液泡、细胞膜、溶酶体等）    ②具有双层膜的细胞结构有哪些？（线粒体、叶绿体、细胞核）    ③细胞膜的化学成分是怎样的？结构如何？   引导：是不是所有膜的成分和结构都与细胞膜一样呢？（学生看课本68页表）   说明：细胞亚显微结构的膜化学组成相似，基本结构大致相同，统称为生物膜。  一、生物膜：细胞内所有的膜结构。指出：（1）除了挂图中所标注的一些结构以外，溶酶体、圆球体、微体、胞饮泡、收缩泡、吞噬泡等均为具单层膜的结构。（2）生物膜的化学组成：①大致相同，主要是蛋白质、脂类和糖类；②不同生物膜含量有差异。   由于必修课已给学生留下了细胞膜是由磷脂、蛋白质和糖类组成的印象，学生往往误认为生物膜的化学成分中的脂类专指磷脂，这样就忽略了另外一种成分——胆固醇（有的还含糖脂），实际上组成脂双层的脂类成分随不同生物而不同。细菌、蓝藻等原核细胞和植物细胞中一般没有胆固醇，在动物细胞中，胆固醇在脂双层中所占的比例较大，特别是在哺乳动物细胞中，它可和磷脂分子一样多。二、各种生物膜在结构上的联系。   引导：生物膜的厚度一般为7nm～8nm，真核细胞的生物膜约占细胞干重的70％～80％，最多的是内质网膜，因此内质网在各种膜结构的联系中处于中心地位。   布置学生观察教学挂图和课本插图，分析出各种生物膜在结构上有哪些联系。    需给学生指出的是：液泡、叶绿体的膜与其他有膜结构也有一定的联系。    提问：内质网既可以与核膜、线粒体、细胞膜直接相连，还可以借助于小泡与高尔基体间接相连，其物质基础是什么？（思考并回答）    引导：既然它们之间有着直接或间接的联系，它们之间能否相互转化呢？  1、实验证明：（大屏幕显示资料）   Grimstone曾观察到：饥饿的原生动物逐渐停止形成高尔基体，同时粗面内质网也减少或几乎完全消失，由于这些细胞于实验期间还继续形成分泌小泡，所以每一个高尔基体的囊的数目减少了，但当给动物重新喂食后，形成了新的粗面内质网，同时产生新的高尔基体，囊的功能也恢复了。    提问：该实验说明了什么问题？（思考并回答） 结论：细胞内的生物膜在结构上具有一定的连续性。2、几种膜之间的转化关系：注：①③是以“出芽”形式形成“小泡”而发生膜的转移，②则是膜之间的直接转变。 细胞内的各种生物膜在结构上存在着直接或间接的联系。内质网膜与外层核膜相连，内质网腔与内、外两层核膜之间的腔相通，使细胞质和核内物质的联系更为紧密。在有的细胞中，还可以看到内质网膜与细胞膜相连。内质网膜与线粒体膜之间也存在着一定的联系。线粒体是内质网执行功能时所需能量的直接“供应站”，在合成旺盛的细胞里，内质网总是与线粒体紧密相依，有的细胞的内质网膜甚至与线粒体的外膜相连。高尔基体膜在厚度和化学组成上介于内质网膜和细胞膜之间。在活细胞中，膜的组成成分可以从内质网膜转移到高尔基体膜，再转移到细胞膜。内质网通过“出芽”的形式，形成具有膜的小泡，小泡离开内质网，移动到高尔基体，与高尔基体膜融合，小泡膜成为高尔基体膜的一部分。高尔基体膜又可以突起，形成小泡，小泡离开高尔基体，移动到细胞膜，与细胞膜融合，成为细胞膜的一部分。细胞膜也可以内陷形成小泡，小泡离开细胞膜，回到细胞质中。由此可见，细胞内的生物膜在结构上具有一定的连续性。即：具有一定的连续性。直接联系：膜与膜之间之间相连；间接联系：膜之间通过小泡相互转化。三、各种生物膜在功能上的联系：科学家在研究分泌蛋白的合成和分泌时，曾做过这样一个实验：他们发现在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，3min后，被标记的氨基酸出现在附着有核糖体的内质网中，17min后，出现在高尔基体中，117min后，出现在靠近细胞膜内侧的运输蛋白质的小泡中，以及释放到细胞外的分泌物中。这个实验说明分泌蛋白质在附着于内质网上的核糖体中合成之后，是按照内质网→高尔基体→细胞膜的方向运输的。（指导学生看教材P68图4—2）【思考】在核糖体上合成的分泌蛋白，为什么要经过内质网和高尔基体，而不是直接运输到细胞膜呢？进一步的研究表明，在核糖体上翻译出的蛋白质，进入内质网，还要经过一些加工，如折叠、组装、加上一些糖基团等，才能成为比较成熟的蛋白质。然后，由内质网腔膨大、出芽形成具膜的小泡，包裹着蛋白质转移到高尔基体，把蛋白质输送到高尔基体腔内，做进一步的加工。接着，高尔基体边缘突起形成小泡，把蛋白质包裹在小泡里，运输到细胞膜，小泡与细胞膜融合，把蛋白质释放到细胞外。在分泌蛋白质的合成、加工和运输的过程中，需要大量的能量，这些能量的供给，来自于细胞内的“动力站”——线粒体，线粒体内膜上含有大量与有氧呼吸有关的酶。【小结】由此可见，细胞内的各种生物膜不仅在结构上有一定的联系，在功能上也是既有明确的分工，又有紧密的联系。各种生物膜相互配合，协同工作，才使得细胞这台高度精密的生命机器能持续、高效地运转。四、生物膜系统的概念：（一）概念：细胞膜、核膜以及内质网、高尔基体、线粒体等由膜围绕而成的细胞器，在结构、功能上都是紧密联系的统一整体，它们形成的结构体系。（二）分类（根据其在细胞中的位置）1、质膜：指包在细胞外的细胞膜；2、内膜系统：指真核细胞中，在结构、功能或发生上相关的，由膜围绕而成的细胞器或细胞结构。如核膜、内质网、高尔基体、线粒体、叶绿体、溶酶体等。（真核细胞特有）（三）作用：细胞的生物膜系统在细胞的生命活动中起着极其重要的作用。1、细胞膜不仅使细胞具有一个相对稳定的内环境，而且在细胞与环境之间进行物质运输、能量交换和信息传递的过程中起着决定性的作用。2、细胞的许多重要的化学反应都在生物膜上进行。细胞内的广阔的膜面积为酶提供了大量的附着位点，为各种化学反应的顺利进行创造了有利条件。3、细胞内的生物膜把细胞分隔成一个个小的区室，如各种细胞器，这样就使得细胞内能够同时进行多种化学反应，而不会相互干扰，保证了细胞的生命活动高效，有序地进行。 五、研究生物膜的重要意义：（一）理论上：有助于阐明细胞的生命活动规律：如细胞与周围环境的物质交换，蛋白质、糖和脂类的合成与运输等。（二）实践中：在农业、工业和医学实践中也有重要用途。1、在工业方面：人们试图模拟生物膜的选择透过功能，设计出一种具有选择透过性能的膜结构，滤去海水中的盐分，对海水进行淡化处理，或者在处理污水时，有选择地将有毒重金属离子阻挡在膜的一侧，以降低有毒重金属离子对水的污染。2、在农业方面：，人们正在从生物膜的结构与功能的角度研究农作物抗寒、抗旱、耐盐的机理，寻找改善农作物品质的新途径。3、在医学上，人们尝试用人工合成的膜材料，代替人体的病变器官行使正常的生理功能。例如，肾脏是人体的主要排泄器官，它的主要功能是排出代谢废物。当肾脏发生障碍时，由于代谢废物不能排出，患者会出现尿毒症。科学家们研制了一种透析型人工肾，其中起关键作用的是一种人工合成的膜材料——血液透析膜，当病人的血液流经人工肾脏时，血液透析膜能够把病人血液中的代谢废物透析掉，然后让干净的血液返回病人体内。四、总结：（略）五、作业：（详见资料）六、后记：1、关于“小泡”：从膜的形态上看，它与内质网和高尔基体膜相似，这些小泡是膜的过渡分子。核膜、内质网膜、高尔基体膜以及细胞膜都有可能作为形成小泡的膜。如高尔基体所产生的分泌小泡，在细胞内流动，可从它的来源位置上分开转移到细胞膜；当分泌小泡与细胞膜融合后，小泡膜就掺加到细胞膜中，成为膜的一部分。分泌小泡是证明在一个细胞中的组分从这个膜（内质网或高尔基体）转移融合到另一个结构（细胞膜）的最明显的例子。2、参考资料：植物的抗冻性   植物机体细胞内的生物膜体系与植物抗冻性有密切关系。当植物遇到低温时，生物膜便会发生相变，即从液晶相变成凝胶状态，并使膜的结构破坏，结果在原生质膜上形成透性较大的非脂类的“洞穴”，成为许多电解质自由出入的通道，细胞质内的溶胶因而大量排出，最终引起植物死亡。因此，抗冻的植物必须具备以下几个特性。第一，在温度降低时，必须能够维持机体内生物膜正常的液晶相；第二，具备膜结构上的稳定性，这种稳定性与植物品种的抗寒性成正相关；   第三，能够避免细胞内结冰，以防止冰晶对膜的破坏；   第四，细胞内的水流到细胞外结冰也会造成一定的伤害，这是因为冰冻脱水会引起细胞干旱，使蛋白质变性，同时也会使细胞发生收缩塌陷，使细胞质膜遭到破坏所致。因此，还必须具备抗冻脱水的性能。但是，各种植物对上述要求的抗冻性并不相同，有些只具备其中的一种或两种，有的甚至完全不具备，因而便出现了有些品种怕寒，有些品种抗冻的现象。如西红柿、黄瓜、香蕉、菠萝等，在10℃以下就常常发生寒害；而松、柏、竹、云杉等，却能够在白雪皑皑、冰天雪地的环境中正常存活。   和冷害作斗争，预防低温对作物造成的危害，主要应从提高作物抗冻性和防止不利气候因素对作影响两个方面入手。经过抗寒锻炼，可以人为地促进植物体内一系列生理上的转变，从而增加其抗冻能力。    在大田条件下，抗寒锻炼要经过两个阶段：一是让植物在入冬前的好天气进行旺盛的光合作用，积累更多的有机物，即越冬所需的营养物质（糖和氨基酸等），增加膜脂中不饱和脂肪酸的含量，这对防止生物膜的相变、稳定膜结构是很重要的。二是在晚秋稳定的低温条件下，控制田间灌水，使植物能够进行细胞间隙的正常脱水过程和原生质胶体状态的正常改变，并使植物组织中自由水含量减少，因而也减少了组织结冰的可能性。经过上述两个方面的锻炼，细胞原生质对不良条件的反应便会变得迟钝，抗冻能力自然就会显著增加。3、简介显微放射自显影法。    利用所研究物体中的放射性物质（示踪物质）放出的射线对照相底片或乳胶的作用，从而得知在所研究物体中预测成分的分布。这种方法称放射性自显影法。应用于细胞学或组织学则称显微放射自显影法。    这种方法的基本过程是，先使细胞吸收含有示踪原子的化合物，然后把这种组织细胞制成切片，是液体乳胶涂于其上，经过一定时间的曝光（即放射性物质放出的射线落在乳胶上使其溴化银还原而析出金属银，这个过程成为自显过程，亦称曝光），再进行显影和定影手续。根据乳胶上出现的银粒在细胞中的位置，便可判断放射性物质（或由这种放射性以及其他物质合成的化合物）在细胞内的分布。第课，课题第二节细胞工程简介第课时，课型新授。总序第个教案。编写时间执行时间教学目的与要求：1、细胞的全能性。2、植物细胞工程的主要技术——植物组织培养和植物体细胞杂交。重点难点：1、植物组织培养2、植物体细胞杂交 教学方法：自学——指导——启发——探究。教学手段：实物材料。录像。软件。教学程序：（导入）随着细胞生物学和分子生物学突飞猛进的发展，80年代初期出现了细胞工程这一新的概念。农业生产上，用细胞工程的方法培育出了“白菜—甘蓝”的蔬菜新品种，它具有生产周期短、耐热性强和易于贮存等优点。一、细胞工程：1、概念：是指应用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。就技术范围而言：包括细胞融合技术、细胞折合技术、染色体导入技术、基因转移技术、2、胚胎移植技术、细胞与组织培养技术等。（详见必修教材P44）根据细胞类型：包括植物细胞工程和动物细胞工程两大类。二、植物细胞工程：植物细胞工程通常采用的技术手段有植物组织培养和植物体细胞杂交等。这些技术的理论基础是植物细胞的全能性。   （一）细胞的全能性：（问题情境：预习中涉及的相关问题。）    教师置疑：投影显示质疑问题。    （1）什么是细胞的全能性？  （2）克隆羊“多莉”的诞生说明了什么？     （3）生物体内的细胞为什么没有表现出全能性，而是分化成不同的组织器官？  （4）为什么运用植物组织培养技术能把植物离体器官、组织或细胞培养成完整植物体1、概念：生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性。生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因，从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。    在生物体内，由于基因的选择性表达（或者说是基因在特定的时间和空间条件下选择性表达的结果），细胞并不能表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官。在个体发育的不同时期，生物体不同部位的细胞表达的基因是不同的，合成的蛋白质也不一样，从而形成了不同的组织和器官。科学研究表明，当已分化的植物器官、组织或细胞脱离母体后，在一定的营养物质、激素等外界条件作用下分化形成愈伤组织（一种相对没有分化的细胞团），继而在植物激素等诱导下发生再分化，才能表达出全能性。发育成完整植株。 2、基础：生物体的每一个细胞都含有该物种的全套遗传物质，都有发育成完整个体的全套基因。3、实现条件：离体、提供营养物质、激素及其适宜条件。   细胞全能性的典型范例便是植物组织培养，由此自然过渡到植物组织培养。（二）植物组织培养：    植物组织培养是植物细胞工程中研究得比较早，也是比较成熟的技术。试管苗的快速繁殖、无病毒植物的培育等研究成果已经处在应用、推广阶段。1、过程：2、应用：（1）快速繁殖、培育无病毒植物；（2）生产药物、食品添加剂、香料、色素、杀虫剂；（3）制人工种子。（三）植物体细胞杂交：（提出的背景）20世纪60年代，有的科学家提出这样一个设想：让番茄和马铃薯杂交，培育出一种地上结番茄果实、地下结马铃薯块茎的植物。【提出问题】如果要实现这一设想，你认为可以采用哪些方法？（学生自由联想）明确：因为不同种生物之间存在着生殖隔离，所以用传统的有性杂交是不可能做到这一点的。于是，这些科学家试图用这两种的体细胞杂交，来实现这一美妙的设想。1、植物体细胞杂交的概念：是用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培育成新植物体的方法（强调起止点）。 【问题情境】 提出渐进式问题，引导学生进行思维探究（1）你认为两个来自不同植物的体细胞完成融合，遇到的第一个障碍是什么？    学生一般会想到应该是位于细胞外侧不具生命力的细胞壁。植物细胞的外面有一层细胞壁，这层细胞壁阻碍了植物体细胞的杂交。所以，植物体细胞的杂交的第一步就是去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体。（2）有没有一种温和的去壁方法呢？    学生可联想到酶有专一性，而细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，所以用纤维素酶和果胶酶去壁将不会对其内的原生质体造成损伤。获得了原生质体后，就可以进行植物体细胞杂交了。（方法：物理法和化学法） 2、植物体细胞杂交的过程：（见图P74）包括①分离（脱壁），②融合，③诱发（新壁），④植物组织培养。植物体细胞的杂交过程，实际上是不同植物体细胞的原生质体融合的过程。将不同植物的原生质体放在一起后，必须通过一定的技术手段进行人工诱导，才能实现原生质体的融合。人工诱导原生质体融合的方法有物理法和化学法：物理法是利用离心、振动、电刺激等促使原生质体融合；化学法是利用聚乙二醇（PEG）等试剂作为诱导剂诱导融合。经过诱导融合得到的杂种细胞，用植物组织培养的方法进行培育，可以得到杂种植株。三、总结：（略）四、作业：（详见资料）五、后记：（一）“知识扩展”   1．影响脱分化的一个重要因素是植物激素。当细胞分裂素与生长素共同使用时，能强烈促进愈伤组织的形成，而两者不同的浓度配比在再分过程中，分别对诱导根或芽的产生起关键作用。当细胞分裂素与生长素浓度比高时，有利于芽的发生；浓度比低时，有利于根的发生。   2．愈伤组织再分化过程应先诱导生芽，再诱导生根。   3．愈伤组织的形态发生主要有不定芽方式和胚状体方式两种。教材和录像中介绍的均为不定芽方式，而后者需要在愈伤组织形成后，对其进行处理，形成分散的单个细胞，再诱导其分化出具有胚芽、胚轴、胚根的胚状体，进而发育成完整植株。    关于植物组培技术的应用，在录像及必修课教材中均有介绍，教师只要对学生容易忽略的问题予以点拨。例如：生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂时进行的是大规模的细胞培养而非组织培养，前者只需培养至愈伤组织即可，后者则需诱导产生完整的植物体。另外，还可以鼓励学生就制造人工种子时，在胚状体和人工种皮之间添加何种胚乳成分展开设计，为学生创造广泛、自由的思维空间，培养学生多方向、多角度、多层次的发散思维能力。  （二） 点拨提高： 1．人工诱导原生质体融合有物理法和化学法两大类，物理法是利用离心、振动、电刺激促使原生质体的融合；化学法是用聚乙二醇（PEG）等试剂作为诱导剂诱导融合。    2．在细胞杂交过程中，除了形成AB型融合细胞外，还能形成AA型和BB型两种融合细胞，但只有AB型细胞是植物体细胞杂交所需的杂种细胞。因此，在杂种细胞形成后还应有一个筛选过程。    3．指出植物体细胞杂交过程中已取得的进展和尚未解决的问题，激发学生热爱生物科学的情感和探索生命科学奥秘的兴趣。    总结：在学完三个知识点后，需引导学生清理知识问的脉络（例如：细胞全能性是植物组培的理论基础，而植物组培又是植物体细胞杂交的技术环节之一），抓住主线，把零散的知识系统化，做到融会贯通。    智能训练：出示“白菜—甘蓝”的投影照片。    设计方案：白菜和甘蓝两种植物之间存在着生殖隔离，不能进行传统的有性杂交。那么，如何才能获得如图这样的“白菜—甘蓝”植株呢？    抓住学生思维的兴奋点，促其联系实际解决问题，不仅巩固强化了所学知识，而且培养了学生运用所学知识分析问题、解决问题的能力，实现知识的正向迁移。板书设计（一）细胞的全能性（二）植物组织培养   1.过程 第课，课题二动物细胞工程第课时，课型新授。总序第个教案。编写时间执行时间教学目的与要求：重点难点：教具：幻灯片。教学程序：（导入）动物细胞工程常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞融合、单克隆抗体、胚胎移植、核移植等。其中，动物细胞培养技术是其它动物细胞工程技术的基础。一、动物细胞培养：许多动物细胞能分泌蛋白质，如抗体等。但是单个的动物细胞分泌的蛋白质的量是很少的，怎样才能获得大量的分泌蛋白质呢？这就可以借助于大规模的动物细胞培养了。动物细胞培养所用的培养液（液体培养基）与植物组织培养所用的培养基的成分是不同的。（一）动物细胞培养液：常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等。（二）动物细胞培养材料：培养的动物细胞大都取自动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或者组织。（三）动物细胞培养的过程：①分离细胞（胰蛋白酶等处理）②原代培养③传代培养。将组织取出来后，先用胰蛋白酶等使组织分散成单个细胞，然后配制成一定浓度的细胞悬浮液，再将该悬浮液放入培养瓶中，在培养箱中培养，这个过程叫做原代培养。细胞在培养瓶中贴壁生长。随着细胞的生长和增殖，培养瓶中的细胞越来越多，需要定期地用胰蛋白酶使细胞从瓶壁上脱离下来，配制成细胞悬浮液，分别装到两个或多个培养瓶中培养，这称为传代培养。 原代培养的细胞一般传到10代左右就不容易传下去了，细胞的生长就会出现停滞，大部分细胞衰老死亡。但是有极少数的细胞能度过“危机”而继续传下去，这些存活的细胞一般能传到40~50代，这种传代细胞叫做细胞株。细胞株细胞的遗传物质没有发生改变。当细胞株传到50代以后又会出现“危机”，不能再传下去。但是有部分细胞的遗传物质发生了改变，并且带有癌变的特点，有可能在培养条件下无限制地传代下去，这种传代细胞叫做细胞系。注：胰蛋白酶处理使细胞分散。在培养液中培养，这时的培养称为原代培养。时的培养称为传代培养，以50代为界限。时的细胞称为细胞株，之后称为细胞系。时的细胞发生了癌变。（四）动物细胞培养的应用：1、生产生物制品：如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等；2、皮肤移植——制皮肤细胞。3、检测有毒物质。二、动物细胞融合：（这是动物细胞工程的第二大技术）【教师启发】请同学们回忆植物细胞杂交过程，并大胆预测：动物细胞融合与植物细胞杂交过程有何不同？它相当于植物细胞杂交过程的哪一步？[学生讨论1`]【结论】动物细胞融合相当于植物细胞杂交的原生质体融合过程。动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理相同，就连诱导融合的方法也基本类似，只是除了物理法化学法外，还用到了生物方法，即常用灭活的病毒做诱导剂。很多不同种类的动物细胞之间或动物与人的细胞之间都能进行融合，形成杂种细胞，如人—鼠、人—兔等。1、过程：以仙台病毒为例，简单介绍病毒诱导细胞融合的原理：（见教材P78）2、用途：动物细胞融合技术最重要的用途，是制备单克隆抗体。三、单克隆抗体：通过“无性繁殖”获得化学性质单一、特异性强的抗体（蛋白质）。【设问】什么是抗体？由什么细胞产生？主要分布在哪里？长期以来，人们为了获得抗体，采用：（一）传统方法：把某种抗原反复注射到动物体内，然后从动物血清中分离出所需抗体。用这种方法获得的抗体，不仅产量低，而且抗体的特异性差，反应不够灵敏。为了解决这一难题，科学家们进行了大量的研究和探索。他们发现：（二）现代方法：要想获得大量的单一的抗体，必须用单个B淋巴细胞进行无性繁殖，也就是通过克隆，形成细胞群，这样的细胞群就有可能产生出化学性质单一、特异性强的抗体——单克隆抗体。但遗憾的是，在体外培养的条件下，一个B淋巴细胞是不可能无限增殖的。那么，怎样才能获得单克隆抗体呢？1、单倍体抗体的制备：（阿根廷科学家米儿斯坦和的国科学家柯勒设计了一个实验方案）（教材P79） 获得杂交瘤细胞动物细胞培养提取首先将抗原注射入小鼠体内，然后从小鼠脾脏中获得能产生抗体的B淋巴细胞，与小鼠骨髓瘤细胞在灭活的仙台病毒或聚乙二醇的诱导下融合，再在特定的选择性培养基中筛选出杂交瘤细胞。由于杂交细胞继承了双亲细胞的遗传物质，因此，它不仅具有B淋巴细胞分泌的特异性抗体的能力，还有骨髓瘤细胞在体外培养条件下大量增殖的本领。他们培养杂交瘤细胞，从中选出能够产生所需抗体的细胞群，继续培养，以获得足够数量的细胞，在体外条件下做大规模培养或注射到腹腔内增殖。这样，从细胞培养液或小鼠的腹水中，就可以提取大量的单克隆抗体了。小结：（详见资料P267）2、单倍体抗体的应用：可用于疾病治疗、预防、单抗诊断疾病（“生物导弹”）等。四、哺乳动物的胚胎移植：“试管牛”四、总结：（略）五、作业：（详见资料）六、后记：第课，课题第五章微生物与发酵工程第课时，课型新授。总序第个教案。编写时间执行时间教学目的与要求：（1）识记细菌的结构和繁殖的知识； （2）识记放线菌、病毒的结构和繁殖。重点难点： 细菌的结构和繁殖，既是本节的重点，也是难点。教学方法：自学——指导——启发——探究。教学程序：（导入）1675年，荷兰学者列文虎克用自己制造的显微镜，观察了雨水、井水、河水等，发现其中有许多微小的生物在活动。从那以后，人们才知道自然界还存在着许多肉眼看不到的生物，并将这些形体微小、结构简单，通常要用显微镜和电子显微镜才能看清的生物统称微生物。如果要同学们确定一个实验内容，思考下面的问题：    问题1：微生物是无处不在的，你如何通过实验证明这一点？    问题2：微生物个体很小，你如何观察到微生物？    问题3：微生物与环境、人类有何关系？  根据以上问题，实验小组的同学进行讨论，确定实验课题。通过实验，调查等手段去完成课题，在学习研究的过程中增加了对微生物的认识水平；而且课题具有多样性，如：  课题一：采集不同环境（如土壤、空气、水体）中的样本进行检测，确定微生物存在的广泛性。  课题二：利用所学的生物知识，取样、制片、染色，观察微生物的形态。  课题三：根据社会热点问题，利用电视、广播、报刊、网络信息，查阅艾滋病、炭疽热、疯牛病、流感等的相关资料。确定课题后，教师讲解关于微生物实验的实例。如水污染的测定。测定目标：水样中的细菌总数。水样采集地点：安仁永乐江的上游、中游和下游。实验设备：（1）采集容器：无菌玻璃或塑料容器，（2）量筒：100 mL量筒，（3）吸管：10mL无菌吸管，（4)吸力锥形瓶，（5）无菌培养皿，（6）镊子。试剂：质量分数为95％的酒精，琼脂培养基（蛋白胨20.0g，明胶20.0g，甘油10．0g，琼脂15.0g，蒸馏水1L）注意事项：（1）应用已清洁灭菌的器具。（2）所采样本具有代表性，且检验前不能受到污染。（3）水样在运输过程中，应保持在低温状态。   （4）水样采集到检验时间不能超过24h。   教师通过本实例的讲解，使学生初步学会微生物实验的基本操作方法和无菌操作的基本原则。要点提示：本课程教学中应充分发挥学生自主学习的能力，在教学中强调启发学生的思维，鼓励学生集思广益。培养学生思维的独立性和实验设计、实验操作、数据汇总的能力。   本课成功与否的关键在于课前准备是否充分，实验设计应具有合理性、易操作性，查阅的资料应丰富。在教学活动中教师是组织者，去引导学生的学习活动。微生物与人类的关系极为密切。虽然有些微生物能使人和动植物患病但多数微生物对人类是有益的。目前，微生物已经在许多领域得到了广泛的应用，形成了大规模的发酵工程，为人类创造出了许多财富。第一节微生物的类群微生物所包含的类群非常庞大，在目前已经知道的大约有10万种微生物中，既包括没有细胞结构的病毒等，有包括原核生物界、真菌界以及原生生物界的生物。下面重点学习细菌、放线菌和病毒。一、细菌：（一）结构：细菌是单细胞的原核生物，主要有：1、细胞壁：保护和维持细胞形状等功能。除了支原体外，几乎所有的原核细胞都有细胞壁。细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖，它使得这层壁坚韧并富有弹性。一旦失去细胞壁，所有的细菌都将成球形。细菌细胞壁的主要功能是保护细胞，维持细胞的形状，协助鞭毛运动等，而且还与细菌的抗原性、致病性和对噬菌体的敏感性有关。细菌的细胞壁是多孔性的，可允许水和一些化学物质通过，但大分子的物质不能通过。肽聚糖是细胞壁中一种特殊成分，是酶和抗生素作用的靶物质。例如，溶酶体、葡萄糖球菌溶素能导致细胞壁解体，青霉素、头孢菌素等能造成细胞壁缺陷，导致细菌在低渗溶液中极易破裂而死亡。2、细胞膜：3、细胞质：是无色透明的胶状物质，里面含有核糖体、质粒和一些贮藏性颗粒，如淀粉粒、硫粒。质粒上面一般含有几个到几百个基团，控制着细菌的抗药性、固氮、抗生素生成等性状。4、核区：由一个大型的环状DNA分子反复折叠缠绕而成，呈棒状、哑铃状或球状，控制着细菌的主要遗传性状。5、有些细菌除了上述结构外，还具有特殊结构，如芽孢、鞭毛、荚膜。介绍学生查阅的有关炭疽热的知识，讲解细菌的特殊结构：一般说，芽孢不起繁殖作用，只起度过不良环境的作用，芽孢对热、紫外线和许多有毒化学物质有很强的抗性。鞭毛与运动有关，不少细菌在细胞壁外具有荚膜，对细菌具一定的保护作用。（二）细菌的繁殖：主要是以二分裂的方式进行繁殖。分裂时，细胞增大，DNA分子复制，接着，细胞中部的细胞膜和细胞壁向内生长，形成隔膜，将细胞质分成两半，形成两个子细胞。（三）细菌的菌落：单个细菌用肉眼是看不到，但是，单单个或少数细菌在固体培养基上大量繁殖时，便会形成一个肉眼可见的、具有一定形态结构的子细胞群，叫做菌落。它的特征——菌落具有大小、形状、光泽度、颜色、硬度、透明度等特征 。如无鞭毛的球菌，常形成较小较厚边缘较整齐的菌落；有鞭毛的细菌则有大而扁平、边缘呈波状或锯齿状的菌落。一般每一种细菌在一定条件下所形成的菌落，可以作为菌种鉴定的重要依据。二、放线菌：也是单细胞的原核生物。1、组成：菌体是一般由分枝的菌丝构成，菌丝的宽度在1um左右。有繁殖能力大多数放线菌都是靠基内菌丝吸收现成的营养物质，进行腐生生活。3、繁殖：放线菌发育到一定阶段，一部分气生菌丝便分化成孢子丝。孢子丝有杆形的、波浪形的、螺旋形的等，上面生有成串的孢子。在适宜的条件下，孢子萌发长出菌丝。三、病毒：（一）结构：主要由核酸和衣壳构成。核酸和衣壳合称为核衣壳。有些病毒仅由核衣壳构成，如烟草花叶病毒；有些病毒的核衣壳的外面，还有一层由蛋白质、多糖和脂类构成的膜，叫做囊膜，囊膜上生有刺突，如流感病毒。1、核酸：位于病毒的内部，构成病毒的核心。一种病毒只含有一种核酸：DNA或RNA。核酸中贮存着病毒的全部遗传信息，控制着病毒的一切性状，如病毒的形态结构、致病性等。2、衣壳：由许多结构相同的衣壳粒组成。衣壳粒是电镜想能够看到的最小形态单位，通常由1~6个多肽分子组成，衣壳具有保护病毒核酸，决定病毒抗原特异性等功能。衣壳粒的排列方式不同，使病毒呈现出不同的形态。（二）增殖：病毒的繁殖过程只能在宿主的活细胞中进行，通常将病毒的繁殖过程称为增殖。下面一起来看看噬菌体是怎样增殖的：（图详见教材P84）吸附→注入（核酸）→合成（核酸和蛋白质）→组装（装配）→释放。三、总结：（略）四、作业：（详见资料）五、后记：参考资料：疯牛病医学上将疯牛病称为牛脑海绵状病，简称BSE。1985年4月，医学家们在英国首先发现了一种新病，专家们对这一世界始发病例进行组织病理学检查，并于1986年11月将该病定名为BSE，首次在英国报刊上报道。10年来，这种病迅速蔓延，英国每年有成千上万头牛患这种神经错乱、痴呆、不久死亡的病。此外，这种病还波及世界其他国家，如法国、爱尔兰、加拿大、丹麦、葡萄牙、瑞士、阿曼和德国。据考察发现，这些国家有的是因为进口英国牛肉引起的。    医学家研究证实，牛患BSE，是痒病传到牛身上所致。痒病是绵羊所患的一种致命的馒性神经性机能病。其实痒病的发生己有200余年的历史。    由于牛海绵状脑病和痒病同属于亚急性海绵状脑病，且认为痒病是牛海绵状脑病的原型，因此，对牛海绵状脑病致病因子的认识，大多来自于对痒病病原的研究。日前认为牛海绵状脑病的病原为痒病样纤维，这种纤维源自正常宿主编码蛋白，它的存在是牛海绵状脑病的一大特征，也说明是牛海绵状脑病的病原，它大小像病毒，可通过细菌滤器，但又有许多与病毒不一致的地方：    第一，对理化因素如热、电离和紫外线等具有很强的抵抗力，这就是痒病因子不因肉骨粉的炼制而灭活的原因，研究结果表明，该病原是一种类病毒，传染性颗粒的大小为50～200nm，其核心部分是4nm的细小纤维状物质，传染性颗粒为胶化纤维素样碎片联合纤维（SAF）或称作棒状蛋白质性感染性粒子。因为还未确定该病原的特异性蛋白和核酸，所以病原的实态还不清楚。该病原对理化因素比一般的细菌和病毒抵抗力强，对甲醛溶液、紫外线不敏感；对强酸强碱有很强的抵抗力，pH2.1～10.5时，用质量分数为2％的次氯酸钠或质量分数为90％的石碳酸经2h以上才可灭活病原，在121℃中能耐热30min以上。   第二，机体对感染牛海绵状脑病不产生兔疫应答，但不影响机体对其他感染的兔疫应答，这与中枢神经系统产生无免疫应答反应的性质是一致的，也是该病无血清学诊断方法的原因所在。很长的潜伏期，异常的稳定和缺乏免疫应答反应等特性是人们把这类病原体称为“非常规致病因子”的原因。参考资料：炭疽杆菌炭疽杆菌（Bacillusanthracis）系一需氧或兼性厌氧、无鞭毛的粗大杆菌，长4～8μm，宽1～1.5μm；菌体两端平削呈竹节状长链排列，革兰氏染色阳性。在人体内有荚膜形成并具较强致病性，无毒菌株不产生荚膜。炭疽杆菌生活力强，在一般培养基上生长良好。炭疽杆菌繁殖体于56℃2小时、75℃ 1分钟即可被杀灭。常用浓度的消毒剂也能迅速杀灭。在体外不适宜的环境下可形成卵圆形的芽胞。芽胞的抵抗力极强，在自然条件或在腌渍的肉中能长期生存。在皮毛上能存活数年。经直接日光曝晒100小时、煮沸40分钟、140℃热3小时、110℃高压蒸气60分钟、以及浸泡于10%福尔马林液15分钟、新配石炭酸溶液（5%）和20%漂白粉溶液数日以上，才能将芽胞杀灭。炭疽杆菌的抗原组成有荚膜抗原、菌体抗原、保护性抗原及芽胞抗原四种。荚膜抗原是一种多肽，能抑制调理作用，与细菌的侵袭力有关，也能抗吞噬；菌体抗原虽无毒性，但具种特异性；保护性抗原具有很强的免疫原性；芽胞抗原有免疫原性及血清学诊断价值。炭疽杆菌繁殖体能分泌炭疽毒素，此毒素由第Ⅰ因子（水肿因子，EF）、第Ⅱ因子（保护性抗原，PA）及第Ⅲ因子（致死因子，LF）所组成的复合多聚体。3种成分个别注入动物体内均无毒性，但保护性抗原加水肿因子或致死因子则可分别引起水肿、坏死或动物死亡。【发病机理】当一定数量的芽胞进入皮肤破裂处，吞入胃肠道或吸入呼吸道，加上人体抵抗力减弱时，病原菌借其荚膜的保护，首先在局部繁殖，产生大量毒素，导致组织及脏器发生出血性浸润、坯煞费苦心和严重水肿，形成原发性皮肤炭疽、肠炭疽及肺炭疽等。当机体抵抗力降低时致病菌即迅速沿淋巴管及血循环进行全身播散，形成败血症和继发性脑膜炎。皮肤炭疽因缺血及毒素的作用，真皮的神经纤维发生变性，故病灶处常无明显的疼痛感。如人体健康，而进入体内的芽胞量少或毒力低，则可以不发病或出现隐性感染。炭疽杆菌的致病主要与其毒素中各组分的协同作用有关。炭疽毒素可直接损伤微血管的内皮细胞，使血管壁的通透性增加，导致有效血容量不足；加之急性感染时一些生物活性物质的释放增加，从而使小血管扩张，加重血管通透性，减少组织灌注量；又由于毒素损伤血管内膜，激活内凝血系统及释放组织凝血活酶物质，血液呈高凝状态，故DIC和感染性休克在炭疽中均较常见。此外，炭疽杆菌本身可堵塞毛细血管，使组织缺氧缺血和微循环内血栓形成。参考资料：边缘生命--病毒　　虽然病毒可以像没有生命的蛋白质那样成为结晶，并装在瓶子里长期保存，但它能够繁殖并且能够变异，所以病毒被认为是最简单的生命形态。由于它的结构简单和常常来去踪迹难寻，所以是生命世界中迄今发现得最少，也是人类最难驾驭的一类。同时，因为病毒的结构比其他类群的生物要简单，在生物技术不断取得重要进展的当代，它成为了解生命和改造生命的得力工具。当人类战胜了大多数细菌和真菌病害之后，对人类、家畜和植物危害最严重，而且最难控制的就是各种病毒。有关病毒的知识是微生物学知识中的不可缺少的部分。　　病毒连细胞结构都没有，所以称为非细胞生物。它是微生物中最小的生命实体，它的组成简单。病毒粒体中仅含有一种核酸（DNA或RNA）及蛋白质。它们具有专性寄生性，必须在活细胞中才能增殖。因此根据宿主的不同，有动物病毒、植物病毒、细菌病毒（噬菌体）和拟病毒（寄生在病毒中的病毒）等多种类型。有的病毒甚至没有蛋白质，只含有具有单独侵染性的较小型的核糖核酸（RNA）分子（类病毒），或只含有不具备侵染性的RNA（拟病毒）和没有核酸而有感染性的蛋白质颗粒（朊病毒）。我们把后3类统称为亚病毒。病毒的基本类型名称基本特征（真）病毒至少含有蛋白质和核酸两类物质类病毒含有具有单独侵染性的核糖核酸（RNA）分子拟病毒只含有不具备侵染性的RNA朊病毒没有核酸而有感染性的蛋白质颗粒　　病毒学研究与生命科学及生物技术密切相关，因为病毒是研究生命活动最简单的模型，为近代研究生物大分子结构及其功能、基因组高效表达与调控提供了有力工具，在人类认识生命现象的过程中提供了许多基本的信息。同时，病毒一方面能够引起动物、植物及人类各种疾病，如艾滋病，对人类的生存至今仍是巨大的威胁；另一方面，它又可被用来消除害虫、用作外源基因的表达载体，可以为人类所利用。病毒学涉及医学、兽医、环境、农业及工业等广阔领域，相应发展成噬菌体学、医学病毒学、兽医病毒学、环境病毒学、植物病毒学及昆虫病毒学等分支学科。病毒学已成为人们认识生命本质，发展国民经济和保证人畜健康而必须深入研究的重点学科。类病毒类病毒是一种具有传染性的单链RNA病原体。它们比病毒要小，并且没有通常病毒所有的蛋白质外壳。类病毒为严格寄生物，专一性很强，通常感染高等植物，并整合到植物的细胞核内进行复制。类病毒通常通过种子或花粉传播。类病毒最早由在美国工作的瑞士学者迪纳（Diener）于1971年在马铃薯纺锤块茎病中发现。拟病毒拟病毒也称为类类病毒，它是一种环状单链RNA。它的侵染对象是植物病毒。被侵染的植物病毒被称为辅助病毒，拟病毒必须通过辅助病毒才能复制。单独的辅助病毒或拟病毒都不能使植物受到感染朊病毒朊病毒 是一种具有感染性和自我复制能力的因子，也叫做普列昂获蛋白质侵染因子。虽然它们具体的活动和复制机制还不是很清楚，但是它们通常被认为是引起先前一系列人们了解甚少的传染性海绵状脑病的原因，这些脑病包括羊搔痒症和牛绵状脑病（也叫“疯牛病”）。这些疾病对脑组织结构的影响都是致命的和不可医治的。朊病毒最早由美国旧金山加利福尼亚大学的斯坦利·B·布鲁辛纳（StanleyB.Prusiner）于1982年发现的。推测朊病毒仅由蛋白质组成，没有核酸。在这之前，科学家认为所有的病原体都有可复制的核酸（细菌、病毒等等）。研究人员发现了一个突破口：这种具有感染性的因子主要由被称为PrP的蛋白质组成的。这种蛋白质可以在细胞的膜上找到（具体功能还不了解），但是与具有感染性的因子PrpSC与正常因子PrPC在形状上有一点不同。科学家推测这种变形的蛋白质会引起正常的PrPC转变成具有感染性的蛋白质，这种连锁反应使得正常的蛋白质和致病的蛋白质因子都成为新病毒的材料。在这个假说被提出来以后，产生PrP的基因被抽离出来，产生不同形状的突变基因被成功的定义和复制，研究实验鼠的结果为这个假说提供了支持，这些证据现在是强有力的，但并不是无可争议的。朊病毒似乎在直接与受感染的组织接触时感染性很强。例如，人们可能会因为注射直接来源于人类脑下垂体的生长激素而感染Creutzfeldt-Jakob疾病，或通过脑部外科手术的仪器传染（朊病毒可以幸存于通常为外科器械消毒的高压灭菌器）。通常也认为，使用受感染的动物可以通过积累缓慢地引起疾病，特别是可以引起朊病毒在时代间积累的同类相食或类似的行为。虽然这种风险没有被证明，但是现代农场不接受给反刍动物喂养反刍动物蛋白质粉末就是一个警惕。朊病毒没有引起免疫系统察觉的原因是，它们的“安全形式”从个体出生的一刻起就存在于体内。“危险”朊病毒与之的差别只是它们的折叠结构有微微的差别。朊病毒通过不断聚合，然后在中枢神经细胞中堆积，最终破坏神经细胞。根据脑部受坡缓的区域不同，发病的症状也不同，如果感染小脑，则会引起运动机能的损害；如果感染大脑皮层，则会引起记忆下降。第课，课题第二节微生物的营养、代谢和生长第课时，课型新授。总序第个教案。编写时间执行时间教学目的与要求：（1）使学生学会应用微生物所需的碳源、氮源、生长因子等营养物质的概念、功能及主要来源的知识；培养基配制的原则及培养基种类的知识；微生物代谢调节方式、实例以及生产实践中微生物代谢的人工控制的知识；（2）使学生理解微生物细胞内产生的代谢产物的种类和功能，发酵概念及种类，微生物群体生长的规律及其生产实践中应用和微生物生长的影响因素；（3）识记测定微生物群体生长的方法。 重点难点：（1）微生物所需的碳源、氮源和生长因子的来源、功能；        （2）培养基的种类及配制原则；（3）微生物代谢的调节；   （4）微生物群体生长规律及影响微生物生长的环境因素。教学设计思路：根据本节教材的知识内容和学生的认知水平，为促成学生知识与能力共同发展的目标，采取如下设计思路：1．教师提供问题情境、探索目标，学生根据阅读、自学教材的知识内容，寻找、思考、归纳问题的答案。2．教师作为指导者，在学生自主学习过程中给予帮助、点拨；在交流知识的过程中，一方面引导学生准确表述学习成果，另一方面进一步提供问题情境，讨论深化学习内容，促进知识内化。3．依据教学需要，适时出示图表，引导学生观察、思考、归纳，培养学生综合处理信息的能力。4．教学中注意知识的获取过程，注重理论与实际的结合。教学程序：（导入）微生物在生命活动的过程中，需要不断地从外界吸收营养物质，通过新陈代谢（简称代谢），获取能量并合成自身的组成物质，以维持正常的生长和繁殖。一、微生物的营养：（一）营养的概念：是指维持机体生命活动，保证发育、生殖所需的外源物质。对人和动物，营养物质包括水、无机盐、糖类、脂类、蛋白质和维生素六大类；对植物，营养物质包括矿质元素、水、二氧化碳等三大类；而对微生物，则有水、无机盐、碳源、氮源、生长因子五大类。（二）微生物需要的营养物质及功能：微生物的种类繁多，对营养物质的需要也各不相同。在生产实际和科学研究中，常常要人工培养某一种微生物，因此，必须了解微生物所需要的营养物质。科学家通过对多种微生物细胞的化学组成的分析，可以对微生物所需要要的营养物质有了一个大概的了解。微生物细胞的化学组成与其它生物的大体相同，也是由C、H、O、N、P、S以及其它元素组成，其中C、H、O、N占细胞干重的90%以上，这些元素最终来自外界环境中的各种无机和有机化合物。微生物所需要的有水、无机盐、碳源、氮源、生长因子五大类营养要素物质。下面重点学习碳源、氮源和生长因子。 1、碳源：凡是能为微生物提供所需要碳元素的营养物质。（1）主要种类：CO2、NaHCO3、糖类、脂肪酸等，甚至花生粉饼、石油等，但糖类是最常用的碳源，尤其是葡萄糖。（2）功能：主要用于构成微生物的细胞物质和一些代谢产物，有些碳源还是异养微生物的主要能源物质，所以微生物对碳源的需求量最大。但不同种类的微生物，对碳源的需求情况差别很大。如甲基营养细菌只能利用甲醇、甲烷做碳源，而某些细菌（如假单孢菌）却能利用90多种含碳化合物。2、氮源：凡是能为微生物提供所需要氮元素的营养物质。（1）主要种类：分子态氮、氨、铵盐、硝酸盐、尿素、牛肉膏和蛋白胨等，其中铵盐和硝酸盐等是最常利用的氮源。（2）功能：主要用于合成蛋白质、核酸以及含氮的代谢产物。对于异养微生物来说，含C、H、O、N的化合物既是碳源，又是氮源。3：生长因子：（1）概念：微生物生长不可缺少的微量有机物。（2）化学本质：有机物：（主要）氨基酸、维生素、碱基（嘌呤、嘧啶）等（3）功能：一般是酶和核酸的组成成分，即提供酶和核酸的原料。微生物之所以需要补充生长因子，往往是由于缺乏合成这些物质所需要的酶或合成能力有限（补充原因）。一些天然物质如酵母膏、蛋白胨、动植物组织提取液等，可以为微生物提供生长因子。〖设问〗在生产实际和科学研究中，常常要人工培养某一种微生物。那么，人工培养某一种微生物时，怎样根据某种微生物所需要的营养物质，配制适合于这种微生物生长的培养基呢？（三）培养基的配制原则：科研人员根据多年的实践经验，总结出了以下几个配制原则：1、（选配料）目的明确。要根据所培养的微生物的种类、培养的目的（用于生产或实验）等，选择适合的原料配制培养基。如，自养微生物能自己合成所需的有机物，它们的培养基可由简单的无机物组成。2、（定比例）营养要协调。配制培养基时，必须注意各种营养物质的浓度和比例，否则会产生不良后果。如蔗糖是多种微生物的主要营养物质，但高浓度的蔗糖反而会抑制微生物的生长。在各种营养物质的比例中，碳源和氮源的比最为重要。如在谷氨酸生产中，当培养基中的碳源与氮源的比为4：1时，菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少；当碳源与氮源的比为3：1时，菌体受到抑制，但谷氨酸的合成量大增。3、（调PH值）PH值适宜。这时由于各种微生物适宜生长的PH值范围不同，如细菌的最适PH值为6.5~7.5，放线菌的最适PH值为7.5~8.5。（三）培养基的种类：3、按用途分：（1）选择培养基：是在培养基中加如某种化学物质，以抑制不需要的微生物的生长，促进所需要的微生物的生长。例如，当需要酵母菌和霉菌时，可以在培养基中加入青霉素，以抑制细菌、放线菌的生长，从而分离到酵母菌和霉菌。又如，在培养基中加入高浓度的食盐可以抑制多种细菌的生长，但不影响金黄色葡萄球菌的生长，从而可以将该菌分离出来。 （2）鉴别培养基：是根据微生物的代谢特点，在培养基中加入某种指示剂或化学药品配制而成的，用以鉴别不同种类的微生物。如在培养基中加入伊红和美蓝，可以鉴别饮用水和乳制品中是否存在大肠杆菌等细菌：如果有大肠杆菌，其代谢产物（有机酸）就与伊红和美蓝结合，使菌落呈深紫色，并带有金属光泽。二、微生物的代谢：（一）概念：是指微生物细胞内所发生的全部化学反应。（二）特点：（同其它生物比较）微生物的代谢异常旺盛。原因：是微生物的表面积与体积的比很大，约为同等重量的成年人的30万倍，使它们能够迅速与外界环境交换物质。研究资料表明：在适宜的条件下，大肠杆菌每小时分解的糖是自身重量的两千倍，乳酸菌每小时产生的乳酸能达到自身重量的成千上万倍，简直就是一个个活的小型“化工厂”。小结：①表面积大，有利于与外界环境进行物质交换；②对物质的转化快。（三）微生物的代谢产物：微生物在代谢过程中，会产生多种多样的代谢产物。根据代谢产物与微生物生长繁殖的关系，可以分为初级代谢产物和次级代谢产物。1、初级代谢产物：是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质。如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、微生物等。在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。此外，初级代谢产物的合成在不停地进行着，任何一种产物的合成发生障碍都会影响微生物正常的生命活动，甚至导致死亡。2、次级代谢产物：是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质，如抗生素、毒素、激素、色素等。不同种类的微生物所产生的次级代谢产物不同，它们可能积累在细胞内，也可能排列到外环境中。其中，抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机化合物，种类很多，常用的有链霉素、青霉素、红霉素和四环素等。小结：这些代谢产物都是在微生物细胞的调节下，有步骤地产生的。产物名称产生时间作用分布种的特异性举例初级代谢产物生长过程生长繁殖所必需细胞内无氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、微生物次级代谢产物生长后期对自身无明显生理作用细胞内或外有抗生素、毒素、激素、色素（四）微生物代谢的调节：[复习“人和高等动物，植物生命活动调节的基本形式”，运用结构与功能相适应的生物学观点，引出微生物代谢的调节方式。]微生物在生长的进化过程中，形成了一套完善的代谢调节系统，以保证各种代谢快速而高效地进行。微生物的代谢调节主要有两种方式：酶合成的调节和酶活性的调节。1、酶合成的调节：微生物细胞内的酶可以分为组成酶和诱导酶。（1）酶的种类：组成酶：是微生物细胞内一直存在的酶，它们的合成只受遗传物质的控制；诱导酶：是在环境中存在某种物质的情况才合成的酶。（2）举例：在用葡萄糖和乳糖做碳源的培养基上培养大肠杆菌，开始时，大肠杆菌只能利用葡萄糖而不能利用乳糖，只有当葡萄糖被消耗完毕以后，大肠杆菌才开始利用乳糖。这个实验表明，大肠杆菌分解葡萄糖的酶是组成酶，而分解乳糖的酶不是组成酶，而是在乳糖诱导下合成的诱导酶。（3）意义：避免了细胞内物质和能量的浪费，保证了代谢的需要，增强了微生物对环境的适应能力。2、酶活性的调节：微生物还能通过改变已有酶的催化活性来调节代谢的速率。（1）调节对象：酶的活性。（2）酶活性改变的原因：是代谢过程中产生的物质与酶结合，致使酶的结构产生变化。但这种变化是可逆的，当代谢产物与酶脱离时，酶结构便会复原，又恢复原有的活性。（3）调节者：该酶催化反应的直接产物或间接产物。（4）调节方式：①酶的催化产物改变酶的活性；②产物积累时，酶的活性下降；③产物消耗而使浓度下降时，酶活性恢复；④当两种产物共同调节酶活性时，两种产物须同时积累过度才 能使酶的活性下降。（5）举例：（见教材P90）谷氨酸棒状杆菌能够利用葡萄糖，经过复杂的代谢过程形成谷氨酸；但当终产物——谷氨酸的合成量过量时，就会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，从而导致合成途径中断。当谷氨酸因消耗而浓度下降时，抑制作用就会被解除，该合成反应又重新启动。所以，酶活性的调节是一种快速、精细的调节方式。这种调节现象在核苷酸、维生素的合成代谢普遍。上述两种调节方式是同时存在，并且密切配合、协调起作用的。通过对代谢的调节，微生物细胞内一般不会积累大量的代谢产物。但在工业生产中，人们总是希望微生物能够大规模最大限度地积累对人类有用的代谢产物，这就要对微生物代谢的调节进行人工调节。（五）微生物代谢的人工控制：  （1）首先指出人工控制微生物代谢的目的——最大限度积累对人类有用的代谢产物。  （2）以黄色短杆菌生产赖氨酸，谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸为例，说明人工控制微生物代谢的方法。    人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物遗传特性、控制生产过程中的各种条件（即发酵条件）等。例如，黄色短杆菌能够利用天冬氨酸合成赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸（图5－10）。其中，赖氨酸是一种人和高等动物的必需氨基酸，在食品、医药和畜牧业上的需要量很大。在黄色短杆菌的代谢过程中，当赖氨酸和苏氨酸都积累过量时，就会抑制天冬氨酸激酶的活性，使细胞内难以积累赖氨酸；而赖氨酸单独过量就不会出现这种现象。由此可见，要想利用黄色短杆菌生产赖氨酸，就必须抑制苏氨酸的合成。那么，怎样才能抑制苏氨酸的合成呢？科学家通过研究发现，高丝氨酸脱氢酶是合成高丝氨酸不可缺少的一种酶，而合成赖氨酸则不需要这种酶。科学家通过对黄色短杆菌进行诱变处理，选育出了不能合成高丝氨酸脱氢酶的菌种，从而达到了让黄色短杆菌大量积累赖氨酸的目的。又如，在谷氨酸的生产过程中，可以采取一定的手段改变细胞膜的透性，使谷氨酸能迅速排放到细胞外面，从而解除谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的抑制作用，提高谷氨酸产量。小结：措施：改变微生物遗传特性、控制生产过程中的各种条件（即发酵条件）控制对象控制方式微生物的遗传特性诱变处理，选择符合生产要求的菌种溶氧对需氧型微生物保证氧的供应，厌氧型控制氧的供应，以通气量和搅拌速度控制溶氧PH加酸、加碱、或加缓冲液温度注意降温，使温度控制在所培养微生物的最适温度在生产实际中，人们将通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程叫做发酵。发酵的种类很多。根据培养基的物理状态，可以分为固体发酵和液体发酵；根据所生成的产物，可以分为抗生素发酵、维生素发酵、氨基酸发酵等；根据发酵过程对氧的需求情况，可以分为厌氧发酵（如酒精发酵、乳酸发酵）和需氧发酵（如抗生素发酵、氨基酸发酵）。三、微生物的生长： 在代谢的基础上，微生物的个体会由小到大不断地生长。但是，对于单细胞微生物来说，个体的生长很不明显，持续很短时间就开始繁殖，而且生长和繁殖交替进行，界限难以划清。因此，在实际工作中，常以微生物的群体为单位来研究微生物的生长。那么，微生物的群体具有什么样的生长规律呢？（一）微生物群体生长的规律：对微生物群体生长规律的研究，往往是在人工培养的条件下进行的。下面以细菌为例来讲述。将少量的某种细菌接种到恒定容积的液体培养基中，并置于适宜的条件下培养，然后，定期取样测定培养基里的细菌群体的生长情况。如何进行测定呢？常用的方法有两种：一种是测细菌的细胞数目，如将待测样品与等量的已知含量的红细胞混匀后，涂布在载玻片上，经固定染色后，在显微镜下随机选若干个视野进行计数，得出细菌与红细胞的比例，再根据红细胞的含量计算出单位体积内的细菌数目；另一种是测重量，如取一定体积的培养基，经离心分离、反复洗涤后，称菌体的湿重，或烘干后称干重，再由此计算出其中的细胞总重量。根据测定结果，研究人员发现细菌的生长速率并不是始终不变的，而是随时间的推移发生了有规律的变化。如果以时间为横坐标，以细菌数目的对数为纵坐标作图，便可以得到反映细菌生长规律的曲线，叫做生长曲线（图5－11）。从图5－11中可以看出，细菌群体从开始生长到死亡的动态变化可以分为以下四个主要时期。1、调整期：刚刚接种到培养基上的细菌，对新环境有一个短暂的调整或适应过程，因此，一般不立即开始分裂繁殖，这段时间称为调整期。这时细菌的代谢活跃，体积增长较快，大量合成细胞分裂所需的酶类、ATP以及其他细胞成分。调整期的长短与菌种、培养条件等因素有关。2、对数期：这个时期的细菌进入快速分裂阶段，细胞数目以等比数列的形式增加：1→2→4→8……即20→21→22→23……因此，一个细菌繁殖n代，可以产生2n个细菌。处于对数期的细菌，代谢旺盛，个体的形态和生理特性比较稳定，常作为生产用的菌种（也叫种子）和科研的材料。3、稳定期：经过一段时间的高速生长以后，随着营养物质的消耗，有害代谢产物的积累，pH的变化等，细菌的分裂速率下降，死亡细胞的数目逐渐增加，整个培养基中新增加的细胞数和死亡的细胞数达到动态平衡，这个时期称为稳定期。在稳定期，活菌数目达到最高峰，细胞内大量积累代谢产物，特别是次级代谢产物，某些细菌的芽孢也是在这个时期形成的。4、衰亡期：随着培养的继续，细菌的死亡速率超过繁殖速率，最终导致培养基中的活菌数目急剧下降，这个时期称为衰亡期。到了衰亡期，细胞会出现多种形态，甚至畸形，有些细胞开始解体，释放出代谢产物等。认识和掌握微生物的生长曲线，具有重要的实践意义。例如，处于对数期的细菌，生长繁殖速率快，代谢旺盛，因此，生产上常用这个时期的细菌作为菌种，以缩短生产周期。又如，进入稳定期后，抗生素等代谢产物逐渐增多，这时如果适当补充营养物质，就有助于延长稳定期、提高代谢产物的产量。为此，人们经过长期的探索，总结出一种连续培养探的方法，就是在一个流动装置中（图5－12），以一定的速度不断地添加新的培养基，同时又以同样的速度不断地放出老的培养基，以保证微生物对营养物质的需要，并排出部分有害代谢产物，使微生物保持较长时间的高速生长。目前，这种方法已成功地应用于酒精、丙酮、丁醇等产品的生产中。连续培养缩短了培养周期，提高了设备利用率，并且便于自动化管理。小结：细菌群体生长四个主要时期比较：细胞数目变化特征 调整期基本不增加细菌的代谢活跃，体积增长较快，大量合成细胞分裂所需的酶类，ATP以及其它细胞成分；对数期以几何级数增加代谢旺盛，个体的形态和生理特性比较稳定，常做为生产用的菌种（也叫种子）和科研的材料；稳定期增加的细菌数等于死亡的细菌数活菌数目达到最高峰，细胞内大量积累代谢产物，特别是次级代谢产物，某些细菌的芽孢也是这个时期形成的；衰亡期活菌数急剧下降细胞会出现多种形态，甚至畸形，有些细胞开自字溶，释放出代谢产物等。（二）影响微生物生长的环境因素环境中影响微生物生长的因素很多，主要的有温度、pH和氧。1、温度：每种微生物只能在一定的温度范围内生长，其中，微生物生长最旺盛时的温度叫最适生长温度，绝大多数微生物的最适生长温度为25～37℃。在最适生长温度范围内，微生物的生长速率随温度的上升而加快。超过最适生长温度以后，微生物的生长速率会急剧下降，这是由于细胞内的蛋白质和核酸等发生了不可逆的破坏。2、pH：每种微生物的最适pH不同，如多数细菌的最适pH为6.5～7.5，真菌的最适pH为5.0～6.0。超过最适pH范围以后，就会影响酶的活性，细胞膜的稳定性等，从而影响微生物对营养物质的吸收等。3、氧：有些种类的微生物只能生活在有氧的条件下，如多种细菌和大多数真菌等好氧型微生物。有些种类的微生物在生活过程中不需要氧气，属于厌氧型微生物，如某些链球菌等。有些厌氧型微生物甚至是严格厌氧的，它们即使短时间接触空气，也会造成生长停滞，甚至导致死亡，如某些产甲烷杆菌。在自然界中，还有一类兼性厌氧微生物，它们在有氧和无氧条件下，能以不同的代谢方式生长繁殖，如酵母菌。可见，环境中氧含量的状况，对不同代谢类型的微生物群体的生长，具有不同的影响。小资料：根据最适生长温度，可以将微生物分为：低温型的，如两极地区、海水及冷藏食品中的微生物；高温型的，如温泉、堆肥、热水器中的微生物；中温型的，绝大多数微生物都属于这类。复习题一、填充题1．在一定的容器内，微生物的群体生长可以分为______、______、______和______四个时期。2．微生物的初级代谢产物一般是在______期产生的。二、选择题1．微生物产生次级代谢产物的最佳时期是：　[　　　]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　A．对数期；　　B．稳定期；C．衰亡期；　　　D．调整期。2．下列对连续培养优点的叙述，不正确的是：　[　　　]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　A．能及时补充微生物所需的营养物质，提高产量；B．有利于微生物尽快将代谢产物释放到培养基中；C．能消除不利于微生物生长的某些环境因素；D．提高了设备利用率。三、简答题1．试举例说明研究微生物群体生长规律在生产实践上的意义。2．氧对不同代谢类型的微生物群体的生长有什么样的影响？为什么？3．请设计一个实验，来测定微生物生长所需的最适pH。四、总结：（略）五、作业：（详见资料）六、后记： 第课，课题第三节发酵工程简介第课时，课型新授。总序第个教案。编写时间执行时间教学目的与要求：（1）知道发酵的概念和内容。（2）知道发酵工程在医药行业和食品方面的应用。重点难点：发酵工程的概念和内容。 教学程序：（导入）讲到发酵，同学可能会想到生活中的：酿酒、沼气池……而关于发酵的原理，可能同学们并不一定知道。其实发酵的原理是在1857年，法国生物学家巴斯德发现的，直到这时，人们才认识到发酵是微生物活动的结果。此后，随着纯种微生物的分离及培养技术的建立，以及密闭式发酵罐的设计成功，使人们能够利用某种类型的微生物，在人工控制的环境条件下，进行大规模的生产，逐步形成了发酵工程。【设问】那么，什么是发酵工程呢？应用它能产生哪些产品呢？下面以谷氨酸发酵为例来学习。一、应用发酵工程的产生实例——谷氨酸发酵：谷氨酸是鲜味剂味精的主要成分，以前是用植物（如大豆）蛋白质水解法生产。1957年，日本率先用微生物发酵法生产成功。（一）谷氨酸发酵的分析：1、菌种：常用的有谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌等；2、培养基（液体天然培养基）：通常用豆饼（或马铃薯等）的水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、氧化钾、硫酸镁、生物素（即生长因子）等配制而成，呈液体状态，也称培养液。3、培养方式：连续培养4、控制条件：温度、PH、通气量、搅拌速度；5、提取：用NaCO3中和后，过滤、浓缩、离心分离而成味精。（二）发酵工程的一般过程分析：培养液配制→发酵罐→灭菌（98KPa的蒸汽）→接种→控制溶氧、温度（30~37℃）、PH（7~8）、搅拌速度→培养28~32h，生成大量谷氨酸→提取（用NaCO3中和后，过滤、浓缩、离心分离制成味精。）（注意发酵罐结构的分析）（三）影响发酵过程的因素：1、温度：温度对微生物的影响是多方面的。温度影响酶的活性。在最适温度范围内，随着温度的升高，菌体生长和代谢加快，发酵反应的速率加快。当超过最适温度范围以后，随着温度的升高，酶很快失活，菌体衰老，发酵周期缩短，产量降低。温度也能影响生物合成的途径。2、PH：PH能能影响酶的活性，以及细胞膜的带电状况。细胞膜的带电状况如果发生变化，膜的透性也会发生改变，从而有可能影响微生物对营养物质的吸收及代谢产物的分泌。此外，PH还会影响培养基中营养物质的分解等。因此，应控制发酵液的PH。但不同菌种生长阶段和合成阶段的最适PH往往不同，需要分别加以控制。3、溶氧：氧的供应对需氧发酵来说，是一个关键因素。好氧型微生物对氧的需要量很大，但在发酵过成中菌种只能利用发酵液中的溶解氧，然而氧很难溶于水，而且随着温度的升高，溶解度还会下降。所以，必须向发酵液中连续补充大量氧，可以提高氧在发酵液中的溶解度。 4、泡沫：在发酵过程中，通气搅拌、微生物的代谢过程及培养基中某些成分的分解等，都有可能产生泡沫。发酵过程产生一定数量的泡沫是正常现象，但过多的持久性的泡沫对发酵是不利的。因为泡沫会占据发酵罐的容积，影响通气和搅拌的正常的进行，甚至导致代谢异常，所以必须消除泡沫。常用的消泡沫措施有：（1）是安装消泡沫挡板，通过强烈的机械震荡，促使泡沫破裂；（2）是使用消泡沫剂。5、营养物质的浓度：发酵液中各种营养物质的浓度，特别是碳氮化合物、无机盐、维生素的浓度，会直接影响菌体的生长和代谢产物的积累。因此，在发酵过程中，也应根据具体情况进行控制。二、发酵工程的概念和内容：（知识网络详见资料P280）（一）概念：指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程中的一种新技术。（二）内容：菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程以及产品的分离提纯等。1、菌种的选育：（1）从自然界分离菌种：可用固体选择培养基进行筛选，但产量低，不能满足工业的需要；（2）培养菌种：经过诱变育种、基因工程、细胞工程定向改变菌种，获得优良菌种；能生产出一般微生物所不能生产的产品，如将大肠杆菌的质粒取出，连接上人的生长激素的基因后，重新置入大肠杆菌细胞内，然后，用这种带有人生长激素基因的工程菌进行发酵，就能得到大量的人生长激素。2、培养基的配制：确定菌种后，依据培养基的配制原则，选择原料制备培养基；3、灭菌：一般用高压蒸汽灭菌（通入98KPa的蒸汽灭菌）。杀死所有存在于培养基、培养设备上的微生物的细胞、孢子、芽孢；因为发酵工程中所用的菌种大多是单一的纯种，整个发酵过程不能混入其它微生物（称杂菌），一旦污染杂菌，将导致产量大大下降，甚至得不到产品。例如，青霉素生产过程中4、接种：在保证不被杂菌污染的条件下进行；5、扩大培养：增加接种时菌种的量，以缩短调整期，进而缩短生产周期；6、发酵过程：（详见教材P98）随时检测培养情况，使培养保持在稳定期。若菌数少于稳定期的菌数且菌体形态稳定，则要降低培养基的添加速度。严格控制温度、PH、溶氧、搅拌速度；菌体：过滤、沉淀7、分离提纯：代谢产物：蒸馏、萃取、离子交换。三、发酵工程的应用：（一）优点：生产条件温和，原料来源丰富且价格低廉，产物专一，废弃物对环境污染小和容易处理等。在医药工业、食品工业、农业、冶炼工业、环境保护等许多领域得到了广泛的应用，逐步形成了规模庞大的发酵工业。在一些发达国家，发酵工业的总产值占国民生产总产值的5%左右。发酵工程生产产品流程简图20世纪80年代以来，我国的发酵工业也有了较大的发展。下面一起学习发酵工业在医药隔夜和食品工业上应用。（二）应用：1、在医药工业上的应用：用于生产抗生素、维生素、动物激素、药物氨基酸、核苷酸等；2、在食品工业上的应用：（1）生产传统的发酵产品：如啤酒、果酒、食醋等，使产品的产量和质量得到明显的提高。（2）生产各种各样的食品添加剂：如酸味剂、调味剂、色素、甜味剂等；（3）用于解决粮食短缺问题：菌体含丰富的蛋白质，且生长繁殖速度快。因此，许多国家利用淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液、石化产品等为原料，通过发酵获得大量的微生物菌体。这种微生物菌体就叫做单细胞蛋白。20世纪80年代中期，全世界生产的单细胞蛋白已达2×106 t。单细胞蛋白用做饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶量显著提高。用酵母菌等生产的单细胞蛋白可作食品添加剂。最近国外市场上出现的一种真菌蛋白食品，就以其蛋白、低脂肪的特点受到了消费者的欢迎。三、后记：“关于发酵”1、广义的发酵是指利用微生物生产有用代谢产物的一种生产方式。2、狭义的发酵是指微生物在厌氧条件下，以体内的某些有机物作为最终氢（电子）受体的产能过程。第课，课题第四节酶工程简介第课时，课型新授。总序第个教案。编写时间执行时间教学目的与要求：（1）酶工程的概念以及有关生产和应用酶制剂的基础知识。（2）酶工程与基因过程、细胞工程之间具有险乎交叉渗透的关系。重点难点：（1）酶制剂的生产原理和应用。（2）生物工程各分支领域之间的密切关系。教学程序：（导入）生活中，我们知道，一般的洗衣粉不能洗掉衣服上的油污、奶渍等；但现在的加酶洗衣粉，由于里面含有蛋白酶和脂肪酶等多种通过微生物生产出来的酶，因而在去除汗渍、奶渍和油渍方面的能力比较强。我们也知道，酶作为一类具有生物催化作用的有机物，是在活细胞内产生的。那么，人们是怎样通过活细胞获得这些酶并且在生产和生活中使用这些酶的呢？这些都是通过酶工程来实现的。一、酶工程：是指将酶所具有的生物催化功能，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。简单的说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。二、酶制剂的生产：（一）酶制剂：是指含有酶的制品，可以分为液体和固体两大类。胃蛋白酶液→液体酶制剂；加酶洗衣粉中的蛋白酶和脂肪酶→固体酶制剂。（二）生产过程：1、酶的生产：大都来自发酵工程的菌体或培养液（微生物）。与从动植物的器官和组织中提取酶相比较，微生物具有容易培养、繁殖速度快和便于大规模生产等优点。胞外酶：直接来自培养液。2、酶的提取：胞内酶：先将细胞破碎后提取。3、酶的分离纯化：用不同种类、不同浓度的有机溶剂，沉淀不同的酶，如用酒精和丙酮使酶蛋白分子凝聚。4、生产酶制剂：酶中添加稳定剂和填充剂而成。5、酶固定化：将酶吸附在离子交换树脂或包埋在明胶中。注：固定化酶——将分离纯化后的酶固定到一定的载体上，使用时将被固定的酶投放到反应液中，催化反应结束后又能将被固定的酶回收，这样的酶叫做固定化酶。例如，将葡萄糖异构酶吸附到离子交换树脂或包埋在明胶中，制成的固定化葡萄糖异构酶，不仅可以用于使葡萄糖转化为成甜度更高的高果糖浆，而且可以在生产中反复使用。目前科学家已经研制出膜状、颗粒状等多种形态的固定化酶。小结：制成液体酶制剂直接使用酶制剂的生产：生产→提取→分离纯化制成固定化酶后使用三、酶制剂的应用：（一）用于治疗疾病：如1、溶菌酶可用来溶解病原菌的细胞壁，具有明显的抗菌和消炎作用。2、尿激酶可以用来活化人体内的溶纤维蛋白酶原，使溶纤维蛋白酶原转化为溶纤维蛋白酶。3、溶纤维蛋白酶具有溶解患者血管内纤维蛋白凝块的作用，可以用来治疗血栓病。（二）用于加工个生产一些产品。1、在食品方面：如（1）酿酒厂个饮料厂利用果胶酶来澄清果酒和果汁。 （2）用木瓜蛋白酶制成的嫩肉粉，可以使肉丝、肉片等烹调后吃起来嫩滑可口。2、在生产药品方面：如长期使用青霉素，使许多病原菌对青霉素产生了抗药性。所以科学家就一方面研制新的抗生素来代替青霉素，另一方面设法通过有关的酶制剂来改造青霉素的分子结构，进而研制出新型的青霉素。（详见教材P103）（三）用于化验诊断和水质监测：1、制酶试纸：科学家根据葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化作用下形成葡萄糖酸和过氧化氢，过氧化氢在过氧化氢酶的催化作用下形成水和原子氧，以及原子氧可以将某种无色的化合物氧化成有色的化合物的原理，将上述两种酶和无色的化合物固定在试纸上，就制成了测试尿糖的酶试纸。结果：这种酶试纸与尿糖相遇时，很快就会因尿液中葡萄糖含量的少到多而依次呈现出浅蓝、浅绿、棕或深棕色。2、制酶传感器：科学家根据酶试纸的原理，研制出了能化验血糖数值的血糖快速测试仪，即是利用有关的固定化酶制成一种传感器——酶传感仪。固定化酶膜：可以选择性地“识别”被检测的物质，并且催化被“识别”出（1）主要组成：的物质发生化学反应；变换器：把这一催化反应中底物或产物的变量转换成点信号，进而通过仪表显示出来。（2）优点：用血糖快速测试仪化验血糖，具有灵敏度高、速度快等优点。（3）应用：①化验血糖；②监测水质：如酚是一类对人体有害的化合物，经常通过炼油和炼焦等等工厂的废水排放到河流和湖泊中。根据测定水中酚含量的需要，科学家利用固定化多酚氧化酶研制成多酚氧化酶传感器，这种酶传感器可以快速测定出水中质量分数仅有2×10—7的酚。（四）用于生物工程其它分支领域：基因工程离不开内切酶和连接酶；植物细胞工程中的去壁需要用到纤维素酶和果胶酶等等。四、生物工程个分支领域之间的关系：在生物工程的研究、开发和产业化过程中，生物工程的个分支领域——基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程之间有着错综负责的关系，通常是彼此合作来实现的。（一）生物工程原理：1、基因工程：是利用DNA（基因）的特异性控制合成特异蛋白，即能从分子水平上2、细胞工程：是以细胞这个生命活动的基本单位为基础的，但是归根结底也是实现了基因的改变，能集中某些远缘杂交不亲和的生物的特点，进行细胞培养，然后生产产品，如单克隆抗体；3、发酵工程：是利用微生物繁殖快，生产（初级或次级）产物产量高的特点；4、酶工程：是利用上述其它三项生物工程技术生产酶产品。基因工程和细胞工程的研究结果，目前大多需要通过发酵工程和酶工程来实现产业化。因此，人们通常将基因工程和细胞工程看做生物工程的上游处理技术，将发酵工程和酶工程看做生物工程技术的下游处理技术。基因工程、细胞工程和发酵工程中所需要的酶，往往是通过酶工程来获得；酶工程中酶的生产，一般要通过微生物发酵的方法来进行。由此可见，生物工程个分支之间存在着交叉渗透的现象。（二）生物工程的关系及其比较：生物工程工具酶主要操作对象工程目的与其它工程的关系基因工程限制性内切酶、DNA连接酶、基因及动物细胞、植物细胞、微生物改造物种通过细胞工程、发酵工程使目的基因得以表达细胞工程纤维素酶、果胶酶、胰蛋白酶动物细胞、植物细胞、微生物细胞改造物种可以为发酵工程提供菌种、使基因工程得以实现发酵工程微生物获得菌体及各种代谢产物为酶工程提供酶的来源 酶工程微生物获得酶制剂或固定化酶为其它生物工程提供酶制剂