Skip to content · ⁨الانتقال إلى المحتوى⁩

Biotechnology and genetic modification · ⁨التكنولوجيا الحيوية والتعديل الجيني⁩

IGCSE Biology · ⁨IGCSE علم الأحياء⁩ · Topic 21 · ⁨الموضوع 21⁩

Video lesson for this topic · ⁨درس فيديو لهذا الموضوع⁩ Open the video page · ⁨افتح صفحة الفيديو⁩
7:59

التكنولوجيا الحيوية والتعديل الجيني

خزانات فولاذية، دافئة ومُتحركة بلطف. داخل خزانات كهذه، تتسابق مليارات الميكروبات الحية للعمل معنا — لإنتاج البنسلين، وبروتين غذائي يسمى…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨سرد باللغة الإنجليزية · ترجمة مدمجة بالإنجليزية + الصينية⁩

21.1

Why bacteria are useful · ⁨لماذا البكتيريا مفيدة⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English
Core Supplement
1 State that bacteria are useful in biotechnology and genetic modification due to their rapid reproduction rate and their ability to make complex molecules 2 Discuss why bacteria are useful in biotechnology and genetic modification, limited to: (a) few ethical concerns over their manipulation and growth (b) the presence of plasmids
العربية
أساسي تكميلي
1 نصّ على أن البكتيريا مفيدة في التكنولوجيا الحيوية والهندسة الوراثية بسبب معدل تكاثرها السريع وقدرتها على تصنيع جزيئات معقدة 2 ناقش سبب فائدة البكتيريا في التكنولوجيا الحيوية والهندسة الوراثية، ومحدود بـ: (أ) قلة القضايا الأخلاقية المتعلقة بتعديلها ونموها (ب) وجود البلازميدات

Source: Cambridge International syllabus · ⁨المصدر: منهج كامبريدج الدولي⁩

English

Biotechnology 生物技术 uses living things (or their enzymes 酶) to make useful products. Bacteria 细菌 are especially useful because:

  • they reproduce very fast (a high rate 速率 of reproduction).
  • they can make complex molecules 分子.
  • (Supplement) there are few ethical 伦理 concerns about growing them, and they contain plasmids 质粒 (small DNA rings that are easy to work with).
العربية

التكنولوجيا الحيوية تستخدم الكائنات الحية (أو إنزيماتها) لإنتاج منتجات مفيدة. البكتيريا مفيدة بشكل خاص لأن:

  • تتكاثر بسرعة كبيرة (معدل تكاثر عالي).
  • يمكنها إنتاج جزيئات معقدة.
  • (إضافي) هناك القليل من المخاوف الأخلاقية حول زراعتها، وتحتوي على بلازميدات (حلقات DNA صغيرة سهلة التعامل معها).
21.2

Biotechnology in action · ⁨التكنولوجيا الحيوية في العمل⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English
Core Supplement
1 Describe the role of anaerobic respiration in yeast during the production of ethanol for biofuels
2 Describe the role of anaerobic respiration in yeast during bread-making
3 Describe the use of pectinase in fruit juice production
4 Investigate and describe the use of biological washing powders that contain enzymes
5 Explain the use of lactase to produce lactose-free milk
6 Describe how fermenters can be used for the large-scale production of useful products by bacteria and fungi, including insulin, penicillin and mycoprotein
7 Describe and explain the conditions that need to be controlled in a fermenter, including: temperature, pH, oxygen, nutrient supply and waste products
العربية
أساسي تكميلي
1 صف دور التنفس اللاهوائي في الخميرة أثناء إنتاج الإيثانول للوقود الحيوي
2 صف دور التنفس اللاهوائي في الخميرة أثناء صناعة الخبز
3 صف استخدام إنزيم البكتيناز في إنتاج عصير الفاكهة
4 تحقق وصف استخدام مسحوق الغسيل الحيوي الذي يحتوي على الإنزيمات
5 اشرح استخدام اللاكتاز لإنتاج حليب خالٍ من اللاكتوز
6 صف كيف يمكن استخدام المفاعلات الحيوية للإنتاج على نطاق واسع للمنتجات المفيدة بواسطة البكتيريا والفطريات، بما في ذلك الإنسولين والبنسلين والبروتين الفطري
7 صف واشرح الظروف التي يجب التحكم فيها في المفاعل الحيوي، بما في ذلك: درجة الحرارة، درجة الحموضة، الأكسجين، إمداد المغذيات والنفايات

Source: Cambridge International syllabus · ⁨المصدر: منهج كامبريدج الدولي⁩

English

Yeast: biofuels and bread

Yeast 酵母 carries out anaerobic respiration 无氧呼吸 (without oxygen), making ethanol 乙醇 and carbon dioxide.

  • the ethanol can be used as a biofuel 生物燃料.
  • in bread-making, the carbon dioxide makes the dough rise.

Enzymes in industry

  • pectinase 果胶酶 breaks down cell walls to release more juice from fruit, giving more and clearer juice.
  • biological washing powders 洗衣粉 contain enzymes (such as proteases and lipases) that digest stains, even at lower temperatures.
  • (Supplement) lactase 乳糖酶 breaks down lactose 乳糖 to make lactose-free milk, for people who cannot digest lactose.

Fermenters (Supplement)

A fermenter 发酵罐 is a large tank used to grow bacteria or fungi to make useful products, such as insulin 胰岛素, penicillin 青霉素 and mycoprotein 真菌蛋白. The conditions inside must be carefully controlled: temperature 温度, pH, oxygen 氧气, the supply of nutrients, and the removal of waste products.

العربية
خزانات تخمير من الفولاذ المقاوم للصدأ الكبيرة
خزانات التخمير: تُزرع الميكروبات على نطاق واسع في التكنولوجيا الحيوية.

الخميرة: الوقود الحيوي والخبز

الخميرة تقوم بـالتنفس اللاهوائي (بدون أكسجين)، منتجة الإيثانول وثاني أكسيد الكربون.

  • يمكن استخدام الإيثانول كـوقود حيوي.
  • في صنع الخبز، يجعل ثاني أكسيد الكربون العجين يرتفع.
تكسر الخميرة الجلوكوز بدون أكسجين إلى إيثانول، يُستخدم كوقود حيوي، وثاني أكسيد الكربون، الذي يجعل الخبز يرتفع
تُنتج الخميرة الإيثانول (وقود حيوي) وثاني أكسيد الكربون (الذي يجعل الخبز يرتفع)

الإنزيمات في الصناعة

  • بكتيناز يحلل جدران الخلايا لإطلاق المزيد من العصير من الفواكه، مما يعطي عصيراً أكثر وشفافاً.
  • مساحيق الغسيل البيولوجية تحتوي على إنزيمات (مثل بروتيزات وليمبيزات) تهضم البقع، حتى في درجات الحرارة المنخفضة.
  • (إضافة) لاكتاز يحلل اللاكتوز لإنتاج حليب خالي من اللاكتوز، للأشخاص الذين لا يستطيعون هضم اللاكتوز.
يُنتج البكتيناز عصير فواكه أكثر؛ وتزيل البروتيزات والليمبيزات البقع؛ وتجعل اللاكتاز الحليب خاليًا من اللاكتوز
إنزيمات مستخدمة في الصناعة

المفاعلات الحيوية (إضافة)

المفاعل الحيوي هو خزان كبير يُستخدم لزراعة البكتيريا أو الفطريات لإنتاج منتجات مفيدة، مثل الأنسولين والبنسلين وبروتين الفطريات. يجب التحكم بدقة في الظروف الداخلية: درجة الحرارة، والـpH، والأكسجين، وإمداد المغذيات، وإزالة النفايات.

خزان مفاعل حيوي: يخلط المزلقان المزرعة، ويحكم الجدار المائي درجة الحرارة، ويوفر الهواء الأكسجين، ويتحقق مجس الـpH من الحموضة، وتتدفق المغذيات إلى الداخل وتخرج المنتجات أو النفايات للخارج
يُزرع المخمر الميكروبات مع التحكم الكامل في درجة الحرارة والرقم الهيدروجيني والأكسجين والعناصر الغذائية
Explore · ⁨استكشف⁩

Biotechnology application lab · ⁨مختبر تطبيق التكنولوجيا الحيوية⁩

Classify biotechnology examples by the problem they solve. · ⁨صنف أمثلة التكنولوجيا الحيوية حسب المشكلة التي تحلها.⁩

Explore · ⁨استكشف⁩

Fermenter control loop · ⁨حلقة تحكم المخمر⁩

Watch how a fermenter keeps microbes growing at the best rate. · ⁨شاهد كيف يحافظ المخمر على نمو الكائنات الدقيقة بأفضل معدل.⁩

Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
biotechnology/ˌbaɪəʊtekˈnɒlədʒi/ التكنولوجيا الحيوية
enzymes/ˈenzaɪmz/ الإنزيمات
bacteria/bækˈtɪərɪə/ البكتيريا
rate/reɪt/ السرعة
molecules/ˈmɒlɪkjuːlz/ جزيئات
ethical/ˈeθɪkl/ أخلاقي
plasmids/ˈplæzmɪdz/ البلازميدات
yeast/jiːst/ الخميرة
anaerobic respiration/ˌæneəˈrəʊbɪk ˌrespɪˈreɪʃn/ التنفس اللاهوائي
ethanol/ˈeθənɒl/ إيثانول
biofuel/ˌbaɪəʊˈfjuːəl/ الوقود الحيوي
pectinase/ˈpektɪneɪs/ بيكتيناز
washing powders/ˈwɒʃɪŋ ˈpaʊdəz/ مساحيق الغسيل
lactase/ˈlækteɪs/ لاكتاز
lactose/ˈlæktəʊs/ لاكتوز
fermenter/fɜːˈmentə/ مخمر
insulin/ˈɪnsjuːlɪn/ الأنسولين
penicillin/ˌpenɪˈsɪlɪn/ البنسلين
mycoprotein/ˈmaɪkəprəʊtiːn/ بروتين فطري
temperature/ˈtemprɪtʃə/ درجة حرارة
oxygen/ˈɒksɪdʒn/ الأكسجين
21.3

Genetic modification · ⁨التعديل الجيني⁩

Syllabus · ⁨المنهج⁩
English
Core Supplement
1 Describe genetic modification as changing the genetic material of an organism by removing, changing or inserting individual genes 3 Outline the process of genetic modification using bacterial production of a human protein as an example, limited to: (a) isolation of the DNA making up a human gene using restriction enzymes, forming sticky ends (b) cutting of bacterial plasmid DNA with the same restriction enzymes, forming complementary sticky ends (c) insertion of human DNA into bacterial plasmid DNA using DNA ligase to form a recombinant plasmid (d) insertion of recombinant plasmids into bacteria (specific details are not required) (e) multiplication of bacteria containing recombinant plasmids (f) expression in bacteria of the human gene to make the human protein
2 Outline examples of genetic modification: (a) the insertion of human genes into bacteria to produce human proteins (b) the insertion of genes into crop plants to confer resistance to herbicides (c) the insertion of genes into crop plants to confer resistance to insect pests (d) the insertion of genes into crop plants to improve nutritional qualities
4 Discuss the advantages and disadvantages of genetically modifying crops, including soya, maize and rice
العربية
أساسي تكميلي
1 صف الهندسة الوراثية بأنها تغيير المادة الوراثية للكائن الحي عن طريق إزالة أو تغيير أو إدخال جينات فردية 3 عرِّف عملية الهندسة الوراثية باستخدام إنتاج بروتين بشري بواسطة البكتيريا كمثال، ومحدود بـ: (أ) عزل الحمض النووي المكوّن لجين بشري باستخدام إنزيمات القطع، وتشكيل نهايات لاصقة (ب) قطع حمض نووي بلازميدي بكتيري بنفس إنزيمات القطع، لتشكيل نهايات لاصقة مكملة (ج) إدخال الحمض النووي البشري داخل الحمض النووي للبلازميد البكتيري باستخدام إنزيم الربط لتكوين بلازميد مُعاد تركيبه (د) إدخال البلازميدات المُعاد تركيبها داخل البكتيريا (التفاصيل المحددة غير مطلوبة) (هـ) تضاعف البكتيريا التي تحتوي على بلازميدات مُعاد تركيبها (و) التعبير عن الجين البشري في البكتيريا لتصنيع البروتين البشري
2 عرِّف أمثلة على الهندسة الوراثية: (أ) إدخال جينات بشرية إلى البكتيريا لإنتاج بروتينات بشرية (ب) إدخال جينات إلى المحاصيل الزراعية لمنحها مقاومة للأعشاب الضارة (ج) إدخال جينات إلى المحاصيل الزراعية لمنحها مقاومة للحشرات الآفة (د) إدخال جينات إلى المحاصيل الزراعية لتحسين قيمتها الغذائية
4 ناقش مزايا وعيوب تعديل المحاصيل زراعياً وراثياً، بما في ذلك الصويا والذرة والأرز

Source: Cambridge International syllabus · ⁨المصدر: منهج كامبريدج الدولي⁩

English

Genetic modification 基因改造 means changing an organism's genetic material 遗传物质 by removing, changing or inserting individual genes 基因.

Making a human protein in bacteria (Supplement)

For example, to make a human protein 蛋白质 (such as insulin) in bacteria:

  1. cut the human gene out of human DNA using restriction enzymes 限制酶, which leave sticky ends 黏性末端.
  2. cut open a bacterial plasmid with the same restriction enzymes, giving matching sticky ends.
  3. join the human gene into the plasmid using DNA ligase 连接酶, making a recombinant plasmid 重组质粒.
  4. put the recombinant plasmid into a bacterium.
  5. the bacteria multiply and express 表达 the human gene, making the human protein.

Worked example. Put the steps of making human insulin in bacteria in order. Restriction enzymes cut the human insulin gene out of human DNA, leaving sticky ends. The same restriction enzyme cuts open a bacterial plasmid, so its sticky ends match the gene's. Ligase joins the gene into the plasmid, making a recombinant plasmid. The plasmid is put into a bacterium, and the bacteria multiply in a fermenter, each one expressing the gene and making human insulin. Two marks hang on precision: the same enzyme must cut both the gene and the plasmid, which is what makes the sticky ends fit; and ligase joins - it does not cut.

Examples of genetic modification

Genetic modification is used to:

  • put human genes into bacteria to make human proteins (such as insulin).
  • put genes into crop plants 农作物 to give resistance 抗性 to herbicides 除草剂.
  • put genes into crops to give resistance to insect pests.
  • put genes into crops to improve their food value.

(Supplement) GM crops such as soya, maize and rice can give higher yields and better nutrition, but some people worry about effects on health, on wild species, and about the cost of GM seeds.

العربية

التعديل الجيني يعني تغيير المادة الوراثية للكائن عن طريق إزالة أو تغيير أو إدراج جينات فردية.

صورة فوتوغرافية لجيل DNA تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية: شريط من الأشرطة المرجعية ذات المسافات المتساوية يمتد لأسفل في المسار الأيسر، بينما تُظهر مسارات العينات أشرطة مشعة ساطعة حيث تجمعت قطع DNA بعد فصلها حسب الحجم
تظهر مقاطع الحمض النووي المنفصلة بواسطة الرحلان الكهربائي الهلامي كأشرطة مضيئة

تصنيع بروتين بشري في البكتيريا (إضافة)

على سبيل المثال، لتصنيع بروتين بشري (مثل الأنسولين) في البكتيريا:

  1. قص الجين البشري من DNA البشري باستخدام إنزيمات التقطيع، التي تترك أطرافا لاصقة.
  2. فتح بلازميد بكتيري مع نفس إنزيمات التقطيع، مما يعطي أطرافا لاصقة متطابقة.
  3. ربط الجين البشري داخل البلازميد باستخدام ليغاز للـDNA، لتكوين بلازميد مركب.
  4. إدخال البلازميد المركب في بكتيريا.
  5. تتكاثر البكتيريا وتعبّر عن الجين البشري، وتصنع البروتين البشري.
التعديل الجيني: يتم قص جين بشري وربطه في بلازميد بكتيري بالليغاز لتشكيل بلازميد مركب، الذي يُدخل في البكتيريا لتصنيع البروتين البشري
يتم ربط جين بشري ببلازميد، ثم تصنع البكتيريا البروتين البشري

مثال محلول. رتب خطوات تصنيع أنسولين بشري في البكتيريا بشكل صحيح. إنزيمات التقطيع تقص جين الأنسولين البشري من DNA البشري، تاركة أطرافا لاصقة. نفس إنزيم التقطيع يفتح بلازميدا بكتيريا، لذا تكون أطرافه اللاصقة مطابقة للجين. الليغاز يربط الجين في البلازميد، مشكلا بلازميدا مركبا. يُدخل البلازميد في بكتيريا، وتتكاثر البكتيريا في مفاعل حيوي، كل واحدة تعبر عن الجين وتصنع أنسولين بشري. يعتمد الحصول على علامتين على الدقة: يجب أن يقص نفس الإنزيم كلا من الجين والبلازميد، وهو ما يجعل الأطراف اللاصقة تتطابق؛ وأن الليغاز يربط - ولا يقطع.

أمثلة على التعديل الجيني

يُستخدم التعديل الجيني في:

  • إدخال جينات بشرية في البكتيريا لتصنيع بروتينات بشرية (مثل الأنسولين).
  • إدخال جينات في نباتات المحاصيل لمنحها مقاومة لـمبيدات الأعشاب.
  • إدخال جينات في المحاصيل لمنحها مقاومة للحشرات الآفة.
  • إدخال جينات في المحاصيل لتحسين قيمتها الغذائية.

(إضافة) يمكن لمحاصيل معدلة وراثيا مثل الصويا والذرة والأرز أن تعطي غلات أعلى وتغذية أفضل، لكن بعض الناس يقلقون من آثارها على الصحة، وعلى الأنواع البرية، ومن تكلفة بذور المعدلات وراثيا.

Explore · ⁨استكشف⁩

Genetic modification route · ⁨طريق التعديل الجيني⁩

Follow the main steps from useful gene to modified organism. · ⁨تتبع الخطوات الرئيسية من الجين المفيد إلى الكائن المعدل وراثياً.⁩

Vocabulary · ⁨مفردات⁩ Train · ⁨تدريب⁩
English العربية
genetic modification/dʒɪˈnetɪk ˌmɒdɪfɪˈkeɪʃn/ التعديل الوراثي
genetic material/dʒɪˈnetɪk məˈtɪərɪəl/ المادة الوراثية
genes/dʒiːnz/ جينات
protein/ˈprəʊtiːn/ بروتين
restriction enzymes/rɪˈstrɪkʃn ˈenzaɪmz/ إنزيمات القيد
sticky ends/ˈstɪki endz/ نهايات لزجة
ligase/ˈlɪɡeɪs/ ليغاز
recombinant plasmid/ˌriːˈkɒmbɪnənt ˈplæzmɪd/ بلازميد مجدّل
express/ekˈspres/ تعبير
crop plants/krɒp plænts/ نباتات المحاصيل
resistance/rɪˈzɪstəns/ المقاومة
herbicides/ˈhɜːbɪsaɪdz/ مبيدات الأعشاب
21.3

Exam tips · ⁨نصائح للامتحان⁩

English
  • Bacteria are used because they reproduce fast, make complex molecules, and contain plasmids.
  • Yeast (anaerobic respiration) → ethanol (biofuel) and carbon dioxide (bread). Enzymes: pectinase (fruit juice), proteases and lipases (washing powders), lactase (lactose-free milk).
  • Fermenters make insulin, penicillin and mycoprotein; control temperature, pH, oxygen, nutrients and waste.
  • Genetic modification: cut a gene with restriction enzymes (sticky ends) → join it into a plasmid with ligase (a recombinant plasmid) → put into bacteria → express the gene to make the protein.
  • GM crops can resist herbicides or insect pests, or have better nutrition.
العربية
  • تُستخدم البكتيريا لأنها تتكاثر بسرعة، وتصنع جزيئات معقدة، وتحتوي على بلازميدات.
  • الخميرة (التنفس اللاهوائي) → إيثانول (وقود حيوي) وثاني أكسيد الكربون (خبز). الإنزيمات: بكتيناز (عصير فواكه)، وبروتيزات وليمبيزات (مساحيق غسيل)، ولاكتاز (حليب خالي من اللاكتوز).
  • المفاعلات الحيوية تصنع الأنسولين والبنسلين وبروتين الفطريات؛ وتحكم درجة الحرارة والـpH والأكسجين والمغذيات والنفايات.
  • التعديل الجيني: قص جين بإنزيمات تقطيع (أطراف لاصقة) ← ربطه في بلازميد بالليغاز (بلازميد مركب) ← إدخاله في بكتيريا ← التعبير عن الجين لتصنيع البروتين.
  • يمكن لمحاصيل معدلة وراثيا أن تتحمل مبيدات الأعشاب أو الحشرات الآفة، أو يكون لها تغذية أفضل.

Interactive lessons on this topic · ⁨دروس تفاعلية حول هذا الموضوع⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨ا-working عليه خطوة بخطوة، مع تمارين تحقق فوري.⁩

Past Papers · ⁨أوراق الامتحانات السابقة⁩

More topics in IGCSE Biology · ⁨IGCSE علم الأحياء⁩ · ⁨المزيد من المواضيع في IGCSE Biology · ⁨IGCSE علم الأحياء⁩⁩

Log in or create account · ⁨تسجيل الدخول أو إنشاء حساب⁩

IGCSE, A-Level & AP