| 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 |
生物技术与基因改造
IGCSE 生物 · 第 21 主题
21.1
生物技术与基因改造
大纲
来源:剑桥国际大纲
生物技术(biotechnology)使用生物(或它们的酶(enzymes))来制造有用的产品。细菌(bacteria)特别有用,因为:
- 它们繁殖得非常快(一个高的繁殖速率(rate))。
- 它们能制造复杂的分子(molecules)。
- (补充) 关于培养它们几乎没有伦理(ethical)顾虑,而且它们含有质粒(plasmids,容易操作的小 DNA 环)。
词汇表
训练
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| biotechnology | 生物技术 | shēng wù jì shù |
| enzymes | 酶 | méi |
| bacteria | 细菌 | xì jūn |
| rate | 速率 | sù lǜ |
| molecules | 分子 | fèn zǐ |
| ethical | 伦理 | lún lǐ |
| plasmids | 质粒 | zhì lì |
21.2
生物技术
大纲
| 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 |
来源:剑桥国际大纲
Yeast: biofuels and bread
酵母(yeast)执行无氧呼吸(anaerobic respiration,没有氧气),制造乙醇(ethanol)和二氧化碳。
- 乙醇能被用作一种生物燃料(biofuel)。
- 在制作面包中,二氧化碳使面团发起。
Enzymes in industry
- 果胶酶(pectinase)分解细胞壁以从水果释放更多的汁,给更多、更清澈的汁。
- 生物洗衣粉(washing powders)含有消化污渍的酶(如蛋白酶和脂肪酶),甚至在较低的温度下。
- (补充) 乳糖酶(lactase)分解乳糖(lactose)以制造无乳糖牛奶,给不能消化乳糖的人。
Fermenters (Supplement)
一个发酵罐(fermenter)是一个用来培养细菌或真菌以制造有用产品的大罐,如胰岛素(insulin)、青霉素(penicillin)和真菌蛋白(mycoprotein)。里面的条件必须被仔细地控制:温度(temperature)、pH、氧气(oxygen)、营养物质的供应,以及废物的移除。
探索
Biotechnology application lab
Classify biotechnology examples by the problem they solve.
探索
Fermenter control loop
Watch how a fermenter keeps microbes growing at the best rate.
词汇表
训练
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| yeast | 酵母 | jiào mǔ |
| anaerobic respiration | 无氧呼吸 | wú yǎng hū xī |
| ethanol | 乙醇 | yǐ chún |
| biofuel | 生物燃料 | shēng wù rán liào |
| pectinase | 果胶酶 | guǒ jiāo méi |
| washing powders | 洗衣粉 | xǐ yī fěn |
| lactase | 乳糖酶 | rǔ táng méi |
| lactose | 乳糖 | rǔ táng |
| fermenter | 发酵罐 | fā jiào guàn |
| insulin | 胰岛素 | yí dǎo sù |
| penicillin | 青霉素 | qīng méi sù |
| mycoprotein | 真菌蛋白 | zhēn jūn dàn bái |
| temperature | 温度 | wēn dù |
| oxygen | 氧气 | yǎng qì |
| protein | 蛋白质 | dàn bái zhì |
21.3
基因改造
大纲
| 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 |
来源:剑桥国际大纲
基因改造(genetic modification)意味着通过移除、改变或插入单个基因(genes)来改变一个生物体的遗传物质(genetic material)。
Making a human protein in bacteria (Supplement)
例如,要在细菌中制造一个人类蛋白质(protein,如胰岛素):
- 用限制酶(restriction enzymes)把人类基因从人类 DNA 中切出,它留下黏性末端(sticky ends)。
- 用同样的限制酶切开一个细菌质粒,给出匹配的黏性末端。
- 用 DNA 连接酶(ligase)把人类基因连接进质粒,制造一个重组质粒(recombinant plasmid)。
- 把重组质粒放进一个细菌。
- 细菌繁殖并表达(express)人类基因,制造人类蛋白质。
例题。 把在细菌中生产人胰岛素的步骤按顺序排好。限制酶把人胰岛素基因从人的 DNA 中切下来,留下黏性末端。同一种限制酶切开细菌的质粒,使它的黏性末端与基因的相匹配。连接酶把基因接进质粒,形成重组质粒。把质粒放进细菌,细菌在发酵罐中大量繁殖,每一个都表达这个基因并生产人胰岛素。有两个得分点靠的是准确:必须用同一种酶去切基因和质粒,这才使黏性末端能配上;而连接酶是连接 - 它不切割。
Examples of genetic modification
基因改造被用来:
- 把人类基因放进细菌以制造人类蛋白质(如胰岛素)。
- 把基因放进农作物(crop plants)以给对除草剂(herbicides)的抗性(resistance)。
- 把基因放进作物以给对昆虫害虫的抗性。
- 把基因放进作物以改善它们的食物价值。
(补充) 大豆、玉米和水稻等 GM 作物能给更高的产量和更好的营养,但一些人担忧对健康、对野生物种的影响,以及 GM 种子的成本。
探索
Genetic modification route
Follow the main steps from useful gene to modified organism.
词汇表
训练
| 英文 | 中文 | 拼音 |
|---|---|---|
| genetic modification | 基因改造 | jī yīn gǎi zào |
| genetic material | 遗传物质 | yí chuán wù zhì |
| genes | 基因 | jī yīn |
| restriction enzymes | 限制酶 | xiàn zhì méi |
| sticky ends | 黏性末端 | nián xìng mò duān |
| ligase | 连接酶 | lián jiē méi |
| recombinant plasmid | 重组质粒 | chóng zǔ zhì lì |
| express | 表达 | biǎo dá |
| crop plants | 农作物 | nóng zuò wù |
| resistance | 抗性 | kàng xìng |
| herbicides | 除草剂 | chú cǎo jì |
21.3
考试技巧
- 细菌被使用,因为它们繁殖快、制造复杂的分子,并含有质粒。
- 酵母(无氧呼吸)→ 乙醇(生物燃料)和二氧化碳(面包)。酶:果胶酶(果汁)、蛋白酶和脂肪酶(洗衣粉)、乳糖酶(无乳糖牛奶)。
- 发酵罐制造胰岛素、青霉素和真菌蛋白;控制温度、pH、氧气、营养物质和废物。
- 基因改造:用限制酶切一个基因(黏性末端)→ 用连接酶把它连接进一个质粒(一个重组质粒)→ 放进细菌 → 表达基因以制造蛋白质。
- GM 作物能抵抗除草剂或昆虫害虫,或有更好的营养。
本主题的互动课程
逐步学习,并即时检测练习。