第三章 第二节 动物与人类生活的关系

一、教学目标一、教学目标 1.参与调查动物在人们生活中的作用。 2.举例说出现代生物科学技术生物反应器、仿生在人类生活和社会发展中的 作用。 3.关注科学、技术和社会的关系。 二、教学策略二、教学策略 本节教学内容具有较强的开放性，建议教师可采取以下两种方式教学。 第一种方式：在课前布置调查活动内容，开展调查活动。然后，课上汇报总结， 概述动物与人类生活的关系。 第二种方式：首先引导学生分析动物在现代生物科学技术发展中的作用，然后结 合课后练习开展调查活动，再通过展评的形式进行汇报交流，达到教学目标。 在教学中，无论采用哪种教学方式都应注意以下几点。 1.在开展调查活动前，应使学生明确活动的目的要求。引导学生以小组为单位制 定调查计划，包括调查内容、调查方式、调查场所、调查步骤。 2.鼓励学生自主确定调查内容。调查的内容和形式不要局限于教材中提示的范围， 引导学生围绕着动物在人类日常生活、畜牧业生产、我国经济发展等方面的作用开展 调查活动，不只是调查动物在人类衣食住行中的用处。 3.为避免调查活动的盲目性和重复性，教师可以在学生讨论的基础上，让学生交 流和完善调查计划，提倡学生间的分工合作，并指导学生编写好调查提纲。 有关动物与生物反应器、动物与仿生的内容，可以采用自学讨论的方式，让学生 畅谈生物反应器和仿生在人类生产和生活中的应用，畅想现代生物科学技术的发展前 景。学生对生物反应器的原理和技术认知水平有限，教师在此不用过多的讲解，可结 合实例或有关产品的介绍，使学生能了解生物科学技术的新进展及其在社会中的重要 应用价值。 三、参考答案三、参考答案 资料分析资料分析 1.利用生物反应器生产人类所需的物质，具有生产成本低，效率高，设备简单， 产品作用效果显著(或活性高)，减少工业污染等优点。如转基因动物的乳汁能够治疗 相应的人类疾病。 2.不是。利用生物反应器还能生产人类所需的营养品如无乳糖奶、含有人的转铁 蛋白的牛奶、人牛混合奶等。科学家还利用蚯蚓生物反应器处理有机废物，生产营养 价值较高的生物肥料等。 技能训练技能训练 长颈鹿与宇航员失重现象 长颈鹿之所以能将血液通过长长的颈输送到头部，是由于长颈鹿的血压很高。据 测定，长颈鹿的血压比人的正常血压高出 2 倍。这样高的血压为什么不会使长颈鹿患 脑溢血而死亡呢？这与长颈鹿身体的结构有关。首先，长颈鹿血管周围的肌肉非常发 达，能压缩血管，控制血流量；同时长颈鹿腿部及全身的皮肤和筋膜绷得很紧，利于 下肢的血液向上回流。科学家由此受到启示，在训练宇航员对，设置一种特殊器械， 让宇航员利用这种器械每天锻炼几小时，以防止宇航员血管周围肌肉退化；在宇宙飞 船升空时，科学家根据长颈鹿利用紧绷的皮肤可控制血管压力的原理，研制了飞行服 “抗荷服”。抗荷服上安有充气装置，随着飞船速度的增高，抗荷服可以充入一 定量的气体，从而对血管产生一定的压力，使宇航员的血压保持正常。同时，宇航员 腹部以下部位是套入抽去空气的密封装置中的，这样可以减小宇航员腿部的血压，利 于身体上部的血液向下肢输送。 蝙蝠的回声定位与雷达 蝙蝠在飞行时，不断从喉咙中发出超声波脉冲，声波碰到障碍物后被反射回来， 蝙蝠再用耳朵接受回声，就可以判断前边物体的大小、方向和距离。科学家根据蝙蝠 发出超声波探测目标的“回波原理”发明了雷达，用以及时探测飞机的方位和距离。 乌龟的龟壳与薄壳建筑 龟壳的背甲呈拱形，跨度大，包括许多力学原理。虽然它只有 2 mm 的厚度，但使 用铁锤敲砸也很难破坏它。建筑学家模仿它进行了薄壳建筑设计。这类建筑有许多优 点：用料少，跨度大，坚固耐用。薄壳建筑也并非都是拱形，举世闻名的悉尼歌剧院 则像一组泊港的群帆。 萤火虫与冷光 萤火虫所发出的光是化学光，它通过一定反应将化学能几乎百分之百地转变成了 光能。人们由此得到启发，模拟萤火虫发光原理制造了由电能转变为光能的荧光灯。 但目前普通的荧光灯泡只能将所消耗的电能的 6%25%变成光能。如果萤火虫发光原 理模拟得充分，荧光灯消耗的电能就会几乎百分之百地转换成光能，可以大量节约能 源。 除了上述应用外，仿生还广泛地应用于以下几个方面。(1)生物体与人造器官，如 模仿蛙眼的结构原理制造的电子蛙眼应用于雷达系统、机场和交通要道上，起监视、 防止事故发生的作用。(2)模拟人的大脑，制造“人工智能”计算机，它是会看、会听、 会说、会写的计算机。(3)制造仿生材料，用仿生材料作为涂层和包裹材料，它能提高 人体对移植器官的接受能力；仿生材料还可用来代替受损伤的韧带和动脉血管等。 练习练习 1.进行仿生研究需要广泛的知识，如动物学、物理学、生理学、数学等方面的知 识；同时还需要工程设计、制造和美工等技能。 2.传播疾病的动物有：蚊类可以传播脑炎、黄热病、疟疾和血丝虫病；带有绦虫 幼虫和虫卵的猪可以传播猪肉绦虫病；苍蝇可以传播消化道传染病；带有狂犬病毒的 狗可以传播狂犬病；虱可以传播斑疹伤寒等。 危害农作物的动物有：大多数鼠类由于有挖土掘洞的习性，可以破坏牧场；它们 啃食农作物的根系，对农作物产生危害；菜粉蝶的幼虫菜青虫以十字花科的植物 为食，危害蔬菜生长；棉铃虫啃食棉的叶、花蕾和棉铃，危害棉的生长等。 3.提示：可从以下几方面选择撰写“动物在日常生活中的作用”调查报告。 (1)食用动物的营养价值。 (2)动物在娱乐和旅游中的作用。 (3)动物在医药保健中的作用。 (4)你在一天的生活中，与哪些动物有直接或间接的关系。 养殖专业户访谈录 （1）是如何走上养殖致富道路的。 （2）在养殖道路上历尽的艰辛，遇到的困难，以及是如何克服的。 （3）从中体味到的乐趣。 （4）下一步奋斗的目标。 （5）目前被困扰的问题。 （6）从走访中得到的启示。 四、背景资料四、背景资料 生物反应器生物反应器 一般是把目的基因(外源基因)在血液循环系统或乳腺中表达的转基因动物叫生物 反应器。而最为理想的生物反应器是乳房生物反应器。乳房生物反应器是用转基因动 物的乳房代替生物发酵罐，源源不断地生产供人类治疗疾病和保健用的药用蛋白。 乳房生物反应器的原理是，应用重组 DNA 技术和转基因技术，将目的基因转移到 尚未分化的动物胚胎细胞(或受精卵)中，经胚胎移植，得到能在乳腺中表达转基因产 品的个体，其乳腺组织可分泌生产“目的产品”如具有药用价值的蛋白，这些蛋白进 入奶中，再通过回收含转基因蛋白的动物奶，就可以提取有重要药用价值的生物活性 蛋白。 利用转基因动物乳房生产药用蛋白的优点：(1)乳汁可以由乳腺不断地分泌，而且 产量高，长期收集也不会对动物造成伤害；(2)由乳腺产生的药用蛋白只限制在乳腺内， 最后分泌到乳汁中，一般不易对转基因动物的正常生理活动造成影响；(3)乳腺分泌的 蛋白质是经过正常的高等哺乳动物对外源基因的转录和翻译后加工的，这使得生产的 药物蛋白更接近于人类自身的蛋白质；(4)乳汁中的蛋白质种类较少，主要是酪蛋白、 乳球蛋白、白蛋白和从血液中扩散而来的少量血清蛋白及免疫蛋白，因此从乳汁中提 纯“目的蛋白”相对要容易些。 目前国外已有大量资金投向乳房生物反应器的研究和开发，使该项技术不断改进， 竞争十分激烈。预计在 21 世纪，以乳房生物反应器为核心的新型产业将会迅速发展起 来，在给企业带来巨大的经济效益的同时，也将造福于人类。 我国在“七五”计划中，就设立了“动物个体表达系统”的研究项目，其主要研 究目标就是在动物乳腺中表达外源基因。科研工作者利用小鼠、兔、绵羊和山羊表达 了十余种外源基因。1998 年国家在“863”计划中，将“动物乳房反应器研究”作为 重大项目，强化了该项研究的资助和管理工作。现在我国已有 4 种基因工程药物或疫 苗在上海、长春、深圳等地生产并投放市场，另有十余种已进入中试阶段(表 1)。 表表 1 1 用乳房生物反应器生产的药物用乳房生物反应器生产的药物 蛋白质医治与防治的病症转基因动物 抗凝血酶脓毒症、血凝症山羊 胶原烧伤、骨折、尿失症牛 因子(凝血因子)血友病绵羊 纤维蛋白原烧伤猪、山羊 人生育激素不育、避孕疫苗山羊、牛 人血清白蛋白外科、烧伤、休克山羊、牛 转铁蛋白肠胃细菌感染牛 单克隆抗体预防结肠癌山羊 蛋白质 C蛋白质 C 缺陷预防血块形成猪、绵羊 TPA 心脏病、深层静脉血栓、肺栓塞山羊 用乳房生物反应器生产的营养品及其作用用乳房生物反应器生产的营养品及其作用 1.无乳糖奶 中国人中不能或难以消化乳糖的人的比例较高，将乳糖酶基因导入 奶牛体内，该转基因的奶牛可以产生无乳糖牛奶，这样的牛奶不仅甜度增加，也解决 了一部分人不能大量饮用普通牛奶的问题。 2.含有人的转铁蛋白的牛奶 转铁蛋白有良好的营养保健功能，它能抑制大部分 有害的肠胃细菌，但对有益细菌，如双歧杆菌的生长起促进作用。 3.人牛混合奶 人奶对人是最佳的营养品。分离出人奶蛋白基因并把它转移到奶 牛中，该转基因奶牛产生的牛奶中就会含有 30%50%人奶的成分。 调查实例调查实例 调查对象：海洋经济生物海洋腔肠动物、海洋软体动物、海洋鱼类 调查目的：了解海洋经济动物在健康保健方面的作用 调查时间：2001 年 12 月 5 日2001 年 12 月 15 日 调查方法：图书馆资料查询 调查结果： 海洋经济动物在健康保健方面主要有以下作用。 (1)海蜇营养丰富，每百克海蜇干品中含蛋白 12.3 g、无机盐 18.7 g，并含有多 种氨基酸和维生素。作为药用，能治疗原发性高血压，无副作用。常吃蜇皮可治疗气 管炎、哮喘等病。 (2)有些海洋软体动物如珍珠贝，可以生产珍珠，珍珠的主要成分是碳酸钙和壳角 蛋白，内含有 10 多种氨基酸。由珍珠制成的珍珠粉与其他合成药可治疗多种疾病，如 能清热解毒，治疗咽喉肿痛和口舌糜烂等。 (3)乌贼俗称墨