原创-转基因生物的安全性

市级公开课教师：包磊开课班级：高二（3）班开课时间：2018年4月13日上午第3节开课地点：高二（3）班联系方式题：选修三专题四第一节转基因生物的安全性教学目标：能力目标：学生能根据所学知识，运用批判性思维，理性、求实地分析转基因生物的安全性问题，探讨转基因技术在应用过程中带来的影响，提出自己的合理观点。能从理论上初步设计出解决一些安全性问题的可行方案。情感态度价值观目标：关注转基因生物的安全性问题，认同对生物技术安全性问题讨论的必要性。教学重难点：学生能根据所学知识，运用批判性思维，理性、求实地分析转基因生物的安全性问题，探讨转基因技术在应用过程中带来的影响，提出自己的合理观点。教学用具：课件课时安排：1课时教学过程：教师的组织和引导学生活动Ⅰ.导入新课近几年，转基因技术和转基因生物，尤其是转基因食品的问题，牵动着全国人民的心。我们是否应该全面禁止人类对基因“动手动脚”，让一切都顺其自然呢？转基因技术又是否完全没有负面效应呢？转基因生物的安全性问题主要涉及三个方面——食品安全、生物安全（生物多样性）和环境安全（生态系统稳定性和人类生活环境）。前一周，我们六个理科班的同学一起搜集了很多有关转基因生物安全性的文字和图片资料，选的都是自己感兴趣或是认同的材料。我们今天将从这些资料中挑出几个有代表性的主题，基于我们已知的生物学事实和证据，一同审视一下“转基因生物的安全性”这一社会热点。Ⅱ.新课主题1：名人说转基因食品资料石述思眼里的转基因大豆2013年7月14日《财经郞眼》节目的嘉宾——知名评论人、电视策划人、财经专栏作家石述思说：“转基因大豆浸泡了不会发芽，人吃了也会绝育。””实证：香蕉是几倍体？三倍体，三倍体植株是否可育？高度不育。那按这位嘉宾的说法，同学们，千万别吃香蕉，不然断子绝孙，对不起祖宗啊~资料崔永元镜头下的转基因食品提示：小鸟吃非转基因玉米比较多的原因可能有哪些？两种玉米外观差别比较大。吃习惯了一种口味。现在离我们生活最近的两大类转基因农作物就是转基因大豆和转基因玉米。以转基因玉米为例，最常见的是转Bt基因玉米和转抗除草剂基因玉米（抗草甘膦玉米）。同学们在这方面也积累了大量的资料，我们一起分享一下。主题2：转Bt基因玉米资料Bt农药和转Bt基因玉米原本Bt农药是喷洒在植物表面的，喷洒的农药经过日晒雨淋，以及外壳的隔离，剥皮了的粮食果实其毒性基本为零，对人的伤害很小。但当这种毒蛋白转入到了食物的里面，这种毒素就会一直存在，当我们每天吃含有这种BT毒蛋白的食物，等于我们每天在慢性吃毒，所以人的肾脏就会因为解毒过度而得病或者身体因为排毒不全而中毒。追问：（1）为什么普通农药杀虫，同时也能使人中毒？目前大规模使用的化学农药主要的攻击对象都是神经系统。虽然哺乳动物和昆虫的外形相差很大，神经系统的结构也大不相同，但神经信号的传导机制基本相似，能够作用于害虫神经系统的化学农药，也能够作用于人，这就是普通农药杀虫，同时也能使人中毒的原因。（2）既然可以直接喷洒，为什么还要转基因？链接：作为喷洒剂，Bt农药很容易被雨水冲走，在紫外线的照射下也很快被分解。（3）我是过敏体质，我就怕自己吃了“毒蛋白”过敏，怎么办？提示：如果你对花生过敏，你去商场购物，怎么避免买到含有花生成分的食物？（4）有些科学家认为只要转基因食品通过层层安全审批，进行推广，就是安全的，没必要进行转基因标识，否则会增加转基因食品的成本，并且带来不必要的恐慌。你们是怎么看待这种想法的呢？有没有必要对民众的知情权买单？（5）科学家是否可以设计新型的转Bt基因玉米，即可以让害虫吃到毒蛋白活不了，还可以让爱吃玉米的我吃不到Bt毒蛋白？提示：参考“乳腺生物反应器”的相关知识进行设计。为了照顾普通民众的接受心理，现在已经出现了第三代转基因品种，更新的转基因培育品种人食用的部分不仅没有Bt蛋白，甚至连转入的Bt毒蛋白基因也可以用“外源基因去除”技术按时切除。资料转Bt基因玉米和害虫长期种植转Bt基因玉米，经过几代繁殖后，可能产生抗Bt毒蛋白的害虫，这类害虫抗药性代代积累，会取代原有的害虫占统治地位，人们不得不研发新型农药，进而对环境产更大的破坏，使生态系统中的其他生物也被波及，成为新的灾难。简介“庇护所法规”：美国是转基因玉米的种植大国，其栽种面积占玉米总面积的90%。为了解决害虫产生抗药性这个问题，美国国家环境保护局（EPA）制定了一个“庇护所法规”。在美国，玉米种子是按袋来计量销售的。这个法规规定，所有出售转Bt基因玉米的公司，在销售这种玉米时，必须在销售袋里附有10%的非转基因玉米种子。农民购买种子时要签合同，同意按规定栽种10%的非转基因玉米，让这些非转基因玉米成为害虫的庇护所。主题3：抗除草剂转基因玉米资料转基因玉米和“超级杂草”转基因玉米的抗除草剂基因，可能通过花粉传播而进入杂草，使杂草成为用除草剂除不掉的“超级杂草”，进而产生一种竞争力极强的“超级物种”，影响其他植物的生存。介绍这里涉及一个词“基因漂移”。说的是指一种生物的某些基因向附近野生亲缘关系较近的物种自发转移，导致它们发生内在的基因变化，具备了一些优势特征，最终导致整个生态环境发生变化的现象。这是在转基因技术出现之前就可能存在的一种基因移动现象。追问：（1）有人说，你说玉米花粉比重大，不容易传得远，你说你可以设置隔离带，不让花粉到处跑，你说它存活的时间有限，那昆虫不是可以飞很远吗？它就不会扩大传粉的范围？提示：根据花粉传播的媒介，花可分为哪两种？风媒花和虫媒花。玉米：风媒花，雄花在上，雌花在侧面，花朵没有吸引昆虫的特性，靠风来传粉。（2）我们如果通过合适的手段避免了除草剂基因通过花粉传播发生基因漂移现象，那这项成果是不是就安全了呢？抗除草剂转基因玉米还可能引发哪些问题？提示：抗除草剂基因使得这种玉米耐除草剂，从农民使用除草剂的角度思考，它可能带来什么问题？还有食品问题，可能影响到人的代谢。资料法国赛拉利尼研究团队的惊人发现看视频之前，再回顾一下，我们分析这则材料时，需要关注哪些问题？作者究竟表达了什么样的观点，他们怎么思考的？有证据吗？这些证据是否可靠呢？你由此认同他们的观点吗？如果他们的担忧是值得肯定的，我们要怎么做才可能避免产生这种危害呢？视频文字资料：这些用转基因玉米饲养了两年的老鼠，染上了很大的肿瘤。这项刚刚结束的研究揭示了转基因对老鼠健康的影响。这项技术得到了特殊的技术支持和财政支持。两年期间，我们跟踪了整个研究过程。2011年12月16日，巴黎，CRIIGEN（基因工程独立研究与信息委员会）办公室，赛拉利尼教授介绍NK603转基因玉米对哺乳动物潜在危害的研究报告。这是第一次长达两年的研究转基因的实验。再有，我们尝试借助于反复采集血样，称重和尿检，对最大数量的生化和生物指标做出评估。我们研究肝脏和尿液，以及血液的参数，包括从来没有被研究过的荷尔蒙参数，是世界首创。迄今为止，这项研究的对象NK603转基因玉米只做过为期3个月的实验，而且是在其生产商孟山都公司的监控下进行的。对该公司生产的用于玉米的农药草甘膦除草剂（Roundup）评估的只是其主要的活性成分草甘膦，而不是所有的配方。做这一系列实验的目的有两个，一个是遵照国际研究标准的通例进行研究，尽可能从严，另一个目的是弄清是否有副作用，怎样才能知道呢？就是让动物食用，检测它们的血液指标，观察它们的所有器官。这个图显示，我们有几组老鼠，公鼠组，母鼠组，吃含有Roundup的转基因作物的小组，或喝Roundup的小组。（图中曲线）每上一个台阶，表示有一只老鼠死亡。（纵坐标）数字限制在10，因为每组有10只老鼠。我们看到，在吃正常食物的组里，死亡的母鼠只有两只动物死亡，是正常死亡，大概是在第550天时死亡的，相反，所有的母鼠，或吃含有Roundup的转基因玉米的，或喝Roundup的，都比吃正常食物的老鼠死得多。有人会问我们这在统计上有什么意义？这些组里老鼠死亡的数量是正常组的六倍（图示，正常组死亡个体数为1只时，实验组死亡个体数为6只），这在生物学或医学上，已经不需要统计了。视频当中的文字资料我整理了一下，放在学案上了。你们可以同桌和前后桌之间自由讨论一下，你们对这则资料的看法，并说出你的理由。还有没有同学对这则资料有不同的看法呢？转基因生物的安全问题，已经不仅仅是一种安全操作规则，它已经演变成了政治、经济、伦理、军事、宗教和法律等多方面的综合性问题。例如有人说回民不吃猪肉，你转了一个猪的基因到其他食物上，是不是亵渎了回民的宗教信仰呢？我们可以合理地质疑，但不能造谣、传谣，要想说服对方，要拿出确实的证据，而不是想当然。有些新闻事件的真实性，不是由事物的表象决定的，而是由事物内在的科学性决定的，我们必须加以甄别。反转人士合理的质疑和担忧，可以为我们更好地规范转基因技术的使用方式、使用范围，避免滥用转基因技术带来的危害，应该是值得尊重和慎重对待的。在对待转基因生物的发展方面，既不能盲目和激进，也不能因噎废食，应该进行科学而全面的分析，在生物安全评估的基础上，在法律法规的约束下，制订完善的研究、生产和利用的规范和标准，加强监管，引导转基因技术在我国健康、有序地发展。Ⅲ.课后练习：分析材料：转基因生物和抗生素抗性基因市场上销售的大部分转基因食品都插入了抗生素抗性基因作为标记基因。如果抗生素抗性基因转移到肠道或老鼠的致病细菌中可引发超级疾病，无法用一种或几种抗生素治疗。因此转基因作物可能会加速引发抗生素抗性疾病，并由此导致死亡和其他病。传染性疾病将会大肆蔓延并无法治疗，原因就是转基因作物可能含有抗生素抗性基因。提供分析材料着力点：分析这些材料时，我们一起看看作者究竟表达了什么样的观点，他们怎么思考的？有证据吗？这些证据是否可靠呢？你由此认同他们的观点吗？如果他们的担忧是值得肯定的，我们要怎么做才可能避免产生这种危害呢？资料思考：（1）这则资料讨论是什么安全问题？食品安全你们认同他的观点吗？他有没有提出自己的证据？如果你赞同他，请用你知道的知识支持他的观点。如果你反对，请你用一个例子反驳他。这个例子可以是你学过的知识，也可以是你查到的实验证据。资料思考：（1）在这段视频中，我们看到了两位对转基因食品持什么态度的人士？（2）第一位女士用了什么样的证据来支持她的观点？这个证据可靠性如何？你为什么认为不靠谱？就像你认定一个同学老是和你作对，他只要在别人面前随口提了你的名字，你也可能认为他在说你的坏话。（3）小鸟们怎么就让摄影师从一个旁观者变成了反转基因人士了呢？他是怎么想的？引起他思想转变的录像靠谱吗？资料思考：这位作者担心的事会发生吗？Bt毒蛋白杀虫的原理是什么？Bt毒蛋白能毒死虫子，却不会毒死人，因为人的肠道细胞膜表面没有相关有毒物质的受体。不同的生物，取食习惯明显不同，消化道内的环境也大不相同。例如人的胃肠环境是？酸性的，而害虫的中肠环境是碱性的。Bt毒蛋白需要碱性环境（PH为10左右最佳）才能被加工成有杀虫活性的物质。分析追问：（2）Bt毒蛋白在自然环境中很不稳定。作为喷洒剂，Bt农药很容易被雨水冲走，在紫外线的照射下也很快被分解。这就意味着农民需要多次喷洒Bt杀虫剂，不仅麻烦，而且进一步提高了成本。（3）转基因标识（课本P92）（4）举手表决（5）运用了组织特异性表达技术，即Bt蛋白只在茎和叶的部位表达，人食用的胚乳部位不表达。资料思考：（1）这种担忧有道理吗？为什么？这种担忧涉及到了转基因生物与哪些方面的安全问题？回顾：我们说日常使用杀虫剂，能不能常时间使用同一种杀虫剂？不能，会有什么后果？（2）为了防止害虫耐药性增强，我们通常怎么使用杀虫剂？现在针对转Bt基因玉米，我们也能这么处理吗？过一段时间给地里的玉米换个基因？不能，怎么办？我要怎么让那些没有耐药性的害虫有一部分能活下来，还活得挺好？思考：这么做有效吗？分析一下有效的原因。绝大部分的害虫在转Bt基因玉米地里被杀死，至少还有一部分害虫可以在非转基因玉米地里生存下来，保证没有抗性的害虫群体占统治地位。当然，根据不同的转基因农作物的实际栽培情况和害虫存活情况，这个10%的比例可以基于实验和生产数据进行调整。这则资料思考的还是食品安全问题吗？它已经涉及到了什么安全性问题？资料思考：（1）我们怎么避免抗除草剂基因随花粉传播进入其他生物体内？提示：课本P90想出可行方案。①花粉的传播距离；②花粉的存活时间；——>设置隔离带（2）有没有办法让人玉米本身含有抗除草剂基因，而花粉里面没有呢？提示：我们真核生物细胞中的基因根据分布的位置可以分为哪两种？精子中含有的是细胞核基因还是细胞质基因？将基因转入细胞质中，比如转入叶绿体中。分析背景了解：当所研究的现象越复杂，差异越大时，每组实验中小白鼠数量就要越多。《透视塞拉利尼的新“成果”》（姜韬，中国科学院遗传与发育生物学研究所高级工程师）介绍：关于抗草甘膦玉米致癌性研究，这类实验，通常规范要求同一实验组中的小白鼠个体数在50以上。统计学上30以上才可以保证随机抽样后结果的可靠性，50是确保抽样的非完全随机的后果也可以尽量被消除。如果每组实验中小白鼠数量太少，会使抽样误差太大，使实验结果与实际情况相差很大，影响实验的可靠性。此外，小白鼠的自然寿命就是1年半到2年，14个月就开始进入老年期，开始自然死亡，死因多为肿瘤。思考：结合今天的资料分析过程，以及之前你所查阅的相关资料，你对转基因技术的研究和转基因生物的推广有了哪些看法或是建议呢？思考：这则资料担心的是转基因生物引发的哪方面安全问题？（2）在不考虑基因转移成功率的前提下，这是否是一个值得担心的问题？那这会不会成为一种灾难？（3）如果获得抗性基因的细菌个体并不能在生存繁衍中表现出优势，这部分基因是否会在种群中扩散，从而影响基因频率？（4）现有的肠道致病菌是否已经表现出抗生素抗