师：同学们好，今天我们共同学习现代生物技术的第一课时。本节课的学习目标如下：一、简述转基因技术的操作过程，简要概括转基因技术的概念；二、通过分析案例培养科学思维；三、尝试运用模型模拟转基因技术的一般过程；四、关注转基因技术的发展对人类生活的影响。
首先，请同学们看这一组图片。你们知道转基因食品吗？关于转基因食品，大家了解多少呢？以下几种食品中，哪一种是转基因食品？答案是红薯，你们判断对了吗？彩色玉米、彩椒、圣女果，它们外表奇特，颜色鲜艳，常被贴上转基因的标签。实际上，它们都不是转基因食品，奇特外表是天然形成的。反而，红薯这种被广泛食用了千百年的常见作物，最近被证明是转基因植物。这是怎么回事呢？
2017年，我国科学家和德国马普研究所的科学家在《自然·植物》上联合发表论文。他们在291个栽培红薯样品中，都发现有4个基因与农杆菌的基因同源，而这些基因在红薯的野生祖先中并未发现。也就是说，百万年前，红薯就被天然转基因了，大自然通过农杆菌对红薯进行了转基因，所以红薯是一种天然转基因食品。
那什么是基因？什么是转基因呢？基因这个词我们很熟悉，基因是含有特定遗传信息的DNA片段，是控制生物性状的基本遗传单位。俗话说“种瓜得瓜，种豆得豆”，就是因为它们的基因不同。那什么是转基因呢？红薯之所以被称为天然转基因食品，是因为农杆菌的基因转移到了红薯植物细胞中。转基因就是指基因从一个生物体转移到另一个生物体的过程。
通过以上分析，下面我们来解决一个农业生产商面临的实际问题。上世纪90年代，棉铃虫对棉花破坏严重，棉花产量受极大影响。棉花不抗虫，必须喷洒大量农药防治害虫，最后害虫产生抗药性，浸泡在农药里都不死，迫使农民大量喷洒农药，不仅效果不好，还造成严重环境污染。如何让棉花有效抵抗害虫，又不造成环境污染呢？大家有什么想法？首先，我们来看一则资料，看看能得到什么启示。
苏云金杆菌，简称BT，体内能产生一种杀虫蛋白，简称BT蛋白。农作害虫吃下这种杀虫蛋白就会死亡，而这种杀虫蛋白对人和牲畜无任何毒害作用。苏云金杆菌在自然状态下以生物细菌的形式存在于土壤及水中。也就是说，苏云金杆菌产生的杀虫蛋白可以杀虫，且对人和牲畜无害，不会造成环境污染。
看到这，大家对刚才问题的解决有办法了吗？如何让棉花既有效抵抗害虫，又不造成环境污染？对，我们可以把这种杀虫蛋白做成农药，这种农药不同于化学农药，不仅能杀虫，还不会造成环境污染，我们称之为生物农药。确实，BT蛋白作为生物农药一度成为世界上应用最广泛的生物农药。
但是，很快问题出现了。虽然BT蛋白优点很多，缺点也很明显。首先，BT蛋白价格昂贵；其次，把BT蛋白作为农药喷洒在植物体表，容易被雨水冲走，在太阳光照射下也容易分解。这个问题又该如何解决呢？如何防止BT蛋白被雨水冲走或因太阳光照射而分解呢？请同学们想一想，苏云金杆菌能产生杀虫蛋白，这受什么控制？对，基因指导蛋白质的合成，苏云金杆菌体内具有杀虫蛋白基因，指导其合成杀虫蛋白。看到这，我们是不是有办法解决以上问题了？可不可以通过转基因转移基因呢？如果把杀虫蛋白基因转移到棉花植物细胞中，这样棉花植物体内就能合成杀虫蛋白，就不会被雨水冲走和因太阳光照射而分解了。
新的问题又出现了，如何把杀虫蛋白基因转移到棉花植物细胞中呢？下面我们再来看一则资料。农杆菌是一种生活在土壤中的细菌，通过侵染植物伤口进入细胞，其Ti质粒的T - DNA可高效率地整合到植物细胞的染色体DNA上并得到表达。老师利用超轻黏土根据农杆菌的结构制作了这个模型，其中环状部分代表质粒DNA，这一段绿色部分就表示T - DNA，又叫做转运DNA。当农杆菌侵染植物细胞时，这一段T - DNA可以整合到植物细胞的染色体DNA上。
我们是否可以借助农杆菌来将杀虫蛋白基因转移到棉花植物细胞中去呢？大家会怎么操作？请同学们大胆想一想，并用超轻黏土制作模型来表示具体操作过程。生物兴趣小组的同学也制作了模型，我们看看他们是怎么做的。
生：这是农杆菌，这是棉花植株细胞，这是杀虫蛋白基因。从农杆菌中提取质粒DNA，将杀虫蛋白基因整合到质粒的T - DNA上。将重组后的质粒DNA送入农杆菌中，使农杆菌侵染棉花植株细胞。通过T - DNA的转运作用，使杀虫蛋白基因整合到棉花植株细胞染色体的DNA上。最后通过植物组织培养技术，将这个细胞培育成完整的植株，就能得到抗虫棉。
师：你们的想法跟生物兴趣小组的同学一样吗？这基本与科学家培育抗虫棉的操作过程一致。下面我们通过模型来认识这个过程。首先从农杆菌细胞中提取质粒DNA，再将杀虫蛋白基因整合到质粒的T - DNA上，再将这个重组质粒送入到农杆菌细胞中。最后用这个农杆菌去侵染棉花植物，这样就获得了含有杀虫蛋白基因的棉花植物细胞，通过植物组织培养技术将这个细胞培育成一个完整的个体。这个棉花植株体内具有杀虫蛋白基因，可以指导合成杀虫蛋白，棉铃虫吃了它的叶子就会被毒死。
所以，我们把这种棉花叫做抗虫棉。抗虫棉的培育过程中应用的关键生物技术是什么呢？对，转基因技术。能用一句话概括什么是转基因技术吗？
生：在抗虫棉的培育过程中，将苏云金杆菌的杀虫蛋白基因转移到了棉花植物细胞中并表达。我们把一个生物体的基因转移到另一个生物体DNA中的生物技术就叫做转基因技术。
师：其实基因的转移在自然界很普遍，比如杂交过程中就有基因的转移。但是杂交往往只能发生在同种生物之间，因此这种基因转移受到物种界限的限制。那转基因技术过程中的基因转移是否受到物种界限的限制呢？回看抗虫棉的培育过程，这里的基因转移是发生在同种生物之间，还是不同种生物之间呢？
生：显然是在不同种生物之间，是从细菌体内转移到了植物体内，不仅打破了物种界限，还实现了跨界。
师：为什么呢？生物的基因使用的是相同“语言”，转基因技术可以打破物种之间严格的界限，基因可以在动物、植物甚至微生物当中相互转移、重组、整合。下面我们再看一个转基因技术的实例。科学家利用细菌合成人胰岛素的过程，将人胰岛素基因整合到细菌的质粒DNA上，形成一个重组质粒，再让细菌把这个重组质粒吞入体内。这个细菌繁殖时，其后代都含有人的胰岛素基因，随后人的胰岛素基因会在细菌细胞内指导其合成人胰岛素。这样人的胰岛素基因转移到了细菌细胞中并成功表达。这不就是基因的跨界吗？非常神奇吧。胰岛素有什么作用呢？科学家为什么要通过转基因技术来培养细菌合成人胰岛素呢？我们通过一段视频来认识胰岛素的发现历史。
（播放视频）
师：糖尿病是一种终身代谢疾病，通常分为1型和2型两种。1型糖尿病患者从出生后身体就无法产生胰岛素，而2型糖尿病患者是在后天出现胰岛素抵抗或胰岛素分泌不足的情况。如今，我们有很多药物可以帮助控制糖尿病，比如大名鼎鼎的胰岛素。那么胰岛素是怎么被发明出来的呢？在胰岛素被发现之前，糖尿病已被医生发现，但没有有效的治疗方法。研究人员发现人体需要这种关键的激素来代谢葡萄糖，于是尝试给患者喂食新鲜的动物胰腺，但这些方法都失败了。