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遺傳與生物工程

「生物科學」對人類文明與環境發展扮演舉足輕重的角色,如疾病治療機制開發、糧食生產、生物保育等,這些目前重要議題,皆需生物學基礎知識作為研發應用的後盾。另一方面,人類文明對環境造成極大的影響,由全球暖化造成生態危機,到氣候變遷引起糧食短缺及安全問題等,皆需生物學的研究解決方案。因此生物學的向下扎根,不僅是知識的傳遞,同時也是對我們所處環境刻不容緩的救援行動。

本計畫課程透過國立成功大學生物科學與科技學院中生醫、動物、植物、生態等不同領域之研究學者卓越的研究,向下連結高中基礎生物學知識,並向上延伸未來生物科技的應用,提供一深入淺出的全視野高中生物學課程,並建置翻轉創新之教學模式。

規劃生物學知識地圖,包含:5大主題,生命的特性、動物的構造與功能、植物的構造與功能、遺傳與生物工程、生物演化與環境等領域。

主題類別:遺傳與生物工程

單元名稱                                        授課教師


遺傳學                                          羅竹芳老師


現代分子遺傳學                           何盧勳老師


生物技術                                      羅竹芳老師


生物科學的應用                           曾淑芬老師                    


 課程內容       為已上線課程 )

遺傳學

了解動機:為什麼班上的同學們每一位都長得不一樣,但當他們的兄弟姊妹來訪時,你馬上看出他們就是一家人?為什麼家人會有相似的表徵,但每一家庭成員又有他自已的獨特性?科學家是如何開始瞭解並掌握生物表徵遺傳的規律?遺傳學與達爾文的演化論間又有何關聯性?

核心概念:遺傳與演化是生物學的重要概念。1859年達爾文(Charles Darwin)以天擇說解釋生物的演化理論,而天擇說又建立在變異與遺傳。1866年孟德爾(Gregor Mendel)發現了遺傳法則,1869年米歇爾(Fredrich Miescher) 發現核酸,這些重大發現都是現代遺傳學的科學基礎,也讓科學家可重新詮釋生物演化論的天擇說。本講將從孟德爾發現了遺傳法的歷史過程切入,介紹遺傳學的重要概念與內涵,進而讓我們能更清楚自已在生物圈的地位。

生活連繫:生物特定性狀的表徵是如何傳給後代,是有趣而重要的議題。為什麼父母的眼睛都是褐色但小孩卻有一對藍色的眼睛?為什罕見遺傳性疾病常發生某些家族?現代遺傳學發展神速,在本課程中將會帶領學生從許多常見的遺傳相關的生活實例探究遺傳法則,以引發學生的學習動機以刺激其後的自主學習,針對感興趣的議題主動由文獻搜尋,深入瞭解遺傳學的發展,進而產生創新的看法並瞭解大家對罕見遺傳性疾病的社會責任。

第一單元  遺傳與演化:本章節將介紹遺傳學研究發展的歷程以及科學家對於演化的不同見解。

第二單元  孟德爾如何發現遺傳的奧秘:本章節將介紹遺傳學之父孟德爾的生平以及其經典的豌豆實驗。

第三單元  或然率與遺傳法則:本章節將介紹孟德爾如何將數學概念導入遺傳學的研究以及人類的遺傳學研究方式。

第四單元  後孟德爾時代的遺傳新發現:本章節將介紹後孟德爾時代的遺傳新發現,包括不完全顯性、多基因遺傳以及環境與基因表現的關係。

第五單元  有性生殖、性聯遺傳:本章節將介紹性聯遺傳,並且舉貓毛色的例子導入巴爾體的概念。

第六單元  一個遺傳性疾病個案帶給我們的省思:本章節將介紹一個遺傳疾病腎上腺腦白質退化症,藉由此疾病的案例來了解家人甚至於社會對於遺傳疾病該如何因應以及跨領域的知識學習的重要性。

 

現代分子遺傳學:

了解動機:羅倫佐的父親原任職東非洲科摩羅群島的世界銀行代表,也是一位經濟學家,1984年帶羅倫佐(五歲) 回華盛頓。回到美國,羅倫佐首先在學校發生情緒失控的異常現象,4歲發病,5歲證實得到一種性聯遺傳的疾病「腎上腺腦白質退化症」(Adrenoleukodystrophy, ALD)。腎上腺腦白質退化症是一個基因發生突變造成的。為什麼一個基因突變會造成腎上腺腦白質退化症?本講將由分子生物學說明基因的作用。

核心概念:在前一講中談到遺傳的法則,並知道孟德爾所說的遺傳因子位於染色體上,也就是後來所稱之基因。隨著現代生物學的演進,許多基因的位置已經被標示出來,人類更清楚地知道是什麼在掌控著生命,以及基因出錯會有何後果。本講將以分子生物學說明遺傳的奧秘。核心概念包括基因是如何控制表徵?基因的作用機制?為何基因發生突變會產生疾病?

生活連繫:罕見遺傳性疾病是家庭問題也是社會問題,相信每一位同學在社會新聞中看到有關某一罕見遺傳性疾病的報導,除了同情病友的家庭成員外,也想探究該罕見遺傳性疾病造成的原因。是否有現代科技能解救這些苦難的病友?人們談癌色變,癌症也是基因作用異常造成,至於它的分子機制為何?瞭解癌症形成的分子機制,是否有助預防及抗癌藥品的開發?在本課程中將會帶領學生瞭解基因作用機制,並以遺傳性疾病的生活實例探究基因異常所造成病態,期待引發學生的自主學習,針對感興趣的議題主動由文獻搜尋,深入瞭解分子遺傳學的發展,進而產生創新的看法及思考可能的應用價值。

第一單元  遺傳物質的發現

第二單元  基因是如何控制表徵?

第三單元  基因的分子作用機制

第四單元  為什為一個基因突變會造成腎上腺腦白質退化症?

 

生物技術

了解動機:1970年代柯恩(Stanley N. Cohen)與同儕波爾(Herbert W. Boyer)首先開創跨生物體(動物、植物、微生物等)之間的DNA重組與移殖之嶄新技術。本革命性研究成果不但揭示了基因的結構與功能之神秘面貌,同時是當代生物科學的新里程碑, 40多年來,帶動生物基因工程研究的蓬勃發展,生物科技產業顯現榮景。當代公民不能漠視此一科學的重大事件的發展過程。

核心概念:生物技術的定義是利用技術控制生物代謝過程(Biological process)以使該生物生產對人類有用的物質。傳統生物技術包括釀酒、做起司;而高科技生物技術則應用如DNA重組技術以改變生物,並生產人類所需物質。生物技術是很多樣化,包括基因重組技術、基因轉殖生物技術、生殖性複製、醫療性複製等。本講將說明基因工程研究發展史。

生活連繫:細菌無所不在。過去除了少數被人類利用來釀酒、做起司的細菌外,我們一直以為細菌對人類文明的助益不大,這個觀念一直到1970年代科學家開發了重組 DNA 技術(recombinant DNA technology)才開始有了重大的轉變。重組DNA技術簡單來說是應用一連串的分子生物技術,在試管中將不同來源、甚至不同生物的遺傳物質剪接在一起,然後轉移到某個生物 (例如細菌) 體內,在那裡進行新基因的表現。科學新知是全民都有知的權利。

第一單元  重組 DNA 技術/遺傳工程:本章節將介紹重組DNA技術的操作流程以及其所需的材料,並藉帶入柯恩與波爾經典的跨物種重組DNA實驗。

第二單元  基因擴增的技術:本章節將介紹當代分子生物學中十分重要的聚合酶連鎖反應以及其應用的範圍。

第三單元  遺傳改造植物:本章節將介紹科學家如何利用農桿菌的特性創造出遺傳改造植物。

第四單元  遺傳改造動物:本章節將介紹遺傳改造動物的操作原理,包含近期重要的基改鮭魚也納入探討。

第五單元  複製生物:本章節將介紹經典的複製生物桃莉羊,以及複製生物可能帶來的相關倫理道德問題。

第六單元  幹細胞及基因標靶技術:本章節將介紹幹細胞及基因標靶技術其操作原理,以及此技術對於人類醫學疾病研究具有重大貢獻。

 

生物科學的應用

第一單元  生物科學與農業:古代生物馴化與育種近代生物科技發展突飛猛進對產業造成之影響,並探討生物病蟲害防治方法與基因改造生物的產生。

第二單元  生物科學與食品:介紹發酵工業如何利用現代技術大量生產特定材料,並應用於食品製造,同時也針對基因改造食品進一步說明。

第三單元  生物科學與醫藥:生物科技應用於醫學的方式(如抗生素、疫苗,疾病檢測與治療),並探討可能衍生的社會、法律、倫理問題。

第四單元  生物科學與環境:說明入侵外來種與環境污染所帶來的警示,並探討開發生質能源的方式與意義。

課程資訊

課程費用    免費

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