基因工程及其应用-10风向玫瑰图及其在卫生工程中的应用待续

发布时间：2017-12-21 所属栏目：基因工程及其应用

一 : 10风向玫瑰图及其在卫生工程中的应用待续

?35?

【技术与方法】

风向玫瑰图及其在卫生工程中的应用(待续)

———风向监测及风向频率和风向玫瑰图

周志祥　魏泽义　廖可文

(11湖北省武汉市卫生防疫站,武汉　430022;　21湖北省武汉市气象台)　　风向玫瑰图是气象学上对风向研究的一种方法和手段,它反映的是过去风向发生的频率,预示着未来风向发生频率的趋势,对卫生工程学尤为重要。笔者详细叙述了风向的监测、记录、运算、

统计和风向玫瑰图制作的全过程,有利于理解风向玫瑰图的确切含义和合理应用。1　风向监测与记录

表1　武汉市气象台2002年3月风向记录

日期时间

123

2CWNNW

8ENENENE

14CNN

20CNENNE

┋

3031

┋

NNWS

┋

风受地理(地形、地貌)、气候、环境、响极大,(站)监测风速、在室外空旷处,,、记录内,,风标指示着风向。我国地面观测规范规定:每日分别在2、8、14、20时对风向进行监测记录(从各正点前10min内的5次风向记录中挑取出现次数最多的),4次Πd。风向共有16个方位。分别为:N、NNE、NE、ENE、E、ESE、SE、SSE、S、SSW、SW、WSW、W、WNW、NW、NNW,其中N、E、S、W分别为北、东、南、西方位,静风为C(风速

,过去某特定时段内(如:日、月、季、年、几年甚至数十年或某时段内)风向出现的概率,用以推测未来风向出现的可能性。风向频率为百分数,所有风向频率之和为100%(包括静风频率)。为了使风向频率更科学可靠、更具代表性,监测统计的时间一般越长越好,往往须几年或几十年的时间。根据《地面气象观测规范》,风向出现回数统计见表2(示意)。

风向频率统计表达式为:FX=Σ

ΣX-17

?100%

式中:FX为某时段内某风向X的频率;ΣX为某时段内某风向X上该风向出现总回数;ΣX-17为某时段内全部(包括16个方位和静风

C)风向出现的回数的总和。

为0mΠs),见图1。根据《地面气象观测规范》,风向

监测记录见表1(示意)。

表2　武汉市气象台2002年3月风向出现回数统计表

时间

281420

13154

N　NE　E　SE　S　SW　W　NW　C

14621310

3313108

312176

223186

111

214186

841142722

合计风频

注:其他方位统计(逗号前为合计,逗号后为风频)分别为:NNE4,

3;ENE9,7;ESE5,4;SSE6,5;SSW2,2;WSW11,9;WNW2,2;NNW6,5。

3　风向玫瑰图

图1　静风C

2　风向频率与统计

风向玫瑰图是将相临方位上的风向频率点用直线连接成的一个闭合图形,各风向方位上点到中心圆的距离为该方位风向频率的大小,图中央中心圆

?36?内标的是静风风向频率。由于风标所示来风方向即

风向,故所有风的运动方向都是“向心性”的,由外向内,北风由上向下、东风由右向左、南风由下向上、西风由左向右……依此类推。风向玫瑰图有16个方

)和8个位风向玫瑰图(两相临方位间夹角为2215°

)两种制方位风向玫瑰图(两相临方位间夹角为45°作形式,参见图1。

8个方位风向玫瑰图是应用较多的一种形式,它将16个风向方位统计频率中的8个其他风向方位的频率按一定规则合并到N、NE、E、SE、S、SW、W、NW8个基本风向方位频率中,绘制而成。合并原则:(1)频率若为小数,则“四舍五入”取整数;(2)若

风向频率后,结果分别为:N8、NE16、E13、SE11、S9、

SW6、W12、NW3(每风向方位后为合并后的频率)。根据表2的资料合并后绘制的8个方位风向玫瑰图(示意)见图3。

其他风向方位频率为偶数,则该频率均分给相临两边的基本风向方位频率上;(3)若其他风向方位频率为奇数(包括1),则将多余的1次加到相临两边基本风向方位频率较大的方位上,

如相临两边基本风向方位频率相等,则将多余的1次加到反时针方向上的基本风向方位频率上。合并示意图见图2。将表2的16个风向方位频率合成8图3　武汉市2002年3月风向玫瑰图

4　站)

()监测统计制作。虽然

,但各地区。风向玫瑰图虽然形、直观、真切地反映出某时段某地区不同方位风向的频率特征,但往往需几年甚至几十年该地区大量风向资料积累。全国大多数气象台(站)已积累几十年的气象资料,完全能满足各行各业的需要。现在,全国大部分气象台(站)已实现计算机自动控制,所有方位风向资料都是自动定时监测、记录、运算、统计,甚至风向玫瑰图的制作都是微机绘制,各台(站)实现了微机联网和卫星通讯,为气象资料的收集、整理、远程传送和运用提供了方便。

图2　风向方位频率示意图

(收稿日期:2002205229)

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《现代预防医学》是中华预防医学会、四川大学华西公共卫生学院(原华西医科大学)共同主办的综合性

预防医学学术期刊。主要报道国内外预防医学新理论、新进展、新成果、新方法,内容包括预防医学领域各学科(流行病学、卫生统计学、环境卫生、劳动卫生与职业病、营养与食品卫生学、儿少卫生、医学检验、卫生检测、病理学、毒理学、社会医学、卫生管理、卫生经济学等)、相关医学(临床医学、心理学、慢性非传染性疾病的治疗与控制、妇幼保健、生殖医学、恶性肿瘤、意外损伤防治、性病艾滋病防治等)、新兴学科(基因研究及其应用、姑息医学等)。本刊面向各级医疗卫生部门、防疫站、医院、医学院校、科研机关、各级图书馆及从事预防医学教学、科研、管理、临床及实际工作人员、研究生、本专科生、卫生防疫人员等。国际版本大16开,128页,全年6期,每期定价15元,全年90元。

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二 : 基因工程及其应用课件

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谁能告诉我这是ＷＨＡＴ？

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第2节基因工程及其应用

基因工程：即基因拼接技术或DNA重组技术。
通俗的说，就是按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种定向地改造生物的遗传性状。生物的细胞里，

原理：基因重组操作水平：DNA分子水平结果：定向地改造生物的遗传性状，获得人类所需要的品种。

1、基因工程的
“ ”
指“

限制性核酸内切酶 ”

来源: 主要存在于微生物

种类: 已发现的有200多种
一种限切酶只能识别一种特定的核苷特点: 酸序列,并在特定切点切割DNA分子

作用于：磷酸二酯键

限制性内切酶（EcoRⅠ）作用过程

点击播放

思考:
被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？具有不同的限制酶呢？

形成的黏性末端不同

2、基因工程的
“ ” 指“DNA连接酶”
作用：将互补配对的两个粘性末端连接起来，使之成为一个完整的DNA分子

DNA连接酶的作用过程

点击播放

DNA连接酶的作用位点是：相邻的两个

脱氧核苷酸的切口。即生成：磷酸二酯键。

3、基因的运载体
（1）运载体的概念

（2） ①能够在宿主细胞中复制并稳定地保存

条
件

②具有多个限制酶切点，以便与外源基
因连接

③具有标记基因，便于进行筛选
（3）常用的运载体：

质粒、噬菌体和动、植物病毒等

（4）它们的共同特点是

都有侵染或进入宿主细胞的能力其中质粒存在于许多细菌和酵母菌等生物中,是细胞染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子.

标记基因，便于进行检测。

第一步：

获取目的基因

1、直接分离基因——鸟枪法
该法最大的缺点是带有很大的盲目性，工作量大，成功率低。且不能将真核生物的基因转移到原核生物中去。

⑵人工合成基因法有两种方法： ①逆转录法：以信使RNA为模板，在逆转录酶的作用下利用脱氧核苷酸合成 DNA(基因)。 ②化学合成法：根据蛋白质的氨基酸顺序推算出信使RNA核糖核苷酸顺序，再据此推算出基因DNA的脱氧核苷酸顺序。用游离脱氧核苷酸直接合成相应的基因。

第二步：

目的基因与运载体结合

注意：要用同一种限制酶切取目的基因和运载体，并用DNA连接酶连接。

第三步：将目的基因导入受体细胞

1、常用的受体细胞：大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌、动植物细胞等 2、常用微生物作受体细胞的原因：微生物增殖快、代谢快、目的产物多

第四步:

目的基因的检测和表达

(1)检测的意义：鉴别目的基因是否真正导入受体细胞。 (2)检测方法：大肠杆菌质粒具有

抗青霉素基因（标记基因），只要检测受体细胞具有抗青霉素的能力，就说明导入了目的基因。 (3)目的基因的表达：受体细胞表现出特定性状，说明目的基因导入和完成表达过程。

大量的受体细胞接受不多的目的基因。处理的受体细胞中真正摄入了目的基因的很少，必须将它从中检测出来。将每个受体细胞单独培养形成菌落，检测菌落中是否有目的基因的表达产物。淘汰无表达产物的菌落，保留有表达产物的进一步培养、研究。

无表达产物

无表达产物

有表达产物

无表达产物

1、基因工程与作物育种

抗虫转基因植物

生长快、肉质好的转基因鱼(中国)

乳汁中含有人生长激素的转基因牛(阿根廷)

转鱼抗寒基因的番茄

转黄瓜抗青枯病基因的甜椒

2、基因工程与药物研制
许多药品的生产是从生物组织中提取的。受材料来源限制产量有限，其价格往往十分昂贵。

我国生产的部分基因工程疫苗和药物

微生物生长迅速，容易控制，适于大规模工业化生产。若将生物合成相应药物成分的基因导入微生物细胞内，让它们产生相应的药物，不但能解决产量问题，还能大大降低生产成本。

胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取 4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素！使其价格降低了30%-50%!

3、环境污染治理
基因工程做成的“超级细菌”能吞食和分解多种污染环境的物质。
通常一种假单孢杆菌只能分解石油中的一种烃类．用基因工程培育成功的“超级细菌”却能分解石油中的多种烃类化合物。科学家还培育出能吞食转化汞、镉等重金属，分解DDT等毒害物质的细菌。

利用基因工程培育的“指示生物”能十分灵敏地反映环境污染的情况，却不易因环境污染而大量死亡，甚至还可以吸收和转化污染物。

转基因食品

安全吗?!

用转基因的植物生产药物

转基因抗乙肝西红柿(中国)，虽然不能治愈乙肝，但一年只吃几个抗乙肝西红柿，就完全能代替注射乙肝疫苗。抗乙肝西红柿属于转基因食品，就是将乙肝疫苗植入西红柿内，经过多代繁殖，使转入的基因稳定化。

转基因植物的安全性争论
? 支持派认为：如果转基因农业生物技术得不到社会支持，这一研究将被扼杀，并且强调，迄今为止并没有发现转基因食品危害人体健康和环境的确切证据。

? 美国人食用转基因食品已多年，超级市场上有4000多种商品是含有转基因植物成分的，还没有事例证明人吃了以后会得病，甚至会引起死亡。加拿大、澳大利亚也

是转基因食品的生产大国，均有几千万人在吃，到现在为止也没有—个案例说明它有问题。

反对派的观点
? 一英国科学家声称，转基因马铃薯会减弱老鼠免疫系统功能；
? 美国康乃尔大学也发现，转基因玉米会危害蝴蝶幼虫及其相关生态环境。

? 环保团体认为这种违反自然的转基因作物及产品，未经长期安全测试，长期食用可能对人类及生态环境造成负面影响。 ? 尤其是注重环境和生态保护的欧盟国家，对转基因作物更加排斥，因而抵制美国 GMO产品的进口。

随

练习

⒈要使目的基因与对应的载体重组，所需的两种酶是（Ａ） ①限制酶Ａ．①② ②连接酶Ｂ．③④ ③解旋酶Ｃ．①④ ④还原酶Ｄ．②③

⒉实施基因工程的第一步的一种方法是把所需的基因从供体细胞内分离出来，这要利用限制性内切酶。一种限制性内切酶能识别ＤＮＡ分子的ＧＡＡＴＴＣ顺序，切点在Ｇ和Ａ之间，这是利用了酶的（Ｂ）

Ａ．高效性
Ｃ．多样性

Ｂ．专一性
Ｄ．催化活性易受外界影响

随

练习

科学家将携带抗虫基因的运载体导入二倍体棉花细胞中,经培养、筛选获得一株有抗虫特性基因的植株。经分析，该植株含有一个携带目的基因的DNA片段，因此可以把它看作杂合子。得到的棉花新品种对棉铃虫毒杀效果高达80-100%。该资料中，杂合子抗虫棉个体在自交F1代中，理论上仍具有抗虫特性的植株占总数的 3/4。原因雌、雄配子各有1/2含抗虫基因。是该项科技成果在环境保护上重要作用减少农药对环境的污染

导入人基因具特殊用途的猪和小鼠

水母

? 1、通过本节课的学习,你认识什么叫基因工程了吗? ? 2、基因工程的原理你了解了么?

基因重组

三 : 基因工程及其应用教学设计以及对教学的反思

基因工程及其应用

基因工程及其应用课堂教学设计表

10级生命科学学院

姓名：吴优

学号：222010317011068

章节名称			新人教版高中生物必修二第六章第二节《基因工程及其应用》
学科			生物	授课班级		高二年级		授课时数	2
设计者			吴优	所属学校		XX
学情分析
本节课授课对象是高二年级学生。他们在此之前已经学习了基因重组、基因的表达、基因的突变，已经对基因有了一定的认识，为第六章的学习打下了良好的理论基础。而第六章的学习就是将这些学到的遗传变异的理论知识运用到实践当中。上一节的学习当中学生学习了基因重组、基因突变在育种的应用，但是相对于上一节对育种的学习来说，此节难度更大。基因工程是现今热点话题，但是学生对基因工程的概念、步骤非常陌生。而在应用方面也大概只听说过转基因食品，但是对于它们的安全性问题没有进行进一步的思考，也可能会存在认为转基因食品都安全这样的前科学概念。通过这一节的学习使得学生能够对基因认识的运用形成统一的认识，体现了学科内在逻辑性与学生认识规律的统一。本节内容与其他章节中内容关系如概念图：
教学内容分析
本节课知识结构：首先打算通过对六个性状案例的设想，设想如何这这些性状的优缺点联系起来，发散学生思维，探讨通过之前学习的杂交育种与诱变育种能否实现这样的性状结合，得出否定答案之后，提出“基因工程”的概念。通过对“基因工程概念”的剖析，引导学生学习基因工程的原理以及基因工程的工具，使学生产生这些工具在基因工程步骤中的作用产生好奇，以此来讲解基因工程的步骤。通过对基因工程的原理的学习，让学生对基因认识的运用有更进一步的了解，形成认识规律的统一。本节知识点概念性知识较多，在教学过程中，应多利用图片，或者创设知识冲突情境帮助学生理解。本节分为2个学时学习，第一学时学习基因工程的原理及其步骤，第二课时学习基因工程的应用。本节知识点概念图：本节生物学重要教学概念：基因工程的概念
本节教学目标
1.知识目标： ①通过对杂交育种、诱变育种原理的对比以及对概念的剖析，学生能够理解基因工程的原理。 ②通过教师对基因工程工具以及步骤的讲解，学生能够说出基因工程的步骤。 ③通过学生对“转基因食品是否安全”为题的辩论赛活动，学生能够了解转基因生物和食品的安全性。 2.能力目标： ①通过对提出设想的分析与讨论，培养学生分析、推理能力。 ②通过转基因是否安全的小组辩论活动，培养学生语言组织能力与总结归纳能力。 3.情感目标：通过对基因工程的原理与步骤的学习，学生了解基因工程，认识基因工程技术的优势，同时理性对待基因工程技术及产物。培养科学、严谨、为人类谋福利的主体科学思想。
教学重点和难点
项目		内容
重点		基因工程的原理，基因工程工具特点和功能，基因工程的步骤，基因工程的应用
难点		基因工程工具的特点和功能，基因工程的步骤
课时安排
2个课时（第一个课时：基因工程的原理、基因工程的步骤；第二个课时：基因工程的应用）
教学形式
第一课时：播放PPT，教师讲授，学生讨论第二课时：学生活动为主，分小组辩论，教师总结
第一课时课堂教学过程结构设计
教学环节	教师的活动				学生的活动		设计意图、依据
导入（5min）	同学们，今天我们将进入第二节基因工程及其应用的学习，在进入课题之前，先来看三则资料讲述三则资料：一：氮肥在农业上的滥用与浪费，豆科植物能够自主固氮二：蜘蛛丝的韧度是同样直径钢材的几倍，可产蜘蛛丝的家蚕不能喂养三：从猪牛身上提取胰岛素造价昂贵，而微生物可以有分泌产物，且微生物繁殖速度快不知道看了这三则资料之后，你们有什么想法呢？引导学生思维提出三个设想，并且小组讨论这三个设想是否能够通过杂交与诱变育种实现，并让学生说明理由通过学生的讨论，得出无法解决这三个设想的结论，引出科学家经过不懈努力使这些设想实现，也就是今天所讲的基因工程。				阅读三则资料提出设想，小组讨论这三个设想能否通过交杂与诱变育种实现，并说明理由学生答：杂交育种是没有生殖隔离的情况下才能实现。诱变育种是基因突变，是在同一物种上面进行的基因工程		发散学生思维，培养学生分析、推断能力。巩固学生旧知识点，激发学生认知冲突，对新概念产生好奇。
基因工程概念及其原理讲解（5min）	1.引出基因工程的概念，引导学生阅读教材基因工程的概念提问： a在概念中，你认为重要的词汇？ b回忆杂交育种与诱变育种的原理 c从这个概念中，你能够知道基因工程的原理吗？ d你能够用简单的四字词语描述出基因工程的概念吗？ 2.讲解从概念当中提取的信息：基因工程的原理、基因工程的结果。总结四字词语描述基因工程：供体细胞→目的基因→受体细胞→获得新性状				阅读书本，提取基因工程的重点词汇，回忆杂交育种与诱变育种的原理，思考基因工程的原理并回答。总结四字词语描述基因工程概念		回忆上节学习内容的知识点通过学生对基因工程概念的构建让学生理解基因工程的概念以及基因工程的原理。培养学生阅读、总结、归纳能力

基因工程操作工具的特点及其功能的讲解（10min）	1.提问引出基因工程操作工具：供体细胞是如何获取目的基因的，它需要什么工具？目的基因的形成？目的基因又是通过什么进入到了受体细胞当中？ 2.讲解限制酶，重点讲解其专一性，之后播放限制酶的作用过程flash。提出思考问题，让学生练一练，了解学生掌握对限制酶的掌握程度。问题：被同一种限制酶切断的几个DNA是否具有相同的黏性末端？练一练：尝试写出以下被限制酶切割后的序列. 3.讲解DNA连接酶的作用特点，并播放DNA连接酶作用的flash动画。强调DNA连接酶连接的是磷酸二酯键，促使学生回忆DNA分子结构。 4.介绍运载体相关知识，引导学生探讨运载体必须满足的条件				记录问题，带着问题听课记录笔记听课，观看flash 回答思考问题,做练习题听讲记录笔记，观看flash动画听讲记录笔记，探讨运载体满足的条件		加深学生对于新知识的识记与理解。培养学生思维能力，活跃课堂气氛
基因工程步骤的讲解（17min)
	播放基因工程操作步骤视频，让学生看书，引导学生提出疑问回答学生疑问，在此过程中也就详解了基因工程的操作步骤（学生大多存在疑问是有关于如何提取目的基因，如何检测目的基因是否导入，是否表达）				观看基因工程操作步骤视频，看书，提问听讲，记录笔记，大多提问是有关于如何提取目的基因，如何检测目的基因是否导入，是否表达		学生主动参与到课堂当中，由学生提问，充分发挥学生主观能动性
总结与作业（3min)	总结基因工程概念、原理操作步骤。课堂练习（PPT展示）作业：1.如果你是一名科研人员，你如何让大肠杆菌产生胰岛素，请简要说明操作步骤。				学生课后完成作业		使学生巩固新知识点


板书设计
基因工程及其应用（一）基因工程的原理 1.基因工程：a基因拼接技术b定向c改造生物遗传性状 2.原理：基因重组 3.操作水平：分子水平（二）工具 1.限制性内切酶：专一性 2.DNA连接酶：连接磷酸二酯键 3.运载体：a常用运载体：质粒、噬菌体、动植物病毒 b运载体必须满足的条件（三）基因工程的操作步骤： 1.获取目的基因（鸟枪法、人工合成法） 2.目的基因与运载体结合（限制酶、DNA连接酶） 3.将目的基因导入受体细胞（运载体） 4.目的基因表达与检测

教学反思：

在实际教学中，我的教学目标从学生反映结果来看，并没有达到。原因其一是自身对于知识点的把握不够，其二是自己的教学技能不够，其三是基因工程这一章节的内容在高中生物课堂中较难。基因工程这一概念学生们在实际生活中很少接触，对于其操作步骤生涩。我在讲解过程中，虽然是从基因工程的操作工具的作用来诱发学生思考其操作步骤的，但是教学经验有限，想法是美好的，但是引发学生的思维过程是困难的。在教学过程中语言逻辑性不够，导致学生没有跟上我的思维。还有就是提问的方式和一个知识点与知识点的衔接话语没有把握到位。一个引发思考衔接话语，一个有效的提问方式，这些都是在今后的教学中值得我去摸索的。生物课堂是有趣味的，但是基因工程对于学生较为生涩，我应该如何才能让学生对于这么生涩的话题产生兴趣呢？虽然最开始我的引入是用新旧知识点的冲突引发学生趣味，但是很明显在实际教学中没有达到这个目的。可能跟我的教态有关系。我的声调平一，或者面无表情？也许应该在课堂里加入一些诙谐的语言或者夸张的手势。

四 : 基因工程及其应用课件

基因工程及其应用基因工程及其应用课件