第一章 第1节 生物学是与人类生活密切相关的自然科学(无答案)-高中生物学合格考学案等级考预备（新教材必修 第2版）

· 1 · 第一章 走进生物学 第 1 节 生物学是与人类生活密切相关的自然科学 一、杂交水稻技术的发展为我国乃至世界的粮食供给作出重大贡献 随着人口的不断增长，粮食短缺始终是世界性难题。中国科学家基于遗传学杂种优势原理，不断进 行科技创新培育杂交水稻，为我国乃至世界的粮食供给作出重大贡献。1973年，袁隆平带领的研究团队 以细胞质雄性不育系为遗传工具，突破实现了三系法配套，培育出第一代杂交水稻。1986～1992年，科 学家们又攻克两系法育种关键技术，以光温敏雄性不育系为遗传工具，培育出第二代杂交水稻，极大地 简化了育种程序、缩短了育种周期，增产效果明显。之后，科学家们通过不断努力，运用基因工程技 术，以遗传工程雄性不育系为遗传工具，推出了第三代杂交水稻，不但提高了性状稳定性和选育效率， 还降低了对环境的要求，使其每公顷产量由普通水稻的 6t提升到 15t，潜在产量更可达 18t。 袁隆平一生致力于杂交水稻技术的研究、应用和推广，创建了超级杂交稻技术体系，为我国粮食安 全、农业科学研究和世界粮食供给作出杰出贡献。2019 年，袁隆平荣获国家最高荣誉“共和国勋章”。袁 隆平还多次去东南亚等地区讲学、传授技术，培训了来自亚洲、非洲、南美洲 30多个国家的学员。联合 国教科文组织、世界粮食基金会以及多个国家纷纷表彰袁隆平对世界粮食生产所作出的杰出贡献。 目前，更多的科学家还在继续深人研究新一代的杂交水稻。袁隆平认为，第四代杂交水稻应是正在 研究中的碳四（C4）型杂交水稻，其光合作用效率高等优势必将使水稻产量潜力进一步提高；而第五代则 是利用无融合生殖固定水稻杂种优势，虽然难度很大，但随着分子育种技术的进步，有望在本世纪中期 获得成功。 二、基因编辑技术为农业和医学提供了更广阔的发展空间 1. 传统的转基因技术：多年来，科学家一直在尝试能通过各种技术使生物的性状按照理想的意愿进 行改变。早期的基因工程技术将设计好的一段外源基因（DNA片段）通过特定的方法转人到靶细胞的细胞 核中，使靶细胞获得新的、特定的生物学性状。这在动植物育种方面已经有了很多的成功应用案例，如 转基因的棉花、西红柿、马铃薯、大豆、水稻等，在提高农作物产量及抗病能力等方面都取得了很好的 效果。但是，通过这种技术插人基因的位置不确定，经常使试验结果难以达到预期。 2. 基因编辑技术：进入 21世纪，在细胞和分子生物学研究基础上建立起来的基因编辑技术，通过特 定的“工具”可以重新编辑细胞中 DNA的遗传信息，以此改变细胞的生物学性状。例如，通过人工设 计，可以使核酸酶在靶细胞 DNA上的特定位点进行剪切，实现对细胞内源基因的精准定点编辑。 （1）细菌 CRISPR-cas9 技术原理（必修二，26页，前沿视窗）：该系统由向导 RNA和内切酶组成。 一条单链向导 RNA引导核酸内切酶 Cas9到一个特定的基因位点进行切割，定向切割外源 DNA。PAM序列 是一个 NGG序列（N可以是任何碱基），能被 CRISPR-cas9 系统识别，并在该序列附近有酶切位点。科学 家同时利用两组 CRISPR-cas9 系统，使目的基因两端的 DNA双链断裂，再将目的基因两侧的 DNA片段连 接起来，实现了细胞中目标基因的敲除。 · 2 · （2）基因编辑技术的应用：可以广泛应用于生命科学基础研究、疾病模型构建、药物研发等领域。通 过对特定基因的定点敲除或替换，建构人类疾病的动物模型，可以帮助科学家研究特定基因的功能，或设 计出相关疾病治疗的药物。而对于基因突变引起的疾病，如镰状细胞贫血症、血友病等，则有望直接通过 对突变基因的修复、改造进行治疗。目前已知的人类遗传病超过 5000种，95%以上的遗传病仍缺乏有效的 治疗方法，而基因治疗给这些患者带来治愈的新希望。同时，新一代的基因编辑技术可以不引入外源基因， 有望更安全、更广泛地应用于各种农作物和果蔬品种的改良。 三、免疫治疗开启清除肿瘤细胞新途径 1. 肿瘤治疗方法的发展：常见的肿瘤治疗手段为手术切除、放疗、化疗以及靶向治疗等。近年来， 科学家通过研究免疫细胞与肿瘤细胞之间“相爱相杀”的复杂关系，开创出刺激人体免疫系统清除肿瘤 细胞的新途径。 2018年诺贝尔生理学或医学奖获得者发现，具有人体健康监护作用的 T淋巴细胞表面的两种膜蛋白 （PD-1和 CTLA-4）会阻止 T 淋巴细胞对肿瘤细胞的杀伤作用。如能研制出阻断这两种膜蛋白功能的靶向 药物，就可以借助 T淋巴细胞来清除肿瘤。 2. CAR-T 治疗方法：改造患者的 T淋巴细胞，导入抗原受体基因，使其具有更强的识别和杀伤肿瘤 细胞的能力，这个细胞就是 CAR-T细胞。一个典型的 CAR-T治疗流程，主要分为以下几个步骤： 分离 T细胞→制备 CAR-T细胞（导入基因）→扩增 CAR-T细胞→回输细胞→监控病人 2012年，一位五岁的急性淋巴白血病患者在美国接受了 CAR-T临床治疗后获得治愈，成为世界上首 例 CAR-T疗法治愈的儿童白血病病例。免疫治疗的不断发展与进步，给人们治愈更多类型的肿瘤疾病带 来了全新的希望。 四、现代发酵工程在人类的生产和生活中广泛应用 发酵工程是利用微生物的生命活动来大量生产人们所需生物产品的工程技术（必修一，6页，图 1-4）。 结合基因工程和细胞工程等技术，现代发酵工程在医药、食品、化工、材料、农业、能源和环境等领域应 用广泛，为解决药物规模化生产、能源短缺、环境污染等重大问题提供了全新的思路和途径。通过发酵工 程技术生产的人源重组蛋白质药物（如重组人胰岛素、干扰素、白介素等）具有重要的治疗作用；利用非 粮资源的木质纤维素作为原料发酵生产可再生能源燃料乙醇；利用微生物发酵法生产生物可降解塑料聚乳 酸……随着合成生物学、基因组测序、大数据、人工智能等新兴技术的结合应用，发酵工程还将在人类的 生产、生活中发挥更大的作用。 CRISPR-cas9 系统 供体 DNA 分子 双链 DNA 断裂修复 与基因匹配序列 敲除的基因 导向 RNA 内切酶 基因编辑技术（细菌 CRISPR-cas9 系统） 基因的敲除 PAM 序列 CRISPR-cas9 系统 · 3 · 五、生态学原理指导人类可持续发展 随着人口的增长、人类对自然资源和环境的不合理开发和利用，气候变化、生物多样性丧失、海洋酸 化、土地荒漠化加剧等全球性生态和环境问题，在可预见的未来还将进一步加剧。因此，生态学研究的重 点将是如何在维持地球生态系统稳定的前提下，满足人类日益增长的需求。运用生态学原理，将人类活动 合理融人地球生态系统（必修一，7页，图 1-5），是解决可持续发展问题的有效途径。“ 绿水青山就是金 山银山”，生动形象地阐明了人类社会发展与环境的“舟水关系”，更是我们加强生态文明、建设美丽中国、 构建人与自然生命共同体的努力方向。 例 1 由袁隆平团队研发的第三代杂交水稻于 2019 年 10 月首次公开测产，亩产达 1026.3 千克。 下列 有关水稻生长过程的描述不正确的是（ ）。 A. 水稻从土壤中吸收水和无机盐 B. 水稻在不同生长时期需水量不同 C. 水稻叶只能进行光合作用 D. 水稻根生长在水田里也需要氧气 例 2 “世界杂交水稻之父”袁隆平院士成功研种出“海水稻”，海水稻是耐盐碱水稻的形象化称呼，可 在条件恶劣的盐碱地生长，灌溉可使用半咸水，其矿物质含量比普通水稻高。下列说法错误的是（ ）。 A. 海水稻富含矿物质，存在无机自然界中没有的元素 B. 相比种植普通水稻，种植海水稻更能节约淡水资源 C. 海水稻通过主动运输富集某些化学元素 D. 海水稻能降低土壤中的盐浓度，说明生物既能适应环境，也能影响环境 例 3 水稻是我国主要粮食作物之一。袁隆平院士被誉为“杂交水稻之父”，他培育的杂交水稻，解决了 我国众多人口的吃饭问题。下列有关水稻种子的叙述错误的是（ ）。 A. 水稻种子中主要含有 C、H、0、N、P等元素 B. 萌发水稻种子的匀浆加入班氏试剂即可出现砖红色反应 C. 水稻种子在萌发过程中有机物种类会增加 D. 水稻种子晒干储存过程中，自由水与结合水的比值降低，细胞代谢水平下降 例 4 据报道，“一对名为露露和娜娜的基因编辑婴儿于 2018年 11月在中国健康诞生。这对双胞胎的 一个基因经过修改，使她们出生后即能天然抵抗艾滋病。这是世界首例免疫艾滋病的基因编辑婴儿”。下 列有关说法错误的是（ ）。 A. 基因编辑制造人类的行为是不符合伦理道德的 B. 基因编辑技术，不一定会改变人类进化的速度和方向，未必有利于人类的进化 C. 通过基因编辑技术改变了人类的遗传物质，使人类进化成新物种 D. 基因编辑技术可用于疾病预防领域研究，但不能用于编辑婴儿 例 5 据英国《新科学家》杂志网站 7月 4日报道，五对俄罗斯耳聋夫妇希望使用基因编辑技术生出健 康婴儿，生物学家 Deni-Rebnkm计划在几周内就此事向俄罗斯有关部门申请许可。下列对此评价合理的 是（ ）。 A. 基因编辑改变人类缺陷，完善人类性状，这是自然选择的必然结果 B. 基因编辑后的婴儿将来免受一切疾病的困扰 C. 通过基因编辑技术改变了人类的遗传物质，使人类进化成新物种 D. 修饰后的基因可能流入整个人类基因库中，具有巨大的技术风险和伦理依据 · 4 · 例 6 基因革命有望迎来继基因测序之后的第二波热潮——基因编辑，基因编辑技术是指能够让人类对 目标基因进行“编辑”，实现特定 DNA片段的敲除、加入等的技术。下列相关叙述合理的是（ ）。 A. 目的基因经过基因编辑后长度增加 B. 基因编辑是在细胞水平上进行的一种生物技术 C. 在对基因进行“编辑”时，有磷酸二酯键的断裂 D. 基因编辑技术安全无风险 例 7 2007年诺贝尔生理学或医学奖授予美国的卡佩奇和史密斯以及英国的埃文斯等 3位科学家，以 表彰他们在“基因靶向”技术上的贡献。“基因靶向”又称“基因敲除”或“基因打靶”，是指定向替换 生物某一基因的技术。它依据的遗传学原理是（ ）。 A. 基因突变 B. 基因重组 C. 染色体变异 D. DNA复制 例 8 来自南京大学、厦门大学和南京工业大学的科研人员开发出一种“基因剪刀”工具的新型载体,实 现基因编辑可控，有利于精确定位并切断 DNA上的基因位点，关闭某个基因或引入新的基因片段，从而达 到治病目的。这说明（ ）。 A. 正确发挥主观能动性是实现基因编辑的前提 B. 意识主动创造性是人们正确认识事物的基础 C. 对规律的把握为实现基因编辑可控提供条件 D. 我们的意识能够能动地认识世界和改造世界 例 9 CCR5是 HIV入侵人体 T 细胞的主要辅助受体之一。有科学家为了使婴儿一出生就具有抵抗艾滋病 的能力，通过基因编辑破坏了受精卵中的 CCR5基因，该做法引起了民众普遍的担忧。下列各项不属于担忧 依据的是（ ）。 A. CCR5基因可能还参与了其他生理过程的调控 B. 基因编辑技术有可能因编辑对象错误（脱靶）造成不可预知的后果 C. 被编辑个体受其他疾病感染的风险可能会提高 D. 该技术虽然符合人类伦理道德，但可能存在潜在的安全风险 例 10 为了实现人类社会的可持续发展，维护生物圈自身稳态的基础是（ ）。 A．人类要合理的开发和利用自然资源 B．生物多样性的存在和发展 C．工农业造成污染的及时治理 D．封山育林，禁止采伐和放牧 例 11 以下属于生态学研究范畴的是（ ）。 ①全球变暖 ②生物多样性丧失 ③生物入侵 ④海洋酸化 ⑤海平面上升 ⑥荒漠化加剧 A. ①②③④⑤ B. ②③④⑥ C. ①③④⑥ D. ①②③④⑤⑥ 例 12 建立在细胞和分子生物学研究基础上的基因编辑技术在医学和农业等方面应用广泛，但其应用也 存在一些争议。基因编辑技术可以应用于以下领域中的（多选）（ ）。 A. 生物学基础研究 B. 疾病模型构建 C. 药物研发 D. 农作物优良品种改造