2026届高三生物一轮复习知识梳理背诵版

该高中生物学高考复习知识清单全面覆盖必修一至选择性必修三核心内容，包括分子与细胞、遗传与进化、稳态与调节、生物与环境、生物技术与工程五大模块，系统梳理从细胞基础到生态系统、从遗传规律到生物技术的知识体系。 清单以章节分级呈现核心概念，突出生命观念（如结构与功能观、物质能量观）和科学思维（如假说演绎法、模型构建），设重难点标注（如光合作用过程五星考点）和实验应用提示（如显微镜操作步骤），助力学生构建知识网络，教师可据此优化复习策略，提升备考效率。

必修一——分子与细胞 第 1 章 走近细胞 第 1 节 细胞是生命活动的基本单位 1.细胞是一个有机体，一切动植物都由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所构成； 2.细胞是一个相对独立的单位，既有它自己的生命，又对与其他细胞共同组成的整体生命起作用； 3.新细胞是由老细胞分裂产生的。 4.细胞学说揭示了动物和植物的统一性，从而阐明了生物界的统一性。 5.无论从结构上还是功能上看，细胞这个生命系统都属于最基本的层次。 各层次生命系统的形成、维持和运转都是以细胞为基础的, 就连生态系统的能量流动和物质循环也不例外。因此，可以说细胞是基本的生命系统。 6.除病毒以外，生物体都是以细胞作为结构和功能的基本单位，生命活动离不开细胞。 7.从系统的视角看生命世界，细胞、组织、器官（系统）、个体、 种群、群落、生态系统、生物圈，是不同层次的生命系统。由于细胞是生命活动的基本单位，各层次生命系统的形成、维系和运转都是以细胞为基础的，因此细胞是基本的生命系统。生物科学要研究各个层次的生命系统及其相互关系，首先要研究细胞。 第 2 节 细胞的多样性和统一性 1.通过显微镜观察了解了细胞的多样性，同时也看到 细胞都有相似的基本结构，如细胞膜、细胞质和细胞核, 这反映了细胞的统一性。 2.科学家根据细胞内有无以核膜为界限的细胞核，把细胞分为真核细胞和原核细胞两大类。 3.原核生物主要是分布广泛的各种细菌。有一类细菌叫作蓝细菌，蓝细菌细胞内含有藻蓝素和叶绿素，是能进行光合作用的自养生物。细菌中的多数种类是营腐生或寄生生活的异养生物。细菌的细胞都有细胞壁、细胞膜和细胞质，都没有由核膜包被的细胞核，也没有染色体，但有环状的DNA 分子，位于细胞内特定的区域，这个区域叫作拟核。 4.原核细胞和真核细胞具有相似的细胞膜和细胞质，它们都以 DNA 作为遗传物质，这让我们再一次看到了原核细胞和真核细胞的统一性。 — 6 — 学科网（北京）股份有限公司 第 2 章 组成细胞的分 子 第 1 节 细胞中的元素合化合物 1.细胞中常见的化学元素中，含量较多的有 C、H、0、N、 P、S、K. Ca、Mg 等元素，称为大量元素；有些元素含量很少，如 Fe、Mn、Zn、Cu、B. Mo 等，称为微量元素。 2.细胞内含量最多的化合物是水，含量最多的有机化合物是蛋白质。 3.糖类中的还原糖，如葡萄糖，与斐林试剂发生作用，生成砖红色沉淀。脂肪可以被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色。蛋白质与双缩脲试剂发生作用，产生紫色反应。因此，可以根据有机物与某些化学试剂所产生的颜色反应，检测生物组织中糖类、脂肪或蛋白质的存在。 第 2 节 细胞中的无机物 1.水是构成细胞的重要成分，也是活细胞中含量最多的化合物。 2.水是细胞内良好的溶剂，许多种物质能够在水中溶解；细胞内的许多生物化学反应也都需要水的参与。多细胞生物体的绝大多数细胞，必须浸润在以水为基础的液体环境中。水在生物体内的流动，可以把营养物质运送到各个细胞，同时也把各个细胞在新陈代谢中产生的废物，运送到排泄器官或者直接排出体外。 3.水在细胞中以两种形式存在，绝大部分的水呈游离状态，可以自由流动，叫作自由水；一部分水与细胞内的其他物质相结合，叫作结合水。细胞中自由水和结合水所起的作用是有差异的：自由水是细胞内良好的溶剂；结合水是细胞结构的重要组成部分，大约占细胞内全部水分的4.5%。细胞内结合水的存在形式主要是水与蛋白质、多糖等物质结合，这样水就失去流动性和溶解性，成为生物体的构成成分。在正常情况下，细胞内自由水所占的比例越大，细胞的代谢就越旺盛；而结合水越多，细胞抵抗干旱和寒冷等不良环境的能力就越强。 4.细胞中大多数无机盐以离子的形式存在，含量较多的阳离了有 Na+ 、K+ 、 Ca2+ 、Mg2+ 、Fe2+、 Fe3+等，阴离子有 Cl- 、SO42- 、P043- 、HCO3-等。 5.Mg 是构成叶绿素的元素，Fe 是构成血红素的元素。P 是组成细胞膜、细胞核的重要成分，也是细胞必不可少的许多化合物的成分。Na+ 、Ca2+等离子对于生命活动也是必不可少 的。例如，人体内Na+缺乏会引起神经、肌肉细胞的兴奋性降低，最终引发肌肉酸痛、无力等，因此，当大量出汗排出过多的无机盐后，应多喝淡盐水。哺乳动物的血液中必须含有一定量的 Ca2+ ，如果 Ca2+的含量太低，动物会出现抽搐等症状。此外，生物体内的某些无机盐离子，必须保持一定的量，这对维持细胞的酸碱平衡也非常重要。 — 7 — 学科网（北京）股份有限公司 第 3 节 细胞中的糖类和脂质 1.糖类是主要的能源物质。 2.糖类分子都是由 C、H、O 三种元素构成的。 3.糖类大致可以分为单糖、二糖和多糖等几类。 4.葡萄糖是细胞生命活动所需要的主要能源物质，常被形容为“生命的燃料 ”。葡萄糖不能水解，可直接被细胞吸收。像这样不能水解的糖类就是单糖。常见的单糖还有果糖、半乳糖、核糖 和脱氧核糖等。 5.二糖由两分子单糖脱水缩合而成，一般要水解成单糖才能被细胞吸收。生活中最常见的二糖是蔗糖，红糖、白糖、冰糖等都是蔗糖。蔗糖在糖料作物甘蔗和甜菜里含量丰富，大多数水果和蔬菜中也含有蔗糖。常见的二糖还有在发芽的小麦等谷粒中含虽丰富的麦芽糖， 以及在人和动物乳汁中含鼠丰富的乳糖。 6.生物体内的糖类绝大多数以多糖的形式存在。淀粉是最常见的多糖。绿色植物通过光合作用产生淀粉，作为植物体内的储能物质存在于植物细胞中。人体摄入的淀粉，必须经过消化分解成葡萄糖，才能被细胞吸收利用。 7.糖原主要分布在人和动物的肝脏和肌肉中，是人和动物细胞的储能物质。当细胞生命活动消耗了能量，人和动物血液中葡萄糖含量低于正常时，肝脏中的糖原便分解产生葡萄糖及时补充。 8.脂质存在于所有细胞中，是组成细胞和生物体的重要有机化合物。与糖类相似，组成脂质的化学元素主要是 C、H、O，有些脂质还含有P 和 N。与糖类不同的是，脂质分子中氧的含量远远低于糖类，而氢的含量更高。常见的脂质有脂肪、磷脂和固醇等。 9.脂肪是细胞内良好的储能物质。 10.磷脂是构成细胞膜的重要成分，也是构成多种细胞器膜的重要成分。固醇固醇类物质包括胆固醇、性激素和维生素 D等。 胆固醇是构成动物细胞膜的重要成分，在人体内还参与血液中脂质的运输。性激素能促进人和动物生殖器官的发育以及生殖细胞的形成；维生素 D能有效地促进人和动物肠道对钙和磷的吸收。 第 4 节 蛋白质是生命活动的主要承担者 1.组成细胞的有机物中含量最多的就是蛋白质。细胞核中的遗传信息，往往要表达成蛋白 质才能起作用。蛋白质是生命活动的主要承担者。 2.在人体中，组成蛋白质的氨基酸有 21种。氨基酸是组成蛋白质的基本单位。 3.每种氨基酸至少都含有一个氨基（—NH2 ）和一个梭基 （—COOH），并且都有一个氨基和 — 8 — 学科网（北京）股份有限公司 一个梭基连接在同一个碳原子上。这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团，这个侧链基团用R 表示。各种氨基酸之间的区别在于 R 基的不同。 4.一个氨基酸分子的羧基（—COOH）和另一个氨基酸分子的氨基（—NH2 ） 相连接，同时脱去一分子的水，这种结合方式叫作脱水缩合。连接两个氨基酸分子的化学键叫作肽键。由两个氨基酸缩合而成的化合物，叫作二肽。 5.组成一种蛋白质的氨基酸数目可能成千上万，氨基酸形成肽链时，不同种类氨基酸的排列顺序千变万化，肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构千差万别，因此，蛋白质分子的结构极其多样，这就是细胞中蛋白质种类繁多的原因。 6.蛋白质变性是指蛋白质在某些物理和化学因素作用下其特定的空间构象被破坏，从而导致其理化性质的改变和生物活性丧失的现象。 第 5 节 核酸是遗传信息的携带者 1.核酸包括两大类：一类是脱氧核糖核酸，简称 DNA；另一类是核糖核酸，简称 RNA。真核细胞的 DNA 主要分布在细胞核中，线粒休、叶绿体内也含有少量的 DNA。RNA 主要分布在细胞质中。 2.核苷酸是核酸的基本组成单位。一个核苷酸是由一分子含氮的碱基、一分子五碳糖和一分了磷酸组成的。根据五碳糖的不同，可以将核苷酸分为脱氧核糖核苜酸和核糖核苷酸。 3.DNA 是由脱氧核糖核苷酸连接而成的长链，RNA 则是由核糖核苷酸连接而成的长链。一般情况下，在生物体的细胞中，在生物体的细胞中，DNA 由两条脱氧核糖核苷酸链构成，RNA由一条核糖核苷酸链构成。 4.DNA 分子是储存、传递 遗传信息的生物大分子；部分病毒的遗传信息储存在 RNA 中，如HIV（人类免疫缺陷病毒）、SARS（严重急性呼吸综 合征）病毒等。核酸是细胞内携带遗传信息的物质，在生物体的遗传、变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。 — 9 — 学科网（北京）股份有限公司 第 3 章 细胞的基本结构 第 1 节 细胞膜的结构和功能 1.细胞膜的功能：将细胞与外界环境分隔开；控制物质进出细胞；进行细胞间的信息交流； 2.细胞膜主要是由脂质和蛋白质组成的。此外，还有少量的糖类。在组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富，此外还有少量的胆固醇。 3.流动镶嵌模型认为，细胞膜主要是由磷脂分子和蛋白质分子构成的。磷脂双分子层是膜的基本支架，其内部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或 离子不能自由通过，因此具有屏障作用。 4.细胞膜不是静止不动的，而是具有流动性，主要表现为构成膜的磷脂分子可以侧向自由移动，膜中的蛋白质大多也能运动。细胞膜的流动性对于细胞完成物质运输、生长、分裂、运动等功能都是非常重要的。 5. 细胞膜的外表面还有糖类分子，它和蛋白质分子结合形成的糖蛋白，或与脂质结合形成的糖脂，这些糖类分子叫作糖被。糖被在细胞生命活动中具有重要的功能。糖被与细胞表面的识别、 细胞间的信息传递等功能有密切关系。 第 2 节 细胞器之间的分工合作 1.细胞壁位于植物细胞膜的外面，主要由纤维素和果胶构成，对细胞起支持与保护作用。 2.液泡主要存在于植物的细胞中，内有细胞液，含糖类、无机盐、色素和蛋白质等，可以调节植物细胞内的环境，充盈的液泡还可以使植物细胞保持坚挺。 3.内质网是蛋白质等大分子物质的合成、加工场所和运输通道。它由膜围成的管状、泡状或扁平囊状结构连接形成一个连续的内腔相通的膜性管道系统。有些内质网上有核糖体附着，叫粗面内质网；有些内质网上不含有核糖体，叫光面内质网。 4.高尔基体主要是对来自内质网的蛋白质进行加工、分类和包装的“车间 ”及“发送站 ”。 5.叶绿体是绿色植物能进行光合作用的细胞含有的细胞器，是植物细胞的“料制造车间 ”和“能量转换站 ”。 6.线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，是细胞的“动力车间 ”。细胞生命活动所需的大约 95%来自线粒体。 7.溶酶体主要分布在动物细胞中，是细胞的“消化车间 ”，内部含有多种水解酶能分解衰老、损伤的细胞器，吞噬并杀死侵入细胞的病毒或细菌。 8.中心体分布在动物与低等植物细胞中，由两个互相垂直排列的中心粒及周围物质组成，与 — 10 — 学科网（北京）股份有限公司 细胞的有丝分裂有关。 9.分泌蛋白的合成过程大致是：首先，在游离的核糖体中以氨基酸为原料开始多肽链的合成。当合成了一段肽链后，这段肽链会与核糖体一起转移到粗面内质网上继续其合成过程，并且边合成边转移到内质网腔内，再经过加工折叠，形成具有一定空间结构的蛋白质。内质网膜鼓出形成囊泡，包裹着蛋白质离开内质网，到达高尔基体，与高尔基体膜融合，囊泡膜成为高尔基体膜的一部分。高尔基体还能对蛋白质做进一步的修饰加工，然后由高尔基体膜形成包裹着蛋白质的囊泡。囊泡转运到细胞膜与细胞膜融合，将蛋白质分泌到细胞外（图 38）。在分泌蛋白的合成、加工、运输的过程中，需要消耗能量。 第 3 节 细胞核的结构和功能 1.细胞核控制着细胞的代谢和遗传。 2.细胞核中有 DNA。 DNA 和蛋白质紧密结合成染色质。染色质和染色体是同一物质在细胞不同时期的两种存在状态。 3.DNA 上储存着遗传信息。在细胞分裂时，DNA 携带的遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，保证了亲子代细胞在遗传性状上的一致性。 4.细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。 5.细胞既是生物体结构的基本单位，也是生物体代谢和遗传的基本单位。 — 11 — 学科网（北京）股份有限公司 第 4 章 细胞的物质输入和输出 第 1 节 被动运输 1.水分子（或其他溶剂分子）通过半透膜的扩散，称为渗透作用。如果半透膜两侧存在浓度差，渗透的方向就是水分子从水的相对含量高的一侧向相对含量低的一侧渗透。 2.对于水分子来说，细胞壁是全透性的，即水分子可以自由地通过细胞壁，细胞壁的作用主要是保护和支持细胞，伸缩性比较小。细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。 3.植物细胞的原生质层相当于一层半透膜，植物细胞也是通过渗透作用吸水和失水的。当细胞液的浓度小于外界溶液的浓度时，细胞液中的水就透过原生质层进入外界溶液中，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩。当细胞不断失水时，由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来，也就是逐渐发生了质壁分离。当细胞液的浓度大于外界溶液的浓度时，外界溶液中的水就透过原生质层进入细胞液中，整个原生质层就会慢慢地恢复成原来的状态，使植物细胞逐渐发生质壁分离的复原。 4.像水分子这样，物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种物质跨膜运输方式称为被动运输。被动运输又分为自由扩散和协助扩散两类。 5.物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作自由扩散，也叫简单扩散。 6.借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫作协助扩散，也叫易化扩散。 7.转运蛋白可以分为载体蛋白和通道蛋白两种类型。载体蛋白只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，而且每次转运时都会发生自身构象的改变。 第 2 节 主动运输与胞吞、胞吐 1.物质逆浓度梯度进行跨膜运输，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫作主动运输。 2.当细胞摄取大分子时，首先是大分子与膜上的蛋白质结合，从而引起这部分细胞膜内陷形成小囊，包围着大分子。然后，小囊从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进入细胞内部，这种现象叫胞吞。细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将大分子排出细胞，这种现象叫胞吐。在物质的跨膜运输过程中，胞吞、胞吐是普遍存在的现象，它们需要消耗细胞呼吸所释放的能量。 3.细胞膜上转运蛋白的种类和数量，或转运蛋白空间结构的变化，对许多物质的跨膜运输起着决定性的作用，这也是细胞膜具有选择透过性的结构基础。像蛋白质这样的生物大分子， — 12 — 学科网（北京）股份有限公司 通过胞吞或胞吐进出细胞，其过程也需要膜上蛋白质的参与，更离不开膜上磷脂双分子层的 流动性。 — 13 — 学科网（北京）股份有限公司 第 5 章 细胞的能量供应和利用 第 1 节 降低化学反应活化能的酶 1.细胞的生活需要物质和能量。能量的释放、储存和利用，都必须通过化学反应来实现。细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。细胞代谢离不开酶。 2.分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量称为活化能。与无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，催化效率更高。 3.酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数是蛋白质，少部分是 RNA。 4.酶具有高效性，酶的催化效率是无机催化剂的 107〜1013 倍。酶具有专一性，每一种酶只能催化一种或一类化学反应。酶的作用条件温和，在最适宜的温度和 pH 条件下，酶的活性最高。 5.过酸、过碱或温度过高，会使酶的空间结构遭到破坏使酶永久失活。在 0℃左右时，酶的活性很低，但酶的空间结构稳定，在适宜的温度下酶的活性会升高。因此，酶制剂适宜在低温下保存。 第 2 节 细胞的能量“货币”ATP 1.ATP 是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 2.ATP 是腺苷三磷酸的英文名称缩写。ATP 分子的结构可以简写成 A-P〜P〜P，其中A 代表腺苷，P 代表磷酸基团，〜代表一种特殊的化学键。ATP 水解后转化为比 ATP 稳定的化合物——ADP（ 腺苷二磷酸的英文名称缩写），脱离下来的磷酸基团如果未转移给其他分子，就成为游离的磷酸（以Pi表示）。 3.对于绿色植物来说，既可以来自光能，也可以来自呼吸作用所释放的能量；对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，均来自细胞进行呼吸作用时有机物分解所释放的能量。 第 3 节 细胞呼吸的原理和应用 1.呼吸作用的实质是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量，因此也叫细胞呼吸。 2.酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水；在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。 3.细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。 4.有氧呼吸的全过程十分复杂，可以概括地分为三个阶段，每个阶段的化学反应都有相应的酶催化。第一个阶段是，1 分子的葡萄糖分解成 2 分子的丙酮酸，产生少量的[H]，并且释 — 14 — 学科网（北京）股份有限公司 放出少量的能量。这一阶段不需要氧的参与，是在细胞质基质中进行的。 第二个阶段是，丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和 [H]，并释放出少量的能量。这一阶段不需要氧直接参与，是在线粒体基质中进行的。 第三个阶段是，上述两个阶段产生的[H]，经过一系列的化学反应，与氧结合形成水，同时释放出大量的能量。这一阶段需要氧的参与，是在线粒体内膜上进行的。 5. 除酵母菌以外，还有许多种细菌（如乳酸菌）能够进行无氧呼吸。此外，马铃薯块茎、水稻根、苹果果实等植物器官的细胞以及动物骨骼肌的肌细胞等，除了能够进行有氧呼吸，在缺氧条件下也能进行无氧呼吸。一般地说，无氧呼吸最常利用的物质也是葡萄糖。 无氧呼吸的全过程，可以概括地分为两个阶段，这两个阶段需要不同酶的催化，但都是在细胞质基质中进行的。第一个阶段与有氧呼吸的第一个阶段完全相同。第二个阶段是，丙酮酸在酶（与催化有氧呼吸的酶不同）的催化作用下，分解成酒精和二氧化碳，或者转化成乳酸。无氧呼吸都只在第一阶段释放出少量的能量，生成少量 ATP。葡萄糖分子中的大部分能量则存留在酒精或乳酸中。 6.在农业生产上，人们采取的很多措施也与调节呼吸作用的强度有关。例如，中耕松土、适时排水，就是通过改善氧气供应来促进作物根系的呼吸作用，以利于作物的生长；在储藏果实、蔬菜时，往往需要采取降低温度、降低氧气含量等措施减弱果蔬的呼吸作用，以减少有机物的消耗。 第 4 节 光合作用与能量转化 1.实验结果表明：叶绿素 a 和叶绿素 b 主要吸收蓝紫光和红光，胡萝 卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。 2.光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，将二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。 3.光反应阶段是在类囊体的薄膜上进行的，叶绿体中光合色素吸收的光能，有以下两方面用途。是将水分解为氧和 H+，氧直接以氧分子的形式释放出去，H+与氧化型辅酶Ⅱ（NADP+结合，形成还原型辅酶Ⅱ（NADPH）。 NADPH 作为活泼的还原剂，参与暗反应阶段的化学反应，同时也储存部分能量供暗反应阶段利用；二是在有关酶的催化作用下，提供能量促使 ADP 与 Pi反应形成 ATP。这样，光能就转化为储存在 ATP 中的化学能。 4. 绿叶通过气孔从外界吸收的 CO2 ，在特定酶的作用下，与 C5（一种五碳化合物）结合，这个过程称作 CO2 的固定。分子的 CO2 被固定后，很快形成两个 C3 分子。在有关酶的催化作用下，C3 接受ATP 和 NADPH 释放的能量，并且被 NADPH 还原。随后，一些接受能量并被还原 — 15 — 学科网（北京）股份有限公司 的 C3 ，在酶的作用下经过一系列的反应转化为糖类；另一些接受能量并被还原的 C3,经过一系列变化，又形成 C5 ，这些 C5 又可以参与 CO2 的固定。这样，暗反应阶段就形成从 C5 到 C3 再到 C5 的循环，可以源源不断地进行下去，因此暗反应过程也称作卡尔文循环。 — 16 — 学科网（北京）股份有限公司 第 6 章 细胞的生命历程 第 1 节 细胞的增殖 1.细胞在分裂之前，必须进行一定的物质准备，特别是遗传物质要进行复制。细胞增殖包括物质准备和细胞分裂两个相连续的过程“物质准备→分裂→物质准备→再分裂…… ”可见细胞增殖具有周期性。 2.连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止，为一个细胞周期。一个细胞周期包括两个阶段：分裂间期和分裂期。从细胞一次分裂结束到下一次分裂之前，是分裂间期。细胞周期的大部分时间处于分裂间期， 占细胞周期的90%〜95%。分裂间期为分裂期进行活跃的物质准备，完成DNA 分子的复制和有关蛋白质的合成，同时细胞有适度的生长。 3.有丝分裂是一个连续的过程，人们根据染色体的行为，把它分为四个时期：前期、中期、后期、末期。 4.分裂间期为分裂期进行活跃的物质准备，完成DNA 分子的复制和有关蛋白质的合成，同时细胞有适度的生长。分裂间期结束后，开始进行有丝分裂。 5.前期 染色质丝螺旋缠绕，缩短变粗，成为染色体。每条染色体包括两条并列的姐妹染色单体，这两条染色单体由个共同的着丝粒连接着。核仁逐渐解体，核膜逐渐消失。从细胞的两极发出纺锤丝，形成一个梭形的纺锤体。 6.中期 每条染色体的着丝粒两侧，都有纺锤丝附着在上面，纺锤丝牵引着染色体运动，使每条染色体的着丝粒排列在细胞中央的一个平面上。这个平面与纺锤体的中轴相垂直，类似于地球上赤道的位置，称为赤道板。 7.后期 每个着丝粒分裂成两个，姐妹染色单体分开，成为两条染色体，由纺锤丝牵引着分别向细胞的两极移动，结果是细胞的两极各有一套染色体。这两套染色体的形态和数目完全相同，每一套染色体与分裂前亲代细胞中的染色体的形态和数目也相同。 8.末期 当这两套染色体分别到达细胞的两极以后，每条染色体逐渐变成细长而盘曲的染色质丝。同时，纺锤丝逐渐消失，出现了新的核膜和核仁形成两个新的细胞核。这时候，在赤道板的位置出现个细胞板，细胞板逐形成新的细胞壁。 9.子细胞 一个细胞分裂成来两个子细胞，每个子细胞中含有的染色体数目与亲代细胞的相等。分裂后形成的子细胞若继续分裂，就进入下一个细胞周期的分裂间期状态。 10.动物细胞有丝分裂的过程，与植物细胞的基本相同。不同的特点是：第一，动物细胞有 — 17 — 学科网（北京）股份有限公司 由一对中心粒构成的中心体，中心粒在间期倍增，成为两组。进入分裂期后，两组中心粒分别移向细胞两极。在这两组中心粒的周围，发出大量放射状的星射线，两组中心粒之间的星射线形成了纺锤体。第二，动物细胞分裂的末期不形成细胞板，而是细胞膜从细胞的中部向内凹陷，最后把细胞缢裂成两部分，每部分都含有一个细胞核。这样，一个细胞就分裂成了两个子细胞。 10.细胞有丝分裂的重要意义，是将亲代细胞的染色体经过复制（关键是 DNA 的复制）之后，精确地平均分配到两个子细胞中。由于染色体上有遗传物质 DNA，因而在细胞的亲代和子代之间保持了遗传的稳定性。可见，细胞的有丝分裂对于生物的遗传有重要意义。 第 2 节 细胞的分化 1.在个体发育中，由一个或一种细胞増殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程，叫作细胞分化。 2.高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力，这就是细胞的全能性。细胞的全能性是指细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。 3.动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞，这些细胞叫作干细胞。 第 3 节 细胞的衰老和死亡 1.衰老的细胞主要具有以下特征：细胞膜通透性改变，使物质运输功能降低；细胞核的体积增大，核膜内折，染色质收缩、染色加深；细胞内的水分减少，细胞萎缩，体积变小；细胞内多种酶的活性降低，呼吸速率减慢，新陈代谢速率减慢；细胞内的色素逐渐积累，妨碍细胞内物质的交流和传递。 2.细胞衰老是人体内发生的正常生命现象，正常的细胞衰老有利于机体更好地实现自我更新。 3.由基因所决定的细胞自动结束生命的过程，就叫细胞凋亡。由于细胞凋亡受到严格的由遗传机制决定的程序性调控，所以它是一种程序性死亡。 — 18 — 学科网（北京）股份有限公司 必修二——遗传与进化 第 1 章 遗传因子的发现 第 1 节 孟德尔的豌豆杂交实验（一） 1．碗豆花是两性花，在未开放时，它的花粉会落到同一朵花的雌蕊的柱头上，从而完成受粉，这种传粉方式叫作自花传粉一也叫自交。自花传粉避免了外来花粉的干扰，所以豌豆在自然状态下一般都是纯种，用豌豆做人工杂交实验（图 1-1），结果既可靠，又容易分析。 2．豌豆植株还具有易于区分的性状。例如，豌豆植株中有高茎（高度 1.5〜2.0m）的，也有矮茎（高度0.3m 左右）的；有结圆粒种子的，也有结皱粒种子的。像这样，一种生物的同一种性状的不同表现类型，叫作相对性状。这些性状能够稳定地遗传给后代。用具有相对性状的植株进行杂交实验，很容易观察和分析实验结果。 3．孟德尔把 F1 中显现出来的性状，叫作显性性状，如高茎；未显现出来的性状，叫作隐性性状，如矮茎。后来，人们将杂种后代中同时出现显性性状和隐性性状的现象，叫作性状分离。 4．高茎（或矮茎）豌豆的花先除去未成熟花的全部雄蕊，叫作去雄；然后，套上纸袋。待去雄花的雌蕊成熟时，采集另一植株的花粉，将采集到的花粉涂（撒）在去雄花的雌蕊的柱头上，再套上纸袋。 5．两朵花之间的传粉过程叫作异花传粉。不同植株的花进行异花传粉时，供应花粉的植株叫作父本 ( ♂ ) , 接受花粉的植株叫作母本 ( ♀ ) 。 6．生物的性状是由遗传因子决定的。这些因子就像一个个独立的颗粒，既不会相互融合，也不会在传递中消失。每个因子决定一种特定的性状，其中决定显性性状的为显性遗传因子，用大写字母（如D）来表示；决定隐性性状的为隐性遗传因子，用小写字母（如 d）来表示。 7．在体细胞中，遗传因子是成对存在的。例如，纯种高茎豌豆的体细胞中有成对的遗传因子 DD，纯种矮茎豌豆的体细胞中有成对的遗传因子 dd。像这样，遗传因子组成相同的个体叫作纯合子。因为 F1 自交的后代中出现了隐性性状，所以在 F1 的体细胞中必然含有隐性遗传因子；而 F1 表现的是显性性状。因此 F1 的体细胞中的遗传因子应该是Dd。像这样，遗传因子组成不同的个体叫作杂合子。 8．孟德尔巧妙地设计了测交实验，让 F1 与隐性纯合子杂交。以 F1 高茎豌豆（Dd）与隐性纯合子矮茎豌豆（dd）杂交为例，孟德尔根据假说，推出测交后代中高茎与矮茎植株的数量比应为 1 ∶ 1，孟德尔测交实验的结果验证了他的假说。 9．孟德尔第一定律，又称分离定律：在生物的体细胞中，控制同一性状的遗传因子成对存在，不相融合；在形成配子时，成对的遗传因子发生分离，分离后的遗传因子分别进入不同的配子中，随配子遗传给后代。 10．在观察和分析基础上提出问题以后，通过推理和想象提出解释问题的假说，根据假说进 — 19 — 学科网（北京）股份有限公司 行演绎推理，推出预测的结果，再通过实验来检验。如果实验结果与预测相符，就可以认为假说是正确的，反之，则可以认为假说是错误的。这是现代科学研究中常用的一种科学方法，叫作假说—演绎法。 第 2 节 孟德尔的豌豆杂交实验（二） 1．孟德尔第二定律，也叫作自由组合定律：控制不同性状的遗传因子的分离和组合是互不干扰的；在形成配子时，决定同一性状的成对的遗传因子彼此分离，决定不同性状的遗传因子自由组合。 2．1909 年，丹麦生物学家约翰逊（W.L.Johannsen,1857-1927）给孟德尔的“遗传因子 ”一词起了一个新名字，叫作“基因 ”,并且提出了表型（也叫表现型）和基因型的概念。表型指生物个体表现出来的性状，如豌豆的高茎和矮茎；与表型有关的基因组成叫作基因型，如高茎豌豆的基因型是 DD 或 Dd,矮茎豌豆的基因型是 dd,控制相对性状的基因，叫作等位基因,如 D 和 d。 3．分离定律和自由组合定律在生物的遗传中具有普遍性。 — 20 — 学科网（北京）股份有限公司 第 2 章 基 因和染色体的关系 第 1 节 减数分裂和受精作用 一、减数分裂 1．当雄性动物性成熟时，睾丸里的一部分精原细胞就开始进行减数分裂：科学家发现，在减数分裂前，每个精原细胞的染色体复制一次，而细胞在减数分裂过程中连续分裂两次，最后形成四个精细胞。这两次分裂分别叫作减数分裂 I（也叫减数第一次分裂）和减数分裂Ⅱ （也叫减数第二次分裂）。精细胞再经过变形，就形成了成熟的雄性生殖细胞——精子。 2．减数分裂 I 的主要特征：同源染色体配对——联会；四分体中的非姐妹染色单体可以发生互换；同源染色体分离，分别移向细胞的两极。 3．减数分裂Ⅱ的主要特征：每条染色体的着丝粒分裂，姐妹染色单体分开，分别移向细胞的两极。 4．在减数分裂前的间期，一部分精原细胞的体积增大，染色体复制，成为初级精母细胞。复制后的每条染色体都由两条完全相同的姐妹染色单体构成，这两条姐妹染色单体由同一个着丝粒连接。此时的染色体呈染色质丝的状态。 5．减数分裂 I 开始不久，初级精母细胞中原来分散的染色体缩短变粗并两两配对。配对的两条染色体，形状和大小一般都相同，一条来自父方、一条来自母方，叫作同源染色体。在减数分裂过程中，同源染色体两两配对的现象叫作联会。由于每条染色体都含有两条姐妹染色单体，因此，联会后的每对同源染色体含有四条染色单体，叫作四分体。四分体中的非姐妹染色单体之间经常发生缠绕，并交换相应的片段。 6．随后，各对同源染色体排列在细胞中央的赤道板两侧，每条染色体的着丝粒都附着在纺锤丝上。不久，在纺锤丝的牵引下，配对的两条同源染色体彼此分离，分别向细胞的两极移动，这样，细胞的每极只得到各对同源染色体中的一条。在两组染色体到达细胞的两极后，一个初级精母细胞就分裂成了两个次级精母细胞。 7．在这次分裂过程中， 由于同源染色体分离，并分别进入两个子细胞，使得每个次级精母细胞只得到初级精母细胞中染色体总数的一半。因此，减数分裂过程中染色体数目的减半发生在减数分裂 I。 8．减数分裂 I 与减数分裂Ⅱ之间通常没有间期，或者间期时间很短，染色体不再复制。在减数分裂Ⅱ中，每条染色体的着丝粒分裂，两条姐妹染色单体随之分开，成为两条染色体。在纺锤丝的牵引下，这两条染色体分别向细胞的两极移动，并且随着细胞的分裂进入两个子细胞。这样，在减数分裂 I 中形成的两个次级精母细胞，经过减数分裂Ⅱ , 就形成了四个精细胞。与初级精母细胞相比，每个精细胞中都含有数目减半的染色体。 9．卵细胞的形成过程与精子的基本相同。首先，在减数分裂前的间期，卵原细胞增大，染色体复制，卵原细胞成为初级卵母细胞。然后，初级卵母细胞经过减数分裂 I 和减数分裂Ⅱ — 21 — 学科网（北京）股份有限公司 形成卵细胞。卵细胞与精子形成过程的主要区别是：初级卵母细胞经过减数分裂 I 进行不均等分裂，形成大小不同的两个细胞，大的叫作次级卵母细胞，小的叫作极体。次级卵母细胞经过减数分裂Ⅱ也进行不均等分裂，形成一个大的卵细胞和一个小的极体。在减数分裂 I形成的极体又分裂为两个极体。这样，一个初级卵母细胞经过减数分裂，就形成了一个卵细胞和三个极体：卵细胞和极体中都含有数目减半的染色体。不久，三个极体都退化消失，结果是一个卵原细胞，经过减数分裂，只形成一个卵细胞。与精子的形成不同，卵细胞的形成不需要变形。 10．人和其他哺乳动物的精子是在睾丸中形成的，人和其他哺乳动物的卵细胞是在卵巢中形成的。 二、受精作用 1．受精作用是卵细胞和精了相互识别、融合成为受精卵的过程。受精卵中的染色体数目又恢复到体细胞中的数目，保证了物种染色体数目的稳定，其中有一半的染色体来自精子（父方），另一半来自卵细胞（母方）。但受精卵细胞质中的遗传物质大都来自于卵细胞（母方）。 第 2 节 基因在染色体上 1．基因就在染色体上，因为基因和染色体的行为存在着明显的平行关系。 2．基因的分离定律的实质是：在杂合子的细胞中，位于一对同源染色体上的等位基因，具有一定的独立性；在减数分裂形成配子的过程中，等位基因会随同源染色体的分开而分离，分别进入两个配子中，独立地随配子遗传给后代。 3．基因的自由组合定律的实质是：位于非同源染色体上的非等位基因的分离或组合是互不干扰的；在减数分裂过程中，同源染色体上的等位基因彼此分离的同时，非同源染色体上的非等位基因自由组合。 第 3 节 伴性遗传 1．人类的红绿色盲、抗维生素 D 佝偻病的遗传表现与果蝇眼睛颜色的遗传非常相似，决定它们的基因位于性染色体上，在遗传上总是和性别相关联，这种现象叫作伴性遗传。 2．人类的性别由性染色体决定，女性的一对性染色体是同型的，用 XX 表示；男性的一对性染色体是异型的，用 XY 表示。人类的X 染色体和 Y 染色体，无论大小还是携带的基因种类和数量都有差别。X 染色体携带着许多个基因，Y 染色体只有 X 染色体大小的 1/5左右，携带的基因比较少。所以许多位于 X 染色体上的基因，在 Y 染色体上没有相应的等位基因。 3．通过对人类红绿色盲的遗传分析，我们可以看出，位于 X 染色体上的隐性基因的遗传特点是：患者中男性远多于女性；男性患者的基因只能从母亲那里传来， 以后只能传给女儿。 4．位于 X 染色体上的显性基因的遗传特点是：患者中女性多于男性，但部分女性患者病症较轻；男性患者与正常女性婚配的后代中，女性都是患者，男性正常。 5．鸡的性别决定方式与人类、果蝇的不同。雌性个体的两条性染色体是异型的（ZW）,雄性个体的两条性染色体是同型的（ZZ）。 — 22 — 学科网（北京）股份有限公司 第 3 章 基 因的本质 第 1 节 DNA 是主要的遗传物质 1． 由格里菲思的肺炎链球菌体内转化实验可以推断： 已经加热致死的 S 型细菌，含有某种促使R 型活细菌转化为 S 型活细菌的活性物质——转化因子。 2． 由艾弗里的肺炎链球菌体内转化实验可以得出结论：转化因子就是 DNA，DNA 才是使 R型细菌产生稳定遗传变化的物质。 3．T2 噬菌体是一种专门寄生在大肠杆菌体内的病毒，它的头部和尾部的外売都是由蛋白质构成的，头部含有 DNA。T2 噬歯体侵染大肠杆菌后，就会在自身遗传物质的作用下利用大肠杆菌体内的物质来合成自身的组成成分，进行大量增殖。当噬菌体增殖到一定数量后，大肠杆菌裂解，释放出大量的噬菌体。 4．赫尔希和蔡斯首先在分别含有放射性同位素3 5 S 和放射性同位素 32P 的培养基中培养大肠杆菌，再用上述大肠杆菌培养T2 噬菌体，得到蛋白质含有3 5 S 标记或 DNA 含有 32p 标记的噬菌体。然后，用3 5 S 或 32p 标记的T2 噬菌体分别侵染未被标记的大肠杆菌，经过短时间的保温后，用搅拌器搅拌、离心。搅拌的目的是使吸附在细菌上的噬菌体与细菌分离，离心的目的是让上清液中析出质量较轻的 T2 噬菌体颗粒，而离心管的沉淀物中留下被侵染的大肠杆菌。离心后，检查上清液和沉淀物屮的放射性物质发现：用3 5 S 标记的一组侵染实验，放射性同位素主要分布在上清液中；用 32P 标记的一组实验，放射性同位素主要分布在离心管的沉淀物中。 5．赫尔希和蔡斯的实验表明：DNA 才是噬菌体的遗传物质。 6．后来的研究证明，遗传物质除 DNA 外，还有 RNA 有些病毒不含有 DNA，只含有蛋白质和RNA，如烟草花叶病毒。在这些病毒中，RNA 是遗传物质。因为绝大多数生物的遗传物质是DNA,所以说 DNA 是主要的遗传物质。 第 2 节 DNA 结构 1．DNA 双螺旋结构的主要特点如下。 （1）DNA 是由两条单链组成的，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。 （2）DNA 中的脱氧核糖和磷酸交替连接，排列在外侧，构成基本骨架；碱基排列在内侧。 （3）两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，并且碱基配对具有一定的规律：A（腺瞟吟）一定与 T（胸腺嘧啶）配对；G（鸟嘌呤）一定与 C（胞嘧啶）配对，碱基之间的这种一一对应的关系，叫作碱基互补配对原则。 2．DNA 的一条单链具有两个末端，一端有一个游离的磷酸基团，这一端称作 5＇端，另一端有一个羟基（-OH），称作 3＇端。DNA 的两条单链走向相反，从双链的一端起始.一条单链是从 5 ' 端到 3＇端的，另一条单链则是从 3＇端到 5＇端的。 第 3 节 DNA 的复制 — 23 — 学科网（北京）股份有限公司 1．DNA 的复制是指以亲代 DNA 为模板合成子代 DNA 的过程。在真核生物中，这一过程是在细胞分裂前的间期，随着染色体的复制而完成的。DNA 的复制是以半保留的方式进行的。 2．复制开始时，在细胞提供的能量的驱动下，解旋酶将 DNA 双螺旋的两条链解开，这个过程叫作解旋。然后，DNA 聚合酶等以解开的每一条母链为模板，以细胞中游离的4 种脱氧核苷酸为原料，按照碱基互补配对原则，各自合成与母链互补的一条子链。随着模板链解旋过程的进行，新合成的子链也在不断延伸。同时，每条新链与其对应的模板链盘绕成双螺旋结构。这样，复制结束后一个 DNA 分子就形成了两个完全相同的 DNA 分子。新复制出的两个子代 DNA 分子通过细胞分裂分配到子细胞中。 3．DNA 复制是一个边解旋边复制的过程，需要模板、原料、能量和酶等基本条件。DNA 独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板，通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。 第 4 节 基因通常是有遗传效应的DNA 片段 1．研究表明，DNA 能够储存足够量的遗传信息；遗传信息蕴藏在4 种碱基的排列顺序之中；碱基排列顺序的千变万化，构成了 DNA 的多样性，而碱基特定的排列顺序，又构成了每个DNA 分子的特异性；DNA 的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。DNA 上分布着许多个基因，基因通常是有遗传效应的DNA 片段。 2．有些病毒的遗传物质是 RNA，如人类免疫缺陷病毒（艾滋病病毒）、流感病毒等：对这 类病毒而言，基因就是有遗传效应的RNA 片段。 — 24 — 学科网（北京）股份有限公司 第 4 章 基 因的表达 第 1 节 基因指导蛋白质的合成 1．科学家通过研究发现，RNA 是在细胞核中，通过RNA 聚合酶以 DNA 的一条链为模板合成的，这一过程叫作转录。 2．当细胞开始合成某种蛋白质时，RNA 聚合酶与编码这个蛋白质的一段 DNA 结合，使 DNA双链解开，双链的碱基得以暴露。细胞中游离的核糖核苷酸与 DNA 模板链上的碱基互补配对，在 RNA 聚合酶的作用下，依次连接，然后形成一个 mRNA 分子。 3．mRNA 合成以后，通过核孔进入细胞质中：游离在细胞质中的各种氨基酸，就以mRNA 为模板合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质，这一过程叫作翻译。 4．tRNA 比 mRNA 小得多，分子结构也很特别：RNA 链经过折叠，看上去像三叶草的叶形，其一端是携带氨基酸的部位，另一端有 3 个相邻的碱基。每个 tRNA 的这 3 个碱基可以与mRNA上的密码子互补配对，叫作反密码子。 5．通常，一个 mRNA 分子上可以相继结合多个核糖体，同时进行多条肽链的合成，因此，少量的 mRNA 分子就可以迅速合成大量的蛋白质。 6．在蛋白质的合成过程完全弄清楚之前，科学家克里克首先预见了遗传信息传递的一般规律，并于 1957 年提出了中心法则：遗传信息可以从 DNA 流向 DNA，即 DNA 的复制；也可以从 DNA 流向 RNA，进而流向蛋白质，即遗传信息的转录和翻译。随着研究的不断深入，科学家对中心法则作出了补充：少数生物（如一些 RNA 病毒） 的遗传信息可以从 RNA 流向 RNA以及从 RNA 流向 DNA。在遗传信息的流动过程中，DNA、RNA 是信息的载体，蛋白质是信息的表达产物，而 ATP 为信息的流动提供能量，可见，生命是物质、能量和信息的统一体。 第 2 节 基因表达与性状的关系 1．基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，进而控制生物体的性状，基因还能通过控制蛋白质的结构直接控制生物体的性状。 2．在不同类型的细胞中，表达的基因大致可以分为两类：一类是在所有细胞中都表达的基因，指导合成的蛋白质是维持细胞基本生命活动所必需的，如核糖体蛋白基因、ATP 合成酶基因；另-类是只在某类细胞中特异性表达的基因，如卵清蛋白基因、胰岛素基因。细胞分化的本质就是基因的选择性表达。基因的选择性表达与基因表达的调控有关。 3．生物体基因的碱基序列保持不变，但基因表达和表型发生可遗传变化的现象，叫作表观遗传。 4．在大多数情况下，基因与性状的关系并不是简单的一一对应的关系。一个性状可以受到多个基因的影响。 — 25 — 学科网（北京）股份有限公司 第 5 章 基 因突变及其他变异 第 1 节 基因突变和基因重组 1．DNA 分子中发生碱基的替换、增添或缺失，而引起的基因碱基序列的改变，叫作基因突变。 2．基因突变若发生在配子中，将遵循遗传规律传递给后代，若发生在体细胞中，一般不能遗传，但有些植物的体细胞发生了基因突变，可以通过无性生殖遗传。 3．人和动物细胞中的 DNA 上本来就存在与癌变相关的基因：原癌基因和抑癌基因。一般来说，原癌基因表达的蛋白质是细胞正常的生长和增殖所必需的，这类基因一旦突变或过量表达而导致相应蛋白质活性过强，就可能引起细胞癌变。相反，抑癌基因表达的蛋白质能抑制细胞的生长和增殖，或者促进细胞凋亡，这类基因一旦突变而导致相应蛋白质活性减弱或失去活性，也可能引起细胞癌变。 4．癌细胞与正常细胞相比，具有以下特征：能够无限增殖，形态结构发生显著变化，细胞膜上的糖蛋白等物质减少，细胞之间的黏着性显著降低，容易在体内分散。 5．人们逐渐发现，易诱发生物发生基因突变并 高突变频率的因素可分为三类：物理因素、化学因素和生物因素。例如，紫外线、X 射线及其他辐射能损伤细胞内的DNA；亚硝酸盐、碱基类似物等能改变核酸的碱基；某些病毒的遗传物质能影响宿主细胞的 DNA，等等。但是，在没有这些外来因素的影响时，基因突变也会由于 DNA 复制偶尔发生错误等原因自发产生。 6．基因突变在生物界是普遍存在的。由于 DNA 碱基组成的改变是随机的、不定向的，因此，基因突变具有随机性和不定向性：基因突变的随机性，表现为基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期；可以发生在细胞内不同的DNA 分子上， 以及同一个 DNA 分子的不同部位。基因突变具有不定向性，表现为一个基因可以发生不同的突变，产生一个以上的等位基因。在自然状态下，基因突变的频率是很低的。 7．基因突变是产生新基因的途径。基因突变是生物变异的根本来源，为生物的进化提供了丰富的原材料。 8．基因重组就是指在生物体进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因的重新组合。基因重组也是生物变异的来源之一，对生物的进化具有重要意义。 第 2 节 染色体变异 1．生物体的体细胞或生殖细胞内染色体数目或结构的变化，称为染色体变异。 2．染色体数目的变异可以分为两类：一类是细胞内个别染色体的增加或减少，另一类是细胞内染色体数目以一套完整的非同源染色体为基数成倍地増加或成套地减少。 3．在大多数生物的体细胞中，染色体都是两两成对的，也就是说含有两套非同源染色体，其中每套非同源染色体称为一个染色体组。体细胞中含有两个染色体组的个体叫作二倍体。体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体，统称为多倍体。 — 26 — 学科网（北京）股份有限公司 4．与二倍体植株相比，多倍体植株常常是茎秆粗壮，叶片、果实和种子都比较大，糖类和蛋白质等营养物质的含量都有所增加。 5．人工诱导多倍体的方法很多，如低温处理、用秋水仙素诱发等：其中，用秋水仙素来处理萌发的种子或幼苗，是目前最常用且最有效的方法：当秋水仙索作用于正在分裂的细胞时，能够抑制纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞的两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。 6．体细胞中的染色体数目与本物种配子染色体数目相同的个体，叫作单倍体。与正常植株相比，单倍体植株长得弱小，而且高度不育。 7．利用单倍体植株培育新品种，能明显缩短育种年限。育种工作者常常釆用花药（或花粉）离体培养的方法来获得单倍体植株，然后人工诱导使这些植株的染色体数目加倍，恢复到正常植株的染色体数目。用这种方法培育得到的植株，不但能够正常生殖，而且每对染色体上成对的基因都是纯合的， 自交的后代不会发生性状分离。 8．在自然条件或人为因素的影响下，染色体发生的结构变异主要有以下4 种类型： ①缺失，染色体的某一片段缺失引起变异； ②重复，染色体中增加某一片段引起变异； ③易位，染色体的某一片段移接到另一条非同源染色体上引起变异； ④倒位，染色体的某一片段位置颠倒也可引起变异。 9．染色体结构的改变，会使排列在染色体上的基因数目或排列顺序发生改变，导致性状的变异，大多数染色体结构变异对生物体是不利的，有的甚至会导致生物体死亡。 第 3 节 人类遗传病 1．人类遗传病通常是指由遗传物质改变而引起的人类疾病，主要可以分为单基因遗传病、多基因遗传病和染色体异常遗传病三大类。 2．单基因遗传病是指受一对等位基因控制的遗传病。单基因遗传病可能由显性致病基因所引起，如多指、并指、软骨发育不全等；也可能由隐性致病基因所引起，如镰状细胞贫血、白化病、苯丙酮尿症等。 3．多基因遗传病是指受两对或两对以上等位基因控制的遗传病。多基因遗传病主要包括一些先天性发育异常和一些常见病，如原发性高血压、冠心病、哮喘和青少年型糖尿病等。多基因遗传病在群体中的发病率比较高。 4．染色体异常遗传病是指由染色体变异引起的遗传病（简称染色体病）。唐氏综合征又称 21三体综合征，是一种常见的染色体病，患者比正常人多了一条 21 号染色体。 5．产前诊断是指在胎儿出生前，医生用专门的检测手段，如羊水检查、B 超检査、孕妇血细胞检查以及基因检测等，确定胎儿是否患有某种遗传病或先天性疾病。 6．基因检测是指通过检测人体细胞中的DNA 序列， 以了解人体的基因状况。人的血液、唾液、精液、毛发或人体组织等，都可以用来进行基因检测。基因检测可以精确地诊断病因。基因检测也存在争议，人们担心由于缺陷基因的检出，在就业、保险等方面受到不平等的待 — 27 — 学科网（北京）股份有限公司 遇。 7．基因治疗是指用正常基因取代或修补患者细胞中有缺陷的基因，从而达到治疗疾病的目的。 — 28 — 学科网（北京）股份有限公司 第 6 章 生物的进化 第 1 节 生物有共同的祖先的证据 生物有共同祖先的证据：地层中陈列的证据——化石； 比较解剖学证据；胚胎学证据；细胞和分子水平的证据。 第 2 节 自然选择与适应的形成 1．适应作为一个生物学术语，包括两方面的含义：一是指生物的形态结构适合于完成一定的功能，二是指生物的形态结构及其功能适合于该生物在一定的环境中生存和繁殖。适应是普遍存在的。 2．达尔文提出的自然选择学说对生物的进化和适应的形成作出了合理的解释。他认为适应的来源是可遗传的变异，适应是自然选择的结果。 3．关于适应以及物种的形成等问题的研究，已经从以生物个体为単位，发展到以种群为基本单位，这样就形成了以自然选择为核心的现代生物进化理论。 第 3 节 种群基因组成的变化与物种的形成 一、种群基因组成的变化 1．生活在一定区域的同种生物全部个体的集合叫作种群。 2．一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫作这个种群的基因库。 3．在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比值，叫作基因频率。 4．在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。 二、隔离在物种形成中作用 1．在遗传学和生物进化论的研究中，把能够在自然状态下相互交配并且产生可育后代的一群生物称为一个物种。不同物种之间一般是不能相互交配的，即使交配成功，也不能产生可育的后代，这种现象叫作生殖隔离。 2．同种生物由于地理障碍而分成不同的种群，使得种群间不能发生基因交流的现象，叫作地理隔离。地理隔离和生殖隔离都是指不同群体间的个体，在自然条件下基因不能自由交流的现象，这里统称为隔离。隔离是物种形成的必要条件。 第 4 节 协同进化与生物多样性的形成 1．不同物种之间、生物与无机环境之间在相互影响中不断进化和发展，这就是协同进化。 2．生物多样性主要包括三个层次的内容：遗传多样性（基因多样性）、物种多样性和生态系统多样性。 3． 以自然选择学说为核心的现代生物逬进化理论对自然界的生命史作出了科学的解释：适应是自然选择的结果；种群是生物进化的基本单位；突变和基因重组提供进化的原材料，自 — 29 — 学科网（北京）股份有限公司 然选择导致种群基因频率的定向改变，进而通过隔离形成新的物种；生物进化的过程实际上 是生物与生物、生物与无机环境协同进化的过程；生物多样性是协同进化的结果。 — 30 — 学科网（北京）股份有限公司 选择性必修一——稳态与调节 第 1 章 人体的内环境与稳态 第 1 节 细胞生活的环境 1．细胞是生命活动的基本单位。无论是单细胞生物还是多细胞生物的细胞都有其特定的生活环境，并与环境之间不断进行着物质和能量的交换。 2．生活在水中的单细胞生物，如单履虫，可以直接从水里获 3．取生存所必需的养料和并把废物直接排入水中 这些单细胞生物 4．只能在水环境中生活，如果水体干涸，它们就会休眠或者死亡。 5．组成我们身体的绝大多数细胞没有直接与外界环境接触， 6．不能直接与外界环境进行物质交换。 7．组织液（tissue fluid）是存在于组织细胞间隙的液体， 又叫组织间隙液。组织液是体内绝大多数细胞直接生活的环境。 8．淋巴液（lymph fluid）存在于淋巴管中，它是由一部分组织液经毛细淋巴管壁进入毛细淋巴管而形成的。 9．血浆、组织液和淋巴液通过动态的有机联系，共同构成机体内细胞生活的直接环境。 10．组织液、淋巴液的成分和各成分的含量与血浆的相近，含量不完全相同，最主要的差别在于血浆中含有较多的蛋白质，而组织液和淋巴液中蛋白质含量很少 11．所谓渗透压，简单地说，是指溶液中溶质微粒对水的吸引力。 12．渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目，溶质微粒越多，即溶液浓度越高，溶液渗透压越高。 13．血浆渗透压的大小主要与无机盐、蛋白质的含量有关：在组成细胞外液的各种无机盐离子中，含量上占有明显优势的是Na+和 Cl- ，细胞外液渗透压的 90%以上来源于 Na+和 Cl-。 14．在 37℃时，人的血浆渗透压约为 770kPa,相当于细胞内液的渗透压。 15．正常人的血浆近中性，pH 为 7.35〜7.45,血浆的pH 之所以能够保持稳定，与其中含有的 HCO3- 、H2CO3 等物质有关， 16．人体细胞外液的温度一般维持在 37℃左右。 17．细胞作为一个开放系统，可以直接与内环境进行物质交换，不断获取进行生命活动所需要的物质，同时又不断排出代谢产生的废物，从而维持细胞正常的生命活动。 — 31 — 学科网（北京）股份有限公司 第 2 节 内环境的稳态 1． 内环境的这种动态平衡是通过机体的调节作用实现的生理学家把正常机体通过调节作 用，使各个器官、系统协调活动，共同维持内环境的相对稳定状态叫作稳态（homeostasis）。 2．法国著名生理学家贝尔纳（Bernard，1813-1878）提出： 内环境的稳定是生命能独立和自由存在的首要条件， 内环境保持稳定主要是依赖神经系统的调节 3．1926 年，美国著名生理学家坎农（Cannon，1871-1945）提出稳态的概念。 4．随着分子生物学的发展，人们发现免疫系统对于内环境稳态也起着重要的调节作用：它能发现并清除异物、病原微生物等引起内环境波动的因素 5．稳态不是恒定不变，而是一种动态的平衡。 6． 目前普遍认为，神经一体液一免疫调节网络是机体维持稳态的主要调节机制。 7．细胞代谢是由细胞内众多复杂的化学反应组成的，完成这些反应需要各种物质和条件。 8．细胞代谢需要依靠氧化分解葡萄糖来提供能量，只有血糖浓度和血液中的含氧量保持在正常范围内，才能为这一反应提供充足的反应物。 9．细胞代谢的进行离不开酶，酶的活性又受温度、pH 等因素的影响只有温度、pH 等都在适宜的范围内，酶才能正常地发挥催化作用，由此可见，内环境稳态是机体进行正常生命活动的必要条件。 10．人体维持稳态的调节能力是有一定限度的。 — 32 — 学科网（北京）股份有限公司 第 2 章 神经调节 第 1 节 神经调节的结构基础 1．大脑属于中枢神经系统。而控制四肢运动的神经属于外周神经系统。 2．人的神经系统就包括中枢神经系统（central nervous system）和外周神经系统（peripheral nen'ous system）两部分。 3．中枢神经系统包括脑（大脑、脑干和小脑等，位于颅腔内）和脊髓（位于椎管内）。 4．在中枢神经系统内，大量神经细胞聚集在一起。形成许多不同的神经中枢，分别负责调控某一特定的生理功能，如脊髓中的膝跳反射中枢、脑干中的呼吸中枢、下丘脑中的体温调节中枢等。 5．外周神经系统分布在全身各处，包括与脑相连的脑神经和与脊髓相连的脊神经。它们都含有传人神经（感觉神经）和传出神经（运动神经）。 6．传出神经又可分为支配躯体运动的神经（躯体运动神经）和支配内脏器官的神经（ 内脏运动神经）。大脑可以通过传出神经随意地支配四肢运动。 7．支配内脏、血管和腺体的传出神经，它们的活动不受意识支配, 称为自主神经系统（autonomic nervous system）。 8． 自主神经系统由交感神经（sympalhclic nerve）和副交惑神经（parasympathetic nerve）两部分组成。它们的作用通常是相反的当人体处于兴奋状态时，交感神经活动占据优势，心跳加快。支气管扩张，但胃肠的蠕动和消化腺的分泌活动减弱；而当人处于安静状态时，副交感神经活动则占据优势，此时，心跳减漫，但肠胃的蠕动和消化液的分泌会加强，有利于食物的消化和营养物质的吸收 9．交感神经和副交感神经对同一器官的作用可以使机体对外界刺激作出更精确的反应，使机体更好地适应环境的变化。 10．神经系统的功能与组成它的细胞的特点是密切相关的。组成神经系统的细胞主要包括神经元（neuron）和神经胶质细胞（neuroglia）两大类。 11．神经元是神经系统结构和功能的基本单位。它由细胞体、树突和轴突等部分构成。 第 2 节 神经调节的基本方式--反射 1．反射弧通常足由感受器、传入神经、神经中枢、传出神经和效应器（传出神经末梢和它所支配的肌肉或腺体等）组成的。 2．反射活动需要经过完整的反射弧来实现。 3．兴奋是指动物体或人体肉的某些细胞或组织（如神经组织）感受外界刺激后， 由相对静止状态变为显著活跃状态的过程。 4．条件反射是在非条件反射的基础上。通过学习和训练而建立的条件反射，建立之后要维持下去，还需要非条件刺激的强化，如果反复应用条件刺激而不给予非条件刺激，条件反射 — 33 — 学科网（北京）股份有限公司 就会逐渐减弱，以至最终完全不出现,这是条件反射的消退。 5．在个体的生活过程中，非条件反射的数量是有限的。条件反射的数量则几乎是无限的。 第 3 节 神经冲动的产生和传导 1． 由于细胞膜内外这种特异的离子分布特点。细胞膜两侧的电位表现为内负外正，这称为静息电位（Zing potential）。 2．当神经纤维某一部位受到剌激时，细胞膜对Na+ 的通透性增加，Na+ 内流，这个部位的膜两侧出现暂时性的电位变化，表现为内正外负的分布状态，此时的膜电位称为动作电位 （action potential）而邻近的未兴奋部位仍然是内负外正，在兴奋部位和未兴奋部位之间由于电位差的存在而发生电荷移动，这样就形成局部电流。 3．神经元的轴突末梢经过多次分枝，最后每个小枝末端膨大，呈杯状或球状，叫作突触小体。突触小体可以与其他神经元的细胞体或树突等相接近，共同形成突触（synapse）。 4．突触的结构包括突触前膜、突触间隙与突触后膜。 5．在神经元的轴突末梢处。有许多突触小泡当轴突末梢有神经冲动传来时，突触小泡受到刺激，就会向突触前膜移动并与它融合，同时释放一种化学物质神经递质 （neurolransmiller）。 6．神经递质经扩散通过突触间隙，与突触后膜上的相关受体结合，形成递质-受体复合物，从而改变了突触后膜对离子的通透性，引发突触后膜电位变化。这样，信号就从一个神经元通过突触传递到了另一个神经元。 7．神经递质会与受体分开，并迅速被降解或回收进细胞,以免持续发挥作用。 8． 由于神经递质只存在于突触小泡中。只能由突触前膜释放，然后作用于突触后膜，因此。神经元之冋兴奋的传递只能是单方向的。 第 4 节 神经系统的分级调节 1．大脑的表面覆盖者主要由神经元胞体及其树突构成的薄层结构——大脑皮层,人的大脑有着丰富的沟回（沟即为凹陷部分，回为隆起部分），这使得大脑在有限体积的颅腔内。可以具有更大的表面积。 2．大脑通过脑干与脊髓相连,大脑发出的指令。可以通过脑干传到脊髓。 3．大脑皮层的某些区域与身体运动的功能是密切相关的，科学家发现，刺激大脑皮层中央前回的顶部，可以引起下肢的运动；刺激中央前回的下部，则会引起头部器官的运动；刺激中央前回的其他部位。则会引起其他相应器官的运动，这表明，躯体各部分的运动机能在皮层的第一运动区内都有它的代表区，而且皮层代表区的位置与躯体各部分的关系是倒置的。 4．实际上，躯体的运动受大脑皮层以及脑干、脊髓等的共同调控，脊髓是机体运动的低级中枢，大脑皮层是最高级中枢，脑干等连接低级中枢和高级中枢。 5．排尿不仅受到脊髓的控制，也受到大脑皮层的调控。 6．脊髓对膀胱扩大和缩小的控制是由自主神经系统支配的：交感神经兴奋，不会导致膀胱 — 34 — 学科网（北京）股份有限公司 缩小；副交感神经兴奋，会使膀胱缩小而人之所以能有意识地控制排尿，因为大脑皮层对脊髓进行着调控。 7．脊髓是调节内脏活动的低级中枢，通过它可以完成简单的内脏反射活动。 第 5 节 人脑的高级功能 1．人类的语言活动是与大脑皮层某地特定区域相关的。这些特定区域叫言语区。大脑皮层言语区的损伤会导致特有的各种言语活动功能障碍。 2．大多数人主导语言功能的区域是在大脑的左半球。逻辑思维主要由左半球负责。大多数人的大脑右半球要负责形象思维，如音乐、绘画、空间识别等。 3．学习和记忆也是脑的高级功能之一。 4．人类的记忆过程分成四个阶段。即感觉性记忆、第一级记忆、第二级记忆和第三级记忆，前两个阶段相当于短时记忆，后两个阶段相当于长时记忆。 5．人的大脑皮层具有与语言相关的中枢，分别负责听、说、读、写、学习与记忆，情绪等 都是大脑的高级功能。 — 35 — 学科网（北京）股份有限公司 第 3 章 体液调节 第 1 节 激素与内分泌系统 1．人和高等动物体内都分布着许多能分泌物质的腺体在这些分泌腺中，凡是分泌物经由导管而流出体外或流到消化腔的，称为外分泌腺，如汗腺、唾液腺、 胃腺等。 2．促胰液素是人们发现的第一种激素。 3．机体除了神经调节，还存在由内分泌器官或细胞分泌的化学物质——激素进行调节，就是激素调节（hormonal regulation）。 第 2 节 激素调节的过程 1．在一个系统中，系统本身工作的效果，反过来又作为信息调节该系统的工作，这种调节方式叫作反馈调节（feedback regulation） 2．反馈调节是生命系统中非常普遍的调节机制。它对于机体维持稳态具有重要意义。 3．血糖的平衡还受到神经系统的调节，例如，当血糖含量降低时，下丘脑的某个区域兴奋，通过交感神经使胰岛 A 细胞分泌胰高血糖素，使得血糖含量上升。另外，神经系统还通过控制甲状腺和肾上腺的分泌活动来调节血糖含量。 4．当机体感受到寒冷等刺激时，相应的神经冲动传到下丘脑。下丘脑分泌 TRH；TRH 运输到并作用于垂体。促使垂体分泌 TSH；TSH 随血液循环到达甲状腺。促使甲状腺增加甲状腺激素的合成和分泌当血液中的甲状腺激素含量增加到一定程度时，又会抑制下丘脑和垂体分泌相关激素，进而使甲状腺激素的分泌减少而不至于浓度过高，也就是说，在甲状腺激素分泌的过程中，既存在分级调节，也存在反馈调节。 5．激素调节的特点：通过体液进行运输，作用于靶器官、靶细胞，作为信使传递信息，微量和高效。 6．在机体内，往往多种激素共同参与调节同一生理功能。各种激素彼此关联，相互影响。 7．激素种类多、量极微。既不组成细胞结构，又不提供能量，也不起催化作用。而是随体 液到达靶细胞。使靶细胞原有的生理活动发生变化。 笫 3 节 体液调节与神经调节的关系 1．体液调节与神经调节的比较。激素等化学物质，通过体液传送的方式对生命活动进行调节，称为体液调节。 2．激素调节是体液调节的主要内容，除激素外。其他一些化学物质。如组织胺、某些气体分子（NO、CO 等）以及一些代谢产物（如 CO2 ）也能作为体液因子对细胞。组织和器官的功能起调节作用。 3．C02 是调节呼吸运动的重要体液因体液中 CO2 浓度变化会刺激相关感受器，从而通过神经 — 36 — 学科网（北京）股份有限公司 系统对呼吸运动进行调节。 4．一些低等动物只有体液调节。没有神经调节，但在人和高等动物体内。体液调节和神经调节都是机体调节生命活动的重要方式，它们相辅相成，各具优势。 5．体液调节和神经调节的结构基础和作用方式都不一样, 但二者并不是各行其道、互不相 干的。 — 37 — 学科网（北京）股份有限公司 第 4 章 免疫调节 第 1 节 免疫系统的组成和功能 1．免疫器官主要由淋巴组织构成。并借助于血液循环和淋巴循环相互联系。 2．免疫器官包括骨髓、胸腺、脾、淋巴结和扁桃体等骨髓和胸腺是免疫细胞产生并发育成熟的地方；脾、淋巴结和扁桃体是免疫细胞集中分布的场所。 3．免疫细胞是执行免疫功能的细胞，它们来自骨髓的造血干细胞，包括各种类型的白细胞，如淋巴细胞、树突状细胞和巨噬细胞等。 4．能引发免疫反应的物质称为抗原（antigen）。 5．B 细胞、树突状细胞和巨噬细胞都能摄取和加工处理抗原，并且可以将抗原信息暴露在细胞表面。以便呈递给其他免疫细胞。因此，这些细胞统称为抗原呈递细胞（antigen presenting cell,APC）。 6．免疫活性物质是指由免疫细胞或其他细胞产生的、并发挥免疫作用的物质。 7．机体产生的专门应对抗原的蛋白质，称为抗体（antibody）。 8．抗体能与相应抗原发生特异性结合，即一种抗体只能与一种抗原结合。抗体是一种免疫活性物质，能随血液循环和淋巴循环到达身体的各个部位 9．除了抗体，其他一些物质，如溶菌酶、淋巴细胞分泌的细胞因子等，也属于免疫活性物质白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子等是几类主要的细胞因子。 10．人体有三道防线来抵御病原体的攻击皮肤、黏膜是保卫人体的第一道防线； 11．体液中的杀菌物质（如溶菌酶）和吞噬细胞（如巨噬细胞和树突状细胞）是保卫人体的第二道防线，这两道防线人人生来就有。是机体在长期进化过程中遗传下来的。不针对某一类特定的病原体，而是对多种病原体都有防御作用，因此叫作非特异性免疫 12．第三道防线是机体在个体发育过程中与病原体接触后获得的，主要针对特定的抗原起作用。因而具有特异性。叫作特异性免疫。 13．三道防线是统一的整体。它们共同实现免疫防御（immune defense）、免疫自稳（immunehomeostasis）和免疫监视（immune surveillance）三大基本功能。 14．免疫自稳是指机体清除衰老或损伤的细胞。逬行自身调节，维持内环境稳态的功能正常情况下,免疫系统对自身的抗原物质不产生免疫反应：若该功能异常，则容易发生自身免疫病。 第 2 节 特异性免疫 1．B 细胞活化完之后，还需要细胞因子的作用当B 细胞活化后。就开始增殖、分化。大部分分化为浆细胞，小部分分化为记忆 B 细胞随后浆细胞产生并分泌抗体在多数情况下。抗体与病原体结合后会发生进一步的变化。如形成沉淀等。进而被其他免疫细胞吞噬消化 2．记忆细胞可以在抗原消失后存活几年其至几十年，当再接触这种抗原时，能迅速增殖分 — 38 — 学科网（北京）股份有限公司 化，快速产生大量抗体。细菌等病原体侵入人体后，也会如病毒一样引起机体发生体液免疫反应。 3．病毒只有侵入细胞才能够增殖。而有一些致病细菌如结核杆询、麻风分枝杆菌等，也是寄生在宿主细胞内的一旦病原体进入细胞，抗体对它们就无能为力了。 4．在细胞免疫过程中，靶细胞、辅助性 T 细胞等参与细胞毒性 T 细胞的活化过程。当细胞毒性 T 细胞活化以后，可以识别并裂解被同样病原体感染的靶细胞，靶细胞裂解后，病原体失去了寄生的基础，进而可被抗体结合或直接被其他免疫细胞吞噬、消灭；此后，活化的免疫细胞的功能受到抑制。机体将逐渐恢复到正常状态。 5．B 细胞和细胞毒性 T 细胞的活化离不开辅助性 T 细胞的辅助，可见辅助性 T 细胞在体液免疫和细胞免疫中都起着关铤的作用 6．靠体液免疫中产生的抗体，能消灭细胞外液中的病原体；而侵入细胞内的病原休，要靠细胞免疫将靶细胞裂解，使病原体失去藏身之所。此时体液免疫就又能发挥作用了。可见，体液免疫和细胞免疫巧妙配合、密切合作，共同完成对机体稳态的调节。 第 3 节 免疫失调 1． 已免疫的机体，在再次接触相同的抗原时，有时会发生引发组织损伤或功能紊乱的免疫反应，这样的免疫反应称为过敏反应。 2．引起过敏反应的抗原物质叫作过敏原，许多过敏反应还有明显的遗传倾向和个体差异。 3．人体的免疫系统具有分辨“ 自己 ”和“异己 ”成分的能力，一般不会对自身成分发生免疫反应。但是，在某些特殊情况下，免疫系统也会对自身成分发生反应，如果自身免疫反应对组织和器官造成损伤并出现了症状，就称为自身免疫病。常见的自身免疫病还有类风湿关节炎、系统性统斑狼疮等。 4．免疫缺陷病是指由机体免疫功能不足或缺乏而引起的疾病。该病分为两类，一类是由于遗传而生来就有免疫缺陷的，叫作先天性免疫缺陷病,如重症联合免疫缺陷病，另一类是由疾病和其他因素引起的，叫作获得性免疫缺陷病,如艾滋病大多数免疫缺陷病。 5．艾滋病的传播途径主要有性接触传播、血液传播和母婴传播。 第 4 节 免疫学的应用 1．疫苗（vaccine）通常是用灭活的或减毒的病原体。 医学上把用正常的器官置换丧失功能的器官，以重建其生理功能的技术叫作器官移植（organ iransplantation）。 2．免疫学在临床实践上的应用,除了免疫预防,还包括免疫诊断和免疫治疗。 3． 由于抗原和抗体反应的高度特异性，免疫学技术和制剂在临床诊断中得到了广泛的应用，如检测病原体和肿瘤标志物等。 4．免疫治疗已成为与传统的手术、化学疗法、放射疗法并列的重要治疗方法，对于免疫功能低下者使用免疫增强疗法，对于有些疾病则使用免疫抑制疗法。例如，治疗类风湿关节炎、 — 39 — 学科网（北京）股份有限公司 系统性红斑狼疮等常使用免疫抑制剂。 — 40 — 学科网（北京）股份有限公司 第 5 章 植物生命活动的调节 第 1 节 植物生长素 1．达尔文根据实验提出，胚芽鞘的尖端受单侧光刺激后，向下面的伸长区传递了某种“影响 ”，造成伸长区背光面比向光面生长快，因而使胚芽鞘出现向光性弯曲。 2．1913 年，鲍森•詹森的实验证明，胚芽鞘尖端产生的“影响 ”可以透过琼脂片传递给下部。 3．1918 年，拜尔的实验证明，胚芽鞘的弯曲生长，是因为尖端产生的影响在其下部分布不均匀而造成的。 4．温特的实验进一步证明胚芽鞘的弯曲生长，确实是由一种化学物质引起的，温特认为这可能是一种和动物激素类似的物质，并把这种物质命名为生长素。 5．1934 年，科学家首先从人尿中分离出与生长素作用相同的化学物质——吲哚乙酸。 6．人们把这类由植物体内产生，能从产生部位运送到作用部位，对植物的生长发育有显著影响的微量有机物，叫作植物激素（phytohormone）。 7．植物激素作为信息分子，几乎参与调节植物生长、发育过程中的所有生命活动。 8．生长素主要的合成部位是芽、幼嫩的叶和发育中的种子在这些部位。 9．色氨酸经过一系列反应可转变成生长素。 10．生长素只能从形态学上端运输到形态学下端，而不能反过来运输。也就是只能单方向地运输，称为极性运输（polar transport） 11．极性运输是一种主动运输。在成熟组织中，生长素可以通过输导组织进行非极性运输，生长素的非极性运输和其他有机物的运输没有区别。 12．生长素在植物体内起作用的方式和动物体内激素起作用的方式基本相似。它不像酶那样催化细胞代谢，也不为细胞提供能量，而是给细胞传达信息，起着调节细胞生命活动的作用 13．生长素所发挥的作用，因浓度、植物细胞的成熟情况和器官的种类不同而冇较大的差异。一般情况下，生长素在浓度较低时促进生长，在浓度过高时则会抑制生长。 第 2 节 其他植物激素 1．成熟的果实中富含乙烯，它可以対邻近的果实产生影响乙烯也是一种植物激素除生长素和乙烯外，植物体内还存在赤霉素、细胞分裂素、脱落酸等植物激素。 2．在植物各器官中同时存在着多种植物激素，决定器官生长、发育的，往往不是某种激素的绝对含量，而是不同激素相对含量。 第 3 节 植物生长调节剂的应用 1． 由人工合成的，对植物的生长、发育有调节作用的化学物质，称为植物生长调节剂。 2．植物生长调节剂应用领域广，对于提高作物产物、改善产品品质等，都起到很好的作用。 — 41 — 学科网（北京）股份有限公司 3．植物生长调节剂种类繁多，在生产上首先需要根据实际情况，选择恰当的植物生长调节剂；还要综合考虑施用目的、效果和毒性。调节剂残留、价格和施用是否方便等因素4. 对于某种植物生长调柠剂来说，施用浓度、时间、部位以及施用时植物的生理状态和气候条件等，都会影响施用效果。施用不当甚至会影响生产。 第 4 节 环境因素参与调节植物的生命活动 1．光作为一种信号，影响、调控植物生长、 发育的全过程。 2．光敏色素是一类蛋白质（色素-蛋白复合体），分布在植物的各个部位，其中在分生组织的细咆内比较丰富。 3．在受到光照射时，光敏色素的结构会发生变化，这一变化的信息会经过信息传递系统传导到细胞核内。影响特定基因的表达，从而表现出生物学效应。 4．除了光，温度、重力等环境因素也会参与调节植物的生长发育。 — 42 — 学科网（北京）股份有限公司 选择性必修二——生物与环境 第 1 章 种群及其动态 第 1 节 种群数量特征 1．任何物种都不可能以单一个体生存和繁衍。在一定的空间范围内，同种生物所有个体形成的集合就是种群。 2．种群在单位面积或单位体积中的个体数就是种群密度。 3．种群密度是种群最基本的数量特征。 4．在调查分布范围较小、个体较大的神群时，可以逐个计数，逐个计数非常困难，需要采取估算的方法 5．对于有趋光性的昆虫，可以用黑光灯进行灯光诱捕的方法来估算它们的种群密度 6．样方法估算种群密度最常用的方法之一是样方法 7．在被调查种群的分布范围内，随机选取若干个样方，通过计数每个样方内的个体数，求得每个样方的种群密度，以所有样方种群密度的平均值作为该种群的种群密度估算值。调查草地上蒲公英的密度，农田中某种昆虫卵的密度，农作物植株上蚜虫的密度、跳蝻的密度等，可以采用样方法 8．许多动物的活动能力强，活动范围大，不宜用样方法来调查它们的种群密度。常用的方法之一是标记重捕法。 9．标记重捕法是在被调查种群的活动范围内，捕获一部分个体，做上标记后再放回原来的环境，经过一段时间后进行重捕，根据重捕到的动物中标记个体数占总个体数的比例，来估算种群密度。 10．出生率是指在单位时间内新产生的个体数目占该种群个体总数的比值 11．为什么东北豹、大熊猫等动物在人为保护的措施下，种群数量仍不能迅速增长，而鼠、蝗虫等动物，尽管人们采取各种防除措施，却仍然数量繁多，屡屡为害？原因固然是多方面的，但繁殖能力的差别是重要原因。繁殖能力强的种群出生率高，种群增长快。 12．死亡率是指在单位时间内死亡的个体数目占该种群个体总数的比值 13．单位时间内迁入或迁出的个体占该种群个体总数的比值，分别称为迁入率或迁出率。如果你研究一座城市人口的变化，迁入率和迁出率更是不可忽视的因素。 14．种群的年龄结构是指一个种群中各年龄期的个体数目的比例，大致可以分为图所示的三种类型。 — 43 — 学科网（北京）股份有限公司 15．性别比例是指种群中雌雄个体数目的比例。性别比例对种群密度也有一定的影响。例如，利用人工合成的性引诱剂（信息素）诱杀某种害虫的雄性个体，改变了害虫种群正常的性别比例，就会使很多雌性个体不能完成交配，从而使该种害虫的种群密度明显降低。 16．种群密度是种群最基本的数量特征。 17．种群的其他数量特征是决定种群密度的重要因素，其中出生率和死亡率、迁入率和迁出率直接决定种群的密度，年龄结构是种群内部影响出生率和死亡率的重要因素，性别比例对出生率也有重要影响。 18．取样的关键是要做到随机取样。 19．五点取样法和等距取样法都是常用的取样方法。 第 2 节 种群的数量变化 1．描述、解释和预测种群数量的变化，常常需要建立数学模型。 2．这样的曲线图是数学模型的另一种表现形式。同数学方程式相比，它能更直观地反映出种群的增长趋势。 3．种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定，增长曲线量"S"形。这种类型的种群增长称为"S"形增长。 4．上述大草履虫种群的数量之所以呈"S"形增长，这是由于随着大草履虫数量的增多，它们对食物和空间的竞争也趋于激烈，导致出生率降低，死亡率升高。 5．在自然界，当一种生物迁入一个条件适宜的新分布地时，初始阶段一般会出现较快增长，但是，资源和空间总是有限的。当种群密度增大时，种内竞争就会加剧，这就会使种群的出生率降低，死亡率升高。 6．当死亡率升高至与出生率相等时，种群的增长就会停止，有时会稳定在一定的水平。可见，种内竞争对种群数量起调节作用。 7．一定的环境条件所能维持的种群最大数量称为环境容纳量，又称 K 值。 — 44 — 学科网（北京）股份有限公司 8．建立自然保护区，给大熊猫更宽广的生存空间，改善它们的栖息环境，从而提高环境容纳量，是保护大熊猫的根本措施。 9．在自然界，有的种群能够在一段时期内维持数量的相对稳定。但对于大多数生物的种群来说，种群数量总是在波动中。 10．当种群长久处于不利条件下，如遭遇人类乱捕滥杀和柄息地破坏，种群数量会出现持续性的或急剧的下降。 11．种群的延续需要有一定的个体数量为基础。当一个种群的数量过少，种群可能会由于近亲繁殖等原因而衰退、消亡。例如，多种鲸在遭遇人类过度捕捞后，种样数量急剧下降，有的鲸濒临灭绝。因此，对那些已经低于种群延续所需要的最小种群数量的物种，需要采取有效的措施进行保护。 12．对一支试管中的培养液（可定为 10 mL）中的酵母菌遂个计数是非常困难的，可以采用抽样检测的方法。 13．先将盖玻片放在血细胞计数板的计数室上，用吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入。 14．多余的培养液用滤纸吸去，稍待片刻，待酵母菌全部沉降到计数室底部，将计数板放在载物台的中央，计数一个小方格内的酵母菌数量。 15．再以此为根据，估算试管中的酵母菌总数。 第 3 节 影响种群数量变化的因素 1．就像“离离原上草 ”一样, 自然界的种群总是有盛有衰,数量是处于或大或小的变动中的。 2．种群的出生率和死亡率、迁入率和迁出率等特征直接决定种群密度。 3．在自然界，种群的数量变化受到阳光、温度、水等非生物因素的影响。例如，森林中林下植物的种群密度主要取决于林冠层的郁闭度，即主要取决于林下植物受到的光照强度；在温带和寒温带，许多植物的种子在春季萌发为新的植株，这主要是受气温升高的影响；蚊类等昆虫在寒冷季节到来时会全部死亡，这主要是受到气温降低的影响；干旱缺水会使许多植物种群的死亡率升高，动物种群在寻找水源的过程中也常常发生个体的死亡，而对于东亚飞蝗来说，气候干旱正是其种群爆发式增长的主要原因。 4．应当指出的是，非生物因素对种群数量变化的影响往往是综合性的。例如，春夏时节动植物种群普遍迅速增长，除气温升高外，日照延长、降水增多也是重要原因，而对于动物来说，食物日益充足也是导致种群增长的重要因素，这就涉及生物因素了。 5．随着种群的增长，种内竞争会加剧，从而使种群的增长受到限制，这说明种群数量的变 — 45 — 学科网（北京）股份有限公司 化受到种群内部生物因素的影响。 6．在自然界，任何一个种群都与其他种群有着密切的关系，其中食与被食的关系、相互竞争的关系都是十分常见的。除顶级捕食者外，每种动植物都可能是其他某种生物的捕食对象，每种动物都需要以其他生物为食。如果食物匮乏，动物种群会出现出生率降低，死亡率升高的现象。 7．森林中不同植物间竞争阳光和养分，草原上非洲狮与猎豹竞争猎物，这也会导致种群数量的变化。 8．一般来说，食物和天敌等生物因素对种群数量的作用强度与该种群的密度是相关的。例如，同样是缺少食物，种群密度越高，该种群受食物短缺的影响就越大，因此，这些因素称为密度制约因素。 9．气温和干旱等气候因素以及地震、火灾等自然灾害，对种群的作用强度与该种群的密度无关，因此被称为非密度制约因素。例如，在遭遇寒流时，有些昆虫种群不论其种群密度高低，所有个体都会死亡。 10．研究种群的特征和数量变化的规律，在野生生物资源的合理利用和保护、有害生物的防治等方面都有重要意义。 11．在濒危动物的保护方面，只有通过调查获知种群密度、出生率和死亡率、性别比例、年龄结构等特征，以及影响该种群数量变化的因素，才能准确了解该种样的生存状态，预测该种群的数量变化趋势，进而采取合理的保护对策。 12．从理论上说，"S"形增长的种群在种群数量达到 K 值时，出生率与死亡率相等，这时即使不捕捞，种群数量也不会增加。研究表明，中等强度的捕捞（捕捞量在 K/2左右）有利于持续获得较大的鱼产量。 13．在有害生物的防治方面，种群研究同样具有重要意义。例如，在鼠害发生时，既适当采用化学和物理的方法控制现存害鼠的种群数量，又通过减少其获得食物的机会等方法降低其环境容纳量，才能使鼠害得到有效防治。再如，对农林害虫的防治，如果一味依赖喷洒农药的方法，既造成环境污染，又伤及害虫的天敌；有效保护或引入天敌生物，则有利于将害虫数量控制在较低的水平。 — 46 — 学科网（北京）股份有限公司 第 2 章 群落及演替 第 1 节 群落的结构 1．不同种群之间也相互关联形成一个整体。像这样，在相同时间聚集在一定地域中各种生物种群的集合，叫作生物群落，简称群落。 2．要认识一个群落，首先要分析该群落的物种组成。物种组成是区别不同群落的重要特征，也是决定群落性质最重要的因素。 3．不同群落的物种组成不同，物种的数目也有差别。一个群落中的物种数目，称为物种丰富度。科学家研究了我国从东北到海南的森林群落，发现越靠近热带地区，单位面积内的物种越丰富。 4．在群落中，有些物种不仅数量很多，它们对群落中其他物种的影响也很大，往往占据优势，如武夷山常绿阔叶林中的米槠、甜橘、木荷等；还有一些物种虽然在群落中比较常见，但对其他物种的影响不大，它们就不占优势，如武夷山常绿阔叶林中的狗脊、芒其等。 5．群落中的物种组成不是固定不变的。随着时间和环境的变化，原来不占优势的物种可能逐渐变得有优势；原来占优势的物种也可能逐渐失去优势，甚至从群落中消失。例如，在我国东北部的草原群落中，羊草通常占据显著优势。当放牧强度加大时，羊草就会明显减少，糙隐子草等植物便逐渐占优势，一些原来在群落中罕见的植物种类也变得常见了。如果过度放牧，碱蓬等植物就会明显占优势，群落中原有的一些植物种类会消失，草原生产力严重降低。 由此可见，控制放牧强度对于维持草原群落稳定、实现可持续发展非常重要。 6．—个群落中的物种不论多少，都不是随机的简单集合，而是通过复杂的种间关系，形成一个有机的整体。 7．种间关系主要有原始合作（互惠）、互利共生、种间竞争、捕食和寄生等。 8．在群落中，各个生物种群分别占据了不同的空间，形成一定的空间结构。群落的空间结构包括垂直结构和水平结构等。 9．垂直结构在垂直方向上，大多数群落都具有明显的分层现象。例如，森林中自上而下分别有乔木、灌木和草本植物，形成群落的垂直结构。 10．其他群落也像森林群落一样具有垂直结构。例如，在湖泊中，就有挺水层（如芦苇、莲、茭白），浮水层（如凤眼莲、浮萍）和沉水层（如水车前、小眼子菜、竹叶眼子菜、黑藻）等。这些植物分别利用了湖泊中的不同空间，形成了湖泊群落的垂直结构。 11．植物的分层与对光的利用有关；不同植物适于在不同的光照强度下生长。这种分层现象 — 47 — 学科网（北京）股份有限公司 显著提高了群落利用阳光等环境资源的能力。除了光照，在陆生群落中，决定植物地上分层的环境因素还有温度等条件；决定植物地下分层的环境因素则是水分、无机盐等。 12．群落中植物的垂直分层为动物创造了多种多样的栖息空间和食物条件，因此，动物也有分层现象。例如，某森林中栖息着多种鸟类，虽然大多数鸟类可同时利用几个不同的层次，但每一种鸟都有一个自己经常活动的层次 ∶林冠层柄息着鹰、黄鹏、杜鹃等；中层栖息着山雀、啄木鸟、鹟、莺等；林下层则生活着画眉、八色鹑等。 13．群落的结构特征不仅表现在垂直方向上，也表现在水平方向上。例如，某草地在水平方向上，由于地形的变化、土壤湿度和盐碱度的差异、光照强度的不同、生物自身生长特点的不同，以及人与动物的影响等因素，不同地段往往分布着不同的种群，同一地段上种群密度也有差别，它们常呈镶嵌分布。 14． 由于阳光、温度和水分等随季节而变化，群落的外貌和结构也会随之发生有规律的变化 15．在群落中，不同的物种各自生活在一定的空间范围内，利用特定的资源，甚至只在特殊的时间段出现（如某种食虫蝙蝠只在夜间活动），它们在群落中所起的作用以及与其他物种的关系也有差别。 16．每个物种都有自己在群落中的地位或角色。一个物种在群落中的地位或角色，称为这个物种的生态位。研究某种动物的生态位，通常要研究它的栖息地、食物、天敌以及与其他物种的关系等。研究某种植物的生态位，通常要研究它在研究区域内的出现频率、种群密度、植株高度等特征， 以及它与其他物种的关系等。 17．群落中每种生物都占据着相对稳定的生态位，有利于不同生物充分利用环境资源，这是群落中物种之间及生物与环境间协同进化的结果。 18．我们可以通过取样调查的方法来研究土壤中小动物类群的丰富度。 19．常用的统计物种相对数量的方法有两种 ∶一是记名计算法；二是目测估计法。 第 2 节 群落的主要类型 1．根据群落的外貌和物种组成等方面的差异，可以将陆地的群落大致分为荒漠、草原、森林等类型。 2．荒漠分布在极度干旱区，这里年降水量稀少且分布不均匀，荒漠里物种少，群落结构非常简单。 3．到了草原，你能看到的景象是草本植物如地毯般铺向天边。草原主要分布在半干旱地区、不同年份或季节雨量不均匀的地区。草原上动植物的种类较少，群落结构相对简单。 4．草原上以各种耐寒的旱生多年生草本植物占优势，有的草原上有少量的灌木丛，乔木非 — 48 — 学科网（北京）股份有限公司 常少见。 5．草原上的动物大都具有挖洞或快速奔跑的特点。 由于缺水，在草原上，两栖类和水生动物非常少见。稀树干草原上，生长着伞形树冠状乔木，动物主要以斑马、长颈鹿和狮子为主。 6．森林里，树木繁茂、树冠遮天蔽日。森林分布在湿润或较湿润的地区，群落结构非常复杂且相对稳定。 7．森林中阳生植物多居上层，能吸收比较强的阳光。而林下光线相对较弱。在热带雨林中，林下几乎都是散射光，仅有稀疏的光点和光斑。所以，三七、人参、黄连、半夏、贝母以及某些藏类、苔藓等阴生植物生活在林下。阴生植物的茎细长，叶薄，细胞壁薄，机械组织不发达，但叶绿体颗粒大、呈深绿色，因此，这类植物适应在弱光条件下生存。 8．森林、草原、荒漠，这些自然群落在陆地上的分布是有规律的。在我国，东部湿润地区往往随处可见森林；在内陆半干旱区，分布有大片的草原；再到西部的干旱区，则出现三漠群落。不同群落在物种组成、群落外貌和结构上都有着不同的特点，不同群落中的生物也都有适应其环境的特征。 9．群落中不同种群之间通过复杂的种间关系，相互依存、相互制约形成有机整体，从而维持种群之间的协调和平衡。 10．在不同的森林群落中，生物适应环境的方式不尽相同，换句话说，每一种生物都有自己 适宜的生存环境，因此有人说，群落是一定时空条件下不同物种的天然群聚。 第 3 节 群落的演替 1．岩浆覆盖的区域，几年后长出了小草，小动物逐渐来这里定居，后来这里又长出了树木，形成了树林。这里的生物群落悄然变化、不断发展。像这样，随着时间的推移，一个群落被另一个群落代替的过程，叫作群落演替 2．演替的两种类型——初生演替和次生演替。这两种演替类型是根据起始条件划分的。 3．初生演替是指在一个从来没有被植物覆盖的地面，或者是原来存在过植被、但被彻底消灭了的地方发生的演替。例如在沙丘、火山岩、冰川泥上进行的演替。次生演替是指在原有植被虽已不存在，但原有土壤条件基本保留，甚至还保留了植物的种子或其他繁殖体（如能发芽的地下茎）的地方发生的演替，如在火灾过后的草原、过量砍伐的森林、弃耕的农田上进行的演替。 4．初生演替：裸岩阶段→地衣阶段→苔藓阶段→草本植物阶段→灌木阶段→乔木阶段 5．除了演替起点的不同，初生演替与次生演替的区别还有 ∶初生演替速度慢，趋向形成新群落，经历的阶段相对较多；次生演替速度快，趋向于恢复原来的群落，经历的阶段相对较 — 49 — 学科网（北京）股份有限公司 少。这两类演替，都是从结构简单的群落发展为结构复杂的群落，群落中的物种数量和群落层次增多，土壤、光能得到更充分的利用。 6．影响群落演替的因素，有群落外界环境的变化，生物的迁入、迁出，群落内部种群相互关系的发展变化，以及人类的活动，等等。这些因素常常处于变化的过程中，适应变化的种群数量增长或得以维持，不适应的数量减少甚至被淘汰， 7．群落就不断地演替。无论裸岩上的群落演替，还是弃耕农田上的演替，最终都会达到一个与群落所处环境相适应的相对稳定的状态。 8．群落演替的结果往往是由环境和群落内部的生物共同作用决定的，但人类活动对群落演替的影响有事超过其他因素的影响。 9．人类的许多活动正在影响着群落的演替。往往使群落演替按照不同于自然演替的方向和速度进行。 10．砍伐森林可以在短期内改变森林群落中的物种组成和物种丰富度，进而改变群落的演替方向；过度放牧则可能很快导致土地荒漠化，使草原生物群落演替为荒漠生物群落；未经处理的污水直接排入河流可能给水生生物带来灭顶之灾。 11．通过封山育林、治理沙漠、管理草原，甚至建立人工群落等，人类活动也可以使群落朝着物种增多、结构复杂的方向演替。 12．在自然界，群落的演替是普遍现象，而且有一定的规律，人类掌握了这些规律就能根据现有情况，预测群落的未来，从而正确掌握群落的动向，使之朝着对人类有益的方向发展。 13．为处理好经济发展同人口、资源、环境的关系，走可持续发展道路，我国政府明确提出 退耕还林、还草、还湖和退牧还草，颁布了《退耕还林条例》，自 2003 年 1 月 20 日起施行。 — 50 — 学科网（北京）股份有限公司 第 3 章 生态系统及其稳定性 第 1 节 生态系统的结构 1．非生物环境的状况，决定了哪些生物能够在这一区域内定居和繁衍；生物群落的存在又改变着环境。在环境条件大体相同的地方，群落的外貌和结构往往也相近或相似。这些都说明生物群落与非生物环境有着密不可分的关系。 2．在一定空间内，由生物群落与它的非生物环境相互作用而形成的统一整体，叫作生态系统。 3．地球上的全部生物及其非生物环境的总和，构成地球上最大的生态系统——生物圈。 4．生态系统组成成分包括：非生物的物质和能量，生产者，消费者，分解者。 5．在生态系统中，生产者通过光合作用，将太阳能固定在它们所制造的有机物中。太阳能转化成化学能，从而可以被生物所利用，因此，生产者可以说是生态系统的基石。 6．消费者通过自身的新陈代谢，能将有机物转化为无机物（CO2 、水、氨等），这些无机物排出体外后又可以被生产者重新利用。可见，消费者的存在，能够加快生态系统的物质循环。 7．消费者对于植物的传粉和种子的传播等具有重要作用。 8．分解者能将动植物遗体和动物的排遗物分解成无机物。如果没有分解者，动植物的遗体和动物的排遗物会堆积如山，生态系统就会崩溃。因此，生产者、消费者和分解者是紧密联系，缺一不可的。 9．正是由于生态系统中各组成成分之间的紧密联系，才使生态系统成为一个统一的整体，具有一定的结构和功能。 10．生产者——玉米属于第一营养级；直接以玉来为食的植食性动物是初级消费者，属于第二营养级，如蝗虫；次级消费者是以初级消费者为食的肉食性动物，如蛙，它们属于第三营养级；三级消费者是以次级消费者为食的肉食性动物。如蛇，它们属于第四营养级。鹰捕食蛇，则鹰是四级消费者，属于第五营养级。 11．绿色植物所固定的太阳能，能通过食物链由一个营养级向下一个营养级传递。各种动物所处的营养级并不是一成不变的。 12．在生态系统中，一种绿色植物可能是多种植食性动物的食物，而一种植食性动物既可能吃多种植物，也可能被多种肉食性动物所食。食物链彼此相互交错连接成的复杂营养关系，就是食物网。 13．错综复杂的食物网是使生态系统保持相对稳定的重要条件。如果一条食物链的某种动物 — 51 — 学科网（北京）股份有限公司 减少或消失，它在食物链上的位置可能会由其他生物来取代。一般认为，食物网越复杂，生态系统抵抗外界干扰的能力就越强。 14．食物链和食物网是生态系统的营养结构，生态系统的物质循环和能量流动就是沿着这种渠道进行的。 第 2 节 生态系统的能量流动 1．一切生命活动都伴随着能量的变化。没有能量的输入，也就没设有生命和生态系统。生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动。 2．地球上几乎所有的生态系统所需要的能量都来自太阳。太阳每天输送到地球的能量大约有 1×1019kJ。这些能量绝大部分都被地球表面的大气层所吸收、散射和反射掉了，大约只有 1%以可见光的形式，被生态系统的生产者通过光合作用转化成化学能，固定在它们所制造的有机物中。 3．太阳能就输入到了生态系统的第一营养级。输入第一营养级的能量，一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了；另一部分用于生产者的生长、发育和繁殖等生命活动，储存在植物体的有机物中。 4．构成植物体的有机物中的能量，一部分随着残枝败叶等被分解者分解而释放出来；另一部分则被初级消费者摄入体内，这样，能量就流入了第二营养级。 5．流入第二营养级的能量，一部分在初级消费者的呼吸作用中以热能的形式散失；另一部分用于初级消费者的生长、发育和繁殖等生命活动，其中一些以遗体残骸的形式被分解者利用（图 3-5）。如果初级消费者被次级消费者捕食，能量就流入了第三营养级。 6．生态系统的能量流动具有两个明显的特点。 （1）生态系统中能量流动是单向的。在生态系统中，能量流动只能从第一营养级流向第二营养级，再依次流向后面的各个营养级，不可逆转，也不能循环流动。 （2）能量在流动过程中逐级递减。输入到一个营养级的能量不可能百分之百地流入下一个 — 52 — 学科网（北京）股份有限公司 营养级，能量在沿食物链流动的过程中是逐级减少的。一般来说，在输入到某一个营养级的能量中，只有 10%～20%的能量能够流到下一个营养级，也就是说，能量在相邻两个营养级间的传递效率是 10%～ 20%。在一个生态系统中，营养级越多，在能量流动过程中消耗的能量就越多。因此，生态系统中的能量流动一般不超过 5 个营养级。 7．如果将单位时间内各营养级所得到的能量数值转换为相应面积（或体积）的图形，并将图形按照营养级的次序排列，可形成一个金字塔图形，叫作能量金字塔。如果用同样的方法表示各个营养级生物量（每个营养级所容纳的有机物的总干重）之间的关系，就形成生物量金字塔。如果表示各个营养级的生物个体的数目比值关系，就形成数量金字塔。它们统称为生态金字塔。 8．能量金字塔直观地反映出生态系统各营养级间能量的关系， 由于能量在流动过程中总是逐级递减，因此能量金字塔通常都是上窄下宽的金字塔形。生物量金字塔大多也是上窄下宽的金字塔形，一般来说，植物的总干重通常大于植食性动物的总干重，而植食性动物的总干重也大于肉食性动物的总干重。 9．数量金字塔表明每个营养级中生物个体的数量。在一个草原生态系统中，吃草的鼠比草的数目少，吃鼠的鼬又比鼠的数目少，这时，数量金字塔是上窄下宽的金字塔形。但是，如果消费者个体小而生产者个体大，如昆虫和树，那么数量金字塔就会呈现上宽下窄的倒置形。 10．研究生态系统的能量流动，可以帮助人们将生物在时间空间上进行合理配置，增大流入某个生态系统的总能量。例如，农田生态系统中的间种套作、蔬菜大棚中的多层育苗、稻—萍—蛙等立体农业生产方式都充分地利用了空间和资源，获得了更大的收益。 11．研究生态系统的能量流动，可以帮助人们科学地规划和设计人工生态系统，使能量得到最有效的利用。例如，在农业生态系统中，如果把作物秸秆当燃料烧掉，人类就不能充分利用秸秆中的能量。如果将秸秆用作饲料喂牲畜，可获得肉、蛋、奶等；将牲畜的粪便作为沼气池发酵的原料可以生产沼气提供能源；沼气池中的沼渣还可以作为肥料还田，这样就实现了对能量的多级利用，从而大大提高能量的利用率。 12．研究生态系统的能量流动，还可以帮助人们合理地温整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。例如、在一个草场上，如果放养的皂畜过少，就不能充分利用牧草所能提供的能量；如果放着的牲畜过多，就会造成草场的退化，使畜产品的产量下降。只有根据草场的能量流动特点，合理确定草场的载畜量，才能保持畜产品的持 续高产。 第 3 节 生态系统的物质循环 — 53 — 学科网（北京）股份有限公司 1．元素在生物群落和非生物环境之间是不断循环的。 2．碳在生物群落与非生物环境之间的循环主要是以二氧化碳的形式进行的。由于二氧化碳能够随着大气环流在全球范围内进行，因此，碳循环具有全球性。 3．海洋对于调节大气中的碳含量起着非常重要的作用。当大气中二氧化碳含量增加，水圈中的二氧化碳含量也随之增加；如果大气中的二氧化碳发生局部短缺，水圈中的二氧化碳也能及时进入大气。 4．组成生物体的碳、氢、氧、氮、磷、硫等元素，都在不断进行着从非生物环境到生物群落，又从生物群落到非生物环境的循环过程，这就是生态系统的物质循环。这里所说的生态系统指的是地球上最大的生态系统——生物圈，物质循环具有全球性，因此又叫生物地球化学循环。 5．土壤中的微生物能够分解有机物，这是物质循环过程中的重要一环。生态系统中的消费者能够加快物质的循环过程。 6．人类活动向环境中排放了很多有害物质，包括一些重金属，如铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）等，以及人工合成的有机化合物，如 DDT、六六六等。这些有害物质一进入环境便参与生态系统的物质循环，但是它们的循环过程却与碳、氮等元素的循环过程不同。 7．铅是一种毒性很强的化学元素，原本以比较稳定的形式存在于环境中，但人类活动加速了铅的循环，改变了铅在环境中的分布。在煤燃烧、有色金属冶炼的过程中，铅会以直径不足 0.5 μm 的微小颗粒被排放进入大气，然后沉降在土壤和植被表面。一部分铅颗粒随降雨进入土壤，另一部分进入水体。植物的根从土壤中吸收铅，叶片也会摄入吸附的铅。在水中生活的植物、浮游动物会直接吸收水中的铅。动物饮用含有铅的水，也会直接摄入铅。 8．进入体内的铅，能够形成多种比较稳定的铅化合物，分布于生物体的多种组织细胞中，导致铅不易被生物体排出，从而积蓄在体内。像这样，生物体从周围环境吸收、积蓄某种元素或难以降解的化合物，使其在机体内浓度超过环境浓度的现象，称作生物富集。—旦含有铅的生物被更高营养级的动物食用，铅就会沿着食物链逐渐在生物体内聚集，最终积累在食物链的顶端。 9．能量流动和物质循环是生态系统的主要功能，它们同时进行，彼此相互依存，不可分割。能量的固定、储存、转移和释放，都离不开物质的合成和分解等过程。物质作为能量的载体，使能量沿着食物链（网）流动；能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和非生物环境之间循环往返。生态系统中的各种组成成分，正是通过能量流动和物质循环，才能够紧密地联系在一起，形成一个统一的整体。 — 54 — 学科网（北京）股份有限公司 10．尽管能量流动和物质循环紧密交织在一起，但是它们具有不同的特点。在物质循环过程中，非生物环境中的物质可以被生物群落反复利用；能量流动则不同，能量在流经生态系统各营养级时，是逐级递减的，而且流动是单方向不循环的。 第 4 节 生态系统的信息传递 1．在日常生活中，人们通常将可以传播的消息、情报、指令、数据与信号等称作信息。生态系统中的生物种群之间，以及它们内部都有信息的产生与交换，能够形成信息传递，即信息流。 2． 自然界中的光、声、温度、湿度、磁场等，通过物理过程传递的信息，称为物理信息。上述蜘蛛网的振动频率与狼的呼叫声均为物理信息。物理信息的来源可以是非生物环境，也可以是生物个体或群体，这类信息十分普遍。 3．在生命活动中，生物还产生一些可以传递信息的化学物质，如植物的生物碱、有机酸等代谢产物，以及动物的性外激素等，这就是化学信息，它们对其他生物有不同影响。科学实验表明， 昆虫、鱼类以及哺乳类等生物体中都存在能传递信息的化学物质——信息素。 4．动物的特殊行为，主要指各种动作，这些动作也能够向同种或异种生物传递某种信息， 即动物的行为特征可以体现为行为信息。动物的行为信息丰富多彩，前面提到的蜜蜂跳舞就是典型的行为信息。一些鸟类在求偶时的行为更独特，通常雄鸟会进行复杂的“求偶炫耀 ”。 5．生物可以通过一种或者多种信息类型进行交流。 6．在生态系统中的信息传递过程中，不仅有信息产生的部位一信息源；也有信息传播的媒介—信道，空气、水以及其他介质均可以传播信息；还需要信息接收的生物或其部位—信息受体，动物的眼、鼻、耳、皮肤，植物的叶、芽以及细胞中的特殊物质（如光敏色素）等可以接收多样化的信息。 7． 由此可见，信息传递在生态系统中具有多方面作用。信息传递影响生物的生长、发育、繁殖，以及取食、居住、社会行为等。生命活动的正常进行，离不开信息的作用；生物种群的繁衍，也离不开信息的传递。 8．在生态系统中，位于食物链上的相邻物种之间存在着"食"与"被食"的关系，相邻物种的某些个体行为与种群特征为对方提供了大量的有用信息。例如，在草原上，当草原返青时， "绿色"为草原动物提供了可以开始采食的信息。在森林中，狼既能用眼睛辨别猎物，也可以根据耳朵听到的声音作出反应，以追捕猎物；兔同样能够依据狼的气味或行为特征躲避猎捕。可见，信息还能够调节生物的种间关系，以维持生态系统的平衡与稳定。 9．信息传递在农业生产中的应用主要有两个方面 ∶一是提高农畜产品的产量；二是对有害 — 55 — 学科网（北京）股份有限公司 动物进行控制。 10．人类种植农作物，有许多是为了收获果实。而动物的传粉对于许多农作物的结实不可缺少。实际上，地球上 80%的被子植物的传粉都是由动物完成的。如果能利用模拟的动物信息吸引大量的传粉动物，就可以提高果树的传粉效率和结实率。在鸡的饲养生产过程中，在增加营养的基础上，延长光照时间，这会刺激鸡卵巢的发育和雌激索的分泌，这样就可以大大提高产蛋率。 11． 目前控制动物危害的技术方法大致有三种；化学防治，生物防治和机械防治。这些方法各有优点，但是目前人们越来越倾向于利用对人类生存环境无污染的有效的生物防治。 12．在生物防治中，有些就是利用信息来发挥作用。例如，利用光照、声音信号诱捕或驱赶某些动物，使其远离农田；利用昆虫信息素诱捕或警示有害动物，降低害虫的种群密度（图3-18）；还可以利用特殊的化学物质扰乱某些动物的雌雄交配，使有害动物的繁殖力下降， 从而减缓有害动物对农作物的破坏。 第 5 节 生态系统的稳定性 1．像紫茎泽兰这样的入侵种，由于它的繁殖、适应的能力很强，而且没有天敌等制约因素，因此一旦蔓延，就会严重干扰入侵地的生态系统。 2．虽然地球上许多生态系统不时受到外来干扰，但只要这种干扰没有超过限度，生态系统就能够通过自我调节得以恢复，从而维持相对稳定的结构和功能。像这样，生态系统的结构和功能处于相对稳定的一种状态，就是生态平衡。 3．大兴安岭的森林和呼伦贝尔的草原，都是处于生态平衡的系统。在处于平衡的生态系统中，物质和能量的输入与输出均衡，生物种类的组成稳定，也就是说，生态系统中的生产过程与消费、分解过程处于平衡的状态，这时生态系统的外貌、结构以及动植物组成等都保持相对稳定的状态。 4．处于生态平衡的生态系统具有以下特征。第一，结构平衡 ∶生态系统的各组分保持相对稳定。第二，功能平衡；生产—消费—分解的生态过程正常进行，保证了物质总在循环，能量不断流动，生物个体持续发展和更新。第三，收支平衡；即生产力稳定，例如，在某生态系统中，植物在一定时间内制造的可供其他生物利用的有机物的量，处于比较稳定的状态。由此可见，生态平衡并不是指生态系统一成不变，而是一种动态的平衡。 5．生态系统都遇到了破坏或干扰，而对抗这种破坏或干扰，使生态系统恢复平衡的调节机制，是负反馈机制。所谓负反馈，是指在一个系统中，系统工作的效果，反过来又作为信息调节该系统的工作，并且使系统工作的效果减弱或受到限制，它可使系统保持稳定。 — 56 — 学科网（北京）股份有限公司 6．负反馈调节在生态系统中普遍存在，它是生态系统具备自我调节能力的基础。 7．生态系统的自我调节能力是有限的。当外界干扰因素的强度超过一定限度时，系统的自我调节能力急剧下降，生态系统就到了难以恢复的阶段。 8．正是由于生态系统具有自我调节能力，生态系统才能维持相对稳定。人们把生态系统维持或恢复自身结构与功能处于相对平衡状态的能力，叫作生态系统的稳定性。 9．生态系统的稳定性表现在两个方面 ∶一方面是生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状（不受损害）的能力，叫作抵抗力稳定性，另一方面是生态系统在受到外界干扰因素的破坏后恢复到原状的能力，叫作恢复力稳定性。例如，当草原遭受蝗虫的采食后，草原植物会增强其再生能力，尽可能减缓种群数量的下降；当森林遭遇持续的十旱气候时.树木往往扩展根系的分布空间，以保证获得足够的水分，维持生态系统正常的功能。这些都反映生态系统本身对外界干扰具有一定的抗性。 10．生态系统遭到一定程度的破坏后，经过一段时间，可以恢复到原来的状态，这是由于生态系统具有恢复力稳定性，如前述的森林局部火灾后，森林仍能逐步恢复原状。 11．不同的生态系统在这两种稳定性的表现上有着一定的差别。一般来说，生态系统中的组分越多，食物网越复杂，其自我调节能力就越强，抵抗力稳定性就越高。例如，在热带雨林中，动植物种类繁多，营养结构非常复杂，假如其中的某种植食性动物大量减少，它在食物网中的位置还可以由这个营养级的多种生物来代替，整个生态系统的结构和功能仍然能够维持在相对稳定的状态。相反，在北极冻原生态系统中，动植物种类稀少，营养结构简单，其中生产者主要是地衣，其他生物大都直接或间接。地依靠地衣来维持生活。假如地衣受到大而积破坏，整个生态系统就会崩溃。 12．生态系统在受到不同的干扰（破坏）后，其恢复速度与恢复时间是不一样的。如果河流与土壤被有毒物质轻微污染，通过自身的净化作用，可以很快恢复到接近原来的状态；如果被有毒物质重度污染，自身的净化作用已不足以消除大部分有毒物质，这些河流或土壤的恢复力稳定性就被破坏了。同样，热带雨林在遭到严重的砍伐，草原受到极度放牧后，恢复原状的时间漫长，难度极大！ 13．维持生态平衡，提高生态系统的稳定性，对于自然或人工生态系统是十分必要的，因为处于生态平衡的生态系统可以持续不断地满足人类生活所需，如粮油、蔬果、肉蛋奶、木材等农副产品；更为重要的是，处于生态平衡中的生态系统能够使人类生活与生产的环境保持稳定。 14．维持生态平衡，提高生态系统的稳定性，一方面要控制对生态系统的干扰强度，在不超 — 57 — 学科网（北京）股份有限公司 过生态系统自我调节能力的范围内，合理适度地利用生态系统。例如，对过度利用的森林与草原，首先应封育，待恢复到较好状态时再适度利用。另一方而，对人类利用强度较大的生态系统，应实施相应的物质、能量的投入，保证生态系统内部结构与功能的协调。例如，为使单一作物的农田生态系统保持稳定，需要不断施肥、灌溉、控制病虫害；还可以人工建造“生态屏障 ”。我国在东北、华北和西北地区已经建造了大规模的"三北防护林"，防护林有 效地防风阻沙，保护了这些地区的草原与农田。 — 58 — 学科网（北京）股份有限公司 第 4 章 人与环境 第 1 节 人类活动对生态环境的影响 1．在生物圈中，人口、资源、环境和发展存在紧密而复杂的相互联系。探讨它们之间的相互作用并分析对人类未来的影响，不但对人类选择可持续发展战略具有重要的价值，而且在维持整个生态系统的平衡、保护生物多样性等方面具有积极的意义。 2．人类的生活和生产活动都会消耗地球上的资源，并产生大量的废物。如果将人类为了维持自身生存需要的物质等，换算为和应的自然土地和水域面积来表示，就是生态足迹。 3．生态足迹，又叫生态占用，是指在现有技术条件下，维持某一人口单位（一个人、一个城市、一个国家或全人类）生存所需的生产资源和吸纳废物的土地及水域的面积。例如，一个人的粮食消费量可以转换为生产这些粮食所需要的耕地面积，而他所排放的 CO，总量可以转换成吸收这些 CO，所需要的森林、草地或农田的面积。因此，生态足迹可以被形象地理解为一只负载人类和人类所创造的城市、耕地、铁路等的巨"足"踏在地球上时留下的足印。生态足迹的值越大，代表人类所需的资源越多，对生态和环境的影响就越大。 4．生活方式不同，生态足迹的大小可能不同。 5．我国人口基数大。近年来，虽然在计划生育等基本国策的调控下，我国人口增长过快的情况得到了有效控制，人口出生率和增长率明显下降， 目前已进入了低生育水平国家行列。不过，我国依然是世界第一人口大国，未来城市化和人口老龄化还将加速。处理好人口增长和资源、环境的关系显得尤为重要。 6．生态环境问题具有全球性，需要全人类的关注与合作。我们只有一个地球，它是人类共同的家园。 7．全球性生态环境问题主要包括全球气候变化、水资源短缺、臭氧层破坏、十地荒漠化、生物多样性丧失以及环境污染等。这些全球性生态环境问题，对生物圈的稳态造成严重威胁，并影响到人类的生存和发展。 8．全球气候变化：煤、石油和天然气的大量燃烧以及水泥的生产等导致大气中二氧化碳浓度升高，使温室效应加剧，全球变暖，导致南极冰盖融化，地球海平面上升，进而对人类和许多生物的生存产生威胁。 9．水资源短缺：淡水约占地球水资源的 3%，但是其中可被人类直接利用的不到 1/3。人口剧增以及人类的活动加剧了水资源短缺的危机。 10．臭氧层破坏： 由于人类对氟氯烃、哈龙等化合物的使用，大气中臭氧的含量持续下降， — 59 — 学科网（北京）股份有限公司 在南北极附近，甚至出现了"臭氧层空洞"。臭氧层变薄意味着到达地面的太阳紫外线增强，会对人和其他生物的生存造成极大危害。 11．土地荒漠化：人类活动会导致干旱区、半干旱区等地区的土地退化，甚至完全荒漠化。目前，除了南极洲、其他各洲均存在土地荒漠化。 12．生物多样性丧失：生物多样性在急剧下降。日前平均每天有一个物种消失，物种灭绝的速率是自然灭绝速度的 1000 倍！ 13．环境污染：环境污染最为常见的是大气污染、水体污染和土壤污染。发起污染会导致雾霾、酸雨频发。 14．全球性生态环境问题对生物圈的稳态造成了威胁，同时也影响了人类的生存和可持续发展。我们应正确处理环境保护与经济发展的关系，践行经济、社会和生态相互协调的可持续发展理念。 15．我国政府倡导生态文明建设，将"全面协调可持续发展"作为基本国策。近些年来，我国采取了一系列措施，使得我国整体生态环境得到了明显改善。 16．建设生态文明，要求每一个公民从我做起，积极投身到生态文明建设中。对于节能环保的绿色生活方式，我们不仅要深入理解，身体力行，而且要广为宣传，使之成为全社会的共识。 第 2 节 生物多样性及其保护 1．在我们共同居住的地球上，有着多种多样的生物。生物圈内所有的植物、动物和微生物等，它们所拥有的全部基因，以及各种各样的生态系统，共同构成了生物多样性。 2．生物多样性包括遗传多样性（基因多样性）、物种多样性和生态系统多样性。 ①遗传多样性是指地球上所有生物携带的遗传信息的总和； ②自然界中每个物种都具有独特性，从而构成了物种的多样性； ③生态系统多样性是指地球上的生境、生物群落和生态系统的多样化，还包括生态系统的组成、结构、功能等随着时间变化而变化的多样性。 3．关于生物多样性的价值，科学家一般概括为以下几个方面；直接价值、间接价值以及日前人类尚不清楚的潜在价值。 ①直接价值：是对人类有食用、药用和工业原料等实用意义的，以及有旅游观赏、科学研究和文学艺术创作等非实用意义的价值。 ②生物多样性的间接价值主要体现在调节生态系统的功能等方面。 ③生物多样性为基础的生态系统决定着人类生存和生活环境的质量。直到近几十年来，人类 — 60 — 学科网（北京）股份有限公司 才逐渐认识到，生物多样性的间接价值明显大于它的直接价值。 4．生物多样性还具有许多目前人们尚不太清楚的潜在价值。例如，某种目前没有直接价值的植物，有可能在未来被发现含有治疗某种疾病的重要成分。随着科学研究的不断深入和认识水平的不断提高，生物多样性的潜在价值将逐渐展现。 5．生物多样性的丧失，已成为全球性生态环境问题之一。生物多样性是数十亿年生物进化的结果。在生物进化的过程中，既有新物种的形成，也有一些物种的灭绝。近几个世纪以来，由于人类活动的范围和影响强度不断增大，物种灭绝的速度大大加快，许多生态系统遭到了干扰和破坏。 6．威胁野生物种生存的人类活动，主要是对野生物种生存环境的破坏和掠夺式利用等。 7．掠夺式利用包括过度采伐、滥捕乱猎，这是物种生存受到威胁的重要原因。 8．环境污染也会造成生物多样性的丧失；农业和林业品种的单一化会导致遗传多样性的丧失，以及与之相应的经长期协同进化的物种消失。外来物种的盲目引入也会导致物种的灭绝，使生物多样性丧失。 9．一个基因可能关系到一种生物的兴衰。 10．我国生物多样性的保护可以概括为就地保护和易地保护两大类。 11．就地保护是指在原地对被保护的生态系统或物种建立自然保护区以及国家公园等，这是对生物多样性最有效的保护。 12．鼎湖山自然保护区就是我国建立的第一个自然保护区。 13．易地保护是指把保护对象从原地迁出，在异地进行专门保护。 14．建立精子库、种子库、基因库，利用生物技术对濒危物种的基因进行保护，等等，也是保护濒危物种的重要措施 15．保护生物多样性，关键是处理好人与自然的相互关系。 16．保护生物多样性只是反对盲目地、掠夺式开发利用大自然，并不意味着禁止开发和利用。 17．保护生物多样性，要求我们做好生态系统管理，深入开展生物多样性及其保育研究。 第 3 节 生态工程 1．生态工程是指人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，对人工生态系统进行分析、设计和调控，或对已被破坏的生态环境进行修复、重建，从而提高生态系统的生产力或改善生态环境，促进人类社会与自然环境和谐发展的系统工程技术或综合工艺过程。 2．生态工程建设的目的就是遵循生态学规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。 — 61 — 学科网（北京）股份有限公司 3．与传统的工程相比，生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。 4．生态工程以生态系统的自组织、 自我调节功能为基础，遵循着整体、协调、循环、 自生等生态学基木原理。 ① 自生：生态系统具有独特的结构与功能，一方面是源于其中的"生物"，生物能够新陈代谢、再生更新等；另一方面是这些生物之间通过各种相互作用（特别是种间关系）进行自组织，实现系统结构与功能的协调，形成有序的整体。这一有序的整体可以自我维持。这种由于生物组分而产生的自组织、 自我优化、 自我调节、 自我更新和维持就是系统的自生。 ②循环是指在生态工程中促进系统的物质迁移与转化，既保证各个环节的物质迁移顺畅，也保证主要物质或元素的转化率较高。通过系统设计实现不断循环，使前一环节产生的废物尽可能地被后一环节利用，减少整个生产环节"废物"的产生。 ③协调：在进行生态工程建设时，生物与环境、生物与生物的协调与适应也是需要考虑的问题。例如，我国西北 ④整体：几乎每个生态工程都是具有多组分、复杂结构及综合功能的系统，这样的复杂系统 建设必须以整体观为指导。 — 62 — 学科网（北京）股份有限公司 选择性必修三——生物技术与工程 第 1 章 发酵工程 第 1 节 传统发酵技术的应用 1.酵母菌是单细胞真菌，真核生物，生殖方式可分为出芽生殖（营养充足）和孢子生殖（营养匮乏）两类，代谢类型为异养兼性厌氧型，在无氧条件下进行酒精发酵，可用于酿酒、制作馒头和面包等；在有氧条件下能够大量繁殖，建立起优势菌群。 2.醋酸菌是一类使糖类和酒精氧化成醋酸等产物的单细胞细节，原核生物，分裂方式为二分裂，代谢类型为异养需氧型，当糖源和氧气都充足时能将糖直接分解为醋酸；当缺少糖源时，醋酸菌先将乙醇转化为乙醛，再将乙醛转变为醋酸。 3.乳酸菌是单细胞细菌，原核生物，分裂方式为二分裂，代谢类型为异养厌氧型，在无氧条件下产生乳酸。 4.毛霉是多细胞真菌，真核生物，生殖方式为孢子生殖，代谢类型为异养需氧型，在有氧呼吸下大量增殖并产生蛋白酶和脂肪酶，将豆腐中的蛋白质和脂肪分解成小分子有机物，提高了腐乳的营养价值。 5.制作泡菜的基本步骤： ①用清水和食盐配制质量百分比为 5%〜20%的盐水,并将盐水煮沸，冷却待用；盐水煮沸的目的：杀死水中杂菌；除去水中溶解氧，为乳酸菌提供无氧环境。 ②将新鲜蔬菜（如萝 卜、黄瓜等）洗净，切成块状或条状，混合均匀，晾干后装入泡菜坛内；装至半坛时，放入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装置八成满。 ③将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过全部菜料，盖好坛盖； ④向坛盖边槽中注满水，并在发酵过程中注意经常向水槽中补充水，根据室内温度控制发酵时间。 坛盖边槽注满水的目的：完全隔绝外界空气，保持坛内无氧环境，防止杂菌污染。 6.制作果酒/果醋的基本步骤： ①将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精清洗干净，并用体积分数为 70%的酒精消毒，晾干备用； ②取新鲜葡萄，先用清水冲洗 1〜2 次,再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干； 先冲洗再去枝梗的目的：先去除枝梗会造成葡萄皮表面出现创口，增加其被杂菌污染的概率。不能反复多次冲洗的目的：避免洗掉果皮上的野生酵母，使酵母菌数量减少，发酵效果差。 ③用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶中，注意要留有大约 1/3 的空间，盖好瓶盖；预留 1/3 空间的目的：留有一定的空气供给酵母菌前期有氧呼吸，使酵母菌大量繁殖建立优势；到了后期，空气消耗殆尽，酵母菌转为无氧呼吸产生酒精且释放 CO2 ，剩余空间可起到缓冲作用防止发酵液外溢。 ④将温度控制在 18〜30℃进行发酵。在发酵过程中，每隔 12 h 左右将瓶盖拧松一次，注意 — 63 — 学科网（北京）股份有限公司 不要打开瓶盖，此后再拧紧瓶盖。发酵时间为 10〜12d。可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行监测； 拧松瓶盖的目的：酒精发酵过程会产生 CO2 ，发酵瓶内的气压增大，若长期不放气会导致发酵瓶炸裂。 只拧松不拧开的目的：防止空气中杂菌飘入发酵瓶造成污染。 如何检测发酵产物：闻一下看看是否有酒香味；用酸性重铬酸钾检验是否有酒精生成。 ⑤当葡萄酒制作完成后，打开瓶盖，盖上一层纱布，进行葡萄醋的发酵，发酵温度为 30〜 35℃,时间为 7〜8d。 7.在上述传统发酵食品的制作过程中，我们没有接种菌种，而是利用了天然存在的菌种。 第 2 节 微生物的培养技术及应用 一、微生物的基本培养技术 1.人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出供其生长繁殖的营养基质——培养基，用以培养、分离、鉴定、保存微生物或积累其代谢物。其中，不含凝固剂（如琼脂）、呈液体状态的培养基为液体培养基；添加较多凝固剂，呈固体状态的培养基为固体培养基，它是实验室中最常用的培养基之一。 2.各种培养基的配方不同，但一般都含有水、碳源（提供碳元素的物质）、氮源（提供氮元素的物质）和无机盐等营养物质。在提供上述几种主要营养物质的基础上，培养基还需要满足微生物生长对 pH、特殊营养物质以及 O2 的需求。 3.获得纯净的微生物培养物的关键是防止杂菌污染。 4.消毒是指使用较为温和的物理、化学或生物等方法杀死物体表面或内部一部分微生物。常用的消毒方法有煮沸消毒、巴氏消毒等。 5.灭菌则是指使用强烈的理化方法杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子。灭菌方法有湿热灭菌（主要指高压蒸汽灭菌）、干热灭菌和灼烧灭菌等。 6.常见的消毒和灭菌的方法： ①煮沸消毒法：在 100℃煮沸 5〜6 min，可以杀死微生物的营养细胞和一部分芽孢； ②巴氏消毒法：在 62〜65℃消毒 30min 或 80〜90℃ , 处理 30 s〜1 min,可以杀死牛奶中的绝大多数微生物，并且不破坏牛奶的营养成分； ③化学药物消毒：常对操作的空间、操作者的衣着和手进行清洁和消毒； ④湿热灭菌：100kPa，121℃下处理 15〜30 min，常用来灭培养基； ⑤干热灭菌：将灭菌物品放入密闭容器如干热灭菌箱，在 160 〜170℃的热空气中维持 2〜3 h 可以达到灭菌的目的，常用于耐高温的和需要保持干燥的物品，如玻璃器皿（如吸管、培养皿等）、金属用具等； ⑥灼烧灭菌：将微生物的接种工具，如涂布器、接种环、接种针或其他金属用具，直接在酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧，可以迅速彻底地灭菌。此外，在接种过程中，试管口、瓶口等 — 64 — 学科网（北京）股份有限公司 容易被污染的部位,也可以通过此方法来灭菌。 7.做好消毒和灭菌工作后，要注意避免已经灭菌处理的材料用具与周围的物品接触。为了避免周围环境中微生物的污染，接下来的许多操作都应在超净工作台并在酒精灯火焰附近进行。 8.在微生物学中，将接种于培养基内，在合适条件下形成的含特定种类微生物的群体称为培养物。由单一个体繁殖所获得的微生物群体称为纯培养物，获得纯培养物的过程就是纯培养。 9.微生物的纯培养包括配制培养基、灭菌、接种、分离和培养等步骤。 10.酵母菌的纯培养过程： ①制备培养基：配置培养基→灭菌（使用高压蒸汽灭菌法） →倒平板； ②接种和分离酵母菌：通过接种环在固体培养基表面连续划线的操作，将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基的表面。经数次划线后培养，可以分离得到单菌落； ③培养酵母菌：完成平板划线后，待菌液被培养基吸收，将接种后的平板和一个未接种的平板倒置，放入 28℃左右（培养温度因酵母菌种类的不同而稍有差异）的恒温培养箱中培养24〜48 h。 11.在实验室中，切记不可吃东西、喝水，离开实验室时一定要洗手，以防止被微生物感染。使用后的培养基在丢弃前一定要进行灭菌处理，以免污染环境。 12.常用的微生物纯化的方法： ①平板划线法：将接种环放在火焰上灼烧，直到接种环的金属丝烧红→在火焰旁冷却接种环，同时拔出装有酵母菌培养液的试管的棉塞→将试管口通过火焰→在火焰附近用接种环蘸取 —环菌液→将试管口通过火焰，并塞上棉塞→在火焰附近将皿盖打开一条缝隙，用接种环在培养基表面迅速轻划三至五条平行线，盖上皿盖→注意不要将最后一次的划线与第一次的划线相连。 ②稀释涂布平板法：铲取土样，将样品装入纸袋中→将 10g 土样加入盛有90mL 无菌水的锥形瓶中，充分摇匀，取 1mL 上清液加入盛有 9mL 无菌水的试管中，依次等比稀释→取 0.1 mL菌液，滴加到培养基表面→将涂布器浸在盛酒精的烧杯中→将涂布器放在火焰上灼烧，待酒精燃尽、涂布器冷却后，再进行涂布→用涂布器将菌液均匀地涂布在培养基表面，涂布时可转动培养皿，使涂布均匀。 二、微生物的选择培养和计数 13.在微生物学中，将允许特定种类的微生物生长，同时抑制或阻止其他种类微生物生长的培养基，称为选择培养基。 14.微生物的数量测定方法： ①稀释涂布平板法：稀释涂布平板法除可以用于分离微生物外，也常用来统计样品中活菌的数目。当样品的稀释度足够高时，培养基表面生长的一个单菌落，来源于样品稀释液中的一 — 65 — 学科网（北京）股份有限公司 个活菌。通过统计平板上的菌落数，就能推测出样品中大约含有多少活菌。为了保证结果准确，一般选择菌落数为 30〜300 的平板进行计数，且在同一稀释度下，应至少对 3 个平板进行重复计数，然后求出平均值。统计的菌落数往往比活菌的实际数目少，这是因为当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落。 ②显微镜直接计数法：利用显微镜进行直接计数，也是一种常用的、快速直观的测定微生物数量的方法。该方法利用特定的细菌计数板或血细胞计数板，在显微镜下观察、计数，然后再计算一定体积的样品中微生物的数量，统计的菌落数往往比活菌的实际数目多，这是因为显微镜下统计的是活菌数和死菌数的总和。 第 3 节 发酵工程及其应用 1.发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯等方面 2.发酵工程的应用： ①在食品工业上的应用：生产传统的发酵产品、生产各种各样的食品添加剂、生产酶制剂等。 ②在医药工业上的应用：青霉素的发现和产业化生产推动了发酵工程在医药领域的应用和发展。之后，发酵工程逐步扩展到了其他抗生素、多种氨基酸、激素和免疫调节剂等的生产领域。近些年来，基因工程、蛋白质工程等的广泛应用给发酵工程制药领域的发展注入了强劲动力。 ③在农牧业上的应用：生产微生物肥料、生产微生物农药、生产微生物饲料等。 ④在其他方面的应用：发酵原料的改变推动着发酵工业迅速发展，对解决资源短缺与环境污染问题具有重要意义。自然界中还存在着一定数量的极端微生物，它们能在各种极端恶劣的环境（如高温、高压、高盐和低温等环境）中正常生活，对它们的研究已成为国际热点，其 中一些极端微生物已应用于生产实践。 — 66 — 学科网（北京）股份有限公司 第 2 章 细胞工程 第 1 节 植物细胞工程 一、植物细胞工程的基本技术 1.细胞增裂和分化后，仍然具有产生完整生物体或分化成其他各神细胞的潜能，即细胞具有全能性。 2.在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会选择性地表达。 3.植物组织培养技术：是指将离体的植物器官、组织或细胞等，培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱导其形成完整植株的技术。这些离体培养的植物器官、组织或细胞被称为外植体。 4.菊花的组织培养： ①用酒精擦拭双手和超净工作台台面。将流水充分冲洗后的外植体（幼嫩的茎段）用酒精消毒 30 s，然后立即用无菌水清洗 2〜3 次。再用次氯酸钠溶液处理 30 min 后，立即用无菌水清洗 2〜3 次； ②将消过毒的外植体置于无菌的培养皿中，用无菌滤纸吸去表而的水分。用解剖刀将外植体切成 0.5〜1 cm 长的小段； ③在酒精灯火焰旁，将外植体的 1/3 〜 1/2 插人诱导愈伤组织的培养基中，用封口膜或瓶盖封盖瓶口，并在培养瓶上做好标记； ④将接种了外植体的锥形瓶或植物组织培养瓶置于 18〜22℃的培养箱中培养。在培养过程中，定期观察和记录愈伤组织的生长情况； ⑤培养 15〜20 d 后.将生长良好的愈伤组织转接到诱导生芽的培养基上，长出芽后，再将其转接到诱导生根的培养基上，进一步诱导形成试管苗； ⑥移栽前先打开封口膜或瓶盖，让试管苗在培养箱内生长几日。用流水清洗掉根部的培养基后，将幼苗移植到消过毒的蛭石或珍珠岩等环境中，待其长壮后再移栽入土。每天观察并记录幼苗的生长情况，适时浇水施肥，直至开花。 【操作注意】 ①实验中使用的培养基和所有的器械都要灭菌。接种操作必须在酒精灯火焰旁进行，并且每次使用后的器械都要灭菌； ②接种时注意外植体的方向，不要倒插； ③诱导愈伤组织期间一般不需要光照（脱分化阶段避光），在后续的培养过程中，每日需要给予适当时间和强度的光照（ 再分化阶段照光）。 5.在进行体细胞杂交之前，必须先利用纤维素酶和果胶酶去除这层细胞壁，获得原生质体。 6.杂交过程中的一个关键环节，是原生质体间的融合，这必须要借助一定的技术手段才能实现。人工诱导原生质体融合的方法基本可以分为两大类——物理法和化学法。物理法包括电 — 67 — 学科网（北京）股份有限公司 融合法、离心法等；化学法包括聚乙二醇（PEG）融合法、高 Ca2+-—高 pH 融合法等。融合后得到的杂种细胞再经过诱导可形成愈伤组织，并可进一步发育成完整的杂种植株。 7.植物体细胞杂交是指将不同来源的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新植物体的技术。其突出意义在于克服远缘杂交不亲和的障碍。 8.植物体细胞杂交技术流程图： 二、植物细胞工程的应用 9.植物繁殖新途径 ①快速繁殖：快速繁殖技术又叫微型繁殖技术，它不仅可以高效、快速地实现种苗的大量繁殖，还可以保持优良品种的遗传特性。 ②作物脱毒：以植物的茎尖作为外植体进行组织培养，再生的植株就有可能不帯病毒，从而 获得脱毒苗，减轻病毒在作物体内积累而导致的作物产量降低、品质变差。 10.作物新品种的培育 ①单倍体育种：单倍体育种可以先通过花药（或花粉）培养获得单倍体植株，然后经过秋水仙素诱导染色体加倍，当年就能培育出遗传性状相对稳定的纯合二倍体植株，这极大地缩短了育种的年限，节约了大量的人力和物力。 ②突变体的利用：在植物的组织培养过程中，由于培养细胞一直处于不断增殖的状态，因此它们容易受到培养条件和诱变因素（如射线、化学物质等）的影响而产生突变。从产生突变的个体中可以筛选出对人们有用的突变体，进而培育成新品种。 11.细胞产物的工厂化生产：植物代谢会产生一些一般认为不是植物基本的生命活动所必需的产物——次生代谢物。次生代谢物是一类小分子有机化合物（如酚类、萜类和含氮化合物等），在植物抗病、抗虫等方面发挥作用，也是很多药物、香料和色素等的重要来源。由于植物畑胞的次生代谢物含量很低，从植物组织提取会大最破坏植物资源，有些产物又不能或难以通过化学合成途径得到，因此人们期望利用植物细胞培养来获得目标产物，这个过程就 — 68 — 学科网（北京）股份有限公司 是细胞产物的工厂化生产。植物细胞培养是指在离体条件下对单个植物细胞或细胞团进行培养使其增殖的技术。它不占用耕地，几乎不受季节、天气等的限制，因此对于社会、经济、环境保护具有重要意义。 第 2 节 动物细胞工程 一、动物细胞培养 1.动物细胞培养是指从动物体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后在适宜的培养条件下，让这些细胞生长和增殖的技术。 2.动物细胞培养的条件： ①营养：细胞在体外培养时，培养基中应含有细胞所需要的各种营养物质。将细胞所需的营养物质按种类和所需量严格配制而成的培养基称为合成培养基。由于人们对细胞所需的营养物质尚未全部研究清楚，因此在使用合成培养基时，通常需要加入血清等一些天然成分。培养动物细胞一般使用液体培养基，也称为培养液。 ②无菌、无毒的环境：在体外培养细胞时，必须保证环境是无菌、无毒的，即需要对培养液和所有培养用其进行灭菌处理以及在无菌环境下进行操作。培养液还需要定期更换，以便清除代谢物,防止细胞代谢物积累对细胞自身造成危害。 ③温度、pH 和渗透压：维持细胞生存必须有适宜的温度，哺乳动物细胞培养的温度多以 36.5 ±0.5℃为宜。多数 物细胞生存的适宜pH 为 7.2〜7.4。此外，渗透压也是动物细胞培养过程中需要考虑的一个重要环境参数。 ④气体环境：动物细胞培养所需气体主要有 O2 和 CO2。O2 是细胞代谢所必需的，CO2 的主要作用是维持培养液的 pH。在进行细胞培养时,通常采用培养皿或松盖培养瓶,并将它们置于含有 95% 空气和 5% CO2 的混合气体的 CO2 培养箱中进行培养。其中 5% CO2 的作用：维持动物细胞培养液的pH 值。 3.动物细胞培养的过程： ①在进行细胞培养时，首先要对新鲜取材的动物组织进行处理，或用机械的方法，或用胰蛋白酶、胶原蛋白酶等处理一段时间，将组织分散成单个细胞。 ②然后，用培养液将细胞制成细胞悬液，再将细胞悬液放人培养皿或培养瓶内，置于适宜环境中培养。大多数细胞往往贴附在培养瓶的瓶壁上，这种现象称为细胞贴壁。悬浮培养的细胞会因细胞密度过大、有害代谢物积累和培养液中营养物质缺乏等因素而分裂受阻。贴壁细胞在生长增殖时，除受上述因素的影响外，还会发生接触抑制现象，即当贴壁细胞分裂生长到表面相互接触时，细胞通常会停止分裂增殖。 ③这时就需要对细胞进行分瓶培养，让细胞继续増殖。人们通常将分瓶之前的细胞培养，即动物组织经处理后的初次培养称为原代培养，将分瓶后的细胞培养称为传代培养。在进行传代培养时，悬浮培养的细胞直接用离心法收集；贴壁细胞需要重新用胰蛋白酶等处理，使之分散成单个细胞，然后再用离心法收集。之后，将收集的细胞制成细胞悬液，分瓶培养。 — 69 — 学科网（北京）股份有限公司 4.干细胞存在于早期胚胎、骨髓和脐带等多种组织和器官中，包括胚胎干细胞和成体干细胞等。 ①胚胎干细胞（简称 ES 细胞）存在于早期胚胎中，具有分化为成年动物体内的任何一种类型的细胞，并进一步形成机体的所有组织和器官甚至个体的潜能。 ②成体干细胞是成体组织或器官内的干细胞，包括骨髓中的造血干细胞、神经系统中的神经干细胞和睾丸中的精原干细胞等。成体干细胞具有组织特异性，只能分化成特定的细胞或组织，不具有发育成完整个体的能能力。 5. 科学家通过体外诱导小鼠成纤维细胞，获得了类似胚胎干细胞的一种细胞，将它称为诱导多能干细胞（简称 iPS细胞）。因其诱导过程无须破坏胚胎，而且 iPS 细胞可以来源于病人自身的体细胞，将它移植回病人体内后，理论上可以避免免疫排斥反应，所以科学家普遍认为 iPS 细胞的应用前景优于胚胎干细胞。 二、动物细胞融合技术与单克隆抗体 1.动物细胞融合技术就是使两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的技术。融合后形成的杂交细胞具有原来两个或多个细胞的遗传信息。 2.动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理相同，均体现了细胞膜具有一定的流动性。诱导动物细胞融合的常用方法有PEG 融合法、电融合法和灭活病毒诱导法等，其中灭活病毒 — 70 — 学科网（北京）股份有限公司 诱导法是动物细胞融合的特有方法。 3.细胞融合技术突破了有性杂交的局限，其重大意义在于使远缘杂交成为可能。 4.单克隆抗体的制备流程： ①用特定的抗原对小鼠进行免疫，并从该小鼠的脾中得到能产生特定抗体的B 淋巴细胞；与此同时，体外培养骨髓瘤细胞； ②将获得的多种 B 淋巴细胞与骨髓瘤细胞诱导融合，获得多种杂交细胞； ③用特定的选择培养基进行筛选：在该培养基上，未融合的亲本细胞和融合的具有同种核的细胞都会死亡，只有融合的杂交瘤细胞才能生长； ④对上述经选择培养的杂交瘤细胞进行克隆化培养和抗体检测，经多次筛选，就可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞； ⑤将抗体检测呈阳性的杂交瘤细胞在体外条件下大规模培养，或注射到小鼠腹腔内增殖； ⑥从细胞培养液或小小鼠腹水中获取大量的单克隆抗体。 【注意区分】 ①杂交瘤细胞的优点：既能迅速大量增殖，又能产生抗体。 ②单克隆抗体的优点：能准确地识别抗原的细微差异（灵敏度高），与特定抗原发生特异性结合（特异性强），并且可以大量制备。 5.单克隆抗体的应用： ①抗体-药物偶联物（ADC）通过将细胞毒素与能特异性识别肿瘤抗原的单克隆抗体结合。实现了对肿瘤细胞的选择性杀伤。ADC 通常由抗体、接头和药物（如细胞毒素）三部分组成。 ②作为体外诊断试剂，在多种疾病的诊断和病原体鉴定中发挥重要的作用。例如，利用同位素或荧光标记的单克隆抗体在特定组织中成像的技术，可定位诊断肿瘤、心血管畸形等疾病。 ③单克隆抗体自身也能用于治疗疾病。在医药领域，单克隆抗体药物占有非常重要的地位。 2015 年，全球销传额前十位的药物中，单克隆抗体药物就有 5 种。同年，我国的单克隆抗体药物市场规模已达 72 亿元。 三、动物体细胞核移植技术和克隆动物 1.动物细胞核移植技术是将动物的细胞核移入一个去核的卵母细胞中，井使重组细胞发育成新胚胎，继而发育成动物个体的技术。 2.哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植和体细胞核移植。 由于动物胚胎细胞分化程度低，表现全能性相对容易，而动物体细胞分化程度高，表现全能性十分困难，因此动物体细胞核移植的难度明显高于胚胎细胞核移植。 3.体细胞核移植的过程： ①从屠宰场收集牛卵巢，采集卵母细胞，在体外培养到MII期；同时，从供体高产奶牛身体的某一部校（如耳）上取体细胞，进行培养； ②通过显微操作对 MII期卵母细胞去核； — 71 — 学科网（北京）股份有限公司 ③将供体细胞注入去核的卵母细胞，通过电融合法使两细胞融合，供体核进入卵母细胞，形成重构胚； ④用物理或化学方法（如电刺激、Ca2+载体、乙醇和蛋白酶合成抑制剂等）激活重构胚,使其完成细胞分裂和发育进程； ⑤将胚胎移入受体（代孕）母牛体内，代孕母牛生出与供体奶牛遗传物质基本相同的犊牛。 4.体细胞核移植技术的应用： ①在畜牧生产中，利用体细胞核移植技术，可以加速家畜遗传改良进程，促进优良畜群繁育。 ②在医药卫生领域，通过建立转基因体细胞系，再利用体细胞核移植技术培育的转基因克隆动物可以作为生物反应器，生产许多珍贵的医用蛋白。 ③在治疗人类疾病时，转基因克隆动物的细胞、组织或器官可以作为异种移植的供体；以患者作为供体培育的人核移植胚胎干细胞，经过诱导分化能形成相应的细胞、组织或器官，将它们移植给患者时可以避免免疫排斥反应；克隆特定疾病模型的动物，还能为研究该疾病的玫病机制和开发相应的药物提供帮助。 ④.在保护濒危物种方面，该技术有望增加濒危物种的存活数量。 第 3 节 胚胎工程 一、胚胎工程的理论基础 1.胚胎工程是指对生殖细胞、受精卵或早期胚胎细胞进行多种显微操作和处理，然后将获得的胚胎移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。胚胎工程技术包括体外受精、胚胎移植和胚胎分割等。 2.受精是精子与卵子结合形成合子（即受精卵）的过程，包括受精前的准备阶段和受精阶段，在自然条件下，哺乳动物的受精在输卵管内完成。 准备阶段 1——精子获能：刚刚排出的精子不能立即与卵子受精，必须在雌性动物的生殖道发生相应的生理变化后，才能获得受精能力，这一生理现象称为“精子获能 ”； 准备阶段 2——卵子的准备：卵子一般在排出 2〜3 h 后才能被精子穿入。动物排出的卵子成熟程度不同，有的可能是初级卵母细胞，如马、犬等；有的可能是次级卵母细胞，如猪、羊等，但它们都要在输卵管内进一歩成熟，到 MII期时，才具备与精子受精的能力； 受精阶段：获能后的精子与卵子相遇的瞬冋，卵细胞膜外的透明带会迅速发生生理反应（透明带反应），阻止后来的精子进入透明带。然后，精子入卵。精子入卵后，卵细胞膜也会立即发生生理反应（卵黄膜封闭），拒绝其他精子再进入卵内。精子入卵后，尾部脱离，原有的核膜破裂并形成一个新的核膜，最后形成一个比原来精子的核还大的核，叫作雄原核。与此同时，精子入卵后被激活的卵子完成减数分裂Ⅱ,排出第二极体后，形成雌原核。雄、雌原核充分发育后，相向移动，彼此靠近，核膜消失。这个含有两个染色体组的合子就是受精卵。受精过程结束后，受精卵的发育也就开始了。 4.胚胎早期发育的几个阶段： — 72 — 学科网（北京）股份有限公司 ①卵裂期：受精卵形成后即在输卵管内进行有丝分裂，开始发育，此时是在透明带内进行分裂，细胞的数量不断增加，但胚胎的总体积并不増加，有机物在不断减少，但有机物种类增加。 ②桑葚胚期：当卵裂产生的子细胞逐渐形成致密的细胞团，形似桑葚时，这时的胚胎称为桑葚胚，此时细胞没有分化。 ③囊胚期：胚胎进一步发育，细胞逐渐分化。聚集在胚胎一端的细胞形成内细胞团，将来发育成胎儿的各种组织；而沿透明带内壁扩展和排列的细胞，称为滋养层细胞，它们将来发育成胎膜和胎盘。随着胚胎的进一步发育，胚胎的内部出现了含有液体的腔——囊胚腔，这个时期的胚胎叫作囊胚。囊胚进一步扩大，会导致透明带破裂，胚胎从其中伸展出来，这一过程叫作孵化。 ④原肠胚期：原肠胚表面的细胞层为外胚层，向内迁移的细胞形成内胚层，随着发育的进行，一部分细胞还会在内、外两个胚层之间形成中胚层，这三个胚层将逐渐分化形成各种组织、器官等。 二、胚胎工程技术及其应用 1.体外受精：哺乳动物的体外受精技术主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等步骤。采集到卵母细胞和精子，要分别在体外进行成熟培养和获能处理，然后才能用于体外受精。一般情况下，可以将获能的精子和培养成熟的卵子置于适当的培养液中共同培养一段时间，来促使它们完成受精。 2.胚胎移植是指将通过体外受精其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。以家畜的胚胎移植为例.胚胎移植主要包括供体、受体的选择和处理，配种或人工授精，胚胎的收集、检查、培养或保存，胚胎的移植，以及移植后的检查等步骤。 3.胚胎移植的步骤： ①对优良供体母牛和受体母牛进行同期发情处理，使供体母牛超数排卵，使受体母牛发情； ②取供体母牛的MII期的卵母细胞与优良公牛的已获能的精子结合，形成受精卵； ③受精卵在适宜培养液中进行早期胚胎发育，收集早期胚胎并检查； ④取健康的桑葚胚或囊胚期进行胚胎移植，转入发情的受体母牛子宫内； ⑤对受体奶牛进行定期妊娠检查，分娩出具有优良性状的后代。 4.胚胎移植的优点： ①充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力； ②大大缩短了供体本身的繁殖周期； ③对供体施行超数排卵处理后，可获徂多枚胚胎，经移植可得到多个后代.这使供体的后代数是自然繁殖的十几倍到几十倍； ④胚胎移植作为胚胎工程的最终技术环节，还将推动胚胎工程其他技术的研究和应用。 — 73 — 学科网（北京）股份有限公司 5.胚胎分割是指釆用机械方法将早期胚胎切割成 2 等份、4 等份或 8 等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，因此胚胎分割可以看作动物无性繁殖或克隆的方法之一。 胚胎分割所需要的主要仪器设备为体视显微镜和显微操作仪，在进行胚胎分割时，应选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚，将它移入盛有操作液的培养皿 中，然后在显微镜下用分割针或分割刀分割。在分割囊胚阶段的胚胎时，要注意将内细胞团均等分割。 6.在胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后 代具有重要意义。 — 74 — 学科网（北京）股份有限公司 第 3 章 基 因工程 第 1 节 重组 DNA 技术的基本工具 1.切割 DNA 分子的工具是限制性内切核酸酶,又称限制酶。这类酶主要是从原核生物中分离纯化出来的。迄今分离的限制酶有数千种，许多已经被商业化生产。它们能够识别双链 DNA分子的特定核昔酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。 2.DNA 分子经限制酶切割产生的 DNA 片段末端近常有两种形式：黏性末端和平末端。 3.将切下来的 DNA 片段拼接成新的DNA 分子，是靠DNA 连接酶来完成的，其作用底物是 DNA片段，作用位点是磷酸二酯键。 4.运载体能携带外源基因进入细胞，是外源基因稳定存在并表达，常见的运载体有质粒、噬菌体、动植物病毒等。以质粒为例，质粒是一种裸露的、结构简单、独立存在于真核细胞细胞核或原核细胞拟核 DNA 之外，井具有自我复制能力的环状双链 DNA 分子。质粒 DNA 分上有一个至多个限制酶切割位点，供外源 DNA 片段（基因）插入其中。携带外源 DNA 片段的质粒进入受体细胞后，能在细胞中进行自我复制，或整合到受体 DNA 上，随受休 DNA 同步复制。在基因工程操作中，真正被用作载体的质粒，都是在天然质粒的基础上进行过人工改造的，这些质粒上常有特殊的标记基因，如四环索抗性基因、氨节背霉素抗性基因等，便于重组DNA 分子的筛选。 5.DNA 粗提取与鉴定过程： ①称取约 30 g 洋葱切碎，然后放入研钵中，倒入 10 mL 研磨液，充分研磨； ②在漏斗中垫上纱布，将洋葱研磨液过滤到烧杯中，在 4℃冰箱中放置几分钟后，再取上清液。也可以直接将研磨液倒入塑料离心管中，在 1500 r/min 的转速下离心 5 min,再取上清液放入烧杯中； ③在上清液中加入体积相等的、预冷的酒精溶液（体积分数为95%）,静置 2〜3min,溶液中出现的白色丝状物就是粗提取的 DNA。用玻璃棒沿一个方向搅拌，卷起丝状物，并用滤纸吸去上面的水分；或者将溶液倒入塑料离心管中，在 10000 r/min 的转速下离心 5 min，弃上清液，将管底的沉淀物（粗提取的DNA）晾干。 ④取两支 2 mL 的试管，各加入 2mol/L 的 NaCl 溶液 5 mL。将丝状物或沉淀物溶于其中一支试管的NaCl 溶液中。然后，向两支试管中各加入4 ml.的二苯胺试剂。混合均匀后，将试管置于沸水中加热 5 min。待试管冷却后，比较两支试管中溶液颜色的变化。若溶液变蓝则有 DNA。 第 2 节 基因工程的基本操作程序 1.第一步——目的基因的筛选与获取 ①筛选合适的目的基因 ②利用PCR 获取和扩增目的基因：PCR 是聚合酶链式反应的缩写，它是一项根据DNA 半保留 — 75 — 学科网（北京）股份有限公司 复制的原理和碱基互补配对的原则，在体外提供参与 DNA 复制的各种组分与反应条件，对目的基因的核苷酸序列进行大量复制的技术。PCR 的主要步骤为变性、复性、延伸三步，这个过程中不需要解旋酶参与，DNA 聚合酶也必须是耐高温的Taq 酶。 2.第二步——基因表达载体的构建（核心步骤） ①基因表达载体的组成： 目的基因、标记基因、启动子、终止子等。 ②构建方法：首先用一定的限制酶切割载体，使它出现一个切口；然后用同种限制酶或能产生相同末端的限制酶切割含有目的基因的 DNA 片段；再利用DNA 连接酶将目的基因片段拼接到载体的切口处，这样就形成了一个重组 DNA 分子。 3.第三步——将目的基因导入受体细胞 ①导入植物受体细胞：农杆菌转化法、花粉管通道法、基因枪法等。 ②导入动物受体细胞：显微注射技术 ③导入微生物细胞：Ca2+处理成为感受态【农杆菌转化法的过程】 ①取农杆菌中的 Ti 质粒在体外进行后续操作，将获得的目的基因插入到 Ti 质粒的 T-DNA序列中，其特点是易转移并整合到受主细胞的染色体 DNA 上，获得重组Ti 质粒； ②用 CaCl2 处理农杆菌，使其变为感受态细胞，将其培养在含有重组 Ti 质粒的培养液中，还应加入某些抗生素（标记基因上携带有某些抗性基因）对农杆菌进行筛选，获得成功转入重组Ti质粒的农杆菌； ③用转化成功的农杆菌侵染植物细胞，目的基因可随着 T-DNA 转移到植物细胞的染色体 DNA中去。 ④利用植物组织培养技术将转化成功的植物细胞培养成一个植物个体。 4.第四步——目的基因的检测与鉴定 ①分子水平检测：包括通过PCR 和电泳技术、分子杂交技术等检测棉花的染色体 DNA 上是否插入了目的基因或检测目的基因是否转录出对于的mRNA；从转基因棉花中提取蛋白质，用相应的抗体进行抗原一抗体杂交，检测由基因是否翻译成目的蛋白等。 ②个体水平检测：进行接种实验，如采摘抗虫棉的叶片饲喂棉铃虫来确定目的基因是否赋予了棉花抗虫特性以及抗性的程度。 第 3 节 基因工程的应用 1.基因工程在农牧业方面的应用 ①改良植物的品质 ②提高动物的生长速率 ③改善畜产品的品质 2.基因工程在医药卫生领域的应用 对微生物或动植物的细胞进行基因改造，使它们能够生产药物，是目前基因工程取得实际应 — 76 — 学科网（北京）股份有限公司 用成果非常多的领域。这些药物包括细胞因子、抗体、疫苗和激素等.它们可以用来预防和治疗人类肿瘤、心血管疾病、传染病、糖尿病和类风湿关节炎等。 3.基因工程在食品方面的应用 利用基因工程菌除了可以生产约物，还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等。例如，阿斯巴甜是一种普遍使用的甜味剂，主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸就可以通过基因工程实现大规模生产。 第 4 节 蛋白质工程的原理和应用 1.蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。它是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，是包含多学科的综合科技工程。 2.基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，而蛋白质工程却能产生自然界中从没有的新蛋白。 3.蛋白质工程的基本原理：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。 4.蛋白质工程的应用 ①医药工业方面：利用蛋白质工程研发药物并不少见。例如，干扰素在体外保存相当困难，如果将扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么在-70℃的条件下，干扰素可以保存半年；小鼠单克隆抗体会使人产生免疫反应，从而导致它的治疗效果大大降低，科学家将小鼠抗体上结合抗原的区域“嫁接 ”到人的抗体上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会降低很多。 ②其他工业方面：蛋白质工程被广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。例如，枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，因此常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。 ③农业方面：科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，増加粮食的产量；还有科学家将蛋白质工程作为设计优良微生物农药的新思路，通过改造微生物蛋白质的结构，使它防治病虫害的效果增强。 — 77 — 学科网（北京）股份有限公司 第 4 章 生物技术的安全性与伦理问题 第 1 节 转基因产品的安全性 理性看待转基因技术：转基因作为一项技术本身是中性的，由这项技术研发出来的产品需要经过一系列的安全性评价，符合相应标准后才能上市。理性看待转基因技术不是人云亦云，更不是诋毁科学创新、造谣惑众，而是需要建立在完备的科学知识基础之上，即清晰地了解转基因技术的原理和操作规程；还应该看到人们的观点受到许多复杂的政治、经济和文化等因素的影响；最重要的是，要靠确凿的证据和严谨的逻辑进行思考和辩论。 第 2 节 关注生殖性克隆人 1.我国禁止生殖性克隆人 2.警惕用新技术研究生殖性克隆人 第 3 节 禁止生物武器 — 78 — 学科网（北京）股份有限公司 $