生物学热点问题 8页

生物学热点问题(上)　　生物科学是自然科学中的一门基础学科，是研究生命现象和生命活动规律的科学。它是农业科学、医药科学、环境科学及其他有关科学和技术的基础。高中生物课程的学习在需要同学们掌握一定生物学知识的基础上，进一步提高同学们的生物科学素养。体现在考察中，既有基础知识的考察也有对能力的考查。在命题中倾向于贴近学生生活、联系生产实际、关注社会现实、重视现代新科技。在命题中会出现以生物新科技、疾病与健康和环境问题等生物学热点问题为背景为情境的题型，用以考察同学们阅读理解、技能应用和解决问题等方面的能力水平。在这里向同学们介绍一些生物学的热点问题，及一些相关练习，希望能够对同学们有所帮助。生物新科技一、细胞工程　　细胞工程是用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们意愿改变细胞内遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。可分为植物细胞工程技术、动物细胞工程技术两大类。　　理论基础——细胞全能性：生物体的每一个细胞都包含该物种生物所特有的全套遗传物质，都有发育成完整个体所必需的全部基因，因而具有发育为完整个体的潜能，称为细胞的全能性。从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。在生物体内，细胞并没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官，这是基因在特定的时间、空间条件下选择性表达的结果。　（1）科学研究表明，当植物细胞脱离了原来所在植物体的器官或组织而处于离体状态时，在一定的营养物质、激素和其他外界的作用条件下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。　　①植物组织培养是植物细胞工程中比较成熟的技术。它是指植物细胞或组织、器官脱离了植物体后，在一定的外部因素作用下，经过细胞分裂形成愈伤组织（排列疏松、无规则、高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞群）从而由高度分化的状态转而脱分化，表现出全能性，由愈伤组织继续发育、分化，长成新的植株。　　②植物体细胞杂交是用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。植物体细胞杂交的第一步就是去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体；然后利用物理的或化学的方法使不同植物体细胞的原生质体融合。得到的杂种细胞，用植物组织培养的方法进行培育，可以得到杂种植株。科学家们最早将番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合，成功地培育出了“番茄马铃薯”杂种植株。但目前这项技术还有许多理论和技术问题没有解决，仍处于研究阶段。　（2）关于动物细胞工程，常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞融合、单克隆抗体、胚胎移植、核移植等，其中动物细胞培养技术是其他动物工程技术的基础。　　①动物细胞培养技术的应用是多方面的。许多有重要价值的蛋白质生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等，都可以借助于此项技术大规模生产。\n　　②动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理是相同的，很多不同种类的动物细胞之间或动物与人的细胞之间都能进行融合，形成杂种细胞，　　③单克隆抗体是指通过克隆，形成遗传物质完全相同的细胞群，这样的细胞群有可能产生出化学性质单一、特异性强的抗体，即单克隆抗体。　　④哺乳动物的胚胎移植：由于哺乳动物如牛、羊等，妊娠时间长，每胎产子数少，繁殖速度比较慢。为解决这一问题，科学家们采用了胚胎移植技术。以优良种牛的繁殖为例：首先用激素促进良种母牛多排卵，然后把卵细胞从母牛体内取出，在试管内与人工采集的精子进行体外受精，培育成胚胎，再把胚胎送入经过激素处理、可以接受胚胎植入的母牛子宫内，孕育成小牛产出。用这种方法得到的小牛叫做试管牛，一头良种母牛一年可繁殖这样的试管牛上百头。   ⑤核移植技术：20世纪70年代，我国科学家用核移植技术成功地培育出将鲤鱼和鲫鱼优点集于一身的、可正常繁殖的鲤鲫。具体方法是：他们用极细的玻璃管，从鲫鱼未受精的卵细胞中吸出细胞核，再用同样的方法，从鲤鱼的囊胚细胞中吸出细胞核，然后把鲤鱼囊胚细胞的核移植入去核的鲫鱼未受精卵中，形成一个组装细胞，经过精心培育长成鲤鲫，这种鱼已在北京等地推广。核移植实验不仅在鱼类获得了成功，  （3）叶绿体移植、线粒体移植：将分离获得的某些生物的线粒体、叶绿体转移到另一种生物细胞中去。由于这些细胞器带有本身的遗传物质，因而可以改变受体细胞的某些遗传特性，使其获得新的性状。二、试管婴儿（一）概念   “试管婴儿”是指分别将卵子、精子取出后，在体外使其受精，并发育成胚胎后，再植回母体子宫内。因此，胚胎在体外培养的时间只有几天，最重要的目的是确定精卵能结合成功，并筛选好的胚胎植回母体，以增加怀孕成功的机会。（二）发展　　试管婴儿如今已发展到第三代。第一、二代分别是针对女性或男性因素导致的不孕。第三代试管婴儿在优生方面有所进步。其基本理论为：从多个受精卵种选择出基因型最好的移植。如伴Y染色体遗传病，只要通过PGD技术选择生女儿便可以避免遗传病遗传给新生儿。（三）不足　　由于其成功率每例只有30%-40%，因此移植的通常不是一枚受精卵，这种做法在带来较高成功率的同时，也带来如多胎怀孕、婴儿早产、出生时体重过重、过轻等问题，这些有可能导致新生儿患上脑瘫。（四）说明\n　 1、试管婴儿是不是夫妻的亲生子女——由于试管婴儿是取的妻子的卵细胞，和丈夫的精子，进行受精，因此试管婴儿是该夫妇亲生的。　 2、试管婴儿是不是在母体外，即试管中长大的——试管婴儿是指受精过程在体外发生，受精卵在体外培养3-5天，形成胚胎后就移植回母体子宫，在母体子宫着床继续发育成胎儿直至分娩。所以，试管婴儿在试管中长大是一种错误的说法。三、克隆（clone）（一）克隆的概念　　“克隆”从英文“clone”音译而来，其定义是独立细胞繁殖系，在生物学领域由3个不同层次的含义。   1、DNA水平，特定DNA片段通过重组DNA技术插入到一个载体（如质粒和病毒等）中，然后在宿主细胞中进行自我复制所得到的大量完全相同的该DNA片段的“群体”。　　2、在细胞水平，克隆是指由一个单一的共同祖先细胞分裂所形成的一个细胞群体。比如：使一个单一细胞在体外的培养液中分裂若干代所形成的一个遗传背景完全相同的细胞集体即为一个细胞克隆。   3、在个体水平，克隆是指基因型完全相同的两个或更多的个体组成的一个群体。比如：两个同卵双胞胎即为一个克隆。因为他（她）们来自同一个受精卵细胞，所以遗传背景完全一样。（二）动物个体的克隆　　1、早在20世纪50年代，美国的科学家以两栖动物和鱼类做研究对象，首创了细胞核移植技术后，各国科学家相继用胚胎细胞作为细胞核供体细胞进行细胞核移植获得成功。　　2、克隆羊“多莉”　（1）1997年2月27日英国爱丁堡大学罗斯林（Roslin）研究所的伊恩·威尔莫特和基恩·坎贝尔宣布，世界上第一头克隆羊“多莉”（Dolly）诞生，引起世人极大的轰动。因为“多莉”是世界上第一只利用体细胞克隆成功的动物。“多莉”的诞生，从理论上说明高度分化的动物细胞，经过一定手段处理之后，也可恢复到受精卵时期的合子功能；说明了在发育过程中，细胞质对异源的细胞核的发育有调控作用。\n　（2）过程：这是从一只成年绵羊乳腺组织取单个细胞，取出其中载有遗传信息的细胞核，再从另一只绵羊体内取出未受精的卵细胞，利用显微操作技术将其中的核除去，然后将第一只绵羊乳腺细胞的细胞核注入去核卵细胞中，待融合细胞发育成胚胎后，将其植入第三只绵羊子宫内，由它产下的小羔羊的遗传特征与第一只（即提供乳腺细胞细胞核的那只）绵羊相同，这只羊就是“多莉”。但严格地从克隆的定义出发，“多莉”并不能说成是一个克隆，因为“多莉”只是孤单的一只。只有当那些英国科学家能将两个以上完全相同的细胞核移植到两个以上完全相同的去核卵细胞中，得到两个以上遗传背景完全相同的“多莉”时，才能用克隆这个词来描述。所以在那篇发表于1997年2月出版的《Nature》杂志上的轰动性论文中，作者并没有把“多莉”说成一个克隆。一年以后，另一组科学家报道了将小鼠卵丘细胞（围绕在卵母细胞外围的高度分化细胞）的细胞核移植到去除了细胞核的卵母细胞中后得到了20多只遗传背景完全相同的小鼠，这些小鼠就是名副其实的克隆鼠了。　（3）意义：克隆动物不仅可以作为生物学和医学研究的实验动物，而且对于改良动物品种获得更优秀动物个体用于生产、治疗人类疾病、保护濒危动物等，都有重要的应用价值。　（4）克隆动物的负面影响：克隆动物用于挽救濒危动物可行性不够明朗，因为挽救濒危动物需要提高它们的繁殖能力，而克隆技术却是一个降低繁殖力的方法；此外，克隆动物在遗传上是全等的，一种特定的病毒或其它疾病的感染，将会带来灾难；如果无计划地克隆动物，会扰乱物种的进化规律，干扰性别比例。 四、基因工程（一）基因工程的概念　　生物技术是20世纪70年代兴起的一门新技术,也称生物工程,具体包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程。其中的基因工程，又称转基因技术，它是指将一种生物的遗传物质片断取出来，再放到另一种生物中去，使后一种生物具备新的性状。前一种生物提供的用以改造后一种生物的遗传物质称为目的基因。（二）基因工程的应用　　1、转基因植物：世界上第一种基因移植作物是一种含有抗生素药类抗体的烟草，1983年得以培植成功。目前，国内外已取得60种以上的转基因植物，其中玉米、大豆、油菜、马铃薯、番茄和棉花等，已大面积种植。         　　2、转基因动物：转基因动物技术是指通过基因工程的手段对动物基因组的结构或组成进行人为的修饰或改造，并通过相应的动物育种技术使得这些经修饰改造后的基因组在世代间得以传递和表现。　　3、转基因食品：转基因食品是指科学家在实验室中，把动植物的基因加以改变，再制备出具备新特征的食品种类。通过修改基因，科学家们就能够改变一个有机体的部分或全部特征。   4、基因工程的应用十分广泛，目前人类最受益的是利用基因工程菌生产的胰岛素、生长激素、干扰素及传染病疫苗。五、人类基因组计划　　1989年，美国科学家率先提出了“人类基因组计划”（HGP，HumanGenomeProject）。1990年10月，正式启动，目前它已经发展为全球范围的全面研究人类基因组的的重大研究课题。　　人类基因组是指人体DNA分子所携带的全部遗传信息。人的单倍体基因组由24条双链的DNA分子组成（包括1—22号染色体DNA与X、Y染色体DNA），上边有30亿个碱基对。人类基因组计划就是分析测定人类基因组的核苷酸序列。    \n　　（1）人类基因组计划的总体目标：    原计划在15年内（1990—2005）完成人类全部24条染色体的遗传图谱、物理图谱的绘制工作，测定出总长为30多亿个碱基对的人类DNA碱基全部序列，并在此基础上进行人体近10万个基因的定位和研究。　　（2）人类基因组计划的研究内容　　美国人类基因组计划研究中心于1993年在马里兰州HuntValley会议上对全球人类基因组计划作了修订，修订后的计划及研究内容包括：①人类基因组图（遗传图谱、物理图谱）及序列分析；②基因的鉴定；③基因组研究技术的建立、创新与改进；④模式生物基因组的作图和测序；⑤信息系统的建立、储存、处理及相关软件的开发；⑥人类基因组计划相关的伦理、法律和社会问题的研究；⑦研究人员的培训⑧技术转让及产业开发；⑨研究计划的外延。  　　（3）人类基因组计划的意义   　　①认识进化、种族血缘、衰老、疾病等生命现象本质的金钥匙；②是战胜疾病、克服生存障碍（太空、深海）的财富；③将促进生物学不同领域（如神经生物学、发育生物学等）的发展；④各种遗传疾病和危害人类的恶性肿瘤、心血管病和其它遗传易感性多因子疾病可能由此得到预测、预防、早诊和治疗；⑤基因组计划发展起来的新技术、新策略也适合于农业、工业和环境科学。　　最重要的意义是：将彻底揭开人类生长、发育、健康、长寿的奥秘，极大地提高人类的生存质量。　　（4）人类基因组计划的最新研究进展及前景　　2000年6月26日人类基因组“工作框架图”即人类基因组草图宣布绘制成功，意味着人类基因组90%的序列被测定；从工作框架图到完成图，意味着整个基因组的序列覆盖率将达到100%，准确率达到99.99%。　　其中，中国于1999年9月加入这一计划，负责测定人类基因组全部序列的1%，也就是3号染色体的端粒上的3000万个碱基对。2001年8月28宣布提前两年绘制成功了人类基因组“中国卷”的完成图。对于中国科学家的工作和服出的努力，国际人类基因组计划核心人物、美国科学院院士兰德博士给予高度评价。目前兰德认为，人类基因的数目应在3-4万之间。完成测序工作只是为人类认识人类的基因组打下基础，在完成测序后，人类基因组计划的实施进入到“后基因组”（功能基因组）阶段，目的在于对各个基因（包括基因编码的蛋白质）和整个基因组的功能基因研究。据一些科学家预测：预计在2020年，基于基因设计出的药物，如治疗糖尿病、高血压的药物，将可以造福于普通百姓，那时的癌症治疗也将准确地瞄准肿瘤细胞的分子指纹。药物基因组学方法将成为药物开发中的常规手段。2030年，绝大多数疾病都将找到预测和治疗的办法，人们将会了解到究竟是环境因素、还是遗传因素在疾病的发病中期决定性作用。六、酶工程\n　　酶工程是指将酶所具有的生物催化功能，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。包括酶制剂的生产和应用两方面（一）酶制剂的生产　　1、酶的生产、提取和分离纯化：人们最早是从动植物的器官和组织提取酶。例如从胰脏中提取蛋白酶，从麦芽中提取淀粉酶。由于微生物具有容易培养、繁殖速度快、便于大规模生产等优点，现在大多利用微生物来生产酶制剂。　　2、酶的提取分离提纯：胞外酶可直接从细胞培养液中提取，胞内酶则需要将细胞破碎，然后进行提取。提取液中含有多种酶、细胞代谢的产物和细胞碎片等需要将提取液中的其他物质分离，获得所需要的某一种酶。不同的酶需要不同的分离纯化的方法。　　3、酶的固定化：将分离纯化的酶固定到一定的载体上，使用时将固定化的酶投放到反应液中，反应结束后，又可将回收。所以固定化酶是指限制在一定空间范围内，可以反复使用的酶制剂。（二）酶制剂的应用　　1.治疗疾病：如溶菌酶可以用来分解病原菌的细胞壁，具有明显的抗菌和消炎的作用。　　2.加工和生产某些产品：如果胶酶用来澄清果酒和果汁；木瓜酶制成的嫩肉粉可以使肉丝、肉片等烹调后吃起来嫩滑可口。　　3．用于化验诊断和水质监测：如用于检验尿糖的尿糖试纸。科学家根据葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化下，形成葡萄糖酸和过氧化氢，过氧化氢在过氧化氢酶的催化下形成水和原子氧，原子氧可以将某种无色的化合物氧化成有色的化合物的原理，将上述两种酶和无色的化合物固定在纸条上，制成测试尿糖含量的酶试纸。这种酶试纸与尿液相遇时，很快就会因尿液中葡萄糖含量的少或多而依次出现浅蓝、浅绿、棕、或深棕色。七、发酵工程（一）概念　　是指采用现代生物工程技术手段，利用微生物的某些特定的功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。（二）发酵工程的应用　　发酵工程以其生产条件温和，原料来源丰富且价格低廉，废弃物对环境的污染小或溶液处理等特点，而在医药工业、食品工业、农业、冶金工业、环境保护等许多领域得到广泛应用。　　1.医药工业上的应用：利用发酵工程生产出种类繁多的药品，如：抗生素、维生素、动物激素、药用氨基酸、核苷酸、生长激素、胰岛素、乙肝疫苗等\n　　2.在食品工业上的应用：包括生产传统的发酵产品，如啤酒、果酒、食醋、酸奶等；各种食品添加剂如L-苹果酸是国际食品界公认的安全性酸味剂；解决粮食短缺问题：如用淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液、石化产品等为原料，通过发酵获得大量的微生物菌体蛋白。　　在生物工程的研究、开发和产业化过程中，生物工程的各分支领域——基因工程、细胞工程、发酵工程和酶工程领域有着错综复杂的联系，通常是由彼此合作来实现的。随着生物工程的迅猛发展，生物工程各分支领域的界限趋于模糊，相互交叉渗透，高度综合的趋势越来越明显。【例题解析】　　1一只羊的卵细胞核被另一只羊的体细胞核置换后，这个卵细胞经过多次分裂，再植入第三只羊的子宫内发育，结果产下一只羊羔。这种克隆技术具有多种用途，但是不能　　A. 有选择地繁殖某一性别的家畜 B. 繁殖家畜中的优秀个体　　C. 用于保存物种               D. 改变动物的基因型。　　答案：D　　解析：这道题考查的是以动物克隆技术为背景的知识，在了解了一些动物克隆的知识后，就能够准确的作出判断。动物克隆技术中没有基因型的改变。　　2科学家将含人的a-抗胰蛋白酶基因的DNA片断注射到羊的受精卵中，由该受精卵发育的羊分泌含a-抗胰蛋白酶的奶。这一过程不涉及　　A DNA按照碱基互补配对原则自我复制         B DNA以其一条链为模板合成RNA　　C RNA以自身为模板进行自我复制             D 按照RNA密码子的排列顺序合成蛋白质　　答案：C　　解析：这道题以基因工程（转基因技术）为知识背景，但主要考察的不是转基因的知识，而是DNA复制，DNA控制蛋白质合成过程中的一系列知识，因为在题目中所描述的过程中没有发生逆转录过程，所以不会有C选项中的情况发生。　　3运用现代生物技术的传统育种方法，将抗菜青虫的Bt基因转移到优质油菜中，培育出转基因抗虫的菜品种。这一品种在生长过程中能产生特异的杀虫蛋白，对菜青虫有显著的抗性，能大大减轻菜青虫对油菜的危害，提高油菜产量，减少农药使用，保护农业生态环境。根据以上信息，下列叙述是正确的是　　ABt基因的物质属性是蛋白质           　　BBt基因中会有菜青虫的遗传物质　　C转基因抗虫油菜能产生杀虫蛋白是由于具有Bt基因\n　　D转基因抗虫油菜产生的杀虫蛋白是无机物　　答案：C　　解析：该题以转基因技术为背景材料，实际考察的是基因的一些知识，基因是DNA分子的有遗传效应的片段，它的物质属性是核酸。Bt基因中如果有菜青虫的遗传物质，也就是说菜青虫体内可以合成对自己有害的蛋白质，那么菜青虫恐怕早就绝种了，所以是不可能的。蛋白质是有机物这是最基本的知识。　　4物体细胞杂交是培育植物新品种的新技术。杂交的第一步是分离细胞，去掉细胞壁，分离出有活性的原生质体。在不伤害细胞原生质体的条件下，分离出有活性的原生质体效果最好的一组酶是　　A纤维素酶和蛋白酶                    B纤维素酶和果胶酶　　C蛋白酶和淀粉酶                      D淀粉酶和脂肪酶　　答案：B　　解析：植物体细胞杂交是一项细胞工程技术，在不伤害细胞原生质体的条件下，分离出有活性的原生质体效果最好的方法是：利用酶的催化作用促使植物细胞原生质体外的物质水解。由于植物细胞间的物质主要是果胶质，植物的细胞壁主要是纤维素。　　5把胡萝卜的单个韧皮部的细胞放入配制的培养基上培养，获得了许多完整的植株。这种繁殖方式的培养和细胞工程技术分别属于　　A孢子生殖和细胞拆合技术           B无性生殖和细胞培养　　C配子生殖和细胞融合技术           D卵式生殖和细胞培养　　答案：B　　解析：由体细胞培养为新个体，无两性生殖细胞的结合，属无性繁殖中的组织培养技术。