第一篇：高中人教版生物選修3前兩章課后題答案

專題1 基因工程 1.1 DNA重組技術的基本工具

一、思考與探究

1.限制酶在DNA的任何部位都能將DNA切開嗎？以下是四種不同限制酶切割形成的DNA片段：

(1)?CTGCA(2)?AC(3)GC?（4）?G(5)G?(6)?GC(7)GT?(8)AATTC?

?G ?TG CG? ?CTTAA ACGTC? ?CG CA? G? 你是否能用DNA連接酶將它們連接起來？ 答：

2和7能連接形成?ACGT? 4和8能連接形成?GAATTC? ?TGCA?； ?CTTAAG?； 3和6能連接形成?GCGC? 1和5能連接形成?CTGCAG?

?CGCG?； ?GACGTC?

2.聯系你已有的知識，想一想，為什么細菌中限制酶不剪切細菌本身的DNA？

提示：迄今為止，基因工程中使用的限制酶絕大部分都是從細菌或霉菌中提取出來的，它們各自可以識別和切斷DNA上特定的堿基序列。細菌中限制酶之所以不切斷自身DNA，是因為微生物在長期的進化過程中形成了一套完善的防御機制，對于外源入侵的DNA可以降解掉。生物在長期演化過程中，含有某種限制酶的細胞，其DNA分子中或者不具備這種限制酶的識別切割序列，或者通過甲基化酶將甲基轉移到所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。這樣，盡管細菌中含有某種限制酶也不會使自身的DNA被切斷，并且可以防止外源DNA的入侵（本題不要求學生回答的完全，教師可參考教師用書中的提示，根據學生的具體情況，給予指導。上述原則也應適用于其他章節中有關問題的回答。3.天然的DNA分子可以直接用做基因工程載體嗎？為什么？

提示：基因工程中作為載體使用的DNA分子很多都是質粒（plasmid），即獨立于細菌擬核處染色體DNA之外的一種可以自我復制、雙鏈閉環的裸露的DNA分子。是否任何質粒都可以作為基因工程載體使用呢？其實不然，作為基因工程使用的載體必需滿足以下條件。（1）載體DNA必需有一個或多個限制酶的切割位點，以便目的基因可以插入到載體上去。這些供目的基因插入的限制酶的切點所處的位置，還必須是在質粒本身需要的基因片段之外，這樣才不至于因目的基因的插入而失活。

（2）載體DNA必需具備自我復制的能力，或整合到受體染色體DNA上隨染色體DNA的復制而同步復制。

（3）載體DNA必需帶有標記基因，以便重組后進行重組子的篩選。

（4）載體DNA必需是安全的，不會對受體細胞有害，或不能進入到除受體細胞外的其他生物細胞中去。

（5）載體DNA分子大小應適合，以便提取和在體外進行操作，太大就不便操作。實際上自然存在的質粒DNA分子并不完全具備上述條件，都要進行人工改造后才能用于基因工程操作。

4.網上查詢：DNA連接酶有連接單鏈DNA的本領嗎？

提示：迄今為止，所發現的DNA連接酶都不具有連接單鏈DNA的能力，至于原因，現在還不清楚，也許將來會發現可以連接單鏈DNA的酶。

二、尋根問底

1.根據你所掌握的知識，你能分析出限制酶存在于原核生物中的作用是什么嗎？ 提示：原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在長期的進化過程中形成了一套完善的防御機制，以防止外來病原物的侵害。限制酶就是細菌的一種防御性工具，當外源DNA侵入時，會利用限制酶將外源DNA切割掉，以保證自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，從而達到保護自身的目的。2.DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎？為什么？

答：不是一回事。基因工程中所用的連接酶有兩種：一種是從大腸桿菌中分離得到的，稱之為E·coli連接酶。另一種是從T4噬菌體中分離得到，稱為T4連接酶。這兩種連接酶催化反應基本相同，都是連接雙鏈DNA的缺口（nick），而不能連接單鏈DNA。DNA連接酶和DNA聚合酶都是形成磷酸二酯鍵（在相鄰核苷酸的3位碳原子上的羥基與5位碳原子上所連磷酸基團的羥基之間形成），那么，二者的差別主要表現在什么地方呢？

（1）DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核酸片段的3′末端的羥基上，形成磷酸二酯鍵；而DNA連接酶是在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，不是在單個核苷酸與DNA片段之間形成磷酸二酯鍵。

（2）DNA聚合酶是以一條DNA鏈為模板，將單個核苷酸通過磷酸二酯鍵形成一條與模板鏈互補的DNA鏈；而DNA連接酶是將DNA雙鏈上的兩個缺口同時連接起來。因此DNA連接酶不需要模板。

此外，二者雖然都是由蛋白質構成的酶，但組成和性質各不相同。

三、模擬制作討論題 1.你模擬插入的DNA片段能稱得上一個基因嗎？ 提示：不能。因為一般基因有上千個堿基對。

2.如果你操作失誤，堿基不能配對。可能是什么原因造成的？ 提示：可能是剪切位點或連接位點選得不對（也可能是其他原因）。

四、旁欄思考題

想一想，具備什么條件才能充當“分子運輸車”？

提示：能自我復制、有一個或多個切割位點、有標記基因位點及對受體細胞無害等。

1.2 基因工程的基本操作程序

一、思考與探究

1.作為基因工程表達載體，只需含有目的基因就可以完成任務嗎？為什么？

答：不可以。因為目的基因在表達載體中得到表達并發揮作用，還需要有其他控制元件，如啟動子、終止子和標記基因等。必須構建上述元件的主要理由是：

（1）生物之間進行基因交流，只有使用受體生物自身基因的啟動子才能比較有利于基因的表達；

（2）通過cDNA文庫獲得的目的基因沒有啟動子，只將編碼序列導入受體生物中無法轉錄；（3）目的基因是否導入受體生物中需要有篩選標記；

（4）為了增強目的基因的表達水平，往往還要增加一些其他調控元件，如增強子等；（5）有時需要確定目的基因表達的產物存在于細胞的什么部位，往往要加上可以標識存在部位的基因（或做成目的基因與標識基因的融合基因），如綠色熒光蛋白基因等。2.根據農桿菌可將目的基因導入雙子葉植物的機理，你能分析出農桿菌不能將目的基因導入單子葉植物的原因嗎？若想將一個抗病基因導入單子葉植物，如小麥，從理論上說，你應該如何做？

提示：農桿菌可分為根瘤農桿菌和發根農桿菌，在植物基因工程中以根瘤農桿菌的Ti質粒介導的遺傳轉化最多。根瘤農桿菌廣泛存在于雙子葉植物中。據不完全統計，約有93屬643種雙子葉植物對根瘤農桿菌敏感。裸子植物對該菌也敏感。當這些植物被該菌侵染后會誘發腫瘤。近年來，也有報道該菌對單子葉植物也有侵染能力。

根瘤農桿菌侵染植物是一個非常復雜的過程。根瘤農桿菌具有趨化性，即植物的受傷組織會產生一些糖類和酚類物質吸引根瘤農桿菌向受傷組織集中。研究證明，主要酚類誘導物為乙酰丁香酮和羧基乙酰丁香酮，這些物質主要在雙子葉植物細胞壁中合成，通常不存在于單子葉植物中，這也是單子葉植物不易被根瘤農桿菌侵染的原因。近年來還發現一些中性糖，如L-阿拉伯糖、D-木糖等也有誘導作用。酚類物質和糖類物質既可以作為根瘤農桿菌的趨化物，又可以作為農桿菌中Ti質粒上Vir區（毒性區）基因的誘導物，使Vir區基因活化，導致T-DNA的加工和轉移，從而侵染植物細胞。

需要注意的是農桿菌中不同的菌株，侵染能力有差別，在基因工程中需要加以選擇使用。利用農桿菌侵染單子葉植物進行遺傳轉化時，是需要加上述酚類物質的，同時單子葉植物種類不同，農桿菌侵染進行遺傳轉化的效果也有很大差異。

如果想將一個抗病毒基因轉入小麥，也可以用農桿菌，但要注意兩點：①要選擇合適的農桿菌菌株，因為不是所有的農桿菌菌株都可以侵染單子葉植物；②要加趨化和誘導的物質，一般為乙酰丁香酮等，目的是使農桿菌向植物組織的受傷部位靠攏（趨化性）和激活農桿菌的Vir區（誘導）的基因，使T-DNA轉移并插入到染色體DNA上。

3.利用大腸桿菌可以生產出人的胰島素，聯系前面有關細胞器功能的知識，結合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生產人的糖蛋白，可以用大腸桿菌嗎？

提示：有些蛋白質肽鏈上有共價結合的糖鏈，這些糖鏈是在內質網和高爾基復合體上加工完成的，內質網和高爾基復合體存在于真核細胞中，大腸桿菌不存在這兩種細胞器，因此，在大腸桿菌中生產這種糖蛋白是不可能的。

4.β-珠蛋白是動物血紅蛋白的重要組成成分。當它的成分異常時，動物有可能患某種疾病，如鐮刀形細胞貧血癥。假如讓你用基因工程的方法，使大腸桿菌生產出鼠的β-珠蛋白，想一想，應如何進行設計？ 提示：基本操作如下：

（1）從小鼠中克隆出β-珠蛋白基因的編碼序列（cDNA）。

（2）將cDNA前接上在大腸桿菌中可以適用的啟動子，另外加上抗四環素的基因，構建成一個表達載體。

（3）將表達載體導入無四環素抗性的大腸桿菌中，然后在含有四環素的培養基上培養大腸桿菌。如果表達載體未進入大腸桿菌中，大腸桿菌會因不含有抗四環素基因而死掉；如果培養基上長出大腸桿菌菌落，則表明β-珠蛋白基因已進入其中。

（4）培養進入了β-珠蛋白基因的大腸桿菌，收集菌體，破碎后從中提取β-珠蛋白。

二、求異思維

你能推測出由mRNA反轉錄形成cDNA的過程大致分為哪些步驟嗎？ 提示：1970年，特明（H.M.Temin）和巴爾的摩（D.Baltimore）證實了RNA病毒中含有一種能將RNA轉錄成DNA的酶，這種酶被稱為依賴RNA的DNA聚合酶，由于與中心法則中的從DNA到RNA的轉錄是反向的，所以稱為反轉錄酶（reverse transcriptase）。

反轉錄酶既可以利用DNA又可以利用RNA作為模板合成與之互補的DNA鏈。像其他DNA聚合酶一樣，反轉錄酶也以5′→3′方向合成DNA（圖1-3）。

圖1-3 由mRNA反轉錄形成cDNA的過程

cDNA合成過程是：第一步，反轉錄酶以RNA為模板合成一條與RNA互補的DNA單鏈，形成RNA-DNA雜交分子。第二步，核酸酶H使RNA-DNA雜交分子中的RNA鏈降解，使之變成單鏈的DNA。第三步，以單鏈DNA為模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一條互補的DNA鏈，形成雙鏈DNA分子。

三、尋根問底

1.為什么要構建基因文庫？直接從含有目的基因的生物體內提取不行嗎？

提示：構建基因文庫是獲取目的基因的方法之一，并不是惟一的方式。如果所需要的目的基因序列已知，就可以通過PCR方式從含有該基因的生物的DNA中，直接獲得，也可以通過反轉錄，用PCR方式從mRNA中獲得，不一定要構建基因文庫。但如果所需要的目的基因的序列完全不知，或只知道目的基因序列的一段，或想從一種生物體內獲得許多基因，或者想知道這種生物與另一種生物之間有多少基因不同，或者想知道一種生物在個體發育的不同階段表達的基因有什么不同，或者想得到一種生物的全基因組序列，往往就需要構建基因文庫。2.將目的基因直接導入受體細胞不是更簡便嗎？如果這么做，結果會怎樣？

提示：有人采用總DNA注射法進行遺傳轉化，即將一個生物中的總DNA提取出來，通過注射或花粉管通道法導入受體植物，沒有進行表達載體的構建，這種方法針對性差，完全靠運氣，也無法確定什么基因導入了受體植物。此法目前爭議頗多，嚴格來講不算基因工程。

1.3 基因工程的應用

思考與探究

根據所學內容，試概括寫出基因工程解決了哪些生活、生產中難以解決的問題。提示：基因工程可以生產人類需要的藥物，如胰島素、干擾素等。我們吃的某些食品如番茄、大豆等也可以是基因工程產品。農業生產中的抗蟲棉、抗病毒煙草、抗除草劑大豆等都已進入商品化生產，上述產品有些是常規方法難以生產的或者生產成本過高。

1.4 蛋白質工程的崛起

一、思考與探究

1.蛋白質工程是應怎樣的需求而崛起的？

提示：蛋白質工程的崛起主要是工業生產和基礎理論研究的需要。而結構生物學對大量蛋白質分子的精確立體結構及其復雜的生物功能的分析結果，為設計改造天然蛋白質提供了藍圖。分子遺傳學的以定點突變為中心的基因操作技術為蛋白質工程提供了手段。

在已研究過的幾千種酶中，只有極少數可以應用于工業生產，絕大多數酶都不能應用于工業生產，這些酶雖然在自然狀態下有活性，但在工業生產中沒有活性或活性很低。這是因為工業生產中每一步的反應體系中常常會有酸、堿或有機溶劑存在，反應溫度較高，在這種條件下，大多數酶會很快變性失活。提高蛋白質的穩定性是工業生產中一個非常重要的課題。一般來說，提高蛋白質的穩定性包括：延長酶的半衰期，提高酶的熱穩定性，延長藥用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性喪失等。

下面舉一個如何通過蛋白質工程來提高重組β-干擾素專一活性和穩定性的例子。干擾素是一種抗病毒、抗腫瘤的藥物。將人的干擾素的cDNA在大腸桿菌中進行表達，產生的干擾素的抗病毒活性為10 U/mg，只相當于天然產品的十分之一，雖然在大腸桿菌中合成的β-干擾素量很多，但多數是以無活性的二聚體形式存在。為什么會這樣？如何改變這種狀況？研究發現，β-干擾素蛋白質中有3個半胱氨酸（第17位、31位和141位），推測可能是有一個或幾個半胱氨酸形成了不正確的二硫鍵。研究人員將第17位的半胱氨酸，通過基因定點突變改變成絲氨酸，結果使大腸桿菌中生產的β-干擾素的抗病性活性提高到10 U/mg，并且比天然β-干擾素的貯存穩定性高很多。

在基礎理論研究方面，蛋白質工程是研究多種蛋白質的結構和功能、蛋白質折疊、蛋白質分子設計等一系列分子生物學基本問題的一種新型的、強有力的手段。通過對蛋白質工程的研究，可以深入地揭示生命現象的本質和生命活動的規律。2.蛋白質工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？

答：基因工程是遵循中心法則，從DNA→mRNA→蛋白質→折疊產生功能，基本上是生產出自

86然界已有的蛋白質。蛋白質工程是按照以下思路進行的：確定蛋白質的功能→蛋白質應有的高級結構→蛋白質應具備的折疊狀態→應有的氨基酸序列→應有的堿基排列，可以創造自然界不存在的蛋白質。

3.你知道酶工程嗎？絕大多數酶都是蛋白質，酶工程與蛋白質工程有什么區別？

提示：酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工程學的手段，應用于生產、生活、醫療診斷和環境保護等方面的一門科學技術。概括地說，酶工程是由酶制劑的生產和應用兩方面組成的。酶工程的應用主要集中于食品工業、輕工業以及醫藥工業中。α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖異構酶這三個酶連續作用于淀粉，就可以代替蔗糖生產出高果糖漿；蛋白酶用于皮革脫毛膠以及洗滌劑工業；固定化酶還可以治療先天性缺酶病或是器官缺損引起的某些功能的衰竭等。至于我們日常生活中所見到的加酶洗衣粉、嫩肉粉等，就更是酶工程最直接的體現了。通常所說的酶工程是用工程菌生產酶制劑，而沒有經過由酶的功能來設計酶的分子結構，然后由酶的分子結構來確定相應基因的堿基序列等步驟。因此，酶工程的重點在于對已存酶的合理充分利用，而蛋白質工程的重點則在于對已存在的蛋白質分子的改造。當然，隨著蛋白質工程的發展，其成果也會應用到酶工程中，使酶工程成為蛋白質工程的一部分。

二、正文中討論題

某多肽鏈的一段氨基酸序列是：?—丙氨酸—色氨酸—賴氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—? 討論：（1）怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請把相應的堿基序列寫出來。（2）確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因（DNA）？

答：（1）每種氨基酸都有對應的三聯密碼子，只要查一下遺傳密碼子表，就可以將上述氨基酸序列的編碼序列查出來。但是由于上述氨基酸序列中有幾個氨基酸是由多個三聯密碼子編碼，因此其堿基排列組合起來就比較復雜，至少可以排列出16種，可以讓學生根據學過的排列組合知識自己排列一下。首先應該根據三聯密碼子推出mRNA序列為GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C），再根據堿基互補配對規律推出脫氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）。

（2）確定目的基因的堿基序列后，就可以根據人類的需要改造它，通過人工合成的方法或從基因庫中獲取。

三、異想天開

能不能根據人類需要的蛋白質的結構，設計相應的基因，導入合適的細菌中，讓細菌生產人類所需要的蛋白質食品呢？ 提示：理論上講可以，但目前還沒有真正成功的例子。一些報道利用細菌生產人類需要的蛋白質往往都是自然界已經存在的蛋白質，并非完全是人工設計出來而自然不存在的蛋白質。主要原因是蛋白質的高級結構非常復雜，人類對蛋白質的高級結構和在生物體內如何行使功能知之甚少，很難設計出一個嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質，而且一個嶄新的蛋白質會帶來什么危害也是人們所擔心的。

四、旁欄思考題

1.你知道人類蛋白質組計劃嗎？它與蛋白質工程有什么關系？我國科學家承擔了什么任務？

提示：人類蛋白質組計劃是繼人類基因組計劃之后，生命科學乃至自然科學領域一項重大的科學命題。2001年，國際人類蛋白質組組織宣告成立。之后，該組織正式提出啟動了兩項重大國際合作行動：一項是由中國科學家牽頭執行的“人類肝臟蛋白質組計劃”；另一項是以美國科學家牽頭執行的“人類血漿蛋白質組計劃”，由此拉開了人類蛋白質組計劃的帷幕。“人類肝臟蛋白質組計劃”是國際上第一個人類組織／器官的蛋白質組計劃，由我國賀福初院士牽頭，這是中國科學家第一次領銜的重大國際科研協作計劃，總部設在北京，目前有16個國家和地區的80多個實驗室報名參加。它的科學目標是揭示并確認肝臟的蛋白質，為重大肝病預防、診斷、治療和新藥研發的突破提供重要的科學基礎。人類蛋白質組計劃的深入研究將是對蛋白質工程的有力推動和理論支持。

2.對天然蛋白質進行改造，你認為應該直接對蛋白質分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現？

答：毫無疑問應該從對基因的操作來實現對天然蛋白質改造，主要原因如下：

（1）任何一種天然蛋白質都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質進行了改造，而且改造過的蛋白質可以遺傳下去。如果對蛋白質直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質分子還是無法遺傳的。

（2）對基因進行改造比對蛋白質直接改造要容易操作，難度要小得多。

專題2 細胞工程 2.1 植物細胞工程 2.1.1植物細胞工程的基本技術

一、思考與探究

1.為什么“番茄—馬鈴薯”超級雜種植株沒有如科學家所想像的那樣，地上長番茄、地下結馬鈴薯？

提示：1978年，梅爾徹斯（Melchers）等人首次獲得了馬鈴薯與番茄的屬間體細胞雜種。他們將培育的二倍體馬鈴薯品系和番茄葉片細胞進行融合，所產生的雜交株被稱為“馬鈴薯番茄”。像大多數雜種一樣，雜交株同時具有馬鈴薯和番茄的形態特征。其中一些植株形成了“類似塊莖的生殖根”，但是沒有產生可結實的花、果實以及真正意義上的塊莖。到目前為止“馬鈴薯—番茄”一類的體細胞雜交植物還不能產生經濟效益，但是其研究價值不可忽視。

至于馬鈴薯—番茄沒有像人們預想的那樣地上長番茄、地下結馬鈴薯，主要原因是：生物基因的表達不是孤立的，它們之間是相互調控、相互影響的，所以馬鈴薯—番茄雜交植株的細胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質，但這些遺傳物質的表達受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質一樣有序表達，雜交植株不能地上長番茄、地下結馬鈴薯就是很自然的了。

2.自然界中有一種含有葉綠體的原生動物──眼蟲，說明植物的細胞器同樣可以在某些動物細胞中存活，請探討：動物細胞與植物細胞之間可以實現雜交嗎？如果理論上可行，請設計出具體實驗方案。

提示：根據眼蟲的特點，動物細胞和植物細胞之間在理論上是可以實現雜交的。具體的實驗方案可以設計如下：

二、正文中討論題 【實驗 胡蘿卜的組織培養】

1.在組織培養實驗中，為什么要強調所用器械的滅菌和實驗人員的無菌操作？

提示：植物組織培養中用到的培養基含有豐富的營養成分，有利于培養物的生長，然而各種雜菌同樣也可以在上面迅速生長，所以植物組織培養過程中污染現象經常發生。培養基一旦被污染，迅速生長的各種雜菌不但會和培養物爭奪營養，而且這些雜菌生長的過程中會生成大量對培養物有害的物質，導致培養物迅速死亡。

造成培養基污染的因素有很多，一般包括：外植體帶菌、培養瓶和各種器械滅菌不徹底、操作人員操作不規范等。所以在組織培養實驗中用到的植物材料和各種器械都要進行徹底地滅菌，實驗人員操作一定要規范，避免帶入雜菌。

2.在本實驗中，切取胡蘿卜塊根時強調要切取含有形成層部分，原因是這部分容易誘導形成愈傷組織。請思考一下，胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花），是否也能培養成小植株，你能用實驗的方法進行驗證嗎？

提示：胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）也能培養再生形成小植株，只是誘導愈傷組織比較困難。可以讓學生參考利用胡蘿卜根進行組織培養的實驗，嘗試設計出利用胡蘿卜的莖、葉、花進行組織培養的實驗流程。

3.請根據上面的實驗過程，概括出植物組織培養技術的流程簡圖。提示：

2.1.2植物細胞工程的實際應用

一、思考與探究

1.通過查閱資料，請你再列舉出植物組織培養技術在我們生活中的另外一些應用。提示：a.拯救瀕危植物； b.提供食品制作的原料； c.利用愈傷組織進行轉基因操作。

2.請查閱植物人工種子制備技術的詳細過程，設計出制備技術的主要流程圖。提示：誘導植物愈傷組織→體細胞胚的誘導→體細胞胚的成熟→體細胞胚的機械化包裹

→貯藏或種植

3.請查閱相關文獻，設計出一種植物花藥組織培養和染色體加倍的實驗流程。提示：

二、正文中討論題

1.人們利用植物的微型繁殖技術來進行工廠化育苗生產，這是利用了該項技術的哪些特點？

提示：植物“微型”繁殖技術具有高效性和可以保持種苗的優良遺傳特性的優勢。工廠化大規模育苗生產正是利用了植物“微型”繁殖技術的這兩方面優勢。利用植物“微型”繁殖技術我們可以在短時間中獲得大量的優質種苗。

2.人工種子之所以神奇，是由于它具有天然種子不可比擬的特點，想一想它們具有哪些優點？

提示：人工種子的優點：

（1）天然種子由于在遺傳上具有因減數分裂引起的重組現象，因而會造成某些遺傳性狀的改變；天然種子在生產上受季節限制，一般每年只繁殖1～2次，有些甚至十幾年才繁殖一次。而人工種子則可以完全保持優良品種的遺傳特性，生產上也不受季節的限制。（2）試管苗的大量貯藏和運輸也是相當困難的。人工種子則克服了這些缺點，人工種子外層是起保護作用的薄膜，類似天然種子的種皮，因此，可以很方便地貯藏和運輸。3.人工種皮是保證包裹在其中的胚狀體順利生長成小植株的關鍵部分，請探討人工種皮中應該具有的有效成分是什么？為了促進胚狀體的生長發育，我們還可以向人工種皮中加入哪些物質？

提示：針對植物種類和土壤等條件，在人工種子的包裹劑中還可以加入適量的養分、無機鹽、有機碳源以及農藥、抗生素、有益菌等。為了促進胚狀體的生長發育，還可以向人工種皮中加入一些植物生長調節劑。

4.高效抗癌的藥物紫杉醇，雖然能造福人類，但卻為瀕危的紅豆杉帶來一場滅頂之災。以“我們能否利用植物組織培養技術大量生產紫杉醇，從而拯救紅豆杉”為題，與同學展開討論，說出植物組織培養技術在節約資源、保護環境方面的重要意義。

提示：可以利用植物組織培養技術來大量生產紫杉醇。現在國內外的科學家們正在研究利用植物細胞培養技術來大量培育紅豆杉細胞，希望利用這種方法來大量生產紫杉醇。國內外許多實驗室開展了用組織培養法生產紫杉醇的研究，紅豆杉屬的11種植物現都在進行組織培養。ESC Agenetics公司宣布他們用細胞培養法所得紫杉醇的含量是樹皮的2～5倍。國內外在分化細胞株系和培養條件方面做了不少工作，摸索了外植體、光照、培養基組成等因素對細胞培養及紫杉醇生成的影響。現在工藝條件已基本摸清，正研究反應的放大技術等，有望實現通過細胞培養進行工業化生產紫杉醇的目標。

2.2 動物細胞工程

2.2.1動物細胞培養和核移植技術

一、思考與探究

1.幼齡與老齡動物的組織細胞比較，分化程度低的與分化程度高的組織細胞比較，哪一種更易于培養？思考一下，這是什么道理？

提示：細胞的衰老與動物機體的衰老有著密切的關系，細胞的增殖能力與供體的年齡有關，幼齡動物細胞增殖能力強，有絲分裂旺盛，老齡動物則相反。所以，一般來說幼年動物的組織細胞比老年動物的組織細胞易于培養。同樣，組織細胞的分化程度越低，則增殖能力越強，所以更容易培養。

2.動物細胞培養要經過脫分化的過程嗎？為什么？

提示：脫分化又稱去分化，是指分化細胞失去特有的結構和功能變為具有未分化細胞特性的過程。植物的任何一部分，甚至單個細胞都具有長成完整植株的能力。但要發育成完整植株，必須先脫分化，脫分化的細胞具有發育成任何組織的能力，然后進行再分化，形成完整植株。植物細胞培養主要用于農林生產中的作物、苗木育種，快速繁育種苗、培育無病毒植株等，這就要求植物的組織或細胞先進行脫分化。動物細胞的培養有各種用途，一般而言，動物細胞培養不需經過脫分化過程。因高度分化的動物細胞發育潛能變窄，失去了發育成完整個體的能力，所以，動物細胞也就沒有類似植物組織或細胞培養時的脫分化過程了。要想使培養的動物細胞定向分化，通常采用定向誘導動物干細胞，使其分化成所需要的組織或器官。3.1997年，美國威斯康星州的一個奶牛場有一頭名叫盧辛達（Lucinda）的奶牛，年產奶量為30.8 t，創造了世界奶牛產奶量最高新紀錄。目前世界各國高產奶牛場奶牛，年平均產奶量一般為十幾噸，而我國奶牛產奶量年平均水平僅為3～4 t。（1）能利用體細胞核移植技術克隆高產奶牛盧辛達嗎？請說明理由。

提示：可以用體細胞核移植技術克隆高產奶牛盧辛達。盧辛達的產奶量很高，說明它有高產奶的遺傳基礎，利用盧辛達的體細胞克隆的奶牛其遺傳物質基本上全部來自該奶牛，其克隆牛具有高產的遺傳基礎，如果精心培育和飼養，有可能在世界范圍內推廣，克隆牛再與高產的公牛自然繁殖，可得到很多高產的后代，從而加快奶牛改良進程。

但同時需注意，該克隆牛不能無限制地推廣，其數量不宜過多，尤其是在小范圍內不能無限的繁殖，以避免奶牛群出現近親繁殖而引起種質衰退。

（2）如果將克隆高產奶牛盧辛達的任務交給你，你將如何對它進行克隆？

提示：首先從盧辛達耳朵（也可用別的組織、器官，耳朵在活體上容易取）上剪取一小塊組織，在體外培養獲得該組織（如軟骨組織）的細胞。從屠宰場取廢棄的牛卵巢，抽取卵母細胞體外培養成熟。用顯微針去除卵母細胞的核，再將耳細胞注入卵母細胞，用電刺激方法使卵母細胞與體細胞融合，這時供體核就進入了受體卵母細胞，再用電刺激或化學物質激活注入了體細胞核的卵母細胞，使其完成減數分裂和發育過程。核移植胚胎在體外短時間培養后，挑選正常卵裂的胚胎植入經同期發情處理的受體母牛體內。

4.體細胞核移植技術在研究和應用上還存在什么問題？請你查閱資料，了解這方面的前沿動態。

提示：在研究方面，克隆動物基因組重新編程的機制尚不清楚，克隆技術效率低，克隆動物畸形率高、死亡率高、易出現早衰等問題。這些問題尚在研究中。在應用上，生產克隆動物費用昂貴，距大規模應用還有一定距離。

二、正文中討論題 【討論1】

多細胞動物和人體的細胞都生活在內環境中，根據你所學的內環境的知識，思考并討論以下問題：

1.體外培養細胞時需要提供哪些物質？

提示：充足的營養供給、適宜的溫度、適宜的pH和氣體環境。2.體外培養的細胞需要什么樣的環境條件？ 提示：無菌、無毒的環境。【討論2】

1.在體細胞的細胞核移植到受體卵母細胞之前，為什么必須先去掉受體卵母細胞的核？ 提示：為使核移植的胚胎或動物的遺傳物質全部來自有重要利用價值的動物提供的體細胞，在供體細胞的細胞核移至受體細胞之前，必須將受體細胞的遺傳物質去掉或將其破壞。2.用于核移植的供體細胞一般都選用傳代10代以內的細胞，想一想，這是為什么？ 提示：培養的動物細胞一般當傳代至10～50代左右時，部分細胞核型可能會發生變化，其細胞遺傳物質可能會發生突變，而10代以內的細胞一般能保持正常的二倍體核型。因此，在體細胞核移植中，為了保證供體細胞正常的遺傳基礎，通常采用傳代10代以內的細胞。3.你認為用上述體細胞核移植方法生產的克隆動物，是對體細胞供體動物進行了100%的復制嗎？為什么？

提示：克隆動物絕大部分DNA來自于供體細胞核，但其核外還有少量的DNA，即線粒體中的DNA是來自于受體卵母細胞。所以，用教材中所述的方法克隆的動物不是供核動物完全相同的復制。

此外，即便動物的遺傳基礎完全相同，但動物的一些行為、習性的形成與所處環境有很大關系，核供體動物生活的環境與克隆動物所生活的環境不會完全相同，其形成的行為、習性也不可能和核供體動物完全相同，從這一角度看，克隆動物不會是核供體動物100%的復制。

三、尋根問底

胰蛋白酶真的不會把細胞消化掉嗎？為什么？

提示：胰蛋白酶除了可以消化細胞間的蛋白外，長時間的作用也會消化細胞膜蛋白，對細胞有損傷作用，因此必須控制好胰蛋白酶的消化時間。

四、旁欄思考題

1.進行動物細胞傳代培養時用胰蛋白酶分散細胞，說明細胞間的物質主要是什么成分？用胃蛋白酶行嗎？

提示：用胰蛋白酶分散細胞，說明細胞間的物質主要是蛋白質。胃蛋白酶作用的適宜pH約為2，當pH大于6時，胃蛋白酶就會失去活性。胰蛋白酶作用的適宜環境pH為7.2～8.4。多數動物細胞培養的適宜pH為7.2～7.4，胃蛋白酶在此環境中沒有活性，而胰蛋白酶在此環境中活性較高，因此胰蛋白酶適宜用于細胞培養時的消化。2.為什么對動物細胞進行培養時通常要添加血清？ 提示：血清中含有蛋白質、氨基酸、葡萄糖、激素等，其中蛋白質主要為白蛋白和球蛋白。氨基酸有多種，是細胞合成蛋白質的基本成分，其中有些氨基酸動物細胞本身不能合成（稱為必需氨基酸），必須由培養液提供。血清激素有胰島素、生長激素等及多種生長因子（如表皮生長因子、成纖維細胞生長因子、類胰島素生長因子等）；血清還含有多種未知的促細胞生長因子、促貼附因子及其他活性物質，能促進細胞的生長、增殖和貼附。因此，細胞培養時，要保證細胞能夠順利生長和增殖，一般需添加10%～20%的血清。

2.2.2動物細胞融合與單克隆抗體

思考與探究

1.植物體細胞雜交技術與動物細胞融合技術有什么不同？

提示：植物體細胞雜交技術與動物細胞融合技術基本相同，不同的是植物體細胞融合前需去掉細胞壁，然后再融合；動物細胞融合是兩個體細胞直接融合。

2.制備單克隆抗體時，為什么要選用B淋巴細胞和骨髓瘤細胞融合形成雜交瘤細胞？ 提示：哺乳動物感染抗原后，其體內會形成相應的B淋巴細胞，B淋巴細胞能分泌相應的抗體凝聚或殺死這些抗原。動物在免疫反應的過程中，每一種B淋巴細胞能分泌一種特異性抗體，要想獲得大量的特異性抗體，必須使能分泌該單一抗體的B淋巴細胞大量增殖。B淋巴細胞具有產生單一抗體的能力，但不能在體外增殖；骨髓瘤細胞是一種癌細胞，它能在體外培養條件下無限增殖，但不能產生抗體。因此，把一種B淋巴細胞與骨髓瘤細胞進行細胞融合，產生雜交瘤細胞，它會兼有兩個親本細胞的特性──在體外培養條件下能不斷增殖，同時能產生出某種特異性的抗體。

第二篇：孟子兩章課后題

孟子長于言辭，在辯論中經常設譬，以小喻大，邏輯性很強，有極大的說服力；其文氣勢磅礴，筆帶鋒芒，又富于鼓動性，對后世散文有很大的影響。以下是孟子兩章課后題，歡迎閱讀。

一、朗讀并背誦課文。課文中有不少排比句，讀時要注意節奏。

學好文言文的關鍵是要多誦讀，讀出文章的節奏和氣勢。特別是像本文這樣短小嚴密而富于文采的文章，誦讀顯得尤其重要。

注意排比句的節奏，如：

1、域民/不以/封疆之界，固國/不以/山溪之險，威天下/不以/兵革之利。

2、得道者/多助，失道者/寡助。寡助/之至，親戚/畔之;多助/之至，天下/順之。

3、舜/發于/畎畝之中，傅說/舉于/版筑之間，膠鬲/舉于/魚鹽之中，管夷吾/舉于/士，孫叔敖/舉于/海，百里奚/舉于/市。

二、這兩篇短文的論點分別是什么?它們提出、闡述論點的方式有什么相同之處和不同之處?

(此題意在讓學生理清兩則短文的邏輯層次，把握它們的論點。)

第一則短文的論點是“得道多助，失道寡助”，第二則短文的論點是“生于憂患，死于安樂”，它們主要都是針對最高統治者來說。

這兩則短文都用了類比論證的手法：第一則以戰爭中的情況作為事例，強調“天時不如地利，地利不如人和”，然后類推出治國的道理;第二則從個人事例說起，最后歸結到統治者治國上。

兩則短文提出論點的方式不盡相同：第一則短文的論點在文章中間部分點明，然后對論點進行了進一步的解釋和闡述;第二則短文在文章結尾處揭示出論點，不再對論點進行解說。

三、解釋下列語句中劃線的詞的意思。

1、子墨子九距之

2、寡助之至，親戚畔之

3、……所以動心忍性，曾益其所不能

4、困于心，衡于慮，而后作

5、入則無法家拂士，出則無敵國外患者

(此題意在讓學生掌握這些通假字。)

1、距，通“拒”，抵御，抗拒。

2、畔，通“叛”，背叛，叛亂。

3、曾，通“增”，增加。

4、衡，通“橫”，梗塞，不順。

5、拂，通“弼”，輔佐。

四、以兩篇短文中你感受最深的語句為話題，發表簡單的演講。

(此題意在培養學生以今天的眼光看待古代文化遺產的意識和能力，同時也意在鍛煉學生口語表達能力。)

學生的演講要建立在正確理解原文的基礎上，不要為了提出自己的見解而曲解原意。此外，演講時最好能舉一些具體事例，不要空發議論。

第三篇：科學社會主義課后題答案3

補充1．如何正確認識我國30年改革當中所出現的問題。答：改革開放30年所出現的問題：(1)貧富收入差距拉大。(2)黨和國家領導制度存在官僚主義現象、權力過分集中現象、家長制現象、領導職務終身制現象、形形色色的特權現象（壟斷部門）。(3)腐敗問題嚴重。

主要原因是：還是來自改革不徹底，雙重體制并存。“權力導致腐敗，絕對的權力導致絕對的腐敗”，轉軌時期腐敗發生的深刻根源在于權力不但不肯退出市場，相反卻在加強自己對于市場交易活動的干預和控制，以便獲利。（這些問題背后所折射的是社會機會的不平等性）

雖然改革開放這30年出來不少問題，但我們不能抹殺這30年的成就。首先是經濟的快速發展。其次，人民生活

3社會主義國家的改革需要有一定的目標模式和符合實際的改革戰略

4社會主義國家改革需要有靈活的改革策略。

5社會主義國家的改革需要一個堅強的領導核心，共產黨必須不斷加強自身的建設。

6社會主義改革需要調動一切積極力量，隨時注意把握社會脈搏，最大限度地縮小因改革而給社會和社會不同階層帶來的痛苦和負面影響，使絕大多數社會階級成為改革的受益者。

7在多民族國家里進行改革具有更多的困難和危險性，要特別重視、妥善處理民族問題以及中央與地方關系問題，這是保持社會穩定、國家統一的大問題，來不得半點馬虎。

補充1．斯大林模式形成的原因。

答：對于斯大林模式，我們應當放在當時的歷史條件下做歷史的分析，其形成既有客觀原因，也有主觀原因。(1)“一個勝利”后，蘇聯長期處于帝國主義包圍之中和戰爭威脅之下。在當時特殊而復雜的國際國內環境中，在建設同戰爭賽跑的非常情況下，為了盡快縮短與資本主義國家經濟發展的距離，蘇聯不得不用戰備的觀點來規劃國民經濟建設，集中有限的人力、物力、財力，抓緊時間發展某些關系全局的關鍵部門，暫時犧牲一些相對來說比較次要的部門。而要做到這一點，又必須要由國家從上面加強領導和協調。因而可以說，高度集權的經濟體制和政治體制在當時的歷史條件下是必要的。

第三，從資本主義到社會主義需要經歷一個漫長而復雜的過渡時期。經濟文化落后而先進行了社會主義革命的國家社會主義實現得如何，取決于蘇維埃政權同資本主義最新的科技和進步的管理方法結合的程度。

第四，國有化不等于生產的社會化，為了促進生產力的發展，在一定時期內還要在公有制經濟占主導地位的前提下，允許個體、私營等多種經濟成分并存。

第五，合作社是對農業進行社會主義改造的最好形式，要通過合作社這個過渡到新制度的階梯，引導農民走社會主義道路。

第六，無產階級專政下的工農聯盟問題，是最重要的經濟問題和政治問題。列寧指出：在經濟落后，小生產占優勢普遍改善。人民的溫飽問題已經基本解決，廣大人民的生活8社會主義國家的改革需要時刻考慮社會的接受程度和承普遍得到明顯改善。再次，綜合國力大幅度增長。中國的國受能力，審慎地處理好改革、發展與保持社會穩定之間的際地位和國際影響力明顯提高增強了。最后，人的精神面

關系

貌深刻變化。人民受教育程度提高了，青壯年文盲已基本掃5．應當如何認識社會主義在蘇聯、東歐的曲折。

除，九年制義務教育已基本普及，大學的毛入學率已經達到答：1東歐劇變和蘇聯解體不是社會主義的失敗。失敗的百分之二十。

是特殊的蘇聯式的社會體制，而不是馬克思所預示的社會要解決當前面臨的諸多問題，就必須轉變經濟發展模主義本來的理論和思想；

式。轉變經濟發展方式的出路也在于堅定不移地推進改革2社會主義的前途和命運系于改革，但改革切不可盲目冒開放，消除舊體制遺留下來的“不良遺產”，建立起規范進，必須切合國情，必須堅持四項基本原則。的市場制度，充分發揮它在資源配置中的基礎性作用。

3東歐劇變和蘇聯解體說明了社會主義的探索性、曲折性從改善民生與和諧社會建設的角度看，今后改革的著和艱難性；

力點有兩個方面：

4雖然東歐劇變、蘇聯解體，但社會主義并未消亡，社會1，提高國民收入初次分配過程中居民的勞動所得。2，主義事業猶在。提高公共財政中的社會發展總支出。社會建設是政府的一 項基本責任，一般是由政府作為主體，由公共財政作為支 撐展開。

(2)蘇俄的特殊國情。革命前的俄國是個軍事封建制的的國家，處理好同農民的關系，是社會主義革命獲得勝利，帝國主義國家，封建勢力十分頑固，人民沒有民主的傳統。社會主義事業得到鞏固和發展的重要條件之一。第七，要蘇聯在建國時文化狀況又非常落后，全國四分之三以上的有步驟地發展社會主義民主，反動官僚主義。

人是文盲，這就決定了人民在革命勝利后實際上不可能都第八，建設社會主義的根本保證是共產黨的領導，必須不來參加國家管理，再加上俄國是一個農民占優勢的國家，斷加強執政黨的建設，改善黨的領導。列寧始終重視正確小生產的習慣勢力根深蒂固，這又為個人集權等現象提供處理執政黨和群眾的關系，認為我們需要的黨應該是真正了適宜的土壤。因而，高度集權的經濟體制和政治體制在同群眾有經常聯系的黨，善于領導群眾的黨。他尖銳地指當時的歷史條件下，也是不可避免的。

出：對于執政的共產黨來說，最大最嚴重的危險之一，就(3)蘇聯是世界上第一個社會主義國家，缺乏社會主義是脫離群眾。建設的經驗。在運行初期出現某些偏差和失誤，也屬于正 常現象。

(4)斯大林所采取的建設社會主義的道路和方法與斯 大林對社會主義的認識密不可分。在斯大林的社會主義思 想中，既有堅持科學社會主義的內容，也有發展科學社會 主義的貢獻，又有教條主義式地照搬科學社會主義的東 西，甚至有扭曲科學社會主義的地方。正因為是在具有這 四種錯綜復雜的思想指導之下，所以斯大林模式有其是非 功過、利弊得失，不能全盤肯定，也不能全盤否定，需要 進行具體分析。

2．為什么說“社會主義現在已經在現代資本主義的一切 窗口中出現”？

答：當代資本主義包含和孕育著越來越多的社會主義因 素。社會主義取代資本主義的物質條件已發生了巨大的變 化

首先，從生產力方面來看，新科技革命推動了生產力 的巨大發展及其經濟結構的深刻變革，使“三大差別”的 消失已初露端倪。

其次，從社會生產關系來看，許多方面都已經蘊含著 社會主義的因素：國家所有制是資本主義制度下資本社會 化的最高表現形式；股權社會化、分散化是私人資本在資 本主義制度下進行的一種自我揚棄；國家的社會經濟職能 在當代發達資本主義國家的擴大和強化，成了主宰整個社 會經濟生活的決定性因素；收入分配中的社會保障制度，對于資本主義國家工人階級生活狀況的改善，保障低收入 者的基本生活具有明顯作用。

最后，社會主義上層建筑已在資本主義社會萌芽。當 代資本主義政治民主化得發展，無產階級政黨的存在，馬 克思主義和社會思想的廣泛傳播，表明社會主義上層建筑 已在資本主義社會萌芽，并為社會主義最終代替資本主 義，為真正實現人民當家作主作了某些形式上的準備。

綜上所述，當代資本主義的發展，正為社會主義直接 打開了大門，社會主義取代資本主義是無法改變、無法阻擋的歷史洪流。

第四篇：高中生物選修3教材課后習題答案

高中生物選修3教材答案

?1.1 DNA重組技術的基本工具

（一）思考與探究

1.限制酶在DNA的任何部位都能將DNA切開嗎？以下是四種不同限制酶切割形成的DNA片段：

(1)…CTGCA(2)…AC(3)GC…（4）…G

…G …TG CG… …CTTAA(5)G…(6)…GC(7)GT…(8)AATTC…

ACGTC… …CG CA… G… 你是否能用DNA連接酶將它們連接起來？ 答：2和7能連接形成…ACGT… …TGCA…；

4和8能連接形成…GAATTC… …CTTAAG…；

3和6能連接形成…GCGC…

…CGCG…； 1和5能連接形成…CTGCAG…

…GACGTC…。

2.聯系你已有的知識，想一想，為什么細菌中限制酶不剪切細菌本身的DNA？

提示：迄今為止，基因工程中使用的限制酶絕大部分都是從細菌或霉菌中提取出來的，它們各自可以識別和切斷DNA上特定的堿基序列。細菌中限制酶之所以不切斷自身DNA，是因為微生物在長期的進化過程中形成了一套完善的防御機制，對于外源入侵的DNA可以降解掉。生物在長期演化過程中，含有某種限制酶的細胞，其DNA分子中或者不具備這種限制酶的識別切割序列，或者通過甲基化酶將甲基轉移到所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。這樣，盡管細菌中含有某種限制酶也不會使自身的DNA被切斷，并且可以防止外源DNA的入侵（本題不要求學生回答的完全，教師可參考教師用書中的提示，根據學生的具體情況，給予指導。上述原則也應適用于其他章節中有關問題的回答）。

3.天然的DNA分子可以直接用做基因工程載體嗎？為什么？

提示：基因工程中作為載體使用的DNA分子很多都是質粒（plasmid），即獨立于細菌擬核DNA之外的一種可以自我復制、雙鏈閉環的裸露的DNA分子。是否任何質粒都可以作為基因工程載體使用呢？其實不然，作為基因工程使用的載體必需滿足以下條件。（1）載體DNA必需有一個或多個限制酶的切割位點，以便目的基因可以插入到載體上去。這些供目的基因插入的限制酶的切點所處的位臵，還必須是在質粒本身需要的基因片段之外，這樣才不至于因目的基因的插入而失活。

（2）載體DNA必需具備自我復制的能力，或整合到受體染色體DNA上隨染色體DNA的復制而同步復制。

（3）載體DNA必需帶有標記基因，以便重組后進行重組子的篩選。

生物選修3教材答案

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（4）載體DNA必需是安全的，不會對受體細胞有害，或不能進入到除受體細胞外的其他生物細胞中去。

（5）載體DNA分子大小應適合，以便提取和在體外進行操作，太大就不便操作。實際上自然存在的質粒DNA分子并不完全具備上述條件，都要進行人工改造后才能用于基因工程操作。

4.網上查詢：DNA連接酶有連接單鏈DNA的本領嗎？

提示：迄今為止，所發現的DNA連接酶都不具有連接單鏈DNA的能力，至于原因，現在還不清楚，也許將來會發現可以連接單鏈DNA的酶。

（二）尋根問底

1.根據你所掌握的知識，你能分析出限制酶存在于原核生物中的作用是什么嗎？ 提示：原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵，但是，生物在長期的進化過程中形成了一套完善的防御機制，以防止外來病原物的侵害。限制酶就是細菌的一種防御性工具，當外源DNA侵入時，會利用限制酶將外源DNA切割掉，以保證自身的安全。所以，限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA、使之失效，從而達到保護自身的目的。2.DNA連接酶與DNA聚合酶是一回事嗎？為什么？

答：不是一回事。基因工程中所用的連接酶有兩種：一種是從大腸桿菌中分離得到的，稱之為E·coliDNA連接酶。另一種是從T4噬菌體中分離得到，稱為T4DNA連接酶。這兩種連接酶催化反應基本相同，都是連接雙鏈DNA的缺口（nick），而不能連接單鏈DNA。DNA連接酶和DNA聚合酶都是形成磷酸二酯鍵（在相鄰核苷酸的3位碳原子上的羥基與5位碳原子上所連磷酸基團的羥基之間形成），那么，二者的差別主要表現在什么地方呢？（1）DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核酸片段的3′末端的羥基上，形成磷酸二酯鍵；而DNA連接酶是在兩個DNA片段之間形成磷酸二酯鍵，不是在單個核苷酸與DNA片段之間形成磷酸二酯鍵。

（2）DNA聚合酶是以一條DNA鏈為模板，將單個核苷酸通過磷酸二酯鍵形成一條與模板鏈互補的DNA鏈；而DNA連接酶是將DNA雙鏈上的兩個缺口同時連接起來。因此DNA連接酶不需要模板。

此外，二者雖然都是由蛋白質構成的酶，但組成和性質各不相同。

（三）模擬制作討論題

1.你模擬插入的DNA片段能稱得上一個基因嗎？ 提示：不能。因為一般基因有上千個堿基對。

2.如果你操作失誤，堿基不能配對。可能是什么原因造成的？ 提示：可能是剪切位點或連接位點選得不對（也可能是其他原因）。

（四）旁欄思考題

想一想，具備什么條件才能充當“分子運輸車”？

提示：能自我復制、有一個或多個切割位點、有標記基因位點及對受體細胞無害等。

?1.2 基因工程的基本操作程序

（一）思考與探究

1.作為基因工程表達載體，只需含有目的基因就可以完成任務嗎？為什么？

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答：不可以。因為目的基因在表達載體中得到表達并發揮作用，還需要有其他控制元件，如啟動子、終止子和標記基因等。必須構建上述元件的主要理由是：

（1）生物之間進行基因交流，只有使用受體生物自身基因的啟動子才能比較有利于基因的表達；

（2）通過cDNA文庫獲得的目的基因沒有啟動子，只將編碼序列導入受體生物中無法轉錄；

（3）目的基因是否導入受體生物中需要有篩選標記；

（4）為了增強目的基因的表達水平，往往還要增加一些其他調控元件，如增強子等；（5）有時需要確定目的基因表達的產物存在于細胞的什么部位，往往要加上可以標識存在部位的基因（或做成目的基因與標識基因的融合基因），如綠色熒光蛋白基因等。2.根據農桿菌可將目的基因導入雙子葉植物的機理，你能分析出農桿菌不能將目的基因導入單子葉植物的原因嗎？若想將一個抗病基因導入單子葉植物，如小麥，從理論上說，你應該如何做？

提示：農桿菌可分為根瘤農桿菌和發根農桿菌，在植物基因工程中以根瘤農桿菌的Ti質粒介導的遺傳轉化最多。根瘤農桿菌廣泛存在于雙子葉植物中。據不完全統計，約有93屬643種雙子葉植物對根瘤農桿菌敏感。裸子植物對該菌也敏感。當這些植物被該菌侵染后會誘發腫瘤。近年來，也有報道該菌對單子葉植物也有侵染能力。

根瘤農桿菌侵染植物是一個非常復雜的過程。根瘤農桿菌具有趨化性，即植物的受傷組織會產生一些糖類和酚類物質吸引根瘤農桿菌向受傷組織集中。研究證明，主要酚類誘導物為乙酰丁香酮和羧基乙酰丁香酮，這些物質主要在雙子葉植物細胞壁中合成，通常不存在于單子葉植物中，這也是單子葉植物不易被根瘤農桿菌侵染的原因。近年來還發現一些中性糖，如L-阿拉伯糖、D-木糖等也有誘導作用。酚類物質和糖類物質既可以作為根瘤農桿菌的趨化物，又可以作為農桿菌中Ti質粒上Vir區（毒性區）基因的誘導物，使Vir區基因活化，導致T-DNA的加工和轉移，從而侵染植物細胞。需要注意的是農桿菌中不同的菌株，侵染能力有差別，在基因工程中需要加以選擇使用。利用農桿菌侵染單子葉植物進行遺傳轉化時，是需要加上述酚類物質的，同時單子葉植物種類不同，農桿菌侵染進行遺傳轉化的效果也有很大差異。

如果想將一個抗病毒基因轉入小麥，也可以用農桿菌，但要注意兩點：①要選擇合適的農桿菌菌株，因為不是所有的農桿菌菌株都可以侵染單子葉植物；②要加趨化和誘導的物質，一般為乙酰丁香酮等，目的是使農桿菌向植物組織的受傷部位靠攏（趨化性）和激活農桿菌的Vir區（誘導）的基因，使T-DNA轉移并插入到染色體DNA上。3.利用大腸桿菌可以生產出人的胰島素，聯系前面有關細胞器功能的知識，結合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生產人的糖蛋白，可以用大腸桿菌嗎？

提示：有些蛋白質肽鏈上有共價結合的糖鏈，這些糖鏈是在內質網和高爾基復合體上加工完成的，內質網和高爾基復合體存在于真核細胞中，大腸桿菌不存在這兩種細胞器，因此，在大腸桿菌中生產這種糖蛋白是不可能的。4.β-珠蛋白是動物血紅蛋白的重要組成成分。當它的成分異常時，動物有可能患某種疾病，如鐮刀形細胞貧血癥。假如讓你用基因工程的方法，使大腸桿菌生產出鼠的β-珠蛋白，想一想，應如何進行設計？

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提示：基本操作如下：

（1）從小鼠中克隆出β-珠蛋白基因的編碼序列（cDNA）。

（2）將cDNA前接上在大腸桿菌中可以適用的啟動子，另外加上抗四環素的基因，構建成一個表達載體。

（3）將表達載體導入無四環素抗性的大腸桿菌中，然后在含有四環素的培養基上培養大腸桿菌。如果表達載體未進入大腸桿菌中，大腸桿菌會因不含有抗四環素基因而死掉；如果培養基上長出大腸桿菌菌落，則表明β-珠蛋白基因已進入其中。

（4）培養進入了β-珠蛋白基因的大腸桿菌，收集菌體，破碎后從中提取β-珠蛋白。

（二）求異思維

你能推測出由mRNA反轉錄形成cDNA的過程大致分為哪些步驟嗎？

提示：1970年，特明（H.M.Temin）和巴爾的摩（D.Baltimore）證實了RNA病毒中含有一種能將RNA轉錄成DNA的酶，這種酶被稱為依賴RNA的DNA聚合酶，由于與中心法則中的從DNA到RNA的轉錄是反向的，所以稱為反轉錄酶（reverse transcriptase）。反轉錄酶既可以利用DNA又可以利用RNA作為模板合成與之互補的DNA鏈。像其他DNA聚合酶一樣，反轉錄酶也以5′→3′方向合成DNA（圖1-3）。

圖1-3 由mRNA反轉錄形成cDNA的過程

cDNA合成過程是：第一步，反轉錄酶以RNA為模板合成一條與RNA互補的DNA單鏈，形成RNA-DNA雜交分子。第二步，核酸酶H使RNA-DNA雜交分子中的RNA鏈降解，使之變成單鏈的DNA。第三步，以單鏈DNA為模板，在DNA聚合酶的作用下合成另一條互補的DNA鏈，形成雙鏈DNA分子。

（三）尋根問底

1.為什么要構建基因文庫？直接從含有目的基因的生物體內提取不行嗎？

提示：構建基因文庫是獲取目的基因的方法之一，并不是惟一的方式。如果所需要的目的基因序列已知，就可以通過PCR方式從含有該基因的生物的DNA中，直接獲得，也可以通過反轉錄，用PCR方式從mRNA中獲得，不一定要構建基因文庫。但如果所需要的目的基因的序列完全不知，或只知道目的基因序列的一段，或想從一種生物體內獲得許多基因，或者想知道這種生物與另一種生物之間有多少基因不同，或者想知道一種生物在個體發育的不同階段表達的基因有什么不同，或者想得到一種生物的全基因組序列，往往就需要構建基因文庫。

2.將目的基因直接導入受體細胞不是更簡便嗎？如果這么做，結果會怎樣？

提示：有人采用總DNA注射法進行遺傳轉化，即將一個生物中的總DNA提取出來，通過注射或花粉管通道法導入受體植物，沒有進行表達載體的構建，這種方法針對性差，完全靠運氣，也無法確定什么基因導入了受體植物。此法目前爭議頗多，嚴格來講不算基因工程。

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?1.3 基因工程的應用 思考與探究

根據所學內容，試概括寫出基因工程解決了哪些生活、生產中難以解決的問題。提示：基因工程可以生產人類需要的藥物，如胰島素、干擾素等。我們吃的某些食品如番茄、大豆等也可以是基因工程產品。農業生產中的抗蟲棉、抗病毒煙草、抗除草劑大豆等都已進入商品化生產，上述產品有些是常規方法難以生產的或者生產成本過高。

?1.4 蛋白質工程的崛起

（一）思考與探究

1.蛋白質工程是應怎樣的需求而崛起的？

提示（供教師在教學中參考）：蛋白質工程的崛起主要是工業生產和基礎理論研究的需要。而結構生物學對大量蛋白質分子的精確立體結構及其復雜的生物功能的分析結果，為設計改造天然蛋白質提供了藍圖。分子遺傳學的以定點突變為中心的基因操作技術為蛋白質工程提供了手段。

在已研究過的幾千種酶中，只有極少數可以應用于工業生產，絕大多數酶都不能應用于工業生產，這些酶雖然在自然狀態下有活性，但在工業生產中沒有活性或活性很低。這是因為工業生產中每一步的反應體系中常常會有酸、堿或有機溶劑存在，反應溫度較高，在這種條件下，大多數酶會很快變性失活。提高蛋白質的穩定性是工業生產中一個非常重要的課題。一般來說，提高蛋白質的穩定性包括：延長酶的半衰期，提高酶的熱穩定性，延長藥用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性喪失等。

下面舉一個如何通過蛋白質工程來提高重組β-干擾素專一活性和穩定性的例子。干擾素是一種抗病毒、抗腫瘤的藥物。將人的干擾素的cDNA在大腸桿菌中進行表達，產生的干擾素的抗病毒活性為106 U/mg，只相當于天然產品的十分之一，雖然在大腸桿菌中合成的β-干擾素量很多，但多數是以無活性的二聚體形式存在。為什么會這樣？如何改變這種狀況？研究發現，β-干擾素蛋白質中有3個半胱氨酸（第17位、31位和141位），推測可能是有一個或幾個半胱氨酸形成了不正確的二硫鍵。研究人員將第17位的半胱氨酸，通過基因定點突變改變成絲氨酸，結果使大腸桿菌中生產的β-干擾素的抗病性活性提高到108 U/mg，并且比天然β-干擾素的貯存穩定性高很多。

在基礎理論研究方面，蛋白質工程是研究多種蛋白質的結構和功能、蛋白質折疊、蛋白質分子設計等一系列分子生物學基本問題的一種新型的、強有力的手段。通過對蛋白質工程的研究，可以深入地揭示生命現象的本質和生命活動的規律。2.蛋白質工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？

答：基因工程是遵循中心法則，從DNA→mRNA→蛋白質→折疊產生功能，基本上是生產出自然界已有的蛋白質。蛋白質工程是按照以下思路進行的：確定蛋白質的功能→蛋白質應有的高級結構→蛋白質應具備的折疊狀態→應有的氨基酸序列→應有的堿基排列，可以創造自然界不存在的蛋白質。

3.你知道酶工程嗎？絕大多數酶都是蛋白質，酶工程與蛋白質工程有什么區別？ 提示：酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工程學的手段，應用于生產、生活、醫療診斷和環境保護等方面的一門科學技術。概括地說，酶工程是由酶制劑的生產生物選修3教材答案

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和應用兩方面組成的。酶工程的應用主要集中于食品工業、輕工業以及醫藥工業中。α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖異構酶這三個酶連續作用于淀粉，就可以代替蔗糖生產出高果糖漿；蛋白酶用于皮革脫毛膠以及洗滌劑工業；固定化酶還可以治療先天性缺酶病或是器官缺損引起的某些功能的衰竭等。至于我們日常生活中所見到的加酶洗衣粉、嫩肉粉等，就更是酶工程最直接的體現了。通常所說的酶工程是用工程菌生產酶制劑，而沒有經過由酶的功能來設計酶的分子結構，然后由酶的分子結構來確定相應基因的堿基序列等步驟。因此，酶工程的重點在于對已存酶的合理充分利用，而蛋白質工程的重點則在于對已存在的蛋白質分子的改造。當然，隨著蛋白質工程的發展，其成果也會應用到酶工程中，使酶工程成為蛋白質工程的一部分。

（二）正文中討論題

某多肽鏈的一段氨基酸序列是：…—丙氨酸—色氨酸—賴氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—… 討論：（1）怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請把相應的堿基序列寫出來。（2）確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因（DNA）？ 答：（1）每種氨基酸都有對應的三聯密碼子，只要查一下遺傳密碼子表，就可以將上述氨基酸序列的編碼序列查出來。但是由于上述氨基酸序列中有幾個氨基酸是由多個三聯密碼子編碼，因此其堿基排列組合起來就比較復雜，至少可以排列出16種，可以讓學生根據學過的排列組合知識自己排列一下。首先應該根據三聯密碼子推出mRNA序列為GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C），再根據堿基互補配對規律推出脫氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）。（2）確定目的基因的堿基序列后，就可以根據人類的需要改造它，通過人工合成的方法或從基因庫中獲取。

（三）異想天開

能不能根據人類需要的蛋白質的結構，設計相應的基因，導入合適的細菌中，讓細菌生產人類所需要的蛋白質食品呢？

提示：理論上講可以，但目前還沒有真正成功的例子。一些報道利用細菌生產人類需要的蛋白質往往都是自然界已經存在的蛋白質，并非完全是人工設計出來而自然不存在的蛋白質。主要原因是蛋白質的高級結構非常復雜，人類對蛋白質的高級結構和在生物體內如何行使功能知之甚少，很難設計出一個嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質，而且一個嶄新的蛋白質會帶來什么危害也是人們所擔心的。

（四）旁欄思考題

1.你知道人類蛋白質組計劃嗎？它與蛋白質工程有什么關系？我國科學家承擔了什么任務？

提示：人類蛋白質組計劃是繼人類基因組計劃之后，生命科學乃至自然科學領域一項重大的科學命題。2001年，國際人類蛋白質組組織宣告成立。之后，該組織正式提出啟動了兩項重大國際合作行動：一項是由中國科學家牽頭執行的“人類肝臟蛋白質組計劃”；另一項是以美國科學家牽頭執行的“人類血漿蛋白質組計劃”，由此拉開了人類蛋白質組計劃的帷幕。

“人類肝臟蛋白質組計劃”是國際上第一個人類組織／器官的蛋白質組計劃，由我國賀福初院士牽頭，這是中國科學家第一次領銜的重大國際科研協作計劃，總部設在北京，目前生物選修3教材答案

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有16個國家和地區的80多個實驗室報名參加。它的科學目標是揭示并確認肝臟的蛋白質，為重大肝病預防、診斷、治療和新藥研發的突破提供重要的科學基礎。人類蛋白質組計劃的深入研究將是對蛋白質工程的有力推動和理論支持。

2.對天然蛋白質進行改造，你認為應該直接對蛋白質分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現？

答：毫無疑問應該從對基因的操作來實現對天然蛋白質改造，主要原因如下：

（1）任何一種天然蛋白質都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質進行了改造，而且改造過的蛋白質可以遺傳下去。如果對蛋白質直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質分子還是無法遺傳的。

（2）對基因進行改造比對蛋白質直接改造要容易操作，難度要小得多。

?2.1 植物細胞工程

?2.1.1植物細胞工程的基本技術

（一）思考與探究

1.為什么“番茄—馬鈴薯”超級雜種植株沒有如科學家所想像的那樣，地上長番茄、地下結馬鈴薯？ 提示：1978年，梅爾徹斯（Melchers）等人首次獲得了馬鈴薯與番茄的屬間體細胞雜種。他們將培育的二倍體馬鈴薯品系和番茄葉片細胞進行融合，所產生的雜交株被稱為“馬鈴薯番茄”。像大多數雜種一樣，雜交株同時具有馬鈴薯和番茄的形態特征。其中一些植株形成了“類似塊莖的生殖根”，但是沒有產生可結實的花、果實以及真正意義上的塊莖。到目前為止“馬鈴薯—番茄”一類的體細胞雜交植物還不能產生經濟效益，但是其研究價值不可忽視。

至于馬鈴薯—番茄沒有像人們預想的那樣地上長番茄、地下結馬鈴薯，主要原因是：生物基因的表達不是孤立的，它們之間是相互調控、相互影響的，所以馬鈴薯—番茄雜交植株的細胞中雖然具備兩個物種的遺傳物質，但這些遺傳物質的表達受到相互干擾，不能再像馬鈴薯或番茄植株中的遺傳物質一樣有序表達，雜交植株不能地上長番茄、地下結馬鈴薯就是很自然的了。

2.自然界中有一種含有葉綠體的原生動物──眼蟲，說明植物的細胞器同樣可以在某些動物細胞中存活，請探討：動物細胞與植物細胞之間可以實現雜交嗎？如果理論上可行，請設計出具體實驗方案。

提示：根據眼蟲的特點，動物細胞和植物細胞之間在理論上是可以實現雜交的。具體的實驗方案可以設計如下：

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（二）正文中討論題

【實驗 胡蘿卜的組織培養】

1.在組織培養實驗中，為什么要強調所用器械的滅菌和實驗人員的無菌操作？

提示：植物組織培養中用到的培養基含有豐富的營養成分，有利于培養物的生長，然而各種雜菌同樣也可以在上面迅速生長，所以植物組織培養過程中污染現象經常發生。培養基一旦被污染，迅速生長的各種雜菌不但會和培養物爭奪營養，而且這些雜菌生長的過程中會生成大量對培養物有害的物質，導致培養物迅速死亡。

造成培養基污染的因素有很多，一般包括：外植體帶菌、培養瓶和各種器械滅菌不徹底、操作人員操作不規范等。所以在組織培養實驗中用到的植物材料和各種器械都要進行徹底地滅菌，實驗人員操作一定要規范，避免帶入雜菌。

2.在本實驗中，切取胡蘿卜塊根時強調要切取含有形成層部分，原因是這部分容易誘導形成愈傷組織。請思考一下，胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花），是否也能培養成小植株，你能用實驗的方法進行驗證嗎？

提示：胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）也能培養再生形成小植株，只是誘導愈傷組織比較困難。可以讓學生參考利用胡蘿卜根進行組織培養的實驗，嘗試設計出利用胡蘿卜的莖、葉、花進行組織培養的實驗流程。

3.請根據上面的實驗過程，概括出植物組織培養技術的流程簡圖。提示：

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?2.1.2 植物細胞工程的實際應用

（一）思考與探究

1.通過查閱資料，請你再列舉出植物組織培養技術在我們生活中的另外一些應用。提示：a.拯救瀕危植物； b.提供食品制作的原料；

c.利用愈傷組織進行轉基因操作。

2.請查閱植物人工種子制備技術的詳細過程，設計出制備技術的主要流程圖。提示：誘導植物愈傷組織

↓

體細胞胚的誘導

↓

體細胞胚的成熟

↓

體細胞胚的機械化包裹

↓

貯藏或種植

3.請查閱相關文獻，設計出一種植物花藥組織培養和染色體加倍的實驗流程。

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提示： 花藥花粉細胞培養正常植株

（二）正文中討論題

1.人們利用植物的微型繁殖技術來進行工廠化育苗生產，這是利用了該項技術的哪些特點？

提示：植物“微型”繁殖技術具有高效性和可以保持種苗的優良遺傳特性的優勢。工廠化大規模育苗生產正是利用了植物“微型”繁殖技術的這兩方面優勢。利用植物“微型”繁殖技術我們可以在短時間中獲得大量的優質種苗。2.人工種子之所以神奇，是由于它具有天然種子不可比擬的特點，想一想它們具有哪些優點？

提示：人工種子的優點：

（1）天然種子由于在遺傳上具有因減數分裂引起的重組現象，因而會造成某些遺傳性狀的改變；天然種子在生產上受季節限制，一般每年只繁殖1～2次，有些甚至十幾年才繁殖一次。而人工種子則可以完全保持優良品種的遺傳特性，生產上也不受季節的限制。（2）試管苗的大量貯藏和運輸也是相當困難的。人工種子則克服了這些缺點，人工種子外層是起保護作用的薄膜，類似天然種子的種皮，因此，可以很方便地貯藏和運輸。3.人工種皮是保證包裹在其中的胚狀體順利生長成小植株的關鍵部分，請探討人工種皮中應該具有的有效成分是什么？為了促進胚狀體的生長發育，我們還可以向人工種皮中加入哪些物質？

提示：針對植物種類和土壤等條件，在人工種子的包裹劑中還可以加入適量的養分、無機鹽、有機碳源以及農藥、抗生素、有益菌等。為了促進胚狀體的生長發育，還可以向人工種皮中加入一些植物生長調節劑。

4.高效抗癌的藥物紫杉醇，雖然能造福人類，但卻為瀕危的紅豆杉帶來一場滅頂之災。以“我們能否利用植物組織培養技術大量生產紫杉醇，從而拯救紅豆杉”為題，與同學展開討論，說出植物組織培養技術在節約資源、保護環境方面的重要意義。

提示：可以利用植物組織培養技術來大量生產紫杉醇。現在國內外的科學家們正在研究利用植物細胞培養技術來大量培育紅豆杉細胞，希望利用這種方法來大量生產紫杉醇。國內外許多實驗室開展了用組織培養法生產紫杉醇的研究，紅豆杉屬的11種植物現都在進行組織培養。ESC Agenetics公司宣布他們用細胞培養法所得紫杉醇的含量是樹皮的2～5倍。國內外在分化細胞株系和培養條件方面做了不少工作，摸索了外植體、光照、培養基組成等因素對細胞培養及紫杉醇生成的影響。現在工藝條件已基本摸清，正研究反應的放大技術等，有望實現通過細胞培養進行工業化生產紫杉醇的目標。

?2.2動物細胞工程

?2.2.1動物細胞培養和核移植技術

（一）思考與探究

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愈傷組織分化出小植株單倍體幼苗1.幼齡與老齡動物的組織細胞比較，分化程度低的與分化程度高的組織細胞比較，哪一種更易于培養？思考一下，這是什么道理？

提示：細胞的衰老與動物機體的衰老有著密切的關系，細胞的增殖能力與供體的年齡有關，幼齡動物細胞增殖能力強，有絲分裂旺盛，老齡動物則相反。所以，一般來說幼年動物的組織細胞比老年動物的組織細胞易于培養。同樣，組織細胞的分化程度越低，則增殖能力越強，所以更容易培養。

2.動物細胞培養要經過脫分化的過程嗎？為什么？

提示：脫分化又稱去分化，是指分化細胞失去特有的結構和功能變為具有未分化細胞特性的過程。植物的任何一部分，甚至單個細胞都具有長成完整植株的能力。但要發育成完整植株，必須先脫分化，脫分化的細胞具有發育成任何組織的能力，然后進行再分化，形成完整植株。植物組織培養主要用于農林生產中的作物、苗木育種，快速繁育種苗、培育無病毒植株等，這就要求植物的組織或細胞先進行脫分化。動物細胞的培養有各種用途，一般而言，動物細胞培養不需經過脫分化過程。因高度分化的動物細胞發育潛能變窄，失去了發育成完整個體的能力，所以，動物細胞也就沒有類似植物組織培養時的脫分化過程了。要想使培養的動物細胞定向分化，通常采用定向誘導動物干細胞，使其分化成所需要的組織或器官。

3.1997年，美國威斯康星州的一個奶牛場有一頭名叫盧辛達（Lucinda）的奶牛，年產奶量為30.8 t，創造了世界奶牛產奶量最高新紀錄。目前世界各國高產奶牛場奶牛，年平均產奶量一般為十幾噸，而我國奶牛產奶量年平均水平僅為3～4 t。（1）能利用體細胞核移植技術克隆高產奶牛盧辛達嗎？請說明理由。

提示：可以用體細胞核移植技術克隆高產奶牛盧辛達。盧辛達的產奶量很高，說明它有高產奶的遺傳基礎，利用盧辛達的體細胞克隆的奶牛其遺傳物質基本上全部來自該奶牛，其克隆牛具有高產的遺傳基礎，如果精心培育和飼養，有可能在世界范圍內推廣，克隆牛再與高產的公牛自然繁殖，可得到很多高產的后代，從而加快奶牛改良進程。

但同時需注意，該克隆牛不能無限制地推廣，其數量不宜過多，尤其是在小范圍內不能無限的繁殖，以避免奶牛群出現近親繁殖而引起種質衰退。

（2）如果將克隆高產奶牛盧辛達的任務交給你，你將如何對它進行克隆？

提示：首先從盧辛達耳朵（也可用別的組織、器官，耳朵在活體上容易取）上剪取一小塊組織，在體外培養獲得該組織（如軟骨組織）的細胞。從屠宰場取廢棄的牛卵巢，抽取卵母細胞體外培養成熟。用顯微針去除卵母細胞的核，再將耳細胞注入卵母細胞，用電刺激方法使卵母細胞與體細胞融合，這時供體核就進入了受體卵母細胞，再用電刺激或化學物質激活注入了體細胞核的卵母細胞，使其完成減數分裂和發育過程。核移植胚胎在體外短時間培養后，挑選正常卵裂的胚胎植入經同期發情處理的受體母牛體內。4.體細胞核移植技術在研究和應用上還存在什么問題？請你查閱資料，了解這方面的前沿動態。

提示：在研究方面，克隆動物基因組重新編程的機制尚不清楚，克隆技術效率低，克隆動物畸形率高、死亡率高、易出現早衰等問題。這些問題尚在研究中。在應用上，生產克隆動物費用昂貴，距大規模應用還有一定距離。

（二）正文中討論題

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【討論1】

多細胞動物和人體的細胞都生活在內環境中，根據你所學的內環境的知識，思考并討論以下問題：

1.體外培養細胞時需要提供哪些物質？

提示：充足的營養供給、適宜的溫度、適宜的pH和氣體環境。2.體外培養的細胞需要什么樣的環境條件？ 提示：無菌、無毒的環境。【討論2】

1.在體細胞的細胞核移植到受體卵母細胞之前，為什么必須先去掉受體卵母細胞的核？ 提示：為使核移植的胚胎或動物的遺傳物質全部來自有重要利用價值的動物提供的體細胞，在供體細胞的細胞核移至受體細胞之前，必須將受體細胞的遺傳物質去掉或將其破壞。

2.用于核移植的供體細胞一般都選用傳代10代以內的細胞，想一想，這是為什么？

提示：培養的動物細胞一般當傳代至10～50代左右時，部分細胞核型可能會發生變化，其細胞遺傳物質可能會發生突變，而10代以內的細胞一般能保持正常的二倍體核型。因此，在體細胞核移植中，為了保證供體細胞正常的遺傳基礎，通常采用傳代10代以內的細胞。

3.你認為用上述體細胞核移植方法生產的克隆動物，是對體細胞供體動物進行了100%的復制嗎？為什么？

提示：克隆動物絕大部分DNA來自于供體細胞核，但其核外還有少量的DNA，即線粒體中的DNA是來自于受體卵母細胞。所以，用教材中所述的方法克隆的動物不是供核動物完全相同的復制。

此外，即便動物的遺傳基礎完全相同，但動物的一些行為、習性的形成與所處環境有很大關系，核供體動物生活的環境與克隆動物所生活的環境不會完全相同，其形成的行為、習性也不可能和核供體動物完全相同，從這一角度看，克隆動物不會是核供體動物100%的復制。

（三）尋根問底

胰蛋白酶真的不會把細胞消化掉嗎？為什么？

提示：胰蛋白酶除了可以消化細胞間的蛋白外，長時間的作用也會消化細胞膜蛋白，對細胞有損傷作用，因此必須控制好胰蛋白酶的消化時間。

（四）旁欄思考題

1.進行動物細胞傳代培養時用胰蛋白酶分散細胞，說明細胞間的物質主要是什么成分？用胃蛋白酶行嗎？

提示：用胰蛋白酶分散細胞，說明細胞間的物質主要是蛋白質。胃蛋白酶作用的適宜pH約為2，當pH大于6時，胃蛋白酶就會失去活性。胰蛋白酶作用的適宜環境pH為7.2～8.4。多數動物細胞培養的適宜pH為7.2～7.4，胃蛋白酶在此環境中沒有活性，而胰蛋白酶在此環境中活性較高，因此胰蛋白酶適宜用于細胞培養時的消化。

2.為什么對動物細胞進行培養時通常要添加血清？

提示：血清中含有蛋白質、氨基酸、葡萄糖、激素等，其中蛋白質主要為白蛋白和球蛋生物選修3教材答案

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白。氨基酸有多種，是細胞合成蛋白質的基本成分，其中有些氨基酸動物細胞本身不能合成（稱為必需氨基酸），必須由培養液提供。血清激素有胰島素、生長激素等及多種生長因子（如表皮生長因子、成纖維細胞生長因子、類胰島素生長因子等）；血清還含有多種未知的促細胞生長因子、促貼附因子及其他活性物質，能促進細胞的生長、增殖和貼附。因此，細胞培養時，要保證細胞能夠順利生長和增殖，一般需添加10%～20%的血清。?2.2.2 動物細胞融合與單克隆抗體 思考與探究

1.植物體細胞雜交技術與動物細胞融合技術有什么不同？

提示：植物體細胞雜交技術與動物細胞融合技術基本相同，不同的是植物體細胞融合前需去掉細胞壁，然后再融合；動物細胞融合是兩個體細胞直接融合。

2.制備單克隆抗體時，為什么要選用B淋巴細胞和骨髓瘤細胞融合形成雜交瘤細胞？ 提示：哺乳動物感染抗原后，其體內會形成相應的B淋巴細胞，B淋巴細胞能分泌相應的抗體凝聚或殺死這些抗原。動物在免疫反應的過程中，每一種B淋巴細胞能分泌一種特異性抗體，要想獲得大量的特異性抗體，必須使能分泌該單一抗體的B淋巴細胞大量增殖。B淋巴細胞具有產生單一抗體的能力，但不能在體外增殖；骨髓瘤細胞是一種癌細胞，它能在體外培養條件下無限增殖，但不能產生抗體。因此，把一種B淋巴細胞與骨髓瘤細胞進行細胞融合，產生雜交瘤細胞，它會兼有兩個親本細胞的特性──在體外培養條件下能不斷增殖，同時能產生出某種特異性的抗體。

?3.1 體內受精和早期胚胎發育

（一）思考與探究

1.以精子的運行途徑為線索，設計一幅簡圖，來說明哺乳動物的受精過程。

提示：哺乳動物的受精過程主要包括精子穿越放射冠、透明帶、進入卵黃膜、原核形成和配子融合等步驟（詳見教材中的受精過程）。

2.哺乳動物精子和卵子的發生主要有哪些相似點或不同點？

答：相似之處：細胞分裂的最初階段為有絲分裂，不斷增加生殖原細胞的數量；經過兩次減數分裂（M I和M II）才能形成精子或卵子。

不同之處：由一個精原細胞分裂最后可產生多個精子；一個卵原細胞最后只能生成一個卵子。精子的形狀為蝌蚪狀；卵子為球形。多數哺乳動物卵子的形成和在卵巢內的貯備是在胎兒出生前完成。

3.當你了解到精子需要獲能，受精過程中有防止多精入卵的現象時，你是否提出過這樣的問題：精子在雌性生殖道內是如何獲能的？防止多精入卵的兩道防線的形成機制究竟是什么？

答：精液由精子和精清（精漿）兩部分組成。精清中含有一種能抑制精子獲能的物質，因此，在一般情況下，精液中的精子無法獲能。只有當交配后精液進入雌性動物的生殖道時，由生殖道分泌產生一種物質解除對精子獲能的抑制，才能引起精子獲能。精子在雌性動物生殖道內獲能的部位因種類而異，但主要是子宮和輸卵管。

防止多精入卵主要通過透明帶反應和卵黃膜封閉作用兩道屏障。在受精過程中，當精子穿越透明帶觸及卵黃膜時，透明帶會立即封閉，阻止后來的精子進入透明帶，可看作是生物選修3教材答案

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防止多精受精的第一道屏障。而精子入卵后，卵黃膜會立即拒絕其他精子再進入卵內，可看作是防止多精受精的第二道屏障。其生理、生化機制，請參閱有關專著。

（二）正文中討論題

【精子的發生】

1.家畜每次射精排出的精子數以億計，但是通常只有一個精子能夠與卵子結合，這能說是一種浪費嗎？怎樣理解這一現象？

提示：不是。可以從兩方面說明這一問題：其一，在自然繁殖的條件下，為了使母畜排出的1個或幾個卵子完成受精，公畜一次射出幾億到幾十億的精子到發情母畜的生殖道內，可以說是動物為繁殖后代、延續物種的一種生理保障機制；其二，在自然條件下，精子從射精部位運行到受精部位，在通過母畜生殖道的過程中，復雜的組織結構和生理環境將對精子進行篩選，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量損耗。最后到達受精部位（輸卵管）的精子只剩百余個，與卵子完成受精的只有一個。2.精子細胞變成精子的過程中，細胞中很多結構會消失，而細胞核和線粒體都保留下來，對這一現象怎樣理解？為什么精子中的線粒體集中在尾的基部？

提示：細胞核和線粒體都是精子結構中的重要部分。其中，細胞核是精子遺傳物質儲存和復制的場所，也是參與精、卵結合和后代遺傳特性與細胞代謝活動的控制中心。而線粒體則是精子進行有氧呼吸分解營養物質產生運動能量的場所。精子的線粒體在精子形成過程中，集中于尾的基部形成線粒體鞘膜，是精子維持生存和運動能量的“動力工廠”或“發動機”。【卵子的發生】

1.一個卵泡中能形成幾個成熟的卵子？

答：正常情況下，一個卵泡只能形成一個成熟的卵子。2.排卵是指卵子從卵泡中排出，還是指卵泡從卵巢中排出？ 答：是指卵子從卵泡中排出。

3.剛排出的卵是成熟的卵子嗎？它在母體的什么部位與精子受精？

答：剛排出的卵子尚未完全成熟，僅完成第一次減數分裂，需要在輸卵管內進一步成熟，直到第二次減數分裂的中期才能與精子結合完成受精過程。排出的卵子是在輸卵管內與精子受精的。【資料分析】

1.表中哪種動物的胚胎在進入子宮時發育程度最高？

答：比較而言，馬的胚胎進入子宮時發育程度最高，其次為小鼠。2.將體外培養的馬胚胎移植到母馬子宮時，應選擇什么階段的胚胎？如果換成牛又該怎樣處理？

答：馬應選擇囊胚階段的胚胎。牛在自然情況下，胚胎雖然最早可在8~16細胞階段進入子宮，但為了提高移植后胚胎的發育率和妊娠率，在實踐中通常用發育到囊胚階段的胚胎進行移植。

3.為什么說關于動物的體內受精和胚胎發育的研究，會為胚胎工程提供理論基礎？請結合本節內容舉例說明。

提示：胚胎工程的許多技術都是在了解哺乳動物自然條件下受精和早期胚胎發育的基礎生物選修3教材答案

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上實現的。本節涉及的哺乳動物體內受精和胚胎發育都是在自然條件下的特點和規律，人們正是在認識了這些自然規律的基礎上，在體外進行有效的模擬，才使卵母細胞能在體外成熟；精子能在體外完成獲能；獲能精子和成熟卵母細胞能在試管內完成受精；體外受精卵能在人工培養條件下繼續發育等，這些都有賴于體內自然條件下的基礎研究成果。

（三）旁欄思考題

進行體外受精時，將卵母細胞取出后，是否應當將它置于與輸卵管中相似的環境，讓它進一步成熟？

答：是的。從卵巢上取出的卵母細胞還沒有成熟，尚未完成第一次減數分裂。應在體外人工模擬輸卵管環境進行培養，才能使其成熟，即達到受精前的成熟階段。

?3.2 體外受精和早期胚胎培養 ?3.3 胚胎工程的應用及前景

（一）思考與探究

1.右圖是同學們到某良種場進行參觀后，看到的胚胎移植繁育良種奶牛的技術流程示意圖。請看圖思考并討論以下各題。（1）用文字完成下面的流程圖。

答：① 對供、受體母畜進行選擇，并進行同期發情處理；③ 配種或人工授精；④ 收集胚胎；⑥ 胚胎移植；⑦ 對受體母畜進行是否妊娠的檢查。（2）應該怎樣選擇供體公、母牛和受體母牛？在②中，為什么要用促性腺激素處理供體母牛，在促性腺激素處理供體母牛前，為什么需要對供體和受體母牛進行同期發情處理？ 答：供體公、母牛應該是具有人類所需的優良遺傳性狀的個體，而受體母牛必須具有正常的孕育、生殖后代的能力；需要用促性腺激素處理供體母牛是為了引起超數排卵，這樣就可以獲得較多的胚胎；在促性腺激素處理供體母牛前，對供體和受體母牛進行同期發情處理，才能使它們的生理條件達到同步或一致，使供體的胚胎移入受體后有相同或相似的生存條件。

（3）在右側的流程圖中，哪一步需要進行沖卵？沖卵是把母畜的卵子沖出來嗎？ 答：第④步需要進行沖卵，沖卵是指將供體母畜體內的早期胚胎沖出來，而不是把卵子沖出來。

（4）用胚胎移植繁育良種種畜具有哪些實用意義？

提示：胚胎移植可充分發揮雌性優秀個體的繁殖潛力。具體表現為：縮短了供體本身的繁殖周期，同時通過超數排卵處理和胚胎移植可獲得比自然繁殖多十幾倍到幾十倍的后代。

可在短期大幅度增加優良個體母畜和公畜的后代數量，迅速擴大良種畜群，加速育種和品種改良工作。

經冷凍保存的胚胎可進行國內和國際交換，代替活畜的引種或進出口。通過胚胎移植可以人為生產雙胎或多胎。可以通過保存胚胎來保存品種資源和瀕危動物。

（二）正文中討論題

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1.在胚胎移植操作中，怎樣才能使胚胎在移植前后所處的生理環境保持一致？例如，供、受體的發情時間要一致嗎？供體胚胎移入受體子宮的位置，應與在供體內的位置相同或相似嗎？

答：應對供體和受體母畜進行同期發情處理，使它們的生理條件達到同步或一致，這樣才能使供體的胚胎移入受體后有相同或相似的生存條件，這是胚胎移植成功與否的關鍵。因此，必須做到供、受體母畜的發情時間一致。同時還要做到移入受體子宮胚胎的位臵應該與其在供體內的位臵相同或相似，移入胚胎一側的受體子宮角對應的卵巢必須有黃體存在。

2.胚胎移植實質上是早期胚胎在相同生理環境條件下空間位置的轉移。你認為這樣的概括正確嗎？

答：胚胎移植成功率的高低與供、受體生理環境條件一致性密切相關。只有供、受體生理環境高度一致，移入受體的胚胎才能被接受，并繼續發育。所以我們可以把胚胎移植簡單概括為早期胚胎在相同生理環境條件下空間位臵的轉移。這樣的概括是正確的。

（三）旁欄思考題

對囊胚階段的胚胎進行分割時，為什么要將內細胞團均等分割？

提示：內細胞團一般到囊胚階段才出現，它是發育為胚胎本身的基礎細胞，其他細胞為滋養細胞，只為胚胎和胎兒發育提供營養。若分割時不能將內細胞團均等分割，會出現含內細胞團多的部分正常發育的能力強，少的部分發育受阻或發育不良，甚至不能發育等問題。

?4.1 轉基因生物的安全性

（一）正文中討論題 【論壇1】

3.我國為了保證轉基因食物的安全性，都采取了哪些監控和預防措施？ 答：（1）立法是監控農業轉基因生物安全的有力措施。例如，中國已制定了《農業生物基因工程安全管理實施辦法》（1996年）、《轉基因農產品安全管理臨時措施》（2002年）和《農業轉基因生物標識管理辦法》（2002年）等法規。請進入網站了解更多內容：http://www.tmdps.cn ［農業部，中國農業信息網→行業網站（科技教育）→農業科技信息網→政策法規→政策法規分類（5.轉基因管理）］。

（2）多環節監控。轉基因農作物研究、從實驗室走向大田試驗各階段，以及產品商品化都有相應法規或規定進行嚴格的監控，只有在每一階段試驗獲得認可證書后，才可進入下一階段。比如，大田試驗就分為：①中間試驗階段，種植面積不超過0.27 hm2（4畝），范圍不超過兩省，每省不超過3個種植點，試驗時限1～2年；②環境釋放階段，種植面積可以擴大到0.27～2 hm2(4～30畝)，范圍仍不超過兩省，每省7個種植點，試驗時限1～2年。這一階段要考察外源基因會不會發生生物間轉移，會不會對種植區周圍動物、植物、土壤造成危害等；③生產試驗階段，種植面積可擴大到20 hm2以上，范圍仍為兩省，試驗點不超過5個。

（3）安全評價內容具體而嚴格。食物安全性評價內容：營養成分是否改變？是否存在抗營養因子？是否存在毒性、過敏性蛋白等。環境安全評價內容：轉基因植物是否變得易生物選修3教材答案

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得病？對周圍植物有什么影響？是否可能變成雜草？會不會把外源基因轉移給其他生物等。【論壇3】

1.轉基因生物會不會影響生態系統中原有的動態平衡？

2.轉基因生物會不會加劇環境污染？會不會危害其他動植物生存或人體的健康？ 提示：這兩道題答案的基本點是一樣的：可能性不大，但要提高警惕。

這僅是一種可能性，爭論的雙方提出的不同見解都有一定的根據，不能斷言誰是誰非，但是需要人們提高警惕，這是能為大家接受的共識。隨著時間的推移，人們發現這類危險似乎不大，因為科學家轉入的僅是有限的一種或幾種基因；而轉入的基因是否可能會對其他生物或環境造成危害，都是經過認真分析、實踐的，一旦發現有害后果，科學家就會停止實驗；轉基因生物從實驗室到自然界釋放，都要經過一系列安全評價、審批。此外，還有相關法規監控。但是，為了對公眾健康負責、對社會負責，我們對于轉基因生物可能影響生態系統中的原有動態平衡，或者加劇環境污染，或者危害其他動植物、人體的健康的危險,仍要提高警惕。

（二）尋根問底

你能舉出兩個外來物種入侵的實例嗎？為什么外來物種入侵會造成嚴重的危害？ 提示：（1）外來物種進入新的生態系統之后，由于沒有天敵，極易造成生長失控，破壞生態系統的結構。比如，外來的植物瘋長，可以對本地一年生和多年生植物的結構比例造成嚴重影響，通過對植被的生長和結構的影響，從而造成物質循環和能量流動的改變。又如，外來的動物種類，由于它們的選擇性覓食和破壞，也會造成物質循環和能量流動的改變。物質循環和能量流動的改變會對生態系統造成嚴重破壞，比如，有人將美洲食人鯧引入，這一入侵物種就可能會對當地生態系統造成長久性的破壞。

（2）外來物種在新的生態系統中，通過與當地物種競爭營養或食物、分泌釋放化學物質、形成大面積單優勢群落等方式，直接影響本地物種的生存，加速某些生活力較弱的物種的消失。在全世界瀕危植物名錄中，大約有35%～46%是由外來物種入侵所造成的。即入侵的外來物種可能會造成生物多樣性減少。

（3）外來物種進入新的生態系統后，作為掠奪者、寄生者或病原體，會使受害者和寄主的數量發生變化。尤其是外來物種在適宜的生態和氣候條件下，往往會對當地的農業或林業帶來嚴重的損害，即所謂的爆發生物災害。

（4）有些外來植物產生的花粉，是當地居民從未接觸過的物質，從而可能成為對人類健康造成威脅的新過敏源。比如，日本引種的杉樹，大面積栽種后，杉樹產生的花粉已經成了日本人產生過敏反應的重要過敏源。又如豚草，它已在包括中國在內的許多國家泛濫成災，而豚草的花粉是重要的過敏源。豚草花粉引起的過敏反應稱為“枯草熱”，它已給許多國家人民的身體健康帶來了嚴重的危害。

?4.2 關注生物技術的倫理問題

（一）正文中討論題

【熱點問題討論1】

2.倫理學家和科學家看待克隆人的角度有什么不同？

生物選修3教材答案

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提示：倫理學家主要是從倫理學、社會學和心理學角度看問題，而科學家更多的是從科學的可行性和科學意義的角度看問題。4.你愿意被科學家克隆嗎？為什么？

提示：參見教科書中的內容，可以從科學角度、倫理角度和社會需求角度討論，現在不宜克隆人。我國明確禁止生殖性克隆人，一再重申的四不原則，體現了中國大多數人的價值觀取向。

5.克隆人如果真的來到人間，你認為應該怎樣正確對待他們？

提示：到時候我們恐怕并沒有必要去追究他是出于什么目的被克隆出來的，也沒有必要去爭論該成果有什么科學價值，而應該把克隆人當作我們社會中的一個普通成員，尊重他的人權、人格。要用他做實驗時，必須征得他自愿同意，絕不能傷害他的身心健康。社會應該以平常心態看待克隆人，使克隆人獲得和我們一樣的生存和發展的條件。目前，克隆動物還那么困難，克隆人更加不易，當世界上有那么幾個克隆人來到人間時，他們并不會破壞我們正常的生活秩序。【熱點問題討論2】

1.你是否支持設計試管嬰兒？為什么？

提示：設計試管嬰兒只是在特定背景下的一種應急措施，需要經過國家有關部門嚴格審批。它不宜推廣，并要嚴防濫用。

2.為什么捐出一部分骨髓救治他人，不會給捐獻者的身體健康造成損傷？你愿意為救人一命而捐獻自己一部分骨髓嗎？為什么？

提示：（1）所謂捐獻骨髓，實際上醫生只是從你的骨髓中分離出一部分造血干細胞供移植。因為造血干細胞在人的骨髓中相對較多，而在外周血液中卻很少。

（2）干細胞的一個重要特點是自我更新能力很強，被分離走的那部分造血干細胞，很快就會被“補齊”。因此捐獻骨髓不會影響捐獻者身體健康。

（3）醫生只是在醫學公認的安全條件下，分離出捐獻者有限數量的造血干細胞，而且整個抽取、分離過程，都是在設備良好的大醫院中進行的，一般不會對捐獻者造成意外傷害。

（4）捐獻有限造血干細胞救人一命，對個人來說是一種美德、一種欣慰和快樂，是一種高尚的人道主義表現。【熱點問題討論3】

1.你愿意獲得一張自己的基因身份證嗎？為什么？

提示：（1）現在要對個人所有基因進行檢測，是不現實的。因為現在有不少基因還沒得到確定。即使只是對個別或少數基因進行檢測，也并不是每個人都需要的。現在西方國家對某幾種致病基因進行篩檢時，接受測定的人也只是有這類遺傳病家族史的個人，或這類疾病的高危個人。目的是使他們能及早采取防范措施，如養成良好生活習慣、定期檢查身體、適時手術等。

（2）有某種致病基因，并不一定就會患病。患某種疾病，往往不是由單一原因引起的。況且已知人的很多疾病是多基因病，它是由遺傳因素和環境因素共同決定的。如果有良好的生活習慣等，往往可以使人避免患上某些遺傳性疾病。

（3）有許多疾病，測定其致病基因是相當困難的。因此科學家認為不如測定其所表達的生物選修3教材答案

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蛋白質更為快捷、有效。

（4）基因檢測給受試者造成的心理負擔或壓力必須考慮到。特別是給出似是而非的結論之后，往往會使受試者無所適從。

（5）現在記錄有個人某些遺傳信息的“身份證”已經出現，但僅僅是試驗性質的。至于說拿著它去看病，起碼在可以預見的將來是言過其實。

（6）將“基因身份證”上記錄的信息和它的作用等問題弄清楚之后，才能決定要不要它。比如，現在有的試驗性基因身份證僅僅記錄個人特有的某一對或某幾對等位基因信息，它可能在驗明正身方面起更大的作用，這類基因身份證要它也無妨。

（二）旁欄思考題

1.你知道中國大陸第一例試管嬰兒是在什么時候出生的嗎？

答：中國大陸第一例試管嬰兒是于1988年在北京出生的。

2.為解決不孕夫婦的生育問題而出現的試管嬰兒，與本文所說“設計試管嬰兒”有什么區別？

答：所謂“設計試管嬰兒”，實際上就是指體外受精形成的胚胎（幾個細胞期）在植入母體孕育前，根據人們的需要，將胚胎的一個細胞取出，進行某些基因檢測。當檢測結果符合人們需要時，再把胚胎植入母體孕育。一般我們所說的做試管嬰兒，不必經過基因檢測這一步驟。?4.3禁止生物武器 ?5.1 生態工程的基本原理

（一）思考與探究

P113 3.桑基魚塘分布在我國長江三角洲、珠江三角洲一帶的水鄉，是一種典型的水陸物質和能量交換型生態工程。試分析桑基魚塘的物質和能量流動途徑。

提示：桑基魚塘系統中物質和能量的流動是相互聯系的，能量的流動包含在物質的循環利用過程中，隨著食物鏈的延伸逐級遞減。

能量的多級利用和物質的循環利用：桑葉用于喂蠶，蠶可以生產蠶絲；桑樹的凋落物和蠶沙（糞）落到魚塘中，作為魚的飼料，經過魚塘內的食物鏈過程，可以促進魚的生長；甘蔗可以榨糖，糖渣用來喂豬，豬的排泄物也進入魚塘；魚的排泄物及其他未被利用的有機物和底泥經過微生物的分解，又可以作為桑和甘蔗的有機肥料。桑基魚塘巧妙地利用了很難利用的大片低濕地，發展了多種經營，為農民創造了多種收入的門路，完全符合“無廢棄農業”的要求。桑基魚塘系統物質、能量流動示意圖見圖5-1。

生物選修3教材答案

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圖5-1桑基魚塘系統物質循環和能量流動示意圖

（二）正文中討論題

【“關注生態工程建設”資料分析1】

1.導致1998年長江洪水泛濫的主要原因是什么？

提示：根本原因：長江上游亂砍濫伐森林，水源涵養和水土保持功能急劇降低，造成大量泥沙淤積河道；中游圍湖造田、亂占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面積急劇減少。直接原因：1998的罕見降雨。但這也與全球溫室氣體排放量增加而導致的溫度升高、氣候異常有關。

解決長江洪水泛濫的措施有：我國政府提出的“積極營造長江中上游水源涵養林和水土保持林”計劃，即以生物措施為主，結合工程措施，提高森林覆蓋率；“退耕還湖”和改革不合理耕作方式等。

在進行生態工程建設時，要考慮到怎樣解決農村（尤其是湖區或山區的遷出人員）的能源來源問題以及如何提高農民的經濟收入。

2.洪災的發生反映出經濟發展模式存在什么問題？

提示：傳統的經濟發展模式不注重生態環境的保護，沒有考慮生態成本，經濟的發展以巨大的生態環境破壞為代價。【“關注生態工程建設”資料分析2】 1.你對“石油農業”是如何理解的？

提示：“石油農業”大量使用化肥、農藥和機械的生產方式，因對石油等能源有高度的依賴性而得名。它把農業生產這一復雜的生物過程，變成了簡單的機械過程和化學過程。由于其投入高，產出也高，對糧食安全保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用，但同時它所產生的廢棄物和有害物質的數量也很龐大，大大削弱了農業生態系統的穩定性和持續生產力，并造成日益嚴重的農產品污染和環境污染等問題。

2.你能舉出一些農業生產活動對人體健康以及環境造成危害的實例嗎？ 提示：除日常生活中能夠發現的實例外，農業活動對環境和人類健康造成危害的實例中，世界上影響較大的有藍嬰病。1973年，美國內布拉斯加州首次出現幼兒高鐵血紅蛋白癥（藍嬰病）。其原因是飲用水中硝酸鹽含量超過10 mg/L，這時過多的硝酸鹽會與紅細胞生物選修3教材答案

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中的血色素結合，形成高鐵血紅蛋白。高鐵血紅蛋白不能為細胞和組織運輸足夠的氧。患兒的臨床癥狀是在口、手或腳等部位出現時斷時續的藍色或淡紫色，呼吸困難、腹瀉、嘔吐、抽搐，嚴重的會失去知覺，甚至死亡。硝酸鹽來源于點源污染，如下水道、畜禽養殖場等，或非點源污染，如對農田、公園、草地等的施肥。3.如何理解“污染物是放錯地方的資源”這句話？

提示：對環境造成危害的污染物，采用一定的措施和技術，就能夠進行回收和循環利用，這樣不但能夠減少環境污染，而且提高了資源的利用效率，減少了資源的浪費。例如，對廢污水中的重金屬或氮、磷等養分就可以進行回收再利用。因此說污染物是放錯了地方沒有被利用的資源。

4.石油農業的生產模式應當怎樣改進？

提示：在不同的國家有不同的改進措施。例如，在我國，人多地少，應該大力發展生態農業。實施的具體措施包括：可以根據田間作物的需要適量施用高效、低毒、低殘留的農藥，多施有機肥，提高作物對水、肥等資源的利用效率，對作物秸稈和畜禽糞便進行再利用，實現物質的多級利用，等等。一方面要不斷提高土地的產出水平；另一方面要減少農業活動對環境的污染，促進社會的可持續發展。【“物種多樣性原理”資料分析】 1.為什么樟子松林的松毛蟲會肆虐，幾十億株楊樹會毀于一旦？而珊瑚礁區卻能夠在養分稀少的深海中，保持著很高的生物多樣性？

提示：純樟子松林、楊樹林的生物多樣性低，食物鏈短而單調，缺少松毛蟲、天牛的天敵，而成片單一的林木又為其提供了豐富的食物來源，因而會導致了樹林的毀壞。珊瑚礁區的生物多樣性高，食物鏈復雜，不同的生物占據了不同的時間位、空間位和資源位，因而充分利用了珊瑚礁生態系統的環境。例如，氮、磷等養分就能夠在該區生物體間充分地循環利用而很少流出系統外。

2.從上面正面和反面的實例，你能得出怎樣的結論？你認為生物多樣性的破壞有人為因素嗎？

提示：只有保持生態系統較高的生物多樣性，才能保證生態系統的穩定和平衡。生物多樣性的破壞有人為因素，而且往往作用巨大。【“協調與平衡原理”資料分析】

“西部大開發”是國家為振興西部而提出的宏觀決策，其中很重要的一項內容就是生態工程建設。從協調與平衡原理出發，想一想，在我國西北地區進行防護林建設時，應選擇哪些樹種？如果在該地區發展畜牧養殖業，你認為應該注意什么問題？ 提示：幾種西北地區特別適宜樹種的介紹

（1）沙棘，俗稱“酸柳”、“酸刺”、“黑刺”，屬于胡頹子科，為落葉喬木或灌木。植株表面具有棘刺，葉呈條形或條狀被針形，兩端趨尖，背面密被淡白色鱗片，葉柄極短。沙棘花先于枝葉開放，雌雄異株；果實為肉質花被筒包圍，近于球形，直徑5～10 mm。沙棘喜陽，粗壯的枝干抗風沙。沙棘葉、皮、果實及種子在醫藥上有著廣泛的應用價值。沙棘的嫩枝、嫩葉是牛、羊的精飼料，被譽為“鐵桿牧草”。沙棘果維生素含量極高，營養保健價值高，有利于增加種植者的收入。沙棘是半干旱黃土高原迅速綠化荒山、保持水土、調節生態平衡和促進農林牧業發展的良好樹種。內蒙古鄂爾多斯等地區，實施沙棘生物選修3教材答案

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生態工程，大面積種植沙棘，有效地控制了溝道水土流失，每年可減少流入黃河泥沙2 100萬噸。

（2）山杏，主要指西伯利亞杏，它抗寒、耐旱，適應性強，是我國北方最普遍的果樹之一，是綠化荒山、水土保持、防治風沙的先鋒樹種。山杏果仁營養豐富，含有大量維生素、微量元素和人體必需的氨基酸，是加工飲料的優質原料。

（3）刺槐，屬落葉喬木，適應性強，在年降水量200 mm左右、年平均氣溫不低于3 ℃的地區都能生長。它不僅生長快，且耐鹽堿，有涵養水源和保持水土的作用。刺槐泌蜜豐富，蜜質優良，是主要蜜源植物之一。刺槐不僅可改善生態環境，還可用于發展畜牧業。

（4）錦雞兒（又稱擰條），豆科，多年生落葉灌木，根系發達，具根瘤，高1.5～3 m；耐干旱和寒冷，喜生沙地或半固定的沙丘上，不怕沙壓和風蝕。此種植物廣泛分布于我國東北、內蒙古、河北、山西、陜西、寧夏等地，可用于防風固沙，保持水土。枝條可用于編筐，其枝葉是牛、羊等冬春季節主要的飼料之一。（5）杜梨，薔薇科梨屬落葉喬木，可高達10 m，原產于我國華北、西北及東北南部。耐寒，耐干旱、瘠薄，能在含鹽量0.5%（質量分數）的土壤中正常生長，且耐澇性也較強。（6）沙棗，胡頹子科胡頹子屬，落葉小喬木。分布于華北及西北等地，耐鹽堿力較強。（7）合歡，豆科合歡屬，落葉喬木，可高達20 m。分布于華北、西北及黃河以南等地區。耐鹽堿力較強，但不耐水澇。

（8）臭椿，苦木科臭椿屬，落葉喬木，可高達25 m。原產于華南、華北、西北各地。抗性強，生長快，耐鹽堿力強。

西北畜牧養殖應該注意牲畜數量不能超過草地的承載量。針對公共草地的過度放牧問題，應該實行草地承包，調動個人的管理積極性，減少過度放牧現象；另外，可以在有條件的地方，人工種植牧草，增加牧草產量。

（三）旁欄思考題

你能舉出系統整體功能大于部分之和的例子嗎？

提示：豆科作物和固氮菌的共生就是一例。固氮菌為豆科作物提供氮素，而豆科作物為其提供能量和其他營養，兩者的共生使豆科作物能夠在氮素缺乏的土地上生長；當把它們分開時，兩者的生長都要受到損害。

（四）《實踐活動》思考題

1.為什么我國要大力發展沼氣工程？

提示： 21世紀是實現我國農業現代化的關鍵歷史階段，現代化的農業應該是高效的生態農業。沼氣工程把農業生產、農村經濟發展和生態環境保護、資源高效利用融為一體，不僅較好地解決了農村的能源來源問題，而且實現了廢棄物的再循環利用和資源化，創造了新的生態產業，如沼氣設施的建設和維護，促進了以農牧結合為中心的多種經營，從而為農村剩余勞動力提供了就業機會，促進了農村的綜合發展。

2.目前沼氣工程還有哪些亟待解決的問題？

提示：目前沼氣工程存在的問題有：北方地區沼氣產氣在冬天不穩定，需要加熱；沼氣的一次性投資較大，相當部分的農民財力有困難；對沼氣的研究較薄弱，例如，對發酵過程中有關微生物及一些酶的研究。應當加強這方面的研究，以促進沼氣工程的推廣。

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?5.2 生態工程的實例和發展前景

（一）思考與探究

1.分析朝鮮三八線的資料（具體資料見教材），說明它所蘊涵的意義。

提示：生態工程的恢復作用是有限的，不能認為只要有了生態工程，就可以先污染，后治理。人類迄今尚沒有能力完全模擬出自然的生態系統。自然生態系統發展到今天已經過幾十億年的進化，每平方公里每年的無形服務價值高達6.4萬美元，而為了達到同樣的效果，用人工制造和模擬的辦法，人類至少要花費10億美元還不盡如人意。另一方面，自然生態系統具有相當的自我恢復能力，我們在生態工程建設中應該積極利用自然生態系統的這種能力，以節省投資。

2.在我國北方地區，由于冬天氣溫很低，會導致農作物不能生長，家畜生長緩慢，甚至停止，沼氣池不能正常產氣；而農民要解決蔬菜的不間斷生產問題。很顯然，大量使用造價昂貴、并用燃料加熱的玻璃溫室是不符合我國國情的。你能用所學知識，設計一種生態工程，來較好地解決上述問題嗎？請在畫出其物質和能量結構圖的基礎上，說明你所依據的生態工程原理。提示：（以下為參考答案，可讓同學們進行其他設計）

教材中“四位一體”的圖所示為近年來出現在我國北方農區的一種生態工程類型，它較好地解決了習題中所述問題。“四位”指沼氣池、豬禽舍、廁所及日光溫室四部分，是庭院經濟與生態農業相結合的一種生產模式。它的運行原理為：日光溫室的增溫效應可使蔬菜等作物在冬天也能正常生長；同時也使豬禽免受嚴寒而快速生長；溫室內的植物為動物提供氧氣，同時吸收二氧化碳；人、豬、禽的糞尿及蔬菜廢棄物和秸稈等物質投入沼氣池產氣，同時溫室的高溫也提高了沼氣在冬天的產氣穩定性；沼液和沼渣又是蔬菜的良好肥料，有助于減少蔬菜的病蟲害，提高蔬菜的產量和質量。

“四位一體”充分應用了物質循環再生和生物多樣性等原理，提高了單位土地面積的產出，同時減少了環境污染，大大提高了農業的綜合效益。“四位一體”的物質循環見圖5-2：

圖5-2“四位一體”生態工程物質循環示意圖

（二）正文中討論題

【農村綜合發展型生態工程案例】

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1.在這一案例中，主要運用了哪些生態工程的基本原理？

提示：物質循環再生原理、整體性原理、物種多樣性原理等。2.這一生態系統的結構和功能有哪些特點？有哪些值得借鑒的做法？

提示：這個案例以沼氣工程為核心，農林牧副漁各業全面發展，增加了勞動力就業機會，促進了經濟發展；同時又降低了環境污染，促進了農村的可持續發展。

【小流域綜合治理生態工程案例】

分析甘肅省隴南縣的“九子登科”模式，在說明“九子”措施含義的基礎上，談談你對小流域綜合治理生態工程的理解。

補充資料──“九子登科”措施的具體意義

●山頂戴帽子：山頭實行封禁管理、營造水土保持林，保護和恢復植被；

●山腰系帶子：半山陡坡退耕還林還草，發揮林草攔蓄作用，減少徑流；

●坡地修臺子：坡耕地以坡改梯田為突破口，建設基本農田，為調整農業產業結構提供條件；

●地埂鎖邊子：充分利用地埂種植經濟作物，既獲得經濟效益，又保護地埂；

●荒地荒溝栽苗子：在荒山、荒溝、荒坡地建設薪炭林； ●山腳種果子：山腳發展經濟林果園，促進商品經濟發展；

●溝底穿靴子：在干、支、毛溝溝底修建谷坊、攔擋壩，建設溝壩地，攔蓄泥沙，防止溝壑被水沖蝕而導致其不斷擴張；

●見縫插針釘扣子：利用田間地頭、房前屋后栽植林果，發揮零星作用，提高治理程度； ●秋田蓋罩子：在緩坡耕地改順坡種植為橫坡等高種植、實行地膜覆蓋等保土耕作措施。1.小流域的綜合治理，“綜合”表現在哪些方面？

提示： “綜合”表現在它一改以前的單純造林和蓄水、減沙等工程模式，同時考慮到了生態效益和經濟效益：不但注重通過還林、還草、筑壩等措施達到蓄水、降低土壤侵蝕的生態效果；還考慮如何提高人們的生活水平。例如，不但種植農作物，還同時種植經濟作物來提高人們的收入；考慮到了種植薪柴林解決人們的燃料來源問題。各種措施的結果是建立一個穩定、持久、高效的生態系統。

2.為什么要針對不同的地形采取不同的措施？這體現了生態工程的什么原理？

提示：山頂土壤條件、氣候條件惡劣，不宜蓄水，交通不便，改造成本高，適宜封山，依靠自然恢復力來恢復植被；山腰、荒地等土壤，雖然水分條件較好，但是仍不適宜種植農作物，對于這樣的地方可以自然恢復，也可以人為種植適宜的林木、草或果樹等，加快植被恢復速度，這樣既能降低土壤侵蝕，又能創造一定的經濟效益；對溝底而言，應建設堤壩系統，它可以蓄水和淤積土地，還能夠減少山體的崩塌和滑坡，保證人民的生命財產安全；對坡地和山腳農田來說，土壤、水分條件良好，交通也較方便，土地生產力高，適宜種植農作物來解決人們的糧食和收入等問題，但是在坡地上要水平梯田種植，以減少水土流失。根據不同的地形采取不同的措施，既要考慮到生態效益，又要考慮到人們的生活和收入問題，這體現了生態工程協調與平衡、因地制宜的原理和思想。3.從這一案例看，當地是怎么做到經濟效益與生態效益相統一的？這一模式在其他小流域能夠照搬嗎？

提示：上題分析中已解答了經濟效益與生態效益的統一問題。這種模式在其他小流域不生物選修3教材答案

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能照搬，還是要因地制宜地進行生態工程建設，不同氣候帶、不同自然條件和不同經濟發展水平的地區，其生態工程的模式應各具特色。【大區域生態系統恢復工程──“三北”防護林案例】

1.國家為什么投入巨大的人力和物力興建三北防護林工程？這一工程為什么需要如此漫長的時間？

提示：三北防護林跨越中國13個省、直轄市、自治區，對我國具有重要的意義：生態環境的質量關系到這一地區人民的生產和生活問題，對維護社會穩定具有重要意義；更重要的是，這一地區的生態環境關系到下游地區人民的生產、生活和經濟發展，如黃河上游的水土流失容易導致下游地區的洪水泛濫，而危害巨大的沙塵暴的發生也與這一地區的土地沙漠化關系密切；同時這里自然礦產資源豐富，對我國的經濟發展和國家安全具有重要戰略意義。

這一地區區域廣闊，氣候、自然條件復雜，總體經濟發展水平較低等情況也決定了這個工程需要較長的時間，非一朝一夕之功。2.這一工程橫跨多個省區，根據協調與平衡原理和生物多樣性原理，不同地區在造林設計上應當注意什么問題？

提示：首先應考慮樹種的生態適應性問題，種植適宜品種，宜林則林，宜灌則灌，宜草則草；其次要考慮樹種的多樣性，保證防護林體系的穩定性；不同地區應根據當地情況采取不同的策略，如條件惡劣的地區應該結合自然恢復力，而農區的防護林中農田防護林網可能占較大比重。【濕地生態恢復工程案例】

1.當初人們為什么要圍湖造田？

提示：主要原因：我國歷來人多地少，在“以糧為綱”的年代，圍湖造田，種植農作物，以生產更多的糧食；片面強調經濟發展，沒有認識到湖泊的巨大生態調節功能也是重要原因。

2.為什么說“退耕還湖”是一項巨大的系統工程？實施這一工程面臨的主要困難是什么？ 提示：退耕還湖不僅包括退耕地為湖區，還包括退耕后湖區上游以及湖區周圍的生態環境保護工作；更重要的是原耕地上居民的遷移，要解決遷出居民的生活和就業等問題，這是退耕還湖工程的主要困難。

3.地處湖區上游的人們對濕地恢復生態工程負有什么責任？

提示：保護環境，減少水土流失和水污染。例如,減少工廠、生活污水往水體中的排放，農田中減少化肥和農藥的施用量等。【礦區廢棄地的生態恢復工程案例】

1.在這一案例中，恢復植被的措施是植樹和種草，為什么不是種植農作物？

提示：礦區土壤條件惡劣，不適宜農作物的生長，因此代之以適應性強，耐旱的灌木、草和樹。

2.怎樣合理地籌劃養殖肉牛的數量？

提示：首先要考慮到牧草的產量，以草定畜；從外地調運飼料要考慮飼養成本；更重要的是要考慮到土地對糞肥的承載力,以及對糞肥的加工或利用情況，要保持在承載力范圍以內，以免養殖規模過大，糞肥數量巨大而造成新的污染。

生物選修3教材答案

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3.除煤礦外，你知道還有哪些礦區嗎？這些礦區的恢復工程與煤礦是否有不同之處？ 提示：除煤礦外，還有金礦、鐵礦等。這些生態恢復工程最重要的是改良表土，恢復植被，但要因地制宜。

【城市生態工程】

1.汽車尾氣是城市大氣污染的主要來源之一，汽車噪聲又是城市噪聲污染的主要來源。你認為應當限制城市居民購買汽車嗎？為什么？如果不限制，應當采取什么措施來減少由汽車造成的污染？

提示：減少污染的措施：制定法律法規，禁止市區內鳴笛，禁止使用含鉛汽油，鼓勵使用電力、天然氣等無污染能源的新型汽車，以及對其的研究和應用等。

2.城市的水污染問題應當采取哪些措施來解決？每一個城市居民應當在這方面承擔什么責任和義務？

提示：減少或禁止工廠的污水排放；進行污水凈化回收利用；實行雨水和污水分流。每一個城市居民都應該樹立節水意識、宣傳節水的意義，家庭生活中應該使用無磷洗衣粉和洗滌劑，制止或減少生活中的水污染行為。

（三）旁欄思考題

發達國家與我國的生態工程建設強調的重點有所不同，為什么？

提示：發達國家經濟發展水平較高，人均土地、水等資源占有量較多，所以這些國家的生態工程往往注重生態恢復，而較少注重經濟效益。而我國人口較多，人均土地、水資源和能源占有量少，所以在進行生態工程時，一定要注重生態效益、社會效益和經濟效益的統一。

鳴謝

哈三中2013屆南崗高三2班協助校稿同學： 宋子璇

楊明磊

向釗

吳瑜瞳

馬連裕

潘可涵

（排名不分先后）

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第五篇：高中生物選修三課后題答案和提示

高中生物選修三《現代生物科技專題》課后題答案和提示

專題一 基因工程

1.1 DNA重組技術的基本工具

（一）思考與探究

1.限制酶在DNA的任何部位都能將DNA切開嗎？以下是四種不同限制酶切割形成的DNA片段：(1)?CTGCA(2)?AC(3)GC? ?G ?TG CG?（4）?G(5)G?(6)?GC ?CTTAA ACGTC? ?CG(7)GT?(8)AATTC? CA? G? 你是否能用DNA連接酶將它們連接起來？ 答：2和7能連接形成?ACGT?

?TGCA?； 4和8能連接形成?GAATTC?

?CTTAAG?； 3和6能連接形成?GCGC?

?CGCG?； 1和5能連接形成?CTGCAG?

?GACGTC?。

2.聯系你已有的知識，想一想，為什么細菌中限制酶不剪切細菌本身的DNA？

提示：迄今為止，基因工程中使用的限制酶絕大部分都是從細菌或霉菌中提取出來的，它們各自可以識別和切斷DNA上特定的堿基序列。細菌中限制酶之所以不切斷自身DNA，是因為微生物在長期的進化過程中形成了一套完善的防御機制，對于外源入侵的DNA可以降解掉。生物在長期演化過程中，含有某種限制酶的細胞，其DNA分子中或者不具備這種限制酶的識別切割序列，或者通過甲基化酶將甲基轉移到所識別序列的堿基上，使限制酶不能將其切開。這樣，盡管細菌中含有某種限制酶也不會使自身的DNA被切斷，并且可以防止外源DNA的入侵。

3.天然的DNA分子可以直接用做基因工程載體嗎？為什么？

提示：基因工程中作為載體使用的DNA分子很多都是質粒（plasmid），即獨立于細菌擬核處染色體DNA之外的一種可以自我復制、雙鏈閉環的裸露的DNA分子。是否任何質粒都可以作為基因工程載體使用呢？其實不然，作為基因工程使用的載體必需滿足以下條件。

（1）載體DNA必需有一個或多個限制酶的切割位點，以便目的基因可以插入到載體上去。這些供目的基因插入的限制酶的切點所處的位置，還必須是在質粒本身需要的基因片段之外，這樣才不至于因目的基因的插入而失活。

（2）載體DNA必需具備自我復制的能力，或整合到受體染色體DNA上隨染色體DNA的復制而同步復制。（3）載體DNA必需帶有標記基因，以便重組后進行重組子的篩選。

（4）載體DNA必需是安全的，不會對受體細胞有害，或不能進入到除受體細胞外的其他生物細胞中去。（5）載體DNA分子大小應適合，以便提取和在體外進行操作，太大就不便操作。

實際上自然存在的質粒DNA分子并不完全具備上述條件，都要進行人工改造后才能用于基因工程操作。

嗎？若想將一個抗病基因導入單子葉植物，如小麥，從理論上說，你應該如何做？

提示：農桿菌可分為根瘤農桿菌和發根農桿菌，在植物基因工程中以根瘤農桿菌的Ti質粒介導的遺傳轉化最多。根瘤農桿菌廣泛存在于雙子葉植物中。據不完全統計，約有93屬643種雙子葉植物對根瘤農桿菌敏感。裸子植物對該菌也敏感。當這些植物被該菌侵染后會誘發腫瘤。近年來，也有報道該菌對單子葉植物也有侵染能力。

根瘤農桿菌侵染植物是一個非常復雜的過程。根瘤農桿菌具有趨化性，即植物的受傷組織會產生一些糖類和酚類物質吸引根瘤農桿菌向受傷組織集中。研究證明，主要酚類誘導物為乙酰丁香酮和羧基乙酰丁香酮，這些物質主要在雙子葉植物細胞壁中合成，通常不存在于單子葉植物中，這也是單子葉植物不易被根瘤農桿菌侵染的原因。近年來還發現一些中性糖，如L-阿拉伯糖、D-木糖等也有誘導作用。酚類物質和糖類物質既可以作為根瘤農桿菌的趨化物，又可以作為農桿菌中Ti質粒上Vir區（毒性區）基因的誘導物，使Vir區基因活化，導致T-DNA的加工和轉移，從而侵染植物細胞。

需要注意的是農桿菌中不同的菌株，侵染能力有差別，在基因工程中需要加以選擇使用。利用農桿菌侵染單子葉植物進行遺傳轉化時，是需要加上述酚類物質的，同時單子葉植物種類不同，農桿菌侵染進行遺傳轉化的效果也有很大差異。

如果想將一個抗病毒基因轉入小麥，也可以用農桿菌，但要注意兩點：①要選擇合適的農桿菌菌株，因為不是所有的農桿菌菌株都可以侵染單子葉植物；②要加趨化和誘導的物質，一般為乙酰丁香酮等，目的是使農桿菌向植物組織的受傷部位靠攏（趨化性）和激活農桿菌的Vir區（誘導）的基因，使T-DNA轉移并插入到染色體DNA上。

3.利用大腸桿菌可以生產出人的胰島素，聯系前面有關細胞器功能的知識，結合基因工程操作程序的基本思路，思考一下，若要生產人的糖蛋白，可以用大腸桿菌嗎？

提示：有些蛋白質肽鏈上有共價結合的糖鏈，這些糖鏈是在內質網和高爾基復合體上加工完成的，內質網和高爾基復合體存在于真核細胞中，大腸桿菌不存在這兩種細胞器，因此，在大腸桿菌中生產這種糖蛋白是不可能的。

4.β-珠蛋白是動物血紅蛋白的重要組成成分。當它的成分異常時，動物有可能患某種疾病，如鐮刀形細胞貧血癥。假如讓你用基因工程的方法，使大腸桿菌生產出鼠的β-珠蛋白，想一想，應如何進行設計？

提示：基本操作如下：

（1）從小鼠中克隆出β-珠蛋白基因的編碼序列（cDNA）。

（2）將cDNA前接上在大腸桿菌中可以適用的啟動子，另外加上抗四環素的基因，構建成一個表達載體。（3）將表達載體導入無四環素抗性的大腸桿菌中，然后在含有四環素的培養基上培養大腸桿菌。如果表達載體未進入大腸桿菌中，大腸桿菌會因不含有抗四環素基因而死掉；如果培養基上長出大腸桿菌菌落，則表明β-珠蛋白基因已進入其中。

（4）培養進入了β-珠蛋白基因的大腸桿菌，收集菌體，破碎后從中提取β-珠蛋白。

（二）求異思維

你能推測出由mRNA反轉錄形成cDNA的過程大致分為哪些步驟嗎？

提示：1970年，特明（H.M.Temin）和巴爾的摩（D.Baltimore）證實了RNA病毒中含有一種能將RNA轉錄成DNA的酶，這種酶被稱為依賴RNA的DNA聚合酶，由于與中心法則中的從DNA到RNA的轉錄是反向的，所以稱為反轉錄酶（reverse transcriptase）。

反轉錄酶既可以利用DNA又可以利用RNA作為模板合成與之互補的DNA鏈。像其他DNA聚合酶一樣，反轉錄酶也以5′→3′方向合成DNA（圖1-3）。

當于天然產品的十分之一，雖然在大腸桿菌中合成的β-干擾素量很多，但多數是以無活性的二聚體形式存在。為什么會這樣？如何改變這種狀況？研究發現，β-干擾素蛋白質中有3個半胱氨酸（第17位、31位和141位），推測可能是有一個或幾個半胱氨酸形成了不正確的二硫鍵。研究人員將第17位的半胱氨酸，通過基因定點突變改變成絲氨酸，結果使大腸桿菌中生產的β-干擾素的抗病性活性提高到108 U/mg，并且比天然β-干擾素的貯存穩定性高很多。

在基礎理論研究方面，蛋白質工程是研究多種蛋白質的結構和功能、蛋白質折疊、蛋白質分子設計等一系列分子生物學基本問題的一種新型的、強有力的手段。通過對蛋白質工程的研究，可以深入地揭示生命現象的本質和生命活動的規律。

2.蛋白質工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？

答：基因工程是遵循中心法則，從DNA→mRNA→蛋白質→折疊產生功能，基本上是生產出自然界已有的蛋白質。蛋白質工程是按照以下思路進行的：確定蛋白質的功能→蛋白質應有的高級結構→蛋白質應具備的折疊狀態→應有的氨基酸序列→應有的堿基排列，可以創造自然界不存在的蛋白質。3.你知道酶工程嗎？絕大多數酶都是蛋白質，酶工程與蛋白質工程有什么區別？

提示：酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工程學的手段，應用于生產、生活、醫療診斷和環境保護等方面的一門科學技術。概括地說，酶工程是由酶制劑的生產和應用兩方面組成的。酶工程的應用主要集中于食品工業、輕工業以及醫藥工業中。α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖異構酶這三個酶連續作用于淀粉，就可以代替蔗糖生產出高果糖漿；蛋白酶用于皮革脫毛膠以及洗滌劑工業；固定化酶還可以治療先天性缺酶病或是器官缺損引起的某些功能的衰竭等。至于我們日常生活中所見到的加酶洗衣粉、嫩肉粉等，就更是酶工程最直接的體現了。通常所說的酶工程是用工程菌生產酶制劑，而沒有經過由酶的功能來設計酶的分子結構，然后由酶的分子結構來確定相應基因的堿基序列等步驟。因此，酶工程的重點在于對已存酶的合理充分利用，而蛋白質工程的重點則在于對已存在的蛋白質分子的改造。當然，隨著蛋白質工程的發展，其成果也會應用到酶工程中，使酶工程成為蛋白質工程的一部分。

（二）正文中討論題

某多肽鏈的一段氨基酸序列是：?—丙氨酸—色氨酸—賴氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—? 討論：（1）怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請把相應的堿基序列寫出來。（2）確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因（DNA）？

答：（1）每種氨基酸都有對應的三聯密碼子，只要查一下遺傳密碼子表，就可以將上述氨基酸序列的編碼序列查出來。但是由于上述氨基酸序列中有幾個氨基酸是由多個三聯密碼子編碼，因此其堿基排列組合起來就比較復雜，至少可以排列出16種，可以讓學生根據學過的排列組合知識自己排列一下。首先應該根據三聯密碼子推出mRNA序列為GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C），再根據堿基互補配對規律推出脫氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）。

（2）確定目的基因的堿基序列后，就可以根據人類的需要改造它，通過人工合成的方法或從基因庫中獲取。

（三）異想天開

能不能根據人類需要的蛋白質的結構，設計相應的基因，導入合適的細菌中，讓細菌生產人類所需要的蛋白質食品呢？

提示：理論上講可以，但目前還沒有真正成功的例子。一些報道利用細菌生產人類需要的蛋白質往往都是自然界已經存在的蛋白質，并非完全是人工設計出來而自然不存在的蛋白質。主要原因是蛋白質的高級結構非常復雜，人類對蛋白質的高級結構和在生物體內如何行使功能知之甚少，很難設計出一個嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質，而且一個嶄新的蛋白質會帶來什么危害也是人們所擔心的。

（二）正文中討論題 【實驗 胡蘿卜的組織培養】

1.在組織培養實驗中，為什么要強調所用器械的滅菌和實驗人員的無菌操作？

提示：植物組織培養中用到的培養基含有豐富的營養成分，有利于培養物的生長，然而各種雜菌同樣也可以在上面迅速生長，所以植物組織培養過程中污染現象經常發生。培養基一旦被污染，迅速生長的各種雜菌不但會和培養物爭奪營養，而且這些雜菌生長的過程中會生成大量對培養物有害的物質，導致培養物迅速死亡。

造成培養基污染的因素有很多，一般包括：外植體帶菌、培養瓶和各種器械滅菌不徹底、操作人員操作不規范等。所以在組織培養實驗中用到的植物材料和各種器械都要進行徹底地滅菌，實驗人員操作一定要規范，避免帶入雜菌。

2.在本實驗中，切取胡蘿卜塊根時強調要切取含有形成層部分，原因是這部分容易誘導形成愈傷組織。請思考一下，胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花），是否也能培養成小植株，你能用實驗的方法進行驗證嗎？

提示：胡蘿卜的其他部分（如莖、葉、花）也能培養再生形成小植株，只是誘導愈傷組織比較困難。可以讓學生參考利用胡蘿卜根進行組織培養的實驗，嘗試設計出利用胡蘿卜的莖、葉、花進行組織培養的實驗流程。3.請根據上面的實驗過程，概括出植物組織培養技術的流程簡圖。

提示：

提示：針對植物種類和土壤等條件，在人工種子的包裹劑中還可以加入適量的養分、無機鹽、有機碳源以及農藥、抗生素、有益菌等。為了促進胚狀體的生長發育，還可以向人工種皮中加入一些植物生長調節劑。4.高效抗癌的藥物紫杉醇，雖然能造福人類，但卻為瀕危的紅豆杉帶來一場滅頂之災。以“我們能否利用植物組織培養技術大量生產紫杉醇，從而拯救紅豆杉”為題，與同學展開討論，說出植物組織培養技術在節約資源、保護環境方面的重要意義。

提示：可以利用植物組織培養技術來大量生產紫杉醇。現在國內外的科學家們正在研究利用植物細胞培養技術來大量培育紅豆杉細胞，希望利用這種方法來大量生產紫杉醇。國內外許多實驗室開展了用組織培養法生產紫杉醇的研究，紅豆杉屬的11種植物現都在進行組織培養。ESC Agenetics公司宣布他們用細胞培養法所得紫杉醇的含量是樹皮的2～5倍。國內外在分化細胞株系和培養條件方面做了不少工作，摸索了外植體、光照、培養基組成等因素對細胞培養及紫杉醇生成的影響。現在工藝條件已基本摸清，正研究反應的放大技術等，有望實現通過細胞培養進行工業化生產紫杉醇的目標。2.2 動物細胞工程

2.2.1動物細胞培養和核移植技術

（一）思考與探究

1.幼齡與老齡動物的組織細胞比較，分化程度低的與分化程度高的組織細胞比較，哪一種更易于培養？思考一下，這是什么道理？

提示：細胞的衰老與動物機體的衰老有著密切的關系，細胞的增殖能力與供體的年齡有關，幼齡動物細胞增殖能力強，有絲分裂旺盛，老齡動物則相反。所以，一般來說幼年動物的組織細胞比老年動物的組織細胞易于培養。同樣，組織細胞的分化程度越低，則增殖能力越強，所以更容易培養。2.動物細胞培養要經過脫分化的過程嗎？為什么？

提示：脫分化又稱去分化，是指分化細胞失去特有的結構和功能變為具有未分化細胞特性的過程。植物的任何一部分，甚至單個細胞都具有長成完整植株的能力。但要發育成完整植株，必須先脫分化，脫分化的細胞具有發育成任何組織的能力，然后進行再分化，形成完整植株。植物細胞培養主要用于農林生產中的作物、苗木育種，快速繁育種苗、培育無病毒植株等，這就要求植物的組織或細胞先進行脫分化。動物細胞的培養有各種用途，一般而言，動物細胞培養不需經過脫分化過程。因高度分化的動物細胞發育潛能變窄，失去了發育成完整個體的能力，所以，動物細胞也就沒有類似植物組織或細胞培養時的脫分化過程了。要想使培養的動物細胞定向分化，通常采用定向誘導動物干細胞，使其分化成所需要的組織或器官。

3.1997年，美國威斯康星州的一個奶牛場有一頭名叫盧辛達（Lucinda）的奶牛，年產奶量為30.8 t，創造了世界奶牛產奶量最高新紀錄。目前世界各國高產奶牛場奶牛，年平均產奶量一般為十幾噸，而我國奶牛產奶量年平均水平僅為3～4 t。

（1）能利用體細胞核移植技術克隆高產奶牛盧辛達嗎？請說明理由。

提示：可以用體細胞核移植技術克隆高產奶牛盧辛達。盧辛達的產奶量很高，說明它有高產奶的遺傳基礎，利用盧辛達的體細胞克隆的奶牛其遺傳物質基本上全部來自該奶牛，其克隆牛具有高產的遺傳基礎，如果精心培育和飼養，有可能在世界范圍內推廣，克隆牛再與高產的公牛自然繁殖，可得到很多高產的后代，從而加快奶牛改良進程。

但同時需注意，該克隆牛不能無限制地推廣，其數量不宜過多，尤其是在小范圍內不能無限的繁殖，以避免奶牛群出現近親繁殖而引起種質衰退。

（2）如果將克隆高產奶牛盧辛達的任務交給你，你將如何對它進行克隆？

提示：首先從盧辛達耳朵（也可用別的組織、器官，耳朵在活體上容易取）上剪取一小塊組織，在體外培

是細胞合成蛋白質的基本成分，其中有些氨基酸動物細胞本身不能合成（稱為必需氨基酸），必須由培養液提供。血清激素有胰島素、生長激素等及多種生長因子（如表皮生長因子、成纖維細胞生長因子、類胰島素生長因子等）；血清還含有多種未知的促細胞生長因子、促貼附因子及其他活性物質，能促進細胞的生長、增殖和貼附。因此，細胞培養時，要保證細胞能夠順利生長和增殖，一般需添加10%～20%的血清。2.2.2動物細胞融合與單克隆抗體 思考與探究

1.植物體細胞雜交技術與動物細胞融合技術有什么不同？

提示：植物體細胞雜交技術與動物細胞融合技術基本相同，不同的是植物體細胞融合前需去掉細胞壁，然后再融合；動物細胞融合是兩個體細胞直接融合。

2.制備單克隆抗體時，為什么要選用B淋巴細胞和骨髓瘤細胞融合形成雜交瘤細胞？

提示：哺乳動物感染抗原后，其體內會形成相應的B淋巴細胞，B淋巴細胞能分泌相應的抗體凝聚或殺死這些抗原。動物在免疫反應的過程中，每一種B淋巴細胞能分泌一種特異性抗體，要想獲得大量的特異性抗體，必須使能分泌該單一抗體的B淋巴細胞大量增殖。B淋巴細胞具有產生單一抗體的能力，但不能在體外增殖；骨髓瘤細胞是一種癌細胞，它能在體外培養條件下無限增殖，但不能產生抗體。因此，把一種B淋巴細胞與骨髓瘤細胞進行細胞融合，產生雜交瘤細胞，它會兼有兩個親本細胞的特性──在體外培養條件下能不斷增殖，同時能產生出某種特異性的抗體。

專題三 胚胎工程

3.1 體內受精和早期胚胎發育

（一）思考與探究

1.以精子的運行途徑為線索，設計一幅簡圖，來說明哺乳動物的受精過程。

提示：哺乳動物的受精過程主要包括精子穿越放射冠、透明帶、進入卵黃膜、原核形成和配子融合等步驟（詳見教材中的受精過程）。

2.哺乳動物精子和卵子的發生主要有哪些相似點或不同點？

相似之處：細胞分裂的最初階段為有絲分裂，不斷增加生殖原細胞的數量；經過兩次減數分裂（M I和M II）才能形成精子或卵子。

不同之處：由一個精原細胞分裂最后可產生多個精子；一個卵原細胞最后只能生成一個卵子。精子的形狀為蝌蚪狀；卵子為球形。多數哺乳動物卵子的形成和在卵巢內的貯備是在胎兒出生前完成。

3.當你了解到精子需要獲能，受精過程中有防止多精入卵的現象時，你是否提出過這樣的問題：精子在雌性生殖道內是如何獲能的？防止多精入卵的兩道防線的形成機制究竟是什么？

精液由精子和精清（精漿）兩部分組成。精清中含有一種能抑制精子獲能的物質，因此，在一般情況下，精液中的精子無法獲能。只有當交配后精液進入雌性動物的生殖道時，由生殖道分泌產生一種物質解除對精子獲能的抑制，才能引起精子獲能。精子在雌性動物生殖道內獲能的部位因種類而異，但主要是子宮和輸卵管。

防止多精入卵主要通過透明帶反應和卵黃膜封閉作用兩道屏障。在受精過程中，當精子穿越透明帶觸及卵黃膜時，透明帶會立即封閉，阻止后來的精子進入透明帶，可看作是防止多精受精的第一道屏障。而精子入卵后，卵黃膜會立即拒絕其他精子再進入卵內，可看作是防止多精受精的第二道屏障。其生理、生化機制，請參閱有關專著。

（二）正文中討論題 【精子的發生】

1.家畜每次射精排出的精子數以億計，但是通常只有一個精子能夠與卵子結合，這能說是一種浪費嗎？怎樣理

1答：① 對供、受體母畜進行選擇，并進行同期發情處理；③ 配種或人工授精；④ 收集胚胎；⑥ 胚胎移植；⑦ 對受體母畜進行是否妊娠的檢查。

（2）應該怎樣選擇供體公、母牛和受體母牛？在②中，為什么要用促性腺激素處理供體母牛，在促性腺激素處理供體母牛前，為什么需要對供體和受體母牛進行同期發情處理？

答：供體公、母牛應該是具有人類所需的優良遺傳性狀的個體，而受體母牛必須具有正常的孕育、生殖后代的能力；需要用促性腺激素處理供體母牛是為了引起超數排卵，這樣就可以獲得較多的胚胎；在促性腺激素處理供體母牛前，對供體和受體母牛進行同期發情處理，才能使它們的生理條件達到同步或一致，使供體的胚胎移入受體后有相同或相似的生存條件。

（3）在右側的流程圖中，哪一步需要進行沖卵？沖卵是把母畜的卵子沖出來嗎？

答：第④步需要進行沖卵，沖卵是指將供體母畜體內的受精卵沖出來，而不是把卵子沖出來。（4）用胚胎移植繁育良種種畜具有哪些實用意義？

提示：胚胎移植可充分發揮雌性優秀個體的繁殖潛力。具體表現為：縮短了供體本身的繁殖周期，同時通過超數排卵處理和胚胎移植可獲得比自然繁殖多十幾倍到幾十倍的后代。

可在短期大幅度增加優良個體母畜和公畜的后代數量，迅速擴大良種畜群，加速育種和品種改良工作。經冷凍保存的胚胎可進行國內和國際交換，代替活畜的引種或進出口。

通過胚胎移植可以人為生產雙胎或多胎。可以通過保存胚胎來保存品種資源和瀕危動物。

（二）正文中討論題

1.在胚胎移植操作中，怎樣才能使胚胎在移植前后所處的生理環境保持一致？例如，供、受體的發情時間要一致嗎？供體胚胎移入受體子宮的位置，應與在供體內的位置相同或相似嗎？

答：應對供體和受體母畜進行同期發情處理，使它們的生理條件達到同步或一致，這樣才能使供體的胚胎移入受體后有相同或相似的生存條件，這是胚胎移植成功與否的關鍵。因此，必須做到供、受體母畜的發情時間一致。同時還要做到移入受體子宮胚胎的位置應該與其在供體內的位置相同或相似，移入胚胎一側的受體子宮角對應的卵巢必須有黃體存在。

2.胚胎移植實質上是早期胚胎在相同生理環境條件下空間位置的轉移。你認為這樣的概括正確嗎？

答：胚胎移植成功率的高低與供、受體生理環境條件一致性密切相關。只有供、受體生理環境高度一致，移入受體的胚胎才能被接受，并繼續發育。所以我們可以把胚胎移植簡單概括為早期胚胎在相同生理環境條件下空間位置的轉移。這樣的概括是正確的。

（三）旁欄思考題

對囊胚階段的胚胎進行分割時，為什么要將內細胞團均等分割？

提示：內細胞團一般到囊胚階段才出現，它是發育為胚胎本身的基礎細胞，其他細胞為滋養細胞，只為胚胎和胎兒發育提供營養。若分割時不能將內細胞團均等分割，會出現含內細胞團多的部分正常發育的能力強，少的部分發育受阻或發育不良，甚至不能發育等問題。

專題四 生物技術的安全性和倫理問題

4.1 轉基因生物的安全性

（一）正文中討論題

【論壇1】3.我國為了保證轉基因食物的安全性，都采取了哪些監控和預防措施？

答：（1）立法是監控農業轉基因生物安全的有力措施。例如，中國已制定了《農業生物基因工程安全管理實施辦法》（1996年）、《轉基因農產品安全管理臨時措施》（2002年）和《農業轉基因生物標識管理辦法》（200

2-13【熱點問題討論1】

2.倫理學家和科學家看待克隆人的角度有什么不同？

提示：倫理學家主要是從倫理學、社會學和心理學角度看問題，而科學家更多的是從科學的可行性和科學意義的角度看問題。

4.你愿意被科學家克隆嗎？為什么？

提示：參見教科書中的內容，可以從科學角度、倫理角度和社會需求角度討論，現在不宜克隆人。我國明確禁止生殖性克隆人，一再重申的四不原則，體現了中國大多數人的價值觀取向。5.克隆人如果真的來到人間，你認為應該怎樣正確對待他們？

提示：到時候我們恐怕并沒有必要去追究他是出于什么目的被克隆出來的，也沒有必要去爭論該成果有什么科學價值，而應該把克隆人當作我們社會中的一個普通成員，尊重他的人權、人格。要用他做實驗時，必須征得他自愿同意，絕不能傷害他的身心健康。社會應該以平常心態看待克隆人，使克隆人獲得和我們一樣的生存和發展的條件。目前，克隆動物還那么困難，克隆人更加不易，當世界上有那么幾個克隆人來到人間時，他們并不會破壞我們正常的生活秩序。【熱點問題討論2】

1.你是否支持設計試管嬰兒？為什么？

提示：設計試管嬰兒只是在特定背景下的一種應急措施，需要經過國家有關部門嚴格審批。它不宜推廣，并要嚴防濫用。

2.為什么捐出一部分骨髓救治他人，不會給捐獻者的身體健康造成損傷？你愿意為救人一命而捐獻自己一部分骨髓嗎？為什么？

提示：（1）所謂捐獻骨髓，實際上醫生只是從你的骨髓中分離出一部分造血干細胞供移植。因為造血干細胞在人的骨髓中相對較多，而在外周血液中卻很少。

（2）干細胞的一個重要特點是自我更新能力很強，被分離走的那部分造血干細胞，很快就會被“補齊”。因此捐獻骨髓不會影響捐獻者身體健康。

（3）醫生只是在醫學公認的安全條件下，分離出捐獻者有限數量的造血干細胞，而且整個抽取、分離過程，都是在設備良好的大醫院中進行的，一般不會對捐獻者造成意外傷害。

（4）捐獻有限造血干細胞救人一命，對個人來說是一種美德、一種欣慰和快樂，是一種高尚的人道主義表現。【熱點問題討論3】

1.你愿意獲得一張自己的基因身份證嗎？為什么？

提示：（1）現在要對個人所有基因進行檢測，是不現實的。因為現在有不少基因還沒得到確定。即使只是對個別或少數基因進行檢測，也并不是每個人都需要的。現在西方國家對某幾種致病基因進行篩檢時，接受測定的人也只是有這類遺傳病家族史的個人，或這類疾病的高危個人。目的是使他們能及早采取防范措施，如養成良好生活習慣、定期檢查身體、適時手術等。

（2）有某種致病基因，并不一定就會患病。患某種疾病，往往不是由單一原因引起的。況且已知人的很多疾病是多基因病，它是由遺傳因素和環境因素共同決定的。如果有良好的生活習慣等，往往可以使人避免患上某些遺傳性疾病。

（3）有許多疾病，測定其致病基因是相當困難的。因此科學家認為不如測定其所表達的蛋白質更為快捷、有效。

（4）基因檢測給受試者造成的心理負擔或壓力必須考慮到。特別是給出似是而非的結論之后，往往會使受試者無所適從。

5提示：根本原因：長江上游亂砍濫伐森林，水源涵養和水土保持功能急劇降低，造成大量泥沙淤積河道；中游圍湖造田、亂占河道，造成具有蓄洪作用的湖泊面積急劇減少。

直接原因：1998的罕見降雨。但這也與全球溫室氣體排放量增加而導致的溫度升高、氣候異常有關。解決長江洪水泛濫的措施有：我國政府提出的“積極營造長江中上游水源涵養林和水土保持林”計劃，即以生物措施為主，結合工程措施，提高森林覆蓋率；“退耕還湖”和改革不合理耕作方式等。

在進行生態工程建設時，要考慮到怎樣解決農村（尤其是湖區或山區的遷出人員）的能源來源問題以及如何提高農民的經濟收入。

2.洪災的發生反映出經濟發展模式存在什么問題？

提示：傳統的經濟發展模式不注重生態環境的保護，沒有考慮生態成本，經濟的發展以巨大的生態環境破壞為代價。

【“關注生態工程建設”資料分析2】 1.你對“石油農業”是如何理解的？

提示：“石油農業”大量使用化肥、農藥和機械的生產方式，因對石油等能源有高度的依賴性而得名。它把農業生產這一復雜的生物過程，變成了簡單的機械過程和化學過程。由于其投入高，產出也高，對糧食安全保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用，但同時它所產生的廢棄物和有害物質的數量也很龐大，大大削弱了農業生態系統的穩定性和持續生產力，并造成日益嚴重的農產品污染和環境污染等問題。2.你能舉出一些農業生產活動對人體健康以及環境造成危害的實例嗎？

提示：除日常生活中能夠發現的實例外，農業活動對環境和人類健康造成危害的實例中，世界上影響較大的有藍嬰病。1973年，美國內布拉斯加州首次出現幼兒高鐵血紅蛋白癥（藍嬰病）。其原因是飲用水中硝酸鹽含量超過10 mg/L，這時過多的硝酸鹽會與紅細胞中的血色素結合，形成高鐵血紅蛋白。高鐵血紅蛋白不能為細胞和組織運輸足夠的氧。患兒的臨床癥狀是在口、手或腳等部位出現時斷時續的藍色或淡紫色，呼吸困難、腹瀉、嘔吐、抽搐，嚴重的會失去知覺，甚至死亡。硝酸鹽來源于點源污染，如下水道、畜禽養殖場等，或非點源污染，如對農田、公園、草地等的施肥。3.如何理解“污染物是放錯地方的資源”這句話？

提示：對環境造成危害的污染物，采用一定的措施和技術，就能夠進行回收和循環利用，這樣不但能夠減少環境污染，而且提高了資源的利用效率，減少了資源的浪費。例如，對廢污水中的重金屬或氮、磷等養分就可以進行回收再利用。因此說污染物是放錯了地方沒有被利用的資源。4.石油農業的生產模式應當怎樣改進？

提示：在不同的國家有不同的改進措施。例如，在我國，人多地少，應該大力發展生態農業。實施的具體措施包括：可以根據田間作物的需要適量施用高效、低毒、低殘留的農藥，多施有機肥，提高作物對水、肥等資源的利用效率，對作物秸稈和畜禽糞便進行再利用，實現物質的多級利用，等等。一方面要不斷提高土地的產出水平；另一方面要減少農業活動對環境的污染，促進社會的可持續發展。【“物種多樣性原理”資料分析】

1.為什么樟子松林的松毛蟲會肆虐，幾十億株楊樹會毀于一旦？而珊瑚礁區卻能夠在養分稀少的深海中，保持著很高的生物多樣性？

提示：純樟子松林、楊樹林的生物多樣性低，食物鏈短而單調，缺少松毛蟲、天牛的天敵，而成片單一的林木又為其提供了豐富的食物來源，因而會導致了樹林的毀壞。

珊瑚礁區的生物多樣性高，食物鏈復雜，不同的生物占據了不同的時間位、空間位和資源位，因而充分利用了珊瑚礁生態系統的環境。例如，氮、磷等養分就能夠在該區生物體間充分地循環利用而很少流出系統外。

7提示： 21世紀是實現我國農業現代化的關鍵歷史階段，現代化的農業應該是高效的生態農業。沼氣工程把農業生產、農村經濟發展和生態環境保護、資源高效利用融為一體，不僅較好地解決了農村的能源來源問題，而且實現了廢棄物的再循環利用和資源化，創造了新的生態產業，如沼氣設施的建設和維護，促進了以農牧結合為中心的多種經營，從而為農村剩余勞動力提供了就業機會，促進了農村的綜合發展。2.目前沼氣工程還有哪些亟待解決的問題？

提示：目前沼氣工程存在的問題有：北方地區沼氣產氣在冬天不穩定，需要加熱；沼氣的一次性投資較大，相當部分的農民財力有困難；對沼氣的研究較薄弱，例如，對發酵過程中有關微生物及一些酶的研究。應當加強這方面的研究，以促進沼氣工程的推廣。5.2 生態工程的實例和發展前景 答案與提示

（一）思考與探究

1.分析朝鮮三八線的資料（具體資料見教材），說明它所蘊涵的意義。

提示：生態工程的恢復作用是有限的，不能認為只要有了生態工程，就可以先污染，后治理。人類迄今尚沒有能力完全模擬出自然的生態系統。自然生態系統發展到今天已經過幾十億年的進化，每平方公里每年的無形服務價值高達6.4萬美元，而為了達到同樣的效果，用人工制造和模擬的辦法，人類至少要花費10億美元還不盡如人意。

另一方面，自然生態系統具有相當的自我恢復能力，我們在生態工程建設中應該積極利用自然生態系統的這種能力，以節省投資。

2.在我國北方地區，由于冬天氣溫很低，會導致農作物不能生長，家畜生長緩慢，甚至停止，沼氣池不能正常產氣；而農民要解決蔬菜的不間斷生產問題。很顯然，大量使用造價昂貴、并用燃料加熱的玻璃溫室是不符合我國國情的。你能用所學知識，設計一種生態工程，來較好地解決上述問題嗎？請在畫出其物質和能量結構圖的基礎上，說明你所依據的生態工程原理。

提示：（以下為參考答案，可讓同學們進行其他設計）

教材中“四位一體”的圖所示為近年來出現在我國北方農區的一種生態工程類型，它較好地解決了習題中所述問題。“四位”指沼氣池、豬禽舍、廁所及日光溫室四部分，是庭院經濟與生態農業相結合的一種生產模式。它的運行原理為：日光溫室的增溫效應可使蔬菜等作物在冬天也能正常生長；同時也使豬禽免受嚴寒而快速生長；溫室內的植物為動物提供氧氣，同時吸收二氧化碳；人、豬、禽的糞尿及蔬菜廢棄物和秸稈等物質投入沼氣池產氣，同時溫室的高溫也提高了沼氣在冬天的產氣穩定性；沼液和沼渣又是蔬菜的良好肥料，有助于減少蔬菜的病蟲害，提高蔬菜的產量和質量。

“四位一體”充分應用了物質循環和生物多樣性等原理，提高了單位土地面積的產出，同時減少了環境污染，大大提高了農業的綜合效益。“四位一體”的物質循環見下圖：

9恢復植被；山腰、荒地等土壤，雖然水分條件較好，但是仍不適宜種植農作物，對于這樣的地方可以自然恢復，也可以人為種植適宜的林木、草或果樹等，加快植被恢復速度，這樣既能降低土壤侵蝕，又能創造一定的經濟效益；對溝底而言，應建設堤壩系統，它可以蓄水和淤積土地，還能夠減少山體的崩塌和滑坡，保證人民的生命財產安全；對坡地和山腳農田來說，土壤、水分條件良好，交通也較方便，土地生產力高，適宜種植農作物來解決人們的糧食和收入等問題，但是在坡地上要水平梯田種植，以減少水土流失。根據不同的地形采取不同的措施，既要考慮到生態效益，又要考慮到人們的生活和收入問題，這體現了生態工程協調與平衡、因地制宜的原理和思想。

3.從這一案例看，當地是怎么做到經濟效益與生態效益相統一的？這一模式在其他小流域能夠照搬嗎？

提示：上題分析中已解答了經濟效益與生態效益的統一問題。這種模式在其他小流域不能照搬，還是要因地制宜地進行生態工程建設，不同氣候帶、不同自然條件和不同經濟發展水平的地區，其生態工程的模式應各具特色。

【大區域生態系統恢復工程──“三北”防護林案例】

1.國家為什么投入巨大的人力和物力興建三北防護林工程？這一工程為什么需要如此漫長的時間？

提示：三北防護林跨越中國13個省、直轄市、自治區，對我國具有重要的意義：生態環境的質量關系到這一地區人民的生產和生活問題，對維護社會穩定具有重要意義；更重要的是，這一地區的生態環境關系到下游地區人民的生產、生活和經濟發展，如黃河上游的水土流失容易導致下游地區的洪水泛濫，而危害巨大的沙塵暴的發生也與這一地區的土地沙漠化關系密切；同時這里自然礦產資源豐富，對我國的經濟發展和國家安全具有重要戰略意義。

這一地區區域廣闊，氣候、自然條件復雜，總體經濟發展水平較低等情況也決定了這個工程需要較長的時間，非一朝一夕之功。

2.這一工程橫跨多個省區，根據協調與平衡原理和生物多樣性原理，不同地區在造林設計上應當注意什么問題？

提示：首先應考慮樹種的生態適應性問題，種植適宜品種，宜林則林，宜灌則灌，宜草則草；其次要考慮樹種的多樣性，保證防護林體系的穩定性；不同地區應根據當地情況采取不同的策略，如條件惡劣的地區應該結合自然恢復力，而農區的防護林中農田防護林網可能占較大比重。【濕地生態恢復工程案例】 1.當初人們為什么要圍湖造田？

提示：主要原因：我國歷來人多地少，在“以糧為綱”的年代，圍湖造田，種植農作物，以生產更多的糧食；片面強調經濟發展，沒有認識到湖泊的巨大生態調節功能也是重要原因。

2.為什么說“退耕還湖”是一項巨大的系統工程？實施這一工程面臨的主要困難是什么？

提示：退耕還湖不僅包括退耕地為湖區，還包括退耕后湖區上游以及湖區周圍的生態環境保護工作；更重要的是原耕地上居民的遷移，要解決遷出居民的生活和就業等問題，這是退耕還湖工程的主要困難。3.地處湖區上游的人們對濕地恢復生態工程負有什么責任？

提示：保護環境，減少水土流失和水污染。例如,減少工廠、生活污水往水體中的排放，農田中減少化肥和農藥的施用量等。

【礦區廢棄地的生態恢復工程案例】

1.在這一案例中，恢復植被的措施是植樹和種草，為什么不是種植農作物？

提示：礦區土壤條件惡劣，不適宜農作物的生長，因此代之以適應性強，耐旱的灌木、草和樹。2.怎樣合理地籌劃養殖肉牛的數量？