第一篇：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。

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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

生物選修3教材答案

第11頁

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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

第12頁

共26頁

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

第13頁

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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

生物選修3教材答案

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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年度的罕見降雨。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。

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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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第二篇：夏邑高中生物選修3課后學案習題

夏邑高中生物選修3課后學案習題(2012.2.9)

一．單選題：每小題只有一個選項最符合題意。1．下列有關基因工程的敘述，正確的是：（）

A．DNA連接酶的作用是將兩個黏性末端的堿基連接起來 B．目的基因導入受體細胞后，受體細胞即發生基因突變 C．目的基因與運載體結合的過程發生在細胞外

D．常使用的運載體有大腸桿菌、噬菌體和動植物病毒等 2．下列關于基因工程的敘述，正確的是：（）A．基因工程經常以抗菌素抗性基因為目的基因 B．細菌質粒是基因工程常用的運載體

C．通常用一種限制性內切酶處理含目的基因的DNA，用另一種處理運載體DNA D．為育成抗除草劑的作物新品種，導入抗除草劑基因時只能以受精卵為受體 3．與“限制性內切酶”作用部位完全相同的酶是：（）

A．反轉錄酶

B．RNA聚合酶

C．DNA連接酶

D．解旋酶

4．限制性內切酶的作用實際上就是把DNA上某些化學鍵打斷，一種能對GAATTC專一識別的限制酶，打斷的化學鍵是：（）A．G與A之間的鍵

B．G與C之間的鍵 C．A與T之間的鍵

D．磷酸與脫氧核糖之間的鍵 5．下面圖中a、b、c、d代表的結構正確的是：（）

A．a—質粒RNA B．b—限制性外切酶 C．c—RNA聚合酶

D．d—外源基因

6．除下列哪一項外，轉基因工程的運載體必須具備的條件是：（）

A．能在宿主細胞中復制并保存

B．具有多個限制酶切點，以便與外源基因連接 C．具有標記基因，便于進行篩選

D．是環狀形態的DNA分子 7．下列關于染色體和質粒的敘述，正確的是：（）A．染色體只存在于真核生物細胞中，質粒只存在于原核生物細胞中 B．在基因工程中染色體和質粒均可以作為運載體 C．染色體和質粒均與生物的遺傳有關

D．染色體和質粒的化學本質相同

8．基因工程的設計施工是在什么水平上進行的()A.細胞 B.細胞器 C.分子 D.原子 9．細胞內合成RNA聚合酶的場所是()A.細胞核 B.核區 C.核糖體 D.內質網 10．質粒是基因工程最常用的運載體，它的主要特點是：()

①能自主復制 ②不能自主復制 ③結構很小 ④蛋白質 ⑤環狀RNA ⑥環狀DNA ⑦能“友好”地“借居”

A．①③⑤⑦

B．②④⑥

C．①③⑥⑦

D．②③⑥⑦

二

非選擇題

1、基因工程又叫基因拼接技術。

(1)在該技術中，切割DNA的工具是限制酶，它能識別某一特定核苷酸序列，使兩個核苷酸之間的 斷開。限制酶切割產生的DNA片段末端有兩種形式，分別是、。

(2)基因工程中常用“分子縫合針”是連接酶，根據酶的來源不同可分為、兩類，其中前者只可以連接，后者既可以連接 也可以連接。

2.(10分)生物學家通過基因工程培育出了能夠通過乳房生物反應器生產人的血清蛋白。

（1）“分子手術刀”

_

_，（2）“分子縫合針”，（3）“分子運輸車”。

（4）操作步驟：從人的____________獲取目的基因；目的基因與____________結合構建基因

表達載體；在基因表達載體中還應插入___________和終止子。然后把基因表達載體導入牛的____________，通過發育形成的牛體細胞含人的_________________，成熟的牛產的的奶中含有___________________，證明基因操作成功。

（5）人的基因在牛體內能表達,說明人和牛___________

3、限制性內切酶Ⅰ的識別序列和切點是—G↓GATCC—，限制性內切酶Ⅱ的識別序列和切點是—↓

GATC—。在質粒上有酶Ⅰ的一個切點，在目的基因的兩側各有一個酶Ⅱ的切點。（1）請畫出質粒被限制酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端。

（2）請畫出目的基因兩側被限制酶Ⅱ切割后所形成的黏性末端。

（3）在DNA連接酶作用下，上述兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端能否連接？為什么？

選修一．單選題3課后學案習題答案(2012.2.9)

1---5

CBCDD

6----10

DCCCC 二

非選擇題

1.（1）磷酸二酯鍵 黏性末端平末端

（2）E·coliDNA連接酶、T4連接酶、黏性末端、黏性末端、平末端 2.（1）限制性內切酶（或限制酶）

（2）DNA連接酶（3）基因進入受體細胞的載體

（4）基因組文庫 載體 啟動子 受精卵 血清蛋白基因 人的血清蛋白（5）共用一套密碼子

3、（1）

—G↓GATC C— 用酶Ⅰ切割 —G GATCC—

—C CTAG↑G— —CCTAG G—

（2）

—GATC —??—GATC — — CTAG↑—??— CTAG↑— ↓目的基因 ↓用酶Ⅱ切割 — GATC—??— GATC— —CTAG —??—CTAG — 目的基因（3）可以連接。因為由兩種不同限制酶切割后形成的黏性末端是相同的（或是可以互補的）

第三篇：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？

第四篇：2021新課標高中物理選修課后習題答案

新課標高中物理選修課后習題答案

高中物理3.2課后習題答案

第4章

第1節

劃時代的發現

1．奧斯特實驗，電磁感應等．

2．電路是閉合的．導體切割磁感線運動．

第2節

探究電磁感應的產生條件

1．（1）不產生感應電流（2）不產生感應電流（3）產生感應電流

2．答：由于彈簧線圈收縮時，面積減小，磁通量減小，所以產生感應電流．

3．答：在線圈進入磁場的過程中，由于穿過線圈的磁通量增大，所以線圈中產生感應電流；在線圈離開

磁場的過程中，由于穿過線圈的磁通量減小，所以線圈中產生感應電流；當個線圈都在磁場中時，由于穿過線圈的磁通量不變，所以線圈中不產生感應電流．

4．答：當線圈遠離導線移動時，由于線圈所在位置的磁感應強度不斷減弱，所以穿過線圈的磁通量不斷

減小，線圈中產生感應電流．當導線中的電流逐漸增大或減小時，線圈所在位置的磁感應強度也逐漸增大或減小，穿過線圈的磁通量也隨之逐漸增大或減小，所以線圈中產生感應電流．

5．答：如果使銅環沿勻強磁場的方向移動，由于穿過銅環的磁通量不發生變化，所以，銅環中沒有感應

電流；如果使銅環在不均勻磁場中移動，由于穿過銅環的磁通量發生變化，所以，銅環中有感應電流．

6．答：乙、丙、丁三種情況下，可以在線圈B

中觀察到感應電流．因為甲所表示的電流是穩恒電流，那

么，由這個電流產生的磁場就是不變的．穿過線圈B的磁通量不變，不產生感應電

7．流．乙、丙、丁三種情況所表示的電流是隨時間變化的電流，那么，由這樣的電流產生的磁場也是變

化的，穿過線圈B的磁通量變化，產生感應電流．

8．為了使MN

中不產生感應電流，必須要求DENM

構成的閉合電路的磁通量不變，即20BS

B

l

=，而

()S

l

vt

l

=+，所以，從0t

=開始，磁感應強度B

隨時間t的變化規律是0B

l

B

l

vt

=+

第3節

楞次定律

1．答：在條形磁鐵移入線圈的過程中，有向左的磁感線穿過線圈，而且線圈的磁通量增大．根據楞次定

律可知，線圈中感應電流磁場方向應該向右，再根據右手定則，判斷出感應電流的方向，即從左側看，感應電流沿順時針方向．

2．答：當閉合開關時，導線AB

中電流由左向右，它在上面的閉合線框中引起垂直于紙面向外的磁通量

增加．根據楞次定律，閉合線框中產生感應電流的磁場，要阻礙它的增加，所以感應電流的磁場在閉合線框內的方向是垂直紙面向里，再根據右手定則可知感應電流的方向是由D

向C

．當斷開開關時，垂直于紙面向外的磁通量減少．根據楞次定律，閉合線框中產生感應電流的磁場，要阻礙原磁場磁通量的減少，所以感應電流的磁場在閉合線框內的方向是垂直紙面內外，再根據右手定則可知感應電流的方向是由C

向D

．

3．答：當導體AB

向右移動時，線框ABCD

中垂直于紙面向內的磁通量減少．根據楞次定律，它產生感

應電流的磁場要阻礙磁通量減少，即感應電流的磁場與原磁場方向相同．垂直于紙面向內，所以感應電流的方向是A

→B

→C

→D

．此時，線框ABFE

中垂直紙面向內的磁通量增加，根據楞次定律，它產生的磁場要阻礙磁通量的增加，即感應電流的磁場與原磁場方向相反，垂直于紙面向外．所以，感應電流的方向是A

→B

→F

→E

．所以，我們用這兩個線框中的任意一個都可以判定導體AB

中感應電流的方向．說明：此題對導體AB

中的電流方向的判定也可用右手定則來確定．

4．答：由于線圈在條形磁鐵的N

極附近，所以可以認為從A

到B的過程中，線圈中向上的磁通量減小，根據楞次定律，線圈中產生的感應電流的磁場要阻礙磁通量的減少，即感應電流的磁場與原磁場方向相同，再根據右手螺旋定則可知感應電流的方向，從上向下看為逆時針方向．從B

到C的過程中，線

圈中向下的磁通量增加，根據楞次定律，線圈中產生的感應電流的磁場要阻礙磁通量的增加，即感應電流的磁場與原磁場方向相反，再根據右手螺旋定則可知感應電流的方向，從上向下看為逆時針方向．

5．答：（1）有感應電流（2）沒有感應電流；（3）有感應電流；（4）當合上開關S的一瞬間，線圈P的左

端為N

極；當打開開關S的上瞬間，線圈P的右端為N

極．

6．答：用磁鐵的任一極（如N

極）接近A

球時，穿過A

環中的磁通量增加，根據楞次定律，A

環中將產

生感應電流，阻礙磁鐵與A

環接近，A

環將遠離磁鐵；同理，當磁鐵遠離發A

球時，A

球中產生感應電流的方向將阻礙A

環與磁鐵遠離，A

環將靠近磁鐵．由于B

環是斷開的，無論磁極移近或遠離B

環，都不會在B

環中形成感應電流，所以B

環將不移動．

7．答：（1）如圖所示．圓盤中任意一根半徑CD

都在切割磁感線，這半徑可以看成一個電源，根據右手

定則可以判斷，D

點的電勢比C

點高，也就是說，圓盤邊緣上的電勢比圓心電勢高，（2）根據右手定則判斷，D

點電勢比C

點高，所以流過電阻R的電流方向自下向上．說明：本題可拓展為求CD

間的感應電動勢．設半徑為r，轉盤勻速轉動的角速度ω，勻強磁場的磁感應強度為B，求圓盤轉動時的感應電動勢的大小．具體答案是212

E

Br

ω=．

第4節

法拉第電磁感應定律

1．正確的是D

．

2．解：根據法拉第電磁感應定律，線圈中感應電動勢為0.090.021000V

175V

0.4

E

n

t

-?Φ==?=?；根據閉合電路歐姆定律可得，通過電熱器的電流為175A=0.175A

99010

E

I

R

r

=

=++

3．解：根據導線切割磁感線產生感應電動勢的公式E

Blv

=得：纜繩中的感應電動勢54334.610

2.05107.610V=7.210V

E

-=??

4．答：可以．聲音使紙盒振動，線圈切割磁感線，產生感應電流．

5．答：因為線圈繞OO

＇軸轉動時，線圈長2L的邊切割磁感線的速度變化，感應電動勢因而變化．根據公

式sin

E

Blv

θ=和v

r

ω=有12sin

E

BL

L

ωθ=．因為12S

L

L

=，90θ=?，所以，E

BS

ω=．

6．答：（1）根據法拉第電磁感應定律，線圈中感應電動勢2B

E

n

n

R

t

t

π?Φ?==??，所以，22441A

B

E

E

==．（2）根據閉合電路歐姆定律，可得通過線圈的電流2122S

E

B

B

I

n

R

n

R

R

t

R

t

S

ππρρ??===??，所以，221

A

A

B

B

I

R

I

R

===．

7．答：管中有導電液體流過時，相當于一段長為d的導體在切割磁感線，產生的感應電動勢E

Bdv

=．液體的流量()2

d

Q

v

π=，即液體的流量與電動勢E的關系為4d

Q

E

B

π=．

第5節

電磁感應定律的應用

1．解：根據導線切割磁感線產生感應電動勢的公式E

Blv

=，該機兩翼尖間的電勢差為54.71012.70.7340V=0.142V

E

-=?，根據右手定則可知，從駕駛員角度來說，左側機翼電勢高。說明：該題的難點之上在于學生的空間想象力往往比較弱，對此，可用簡單圖形（圖4-12）幫助理解；另外，該題可補充一問，即當飛機從西向東飛行時，哪側機翼電勢高？分析可得仍為左側機翼

電勢高。

2．（1）根據法拉第電磁感應定律，線圈中感應電動勢為E

n

t

?Φ=?。根據t

Φ-圖象可知，0.5/Wb

s

t

?Φ=?。電壓表的讀數為1000.5V=50V

E

n

t

?Φ==??。（2）感應電場的方向為逆時針方向，如圖所示。（3）A

端的電勢比B

端高，所以A

端應該與電壓表標的接線柱連接。

3．答：（1）等效電路如圖所示。（2）通過R的電流方向從上到下。根據導線切割磁感線產生感應電動勢的公式E

Blv

=，MN、PQ的電動勢都為111V

E

=??。根據電池的并聯和閉合電路歐姆定律，通過R

電流1A=1A

E

I

R

==。（3）通過MN的電流方向為自N

到M

；過PQ的電流方向為自N

到M

；過PQ的電流方向為Q

到P。

4．（1）線圈以速度v

勻速進入磁場，當CD

邊在磁場中時，線圈中感應電動勢11E

Bl

v

=，其中1l

為CD

邊的長度。此時線圈中的感應電流為111E

Bl

v

I

R

R

=

=，其中R

為線圈的總電阻。同理，線圈以速度2v

勻速進入磁場時，線圈中的感應電流最大值為2122E

Bl

v

I

R

R

==。第二次與第一次線圈中最大電流之比為2:1。（2）線圈以速度v

勻速進入磁場，當CD

邊在磁場中時，CD

邊受安培力最大，最大值為

221111B

l

v

F

BI

l

R

==。由于線圈做勻速運動，所以此時外力也最大，且外力大小等于安培力大小，此時外力的功率為22111B

l

v

P

Fv

R

==。同理，線圈以速度2v

進入磁場時，外力的最大功率為222

124B

l

v

P

R

=。第二次與第一次外力做功的最大功率之比為4:1。（3）線圈以v

勻速進入磁場，線圈中的感應電流為

111E

Bl

v

I

R

R

==，設AD

邊長為2l，則線圈經過時間2l

t

v

=完全進入磁場，此后線圈中不再有感應電流。所以第一次線圈中產生的熱量為222222

121211

2B

l

v

l

B

l

l

Q

I

Rt

R

v

R

R

===。同理，線圈以速度2v

勻速進入磁場時，線圈中產生的熱量為221222B

l

l

Q

R

=。第二次與第一次線圈中產生的熱量之比為2:1。說明：可進一步分析并說明，在這一過程中，外力克服安培力所做的功與感應電流所做的功是相等的。

第6節

互感和自感

1．（1）當開關S

斷開后，使線圈A

中的電流減小并消失時，穿過線圈B的磁通量減小，肉而在線圈B

中將產生感應電流，根據楞次定律，感應電流的磁場要阻礙原磁場的減小，這樣就使鐵芯中磁場減弱得慢些，即在開關S

斷開后一段時間內，鐵芯中還有逐漸減弱的磁場，這個磁場對銜鐵D

依然有力作用，因此，彈簧K

不能立即將銜鐵拉起．（2）如果線圈B

不閉合，不會對延時效果產生影響．在開關S

斷開時，線圈A

中電流減小并很快消失，線圈B

中只有感應電動勢而無感應電流，鐵芯中的磁場很快消失，磁場對銜鐵D的作用力也很快消失，彈簧K

將很快將銜鐵拉起．

2．答：當李輝把多用表的表筆與被測線圈斷開時，線圈中的電流將減小，發生自感現象．會產生較大的自感電動勢，兩只表筆間有較高電壓，“電”了劉偉一下，所以劉偉驚叫起來，當李輝再摸多用表的表筆時，由于時間經歷的較長，自感現象基本“消失”

3．答：（1）當開關S

由斷開變為閉合，A

燈由亮變得更為明亮，B

燈由亮變暗，直到不亮．（2）當開關S

由閉合變為斷開，A

燈不亮，B

燈由亮變暗，直到不亮．

第7節

渦流

電磁阻尼和電磁驅動

1．答：當銅盤在磁極間運動時，由于發生電磁感應現象，在銅盤中主生感應電流，使銅盤受到安培力作

用，而安培力的方向阻礙導體的運動，所以銅盤很快就停了下來．

2．當條形磁鐵的N

極靠近線圈時，線圈中向下的磁通量增加，根據楞次定律可得，線圈中感應電流的磁

場應該向上，再根據右手螺旋定則，判斷出線圈中的感應電流方向為逆時針方向（自上而下看）．感應電流的磁場對條形磁鐵N

極的作用力向上，阻礙條形磁鐵向下運動．當條形磁鐵的N

極遠離線圈時，線圈中向下的磁通量減小，根據楞次定律可得，線圈中感應電流的磁場應該向下，再根據右手螺旋定則，判斷出線圈中的感應電流方向為順時針方向（自上而下看）．感應電流的磁場對條形磁鐵N

極的作用力向下，阻礙條形磁鐵向上運動．因此，無論條形磁鐵怎樣運動，都將受到線圈中感應電流磁場的阻礙作用，所以條形磁鐵較快地停了下來，在此過程中，彈簧和磁鐵的機械能均轉化為線圈中的電能．

3．答：在磁性很強的小圓片下落的過程中，沒有缺口的鋁管中的磁通量發生變化（小圓片上方鋁管中的磁通量減小，下方的鋁管中的磁通量增大），所以鋁管中將產生感應電流，感應電流的磁場對下落的小圓片產生阻力作用，小圓片在鋁管中緩慢下落；如果小圓片在有缺口的鋁管中下落，盡管鋁管中也會產生感應電流，感應電流的磁場將對下落的也產生阻力作用，但這時的阻力非常小，所以小圓片在鋁管中下落比較快．

4．答：這些微弱的感應電流，將使衛星受到地磁場的安培力作用．因為克服安培力作用，衛星的一部分

運動轉化為電能，這樣衛星機械能減小，運動軌道離地面高度會逐漸降低．

5．答：當條形磁鐵向右移動時，金屬圓環中的磁通量減小，圓環中將產生感應電流，金屬圓環將受到條

形磁鐵向右的作用力．這個力實際上就是條形磁鐵的磁場對感應電流的安培力．這個安培力將驅使金屬圓環向右運動．

第五章

交變電流

第1節

交變電流

1．答：磁鐵靠近白熾燈，發現燈絲顫動．因為通交變電流的燈絲處在磁場中要受到力的作用，燈絲受到的磁場力的大小、方向都隨時間做周期性變化，因而燈絲顫動．

2．答：這種說法不對．根據法拉第電磁感應定律，感應電動勢的大小與磁通量的變化率t

?Φ?成正比，而與磁通量Φ沒有必然的聯系．假定線圈的面積為S，所在磁場的磁感應強度為B，線圈以角速度ω繞垂直于磁感線的軸勻速轉動，線圈在中性面時開始計時，則磁通量Φ隨時間變化的關系為：

cos

ωBD

t

Φ=，其圖象如圖所示．線圈平面轉到中性面瞬間（0t

=，t

T

=），穿過線圈的磁通量Φ雖然最大，但是，曲線的斜率為0，即，磁通量的變化率0t

?Φ=?，感應電動勢為0；而線圈平面轉到跟中性面垂直時（14t

T

=，34

t

T

=），穿過線圈的磁通量Φ為0，但是曲線的斜率最大，即磁通量的變化率t

?Φ?最大，感應電動勢最大．

3．解：單匝線圈轉到線圈平面與磁場平行位置時，即教科書圖5.1－3中乙和丁圖時，感應電動勢最大．即

-220.010.200.10250V=6.310V

AD

m

AB

AB

AD

AB

L

E

BL

L

BL

L

ωωπ===?v

=2B

4．解：假定發電機線圈平面僅次于中性面開始計時，感應電動勢瞬時值表達式

sin

400sin(314).m

e

E

t

t

ω==不計發電機線圈的內阻，電路中電流的峰值400A

0.2A

2000

m

m

E

I

R

===．電流的瞬時值表達式sin

0.2sin(314)m

i

I

t

t

ω==．

5．解：KL

邊與磁場方向呈30°時，線圈平面與中性面夾角為60°，此時感應電動勢為：

sin

sin

60m

e

E

t

BS

ωωω==?=，電流方向為KNMLK

．

第2節

描述交變電流的物理量

1．解：交變電流1周期內，電流方向變化兩次，所以1s內電流方向變化的次數為

12100

0.02

?=

次次．

2．解：不能把這個電容器接在交流電壓是10V的電路兩端．因為，這里的10V的電壓是指交流電壓的有效值．在電壓變化過程中的最大值大于10V，超過了電容器的耐壓，電容器會被擊穿．

3．解：燈泡正常工作時，通過燈絲電流的有效值

402

A

A

22011

P

I

U

＝＝＝．電流的峰

值m

I.4．根據圖象，讀出交變電流的周期0.2

T

s

＝，電流的峰值10A

m

I=，頻率115

0.2

f

Hz

Hz

T

===．電

流的有效值7.1A

m

I

I

===

5．解：該電熱器消耗的功率

U

P

R

=，其中U為電壓的有效

值U=，所以，22

311W=967W

2250

m

U

P

R

===

?

第3節電感和電容對交變電流的影響

1．答：三個電流表

A、2

A、3

A所在支路分別為：純電容電路、純電感電路、純電阻電路．改換電源后，交流電壓峰值沒有變化，而頻率增加了．對于純電容電路，交流電壓峰值不變，則電路兩端電壓的有效值不變．電容大小C未變，交變電流頻率增大，則感抗變小，電流有效值增大，則容抗變小，電流

有效值增大，即

A讀數增大．對于純電感電路，交流電壓峰值不變，則電路兩端電壓的有效值不變．電

感大小L未變，交流頻率增大，則感抗變大，電流有效值減小，即

A讀數減小．對于純電阻電路，交流電壓峰值不變，則電路兩端電壓的有效值不變．雖然交變電流頻率增大，但是對電阻大小沒有影響，電阻大小未變，則電流有效值不變，即

A讀數不變．

2．答：由于電容串聯在前級和后級之間，前級輸出的直流成分不能通過電容器，而流成分可以通過電容器被輸送到后級裝置中，輸入后級的成分中不含有前級的直流成分，所以兩級的直流工作狀態相互不影響．

3．答：電容器對高頻成分的容抗小，對低頻成分的容抗大，按照教科書圖5.3-8的連接，高頻成分就通過“旁邊”的電容器，而使低頻成分輸送到下一級裝置．

第4節變壓器

1．答：恒定電流的電壓加在變壓器的原線圈上時，通過原線圈的電流是恒定電流，即電流的大小和方向不變，它產生的磁場通過副線圈的磁通量不變．因此在副線圈中不會產生感應電動勢，副線圈兩端也沒有電壓，所以變壓器不能改變恒定電流的電壓．

2．解：根據題目條件可知，1

380V

U=，2

36V

U=，1

1140

n=，求：

?

n=

U

n

U

n

=

Q，1

361140108

380

U

n

n

U

?

∴=?==

3．解：根據題目條件可知，2

400

n=，1

220V

U=，2

55V

U=，求：

?

n=

1122U

n

U

n

=Q，***5

U

n

n

U

?∴=?==

4．答：降壓變壓器的副線圈應當用較粗的導線．根據理想變壓器的輸出功率等于輸入功率即1122I

U

I

U

=，降壓變壓器的21U

U

5．答：假定理想變壓器的原線圈輸入的電壓1U

一定，1V

示數不變；當用戶的用電器增加時，相當于R

減小，副線圈電壓221

1n

U

U

n

=不變，2V

示數不變國；因為R

減小，所以2A

示數增大；因為理想變壓器輸入功率等于輸出功率，有：111222P

I

U

P

I

U

===，1U、2U的值

不變，2I

增大，則1I

增大，1A

示數增大．

第5節

電能的輸送

1．在不考慮電抗的影響時，電功率P

IU

=，所以P

I

U

=．當110V

U

K

=時，導線中的電流33480010A=43.6A

11010

I

?=?．當110V

U

=時，導線中的電流33480010A=43.610A

110I

?=?．

2．公式=UI

P

損和U=I

r

都是錯誤的，U

是輸電電壓，而非輸電線上的電壓降．正確的推導應該是：設輸

電電壓為U，輸送的電功率為P

．2

=I

P

r

損，P

I

U

=，則2

=P

P

r

U

損，由此式可知，要減小功率損失，就應當用高壓送電和減小輸電線的電阻r

．

3．解：(1)用110V

電壓輸電，輸電線上電流331120010A

1.810A

110P

I

U

?==≈?，輸電線上由電阻造成的電壓損失311

1.8100.05V=90V

U

I

R

==??，(2)用11V

K

電壓輸電，輸電線上電流323

220010A

18A

1110P

I

U

?==≈?，輸電線上由電阻造成的電壓損失22180.05V=0.9V

U

I

R

==?．兩者比較，可以看出，用高壓輸電可使輸電線上的電壓損失減少許多．

4．解：輸送的電功率為P，輸電電壓為U，輸電線上的功率損失為P

?，導線長度為L，導線的電阻亮紅

燈ρ，導線的橫截面積為S，則22()P

L

P

I

R

U

S

ρ?==，因為P、U、P

?、L、ρ各量都是相同的，所以橫截面積為S

與輸電電壓U的二次方成反比，所以有2323122221(1110)

2.510220

S

U

S

U

?===?．

5．解：(1)假如用250V的電壓輸電，輸電導線上的功率損失

3222010()()0.5

3.2250

P

P

R

kW

kW

U

??==?=．用戶得到的功率20

3.216.8P

P

P

kW

kW

kW

=-?=-=損(2)

假如用500V的電壓輸電，輸電導線上的功率損失

3222010()()0.50.8500P

P

R

kW

kW

U

??==?=．用戶得到的功率

200.819.2P

P

P

kW

kW

kW

=-?=-=損．

6．解：輸電原理如圖5-16所示．(1)降壓變壓器輸出電流，也就是用戶得到的電流

329510A

4.3210A

220

P

I

U

?==≈?用用用．因為，22P

I

r

?=，輸電線上通過的電流

2I

==．(2)輸電線上損失的電壓r

U，2258V=200V

r

U

I

r

==?，因為升壓變壓器為理想變壓器，輸入功率＝輸出功率，所以升壓變壓器輸出的電壓2U

計算如下：因為，2221P

I

U

P

==，所以，3322210010V=410V

P

U

I

?==?．(3)升壓變壓器的匝數之比11222501400016

n

U

n

U

===．降壓變壓器的匝數之比***22011n

U

U

U

n

U

U

--====用用．

第六章

傳感器

第1節

傳感器及其工作原理

1．

第五篇：高中生物選修3知識點總結

選修3復習提綱

一、基因工程

1、（a）基因工程的誕生

（一）基因工程的概念

基因工程是指按照人們的愿望，進行嚴格的設計，通過體外DNA重組和轉基因技術，賦予生物以新的遺傳特性，創造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產品。基因工程是在DNA分子水平上進行設計和施工的，又叫做DNA重組技術。

2、（a）基因工程的原理及技術 原理：基因重組

技術：

（一）基因工程的基本工具

1.“分子手術刀”——限制性核酸內切酶（限制酶）（1）來源：主要是從原核生物中分離純化出來的。

（2）功能：能夠識別雙鏈DNA分子的某種特定的核苷酸序列，并且使每一條鏈中特定部位的兩個核苷酸之間的磷酸二酯鍵斷開，因此具有專一性。

（3）結果：經限制酶切割產生的DNA片段末端通常有兩種形式：黏性末端和平末端。2.“分子縫合針”——DNA連接酶

(1)兩種DNA連接酶（E·coliDNA連接酶和T4DNA連接酶）的比較： ①相同點：都縫合磷酸二酯鍵。

②區別：E·coliDNA連接酶來源于T4噬菌體，只能將雙鏈DNA片段互補的黏性末端之間的磷酸二酯鍵連接起來；而T4DNA連接酶能縫合兩種末端，但連接平末端的之間的效率較低。

(2)與DNA聚合酶作用的異同:DNA聚合酶只能將單個核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯鍵。DNA連接酶是連接兩個DNA片段的末端，形成磷酸二酯鍵。3.“分子運輸車”——載體

（1）載體具備的條件：①能在受體細胞中復制并穩定保存。②具有一至多個限制酶切點，供外源DNA片段插入。③具有標記基因，供重組DNA的鑒定和選擇。

（2）最常用的載體是質粒,它是一種裸露的、結構簡單的、獨立于細菌染色體之外，并具有自我復制能力的雙鏈環狀DNA分子。（3）其它載體： 噬菌體的衍生物、動植物病毒(二)基因工程的基本操作程序 第一步：目的基因的獲取

1.目的基因是指： 編碼蛋白質的結構基因。

2.原核基因采取直接分離獲得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有反轉錄法_和化學合成法_。3.PCR技術擴增目的基因（1）原理：DNA雙鏈復制

（2）過程：第一步：加熱至90～95℃DNA解鏈；第二步：冷卻到55～60℃，引物結合到互補DNA鏈；第三步：加熱至70～75℃，熱穩定DNA聚合酶從引物起始互補鏈的合成。

第二步：基因表達載體的構建

1.目的：使目的基因在受體細胞中穩定存在，并且可以遺傳至下一代，使目的基因能夠表達和發揮作用。

2.組成：目的基因＋啟動子＋終止子＋標記基因

（1）啟動子：是一段有特殊結構的DNA片段，位于基因的首端，是RNA聚合酶識別和結合的部位，能驅動基因轉錄出mRNA，最終獲得所需的蛋白質。（2）終止子：也是一段有特殊結構的DNA片段，位于基因的尾端。

（3）標記基因的作用：是為了鑒定受體細胞中是否含有目的基因，從而將含有目的基因的細胞篩選出來。常用的標記基因是抗生素基因。

第三步：將目的基因導入受體細胞_ 1.轉化的概念：是目的基因進入受體細胞內，并且在受體細胞內維持穩定和表達的過程。

2.常用的轉化方法：

將目的基因導入植物細胞：采用最多的方法是 農桿菌轉化法，其次還有 基因槍法和 花粉管通道法等。

將目的基因導入動物細胞：最常用的方法是 顯微注射技術。此方法的受體細胞多是 受精卵。

將目的基因導入微生物細胞：

3.重組細胞導入受體細胞后，篩選含有基因表達載體受體細胞的依據是標記基因是否表達。

第四步：目的基因的檢測和表達

1.首先要檢測 轉基因生物的染色體DNA上是否插入了目的基因，方法是采用 DNA分子雜交技術。

2.其次還要檢測 目的基因是否轉錄出了mRNA，方法是采用 用標記的目的基因作探針與mRNA雜交。

3.最后檢測 目的基因是否翻譯成蛋白質，方法是從轉基因生物中提取 蛋白質，用相應的 抗體進行 抗原－抗體雜交。

4.有時還需進行 個體生物學水平的鑒定。如 轉基因抗蟲植物是否出現抗蟲性狀。

（三）（b）基因工程的應用

1.植物基因工程：抗蟲、抗病、抗逆轉基因植物，利用轉基因改良植物的品質。2.動物基因工程：提高動物生長速度、改善畜產品品質、用轉基因動物生產藥物。3.基因治療：把正常的外源基因導入病人體內，使該基因表達產物發揮作用。

（四）（a）蛋白質工程的概念

蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規律及其生物功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活的需求。（基因工程在原則上只能生產自然界已存在的蛋白質）（1）蛋白質工程崛起的緣由：基因工程只能生產自然界已存在的蛋白質

（2）蛋白質工程的基本原理：它可以根據人的需求來設計蛋白質的結構，又稱為第二代的基因工程。

基本途徑：從預期的蛋白質功能出發，設計預期的蛋白質結構，推測應有的氨基酸序列，找到相對應的脫氧核苷酸序列（基因）以上是蛋白質工程特有的途徑；以下按照基因工程的一般步驟進行。（注意：目的基因只能用人工合成的方法）設計中的困難：如何推測非編碼區以及內含子的脫氧核苷酸序列

二、細胞工程

（一）植物細胞工程

1.理論基礎（原理）：細胞全能性 2.植物組織培養技術（b）

（1）過程：離體的植物器官、組織或細胞 ―――→愈傷組織 ―――→試管苗 ――→植物體

（2）用途：微型繁殖、作物脫毒、制造人工種子、單倍體育種、細胞產物的工廠化生產。A 植物繁殖

微型繁殖：可以高效快速地實現種苗的大量繁殖

作物脫毒：采用莖尖組織培養來除去病毒（因為植物分生區附近的病毒極少或沒有）人工種子：以植物組織培養得到的胚狀體、不定芽、頂芽和腋芽等為材料，經人工薄膜包裝得到的種子。優點：完全保持優良品種的遺傳特性，不受季節的限制；方便儲藏和運輸

B 作物新品種培育 單倍體育種：

a過程：植株（AaBb）通過減數分裂得到花粉（AB、Ab、aB、ab四種類型）；對花粉進行花藥離體培養（技術是植物組織培養）；得到單倍體植株；對其幼苗時期進行秋水仙素處理；得到了正常的純合二倍體植株（AABB、AAbb、aaBB、aabb四種類型）。b 優點：明顯縮短育種年限

C 突變體利用：在組織培養中會出現突變體，通過從有用的突變體中選育出新品種（如篩選抗病、抗鹽、含高蛋白的突變體）

D 細胞產物的生產：通過能夠產生對人們有利的產物的細胞進行組織培養，從而讓它們能夠產生大量的細胞產物。

（3）地位：是培育轉基因植物、植物體細胞雜交培育植物新品種的最后一道工序。3.植物體細胞雜交技術（1）過程：

（2）誘導融合的方法：物理法包括離心、振動、電刺激等。化學法一般是用聚乙二醇（PEG）作為誘導劑。

（3）意義：克服了遠緣雜交不親和的障礙。

（二）動物細胞工程 1.動物細胞培養（a）

（1）概念：動物細胞培養就是從動物機體中取出相關的組織，將它分散成單個細胞，然后放在適宜的培養基中，讓這些細胞生長和繁殖。

（2）動物細胞培養的流程：取動物組織塊（動物胚胎或幼齡動物的器官或組織）→剪碎→用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理分散成單個細胞→制成細胞懸液→轉入培養瓶中進行原代培養→貼滿瓶壁的細胞重新用胰蛋白酶或膠原蛋白酶處理分散成單個細胞繼續傳代培養。

（3）細胞貼壁和接觸抑制：懸液中分散的細胞很快就貼附在瓶壁上，稱為細胞貼壁。細胞數目不斷增多，當貼壁細胞分裂生長到表面相互抑制時，細胞就會停止分裂增殖，這種現象稱為細胞的接觸抑制。（4）動物細胞培養需要滿足以下條件

①無菌、無毒的環境：培養液應進行無菌處理。通常還要在培養液中添加一定量的抗生素，以防培養過程中的污染。此外，應定期更換培養液，防止代謝產物積累對細胞自身造成危害。

②營養：合成培養基成分：糖、氨基酸、促生長因子、無機鹽、微量元素等。通常需加入血清、血漿等天然成分。

③溫度：適宜溫度：哺乳動物多是36.5℃＋0.5℃；pH：7.2～7.4。

④氣體環境：95%空氣＋5%CO2。O2是細胞代謝所必需的，CO2的主要作用是維持培養液的pH。

（5）動物細胞培養技術的應用：制備病毒疫苗、制備單克隆抗體、檢測有毒物質、培養醫學研究的各種細胞。

2.動物體細胞核移植技術和克隆動物

（1）哺乳動物核移植可以分為胚胎細胞核移植（比較容易）和體細胞核移植（比較難）。（2）選用去核卵(母)細胞的原因：卵(母)細胞比較大，容易操作；卵(母)細胞細胞質多，營養豐富。

（3）體細胞核移植的大致過程是：

高產奶牛（提供體細胞）進行細胞培養；同時采集卵母細胞，在體外培養到減二分裂中期的卵母細胞，去核（顯微操作）[注：為什么要用卵細胞？它可以提供充足的營養；操作簡便；細胞質不會抑制細胞核全能性的表達]；將供體細胞注入去核卵母細胞；通過電刺激使兩細胞融合，供體核進入受體卵母細胞，構建重組胚胎；將胚胎移入受體（代孕）母牛體內；生出與供體奶牛遺傳基因相同的犢牛（4）體細胞核移植技術的應用：

①加速家畜遺傳改良進程，促進良畜群繁育；②保護瀕危物種，增大存活數量； ③生產珍貴的醫用蛋白；④作為異種移植的供體；⑤用于組織器官的移植等。（5）體細胞核移植技術存在的問題：

克隆動物存在著健康問題、表現出遺傳和生理缺陷等。3.動物細胞融合

（1）動物細胞融合也稱細胞雜交，是指兩個或多個動物細胞結合形成一個細胞的過程。融合后形成的具有原來兩個或多個細胞遺傳信息的單核細胞，稱為雜交細胞。（2）動物細胞融合與植物原生質體融合的原理基本相同，誘導動物細胞融合的方法與植物原生質體融合的方法類似，常用的誘導因素有聚乙二醇、滅活的病毒、電刺激等。（3）動物細胞融合的意義：克服了遠緣雜交的不親和性，成為研究細胞遺傳、細胞免疫、腫瘤和生物生物新品種培育的重要手段。（4）動物細胞融合與植物體細胞雜交的比較：

4.單克隆抗體

（1）抗體：一個B淋巴細胞只分泌一種特異性抗體。從血清中分離出的抗體產量低、純度低、特異性差。

（2）單克隆抗體的制備過程：

對免疫小鼠注射特定的抗原蛋白（目的使小鼠產生了效應B細胞）；提取B淋巴細胞；同時用動物細胞培養的方法培養骨髓瘤細胞并提取；促使它們細胞融合[注：融合的結果是有很多不符合要求的；如有2個B淋巴細胞融合的細胞等，所以要進行篩選]；在特定的選擇培養基上篩選出融合的雜種細胞[特點是能迅速大量增殖，又能產生專一的抗體]；然后對它進行克隆化培養和抗體檢測[篩選出能夠分泌所需抗體的雜種細胞]；最后將雜交瘤細胞在體外做大規模培養或注射入小鼠腹腔內增殖，從細胞培養液或小鼠腹水中可得到大量的單克隆抗體。

（3）雜交瘤細胞的特點：既能大量繁殖，又能產生專一的抗體。（4）單克隆抗體的優點：特異性強，靈敏度高，并能大量制備。

（5）單克隆抗體的作用：作為診斷試劑：準確識別各種抗原物質的細微差異，并跟一定抗原發生特異性結合，具有準確、高效、簡易、快速的優點。用于治療疾病和運載藥物：主要用于治療癌癥治療，可制成“生物導彈”，也有少量用于治療其它疾病。

三、胚胎工程

（一）動物胚胎發育的基本過程

（1）精子的發生：補充，精原細胞先進行有絲分裂后進行減數分裂；變形過程中，細胞核為精子頭的主要部分，高爾基體發育為頂體，中心體演變為精子的尾，線粒體在尾基部形成線粒體鞘膜，其他物質濃縮為原生質滴直至脫落。[線粒體為精子運動提供能量]（2）卵子的發生：在胎兒時期，卵原細胞進行有絲分裂演變成初級卵母細胞[被卵泡細胞包圍]，減一分裂在排卵前后完成，形成次級卵母細胞和第一極體進入輸卵管準備受精；減二分裂是在受精過程中完成的。

（3）受精：精子獲能（在雌性動物生殖道內）；卵子的準備（排出的卵子要在輸卵管中進一步成熟到減二中期才具備受精能力）；受精階段[卵子周圍的結構由外到內：放射冠、透明帶、卵黃膜]，a頂體反應：精子釋放頂體酶溶解卵丘細胞之間的物質，穿越放射冠。

b透明帶反應：頂體酶可將透明帶溶出孔道，精子穿入，在精子觸及卵黃膜的瞬間阻止后來精子進入透明帶的生理反應[它是防止多精子入卵受精的第一道屏障]；c卵黃膜的封閉作用：精子外膜和卵黃膜融合，精子入卵后，卵黃膜會拒絕其他精子再進入卵內的過程[它是防止多精子入卵受精的第二道屏障]；精子尾部脫落，原有核膜破裂形成雄原核，同時卵子完成減二分裂，形成雌原核[注意：受精標志是第二極體的形成；受精完成標志是雌雄原核融合成合子]。

（4）胚胎發育：a卵裂期：細胞進行有絲分裂，數量增加，胚胎總體積不增加；b桑椹胚：32個細胞左右的胚胎[之前所有細胞都能發育成完整胚胎的潛能屬全能細胞]；c囊胚：細胞開始分化，其中個體較大的細胞叫內細胞團將來發育成胎兒的各種組織；而滋養層細胞將來發育成胎膜和胎盤；胚胎內部逐漸出現囊胚腔[注：囊胚的擴大會導致透明帶的破裂，胚胎伸展出來，這一過程叫孵化]；d原腸胚：內細胞團表層形成外

胚層，下方細胞形成內胚層，由內胚層包圍的囊腔叫原腸腔。[細胞分化在胚胎期達到最大限度] 9 胚胎工程的理論基礎（識記）

（1）胚胎工程的概念及技術手段：對動物早期胚胎或配子所進行的多種顯微操作和處理技術，如胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎干細胞培養等技術。

（2）體外受精[屬有性生殖過程]：a卵母細胞的采集和培養 對體型小的動物用促性腺激素處理，從輸卵管沖取卵子（可直接受精）；對體型大的動物從卵巢中采集卵母細胞（要在體外培養成熟）b精子的采集 假陰道法、手握法和電刺激法；獲能 對嚙齒動物、兔、豬等的精子用培養法（放入人工配制的獲能液中）；對牛、羊等精子用化學法（放在肝素或鈣離子載體溶液中）

（3）胚胎的早期培養：a培養液成分：無機鹽、有機鹽、維生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等[注意與動物細胞培養液成分的比較]；b當胚胎發育到適宜的階段時，可將其取出向受體移植或冷凍保存。

（4）胚胎移植：a概念：將雌性動物的早期胚胎移植到同種的、生理狀態相同的其他雌性動物的體內，使之繼續發育為新個體的技術。是生產胚胎的供體和孕育胚胎的受體共同繁殖后代的過程，通過轉基因、核移植、體外受精獲得的胚胎必須移植給受體才能獲得后代。

b優勢：可以充分發揮雌性優良個體的繁殖潛力，縮短供體本身的繁殖周期。c胚胎移植的生理學基礎：同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的[對供體和受體進行同期發情處理]；早期胚胎形成后處于游離狀態，為胚胎的收集提供可能；受體對移入子宮的外來胚胎基本不發生免疫排斥反應；移入受體的供體胚胎的遺傳特性在孕育過程中不受影響。

d胚胎移植的程序：對供、受體母牛進行選擇，用激素進行同期發情處理；對供體母牛用激素做超數排卵處理；選擇同種優秀公牛配種[有性生殖過程]；對胚胎進行收集[此

時胚胎處于游離狀態]；對胚胎進行質量檢查[此時胚胎應發育到桑椹胚或囊胚]；胚胎移植[或冷凍保存]；檢查受體母牛是否受孕；產下胚胎移植的犢牛。

（5）胚胎分割：a概念：用機械方法將早期胚胎切割成2、4、8等分等，經移植獲得同卵雙胎或多胎的技術[可看作是動物無性繁殖或克隆] b基本過程：選擇良好的桑椹胚或囊胚移入培養皿中，用分割針或分割刀片將其切開，吸出其中的半個胚胎注入透明帶中或直接移植給受體。[注意：內細胞團要均等分割，否則會影響胚胎的恢復和進一步發育] 10 胚胎干細胞的移植（識記）

（1）胚胎干細胞的含義：由早期胚胎[囊胚]或原始性腺[胎兒]中分離出來的一類細胞，又叫ES或EK細胞。

（2）特征：形態上體積小、細胞核大、核仁明顯；功能上具有發育的全能性，即可分化為成年動物體內任何一種組織細胞。[體外培養下，ES細胞可以只增殖不分化]（3）應用：用于治療人類疾病，如利用ES細胞誘導其分化成新的組織細胞特性，移植ES細胞可使壞死或退化的部位得以修復。

1、胚胎工程是指對動物早期胚胎或配子所進行的多種顯微操作和處理技術，如胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎干細胞培養等技術。經過處理后獲得的胚胎，還需移植到雌性動物體內生產后代，以滿足人類的各種需求。

2、動物胚胎發育的基本過程（1）受精場所是母體的輸卵管。

（2）卵裂期：特點：細胞有絲分裂，細胞數量不斷增加，但胚胎的總體體積并不增加，或略有減小。

（3）桑椹胚：特點：胚胎細胞數目達到32個左右時，胚胎形成致密的細胞團，形似桑椹。是全能細胞。

（4）囊 胚：特點：細胞開始出現分化（該時期細胞的全能性仍比較高）。聚集在胚胎一端個體較大的細胞稱為內細胞團，將來發育成胎兒的各種組織。中間的空腔稱為囊胚腔。

（5）原腸胚：特點：有了三胚層的分化，具有囊胚腔和原腸腔。

（二）胚胎干細胞

1、哺乳動物的胚胎干細胞簡稱ES或EK細胞，來源于早期胚胎或從原始性腺中分離出來。

2、具有胚胎細胞的特性，在形態上表現為體積小，細胞核大，核仁明顯；在功能上，具有發育的全能性，可分化為成年動物體內任何一種組織細胞。另外，在體外培養的條件下，可以增殖而不發生分化，可進行冷凍保存，也可進行遺傳改造。

3、胚胎干細胞的主要用途是：①可用于研究哺乳動物個體發生和發育規律；②是在體外條件下研究細胞分化的理想材料，在培養液中加入分化誘導因子，如牛黃酸等化學物質時，就可以誘導ES細胞向不同類型的組織細胞分化，這為揭示細胞分化和細胞凋亡的機理提供了有效的手段；③可以用于治療人類的某些頑疾，如帕金森綜合癥、少年糖尿病等；④利用可以被誘導分化形成新的組織細胞的特性，移植ES細胞可使壞死或退化的部位得以修復并恢復正常功能；⑤隨著組織工程技術的發展，通過ES細胞體外誘導分化，定向培育出人造組織器官，用于器官移植，解決供體器官不足和器官移植后免疫排斥的問題。

（三）胚胎工程的應用 1.體外受精和胚胎的早期培養

(1)卵母細胞的采集和培養：主要方法：用促性腺激素處理，使其排出更多的卵子，然后，從輸卵管中沖取卵子，直接與獲能的精子在體外受精。第二種方法：從剛屠宰母畜的卵巢中采集卵母細胞；第三種方法是借助超聲波探測儀、腹腔鏡等直接從活體動

物的卵巢中吸取卵母細胞。采集的卵母細胞，都要在體外經人工培養成熟后，才能與獲能的精子受精。

(2)精子的采集和獲能：在體外受精前，要對精子進行獲能處理。

(3)受精：獲能的精子和培養成熟的卵細胞在獲能溶液或專用的受精溶液中完成受精過程。

(4)胚胎的早期培養：精子與卵子在體外受精后，應將受精卵移入發育培養液中繼續培養，以檢查受精狀況和受精卵的發育能力。培養液成分較復雜，除一些無機鹽和有機鹽外，還需添加維生素、激素、氨基酸、核苷酸等營養成分，以及血清等物質。當胚胎發育到適宜的階段時，可將其取出向受體移植或冷凍保存。不同動物胚胎移植的時間不同。(牛、羊一般要培育到桑椹胚或囊胚階段才能進行移植，小鼠、家兔等實驗動物可在更早的階段移植，人的體外受精胚胎可在4個細胞階段移植。)2.胚胎移植

(1)胚胎移植是指將雌性動物的早期胚胎，或者通過體外受精及其它方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態相同的其它雌性動物的體內，使之繼續發育為新個體的技術。其中提供胚胎的個體稱為“供體”，接受胚胎的個體稱為“受體”。（供體為優良品種，作為受體的雌性動物應為常見或存量大的品種。）

地位：如轉基因、核移植，或體外受精等任何一項胚胎工程技術所生產的胚胎，都必須經過胚胎移植技術才能獲得后代，是胚胎工程的最后一道“工序”。

(2)胚胎移植的意義：大大縮短了供體本身的繁殖周期，充分發揮雌性優良個體的繁殖能力。

(3)生理學基礎：①動物發情排卵后，同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的。這就為供體的胚胎移入受體提供了相同的生理環境。

②早期胚胎在一定時間內處于游離狀態。這就為胚胎的收集提供了可能。

③受體對移入子宮的外來胚胎不發生免疫排斥反應。這為胚胎在受體的存活提供了可能。

④供體胚胎可與受體子宮建立正常的生理和組織聯系，但供體胚胎的遺傳特性在孕育過程中不受影響。(4)基本程序主要包括：

①對供、受體的選擇和處理。選擇遺傳特性和生產性能優秀的供體，有健康的體質和正常繁殖能力的受體，供體和受體是同一物種。并用激素進行同期發情處理，用促性腺激素對供體母牛做超數排卵處理。②配種或人工授精。

③對胚胎的收集、檢查、培養或保存。配種或輸精后第7天，用特制的沖卵裝置，把供體母牛子宮內的胚胎沖洗出來(也叫沖卵)。對胚胎進行質量檢查，此時的胚胎應發育到桑椹或胚囊胚階段。直接向受體移植或放入－196℃的液氮中保存。④對胚胎進行移植。

⑤移植后的檢查。對受體母牛進行是否妊娠的檢查。3.胚胎分割

(1)概念：是指采用機械方法將早期胚胎切割2等份、4等份等，經移植獲得同卵雙胎或多胎的技術。

(2)意義：來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質，屬于無性繁殖。

(3)材料：發育良好，形態正常的桑椹胚或囊胚。（桑椹胚至囊胚的發育過程中，細胞開始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。）

(4)操作過程：對囊胚階段的胚胎分割時，要將內細胞團均等分割，否則會影響分割后胚胎的恢復和進一步發育。

（四）生物技術的安全性和倫理問題 1.轉基因生物的安全性爭論 ：

(1)基因生物與食物安全：

反方觀點：反對“實質性等同”、出現滯后效應、出現新的過敏原、營養成分改變 正方觀點：有安全性評價、科學家負責的態度、無實例無證據(2)轉基因生物與生物安全：對生物多樣性的影響

反方觀點：擴散到種植區之外變成野生種類、成為入侵外來物種、重組出有害的病原體、成為超級雜草、有可能造成“基因污染”

正方觀點：生命力有限、存在生殖隔離、花粉傳播距離有限、花粉存活時間有限(3)轉基因生物與環境安全：對生態系統穩定性的影響

反方觀點：打破物種界限、二次污染、重組出有害的病原微生物、毒蛋白等可能通過食物鏈進入人體

正方觀點：不改變生物原有的分類地位、減少農藥使用、保護農田土壤環境 2.生物技術的倫理問題

(1)克隆人：兩種不同觀點，多數人持否定態度。

否定的理由：克隆人嚴重違反了人類倫理道德，是克隆技術的濫用；克隆人沖擊了現有的婚姻、家庭和兩性關系等傳統的倫理道德觀念；克隆人是在人為的制造在心理上和社會地位上都不健全的人。

肯定的理由：技術性問題可以通過胚胎分級、基因診斷和染色體檢查等方法解決。不成熟的技術也只有通過實踐才能使之成熟。

中國政府的態度：禁止生殖性克隆，不反對治療性克隆。四不原則：不贊成、不允許、不支持、不接受任何生殖性克隆人的實驗。

(2)試管嬰兒：兩種目的試管嬰兒的區別兩種。不同觀點，多數人持認可態度。否定的理由：把試管嬰兒當作人體零配件工廠，是對生命的不尊重；早期生命也有活下去的權利，拋棄或殺死多余胚胎，無異于“謀殺”。

肯定的理由：解決了不育問題，提供骨髓中造血干細胞救治患者最好、最快捷的方法，提供骨髓造血干細胞并不會對試管嬰兒造成損傷。(3)基因身份證：

否定的理由：個人基因資訊的泄漏造成基因歧視，勢必造成遺傳學失業大軍、造成個人婚姻困難、人際關系疏遠等嚴重后果。

肯定的理由：通過基因檢測可以及早采取預防措施，適時進行治療，達到挽救患者生命的目的。3.生物武器

(1)種類：致病菌、病毒、生化毒劑，以及經過基因重組的致病菌。(2)散布方式：吸入、誤食、接觸帶菌物品、被帶菌昆蟲叮咬等。

(3)特點：致病力強、多數具傳染性、傳染途徑多、污染面廣、有潛伏期、不易被發現、危害時間長等。

(4)禁止生物武器公約及中國政府的態度：在任何情況下不發展、不生產、不儲存生物武器，并反對生物武器及其技術和設備的擴散。生態工程的原理（識記）

（1）生態工程建設的目的：遵循自然界物質循環的規律，充分發揮資源的生產潛力，防止環境污染，達到經濟效益和生態效益的同步發展。

（2）生態經濟：通過實行循環經濟的原則，使一個系統產出的污染物能夠成為本系統或另一個系統的生產原料，從而實現廢棄物的資源化。[實現手段：生態工程]（3）基本原理：物質循環再生原理[如無廢棄物農業] 物種多樣性原理[提高生態系統的抵抗力穩定性] 協調與平衡原理[處理生物與環境的協調與平衡，考慮環境容納量]