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1、生物学热点问题(上) 生物科学是自然科学中的一门基础学科，是研究生命现象和生命活动规律的科学。它是农业科学、医药科学、环境科学及其他有关科学和技术的基础。高中生物课程的学习在需要同学们掌握一定生物学知识的基础上，进一步提高同学们的生物科学素养。体现在考察中，既有基础知识的考察也有对能力的考查。在命题中倾向于贴近学生生活、联系生产实际、关注社会现实、重视现代新科技。在命题中会出现以生物新科技、疾病与健康和环境问题等生物学热点问题为背景为情境的题型，用以考察同学们阅读理解、技能应用和解决问题等方面的能力水平。在这里向同学们介绍一些生物学的热点问题，及一些相关练习，希望能够对同学们有所帮助。 生物新
2、科技一、细胞工程 细胞工程是用细胞生物学和分子生物学的原理和方法，通过某种工程学手段，在细胞整体水平或细胞器水平上，按照人们意愿改变细胞内遗传物质或获得细胞产品的一门综合科学技术。可分为植物细胞工程技术、动物细胞工程技术两大类。 理论基础细胞全能性：生物体的每一个细胞都包含该物种生物所特有的全套遗传物质，都有发育成完整个体所必需的全部基因，因而具有发育为完整个体的潜能，称为细胞的全能性。从理论上讲，生物体的每一个活细胞都应该具有全能性。在生物体内，细胞并没有表现出全能性，而是分化成为不同的组织、器官，这是基因在特定的时间、空间条件下选择性表达的结果。 （1）科学研究表明，当植物细胞脱离了原来所
3、在植物体的器官或组织而处于离体状态时，在一定的营养物质、激素和其他外界的作用条件下，就可能表现出全能性，发育成完整的植株。 植物组织培养是植物细胞工程中比较成熟的技术。它是指植物细胞或组织、器官脱离了植物体后，在一定的外部因素作用下，经过细胞分裂形成愈伤组织（排列疏松、无规则、高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞群）从而由高度分化的状态转而脱分化，表现出全能性，由愈伤组织继续发育、分化，长成新的植株。 植物体细胞杂交是用两个来自不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培育成新的植物体的方法。植物体细胞杂交的第一步就是去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体；然后利用物理的或化学的方法使不同植
4、物体细胞的原生质体融合。得到的杂种细胞，用植物组织培养的方法进行培育，可以得到杂种植株。科学家们最早将番茄的原生质体和马铃薯的原生质体融合，成功地培育出了“番茄马铃薯”杂种植株。但目前这项技术还有许多理论和技术问题没有解决，仍处于研究阶段。 （2）关于动物细胞工程，常用的技术手段有动物细胞培养、动物细胞融合、单克隆抗体、胚胎移植、核移植等，其中动物细胞培养技术是其他动物工程技术的基础。 动物细胞培养技术的应用是多方面的。许多有重要价值的蛋白质生物制品，如病毒疫苗、干扰素、单克隆抗体等，都可以借助于此项技术大规模生产。 动物细胞融合与植物原生质体融合的基本原理是相同的，很多不同种类的动物细胞之间
5、或动物与人的细胞之间都能进行融合，形成杂种细胞， 单克隆抗体是指通过克隆，形成遗传物质完全相同的细胞群，这样的细胞群有可能产生出化学性质单一、特异性强的抗体，即单克隆抗体。 哺乳动物的胚胎移植：由于哺乳动物如牛、羊等，妊娠时间长，每胎产子数少，繁殖速度比较慢。为解决这一问题，科学家们采用了胚胎移植技术。以优良种牛的繁殖为例：首先用激素促进良种母牛多排卵，然后把卵细胞从母牛体内取出，在试管内与人工采集的精子进行体外受精，培育成胚胎，再把胚胎送入经过激素处理、可以接受胚胎植入的母牛子宫内，孕育成小牛产出。用这种方法得到的小牛叫做试管牛，一头良种母牛一年可繁殖这样的试管牛上百头。 核移植技术：20世
6、纪70年代，我国科学家用核移植技术成功地培育出将鲤鱼和鲫鱼优点集于一身的、可正常繁殖的鲤鲫。具体方法是：他们用极细的玻璃管，从鲫鱼未受精的卵细胞中吸出细胞核，再用同样的方法，从鲤鱼的囊胚细胞中吸出细胞核，然后把鲤鱼囊胚细胞的核移植入去核的鲫鱼未受精卵中，形成一个组装细胞，经过精心培育长成鲤鲫，这种鱼已在北京等地推广。核移植实验不仅在鱼类获得了成功， （3）叶绿体移植、线粒体移植：将分离获得的某些生物的线粒体、叶绿体转移到另一种生物细胞中去。由于这些细胞器带有本身的遗传物质，因而可以改变受体细胞的某些遗传特性，使其获得新的性状。 二、试管婴儿 （一）概念 “试管婴儿” 是指分别将卵子、精子取出后
7、，在体外使其受精，并发育成胚胎后，再植回母体子宫内。因此，胚胎在体外培养的时间只有几天，最重要的目的是确定精卵能结合成功，并筛选好的胚胎植回母体，以增加怀孕成功的机会。 （二）发展 试管婴儿如今已发展到第三代。第一、二代分别是针对女性或男性因素导致的不孕。第三代试管婴儿在优生方面有所进步。其基本理论为：从多个受精卵种选择出基因型最好的移植。如伴Y染色体遗传病 ，只要通过PGD技术选择生女儿便可以避免遗传病遗传给新生儿。 （三）不足 由于其成功率每例只有30%-40%，因此移植的通常不是一枚受精卵，这种做法在带来较高成功率的同时，也带来如多胎怀孕、婴儿早产、出生时体重过重、过轻等问题，这些有可能
8、导致新生儿患上脑瘫。 （四）说明 1、试管婴儿是不是夫妻的亲生子女 由于试管婴儿是取的妻子的卵细胞，和丈夫的精子，进行受精，因此试管婴儿是该夫妇亲生的。 2、试管婴儿是不是在母体外，即试管中长大的 试管婴儿是指受精过程在体外发生， 受精卵在体外培养3-5天，形成胚胎后就移植回母体子宫，在母体子宫着床继续发育成胎儿直至分娩。所以，试管婴儿在试管中长大是一种错误的说法。 三、克隆（clone） （一） 克隆的概念 “克隆”从英文“clone”音译而来，其定义是独立细胞繁殖系，在生物学领域由3个不同层次的含义。 1、DNA水平，特定DNA片段通过重组DNA技术插入到一个载体（如质粒和病毒等）中，然后
9、在宿主细胞中进行自我复制所得到的大量完全相同的该DNA片段的“群体”。 2、在细胞水平，克隆是指由一个单一的共同祖先细胞分裂所形成的一个细胞群体。比如：使一个单一细胞在体外的培养液中分裂若干代所形成的一个遗传背景完全相同的细胞集体即为一个细胞克隆。 3、在个体水平，克隆是指基因型完全相同的两个或更多的个体组成的一个群体。比如：两个同卵双胞胎即为一个克隆。因为他（她）们来自同一个受精卵细胞，所以遗传背景完全一样。 （二）动物个体的克隆 1、早在20世纪50年代，美国的科学家以两栖动物和鱼类做研究对象，首创了细胞核移植技术后，各国科学家相继用胚胎细胞作为细胞核供体细胞进行细胞核移植获得成功。 2、
10、克隆羊“多莉” （1）1997年2月27日英国爱丁堡大学罗斯林（Roslin）研究所的伊恩威尔莫特和基恩坎贝尔宣布，世界上第一头克隆羊“多莉”（Dolly）诞生，引起世人极大的轰动。因为“多莉”是世界上第一只利用体细胞克隆成功的动物。“多莉”的诞生，从理论上说明高度分化的动物细胞，经过一定手段处理之后，也可恢复到受精卵时期的合子功能；说明了在发育过程中，细胞质对异源的细胞核的发育有调控作用。 （2）过程：这是从一只成年绵羊乳腺组织取单个细胞，取出其中载有遗传信息的细胞核，再从另一只绵羊体内取出未受精的卵细胞，利用显微操作技术将其中的核除去，然后将第一只绵羊乳腺细胞的细胞核注入去核卵细胞中，待融
11、合细胞发育成胚胎后，将其植入第三只绵羊子宫内，由它产下的小羔羊的遗传特征与第一只（即提供乳腺细胞细胞核的那只）绵羊相同，这只羊就是“多莉”。但严格地从克隆的定义出发，“多莉”并不能说成是一个克隆，因为“多莉”只是孤单的一只。只有当那些英国科学家能将两个以上完全相同的细胞核移植到两个以上完全相同的去核卵细胞中，得到两个以上遗传背景完全相同的“多莉”时，才能用克隆这个词来描述。所以在那篇发表于1997年2月出版的Nature杂志上的轰动性论文中，作者并没有把“多莉”说成一个克隆。一年以后，另一组科学家报道了将小鼠卵丘细胞（围绕在卵母细胞外围的高度分化细胞）的细胞核移植到去除了细胞核的卵母细胞中后得
12、到了20多只遗传背景完全相同的小鼠，这些小鼠就是名副其实的克隆鼠了。 （3）意义：克隆动物不仅可以作为生物学和医学研究的实验动物，而且对于改良动物品种获得更优秀动物个体用于生产、治疗人类疾病、保护濒危动物等，都有重要的应用价值。 （4）克隆动物的负面影响：克隆动物用于挽救濒危动物可行性不够明朗，因为挽救濒危动物需要提高它们的繁殖能力，而克隆技术却是一个降低繁殖力的方法；此外，克隆动物在遗传上是全等的，一种特定的病毒或其它疾病的感染，将会带来灾难；如果无计划地克隆动物，会扰乱物种的进化规律，干扰性别比例。 四、基因工程 （一）基因工程的概念 生物技术是20世纪70年代兴起的一门新技术,也称生物工
13、程,具体包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程。其中的基因工程，又称转基因技术，它是指将一种生物的遗传物质片断取出来，再放到另一种生物中去，使后一种生物具备新的性状。前一种生物提供的用以改造后一种生物的遗传物质称为目的基因。 （二）基因工程的应用 1、转基因植物：世界上第一种基因移植作物是一种含有抗生素药类抗体的烟草，1983年得以培植成功。目前，国内外已取得60种以上的转基因植物，其中玉米、大豆、油菜、马铃薯、番茄和棉花等，已大面积种植。 2、转基因动物： 转基因动物技术是指通过基因工程的手段对动物基因组的结构或组成进行人为的修饰或改造，并通过相应的动物育种技术使得这些经修饰改造后的基因组
14、在世代间得以传递和表现。 3、转基因食品：转基因食品是指科学家在实验室中，把动植物的基因加以改变，再制备出具备新特征的食品种类。通过修改基因，科学家们就能够改变一个有机体的部分或全部特征。 4、基因工程的应用十分广泛，目前人类最受益的是利用基因工程菌生产的胰岛素、生长激素、干扰素及传染病疫苗。 五、人类基因组计划 1989年，美国科学家率先提出了“人类基因组计划”（HGP，Human Genome Project）。1990年10月，正式启动，目前它已经发展为全球范围的全面研究人类基因组的的重大研究课题。 人类基因组是指人体DNA 分子所携带的全部遗传信息。人的单倍体基因组由24条双链的DNA
15、分子组成（包括122号染色体DNA与X、Y染色体DNA），上边有30亿个碱基对。人类基因组计划就是分析测定人类基因组的核苷酸序列。 （1）人类基因组计划的总体目标： 原计划在15年内（19902005）完成人类全部24条染色体的遗传图谱、物理图谱的绘制工作，测定出总长为30多亿个碱基对的人类DNA碱基全部序列，并在此基础上进行人体近10万个基因的定位和研究。 （2）人类基因组计划的研究内容 美国人类基因组计划研究中心于1993年在马里兰州Hunt Valley会议上对全球人类基因组计划作了修订，修订后的计划及研究内容包括：人类基因组图（遗传图谱、物理图谱）及序列分析；基因的鉴定；基因组研究技术的建立、创新与改进；模式生物基因组的作图和测序；信息系统的建立、储存、处理及相关软件的开发；人类基因组计划相关的伦理、法律和社会问题的研究；研究人员的培训 技术转让及产业开发； 研究计划的外延。 （3）人类基因组计划的意义 认识进化、种族血缘、衰老、疾病等生命现象本质的金钥匙；是战胜疾病、克服生存障碍（太空、深海）的财富；将促进生物学不同领域（如神经生物学、发育生物学等）的发展；各种遗传疾病和危害人类的恶性肿瘤、心血管病和其它遗传易感性多因子疾病可能由此得到预测、预防、早诊和
