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第七单元 生物变异、育种和进化
学案33 现代生物进化理论
考纲要求　
现代生物进化理论的主要内容(Ⅱ)。
2.生物进化与生物多样性的形成(Ⅱ)。
复习目标
1.说明现代生物进化理论的主要内容。
2.概述生物进化理论与生物多样性的形成。
基础自查
拉马克进化学说
拉马克是第一个提出比较完整的进化学说的科学家，是生物进化论的创始人，拉马克的进化学说内容是什么？有何意义？
二、达尔文的自然选择学说
1.达尔文自然选择学说使生物学第一次摆脱了神学的束缚，走上了科学的轨道。
试简述达尔文自然选择学说的内容和意义？
述达尔文自然选择学说提出标志是什么？有何局限性？
三、达尔文以后进化理论有何发展？
种群：
（二）基因库：
（三）基因频率的概念？调查方法？
课堂深化探究
一.自然选择学说
1.主要内容
2.尝试进行“自然选择学说”生物进化的模型解读
(1)自然选择的对象
自然选择的因素：
自然选择的动力
①类型： 。
②意义：
。
③原因： 。
(4)自然选择的结果： 。
(5)变异不定向与自然选择定向性。
二.现代生物进化理论
（一）主要内容
1. 是生物进化的基本单位
概 念
定 义
外延
种 群

基因库

2. 产生生物进化的原材料
可遗传变异的三个来源： 。由于 都是随机的、不定向的，因此它们只是提供了生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。
3. 决定生物进化的方向
变异是不定向的不利变异被淘汰，有利变异逐渐积累―→种群的基因频率发生定向改变生物朝一定方向缓慢进化
提醒　①自然选择的实质：定向改变基因频率。
②变异与环境的关系：变异在环境变化之前已经产生，环境只是起选择作用，不是影响变异的因素，不要夸大其作用，通过环境的选择将生物个体中产生的不定向的有利变异选择出来，其余变异遭到淘汰。例如喷洒杀虫剂只是将抗药性强的个体选择出来，而不是使害虫产生抗药性。
4.隔离与物种的形成
(1)物种形成的三种典型模式
①渐变式——如加拉帕戈斯群岛上13种地雀的形成。
②骤变式：主要是通过 的方式形成新物种，一出现可以很快形成 (基因频率改变)。此种方式多见于植物。
③人工创造新物种：通过 (如番茄—马铃薯)、 (如甘蓝—萝卜)、 (如八倍体小黑麦)等方式也可以创造新物种。
新物种形成的标志：
（二）现代生物进化理论与达尔文进化论的比较
1.共同点
2.不同点
(1)
(2)
(3)
(4) （三）【疑难辨析】
1.生物进化和物种形成的区别
内　容
物种形成
生物进化
标　志


变化后的生物与原生物的关系

二者联系

2.种群和物种的区别
(1)物种是自然状态下能够交配并产生可育后代的一群生物，一个物种可能在不同地点和时间形成不同的种群。
(2)种群是同一种生物、同一地点、同一时间形成的一个群体。种群“小”，不同种群间有地理隔离；物种“大”，不同物种间有生殖隔离。
(3)判断生物是不是同一物种，如果来历不明，形态结构相似，可靠依据 。若 ，则不是同一物种。
（四）共同进化与生物进化的大致过程
1.共同进化：
2.生物进化的历程：
思维拓展
1.生物进化与物种形成的关系。
(1)区别
①生物进化：实质上是种群基因频率改变的过程，所以生物发生进化的标志为基因频率改变，不论变化大小，都属于进化的范围；基因频率未改变，则未进化。
②物种形成：种群基因频率改变至突破种的界限，形成生殖隔离，标志着新的物种形成，隔离是物种形成的必要条件。
(2)联系：生物发生进化，并不一定形成新物种，但新物种的形成一定要经过生物进化过程。
2.隔离在物种形成中的作用：隔离是物种形成的必要条件，包括地理隔离和生殖隔离。其实质是阻止生物之间的基因交流。仅有地理隔离不能产生新的物种，生殖隔离才是物种形成的关键。
3.生物多样性的三个层次是密切联系的：基因多样性是形成物种和生态系统多样性的基础，反过来物种和生态系统多样性又影响基因多样性。
4.变异与环境的关系
变异在环境变化之前已经产生，环境只是起选择作用，不是影响变异的因素，不要夸大其作用，通过环境的选择将生物个体中产生的不定向的有利变异选择出来，其余变异遭到淘汰。例如喷洒杀虫剂只是将抗药性强的个体选择出来，而不是使害虫产生抗药性。
（五）基因频率和基因型频率比较及计算
1.比较
概 念
定 义
外 延
基因频率

基因型频率

2.计算
(1)常染色体遗传方式
设有N个个体的种群，AA、Aa、aa的个体数分别是n1、n2、n3，A、a的基因频率分别用PA、Pa表示，AA、Aa、aa的基因型频率分别用PAA、PAa、Paa表示，则：
PA＝＝＝PAA＋PAa
Pa＝＝＝Paa＋PAa
由以上公式可得出下列结论：
(2)伴X染色体遗传方式
①在一个工厂中，男女职工各100名，女性中，色盲基因(Xb)携带者为5人，色盲患者为1人；男性中色盲患者为8人，则Xb的基因频率为：
特别提醒　XY型性别决定生物，基因在X染色体上，Y染色体上无等位基因，计算时只计X染色体上的基因数不考虑Y染色体。ZW型性别决定也是这样。
②已知人群中，伴X隐性男性患者的比例为p，则可认为这个人群中此基因频率为p，由此可计算女性中患病的频率为p2。例色盲：男性中发病率7%，女性中发病率为(7%)2≈0.5%。
(3)哈代—温伯格定律
①成立前提
②计算公式
a.当等位基因只有两个时(A、a)，设p表示A的基因频率，q表示a的基因频率，则基因型AA的频率为 ，Aa的频率为 ，aa的频率为 。
b.当告诉基因型aa的频率为x%时，则a的基因频率为 ，A的基因频率为 。AA基因型频率为 ；Aa基因型频率为 。
对应训练
1.埃及斑蚊是传播登革热病毒的媒介之一。有一地区在密集喷洒杀虫剂后，此蚊种群数量减少了99%，但是一年后，该种群又恢复到原来的数量，此时再度喷洒相同剂量的杀虫剂后，仅杀死了40%的斑蚊。下列叙述正确的是(　C　)
A.杀虫剂导致斑蚊基因突变，产生抗药性基因
B.斑蚊体内累积的杀虫剂增加了自身的抗药性
C.原来的斑蚊种群中少数个体有抗药性基因
D.第一年的斑蚊种群没有基因突变
2.下列关于种群的说法中错误的是(　B　)
A.一个种群中的个体间是相互影响的
B.一个种群中存在着各种不同年龄、不同性别的各种生物个体
C.对一个种群有利的环境，可能对另一个种群是不利的
D.种群中的个体在不断死亡，但基因库却能保持和发展
3.(2009·江苏卷，20)下图是物种形成的一种模式。物种a因为地理障碍分隔为两个种群a1和a2，经过漫长的进化，分别形成新物种b和c。在此进程中的某一时刻，a1种群的部分群体越过障碍外迁与a2同域分布，向d方向进化。下列有关叙述正确的是(　　)
A.b和d存在地理隔离，所以一定存在生殖隔离
B.c和d不存在地理隔离，却可能存在生殖隔离
C.a1中的外迁群体与当时留居群体的基因频率相同，则b和d是同一物种
D.a1中的外迁群体与当时a2种群的基因频率不同，则c和d是不同物种
4.(2010·淮安质检)某小岛上原有果蝇20 000只，其中基因型VV、Vv和vv的果蝇分别占15%、55%和30%。若此时从岛外入侵了2 000只基因型为VV的果蝇，且所有果蝇均随机交配，则F1中V的基因频率约是(　　)
A.43% B.48% C.52% D.57%
5.(2011·南京模拟)如果在一个种群中，AA占25%，Aa占50%，aa占25%。如果因为环境的变化，每年aa的个体减少20%，AA和Aa的个体分别增加20%，一年后，aa的个体在种群中的比例为(　　)
A.23.7% B.20% C.18.2% D.15.6%
6下列关于基因频率、基因型频率与生物进化的叙述正确的是(　 　)
A.一个种群中，控制一对相对性状的各种基因型频率的改变说明物种在不断进化
B.一个种群中，控制一对相对性状的基因频率之和为1
C.基因型为Aa的个体自交后代所形成的种群中，A基因的频率大于a基因的频率
D.因色盲患者中男性数量大于女性，所以男性群体中色盲基因的频率大于女性群体
限时训练
题组一　生物进化
1.下列叙述中符合达尔文自然选择学说原理的是(　　)。
A.食蚁兽具有长舌，是因为它长期舔食树缝中的蚂蚁而反复不断伸长的缘故
B.害虫抗药性的增强，是因为杀虫剂使害虫产生抗药能力，并在后代中不断积累
C.狼和鹿通过捕食和被捕食的关系进行着相互选择，结果狼和鹿的奔跑速度都变快
D.现在人们都生活在不同的人工环境中，因此人类的进化不再受到自然选择的影响
2.农业生产中长期使用某种杀虫剂后，害虫的抗药性增强，杀虫效果下降，原因是（ ）
A.杀虫剂诱发了害虫抗药性基因的产生
B.杀虫剂对害虫具有选择作用，使抗药性害虫的数量增加
C.杀虫剂能诱导害虫分解药物的基因大量表达
D.抗药性强的害虫所产生的后代具有很强的抗药性
3.现代生物进化理论对达尔文自然选择学说进行了修改，下列哪项是修改内容(多选)(　　)
A.进化的基本单位是种群，而不是生物个体
B.自然选择是通过生物存在过度繁殖而导致生存斗争来实现的
C.基因频率的改变是生物进化的实质
D.突变和基因重组、自然选择及隔离是物种形成过程中的基本环节
4.下列关于生物进化的叙述错误的是(　　)
A.基因突变是基因库变迁的内因
B.隔离的种群之间各自独立进化
C.物种形成意味着生物能够以新的方式利用环境条件
D.一个物种的形成或灭绝，不会影响到其他物种的进化
5.下图表示生物新物种形成的基本环节，对图示分析正确的是(　　)
A.a表示基因突变，是生物进化的原材料
B.b表示地理隔离，新物种形成一定需要地理隔离
C.c表示新物种形成，新物种与生活环境共同进化
D.d表示生殖隔离，生殖隔离是生物进化的标志
题组二　种群中的基因频率
6.能影响基因频率改变的因素有(　　)。
①基因突变　②染色体变异　③自然选择　④隔离
A.①②③ B.②③④
C.①③④ D.①②③④
7.某社区全部人口刚好男女各400人，居委会进行红绿色盲普查，发现女性中有10人患色盲，12名未生育女性是红绿色盲基因携带者，18名色觉正常妇女的儿子患色盲，男性中共有22人不能区分红色和绿色。那么，这个群体中红绿色盲的基因频率为(　　)
A.7.5% B.6%
C.约5.6% D.约8.1%
8.如图表示环境条件发生变化后某个种群中A和a基因频率的变化情况，下列说法正确的是(多选)(　　)
A.Q点表示环境发生了变化，A控制的性状更加适应环境
B.P点时两曲线相交，此时A和a的基因频率均为50%
C.该种群中杂合子的比例会越来越高，逐渐取代纯合子
D.在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变
9.在调查某小麦种群时发现T(抗锈病)对t(易感染)为显性，在自然情况下该小麦种群可以自由交配，据统计其基因型频率TT为20%，Tt为60%，tt为20%，后来该小麦种群突然大面积感染锈病，致使易感染小麦在开花之前全部死亡。计算该小麦在感染锈病之前与感染之后基因T的频率分别是多少(　　)
A.50%和50% B.50%和62.5%
C.62.5%和50% D.50%和100%
题组三　应用提升
10.显示了某种甲虫的两个种群基因库的动态变化过程。种群中每只甲虫都有相应的基因型，A和a这对等位基因没有显隐性关系，共同决定甲虫的体色，甲虫体色的基因型和表现型如图2所示，请据图回答下列问题。
(1)不同体色的甲虫体现了生物多样性中的________多样性。
(2)在种群中出现了基因型为A′A的甲虫，A′基因最可能的来源是________，该来源为生物进化________。A′A个体的出现将会使种群基因库中的________发生改变。
(3)图中箭头表示通过迁移，两个种群的基因库之间有机会进行________。由此可知，种群1和种群2之间不存在________。
(4)根据图1两个种群中不同体色的甲虫分布比例，可以初步推测出处于工业污染较为严重的环境中的是哪个种群？________，该环境对甲虫的生存起到了________作用。
11.回答下列有关生物进化的问题：
图1
(1)图1表示某小岛上蜥蜴进化的基本过程，X、Y、Z表示生物进化中的基本环节，X、Y分别是________、________。
(2)该小岛上的蜥蜴原种由许多个体组成，这些个体的总和称为________，这是生物进化的________。
(3)小岛上能进行生殖的所有蜥蜴个体含有的全部基因，称为该岛上蜥蜴的________。
(4)小岛上蜥蜴原种的脚趾逐渐出现两种性状，W代表蜥蜴脚趾的分趾基因；w代表联趾(趾间有蹼)基因。图2表示这两种性状比例变化的过程。
图2
①由于蜥蜴过度繁殖，导致________加剧。
②小岛上食物短缺，联趾蜥蜴个体比例反而逐渐上升，其原因可能是________________
________________________________________________________________________。
③图2所示的过程说明，自然环境的变化引起不同性状蜥蜴的比例发生变化，其本质是因为蜥蜴群体内的________________发生了改变。
高考真题体验
1.（2012上海）29.蜗牛的有条纹(A)对无条纹(a)为显性。在一个地区的蜗牛种群内，有条纹(AA)个体占55％，无条纹个体占15％，若蜗牛间进行自由交配得到Fl，则A基因的频率和F1中Aa基因型的频率分别是
A.30％，2l％ B.30％，42％ C.70％，2l％ D.70％，42％
2.（2012广东）6.科学家用人工合成的染色体片段，成功替代了酵母菌的第6号和第9号染色体的部分片段，得到的重组酵母菌能存活，未见明显异常，关于该重组酵母菌的叙述，错误的是
A.还可能发生变异 B.表现型仍受环境的影响
C.增加了酵母菌的遗传多样性 D.改变了酵母菌的进化方向
3.（2012江苏）5. 下列关于生物进化的叙述，错误的是（ ）
A. 生物的种间竞争是一种选择过程 B. 化石是研究生物进化的重要依据
C. 外来物种入侵能改变生物进化的速度和方向
D. 突变的可遗传性阻碍生物进化
4.（2012安徽）4.假若某植物种群足够大，可以随机交配，没有迁入和迁出，基因不产生突变。抗病基因R对感病基因r为完全显性。现种群中感病植株rr占1/9，抗病植株RR和Rr各占4/9，抗病植株可以正常开花和结实，而感病植株在开花前全部死亡。则子一代中感病植株占
A、1/9 B、1/16 C、4/81 D、1/8
5.（2012海南）23.关于现代生物进化理论的叙述，错误的是
A.基因的自发突变率虽然很低，但对进化非常重要
B.不同基因型的个体对环境的适应性可相同，也可不同
C.环境发生变化时，种群的基因频率可能改变，也可能不变
D.同一群落中的种群相互影响，因此进化的基本单位是群落.
6.(2011·广东卷，25)最近，可以抵抗多数抗生素的“超级细菌”引人关注，这类细菌含有超强耐药性基因NDM1，该基因编码金属β－内酰胺酶，此菌耐药性产生的原因是(多选)(　　)
A.定向突变
B.抗生素滥用
C.金属β－内酰胺酶使许多抗菌药物失活
D.通过染色体交换从其他细菌获得耐药基因
7.(2011·江苏卷)根据现代生物进化理论，下列说法正确的是(　　)。
A.自然选择决定了生物变异和进化的方向
B.生物进化的实质是种群基因型频率的改变
C.种群内基因频率的改变在世代间具有连续性
D.种群内基因频率改变的偶然性随种群数量下降而减小
8.(2011·海南卷，20)某地区共同生活着具有捕食关系的甲、乙两种动物，两者的个体数长期保持稳定。下列叙述正确的是(　　)
A.乙物种的灭绝必然导致甲物种的灭绝，反之亦然
B.在长期进化中，甲、乙两物种必然互为选择因素
C.甲物种基因的突变必然导致乙物种基因的突变，反之亦然
D.甲、乙个体数的长期稳定说明两个种群的基因频率没有改变
9.(2011·广东卷)登革热病毒感染蚊子后，可在蚊子唾液腺中大量繁殖，蚊子在叮咬人时将病毒传染给人，可引起病人发热、出血甚至休克。科学家用以下方法控制病毒的传播。
(1)将S基因转入蚊子体内，使蚊子的唾液腺细胞大量表达S蛋白，该蛋白可以抑制登革热病毒的复制。为了获得转基因蚊子，需要将携带S基因的载体导入蚊子的________细胞。如果转基因成功，在转基因蚊子体内可检测出________、________和________。
(2)科学家获得一种显性突变蚊子(AABB)。A、B基因位于非同源染色体上，只有A或B基因的胚胎致死。若纯合的雄蚊(AABB)与野生型雌蚊(aabb)交配，F1群体 中A基因频率是________，F2群体中A基因频率是________。
(3)将S基因分别插入到A、B基因的紧邻位置(如下图)，将该纯合的转基因雄蚊释放到野生群体中，群体中蚊子体内病毒的平均数目会逐代________，原因是______________________。
10.(2011·重庆卷)2008年，在重庆武隆某地下洞穴的水体中发现了一种数量少、眼睛退化的“盲鱼”。下列有关叙述，正确的是(　　)。
A.盲鱼眼睛的退化是黑暗诱导基因突变的结果
B.种群密度是限制盲鱼种群增长的关键生态因素
C.洞内水体中溶解氧的增加将提高盲鱼种群的K值
D.盲鱼作为进化研究的材料体现生物多样性间接使用价值
11.(2010·山东高考理综)下列符合现代生物进化理论的叙述是(　　)。
A.物种的形成可以不经过隔离
B.生物进化过程的实质在于有利变异的保存
C.基因突变产生的有利变异决定生物进化的方向
D.自然选择通过作用于个体而影响种群的基因频率
学案33 现代生物进化理论
答案与解析
基础自查
一、拉马克进化学说
内容：用进废退和获得性遗传是生物不断进化的主要原因。
意义：否定了神创论和物种不变论，奠定了科学生物进化论的基础。
二、达尔文自然选择学说
1.内容：过度繁殖、生存斗争、遗传变异和适者生存。
意义：
（1）使生物学第一次摆脱了神学的束缚，走上了科学的轨道。
科学地解释了生物进化的原因，以及生命现象的统一性、生物的多样性和适应性的原因。
2.提出标志：《物种起源》一书的出版。局限性：对遗传和变异的本质不能做出科学的解释。
三、
1.遗传和变异的研究已经从性状水平深入到基因水平。
2.自然选择作用的研究已经从以个体为单位发展到以种群为单位。
（一）生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群。
（二）一个种群中全部个体所含有的全部基因，叫做这个种群的基因库。
（三）在一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因数的比率。它受基因突变、基因重组和自然选择的影响。种群基因频率的定向改变导致生物朝一定方向不断进化。
2.调查方法：抽样调查法。
课堂深化探究
一.自然选择学说
1.主要内容
（1）在生存斗争中，适者生存，不适者被淘汰的过程叫自然选择；
（2）变异是不定向的，为生物的进化提供了原材料；遗传变异是生物进化的内因；
（3）过度繁殖加剧了生存斗争，生存斗争是生物进化的动力；
（4）自然选择是长期缓慢的过程，决定着生物进化的方向。
2.尝试进行“自然选择学说”生物进化的模型解读
(1)自然选择的对象
①直接对象是生物的变异性状(表现型)。
②间接对象是相关的基因型。
③根本对象是与变异性状相对应的基因。
即自然选择的实质是环境对变异所对应的基因的选择，因而可以改变种群的基因频率。
(2)自然选择的因素：对生物的变异起选择作用的是个体所处的自然环境。
(3)自然选择的动力：生存斗争。
①类型：包括种内斗争、种间斗争、生物与无机环境之间的斗争。
②意义：生存斗争对生物的某些个体的生存不利，但对物种的生存是有利的，并能推动生物的进化。
③原因：过度繁殖＋有限的生活资源。
(4)自然选择的结果：适者生存，不适者被淘汰。
二.现代生物进化理论
（一）主要内容
1.种群是生物进化的基本单位
概 念
定 义
外延
种 群
生活在一定区域的同种生物的全部个体叫做种群；种群是繁殖和进化的基本单位
无生殖隔离；同一区域
基因库
一个种群中全部个体所含有的全部基因
种群内所有个体、所有细胞的所有基因
2.突变和基因重组产生生物进化的原材料
可遗传变异的三个来源：基因突变、基因重组和染色体变异(基因突变和染色体变异合称突变)。由于突变和基因重组都是随机的、不定向的，因此它们只是提供了生物进化的原材料，不能决定生物进化的方向。
3.自然选择决定生物进化的方向
4.隔离与物种的形成
(1)物种形成的三种典型模式
② 异源多倍体的染色体畸变的 生殖隔离(基因频率改变)
③ 植物体细胞杂交(如番茄—马铃薯)、多倍体远缘杂交(如甘蓝—萝卜)、多倍体育种(如八倍体小黑麦)
(2)新物种形成不一定经过地理隔离，但不管哪种方式都需要达到生殖隔离。
（二）现代生物进化理论与达尔文进化论的比较
1.都能解释生物进化的原因和生物的多样性、适应性。
2.(1)达尔文进化论没有阐明遗传和变异的本质以及自然选择的作用机理，而现代生物进化理论克服了这个缺点。
(2)达尔文的进化论研究生物个体的进化，而现代生物进化论则强调群体的进化，认为种群是生物进化的基本单位。
(3)基因频率的改变，从分子水平上阐述，而自然选择学说从性状水平解释进化。
(4)现代生物进化理论强调隔离在物种形成中的作用。
（三）【疑难辨析】
1.生物进化和物种形成的区别
内　容
物种形成
生物进化
标　志
生殖隔离出现
基因频率改变
变化后的生物与原生物的关系
新物种形成，生殖隔离，质变
生物进化，基因频率定向改变，量变
二者联系
①只有不同种群的基因库产生了明显差异，出现生殖隔离才形成新物种；②进化不一定产生新物种，新物种产生一定存在进化
2.种群和物种的区别
(3) 是否存在生殖隔离。 存在生殖隔离
（四）共同进化与生物进化的大致过程
1.在物种与物种之间的相互选择和生物与无机环境之间的相互影响中不断进化和发展。
2.从原核生物到真核单细胞生物，再到真核多细胞生物；从异养生物到自养生物；从厌氧生物到需氧生物；从无性生殖到有性生殖；从低等到高等；从水生到陆生。
（五）基因频率和基因型频率比较及计算
1.比较
概 念
定 义
外 延
基因频率
一个种群基因库中，某个基因占全部等位基因的比率
进化的实质是种群基因频率的改变
基因型
频率
指群体中具有某一基因型的个体所占的比例，其计算公式为：×100%
基因型频率改变，基因频率不一定改变
2.计算
(1)常染色体遗传方式
①在种群中一对等位基因的频率之和等于1，基因型频率之和也等于1。
②一个等位基因的频率＝该等位基因纯合子的频率＋杂合子的频率。
(2)伴X染色体遗传方式
① ×100%＝5%。
(3)哈代—温伯格定律
①a.种群非常大；b.所有雌雄个体之间自由交配；c.没有迁入和迁出；d.没有自然选择；e.没有基因突变。
②a.基因型AA的频率为p2，Aa的频率为2pq，aa的频率为q2。
b.A的基因频率为1－。AA基因型频率为(1－)2；Aa基因型频率为2·(1－)。
对应训练
1【解析】在一地区密集喷洒杀虫剂后，斑蚊种群数量减少了99%，只有极少数有抗药性的个体存活。但是一年后，该种群又恢复到原来的数量，此时再度喷洒相同剂量的杀虫剂后，仅杀死了40%的斑蚊。这说明原来的斑蚊种群中少数个体有抗药性基因。故C选项符合题意。
2【解析】种群是指生活在同一地点的同种生物的群体，此群体并不是机械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通过繁殖将各自的基因传递给后代。一个种群对环境的适应具有相对性，它是对特定环境的适应，其他种群在这种环境可能就不适应，故B选项符合题意。
3B　图示是物种形成的常见模式：经过长期的地理隔离而达到生殖隔离。a通过地理隔离形成两个种群a1和a2，又分别演化出b、c、d三个种群，b、d虽然有地理隔离，但是不一定形成了生殖隔离，故A错误；由于d是由a1演变而来，c是由a2演变而来，c与d之间可能存在生殖隔离，故B正确；即使a1中的外迁群体与当时留居群体的基因频率相同，但由于b和d两个种群之间有地理隔离，可能形成了生殖隔离，故二者可能属于不同的物种，故C错误；同理，即使a1中的外迁群体与当时a2种群的基因频率不同，只要c和d之间不存在生殖隔离，它们仍是同一物种，故D错误。
4　B　20 000只果蝇中，基因型VV有20 000×15%＝3 000只，Vv有20 000×55%＝11 000只，vv有20 000×30%＝6 000只。从岛外入侵2 000只基因型为VV的果蝇后，三种基因型的果蝇所占比例发生变化：VV占5 000/22 000＝5/22，Vv占11 000/22 000＝1/2，vv占6 000/22 000＝3/11。F1中V的基因频率是5/22＋1/2×1/2≈48%。
5　C由题知，种群中aa占25%，每年aa的个体减少20%，一年后aa为25%×80%＝20%，AA和Aa的个体分别增加20%，一年后为75%×120%＝90%，所以一年后aa的个体在种群中的比例为20%÷(20%＋90%)≈18.2%。
6B【解析】A选项生物进化的实质是种群基因频率的改变，而不是基因型频率的改变；B选项基因频率是每种基因占控制本性状所有基因的比例，所以各项之和为1；C选项由于适应环境的性状会得到保留，控制此性状基因的频率会上升，所以无法判断A还是a的基因频率更高；D选项由于男性中只有一条X染色体，色盲是隐性遗传病，故男性患色盲的几率大于女性，但在男性和女性中色盲基因的频率是相同的。故B选项符合题意。
限时训练
题组一　生物进化
1解析　A项内容反应的是拉马克的用进废退学说；害虫的抗药性并不是使用杀虫剂才出现的，抗药性的产生是随机突变的结果；狼和鹿之间相互选择共同进化，反映出了达尔文的自然选择学说；人类无论生活在何种环境都要受自然选择的影响。
答案　C
2【解析】害虫抗药性的形成是变异的结果，杀虫剂对害虫进行了选择，从而使对杀虫剂有抗药性的害虫被保留下来并扩大繁殖。故B选项符合题意。
3.ACD　[现代生物进化理论与达尔文进化论的共同点是能解释生物进化的原因和生物的多样性、适应性，均以可遗传变异作为进化材料，并由自然选择决定进化方向。不同点：①达尔文的进化论没有阐明遗传和变异的本质以及自然选择的机理，而现代生物进化理论克服了这一缺点。②达尔文的进化论着重研究生物个体的进化，而现代生物进化理论强调群体的进化，认为种群是生物进化的基本单位。③达尔文的进化论中，自然选择来自过度繁殖和生存斗争；而现代生物进化理论中，则将选择归结于不同基因型有差异的延续，没有生存斗争，自然选择也在进行。]
方法规律　现代生物进化理论与达尔文进化论的比较
(1)共同点：都能解释生物进化的原因和生物的多样性、适应性。
(2)不同点：
①达尔文进化论没有阐明遗传和变异的本质以及自然选择的作用机理，而现代生物进化理论克服了这个缺点。
②达尔文的进化论研究生物个体的进化，而现代生物进化论则强调群体的进化，认为种群是生物进化的基本单位。
③现代生物进化理论认为生物进化的实质——基因频率的改变，从分子水平上阐述，而自然选择学说从性状水平解释进化。④现代生物进化理论强调隔离在物种形成中的作用。
4.D　[每种生物在生物圈或生态系统中都有自己的生态学功能，增加或减少都会影响其他的生物。基因突变会使基因库发生变化，是基因库变化的内因；隔离的种群生活在不同的环境中，受不同环境的影响，独立进化；物种形成意味着产生了生殖隔离，即种群的基因库发生改变，而这种改变所表现出的性状能让生物更好地适应环境。]
5.C　[a表示突变(基因突变和染色体变异)和基因重组；d表示地理隔离，但新物种的形成不一定必须经过地理隔离；c是新物种的形成，新物种的形成是生物与环境共同进化的结果。]
题组二　种群中的基因频率
6. 解析　引起种群基因频率改变的因素有：突变、基因重组、自然选择、迁移和隔离等。
7.B　[由于红绿色盲是伴X染色体遗传病，Y染色体没有红绿色盲基因的位点，所以红绿色盲相关的基因总数是400×2＋400＝1 200，Xb＝10×2＋12×1＋18×1＋22×1＝72(18名色觉正常妇女的儿子患色盲，这18名正常妇女的基因型是XBXb,22个男性是红绿色盲，其基因型是XbY)，所以红绿色盲的基因频率(Xb)＝72/1 200＝6%。]
拓展提升　伴性遗传(如色盲)中基因频率的计算
由于色盲基因及其等位基因只存在于X染色体上，Y染色体上没有，因此，色盲基因频率＝×100%
8.ABD　[某个基因出现的频率越高，说明该基因控制的性状对环境有较强的适应性。A和a的基因频率之和为1，P点时两曲线相交，表示两者的频率相等，所以此时A和a的基因频率均为50%。在自然选择的作用下，种群的基因频率会发生定向改变，导致生物朝着一定的方向不断进化。虽然A的基因频率逐渐增大，但AA、Aa中并非Aa的生存能力更强，因此不一定会出现“该种群中杂合子的比例会越来越高，逐渐取代纯合子”的现象。]
9.B　[由种群中TT为20%、Tt为60%、tt为20%，计算得T的基因频率是20%＋1/2×60%＝50%。感染锈病之后tt全部死亡，种群中TT为1/4(25%)、Tt为3/4(75%)，则T的基因频率为25%＋37.5%＝62.5%。]
题组三　应用提升
10.解析　(1)生物多样性包括基因多样性、物种多样性和生态系统多样性，不同体色的甲虫体现了生物的基因多样性。(2)出现的新基因一般是基因突变的结果，A′基因最可能的来源是基因突变，该来源为生物进化提供原材料。A′A个体的出现将会使基因库中的基因频率发生改变。(3)图中箭头表示两个种群的基因库之间有机会进行基因交流，从而说明种群1和种群2之间不存在地理(生殖)隔离。(4)两个种群中，种群1中基因型为AA的黑色个体明显比种群2中多，说明该种群所处的环境工业污染较为严重，这样的环境对甲虫起到了选择作用。
答案　(1)基因　(2)基因突变　提供原材料　基因频率　(3)基因交流　地理(生殖)隔离　(4)种群1　选择
本题的得分要诀是：首先要明确等位基因在决定性状的遗传方式时存在某些特殊性，题中A基因个数的多少决定甲虫体色的深浅程度；其次答题时需要完整地理解题干情境；另外，识图时要注意各种基因型甲虫的个体特征，用适者生存的原理思考问题是解答本题的关键。
11.(1)突变和基因重组　自然选择　(2)种群　基本单位
(3)基因库　(4)①生存斗争(种内斗争)　②联趾型个体趾间有蹼，适合于游泳，可以从水中获取食物。因此，在岛上食物短缺时，联趾个体的生存和繁殖机会较多(合理即可)　③基因频率
解析　(1)生物进化的基本环节是突变和基因重组、自然选择和隔离。(2)生活在同一地点的同种生物的所有个体称为种群，它是生物进化的基本单位。(3)一个种群中全部个体所含有的全部基因叫做这个种群的基因库。(4)生物进化过程中存在着因过度繁殖而出现的生存斗争现象，在生存斗争中适者生存。所以联趾蜥蜴适于游泳，更易获得食物，出现个体比例上升的现象。生物进化的实质是种群基因频率的改变。
高考真题体验
1.【答案】D
【解析】亲本中AA占55%，aa占15%，所以Aa占30%，自由交配，用哈温定律算，得到A基因频率70%，a基因频率30%，F1中Aa的基因型频率为42%，选D。
2.【答案】Ｄ
【解析】用人工合成的染色体片段替代酵母菌的染色体部分片段，属于染色体结构变异，重组酵母菌仍可能发生基因突变等变异，A正确；重组酵母菌的性状受其遗传物质的控制和外界环境条件的影响，B正确；重组酵母菌的遗传信息和自然状态下的酵母菌有所不同，增加了酵母菌的遗传多样性，C正确；重组酵母菌只是为进化提供了原材料，不能改变酵母菌的进化方向，生物的进化方向由自然选择（环境条件）决定。
3.【答案】D
【解析】生物竞争也是一种环境因素，A正确；化石是过去生物的遗体、遗迹和遗物，可通过对比了解生物进化情况，B正确；生物也可引起环境的变化，C正确；突变是生物进化的原材料，D错
4.【答案】B
【解析】因感病植株rr在开花前死亡，不能产生可育的配子，所以抗病植株RR和Rr各占1/2，R的基因频率为3/4，r的基因频率为1/4，则随机交配后子一代中感病植株占1/4×1/4=1/16。
5.【答案】D
【解析】基因突变率虽然低，却是生物变异的根本来源，是生物进化的原材料，A项正确；生物的表现型是基因型与环境共同作用的结果，基因型不同，表现型相同，对环境的适应性相同，也可能表现型不同，对环境的适应性也不同，B项正确；环境发生的变化如果影响到某些基因型，由于环境的选择作用，就会使种群的基因频率改变；如果环境发生的变化不影响种群中各基因型的适应性，也可能不起选择作用，使基因频率不变，C项正确；种群内个体之间才有基因交流，所以生物进化的基本单位是种群而非群落，D项错误。
6.BC　基因突变具有不定向性，A项错误；滥用抗生素时，抗生素对细菌进行自然选择，导致超强耐药性基因NDM1在该细菌中逐代积累，可产生耐药性，B项正确；超强耐药性基因编码的金属β－内酰胺酶水解β－内酰胺类抗菌药物，可使细菌产生耐药性，C项正确；细菌没有染色体，所以D项错误。
7.解析　生物的变异具有不定向性，所以A选项错误；生物进化的实质是种群基因频率的改变，所以B选项错误；种群基因库在世代之间传递，所以C选项正确；种群内基因频率改变的偶然性随种群数量下降而增加，所以D选项错误。
答案　C
8.B　[由题意知，甲、乙两种动物存在捕食关系，若捕食者仅有一种食物来源，则被捕食者灭绝，捕食者也会因缺少食物而灭绝；若捕食者有多种食物来源，则其中一种被捕食者灭绝不会导致捕食者灭绝；若捕食者灭绝，则被捕食者在一段时间内数量会增加，达到一定数量后会减少，最终在一定数量上维持平衡。在长期进化中，二者相互选择，可使基因频率发生定向改变，共同进化。两种群的基因突变是由环境影响产生的，两种群之间互不影响。基因突变产生新的等位基因，可能使种群的基因频率发生改变，种群数量保持稳定不能说明基因频率未发生改变。]
9.解析　该题第一问考察基因工程的步 骤，目的基因导入动物细胞采用显微注射法，受体细胞一般是受精卵，目的基因检测的方法有三种，即DNA水平、mRNA水平和蛋白质水平。第二问考察了在一定条件下基因频率的计算， F1群体中都是雌雄个体的基因型是AaBb，所以A基因频率是50%，而F2群体中，根据条件可知，只有基因型都是A__B__和aabb的个体才能存活，其中为AABB，AABb，AaBB, AaBb，aabb，所以，为AA，，Aa，aa，计算可得A基因频率是60%。第三问是属于信息题，由题目中信息可知S基因在蚊子的唾液腺细胞大量表达S蛋白，该蛋白可以抑制登革热病毒的复制，由题中信息可知S基因在蚊子的唾液腺细胞大量表达S蛋白，该蛋白可以抑制登革热病毒的复制。所以群体中蚊子体内病毒的平均数目会逐代减少。
答案　(1)受精卵　S基因　S基因转录的mRNA　S蛋白(2)50%　60%　(3)减少　S基因在蚊子的唾液腺细胞大量表达S蛋白，该蛋白可以抑制登革热病毒的复制
10解析　变异(基因突变)在前，(黑暗是环境)选择在后。环境决定生物进化的方向。种群密度不是生态因素而是种群的特征。水生生物的种群数量(K值)制约的主因素是水中的溶解氧。间接使用价值是生物的生态功能，科研价值是直接使用价值。
答案　C
11.解析　新物种的形成必须要经过隔离，隔离是物种形成的必要条件，因此A错误；生物进化的实质在于种群基因频率的定向改变，因此B错误；生物进化的方向是由自然选择决定而不是基因突变产生的有利变异所决定，因此C错误；自然选择通过作用于个体而影响种群的基因频率，因此D正确。
答案　D
第八单元 生命活动的调节与免疫
学案35人体的内环境与稳态
考纲要求
稳态的生理意义 Ⅱ
复习要求
掌握内环境的组成及稳态的意义
基础自查
1、 体内含有的大量以水为基础的物体。
2、
细胞内液
体液 血浆
细胞外液 组织液
（内环境） 淋巴
3、由细胞外液构成的液体环境。
是细胞与外界环境进行物质交换的媒介。
4、血浆中含有较多的蛋白质
5、渗透压、酸碱度、温度。
6、缓冲溶液： NaHCO3/H2CO3 Na2HPO4/ NaH2PO4
8、正常机体通过调节作用，使各个器官、系统协调活动、共同维持内环境的相对稳定的状态。
内环境的成分和理化性质 动态平衡
9、神经 体液 免疫共同调节
内环境稳态是机体进行正常生命活动的必要条件。
课堂深化探究
一.内环境是细胞与外界进行物质交换的媒介
利用下图理解内环境的功能，并完成分析填空：
图中直接参与和内环境进行物质交换的系统器官有哪些？
外界环境、内环境、细胞内环境三种“环境”的辨析
3.有关细胞的具体内环境
细胞名称
所处内环境
组织细胞

毛细血管壁细胞

毛细淋巴管壁细胞

血细胞

淋巴细胞和吞噬细胞

特别提醒：
1.一些物质进出细胞的基本途径：
①营养物质(如水、葡萄糖、氨基酸等)血浆组织处的毛细血管组织液―→细胞膜―→细胞内
②氧气肺泡血浆组织处的毛细血管组织液细胞内线粒体内
2.CO2、O2浓度最高部位分别是组织细胞、肺泡；最低部位相反，沿运输途径方向浓度依次降低，如O2浓度，血浆＞组织液，CO2则相反，因为气体通过自由扩散顺浓度差运输。
3.空气中的O2进入组织细胞被利用至少穿过11层生物膜，依次是肺泡上皮(2层)、毛细血管壁(2层)、红细胞(进出2层)、毛细血管壁(2层)、组织细胞(1层)、线粒体(2层)。
二.内环境理化性质与稳态
（一）内环境组分：
1.用箭头和文字表示体液及内环境各种成分的关系
2.列举内环境中存在和不存在的物质
列举发生在内环境的生理过程

不发生于内环境中的生理过程：
（二）内环境稳态的意义
1举例说明内环境稳态是机体进行正常生命活动的必要条件。
2.组织水肿及其成因分析
（三）内环境稳态的调节机制
稳态内涵
稳态并不是指内环境的各种化学成分和理化性质维持在一个固定不变的值，而是在一定范围内维持相对稳定的状态
稳态调节
基础

调节机制

能力大小

特别提醒：内环境稳态是机体正常代谢的必要条件——稳态失衡将引起代谢紊乱，但应澄清如下两种误区：
①内环境达稳态时，人未必不得病(如遗传病患者、植物人等)
②内环境稳态遭破坏时，代谢速率未必下降(如有可能导致代谢速率上升)
(2)内环境稳态调节中涉及三种信息分子，其来源及靶细胞或作用部位不同：
调节方式
信息分子
来 源
靶细胞或作用部位
神经调节
神经递质
突触前膜所释放
突触后膜
体液调节
激 素
内分泌腺细胞
相应靶细胞
免疫调节
抗 体
浆细胞
抗 原
淋巴因子
T细胞
B细胞
对应训练
1.(2012·银川质检)下图为动物的某组织，其中①为毛细血管壁、②为红细胞、③为血浆、④为细胞内液、⑤为组织液，据图判断，下列说法正确的是(　　)

A.过敏反应的抗体主要分布在③和⑤中，③和⑤的成分有区别
B.葡萄糖由③经①和⑤到达④的过程，依靠自由扩散来完成
C.图中二氧化碳浓度最高的部位是⑤
D.②中的氧气到达④需要经过4层膜，②处的氧气浓度高于④处
2.(2012·曲阜师大附中期末)下图是细胞与内环境进行物质交换的示意图，①处的箭头表示血液流动的方向。下列说法正确的是(　　)

A.④是人体内新陈代谢的主要场所
B.毛细血管管壁细胞生活的具体环境是③④⑤
C.③④中的蛋白质可以通过毛细淋巴管壁相互交换
D.若②为肝脏细胞，则①处的氧气浓度高于④处
3.如图为人体皮下的组织，A、B、C表示细胞外液。下面诸多因素中，可能引起病人组织水肿的是(　　)

①周围的管壁破损　②长期蛋白质营养不足　③淋巴管阻塞　④花粉等过敏原引起毛细血管壁的通透性增加　⑤肾炎导致血浆蛋白丢失
A.只有①②③　 　 B.只有②③④
C.只有①③⑤ D.①②③④⑤
4.(2012·长安一中一模)下表为人体细胞外液和细胞内液的物质组成和含量的测定数据。相关叙述不正确的是(　　)
A.②属于血浆，其渗透压大小主要与血浆无机盐及蛋白质的含量有关
B.②的蛋白质含量减少将导致③增多
C.④属于细胞内液，因为其含有较多的蛋白质、K＋等
D.①比④量多，是人体新陈代谢的主要场所
5.(2012·西铁一中模拟)下列关于人体内环境的描述中，错误的是(　　)
A.血浆的主要成分包括水、葡萄糖、解旋酶和激素等
B.免疫对内环境稳态具有重要作用
C.HCO3－、HPO42－等参与维持血浆pH相对稳定
D.淋巴细胞生活的液体环境是淋巴、血浆等
实验探究
稳态是机体进行正常新陈代谢等生命活动的必要条件，稳态的维持需要调节。请利用活鸡血完成下列与稳态调节有关的问题。
(1)为了验证血浆中的无机盐含量对红细胞形态的影响，现提供加入柠檬酸钠溶液的活鸡血、生理盐水、10%NaCl溶液、蒸馏水、试管、滴管、显微操作器材等，请设计实验，并预期结果。
方法步骤：
①_______________________________________________；
②______________________________________________；
③______________________________________________
④_____________________________________________。
预期结果：_______________________________________。
(2)为了研究血浆能否维持pH稳定，某同学将血浆等量分装到2支洁净的试管甲、乙中，分别测定pH并记录，再向甲管中滴1滴5%的盐酸溶液，乙管中滴1滴1%的氢氧化钠溶液，振荡1 min，再分别测定pH并记录，观察各管颜色变化。
①试评价并完善此方案：_________________________ __ _________________________。
②有同学猜想血浆通过缓冲作用来维持pH的相对稳定，他需要的实验证据是：
________________________________ ____________________________________。
限时训练
题组一 内环境成分和理化性质
1.(2012·皖南八校联考)下列属于人体内环境组成成分的是 （ ）
①血液、组织液和淋巴　②血浆蛋白、O2和葡萄糖③葡萄糖、CO2和胰岛素　④激素、递质小泡和氨基酸⑤胃中的牛奶　⑥口服的肠道中的抗菌药物　⑦肌肉注射青霉素　⑧精子进入输卵管与卵细胞结合
A.②③⑦　　　　　　　 B.①②③⑦
C.①②③⑦⑧ D.①②③⑥⑦⑧
2.(2012·西铁一中模拟)下列关于人体内环境的描述中，错误的是(　　)
A.血浆的主要成分包括水、葡萄糖、解旋酶和激素等
B.免疫对内环境稳态具有重要作用
C.HCO3－、HPO42－等参与维持血浆pH相对稳定
D.淋巴细胞生活的液体环境是淋巴、血浆等
3.(2012·洛阳一中模拟)如图是人体局部内环境示意图。以下叙述正确的是(　　)
A.①结构和②结构的细胞所处的具体内环境相同
B.人体摄入的营养物质太少会使A液和C液减少
C.③的有氧呼吸产物可参加体液调节
D.C液中可发生丙酮酸氧化分解产生二氧化碳和水
4.下图表示淋巴和另外三种体液之间相互关系的示意图，下列判断错误的是 (　　)
A.甲、乙、丙分别是细胞内液、组织液和血浆
B.如果淋巴循环受阻，则会引起组织水肿
C.甲、乙、丙和淋巴构成了细胞与外界进行物质交换的媒介
D.维持丙的渗透压的物质主要是无机盐和蛋白质
5.(2012·南昌二中月考)如图是人体某组织结构示意图，①②③④分别表示人体内不同部位的液体。据图判断下列说法正确的是(　　)
A.人体的内环境是由①②③④组成的
B.②中含激素、乳酸、消化液、CO2等物质
C.浆细胞分泌的抗体先进入③，再进入④
D.血浆中的氧进入组织细胞的途径是②→③→④
6.下图表示人体细胞与外界环境之间进行物质交换的过程，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示能直接与内环境进行物质交换的4种器官或系统，①②是有关的生理过程。下列说法错误的是(　　)
A.内环境与Ⅰ交换气体必须通过肺泡壁和毛细血管壁
B.Ⅱ内的葡萄糖通过①进入血液和淋巴
C.②表示重吸收作用
D.Ⅳ表示的器官是皮肤
7.(2012·东北第一次联考)如图为人体体液物质交换示意图，其中正确的叙述是(　　)
①A、B、C依次为淋巴、血浆、组织液　②乙酰胆碱可以存在于B中　③D中的蛋白质含量相对较高　④正常情况下，蛋白质水解酶不会存在于A中

A.②③　　 B.②④ C.①②③ D.②③④
题组二 内环境的稳态
8.(2012·温州二模)在日常生活中，很多因素会引起内环境发生变化，下列相关叙述中错误的是 (　　)
A.剧烈运动中，内环境的pH有下降趋势
B.食物中长期缺少蛋白质会导致血浆蛋白下降进而引起组织水肿
C.中暑是神经调节紊乱造成的，与体液调节无关
D.佝偻病与内环境的稳态失衡有一定的关系
9.关于人体内环境中酸碱度调节的叙述，不正确的是(　　)
A.人体血液pH通常在7～7.53
B.血液中乳酸过多时，就与NaHCO3发生反应，生成乳酸钠和H2CO3
C.血液中Na2CO3过多时，就与H2CO3结合形成NaHCO3
D.血液中CO2过多会刺激神经中枢，促进呼吸运动将CO2排出
题组三 综合题
10.如图是人体细胞直接与内环境进行物质交换的示意图，A、B、C、D表示的是结构，①②③④表示的是液体，请回答下列问题
(1)内环境主要由图中的________组成(填序号)；D的管壁细胞直接生活的内环境是________(填序号)。
(2)②与①相比，成分中明显减少的物质是________。
(3)④的流动受到阻碍，人体将会出现________现象。
(4)一般情况下，健康人①中葡萄糖浓度为________，能使其浓度降低的激素是________。
(5)若图中C为肌细胞，则它所利用的O2直接从[　]________中获得。
(6)①②③④中，CO2浓度最高的是________(填序号)。
高考真题体验
1.（2012上海）23.图8代表肌细胞与环境的物质交换关系。X、Y、Z表示三种细胞外液，叙述错误的是
A.若饮食过咸，则Y中渗透压会升高
B.X中的大分子物质可通过Z进入Y
C.肌细胞的代谢产物可能导致x的pH降低
D.X、Y、Z理化性质的稳定依赖于神经调节
2.（2012江苏）3.下列关于人体内环境稳态失调的叙述，错误的是（ ）
A. 淋巴管阻塞引起下肢水肿
B. 血液中钙盐过多引起肌无力
C. 再次接触同种过敏原引起过敏反应
D. 腹泻引起体液中水和蛋白质大量丢失
3.（2012海南）12.关于人体内环境的叙述，正确的是
A.组织液渗透压增大，引起细胞吸水
B.无氧呼吸产生乳酸的过程发生在内环境中
C.血浆中的HCO3—参与维持血浆pH的稳定
D.血浆中蛋白质的含量对血浆渗透压没有影响
4.(2012·北京理综)一次性过量饮水会造成人体细胞肿胀，功能受损。可用静脉滴注高浓度盐水(1.8%NaCl溶液)对患者进行治疗。其原理是(　　)
A.升高细胞外液的离子浓度　　　
B.促进抗利尿激素的分泌
C.降低细胞内液的离子浓度
D.减少细胞外液液体总量
5.(2011·江苏单科，9)下列关于人体内环境的叙述，错误的是( )。
A.抗原与抗体的特异性结合发生在内环境中
B.内环境成分中含有CO2、尿素、神经递质等
C.组织液渗回血浆和渗入淋巴的量相差较大
D.血浆的成分稳定时，机体达到稳态
6. (2011·上海单科，25)如图表示内环境稳态的部分调节机制。下列表述错误的是( )。
A.若①表示免疫分子，则①包括抗体、淋巴因子等
B.内环境稳态的调节机制有神经和体液调节等
C.寒冷时，控制骨骼肌不自主战栗的神经中枢是大脑皮质的躯体感觉中枢
D.若②表示促甲状腺激素，则②的分泌量不仅仅受甲状腺激素的调节
7.判断正误
(1)(2011·江苏卷－B)内环境成分中含有CO2、尿素、神经递质等( )。
(2)(2011·江苏卷－ C)组织液渗回血浆和渗入淋巴的量相差较大( )。
(3)(2010·安徽卷－ B)内环境是一个主要由H2PO4—/HPO42—构成的缓冲体系( )。
(4)(2010·安徽卷－ C)内环境是机体进行正常生命活动和细胞代谢的场所( )。
(5)(2010·海南卷－B)血浆渗透压的大小主要取决于血浆中无机盐和蛋白质的含量( )。
(6)判断关系描述的正误( )。
8.(2009·广东生物，12)根据下图判断，正确的描述是( )。
①对于组织细胞的正常生理活动，过程a较过程b和c更为重要 ②组织液中的CO2有害无益 ③组织液中的物质是有变化的 ④过程b或c受阻可导致组织水肿
A.①③ B.①② C.②④ D.③④
9..判断正误
(1)(2011·江苏卷－ D)血浆的成分稳定时，机体达到稳态( )。
(2)(2010·安徽卷－A )内环境的渗透压下降会刺激下丘脑分泌抗利尿激素增加( )。
(3)(2010·安徽卷－ D)内环境的变化会引起机体自动地调节器官和系统的活动( )。
10.(2011·北京卷)一次性过量饮水会造成人体细胞肿胀，功能受损。可用静脉滴注高浓度盐水( 1.8% NaCl溶液)对患者进行治疗。其原理是( )。
A.升高细胞外液的离子浓度
B.促进抗利尿激素的分泌
C.降低细胞内液的离子浓度
D.减少细胞外液液体总量
11.(2011·四川卷)下列关于人在剧烈运动时生理变化过程的描述，正确的是( )。
A.大量失钠，对细胞外液渗透压的影响大于细胞内液
B.大量乳酸进入血液，血浆由弱碱性变为弱酸性
C.胰高血糖素分泌量上升，促进肝糖元和肌糖元分解
D.血液中O2含量下降，刺激了呼吸中枢促进呼吸运动
12.(2010·江苏卷)人体稳态的调节能力是有一定限度的。下列现象属于内环境稳态失调的是( )。
A.寒冷时出现寒颤
B.从平原到高原，有的人出现肺水肿症状
C.接受抗原刺激后，B淋巴细胞增殖和分化
D.饮水不足时，抗利尿激素释放增加
学案35人体的内环境与稳态
基础自查
1、体液： 。
2、体液之间关系：
3、内环境： 。
内环境作用： 。
4、组织液、淋巴的成分和含量与血浆的相近，但又不完全相同，最主要的差别在于 ，而组织液和淋巴中蛋白质含量较少
5、细胞外液的理化性质： 。
6、血浆中酸碱度：7.35---7.45
调节的试剂：
7、人体细胞外液正常的渗透压：770kPa、正常的温度：37度
8、稳态：
内环境稳态指的是 都处于 中。
9、稳态的调节 共同调节
内环境稳态的意义： 。
课堂深化探究
一.内环境是细胞与外界进行物质交换的媒介
利用下图理解内环境的功能，并完成分析填空：
1.消化系统、呼吸系统、循环系统和泌尿系统，器官有一个：皮肤。
2.外界环境、内环境、细胞内环境三种“环境”的辨析
3.有关细胞的具体内环境
细胞名称
所处内环境
组织细胞
组织液
毛细血管壁细胞
血浆、组织液
毛细淋巴管壁细胞
淋巴、组织液
血细胞
血浆
淋巴细胞和吞噬细胞
淋巴、血浆
二.内环境成分、理化性质与稳态
（一）内环境成分：
1.
2. (1)内环境中存在的物质
①营养物质：水、无机盐、葡萄糖、氨基酸、甘油、脂肪酸等。
②代谢废物：CO2、尿素等。
③其他物质：激素、抗体、组织胺、递质、纤维蛋白原等。
(2)不存在于内环境中的物质：①只存在于细胞内的物质：血红蛋白及与细胞呼吸、复制、转录、翻译有关的酶等。②由细胞内合成后直接分泌到体外的物质：消化酶等。 ③不能被吸收的物质：纤维素等。
3.（1）发生在内环境的生理过程
①乳酸与碳酸氢钠作用生成乳酸钠和碳酸实现pH的稳态。
②兴奋传导过程中神经递质与受体结合。
③免疫过程中抗体与相应的抗原特异性地结合。
④激素与靶细胞的结合。
(2)不发生于内环境中的生理过程：
①细胞呼吸的各阶段反应。
②细胞内蛋白质、递质和激素等物质的合成。
③消化道等外部环境所发生的淀粉、脂质和蛋白质的消化水解过程。
（二）
1意义：内环境稳态是机体进行正常生命活动的必要条件。
①血糖正常——保证机体正常的能量供应；
②体温、pH相对恒定——酶活性正常，细胞代谢正常；
③渗透压相对稳定——细胞维持正常的形态和功能。
2 组织水肿及其成因分析
(1)组织水肿
组织水肿是在不同条件下，组织液浓度升高或血浆、细胞液浓度下降，引起水分移动，使血浆、细胞内液中的水渗透到组织液引起的水肿现象。
(2)组织水肿的原因归纳
①过敏反应中组织胺的释放引起毛细血管壁通透性增高，血浆蛋白进入组织液使其浓度升高，吸水造成水肿。
②毛细淋巴管受阻，组织液中大分子蛋白质不能回流至血浆而致使组织液浓度升高。
③组织细胞代谢旺盛，代谢产物增加，引起组织液浓度升高。
④营养不良时，血浆蛋白或细胞内蛋白质减少，使血浆浓度降低或细胞内液浓度下降，水分进入组织液。
⑤肾小球肾炎，导致血浆蛋白透出而流失。
（三）内环境稳态的调节机制
稳态内涵
稳态并不是指内环境的各种化学成分和理化性质维持在一个固定不变的值，而是在一定范围内维持相对稳定的状态
稳态调节
基础
人体各器官、系统协调一致地正常运行
调节机制
神经—体液—免疫调节网络是机体维持稳态的主要调节机制。其中血糖平衡调节、体温调节及水和无机盐的平衡调节依赖于神经和体液调节，侵入人体的病原微生物必须依赖免疫系统发现并清除
能力大小
人体维持稳态的能力是有一定限度的，当外界环境的变化过于剧烈，或人体自身的调节功能出现障碍时，内环境的稳态就会遭到破坏
对应训练
1.答案：　D
2.解析：①⑤是血浆，②是细胞内液，③是淋巴，④是组织液。人体代谢的主要场所是组织细胞内的细胞质基质，A错；毛细血管管壁细胞生活的内环境是组织液和血浆，B错；组织液可进入淋巴，淋巴不能进入组织液，C正确；氧是通过自由扩散方式由血浆进入组织液，再进入肝细胞，所以血浆中的氧浓度高于组织液，D正确。
答案：　D
3答案：　D
4解析：　①是细胞外液，②是血浆，③是组织液，④是细胞内液，生物体内的体液中，细胞内液多于细胞外液，细胞质基质是细胞代谢的主要场所。
答案：　D
5.解析：　解旋酶是细胞内的一种蛋白质，不属于血浆的成分；在免疫调节中，相应细胞能识别内环境中的自身成分，排除内环境中的非己成分，从而维持内环境各部分的相对稳定；血浆中存在有HCO3－/H2CO3、HPO42－/H2PO4－等缓冲对来维持血浆的pH相对稳定；淋巴细胞可以在淋巴管内，也可以通过淋巴循环进入血液，因此其生活的液体环境包括淋巴、血浆等。
答案：　A
实验探究
解析：　设计实验步骤时要遵循对照和单一变量的基本原则，所以首先应该分组、编号(如：甲、乙、丙)，在取用实验材料和设计步骤的时候要注意“三等”——等量、等浓度，还有一个就是等条件，等条件是指除了自变量外其他条件都相等，保证单一变量。
答案：　(1)①取3支试管，编号甲、乙、丙，分别加入生理盐水、10%NaCl溶液、蒸馏水各2 mL　②在3支试管中分别滴入1滴活鸡血，振荡摇匀，放置5 min　③分别取3支试管内的混合液各1滴置于3张洁净的载玻片上(编号)，做成临时装片　 ④显微镜检查红细胞的形态，并记录结果
结果：生理盐水中的红细胞保持正常形态；10%NaCl溶液中的红细胞皱缩；蒸馏水中的红细胞破裂
(2)①缺少对照。应再增设两个蒸馏水对照组，处理方法同甲、乙两组　②增设两个缓冲液对照组，处理方法同甲、乙两组。加入盐酸、氢氧化钠溶液前后的pH值也基本不变
限时训练
题组一 内环境成分和理化性质
1解析：血液包括血浆和血细胞，血浆是组成内环境的成分；递质小泡在突触小体中，属于细胞内部环境；喝牛奶和口服药物都在消化道中、精子进入输卵管都不是内环境。
答案：A
2.解析：　解旋酶是细胞内的一种蛋白质，不属于血浆的成分；在免疫调节中，相应细胞能识别内环境中的自身成分，排除内环境中的非己成分，从而维持内环境各部分的相对稳定；血浆中存在有HCO3－/H2CO3、HPO42－/H2PO4－等缓冲对来维持血浆的pH相对稳定；淋巴细胞可以在淋巴管内，也可以通过淋巴循环进入血液，因此其生活的液体环境包括淋巴、血浆等。
答案：　A
3解析：　①指的是毛细血管壁细胞，所处的内环境是血浆和组织液，②是毛细淋巴管壁细胞，所处的内环境是淋巴和组织液；人体摄入的营养物质(如蛋白质)过少，会使A液减少C液增加；③的有氧呼吸产物(二氧化碳)可参与体液调节，使呼吸作用加快、加强；丙酮酸的分解发生在细胞内，且不会直接产生水。
答案：　C
4.解析：根据图中几种体液的关系可以判断，甲、乙、丙分别是细胞内液、组织液和血浆。淋巴、组织液和血浆构成了细胞与外界进行物质交换的媒介。
答案：C
5.解析：　①为淋巴管(盲管)中的淋巴，②是毛细血管(内有单行的红细胞)中的血浆，③是组织细胞间的组织液，④是细胞内液。内环境由①②③构成。消化液不在血浆中，而是在消化腔中。浆细胞分泌的抗体分布在内环境中，不进入细胞内液。
答案：　D
6答案：　B
7解析：　题图中A、B、C、D分别是血浆、组织液、细胞内液和淋巴，乙酰胆碱是神经递质，可存在于组织液中；血浆中的蛋白质含量相对较高；正常情况下，蛋白质水解酶不会存在于内环境中。
答案：　B
题组二 内环境的稳态
8.解析：根据稳态的定义可知，机体的稳态是在神经和体液的共同调节下得以维持的。剧烈运动中产生的乳酸，会使内环境的pH略有下降；食物中长期缺少蛋白质，会导致血浆蛋白含量下降，进而使血浆内进入组织液的水分多于回流的水分，引起组织水肿；佝偻病是机体缺少钙盐引起的。人体的体温调节属于神经—体液调节。
答案：C
9.解析：人体血液的pH一般在7.35～7.45；乳酸过多时会与血液中的缓冲物质NaHCO3发生反应，生成乳酸钠和H2CO3，然后H2CO3分解成CO2和水，排出体外。
答案：A
题组三 综合题
10.答案：　(1)①②④　②④　(2)蛋白质　(3)组织水肿(4)0.8～1.2 g/L　胰岛素　(5)②　组织液　(6)③
高考真题体验
1.【答案】D
【解析】图中X是组织液，Y是血浆，Z是淋巴。若饮食过咸，则血浆中渗透压会升高，A正确；组织液中的大分子物质可通过淋巴进入血浆，B正确；肌细胞的无氧呼吸代谢产物是乳酸可导致组织液的pH略有降低,C正确；内环境的稳态依赖于神经-体液-免疫调节网络，故D正确。
2.【答案】D
【解析】腹泻引起的水和无机盐的大量丢失，D错；淋巴循环是对血液循环的补充，淋巴管阻塞使水分过多地存在于组织液中而出现组织水肿，A正确；过敏是已免疫的机体再次接受相同物质的刺激时所发生的反应，C正确；血液中钙盐过多引起肌无力，B正确
3.【答案】C
【解析】组织液渗透压大于细胞内液时，细胞失水，故 A项错误；细胞呼吸包括无氧呼吸和有氧呼吸，二者均发生在细胞内，故B项错误；血浆pH的稳定与HC03-、H3PO4-等离子有关，故C项正确；血浆渗透压的大小主要与无机盐、蛋白质的含量有关，故D项错误。
4.解析：　一次性过量饮水导致细胞外液的离子浓度降低，导致组织水肿，从而使细胞肿胀，功能受损。治疗时可静脉滴注高浓度的生理盐水溶液升高细胞外液的离子浓度，使离子浓度恢复正常。
答案：　A
5.解析 在人体内环境中组织液渗回血浆的量远远大于渗入淋巴的量；CO2、尿素、神经递质都属于内环境的成分。机体的稳态指内环境的组成成分及理化性质的相对稳定，仅成分稳定，机体不一定达到稳态。故D错误。
答案 D
6.解析 抗体、淋巴因子、溶菌酶属于免疫活性物质，即免疫分子；神经、体液和免疫系统共同调节内环境稳态；促甲状腺激素释放激素和甲状腺激素均影响促甲状腺激素的分泌。寒冷时，控制骨骼肌不自主战栗的神经中枢位于下丘脑和脊髓。
答案 C
7.解析 (3)H2PO/HPO构成的缓冲体系只是 整个缓冲体系的一部分，整个缓冲体系也只是内环境的一部分，B错。(4)机体中细胞代谢的场所主要是细胞质基质和细胞器，不是内环境，C错。
答案 (1)√ (2)√ (3)? (4)? (5)√ (6)√
8.解析 对组织细胞的正常生理活动过程，过程a提供物质和能量，过程b排出代谢废物，过程c回流组织液中的大分子物质，三者都比较重要。组织液中的CO2可调节呼吸运动，可作为缓冲物质。组织液处在动态平衡中，组成物质是变化的；过程b或c受阻可导致组织液渗透压升高，组织液增多而出现组织水肿。
答案 D
9.解析 (1)机体的稳态包括血浆、组织液、淋巴等成分及pH、温度、渗透压等理化性质的相对稳定 ，所以错误。(2)本题主要考查了内环境的相关知识点。当内环境的渗透压下降时，抗利尿激素会减少，故错误。
答案 (1)? (2)? (3)?
10解析 静脉滴注高浓度盐水(1.8% NaCl溶液)，钠离子主要保留在细胞外，会导致细胞外液渗透压升高，促使细胞内水分渗透出来，达到治疗的效果。
答案 A
11解析 钠对细胞外液渗透压的维持具有重要作用，钾对细胞内液渗透压维持有重要作用，因此大量失钠对细胞外液渗透压的影响大于细胞内液，A正确。血液中有缓冲物质，血浆pH值保持相对稳定，仍维持在7.35～7.45，因此不会变为弱酸性，B错。胰高血糖素不能促进肌糖元分解，C错。剧烈运动时，血液中CO2增加，导致呼吸加强，D错。
答案 A
12.解析 本题考查稳态调节异常、内环境稳态的含义。内环境稳态包括内环境的化学成分和物理化学性质保持相对稳定的能力。寒冷时出现寒颤是通过骨骼肌不自主的收缩产生热量维持体温恒定；接受抗原刺激后，B淋巴细胞增殖分化形成浆细胞产生抗体清除抗原；饮水不足，内环境渗透压上升，抗利尿激素分泌增多以维持渗透压平衡。出现肺水肿说明组织液的渗透压升高，从而导致组织液含量增多，故说明内环境稳态被破坏，故选B项。
答案 B
第八单元 生命活动的调节与免疫
学案36 通过神经系统的调节
考纲要求：
人体神经调节的结构基础和调节过程(Ⅱ)。
神经冲动的产生和传导(Ⅱ)。
3.人脑的高级功能(Ⅰ)
复习要求：
1.掌握反射弧的组成及调节过程
2.比较兴奋在神经纤维上及在反射弧中的传导过程及特点
3.知道人脑的高级功能
基础自查
一.反射和反射弧
神经系统结构和功能基本单位是神经元，神经调节基本方式是反射。
什么是反射？反射有哪两类？
2.（1）神经调节的结构基础：反射弧，反射弧的构成？
（2）感受器、效应器各是指的什么结构？
　
二、兴奋的传导与传递
1.兴奋在神经纤维上的传导
(1)传导形式？
(2)膜电位？
(3)传导过程？
(4)传导方向？
2.兴奋在神经元之间的传递
(1)结构
突触

(2)传导过程
兴奋突触小体________―→________―→下一个神经元兴奋或抑制。
(3)传递特点
单向传递，其原因是：神经递质只存在于__________________内，只能由________释放，然后作用于________。
3为什么兴奋在神经元之间的传递是单向的？
　
三、神经系统的分级调节与人脑的高级功能
1.识图列举中枢神经系统的组成及功能
2.人脑的高级功能
（1）简述大脑的高级功能？
（2）语言中枢的位置和功能？
课堂深化探究
一.神经调节的结构基础和反射
1.反射弧中传入神经和传出神经的判断
2.反射的种类及区别
非条件反射
条件反射






3.反射的条件

二　反射弧中兴奋的传导与传递
依据图像完成有关填空，理解反射弧中兴奋的传导与传递：
（一）.兴奋在神经纤维上的传导——电传导
过程说明
1.神经纤维上的兴奋传导方向如何？
2.静息电位和动作电位的测定方法
(1)静息电位的测量
灵敏电流计一极与神经纤维膜外侧连接，另一极与膜内侧连接(如图甲)，观察到 。
(2)动作电位的测量
灵敏电流计都连接在神经纤维膜外(或内)侧(如图乙)，可观察到

特别提醒　有关电流表指针偏转的分析
(1)在神经纤维上
①刺激a点，b点先兴奋，d点后兴奋，电流计发生两次方向相反的偏转。
②刺激c点(bc＝cd)，b点和d点同时兴奋，电流计不发生偏转。
(2)在神经元之间
①刺激b点，由于兴奋在突触间的传导速度小于在神经纤维上的传导速度，a点先兴奋，d点后兴奋，电流计发生两次方向相反的偏转。
②刺激c点，兴奋不能传至a点，a点不兴奋，d点可兴奋，电流计只发生一次偏转。
（二）兴奋在神经元之间的传递——突触传递
1.突触结构：突触前膜是突触前神经元的细胞膜，突触后膜是突触后神经元的细胞膜，突触间隙实际上就是两个神经元之间的细胞间隙；突触小泡中有神经递质。
类型及简化图：
2.与传递相关的问题总结：
①突触小泡释放的递质：
②递质移动方向：
③信号转换：
④传导过程：
⑤特点：
特别提醒　
①注意突触小体与突触的关系，范围不同，位置不同，但都包括突触前膜。
②神经递质作用效果有两种：兴奋或抑制。
③递质释放的过程为胞吐，体现细胞膜流动性，由突触后膜(下一神经元的细胞体或树突部分)上的糖蛋白识别。
④兴奋在突触处传递比在神经纤维上的传导速度要慢。原因是：兴奋由突触前膜传至突触后膜，需要经历递质的释放、扩散以及对突触后膜作用的过程。
（三）　神经系统的分级调节和人脑的高级功能
1.辨析神经系统各级中枢，并完成填空
1.神经系统的分级调节
结构名称
主要神经中枢
功　能
脑
大脑

小脑

脑干

下丘脑

脊髓

2.大脑皮层的言语区
（1）生理或病理现象与神经中枢的关系
生理或病理现象
神经中枢参与(损伤)
考试专心答题时

“千手观音”聋哑人学习舞蹈

某同学跑步时

植物人

高位截瘫

（2）高位截瘫病人受伤部位以上感受运动都正常，受伤部位以下无感受，但
仍存在。
对应训练
1.如图为反射弧结构示意图。下列有关说法中不正确的是(　　)
A.一个反射弧由A、B、C、D、E组成
B.若从结构①处切断神经纤维，刺激结构③处，效应器不产生反应
C.若从结构③处切断神经纤维，刺激结构①处，效应器不产生反应
D.结构②决定了神经元之间的兴奋传递只能是单向的
2.如图所示，当神经冲动在轴突上传导时，下列叙述错误的是(　　)
A.丁区域发生K＋外流和Na＋内流
B.甲区与丙区可能刚恢复为静息电位状态
C.乙区与丁区间膜内局部电流的方向是从乙到丁
D.图示神经冲动的传导方向有可能是从左到右或从右到左
3.(2012·河南濮阳调研)根据下面的人体神经元结构模式图，分析下列叙述中不正确的是(　　)
A.该神经元兴奋时，将④中的物质释放到⑤中的方式是主动运输
B.若刺激A点，图中电流计B将出现方向相反的2次偏转
C.若①中含有一致病基因，则该致病基因来自其外祖母
D.若抑制该细胞的呼吸作用，将会影响神经兴奋的传导
4.(2012·营口模拟)如图甲表示反射弧的结构模式图，图乙的结构是图甲中某一结构的亚显微结构模式图，下列有关叙述不正确的是(　　)
A.反射弧包括五部分，完成反射活动至少需要一个图乙的结构
B.图乙的结构是神经冲动在神经元间单向传递的结构基础
C.神经递质释放到突触间隙，作用于突触后膜，神经递质能使突触后膜电位发生改变
D.当神经冲动传到突触前膜时，化学信号变为电信号
5.下图为一个完整反射弧的示意图，与之有关的叙述不正确的是(　　)
A.兴奋的传导方向是E→D→C→B→A
B.刺激B点或D点，刺激点两侧均有电位变化
C.刺激D点，B点有电位变化，刺激B点，D点也有电位变化
D.此图表示的反射弧不能用来表示缩手反射
实验探究
图甲是反射弧结构模式图，a、b分别是放置在传出神经元和骨骼肌上的电极，用于刺激神经和骨骼肌；c是放置在传出神经元上的电表，用于记录神经兴奋电位变化。请分析回答下列问题：
(1)图甲中的d表示____________________；最简单的反射弧由________种神经元组成。
(2)若将该反射弧放入较低浓度的钠盐培养液中，传入神经元静息时，膜内Na＋浓度将________(高于、低于、等于)膜外。
(3)用a刺激神经，c测到的电位变化如乙图。膜电位从③到④变化时，膜上打开的离子通道是________。
(4)正常时，分别用a、b刺激神经和骨骼肌，会引起骨骼肌收缩。某同学用a刺激神经，发现骨骼肌不收缩。是传出神经元受损、d部位受损还是骨骼肌受损导致骨骼肌不收缩？为探究骨骼肌不收缩的原因，该同学利用图甲中的反射弧，设计了如下实验方案。(注：只考虑一个部位受损)请根据该实验步骤预测现象及结论。
第一步：用a刺激神经，观察c的电位变化和骨骼肌是否收缩；
如果__________________________________，则说明传出神经元受损；
如果__________________________________，则要继续往下做实验。
第二步：用b刺激骨骼肌，观察骨骼肌是否收缩；
如果______________，则说明部位d受损；
如果______________，则说明骨骼肌受损。
限时训练
题组一　反射、反射弧
1..如图表示人体的某反射弧模式图，请据图判断下列叙述正确的是(　　)
A.该图中，①是神经中枢，②是传出神经，③是传入神经
B.刺激②时，会产生具体效应的结构是⑤
C.结构④在组成上包括传出神经末梢及其所支配的肌肉或腺体等
D.刺激③时，能产生兴奋的结构是③④①②⑤
2.在用脊蛙(去除脑保留脊髓的蛙)进行反射弧分析的实验中，破坏缩腿反射弧在左后肢的部分结构，观察双侧后肢对刺激的收缩反应，结果如下表：
刺激
部位
反应
破坏前
破坏后
左后肢
左后肢收缩
右后肢收缩
左后肢不收缩
右后肢不收缩
右后肢
左后肢收缩
右后肢收缩
左后肢不收缩
右后肢收缩
上述结果表明，反射弧的被破坏部分可能是(　　)
A.感受器 B.感受器和传入神经
C.传入神经和效应器 D.效应器
题组二　神经纤维上的传导和突触处的传递
3.下列各图箭头表示兴奋在神经元之间传递和神经纤维上传导的方向，其中不正确的是(　　)
4.在同一个神经纤维上，电极连接有以下4种情况，其中ac＝bc，当给予适当刺激后，电流计偏转方向相同的是(多选)(　　)
5.α－银环蛇毒能与突触后膜上的乙酰胆碱受体牢固结合；有机磷农药能抑制乙酰胆碱脂酶的活性，而乙酰胆碱酯酶的作用是清除与突触后膜上受体结合的乙酰胆碱。因此，α－银环蛇毒与有机磷农药中毒的症状分别是(　　)
A.肌肉松弛、肌肉僵直 B.肌肉僵直、肌肉松弛
C.肌肉松弛、肌肉松弛 D.肌肉僵直、肌肉僵直
题组三　神经系统的分级调节和人脑功能
6.央视《新闻周刊》2009年8月24日报道了孙某无证醉酒驾车造成四死一伤的特大交通事故，引起人们的高度关注。醉酒之人往往语无伦次、呼吸急促、行动不稳，以上生理活动与下列哪些结构有关(　　)
A.大脑　脑干　小脑 B.大脑　大脑　脑干
C.大脑　下丘脑　小脑 D.大脑　小脑　脑干
7.盲人用手指“阅读”盲文报刊时，需要参与的神经中枢有(　　)
A.言语区 B.躯体运动中枢
C.躯体感受中枢 D.以上全部都参与
题组四　综合题
8 (2011·安徽名校一次联考)如图是一个反射弧和突触的结构示意图，根据图示信息回答下列问题：
(1)图1中代表效应器的应为标号________，细胞接受刺激时，细胞膜对离子的通透性及膜内电位发生了怎样的变化：_________________________________________________________________________。
(2)图2中的1表示________，该结构可能由________(一种细胞器)形成，1中的物质是________。
(3)假如图3中的Y来自图1中的A，图3中的X来自大脑皮层，当针刺破手指的皮肤，感受器接受刺激后，导致效应器产生反应，则Y释放的物质具有使突触后膜产生________的作用，此反射属于________反射。当我们取指血进行化验时，针刺破手指的皮肤，但我们并未将手指缩回是因为大脑皮层发出的指令是对这个刺激不作出反应，则X释放的物质对突触后膜具有________作用，这说明一个反射弧中的低级中枢要接受高级中枢的控制。
高考真题体验
1.（2012山东）人手指意外触到蜡烛火焰，引起屈肘反射。其反射弧示意图如下。
（1）图中神经元a产生的兴奋在传入神经纤维上以 形式进行传导。当神经冲动传到神经末梢时,引起突触前膜内 释放神经递质，该递质与神经元b细胞膜上 结合，使神经元b兴奋。神经元b的神经冲动进一步引起神经元c兴奋，最终导致屈肌收缩。
(2)图中M点兴奋时，此处神经纤维膜两侧的电位表现为 。若N点受刺激产生兴奋，则在神经元b上 （填“有”或“无”）膜电位的变化，其原因是 。
（3）手指意外触到火焰引起局部皮肤红肿，是因为皮肤毛细血管舒张和通透性增强，
引起组织间隙液体积聚。若手指伤口感染，可引起体液中吞噬细胞和杀菌物质抵御病菌侵害，此过程属于 免疫。“汉水丑生的生物同行”超级群公益作品（汉水丑生2012-7-13标记）
2.（2012浙江）下列关于神经肌肉（肌肉指骨骼肌）接点及其相关结构和功能的叙述，正确的是
A.一个骨骼肌细胞中只有一个细胞核
B.神经肌肉接点的突触间隙中有组织液
C.突触后膜的表面积与突触前膜的相同
D. 一个乙酰胆碱分子可使突触后膜产生动作电位
3.（2012全国）1.下列关于膝跳反射的叙述，错误的是
A.反射活动由一定的刺激引起
B.反射活动中兴奋在突触处双向传递
C.反射活动的发生需要反射弧结构完整
D.反射活动中需要神经递质参与兴奋的传递
4.（2012新课标）4.当人看到酸梅时唾液分泌会大量增加。对此现象的分析，错误的是（ ）
A.这一反射过程需要大脑皮层的参与
B.这是一种反射活动，其效应器是唾液腺
C.酸梅色泽直接刺激神经中枢引起唾液分泌
D.这一过程中有“电—化学—电”信号的转化
5.（2012新课标）肺牵张反射是调节呼吸的反射之一，图（a）为肺牵张反射示意图。该反射的感受器位于肺中。深吸气后肺扩张，感受器兴奋，神经冲动经传入神经传入脑干，抑制吸气，引起呼气。

回答下列问题：
（1）图（a）中a、b、c、d是反射弧的组成部分，a是 ，b是 ，c是 ，d是 。
（2）人体要屏住呼吸必须受到图（a）中的 调控。
（3）图（a）中神经元①和②之间形成的突触（放大后的突触如图（b）所示）中，突触小体是神经元①的 　　（填“轴突”、“树突”、“细胞体”）末端膨大形成的，突触后膜位于神经元②的 　　（填“轴突”、“树突”、“细胞体”）。
6.（2012江苏）为了研究乙醇对人体神经行为能力的影响，科研人员选取若干自愿者.等量饮用同一种酒。参照世卫组织神经行为能力测试标准，测试简单反应时（对简单信号作出反应的最短时间）、视觉保留（对视觉信号记忆的准确数）和血液中乙醇浓度。以受试者自身未饮酒时为对照，计算能力指数相对值，结果如图所示。请回答下列问题：
（1）测试期间受试者血液中乙醇浓度的变化说明人体能通过调节维持 。
（2）随着血液中乙醇浓度的迅速升高，神经行为能力指数相对值明显降低，可以推测乙醇会 兴奋在相应反射弧上的传输时间，从而降低了机体的反应速度和判断能力。
（3）对视觉信号作出判断与反应需经过的神经中枢位于 。
（4）动物实验显示，乙醇能增加脑组织中某种抑制性神经递质与相应受体的结合。由此推测乙醇可能影响了兴奋在 处的传输。
（5）凡有神经系统疾患、视听觉及手部运动障碍者不能作为测试对象，原因是受试者的 必须结构完整和功能正常；甲状腺功能亢进的患者也不宜作为受试者，原因是 ，从而干扰测试结果。
7.（2012海南）关于激素和神经递质的叙述，错误的是
A.胰岛素发挥作用后被灭活
B.乙酰胆碱贮存于突触小泡中
C.胰高血糖素可为靶细胞提供能量
D.去甲肾上腺素可在神经细胞之间传递信息
8.（2012海南）关于人体神经细胞的叙述，正确的是
A.神经细胞轴突末梢可形成多个突触小体
B.兴奋通过神经递质在突触处进行双向传递
C.神经细胞外Na+内流是产生静息电位的基础
D.静息状态的神经细胞膜两侧的电位表现为内正外负
9.（2012海南）资料1：给动物刺激A，产生某反射活动；给动物刺激B，不产生该反射活动。如果同时给动物刺激A和刺激B，经过多次重复后，不给动物刺激A，只给刺激B也可以产生该反射活动。其中刺激A称为非条件刺激，刺激B称为条件刺激。
资料2：给大鼠服用药物C可引起抗体水平下降。给大鼠服用糖精则抗体水平不变。
若同时给大鼠服用药物C和糖精，经过多次重复后，只给大鼠服用糖精，结果引起抗体水平下降。
资料3：有些激素能够抑制免疫反应，有些激素则能够促进免疫反应。
资料4：食物中蛋白质缺乏导致严重营养不良时，动物的淋巴组织萎缩，免疫反应下降。根据资料回答下列问题：
(l)如果把糖精引起动物免疫反应的改变视为反射活动，则在该反射的建立过程中
非条件刺激是____，条件刺激是____。
(2)如果使用激素辅助治疗过敏反应，所用激素应对免疫反应表现为____（填“促
进”或“抑制”）作用。在进行异体器官移植后，应选用对免疫反应表现为____（填“促进”或“抑制”）作用的激素进行辅助治疗，以提高移植成活率.
(3)资料____（填“1”，“2”，“3”或“4”）说明动物的内分泌系统能够影响免疫反应。
10、(2011新课标)人在恐惧、紧张时，在内脏神经的支配下，肾上腺髓质释放的肾上腺素增多，该激素可用于心脏，使心率加快。下列叙述错误的是
A.该肾上腺素作用的靶器官包括心脏
B.该实例包含神经调节和体液调节
C.该肾上腺素通过神经纤维运输到心脏
D.该实例中反射弧是实现神经调节的结构基础
11.(2011江苏)下图是反射弧的模式图（a、b、c、d、e表示反射弧的组成部分，I、Ⅱ表示突触的组成部分），有关说法正确的是
A.正常机体内兴奋在反射弧中的传导是单向的
B.切断d、刺激b，不会引起效应器收缩
C.兴奋在结构c和结构b的传导速度相同
D.Ⅱ处发生的信号变化是电信号→化学信号→电信号
学案7 细胞器----系统内的分工合作
答案与解析
基础自查
一.反射和反射弧
1反射：指在中枢神经系统参与下，动物体或人体对内外环境变化作出的规律性应答。包括件反射(后天性)和非条件反射(先天性)两种。
3.反射弧：感受器→传入神经（有神经节）→神经中枢→传出神经→效应器（还包括肌肉和腺体）
（2）感受器是指感觉神经末梢；而效应器是运动神经末梢和它所支配的肌肉和腺体。感受器是感受刺激的结构，参与反射和感觉的形成过程，感觉是在大脑皮层上形成的。
二、兴奋的传导与传递
1.(1)传导形式：兴奋在神经纤维上是以电信号的形式传导的。
(2)膜电位：静息状态时膜电位是内负外正，而兴奋时是内正外负。
(3)传导过程：在兴奋部位和未兴奋部位之间由于存在电位差而形成局部电流。
(4)传导方向：双向传导。
2.(1)突触小体　突触前膜　突触后膜　胞体　(2)突触间隙　突触后膜　(3)突触前膜的突触小泡　突触前膜　突触后膜
3　因为神经递质只能由突触前膜释放，经过突触间隙作用于突触后膜。
三、神经系统的分级调节与人脑的高级功能
1.中枢神经系统的组成及功能
大脑皮层：调节机体活动的最高级中枢
下丘脑：体温调节中枢、水平衡调节中枢、生物的节律行为
脑干：呼吸中枢
小脑：维持身体平衡的作用
大脑：调节机体活动的最高级中枢
脊髓：调节机体活动的低级中枢
2.人脑的高级功能
（1）大脑的高级功能：除了对外界的感知及控制机体的反射活动外，还具有语言、学习、记忆、和思维等方面的高级功能。
（2）语言中枢的位置和功能：
书写中枢（W区）→失写症（能听、说、读，不能写）
运动性语言中枢（S区）→运动性失语症（能听、读、写，不能说）
听性语言中枢（H区）→听觉性失语症（能说、写、读，不能听）
阅读中枢（V区）→失读症（能听、说、写，不能读）
课堂深化探究
一.神经调节的结构基础和反射
1.(1)根据是否具有神经节：有神经节的是传入神经。
(2)根据脊髓灰质内突触结构判断：图示中与“—<”相连的为传入神经，与“○—”相连的为传出神经。
(3)根据脊髓灰质结构判断：与前角(膨大部分)相连的为传出神经，与后角(狭窄部分)相连的为传入神经。
(4)切断实验法：若切断某一神经，刺激外周段(远离中枢的位置)，肌肉不收缩，而刺激向中段(近中枢的位置)，肌肉收缩，则切断的为传入神经，反之则为传出神经。
2.反射的种类及区别
非条件反射
条件反射
生来就有，先天的
通过学习而建立，后天的
具体事物直接刺激引起的反应
信号刺激引起的反应
不经过大脑皮层
一般经过大脑皮层
神经联系是终生的、固定的
神经联系是暂时的，可消退
数量有限
数量无限
是生存的根本保证
扩大适应环境的能力
3.反射的条件
(1)反射弧只有保持其完整性，才能完成反射活动。
(2)反射弧完整，还需有适宜刺激才能发生反射活动。
2.兴奋在反射弧中传导是单向的，因为神经冲动在突触中传递是单向的。
二　反射弧中兴奋的传导与传递
（一）神经纤维上的兴奋传导方向
(1)在膜外，兴奋传导方向与局部电流方向相反。
(2)在膜内，兴奋传导方向与局部电流方向相同。
2.静息电位和动作电位的测定方法
(1)静息电位的测量
指针只发生一次偏转。
(2)动作电位的测量
发生两次方向相反的偏转。
兴奋在神经元之间的传递——突触传递
1.类型及简化图：
2.
①突触小泡释放的递质：乙酰胆碱、单胺类物质等物质。
②递质移动方向：突触小泡→突触前膜→突触间隙→突触后膜。
③信号转换：电信号→化学信号→电信号。
④传导过程：轴突→突触小体→突触小泡→递质→突触前膜→突触间隙→突触后膜(下一个神经元)。
⑤特点：单向性。原因是递质只能由突触前膜释放，作用于突触后膜。
提醒　①注意突触小体与突触的关系，范围不同，位置不同，但都包括突触前膜。
②神经递质作用效果有两种：兴奋或抑制。
③递质释放的过程为胞吐，体现细胞膜流动性，由突触后膜(下一神经元的细胞体或树突部分)上的糖蛋白识别。
④兴奋在突触处传递比在神经纤维上的传导速度要慢。原因是：兴奋由突触前膜传至突触后膜，需要经历递质的释放、扩散以及对突触后膜作用的过程。
（三）　神经系统的分级调节和人脑的高级功能
1.神经系统的分级调节皮层大脑级中枢最高丘脑高级中枢较脑干和脊髓中枢低级神经
结构名称
主要神经中枢
功　能
脑
大脑
语言中枢、躯体运动中枢、躯体感觉中枢、视觉中枢、听觉中枢等
具有感知、控制躯体的运动、语言、学习、记忆和思维等方面的高级功能
小脑
维持身体平衡的中枢
维持身体平衡
脑干
呼吸中枢、心血管运动中枢
调节呼吸、心血管运动
下丘脑
体温调节中枢、水平衡的调节中枢和生物节律调节中枢
调节体温、水分平衡、血糖平衡等
脊髓
调节躯体运动的低级中枢
受大脑的控制
2大脑皮层的言语区
（1）生理或病理现象与神经中枢的关系
生理或病理现象
神经中枢参与(损伤)
考试专心答题时
大脑皮层V区和W区(高级中枢)，H区和S区不参与
“千手观音”聋哑人学习舞蹈
大脑皮层视觉中枢和言语区的V区，躯体运动中枢
某同学跑步时
大脑皮层、小脑、下丘脑、脑干和脊髓
植物人
大脑皮层损伤，小脑功能退化但下丘脑、脑干、脊髓功能正常
高位截瘫
脊髓受损伤，其它部位正常
（2）低级反射——膝跳反射、缩手反射、排尿排便反射仍存在。
对应训练
1解析：　反射弧包括感受器A、传入神经B、神经中枢C、传出神经D、效应器E五部分。若从结构①处切断神经纤维，刺激结构③，效应器也能产生反应；但是若从结构③处切断神经纤维，刺激结构①处，效应器不产生反应。
答案：　B
2解析：　神经纤维静息电位为外正内负，动作电位为外负内正。图示中乙处外负内正，则乙处兴奋，甲区与丙区可能刚恢复为静息电位状态；乙区与丁区间膜内局部电流的方向是从乙到丁；丁区域外正内负，则是Na＋内流所致。
答案：　A
3解析：　选项A的说法不对，因为递质的释放是细胞的外排而非主动运输。选项C则考查了细胞质遗传问题，说法是正确的。选项D也是正确的，因为兴奋的传导需要消耗细胞呼吸释放的能量。
答案：　A
4解析：　图甲是反射弧，图乙是突触。一个反射弧至少含有两个神经元，两神经元相邻部位形成一个突触。在突触处，兴奋是单向传递的。神经递质释放到突触间隙，作用于突触后膜，使突触后膜电位发生改变，产生动作电位。当神经冲动传到突触前膜时，引起神经递质的释放，电信号变为化学信号。
答案：　D
5答案：　C
实验探究
解析：　(1)图中d是传出神经末梢与肌肉的接点，即由神经与肌肉形成的突触。最简单的反射弧也应含有传入神经元和传出神经元。(2)静息状态下，神经细胞内Na＋低于细胞外，但K＋高于细胞外。(3)图2中①→③是动作电位的产生过程，即兴奋过程，③→④是兴奋后的恢复过程，此时K＋外流。(4)若传出神经受损，则刺激a处，c处不能测得电位变化；若骨骼肌受损，则刺激b处，骨骼肌不收缩。
答案：　(1)神经肌肉接点或突触　2
(2)低于　(3)钾通道
(4)在c处不能记录到电位变化，骨骼肌不收缩　在c处记录到电位变化，骨骼肌不收缩　骨骼肌收缩　骨骼肌不收缩
限时训练
题组一　反射、反射弧
1.解析：　根据题意，该图表示反射弧的模式图，可以判定①表示神经中枢，②表示传入神经，③表示传出神经，④表示效应器，⑤表示感受器。刺激②时，④效应器会产生具体效应。效应器包括传出神经末梢及其所支配的肌肉或腺体等。刺激③时，能产生兴奋的结构有③、④，即传出神经和效应器。
答案：　C
2.C　[破坏前，刺激左后肢时左右后肢均收缩，破坏后刺激左后肢，左右后肢均不收缩，说明破坏的结构可能是感受器、传入神经其中的一处或两处；刺激右后肢，左后肢不收缩，说明可能是左后肢的传入神经、效应器被破坏一处或两处。]
题组二　神经纤维上的传导和突触处的传递
3.C　[兴奋可从一个神经元的轴突传到另一个神经元的细胞体或树突，故A、B选项正确。兴奋在突触处通过突触前膜释放神经递质经突触间隙传到突触后膜，可以根据突触小泡所在位置进行判断，因此，C选项错误。兴奋在神经纤维上的传导方向与膜内电流方向相同，故D选项正确。]
4.AB　[在静息状态下，神经纤维上外正内负；当受到刺激时，表现为外负内正。图中①②中a点与b点相比，先表现为负，指针先左后右，最后位于中央；图③中指针不发生偏转，图④中b点先表现为负，指针先右后左，最后位于中央。故图①②中指针的偏转方向相同。]
5.A　[因α－银环蛇毒的作用，使突触前膜释放的递质无法与后膜上的受体结合，导致突触后神经元不能兴奋，造成肌肉松弛。因乙酰胆碱脂酶活性被有机磷农药抑制后，造成乙酰胆碱因不能被水解而引起突触后神经元持续性兴奋，出现肌肉僵直现象。]
题组三　神经系统的分级调节和人脑功能
6A　[言语区在大脑，呼吸中枢在脑干，人体平衡与小脑有关。
7.D　[盲人阅读盲文用到躯体感受中枢、躯体运动中枢及与盲文有关的言语区。]
题组四　综合题
8解析：　(1)根据神经节的位置或突触A的结构可以推断①为感受器、②为传入神经、③为神经中枢、④为传出神经、⑤为效应器；静息状态下神经细胞的膜外是正电位，膜内为负电位。当细胞接受刺激时，细胞膜对离子的通透性增大，对Na＋的通透性迅速增加，Na＋通过细胞膜快速内流，此时膜外为负电位，膜内为正电位。(2)图2为突触的结构示意图，1应为突触小泡，内有神经递质，该结构可能是由高尔基体形成的。
图3中的Y来自脊髓，X来自大脑皮层。当针刺破手指的皮肤，感受器接受刺激产生兴奋并沿着神经纤维传导，当兴奋到达Y后，引起突触前膜释放出神经递质作用于突触后膜，使下一个神经元产生兴奋并传导，最后引起肌肉收缩，此反射属于先天性的非条件反射。取指血手指并未缩回是因为大脑皮层发出的指令是对这个刺激不作出反应，此时X释放抑制性神经递质对突触后膜具有抑制作用，阻断神经冲动的传导，这正好说明一个反射弧中的低级中枢要接受高级中枢的控制。
答案：　(1)⑤　对Na＋的通透性迅速增加，Na＋通过细胞膜快速内流，由负电位变成正电位
(2)突触小泡　高尔基体　神经递质
(3)兴奋　非条件　抑制
高考真题体验
1.【答案】（１）局部电流（或电信号，神经冲动）；　　突触小泡；　（特异性）受体　　
（2）内正外负；　　无；　 兴奋在神经元之间只能单向传递。　
（3）血浆中的蛋白质和液体渗出　　　非特异性
【解析】（1）兴奋在神经纤维上以电信号的形式传导，即神经冲动，当兴奋传到轴突末端时，刺激突触前膜内的突触小泡，使其释放神经递质，然后与突触后膜上的特异性受体结合，引起突触后膜电位变化，使下一个神经细胞产生兴奋。
（2）M点在静息时，膜电位为内负外正，受刺激后变为内正外负。由图可知，手指皮肤下有感受器，a神经元为传入神经，b为神经中枢，c为传出神经，而兴奋在反射弧中各神经元间只能单向传递，所以N点受刺激产生兴奋只能在c神经元内传导，不能引起b神经元的兴奋。（3）皮肤毛细血管舒张和通透性增强，血浆中的蛋白质进入组织液，导致组织液渗透压升高，血浆中的水进入组织液，引起组织水肿。体液中吞噬细胞和杀菌物质抵御病菌为人体的第二道防线，属于非特异性免疫。
2.【解析】骨骼肌细胞在发育过程中，是由许多胚胎细胞经细胞融合而成的，因此每一个骨骼肌细胞靠近细胞膜处有许多细胞核，A项错误。 突触后膜的表面积要比突触前膜的表面积大，C项错误。一个乙酰胆碱与突触后膜受体结合，引起突触后膜去极化，只能形成一个小电位，这种电位并不能传播，随着乙酰胆碱与受体结合的增加，开放的通道增多，电位逐渐加大。当突触后膜上的电位达到一定阈值，才会产生动作电位，D项错误。
【答案】B
3.【答案】B
【解析】反射是在中枢神经系统的参与下，人和动物体对体内外的刺激所产生的规律性应答，A正确。兴奋在突触间的传递是单向的，只能由突触前膜向突触后膜传递，从而引起下一个神经元的兴奋或抑制，B错误。反射弧是反射活动的结构基础，反射活动要发生，反射弧要完整，C正确。兴奋在神经元之间的传递需依靠神经递质，D正确。
【答案】C
【解析】当人看到酸梅时唾液分泌会大量增加，这是条件反射，反射路径是酸梅的形态、颜色等条件刺激物→眼睛上的感光细胞→传入神经→大脑皮层的视觉及其他中枢→传出神经→唾液腺。这一过程经历了一个完整的反射弧，肯定有“电—化学—信号”的转化。由于条件反射是后天获得的、经后天学习才形成的反射活动，因此，条件反射也是需要在大脑皮层的参与下才能完成。
5.【答案】
（1）神经中枢 传入神经 传出神经 效应器
（2）大脑皮层
（3）轴突 细胞体“汉水丑生的生物同行”超级群公益作品（汉水丑生2012-7-13标记）
【解析】（1）由图（a）及题干描述可知，该反射的感受器位于肺中，感受器兴奋后，神经冲动沿b传入神经传导到脑干中的神经中枢（a），再沿传出神经（c）传到效应器（d），引起呼吸肌收缩，使肺收缩，引起呼气。
（2）人体屏住呼吸是由大脑皮层参与的有意识的活动。
（3）图（b）中的突触小体是由上一神经元的轴突末梢膨大形成的，突触后膜是下一神经元的细胞体，形成了轴突—胞体型突触。
6.【答案】（1）稳态 （2）延长 （3）大脑皮层和脊髓 （4）突触
（5）反射弧 甲状腺激素分泌过多会提高神经系统的兴奋性
【解析】（1）乙醇属于内环境中的外来物质，一段时间后，乙醇的浓度逐渐降低说明人体能通过调节维持内环境的稳态。
（2）随着血液中乙醇浓度升高，神经行为能力指数相对值明显降低，可推测乙醇会延长兴奋在相应反射弧上的传输时间，从而降低机体反应速度和判断能力。
（3）参与对视觉信号作出判断与反应的神经中枢为大脑皮层的视觉中枢、躯体运动中枢以及脊髓等。
（4）乙醇能增加脑组织中某种抑制性递质与相应受体结合，二者结合在突触处完成，所以推测它作于与突触；
（5）反射完成的结构基础是反射弧。甲状腺功能亢进的患者体内甲状腺激素过多，它能提高中枢神经系统的兴奋性，所以其不适合做受试者。
7.【答案】C
【解析】激素发挥作用后即被灭活，A正确；乙酰胆碱在细胞质基质中合成后由突触小泡摄取并贮存，B正确；激素不提供能量，不参与构成细胞结构，只起信号分子的作用，C错误；去甲肾上腺素是一种神经递质，从突触前膜释放作用于突触后膜在神经元之间传递兴奋，D正确。
8.【答案】A
【解析】一个神经细胞轴突末梢经过多次分支，末端膨大呈杯状或球状形成多个突触小体，A正确；神经递质只能从突触前膜释放作用于突触后膜，兴奋在突触处单向传递，B错误；神经细胞K+外流是产生静息电位的基础，C错误；静息状态的神经细胞膜两侧的电位表现为外正内负，D错误。
9.【答案】（1）药物C 糖精（2）抑制 抑制（3）3
【解析】
（1）比较资料1和2，给大鼠服用药物C（刺激A）可引起抗体水平下降（某反射活动），给大鼠服用糖精（刺激B）则抗体水平不变（不产生某反射）。多次重复后只给大鼠服用糖精（刺激B）也会引起抗体水平下降（产生某反射）。
（2）过敏反应是由于人体的免疫系统过强，对再次进入体内的花粉、某些食物、药物、灰尘等产生强烈的免疫应答，而引发的免疫异常现象，如用激素治疗的话，应抑制免疫系统的功能；进行异体器官移植后，所移植器官对病人来说属于外来的异物，免疫系统会对其进行攻击，为了提高移植成活率，可用激素抑制免疫系统的功能。
（3）题目要求找出内分泌系统影响免疫反应的实例，所以应找到相关激素对免疫功能产生作用的例子，符合要求的只有资料3。
10.【答案】C
【解析】本题主要考查神经—体液调节的相关知识。由题干信息获知该肾上腺素的靶器官包括心脏，其调节方式既有神经调节又有激素调节；肾上腺素是由肾上腺髓质分泌的一种激素，它在应激状态、内脏神经刺激和低血糖等情况下，释放入血液循环，促进糖原分解并升高血糖，促进脂肪分解，引起心跳加快；神经调节的基本方式为反射，而反射弧是反射的基本结构。
11.答案:A
第八单元 生命活动的调节与免疫
学案37 通过激素的调节 神经调节与激素调节的关系
考纲要求　
脊椎动物激素的调节(Ⅱ)。
2.脊椎动物激素在生产中的作用(Ⅱ)。
3.体液调节在维持稳态中的作用(Ⅱ)。
4.体温调节、水盐调节和血糖调节(Ⅱ)。
复习要求
1.举例分析动物激素调节的过程、特点及相关应用
2．列举体温调节、水盐平衡调节及血糖调节的调节机制，并模拟尿糖的检测
基础自查　
一、激素调节的发现
1．促胰液素的发现分析：
(1)本实验的假设是什么？
简述贝利斯和斯塔林实验过程和实验结论
什么叫激素调节？
二、激素调节生命活动的实例
1．血糖平衡的调节
(1)血糖的来源和去路
(2)参与调节的主要激素有哪些？
2．甲状腺激素分泌的分级调节
三、神经调节和体液调节关系
1．区别
比较项目
神经调节
体液调节
作用途径

反应速度

作用范围

作用时间

2.联系
(1)实例：①人体体温调节：a.产热途径：
b.散热途径：
c.体温调节中枢： 。
②水盐调节：有 两种途径，其调节中枢位于 。
关系：
课堂深化探究
一．动物激素的种类、功能、本质及调节特点
1．动物激素的种类、功能及其关系
激素种类
内分泌腺
靶器官
(或靶细胞)
主要功能
促(甲状腺、性腺)激素释放激素



抗利尿激素


促(甲状腺、性腺)激素


生长激素

胰岛素

胰高血糖素

甲状腺激素

肾上腺素

性激素
雄性激素

雌性激素

2.试列举动物激素的化学本质：

氨基酸衍生物：
脂质类激素：
激素调节的特点有哪些？
二、激素分泌的调节方式(模型)
1．观察激素分泌的神经调节模型

请尝试解读 。
2．分级调节基本模型
解读：
特别提醒　①甲状腺激素的分泌受垂体直接调节，垂体对甲状腺的调节通过分泌促甲状腺激素实现。
②下丘脑可以通过促甲状腺激素释放激素(TRH)调节垂体分泌促甲状腺激素的量，实现对甲状腺的间接调节。
③下丘脑分泌促甲状腺激素释放激素(TRH)和垂体分泌促甲状腺激素(TSH)的活动受体内甲状腺激素浓度的影响。甲状腺激素浓度高时，下丘脑分泌促甲状腺激素释放激素(TRH)少，垂体释放促甲状腺激素(TSH)少；反之，则多。
④甲状腺激素分泌既有分级调节，也存在反馈调节(性激素的分泌及调节也是这样，自己试着分析)。
3．反馈调节模型及信息解读
甲：
乙：
丙：
解读：什么叫反馈调节？有哪两类？
三、神经调节和体液调节的关系及实例分析
（一）血糖的平衡与调节
1．请写出血糖的来源和去路

2．血糖平衡的调节过程(神经调节和体液调节)

特别提醒　
(1)胰岛素是唯一的降糖激素，它可通过增加血糖去路及减少血糖来路降低血糖浓度。
(2)升高血糖的激素有胰高血糖素、肾上腺素等。
(3)下丘脑作用于胰岛细胞是通过有关神经实现的，并不是通过促激素释放激素实现的。
3．糖尿病的病因、防治
(1)试解释糖尿病病因及病症

(2)糖尿病防治
较轻患者可通过控制饮食，配合降血糖药物进行治疗，对于较重患者，可静脉注射胰岛素进行治疗。
（二）体温平衡及调节
1．体温恒定的原理是什么？
2．调节过程图解
（三）水盐平衡的调节过程
（四）试总结下丘脑在生命活动调节中的作用
下丘脑在机体稳态中的作用主要包括以下四个方面
①感受：
②传导：
③分泌：
④调节：
特别提醒：　下丘脑在生命调节中的作用
下丘脑是内分泌系统的枢纽，神经分泌细胞既能分泌多种激素，又能传导神经冲动，具体作用是：
(1)下丘脑在水盐平衡调节中的作用
①下丘脑是水盐平衡调节的神经中枢。
②下丘脑是细胞外液渗透压的感受器。
③下丘脑神经分泌细胞能分泌抗利尿激素。
④下丘脑能将渗透压感受器的信息传导至大脑皮层。
(2)下丘脑在体温调节中的作用
①下丘脑是体温调节的神经中枢。
②下丘脑能分泌促甲状腺激素释放激素。
四．与腺体相关的实验设计与评价
1．甲状腺和甲状腺激素、性腺和性激素
常用实验方法是：
如：探究甲状腺、甲状腺激素的生理作用实验
组别
动物
实验处理
观察指标
实验组
①
幼小
动物
②
对照组
③
幼小
动物
④
注意：实验动物选取分组时，要选取 相同的，且饲养时其他条件要一致。
2．生长激素和垂体，胰岛素、胰高血糖素和胰岛(胰腺)
常用实验方法是：
如：探究胰岛素对动物血糖调节的影响
组别
实验动物
实验处理
观察指标
实验组
对照
组
①
3.其他激素的实验设计可参考上述实验进行。注意能够口服、饲喂的激素只有
等小分子物质，大分子的多肽(蛋白质)类激素，如：
等只能注射。
对应训练
1.体液调节是指某些化学物质(如激素、二氧化碳)通过体液的传送，对人和动物体的生理活动所进行的调节，其中激素调节是体液调节的主要内容。如图甲表示部分激素从分泌到发挥作用的过程示意图，其中①②③④代表人体内的不同激素；图乙表示的是激素的传送方式。结合图示及所学知识，回答相关问题。
(1)由图甲可知，既能够传导兴奋又能够分泌激素的结构是______，其所分泌的激素①的传送方式属于图乙中的______。
(2)激素③的名称是________，当其含量过高时，激素①②含量的变化趋势是________，这是一种________调节机制。
(3)从图示看，图中的垂体细胞表面至少有________种激素的特异性受体。
(4)远距分泌是指激素经血液运输至远距离的靶细胞(或组织)而发挥作用。远距分泌中，激素往往先进入________，再进入________，由后者运送到________(全身各处、靶细胞)。
(5)激素③是否存在自分泌传送方式？________，原因是_____________
________________________________________________________________________。
2.下图表示人体内生命活动调节的途径，下列说法不正确的是(多选)(　　)。
A．当血糖含量变化时，下丘脑可通过垂体调控胰岛的分泌活动
B．寒冷环境中，体温调节没有②⑤⑦的参与
C．若血液中甲状腺激素⑥的量明显增加，则③和④的量可能会减少
D．感受器―→①―→下丘脑―→⑦―→内分泌腺可构成一个反射弧
3.下列关于人体血糖调节说法正确的是(　　)
A．人体血糖浓度只受激素的调节
B．胰岛素和胰高血糖素相互协同，共同维持血糖稳定
C．胰岛素是唯一能降血糖的激素，胰高血糖素是唯一能升高血糖的激素
D．血糖调节过程中存在着反馈调节机制
4.下列各项中，可能导致糖尿产生的因素有(　　)。
①肾小管病变，对葡萄糖的重吸收能力下降　②一次性大量进食糖类　③病毒感染并破坏胰岛B细胞　④胰岛A细胞分泌旺盛，胰高血糖素含量过量　⑤肥胖引发肌肉组织减少
⑥长期心理压力大，精神紧张
A．①②④⑤ B．①②③⑤⑥
C．①②④⑤⑥ D．①②③④⑤⑥
5.如图所示为有关腺体和激素对蛙发育过程的影响。图中①②③分别代表三种激素。发育过程大致分为两个阶段，前20 d蝌蚪的下丘脑、垂体和甲状腺都尚未成熟，后20 d逐渐成熟。下列有关叙述正确的是(　　)。
A．前20 d中①②③的含量都比较低，并在此期间都逐渐增加
B．用含碘丰富的饲料持续喂养蝌蚪，可使蝌蚪早于38 d发育成小型成蛙
C．若蝌蚪切除了垂体后不能发育成蛙，说明促甲状腺激素的功能是促进发育
D．切除成蛙的垂体，甲状腺可能出现萎缩，①②③的含量都会减少
实验探究
(2010·天津理综，8)根据下列实验结果回答问题。
实验一：选取同品种、同日龄的健康大鼠若干只，实施切除手术，一段时间后随机等分成四组，分别注射激素及生理盐水30 d，结果如图1。
图1
(1)该实验的目的是探究___________________________________________________。
(2)手术应切除________。每次注射各激素的量应按照________________来计算。
(3)图1表明胰岛素具有________的作用，胰岛素与生长激素共同作用的效应________(小于/等于/大于)它们单独作用之和。
实验二：选取健康大鼠，持续电刺激支配其胰岛的副交感神经，测定血液中胰岛素和胰高血糖素的浓度，结果如图2。
图2
(4)开始刺激后，血糖浓度将________，原因是
________________________________________________________________________。
(5)图2中胰高血糖素浓度下降的原因之一是胰岛素直接抑制胰岛A细胞分泌。若要证实该结论，可在胰岛组织中注射________，通过检测注射前后其周围血液中________的浓度变化来确定。
限时训练
题组一　激素调节
1.(2012·洛阳、南阳联考)下列关于人体激素的阐述，不正确的是(　　)。
A．是有机分子
B．使靶细胞发生生理变化后自己被灭活
C．是信息分子
D．只运输给相应的靶器官、靶细胞
2.如图为激素与靶细胞发生作用的示意图，下列有关叙述错误的是(　　)。
A．图中的结构②的化学成分是糖蛋白
B．如果①表示的激素是促性腺激素释放激素，则靶细胞为垂体
C．如果①是胰岛素，靶细胞为骨骼肌细胞，则该激素能促进骨骼肌细胞中的糖原分解为葡萄糖
D．激素①与靶细胞上的受体②结合，激活细胞的特殊功能，体现了细胞膜的信息交流功能
3.下图表示正常哺乳动物体内多种分泌细胞及它们分泌的激素之间的关系。以下对该图中相关内容的叙述，正确的是(　　)。
A．图中激素A和B分别是促甲状腺激素和甲状腺激素
B．图中激素C在血液中的含量能起到反馈调节的作用
C．手术摘除成年小白鼠分泌图中激素C的腺体，一段时间后，该小白鼠表现为细胞氧化分解代谢增强
D．图中激素C作用的靶细胞是肝脏和骨骼肌
题组二　神经调节和体液调节
4.下丘脑在人体生命活动过程中有重要的调节作用，下列分析错误的是(　　)。
A．由a造成，引起下丘脑分泌①促甲状腺激素释放激素增多，最后使甲状腺激素分泌增多
B．由b造成，引起下丘脑释放②抗利尿激素，最后使细胞外液渗透压降低
C．由c造成，下丘脑通过神经的作用，可以促使两种激素③肾上腺素、胰高血糖素分泌增多，最后使血糖升高
D．由d引起，通过下丘脑的体温调节作用，可以引起④甲状腺激素增多，导致体内产热量增加
5.(2009·山东理综，3)如图①②③表示人体细胞间信息传递的三种主要方式。下列描述错误的是(　　)
A．方式①②的信息传递缓慢，方式③传递迅速
B．方式③的信息传递不通过体液
C．体温调节可能涉及①②③三种传递方式
D．方式①②的信息传递都经过血液循环，存在反馈调节
题组三　综合与实验题
6.下图为人体内体温与水平衡调节的示意图，有关叙述正确的是(　　)
①当受到寒冷刺激时，a、b、c激素的分泌均会增加
②c激素分泌增多，可促进骨骼肌与内脏代谢活动增强，产热量增加　③下丘脑是体温调节中枢　④下丘脑具有渗透压感受器功能，同时能合成、释放e激素　⑤寒冷刺激使下丘脑分泌促甲状腺激素释放激素，通过促进甲状腺的活动来调节体温
A．①②③ B．①②④ C．②④⑤ D．③④⑤
7.．下丘脑在人体生理调节过程中发挥着重要作用。请据图回答问题(甲、乙、丙、丁为人体内某种结构或细胞，A、B、C、D为激素)。
(1)当人体处于寒冷环境中时，图中激素A________(填名称)在血液中的含量明显升高。其作用是________________________________，这一生理活动的调节方式是________；同时激素D________(填名称)分泌也增多，并且骨胳肌产生不自主战栗。引起骨胳肌战栗的神经传导途径为：________→传入神经→______________→传出神经→骨骼肌。
(2)当人体内的血糖浓度降低时，丁可以直接感知血糖浓度的变化，也可以接受下丘脑的控制，通过有关神经作用使分泌的________(填激素名称)增多；同时激素D也增多。上述过程从反射类型看属于________反射。
(3)下丘脑除参与图中的调节过程外，还能分泌__________________(填激素名称)由甲释放到血液中，调节人体内水盐的平衡。
(4)如果血液中物质A的含量过高，会抑制下丘脑和甲的分泌活动，这种调节作用称为________。
8.某研究人员成功找到了一种适宜口服治疗糖尿病的小分子(Boc5)。现用一些各项条件都适宜的糖尿病小鼠进行一项验证性实验，实验分成甲、乙、丙、丁4组，实验前测定4组小鼠(空腹)的血糖含量分别为a1、b1、c1、d1(四组数据大致相同)，下表表示4组小鼠分别给予不同处理，一段时间后测定的血糖含量。下列对四组实验前后血糖含量的比较可能不合理的是(　　)。
组 别
甲 组
乙 组
丙 组
丁 组
实验组别
在饲料中添加普通胰岛素饲喂
在饲料中添加Boc5饲喂
注射普通胰岛素药物
注射Boc5
一段时间后测定的血糖含量
a2
b2
c2
d2
A.a2高考真题体验
1.（2012新课标卷）哺乳动物因长时间未饮水导致机体脱水时，会发生的生理现象是
A.血浆渗透压降低
B.抗利尿激素分泌增加
C.下丘脑渗透压感受器受到的刺激减弱
D.肾小管和集合管对水的重吸收作用减弱
2.（2012安徽）机体激素含量的相对稳定对维持稳态有重要作用。
（1）内分泌腺没有导管，分泌的激素 。因此，临床上可通过抽取血样来检测内分泌系统的疾病。某甲状腺功能障碍患者，检测到体内有一种促甲状腺激素（TSH）受体的抗体，该抗体阻断TSH的效应，则该患者血液中TSH含量比正常值 。另一甲状腺功能障碍患者，下丘脑功能正常，血液中TSH和甲状腺激素（TH）含量明显低于正常值，为诊断病因，静脉注射TSH后，TH含量明显升高，表明该患者 部位发生了病变。
（2）下丘脑的 受中枢神经系统活动调节并释放激素，从而调节垂体激素的分泌。TH对垂体的反馈抑制作用与促甲状腺激素释放激素（TRH）的刺激作用 、相互影响，共同维持机体TSH含量的稳定。TH能进入垂体TSH分泌细胞内发挥作用，表明该细胞能通过 接受信息。
3.（2012海南）14.关于激素和神经递质的叙述，错误的是
A.胰岛素发挥作用后被灭活
B.乙酰胆碱贮存于突触小泡中
C.胰高血糖素可为靶细胞提供能量
D.去甲肾上腺素可在神经细胞之间传递信息
4.(2011·安徽卷)人体内环境的稳态受神经和体液因素调节。请据图回答问题。
(1)某人一次性饮1 000 mL清水，1 h 内尿量显著增加，这是由于______________降低，对相关感受器刺激导致下丘脑神经内分泌细胞产生的神经冲动减少，其轴突末梢释放的______________，降低了肾小管和集合管对水的____________，使水重吸收减少。饮水1 h 后，通过图中a所示的______________调节机制，尿量逐渐恢复正常。
(2)在剧烈运动状态下，体内会启动一系列调节机制，其中支配肾上腺髓质的内脏神经兴奋增强，其末梢内____________释放的神经递质与肾上腺髓质细胞膜上的______________结合，导致肾上腺素分泌增多，从而促进______________分解，抑制______________分泌，引起血糖浓度升高，以满足运动时能量需要。
5．判断正误
(1)(2011·山东卷－B)人舌尖触到蔗糖时感觉甜与激素作用无关(　　)。
(2)(2011·山东卷－D)饥饿时人体血糖仍维持正常水平与激素作用无关(　　)。
(3)(2010·海南卷－A)血液中甲状腺激素增加时会促进垂体分泌促甲状腺激素(　　)。
(4)(2010·海南卷－C)内分泌腺分泌的激素释放到内环境中，然后作用于靶细胞(　　)。
6．(2011·课标，5)人在恐惧、紧张时，在内脏神经的支配下，肾上腺髓质释放的肾上腺素增多，该激素可用于心脏，使心率加快。下列叙述错误的是(　　)。
A．该肾上腺素作用的靶器官包括心脏
B．该实例包含神经调节和体液调节
C．该肾上腺素通过神经纤维运输到心脏
D．该实例中反射弧是实现神经调节的结构基础
7．(2010·海南卷)成年大鼠血液中甲状腺激素浓度升高时，可能出现(　　)。
A．体温升高、耗氧量减少
B．体温下降、耗氧量增加
C．神经系统兴奋性提高、耗氧量增加
D．神经系统兴奋性提高、体温下降
8.(2011·上海理科)近期，非法制售使用“瘦肉精”的食品安全事件时有发生，人食用含“瘦肉精”的肉制品后，可能会出现心跳加快、血压升高等不适反应，这些现象与人在紧急情况下某种激素的调控作用相类似，该激素是(　　)。
A．胰岛素 B．胰高血糖素
C．肾上腺素 D．甲状腺激素
9．(2011·海南，7)关于哺乳动物下丘脑的叙述，错误的是(　　)。
A．下丘脑具有内分泌功能
B．调节产热和散热，维持体温的相对恒定
C．感受细胞外液渗透压变化，调节动物体水盐平衡
D．分泌促甲状腺激素，调节甲状腺激素的合成和分泌
10．(2011·重庆卷)下表是缺碘与不缺碘的两类人群中，血液内与甲状腺活动密切相关的两种激素含量状况。
外泌腺体
激素名称
不缺碘人群激素含量
缺碘人群激素含量
补碘前
补碘后
甲状腺
甲状腺激素
正常
降低
正常
垂体
A
正常
B
正常
(1)表中A是________，B应________。甲状腺激素对垂体分泌激素A起________作用。在甲状腺激素的分泌调节中，控制枢纽是________。
(2)长期缺碘，成年人会表现出：①喜热、畏寒等体温偏低现象；②少言寡语、反应迟钝及嗜睡等现象。现象①说明甲状腺激素的相关作用是________；现象②说明该激素对神经系统的作用是________。通常，食用碘盐可以预防碘缺乏症。
11.(2010·江苏卷)养鸡场鸡舍中清晨和傍晚用稳定的灯光延长光照时间以提高产蛋率。下列分析正确的是(多选)(　　)。
A．延长光照刺激可直接通过体液调节提高产蛋率
B．鸡的产蛋率与体内的雌激素水平密切相关
C．鸡的产蛋行为受神经调节和体液调节共同作用
D．鸡的产蛋行为受遗传因素和环境因素共同影响
12．(2011·江苏卷)图1表示北纬50°某地区不同月份母鸡平均产蛋数的波动情况，图2是母鸡繁殖活动的生理调节过程示意图(甲、乙、丙表示器官，a、b、c表示相应激素)。请回答下列问题。
(1)由图1可知，影响母鸡月产蛋数的主要环境条件是________。
(2)图2中激素a、器官丙的名称分别是________、________。
(3)图2 中c→甲、c→乙的生理意义在于________。
(4)已知激素a分子为一种多肽，其受体位于靶细胞的________，这是因为________。
(5)从丙的静脉中抽取血液进行检测，血浆中含有的激素种类有________(填下列序号)。
①1种　②2种　③3种　④3种以上
(6)烷基苯酚是一类洗涤剂，其分子结构稳定，具有类似激素c的生理效应。长期饲喂被烷基苯酚污染的饲料，会对器官甲、乙的分泌活动产生________，从而引起激素c分泌量________。
13.(2010·四川卷，3)Ⅰ.某实验室通过手术获得下丘脑部分损毁却能存活的大鼠，进行了相关研究。
(1)实验一　按下表准备两组实验大鼠并作如下处理：向大鼠皮下注入等量的SRBC(山羊红细胞)；7天后，取脾脏组织制成细胞悬液；将适量脾细胞悬液与SRBC混合培养一段时间，然后检测SRBC破裂情况(注：特异性抗体与红细胞表面的抗原结合后，红细胞会破裂，释放出血红蛋白。培养液中血红蛋白的含量越高，OD值越大)。
组别
材料准备
数量/只
培养液的OD值
甲
手术损毁组(做手术并损毁下丘脑前部)
12
0.20
乙
正常组(未做手术)
12
0.40
①向大鼠皮下注入SRBC的目的是___________________________________________。
②脾细胞悬液会引起SRBC破裂，说明悬液中含有________物质，产生该物质的细胞称为________________________________________________________________________。
③有人认为该实验还应增设一组：做手术却不损毁下丘脑。你认为有必要吗？____________________________________________________________________。
请说明理由： ________________________________________。
④请为此实验拟定一个题目___________________________________________________
(2)实验二　另取正常鼠和手术损毁鼠多组，在不同温度的环境中放置30分钟，然后测定大鼠单位时间的耗氧量。正常鼠的结果如图所示
①请在图中绘出手术损毁鼠单位时间的耗氧量变化曲线。
②将正常鼠从室温移至低温环境，其血糖浓度会升高，原因是__________________________。
③在适宜条件下喂养一段时间后，发现手术损毁鼠的性腺萎缩，这是由于该大鼠下丘脑释放的________减少，使垂体释放的________降低所致。

学案37 通过激素的调节 神经调节与激素调节的关系
基础自查　
一、激素调节的发现
1．促胰液素的发现：
(1)在盐酸的作用下，小肠黏膜产生了能促进胰腺分泌胰液的促胰液素。
(2 稀盐酸＋小肠黏膜　获得提取液狗静脉中―→促进胰腺分泌胰液。
(3)人和动物生命活动的调节，除了神经调节，还有激素调节。
2．机体由内分泌器官(或细胞)分泌的化学物质进行的调节。　
二、激素调节生命活动的实例
1．血糖平衡的调节
(1)肝糖原　脂肪　0.8～1.2　糖原
(2)参与调节的主要激素有胰岛素和胰高血糖素。
2.促甲状腺激素释放激素　垂体　促甲状腺　甲状腺　甲状腺
三、神经调节和体液调节关系
1．区别
比较项目
神经调节
体液调节
作用途径
反射弧　
体液运输
反应速度
迅速
较缓慢　
作用范围
准确、比较局限
较广泛　
作用时间
短暂
比较长
2.联系
(1)实例：①人体体温调节：a. 细胞中有机物氧化放能。B. 汗液的蒸发，皮肤内毛细血管的散热等。C. 位于下丘脑。
② 有神经调节和体液调节两种途径，其调节中枢位于下丘脑。
(2) ①内分泌腺受中枢神经系统　的调节，体液调节可以看作是神经调节的一个环节。②激素也可以影响神经系统的发育和功能，两者常常同时调节生命活动。
课堂深化探究
一．动物激素的种类、功能、本质及调节特点
1．动物激素的种类、功能及其关系
激素种类
内分
泌腺
靶器官
(或靶细胞)
主要功能
促(甲状腺、性腺)激素释放激素
下
丘
脑
均作用于垂体
促进垂体的生长、发育和相应促(甲状腺、性腺)激素合成与分泌
抗利尿激素
肾小管、集合管
促进肾脏(肾小管、集合管)对水分的重吸收，使尿液浓缩、尿量减少
促(甲状腺、性腺)激素
垂体
促性腺激素→性腺；促甲状腺激素→甲状腺
维持甲状腺(或性腺)的正常生长发育，调节甲状腺(或性腺)合成相应的激素
生长激素
较广泛，特别是骨细胞
促进生长，促进蛋白质的合成和骨的生长
胰岛素
胰岛B细胞
主要为肝脏及肌肉、脂肪细胞
促进血糖合成糖原，加速血糖分解，降低血糖浓度
胰高血糖素
胰岛A细胞
主要为肝脏
加速肝糖原分解，使血糖浓度升高
甲状腺激素
甲状腺
较广泛、尤其作用于中枢神经系统
促进新陈代谢和生长发育，提高中枢神经系统的兴奋性，促进体内物质氧化分解
肾上腺素
肾上腺髓质
主要是肝脏，也可作用于其他组织细胞
促进肝糖原的分解，提高血糖浓度
性
激
素
雄性激素
睾丸
雄性生殖器官
分别促进雌雄生殖器官的发育和生殖细胞的生成，激发和维持各自第二性征；雌性激素能激发和维持雌性正常的性周期
雌性激素
卵巢
雌性生殖器官
2.动物激素的化学本质

(2)氨基酸衍生物：甲状腺激素、肾上腺素
(3)脂质类激素：性激素
3．激素调节的特点
(1)微量和高效：激素在血液中含量很低，却能产生显著的生理效应，这是由于激素的作用被逐级放大的结果。
(2)通过体液运输：内分泌腺没有导管，激素弥散到体液中，由血液来运输。
(3)作用于靶器官、靶细胞：激素的作用具有特异性，它能选择性地作用于靶器官或靶细胞。
(4)激素在体内不断地发生代谢失活，激素一经发挥作用后就被灭活，从而保证机体调节适应多变的环境。
二、激素分泌的调节方式(模型)
1．在此种调节方式中，某些内分泌腺本身就是反射弧效应器的一部分。胰岛素和胰高血糖素的分泌除直接感知血糖变化的刺激外，也可直接接受有关神经的调控。
2．分级调节：下丘脑能够控制垂体，垂体控制相关腺体，这种分层控制的方式称为分级调节。
3．反馈调节：当一种激素分泌后，作用于靶细胞引起特异生理效应，而当血液中该激素的含量过高时又反过来抑制或促进这种激素的分泌，这一过程叫反馈调节。
若这种反馈作用是促进原来激素的分泌称正反馈(举例如上面甲图)，若这种反馈作用是抑制原来激素的分泌称负反馈(举例如上面乙图)，其中以负反馈较为常见。
三、神经调节和体液调节的关系及实例分析
（一）血糖的平衡与调节
1．血糖的来源和去路
2．血糖平衡的调节过程(神经调节和体液调节)
3．糖尿病的病因、防治
(1)糖尿病病因及病症
病症：“三多一少”，即多饮、多食、多尿，身体消瘦、体重减轻。
（二）体温平衡及调节
1．机体产热量＝散热量，也就是说体温恒定的原理是机体产热量与散热量保持动态平衡。
2．
（三）
（四）试总结下丘脑在生命活动调节中的作用
(1)下丘脑在机体稳态中的作用主要包括以下四个方面
①感受：渗透压感受器感受渗透压升降，维持水代谢平衡。
②传导：可将渗透压感受器产生的兴奋传导至大脑皮层，使之产生渴觉。
③分泌：分泌促激素释放激素，作用于垂体，使之分泌相应的促激素。
④调节：体温调节中枢、血糖调节中枢、渗透压调节中枢。
(2)下丘脑部分调节作用如图所示
四．与腺体相关的实验设计与评价
1．甲状腺和甲状腺激素、性腺和性激素
切除法、饲喂法、注射法。
如：探究甲状腺、甲状腺激素的生理作用实验
组别
动物
实验处理
观察指标
实验组
①
幼小
动物
切除甲状腺
幼小动物生
长发育情况
②
切除甲状腺+注射甲状腺激素
对照组
③
幼小
动物
不作任何处理
幼小动物生
长发育情况
④
只切开皮肤不切除甲状腺
注意：实验动物选取分组时，要选取生长发育状况相同的，且饲养时其他条件要一致。
2．生长激素和垂体，胰岛素、胰高血糖素和胰岛(胰腺)
切除法、注射法。
如：探究胰岛素对动物血糖调节的影响
组别
实验动物
实验处理
观察指标
实验组
饥饿处理的小鼠
连续注射一定量胰岛素
小鼠生活状况
对照
组
①
饥饿处理的小鼠
连续注射一定量胰岛素→出现低血糖症状→补充糖类
小鼠生活状况
②
不注射胰岛素，定期补充糖类
3.其他激素的实验设计可参考上述实验进行。注意能够口服、饲喂的激素只有甲状腺激素和性激素等小分子物质，大分子的多肽(蛋白质)类激素，如：各种促激素、生长激素、胰岛素等只能注射。
对应训练
1.解析　本题是典型的“题在书外、理在书内”的试题，遇到此类信息题，不要慌张，要透过信息看到本质，如图乙，所谓的“远距分泌”不过就是内分泌腺分泌的激素通过体液(血浆)运输作用于靶细胞的过程，所谓的“神经分泌”就是有分泌能力的神经细胞分泌激素的过程。
(1)下丘脑既能够接受大脑皮层传来的兴奋，又能够分泌激素，激素①由下丘脑(神经细胞)分泌，然后经血液运送到垂体发挥作用，故其传送方式为神经分泌。
(2)甲状腺分泌甲状腺激素，当甲状腺激素含量升高时，因为存在反馈调节机制，因此会抑制下丘脑和垂体分泌相应激素，从而维持甲状腺激素的动态平衡。
(3)垂体具有识别下丘脑分泌的促甲状腺激素释放激素的特异性受体，由于存在反馈调节机制，又可识别甲状腺激素，故其细胞表面至少存在两种特异性受体。
(4)由于激素随血液循环而运输，因此可以运送到全身各处，但只有靶细胞能识别。
(5)由图乙可知，自分泌是指自身分泌的激素作用于自身，激素③能够作用于分泌它的组织细胞，故其传送方式存在自分泌形式。
答案　(1)下丘脑　神经分泌　(2)甲状腺激素　下降　反馈　(3)两　(4)组织液　血液　全身各处　(5)存在　激素③的靶细胞可以是自身细胞
2.解析　当血糖含量变化时，下丘脑可通过传出神经调控胰岛的分泌活动；体温调节既有神经调节，又有激素调节；当血液中甲状腺激素的量明显增加时，下丘脑产生的促甲状腺激素释放激素和垂体产生的促甲状腺激素的分泌量都会减少，这属于负反馈调节过程；感受器―→①―→下丘脑―→⑦―→内分泌腺构成一个完整的反射弧。
答案　AB
3.D　人体血糖浓度受激素与神经共同调节。胰岛素和胰高血糖素是拮抗关系。胰高血糖素和肾上腺素都能升高血糖。
4.解析　肾小管病变，对葡萄糖的重吸收能力下降，会导致部分葡萄糖随尿液排出体外；一次性大量进食糖类导致暂时性的高血糖，也会使部分葡萄糖随尿液排出体外；胰岛B细胞被破坏，则不能分泌胰岛素，从而使血糖浓度高于正常值，也可使部分葡萄糖随尿液排出体外；胰岛A细胞分泌旺盛，胰高血糖素含量过量，会引起血糖浓度高于正常值，也可使部分葡萄糖随尿液排出体外；肌肉组织减少，使合成的肌糖原减少，也会引起血糖浓度高于正常值，可使部分葡萄糖随尿液排出体外；长期心理压力大，精神紧张，会导致神经调节紊乱，影响下丘脑对血糖的神经调节，从而使部分葡萄糖随尿液排出体外。
答案　D
5.解析　分析图可知，①表示下丘脑分泌的促甲状腺激素释放激素，②表示垂体分泌的促甲状腺激素，③表示甲状腺分泌的甲状腺激素。由题干可知，前20 d下丘脑、垂体、甲状腺发育不成熟，各自分泌的激素较少，由图示知，6～20 d内蝌蚪形态在发生改变，即蝌蚪在不断发育，所以①②③的分泌都逐渐增加，故A正确；甲状腺激素的合成受到下丘脑、垂体的调控，前20 d下丘脑、垂体、甲状腺发育不成熟，故碘增加不能使甲状腺激素合成量增加，因此不可能使蝌蚪提前发育成小型成蛙，故B错误；由图示知，②促甲状腺激素的作用是促进甲状腺合成和分泌甲状腺激素，甲状腺激素的作用是促进发育，故C错误；切除垂体，缺少促甲状腺激素，甲状腺可能出现萎缩，甲状腺激素的分泌量减少，但由于反馈调节，①的含量会增加，故D错误。
答案　A
实验探究
解析　(1)由图1可知：该实验的自变量是对大鼠注射不同的激素，因变量是大鼠平均体重的变化，故该题探究的是生长激素和胰岛素对大鼠生长的影响。(2)为避免自身产生的胰岛素和生长激素对实验的影响，应切除大鼠的胰腺和垂体。每次注射量应按照单位体重注射量乘以体重来计算。(3)由图1注射胰岛素组与注射生理盐水组对比知：胰岛素具有促进大鼠生长的作用。由胰岛素＋生长激素组、生长激素组和胰岛素组对比知：胰岛素具有加强生长激素的促生长作用，且二者的共同效应大于它们单独作用之和。(4)由图2知，开始电刺激支配大鼠胰岛的副交感神经后，降血糖的胰岛素分泌增多，升血糖的胰高血糖素分泌减少，故血糖浓度将降低。(5)要验证胰岛素直接抑制胰岛A细胞分泌胰高血糖素，可采用加量法对胰岛组织注射胰岛素，检测注射前后血液中胰高血糖素的浓度变化，通过对照得出结论。
答案　(1)胰岛素和生长激素对大鼠生长的影响　(2)垂体和胰腺　单位体重注射量乘以体重　(3)促进大鼠生长(及加强生长激素的促生长作用)　大于　(4)降低　胰岛素浓度升高和胰高血糖素浓度降低，促进了组织细胞加速对葡萄糖的摄取、利用和储存，抑制了糖原分解和非糖物质转化为葡萄糖　(5)胰岛素　胰高血糖素
限时训练
题组一　激素调节
1.解析　人体激素经体液运输到全身，但只作用于靶器官、靶细胞，故D项错误。
答案　D
2.解析　图中①表示激素，②表示靶细胞上的受体，其化学成分是糖蛋白；促性腺激素释放激素的作用部位是垂体；胰岛素能促进组织细胞加速摄取、利用和储存葡萄糖，从而使血糖水平降低。
答案　C
3.解析　图中激素A为促甲状腺激素释放激素，激素B为促甲状腺激素，激素C为甲状腺激素。当血液中甲状腺激素的含量过高时，会反馈抑制下丘脑和垂体的分泌活动，使促甲状腺激素释放激素和促甲状腺激素的分泌量减少，从而调节血液中甲状腺激素的含量。手术摘除甲状腺后，血液中甲状腺激素浓度降低，细胞氧化分解代谢减弱。甲状腺激素的靶细胞几乎为全身所有的细胞。
答案　B
题组二　神经调节和体液调节
4.解析　在B选项中，抗利尿激素是由垂体后叶释放的。
答案　B
5.　B　[图中表示了人体细胞间信息传递的三种主要方式：①体液调节(激素调节)、②神经—体液调节、③神经调节。A正确：神经调节与体液调节相比，具有传递迅速的特点；B错误：神经调节中兴奋在细胞间的传递要经过突触，一个神经元释放的神经递质要经过突触间隙到达另一个神经元，突触间隙中的组织液属于体液的范畴；C正确：体温调节中有体液调节(如肾上腺素的调节)，有神经—体液调节(如下丘脑→垂体→甲状腺的调节链)，有神经调节(如下丘脑→立毛肌)；D正确：①②的信息传递中激素要经血液运输到达靶细胞，存在反馈调节机制。]
题组三　综合与实验题
6.A　寒冷时，促甲状腺激素释放激素、促甲状腺激素、甲状腺激素、肾上腺素的分泌都会增加；甲状腺激素能够促进新陈代谢，增加产热量；体温调节中枢在下丘脑；抗利尿激素的合成或者分泌场所是下丘脑，但是释放场所是垂体；促甲状腺激素释放激素作用于垂体，垂体分泌的促甲状腺激素作用于甲状腺。
7.．(1)甲状腺激素　加快物质氧化分解，提供更多能量　神经—体液调节　肾上腺素　皮肤冷觉感受器　下丘脑体温调节中枢
(2)胰高血糖素　非条件
(3)抗利尿激素　(4)反馈调节
解析　从图中可知甲为垂体，乙为甲状腺，丙为胰岛B细胞，丁为胰岛A细胞；A为甲状腺激素，B为胰岛素，C为胰高血糖素，D为肾上腺素。C和D具协同作用，都可以使血糖升高。下丘脑既参与图中调节又可分泌抗利尿激素，参与水盐平衡调节。
8.解析　依据题干中提供的信息，4组小鼠的初始数据大致相同，这样就可推知，实验的结果就是因实验处理而产生的。分析表中的信息：甲组添加普通胰岛素饲喂，由于胰岛素是一种蛋白质分子，食后易被分解，但因饲喂了饲料，故a2>a1，选项A错；由于Boc5是一种小分子，所以注射与口服同样能起到效果，故B、D正确；用普通胰岛素药物治疗糖尿病时只能是注射，使血糖含量降低，故C正确。
答案　A
高考真题体验
1.【答案】B
【解析】哺乳动物长时间未饮水导致机体脱水时，会导致血浆渗透压升高、下丘脑渗透压感受器受到的刺激增强、抗利尿激素增加，进而导致肾小管和集合管对水的重吸收作用增强。
2.【答案】Ⅰ.（1）弥散到体液中，随血液流到全身 高 垂体 （2） 神经分泌细胞 相互拮抗 细胞内受体
【解析】Ⅰ.（1）内分泌腺没有导管，分泌的激素弥散到体液中，随血液流到全身，因此，临床上可通过抽取血样来检测内分泌系统的疾病。某甲状腺功能降碍患者，检测到体内有一种促甲状腺激素（TSH）受体的抗体，该抗体阻断TSH的效应，导致甲状腺激素分泌不足，反馈导致该患者血液中TSH含量比正常值高。另一甲状腺功能障碍患者，下丘脑功能正常，血液中TSH和甲状腺激素（TH）含量明显低于正常值，为诊断病因，静脉注射TSH后，TH含量明显升高，表明该患者垂体部位发生了病变。
下丘脑的神经分泌细胞受中枢神经系统活动调节并释放激素，从而调节垂体激素的分泌。TH对垂体的反馈抑制作用与促甲状腺激素释放激素（TRH ）的刺激作用相互拮抗，相互影响，共同维持机体TSH含量的稳定。TH能进入垂体TSH分泌细胞内发挥作用，表明该细胞能通过细胞内受体接受信息。
3.【答案】C
【解析】激素发挥作用后即被灭活，A正确；乙酰胆碱在细胞质基质中合成后由突触小泡摄取并贮存，B正确；激素不提供能量，不参与构成细胞结构，只起信号分子的作用，C错误；去甲肾上腺素是一种神经递质，从突触前膜释放作用于突触后膜在神经元之间传递兴奋，D正确。
4.解析　考察神经体液调节。(1)一次性饮水过多，细胞外液渗透压降低，抗利尿激素分泌减少，降低了肾小管和集合管对水的通透性，尿量增加。机体通过负反馈调节维持内环境相对稳定。(2)神经递质只存在于突触前膜的突触小泡中，作用于突触后膜上特异性受体。肾上腺素促进肝糖原分解，抑制胰岛素分泌，引起血糖浓度升高。
答案　(1)细胞外液渗透压　抗利尿激素减少　通透性　负反馈　(2)突触小泡　特异性受体　肝糖原　胰岛素
5解析　(1)该现象是人体神经调节的结果。(2)饥饿时人体血糖仍维持正常水平是人体内胰高血糖素和肾上腺素作用的结果。(3)血液中甲状腺激素增加时，会抑制促甲状腺激素的分泌。(4)内分泌腺分泌的激素先释放于内环境中，然后经血液循环运输，最终作用于靶细胞。
答案　(1)√　(2)?　(3)×　(4)√
6解析　本题综合考查了神经调节和体液调节的有关知识及同学们的信息获取与处理能力。由题目信息可以看出，肾上腺可以作用于心脏，说明其靶器官包括心脏，A正确。在恐惧时的心率加快，既有内脏神经的参与，又有肾上腺素的参与，属于神经－体液调节，B正确。激素是通过血液循环到达靶器官、靶细胞的，C错误。神经调节的结构基础是反射弧，D正确。
答案　C
7答案　C
8解析　紧急状态下，肾上腺素分泌增多。
答案　C
9解析　下丘脑可分泌促甲状腺激素释放激素，通过调节垂体分泌促甲状腺激素而调节甲状腺激素的分泌，故A正确，D错误；体温调节中枢位于下丘脑，故下丘脑可调节产热和散热，维持体温的相对稳定；下丘脑内有渗透压感受器，可感受细胞外液渗透压的变化，调节动物体水盐平衡。
答案　D
10解析　考查的是动物激素调节的相关知识，属于基础、识记、容易题。A是促甲状腺激素，缺碘造成甲状腺激素合成分泌不足，依据反馈调节原理，血液中甲状腺激素含量降低，将会使得垂体合成分泌促甲状腺激素增多。下丘脑通过合成分泌促甲状腺激素释放激素调节控制垂体和甲状腺的活动。(2)长期缺碘，甲状腺激素合成降低，成年人会表现出喜热、畏寒等体温偏低现象，说明甲状腺激素能促进细胞代谢，增加产热；而甲状腺激素合成降低，表现少言寡语、反应迟钝及嗜睡等现象，说明甲状腺激素能提高神经系统的兴奋性。
答案　(1)促甲状腺激素　升高　抑制(反馈调节)　下丘脑 (2)促进新陈代谢　提高兴奋性
11解析　本题考查了动物生命活动的调节。鸡的产蛋行为受神经和体液共同调节，与体内雌性激素有关，受遗传因素和环境因素影响，正确选项为BCD。
答案　BCD
12解析　甲、乙、丙分别表示下丘脑、垂体、卵巢，a、b、c分别表示促性腺激素释放激素、促性腺激素、性激素。促性腺激素释放激素的作用是促进垂体分泌促性腺激素、促性腺激素的作用是促进卵巢分泌性激素，性激素分泌增多又会抑制下丘脑、垂体进行相关激素的合成和分泌。
答案　(1)日光照时间　(2)促性腺激素释放激素　卵巢　(3)通过负反馈以维持激素c水平的相对稳定　(4)细胞膜上　激素a不能通过具有选择透过性的细胞膜　(5)④　(6)抑制　减少
13解析　本题考查免疫、体温调节相关知识，考查学生的综合应用能力，实验能力。
(1)①从题中可知，适量脾细胞悬液与SRBC混合培养一段时间，检测SRBC破裂情况，红细胞会破裂，是因为特异性抗体与红细胞表面的抗原结合后导致，因此向大鼠皮下注入SRBC的目的是作为抗原，刺激产生相应的抗体。
②从题中可知，红细胞会破裂，是因为特异性抗体与红细胞表面的抗原结合后导致，脾细胞悬液会引起SRBC破裂，说明悬液中含有抗体物质，抗体是由效应B(浆)细胞产生的。
③手术本身是一种变量，因此有必要做，以排除手术本身对实验结果的影响。
④综合题干及试题①、②、③，本实验题目应为：探究下丘脑对抗体产生的影响。
(2)①：手术损毁鼠不能进行体温调节，因此体温随环境温度变化而变化。
②：正常鼠从室温移至低温环境，下丘脑会引起肾上腺素和胰高血糖素分泌增多，肾上腺素和胰高血糖素会引起肝糖原分解，血糖升高。
③：下丘脑会释放促性腺激素释放激素，作用于垂体，促使垂体产生促性腺激素，促性腺激素会作用于性腺，引起性腺生长发育。
答案　Ⅰ：(1)①作为抗原　②抗体　效应B细胞(浆细胞)
③有必要　排除手术本身对实验结果的影响　④探究下丘脑对抗体产生的影响
(2)①如图
②在低温刺激下，下丘脑通过相关神经促进肾上腺素和胰高血糖素分泌，肾上腺素和胰高血糖素能促进肝糖原分解，使血糖升高　③促性腺激素释放激素　促性腺激素
第八单元 生命活动的调节与免疫
学案38 免疫调节
考纲要求
人体免疫系统在维持稳态中的作用(Ⅱ)。
艾滋病的传播和预防(Ⅰ)。
复习目标
1.准确说出免疫系统的组成
2.理解人体的三道防线
3.掌握体液免疫和细胞免疫的过程
基础自查
一、免疫系统组成
1.免疫器官： 。
2.免疫细胞：

3.免疫活性物质： 。
二、免疫系统的功能
1.防卫功能
(1)非特异性免疫
①第一道防线： 。
②第二道防线： 。
(2)特异性免疫(第三道防线)
①体液免疫的过程：

②细胞免疫的过程：
2.监控和清除功能
三、免疫失调
1.免疫过强
(1)自身免疫病

。
(2)过敏反应
①概念： 。
②特点：
。
　过敏原是抗原吗？
2.防卫过弱
(1)举例：如艾滋病，又叫 (AIDS)。
(2)病因：
四、免疫学的应用
的发明和应用是现代医学最伟大的成就之一，根据抗原能和 相结合的特性，用 ，器官移植所面临的问题得以解决，也涉及免疫学的应用。
课堂深化探究
一.回顾免疫细胞的起源和分化思考回答切除胸腺、破坏骨髓、两者破坏都有哪些后果？
2.填表比较免疫细胞的来源和功能：
细胞名称
来 源
功 能
吞噬细胞

B细胞

T细胞

浆细胞

效应T细胞

记忆细胞

总结：唯一能产生抗体的细胞是 ，B细胞、记忆B细胞都不能产生；唯一没有识别功能的细胞是 ；特异性免疫中除 外，唯一没有特异性识别功能的细胞是 ，其余免疫细胞都有特异性识别功能。
二　体液免疫和细胞免疫
1.比较：体液免疫与细胞免疫的区别与联系
　　　免疫类型
比较项目　　　
体液免疫
细胞免疫
区
别
源头

作用物质或细胞

作用对象

作用方式

作用过程

联　系

如何快速确认两种特异性免疫？

2.记忆细胞的二次应答有何特点？
(1)记忆细胞的特点： 。
(2)二次免疫反应：
。
(3)二次免疫特点：
(4)如何解读坐标曲线？
三、免疫失调与人体健康
1.免疫反应的两重性及其分类
(1)免疫反应具有两重性，即对人体产生有利或有害两种结果。
(2)请列表归纳免疫系统的功能：
功 能
功能正常
功能过高或出错
功能过低
防御

自我稳定

—
免疫监视

—

2.比较过敏反应、自身免疫病、免疫缺陷病：
过敏反应
自身免疫病
免疫缺陷病
实质

特点

3.艾滋病(AIDS)及其预防
(1)试说明含义
(2)观察下图描述艾滋病病症
你知道传播途径有哪些吗？
主要应怎么预防？
4.免疫学的应用
(1)免疫预防和免疫治疗
①免疫预防： 。通过预防接种，人们能够积极地预防多种传染病，但不能预防所有传染病。
②免疫治疗：

(2)器官移植：
对应训练
1.下列各项与免疫无关的是(　　)
A.抵抗病原体的侵袭，预防感染
B.维持内环境平衡
C.监视、识别并杀死体内癌变细胞
D.含有铜、铅等元素的化合物被肝脏转化为无毒物质，随胆汁进入肠道排出
2.能识别抗原的一组细胞是(　　)。
①吞噬细胞　②T细胞　③B细胞　④记忆细胞　⑤浆细胞⑥效应T细胞
A.①②③④⑥ B.②③④⑤⑥
C.①②③⑤⑥ D.①⑤⑥
3.如图表示人体通过体液免疫消灭破伤风杆菌外毒素的过程，下列相关叙述错误的是(　　)
A.细胞2、细胞3均起源于造血干细胞
B.细胞5仍具有分裂能力
C.②③过程与细胞膜上蛋白质有关
D.仅细胞4中含有合成物质a的基因
4.如图表示机体的免疫反应清除抗原的过程示意图。下列说法不正确的是(　　)。
A.抗原刺激机体后，T细胞和B细胞会分化，但不会增殖
B.浆细胞与效应T细胞相比，具有更加丰富的内质网和高尔基体
C.抗体能够与相应抗原结合，形成抗原—抗体复合物
D.效应T细胞引起靶细胞的死亡属于细胞凋亡
限时训练
题组一　免疫系统与免疫分类
1.如图表示淋巴细胞的起源和分化过程(其中a、b、c、d表示不同种类的细胞，①和②表示有关过程)，下列有关叙述正确的是(　　)。
A.只有a、b、c三类细胞才能识别抗原
B.产生抗体的细胞只能由b细胞直接分化形成
C.①和②过程都需要抗原的刺激才能发生
D.c、d细胞功能不同的根本原因是DNA不同
2.如图表示淋巴细胞的起源和分化过程(其中a、b、c、d表示不同种类的细胞，①②表示有关过程)，下列有关叙述正确的是(　　)
A.只有a、b、c三类细胞能识别抗原
B.产生抗体的细胞只能由b直接分化形成
C.①②过程都需要抗原的刺激才能发生
D.c、d的功能各不相同，根本原因是DNA不同
3.日本熊本大学研究小组开发出利用胚胎干细胞高效培养免疫细胞的新技术，一个干细胞培育出100～200个树突状细胞(一种免疫细胞)，其广泛存在于皮肤等组织中，一旦病原体等外敌侵入机体，树突状细胞会及时通知T细胞等免疫细胞。下列有关说法正确的是(　　)
A.用胚胎干细胞培育树突状细胞利用了其全能性
B.树突状细胞只能参与细胞免疫
C.培育出能识别癌细胞特有蛋白质的树突状细胞，有可能找到治疗癌症的新方法
D.能够识别抗原的有浆细胞、T细胞、B细胞、效应T细胞
4. 下图表示A、B两妇女在1～5月血浆中人乳头瘤状病毒抗体的相对含量。下列对曲线图的解释，不成立的是(　　)
A.妇女A可能在1月份接种了疫苗，妇女B没有
B.妇女A免疫系统可以清除病毒并能一直起到保护作用
C.两人可能均在4月份感染了人乳头瘤状病毒
D.人乳头瘤状病毒疫苗刺激机体产生了相应的记忆细胞
题组二　特异性免疫
5. 下图表示人体免疫反应的某些过程，对a、b、c、d四种细胞的判断，正确的是(　　)
A.a细胞具有识别特定抗原的能力
B.b细胞接受抗原刺激后能增殖分化
C.c细胞的裂解死亡属于非特异性免疫
D.d细胞通过产生抗体消灭抗原
6.下图表示人体的特异性免疫过程，请据图判断下列说法正确的是(　　)。
A.⑤⑥两种免疫依次表示体液免疫和细胞免疫
B.能特异性识别抗原的细胞有a、b、c、d、f
C.HIV侵入人体对⑤⑥尤其是⑤有破坏作用
D.细胞e―→细胞d―→③作用的过程发生在机体首次接触抗原时
7.如图为人体体液免疫的部分过程，下列相关叙述中错误的是(　　)。
A.M细胞被同种抗原再次刺激时分化形成E细胞
B.图中“某物质”最可能是淋巴因子
C.人乳头瘤病毒侵入人体后，也需要体液免疫对其发挥作用
D.E细胞接触被抗原入侵的靶细胞，导致靶细胞裂解
8(2010·全国Ⅱ理综)下列关于免疫细胞的叙述，错误的是(　　)。
A.T细胞可以释放淋巴因子
B.T淋巴细胞可以产生多种抗体
C.吞噬细胞和淋巴细胞均属于免疫细胞
D.一个效应B淋巴细胞只能产生一种抗体
题组三 免疫失调与人体健康
9.据英国媒体BBC报道，诺贝尔奖得主著名生物学家大卫·巴尔的摩教授说，艾滋病病毒疫苗的研制工作经过了20多年后仍没有希望取得突破。巴尔的摩认为，由于艾滋病病毒进化出了可以从人类免疫系统中保护自己的方式，已经找到“愚弄”人类免疫系统的方法，因此科学家试图以抗体或加强人类免疫系统来防御艾滋病病毒的方法都以失败告终。下列叙述正确的是(多选)(　　)
A.HIV能够侵入T细胞，导致患者的特异性免疫功能下降
B.科学家试图以抗体来防御HIV却以失败告终的主要原因是患者体内无法产生与HIV特异性结合的抗体
C.HIV的遗传物质RNA易发生变异，是疫苗研制困难的原因之一
D.效应T细胞只选择性破坏已经被病原体感染的靶细胞
10.(2009·广东理基，54)某病原体第一次感染人体，人体不会产生相应的(　　)
A.浆细胞 B.记忆细胞
C.过敏反应 D.免疫反应
11.(2009·山东卷，5)重症肌无力是一种自身免疫性疾病，患者体内的自身抗体破坏了神经—肌肉突触后膜的受体蛋白。正确的治疗措施是(　　)
A.注射激素抑制抗体产生
B.注射神经递质提高传递效率
C.注射受体蛋白增加受体数量
D.注射淋巴因子增强免疫能力
题组四　综合题
12.（2012大纲卷）回答下列问题：
（1）大多数病毒进入人体内经过 细胞的摄取和处理，使 暴露于抗原的表面，并将抗原呈递给T细胞，刺激T细胞分泌 。
（2）人体接种甲型H1N1流感疫苗后，一段时间内当甲型H1N1流感病毒侵染机体时，不易患病，其主要原因是 。
（3）一种病毒含有 (填“1种”或“2种”）核酸。
（4）灭活的仙台病毒在动物细胞工程中可用于诱导 。
13.(2010·上海生物，五)回答下列有关人体免疫的问题。
(1)人体免疫器官主要包括________________(至少答出两个)。
下图是人体防御外界病原体侵染的三道免疫防线的示意图，其中①～⑦表示免疫细胞，⑧和⑨表示免疫分子。
(2)以下不属于第1道免疫防线的是________。
A.溶酶体 B.汗液
C.口腔粘膜 D.胃酸
(3)图中细胞①可以吞噬多种病原体，因此这一免疫过程的特点是________。
(4)图中②和④的名称分别是____________________和________________；⑧和⑨分别表示________________和________________。
(5)接种疫苗后，若有相应病原体再次入侵人体，则人体会迅速产生免疫应答，结合图示分析此现象的原因____________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)接种疫苗属于________免疫方法。
高考真题体验
1.（2012上海）以绵羊红细胞刺激小鼠脾脏B淋巴细胞，再将后者与小鼠骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞克隆群，由此筛选出的单克隆杂交瘤细胞所产生的抗体
A.能识别绵羊整个红细胞 B.只识别绵羊红细胞表面的特定分子
C.能识别绵羊所有体细胞 D.只识别绵羊所有体细胞表面的特定分子
2.（2012上海）人体感染白喉杆菌后，将启动系列免疫反应，其中属于特异性免疫的是（ ）
A.鼻腔粘膜分泌杀菌物质抑制白喉杆菌繁殖
B.巨噬细胞通过溶酶体将吞入的白喉杆菌消化
C.口腔中的链球菌产生过氧化氢杀死白喉杆菌
D.体液中的免疫球蛋白与白喉杆菌毒素反应，中和其毒性
3.（2012广东）有关人体免疫的叙述，正确的是
A.机体主要依赖免疫调节维持内环境稳态
B.病原微生物侵袭，可引起机体产生特异性免疫
C.特异性免疫过程中，只有T 细胞产生记忆细胞
D.如果神经中枢受损，机体的特异性免疫功能完全丧失
（2012江苏）下列关于人体内环境稳态失调的叙述，错误的是（ ）
A. 淋巴管阻塞引起下肢水肿
B. 血液中钙盐过多引起肌无力
C. 再次接触同种过敏原引起过敏反应[来源:21世纪教育网21世纪教育网]
D. 腹泻引起体液中水和蛋白质大量丢失
5.（2012福建）将小鼠B 细胞注入家兔体内，产生免疫反应后，家兔血清能使小鼠T 细胞凝集成细胞集团。而未经免疫的家兔血清不能使小鼠T 细胞凝集成团。T 细胞凝集现象的出现是因为（ ）
A.小鼠B 细胞诱导家兔产生细胞免疫
B.小鼠T 细胞诱导家兔产生体液免疫
C.小鼠B 细胞和小鼠T 细胞有相同抗原
D.小鼠T 细胞和家兔T 细胞有相同抗原
6.（2012北京）下图所示实验能够说明
A.病毒抗原诱导B细胞分化的作用 B.浆细胞产生抗体的作用
C.病毒刺激淋巴细胞增殖的作用 D.效应T淋巴细胞的作用
7.（2012海南）关于T细胞的叙述，错误的是
血液中存在T细胞
B.T细胞可接受吞噬细胞呈递的抗原
C.HIV感染人体可使T细胞数量下降
D.在抗原的刺激下T细胞产生抗体发挥免疫作用
（2012山东）细胞衰老和凋亡对维持个体的正常生长发育及生命活动具有重要意义。下列叙述错误的是
A.细胞普遍衰老会导致个体衰老
B.效应T细胞可诱导靶细胞发生凋亡
C.细胞凋亡是各种不利因素引起的细胞死亡
D.衰老细胞内染色质固缩影响DNA复制和转录
9.（2012江苏）下列关于免疫调节的叙述错误的是（ ）
A..神经调节和体液调节都与机体免疫有关
B. 浆细胞能增殖分化成具有分裂能力的记忆细胞
C. HIV 病毒主要攻击 T 细胞导致免疫功能严重缺陷
D. 大规模饲养家畜时合理使用动物激素可提高免疫力
10（2012四川）科研人员为研究脾脏中某种淋巴细胞（简称M 细胞）在免疫应答中的作用，进行了如下实脸：
组别
处理方式
检测结果
实验组
用肺癌细胞抗原处理M细胞后，分离出M细胞与胸腺淋巴细胞混合培养，再分离出胸腺淋巴细胞与肺癌细胞混合培养
部分淋巴细胞能杀伤肺癌细胞
对照组
未经处理的胸腺淋巴细胞与肺癌细胞混合培养
淋巴细胞均不能杀伤肺癌细胞
下列对该实验的相关分析，不正确的是
实验证明M 细胞能够将肺癌细胞抗原呈递给胸腺淋巴细胞
B.经M 细胞刺激后部分胸腺淋巴细胞增殖分化形成效应细胞
C.实验组培养液中含有能增强效应T细胞杀伤力的淋巴因子
D.实验组培养液中含有能特异性识别肺癌抗原的免疫球蛋白
11（2012重庆）麻疹病毒减毒活疫苗的广泛接种，显著降低了麻疹的发病率，世界卫生组织已将麻疹列为优先消灭目标，下列相关叙述正确的是
A.该疫苗是小分子物质，其表面的抗原决定簇可被免疫细胞识别
B.初次接种该疫苗后，刺激机体免疫系统，可产生效应T细胞和抗体
C再次接种该疫苗后，记忆细胞分化成效应B细胞释放淋巴因子
D.入侵的麻疹病毒被抗体结合失去致病能力，被T细胞吞噬消化
12.(2011·上海卷，6)人免疫系统中大量合成并分泌抗体的细胞是(　　)
A.巨噬细胞 B.T淋巴细胞
C.致敏T细胞 D.浆细胞
13.(2011·重庆卷，3)某人因过量注射美容制剂而出现头昏、站立不稳等症状。经诊断后，医生为其注射了肉毒杆菌抗毒素进行治疗，目的是(　　)
A.中和体内的肉毒杆菌外毒素
B.中和体内的肉毒杆菌凝集素
C.刺激机体产生特异性抗体发挥体液免疫作用
D.刺激机体释放出淋巴因子发挥细胞免疫作用
14.(2011·新课标卷，30)回答问题：
(1)人体肝细胞可产生一种分泌蛋白(称为蛋白A)，运出细胞后进入血液。已知内质网、核糖体和高尔基体参与了蛋白A的合成或运输，则这些细胞器在蛋白A合成和运输过程中行使功能的顺序是________、________、________。人体的胰岛细胞中________(含有、不含有)蛋白A基因。
(2)为了研究小鼠在接受大肠杆菌碱性磷酸酶(AKP)刺激后其体内抗体水平的变化，提取大肠杆菌AKP，注射到小鼠腹腔内，进行第一次免疫。一段时间后，检测到抗体水平达到峰值。在这个过程中，________细胞在淋巴因子的作用下增殖、分化形成的________细胞可以产生抗体。经过一段时间后 ，再用大肠杆菌AKP进行第二次免疫，________细胞可以快速增殖、分化并产生大量抗体。上述免疫属于________(特异性、非特异性)免疫。
学案7 细胞器----系统内的分工合作
答案与解析
基础自查
一、免疫系统组成
1.骨髓、胸腺、脾、淋巴结、扁桃体等。
2.(1)吞噬细胞等。(2)淋巴细胞：T细胞(迁移到胸腺中发育成熟)、B细胞(在骨髓中发育成熟)。
3.抗体、淋巴因子、溶菌酶等。
二、免疫系统的功能
1.防卫功能
(1)非特异性免疫
① 由皮肤、黏膜组成。
② 由体液中的杀菌物质和吞噬细胞等组成。
(2)特异性免疫(第三道防线)
①体液免疫：
②细胞免疫：
2.监控并清除体内已经衰老或因其他因素而被破坏的细胞，以及癌变的细胞。
三、免疫失调
1.免疫过强
(1) 是由于免疫系统异常敏感、反应过度、“敌我不分”，将自身物质当作外来异物进行反击而引起的，如系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎。
(2) ①概念：已产生免疫的机体，在再次接受相同的抗原刺激时所发生的反应。
②特点：发作迅速、反应强烈、消退较快，一般不会破坏(会破坏、不会破坏)组织细胞，不会引起(会引起、不会引起)组织严重损伤，有明显的遗传倾向和个体差异。
（3）过敏原是抗原吗？不一定
2.防卫过弱
(1) 获得性免疫缺陷综合症(AIDS)。
(2) 由人类免疫缺陷病毒(HIV)引起，HIV主要攻击人体的T细胞，它可使人体免疫能力几乎全部丧失。
四、免疫学的应用
疫苗 特异性抗体 人工标记的抗体对组织内的抗原进行检测
课堂深化探究
一. ①切除胸腺——T细胞、记忆T细胞和效应T细胞将不能产生，细胞免疫全部丧失，保留少部分体液免疫。
②骨髓遭破坏，造血干细胞不能产生，其他免疫细胞都将不能产生，一切特异性免疫全丧失，但输入造血干细胞，细胞免疫恢复。
③若两者都遭破坏，丧失一切特异性免疫，再输入造血干细胞，特异性免疫并未恢复。
2.填表比较免疫细胞的来源和功能：
细胞名称
来 源
功 能
吞噬细胞
造血干细胞
吞噬处理、呈递抗原，吞噬抗体—抗原结合体
B细胞
造血干细胞
识别抗原，分化成为浆细胞、记忆细胞、分泌淋巴因子
T细胞
造血干细胞在胸腺中发育
识别、呈递抗原，分化成效应T细胞、记忆细胞，分泌淋巴因子
浆细胞
B细胞或记忆细胞
分泌抗体
效应T细胞
T细胞或记忆细胞
与靶细胞结合发挥免疫效应
记忆细胞
B细胞或T细胞
识别抗原，分化成相应的效应细胞
总结： 浆细胞 ； 效应B(浆)细胞； 浆细胞 吞噬细胞
二　体液免疫和细胞免疫
1.比较：体液免疫与细胞免疫的区别与联系
　　　免疫类型
比较项目　　　
体液免疫
细胞免疫
区
别
源头
B细胞
T细胞
作用物质或细胞
特异性抗体
效应T细胞和淋巴因子
作用对象
侵入内环境中的抗原
被抗原侵入的宿主细胞(即靶细胞)
作用方式
浆细胞产生的抗体与相应的抗原特异性结合
①效应T细胞与靶细胞密切接触，促其裂解
②淋巴因子，促进免疫细胞发挥作用
作用过程
联　系
对于外毒素，体液免疫发挥作用；对于细胞内寄生病原体，体液免疫先起作用，阻止寄生病原体的传播感染，当寄生病原体进入细胞后，细胞免疫将抗原释放，再由体液免疫最后清除。若细胞免疫不存在时，体液免疫也基本丧失
(1)据“参战”对象
(2)据作用对象
2. (1)记忆细胞的特点：寿命长，对抗原十分敏感，能“记住”入侵的抗原。
(2)二次免疫反应：相同抗原再次入侵时，记忆细胞比普通的B细胞更快地作出反应，即很快分裂产生新的浆细胞和记忆细胞，浆细胞再产生抗体消灭抗原，此为二次免疫反应。
(3)二次免疫特点：比初次反应快，也比初次反应强烈，能在抗原侵入但尚未患病之前将它们消灭。
(4) 二次免疫产生抗体既快又多。
在再次免疫中，记忆细胞非常重要，然而抗体不是由记忆细胞产生的，仍是由浆细胞合成并分泌的。
三、免疫失调与人体健康
1.免疫反应的两重性及其分类
(2) 请列表归纳免疫系统的功能：
功 能
功能正常
功能过高或出错
功能过低
防御
抗感染或防止其他抗原异物入侵
过敏反应
例如：药物、花粉过敏
免疫缺陷症
例如：艾滋病
自我稳定
清除衰老、死亡或损伤细胞
自身免疫病
—
免疫监视
消灭突变细胞
—
肿瘤形成
2. 比较过敏反应、自身免疫病、免疫缺陷病：
过敏反应
自身免疫病
免疫缺陷病
实质
免疫功能过强
免疫出错
免疫缺失
特点
(1)发作迅速、反应强烈、消退较快；(2)一般不会破坏组织细胞，不会引起组织严重损伤；(3)有明显遗传倾向和个体差异
自身组织或器官表面的某物质与某一特定抗原相似
免疫器官(如胸腺)先天性缺失或T细胞被攻击而大量死亡
3.艾滋病(AIDS)及其预防
(1) 获得性免疫缺陷综合症，由艾滋病病毒(HIV)引起，致病机理——攻击人体免疫系统，特别是能够侵入人体的T细胞，使T细胞大量死亡，导致患者几乎丧失一切免疫功能，各种病原体则乘虚而入。
(2) HIV潜伏期2～10年，患者一般两年内死亡。初期症状是全身淋巴结肿大，持续发热，夜间盗汗，食欲不振，精神疲乏，之后出现肝、脾肿大，并发恶性肿瘤，极度消瘦，腹泻便血，呼吸困难，心力衰竭，中枢神经系统麻痹，最终死亡 。
（3）主要通过性滥交、毒品注射、输血、输入血液制品或使用未消毒的、病人用过的注射器而传染。
（4）主要是切断传播途径。
4.免疫学的应用
(1)免疫预防和免疫治疗
①免疫预防：患病前的预防，即把疫苗接种到人体内，使人产生对传染病的抵抗能力，增强了人的免疫力。
②免疫治疗：患病后的治疗，即在人体患病条件下，通过输入抗体、胸腺素、淋巴因子等调整人的免疫功能，使机体抵抗疾病的能力增强，达到治疗疾病的目的。
(2)器官移植：器官移植的成败主要取决于器官供者与受者的人类组织相容性抗原(HLA)是否一致或相近。
对应训练
1.D　D项属于肝脏的解毒功能，含有铜、铅等元素的化合物不具有抗原特性，其在肝脏中的分解及排出体外的过程不属于免疫。
2.答案　A
3.D　识别题图中的每个细胞的名称是本题的解题突破口。据题图可知，细胞1为吞噬细胞，细胞2为T细胞，细胞3为B细胞，细胞4为浆细胞，细胞5为记忆细胞，物质a为抗体。B细胞和T细胞均起源于造血干细胞。记忆细胞仍具有增殖分化的能力。细胞间的识别与细胞膜上的糖蛋白有关。
4.解析　抗原刺激机体后，T细胞和B细胞会增殖、分化为相应的效应细胞和记忆细胞。浆细胞由于要形成分泌蛋白——抗体，所以内质网和高尔基体的含量更多。多数情况下，抗体与相应抗原形成集团，最终被吞噬细胞吞噬。靶细胞的死亡对机体具有积极意义，属于细胞凋亡。
限时训练
题组一　免疫系统与免疫分类
1.解析　由题图信息可推出，a、b、c、d分别为T细胞、B细胞、效应T细胞和浆细胞，其中浆细胞不能识别抗原，除a、b、c三类细胞能识别抗原外，记忆细胞也能识别抗原。记忆细胞在接受同一种抗原刺激后，也能分化成产生抗体的浆细胞。B细胞和T细胞分别由造血干细胞在骨髓和胸腺中分化、发育而成，暂时处于不增殖状态，在接受抗原刺激后，才能继续增殖、分化。c、d细胞是由同一个受精卵经有丝分裂而来的，两者的DNA相同，其功能不同的根本原因是基因的选择性表达。
答案　C
2.C　[a表示T细胞，b表示B细胞，c表示效应T细胞，d表示浆细胞。能识别抗原的有B细胞、T细胞、效应T细胞、记忆细胞。有抗原的刺激才能发生①细胞免疫和②体液免疫。c、d所含的DNA相同，其功能各不相同是基因选择性表达的结果。]
3.C　[细胞全能性是指已经分化的细胞具有发育为完整个体的潜能。树突状细胞在机体内既能参与细胞免疫，也参与体液免疫。浆细胞的功能是分泌抗体，不能识别抗原。]
4.B　[一种抗体只能对一种特定的抗原起作用，由图示及题意可知，妇女A的免疫系统可以清除人乳头瘤状病毒，但不是一直起到保护作用。
题组二　特异性免疫
5.B　[图中上面的过程为体液免疫过程，a细胞为吞噬细胞，对抗原具有识别能力，但不具有特异性；b细胞为B细胞，接受抗原刺激后能够增殖分化形成记忆细胞和浆细胞；下面的过程为细胞免疫过程，c细胞为靶细胞，d细胞为效应T细胞，在d细胞的作用下，c细胞裂解死亡，该过程为细胞免疫过程，属于特异性免疫过程；d细胞不能产生抗体，只有浆细胞能产生抗体。]　
6.解析　⑤⑥两种免疫依次表示细胞免疫和体液免疫。能特异性识别抗原的细胞有b(T细胞)、c(B细胞)、d(效应T细胞)、e(记忆T细胞)、g(记忆B细胞)，a(吞噬细胞)和f(浆细胞或效应B细胞)不具有特异性识别能力。HIV侵入人体主要破坏T细胞，降低体液免疫与细胞免疫，尤其是细胞免疫。细胞e―→细胞d―→③作用的过程是二次免疫。
答案　C
7.解析　E细胞是浆细胞，通过产生抗体消灭抗原；接触被抗原入侵的靶细胞，导致靶细胞裂解的是效应T细胞。
答案　D
8.解析　T淋巴细胞可以分泌淋巴因子，A项正确；分泌抗体是效应B淋巴细胞的功能，B项错误；吞噬细胞和淋巴细胞都属于免疫细胞，C项正确；每一个特定的效应B淋巴细胞都是由B淋巴细胞受到特定的抗原刺激后增殖、分化形成的，且只能分泌一种与这种特定抗原对应的抗体，D项正确。
答案　B
题组三 免疫失调与人体健康
9.ACD　[HIV刺激机体，机体会产生相应的抗体。]
10.C　[病原体第一次感染人体，人体会发生相应的免疫反应，B细胞受抗原刺激增殖分化为浆细胞和记忆细胞，当人体第二次接触过敏原时，才有可能引起过敏反应。]
11.A　[根据题干内容分析，患者发病的直接原因是突触后膜的受体蛋白被破坏，根本原因是机体产生了破坏性的抗体。因此即便注射较多的神经递质，由于机体缺乏接受递质的受体，也不能提高传递效率。受体存在细胞膜的表面，注射外源的受体蛋白不能增加内在的受体数量。注射淋巴因子，增强免疫功能，患者将产生更多的抗体，对自身的危害更大。应当注射激素，降低免疫功能，抑制抗体的产生，从而抑制抗体对突触后膜受体蛋白的破坏。]
题组四　综合题
12.【答案】⑴吞噬 抗原决定簇 淋巴因子
⑵当记忆细胞受到甲型H1N1流感病毒刺激后，迅速增殖分化，形成大量的效应B细胞，分泌抗体，清除病毒
⑶1种
⑷细胞融合
【解析】⑴体液免疫中，大多数病毒进入人体内，首先经过吞噬细胞的摄取和处理，暴露出抗原决定簇，并将抗原呈递给T细胞，刺激T细胞分泌淋巴因子。
⑵接种疫苗后，人体内产生相应的记忆细胞，甲型H1N1流感病毒侵染机体时，很快会被记忆细胞所识别，迅速增殖分化，形成大量的效应B细胞，分泌抗体，很快清除病毒，所以不易患病。
⑶一种病毒只含有一种核酸，DNA或RNA。
⑷灭活的仙台病毒在动物细胞工程中可用于诱导动物细胞融合。
13.(1)胸腺、脾脏、骨髓、淋巴结(至少答出两个)　(2)A　(3)非特异性　(4)B细胞　记忆T细胞　抗体　淋巴因子　(5)初次免疫后，体内已存在记忆B细胞和记忆T细胞。当再次遇到相应的病原体时，记忆B细胞会迅速增殖并分化产生浆细胞，产生大量抗体；同时记忆T细胞也会迅速启动细胞免疫途径　(6)人工
解析　(1)人体的免疫系统由免疫器官、免疫细胞和免疫活性物质组成，其中，免疫器官包括胸腺、骨髓、淋巴结、脾脏、扁桃体等。(2)皮肤、粘膜是保卫人体的第1道防线。胃酸和汗液属于人体的第1道防线的分泌物，口腔粘膜也属于第1道防线。(3)非特异性免疫对多种病原体都有防御作用，不具有特异性；特异性免疫具有特异性，只对特定的抗原起作用。(4)由图示可知，②受抗原刺激后，经细胞分化或活化形成⑥，⑥能分泌物质⑧，⑧可与抗原作用，⑧是抗体，故⑥为浆细胞，②为B细胞；④受抗原刺激后，经细胞分化或活化形成⑤，⑤类细胞能作用于被抗原侵染的靶细胞，故④为记忆T细胞，⑨促进相关的免疫过程，故⑨为淋巴因子。(5)接种疫苗是给予免疫系统一定数量的无害抗原，即细菌或病毒表面的一部分。接种疫苗是为了引起人体相应的特异性免疫，产生相应的淋巴细胞和抗体，它们就将在若干年、数十年甚至终生保留免疫力，因此能够抵御以后的感染，并且应答更为迅速。(6)人工主动免疫是指将疫苗或类毒素接种于人体，使机体产生获得性免疫力的一种防治病原体感染的措施，主要用于预防，也就是通常说的“打预防针”。
高考真题体验
1.【答案】B
【解析】单克隆抗体具有特异性强的特点，只能针对特定的抗原。本题中的抗原是绵羊红细胞表面的特定分子，并非整个红细胞，也非其它体细胞，故B选项正确。
2.【答案】D
【解析】鼻腔粘膜分泌杀菌物质抑制白喉杆菌繁殖，属于非特异性免疫；巨噬细胞通过溶酶体将吞入的白喉杆菌消化，属于非特异性免疫；口腔中的链球菌产生过氧化氢杀死白喉杆菌，属于竞争，不属于免疫；体液中的免疫球蛋白与白喉杆菌毒素反应，中和其毒性，有抗体的作用，属于特异性免疫中的体液免疫。
3.【答案】Ｂ
【解析】机体依赖神经—体液—免疫系统共同调节内环境的稳态，所以A错；在特异性免疫的过程中，B细胞也可以产生记忆细胞，所以C错；神经中枢受损，不会导致特异性免疫功能完全丧失。
4.【答案】D
【解析】腹泻引起的水和无机盐的大量丢失，D错；淋巴循环是对血液循环的补充，淋巴管阻塞使水分过多地存在于组织液中而出现组织水肿，A正确；过敏是已免疫的机体再次接受相同物质的刺激时所发生的反应，C正确；血液中钙盐过多引起肌无力，B正确
5.【答案】C
【解析】小鼠B细胞注入家兔的体内，产生免疫反应后，在家兔的血清中可以找到相应的抗体。而血清也可以和小鼠T细胞凝集，根据抗原和抗体之间的特异性结合特点来看，说明小鼠的B细胞和小鼠T细胞具有相同的抗原。
6. 【答案】D
【解析】从图示实验的操作可得知，只有被LCM病毒感染的小鼠细胞发生破裂，才会释放细胞内的51Cr标记物，该过程是由经免疫过的小鼠体内分离得到的效应T细胞发挥了细胞免疫的结果，而与体液免疫关系不大，D正确，A、B错误；LCM病毒是作为抗原物质刺激小鼠，使其体内的T细胞发生增殖、分化，形成相应的效应T细胞和记忆细胞，强调的是分化出效应T细胞，C错。
7【答案】D
【解析】T淋巴细胞来源于骨髓造血干细胞，在胸腺中分化、发育，成熟后迁移至血液中，A正确；大多数抗原物质在刺激B细胞形成抗体过程中需T细胞的协助， B正确；，HIV能够攻击人体的免疫系统，特别是能够侵入T细胞，使T细胞大量死亡，C正确；产生抗体发挥免疫作用的是浆细胞，D错误。
8.【答案】C[
【解析】个体的衰老的过程是组成个体的细胞普遍衰老的过程， A对；靶细胞是被病原体侵染的细胞，其清除也是通过细胞凋亡完成的，B对；细胞凋亡是编程性死亡，不同于细胞坏死，后者往往是由各种不利因素导致的，C错；由于染色质固缩，DNA的复制和转录会受到影响，这是衰老细胞的特征之一，D对。
9【答案】B
【解析】动物的生命活动调节离不开神经和体液调节，免疫调节也是生命活动之一，A正确；浆细胞是高度分化的细胞，不能再继续分裂分化，B错；HIV攻击的主要是T细胞，C正确；合理使用激素能调节动物的生理活动，提高免疫力，D正确
10【答案】D
【解析】此题解答的关键在于理解该免疫为细胞免疫，细胞免疫不需要抗体（免疫球蛋白）。
11【答案】B
【解析】疫苗作为抗原，具有大分子性，A错；抗原可刺激机体产生体液免疫和细胞免疫，也就是能产生效应T细胞和抗体，B正确；淋巴因子为T细胞释放，C错；与抗体结合的病毒沉淀后被吞噬细胞吞噬消化，而非T细胞吞噬消化，D错
12.D
A　肉毒杆菌是一种致命病菌，在繁殖过程中分泌毒素，人们食入和吸收这种毒素后，神经系统将遭到破坏，出现头昏、呼吸困难和肌肉乏力等症状。因注射美容制剂而出现的症状可通过注射肉毒杆菌抗毒素进行治疗，是因为肉毒杆菌抗毒素(抗体)可与该美容制剂(含有肉毒杆菌毒素，属于抗原)相结合，形成凝集沉淀，属于体液免疫过程，因此C、D两项错误；肉毒杆菌抗毒素中和体内的肉毒杆菌外毒素，并非凝集素，故B项错误。
知识拓展　抗原与抗体的比较
项目
类型
特性
表现
抗原
异物性
①进入人体的外来物质，如细菌、病毒、花粉、细菌代谢产物类毒素、疫苗等
②非正常组织：自身破损、衰老、死亡或病变的组织细胞，既可来自体外，也可来自体内
大分子性
相对分子量大于1万的大分子物质，如蛋白质，但当其水解为小分子物质后，即丧失抗原性
特异性
①只能与相应的抗体或效应T细胞发生特异性结合
②特异性的基础：抗原决定簇
抗体
化学本质
免疫球蛋白(又称抗毒素或凝集素)
分布
血清(主要)、组织液和外分泌液
功能
能与特异性抗原结合，消灭抗原
14.(1)核糖体　内质网　高尔基体　含有　(2)B　浆　记忆　特异性
解析　(1)蛋白A为分泌蛋白，首先在核糖体上氨基酸经脱水缩合形成多肽，然后在内质网中进行初步加工，最后在高尔基体中进一步加工成熟。同一人体内的肝细胞和胰岛细胞等不同体细胞都是由同一个受精卵经有丝分裂形成的，所含的遗传物质相同，故都含有蛋白A基因。(2)从免疫学角度看，大肠杆菌AKP是抗原，B细胞受到抗原刺激的同时在淋巴因子的作用下增殖、分化形成浆细胞和少量记忆细胞，浆细胞产生相应的抗体发挥免疫效应。在二次免疫应答中，受到相同抗原的刺激后记忆细胞可以快速增殖、分化为浆细胞，从而产生大量的抗体。有抗体参与的免疫反应是体液免疫，属于特异性免疫。
第八单元 生命活动的调节与免疫
学案39 植物的激素调节
考纲要求
1.植物生长素的发现和作用(Ⅱ)。
2.其他植物激素(Ⅰ)。
3.植物激素的作用(Ⅲ)。
4.探究植物生长调节剂对扦插枝条生根的作用。
复习要求：
1.植物生长素的发现和作用。
2.生长素的两重性，顶端优势，植物的向地性和背地性．
3.其他植物激素的作用。
基础自查
一．　生长素的发现过程(据图分析填空)
1．达尔文的实验
(1)实验过程及现象
单侧光照射下的现象分析：
a．
b．
c．
d．
实验结论：
2．詹森的实验
(1)实验过程及现象
单侧光照射下的现象分析：
e．
f．
(2)实验结论：
3．拜尔的实验
(1)实验过程及现象
(2)结论：
4．温特的实验
(1)实验过程及现象
(2)结论：
5．植物激素：
二、生长素的产生、分布和运输
1．生长素的产生：
2．生长素的运输
(1)极性运输：
非极性运输：
3.分布： ，如
等处。
何为形态学的上端？何为横向运输？
三、生长素的生理作用
1．两重性　　
(1) 。
(2)
2．顶端优势
(1)现象： 。
(2)原因：

3．生长素类似物
(1)概念： 。
(2)应用：
四、其他植物激素的种类和生理作用
1．赤霉素：(1)合成部位：
(2)主要作用：
2．细胞分裂素：(1)合成部位：
(2)主要作用：
3．脱落酸：(1)合成部位：
(2)分布：
(3)主要作用：
4．乙烯：(1)合成部位：
(2)主要作用：
五、植物生长调节剂
1．概念：
2．优点：

3．应用实例：(1)用 催熟凤梨。(2)用一定浓度的 处理芦苇，使其纤维长度增加50%左右。
课堂深化探究
一．生长素的发现和生理作用
（一）燕麦胚芽鞘系列实验分析
　
以上实验均可设计相应对照实验，试分析：
(1)图①②表明： 。
(2)图①③表明： 。
(3)图③④对比分析可得出结论： 。
(4)图①②③④表明： 。
(5)图⑤⑥对比分析表明：
。
(6)图⑥⑦对比分析表明： 。
(7)图⑤⑥⑦对比分析表明： 。
(8)图③⑥⑧对比分析表明：
。
(9)图③⑨⑩对比分析表明： 。
(10)比较图?和?表明： 。
归纳：针对燕麦胚芽鞘的系列实验应明确下列结论
生长素的产生部位
b．发挥作用的部位
c．感光部位
d．生长素的作用
e．弯曲生长的原因
f．引起生长素分布不均匀的原因 等
特别提醒　生长素运输的方向及方式的剖析
(1)极性运输：生长素只能从形态学上端运往形态学下端，而不能由形态学下端运往形态学上端，即生长素的运输是极性运输，顶端优势现象能充分说明这一特点。
(2)横向运输：单侧光照射胚芽鞘，使得生长素在从上到下进行极性运输的同时，还能进行一定程度的横向运输，从而使胚芽鞘背光侧生长素比向光侧生长素多。同理，横放的植物，由于受到重力的影响，使茎、根的近地侧生长素分布得多，远地侧生长素分布得少。
(3)运输方式：生长素的运输在缺氧条件下会受到影响，同时，顶芽产生的生长素能逆浓度梯度向下运输并大量积累在侧芽部位，说明生长素的运输方式是主动运输。
(4)影响运输的原因
极性运输由内因——植物的遗传特性决定。
横向运输由外因——单侧光照、重力等引起。
二、植物向性运动原因分析
1．试分析向光性的原因

2．茎的负向重力性、根的向重力分析
三、生长素生理作用相关曲线解读
1．尝试对生长素的双重作用曲线进行分析
2．尝试对根、茎、芽对生长素的敏感程度曲线解读
3．单子叶、双子叶植物对生长素的敏感程度曲线解读
上图说明 ，
故可 来杀死单子叶作物地里的双子叶杂草。
特别提醒：(1)植物感光和感受重力的部位在尖端(芽尖、根尖等)，只有尖端处才可发生横向运输，从而导致生长素分布不均匀。
(2)判断植物能否生长，要看有无生长素且能否运至作用部位。
(3)判断植物能否弯曲，要看生长素分布是否均匀。单侧光、云母片、琼脂块、重力、旋转等都可能导致生长素分布不均匀。
四、多种激素对植物生命活动的共同调节
1．五种植物激素的比较
名称
产生部位
生理作用
对应的生长调节剂
应用
生长素

赤霉素

细胞分裂素

乙烯

脱落酸

2.多种激素的共同调节：在植物生长发育的过程中，任何一种生理活动都不是受单一激素控制的，而是多种激素相互作用的结果。这些激素之间，有的是相互促进的；有的是相互拮抗的。举例分析如下：
(1)相互促进方面的有
①促进果实成熟：
②促进种子发芽： 。
③促进植物生长： 。
④诱导愈伤组织分化成根或芽： 。
⑤延缓叶片衰老： 。
⑥促进果实坐果和生长： 。
(2)相互拮抗方面的有
①顶端优势： 。
②防止器官脱落： 。
③种子发芽： 。
④叶子衰老： 。
特别提醒　植物不同的生长发育时期以及不同的生理过程，各种激素所起的作用是不同的，有主次之分，如：
(1)果实发育主要是生长素的作用，果实成熟主要是乙烯的作用。
(2)生长素促进细胞伸长，即体积增大，细胞分裂素促进细胞分裂，即细胞数目增多，二者共同促进植株生长。
五、研究生长素相关特性的人工实验方法归类
1．单侧光影响胚芽鞘弯曲生长的实验方法
(1)暗盒开孔法
(2)锡纸遮盖法
2．人工处理影响胚芽鞘弯曲生长的实验方法
(1)云母片插入法
(2)琼脂块切割移植法
①直立生长；
②向左弯曲生长；
③④a＝b＋c，b>c(a、b、c为琼脂块中生长素含量)
(3)装置旋转法
3．重力影响生长素的分布的实验方法
(1)幼苗横置法
生长素浓度a(2)失重法：幼苗移到太空后，其向光性仍保留，但失去了根的向重力性和茎的负向重力性。
4．验证生长素的极性运输只能从形态学上端向下端运输
(1)画图表示实验操作方案：

实验现象：
5．探究生长素促进扦插枝条生根的最适浓度
(1)写出实验过程
实验分析
由曲线可知，促进扦插枝条生根的最适浓度是 ，在A点两侧，存在 。
预实验主要目的：
6．其他植物激素及植物生长调节剂生理功能的实验探究多仿照上述生长素的研究方法
对应训练
1．用燕麦胚芽鞘及幼苗⑦、⑧进行如下图所示实验，一段时间后，会引起弯曲现象的是(　　)
A．②⑤⑦ B．①②③⑤⑧
C．①③④⑥⑦ D．②⑤⑧
2．对胚芽鞘进行如下图的①～④实验，其中旋转均为匀速旋转，一段时间后停止旋转时，实验①、②装置仍停止在如图位置，则四个胚芽鞘的生长方向依次是(　　)
A．←↑→↑ B．←↑↑→
3.下图为种子发育过程、种子萌发和幼苗发育过程中内源激素、种子含水量以及营养物质积累量的变化，据图分析，在种子发育过程中有关植物激素的作用不正确的是(　　)
A．首先出现的是CK，其主要作用是促进细胞分裂和组织分化
B．其次增加的是GA和IAA，参与有机物向子粒的运输与积累
C．ABA促进种子贮藏蛋白的基因表达，并促进种子的脱水干燥，有利于种子的萌发
D．在植物生长发育过程中激素调节的特点是多种激素相互协调、共同调节
4已知在促进生长的浓度范围内，浓度相同时，生长素类似物萘乙酸(NAA)产生的促进生长作用大于吲哚乙酸(IAA)。为了验证NAA和IAA的这种差异，用胚芽鞘进行实验。下列说法错误的是(　　)
A．实验的单一变量是IAA和NAA的不同，无关变量是IAA和NAA的浓度、胚芽鞘、生长条件等
B．本实验可以通过测量胚芽鞘的弯曲程度或生长长度来记录实验结果
C．胚芽鞘首先要去掉尖端，排除自身产生的生长素对实验结果的影响
D．因为NAA产生的促进作用大于IAA，所以实验中NAA的浓度可以略小于IAA的浓度
5用燕麦胚芽鞘及幼苗⑦⑧进行如图所示的实验，一段时间后，会引起弯曲现象的是(箭头表示单侧光)(　　)。
A．②⑤⑦ B．①②③⑤⑧
C．①③④⑥⑦ D．②⑤⑧
6.下列有关植物激素的叙述，正确的是(　　)。
A．图1中生长素(IAA)和赤霉素(GA)同时存在对茎切段细胞分裂有促进作用
B．图2中生长素对不同植物的影响有差异，较高浓度的生长素可作为小麦田中的双子叶杂草除草剂
C．图3中幼根a侧生长素浓度若在曲线C点，则b侧生长素浓度一定在F点
D．图4中侧芽b和顶芽a所含生长素的浓度依次为A和D
实验探究
(2010·新课标)从某植物长势一致的黄化苗上切取等长幼茎段(无叶和侧芽)，将茎段自顶端向下对称纵切至约处后，浸没在不同浓度的生长素溶液中。一段时间后，茎段的半边茎会向切面侧弯曲生长形成如图甲所示的弯曲角度(α)，且α与生长浓度的关系如图乙所示。请回答问题。
(1)从图乙可知，在两个不同浓度的生长素溶液中，茎段半边茎生长产生的弯曲角度可以相同，请根据生长素作用的特性，解释产生这种结果的原因：________________________________________________________________________。
(2)将切割后的茎段浸没在一未知浓度的生长素溶液中，测得其半边茎的弯曲角度α1，从图乙中可查到与α1对应的两个生长素浓度，即低浓度(A)和高浓度(B)。为进一步确定待测溶液中生长素的真实浓度，有人将待测溶液稀释至原浓度的80%，另取切割后的茎段浸没在其中，一段时间后测量半边茎的弯曲角度将得到α2。请预测α2与α1相比较的可能结果，并得出相应的结论：____________________________________________________。
限时训练
题组一　生长素的运输与植物向性生长
1.如图为用燕麦胚芽鞘进行的向光性实验，下列叙述中正确的是(　　)
A．不生长也不弯曲的是③④
B．生长且向光弯曲的是②⑤
C．生长但不弯曲的是①④
D．生长且向左弯曲的是①⑤
2假设下图中含生长素(IAA)的琼脂块和胚芽鞘尖端产生的生长素量相同，则一段时间后对a、b、c、d四个空白琼脂块中所含生长素量的分析正确的是(　　)
　　　
A．c＞a＝b＞d B．a＝c＞b＝d
C．c＞a＞b＞d D．a＞c＞d＞b
3．下面是有关燕麦实验的示意图，图中所示燕麦胚芽鞘的某些部位纵向插入了云母片。请分析图中a至f的琼脂块中，生长素含量正确的一组是(　　)
A．a＜b、c＝d、e＝f B．a＜b、c＝d、e＜f
C．a＜b、c＜d、e＝f D．a＞b、c＝d、e＜f
题组二　生长素的功能及其他植物激素
4．植物激素中的赤霉素与生长素都能促进茎秆伸长，两者促进植物生长的关系可用下图表示，请根据图中信息和相关知识分析，下列说法正确的是(多选)(　　)
A．赤霉素和生长素都是植物细胞内合成的微量有机物
B．图中赤霉素对①过程起促进作用，对②过程也应该是促进作用
C．赤霉素促进茎秆伸长是通过提高生长素的含量而实现的
D．赤霉素与生长素的化学本质是相同的
5.种子的休眠、萌发与植物激素有着密切的关系。将休眠状态的糖枫种子与湿砂混合后放在0～5 ℃的低温下1～2个月，就可以使种子提前萌发，这种方法叫层积处理。如图表示糖枫种子在层积处理过程中各激素含量的变化情况。据图分析下列说法中不正确的是(　　)。
A．从图中可以看出脱落酸对种子的萌发起抑制作用
B．在种子破除休眠的过程中，赤霉素与脱落酸之间存在协同关系
C．导致种子休眠和眠发过程中各种激素变化的根本原因是细胞内基因的选择性表达
D．各种激素含量的变化说明了植物的生命活动不只受单一激素的调节，而是多种激素相互协调共同发挥作用
6.已知在促进生长的浓度范围内，浓度相同时，生长素类似物萘乙酸(NAA)产生的促进生长作用大于吲哚乙酸(IAA)。为了验证NAA和IAA的这种差异，用胚芽鞘进行实验。下列说法错误的是(　　)
A．实验的单一变量是IAA和NAA的不同，无关变量是IAA和NAA的浓度、胚芽鞘、生长条件等
B．本实验可以通过测量胚芽鞘的弯曲程度或生长长度来记录实验结果
C．胚芽鞘首先要去掉尖端，排除自身产生的生长素对实验结果的影响
D．因为NAA产生的促进作用大于IAA，所以实验中NAA的浓度可以略小于IAA的浓度
题组三　综合题
7．生长素具有促进植物生长的作用，乙烯有抑制植物生长的作用。如图是盆栽植物平放时，根与茎的生长情况。现已知，近地侧生长素(IAA)浓度高于背地侧；根对IAA的敏感性高于茎。
有人做了如下实验：将某种开花植物的根尖放在含不同浓度IAA的培养液中，加入少量蔗糖作为能源，同时设置了空白对照组。他发现在有生长素的培养液中出现了乙烯，且生长素浓度越高，培养液中乙烯浓度也越高，根尖的生长所受的抑制也越强。
(1)此人设置的空白对照组是________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)本实验的自变量是________，因变量是________________________________。
(3)据此实验结果，可推知图中根向地生长的原因是____________________________
________________________________________________________________________。
(4)请你用表格形式呈现本实验的设计思路。
8.(2010·北京理综，29)在验证生长素类似物A对小麦胚芽鞘(幼苗)伸长影响的实验中，将如图1所示取得的切段浸入蒸馏水中1 h后，再分别转入5种浓度的A溶液(实验组)和含糖的磷酸盐缓冲液(对照组)中。在23 ℃的条件下，避光振荡培养24 h后，逐一测量切段长度(取每组平均值)，实验进行两次，结果见图2。
请分析并回答问题。
(1)生长素类似物是对植物生长发育有重要________作用的一类化合物。本实验中________mg/L浓度的溶液促进切段伸长的效果最明显。
(2)振荡培养的目的是：①增加溶液中的________以满足切段细胞呼吸的需求；②使切段与溶液成分接触更________。
(3)生长素类似物A应溶解于________中，以得到5种浓度的A溶液。切段浸泡在蒸馏水中的目的是减少________对实验结果的影响。
(4)图2中，对照组切段的平均长度是________mm。浓度为0.001 mg/L的溶液对切段伸长________(选填“有”或“无”)促进作用；与浓度为1 mg/L的结果相比，浓度为10 mg/L的溶液对切段的影响是________。
(5)图2中，浓度为0.1 mg/L时实验二所得数据与实验一偏差较大，在做原始记录时对该数据应________(选填下列选项前的字母)。
A．舍弃 B．修改 C．如实填写
为检验该浓度下相关数据的可靠性，还应________。
高考真题体验
1.（2012山东）1.果实生长发育和成熟受多种激素调节。下列叙述正确是
A.细胞分裂素在果实生长中起促进作用
B.生长素对果实的发育和成熟没有影响
C.乙烯在果实生长和成熟中起抑制作用
D.脱落酸在果实成熟中促进细胞分裂和果实脱落
2.（2012四川）4．为研究根背光生长与生长素的关系，将水稻幼苗分别培养在含不同浓度生长素或适宜浓度NPA （生长素运输抑制剂）的溶液中，用水平单侧光照射根部（如下图），测得根的弯曲角度及生长速率如下表：
处理方式
测定指标
外源生长素（mg/L）
NPA(μmol/L)
0
0.001
0.01
0.1
3
弯曲角度α（度）
37
40
31
22
16
生长速率（mm/天）
15
17
13
11
8
据此实验的结果，不能得出的结论是 A．根向光一侧的生长速率大于背光一侧 B．生长素对水稻根生长的作用具有两重性 C．单侧光对向光一侧生长素的合成没有影响 D．单侧光照射下根的背光生长与生长素的运输有关
3.（2012新课标）5.取生长状态一致的燕麦胚芽鞘，分为a、b、c、d四组。将a、b两组胚芽鞘尖端下方的一段切除，再从c、d两组胚芽鞘中的相应位置分别切取等长的一段，并按图中所示分别接入a、b两组胚芽鞘被切除的位置，得到a′、b′两组胚芽鞘。然后用单侧光照射，发现a′组胚芽鞘向光弯曲生长，b′组胚芽鞘无弯曲生长，其原因是（ ）
A.c组尖端能合成生长素，d组尖端不能
B.a′组尖端能合成生长素，b′组尖端不能
C.c组尖端的生长素能向胚芽鞘基部运输，d组尖端的生长素不能
D.a′组尖端的生长素能向胚芽鞘基部运输，b′组尖端的生长素不能
4.（2012浙江）不同浓度的生长素影响某植物乙烯生成和成熟叶片脱落的实验结果如图所示。下列有关叙述正确的是
A. 乙烯浓度越高脱落率越高
B. 脱落率随生长素和乙烯浓度增加而不断提高
C. 生长素和乙烯对叶片脱落的作用是相互对抗的
D. 生产上可喷施高浓度生长素类似物降低脱落率
5.（2012江苏）下列关于植物激素或类似物的叙述，正确的是（ ）
A.脱落酸能够调控细胞的基因表达
B.杨树顶芽的快速生长需要侧芽提供生长素
C.喷施生长素类似物可以保花保果但不能疏花疏果
D. 密封贮藏导致水果各种激素合成增加
6.（2012安徽）留树保鲜是通过延迟采收保持果实品质的一项技术。喷施赤霉素和2，4-D对留树保鲜柑橘的落果率和果实内源脱落酸含量的影响如图所示。下列有关分析不正确的是
A．喷施赤霉素和2，4-D能有效减少留树保鲜过程中的落果
B．留树保鲜过程中赤霉素与2，4-D对落果的调控有协同作用
C．喷施赤霉素和2，4-D能延缓留树保鲜过程中果实脱落酸含量的升高
D．赤霉素、2，4-D与内源脱落酸对落果的调控有协同作用
7．判断正误
(1)(2011·山东卷－A)草莓果实自然发育成熟与激素作用无关(　　)。
(2)(2011·山东卷－C)自然生长的雪松树冠呈塔形与激素作用无关(　　)。
8．(2011·浙江理综，30)研究人员进行了多种植物激素对豌豆植株侧芽生长影响的实验，结果见下图。
请回答：
(1)比较曲线1、2、3与4，可知________对侧芽的生长有抑制作用，其中起作用的主要激素是____________，而且________(激素)能解除这种激素的抑制作用。在保留顶芽的情况下，除了曲线3所采用的措施外，还可通过喷施________的化合物促进侧芽生长。
(2)比较曲线4与5，可知赤霉素能明显促进________。而在完整豌豆植株的顶芽中，赤霉素产生于______组织。
(3)分析上图，推测侧芽生长速度不同的原因是侧芽内____________浓度或比例的改变。
9.(2011·海南卷，13)取某植物的胚芽鞘和幼根，切除胚芽鞘尖端和幼根根尖的尖端(即切除根冠和分生区)，然后将胚芽鞘(近尖端向上)和幼根(近尖端向上)直立放置，分别在两者切面的左侧放置含有生长素的琼脂块(生长素浓度为促进胚芽鞘生长的最适浓度)，培养在黑暗条件下，幼根和胚芽鞘弯曲生长且方向相反，关于这一现象的说法，合理的是(　　)
A．胚芽鞘向左弯曲生长，生长素在胚芽鞘中是极性运输
B．胚芽鞘向右弯曲生长，生长素在胚芽鞘中是极性运输
C．幼根向左弯曲生长，生长素在胚芽鞘中是非极性运输
D．幼根向右弯曲生长，生长素在胚芽鞘中是非极性运输
10(2011·海南生物卷，13)取某植物的胚芽鞘和幼根，切除胚芽鞘尖端和幼根根尖的尖端(即切除根冠和分生区)，然后将胚芽鞘(近尖端向上)和幼根(近尖端向上)直立放置，分别在两者切面的左侧放置含有生长素的琼脂快(生长素浓度为促进胚芽鞘生长的最适浓度)，培养在黑暗条件下，幼根和胚芽鞘弯曲生长且方向相反，关于这一现象的说法，合理的是(　　)。
A．胚芽鞘向左弯曲生长，生长素在胚芽鞘中是极性运输
B．胚芽鞘向右弯曲生长，生长素在胚芽鞘中是极性运输
C．幼根向左弯曲生长，生长素在胚芽鞘中是非极性运输
D．幼根向右弯曲生长，生长素在胚芽鞘中是非极性运输
11(2011·江苏)人工合成的植物激素类似物常用于生产实践。某课题组研究了激素类似物甲和激素类似物乙对微型月季插条生根和侧芽生长的影响，请回答下列问题。
　　　　图1　　　　　　　　　　图2
(1)由图1得出的初步结论是：甲和乙对微型月季插条生根的影响分别是________、________。
(2)由图1的结果________(填“能”或“不能”)判断0.5 μmol/L的激素类似物乙对生根的影响。为探究3 μmol/L的激素类似物甲和0.5 μmol/L的激素类似物乙对微型月季插条生根的复合影响，应设计________种培养基。
(3)已知甲为生长素类似物，图2为其X、Y和Z三种浓度下对微型月季茎段侧芽生长的影响，则：
①X浓度的甲对微型月季茎段侧芽生长具有________作用。
②X浓度、Y浓度和Z浓度之间大小的关系是________。
12(2011·浙江理综，30)研究人员进行了多种植物激素对豌豆植株侧芽生长影响的实验，结果见下图。
请回答下面的问题。
(1)比较曲线1、2、3与4，可知________对侧芽的生长有抑制作用，其中起作用的主要激素是________，而且________(激素)能解除这种激素的抑制作用。在保留顶芽的情况下，除了曲线3所采用的措施外，还可通过喷施________的化合物促进侧芽生长。
(2)比较曲线4与5，可知赤霉素能明显促进________，而在完整豌豆植株的顶芽中，赤霉素产生于________组织。
(3)分析上图，推测侧芽生长速率不同的原因是侧芽内________浓度或比例的改变。
学案39 植物的激素调节
答案与解析
基础自查
一．　生长素的发现过程(据图分析填空)
1．达尔文的实验
(1)实验过程及现象
a．带胚芽鞘尖端的弯向光源生长；
b．去掉尖端的不生长也不弯曲；
c．遮尖端的直立生长；
d．不遮尖端的弯向光源生长。
(2)实验结论：单侧光照射能使胚芽鞘尖端产生某种刺激，并传递到下部的伸长区时，造成背光面比向光面生长快。
2．詹森的实验
(1) 单侧光照射下的现象分析：
e．切去尖端的不生长，也不弯曲；
f．隔一“琼脂片”的胚芽鞘则弯向光源生长。
(2)实验结论：胚芽鞘尖端产生的刺激，可以透过琼脂块传递给下部。
3．拜尔的实验
(1)实验过程及现象
黑暗条件下，把胚芽鞘的尖端切下，放在一侧，则向放置尖端相对的一侧弯曲生长。
(2)结论：胚芽鞘的弯曲生长是因为尖端产生的刺激在伸长区分布不均匀造成的。
4．温特的实验
(1) 去掉尖端的胚芽鞘上放置“接触过尖端”的琼脂块则弯曲生长，放置“未接触过尖端”的琼脂块则不生长不弯曲。
(2)造成胚芽鞘弯曲的是一种促进生长的物质，并命名为生长素。
5．由植物体内产生，能从产生部位运送到作用部位，对植物的生长发育有显著影响的微量有机物。
二、生长素的产生、分布和运输
1．主要合成部位是幼芽、幼叶和发育中的种子。
2．(1)极性运输：从形态学上端运输到形态学下端，而不能反过来运输，极性运输是细胞的主动运输。
(2)非极性运输：在成熟组织中，可以通过韧皮部进行。
3．分布：相对集中地分布在生长旺盛
的部分，如胚芽鞘、芽和根顶端的分生组织、形成层，发育中的种子和果实等处。
4.植物生长方向的尖端为形态学的上端；与植物生长方向相垂直的方向为横向，在该方向的植物激素运输为横向运输。　
三、生长素的生理作用
1． (1)低浓度促进生长，不同器官对生长素的敏感程度由大到小依次为根＞芽＞茎。
(2)浓度过高时会抑制生长，甚至杀死植物。
2．(1)现象：顶芽优先生长，侧芽受到抑制。
(2)原因：顶芽产生的生长素向下运输，积累到侧芽，侧芽附近生长素浓度高，发育受到抑制，且侧芽对生长素敏感。
3．(1)概念：具有与生长素相似的生理效应的人工合成的化学物质，如a—萘乙酸、2,4－D等。
(2)应用：①防止果实和叶片的脱落；②促进果实发育，获得无子果实；③促使扦插枝条生根。
四、其他植物激素的种类和生理作用
1．赤霉素：(1) 主要是未成熟的种子、幼根和幼芽。(2) 促进细胞伸长　，从而引起植株增高；促进种子萌发和果实发育。
2．细胞分裂素：(1) 主要是根尖。(2) 促进细胞分裂。
3．脱落酸：(1) 根冠、萎蔫的叶片等。(2) 将要脱落的器官和组织中含量多。(3) 抑制细胞分裂，促进叶和果实的衰老和脱落。
4．乙烯：(1) 植物体的各个部位。(2) 促进果实成熟。
五、植物生长调节剂
1． 人工合成的对植物的生长发育有调节作用的化学物质。
2． 容易合成、原料广泛、效果稳定。
3． (1)用 乙烯利 催熟凤梨。(2)用一定浓度的赤霉素溶液处理芦苇，使其纤维长度增加50%左右。
课堂深化探究
一．生长素的发现和生理作用
（一）燕麦胚芽鞘系列实验分析：
(1)图①②表明：光并未抑制胚芽鞘的生长(光未抑制促进生长的物质的合成)。
(2)图①③表明：光照不均匀(单侧光照)会引起胚芽鞘生长不均匀，即造成向光弯曲。
(3)图③④对比分析可得出结论：胚芽鞘弯向光源生长是因为有了尖端的缘故。
(4)图①②③④表明：胚芽鞘生长和弯曲与尖端有关。
(5)图⑤⑥对比分析表明：胚芽鞘生长与否和琼脂块本身无关，而是与处理过的琼脂块中的某种物质有关。
(6)图⑥⑦对比分析表明：该物质能向下运输则胚芽鞘生长，反之，则胚芽鞘不生长。
(7)图⑤⑥⑦对比分析表明：尖端产生了某种物质向下运输，促使胚芽鞘生长。
(8)图③⑥⑧对比分析表明：该物质分布不均匀，是胚芽鞘弯曲生长的根本原因，而单侧光照仅仅是影响该物质分布不均匀的原因而已。
(9)图③⑨⑩对比分析表明：感受光刺激的部位是胚芽鞘尖端，发生弯曲的部位在尖端下部。
(10)比较图?和?表明：生长素的横向运输部位在胚芽鞘尖端，即感光部位。
归纳：针对燕麦胚芽鞘的系列实验应明确下列结论
a．生长素的产生部位——胚芽鞘尖端
b．发挥作用的部位——尖端下面一段
c．感光部位——胚芽鞘尖端
d．生长素的作用——促进生长
e．弯曲生长的原因——生长素分布不均匀，导致生长不均匀
f．引起生长素分布不均匀的原因——单侧光照、地心引力等
二、植物向性运动原因分析
1． 单侧光照射胚芽鞘尖端(或植物茎尖)，导致生长素横向运输(向光侧→背光侧)而分布不均匀。
→弯向光源生长
可见向光性产生的内部因素是生长素分布不均匀，外部因素是单侧光的照射。
2．原因：地心引力→生长素分布不均匀→近地侧浓度高→

三、生长素生理作用相关曲线解读
1． (1)当生长素浓度小于i时均为“低浓度”，高于i时才会抑制植物生长，成为“高浓度”。
(2)曲线中OH段表明：随生长素浓度升高，促进生长作用增强。
(3)曲线中HC段表明：随生长素浓度升高，促进生长作用减弱(但仍为促进生长)。
(4)H点表示促进生长的最适宜浓度为g。
(5)C点表示促进生长的“阈值”，即大于C所处生长素浓度，将会使生长受抑制，此即所谓的“高浓度”。
2．(1)不同浓度的生长素作用于同一器官上，引起的生理功效不同(促进效果不同或抑制效果不同)。
(2)同一浓度的生长素作用于不同器官上，引起的生理功效也不同，这是因为不同的器官对生长素的敏感性不同(敏感性大小：根>芽>茎)，也说明不同器官正常生长要求的生长素浓度不同。
(3)曲线在A′、B′、C′点以上的部分体现了不同浓度生长素不同的促进效果，而且A、B、C三点代表最佳促进效果点。
(4)“高浓度”生长素是指分别大于A′、B′、C′点对应的浓度，“低浓度”是指分别小于A′、B′、C′点对应的浓度，高和低是相对而言。
(5)不要将AA′、BB′、CC′段理解为抑制阶段，这些阶段仍体现生长素的促进作用，只是促进作用逐渐降低。
(6)A′、B′、C′点既不促进生长，也不抑制生长。
3．不同种类的植物对生长素的敏感程度不同，双子叶植物较单子叶植物敏感 用较高浓度的生长素类似物
四、多种激素对植物生命活动的共同调节
1．五种植物激素的比较
名称
产生部位
生理作用
对应的生长调节剂
应用
生长素
幼根、幼芽及发育的种子
促进生长，促进果实发育
萘乙酸、2，4D
①促进扦插枝条的生根；②促进果实发育，防止落花落果；③农业除草剂
赤霉素
幼芽、幼根、未成熟的种子等幼嫩的组织和器官
①促进细胞伸长，引起植株长高；②促进种子萌发和果实发育
①促进植物茎秆伸长；②解除种子和其他部位休眠，提早用来播种
细胞分裂素
正在进行细胞分裂的器官(如幼嫩根尖)
①促进细胞分裂和组织分化；②延缓衰老
青鲜素
蔬菜贮藏中，常用它来保持蔬菜鲜绿，延长贮存时间
乙烯
植物各部位，成熟的果实中更多
促进果实成熟
乙烯利
处理瓜类幼苗，能增加雌花形成率，增产
脱落酸
根冠、萎蔫的叶片等
抑制细胞分裂，促进叶和果实衰老与脱落
落叶与棉铃在未成熟前的大量脱落
2.多种激素的共同调节：
(1)相互促进方面的有
①促进果实成熟：乙烯、脱落酸。
②促进种子发芽：细胞分裂素、赤霉素。
③促进植物生长：细胞分裂素、生长素。
④诱导愈伤组织分化成根或芽：生长素、细胞分裂素。
⑤延缓叶片衰老：生长素、细胞分裂素。
⑥促进果实坐果和生长：生长素、细胞分裂素、赤霉素。
(2)相互拮抗方面的有
①顶端优势：生长素促进顶芽生长，细胞分裂素和赤霉素都促进侧芽生长。
②防止器官脱落：生长素抑制花朵脱落，脱落酸促进叶、花、果的脱落。
③种子发芽：赤霉素、细胞分裂素促进，脱落酸抑制。
④叶子衰老：生长素、细胞分裂素抑制，脱落酸促进。
五、研究生长素相关特性的人工实验方法归类
4．验证生长素的极性运输只能从形态学上端向下端运输
(1)
(2) A组去掉尖端的胚芽鞘向右弯曲生长，B组去掉尖端的胚芽鞘不生长不弯曲。
5．探究生长素促进扦插枝条生根的最适浓度
(1)实验过程

(2) A点对应的生长素浓度， 存在促进生根效果相同的两个不同生长素浓度。
①为进一步的实验摸索条件；②检验实验设计的科学性和可行性；③减少盲目性和人力、物力、财力的浪费。
对应训练
1．D　①a、b浓度相同，故直立生长；②向右弯曲生长；③直立生长；④直立生长；⑤向右弯曲生长；⑥不生长也不弯曲；⑦只有暗室内的幼苗旋转单侧光不影响生长素的分布，直立生长；⑧向小孔方向弯曲生长。
2．D　①中胚芽鞘旋转，则胚芽鞘尖端四周都能接受到光的刺激，但是旋转产生的离心力会导致生长素在外侧分布多，因此停留在如图位置时，向右弯曲生长；②暗箱不动，有单侧光从左边射入，但是胚芽鞘旋转使胚芽鞘的尖端各部位都能均匀接受单侧光，因此直立生长不弯曲；③由于生长素的运输受重力影响，因此B中的生长素比A多，故右侧生长比左侧快，向左弯曲生长；④旋转后A、B中生长素一样多，因此左右生长一样快，直立生长。
3　C　细胞分裂素的主要作用是促进细胞分裂与组织分化，在种子成熟过程的早期分泌较多，随后赤霉素和生长素分泌增多。种子成熟过程的晚期，脱落酸分泌较多，能抑制细胞分裂，促进果实的脱落，并促进种子脱水干燥，使种子进入休眠期(抑制了种子的萌发)。
4　D　实验单一变量是IAA和NAA的不同，二者的浓度应相同。

答案　D
6.解析　图1中，两种植物激素同时存在时，茎切段的伸长效果较好，但不能得出其对茎切段细胞分裂有促进作用，故A错误；小麦是单子叶植物，分析图2可知，双子叶植物对生长素相对比较敏感，所以较高浓度的生长素可作为单子叶农作物田中的双子叶杂草除草剂，故B正确；横放的植物受重力影响，致使近地侧生长素浓度相对较高，由于根对生长素比较敏感，根近地侧生长受抑制，若远地侧生长素浓度处于最适浓度(C点对应浓度)，则近地侧生长素浓度应大于E点对应的浓度，但不一定是F点对应的浓度，故C错误；植物表现出顶端优势，结合图4可知，顶芽a处的生长素浓度可处于最适浓度(B点对应浓度)，侧芽b处的生长素浓度应大于C点对应的浓度，故D错误。
答案　B
实验探究
解析　植物生长素的两重性曲线为一钟形曲线，在顶点为生长素最适浓度，高于或低于最适浓度，生长素的促进生长效果都会降低。
答案　(1)生长素的生理作用具有两重性，最适生长素浓度产生最大α值，高于最适浓度时有可能出现与低于最适浓度相同的弯曲生长，从而产生相同的α值。(2)若α2小于α1，则该溶液的生长素浓度为A；若α2大于α1，则该溶液的生长素浓度为B
限时训练
题组一　生长素的运输与植物向性生长
1C　由图可知，①胚芽鞘尖端被不透光的锡箔套住，则胚芽鞘直立生长；②锡箔套住胚芽鞘尖端下面一段，尖端能感光，会发生向光弯曲生长；③切去尖端并照光，由于没有生长素，所以既不生长也不弯曲；④在切去尖端的胚芽鞘上放置含生长素的琼脂块，由于没有尖端，不感光，生长素均匀向下运输，故直立生长；⑤含生长素的琼脂块放置在去掉尖端的胚芽鞘一侧，生长素分布不均匀，故向放置琼脂块的对侧弯曲生长
2　A　[植物的感光部位是尖端，有尖端单侧光就起作用，使背光一侧生长素分布多，而向光一侧分布少。(1)图中没有尖端，所以a与b两侧含量相同。(2)图中单侧光使背光侧生长素多，所以c＞d。由于总量相同，所以正确的是c＞a＝b＞d。
3．A　分析图可以看出，第1个图中b＞a，第2个图中，由于尖端插入云母片，生长素的分布不受光照影响，所以c＝d，第3个图虽然切除了尖端，却放上了含生长素的琼脂块，但琼脂块不能感受光刺激，故e＝f。
题组二　生长素的功能及其他植物激素
4．AC　赤霉素与生长素均为植物激素，是植物的一定部位产生的微量有机物，二者化学本质不同，能协同促进植物生长。由图示可知，赤霉素促进①生长素的合成。②为生长素转化为氧化产物，赤霉素对②起抑制作用。
5.解析　由图可知，在种子破除休眠的过程中，赤霉素与脱落酸之间的拮抗作用。赤霉素可打破休眠，促进种子萌发，而脱落酸则抑制种子萌发。
答案　B
规律总结　植物生长、成熟、衰老等任何一种生理过程都是多种激素共同调节的结果，但不同的生理过程中激素的作用有主有次；激素之间的关系有的协同，有的拮抗。
6.　D　实验单一变量是IAA和NAA的不同，二者的浓度应相同。
题组三　综合题
7.解析　本实验的目的是：验证在生长素的作用下，根尖产生了乙烯，而且生长素浓度越高，乙烯浓度越高，乙烯对植物的生长具有抑制作用。本实验的自变量是生长素的有无以及生长素的浓度，因变量是根尖的生长状况以及根尖细胞内乙烯的浓度。
8.解析　本题考查生长素类似物对胚芽鞘伸长影响的验证实验。(1)生长素类似物是微量、高效的一类化合物，对植物生长发育有重要调节作用；观察图2可以看出在1 mg/L浓度的A溶液中培养，切段伸长长度最大，效果最明显。
(2)培养过程要充分振荡，目的是：①增加氧气，满足切段细胞呼吸的需求；②使切段与溶液中的生长素类似物接触更均匀。
(3)对照组中加入含糖的磷酸盐缓冲液，为满足单一变量原则，实验组生长素类似物A也应溶解于含糖的磷酸盐缓冲液中；切段先在蒸馏水中浸泡1 h，是为了减少自身的内源激素对实验结果的影响。
(4)观察图2，生长素类似物A浓度为0时为对照组，切段的平均长度是7.0 mm。与对照组比较，浓度为0.001 mg/L的A溶液对切段伸长有促进作用；比较1 mg/L与10 mg/L的A溶液，10 mg/L的溶液对切段的促进伸长作用减弱。
(5)实验过程中，第二次实验与初始实验结果偏差较大，也应对结果如实填写，为检验数据的可靠性，避免偶然误差，还应重复实验。
答案　(1)调节　1
(2)①氧气　②均匀
(3)含糖的磷酸盐缓冲液　切段中内源激素
(4)7.0　有　促进伸长的作用减弱
(5)C　重复实验
高考真题体验
1.【答案】A
【解析】果实的生长发育和成熟受多种激素的调节，细胞分裂素促进细胞分裂，在果实生长中起促进作用，A对；生长素促进生长， B错误；乙烯促进果实成熟，C错误；脱落酸促进果实的衰老和脱落，D错误。“汉水丑生的生物同行”超级群公益作品（汉水丑生2012-7-13标记）
2.【答案】C
【解析】光会影响生长素的分布，但光能否影响生长素的合成，在本实验中并没有设计相应实验加以验证，故不能得出相应的结论。
3.【答案】D
【解析】根据题目中两个组别的处理可以分析出，c的放置方式是形态学的上端在上面，d的放置恰好相反，根据极性运输是从形态学的上端运输到形态学的下端这一原理，a′组尖端的生长素能向胚芽鞘基部运输，b′组尖端的生长素不能，D对。
4.【解析】分析题图可知，随生长素浓度的增加，乙烯浓度不断增加，成熟叶片脱落率先增加后减少，因此A、B两项错误。生长素浓度较低时，随着生长素浓度的增加，乙烯浓度和叶片脱落率均增加，C项错误。从图中可以看出，高浓度生长素可降低叶片脱落率，因此生产上可喷施高浓度生长素类似物降低脱落率，D项正确。
【答案】D
5.【答案】A
【解析】生物的性状是由基因控制的，脱落酸能引起生物性状的改变，A正确；顶芽能合成生长素，不需要侧芽提供，B错；生长素具有两重性，既能防止落花落果，也能疏花疏果，C错；植物的生命活动受多种激素的调节，某一生理活动中有的激素分泌增多，而有的减少，D错。
6.【答案】D
【解析】由图可知，喷施赤霉素和2，4-D各自单独使用都能有效的减少留树保鲜过程的落果，且能够延缓留树保鲜过程中果实脱落酸含量的升高，而二者共同使用时落果率反而低，也就表明二者与脱落酸在对落果的调控中的作用应该是拮抗的。故选D。
7.解析　(1)草莓果实自然发育成熟是幼嫩的种子产生生长素作用的结果；(2)该现象利用了生长素作用的两重性中的顶端优势原理。
答案　(1)?　(2)?
8．(1)顶芽　生长素　细胞分裂素　对抗生长素　(2)侧芽的伸长　分生　(3)植物激素
解析　(1)通过曲线4与曲线1的对比发现，曲线4侧芽生长，在该对照实验中实验变量为顶芽的有无，所以可知对侧芽生长有抑制作用的是顶芽；比较曲线2、4，发现切口涂抹生长素后侧芽的生长受到抑制，所以对侧芽生长起抑制作用的是生长素；比较曲线1和曲线3，发现在保留顶芽的情况下，侧芽上涂抹细胞分裂素就能促进侧芽的生长，所以细胞分裂素可以解除生长素对侧芽生长的抑制作用。(2)对曲线4和5进行对比可知，实验变量为赤霉素的有无，因变量为侧芽的平均长度，实验结果为曲线5的平均长度大于曲线4，所以得出结论：赤霉素能明显促进侧芽生长。(3)综合分析侧芽的生长同时受生长素、细胞分裂素、赤霉素等的影响，所以推测侧芽生长速度不同的原因是侧芽内各种植物激素的浓度或比例的改变。
9．B　由题意知，当含生长素的琼脂块分别放在胚芽鞘 和根的切面左侧时，因生长素可进行极性运输，从形态学上端运输到形态学下端，引起尖端下部的生长，同时，促进胚芽鞘生长的生长素浓度对根的生长起抑制作用，故胚芽鞘向右侧弯曲生长，而根向左侧弯曲生长。
10答案　B
11解析　本题主要考查植物激素类似物的生理作用，意在考查考生分析实验数据和识图的能力。(1)根据图1中实验数据绘制的柱形图，可直观判断激素类似物甲促进月季插条生根，激素类似物乙抑制月季插条生根。(2)图1中，激素类似物乙的浓度由0至1 μmol/L，月季插条生根条数略有减少，但不能判断0.5 μmol/L的激素类似物乙对生根的影响；若要探究这两种激素类似物对月季插条生根的复合影响，应设计含有0.5 μmol/L激素类似物乙、含有3 μmol/L激素类似物甲、含有0.5 μmol/L激素类似物乙和3 μmol/L激素类似物甲和不加激素的4种培养基进行培养。(3)根据图2可知，在三种浓度的生长素类似物中，Z浓度的生长素类似物促进月季茎段侧芽生长的效果最佳，Y浓度次之，X浓度则表现为抑制。高于和低于最适生长素浓度的两个生长素浓度对促进月季茎段侧芽生长可能具有相同效应，浓度过高可起抑制作用。故可推知，X大于Y，也大于Z，但Z和Y之间的大小不确定。
答案　(1)促进生根　抑制生根　(2)不能　4　(3)①抑制
②X>Y，X>Z，Y与Z之间大小关系不确定
12解析　(1)比较1、2和4，当有顶芽存在及在去顶芽的切口处涂抹生长素时，侧芽生长都慢，由此推测，顶芽能够产生生长素，对侧芽的生长有抑制作用；1和3比较，当侧芽上涂抹细胞分裂素后，侧芽的生长速率加快，说明细胞分裂素能解除生长素的抑制作用；由曲线3的结果分析，对保留顶芽的植物喷施对抗生长素的化合物也能促进侧芽的生长。
(2)曲线4和5的变量是赤霉素，涂抹赤霉素的侧芽生长速率快，因此可断定赤霉素能促进侧芽的伸长；赤霉素在植物的分生组织中产生。
(3)综合5条曲线分析得出，在侧芽的生长过程中，不是某一种激素起作用，而是多种植物激素相互作用的结果。
答案　(1)顶芽　生长素　细胞分裂素　对抗生长素
(2)侧芽的伸长　分生　(3)植物激素
第九单元 生物与环境
学案41 种群的特征和数量的变化
考纲要求：
1.种群的特征(Ⅰ)。
2.种群数量的变化(Ⅱ)。
3.探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化。
复习要求
1．掌握种群密度的调查方法
2．分析种群的特征之间的内在联系
3．掌握“J”型曲线和“S”型曲线形成的条件及特征
4．列举“S”型曲线在实践中的应用
基础自查
一．种群的特征
1．种群密度 　　
(1)概念： 。
(2)调查方法
①样方法
②标志重捕法：适用于活动范围大的动物。
想一想　标志重捕法的使用条件是什么？
2．出生率和死亡率： 。
3．迁入率和迁出率： 。
4．年龄组成
(1)概念：
(2)类型
①增长型： 。
②稳定型： 。
③衰退型： 。
想一想　影响种群数量变化的决定因素有哪些？　
二、种群数量的变化
1．构建种群增长模型
(1)方法：
。
(2)意义：更直观地反映出种群数量的增长趋势。　
2．种群数量增长的“J”型曲线
(1)条件： 。
(2)数学公式：
(3)特点： 。
3．种群数量增长的“S”型曲线
(1)条件：
(2)概念： 。
(3)K值：又称 ，在 的情况下， 。
(4)特点：
。
课堂深化探究
一．种群数量特征之间的关系分析
1．各数量特征之间的关系
(1)分析种群数量特征模型、理解种群数量特征：
(2)析图
① 是种群最基本的数量特征。
② 是决定种群大小和种群密度的直接因素。
③ 不直接决定种群密度，但是能够用来预测和影响种群密度的变化趋势。
④除图中影响因素外， 等都影响种群密度的改变。
⑤预测种群密度(种群数量)的变化趋势
首先依据的是 ，其次是 ，由此推导预测出种群 的关系，从而确定种群的变化趋势。
2．种群的年龄组成图解及分析
(1)模式图
①图解
②析图
种 群
年龄组成情况
出生率和死亡率情况
种群数量变化趋势
所属类型
A
幼年多，老年少

B
各年龄期比例适中

C
幼年少，老年多

特别提醒　年龄组成为稳定型的种群，种群数量不一定保持稳定。因为出生率和死亡率不完全取决于年龄组成，还与气候、食物、天敌等有关，譬如遇到剧烈的气候变化，可使种群数量急剧减少。此外，种群数量还与迁入率、迁出率直接相关。
(2)曲线图
①图解
②析图

(3)柱形图
①图解
②析图
(4)统计图
①图解：下图A、B为两个国家人口的年龄组成图，纵轴表示年龄，横轴表示各年龄段人口占总人口的百分比。
②析图：
3．种群密度调查
标志重捕法
样方法
适用对象

统计方法

注意问题

特别提醒　(1)城市人口的剧增——迁入率>迁出率造成的。
(2)中国人口的增长——出生率>死亡率造成的，不能单纯说是出生率高造成的。
(3)计划生育政策——控制出生率，使增长率下降。
(4)利用性外激素诱捕雄蛾——改变性别比例来降低出生率。
(5)将性外激素释放到大田里，干扰雌雄蛾正常交尾——降低出生率。
(6)性别比例中，♂多于♀的如蚂蚁等；♀多于♂的如人工控制的种群——牛、鸡等。
二．种群数量的变化曲线
1．种群数量增长的“J”型与“S”型曲线模型比较
项 目
“J”型曲线
“S”型曲线
增长模型


前提条件

种群增长速率


种群增长率


K值有无

曲线形成原因

联系
2.K值与在实践中的应用
灭　鼠
捕　鱼
(最大增长速率)

K值(环境容纳量)


3.K值变动的示意图
(1)同一种生物的K值 。在环境不遭受破坏的情况下， ；当种群数量偏离平均值的时候， 。
(2)环境遭受破坏， ；当生物生存的环境改善时， 。
特别提醒　(1)最大捕捞量≠最大日捕获量，如时捕捞可持续获得最大捕捞量，但不能获得最大日捕获量——最大日捕获量应处于种群密度最大时。
(2)增长率≠增长速率。
“S”型曲线辨析：
种群“S”型增长曲线分析：
(1)潜伏期(对环境的适应期)：个体数量很少，增长速率很慢，害虫防治最好应在此期进行。
(2)加速(对数期)：个体数量快速增加，时，增长速率达到最高资源利用黄金点，害虫防治严防达此期。
(3)减速期和饱和期：随着种群密度增加，个体因食物、空间和其他生活条件的斗争加剧，同时天敌数量也增加，种群增长速率下降。当数量达到环境条件允许的最大值(K)时，种群停止生长，种群增长速率为零，即出生率＝死亡率，但种群数量达到最大。到达K值后，有的种群呈锯齿状波动。
三．实验探究　探究“培养液中酵母菌种群数量的变化”
实验原理
1．在含糖的液体培养基（培养液）中酵母菌繁殖很快，迅速形成一个封闭容器内的酵母菌种群，通过 可以测定 。
2． 等是影响种群数量持续增长的限制因素。
3．酵母菌计数方法： 。
先将盖玻片放在计数室上，用吸管吸取培养液，滴于盖玻片边缘，让培养液自行渗入。多余培养液用滤纸吸去。稍待片刻，待细菌细胞全部沉降到计数室底部，将计数板放在载物台的中央，计数一个小方格内的酵母菌数量，再以此为根据，估算试管中的酵母菌总数。注意：从试管中吸出培养液进行计数之前，要将试管轻轻震荡几次。
实验步骤
(1)将10 mL无菌马铃薯培养液或肉汤培养液加入试管中。
(2)将酵母菌接种入试管中的培养液，先通过显微镜观察估算出10mL培养液中酵母菌的初始数量。
(3)将试管放在25℃条件下培养。
(4)每天定时取样计数酵母菌数量。
(5) 以_____为横坐标，酵母菌的数量为纵坐标，画出酵母菌种群数量的变化曲线。
结果分析
时间/天
1
2
3
4
5
6
…
平均数量/个
（1）酵母菌在培养液中开始呈__________增长，经过一段时间的增长后，数量趋于稳定，呈___________增长。
⑵增长曲线的总趋势是先增加再降低。原因是

(3)影响酵母菌种群数量的因素可能有养料、温度、pH　空间及有害代谢废物等
问题探讨
从试管中吸取培养液进行记数之前，为什么要将试管振荡几次？
对于压在小方格界线上的酵母菌应怎样计数？
(3) 培养后期酵母菌浓度过高，一个小方格内酵母菌过多，应该采取怎样的措施？
对应训练
1.下列关于右侧概念图中序号所表达的含义，说法错误的是(　　)。
A．序号1代表种群密度
B．迁入率由序号4或序号5代表
C．序号2代表出生率或死亡率
D．序号6、7依次代表年龄组成、性别比例
2.有关种群的说法不正确的是(　　)。
A．稻田中秧苗的均匀分布有利于产量提升
B．通常自然界中的种群增长曲线呈“S”型，达到K值时种群数量往往表现出明显上下波动，因此K值总是固定不变的
C．池塘养鱼过程中为保持鲫鱼种群的增长需持续投放饲料等
D．预测一个国家或地区人口数量未来动态的信息主要来自现有居住人口的年龄组成
3.假定当年种群数量是一年前种群数量的λ倍，右图表示λ值随时间的变化曲线。下列相关叙述错误的是(　　)。
A．O～a年，种群数量不变，其年龄组成是稳定型
B．a～b年，种群数量下降，其年龄组成是衰退型
C．b～c年，种群数量增加，种群呈“S”型增长
D．c～d年，种群数量增加，种群呈“J”型增长
4．(2010·山东理综，8) 如图表示出生率、死亡率和种群密度的关系，据此分析得出的正确表述是(　　)
A．在K/2时控制有害动物最有效
B．图示规律可作为控制人口增长的依据
C．该图可用于实践中估算种群最大净补充量
D．在K/2时捕捞鱼类最易得到最大日捕获量
5.(2011·江苏卷)在野外试验站，研究棉蚜发生期开放和封闭条件下，不同初始密度(1和20头/叶)的棉蚜种群密度变化，各实验组均放置规格、数量相同的棉叶，结果如下图。有关叙述正确的是(多选)(　　)。
A．初始密度相同的种群开放条件下先于封闭条件下衰退，可能与迁出有关
B．初始密度相同的种群开放条件下先于封闭条件下达到密度峰值，可能与迁入有关
C．开放封闭条件下种群数量均在达到K值时开始衰退
D．开放和封闭条件下种内斗争均在种群衰退时开始减弱
实验探究
为探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化，某研究性学习小组按表一完成了有关实验，并定期对培养液中的酵母菌进行计数，绘制出酵母菌细胞数目变化曲线图。请回答：
表一：为了探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化，某同学按下表完成了有关实验。
试管编号
培养液/mL
无菌水/mL
酵母菌母液/mL
温度/℃
A
10
—
0.1
28
B
10
—
0.1
5
C
—
10
0.1
28
（1）请写出该同学研究的课题名称 。
（2）此实验组设计的变量是：
（3）为什么在接种、培养和计数的整个实验过程中，要遵守无菌操作规范？

（4）A组培养液中酵母菌第______天的增长率最大；第3天后A组培养液中酵母菌数目减缓甚至不增长的原因是____________________________________。
（5）A组与B组酵母菌中数量达到的最大值在生态学上称为______________，A组中该数值比B组大的原因是___________________________________。
（6）图中缺少C组酵母菌的数目变化曲线，请你根据自己的推测在答题纸相应的图中补充画出该曲线。
（7）在该实验的基础上，根据你对影响酵母菌种群生长的因素的推测，进一步确定一个探究实验的课题： 。
限时训练
题组一　种群数量特征及数量变化
1.下面关于种群的叙述正确的是(　　)
①内蒙古草原上的全部牛是一个种群　②池塘中所有的鱼是一个种群　③稻田中所有的三化螟是一个种群 ④种群密度的决定因素是年龄组成、性别比例　⑤种群密度的大小决定于出生率和死亡率、迁入率和迁出率
A．①③⑤ B．②④ C．②④⑤ D．③⑤
2． 如图表示某物种迁入新环境后，种群数量增长速率(平均值)随时间(单位：年)的变化关系。经调查在第5年时该种群的种群数量为200只。下列有关叙述不正确的是(多选)(　　)
A．由图可知，该物种迁入新环境后，其种群数量一直呈“J”型增长
B．理论上该种群在此环境中的环境容纳量约为400只
C．导致第5年到第9年这段时间内种群数量增长速率下降、种群数量减少的原因主要包括天敌、生活空间和资源等
D．如果该种群为东方田鼠，则将其数量控制在200只左右可有效防治鼠患
3．下图为种群数量增长曲线，有关叙述不正确的是(　　)
A．改善空间和资源条件有望使K值提高
B．BC段种群增长率逐渐下降，出生率一定小于死亡率
C．B到C变化过程中，其天敌捕食成功率将会增加
D．曲线Y表明自然状态下种群无法实现最大增长率
4．下图是对某地种植的广东松种群年龄结构调查结果，该种群的最终发展趋势是(　　)
A．总能量增加 B．种群密度上升
C．环境阻力不变 D．营养级能量降低
5.如图表示某一动物种群迁入一个适宜环境后的增长曲线图，下列有关说法错误的是(　　)
A．这个种群的增长曲线是“S”型，该环境条件所允许的最大种群数量大约是500只
B．如果此种群是鱼类，则捕捞后的种群数量控制在曲线的b点最合适
C．如果此种群是老鼠，我们限制其种群数量的最好方法是尽量降低K值
D．种群的增长速率最快点在b点，环境阻力明显增大是在迁入6年后开始的
题组二　种群密度的调查方法和酵母菌种群数量变化探究
6．下列有关调查种群密度的说法错误的是(　　)
A．五点取样和等距取样是样方法取样的常用方式，遵循了随机取样的原则
B．调查古树木、蝗虫的幼虫、某种蛇的种群密度，通常采用样方法
C．标志重捕法调查得到的种群密度一般不是最精确的现实反映
D．将M只鹿标记，在捕获的n只鹿中有m只被标记，则该鹿群约有(M×n)÷m只
7．某小组进行“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”实验时，同样实验条件下分别在4个试管中进行培养(见下表)，均获得了“S”型增长曲线。根据实验结果判断，下列说法正确的是(多选)(　　)
A.4个试管内的种群初始阶段都经历了“J”型增长
B．4个试管内的种群同时达到K值
C．试管Ⅲ内种群的K值与试管Ⅱ不同
D．试管Ⅳ内的种群数量先于试管Ⅱ开始下降
8.(2011·海南卷，2)关于酵母菌的叙述，错误的是(　　)
A．酵母菌既含有核基因，又含有线粒体基因
B．酵母菌无氧呼吸的终产物经主动运输运到细胞外
C．培养液中酵母菌的种群数量在培养早期呈“J”型增长
D．碳源充足和不充足的培养液中酵母菌种群的K值不同
题组三　综合题
9． 在某一片小麦田中，长有许多杂草，还有食草昆虫、青蛙、蛇等动物活动。某研究小组对该农田生态系统进行研究，根据所学知识回答相关问题：
(1)研究小组要估算该农田中荠菜的种群密度，应采用________法；在取样时，关键要做到________________。
(2)此农田中新迁入了一种食草昆虫，下图甲是与这种昆虫种群数量相关的出生率和死亡率的变化曲线。请说出种群在B点后死亡率明显增加的原因：__________________________________________________________________(答两点)。
(3)请根据图甲在图乙坐标系中画出种群数量的变化曲线(将A、D标在纵坐标的合适位置上)。
10．(2011·江苏卷，26)下图为不同培养阶段酵母菌种群数量、葡萄糖浓度和乙醇浓度的变化曲线，请回答下列问题：
(1)曲线AB段酵母菌呼吸发生的场所是____________________；曲线BC段酵母菌呼吸的方式为__________________。
(2)酵母菌种群数量从C点开始下降的主要原因除葡萄糖大量消耗外，还有____________、____________。
(3)在T1～T2时段，单位时间内酵母菌消耗葡萄糖量迅速增加的主要原因有__________________、________________。
(4)某同学在T3时取样，统计的酵母菌种群数量明显高于D点对应的数量，原因可能有________________________、________________________和用血球计数板计数时出现错误等。
高考真题体验
1.（2012 四川）为防治农田鼠害，研究人员选择若干大小相似、开放的大豆田，在边界上每隔一定距离设置适宜高度的模拟树桩，为肉食性猛禽提供栖息场所。设桩一段时间后，测得大豆田中田鼠种群密度的变化如图所示。请回答下列问题：
（1）该农田生态系统的主要成分是　　　　，猛禽与田鼠的种间关系是　　　　。? （2）该生态系统中田鼠的种群密度是由　　　　　　　　　　　　　　　　决定的；b点以后田鼠种群密度大幅上升，从田鼠生存环境变化的角度分析，其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　。
（3）与曲线II相比，曲线I所示环境中猛禽的密度　　　　。若在农田周围合理植树可控制鼠害，从而帮助人们合理地调整该生态系统中的　　　　关系，使人们从中更多获益。
2.（2012 新课标卷）某岛屿上生活着一种动物，其种群数量多年维持相对稳定。该动物个体从出生到性成熟需要6个月。下图为某年该动物种群在不同月份的年龄结构（每月最后一天统计种群各年龄组的个体数）。关于该种群的叙述，错误的是（ ）
A.该种群10月份的出生率可能为零
B.天敌的迁入可影响该种群的年龄结构
C.该种群的年龄结构随着季节更替而变化
D.大量诱杀雄性个体不会影响该种群的密度
3.（2012 新课标卷）某草原上生活着鹿、兔、狼和狐等生物，雄鹿有角、雌鹿无角，通常情况下这种鹿的雌雄个体分群活动（生殖季节除外）。有人提出“鹿角效应”假说解释这种同性聚群现象，即一群形态相同的食草动物能迷惑捕食者，降低被捕食的风险，回答下列问题：
该草原上的雌鹿群和雄鹿群属于 （填“不同”或“同一”）种群“
（2）草、鹿、兔、狼、狐和土壤中的微生物共同形成了一个 （填“种群”、“群落”或“生态系统”）。
（3）为探究“鹿角效应”假说是否成立，某同学用狗（能将抛入流水池中的漂浮物叼回来）、项圈和棍棒做了如下3组实验，甲组同时向流水池中抛出2个相同项圈，乙组同时抛出两个相同棍棒，丙组则同时抛出一个项圈和一个棍棒，记录每次抛出后狗叼回第一个漂浮物的时间。若丙组平均时间 （填“大于”、“等于”或“小于”）其他两组，则实验结果支持该假说。测试时要求甲、乙、丙3组抛出项圈或棍棒的距离 （填“相同”或“不同”），本实验中项圈或棍棒相当于该草原上的 。
4.（2012 安徽）某弃耕地的主要食物链由植物(田鼠(鼬构成。生态学家对此食物链能量流动进行了研究，结果如下表，单位是J/（hm2·a）。
植物
田鼠
鼬
固定的太阳能
摄入量
同化量
呼吸量
摄入量
同化量
呼吸量
2.45(1011
1.05(109
7.50(108
7.15(108
2.44(107
2.25(107
2.18(107
(1)能量从田鼠传递到鼬的效率是 。
(2)在研究能量流动时，可通过标重捕法调查田鼠种群密度。在1hm2范围内，第一次捕获标记40只田鼠，第二次捕获30只，其中有标记的15只。该种群密度是 只/hm2。若标记的田鼠有部分被鼬捕食，则会导致种群密度估算结果 。
（3）田鼠和鼬都是恒温动物，同化的能量中只有3%—5%用于 ，其余在呼吸作用中以热能形式散失。
（4）鼬能够依据田鼠留下的气味去猎捕后者，田鼠同样也能够依据鼬的气味或行为躲避猎捕。可见，信息能够 ，维持生态系统的稳定。
5.（2012 海南）某小组用样方法调查草地中某种双子叶植物的种群密度。下列做法错误的是
A.随机取样
B.选择植物生长茂盛处取样
C.根据调查数据估算该种群密度
D.根据地段的形状确定取样方法
6.（2012 浙江）右下图是某相对稳定的生态系统中旅鼠的天敌、植物、旅鼠之间数量变化关系的示意图（图中不同阴影的面积表示不同比例尺下得个体数量）。下列有关叙述错误的是（ ）
A. 图中所含的食物链为捕食食物链
B. 这些生物的种群数量在各自的K值上下波动
C. 旅鼠的种群数量主要是由外源性因素调节的
D. 旅鼠的天敌、植物、旅鼠之间数量的变化是一种正反馈调节
7.（2012 重庆）下图为某地东亚飞蝗种群数量变化示意图，下列叙述错误的是
A.为有效防止蝗灾，应在a点之前及时控制种群密度[
B.a~b段，该种群的增长率与种群密度之间呈正相关“
C.利用性引诱剂诱杀雄虫改变性别比例可防止c点出现
D.控制种群数量在d~e水平，有利于维持该地区生态系统的抵抗力稳定性
8.（2012 海南）某生态系统的食物网示意图如下：
回答下列问题：
(1)在该食物网中，共有____条食物链，最高营养级属于第____营养级。
(2)'乙和丙的种间关系是____。
(3)为了调查该生态系统中乙种群数量，某研究小组捕获了100只乙，经标记后放
回。一段时间后，重新捕获100只，其中有10只带有标记。在该生态系统中，乙的种
群数量大约为____只。
9.（2012 广东）罗非鱼是杂食性鱼类，在珠江三角洲地区大量养殖，能适应咸、淡水环境。
当罗非鱼由淡水进入咸水，机体会大量脱水，细胞外液渗透压____________，渗透压感受器产生兴奋，并将兴奋传给_____________，促使其释放_____________，该物质促进肾小管和集合管重吸收水，使尿量减少以适应咸水环境。
（2）某实验基地水库中放养了一批罗非鱼。其监测数据显示，a～e段这种罗非鱼的种群数量发生了明显波动，调查发现有人在该水库中放生了大型肉食性鱼（FNE）；一段时间后，罗非鱼种群数量达到了相对稳定状态（见图9）。图中显示，罗非鱼种群在a～b段呈______型增长。据图推测，FNE最可能是在___________对应的时间点进入水库；在捕食压力下，罗非鱼种群的环境容纳量接近_______________。

富营养化导致藻类大量繁殖，该水库出现水华现象，浮游动物和鱼类均受到影响。请用文字和箭头描述藻毒素从产毒藻逐级积累到FNE体内的途径。
10.（2012 山东）右图中，曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示某野生动物种群数量超过环境容纳量后，其未来种群数量变化三种可能的情况。
图中曲线 说明该种群对其栖息地的破坏程度较轻。当曲线Ⅲ趋近零时，对该动物种群已不宜采取 保护的措施。图中阴影部分可能引起该种群的 发生改变，进而导致物种进化。
（2）若图中物种处于最高营养级，当其数量下降，且其他条件不变时，流向该营养级其他物种的能量会 。处于该营养级物种的种间关系是 。
（3）若图中物种为食草动物，当看到青草明显减少时，部分个体会另觅取食地，这体现了生态系统的 功能。
（4）人类对野生动物栖息地的过度利用也会导致出现图中的三种情况。16世纪以来，世界人口表现为“J”型增长，因此需控制“J”型增长数学方程式中 参数，以实现人口和野生动物资源的协调发展。
11．(2011·海南卷，23)南极冰藻是以硅藻为主的一大类藻类植物，长期生长在南极海冰区－2℃～4℃的环境中，其最适生长温度为2℃。磷虾主要以南极冰藻为食，企鹅主要以磷虾为食。自1975年以来，磷虾种群密度下降高达80%。下列叙述错误的是(　　)
A．南极冰藻组成了一个种群
B．企鹅种群密度也会随着磷虾种群密度下降而下降
C．南极冰藻、磷虾、企鹅与该海冰区的其他生物组成群落
D．－2℃～2℃范围内，随着温度升高南极冰藻的光合作用强度增大
学案41 种群的特征和数量的变化
答案与解析
基础自查
一．种群的特征
1．种群密度 　　
(1) 单位面积或单位体积中的个体数，是种群最基本的数量特征。
(2)①植物　五点取样法　等距取样法
想一想　①标志个体在整个调查种群中分布均匀；②未标志个体和被标志个体都有同样被捕的机会；③调查期间没有迁入和迁出；④调查期间没有新的出生和死亡。
2． 单位时间内新产生或死亡个体数目占该种群个体总数的比率。
3． 单位时间内迁入或迁出的个体占该种群个数总数的比例。
4．年龄组成
(1) 种群中各年龄期的个体数目的比例。
(2) ①增长型：种群中幼年个体很多，老年个体很少，种群密度会增大。②稳定型：各年龄期的个体数目比例适中　，种群正处于稳定时期。③衰退型：幼年个体较少，而中老年个体较多，种群密度会减小。
想一想　影响种群数量变化的决定因素是出生率和死亡率、迁入率和迁出率。根源是气候、食物、天敌、传染病、空间、人类影响等多种生态因素共同作用的结果。因此，大多数种群的数量总是在波动中。
二、种群数量的变化
1．构建种群增长模型
(1) 观察研究对象→提出问题→提出合理假设→根据实验数据，用适当的数学形式对事物性质进行表达→通过进一步实验或观察对模型进行检验或修正。
2．种群数量增长的“J”型曲线
(1)条件：食物和空间条件充裕、气候适宜、没有敌害等。
(2)数学公式：Nt＝N0λt。
(3)特点：种群数量连续增长，呈“J”型。
3．种群数量增长的“S”型曲线
(1)条件：自然界的资源和空间是有限的。
(2)概念：种群经过一定时间的增长后，数量趋于稳定的增长曲线。
(3)K值：又称环境容纳量，在环境条件不受破坏的情况下，一定空间中所能维持的种群最大数量。
(4)特点：种群数量达到环境条件所允许的最大值(K值、即环境最大容纳量)后将停止增长，有时在K值左右保持相对稳定。
课堂深化探究
一．种群数量特征之间的关系分析
1．各数量特征之间的关系

(2) ①种群密度 ②出生率和死亡率以及迁入率和迁出率 ③年龄组成和性别比例 ④ 气候、天敌、传染病
⑤ 年龄组成情况， 性别比例， 种群出生率和死亡率 种群的变化趋势。
2．种群的年龄组成图解及分析
(1)模式图
②析图
种 群
年龄组成情况
出生率和
死亡率情况
种群数量
变化趋势
所属
类型
A
幼年多，老年少
>
增加
增长型
B
各年龄期比例适中
＝
波动
稳定型
C
幼年少，老年多
<
降低
衰退型
(2)曲线图 ②析图
图甲幼年个体多，老年个体少，出生率>死亡率，种群数量增加，属增长型；而图乙相反，应为衰退型。
(3) ②析图
图A中幼年个体少，老年个体多，为衰退型。
图B中幼年个体多，老年个体少，为增长型。
图C中各年龄段比例适中，应为稳定型。
(4) ②析图：a.男女比例在各个年龄段接近1∶1。
b．A国家各个年龄段比例适中，应为稳定型。
c．B国家幼年个体特别多，老年个体少，应为增长型。
d．B国家若需要控制人口，则最有效的措施是计划生育，而且几十年后可能面临老龄化问题。
3．种群密度调查
标志重捕法
样方法
适用对象
活动范围大、活动能力强的动物个体，如鼠、鸟类等
植物或活动范围小、活动能力弱的动物，如蚯蚓和虫卵等
统计方法
利用公式＝计算出N，即为该种群密度的估计值。(N1为标志个体数，N2为重捕数，N0为重捕个体中带标志数)
计算各样方内种群密度的平均值为该种群的种群密度的估计值
注意问题
调查时没有迁入和迁出、出生和死亡
②标志物不能过于醒目，不能影响标志对象正常生理活动，且不易脱落
随机取样
②样方大小适中
③样方数量不宜太少
二．种群数量的变化曲线
1．两种曲线模型比较
项 目
“J”型曲线
“S”型曲线
增长模型
前提条件
理想状态：资源无限、空间无限、不受其他生物制约(无种内斗争，缺少天敌)
现实状态：资源有限、空间有限、受其他生物制约(种内斗争加剧，捕食者数量增加)
种群增长速率

种群增长率

K值有无
无K值
有K值
曲线形
成原因
无种内斗争，缺少天敌
种内斗争加剧，天敌数量增多
联系
两种增长曲线的差异主要是因环境阻力大小不同，对种群增长的影响不同
2.K值与在实践中的应用
灭　鼠
捕　鱼
(最大增长速率)
灭鼠后，鼠的种群数量在附近，这时鼠的种群数量会迅速增加，无法达到灭鼠效果
使鱼的种群数量维持在，捕捞后，鱼的种群数量会迅速回升
K值(环境容纳量)
改变环境，降低K值，使之不适合鼠生存
保证鱼生存的环境条件，尽量提升K值
3.K值变动的示意图
(1) 固定不变的，会受到环境的影响。 种群数量会在平均值附近上下波动； 会通过负反馈调节机制使种群密度回到一定范围内。
(2) K值会下降； K值会上升。
实验探究　探究“培养液中酵母菌种群数量的变化”
实验原理
1． 细胞计数 封闭容器内的酵母菌种群随时间而发生的数量变化。
2．养分、空间、温度和有毒排泄物等
3． 抽样检测法。
（1） “J”型 “S”型曲线⑵原因是在开始时培养液的营养充足，空间充裕，条件适宜，因此酵母菌大量繁殖，种群数量剧增，随着酵母菌数量的不断增多，营养消耗，pH变化等，使生存条件恶化，酵母菌死亡率高于出生率，种群数量下降
(3)影响酵母菌种群数量的因素可能有养料、温度、pH　空间及有害代谢废物等
问题探讨
(1)目的是使培养液中的酵母菌均匀分布，减小误差。
(2)显微镜计数时，对于压在小方格界线上的酵母菌，应遵循“数上线不数下线，数左线不数右线”的原则计数。
(3) 溶液要进行定量稀释。．每天计数酵母菌数量的时间要固定。
对应训练
1.解析　种群最基本的数量特征是种群密度，种群密度直接受出生率、死亡率、迁入率和迁出率等的影响。另外，年龄组成也能通过影响出生率与死亡率来间接影响种群的数量，性别比例通过影响出生率来间接影响种群的数量。2代表出生率、3代表死亡率。
答案　C
2.解析　通常自然界中的种群增长曲线呈“S”型，达到K值时种群数量在一定范围内波动；稻田秧苗的均匀分布(即合理密植)，可以达到对光能、水、肥等的充分利用，从而提高产量；因人工鱼塘中生产者固定的能量不足以满足鱼类的需求，故需投放饲料保证鱼正常的能量需求；年龄组成是预测一个国家或地区人口数量变化趋势的主要依据。
答案　B
3.解析　由题意可知，当λ值小于1时，种群数量减少，故选C项。
答案　C
4．C　[在K/2时，种群的净补充量最大，因此对于有害动物不宜在此防治，因此A错；由于人类与自然种群不同，受其他因素如计划生育的影响，故该图示不能作为控制人口增长的依据，因此B错；该图可用于实践中估算种群最大净补充量，用于指导生产实际，故C正确；在K值时捕捞鱼类得到日捕获量最大，因此D错。]
5.解析　由曲线可知，初始密度相同的种群，开放条件下的先达到峰值也先衰退，与封闭条件相比，开放条件下存在迁入和迁出的现象；因各组棉叶的规格、数量相同，则理论上K值应相同，但图示可见只有开放条件下初始密度较大的种群在达到K值时开始衰退，其余都是在未达到K值时就开始衰退，种内斗争是指一区域的同种个体为争夺有限的资源和空间而发生斗争的现象，在种群衰退时虽然种群个体数量减少，但因棉叶被食用量也在减少，故种内斗争不一定减弱。
答案　AB
实验探究
（1）温度、营养物质对酵母菌生长的影响；
（2）温度、营养物质；
（3）排除杂菌对实验的干扰；
（4）2 培养基中营养物质的大量消耗，代谢废物的积累，pH值的改变，使环境阻力增大。
（5）环境容纳量 A组的培养温度更适合酵母菌的繁殖，环境阻力小。
（6）如下图：
（7）酵母种群数量与营养物质(或废物、pH、溶氧等)的变化关系
限时训练
题组一　种群数量特征及数量变化
1　D　[①中全部“牛”及②中全部“鱼”包含有许多种牛或鱼，超出“同种生物个体总和”的范畴，因而不属于一个种群。③为单位空间中的“同种个体总和”，应属一个种群。④中决定种群密度的应为出生率和死亡率、迁入率和迁出率。
2.ACD　 本题中的柱状图表示的是种群数量增长速率与时间的关系。第1～5年种群数量增长速率不断增大，种群数量增加得越来越快；第5年时种群数量增长速率最大，此时种群数量增加最快；第5～9年种群数量增长速率虽然逐渐减小，种群数量增加得越来越慢，但种群数量依然在增多。由此可判断，图示时间内种群数量呈“S”型增长(但未达到K值)；由于第5年时该种群数量为200只，等于K/2，故理论上K值(环境容纳量)为400只；防治鼠患时，若将其数量控制在K/2左右，则在该条件下鼠种群具有最大的增长速率，很快就会恢复到较大的数量，应将其数量控制在200只以下。
3．B　 K值不是固定不变的，改善空间和资源条件有望使K值提高。BC段种群增长率虽然下降，但种群数量仍在增加，故B项叙述错误。B到C变化过程中，由于种群数量增加，其天敌捕食成功率将会增加。自然状态下，空间和资源总是有限的，种群无法实现最大增长率。
4.D　 图示的年龄组成为衰退型，该种群密度将会下降，种群生物所处的营养级能量降低，环境阻力下降。
5.D　[该图表示种群增长的“S”型曲线，K值约为500只；图中b点对应K/2，此时种群增长速率最大；b点后，种群增长速率逐渐减小，说明环境阻力在不断增大。
题组二　种群密度的调查方法和酵母菌种群数量变化探究
6．B　[由于蛇的活动范围较广，故调查其种群密度不宜采用样方法，而是标志重捕法。]
7．ACD　[由表格数据信息可知：Ⅱ、Ⅲ的区别在于培养液体积不同，所以C正确；Ⅱ、Ⅳ的区别在于酵母菌起始数量不同，所以D正确；由于实验刚开始四个试管营养条件均充足，故初始阶段都经历了“J”型增长。]
8.B　[酵母菌属于真核生物，具有细胞核以及线粒体等细胞器，因此具有相应的核基因和质基因；酵母菌进行无氧呼吸产生CO2和酒精，二者均以自由扩散的方式进出细胞膜；用培养液培养酵母菌时，培养早期营养物质及其他生活条件充足，酵母菌的种群数量呈“J”型增长，随着营养物质的消耗和代谢废物的积累，酵母菌种群数量增长变缓；碳源是酵母菌生活的必需条件，碳源不足或生存空间受限时会使酵母菌的K值降低。
题组三　综合题
9．(1)样方　随机取样
(2)生活资源和空间有限、天敌增多(其他合理答案亦可)
(3)要求：画成“S”型曲线；纵坐标上A点对应起点，D点对应K值。
10．(1)细胞质基质和线粒体　有氧呼吸和无氧呼吸
(2)乙醇含量过高　培养液的pH下降　(3)酵母菌进行无氧呼吸，产生的能量少　酵母菌种群数量增多
(4)取样时培养液未摇匀，从底部取样　未染色，统计的菌体数包含了死亡的菌体
解析　(1)酵母菌为兼性厌氧菌，既能进行有氧呼吸，又能进行无氧呼吸。AB段无乙醇产生，故在AB段酵母菌只进行有氧呼吸，有氧呼吸的场所为细胞质基质和线粒体。(2)随着培养时间的推移，酵母菌数量减少的原因有营养物质的消耗、有毒物质(如乙醇)的积累和培养液pH的变化。(3)T1～T2时段，一方面，酵母菌数量多，分解掉的葡萄糖量增多；另一方面，酵母菌进行无氧呼吸，因无氧呼吸释放的能量少，故达到维持酵母菌正常生命活动所需能量时需消耗的葡萄糖的量大大增加。(4)用血球计数板计数时因取样时未将培养液摇匀而从底部取样，会导致测量值比实际值偏高。另外，若未染色，显微镜下统计的是所有酵母菌的总数，包括活菌和死菌，也会导致测量值比实际值偏高。
高考真题体验
1.【答案】（1）大豆 捕食（2）出生率和死亡率、迁入和迁出 株冠形成有利于躲避天敌；食物增加（3）更大 能量流动
【解析】（1）根据题意，农田生态系统的生产者是大豆。猛禽与田鼠的种间关系是捕食。
（2）对一个种群来说，种群密度大小是由出生率和死亡率、迁入和迁出来决定的。b点之后，株冠开始形成，这样有利于田鼠躲避天敌，同时，周围的生物也逐渐丰富，为田鼠提供更多的食物来源。
（3）曲线Ⅰ和曲线Ⅱ相比，桩之间的距离更小，这样可以为田鼠提供更大的生存空间，相应的也为猛禽提供更多的食物来源，猛禽的密度会更大。通过合理植树，控制鼠害，这样可以合理调整生态系统中的能量流动的关系，使之流向对人类最有益的部分，使人们从中更多获益。
2.【答案】D
【解析】由图可知，未成熟个体从2月底到6月逐渐增多，从6月到12月逐渐减少，12月变为0，而该动物个体从出生到性成熟需要6个月，因此该种群出生时间大概为2月底到6月，到12月都成熟，可判断7-12月份出生率可能为0。大量诱杀雄性个体导致性别比例失调，会影响到种群的密度
3.【答案】(1) 同一 (2) 群落 (3) 小于 相同 雌鹿或雄鹿
【解析】（1）种群是指在一定时间内占据一定空间的同种生物的所有个体，所以雌鹿和雄鹿是同一种群。
（2）生物群落是指在一定生活环境中的所有生物种群的总和，草原中草、鹿、兔和微生物等所有生物构成了群落。
（3）根据鹿角效应：一群形态相同的食草动物能迷惑捕食者，降低被捕食的风险，所以项圈和木棍相当于草原上的食草动物，丙组的平均时间比较少。抛出的项圈和木棍的距离在此实验中属于无关变量，所以要保持一致
4.【答案】Ⅱ.（1）3%
（2）80只/hm2 偏高
（3）生长、发育、繁殖等生命活动
（4）调节生物的种间关系
【解析】Ⅱ.（1）能量从田鼠传递到鼬的效率是（2.25×107）÷（7.50×108）=3%
（2）40×30÷15=80只/hm2。该种群密度是80只/hm2。若标记的田鼠有部分被鼬捕食，则会导致种群密度估算结果偏高。
田鼠和鼬都是恒温动物，同化的能量中只有3%~5%用于生长、发育、繁殖等生命活动，其余在呼吸作用中以热能的形式散失。“
（4）信息传递的功能：信息能够调节生物的种间关系，维持生态系统的稳定。
5.【答案】B
【解析】本样方法最主要的是进行随机取样，A正确， B错误；根据调查数据取平均数可估算该种群的的种群密度，C正确；根据地段的不同可因地制宜采用不同的样方法，如五点取样法和等距取样法等，D不正确。
6.D【解析】旅鼠和植物、旅鼠的天敌与旅鼠均为捕食关系，形成的食物链为捕食食物链，A正确；在相对稳定的生态系统中，各生物之间的关系相对稳定，生物的种群数量会在各自的K值上下波动，B正确;旅鼠种群数量主要受外界环境条件及种间关系等的影响，C正确；旅鼠的天敌、植物、旅鼠之间数量能保持相对稳定，依赖于负反馈调节，负反馈维持稳态，正反馈更加偏离稳态，D错误。
7.【答案】B
【解析】从东亚飞蝗的种群数量变化趋势看，O点到b点所对应的时间段，种群的增长大致呈“S”型，a点的数量大约在环境容纳量的一半，此时蝗虫种群有最快的增长速率，故防治时间应在a点之前，A对；“S”型增长的种群增长率一直是下降的，针对于a~b段，增长率=（a点种群数量-b点种群数量）/a点种群数量×100%，是一个常数，故与逐渐上升以至稳定的种群密度变化不存在正相关关系，B错；利用性引诱剂诱杀雄虫改变性别比例后，蝗虫种群内的雌雄比例失调，导致种群内出生率下降，可防止种群增长至c点， C对；把东亚飞蝗的种群数量控制在较低水平，能使被啃食的植物等生产者较少，使生态系统内的物种组成和数目受影响较小，有利于维持该地生态系统的抵抗力稳定性，D对。“
8.【答案】（1）4 五（2）竞争和捕食（3）1000
【解析】（1）由图示可看出，该食物网中共有甲→乙→丙→戊、甲→乙→丁→丙→戊、甲→丙→戊、甲→乙→丁→戊4条食物链，在最长的食物链（甲→乙→丁→丙→戊）中，最高营养级是第五营养级。
（2）由图示可看出，乙和丙都以甲为食，同时丙还会捕食乙，因此两者间既有竞争关系，也有捕食关系。
（3）按照标志重捕法的原理：＝，若假设乙种群有x个个体，则得＝，则x＝1000。
9.【答案】（1）升高? 垂体　抗利尿激素（2）J???b???K2
（3）
【解析】（1）根据题意，外界咸水的浓度高于罗非鱼体液的浓度，造成罗非鱼失水。随着体液中水分的流失，细胞外液渗透压升高，而下丘脑存在渗透压感受器，在感受到渗透压变化的刺激后，会产生抗利尿激素，抗利尿激素通过垂体释放，抗利尿激素促进肾小管和集合管重吸收水，使尿量减少，以此适应咸水环境。
（2）根据图示，罗非鱼种群数量在开始一段时间呈“J”型增长。从b点后开始环境阻力加大，所以，最可能是在b点放入大型肉食性鱼，并且一段时间后，种群数量在K2附近波动。（3）根据题意，可以获得下述关系：，藻毒素沿着食物链逐级富集。
10.【答案】（1）Ⅰ； 就地（或建立自然保护区）； 基因频率
（2）增多； （种间）竞争
（3）信息传递“
（4）λ
【解析】（1）据图分析，当种群的数量超过环境容纳量后，出现Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3种情况，Ⅰ是在原始的环境容纳量附近波动，说明该种群对其栖息的环境破坏度较轻；Ⅱ的环境容纳量低于原始容纳量，说明环境有一定程度的破坏；Ⅲ是逐渐灭绝，说明栖息环境被完全破坏，该生物无法生存，无法实施就地保护，所以只能进行迁地保护或建立自然保护区；图中阴影是被环境阻力淘汰掉的个体，即发生了自然选择作用，自然选择通过定向改变生物种群的基因频率决定生物进化的方向，进化的本质就是基因频率的定向改变。
（2）在其他条件不变的情况下，该物种的种群数量下降，捕食量减少，那么流向该物种的能量就会减少，而与该物种处在同一营养级上的其他物种获得捕食机会增加，食物增多，所以流向该营养级其他物种的能量增加；该物种和同一营养级上的其他物种是竞争关系。
（3）根据题意，食草动物从青草的减少获得食物不足的信息，进而转移另觅取食地。
（4）“J”型增长的的数学模型是：Nt=N0λt, N0为人口的起始数量，Nt是t年后人口数量，λ表示人口数量是一年前人口数量的倍数，所以只要控制住增长的倍数，人口增长速度就会减慢，对环境的过渡开发利用就会减弱。
11．A　在一定自然区域内同种生物的全部个体形成种群，南极冰藻不只包括一种生物，故不能组成一个种群；企鹅以磷虾为食，其数量增多会导致磷虾数量减少，磷虾减少后又可导致企鹅数量减少，二者数量最终在一定范围内达到动态平衡；生物群落是指在同一时间内，聚集在一定区域的各种生物种群的集合；南极冰藻的最适生长温度是2℃，在－2℃～2℃范围内，随温度升高，光合作用强度增大。
第九单元 生物与环境
学案42 群落的结构和演替
考纲要求
群落的结构特征(Ⅰ)。
群落的演替(Ⅰ)。
3.土壤中的动物类群丰富度的研究。
复习要求：
1.进行群落中各种生物之间的相互关系探究
2.了解群落中的分层现象及影响因素
3.明确群落演替的类型及过程
4.进行人类活动对群落演替影响的探究
基础自查
一.群落的结构
1.概念：
2.物种组成
丰富度：
(2)特点：
(3)探究实验： 。
3.种间关系
(1)捕食： 。
(2)竞争
①概念： 。
②结果： 。
(3)寄生： 。
(4)互利共生： 。
想一想　雌螳螂在交配后将雄螳螂吃掉，是捕食吗？

4.空间结构
(1)垂直结构： 。
(2)水平结构：
。
二、群落的演替
1.概念： 。
2.类型
(1)初生演替
①概念：
。
②过程：→→→→→
(2)次生演替
①概念：
。
②过程：
人类活动对群落演替的影响：

想一想　弃耕农田在时间允许的情况下一定能形成树林吗？
课堂深化探究
一.群落及其种间关系辨析
1.群落与种群的比较
种 群
群 落
区别
概念
内涵

概念
外延

特征

联 系

2.种间关系的比较
关系名称
数量坐标图
能量关系图
特点
举例
互利共生



捕　　食

特别提醒　
1.(1)两种生物之间可能有多种种间关系。
(2)上述种间关系都有利于种群的进化。
(3)关于捕食坐标曲线中捕食者与被捕食者的判定：a.从最高点判断，捕食者数量少，被捕食者数量多；b.从变化趋势看，先到波峰的为被捕食者，后达到波峰的为捕食者，即被捕食者变化在先，捕食者变化在后。
2.方法技巧　对种间关系的相关曲线确定
(1)互利共生曲线——同步变化(同生共死)。
(2)捕食曲线——不同步变化的此消彼长(不会导致某种生物灭绝)。
(3)竞争曲线——看最终结果，一种数量增加，另一种数量下降甚至降为0；只要曲线中提示两种生物有共同的空间或食物，则必为竞争，竞争激烈程度取决于空间、食物的重叠范围。
(4)两种生物甲和乙以同一植物为食，但取食的部位不同并不构成竞争关系——如09全国理综：以叶为食的菜粉蝶幼虫与蜜蜂在同一株油菜上采食；例09年江苏卷中人吃玉米籽粒，而牛吃秸秆。
二.群落的结构及演替
1.群落的空间结构类型
(1)垂直结构
植物群落的垂直结构表现了群落垂直方向上的分层性。植物的分层现象主要与 有关，群落中的光照强度总是随高度的下降而逐渐减弱(如下图所示)。
群落中植物的垂直结构又为动物创造了 ，因此，动物 分层现象。
(2)水平结构

2.群落的演替
(1)初生演替和次生演替的比较
类 型
初生演替
次生演替
起 点

基质与环境条件

时 间

速 度

影响因素

实 例

(2)群落演替的原因

(3)群落演替的结果
演替方向

能 量

结 构

稳定性

特别提醒：　
对群落演替的分析
(1)演替的原因：①植物繁殖体的迁移、散布和动物的活动；②群落内部环境变化；③种内和种间关系的改变；④外界环境条件的变化；⑤人类的活动。
(2)演替的特征
①方向：有一定的方向性。②能量：总生产量增加，净生产量逐渐降低，群落有机物总量增加。③结构：营养结构更加复杂，物种多样性增加，稳定性增加。④生活史：生物个体增大，生活周期变长，生态位变窄。⑤物质循环：由开放转为封闭，交换速度变慢。
三.土壤中小动物类群丰富度的研究
1.实验原理
(1)
(2) 。
(3)丰富度： 。
①记名计算法
②目测估计法
2.实验流程
确定问题
制定计划
实施计划
得出结论：
。
3.实验注意事项
(1)从不同营养环境中采集土壤样本要分别统计。
(2)尽可能多地收集小动物。收集小动物时，根据土壤中生物的避光性和趋湿性来收集。
(3)从同样营养土壤中采集的样本，多组同学进行统计比较。
(4)识别命名要准确，并进行分类。
(5)远离危险地带，不要破坏当地环境。
对应训练
1.下图①～④为A地衣中的藻类和真菌、B大小两种草履虫、C狐与兔、D细菌与噬菌体四组生物的种间关系示意图(纵轴表示个体数，横轴表示时间)。请据图回答问题。
(1)判断A～D四组生物的对应曲线：
A.________；B.________；C.________；D.________。
(2)造成②中出现的现象是由于________________________________________________________________________。
(3)④与②相比，结果不同是因为________________________________________________________________________。
(4)若四种种间关系中的b死亡，对a有利的曲线是________。
(5)若狐死亡，则兔的发展趋势是________________________________________________________________________。
2.如图A、B、C分别代表的是在－200～3 800 m的海拔高度内，山坡A、森林B、海洋C三个不同的自然区域内植物的分布状况。据此判断下列选项中正确的是(　　)。
A.在－200～3 800 m范围内，不同区域内植物的种类出现了很大的差异，温度是影响分布的主要生态因素
B.A处不同高度的山坡上分布着不同的植物类群，这说明群落具有垂直结构
C.B、C处的植物在垂直方向上都具有明显的分层现象，这说明群落具有垂直结构
D.影响B处植物出现明显分层现象的主要因素是水分
3.如图表示两个群落演替过程中物种丰富度的变化，下列叙述正确的是(　　)。
A.甲表示的是裸岩上的初生演替
B.乙可表示弃耕农田上进行的演替
C.甲中①和②处的物种组成完全相同
D.若条件适宜，乙群落可演替成森林
4.跳虫、甲螨和线虫是土壤中的主要动物类群，对动植物的分解起重要作用。请回答下列问题。
(1)由于跳虫和甲螨活动能力________，身体________，不适合用手直接捕捉，常采用吸虫器等进行采集。
(2)先要采集大量的跳虫用于实验室培养，最好选择下图中的吸虫器________，理由是__________________。若要采集大量的甲螨作为标本保存，最好选择吸虫器________，理由是____________________。
(3)现在一培养罐内同时培养跳虫、甲螨和线虫三个种群，若他们均仅以罐内已有的酵母菌为食，则跳虫与甲螨之间的关系是________，线虫与酵母菌之间的关系是________。若跳虫种群所含能量增长n kJ，则跳虫消耗的酵母菌所储存的能量至少为________kJ。
5.(2012·嘉兴月考)某生物兴趣小组准备调查校园附近农田土壤中小动物类群的丰富度，与此相关的叙述中，不正确的是(　　)。
A.许多土壤动物不适于用标志重捕法进行调查
B.丰富度的统计方法有记名计算法和目测估计法
C.利用小动物的趋光趋热性，可用带灯罩的热光源装置收集土样中的小动物
D.无法知道名称、肉眼难以识别的小动物不能忽略不计
6.下图是“土壤中小动物类群丰富度的研究”实验中常用的两种装置，下列有关叙述不正确的是(　　)。
A.A装置的花盆壁C和放在其中的土壤之间留一定空隙的目的是便于空气流通
B.B装置通常用于对体型较小的土壤动物进行采集
C.A装置主要是利用土壤动物避光、避高温、趋湿的习性采集
D.用B装置采集的土壤动物可以放入体积分数为70%的酒精溶液中
7.下图为植物群落生长的分层现象，对此现象解释不正确的是(　　)
A.分层现象是植物群落与环境条件相互联系的一种形式
B.决定这种现象的环境因素除光照外，还有温度和湿度等
C.种植玉米时，因植物群落分层现象的存在，所以要合理密植
D.在农业生产上，可以充分利用这一现象，合理搭配种植的品种
实验探究
某地曾是著名的鱼米之乡，植物生长茂盛，土壤动物种类繁多。后来，由于上游地区一农药厂的污染废水排入河流，造成该地农田土壤环境持续恶化，原本常见的泥鳅、田螺等几近销声匿迹。为了调查污染废水对农田土壤动物类群的影响，在受污染河流一侧不同距离进行调查，调查结果见表37—1。
表37—1 距污染河流不同距离土壤动物类群和个体
离污染河流的距离（km）
0.1
0.5
1.0
2.0
4.0
动物类群数（类）
20
23
37
50
58
动物个体总数（个）
365
665
750
1983
2490
请根据上述材料，回答下列问题：
（1）土壤动物调查一般不能采用标志重捕法，理由是 。
（2）遭受污染的农田土壤仍存在一定数量的土壤动物，是因为农田生态系统具有 ，而不同类群的土壤动物具有 。过度污染的农田会丧失生产能力，原因是 。“
（3）从表37—1调查结果可得出以下结论：① ；② 标记）
限时训练
题组一　群落及种间关系
1.如图，纵轴表示海洋不同深度中鱼类的食物分布状况，曲线甲、乙、丙分别表示三种鱼的数量变化。下列对此图的分析，错误的是(　　)
A.海洋中的鱼类具有垂直分层现象
B.此图表明鱼类对食物的竞争状况
C.此图表明海洋中鱼类的捕食状况
D.此图表明海洋中鱼类的共生关系
2. 下列有关生物丰富度的说法正确的是(　　)
A.丰富度是指单位面积或空间内生物个体数目的多少
B.越靠近热带地区，生物的丰富度一定越高
C.一般来说，某个区域生物丰富度越高，该区域的生态系统抵抗力稳定性越高
D.在探究土壤中小动物丰富度的过程中，要对取样土壤中的各种生物个体逐个计数
3.下表显示一个岛上的国家公园中狼和驼鹿种群变化情况(无猎捕现象)，下列结论中最适合这两个种群变化情况的是(　　)
年份
狼种群数量
驼鹿种群数量
1970
10
90
1972
12
115
1974
20
145
1976
25
105
1978
18
95
1980
18
98
A.狼的数量随驼鹿数量的增加而增加
B.狼和驼鹿的数量变化相互没有关系
C.驼鹿数量随狼数量的增加而增加
D.两个种群的数量同时增加或减少
题组二 群落演替：
4.(2011·安徽卷，6)某岛屿由海底火山喷发形成，现已成为旅游胜地，岛上植被茂盛，风景优美。下列叙述不正确的是(　　)
A.该岛屿不同地段物种组成上的差异是群落水平结构的体现
B.该岛屿形成后最初进行的群落演替属于次生演替
C.旅游可能使岛上的群落演替按照不同于自然演替的速度进行
D.该岛屿一定发生过漫长的群落演替过程
5.下图表示两个群落演替过程中物种丰富度的变化，下列叙述正确的是(多选)(　　)
A.甲可表示火灾后森林进行的演替
B.甲的演替速度比乙快、历时短
C.甲中①②处的物种组成相同
D.若气候条件适宜，甲乙均可演替成森林
6.关于演替的说法错误的是(　　)
A.演替是群落根本性质发生变化的现象
B.只有群落的结构受到干扰或破坏，才会出现群落的演替
C.演替过程只要不遭到人类的破坏和各种自然力的干扰，其总的趋势是会导致物种多样性的增加
D.不论是成型的群落还是正在发展形成过程中的群落，演替现象一直存在，它贯穿于整个
7.(2011·江苏卷)我国西南横断山区被公认为全球生物多样性的关键地区，不同海拔区域蝶类物种多样性研究结果见下表。下列有关叙述，正确的是(　　)。
垂直带
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
海拔
<1 000
1 000～2 000
2 000～2 500
2 500～
3 000
3 000～
3 500
>3 500
植被
类型
热带季
雨林
常绿阔叶林
常绿落叶混
交林
针阔混
交林
针叶林
高寒灌
丛草甸
蝶类种数
349
452
201
136
125
100
A.不同垂直带的植被类型差异是群落演替的结果
B.不同垂直带的植被类型差异反映了群落的空间结构特征
C.蝶类物种多样性与各垂直带植被类型无关
D.蝶类物种多样性与各垂直带气候特征有关
题组三　土壤动物丰富度研究
8. 科研人员对江苏某地沿海滩涂米草群落和裸露泥滩的大型底栖(土壤)动物丰富度进行了对比研究。在相同取样条件下，利用一种常用底泥采样器(50 cm×50 cm×30 cm)采得各动物类群的物种数和个体总数如下表。下列有关本研究的叙述，正确的有(多选)(　　)
招潮蟹类
厚蟹类
沙蚕类
泥螺类
蛤类
物种数
个体总数
物种
数
个体
总数
物种
数
个体
总数
物种
数
个体
总数
物种
数
个体
总数
裸露
泥滩
5
18
1
14
2
12
1
10
2
14
米草
群落
3
12
2
9
0
0
1
10
0
0
A.裸露泥滩的大型底栖动物物种丰富度高于米草群落
B.米草群落的大型底栖动物种群密度高于裸露泥滩
C.改用另一规格的常用底泥采样器会影响对比研究的结论
D.改变采样的时间会影响采集到的物种数和个体总数
9.下列关于实验“土壤中小动物类群丰富度的研究”的说法中，不正确的是(　　)
A.为了调查不同时间土壤中小动物丰富度，可分别在白天和晚上取同一地块的土样
B.许多土壤小动物有较强的活动能力，可采用标志重捕法调查土壤小动物类群丰富度
C.利用小动物的避光避热性，收集样土中的小动物可采用带灯罩的热光源
D.对于无法知道名称的小动物，不可忽略，应记录下它们的特征
题组四　综合题
10. 下表是某地区森林群落演替过程中相关量统计，试根据表中数据回答问题：
调查时间
调查项目
1953年
1973年
1984年
1996年
叶面积指数
2.48
6.61
11.28
17.76
光能利用率(%)
20.3
42.3
88.9
95.9
总初级生产量[t/(hm2·a－1)]
17.43
55.50
116.61
150.81
净初级生产量[t/(hm2·a－1)]
1.50
14.52
23.88
26.00
(1)该地区生物群落的演替类型属于__________________________________________，
从数据分析，在演替过程中群落物种丰富度变化趋势是________________。
(2)统计表明随着群落演替的进行，生态系统光能利用率变化与叶面积指数的关系是________________________________________________________________________。
(3)请绘制生产者呼吸量与叶面积指数之间的关系坐标曲线图。
(4)下图是1953～1996年间该生态系统生物量(有机物量)统计图，据图你可以得出的生物量演变规律是______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)在对该地区某时间群落结构进行调查时，可以采用________法对植物丰富度进行调查，同时注意调查不同物种______________情况，以获得群落的垂直结构。
高考真题体验
1.（2012 大纲）一块农田中有豌豆、杂草、田鼠和土壤微生物等生物，其中属于竞争关系的是
A.田鼠和杂草 B.豌豆和杂草[来源:21世纪教育网]
C.豌豆和其根中的根瘤菌 D.细菌和其细胞内的噬菌体
2（2012 大纲）下列关于森林群落垂直结构的叙述，错误的是
A.群落中的植物具有垂直分层现象
B.群落中的动物具有垂直分层现象
C.动物在群落中的垂直分层与植物的分层有关
D.乔木层的疏密程度不会影响草木层的水平结构
3（2012 福建）科技人员选取某地同一自然条件下三种不同类型的茶园，进行物种丰富度的调查，结果如图。据图判断正确的是（ ）
A.纯茶园物种变化幅度最小，不易产生暴发性虫害
B.杉茶间作园各物种的种群密度在10月份时最大
C.梨茶间作园的营养结构在6月份时最为复杂
D.人类生产活动不会改变茶园的群落结构“
4（2012 海南）关于群落演替的叙述，错误的是
A.人类活动可以影响演替的方向和速度
B.森林阶段动物的分层比灌木阶段的简单
C.初生演替可发生在从来没有植被分布的地带
D.森林阶段对太阳光的利用比灌木阶段更充分“
5.（2012 新课标卷）某草原上生活着鹿、兔、狼和狐等生物，雄鹿有角、雌鹿无角，通常情况下这种鹿的雌雄个体分群活动（生殖季节除外）。有人提出“鹿角效应”假说解释这种同性聚群现象，即一群形态相同的食草动物能迷惑捕食者，降低被捕食的风险，回答下列问题：
（1）该草原上的雌鹿群和雄鹿群属于 （填“不同”或“同一”）种群
（2）草、鹿、兔、狼、狐和土壤中的微生物共同形成了一个 （填“种群”、“群落”或“生态系统”）。
（3）为探究“鹿角效应”假说是否成立，某同学用狗（能将抛入流水池中的漂浮物叼回来）、项圈和棍棒做了如下3组实验，甲组同时向流水池中抛出2个相同项圈，乙组同时抛出两个相同棍棒，丙组则同时抛出一个项圈和一个棍棒，记录每次抛出后狗叼回第一个漂浮物的时间。若丙组平均时间 （填“大于”、“等于”或“小于”）其他两组，则实验结果支持该假说。测试时要求甲、乙、丙3组抛出项圈或棍棒的距离 （填“相同”或“不同”），本实验中项圈或棍棒相当于该草原上的 。
6.（2012 上海）下图代表一定区域中不同物种的分布状况，其中物种多样性最高的是
7.（2012 广东）有关土壤动物研究的叙述，正确的是
A.土壤动物群落不存在分层现象
B.土壤动物种间关系主要是互利共生
C.土壤盐碱度不同，土壤动物群落结构有差异
D.随机扫取表层土取样，可以调查土壤小动物类群丰富度
8.(2011·上海单科，19)某类捕食者消耗的猎物数与猎物种群密度的关系如图曲线①，能反映这类捕食者消耗的猎物比例与猎物种群密度关系的曲线是(　　)。
A.Ⅰ B.Ⅱ C.Ⅲ D.Ⅳ
9.(2011·大纲全国卷，4)某校园有一片草坪和一片树林，下列关于这两个群落中动物分层现象的叙述，正确的是(　　)
A.草坪和树林中的动物都具有分层现象
B.草坪和树林中的动物都没有分层现象
C.只有草坪和树林混杂在一起时动物才具有分层现象
D.草坪中的动物没有分层现象，而树林中的动物具有分层现象
10.(2011·全国卷)某校园有一片草坪和一片树林，下列关于这两个群落中动物分层现象的叙述，正确的是(　　)。
A.草坪和树林中的动物都具有分层现象
B.草坪和树林中的动物都没有分层现象
C.只有草坪和树林混杂在一起时动物才具有分层现象
D.草坪中的动物没有分层现象，而树林中的动物具有分层现象
11.(2011·海南单科，24)关于群落演替的叙述，错误的是(　　)。
A.围湖造田活动对群落演替有影响
B.演替过程中群落的物种组成不断变化
C.次生演替的速度比初生演替的速度快
D.弃耕农田上发生的群落演替是初生演替
12.(2011·安徽卷)某岛屿有海底火山喷发形成，现已成为旅游胜地，岛上植被茂盛，风景优美。下列叙述不正确的是(　　)。
A.该岛屿不同地段物种组成上的差异是群落水平结构的体现
B.该岛屿形成后最初进行的群落演替属于次生演替
C.旅游可能使岛上的群落演替按照不同于自然演替的速度进行
D.该岛屿一定发生过漫长的群落演替过程
学案42 群落的结构和演替
答案与解析
基础自查
一.群落的结构
1. 同一时间内聚集在一定区域中各种生物种群的集合
各种种群之和＝群落，或种群群落
2.物种组成
(1) 群落中物种数目的多少。
(2) 不同群落丰富度
(3) 土壤中小动物类群丰富度的研究。
3. (1)捕食：一种生物以另一种生物作为食物。
(2)竞争
①概念：两种或两种以上生物相互争夺资源和空间等。
②结果：相互抑制或一方占优势，另一方处劣势甚至灭亡。
(3)寄生：一种生物(寄生者)寄居于另一种生物(寄主)的体内或体表，摄取寄主的养分以维持生活。
(4)互利共生：两种生物共同生活在一起，相互依存，彼此有利不同。。
不是捕食，捕食必须发生在不同物种生物个体之间，而雌雄螳螂属同一物种。
4.空间结构
(1)垂直结构：在垂直方向上，大多数群落具有明显的分层现象。
(2)水平结构：受各种因素的影响，不同地段分布着不同的种群，同一地段上种群密度也有差别，常呈镶嵌分布。
二、群落的演替
1.概念：随着时间的推移，一个群落被另一个群落代替的过程。
2.类型
(1)初生演替
①概念：在一个从来没有被　植物覆盖的地面，或者是原来存在过植被，但被彻底消灭了的地方发生的演替。
②森林
(2)次生演替
①概念：在原有植被虽已不存在，但原有土壤条件基本保留，甚至还保留了植物的种子或其他繁殖体的地方发生的演替。
②过程：→→→
3.人类活动对群落演替的影响：人类活动往往会使群落演替按照不同于自然演替的速度和方向进行。
不一定，还受气候等环境条件的影响。
课堂深化探究
一.群落及其种间关系辨析
1.群落与种群的比较
种 群
群 落
区别
概念
内涵
一定自然区域内同种生物个体的总和
一定自然区域内各种生物种群的总和
概念
外延
种内关系的研究范围，种群内个体间可进行天然基因交流并拥有一个共同基因库
种间关系的研究范围，由不同种群构成，群落中各物种间因存在“生殖隔离”而无法进行天然基因交流
特征
最重要的特征是种群密度，年龄组成、性别比例、出生率和死亡率等都影响种群密度
物种丰富度、种间关系、优势种、群落结构(垂直结构和水平结构)、演替(初生演替和次生演替)
联 系
群落是占有一定空间的多个生物种群的集合体，这些不同生物种群彼此相互作用，保证群落内的每一个生物种群都比单独存在时更加稳定，群落结构的形成是长期进化的结果，是一个相对稳定的统一整体
2.种间关系的比较
关系名称
数量坐标图
能量关系图
特点
举例
互利共生
相互依存，彼此有利。如果彼此分开，则双方或者一方不能独立生存。数量上两种生物同时增加，同时减少，呈现出“同生共死”的同步性变化
地衣；大豆与根瘤菌　
寄生
对寄主有害，对寄生生物有利。如果分开，则寄生生物难以单独生存，而寄主会生活得更好
蛔虫与人；菟丝子与大豆；噬菌体与被侵染的细菌
竞　　争
数量上呈现出“你死我活”的“同步性变化”。两种生物生存能力不同，如图a；生存能力相当，如图b。一般生态需求越接近的不同物种间竞争越激烈
牛与羊；农作物与杂草；大草履虫与双小核草履虫
捕　　食
一种生物以另一种生物为食，数量上呈现出“先增加者先减少，后增加者后减少”的不同步性变化
羊与草；狼与兔；青蛙与昆虫　
二.群落的结构及演替
1.群落的空间结构类型
(1)垂直结构
光照强度 多种多样的栖息空间和食物条件， 也有类似的分层现象。
(2) 在水平方向上由于光照强度、地形、明暗和湿度等因素的影响，不同地段上分布着不同生物种群。
2.群落的演替
(1)初生演替和次生演替的比较
类 型
初生演替
次生演替
起 点
从来没有被植物覆盖的地面，或原来存在过植被，但被彻底消灭了的地方
原有植被虽已不存在，但土壤条件基本保留，甚至还保留了植物的种子或其他繁殖体的地方
基质与环境条件
无有机质和生命胚种
有大量有机质和生命胚种
时 间
经历的时间长
经历时间短
速 度
缓慢
较快
影响因素
自然因素
人类活动较为关键
实 例
裸岩、沙丘和湖底的演替
弃耕农田上和火灾后的草原上发生的演替
(2)群落演替的原因
①环境不断变化，为群落中某些物种提供有利的繁殖条件，而对另一些物种生存产生不利影响。
②生物本身不断进行繁殖、迁徙。
③群落内部由于生命活动造成内部环境改变。
④种内和种间关系不断发生变化。
⑤人类活动的干扰。
(3)群落演替的结果
演替
方向
演替是群落组成向着一定方向、具有一定规律、随时间而变化的有序过程，因而它往往是能预见的或可测的
能 量
一般总生产量增加，群落的有机物总量增加
结 构
一般生物种类越来越多，群落的结构越来越复杂
稳定性
演替是生物和环境反复相互作用，发生在时间和空间上的不可逆变化，一般稳定性越来越高
特别提醒：　对群落演替的分析
(1)演替的原因：①植物繁殖体的迁移、散布和动物的活动；②群落内部环境变化；③种内和种间关系的改变；④外界环境条件的变化；⑤人类的活动。
(2)演替的特征
①方向：有一定的方向性。②能量：总生产量增加，净生产量逐渐降低，群落有机物总量增加。③结构：营养结构更加复杂，物种多样性增加，稳定性增加。④生活史：生物个体增大，生活周期变长，生态位变窄。⑤物质循环：由开放转为封闭，交换速度变慢。
三.土壤中小动物类群丰富度的研究
1.实验原理
(1)土壤是无数小动物的家园。
(2)许多土壤动物身体微小且有较强的活动能力，可用取样器取样进行采集、调查的方法。
(3)丰富度：统计方法通常有两种：记名计算法和目测估计法。
①记名计算法
②目测估计法
得出结论：组成不同群落的优势种是不同的，不同群落的物种丰富度是不同的。一般来说，2.环境条件越优越，群落发育的时间越长，物种越多，群落结构也越复杂。
对应训练
1.解析　本题主要考查的是对种间关系有关知识的理解掌握和运用的情况。根据图形分析，一般来说互利共生是两种生物的数量变化一致；捕食是两种生物一种增多(减少)，另一种亦随着增多(减少)；竞争是两种生物一种数量增多，另一种生物大量减少或死亡；寄生可能使宿主数量减少但不可能使宿主全部死亡。
答案　(1)③　②　①　④
(2)食物竞争，使一种(大)草履虫死亡(饿死)
(3)寄生关系不可能使宿主全部死亡
(4)②和④　(5)狐死亡，兔先增加(失去天敌)后减少(受草制约)，最后趋于稳定
2.解析　在－200～3 800 m范围内，不同区域内植物种类的差异可受阳光、温度等不同生态因素的影响；A处不同高度的山坡上分布不同植物类群与群落垂直结构有区别；影响B处植物出现明显分层现象的主要因素是光照。
答案　C
3.解析　甲曲线的起点有生物群落，而乙曲线的起点无生物群落，故可知甲发生的是次生演替，乙发生的可能是初生演替，次生演替之后的物种和以前的物种不一定相同；森林是生态系统演替的顶极阶段，但并不是所有的生态系统都能演替到这个阶段，还要取决于当地的气候等条件。
答案　D
4.解析　(1)土壤中跳虫和甲螨活动能力较强，身体微小，不适合用手直接捕捉，常采用吸虫器等进行采集。
(2)跳虫多栖息于潮湿隐蔽的场所，属于好氧型， 湿棉花模拟土壤湿润环境，利于跳虫存活。
(3)跳虫与甲螨都以酵母菌为食，所以为竞争。线虫以酵母菌为食，它们之间的关系为捕食关系，最高传递效率为20%, 跳虫种群所含能量增长n kJ, 跳虫消耗的酵母菌所储存的能量至少为＝5n kJ。
答案　(1)较强　微小　(2)B　该吸虫器中的湿棉花模拟土壤湿润环境，利于跳虫存活　D　该吸虫器中的酒精可将收集的甲螨及时固定，防止腐烂　(3)竞争　捕食　5n
5.解析　本题考查土壤中动物类群丰富度的研究，意在考查考生的实验与探究能力。一般来说，土壤小动物具有避光避热性，可用带灯罩的热光源装置收集土样中的小动物；如果无法知道名称、肉眼难以识别的小动物忽略不计的话，会人为降低土壤中小动物类群的丰富度。
答案　C
6.解析　由图可知，A装置主要是利用土壤动物避光、避高温、趋湿的习性采集，其中的花盆壁C和放在其中的土壤之间留一定空隙的目的是便于小动物的采集，而不是空气流通；B装置通常用于对体型较小的土壤动物进行采集，用B装置采集的土壤动物可以放入体积分数为70%的酒精溶液中，也可以放到试管中。
答案　A
7.　C　植物群落出现分层现象的原因主要与光照(森林)、温度(高山)等因素有关，环境因素影响植物群落的分层现象。植物群落的分层现象可以用来指导农业生产，譬如玉米和大豆间种，提高光能的利用率。
实验探究
（1）大多数土壤动物身体微小，活动范围小，标记个体难与无标记个体充分混匀。
（2）相对稳定性；不同的耐污能力；当外来干扰超过生态系统自我调节能力时，会导致系统稳定性（稳态）的破坏，甚至会引发系统的崩溃。
（3）①农药污染会降低土壤动物类群数和个体总数；
②距离污染源越远（近），农药污染物的浓度越低（高），对土壤动物的影响越小（大）。
限时训练
题组一　群落及种间关系
1.D　纵坐标为甲、乙、丙三种鱼类的食物分布，有共同的食物资源和生存空间，故构成竞争关系。
2.C　生物丰富度是指生物种类的多少，而不是个体数量的多少。
3.A　本题以表格的形式呈现信息，考查捕食者与被捕食者的数量变动关系。刚开始捕食者狼数量随着被捕食者驼鹿数量增加而增加，后来由于狼过多造成驼鹿数量锐减，直至最后二者数量都大致稳定。
题组二 群落演替：
4.B　[由题干可知，该岛屿由海底火山喷发形成，最初无植被覆盖，故在该岛上发生的群落演替是初生演替，而不是次生演替，B项错误。初生演替的时间较长，D项正确。人类的参与可使群落演替按照不同于自然演替的速度和方向进行，C项正确。该岛屿不同地段物种组成上的差异，即物种的镶嵌式分布是群落水平结构的体现，A项正确。]
5.ABD　[甲表示的是次生演替，故A正确；乙是初生演替，次生演替的速度比初生演替快、历时短，故B正确；在群落演替的不同阶段，物种的种类和组成不同，故C错误；不论初生演替还是次生演替，若气候条件适宜，最后都可以演替成森林，故D正确。]
6.B　[群落的演替是一直存在的，它贯穿于整个群落发展的始终，是一个动态变化的过程。任何一个群落都不可能是不变的，即使其内的生物种群没有发生大的变化，但种群密度、年龄组成、性别比例等种群特征也可能发生改变，没有绝对不变的群落。另外根据群落演替的概念，演替应该是其根本性质发生了变化的过程，是一个由量变到质变的飞跃，如一个种群被另一个种群所代替。在自然状态下，演替的总趋势是物种多样性的增加和种群稳定性的提高，因此我们说群落演替的顶极阶段是森林阶段。
7.解析　不同垂直带的植被类型差异是气候不同引起的结果，所以A选项错误；各个群落的空间结构特征都是包括垂直结构和水平结构，所以B选项错误；蝶类由于食物的原因分布是与植被类型有关的，所以C选项错误。
答案　D
题组三　土壤动物丰富度研究
8.AD　[比较表中裸露泥滩与米草群落的大型底栖动物物种数和个体总数，可判断A正确，B错误。C错误，D正确，物种数和个体总数与常用底泥采样器的规格无关，但与取样的时间和地点等因素有关。]
9.B　[许多土壤小动物有较强的活动能力，但由于身体微小，不适合采用标志重捕法调查，调查土壤小动物类群丰富度可采用取样器取样调查的方法。]
题组四　综合题
10.(1)次生演替　逐渐增加　(2)随着叶面积指数的增大，光能利用率升高(或正相关)　(3)呼吸量＝总初级生产量－净初级生产量，描点、连线如下图：
(4)随着时间的推移生态系统的生物量逐渐增加，最终趋于稳定　(5)样方　空间上的分布(分层)
解析　(1)从题干信息可知：群落演替的起点不是原始裸地，而是从原来的植物群落所发生的演替，故为次生演替，演替的结果是群落物种的丰富度增加。(2)从表格数据可看出在演替过程中随着叶面积指数的增加，生态系统光能利用率也增加。(4)生物量演变的规律是随着时间的推移生态系统的生物量逐渐增加，最终趋于稳定。(5)对该地区某时间群落结构进行调查时，可以采用样方法对植物丰富度进行调查，对不同物种空间分布情况的调查可获得群落的垂直结构。
高考真题体验
1.【答案】B
【解析】一块农田中的豌豆和杂草会竞争水肥和光照等，B正确。田鼠与杂草属于捕食关系，豌豆和其根中的根瘤菌属于互利共生关系，细菌和其细胞内的噬菌体属于寄生关系，故A、C、D选项错。
2【答案】D
【解析】植物的垂直结构可为动物创造了创造多种多样的栖息空间和食物条件，因此动物在群落中的垂直分层与植物的分层有关，A、B、C正确。乔木层的疏密程度影响地面上的光照强度，从而影响草本植物的水平结构，D错误。
3【答案】C
【解析】纯茶园的物种单一，其抵抗力稳定性最差，容易产生暴发性虫害。根据图中信息可以看出，10月份的杉茶园的物种数最大，但不并能说明各物种在此时的种群密度最大。同时，也可以看出，6月份时，梨茶间作园的物种数最大，此时其营养结构最为复杂，因为营养结构的复杂程度取决于物种的丰富度。人类活动会影响茶园群落演替的速度和方向，这样必然会对群落的结构造成影响。
4【答案】B
【解析】人类活动往往使群落按照不同于自然演替的速度和方向进行，A正确；森林群落阶段比灌木阶段复杂而稳定，动物的分层比灌木阶段的复杂，B错误；初生演替是指在一个从来没有被植被覆盖的地面，或者是原来存在过植被，但被彻底消灭了的地方发生的演替，C正确；森林阶段叶面积指数比其灌木阶段大，对太阳光的利用比灌木阶段更充分，故D项正确。
5.【答案】
(1) 同一 (2) 群落 (3) 小于 相同 雌鹿或雄鹿
【解析】
（1）种群是指在一定时间内占据一定空间的同种生物的所有个体，所以雌鹿和雄鹿是同一种群。
（2）生物群落是指在一定生活环境中的所有生物种群的总和，草原中草、鹿、兔和微生物等所有生物构成了群落。“汉水丑生的生物同行”超级群公益作品（汉水丑生2012-7-13标记）
（3）根据鹿角效应：一群形态相同的食草动物能迷惑捕食者，降低被捕食的风险，所以项圈和木棍相当于草原上的食草动物，丙组的平均时间比较少。抛出的项圈和木棍的距离在此实验中属于无关变量，所以要保持一致，
6.【答案】D
【解析】A和B中皆有3个物种，C和D中都是4个物种， D中4个物种分布较均匀，种数一定的总体，个中间数量分布越均匀物种多样性越高，所以D中的物种多样性最高。
7.【答案】C
【解析】由于不同的土壤层面为不同的生物提供了栖息地，土壤中的群落也存在垂直分布，所以A错；土壤中动物的种间关系更多的是捕食和竞争，所以B错；土壤表层只有一部分小动物分布，应该选择取样器取样法调查小动物的丰富度，所以D错。
8.解析　由图中曲线①可知，在一定范围内，猎物种群的密度越高，捕食者所消耗的猎物数越多，其食物数量就会减少。
答案　D
9.A　[草坪和树林两个群落中的植物都具有分层现象，导致其中的动物都具有分层现象。]
10解析　本题考查群落的结构。任何群落中的动物都具有分层现象。
答案　A
11解析　弃耕农田上发生的群落演替是次生演替，演替过程中，优势种在不断变化，故群落的物种组成不断变化；次生演替的速度较初生演替的快；包括围湖造田在内的人类活动均影响群落的演替过程。
答案　D
12解析　考查群落的结构演替以及人类活动对群落演替的影响。B选项不正确：发生于火山、冰川泥以及沙丘的演替是初生演替。此演替已到了森林阶段一定经过很长时间。人类的活动会使演替不同于自然演替的方向和速度进行。不同地段上的差异属于水平结构，空间上的垂直分布属于垂直结构。
答案　B

第九单元 生物与环境
学案43 生态系统的结构
考纲要求
生态系统的结构(Ⅰ)。
复习要求
1.了解生态系统的组成成分及生态系统的营养结构
2.理解生态系统四种组分的功能地位及相互关系
3.掌握营养级的概念以及营养级与食物链的关系
基础自查
一．生态系统的概念及成分
1．概念： 。
2．空间范围：
。
3．成分　
(1)非生物的物质和能量
①物质： 。
②能量： 。
(2)生产者
①范围： 。
②地位： 。
③作用： 。
(3)消费者
①范围： 。
②作用：
。
(4)分解者
①范围： 。
②作用： 。
思考　植物都是生产者，动物都是消费者，细菌都是分解吗？

二、食物链和食物网
1．食物链
(1)概念： 。
(2)特点：

2．食物网　
(1)概念： 。
(2)功能： 的渠道。
想一想　一种生物在食物网中是否只占有一个营养级？
　
课堂深化探究
一．生态系统的组成成分
1．生态系统中四种成分的联系
(1)图解
(2)析图
①由上图可知： 是生态系统中生物群落的物质和能量的最终来源。
②生产者是生态系统中唯一能
的成分，因此，可以说生产者是 。
③从理论上讲，消费者的功能活动不会影响生态系统的根本性质，所以消费者不是生态系统必要的基础成分，但在自然生态系统中，生产者、消费者和分解者都是紧密联系，缺一不可的。
④分解者在生态系统中占有重要地位。如果一个生态系统中没有分解者的话，动植物的遗体残骸就会堆积如山，生态系统就会崩溃，因此，从物质循环角度看，分解者在生态系统中占有重要地位。
2．四种成分的判断
(1)图示
(2)析图
①先 ，再根据 ，最后 。
②若问D、A、B具体是什么生物，则
。
③图示中D、A、B共同构成 ，食物链(网)中只包括 。
生态系统的成分易混、易错点归纳
错误说法
特 例
细菌都是分解者

动物都是消费者

生产者都是绿色植物

植物都是生产者

温度是非生物的物质和能量

二．生态系统的营养结构——食物链和食物网
1．食物链类型

2．食物链图示及构成条件
(1)模式图：
(2)举例：捕食链中生态系统的成分、营养级的划分(举例如下)：
　
3．食物链与食物网作用
4．生态系统中某种生物减少对其他生物数量变化的影响
(1)食物链中，若处于第一营养级的生物数量减少，直接引起
又 ，致使
。
一条食物链中处于“天敌”地位的生物数量减少，则
。
(3)复杂食物网中某种群数量变化引起的连锁反应分析
若某种群处于复杂食物网的某中间环节，其数量减少对其他生物类群的影响状况应视具体食物链而定，大体遵循如下思路：
①生产者相对稳定原则，即 。
②最高营养级的生物种群相对稳定原则，即 。
③实例：如图所示的食物网中，蚱蜢突然减少，则
，从而导致兔及食草籽的鸟 。在这里必须明确蛇并非鹰的唯一食物，所以蛇减少并不会造成鹰的减少，它可 而 。
特别提醒　
在生态系统中，某种生物数量增减的判断
(1)在食物链中的分析：若某营养级种群数量增加，必然引起该营养级的前一营养级种群数量减少，后一营养级种群数量增加。
(2)在食物网中的分析：①以中间环节少的那一条食物链作为分析依据，考虑的方向应从高营养级到低营养级；②生产者相对稳定，即生产者比消费者稳定得多，所以当某一种群数量发生变化时，一般不用考虑生产者数量的增加或减少；③处于最高营养级的种群，其食物有多种来源时，若其中一条食物链中断，该种群的数量不会发生较大变化。
方法技巧：
　食物网分析技巧
(1)每条食物链的起点总是生产者，终点是不被其他动物所食的动物，即最高营养级。中间的任何停顿都不能算完整的食物链。分解者不构成食物链。
(2)食物链中的捕食关系是长期自然选择形成的，不会倒转，因此箭头一定是由上一营养级指向下一营养级。
(3)某一营养级的生物代表处于该营养级的所有生物，不代表生物个体，也不一定是某种群。
(4)同一种生物在不同的食物链中，可以占有不同的营养级，如右图中鹰可在不同的食物链中分别占有第三、第四、第五和第六营养级，这就是说鹰在该食物网中可占有四个不同的营养级。
(5)在食物网中，两种生物之间的种间关系有可能出现不同概念上的重合，如上图中食虫鸟与食虫昆虫，二者之间既是捕食关系，又是竞争关系。
(6)在食物网中，当某种生物因某种原因而大量减少时，对另一种生物的影响，沿不同的线路分析结果不同时，应以中间环节少的为分析依据。
(7)食物网的复杂程度取决于有食物联系的生物种类而非生物数量
对应训练
1.下列有关生态系统的组成成分的叙述，正确的是(　　)
A．阳光、空气和水不属于生态系统的组成成分
B．一种生物只能属于生态系统中的一种生物成分
C．自养型生物都是生产者，是生态系统的主要成分
D．细菌都属于分解者，其异化作用类型有需氧型和厌氧型两类　
2.　(2011·泰州模拟)关于生态系统中分解者的叙述，正确的是(　　)
A．专门营腐生生活的细菌也不一定是分解者，也可能是生产者或消费者
B．分解者将动植物遗传中的有机物分解成无机物，可以供绿色植物再利用
C．分解者分解动植物遗体释放出来的能量，可供绿色植物同化作用再利用
D．微生物不一定都是分解者，分解者一定都是微生物
3.(2009·浙江理综，6)经调查，某生态系统中Y、X、Z分别为第一、第二和第三营养级，每个营养级不同物种的个体数量如图甲所示(图中每一柱条代表一个物种)。一段时间后个体数量发生变化，结果如图乙所示。
　　
下列叙述正确的是(　　)
A．X营养级的生物被捕食的压力明显增加
B．Z营养级生物个体数量的增加是由捕食对象专一引起的
C．Y营养级生物个体数量的变化是由于捕食者对捕食对象有选择的结果
D．X营养级的生物之间存在明显的竞争关系，且其中某种生物处于竞争劣势
4.以虫治虫是生态农业的重要内容，如图是表示某一生态系统中四种生物所含有机物的总量。假设这四种生物只构成一条食物链。在一段时间内，如果甲的种群数量增加，
其可能引起的后果是(　　)
A．乙和丁的种群数量都增加
B．乙和丁的种群数量都减少
C．乙和丙的种群数量都减少
D．乙和丙的种群数量都增加
5.下图表示在某生态系统中，三个种群数量变化的相互关系，下列描述正确的是(　　)
A．a肯定是生产者，b肯定是初级消费者
B．a→b→c构成一条食物链
C．a与b、b与c为捕食关系
D．a与c为竞争关系
限时训练
题组一　生态系统的成分
1.如图，下列叙述正确的是(　　)。
A．图示的各种成分在生态学上可以构成一个生态系统
B．图示的各种成分在生态学上可以构成一个生物群落
C．细菌与蝉之间的关系属于竞争
D．蛇属于三级消费者
2.下列四项中的圆分别表示：a—生产者、b—分解者、c—原核生物、d—蓝藻、e—腐生细菌。能正确表示它们之间相互关系的是(　　)。

3．下列有关生态系统结构的叙述，正确的是(　　)
A．一种动物在生态系统中只能处在一个营养级上
B．在生态系统的食物链中，营养级越高的生物体型就越大
C．自养生物都是生产者，是生态系统的主要成分
D．细菌和真菌都是分解者
4．下图生态系统结构的关系图，a代表的成分是(　　)
A．生产者 B．消费者 C．分解者 D．不能确定
5．到南极考察的科学工作者，为了保护环境，除了必须把塑料以及金属类废弃物带离南极外，还必须把人体尿液、粪便等废物带离南极，这是因为南极(　　)
A．缺少生产者 B．分解者很少
C．没有消费者 D．缺乏必要的生活设施
6．最近科学家在水深约3 200米的太平洋底部的一副鲸的骨架上，发现了两种新型蠕虫。这些蠕虫没有消化器官，它们通过附肢里的细菌摄取营养。像树根一样的附肢可深入到死鲸的骨髓里“挖掘”营养，其中的细菌就将骨中的脂肪转化为糖供给蠕虫进行生命活动。下列有关叙述正确的是(多选)(　　)
A．这些蠕虫与细菌都是生态系统中的分解者
B．蠕虫与细菌的关系在生物学中属于互利共生
C．这种细菌在繁殖时不可能发生有丝分裂
D．可创造一个富含有机物和O2的人工环境培养这种细菌
题组二　生态系统营养结构
7.(2009·广东文基)右图表示某生态系统的食物网，关于此食物网的叙述，错误的是(　　)。
A．该食物网共有4条食物链
B．野兔、鹿及昆虫均为初级消费者
C．狼和云豹在不同食物链上均属于同一营养级
D．如果土壤受到污染，鹰体内的污染物积累浓度可能最高
8.下图是某池塘生态系统中的两食物链，大量捕捞花鲢后，种群将有所变化，下列能正确反映短期内种群总数量增长率变化趋势的是(　　)。
A．绿藻上升 B．白鲢下降
C．水蚤下降 D．乌鱼上升
9．如图是某草原生态系统中部分食物网简图，下列说法正确的是(多选)(　　)
A．图中所有生物构成一个生物群落
B．该食物网共有4条食物链
C．蛇处于多个不同的营养级
D．该生态系统中青蛙和蜘蛛可利用的总能量大于蝗虫可利用的总能量
10．长期处于相对稳定状态的生态瓶中只有一条食物链，共含有三个营养级。若每个营养级每日每小时的耗氧量如图中曲线所示，则曲线a、b、c所反映的营养级依次是(　　)
A．第三营养级、第二营养级、第一营养级
B．第三营养级、第一营养级、第二营养级
C．第二营养级、第三营养级、第一营养级
D．第一营养级、第二营养级、第三营养级
11．下图所示系统为食物网的结构模式图，下列叙述中不正确的是(　　)
A．在该食物网中，共有5条食物链存在
B．在该食物网中，H处于三个不同的营养级
C．若B种群中各年龄期的个体数目比例适中，则该种群的密度在一段时间内会明显
变大
D．在该食物网中，如果C种群的数量下降10%，则H的数量不会发生明显变化
题组三　综合题
12．在一个光照和水肥充足的小岛上，各种植物生长茂盛。在树上有飞翔的小型益鸟、猫头鹰，地上有鼠、蛇及蛙等动物在活动，还有许多昆虫、真菌和腐烂的动植物尸体。下列对此说法错误的是(　　)
A．这个小岛能构成一个生态系统
B．小型益鸟是第三营养级
C．在该岛上的食物网中，猫头鹰获得能量最多的食物链是“草→鼠→蛇→猫头鹰”
D．这个小岛上的分解者是营腐生生活的微生物
13下面表格表示某生态系统的食物网情况(相应动物有关表格中的?表示该动物胃中含有上面的生物)，请据表分析回答：
(1)该生态系统共有________条食物链。
(2)如果该生态系统中，能量传递效率平均为10%，那么，若第一营养级的同化能量为2×107kJ，则鹰最终获得的最大能量值是________。
(3)鹰处于第五营养级的食物链有________条。
(4)蛇和鹰的关系是________________。
(5)要使生态系统完整，还需要增加的成分是________________________________
________________________________________________________________________。
高考真题体验
1.（2012 山东）26. (8分)江苏某小型天然湖泊原有少量鱼类，后改造为人工鱼塘，投饵养殖植食性鱼类和肉食性鱼类，两类鱼均无滤食浮游生物的能力。养殖前后生态调查的数据见下表，请回答下列问题：[来源:21世纪教育网21世纪教育网]
(1)改为人工鱼塘后，该湖泊生物群落的 结构发生了显著变化。
(2)从种间关系的角度分析，水生高等植物明显减少的直接原因是 、
（3）从表中可以推测，与2007年相比，2010年湖水中生物体内所含的总能量显著增加，其主要原因是 。
（4）虾、贝等小型动物能摄食鱼饵料。如果肉食性鱼类只摄食虾、贝等小型动物，可以推测在相同饲养2010年肉食性鱼类的总量将会 ，植食性鱼类的总量将会 。
5)若对该湖泊进行生态修复，除停止养鱼外，还需恢复水生高等植物，以抑制浮游藻类生长。在这一过程中水生高等植物的直接作用 、 。
2.（2012 四川）31 I.(8分）为防治农田鼠害，研究人员选择若干大小相似、开放的大豆田，在边界上每隔一定距离设置适宜高度的模拟树桩，为肉食性猛禽提供栖息场所。设桩一段时间后，测得大豆田中田鼠种群密度的变化如图所示。请回答下列问题：
（1）该农田生态系统的主要成分是　　　　，猛禽与田鼠的种间关系是　　　　。
（2）该生态系统中田鼠的种群密度是由　　　　　　　　　　　　　　　　决定的；b点以后田鼠种群密度大幅上升，从田鼠生存环境变化的角度分析，其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）与曲线II相比，曲线I所示环境中猛禽的密度　　　　。若在农田周围合理植树可控制鼠害，从而帮助人们合理地调整该生态系统中的　　　　关系，使人们从中更多获益。
3.（2012 天津）9.（11分）夏初，在某河口多地点采集并测定水样，结果表明，各采样点无机氮浓度相近，而无机磷浓度差异较大，按无机磷浓度由低到高的顺序，绘制各采样点对应的浮游植物和浮游动物的密度曲线，结果如下图。
据图回答：
（1）磷元素进入浮游植物细胞后，以 分子的形式成为细胞膜支架的成分；在细胞内，磷元素通过参与 反应（写反应式），保持细胞内ATP含量的相对稳定。
（2）分析发现，P1、P2采样点浮游植物种类差别非常明显，从进化角度分析，这
是 的结果。
无机磷浓度高于P1的采样点，浮游动物的密度反而比P1采样点滴，下列有关其原因的分析，不可能的是 （单选）。
A.可被浮游动物取食的浮游植物种类较少
B.水体溶解氧较高
C.浮游动物的捕食者数量较多
D.水体有害物质浓度较高
（4）请用箭头补充完成该河口生物群落中氮元素的流向图。
4.．(2011·海南卷，21)关于生态系统的叙述，正确的是(　　)
A．生态系统中生产者得到的能量必然大于消费者得到的
B．生态系统中的信息传递对所有捕食者都必然是有利的
C．生态系统的食物链中营养级越高的生物，其体型必然越大
D．生态系统的食物链中营养级越高的生物，其体型必然越小
5．(2011·海南卷，28)
某岛屿居民与该岛上的植物、兔、鼠、鼬和鹰构成的食物网如图。某个时期，当地居民大量捕杀鼬，导致岛上鼠种群暴发，随后由鼠疫杆菌引起的鼠疫通过跳蚤使人感染。回答问题：
(1)该食物网中，植物中的能量能通过________条食物链传递给鹰，鹰所处的营养级为____________；兔与人的种间关系是________。鼠疫杆菌与人的种间关系是________。
(2)通常情况下，寄生在鼠身上的跳蚤对鼠种群数量的影响________(大于、小于、等于)鼬对鼠种群数量的影响；大量捕杀鼬会导致鼠种内竞争________(增强、不变、减弱)。
(3)生长在该岛上的蘑菇属于生态系统的________(生产者、消费者、分解者)，其体内贮存的能量________(能、不能)传递给植物。
6．(2011·全国卷，32)回答下列与生态学有关的问题。
(1)某人将未经检疫的外来鱼类和水草大量引进某水域生态系统后，导致生物多样性下降。从种间关系的角度分析，引起这种不良后果的原因是本地原有物种和外来物种之间可能存在着________、________、________的关系。
(2)某相对稳定的水域生态系统中主要有甲、乙、丙、丁、戊5个种群，各种群生物体内某重金属的含量如下表。已知水中的该重金属被生物体吸收后难以通过代谢排出体外。假设在这5个种群构成的食物网中，消费者只能以其前一个营养级的所有物种为食。
种群
甲
乙
丙
丁
戊
重金属含量(μg/kg鲜重)
0.003 7
0.003 7
0.035
0.035
0.34
据表中数据绘出该生态系统的食物网。
7．(2011·山东卷，5)6月5日是世界环境日，今年我国的世界环境日主题是“共建生态文明、共享绿色未来”。草原是绿色生态环境的重要组成部分。某草原生态系统的食物网如图所示。

(1)图中食物网的营养结构比较简单，因此，该草原生态系统的____________能力较差，其____________稳定性也相应较低。除图中所示的生物类群外，该生态系统的生物组成成分还应有____________才能保证其物质循环的正常进行。
(2)如果图中草能提供10 000 kJ的能量，营养级间的能量传递效率为10%～20%，那么鹰占据的营养级能得到的最低和最高能量值分别是____________kJ和____________kJ。若去除蛇，且狐的数量不变，则草原容纳鹰的数量会____________。若外来生物入侵该区，则会导致草原的____________锐减或丧失。
(3)影响图中兔种群数量变化的种间因素是____________和竞争。若某年兔种群的K值为1 000只，且1只兔和4只鼠消耗的草量相等，其他条件不变的情况下，次年鼠的数量增
加400只，则兔种群的K值变为____________只。用标志重捕法调查该区的种群数量时，若部分标记个体迁出，则导致调查结果____________(填“偏高”或“偏低”)。
(4)草原干旱时，兔摄取水分减少，体内细胞外液渗透压____________，引起____________渗透压感受器兴奋，增加抗利尿激素的释放，进而引起____________对水的重吸收增加，减少排尿量，以保持体内水平衡。
8.．(2010·海南生物，20)有一种生态农业模式是在水稻田中养鸭，利用鸭控制稻田中的杂草和害虫，鸭粪用作肥料。下列关于该模式的叙述中，错误的是(　　)。
A．杂草和水稻是生产者
B．鸭与害虫的种间关系为捕食关系
C．杂草和水稻的种间关系为竞争关系
D．水稻、鸭、害虫和杂草组成了一个农田生态系统
9．(2010·四川卷，30)某石质海滩的潮间带由大小不一的水坑和水坑间的凸出基质两类环境组成，主要生长着浒苔、角叉苔等海藻和滨螺、岸蟹等动物。岸蟹主要以滨螺等小动物为食，其主要天敌是海鸥。
(1)有人选择大小、深度等相似的两个自然水坑(A、B)，把B坑中的全部滨螺(233只)捉出，移入几乎无滨螺的A坑，研究滨螺对海藻及岸蟹种群的影响，结果如图所示。
①图A中浒苔数量下降的主要原因是________________________，从种间关系角度看，浒苔和角叉苔是________关系。
②水坑中岸蟹种群密度与________海藻的种群相对数量呈正相关。研究发现，此种海藻占优势的环境有利于岸蟹躲避天敌；而另一种海藻占优势的环境则相反。请据此解释B坑中的滨螺在移出前数量较多的原因___________________________________
________________________________________________________________________。
③本研究涉及到的生物构成的最长食物链为________________________。
(2)通过对水坑和凸出基质这两类微型生态系统中滨螺密度和海藻物种数的调查，绘制成图C。
①在滨螺极稀少的情况下，如果要最大限度地保护生物多样性，需要优先保护的是________________生态系统，这种保护措施属于________。
②当滨螺密度长期保持在100～200只/m2时，________生态系统的抵抗力稳定性较高。
10．(2010·全国Ⅱ，3)下列关于生态系统的叙述，错误的是(　　)。
A．草原生态系统比农田生态系统的群落结构复杂
B．环境条件分布不均匀是形成群落水平结构的原因之一
C．我国南方热带雨林中分解者的代谢活动比北方森林中的弱
D．植物可通过呼吸作用和光合作用参与生态系统的碳循环
11．(2009·广东卷，14)右图为南极某海域的食物链。据图判断正确的是(　　)。
A．此食物网共有6条食物链
B．硅藻既是生产者，又是分解者
C．磷虾在不同食物链上都属于同一营养级
D．严禁过度捕杀蓝鲸由于其对该食物网影响最大
12．(2008·广东生物，15)生产者是生态系统的重要组成部分，下列关于生产者的叙述，不正确的是(　　)。
A．都位于能量金字塔同一营养级
B．一定能固定CO2
C．都是生态系统能量转换的载体
D．一定是植物

学案43 生态系统的结构
答案与解析
基础自查
一．生态系统的概念及成分
1． 由生物群落与它的 无机环境相互作用而形成的统一整体。
2． 有大有小，其中生物圈是地球上最大的生态系统，它是地球上的全部生物及其无机环境的总和。
3． (1)非生物的物质和能量
①物质：水分、无机盐、空气。
②能量：热能、　光能。
(2)生产者
①范围：主要是绿色植物，属于自养型生物。
②地位：生态系统的主要成分。
③作用：通过光合作用或化能合成作用将无机物转化为有机物。
(3)消费者
①范围：主要是动物，包括植食性动物、肉食性动物、杂食性动物和寄生生物等。
②作用：消费者能够加快生态系统的物质循环。此外消费者对于植物的传粉和种子的传播等具有重要作用。
(4)分解者
①范围：主要是细菌和真菌。
②作用：将动植物遗传残骸中的有机物分解成无机物。
思考　 不都是。寄生植物如菟丝子不是生产者。动物中蜣螂、蚯蚓以粪便和腐殖质为食，属于分解者。硝化细菌、光合细菌属于生产者而不是分解者。
二、食物链和食物网
1．食物链
(1)概念：生态系统中各生物之间由于食物关系而形成的一种联系。
(2)特点：生产者是食物链的开始；消费者所处营养级不固定；一条食物链一般不会超过5个营养级。
2．食物网　
(1)概念：在一个生态系统中，许多食物链彼此相互交错连接成的复杂营养结构。
(2)功能：生态系统物质循环　能量流动
的渠道。
想一想　不一定，有的生物在食物网中可以占有多个营养级。
课堂深化探究
一．生态系统的组成成分
1．生态系统中四种成分的联系
(1)图解
(2)析图
①非生物的物质和能量
② 把非生物的物质和能量转变成生物体内的物质和能量(有机物及其贮存的化学能) 生态系统的基石。
2．四种成分的判断
(2) ①先根据双向箭头“??”确定“非生物的物质和能量”和“生产者”，再根据两者中有“3”个指出箭头的D为“生产者”，有“3”个指入箭头的C为“非生物的物质和能量”，最后根据D→B、D→A→B，确定A为消费者、B为分解者。
②若问D、A、B具体是什么生物，则D主要为绿色植物，A主要为动物，B主要为营腐生生活的细菌和真菌，还有少数营腐生的动物。
③图示中D、A、B共同构成生物群落，食物链(网)中只包括D和A生物。
生态系统的成分易混、易错点归纳
错误说法
特 例
细菌都是分解者
硝化细菌是自养型生物，属于生产者；寄生细菌属于特殊的消费者
动物都是消费者
秃鹫、蚯蚓、蜣螂等以动、植物残体为食的腐生动物属于分解者
生产者都是绿色植物
蓝藻、硝化细菌等自养原核生物也是生产者，应该说生产者包含绿色植物
植物都是生产者
菟丝子营寄生生活，属于消费者
温度是非生物的物质和能量
水、空气、矿质元素属非生物成分的物质；光能、热能属非生物成分的能量
二．生态系统的营养结构——食物链和食物网
1．食物链类型
食物链包括三种类型：捕食链、寄生链和腐生链。高中生物所涉及的食物链，实际上是捕食链，是由消费者和生产者之间通过食物关系形成的。
2．食物链图示及构成条件
(1)模式图：A→B→C→D→E。
(2)举例：捕食链中生态系统的成分、营养级的划分(举例如下)：
草　　→　　　鼠　　→　　蛇　　→　猫头鹰
成分：生产者　　　初级消费者　　次级消费者　　三级消费者
营养级：第一营养级　第二营养级　　第三营养级　　第四营养级
3．食物链与食物网作用
(1)错综复杂的食物网是生态系统保持相对稳定的重要条件。
(2)食物链和食物网是生态系统的营养结构。
(3)食物链和食物网是生态系统能量流动和物质循环的渠道。
4．生态系统中某种生物减少对其他生物数量变化的影响
(1) 引起以其为食物的第二营养级生物因食物缺乏而数量减少 引起连锁反应， 第三、第四营养级生物数量依次减少。
(2) 被捕食者数量变化是先增加后减少，最后趋于稳定。
(3) ① 消费者某一种群数量发生变化时，一般不考虑生产者数量的增加或减少。
② 当处于最高营养级的生物种群其食物有多种来源时，若其中一条食物链中断，该种群的数量不会发生较大变化。
③ 以它为食的蜥蜴减少，蛇也减少，蛇减少则鹰就更多地吃兔和食草籽的鸟 导致兔及食草籽的鸟减少
对应训练
1、　C　 在生态系统中，阳光、空气和水属于生态系统的非生物的物质和能量；有些生物可以属于生态系统中的两种生物成分，比如食虫草可进行光合作用，但又可以捕捉一些昆虫，其既是生产者又是消费者；硝化细菌能自己合成有机物，属于生产者；生产者属于自养型生物，是生态系统的主要成分。
2.　B　微生物一般有两种：一种是营腐生的，一种是营寄生的。营腐生的是分解者，营寄生的是消费者。分解者分解动植物遗体释放出来的能量是热能，是一种低效能，不能被绿色植物所利用。有些分解者不是微生物，如蚯蚓、蘑菇等。
3.　A　生物个体数量的变化受气候、食物、天敌等多种因素的影响。因为Y、X、Z分别为生态系统中第一、第二和第三营养级的生物，从图乙可以看出，一段时间后，X营养级的生物数量减少，被捕食的压力明显增加；Z营养级生物捕食对象没有改变，个体数量的增加不是由捕食对象专一引起的；从图中不能看出Y营养级生物个体数量的变化是由于捕食者对捕食对象有选择的结果；X营养级的生物之间存在竞争关系，某种生物处于劣势的现象不明显。
4.　D　[根据图示四种生物所含有机物总量由多到少依次是丙、丁、甲、乙。又知四种生物构成一条食物链。所以该食物链是丙→丁→甲→乙。若甲的种群数量增加，乙食物充足，乙会增加，丁因天敌的增加而减少，丁的减少，使丙数目增加。
5.　C　由图中的a、b、c之间的递减关系可以推理存在捕食关系。由a增加，b减少，可知a不是生产者。由b增加能引起a的增加，c的减少可知，a与c不属于竞争关系。
限时训练
题组一　生态系统的成分
1.解析　图示中包括了无机环境(光、CO2等)、生产者(绿色植物)、消费者(蝉等)和分解者(细菌)，它们构成了一个生态系统，A正确、B错误。蝉是消费者，细菌是分解者，两者之间不构成竞争关系，C错误。蛇属于四级消费者，D错误。
答案　A

2.解析　原核生物有些为生产者，有些为分解者、消费者，腐生细菌一定为分解者。
答案　A
3．C　一种动物在生态系统中可能处在一个营养级上，也可能处于不同的营养级上。在生态系统的食物链中，营养级越高的生物体型不一定越大，如一棵大树上有很多寄生虫。自养生物一定是生产者，是生态系统的主要成分。细菌不一定是分解者，如硝化细菌是生产者。4.B　生态系统包括生物群落和无机环境，生物群落包括生产者、消费者和分解者。从箭头的方向上分析，a的能量和物质来自b，并可传递给c，所以a是消费者。
5．B　 分解者的作用是把有机物分解成无机物。南极分解者很少；所以必须把废物带离南极。
6．ABC
题组二　生态系统营养结构
7.解析　本题考查食物网的相关知识，食物链有6条。所以A错。
答案　A
8.解析　花鲢被捕捞，乌鱼吃更多白鲢，使其下降，而绿藻数量变化受水蚤和白鲢的共同影响，数量变化不确定，水蚤应上升，乌鱼相对稳定。
答案　B
9．BC　[食物网中不包含分解者，因此不能构成群落；食物网中含有4条食物链，蛇处于两个不同的营养级；青蛙和蜘蛛可以利用的总能量少于蝗虫可以利用的总能量。]
10．D　[a的耗氧量随着时间变化，在8～15 h，有光照时释放氧气，所以应该是进行光合作用的生产者；b的耗氧量＞c的耗氧量，同时b在8～12 h时，耗氧量随着a释放氧气而增加，说明是第二营养级，c则为第三营养级。]
11．C　[在这个食物网中，从生产者到最高营养级的消费者，不重复的食物链有：①A→B→H；②A→C→D→H；③A→C→F→G→H；④A→E→D→H；⑤A→E→F→G→H，共5条。在该食物网的5条食物链中，H分别处于第三(链①)中、第四(链②、④中)和第五(链③、⑤中)营养级。C项先要清楚种群的年龄组成与种群增长率之间的关系。若B种群中各年龄期的个体数目比例适中，则该种群的年龄组成为稳定型，种群密度在一段时间内会保持稳定，而不会有明显变化。在该食物网中，若C种群的数量下降，则可由同一营养级的其他生物(B或E)来弥补，通过食物网中生物这种相互补偿、相互制约的自我调节机制，生态系统可维持平衡状态，生物的种类和数量能保持相对的稳定。]
题组三　综合题
12．C　[猫头鹰获得能量最多的食物链应该是草→鼠→猫头鹰；小型益鸟以虫为食，虫为第二营养级，故小型益鸟为第三营养级。]
13．(1)8　(2)2×105kJ　(3)3　(4)竞争和捕食　(5)非生物的物质和能量以及分解者
解析　关于食物链的数目，一定要从生产者开始到该链的最高营养级为止，中间不能停止，也不能从中间开始。获得最大能量时要从最短的食物链计算。不同食物链生物之间的关系不一样，蛇在捕食食虫鸟或鼠的时候，与鹰的关系为竞争，鹰捕食蛇的时候是捕食关系。完整的生态系统包括生物群落和非生物的物质和能量。
高考真题体验
1.【答案】（1）食物链
（2）捕食者（植食性鱼类）增多 竞争者（浮游藻类）大量繁殖
（3）投饵输入大量能量 （4）减少 增加
（5）吸收营养物质 竞争阳光
【解析】（1）生态系统是生物群落与它的无机环境相互作用形成的统一整体。生态系统的结构包括两方面的内容：生态系统的成分，食物链和食物网。改为人工鱼塘后，投饵养殖植食性鱼类和肉食食性鱼类，则该湖泊生物群落的食物链结构发生显著变化。
（2）种间关系有互利共生、捕食、竞争、寄生。从种间关系分析水生高等植物明显减少的直接原因一方面与养殖植食性鱼类有关，另一方面与浮游藻类争夺阳光、养料有关。“汉水丑生的（3）从表中可以看出2010年生物量明显多于2007年生物量，主要原因与人工投饵输入大量的能量。
(4)能量的传递是单向、逐级递减，传递效率10%-20%。虾、贝等小型动物能摄食鱼饵料，肉食性鱼类只摄食虾、贝类，与肉食性鱼类可以摄食鱼饵相比较，肉食性动物的能量来源减少，与植食性鱼类竞争减弱，植食性鱼类相对增多。
（5）水生高等植物与浮游藻类是竞争的关系，与浮游藻类竞争阳光和养料来抑制其生长。
2.【答案】（1）大豆 捕食
（2）出生率和死亡率、迁入和迁出 株冠形成有利于躲避天敌；食物增加
（3）更大 能量流动
【解析】
（1）根据题意，农田生态系统的生产者是大豆。猛禽与田鼠的种间关系是捕食。
（2）对一个种群来说，种群密度大小是由出生率和死亡率、迁入和迁出来决定的。b点之后，株冠开始形成，这样有利于田鼠躲避天敌，同时，周围的生物也逐渐丰富，为田鼠提供更多的食物来源。
（3）曲线Ⅰ和曲线Ⅱ相比，桩之间的距离更小，这样可以为田鼠提供更大的生存空间，相应的也为猛禽提供更多的食物来源，猛禽的密度会更大。通过合理植树，控制鼠害，这样可以合理调整生态系统中的能量流动的关系，使之流向对人类最有益的部分，使人们从中更多获益。
3.【答案】(1)磷脂 ADP+Pi+能量 ATP
(2)自然选择
（3）B
（4）
【解析】第1小题考点基础，考核发细胞膜的基本支架和ATP生成反应式。
第2小题考查学生对生物与环境的关系，高浓度环境植物动物均难以生存
第3小题考查生态因素对生物的影响，并分析有利和非有利因素。若水体中溶氧较高，则对大多数动物而言是有利的。不应是减少的原因。
4．A　[能量在生态系统中是单向流动、逐级递减的，某一营养级的能量约是其上一营养级的10%～20%；生态系统的信息传递可调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定，但并非对所有捕食者都有利；生态系统中的营养级与生物的体型大小没有必然联系。]
5．(1)4　第三、第四营养级　捕食、竞争　寄生
(2)小于　增强　(3)分解者　不能
解析　(1)由图可知，该食物网共有植物→兔→鹰、植物→兔→鼬→鹰、植物→鼠→鹰、植物→鼠→鼬→鹰 4条食物链将植物固定的能量传递给鹰。鹰所处的营养级为第三营养级和第四营养级。图中植物→人、植物→兔→人 2条食物链中人与兔之间存在着捕食和竞争关系。鼠疫杆菌是寄生于人体内而存活的。
(2)跳蚤寄生于鼠身上，对鼠有害，但不会引起鼠死亡；鼬对鼠的捕食会引起鼠个体的死亡，故通常情况下，鼬对鼠种群的影响更大。大量捕杀鼬后，鼠因缺少天敌而大量繁殖，导致鼠种群暴发，进而导致种内竞争加剧。
(3)蘑菇属于生态系统中的分解者，其分解动植物的遗体、粪便，释放的能量用于自身生长发育和以热能形式散失，能量是单向流动的，故不能传递给植物。
6.解析　本题综合考查了群落和生态系统的结构、生态环境保护等相关知识。(1)种间关系包括互利共生、寄生、捕食和竞争，其中只有互利共生对双方都有利。(2)生物富集又称生物浓缩，是指生物体从周围环境中吸收某种浓度极低的元素或不易分解的化合物并逐渐积累，使生物体内该元素或化合物的浓度超过环境中浓度的作用过程；营养级越高，有害物质的浓度就越高。根据生态系统能量流动逐级递减的特征和生物富集效应可以推断出，甲乙处于同一个营养级，丙丁处于同一个营养级。
答案　(1)竞争　捕食　寄生
(2)　　
7.解析　本题考查有关生态系统相关的知识。对于一个相对稳定的生态系统来说，生物种类及数目、营养结构的复杂程度决定该生态系统的自动调节能力和抵抗力稳定性。由于该草原中生物种类比较少、营养结构比较简单，所以其自动调节能力和抵抗力稳定性相对较低；而生态系统中生产者、消费者和分解者共同作用完成生态系统中的物质循环；生态系统中能量流动，能量传递最低按10%计算，最高按20%计算，所以鹰占据的营养级能得到的最低能量值，按最多营养级和10%传递效率来计算，草→鼠→蛇→鹰：10 000×10%×10%×10%＝10 kJ；最高能量值按最少营养级和20%计算，草→鼠→鹰或草→兔→鹰：10 000×20%×20%＝400 kJ；影响种群数量变化因素有生物因素和非生物因素，生物因素有种内关系和种间关系，种间关系有共生、竞争、捕食和寄生，图中影响兔的数量的种间因素是竞争和捕食。若某年兔种群的K值为1 000只，且1只兔和4只鼠消耗的草量相等，其他条件不变的情况下，次年鼠的数量增加400只，则400除以4就是兔的减少量，所以兔的K值为1 000－400÷4＝900只；用标志重捕法调查该区的种群数量时，若部分标记个体迁出，则重捕中的被标记的数量减少，则计算出来的值变大。兔摄入水减少，则细胞外液的渗透压升高，下丘脑神经分泌细胞分泌的抗利尿激素增加，使肾小管和集合管对水的重吸收增多，使细胞外液的渗透压降低。
7.答案　(1)自动调节(或反馈调节)　抵抗力　分解者
(2)10　400　增加　生物多样性(或物种多样性)　(3)捕食　900　偏高　(4)升高　下丘脑　肾小管和集合管
8.解析　生态系统包括所有的生物及其生存的环境，水稻、鸭、害虫和杂草仅仅是部分生物，不能组成生态系统。
答案　D
9.解析　本题考查生态学相关知识，考查学生的综合应用能力。
第(1)题：第①小题：图A中移入滨螺后，浒苔数量下降，因此应是被滨螺捕食。浒苔和角叉苔同为藻类，且图中浒苔数量下降后，角叉苔数量上升，因此二者为竞争关系。
第②小题：综合图A和图B可见，水坑中岸蟹种群密度与浒苔的种群相对数量呈正相关。浒苔占优势的环境有利于岸蟹躲避天敌，因而B坑中的滨螺在移出前，浒苔较少，不利于岸蟹躲避天敌，岸蟹被大量捕食，因而岸蟹数量较少，岸蟹数量少，对滨螺捕食少，因而滨螺较多。
第③小题：最长的为：浒苔―→滨螺―→岸蟹―→海鸥。
第(2)题：第①小题：在滨螺极稀少的情况下，分析图C，凸出基质生态系统中海藻物种数多，因此需要优先保护的是凸出基质生态系统，这种保护措施属于就地保护。
第②小题：当滨螺密度长期保持在100～200只/m2时，水坑生态系统的海藻物种数多，抵抗力稳定性较高。
9.答案　(1)①被滨螺捕食　竞争　②浒苔
B坑浒苔较少，不利于岸蟹躲避天敌，岸蟹被大量捕食，因而岸蟹数量较少，岸蟹数量少，对滨螺捕食少，因而滨螺较多
③浒苔―→滨螺―→岸蟹―→海鸥　(2)①凸出基质　就地保护　②水坑
10解析　我国南方气温较北方高，南方热带雨林中分解者的代谢活动比北方森林中的强。
答案　C
11解析　此食物网共有9条食物链，硅藻是植物，属于生产者，不是分解者，生产者遭到破坏对食物网的影响最大。而磷虾在每一条食物链中都是第二营养级，所以C项对。
答案　C
12解析　生产者可能为绿色植物、蓝藻、光合细菌以及化能合成的细菌。
答案　D
学案44 生态系统的能量流动
考纲要求
生态系统能量流动的基本规律及应用(Ⅱ)。
复习要求
1、分析生态系统的能量流动的过程与特点。
2、概述研究能量流动的意义。
基础自查
一．能量流动的概念
二、能量流动的过程
1．起点： 。
2．总量： 。
3．流动渠道： 。
4．特点：(1)单向流动： 。
(2)
① 。
② 。
③传递效率为 (形象地用能量金字塔表示)。
三、能量流动研究意义
1． 。
2． 。
课堂深化探究
一．分析能量流动过程图(以初级消费者为例)，完成下列问题
1.(1)大方框代表 。
(2)大粗箭头表示 ，即
。
(3)能量流动的方向(以箭头表示) 。
(4)箭头由粗到细表示流入 。
(5)方块面积越来越小表示
(6)分解者体内的能量及呼吸产生的能量以热能的形式散失到系统外，成为不能再利用的能量。
(7)能量流动特点： 。
(8)能量传递效率： 。
计算式为： 。
2．对能量流动的理解
“能量流动”是生态系统的基本功能之一，能量是维持生态系统存在和发展的动力。
起点

源头

能量输入
相关生理过程

总能量

能量的传递
传递形式：
传递渠道：
能量的散失
相关生理过程

形式

能量流动特点

能量传递效率

2．简述能量流动的意义及提高能量利用率的措施。

思维拓展
1．能量的传递效率为10%～20%的含义是指一个营养级的总能量大约只有10%～20%传到下一营养级。如果按20%这一最高效率计算，若第一营养级的总能量为100%，第二营养级所获得的能量为20%，第三营养级所获得的能量为20%×20%＝4%……，第n营养级所获得的能量是第一营养级能量的(若按传递效率10%计算，公式为)，由此可知生态系统中的能量传递一般不超过4～5个营养级。
2．确定食物链中的营养关系。据能量传递效率20%计算，相邻两个营养级的能量差值也在5倍左右，若能量差值远比五倍小，则应位于同一营养级。
3．提高能量利用率的措施不能提高能量传递效率。
4．极值计算：(1)设食物链A→B→C→D，分情况讨论
现实
问题
思路求解
D营养级
净增重M
至少需要A营养级多少
N×(20%)3＝M
最多需要A营养级多少
N×(10%)3＝M
A营养级
净增重N
D营养级最多增重多少
N×(20%)3＝M
D营养级至少增重多少
N×(10%)3＝M
(2)在某一食物网中，一个消费者往往同时占有多条食物链，当该消费者增加了某一值时，若要计算最少消耗生产者多少时，应选最短的食物链和最大传递效率20%进行计算，这样消费者获得的能量最多；若要计算最多消耗生产者多少时，应选最长的食物链和最小传递效率10%进行计算，这样消费者获得的能量最少。
方法技巧　利用“拼图法”解决能量流动中的难题
输入第一营养级的能量(W1)，被分为两部分：一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了(A1)，一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖(B1＋C1＋D1)。而后一部分能量中，包括现存的植物体B1流向分解者的C1、流向下一营养级的D1。参考图示，很容易理解以下问题：
(1)流经整个生态系统的总能量是生产者固定的总能量，即W1。将图中第三营养级同化的总能量D2“拼回”第二营养级，则刚好等于D1，即第二营养级同化的总能量；再将D1“拼回”第一营养级，则刚好等于生产者固定的总能量W1。可见，在一个草原生态系统中，草原上所有生物的总能量都来自W1，所有生物总能量之和都小于W1(呼吸作用消耗的缘故)。
(2)能量传递效率不会是100%。从上图可以看出，从第一营养级向第二营养级能量的传递效应等于D1/W1，因此不会达到100%，一般情况下，能量传递效率为10%～20%。
(3)在解决有关能量传递的计算问题时，首先要确定相关的食物链，理清生物与生物在营养级上的差值。
二．每一营养级能量来源与去路的分析
(1)动物同化的能量＝ ，即 。例如蜣螂利用大象的粪便获得能量，就不能说蜣螂获得了大象的能量。
(2)流入一个营养级的能量是指 。
能量的来源与去路：


即一个营养级所同化的能量＝ 。
三．流动模型——生态金字塔的类型、含义比较
能量金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
形 状
特 点

象征含义

每一阶含义

特殊形状
无
树―→昆虫―→鸟
极少
对应训练
1.　如图表示在某生态系统中，能量流经第二营养级的示意图。对该图分析不合理的是(　　)
A．能量流动是伴随着物质利用而进行的
B．图中甲为初级消费者同化的能量，即第二营养级所含有的能量
C．该图不够完善，缺少甲中因呼吸以热能散失的能量
D．乙比甲的能量少的原因是甲的遗体、残骸中的能量被分解者利用而未传递下去
2．如图表示一般生态系统的结构模式图，在不考虑物质的输入和输出情况下，下列说法不正确的是(多选)(　　)
A．能量主要是以太阳能的形式输入生态系统
B．组分1、2、3分别代表生产者、分解者和消费者
C．在一个幼苗茁壮成长的农田生态系统中能量的输出量和输入量相等
D．如果组分1是生产者，那么组分1代表的是绿色植物
3.下图为生态系统中食物链所反映的能量流动情况，图中箭头表示能量流动的方向，单位为kcal/(m2·a)。下列说法错误的是(　　)
A．食物链的营养关系一般不可逆，这决定了能量流动的单向性
B．辐射的太阳能中仅有1%左右的能量被生产者利用
C．每一营养级的能量大部分用于呼吸和被分解者利用
D．此生态系统中的分解者可利用图中A的所有能量
4.如图为某一生态系统的能量金字塔，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，E1、E2代表能量的形式。下列叙述正确的是(　　)
A．Ⅰ是初级消费者
B．Ⅳ为分解者
C．E1为太阳能，E2为热能
D．能量可在食物链中循环利用
5.在如图所示的食物网中，假如猫头鹰的食物有来自于兔子，来自于鼠，来自于蛇，那么猫头鹰若增加20 g体重，最少需要消费植物(　　)。
A．600 g B．900 g C．1 600 g D．5 600 g
6．下图表示A、B两个特殊生态系统的能量金字塔。有关解释正确的是(　　)
①一个吃玉米的人所获得的能量一定比一个吃牛肉的人获得的能量多
②能量沿食物链单向流动，传递效率随营养级的升高而逐级递减
③若A和B中玉米的数量相同，A若能养活10 000人，则B可能只能养活1 000人
④若土壤中含相同浓度的难降解污染物，则A中的人比B中的人体内污染物浓度低
A．①③④ B．①②③
C．①②③④ D．③④
限时训练
题组一　能量流动过程和特点
1．以下关于生态系统的能量流动的叙述中，哪一项是不正确的(　　)
A．能量流动是单向的、不循环的
B．食物链越短，终级消费者获得的能量越多
C．初级消费者越多，次级消费者获得的能量越少
D．营养级越多，散失的能量越多
2.下图为生态系统中能量流动图解的部分示意图，①②③④⑤各代表一定的能量值，下列各项中正确的是(　　)。
A．第三营养级流向第四营养级的能量传递效率为×100%
B．图中④包含了次级消费者粪便中的能量
C．在人工饲养的高密度鱼塘中初级消费者获得的总能量往往大于⑤
D．食物链中的各营养级获得能量的方式及能量的用途完全相同
3．下列有关生态系统能量流动的叙述中，错误的是(　　)
A．当狼捕食兔子并转化为自身的有机物时，能量就从第一营养级流入第二营养级
B．当狼吃掉一只兔子时，狼不可能获得兔子的全部能量
C．生产者通过光合作用合成有机物，能量就从非生物环境流入生物群落
D．生态系统的能量流动是单向的，逐级递减的
4．某自然生态系统中有一条食物链：甲→乙→丙→丁，测得这四种生物所含的有机物总量分别为a、b、c、d(单位：kg/年)。下列叙述中正确的是(　　)
A．丙种群个体所含有机物的平均值一定大于丁种群
B．甲从无机环境中获得的能量等于a所含的能量
C．若能量在相邻的两个营养级间的传递效率是20%，则b＋c＋d＝0.2 a
D．甲的同化作用类型为自养型
5．(2011·马鞍山模拟)如图表示某湖泊生态系统的营养结构，a～e代表各营养级的生物，下列叙述不正确的是(　　)
A．共有三条食物链
B．各营养级中，能量最多的是c，生物个体数量最多的是a
C．若水体受有机磷农药轻微污染，则受害最严重的是a
D．若c所含能量为5.8×109kJ，d含1.3×108kJ，则a至少约含4.5×107kJ
题组二　生态金字塔和研究能量流动的意义
6． 在社会主义新农村建设中，四川某地通过新建沼气池和植树造林，构建了新型农业生态系统(如图所示)。下列有关叙述正确的是(多选)(　　)
A．该生态系统中，处于第二营养级的生物有人和家禽家畜
B．该生态系统中，人的作用非常关键，植物是主要成分
C．该生态系统的建立，提高了各营养级间的能量传递效率
D．沼气池的建造和植树造林，提高了该生态系统的稳定性
7．如图是某个农业生态系统的结构模式图，该图中表示生态系统能量流动的箭头是(　　)
A．①③ B．②③⑤
C．①③④ D．②⑤
8．我国北方的一些地区每年都会发生一定程度的蝗灾，当地政府和农牧民常用喷洒农药的方法来杀灭蝗虫。2000年发生蝗灾时，新疆某地邀请来一批养鸭户，把几十万只鸭子放养到虫害严重的草原上，收到很好的效果。下列有关叙述中错误的是(　　)
A．利用农药灭虫，农药对蝗虫起选择作用，生存下来的蝗虫都是抗药能力较强的
B．利用鸭子消灭蝗虫，根本目的是调整生态系统能量流动关系，使能量更多地流向鸭子
C．利用鸭子消灭蝗虫，从生态的成分看，鸭子是次级消费者，鸭子与草原上的牛、羊的关系是种间互助
D．利用鸭子消灭蝗虫不仅可以获得较好的经济效益，而且还能减轻污染、保护其他生物
9下图表示甲、乙两个特定生态系统的能量金字塔，有关解释正确的是(　　)。
A．一个吃玉米的人所获得的能量一定比一个吃牛肉的人获得的能量多
B．能量沿食物链单向流动，传递效率随营养级的升高而逐级递减
C．若甲和乙中玉米的数量相同，能量传递效率为10%，且甲能养活10 000人，则乙能养活500人
D．若土壤中含相同浓度的DDT，则甲中的人比乙中的人体内DDT低
题组三　综合题
10．下图甲为某湖泊生态系统的能量金字塔简图，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表不同的营养级，m1、m2代表不同的能量形式。图乙表示能量流经该生态系统某一营养级的变化示意图，其中a～g表示能量值的多少。请据图作答：
(1)图甲中，m1、m2表示的能量形式分别为__________、________。通常情况下，位于营养级Ⅳ的生物个体数量一般远远少于Ⅲ，主要原因是________________________________。
(2)图乙中，若A表示图甲中营养级Ⅱ所摄入的全部能量，则B表示____________，C表示________________。若图甲中营养级Ⅰ所固定的太阳能总量为y，则营养级Ⅰ、Ⅱ间的能量传递效率是________(用图中所给字母的表达式表示)。
(3)由图乙可以总结出生态系统能量流动的主要特点是
________________________________________________________________________。
(4)若图甲营养级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各有一种生物甲、乙、丙，构成食物关系如右图。其中，甲能量中比例为X的部分直接提供给丙，则要使丙能量增加A kJ，至少需要消耗甲的能量为________kJ(用所给字母的表达式表示。)
高考真题体验
1.（2012 安徽）30 II．（8分）某弃耕地的主要食物链由植物(田鼠(鼬构成。生态学家对此食物链能量流动进行了研究，结果如下表，单位是J/（hm2·a）。
植物
田鼠
鼬
固定的太阳能
摄入量
同化量
呼吸量
摄入量
同化量
呼吸量
2.45(1011
1.05(109
7.50(108
7.15(108
2.44(107
2.25(107
2.18(107
(1)能量从田鼠传递到鼬的效率是 。
(2)在研究能量流动时，可通过标重捕法调查田鼠种群密度。在1hm2范围内，第一次捕获标记40只田鼠，第二次捕获30只，其中有标记的15只。该种群密度是 只/hm2。若标记的田鼠有部分被鼬捕食，则会导致种群密度估算结果 。
（3）田鼠和鼬都是恒温动物，同化的能量中只有3%—5%用于 ，其余在呼吸作用中以热能形式散失。
（4）鼬能够依据田鼠留下的气味去猎捕后者，田鼠同样也能够依据鼬的气味或行为躲避猎捕。可见，信息能够 ，维持生态系统的稳定。
2.（2012 海南）下图为某生态系统的能量流动简图，下列叙述错误的是
A.甲是生产者，乙是消费者
B.该生态系统是一个开放的系统
C.能量通过光合作用固定并进入系统，可以热能形式输出v
D.甲、乙和分解者所贮存的能量之和是输入该生态系统的总能量
3.（2011 全国I）回答下列与生态学有关的问题：
（2）某相对稳定的水域生态系统中主要有甲、乙、丙、丁、戊5个种群，各种群生物体内某重金属的含量如下表。已知水中的该重金属被生物体吸收后难以通过代谢排出体外。假设在这5个种群构成的食物网中，消费者只能以其前一个营养级的所有物种为食。
种群
甲
乙
丙
丁
戊
重金属含量（μg/Kg鲜重）
0.0037
0.0037
0.035
0.035
0.34
据表中数据绘出该生态系统的食物网。

（2011 安徽）大熊猫和华南虎都是我国的珍稀保护动物，它们体型相近，曾经同城分布，一度都有较大的种群数量。由于栖息地破坏导致它们的数量锐减，目前野生大熊猫仅有1600只左右，而华南虎在野外已基本绝迹。
从生态系统能量流动的特点分析，大熊猫比华南虎有一定生存优势的原是 。
根据能量流动逐级递减特点，由于华南虎是肉食性，而大熊猫是植食性动物，营养级低，所以生存优势强。
5.（2011 山东）6月5日是世界环境日，今年我国的世界环境日主题是“共建生态文明、共享绿色未来”。?草原是绿色生态环境的组部分。某草原生态系统的食物网如图所示。
如果图中草能提供10000KJ的能量，营养级间的能量传递效率为10%?～?20%，那么鹰占据的营养级能够得到的最低和最高能量值分别是___________KJ和___________KJ。若去除蛇，且狐的数量不变，则草原容纳鹰的数量会__________。若外来生物入侵该区，则会导致草原的__________锐减或丧失。
6.（2010 山东）以下表示动物利用食物的过程：“
正确的分析是
A．恒温动物的④/③值一般高于变温动物
B．哺乳动物的③/①值一般为10%-20%
C．提高圈养动物生长量一般需提高③/②值
D．食肉哺乳动物的③/②值一般低于食草哺乳动物
7.．(2011·天津理综，9)放牧强度可影响人工草地的物质循环和能量流动。图1是亚热带某人工草地在不同放牧强度下牧草净光合产量(净光合产量＝光合作用合成量－呼吸作用消耗量)的变化图，G0为不放牧，G1～G3为放牧强度逐渐增强。
据图回答：
(1)5～10月份的最适放牧强度是________(从G0～G3中选填)，________月份可被初级消费者利用的总能量最多。
(2)与放牧草地相比，8月份不放牧草地净光合产量明显偏低的原因有________(多选)。
A．过多枝叶对下层植物有遮光作用
B．植株衰老组织较多
C．缺少动物粪尿的施肥作用
D．草地生态系统的物质循环加快
(3)据图1分析，为使牧草净光合产量维持在最高水平，4～10月份需要采取的放牧措施是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)牧草的光合作用强度可用单位时间和面积的____________来表示。
(5)在牧草上喷洒32P标记的磷肥，检测32P在初级和次级消费者中的放射强度，结果见图2，其中A消费者处于第________营养级。
(6)在生态系统的生物成分中，生产者体内的32P除被消费者利用外，还有部分进入________。
8．(2010·江苏，11)有人发起“多吃素食、少吃肉食”的运动，以支援粮食短缺地区的灾民。运用生态学知识对此的合理解释是(　　)。
A．多吃肉食会增加心血管病的发病率
B．直接以低营养级的生物为食将消耗生态系统更多的能量
C．多吃肉食比多吃素食消耗的粮食总量更多
D．节省的肉食可以帮助灾民提高营养水平
9．(2009·全国卷Ⅰ，34)某种植玉米的农场，其收获的玉米子粒既作为鸡的饲料，也作为人的粮食，玉米的秸秆则加工成饲料喂牛，生产的牛和鸡供人食用，人、牛、鸡的粪便经过沼气池发酵产生的沼气作为能源，沼渣、沼液作为种植玉米的肥料。据此回答下列问题(不考虑空间因素)。
(1)请绘制由鸡、牛、玉米和人组成的食物网：
(2)牛与鸡之间________(有、无)竞争关系，理由是__________________。人与鸡的种间关系是________，人与牛的种间关系是________。
(3)流经该农场生态系统的总能量来自________所固定的________，无机环境中的碳以________形式进入该人工群落。
(4)假设该农场将生产玉米的作为饲料养鸡，供人食用，生产出的鸡供人食用。现调整为的玉米养鸡，供人食用，生产出的鸡仍供人食用。理论上，该农场供养的人数将________(增多、不变、减少)，理由是________________________________。
10．(2011·海南单科，21)关于生态系统的叙述，正确的是(　　)。
A．生态系统中生产者得到的能量必然大于消费者得到的
B．生态系统中的信息传递对所有捕食者都必然是有利的
C．生态系统的食物链中营养级越高的生物，其体型必然越大
D．生态系统的食物链中营养级越高的生物，其体型必然越小
11．(2010·全国Ⅰ，5)右图是一个农业生态系统模式图，关于该系统的叙述，错误的是(　　)。
A．微生物也能利用农作物通过光合作用储存的能量
B．沼气池中的微生物也是该生态系统的分解者
C．沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用
D．多途径利用农作物可提高该生态系统的能量利用效率
学案44 生态系统的能量流动
答案与解析
基础自查
一． 生态系统中能量的输入、传递、转化和散失的过程，称为生态系统的能量流动。
二、能量流动的过程
细胞呼吸　细胞呼吸　初级消费者　次级消费者　三级消费者　细胞呼吸　有机物　细胞呼吸　热能
1．起点：生产者固定太阳能开始。
2．总量：生产者固定的太阳能总量。
3．流动渠道：食物链和食物网。
4．特点：(1) 能量只能沿着食物链由低营养级流向高营养级。
(2) ①每个营养级生物都因呼吸作用而散失部分热能。
②每个营养级生物总有一部分不能被下一营养级利用。
③传递效率为10%～20%(形象地用能量金字塔表示)。
三、能量流动研究意义
1．帮助人们科学规划，设计人工生态系统，使能量得到最有效利用，实现能量的多级利用　。
2．帮助人们合理地调整生态系统中能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。
课堂深化探究
分析能量流动过程图(以初级消费者为例)，完成下列问题
1.(1)大方框代表一个生态系统。
(2)大粗箭头表示流经一个生态系统的总能量，即本生态系统中全部生产者所固定的太阳能总量。
(3)能量流动的方向(以箭头表示)单向流动。
(4)箭头由粗到细表示流入下一个营养级的能量逐级递减　。
(5)方块面积越来越小表示随营养级别的增加，贮存在生物体内的能量越来越少
(6)分解者体内的能量及呼吸产生的能量以热能的形式散失到系统外，成为不能再利用的能量。
(7)能量流动特点：单向流动、逐级递减。
(8)能量传递效率：10%～20%。
计算式为：相邻两营养级之间的传递效率＝下一个营养级同化量/上一个营养级同化量×100%。
2．对能量流动的理解
“能量流动”是生态系统的基本功能之一，能量是维持生态系统存在和发展的动力。
起点
生产者
源头
光能
能量输入
相关生理过程
光合作用、化能合成作用
总能量
生产者固定的太阳能总量
能量的传递
传递形式：有机物
传递渠道：沿食物链和食物网
能量的散失
相关生理过程
细胞呼吸
形式
热能
能量流动特点
①逐级递减；②单向流动
能量传递效率
10%～20%
2．(1)意义
①帮助人们科学规划、设计人工生态系统，使能量得到最有效利用。
②帮助人们合理地调整生态系统中的能量流动关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。
(2)措施
①尽量缩短食物链。
二．每一营养级能量来源与去路的分析
(1)动物同化的能量＝摄入量－粪便有机物中的能量，即摄入的食物只有部分被同化。例如蜣螂利用大象的粪便获得能量，就不能说蜣螂获得了大象的能量。
(2)流入一个营养级的能量是指被这个营养级的生物所同化的全部能量。
能量的来源与去路：


即一个营养级所同化的能量＝呼吸散失的能量＋被下一营养级同化的能量＋分解者利用的能量＋未被利用的能量。
三．流动模型——生态金字塔的类型、含义比较
能量金字塔
数量金字塔
生物量金字塔
形 状
特 点
正金字塔形
一般为正金字塔形
一般为正金字塔形
象征含义
能量沿食物链流动过程中具有逐级递减的特性
一般生物个体数目在食物链中随营养级升高而逐级递减
一般生物有机物的总质量沿食物链升高逐级递减
每一阶含义
每一营养级生物所含能量的多少
每一营养级生物个体的数目
每一营养级生物的有机物总量
特殊形状
无
树―→昆虫―→鸟
极少
对应训练
1　D　由图可知，甲为初级消费者同化的能量，即第二营养级所含有的能量；乙为初级消费者用于生长、发育和繁殖的能量，即第二营养级所含的能量减去因呼吸以热能形式散失的能量之后而剩余的能量，该部分的能量最终将有两个去向，一是遗体、残骸中的能量被分解者利用，二是被次级消费者摄入。乙和甲仍然处于同一个营养级，乙比甲的能量少的原因是呼吸作用消耗。
2．ACD　 组分1为生产者，既可代表绿色植物，也可代表硝化细菌、蓝藻等自养生物，故D错误；幼苗茁壮成长，能量的输入大于输出，C错误；能量主要以化学能的形式输入生态系统。
3D　图中A中的能量包括呼吸散失的热能，分解者不能利用。
4　C　能量金字塔反映食物链中各营养级所拥有能量值的大小。能量金字塔的最低层为第一营养级即生产者，Ⅳ为本金字塔中最高营养级而非分解者。非生物的物质和能量中太阳能被生产者经光合作用固定而进入生物群落。最终被各营养级成分的呼吸作用以热能的形式散失到无机环境。
5.解析　通过食物链(植物→兔→猫头鹰)，猫头鹰增重20 g×＝8 g，最少需要消费植物的量为8 g×5×5＝200 g；通过食物链(植物→鼠→猫头鹰)，猫头鹰增重20 g×＝8 g，最少需要消费植物的量为8 g×5×5＝200 g；通过食物链(植物→鼠→蛇→猫头鹰)，猫头鹰增重20 g×＝4 g，最少需要消费植物的量为4 g ×5×5×5＝500 g。所以合计至少消费植物200 g＋200 g＋500 g＝900 g。
6．D　 生态系统的能量流动指的是种群间的能量流动，而非个体，故①错误。能量沿食物链单向流动，随着营养级的升高而逐级递减，能量传递效率并未随着营养级的升高而逐级递减，故②错误。
限时训练
题组一　能量流动过程和特点
1．C　[初级消费者的多少，理论上并不影响相邻营养级间能量的传递效率，因此次级消费者获得的能量还是相对稳定的。]
2.解析　第三营养级流向第四营养级的能量传递效率为×100%；粪便不属于次级消费者自身的同化量；在食物链中各营养级获得能量的方式及能量的用途不完全相同，如第一营养级与各消费者同化能量的方式不同；在人工饲养的高密度鱼塘中，鱼所获得的能量不只是来自生产者，而可能更多地来自人工投放的饲料。
答案　C
3．A　[兔子是第二营养级，狼是第三营养级，故狼捕食兔子后，能量从第二营养级流入第三营养级。]
4．D　[丙营养级有机物大于丁营养级而不是种群；甲从无机环境中获得的能量大于a所含的能量；能量在两营养级之间的传递效率为20%，则b为0.2 a，c为0.04 a，d为0.008 a；生产者甲一定是自养型。]
5．B　[图中共有c→d；c→e→a；c→b→a三条食物链；a处的营养级最高，所以生物富集作用最严重；a“至少”获得的能量：按10%传递，选择食物链最长的计算；d消耗c的能量按最多为1.3×108kJ÷10%＝1.3×109kJ，c剩余的能量为5.8×109kJ－1.3×109kJ＝4.5×109kJ，按10%的传递效率，由c→b→a，得4.5×107kJ，故D正确。]
题组二　生态金字塔和研究能量流动的意义
6．ABD　 该生态农业实现了物质和能量的多级利用，大大提高了能量的利用率，而非能量传递效率。
7．C　 农作物的能量可传给人、鸡、猪、牛，而鸡、猪、牛的能量也可传给人；但人和鸡、猪、牛的能量不能传给农作物，这是由食物链的方向决定的。
8．B　 利用鸭子消灭蝗虫并非想使能量更多地流向鸭子，根本目的是利用鸭子与蝗虫的捕食关系更好地消灭蝗虫，获得更好地经济效益。
9.解析　对于一个个体来说，其从上一营养级获得能量的多少取决于其摄入量及同化的比例，故A错误；在生态系统中能量的传递效率在10%～20%之间，与营养级高低没有联系，故B错误；假设每个人的能量为a，则甲图中玉米含有的能量为10 000a÷10%＝100 000a，那么乙能养活的人数为100 000a×10%×10%÷a＝1 000，故C错误；DDT在食物链中具有富集现象，即营养级越高，体内含有的DDT浓度越大，甲中人处于第二营养级，乙中人处于第三营养级，故D正确。
答案　D
题组三　综合题
10．(1)太阳能(或同化固定的能量)　热能(或呼吸作用散失的热量)　营养级越高，可利用能量越少(或营养级高的物种，往往体型较大)　(2)同化固定的能量　用于生长、发育和繁殖的能量　b/y×100%　(3)单向流动，逐级递减　(4)25A/(1＋4X)
解析　(1)m1表示流入该生态系统的能量，这部分能量是太阳能或同化固定的能量，m2表示从该生态系统散失的能量，即热能或呼吸作用散失的热量。由于能量在传递过程中是逐级递减的，则营养级越高的生物，可利用能量越少，所以个体数量也越少。
(2)若A表示图甲营养级Ⅱ所摄入的全部能量，则B表示Ⅱ同化固定的能量，C表示Ⅱ用于生长、发育和繁殖的能量。若图甲中营养级Ⅰ所固定的太阳能总量为y，而图乙中营养级Ⅱ同化固定的总能量为b，因此营养级Ⅰ、Ⅱ间的能量传递效率是b/y×100%。
(3)生态系统能量流动的主要特点是单向流动，逐级递减。
(4)假设至少需要消耗甲的能量为a，则甲中直接提供给丙的能量为a×X×20%，由甲经过乙传递给丙的能量为a×(1－X)×20%×20%，根据题干中的条件可知：a×X×20%＋a×(1－X)×20%×20%＝A，因此a＝25A/(1＋4X)。
高考真题体验
1.【答案】Ⅱ.（1）3%（2）80只/hm2 偏高（3）生长、发育、繁殖等生命活动（4）调节生物的种间关系
【解析】Ⅱ.（1）能量从田鼠传递到鼬的效率是（2.25×107）÷（7.50×108）=3%
（2）40×30÷15=80只/hm2。该种群密度是80只/hm2。若标记的田鼠有部分被鼬捕食，则会导致种群密度估算结果偏高。
（3）田鼠和鼬都是恒温动物，同化的能量中只有3%~5%用于生长、发育、繁殖等生命活动，其余在呼吸作用中以热能的形式散失。 （4）信息传递的功能：信息能够调节生物的种间关系，维持生态系统的稳定。
2.【答案】D
【解析】根据题中简图可知，甲能够固定太阳能，为生产者，乙从甲获取能量，为消费者，A正确；该生态系统需要从外界获得能量，同时能量也可以扩散到外界，是一个开放的生态系统，B正确；能量通过光合作用进入生态系统，经过生产者、消费者和分解者的呼吸作用后有一部分以热能的形式散失，C正确；输入该生态系统的总能量是生产者甲固定的太阳能总量，D不正确。“
3.【解析】本题考查了与生态相关的内容。
（2）重金属被生物体吸收后难以通过代谢排出体外，营养级越高重金属含量越多，可推测甲乙是最低营养级，丙丁是第二营养级，戊是第三营养级，由于消费者只能以其前一个营养级的所有，该生态系统的食物网最可能为：。
【答案】（2）如下：
4.答案：（1）所处的营养级低，属于第二营养级。
解析：考察生态系统功能。? （1）根据能量流动逐级递减特点，由于华南虎是肉食性，而大熊猫是植食性动物，营养级低，所以生存优势强。
5.答案：（2）10 400 增加 生物多样性
6.【答案】C
【解析】恒温动物需要消耗更多的能量维持体温，所以有机物的积累量（④）较少，其④/③一般高于变温动物。哺乳动物与其食物之间的能量传递效率应为：③/（①+未获取量）。肉食动物与草食动物的③/②大小无法比较。③/②越高，说明有更多的食入量转变成饲养动物的同化量，有利于提高动物的生长量
7．(1)G2　6　(2)A、B、C　(3)4月份不放牧，5～10月份放牧强度保持在G2水平　
(4)有机物生成量(CO2的消耗量或O2生成量)　(5)二　(6)分解者
解析　(1)净光合产量最大时的放牧强度最适宜，由图1可知，5～10月份，最适宜的放牧强度是G2。净光合产量最大时，被初级消费者利用的能量最多，由图1可知，6月份的净光合产量最大，该月份被初级消费者利用的总能量最多。
(2)因净光合产量＝光合作用合成量－呼吸作用消耗量。不放牧时，影响光合作用的因素是光照强度和肥料多少。枝叶长大后，枝叶对下层植物有遮光作用，导致光照强度下降，从而使光合作用合成量减少。此外，植株衰老时，细胞中相应酶的活性降低，也会导致光合作用强度降低。
(3)由图1可知，净光合产量与放牧量有关，故其措施是4月份不放牧，5～10月份放牧强度保持在G2水平，净光合产量都保持最大值。
(4)光合作用强度可用O2生成量、有机物生成量或CO2消耗量表示。
(5)营养级越高的生物，体内积累的32P越多，此为生物富集效应。由图2可知，A消费者的放射强度相对值的最大值小于B，说明A消费者的营养级级别低于B，故A消费者为初级消费者，属于第二营养级。
(6)生产者的能量除被消费者利用外，还有部分被分解者利用。
8解析　“多吃素食，少吃肉食”能节约粮食，其生态学原理在于降低人在食物链中的营养级，从而节约更多的粮食。故正确答案为C。
答案　C
9解析　(1)分析题意，鸡、牛、玉米和人组成的食物网是玉米鸡人牛
(2)牛与鸡之间所需食物资源不同(牛食玉米秸秆、鸡食玉米子粒)，所以它们之间无竞争关系，人与鸡之间构成捕食与竞争的关系，人与牛之间构成捕食关系。
(3)流经一个生态系统的总能量是生产者固定的全部太阳能，因此，流经该农场生态系统的总能量来自玉米所固定的太阳能，无机环境中的碳以CO2的形式通过绿色植物的光合作用进入该人工群落的。
(4)依题意，理论上该农场供养的人数将减少，因为改变用途的玉米被鸡食用后，在鸡这一环节散失了一部分能量，导致人获得的能量减少。
答案　(1)玉米鸡人牛　(2) 无　它们所需食物资源不同(或牛食玉米秸秆、鸡吃玉米子粒)　捕食与竞争　捕食　(3)玉米(其他合理答案也可)　太阳能　CO2　(4)减少　改变用途的玉米被鸡食用后，在鸡这一环节散失了部分能量，导致人获得的能量减少
10解析　流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能，能量在各营养级之间的传递效率为10%～20%，故A正确；生态系统的信息传递能够调节种间关系，以维持生态系统的稳定性，不可能只对捕食者有利；生态系统的食物链中营养级的高低与体型大小没有必然联系。
答案　A
11解析　在生态系统中，能量流动是单向的，不能循环利用，故C项错误。该生态系统中，沼气池中的微生物能利用农作物固定的太阳能，属于分解者，选项A、B正确；物质和能量的多级利用，减少了能量的流失，提高了能量的利用效率，选项D正确。
答案　C
第九单元 生物与环境
学案45 生态系统的物质循环
考纲要求　
生态系统物质循环的基本规律及应用(Ⅱ)
复习要求
1.以碳循环为例，分析生态系统中的物质循环
2.了解土壤微生物的分解作用。
3.说明能量流动和物质循环的关系。
4.解释碳循环平衡失调与温室效应的关系。
基础自查
一、生态系统的物质循环
范 围
生物圈(全球)
物质对象

形 式

动 力

重要生物类群

特 点

二、实例——碳循环
1．无机环境中的存在形式：
生物群落中的主要存在形式：
无机环境与生物群落之间的循环形式：
2．循环过程
3．温室效应
(1)形成原因：

(2)影响：
三、能量流动与物质循环的关系及意义
1．与能量流动的关系：

2．意义：

想一想：有人认为：“物质是能量的载体，物质是往复循环的，能量自然也应该伴随着物质的循环而循环。”你认为这句话对吗？如果有错误，请指出原因。
课堂深化探究
一．碳循环
1．循环特点：
2．过程图解
解读：
(1)大气中的碳元素进入生物群落：
(2)碳元素循环的主要形式：
大气中CO2的主要来源
3．温室效应
(1)成因

(2)危害

缓解措施
特别提醒
有关碳循环示意图中生态系统成分的判断
(1)首先判断双箭头的两端是生产者和大气中的CO2库，除双箭头外生产者(A)只有出发箭头，大气(B)只有接受箭头。
(2)消费者(C)接受一个箭头而出发两个，分解者(D)则接受两个出发一个，两者之间物质流动方向是从消费者(C)到分解者(D)。
二　物质循环和能量流动的关系
能量流动与物质循环之间的关系图解
解读：
解读:(1)从图中可以看出， 。
(2)生产者主要是指绿色植物，它是消费者和分解者能量的源泉，也是生态系统存在和发展的基础，因此，生产者是生态系统的主要成分。
(3)绿色植物同化的CO2等物质，大约90%需经分解者的分解作用返回无机环境，被生产者重新利用，因此，从物质循环角度看，分解者在生态系统中占有重要地位。
二者同时进行，相互依存，不可分割，主要体现在

。
特别提醒
1．能量流动具有单向流动、逐级递减的特点，能在各级生态系统中进行。
物质循环是在生物群落与无机环境之间反复循环，不具递减性，具有全球性。
2．任何一个生态系统中，能量流动和物质循环都保持着相对的平衡，这是决定一个生态系统相对稳定的重要保证。
三 、探究土壤微生物的分解作用
1．实验原理

2．实验流程
案例1
案例2
实验假设
微生物能分解落叶使之腐烂
微生物能分解淀粉
实
验
设
计
实验组


对照组

自变量

实验现象
在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组
A
A1
不变蓝
A2

B
B1

B2

结论分析

特别提醒1．探究活动最好在实验室中进行，以便控制变量，避免环境中不可控制的因素的影响。
2．各地气候与环境等因素不同，微生物分解落叶的能力也不同，需要的时间也有差异，一般需要温暖、湿润的条件。
对应训练
1.下图为生态系统中碳循环的模式图。相关叙述正确的是(　　)
A．1代表生产者，5可以代表化能合成作用
B．碳元素在1、2、3、4间以含碳有机物的形式传递
C．在食物链中占有碳元素最多的营养级可能是1
D．1、2、3中含有的有机物可以作为动力来促进碳元素在群落和环境之间循环
2.(2010·广东理综，26)气候变化与生态系统的碳循环密切相关。下表为A、B两个不同时期陆地生态系统与大气环境的碳交换情况。
时期
碳吸收量(kg C·a－1)
碳释放量(kg C·a－1)
A
1.20×1014
1.20×1014
B
1.20×1014
1.26×1014
(1)生态系统碳的吸收主要是通过________作用实现的，碳的释放主要是通过________作用实现的。
(2)表中________时期的生态系统处于稳定状态，原因是______________________。
(3)由于过度的人工碳排放，破坏了生态系统的______________________________，
导致大气中______________增加并引起全球气候变化。
(4)人们正在积极开发新能源以减少碳排放。如“叶绿素太阳能电池”是模仿类囊体吸收光能的特性而制造的，类囊体吸收光能的过程发生在光合作用的________阶段；又如经改造的蓝藻能在细胞内将光合作用产生的__________________________________________直接发酵转化为燃料乙醇。
3.图1是某生态系统碳循环示意图，其中A、B、C、D是生态系统内各生物成分，1、2、3、4、5表示有关的生理过程；图2为该生态系统中某一食物链及部分能量流动情况，请分析回答：
(1)在图1中，B、C分别属于________________。碳元素在生物群落内传递是沿________实现的。
(2)图1中表示呼吸作用过程的是________(填序号)。A、C、D为B提供____________。
(3)若图1中的C产生60 mol氧气，则流入D的能量一般不超过相当于________mol葡萄糖的能量。如果A发生瘟疫，D发生的变化是________________________。
(4)在图2的食物链中，②/①的比值代表________(生物之间)的能量传递效率，③和④分别属于________和________(生物)间的同化量的一部分。
4.　(2011·泰州联考)同学们在课外活动中发现植物的落叶在土壤里会逐渐腐烂，形成腐殖质。他们猜测落叶的腐烂是由于土壤微生物的作用，不同生态系统的土壤微生物分解能力不同，并设计了实验进行验证。
(1)实验设计首先要遵循的是________________原则和________________原则。
(2)以带有同种落叶的土壤为实验材料，均分为A和B两组。实验时A组不做处理(自然状态)；B组用塑料袋包好，放在60℃的恒温箱中灭菌1小时。B组处理的目的是________________________________________________________________________。
(3)(2)中实验的自变量是________________________，因变量是________________，无关变量是___________________________________________________(至少写出两点)。
(4)如果同学们的猜测是正确的，若干天后(2)中B组的落叶________________。
(5)如果同学们用带有相同量同种植物落叶的冻土苔原和热带雨林的等量土壤为实验材料，分别模拟原生态系统的无机环境条件进行C组和D组的实验，定期抽样检测样品土壤中未腐烂的落叶的含量，请根据预测结果在右图中绘出相应的曲线。
5.如图是热带雨林和极地针叶林两个生态系统中腐殖质总量随时间的变化情况，则图中生态系统A是________，B是________。
实验探究
同学们在课外活动中发现植物的落叶在土壤里会逐渐腐烂，形成腐殖质。他们猜测落叶的腐烂是由于土壤微生物的作用，不同生态系统的土壤微生物分解能力不同，并设计了实验进行验证。
(1)实验设计首先要遵循的是________原则和________原则。
(2)以带有同种落叶的土壤为实验材料，均分为A和B。实验时A不做处理(自然状态)；B用塑料袋包好，放在60 ℃的恒温
箱中灭菌1小时。B处理的目的是________________________________________。
(3)(2)中实验的自变量是________________，因变量是________________，无关变量是____________________(至少写出两点)。
(4)如果同学们的猜测是正确的，若干天后(2)中B组的落叶_______________________________________________________________________________________。
如果同学们用带有相同量同种植物落叶的冻土苔原和热带雨林的等量土壤为实验材料，分别模拟原生态系统的无机环境条件进行C组和D组的实验，定期抽样检测样品土壤中未腐烂的落叶的含量，请根据预期结果在如图中绘出相应的曲线。
限时训练
题组一　碳循环的过程及特点
1.(2012·青岛模拟)下图表示生物圈中碳元素的循环过程，下列有关叙述中正确的是(　　)
A．③过程代表绿色植物的光合作用
B．图中A、B分别代表消费者和生产者
C．温室效应主要是由⑦过程造成的
D．农业生产中的松土可以增大⑤过程
(2012·济南二模)下图为生态系统中碳循环示意图，箭头表示循环方向。下列相关叙述正确的是(　　)
A.图中甲、乙、丙构成了该生态系统的生物群落
B．图中b、c、d过程均可表示不同生物的细胞呼吸
C．缺少类群丙则生态系统的物质循环不能正常进行
D．由于细胞呼吸的消耗，乙对食物的同化量远小于摄入量
3．下图表示生物圈中碳元素的循环过程，下列有关叙述不正确的是(　　)
A．③过程代表绿色植物的光合作用
B．图中A、B分别代表消费者和生产者
C．温室效应主要是由⑦过程造成的
D．农业生产中的中耕松土可以增大⑤过程
4．图甲、乙分别表示人体体液中物质交换、生态系统碳循环的模型图，以下说法正确的是(　　)
A．甲图中O2浓度最高的是B
B．乙图中的D是生态系统中的主要成分
C．人体发生过敏反应时，甲图中的A增多导致组织水肿
D．因捕食关系而建立的食物链中，能量最少的是乙图中的B所处的营养级
题组二　能量流动和物质循环的关系
5．(2012·大同模拟)如图表示生物圈中碳循环的部分示意图。甲、乙、丙、丁构成生物群落，箭头①～⑨表示循环过程。下列有关说法正确的是(　　)
A．大气中的气体X是指CO2和CO
B．完成①过程的能量主要是由⑧过程提供的
C．丁经⑤⑥⑦过程获得的能量占甲、乙、丙总能量的10%～20%
D．丙处在第三营养级
6．下列与生态系统功能相关的描述中，错误的是(　　)
A．碳循环过程需要能量的驱动
B．物质与能量在生物与环境之间循环流动，信息的流动只在生物之间发生
C．植物的光合作用和生物的死亡分解是碳循环的一部分
D．全球气候变暖与地球上大气中碳的收支不平衡有关
题组三　土壤微生物的分解作用
7．下图表示a、b、c三地区森林土壤有机物分解状况，则分解者的作用强弱是(　　)
A．a＞b＞c B．c＞b＞a
C．c＝b＞a D．a＞c＝b
8．现提供桂花和月季的落叶若干，同种且大小和生理状态相同的蚯蚓若干。以蚯蚓的日排粪便量为实验因变量，来探究温度与蚯蚓分解落叶速率的关系。完成下列实验：
(1)取同样大小的玻璃缸标记为A、B、C，并控制A、B、C的温度分别为5℃、15℃、25℃。
(2)取________的落叶足量，再加入数量相等的蚯蚓，在适宜的条件下培养。
(3)每天取出A、B、C中的蚯蚓粪便并________。
(4)一周后分别求出A、B、C中蚯蚓________________，并进行比较。
(5)蚯蚓分解落叶速率最快的玻璃缸最可能是________(填字母)。
题组四　综合题
9．建设生态农业时巧设、增设食物链的目的不包括(　　)
A．努力实现物质的分层次多级利用
B．减轻对环境的污染，提高抵抗力稳定性
C．加强生物防治，控制有害生物的危害
D．实现物质和能量的循环，使废物资源化
10.根据下面的碳循环示意图回答问题：
(1)从微观上看，过程③主要是在细胞内________________中进行。
(2)碳从无机环境进入生物群落的主要途径①是____________；碳主要以________的形式从无机环境进入生物群落。
(3)参与过程④的生物新陈代谢类型是____________________________。它们与同区域中的动、植物共同构成了________________。
(4)能量流动和物质循环是生态系统的主要功能，其中物质作为能量的________，使能量沿着食物链(网)流动。能量作为________，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往复。
(5)从上图可知，减少温室效应的最关键的措施是：
第一：_____________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
第二：____________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
高考真题体验
1．(2010·全国Ⅰ，5)下图是一个农业生态系统模式图，关于该系统的叙述，错误的是(　　)。
A．微生物也能利用农作物通过光合作用储存的能量
B．沼气池中的微生物也是该生态系统的分解者
C．沼渣、沼液作为肥料还田，使能量能够循环利用
D．多途径利用农作物可提高该生态系统的能量利用效率
2.(2010·海南，23)请回答下列问题。
(1)碳在生物群落与无机环境之间的循环主要以________的形式进行。驱动整个生态系统运转的能量主要来源于________的太阳能。
(2)分解者通过________和________的方式将有机物分解成CO2等释放到无机环境中。
(3)右图所示的食物网中共有________条食物链，其中初级消费者是________。
(4)如果环境中的某种有毒物质在生物体内既不能分解，也不能排出体外，则该物质经________的传递后，便可在不同的生物体内积累。因此，通常生物所在的________越高，该有毒物质在其体内的积累量越大。
学案45 生态系统的物质循环
基础自查
一、生态系统的物质循环
范 围
生物圈(全球)
物质对象
组成生物体的化学元素
形 式
生物群落与无机环境间：无机物
生物群落内：有机物
动 力
能 量
重要生物类群
生产者：物质、能量输入
分解者：物质、能量输出
特 点
全球性、循环性
二、实例——碳循环
1．无机环境中的存在形式：CO2和碳酸盐；生物群落中的主要存在形式：有机物；
无机环境与生物群落之间的循环形式：　CO2。
2．光合　细胞呼吸
3．温室效应
(1)形成原因：大量化学燃料的燃烧，大气中的CO2含量迅速增加，打破了生物圈中碳循环的平衡。
(2)影响：加快极地和高山冰川的融化，导致海平面上升，进而对人类和其他许多生物的生存构成威胁。
三、能量流动与物质循环的关系及意义
1．与能量流动的关系：物质作为能量的载体，使能量沿着食物链(网)流动；能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。
2．意义：通过能量流动和物质循环，使生态系统中的各种组成成分紧密地联系在一起，形成一个统一整体。
想一想：　不对。这句话很难从字面上挑出错误，实际上采用了“汉字(词)”的通用方法，偷换了概念，“物质是能量的载体”中的“物质”是指含有化学能的有机物质(如糖类、脂质、蛋白质)，而“物质是往复循环的”中的“物质”则是指基本元素(如C、H、O、N、P…)，二者本质含义根本不同。
课堂深化探究
一．碳循环
1．循环特点：(1)具有全球性；(2)反复循环。
2．过程图解及解读
(1)大气中的碳元素进入生物群落，是通过植物的光合作用(主要途径)或硝化细菌等的化
能合成作用完成的。
(2)碳元素在生物群落与无机环境之间循环的主要形式是CO2；碳元素在生物群落中的传递主要沿食物链和食物网进行，传递形式为有机物。
(3)大气中CO2的主要来源
(4)碳元素在无机环境与生物群落之间传递时，只有生产者与无机环境之间的传递是双向的，其他成分都是单向的。(判断成分的依据)
3．温室效应
(1)成因
①工厂、汽车、飞机、轮船等对化学燃料的大量使用，向大气中释放大量的CO2。
②森林、草原等植被大面积的破坏，大大降低了对大气中CO2的调节能力。
(2)危害
加快极地冰川融化，导致海平面上升，对陆地生态系统和人类的生存构成威胁。
(3)缓解措施
①植树造林，增加绿地面积。
②开发清洁能源，减少化学燃料的燃烧。
二　物质循环和能量流动的关系
解读:(1)从图中可以看出，无机环境为生物成分提供物质和能量。
(2)生产者主要是指绿色植物，它是消费者和分解者能量的源泉，也是生态系统存在和发展的基础，因此，生产者是生态系统的主要成分。
(3)绿色植物同化的CO2等物质，大约90%需经分解者的分解作用返回无机环境，被生产者重新利用，因此，从物质循环角度看，分解者在生态系统中占有重要地位。
(4)二者同时进行，相互依存，不可分割，主要体现在：①能量的固定、储存、转移和释放离不开物质的合成和分解；②物质是能量沿食物链(网)流动的载体；③能量是物质在生态系统中往复循环的动力。
三 、探究土壤微生物的分解作用
1．实验原理
(1)土壤中存在种类、数目繁多的细菌、真菌等微生物，它们在生态系统中的成分为分解者。
(2)分解者的作用是将环境中的有机物分解为无机物，其分解速度与环境中的温度、水分等生态因子相关。
2．实验流程
案例1
案例2
实验假设
微生物能分解落叶使之腐烂
微生物能分解淀粉
实
验
设
计
实验组
对土壤高温处理
A杯中加入30 mL土壤浸出液
对照组
对土壤不做任何处理
B杯中加入30 mL蒸馏水
自变量
土壤中是否含微生物
土壤中的微生物的有无
实验现象
在相同时间内实验组落叶腐烂程度小于对照组
A
A1
不变蓝
A2
产生砖红色沉淀
B
B1
变蓝
B2
不变色
结论分析
微生物对落叶有分解作用
土壤浸出液中的微生物能分解淀粉
对应训练
1　C　解析:首先需要确定这四种成分，1箭头指向2、3、4可以确定1是生产者，因为生物群落总能量流动的起点是生产者。由于生产者联系了无机环境和生物群落，所以确定4为无机环境。然后根据生产者和消费者都有箭头指向分解者，确定3为分解者。5代表生产者的呼吸作用产生二氧化碳。碳元素在1和4间，是以二氧化碳形式传递的；1、2、3之间是以有机碳的形式传递的。1是生产者，所含有的有机物最多。物质作为能量的载体，使能量沿着食物链(网)流动；能量作为动力，使物质能够不断地在生物群落和无机环境之间循环往返。
2. (1)光合　呼吸　(2)A　碳吸收量等于碳释放量　(3)稳定性　CO2　(4)光反应　葡萄糖
解析　(1)光合作用吸收CO2，呼吸作用放出CO2，生态系统中碳循环主要通过光合作用和呼吸作用进行。(2)生态系统中碳的吸收量等于释放量时，该生态系统正处于稳定状态；而当碳的吸收量大于释放量时，处于生长期；当碳的吸收量小于释放量时，则处于衰退期。(3)过度的人工碳排放使得碳的释放量大大超出碳的吸收量，从而破坏了生态系统的稳定性，大气中不能被吸收的大量CO2能引起温室效应，导致全球气候变化。(4)光合作用的光反应阶段，光能的吸收发生在叶绿体的类囊体的薄膜上。光合作用的产物葡萄糖经酒精发酵可生成乙醇。
3.　(1)分解者、生产者　食物链(网)　(2)2、3、4、5　物质和能量　(3)2　先增加，后减少，最后稳定 (4)兔与狼　草　兔
解析　(1)大气中的二氧化碳通过绿色植物的光合作用进入生物群落，生产者、消费者、分解者通过呼吸作用把二氧化碳释放到大气中，生产者、消费者最终都被分解者分解，因此C属于生产者，A、D属于消费者，B属于分解者。(2)1表示的生理过程是光合作用，2、3、4、5表示的生理过程是呼吸作用。A、C、D为B提供物质和能量。(3)图1表示的食物链为C→D→A，C产生60 mol氧气，则产生的葡萄糖为10 mol，因此流入D的能量一般不超过相当于10×20%＝2 mol葡萄糖的能量。A以D为食，A如果发生瘟疫，A的数量将减少，则D的数量先增加，当D增加到一定数量时，由于生存环境限制及种内斗争的加剧，导致D的数量又减少，最后趋于稳定。(4)①为兔的同化量，②为狼的同化量，所以②/①的比值代表兔与狼之间的能量传递效率；③表示的能量储存于兔的粪便中，而粪便主要是草未被兔消化的残渣，故③为草的同化量的一部分；④表示的能量存在于兔的遗体中，故④为兔的同化量的一部分。
4.　(1)单一变量　等量性　(2)杀死土壤微生物，同时避免土壤理化性质的改变　(3)土壤微生物(作用)的有无　落叶的腐烂程度　土壤温度、含水量、pH、落叶的种类和大小等(合理即可)　(4)腐烂程度小于A组
(5)如图
解析　由题意可知该实验的目的是验证落叶的腐烂是由于土壤微生物的作用，实验的自变量是土壤中微生物的有无，因变量是落叶的腐烂程度。为遵循生物实验设计的等量性原则和单一变量原则，应尽量减少无关变量对实验的影响，如土壤温度、湿度、pH、落叶的种类和大小等。在绘制曲线时，应注意以下几点：①明确横坐标和纵坐标的意义，其中纵坐标为未腐烂的落叶量；②两曲线的起点相同，注意纵坐标初始值不为0；③由于微生物的分解作用，两曲线均呈下降趋势，且D组下降速度较C组快；④随时间延长，微生物的数量增多，故两曲线的下降趋势是由慢到快。
5.极地针叶林　热带雨林 解析　腐殖质是落叶等与土壤的混合物，含有大量的未完全分解的动植物体的残体。对这些残体进行分解的是分解者，分解者在热带雨林中数量和种类最多，因此在该环境中，腐殖质的数量少，而极地针叶林中腐殖质的数量多。
实验探究
解析：　由题意可知该实验的目的是验证落叶的腐烂是由于土壤微生物的作用，实验的自变量是土壤中微生物的有无，因变量是落叶的腐烂程度。为遵循生物实验设计的对照原则和单一变量原则，所以应尽量减少无关变量对实验的影响，如土壤温度、湿度、pH、落叶的种类和大小等。在绘制曲线时，应注意以下几点：①明确横坐标和纵坐标的意义，其中纵坐标为未腐烂的落叶量；②两曲线的起点相同，注意纵坐标初始值不为0；③由于微生物的分解作用，两曲线呈下降趋势，且D组下降速度较C组快；④随时间延长，微生物的数量增多，故两曲线的下降趋势是由慢到快。
答案：　(1)单一变量　对照　(2)杀死土壤微生物，同时避免土壤理化性质的改变　(3)土壤微生物(作用)的有无　落叶的腐烂程度　土壤温度、含水量、pH、落叶的种类和大小等(合理即可)　(4)腐烂程度小于对照组　(5)如下图
限时训练
1．答案：　C
2．解析：　甲、丁分别表示生产者、分解者，乙、丙表示消费者。图中甲、乙、丙、丁的全部生物构成生物群落；c、d分别表示乙、丙同化的能量，b表示生产者的呼吸量；缺少丁类生物，物质循环将不能正常进行；乙同化的能量中有大部分通过呼吸作用散失，只有少部分用于乙生长、发育、繁殖。
答案：　D
3．ABD　解析:化学燃料的大量燃烧是造成温室效应的主要原因。③过程表示呼吸作用，A表示分解者，中耕松土对过程③有促进作用。
4．C　解析:图乙中的A代表生产者，B代表分解者，C代表消费者，D代表大气中的CO2库，生态系统的主要成分是生产者，A和C因捕食关系可建立食物链，分解者不属于任何营养级。图甲中A代表组织液，B代表淋巴，C代表血浆，D代表细胞内液，图甲中O2浓度最高的是C(血浆)。
5．解析：　生物群落与无机环境之间的碳循环是以CO2的形式进行的，故图中大气中的气体X代表CO2；图中甲为生产者，乙为初级消费者(第二营养级)，丙为次级消费者(第三营养级)；完成①过程的能量主要由太阳能提供；捕食食物链中相邻营养级间的能量传递效率为10%～20%。
答案：　D
6．B　解析:物质循环指组成生物体的C、H、O、N、P、S等化学元素在生物群落和无机环境间的往返循环，能量流动是动力，但能量不能循环，能量流动是单向递减的。
7．A　解析:由题图可知，a地区落叶量大，但土壤中有机物的含量最少，说明a地区的有机物分解速度快，依次类推b地区有机物的分解速度小于a大于c。由此可推知，分解落叶的能力a＞b＞c。
8．(2)同种等量(或等量的桂花落叶，或等量的月季落叶)
(3)称重　(4)日平均排粪便量　(5)C
解析　题干已明确指出的蚯蚓日排粪便量为实验因变量，目的是“探究温度与蚯蚓分解落叶速率的关系”，即其自变量为温度。按照对照原则及单一变量原则，不难完成本题。
9．D解析:生态农业建设实现了能量的多级利用，而不能实现能量的循环利用。
10．(1)线粒体　(2)光合作用　CO2　(3)异养需氧型或异养厌氧型　生物群落　(4)载体　动力　(5)保护植被、大力植树造林，提高森林覆盖率　严格控制化学燃料燃烧，提高能量利用率，开发除化学燃料以外的能源如水能、太阳能等，切实减少CO2的排放量
解析　(1)从图中信息可知③为动、植物的有氧呼吸作用产生CO2的过程。该过程主要是在细胞的线粒体中进行的。(2)大气中的CO2主要通过绿色植物的光合作用进入生物群落，又以CO2形式返回到无机环境。(3)过程④为分解者的分解作用，代谢类型是异养需氧型或异养厌氧型，均为腐生。分解者与其他生物共同构成了生物群落。(4)生态系统的能量流动与物质循环是同时进行、相互依存、不可分割的，前者以后者为载体，后者以前者为动力。
(5)要减轻温室效应，就要减少CO2的释放或增加CO2的利用，使大气中CO2浓度维持相对稳定，其措施是多方面的。
高考真题体验
1.C解析　在生态系统中，能量流动是单向的，不能循环利用，故C项错误。该生态系统中，沼气池中的微生物能利用农作物固定的太阳能，属于分解者，选项A、B正确；物质和能量的多级利用，减少了能量的流失，提高了能量的利用效率，选项D正确。
2.解析　(1)碳循环在生物群落与无机环境之间以CO2的形式进行。输入生态系统的能量是绿色植物固定的太阳能。(2)分解者分解有机物的分解作用实质为有氧呼吸和无氧呼吸。(3)题图中共有3条食物链，植物是生产者，兔和鼠是初级消费者，蛇和鹰是次级消费者，鹰还是三级消费者。(4)不能分解也不能排出的物质会随食物链传递，在最高营养级浓度最高，称为生物富集。
答案　(1)CO2　绿色植物固定(或光合作用固定)　(2)有氧呼吸　无氧呼吸　(3)3　兔和鼠　(4)食物链　营养级
第九单元 生物与环境
学案46 生态系统的信息传递和稳定性
考纲要求　
生态系统中的信息传递(Ⅱ)。
生态系统的稳定性(Ⅱ)。
复习要求
1.举例说明生态系统中的信息种类
2.举例说明信息传递在生态系统中的作用
3.解释生态系统的自我调节能力
4.区别抵抗力稳定性和恢复力稳定性
基础自查
一．生态系统的信息传递
1．种类
(1)物理信息： 。
化学信息： 。
行为信息： 。
2．在生态系统中的作用
(1)个体： 。
(2)种群： 。
(3)群落和生态系统： 。
3．在农业生产中的应用
(1) 。
(2) 。
思考　动物的行为信息都与繁衍有关吗？

二、生态系统的稳定性
1．概念：
2．抵抗力稳定性
(1)概念：
原因：
规律：
3．恢复力稳定性
(1)概念：
(2)原因：
(3)与抵抗力稳定性的关系：
想一想　“野火烧不尽，春风吹又生”这句诗说明了生态系统的哪一种稳定性？　
4．提高生态系统稳定性的措施
(1)
(2) 。
课堂深化探究
一．生态系统的信息传递
1．信息传递的模型及解读
(1)图示
(2)解读
①信息传递的存在范围

②信息传递的特点

③信息传递的过程

特别提醒　(1)信息传递存在于生态系统的各种成分之间，把生态系统的各个组成部分联系成一个整体，决定能量流动和物质循环的方向和状态，具有调节生态系统稳定性的作用。
(2)生态系统中的信息传递的范围不包括细胞之间的传递，而是指种群内部个体之间、种群之间以及生物与无机环境之间的传递。
2．信息传递的作用或应用(见下表)
项目
作用或应用
举例
在生态系统中的作用
在农业生产中的应用
特别提醒：信息传递相关易错点辨析
(1)生态系统中信息的种类因传播途径的不同而不同。如孔雀开屏，如果是通过行为传递给对方，则属于行为信息；如果通过羽毛的颜色等传递给对方，则属于物理信息。
(2)鸟类或其他动物报警，若通过声音(尖叫)则属于物理信息，若通过特殊的动作(突然飞起)则属于行为信息。
(3)涉及到声音、颜色、植物形状、磁力、温度、湿度这些信号，通过动物感觉器官皮肤、耳朵、眼、心或植物光敏色素、叶、芽对光、重力等感觉上述信息则判断为物理信息。
(4)若涉及到化学物质——挥发性这一特点则判断为化学信息。
(5)范围——同种生物个体之间(性外激素、蜜蜂舞蹈及孔雀开屏等)；异种生物之间(物理、化学、行为中警示作用)和生物与无机环境之间(主要有物理信息中光、磁等)。
(6)方向——一般为双向，与物质循环和能量流动不同。
二．生态系统的稳定性
1．生态系统具有稳定性的原因
生态系统具有 能力。 是生态系统自我调节能力的基础。
(1)生态系统的结构与自我调节能力的关系
生态系统的成分
食物网
自我调节能力
越多

越少

(2)生态系统的自我调节能力不是无限的，当外界干扰因素的强度超过一定限度时，生态系统的自我调节能力迅速丧失，生态系统将难以恢复平衡。
2．生态系统的反馈调节
(1)概念：
(2)正、负反馈调节的比较
调节方式
比较内容
负反馈调节
正反馈调节
作 用

结 果

实 例

图 示
3.生态系统抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系(如下图)
(1)图中两条虚线之间的部分表示 。
(2)y表示 ，偏离的大小可以作为抵抗力稳定性强弱的指标，偏离大说明抵抗力稳定性弱，反之，抵抗力稳定性强，如热带雨林与草原生态系统相比，受到相同干扰，草原生态系统的y值要大于热带雨林的y值。
(3)x可以表示 ：x越大，表示恢复力稳定性越弱，反之，恢复力稳定性强。
(4)TS表示 ，这一面积越大，即x与y越大，则说明这个生态系统的总稳定性越低。
三．设计并制作生态缸，观察其稳定性
1．实验原理

2．实验流程
铺垫细沙
　↓
注水：注入适量的河水或池塘水，使缸内有陆上与水下之分
　↓
放置动植物：根据生物本身的生活习性正确放置适量的生物个体
　↓
密封生态缸：用胶带将生态缸口密封
　↓
移置生态缸：将生态缸放置在光线良好的散射光下
　↓
观察记录：每周定时观察生态缸中生物的存活和水质变化情况
3．实验注意事项
(1)实验设计要求
设计要求
相关分析
生态缸必须是封闭的

生态缸中投放的几种生物必须具有很强的生活力，成分齐全(具有生产者、消费者和分解者)

生态缸的材料必须透明

生态缸宜小不宜大，缸中的水量应适宜，要留出一定的空间

(2)生态缸稳定性观察与分析
①观察稳定性，可通过观察 等判断生态系统的稳定性。
②由于 ，所以抵抗力稳定性极低，生态系统的稳定性极易被破坏。因此，生态缸内的生物只能保持一定时间的活性。
对应训练
1. 有关生态系统信息传递的说法，不正确的是(　　)
A．生命活动的正常进行，离不开信息传递
B．在多细胞生物体内的细胞与细胞、个体与个体、种群与种群之间传递
C．能够调节生物的种间关系，维持生态系统的稳定
D．利用人工合成性引诱剂诱捕害虫也属于信息传递
2．请回答下列问题。
Ⅰ.蜜蜂是一种群居的益虫，蜜蜂的筑巢、采粉酿蜜等行为以及“语言”等都引起了人们的极大兴趣。
(1)蜜蜂中的侦查蜂可在发现蜜源后，回到蜂窝内通过特殊的“语言”传达给其他同伴，如果侦查蜂跳“圆形舞”，则表明蜜源的距离很近，一般在百米之内。这种信息是________。
(2)蜜蜂可以从很多植物的花朵上采集花粉，同时也为这些植物传粉，这种关系在生态学上为________。从生态系统的功能看，信息传递可以__________，以维持生态系统的稳定。
Ⅱ.蜜蜂是如何发现蜜源的，我们可以进行模拟探究实验。有人从以下几方面进行了探究，所用的实验材料有蜜蜂100只，1枝作为常见蜜源的黄色5瓣花儿，白纸，剪刀，染料，无色且与蜜源味道相同的制剂。
组别
假　设
操作步骤
预测结果
结 论
1
通过花的味道识别
2
通过花的颜色识别
3
通过花的外形识别
(1)第1、2组实验传递的信息分别属于____________________________。
(2)第2组的“模拟花”在味道、颜色和外形上的要求是怎样的？ ________________________________________________________________________。
(3)如果将三组“模拟花”摆在蜂箱周围同时进行实验时，写出两条应该注意的问题：________________________________________________________________________。
(4)每组实验测量的指标是__________________________________________________。
3采取下列哪项措施，能提高一个生态系统的抵抗力稳定性(　　)
A．减少捕食者和寄生者的数量
B．使生产者和消费者的数量保持一样
C．增加适宜的物种种类
D．限制某一个演替过程
4某生物兴趣小组的同学用河水、池泥、水藻、植食性小鱼、广口瓶、凡士林等材料制作了3个生态瓶(如图所示)。下列说法中错误的是(　　)
A．甲瓶中的小鱼很快死亡是因为瓶内分解者数量过少
B．乙瓶中的生物存活的时间相对较长
C．丙瓶中的分解者主要存在于河水及池泥中
D．若想维持生态平衡，丙瓶不应放在黑暗中
实验探究
自2009年6月以来，随着气温逐渐升高，长江部分支流如湖北省兴山县高岚河、香溪河，巴东县神农溪相继发生不同程度的水华，给沿岸群众的生产生活造成一定的影响。
(1)长江部分支流发生水华现象时湖面漂浮着一层绿膜，部分人认为是绿藻而不是蓝藻，蓝藻不同于绿藻细胞最显著的特征是____________________________________。
(2)某些蓝藻会产生并分泌一些代谢产物(如毒素等)，对鱼类等水生动物造成危害，甚至可以通过食物链累积危害至牲畜乃至人类，写出这种情况下有4个营养级的食物链：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)为探究含磷洗涤剂中的磷对湖北省兴山县高岚河的藻类生长的影响，某同学设计了三组实验。
第一组：玻璃缸内的河水含有一定浓度的含磷洗涤剂；
第二组：玻璃缸内的河水含有与第一组相同浓度的无磷洗涤剂；
第三组：玻璃缸内只有河水。
三组实验的玻璃缸内的液体量相同并置于相同温度和光照条件下，在一段时间内观察并记录水体变化情况。
①预测最可能的实验结果：__________________________________________。
②分别说明设计第二组、第三组实验的目的：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③上述实验不能证实氮也是藻类大量繁殖和生长的重要元素，如何修改上述实验过程能证实氮也是藻类大量繁殖和生长所需要的重要元素之一？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
限时训练
题组一　生态系统的信息传递
1.下列各项，属于物理信息的是________________；属于化学信息的是________；属于行为信息的是________。
(1)哺乳动物的体温　(2)鸟类鸣叫　(3)红外线　(4)萤火虫发光　(5)植物分泌的化学物质　(6)电磁波　(7)昆虫发出的声音　(8)昆虫的性信息素　(9)植物开花　(10)蓟和刺　(11)紫外线　(12)蜜蜂跳舞
2.如图为生态系统中信息传递的模式图，相关叙述不正确的是(　　)。
A．信息传递是双向的，能量流动和物质循环也是双向的
B．生态系统的功能主要是能量流动和物质循环，还有信息传递
C．物质循环是生态系统的基础，能量流动是生态系统的动力，信息传递则决定着能量流动和物质循环的方向和状态
D．生态系统各成分间都有各种形式的信息传递
3．如图为生态系统信息传递模式图，相关叙述不正确的是(　　)
A．信息传递是双向的，能量流动和物质循环也是双向的
B．生态系统的功能主要是能量流动和物质循环，还有信息传递
C．物质循环是生态系统的基础，能量流动是生态系统的动力，信息传递则决定着能量流动和物质循环的方向和状态
D．生态系统各成分间都有各种形式的信息传递
4．下列不属于生态系统的信息传递在农业生产中的应用的是(　　)
A．利用人工合成的化学信息素吸引昆虫前来，提高传粉率和结实率
B．草原返青时的“绿色”，为食草动物提供可以采食的信息
C．延长光照时间，提高家禽产蛋量
D．利用音响设备发出不同的声信号，诱捕或驱赶某些动物
题组二　生态系统的稳定性
5.下列曲线表示四个不同的自然生态系统在受到同等程度的外来干扰后，初级消费者数量的变化情况。其中抵抗力稳定性最高的生态系统是(　　)。
6.如图所示，两条虚线之间的部分表示生态系统功能正常的作用范围。y表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小；x表示恢复到原状态所需的时间；曲线与正常范围之间所夹的面积可以作为总稳定性的定量指标(TS)。下列说法正确的是(　　)。
A．在正常作用范围内，生态系统中生物的种类和数量保持不变
B．在遭到干扰时，x、y值的大小与生物的种类有关，与数量无关
C．一般来说，对同一个生态系统，y值和x值之间呈负相关
D．TS值越小，这个生态系统的总稳定性越大
7.如图两条虚线之间的部分表示生态系统功能正常作用的范围。y表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小；x表示恢复到原来状态所需的时间；曲线与正常范围之间所夹的面积可以作为总稳定性的定量指标(TS)。下列说法正确的是(　　)
A．y值大小可以作为生态系统恢复力稳定性的定量指标
B．在遭到干扰时，x、y值的大小与生物种类有关，与数量无关
C．对同一个生态系统来说，y值和x值之间呈负相关
D．TS值越小，这个生态系统的总稳定性越大
8．下列关于生态系统自我调节能力的叙述中，正确的是(多选)(　　)
A．森林中，害虫数量增加时食虫鸟也会增多，害虫种群的增长就受到抑制，这属于生物群落内的负反馈调节
B．负反馈调节在生态系统中普遍存在，它是生态系统自我调节能力的基础
C．自我调节能力强的生态系统，其稳定性也高
D．当外界干扰强度超过一定限度时，生态系统的自我调节能力将会丧失
9.为观察生态系统稳定性，设计4个密闭、透明的生态缸，各缸内的组成和条件见下表。经过一段时间的培养和观测后，发现甲缸是最稳定的生态系统。
组成成分
光
水草
藻类
浮游动物
小鱼
泥沙
生态缸编号
甲
＋
＋
＋
＋
－
＋
乙
－
＋
＋
＋
－
＋
丙
＋
＋
＋
＋
－
－
丁
＋
＋
＋
＋
＋
＋
注：“＋”表示有；“－”表示无
请回答以下问题。
(1)乙缸中，藻类的种群密度变化趋势为_______________________________________，
原因是_______________________________________________。
(2)丙缸比甲缸有较多的有机物，原因是________________________________________________________________________。
(3)丁缸与甲缸相比，氧气含量________，原因是
________________________________________________________________________。
(4)根据观测结果，得出结论：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________。
10某生物兴趣小组的同学用河水、池泥、水藻、植食性小鱼、广口瓶、凡士林等材料制作了3个生态瓶(如下图所示)。下列说法中错误的是(　　)。
A．甲瓶中的小鱼很快死亡是因为瓶内分解者数量过少
B．乙瓶中的生物存活的时间相对较长
C．丙瓶中的分解者主要存在于河水及池泥中
D．若想维持生态平衡，丙瓶不应放在黑暗中
题组三　综合题
11．下列有关生态学方面的叙述，不正确的是(多选)(　　)
A．分解者在分解动植物遗体时，将有机物中的能量释放出来，供生产者再利用
B．不同的细菌在生态系统中可能是生产者、消费者或分解者
C．生态系统的营养结构越复杂，生态系统的抵抗力稳定性就越强
D．根据生态学原理制作小生态瓶时，要注意保证光照，及时换气
高考真题体验
1.（2012福建）科技人员选取某地同一自然条件下三种不同类型的茶园，进行物种丰富度的调查，结果如图。据图判断正确的是（ ）“
纯茶园物种变化幅度最小，不易产生暴发性虫害
B.杉茶间作园各物种的种群密度在10月份时最大
C.梨茶间作园的营养结构在6月份时最为复杂
D.人类生产活动不会改变茶园的群落结构
2.（2012海南）某河流中五年前引进了一种外来植物（甲）。跟踪调查发现，五年来，该河流中甲 种群密度逐年显著增加，土著食草鱼类和水草的种群密度逐年显著减少。下列叙述正确的是
A.五年来该河流中甲种群的种内竞争不断增强
B.甲的引进并不能改变该河流生态系统的结构
C.大量投放土著食草鱼类可有效地控制甲的蔓延
D.该河流中所有的生物和底泥共同组成河流生态系统
3.(2011·江苏卷)池塘养殖普遍存在由于饵料，鱼类排泄物、换水不及时等引起的水体污染现象，研究者设计了一种循环水池塘养殖系统(如下图)。请回答下列问题。
(1)与自然池塘相比，人工养殖池塘生态系统恢复力稳定性________。人工养殖池塘水体的N、P含量容易升高，会引起水体的富营养化；藻类等浮游生物大量繁殖、加之死亡后被微生物分解，引起水体的溶氧量下降，造成鱼类等死亡，进一步破坏了生态系统稳态，这种调节方式称为________。
(2)与传统养殖池塘相比，该养殖系统增加的生态工程设施有________。可以通过在这些设施内栽植水生植物、放养滤食动物等措施，起到对水体的________，有效减少水体中的N、P等含量。
(3)该养殖系统设计为前一池塘上层水流入后一池塘底部，实现水层交换，其目的有________、________。
(4)该养殖系统中串联的池塘不宜过多，因为________。
(5)保持池塘水体中适当的N、P含量是必要的，该养殖系统可以通过________、________进行调控。
4..(2010·全国新课标，31)假设a、b、c、d是一个简单生态系统中最初仅有的四个种群，其a、c、d的营养关系为a→c→d，a与b的关系如图，a是该生态系统主要的自养生物，请回答：
(1)该生态系统中a和b的种间关系是________。
(2)若d大量死亡，则一定时间内种群密度增加的种群是________，种群密度减少的种群是________。
(3)若持续干旱使a大量死亡，c和d种群密度将会_________________________________。
(4)当受到外界的轻微干扰后，经过一段时间，该生态系统可以恢复到原来的状态，说明该系统具有________________。与热带雨林相比，该生态系统的抵抗力稳定性________(低、高)。
(5)为了调查该系统c种群的密度，捕获了50个个体，将这些个体标记后放掉，一段时间后重新捕获了40个个体，其中有5个带有标记，c种群的数量约为__________________个。
5．某种植物上栖息着一定数量的甲、乙两种昆虫和蜘蛛。甲、乙两种昆虫均以该植物为食，蜘蛛以乙昆虫为食。甲昆虫在白天活动，乙昆虫在夜晚活动。甲昆虫采集该种植物的叶片后，植物会释放出挥发性的物质X，X既可吸收甲昆虫的天敌，也能驱赶乙昆虫。请回答：
(1)上述现象中，X分别在________________________之间进行传递。
(2)影响甲昆虫活动的信息有两大来源，分别是______________和____________，影响乙昆虫活动的信息种类是________________。蜘蛛在蜘蛛网上捕食乙昆虫所利用的信息种类是________________。
(3)若在上述植物上施用人工合成的物质X，短期内该植物上甲昆虫天敌和乙昆虫天敌数量的变化是____________________________________________________________________。
6.(2011·海南单科，22)某地区常年栖息着30万只鸟类，其中灰椋鸟占了最大优势，数量达10万只之多，灰椋鸟是农林害虫的天敌，喜好群体活动，常集结成庞大的鸟群在天空盘旋，形成壮观的风景。该地区为打造灰椋鸟品牌，计划在林区大规模清除其他树种，并改种灰椋鸟喜居的树种，欲招引20万只以上灰椋鸟，该计划的实施将使该地区(　　)。
A．灰椋鸟种内竞争必然减弱
B．鸟的种类必然增加
C．农林害虫数量必然大幅度上升
D．生态系统的结构必然发生变化
7．(2009·海南)某种植物上栖息着一定数量的甲、乙两种昆虫和蜘蛛。甲、乙两种昆虫均以该植物为食，蜘蛛以乙昆虫为食。甲昆虫在白天活动，乙昆虫在夜晚活动。甲昆虫采食该种植物的叶片后，植物会释放出挥发性的物质X，X既可吸引甲昆虫的天敌，也能驱赶乙昆虫。请回答下面的问题。
(1)上述现象中，X分别在____________之间进行传递。
(2)影响甲昆虫活动的信息有两大来源，分别是________和________。影响乙昆虫活动的信息种类是__________。蜘蛛在蜘蛛网上捕食乙昆虫所利用的信息种类是________。
(3)若在上述植物上施用人工合成的物质X，短期内该植物上甲昆虫天敌和乙昆虫天敌数量的变化是________________________________________________________________________。
8.．(2009·福建卷)下列有关生态系统稳定性的叙述，不正确的是(　　)。
A．生态系统具有自我调节能力，这是生态系统稳定性的基础
B．生态系统内部结构与功能的协调，可以提高生态系统稳定性
C．生物多样性对维持生态系统稳定性具有重要作用，体现了其间接价值
D．生态系统中的组成成分越多，食物网越复杂，生态系统恢复力稳定性就越强
9.．(2009·天津理综，5)如图表示气候变化对甲、乙生态系统中种群类型数量的影响。
据图分析，下列叙述正确的是(　　)。
①甲生态系统的抵抗力稳定性一定较乙生态系统强
②甲生态系统中生物群落的营养关系一定较乙复杂
③乙生态系统在S点后一定有新的物种产生
④乙生态系统在S点后一定经历次生演替过程
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
10．(2009·广东卷)为加强水体治理，珠江流域某城市构建了较大面积的人工湿地。
(1)当污染物随水流进入该湿地时，湿地水体中碳元素的迁移和转化途径如下图。请用箭头和文字补充虚线框中的碳转化途径。
(2)一段时间后，湿地中出现了轮虫等浮游动物，可控制绿藻等浮游植物的增殖；管理员还放养了一些鱼和鸭，为城市增添自然气息。请写出可能存在的食物链(两条)。________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)如果含有重金属的工业废水进入该系统，请根据生态学基本原理，指出可能产生哪些负面影响？________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
学案46 生态系统的信息传递和稳定性
答案与解析
基础自查
一．生态系统的信息传递
1．种类
(1)物理信息：生态系统中的温度、声、光、湿度、磁力等，通过物理过程传递的信息，如蜘蛛网的振动频率。
(2)化学信息：生物在生命活动中，产生了一些可以传递信息的化学物质，如植物的生物碱、有机酸、动物的性外激素等。
(3)行为信息：动物的特殊行为，对于同种或异种生物也能够传递某种信息，如孔雀开屏。
2．在生态系统中的作用
(1)个体：生命活动的正常进行，离不开信息的作用。
(2)种群：生物种群的繁衍，离不开信息传递。
(3)群落和生态系统：能调节生物的种间关系，以维持生态系统的稳定。
3．在农业生产中的应用
(1)提高农产品或畜产品的产量。
(2)对有害动物进行控制。
不一定。有些行为与繁衍有关，如孔雀开屏。但某些信息与捕食有关，如某大型肉食动物捕食时，除了发出吼叫声外，还伴随着一些动作，这些动作就是行为信息。
二、生态系统的稳定性
1．概念：生态系统所具有的保持或恢复自身结构和功能相对稳定的能力。
2．抵抗力稳定性
(1)概念：生态系统抵抗外界干扰并使自身结构和功能保持原状的能力。
(2)原因：内部具有一定的自我调节能力。
(3)规律：生态系统的成分越单纯，营养结构越简单，自我调节能力就越小，抵抗力稳定性就越低，反之则越高。自我调节能力有一定限度，越过限度，生态系统就遭到破坏。
3．恢复力稳定性
(1)概念：生态系统遭到外界干扰因素破坏后恢复原状的能力。(2)原因：生态系统具有自我调节能力。(3)与抵抗力稳定性的关系：往往是相反的。
想一想：恢复力稳定性。
4．提高生态系统稳定性的措施
(1)控制对生态系统的干扰程度。
(2)实施相应的物质、能量投入，保证生态系统内部结构和功能的协调关系。
课堂深化探究
一．生态系统的信息传递
1．信息传递的模型及解读
(2)解读
①信息传递的存在范围
②信息传递的方式不像物质流动那样是循环的，也不像能量的流动是单向的，而往往是双向的，有从输出者向输入者的信息传递，也有从输入者到输出者的反馈。
③信源(信息产生)―→信道(信息传输)―→信宿反馈作用(信息接收)
2．信息传递的作用或应用(见下表)
项 目
作用或应用
举 例
在生态
系统中
的作用
有利于生命活动的正常进行
莴苣的种子必须接受某种波长的光信息才能萌发
调节生物种间关系，维持生态系统的稳定
雪兔和猞猁的关系
有利于生物种群的繁衍
昆虫分泌性外激素，引诱异性个体
在农业生产中的应用
提高农产品或者畜产品的产量；对有害动物进行控制　
利用模拟动物信息吸引传粉动物，提高果树传粉效率和结实率；利用音响设备诱捕或驱赶有害动物
二．生态系统的稳定性
1．生态系统具有稳定性的原因
生态系统具有自我调节能力。负反馈调节是生态系统自我调节能力的基础。
(1)生态系统的结构与自我调节能力的关系
生态系统的成分
食物网
自我调节能力
越多
越复杂
大
越少
越简单
小
(2)生态系统的自我调节能力不是无限的，当外界干扰因素的强度超过一定限度时，生态系统的自我调节能力迅速丧失，生态系统将难以恢复平衡。
2．生态系统的反馈调节
(1)概念：当生态系统某一成分发生变化的时候，它必然会引起其他成分出现一系列的相应变化，这种变化又反过来影响最初发生变化的那种成分的现象。
(2)正、负反馈调节的比较
调节方式
比较内容
负反馈调节
正反馈调节
作 用
是生态系统自我调节能力的基础，能使生态系统达到和保持平衡
使生态系统远离平衡状态
结 果
抑制或减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化
加速最初发生变化的那种成分所发生的变化
实 例
森林中的食虫鸟和害虫的数量变化
已经污染的湖泊中污染状况加剧
图 示
3.生态系统抵抗力稳定性、恢复力稳定性和总稳定性的关系(如下图)
(1)生态系统功能正常的作用范围。
(2)表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小(3)x可以表示恢复到原状态所需的时间：x越大，表示恢复力稳定性越弱，反之，恢复力稳定性强。
(4)曲线与正常范围之间所围成的面积可做为总稳定性的定量指标
三．设计并制作生态缸，观察其稳定性
1．实验原理
(1)生态缸中必须包括生态系统的四种成分，特别需要注意必须有足够的分解者。
(2)各种生物之间以及生物与无机环境之间，必须能够进行物质循环和能量流动。
(3)生物之间要有合适的食物链结构，生物的数量不宜过多。
(4)生态缸必须是透明的，这样可保证生态缸中有充足的太阳能。当然，生态缸中一定要封闭，防止外界生物或非生物因素的干扰。
3．实验注意事项
(1)实验设计要求
设计要求
相关分析
生态缸必须是封闭的
防止外界生物或非生物因素的干扰
生态缸中投放的几种生物必须具有很强的生活力，成分齐全(具有生产者、消费者和分解者)
生态缸中能够进行物质循环和能量流动，在一定时期内保持稳定
生态缸的材料必须透明
为光合作用提供光能；便于观察
生态缸宜小不宜大，缸中的水量应适宜，要留出一定的空间
便于操作；缸内储备一定量的空气
(2)生态缸稳定性观察与分析
①观察动植物的生活情况、水质变化、基质变化
②生态缸中的生态系统极为简单，自我调节能力极差
对应训练
1B　 多细胞生物体内细胞间的信息传递是个体内的信息传递，不属于生态系统的信息传递范畴。
2解析　Ⅰ.跳舞是蜜蜂的一种特殊行为，属于行为信息。蜜蜂采集花粉属于捕食，为植物传粉属于种间互助。信息传递可以调节种间关系，维持生态系统的稳定。
Ⅱ.(1)花的味道传递的信息属于化学信息，花的颜色传递的信息属于物理信息。(2)第2组是通过花的颜色识别进行实验的，因此白纸要染成黄色，不要有味道，形状不能与花的形状相同。(3)实验中除自变量外均要保持一致，以防止无关变量的干扰。(4)实验测定的指标是单位时间内落到实验材料上的蜜蜂的数目。
答案　Ⅰ.(1)行为信息　(2)种间互助和捕食　调节种间关系　Ⅱ.(1)化学信息和物理信息　(2)将白纸染成花儿的颜色(黄色)，无特殊的味道，且形状与花儿不同　(3)“模拟花”与蜂箱的距离相等、晴天无风(其他合理答案亦可)　(4)单位时间内落到实验材料(模拟花)上的蜜蜂的数目
3C　 生态系统的抵抗力稳定性取决于生态系统的自我调节能力，而该能力与其营养结构复杂程度相关。适当增加物种的种类可以使其营养结构变得复杂，进而抵抗力稳定性也得到提高。
4A　 甲瓶与乙瓶的区别是小鱼数量不同，乙瓶与丙瓶的区别是放置的环境不同。甲瓶中的小鱼很快死亡是因为瓶内消费者数量过多，丙瓶置于黑暗中，植物不能进行光合作用，瓶中生物也会很快死亡。相比之下，乙瓶中的生物存活时间较长。
实验探究
答案：　(1)无核膜包被的细胞核　(2)蓝藻→浮游动物→鱼→人(其他合理答案也给分)　(3)①第一组水体呈蓝绿色，其他两组不明显　②第二组实验的目的：排除洗涤剂中其他成分对藻类生长的影响；第三组实验的目的：排除河水本身对藻类生长的影响　③加设一玻璃缸，其中的河水中不加洗涤剂，只加尿素
限时训练
题组一　生态系统的信息传递
1.答案　(1)、(2)、(3)、(4)、(6)、(7)、(9)、(10)、(11)　(5)、(8)　(12)
2.解析　能量流动的特点是单向流动和逐级递减的。
答案　A
3．A　能量的传递是单向的，故A错误。
4．B　信息传递在农业生产中的应用：①提高农产品或畜产品的产量，如鸡场在秋季通过延长光照时间提高产蛋率；②对有害生物进行控制，如利用音响设备发出不同的声信号，诱捕或驱赶某些动物，使其远离农田或利用性引诱剂防治害虫。B选项是信息传递在生态系统中的作用，即调节生物的种间关系以维持生态系统的稳定。
题组二　生态系统的稳定性
5.解析　在受到同等程度的外来干扰后，C项中初级消费者数量的变化最小，说明该生态系统的自我调节能力最强，抵抗力稳定性最高。
答案　C
6.解析　在正常作用范围内，生态系统中生物的种类和数量在一定范围内保持动态平衡，并不是保持不变。抵抗力稳定性与恢复力稳定性与生物的种类与数量关系密切。一般来说，对同一个生态系统而言，y值和x值之间呈负相关。
答案　C
7．D　已知y表示一个外来干扰使之偏离这一范围的大小，所以y值大小可以作为生态系统抵抗力稳定性的定量指标，且y值越小，抵抗力稳定性越大，恢复到原状态所需时间x越长，所以y值和x值之间呈正相关；TS值越小，这个生态系统的总稳定性越大；在遭到干扰时，x、y值的大小与生物种类和数量都有关。
8．ABD　生态系统的稳定性包括抵抗力稳定性和恢复力稳定性两个方面。营养结构越复杂，其自我调节能力越强，抵抗力稳定性越强，而恢复力稳定性越差。
9.解析　据表格分析可知：乙缸无光照，藻类因无法进行光合作用而死亡，种群密度下降。丙缸与甲缸相比，少泥沙，分解者很少，无法将该缸中动植物遗体、动物的排泄物等中的有机物分解为无机物。丁缸与甲缸相比多小鱼，小鱼进行呼吸作用要消耗水中大量的氧气，因此丁缸与甲缸相比，氧气含量低。总结结论的方法：找出该组实验中的自变量与因变量，归纳出自变量与因变量之间的关系。据表格分析甲缸为对照组，乙缸、丙缸、丁缸都为实验组。
答案　(1)下降　缺乏光照藻类不能进行光合作用，不能生长　(2)缺乏泥沙，分解者数量太少，有机物累积不能被分解
(3)少　消费者较多，消耗较多的氧气　(4)①生态系统应该具有生产者、消费者和分解者以及非生物的物质和能量(太阳能)　②生产者、消费者以及分解者之间应保持适宜比例，以维持生态系统的相对稳定
10解析　甲瓶中的小鱼很快死亡是因为瓶内消费者数量过多。
答案　A
题组三　综合题
11．AD不同细菌在生态系统中的作用是不同的，如硝化细菌能进行化能合成作用，是自养型生物，属于生产者；根瘤菌与豆科植物共生，从活的植物体中获取有机养料，属于消费者；营腐生的乳酸菌等，属于分解者。
高考真题体验
1.【答案】C
【解析】纯茶园的物种单一，其抵抗力稳定性最差，容易产生暴发性虫害。根据图中信息可以看出，10月份的杉茶园的物种数最大，但不并能说明各物种在此时的种群密度最大。同时，也可以看出，6月份时，梨茶间作园的物种数最大，此时其营养结构最为复杂，因为营养结构的复杂程度取决于物种的丰富度。人类活动会影响茶园群落演替的速度和方向，这样必然会对群落的结构造成影响。“
2.【答案】A
【解析】在五年内，河流中甲种群密度逐年显著增加，导致种内斗争不断增强，A正确；甲的引进后，甲的种群密度越来越大，土著食草鱼类和水草的种群密度逐年显著减小，已经影响了原有生态系统的结构，B不正确；因为甲的引进已经导致土著食草鱼类数量的减少，说明土著食草鱼类不能捕食物种甲，投放土著食草鱼类不能抑制甲的蔓延，C不正确；生态系统包括该区域内所有的生物和气生存的环境，包括所有生物、底泥、水及阳光等因素，D不正确。
3.解析　(1)与自然池塘相比，人工养殖池塘生态系统中的组分较少，营养结构简单，抵抗力稳定性较低，恢复力稳定性较高。生态系统稳定性的维持是正反馈调节和负反馈调节共同作用的结果，正反馈调节使生态系统远离平衡状态，负反馈调节使生态系统维持在相对稳定的状态。(2)该生态系统属于人工设计的生态工程。与传统养殖池塘相比，增加了生态塘和潜流湿地等设施。生态塘和潜流湿地中的水生植物和滤食动物能够有效减少水体中N、P等的含量，起到净化水体的作用。(3)通过设备将前一池塘上层水导入下一个池塘的底部，可以实现上、下水层的交换，增加水中的溶氧量和提高饵料的利用率。(4)随着养殖塘中生物体排放的有机污水的积累，越靠后的养殖塘中微生物分解有机物产生的N、P含量会越高，从而造成水体富营养化，故该养殖系统中串联的池塘不宜过多。(5)为保持池塘水体中适当的N、P含量，可以通过不间断地补水和排水来实现，或者是通过水泵控制水的流量来实现。
答案　(1)高　正反馈　(2)生态塘和潜流湿地　净化作用
(3)增加水中的溶氧量　提高饵料的利用率　(4)后面池塘水体中的N和P含量(浓度)越来越高　(5)补水和排水　水泵控制水的流量(循环频次)
4.(1)竞争　(2)c　a　(3)降低(或快速降低)
(4)恢复力稳定性(或自我调节能力)　低　(5)400
解析　(1)由a与b的关系图直接判断两者的关系为竞争。(2)根据食物“a→c→d”可以判断，若d大量死亡，在一段时间内，c因缺少天敌其种群密度会增加，而由于c的增多，a因被c大量捕食而减少。(3)图中a是该生态系统的生产者。a大量死亡后，输入到该生态系统的能量减少，所以c、d的种群密度会降低。(4)生态系统遭到干扰而使其结构发生了变化后能够恢复到原来的状态，这是因为生态系统具有恢复力稳定性。生态系统中物种丰富度越大，营养结构越复杂，其抵抗力稳定性越大，所以该生态系统的抵抗力稳定性低于热带雨林。
(5)根据标志重捕法的计算公式：个体总数N∶初次捕获标记个数M＝再次捕获个数n∶重捕的标记个数m，可得N∶50＝40∶5，所以N＝400。
5．(1)植物与甲昆虫的天敌；植物与乙昆虫　(2)无机环境　生物　化学信息和物理信息(其他合理答案也可)　物理信息(其他合理答案也可)　(3)甲昆虫天敌数量增加，乙昆虫天敌数量减少
解析　理解题意，理顺各种生物间的关系，区别生态系统的各种信息是解题的突破口。植物释放出的物质X既能吸引甲昆虫的天敌，又能驱赶乙昆虫，故X分别在植物与甲昆虫的天敌、植物和乙昆虫之间进行传递。影响甲昆虫取食的信息来自生物(植物)，影响甲昆虫在白天活动的物理信息来自环境。影响乙昆虫活动的物质X是化学信息，影响乙昆虫在夜晚活动的信息是物理信息。蜘蛛在蜘蛛网上捕食乙昆虫的信息是利用蜘蛛网的振动频率，属于物理信息。X既可吸引甲昆虫的天敌，也能驱赶乙昆虫，故植物上施用人工合成的物质X后，短期内该植物上甲昆虫天敌数量增加，乙昆虫天敌数量减少。
6.解析　种植单一树种会使生态系统的生物种类减少，生态系统的营养结构变得简单，生态系统的自动调节能力减小，生态系统可能会遭到破坏，故D正确；单一树种使害虫种类减少，以害虫为食的鸟类减少，B错误；招引20万只以上灰椋鸟，必然会使其种内竞争加强及农林害虫数量减少，A、C错误。
答案　D
7.解析　植物释放的物质X可以在植物与甲昆虫的天敌、植物与乙昆虫之间传递。影响甲昆虫活动的信息有两大来源——无机环境和生物；影响乙昆虫活动的信息种类是化学信息和物理信息；蜘蛛在蜘蛛网上捕食乙昆虫是通过感知蛛网的震动来实现的，属于物理信息。物质X可吸引甲昆虫的天敌，所以甲昆虫天敌数量增加；能驱赶乙昆虫，使乙昆虫减少，所以乙昆虫天敌数量减少。
答案　(1)植物与甲昆虫的天敌、植物与乙昆虫　(2)无机环境　生物　化学信息和物理信息(其他合理答案也可)　物理信息(其他合理答案也可)　(3)甲昆虫天敌数量增加，乙昆虫天敌数量减少
8.解析　生态系统中的组成成分越多，食物网越复杂，其自我调节能力就越强，抵抗力稳定性就越强，恢复力稳定性就越弱，所以D不正确。
答案　D
9.解析　从图中气候的变化情况来看，中间出现了急剧的变化，而甲生态系统中种群类型数量的波动很小，说明其抵抗力稳定性远高于乙生态系统，①正确；如果是严重的寒、旱等气候引起乙生态系统生产者急剧减少，会导致种群类型数量减少，但并不能说明乙生态系统的营养关系简单，②错；物种形成的标志是产生生殖隔离，题目信息不能说明此现象，③错；由于乙生态系统的S点处还有少数的生物，结合曲线可知S点一定经历了次生演替过程，④正确。
答案　B
解析　本题考查了生态系统的结构及功能的基础知识。由图可知，可溶性有机碳可作为好氧细菌碳源，被好氧细菌分解利用，好氧细菌呼吸作用产生的二氧化碳等作为黑藻、绿藻等植物光合作用的原料，同时又是其呼吸作用的产物，这样，在细菌、植物、无机环境之间形成了稳定的物质循环。根据第二小题的题干，梳理出两条食物链，重金属盐在食物链中有富集现象，对高营养级的人危害很大，而且难于降解，易发生二次污染。
答案　(1)
(2)绿藻―→轮虫―→鱼；黑藻―→鱼―→鸭
(3)重金属进入食物链，危害人体健康，重金属无法降解，易发生二次污染
第九单元 生物与环境
学案47 生态环境的保护
考纲要求　
人口增长对生态环境的影响(Ⅱ)。
2.关注全球性生态环境问题(Ⅰ)。
3.生物多样性保护的意义及措施(Ⅰ)。
复习要求
1.进行人口增长对环境污染的实验探究
2．说出温室效应的形成及对环境造成的影响
3．理解生物多样性的保护和应用价值
基础自查
一、人口增长对生态环境的影响
1．我国的人口现状与前景

2．人口增长对生态环境的影响
想一想　预测一个国家的人口未来发展状况的主要依据是什么？
二、保护我们共同的家园
1．关注全球性环境问题
动动脑　如何预防和减少温室效应的影响？酸雨的主要成因是什么？　　　
2．保护生物多样性
(1)生物多样性：
(2)生物多样性的价值
(3)措施
思考　从分子生物学角度考虑生物多样性的直接原因和根本原因分别是什么？从进化的角度考虑生物多样性的原因是什么？
三、可持续发展
1．含义：
2．实现措施
课堂深化探究
一．人口增长与全球性环境问题
1．人口增长对生态环境的影响
1．从图中可以看出人口增长会对生态环境带来压力？
　
　
　
2．请简述人与自然和谐发展的措施？
特别提醒1．人口增长对环境影响主要体现在土地资源、水资源、森林资源、能源和环境污染等五个方面的压力。
2．我国人口急剧增长的主要原因
(1)生育率较高和逐渐下降的死亡率，形成了巨大的“落差”，从而使人口增长加快。
(2)人口基数过大也是原因之一。
3．人口增长引发环境问题的实质：人类的活动超出了环境的承受能力，对人类自身赖以生存的生态系统的结构和功能造成了破坏。
4．人口增长与其他生物种群增长规律的关系
(1)一个国家或地区的全部人口可以看作一个种群，它同样具有种群的特征，其相互关系如下：
(2)人口增长规律与其他生物种群增长规律并不完全相同。
①人是生物界中的一员，所以生物种群增长规律有适用于人口增长情况的一面。
②人不同于一般的生物：人具有发达和善于思维的大脑，具有制造工具和能动地调控人口增长以及能动地改造和保护自然的本领等。因此，人口增长规律又有其特有特点，如实行计划生育。
2．环境污染的来源及后果
3．水污染及其净化
问题：解决水污染有效的方法有哪些？
4．土地荒漠化
(1)原因：植被破坏是土地荒漠化的主要原因，如草原的过度放牧、草原植被破坏、有益动物的大量减少、病虫害严重等，使草原植被退化，原始森林和“三北”防护林被破坏。
(2)后果：沙尘暴遮天蔽日，毁坏力极强。
(3)治理措施：合理利用和保护现有草原；部分地区退耕还林、还草；大量营造草场、灌木林和防护林，以林护草、草林结合。
二．生物多样性及其保护
观察生物多样性内涵及各层次间的内在关系，回答：
1．简述生物多样性及其价值分类。
　
　
　
2．简述生物多样性的保护措施？
3．生物多样性成因分析及生物多样性丧失的原因
怎样保护生物多样性？
(2)对应训练
1.生物氧化塘是利用藻类和细菌处理污水的一种生态系统。下图是生物氧化塘内部分成分之间的关系，相关分析正确的是(多选)(　　)。
A．生物氧化塘利用了生态工程的物质循环再生、物种多样性等原理
B．在该氧化塘中引进硝化细菌有利于对污水的处理
C．B层中的藻类和细菌具有种间互助关系
D．出水处只要对细菌数量进行有效控制便可排放
2.某研究机构研究人工湿地对生活污水的净化，实验结果如图。其中P表示磷；N表示氮；COD表示化学需氧量(代表水中微生物分解有机物的氧气消耗量)。据图分析不能得出的结论是(　　)。
A．人工湿地对生活污水有一定的净化作用
B．人工湿地对污水中的N去除效果好于P
C．8～11月份流经人工湿地的污水中N和P的减少不是同步的
D．从12月份COD的曲线变化分析，浮游动物的取食作用对污水有一定的净化作用
3.根据分类学的记载，现在地球上生活着的生物约有200多万种，但是每年都有新种被发现。近年来在深海中，海底3 000米的深海热泉孔周围，就发现了以前没有记载的生物。这就说明，生物界的物种有待人们去继续发现。请根据以上材料分析问题。
(1)从分子水平看，生物的性状具有多样性的直接原因是______________，根本原因是______________。
(2)从遗传水平看，生物新性状的出现主要是由于____________的结果，而进行有性生殖的生物，后代的不同表现型主要是由于________的结果。
(3)从进化角度看，生物物种的多样性主要是由于______________________________。
(4)现代生物学研究表明，通过________________技术也可以定向创造出动植物的新品种和微生物的新类型。
4.关于我国生物多样性保护的说法错误的是(　　)。
①要协调好人与人之间的关系　②禁止利用就是最好的保护　③要反对盲目地、掠夺式地开发和利用　④主要有就地保护和易地保护两大类
A．①② B．①③ C．②③ D．②④
5.某同学设计了如下三个实验装置，在适宜的温度、光照条件下放置一段时间，可得到的结论是(　　)。
①甲、乙对照可验证水体富营养化与水体中含大量的N、P等矿质元素有关　②甲、丙对照可验证生活污水导致水体富营养化　③乙、丙对照可验证生活污水中的有机质被微生物降解后，产生大量的N、P等矿质元素　④甲、乙、丙对照可知，生活污水的排放是水体富营养化的唯一因素
A．①②③ B．②③④
C．①③④ D．①②④
实验探究
为探究菖蒲对不同种类污水的净化作用，某研究小组进行了以下实验：
(1)实验目的：(略)
(2)实验材料：从不同地点采集的生活污水、工业污水、混合污水、普通池塘水4种水样；菖蒲若干；透明玻璃缸若干个；测定BOD(即水中有机污染物经微生物分解的需氧量)和总氮量的设备。
(3)请写出实验步骤：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)实验结果：该实验小组得出的数据如下图所示，请分析回答问题。
①实验后a、b、c、d 4种水样中的总氮量均下降到较低的水平，其原因是________________________________________________________________________。
②4种水样中，有机污染物浓度最高的是________(填图中字母)。
限时训练
题组一　人口增长对生态系统的影响
1．现在世界上面临的五大问题是：人口膨胀、资源短缺、能源危机、粮食不足、环境污染。其中要解决这五大问题，关键是要解决(　　)
A．粮食问题 B．人口问题
C．环境问题 D．资源问题
2.下列关于我国人口增长与环境关系的认识，正确的是(　　)
A．我国现有的人口已经超过了我国自然环境的人口环境容纳量
B．随着我国社会的发展和进步，人们的各种消费水平不断提高，人口增长会对生态环境造成更大的压力
C．因自然资源丰富，人口增长过快，消耗大量的自然资源并不影响生态环境
D．人口快速增长有利于解决我国在发展中遇到的困难和问题
3.下图所示为四个不同国家，在相同的时间内人口种群大小与每英亩土地粮食产量的关系(实线为种群大小，虚线为粮食产量/英亩)。请问在无粮食进口的情况下，哪一个国家能生存的最长久(　　)
题组二　全球环境的问题
4．目前气象预报中有“紫外线指数”的内容，提醒市民注意避免紫外线伤害。造成地面紫外线照射增强的直接原因是(　　)
A．滥伐森林 B．水体污染
C．南极冰川融化 D．臭氧层破坏
5．某环保部门在凌晨2点选择某养猪场附近河流的四个不同地点测量其溶氧量，结果如图所示，根据图示分析正确的是(多选)(　　)
A．这条河流污染最严重的是地点3附近
B．污染最可能从地点2附近开始
C．地点3溶氧量减少的主要原因是光照不足，浮游植物光合作用减弱
D．地点4数据表明该河流具有抵抗力稳定性
6．(2011·黄冈模拟)造成温室效应的原因和缓解全球温室效应危机的措施依次是(　　)
A．煤、石油、天然气的大量燃烧；节能减排、营造森林绿地
B．SO2等有毒气体的大量产生；种植夹竹桃等能大量吸收SO2的植物
C．人造含氟制冷剂的泄漏；采用无氟制冷剂
D．汽车和工厂排放的废气和烟尘；收取排污费，限令整改
7．(2010·扬州调研)造成我国野生生物资源减少的主要原因是(　　)
A．生存斗争的激烈化 B．物种退化
C．自然条件的变化 D．生存环境的改变和破坏
8.有关环境污染和破坏的叙述，正确的是(　　)
①造成温室效应的主要原因是煤、石油、天然气的大量燃烧　②造成臭氧层空洞的主要原因是人们大量使用氟氯烃制冷剂　③酸雨形成的主要原因是森林大量破坏　④水体富营养化、藻类大量繁殖，主要是由于有毒物质在生物体内的积累和浓缩
①②③④ B．①②④ C．①② D．②③④
9.英国著名经济学家K·E·博尔丁把对自然界进行掠夺、破坏式开发利用的经济模式称为“牧童经济”，下列现象不是由“牧童经济”模式造成的是(　　)
A．沙尘暴频发 B．火山爆发
C．温室效应加剧 D．湿地内物种减少
题组三　生物多样性
10.下列属于生物多样性间接使用价值的是(　　)
A．“两个黄鹂鸣翠柳，一行白鹭上青天”，激发人们文学艺术创作灵感
B．野生生物相互依存、相互制约，共同维系生态系统的稳态
C．科学家根据苍蝇平衡棒的导航原理，研制了新型的导航仪
D．生物多样性是培育农作物、家畜和家禽新品种不可缺少的基因库
11．菁草是菊科植物的一个种。采集同一山坡不同海拔高度的菁草种子，种在海拔高度为零的某一花园中，植株高度如下图。下列叙述中，不正确的是(多选)(　　)
A．原海拔高度不同的菁草株高的差异表现出物种多样性
B．不同海拔高度菁草之间不能杂交或杂交不育
C．研究遗传差异是否影响菁草株高，需原海拔处的数据
D．图示结果说明菁草株高的变化受到花园环境的影响
12．下列关于“生物多样性及其保护”的叙述，正确的是(　　)
A．地球上所有的植物、动物和微生物，以及它们拥有的全部基因共同组成生物的多
样性
B．许多野生生物的使用价值目前还不清楚，所以生物的多样性具有间接的使用价值
C．人为因素是生物多样性面临威胁的主要原因
D．生物多样性保护的最有效措施是禁止开发和利用野生动植物资源
13．下列各项不属于生物多样性价值体现的是(　　)
A．用芦苇、秸秆作原料造纸
B．将抗虫基因转入棉花体内培育转基因抗虫棉
C．以石油产品为原料生产化纤
D．引进蜣螂消除草原上成灾的牛羊粪便
14．在南海某岛上迁入一些农户，那里土地肥沃、气候宜人。若干年后，岛上人口增长曲线如图所示。请回答：
(1)该岛在m年内，人口增长呈________型曲线。当人口数量接近n线时，环境阻力越来越大，n线是该岛环境_________________________________________________________。
(2)当人口数量强行增长到O点时就会很快下降至P点，原因是人口剧增后，岛上__________________发生短缺，________遭到破坏，________越来越严重，变得不再适宜人类居住。所以岛上居民纷纷迁出该岛所致。
高考真题体验
1.（2012江苏）24全球范围内生物多样性有降低的趋势，对此所作的分析正确的是（ ）
A. 栖息地总量减少和栖息地多样性降低是重要原因B. 栖息地破碎化造成小种群有利于维持生物多样性
C. 这种变化是由于新物种产生量少于现有物种灭绝量D. 过度的人为干扰导致生物多样性降低
2.(2011·江苏卷20)下列关于江苏省境内发生的几个生态事件的叙述，错误的是(　　)。
A．互花米草原产美洲，引入到江苏沿海等地种植后迅速扩散并改变了滩涂生物多样性，属于生物入侵
B．克氏原螯虾(小龙虾)原产美洲，经由日本引入南京地区后迅速扩散，对农田有一定危害，但成为餐桌上的美味，不属于生物入侵
C．麋鹿原产我国，但后来在国内绝迹，从欧洲引入并在大丰境内建立自然保护区实地迁地保护
D．丹顶鹤在我国东北等地繁殖，迁徙至江苏沿海滩涂越冬，在盐城建立自然保护区实行就地保护
3．(2011·江苏卷，20)下列关于江苏省境内发生的几个生态事件的叙述，错误的是(　　)
A．互花米草原产美洲，引入到江苏沿海等地种植后迅速扩散并改变了滩涂生物多样性，属于生物入侵
B．克氏原螯虾(小龙虾)原产美洲，经由日本引入南京地区后迅速扩散，对农田有一定危害，但成为餐桌上的美味，不属于生物入侵
C．麋鹿原产我国，但后来在国内绝迹，从欧洲引入并在大丰境内建立自然保护区实行迁地保护
D．丹顶鹤在我国东北等地繁殖，迁徙到江苏沿海滩涂越冬，在盐城建立自然保护区实行就地保护
4．(2011·广东卷)人们使用含三丁基锡、三苯基锡等有机锡化合物的油漆涂于船只、海洋建筑物等的表面，有效防止了海洋生物附着生长，但近年来的研究发现油漆中的有机锡可释放入海，对多种生物造成毒害。有关该污染物的部分研究如下，请回答下列问题。
(1)较低浓度的有机锡即能抑制软体动物雌性个体的雌性激素合成，这些雌性个体的繁殖功能有何变化？________。小鼠在食用含较高剂量三丁基锡的食物后胸腺萎缩，请推测其细胞免疫和体液免疫功能各有何变化？________。该污染物通过________的富集可能对鱼类、鸟类甚至人类造成危害。
(2)有机锡污染导致某海域一种鱼的年龄组成发生改变(如图)，请预测该种群数量的变化趋势。________________________________________________________________________。
(3)某海域受有机锡污染后，部分海藻以及多种软体动物的生物量显著下降，个别物种消亡，而沙蚕等多毛纲动物变为优势类群。这是在________水平上研究的结果。
(4)以上资料表明，如果有机锡长期污染将会导致________下降，从而降低生态系统的________。若想探究海洋底泥中是否存在分解三丁基锡的细菌，以便用于今后的生态修复，筛选目标菌株的培养基成分为：蛋白胨、________、NaCl、H2O和琼脂。
5．(2011·山东基本能力，35)分析数据，了解国情。人口状况是制定国家经济社会发展规划的重要依据。下面是我国六次人口普查中人口数量与年龄结构的基本情况(不包括港、澳、台)。
(1)下列关于我国人口数量的叙述，正确的是(　　)。
A．人口总量变化明显，2010年比1953年增长了225.4%
B．与1990年～2000年相比较，2000年～2010年人口净增长量上升
C．1964年0～14岁人口数量多于1982年0～14岁人口数量
D．2010年15～64岁人口数量高于世界上大多数国家的全国人口数量
(2)从人口结构柱状图可以看出，自1964年以来0～14岁人口在总人口中的比重呈________趋势，65岁及以上人口比重呈________趋势。
(3)1964年以来，我国人口总量的变化使得人均耕地面积占有量________。
6．(2008·全国Ⅱ，30Ⅱ)某湖泊由于大量排入污水，连续多次发生蓝藻爆发，引起水草死亡，周边居民也有出现某种有毒物质中毒现象的。请回答问题。
(1)湖泊中导致蓝藻爆发的主要非生物因素是过量的________。导致水草死亡的主要原因是水草生长的环境中缺少________和________这两种非生物因素。
(2)某小组分别于早晨和下午在该湖泊的同一地点、同一水层取得两组水样，测得甲组pH为7.3，乙组pH为6.0，那么取自早晨的水样是________组，理由是 ______________________________________________________。
甲组水样中的O2含量________于乙组的，理由是_________________________________
________________________________________________________________________。
(3)如果居民中毒是由于蓝藻中的某种有毒物质经食物链的传递引起的，这类食物链中含有四个营养级的食物链是________―→________―→________―→人。
7.(2010·北京卷，5)保护生物多样性是实现人类社会可持续发展的基础。下列对生物多样性的理解正确的是(　　)。
A．生物多样性的丰富程度与自然选择无关
B．群落演替过程中的生物多样性逐渐降低
C．物种多样性比较高的生态系统相对稳定
D．遗传多样性较低的种群适应环境能力强
8．(2010·江苏卷，14)长在路边的小草一般不会引起人们的特别关注，从保护生物多样性的角度来看，它却有其存在的价值，但不包括(　　)。
A．它属于该地区生态系统中的生产者
B．它对于生态系统中其他种群的生存有利无害
C．它可能含有对人类有重要价值的基因
D．它可能为某种害虫的天敌提高栖息地
9．(2010·江苏卷，15)某城市的一块荒地在城市发展过程中被改造成另一个相对稳定的生态系统，改造前后的一些变化见下表。据此作出的相关判断中错误的是(　　)。
植物种类
植被覆盖率
群落中的植物优势种
改造前
20种
10%
狗尾草、艾蒿、蒲公英
改造后
30种
25%
菖蒲、芦苇、睡莲
A.改造增加了该区域的湿地面积
B．改造后该区域的植物多样性增加
C．改造后该区域的气候得到改善
D．改造的主要目的是为人们提供丰富的生产和生活物质
10．(2011·安徽卷)大熊猫和华南虎都是我国的珍稀保护动物，它们体型相近，曾经同城分布，一度都有较大的种群数量。由于栖息地破坏导致它们的数量锐减，目前野生大熊猫仅有1 600只左右，而华南虎在野外已基本绝迹。
(1)从生态系统能量流动的特点分析，大熊猫比华南虎有一定的生存优势的原因是________________________________________________________________________。
(2)成年大熊猫经常用尿液和肛腺的分泌物在岩石或树干上进行标记，这种行为传递的信息类型属于___________________________________________________________。
(3)目前，野生大熊猫分布在六个彼此隔离的种群中，通过建立生态廊道沟通各种群，可以使种群间发生_____________________________________________________________________。
(4)建立自然保护区，改善栖息环境，以提高________，是提高大熊猫种群密度的根本措施。
学案47 生态环境的保护
答案与解析
基础自查
一、人口增长对生态环境的影响
1．(1)急剧增长的主要原因：生育率较高，死亡率逐渐下降，人口基数过大。
(2)发展目标
①2020年，人口总数控制在14.5亿以内。
②21世纪中叶，人口总数达到峰值(接近16亿)。
2．(1)土地资源的压力；(2)水资源的压力；(3)能源的压力；(4)森林资源的压力；(5)环境污染的压力。
想一想　主要依据是年龄组成和性别比例。
二、保护我们共同的家园
1．全球气候变化、水资源短缺、臭氧层破坏、酸雨、土地荒漠化，海洋污染、生物多样性锐减等。
动动脑　大力植树造林，减少化学燃料的燃烧；酸雨成因：煤、石油等化学燃料的燃烧。
2．(1)生物多样性：生物圈内所有的植物、动物和微生物，它们所拥有的全部基因以及各种各样的生态系统，共同构成了生物多样性，包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性。
(2)生物多样性的价值
①直接价值：a.药用价值；b.工业原料；c.科研价值；d.美学价值。
②间接价值：生态功能。
③潜在价值：未发现，不清楚的价值。
(3)措施
①就地保护：主要指建立自然保护区。
②易地保护：将物种迁出原地，进行特殊保护和管理，利用生物技术对濒危物种的基因进行保护，协调好人与生态环境的关系(关键)。
③加强立法，执法和宣传教育。
思考　从分子生物学角度考虑，生物多样性的直接原因是蛋白质的多样性，根本原因是基因的多样性。从进化角度考虑，生物多样性的原因是生物生存的多种多样的环境对生物进行不同方向的选择。
三、可持续发展
1．含义：在不牺牲未来几代人需要的情况下，满足我们这代人的需要，它追求的是自然、经济、社会的持久而协调的发展。
2．实现措施
(1)保护生物多样性。
(2)保护环境和资源。
(3)建立人口、环境、科技和资源消费之间的协调与平衡。
课堂深化探究
一．人口增长与全球性环境问题
1．(1)人类的生存资源、土地资源、森林资源、能源是有限的，过度利用使其减少。
(2)人口增加，人类需求也不断增加，为了满足衣食住行的要求和经济发展，使污染物的总量增大，大量工农业废弃物和生活垃圾排放到环境中，影响了环境的纳污量以及对有毒、有害物质的降解能力，加剧了环境污染。
2．(1)继续控制人口增长。
(2)加大保护资源和环境的力度。
(3)监控治理江河湖泊及海洋的污染。
(4)加强生物多样性保护和自然保护区建设。
(5)推进生态农业。
3．水污染及其净化
解决水污染最有效的办法就是减少排放。对不可避免产生的污水，要集中到处理厂进行净化。通常的方法有物理沉降、化学反应分解等，最符合生态学原理的是利用生物分解的办法降解。
4．土地荒漠化
(1)植被破坏是土地荒漠化的主要原因，如草原的过度放牧、草原植被破坏、有益动物的大量减少、病虫害严重等，使草原植被退化，原始森林和“三北”防护林被破坏。
(2)沙尘暴遮天蔽日，毁坏力极强。
(3)合理利用和保护现有草原；部分地区退耕还林、还草；大量营造草场、灌木林和防护林，以林护草、草林结合。
二．生物多样性及其保护
1．(1)概念：生物圈内所有动物、植物和微生物及它们所拥有的全部基因和各种各样的生态系统，包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性。
(2)生物多样性价值
①直接价值：药用价值、工业原料、科研价值、文学艺术创作、旅游、美学价值等。
②间接价值：生态功能，如保持水土、涵养水源、调节气候等。
③潜在价值：大量野生生物的使用价值目前还不清楚，但将来可能有重要作用，一旦这些生物从地球上消失，就永远无法再生了。
2．(1)就地保护；(2)易地保护；(3)利用生物技术进行保护；(4)加强教育和法制管理。
3．(1)从分子水平看：

(2)从进化角度看：物种的多样性是生物进化和自然选择共同作用的结果；生态系统多样性是生物多样性及其生存环境共同作用的结果。
(3)生物多样性丧失的原因
生存环境的改变和破坏；掠夺式地开发和利用；环境污染；外来物种入侵或引种到缺少天敌的地区。
4.怎样保护生物多样性？保护生物的多样性的相应措施，需要区分就地保护和易地保护。就地保护除了保护区域内的物种，还应保护相应的生态环境，而在物种生存的环境遭到破坏，不再适于物种生存后，就只能实行易地保护。
对应训练
1.解析　该图形体现了生态工程的物质循环再生，物种多样性等原理；硝化细菌能够通过化能合成作用产生氧气，增加水中的含氧量，有利于好氧型细菌和藻类的繁殖，有利于污水的处理；由图中信息分析，藻类产生的氧气能被细菌利用，而细菌分解有机物产生的物质有利于藻类生长，体现了种间互助关系；出水处的污水需要经过处理才能排放，因为可能含有有害物质。
答案　ABC
2.解析　由题图可知，人工湿地对污水中N去除效果要好于P；在8～11月份，流经人工湿地的污水中的N的含量在8月中旬至10月中旬是持续下降的，但P的含量呈波动趋势，所以不是同步的；从整体上看，人工湿地对生活污水有一定的净化作用，但图中没有信息能反映出浮游动物的取食作用对污水有一定的净化作用。
答案　D
3.解析　这是一道典型的学科内综合题，涉及组成生物的化合物、变异的来源、自然选择学说、生物工程等知识内容，考查学生从不同角度分析问题的能力。生物具有多样性，可以从分子水平、进化、生态等不同层次和角度进行研究。从分子水平看，蛋白质是生命活动的主要体现者，蛋白质分子的多样性直接影响生物性状表现的多样性，而蛋白质的合成受基因控制，特定的基因控制特定蛋白质的合成，所以遗传物质的多样性是生物多样性的根本原因；从生物变异的角度看，新性状的出现主要是由于基因突变的结果，基因突变是生物变异的根本来源；进行有性生殖的生物，后代的不同性状主要是由于控制不同性状的基因重新组合，即基因重组形成的；从生物与环境的关系看，不同环境条件下，自然选择也是生物多样性的重要原因。现代生物学通过生物工程技术可以不断改变生物遗传性状，如转基因技术、细胞融合技术等能在较短时间创造出动植物的新品种和微生物的新类型。
答案　(1)蛋白质的多样性　DNA(或基因)的多样性
(2)基因突变　基因重组　(3)不同的环境对生物进行自然选择的结果　(4)现代生物工程(或转基因、细胞融合等)
4.解析　保护生物多样性的关键是要协调好人与生态环境的关系。反对盲目地、掠夺式地开发和利用，不意味着禁止开发和利用。我国生物多样性的保护，可概括为就地保护和易地保护两大类。
答案　A
5.解析　本题以实验设计为载体，考查实验分析能力。理解引起水体富营养化的原因及富营养条件下水体的变化，找出实验的自变量是解题的关键。由图示信息可以看出，甲与乙、甲与丙、乙与丙的自变量分别为N、P等矿质元素，生活污水和污染物的种类，所以甲、乙对照可验证水体富营养化与水体中含大量的N、P等矿质元素有关，同理可推出②③正确。甲、乙、丙对照可知，生活污水的排放和水体中含大量的N、P等矿质元素都是富营养化的因素。
答案　A
实验探究
解析　依据实验目的应分别测定菖蒲对四种水样的净化效果，在放入菖蒲前应事先测定并记录起始数据，实验中应选择长势相似的菖蒲以消除实验误差。由图甲可看出水样a中BOD最高，表明其有机污染程度最严重。
答案　(3)①取四个透明玻璃缸，编号，分别放入等量的上述4种水样；分别测定四个容器中的BOD和总氮量，记录数据。②分别放入等量的长势相似的菖蒲，在相同且适宜的条件下培养一段时间后，再分别测定四个容器中的BOD和总氮量，记录数据。③重复上述实验3次(或3次以上)，记录数据并求平均值。(4)①水样中的含氮无机盐被菖蒲吸收　②a
限时训练
题组一　人口增长对生态系统的影响
B　在人类社会文明高度发展的今天，人类开发利用自然资源、能源的水平有了很大的飞跃，粮食的产量大大提高，医疗卫生事业也有了很大进步。但同时世界人口也在飞速增长，且其增长速度大大超过了粮食的增长速度及资源、能源的开发速度，因此造成了世界资源枯竭、能源缺乏、粮食不足，而且人口的增长、工业的发展对环境造成了巨大污染。由此可见，要解决这些问题，
2.　B　环境容纳量表示的是环境所允许的最大值。我国现有的人口并没有超过我国自然环境的人口环境容纳量。随着人口的增长，会带来相应的环境问题，如人均生存空间的减少、土地资源压力、水资源压力、能源危机、环境污染等，不利于可持续发展。
3.B　在无粮食进口的情况下，人口的增长与粮食产量保持协调发展的国家生存的最长久。
题组二　全球环境的问题
4．D　臭氧层可以大量吸收太阳辐射中的紫外线。
5．ABD　地点3溶氧量减少主要是由水中好氧型细菌消耗氧气引起的。
6．A　首先明确，产生温室效应的原因是大气中CO2的含量增加，而CO2的含量在大气中增加的原因主要是由于煤、石油、天然气的大量燃烧。要想缓解全球温室效应的危机，需采取措施降低大气中CO2的含量。
7．D
8.C　酸雨形成的主要原因是由于污染大气的二氧化硫等气体过多而使雨水的酸性增强。水体富营养化、藻类大量繁殖，主要原因是水体中N、P等矿质元素增多造成的。
9B　“牧童经济”模式是指对自然界进行掠夺、破坏式开发利用的经济模式，是人类的行为对生态环境造成破坏。而火山爆发是自然因素而不是人为因素引起的。
题组三　生物多样性
10.B　[生物多样性间接使用价值是指生物多样性的生态功能，如森林和草地对水土保持作用、调节气候等，对生态系统具有重要的调节作用。
11．ABD　[因处于不同海拔高度的菁草属于同一物种，故原海拔高度不同的菁草株高的差异表现的是个体差异，而不是物种多样性。同一物种间不存在生殖隔离，个体之间可以杂交。不同海拔高度的菁草种子在海拔高度为零的某一花园中株高的差异说明遗传的差异。研究遗传差异是否影响菁草株高，需原海拔处的数据，若与原海拔处的数据相同，说明遗传差异影响株高，若与原海拔处的数据不同，说明环境差异影响株高。]
12．C　[A错误，生物多样性包括三个层次：遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性，即地球上的所有植物、动物和微生物，它们所拥有的全部基因以及各种各样的生态系统，共同构成了生物多样性；B错误，许多野生生物的使用价值目前还不清楚，属于生物多样性的潜在价值；C正确，人为因素是生物多样性面临威胁的主要原因，如破坏生态环境、掠夺式开发、乱捕滥猎及盲目引种等；D错误，生物多样性保护的最有效措施是就地保护，但这并不意味着要禁止开发和利用野生动植物资源，而是应建立合理的开发利用机制。]
13．C　 A和B为直接价值；D为间接价值；石油是生物产品而非生物。
14．(1)“J”　人口最大容纳量　(2)生活资源　生态环境　环境污染
解析　(1)由于海岛上土地肥沃，气候宜人，因此在m年内当地人口增长应呈“J”型曲线增长。而随人口数量增加，环境阻力增大后，应呈“S”型曲线增长，因此n线应为“S”型曲线的K值。(2)当人口数量增长到O点时，由于此时远远大于K值，生态系统的生活资源是有限的，人口过多，必然导致生活资源的短缺(如淡水资源)和生态环境的破坏，生产、生活活动增多，又必然会导致环境污染。
高考真题体验
1.【答案】ACD
【解析】栖息地总量减少和栖息地多样性降低导致生物的生存空间减小，是全球范围内生物多样性有降低趋势的重要原因，A正确；栖息地破碎化造成小种群，会减小各个种群之间的基因交流的机会，导致生物多样性减小，B错误；全球范围内生物多样性有降低的趋势这种变化是由于新物种产生量少于现有物种灭绝量，C正确；过度的人为干扰导致生物多样性降低，D正确。
2.解析　克氏原螯虾(小龙虾)从美洲到日本，再到南京，生存能力强，影响到当地原有的生物群落，应属于生物入侵，所以B选项的叙述是错误的。
答案　B
B　生物入侵是指某种生物从外地自然传入或人为引种后成为野生状态，并对本地生态系统造成一定危害的现象。互花米草引入到江苏沿海等地后，在与本地物种的竞争中占优势，使本地的生物多样性受到威胁，A项正确；小龙虾由日本引入后，在与本地生物的竞争中占优势而大量繁殖并迅速扩散，属于生物入侵，B项错误；麋鹿原产我国，在国内绝迹后，从欧洲引入并在大丰境内建立自然保护区保护起来，属于迁地保护，C项正确；盐城的丹顶鹤自然保护区是在其越冬地进行的就地保护，D项正确。
4.解析　本题是属于考察生态与环境的相关内容，(1)属于信息题，根据体液调节可知雌性激素合成减少时繁殖力会降低。由于胸腺是T淋巴细胞发育的场所，胸腺萎缩会降低细胞免疫，由于体液免疫和细胞免疫是相互作用的，细胞免疫又会影响体液免疫，所以二者都降低。污染物会沿着食物链富集，对食物链的顶级消费者伤害最大。(2)可知污染后年龄组成属于衰退型，故数量会逐渐减少。(3)是不同种群之间，所以是群落水平。(4)考察生物多样性与生态系统稳定性的关系，最后一问考察了选择培养基的内容，所以应加入三丁基锡。
答案　(1)减弱(降低)　细胞免疫和体液免疫都减弱(降低)　食物链　(2)逐渐减少　(3)群落　(4)生物多样性　稳定性　三丁基锡
5.解析　(1)2010年与1953年相比，人口总量增长为：(13.40－5.94)÷5.94＝125.6%；1990年～2000年的人口净增量为12.66－11.34＝1.32(亿)，2000年～2010年的人口净增量为13.40－12.66＝0.74(亿)，说明人口净增量下降；1964年0～14岁人口数量为6.95×40.69%＝2.828(亿)，1982年0～14岁人口数量为10.08×33.59%＝3.386(亿)；2010年15～64岁人口数量为13.40×74.58%＝9.994(亿)，这一数字高于世界上大多数国家的全国人口数量。
(2)分析人口结构柱状图可知，自1964年以来0～14岁人口在总人口中的比重下降，而65岁及以上人口比重上升，老龄化问题日渐突出。
(3)人口数量增加，人均耕地面积减少。
答案　(1)D　(2)下降　上升　(3)减少(下降或降低)
6.解析　蓝藻大规模爆发是水体富营养化的结果，而富营养化是由于N、P等元素超标导致的。由于蓝藻大量繁殖，浮在水面上遮盖了阳光，从而导致水面下光照不足，同时由于夜晚大量的蓝藻进行呼吸作用，导致水体中严重缺氧，使得大量的水草及鱼虾死亡。由此可以很容易答出(1)、(2)两题。对于食物链的问题，应该注意：食物链的开始一定是生产者，因此蓝藻作为生产者写在第一个空中，而蓝藻可以成为一些小型的浮游动物的食物，小型的浮游动物又作为鱼类的食物，则这个食物链可以很容易完成。
答案　(1)无机盐(其他合理答案也可)　光　氧　(2)乙　由于蓝藻等夜晚呼吸产生大量CO2，CO2与水结合产生碳酸后使水的pH下降　大　蓝藻等白天进行光合作用释放大量O2，使水中含O2量上升　(3)蓝藻　浮游动物　鱼
7.解析　本题主要考查生物多样性的形成原因、生物多样性与生态系统稳定性的关系和群落演替中的生物多样性的变化等知识。生物多样性是与自然环境的多样性相对应的，A错；群落演替过程就是物种丰富度提高、生态系统稳定性提高的过程，B错；物种多样性高，生态系统的营养结构复杂，稳定性高，C对；遗传多样性低的种群当所处的环境发生改变时，可能会因无适应环境的个体而灭亡，D错。
答案　C
8.解析　本题考查生物多样性价值的理解。小草为生产者，属于间接价值。小草的生长对和它具有竞争关系的种群不利，B项错误。C项中其不知道的基因价值属于潜在价值。为害虫天敌提供栖息地，属于间接价值，D项正确。
答案　B
9.解析　从表中看出，改造后的生态系统水生植物较多，应是增加了湿地面积，从而使植物多样性加大，气候条件得到改善，其目的并不是为了提供生产、生活物质。
答案　D
10.解析　本题考查生态系统功能。(1)根据能量流动逐级递减特点，由于华南虎是肉食性动物，而大熊猫是植食性动物，营养级低，所以生存优势强。(2)大熊猫尿液和肛腺的分泌物是化学信息。(3)野生大熊猫分布在六个彼此隔离的种群，属于同一物种，可以进行基因交流。(4)建立自然保护区，改善栖息环境，减小环境阻力，从而提高环境容纳量，提高种群密度。
答案　(1)所处的营养级低，属于第二营养级　(2)化学信息(3)基因交流　(4)环境容纳量
第十单元 现代生物科技专题
学案49 DNA重组技术的基本工具和基因工程的基本操作程序
考纲要求　
1.基因工程的诞生 Ⅰ
2.基因工程的原理及技术 Ⅱ
复习要求
1．理解基因工程的实质
2．理解基因工程操作的四步曲及其操作实例
基础自查
一．基因工程的概念
基因工程是指 ，通过 技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出 。基因工程是在 水平上进行设计和施工的，又叫做 。
二．基因工程的基本工具
1.限制性核酸内切酶（限制酶）
（1）来源： 。
（2）功能：
。
（3）结果：产生的DNA片段末端通常有两种形式： 。
2. DNA连接酶
(1)两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶）比较：
①相同点： 。
②区别：
（2）与DNA聚合酶作用的异同:

3.载体
（1）载体具备的条件：
（2）最常用的是 其它载体：
三．基因工程的基本操作程序
第一步：
原核基因采取直接分离获得，真核基因是人工合成。人工合成目的基因的常用方法有
。
２.PCR技术扩增目的基因
（1）原理：
（2）过程：： 。
第二步：
1.目的： 。
2.组成：
（1）启动子： 。
（2）终止子： 。
（3）标记基因的作用：
。
第三步：
2.常用的方法：
a、将目的基因导入植物细胞方法： 。
b、将目的基因导入动物细胞：最常用的方法是 。此方法的受体细胞多是 。
C、将目的基因导入微生物细胞：最常用的原核细胞是 ，其转化方法是：

。
第四步：
1.首先要检测 ，方法是采用 。
2.其次还要检测 ，方法是采用
。
3.最后检测 ，方法是 ，用 。
4.有时还需进行 的鉴定。如 转基因抗虫植物是否出现抗虫性状。
课堂深化探究
一．对基因工程概念的理解
别名
基因拼接技术或DNA重组技术
操作环境

操作对象

操作水平

基本过程

结果

与杂交育种相比

与诱变育种相比

原理

二．基因工程的基本操作工具
1．与DNA分子相关的酶
(1)几种酶的比较
种类
项目　　
限制酶
DNA连接酶
DNA聚合酶
解旋酶
作用底物

作用部位

作用特点

作用结果

(2)限制酶与DNA连接酶的关系


2．载体
(1)作用

(2)具备的条件
(3)种类
特别提醒　①一般来说，天然载体往往不能满足人类的所有要求，因此人们根据不同的目的和需要，对某些天然的载体进行人工改造。
②限制酶切割位点所处的位置必须是在所需的标记基因之外，这样才能保证标记基因的完整性，有利于对目的基因的检测。
三．基因工程操作程序
基因工程技术生产凝乳酶的过程
1．基因工程的操作程序分析
(1)目的基因的获取途径

(2)基因表达载体的构建
特别提醒　①插入的目的基因的表达需要调控序列，因而用作载体的质粒的插入基因部位之前需有启动子，之后需有终止子。
②两次使用的限制酶为同一种酶，这样形成的黏性末端碱基之间互补，便于连接。
(3)将目的基因导入受体细胞(转化)
生物种类
植物细胞
动物细胞
微生物细胞
常用方法

受体细胞
体细胞
受精卵
原核细胞
转化过程

(4)目的基因的检测与鉴定
类　型
检测内容
方　法
结果显示
分子
检测
导入检测

转录检测

翻译检测

个体水平检测

特别提醒：1．在整个工程中，只有第三步将目的基因导入受体细胞过程中不发生碱基互补配对，其他步骤均发生配对。
2．切割质粒和目的基因的限制酶必须是同一种酶，以获得相同的黏性末端，利于基因表达载体的构建。
3．插入的目的基因只是结构基因部分，其表达需要调控序列，因而用作载体的质粒的插入部位前须有启动子，后须有终止子。
4．PCR技术与DNA复制的比较
PCR技术
DNA复制
相
同
点
原理
DNA双链复制(碱基互补配对)
原料
四种游离的脱氧核苷酸
条件
模板、ATP、酶等
不
同
点
解旋
方式
DNA在高温下变性解旋
解旋酶催化
场所
体外复制
主要在细胞核内
酶
热稳定的DNA聚合酶(Taq酶)
细胞内含有的DNA聚合酶
结果
在短时间内形成大量的DNA片段
形成整个DNA分子
对应训练
1.下列关于基因工程的叙述，错误的是( )
A．目的基因和受体细胞均可来自动物、植物或微生物
B．限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶
C．人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性
D．载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达
2.下列有关基因工程中限制性核酸内切酶的描述，错误的是(　　)。　　　　　
A．一种限制性核酸内切酶只能识别一种特定的脱氧核苷酸序列
B．限制性核酸内切酶的活性受温度影响
C．限制性核酸内切酶能识别和切割RNA
D．限制性核酸内切酶可从原核生物中提取
3.如图是利用基因工程技术培育转基因植物，生产可食用疫苗的部分过程示意图，其中Pst Ⅰ、Sma Ⅰ、EcoRⅠ、ApaⅠ为四种限制性核酸内切酶。下列说法错误的是(　　)。
A．图示过程是基因工程的核心步骤
B．表达载体构建时需要用到限制酶 SmaⅠ
C．抗卡那霉素基因的存在有利于将含有抗原基因的细胞筛选出来
D．除图示组成外，表达载体中还应该含有启动子和终止子等结构
4.下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，有关叙述正确的是(　　)
A．过程①获取的目的基因，可用于基因工程和比目鱼基因组测序
B．将多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因，不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白
C．过程②构成的重组质粒缺乏标记基因，需要转入农杆菌才能进行筛选
D．应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达
限时训练
题组一　基因工程及基本操作
1.科学家将动物体内的能够合成胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌体内表达成功。请根据图回答问题:
(1)此图表示的是采取 　 合成基因的方法获取 　　　　　　　 基因的过程。
(2)图中①DNA是以 　　　　　　　　 为模板， 　　　　　　 形成单链DNA，在酶的作用下合成双链DNA，从而获得了所需要的基因。
(3)图中③代表 　　　 DNA，含 　　　　　　　 基因。
(4)图中④表示 　 。
2．下图为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化，图中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是(　　)
A．①②③④ B．①②④③ C．①④②③ D．①④③②
3．下列关于基因工程的叙述，不正确的是(多选)(　　)
A．基因工程经常以抗菌素抗性基因为目的基因
B．细菌质粒是基因工程常用的运载体
C．通常用一种限制性核酸内切酶处理含目的基因的DNA，用另一种处理运载体DNA
D．为培育成抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体
题组二　基因工程的操作程序
4.下图表示利用基因工程培育抗虫棉的过程，请据图回答下列有关问题。
(1)若限制酶Ⅰ的识别序列和切点是—↓GATC—，限制酶Ⅱ识别序列和切点是—G↓GATCC—，那么在①过程中，应用限制酶________切割质粒，用限制酶________切割抗虫基因。
(2)将通过②过程得到的大肠杆菌涂布在含有________的培养基上，若能够生长说明已导入了普通质粒或重组质粒，反之则说明没有导入。
(3)要确定抗虫基因导入后，是否能稳定遗传并表达，需进行检测和鉴定工作，则在个体水平上的鉴定过程可简述为：________。经筛选分析，该植株细胞中含有一个携带抗虫基因的DNA片段，因此可以把它看作是杂合子。理论上，该转基因植株自交产生的F1代中，仍具有抗虫特性的植株占总数的________。
(4)⑤过程所用的现代生物技术称为________，从遗传学角度来看，据细胞通过⑤过程，能形成棉植株的根本原因是细胞具有____________________。
5．干扰素是病毒侵入人体后由淋巴细胞产生的一种免疫活性物质，它具有广谱抗病毒的作用。利用现代生物技术生产干扰素的流程如下：
(1)过程①产生的物质A是______，cDNA文库______(大于/小于)人的基因组文库。
(2)过程④用到的工具酶是______________，过程⑤需先用____________________处理受体细胞，过程⑥通常采用________技术。
(3)过程⑧和⑨的关键技术分别是________、________。
(4)基因工程的核心步骤是图中的________________(填标号)。
题组三综合题
6.(2011·安徽理综31)家蚕细胞具有高效表达外源基因的能力。将人干扰素基因导入家蚕细胞并大规模培养，可提取干扰素用于制药。
(1)进行转基因操作前，需用________酶短时处理幼蚕组织，以便获得单个细胞。
(2)为使干扰素基因在家蚕细胞中高效表达，需要把来自cDNA文库的干扰素基因片段正确插入表达载体的________和________之间。
(3)采用PCR技术可验证干扰素基因是否已经导入家蚕细胞。该PCR反应体系的主要成分应包含：扩增缓冲液(含Mg2＋)、水、4种脱氧核糖核苷酸、模板DNA、________和________。
(4)利用生物反应器培养家蚕细胞时，贴壁生长的细胞会产生接触抑制。通常将多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反应器中，这样可以________，增加培养的细胞数量，也有利于空气交换。
7．(2010·天津理综，7Ⅰ)下图是培育表达人乳铁蛋白的乳腺生物反应器的技术路线。图中tetR表示四环素抗性基因，ampR表示氨苄青霉素抗性基因，BamHⅠ、HindⅢ、SmaⅠ直线所示为三种限制酶的酶切位点。
据图回答问题。
(1)图中将人乳铁蛋白基因插入载体，需用________________限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因。筛选含有重组载体的大肠杆菌首先需要在含________的培养基上进行。
(2)能使人乳铁蛋白基因在乳腺细胞中特异性表达的调控序列是________(填字母代号)。
A．启动子 B．tetR C．复制原点 D．ampR
(3)过程①可采用的操作方法是________(填字母代号)。
A．农杆菌转化 B．大肠杆菌转化
C．显微注射 D．细胞融合
(4)过程②采用的生物技术是________________。
(5)对早期胚胎进行切割，经过程②可获得多个新个体。这利用了细胞的________性。
(6)为检测人乳铁蛋白是否成功表达，可采用________(填字母代号)技术。
A．核酸分子杂交 B．基因序列分析
C．抗原—抗体杂交 D．PCR
8．(2009·上海卷)人体细胞内含有抑制癌症发生的P53基因，生物技术可对此类基因的变化进行检测。
(1)目的基因的获取方法通常包括________和________。
(2)上图表示从正常人和患者体内获取的P53基因的部分区域。与正常人相比，患者在该区域的碱基会发生改变，在上图中用方框圈出发生改变的碱基对，这种变异被称为________。
(3)已知限制酶E识别序列为CCGG，若用限制酶E分别完全切割正常人和患者的P53基因部分区域(见上图)，那么正常人的会被切成________个片段，而患者的则被切割成长度为________对碱基和________对碱基的两种片段。
(4)如果某人的P53基因部分区域经限制酶E完全切割后，共出现170、220、290和460个碱基对的四种片段，那么该人的基因型是________(以P＋表示正常基因，P－表示异常基因)。
9．(2009·福建卷)转基因抗病香蕉的培育过程如图所示。质粒上有PstⅠ、SmaⅠ、EcoRⅠ、ApaⅠ等四种限制酶切割位点。请回答下列问题。
(1)构建含抗病基因的表达载体A时，应选用限制酶________，对________进行切割。
(2)培养板中的卡那霉素会抑制香蕉愈伤组织细胞的生长，欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞，应使基因表达载体A中含有________，作为标记基因。
(3)香蕉组织细胞具有________，因此，可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株。图中①、②依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的________。
高考真题体验
1．(2012浙江高考６)天然的玫瑰没有蓝色花，这是由于缺少控制蓝色色素合成的基因B，而开蓝色花的矮牵牛中存在序列已知的基因B。现用基因工程技术培育蓝玫瑰，下列操作正确的是（ ）
A.提取矮牵牛蓝色花的mRNA，经逆转录获得互补的DNA，再扩增基因B
B.利用限制性核酸内切酶从开蓝色花矮牵牛的基因文库中获取基因B
C.利用DNA聚合酶将基因B与质粒连接后导入玫瑰细胞
D.将基因B直接导入大肠杆菌，然后感染并转入玫瑰细胞
2. (2012高考全国新课标卷40)根据基因工程的有关知识，回答下列问题：
（1）限制性内切酶切割ＤＮＡ分子后产生的片段，其末端类型有　　　和　　　。
（2）质粒运载体用EcoRⅠ切割后产生的片段如下：
为使运载体与目的基因相连，含有目的基因的DNA除可用EcoRⅠ切割外，还可用另一种限制性内切酶切割，该酶必须具有的特点是　　　。[来源：z#zs#tep.com]
（3）按其来源不同，基因工程中所使用的DNA连接酶有两类，即　　　　　DNA连接酶和　　　　　　　DNA连接酶。
（4）反转录作用的模板是　　　，产物是　　　。若要在体外获得大量反转录产物，常采用　　　技术。
（5）基因工程中除质粒外，　　　　　和　　　　　　也可作为运载体。
（6）若用重组质粒转化大肠杆菌，一般情况下，不能直接用未处理的大肠杆菌作为受体细胞，原因是　　　　　　　。
3.(2012福建高考３２)现代生物科技专题。肺细胞中的let-7基因表达减弱，癌基因RAS表达增强，会引发肺癌。研究人员利用基因工程技术将let-7基因导入肺癌细胞实验表达，发现肺癌细胞的增殖受到抑制。该基因工程技术基本流程如图１。
请回答：
（１）进行过程①时，需用 酶切开载体以插入let-7基因。载体应用RNA聚合酶识别和结合的部位，以驱动let-7基因转录，该部位称为 。
（２）进行过程②时，需用 酶处理贴附在培养皿壁上的细胞，以利于传代培养。
（３）研究发现，let-7基因能影响RAS的表达，其影响机理如图２。据图分析，可从细胞提取 进行分子杂交，以直接检测let-7基因是否转录。肺癌细胞增殖受到抑制，可能是由于细胞中 （RASmRNA/RAS蛋白）含量减少引起的。
４. (2012天津高考7)生物分子间的特异性结合的性质广泛用于生命科学研究。以下实例为体外处理“蛋白质-DNA复合体”获得DNA片段信息的过程图。
据图回答：
（1）过程①酶作用的部位是 键，此过程只发生在非结合区DNA，过程②酶作用的部位是 键。
（2）①、②两过程利用了酶的 特性。
（3）若将得到的DNA片段用于构建重组质粒，需要过程③的测序结果与 酶的识别序列进行对比，以确定选用何种酶。
（4）如果复合体中的蛋白质为RNA酶聚合，则其识别、结合DNA序列位基因的
。
（5）以下研究利用了生物分子间的特异性结合的有 （多选）
A.分离得到核糖体，用蛋白酶酶解后提取rRNA
B.用无水乙醇处理菠菜叶片，提取叶绿体基粒膜上的光合色素
C．通过分子杂交手段，用荧光物质标记的目的基因进行染色体定位
D．将抑制成熟基因导入番茄，其mRNA与催化成熟酶基因的mRNA互补结合，终止后者翻译，延迟果实成熟。
５. (2012江苏高考32)图1表示含有目的基因D的DNA片段长度（bp即碱基对）和部分碱基序列，图2表示一种质粒的结构和部分碱基序列。现有Msp I、BamH I、Mbo I、Sma I4种限制性核酸内切酶，它们识别的碱基序列和酶切位点分别为C↓CGG、G↓GATCC、↓GATC、CCC↓GGG。请回答下列问题
（1）图1的一条脱氧核苷酸链中相邻两个碱基之间依次由 连接。
（2）若用限制酶SmaI完全切割图1中DNA片段，产生的末端是 末端，其产物长度为 。
（3）若图1中虚线方框内的碱基对被T-A碱基对替换，那么基因D就突变为基因d。从杂合子中分离出图1及其对应的DNA片段，用限制酶Sma I完全切割，产物中共有 种不同长度的DNA片段。
（4）若将图2中质粒和目的基因D通过同种限制酶处理后进行连接，形成重组质粒，那么应选用的限制酶是 。在导入重组质粒后，为了筛选出含重组质粒的大肠杆菌，一般需要用添加 的培养基进行培养。经检测，部分含有重组质粒的大肠杆菌菌株中目的基因D不能正确表达，其最可能的原因是 。
6．(2011·四川理综，5)北极比目鱼中有抗冻基因，其编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列，该序列重复次数越多，抗冻能力越强。下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，有关叙述正确的是(　　)。
A．过程①获取的目的基因，可用于基因工程和比目鱼基因组测序
B．将多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因，不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白
C．过程②构成的重组质粒缺乏标记基因，需要转入农杆菌才能进行筛选
D．应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达
7.（2011 ?浙江）将ada（腺苷酸脫氨酶基因）通过质粒pET28b导人大肠杆菌并成功表达腺苷酸脱氨酶。下列叙述错误的是（　）
A．每个大肠杆菌细胞至少含一个重组质粒
B．每个重组质粒至少含一个限制性核酸内切酶识别位点
C．每个限制性核酸内切酶识别位点至少插入一个ada
D．每个插入的ada至少表达一个腺苷酸脱氨酶分子
8．(2010·全国Ⅱ，5)下列叙述符合基因工程概念的是(　　)。
A．B淋巴细胞与肿瘤细胞融合，杂交瘤细胞中含有B淋巴细胞中的抗体基因
B．将人的干扰素基因重组到质粒后导入大肠杆菌，获得能产生人干扰素的菌株
C．用紫外线照射青霉菌，使其DNA发生改变，通过筛选获得青霉素高产菌株
D．自然界中天然存在的噬菌体自行感染细菌后其DNA整合到细菌DNA上
9．(2010·浙江理综，2)在用基因工程技术构建抗除草剂的转基因烟草过程中，下列操作错误的是(　　)。
A．用限制性核酸内切酶切割烟草花叶病毒的核酸
B．用DNA连接酶连接经切割的抗除草剂基因和载体
C．将重组DNA分子导入烟草原生质体
D．用含除草剂的培养基筛选转基因烟草细胞
10．(2010·江苏卷)下列关于转基因植物的叙述，正确的是(　　)。
A．转入到油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中
B．转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因频率增加
C．动物的生长激素基因转入植物后不能表达
D．如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不存在安全性问题
11．(2009·浙江卷)下列关于基因工程的叙述，错误的是(　　)。
A．目的基因和受体细胞均可来自动、植物或微生物
B．限制性核酸内切酶和DNA连接酶是两类常用的工具酶
C．人胰岛素原基因在大肠杆菌中表达的胰岛素原无生物活性
D．载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞和促进目的基因的表达
学案49 DNA重组技术的基本工具
和基因工程的基本操作程序
答案与解析
基础自查
一．基因工程的概念
基因工程是指按照人们的愿望，进行严格的设计，通过体外DNA重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，又叫做DNA重组技术。
二．基因工程的基本工具
1.限制性核酸内切酶（限制酶）
（1）来源：主要是从原核生物中分离纯化出来的。
（2）功能：能够识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开，具有专一性。
（3）结果：产生的DNA片段末端通常有两种形式：黏性末端和平末端。
2. DNA连接酶
（1）两种DNA连接酶（E·coliDNA连接酶和T4-DNA连接酶）比较：
①相同点：都缝合磷酸二酯键。
②区别：E·coliDNA连接酶来源于T4噬菌体，只能将双链DNA片段互补的黏性末端之间的磷酸二酯键连接起来；而T4DNA连接酶能缝合两种末端，但连接平末端的之间的效率较低。
（2）与DNA聚合酶作用的异同:
DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的核苷酸片段的末端，形成磷酸二酯键。DNA连接酶是连接两个DNA片段的末端，形成磷酸二酯键。
3.载体
（1）载体具备的条件：①能在受体细胞中复制并稳定保存。
②具有一至多个限制酶切点，供外源DNA片段插入。
③具有标记基因，供重组DNA的鉴定和选择。
（2）最常用的是质粒, 其它载体： 噬菌体的衍生物、动植物病毒
三．基因工程的基本操作程序
第一步：目的基因的获取
１. 反转录法和化学合成法
２.PCR技术扩增目的基因
（1）原理：DNA双链复制
（2）过程：： DNA解链；引物结合到互补DNA链，热稳定DNA聚合酶从引物起始互补链的合成。
第二步：基因表达载体的构建
1.目的：使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以遗传至下一代，使目的基因能够表达和发挥作用。
2.组成：目的基因＋启动子＋终止子＋标记基因
（1）启动子：是RNA聚合酶识别和结合的部位，能驱动基因转录出mRNA，最终获得所需的蛋白质。
（2）终止子：也是一段有特殊结构的DNA片段 ，位于基因的尾端。
（3） 鉴定受体细胞中是否含有目的基因，从而将含有目的基因的细胞筛选出来。常用的标记基因是抗生素基因。
第三步：将目的基因导入受体细胞
2.常用的方法：
a、 农杆菌转化法 基因枪法和 花粉管通道法等。
b、 显微注射技术 受精卵。
C、 大肠杆菌 先用 Ca2+ 处理细胞，使其成为感受态细胞 ，再将重组表达载体DNA分子溶于缓冲液中与感受态细胞混合，在一定的温度下促进感受态细胞吸收DNA分子，完成转化过程。
第四步：目的基因的检测和表达
1.转基因生物的染色体DNA上是否插入了目的基因 DNA分子杂交技术。
2.目的基因是否转录出了mRNA 用标记的目的基因作探针与 mRNA杂交。
3.目的基因是否翻译成蛋白质 转基因生物中提取蛋白质 抗体进行抗原－抗体杂交。
4.个体生物学水平的鉴定。
课堂深化探究
一．对基因工程概念的理解
别名
基因拼接技术或DNA重组技术
操作环境
生物体外
操作对象
基因
操作水平
DNA分子水平
基本过程
剪切→拼接→导入→表达
结果
人类需要的基因产物
与杂交育种相比
克服远缘杂交不亲和的障碍
与诱变育种相比
定向改造生物性状
原理
基因重组
二．基因工程的基本操作工具
1．与DNA分子相关的酶
(1)几种酶的比较
种类
项目
限制酶
DNA连接酶
DNA聚合酶
解旋酶
作用底物
DNA分子
DNA分子片段
脱氧核苷酸
DNA分子
作用部位
磷酸二酯键
磷酸二酯键
磷酸二酯键
碱基对间的氢键
作用特点
切割目的基因及载体，能专一性识别双链DNA分子的某种特定的核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开
将双链DNA片段“缝合”起来，恢复被限制酶切开了的两个核苷酸之间的磷酸二酯键
只能将单个脱氧核苷酸添加到脱氧核苷酸链上
将DNA
两条链之
间的氢键
打开　　
作用结果
形成黏性末端或平末端
形成重组DNA分子
形成新的DNA分子
形成单链
DNA分子
(2)
① 原核生物中不存在该酶的识别序列或识别序列已经被修饰。
②DNA连接酶起作用时不需要模板。
2．载体
(1)①作为运载工具，将目的基因转移到宿主细胞内。
②利用它在宿主细胞内对目的基因进行大量复制。
(2) ①能在宿主细胞内稳定保存并大量复制。
②有多个限制酶切割位点，以便与外源基因连接。
③具有特殊的标记基因，以便进行筛选。
(3)①质粒：一种祼露的、结构简单、独立于细菌拟核DNA之外，能够自我复制的很小的双链环状DNA分子。
②λ噬菌体的衍生物。
③动植物病毒。
三．基因工程操作程序
1．(1)目的基因的获取途径
①从自然界中已有的物种中分离出来，如从基因组文库或cDNA文库中获取。
②人工合成目的基因
常用的方法有反转录法和化学合成法。
③利用PCR技术扩增目的基因
通过PCR技术可对已获取的目的基因进行扩增，以获取大量的目的基因。
(2)基因表达载体的构建
(3)将目的基因导入受体细胞(转化)
生物种类
植物细胞
动物细胞
微生物细胞
常用方法
农杆菌转化法
显微注射技术
Ca2＋处理法
受体细胞
体细胞
受精卵
原核细胞
转化过程
将目的基因插入Ti质粒的T?DNA上→农杆菌→导入植物细胞→整合到受体细胞的DNA上→表达
将含有目的基因的表达载体提纯→取卵(受精卵)→显微注射→受精卵发育→获得具有新性状的动物
Ca2＋处理细胞→感受态细胞→重组表达载体DNA分子与感受态细胞混合→感受态细胞吸收DNA分子
(4)目的基因的检测与鉴定
类　型
检测内容
方　法
结果显示
分子
检测
导入检测
目的基因是否进入受体细胞
DNA分子杂交(DNA和DNA之间)
杂交带
转录检测
目的基因是否转录出mRNA
分子杂交(DNA和mRNA之间)
杂交带
翻译检测
目的基因是否翻译成蛋白质
抗原—抗体杂交
杂交带
个体水平检测
包括做抗虫、抗病的接种实验，以确定是否有抗性以及抗性的程度；对基因工程产品与天然产品的功能进行活性比较，以确定功能活性是否相同
对应训练
1.【解析】①基因工程中有3种工具，但工具酶只有2种。②工具酶本质为蛋白质，载体本质为小型DNA分子，但不一定是环状。③标记基因的作用——筛选、检测目的基因是否导入受体细胞，常见的有抗生素抗性基因、发光基因，表达产物为带颜色物质等。④受体细胞中常用植物受精卵或体细胞（经组织培养）、动物受精卵（一般不用体细胞）、微生物——大肠杆菌、酵母菌等。一般不用支原体，原因是它营寄生生活；一定能用哺乳动物成熟红细胞，原因是它无细胞核，不能合成蛋白质。
【答案】D
2.解析　考查基因工程中工具酶的有关知识。限制性核酸内切酶的化学成分是蛋白质，它的活性受到温度和pH的影响；限制性核酸内切酶的特点是能识别双链DNA中特定的核苷酸序列，可在特定的位点进行切割，但不能识别和切割RNA；限制性核酸内切酶主要是从原核生物体内分离出来的。
答案　C
解析　图示过程为基因表达载体的构建过程，是基因工程中的核心步骤。构建过程中需要将目的基因完整切割下来，此时要用到限制酶PstⅠ、EcoRⅠ。抗卡那霉素基因是标记基因，目的是便于鉴定和筛选含有目的基因的细胞。基因表达载体包括启动子、目的基因、终止子和标记基因等。
答案　B
4.【解析】过程①中通过逆转录法获得的目的基因，可用于基因工程，但该目的基因中不存在内含子和非编码序列，因此不能用于比目鱼的基因组测序；将多个抗冻基因编码区相连形成的能表达的新基因可能不再是抗冻基因；利用农杆菌的目的是将重组质粒导入受体细胞，而不是筛选重组质粒；应用DNA探针技术，可以检测受体细胞中是否成功导入了目的基因，但不能检测目的基因是否完全表达。
【答案】B
限时训练
题组一　基因工程及基本操作
1．答案：(1)人工　胰岛素原目的 (2)胰岛素原信使RNA 　逆转录 (3)重组 胰岛素原 (4)将重组DNA分子导入受体细胞
解析:本题是对基因工程操作程序的考查。操作时，首先要获取目的基因，然后让目的基因与载体结合构建成重组DNA分子，再通过一定方法把重组DNA分子导入受体细胞使其扩增和表达
2．C　[限制酶可在特定位点对DNA分子进行切割；DNA聚合酶在DNA分子复制时将脱氧核苷酸连接成脱氧核苷酸链；DNA连接酶可将限制酶切开的磷酸二酯键连接在一起；解旋酶的作用是将DNA双链解开螺旋，为复制或转录提供模板。]
3．ACD　[基因工程经常以抗菌素抗性基因为标记基因；质粒是基因工程常用的运载体；通常用同一种限制酶切割目的基因和运载体，以获得相同的黏性末端；受体细胞可以是受精卵，也可以是体细胞。D．为培育成抗除草剂的作物新品种，导入抗除草剂基因时只能以受精卵为受体
题组二　基因工程的操作程序
4.解析　本题极易出错的部分有：在第(1)小题中没有看清目的基因插入的位置，从而不能确定用限制酶Ⅰ还是Ⅱ来切割质粒还是切割抗虫基因。第(3)小题检测抗虫性状在个体水平上是否表达，应该让害虫吞食转基因棉花的叶片，观察害虫的存活情况，这个地方也有出错的，主要没有看清是在哪个水平上进行检测的。
在切割质粒时应遵循一个原则：不能同时将两个标记基因切开，至少保留一个，所以只能用酶Ⅱ切割，而从目的基因两侧碱基序列可知，只能用酶Ⅰ才得到含目的基因的DNA片段。如果导入了重组质粒，此时重组质粒中四环素抗性基因能正常表达，而氨苄青霉素抗性基因已被破坏，所以涂布在含有四环素的培养基上，能够生长的话，说明导入了重组质粒(普通质粒)。如果把携带一个抗虫基因的DNA片段看作杂合子，可以认为是Aa，自交产生的F1中仍具有抗虫特性的植株占总数的比例为。把一个细胞培养成一个植株的技术称为植物组织培养。
答案　(1)Ⅱ　Ⅰ　(2)四环素　(3)让害虫吞食转基因棉花的叶片，观察害虫的存活情况，以确定其是否具有抗虫性状　　(4)植物组织培养　发育成完整个体的全部遗传物质
解析　(1)cDNA来自mRNA的逆转录或根据mRNA的碱基序列人工合成，cDNA文库小于基因组文库。(2)构建基因表达载体用到限制酶和DNA连接酶。将目的基因导入大肠杆菌须用Ca2＋处理受体细胞；导入动物细胞用显微注射法。(3)过程⑧的关键技术是胚胎移植，过程⑨的关键技术是细胞核移植。(4)基因工程的核心步骤是基因表达载体的构建，即④。
题组三综合题
6.解析　本题综合考查基因工程、细胞工程和PCR技术，意在考查考生对基础知识的理解。胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理可以将动物组织分解成单个细胞；基因表达载体包括启动子、目的基因、终止子、标记基因等，其中启动子和终止子有利于目的基因的表达，标记基因有利于目的基因的检测；PCR技术中需要原料(4种脱氧核苷酸)、缓冲液、模板DNA、引物和耐热DNA聚合酶等；在生物反应器中放入多孔的中空薄壁小玻璃珠的目的：一方面有利于细胞的贴壁生长，避免接触抑制；另一方面有利于气体交换。
答案　(1)胰蛋白(或胶原蛋白)　(2)启动子　终止子
(3)对干扰素基因特异的DNA引物对　TaqDNA聚合酶　(4)扩大细胞贴壁生长的附着面积
7.解析　(1)由图示可知：需用HindⅢ和BamHⅠ限制酶同时酶切载体和人乳铁蛋白基因，因酶切后tetR四环素抗性基因结构被破坏而ampR氨苄青霉素抗性基因结构完好，故用含氨苄青霉素的选择培养基可筛选含有重组载体的大肠杆菌。(2)启动子是一段特殊的DNA序列，是RNA聚合酶识别和结合的位点，可调控基因的特异性表达。(3)过程①表示把重组载体导入受体细胞的过程，当受体细胞为动物细胞时，常采用显微注射法。(4)过程②表示把早期胚胎移植到代孕母牛子宫的过程，属于胚胎移植技术。(5)经过程②得到新个体是细胞全能性的体现。(6)人乳铁蛋白基因是否成功表达，关键看是否有其表达产物即人乳铁蛋白，可用抗原—抗体杂交法检测该蛋白是否存在。
答案　(1)HindⅢ和BamHⅠ　氨苄青霉素　(2)A　(3)C
(4)胚胎移植技术　(5)全能　(6)C
8.解析　本题主要考查基因工程相关知识。
(1)目的基因的获取方法有直接分离和化学方法人工合成两种；(2)仔细对比正常人与患者的基因序列可知是CG碱基对变为了TA碱基对，这种变化属于基因突变；(3)正常人P53基因有两个限制酶E的识别序列，完全切割后可产生三个片段，患者P53基因中有一个限制酶E的识别序列发生突变，且突变点位于识别位点内，这样患者就只有一个限制酶E的识别序列，切割后产生两个片段，分别为290＋170＝460对碱基，220对碱基；(4)正常人的P53基因经限制酶E完全切割后产生三个片段，290对碱基、170对碱基和220对碱基，患者产生两个片段460对碱基和220对碱基，则该人的基因型应为P＋P－。
答案　(1)从细胞中分离　通过化学方法人工合成　(2)见下图
基因碱基对的替换(基因突变)
(3)3　460　220　(4)P＋P－
解析　本题考查基因工程的有关知识。(1)从图可看出，只有PstⅠ、EcoRⅠ两种酶能保持抗病基因结构的完整性，所以构建含抗病基因的表达载体A时，应选用限制酶PstⅠ、EcoRⅠ两种酶，对抗病基因的DNA和质粒进行切割。
(2)卡那霉素能抑制香蕉愈伤组织细胞的生长，欲利用该培养基筛选已导入抗病基因的香蕉细胞，应使基因表达载体A中含有抗卡那霉素基因，以此作为标记基因。
(3)香蕉组织细胞具有全能性，因此，可以利用组织培养技术将导入抗病基因的香蕉组织细胞培育成植株。图中①、②依次表示组织培养过程中香蕉组织细胞的脱分化和再分化。
答案　(1)PstⅠ、EcoRⅠ　含抗病基因的DNA、质粒
(2)抗卡那霉素基因
(3)全能性　脱分化、再分化
高考真题体验
1．【答案】A
【解析】提取矮牵牛蓝色花的mRNA，逆转录得到DNA，然后扩增，可获得大量的基因B，A正确；从基因文库中获取目的基因，只要根据目的基因的相关信息和基因文库中的信息进行筛选对比即可，不需要用限制酶进行切割，B错误；目的基因与质粒的连接需要用DNA连接酶，而不是DNA聚合酶，C错误；目的基因需要和运载体连接后形成重组质粒再导入，而且应该用农杆菌进行感染，而不是大肠杆菌，D错误。
2.【答案】
（1）黏性末端 平末端
（2）切割产生的DNA片段末端与EcoRⅠ切割产生的相同
（3）E·coli T4
（4）mRNA（RNA） cDNA （DNA） PCR
（5）噬菌体 动植物病毒等
（6）未处理的大肠杆菌吸收质粒（外源DNA）的能力极弱
【解析】（1）当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开时，产生的是黏性末端，而当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时，产生的则是平末端。
（2）为使运载体与目的基因相连，不同的限制酶应切割出相同的黏性末端，它们必须要能识别相同的核苷酸序列，并且使每条链中相同的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。
（3）DNA连接酶，根据酶的来源不同，可以将这些酶分为两类：一类是从大肠杆菌中分离得到的，称为E·coli DNA连接酶；另一类是从T4噬菌体中分离出来的，称为T4DNA连接酶。
（4）反转录是以RNA为模版来合成DNA的过程。可以在体外短时间内大量扩增DNA的技术叫PCR（多聚酶链式反应）
（5）基因工程中除质粒外，还有λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。
（6）大肠杆菌细胞外有细胞壁和细胞膜，能阻止其他物质的进入，只能通过Ca2+处理细胞，使细胞处于能吸收周围环境中DNA分子的生理状态，这种细胞称为感受态细胞。
3.【答案】（10分）
（1）限制性核酸内切酶（或限制） 启动子
（2）胰蛋白
（3）RNA RAS蛋白
【解析】（1）过程①表示基因表达载体的构建，在该过程中需要用限制酶对载体进行切割以便于目的基因的插入（限制性核酸内切酶，简称限制酶，写其他的不得分）；启动子是一段特殊的DNA序列，是RNA聚合酶结合和识别的位点，RNA聚合酶结合到该位点，可驱动转录过程。
（2）过程②表示动物细胞培养，培养过程中出现接触抑制后可以用胰蛋白酶处理，使之分散成单个的细胞，之后分装到其他培养瓶里面进行传代培养。
（3）判断目的基因是否在受体细胞中转录，可用分子杂交技术来进行，从细胞中提取mRNA和用放射性同位素或者荧光标记的目的基因单链DNA片段进行杂交。根据题中信息“肺组织细胞中的let-7基因表达减弱，癌基因RAS表达就增强，引发肺癌”导入let7基因后，肺癌细胞受到抑制，说明RAS基因表达减弱，导致细胞中的RAS蛋白质含量减少进而导致癌细胞受抑制。
4【答案】（1）磷酸二酯键，肽键
（2）专一
（3）限制性核酸内切酶
（4）启动子
（5）ACD
【解析】（1）DNA酶作用的部位是DNA的磷酸二酯键，蛋白酶作用的部位是肽键。
（2）①②过程利用了各种酶催化一种或一类化学反应的特性，即专一性。
（3）DNA要构建重组质粒，需要用限制性核酸内切酶切割，再与质粒重组。
（4）RNA聚合酶识别和结合在基因的启动子上，驱动基因转录。
（5）蛋白酶能特异性的酶解蛋白质，分子杂交手段也是利用各物质分子结合的特异性，抑制成熟基因转录出的mRNA与催化成熟酶基因的mRNA碱基互补结合，也具有特异性，光和色素易溶于有机溶剂，与酒精并不是特异性的溶解，所以选ACD。
5.【答案】（1）脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖
（2）平 537bp、790bp、661bp （3）4
（4）BamH I 抗生素B 同种限制酶切割形成的末端相同，部分目的基因D与质粒反向链接
【解析】（1）DNA单链中相邻两个碱基之间通过“脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖”连接。
（2）Sma I识别的序列为GGGCCC，切割后会产生平末端；图1所示的DNA分子中含有两个Sma I的识别位点，第一个识别位点在左端534bp序列向右三个碱基对的位置；第二个识别位点在右端658bp序列向左三个碱基对的位置，从这两个位点切割后产生的DNA片段长度分别为534+3，796-3-3，658+3，即得到的DNA片段长度分别为537bp、790bp和661bp。
（3）在杂合子体内含有基因D和基因d，基因D的序列中含有两个识别位点，经过SmaI完全切割会产生537bp、790bp和661bp三种不同长度的片段，基因d的序列中含有一个识别位点，经过切割后会产生1327bp和 661bp两种长度的片段，综上，杂合子中分离到该基因的DNA片段经过切割后会产生4种不同长度的片段。
（4）能够获取目的基因并切开质粒的限制酶有识别序列为GGATCC的BamH I和识别序列为GATC的Mbo I，若使用Mbo I会同时破坏质粒中的抗生素A抗性基因和抗生素B抗性基因，所以要用BamH I来切割目的基因和质粒，切割后保留了完整的抗生素B抗性基因，便于筛选出含有重组质粒的大肠杆菌。因为目的基因和运载体是用同种限制酶切割的，目的基因两端的末端和质粒切割后的两个末端都能进行互补，可能出现目的基因反向连接在运载体上的情况，导致基因D不能正确表达。
6.解析　将多个抗冻基因编码区相连成能表达的新基因，合成的蛋白质为新的蛋白质，不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白，故选项B正确；过程①是利用反转录法合成目的基因，由于没有非编码区和编码区中的内含子，不能用于比目鱼基因组测序；用作载体的质粒，必须具有标记基因才能便于检测和筛选；应用DNA探针技术，可检测转基因抗冻番茄中目的基因的存在和转录，但不能检测是否成功表达，故选项A、C、D错误。
答案　B
7.【解析】受体大肠杆菌成功表达腺苷酸脱氨酶，说明每个大肠杆菌细胞至少含有一个重组质粒，且每个ada至少指导合成一个腺苷酸脱氨酶分子。重组质粒的形成需先用限制性核酸内切酶切割目的基因和质粒形成相同的黏性末端，再在DNA连接酶的作用下连接起来，连接起来的序列中会 含有限制性核酸内切酶的识别位点。不同的限制性核酸内切酶识别位点不同，不是每个限制性核酸内切酶的识别位点都能插入ada，C项错误。
【答案】C
8.解析　基因工程是在生物体外，通过对DNA分子进行人工“剪切”和“拼接”，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要的基因产物。所以B为基因工程，而A为动物细胞工程，C为诱变育种，D无人为因素不属于基因工程。
答案　B
9.解析　限制性核酸内切酶用于提取目的基因和切割载体，烟草花叶病毒的遗传物质是RNA，不能用限制性核酸内切酶切割，A项错误；DNA连接酶可以连接具有相同黏性末端的目的基因和载体，B项正确；受体细胞可以是受精卵和体细胞，也可以是去除细胞壁的原生质体，C项正确；目的基因为抗除草剂基因，所以未成功导入目的基因的细胞不具有抗除草剂的能力，筛选时应该用含除草剂的培养基筛选转基因细胞，D项正确。
答案　A
10.解析　抗除草剂基因导入到油菜的染色体后则可以通过花粉传入环境中；转抗虫基因的植物可杀死无抗性昆虫，对昆虫的抗性具有选择作用，所以会导致昆虫群体抗性基因频率增加；转基因技术打破了生殖隔离，动物的生长激素基因转入植物后可以表达；来源于自然界的目的基因导入植物体后，可能破坏原有的基因结构，具有不确定性，外源基因也可能通过花粉传播，使其他植物成为“超级植物”等，所以转基因技术存在着安全性问题。
答案　A
11.解析　载体上的抗性基因有利于筛选含重组DNA的细胞，但由于它和目的基因是相互独立的，并不能促进目的基因的表达。
答案　D
第十单元 现代生物科技专题
学案50 基因工程的应用和蛋白质工程的崛起
考纲要求　
1.基因工程的应用 Ⅱ
2.蛋白质工程 Ⅰ
复习要求
1．了解基因工程在农业、医药生产原理、步骤及注意事项；能疾病诊断和治疗中的应用
2．了解蛋白质工程的一般操作过程
基础自查
一．基因工程的应用
1.植物基因工程： 。
2.动物基因工程： 。
3.基因治疗： 。
二．蛋白质工程的概念
课堂深化探究
一　基因工程的应用　　　　　　　　　　
完成基因工程的应用表格，了解应用成果。
转基因生物
目的基因
成果举例
植
物
基
因
工
程

抗虫基因：


抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米

抗病毒基因：
；抗真菌基因：

抗病毒烟草、抗病毒小麦、抗病毒番茄、抗病毒甜椒

抗逆转基因：

抗盐碱和抗干旱的烟草、抗寒番茄、抗除草剂的大豆和玉米

优良性状基因：


高赖氨酸玉米、耐储存番茄、新花色矮牵牛
动
物
基
因
工
程


转基因绵羊、转基因鲤鱼


乳腺生物反应器
转基因动物
肠乳糖酶基因
乳汁中含乳糖较少的转基因牛


利用克隆技术培育没有免疫排斥反应的猪器官
基
因
治
疗


治疗复合型免疫缺陷症


治疗遗传性囊性纤维化病
思维拓展　基因治疗是治疗人类遗传病的根本方法，但由于尚未全面了解基因调控机制和疾病的分子机理，基因治疗只处于初期的临床试验阶段。　
二　蛋白质工程
1．蛋白质工程的概念
2．蛋白质工程的过程填充
特别提醒
1．对蛋白质工程概念应从以下几个方面理解
(1)蛋白质工程的基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系；
(2)蛋白质工程的实质：改造控制该蛋白质合成的基因；
(3)蛋白质工程的产物：产生新的蛋白质，是自然界所没有的。
2．蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现。
三．基因工程与蛋白质工程的比较
项目
区别与联系
蛋白质工程
基因工程
区
别
过程

实质

结果

联　系

对应训练
1.采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵培育出了转基因羊，但是人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。以下有关叙述，正确的是（多选）（　）
A．人体细胞中的基因与山羊细胞中的基因所用的密码子是相同的
B．可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入羊的受精卵
C．在该转基因羊中，人凝血因子基因存在于乳腺细胞，而不存在于其他体细胞中
D．人凝血因子基因开始转录后，DNA连接酶以DNA分子的一条链为模板催化合成mRNA
2.下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，有关叙述正确的是(　　)
A．过程①获取的目的基因，可用于基因工程和比目鱼基因组测序
B．将多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因，不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白
C．过程②构成的重组质粒缺乏标记基因，需要转入农杆菌才能进行筛选
D．应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达
3.科学家利用基因工程培育出了耐盐的转基因水稻新品系。下列有关叙述错误的是(　　)
A．获得目的基因需用限制性内切酶和DNA连接酶
B．可通过农杆菌的感染以实现重组质粒导入受体细胞
C．含耐盐基因的水稻细胞经植物组织培养可获得植株
D．可用较高浓度的盐水浇灌以鉴定水稻植株的耐盐性
限时训练
题组一　基因工程应用
1.采用基因工程技术将人凝血因子基因导入山羊受精卵培育出了转基因羊，但是人凝血因子只存在于该转基因羊的乳汁中。以下有关叙述，正确的是（多选）（　）
A．人体细胞中的基因与山羊细胞中的基因所用的密码子是相同的
B．可用显微注射技术将含有人凝血因子基因的重组DNA分子导入羊的受精卵
C．在该转基因羊中，人凝血因子基因存在于乳腺细胞，而不存在于其他体细胞中
D．人凝血因子基因开始转录后，DNA连接酶以DNA分子的一条链为模板催化合成mRNA
2．苏云金杆菌(Bt)能产生具有杀虫能力的毒素蛋白。下图是转Bt毒素蛋白基因植物的培育过程示意图(ampr为抗氨苄青霉素基因)，据图回答下列问题。
(1)将图中①的DNA用HindⅢ、BamHⅠ完全酶切后，反应管中有_______种DNA片段。
(2)图中②表示HindⅢ与BamHⅠ酶切、DNA连接酶连接的过程，此过程可获得________
种重组质粒；如果换用BstⅠ与BamHⅠ酶切，目的基因与质粒连接后可获得________种重组质粒。
(3)目的基因插入质粒后，不能影响质粒的________。
(4)图中③的Ti质粒调控合成的vir蛋白，可以协助带有目的基因的TDNA导入植物细胞，并防止植物细胞中___ _____对TDNA的降解。
(5)已知转基因植物中毒素蛋白只结合某些昆虫肠上皮细胞表面的特异受体，使细胞膜穿孔，肠细胞裂解，昆虫死亡。而该毒素蛋白对人类的风险相对较小，原因是人类肠上皮细胞_____ ___。
(6)生产上常将上述转基因作物与非转基因作物混合播种，其目的是降低害虫种群中的
________基因频率的增长速率。
3.(2010·上海综合能力测试)运用转基因技术培养的单细胞“工程硅藻”，可把光合作用合成的有机物以脂质形式储存起来。科学家计划在海水中大量培养“工程硅藻”，捕捞后从中提炼“生物柴油”。与矿物柴油相比，使用这种“生物柴油”的优点是(　　)
①可再生　②不显著增加碳排放　③不排放含硫废气
④不会对生态环境造成负面影响
A．①②③ B．①③④
C．①②④ D．②③④
题组二蛋白质工程
4.以下关于蛋白质工程的说法正确的是(　　)
A．蛋白质工程以基因工程为基础
B．蛋白质工程就是酶工程的延伸
C．蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造
D．蛋白质工程只能生产天然的蛋白质
5．(2010·镇江质检)科学家将β－干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使β－干扰素第十七位的半胱氨酸，改变成丝氨酸，结果大大提高了β－干扰素的抗病毒活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为(　　)
A．蛋白质工程 B．基因工程
C．基因突变 D．细胞工程
6．下列关于基因工程及其应用的叙述正确的是(　　)
A．若要生产转基因抗病水稻，可先将目的基因导入大肠杆菌中，再转入水稻细胞
B．用氨基酸序列推测合成的目的基因与原基因的编码区中的外显子一致
C．用DNA探针能检测饮用水中重金属物质的含量
D．作为运载体要有多种限制酶的切点，但对一种限制酶而言，最好只有一个切点
7．(2011·南师大附中学情分析)蛋白质工程中，直接需要进行操作的对象是(　　)
A．氨基酸结构 B．蛋白质空间结构
C．肽链结构 D．基因结构
8．科学家将动物体内的能够合成胰岛素的基因与大肠杆菌的DNA分子重组，并且在大肠杆菌体内表达成功。请据图回答问题：
(1)图中①DNA是以________为模板，________形成单链DNA，在酶的作用下合成双链DNA，从而获得了所需要的基因。
(2)图中②代表的是____________，在它的作用下将质粒(________DNA)切出________末端。
(3)图中④表示将________________。⑤表示________DNA随大肠杆菌的繁殖而进行________。
(4)采用蛋白质工程可以对胰岛素进行改造，使之起效时间缩短，保证餐后血糖高峰和血液中胰岛素高峰一致。如果你是科研工作者，请写出研制速效胰岛素的思路。
(5)下列关于蛋白质工程说法不正确的是(　　)
A．蛋白质工程能将人抗体某些区段替代鼠单克隆抗体的区段，降低鼠单克隆抗体免疫原性
B．蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变
C．理论上通过对关键氨基酸的置换与增删是进行蛋白质工程的唯一方法
D．蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要
9.胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射入人体后，会堆积在皮下，要经过较长时间才能进入血液，而进入血液的胰岛素又容易分解，因此治疗效果受到影响。下图是用蛋白质工程设计的速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题。
(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是 。
(2)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么？
(3)新的胰岛素基因与运载体(质粒)结合过程中需要限制性核酸内切酶和DNA连接酶。已知限制性内切酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—。请画出质粒被限制性内切酶Ⅰ切割后所形成的黏性末端　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。DNA连接酶对所连接的DNA两端碱基序列是否有专一性要求？　　　　。
(4)若将含有新的胰岛素基因的表达载体导入植物细胞中，最常用的有效做法
是　　　　　　　　　。
(5)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有　　　　　　　　　　、
　　　　　　　和发酵工程。　
高考真题体验
1.(2011·四川理综，5)北极比目鱼中有抗冻基因，其编码的抗冻蛋白具有11个氨基酸的重复序列，该序列重复次数越多，抗冻能力越强。下图是获取转基因抗冻番茄植株的过程示意图，有关叙述正确的是(　　)。
A．过程①获取的目的基因，可用于基因工程和比目鱼基因组测序
B．将多个抗冻基因编码区依次相连成能表达的新基因，不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白
C．过程②构成的重组质粒缺乏标记基因，需要转入农杆菌才能进行筛选
D．应用DNA探针技术，可以检测转基因抗冻番茄植株中目的基因的存在及其完全表达
2.(2011年高考安徽卷)(9分)家蚕细胞具有高效表达外源基因的能力。将人干扰素基因导入家蚕细胞并大规模培养，可提取干扰素用于制药。
(1)进行转基因操作前，需用________酶短时处理幼蚕组织，以便获得单个细胞。
(2)为使干扰素基因在家蚕细胞中高效表达，需要把来自cDNA文库的干扰素基因片段正确插入表达载体的________和________之间。
(3)采用PCR技术可验证干扰素基因是否已经导入家蚕细胞。改PCR反应体系的主要成分应该包含：扩增缓冲液(含Mg2＋)、水、4种脱氧核糖核苷酸、模板DNA、________和________。
(4)利用生物反应器培养家蚕细胞时，贴壁生长的细胞会产生接触抑制。通常将多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反应器中，这样可以________增加培养的细胞数量，也有利于空气交换。
学案50 基因工程的应用和蛋白质工程的崛起
答案与解析
考纲要求　
1.基因工程的应用 Ⅱ
2.蛋白质工程 Ⅰ
复习要求
1．了解基因工程在农业、医药生产原理、步骤及注意事项；能疾病诊断和治疗中的应用
2．了解蛋白质工程的一般操作过程
基础自查
一．基因工程的应用
1.植物基因工程：抗虫、抗病、抗逆转基因植物，利用转基因改良植物的品质。
2.动物基因工程：提高动物生长速度、改善畜产品品质、用转基因动物生产药物。
3.基因治疗：把正常的外源基因导入病人体内，使该基因表达产物发挥作用。
二．蛋白质工程的概念
蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。（基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质）
课堂深化探究
一　基因工程的应用　　　　　　　　　　
完成基因工程的应用表格，了解应用成果。
转基因生物
目的基因
成果举例
植
物
基
因
工
程
抗虫转基因植物
抗虫基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因
抗虫水稻、抗虫棉、抗虫玉米
抗病转基因植物
抗病毒基因：病毒外壳蛋白基因、病毒的复制酶基因；抗真菌基因：几丁质酶基因、抗毒素合成基因
抗病毒烟草、抗病毒小麦、抗病毒番茄、抗病毒甜椒
抗逆转基因植物
抗逆转基因：渗透压调节基因、抗冻蛋白基因、抗除草剂基因
抗盐碱和抗干旱的烟草、抗寒番茄、抗除草剂的大豆和玉米
改良品质的转基因植物
优良性状基因：提高必需氨基酸含量的蛋白质编码基因、控制番茄成熟的基因、与花青素代谢有关的基因
高赖氨酸玉米、耐储存番茄、新花色矮牵牛
动
物
基
因
工
程
提高生长速度的
转基因动物
外源生长激素基因
转基因绵羊、转基因鲤鱼
生产药物的转基因动物
药用蛋白基因＋乳腺蛋白基因的启动子
乳腺生物反应器
改善畜产品品质的转基因动物
肠乳糖酶基因
乳汁中含乳糖较少的转基因牛
作器官移植供体的转基因动物
外源的抗原决定基因表达的调节因子或除去供体的抗原决定基因
利用克隆技术培育没有免疫排斥反应的猪器官
基
因
治
疗
体外基因治疗
腺苷酸脱氨酶基因
治疗复合型免疫缺陷症
体内基因治疗
治疗囊性纤维化病基因
治疗遗传性囊性纤维化病
二．　蛋白质工程
1．蛋白质工程的概念
蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋
白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。
2．
三.基因工程与蛋白质工程的比较
项目
区别　　　
与联系　　
蛋白质工程
基因工程
区
别
过程
预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列
获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
实质
定向改造或生产人类所需的蛋白质
定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品
结果
可生产自然界没有的蛋白质
只能生产自然界已有的蛋白质
联　系
(1)蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出来的第二代基因工程
(2)基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进行修饰、改造
对应训练
1.【答案】AB
【解析】基因工程的一个重要理论依据是不同的生物共用一套遗传密码，所以相同的基因在不同生物体内表达产生相同的蛋白质；将目的基因导入到动物细胞中，常用显微注射法；目的基因导入到受体细胞后，与受体细胞的基因组融合，随受体细胞（导入目的基因的受精卵）的分裂而复制传递，因此乳腺细胞和其他体细胞含有相同的基因，都含有人的凝血因子基因；DNA连接酶用于连接DNA的磷酸二酯键，与转录无关，转录需要RNA聚合酶。
2.【解析】过程①中通过逆转录法获得的目的基因，可用于基因工程，但该目的基因中不存在内含子和非编码序列，因此不能用于比目鱼的基因组测序；将多个抗冻基因编码区相连形成的能表达的新基因可能不再是抗冻基因；利用农杆菌的目的是将重组质粒导入受体细胞，而不是筛选重组质粒；应用DNA探针技术，可以检测受体细胞中是否成功导入了目的基因，但不能检测目的基因是否完全表达。
【答案】B
3．B解析：农杆菌能在自然条件下感染双子叶植物和裸子植物，而对大多数的单子叶植物没有感染能力，而水稻属于单子叶植物。
限时训练
题组一　基因工程应用
1.【答案】AB
【解析】基因工程的一个重要理论依据是不同的生物共用一套遗传密码，所以相同的基因在不同生物体内表达产生相同的蛋白质；将目的基因导入到动物细胞中，常用显微注射法；目的基因导入到受体细胞后，与受体细胞的基因组融合，随受体细胞（导入目的基因的受精卵）的分裂而复制传递，因此乳腺细胞和其他体细胞含有相同的基因，都含有人的凝血因子基因；DNA连接酶用于连接DNA的磷酸二酯键，与转录无关，转录需要RNA聚合酶。
2.答案：(1)4　(2)2　1　(3)复制　(4)DNA水解酶　(5)表面无相应的特异性受体　(6)抗性
解析：(1)BamHⅠ在①中有2个切点，HindⅢ在①中有1个切点，故可切出4种DNA片段。
(2)据题图HindⅢ、BamHⅠ酶切后得到两种外源DNA片段，则用DNA连接酶连接后可获得2种重组质粒。同理，用BstⅠ与BamHⅠ酶切后，得到一种外源DNA片段，则用DNA连接酶连接后，可获得1种重组质粒。
(3)质粒进入宿主细胞必须能正常复制才能为目的基因的扩增提供必要的条件。
(4)因为植物细胞中有能降解TDNA的酶(DNA 水解酶)。
(5)不同生物的基因不同，表达产物的蛋白质也不同。从而造成人类肠上皮细胞表面无相应毒素蛋白的受体。
(6)转基因与非转基因作物混种，可降低抗性作物对害虫的选择性，使害虫种群中的抗性基因频率增长速率减慢。
3　A
题组二蛋白质工程
4　A　蛋白质工程以基因工程为基础，又称为第二代基因工程。蛋白质工程不仅能生产天然蛋白质，还可以定向改造控制蛋白质合成的相应基因中的脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，从而合成自然界中原本不存在的蛋白质。
5．A　[基因工程是通过对基因的操作，将符合人们需要的目的基因导入适宜的生物体，使其高效表达，从中提取所需的基因控制合成的蛋白质，或表现某种性状，蛋白质产品仍然为天然存在蛋白质，而蛋白质工程却是对控制蛋白质合成的基因进行改造，从而实现对其编码的蛋白质的改变，所得到的已不是天然的蛋白质。题目中的操作中涉及的基因显然不再是原来的基因，其合成的β－干扰素也不是天然β－干扰素，而是经过改造的，是具人类所需优点的蛋白质，因而整个过程利用的生物技术为蛋白质工程。]
6．D　[转基因植物的培育中转入外源基因常用农杆菌转化法、基因枪法等；由于每种氨基酸可由不同的密码子决定，因此，用氨基酸序列推测合成的目的基因与原基因的编码区中的外显子不一定相同；DNA探针能检测饮用水中的病毒，由于作用原理是DNA分子杂交，因此对重金属无效；运载体有多种限制酶切点以便与外源基因结合，一种限制酶只有一个切点，才能确保结合的精确。]
7．D　[蛋白质工程是通过基因定点诱变或重组DNA技术改造基因，以定向改造天然蛋白质或创造新蛋白质的过程。]
8．(1)原胰岛素mRNA　逆转录　(2)特定的限制性核酸内切酶　环状　黏性　(3)目的基因导入受体细胞　重组　扩增　(4)确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列　(5)C
9.【解析】(1)构建新的胰岛素模型的主要依据是蛋白质的预期功能。(2)根据蛋白质的预期功能，推测新的胰岛素中氨基酸的序列，进而推断基因中的脱氧核苷酸序列来合成新的胰岛素基因。(3)植物基因工程最常用的转化方法是农杆菌转化法。(4)限制酶识别特定的核苷酸序列，产生特定的黏性末端，而DNA连接酶对所连接的DNA两端碱基序列却没有专一性要求。(5)生产自然界本来没有的蛋白质需要用到蛋白质工程、基因工程等技术。
【答案】(1)蛋白质的预期功能
(2)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成新的胰岛素基因。
(3)
(4)农杆菌转化法
(5)蛋白质工程　基因工程
高考真题体验
1.解析　将多个抗冻基因编码区相连成能表达的新基因，合成的蛋白质为新的蛋白质，不能得到抗冻性增强的抗冻蛋白，故选项B正确；过程①是利用反转录法合成目的基因，由于没有非编码区和编码区中的内含子，不能用于比目鱼基因组测序；用作载体的质粒，必须具有标记基因才能便于检测和筛选；应用DNA探针技术，可检测转基因抗冻番茄中目的基因的存在和转录，但不能检测是否成功表达，故选项A、C、D错误。
答案　B
2.答案：(1)胰蛋白(或胶原蛋白)　(2)启动子　终止子　(3)对干扰素基因特异的DNA引物　Taq DNA聚合酶　(4)扩大细胞贴壁生长的附着面积
解析：(1)为了将动物组织分散并得到单个细胞，可以用胰蛋白酶处理动物细胞。
(2)在基因工程中，构建表达载体时，需要将目的基因插入启动子和终止子之间，以使目的基因得到高效表达。
(3)PCR过程模拟的是细胞内DNA分子的复制过程，需要模板、原料、能量、酶(DNA聚合酶)、适宜的温度和酸碱度等，同时需要加入设计好的引物。
(4)为了防止发生接触抑制现象而放入小玻璃珠可以增加细胞贴壁生长的附着面积，同时珠内中空，有利于空气交换。
第十单元 现代生物科技专题
学案51 植物细胞工程
考纲要求
植物组织培养和植物体细胞杂交 Ⅱ
复习要求
掌握植物组织培养、植物体细胞杂交的过程及应用
基础自查
一．植物细胞工程
1.理论基础（原理）：
全能性表达的难易程度：
分化过程中分裂素和生长素比例不同结果也不同：
简记为：
2.植物组织培养技术
（1）过程：
（2）用途： 。
（3）地位： 。
3.植物体细胞杂交技术
（1）过程：
（2）诱导融合的方法： 。
（3）意义： 。
4.应用：
（1）植物繁殖
微型繁殖：可以
作物脱毒：
人工种子： 。
优点：
（2）作物新品种培育
单倍体育种：
a过程：


b优点：
c突变体利用：

（3）细胞产物的工厂化生产： 。
课堂深化探究
一．植物组织培养技术
１．细胞全能性及表达的条件
(1)全能性的理论依据
(2)全能性的高低(大小)(通常情况下)
④分化程度低的细胞高于分化程度高的细胞。
材料

培养基

外界条件

（3）植物细胞全能性表达所需条件

（4）植物组织培养选取 ，这些组织最容易诱导脱分化。
特别提醒：1．生长素和细胞分裂素在植物体内含量很低，因此植物组织培养中常用人工合成的生长素类似物和细胞分裂素类似物。细胞分裂素/生长素的比例适中，有利于外植体脱分化，比例升高有利于愈伤组织再分化形成丛芽，比例降低则有利于生根。
2．进行植物组织培养时应注意的问题
(1)所有实验用具严格灭菌。
(2)接种过程严格的无菌操作。
(3)愈伤组织培养：最初避光培养，后期见光培养。
(4)试管苗培养：要先进行生芽培养，再进行生根培养，试管苗培养要在光照条件下进行。
3.植物组织培养技术的原理：细胞的全能性。过程：离体的植物器官、组织或细胞经脱分化形成愈伤组织，愈伤组织经过再分化形成根、芽，进而发育成新植株个体。同一株绿色植物的体细胞与生殖细胞（精子或卵细胞）的染色体数目不同，因此基因就不相同，由它们经有丝分裂培养成的愈伤组织的基因也是不同的。
2.植物组织培养与动物细胞培养的比较
技术内容项目
植物组织培养
动物细胞培养
原理

培养基成分

取材

培养过程
培养结果

应　用

相同点

特别提醒　
①植物组织培养需要生长素和细胞分裂素，其中生长素可诱导愈伤组织生根，细胞分裂素可促进愈伤组织生芽。
②在动物细胞的传代培养中，细胞可能癌变。
③两种技术手段培养过程中都进行了有丝分裂，都是无性繁殖，都可称克隆，都不涉及减数分裂。
④植物组织培养最终产生新个体，体现了细胞的全能性；动物细胞培养产生大量细胞，不形成新个体，故不能体现细胞的全能性。
二　植物体细胞杂交技术
依据植物体细胞杂交技术流程图(如图)，完成问题：
1.（1）植物体细胞杂交需用 除去细胞壁；植物细胞融合成功的标志为 。
（2）诱导植物原生质体融合的方法有 两类。
（3）通过植物体细胞杂交所得到的杂种细胞，不管是染色体基因组还是染色体组都采用直接相加的方法。
（4）植物体细胞杂交区别于传统植物有性杂交的优点是 。
2．植物组织培养和植物体细胞杂交的比较
特别提醒：
1．植物细胞融合完成的标志是新的细胞壁的生成。
2．植物体细胞杂交的终点是培育成杂种植株，而不是形成杂种细胞就结束。杂种植株特征：具备两种植物的遗传特征，原因是杂种植株中含有两种植物的遗传物质。
3.植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较
植物体细胞杂交
动物细胞融合（单克隆抗体制备）
理论基础
融合前
处理
促融方法
过程
第一步
第二步
第三步
第四步
意义和
用途
特别提醒　
(1)在细胞融合时，可出现多种杂种细胞，如B细胞—B细胞，骨髓瘤细胞—骨髓瘤细胞，B细胞—骨髓瘤细胞。
(2)动物细胞融合和植物体细胞杂交，均需对杂种细胞进行筛选，但筛选的方法不同，前者可用免疫法，后者可用机械方法、生理学或遗传学方法。
(3)各项技术在使用中一般要借助于其他某种技术的协助，如动物细胞融合、单克隆抗体的制备、胚胎移植、核移植等，其中动物细胞培养是动物细胞工程技术的基础。
三、植物细胞工程的应用
1．植物的花芽、叶芽等处的分生组织病毒极少，常被用于获得脱毒植株。
2．植物组织培养过程中生长素和细胞分裂素是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素。
3．植物组织培养过程中，要获得细胞产物，只需要把外植体培养到愈伤组织阶段即可。
对应训练
1.利用植物的茎尖或叶片、茎段、花粉等，在无菌条件下，培养在玻璃器皿中人工配制的培养基上，使它发育成完整的植株。这种技术可以用来培育植物新品种，也可以在较短时间内大量繁殖植物，还可以防止植物病毒的危害。下列关于这种技术的叙述，正确的是(　 )
①这种技术利用了植物的全能性 ②这种技术叫做组织培养，可以克隆生物体 ③这种技术属于细胞工程的应用领域之一 ④这种技术是一种无性繁殖的方式
A.① B.①②
C.①②③ D.①②③④
2.1958年，美国科学家将胡萝卜韧皮部的一些细胞进行培养，最终发育成完整的新植株，请根据下面实验过程示意图分析回答:
（1）过程③在生物技术中称为 　　　　　　　　 ，由单个细胞形成细胞团需要经过 　　　　 过程。
（2）过程④由细胞团形成胚状体要经过 　　 过程，其结果是 ___ ___ ___ ___ ___ ___。
(3)此实验成功证明了 　　　　　　　　　　　　　　　 。
3.（2012太原市高三年级模拟试题）下图所示为培育农作物新品种的过程示意图。请回答：
（1）图示育种过程涉及到的生物工程技术有 、 、 等。
（2）图中①②分别表示一个已插入外源DNA片段的重组Ti质粒载体的 、 和 。
（3）图中从愈伤组织到形成完整的新品种植株的途径有两条，具体通过哪条途径主要取决于培养基中的 的种类及其浓度配比。
（4）若仅用二倍体植物甲的未成熟花粉培养完整植株，称为 植株，说明未成熟花粉具有 ；这些植株只有通过 才能结实。
（5）若要从大量培养的紫草愈伤组织中提取紫草素，则 条件是不需要的。
A．消毒灭菌 B．充足光照 C．适宜温度 D．适宜养料和激素
（6）用植物组织培养制作的人工种子，可解决有些作物品种的 等问题（至少答出2点）。
（7）图示育种方法与传统杂交育种相比，主要优点是 。
4.白菜、甘蓝均为二倍体，体细胞染色体数目分别为20、18。以白菜为母本、甘蓝为父本，经人工授粉后，将雌蕊离体培养，可得到“白菜—甘蓝”杂种幼苗。请回答问题:
（1）白菜和甘蓝是两个不同的物种，存在 　 隔离。自然条件下，这两个物种间不能通过 的方式产生后代。雌蕊离体培养获得“白菜—甘蓝”杂种幼苗，所依据的理论基础是植物细胞具有 　　 。
（2）为观察“白菜—甘蓝”染色体的数目和形态，通常取幼苗的 　 做临时装片，用 　　　 (染料)染色。观察、计数染色体的最佳时期是 　　　　　　　　 。
(3)二倍体“白菜—甘蓝”的染色体数为 。这种植株通常不育，原因是减数分裂过程中 　　　　　　　 。为使其可育，可通过人工诱导产生四倍体“白菜—甘蓝”，这种变异属于 　　　　　 。
5.细胞工程是按照人们的意愿通过某种工程手段改变细胞内遗传物质或获得细胞产品的综合科学技术。
科学家从红豆杉的体细胞中分离出具有独特抗肿瘤的物质——紫杉醇。由于全世界每年紫杉醇的需求量是4000kg，但全世界紫杉醇的产量是250kg，供求严重失衡，导致一些地区红豆杉资源遭到严重破坏。现在可以采用植物组织培养技术解决这一问题。
(1)植物组织培养依据的原理是____ __ __ __ __ __ __ __ __ ____
(2)在得到红豆杉的 　　　　　后，经过消毒就可以在培养基上进行培养。人工合成的培养基中除水、蔗糖、维生素、有机添加物外，　　　　　　　　　　是其生长必需的，
　　　　　是植物细胞脱分化及再分化不能缺少的调节物质。从该生产的目的看，得到__ __ __ __ __ 就可以提取紫杉醇。
实验探究
“白菜一甘蓝”是科学家用植物细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长周期短，耐热性强和易储存等优点。下图是“白菜一甘蓝”培育过程示意图，请完成下列有关问题：
（1）由杂种细胞D培育成“白菜一甘蓝”植株，采用的技术手段是　　　　　　　　。该过程说明植物细胞具有　　　　　　　。
（2）要制备“白菜一甘蓝”的人工种子，要在d步骤选取具生根发芽能力的_ __ __ （结构），包裹上人造种皮制得。
（3）在a过程中诱导原生质体融合最常用的诱导剂是　　　　　　，融合依据的原理是　　　　　　　　　　　。　　
（4）要获得上图中白菜和甘蓝的原生质体，首先需要分别除去白菜和甘蓝细胞的细胞壁。现提供以材料和用具：紫色洋葱磷片叶、适宜浓度的蔗糖溶液、纤维素酶和果胶酶、蒸馏水、镊子、显微镜、载玻片等。请你从中选择合适的材料，完成下面检验去细胞壁实验的方法步骤，并预测和解释实验结果。
主要实验步骤：
①选取适宜浓度的蔗糖溶液，加入适量纤维素酶和果胶酶配制成细胞壁分解液。其中选取适宜浓度的蔗糖溶液，不用理由蒸馏水的理由是：适宜浓度的蔗糖溶液_ __ __ _ __ __ _ __ __ _ __ __ 。
②检验细胞壁分解液除去胞壁。
第一步：用镊子撕取一块紫色洋葱鳞片叶放在载玻片中央，滴加适量细胞壁分解液，制成临时装片，得到实验组装片。
第二步： __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ _。
第三步： __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ 。
结果预测和解释： __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ _ _ __ __ 。
限时训练
题组一　植物组织培养
1．以下各项关于植物组织培养的说法错误的是(　　)
A.愈伤组织的细胞排列疏松无规则，是一种高度液泡化的呈无定型状态的薄壁细胞
B.脱分化和再分化过程中都需要加入一些植物激素
C.植物组织培养属于营养生殖，二者原理相同
D.利用植物组织培养技术可制出人工种子
2．下列有关植物细胞与组织培养的叙述中，错误的是(　　)
A．花药、胚不能作为组织培养的材料
B．植物细胞具有全能性
C．外植体是指用于培养的植物组织或器官
D．外植体可诱导出愈伤组织
3．在下列选项中，需要采用植物组织培养技术的是(　　)
①利用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗，获得多倍体植株
②获取大量的脱毒苗
③利用基因工程培养抗棉铃虫的植株
④单倍体育种
⑤无子西瓜的快速大量繁殖
A．①②③ B．③④⑤ C．①②④⑤ D．②③④⑤
题组二、植物体细胞杂交
4．下列有关植物体细胞杂交技术的描述，不正确的是(　　)
A．利用植物体细胞杂交可以获得某种多倍体植株
B．获得原生质体的过程中需要纤维素酶和果胶酶
C．通常用聚乙二醇或灭活病毒诱导原生质体融合
D．可根据细胞中染色体数目和形态的差异来鉴定杂种细胞
5.下列有关植物体细胞杂交的叙述，不正确的是(　　)。
A．用酶解法去掉细胞壁，分离出有活力的原生质体
B．诱导两种植物的原生质体融合，进而形成杂种细胞
C．植物体细胞杂交的最终目的是获得细胞代谢产物
D．植物体细胞杂交技术可以克服不同种间远缘杂交不亲和的障碍
6．植物体细胞杂交能解决不同植物之间由于生殖隔离而不能进行有性杂交的问题。植物体细胞杂交过程不涉及(　　)
A．使用限制性核酸内切酶
B．使用纤维素酶和果胶酶
C．诱导两种不同的细胞融合
D．选择利于杂交细胞分裂和分化的培养基
题组三、综合应用
7．科学家利用细胞工程培育了“白菜—甘蓝”杂种植株，如图所示，请据图回答下列问题：
(1)由D形成F过程所依据的原理是________________，从本质上讲，“白菜—甘蓝”杂种植株具有的性状是________________________的结果。
(2)若“白菜—甘蓝”杂种植株为四倍体，则该植株的花粉经离体培养得到的植株是________倍体。
(3)“白菜—甘蓝”杂种植株的食用部分是叶，但叶又易受昆虫危害而影响产量，科学家又利用基因工程培育出带有抗虫基因的“白菜—甘蓝”植株，请你设计实验，检测此植株的抗虫基因是否表达。
①取昆虫幼虫放到带有抗虫基因的“白菜—甘蓝”植株甲上，再取等量生活状态基本一致的昆虫幼虫放在________________________________植株乙上。
②适宜条件下培养一段时间后，分别观察_____________________________的生活情况。
③若____________________________，说明甲植株的抗虫基因未得到表达；若____________________________，说明甲植株的抗虫基因得到表达。
8.已知番茄的红果(Y)对黄果(y)为显性，二室(M)对多室(m)为显性，控制两对相对性状的基因分别位于两对同源染色体上。育种工作者利用不同的方法进行了如下四组实验。请据图回答问题。
(1)图Ⅰ过程由番茄韧皮细胞形成幼苗A的过程要经过脱分化形成________________，再分化形成幼苗，该过程依据的原理是___________________________________________。
(2)植物组织培养除了需要提供一定的营养、激素、温度和光照外，还必须在________的条件下培养。
(3)用红果多室(Yymm)番茄植株的花粉进行Ⅱ、Ⅲ有关实验。则Ⅱ过程中，从花粉形成幼苗B所进行的细胞分裂方式是________________________。植物体C的基因型有________________________________________________________________________。
(4)图Ⅲ、Ⅳ过程中需要去除细胞壁，此时要用到的酶是________。
(5)在图Ⅳ过程中，通常植物体D能表现出两个亲本的遗传性状，根本原因是________________________________________________________________________。
9. 香蕉原产热带地区，是我国南方重要的经济作物之一。广东省冬季常受强寒潮和霜冻影响，对香蕉生长发育影响很大。由香蕉束顶病毒(BBTV，单链环状DNA病毒)引起的香蕉束顶病，对香蕉生产的危害十分严重。当前香蕉栽培品种多为三倍体，由于无性繁殖是香蕉繁育的主要方式，缺少遗传变异性，因此利用基因工程等现代科技手段提高其种植水平，具有重要意义。请根据上述材料，回答下列问题：
(1)简述香蕉大规模快速繁殖技术的过程。
(2)脱毒香蕉苗的获得，可采用__________的方法，此方法的依据是__________和__________。
(3)建立可靠的BBTV检测方法可以监控脱毒香蕉苗的质量，请问可用哪些方法检测病毒的存在？(列举两种方法)
(4)在某些深海鱼中发现的抗冻蛋白基因 afp对提高农作物的抗寒能力有较好的应用价值，该基因可以从这些鱼的DNA中扩增得到。试述在提取和纯化DNA时影响提纯效果的因素及其依据。(列举两点)
(5)如何利用afp基因，通过转基因技术获得抗寒能力提高的香蕉植株？在运用转基因香蕉的过程中，在生态安全方面可能会出现什么问题？(列举两点)
(6)从细胞工程的角度出发，简述一种培育抗寒香蕉品种的方法及其依据。另外，抑制果胶裂解酶的活性可以延长香蕉果实储藏期，请描述采用蛋白质工程技术降低该酶活性的一般过程。
高考真题体验
1．(2012广东高考２)培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是
A．组织培养 B．细胞杂交 C．显微注射 D．核移植
２.（2012高考江苏卷）某研究组对籼稻开展了组织培养及相关研究，请回答下列问题：
(1)2,4-D常用于籼稻愈伤组织的诱导，对形态的发生有一定的抑制作用。为促进愈伤组织再分化，在配制分化培养基时需 （填“ 升高”、“保持”或“降低”) 2,4-D的浓度。
（2）当籼稻愈伤组织在只含有细胞分裂素的培养基上培养时，出现具有分生能力的绿色芽点，但不能继续出芽，通常在培养基中添加 ，以促进幼苗形成。
（3）研究中用显微镜可以观察到的现象是 （填下列序号）。
①绿色芽点细胞排列松散 ②刚融合的籼稻和稗草杂交细胞发生质壁分离
③胚状体细胞中有叶绿体 ④分化的愈伤组织内各细胞的形态大小一致
（4）经组织培养筛选获得的籼稻叶绿素突变体，其叶绿素a与叶绿素b的比值显著大于对照，叶绿素总量不变。某同学用 （填序号：①绿色②红色③蓝紫色④黄色）光照射突变体和对照叶片，检测到两者光合放氧速率差异不大。若取等量色素提取液进行层析，会发现突变体第 条色素带（自上而下）窄于对照组。
(5)胚乳(3n)由一个精子与两个极核受精发育而成。若用籼稻种子的胚乳诱导愈伤组织，培育三倍体，需适时剔除胚，以免胚的存在影响愈伤组织细胞的 ，还可避免再生苗中有 。
３．（2011江苏16）下列有关植物组织培养的叙述，正确的是（ ）
A．愈伤组织是一团有特定结构和功能的薄壁细胞
B．二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株
C．用人工薄膜将胚状体、愈伤组织等分别包装可制成人工种子
D．植物耐盐突变体可通过添加适量NaCl的培养基培养而选而获得
４．(2011年高考天津卷)土壤农杆菌能将自身Ti的质粒的T-DNA整合到植物染色体DNA上，诱发植物形成肿瘤。T-DNA中含有植物生长素合成酶基因(S)和细胞分裂素合成酶基因(R)，它们的表达与否能影响相应植物激素的含量，进而调节肿瘤组织的生长与分化。

据图分析，下列叙述错误的是( )
A．当细胞分裂素与生长素的比值升高时，诱发肿瘤生芽
B．清除肿瘤组织中的土壤农杆菌后，肿瘤不再生长与分化
C．图中肿瘤组织可在不含细胞分裂素与生长素的培养基中生长
D．基因通过控制酶的合成控制代谢，进而控制肿瘤组织生长与分化
5.(2011·江苏)下列有关植物组织培养的叙述，正确的是(　　)。
A．愈伤组织是一团有特定结构和功能的薄壁细胞
B．二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株
C．用人工薄膜将胚状体、愈伤组织等分别包装可制成人工种子
D．植物耐盐突变体可通过添加适量NaCl的培养基培养筛选而获得
学案51 植物细胞工程
答案与解析
基础自查
一．植物细胞工程
1.理论基础（原理）：细胞全能性
全能性表达的难易程度：受精卵＞生殖细胞＞干细胞＞体细胞；植物细胞＞动物细胞
分化过程中分裂素和生长素比例不同结果也不同：分裂素比例低侧重生根，分裂素比例高侧重于分化出芽，一样多就只生长不分化。简记为：分芽生根
2.植物组织培养技术
（1）过程：离体的植物器官、组织或细胞 ―→愈伤组织 ―→试管苗 ―→植物体
（2）用途：微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、单倍体育种、细胞产物的工厂化生产。
（3）地位：是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。
3.植物体细胞杂交技术
（1）过程：
（2）诱导融合的方法：物理法包括离心、振动、电刺激等。化学法一般是用聚乙二醇（PEG）作为诱导剂。
（3）意义：克服了远缘杂交不亲和的障碍。
4.应用：
（1）植物繁殖
微型繁殖：可以高效快速地实现种苗的大量繁殖
作物脱毒：采用茎尖组织培养来除去病毒（因为植物分生区附近的病毒极少或没有）
人工种子：以植物组织培养得到的胚状体、不定芽、顶芽和腋芽等为材料，经人工薄膜包装得到的种子。
优点：完全保持优良品种的遗传特性，不受季节的限制；方便储藏和运输
（2） 作物新品种培育
单倍体育种：
a过程：植株（AaBb）通过减数分裂得到花粉（AB、Ab、aB、ab四种类型）；对花粉进行花药离体培养（技术是植物组织培养）；得到单倍体植株；对其幼苗时期进行秋水仙素处理；得到了正常的纯合二倍体植株（AABB、AAbb、aaBB、aabb四种类型）。
b 优点：明显缩短育种年限
c 突变体利用：在组织培养中会出现突变体，通过从有用的突变体中选育出新品种（如筛选抗病、抗盐、含高蛋白的突变体）
（3）细胞产物的工厂化生产：对植物细胞进行培养能够产生对人们有利的产物。
课堂深化探究
一．植物组织培养技术
１．细胞全能性及表达的条件
(1) 一般生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所必需的全部基因。
(2) ①受精卵>配子>体细胞。
②植物细胞>动物细胞。
③具有持续分裂能力的细胞高于不分裂的细胞。
④分化程度低的细胞高于分化程度高的细胞。
材料
离体的细胞、组织或器官
培养基
种类齐全、比例合适的营养物质及一定的植物激素
外界条件
a．无菌操作；b．光照：愈伤组织培养最初避光培养，后期见光培养
（3）植物细胞全能性表达所需条件
① 基因的选择性表达。
② 离体，无菌，营养物质，激素（生长素、细胞分裂素）和适宜的外界条件（适宜的温度、PH、一定的光照
（4） 根尖、茎尖、形成层部位等分生组织
2.植物组织培养与动物细胞培养的比较
技术内容项目
植物组织培养
动物细胞培养
原理
细胞的全能性
细胞的增殖
培养基成分
矿质元素、蔗糖、维生素、植物激素和有机添加剂(如甘氨酸、琼脂等)，属于固体培养基
葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素、动物血清等，属于液体培养基
取材
较幼嫩的细胞、组织、器官
动物胚胎或出生不久的幼龄动物的器官或组织
培养结果
可以获得植株，也可以获得大量细胞
只能获得大量细胞，不能得到生物个体
应　用
①植物快速繁殖与脱毒植物培养
②生产细胞产品
③制造人工种子
④用于转基因植物的培育
①生产蛋白质生物制品
②培养皮肤移植的材料
③检测有毒物质
④用于生理、病理、药理学的研究
相同点
①都需人工条件下的无菌操作
②都是合成培养基
③都需适宜的温度、pH等条件
二　植物体细胞杂交技术
1.（1） 纤维素酶和果胶酶除去细胞壁； 产生新的细胞壁。
物理法(离心、振动、电激)和化学法(聚乙二醇
（3）通过植物体细胞杂交所得到的杂种细胞，不管是染色体基因组还是染色体组都采用直接相加的方法。
（4）植物体细胞杂交区别于传统植物有性杂交的优点是能克服生殖隔离的限制。
2．植物组织培养和植物体细胞杂交的比较
3.植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较
植物体细胞杂交
动物细胞融合（单克隆抗体制备）
理论基础
细胞膜的流动性、细胞的全能性
细胞膜的流动性、细胞增殖
融合前
处理
酶解法(纤维素酶、果胶酶)去除细胞壁
注射特定抗原使正常小鼠产生免疫反应
促融方法
①物理法：离心、振动、电刺激等；
②生物法：灭活的病毒
①物化法：与植物细胞融合相同；
②化学法：聚乙二醇(PEG)
过程
第一步
原生质体的制备(酶解法)
正常小鼠免疫处理
第二步
原生质体融合(物化法)
动物细胞融合
第三步
杂种细胞的筛选与培养
杂交瘤细胞的筛选与培养
第四步
杂种植株诱导与鉴定
单克隆抗体的提纯
意义和
用途
①克服远缘杂交不亲和的障碍，大大扩展了可用于杂交的亲本组合范围；
②突破有性杂交的母系遗传，获得细胞质基因的杂合子，研究细胞质遗传
①制备单克隆抗体；
②诊断、治疗和预防疾病，例如：
a.肿瘤定位诊断，放射性抗体→肿瘤；
b.生物导弹治疗，抗体→抗癌药物→肿瘤
对应训练
1.【解析】植物体细胞都含有该物种全套遗传信息，所以每个细胞理论上都具有全能性，都有发育成完整植物体的潜能。植物组织培养是在体外通过人工方法，让植物细胞表现出全能性，是植物细胞工程的一个基础技术手段。因为没有生殖细胞的结合，所以属于无性繁殖方式。
【答案】D
2.【解析】本题考查植物组织培养过程及细胞全能性方面的知识。植物的组织培养的过程简要概括为：离体的植物器官、组织或细胞经脱分化，形成愈伤组织，经再分化形成根、茎、芽等器官，并进一步培养出完整的植株。该技术的理论基础是植物细胞的全能性。
【答案】(1)细胞培养(脱分化) 　有丝分裂
(2)细胞分化(再分化)　 形成不同的组织和细胞
(3)高度分化的植物细胞仍保持着细胞全能性
3. 【答案】：（1）植物体细胞杂交技术 基因工程 植物组织培养
（2）启动子 终止子 标记基因。
（3）植物激素
（4）单倍体 全能性 染色体数目加倍
（5）B
（6）多年不结种子、果实，杂种优势衰退，生产种子受到季节、气候和地域的影响，生产种子占用大量土地等(答出两点即可)
（7）可以克服生物远缘杂交不亲和的障碍
【解析】：（1）根据图示中新细胞获得的两个途径可以看出，涉及的技术有植物体细胞杂交技术和基因工程。从新细胞形成愈伤组织再到形成新品种，可以看出涉及植物组织培养。
（2）根据表达载体构建需有四个组成部分，可以看出①位于外源基因的两端，应为启动子和终止子。②为标记基因。
（3）愈伤组织再分化形成新植株的途径，受到植物激素的调控。可以改变植物激素的种类及浓度来进行调控。
（4）花粉是减数分裂形成的，是正常体细胞染色体数的一半，经培养获得的植株为单倍体植株。这也是植物组织培养过程，遵循的原理是植物细胞的全能性。但是正常二倍体所产生的单倍体植株高度不育，因为体细胞内的染色体成单存在，只有通过染色体数目加倍，恢复成正常的二倍体才能正常结实。
（5）培养紫草的愈伤组织提取紫草素，不需要光照
（6）人工种子相比传统的种子，可解决一些问题：多年不结种子、果实，杂种优势衰退，生产种子受到季节、气候和地域的影响，生产种子占用大量土地等。
（7）传统的杂交育种须在同种生物之间进行，两个物种之间存在生殖隔离。图示的两种育种方法可以避免上述问题，可以克服生物远缘杂交不亲和的障碍。
4.【解析】本题考查植物体细胞杂交的知识。
(1)不同物种间存在生殖隔离，自然条件下不能通过杂交的方式产生后代。以白菜为母本、甘蓝为父本，经人工授粉后，将雌蕊离体培养，得到“白菜—甘蓝”杂种幼苗利用了植物细胞的全能性。
(2)观察植物细胞染色体的数目和形态，通常取幼苗的根尖做临时装片，用碱性染料染色。观察、计数染色体的最佳时期是有丝分裂中期。
(3)由题意知，这样得到的二倍体“白菜—甘蓝”的染色体数为10+9=19条。由于这样的植株无同源染色体，故减数分裂时联会紊乱，因此这种植株通常不育，可根据染色体变异的原理，通过人工诱导产生四倍体“白菜—甘蓝”使其可育。
【答案】(1)生殖 　杂交(有性生殖) 　全能性
(2)根尖(茎尖) 　醋酸洋红液(龙胆紫溶液) 　有丝分裂中期
(3)19 　联会紊乱 　染色体变异
5.【解析】植物组织培养的原理是植物细胞的全能性。要解答第(2)小题，解题思路就是联系植物组织培养的过程图，围绕培养的各个环节。植物细胞的全能性得以表达的前提条件是离体培养，所以操作的对象是离体的植物器官、组织或细胞，生长条件同时需要适宜的营养成分、温度和pH等，其中营养物质矿质元素或无机盐是必需的。按照培养的目的，可培养到愈伤组织阶段，利用愈伤组织就可提取紫杉醇。
【答案】（1）植物细胞的全能性 （2）离体组织、细胞（或外植体） 矿质元素或无机盐 植物激素 愈伤组织
实验探究
【解析】（1）由杂种细胞植株，采用的技术手段是植物组织培养技术，说明植物细胞具有全能性。（2）人工种子是具生根发芽能力的胚状体，包裹上人造种皮制得。
（3）诱导原生质体融合最常用的诱导剂是聚乙二醇(PEG)，融合依据的原理是细胞膜的流动性。（4）选取适宜浓度的蔗糖溶液，不用理由蒸馏水是为了保持原生质体正常的形态。
【答案】(1)植物组织培养 全能性 (2)胚状体 (3)聚乙二醇(PEG) 细胞膜的流动性
(4)①可防止原生质体过度吸水涨破（保持原生质体正常的形态）
②第二步：用适宜浓度的蔗糖溶液代替细胞壁分解液，其他操作同第一步，得到对照组装片
第三步：在显微镜下观察比较实验组和对照组装片洋葱细胞的形态
结果预测和解释：实验组装片的洋葱细胞呈分散的紫色球形，表明细胞壁已被分解；对照组装片的洋葱细胞呈相互连接的紫色多边形，表明细胞壁未被分解。
限时训练
题组一　植物组织培养
1．C解析:植物组织培养属于营养生殖的范畴，但又有自己的特点，营养生殖过程中不需经过脱分化和再分化等过程，而是直接生长、发育。
2．A　[植物离体的细胞与组织(包括体细胞、花药、胚等)均可用作外植体进行组织培养。其中用花药离体培养得到的是单倍体植株。]
3．D　①属于多倍体育种，此过程不需要植物组织培养。②大量脱毒苗培育、③转基因植物的培育、④单倍体幼苗的培养都需要植物组织培养。⑤无子西瓜没有种子，不能繁殖后代，若要快速培育大量无子西瓜植株可利用三倍体植株进行组织培养，快速获得大量后代。
题组二、植物体细胞杂交
4．C解析：灭活病毒是诱导动物细胞融合的方法，而不能诱导植物细胞原生质体融合。
5.解析　去除植物细胞壁可以用纤维素酶和果胶酶；原生质体融合后再产生出细胞壁标志着杂种细胞的形成；植物体细胞杂交的目的是为了获得杂种植株；植物体细胞杂交不经过有性生殖过程，所以可以克服远缘杂交不亲和的障碍。
答案　C
6．A　植物体细胞杂交首先要获取不同植物的体细胞，然后促其融合，最后将杂种细胞培育成新植物体。限制性核酸内切酶主要应用于基因工程。
题组三、综合应用
7．(1)植物细胞的全能性　基因选择性表达
(2)单
(3)①长势相似的普通“白菜—甘蓝”　②昆虫幼虫
③甲、乙植株上昆虫幼虫均正常生活　甲植株上昆虫幼虫死亡，乙植株上昆虫幼虫正常生活(②、③其他答案合理也可)
解析　(1)D→F的过程说明细胞具有全能性，杂种植物具有的性状是基因选择性表达的结果。(2)凡是由未受精的配子发育而成的个体都是单倍体。(3)应注意实验设计的对照原则、等量原则及单一变量原则。
8.(1)愈伤组织　植物细胞全能性　(2)无菌
(3)有丝分裂　YYmm或Yymm或yymm　(4)纤维素酶和果胶酶　(5)具有两个亲本的遗传物质
【解析】　(1)Ⅰ中高度分化的植物细胞脱分化形成的是愈伤组织。而已分化的韧皮细胞再次成长为植物个体(幼苗)属于组织培养。其理论基础(原理)是植物细胞的全能性。
组织培养时由于营养物质丰富、外界环境条件(温度、光照、激素)优越，很适合生物生长，也特别适合细菌等微生物生长，为避免微生物过度繁殖对组织培养的影响，应保持组织培养的用具与环境无菌且进行无菌操作。
Ⅱ中花粉经组织培养直接长成的幼苗是单倍体，该过程属于单倍体体细胞的增殖，而体细胞增殖是通过有丝分裂完成的。植物C是基因型为Yymm的植株的花粉经过花粉两两融合后形成的细胞A以组织培养方式得到的。依据基因分离定律可知，亲本为Yymm的植物的花粉基因型为Ym或ym。这样融合细胞A可能是Ym与Ym的花粉融合得到，也可能是ym与ym的花粉融合得到，还可能是Ym与ym的花粉融合得到。即融合细胞A的基因型可能是YYmm、yymm、Yymm。组织培养得到的植物体C是细胞A全能性的体现，故植物体C的基因型取决于细胞A。所以植物C的基因型是YYmm或yymm或Yymm。
(4)植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，根据酶的专一性，要去除植物细胞壁则必定要使用纤维素酶与果胶酶。(5)Ⅳ是植物体细胞杂交的过程。由于细胞B是番茄与马铃薯的体细胞融合而成，则细胞B具有番茄和马铃薯两亲本的遗传物质。植物D是由细胞B经组织培养而成，细胞B的基因型决定了植物D的基因型。故植物D与细胞B一样具有两亲本的遗传物质。
9.【解析】香蕉是三倍体、高度不育，要大规模快速繁殖，只能通过植物组织培养，培育人工种子进行繁殖；植物的茎尖、根尖不带病毒，可通过组织培养的方式获得脱毒苗；用细胞工程的方法培育抗寒香蕉品种，应该采用体细胞杂交技术，让不同品种的体细胞进行融合，通过对杂种细胞进行组织培养获得新个体，从中筛选出所需类型
【答案】 (1)选取香蕉外植体，通过诱导脱分化产生愈伤组织·，然后通过调整植物激素比 例，再分化形成芽和根，获得大量试管苗（或通过诱导大量形成胚状体，制成人工种子，适宜条件下萌发长成幼苗）。(2）茎尖（分生组织）组织培养；茎尖不带病毒（或病毒在植物体内分布不均匀）；植物细胞全能性。(3)①BBTV病毒基因的检测（DNA分子杂交技术）；②BBTV病毒蛋白的检测（获得抗血清，利用抗原一抗体的杂交反应，判断病毒是否存在）。(4）①选择NaCl溶液的合适浓度，利用DNA和其它杂质在不同NaCl溶液中溶解度不同的特性，达到分离目的；②加人一定量酒精，使部分蛋白质杂质溶解酒精，与DNA分离；③加人蛋白酶，除去蛋白质杂质的干扰；④控制DNA提取的温度，使大多数蛋白质杂质变性。（5)将基因插人土壤农杆菌的质粒，构建表达载体，通过农杆菌的转化导人香蕉受体细胞，成功转化的香蕉细胞通过组织培养形成植株。生态安全问题包括：①外源基因扩散到其他物种（外源基因漂移）；②转基因植株扩散影响生态系统的结构和功能；③转基因植株扩散对生物多样性的影响；④转基因植物残体或分泌物对环境的影响。（6）体细胞杂交育种，其依据是将不同品种的香蕉体细胞利用细胞融合技术融合成 杂种细胞后培育出抗寒香蕉品种（或体细胞诱变育种，其依据是利用诱变剂等 方法使香蕉离体培养细胞发生基因突变，然后筛选培育出抗寒品种）。蛋白质工程方法的步骤为：①果胶裂解酶蛋白的功能分析，②果胶裂解酶蛋白的结构预测和设计，③果胶裂解酶基因的改造。
高考真题体验
1.【答案】Ａ
【解析】草莓植株分生区细胞不含病毒或含病毒的量少，可以利用茎尖（或根尖）经植物组织培养技术培养出脱毒幼苗。
2.【答案】(1) 降低 (2) 适量的生长素
(3) ③ (4) ①④ 4 (5)增殖和分化 二倍体幼苗
【解析】(1)2，4-D常用于植物愈伤组织的诱导和生长，但它趋向于抑制植物形态的发生，当愈伤组织再分化形成新的植株个体时，要减小2，4-D抑制植物形态发生的作用。所以在配制分化培养基时需降低2，4-D的浓度。
(2)根据题意，此时已经出现具有分生能力的绿色芽点，但不能继续出芽。由于生长素有促进再分化过程中芽的生长，所以在培养基中添加适量的生长素，以促进幼苗形成。
(3)绿色芽点细胞为分生区细胞，排列紧密；刚融合的杂种细胞没有细胞壁，不可能发生质壁分离；愈伤组织细胞排列疏松无规则；再分化产生胚状体，需要光照刺激，会促进叶绿体的形成，可在光学显微镜下观察到叶绿体。
(4)色素具有不同的吸收光谱，叶绿素a、b主要吸收的是红光和蓝紫光。而对绿光和黄光吸收很少。在本题中，通过光合放氧速率反映出二者光合作用强度的大小，自变量是叶绿素a、b比例上的差异。从结果来看，二者放氧速率差异不大，而突变体中叶绿素a与叶绿素b的比值显著大于对照，说明该同学用的光不是红色和蓝紫色，所以是绿色和黄色。通过纸层析法分离色素时，叶绿素a、b分布于第3、4条（自上而下）。因为突变体中叶绿素a与叶绿素b的比值显著大于对照，所以会发现突变体第4条色素带窄于对照组。
(5)利用胚乳诱导愈伤组织，由于胚中含有植物激素，会影响愈伤组织的增殖和分化，所以需适时剔除胚。因为胚是由受精卵发育而来的，是二倍体。剔除胚也可以避免再生苗中混有二倍体幼苗。
3.【答案】．D
【解析】A项愈伤组织源自外植体的脱分化，其细胞无特定形态、结构和功能；花粉离体培养得到的只是单倍体植株，B项描述缺少了秋水仙素处理的环节；C、人工种子内包装的是胚状体，而非愈伤组织；D、既要筛选出耐盐突变体，当然得在含一定盐分的培养基上选择。
4.【答案】B
【解析】S基因控制植物生长素合成酶的合成，R基因控制细胞分裂素合成酶的合成，两种基因的表达关系决定植物产生肿瘤的种类，从而说明基因可通过控制酶的合成来影响代谢，决定性状，D项正确。S基因不表达，R基因表达，则细胞分裂素与生长素的比值升高，由图可知，可诱发生芽瘤形成，A项正确。 因肿瘤组织细胞中含有S、R基因，可产生细胞分裂素和生长素，因此在不含有该激素的培养基上可以生长，C项正确。因T-DNA已经整合到植物染色体DNA上，因此，即使除去肿瘤中的土壤农杆菌，因细胞中含有T-DNA，肿瘤仍会生长和分化，B项错误。
5.解析　本题考查植物细胞工程，同时考查综合分析与迁移能力。愈伤组织细胞是一团排列疏松而无规则，高度液泡化的呈无定形状态的、具分生能力的薄壁细胞，不具有特定的结构和功能。二倍体植株的花粉中只含一个染色体组，培养得到的个体为单倍体，高度不育，幼苗用秋水仙素处理后得到的植株才能稳定遗传。人工种子中包裹的不能是愈伤组织。用特定的选择培养基可筛选出所需要的突变体类型。
答案　D
第十单元 现代生物科技专题
学案52 动物细胞工程
考纲要求　
1.动物的细胞培养与体细胞克隆(Ⅰ)。
2.细胞融合与单克隆抗体(Ⅱ)。
复习要求
1．简述动物细胞培养的过程、条件及应用。
2．比较动物细胞培养与植物组织培养区别。
3．简述通过动物体细胞核移植技术克隆动物的过程和应用前景。
基础自查
一. 动物细胞培养和动物体细胞核移植技术
1.动物细胞培养
（1）概念：
动物细胞培养的流程：
细胞贴壁和接触抑制： 称为细胞贴壁。 这种现象称为细胞的接触抑制。
（4）动物细胞培养需要满足以下条件
① ：
培养液应进行 通常还要
。此外，应 ，防止 。
②营养：合成培养基成分：
③温度：
④气体环境：
作用:
动物细胞培养技术的应用：
2.动物体细胞核移植技术和克隆动物
（1）哺乳动物核移植可以分为 。
（2）选用去核卵(母)细胞做受体细胞的原因：
。
（3）体细胞核移植的大致过程是：
治疗性克隆的过程：
（4）体细胞核移植技术的应用：
（5）体细胞核移植技术存在的问题：
二.动物细胞融合和单克隆抗体
1.动物细胞融合（1）动物细胞融合也称细胞杂交，是指


（2）动物细胞融合与植物原生质体融合的原理基本相同，诱导动物细胞融合的方法与植物原生质体融合的方法类似，常用的诱导因素有 等。
（3）动物细胞融合的意义：
。
2.单克隆抗体的制备
（1）抗体：一个B淋巴细胞分泌 。从血清中分离出的抗体
。
（2）单克隆抗体的制备过程：
（3）杂交瘤细胞的特点： 。
（4）单克隆抗体的优点： 。
（5）单克隆抗体的作用：

课堂深化探究
一．动物细胞培养
1．植物组织培养和动物细胞培养的比

特别提醒：(1)植物组织培养需要生长素和细胞分裂素，生长素可诱导愈伤组织生根，细胞分裂素可促进愈伤组织生芽。
(2)动物细胞的传代培养过程中，细胞可能癌变。
(3)两种技术手段培养过程中都进行了有丝分裂，都是无性繁殖，都可称克隆，都不涉及减数分裂。
(4)植物组织培养最终产生新个体，体现了细胞的全能性；动物细胞培养产生大量细胞，不形成新个体，故不能体现细胞的全能性。
二　动物体细胞核移植与克隆动物
1．原理
结果：
2．供核细胞
3．受体细胞
原因：
4．核移植产生的克隆动物与提供细胞核的亲本不同的原因
5．过程

6.比较克隆与组织培养、试管婴儿
克隆
组织培养
试管婴儿
生殖方式

遗传物质来源

性别决定

用 途

三　动物细胞融合和单克隆抗体
1. 植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较
2．血清抗体和单克隆抗体
3．制备过程：
（1）诱导融合的2种细胞名称及作用
诱导动物细胞融合与植物原生质体融合的不同方法。动物细胞诱导融合的特有方法
（3）二次筛选的目的及方法
（4）2种培养方法及提取单克隆抗体的场所
4．应用
特别提醒：
1．在动物细胞培养的过程中有贴壁生长和接触抑制现象。
2．动物细胞培养过程中两次用到胰蛋白酶，第一次用胰蛋白酶处理剪碎的组织使之分散成单个细胞，第二次使贴壁细胞从瓶壁上脱落下来。
3．细胞核移植选用去核卵(母)细胞的原因：虽然细胞核内具有发展成为一个完整个体所需的全套基因，但动物体细胞分化程度较高，因此很难表达全能性。而卵(母)细胞比较大，容易操作；卵(母)细胞的细胞质多，营养丰富，含有促使细胞核表达全能性的物质和营养条件。将体细胞核移植入去核卵(母)细胞内，既保证了重组细胞的完整性，又能刺激体细胞核表达其全能性，发育成为一个新的个体。
4．与克隆动物有关的亲本的遗传关系：动物体细胞核移植产生的新个体的亲本有三个：体细胞核供体、卵(母)细胞细胞质供体、代孕母体。新个体细胞核基因型与体细胞核供体完全一样，因此新个体性状与体细胞核供体基本相同。卵(母)细胞细胞质中也有少量的DNA，新个体性状与卵(母)细胞细胞质供体有一些地方相同。代孕母体没有为新个体提供遗传物质，新个体性状与代孕母体基本没有联系。
对应训练
1.动物细胞培养与植物组织培养的重要区别在于(　　)。
A．培养基不同
B．动物细胞培养不需要在无菌条件下进行
C．动物细胞可以传代培养，而植物细胞不能
D．动物细胞能够大量培养，而植物细胞不能
2.在克隆羊培育过程中，将雄羊的体细胞核移入雌羊的卵细胞中。产生该克隆羊的方式及该克隆羊发育成熟后所分泌的性激素依次是(　 )
A．无性生殖、雄性激素
B．无性生殖、雌性激素
C．有性生殖、雄性激素
D．有性生殖、雌性激素
3.根据单克隆抗体制备流程示意图判断以下选项中正确的是( 　 )
A．单克隆抗体技术的原理包括细胞增殖、细胞膜的流动性、细胞的全能性等
B．根据培养基的物理性质分类，图中HAT培养基属于选择培养基
C．在制备单克隆抗体的过程中有两次选择，第一次是选择杂交瘤细胞，第二次是选择能够产生特异性抗体的杂交瘤细胞
D．老鼠骨髓瘤细胞染色体数是40，效应B细胞的染色体数为46，融合后形成的杂交瘤细胞DNA分子数为86
4.近年来，我国死于狂犬病的人数有上升之势。狂犬病病毒的核酸是RNA，机体感染病毒后产生的特异性lgG抗体，能消除狂犬病病毒，这是接触狂犬病病毒后及时注射疫苗和特异性抗体的重要依据。我国利用地鼠的肾细胞培养狂犬病疫苗，已取得良好效果。
请根据上述材料，回答下列问题：
(1)狂犬病病毒的毒力可发生变异。从自然感染动物体内分离的病毒株称为野毒株，其致病力强。将野毒株在家兔脑内连续传50代后，变成固定毒株。固定毒株对人及动物致病力弱，不引起狂犬病。巴斯德首先利用固定毒株制成减毒活疫苗，预防狂犬病。制成减毒活疫苗需要用________培养。
(2)特异性抗体获取的方法可用单克隆抗体制备法。在制备单克隆抗体的过程中，应用的动物细胞工程的技术是______________________________________________________。
(3)下图是单克隆抗体制备过程示意图，请据图回答：
①图中A过程从小鼠的脾脏中取得的“小鼠细胞”是________细胞，该细胞能够产生________________。从小鼠体内提取分离该细胞之前，应给小鼠注射特定的物质是________。
②图中B过程是细胞融合，该过程需要用灭活的________________、聚乙二醇或电激等诱导。
③特异性抗体获取的方法也可以采用向动物体内反复注射某种抗原，使动物产生抗体，然后从动物血清中分离所需抗体。与这种方法制备的抗体相比，单克隆抗体具有___________
_____________________________________________________________________等优点。
(4)动物细胞体外培养需要满足的环境条件有__________________________________
________________________________________________________________________。
单克隆抗体技术还有哪些用途？___________________________________________。
实验探究
(2009·江苏卷)动物器官的体外培养技术对于研究器官的生理、病理过程及其机制意义重大。下图是一个新生小鼠的肝脏小块培养装置示意图。请回答下列问题。
(1)肝脏切成小薄片，这有利于肝脏细胞____________________________________。
(2)气室中充入5% CO2气体的主要作用是__________________________________ 。
(3)培养液中添加抗生素是为了抑制细菌生长，但要注意选择抗生素的________，以保证抗生素对肝脏无害。
(4)有机物X有毒性，可诱发染色体断裂。利用上图所示装置和提供的下列材料用具，探究肝脏小块对有机物X是否具有解毒作用。
材料用具：
肝脏小块，外周血淋巴细胞，淋巴细胞培养液，植物凝集素(刺激淋巴细胞分裂)；显微镜，载玻片，盖玻片，玻璃皿，滴管；吉姆萨染液(使染色体着色)，有机物X溶液等。
实验过程：
①在淋巴细胞培养液中加入植物凝集素培养淋巴细胞，取4等份，备用。
②利用甲、乙、丙、丁4组上图所示装置，按下表步骤操作(“√”表示已完成的步骤)。
甲
乙
丙
丁
步骤一：加入肝脏培养液
√
√
√
√
步骤二：加入有机物X溶液
√
√
步骤三：放置肝脏小块
√
上表中还需进行的操作是__________________________________________________。
③培养一段时间后，取4组装置中的等量培养液，分别添加到4份备用的淋巴细胞培养液中继续培养。
④一段时间后取淋巴细胞分别染色、制片。在显微镜下观察________________，并对比分析。若丙组淋巴细胞出现异常，而甲组的淋巴细胞正常，则说明____________________________。
限时训练
题组一　动物细胞培养和动物体细胞核移植技术
1.在克隆羊多利的过程中，下列哪项技术没有运用到(　　)。
A．细胞培养技术 B．细胞核移植技术
C．胚胎移植技术 D．基因工程技术
2．如果用动物的细胞进行克隆实验应该选择的细胞核不能来源于(　　)
A.乳腺细胞 B.卵细胞
C.胃腺细胞 D.囊胚时期的胚胎细胞
3．回答下列有关动物细胞培养的问题：
(1)在动物细胞培养过程中，当贴壁细胞分裂生长到细胞表面______________时，细胞会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的______________。此时，瓶壁上形成的细胞层数是______________。要使贴壁的细胞从瓶壁上分离下来，需要用酶处理，可用的酶是______________。
(2)随着细胞传代次数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而出现__________________的现象；但极少数细胞可以连续增殖，其中有些细胞会因遗传物质发生改变而变成______________细胞，该种细胞的黏着性______________，细胞膜表面蛋白质(糖蛋白)的量______________。
(3)现用某种大分子染料，对细胞进行染色时，观察到死细胞被染色，而活细胞不染色，原因是_______________________________________________________________________
______________________________________________________________________________。
(4)检查某种有毒物质是否能改变细胞染色体的数目，最好选用细胞分裂到______________期的细胞用显微镜进行观察。
(5)在细胞培养过程中，通常在____________条件下保存细胞。因为在这种条件下，细胞中______________的活性降低，细胞______________的速率降低。
(6)给患者移植经细胞培养形成的皮肤组织后，发生了排斥现象，这是因为机体把移植的皮肤组织当作______________进行攻击。
题组二动物细胞融合和单克隆抗体的制备
4.下列关于单克隆抗体制备过程的叙述，正确的是(　　)。
A．制备过程中不需要动物细胞培养技术
B．杂交瘤细胞具有浆细胞与癌细胞的所有特点
C．经选择性培养基筛选出来的杂交瘤细胞即可用于单克隆抗体的生产
D．单克隆抗体最广泛的用途是用作体外诊断试剂
5．生产单克隆抗体时，在培养液中加入某种试剂能筛选出杂交瘤细胞，因为该试剂(　　)
A.能抑制淋巴细胞和杂交瘤细胞的DNA复制
B.能阻止淋巴细胞的原癌基因被激活
C.选择性抑制骨髓瘤细胞的DNA复制
D.能阻止杂交瘤细胞核糖体上所有蛋白质的合成
6． 下列关于单克隆抗体制备过程的叙述，不正确的是(多选)(　　)
A．制备过程中不需要动物细胞培养技术
B．杂交瘤细胞具有浆细胞与癌细胞的所有特点
C．经选择性培养基筛选出来的杂交瘤细胞即可用于单克隆抗体的生产
D．单克隆抗体最广泛的用途是用作体外诊断试剂
7．某研究小组为测定药物对体外培养细胞的毒性，准备对某种动物的肝肿瘤细胞(甲)和正常肝细胞(乙)进行动物细胞培养。下列说法正确的是(　　)
A．在利用两种肝组织块制备肝细胞悬液时，也可用胃蛋白酶处理
B．细胞培养应在含5%CO2的恒温培养箱中进行，CO2的作用是刺激细胞的呼吸
C．甲、乙细胞在持续的原代培养过程中，乙会出现停止增殖的现象
D．仅用该培养液也能用来培养乙肝病毒
8． 用a表示骨髓瘤细胞，b表示浆细胞，则细胞融合过程中两次筛选的目的分别为(　　)
A．a、aa、ab、bb、b→a、aa、ab→ab培养
B．a、aa、ab、bb、b→ab、bb、b→ab培养
C．a、aa、ab、bb、b→ab→产生特定抗体的ab培养
D．a、aa、ab、bb、b→aa→能无限增殖的aa培养
9.下图是某实验室做的通过动物纤维母细胞等获得单抗的实验研究，据图回答相关问题。
(1)X、Y、Z细胞的名称分别是　　　 　　　 　、　　 　　　　　　　 　　　、　　　　　　 　。
(2)①过程类似于植物组织培养技术中的???????　???过程。与纤维母细胞相比，诱导干细胞的全能性较?????　　　。
②过程的实质是??????　　　??????????????。
(3)③过程中过程中需用到的生物诱导剂是??????　　???????。
(4)④处需要筛选，其目的是????　　　　　　　　　　?????? ???。
(5)若用含放射性32P标记的核苷酸的培养基培养Z细胞，能测到放射性32P的细胞器是??????????、　　　　　　。
题组三　综合题
10.日本研究人员依靠体细胞克隆技术进行反复“拷贝”，成功培育出第四代克隆猪。这个研究小组培育的第一代克隆猪于2004年4月诞生，此后，他们又从长大的克隆猪唾液腺中提取细胞，将细胞核植入未受精的卵子中，依次培育出第二代和第三代克隆猪。研究人员发现，猪与人类身体构造相似，克隆猪可作为研究人类疾病的实验动物。根据材料回答下列问题。
(1)第四代克隆猪利用了动物细胞核的________性。
(2)在细胞核植入受体卵母细胞之前，要用显微针去除卵母细胞的________，再将唾液腺细胞核注入。获得的重组胚胎需要体外培养，培养时不仅要有无机盐类和有机盐类，而且还要有________________等营养成分及________等物质。当发育到囊胚期时，将其移植到受体雌性动物体内。
(3)研究显示，利用克隆技术根本无法培育出完全相同的个体，究其原因，除了发育过程中的环境因素的影响外，还可能有________________等原因。
(4)如果希望克隆猪都能生产人体胰岛素，那么需要利用________技术，把________________拼接到猪的核基因中。转基因是否成功都可以用________检测。
11． 细胞工程是生物工程的基础技术，在细胞分裂、分化、生物的发育遗传等理论研究以及改良生物、培育新品种等生产实践上有重要作用。植物组织培养是研究得比较早、应用比较成熟的一项植物细胞工程技术，其基本过程如图所示：
―→植物体
(1)A表示______________，②表示______________。
(2)植物组织培养获得试管苗的成功，有力地证明了植物细胞的全能性，但全能性的表达需要一定的条件，也就是________________、一定的营养条件、激素和其他外界条件，其中，激素所起的作用是_____________________________________________________________。
(3)生产上常用植物的根尖或芽尖的生长点进行离体培养以获得试管苗，与其他植物组织培育出的试管苗相比的突出优点是________________________；这时，①过程中植物组织的代谢类型是_______________________________________________________。
(4)世界上第一只克隆绵羊“多利”的培育成功是动物细胞工程方面的重大成果，证明了动物细胞核也具有全能性。其培育过程中要用到的三大细胞工程技术依次是________________、________________和__________________________________________。
12. 有性生殖的生物产生后代需进行受精作用，植物体细胞杂交要进行原生质体的融合，单克隆抗体的制备需进行动物细胞融合，可见细胞的融合技术有着广泛的应用。下列为细胞融合的简略过程，请据图回答相关问题：
(1)若a、b分别是基因型为Hhrr、hhRr的两个烟草品种的花粉，且这两对基因分别位于两对同源染色体上。由于一对隐性纯合基因(rr或hh)的作用，在光照强度大于800 lx时都不能生长。要想从融合细胞的培养液中分离出基因型为HhRr的杂种细胞，较为简便的筛选方法是 。
(2)若a、b表示两种植物体的细胞，则采用化学法形成c时，一般是用 作为诱导剂。由d细胞形成杂种植株的原理是 ，这种育种方法的优点是_____________
。
(3)若a、b分别为骨髓瘤细胞和B淋巴细胞，则d细胞的特点是_____________________
。用 筛选获得d细胞，然后再经克隆化培养和抗体检测、筛选获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。
(4)下列各图表示单克隆抗体制备过程的各阶段图解，请用箭头把代表各图解的字母按单克隆抗体制备过程的顺序连接起来，顺序是 。
高考真题体验
1.（2012山东）【生物—现代生物科技专题】
毛角蛋白II型中间丝（KIFII）基因与绒山羊的羊绒质量密切相关。获得转KIFII基因的高绒质绒山羊的简单流程如图。
（1）过程①中最常用的运载工具是__________，所需要的酶是限制酶和_____________。
（2）在过程②中，用__________处理将皮肤组织块分散成单个成纤维细胞。在培养过程中，将成纤维细胞置于5%CO2的气体环境中，CO2的作用是________________。
（3）在过程③中，用___________处理以获得更多的卵（母）细胞。成熟卵（母）细胞在核移植前需要进行____________处理。 （4）从重组细胞到早期胚胎过程中所用的胚胎工程技术是______________________。在胚胎移植前，通过____________技术可获得较多胚胎。
2.（2012广东）培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是
A．组织培养 B．细胞杂交 C．显微注射 D．核移植
3.（2012江苏）下列事实能体现细胞全能性的是（ ）
A. 棉花根尖细胞经诱导形成幼苗 B. 单细胞的 DNA 在体外大量扩增
C. 动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体 D. 小鼠体细胞经诱导培育成小鼠
4.（2012大纲）回答下列问题：
大多数病毒进入人体内经过 细胞的摄取和处理，使 暴露于抗原的表面，并将抗原呈递给T细胞，刺激T细胞分泌 。
（2）人体接种甲型H1N1流感疫苗后，一段时间内当甲型H1N1流感病毒侵染机体时，不易患病，其主要原因是 。
（3）一种病毒含有 (填“1种”或“2种”）核酸。
（4）灭活的仙台病毒在动物细胞工程中可用于诱导 。
5.（2012上海）13．以绵羊红细胞刺激小鼠脾脏B淋巴细胞，再将后者与小鼠骨髓瘤细胞融合形成杂交瘤细胞克隆群，由此筛选出的单克隆杂交瘤细胞所产生的抗体
A．能识别绵羊整个红细胞 B．只识别绵羊红细胞表面的特定分子
C．能识别绵羊所有体细胞 D．只识别绵羊所有体细胞表面的特定分子
6.（2012广东）2．培育草莓脱毒苗所采用的主要技术是
A．组织培养 B．细胞杂交 C．显微注射 D．核移植
7.（2012江苏）22. 下列事实能体现细胞全能性的是（ ）
A. 棉花根尖细胞经诱导形成幼苗 B. 单细胞的 DNA 在体外大量扩增
C. 动物杂交瘤细胞产生单克隆抗体 D. 小鼠体细胞经诱导培育成小鼠
8．(2011·江苏卷，14)关于现代生物技术应用的叙述，错误的是(　　)
A．蛋白质工程可合成自然界中不存在的蛋白质
B．体细胞杂交技术可用于克隆动物和制备单克隆抗体
C．植物细胞培养技术可用于植物茎尖脱毒
D．动物细胞培养技术可用于转基因动物的培育
9．（2010浙江理综，4，6分）下列关于动物细胞培养的叙述，正确的是（　　）
A．培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞
B．克隆培养法培养过程中多数细胞的基因型会发生改变
C．二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的
D．恶性细胞系的细胞可进行传代培养。
10．（2010江苏生物，10，2分）为解决二倍体普通牡蛎在夏季因产卵而出现肉质下降的问题，人们培育出三倍体牡蛎。利用普通牡蛎培育三倍体牡蛎合理的方法是（ ）
A．利用水压抑制受精卵的第一次卵裂，然后培育形成新个体B．用被γ射线破坏了细胞核的精子刺激卵细胞，然后培育形成新个体C．将早期胚胎细胞的细胞核植人去核卵细胞中，然后培育形成新个体D．用化学试剂阻止受精后的次级卵母细胞释放极体，然后培育形成新个体
11．(2011年高考安徽卷)(9分)家蚕细胞具有高效表达外源基因的能力。将人干扰素基因导入家蚕细胞并大规模培养，可提取干扰素用于制药。
(1)进行转基因操作前，需用______________酶短时处理幼蚕组织，以便获得单个细胞。
(2)为使干扰素基因在家蚕细胞中高效表达，需要把来自cDNA文库的干扰素基因片段正确插入表达载体的____________和______________之间。
(3)采用PCR技术可验证干扰素基因是否已经导入家蚕细胞。改PCR反应体系的主要成分应该包含：扩增缓冲液(含Mg2＋)、水、4种脱氧核糖核苷酸、模板DNA、______________
____________________和________________。
(4)利用生物反应器培养家蚕细胞时，贴壁生长的细胞会产生接触抑制。通常将多孔的中空薄壁小玻璃珠放入反应器中，这样可以_______________________________________增加培养的细胞数量，也有利于空气交换。
12.(2010·福建卷)[生物—现代生物科技专题]
红细胞生成素(EPO)是体内促进红细胞生成的一种糖蛋白，可用于治疗肾衰性贫血等疾病。由于天然EPO来源极为有限，目前临床上使用的红细胞生成素主要来自于基因工程技术生产的重组人红细胞生成素(rhEPO)，其简要生产流程如右图。
请回答下列问题。
(1)图中①所指的是________技术。
(2)图中②所指的物质是________，③所指的物质是________。
(3)培养重组CHO细胞时，为便于清除代谢产物，防止细胞产物积累对细胞自身造成危害，应定期更换________。
(4)检测rhEPO的体外活性需用抗rhEPO的单克隆抗体。分泌该单克隆抗体的________细胞，可由rhEPO免疫过的小鼠B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合而成。
13．(2011·江苏卷)关于现代生物技术应用的叙述，错误的是(　　)。
A．蛋白质工程可以合成自然界不存在的蛋白质
B．体细胞杂交技术可以用于克隆动物和制备单克隆抗体
C．植物组织培养技术可用于植物茎尖脱毒
D．动物细胞培养技术可用于转基因动物的培养
14．(2010·广东卷)新技术的建立和应用对生物学发展至关重要。下列技术(或仪器)与应用匹配正确的是(双选)(　　)。
A．PCR技术——扩增蛋白质
B．杂交瘤技术——制备单克隆抗体
C．光学显微镜——观察叶绿体的基粒
D．花粉离体培养——培育单倍体植物
15．(2010·浙江卷)下列关于动物细胞培养的叙述，正确的是(　　)。
A．培养保留接触抑制的细胞在培养瓶壁上可形成多层细胞
B．克隆培养法培养过程中多数细胞的基因型会发生改变
C．二倍体细胞的传代培养次数通常是无限的
D．恶性细胞系的细胞可进行传代培养
学案52 动物细胞工程
答案与解析
基础自查
一.动物细胞培养和动物体细胞核移植技术
1.动物细胞培养
（1）动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的组织，将它分散成单个细胞，然后放在适宜的培养基中，让这些细胞生长和繁殖。
（2） 取动物组织块（动物胚胎或幼龄动物的器官或组织）→剪碎→用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞继续传代培养。
（3） 悬液中分散的细胞很快就贴附在瓶壁上，称为细胞贴壁。
细胞数目不断增多，当贴壁细胞分裂生长到表面相互抑制时，细胞就会停止分裂增殖，这种现象称为细胞的接触抑制。
①无菌、无毒的环境： 无菌处理 在培养液中添加一定量的抗生素 培养过程中的污染 定期更换培养液，防止代谢产物积累对细胞自身造成危害
② 糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素等。通常需加入血清、血浆等天然成分。
③ 适宜温度：哺乳动物多是36.5℃＋0.5℃；pH：7.2～7.4。
④ 95%空气＋5%CO2 O2是细胞代谢所必需的 维持培养液的pH。
（5） 制备病毒疫苗、制备单克隆抗体、检测有毒物质、培养医学研究的各种细胞
2.动物体细胞核移植技术和克隆动物
（1）哺乳动物核移植可以分为胚胎细胞核移植（比较容易）和体细胞核移植（比较难）。
（2）选用去核卵(母)细胞做受体细胞的原因：卵(母)细胞比较大，容易操作；卵(母)细胞含有促使细胞核全能性表达的物质和条件。
（3）体细胞核移植的大致过程是：
（4）体细胞核移植技术的应用：
①加速家畜遗传改良进程，促进良畜群繁育； ②保护濒危物种，增大存活数量；
③生产珍贵的医用蛋白； ④作为异种移植的供体；
⑤用于组织器官的移植等。
（5）体细胞核移植技术存在的问题：
克隆动物存在着健康问题、表现出遗传和生理缺陷等。
二.动物细胞融合和单克隆抗体
1.动物细胞融合（1）动物细胞融合也称细胞杂交，是指两个或多个动物细胞结合形成一个细胞的过程。融合后形成的具有原来两个或多个细胞遗传信息的单核细胞，称为杂交细胞。
（2）动物细胞融合与植物原生质体融合的原理基本相同，诱导动物细胞融合的方法与植物原生质体融合的方法类似，常用的诱导因素有聚乙二醇、灭活的病毒、电刺激等。
（3）动物细胞融合的意义：克服了远缘杂交的不亲和性，成为研究细胞遗传、细胞免疫、肿瘤和生物新品种培育的重要手段。
2.单克隆抗体的制备
（1）抗体：一个B淋巴细胞只分泌一种特异性抗体。从血清中分离出的抗体产量低、纯度低、特异性差。
（3）既能大量繁殖，又能产生专一的抗体。
（4）特异性强，灵敏度高，并能大量制备。
（5）① 作为诊断试剂：准确识别各种抗原物质的细微差异，并跟一定抗原发生特异性结合，具有准确、高效、简易、快速的优点。
② 用于治疗疾病和运载药物：主要用于治疗癌症治疗，可制成“生物导弹”，也有少量用于治疗其它疾病。
课堂深化探究
一．动物细胞培养
1．
二　动物体细胞核移植与克隆动物
1． 动物体细胞核具有全能性；产生新个体。
2．一般选优良动物的传代培养10代以内的细胞。
3．受体细胞：去核的MⅡ期卵母细胞。
①体积大，易于操作；②卵黄多，营养丰富，为发育提供充足的营养；③含有激发重组细胞分裂分化的物质。
4．①克隆动物细胞质基因来源于另一个亲本，所以与植物组织培养不同(只来自于一个亲本)，即克隆动物遗传物质来自2个亲本。
②在发育过程中可能发生基因突变、染色体变异导致性状改变。
③外界环境条件的影响引起不可遗传的变异。
5．
6.
克隆
组织培养
试管婴儿
生殖方式
无性
无性
有性
遗传物质来源
2个亲本
1个亲本
2个亲本
性别决定
提供核亲本
一般没有
精子类型
用 途
优良种畜快速繁育，可选择性别
快速繁殖无病毒植株　
解决不孕不育
三　动物细胞融合和单克隆抗体
1. 植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较
2．血清抗体和单克隆抗体
3．制备过程：
（1）免疫过的B淋巴细胞(浆细胞)—产生抗体；骨髓瘤细胞—无限增殖。
（2）灭活的病毒诱导。
（3）A．在特定的选择性培养基上，未融合的亲本细胞(浆细胞和骨髓瘤细胞)和融合的具有同种核的细胞(BB融合细胞、瘤瘤融合细胞)都会死亡，只有融合的杂种细胞(杂交瘤细胞)才能生长。这种杂种细胞的特点是既能迅速大量繁殖，又能产生单一的特异性抗体。
B．经选择性培养的杂交瘤细胞并非都是能分泌所需抗体的细胞(很多种杂交瘤细胞)，需经克隆化培养和抗体检测，经多次筛选后可获得足够数量的能分泌所需抗体的细胞。
（4）A．体外培养——培养液提取。
B．体内小鼠腹腔中培养——小鼠腹水中提取
4．A．作为诊断试剂：准确识别各种抗原物质的细微差异，并与一定抗原发生特异性结合，具有准确、高效、简易、快速的优点。
B．用于治疗疾病和运载药物：主要用于癌症治疗，可制成“生物导弹”，也有少量用于治疗其他疾病。
对应训练
1.解析　动物细胞培养所用的培养基是液体培养基，其中通常含有葡萄糖、氨基酸、无机盐、维生素和动物血清等。而植物组织培养所用的培养基是固体培养基，通常含有水、矿质元素、激素、蔗糖、氨基酸、琼脂等。可见，动物细胞培养所用的培养基与植物组织培养的培养基是不相同的。
答案　A
2. 【解析】克隆羊的产生属于无性生殖。由于是雄羊供核，故此克隆羊的性别为雄羊，所分泌的性激素是雄性激素。
【答案】A
3.【解析】单克隆抗体的制备过程中，杂交瘤细胞不能培育成个体，未体现细胞的全能性，A错误；培养基根据物理性质可分为固体培养基和液体培养基等，按用途分为选择培养基、鉴别培养基等，B错误；融合后杂交瘤细胞染色体数是86，DNA数要考虑细胞质中的DNA，多于86，D错误；C项描述正确。
【答案】C
4.(1)活细胞　(2)动物细胞融合和动物细胞培养　(3)①B(或浆)　抗体　抗原(或狂犬病病毒)　②病毒(或仙台病毒)　③特异性强、灵敏度高，并可大量制备
(4)无菌、无毒、温度和pH、气体、营养物质　(5)作为诊断试剂、运载药物(或“生物导弹”)等
解析　病毒是营寄生生活的，所以在体外只能用活细胞来培养；B细胞受到抗原刺激后可分化成浆细胞，产生相应的抗体。动物细胞培养的用途之一就是制备单克隆抗体，单克隆抗体的特点和应用要熟练、准确地掌握。
实验探究
解析　本题考查动物细胞培养的相关知识。(1)把肝脏切成小薄片，有利于肝脏细胞的呼吸代谢，即吸收氧气和营养物质、排出代谢废物。(2)气室中充入5% CO2的作用是形成碳酸来维持培养液适宜的pH。(3)同时也要注意选择抗生素的种类和数量来抑制细菌生长。(4)乙组或丁组没有处理，向乙(或丁)组装置中放置肝脏小块作为对照实验，有机物X有毒性，可诱发染色体断裂所以要观察淋巴细胞的染色体形态和数量是否变化。甲组添加肝脏小块淋巴细胞染色体正常，丙组没有添加出现染色体异常，说明肝脏小块对有机物X具有解毒作用。
答案　(1)吸收氧气和营养物质、排出代谢废物　(2)维持培养液适宜的pH　(3)种类和剂量　(4)向乙(或丁)组装置中放置肝脏小块　染色体形态和数量　肝脏小块对有机物X具有解毒作用
限时训练
题组一　动物细胞培养和动物体细胞核移植技术
1.解析　克隆技术需利用核移植以产生重组细胞，重组细胞经细胞培养形成早期胚胎后，需移植到母体子宫内发育成个体。
答案　D
2．B解析:卵细胞内染色体数目只有正常体细胞的一半。
3.答案：(1)相互接触　接触抑制　单层(或一层)　胰蛋白酶
(2)衰老甚至死亡　不死性　降低　减少
(3)由于活细胞的膜具有选择透过性，大分子染料不能进入活细胞内，故活细胞不能着色(或由于死细胞的膜丧失了选择透过性，大分子染料能够进入死细胞内而着色)
(4)中
(5)冷冻(或超低温、液氮)　酶　新陈代谢
(6)抗原
解析：在动物细胞培养过程中，细胞会表现出接触抑制现象，此时是单层细胞。用胰蛋白酶可以使贴壁细胞从瓶壁上分离开来。随着细胞传代培养代数的增多，绝大部分细胞分裂停止，进而出现衰老甚至死亡的现象，但极少数细胞可以连续增殖，有些细胞会因遗传物质改变而变成不死性细胞。由于活细胞的膜具选择透过性，大分子染料不能进入活细胞内，而死细胞的细胞膜丧失选择透过性，大分子染料能够进入死细胞内而着色。由于中期染色体形态固定、数目清晰，因此最好选用细胞分裂到中期的细胞用显微镜观察染色体数目。由于在冷冻超低温液条件下，细胞中酶的活性降低，细胞新陈代谢的速率降低，通常在此条件下保存细胞。机体把移植的皮肤组织当作抗原攻击，会发生排斥现象。
题组二动物细胞融合和单克隆抗体的制备
4.解析　单克隆抗体的制备是将骨髓瘤细胞与浆细胞结合，经过选择培养基的筛选得到杂交瘤细胞并经专一抗体检测后，培养能产生特定抗体的杂交瘤细胞即可得单克隆抗体，杂交瘤细胞能无限繁殖但不具有癌细胞的转移能力。
答案　D
5．C解析:淋巴细胞不能无限增殖而骨髓瘤细胞能无限增殖，因此在培养液中加入某种试剂抑制骨髓瘤细胞的DNA复制就能筛选出杂交瘤细胞。
6．ABC　动物细胞培养是其他动物细胞工程的基础；杂交瘤细胞具有癌细胞的无限增殖特点和浆细胞合成分泌抗体的特点；选出的杂交瘤细胞还要经过二次筛选、选出能产特异性抗体的细胞方可克隆化培养。
7．C　胃蛋白酶最适pH值接近于2，呈酸性，而细胞培养液的pH值接近于中性，所以不能用胃蛋白酶处理。CO2的作用是调节细胞培养液的pH值。由于存在细胞接触抑制现象，在原代培养过程中，会出现停止增殖的现象，需要传代培养获得细胞株和细胞系。病毒在活细胞内才能增殖，不能用培养细胞的培养液进行培养。
8．C　第一次筛选是选出杂交瘤细胞即ab，第二次筛选是选出能产生特异性抗体的ab细胞。
9.【解析】(1)由于单抗是由杂交瘤细胞产生的，根据示意图可知，Z是杂交瘤细胞，X细胞是由诱导干细胞形成的，因此为骨髓瘤细胞，Y细胞是由病毒刺激产生的浆细胞。(2)①过程是将高度分化的纤维母细胞诱导形成诱导干细胞，类似于植物组织培养技术中的脱分化过程，与纤维母细胞相比，诱导干细胞的全能性较高。②过程的实质是基因的选择性表达。(3)③过程中的诱导方法有物理法、化学法和生物法，需用到的生物诱导剂是灭活的病毒。
【答案】(1)骨髓瘤细胞 抗原刺激过的B淋巴细胞　　杂交瘤细胞　　　
（2）脱分化 高 基因的选择性表达 (3)灭活的病毒 (4)筛选出能产生特异性抗体的杂交瘤细胞 (5)核糖体 线粒体
题组三　综合题
10.解析　体细胞核移植技术利用了动物细胞核的全能箼；在供体细胞的细胞核移入受体细胞之前，必须将受体细胞的遗传物质去掉或将其破坏。哺乳动物胚胎的培养液成分一般都比较复杂，除一些无机盐类外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分以及血清等物质。克隆技术根本无法培育出完全相同的个体，原因可能是在细胞分裂过程中发生基因突变或个体发育中受细胞质基因及环境的影响。基因探针技术的原理是DNA分子杂交，可用于疾病诊断、生物检测等。
答案　(1)全能　(2)细胞核　维生素、激素、氨基酸、核苷酸　动物血清　(3)细胞分裂过程中可能发生基因突变或卵母细胞的细胞质内也有遗传物质DNA，也控制后代的性状表达　(4)基因工程　人的胰岛素基因　基因探针
11．(1)愈伤组织　再分化
(2)离体状态　调控细胞分裂和分化过程(或调控脱分化及再分化过程)
(3)获得无病毒感染的植株　异养需氧型
(4)核移植　动物细胞培养　胚胎移植(注：顺序不能颠倒)
解析　离体的组织先经脱分化形成愈伤组织，然后经再分化形成具有茎、叶的植物体。多利羊的培育先经核移植再经动物细胞培养，再经胚胎移植到代孕母羊子宫内才能产生“多利”。
12. 答案：(1)在大于800 lx的光照条件下培养　(2)聚乙二醇(PEG)　细胞全能性　克服不同生物远源杂交不亲和的障碍　(3)既能迅速大量繁殖，又能产生专一的抗体　特定的选择培养基　(4)顺序如右图所示
解析：(1)由题干信息可知，在大于800 lx的光照条件下，基因型中含rr或hh的不能生长，因此应在大于800 lx的光照条件下培养。(2)诱导融合的方法有化学法和物理法，化学法一般用聚乙二醇。(3)杂交瘤细胞具有无限繁殖的能力，又能产生单一抗体。(4)根据单克隆抗体的制备过程即可得出答案。
高考真题体验
【答案】（1）质粒； DNA连接酶
（2）胰蛋白酶（或胶原蛋白酶）； 维持培养基（液）的PH稳定
（3）促性腺激素（或促滤泡素，孕马血清）； 去核
（4）（早期）胚胎培养 胚胎分割
【解析】熟练掌握基因工程和胚胎工程的基本知识就能解答本题.
（1）运载工具（体）包括质粒、噬菌体衍生物及动植物病毒,其中质粒是主要运载体;所需工具酶是限制酶和DNA连接酶。
（2）分散皮肤组织块成单个细胞使用胰蛋白酶（或胶原蛋白酶）。在动物细胞培养过程中， CO2的作用是维持培养液pH的相对稳定。[来源:21世纪教育网][来源:21世纪教育网]
（3）要得到更多的卵（母）细胞需用促性腺激素进行超数排卵处理；成熟卵（母）细胞在核移植前需要进行去核处理，以保证克隆后代的遗传性状主要了来自供体核。
（4）把重组细胞培养到早期胚胎叫早期胚胎培养技术；在胚胎移植前，通过胚胎分割技术可获得较多胚胎。“
2.【答案】Ａ
【解析】草莓植株分生区细胞不含病毒或含病毒的量少，可以利用茎尖（或根尖）经植物组织培养技术培养出脱毒幼苗。
3.【答案】AD
【解析】在多细胞生物中每个体细胞的细胞核具有个体发育的全部基因，只要条件许可，都可发育成完整的个体。要能产生完整的个体，才能体现全能性。
4.【答案】
⑴吞噬 抗原决定簇 淋巴因子
⑵当记忆细胞受到甲型H1N1流感病毒刺激后，迅速增殖分化，形成大量的效应B细胞，分泌抗体，清除病毒
⑶1种
⑷细胞融合
【解析】
⑴体液免疫中，大多数病毒进入人体内，首先经过吞噬细胞的摄取和处理，暴露出抗原决定簇，并将抗原呈递给T细胞，刺激T细胞分泌淋巴因子。
⑵接种疫苗后，人体内产生相应的记忆细胞，甲型H1N1流感病毒侵染机体时，很快会被记忆细胞所识别，迅速增殖分化，形成大量的效应B细胞，分泌抗体，很快清除病毒，所以不易患病。 ⑶一种病毒只含有一种核酸，DNA或RNA。⑷灭活的仙台病毒在动物细胞工程中可用于诱导动物细胞融合。
5.【答案】B
【解析】单克隆抗体具有特异性强的特点，只能针对特定的抗原。本题中的抗原是绵羊红细胞表面的特定分子，并非整个红细胞，也非其它体细胞，故B选项正确。
6. 【答案】Ａ
【解析】草莓植株分生区细胞不含病毒或含病毒的量少，可以利用茎尖（或根尖）经植物组织培养技术培养出脱毒幼苗。
7. 【答案】AD
【解析】在多细胞生物中每个体细胞的细胞核具有个体发育的全部基因，只要条件许可，都可发育成完整的个体。要能产生完整的个体，才能体现全能性。
8．B　[蛋白质工程与基因工程不同，基因工程产生的是自然界中原有的蛋白质，而蛋白质工程可合成自然界中不存在的蛋白质，A项正确。体细胞杂交技术是植物细胞工程中培养杂种植株的一项技术，动物细胞工程中克隆动物常利用细胞核移植技术，而制备单克隆抗体常利用动物细胞融合技术，B项错误。用茎尖进行植物组织培养可获得脱毒苗，因为茎尖的细胞刚分裂产生还未被病毒感染，C项正确。动物细胞培养技术可为动物的转基因技术提供受体细胞等，D项正确。]
9.【答案】D
【解析】由于接触抑制，动物细胞培养时只能形成单层细胞，A项错误；克培养法在培养时，由于所有子代细胞来自于一个亲代细胞，所以基因型一般都相同，B项错误；二倍体细胞的传代培养次数通常是有限的，只有少数细胞遗传物质发生改变，才能无限增殖，C项错误；恶性细胞系的细胞具有癌变的特点，可进行传代培养，D项正确。
10【答案】D
【解析】B、C项分别得到四倍体、单倍体和二倍体，选项D中，化学试剂阻止了次级卵母细胞的正常分裂，生成含有两个染色体组的卵细胞，与精子（含一个染色体组）结合后，受精卵含三个染色体组，经培养形成三倍体牡蛎，故正确答案为D项。
11.【答案】(1)胰蛋白(或胶原蛋白)　(2)启动子　终止子　(3)对干扰素基因特异的DNA引物对　　Taq DNA聚合酶　(4)扩大细胞贴壁生长的附着面积
【解析】(1)为了将动物组织分散并得到单个细胞，可以用胰蛋白酶处理动物细胞。
(2)在基因工程中，构建表达载体时，需要将目的基因插入启动子和终止子之间，以使目的基因得到高效表达。
(3)PCR过程模拟的是细胞内DNA分子的复制过程，需要模板、原料、能量、酶(DNA聚合酶)、适宜的温度和酸碱度等，同时需要加入设计好的引物。
(4)为了防止发生接触抑制现象而放入小玻璃珠可以增加细胞贴壁生长的附着面积，同时珠内中空，有利于空气交换。
12.解析　(1)核DNA的体外扩增是利用PCR技术。(2)由图示分析：从人胚胎干细胞提取出②，经反转录可形成cDNA，可知②为翻译EPO的模板mRNA，③为rhEPO。(3)细胞培养过程中，应定期更换培养液，以添加营养物质，清除代谢废物。(4)由rhEPO免疫过的小鼠B淋巴细胞与小鼠骨髓瘤细胞融合，可以筛选出能够分泌抗rhEPO的单克隆抗体的杂交瘤细胞。
答案　(1)PCR　(2)mRNA　rhEPO　(3)培养液　(4)杂交瘤
13解析　克隆动物应用的是细胞核移植技术，所以B选项叙述错误。
答案　B
14解析　本题主要考查学生的理解能力。PCR技术只能用来扩增核酸，不能用来扩增蛋白质；利用光学显微镜无法观察到叶绿体中的基粒。
答案　BD
15解析　本题主要考查细胞工程的有关知识，动物细胞培养可以分为原代培养和传代培养，原代培养到一定程度后要进行传代，因为细胞有接触抑制现象，当细胞接触时就会停止分裂(在细胞培养过程中进行的为有丝分裂，所以培养出来的多数细胞基因型相同)，但是细胞在培养过程中，传代次数也是有限的，一般为50次就会死亡，留下来的细胞就是发生了癌变的细胞，遗传物质发生改变，具有不死性，不再保留接触抑制现象，仍能进行传代培养，所以答案为D。
答案　D
第十单元 现代生物科技专题
学案53 胚胎工程
考纲要求
1.动物胚胎发育的基本过程与胚胎工程的理论基础 Ⅰ
2.胚胎干细胞的移植 Ⅰ
3.胚胎工程的应用 Ⅱ
复习要求
早期胚胎发育的基本过程与胚胎移植的时机
胚胎干细胞的特点及其实践应用
胚胎移植的生理基础及基本程序
基础自查
胚胎工程的概念：
二、体内受精和早期胚胎发育
1.精子和卵子的发生
（1）精子的发生：精原细胞先进行 后进行 ；
变形过程：
（2）卵子的发生：在胎儿时期， ，减一分裂在 完成，形成 进入 ；减二分裂是在 中完成的。
（3）受精：
受精阶段：
2、动物胚胎发育的基本过程
（1）受精场所：
（2）卵裂期特点：
桑椹胚
囊胚特点：
原肠胚特点：
三、体外受精和胚胎的早期培养
（一） 体外受精
a卵母细胞的采集和培养：
主要方法：
b精子的采集和获能处理：
c 受精：
胚胎的早期培养：
四、胚胎工程的应用及前景
1.胚胎移植
(1)概念：
地位：
胚胎移植的意义：
生理学基础：
(4) 基本程序主要包括：
2.胚胎分割
(1)概念：
意义：
材料：
操作过程：
3.胚胎干细胞
（1）哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，来源于早期胚胎或从原始性腺中分离出来。
（2）特点：
（3）胚胎干细胞的主要用途是：
课堂深化探究
一．精卵发生、体内受精和早期胚胎发育　
1．卵细胞只允许同种单个精子完成受精的保障
(1)同种生物精卵结合的保障卵细胞透明带上存在精子的特异识别受体，只允许同种生物的精子与卵细胞结合。
(2)防止多精入卵的保障
2. 受精的标志和受精完成的标志
3. 列表比较卵子和精子发生过程
4.(1)个体发育起点是 ，终点是性成熟的 。
(2)发育中的细胞分裂均为有丝分裂，产生的是体细胞；原肠胚阶段是个体发育中分化程度最高的阶段，但应注意细胞分化贯穿于整个个体发育过程中。
(3)受精卵是新生命的第一个细胞，其全能性最高。细胞全能性随发育的深化而降低。
特别提醒：
1．成熟的精子并不代表具有受精能力，必须获能后才具备受精能力。动物排出的卵子并未成熟且成熟程度因动物种类不同而异，但只有达到减Ⅱ中期时，才具备与精子受精的能力。
2.排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是指卵泡从卵巢中排出。
3.卵子受精完成的标志是在透明带和卵黄膜之间观察到两个极体。
(1)精子和卵子在发生上的重要区别是哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备是在胎儿出生前完成的。
(2)动物精子的大小与动物的体型大小无关。
(3)判断卵子是否受精的重要标志是卵黄膜和透明带的间隙可以观察到2个极体。
4. 为防止其他精子进入，受精过程中一共形成两道屏障，第一道屏障为透明带生理反应，第二道屏障为卵黄膜的封闭作用。
5. 受精卵的遗传物质中，核物质(染色体上的DNA)一半来自父方(精子)，一半来自母方(卵子)，细胞质中遗传物质几乎全来自卵子。
二　体外受精和早期胚胎培养
1．体外受精
(1)卵母细胞的采集和培养

(2)精子的采集和获能
(3)体外受精

2．早期胚胎发育注意的问题
(1)起点是 ，在 时即已开始，直至 。
(2)卵裂期的特点：
。
桑椹胚以前的特点：

(4)桑椹胚至囊胚的发育过程中 。
(5)原肠胚的特点： 。
(6)个体发育过程中从 开始初步分化，分化出 。
3．早期胚胎的界定： 。
4．胚胎早期培养液成分：
。
特别提醒：1.胚胎的早期培养与动物细胞培养所用的培养液类似，但是二者所依据的原理和培养目的不同。
2.胚胎发育到适宜阶段时，既可向受体移植，也可冷冻保存。早期胚胎一般是指可用于移植的胚胎，即在原肠胚之前的囊胚、桑椹胚甚至更早的阶段胚胎。
三　胚胎工程的应用及前景
1．胚胎的来源与生殖类型
体外（内）受精→受精卵→胚胎
细胞核移植→重组细胞→胚胎
(3)胚胎分割 。
2．胚胎移植(最终工序)：胚胎移植是胚胎工程技术的最终环节，任何一项胚胎工程技术，都离不开此工序。
3．胚胎移植、核移植及胚胎分割移植的遗传特性

特别提醒：
1.同种动物之间进行胚胎移植易于成功。这里的“同种”是指“同物种”。
2.作为受体的雌性动物应为常见或存量大的品种，供体则为优良品种。
3.进行胚胎分割时，应选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚，注意在囊胚阶段分割时，分割的内细胞团要均等分割。
4.试管婴儿技术为有性生殖，胚胎分割移植为无性生殖。胚胎移植是有性生殖还是无性生殖取决于胚胎是由受精卵形成的还是由核移植技术形成重组细胞发育而成的。
对应训练
1.下列不是精子、卵细胞发生的区别是(　　)
A．初级精母细胞、初级卵母细胞的形成时间
B．减数第一次分裂和减数第二次分裂的时间连续性
C．成熟生殖细胞是否经过变形
D．成熟生殖细胞中染色体的数量
2.如图表示哺乳动物胚胎发育过程的几个阶段，请据图回答问题:
(1)写出各个阶段的名称:
A：________________B：________________C：________________
(2)写出图中各标号的名称:
[2]______________[4]__________[5]__________[7] __________ [8] ___________
(3)A时期的细胞具有发育上的 　 性，B时期开始出现 　　　　　 ，C时期开始出现 　　　　 。
(4)[2]将来发育成 　　　　　　　 。
(5)动物胚胎是由合子经有丝分裂形成的,合子只由一个精子和卵子结合,防止多精子入卵受精的两道屏障分别是 　　　　　　 、 　　　　　　　 。
3.如图是通过体外受精培育小鼠的过程图，请据图回答下列问题:
(1)①所用的方法是用 　　　　　 处理，从 　　　 采集卵子。
(2)②是 　　 过程，因此小鼠的生殖方式是 　　　　　 。其常见的可遗传的变异类型有 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
(3)③过程是 　　　　　　 ，其培养液成分与动物细胞培养液的成分相似，但前者含有的是后者不含有的，则前者含有_________________________________________
______________________________________________________。
(4)④过程是 　　　　　 ，移植的胚胎是在 　　　　　　　　 阶段之前。
4.(2012·南通一调)下图是“万能细胞”的诞生过程，图中OCT4、SOX2、NANOG和LIN28是在胚胎干细胞中能高度表达并决定其“全能性”的四个基因，将改造后的万能细胞”植入小鼠身体上，植入的细胞长成了“肿瘤”，“肿瘤”中出现了神经、骨骼、肌肉等多种类型的细胞。请据图回答下列问题：

(1)胚胎干细胞又称ES细胞，是从______________中分离出来的一类细胞，如果胚胎发育到了囊胚期，这时的___________细胞就是ES细胞。
(2)胚胎干细胞在功能上具有发育的______________。
(3)图中逆转录病毒的作用是___________________________，过程③利用了逆转录病毒的_______________特性。
(4)请说出一种胚胎干细胞的应用_________________________________。
实验探究
随着人们生活水平的提高，乳制品需求越来越大，为了扩大生产，提高产崽率，要进行良种牛的培育。下图为胚胎移植的基本程序及早期胚胎发育过程，请据图回答：
(1)用 　　 激素处理使供、受体母牛同期发情。
(2)冲卵实质上是用特定装置将供体母牛子宫内的 　　 冲洗出来。
(3)从A到E中，适宜于牛的胚胎移植时期有 　 。
(4)图中标号3为 　 ，它将来发育为胎膜和胎盘。
(5)若一次给受体母牛移入多个胚胎，产生的多个后代基因型相同吗？为什么？
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(6)若对A细胞利用基因工程技术加以改造，将人的血清白蛋白基因导入，在成体的雌牛的乳汁中提取出人血清白蛋白。该基因工程操作的基本步骤是：____________________
_________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(7)对于植物来说，导入外源基因，容易引起基因污染，科学家就将外源基因导入叶绿体或线粒体内，原因是: ________________________________________________________
________________________________________________________________________。
限时训练
题组一　早期胚胎培养和体外受精
1.关于受精过程的叙述错误的是(　　)
A．获能后的精子与卵子相遇后，释放顶体酶穿过透明带进入放射冠
B．透明带反应是防止多精入卵的第一道屏障
C．精子与卵黄膜相互融合，精子入卵
D．雄原核形成的同时，卵子完成减数第二次分裂
2．关于桑椹胚和囊胚的比较，以下说法不正确的是(　　)
A．桑椹胚的各细胞结构功能基本相同
B．囊胚期细胞出现了细胞分化，但遗传物质未发生改变
C．囊胚期细胞分化是由遗传物质突变引起的
D．囊胚期内细胞团和滋养层细胞差异不是复制水平上的差异，而是转录水平上的差异引起的
3．下面是以小鼠为对象进行的研究工作，请分析回答问题。
(1)进行小鼠胚胎工程操作时，首先在光控周期下(光照14 h，黑暗10 h)饲养成年雌鼠，并注射促性腺激素，目的是____________________。然后从雌鼠输卵管中取出卵子，在一定条件下培养成熟；并从雄鼠附睾中取出精子，在一定条件下培养一段时间，目的是________________________________________________________________________。
再在37℃、5%CO2条件下，精卵共同作用4 h，冲洗后继续培养。定时在显微镜下观察胚胎的变化，第5天可以看到胚胎发生收缩，细胞间隙扩大，接着胚胎内部出现裂隙，这是胚胎____________期开始的标志。
(2)如果体外受精后，在精核与卵核融合之前，用微型吸管吸除雄核，再用细胞松弛素B处理(作用类似于用秋水仙素处理植物细胞)，处理后的受精卵可发育成小鼠。这种方法在动物新品种选育中的显著优点是____________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)如果将小鼠甲的体细胞核移入小鼠乙的去核卵细胞中，由重组细胞发育成小鼠丙，则小鼠丙的基因来源于
________________________________________________________________________。
(4)如果将外源基因导入小鼠受精卵，则外源基因可能随机插入到小鼠受精卵DNA中。这种受精卵有的可发育成转基因小鼠，有的却死亡。请分析因外源基因插入导致受精卵死亡的最可能的原因。______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
4.采集的卵母细胞，都要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精。以下原因不正确的是(　　)
A．卵子从输卵管中冲出也要经历类似精子获能的过程
B．动物排出的卵子成熟程度不同
C．体外人工培养至减数第二次分裂中期时，才算成熟
D．冲出的卵子还需要培养一段时间由小变大
题组二　胚胎工程的应用前景
5．老年痴呆症患者的脑血管中有一种特殊的β－淀粉样蛋白体，它的逐渐积累可能导致神经元损伤和免疫功能下降，某些基因的突变会导致β－淀粉样蛋白体的产生和积累。下列技术能用于老年痴呆症治疗的是(多选)(　　)
A．胚胎移植技术 B．胚胎干细胞技术
C．单克隆抗体技术 D．基因治疗技术
6．请回答下列与胚胎移植有关的问题：
(1)动物的早期胚胎移植到同种且____________与供体相同的动物体内，使之继续发育为新个体的技术叫做胚胎移植。为了获得更多的早期胚胎，常用___________________激素对供体进行处理，其目的是获得更多的__________________，经人工授精后可得到早期胚胎。用某染料鉴定胚胎细胞是否为活细胞时，发现活胚胎细胞不能被染色，其原因是活细胞膜_______________________________________________________________________。
(2)若要通过胚胎移植获得遗传物质完全相同的两个新个体，可对发育到桑椹胚或囊胚阶段的早期胚胎进行______________处理，再植入到受体内。若要对早期胚胎进行长期保存，应将其置于____________条件下。
7.世界卫生组织解释克隆为“遗传上同一机体或细胞系(株)的无性繁殖”。相对于植物克隆而言，动物尤其是高等动物的克隆比较困难，下图表示哺乳动物克隆的几种方法的主要步骤，据图回答下列问题：
(1)方法2获得的小牛的细胞核遗传物质来源于____________________。方法3中①和②发育成的小牛的遗传物质________(相同/不同)。
(2)细胞B取自囊胚的________，具有全能性，称为________细胞。囊胚________(已经/尚未)出现分化。
(3)应用图示方法________得到的小牛与供体1遗传物质最相似。
(4)克隆也可以理解为复制、拷贝，结合世界卫生组织的定义，你认为还有哪些现代生物技术也属于克隆？______________。
(5)2009年3月9日，美国总统奥巴马签署行政令，决定解除对使用联邦政府资金支持胚胎干细胞研究的限制。对此，各界反应不一，你的态度及理由是________________________
________________________________________________________________________。
题组三　综合题
8．(2010·广州质检)随着科学技术的发展，人们可以根据人类的需求来改造生物的性状，在许多领域取得了可喜的成果，如图是利用奶牛乳汁生产血清白蛋白的图解，根据下图回答：
(1)在此工程过程中涉及的现代生物技术主要有__________________________________
________________________________________________________________________。
(2)在基因工程中，我们称②为________，在②进入③之前要用________________等工具来构建基因表达载体。
(3)图中①一般经________处理可以得到③，从③到④的过程中一般用未受精的卵细胞去核后作为受体，不用普通的体细胞，原因是____________________________________。
(4)从A～D中选出④到⑤的过程中正确的操作方法________，把⑤送入⑥的最佳时期是________________________________________________________________________。
(5)⑦是⑥生出的后代，那么⑦的遗传性状和________最相似，为什么？________________________________________，如果②的数量太少常用____________来扩增。要实现⑦批量生产血清白蛋白，则要求③的性染色体是________，利用该方法得到的动物叫做____________。
(6)用这种方法生产药物与工厂化生产药物的优越性在于________。⑦和某些转基因羊可通过分泌乳汁来生产人类所需药物，这类的转基因动物被称为________。
9．控制哺乳动物性别对于畜牧生产具有重要意义。目前，通过分离精子技术选择含不同性染色体的精子进行受精是控制哺乳动物性别的有效方法。含X染色体的牛精子中DNA含量比含Y染色体精子高4%左右，人们现在能够利用这一差异把牛含X染色体的精子与含Y染色体的精子分离。
请结合图解回答：
(1)精子在受精以前必须进行________处理。
(2)受精卵在体外培养时，培养液中除加入必需的葡萄糖、氨基酸、无机盐离子、维生素、激素等外，还要加入少量的________及通入一定浓度的CO2，通入CO2的主要目的是________________。
(3)如果想利用牛乳腺反应器生产人的干扰素，应选择上图中的________________为受体细胞，将基因表达载体导入受体细胞的常用方法是________________；要最终确定目的基因是否表达，需要对牛的________进行检测，若________________________，说明目的基因成功表达，否则说明目的基因没有表达。
(4)该受体细胞培养至一定时期可通过________________________的方法，从而一次得到多个转基因牛个体。
高考真题体验
1.（2012山东）【生物—现代生物科技专题】毛角蛋白II型中间丝（KIFII）基因与绒山羊的羊绒质量密切相关。获得转KIFII基因的高绒质绒山羊的简单流程如图。
（1）过程①中最常用的运载工具是__________，所需要的酶是限制酶和_____________。
（2）在过程②中，用__________处理将皮肤组织块分散成单个成纤维细胞。在培养过程中，将成纤维细胞置于5%CO2的气体环境中，CO2的作用是________________。
（3）在过程③中，用___________处理以获得更多的卵（母）细胞。成熟卵（母）细胞在核移植前需要进行____________处理。“
（4）从重组细胞到早期胚胎过程中所用的胚胎工程技术是______________________。在胚胎移植前，通过____________技术可获得较多胚胎。
2.（2012天津）下列有关干细胞的叙述，错误的是
A.自体干细胞移植通常不会引起免疫排斥反应
B.胚胎干细胞在体外培养能增殖但不能被诱导分化
C.组织的细胞更新包括细胞凋亡和干细胞增殖分化等过程
D.造血干细胞具有分化出多种血细胞的能力，可用于治疗白血病
3.（2012浙江）下列关于高等哺乳动物受精与胚胎发育的叙述，正确的是
A. 绝大多数精卵细胞的识别具有物种特异性
B. 卵裂球细胞的体积随分裂次数的增加而不断增大
C. 囊胚的滋养层细胞具有发育全能性
D. 原肠胚发育分化形成内外两个胚层
4.（2012江苏）通过胚胎移植技术，可以实现良种牛的快速繁殖。下列相关叙述正确的是（ ）
A. 对供体和受体母牛都要进行相同激素处理“汉
B. 受精和胚胎的早期培养都需要在体外进行
C. 对冲卵获得的原肠胚检查合格后方可移植“汉
D. 胚胎分割移植实现同卵多胎的成功率较低
5.（2011福建）[生物----现代生物科技专题]必答题
一对表现型正常的夫妇，生了一个镰刀型细胞贫血症（常染色体隐性遗传病）患儿。在他们欲生育第二胎时，发现妻子的双侧输卵管完全堵塞，不能完成体内受精。医生为该夫妇实施了体外受精和产前基因诊断，过程如右图。
请回答：
（1）过程①是指在体外进行的 处理，从而使精子与卵子结合形成受精卵；过程②称为 。
（2）在对胎儿进行镰刀型细胞贫血症的产前基因诊断时，要先从羊水中的胎儿细胞提取物质③ 进行PCR扩增。然后用 MstⅡ对扩增产物进行切割，产生多个片段的酶切产物。据此判断，MstⅡ是一种 酶。
（3）不同长度的酶切产物在电泳时移动的速率不同，形成不同的电泳条带。该家庭成员的镰刀型细胞贫血症基因分析的电泳带谱如④，据此判断胎儿为 （正常/患者/携带者）。
6.（2011江苏）下列关于胚胎工程的叙述，错误的是
体外受精是指获能的精子和成熟的卵子在相应溶液中受精
B．受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植
C．早期胚胎培养与动物细胞培养的培养液通常都需加入血清
D．试管婴儿技术主要包括体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植技术
7.（2011广东）华南虎是国家一级保护动物，可采用试管动物技术进行人工繁殖，该技术包括的环节有
①转基因 ②核移植 ③体外受精 ④体细胞克隆 ⑤胚胎移植
A．①③ B．①④ C．②⑤ D．③⑤
8.（2011浙江）培育“试管山羊”的基本过程如下图所示。若要培育成功，下列叙述正确的是
A、甲过程中可通过给母山羊注射有关激素使用其超数排卵
B、乙过程的目的之一是促进卵母细胞和精子的成熟
C、丙过程与乙过程中应采用相同成分的培养液
D、丁过程中早期胚胎须移植到与供体性状相同的代孕母羊子宫内
9．(2011·浙江卷，2)培育“试管山羊”的基本过程如下图所示。若要培育成功，下列叙述正确的是(　　)

A．甲过程中可通过给母山羊注射有关激素使其超数排卵
B．乙过程的目的之一是促进卵母细胞和精子的成熟
C．丙过程与乙过程中应采用相同成分的培养液
D．丁过程中早期胚胎须移植到供体性状相同的代孕母羊子宫内
10．(2011·江苏卷，18)下列关于胚胎工程的叙述，错误的是(　　)
A．体外受精是指获能的精子和成熟的卵子在相应溶液中受精
B．受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植
C．早期胚胎培养与动物细胞培养的培养液通常都需加入血清
D．试管婴儿技术主要包括体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植技术
11．(2010·江苏卷，16)下列关于利用胚胎工程技术繁殖优质奶羊的叙述，错误的是(　　)
A．对受体母羊与供体母羊进行同期发情处理
B．人工授精后的一定时间内，收集供体原肠胚用于胚胎分割
C．利用胚胎分割技术可以获得两个基因型完全相同的胚胎
D．一次给受体母羊植入多个胚胎，可增加双胞胎和多胞胎的比例
学案53 胚胎工程
答案与解析
基础自查
一．胚胎工程是指对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术，如胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术。经过处理后获得的胚胎，还需移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。
二、体内受精和早期胚胎发育
1.精子和卵子的发生
（1）精子的发生： 有丝分裂后进行减数分裂；
细胞核为精子头的主要部分，高尔基体发育为顶体，中心体演变为精子的尾，线粒体在尾基部形成线粒体鞘膜，其他物质浓缩为原生质滴直至脱落。线粒体为精子运动提供能量。
卵子的发生： 卵原细胞进行有丝分裂演变成初级卵母细胞，被卵泡细胞包围 排卵前后 次级卵母细胞和第一极体 输卵管准备受精 受精过程
（3）受精：精子获能（在雌性动物生殖道内）；卵子的准备（排出的卵子要在输卵管中进一步成熟到减数第二次分裂中期才具备受精能力）；
受精阶段：
a顶体反应：精子释放顶体酶溶解卵丘细胞之间的物质，穿越放射冠。
b透明带反应：顶体酶可将透明带溶出孔道，精子穿入，在精子触及卵黄膜的瞬间阻止后来精子进入透明带的生理反应，它是防止多精子入卵受精的第一道屏障；
c卵黄膜的封闭作用：精子外膜和卵黄膜融合，精子入卵后，卵黄膜会拒绝其他精子再进入卵内的过程，它是防止多精入卵受精的第二道屏障；精子尾部脱落，原有核膜破裂形成雄原核，同时卵子完成减二分裂，形成雌原核。注意：受精标志是第二极体的形成；受精完成标志是雌雄原核融合成合子。
2、动物胚胎发育的基本过程
（1）受精场所：母体的输卵管上段。
（2）卵裂期 特点：细胞有丝分裂，细胞数量不断增加，但胚胎的总体体积并不增加，或略有减小。
（3）桑椹胚 特点：胚胎细胞数目达到32个左右时，胚胎形成致密的细胞团，形似桑椹。是全能细胞。
（4）囊胚特点：细胞开始出现分化（该时期细胞的全能性仍比较高），聚集在胚胎一端个体较大的细胞称为内细胞团，将来发育成胎儿的各种组织。中间的空腔称为囊胚腔。
（5）原肠胚特点：有了三胚层的分化，具有囊胚腔和原肠腔。
三、体外受精和胚胎的早期培养
（一） 体外受精
a卵母细胞的采集和培养：
主要方法：用促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，然后，从输卵管中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精。
第二种方法：从刚屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞；
第三种方法是借助超声波探测仪、腹腔镜等直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞。采集的卵母细胞，都要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精。
b精子的采集和获能处理：采集方法有假阴道法、手握法和电刺激法；
在体外受精前，要对精子进行获能处理。
不同动物精子获能方法不同，对啮齿动物、兔、猪等的精子用培养法（放入人工配制的获能液中）；对牛、羊等精子用化学法（放在肝素或钙离子载体溶液中）
c 受精：获能的精子和培养成熟的卵细胞在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程。
（二）胚胎的早期培养：精子与卵子在体外受精后，应将受精卵移入发育培养液中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力。培养液成分较复杂，除一些无机盐和有机盐外，还需添加维生素、激素、氨基酸、核苷酸等营养成分，以及血清等物质。当胚胎发育到适宜的阶段时，可将其取出向受体移植或冷冻保存。不同动物胚胎移植的时间不同。牛、羊一般要培育到桑椹胚或囊胚阶段才能进行移植，小鼠、家兔等实验动物可在更早的阶段移植，人的体外受精胚胎可在8~16个细胞阶段移植。
四、胚胎工程的应用及前景
1.胚胎移植
(1)概念：胚胎移植是指将雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其它雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。提供胚胎的个体称为“供体”，接受胚胎的个体称为“受体”。（供体为优良品种，作为受体的雌性动物应为常见或存量大的品种。）
地位：如转基因、核移植，或体外受精等任何一项胚胎工程技术所生产的胚胎，都必须经过胚胎移植技术才能获得后代，是胚胎工程的最后一道“工序”。
(2) 胚胎移植的意义：大大缩短了供体本身的繁殖周期，充分发挥雌性优良个体的繁殖能力。
(3) 生理学基础：①动物发情排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的。这就为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境。
②早期胚胎在一定时间内处于游离状态。这就为胚胎的收集提供了可能。
③受体对移入子宫的外来胚胎不发生免疫排斥反应。这为胚胎在受体的存活提供了可能。
④供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受影响。
(4) 基本程序主要包括：
①对供、受体的选择和处理。选择遗传特性和生产性能优秀的供体，有健康的体质和正常繁殖能力的受体，供体和受体是同一物种。并用激素进行同期发情处理，再用促性腺激素对供体母牛做超数排卵处理。
②配种或人工授精。
③对胚胎的收集、检查、培养或保存。配种或输精后第7天，用特制的冲卵装置，把供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来(也叫冲卵)。对胚胎进行质量检查，此时的胚胎应发育到桑椹或胚囊胚阶段。直接向受体移植或放入－196℃的液氮中保存。
④对胚胎进行移植。
⑤移植后的检查。对受体母牛进行是否妊娠的检查。
2.胚胎分割
(1)概念：是指采用机械方法将早期胚胎切割2等份、4等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。
(2)意义：来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，属于无性繁殖。
(3)材料：发育良好，形态正常的桑椹胚或囊胚。（桑椹胚至囊胚的发育过程中，细胞开始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。）
(4)操作过程：对囊胚阶段的胚胎分割时，要将内细胞团均等分割，否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
3.胚胎干细胞
（2）具有胚胎细胞的特性，在形态上表现为体积小，细胞核大，核仁明显；在功能上，具有发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。另外，在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化，可进行冷冻保存，也可进行遗传改造。
（3） ①可用于研究哺乳动物个体发生和发育规律；
②是在体外条件下研究细胞分化的理想材料，在培养液中加入分化诱导因子，如牛黄酸等化学物质时，就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化，这为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效的手段；
③可以用于治疗人类的某些顽疾，如帕金森综合症、少年糖尿病等。
课堂深化探究
一．精卵发生、体内受精和早期胚胎发育　
1．卵细胞只允许同种单个精子完成受精的保障
(2)防止多精入卵的保障 ①单个精子穿过透明带，触及卵黄膜的瞬间引发透明带反应，透明带蛋白质变性成为较坚韧的一层，阻止其他精子进入，这是防止多精入卵的第一道屏障。②单个精子穿过卵黄膜入卵后，立即引发卵黄膜的封闭作用，拒绝其他精子再进入卵细胞，这是防止多精入卵的第二道屏障。
2. 受精的标志和受精完成的标志
①受精标志：在透明带和卵黄膜之间观察到两个极体。②受精完成的标志：雌、雄原核的融合。
3. 卵子和精子发生过程的比较
4.(1)受精卵，性成熟的个体。
(2)发育中的细胞分裂均为有丝分裂，产生的是体细胞；原肠胚阶段是个体发育中分化程度最高的阶段，但应注意细胞分化贯穿于整个个体发育过程中。
(3)受精卵是新生命的第一个细胞，其全能性最高。细胞全能性随发育的深化而降低。
二　体外受精和早期胚胎培养
1．体外受精
(1)卵母细胞的采集和培养
①实验动物以及家畜猪、羊等：用促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，然后，从输卵管中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精。
②大家畜或大型动物：从刚被屠宰的母畜的卵巢中采集卵母细胞或直接从活体动物的卵巢中吸取，然后在体外进行人工培养成熟后，才能与获能精子受精。
(2)精子的采集和获能
①收集精子的方法：主要有假阴道法、手握法和电刺激法等。
②精子体外获能的方法：主要有培养法(啮齿动物、家兔、猪等)和化学诱导法(牛、羊等家畜的精子常采用化学法，即将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中，用化学药物诱导精子获能)。
(3)体外受精
获能的精子和培养成熟的卵子可以在获能液或专用的受精溶液中完成受精过程。
2．早期胚胎发育注意的问题
(1) 受精卵分裂 在输卵管内完成受精作用时 发育成为成熟的胎儿。
(2)卵裂期的特点：细胞有丝分裂使细胞数目增加，但胚胎总体积并不增加或略缩小，因此每个细胞的体积会随分裂的进行不断缩小，但核内遗传物质并未减少。
(3) 细胞全能性最高，是胚胎分割的最佳时期。
(4) 细胞开始分化，但其全能性仍很高，也可用于胚胎分割。
(5) 个体发育中分化能力最强，细胞已分化形成外、中、内三个胚层。
(6) 从桑椹胚阶段开始初步分化，分化出内细胞团和滋养层细胞。
3．一般指可用于移植的胚胎，在原肠胚之前的囊胚、桑椹胚甚至更早的阶段。
4．与动物细胞培养液成分基本相同，除盐类、营养成分和调节物质外，还需要血清，两者都是液体培养基。
三　胚胎工程的应用及前景
1．胚胎的来源与生殖类型
(1) 有性生殖 (2) 无性生殖 (3)胚胎分割(无性生殖)。
2． 胚胎移植是胚胎工程技术的最终环节，任何一项胚胎工程技术，都离不开此工序。
3． 胚胎移植所产生的后代具有双亲的遗传特性。核移植所产生的后代胚胎具有提供细胞核和细胞质个体的遗传特性。分割移植是将早期胚胎分割的技术，尽管也兼有双亲的遗传物质，但彼此间的遗传特性则基本相同。
对应训练
1.【解析】初级精母细胞是雄性动物初情期开始后，才由精原细胞分裂形成的，而初级卵母细胞是在胎儿期形成的；精子的产生在减数第一次分裂和减数第二次分裂是连续的，而卵细胞产生通过减数第一次分裂形成次级卵母细胞，在精子和卵子的结合过程中才完成减数第二次分裂；精子细胞形成后变形为蝌蚪状，卵细胞不需变形；成熟的精子和卵细胞经过减数分裂形成，都含有亲本细胞一半的染色体数目。
【答案】D
2.【解析】解答本题首先应根据图示判断出A、B、C各属于胚胎发育的哪个时期，然后再分析各时期的特点。(1)图中A是桑椹胚,B是囊胚，C是原肠胚。(2)图B中[1]是滋养层，[2]是内细胞团，[3]是透明带，[4]是囊胚腔；图C中[5]是外胚层，[6]是滋养层，[7]是原肠腔，[8]是内胚层。(3)桑椹胚细胞具全能性；囊胚开始出现细胞分化，已分化为滋养层和内细胞团；原肠胚已有胚层分化，分化为外胚层、内胚层，在内、外胚层之间将形成中胚层。(4)内细胞团将发育为胎儿的各种组织，滋养层将发育为胎膜和胎盘。(5)受精时的透明带反应和卵黄膜封闭作用是防止多精入卵的两道屏障。
【答案】(1)桑椹胚 囊胚 原肠胚 (2)内细胞团 囊胚腔 外胚层 原肠腔 内胚层 (3)全能 细胞分化 胚层分化 (4)胎儿的各种组织 (5)透明带反应 卵黄膜封闭作用
3.【解析】小鼠常用的采集卵母细胞的方法是用促性腺激素处理，促进其超数排卵，然后从其输卵管中收集卵子，卵子与精子结合的过程称为受精，因此小鼠的生殖方式为有性生殖。进行有性生殖的动物，其可遗传的变异类型有基因突变、基因重组和染色体变异。受精卵到早期胚胎的培养称为体外胚胎的早期培养。在该过程中培养液的成分主要有有机盐、无机盐、维生素、激素、氨基酸和核苷酸,还有水及血清等。胚胎培养到桑椹胚或囊胚阶段开始进行移植。
【答案】(1)促性腺激素 输卵管
(2)受精 有性生殖 基因突变、基因重组、染色体变异
(3)体外早期胚胎培养 有机盐、无机盐、维生素、激素、氨基酸和核苷酸，水及血清等
(4)胚胎移植 桑椹胚或囊胚
4.答案：(1)早期胚胎　内细胞团　(2)全能性 （3）作为基因工程的载体　感染(宿主细胞)　(4)不会产生免疫排斥反应　(5)用于研究细胞分化和细胞凋亡的机理；用于器官移植等(答出一种即可)
解析:(1)胚胎干细胞是从早期胚胎中分离出来的一类细胞，囊胚期的内细胞团细胞就是ES细胞。(2)胚胎干细胞具有发育的全能性。(3)逆转录病毒能感染宿主细胞，可以作为载体(4)胚胎干细胞用于研究细胞分化和细胞凋亡的机理、用于器官移植等。
实验探究
【解析】(1)用促性腺激素处理使供、受体母牛同期发情。(2)冲卵的实质是冲洗出早期胚胎。(3)必须进行一定次数的细胞分裂，才能为胚胎的正常发育创造有利条件，D、E是适宜的移植时期。(4)胎膜和胎盘由滋养层发育而来。(5)移入的胚胎可能是由多个不同受精卵发育来的，它们的基因型可能相同，也可能不同。如果是经过胚胎分割移植产生的后代，基因型就相同。(6)基因工程操作分四步。(7)叶绿体或线粒体上的基因属于细胞质基因，表现为母系遗传，花粉粒不携带转基因，可避免基因污染。
【答案】(1)促性腺　(2)早期胚胎　(3)D、E　(4)滋养层　(5)不一定相同，因为这些胚胎可能由不同的受精卵发育而来，它们的基因型可能相同，也可能不同　(6)提取目的基因→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定　(7)叶绿体或线粒体的遗传表现为母系遗传，目的基因不会通过花粉传递而在下一代中显现出来。
限时训练
题组一　早期胚胎培养和体外受精
1　A　本题考查受精原理。哺乳动物的受精过程主要包括：精子穿越放射冠和透明带，进入卵黄膜，雌雄原核结合。获能后的精子与卵子相遇后，首先释放顶体酶穿过放射冠进入透明带，当精子接触卵黄膜的瞬间，会产生透明带反应，阻止多个精子进入透明带。精子与卵黄膜相互融合，精子入卵后，形成雄原核，此时卵子完成减数第二次分裂，形成雌原核，二者相互融合形成受精卵，受精过程完成。
C　细胞分化并非遗传物质的改变，而是基因的选择性表达的结果，即转录水平上的调控。
(1)促进排卵(或超数排卵)　使精子获能　囊胚
(2)容易获得纯合子并缩短育种时间　(3)小鼠甲(体细胞)的核基因和小鼠乙(卵细胞)的细胞质基因
(4)外源基因的插入使受精卵内生命活动所必需的某些基因不能正常表达
解析　第(1)小题中注射促性腺激素和在光控周期下饲养成年雌鼠的目的是促进排卵；取出的精子要在一定条件下培养是为了使精子获能；囊胚期开始的标志是胚胎收缩，细胞间隙扩大，胚胎内部出现裂隙。第(2)小题的处理类似于单倍体育种的方法，因此，能轻松总结出其优点是容易获得纯合子并能缩短育种时间。第(3)小题的方法是动物的“克隆”，其基因来源是：核基因来自小鼠甲，质基因来自小鼠乙。由第(4)小题的题干叙述可知外源基因要随机插入到小鼠的受精卵DNA中，在插入过程中可能会破坏原有基因的完整性，使其不能表达，假如破坏的基因是对小鼠生长发育至关重要的基因，则小鼠会死亡。
题组二　胚胎工程的应用前景
5．BCD　[本题考查了现代生物技术的应用。采用胚胎干细胞技术可以产生新的神经元细胞，单克隆抗体技术定向改善免疫能力，基因治疗技术可以从基因水平对老年痴呆症进行治疗，而胚胎移植技术则不能治疗老年痴呆，正确选项为A。]
6．(1)生理状态　促性腺　卵母细胞　对物质的吸收具有选择透过性
(2)胚胎分割　冷冻(或液氮)
解析　(1)胚胎移植是指将雌性动物的早期胚胎移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内，使之继续发育为新个体的技术。为了获得更多的早期胚胎，可以对供体母畜进行超数排卵处理，给供体注射促性腺激素，使其排出更多的卵子。用某染料鉴定胚胎细胞是否为活细胞时，发现活胚胎细胞不能被染色，其原因是活细胞膜对物质的吸收具有选择透过性。(2)若要通过胚胎移植获得遗传物质完全相同的两个新个体，可在移植前进行胚胎分割。放在液氮(冷冻)条件下可使早期胚胎长期保存。
7.　(1)供体1和供体2　相同　(2)内细胞团　胚胎干　已经　(3)1　(4)单克隆抗体、植物组织培养、PCR等　(5)支持，胚胎干细胞的研究，有利于治疗人类某些顽症(治疗性克隆)，以及揭示细胞分化和细胞凋亡的机理等；反对，胚胎干细胞取自胚胎，胚胎也是生命，另外可能被用于克隆人研究，引起伦理问题(合理即可)
解析　方法1是用核移植克隆动物，供体1提供细胞核，供体3提供卵细胞。方法2是供体1和供体2体内受精，取其囊胚的胚胎干细胞，进行核移植。方法3是供体1和供体2体内受精，然后进行胚胎分割移植。克隆除去上述个体克隆外，植物的组织培养也是个体克隆，单克隆抗体是细胞的克隆，PCR是分子的克隆。
题组三　综合题
8．(1)基因工程、核移植技术、动物细胞培养等　(2)目的基因　限制性核酸内切酶、DNA连接酶和运载体
(3)胰蛋白酶　卵细胞体积大易操作、分化程度低，体细胞的细胞核在卵细胞质中才能表现出全能性
(4)C　桑椹胚和囊胚　(5)荷斯坦奶牛　因为个体⑦的核遗传物质来自荷斯坦奶牛，⑥主要为胚胎发育提供营养和场所　PCR技术　XX　转基因克隆动物　(6)节约资源、降低成本等　乳腺(房)生物反应器
解析　(1)该图表示胚胎移植的过程，涉及基因工程、核移植技术、动物细胞培养等技术。(2)图中②为目的基因，目的基因导入③之前要用限制性核酸内切酶、DNA连接酶和运载体等工具来构建基因表达载体，然后使用显微注射法把其导入受体细胞。(3)由组织得到单个细胞，必须使用胰蛋白酶处理，核移植过程中，由于卵细胞大，细胞质中含有刺激细胞核全能性表达的物质，因此选用卵细胞作为细胞核的受体。(4)胚胎分割的关键是要把内细胞团均等分割。(5)⑦的核基因与荷斯坦奶牛一致，因此其性状与荷斯坦奶牛最相似；目的基因的扩增通过PCR技术完成，由于血清白蛋白从乳汁中提取，因此必须培育母牛，其性染色体为XX，培育出的这种动物称为转基因克隆动物。
9．(1)获能　(2)动物血清　调节pH　(3)受精卵甲　显微注射法　乳汁　牛乳中含有人的干扰素　(4)胚胎分割移植
解析　(1)精子获能后才具备受精能力。(2)在培养受精卵时，培养液中要加入动物血清使受精卵正常分裂，通入CO2调节培养液的pH。(3)用牛的乳腺反应器生产人的干扰素，转基因牛必须为雌性，应选择受精卵甲为受体细胞，因为受精卵甲为XX，发育为雌性。目的基因导入动物受体细胞一般为显微注射法。若目的基因表达成功，则牛的乳汁中含有人的干扰素。(4)一次得到多个转基因牛可利用胚胎分割技术将早期胚胎分割为多份，再进行胚胎移植。
高考真题体验
1.【答案】（1）质粒； DNA连接酶 （2）胰蛋白酶（或胶原蛋白酶）； 维持培养基（液）的PH稳定
（3）促性腺激素（或促滤泡素，孕马血清）； 去核
（4）（早期）胚胎培养 胚胎分割
【解析】熟练掌握基因工程和胚胎工程的基本知识就能解答本题.
（1）运载工具（体）包括质粒、噬菌体衍生物及动植物病毒,其中质粒是主要运载体;所需工具酶是限制酶和DNA连接酶。
（2）分散皮肤组织块成单个细胞使用胰蛋白酶（或胶原蛋白酶）。在动物细胞培养过程中，CO2的作用是维持培养液pH的相对稳定。
（3）要得到更多的卵（母）细胞需用促性腺激素进行超数排卵处理；成熟卵（母）细胞在核移植前需要进行去核处理，以保证克隆后代的遗传性状主要了来自供体核。
（4）把重组细胞培养到早期胚胎叫早期胚胎培养技术；在胚胎移植前，通过胚胎分割技术可获得较多胚胎。
2.【答案】B
【解析】胚胎干细胞在体外培养能增殖，并能被诱导分化形成各种的组织细胞，胚胎干细胞具有发育的全能性，B项错误。
3.【答案】A
【解析】胚胎发育的卵裂期，卵裂球的总体积基本不变，因此细胞的体积会随着分裂次数的增加而不断减小。囊胚的滋养层细胞不具有发育全能性，只能发育成胎盘和胎膜，内细胞团细胞才具有发育全能性。原肠胚发育分化形成内中外三个胚层。
4.【答案】D
【解析】对供体和受体母牛进行同期发情处理，所用激素相同，但对供体母牛进行超数排卵要用促性腺激素，受体母牛则不需要，A错；受精可在体内进行，B错；冲卵得到的胚胎应培养到桑椹胚或囊胚方可移植，C错；到目前为止，最常见的是分割产生的同卵双胎，而同卵多胎成功的比例很小，D正确
5.【答案】（1）精子获能 胚胎移植“ （2）DNA 限制性内切酶 （3）正常
【解析】（1）体外受精前，要对精子进行获能处理。将雌性动物体内的早期胚胎，或者体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内，使之继续发育为新个体，称为胚胎移植。（2）多聚酶链式反应是一种体外迅速扩增DNA片段的技术；用Ⅱ对扩增产物DNA进行切割，用限制性核酸内切酶。（3）该家庭成员的镰刀型细胞贫血症基因分析的电泳带谱可知父亲Aa、母Aa、患儿aa，胎儿基因型为AA表现为正常
6.【答案】B
7.【答案】体外受精
8.【答案】A
9．A　对小型动物而言，一般采用注射促性腺激素的方法来促进雌性个体的超数排卵，A项正确；乙过程为体外受精过程，B项错误；乙过程即受精时用获能培养液或者专门的受精溶液，丙过程为体外胚胎培养过程，所用溶液为发育培养液，C项错误；对代孕母羊的要求只是身体健康，而对它的性状无要求，D项错误。
10．B　体外受精是指获能的精子与成熟的卵子在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精的过程，A项正确；胚胎移植应在早期胚胎培养至桑椹胚或囊胚期进行，B项错误；早期胚胎培养液中含有一些无机盐和有机盐类，含维生素、氨基酸、核苷酸等营养成分以及激素、血清等物质，动物细胞培养液的成分为糖类、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素，还有血清等成分，故C项正确；试管婴儿技术与试管动物技术类似，包括体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植技术等，D项正确。
11．B　本题考查了胚胎工程及考生理解问题的能力。进行胚胎分割要用囊胚或桑椹胚期的胚胎，B项错误。
第十单元 现代生物科技专题
学案54 生物技术的安全性和伦理问题
考纲要求　
1.转基因生物的安全性(Ⅰ)。
2.生物技术中的伦理问题(Ⅰ)。
3.生物武器对人类的威胁(Ⅰ)。
复习要求
1..理解转基因生物的安全性、基因身份证及生物武器的种类、特点及对人类的危害
2.对克隆技术引起的伦理问题、设计试管婴儿的伦理问题有自己的认识
基础自查
一．转基因生物的安全性
1．转基因成果
2．对安全性问题的争论
(1) 。
(2) 。
(3) 。
3．理性善待转基因技术
。
二、生物技术的伦理问题：克隆人、试管婴儿、基因身份证。
试管婴儿和设计试管婴儿的区别是什么？
。
三、禁止生物武器
1．生物武器
种类： 。
散布方式： 。
危害： 。
2．禁止生物武器的国际公约。
我国对生物武器的态度是什么？

课堂深化探究
一　转基因生物的安全性
1．简述转基因生物存在安全性的原因？

2.完成转基因生物的优缺点对比表：
优 点
缺 点

特别提醒：　要理性看待转基因技术：(1)首先需要认识到转基因技术的应用前景是非常广阔的，以基因工程为代表的大批生物技术成果进入人类的生产和生活，特别是在医药领域和农业生产上发挥了极大的作用；(2)要正视转基因技术带来的安全性问题，切实认识到个别有害转基因生物的危害性，要趋利避害；(3)完善相应的法令法规，利用法制手段确保转基因生物的安全性。增强科学家的法制意识，提高科学家的科学研究道德水平
二　关注生物技术的伦理问题
1．构建克隆人过程。

两种克隆的区别与联系
项目
治疗性克隆
生殖性克隆
目的

水平

联系

2.设计试管婴儿与试管婴儿的区别
(1)试管婴儿是利用 等技术繁殖个体，其主要目的是 。
(2)设计试管婴儿与试管婴儿相比需在胚胎移植前对胚胎进行遗传学诊断，以筛选符合特殊要求的胚胎，进而生出特定类型的婴儿
项目
设计试管婴儿
试管婴儿
技术手段

实践应用

联系

特别提醒
1．基因检测指通过基因芯片对被检测者细胞中的DNA分子进行检测，分析出被检测者所含的各种致病基因和疾病易感基因的情况的一种技术。
2．基因身份证是指把每个人的致病基因和易感基因都检测出来，记录在磁卡上。基因身份证只是检测少数、个别基因，如某些遗传病基因、某人特有性状的基因，而不是检测每个人的所有基因。
三.　禁止生物武器
1．种类
种　类
例　证
病菌

病毒

生化毒剂

经基因重组的致病菌

2.．简述生物武器的特点及传播途径及局限性。


3.．简述中国政府对待生物武器的态度。

对应训练
1.（2012许昌市一模）基因工程产物可能存在着一些安全性问题，但不必担心。下列说法不正确的是 ( )
A．三倍体转基因鲤鱼与正常鲤鱼杂交，进而导致自然种群被淘汰
B．运载标记基因（如抗生素基因）可能指导合成有利于抗性进化的产物
C．目的基因如杀虫基因，本身编码的产物可能会对人体产生毒性
D．目的基因通过花粉的散布转移到其他植物体内，造成基因污染
2．所谓“设计试管婴儿”，实际上就是指体外受精形成的胚胎(几个细胞期)在植入母体孕育前，根据人们的需要，将胚胎的一个细胞取出，进行某些基因检测。当检测结果符合人们需要时，再把胚胎植入母体孕育。设计试管婴儿不同于为解决不孕夫妇的生育问题而出现的试管婴儿。下列关于设计试管婴儿的问题，哪项不合乎道德规范(　　)
A．利用设计试管婴儿的脐带血
B．设计试管婴儿，不一定非考虑他的性别
C．利用设计试管婴儿技术设计畸形胎儿，以供展览
D．利用设计试管婴儿提供骨髓造血干细胞，救治病人
3．据英国广播公司(BBC)报道，“美国科学家创造了世界上第一批转基因婴儿。他们从年轻的健康妇女的卵细胞中提取出细胞质，然后注入年纪较大的不育妇女的卵细胞中，主要是为卵细胞注入健康的线粒体，以增加不育妇女的受孕机会。”请分析回答：
(1)为什么在卵细胞内注入健康的线粒体，会增加年龄较大的不育妇女的受孕机会？
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
(2)由此培育的婴儿的核遗传物质来自一父二母。这种说法对吗？为什么？
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
(3)2000年9月，美国有一位名叫玛尼的女孩患上了一种致命的贫血病，需要进行造血干细胞移植，这个女孩的父母也通过设计试管婴儿的办法，生下了一个名叫安蒂姆的男婴，医生用其脐带血中的造血干细胞挽救了玛尼的生命。设计试管婴儿技术的问世，引起了全球各界的激烈争论。你是支持还是反对？试说明理由。
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4.(2012武汉市高中毕业生五月模拟) 1981年Evans和Kaufman首次成功分离出小鼠胚胎干细胞(ES细胞)，医学界对其的研究虽颇有争议但也如火如荼。2008年1月17日《干细胞》杂志报道，美国加州的科学家使用了进行试管受精的年轻女性捐献的卵子去核，以及2名志愿者的皮肤成纤维细胞的细胞核，成功克隆出了5个人体胚胎，进而可以开发出有研究价值的干细胞。请回答下列问题。
(1) 胚胎干细胞是从动物胚胎发育至囊胚期的_________或胎儿的__________________中分离得到的一类细胞。
(2) 上述过程中主要应用的动物细胞工程技术有_______________、________________。
(3) 胚胎干细胞可诱导分化为皮肤干细胞，进而分化成皮肤细胞的根本原因是_______。
(4) 某患者不能产生正常的白细胞，通过骨髓移植可以达到治疗的目的，骨髓移植治疗的实质是将__________________移植到患者体内。
(5) 在培养胚胎干细胞时，培养基中通常需要加入_______________等天然成分，培养过程中所需气体主要有____________。
(6) 胚胎干细胞也可作为基因工程的受体细胞，将目的基因导入胚胎干细胞最常用的方法是____________，将获得的目的基因转入胚胎干细胞前需构建基因表达载体，其目的是__________________________________________________________________________。
限时训练
题组一　转基因生物的安全性
1.下列关于转基因植物的叙述，正确的是(　　)。
A．转入到油菜的抗除草剂基因，可能通过花粉传入环境中
B．转抗虫基因的植物，不会导致昆虫群体抗性基因频率增加
C．动物的生长激素基因转入植物后不能表达
D．如转基因植物的外源基因来源于自然界，则不存在安全性问题
2．下列关于转基因生物与环境安全的叙述，错误的是(　　)
A．重组的微生物在降解污染物的过程中可产生二次污染
B．种植抗虫棉可以减少农药的使用量，对环境没有任何负面影响
C．如果转基因花粉中含有毒蛋白或过敏蛋白，可能会通过食物链传递到人体内
D．转基因生物有可能对生态系统的稳定性和人类的生活环境造成破坏
3．随着转基因技术的发展，“基因污染”应运而生。关于“基因污染”的说法正确的是(多选)(　　)
A．转基因作物的外源基因可以通过花粉扩散到它的近亲作物上，从而污染生物基因库
B．杂草、害虫从它的近亲获得的抗性基因，可能破坏生态系统的稳定性
C．基因污染是一种不增殖不扩散的污染
D．基因污染的危害在于引起了遗传物质的改变，难以一下子消除
题组二　生物技术伦理
4治疗性克隆有希望最终解决供体器官的短缺和器官移植出现的排异反应。如图表示治疗性克隆的过程，下列说法正确的是(　　)。
A．图示过程利用了动物细胞培养和动物体细胞融合技术
B．图示过程实现了动物细胞的全能性，其优点是用上述方式获得的各种脏器组织细胞、神经细胞等进行移植降低了免疫排斥
C．①过程的细胞学基础是细胞的增殖和分化
D．①、②过程需要进行DNA复制和蛋白质合成，同时还需要在培养液中不断补充细胞所需要的ATP
5.关于设计试管婴儿的问题，下列哪项不合乎道德规范(　　)。
A．利用试管婴儿提供骨髓造血干细胞，救治病人
B．利用设计试管婴儿技术设计畸形胎儿，以供展览
C．利用试管婴儿的脐带血救治病人
D．设计试管婴儿，不一定要考虑他的性别
6.． 下列有关生物技术安全和伦理问题的观点不合理的是(　　)
A．对于转基因技术，我们应该趋利避害，理性看待
B．我国禁止生殖性克隆和治疗性克隆
C．我国不发展、不生产、不储存生物武器、并反对其扩散
D．对于基因检测应该保护个人遗传信息的隐私权
7．基因工程等生物高科技的广泛应用，引发了许多关于科技与伦理的争论。有人欢呼，科学技术的发展将改变一切；有人惊呼，它将引发道德危机。对此，我们应持的正确态度是(多选)(　　)
A．摒弃现有的道德规范，推动科学发展
B．发挥道德规范的作用，限制负面效应
C．科技的发展必须以现有道德规范为准绳
D．适当调整现有道德规范，适应科技发展
8．供体器官的短缺和排斥反应是制约器官移植的两个重要问题。而治疗性克隆能最终解决这些问题。下图是治疗性克隆的过程图解。
(1)正常情况下，去核的卵细胞取自于女性卵巢排卵后在输卵管中________________期的卵细胞。
(2)重组细胞发育的过程中，细胞开始分化发生在______期。
(3)治疗性克隆所用到的技术名称是________________，要想获得基因型完全相同的两个胚胎，可采用________________技术。
(4)已知患者是红绿色盲的女性，图中提供卵细胞的为完全正常的年轻女性。移植器官后，该患者所生育子代红绿色盲的情况是__________________________________________。
9．克隆羊“多利”的问世，很快在全世界引发了一场大讨论，其中关于“治疗性克隆”的问题也成为人们关注的焦点。下图所示为人类“治疗性克隆”的大概过程，请据图作答。
(1)过程A表示________，是目前实现体细胞克隆的关键技术，该技术的主要操作是应用患者的体细胞作为核供体，由①________细胞提供细胞质，进行人工重组。
(2)经过程B得到的结构中，④是未分化的细胞，因而这些细胞被认为是胚胎干细胞。在体外培养条件下，胚胎干细胞具有增殖能力并保持________状态。
(3)对于“治疗性克隆”仍然存在许多争论，有一男子患有白血病，后经医生利用其出生时保留的脐带血进行治疗后康复，你认为这种做法符合伦理道德吗？为什么？
10．“试管婴儿”技术是通过将不孕夫妇的精子和卵细胞取出在试管中完成受精，并在试管中培养使其发育到如图所示的时期，再将胚胎移入女性子宫内发育成胎儿。它不仅使一部分不能生育的男女重新获得了生育的机会，也为人类的优生开辟了新的途径。据此回答：
(1)“试管婴儿”技术在生物学上所依据的原理是(　　)
A．有性生殖 B．组织培养
C．克隆技术 D．基因工程
(2)人的受精卵通过卵裂，逐渐形成大量形态、功能不同的细胞、组织，并进而形成器官和系统。从细胞水平看，卵裂的分裂方式是________________。
(3)该图示时期是胚胎发育的________期。
(4)在该图下一时期，b细胞最可能成为________胚层的一部分。
(5)“试管婴儿”的形成用到下列哪些技术？________。(填序号)
①体外培养　②人工授精　③胚胎移植　④核移植
(6)要得到“同卵双胞胎”，采用的技术是____________，双胞胎的性别是否相同？________________。
(7)“试管婴儿”技术诞生后，继而出现了“设计试管婴儿技术”，二者在对人类作用上的区别是什么？
________________________________________________________________________。
(8)现在大多数人反对设计婴儿性别，其原因是_________________________________
________________________________________________________________________。
题组三　生物武器
11.下列哪种生物不能作为生物武器(　　)。
A．伤寒杆菌 B．炭疽杆菌 C．乳酸菌 D．天花病毒
12生物武器的传播途径包括(　　)。
①直接传播　②食物传播　③生活必需品传播　④施用者人体传播
A．①② B．②③ C．①②③ D．①②③④
13．生物武器有传染性强的特点，针对这一特点，下列哪项不是防治生物武器的有效措施(　　)
A．提前接种和个人的防护
B．发现病人，立即报告，及时隔离
C．注意切断传播途径
D．只注意环境消毒，不注意动植物灭菌
14．炭疽热是一种由炭疽杆菌引发的急性传染病，炭疽杆菌主要以孢子形式存在，孢囊具有保护功能，能使细菌不受阳光、热和消毒剂的破坏而在自然界中长期存活。通过空气传播的呼吸性炭疽热后果最为严重，致死率约为95%～100%。所以它也是一种重要的生物武器。
(1)生物武器多具有________________________________________等特点(答出两个方面即可)，目前有些国家用新技术制造全新致病菌，使感染者突然发病，无药可医，受害国极度恐慌，机构瘫痪。
(2)下列有关炭疽杆菌致病特点的叙述中，不正确的是________。
A．传染性极强
B．感染者死亡率极高
C．只要有0.001 mg就能引发炭疽病
D．造成人的精神失常
(3)1998年6月27日，中美联合声明中重申了在任何情况下________、不生产、________生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。
高考真题体验
1.（2012江苏13.） 下列关于转基因生物安全性的叙述，错误的是（ ）
A. 种植转基因作物应与传统农业种植区隔离
B. 转基因作物被动物食用后，目的基因会转入动物体细胞中
C. 种植转基因植物有可能因基因扩散而影响野生植物的遗传多样性
D. 转基因植物的目的基因可能转入根际微生物
2（2012高考江苏卷）通过胚胎移植技术，可以实现良种牛的快速繁殖。下列相关叙述正确的是（ ）
A. 对供体和受体母牛都要进行相同激素处理
B. 受精和胚胎的早期培养都需要在体外进行
C. 对冲卵获得的原肠胚检查合格后方可移植
D. 胚胎分割移植实现同卵多胎的成功率较低
3．(2012浙江高考２)下列关于高等哺乳动物受精与胚胎发育的叙述，正确的是
A. 绝大多数精卵细胞的识别具有物种特异性
B. 卵裂球细胞的体积随分裂次数的增加而不断增大
C. 囊胚的滋养层细胞具有发育全能性[来源：中教网]
D. 原肠胚发育分化形成内外两个胚层
4.（2012高考山东卷）毛角蛋白II型中建四（KIFII）基因与绒山羊的羊绒质量密切相关。获得转KIFII基因的高绒质绒山羊的简单流程如图。
（1）过程①中最常用的运载工具是__________，所需要的酶是限制酶和_____________。
（2）在过程②中，用__________处理将皮肤组织块分散成单个成纤维细胞。在培养过程中，将成纤维细胞置于5%CO2的气体环境中，CO2的作用是_____________________________。
（3）在过程③中，用___________处理以获得更多的卵（母）细胞。成熟卵（母）细胞在核移植前需要进行____________处理。
（4）从重组细胞到早期胚胎过程中所用的胚胎工程技术是______________________。在胚胎移植前，通过____________技术可获得较多胚胎。
5.(2011年高考江苏卷)下列关于胚胎工程的叙述，错误的是(　　)
A．体外受精是指获能的精子和成熟的卵子在相应溶液中受精
B．受精卵发育到原肠胚阶段才能进行胚胎移植
C．早期胚胎培养与动物细胞培养的培养液通常都需加入血清
D．试管婴儿技术主要包括体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植技术
6．(2011年高考广东卷)华南虎是国家一级保护动物，可采用试管动物技术进行人工繁殖，该技术包括的环节有(　　)
①转基因　　②核移植　　③体外受精　　④体细胞克隆　　⑤胚胎移植
A．①③　　　　　　　　　B．①④
C．②⑤ 　　　　　　　　 D．③⑤
7．(2011年高考山东卷)(8分)人类疾病的转基因动物模型常用于致病机理的探讨及治疗药物的筛选。利用正常大鼠制备遗传性高血压转基因模型大鼠的流程如下图所示。
(1)卵母细胞除从活体输卵管中采集外，还可以从已处死的雌鼠________中获取。
(2)图中的高血压相关基因作为________________，质粒作为____________，二者需用_______________________________切割后连接成重组载体，该过程与质粒上含有________
________________________有关。
(3)子代大鼠如果__________________________和________________，即可分别在分子水平和个体水平上说明高血压相关基因已成功表达，然后可用其建立高血压转基因动物模型。
(4)在上述转基因大鼠的培育过程中，所用到的主要胚胎工程技术是________________、早期胚胎培养和胚胎移植。
8．(2011年高考福建卷)(10分)一对表现型正常的夫妇，生了一个镰刀型细胞贫血症(常染色体隐性遗传病)患儿。在他们欲生育第二胎时，发现妻子的双侧输卵管完全堵塞，不能完成体内受精。医生为该夫妇实施了体外受精和产前基因诊断，过程如下图。
请回答：
(1)过程①是指在体外进行的______________处理，从而使精子与卵子结合形成受精卵；过程②称为______________。
(2)在对胎儿进行镰刀型细胞贫血症的产前基因诊断时，要先从羊水中的胎儿细胞提取物质③________进行PCR扩增，然后用MstⅡ对扩增产物进行切割，产生多个片段的酶切产物。据此判断，MstⅡ是一种_________________酶。
(3)不同长度的酶切产物在电泳时移动的速率不同，形成不同的电泳条带。该家庭成员的镰刀型细胞贫血症基因分析的电泳带谱如④，据此判断该胎儿为________(正常/患者/携带者)。
学案54 生物技术的安全性和伦理问题
答案与解析
基础自查
一．转基因生物的安全性
2．(1)食物安全：毒性蛋白、过敏原、营养成分的改变。
(2)生物安全：对生物多样性的影响。
(3)环境安全：对生态系统稳定性的影响。
3．正确的伦理舆论导向；社会的监督和法规的保障。
二、设计试管婴儿需对胚胎进行基因检测。
三、禁止生物武器
1．生物武器
种类：病菌、病毒、生化毒剂及经基因重组的致病菌。
散布方式：通过食物、生活必需品等散布到敌方。
危害：对军队和平民造成大规模杀伤后果。
2．在任何情况下，不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。
课堂深化探究
一　转基因生物的安全性
1．(1)目前对基因的结构、调控机制及基因间的相互作用了解有限。
(2)目的基因往往是异种生物的基因。
(3)外源基因往往是随机插入宿主细胞基因组的。
2.完成转基因生物的优缺点对比表：
优 点
缺 点
①解决粮食短缺问题
②减少农药使用，减少环境污染
③增加食物营养，提高附加值
④增加食物种类，提升食物品质
⑤提高生产效率，带动相关产业发展
①可能产生新病毒或新过敏原
②可能产生抗除草剂的杂草
③可能使疾病的传播跨越物种障碍
④可能会损害生物多样性
⑤可能干扰生态系统的多样性
二　关注生物技术的伦理问题
1．
两种克隆的区别与联系
项目
治疗性克隆
生殖性克隆
目的
治疗人类疾病
用于生育，产生新个体
水平
细胞水平
个体水平
联系
都属于无性繁殖，产生新个体、新组织，遗传信息相同
2.(1)试管婴儿是利用体外受精和胚胎移植等技术繁殖个体，其主要目的是解决不孕夫妇的生育问题。
(2)设计试管婴儿与试管婴儿相比需在胚胎移植前对胚胎进行遗传学诊断，以筛选符合特殊要求的胚胎，进而生出特定类型的婴儿
项目
设计试管婴儿
试管婴儿
技术手段
多了胚胎移植前进行遗传诊断这一环节
不需进行遗传诊断
实践应用
用于白血病、贫血等疾病的治疗
解决不孕不育问题
联系
从培育过程上看，二者都是体外受精，经体外早期胚胎发育，再进行胚胎移植；从生殖方式上看，二者应为有性生殖
三.　禁止生物武器
1．种类
种　类
例　证
病菌
炭疽杆菌、伤寒杆菌、霍乱弧菌
病毒
天花病毒、动物痘病毒
生化毒剂
肉毒杆菌毒素
经基因重组的致病菌
通过转基因技术改造的蜡状杆菌、重组流感病毒
2.．简述生物武器的特点及传播途径。
(1)生物武器的特点
①致病力强，传染性大；②有潜伏期，在潜伏期内一般症状不明显，难以被发现；③污染面积大，危害时间长；④传播途径多；⑤生物武器造价低，技术难度不大，可以在任何地方生产。
(2)生物武器的传播途径
直接或通过食物、生活必需品、空气、水等传播。
（3）局限性
生物武器主要指病原微生物，所以它们的生存、繁殖、死亡易受环境条件的影响；受地形、风向等多种条件影响；生物武器使用不易控制，使用不当可危害本方安全。
3．在任何情况下不发展、不生产、不储存生物武器，并反对生物武器及其技术和设备的扩散。　
对应训练
1.【解析】三倍体转基因鲤鱼不能与正常鲤鱼杂交，即使能杂交后代也是不育的，不会导致自然种群被淘汰。
【答案】A
2．C解析：试管婴儿的设计一般是为了救治病人需要试管婴儿的骨髓、干细胞、脐带血等等，这样的设计都符合伦理道德，而那些为达到不正当目的而设计试管婴儿的做法都违背伦理道德。
3.．答案：(1)线粒体是细胞能量的“动力工厂”，能为卵细胞提供足够能量。
(2)不对，只有卵细胞的细胞质中具有来自捐赠妇女的线粒体DNA，受精卵的核遗传物质来自父母双亲各一半。
(3)反对：把试管婴儿当作人体零配件工厂，是对生命的不尊重；抛弃或杀死配型不合适的胚胎，无异于“谋杀”。
支持：①符合人类伦理道德，体现了父母强烈的爱子之心；是救治患者最好、最快捷的方法之一：②提供骨髓中的造血干细胞不会对试管婴儿造成损伤。
解析：(1)线粒体能为卵细胞提供能量，增加了年龄较大孕妇的受孕机会。
(2)只有卵细胞的细胞质中具有来自捐赠妇女的线粒体DNA，受精卵的核遗传物质来自父母双亲各一半。
(3)一种观点是：把试管婴儿当作人体零配件工厂，是对生命的不尊重；抛弃或杀死配型不合适的胚胎，无异于“谋杀”。另一种观点是：此法是救治患者最好最快的方法，而且提供骨髓中造血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤，这样能使两个孩子活下来，是两全其美的行为。
4.（1）胚胎干细胞是从动物胚胎发育至囊胚期的内细胞团或从胎儿原始性腺中分类得到的一类分化程度很低的细胞。
（2）在题干中所叙述的过程中，需要将卵子在体外培养至MⅡ中期，接着将成纤维细胞的细胞核注入到去核的卵子中，然后进行体外培养。所以主要应用的技术有动物细胞培养和核移植技术。
（3）分化的本质（根本原因）是基因的选择性表达。
（4）骨髓移植的实质是将匹配的造血干细胞移植到患者体内，使患者可以产生正常的白细胞。
（5）在进行动物细胞培养时，通常需要加入血清或血浆等天然成分。在碰过程中需要不断通入氧气和二氧化碳，其目的是维持细胞的有氧呼吸和培养液中的pH。
（6）将目的基因导入动物细胞的方法是显微注射法。构建基因表达载体的目的是使目的基因可以复制和表达，使目的基因可以长久的存在于受体细胞中并遗传给下一代，同时能进行表达，发挥作用。
【答案】
(1) 内细胞团(1分) 原始性腺细胞(1分) (2) 动物细胞培养(1分) 细胞核移植(1分) (3) 基因的执行情况不同(或基因选择性表达的结果)(1分) (4) 造血干细胞(2分)
(5) 动物血清(2分)O2和CO2(2分) (6) 显微注射法(2分) 使目的基因在受体细胞中稳定存在，并且可以传给下一代，同时使目的基因能够发挥作用(2分)
①部位的细胞属于滋养层，在功能上具有自我复制和多向分化潜能的特性。
限时训练
题组一　转基因生物的安全性
1.解析　抗除草剂基因导入到油菜的染色体后则可以通过花粉传入环境中；转抗虫基因的植物可杀死无抗性昆虫，对昆虫的抗性具有选择作用，所以会导致昆虫群体抗性基因频率增加；转基因技术打破了生殖隔离，动物的生长激素基因转入植物后可以表达；来源于自然界的目的基因导入植物体后，可能破坏原有的基因结构，具有不确定性，外源基因也可能通过花粉传播，使其他植物成为“超级植物”等，所以转基因技术存在着安全性问题。
答案　A
2．B　本题考查转基因生物与环境安全的知识。种植抗虫棉虽然可以减少农药的使用量，但抗虫害的转基因作物的长期大量种植，会使目标害虫发生群体改变，产生抗性，更难杀灭。
3．ABD　本题考查转基因生物的安全性问题。基因污染是一种可增殖可扩散的污染。外源基因可能通过花粉扩散到转基因作物的近亲作物上，污染生物基因库，杂草、害虫也可从它的近亲获得抗性基因，从而破坏生态系统的稳定性，基因污染的危害难以一下子清除。]
题组二　生物技术伦理
4解析　图示过程利用了动物细胞培养、核移植和早期胚胎培养技术；图示过程没有实现动物细胞的全能性，细胞的全能性强调的最终结果是得到了完整的个体；①过程是胚胎干细胞通过不断地分裂和分化形成各种组织的过程；①、②过程需要进行DNA复制和蛋白质合成，同时还需要在培养液中不断补充细胞所需要的各种营养物质，在此期间细胞所需要的能量来自细胞内物质代谢产生的ATP。
答案　C
5.解析　设计试管婴儿不同于为解决不孕夫妇的生育问题而出现的试管婴儿，设计试管婴儿一般是为了救治病人，需要试管婴儿的骨髓、造血干细胞、脐带血等等，这样的设计都符合伦理道德，而那些为达到不正当目的而设计试管婴儿的做法都违背伦理道德。理解设计试管婴儿给人们带来的利益以及引发的社会问题，正确地、辩证地看待设计试管婴儿。
答案　B
6．B　[我们应该利用转基因技术为人类造福。我国禁止生殖性克隆，但不反对治疗性克隆。]
7．BD
8．(1)MⅡ　(2)囊胚　(3)核移植技术　胚胎分割
(4)男孩红绿色盲，女孩不一定
解析　排卵后在输卵管中的卵细胞是已经进行完减数第一次分裂的细胞，即MⅡ期的卵细胞；治疗性克隆所用的技术名称为核移植技术，要想获得基因型完全相同的两个胚胎可采用胚胎分割技术。
9．(1)细胞核移植　(次级)卵(母)
(2)未分化　(3)符合，因为脐带血不是来自于胚胎，其中的造血干细胞属于成体干细胞(或脐带血是身外之物，属于废物利用，符合伦理道德)
解析　(1)从图中可以看出，A是细胞核移植的过程。(2)胚胎干细胞在体外培养的时候，能保持未分化的状态。
10．(1)A　(2)有丝分裂　(3)囊胚
(4)内　(5)①②③
(6)胚胎分割移植　相同
(7)前者主要用于治疗不孕夫妇的不孕症，后者可以用于治疗需要骨髓移植或造血干细胞移植等的疾病；后者胚胎在移植前需要进行遗传学诊断
(8)破坏了人类正常的性别比例，严重违反了伦理道德
解析　(1)试管婴儿技术实际是体外受精，即经过了精卵结合，所以是有性生殖。(2)卵裂是指在透明带中进行的早期胚胎发育，细胞数目不断增多，此时的细胞分裂方式为有丝分裂。(3)此时期的特点是含有一个腔，即囊胚腔，所以称为囊胚期，聚集在胚胎一端，个体较大的细胞称为内细胞团。(4)内细胞团将来发育为胎儿的各种组织，囊胚期的下一时期为原肠胚期，内细胞团下方细胞即b细胞形成内胚层，将来继续发育成消化道、呼吸道上皮及胰腺等腺体。(5)试管婴儿的过程为：
受精卵早期胚胎(8～16个细胞)母体子宫―→婴儿。(6)要提高胚胎利用率进行胚胎分割，如将一个受精卵的早期胚胎一分为二，再移植到母体子宫发育，可形成两个婴儿，即同卵双胞胎，性别完全相同。(7)考查了普通试管婴儿与设计试管婴儿的区别。(8)有些人认为那些配型不合适的胚胎被丢弃或杀死是滥用设计试管婴儿的技术，如设计婴儿性别等引起性别比例失调，违反了伦理道德。
题组三　生物武器
11解析　生物武器必须是能致病的病菌、病毒或生化毒剂等。乳酸菌是一种非致病菌，因此不能作为生物武器。生物武器的种类包括致病菌、病毒、生化毒剂，以及经过基因重组的致病菌等。
答案　C
12解析　生物武器的传播途径有直接传播或通过食物、生活必需品等散布。
答案　C
13．D　[防护生物武器，既要注意环境消毒，又要注意动植物灭菌，因为动植物都可以成为传染源。]
14．(1)致病力强，传染性大；有潜伏期，一般潜伏期的症状不明显，难以及时发现；污染面积大，危害时间长，杀伤范围达数百至数千平方公里；传染途径多；生物武器造价低，技术难度不大，隐蔽性强(答出两个方面即可)　(2)D　(3)不发展　不储存
解析　要了解生物武器的特点和我国对生物武器的态度和观点。炭疽热事件作为一个社会热点，要能从生物学的角度来分析相关问题。
高考真题体验
1.【答案】B
【解析】种植转基因作物应防止对别的植物产生基因污染，所以与传统农业种植区隔离，A正确；动物取食转基因作物后，要经过消化吸收才进入身体，目的基因不可能直接进入动物细胞，B错；转基因植物可能与野生植物发生杂交而出现基因交流，影响野生植物的多样性，C正确；目的基因被微生物摄入细胞内后，可能进入这些微生物中，D正确“汉水丑
2【答案】D
【解析】对供体和受体母牛进行同期发情处理，所用激素相同，但对供体母牛进行超数排卵要用促性腺激素，受体母牛则不需要，A错；受精可在体内进行，B错；冲卵得到的胚胎应培养到桑椹胚或囊胚方可移植，C错；到目前为止，最常见的是分割产生的同卵双胎，而同卵多胎成功的比例很小，D正确
3【答案】A
【解析】胚胎发育的卵裂期，卵裂球的总体积基本不变，因此细胞的体积会随着分裂次数的增加而不断减小。囊胚的滋养层细胞不具有发育全能性，只能发育成胎盘和胎膜，内细胞团细胞才具有发育全能性。原肠胚发育分化形成内中外三个胚层。
4解析：熟练掌握基因工程和胚胎工程的基本知识就能做出本题.
（1）运载工具（体）包括质粒、噬菌体衍生物及动植物病毒,其中质粒是主要运载体;所需工具酶是限制酶和DNA连接酶。
（2）分散皮肤组织块成单个细胞使用胰蛋白酶（或胶原蛋白酶）。在动物细胞培养过程中，CO2的作用是维持培养液pH的相对稳定。
（3）要得到更多的卵（母）细胞需用促性腺激素进行超数排卵处理；成熟卵（母）细胞在核移植前需要进行去核处理，以保证克隆后代的遗传性状主要了来自供体核。
（4）把重组细胞培养到早期胚胎叫早期胚胎培养技术；在胚胎移植前，通过胚胎分割技术可获得较多胚胎。
答案：（1）质粒 DNA连接酶 （2）胰蛋白酶（或胶原蛋白酶） 维持培养液的PH稳定 （3）促性腺激素 去核 （4）早期胚胎培养 胚胎分割
5【答案】B
【解析】体外受精是指获能的精子与成熟的卵子在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精的过程，A项正确；胚胎移植应在早期胚胎培养至桑椹胚或囊胚期进行，B项错误；早期胚胎培养液中含有一些无机盐和有机盐类，含维生素、氨基酸、核苷酸等营养成分以及激素、血清等物质，动物细胞培养液的成分为糖类、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素，还有血清等成分，故C项正确；试管婴儿技术与试管动物技术类似，包括体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植技术等，D项正确。
6【答案】D
【解析】试管动物技术是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，再通过培养发育为早期胚胎后，经过移植产生后代的技术，所以该技术包括的环节有③体外受精和⑤胚胎移植。
7【答案】(1)卵巢　(2)目的基因　载体　同种限制性核酸内切酶(或同种限制酶)　限制酶切割位点　(3)检测到体内有相关蛋白　出现高血压　(4)体外受精
【解析】(1)对于实验动物大鼠，如果是从活体输卵管中采集的卵母细胞，可以直接与获能的精子在体外受精。如果是从已处死的雌鼠卵巢中采集的卵母细胞，需要在体外经人工培养成熟后，才能与获能的精子受精。(2)题图中的高血压相关基因作为目的基因，质粒作为载体，二者需用同种限制性核酸内切酶切割后才能连接成重组载体，该过程与质粒上有限制酶切割位点有关。(3)若在子代大鼠的体内检测出与高血压相关的蛋白质，则从分子水平上说明高血压相关基因已成功表达；若子代大鼠的血压升高，则从个体水平上说明高血压相关基因已成功表达。(4)在转基因动物的培育过程中，需要用到的胚胎工程技术主要有体外受精技术、早期胚胎培养和胚胎移植等。
8【答案】(1)精子获能　胚胎移植　(2)DNA　限制性核酸内切　(3)正常
【解析】(1)体外受精时精子要经过获能处理，卵子要培养到减数第二次分裂的中期时才能受精。受精后形成的受精卵在体外培养到8～16个细胞的早期胚胎，再移植到母体的子宫内进一步发育。(2)基因诊断时首先要从细胞中提取DNA，切割DNA分子的酶为限制性核酸内切酶。(3)按题意分析，双亲都是杂合子，各含一个正常基因和一个致病基因，患儿中两个基因都为致病基因，比较电泳带谱，可知胎儿中含的都是正常基因。
第十单元 现代生物科技专题
学案55 生态工程
考纲要求
简述生态工程的原理 Ⅱ
生态工程的实例 Ⅰ
复习要求
1．结合实例分析生态工程基本原理的应用
2．设计生态工程的基本思路
基础自查
一．生态工程的概念、建设目的、特点
１、概念：
２.生态工程建设的目的
３.生态工程的特点
二.生态工程所遵循的基本原理
（一）基本原理
（二）传统经济与生态经济的区别
三 生态工程的实例
（一）生态工程的实例
1． 。在资源有限的条件下，取得了经济效益、社会效益和生态效益的全面提高。
2． 。应用生态工程的整体性原理、协调与平衡原理，以及工程学等原理，通过保土蓄水，耕作措施、林草措施等控制土壤侵蚀。
3． 。目的是为了控制沙漠化的发展和水土流失，改善生态环境，提高人民的生活水平。
4． 。采用工程和生物措施相结合的方法，使受到干扰的湿地得以恢复。
5． 。采取人工制造表土、多层覆盖、特殊隔离、土壤侵蚀控制、植被恢复工程等措施，使矿区废弃地的生态系统得以恢复。
6． 。城市是由自然系统、经济系统和社会系统组成的人工生态系统。对城市环境的治理要把整个城市作为一个巨大的生态系统来考虑，即用生态工程的方法对城市进行综合治理。
（二）对我国生态工程发展前景的分析与展望
(1)西方国家的生态工程，除了治理环境污染的目标之外，主要通过
。
我国目前面临的生态危机，已经不单纯是环境污染问题，而是
。生态工程不仅要重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合。
(3)我国的农业生态工程遵循 的基本原理。
(4)我国生态工程的不足之处：
等。
课堂深化探究
一．生态工程的基本原理
1.生态工程的建设应遵循五个原理，但不同的生态系统遵循的原理可以不同。生态工程所遵循的基本原理
项 目
理论基础
意 义
实 例
物质循环再生原理

物种多样性原理

协调与平衡原理

整体性原理

系统学和工程学原理


生态工程建设的目的就是
。
3.生态工程具有 的特点。
4.概念的理解：
二　生态工程的实例分析
1.主要生态工程实例的列表比较
类　型
问　题
主要原理
对　策
案　例
农村综合发展型生态工程

小流域综合治理生态工程

大区域生态系统恢复工程

湿地生态恢复工程

矿区废弃地的生态恢复工程

城市环境生态工程

2．生态工程发展的前景
(1)“生物圈2号”生态工程的实验及启示
①设计目的：
②失败原因：
③启示：
(2)对我国生态工程发展前景的分析与展望
①西方发达国家生态工程特点：
②我国生态危机：
③我国生态工程特点：
④我国生态工程不足之处：
3．正确认识石油农业与污染物
(1)正确认识“石油农业”

(2)“污染物是放错地方的资源”
对环境造成危害的污染物，采取一定的措施和技术，就能够进行 ，这样不但 。例如，对废污水中的重金属或氮、磷等养分就可以进行回收再利用。因此说污染物是放错了地方没有被利用的资源。
4．生态农业
(1)原理：
优点：
(3)生态农业常见类型
①桑基鱼塘模式
人工建立的高产稳产的农业生态系统。做到蚕粪养鱼，鱼粪肥塘，塘泥肥田、肥桑，从而获得稻、鱼、蚕茧三丰收，如图所示。
②沼气农田立体养殖模式
通过控制温室内的温度、光照、气体和水肥等因素，缩短生产周期，大幅度提高粮食、蔬菜和水果的产量和质量。
(4)建立生态农业系统的最终目的是实现对能量的多级利用，提高能量的利用率，使能量尽可能多地流入对人类有益的部分。
特别提醒：1．对生态工程的概念的理解：
应注意三个方面：(1)涉及的学科知识包括生态学和系统学；(2)运用到的技术手段或方法有系统设计、调控和技术组装；(3)最终目的是促进人类社会和自然环境的和谐发展。
2．生态工程建设的目的
遵循自然界物质循环规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。
3．生态工程的特点
(1)少消耗；(2)多效益；(3)可持续。
4. (1)在建立不同的生态工程时，要遵循不同的设计原理，不能相互照搬，应因地制宜。
(2)在进行生态工程建设时，应积极利用自然生态系统的强大自我恢复力，节省投资。
(3)生态恢复力有限，不能认为有了生态工程，就可以先污染破坏后治理。
对应训练
1.俗话说：“靠山吃山，靠水吃水”。随着人口和经济的增长，靠山的人对山上的林木乱砍滥伐，靠水的人则对水中的生物乱捕滥猎，都对各自的生态系统造成了巨大的破坏，那么，在治理和恢复生态系统的过程中，我们应遵循的原理是 (　　)
A.物质循环再生原理 B.物种多样性原理
C.整体性原理 D.协调和平衡原理
2.窦店村生态工程建设的目标是（　　）
A.以实施沼气工程为中心 B.建立良好的物质多级循环利用程序
C.创造较多的劳动力就业机会 D.最早推出“无公害蔬菜”
3.下列有关生态工程的原理和实例中，错误的是(　　)
4.下面图甲、图乙分别表示稻—鱼—蛙共生农业生态系统和普通稻田生态系统的物质能量转化示意图。请据图回答问题。
甲　稻—鱼—蛙共生农业生态系统
乙　普通稻田物质能量转化
(1)分析说明鱼和蛙在该生态系统中物质和能量流动中的积极作用是什么？________________________________________________________________________。
(2)分析说明稻—鱼—蛙共生生态系统的生态优势。________________________________________________。
(3)上述两个生态系统中的各种生物所需的有机物都依赖于________，生命活动所需的能量归根到底都来自________。
(4)甲和乙相比，抵抗力稳定性较强的是________，原因是________________________
________________________________________________________________________。
(5)从能量流动的角度看，建立甲生态系统的目的是_____________________________
________________________________________________________________________。
(6)为了使稻获得高产，稻田乙需要经常使用农药，而甲则不需要，原因是
________________________________________________________________________。
(7)一般地说，农田生态系统的________稳定性较低，废弃农田上会发生群落演替，该演替的类型是________。
限时训练
题组一　生态工程的基本原理
1.某草原牧区，在进行草场建设时，既注重不同牧草种类的搭配种植，又对单位面积内的放牧量做了一定控制。这种做法体现了(　　)。
A．实行“循环经济”的原则 B．低消耗，多效益原则
C．遵循物种多样性和协调与平衡原理
D．建立自然—社会—经济复合系统
2．下列关于生态工程的叙述，不正确的是(　　)
A．当人类赖以生存的生态系统出现严重的健康问题时，生态工程应运而生
B．生态工程能够减少环境污染
C．生态工程以牺牲环境和资源为前提，生产出更多的产品
D．生态工程力求达到生态效益、经济效益和社会效益的协调统一
3．某草原牧区，在进行草场建设时，既注重不同牧草种类的搭配种植，又对单位面积内的放牧量做了一定控制。这种做法体现了(　　)
A．实现“循环经济”的原则 B．低消耗，多效益原则
C．遵循物种多样性和协调与平衡原理
D．建立自然——社会——经济复合系统
4．设计生态工程的常用方法之一是给食物链(网)“加环”，如下图就是一种“加环”示意图，据图判断下列说法正确的是(多选)(　　)
A．用残渣来培育食用菌和蛆蛹，实现了能量的多级利用
B．用玉米的副产品玉米芯生产木糖醇，可提高经济效益
C．用蛆蛹粪便作为有机肥还田，运用了能量循环再生原理
D．在离开人的管理条件下，该生态工程就不能正常运转
5（北京市海淀区2011—2012学年度高三年级第二学期期末练习理综测试）下图示我国南方比较常见的桑基鱼塘农业生态系统。请分析回答下列问题：
（1）在不考虑人工投入的情况下，流经该生态系统的总能量（总初级生产量）是_______。人们将蚕沙（蚕的粪便）投入鱼塘，被鱼等水生生物食用，蚕沙中所含的能量主要属于第__________营养级。
（2）鱼等水生生物的排泄物及未被利用的有机物和底泥，其中一部分经过___________________的作用后可作为肥料，返回桑基，培育桑树。
（3）建立该人工生态系统的目的是实现对能量的___________________，提高能量的利用率。与种植单一作物的农田相比，该生态系统的自我调节能力___________________。
（4）建立该生态系统遵循的原理主要是___________________、___________________。
题组二　生态工程实例
6.某地通过新建沼气池和植树造林，构建了新型农业生态系统(如图所示)。关于该农业生态系统的叙述，错误的是(多选)(　　)。
A．该生态系统的维持，人的作用非常关键
B．该生态系统利用了物质循环再生原理，实现了农业生产的可持续发展
C．该生态系统采用分布式结构，提高了能量传递率
D．该生态系统充分利用了废弃物中的能量，实现了能量的循环利用
7.珠江三角洲的农民充分利用自然条件，建立了该地特有的蔗基鱼塘和桑基鱼塘。根据下图回答:
(1)这种人工生态系统最基本的生物因素是 　　　　　　　 要使它长期稳定发展，除了有稳定的 来源，各类生物要 　　　　　 。
(2)建立这一生态系统的目的是使生产者固定的能量 　　　　　　　　　　　 ；其能量利用率高的原因是在营养结构上具有 　　　 的特点。
(3)蚕粪、桑叶进入鱼塘经过 　 的作用又被桑基、蔗基所利用。蚕粪中的氨经过 　　 的作用，形成了 　　　　　　　　 ，被植物利用。
(4)概括地说，该生态系统功能的维持，取决于它的______________________________
______________________________________________________________________________。
8．如图为窦店村综合发展生态工程示意图。请据图回答：
(1)这一生态工程的结构和功能有哪些特点？
________________________________________________________________________。
(2)蓝绿萍的代谢类型是________________________，在生态系统中的地位是________。
(3)若下图是某科研工作者为该村设计的垃圾资源化、无害化处理的一种方案，请据图回答问题：
①此方案中①②过程需要每一位居民的参与，参与的行动方式是____________________________。
②过程④⑤利用的生物属于生态系统的何种成分？____________________。
③从对资源的充分利用角度看，④⑤途径比③途径突出的优点是________________________________________________________________________。
高考真题体验
1．(2011年高考新课标全国卷)(15分)现有一生活污水净化处理系统，处理流程为“厌氧沉淀池→曝光池→兼氧池→植物池”，其中植物池中生活着水生植物、昆虫、鱼类、蛙类等生物。污水经净化处理后，可用于浇灌绿地。回答问题：
(1)污水流经厌氧沉淀池、曝气池和兼氧池后得到初步净化。在这个过程中，微生物通过________________呼吸将有机物分解。
(2)植物池中，水生植物、昆虫、鱼类、蛙类和底泥中的微生物共同组成了________(生态系统、群落、种群)。在植物池的食物网中，植物位于第________营养级。植物池中所有蛙类获得的能量最终来源于________所固定的_____________能。
(3)生态工程所遵循的基本原理有整体性、协调与平衡、_________________________和________________________等原理。
(4)一般来说，生态工程的主要任务是对____________________________进行修复，对造成环境污染和破坏的生产方式进行改善，并提高生态系统的生产力。
2．（2011．江苏卷，29）池塘养殖普遍存在由于饵料、鱼类排泄物、换水不及时等引起的水体污染现象，研究者设计了一种循环水池塘养殖系统（如下图）。请回答下列问题：
(1)与自然池塘相比，人工养殖池塘生态系统恢复力稳定性? ?。人工养殖池塘水体的N、P含量容易升高，会引起水体的富营养化；藻类等浮游生物大量繁殖、加之死亡后被微生物分解，引起水体的溶氧量下降，造成鱼类等死亡，进一步破坏了生态系统稳态，这种调节方式称为 。
(2)与传统养殖池塘相比，该养殖系统增加的生态工程设施有? 　　　　 ?。可以通过在这些设施内栽植水生植物、放养滤食动物等措施，起到对水体的? ?，有效减少水体中的N、P等含量。
(3)该养殖系统设计为前——池塘上层水流入后——池塘底部，实现水层交换，其目的有 　　　　　　　 、 　　　　　　　　　　 ?。
(4)该养殖系统中串联的池塘不宜过多，为? 　　　　　　　　　　 ?。
(5)保持池塘水体中适当的N、P含量是必要的，该养殖系统可以过? 　　　 ?、
　　　　　　　 进行调控。
3．(2008·广东生物，16)要实现人与自然的和谐发展，下列措施最合理的是(　　)。
A．通过生物技术手段，转化淀粉生产可再生能源
B．使用化学农药防治病虫害，保证粮食稳产
C．发展生态农业，实现物质和能量的多级利用
D．大力开垦湿地，扩大粮食种植面积
4．(2007·重庆理综，1)稻—鸭—萍共作是一种新兴的生态农业模式，其中，水生植物红萍(满江红)适合生长于荫蔽环境，可作为鸭子的饲料，鸭子能吃有害昆虫并供肥，促进水稻生长，对以此模式形成的生态系统，下列叙述错误的是(　　)。
A．该生态系统的主要功能是物质循环和能量流动
B．在此生态系统中鸭子既是初级消费者，又是次级消费者
C．生物群落由水稻、红萍、鸭子和有害昆虫组成
D．水稻和红萍分层分布，能提高光能利用率
5．(2008·江苏生物，26)江苏某农户创建的冬季生态型种植养殖模式如下图所示，请据图回答下列问题。
生态型种植养殖模式图
(1)牛棚内产生的________可扩散进入蔬菜大棚，提高蔬菜的光合效率；蔬菜光合作用产生的________可扩散进入牛棚。
(2)秸秆除了作为牛的饲料外，还可与牛粪混合堆放进行________，腐熟的产物肥效提高，这是因为__________________。这种肥料用于蔬菜栽培可以提高蔬菜产量。
(3)在牛的品系、饲料品种和用量不变的条件下，采用这种养殖模式，牛的生长速率明显提高，其主要原因是_______________________________________。
(4)牛棚保温所需的热能来源于牛自身散热、地热、____________和____________。
(5)从生态系统主要功能的角度分析，这种种植养殖模式较好地实现了________________________________________________________________________。
学案55 生态工程
答案与解析
基础自查
一．生态工程的概念、建设目的、特点
１、 人类应用生态学和系统学等学科的基本原理和方法，通过系统设计、调控和技术组装，对已被破坏的生态环境进行修复、重建，对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善并提高生态系统的生产力，从而促进人类社会和自然环境的和谐发展。
２. 遵循自然界物质循环的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益的同步发展。
３. (1)少消耗；(2)多效益；(3)可持续。
二.生态工程所遵循的基本原理
（一）基本原理
1．物质循环再生原理。物质在生态系统中循环往复，分层分级利用，从而达到取之不尽、用之不竭的效果。
2．物种多样性原理。物种繁多而复杂的生态系统具有较高的抵抗力稳定性。
3．协调与平衡原理。处理好生物与环境的协调与平衡，需要考虑环境承载力。
4．整体性原理。进行生态工程建设，不仅要考虑到自然生态系统的规律，还要考虑到经济与社会等系统的影响力。
5．系统学和工程学原理
(1)系统的结构决定功能原理。生态工程通过改变和优化结构，达到改善系统功能的目的。
(2)系统整体性原理。系统各组分之间要有适当的比例关系，才能顺利完成能量、物质、信息等的转换和流通，实现总体功能大于各部分之和的效果。
（二）传统经济与生态经济的区别
①传统经济是大量使用化肥、农药、机械的农业生产方式，不注重生态环境的保护，经济的发展以巨大的生态环境破坏为代价。
②生态经济实现了原料→产品→原料→产品的生产体系，实现了废弃物资源化的循环经济。具有少消耗、多效益、可持续的特点。
三 生态工程的实例
（一）生态工程的实例
1．农村综合发展型生态工程。
2．小流域综合治理生态工程。
3．大区域生态系统恢复工程。
4．湿地生态恢复工程。
5．矿区废弃地的生态恢复工程。
6．城市环境生态工程。
（二）对我国生态工程发展前景的分析与展望
(1) 介于工程和依靠自然恢复力的一种中间途径，集中于对破坏的生态系统，特别是开矿后的废弃地以及湿地等进行生态恢复。
(2) 与人口激增、环境与资源破坏、能源短缺等问题结合在一起的“并发症”。生态工程不仅要重视对生态环境的保护，更要注重与经济、社会效益的结合。
(3) “整体、协调、再生、循环” 。
(4) 缺乏定量化模型的指导；设计缺乏高科技含量；生态系统的调控缺乏及时准确的监测技术支持；缺乏理论性指导等。
课堂深化探究
一．生态工程的基本原理
1.生态工程的建设应遵循五个原理，但不同的生态系统遵循的原理可以不同。生态工程所遵循的基本原理
项 目
理论基础
意 义
实 例
物质循环再生原理
物质循环
可避免环境污染及其对系统稳定和发展的影响
无废弃物农业
物种多样性原理
生态系统的稳定性
生物多样性程度高，可提高系统的抵抗力稳定性
“三北”防护林建设中的单纯林问题，珊瑚礁生态系统的生物多样性问题
协调与平衡原理
生物与环境的协调与平衡
生物数量不超过环境承载力，可避免系统的失衡和破坏
太湖富营养化问题
整体性原理
社会、经济、自然复合系统
统一协调各种关系，保障系统的平衡与稳定
林业建设中自然系统与社会、经济系统的关系问题
系统学和
工程学
原理
系统的结构决定功能原理：分布式优于集中式和环式
改变和优化系统的结构以改善功能
桑基鱼塘
系统整体性原理：整体大于部分
保持很高的系统生产力
珊瑚礁藻类和珊瑚虫的关系
2. 遵循自然界物质循环的规律，充分发挥资源的生产潜力，防止环境污染，达到经济效益和生态效益同步发展。
3. 少消耗、多效益、可持续 。
4. ①涉及的学科知识包括生态学和系统学；②运用到的技术手段或方法有系统设计、调控和技术组装；③最终目的是促进人类社会和自然环境的和谐发展。
二　生态工程的实例分析
1.主要生态工程实例的列表比较
类　型
问　题
主要原理
对　策
案　例
农村综合发展型生态工程
资源有限，人多地少，产出不足
物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理
建立农村综合发展型生态工程，实现物质的多级循环利用，在资源有限的条件下有较多的产出
窦店村以沼气为中心的生态工程
小流域综合治理生态工程
小流域的水土流失
整体性原理、协调与平衡原理、因地制宜的原理
运用多种原理，应用多种措施综合治理
甘肃陇南县“九子登科”模式
大区域生态系统恢复工程
土地荒漠化
协调与平衡原理、整体性原理
退耕还林还草、植树造林等
“三北”防护林退耕还林还草工程
湿地生态恢复工程
湿地的缩小和破坏
控制污染、退耕还湖
江西鄱阳湖湿地生态恢复工程
矿区废弃地的生态恢复工程
矿区生态环境的破坏
系统学和工程学原理
修复土地、恢复植被
赤锋市元宝山矿区生态恢复工程
城市环境生态工程
环境污染
协调与平衡原理、整体性原理等
城市绿化、污水净化、废弃物处理、合理布局等
污水及垃圾处理、城市绿化
2．生态工程发展的前景
(1) ①设计目的：制造一个人工模拟的生态系统，以验证人类在离开地球的情况下，利用人工生态工程，仅仅依靠太阳能，能否维持生存。
② 温度失调；大气和海洋比例与地球相差甚远，导致空气中CO2的含量猛增；O2量减少，不足以维持人及动物的生存。
③ 使人们认识到人与自然和谐共处的重要性，深化了对自然规律的认识，尽管科学技术已经很发达了，但人类仍没有能力完全模拟出自然生态系统。
(2) ① 目标是治理环境污染，集中于对破坏的生态系统进行生态恢复，生态工程应用范围小，不太强调经济效益。
② 不是单纯的环境污染问题，而是与人口激增、环境与资源破坏、能源短缺等问题结合在一起的并发症。
③不但重视对生态环境的保护，更注重与经济、社会效益的结合，遵循整体、协调、再生、循环的基本原理，建立适合中国农业和农村特点的生态工程。
④ 缺乏定量化模型指导，难以设计出标准化、易操作的生态工程样板。设计缺乏高科技含量，生态系统的调控缺乏及时准确的监测技术支持，缺乏理论性指导等。
3． (1) “石油农业”是大量使用化肥、农药和机械的生产方式，因对石油等能源有高度的依赖性而得名。它把农业生产这一复杂的生物过程，变成了简单的机械过程和化学过程。由于其投入高，产出也高，对粮食安全保障和提高人民生活水平起到了巨大的作用，但同时它所产生的废弃物和有害物质的数量也很庞大，大大削弱了农业生态系统的稳定性和持续生产力，并造成日益严重的农产品污染和环境污染等问题。
(2) 能够减少环境污染，而且提高了资源的利用效率，减少了资源的浪费。例如，对废污水中的重金属或氮、磷等养分就可以进行回收再利用。因此说污染物是放错了地方没有被利用的资源。
4． (1) 生态农业运用生态学原理(即生态系统的物质循环再生、能量多级利用或生态系统的物质循环与能量流动)，在环境与经济协调发展的思想指导下，应用现代科学技术建立起来的多层次、多功能的综合农业生态体系。
(2) 实现物质的循环再生和能量的多级利用，减少环境污染，减少了化肥用量，降低了农业投入。
对应训练
1.【解析】自然生态系统是通过生物与环境、生物与生物之间的协同作用而形成的一个不可分割的有机整体。人类也处在一个社会—经济—自然复合而成的巨大系统中。进行生态工程重建时，不但要考虑到自然生态系统的规律，更重要的是还要考虑到经济与社会等系统的影响力。只有把生态与经济结合起来，才能从根本上达到治理和恢复生态系统的目的。
【答案】C
2.【解析】窦店村的生态工程建设，既有专家指导，又有传统农业的影响和农民的创新，它适合当地经济发展的实际，不是空中楼阁。实施沼气工程是整个生态工程的中心工程，使多个生产和生活环节产生的废物充分利用，实现了物质的多级循环利用，效益好又无污染。
【答案】B
3.【解析】D项讲的是追求生态效益时必须考虑到社会效益、经济效益，应是整体性原理。无废弃物农业遵循的是物质循环再生原理。增加植被的层次应是遵循物种多样性原理。水体污染违反了协调与平衡原理。
【答案】D
4.解析　(1)作为消费者，在生态系统中的作用是加速生态系统的物质循环。(2)与传统农业相比，生态农业实现了物质循环再生和能量的多级利用，并减少了农药、化肥的使用 ，减轻了环境污染。(3)流经生态系统的总能量是生产者固定的太阳能总量，各种生物所需的有机物都依赖于绿色植物的光合作用，生命活动所需的能量归根到底都来自太阳光能。(4)由于甲生态系统生物种类较多，营养结构复杂，自动调节能力较强，故甲和乙两个生态系统相比较，甲的抵抗力稳定性更强。(5)从能量流动的角度，设置生态农业的目的是调整能量流动的关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分。(6)由于甲生态系统引入害虫天敌——蛙，有效控制了害虫数量，因而不需要经常使用农药。(7)一般地说，农田生态系统的生物种类单一，营养结构简单，抵抗力稳定性较低。废弃农田发生的群落演替是次生演替。
答案　(1)鱼、蛙是消费者，加速生态系统的物质循环
(2)在原有食物链中引入新的环节(将人们不能直接利用的有机物转化为可以直接利用的农副产品)，有利于实现物质循环再生和能量的多级利用，并减轻了环境污染　(3)绿色植物的光合作用　太阳光能　(4)甲　生物种类较多，营养结构复杂，自动调节能力较强　(5)调整能量流动的关系，使能量持续高效地流向对人类最有益的部分　(6)引入害虫天敌——蛙，有效控制了害虫数量　(7)抵抗力　次生演替
限时训练
题组一　生态工程的基本原理
1.解析　遵循物种多样性和协调与平衡原理都是生态工程建设应当遵循的原理。进行牧区草场建设时，既要考虑系统结构和功能的复杂性，又要考虑生物与环境的协调平衡，才能保证生态系统的稳定。
答案　C
2.C　 A项为生态工程产生的前提条件，B项为生态工程的意义，D项为生态工程的原理。C项错误，不是牺牲而应是保护生态环境。
3．C　物种多样性和协调与平衡原理都是生态工程建设应当遵循的原理。进行牧区草场建设时，既要考虑系统结构和功能的复杂性，又要考虑生物与环境的协调平衡，才能保证生态系统的稳定。
4．ABD　用蛆蛹粪便作为有机肥还田，运用了物质循环再生原理
5【解析】（1）流经生态系统的总能量指生产者（桑树）通过光合作用固定的太阳能总量，蚕沙是蚕的粪便，属于没有被蚕消化利用的食物残渣，属于第一营养级的能量
（2）水生动物的排泄物及没有被利用的有机物可以被分解者利用，经过分解者分解作用后产生的无机盐可以作为肥料返回桑基，培育桑树。
（3）建立人工生态系统目的是实现对能量的多级利用，提高能量的利用率，使能量更多的流向对人类有益的部分；种植单一作物的农田营养结构简单，自我调节能力较弱，桑基鱼塘营养结构比较复杂，自我调节能力较强。
（4）将蚕沙等分解后作为桑树的肥料，同时可以用残渣废液发酵生成沼气，体现了物质循环再生原理；该系统营养结构复杂，比农田生态系统的自我调节能力强，体现了生态工程的生物多样性原理。
【答案】（每空2分，共14分）
（1）生产者（或桑树）通过光合作用固定的太阳能总量 一
（2）分解者（或微生物）的分解
（3）多级（或充分）利用 较强
（4）物质循环再生原理 生物多样性原理
题组二　生态工程实例
6.解析　该生态系统采用分布式结构，提高了能量的利用率，不能提高能量的传递率，也不能使能量循环利用。
答案　CD
7.【解析】本题是一个应用生态系统知识建立新的生态平衡并能合理利用的实例。在这个人工生态系统中有四种成分：非生物的物质和能量(水、土壤、阳光等)、生产者(甘蔗、桑等)、消费者(各种鱼、蚕等)、分解者(细菌),它们共同组成了一个相互依存的整体，生产者和分解者是不可缺少的生物成分，各类生物只有保持相对稳定，才能长期稳定发展。建立这样的人工生态系统，发展生态农业，目的就是使该生态系统的能量流动朝着更有益于人类的方向发展。能量是沿着食物链的渠道流动的,只有食物链越短,营养级越少,流向对人类最有益的部分的能量才能越多。在这个生态系统中，分解者(细菌)的作用很重要，蚕粪中的氨经过硝化细菌的作用，形成了亚硝酸盐、硝酸盐,被甘蔗、桑吸收利用。对人工生态系统功能的维持，则取决于它的成员之间的物质循环和能量流动的动态平衡，故保持生态平衡有重大意义。
【答案】(1)生产者和分解者 　能量 　保持相对稳定
(2)流向对人类最有益的部分 　食物链短
(3)分解者 　硝化细菌　 硝酸盐和亚硝酸盐
(4)生产者、消费者和分解者之间的能量流动和物质循环在较长的时间内保持相对的稳定
8．(1)以沼气工程为中心，农林牧副渔各业全面发展，增加了劳动力就业机会，促进了经济发展，降低了环境污染，促进了农村的可持续发展
(2)自养需氧型　生产者
(3)①将生活垃圾分类处理　②分解者　③除利用了有机垃圾中的能量外，还充分地、分层次地多级利用了垃圾中的物质，并且减少了因燃烧带来的污染
高考真题体验
1．答案：(1)无氧和有氧(或细胞)　(2)群落　一　生产者　太阳　(3)物质循环再生　物种多样性　(4)已被破坏的生态环境(或受损的生态系统)
解析：(1)生活污水流经厌氧沉淀池时，厌氧微生物通过无氧呼吸将有机物分解；流经曝气池时，其中的需氧微生物通过有氧呼吸将有机物分解；流经兼氧池时，其中的微生物则通过有氧呼吸和无氧呼吸将有机物分解。(2)水生植物、昆虫、鱼类、蛙类和底泥中的微生物组成的整体，不止一种生物，故排除种群，不包含无机环境，故排除生态系统，则这个整体属于群落。植物为生产者，属于第一营养级，生态系统中消费者和分解者的能量都是最终来源于生产者固定的太阳能。(3)生态工程的建立要把社会、经济和自然作为一个统一的整体来考虑，需要考虑生物与环境的协调与平衡，分层、分级利用废弃物中的物质，并增加生物的种类以增强生态系统的稳定性，故生态工程需遵循的基本原理有整体性原理、协调与平衡原理、物质循环再生原理和物种多样性原理等。(4)生态工程对恢复和重建受损的生态系统有着重要作用，通过生态工程对已被破坏的生态环境进行修复和改善，可提高生态系统的生产力。
2．答案：(1)高 正反馈　 (2)生态塘和潜流湿地 净化作用　　(3)增加水中的溶氧量 提高饵料的利用率　　(4)后面池塘水体中的N和P含量（浓度）越来越高　　(5)补水和排水 水泵控制水的流量（循环频率）
解析：(1)与自然池塘相比，人工养殖池塘生态系统中的组分较少，营养结构简单，抵抗力稳定性较低，恢复力稳定性较高。生态系统稳定性的维持是正反馈调节和负反馈反馈调节共同作用的结果，正反馈调节使生态系统远离平衡状态，负反馈调节使生态系统平衡状态，负反馈调节使生态系统维持在相对稳定的状态。(2)该生态系统属于人工设计的生态工程。与传统养殖池塘相比，增加了生态塘和潜流湿地等设施。生态塘和潜流湿地中的水生植物和滤食动物能够有效减少水体中N、P等的含量，起到净化水体的作用。(3)通过设备将前一池塘上层水导入下一个池塘的底部，可以实现上、下水层的交换，增加水中溶氧量和提高饵料利用率。
3.答案　C
4.答案　C
5．解析　(1)植物光合作用消耗二氧化碳产生氧气，动物正好相反，彼此有利。(2)通过微生物的发酵作用也可以分解有机物，产生二氧化碳和无机盐供给绿色植物。(3)这种养殖模式使冬季牛棚内温度较高，牛维持体温消耗的能量较少，自然生长速率明显提高。(4)生态农业的基本原理是物质的循环再生和能量的多级利用。
答案　(1)二氧化碳　氧气
(2)发酵　微生物将有机物分解为无机物
(3)牛棚内温度较高，因而牛维持体温消耗的能量较少
(4)太阳光能　发酵产热
(5)物质的循环利用和能量的高效利用
第十一单元 生物技术实践
学案57 传统发酵技术的应用
考纲要求
1.运用发酵加工食品的基本方法 实验与探究
2.测定食品中加工中可能产生的有害物质 实验与探究
复习要求
1.制作果酒和果醋的基方法，以及发酵的条件
2.设计安装简单的生产果酒、果醋的装置
3.腐乳制作的原理、方法和制作流程中各步措施的作用
4.泡菜的制作原理及其实验流程
5.亚硝酸盐含量的检测方法
5.亚硝酸盐含量的检测方法
6.对食品质量进行安全评估
基础自查
一.果酒、果醋的制作
1.果酒、果醋制作的原理及发酵条件
果酒制作
果醋制作
制作
原理
菌种
酵母菌
①______
反应式
②__条件下，大量繁殖：C6H12O6＋6O2→__③_________；
④_条件下，酒精发酵：
C6H12O6 → ⑤ ＋2CO2
氧气、 ⑥ 充足时：
C6H12O6＋O2→⑦ ；
缺少糖源、 ⑧ 充足时：
⑨ ＋O2→ ⑩ ＋H2O
发酵
条件
温度
一般18℃～25℃，最适为__?__左右
最适为__?_______
空气
前期： ? 后期： ?
始终___?___
时间
10 d～12 d
7 d～8 d
2.果酒果醋的制作流程
二、腐乳的制作
1.菌种：
2.菌种的作用特点
制作流程：
三、泡菜的制作
1.菌种： 。
2.菌种生活特点： 。
四、亚硝酸盐含量的测定
1.原理：

2.检测步骤： 。
课堂深化探究
一. 果酒、果醋的制作
1.果酒和果醋的制作原理及发酵条件比较
果酒制作
果醋制作
制作原理
反应式
最适发酵温度

对氧的需求

pH

发酵时间
特别提醒　①酵母菌的繁殖需大量能量，而发酵过程进行无氧呼吸，故果酒制作的前期应通入氧气，而后期应保证严格的厌氧环境。
②果醋制作过程中要求始终通氧，缺氧时醋酸菌的生长、增殖都会受到影响，另外，醋酸的生成也会受到影响。
2.写出果酒和果醋发酵装置的设计思路
3.装置图解读
(1)各部位的作用
该装置的使用方法：
4.制作果酒和果醋的注意事项
(1) ；所以利用酵母菌进行工业生产时先进行通气再密封。
(2)材料的选择与处理：
。
防止发酵液被污染：
。
(4)由于醋酸菌和乳酸菌属于原核生物，因此在利用这两类微生物时，其环境中一定不要加入青霉素等抗生素。
【特别提醒】
(1)在果酒制作过程的前期通入空气或在发酵瓶(罐)中留有一定的空间(大约1/3)，可以给酵母菌提供氧气，使其进行有氧呼吸，为酵母菌的生长、增殖提供能量，酵母菌迅速增殖，缩短发酵时间。在产生酒精的阶段要求严格的厌氧环境，此阶段如果有氧，则会抑制其酒精发酵。
(2)果醋制作过程中要求始终通氧，因为醋酸菌是好氧细菌，缺氧时醋酸菌的生长、增殖都会受到影响，另外醋酸的生成也会受到影响。
（3）①可用重铬酸钾检验是否有酒精生成。在酸性条件下，重铬酸钾与酒精反应呈现灰绿色。 ②果醋制作过程中，首先通过观察菌膜的形成、嗅味和品尝进行初步鉴定，再通过检测和比较醋酸发酵前后的pH作进一步的鉴定。
二、腐乳的制作
制作原理及流程
2.影响腐乳品质的因素分析
(1)盐：
(2)酒：
(3)香辛料：
(4)含水量：
【特别提醒】
(1)制作腐乳利用的微生物主要是毛霉，豆腐是毛霉的培养基；腐乳制作需控制盐、酒的用量。
(2)制作过程应严格控制无菌条件，避免杂菌污染使制作过程失败。①用来腌制腐乳的玻璃瓶，洗刷干净后要用沸水消毒；②装瓶时操作要迅速小心，装瓶后要用胶条密封，且封瓶时最好将瓶口通过酒精灯的火焰，防止瓶口被污染。
三、制作泡菜并检测亚硝酸盐含量
泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化情况分析。
2.亚硝酸盐含量测定的原理及实验流程
3.需要注意哪些事项？
(1)蔬菜应新鲜：放置时间长，蔬菜中的硝酸盐易被还原成亚硝酸盐。
(2)泡菜坛的选择：火候好、无裂纹、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好的泡菜坛。
(3)腌制的条件：时间、温度、食盐的用量要适宜。
(4)清水和食盐的质量比为4∶1，盐水要煮沸后冷却。
(5) 泡菜坛内要注满水，以保证乳酸菌发酵所需的无氧环境，并注意在发酵过程中经常补水。
(6)每次取样用具要洗净，取样后迅速封坛，防止泡菜被污染。
4.泡菜腌制过程乳酸菌、乳酸（pH）和亚硝酸盐含量变化
5.发酵技术中常用菌种的归纳
项目
酵母菌
醋酸菌
毛霉
乳酸菌
生物学分类

代谢类型

繁殖方式

生产应用

发酵条件

对应训练
1.图甲是果醋发酵装置，乙是发酵过程中培养液pH变化曲线图，下列叙述正确的是（??? ）
A.发酵初期不通气，溶液中没有气泡产生
B.中期可以闻到酒香，说明进行了酒精发酵
C.后期接种醋酸菌，适当通气并保持原有温度
D.图乙中能正确表示pH变化的曲线是③
2.下列说法正确的是( )
A.食醋制作一般程序是先生成乙醇，再将乙醇转化成乙酸
B.泡菜发酵过程中，会产生多种酸，其中主要是亚硝酸，还有少量的乳酸
C.对亚硝酸盐的定量测定可以用天平称量法
D.亚硝酸盐与对氨基苯磺酸的反应产物能与N-1-萘基乙二胺偶联成橘黄色化合物
3.很多东北人冬季喜欢腌制酸菜，在腌制初期，将菜坛子加满水密封，其原因是(　　)
A.防止水分蒸发 B.防止菜叶萎蔫
C.防止产生的乳酸挥发 D.有利于乳酸菌在无氧条件下发酵
4.下列有关果酒、果醋和腐乳制作的叙述，正确的是(　　)
A.参与果酒发酵和果醋发酵的微生物都含有线粒体
B.果酒制成后只需将装置转移至温度较高的环境中即可制作果醋
C.在腐乳制作过程中起作用的主要是毛霉
D.在腐乳装瓶时自下而上随层数的增加逐渐减少盐量
5.（2012·衡阳八中月考）下面是有关食醋和泡菜制作的实验。请回答：
(1)食醋可用大米为原料经三步发酵来制作：
第一步：大米经蒸熟、冷却后加入淀粉酶，将原料中的淀粉分解成糊精，然后进一步分解成葡萄糖，过一过程可用______________(填淀粉指示剂)来检测，因为该试剂遇淀粉呈蓝色，遇上述中间产物呈红色。
第二步：用酵母菌将葡萄糖转化成乙醇，这一发酵过程中，玻璃发酵瓶不应完全密闭的主要原因是_________________。
第三步：用__________________菌将乙醇转化成乙酸，这一过程_____________氧气。
(2)泡菜发酵过程中，会产生多种酸，其中主要是_____________，还有少量的亚硝酸。对亚硝酸盐的定量测定可以用____________法，因为亚硝酸盐与氨基苯磺酸的反应产物能与N－1－萘基乙二胺偶联成____________色化合物。
实验探究
某同学尝试在适宜的条件下制作果酒和果醋，发酵装置如下图中甲图所示，在消毒后的锥形瓶中装入新鲜的葡萄汁后封闭通气口，进行自然发酵。发酵初期温度控制在18～25℃，可见溶液中有大量气泡产生；中期可闻到酒香；后期接种醋酸杆菌，适当升高温度到30～35℃，并通气，酒香逐渐变成醋香，酒香逐渐变成醋香。分析并回答下列问题：
(1)发酵开始时封闭通气口的原因是_________________________________________。
(2)接种醋酸杆菌，适当升高温度到30～35℃并通气，可以说明__________________
______________________________________________________。
(3)图乙中能表示整个发酵过程培养液pH变化的曲线是
________________________________________________________________________。
(4)工业生产中可通过重离子束辐照啤酒酵母获得呼吸缺陷型酵母菌菌种来提高果酒的产量。
①经过重离子束辐照后的酵母菌可以接种到TTC(一种显色剂)培养基中快速筛选，在此培养基中呼吸正常的酵母菌菌落呈红色，呼吸缺陷型酵母菌菌落呈白色，选育此菌种的方法称为____________________________________________________________________。
②呼吸缺陷型酵母菌细胞内的丙酮酸可大量转化为酒精，说明其细胞代谢过程中________________________________________________________________________
被阻断。因此在啤酒工业生产中具有潜在的经济价值。
(5)小麦脱粒以后还有大量的麦秆，主要成分为纤维素，但是酵母菌无法直接利用，原因是________。请提出解决该问题的方法：______________________________________
________________________________。
限时训练
题组一、果酒、果醋的制作
1.下列有关果酒和果醋制作的叙述，正确的是（ ）
A.果酒和果醋的制作都是由酵母菌完成的
B.制果醋的温度要比制果酒的温度高些
C.传统的葡萄酒制作一定需要人工接种菌种
D.葡萄汁装入发酵瓶时，要将瓶装满
2.（2012·南京调研）果酒和果醋制作过程中，发酵条件的控制至关重要，相关措施正确的是(　　)
A.葡萄汁要装满发酵瓶，造成无氧环境，有利于发酵
B.在葡萄酒发酵过程中，每隔12 h左右打开瓶盖一次，放出CO2
C.果酒发酵过程中温度控制在30℃，果醋发酵过程中温度控制在20℃
D.在果醋发酵过程中，要适时通过充气口充气，有利于醋酸菌的代谢
题组二、腐乳的制作
3.某同学在制作腐乳的过程中，发现豆腐腐败变质，下列不属于其原因的是 (　　)
A.用盐腌制时，加盐量太少
B.用来腌制腐乳的玻璃瓶，没有用沸水消毒
C.制作卤汤时，料酒加的量较多
D.装瓶后，没有用胶条将瓶口密封
4.下列是有关腐乳制作的几个问题，其中正确的是 (　　)
①腐乳的制作主要是利用了微生物发酵的原理，起主要作用的微生物是青霉、曲霉和毛霉　②含水量为70%左右的豆腐适于作腐乳，用含水量过高的豆腐制腐乳，不易成形，且不利于毛霉的生长　③豆腐上生长的白毛是毛霉的白色菌丝，严格地说是直立菌丝，豆腐中还有匍匐菌丝　④决定腐乳特殊风味的是卤汤 ⑤腐乳的营养丰富，是因为大分子物质经过发酵作用分解成小而且易于消化的物质　⑥卤汤中含酒量应该控制在21%左右，酒精含量过高，腐乳成熟的时间会延长；含量过低，不足以抑制微生物的生长
A.①②③④ B.②③④⑤ C.③④⑤⑥ D.①④⑤⑥
5.下列关于腐乳制作的描述中，错误的是（ ）
A.在腐乳制作过程中必须有能产生蛋白酶的微生物参与
B.含水量大于85%的豆腐利于保持湿度，适宜制作腐乳
C.加盐和加酒都能抑制微生物的生长
D.密封瓶口前最好将瓶口通过火焰以防杂菌污染
题组三、制作泡菜并检测亚硝酸盐含量
6.下列有关泡菜发酵过程的叙述，正确的是 (　　)
A.在制作泡菜的过程中，亚硝酸盐的含量变化情况是逐渐增加
B.在发酵过程中，只有乳酸菌具有发酵作用，香辛料具有增香、除异味的功效
C.在发酵过程中，乳酸菌可分解蛋白质和果胶，例泡菜变软
D.在发酵过程中，要经常补充水槽中的水，盐水入坛前要煮沸再冷却，以防污染
7.关于发酵过程中产物检验的说法，正确的是( )
A.果汁发酵是否产生酒精，可用NaOH来检验
B.检验醋酸产生的简单易行的方法是品尝或用pH试纸鉴定
C.泡菜制作过程中亚硝酸盐的含量不能测定
D.测定果酒、果醋的产生和亚硝酸盐的含量均可用品尝法
8.关于测定亚硝酸盐含量的操作，错误的是(　　)
A.质量浓度为4 mg/mL的对氨基苯磺酸溶液呈酸性
B.对氨基苯磺酸溶液和N1萘基乙二胺盐酸盐溶液，应避光保存
C.质量浓度为5 μg/mL的亚硝酸钠溶液应保持弱碱性环境
D.制备样品处理液，加入氢氧化铝目的是中和氢氧化钠
题组四、综合应用题
9.（2012·南京调研）下列实验装置可用于生物技术实践的相关实验，有关叙述错误的是
A.装置甲和装置乙都可用于果酒制作
B.装置乙可先用于果酒的制作，后用于果醋的制作
C.利用装置甲制作腐乳时，为了保证腐乳的风味应均匀向装置中加入盐分
D.乙装置的排气口通过一个长而弯曲的胶管，可防止空气中微生物的污染
10（2012·山东泰安一模）利用不同微生物的发酵作用制作食品，历史悠久、惠及民生。请分析回答下列问题：
（1）腐乳制作的流程是：让豆腐上长出________→加盐腌制→加卤汤装瓶→密封腌制。用盐腌制时，应注意控制______________；配制卤汤时，要使卤汤中酒的含量控制在______%左右。
（2）制作泡菜的原理是_________________________________________。
（3）蔬菜在腌制过程中，会产生亚硝酸盐。在________条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生_________反应后，与N—1—萘基乙二胺盐酸盐结合形成___________色染料。将显色反应后的样品与已知浓度的标准液进行目测比较，估算出的亚硝酸盐含量如图曲线所示，
据图可以得出的结论是：__________________________。
高考真题体验
1.（2012江苏21.） 下列关于制作果酒、果醋和腐乳的叙述，合理的是（ ）
A. 在果酒发酵后期拧开瓶盖的间隔时间可延长
B. 条件适宜时醋酸菌可将葡萄汁中的糖分解成醋酸
C. 果酒发酵过程中发酵液密度会逐渐减小
D. 将长满毛霉的豆腐装瓶腌制时，底层和近瓶口处需加大用盐量
2.（2012海南30）【生物——选修I：生物技术实践】回答下列关于腐乳制作的问题：
（1）腐乳是豆腐经微生物发酵后制成的食品。多种微生物参与了该发酵过程，其中起主要作用的微生物是 ，其产生的蛋白酶可将豆腐中的蛋白质水解为 和
；其产生的 能将豆腐中的脂肪水解为 和 。
（2）发酵完成后需加盐腌制，加盐还可以抑制 生长。
（3）腐乳制作的后期可加入由酒和多种香辛料配置而成的卤汤。卤汤具有一定的防腐作用外，还能使腐乳具有独特的 。
3.(2010广东高考)小李尝试制作果酒，他将葡萄汁放入已灭菌的发酵装置中进行实验(见图)，恰当的做法是(双选)
A.加入适量的酵母菌
B.一直打开阀b通气
C.一直关紧阀a，偶尔打开阀b几秒钟
D.把发酵装置放到4 ℃冰箱中进行实验
4.（2011江苏高考）下列与果酒、果醋和腐乳制作相关的叙述，正确的是（ ）
A. 腐乳制作所需要的适宜温度最高
B. 果醋发酵包括无氧发酵和有氧发酵
C. 使用的菌种分别是酵母菌、醋酸菌、乳酸菌
D. 使用的菌种都具有细胞壁、核糖体、DNA和RNA
5.(2010北京高考)在家庭中用鲜葡萄制作果酒时，正确的操作是( )
A.让发酵装置接受光照
B.给发酵装置适时排气
C.向发酵装置通入空气
D.将发酵装置放在45℃处
6.(2010江苏高考)下图表示果酒和果醋制作过程中的物质变化过程，下列叙述正确的是(　　)
A.过程①和②都只能发生在缺氧条件下
B.过程①和③都发生在酵母细胞的线粒体中
C.过程③和④都需要氧气的参与
D.过程①～④所需的最适温度基本相同
7.(2010·海南生物，25)葡萄发酵可产生葡萄酒，请利用相关的知识回答问题。
(1)利用葡萄制作葡萄酒的过程中，发挥作用的微生物是________。
(2)该微生物通过无氧呼吸可分解________，产生的终产物是________和________。
(3)甲、乙、丙三位同学将葡萄榨成汁后分别装入相应的发酵瓶中，在温度等适宜的条件下进行发酵，如图所示。发酵过程中，每隔一段时间均需排气一次。据图分析，甲和丙同学的操作有误，其中甲同学的错误是________，导致发酵中出现的主要异常现象是________________________________________________________________________。
丙同学的错误是_________________________________________________________，
导致发酵中出现的主要异常现象是__________________________________________。
上述发酵过程结束后，甲、乙、丙同学实际得到的发酵产品依次是________、________、________。
(4)在上述制作葡萄酒的过程中，假设乙同学的某一步骤操作错误导致发酵瓶瓶塞被冲开，该操作错误是__________________________________________________。
学案57 传统发酵技术的应用
答案与解析
基础自查
一、1.①醋酸杆菌 ②有氧 ③6CO.＋6H.O ④无氧 ⑤.C.H5OH ⑥糖源 ⑦CH3COOH ⑧氧气 ⑨C.H5OH ⑩CH3COOH ?.0℃ ?30℃～35℃ ?需要氧 ?不需要 ?
..需要氧气 冲洗 醋酸
二、腐乳的制作
1．多种微生物参与豆腐的发酵，如青霉、曲霉、毛霉、酵母菌等，其中起主要作用的是毛霉。
.．产生蛋白酶将豆腐中的蛋白质分解成小分子的氨基酸和多肽 ；产生的 脂肪酶可将脂肪分解为甘油和脂肪酸。
3．让豆腐上长出毛霉→加盐腌制→加卤汤 装瓶→密封腌制。
三、1.菌种：乳酸菌，其代谢类型为异养厌氧型，常见的有乳酸链球菌和乳酸杆菌，常用于生产酸奶。
.. 乳酸菌在无氧条件下，把葡萄糖分解为乳酸，其反应式为：C6H1.O6→.C3H6O3＋能量 。
四、1. 在盐酸酸化的条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应后，与N－1－萘基乙二胺盐酸盐结合成 玫瑰红色
..配制溶液→制备标准显色液→制备样品处理液→比色。
课堂深化探究
一． 果酒、果醋的制作
1.果酒和果醋的制作原理及发酵条件比较
果酒制作
果醋制作
制作原理
利用酵母菌在无氧条件下进行酒精发酵
利用醋酸菌在氧气、糖源充足时，将糖分解成醋酸；当缺少糖源时，将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸
反应式
C6H1.O6.C.H5OH＋.CO.＋能量
C6H1.O6＋.O..CH3COOH＋.CO.＋.H.O＋能量
C.H5OH＋O.CH3COOH＋H.O＋能量
最适发酵温度
18～.5 ℃
30～35 ℃
对氧的需求
需微量氧
需充足氧
pH
酸性环境(3.3～3.5)
酸性环境(5.4～6.3)
发酵时间
10～1. d
7～8 d
.．(1)因酵母菌的繁殖需要空气，醋酸菌是好氧菌，所以在果酒制作的前期和果醋制作的整个过程中都需氧。因酵母菌产生酒精时是厌氧的，应控制充入氧的量，故应在充气口设置开关。
(.)由于在发酵过程中都产生CO.，因此又需设排气口；为防止空气中微生物的污染，排气口应连接一个长而弯曲的胶管。
3．装置图解读
(1) ①充气口：在醋酸发酵时连接充 气泵进行充气。
②排气口：排出酒精发酵时产生的CO.。
③出料口：取样。
④与瓶身相连的长而弯曲的胶管：加水后防止空气中微生物的污染。
(2) 使用该装置制酒时，应该关闭充气口；制醋时，应将充气口连接气泵，输入氧气。
4.制作果酒和果醋的注意事项
(1)酵母菌有氧呼吸时，产生能量多，可大量繁殖； 无氧呼吸时，产生能量少，仅能满足自身代谢，基本不繁殖
(.) 选择新鲜的葡萄，榨汁前先将葡萄进行冲洗，再除去枝梗，以防葡萄汁流失及污染。
(3)防止发酵液被污染：榨汁机要清洗干净并晾干；发酵瓶要清洗干净并用体积分数为70%的酒精消毒；装入葡萄汁后要封闭充气口。
(4)由于醋酸菌和乳酸菌属于原核生物，因此在利用这两类微生物时，其环境中一定不要加入青霉素等抗生素。
二、腐乳的制作
制作原理及流程
(1)盐：注意控制盐的比例。盐的浓度过高，影响腐乳口味；浓度过低，不足以抑制微生物生长，导致腐乳腐败变质。装瓶时分层加盐，并随层数的增加而增加盐量，在瓶口表面铺盐厚些，以防止杂菌从瓶口进入。
(2)酒：卤汤中酒的含量控制在1.%左右。酒精含量的高低与腐乳后期发酵时间的长短有很大关系。酒精含量越高，对蛋白酶的抑制作用也越大，使腐乳成熟期延长；酒精含量过低，不足以抑制微生物生长，豆腐易腐败，难以成块。
(3)香辛料：既可调制腐乳的风味，又具有防腐杀菌的作用。
(4)含水量：以70%为宜，若过高则影响毛霉的有氧呼吸，且腐乳不易成形；若过低，则不利于毛霉的代谢和生长。
三、制作泡菜并检测亚硝酸盐含量
泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化情况分析。
3．注意事项
(1)蔬菜应新鲜：放置时间长，蔬菜中的硝酸盐易被还原成亚硝酸盐。
(.)泡菜坛的选择：火候好、无裂纹、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好的泡菜坛。
(3)腌制的条件：时间、温度、食盐的用量要适宜。
(4)清水和食盐的质量比为4∶1，盐水要煮沸后冷却。
(5) 泡菜坛内要注满水，以保证乳酸菌发酵所需的无氧环境，并注意在发酵过程中经常补水。
(6)每次取样用具要洗净，取样后迅速封坛，防止泡菜被污染。
4.
5.发酵技术中常用菌种的归纳
项目
酵母菌
醋酸菌
毛霉
乳酸菌
生物
学分类
真核生物
原核
生物
真核
生物
原核
生物
代谢
类型
异养兼性
厌氧型
异养
需氧型
异养
需氧型
异养
厌氧型
繁殖
方式
适宜条件下
出芽生殖
二分裂
孢子
生殖
二分裂
生产
应用
酿酒
酿醋
制作
腐乳
制作
泡菜
发酵
条件
前期需氧，
后期不需氧
一直
需氧
一直
需氧
无氧
对应训练
1.解析：果醋发酵首先接种酵母菌，初期需要通气，目的是使酵母菌进行有氧呼吸而大量繁殖，后密闭使其进行无氧呼吸产生酒精，因此果醋发酵中期会闻到酒香；产生酒精后，接种醋酸杆菌使其将酒精转化为醋酸，醋酸菌和酵母菌的繁殖温度不同；酵母菌进行无氧呼吸和有氧呼吸都产生CO.，会导致培养液pH下降。
答案：B
2.解析：食醋制作一般程序是先生成乙醇，再将乙醇转化成乙酸。泡菜发酵时，在乳酸菌等的作用下主要产生乳酸；测定亚硝酸盐含量的原理是在盐酸酸化条件下，亚硝酸盐与对氨基苯磺酸发生重氮化反应后，与N-1-萘基乙二胺盐酸盐结合形成玫瑰红色染料；将显色反应后的样品与已知浓度的标准液进行目测比较，大致估算出亚硝酸盐含量，此方法叫做比色法。
答案：A
3.解析：乳酸菌为严格厌氧型菌，加水密封有利与创设密闭无氧环境。
答案：D
4.解析：参与果酒发酵的酵母菌是真核生物，有线粒体；参与果醋发酵的醋酸菌是原核生物，无线粒体。果酒制成后需将装置转移至温度较高的环境中同时要通入无菌空气，再制作果醋。在腐乳装瓶时自下而上随层数的增加逐渐增加盐量。
答案：C
5.【解析】（1）碘液遇淀粉变蓝，可作为淀粉指示剂；酵母菌将葡萄糖转化为乙醇过程会产生大量CO.，使瓶内压强增大，可能会导致发酵瓶爆裂；醋酸杆菌可将乙醇转化为乙酸，醋酸杆菌为需氧生物。
（2）泡菜制作过程主要是产生大量的乳酸；测定亚硝酸盐的含量可通过比色法，亚硝酸盐与氨基苯磺酸的反应产物能与N－1－萘基乙二胺偶联成紫红色化合物。
答案：（1）碘液(或KI－I.溶液)　　发酵过程中会产生大量CO.，使瓶内压力升高而可能引起爆裂 醋酸杆　需要消耗　（.）乳酸(或有机酸)　 (光电)比色　 紫红
实验探究
解析：酵母菌在无氧的条件下进行酒精发酵，因此发酵开始要封闭通气口造成无氧环境，醋酸菌的最适生长温度为30～35℃，且为严格的好氧性细菌。在发酵过程中不断产生二氧化碳，最后产生醋酸，pH不断降低，如②曲线。重离子束辐照的酵母菌出现呼吸缺陷型是诱变育种。呼吸缺陷型酵母菌细胞内的丙酮酸可大量转化为酒精，说明有氧呼吸第二、三阶段被阻断。酵母菌无法直接利用纤维素是因为细胞内缺乏分解纤维素的酶。
答案：(1)酵母菌在无氧的条件下进行酒精发酵(无氧呼吸产生酒精)　(2)醋酸菌的最适生长温度为30～35℃，且为好氧性细菌　(3)②　(4)①诱变育种(人工诱变)　②有氧呼吸的第二、三阶段(柠檬酸循环、电子传递链)　(5)缺乏纤维素酶　方法一：在酵母菌中转入纤维素酶基因　方法二：利用酶或微生物分解麦秆　方法三：利用物理和化学方法分解麦秆　方法四：将酵母菌与其他能分解麦秆的微生物混合发酵
限时训练
题组一、 果酒、果醋的制作
1.【解析】果酒的制作由酵母菌完成的，果醋的制作是由酵母菌和醋酸菌共同完成的；果酒发酵的最适温度为18～.5℃，果醋发酵最适温度为30～35℃，所以制果醋的温度要比制果酒的温度高些；传统的葡萄酒酿造，都是采用自然发酵的工艺，靠葡萄本身携带的自然界的酵母菌，在葡萄浆或分离后的葡萄汁里自发地繁殖，最终发酵成葡萄酒；葡萄汁装入发酵瓶时，果汁量一般不要超过发酵瓶总体积的./3，以保证酵母菌有氧呼吸快速繁殖，为以后的无氧发酵做准备。
【答案】B
2.【解析】酵母菌发酵会产生二氧化碳，葡萄汁装入发酵瓶，要留有1/3的空间。在葡萄酒发酵过程中，每隔1. h左右拧松瓶盖一次，放出CO.，打开瓶盖会进入氧气，抑制酵母菌发酵。果酒发酵过程中温度控制在18～25 ℃，果醋发酵过程中温度控制在30～35 ℃。醋酸菌是好氧菌，在果醋发酵过程中，要适时通过充气口充气，有利于醋酸菌的代谢。
【答案】D
题组二、腐乳的制作
3.解析：卤汤中酒的含量应控制在1.%左右，酒精含量过高，腐乳成熟的时间将会延长；酒精含量过低，不足以抑制微生物生长，可能导致豆腐腐败。
答案：C
4.【解析】腐乳制作的主要微生物为毛霉，其代谢类型为异养需氧型；卤汤中的含酒量应控制在1.%左右而不是.1%。
【答案】B
5.【解析】腐乳的生产是利用微生物中蛋白酶可以分解蛋白质，产生易于人类吸收的多肽或氨基酸。一般说来，做腐乳所用的豆腐含水量应为70%左右，含水量过大，不易成形，含水量太小，比较坚硬，口感不好。
【答案】B
题组三、制作泡菜并检测亚硝酸盐含量
6.【解析】泡菜制作发酵过程中，随着泡菜发酵中产生的乳酸增加，亚硝酸盐的含量会逐渐下降；发酵过程主要为乳酸菌的作用，发酵中的乳酸菌不分解蛋白质和果胶，保持蔬菜脆嫩而不软化腐败；发酵过程中要经常补充水槽中的水，以保持坛内处于无氧状态。
【答案】D
7.解析：在酸性条件下，重铬酸钾与酒精反应呈现灰绿色；醋酸呈酸性，可用品尝法或pH试纸鉴定；亚硝酸盐对人体有害，可以用“比色法”测定，但不能用“品尝法”。
答案：B
8解析：对氨基苯磺酸溶液和N－1－萘基乙二胺盐酸盐溶液都呈酸性，能保证其稳定性，且应低温密闭保存；亚硝酸钠标准液配制过程中应加入NH4Cl缓冲液，保持弱碱性环境以免形成亚硝酸挥发；制备样品处理液，加入氢氧化铝的目的是使滤液中色素脱色，使滤液变得无色透明。
答案：D
题组四、综合应用题
9.解析：装置甲由于不能及时排除多余气体，不能用于制作果酒；制作果酒需要无氧环境，排气管作用为一段时间后排除多余气体，同时又不能染上杂菌；酿酒完成后通气可继续酿醋，乙醇氧化为乙酸。制作腐乳需要在厌氧环境中进行，可加入盐分增加风味。
答案：A
10答案：（1）毛霉 演得用量 1. （.）乳酸菌在无氧的环境下大量繁殖，将葡萄糖分解成乳酸 （3）盐酸酸化 重氮化 泡菜封坛后亚硝酸盐含量不断增加，至第4天含量最高，以后逐渐减少（其它合理答案也可）
高考真题体验
1.【答案】ABC
【解析】在果酒发酵后期，由于瓶中的营养物质减少，单位时间内产生的CO.的量减少，所以拧开瓶盖的间隔时间可以延长，A正确；在糖源、氧气充足的条件下，醋酸菌可将葡萄汁中的糖分解成醋酸，B正确；果酒发酵过程中，营养物质消耗，并且有水的生成，密度会逐渐减小，C正确；将长满毛霉的豆腐装瓶腌制时，近瓶口表面的盐要铺厚一些，但底层不需要大量用盐，D错误。
2.【答案】 （1）毛霉 肽 氨基酸 脂肪酶 甘油 脂肪酸（2）微生物（3）风味　　（1分，其他合理答案也给分）
【解析】
（1）酵过程中起作用的微生物有多种，如青霉、酵母、曲霉、毛霉等，其中起主要作用的是毛霉，毛霉产生的蛋白酶可将豆腐中的蛋白质水解成多肽和氨基酸，产生的脂肪酶能够将豆腐中的脂肪水解为甘油和脂肪酸。
（2）发酵过程中加盐腌制，不仅可以调制风味，而且能够抑制杂菌等其他微生物
（3）腐乳制作后期加入卤汤，卤汤不仅可以防腐，还可以使腐乳具有独特的风味（或香味）。
3.解析：在该发酵装置中有发酵底物(葡萄糖)，但没有发酵微生物(酵母菌)，故应在装置中放入适量的酵母菌，所以A正确。将阀门a一直关紧是为了防止氧气进入发酵装置；偶尔打开阀b几秒钟，是为了排出发酵产生的过多二氧化碳，所以C正确。如果一直打开阀b通气，则可使氧气进入发酵装置而影响发酵，所以B错误。酵母菌发酵需要的温度在18 ℃～.5 ℃之间，4℃时温度太低，将影响发酵的速度，所以D错误。
答案：A、C
4.解析：本题考查发酵技术的应用腐乳制作所需的温度为15-18℃，果酒制作为18-.5℃，果醋制作为35℃；果醋发酵为有氧发酵；腐乳制作所需的菌种主要是毛霉；酵母菌、醋酸菌、毛霉都有细胞壁、核糖体、DNA和RNA。
答案：D
5.解析：酵母菌在无氧条件下才能进行发酵产生酒精；酵母菌无氧呼吸不消耗O.但是产生CO.；酵母菌发酵的适宜温度在18℃～.5℃。在无氧条件下，酵母菌能进行酒精发酵，发酵装置不需要接受光照，也不能通入空气，发酵过程中会产生CO.气体，所以要适时给装置排气；发酵时一般将温度控制在18℃～.5℃。
答案：B
6解析：有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段相同，均发生在细胞质基质中，产物是丙酮酸，而丙酮酸产生乙醇只能发生在无氧呼吸过程中，A、B两项均错；③过程属于有氧呼吸第二、三阶段，第三阶段需要氧气参与，④过程是制作果醋的过程，需醋酸菌参与，醋酸菌是一种好氧细菌，因此④过程需要氧气参与，C项正确；制作果酒时，最适温度为18～.5 ℃，而制作果醋时最适温度为30～35 ℃。
答案：C
7.解析　(1)在制作果酒的时候，常用酵母菌作菌种。(.)酵母菌进行无氧呼吸时将葡萄糖分解为酒精和CO.。(3)甲同学未夹住发酵瓶的充气管，发酵液会从充气管流出，由于氧气进入，有氧条件下醋酸菌繁殖产生葡萄醋，使发酵液变酸。丙同学发酵液过多淹没了排气管口，排气时发酵液会从排气口冲出。由于乙、丙均为无氧环境，所以发酵产物为葡萄酒。(4)由于发酵产生的CO.会使瓶内压力升高，所以应定期排气。
答案　(1)酵母菌　(.)葡萄糖　乙醇　CO.　(3)未夹住发酵瓶的充气管　发酵液从充气管流出，发酵液变酸　瓶中发酵液过多，淹没了排气管在瓶内的管口　排气时发酵液从排气管流出　葡萄醋　葡萄酒　葡萄酒　(4)未及时排气
第十一单元 生物技术实践
学案58 微生物的培养与应用
考纲要求 1.微生物的分离和培养 实验与探究
2.某种微生物数量的测定 实验与探究
3. 培养基对微生物的选择作用 实验与探究
4.用微生物发酵来生产特定的产物以及微生物在其他方面的应用 实验与探究
复习要求
1.理解培养基对微生物的选择利用并能利用选择培养基分离微生物
2.掌握培养微生物的过程、条件和方法
3.掌握测量微生物数量的方法、统计菌落数量的方法
4.能利用选择培养基分离微生物的方法
基础自查
一、微生物的实验室培养
1．培养基
(1)概念： 。
(2)成分：
2．无菌技术

3．实验操作
(1)牛肉膏蛋白胨固体培养基的制备
(2)微生物的分离方法
二、土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
1．分离原理：
统计菌落数目：
3．实验流程：
三、分解纤维素的微生物的分离
1．纤维素酶
2．纤维素分解菌的筛选原理
3．土壤中纤维素分解菌的筛选实验流程
课堂深化探究
一．微生物的培养与应用
1．微生物的实验室培养
(1)培养基
①概念：人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出供其生长繁殖的营养基质。
②分类和应用
划分标准
培养基种类
特　点
用　途
物理
性质
液体培养基

半固体培养基

固体培养基

化学
成分
天然培养基

合成培养基

用途
选择培养基

鉴别培养基

③培养基配方及营养要素
基本营养要素：
营养要素
来源
功能
碳源
无机氮源

有机碳源

氮源
无机氮源

有机碳源

生长因子

特别提醒　①微生物最常用的碳源是糖类，尤其是葡萄糖；最常利用的氮源是铵盐、硝酸盐。
②对异养微生物来说，含C、H、O、N的有机化合物既是碳源，又是氮源、能源。
③有些培养基不需要添加特殊营养物质，生物自己能合成，如大肠杆菌能合成某些维生素，作为特殊营养物质。
④制备：计算→称量→溶化→灭菌→倒平板。
(2)微生物培养的无菌技术

①消毒和灭菌的区别
使用方法
结 果
常用的方法
消毒

灭菌

②三种常用灭菌方法的比较
灭菌方法
适用材料或用具
灭菌条件
灭菌时间
灼烧灭菌

干热灭菌

高压蒸汽灭菌

2.微生物的纯化培养及菌种的保藏
(1)原理：在培养基上将细菌稀释或分散成单个细胞，使其长成单个的菌落，这个菌落就是一个纯化的细菌菌落。
(2)方法：平板划线法、稀释涂布平板法。
方法
平板划线法
稀释涂布平板法
注意
事项
(1)接种环的灼烧
①第一次划线前：
②每次划线前：
③划线结束后：
灼烧接种环之后

(3)划线时最后一区域不要与第一区域相连
(4)划线用力要大小适当，防止

(1)稀释操作时：每支试管及其中的9 mL水、移液管等均需灭菌；操作时，试管口和移液管应在离火焰1 cm～2 cm处
(2)涂布平板时
①涂布器用体积分数为70%酒精消毒，取出时，让多余酒精在烧杯中滴尽，然后将沾有少量酒精的涂布器在酒精灯火焰上引燃
②不要将过热的涂布器放在盛放酒精的烧杯中，以免引燃其中的酒精
③酒精灯与培养皿距离要合适，移液管管头不要接触任何物体
目的

培养

二、特定微生物的数量的测定
1．测定微生物数量的方法
(1)直接计数法：常用的是 。
(2)间接计数法：常用的是 。
2．测定微生物数量方法的实际应用
(1)土壤中好氧型细菌的计数

(2)检测天然水源中细菌总数和大肠杆菌菌落数
细菌总数通常是 。大肠杆菌菌落数通常是指
。
(3)检测某种食品中的细菌总数和大肠杆菌菌落数
一般说来，大肠杆菌菌落总数越多，说明 。
(4)土壤中分解尿素细菌的计数
某些细菌中含有尿素分解酶，能 。
3．制备系列稀释液的方法
将1 g土样放入99 mL无菌水中，制成102倍的稀释液，用1 mL无菌移液管吸取上述浓度的溶液0.5 mL，移入装有4.5 mL无菌水的试管中，即配制成103倍的稀释液，用同样的方法可以配制成104、105、106倍的稀释液。将待测样品进行稀释的目的是使微生物细胞分散开，使实验结果更接近真实值
三、培养基对微生物的选择分析
1．分离微生物的方法
从混合样品中获得某种微生物的方法通常有哪两种？

2．选择培养基及应用实例
(1)选择培养基：
(2)选择培养基应用举例
对应训练
1.不同的微生物对营养物质的需要各不相同。下列有关一种以CO2为唯一碳源的自养微生物营养的描述中，不正确的是(　　)。
A．氮源物质为该微生物提供必要的氮素
B．碳源物质也是该微生物的能源物质
C．无机盐是该微生物不可缺少的营养物质
D．水是该微生物的营养要素之一
2.如右图是微生物平板划线示意图。划线的顺序为1、2、3、4、5。下列操作方法正确的是(　　)。
A．操作前要将接种环放在火焰旁灭菌
B．划线操作须在火焰上进行
C．在5区域中才可以得到所需菌落
D．在1、2、3、4、5区域中划线前后都要对接种环灭菌
3.用稀释涂布平板法测定同一土壤样品中的细菌数，在对应稀释倍数为106的培养基中，得到以下几种统计结果，正确的是(　　)。
A．涂布了一个平板，统计的菌落数是230
B．涂布了两个平板，统计的菌落数是215和260，取平均值238
C．涂布了三个平板，统计的菌落数分别是21、212和256，取平均值163
D．涂布了三个平板，统计的菌落数分别是210、240和250，取平均值233
4.(2011·烟台模拟)可以鉴定出分解尿素的细菌的方法是(　　)。
A．以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂
B．以尿素为唯一氮源的培养基中加入二苯胺试剂
C．以尿素为唯一氮源的培养基中加入苏丹Ⅲ试剂
D．以尿素为唯一氮源的培养基中加入双缩脲试剂
5.通过选择培养基可以从混杂的微生物群体中分离出所需的微生物。在缺乏氮源的培养基上大部分微生物无法生长；在培养基中加入青霉素可以抑制细菌和放线菌；在培养基中加入10%的酚可以抑制细菌和霉菌。利用上述方法能从混杂的微生物群体中分别分离出(　　)。
①大肠杆菌　②霉菌　③放线菌　④固氮细菌
A．④②③ B．①②③ C．①③④ D．③④
实验探究
尿素是一种重要的农业肥料，但若不经细菌的分解，就不能更好地被植物利用。生活在土壤中的微生物种类和数量繁多，同学们试图探究土壤中微生物对尿素是否有分解作用，设计了以下实验，并成功筛选到能高效降解尿素的细菌(目的菌)。培养基成分如下表所示，实验步骤如图所示。请分析回答问题：
KH2PO4
1.4 g
Na2HPO4
2.1 g
MgSO4·7H2O
0.2 g
葡萄糖
10 g
尿素
1 g
琼脂
15 g
将上述物质溶解后，用蒸馏水定容到1 000 mL
　 　
(1)此培养基能否用于植物组织培养？________，理由是________________________。
(2)培养基中加入尿素的目的是筛选________，这种培养基属于________培养基。
(3)“目的菌”生长所需的氮源和碳源分别来自培养基中的________和________，实验需要振荡培养，原因是________________。
(4)转为固体培养时，常采用________的方法接种，获得单菌落后继续筛选。
(5)下列材料或用具中：①培养细菌用的培养基与培养皿；②玻棒、试管、锥形瓶和吸管；③实验操作者的双手。需要灭菌的是：________；需要消毒的是：________(填序号)。
(6)在进行分离分解尿素的细菌的实验时，A同学从培养基上筛选出大约150个菌落，而其他同学只选择出大约50个菌落。A同学的实验结果产生的原因可能有_____(填序号)。
①由于土样不同　②由于培养基污染　③由于操作失误　④没有设置对照
(7)简述土壤中可分解尿素的细菌的鉴定方法及原理：____________________________
限时训练
题组一微生物的培养与应用
1.培养基、培养皿、接种环、实验操作者的双手、空气、牛奶所采用的灭菌或消毒方法依次是 (　　)
①化学消毒　②灼烧灭菌　③干热灭菌　④紫外线消毒　⑤高压蒸汽灭菌　⑥巴氏消毒法
A．⑤③②①④⑥ B．①②③④⑤⑥
C．⑥②③④①⑤ D．③④②①⑥⑤
2.（2012·河北唐山摸底）请回答下列关于微生物的相关问题
（1）微生物接种的方法很多，最常用的是平板划线法和______________，平板划线前要对接种环进行灼烧，原因是为了________。
（2）用培养基培养微生物时，培养基中应有_________、________、________和_________等营养，同时还必须满足微生物生长对_______________、________、________的要求。
（3）用唯一碳源培养基分离微生物的主要操作步骤为①原料称量、溶解②________③分装、包扎④灭菌⑤倒平板⑥________⑦培养。
题组二特定微生物的数量的测定
3.下列关于微生物分离和培养的有关叙述，错误的是（ ）
A.微生物培养前，需对培养基进行消毒
B.测定土壤样品中的细菌数目，常用菌落计数法
C.分离土壤中不同的微生物，要采用不同的稀释度
D.分离能分解尿素的细菌，要以尿素作为培养基中唯一的氮源
4.用平板划线法或稀释涂布平板法纯化大肠杆菌时（ ）
①可以用相同的培养基 ②都需要使用接种针进行接种
③都需要在火焰旁进行接种 ④都可以用来计数活菌
A．①② B．③④ C．①③ D．②④
题组三培养基对微生物的选择分析
5.（2012·上海虹口期末）“筛选”是分离和培养生物新类型常用的手段，下列有关技术中不能筛选成功的是(　　)
A．在全营养的LB培养基(普通培养基)中，筛选大肠杆菌
B．在尿素固体培养基中，筛选能够分解尿素的微生物
C．用纤维素为唯一碳源的培养基，筛选能分解纤维素的微生物
D．在培养基中加入不同浓度的氯化钠，筛选抗盐突变体植物
6.可以鉴定出分解尿素的细菌的方法是(　　)
A．以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂
B．以尿素为唯一氮源的培养基中加入二苯胺试剂
C．以尿素为唯一氮源的培养基中加入苏丹Ⅲ试剂
D．以尿素为唯一氮源的培养基中加入双缩脲试剂
7.下图为分离并统计分解纤维素的微生物的实验流程，据此回答有关问题：(　　)
(1)要从富含纤维素的环境中分离纤维素分解菌，从高温热泉中寻找耐热菌，这说________。
(2)某同学根据需要，配制了纤维素分解菌的培养基如下，整个实验过程严格执行无菌操作。
如果将其中的纤维素粉换成________，菌落数_____________，即可说明选择培养基的作用。
(3)接种微生物最常用的是平板划线法和稀释涂布平板法，本实验宜采用________法，原因是____________________________,
题组四综合应用
8.某实验小组欲从土壤中筛选出能分泌淀粉酶的芽孢杆菌，设计实验步骤如下，请给予合理的补充。
（1）采样与培养：将采集的土样混匀后称取1g，置于经过 法灭菌处理的 （填“固体”或“液体”）培养基中，28℃振荡培养。
（2）接种与选择：为避免培养液中菌体浓度过高，需将培养液进行 处理。之后，将菌液涂布接种于以 为唯一碳源的固体培养基上，30℃条件下培养。为避免污染，需将培养皿呈 状态放置。此外，为排除其他因素的影响，提高实验可信度，本步骤需设计 作为空白对照。
（3）筛选与纯化：将适量的碘液滴加在平板中的菌落周围，如果菌落周围的现象是 ，则说明此种菌能够 。从平板中挑取实验效果明显的目的菌株，采用 法接种于新的培养基平板，可对菌株进行进一步的纯化。
高考真题体验
1.（2012大纲卷）关于细菌的叙述中，正确的是
A.不同种类细菌的生长均需要相同碳源
B.常用液体培养基分离获得细菌单菌落
C.细菌大量培养过程中，芽孢形成于细菌生长的调整期
D.培养基中含有高浓度NaCl有利于金黄色葡萄球菌的筛选“
2.（2012上海）高温淀粉酶在大规模工业生产中有很大的实用性。研究者从热泉中筛选了高效产生高温淀粉酶的嗜热菌，其筛选过程如图15所示。
①过程称为_______，②过程是为了__________。
3.（2012上海）Ⅰ号培养基称为_____________(按功能分)；该培养基中除了加入淀粉外，还需加入另一种重要的营养成分_____。
A．琼脂 B．葡萄糖 C．硝酸铵 D．碳酸氢钠
4.（2012上海）一般对配制的培养基采用高压灭菌，其中“高压”是为了__________________。
5.（2012北京）高中生物学实验中，在接种时不进行严格无菌操作对实验结果影响最大的一项是
A．将少许干酵母加入到新鲜的葡萄汁中
B．将毛霉菌液接种在切成小块的鲜豆腐上
C．将转基因植物叶片接种到无菌培养基上
D．将土壤浸出液涂布在无菌的选择培养基上
6.（2012山东）【生物—生物技术实践】辣椒素作为一种生物碱广泛用于食品保健、医药工业等领域。辣椒素的获得途径如图。
（1）图中①和②分别表示辣椒组织培养中细胞的__________和__________过程。
（2）图中培养外植体的培养基中常用的凝固剂是__________。培养基中的生长素和细胞分裂素用量的比值__________（填“高”或“低”）时，有利于芽的分化。对培养基彻底灭菌时，应采用的灭菌方法是__________。
（3）图中外植体的消毒所需酒精的体积分数是__________。用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时，常用的酶是__________和纤维素酶。
（4）提取辣椒素过程中，萃取加热时需安装冷凝回流装置，其目的是__________。
7.(2011·新课标全国)有些细菌可分解原油，从而消除由原油泄漏造成的土壤污染。某同学欲从受原油污染的土壤中筛选出能高效降解原油的菌株。请回答下面的问题。
(1)在筛选过程中，应将土壤样品稀释液接种于以________为唯一碳源的固体培养基上。从功能上讲，该培养基属于________培养基。
(2)纯化菌种时，为了得到单菌落，常采用的接种方法有两种，即________和________。
(3)为了筛选出高效菌株，可比较单菌落周围分解圈的大小，分解圈大说明该菌株的降解能力________。
(4)通常情况下，在微生物培养过程中，实验室常用的灭菌方法有灼烧灭菌、________和________。无菌技术要求实验操作应在酒精灯________附近进行，以避免周围环境中微生物的污染。
8．(2011·重庆卷)下列有关细菌培养的叙述，正确的是(　　)。
A．在琼脂固体培养基上长出的单个菌落含有多种细菌
B．在培养基中加入青霉素可抑制真菌而促进细菌生长
C．向液体培养基中通入氧气能促进破伤风杆菌的生长
D．在半固体培养基中接种细菌培养后可以观察其运动
9.（2011·四川高考）下列关于微生物的生长曲线的叙述，不正确的是（ ）
A．在相同培养条件下接种对数期的菌种，调整期将缩短
B．进入对数期的微生物代谢旺盛，形态和生理特性比较稳定
C．进入稳定期后不再产生新细胞，活细胞数目维持相对恒定
D．进入衰亡期后部分细胞解体，可释放出抗生素等代谢产物
10．(2009·安徽理综，6)下列是关于“检测土壤中细菌总数”实验操作的叙述，其中错误的是(　　)。
A．用蒸馏水配制牛肉膏蛋白胨培养基，经高温、高压灭菌后倒平板
B．取104、105、106倍的土壤稀释液和无菌水各0.1 mL，分别涂布于各组平板上
C．将实验组和对照组平板倒置，37 ℃恒温培养24～48小时
D．确定对照组无菌后，选择菌落数在300以上的实验组平板进行计数
11．(2011·山东卷)研究发现柚皮精油和乳酸菌素(小分子蛋白质)均有抑菌作用，两者的提取及应用如图所示。
(1)柚皮易焦糊，宜采用________法提取柚皮精油，该过程得到的糊状液体可通过________除去其中的固体杂质。
(2)筛选乳酸菌A时可选用平板划线法或________接种。对新配制的培养基灭菌时所用的设备是________。实验前需对超净工作台进行________处理。
(3)培养基中的尿素可为乳酸菌A生长提供________。电泳法纯化乳酸菌素时，若分离带电荷相同的蛋白质，则其分子量越大，电泳速度________。
(4)抑菌实验时，在长满致病菌的平板上，会出现以抑菌物质为中心的透明圈。可通过测定透明圈的________来比较柚皮精油和乳酸菌素的抑菌效果。
12.．(2010·山东理综，34)生物柴油是一种可再生的清洁能源，其应用在一定程度上能够减缓人类对化学燃料的消耗。科学家发现，在微生物M产生的脂肪酶作用下，植物油与甲醇反应能够合成生物柴油(如下图)。
　　　　　　　　　　　 　
　　　　　　　　　　　　　　

(1)用于生产生物柴油的植物油不易挥发，宜选用________、________方法从油料作物中提取。
(2)筛选产脂肪酶的微生物M时，选择培养基中添加的植物油为微生物生长提供________，培养基灭菌采用的最适方法是________法。
(3)测定培养液中微生物数量，可选用________法直接计数；从微生物M分离提取的脂肪酶通常需要检测________，以确定其应用价值；为降低生物柴油生产成本，可利用________技术使脂肪酶能够重复使用。
(4)若需克隆脂肪酶基因，可应用耐热DNA聚合酶催化的________技术。
学案58 微生物的培养与应用
答案与解析
基础自查
一、微生物的实验室培养
1．培养基
(1) 人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出供其生长繁殖的营养基质。
(2) 一般都含有 碳源、氮源、水和无机盐，还需满足不同微生物生长对pH、特殊营养物质以及氧气的要求。
2．无菌技术
常用的消毒方法有煮沸消毒法、化学试剂消毒和紫外线消毒；常用的灭菌方法有灼烧灭菌、干热灭菌和高压蒸汽灭菌。
3．实验操作
(1) 计算→称量→溶化→灭菌→倒平板。
(2) ①平板划线法：通过接种环在琼脂固体培养基表面连续划线的操作，将聚集的菌种逐步分散开来。
② 将菌液进行一系列的梯度稀释，然后将不同稀释度的菌液分别涂布到 表面，进行培养。
二、土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
1．土壤中细菌之所以能分解尿素，是由于它们体内能合成脲酶 ，这种物质在把尿素分解成无机物的过程中 起到催化作用。
2． 统计样品中的活菌一般用稀释涂布平板法。
3． 土壤取样→制备培养基→微生物的培养与观察→细菌的计数。
三、分解纤维素的微生物的分离
1． 一种复合酶，它包括酶 、Cx酶和 葡萄糖苷酶，前两种酶使纤维素分解成纤维二糖，第三种酶将纤维二糖分解成葡萄糖。
2． (1)刚果红可以与纤维素形成红色复合物，但并不和二糖和葡萄糖发生这种反应。
(2)纤维素分解菌能产生纤维素酶分解纤维素，从而使菌落周围形成透明圈。
3． 土壤取样→选择培养→梯度稀释 →将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上→挑选产生透明圈的菌落。
课堂深化探究
一．微生物的培养与应用
1．微生物的实验室培养
(1)培养基
①概念：人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出供其生长繁殖的营养基质。
②分类和应用
划分标准
培养基种类
特　点
用　途
物理
性质
液体培养基
不加凝固剂
工业生产
半固体培养基
加凝固剂，如琼脂
观察微生物的运动、分类、鉴定
固体培养基
微生物分离、鉴定、活菌计数、保藏菌种
化学
成分
天然培养基
含化学成分不明确的天然物质
工业生产
合成培养基
培养基成分明确(用化学成分已知的化学物质配成)
分类、鉴定
用途
选择培养基
培养基中加入某种化学物质，以抑制不需要的微生物的生长，促进所需要的微生物的生长
培养、分离出特定微生物(如培养酵母菌和霉菌，可在培养基中加入青霉素；培养金黄色葡萄球菌，可在培养基中加入高浓度食盐)
鉴别培养基
根据微生物的代谢特点，在培养基中加入某种指示剂或化学药品
鉴别不同种类的微生物，如可用伊红—美蓝培养基鉴别饮用水或乳制品中是否有大肠杆菌(若有，菌落呈深紫色，并带有金属光泽)
③培养基配方及营养要素
基本营养要素：各种培养基一般都含有水、碳源、氮源、无机盐。此外还要满足不同微生物生长对pH、特殊营养物质以及氧气的需求。
营养要素
来源
功能
碳源
无机氮源
CO2、NaHCO3、CaCO3等含碳无机物
①构成细胞中的物质和一些代谢产物；②既是碳源又是能源
有机碳源
糖类、脂质、蛋白质、有机酸、石油、花生粉饼等
氮源
无机氮源
无机氮：NH3、铵盐、硝酸盐、N2等
将无机氮合成含氮的代谢产物
有机碳源
牛肉膏、蛋白胨、核酸、尿素、氨基酸
合成蛋白质、核酸及含氮的代谢产物
生长因子
维生素、氨基酸、碱基
①酶和核酸的组成成分；②参与代谢过程中的酶促反应
(2)微生物培养的无菌技术
进行无菌操作主要是为了防止外来杂菌的入侵，重点是消毒和灭菌。
①消毒和灭菌的区别
使用方法
结 果
常用的方法
消毒
较为温和的物理或化学方法
仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的微生物(不包括芽孢和孢子)
煮沸消毒法、巴氏消毒法、化学药剂消毒法、紫外线消毒法等
灭菌
强烈的理化因素
杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子
灼烧灭菌、干热灭菌、高压蒸汽灭菌
②三种常用灭菌方法的比较
灭菌方法
适用材料或用具
灭菌条件
灭菌时间
灼烧灭菌
接种环、接种针或其他金属工具
酒精灯火焰的充分燃烧层
直至烧红
干热灭菌
玻璃器皿(吸管、培养皿)和金属用具等
干热灭菌箱内，160 ℃～170 ℃
1 h～2 h
高压蒸汽灭菌
培养基等
高压蒸汽灭菌锅内100 kPa，121 ℃
15 min～30 min
2.微生物的纯化培养及菌种的保藏
(1)原理：在培养基上将细菌稀释或分散成单个细胞，使其长成单个的菌落，这个菌落就是一个纯化的细菌菌落。
(2)方法：平板划线法、稀释涂布平板法。
方法
平板划线法

注意
事项
(1)接种环的灼烧
①第一次划线前：杀死接种环上的微生物，避免污染培养物
②每次划线前：杀死残留菌种，保证每次划线菌种来自上次划线末端
③划线结束后：杀死残留菌种，避免污染环境和感染操作者
(2)灼烧接种环之后，要冷却后再进行操作，以免温度太高杀死菌种
(3)划线时最后一区域不要与第一区域相连
(4)划线用力要大小适当，防止用力过大将培养基划破

目的
在培养基上形成由单个菌种繁殖而来的子细胞群体——菌落
培养
平板冷凝后倒置培养，使培养基表面的水分更好地挥发，防止皿盖上水珠落入培养基造成污染
二、特定微生物的数量的测定
1．测定微生物数量的方法
(1) 常用的是显微镜直接计数法。
(2) 常用的是稀释平板计数法。
2．测定微生物数量方法的实际应用
(1)土壤中好氧型细菌的计数
①制备土壤稀释液：取土壤表层3～5 cm处的土样；制备系列稀释液。
②取样及倒平板：该实验的接种方法是稀释涂布平板法。
③培养。
④观察记录结果：每克土壤样品菌数＝某稀释倍数的菌落平均数×。
(2)检测天然水源中细菌总数和大肠杆菌菌落数
细菌总数通常是指1 g或1 mL检测样品中所含细菌菌落的总数。大肠杆菌菌落数通常是指每100 g或100 mL检测样品中所含细菌的实际数值。
(3)检测某种食品中的细菌总数和大肠杆菌菌落数
一般说来，大肠杆菌菌落总数越多，说明食品的卫生质量越差。
(4)土壤中分解尿素细菌的计数
某些细菌中含有尿素分解酶，能将培养基中的尿素分解成氨，该物质的水溶液会使酚酞指示剂呈现红色。
三、培养基对微生物的选择分析
1．分离微生物的方法
(1)利用该分离对象对某一营养物质有“嗜好”的原理，专门在培养基中加入该营养物质，从而使它成为一种加富培养基。
(2)利用该分离对象对某种抑菌物质的抗性，在混合培养物中加入该抑制物，经培养后，原来占优势的微生物生长受抑制，而分离对象却可乘机大大增殖，在数量上占优势。
2．选择培养基及应用实例
(1)选择培养基：在培养基中加入某种化学物质，以抑制不需要的微生物的生长，促进需要的微生物的生长，目的是从众多微生物中分离所需要的微生物。
(2)选择培养基应用实例
①培养基中加入青霉素可以分离出酵母菌和霉菌。
②培养基中加入高浓度的食盐可得到金黄色葡萄球菌。
③培养基中缺乏氮源时，可以分离固氮微生物，因为非固氮微生物不能在此培养基上生存。
④当培养基的某种营养成分为特定化学成分时，也具有分离效果。如石油是唯一碳源时，可以抑制不能利用石油的微生物的生长，使能够利用石油的微生物生存，达到分离能消除石油污染的微生物的目的。
⑤改变微生物的培养条件，也可以达到分离微生物的目的，如将培养基放在高温环境中培养只能得到耐高温的微生物。
对应训练
1.解析　以CO2为唯一碳源可知该微生物为自养型微生物，可以利用CO2合成有机物，该无机碳源不能为微生物提供能量，其能源来自于光能或分解有机物释放出的化学能。
答案　B
2.解析　在每次划线前后都要对接种环进行灭菌，接种环的灭菌方法是在火焰上灼烧，接种时划线操作是在火焰旁进行。在5个区域中，只要有单个活细菌，通过培养即可获得所需菌落。
答案　D
3.解析　在设计实验时，一定要涂布至少3个平板作为重复组，才能增强实验的说服力与准确性，所以A、B不正确。C项虽涂布了3个平板，但是，其中1个平板的计数结果与另两个相差太远，说明在操作过程中可能出现了错误，此时，不能简单地将3个平板的计数值用来求平均值。
答案　D
4.解析　在以尿素为唯一氮源的培养基中，不能分解尿素获得氮源的细菌不能生长，而分解尿素的细菌能利用尿素作氮源，将尿素分解为氨，使pH升高。若培养基中加入酚红指示剂，指示剂将变红。此培养基既属于选择培养基，又属于鉴别培养基。
答案　A
5.解析　缺乏氮源的培养基上大部分微生物无法生长，而固氮细菌能生长；在培养基中加入青霉素可以抑制细菌和放线菌，霉菌能生长；在培养基中加入10%的酚可以抑制细菌和霉菌，放线菌能生长。
答案　A
实验探究
[解析](1)考查微生物培养与植物组织培养的培养基的区别。配制培养基需要根据培养的生物营养需求情况，确定其成分及比例。植物组织培养需要有满足植物细胞生长所必需的营养和植物激素等条件。(2)培养基中加入尿素能够筛选出能分解尿素的细菌，属于选择培养基。(3)尿素为该细菌提供氮源，葡萄糖为该细菌提供碳源。振荡培养基可溶入氧气，供培养的目的菌提供必需的氧气。(6)培养基上筛选出的细菌数量与是否设置对照无关。
[答案](1)不能　缺少多种必需的矿质元素和生长素、细胞分裂素　 (2)目的菌　选择　
(3)尿素　葡萄糖　为目的菌提供氧气　(4)平板划线法(或稀释涂布平板法)　(5)①和②③　(6)①②③　(7)在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂，细菌合成的脲酶将尿素分解为氨，pH增高，使酚红指示剂变红
限时训练
题组一微生物的培养与应用
1.【解析】培养基用高压蒸汽灭菌；培养皿耐高温，需用干热灭菌；接种环可用灼烧灭菌达到迅速彻底的灭菌效果；实验操作者的双手可用化学药剂进行消毒，如用酒精擦拭双手；空气可用紫外线消毒；牛奶为不破坏其营养成分可采用巴氏消毒法。
【答案】A
2.【解析】（1）微生物最常用的接种方法是平板划线法和稀释涂布平板法，平板划线前要对接种环进行灼烧，原因是为了灭菌。
（2）培养微生物时，培养基中应有碳源、氮源、水、无机盐等营养，同时还必须满足微生物生长对特殊营养物质、pH、氧气的要求。
（3）用唯一碳源培养基分离微生物的主要操作步骤为①原料称量、溶解②调节pH③分装、包扎④灭菌⑤倒平板⑥接种⑦培养。
【答案】（1）稀释涂布平板法 灭菌
（2）碳源? 氮源?　水? 无机盐? 特殊营养物质 pH 氧气
（3）调节pH 接种
题组二特定微生物的数量的测定
3.【解析】微生物培养前，需对培养基进行灭菌，而不是消毒；单个细菌时肉眼看不见的，肉眼可见的是群落，因此测定土壤样品中的细菌数目，常用菌落计数法而一般不用活菌数计数；分离土壤中不同的微生物，要采用不同的稀释度以便能从中选择出菌落数在30-300间的平板进行计数；能分解尿素的细菌，可以利用尿素为氮源，其它微生物不能，故分离能分解尿素的细菌时，要以尿素作为培养基中唯一的氮源。
【答案】A
4.【解析】平板划线法或稀释涂布平板法都使用固体培养基，故①正确；平板划线法采用接种针进行操作，而稀释涂布平板法采用涂布器进行操作，故②错误；纯化时，要进行无菌操作，需要在火焰旁接种，避免空气中的微生物混入培养基，故③正确；平板划线法一般用于分离而不是计数，故④错误。
【答案】C
题组三培养基对微生物的选择分析
5.解析：全营养的LB培养基(普通培养基)上可生长多种细菌，筛选不到纯的大肠杆菌。
答案：A
6.【解析】在以尿素为唯一氮源的培养基中，不能分解尿素获得氮源的细菌不能生长，而分解尿素的细菌能利用尿素作氮源，将尿素分解为氨，使pH升高。若培养基中加入酚红指示剂，指示剂将变红。此培养基既属于选择培养基，又属于鉴别培养基。
【答案】A
7.【解析】(1)因为纤维素分解菌与耐热菌有不同的生活习性，生活在不同的环境中，故要根据目的菌株对生存环境的要求，到相应的环境中去寻找。(2)因为葡萄糖是纤维素水解的、能被微生物直接利用的有机小分子，所以如果将其中的纤维素粉换成葡萄糖，纤维素分解菌及其他细菌会生长繁殖得更快，故菌落数明显多于选择培养基。(3)因为稀释涂布平板法要将菌液进行一系列的梯度稀释，故该法可根据稀释体积计算每克样品中的细菌数，而平板划线法则不能这样，所以本实验宜采用稀释涂布平板法。
【答案】(1)根据目的菌株对生存环境的要求，到相应的环境中去寻找(2)葡萄糖　明显多于选择培养基上的菌落数 (3)稀释涂布平板　平板划线法难以根据稀释体积计算每克样品中的细菌
题组四综合应用
8.答案：（1）高压蒸汽灭菌；液体 （2）系列稀释（或“梯度稀释”） 淀粉 倒置
未接种的空白培养基（或“接种等量无菌水的培养基”）（3）出现透明圈 分泌淀粉酶使淀粉发生水解 （平板）划线
高考真题体验
1.【答案】D
【解析】自养型细菌可以利用无机碳源，异养型细菌只能利用有机碳源，A错误。分离细菌并获得单菌落需要固体培养基，B错误。芽孢是细菌为适应不利的环境而产生的休眠体，而调整期资源丰富，不会产生芽孢，C错误。金黄色葡萄球菌有耐高浓度盐的特点，D正确。
2.【答案】稀释 单个菌落的筛选（或筛选）
3. 【答案】选择培养基 C
4. 【答案】.杀死培养基中的细菌芽孢
5.【答案】C
【解析】植物组织培养中的外植体必须在严格的无菌环境中进行培养，而且操作的各环节都要注意严格灭菌，必须无菌操作，C对；葡萄酒的制作原理是利用酵母菌无氧发酵时产生酒精，在无氧条件下，大部分微生物都不能生存，随着发酵的进行，酒精度增大，也有杀菌的作用；而制作腐乳时，主要是将毛霉等微生物接种在豆腐上，此过程的加盐、加卤汤等操作均有一定的杀菌作用；选择培养基只能允许目的菌生长，会抑制其他杂菌生长，因此不是严格无菌操作时A、B、D选项的情况下比C选项的受影响要小。
6.【答案】（1）脱分化(或去分化) ; 再分化
（2）琼脂； 低； 高压蒸汽灭菌
（3）70%； 果胶酶
（4）防止有机溶剂的挥发
【解析】（1）由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程称为脱分化，脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可重新分化成根或芽等器官，这个过程叫做再分化。
（2）培养基中常用的凝固剂是琼脂。同时使用生长素和细胞分裂素时，两者用量的比例影响植物细胞的发育方向。生长素和细胞分裂素用量的比值低时，有利于芽的分化；反之则利于根的分化。培养基应用高压蒸汽灭菌锅灭菌。
（3）外植体消毒所用酒精的体积分数是70%。酶解法将愈伤组织分离成单细胞所用的酶是果胶酶和纤维素酶。
（4）用萃取法提取植物有效成分时，应在加热瓶口安装冷凝回流装置，目的是防止加热时有机溶剂挥发。
7.解析　(1)欲筛选出能降解原油的菌株，则培养基中应只含有原油而无其他碳源，不能降解原油的细菌则在此培养基上不能生存，这类培养基为选择培养基。(2)分离纯化菌种时，接种的方法有平板划线法和稀释涂布平板法，使聚集在一起的微生物分散成单个细胞，从而能在培养基表面形成单个菌落，以便于纯化菌种。(3)降解原油能力越强的菌株，在菌落周围形成的分解圈就越大。
答案　(1)原油　选择　(2)平板划线法　稀释涂布平板法
(3)强　(4)干热灭菌　高压蒸汽灭菌　火焰
8.解析　菌落就是由单个细菌或同种细胞繁殖成的具有一定形态结构特征的子细胞群体，一个菌落就是一个种群，所以单个菌落就只有一种细菌。青霉素能抑制细菌的细胞壁的形成从而抑制细菌的繁殖。破伤风杆菌是厌氧型的生物。半固体培养基中可以观察细菌的运动。
答案　D
9.解析：进入稳定期后，由于环境条件的改变，繁殖率=死亡率，活菌数达到最大值。
答案：C
10解析　检测土壤中细菌总数，用蒸馏水配制牛肉膏蛋白胨培养基，经高温、高压灭菌后倒平板，取104、105、106倍的土壤稀释液和无菌水各0.1 mL，分别涂布于各组平板上，将实验组和对照组平板倒置，37 ℃恒温培养24～48小时，在确定对照组无菌后，选择菌落数在30～300的一组平板为代表进行计数。
答案　D
11解析　本题考查选修1相关知识，对于柚皮精油的提取一般用压榨法，再采用过滤去除其中的固体杂质；对于筛选菌种一般用固体选择培养基，通常接种方法是平板划线法和稀释涂布平板法，培养基灭菌通常用高压蒸汽灭菌，对于工作台一般消毒的方法处理，通常用紫外线消毒，尿素为微生物提供氮源和碳源，电泳法纯化乳酸菌素时，若分离带电荷相同的蛋白质，则其分子量越大，电泳速度越慢；抑菌实验时，在长满致病菌的平板上，会出现以抑菌物质为中心的透明圈，可通过测定透明圈的大小来比较柚皮精油和乳酸菌素的抑菌效果。
答案　(1)压榨　过滤　(2)稀释涂布平板法　高压蒸汽灭菌锅　紫外线消毒　(3)碳源和氮源　越慢　(4)大小(直径)
12.解析　(1)因为植物油不易挥发，不能选用蒸馏法，可以用压榨法、萃取法从油料作物中提取。(2)微生物的生长需要水、碳源、氮源和无机盐等，选择培养基中添加的植物油为微生物生长提供碳源。分析灼烧灭菌、干热灭菌和高压蒸汽灭菌等实验室常用灭菌方法的特点可知，培养基灭菌采用的最适方法是高压蒸汽灭菌法。(3)测定培养液中微生物的数量，可选用显微镜直接计数法直接计数。提取的脂肪酶在应用于实验或生产之前，要先检测其活性，以确定其应用价值。固定化酶技术可以实现酶的反复利用，降低了生产成本。(4)在应用PCR技术扩增DNA片段时，DNA合成(延伸)时温度要控制在72 ℃，需要具有较强耐热性的DNA聚合酶催化。
12.答案　(1)压榨　萃取(注：两空顺序无先后)　(2)碳源　高压蒸汽灭菌　(3)显微镜直接计数　酶活性(或酶活力)　固定化酶(或固定化细胞)　(4)PCR(或：多聚酶链式反应，聚合酶链式反应)
第十一单元 生物技术实践
学案59 植物的组织培养技术
考纲要求
植物的组织培养 实验与探究
复习要求
1.植物组织培养的原理
2.植物组织培养的过程及其在生产中的应用
3.花药组织培养的过程
基础自查
一、植物组织培养技术
1．植物组织培养的基础知识
(1)理论基础： 。
(2)基本过程：
(3)影响因素
①选材：
②培养基：
2．实验操作
(1)配制好的培养基要进行 灭菌。
(2)外植体要先 6～7s，取出后 ，再用0.1%的 ，最后再 。
(3)接种时要 。
(4)在18～22d的 中培养，得到试管苗后进行移栽。
二、月季的花药培养
1．被子植物花粉的发育过程：
2．产生花粉植株的两种途径
影响花药培养的因素：
课堂深化探究
一、植物组织培养的过程
1．菊花组织培养过程
2．月季的花药培养
二、影响植物组织培养的因素及成功的关键
1．影响因素
(1)内部因素：
外部因素：
2．获得成功的关键
特别提醒　一旦发现培养物被污染，特别是真菌性污染，一定不要打开培养瓶。应先将被污染的培养瓶统一放在高压蒸汽灭菌锅内进行高压蒸汽灭菌，然后再打开培养瓶进行清理。
三、植物激素在组织培养过程中的重要作用
是启动细胞分裂、脱分化和再分化的关键性激素，其作用及特点为：
1．在生长素存在的情况下，细胞分裂素的作用呈现加强的趋势。
2．使用顺序不同，结果不同，具体如下：
使用顺序
实验结果
先使用生长素，后使用细胞分裂素

先使用细胞分裂素，后使用生长素

同时使用

3.用量比例不同，结果也不同
的比值
四、实验操作中应注意的几个问题
1．材料的选取：菊花的组织培养实验中，应选择未 ；月季花药的培养实验中，应选择 。
2．外植体消毒：所用消毒剂为 ，所使用的清洗液是 。
3．培养过程：在初期， 需光照， 不需光照，而在后期 。
对应训练
1．下列有关菊花的组织培养的说法正确的是(　　)
A．需要有三种培养基，其营养成分中的碳源应该是无机碳源
B．要用高压蒸汽灭菌法对培养基进行灭菌，即在100℃下保持15分钟
C．在培养过程中要先让愈伤组织生根后再使其生芽
D．用酒精对外植体进行消毒时，持续的时间不能太长
2．植物组织培养依据的原理、培养过程的顺序及诱导的植物激素分别是(　　)
①细胞的全能性　②离体植物器官、组织或细胞
③根、芽　④生长素和细胞分裂素　⑤生长素和乙烯　⑥愈伤组织　⑦再分化　⑧脱分化　⑨植物体
A．①、②⑧⑥⑦③⑨、④ B．①、②⑧⑥⑦③⑨、⑤
C．①、⑥②⑨⑧③⑦、⑤ D．①、②⑨⑧⑥⑦③、④
3．为提高玉米产量，科学家在育种和栽培中进行研究。如图是关于玉米培养的过程，请回答：
(1)取茎尖进行组织培养，发育成植株D，取D的花药培养成幼苗，经秋水仙素处理后发育成为植株G。从细胞分裂方式上分析，E→F过程中进行了________分裂；从育种方式上分析，D→G属于____________育种。
(2)D植株上的小孢子母细胞形成精子所经历的分裂方式是____________。在该过程中，首先要经过“四分体时期”，这里的“四分体”是指________________________________；在其后某个时期对离体刺激最敏感，一般来说在________期，花药培养成功率最高。
(3)之所以选取茎尖放入A瓶中培养，是因为________、________，如果选取D植株的茎的切段放入A瓶培养，首先要进行________，一般是用流水冲洗________min，无菌吸水纸吸干后再放入体积分数为70%的酒精中摇动2～3次，持续________s，立即取出，在无菌水中冲洗并用无菌吸水纸吸干，再放入质量分数为0.1%氯化汞溶液中______min，取出后在________中清洗3次，以________。
(4)离体的植物组织和细胞，对营养、环境条件要求相对特殊，需要配置适宜的培养基，A瓶中常用的一种培养基是________，其主要成分包括________、________、________及蔗糖等，同时还要添加植物激素，________和________是启动细胞分裂、脱分化、再分化的关键性激素。另外，________、________、________等条件也很重要。
(5)C和F试管苗不能直接栽培到大田中，移栽之前要_____________________________。
实验探究
下图是水稻的花药通过无菌操作，培养产生花粉植株的两种途径的示意图。请据图回答下列问题：
(1)图中的花粉应选自________的时期，花药培养成功率最高。
(2)这两种途径之间没有绝对的界限，主要取决于_________________________________
____________________________________。
(3)配制培养基时加琼脂的目的是_________________________________________。
(4)组织培养要求无菌操作的原因是___________________________________。
(5)要促进花粉细胞分裂和生长，培养基中应有________和________两类植物激素；由花药诱导成为愈伤组织的过程称________，由愈伤组织重新长出根或芽等器官的过程称________。
限时训练
1.（2012·黄桥中学月考）下面是将四倍体兰花的叶片通过植物组织培养形成植株的示意图，相关叙述中正确的是（ ）
A．②阶段会发生减数分裂过程
B．①阶段需生长素而③阶段需细胞分裂素
C．此过程体现植物细胞具有全能性
D．此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体
2.（2012·江苏南京模拟）植物组织培养过程中，为扩大培养数量，促进愈伤组织的生长，生长素与细胞分裂素的比例应( )
A.较高 B.适中
C.较低 D.高中低皆可
3.下列关于植物组织培养的叙述中，错误的是(　　)。
A．培养基中添加蔗糖的目的是提供营养和调节渗透压
B．培养基中的生长素和细胞分裂素影响愈伤组织的生长和分化
C．离体器官或组织的细胞都必须通过脱分化才能形成愈伤组织
D．同一株绿色开花植物不同部分的细胞经培养获得的愈伤组织基因相同
4.（2012·陕西西安模拟）植物组织培养依据的原理、培养过程的顺序及诱导的植物激素分别是（　　）
①体细胞的全能性 ②离体的植物器官、组织或细胞 ③根、芽 ④生长素和细胞分裂素 ⑤生长素和乙烯 ⑥愈伤组织 ⑦再分化 ⑧脱分化 ⑨植物体
A.①，②⑧⑥⑦③⑨，④
B.①，②⑦⑥⑧③⑨，⑤
C.①，⑥②⑨⑧③⑦，⑤
D.①，②⑨⑧⑥⑦③，④
5. （2012·广东梅州模拟）下列关于人工种子，不科学的叙述是 (　　)
A．人工种皮不是选择透过性膜
B．利用种子进行繁殖属于有性生殖，所以利用人工种子繁殖也属于有性生殖
C．在人工胚乳中可加入菌肥、农药等，所以人工种子萌发率比自然种子萌发率高
D．人工种子的胚状体是经植物组织培养形成的
6.菊花的组织培养和月季的花药培养都是利用组织培养技术，关于两者的叙述下列说法中正确的选项有(　　)
序号
比较项目
菊花的组织培养
月季的花药培养
①
植物激素
不必添加
需要添加
②
染色体倍性的鉴定
不需要
需要
③
光照
每日日光灯照射12小时
最初不需要，幼小植株形成后需要
④
形成愈伤组织或胚状体后
不需更换培养基
需要更换培养基
A.①②③　　　　　 B.②③④
C.①②④ D.①②③④
7.（2012山东高考仿真冲刺卷）［生物——选修1生物技术实践］（8分）
将基因型为AaBb的月季的花粉细胞通过无菌操作接入对应的培养基中，在一定条件下诱导形成细菌，其过程如下：
月季的花粉细胞①→愈伤组织②→丛芽③→植株④
（1）①→②过程需要的条件有________（A.营养 B.激素 C.光照 D.pH），选择花药时，一般要通过镜检来确定其中的花粉是否处于适宜的发育期，最常用的方法为_______。
（2）愈伤组织是花粉细胞不断分裂后形成的不规则的细胞团，愈伤组织形成过程中，必须从培养基中获得__________、__________和小分子有机物等营养物质。
（3）形成花粉的细胞分裂方式是________，花粉发育成植物体的细胞分裂方式是________。
（4）植株④叫做_________。若要得到可育植株，需要用________对③进行处理。
高考真题体验
1.2012山东34.(8分)【生物—生物技术实践】辣椒素作为一种生物碱广泛用于食品保健、医药工业等领域。辣椒素的获得途径如图。
（1）图中①和②分别表示辣椒组织培养中细胞的__________和__________过程。
（2）图中培养外植体的培养基中常用的凝固剂是__________。培养基中的生长素和细胞分裂素用量的比值__________（填“高”或“低”）时，有利于芽的分化。对培养基彻底灭菌时，应采用的灭菌方法是__________。
（3）图中外植体的消毒所需酒精的体积分数是__________。用酶解法将愈伤组织分离成单细胞时，常用的酶是__________和纤维素酶。
（4）提取辣椒素过程中，萃取加热时需安装冷凝回流装置，其目的是__________。
2.（2011`上海高考）下列关于植物组织培养的表述，错误的是（ ）
A.外植体可以来自于植物的任何细胞
B.培养应在无菌条件下进行
C.以花粉作为外植体可得到单倍体植株
D.不同阶段的培养基中细胞分裂素和生长素的比例不同
3.（2011·江苏高考）下列有关植物组织培养的叙述，正确的是（ ）
A.愈伤组织是一团有特定结构和功能的薄壁细胞
B.二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到稳定遗传的植株
C.用人工薄膜将胚状体、愈伤组织等分别包装可制成人工种子
D.植物耐盐突变体可通过添加适量NaCl的培养基培养筛选而获得
4.（2010·安徽高考）草莓生产植方式易给后代。导致产量降低、品质变化。运用微型繁殖技术可以培育出无病毒出来。草莓常见繁殖的基本过程如下：
请回答
（1）微型繁殖培育无病毒草莓时，一般选取　　　　作为外植体，其依据是　　　　。
（2）在过程①中，常用的MS培养基的主要成分包括大量元素、元素和　　　　　，在配制好的培养基中，常常需要添加　　　　　　　　，有利于外植体启动细胞分裂形成愈伤组织。接种后2－5d，若发现外植体局部污染，原因可能是　　　　　　　　　　　。
（3）在过程②中，愈伤组织在诱导生根的培养基中未形成根，但分化出了芽，其原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
学案59 植物的组织培养技术
基础自查
一、植物组织培养技术
1．植物组织培养的基础知识
(1) 植物细胞具有全能性。
(2)基本过程：
外植体―――→愈伤组织―――→试管苗―――→移栽
(3) ①选材：不同植物组织或同一植物组织的不同部分，培养的难易程度差别很大，菊花的组织培养，一般选择 未开花植株 的茎上部新萌生的侧枝。
②培养基：植物组织培养需要适宜的培养基，常用的是MS培养基，在配制好的培养基中，常常需要添加细胞分裂素和生长素两种植物激素。
2．实验操作
(1)配制好的培养基要进行高压蒸汽灭菌。
(2) 70%酒精消毒6～7s 用无菌水清洗 0.1%的氯化汞消毒 用70%酒精清洗
(3) 始终在酒精灯旁进行，对于接种工具要用火焰灼烧 灭菌。 (4) 无菌箱
二、月季的花药培养
1．被子植物花粉的发育过程：花粉母细胞(小孢子母细胞)→四分体时期→单核期→ 双核期→精子。
2．产生花粉植株的两种途径
(1)花粉通过胚状体阶段分化发育为植株。
(2)花粉在诱导培养基上先形成愈伤组织，再将其诱导分化成单倍体植株。
3．影响花药培养的因素：主要因素是材料的选择和培养基的组成。一般月季的花药培养选在五月初到五月中旬，即月季的初花期。
课堂深化探究
一、植物组织培养的过程
1．菊花组织培养过程
菊花组织脱分化,Ｆ形成愈伤组织再分化,Ｆ长出丛芽―→生根移栽,Ｆ菊花植株。
2．月季的花药培养
二、影响植物组织培养的因素及成功的关键
1．影响因素
(1)内部因素：材料的选取。
(2)外部因素：营养成分的种类及配比；植物激素的用量及使用顺序；pH、温度、光照等。
2．获得成功的关键
(1)植物组织培养所利用的植物材料体积小、抗逆性差，对培养条件要求较高。
(2)培养材料一旦被微生物污染，就会导致实验失败。原因是微生物增殖快，生长迅速，消耗养分多，并产生代谢废物毒害培养材料。
(3)无菌技术主要包括对操作空间、实验用具、实验材料以及操作者的消毒灭菌。
三、 生长素和细胞分裂素
1．在生长素存在的情况下，细胞分裂素的作用呈现加强的趋势。
2．
使用顺序
实验结果

有利于细胞分裂，但细胞不分化

细胞既分裂又分化

分化频率提高
3.

四、实验操作中应注意的几个问题
1．未开花植株的茎上部新萌生的侧枝； 花粉发育过程中的单核靠边期的花粉进行培养。
2．体积分数为70%的酒精和质量分数为0.1%的氯化汞溶液 无菌水。
3．菊花的组织培 月季花药的培养 均需光照。
对应训练
1．D　[在该过程中，共要配制三种培养基，分别是脱分化培养基、生芽培养基和生根培养基，但这些培养基需要碳源是蔗糖，而不是无机碳；在对培养基进行高压蒸汽灭菌时，要在121℃下保持15分钟，以便于杀死所有微生物的细胞、芽孢和孢子等，100℃下不能杀死微生物的芽孢；在培养过程中要先让愈伤组织生芽后再使其生根；用酒精对外植体进行消毒时，持续的时间不能太长，否则容易杀死外植体细胞。]
2．在植物组织培养中，生长素用于诱导细胞的分裂和根的分化，细胞分裂素的主要作用是促进组织细胞分裂或从愈伤组织和器官上分化出不定芽。组织培养过程中，两者协同调控，当生长素含量高于细胞分裂素时，主要诱导植物组织脱分化和根原基的形成；当生长素含量低于细胞分裂素时，则主要诱导植物组织再分化和芽原基的形成。]
3．(1)有丝　单倍体　(2)减数分裂　连在一起的四个单倍体细胞　单核
(3)其分裂旺盛　更容易表达出全能性　外植体消毒　20　6～7　1～2　无菌水　漂净消毒液
(4)MS培养基　大量元素　微量元素　有机物　细胞分裂素　生长素　pH　温度　光照
(5)先打开培养瓶封口膜，让试管苗在培养间生长几天，然后用流水清洗掉培养基，移植到消过毒的蛭石珍珠岩环境下生活一段时间，等幼苗长成后再移栽到土壤中
实验探究
【解析】(1)图中花粉应选择细胞核由中央移向一侧的单核期，此时细胞培养成功率高。
(2)图示第一种途径是再分化形成丛芽，第二种途径是再分化生根，两个途径的主要区别是培养基中激素的种类及比例不同。
(3)植物培养基中加入琼脂的目的是形成固体培养基，有利于植物的固定、生长。
(4)杂菌污染会影响植物体的培养，使培养失败。
(5)花粉的离体培养过程需添加细胞分裂素和生长素。
【答案】(1)在单核期细胞核由中央移向细胞一侧
(2)培养基中激素的种类及其浓度配比
(3)使培养基呈固体状态，有利于外植体的生长
(4)如不无菌操作，微生物会在培养基上快速繁殖，与离体培养的植物组织竞争
(5)细胞分裂素　生长素　脱分化　再分化
限时训练
1.【解析】①为脱分化过程，②为再分化过程，③为个体发育。再分化过程进行的是有丝分裂而不是减数分裂；脱分化和再分化过程需要生长素和细胞分裂素；植物组织培养技术体现了植物细胞的全能性；花药离体培养获得植株为单倍体。
【答案】C
2.解析：当生长素与细胞分裂素的比例为较高、适中、较低时，分别促进根的分化、愈伤组织的生长和芽的分化。
答案：B
3.解析　绿色开花植物的细胞有两种：体细胞和生殖细胞，这两种细胞所含的核型(基因)是不同的，同一株绿色开花植物不同部位的细胞经培养获得的愈伤组织基因可能不相同。
答案　D
4.解析：植物组织培养依据的原理是细胞的全能性。培养过程是：离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织，然后再分化成根、芽最终形成植物体。影响植物细胞脱分化产生愈伤组织的一个重要因素是植物激素。当细胞分裂素与生长素共同使用时，能强烈地刺激愈伤组织的形成。
答案：A
5.解析：人工种子是利用植物组织培养获得的，若利用植物的体细胞进行植物组织培养得到人工种子，则该人工种子繁殖属于无性生殖；若利用花粉进行植物组织培养得到人工种子，则该人工种子繁殖属于有性生殖。
答案：B
6.【解析】菊花的组织培养用茎段来培养，比较容易，不必添加植物激素；在菊花组织培养中不会发生染色体倍性的变化；需要每天日光灯照射12小时；形成愈伤组织或胚状体后不必更换培养基。月季花药的离体培养需要添加细胞分裂素和生长素等植物激素；在花药培养中，通过愈伤组织形成的植株会出现染色体倍性的变化，所以需要染色体倍性的鉴定；最初不需要光照，幼小植株形成后需要光照；形成愈伤组织或胚状体后需要转移到分化培养基上进一步分化培养。
【答案】D
7.【解析】（1）从月季花粉细胞到愈伤组织的细胞内没有叶绿体，不进行光合作用，所以不需要光照；选择花药时，一般要通过镜检来确定其中的花粉是否处于适宜的发育期，最常用的方法为醋酸洋红。
（2）花粉细胞培养的过程中需要水、无机盐和小分子营养物质。
（3）花粉细胞是生殖细胞，生殖细胞的形成方式是减数分裂；花粉发育成植物体细胞的细胞分裂方式是有丝分裂。
（4）植株④的发育起点是花粉，属于配子，所以植株④是单倍体植株；若要得到可育植株，应该对其进行人工诱导染色体数目加倍，需要用秋水仙素对③进行处理。
【答案】（1）ABD 醋酸洋红 （2）水 无机盐 （3）减数分裂 有丝分裂
（4）单倍体 秋水仙素
高考真题体验
1.【答案】（1）脱分化(或去分化) ; 再分化
（2）琼脂； 低； 高压蒸汽灭菌
（3）70%； 果胶酶
（4）防止有机溶剂的挥发
【解析】（1）由高度分化的植物组织或细胞产生愈伤组织的过程称为脱分化，脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可重新分化成根或芽等器官，这个过程叫做再分化。
（2）培养基中常用的凝固剂是琼脂。同时使用生长素和细胞分裂素时，两者用量的比例影响植物细胞的发育方向。生长素和细胞分裂素用量的比值低时，有利于芽的分化；反之则利于根的分化。培养基应用高压蒸汽灭菌锅灭菌。
（3）外植体消毒所用酒精的体积分数是70%。酶解法将愈伤组织分离成单细胞所用的酶是果胶酶和纤维素酶。
（4）用萃取法提取植物有效成分时，应在加热瓶口安装冷凝回流装置，目的是防止加热时有机溶剂挥发。
2.解析：外植体必须是有细胞核的活细胞，而不是植物的任何细胞，如植物的导管细胞无细胞核不能作为外植体。
答案：A
3.解析：愈伤组织是一团无特定结构和功能的薄壁细胞；二倍体植株的花粉经脱分化与再分化后得到的是单倍体植株；用人工薄膜包装愈伤组织得不到人工种子。
答案：D
4.解析：植物微型繁殖时常采用茎尖或根尖作为外植体，原因是茎尖或根尖病毒极少，因此切取一定大小的茎尖或根尖进行组织培养，再生的植株就可能不带病毒。MS培养基的成分主要包括水、无机盐、有机小分子物质以及植物激素等，植物激素的比例能够影响芽的分化和根的分化，如细胞分裂素的比例大于生长素的比例，则有利于芽的分化，反之则有利于根的分化。接种前培养基一定要进行高温灭菌，接种时一定要在无菌条件下进行操作，以免引起杂菌污染。
答案：(1)茎尖(或根尖)　茎尖(或根尖)病毒极少，甚至无病毒
(2)有机物　植物激素　外植体消毒不彻底
(3)培养基中生长素类物质用量与细胞分裂素类物质用量的比
第十一单元 生物技术实践
学案60 酶的研究与应用
考纲要求
1．酶的存在与简单制作方法
2．酶活力测定的一般原理和方法
3．酶在食品制作和洗涤等方面的应用
4．制备和应用固定化酶
复习要求
1.果胶酶在果汁加工中的作用
2.比较加酶洗衣粉和普通洗衣服的洗涤效果
3.固定化酶的方法
4.酵母细胞的固定化流程
基础自查
一、果胶酶在果汁生产中的作用
1．果胶酶的组成及作用？
2．酶的活性及影响酶活性的因素
(1)酶的活性？
影响酶活性的因素？
3．研究温度对果胶酶活性影响的实验
(1)实验方案： 。
(2)实验程序：
(3)记录实验数据，并填入表格。
(4)得出结论： 。
二、探讨加酶洗衣粉的洗剂效果
1．加酶洗衣粉和酶制剂
加酶洗衣粉是指 。
2．加酶洗衣粉去污机理
碱性蛋白酶能 水解成 。脂肪酶、淀粉酶和纤维素酶分别把 水解为小分子物质。
3．不同种类的洗衣粉的洗涤效果
酶具有专一性，复合酶洗衣粉中加入的酶制剂种类较多，与单一加酶洗衣粉相比，对各种污渍都有较好的洗涤效果。
三、酵母细胞的固定化
1．固定化酶的应用实例
固定化酶技术使用的反应柱上的孔应该满足酶颗粒无法通过，反应溶液自由出入的条件。
2．固定化细胞技术
(1)概念： 。
(2)方法：包括 。
(3)酶更适合采用 ，细胞多采用______________固定。
(4)固定化细胞优点： 。
3．制备固定化酵母细胞的实验操作步骤
课堂深化探究
一．果胶酶在果汁生产中的应用
1．影响果汁产量的物质及处理方法
(1)影响果汁产量的物质
纤维素和果胶是组成水果的重要物质，这两种物质的存在使制作果汁时存在两个问题：

(2)处理方法——酶解法
常用的酶及其作用特点如下：
组　成
本质
作　用
果胶酶

纤维素酶

2.探究酶活性最适条件和用量的实验设计
(1)探究酶活性最适条件的实验设计
①思路方法
②注意事项
③衡量实验结果的指标
(2)探究果胶酶的用量
①原理提示
②确定最适用量的方法
特别提醒　在探究温度或pH的影响时，不同的温度梯度之间或不同的pH梯度之间构成了相互对照，通过相互对照可确定果胶酶活性的温度或pH的最适值。
二、探究加酶洗衣粉的洗涤效果
1．常用酶制剂的种类及洗涤原理
种类
洗涤原理
洗涤实例
蛋白酶

脂肪酶
淀粉酶
纤维素酶
2.探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物上污渍的洗涤效果
(1)实验过程

(2)结果分析与注意事项
3．探究不同温度对加酶洗衣粉的洗涤效果
4．探究不同种类加酶洗衣粉的洗涤效果
(1)实验原理：
(2)实验变量
(3)实验步骤
步　骤
烧杯编号
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
注入自来水
500 mL
500 mL
500 mL
加入物质(等量)
奶渍布
奶渍布
奶渍布
控制水温

加入洗衣粉
(等量)

用玻璃棒搅拌
5 min
5 min
5 min
观察实验现象
三、固定化酶与固定化细胞
1．直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较
直接使用酶
固定化酶
固定化细胞
酶的种数
一种或几种
一种
一系列酶
常用载体
高岭土、皂土、硅胶、凝胶
明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺
制作方法

是否需要营养物质

催化反应

反应底物

缺点

优点

2.制备固定化酵母细胞的实验注意事项
(1)酵母细胞的活化
酵母细胞需要的活化时间较长，一般需要0.5～1 h，需要提前做好准备。此外，酵母细胞活化时体积会变大，因此活化前应该选择体积足够大的容器，以避免酵母细胞的活化液溢出容器外。
(2)海藻酸钠溶液的浓度
是固定化酵母细胞的关键，因为


(3)海藻酸钠溶液配制注意事项
对海藻酸钠溶化时要 ，避免 ；将溶化后的海藻酸钠 ，再 ，避免 ；固定化酵母细胞时，应将海藻酸钠酵母细胞的混合液
，而不是 ，以免影响 。
(4)CaCl2溶液的作用
对应训练
1.下列说法不正确的是(　　)。
A．在探究果胶酶用量实验中，虽然实验的变量发生了变化，但通过设置梯度来确定最适值的思想方法是不变的
B．植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶
C．通过测定滤出的苹果汁的体积大小无法来判断果胶酶活性的高低
D．人们使用果胶酶、纤维素酶等来解决制作果汁面临的问题
2.(2009·江苏，22)加工橘子罐头，采用酸碱处理脱去中果皮(橘络)，会产生严重污染。目前使用酶解法去除橘络，可减少污染。下列生长在特定环境中的4类微生物，可以大量产生所用酶的有(多选)(　　)。
A．生长在麦麸上的黑曲霉 B．生长在酸奶中的乳酸菌
C．生长在棉籽壳上的平菇 D．生长在木屑上的木霉
3.固定化酶是从20世纪60年代迅速发展起来的一种技术。科研人员用海藻酸钠作为包埋剂来固定小麦酯酶，以研究固定化酶的相关性质和最佳固定条件。酶活力为固定化酶催化化学反应的总效率，包括酶活性和酶的数量。图甲、乙、丙为部分研究结果。下列有关叙述中，错误的是(　　)。
A．由甲图可知，固定化酯酶比游离酯酶对温度变化适应性更强
B．由乙图可知，浓度为3%的海藻酸钠包埋效果最好
C．由丙图可知，固定化酯酶一般可重复使用3次，之后若继续使用则酶活力明显下降
D．固定化酶的酶活力较高，主要原因是增加了酶与底物的接触面积
4. 某校学生尝试用琼脂作载体，用包埋法固定α淀粉酶来探究固定化酶的催化效果。实验结果见下表(假设加入试管中的固定化淀粉酶量与普通α淀粉酶量相同)。
实验表明1号试管中淀粉未被水解，你认为最可能的原因是(　　)。
1号试管
2号试管
固定化淀粉酶
√
普通α淀粉酶
√
淀粉溶液
√
√
60 ℃保温5分钟，取出冷却至室温，滴加碘液
现象
变蓝
不变蓝
A.实验中的温度过高，导致固定化淀粉酶失去活性
B．淀粉是大分子物质，难以通过琼脂与淀粉酶接触
C．水浴保温时间过短，固定化淀粉酶未将淀粉水解
D．实验程序出现错误，试管中应先加入碘液后保温
实验探究
为探究洗衣粉加酶后的洗涤效果，将一种无酶洗衣粉分成3等份，进行3组实验。甲、乙两组在洗衣粉中加入1种或2种酶，丙组不加酶，在不同温度下清洗同种化纤布上的2种污渍，其他实验条件均相同，下表为实验记录。请回答下列问题。
水温/ ℃
10
20
30
40
50
组别
甲
乙
丙
甲
乙
丙
甲
乙
丙
甲
乙
丙
甲
乙
丙
清除血渍
时间/min
67
66
88
52
51
83
36
34
77
11
12
68
9
11
67
清除油渍
时间/min
93
78
95
87
63
91
82
46
85
75
27
77
69
8
68
(1)提高洗衣粉去污能力的方法有________。甲组在洗衣粉中加入了________。乙组在洗衣粉中加入了________。
(2)甲、乙组洗涤效果的差异，说明酶的作用具有______________________________。
(3)如果甲、乙和丙3组均在水温为80 ℃时洗涤同一种污渍，请比较这3组洗涤效果之间的差异并说明理由。____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)加酶洗衣粉中的酶是用特殊的化学物质包裹的，遇水后包裹层很快溶解，释放出来的酶迅速发挥催化作用。请说明这是否运用了酶的固定化技术及其理由___________________
________________________________________________________________________。
限时训练
题组一　果胶酶在果汁生产中的作用
1．下列关于果胶酶的说法不正确的是(　　)
A．虽然实验的变量发生了变化，但通过设置梯度来确定最适值的思想方法是不变的
B．植物、霉菌、酵母菌和细菌均能产生果胶酶
C．通过测定滤出的苹果汁的体积大小无法来确定果胶酶活性的高低
D．人们使用果胶酶、纤维素酶等来解决制作果汁面临的问题
2．如图曲线表示的是温度和果胶酶活性之间的关系，此曲线能说明的是(多选)(　　)
A．在B点之前，果胶酶的活性和温度成正比；之后，成反比
B．当温度到达B点时，果胶酶的活性最高，酶的催化作用最强
C．A点时，果胶酶的活性很低，但随着温度升高，果胶酶的活性可以上升
D．C点时，果胶酶的活性也很低，当温度降低时，酶的活性也可以恢复上升
3.下列是有关酶的应用问题，请分析回答。
工业生产果汁时，常常利用果胶酶破除果肉细胞壁以提高出汁率，为研究温度对果胶酶活性的影响，某学生设计了如下实验：
①将果胶酶与苹果泥分装于不同试管，在10℃水浴中恒温处理10 min(如图A)。
②将步骤①处理后的果胶酶和苹果泥混合，再次在10℃水浴中恒温处理10 min(如图B)。
③将步骤②处理后的混合物过滤，收集滤液，测量果汁量(如图C)。
④在不同温度条件下重复以上实验步骤，并记录果汁量，结果如下表：
温度/℃
10
20
30
40
50
60
70
80
果汁量/mL
8
13
15
25
15
12
11
10
根据上述实验，请分析回答下列问题：
(1)果胶酶能破除细胞壁，是因为果胶酶可以促进细胞壁中果胶的水解，产物是____________。
(2)实验结果表明，当温度为________附近时，果汁量最多，此时果胶酶的活性________。
(3)为什么该实验能够通过测定过滤出的苹果汁的体积大小来判断果胶酶活性的高低？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)果胶酶作用于一定量的某种物质(底物)，保持温度、pH在最适值，生成物量与反应时间的关系如图：在35 min后曲线变成水平是因为________。若增加果胶酶浓度，其他条件不变，请在图中画出生成物量变化的示意曲线。
题组二　探讨加酶洗衣粉的洗涤效果
4．有人设计实验探究加酶洗衣粉是否能提高去污力并优于普通洗衣粉。实验分为两组，一组衣物用加酶洗衣粉洗涤，一组衣物用普通洗衣粉洗涤。该实验设计缺少(　　)
A．用加酶洗衣粉洗涤和适量普通洗衣粉洗涤的对照
B．既不用加酶洗衣粉洗涤也不用普通洗衣粉洗涤的对照
C．用普通洗衣粉洗涤和少量加酶洗衣粉洗涤的对照
D．用少量普通洗衣粉洗涤和大量加酶洗衣粉洗涤的对照
5．某工厂生产了一种加酶洗衣粉，其包装袋上印有如下说明：
成分：含碱性蛋白酶等。
用法：洗涤前先将衣物浸于洗衣粉水内数小时。使用温水效果最佳。
注意：切勿用于丝质及羊毛衣料。用后彻底清洗双手。
请回答下列问题：
(1)质检局针对该洗衣粉设计了如下图所示装置进行实验：
该实验的目的是_______________________________________________________。
(2)一学生为探索该洗衣粉中酶催化作用的最适温度，参考(1)的实验材料及方法进行了实验，并把结果用曲线图A、B表示(如下图)：
①由图可知，使用该加酶洗衣粉的最适温度约为_________________________________。
②在0℃和75℃时，酶的催化效率基本都降为零，但温度再度回到45℃，后者的催化作用已不能恢复，这是因为____________________________________________。
③该学生在实验过程中可通过观察________________________来判断酶的催化效率。
(3)该加酶洗衣粉的去污原理是_______________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)大力推广加酶洗衣粉，使之代替含磷洗衣粉，有利于生态环境保护，这是因为_______________________________________________________________________________
(5)除加酶外，很多洗衣粉中还加有香精，高档洗衣粉中的香精都是由植物芳香油制成的，目前从植物中提取芳香油的方法有________、________等。(写出两种)
6.某学生进行“加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果”的课题研究。他的实验设计如下：
①设置两组实验，分别使用蛋白酶洗衣粉和复合酶洗衣粉　②两组实验的洗衣粉用量、被洗涤的衣物量、衣物质地、污染物性质和量、被污染的时间、洗涤时间、洗涤方式等全部设置为相同　③根据污渍去除程度得出结果
对这个实验的评价，正确的是(　　)
A．对照实验设置错误　　　　 B．无关变量设置太多
C．没有自变量 D．因变量不能描述
题组三　酵母细胞的固定化
7．(2011·连云港质检)下列有关制备固定化酵母细胞的说法错误的是(　　)
A．可根据凝胶珠的颜色和形状检测凝胶珠的质量
B．要将酵母细胞活化处理
C．制成的凝胶珠上不能出现小孔
D．配制的海藻酸钠浓度是本实验的关键
8．下列说法不正确的是(　　)
A．固定化酶和固定化细胞的技术方法包括包埋法、化学结合法和物理吸附法
B．固定化酶更适合采用化学结合法和物理吸附法
C．由于细胞个大，而酶分子很小，因此细胞多采用物理吸附法固定
D．反应物是大分子物质应采用固定化酶
9.（2012山东高考模拟预测卷试题）（18分）果酒具有很高的营养价值和保健作用,越来越受到人们的喜爱，制作果酒时需要酵母菌，请回答下列问题。
（1）土壤是酵母菌的大本营，若从含有酵母菌、醋酸菌、青霉菌、毛霉的土壤中分离到较纯的酵母菌，最简便的方法是在 条件下选择培养。若想对初步筛选得到的目的菌进行纯化并计数，可采用的接种方法是 。
（2）酵母菌的酒精发酵过程一般控制在 的温度范围，最适合酵母菌繁殖。发酵后是否有酒精生成，可以用 来检验。
（3）葡萄汁为酵母菌的生长和繁殖提供的营养成分是 。
（4）酵母细胞多采用 法固定化。固定酵母细胞时首先将干酵母放入 中活化，若制得的凝胶珠颜色过浅，可能原因是 。
高考真题体验
1.（2012江苏）16. 下列关于“探究加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果” 的叙述，合理的是（ ）
A. 先用热水溶解洗衣粉，再将水温调节到最适温度
B. 实验的观察指标可以是相同洗涤时间内污渍的残留程度
C. 相同 pH 时加酶洗衣粉洗涤效果好于普通洗衣粉
D. 衣物质地和洗衣粉用量不会影响实验结果
2.（2012广东）29 ．（16分）食品种类多，酸碱度范围广。生物兴趣小组拟探究在食品生产应用范围较广的蛋白酶，查阅相关文献，得知：
（1）pH对不同蛋白酶的活力影响有差异。据图12可知，_________更适宜作为食品添加剂，理由是________。蛋白酶的活力可用________的量来表示。
该蛋白酶的提取工艺流程如下：
兴趣小组分别对酶保护剂浓度、提取液pH进行了探究实验。结果显示，酶保护剂浓度在0.02～0.06mol/L范围内，酶活力较高；提取液pH在6.0～8.0范围内，酶活力较高。他们认为，要进一步提高粗酶制剂的酶活力，以达到最佳提取效果，还需对酶保护剂浓度和提取液pH进行优化，并确定以此为探究课题。请拟定该课题名称，设计实验结果记录表。
3.（2012上海）酶在大规模产业化应用中的核心问题是固定化技术，而酶固定化所依据的基本原理在于酶具有
A．热稳定性 B．催化高效性 C．催化特异性 D．可反复使用性
4.（2012江苏）下列关于酶和固定化酵母细胞的研究与应用的叙述，错误的是（ ）
A.从酶的固定方式看，吸附法比化学结合法对酶活性影响小
B. 作为消化酶使用时，蛋白酶制剂以口服方式给药
C. 尿糖试纸含有固定化的葡萄糖酶和过氧化氢酶，可以反复使用
D.将海藻酸钠凝胶珠用无菌水冲洗，目的是洗去CaCl2 和杂菌
5．(2011·江苏卷)下列有关酶的制备和应用的叙述，正确的是(　　)。
A．酶解法和吸水涨破法常用于制备微生物的胞内酶
B．透析、电泳和酸解等方法常用于酶的分离与纯化
C．棉织物不能使用添加纤维素酶的洗衣粉进行洗涤
D．多酶片中的胃蛋白酶位于片剂的核心层
6．(2010·江苏生物，25)图1表示制备固定化酵母细胞的有关操作，图2是利用固定化酵母细胞进行酒精发酵的示意图，下列叙述正确的是(多选)(　　)。
A．刚溶化的海藻酸钠应迅速与活化的酵母菌混合制备混合液
B．图1中X 溶液为CaCl2溶液，其作用是使海藻酸钠形成凝胶珠
C．图2发酵过程中搅拌的目的是为了使培养液与酵母菌充分接触
D．图1中制备的凝胶珠用蒸馏水洗涤后再转移到图2装置中
7．(2010·江苏生物，3)某种蛋白酶是由129个氨基酸脱水缩合形成的蛋白质，下列叙述正确的是(　　)。
A．该蛋白酶分子结构中至少含有129个氨基和129个羧基
B．该蛋白酶溶液与双缩脲试剂发生作用，产生紫色反应
C．利用透析法纯化该蛋白酶时，应以蒸馏水作为透析液
D．用含该蛋白酶的洗衣粉去除油渍，效果比其他类型的加酶洗衣粉好
8．(2009·江苏，3)下列关于固定化酶和固定化细胞的叙述，正确的是(　　)。
A．固定化细胞技术在多步连续催化反应方面优势明显
B．固定化酶的应用中，要控制好pH、温度和溶解氧
C．利用固定化酶降解水体中有机磷农药，需提供适宜的营养条件
D．利用固定化酵母细胞进行发酵，糖类的作用只是作为反应底物
9.(2009·江苏生物，31)酶解法制备原生质体的原理是利用酶溶液对细胞壁成分的降解作用。蜗牛酶液从蜗牛(以植物为食)消化腺中提取；果胶酶、纤维素酶从微生物中提取。为了研究不同酶液的酶解效果，某实验小组取无菌烟草幼叶，切成相同大小的小片，等量放入6支试管中，试剂用量和实验结果列于下表。请回答有关问题。
试管编号
项目
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
蒸馏水/mL
2
0
1
1
1
1
缓冲液/mL
0
2
1
0.5
0.5
0.5
果胶酶液/mL
0
0
0
0.5
0
0
蜗牛酶液/mL
0
0
0
0
0.5
0
纤维素酶液/mL
0
0
0
0
0
0.5
实验结果
(绿色深浅程度)
－
－
－
＋＋＋
＋＋＋＋
＋＋
(注：“＋”越多表示绿色越深，“－”表示颜色无显著变化)
(1)实验过程中，需要轻摇试管，其目的是________________，使原生质体从叶小片中游离出来，以便观察悬浮液绿色的深浅。
(2)从绿色的深浅可推测：蜗牛酶液酶解效果最好，原因是蜗牛酶液含有________________等多种酶。该实验中________是空白对照组，其设置意义是_________________________。
(3)用网筛过滤原生质体到离心管内，离心后收集沉淀物，并用________洗涤。
(4)原生质体是否符合要求还需进行检验，其检验的方法是________________。
学案60 酶的研究与应用
答案与解析
基础自查
一、果胶酶在果汁生产中的作用
1． 果胶酶包括多聚半乳糖醛酸酶 、 果胶分解酶 和果胶酯酶，能使果胶分解成可溶性的半乳糖 醛、酸，瓦解植物细胞壁和胞间层。
2． (1) 指酶催化一定化学反应的能力，可用反应速度 来表示。
(2) 温度、pH和酶的抑制剂等条件都会影响酶的活性。
3． (1)实验方案：确定温度梯度 →探讨控制温度的方法和措施。
(2) 制备水果泥→制备果胶酶→水果泥与果胶酶分别水浴保温→将水果泥和果胶酶混合保温→过滤出果汁→记录果汁量→改变不同温度后，重复上面实验。一、1. 2. 3.
(4) 获得的果汁越多，或果汁越澄清，表明果胶酶的活性越高。
二、探讨加酶洗衣粉的洗剂效果
1．加酶洗衣粉和酶制剂
加酶洗衣粉是指含有酶制剂的洗衣粉，常用酶制剂有四类：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶 和纤维素酶。
2．加酶洗衣粉去污机理
将血渍、奶渍等含有的大分子蛋白质水解成可溶性的氨基酸或小分子肽 大分子脂肪、淀粉和纤维素
三、酵母细胞的固定化
1．固定化酶的应用实例
固定化酶技术使用的反应柱上的孔应该满足酶颗粒无法通过，反应溶液自由出入的条件。
2．(1) 固定化酶和固定化细胞是利用物理或化学方法将酶或细胞固定在一定空间内的技术。
(2) 包括包埋法、化学结合法和物理吸附法。
(3)酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定，细胞多采用包埋法 固定。
(4) 与固定化酶相比，制备成本低，操作容易。
3．酵母细胞的活化→配制0.05mol·L－1的CaCl2溶液→配制海藻酸钠溶液→海藻酸钠溶液与酵母细胞混合→固定化酵母细胞。
课堂深化探究
一．果胶酶在果汁生产中的应用
1．影响果汁产量的物质及处理方法
(1) 一是果肉的出汁率低，耗时长；二是榨取的果汁浑浊、黏度高、容易发生沉淀。
(2)处理方法——酶解法
常用的酶及其作用特点如下：
组　成
本质
作　用
果胶酶
多聚半乳糖醛酸酶果胶分解酶果胶酯酶
蛋白质
催化果胶水解为可溶性半乳糖醛酸
纤维素酶
C1酶
Cx酶
葡萄糖苷酶
蛋白质
纤维素纤维二糖葡萄糖
2.(1)①探究不同温度(或pH)对果胶酶活性的影响时，温度(或pH)作为自变量，有效地控制其他无关变量，通过设置合理的温度(或pH)梯度来确定最适值。
②在苹果泥和果胶酶混合之前，一定要保证底物和酶达到所要求的温度或pH条件，以避免混合后条件的变化，确保实验结果的可信度和可靠性。
③以果汁澄清度与果汁产量的多少确认果胶酶活性的高低。
(2)①本实验是一个探究性的定量实验，所测出的最适用量是在本实验的温度、pH条件下测出的，因而果胶酶的最适用量应标明温度和pH。
②如果随酶浓度的增加，过滤到的果汁的体积也增加，说明酶的用量不足；当酶的浓度增加到某个值后，再增加酶的用量，过滤到的果汁的体积不再改变，说明酶的用量已经足够，那么，这个值就是酶的最适用量。
二、探究加酶洗衣粉的洗涤效果
1．常用酶制剂的种类及洗涤原理
种类
洗涤原理
洗涤实例
蛋白酶
可将蛋白质水解为易溶解或分散于洗涤液中的小分子肽或氨基酸
血渍、奶渍及各种食品类的蛋白质污垢
脂肪酶
把脂肪水解为较易溶解的甘油和游离的脂肪酸
油渍、人体皮脂、口红
淀粉酶
能使淀粉迅速分解为可溶性的麦芽糖、葡萄糖等
来自面条、巧克力等的污垢
纤维
素酶
使纤维的结构变得蓬松，从而使渗入到纤维深处的尘土和污垢能够与洗衣粉充分接触，达到更好的去污效果
2.探究普通洗衣粉和加酶洗衣粉对衣物上污渍的洗涤效果
(1) ①取大烧杯两只，用量筒量取等量水放入其中。
②将制好的污染布块和洗衣粉(一组为污染布块与普通洗衣粉，一组为污染布块与加酶洗衣粉)分别放入两只烧杯中。
③用玻璃棒同时充分搅拌。一段时间后再搅拌，可重复进行。
④相同的时间后观测洗涤效果。
(2) ①加酶洗衣粉有很多种，注意实验用的加酶洗衣粉的说明，是单一加酶洗衣粉，还是复合加酶洗衣粉。
②所滴加的污染物种类与实验结果有着密切的关系。
③洗涤材料可选用纯棉制品。
3．根据不同季节的温度设置水温——确认适于不同季节使用的洗衣粉，应根据当地一年中的实际气温变化来确定水温，通常情况下，冬季、春季、秋季和夏季可分别选取5 ℃、15 ℃、25 ℃和35 ℃的水温，因为这4个水温较符合实际情况，对现实也具指导意义。
4．(1)实验原理：酶的催化作用具有专一性，复合酶洗衣粉加入的酶制剂种类较多，与单一加酶洗衣粉相比，对各种污渍都有较好的洗涤效果。
(2) ① 加酶洗衣粉的种类。
② 其他条件相同且适宜(如温度、pH等)。
(3)
步　骤
烧杯编号
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
注入自来水
500 mL
500 mL
500 mL
加入物质(等量)
奶渍布
奶渍布
奶渍布
控制水温
37 ℃
37 ℃
37 ℃
加入洗衣粉
(等量)
蛋白酶
洗衣粉
复合酶
洗衣粉
脂肪酶
洗衣粉
用玻璃棒搅拌
5 min
5 min
5 min
观察实验现象
三、固定化酶与固定化细胞
1．直接使用酶、固定化酶、固定化细胞的比较
直接使用酶
固定化酶
固定化细胞
酶的种数
一种或几种
一种
一系列酶
常用载体
高岭土、皂土、硅胶、凝胶
明胶、琼脂糖、海藻酸钠、醋酸纤维素、聚丙烯酰胺
制作方法
化学结合固定化、物理吸附固定化
包埋法固定化
是否需要营养物质
否
否
是
催化反应
单一或多种
单一
一系列
反应底物
各种物质(大分子、小分子)
各种物质(大分子、小分子)
小分子物质
缺点
①对环境条件非常敏感，易失活；②难回收，成本高，影响产品质量
不利于催化一系列的酶促反应
反应物不易与酶接近，尤其是大分子物质，反应效率下降
优点
催化效率高、耗能低、低污染
①既能与反应物接触，又能与产物分离；②可以反复利用
成本低、操作容易
2.制备固定化酵母细胞的实验注意事项
(2)海藻酸钠溶液的浓度
海藻酸钠溶液 因为如果海藻酸钠溶液浓度过高，将很难形成凝胶珠；如果浓度过低，形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞的数量少，都会影响实验效果。
(3)海藻酸钠溶液配制注意事项
小火或间断加热 海藻酸钠发生焦糊 先冷却至室温 酵母细胞混合 高温杀死酵母细胞 将海藻酸钠酵母细胞的混合液用注射器缓慢滴加到CaCl2溶液中 注射 影响凝胶珠的形成
(4) CaCl2溶液的作用是使海藻酸钠胶体发生聚沉，形成凝胶珠。
对应训练
1.解析　在探究果胶酶的用量实验中，参照研究温度和pH对酶活性的影响实验，采用梯度测定法，只是将原实验中的pH梯度和温度梯度改成酶的用量梯度而已，基本实验思路不变，即A正确；植物、霉菌、酵母菌和细菌在其生活过程中，都会发生分解果胶的过程，因此，它们都可产生果胶酶，故B正确；在制作果汁过程中，由于果胶、纤维素的存在，影响榨出的果汁量及果汁的透明度，加入纤维素酶和果胶酶后，果汁榨出量及透明度均有提高，即D正确；在使用梯度测定酶的用量及活性时，可以通过榨出的苹果汁的体积大小来判断，因此C错误。
答案　C
2.解析　本题考查考生对“生物的生活习性、形态结构和功能与环境相适应”思想的理解。橘络的主要成分是纤维素(植物细胞壁的主要成分)，因此，能以死亡植物体为营养来源的微生物细胞中一定含有分解细胞壁成分的酶。
答案　ACD
3.解析　由甲图可知，固定化酯酶比游离酯酶对温度变化的适应性更强；由乙图可知，浓度为3%的海藻酸钠包埋效果最好；由丙图可知，固定化酯酶一般可重复使用3次，之后若继续使用则酶活力明显下降；固定化酶的酶活力较高，主要原因是固定化酶的结构更稳定。
答案　D
4.序出现错误，试管中应先加入碘液后保温
解析　本题考查酶的固定化，意在考查考生的理解和应用能力。由于固定化酶是用包埋法固定的，而淀粉是大分子物质，它不能通过琼脂与酶充分接触，导致淀粉不能被水解而遇碘液呈现蓝色。
答案　B
实验探究
解析　本题考查酶的相关知识。通过表格比较容易得出：在10～50 ℃范围内，随着温度的升高，酶的去污能力增强；加入酶的洗衣粉去污能力比未加酶的强。血渍中主要成分是蛋白质，油渍中主要成分是脂肪。根据甲、乙两组去除血渍和油渍的能力比较，能够得出甲组加入了蛋白酶，乙组加入了蛋白酶和脂肪酶。甲、乙两组洗涤效果的差异，说明酶具有专一性。酶在高温条件下会变性失活，水温为80 ℃时酶失活，因而3组实验效果没有差别。酶的固定化技术是要把酶固定在不溶于水的载体上，且固定化酶具有重复利用的特点。
答案　(1)加酶和适当提高温度　蛋白酶　蛋白酶和脂肪酶
(2)专一性　(3)没有差异，因为高温使酶失活　(4)未运用酶的固定化技术，因为酶未固定在不溶于水的载体上，也不能重复利用
限时训练
1．C　果胶酶的活性可以通过测果汁体积大小来反映，也可通过观察果汁的澄清度来反映。
2.ABC　从图中可以看出随着温度的不断升高，果胶酶的活性在上升，等达到B点时，酶的活性达到最高；随后，随着温度的继续上升，酶的活性迅速下降。但是A点和C点相比，虽然酶的活性都很低，但是A点是低温条件，对酶的分子结构无影响，所以，随着温度的上升，其活性也会不断上升，而C点是高温条件，当温度过高时，会破坏酶的分子结构，使酶的活性发生不可逆的变化。
3.(1)半乳糖醛酸　(2)40℃　最高
(3)果胶酶将果胶分解为小分子物质，小分子物质可以通过滤纸，因此苹果汁的体积大小反映了果胶酶催化分解果胶的能力
(4)底物消耗完毕　如图
解析　从实验数据分析：在40℃附近时，果汁量最多，说明此时的果胶酶催化活性最高。因为底物的量是一定的，所以底物消耗完时，生成物的量达到最大值，其后不再发生变化；增加酶的浓度可以使反应更快地达到平衡点，即更早结束反应，但生成物的总量不会发生变化。
题组二　探讨加酶洗衣粉的洗涤效果
4．B　该实验的自变量是加酶洗衣粉、普通洗衣粉。实验设计应分为三组，其中实验组有两组：一组用加酶洗衣粉，一组用普通洗衣粉；另外还应有一个空白对照组，既不用加酶洗衣粉洗涤也不用普通洗衣粉洗涤的对照。
5．(1)检测该洗衣粉中是否含蛋白酶
(2)①45℃　②高温破坏了酶的分子结构，使酶活性丧失
③胶片上的蛋白膜消失时间的长短
(3)用蛋白酶分解衣服中的污垢，使污垢中所含的蛋白质变为易分解的小分子，使之易被洗去
(4)酶本身无毒，含量少，又易分解，不会引起水体富营养化，对环境无污染
(5)萃取法　蒸馏法　压榨法(任选两种)
6.A　[实验课题是“加酶洗衣粉和普通洗衣粉的洗涤效果”，因此设置的两组实验应该是：一组用普通洗衣粉作对照组，另一组用加酶洗衣粉作实验组。如果设置三组也正确，一组用普通洗衣粉作对照组，实验组设置使用蛋白酶洗衣粉和复合酶洗衣粉。
题组三　酵母细胞的固定化
7．C　制备固定化酵母细胞时，细胞悬浮在海藻酸钠溶液中，滴进CaCl2溶液中，形成海藻酸钙凝胶小球，细胞被包埋在凝胶的小孔中，制成固定化细胞，故C错误。
8．C　由于细胞个大，酶分子很小，个大的细胞难以被吸附或结合，而个小的酶容易从包埋材料中漏出。因此，细胞多采用包埋法固定化，酶更适合采用化学结合法和物理吸附法固定化。
【解析】：（1）酵母菌、醋酸菌、青霉菌、毛霉的呼吸方式不同，酵母菌可以进行无氧呼吸，也可以进行有氧呼吸，而其他几种只能进行有氧呼吸，所以可以在无氧条件下分离出酵母菌。想对初步筛选得到的目的菌进行纯化并计数，可采用的接种方法是稀释涂布平板法
（2）酵母菌的最适温度为18 ℃～25 ℃。检验酒精常用酸性的重铬酸钾溶液。
（3）葡萄汁中营养物质丰富，可为酵母菌提供碳源、氮源、水、无机盐和生长因子。
（4）因细胞比较大，不易从包埋材料中露出，所以固定化细胞一般采用包埋法。固定酵母细胞时首先将干酵母放入蒸馏水中活化，若制得的凝胶珠颜色过浅，可能原因是海藻酸钠浓度过低
【答案】：（1）无氧 稀释涂布平板法
（2）18 ℃～25 ℃ 酸性的重铬酸钾
（3）碳源、氮源、水、无机盐和生长因子
（4）包埋 蒸馏水 海藻酸钠浓度过低
高考真题体验
1.【答案】B
【解析】酶的活性受温度的影响，高温使酶失活，A错；实验的应变量是洗涤效果，其可观测指标可以为污渍残留程度，B正确；酶的活性受PH的影响，只有在最适PH时，酶的活性最高，加酶洗衣粉的洗涤效果才最好，C错；衣物质地对去污也有重要的影响，而酶的作用效率与用量有关，D错
2.【答案】
（1）木瓜蛋白酶 由图可以看出，木瓜蛋白酶的活性不随pH的变化而变化
单位时间内底物消耗（产物产生）
（2）课题：探究酶保护剂的最适浓度和提取液的最适pH
单位时间内底物的消耗量
提取液的pH
6.0
6.2
6.4
6.6
6.8
7.0
7.2
7.4
7.6
7.8
8.0
酶保护剂的浓度
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
【解析】（1）审题结合图形和文字，在题目中已经提供了信息“食品种类多，酸碱度范围广”，所以选择的食品添加剂应该有较广的酸碱适应范围。从图形中，可以看出木瓜蛋白酶的适应范围最广，所以可以选作食品添加剂。酶的活力，一般用酶催化的底物消耗量或者产物生成量来表示。
实验设计，应该明确实验目的：探究酶保护剂的最适浓度和提取液的最适pH值，所以可以将酶保护剂的浓度和提取液的pH值作为自变量，因变量为单位时间内底物的消耗量。
3.【答案】D
【解析】固定化酶指通过物理或化学的方法，将水溶性酶与非水溶性载体结合，既能与反应物接触又能与产物分离，与直接使用酶相比，除催化效率高、特异性强外，还可反复使用酶；酶的热稳定性一般都不强。故D正确。
4.【答案】C
【解析】化学结合法可能影响酶的活性部位而影响反应效果，而吸附法是物理方法不影响酶的分子结构，A正确；消化酶在消化道内起作用，B正确；尿糖试纸由于使用后不能将反应物和酶分开，而不能再次使用，C错；固定化酵母细胞在凝胶珠中，用无菌水冲洗可洗去CaCl2和表面的杂菌，D正确
5.解析　利用酶解法和吸水涨破法使细胞解体，用于制备胞内酶；酶的纯化和分离的方法有透析法、离心沉降法和电泳法；纤维素酶能去除棉纺织品表面浮毛，平整织物表面，故可用添加纤维素酶的洗衣粉洗涤棉织物；多酶片中的胃蛋白酶位于片剂的最外层，保持其他酶在胃中不被破坏。
答案　A
6.解析　溶化的海藻酸钠应冷却至室温后与活化的酵母菌混合，A项错误。海藻酸钠与酵母菌混合液应滴入CaCl2溶液中，以制备凝胶珠；凝胶珠用蒸馏水冲洗2～3次后，再转移到发酵装置中；搅拌可使酵母菌与培养液充分接触，有利于发酵的顺利进行，故B、C、D三个选项正确。
答案　BCD
7.解析　一条多肽链中至少含有一个游离的氨基和一个游离的羧基；该蛋白酶属于蛋白质，与双缩脲试剂作用，产生紫色反应；利用透析法纯化该蛋白酶时，应以磷酸缓冲液作为透析液；蛋白酶催化水解蛋白质，而油渍属于脂质，用含该蛋白酶的洗衣粉无法去除油渍，用含该蛋白酶的洗衣粉去除血渍、奶渍时，效果比其他类型的加酶洗衣粉好。
答案　B
8.解析　本题考查固定化细胞与固定化酶的优点和利用条件。固定化细胞固定的是一系列酶，因此，在多步连续催化反应方面比固定化酶更有优势；酶属于非生物，因此利用时不必提供氧气、营养物质等；固定化酵母发酵液中葡萄糖等糖类，不仅是发酵作用的反应底物，也是酵母菌生长所需的碳源。
答案　A
9.解析　(1)实验过程中，需要轻摇试管，可以使细胞壁与酶充分接触，提高酶解效果。(2)蜗牛以植物为食，所以蜗牛酶液中含有果胶酶和纤维素酶，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ没有添加酶溶液为空白对照组。其设置意义是排除无关变量的干扰。(3)离心后收集沉淀物，并用等渗溶液清洗，目的是保持细胞正常形态。(4)要用低渗涨破法来检验原生质体是否符合要求，若没有细胞壁则可以涨破，有则不能涨破。
答案　(1)为了使细胞壁与酶充分接触，提高酶解效果
(2)果胶酶和纤维素酶　Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ　排除无关变量的干扰
(3)等渗溶液　(4)低渗涨破法
第十一单元 生物技术实践
学案61 DNA和蛋白质技术
考纲要求
1.蛋白质的提取和分离 实验与探究
2.PCR技术的基本操作和应用 实验与探究
复习要求
1.根据蛋白质分子的特点,选择不同的方法提取和分离
2.PCR技术的原理和条件
3.PCR技术的基本操作
基础自查
一、血红蛋白的提取和分离
1．凝胶色谱法： 。
2．电泳
(1)概念： 。
(2)特点：
。
3．实验操作
(1)样品处理： 。
(2)粗分离： 。
(3)纯化： 。
(4)纯度鉴定： 。
二、PCR技术扩增DNA片段
1．PCR技术
(1)PCR： 的简称，是一种 的技术。
(2)扩增方向： 。
(3)引物特点： ，能 ，用于PCR的引物长度通常为20～30个脱氧核苷酸。
(4)原理： 。
(5)条件：
。
2．过程
(1)变性： 。
(2)复性： 。
(3)延伸：
。
结果：
。
课堂深化探究
一．多聚酶链式反应扩增DNA片段
1．细胞内DNA复制与体外DNA扩增(PCR技术)的比较
细胞内DNA复制
PCR
不同点
解旋

酶

引物

能量

温度
子链合成
相同点

2.PCR反应的过程及结果
(1)PCR反应过程：
①变性：
②复性：
③延伸：
(2)结果：
特别提醒　DNA复制需要引物的原因：DNA聚合酶不能从5′端开始合成DNA，而只能从3′端延伸DNA链。
二、血红蛋白的提取和分离
1．方法及原理
方　法
原　理
凝胶色谱法

电泳法

2.实验操作程序
(1)样品处理
(2)粗分离
④图示：
⑤注意：透析时间为12 h。透析袋是用硝酸纤维素制成，小分子可自由进出，而大分子保留在袋内。
(3)纯化：一般采用凝胶色谱法对血红蛋白进行分离和纯化。
(4)纯度鉴定：一般用SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳方法，来测定蛋白质的分子量，即对血红蛋白进行纯度鉴定。
3．结果分析与评价
项　目
分　析
血液样品的处理
分层明显→
 →
凝胶色谱柱的装填

血红蛋白的分离
特别提醒　①用凝胶色谱法分离和纯化蛋白质，滴加样品时，吸管管口贴着管壁环绕移动加样，同时注意不要破坏凝胶面。
②在蛋白质分离过程中，应仔细观察红色区带在洗脱过程中的移动情况，如果红色区带均匀一致地移动，说明色谱柱制作成功。
对应训练
1.多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增DNA片段的技术。PCR过程一般经历30多次下述循环：95 ℃条件下使模板DNA变性、解链→55 ℃条件下复性(引物与DNA模板链结合)→72 ℃条件下引物链延伸(形成新的脱氧核苷酸链)。下列有关PCR过程的叙述，不正确的是(　　)。
A．变性过程中破坏的是DNA分子内碱基对之间的氢键，也可利用解旋酶实现
B．复性过程中引物与DNA模板链的结合是依靠碱基互补配对原则完成的
C．延伸过程中需要DNA聚合酶、ATP、4种核糖核苷酸
D．PCR与细胞内DNA复制相比，其所需要酶的最适温度较高
2.多聚酶链式反应(PCR)是一种体外扩增DNA片段的技术。可用于遗传疾病的诊断、刑侦破案、古生物学、基因克隆和DNA序列测定等方面。回答以下问题：
(1)细胞内DNA复制过程中，引物的作用是__________，而且DNA复制的前提是__________。
(2)PCR利用了__________原理，可通过控制温度来控制双链的解旋与结合。
(3)PCR技术用到的酶是__________，与细胞内DNA复制时发挥相同作用的酶相比区别在于__________。
(4)下面表格是DNA体内复制与PCR反应的部分比较结果。通过比较分析，请推导出PCR反应合成DNA子链时能量来源于______________。
原　料
ATP
DNA体内复制
四种脱氧核苷酸
需要
PCR反应
脱氧胞苷三磷酸、脱氧腺苷三磷酸
脱氧胸苷三磷酸、脱氧鸟苷三磷酸
不需要
(5)假如PCR反应所用的引物含有放射性、模板不具有放射性，且引物不被切除，则经过n次循环，具有放射性的脱氧核苷酸链占总链数的比值为__________。
3.如图表示血红蛋白提取和分离的部分实验装置，请回答下列问题。
(1)血红蛋白是人和其他脊椎动物红细胞的主要组成成分，其在红细胞中的作用体现了蛋白质具有________功能。
(2)甲装置中，B是血红蛋白溶液，则A是________；乙装置中，C溶液的作用是________________________________________________________________________。
(3)甲装置用于________，目的是________________。用乙装置分离蛋白质的方法叫________，是根据________________分离蛋白质的有效方法。
(4)用乙装置分离血红蛋白时，待________时，用试管收集流出液，每5 mL收集一管，连续收集。
4.下列关于血红蛋白分离中样品处理及粗分离的描述，错误的是(　　)。
A．红细胞洗涤：此操作的目的是去除红细胞内的杂蛋白
B．血红蛋白释放：此操作需要将洗涤好的红细胞放入蒸馏水中
C．分离血红蛋白溶液：离心后红色透明液体是血红蛋白的水溶液
D．透析：此操作的目的是去除分子量较小的杂质
实验探究
（2012·岳阳模拟）DNA的粗提取与鉴定的实验（如图）：
（1）本实验材料选用鸡血细胞液，而不是鸡全血，主要原因是鸡血细胞液中______含量较高。
（2）图A所示加入蒸馏水的目的是_________。
（3）通过图B所示步骤取得滤液后，再向滤液中加入2 mol/L NaCl溶液的目的是____________。
（4）图C所示加入蒸馏水的目的是________________。
（5）为鉴定实验所得丝状物的主要成分是DNA，可用______试剂进行检测，在沸水浴条件下，可以看到颜色反应为____________________色。
限时训练
题组一DNA粗提取与鉴定及PCR扩增技术
1.下列关于PCR的描述中，正确的是(　　)
①PCR是一种酶促反应 ②引物决定了扩增的特异性 ③扩增DNA利用了热变性的原理 ④扩增的对象是氨基酸序列
A．①②④ B．②③④
C．①③④ D．①②③
2.PCR(多聚酶链式反应)技术是一项在生物体外复制特定的DNA片段的核酸合成技术，如图表示合成过程。下列说法错误的是( )
A.A过程高温使DNA变性解旋，该过程不需要解旋酶的作用
B.C过程要用到的酶在高温下失活，因此在PCR扩增时需要再添加
C.如果把模板DNA的两条链用15N标记，游离的脱氧核苷酸不做标记，控制“94℃～55℃～72℃”温度循环3次，则在形成的子代DNA中含有15N标记的DNA占25%
D.PCR中由碱基错配引起的变异属于基因突变
3．如图为“DNA粗提取和鉴定”实验的相关操作。这些操作目的正确的是(　　)
A．①是洗涤红细胞，去除血细胞表面的杂质
B．②是溶解DNA，去除不溶于酒精的杂质
C．③溶解DNA，去除不溶于2 mol/L NaCl溶液的杂质
D．④稀释NaCl溶液，去除不溶于低浓度NaCl溶液的杂质
4．要使PCR反应在体外的条件下顺利地进行，需要严格的控制(　　)
A．氧气的浓度 B．酸碱度
C．温度 D．大气的湿度
5．DNA在NaCl溶液中的溶解度有二重性，随着NaCl溶液浓度的变化而变化。
(1)请在下列浓度的NaCl溶液中，选出能使DNA析出最彻底的一种和溶解度最高的一种(　　)
A．0.14 mol/L B．2 mol/L
C．0.15 mol/L D．0.3 mol/L
(2)DNA不溶于酒精，但细胞中的某些物质却可以溶于酒精溶液，利用这一原理可以____________，可以推测溶于酒精的物质中可能有___________________________________。
(3)利用DNA遇________呈蓝色的特性，将该物质作为鉴定________的试剂。
题组二　血红蛋白的提取和分离
6.（2012·江苏淮安期末）下列关于凝胶色谱法的说法正确的是(　　)
A．是根据蛋白质对其他分子的亲和力来分离蛋白质的
B．凝胶是一些微小的无孔的球体，小球体都是由多糖类化合物构成的
C．相对分子质量较小的蛋白质的路程较长，但移动速度较快
D．相对分子质量较大的蛋白质只能在凝胶外部移动，路程较短，移动速度较快
7.蛋白质的分离与纯化技术是蛋白质研究的重要技术。下列有关叙述不正确的是(　　)
A．根据蛋白质分子不能透过半透膜的特性，可将样品中各种不同的蛋白质分离
B．根据蛋白质所带电荷性质的差异及分子大小等，可通过电泳分离蛋白质
C．根据蛋白质相对分子质量的大小，可通过凝胶色谱法分离蛋白质
D．根据蛋白质的分子大小、密度不同，可通过离心沉降法分离蛋白质
8.
凝胶色谱技术是二十世纪六十年代初发展起来的一种快速而又简单的分离技术，由于设备简单、操作方便，不需要有机溶剂，对高分子物质有很好的分离效果，目前已经被广泛应用于多个领域，请回答：
(1)a、b均为蛋白质分子，其中先从层析柱中洗脱出来的是________，原因是____________
________________________________________________________________________。
(2)若选用SephadexG—100，则G表示___________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)通过凝胶色谱法可将从红细胞中分离出的血红蛋白样品进一步________，在血红蛋白的提取和分离实验中有以下操作，试回答：
①实验时要对采集到的血液中的红细胞进行洗涤，洗涤的目的是________________。
②在____________作用下，红细胞会破裂释放出血红蛋白。
③将释放出的血红蛋白收集到透析袋中透析，这是样品的________，而透析的目的是________________________________________________________________________。
④实验最后经过SDS－聚丙烯酰胺凝胶电泳进行_________________________________
________________。
(4)装填凝胶色谱柱时，要注意色谱柱内不能有气泡存在，一旦发现气泡必须重装。这是因为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
高考真题体验
1.(2011·广东理综，24)以下关于猪血红蛋白提纯的描述，不正确的是(　　)。
A．洗涤红细胞时，使用生理盐水可防止红细胞破裂
B．猪成熟红细胞中缺少细胞器和细胞核，提纯时杂蛋白较少
C．血红蛋白的颜色可用于凝胶色谱法分离过程的监测
D．在凝胶色谱法分离过程中，血红蛋白比分子量较小的杂蛋白移动慢
2.（2011·江苏高考）在利用鸡血进行“DNA的粗提取与鉴定”的试验中，相关的叙述正确的是（ ）
A.用蒸馏水将NaCl溶液浓度调至0.14mol/L，滤去析出物
B.调节NaCl溶液浓度或加入木瓜蛋白酶，都可以去除部分杂质
C.将丝状物溶解在2 mol/LNaCl溶液中，加入二苯胺试剂即呈蓝色
D.用菜花替代鸡血作为实验材料，其实验操作步骤相同
3.（2011·山东高考）研究发现柚皮精油和乳酸菌素（小分子蛋白质）均有抑菌作用，两者的提取及应用如图所示。
（1）柚皮易焦糊，宜采用____________法提取柚皮精油，该过程得到的糊状液体可通过___________除去其中的固体杂质。
（2）筛选乳酸菌A时可选用平板划线法或____________接种。对新配制的培养基灭菌时所用的设备是_______________。实验前需对超净工作台进行____________处理。
（3）培养基中的尿素可为乳酸菌A生长提供______________。电泳法纯化乳酸菌素时，若分离带电荷相同的蛋白质，则其分子量越大，电泳速度___________。
（4）抑菌实验时，在长满致病菌的平板上，会出现以抑菌物质为中心的透明圈。可通过测定透明圈的______________来比较柚皮精油和乳酸菌素的抑菌效果。
学案61 DNA和蛋白质技术
答案与解析
基础自查
一、血红蛋白的提取和分离
1．凝胶色谱法：也称分配色谱法，是根据相对分子质量的大小分离蛋白质的有效方法。
2．电泳
(1)概念：电泳是指带电粒子在电场的作用下发生迁移的过程。
(2)特点：电泳利用待分离样品中各种分子带电性质的差异以及分子本身的大小、形状的不同，使带电分子产生不同的迁移速度，从而实现样品中各种分子的分离。
3．实验操作
(1)样品处理：通过红细胞的洗涤、搅拌、离心等操作收集到血红蛋白溶液。
(2)粗分离：通过透析去除血红蛋白溶液中的相对分子质量较小的杂质。
(3)纯化：通过凝胶色谱法分离相对分子质量不同的蛋白质。
(4)纯度鉴定：用SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳进行样品纯度鉴定。
二、PCR技术扩增DNA片段
1．PCR技术
(1)PCR：多聚酶链式反应的简称，是一种体外迅速扩增DNA片段 的技术。
(2)扩增方向：总是从子链的5′端向 3′端延伸。
(3)引物特点：是一小段RNA 或DNA，能与DNA母链的一段碱基序列互补配对，用于PCR的引物长度通常为20～30个核苷酸。
(4)原理：DNA复制原理。
(5)条件：DNA模板、分别与两条模板链相结合的两种引物，四种脱氧核苷酸、耐热的DNA聚合酶，同时控制温度。
2．过程
(1)变性：当温度上升到90℃以上时，双链DNA解旋为单链。
(2)复性：温度下降为50 ℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合。
(3)延伸：当温度上升到72 ℃左右时，四种脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链。
3．结果：DNA聚合酶只能特异性地复制处于两个引物之间的DNA序列，使这段固定长度的序列呈指数扩增。
课堂深化探究
一．多聚酶链式反应扩增DNA片段
1．细胞内DNA复制与体外DNA扩增(PCR技术)的比较
细胞内DNA复制
PCR
不同点
解旋
解旋酶，边解旋边复制
80～100 ℃高温解旋，双链完全分开
酶
解旋酶，DNA聚合酶，DNA连接酶
Taq DNA聚合酶
引物
RNA
DNA或RNA
能量
ATP
不加
温度
体内温和条件
高温
子链合成
一条链连续(先导链)，另一条链不连续，先合成片段，再由DNA连接酶连接(滞后链)
两条子链均连续合成
相同点
①提供DNA模板
②四种脱氧核苷酸作原料
③子链延伸的方向都是从5′端到3′端
2.PCR反应的过程及结果
(1)PCR反应过程：
①变性：当温度上升到90 ℃以上时，双链DNA解聚为单链，
②复性：系统温度下降至50 ℃左右时，两种引物通过碱基互补配对与两条单链DNA结合
③延伸：当系统温度上升至72 ℃左右，溶液中的四种脱氧核苷酸(A、T、G、C)在DNA聚合酶的作用下，根据碱基互补配对原则合成新的DNA链
(2)结果：
①PCR一般要经历三十多次循环，每次循环都包括变性、复性、延伸三步。
②两引物之间的固定长度的DNA序列呈指数扩增。
二、血红蛋白的提取和分离
1．方法及原理
方　法
原　理
凝胶色谱法
根据相对分子质量的大小分离蛋白质
电泳法
各种分子带电性质的差异以及分子本身大小、形状的不同
2.实验操作程序
(1)样品处理
①红细胞的洗涤：除去血浆蛋白等杂质，有利于后续步骤的分离纯化；
②血红蛋白的释放：使红细胞破裂，血红蛋白释放出来；
③分离血红蛋白溶液：经过离心使血红蛋白和其他杂质分离开来，便于下一步对血红蛋白的纯化。
(2)粗分离
①原理：透析袋能使小分子自由出入，而将大分子保留在袋内，透析可以除去样品中相对分子质量较小的杂质。
②过程：取1 mL的血红蛋白溶液装入透析袋中，将透析袋放入盛有300 mL的物质的量浓度为20 mmol/L的磷酸缓冲液中(pH为7.0)，透析12 h。
③目的
(3)纯化：一般采用凝胶色谱法对血红蛋白进行分离和纯化。
(4)纯度鉴定：一般用SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳方法，来测定蛋白质的分子量，即对血红蛋白进行纯度鉴定。
3．结果分析与评价
项　目
分　析
血液样品的处理
分层明显→样品处理完成

凝胶色谱柱的装填
放一支与凝胶柱垂直的日光灯→直接检查加入大分子有色物质如蓝色葡聚糖—2 000或红色葡聚糖，若色带均匀、狭窄、平整→装填成功
血红蛋白的分离
血红蛋白的红色区带均匀、狭窄、平整，随洗脱液缓慢流出→分离成功
对应训练
1.解析　PCR一般要经历30多次循环，每次循环可以分为变性、复性和延伸三步。从第二轮循环开始，上一次循环的产物也作为模板参与反应，并且由引物Ⅰ延伸而成的DNA单链会与引物Ⅱ结合，进行DNA的延伸。DNA变性(90～95 ℃)：双链DNA模板在热作用下，氢键断裂，形成单链DNA。复性(55～65 ℃)：系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部双链。延伸(70～75 ℃)：在Taq酶(在72 ℃左右活性最高)的作用下，以dNTP(三磷酸脱氧核糖核苷酸的缩写)为原料，从引物的5′端向3′端延伸，合成与模板链互补的DNA链。
答案　C
2.解析　(1)DNA具有双螺旋结构，复制时遵循碱基互补配对原则，所以打开氢键，DNA聚合酶方可在引物的引导下从引物3′端开始连接脱氧核苷酸。(2)PCR技术就是模拟细胞内DNA复制的一项技术，只不过该技术中双链的解旋与结合是通过温度来控制的，原因在于DNA具有热变性。(3)TaqDNA聚合酶具有耐高温的特性。(4)DNA无论是体内复制还是体外复制，子链合成过程中都要消耗能量，而PCR反应不加入ATP供能，且加入的原料也不是四种脱氧核苷酸，可见PCR所用原料在水解成相应脱氧核苷酸时，能释放出等同于ATP水解的能量。(5)DNA复制n次产生2n个DNA，共有2n＋1条脱氧核苷酸链，由于母链不具有放射性，所以具有放射性的脱氧核苷酸链占总链数的比值为＝。
答案　(1)使DNA聚合酶能够从引物的3′端开始连接脱氧核苷酸　解开双链(或打开氢键)　(2)DNA的热变性　(3)TaqDNA聚合酶　耐高温　(4)所用原料水解产生相应脱氧核苷酸时所释放的能量　(5)
3.解析　本题易出错的地方有：(2)小题中A是磷酸缓冲溶液，C也是磷酸缓冲溶液，它的作用一是保持血红蛋白的结构不被破坏，再一个是洗脱血红蛋白，这是常常出错的地方。透析是粗分离蛋白质的方法，透析后得到的蛋白质还要进行纯化和纯度鉴定，在鉴定纯度时常用SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳法。
正确思路应为：血红蛋白在氧分压高的地方与氧结合，在氧分压低的地方与氧分离，起到运输氧的作用。图甲表示的是透析过程，将装有血红蛋白溶液的透析袋放入盛有300 mL的物质的量浓度为20 mmol/L的磷酸缓冲液中(pH为7.0)。透析的目的是去除样品中分子质量较小的杂质。图乙表示用凝胶色谱柱洗脱血红蛋白的操作示意图。凝胶实际上是一些微小的多孔球体，小球体内部有许多贯穿的通道。相对分子质量较大的蛋白质不能进入凝胶内部的通道，只能在凝胶外部移动，通过的路程较短，移动速度较快；相对分子质量较小的蛋白质比较容易进入凝胶内部的通道，通过的路程较长，移动速度较慢。因此，样品中相对分子质量较大的蛋白质先流出，相对分子质量中等的分子后流出，相对分子质量最小的分子最后流出，从而使相对分子质量不同的各种分子得以分离。因此相对分子质量不同的蛋白质分子可以获得分离。这种分离血红蛋白的方法叫凝胶色谱法。样品的加入和洗脱的大致过程是：调整缓冲液面→滴加透析样品→样品渗入凝胶床→洗脱→收集。C溶液是磷酸缓冲液，其作用是洗脱血红蛋白。待红色的蛋白质接近色谱柱底端时开始收集流出液。
答案　(1)运输　(2)磷酸缓冲液　洗脱血红蛋白　(3)透析(粗分离)　去除样品中分子质量较小的杂质　凝胶色谱法　相对分子质量的大小　(4)红色的蛋白质接近色谱柱底端
4.解析　红细胞洗涤的目的是去除血浆中的蛋白质。
答案　A
实验探究
解析：鸡血细胞没有细胞壁，而且细胞内DNA的含量较高。如图A所示，鸡血细胞液中加入蒸馏水后，细胞内渗透压较高，则鸡血细胞吸水而涨破。如图B所示，溶液中加入2 mol/L NaCl溶液，DNA溶解而杂质析出。如图C所示，加入蒸馏水后，溶液浓度会降低，当浓度降至0.14 mol/L时，DNA的溶解度最低而析出。在沸水浴的条件下，DNA遇二苯胺呈现蓝色。
答案：（1）DNA （2）使血细胞吸水涨破，释放出核物质DNA （3）使DNA溶解于NaCl溶液 （4）使DNA的溶解度下降而析出 （5）二苯胺 蓝
限时训练
题组一DNA粗提取与鉴定及PCR扩增技术
1.【解析】PCR是一种体外迅速扩增DNA片段的技术，在高温条件下，把DNA的双链打开，缓慢冷却后，又重新结合，需要耐高温DNA聚合酶，同时，还需要引物，从引物的3′端连接脱氧核苷酸。
【答案】D
2.【解析】高温所起的作用类似于解旋酶，使双链DNA变为单链。C过程为PCR技术的延伸阶段，当系统温度上升至72℃左右时，溶液中的四种脱氧核苷酸在DNA聚合酶的作用下合成新的DNA链。Taq DNA聚合酶是耐热的，高温下不变性，所以一次性加入即可。PCR技术遵循半保留复制的特点。经过三次循环，共产生23个DNA分子，其中有2个DNA分子含有15N标记。基因中的碱基对改变属于基因突变。
【答案】B
3．C
4．C　 PCR利用的是DNA热变性原理，通过控制温度来控制双链的解聚与结合。
5．(1)AB　(2)去除杂质　某些盐类、蛋白质、糖类或其他大分子物质　(3)二苯胺　DNA
解析　由实验原理可知，DNA在0.14 mol/L的NaCl溶液中溶解度最低，有利于DNA的析出；DNA主要存在于染色体上，为了把DNA与蛋白质等其他物质分开，采用DNA不溶于酒精的方法，从而达到去除杂质的目的；利用DNA遇二苯胺(沸水浴)成蓝色的特性，可以鉴定DNA。
题组二　血红蛋白的提取和分离
6.【解析】凝胶色谱法是根据相对分子质量的大小分离蛋白质有效方法。所用的凝胶实际上是一些微小的多孔球体，这些小球体大多数是由多糖类化合物构成的，在小球体内部有许多贯穿的通道，当相对分子质量不同的蛋白质通过凝胶时，相对分子质量较小的蛋白质容易进入凝胶内部的通道，路程较长，移动速度较慢；而相对分子质量较大的蛋白质无法进入凝胶内部的通道，只能在凝胶外部移动，路程较短，移动速度较快。相对分子质量不同的蛋白质分子因此得以分离。
【答案】D
7.【解析】蛋白质分子不能透过半透膜，而溶液中的小分子物质则可以透过半透膜，因此可以将蛋白质和溶液中的小分子物质分离。
【答案】A
8．(1)a　a相对分子质量大，无法进入凝胶内部的通道，只能在凝胶外部移动，路程较短，移动速度较快　(2)凝胶的交联程度、膨胀程度及分离范围　(3)纯化　①去除血浆蛋白　②蒸馏水和甲苯　③粗提取　去除相对分子质量较小的杂质　④纯度鉴定　(4)气泡会搅乱洗脱液中蛋白质的洗脱次序，降低分离效果
高考真题体验
1.解析　猪成熟红细胞中缺少细胞器和细胞核，提纯时杂蛋白较少，是提纯血红蛋白的理想材料。提纯血红蛋白分四步：红细胞的洗涤、血红蛋白的释放、分离血红蛋白溶液、透析，其中洗涤红细胞时，要用生理盐水反复洗涤，既要将红细胞洗涤干净，又要不破坏红细胞，然后再用蒸馏水和甲苯使红细胞破裂，释放出血红蛋白。分离提纯血红蛋白时用凝胶色谱法，是根据相对分子质量的大小来分离蛋白质，相对分子质量大的蛋白质移动速度较快；血红蛋白的颜色可用于观察红色区带的移动情况，并据此判断分离效果。故D不正确。
答案　D
2.解析：DNA在NaCl溶液浓度为0.14mol/L时溶解度最小，将NaCl溶液浓度调至0.14mol/L，DNA析出，应去掉滤液，A错误。加入木瓜蛋白酶，可分解细胞中的蛋白质，B正确。将丝状物溶解在2 mol/LNaCl溶液中，加入二苯胺试剂，在沸水中加热5分钟，冷却后才能观察到溶液变蓝，C错误。菜花细胞有细胞壁，替代鸡血作为实验材料，实验操作中细胞的破碎等操作与使用鸡血细胞不同，D错误。
答案：B
3.解析：本题考查了植物有效成分的提取、微生物接种、蛋白质提取等知识点。
（1）提取植物芳香油方法有三种：蒸馏、压榨和萃取；压榨法适用于从柑橘、柠檬等易焦糊原料中提取物质，欲除去该过程得到的糊状液体中的固体杂质，宜采用过滤法。
（2）微生物接种的最常用方法是平板划线法和稀释涂布平板法；将需灭菌的培养基放到高压灭菌锅内灭菌；实验前需对超净工作台宜采用紫外线法进行消毒。
（3）乳酸菌的生长需要需要碳源、氮源、水、无机盐、生长因子等，尿素主要为其提供氮源，同时也提供碳源；电泳法的原理是：不同蛋白质的带电性质、电量、形状和大小不同，在电场中受到的作用力大小、方向、阻力不同，导致不同蛋白质在电场中的运动方向和运动速度不同，若分离带电荷相同的蛋白质，则其分子量越大，电泳速度越慢。
（4）在长满致病菌的平板上，会出现以抑菌物质为中心的透明圈，且抑菌效果越好透明圈越大。答案：（1）压榨 过滤 （2）稀释涂布平板法 高压蒸汽灭菌锅 紫外线消毒 （3）碳源和氮源 越慢 （4）大小
第十一单元 生物技术实践
学案62 植物有效成分的提取
考纲要求
从生物材料中提取某种特定成分 实验与探究
复习要求
1.掌握植物芳香油的提取技术的方法、原理及流程
2.掌握胡萝卜素的提取方法、原理及流程
基础自查
一． 植物芳香油的提取
1．水蒸气蒸馏法
(1)原理：
。
(2)实验：玫瑰精油的提取。
(3)实验流程：
。
2．萃取法： ，可采取萃取法提取。将粉碎、干燥的植物原料浸泡于有机溶剂中，使芳香油溶解在有机溶剂中，再蒸发掉有机溶剂。这种方法必须 ，否则 。
3．压榨法
(1)原理： 。
(2)实验：橘皮精油的提取。
(3)实验流程： 。
二、胡萝卜素的提取
1．萃取法： 。
2．实验流程： 。
3．鉴定： 。
课堂深化探究
一． 植物芳香油的提取
三种提取方法的比较
特别提醒：水中蒸馏、水上蒸馏和水气蒸馏的区别
1．这三种方法的基本原理相同，但原料放置位置不同。
(1)水中蒸馏：原料放在蒸馏容器的水中，水要完全浸没原料。
(2)水上蒸馏：容器中水的上方有筛板，原料放在筛板上，水量以沸腾时不浸湿原料为宜。
(3)水气蒸馏：蒸馏容器下方有一排气孔，连接外源水蒸气，上方有筛板，上面放原料。
2．各自特点：水中蒸馏设备简单、成本低、易操作，而水上蒸馏和水气蒸馏时间短，出油率高。
二、胡萝卜素的提取
1.胡萝卜素提取的方法
胡萝卜素为什么可用萃取法和纸层析法提取？
2.提取胡萝卜素的实验流程： 。
3.影响胡萝卜提取的因素有哪些？
4. 用层析法鉴定时应注意哪些问题？
对应训练
1.生物组织中存在多种有机物，不同的有机物其提取与鉴定方法不尽相同。根据所学知识，请回答下列问题。
（1）在香粒工业提取的“液体黄金”玫瑰油中，要求不含有任何添加剂或化学原料，其提取方法主要是????????? ?? ；玫瑰精油的提取需大量原料，通常采用????? ? 技术实现玫瑰的快速繁殖。
（2）橘皮精油具有诱人的橘香味，是食品、化妆品和香水配料的优质原料，具有很高的经济价值，主要通过??????????? ?? 法提取。
（3）用萃取法提取胡萝卜素，萃取的效率主要取决于?????? ??? ，同时还受原料颗粒的大小、含水量等条件的影响；在对新鲜胡萝卜进行干燥时，要注意控制??? ?????? ?? ，否则会引起胡萝卜素的分解；提取的胡萝卜素粗品可通过???? ??????法进行鉴定。
2.根据从胡萝卜中提取胡萝卜素的相关知识及胡萝卜素的性质，回答下列问题。
(1)胡萝卜素是________________色结晶。从胡萝卜中提取胡萝卜素，常用__________
______作为溶剂，原因是_______________________________。
(2)从胡萝卜中提取胡萝卜素常用的方法是________法。用这种方法提取胡萝卜素的主要步骤是：粉碎、干燥、________、________、________。
(3)在胡萝卜颗粒的加热干燥过程中，应严格将______和______控制在一定范围内，原因是_________________________________________________________。
(4)提取的胡萝卜素可通过_______________法进行鉴定，在鉴定过程中需要用________________进行对照。
(5)一般情况下，提取胡萝卜素时，提取效率与原料颗粒的大小成________比。
3.如图所示，比较玫瑰油提取的水蒸气蒸馏装置和胡萝卜素提取的装置图，回答有关问题：
(1)从装置上看，A装置多了________、________；B装置增加了________。
(2)A装置中提取物最后存在于________中，B装置提取物存在于________中。
(3)两个装置的差别是由于提取物的方法不同，归根到底是由于提取物的分子结构不同、理化性质不同。A装置中提取物一般具有________，B装置中提取物在石油醚等有机溶剂中有较高的________。
(4)如果萃取液是水，还需要水浴加热吗？______________________________。
4.在植物有效成分的提取过程中，常用萃取法、蒸馏法和压榨法，下列关于这三种方法叙述错误的是(　　)
A．蒸馏法的实验原理是利用水将芳香油溶解下来，再把水蒸发掉，剩余的就是芳香油
B．压榨法的实验原理是通过机械加压，压榨出果皮中的芳香油
C．萃取法的实验原理是使芳香油溶解在有机溶剂中，蒸发掉溶剂后就可获得芳香油
D．蒸馏法适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性强的芳香油
实验探究
（2012·安徽模拟）生物组织中有机物的提取方法有很多种。不同的有机物提取的方法各有不同。
(1)玫瑰精油称为“液体黄金”，是世界香料工业不可取代的原料，提取出的玫瑰精油要求不含有任何添加剂或化学原料，其提取方法主要是______________________________
____________________________________。
(2)杏仁油富含矿物质和维生素，是一种质地轻柔、高渗透性的保温剂，主要通过________法提取。
(3)血红蛋白的提取方法可以采用________，该方法主要是利用血红蛋白的________特性将它与其他物质分开的。
(4)提取胡萝卜素的主要步骤：
①选取500 g新鲜的胡萝卜，用清水洗净，沥干、________，然后在40 ℃的烘箱中烘干，时间约需2 h，将干燥后的胡萝卜进一步粉碎过筛。注意胡萝卜的粉碎一定要彻底，主要目的是__________________________________________________________。
②将样品放入500 mL圆底烧瓶中，加入200 mL萃取剂混匀，用萃取方法提取，萃取30 min，然后过滤萃取液，除去固体物质，萃取的效率主要取决于
________________________________________________________________________；
③用蒸馏装置，对萃取的样品进行
______________________________________________________________________；
④收集接收器中的样品。
限时训练
1. 工业生产上，植物芳香油常采用水蒸气蒸馏法，原因是(　　)
A．利用水蒸气可将挥发性强的植物芳香油携带出来
B．水蒸气蒸馏法可划分为水中蒸馏、水上蒸馏和水气蒸馏
C．植物芳香油挥发性强，易溶于有机溶剂
D．操作最简单，成本较低
2.下列关于植物芳香油提取技术的叙述中，正确的是(　　)
①提取植物芳香油都必须用蒸馏法
②水蒸气蒸馏是利用水蒸气将挥发性强的芳香油携带出来
③压榨法是通过机械加压，压榨出果皮中的芳香油
④萃取是使芳香油溶解在有机溶剂中，蒸发溶剂后就可获得芳香油
A．①②③ B．②③④
C．①②④ D．①③④
3.（2012·广东中山模拟）下列橘皮精油提取操作中，应该注意的问题是( )
①橘皮在石灰水中浸泡时间为10小时以上
②橘皮要浸透,压榨时才不会滑脱
③压榨液的黏稠度要高,从而提高出油率
④压榨时加入0.25%的小苏打和5%的硫酸钠
A.①②③ B.②③④ C.①②④ D.①③④
4. 根据从胡萝卜中提取胡萝卜素的相关知识及胡萝卜素的性质，回答下列问题。
(1)胡萝卜素是________色的结晶。从胡萝卜中提取胡萝卜素，常用________作为溶剂，原因是________________________________________________________________________。
(2)从胡萝卜素中提取胡萝卜素常用的方法是________法。用这种方法提取胡萝卜素的主要步骤是：粉碎、干燥、________、________、________。
(3)在胡萝卜颗粒的加热干燥过程中，应严格将________和________控制在一定范围内，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)提取的胡萝卜可通过________法进行鉴定，在鉴定过程中需要用________对照。
(5)一般情况下，提取胡萝卜素时，提取效率与原料颗粒的含水量成________比。
5.. 从玫瑰花中提取出的玫瑰精油称为“液体黄金”，是世界香料工业不可取代的原料，多用于制造高级香水、化妆品等。提取出的玫瑰精油不含有任何添加剂和化学原料，是纯天然的护肤品，具有极好的抗衰老和止痒作用，能够促进细胞再生、防止肌肤老化、抚平肌肤细纹，还具有使人放松、愉悦心情的功效。
玫瑰精油的化学性质稳定，难溶于水，易溶于有机溶剂，挥发性较强。
(1)根据材料中介绍的玫瑰精油的性质，要提取玫瑰精油可以用水中蒸馏和________法提取，但一般采用水中蒸馏的方法，其原因是该法具有________________的优点。
(2)某同学在实验中设计了如图所示装置提取玫瑰精油，指出该装置中的两个错误，并予以改正。
①错误1：___________ _________________________________________________。
改正：___________________________________________________________________。
②错误2：_______________ ________________________________________________。
改正：___________________________________________________________________。
(3)蒸馏时许多因素都会影响产品的品质，蒸馏时温度太高、时间太短，产品品质就差，故要提高产品品质，需要注意： ①______________________________________________；
②________________________________________________________________________。
6.生物组织中有机物的提取方法有很多种。例如，凝胶色谱法、电泳法、蒸馏法、压榨法和萃取法等，不同的有机物提取的方法各有不同。
(1)玫瑰精油称为“液体黄金”，是世界香料工业不可取代的原料，提取出的玫瑰精油要求不含有任何添加剂或化学原料，其提取方法主要是________。
(2)杏仁油富含矿物质和维生素，是一种质地轻柔、高渗透性的保湿剂，主要通过________法提取。
(3)萃取胡萝卜素前，要将胡萝卜彻底粉碎的主要目的是
________________________________________________________________________。
(4)血红蛋白的提取方法可以采用________，该方法主要是利用血红蛋白的哪一特性将它与其他物质分开的？____________________。
7.（2012·山东聊城期末）柠檬精油是食品、化妆品和香水配料的优质原料，具有很高的经济价值。下图为利用柠檬果皮为原料，提取柠檬精油的过程示意图，请回答：
（1）提取柠檬精油所用的方法是 ，不采用水蒸汽蒸馏法的理由是 。
（2）A所用试剂是________，目的是 ；C过程为________，目的是______________________________________________。
（3）B过程一般加入相当于柠檬果皮质量0.25%的小苏打和5%的硫酸钠，其目的是??????????????????? ???????????????。
（4）密封不严的瓶装玫瑰精油保存时最好存放在温度??????的地方，目的是???? ?????。
（5）柠檬精油的提取可以用有机溶剂萃取吗？为什么？
_______________________________________________________________________
高考真题体验
1.(2011·海南)许多植物含有天然香料，如薄荷叶中含有薄荷油。现用薄荷叶提取薄荷油。
回答下列问题。
(1)薄荷油是挥发性物质。提取薄荷油时应选用________(鲜、干)薄荷叶作原料，其原因是________________________________________________________________________。
(2)用萃取法提取薄荷油时，采用的溶剂是________，原理是________________。
(3)用水蒸气蒸馏法提取薄荷油时，在油水混合物中加入氯化钠的作用是________。常用于分离油层和水层的器皿是________。分离出的油层中加入无水硫酸钠的作用是________，除去固体硫酸钠的常用方法是________。
2．(2010·浙江理综，6)将无根的非洲菊幼苗转入无植物激素的培养基中，在适宜的温度和光照等条件下培养一段时间后，应出现的现象是(　　)。
3.(2010·全国新课标，37)下列是与芳香油提取相关的问题，请回答。
(1)玫瑰精油适合用水蒸气蒸馏法提取，其理由是玫瑰精油具有________________的性质。蒸馏时收集的蒸馏液________(是、不是)纯的玫瑰精油，原因是__________________________。
(2)当蒸馏瓶中的水和原料量一定时，蒸馏过程中，影响精油提取量的主要因素有蒸馏时间和________。当原料量等其他条件一定时，提取量随蒸馏时间的变化趋势是___________。
(3)如果蒸馏过程中不进行冷却，则精油提取量会___________________________，原因是_____________________________________________________。
(4)密封不严的瓶装玫瑰精油保存时最好存放在温度________的地方，目的是____________。
(5)某植物花中精油的相对含量随花的不同生长发育时期的变化趋势如图所示。提取精油时采摘花的最合适时间为________天左右。
(6)从薄荷叶中提取薄荷油时________(能、不能)采用从玫瑰花中提取玫瑰精油的方法，理由是________________________________________________________________________。
4．(2009·海南)请回答下列与实验室提取芳香油有关的问题。
(1)植物芳香油的提取可采用的方法有压榨法、________和________。
(2)芳香油溶解性的特点是不溶于________，易溶于________，因此可用________作为提取剂来提取芳香油。
(3)橘子果实含有芳香油，通常可用________作为材料提取芳香油，而且提取时往往选用新鲜的材料，理由是___________________________________________________________。
(4)对材料压榨后可得到糊状液体，为除去其中的固体物获得乳状液可采用的方法是________。
(5)得到的乳状液加入氯化钠并放置一段时间后，芳香油将分布于液体的________层，原因是________________________________________________________________________。
加入氯化钠的作用是____________________________________________________。
(6)从乳状液中分离得到的芳香油中要加入无水硫酸钠，此试剂的作用是______________。
学案62 植物有效成分的提取
基础自查
一．植物芳香油的提取
1．水蒸气蒸馏法
(1) 利用水蒸气将挥发性 较强的植物芳香油携带出来，形成混合物，冷却后，混合物又重新分出油层和水层。
(3) 玫瑰花＋清水―→水蒸气蒸馏―→油水混合物分离油层――――→除水过滤―→玫瑰油。
植物芳香油易溶于有机溶剂，可采取萃取法提取。
3．压榨法
(1) 利用压榨法榨出芳香油等。
(3) 石灰水浸泡―→漂洗―→压榨―→过滤―→静置―→再次过滤―→橘皮油。
二、胡萝卜素的提取
1．根据胡萝卜素易溶于有机溶剂的特点。
2．胡萝卜―→粉碎―→干燥―→萃取―→过滤―→浓缩 ―→胡萝卜素。
3．利用纸层析法进行鉴定。
课堂深化探究
一．植物芳香油的提取
三种提取方法的比较
二、胡萝卜素的提取
1.胡萝卜素提取的方法
胡萝卜素是橘黄色结晶，化学性质比较稳定，不溶于水，微溶于酒精，易溶于石油醚等有机溶剂，可用萃取法和纸层析法提取。
2.粉碎→干燥→萃取→过滤→浓缩。
3. (1)主要因素：萃取剂的性质和使用量。
(2)次要因素：原料颗粒的大小、紧密程度、含水量、萃取的温度和时间等。
4. (1)层析时注意选择干净的滤纸，为了防止操作时对滤纸的污 染，应尽量避免用手直接接触滤纸，可以戴手套进行操作。
(2)点样时应注意点样斑点不能太大(直径应小于0.5 cm)，如果用吹风机吹干，温度不宜过高，否则斑点会变黄。
(3)将点好样的滤纸卷成筒状，卷纸时注意滤纸两边不能相互接触，以免因毛细管现象导致溶剂沿滤纸两边的移动加快，溶剂前沿不齐，影响结果。
(4)层析液不可没及样品原点，以免色素溶解于层析液中，使鉴定失败。
(5)层析是否提取到胡萝卜素，通过与标准样品中的β－胡萝卜素作对比予以确认。
对应训练
1.【解析】（1）玫瑰油精油的一般通过水蒸气蒸馏法进行提取，对植物进行快速繁殖一般是通过植物组织培养技术；（2）橘皮精油主要是通过压榨法进行提取；（3）萃取的效率主要取决于萃取剂的性质和使用量；对胡萝卜进行干燥时需要注意温度和时间，以免对胡萝卜造成破坏；胡萝卜素可通过纸层析的方法进行鉴定。
【答案】（1）水蒸气蒸馏法? 植物组织培养 ?? （2）压榨?? （3）萃取剂的性质和使用量? 温度和时间? 纸层析
2.【解析】(1)胡萝卜素为橘黄色结晶，是一种脂类物质，常用有机溶剂进行提取。(2)(3)(5)提取胡萝卜素常用的方法为萃取法，其主要步骤包括粉碎、干燥、萃取、过滤，浓缩等。在干燥时要控制好温度和时间，因为温度过高和时间过长会导致胡萝卜素分解，干燥的目的是提高提取效率。(4)鉴定胡萝卜素可用纸层析法，在鉴定过程中需要用标准样品进行对照。
【答案】(1)橘黄　亲脂性有机溶剂(或有机溶剂)　胡萝卜素是脂类物质　(2)萃取　萃取　过滤　浓缩　(3)温度　时间　温度过高和时间过长会导致胡萝卜素分解　(4)纸层析　标准样品　(5)反
3.【解析】(1)此题考查对两种提取装置的理解，从图中可看出答案。(2)A装置是蒸馏过程，提取物随水蒸气蒸发后由于冷凝管的冷凝作用最后进入接收瓶，而B装置是萃取，提取物最终溶解在烧瓶内的有机溶剂中。(3)A装置提取物必须具挥发性才能随水蒸气进入接收瓶，B装置提取物只有在有机溶剂中有高溶解度才能萃取出来。(4)如果萃取液是有机溶剂，需要隔水加热，目的是防止有机溶剂燃烧或爆炸，如果萃取液是水，就没有必要隔水加热了。
【答案】(1)温度计　接收瓶(锥形瓶)　水浴锅　(2)接收瓶(锥形瓶)　烧瓶　(3)挥发性　溶解度 (4)不需要
4.【解析】蒸馏法是利用水蒸气将挥发性较强的芳香油携带出来，适用于提取玫瑰油、薄荷油等挥发性强的芳香油。压榨法通过机械加压，压榨出果皮中的芳香油，适用于柑橘、柠檬等易焦糊原料的提取。萃取法使芳香油溶解在有机溶剂中，蒸发掉溶剂后就可获得芳香油，它的适用范围广，要求原料的颗粒要尽可能细小，能充分浸泡在有机溶液中。
【答案】A
实验探究
限时训练
1.解析：A为水蒸气蒸馏原理；B为水蒸气蒸馏类型；C为萃取原理。
答案：D　
2.解析：水蒸气蒸馏法原理是利用水蒸气将挥发性较强的植物芳香油携带出来，适用于提取挥发性较强的芳香油，如玫瑰精油、薄荷油等。萃取法原理是植物芳香油易溶于有机溶剂，只要把溶剂蒸发出来，就可获得纯净的植物芳香油，适用范围较广。压榨法的原理是通过机械加压，压榨出果皮中的芳香油，适用于易焦糊原料的提取，如柑橘、柠檬等。
答案：B
3.解析：橘皮在石灰水中充分浸泡，使橘皮浸透而不会滑脱，并且压榨液的黏稠度不会太高，过滤时不会堵塞筛眼。为了使橘皮精油与水分离,压榨时需要加入小苏打和硫酸钠。
答案：C
4.解析：胡萝卜素是一种橘黄色的脂类物质。根据胡萝卜素能溶解于有机溶剂而不溶于水的这一性质，可采用萃取法来提取胡萝卜素，提取效率与原料颗粒的含水量成反比。提取的基本流程为粉碎、干燥、萃取、过滤和浓缩。在胡萝卜颗粒的加热干燥过程中，要严格控制加热的温度和时间，以防胡萝卜素因温度过高和时间过长而被分解。提取的胡萝卜素用纸层析法进行鉴定。
答案：(1)橘(橙)黄　亲脂性有机溶剂(或有机溶剂)　胡萝卜素是脂类物质　(2)萃取　萃取　过滤　浓缩　(3)温度　时间　温度过高和时间过长会导致胡萝卜素分解　(4)纸层析　标准样品　(5)反
5.解析：(1)应根据原料特点来选择提取方法。根据玫瑰精油挥发性强，化学性质稳定，可以用蒸馏法，而玫瑰精油不溶于水，易溶于有机溶剂，故对玫瑰精油还可以用有机溶剂萃取的方法。
(2)蒸馏装置中，温度计测的是蒸气温度，应使水银球与蒸馏烧瓶的支管口下沿相平；冷凝管进水口在下，出水口在上，与蒸气流向相反。
(3)要提高产品品质，应严格控制蒸馏温度，适当延长蒸馏时间。
答案：(1)萃取　简单易行，便于分离
(2)①温度计位置错误　应使温度计水银球与烧瓶的支管口下沿相平　②进出水口错误　应进水口在下，出水口在上
(3)①严格控制蒸馏温度　②适当延长蒸馏时间
解析　(1)玫瑰精油不能含有任何化学原料，所以不能用萃取法，而其又具有挥发性较强等特点，适于水蒸气蒸馏法。(2)杏仁油的提取原料为种子，一般用于食用应采用压榨法
(3)萃取法的萃取效率在原料相同时决定于萃取剂的性质和使用量，还有接触面积。(4)血红蛋白分子大小与成熟红细胞中其他成分相差较大。
答案　(1)水蒸气蒸馏法　(2)压榨　(3)使原料颗粒变小，加大萃取效率　(4)凝胶色谱法　相对分子质量的大小
7.解析：（1）柠檬皮易焦糊，而且高温会使柠檬精油的有效成分水解，因此可采用压榨法进行提取，不适宜用水蒸汽蒸馏法提取。
（2）用压榨法从柠檬果皮中提取柠檬油时，应用石灰水充分处理，以提高出油率，防止压榨时滑脱等。
（3）为了使油与水易分离，还应加入小苏打和硫酸钠。
（4）柠檬精油挥发性强，因此宜存放于温度较低的地方。
（5）柠檬精油易溶于有机溶剂，因此也可以采用萃取法进行提取。
答案：（1）压榨　原料易焦糊，而且高温会使柠檬精油有效成分水解 （2）石灰水 破坏细胞结构，分解果胶，防止压榨时果皮滑脱，提高出油率 过滤　除去固体物和残渣 （3）使精油易与水分离 （4）低 减少柠檬精油挥发 （5）可以 柠檬精油易溶于有机溶剂难溶于水
高考真题体验
1.解析　本题考查植物芳香油的提取，同时考查识记和理解能力及解决实际问题的能力。(2)用萃取法提取薄荷油时，采用的溶剂是酒精，利用的原理是芳香油易溶于有机溶剂。(3)用水蒸气蒸馏法提取薄荷油时，在油水混合物中加入氯化钠，可以使薄荷油与水出现明显的分层，然后用分液漏斗将这两层分开。在分离出的油层中加入无水硫酸钠，可以将其中的水分去除，放置过夜，再通过过滤除去固体硫酸钠，就可以得到薄荷油。
答案　(1)鲜　薄荷油是挥发性物质，鲜薄荷叶才含薄荷油
(2)酒精　薄荷油易溶于有机溶剂酒精中　(3)使油水混合物分层　分液漏斗　除水　过滤法
2解析　植物组织培养过程中，由外植体脱分化形成愈伤组织需要一定量的生长素和细胞分裂素，愈伤组织再分化形成根、芽的过程也需要一定浓度的生长素和细胞分裂素，且生长素和细胞分裂素的不同配比对形成根、芽的影响不同。本题中的无根幼苗本身就能够产生一定量的生长素和细胞分裂素，能够促使基部细胞脱分化、再分化出根来，所以会出现B项现象。
答案　B
3.解析　(1)由玫瑰精油的化学性质稳定(耐一定程度高温)、易挥发(水蒸气可以将精油携带出来)、难溶于水(冷却后油水会重新分层)，所以玫瑰精油适合用水蒸气蒸馏法提取。(2)当水和原料量一定时，影响精油提取量的主要因素有蒸馏时间和蒸馏温度，在一定的时间内随着蒸馏时间的延长提取量不断增加，一定时间后不再增加。如果蒸馏温度过高，提取量也会减少。(3)如果蒸馏过程中不进行冷却，部分精油会随水蒸气挥发，则精油提取量会下降。(4)玫瑰精油具有挥发性，瓶装精油时若密封不严，需要低温保存，以减少挥发。(5)分析图示可知，在该植物花的蓓蕾期与开放期之间(即a时期)精油含量最高。(6)由于薄荷油与玫瑰精油的化学性质相似，易挥发、难溶于水、化学性质稳定，故可以用水蒸气蒸馏法提取。
答案　(1)易挥发、难溶于水、化学性质稳定　不是　玫瑰精油随水蒸气一起蒸馏出来，所得到的是油水混合物　(2)蒸馏温度　在一定的时间内提取量随蒸馏时间的延长而增加，一定时间后提取量不再增加　(3)下降　部分精油会随水蒸气挥发而流失　(4)较低　减少挥发(或防止挥发)　(5)a　(6)能　薄荷油与玫瑰精油的化学性质相似
4.解析　本题主要考查植物有效成分的提取，旨在考查考生对植物芳香油提取的方法，所用试剂及其作用的掌握情况。(1)植物芳香油的提取可采用的方法有压榨法、蒸馏法、萃取法。(2)芳香油溶解性的特点是不溶于水，易溶于有机溶剂，因此可用有机溶剂作为提取剂来提取芳香油。(3)一般采用新鲜的橘子皮来提取橘皮精油，因为新鲜的含有芳香油多。(4)除去液体中的固体常用方法是过滤。(5)芳香油密度比水小，且不溶于水，会浮在液体的表面。加入氯化钠会增加水层密度，使油和水分层。(6)无水硫酸钠的作用可以吸收芳香油中残留的水分。
答案　(1)蒸馏法　萃取法　(2)水　有机溶剂　有机溶剂
(3)橘子皮　芳香油含量较高　(4)过滤法　(5)上　油层的密度比水层小　增加水层密度，使油和水分层　(6)吸收芳香油中残留的水分

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