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生物学是人类生活密切相关的自然科学
第一节
第一章 走进生物学
高一生物 必修一
什么是生物学？
生物学是研究生命现象和生命活动规律的自然科学,它不仅是农业、医学,环境科学等众多相关学科的基础，而且与我们的生活密切相关。
一.杂交水稻技术的发展为我国乃至世界的粮食供给作出重大贡献
随着人口的不断地长，粮食短缺始终是世界性难题。中国科学家基于逸传学杂种优势原理，不断进行科技剑新培育杂交水稻，为我国乃至世界的粮食供给作出重大贡献。
袁隆平在杂交水稻田工作
中国的杂交水稻研究起始于 1964 年。1973 年，袁隆平带领的研究团队以细胞质雄性不育系为遗传工具，突破实现了三系法配套，培育出第一代杂交水稻。
第一代杂交水稻
1986―1992 年，科学家们以光温敏雄性不育系为遗传工具，培育出第二代杂交水稻，极大地简化了育种程序、缩短了育种周期，增产效果明显。
第二、三代杂交水稻
科学家运用基因工程技术，以雄性不育系为遗传工具，推出第三代杂交水稻，提高性状稳定性和选育效率，降低了对环境的要求，使其每公顷产量由普通水稻的6t* 提升到15t，潜在产量更可达18t。
袁隆平一生致力于杂交水稻技术的研究、应用和推广，创建了超级杂交稻技术体系，为我国粮食安全、农业科学研究和世界粮食供给作出杰出贡献。
2019年，袁隆平荣获国家最高荣誉“共和国勋章”。袁隆平还多次去东南亚等地区讲学、传授技术，培训了来自亚洲、非洲、南美洲30多个国家的学员。联合国教科文组织、世界粮食基金会以及多个国家纷纷表彰袁隆平对世界粮食生产所作出的杰出贡献。
“共和国勋章”获得者：袁隆平
目前，更多的科学家还在继续深入研究新一代的杂交水稻。袁隆平认为，第四代杂交水稻应是正在研究中的碳四（C4）型杂交水稻，其光合作用效率高等优势必将使水稻产量潜力进一步提高
第五代则是利用无融合生殖固定水稻杂种优势，虽然难度很大，但随着分子育种技术的进步，有望在本世纪中期获得成功。
第四、五代杂交水稻
二．基因编辑技术为农业和医学提供了更广阔的发展空间
多年来，科学家一直在尝试能通过各种技术使生物的性状按照理想的意愿进行改变。
早期的基因工程技术将设计好的一段外源基因（DNA片段）通过特定的方法转入到靶细胞的细胞核中，使靶细胞获得新的、特定的生物学性状。
转基因的棉花
西红柿
马铃薯
大豆
基因编辑技术：在细胞和分子生物学研究基础上建立起来的基因编辑技术，通过特定的“工具”可以重新编辑细胞中DNA的遗传信息，以此改变细胞的生物学性状。
二．基因编辑技术为农业和医学提供了更广阔的发展空间
通过人工设计，可以使核酸酶在靶细胞DNA上的特定位点进行剪切，实现对细胞内源基因的精准定点编辑。
基因编辑技术的应用
①用于生命科学基础研究、疾病模型构建、药物研发等领域。通过对特定基因的定点敲除或替换，建构人类疾病的动物模型，可以帮助科学家研究特定基因的功能，或设计出相关疾病治疗的药物。
②基因突变引起的疾病，如镰状细胞贫血症、血友病等，则有望直接通过对突变基因的修复、改造进行治疗。目前已知的人类遗传病超过5000种，95% 以上的遗传病仍缺乏有效的治疗方法，而基因治疗给这些患者带来治愈的新希望。
③新一代的基因编辑技术可以不引入外源基因，有望更安全、更广泛地应用于各种农作物和果蔬品种的改良。
2018年诺贝尔生理学或医学奖获得者发现：具有人体健康监护作用的T淋巴细胞表面的两种膜蛋白（PD-1 和 CTLA-4）会阻止T淋巴细胞对肿瘤细胞的杀伤作用。如能研制出阻断这两种膜蛋白功能的靶向药物，就可以借助T淋巴细胞来清除肿瘤。
三．免疫治疗开启清除肿瘤细胞新途径
通过改造患者的 T 淋巴细胞，使其具有更强的识别和杀伤肿瘤细胞的能力 ，这种技术被称为嵌合抗原受体 T 细胞免疫疗法 (CAR-T 疗法 )。
2012年，一位五岁的急性淋巴白血病患者在美国接受了CAR-T临床治疗后获得治愈，成为世界上首例CAR-T疗法治愈的儿童白血病病例。
CAR-T 疗法
T 淋巴细胞攻击肿瘤示意图
通过对特定基因的定点敲除或替换，建构人类疾病的动物模型，可以书助科学家研究特定基因的功能，或设计出相关疾病治疗的药物。而对于基因突变引起的疾病，如血友病等，有望直接通过对突变基因的修复，改造进行治疗。基国治疗给这些患者带来治愈的新希望。
基因治疗
基因治疗
四.现代发酵工程在人类的生产和生活中广泛应用
发酵工程：利用微生物的生命活动来大量生产人们所需生物产品的工程技术。
现代发酵工厂设备
发酵工程的应用
1）食品领域：酿酒，酸奶，酱油，味精等；
2）医药领域：发酵工程技术生产的人源重组蛋白质药物（如重组人胰岛素、干扰素、白介素等）具有重要的治疗作用；
发酵工程的应用
3）农牧业领域：微生物的产物可以当作土壤肥料，可以为畜牧业养殖提供食物，还能产生抗虫抗病物质；
4）环境保护领域：利用非粮资源的木质纤维素作为原料发酵生产可再生能源燃料乙醇；利用微生物发酵法生产生物可降解塑料聚乳酸。
五.生态学原理指导人类可持续发展
随着人口的增长、人类对自然资源和环境的不合理开发和利用，气候变化、生物多样性丧失、海洋酸化、土地荒漠化加剧等全球性生态和环境问题，在可预见的未来还将进一步加剧。因此，生态学研究的重点将是如何在维持地球生态系统稳定的前提下，满足人类日益增长的需求。
五.生态学原理指导人类可持续发展
运用生态学原理，将人类活动合理融入地球生态系统，是解决可持续发展问题的有效途径。“绿水青山就是金山银山”，生动形象地阐明了人类社会发展与环境的“舟水关系”，更是我们加强生态文明、建设美丽中国、构建人与自然生命共同体的努力方向。
上海中心城区的生态公园
课堂练习
1，下列关于生命本质的认识，不正确的是( )
A. 生命具有物质性和统—性
B．生命活动中物质、能量和信息变化无关联
C．生物体的结构和功能相适应
D．生物具有多样性，能适应特定的生存环境
B
课堂练习
B
2，生物天然气是以农作物秸杆、畜禽粪污等各类有机废弃物为原料经发酵生产的燃料，预计到2030年我国生物天然气产量将超过300亿立方米。下列有关说法错误的是( )
A．生物天然气是—种清洁可再生能源
B．生物天然气通过微生物的有氧呼吸产生
C．生物天然气产业化可推动废弃物的瓷源化
D．发展生物天然气行业有利于缓解温室效应
课堂练习
3.新冠肺炎疫情警示人们要养成良好的生活习惯，提高公共卫生安全意识。下列相关叙述错误的是( )
A．戴口置可以减少病原体通过飞沫在人与人之间传播
B．生活中接触的物体表面可能存在病原体，勤洗手可降低感染风险
C．高温可破坏病原体蛋白质的空间结构，煮沸处理餐具可杀死病原体
D．病毒能够在空气中长期存活，关闭门窗可减少室内病毒
D
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