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第七章 生物的进化
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知识梳理
1.达尔文的自然选择学说
2.现代生物进化理论简介
（1）生物进化的单位——种群
（2）生物进化的方向
（3）物种的形成
疑难突破
1.对重点、难点知识加深理解，有助于分析解答较难问题
（1）自然选择学说的主要内容之间的关系
①过度繁殖为自然选择提供更多的选择材料，加剧了生存斗争。
②变异是不定向的，具有有利变异的个体通过遗传在后代中得到积累和加强，产生适应环境的新类型，这是生物多样性和适应性形成的原因。因此遗传和变异是生物进化的内在因素。
③自然选择是定向的，决定着生物进化的方向。
④自然选择是通过生存斗争来实现的，生存斗争是生物进化的动力。
⑤适应是自然选择的结果。
（2）有利变异与不利变异
生物通过生殖发育产生的后代，具有各种各样的差异，即变异具有不定向性，生物的变异可分两类：
有利变异：有利于生物在环境中生存。
不利变异：不利于生物在环境中生存。
具有有利变异的个体，在生存斗争中，取得有限生活条件的能力强，因而在生存斗争中生存下来（适者生存）；大部分的个体具有不利变异，它们取得有限生活条件的能力差，因而在生存斗争中，被环境淘汰（不适者被淘汰）。所以，生物具有的变异类型决定着它们在生存斗争中的命运。
不同环境中的不同生物，有利变异的表现形式不同。如在辽阔的草原，快速奔跑或挖洞穴居是与环境相适应的有利变异；而在森林中，树栖攀缘、伏击捕食则是与环境相适应的有利变异。同一种生物，其有利变异的表现形式不是绝对不变的，随环境变化而改变。如雷鸟的白色羽毛，在雪地环境中，是雷鸟的有利变异（保护色）；但当降雪延迟时，雷鸟受其物种遗传性的控制，到了相应时节，仍要换上白色羽毛，这时，白色的羽毛是雷鸟的不利变异，因为，雷鸟具有这一特征，易被敌害发现。
（3）自然选择的几个问题
①选择的对象：表面上看，自然选择是对一个个不同生物个体的选择，实质上是对个体所包含的变异进行选择。从分子水平上，现代生物进化理论认为，自然选择实质上是对变异所对应的基因的选择，从而改变着种群中不同基因的基因频率。
②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。环境的因素很多，有一种或几种因素起主导的选择作用。如用农药喷洒害虫，害虫大量死亡（不抗药性），少数害虫生存且繁殖后代（抗药性）。农药把这一变化中抗药个体区分开来。如果不喷洒农药，害虫无论抗药与否，都能生存，危害作物。农药只起选择作用，把抗药性状选择保留下来，并通过繁殖传给下一代，使抗药性在下一代某些个体中得以积累加强。再如狼和鹿互为对方环境的一部分，两者通过奔跑追杀、捕食与被捕食，相互选择着对方的各种变异，促使它们都朝着更加快速奔跑方向进化，从而提高捕食能力或逃避追杀的能力。由此可见，环境对变异的选择是定向的。
③选择的手段：生物繁殖产生的大量后代与有限生活条件之间的矛盾，必然引起并加剧生存斗争。通过生存斗争，使少数具有有利变异的生物个体生存下来，从而完成一次自然对生物的选择。生存斗争的结果，缓解或解除了大量生物个体与有限生活条件之间的矛盾，使生存下来的少量生物个体充分利用丰富的生活条件，迅速生长、发育，并繁殖产生大量的后代，结果又引起新一轮生存斗争，生物面临再一次的选择。因此，自然选择是通过生存斗争实现的。
④选择的结果：适者生存，不适者被淘汰是自然选择的结果。通过多次的自然选择，使生物的微小有利变异，通过繁殖，遗传给后代的部分个体，使之得以积累加强，使生物更好地适应环境，并朝特定方向进化发展，久而久之，产生与环境相适应的生物新类型。生物产生变异后，由自然选择决定其生存或淘汰，自然选择只选择与环境相适应的变异类型。所以，虽然生物产生的变异一般是不定向的，但自然选择却是定向的。自然选择决定着生物进化的方向。因而生物进化也是定向的。
（4）生物的多样性：不同环境生活着不同的生物，这些生物的形态结构、功能习性等各不相同，构成生物的多样性。生物多样性是特定环境自然选择的定向性和不同生物生存环境多样性共同形成的。多样的环境必然对生物进行多方向的选择，选择的结果必然是不同环境中的生物多种多样。
（5）遗传在个体生殖发育和种族进化中的作用：在生物个体的生殖发育中，遗传可使子代与亲代相似，从而保持物种的相对稳定性。遗传在种族进化过程中的作用，是在一次次自然选择的基础上，不断积累生物的微小有利变异成显著有利变异，进而产生生物新类型或新的物种。
思考讨论
过度繁殖、生存斗争、遗传变异、适者生存是达尔文进化理论的概括，四者之间有什么关系？
提示：过度繁殖为自然选择提供更多的选择材料，加剧了生存斗争，是自然选择的基础；生存斗争是自然选择的动力，使选择具有定向性；遗传变异是生物进化的内在因素，是生物多样性和适应性形成的原因；适者生存是自然选择的结果。
2.基因频率的有关问题
基因频率的概念是某基因在某个种群中出现的比例。种群基因频率发生变化的过程是生物进化的实质。影响基因频率变化的因素有基因突变、基因重组、染色体变异、自然选择、遗传漂变、迁移等。
基因频率的计算方法：①通过基因型计算基因频率（如课本例题）。
②通过基因型频率计算基因频率，即一个等位基因的频率等于它的纯合子频率与1/2杂合子频率之和。用教材例子讲解如下：
AA基因型频率为30/100＝0.30；Aa基因型频率为60/100＝0.60；aa基因型频率为
10/100＝0.10
A基因的频率为：0.30+1/2×0.60＝0.60
a基因的频率为：0.10+1/2×0.60＝0.40
所以，种群中一对等位基因的频率之和等于1；种群中基因型频率之和也等于1。
思考讨论
物种是怎样产生的？
提示：原始种群经过长时间地理隔离并发生遗传物质的变异（如突变、重组等），形成变异类型；经过自然选择使基因频率产生定向改变；经过生殖隔离，变异积累逐渐加大，形成新物种。
典例剖析
【例1】 根据现代生物进化理论，以下说法正确的是
A.生物只要发生进化，基因频率就发生改变
B.只有在新物种形成时，才会发生基因频率的改变
C.无性生殖的生物不发生基因重组，基因频率不会发生改变，因而进化缓慢
D.突变、基因重组和隔离是物种形成过程的三个基本环节
剖析：突变、基因重组和染色体变异为生物进化提供原材料，生物进化的实质是基因频率的改变，生物进化的方向是由自然选择决定的；物种形成的三个基本环节是突变和基因重组、自然选择、隔离。
答案：A
【例2】 （2004年江苏，25）镰刀型细胞贫血症是一种遗传病，隐性纯合子（aa）的患者不到成年就会死亡，可见这种突变基因在自然选择的压力下容易被淘汰，但是在非洲流行恶性疟疾（一种死亡率很高的疾病）的地区，带有这一突变基因的人（Aa）很多，频率也很稳定。对此现象的合理解释是
A.杂合子不易感染疟疾，显性纯合子易感染疟疾
B.杂合子易感染疟疾，显性纯合子不易感染疟疾
C.杂合子不易感染疟疾，显性纯合子也不易感染疟疾
D.杂合子易感染疟疾，显性纯合子也易感染疟疾
剖析：考查了自然选择中基因频率的变化，能力要求D。由题设可知aa的个体不能存活到成年，即不能产生后代，说明a基因是不利基因，不能够很好地适应环境，被自然淘汰，故AA、Aa的个体产生后代中，a基因的频率越来越低。但在非洲，Aa的个体很多，频率也很稳定，说明了a基因在该地区能适应环境，且Aa个体不易被恶性疟疾所感染，相对来说AA的个体的患病率要高于Aa的个体，Aa的基因频率才会保持稳定。
答案：A
【例3】 下列说法符合达尔文自然选择学说的是
A.生存斗争仅指种内斗争
B.不遗传的变异在进化上是有意义的
C.生存斗争是生物进化的动力
D.生物的变异决定生物进化的方向
剖析：达尔文生物进化理论中生存斗争推动着生物的进化，它是生物进化的动力。生物的变异一般是不定向的，而自然选择是定向的。达尔文把生存斗争中，适者生存，不适者被淘汰的过程叫自然选择。
答案：C
【例4】 （2005年南通市调研题）曲线正确表示杂合子（Aa）连续自交若干代，子代中显性纯合子所占比例的是
剖析：杂合子Aa连续自交若干代，后代纯合子比例接近于1，但显性纯合子只接近1/2。
答案：B
【例5】 某植物种群，AA基因型个体占30%，aa基因型个体占20%，则：
（1）该植物的A、a基因频率分别是_____________________。
（2）若该植物自交，后代中AA、aa基因型个体分别占_____________________。这时，A、a的基因频率分别是_____________________。
（3）依据现代生物进化理论，这种植物在两年中是否发生了进化？__________________
________________。原因是________________________________________________________。
（4）由此可知，进化的基本单位是________，进化的原材料由_____________________提供，是否发生进化决定于_____________________，进化的实质是_____________________。
剖析：本题考查学生对生物进化理论的理解以及基因频率的算法。由题知Aa基因型的个体占50%，假设该群体有100个个体，则A基因的总数＝30×2＋50＝110，100个个体含有A、a的基因总数＝100×2＝200，所以A的基因频率＝110/200＝55%，则a的基因频率＝45%。若该植物自交，自交后代产生基因型比例为：AA＝30%＋1/4×50%=42.5%；aa＝20%＋1/4×50%＝32.5%；Aa＝1/2×50%＝25%。同法可求出：A、a的基因型频率仍然为A＝（42.5×2+
25）/200＝55%，a＝45%。通过计算可以发现前后代的基因型频率没有发生改变，说明生物没有发生进化。
答案：（1）55%、45% （2）42.5%、32.5% 55%、45% （3）没有发生进化 基因频率没有发生改变 （4）种群 突变和基因重组 自然选择 基因频率的改变
【例6】 某种群的3种基因型AA、Aa、aa初始个体数分别为400、500、100，现假定群体始终处于遗传平衡状态，请问F3群体中的3种基因型及基因A和a的频率分别为多少？
剖析：A的基因频率＝（400×2+500）/（800+500×2+100×2）＝65%
a的基因频率＝1－65%＝35%；
由于现在该群体开始处于遗传平衡状态，故其基因频率不变，F3的基因A和a频率仍为65%和35%；因此，基因型AA的频率为0.652＝42.25%；基因型Aa的频率为2×0.65×
0.35＝45.5%；基因型aa的频率为0.352＝12.25%。
答案：A：65%；a：35%；AA：42.25%；Aa：45.5%；aa：12.25%。
【例7】 下面是关于果蝇对DDT抗药性的进化实验：
实验一：将一个果蝇群体（第一代）饲养到一定规模后，用涂有a浓度的DDT的玻璃片处理，将成活下来的果蝇后代（第二代）继续饲养到一定规模后，用2a浓度的DDT的玻璃片处理，将成活下来的果蝇后代（第三代）继续饲养到一定规模后，用3a浓度的DDT……处理，用同样的方法逐代将DDT浓度增加1a处理果蝇。到第15代时，DDT浓度增加至15a，仍有能抗15aDDT浓度的果蝇存活，因此，实验者认为，果蝇的变异是“定向”的，即在环境条件（DDT）“诱导”下产生的，并且认为，该实验证实了拉马克“用进废退”学说的正确性。
另有学者发现了“实验一”设计的缺陷，怀疑实验一得出的结论的科学性，因而设计了实验二。
实验二：将若干雌雄果蝇分别饲养成若干个家系，此为第一代，然后将每个家系分成两半，用a浓度的DDT分别处理每个家系中的一半。然后在有果蝇存活的家系中的另一半中，再培养若干个家系（第二代），将每个家系分为两半，用2a浓度的DDT处理每个家系中的一半。在有果蝇存活的家系的另一半中，再培养若干个家系（第三代），用3a浓度的DDT处理每个家系中的另一半……用同样的方法逐代将DDT浓度增加1a处理果蝇。到第15代时，DDT浓度增加至15a，也产生了能抗15a浓度DDT的果蝇群体。然而这些具有抗性的果蝇的父母及其祖先并没有接触过DDT。
通过实验二的分析，你认为：
（1）DDT对果蝇变异所起的作用不是“诱导”而是_____________________，果蝇群体的进化是定向的，而果蝇个体的变异是_____________________的，果蝇抗药性的产生在环境变化（DDT）之________。（前、中、后）
（2）通过对实验一和实验二的比较分析，你认为实验一得出不正确结论的原因是什么？
剖析：通过实验二的分析，可以知道具有抗性的果蝇的父母及其祖先并没有接触过DDT，DDT所起的作用只是选择作用。果蝇的群体中在没有接触DDT之前既有不抗DDT的个体，也有抗DDT的个体，也就是说果蝇的变异是不定向的。实验一用DDT直接处理果蝇，虽然看到的是群体的变异，但容易误认为DDT对果蝇的抗药性“诱导”作用，而看不出在“诱导”掩盖下的选择作用。
答案：（1）选择 不定向 前 （2）①实验一将果蝇个体作为进化的单位来研究不能发现个体变异不定向的特点；②实验一用DDT直接处理果蝇，虽然看到的是群体变异，但容易误认为是DDT对果蝇抗药性有“诱导”作用，而看不出在“诱导”掩盖下的选择作用。
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●教学点睛
本章复习用2课时完成，第1课时，复习相关基础知识，第2课时加强知识的系统与联系。每课时都要注意知识的巩固、练习与反馈矫正。
在复习该部分内容时，要注意充分利用初中所学过的相关内容（如生命起源、动植物的进化、达尔文的自然选择学说）和高中生物中已学过的与本章有关的内容（例第六章《遗传和变异》、第二章《新陈代谢的基本类型》、第一章《蛋白质和核酸》），结合历史上学过的有关人类进化的内容及考古方面的媒体报道，让学生自行探索寻找答案，自己设计相关实验来获取某些知识并运用本章知识去解决考古方面的一些热点问题。在探索过程中，要沿着事物发生、发展的规律，寻根求源，获得答案，最好几位同学一起合作探讨某个问题，既有分工，又要合作。本节内容是在初中学过生物进化的基础上来学习现代生物进化理论，学生在学习时最好通过比较的方式，找出达尔文自然选择学说的主要内容和现代生物进化理论的联系和区别，分析达尔文学说的局限性，现代生物进化理论的科学性、合理性和严密性。结合第六章遗传和变异有关基因的内容，更好地理解和把握基因频率的概念及计算方法；结合达尔文的自然选择学说内容来理解自然选择在生物进化过程中的作用；结合物种形成的过程来把握物种形成的必要条件，掌握隔离的概念及类型。学会运用该部分内容解释一些实际问题：害虫的抗药性、物种的消失、新物种的形成及生物多样性和适应性等。学生在学习本节内容时，可通过阅读初中相关内容，把握达尔文学说中四个要点之间的内在联系，通过分析明确变异、选择和遗传在生物进化中的作用。对种群、基因库和基因频率三个概念可在阅读课文有关内容的基础上，通过剖析课本中列举的实例，突出种群在时空条件、组成、数量、生殖和遗传组成上的共同的关键特征，从而形成种群、基因库和基因频率的概念。
基因频率是通过抽样调查法获取的，其计算方法有两种：一种是通过基因型计算基因频率，另一种是通过基因型频率计算基因频率。课文中介绍的是通过基因型计算基因频率的方法。为了便于学生理解这种计算方法，随机抽取的样本假设为100个，故容易误解为是通过基因型频率来计算基因频率。事实上，按照课本上假设的100个样本的基因型比例，也可以通过基因型频率来计算基因频率，即一个等位基因的频率等于它的纯合体频率与1/2杂合体频率之和，例如，基因A的频率为0.30+1/2（0.60）＝0.60；基因a的频率为0.10+1/2（0.60）＝0.40。
从上述可知，种群中一对等位基因的频率之和等于1（其基因型频率之和也等于1）。课本中提到的基因频率变化，就是指种群中某个基因的频率的变化。正是因为基因频率的改变，才导致种群基因库的变迁，所以说，生物进化的实质在于种群基因频率的改变。
在复习“突变和基因重组产生进化的原材料”这部分内容时，要以“基因突变、基因重组和染色体变异是可遗传的变异的三个来源”为出发点，通过剖析典型实例，理解突变产生的等位基因通过有性生殖的基因重组，必将导致种群中出现多种多样的基因型，这就为生物进化提供了大量的原始材料。例如，基因型为AaBb的个体，由于自交过程中不同基因的随机组合，其后代就有9种基因型。如果种群中A基因突变产生出a1与a2，那么，A、a、a1、a2则为不同的等位基因，种群中就会出现几十种新的基因型。所以说，种群的基因频率主要决定于基因突变频率。
在复习“自然选择决定生物进化的方向”这部分内容时，最好结合课本上讲的桦尺蠖体色的变化，充分理解自然选择导致种群基因频率产生定向变化，从而决定生物进化的方向这一重点内容。“隔离导致物种的形成”这部分内容涉及到许多概念，可通过思考“桦尺蠖体色发生改变，但为什么至今没有形成新的物种 ”这一问题，让同学之间展开相互讨论，找出答案：自然选择导致某个种群基因频率定向改变，如果没有断绝种群间的基因交流，a就不能形成新的物种。在学习地理隔离时，先了解概念，再以东北虎和华南虎为例，分析说明地理隔离的作用，并且理解地理隔离造成自然选择方向不同，从而促使不同种群的遗传组成朝着不同的方向发展。最后，得出结论：地理隔离是生殖隔离的先决条件。在学习生殖隔离这部分内容时，可以以山羊与绵羊杂交种不活，马、驴杂交种不育为例，分析说明生殖隔离的实质在于阻止种群间的基因交流，会使其性状分歧进一步深化和加强，从而形成新物种。
产生新物种的过程及条件：
因为种群个体基因库中的基因数目众多，每一代产生大量突变，突变的有害和有利不是绝对的，与生物生存环境有关。而生物进化必不可少的条件——隔离。由基因突变、染色体变异、基因重组产生进化的原材料——可遗传的变异性状，通过环境条件的选择作用，将有利变异的个体选择出来，再通过长期遗传逐代积累，最后通过地理隔离而达到生殖隔离，形成新物种。而一些物种因不适应生存环境而被淘汰灭绝，所以说物种是可变的，生物是进化的，可以很好地解释生物的多样性和适应性。
●拓展题例
【例1】（2004年广州市高中综合测试）下列有关种群的说法错误的是
A.生物进化和生物繁殖的基本单位都是种群
B.生物进化的实质是种群基因频率的改变
C.某种基因型在基因库中所占比例称基因频率
D.自然选择使种群的基因频率定向改变
剖析：基因频率是指某种基因在某一种群中出现的比例。
答案：C
【例2】 下表以L、M、N、P为代号，给以袋鼠、黑猩猩、马和人四种动物的α－血红蛋白中氨基酸序列的同源性的百分率。
L M N P
L 100 90 82 97
M 90 100 82 90
N 82 82 100 82
P 97 90 82 100
请根据上表中数据，指出L、M、N和P与其代表的动物之间的关系
选择项 人 黑猩猩 马 袋鼠
A L M N P
B P N M L
C L P M L
D M N L P
剖析：亲缘关系越近，蛋白质的氨基酸序列同源性越高。在解题时要设以其中之一L为人，将其他的各项与之比较。
答案：C
【例3】 温带地区的乔、灌木多为落叶阔叶树，这一事实可解释为
A.变异的不定向性 B.选择的定向性
C.适应的多样性 D.生物的多样性
剖析：由于落叶阔叶树生活习性与温带地区的温度、湿度、阳光等环境条件相适应，因而在温带地区落叶阔叶树被自然选择定向地保留下来。
答案：B
【例4】 猩猩、黑猩猩和大猩猩的体细胞内的染色体均是2４对，生物学家让它们分别进行杂交，得到杂种。然后在电镜下观察杂种一代在减数分裂时染色体的配对部位，结果如下：
杂交方式 染色体的配对部位
猩猩×黑猩猩 24对染色体中，不配对位点最多
猩猩×大猩猩 24对染色体中，不配对位点较多
黑猩猩×大猩猩 24对染色体中，不配对位点最少
据此分析，这三种生物之间亲缘关系最近的是_____________________，亲缘关系最远的是_____________________。
剖析：考查DNA分子杂交，属应用层次。减数分裂时，同源染色体之所以能两两配对，是由于它们具有相同的基因序列，配对的部位越多，相同的基因序列越多，因此观察染色体的配对部位也就等于观察两种生物间的DNA分子杂交，由于黑猩猩与大猩猩杂交形成的杂种中，染色体的配对部位最多，也就说明这两种生物的DNA分子杂交时，形成的杂合部位最多，因此这两种生物间的亲缘关系最近，同理，猩猩和黑猩猩间的亲缘关系最远。
答案：黑猩猩和大猩猩 猩猩和黑猩猩
●资料卡片
1.“RNA世界”
自从美国科学家塞克和艾尔麦森在1981年和1983年通过实验证明：某些RNA是货真价实的酶，它能在执行模板功能的同时，催化自身的复制。美国科学家吉尔伯特指出：RNA酶和蛋白质酶催化反应并无实质性的差别，只是蛋白质酶的催化效率更高，催化速度更快。因此，在生命起源的最初阶段，RNA完全可能一身二任，既能保存遗传信息，又能提供酶活性。因此，最初的生命起源于RNA的观点逐渐被更多的人接受。
2.人工合成新生命
随着“多利”羊的出现，关于“克隆技术”的话题越来越引人关注。但是，克隆技术毕竟只是在已有物种的条件下复制生命罢了，而人工合成一种地球上从未有过的新物种，则是一件更惊人、更具有划时代意义，也更容易引发争议和难以预料后果的重大事件。然而，看到当今生物科技的迅猛发展，这场“扮演‘上帝’的游戏”也许不久就会出现在历史舞台上。
世界权威的综合科学刊物《科学》杂志最近报道了美国马里兰州基因研究所的科研成果，认为建构一个生命体至少需要265～350个基因就够了。他们的实验对象是一种非常简单的细菌，它含有480个基因，这个数字少于任何已知的其他生物。科学家们设法使细菌中的基因逐个失去活性，如果细菌死亡，则说明失去活性的这个基因是维持生命所不可缺少的。经过了大量测试，科学家们有理由认为，这300多个基因是构成生命的最小分子指令集。这些生命必需的基因中，有100多个基因的功能目前还不清楚，有待于继续研究。
依据上述实验结论，结合现代分子生物学日新月异的实验技术，人工地将这300多个基因连接起来，甚至再添加一些基因，人工建造一个简单的生物体，从技术上将是不难实现的。中科院遗传研究所的朱立煌教授认为，在未来几年中，就可能出现一些人工合成的简单生命。但要创造出比较复杂的生命，甚至人类，理论上虽然有可能，但实践上还需要较长的时间。
另外，当前探讨的问题是，人类应不应该去创造一种从未有过的生物。当然，我们可以利用这一技术制造出一些有特殊实用功能和商业价值的生物，例如，能够清除难以分解的有毒垃圾的细菌、专门杀死癌细胞而不损害正常细胞的病毒……如果合理应用，无疑是一件好事。但是，我们必须警惕：我们现在赖以生存的生态系统是经过几十亿年进化而成的，如果突然闯进来一个从未有过的生物，必然会打破现有的生态平衡，对全球生态系统的每一个生物都将产生影响，谁能事先保证它的影响有多大呢 因此，人工合成生命决不仅仅是一个生物学的问题，而是全人类都应该慎重对待的社会问题。
3.类病毒
已知发现的类病毒有好几种。和朊病毒相反，类病毒没有蛋白质，而只是一小段单链RNA分子，虽然相对分子质量是最小的病毒的十分之一，但同样具有高度的侵染能力。导致马铃薯纺锤形块茎病的类病毒长度只有50纳米，粗2纳米，是由350个核苷酸组成的“裸体RNA”，用人工方法可以轻易地在实验室里合成。
朊病毒和类病毒都是极为简单的生命体，它们的存在是否可以填平大分子物质与生命之间的鸿沟呢 引发这种病的病原体是非常特殊的，人们把它命名为“朊病毒”。这种病毒不同于我们已知的病毒，经高温、辐射以及化学药品等能使一般病毒失活的处理后仍然具有活性，只对蛋白质酶敏感。因此判断朊病毒是一种仅由蛋白质组成的生命，而不含核酸。
4.疯牛病
1996年英国疯牛病事件至今仍让人谈虎色变。那么，疯牛病到底是一种什么样的疾病呢 包括英国在内的一些欧洲国家早有报告：大约4岁的成年牛有时会生一种奇怪的病，临床症状不尽相同，但大多数都表现出中枢神经系统的损伤，包括烦躁、恐惧、攻击性、步态不稳、乱踢乱蹬以致摔倒。后期体重急剧下降，极度消瘦最后死亡。死后解剖发现：牛的大脑皮层灰质形成海绵状空洞，有明显的神经细胞变性和坏死。人们有时会用这些病死的牛的器官磨碎了作其他牛的饲料，吃了这些饲料的牛（还有羊等动物）也会传染上疯牛病。如果人吃了病牛肉，也会传染上，经过十几年的潜伏期才发病（人得了这样的病叫克—雅氏病）。病人首先出现视觉模糊、言语不清、痴呆等症状，最终因为大脑被彻底溶解而死亡。
5.拉马克的进化论——“用进废退”与达尔文进化论——“自然选择”的现代解释
（1）“用进废退”是法国博物学者拉马克的主要观点。它流传之广，有必要在这里特别提出来讨论一下。
拉马克是最早把生物进化作为一种学说体系提出来的人。他的主要论点包括：
①各种生物不是上帝创造的，而是长时间进化来的。（这个观点是正确的）
②复杂的生物是由简单的生物进化来的，简单的生物是由非生物一下子产生出来的。（这个观点属于“自然发生说”，是不正确的。生物的化学起源过程是一个逐渐的过程）
③生物要适应环境，同一物种的生物在不同的环境条件下会发生变化，来适应不同的环境。（这个观点是正确的）
④生物在适应环境的过程中，经常使用的器官会发达，不使用的器官会退化。而这种通过生物后天的努力所获得的变化，可以遗传给它的后代。（这就是“用进废退”和“获得性遗传”的观点，这是不正确的）
用“用进废退”和“获得性遗传”的观点来解释某些生物现象，似乎也可以解释得通。例如，对于长颈鹿的进化，拉马克认为：长颈鹿的祖先由于生活在缺乏青草的环境里，不得不努力伸长颈和前肢去吃树叶，由于经常使用，颈和前肢逐渐变长。而这些后天获得的性状遗传给了后代。这样，经过很多年，终于产生了现在看到的长颈鹿。
但是，上述解释有明显的错误：首先，现代遗传学不支持“获得性遗传”的观点。我们学过：一切生物的遗传物质是核酸，性状本身是不遗传的。长颈鹿伸长脖子并不能改变体内的遗传基因，体细胞的改变也不能导致生殖细胞的改变，因此后天获得的长脖子变异将不可能遗传给后代。其次，“用进废退”能解释的现象，用“自然选择学说”都能解释，“自然选择学说”能解释的现象“用进废退”却不一定能解释。例如：“用进废退”就无法解释生物界许多生物的适应性。请问：竹节虫怎么努力“使用”自己的身体，才能使身体与竹节相似呢 所以，“用进废退”理论是不科学的。
（2）现代达尔文主义
随着达尔文自然选择学说的确立，人们已经很少怀疑生物是否存在进化了。但是，人们在生物是怎么进化的问题上，还有很多疑惑。特别是近一个世纪以来，遗传学、生态学、分子生物学、群体遗传学等学科突飞猛进地发展，人们对此进行了发展和补充。
①群体遗传学
现在许多生物学者认为，生物的进化是以群体为单位的，而不是以个体为单位的。所谓群体，是指一群可以相互交配的个体。（群体和种群的概念是不同的）当群体中的某些个体发生了变异，并通过自然选择使变异得到积累、加强和扩散，终于差别越来越大，直到不能再和原来群体中的个体交配繁殖。也就是说形成了“生殖隔离”，我们就说新的物种形成了，生物发生了进化。
②“分子进化的中性学说”和“遗传漂变”
“分子进化的中性学说”是日本遗传学家木村于1968年提出的，该学说虽然承认达尔文进化论对适应性进化的解释，但他强调：突变确实存在有利变异和不利变异，但通过分子水平的研究，大多数突变是中性的。这些变异没有好坏利害之分，也没有适应不适应之别，自然选择在这里显然无法发生作用。这些中性突变里，哪一种变异能够流传，哪一种变异趋于消失，完全靠机遇，这种随机变动被称为“遗传漂变”。
“分子进化的中性学说”可以很容易地解释分子进化学中进化速率的问题。以血红蛋白为例，距今4亿多年的志留纪起源的鱼，与距今5 500万年前的马，年代上差了约4亿年，氨基酸差异为66个。而从马到人，氨基酸差异为18个。计算下来，进化过程的速率基本上是相当的。也就是说，分子进化的速率与种群大小、物种寿命、物种的生殖能力都无关，也不受环境因素的影响。这是“自然选择学说”不能解释的。“中性学说”却能给出既简单又合理的解释。
意犹未尽
扫阳光
有兄弟二人，年龄不过四、五岁，由于卧室的窗户整天都是密闭着，他们认为屋内太阴暗，看见外面灿烂的阳光，觉得十分羡慕。兄弟俩就商量说：“我们可以一起把外面的阳光扫一点进来。”于是，兄弟两人拿着扫帚和畚箕，到阳台上去扫阳光。等到他们把畚箕搬到房间里的时候，里面的阳光就没有了。这样一而再再而三地扫了许多次，屋内还是一点阳光都没有。正在厨房忙碌的妈妈看见他们奇怪的举动，问道：“你们在做什么？”他们回答说：“房间太暗了，我们要扫点阳光进来。”妈妈笑道：“只要把窗户打开，阳光自然会进来，何必去扫呢？”
一语中的：把封闭的心门敞开，成功的阳光就能驱散失败的阴暗。
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二 细胞的增殖、分化、癌变和衰老
知识梳理
细胞增殖的方式：（1）有丝分裂、无丝分裂和减数分裂。
细胞增殖的意义：（2）生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础。
疑难突破
1.细胞周期的概念
细胞周期指连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止。这里应注意两点。（1）前提条件：只有能连续分裂的细胞才有细胞周期；（2）时间问题：间期在前，分裂期在后，间期经历的时间长，分裂期经历的时间短，所以在观察有丝分裂装片时，大多数的细胞处于间期。
（1）细胞分裂间期。细胞分裂间期是指细胞从上一次分裂结束到下一次分裂开始之间的一段时期，是新的细胞周期的开始，此时细胞从表面上看除了体积稍有增大以外没有明显的变化，但细胞内部正在进行染色体的复制，包括构成染色体的主要成分DNA分子的复制、蛋白质的生物合成。染色体经过复制后，着丝点数目不变，每条染色体上有两个DNA分子，由两条完全相同的姐妹染色单体组成，因此细胞染色体数目并没有增加。
（2）细胞分裂期。在这一时期中，细胞要发生一系列连续的变化，为了学习和研究的方便，把细胞分裂期分成前期、中期、后期、末期四个时期，这四个时期各有不同的特点。以植物细胞为例来说明各个时期的具体特点。
①前期：细胞内主要的变化表现为“两个消失，两个出现”。即核膜逐渐消失、核仁逐渐解体这“两个消失”。与此同时，原来细胞核内在间期呈细长丝状的染色质高度螺旋、缩短变粗，形成了在光学显微镜下可以看到的圆柱状或杆状的染色体。另外，从细胞的两极发出了许多纺锤丝形成纺锤体。这是“两个出现”。
②中期：最主要的特点是染色体的着丝点都排在细胞中央的赤道板上。每个着丝点有从细胞两极发出的纺锤丝附着其上，由于纺锤丝的牵引，着丝点移到了细胞中央与纺锤体长轴垂直的平面——赤道板上（赤道板是一种假想的平面）。此时，每条染色体上仍然有两条姐妹染色单体，染色体的形态最清晰，是我们观察细胞中染色体形态和数目的最佳时期。
③后期：每条染色体的两条姐妹染色单体的着丝点一分为二，原来的两条姐妹染色单体都有了自己的着丝点，分别成为染色体（细胞内染色体数目加倍）。接着，由于纺锤丝的牵引，两套染色体分别移向细胞的两极。注意：此时整个细胞中染色体数目加倍，DNA数目不变，染色单体为0。
④末期：主要特点与前期正好相反，也是“两个出现，两个消失”。在细胞分裂的末期，产生了新的核膜，在细胞核内出现了新的核仁。而在前期出现的染色体逐渐解旋，变成了细丝状的染色质，成为光学显微镜下不可见的物质。纺锤体也逐渐消失，成为了原生质的一部分。另外，在细胞中央赤道板的位置上形成了细胞板，细胞板向四周扩展，形成了新的细胞壁，这样就形成了两个相同的子细胞。注意：高尔基体与植物细胞的细胞壁的形成有关，所以在末期细胞中高尔基体的活动加强。
思考讨论
在观察细胞有丝分裂的实验中，能否观察到同一个细胞的各个分裂期？
提示：不能，因为观察的细胞已经死亡，只能看到固定在某一状态的染色体形态。因此，要观察不同的细胞，才能看到不同分裂期的各个特点。
2.动物细胞有丝分裂与植物细胞有丝分裂的比较
动物细胞有丝分裂与植物细胞的有丝分裂基本相同。但由于动物细胞和植物细胞在结构上有所不同，所以，动物细胞的有丝分裂过程，也有一些和植物细胞的有丝分裂过程不一样的特点，现将其比较如下：
植物细胞有丝分裂 动物细胞有丝分裂
不同 前期 细胞两极产生纺锤丝，形成纺锤体 由中心粒发出的星射线形成纺锤体
末期 细胞中部形成细胞板，扩展形成细胞壁，形成两个子细胞 细胞膜从中部内陷，细胞质缢裂成两部分，一个细胞分裂成两个子细胞
相同 分裂过程基本相同。染色体变化规律相同；分裂间期染色体复制；分裂期实现染色体平均分配到两个子细胞中去
3.有丝分裂过程中，DNA含量、染色体数目的变化
掌握细胞分裂过程中，各个时期DNA、染色体、染色单体的变化规律是关键，将其归纳如下：（假定正常体细胞核中DNA含量为2a，染色体数目为2N）
间 期 前 期 中 期 后 期 末 期
DNA含量 2a～4a 4a 4a 4a 4a～2a
染色体数目 2N 2N 2N 4N 4N～2N
染色单体数目 0～4N 4N 4N 0 0
4.细胞分化的概念
细胞的分化是指相同细胞的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程。生物的个体发育起点是一个细胞（受精卵），细胞的分裂只能增殖出许多相同的细胞，只有经过细胞的分化才能形成胚胎、幼体，并发育成成体；分化的细胞所呈现出的形态结构和生理功能的变化，源于细胞内化学物质的变化，如组成结构的蛋白质和催化化学反应的酶；细胞分化是一个渐变的过程，在胚胎发育的早期，细胞外观上尚未出现明显变化前，细胞分化结果就已经决定，以后依次渐变，不能逆转，因此，分化是一种持久的、稳定的变化。
思考讨论
细胞分裂、生长、分化与生物体的生长、发育的关系？
提示：细胞的分裂使细胞的数量增多；细胞的生长使细胞体积增大；细胞的分化才能形成不同的组织、器官和系统。只有细胞的分裂和生长，没有细胞的分化是不能发育成一个生物体的。
5.细胞的全能性
由于体细胞一般是通过有丝分裂增殖而来的，一般已分化的细胞都有一整套和受精卵相同的染色体，携带有与本物种相同的DNA分子。因此，分化的细胞具有发育成完整新个体的潜能。在合适的条件下，有些分化的细胞具有恢复分裂、重新分化发育成完整新个体的能力。植物细胞的全能性比较强，有人用胡萝卜韧皮部的细胞进行培养，经细胞分化以后，发育成一棵完整的胡萝卜新植株。动物细胞的全能性表现较弱，特别是一些高度特化的细胞，很难用它培养成一个新个体，但它的细胞核中仍有保持物种遗传性的全部遗传物质。
典例剖析
【例1】（2004年浙江省余姚市高三第二次模拟考试题）A和B是属于同一类型的两个细胞，通过对其DNA分子含量的测定发现，A细胞中的DNA含量是B细胞的两倍，最可能的解释是
A.A细胞处于有丝分裂前期，B细胞可能刚好完成有丝分裂
B.A细胞是正常的体细胞，B细胞处于减数第一次分裂结束时
C.A细胞处于分裂的前期，B细胞处于分裂的后期
D.A细胞处于分裂的后期，B细胞处于分裂的前期
剖析：细胞中DNA含量加倍，说明细胞进行了DNA的复制，可能是有丝分裂前、中、后期，或减数第一次分裂前、中、后期。
答案：A
【例2】 下列关于细胞结构和功能的叙述中，不正确的是
A.精子细胞、神经细胞、根尖分生区细胞不是都有细胞周期，但化学成分却都不断更新
B.乳酸菌、酵母菌都含有核糖体
C.能进行光合作用的细胞一定含有叶绿体
D.能抑制膜上载体活性或影响线粒体功能的毒素，会阻碍根细胞吸收矿质离子
剖析：能进行有丝分裂的细胞才具有细胞周期，精子细胞、神经细胞无分裂能力，而根尖分生区细胞能不断分裂具有细胞周期。但所有活细胞均能进行新陈代谢更新物质。原核细胞、真核细胞中都有核糖体。能进行光合作用的原核细胞如蓝藻不具有叶绿体。矿质元素的主动运输需要载体和能量。
答案：C
【例3】（2004年金华九校高三期末考试）如下图所示为一组某高等二倍体植物的细胞分裂图像，其中错误的有
A.①② B.①③④ C.②③④ D.③④
剖析：二倍体生物的体细胞有同源染色体，在减数分裂中会出现配对现象、着丝点分开的现象，但不会有中心体出现；后期着丝点分开后，染色体移向两极，两臂应向后伸展；后期不会出现细胞板。
答案：C
【例4】 “细胞程序性死亡”的学说认为，生物在发育过程中受到基因控制，许多细胞会正常地走向死亡。因此，属于这种细胞死亡现象的不会是
A.蝌蚪尾巴在发育中消失 B.人胚胎期的尾后来消失了
C.花冠在传粉后凋谢 D.寄主细胞因病毒的复制释放而消亡
剖析：细胞正常死亡是个体发育的重要过程，有利于机体正常生存，而D为病理状况下的死亡，对个体不利。
答案：D
【例5】（2004年全国理综卷Ⅰ，1）研究表明，大多数动物如蛙的受精卵在卵裂期随着卵裂的进行胚胎的体积并不增大，但胚胎细胞核的总质量与细胞质的总质量（核／质）比值却发生变化。下列符合卵裂期核质质量比值变化趋势的示意图是
剖析：蛙受精卵细胞在卵裂时，随着有丝分裂的进行，细胞数量增加，细胞核的总质量不断增加，但是胚胎的体积并不增大，所以核质质量比值将不断上升。
答案：A
【例6】（2004年全国理综Ⅳ，30）为了验证促进有丝分裂物质对细胞分裂的促进作用，将小鼠的肝细胞悬浮液分成等细胞数的甲、乙两组，在甲组的培养液中加入3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷（3H-TdR）；乙组中加入等剂量的3H-TdR并加入促进有丝分裂物质。培养一段时间后，分别测定甲、乙两组细胞的总放射性强度。据此回答下列问题：
（1）细胞内3H-TdR参与合成的生物大分子是________，该种分子所在的细胞结构名称是________、________。
（2）乙组细胞的总放射性强度比甲组的________，原因是___________________________
_______________________________________________________________________________。
（3）细胞利用3H-TdR合成生物大分子的过程发生在细胞周期的________期。
（4）在上述实验中选用3H-TdR的原因是________________________________________。
剖析：胸腺嘧啶脱氧核苷酸是合成DNA分子的原料。DNA分子的主要载体是细胞核内的染色体，此外，动物细胞中的线粒体中也含有少量的DNA。细胞利用3H-TdR合成DNA分子的过程发生在有丝分裂间期DNA分子复制时。由于乙组加入了促进有丝分裂的物质，故乙组分裂产生的细胞比甲组要多，细胞的总放射性强度比甲组强。细胞的分裂有DNA的合成，而3H-TdR是合成DNA的原料，而且其放射性强度可以被测定，所以在上述实验中选用3H-TdR进行实验。
答案：（1）DNA 细胞核（或染色体） 线粒体 （2）高 乙组中有促进分裂的物质，促进了细胞的分裂，摄取的3HTdR比甲组多 （3）间 （4）细胞的增殖有DNA的合成，而3H-TdR是合成DNA的原料，其放射性强度可以被测定
【例7】（2004年烟台市高三诊断性测试）化疗是控制癌细胞生长的方法之一，药物可以杀死癌细胞，下图给出的是一个典型的化疗过程，每3周给药1次（图中箭头所示），图中记录了化疗过程中正常细胞和癌细胞的数量变化。请分析回答：
（1）化疗时采用的烷化剂如二氯甲二乙胺能够与DNA分子发生反应，从而阻止参与DNA复制的酶与DNA的相互作用。此类药品作用于癌细胞周期的________期。化疗还可以采用其他药物，如5-氟尿嘧啶，它的结构与尿嘧啶非常相似，可以干扰DNA复制以及________合成。
（2）据图回答化疗过程中正常细胞和癌细胞的数量变化的共同点是_________________
_______________________，不同点是____________________________________________。
（3）为什么癌细胞最可能发生于高频率分裂的组织
（4）化疗过程中的给药剂量加大或给药周期缩短，癌细胞都会得到更有效的控制。为什么临床上并不这样做
（5）人们正在研究用单克隆抗体治疗癌症，与化疗相比较，这种疗法的原理及其优越性是什么？
剖析：DNA的复制在间期进行，所以有关的酶在间期发挥作用。尿嘧啶参与RNA的合成，进一步指导蛋白质的合成。据图中曲线看出，使用药物后，两类细胞数量都减少，但减少的量不同，癌细胞数量减少程度大且回升慢。药物在杀伤癌细胞的同时也对正常细胞构成损害。
答案：（1）间 RNA和蛋白质 （2）给药的最初两类细胞数量都明显减少，然后又回升 癌细胞数目的减少量明显多于正常细胞，而回升量少于正常细胞 （3）遗传物质的改变是细胞癌变的原因之一，在不断分裂的组织中遗传物质的变异频率增高。 （4）因为正常细胞的杀伤作用太强，可能会引起较强的副作用。 （5）在单抗上连接抗癌药物，制成“生物导弹”，将药物定向带到癌细胞所在部位，既消灭了癌细胞，又不会伤害健康细胞。
【例8】 下图是有关生物细胞生活史的概括，请据图分析回答问题：
（1）假如A细胞的分裂只有①②过程，那么该细胞的分裂方式是________，其遗传物质分配的特点是_____________________________。
（2）③所示的变化，在生物学上称为____________。该过程是否发生了遗传物质的改变？________。
（3）目前认为引起⑤过程的因子，可以分为三类，根据其属性不同分为：__________、__________、__________。
（4）F→G→H过程的技术，在植物学上叫________，其理论基础是__________；该植株的产生方式属于________繁殖。
（5）⑥所示的过程叫________，形成的G叫________。
（6）假如A细胞进行减数分裂时发生了基因突变，则突变发生在什么时期？__________。
剖析：该题是细胞生活史的概括，涉及细胞分裂、分化、衰老、癌变、组织培养技术等内容，将这些知识综合在一起考查，较好地体现了学科内的综合。
答案：（1）减数分裂 子细胞中的染色体数目比母细胞减少一半 （2）细胞分化 没有 （3）物理致癌因子 化学致癌因子 病毒致癌因子 （4）组织培养 细胞的全能性 无性 （5）脱分化 愈伤组织 （6）减数第一次分裂的间期
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●教学点睛
本部分内容建议复习4课时，理论知识2课时，实验1课时，习题处理1课时。
1.细胞增殖是生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础。真核细胞的分裂方式有三种，它们分别是有丝分裂、无丝分裂、减数分裂，其中有丝分裂是真核生物进行细胞分裂的主要方式。
2.细胞有丝分裂是一个连续变化的过程，为了研究方便，人为地把细胞周期划分为几个时期。整个细胞周期是一个动态变化的过程。
有人说，细胞分裂间期是细胞分裂的“间歇期”，这时的细胞处于静止状态，这种说法对吗？这种说法是不正确的。处于细胞分裂间期的细胞，从外面观察似乎没有什么大的变化，而事实上，此时的细胞核内发生着复杂的变化，主要完成染色体的复制，包括DNA分子的复制和有关蛋白质的合成，为细胞的分裂作好了物质准备。在整个细胞周期中，分裂间期所占的时间最长。
3.要区分开细胞周期的起始点：细胞周期是指连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止，这是一个细胞周期。可分为分裂间期和分裂期。所占的时间分别为90%～95%和5%～10%。生物的种类不同，细胞周期也不同。学习细胞周期时可参考下图帮助记忆。
4.参考下表学习有关植物细胞有丝分裂各期的特点。
时 期 特 点
间 期 染色体复制结果：①染色体数目不变；②出现姐妹染色单体，呈染色质状态；③DNA数目加倍
前 期 ①染色质→染色体；②核膜消失，核仁解体；③出现纺锤丝，形成纺锤体
中 期 ①染色体在纺锤丝的牵引下移向细胞中央；②每条染色体的着丝点排列在细胞中央的赤道板上
后 期 ①一个着丝点分裂为两个，姐妹染色单体分开→染色体（染色体数目暂时加倍）；②染色体平均分成两组，在纺锤丝的牵引下移向细胞两极
末 期 ①染色体→染色质；②核膜、核仁重新出现；③纺锤体消失；④出现细胞板，扩展形成细胞壁
（1）细胞分裂间期是新细胞周期的开始，这个时期的细胞发生怎样的变化呢？
在细胞分裂间期，细胞内主要发生三个阶段的变化：第一阶段，几小时到几天不等，是RNA和蛋白质合成最旺盛的时期，为DNA的合成做准备工作；第二阶段，一般为几小时，是DNA完成复制的时期；第三阶段，一般为1～1.5小时，同样有活跃的DNA和蛋白质的合成，为纺锤丝的形成等做准备工作。因此，细胞分裂间期最大的特点是完成DNA的复制和有关蛋白质的合成，是整个细胞周期中极为关键的准备阶段。
（2）以染色体的变化规律为核心记忆细胞周期中各个时期的特点，可用如下歌诀来帮助记忆：
间期 染色体复制现“单体”（单体：指姐妹染色单体）
前期 膜仁消失现“两体”（两体：指染色体和纺锤体）
中期 赤道板上排整齐
后期 均分牵引到两极
末期 膜仁出现“两体”失
观察染色体的数目最清晰的时期是中期，染色体的数目出现暂时加倍的时期是后期。
（3）动物细胞的有丝分裂过程与植物细胞基本相同，不同的特点主要出现在前期和末期。前期形成纺锤体的方式不同；末期形成子细胞的方式不同。细胞有丝分裂的重要意义，是将亲代细胞的染色体经过复制以后，精确地平均分配到子细胞中去。由于染色体上有遗传物质，因而在生物的亲代和子代之间保持了遗传性状的稳定性。
●拓展题例
【例1】（2004年金华九校高三期末考试）在动物细胞有丝分裂过程中，当中心粒移向细胞两极时，细胞内伴随发生的变化是
A.形成染色单体 B.染色质变成染色体
C.着丝点分裂 D.细胞膜向内凹陷
解析：动物细胞中有丝分裂前期两组中心粒之间发出星射线形成纺锤体。
答案：B
【例2】（2004年桂林市高考第一次模拟试卷）某科学家用放射性同位素分别标记的胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）培养蚕豆，观察其根尖分生区细胞的有丝分裂。已知蚕豆细胞一个有丝分裂周期是20小时。根据这两种碱基被细胞利用的情况绘制的曲线如下图所示。下列对此结果的分析中，你认为不正确的是
A.大量利用“T”的时期，细胞正在进行DNA分子的复制
B.大量利用“U”的时期，细胞正在进行大量蛋白质的合成
C.大量利用“T”的时期，细胞正在大量合成转移RNA
D.大量利用“T”和“U”的时期，细胞正处于分裂间期
解析：组成DNA的碱基T被RNA中碱基U所代替，所以，T大量利用是进行DNA的复制，U大量利用是进行RNA的合成；而RNA可进一步用来合成蛋白质。DNA复制、蛋白质合成是细胞分裂间期的主要变化。
答案：C
【例3】 某学生检查了洋葱根尖1 000个处于有丝分裂分裂期的细胞，其中有692个处于前期，105个处于中期，35个处于后期，168个处于末期。据此可判断洋葱根尖有丝分裂
A.周期中各期相对持续时间是前期>末期>中期>后期
B.进行得比较旺盛
C.细胞周期中分裂期持续的时间比分裂间期要短
D.分裂期中前期持续的时间最短
解析：由处于不同时期的细胞个数可推知该时期在一个细胞周期中所占的时间长短：处于某时期的细胞个数越多，该时期在一个细胞周期中所占的时间越长。
答案：A
【例4】（2004年福州市高三期末质检）采用下列几种方法可以抑制细胞的有丝分裂，使细胞停留在细胞周期的某一阶段，如下表所示，“－”表示停留时期。据表回答：
间 期 前 期 中 期 后 期 末 期
5-氟尿嘧啶 －
秋水仙素 －
低温（2～4℃） － － － － －
（1）若某人的骨髓造血细胞发生异常增生，可用哪种方法治疗 _____________________。
（2）如要观察染色体带（染色体在特殊染色时会出现一定的横带，不同物种的带型各有特点）并进行分析，最好用哪种方法处理 ___________。为什么 _________________________。
（3）秋水仙素和低温抑制细胞分裂的原理分别是：①_______________________________
_____________________，②_______________________________________________________。
解析：要想抑制人的骨髓造血干细胞异常增生，可抑制间期DNA的复制，但用低温处理不易操作；观察染色体的最佳时期在中期。
答案：（1）用5氟尿嘧啶处理 （2）用秋水仙素处理 用秋水仙素处理能够使细胞分裂停留在中期，中期染色体形态最清晰 （3）秋水仙素能够抑制纺锤体形成 低温能够使酶的活性降低
●资料卡片
1.细胞的增殖周期
细胞从前一次分裂结束开始到下一次分裂结束为止，这样一个周期叫做增殖周期。
20世纪50年代，人们把细胞增殖周期划分为分裂期和静止期两个阶段。当时认为分裂是细胞增殖的主要阶段。近年来，由于放射自显影和细胞化学等技术的迅速发展，对于细胞增殖过程的动态研究也日趋深入。现在了解到过去一直被忽视的所谓“静止期”却是细胞增殖周期中极为关键的一个阶段，因为与DNA分子复制有关的一系列代谢反应，都是在这个阶段进行的，所以现在都把“静止期”叫做间期。
现在，一般把细胞增殖周期分为两个阶段：间期和分裂期。细胞在前一次分裂结束之后就进入间期，这时就是新的细胞周期的开始。间期一共分为三个分期。间期结束就进入有丝分裂期。根据目前的认识，整个细胞周期可分为G1、S、G2、M四个时期。
细胞增殖周期中的几个时期，各有其不同的特点。
（1）G1期的特点：G1期是从上次细胞增殖周期完成以后开始的。G1期是一个生长期。在这一时期中主要为DNA合成作准备，特别是合成DNA的前身物质、DNA聚合酶和合成DNA必不可少的其他酶系，以及储备能量。
（2）S期的特点：从G1期进入S期是细胞增殖的关键时刻。S期最主要的特征是DNA的合成。DNA复制就是从这个时期开始的。通常只要DNA复制一开始，细胞增殖就会进行下去，直到形成两个子细胞。
（3）G2期的特点：G2期又叫做“有丝分裂准备期”，因为它主要为后面的M期作准备。在G2期中，DNA合成终止，但是还有RNA和蛋白质的合成，不过其合成量逐渐减少。特别是微管蛋白的合成，为M期纺锤体微管组装提供原料。
（4）M期的特点：细胞一旦完成了细胞分裂的准备，就进入了有丝分裂期。细胞分裂期是一个连续的过程，为了研究方便，可以人为地将它划分成前、中、后、末四个时期。M期的细胞有极明显的形态变化。间期中的染色质（主要成分是DNA和蛋白质），在M期浓缩成染色体形态。染色体的形成、复制和移动等活动，保证了将S期复制的两套DNA分子平均地分配到两个子细胞中去。
2.细胞癌变的原因
目前认为主要是致癌因子引起的。致癌因子可分为物理致癌因子、化学致癌因子和病毒致癌因子三大类。物理致癌因子主要是指一些高能量的物理变化，如电离辐射、X射线、紫外线等，物理致癌因子主要通过辐射致癌。前苏联的切尔诺贝利核电站发生事故之后，大量放射性物质泄漏，使当地群众中的癌变人数大大增加，这就是物理因子致癌的结果。化学致癌因子主要指一些化合物，如砷、苯、煤焦油等，香烟中含有煤焦油，所以吸烟的人患肺癌的比例远远高于不吸烟的人。病毒致癌因子是指某些病毒能使细胞癌变，这种病毒统称为肿瘤病毒或致癌病毒。
细胞发生癌变有其自身的原因，现代研究表明，在生物体细胞中，普遍存在着原癌基因，在正常情况下，原癌基因处于抑制状态，不发生作用，但在某些致癌因子的影响下，原癌基因被激活，从抑制状态转变为激活状态，这样正常的细胞就会发生癌变。因此为了防止正常细胞癌变，我们应尽量避免接触各种致癌因子，注意增强体质，养成良好的生活习惯，保持健康的心态等。
3.癌细胞的特征
癌变细胞实际上是一些细胞不能正常地完成细胞分化，不受有机体控制，连续进行分裂的恶性增殖细胞。癌细胞具三个主要特征：首先癌细胞能无限地分裂形成恶性肿瘤；第二，癌细胞的形态结构发生变化；第三，癌细胞膜上的糖蛋白减少。
4.细胞的衰老
是细胞的一种正常的生理活动，任何一个细胞都有它的发生、发展、分化、衰老、死亡的过程。细胞衰老的机制非常复杂，至今尚未揭开细胞衰老之谜。衰老细胞的主要特征共有五点。（详见课本P42～P43）
5.人类基因组工程
染色体是细胞核中载有遗传信息（基因）的物质，在显微镜下呈丝状或棒状，由核酸和蛋白质组成，在细胞发生有丝分裂时容易被碱性染料着色，因此而得名。在无性繁殖的物种中，生物体内所有细胞的染色体数目都一样。而在有性繁殖物种中，生物体的体细胞染色体成对分布，精子和卵细胞中染色体数目只是体细胞的一半。
在有性别的生物体内，有两个基本类型的染色体：性染色体和常染色体。前者控制性连锁遗传特征，后者控制除性连锁遗传特征以外的全部遗传特征。人体共有22对常染色体和一对性染色体。男女的性染色体不同，男性由一条X性染色体和一条Y性染色体组成，而女性则有两条X性染色体。
染色体的DNA分子中含有四种核苷酸，核苷酸排列顺序的不同决定了遗传信息的差异。人的生、老、病、死归根结底都与基因和染色体有关。人体基因组图谱好比是一张能说明构成每一个人体细胞脱氧核糖核酸（DNA）的31.647亿个碱基对精确排列的“地图”。这些碱基对以一种特殊方式排列形成人体的3万～4万个基因（据最新研究发现可能少于此数字），基因又成为制造蛋白质等化合物的蓝本，蛋白质等化合物则负责指导人体细胞和器官的形成和动作。科学家们认为，通过对每一个基因的测定，人们将能够找到新的方法来治疗和预防许多疾病，如癌症和心脏病等。从理论上讲，如果掌握了所有基因上核苷酸分布的详细情况，关于人类生长、发育、衰老、遗传病变的很多秘密都将随之揭开，科学家将拥有新的“武器”来征服癌症、艾滋病、肝炎、肺结核和阿尔茨海默氏症等。
处理方法
分裂时期
项目
时期
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二 遗传的基本规律
知识梳理
疑难突破
1.有关概念的区别与联系
（1）自交、杂交、测交
①自交：基因型相同的生物间相互交配。植物指自花授粉和同株异花授粉。②杂交：基因型不同的生物间相互交配，指的是不同品种间的交配。③测交：杂种子一代与隐性个体相交，用来测定F1的基因型。
思考讨论
生物的性状是由什么控制的？
提示：基因。
（2）等位基因、相同基因和非等位基因
等位基因是指杂合体内，在一对同源染色体同一位置上，控制着相对性状的基因，如D与d；A与a。相同基因是指纯合体内，在一对同源染色体的同一位置上的两个相同基因，如D与D或d与d。但是，不论是等位基因，还是相同基因，在形成配子时，均要随着同源染色体的分开而分离，进入到不同的配子中。只不过具有一对等位基因的个体可形成两种不同类型的配子，自交后代出现性状分离，而具有一对相同基因的个体只形成一种配子，自交后代不发生性状分离。非等位基因是指存在于异源染色体（不同对的染色体）上或者同一染色体不同位置上的基因。
思考讨论
有人说基因的分离定律适用于所有的生物，这种说法对吗？
提示：参见“疑难突破”。
2.基因的分离定律的适用条件
（1）有性生殖生物的性状遗传。基因分离定律的实质是等位基因随同源染色体的分开而分离，而同源染色体的分开是有性生殖生物产生有性生殖细胞时进行减数分裂特有的行为。
（2）真核生物的性状遗传。原核生物或非细胞结构生物不进行减数分裂，不进行有性生殖。
（3）细胞核遗传。只有真核生物细胞核内的基因随染色体的规律性变化而呈现规律性变化。细胞质内遗传物质数目不稳定，遵循细胞质母系遗传规律。
（4）一对相对性状的遗传。两对或两对以上相对性状的遗传问题，分离定律不能直接解决，说明分离定律适用范围的局限性。
3.表现型和基因型与杂交中相对性状的对数
表现型是指生物个体表现出来的性状的类型；基因型是指与表现型有关的基因组成的类型，是肉眼看不到的，通常用各种符号来表示。表现型是基因型的表现形式，基因型是表现型的内在因素。表现型相同，基因型不一定相同，如DD和Dd两种基因型均表现为高茎。基因型相同，环境条件不同，表现型也不一定相同。即表现型=基因型+环境条件。杂交中包括的相对性状的对数与基因型和表现型的关系如下表：
杂交中包括的相对性状的对数 显性完全时子二代的表现型数 子一代杂种形成的配子数 子二代的基因型数组合数 子二代配子的可能 子二代性状分离比
1 2 2 3 4 （3∶1）1
2 4 4 9 16 （3∶1）2
3 8 8 27 64 （3∶1）3
4 16 16 81 256 （3∶1）4
n 2n 2n 3n 4n （3∶1）n
4.基因分离定律的应用
（1）亲代和子代的基因型
已知亲代的表现型及后代表现型，通过显隐性状的关系一般可以推出亲代基因型。如一对正常夫妇生出一个白化病的孩子，就可以直接用遗传图解推出亲代基因型、表现型及比例。
（2）概率计算
熟练掌握分离定律的有关计算，是进行遗传学概率计算的关键。计算的关键地方是要能准确地计算出各种类型的配子比例，当然理解了后代分离比1∶2∶1的来源，计算更简便。
①用分离比直接计算：如人类白化病遗传：Aa×Aa→AA∶2Aa∶aa，杂合双亲再生正常孩子的概率是3/4，生白化病孩子的概率为1/4。
②用配子的概率计算：先算出亲本产生几种配子，求出每种配子产生的概率，用相关的两种配子的概率相乘。如白化病遗传，Aa×Aa→AA∶2Aa∶aa。父方产生A、a配子的概率各是1/2，母方产生A、a配子的概率也各是1/2，因此再生一个白化病孩子的概率为1/2×1/2=1/4。
5.自由组合定律的细胞学基础
自由组合定律主要说明位于不同对的同源染色体上的两对或多对等位基因，在等位基因发生分离的同时非等位基因自由组合，平均分配到配子中去。也就是说，一对等位基因与另一对等位基因的分离和组合是互不干扰、各自独立的。
在减数分裂的过程中，同源染色体的联会和同源染色体的分开，为基因的分离和自由组合定律提供了细胞学上的依据。例如，杂种中有两对位于不同对同源染色体上的基因，就能产生四种类型的数目均等的配子，这是因为带有这两对等位基因的两对同源染色体，在减数第一次分裂的中期，染色体的组合有两种可能性，并且这种组合是随机的（如下图），这样就会得到下列四种配子：AB、ab、Ab、aB，它们之间的比例是1∶1∶1∶1。
6.基因分离定律与自由组合定律的关系
基因分离定律与自由组合定律的区别在于研究的对象不同。基因分离定律研究存在于一对同源染色体上的等位基因在减数分裂形成配子时的分离情况，而基因的自由组合定律研究的是分别位于几对同源染色体上的等位基因分离和非等位基因自由组合的情况。自由组合定律中的等位基因仍然遵循基因分离定律，运用基因分离定律进行有关自由组合定律的计算非常简便。
典例剖析
【例1】（2004年广东、广西，12）基因型为AAbbCC与aaBBcc的小麦进行杂交，这三对等位基因分别位于非同源染色体上，F1杂种形成的配子种类数和F2的基因型种类数分别是
A.4和9 B.4和27 C.8和27 D.32和81
剖析：考查基因自由组合定律，能力要求B。AabbCC与aaBBcc杂交，产生的F1基因型是AaBbCc，让其自交，则产生配子种类数为23，基因型种类数33。
答案：C
【例2】 桃的果实成熟时，果肉与果皮黏连的称为黏皮，不黏连的称为离皮，果肉与果核黏连的称为黏核，不黏连的称为离核。已知离皮（A）对黏皮（a）为显性，离核（B）对黏核（b）为显性，现将黏皮、离核的桃（甲）与离皮、黏核的桃（乙）杂交，所产生的子代出现4种表现型。由此推断，甲、乙两株桃的基因型分别是
A.AABB、aabb B.aaBB、AAbb
C.aaBB、Aabb D.aaBb、Aabb
剖析：考查自由组合定律在实践中的应用，能力要求B。根据题目给出的表现型可以写出其基因型是甲：aaB_，乙：A_bb，再根据两者所产生的子代有4种表现型这一条件，可以判断出两个亲本各产生两种配子，由于两个亲本各有一对纯合基因，所以另一对基因一定是杂合的，即：甲aaBb，乙：Aabb。
答案：D
【例3】（2005年南京市质量检测题）对某生物进行测交试验，后代出现四种表现型。数目为58∶60∶56∶61，下列4种基因型中，不可能是该生物基因型的是（不考虑连锁）
A.AaBbCc B.AABbCc C.AaBbCC D.AaBBCc
剖析：测交后代比例约为1∶1∶1∶1，则该生物含有2对等位基因。
答案：A
【例4】（2004年全国理综，4）让杂合高茎豌豆自交，后代中出现高茎和矮茎两种豌豆，且两者的比例大约为3∶1，这种现象在遗传学家上称为
A.性状分离 B.诱发突变
C.染色体变异 D.自然突变
剖析：在一对相对性状的遗传中,杂合子中的一对等位基因分离进入不同的配子中,使后代出现3∶1的性状分离比。
答案：A
【例5】（2004年辽宁、广东大综合，23）已知水稻高秆（T）对矮秆（t）为显性，抗病（R）对感病（r）为显性，这两对基因在非同源染色体上。现将一株表现型为高秆、抗病的植株的花粉授给另一株表现型相同的植株，所得后代表现型是高秆∶矮秆=3∶1，抗病∶感病=3∶1。根据以上试验结果，判断下列叙述错误的是
A.以上后代群体的表现型有4种
B.以上后代群体的基因型有9种
C.以上两株亲本可以分别通过不同杂交组合获得
D.以上两株表现型相同的亲本，基因型不相同
剖析：考查基因的自由组合定律，能力要求B。两株表现型为高秆（T_）抗锈病（R_）的植株杂交，其后代出现了高秆∶矮秆=3∶1，抗病∶感病=3∶1比例，根据分离定律和自由组合定律可知，这两个亲本的两对基因都是杂合的，即TtRr×TtRr，说明这两株表现型相同的亲本，其基因型亦是相同的。在题目给出的选项中，选项D不正确。
答案：D
【例6】（2004年全国理综Ⅰ，30）已知柿子椒果实圆锥形（A）对灯笼形（a）为显性，红色（B）对黄色（b）为显性，辣味（C）对甜味（c）为显性，假定这三对基因自由组合。现有以下4个纯合亲本：
亲 本 果 形 果 色 果 味
甲 灯笼形 红色 辣味
乙 灯笼形 黄色 辣味
丙 圆锥形 红色 甜味
丁 圆锥形 黄色 甜味
（1）利用以上亲本进行杂交，F2出现灯笼形、黄色、甜味果实的植株的亲本组合有_______________________________________________________________________________。
（2）上述亲本组合中，F2出现灯笼形、黄色、甜味果实的植株比例最高的亲本组合是_____________________，其基因型为_____________________，这种亲本组合杂交F1的基因型和表现型是________，其F2的全部表现型有________________________________________，灯笼形、黄色、甜味果实的植株在该F2中出现的比例是__________。
剖析：考查基因自由组合定律及应用，能力要求C。题目虽然给出了3对相对性状，但由于4个亲本都是纯合体，杂交形成的F1最多有3对等位基因，因此我们可以根据教材提供的F1自交产生的F2的基因型和表现型的情况，对该题进行比较，并进行相应计算。
甲、乙、丙、丁都是纯合体，根据表现型推知其基因型分别是aaBBCC、aabbCC、AABBcc、AAbbcc，他们之间杂交能够产生符合要求的表现型的亲本组合，分别是甲与丁、乙与丙和乙与丁，在这3种组合中，产生符合要求表现型的亲本比例最高的组合是乙与丁，占整个F2代的1/16。
答案：（1）甲与丁，乙与丙，乙与丁 （2）乙与丁 aabbCC与AAbbcc AabbCc，圆锥形黄色辣味 圆锥形黄色辣味、圆锥形黄色甜味、灯笼形黄色辣味、灯笼形黄色甜味 1/16
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●教学点睛
在复习设计过程中，建议用8～10课时完成，相关内容可用2～3课时，三个优化训练可用7课时。
本块知识包括：《基因的分离定律》《基因的自由组合定律》两节内容和《性状分离比的模拟实验》一个实验。
《遗传的基本定律》是本章内容的重点和难点，复习中应以减数分裂和有性生殖细胞的成熟为基础，在理解和掌握减数分裂过程中同源染色体的行为规律的前提下，复习本节知识会起到事半功倍的效果。基因的分离定律是学习基因的自由组合定律、伴性遗传的基础，是本部分的重点知识。对分离现象和自由组合现象的解释，以及基因分离定律和基因自由组合定律的实质分析，是理解和掌握遗传定律的关键，也是解释自然界中各种遗传现象的科学依据，是本部分的重点知识。
《基因的分离定律》是其他遗传规律的基础，同时又是巩固和加深对减数分裂的再认识。本小节复习要点有三：一是孟德尔对一切相对性状的杂交试验结果的分析，提出假设和对假设的验证的过程，以及对性状分离现象的解释；二是基因分离定律的概念、实质与减数分裂的关系；三是有关一对等位基因的杂交、自交、测交的概率计算和单基因系谱题的求解方法技巧，均是本节内容的复习设计重点。
《基因的自由组合定律》主要从两对相对性状的遗传试验复习入手，分析自由组合的原理，F2基因型、表现型及有关比例。本节设计复习内容重点有四：一是自由组合定律的实质；二是与减数分裂的内在联系；三是两对及两对以上（N对）等位基因有关概率的计算；四是实验应用题型的正推、反推求解基因型、表现型及其概率的计算。
●拓展题例
【例1】（2004年烟台市高三期末考试）甲状腺有缺陷会导致甲状腺激素缺乏。有一种耕牛，其甲状腺缺陷可由两种原因引起：一是缺碘，二是一种常染色体隐性遗传性状。下列有关这种牛的叙述不正确的是
A.缺少甲状腺激素的牛，其双亲可以是正常的
B.甲状腺正常的个体，可能具有不同的基因型
C.甲状腺有缺陷的个体，一定具有相同的基因型
D.双方有一方是缺陷者，后代可以出现正常个体
剖析：甲状腺缺陷病因可能为缺碘（仅由环境条件引起）,或者为常染色体上隐性遗传病,所以表现为患者,其基因型不一定相同。
答案：C
【例2】 某植株为显性类型且为异花授粉。关于采下该植株上的一粒种子，发育成的个体，下列说法正确的是
①可能是显性纯合体 ②可能是隐性纯合体 ③可能是杂合体 ④肯定是杂合体
A.① B.①② C.①②③ D.①②③④
剖析：该植株母本的基因型可能为AA、Aa，而父本的基因型可能为AA、Aa、aa，所以后代的基因型不确定。
答案：C
【例3】 家族性高胆固醇血症是一种遗传病，杂合体约活到50岁就常患心肌梗塞，纯合体常于30岁左右死于心肌梗塞，不能生育。一对患有家族性高胆固醇血症的夫妻，已生育一个完全正常的孩子，如果再生一个男孩，那么这个男孩能活到50岁的概率是
A.1/3 B.2/3 C.1/2 D.3/4
剖析：该病为常染色体上显性遗传病，夫妻基因型均为Aa，后代中AA个体死于30岁，其余个体均可活到50岁，占3/4。
答案：D
【例4】（2004年太原市高三基础知识测试）下图是科学家对果蝇一条染色体上的基因测序结果，请看图回答问题：
（1）图中朱红眼与深红眼两个基因是________（供选：A.等位基因 B.非等位基因），遗传时二者之间是否遵循基因的分离定律和自由组合定律 ________（供选：A.不遵循 B.遵循 C.只遵循分离定律 D.只遵循自由组合定律）。该染色体上的基因在后代中能否全部表达 _______________________，原因是______________________________。
（2）计算此染色体上的碱基数量，是否遵循A＝T，C＝G的原则 ________，原因是_______________________________________________________________________________。
（3）假定朱红眼的基因共有30个碱基对，则其控制合成的肽链中所含氨基酸数为__________。
A.10个 B.20个
C.少于10个 D.多于20个
剖析：朱红眼与深红眼的基因在同一条染色体上不同位置为非等位基因。基因的分离定律、自由组合定律适用于一对等位基因及两对等位基因。生物体内的基因是否表达与显、隐性基因及环境条件有关。一条染色体上含有一个DNA分子，DNA双链之间通过碱基互补配对形成双螺旋结构。真核细胞的基因结构分为编码区和非编码区，且编码区中只能外显子对应氨基酸序列。
答案：（1）B A 不一定（或不能） 当出现杂合体时，隐性基因不能表达；基因的表达与环境因素有关（答出一点即可） （2）遵循 一条染色体中有一条DNA，DNA为双链 （3）C
●资料卡片
杂交育种
孟德尔遗传规律是从豌豆中得出的，是否具有普遍意义呢？从孟德尔所处时代到现在，世界各国的科学家做了大量的实验，证明了遗传规律在生物界（包括人类）是普遍适用的。随着生产和实践的发展以及人类改造自然能力的逐步提高，孟德尔遗传规律得到越来越广泛的应用。
分离定律说明了杂交种后代的分离具有普遍性，利用这个定律可以进行人工育种。农作物产量的高低首先是由种子质量的好坏决定的，掌握这一环节，对于解决人类温饱问题的贡献将是巨大的。
在杂交育种时，应采用基因纯合体作亲本，正确识别表现型和基因型的区别。对杂种来说，表现型相同的个体，基因型却不一定相同。纯合体不再分离，而杂合体后代继续出现分离。掌握了这个原理，就能有效地指导育种工作。
在杂交育种工作中，首先遇到的一个问题就是要判断杂交是否成功，以便及时除去假杂种，避免造成人力物力的浪费。根据分离定律揭示的显性原理，我们可以把某些稳定的显性性状，作为标记性状，并在杂交时用标记性状植株的花粉授粉（父本）。如果杂交后代中出现标记性状时，就说明杂交成功，是真杂种，否则，就是假杂种，应及时剔除。例如，在三倍体西瓜制种中，就常用瓜皮具有深色条纹（显性）的种子作父本，无条纹（隐性）的种子作母本。后代中凡是瓜皮具有深色条纹的，就必然是三倍体的杂种。高粱杂交育种时，常用红芽鞘（显性）的种子作父本，绿芽鞘的种子作母本。玉米杂交育种时，常用有色子粒（显性）作父本，白色子粒作母本。这些都是分离定律在育种工作中的具体应用。
同分离定律类似，自由组合定律在农业生产中也获得了广泛的应用。通过杂交和基因的自由组合，可以形成对人类有利的新品种。例如，有一个小麦品种抗倒伏，但易感染锈病，另一个小麦品种能抗锈病但易倒伏。让这两个品种杂交，就可能在子二代中找到既抗倒伏又抗锈病的纯合体类型。当然，也可能在子二代中出现既不抗倒伏又不抗锈病的类型和其他类型。这就需要育种工作者通过人工选择，保存所需要的类型，淘汰掉不符合要求的类型。
在农业生产中，许多优良新品种就是利用自由组合定律通过上述方法获得成功的。从20世纪40年代起，世界各国共同发起了一场名为“绿色革命”的农业增产运动，大大提高了粮食产量。而这一成就斐然、声势浩大的运动就是科学家通过杂交育种的育种方式，培育出了许多高产且品质优良的农作物而取得成功的。
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第八章 生物与环境
网络体系总览
一 生态因素、种群和生物群落
知识梳理
疑难突破
1.如何理解生物的环境因素与生态因素的关系
生物的环境因素是指生物体周围直接或间接地影响生物的所有因素。而生态因素是指环境中直接影响生物的形态、生理和分布的因素。如光、温度、水分、空气等。但像海拔高度、水域深度等因素属于环境因素，但不属于生态因素，因为它们的作用是通过温度、光照、气压等生态因素间接地体现出来的，它们本身对生物没有直接影响。
2.种群数量的变动因素
种群是一个自我调节系统。在自然界中各个种群的个体数一般是稳定的，但这种稳定从来都不是一成不变的，种群数量往往受到各种因素的影响。
（1）基本影响因素：出生率和死亡率及迁入和迁出等。死亡的个体在种群留下的空隙可以让出生的新个体取代，使种群的生活力更强。具有高死亡率、寿命短，但生殖力强的种群往往比一个长寿命的种群有更大的适应能力。
（2）其他影响因素：能够影响种群出生率和死亡率、迁入和迁出的因素。如性别比例与年龄组成、种内互助与种内斗争、竞争与捕食，以及气候、食物、传染病、人类活动等都可以影响种群的数量变化。
3.生物种间关系的比较分析
关系名称 数量坐标图 能量关系图 特 点 举 例
互利共生 相互依赖，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 无 对宿主有害，对寄生生物有利；如果分开，则寄生物难以单独生存，而宿主会生活得更好 蛔虫与人；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；生存能力相同，则如图b，AB起点相同，为同一营养级 牛与羊；农作物与杂草
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”的不同步变化。AB起点不相同，两种生物数量（能量）存在差异，分别位于不同的营养级 狼与兔；青蛙与昆虫
4.生态因素的综合作用
环境中的各种生态因素，对生物体是同时起作用的，而不是单独地、孤立地起作用。换句话说，生物的生存和繁衍，受各种生态因素的综合影响。对某个或某种生物来说，各种生态因素所起的作用并不是同等重要的。例如在干旱的地区，水分的多少往往是影响生物生存的关键因素，而在河流湖泊中，水中溶解氧的多少往往是影响水生生物的关键因素，这在理论研究和生产实践中都有重要的意义。例如：冬小麦春化阶段的低温，动物卵孵化时的温度，就是起主导作用的。判断生态因素对生物的影响，不能看现象，而要抓住本质。例如，鸟类的换羽与哺乳动物的季节性换毛，表面上看与气候的冷热有关，这种现象似乎是温度对生物的影响，但实际上是日照长短起主导作用。
特别提示
各种生态因素所起的作用并不是同等重要的，表现在哪些方面？提示：（1）同纬度、同经度时，阳光是植物垂直分布的主导因素。（2）同纬度、不同海拔高度时，温度是影响植物分布的主导因素。（3）同纬度、不同经度时，水分是影响植物分布的主导因素。
5.决定种群个体数量变动的因素
决定种群个体数量变动的因素有许多，分析下图可知，种群的各种特征与种群的数量有密切的关系，在学习时，要注意分析它们之间的内在联系。
思考讨论
在什么条件下种群数量才会呈指数增长？为什么？提示：在实验室条件下。因种群指数增长只有在空间无限和资源无限，以及无任何天敌（包括捕食者、寄生者和竞争者）的条件下才能实现，这种理想条件一般只有在实验室（或当某种群初入一条件非常适宜的新环境时）才会出现。
6.注意理解生物群落的概念
生活在一定的自然区域内，相互之间具有直接或间接关系的各种生物种群的总和，叫生物群落。群落是各个生物种群的集合体，包括生产者、消费者和分解者。在一个生物群落中，生活着许多种群，既有种内关系也有种间关系，它不仅影响每一个个体、每一个种群的生存与发展，而且还把各个种群连接为复杂的生命之网，决定着群落和生态系统的稳定性。
7.生物个体、种群与群落的关系
种群是生活在同一地点的同种生物的一群个体。
（1）种群是由许多同种个体组成的，但又不是许多同种个体的简单相加，因为每一个种群都有其种群密度、年龄组成、性别比例、出生率和死亡率等特征。
（2）种群内的个体之间既有互助又有斗争，但无论是互助还是斗争，都对种群的生存和延续有利。
（3）种群概念中的空间主要取决于研究者的研究范围的大小。
（4）种群是物种生存、发展和进化的基本单位，要与生物分类上的“种”的概念区分开。
（5）种群与个体的关系是整体与部分的关系。
群落是指生活在一定的自然区域内，相互之间具有直接或间接关系的各种生物的总和。与种群一样，生物群落也有一系列的基本特征，如物种的多样性、群落结构等，这些特征不是由单一的种群所体现的，只有在群落的总体水平上，这些特征才能显现出来。
因此，种群是生物个体组成的有机单元，而群落则是不同种群在一定生态因素作用下的集合体。在群落的内部，不同种群的个体间为种间关系，而种群内部的不同个体间则为种内关系。
8.实验：种群密度的取样调查
本实验是一个调查类实验。通过本实验要重点掌握植物种群取样调查的方法，同时了解动物种群取样调查的方法。
（1）植物种群密度的取样调查常用样方法。在被调查种群的生存环境内，随机选取若干个样方，通过计数每个样方内的个体数，求得每个样方的种群密度，以所有样方种群密度的平均值作为该种群的种群密度。样方也叫做样本，是从研究对象的总体中，抽取出来的部分个体的集合。为了保证取样调查的科学性，必须进行随机取样。即在抽样时，保证每一个个体被抽选的机会均等，而且每一个个体被选与其他个体间无任何牵连，不掺入任何主观性。常用的取样方法有点状取样法、等距取样法等。
（2）动物种群密度的取样调查常用标志重捕法（捉放法）。在一个有比较明确界限的区域内，捕捉一定数量的动物个体进行标志，然后放回，经过一个适当时期（标志个体与未标志个体重新充分混合分布）后，再进行重捕。根据重捕样本中标志者的比例，估计该区域的种群总数，可计算出某种动物的种群密度。种群密度=标志个体数×重捕个体数／重捕标志个体数。
例：草原上为了防治鼠害，进行了一次鼠类种群密度调查。在1平方千米的范围内，第一次捕获104只，全部作好标志，放回去。隔一段时间后，第二次进行捕捉，共捕获90只，其中有标志的鼠20只。请推测这片草原上鼠的密度。
解析：这是用标志重捕法测定鼠种群的种群密度。标志重捕法是取样调查的一种主要方法，通过捕中标志个体占总捕获数的比例，来估计该种群的数量。种群密度=标志个体数（104）×重捕个体数（90）／重捕标志个体数（20）=468只/平方千米。
答案：468只／平方千米。
典例剖析
【例1】 （2004年全国新课程理综，一、5）生活在一个生物群落中的两个种群（a、b）的数量变化如下图所示，下列判断正确的是
A.a种群与b种群为捕食关系，a种群依赖于b种群
B.a种群与b种群为竞争关系，竞争程度由强到弱
C.a种群为“S”型增长，其增长受本身密度制约
D.b种群为“J”型增长，始终受到a种群的制约
剖析：考查两个种群的数量变化，能力要求C。从图中可以看出，两个物种进入到该生态系统后，开始都表现出增长现象，一段时间后，a种群的数量变化表现为“S”型增长曲线，其原因是增长受本身密度的限制；b种群数量增长到一定数量后，逐渐减少，最后全部死亡，两个种群之间可能是竞争的关系，但竞争强度是由弱到强而不是由强到弱。在题目给出的选项中，只有C选项符合题意。
答案：C
【例2】 （2004年上海，3）会导致田鼠种群内个体间竞争加剧的是
A.生流行病 B.鹰数量增加 C.繁殖力提高 D.迁出率增加
剖析：考查影响种群数量变化的因素，能力要求B。田鼠种群内个体数量增加必然会加剧其个体之间的竞争，A选项中，种群中发生流行病会导致许多个体死亡，B选项中天敌数量增加和D选项中迁出率增加，都会使田鼠数量减少，C选项中田鼠繁殖率增加，会使种群的数量上升，加剧个体间的竞争。
答案：C
【例3】 （2004年江苏，32）种群是指生活在同一地点的同种生物的一群个体。种群中的个体通过繁殖将各自基因传递给后代。下列叙述正确的有
A.自然选择使种群基因频率发生定向改变
B.种群基因频率的改变导致生物进化
C.种群通过个体的进化而进化
D.种群通过地理隔离可能达到生殖隔离
剖析：考查了对现代生物进化理论的理解，能力要求C。现代生物进化理论认为种群是生物进化的基本单位，种群进化的实质是种群基因频率发生改变。在生物进化的过程中，突变和基因重组产生进化的原材料，自然选择使种群的基因频率定向改变并决定生物进化的方向，隔离是物种形成的必要条件。
答案：ABD
【例4】 （2004年郑州模拟题）关于种群数量变化的叙述中，错误的是
A.种群数量的变化包括增长、波动、稳定和下降等
B.种群数量的变化主要是由迁入、迁出、出生和死亡引起的
C.在自然界中，种群的增长一般呈“J”型曲线
D.在自然界中，种群的增长一般呈“S”型曲线
剖析：种群的“J”型增长，只有在空间无限、资源无限，不存在任何天敌的条件下才有可能，如一个种群进入一个新环境，一定时间内会出现“J”型增长，当种群数量达到环境条件所允许的最大值时，种群将停止增长，呈现出“S”型曲线。
答案：C
【例5】 （2004年上海，23）在研究光照强度对某种鸟鸣叫次数的影响中，下列设计不符合研究要求的是
A.记录一天内不同时间同一地点该种鸟鸣叫次数
B.记录同一时间不同天气该种鸟鸣叫次数
C.记录繁殖季节该种鸟雌鸟和雄鸟鸣叫次数
D.记录不同季节同一地点该种鸟鸣叫次数
剖析：考查实验设计的一般原则，能力要求C。依照实验设计的单一变量原则，要研究不同的光照强度对鸟鸣叫次数的影响，控制的实验变量应是不同的光照强度，从题意来看，同一天的不同时间，不同天气的同一时间，不同季节都是控制的光照强度，符合实验设计的要求。而C选项中，在繁殖季节，因生殖的需要，鸣叫次数会有很大变化，此时的影响因素很可能不是光照强度一种了。故C项是错误的。
答案：C
【例6】 （2004年广东，41）当烟草叶片受到甲种蛾幼虫的采食刺激后，会释放出挥发性的化学物质。这种化学物质白天会吸引甲种蛾幼虫的天敌，夜间会驱赶乙种蛾，使其不能在烟草叶片上产卵（乙种蛾幼虫也采食烟草叶片），如下图所示。试回答：
（1）甲种蛾幼虫与天敌的种间关系是__________。
（2）甲种蛾幼虫与烟草的种间关系是__________。
（3）甲种蛾幼虫与乙种蛾幼虫的种间关系是__________。
（4）写出图中所示生物的食物链：__________________________。
剖析：通过新情境考查生态系统中不同种群之间的关系，能力要求B。种间关系常见的是捕食、竞争和寄生。根据题干的描述，甲种蛾与天敌之间的关系主要是捕食关系，也可能是寄生关系；甲种蛾的幼虫与烟草之间的关系是捕食关系。由于甲种蛾和乙种蛾都可以以烟草为食物，所以甲、乙两种蛾之间是竞争关系。根据题干给出的条件，就能写出图中所示的食物链。
答案：（1）捕食（或寄生） （2）捕食 （3）竞争
（4）
【例7】 （2004年江苏，34）过去人们以为作物播种密度越大，产量越高。在保证营养需要的情况下，有人对小麦的产量与播种量的关系进行了研究，结果如下图所示。
（1）根据上图分析，当播种密度过大时小麦产量将____________。
（2）从影响光合作用效率的因素分析，产生上述现象的原因是___________________；___________________。
剖析：通过识图考查影响光合作用效率的因素，能力要求C。通过图表的分析，可以得知小麦播种量超过90 kg·km－2时，在不缺乏营养元素供应的情况下，小麦的产量没有发生较大的波动，基本上保持稳定。在提高小麦播种量的同时，植株的密度过大，造成植株之间的叶片相互遮盖，使叶片不能充分地接受光照，不利于提高光合作用的效率；农作物周围空气中的CO2浓度通常较低，因植株密度过大不利于空气的流动，使植株经常处于“二氧化碳饥饿”状态，也不利于提高光合作用的效率。
答案：（1）基本稳定（或“不再增加”或“略有下降”） （2）植株过密，叶片接受光照不足 通风透气差，二氧化碳供应不足
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●教学点睛
本部分复习建议用1～2课时，1课时复习相关基础知识，1课时做练习题，反馈矫正。复习时注意：
1.准确把握生态因素与环境因素的区别与联系。
2.注意把握生态因素的主导作用特点及综合作用特点。
在特定环境中，各种生态因素中有起主导作用的因素，例如小麦春化阶段的低温，动物孵化时的温度；沙漠地区水分对生物的影响等。同时，环境中的各种生态因素并不是孤立存在的，而是相互联系、相互影响的，例如光照强度的变化会引起环境中温度和湿度的变化，降雨会引起温度下降等。
3.充分把握种群的概念及种群各特征间的关系及与群落的比较。
在学习种群概念时，一定要把握住两个同一，即同一地点、同一种生物。在学习种群特征时，要以种群密度的变化为核心，围绕其他特征对种群密度的影响展开分析；注意群落概念的理解及与种群的比较。
●拓展题例
【例1】 螺旋蛆蝇是家畜的毁灭性寄生虫。在实验室里对两组数量相同的螺旋蛆蝇进行不同的处理：一组使用杀虫剂；另一组使用电离辐射促使其雄性不育，实验结果如下图所示。请回答：
（1）用杀虫剂处理，可使群体中的个体数在短时间内迅速减少，但从第2代以后螺旋蛆蝇种群的组成又变成了____________型，个体数量回升，说明这种蛆蝇____________，并用现代生物进化理论解释这种回升现象。
（2）用电离辐射促使其雄性不育的方法在遗传学上叫____________，用这种方法能使种群出生率____________，种群年龄组成变成____________型。这种方法不易使蛆蝇产生适应，效果好，但起效较慢，原因是_______________________________________________。
（3）若对a组从第7代起改用另一种杀虫剂处理，预计群体7～14代数量变化曲线会是什么样的？由此可见是长期使用一种杀虫剂好还是交替使用不同的杀虫剂好？
剖析：（1）第2代后种群数量回升表明其年龄组成为增长型，说明这种蛆蝇已对杀虫剂产生适应。原因是通过杀虫剂的逐代选择作用使抗杀虫剂的基因频率不断提高。
（2）电离辐射促使雄性不育属人工诱变，它使种群出生率下降，种群年龄组成变为衰退型。起效慢的原因是人工诱变效率较低，需要在多代中反复进行才能使雄性不育个体增多。
（3）从第7代起改用另一种杀虫剂处理，7～14代种群数量变化曲线与图中a曲线相似。交替使用不同杀虫剂害虫难以适应，杀虫效果会较好。
答案：（1）增长 具有抗杀虫剂基因 原因是通过杀虫剂的逐代选择作用使抗杀虫剂的基因频率不断提高 （2）人工诱变 下降 衰退 人工诱变效率较低，需要在多代中反复进行才能使雄性不育个体增多 （3）7～14代数量变化曲线与图中a曲线相似。交替使用不同杀虫剂害虫难以适应，杀虫效果比较好。
【例2】 （2003年江苏、广东，一、37）飞蝗大发生时，可长途迁徙，所经之处农作物受到严重破坏。研究发现飞蝗种群数量的消长受多种因素的影响。当雨量充沛、气候潮湿时，真菌、丝虫和蛙等大量繁殖可抑制飞蝗的种群数量；蝗虫的产卵量受相对湿度的影响（见左图），飞蝗的发生量又与降雨量有密切关系（见右图）。
请依据以上信息回答下列问题：
（1）真菌与飞蝗的关系是____________，蛙与飞蝗的关系是____________。（将正确答案前的字母填在相应的横线上）
A.共生 B.寄生
C.捕食 D.腐生
（2）当雨量充沛、空气相对湿度在70%左右时，飞蝗产卵数量比空气干燥时要____________。
（3）在干旱的气候下，飞蝗发生量的变化趋势怎样？可能的原因是什么？
剖析：由题意可知，真菌、丝虫和蛙等大量繁殖可抑制飞蝗的种群数量，飞蝗与真菌的关系为寄生，蛙与飞蝗的关系为捕食；由图示看出，当雨量充沛、空气相对湿度在70％左右时，飞蝗产卵量比空气干燥时要多；在气候干旱时，真菌、丝虫和蛙等天敌的数量会减少，飞蝗的发生量变大。
答案：（1）B C （2）多 （3）变大，气候干旱，真菌、丝虫和蛙等天敌的数量少，会使飞蝗的发生量变大。
【例3】 下图为种群的两种存活曲线，请回答：
（1）如果第Ⅰ类是养牛场的牛群，则表示牧场经营很正常，它属于__________型，其特点是__________个体很多，而__________个体很少，则种群的____________会越来越大。
（2）如果第Ⅱ类是养鸡场的种群，则表示这个养鸡场已陷入危机，经营者必须采取的措施是：
①留下__________鸡，处理__________鸡；
②要保持__________多____________少的性别比例；
③购入或孵化出大量__________，加以良好的____________，使它有很高的__________，让衰老型转化为__________。
剖析：种群的发展与衰退取决于它的年龄组成、出生率和死亡率。对于人工养殖的种群，可以通过人为地干预来调节其年龄组成及性别比例等，以取得较高的经济效益。
答案：（1）增长 幼年 老年 密度 （2）①幼年和成年 老龄 ②雌 雄 ③幼鸡 饲料条件 成活率 增长型
【例4】 2001年6月29日开工的青藏铁路格尔林—拉萨段是世界上最高海拔的铁路，铁路建设中有许多技术难题，其中物种和高原脆弱性的生态系统的保护尤为重要，所以在铁路建设设计中有很多设计体现了这一理念。下图是青藏铁路建设中的部分景观图，图中显示了正常铁路建设中不必要的穿山隧道，加宽了桥涵，减小了坡度的路基等。结合生态学知识，谈谈你对该设计方案的评价。
答案：设计中的A、B、C等处虽增加了技术难度和项目成本，但遵循了“保护第一，开发服从于保护”的原则。A、B为不同物种的走廊带，可防止因铁路建设而导致的种群隔离和退化，有利于种群的数量稳定；C、D处的设计从整体上保护了脆弱的高原生态系统。因此，总体来说，该设计体现了可持续发展的理论。
●资料卡片
1.渡渡鸟与卡伐利亚树
在毛里求斯岛上的卡伐利亚树，属山榄科，卡伐利亚树是高大的热带乔木，树高可达30米，树围4米，多为百年老树，虽然树年年结果，就是不长幼苗，这个谜经科学家研究才得以破解，原来与渡渡鸟有关。
渡渡鸟身高1米，体重可达13 kg，几乎不会飞，早于1861年灭绝。渡渡鸟喜吃卡伐利亚树的果实，其果核经鸟的肌胃的“减薄处理”后才能发芽。后来，人们仿照渡渡鸟，对果核进行减薄处理，才培育出卡伐利亚树幼苗。
2.世界人口问题
早期人类作为自然界的一个物种，其种群平均密度约为每30平方千米陆地面积上有一个人，整个地球仅有约500万人，增长率几乎为零。人类进入新石器时期后，人口才有了增长。公元初年，世界人口约1.5亿。公元以后，人口增长速度虽有加快，但总体说来仍较慢。到19世纪出现高出生率、低死亡率的人口高增长。1800年世界人口约为8.5亿，1900年达16亿，1950年以来，世界人口增长速度剧增，从1950年约25.13亿到1987年7月11日已突破50亿。从1500年至今，世界人口呈几何级数增长，符合指数增长模型。世界人口数量剧增，人口问题已成为当今五大社会问题（人口、粮食、资源、能源和环境）中的核心问题。目前世界人口已超过60亿，如按自然增长率为17‰的速度计算，每40年人口就要翻一倍，如此下去，有限的地球是无法负荷无限的人口增长的。
3.人口的增长和人类的活动，对粮食、能源、资源以及环境产生了巨大的压力
（1）对粮食资源的影响 由于人口激增，耕地相对减少。2000年，世界人均耕地为0.15公顷，大大低于1975年的人均0.31公顷，我国人均只有0.08公顷，形势非常严峻。
（2）对能源的影响 人口激增对生产能源和生活能源的需求大大增加。现在已出现世界性能源短缺，为了满足能源的需要，人类正在大力开发煤炭、石油、天然气及其他能源。如太阳能、潮汐能、核能等，尽管这样，人类还无法根本缓解能源不足的矛盾。
（3）对其他资源的影响 人口激增对自然资源的需求大大增加，人类无休止地开发矿藏、森林、淡水、海洋资源，使自然资源遭到严重破坏。
（4）环境的影响 为了向土地索取粮食，人类施用大量农药、化肥，这种无节制地使用，造成大气、水、土壤等环境污染。在大量消耗能源的同时，产生的废水、废气、废渣也严重污染环境，滥开发资源引起资源枯竭、植被破坏、水土流失等恶果。
综上所述，由于人口增加，对粮食、能源和资源的需求，直接或间接地污染了环境，破坏了自然界的生态平衡。生态平衡的破坏又直接危及人类的生活。要解决以上问题，主要途径是控制人口增长，把人口控制在环境负载量以下，人与环境和谐共存，创造光明的未来。因此，我国将计划生育确定为基本国策之一。
4.群落多样性、稳定性和相似性
群落多样性、稳定性和相似性都是反映群落特征的一种标志。
（1）群落多样性
群落多样性（diversity of community）是群落中物种数和各物种个体数构成群落结构特征的一种表示方法。一个群落中如有多个物种，而且各物种的数量较均匀，则该群落具有高的多样性；如果一个群落中物种少，而且各物种的数量不均匀，则该群落的多样性较低。所以群落多样性是把物种数和均匀度结合起来考虑的统计量。但有时出现一个物种数少而均匀度高的群落，其多样性可能与另一物种数多而均匀度低的群落的多样性相似。群落多样性是比较群落稳定性的一种指标，在评价害虫综合治理的生态效益中有着重要的意义。
（2）群落稳定性
群落稳定性（stability of community）是指群落抑制物种种群波动和从扰动中恢复平稳状态的能力。它包括群落现状稳定性、时间过程稳定性、抗扰动能力稳定性和扰动后恢复平稳的稳定性等4种情况。
群落稳定性和生态系统的稳定性具有同一概念，主要包括两种能力，即抵抗力和恢复力。所谓抵抗力（resistance）即抗变能力，表示群落抵抗扰动、维持群落结构和功能、保持现状的能力。如森林与草原相比，前者更能忍受温度的剧烈变动，也较能抵抗干旱和病虫危害，而后者受到低温、干旱、病虫等灾害扰动时，其结构和功能就容易遭到破坏。所谓恢复力（resilience），表示群落在遭受扰动以后恢复原状的能力。恢复得越快，群落也越稳定。故从恢复力考虑，草原的受扰动后恢复平稳的稳定性又较森林为高。群落稳定性这两个相互排斥的方面，表明具有高抵抗力稳定性的群落，其恢复力稳定性较低；具有高恢复力稳定性的群落，其抵抗力稳定性较低。在研究各种群落的稳定性时，应予以辩证分析。
一般认为群落的结构越复杂，多样性越高，群落也越为稳定，并把群落多样性作为其稳定性的一个重要尺度。如用香农一维纳多样性指数表示群落的稳定性。但部分学者认为从理论上讲，在更多样化的系统中，一个生态关系复杂的网络，可导致种群急剧波动，而不是使种群更加稳定，所以复杂的系统比简单的系统更不稳定。但总的趋势仍然认为，高度多样性是稳定自然系统的特征之一。
（3）群落相似性
群落相似性（similarity of community）是指不同群落结构特征的相似程度。常用群落相似性系数（coefficient of similarity）表示，以比较不同空间昆虫群落结构的异同。
①共有种相似
根据不同群落中共有种的多少，比较其相似程度。如A、B、C三个群落的种类数基本一致，但群落A与B的共有种数多，群落B与C的共有种数少，则可以认为群落A与B的相似性较大，群落B与C的相似性较小。
②物种组成相似
在物种构成相近似的群落中，宜用物种总数和共有种数的综合性指标，即群落相似性系数，表示种组成相似程度。常用方法有：
a.杰卡特（Jaccad）群落相似性系数，其公式为：CJ=j／（a+b－j）
b.索雷申（Sorensen）群落相似性系数，其公式为：CS＝2j／（a+b）
c.芒福德（Mountford）群落相似性系数，其公式为：CM＝2j/[2ab－（a＋b）j]?
（以上各式中，j为群落a与b的共有种数；a为群落a含有的全部种数，3b为群落b含有的全部种数）
上述杰卡特群落相似性系数（CJ）和索雷申群落相似性系数（CS）的最大值均为1；芒福德群落相似性系数（CM）的最大值为∞。当两个群落所含有的种完全相同时，其系数为最大值；当两个群落所含有的种完全不同时，其系数为0；系数自0至最大值之间，顺次表示两个群落相似程度的大小。
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第六章 遗传与变异
网络体系总览
一 遗传的物质基础
知识梳理
疑难突破
1.染色体在传种接代过程中的稳定性和连续性
每种生物都有恒定的染色体数。如玉米的染色体数是20，普通水稻的染色体数是24，猪的染色体数是38，黄牛的染色体数是60等。实验研究表明，染色体在细胞有丝分裂、减数分裂和受精作用过程中的行为和数目变化有明显的规律性，即染色体在生物的传种接代过程中具有一定的稳定性和连续性。
细胞中的染色体与遗传密切相关。分子生物学的进一步研究表明，染色体主要由DNA和蛋白质组成。如何确定DNA和蛋白质对遗传的决定性作用呢？科学家设法将生物体内的DNA和蛋白质分开，并证明将DNA放入另一生物体内时，原来那种生物的性状可在另一生物体中体现出来，而蛋白质没有这种作用。1928年格里菲思的肺炎双球菌转化实验和1952年赫尔希的噬菌体侵染细菌的实验足以证明DNA和蛋白质在遗传过程中，DNA起决定性的作用。
思考讨论
生物体染色体数目保持恒定的原因是什么？
提示：减数分裂和受精作用。
2.怎样理解遗传物质的主要载体是染色体
从物种特征看 真核生物细胞中都有一定形态特征和数量的染色体
从生物的生殖过程看 生物体通过细胞有丝分裂、减数分裂和受精作用三个过程，使染色体在生物的传种接代中，保持了一定的稳定性和连续性
从染色体组成看 主要由DNA和蛋白质组成，DNA在染色体里含量稳定
从DNA分布看 DNA主要分布在细胞核里，与蛋白质结合，构成染色体；少量分布在细胞质里的线粒体、叶绿体中，以DNA分子形式存在
结 论 遗传物质的主要载体是染色体
3.对“DNA是主要的遗传物质”以及“染色体是遗传物质的主要载体”中的“主要”二字的理解
生物的遗传物质有两种，即DNA和RNA。在真核生物、原核生物体内既有DNA也有RNA，它们的遗传物质是DNA而不是RNA。在病毒和类病毒中，有的只含DNA，有的只含RNA，它们的遗传物质有的是DNA，有的是RNA。因此DNA是主要的遗传特质。
真核生物（占生物种类的绝大多数）体内的DNA主要存在于细胞核内的染色体上，少数存在于细胞质中的线粒体、叶绿体中，因此染色体是遗传物质的主要载体。又根据DNA的存在部位不同，将遗传方式划分为细胞核遗传和细胞质遗传。
思考讨论
根据所学，遗传物质应该具备哪些特点？
提示：参见“疑难突破”。
4.对遗传物质必须具备四个条件的理解
（1）分子结构具有相对的稳定性，是指遗传物质本身在细胞组成和结构方面是相对稳定的，不像糖类、脂类、蛋白质那样，经常处于变化的状态。DNA分子是由成百上千个脱氧核苷酸（四种）组成的规则的双螺旋结构，碱基配对是严格的，碱基对的配对方式是稳定不变的，它在细胞中的含量是相对稳定的。（2）能够进行自我复制，使生物前后代具有一定的连续性，是指遗传物质可以将自身的分子严格复制，并将复制后的分子向子代传递，使亲子代间遗传物质结构一定，保证前后代相应性状的稳定。（3）能够指导蛋白质的合成，从而控制新陈代谢过程和性状，这时遗传物质将遗传信息传到子代，只有控制子代个体发育中合成的特定结构的蛋白质，才能体现与亲代一致的生物性状。（4）产生可遗传的变异，是指遗传物质的分子结构发生变化，相应性状也发生变化，这种变化是遗传物质变化的结果，变化了的分子结构又具有相对稳定性，不断传递下去，使变异的性状在后代连续出现，即出现可遗传的变异。
思考讨论
在噬菌体侵染细菌的实验中，添加怎样的步骤即可证明蛋白质不是遗传物质？
提示：将蛋白质外壳注入细菌细胞内，然后观察细菌体内是否出现噬菌体复制即可。
5.对噬菌体及其侵染细菌实验的几个问题的理解
（1）噬菌体为细菌病毒，细菌是原核细胞，所以两者在结构上的最大区别是有无细胞结构。两种生物体内均没有染色体，只有DNA，在两种生物的结构模式图中，表示遗传物质位置的黑线不能误看为染色体。
（2）如何说明侵染细菌时，进入细菌内的是噬菌体DNA，而非其外壳。用放射性元素35S和32P分别标记噬菌体外壳蛋白质和内部的DNA，在细菌体内只能检测到32P，检测不到35S，由此证明侵染时，注入细菌的是DNA，蛋白质成分的外壳未进入细菌细胞内，也说明蛋白质分子在亲子代间不具备连续性。
（3）细菌细胞内噬菌体DNA复制及噬菌体蛋白质合成所需要的原料、酶、能量、场所等条件均由细菌提供，这时细菌细胞内的一切变化是为噬菌体服务，这时的代谢活动由噬菌体DNA控制。
（4）噬菌体侵染细菌的实验还说明了噬菌体特有的增殖方式，这种方式不同于无性生殖和有性生殖，称为复制式繁殖。
（5）该实验能证明遗传物质的4个理论特点中的2个：能够自我复制，使前后代保持一定的连续性；能够指导蛋白质的合成，从而控制新陈代谢过程和性状，正因如此，该实验才能证明DNA是遗传物质，但不能证明DNA是主要的遗传物质。
6.DNA有三个结构特征
（1）其分子结构的稳定性体现在：一是分子骨架中脱氧核糖和磷酸的交替排列方式固定不变；二是每个DNA分子具有稳定的双螺旋结构，将易分解的含氮碱基排列在内侧；三是两条链间碱基互补配对原则严格不变。
（2）其分子结构的多样性是指组成DNA的碱基对的排列方式是多种多样的，可总结为4n种，指具有n对碱基对的排列方式，不同的DNA分子其碱基对的数量也不尽相同，这样就构成了DNA分子的多样性。
（3）DNA的多样性决定了DNA的特异性。DNA的特异性是指不同的DNA分子所具有的独特的碱基数目和排列顺序。
7.DNA的复制
（1）1958年，来西尔森（Meselson）和斯旦尔（Stanl）采用含15N同位素的NH4Cl培养大肠杆菌，放在正常的培养液里繁殖，然后用密度梯度离心技术测定分裂间期DNA复制时的密度变化，证实了DNA的半保留复制，它是指在DNA聚合酶的作用下，以一个DNA分子的两条链为模板，合成两个结构上完全相同的DNA分子的过程。
（2）DNA可以人工进行复制，条件是需要一条DNA链作模板，以含有A、T、G、C的四种碱基的脱氧核苷酸为原料，ATP为能源，加上DNA聚合酶和少量的Mg2+（主要考点之一）。1973年，日本冈琦等人发现还要加一些引物RNA，具备了这些条件，才能完成复制。
（3）计算复制多代后，含有亲代DNA链数和分子个数也是重要考点之一，要重视与数学、物理、化学相关知识的运用；有些练习题在考查DNA的结构和复制的知识时会运用数学方面的乘法原理、列方程（组）解应用题等代数运算，也会运用到物理的离心运动以及化学上的放射性元素示踪等知识。
思考讨论
“龙生龙，凤生凤，老鼠生来会打洞。”怎样解释这种现象？
提示：DNA分子的复制，使遗传信息由亲代传递给子代。
8.基因的概念的理解
（1）与性状的关系：控制性状的遗传物质的结构和功能单位，特定基因控制特定性状。
（2）与DNA的关系：是具有遗传效应的DNA片段，一个DNA上有多个基因。
（3）与染色体的关系：染色体为主要载体，且在染色体上呈直线排列。
（4）基因存在部位：染色体、线粒体和叶绿体。
（5）与脱氧核苷酸的关系：每个基因含有成百上千个脱氧核苷酸。
9.DNA和RNA
（1）判断DNA和RNA的关键是U（尿嘧啶——RNA特有）和T（胸腺嘧啶——DNA特有）；判断单链DNA或双链DNA的关键是A与T或G与C数目是否相等，RNA一般是单链结构。
（2）RNA分为三种：信使RNA（mRNA，携带遗传信息，是控制蛋白质合成的模板）；转移RNA（tRNA，多呈三叶草形，由一条链折叠盘绕而成，作用是运载氨基酸，1981年，我国合成了具有76个核苷酸的酵母丙氨酸转移RNA）；核糖体RNA（rRNA，约占核糖体质量的60%，主要功能是确保结合上去的mRNA分子正确地定向）。
思考讨论
所有生物的遗传信息都位于基因上吗？都是由脱氧核苷酸的排列决定的吗？
提示：不是。有些病毒的遗传物质是RNA。
10.染色体、DNA、基因、遗传信息、遗传密码、性状之间的关系
（1）染色体由DNA和蛋白质组成，由于在叶绿体、原核生物和病毒中的DNA不位于染色体上，所以只能说染色体是DNA的主要载体。
（2）基因是DNA上有遗传效应的片段，是控制生物性状的结构和功能单位。每个DNA上有成百上千个基因，基因位于DNA上，也位于染色体上，并在染色体上呈直线排列，并随染色体移动而移动。
（3）遗传信息是基因中的脱氧核苷酸的排列顺序，并不是DNA分子上所有脱氧核苷酸排列顺序都叫遗传信息。基因所在的DNA片段的两条链，只有一条携带遗传信息（信息链），DNA双链中的一条链对某个基因来说是信息链，而对另一个基因来说可能是非信息链。
（4）遗传密码是转录过程中形成的mRNA单链上的碱基排列顺序，遗传学上mRNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基叫密码子（也叫三联体密码），密码子是连续的，中间无其他碱基隔开，无论是病毒，还是原核生物和真核生物都通用密码子。
（5）性状是指生物的形态或生理特征，是遗传和环境相互作用的结果，主要由蛋白质来体现，生物的一切遗传性状受基因控制。
11.复制、转录和翻译三者之间的区别
（1）复制、转录、翻译过程中，都严格遵守碱基互补配对原则。只不过在复制过程中，A是与T配对，而在转录过程中，A则是与U配对；在翻译过程中氨基酸与信使RNA的碱基并不是对应关系，只能是转移RNA上一端的三个碱基（称反密码子）与信使RNA上的密码子配对，转移RNA的另一端则携带氨基酸。
（2）其他易混淆知识的比较
对比项目 复 制 转 录 翻 译
场 所 细胞核 细胞核 核糖体
模 板 DNA解旋后的两条母链 DNA解旋后的一条母链 mRNA
原 料 脱氧核苷酸 核糖核苷酸 氨基酸
产 物 两个相同的DNA分子 mRNA分子 蛋白质（多肽链）
典例剖析
【例1】 （2004年桂林市高考第一次模拟题）基因含有的遗传信息通过控制合成相应的蛋白质而得以表达，下列诸项均是与此过程有关的叙述，其中不正确的是
A.基因的碱基数目是相应蛋白质中氨基酸数目的6倍
B.氨基酸的密码子指相应的转移RNA分子中的3个碱基
C.信使RNA分子的碱基数量大约是相应基因内含有碱基数量的l/2
D.以信使RNA为模板，通过逆转录，可获得目的基因的一条链
剖析：基因的结构分为编码区和非编码区，真核细胞的编码区中的外显子对应信使RNA，所以，基因中碱基数远远大于氨基酸数的6倍；信使RNA分子中碱基数是相应基因内外显子碱基数的1/2。密码子是信使RNA中决定氨基酸的3个相邻碱基。D为反转录法获得目的基因的手段。
答案：D
【例2】（2005年春季北京，4）在DNA分子双螺旋结构中，腺嘌呤与胸腺嘧啶之间有2个氢键，胞嘧啶与鸟嘌呤之间有3个氢键。现有4种DNA样品，根据样品中碱基的百分含量判断最有可能来自嗜热菌（生活在高温环境中）的是
A.含胸腺嘧啶32％的样品 B.含腺嘌呤17％的样品
C.含腺嘌呤30％的样品 D.含胞嘧啶15％的样品
剖析：创设情景，考查对DNA双螺旋结构的理解与应用，能力要求C。DNA分子双螺旋结构中，A和T之间可以形成2个氢键，而G和C之间可以形成3个氢键，即3个氢键稳定性强，因此G和C含量多的生物，其稳定性大于G和C含量少的生物。
答案：B
【例3】 下图是某高等动物细胞内通过一系列酶将原料合成它所需要的氨基酸C，该氨基酸是细胞正常生活所必需的，而食物中又没有。下列说法正确的是
A.亲本为AaBbCc的个体自交，其后代中有1/9的个体能正常生活
B.酶A是消化酶，酶C是转氨酶
C.图中①过程包含转录和翻译过程
D.图中②过程叫脱氨基作用
剖析：要合成氨基酸C需要个体中含有A、B、C三个基因，即基因型为A_B_C_，亲本AaBbCc自交后代中正常生活的个体A_B_C_占27/64。酶A能促进蛋白质水解，但在细胞内发挥作用，所以不是消化酶。酶C为转氨酶。①是基因控制蛋白质（酶）合成的过程，包括转录和翻译两个阶段，②为转氨基作用。
答案：C
【例4】 大麦种子结构如下图（a），发芽时，胚产生赤霉素。有人推测赤霉素扩散到糊粉层，诱导合成淀粉酶，淀粉酶再分泌到胚乳中，使储藏的淀粉分解，为胚生长发育提供物质和能量。有同学对此开展课题研究，假设你是其中一员，请根据课题研究要求，回答有关问题：
课题：赤霉素诱导淀粉酶合成机理是否与基因表达有关
假设：赤霉素诱导淀粉酶合成与基因表达有关。
实验：
供选材料：表面消毒的干燥大麦种子若干粒，将种子横切成两部分（X部分无胚，Y部分有胚），如下图（b）所示。
试剂：①适当浓度的赤霉素溶液；②放线菌素D（mRNA合成抑制剂）；③亚胺环己酮（蛋白质合成抑制剂）。
方法：设置三组，每组所用材料和加入试剂同课题一的实验组，定量测定生物。16小时后，其中两组分别加入亚胺环己酮和放线菌素D，另一组作为对照。
结果：三组实验结果汇总于下图。
讨论：①曲线b和c分别表示加入_____________________和_____________________后生成物量的变化。
②加入放线菌素D，最终和加入亚胺环己酮一样，都能抑制生成物形成，说明在种子萌发时的淀粉酶合成过程中，赤霉素的作用是影响基因表达的_____________________过程。
③曲线b和c不同的原因是什么？
剖析：该题通过研究性学习题目，考查学生实验设计、实验分析及对相关知识的理解能力，能力要求C。研究性学习是目前高中开设的一门旨在提高学生动手能力，提高学生科学素质的课程。课题给出抑制合成mRNA的放线菌素D和抑制蛋白质合成的亚胺环己酮，两种物质作用的原理不同，所表现出的现象不同。
答案：①放线菌素D 亚胺环己酮 ②转录 ③亚胺环己酮抑制蛋白质合成，所以一加入就使淀粉酶合成立即停止，放线菌素D抑制mRNA的合成，加入前已经形成的mRNA仍在指令淀粉酶的合成，所以4小时后，才使淀粉酶合成停止。
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●教学点睛
本部分可用8课时完成，相关知识可用2～3课时，同步训练可用3～5课时。
遗传是指亲代与子代在性状上相似；从遗传物质上分析，是指亲代遗传物质的准确复制并传递到子代的过程。变异是指亲代与子代之间、子代个体之间在性状上的差异；由于环境条件引起的变异叫不可遗传的变异，由于遗传物质的改变引起的变异叫可遗传的变异，可遗传变异来源于基因突变、基因重组和染色体变异。遗传和变异是生物的基本特征之一，是生物界普遍存在的极其复杂的生命现象，在生物个体生命活动、种族延续与进化发展中有着重要的作用。一般地说，遗传是相对的，变异是绝对的。本章内容属于遗传学内容，是目前生命科学的前沿学科，热点、焦点多，实验性、理论性强，在整个高中生物教材中以及历年的高考中都占有重要的地位，且题目灵活，富于变化，是历年高考突出考查的重点章节之一。
该章知识与其他章节联系密切。第一章中有关蛋白质和核酸，第二章有关核糖体、线粒体、叶绿体、细胞核、染色体等知识，是学习《遗传的物质基础》等内容的基础。第五章中有关减数分裂过程中同源染色体的联合和四分体时期，第一次分裂后期的同源染色体分开，非同源染色体之间的自由组合等知识，是基因遗传规律的细胞学基础。生物的遗传和变异是生物进化的内因，生物的变异为生物的进化提供了原始材料，因此本章内容又是第七章的基础知识。所以该章在整个教材中占有十分重要的地位。
本章包括五节内容。第一节《遗传的物质基础》分为三大部分。第一部分《DNA是主要的遗传物质》，要注意复习DNA是遗传物质的两个证据及特点，第二部分《DNA的结构和复制》，要在掌握“［实验九］DNA的粗提取与鉴定”和“［实验十］制作DNA双螺旋结构模型”的实验原理与方法步骤的基础上，进一步加深理解DNA的组成成分、空间结构、碱基互补配对原则及应用和复制过程；第三部分《基因的表达》应重点复习基因的概念、基因控制蛋白质的合成以及“中心法则”。第二节《遗传的基本规律》包括基因的分离定律、自由组合定律、基因的连锁和交换定律三部分内容，要注意复习一些重要的基本概念；三个定律的实质及应用；明确各定律的适用范围。第三节《性别决定与伴性遗传》要在明确人类染色体组型基础上，注意复习性别决定和伴性遗传的过程、实例和特点；正确区分常、性染色体上基因控制的遗传现象及有关遗传系谱题的解题方法与技巧。第四节《生物的变异》分为两大部分。第一部分《基因突变和基因重组》要注意复习比较两个概念、特点、原因及应用。第二部分《染色体变异》要注意复习染色体组、多倍体、单倍体；单倍体及多倍体的育种过程。第五节《人类遗传病与优生》在掌握单基因遗传病、多基因遗传病和染色体异常遗传病的基础上，明确遗传病对人类的危害、优生的概念和措施。
在本章内容中，《遗传的物质基础》部分，通过掌握DNA的结构，能帮助理解生物的遗传现象和生物的多样性；DNA的复制与细胞分裂及生物的遗传变异等知识密切相关；基因的有关知识则是学习遗传的基本规律和基因突变等知识的基础。因此，DNA的结构、DNA的复制和有遗传效应的DNA片段——基因，是本章的重点知识。
在上述知识点中，“DNA是主要的遗传物质”是复习的重点，对这一重点知识的复习应从分析两个实验入手，得出DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质的结论，再从以下几点归纳出DNA是主要的遗传物质：①一切生物的遗传物质是核酸；②细胞生物和DNA病毒的遗传物质是DNA；③在只含RNA的少数病毒中，RNA才作为遗传物质。对DNA是遗传物质证据的两个实验的理解是本节的难点。关于肺炎双球菌的转化实验，通过对实验过程的研究，弄清S型细菌中，DNA是转化因子，DNA是遗传物质；关于噬菌体侵染细菌的实验，要抓住实验过程中的两个关键阶段：注入和释放，即抓住噬菌体侵染细菌过程中起作用的是DNA，以及子代噬菌体在大小、形态等方面都保持着原来亲代噬菌体的特点这两点内容，并通过分析实验过程，对比DNA所具有的遗传物质的特点，使教材相关知识的联系更加紧密，并形成完整的知识体系。
关于染色体是遗传物质的主要载体是本节的又一重点，这主要是由真核细胞中的DNA主要存在于染色体上决定的。此外，在认识染色体是遗传物质主要载体的同时，不要忽略了细胞中还有少量DNA存在于线粒体和叶绿体中，线粒体和叶绿体也是遗传物质的载体。受细胞核中染色体上DNA控制的遗传现象叫细胞核遗传，受细胞质中DNA控制的遗传现象叫细胞质遗传。
本部分知识内容抽象，概念多，易混淆，学习难度大。学习时要注意抽象知识的直观化手段——图解和模型（DNA结构模型、DNA复制图解等）。多比较：如DNA和RNA的比较；遗传信息与遗传密码的比较；转录、翻译以及DNA复制的比较；噬菌体与原核生物的比较等。多图（表）解：如DNA片段平面图解；中心法则图解（不仅清楚各组成成分的关系、位置，还利用碱基互补配对原则将“复制”“转录”“翻译”等重要过程有机地联系起来，区别开来）等。多举例：如要弄清DNA是遗传物质的证据，不仅要注意分析“噬菌体侵染细菌的实验”和“细菌转化实验”，还应自己去探究这两个实验的实质以及RNA在病毒的繁殖和遗传中起作用的例子（如TMV、HRV）等。这样，既能加深对“DNA是主要的遗传物质（DNA不是唯一的遗传物质，RNA也是遗传物质）”的理解，又能拓宽知识面。对于一些重要的概念要在理解的基础上，切实掌握，并弄清它的重要地位。如：基因这个概念，从内部看，它是有遗传效应的DNA片段；从外部看，基因在不同的染色体上，在同一染色体的不同位点上，所遵循的遗传规律不同，所表现的遗传效果也不同，这就为以后学习遗传的基本规律、伴性遗传以及生物的变异打下了基础。
●拓展题例
【例1】 如果DNA分子上的某一片段是基因，则该片段通常
①携带遗传信息 ②携带遗传密码 ③能转录信使RNA ④能进入核糖体 ⑤转运氨基酸 ⑥能控制蛋白质合成
A.①③⑥ B.②④⑥ C.①③④ D.④⑤⑥
剖析：遗传密码在mRNA上，转录产生的mRNA进入细胞质中与核糖体结合；转移RNA能转运氨基酸，基因上脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息，转录产生的mRNA控制蛋白质的合成。
答案：A
【例2】（2005年烟台市高三期末考试）在DNA的粗提取实验中，对三次过滤的叙述，不正确的是
A.第一次过滤后，核物质存在于滤出的固体中
B.第二次过滤后，使用多层纱布，DNA存在于纱布上的黏稠物中
C.第三次过滤后，DNA存在于滤液中，可进一步除去非DNA物质
D.上述B、C均正确
剖析：第一次加入蒸馏水使红细胞破裂,释放出核物质,过滤后,包括DNA在内的核物质存在于滤液中。
答案：A
【例3】 对于下列式子，正确的说法有
①表示DNA复制过程 ②表示DNA转录过程 ③式中共有5种碱基 ④式中共有8种核苷酸 ⑤式中共有5种核苷酸 ⑥式中的A均代表同一种核苷酸
A.②③⑤ B.②④⑥ C.②③④ D.①③⑤
剖析：图示DNA合成RNA的转录过程，共有ATCGU 5种碱基，4种脱氧核苷酸，4种核糖核苷酸，共8种核苷酸。
答案：C
【例4】 白化病和黑尿症都是酶缺陷引起的分子遗传病，前者不能由酪氨酸合成黑色素，后者不能将尿黑酸转变为乙酰乙酸，排出的尿液因含有尿黑酸，遇空气后氧化变黑。下图表示人体内与之相关的系列生化过程。
请根据以上材料回答：
（1）上图中的酶A能催化苯丙氨酸转变成酪氨酸，而不能催化β－羟苯丙氨酸转变成尿黑酸，这是由于__________________________________________。
（2）酶B是在皮肤细胞内合成的，与它的合成、运输及加工关系最密切的细胞器有___________________________________________________。
（3）引起白化病产生的根本原因是__________________________________________，由此例可知，基因是如何控制生物性状的_______________________________________。
（4）由上图可见：若控制酶A合成的基因发生了变异，会引起多个性状改变；黑尿症与图中几个基因都有代谢联系。这说明________________________________________________。
剖析：酶只能催化一种或一类物质的反应，具有专一性，酶B为蛋白质，其合成在核糖体上，运输、加工与内质网、高尔基体有关，且由线粒体供能。酪氨酸需要在酪氨酸酶的作用下转变为黑色素，而酪氨酸酶的合成由对应的基因控制，当该基因发生突变时，酪氨酸酶的合成受阻，而表现为白化病。
答案：（1）酶的催化作用具有专一性 （2）核糖体、线粒体、内质网、高尔基体
（3）控制合成酪氨酸酶的基因发生了突变 基因通过控制酶的合成来控制代谢过程，从而控制生物性状 （4）一个基因可能控制多个性状；一个性状可能受多个基因控制
●资料卡片
1.关于碱基互补配对规律的计算问题
①DNA双链中两个互补的碱基相等，嘌呤碱基的总数等于嘧啶碱基的总数，可表示为：A＝T；G＝C；（A＋G）＝（T＋C）；（A＋G）/（T＋C）＝1。
②在DNA双链中，一条单链的（A＋G）/（T＋C）的值，与另一条链的（A＋G）/（T＋C）的值互为倒数。
③DNA双链中，一条单链的（A＋T）/（G＋C）的值，与另一条单链的（A＋T）/（G＋
C）的值相等，也与整个DNA分子中的A＋T/G＋C的值相等。
④双链DNA分子在复制时，周围环境提供的某种碱基数，等于模板DNA分子中这种碱基（或互补碱基）数乘以（2n－1），其中n为复制的次数，如某DNA分子中C为a个，连续复制3次，需周围环境提供游离的胞嘧啶脱氧核苷酸数为（2n－1）a＝7a。
2.基因
一个基因往往携带着祖辈的一种或几种遗传信息，同时决定着后代的一种或几种特征。所以，无论孟德尔的分离定律和自由组合定律，或是摩尔根的连锁互换定律，或者其他的遗传或变异现象，都是跟基因相关的。
基因是一种很小的物质。目前已知道，每条染色体是由一个DNA分子构成的，基因则仅仅是DNA分子上一个很小的片段。它们按照一定的顺序排列在染色体上，在细胞分裂时可以自我复制，然后分配到两个新细胞中去。根据科学家的研究，每条染色体上可以有1 250个基因，每个基因都有固定的位置。染色体只有在高倍显微镜下才能看到，而单个基因则用显微镜也无法分辨。
大家都知道，人都是由一个受精卵经过不断分裂，最后发育成胎儿，然后成为能独立生活的个体的。从受精卵到婴儿出生，要经过10个月的漫长过程。为什么一个人的受精卵能发育成胎儿，而不是其他动物呢 这就是基因在起作用。
受精卵里，蕴藏着来自父亲和母亲的遗传基因，“决定”着后代的外貌、性格、体质，有些孩子还会因为带有来自父亲或母亲的“病基因”，出生时或长大以后患有某种疾病。在外貌方面，有的孩子长得更像父亲，有的更像母亲；有的则长相和父亲一样，但仔细看看，还是有些像母亲的地方，这就是因为孩子都接受了父、母双方的遗传基因。
在每个人的细胞核里，都有46条染色体，拥有的基因总数极多，一般认为有3万～5万个。而且，在一定情况下，基因也可以发生改变。这样看来，一个人拥有的遗传信息简直太多了，即使在兄弟姐妹之间，也几乎不可能有完全一样的遗传信息。所以，我们几乎见不到两个一模一样的人。
细胞核内的染色体是成对存在的，所以基因也是成对的。只有在精子和卵子（生殖细胞）中基因才彼此分开，成单存在。基因有显性和隐性的区别。如果一对基因中，有一个显性基因，一个隐性基因，此时显性基因在这对基因中就决定了其表现的特征；而只有隐性基因成对存在时，它代表的性状才能表现出来。
由于胎儿接受了母亲和父亲各占一半的基因，所以，某些特征是像父亲还是母亲，就要看哪一方提供显性基因了。例如，孩子继承了父亲的黑眼睛基因，从母亲那儿继承了棕眼睛基因，但长了一对黑眼睛。因为在这对基因里，黑眼睛基因是显性基因。
除了相貌特征以外，人的许多性状也都是由基因决定的。比如：一个人的血型，就和父母的血型直接相关。我们十分关心的寿命问题，也就是一个人能活多长，也和遗传有关。有专家进行过调查，发现双胞胎兄弟或姐妹的寿命很接近，如男性双胞胎平均相差4年，女性仅差2年，而一般兄弟或姐妹平均相差9年。
关于双胞胎的寿命，还有一个很有意思的例子。一对双胞胎姐妹，姐姐嫁给了一个大农场主，过着十分富足的生活，而且生了好几个孩子；妹妹靠做裁缝度日，生活贫困，而且终身没有结婚。可是，姐妹两人死亡的时间仅仅差了26天，死亡原因又都是脑血管破裂出血。这不能不说遗传基因与生命长短有一定的联系。
除此之外，受基因控制的性状还很多。人的脾气好坏、智力是否正常、皮肤颜色深浅、毛发颜色等等，都受到遗传基因的左右。
遗传基因还会给人造成“麻烦”。如果父母一方患有某些疾病，可以通过基因传递给自己的孩子，这就是遗传病。
当然，巧妙地把基因和其他遗传学知识用到农业生产、治疗疾病等等方面，也可以为人类造福，甚至创造出前人连想也不敢想的“奇迹”。
所以，人类一方面受基因的控制，一方面在积极地研究基因、认识基因、利用基因技术。
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四 细胞呼吸及新陈代谢类型
知识梳理
疑难突破
1.糖酵解、发酵、无氧呼吸
糖酵解：淀粉在无氧状态下分解成丙酮酸的过程。糖酵解的底物一般是淀粉，场所在细胞质基质中。
发酵：微生物分解糖类产生酒精或乳酸的过程。发酵场所也在细胞质基质中。发酵又分酒精发酵和乳酸发酵两种类型。
无氧呼吸：一般是指在无氧条件下，通过酶的催化作用，生物细胞把糖类等有机物分解成为不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。由于糖酵解和发酵的中间化学变化相似，而且两者的代谢过程都不需要氧气参加，故亦通称为无氧呼吸。无氧呼吸不叫发酵，微生物的无氧呼吸习惯上叫发酵。注意二者的区别。
思考讨论
发酵是否专指无氧呼吸？
提示：微生物的代谢过程通常称为发酵。分为有氧发酵和无氧发酵。
2.植物体内各种代谢之间的联系
绿色植物的新陈代谢包括水分代谢、矿质代谢、有机物和能量的代谢，各种代谢过程是相互联系、协调一致的。
植物代谢过程中进行的各种生化反应都是在水中进行的，离开水，植物无法生存，因而水分代谢是植物体内其他代谢过程的基础。矿质代谢过程中根吸收的矿质元素离子是植物体合成重要化合物的成分，例如叶绿素的合成需要镁，ATP的合成需要磷，蛋白质（酶）的合成需要氮，而光合作用和呼吸作用都需要酶。光合作用能将光能转变为化学能储存起来，呼吸作用过程能将有机物分解，将其中的化学能释放出来，用于生命活动的各个方面。
3.能量的释放、转移和利用
三大营养物质都可以在体内氧化分解，释放能量，一部分以热量散失掉，其余的转移到高能化合物中储存起来备用，ATP是生命活动的直接能源物质。因此，能量的释放、转移和利用是以ATP为中心。
能量的释放是指：有机物在体内氧化分解释放出化学能的过程（有机物包括糖类、脂肪和蛋白质），由于人体所需能量的大部分是由糖类提供的，所以能量的释放主要指糖类氧化分解释放能量的过程。
能量的转移是指：有机物氧化分解释放的一部分能量，形成高能化合物的过程（使ADP磷酸化形成ATP的过程）。
能量的利用是指：ATP再分解为ADP和Pi的过程中，释放能量供给生物体的各项生命活动所需（如肌肉收缩的机械能、神经传导和生物电的电能、吸收和分泌的渗透能和合成代谢的化学能等）。
思考讨论
关于生物体内的高能化合物有哪些？
提示：生物体内的高能化合物包括两种：ATP和磷酸肌酸。其中，生命活动的直接能源是ATP。两种高能化合物之间可以相互转化。
典例剖析
【例1】（2004年上海，19）在自然条件下，有关植物呼吸作用的叙述中，正确的是
A.有氧呼吸过程中，中间产物丙酮酸必须进入线粒体
B.高等植物只能进行有氧呼吸，不能进行无氧呼吸
C.有氧呼吸产生二氧化碳，无氧呼吸不产生二氧化碳
D.有氧呼吸的强度晚上比白天强
剖析：考查有关呼吸作用的相关问题，能力要求B。高等植物既可以进行有氧呼吸也可以进行无氧呼吸。进行无氧呼吸时，其生成物是酒精和二氧化碳；在进行有氧呼吸过程中，第一阶段是在细胞质基质中产生丙酮酸，丙酮酸进入线粒体进行第二阶段，氧化分解产生二氧化碳。植物的呼吸作用强度与温度有密切关系，晚上比白天温度低，所以植物的呼吸作用一般是晚上比白天强度小一些。
答案：A
【例2】（2004年全国理综Ⅳ，2）下列关于光合作用和呼吸作用的叙述，错误的是
A.光合作用和呼吸作用都包括一系列氧化还原反应
B.光合作用和呼吸作用必须在有水的条件下进行
C.光合作用的全部反应是呼吸作用全部反应的逆转
D.光合作用和呼吸作用都是能量转化过程
剖析：光合作用和呼吸作用都包括一系列的氧化还原反应，两者都是能量的转化过程，光合作用实现了从光能向化学能的转化，呼吸作用则是将有机物中的化学能释放出来，转变成机械能或电能等形式。光合作用和呼吸作用都必须有水参加。光合作用和呼吸作用虽然从反应物和生成物看正好相反，但是不能将它们看成是两个简单的逆转过程。
答案：C
【例3】（2005年北京春季，1）关于有氧呼吸的叙述，错误的是
A.主要在线粒体内进行 B.与无氧呼吸的全过程不完全相同
C.释放出的能量较多 D.产物为二氧化碳、酒精或乳酸
剖析：考查对不同生物呼吸作用的理解，能力要求B。有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段是相同的，即场所相同、物质变化相同和所需要的酶相同。有氧呼吸的第二、三阶段是在线粒体内进行的，且释放的能量多，有氧呼吸的产物是二氧化碳和水，酒精或乳酸是无氧呼吸的产物。
答案：D
【例4】（2004年广西，31）在无氧条件下，高等植物利用葡萄糖进行呼吸作用，最后形成
A.CO2和H2O B.CO2和酒精
C.乳酸 D.丙酮酸和CO2
剖析：考查植物细胞无氧呼吸的产物，能力要求A。在无氧的条件下，植物细胞可以进行无氧呼吸获得能量，对于绝大多数高等植物来说，无氧呼吸的产物是酒精和二氧化碳，少数高等植物如马铃薯的块茎、玉米的胚，在进行无氧呼吸时的产物是乳酸。
答案：BC
【例5】（2004年吉林白城市高三第一次模拟考试）将酵母菌的培养液由富氧状态变为缺氧状态，下面过程加快的一项是
A.葡萄糖的利用 B.CO2的释放
C.丙酮酸的氧化 D.ATP的形成
剖析：由富氧→缺氧条件，酵母菌由有氧呼吸转变为无氧呼吸，无氧呼吸产能效率低，所以消耗的葡萄糖增多，而CO2释放、丙酮酸氧化、ATP生成减弱。
答案：A
【例6】 下图表示某种植物的非绿色器官在不同氧浓度下O2吸收量和CO2释放量的变化，请据图回答：
（1）外界氧浓度在3%以下时，该器官的呼吸作用方式主要是________，你作出这种判断的理由是________。
（2）外界氧浓度的5%～15%时，该器官的呼吸作用方式是________，你作出这种判断的理由是________________________________________________。
（3）该器官CO2的释放与O2的吸收两条曲线在B点相交后重合为一条曲线，这表明此时该器官的呼吸作用方式是________，你作出这种判断的理由是________________________。
（4）当外界氧浓度为10%时，该器官CO2释放量的相对值为0.6，而O2吸收量的相对值为0.4。此时，无氧呼吸的CO2释放量相当于有氧呼吸的________；消耗葡萄糖的相对值相当于有氧呼吸的________倍。
剖析：该器官的呼吸作用方式与CO2、O2比值有关：只进行有氧呼吸时，CO2释放量＝O2吸收量；只进行无氧呼吸时，吸收量为0；当CO2释放量/O2吸收量＞1时，既进行有氧呼吸也进行无氧呼吸，其中比值为4/3时，有氧呼吸＝无氧呼吸，比值＞4/3时,无氧呼吸为主，比值＜4/3时，有氧呼吸为主。O2吸收量为0.4时，有氧呼吸的CO2释放量为0.4，消耗的葡萄糖为 0.4/6；无氧呼吸CO2产生量为0.2，消耗的葡萄糖为0.2/2。
答案：（1）无氧呼吸 此时不吸收氧气，但二氧化碳释放 （2）无氧呼吸和有氧呼吸 二氧化碳的释放量大于氧气的吸收量 （3）有氧呼吸 二氧化碳的释放量等于氧气的吸收量 （4）1/2 1.5
【例7】（2004年全国理综Ⅰ，31）将等量萌发的种子和煮沸自然冷却后的种子分别放入甲、乙两试管中，如下图所示（本实验中石蜡油短期内不影响生物的生长），两试管中均无空气存在。
据图分析回答：
（1）甲试管放置几个小时后，管内顶部出现气泡，其中的气体成分主要是________；将该气体引入________溶液中，可使该溶液变浑浊。
（2）甲试管中产生气泡的现象是种子进行____________造成的，写出表示这一过程的反应式________________________________________________________。
（3）乙试管在与甲试管同样的时间内，试管内顶部未出现气泡，原因是___________________________________________。
（4）乙试管继续放置几天，一些微生物开始繁殖，导致试管内顶部也出现少量气体，这是这些微生物从试管中的________获得了所需要的营养物质进行新陈代谢的结果。一般来说，微生物所需的营养要素可归纳成__________、__________、________、________、和________五大类。
（5）这些微生物可能的来源是（答出两个来源即可）_______________________________。
剖析：该题通过创设新情境，考查学生分析问题、解决问题的能力，能力要求C。萌发的种子，在无氧的条件下可以进行无氧呼吸，产物是酒精和二氧化碳，同时释放出少量能量，
其反应式是C6H12O6 2C2H5OH（酒精）＋2CO2＋能量。二氧化碳的存在可以通过澄清的石灰水Ca（OH）2变浑浊来鉴别；乙试管中的种子已死亡，但一定时间后，其试管顶部亦出现气泡，这是由于乙试管中微生物的作用产生的，最后一问“微生物的来源”是开放性题目，要求考生必须真正理解才能找出正确答案，其答案主要从操作层面找。微生物在生长过程中，需要5为大类营养物质，即碳源、氮源、生长因子、无机盐和水。
答案：（1）CO2 Ca（OH）2 （2）无氧呼吸 C6H12O6 2C2H5OH（酒精）＋2CO2＋
能量 （3）被煮沸过的种子已经死亡，不能进行呼吸作用 （4）死亡种子中 碳源 氮源 生长因子 无机盐 水 （5）未灭菌的试管内壁的菌类，操作过程中带入的菌类，石蜡油中的菌类，铁丝网上的菌类，种子表面耐高温的没有被杀死的菌类（答对其中两个就可以）
教师下载中心
●教学点睛
本部分安排1课时完成。
本部分知识高考中多数是和其他章节知识综合考查，因为任何生物的生命活动中都离不开呼吸作用提供能量。由于该部分知识不难，学生自己能够看懂，所以在复习时，教师出示一个以习题为主的导学提纲，学生按照提纲中的要求去做即可。提纲的设计可参照知识网络栏目。
本节内容的考查常常与动植物新陈代谢的光合作用、矿质代谢和生态系统的物质循环和能量流动联系在一起，各种试题命题点较多。复习时要遵循结构决定功能的原则，呼吸的过程离不开细胞的结构基础，要联系相关的知识复习，形成整体的知识体系。掌握关于代谢类型的概念和举例，复习时要抓住本质，找出差异，用对比法进行复习和记忆。
●拓展题例
【例1】（2004年黄冈市高三年级期末调研）下图表示在正常的光照温度下，光合作用、呼吸作用受温度影响的曲线图，据图可得出的正确结论是
A.在一定温度范围内，提高温度能提高酶的活性，加快光合作用和呼吸作用的进行
B.光合作用的最适温度和呼吸作用的最适温度是一致的
C.提高温度能不断促进光合作用和呼吸作用的进行
D.植物净光合作用（光合作用制造的有机物减去呼吸作用消耗的有机物）的最适温度就是植物体内酶的最适温度
剖析：温度主要影响短程化学反应中酶的活性：一定范围内，随酶的活性增强，光合作用、呼吸作用加强，呼吸作用的最适温度＞光合作用，温度过高抑制酶的活性，甚至使酶失活。净光合作用最适温度是光合作用与呼吸作用的差值最大时的温度，小于酶的最适温度。
答案：A
【例2】 运动员在进行不同项目运动时，机体供能方式不同。对三种运动项目的机体总需氧量、实际摄入量和血液中乳酸增加量进行测定，结果如下：
运动项目 总需氧量（升） 实际摄入氧量（升） 血液乳酸增加量
马拉松跑 600 589 略有增加
400米跑 16 2 显著增加
100米跑 8 0 未见增加
根据以上资料分析马拉松跑、400米跑、100米跑运动过程中机体的主要供能方式分别是
A.有氧呼吸、无氧呼吸、磷酸肌酸分解
B.无氧呼吸、有氧呼吸、磷酸肌酸分解
C.有氧呼吸、无氧呼吸、无氧呼吸
D.有氧呼吸、磷酸肌酸分解、无氧呼吸
剖析：机体供能系统主要有：3秒以内是原有ATP的分解，而ATP在体内含量很少，6～8秒主要是磷酸肌酸的转化，1分钟以内主要为无氧呼吸，长时间的运动主要为有氧呼吸。马拉松长跑中总需氧量＝摄入量，乳酸略增，说明机体供能系统主要是有氧呼吸；100米跑总需氧量较少，而实际摄入量＝0，且未产生乳酸，说明为磷酸肌酸的转化；400米跑实际摄入量与需氧量差别较大，乳酸大量产生，说明主要是无氧呼吸供能。
答案：A
【例3】（2004年湖南省株洲市高三年级质量统一检测三）下图表示某农田中一昼夜温度变化（Ⅰ）、光照强度变化（Ⅱ）、植物吸收CO2的变化（Ⅲ）的数量关系，下列错误的叙述是
A.Ⅲ与时间轴的交点c、e表示光合作用吸收的CO2等于呼吸作用释放的CO2
B.a点的数值变化主要与夜间低温有关
C.从c点开始合成有机物，至e点有机物合成停止
D.增大曲线Ⅲ与时间轴围成的正面积的措施包括适当提高光照强度，适当提高CO2浓度，保证适宜的温度和充足的水分供应等
剖析：Ⅲ为植物吸收CO2的变化曲线，植物体细胞内可以进行与CO2变化有关的光合作用、呼吸作用两个过程，c、e两个交点CO2吸收量为0，实质是光合作用吸收CO2＝呼吸作用释放的CO2，也即光合作用合成的有机物＝呼吸作用消耗的有机物。夜间只进行呼吸作用，a点时呼吸作用减弱，可能与此时环境温度降低抑制呼吸作用有关。曲线Ⅲ与横轴围成的正面积为光合作用净产量，所以，改善影响光合作用的条件的措施，有利于增大正面积。
答案：C
【例4】（2004年全国理综卷Ⅱ，31）在一个透明的容器中加入适量NaHCO3稀溶液，将杨树叶片迅速封入其中，装置如图所示。摇动容器，使容器内空气中的CO2和溶液中的CO2达到动态平衡，在保持温度不变的条件下，进行如下实验，试根据实验回答下列问题：
（1）光照几分钟后，容器内溶液的pH_________（填“增大”或“减小”），其原因是_______________________________________________。
（2）随着光照时间的延长，溶液pH的变化速度趋于变________（填“快”或“慢”），其原因是_________________________________________________。
（3）若将装置置于暗室中，一段时间后，溶液的pH________（填“增大”或“减小”），其原因是__________________________________________。
（4）该装置可以用来研究植物的________和________。
剖析：植物光合作用消耗二氧化碳而呼吸作用释放二氧化碳，二氧化碳的变化将影响碳酸氢钠溶液pH的变化。容器中二氧化碳浓度增加，pH减小，二氧化碳减少则引起溶液中的碳酸氢根离子减少，使得氢离子浓度降低，溶液pH增大。随着光照时间的延长，光合作用使溶液中的碳酸氢根离子大量消耗，导致碳酸氢根离子转化为二氧化碳的量减少，氢离子浓度降低速度减慢，溶液pH的变化速度转慢。该装置可以用来研究植物的光合作用和呼吸作用。
答案：（1）增大 植物光合作用消耗二氧化碳，引起溶液中碳酸氢根离子减少，使得氢离子浓度降低，溶液pH增大 （2）慢 随光照时间的延长，光合作用使溶液中的碳酸氢根离子大量消耗，导致碳酸氢根离子转化为二氧化碳的量减少，氢离子浓度降低的速度减慢，溶液pH的变化速度转慢 （3）减小 在暗室中叶片进行呼吸作用，释放二氧化碳，容器中二氧化碳浓度增加，使溶液中碳酸增加，pH减小 （4）光合作用 呼吸作用
●资料卡片
1.如何理解人体运动时的能量供应
（1）日常行走运动，骨骼肌细胞生命活动不很强烈，只要靠有氧呼吸释放能量合成ATP，即能满足肌细胞生命活动的需要。
（2）剧烈运动时，骨骼肌细胞生命活动非常强烈，需要消耗大量能量（即大量ATP），仅靠有氧呼吸合成的ATP远远不能满足生命活动的需要，此时肌细胞暂时处于相对缺氧状态，发生无氧呼吸合成少量ATP，来及时补充满足肌肉细胞强烈运动的需要。由于剧烈运动消耗的ATP太多，加之肌细胞ATP储存量太少（原因是剧烈运动时肌细胞中的ATP仅能供几秒时间利用），而磷酸肌酸储存量相当丰富，此时，磷酸肌酸迅速分解释放能量，把ADP合成ATP，保证肌细胞生命活动的正常进行。
（3）从事不同的运动项目，ATP重新合成的能量来源途径不尽相同。例如，在从事时间短、强度大的运动如100 m跑时，ATP的再合成主要由磷酸肌酸的分解来提供能量；从事时间长、强度小的马拉松跑时，能量几乎全部由有氧代谢系统供给；介于上述二者之间的运动项目，如400 m、800 m、1 500 m跑时，则需无氧呼吸与有氧呼吸混合供给能量。
2.细菌光合作用和化能合成作用
除绿色植物外，自养生物还有光合细菌和化能自养细菌。它们合成有机物的规模，远不如绿色植物的光合作用。可是，光合细菌作为最原始的光能自养生物，在生物进化的历程中起着重要的作用。化能自养细菌对自然界某些元素，如氮、硫的循环起很大的作用。
光合细菌的体内没有叶绿体，但含有细菌叶绿素和类胡萝卜素。光合细菌在光照下，利用二氧化碳作碳源，利用硫化氢等作氢源，进行细菌光合作用。由于细菌光合作用能合成有机物，故对地球上生命发展曾起过重要的影响。细菌在进行光合作用过程中，不释放氧气，却产生硫磺。今天，光合细菌仅代表古老残存的生物体，但在远古地质年代，曾有一个时期，只有这种类型的生物体才能在原始还原性大气中生存。
化能自养细菌体内都不含色素，不能利用光能。它们利用氨、氢和硫化氢等无机物氧化时释放的化学能，把二氧化碳和水合成有机物，这个过程称为化能合成作用。硝化细菌是在土壤、污泥中普遍存在的化能自养细菌，包括两个类型：即亚硝酸细菌和硝酸细菌。前者将氨氧化为亚硝酸，后者将亚硝酸氧化为硝酸。在上述两个过程中，都释放出化学能，硝化细菌就利用这部分能量合成有机物。
亚硝酸细菌和硝酸细菌几乎是永远生活在一起的。由于它们的联合活动完成了硝化作用，对自然界氮循环起重要作用。动物的排泄物或动植物的尸体进入泥土或水中后，蛋白质经腐生细菌的分解释放出氨，经过土壤中硝化细菌的活动，氨很快地被氧化成硝酸盐。多数植物，尤其是旱地植物，从土壤中吸收的氮盐主要是硝酸盐。所以，通过硝化细菌的化能合成作用，对增加土壤中硝酸盐含量、供给植物氮素营养都有重要意义。
酶
酶
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第五章 生物的生殖与发育
网络体系总览
一 生物的生殖
知识梳理
疑难突破
作为生命的基本特征，生物都具有生长、发育和生殖的现象。在新陈代谢的基础上，生物个体从小长大，身体的结构和功能也发生一系列变化，最终发育成为一个性成熟的个体。生物体发育成熟后，就能够进行生殖，产生后代，以保证种族的延续。
生物界的生物丰富多彩，具有多样性，表现在生殖的种类和方式上也同样如此。课本中列举的分裂生殖、孢子生殖、出芽生殖、营养生殖及配子生殖或卵式生殖，仅仅是多种多样的生殖方式中的主要方式。生殖方式的多样性是生物在漫长的历史岁月中进化发展形成的，即自然选择的结果。
1.无性生殖
无性生殖是植物中较为普遍的生殖方式。组织培养技术的本质是无性生殖，联系选修教材的有关内容，我们应从以下几个方面掌握组织培养技术：
（1）原理：细胞的全能性
（2）组织培养的基本过程：器官或组织的一部分 愈伤组织
组织器官 植物体
（3）组织培养的意义：①证明植物细胞具有全能性。②取材少，培养周期短，繁殖率高，便于工业化生产。③能快速繁殖花卉和果树。④可用于培养无病毒植株。⑤通过花粉离体培养，培育作物新品种。
（4）动物体细胞繁殖（克隆）技术，如“多利”羊的培养等。
思考讨论
（1）自然状态下，动植物有哪些无性生殖方式？
提示：分裂、孢子、出芽和营养生殖。
（2）生物技术能实现哪些无性繁殖？其原理是什么？
提示：植物组织培养和动物细胞克隆等。原理是细胞的全能性。
2.有性生殖
生物的有性生殖主要指配子生殖，配子生殖中最为常见的是卵式生殖。配子即有性生殖细胞（包括精子和卵子），是经减数分裂形成的，因此我们要明确：
（1）减数分裂与有性生殖细胞的形成
减数分裂与有性生殖细胞的形成过程是整个教材中的重点和难点，亦是重要的考点，对于这部分知识我们可以从以下3个方面进行复习与掌握。
①减数分裂过程中，细胞的变化情况：
精（卵）原细胞 初级精（卵）母细胞
次级精（卵）母细胞 精子（卵）细胞
②减数分裂过程中，染色体和DNA数量的变化情况：
在减数分裂过程中，由于复制后的染色体仍由一个着丝点连接着，没有分开。所以，在减数分裂的不同时期，细胞中的染色体与DNA的含量有时不同，学习时要抓住要点，明确染色体与DNA的变化规律。下表表示减数分裂过程中，染色体和DNA的变化曲线。（正常体细胞中染色体数目为2N，DNA含量为2C）
时期比较 精原细胞 初级精母细胞 次级精母细胞 精子细胞 精子
前、中期 后期
染色体数目 2N 2N N 2N N N
DNA数目 2C→4C 4C 2C 2C C C
（2）减数分裂过程中，染色体和DNA的变化可以用下列曲线表示。图中的横坐标表示细胞分裂的各个时期，纵坐标表示染色体数量或DNA含量的变化，该曲线图是历次考试中的重要考点之一。
（3）减数分裂与三大遗传规律的关系
减数分裂是三大遗传规律产生的细胞学基础，掌握细胞分裂过程中染色体的变化规律对于理解遗传规律的产生有重要意义，这是因为遗传规律发生在减数分裂过程中：在减数第一次分裂的四分体时期，由于联会的同源染色体的两条非姐妹染色单体之间进行了部分交叉互换，导致了位于这部分染色体上的基因互换，产生了基因的连锁互换定律；在减数第一次分裂的后期，由于同源染色体的分开，导致了位于同源染色体上等位基因的分离，产生了基因的分离定律，与此同时，非同源染色体之间表现为自由组合，导致了位于非同源染色体上非等位基因的自由组合，产生了基因的自由组合定律。从以上叙述可以看出，三大遗传规律是由于减数分裂过程中，染色体的变化规律引起的，因此，只要我们将染色体上标记上相应的基因，就很容易理解与掌握遗传规律产生的实质。如下图：
基因分离定律、自由组合定律的产生
对于一个原始生殖细胞（精原细胞或卵原细胞）来说，不管基因型是什么，也不管有几对等位基因，在减数第一次分裂过程中，其组合结果只能是自由组合形式中的一种。因此一个精原细胞只能形成两种不同基因型的精子（各2个），一个卵原细胞只能形成一种卵细胞（1个）和两种极体（其中1个与卵细胞相同）。对于一个生物体来说，在生殖过程中有很多原始生殖细胞同时进行减数分裂，非同源染色体的各种组合方式均有可能出现，并且参与减数分裂的细胞越多，各种组合方式出现的概率越接近。理论上说基因型为AaBb的个体可产生4种类型的配子：AB、Ab、aB、ab，比例为1∶1∶1∶1。其实际值可以通过测交进行验证。
思考讨论
为什么说减数分裂是遗传规律的细胞学基础？
提示：参见“疑难突破”。
（3）减数分裂与有丝分裂的比较
减数分裂是一种特殊的有丝分裂方式，因此两者在许多方面是相同的，但由于是一种特殊的有丝分裂，所以我们必须搞清楚两者的异同，并要求能够正确识图和绘图。
列表比较：
比 较 有丝分裂 减数分裂
不同点 分裂细胞类型 体细胞 动物精巢或卵巢中的原始生殖细胞
同源染色体行为 无联会 有联会，出现四分体，相互分离，姐妹染色体单体互换部分片段
细胞分裂次数 1次 2次
子细胞数目 2个 雄为4个，雌为（1+3）个
最终子细胞染色体数 与亲代细胞相同 比亲代细胞减少了一半
子细胞类型 体细胞 精子或卵细胞
相同点 染色体复制一次，都出现纺锤丝
意 义 使生物个体发育中，亲子代细胞之间维持了遗传性状稳定性 减数分裂和受精作用使生物在系统发育中，亲子代之间维持了遗传的稳定性
（4）减数分裂与受精作用的意义
减数分裂过程可以使生物发生多种可遗传的变异。如分裂间期，DNA复制时可发生基因突变；减数第一次分裂过程中可通过基因的自由组合和连锁互换发生基因重组；减数分裂和受精作用过程还可发生染色体变异等。通常情况下，合子中的染色体一半来自精子，一半来自卵细胞，这样经过受精作用，合子中的染色体又恢复到体细胞的数目，合子具有了两个亲体的遗传性。可见，就进行有性生殖的生物来说，减数分裂和受精作用，对于维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定性，对于生物的遗传和变异都是十分重要的。所以说，有性生殖产生的后代具备两个亲本的遗传性，具有更大的生活力和变异性，对于生物的进化有重要的意义。
思考讨论
为什么说减数分裂和受精作用维持了本物种体细胞染色体数目的恒定？
提示：减数分裂使配子中染色体数目减半；受精作用使合子中染色体数目恢复正常。
3.有性生殖与无性生殖的区别
比较项目 无性生殖 有性生殖
生殖细胞 （1）无性别大小之分（2）不经过生殖细胞两两结合 （1）通常有性别之分（2）要经过生殖细胞两两结合
新个体的产生 母体直接产生 由合子发育成新个体
繁殖速率 快 慢
变异性和适应性 变异小，适应性弱 变异大，适应性强
4.单性生殖虽没有经过生殖细胞的两两结合，但其产生后代的生殖细胞是高度分化的配子——精子或卵细胞，实际上是卵式生殖的一种特殊形式，所以它属于有性生殖。
典例剖析
【例1】（2003年全国理综，6）甘薯种植多年后易积累病毒而导致品种退化。目前生产上采用茎尖分生组织离体培养的方法快速繁殖脱毒的种苗，以保证该品种的品质和产量水平。这种通过分生组织离体培养获得种苗的过程不涉及细胞的
A.有丝分裂 B.分化
C.减数分裂 D.全能性
剖析：离体的植物器官、组织或细胞，在培养一段时间后，脱分化，通过细胞分裂，形成愈伤组织；脱分化的愈伤组织继续培养，又可重新分化成根或芽等器官；再分化形成的试管苗，移栽到地里，可以发育成完整的植物体。由愈伤组织发育为完整的植物体体现了细胞的全能性。植物组织培养的过程是无性繁殖的过程，不涉及减数分裂，减数分裂是生物在进行有性生殖的过程中的一种分裂方式。解决本题的关键是要了解植物的组织培养过程。
答案：C
【例2】（2004年南京模拟题）下列与细胞分裂有关的叙述中，不正确的是
A.蛙的受精卵的第三次分裂为有丝分裂
B.与植物细胞有丝分裂有关的细胞器有线粒体、核糖体、高尔基体等
C.秋水仙素作用于植物细胞有丝分裂后期，能使子细胞染色体数目加倍
D.若人的精子细胞核中DNA为n，则体细胞中的DNA一定大于2n
剖析：蛙受精卵进行有丝分裂增加细胞数目开始个体生长发育过程，所以A选项是正确的；在植物细胞的有丝分裂过程中，线粒体为分裂过程提供能量，在核糖体上产生蛋白质，高尔基体与细胞壁的形成有关。在多倍体形成过程中，秋水仙素的作用原理是在细胞分裂前期，抑制纺锤体的形成，使增加的染色体不能分到两个子细胞中去，使染色体数目加倍。精子细胞核中只含有正常体细胞核的一半的染色体，因正常体细胞在细胞质中还含有一定量的DNA，所以D选项也是正确的。
答案：C
【例3】 下图是某高等生物细胞局部结构模式图。请分析回答：
（1）一般可认为该图细胞处在_____________________期，图中有_____________个染色体组。如果1代表Y染色体，则形成该细胞的场所是________。该生物细胞中，染色体数最多有________条。
（2）该生物的同化作用类型是__________。
（3）如果a上某位点有基因B，a′上相应位点的基因是b，发生这种变化的原因是___________________________。
（4）要鉴定图中1的主要成分，理论上选用的鉴定试剂是_____________________。
剖析：由图（中心体、Y染色体）可知，此细胞为雄性动物细胞，又因为染色体的形态各不相同，所以细胞中不含有同源染色体，应为减数分裂第二次分裂的中期，图中有一个染色体组，此生物体的体细胞中含有8条染色体，在进行有丝分裂过程的后期中，染色体数目可达16条染色体；在一条染色体的两条染色体单体上，由于基因突变可形成等位基因。鉴定染色体中的蛋白质分子可用双缩脲试剂，鉴定DNA分子可用二苯胺。
答案：（1）减数第二次分裂中 1 睾丸（曲细精管） 16 （2）异养型 （3）基因突变 （4）双缩脲、二苯胺
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●教学点睛
生物的生殖是遗传和变异中“遗传的基本规律”“性别决定与伴性遗传”等知识的细胞学基础。要特别注重掌握在减数分裂、受精作用和生物个体发育过程中染色体行为与数目的变化特点及规律，为遗传和变异的复习打下基础，尽量做到触类旁通，举一反三。
“减数分裂与有性生殖细胞的形成”是本章的重点和难点，也是近几年高考的热点。常以图形、图像形式或结合第六章内容来考查。第二章中染色体的位置、组成、形态以及有丝分裂过程中染色体行为和数目的变化规律是本章的基础。复习时，结合有丝分裂加以比较，进一步加强对知识的巩固与理解。
在复习过程中要注意：一是尽量运用对比的方法进行，要将减数分裂与有丝分裂对比分析；将植物的个体发育与动物的个体发育对比。二是选取典型题目对有关知识点进行剖析，从而提高自己的能力；三是通过组织培养技术的介绍与选修的细胞工程进行联系，加深对细胞工程等生物新技术的理解与掌握。
本部分可安排3课时。
第1课时：
（1）组织学生讨论、举例说明无性生殖中的4种生殖方式，应特别强调“营养生殖”的意义，联系生产实际中的嫁接、扦插、分根、植物细胞的组织培养技术及目前的克隆技术，谈一下对“营养生殖能够保持亲本的性状”这句话的理解，（完全同母本一样吗？什么原因导致的不一样？）并联系选修教材中组织培养的有关知识，弄清楚组织培养的过程、意义及在生产实践中的应用。
（2）以精子的形成过程为例，从细胞变化、识图与绘图、减数分裂过程中各个时期的特点等方面全面掌握减数分裂过程。具体在复习时，我们可以设计成下列表格进行：
细胞变化 精原细胞 初级精母细胞 次级精母细胞 精子细胞
细胞图像
各期特点
染色体（条） 4 4 4 2 4 2
染色单体（条） 0 8 8 4 0 0
DNA分子（个） 4→8 8 8 4 4 2
第2课时：
（1）复习有丝分裂与减数分裂的识图与绘图（图像的识别）。
一般来讲，识别某一细胞图像属于哪种细胞分裂，关键是看染色体的行为。可按以下原则判定：
①分裂前期有无联会、四分体现象。若有，为减数分裂。
②中期判断：染色体的着丝点排在一个平面上，是有丝分裂；染色体的着丝点排列在两个平面上是减数分裂。
③后期有无同源染色体分离，若有，为减数分裂。
④末期有无染色体数目的改变（可从后期推测），若有，为减数分裂。
⑤一个细胞内所有染色体形态、大小各不相同（无同源染色体），一定是减数分裂。
⑥动物细胞都是二倍体，若细胞中的染色体数目为奇数，则是减数分裂。
另外，从细胞外形上看，方形有细胞壁为植物细胞；圆形一般为动物细胞；不均等分裂为减数分裂等。
（2）复习减数分裂与三大遗传规律之间的关系
制作多媒体课件，将减数分裂过程中染色体的动态变化清楚地展现在学生的面前，然后将染色体上标上基因，弄明白三大遗传规律产生的实质。
第3课时：通过具体题目的练习，对有关问题进行反馈矫正。
●拓展题例
【例1】 一个成熟的卵细胞内有染色体，这些染色体的来源是
A.一半为父方，一半为母方 B.父方和母方的数目是随机的
C.父方 D.母方
剖析:卵细胞是由卵原细胞经减数分裂而产生的，卵原细胞中的同源染色体一半来自父方，一半来自母方，在减数分裂过程中，虽然来自父方和母方的一对同源染色体要彼此分离，但非同源染色体是自由组合的，也就是说，进入一个卵细胞中的染色体是随机的。
答案：B
【例2】 甲、乙、丙分别表示某种生物（只含两对同源染色体）的三个正在进行分裂的细胞，据图回答：
（1）甲图表示何种时期的细胞 产生的子细胞名称叫什么 该细胞分裂最主要的特征是什么 结果染色体数发生了怎样的变化
（2）乙图表示何种时期的细胞 有几对同源染色体 产生的子细胞是什么 该分裂时期中染色体的最主要变化是什么
（3）丙图表示何种时期的细胞 该细胞名称叫什么 分裂后产生的子细胞是什么
剖析:有丝分裂是体细胞数目增多的过程，减数分裂是生殖细胞形成的过程，减数分裂是一种特殊方式的有丝分裂，鉴别某一细胞图隶属于哪种细胞分裂，最关键的是观察染色体行为。可按下列过程不同时期进行判定：
（1）前期：有联会、四分体现象，一定是减数分裂，否则为有丝分裂。
（2）中期：染色体的着丝点排列在一个平面上是有丝分裂，着丝点排列在两个平面上是减数分裂。
（3）后期：同源染色体分离为减数分裂，同源染色体不分离为有丝分裂。
（4）末期：分裂结果染色体数目减半为减数分裂，染色体数目不变为有丝分裂。此外，一个细胞内的染色体形态、大小各不相同一定是减数分裂；细胞不均等分裂为卵原细胞的减数分裂。
依据上述鉴别原则可作出判断：
答案：（1）甲图表示减数第一次分裂后期的细胞；产生的子细胞叫次级性（精）母细胞；该细胞分裂最主要的特征是同源染色体分离；结果染色体数目减半。
（2）乙图细胞内因同源染色体未分离，表示有丝分裂后期的细胞；有同源染色体两对；产生的子细胞是体细胞；该分裂时期中染色体的最主要变化是着丝点分裂为二，姐妹染色单体分开。
（3）丙图表示减数第二次分裂后期的细胞；该细胞叫次级性（精）母细胞；分裂后产生的子细胞是精细胞（若是不均等分裂是极体、卵细胞）。
●资料卡片
1.生殖方式与生物的变异和进化
生物的生殖包括有性生殖与无性生殖。由于无性生殖的子代直接源于母体，细胞的增殖方式主要是有丝分裂，因此，能够使亲本性状稳定地遗传下去，一般不会发生明显的性状变化，其变异通常是由环境的变化而引起的。有性生殖是由两性生殖细胞结合成的合子发育完成。在有性生殖过程中，需要经过减数分裂和受精作用。在减数分裂过程中非同源染色体的自由组合以及同源染色体的非姐妹染色单体间的交叉互换，使基因发生重组；通过受精作用，来自父母双亲的遗传物质融合到受精卵中，这些都使生物具有较大的变异性。丰富的变异为生物的进化提供自然选择的基础，因而更有利于生物的进化发展，促进生物多样性的形成。在生物界主要进行无性生殖的20多亿年中，生物界的物种变化是很有限的；而有性生殖产生后，在10多亿年中，生物界的演化进程大大加快，使得当今的自然界这样丰富多彩。
2.营养生殖和出芽生殖
营养生殖和出芽生殖都属于无性生殖，在遇到一些实例的时候常易引起混淆。如马铃薯的块茎与大蒜侧芽的营养生殖，往往有些学生将马铃薯块茎芽眼处生出的芽与大蒜的侧芽误认为是出芽生殖的芽体。马铃薯芽眼生出的芽和大蒜侧芽发芽，都能够长成新的植株，这是由植物的营养器官（茎或茎的部分）发育出来的植株；而水螅和酵母菌是在母体的一定部位上长出芽体，当芽体长大以后，从母体上脱落下来，成为与母体一样的新个体。芽与芽体是不同的，前者是植物茎上萌发出来的，是茎的雏形；芽体虽也是生物体上长出的，但它除大小与母体有区别外，其余结构与母体是相一致的，一旦芽体脱离母体，就形成了一个新的个体。
3.有性生殖
雌雄两个亲体的性细胞（又称配子）结合而发育成的一个新个体，此为两性生殖，这在生物学上具有重要意义。新个体继承了双亲的遗传性状，保持了种族的遗传特性。大多数动物都进行有性生殖。绝大多数无脊椎动物为卵生，即雌性个体产生卵，卵与精子结合，形成幼体，幼体经生长发育成为成体。少数为卵胎生，即卵与精子结合后留在雌性体内发育，其所需营养由卵来供应，形成幼体后，产出体外，如田螺生下的为幼螺。也有的称胎生，即雌体产生的卵受精后留在体内，并吸收母体的营养而发育成幼体，然后产出体外，如蚜虫生下的小蚜虫即属此。在低等动物类群中，雌雄两个亲体所产生的性细胞，其大小、形态等基本相似，辨别不出雌雄，称为同形配子,但多数动物的配子其形态相异，称异形配子。如雄配子的精子多似蝌蚪状，雌配子的卵则呈球形。有些无脊椎动物是雌雄同体（hermaphrodatism），即一个个体既可产生精子，又可产生卵。进行生殖时，也是精子与卵结合，不过有时是自己本身的精子和卵结合，称自体受精，或者自己本身的卵与其他个体的精子结合称异体受精。如涡虫、蚯蚓、蛭类等都是雌雄同体的动物。有性生殖中除精卵结合外，尚有其他形式，如：
孤雌生殖（parthenogenesis） 有些动物的生殖不需雄体参加，只是雌体产生卵。此卵不与精子结合，即可发育成新的个体，实际上这是单性生殖。其卵发育成的子代一般均为雌性个体。少数动物至今只有雌性个体，尚未发现雄性个体的存在，一生中只进行孤雌生殖，如某些轮虫。有些动物的生殖是两性生殖与孤雌生殖并存，如蜜蜂，其卵不受精即发育成雄蜂，卵受精则发育成雌性的工蜂和蜂王。有的动物在一生中有一段时期进行两性生殖，另一时期进行孤雌生殖。如蚜虫，在其生活史中，大多数时间进行孤雌生殖，只到秋末时才进行两性生殖，产生的卵与精子结合后，休眠越冬，次年再发育成雌性蚜虫。
幼体生殖（paedogenesis） 动物的幼体生长发育成熟后，即形成成体，其生殖器官才能产生精子或卵，进行有性生殖。但某些动物的幼体虽未发育为成体，即未达性成熟，在幼体阶段就可进行生殖，繁殖后代，称为幼体生殖。幼体生殖产生的不是卵而都是幼体，因此这可以认为是胎生的一种形式。幼体生殖的母体在进行生殖时不需雄体参加，即卵不与精子结合，因此幼体生殖也可看成是孤雌生殖的一种类型。如瘿蚊（Oligarces paradoxus）除夏季进行两性生殖外，其余季节都进行幼体生殖。
多胚生殖（polyembryony） 一个卵可产生两个或更多的胚胎，发育成多个个体的生殖方法，称为多胚生殖。此种生殖为卵核分裂一次，以后就形成两个胚胎，但大多数种类的卵核都经多次分裂，形成许多子核。多者可产生1 600～1 800个。如广腹细蜂（Platygaster rernalis），一个卵能产生15～20个胚胎小蜂（Litomastix truncatellus），可产生2 000个胚胎。
全能性（totipotency） 指植物体中任何一个携带全套染色体的细胞均具有再生完整植株的潜力。因此，当植物的体细胞离开母体，在一定培养条件下，可重新再分化形成与原来母体类似的植株，而不须经过有性生殖过程。动物细胞至今未发现具有全能性，这是动植物细胞重要区别之一。它对植物生物工程的发展有重要意义。通过体细胞杂交培育新品种，植物快速繁殖（通过组织培养获得再生植株）等均以其作为理论依据。
4.克隆技术对人类社会的影响
植物克隆的制备是非常简便的，实际上植物的克隆技术很早以前便已应用于优良品种的繁殖。例如，起源于澳大利亚的格兰尼·史密斯苹果就是克隆的产物。在19世纪，澳大利亚的一个庄园里有一株苹果树所结的苹果特别的好，如果将这株苹果树的一些芽取下来，嫁接到一些砧木上，就可以培育出许多新的苹果树。由于这些新苹果树与原来那株苹果树是完全一样的，所以也能结出同样好的苹果，这些新苹果树就是原来那株苹果树的克隆。这种克隆过程一代又一代地进行，产生了今天仍然种植在许多苹果园里的成百万株格兰尼·史密斯苹果树。事实上，在水果种植业中，许多优良品种都是以这种克隆技术进行繁殖的。
今天，人们应用植物细胞和组织培养技术、人工诱导分化技术，已能在工厂里大规模生产人类所需要的植物的克隆体。植物克隆技术是珍贵、濒危植物的保存和快速繁殖，新的优良作物、果树等的优良性状的保存和快速推广应用的常用和有效的手段，并将在未来的生产中发挥越来越重要的作用。
动物克隆技术的成熟将为珍贵、濒危动物的保护提供有效的选择手段。在保护物种的多样性和生物基因资源方面可以发挥不可替代的作用。例如，我国的白鳍豚、大熊猫都是非常珍贵和濒危的动物。尤其是生活在我国长江水域的白鳍豚，因人类的发展对其生活环境的破坏和干扰，多年来已经很难在长江水域见到，唯一一条人工饲养的雄性白鳍豚已将进入老年却仍未找到配偶。如仍不采取有效措施，白鳍豚这一珍贵物种的灭绝已为期不远。在此严峻情况下，应用动物克隆技术，培养和保存白鳍豚的体细胞，用其相近的水生哺乳动物江豚的成熟卵作为核移植的受体，进行异体细胞核移植，将有可能培育出白鳍豚的克隆体，使这一人类的朋友和珍贵的基因资源免于灭绝。
动物克隆技术也可在优良动物品种的快速繁殖和推广应用中发挥重要作用。当用基因工程技术培养出了能生产重要蛋白质药物的动物时，为了尽快将其应用于生产或要扩大生产规模，就要使这种表达了优良性状的转基因动物快速增殖。用自然有性繁殖的方法需要等到这种转基因动物性成熟后才能进行，花费时间长；而且人工导入的外源目标基因在进行减数分裂和传代的过程中会按遗传规则分离，甚至在传代过程中丢失，因此所繁殖的后代很大一部分可能不是所需要的。应用体细胞克隆技术，则可以复制出与母体一样的克隆群体。由于新的个体是通过有丝分裂而产生的，其遗传物质与母体一样，所以也具有与母体一样的生产性能，这样既节省了时间，也节省了人力和物力。
体细胞克隆技术还可应用于人体器官培育，极大地推动人体组织和器官人工培育技术的发展，并使这种技术能进入实际应用中。现在用于移植的器官还只能取自于异体，故在器官移植中存在两大问题：①器官只能来源于个人捐献，每一个人只有一套必需的器官，正常的人不能以伤残自己的身体而捐献器官，因此可用于移植的器官非常少；②即使有了可用于移植的器官，也必须考虑器官移植中的异体免疫排斥反应，除眼角膜移植外，其他器官移植成功并长期维持正常运转的可能性很小。如果能应用体细胞克隆技术，用需要者自己的体细胞来培育和生产用于移植的器官，则可以在根本上解决上述两方面的问题，使人类的愿望成为现实。当然，这一愿望的实现还有赖于胚胎干细胞培养技术和人工诱导定向分化技术的发展。
多利羊的诞生也在理论上表明了用生物学技术复制人的可能性。如果真的用这种无性生殖方式代替或部分代替人类的有性生殖方式，则必将对人类社会的基本组织单位——家庭产生极大的冲击。人类社会的基本生活方式也将极大地改变。这一切必然直接威胁和在根本上动摇人类社会现有的法律、伦理和道德基础，破坏现有社会的基本架构，造成社会的动荡与混乱，从而可能导致人类文明的倒退。因此，在克隆羊诞生不到两个月的时间里，包括英国、美国和中国在内的多个国家的政府都已相继明确宣布政府的科研基金决不支持任何将克隆技术应用于人类复制的研究。
正如前面所分析的，即使体细胞克隆技术已经完全成熟，克隆技术也不可能用男性的体细胞培育出与原来个体在遗传上完全相同的克隆个体。由于克隆个体的线粒体与原来个体不同以及线粒体对机体的生理代谢有关键性的作用，因此克隆个体与原来个体在生理上可能会有着很大的区别。女性可能用自身的体细胞和自身的去核卵克隆出与自己的遗传组成、生理特征完全一样的个体，但也不可能复制出与自身心理完全一样的个体，因为心理的形成不仅与个人的遗传相关，而且与个人的社会经历和社会环境密切相关。因此，对于人类这种以心智和社会性为其本质特征的生物，用克隆技术复制不会有任何的进步意义。
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第三章 生物的新陈代谢
网络体系总览
一 酶、ATP、光合作用
知识梳理
疑难突破
本专题内容主要介绍了新陈代谢的概念、过程和实质；酶的概念与特征；能量代谢中ATP与ADP的关系以及ATP、酶与新陈代谢的关系。这是复习后面知识的基础。这些内容涉及的概念及内在联系是复习的重点。新陈代谢是生物自我更新的过程。同化作用与异化作用的对立统一，物质代谢与能量代谢的相互依存，温度、pH对酶的影响，ATP与ADP相互转化的生理作用，在生物实验中必须设对照实验的实验方法是学习的难点。
1.正确理解新陈代谢
要从性质上、方向上和实质上去理解新陈代谢的概念。从性质上看，新陈代谢包含物质代谢和能量代谢两方面内容；从方向上看，新陈代谢包括同时进行、对立统一的同化作用和异化作用两个过程；从实质上看，新陈代谢的过程就是生物体内的一系列化学反应，也就是生物体自我更新的过程。
思考讨论
新陈代谢过程划分为不同过程的依据有哪些？
提示：新陈代谢可分为同化作用和异化作用两个过程；也可分为物质代谢和能量代谢两个过程。同化作用包括物质的合成和能量的储存，异化作用包括物质的分解和能量的释放；物质代谢是指物质的合成与分解，能量代谢是指能量的储存与释放。
2.酶的实质及与新陈代谢的关系
酶是活细胞产生的具有催化能力的一类有机物（其中绝大多数的酶是蛋白质，少数酶是RNA）。从酶的概念可以看出，概念中包含来源、生化效应和化学本质三个具体知识点。酶的特性及影响酶作用的因素是酶概念的延伸。酶催化效率的高效性、对底物作用的专一性，保证了新陈代谢众多的化学反应能够迅速有条不紊地进行。温度、pH的变化对酶的催化活动都会产生影响，甚至使酶失去活性，这也是本部分知识考查题目较多所在。下图表示温度、pH对几种酶催化效率的影响情况：
思考讨论
生物体内的酶和无机自然界中催化剂的异同点？
提示：它们都具有催化作用，加快反应的进行。生物体内的酶比无机自然界中的催化剂催化效率高，且在常温下进行；无机自然界中的催化剂有时需要在高温高压下才起作用。
3.ATP与能量的关系及与新陈代谢的关系
生物体的各项活动需要能量作动力。ATP为高能化合物，既可储能，又可作为生命活动的直接能源物质，但ATP在生物体内的含量并不多，需要不断地合成，其合成的主要能量来源在动物体内是呼吸作用，在植物体内是呼吸作用和光合作用。ATP的来源和利用可总结成下表：
4.光合作用的过程
从物质转化和能量转化的角度看，光合作用是生物界中最基本的物质代谢和能量代谢。光合作用和呼吸作用过程是高考的重点和热点内容。万变不离其宗，明确光合作用的实质和过程是复习的关键。复习光合作用的过程时应把握两条重要线索。该过程共分两个阶段：光反应和暗反应。在叶绿体中，光反应和暗反应是一个统一的整体，二者是同时进行、紧密联系的。光反应生成ATP和还原剂［H］，为暗反应的进行提供了物质和能量基础；暗反应是光反应的继续，消耗光反应产生的ATP和还原剂［H］，通过酶促反应使CO2生成有机物并储存能量。关于光反应和暗反应的区别与联系，可以通过列表进行详细比较：
本部分知识还需明确两个问题：一是放射性元素标记示踪C、H、O元素的去路，明确生成物中元素的来源，即可明确三种元素的去路；二是人为创设条件，如突然缺CO2，突然缺光照（[H]、ATP供给不足），分析C3、C5、（CH2O）的数量变化情况。
典例剖析
【例1】（2004年北京理综，4）在相同光照和温度条件下，空气中CO2含量与植物光合产量（有机物积累量）的关系如图所示。理论上某种C3植物能更有效地利用CO2，使光合产量高于m点的是
A.若a点在a2，b点在b2时 B.若a点在a1，b点在b1时
C.若a点在a2，b点在b1时 D.若a点在a1，b点在b2时
剖析：图中b点代表CO2的饱和点，即当CO2含量大于b时，光合产量将不会再增加。根据题意，某C3植物能更有效地利用CO2，也就是说在CO2含量相同时，该植物有更高的光合产量，表现在图上曲线将向上移动，所以曲线与X轴的交点将位于a点左侧，CO2的饱和点将落在b点右侧。
答案：D
【例2】（2005年春季北京，1）关于有氧呼吸的叙述，错误的是
A.主要在线粒体内进行 B.与无氧呼吸的全过程不完全相同
C.释放出的能量较多 D.产物为二氧化碳、酒精或乳酸
剖析：考查对不同生物呼吸作用的理解，能力要求B。有氧呼吸和无氧呼吸的第一阶段是相同的，即场所相同、物质变化相同和所需要的酶相同。有氧呼吸的第二、三阶段是在线粒体内进行的，且释放的能量多，有氧呼吸的产物是二氧化碳和水，酒精或乳酸是无氧呼吸的产物。
答案：D
【例3】（2005年南京市质量检测题）下图中，能正确表示动物组织内ATP的生成量与氧气供应量之间关系的是
剖析：在动物细胞内ATP的产生途径有：磷酸肌酸的转化、无氧呼吸、有氧呼吸，主要来自有氧呼吸。
答案：B
【例4】（2004年全国理综Ⅱ，3）离体的叶绿体在光照下进行稳定光合作用时，如果突然中断CO2气体的供应，短暂时间内叶绿体中C3化合物与C5化合物相对含量的变化是
A.C3化合物增多、C5化合物减少 B.C3化合物增多、C5化合物增多
C.C3化合物减少、C5化合物增多 D.C3化合物减少、C5化合物减少
剖析：该题创设了一个新情境，考查叶绿体光合作用（暗反应）过程中的物质变化情况。我们知道，在暗反应过程中，CO2首先与C5化合物结合，形成2个C3化合物，最后经一系列地循环后又产生C5化合物，所以叶绿体在光照下进行稳定光合作用时，C3和C5都维持在相对平衡的状态。如果突然中断CO2气体的供应，则在短暂时间内原有的平衡被打破，表现出的现象是C3化合物减少、C5化合物增多。
答案：C
【例5】（2005年春季北京，5）为验证光是植物生长发育的必要条件，设计如下实验：选择生长状况一致的小麦幼苗200株，随机均分为实验组和对照组，分别处理并预期结果。下面是关于实验组或对照组的处理方法和预期结果的几种组合，其中正确的是
①实验组 ②对照组 ③黑暗中培养 ④在光下培养 ⑤生长良好 ⑥生长不良
A.②③⑤ B.①③⑥ C.①④⑤ D.②④⑥
解析：题干要求是“验证光是植物生长发育的必要条件”，所以实验组应该无光照，据此可以推测出，在这样的条件下，生物生长不良。
答案：B
【例6】（2004年上海，34）胰蛋白酶作用于一定量的某种物质（底物），温度保持37 ℃，pH保持在最适值，生成物量与反应时间关系如下图。请回答下列问题：
（1）该酶作用的底物是________。
（2）在140 min后，曲线变成水平，这是因为____________________________________。
（3）若增加胰蛋白酶浓度，其他条件不变，请在原图上画出生成物量变化的示意曲线。
（4）若胰蛋白酶浓度和其他条件不变，反应液pH由2逐渐升高到10，则酶催化反应的速率将________，原因是__________________________________________________________。
（5）下图中能正确表示胰蛋白酶对底物的分解速率和温度关系的是_________________。
剖析：通过具体题目综合考查酶的特性、影响酶催化作用的因素（底物、温度、pH）。绝大多数的酶是蛋白质，其催化作用具有高效性、专一性，但也受到其他条件的影响。胰蛋白酶只能催化水解蛋白质，即底物是蛋白质，这是酶的专一性；把酶和底物放在一起一段时间后，酶可以在较短时间内将底物全部分解，这是酶的高效性；若增加酶的浓度还可以明显加快酶水解底物的速率；每一种酶的催化作用需要有适宜的温度和酸碱度，胰蛋白酶的最适pH为中性，当将其放入pH为2的环境中，酶将失去活性；同样绝大多数酶催化作用也需要一个适宜的温度，在不同温度条件下，其催化效率亦不相同，故出现如图所示的曲线变化，但温度过高，酶也将失去活性。
答案：（1）蛋白质 （2）底物量一定，底物已被消耗尽 （3）见下图 （4）不变 在pH为2时，酶已失活 （5）C
【例7】 为检测光质（不同波长的光）对衣藻光合作用强度的影响，现提供如下的材料：红、绿、白3种颜色的40 W灯泡数个，试管数支、足量衣藻、pH试纸、石蜡油、NaHCO3溶液。请你完成实验设计并回答有关问题：
实验开始步骤为：组装好实验装置，放在20 ℃的环境中进行实验。
（1）写出后面的实验设计的主要步骤。
（2）请预测并简要分析上述实验结果。
（3）在不改变实验方法和材料的情况下要提高实验效果就应_______________________。
剖析：植物对不同波长光的吸收量是不同的，因此，不同颜色的灯泡产生的光对衣藻光合作用强度的影响是不同的。试管中的NaHCO3（浓度适宜）能为光合作用提供CO2，而CO2的吸收量不同导致溶液pH变化。
答案：（1）将衣藻分成等量的3份，分别放入3支编号相同的试管中，并加上等量清水。再将3种灯泡在距试管相等的位置照射相同的时间，用pH试纸检测溶液pH的变化。（2）衣藻在不同种光照下光合强度不同，CO2吸收量不同，试管内pH不同。在绿光下光合作用最弱，而呼吸作用的强度与其他试管的衣藻基本相同，这样就有更多的CO2溶于水生成碳酸，使pH最低；红光下稍高；白光下最高。（3）适当提高温度
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●教学点睛
本部分内容可安排3～4课时完成。
1.对于新陈代谢的概念，教师可引导学生通过一些具体的题目进行理解与掌握，明确新陈代谢进行的场所和过程；对于酶的特性，可以按照教材实验或让学生自己设计实验证明，教师选取典型的，同学生一起分析，看实验设计的如何，同时进行实验分析，特别强调对照实验的重要性，分析影响酶活性的因素。对于ATP部分的教学，教师可引导学生找出所学知识中消耗能量的知识点，找出产生能量的知识点及与能量有关的物质，最后从ATP的生成及利用两个方面理解与掌握该部分的内容。明确酶和ATP对新陈代谢的重要性。
2.本部分涉及4个实验，其中[实验五]比较过氧化氢酶和Fe3＋的催化效率、[实验六]探索淀粉酶对淀粉和蔗糖水解的作用、[实验七]探索影响淀粉酶活性的条件为3个探究性实验。可安排用一课时的时间完成，由于在新授课时已做过该实验，在重新分析该实验时，可主要从实验设计、实验分析方面入手，对探究性实验有一个理论升华，对于[实验五]，我们除了用肝脏研磨液外，还可以选用植物如马铃薯、萝卜等植物组织的研磨液进行实验，其实验结果亦非常明显，因此我们还可以得出这样的结论：过氧化氢酶广泛存在于动、植物的组织中。具体实验时，我们也可以与[实验七]合二为一，一并探究温度、pH对酶活性的影响，进行实验综合（可事先让学生设计实验方案，分析讨论后进行实验）。对于实验六，我们可以做成实验分析实验，如选用蔗糖的新鲜程度和纯度不同。用从商店买的淀粉酶和唾液淀粉酶，温度的高低等因素的改变对实验结果的影响，来分析探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用的不同。让学生在理解的基础上总结出酶的特性等有关知识，并且用曲线、图表等形式表示出酶催化作用的情况。
3.植物的光合作用和呼吸作用是整个考试的重点、热点内容之一。如何将两部分知识联系在一起进行复习，是这部分知识掌握的关键，因此，在复习过程中，我们首先要运用对比的方法将有关知识进行对比、分析、加强记忆。可以联系实际，分析一株植物的光合作用与呼吸作用，明确二者的过程及关系。
4.精心选择与光合作用和呼吸作用密切相关的题目（特别是近几年的高考题），与学生一起进行分析、理解，注意选取的题目要代表不同的方面，如光合作用过程的综合、呼吸作用过程的综合、光合作用与呼吸作用的分析、计算，实验设计和实验分析等。该部分大约用2课时，最后再通过一系列训练题进行复习巩固。
●拓展题例
【例1】（2004年太原市高三年级测评二）有人做了下面的实验以研究pH对酶活性的影响：准备5支盛有等量胃蛋白酶溶液但pH各不相同的试管，每支试管加1块1 cm3的正方体凝固蛋白质，试管均置于25 ℃室温条件下，各试管蛋白块消失的时间记录于下表：
酶溶液的pH 1 2 3 4 5
蛋白块消失的时间（min） 13 9 11 45 60
（1）请根据表中数据，在下面的坐标图中画出pH与酶活性的关系曲线。
（2）提供两种使实验能在更短时间内完成的方法： _______________________________。
（3）如果要确认上述实验中蛋白块的消失是由于酶的作用而不是其他因素的作用，还应补充怎样的对照实验
（4）除了本实验外，请另外设计一种简便易行的方案来测定pH对酶活性的影响：_______________________________________________________________________________。
剖析：蛋白块消失的时间越短对应酶的活性越大。酶的活性除了受pH影响之外，还受温度的影响，也与酶和反应物的接触面积大小有关。实验组与对照组要排除酶之外的其他因素的作用，则对照组除不加入酶或先使酶失活之外，其余条件都应相同。
答案：（1）
（2）适当提高温度以增加酶的催化活性；提高酶的浓度（或“将蛋白块切小些，以增加蛋白酶和蛋白质的接触面积”等）（答对2点即可，其他答案有道理亦可） （3）将胃蛋白酶溶液加热，使酶失去活性后再加入各试管（或“将胃蛋白酶溶液改为清水”或“蒸馏水”等） （4）用H2O2酶催化H2O2分解，改变pH，检测氧生成量的变化（其他答案符合题意即可）
【例2】 人们不会在热泉中发现活着的嗜冷海藻，而经常可能在冷水环境中分离嗜热微生物。请根据酶的特性分析产生这种现象的原因。
剖析：考查酶的特性。低温酶在较高的温度条件下，酶被破坏，失去活性，所以不会在热泉中发现活着的嗜冷海藻，相反高温酶在低温下不失活，遇到合适的温度又恢复活性。
答案：（1）嗜冷海藻体内的酶遇到高温后，酶的分子结构被破坏而失去活性，海藻很快会死亡；而嗜热微生物的酶遇到低温环境，酶的活性降低，但酶分子结构没有被破坏，遇到合适的温度又可以恢复活性。
【例3】 下图是胡萝卜在不同含氧情况下从溶液中吸收Mg2+和Ca2+的坐标曲线，请据图回答：
（1） Mg2+和Ca2+进入细胞的方式是_____________。
（2）细胞对矿质元素的吸收除与________密切相关外，还与________的多少有关。
（3）氧从0升到20.8％，Mg2+和Ca2+均增至100，但氧从20.8％增至43.4％时，Mg2+和 Ca2+只分别增加17和16，由此说明_______________________________________________。
剖析：考查与矿质元素吸收有关的知识。由图可见，当氧为0时，两种离子均不能吸收，随着氧含量的增加，吸收的Mg2+和Ca2+愈来愈多。可见氧含量的多少决定Mg2+和Ca2+的吸收与否和吸收多少，而氧的多少主要影响细胞的有氧呼吸，有氧呼吸是提供能量的，说明矿质元素的吸收要消耗能量，所以，Mg2+和Ca2+进入细胞的方式为主动运输，这种方式是要消耗呼吸作用所释放的能量。氧浓度由20.8％提高到43.4％，而Mg2+和Ca2+的吸收增加不多的原因，是与主动运输的载体有关。这也说明在氧浓度为20.8％以下时，限制Mg2+和Ca2+吸收的是能量供给；在氧为20.8％以上时，限制Mg2+和Ca2+吸收的是运输这两种离子的载体的数量。
答案：（1）主动运输 （2）呼吸作用 载体 （3）限制Mg2+和Ca2+两种离子吸收的因素为两种离子载体数量
【例4】 （2004年黄冈市高三年级期末调研）下图表示氢随着化合物在生物体内代谢转移的过程，请分析回答：
（1）水中的[H]经①和②过程转移到C6H12O6中，在转移过程中，还原了A，那么A代表___________，这过程发生在___________中。
（2）[H]在甜菜块根细胞内经⑤和⑦转移时，所释放出的能量较少，未释放出的能量则储存在________中，此时A代表________。
（3）若在人体内实现了③过程的转移，则此过程主要发生在________细胞中，若根尖分生区细胞实现了③过程的转移，那么此过程发生在________（细胞器）中。
（4）[H]经⑩的转移主要是在人体消化道的_________（器官）中完成。
（5）[H]经形成氨基酸的生理过程叫________。
剖析：光合作用的光反应中H2O光解产生 [H]用于暗反应中C3化合物的还原，暗反应在叶绿体基质中进行。无氧呼吸中[H]用于丙酮酸的还原，释放的能量较少，仍有一部分能量储存在不彻底的氧化分解产物酒精或乳酸中。甜菜块根进行无氧呼吸的产物是乳酸。人体内合成糖元的场所主要在肝脏、骨骼肌细胞中，植物细胞内多糖主要有淀粉、纤维素，而根尖分生区细胞连续分裂，合成的多糖主要是构成细胞壁的纤维素，与高尔基体有关。食物消化的主要场所在小肠内，其他物质转变为氨基酸需要经过转氨基作用。
答案：（1）C3化合物 叶绿体基质 （2）乳酸 丙酮酸 （3）肝、肌 高尔基体
（4）小肠 （5）转氨基作用（氨基转换作用）
●资料卡片
1.关于酶的专一性
某酒厂生产的啤酒，放置久了产生了一些沉淀，经化验得知沉淀物是蛋白质。为解决这一问题，提出了两种方案：甲：在酒中加入少量的蛋白酶；乙：在酒中加入少量的氨基酸氧化酶。请评价这两种方案：
①________方案合理，原因是__________________________________________________。
②________方案不合理，原因是________________________________________________。
酶具有高效性和专一性，蛋白酶只能分解蛋白酶成多肽；氨基酸氧化酶氧化分解氨基酸，啤酒中的氨基酸是生物体的营养物质，在酒中不沉淀，应该保留。蛋白质也是营养物质，应该也保留，但由于蛋白质在啤酒中形成沉淀，影响啤酒的销售，应该除去蛋白质，需要蛋白酶。因此，甲方案是合理的，用蛋白酶分解蛋白质成多肽，既除去沉淀，又保存养分；乙方案不合理，氨基酸氧化酶不能分解蛋白质，不能除去沉淀，还分解氨基酸，降低了啤酒的质量。
2.提高光合作用效率的措施
光合作用知识在生产实践中的应用是复习的重要内容。光合速率通常以每小时每平方分米叶面积吸收二氧化碳毫克数表示，一般测定光合速率的方法都没有把叶子的呼吸作用考虑在内，所以测定的结果实际是光合作用减去呼吸作用的差数，叫净光合速率。影响光合作用速率的主要因素有：
（1）光照：光照时间的长短、光质、光照强度的高低都可以影响光合作用速率。①就光照时间来讲，光照时间越长，产生的光合产物越多；②光质，由于色素吸收可见太阳光中的红光和蓝紫光最多，吸收绿光最少，故不同颜色的光对光合作用的影响不一样，建温室时，应选用无色透明的玻璃（或塑料膜）做顶棚，能提高光能利用率；③在一定光强度范围内，增加光强度可提高光合作用速率，如下图所示：
光补偿点：指同一叶子在同一时间内，光合过程中吸收的二氧化碳和呼吸过程放出二氧化碳等量时的光照强度。
光饱和点：指当达到某一光照强度时，光合速率就不再增加，这时的光照强度为光饱和点。以光饱和点来说，阳生植物的光饱和点是全光照的100％，而阴生植物的则是全光照的10%～50％。
（2）二氧化碳浓度：适当增加空气中二氧化碳的浓度，则会使植物对二氧化碳的吸收大大增加，促进光合作用的进行。如果空气中二氧化碳浓度低于0.033％（即0.65 mg／L），则光合作用速率会急剧降低。夏日中午，叶片气孔关闭，二氧化碳吸收量减少，光合作用降低，出现午休现象。
（3）温度：温度是通过影响光合作用的酶来影响光合作用速率的。一般植物可在10～
35 ℃下正常进行光合作用，其中以25～30 ℃最为适宜，35 ℃以上时开始下降，40～50 ℃即完全停止。高温时：一方面高温破坏叶绿体和细胞质的结构，并使叶绿体酶钝化；另一方面，在高温时，呼吸速率大于光合速率。低温时，酶促反应下降，限制了光合作用的进行。
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必修部分
第一章 生命的物质基础
网络体系总览
绪论及生命的物质基础
知识梳理
1.构成生物体的化学元素
种 类 概 念 示 例 功 能
大量元素 含量占生物体总量的万分之一以上 C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等 ①组成多种多样的化合物②影响生物体的生命活动
微量元素 含量占生物体总量的1/10 000以下，可以说量少作用大 Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等，Fe又叫半微量元素
2.构成生物体的无机化合物
种 类 存在形式 概 念 功 能
水 结合水 与细胞内其他物质结合 细胞结构的重要组成成分
自由水 以游离的形式存在 ①细胞内的良好溶剂②运输营养物质和代谢废物③参与生物化学反应
无机盐 离子形式 Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl－、Fe2+、SO、PO等 ①细胞内某些化合物的重要组成成分②维持生物体的生命活动③维持细胞的酸碱平衡
3.组成生物体的有机化合物
（1）糖类
种 类 概 念 示 例 主要功能
单糖 不能水解的糖 葡萄糖、核糖、果糖、脱氧核糖、半乳糖 ①构成生物体的重要成分②细胞的主要能源物质
二糖 水解后能够生成2分子单糖的糖 蔗糖、麦芽糖、乳糖
多糖 水解后能够生成许多单糖的糖 淀粉、纤维素、糖元
组成糖类的元素是：C、H、O三种化学元素
（2）脂质
组成元素 种 类 主要功能
主要由C、H、O三种化学元素组成，有的还含有N、P等元素 脂肪 主要是生物体内的储能物质
类脂 类脂中的磷脂是构成细胞膜的重要成分
固醇 维持正常的新陈代谢和生殖过程
（3）蛋白质
组成元素 基本组成单位 结构多样性的原因 主要功能
都含有C、H、O、N4种元素，有的还含P、S等元素 氨基酸 氨基酸种类不同数目成百上千排列次序变化多端空间结构千差万别 ①构成细胞和生物体的重要物质②有些蛋白质有催化作用③有些蛋白质有运输作用④有些蛋白质有调节作用⑤有些蛋白质有免疫作用
（4）核酸
组成元素 基本组成单位 种类 简称 主要存在场所 主要功能
主要由C、H、O、N、P等化学元素组成 核苷酸 核糖核酸 RNA 细胞质中 核酸是一切生物的遗传物质，对于生物体的遗传变异和蛋白质的生物合成有极其重要的作用
脱氧核糖核酸 DNA 细胞核中
疑难突破
1.如何理解生物体生命活动的物质基础
生命区别于非生命的基本特征之一是生物体都具有共同的物质基础和结构基础。生物体生命活动共同的物质基础是指组成生物体基本的化学元素和由这些元素构成的化合物。
自然界中的所有生物都是由化学元素组成的，构成细胞的化学元素至少有62种，其中常见的主要有20种，这些元素在生物体内的含量不同，分为大量元素和微量元素。但不管含量的多少，这些元素在生物体内都有不可替代的作用，没有这些元素，生物体就不能表现出相应的生命活动，或者呈现出一定的病症。从这个方面说，它们是生物体生命活动的基础。
组成生物体的化学元素虽然在生物体体内有一定的生理作用，但是单一的某种元素不可能表现出相应的生理功能，这些元素只有在生活的机体中，在生物体特定的结构基础上，有机地结合成各种化合物，这些化合物与其他的物质相互作用才能体现出相应的生理功能。如蛋白质、核酸、糖类、脂质等化合物有机地结合在一起才能体现出生物体的生命活动。因此，这些化合物也是生命活动的物质基础。
思考讨论
单独的化学元素或化合物能否完成一种生命活动？生命活动的结构基础是什么？
提示：不能。细胞。
2.应激性、反射、适应性及遗传性的区别和联系
应激性是指一切生物对外界各种刺激（如光、温度、声音、食物、化学物质、机械运动、地心引力等）所发生的反应，是生物的基本特征之一。
反射是指多细胞高等动物通过神经系统对各种刺激所发生的反应。完成反射的结构基础是反射弧（反射弧包括感受器、传入神经、神经中枢、传出神经、效应器五部分）。反射是应激性的一种表现形式，属于应激性的范畴，如草履虫的趋食性，植物的向水性、向肥性、向光性等等都是生物对相应的刺激发生的应激性反应。
适应性是指生物的形态结构和生理功能与环境相适合的现象。应激性是一种动态反应，在比较短的时间内完成；适应性是通过长期的自然选择形成的，需要漫长的进化才能形成。如植物的向水性、向肥性、向光性等也是植物长期进化形成的适应环境的具体表现。凡是生存下来的生物都是适应环境的。但由于环境的不断改变又会使生物不适应改变了的环境，从而使生物被淘汰。说明生物对环境的适应是相对的。
应激性的结果是使生物适应环境，是适应性的生理基础。各种生物所具有的应激性、反射和适应性都是由遗传物质决定的。
思考讨论
高等植物受到外界刺激所发生的反应叫反射吗？反射弧的任何一部分结构受到损伤，还能发生反射活动吗？
提示：不是，因为植物没有神经系统。不能，反射弧是完成反射活动的基本途径，若反射弧不完整，则反射活动不能完成。
3.生物的基本特征之间的关系
生命的物质基础和结构基础是生命活动进行的前提，这是生命存在的根本特征；新陈代谢是生物体内全部有序的化学反应的总称。生物体不停地从外界摄取营养物质，转变成自身的组成物质，储存能量。同时将自身的一部分物质分解，将产生的最终产物排出体外，并释放能量，从而使生物体不断地进行自我更新。当同化作用大于异化作用时，生物体就会由小长大，表现出生长现象，生物体的生长过程中伴随着发育，发育到成熟阶段，便有了生殖能力，通过生殖产生的后代与亲代基本相同，而又不完全相同，这就是遗传和变异的特性。可见遗传和变异是通过生殖实现的。综上所述，新陈代谢是生物体进行一切生命活动的基础。生物体的应激性、生长、发育和生殖都是在新陈代谢的基础上表现出来的生命现象；应激性是适应性的基础。新陈代谢是生物的最基本特征，是生物体进行一切生命活动的基础。
4.生长、发育的区别和联系
生长是指生物体或细胞的体积由小变大、数目增多，是一个数量性的变化过程。从新陈代谢的角度上看，同化作用大于异化作用，生物体有物质和能量的积累，表现为长大；从生物体的结构上分析，主要是细胞数目的增多和体积变大，生物体的生长过程中通常伴随着发育过程的细胞分化和形态的变化。
发育是生物体的结构和功能发生由简单到复杂的一系列变化的过程，最终成为一个成熟的个体。从整个生物个体来说，是基因逐步表达的过程，是一个阶段性变化的过程。发育过程有特定的顺序，不能逆转，直到发育成熟。生物体发育成熟后，就能够进行生殖，产生后代，以保证种族的延续。发育的细胞学基础是细胞的分裂和分化。
简单地说，生长是生物体积的增大，发育则是组织、器官等的分化及个体成熟的过程。当然，生物体的生长和发育是密切联系的，生物的生长过程伴随着生物的发育过程，生长的“量变”是发育的“质变”的基础。
特别提示
生物的基本特征中，哪一特征不是生物个体的生存所必需的？
提示：生殖是物种延续的基础，而不是个体生存的必需。
5.氨基酸、多肽、肽键及蛋白质
构成蛋白质的氨基酸的种类大约有20种，分析氨基酸的结构通式可知，不同的氨基酸取决于R基的结构不同，当有的氨基酸含有多个氨基（—NH2）或多个羧基（—COOH）时，除了一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上外，其余的（氨基、羧基）都在R基上。
当n个氨基酸缩合形成一条多肽链时，失去n－1分子水，形成n－1个肽键；同理n个氨基酸分子缩合成m条多肽链时，失去m－n个水分子，形成m－n个肽键，即失水数＝肽键数＝氨基酸总数一肽链数。因此，在核糖体上缩合形成肽链氨基酸时产生水，肽键是相邻的氨基酸分子缩合时形成的一个特殊的化学键，表示为（—NH—CO—）。
氨基酸缩合成多肽时，相邻的氨基酸的氨基和羧基缩合形成肽键，因此形成的一条多肽链上至少有一个游离的氨基和一个游离的羧基，分别在肽链的两端。若一个氨基酸上有两个氨基或两个羧基，则多余的氨基和羧基在R基团上。
蛋白质是由肽链构成的，具有一定的空间立体结构，多肽具有一定的功能，但多肽不是蛋白质。关于蛋白质结构多样性的原因，理解时比较困难，可以通过分析“歌曲”的谱写情况（7个基本的音符可以谱写出无数的歌曲）来帮助理解。尽管构成蛋白质的氨基酸种类约20种，但是由于组成每种蛋白质分子的氨基酸种类不同，数目成百上千，排列次序变化多端，由氨基酸形成多肽的空间结构千差万别，这就决定了蛋白质分子结构的多样性。蛋白质结构的多样性决定了其功能的多样性。
温度、pH及其他因素可导致蛋白质空间结构破坏而使蛋白质变性，导致蛋白质功能丧失。蛋白质的水解则是破坏肽键，形成氨基酸的过程，此过程消耗水。
思考讨论
结构决定功能，这是学习生物学知识的一个规律。结合具体的实例来记忆蛋白质的多种功能。
提示：肌肉：构成动物体的成分；抗体：免疫功能；酶：催化功能；载体：运输功能。
6.关于病毒、类病毒和朊病毒
病毒不具有细胞结构，但含有蛋白质和核酸这两类组成生命的最基本的物质，其核酸只有DNA或只有RNA，这是区别于原核和真核生物的重要特征之一。可以说，凡是细胞构成的生物，其遗传物质一定是DNA，只有病毒的遗传物质是DNA或RNA。细胞是构成具有独立生命活动能力的生物所具有的结构，是生物体结构和功能的基本单位。类病毒是比病毒更简单的生物，其只含有核酸，无蛋白质；病毒、类病毒都属于专性寄生的生物，都没有细胞结构，都不能独立生活，必须寄生在活的细胞内，它们虽无细胞结构，但与其他生物一样具有一定的结构；朊病毒（例如疯牛病的病原体）只含蛋白质，不含核酸（有人认为含有小分子的核酸片段）。
典例剖析
【例1】（2002年上海，1）苍蝇、蚊子的后翅退化成平衡棒，可在飞行中保证身体稳定。决定这种特征出现的根本原因是
A.适应环境 B.新陈代谢
C.应激性 D.遗传变异
剖析：由题意可知，苍蝇、蚊子的后翅退化成平衡棒，这是一种变异现象，是由遗传物质改变所引起的变化，因而决定这一特征的根本原因是遗传和变异。
答案：D
【例2】 在生物学的研究过程中，一般经历下列过程
A.提出问题、进行实验、发现问题、解决问题、作出假设、验证假设、得出结论
B.进行实验、发现问题、提出问题、作出假设、验证假设、得出结论
C.发现问题、进行实验、提出问题、作出假设、验证假设、得出结论
D.发现问题、作出假设、进行实验、验证假设、得出结论
剖析：如同其他自然科学的发展一样，生物学的研究是针对生物方面发现的问题，然后作出一些猜想和假设，在此基础上通过实验验证，得出正确的结论。
答案：D
【例3】（2005年杭州市质量检测题）将蛋白质分子完全水解，检测所有氨基酸分子中的氨基和羧基，两者的数量关系可能是
A.相等 B.氨基多于羧基
C.氨基少于羧基 D.很难预测
剖析：组成生物体的氨基酸分子，至少含有一个氨基和一个羧基。不同氨基酸的R基上带有的氨基、羧基数量不确定。
答案：D
【例4】 现有1 000个氨基酸，其中氨基有1 020个，羧基有1 050个，则由此合成的4条肽链中共有肽键、氨基、羧基的数目是
A.996、1 016、1 046 B.996、4、4
C.996、24、54 D.996、1 016、1 046
剖析：在氨基酸分子的脱水缩合过程中，连在同一个C原子上的氨基和羧基，除了两端各留下一个氨基和羧基外，中间的都成为残基，而R基上的不变。由题目可知，R基上共有20个氨基，50个羧基，现加上4条链上剩下的4个氨基、4个羧基，分别有氨基和羧基24、54个。肽键数＝氨基酸数－肽链数＝1 000－4＝996个。
答案：C
【例5】（2005年南昌高三质量检测题）四瓶失去标签的无色透明的液体各装有：大肠杆菌超标的自来水；丙球蛋白（一种抗体）溶液；溶解着DNA分子的0.015 mol／L的NaCl溶液；葡萄糖溶液。依次利用下列哪组物质即可鉴别出来
①伊红—美蓝培养 ②双缩脲试剂 ③苏丹Ⅲ ④二苯胺 ⑤斐林试剂 ⑥碘液
A.②③④⑤ B.①④⑥⑤
C.①②③⑥ D.①②④⑤
剖析：大肠杆菌可用伊红—美蓝培养基来鉴别，蛋白质的鉴定用双缩脲试剂，DNA用二苯胺来鉴定，葡萄糖用斐林试剂来鉴定。苏丹Ⅲ能鉴定脂肪的存在，碘液是鉴定淀粉的试剂。
答案：D
【例6】（2004年天津市五区县高三期末考试）下图为某植物在不同时期的含水量、自由
水、结合水含量和呼吸速率。请据图回答下列问题：
（1）据图形分析温度与植物体内水分的关系如何 并解释原因。
（2）据图分析植物体内自由水与结合水的比值和新陈代谢的关系。
剖析：从横坐标分析，9～12月温度降低，而细胞中含水量曲线呈逐渐下降趋势。植物吸水的主要动力是蒸腾作用，随着温度降低，植物的蒸腾作用减弱，使植物体的水分减少，加上温度降低，使新陈代谢减弱，自由水与结合水的比例减小，植物的抗逆性增强。
答案：（1）随温度的下降，植物体内含水量下降，温度下降，蒸腾作用减小，植物吸水量减少，植物总含水量减少，在植物体内含有的水中。
（2）结合水相对增多，自由水相对减少，新陈代谢减弱。
【例7】（2004年湖南省株洲市高三年级质量统一检测）下图表示生物体内两大类有机物的组成及功能关系。其中C、D、E都是高分子化合物，A、B是组成它们的基本单位。请据图分析回答：
（1）A、B两种物质中共有的元素是________。
（2）在生物体内，A、B分别有________种和________种。
（3）C物质和D物质在组成和结构上有哪些不同 请说出三点。
（4）对于真核生物而言，“C→D”的过程在细胞的________中进行，“D→E”过程叫__________。
剖析：C→D→E说明C为DNA控制E蛋白质的合成，C→D为转录，D→E为翻译过程，分别在细胞核、细胞质中。A为核苷酸，B为氨基酸，构成的基本元素含有C、H、O、N。DNA与RNA相比，在基本单位（五碳糖、碱基）、空间结构、结构、功能等方面不同。
答案：（1）C、H、O、N （2）8 20 （3）①C（DNA）含脱氧核糖而D（RNA）含核糖；②C（DNA）含胸腺嘧啶而D（RNA）含尿嘧啶；③C（DNA）一般是双螺旋结构，D（RNA）是单链。（其他答案合理亦可） （4）细胞核 翻译
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●教学点睛
该部分内容在高考中占的分数不多，重点考查蛋白质、核酸的有关基础知识，如氨基酸缩合形成肽链的过程中所涉及的有关计算，初步理解核酸的分类及不同，多数题目和遗传变异等知识联系在一起进行考查。
建议复习2～3课时。每节课复习过程中要进行适当的例题分析。第1课时复习绪论，组成生物体的化学元素；第2课时复习组成生物体的化合物；第3课时进行巩固训练。
1.理解生物的基本特征，要注意联系实际进行分析。
学习“生物体具有共同的物质基础和结构基础”这一特征时，要抓住两点：一是从化学组成上分析生物体的基本组成物质是什么？二是从结构上分析生物体的基本单位是什么？可以联系初中讲的细胞及种子的成分来学习。细胞是由各种化学成分构成的。学习“生物体都有应激性”这一特征时，可以联系“反射”的概念，分清二者的异同点。
2.了解大量元素和微量元素的种类
明确组成生物体的六种化合物的种类、元素组成及主要功能。要理解其存在的形式和各自的主要功能；对四种有机物的学习要掌握化学元素组成、种类、在动植物体内的分布及其功能等。
3.明确蛋白质的组成元素、基本单位、分子结构特点及功能，理解蛋白质结构多样性的原因，并同DNA分子的多样性进行比较。联系具体实例记住蛋白质的功能。
复习时注意知识联系的观点，如元素→化合物→细胞之间的关系。
●拓展题例
【例1】（2005年湖南省株洲模拟题）下列几种物质最多可以构成几种三肽
A.43 B.53 C.34 D.35
剖析：根据氨基酸结构通式判断出前四种化合物为构成蛋白质的氨基酸，构成三肽的种数为43种。
答案：A
【例2】（太原市高三年级测评）下列各项功能中，与固醇类无直接关系的是
A.促进新陈代谢 B.促进肠道对钙的吸收作用
C.维持第二性征 D.降低血糖浓度
剖析：固醇类属于脂质，主要有维生素D（促进肠道对钙的吸收）、胆固醇（促进新陈代谢）、性激素（维持第二性征），降低血糖浓度是胰岛素的功能，而胰岛素的化学成分是蛋白质。
答案：D
【例3】 若对离体的心肌细胞施用某种毒素，心肌细胞对Ca2+吸收量明显减少，K+、C6H12O6吸收量却不受影响。这种毒素的作用是
A.抑制呼吸酶的活性 B.抑制Ca2+载体的活动
C.改变细胞膜的结构 D.改变细胞膜两侧的Ca2+浓度
剖析：主动运输的条件是载体和能量，该毒素不是抑制ATP的产生来抑制主动运输，则从载体专一性考查，该毒素能选择性抑制Ca2+载体的活动，从而抑制Ca2+的运输，对其他离子或分子的运输并不影响。
答案：B
【例4】 “满园春色关不住，一枝红杏出墙来。”这是我国唐代的脍炙人口的著名诗句，试从生物学的角度分析“红杏出墙”现象。
（1）“红杏出墙”是受墙外阳光刺激引起的，从这个意义上讲红杏出墙属于________。
（2）“红杏出墙”一方面是为了多争取阳光，以利于自身的生命活动；另一方面，“红杏出墙”为墙外平添了一道亮丽的风景，这反映了生物_________________________________的特性。
（3）“红杏出墙”争取阳光是红杏世代相传的性状，这反映了生物具有的________特性。
（4）红杏伸出墙外，开花结果，这反映了生物具有________的特性。
（5）“红杏出墙”反映的是以上各种生物待征，从本质上讲，是红杏具有的________作用决定的。
剖析：通过一种常见的自然现象，结合生物的基本特征，使学生对于生物的基本特征有从感性到理性的认识，从而能对课本的这一部分重点内容进行深入的理解和掌握。光照是引起植物向光性的刺激条件，内因是植物体内生长素的不平均分布，使植物细胞的伸长速度不同，同时又可以充分利用光能，体现出生物在长期的自然选择过程中形成的适应性。生物的形态结构特征都是由遗传物质来决定的，而新陈代谢是一切生命活动的基础。
答案：（1）应激性 （2）既能适应一定的环境，也能影响环境 （3）遗传 （4）生长、发育和生殖 （5）新陈代谢
●资料卡片
1.克隆技术
克隆是英语单词clone的音译，clone源于希腊文klon，原意是指幼苗或嫩枝以无性繁殖的方式繁殖出新一代植物体。随着时间的推移，克隆的内涵已经扩大了，只要是由1个细胞获得2个以上细胞、细胞群或生物体，或由1个亲本序列产生DNA序列，都是克隆；由此分化所得到的细胞、生物体就是克隆细胞、克隆体。克隆细胞与母本细胞的基因是完全相同的。
准确地说，克隆是指生物体通过体细胞进行的无性繁殖，以及由无性繁殖形成的基因型完全相同的后代个体组成的种群。
无性繁殖的方式在植物界是很常见的，但高等动物能不能进行无性繁殖，生物学家曾一度认为是不可能的。虽然每一个动物细胞中都含有该动物完整的遗传信息，但是这种信息却不能在成熟的体细胞中被解读，因为细胞已经特化了，只能产生乳腺组织，而不会产生其他的组织。“多利羊”的产生则改变了这种传统的认识。
“多利”的形成过程大体是这样的：先将一个A绵羊卵细胞中的遗传物质取出来，再从一头6岁的B母羊的身上取一个乳腺细胞，将其中遗传物质注入A羊的卵细胞中，这样就得到一个含有新遗传物质的卵细胞，经一定方法的处理，卵细胞分裂增殖，形成胚胎，然后植入C母羊的子宫内。随着母羊成功分娩，“多利”便来到这个世界上。
2.生物体都具有严整的结构
生物体都具有严整的结构，这是生物的基本特征之一。有一些生物极其微小，结构也极为简单，它们没有细胞结构，包括病毒、类病毒等。绝大多数生物具有细胞结构，以细胞作为其生命活动的基本单位，包括原核生物和真核生物，它们分别以原核细胞和真核细胞作为其结构和功能的基本单位，原核生物又包括支原体、立克次氏体、细菌、蓝藻、放线菌等。具有细胞结构的生物中，大部分为真核生物，包括所有的植物、动物、真菌等，其中的单细胞绿藻、单细胞的原生动物和单细胞的真菌都为真核单细胞生物。细胞的体积很小，肉眼一般不能看见，必须借助显微镜。在显微技术和电镜技术中常用的单位有微米（μm）、纳米（nm）等：
1米（m）=102厘米（cm）=106微米（μm）=109纳米（nm）。
真核细胞的直径通常在10～100 μm之间，有些细胞较大，如番茄、西瓜的果肉细胞直径可达1 mm；有些细胞很长，如棉花纤维细胞，长约15 cm；最大的细胞是鸵鸟的卵，其卵黄直径可达5 cm。
原核细胞的直径通常在1～10 μm，其中支原体是原核细胞中最小的，为0.1～0.25 μm，是最小的细胞；衣原体和立克次氏体的细胞直径介于支原体和细菌之间；大肠杆菌的直径约
1 μm，长约2 μm。
病毒是已知最微小的生活在细胞中的致病因子，它的大小在1～30 nm之间。
类病毒是比病毒更简单的新型植物病原体。
3.水在生物体内的作用
水是生命存在的环境条件，同时也是生活物质本身化学反应所必需的成分，水对于维持生物体的正常生理活动有着重要的意义，因此水是生物体不能缺少的物质。
（1）水是细胞内的良好溶剂：生物体内的大部分无机物及一些有机物，都能溶解于水。水是物质扩散的介质，也是酶活动的介质。细胞内的各种代谢过程，如营养物质的吸收、代谢废物的排出以及一切生物化学反应等，都必须在水溶液中才能进行。
（2）水的其他作用：①由于水分子的极性强，能使溶解于其中的许多种物质解离成离子，这样也就有利于体内化学反应的进行。②由于水溶液的流动性大，水在生物体内还起到运输物质的作用，将吸收来的营养物质运输到各个组织中去，并将组织中产生的废物运输到排泄器官，排出体外。③水的比热大，1 g水从15 ℃上升到16 ℃时需要4.18 J热量，比同量其他液体所需热量多，因而水能吸收较多的热而本身温度升高不多。水的蒸发较大，1 g水在37 ℃时完全蒸发需要吸热2.40 kJ，所以蒸发少量的汗就能散发大量的热。再加上水的流动性大，能随血液循环迅速分布全身，因此水对于维持生物体温度的稳定起很大作用。④水还有润滑作用。⑤对植物来说，水能保持植物的固有姿态。由于植物的液泡里含有大量的水分，因而可维持细胞的形态而使植物枝叶挺立，便于接受阳光和交换气体，保证正常的生长发育。⑥水对生物的生命活动起重要的调控作用。生物体内水的含量的多少以及水的存在状态的改变，都影响着新陈代谢的进行。一般情况下，代谢活跃时，生物体内的含水量在70%以上；含水量降低，则生命活动不活跃或进入休眠。当自由水向结合水转化较多时，代谢强度就会一直下降，抗寒、抗热、抗旱的性能提高。
4.糖类的分布和功能
糖类是生物体的基本营养物质和重要的组成成分，在自然界中分布极广，几乎所有的动物、植物、微生物的体内都有糖类，尤以植物体内最多，约占植物干重的80%。在植物体内，构成根、茎、叶骨架的主要成分是纤维素。在植物种子或果实里的主要储存物质，如淀粉、蔗糖、葡萄糖、果糖等都是糖类。在动物血液中的血细胞内，有葡萄糖或由葡萄糖结合成的多糖存在，在肝脏、肌肉里的多糖是糖元。人和动物的组织器官中所含的糖类，不超过身体干重的2%。微生物体内的含糖量占身体干重的10%～13%，其中有的糖呈游离状态，有的与蛋白质、脂肪结合成复杂的化合物。这些糖一般存在于细胞壁、黏液中，也有类似淀粉的多糖存在于细胞质中。
糖类的功能有以下几点：
（1）糖类是生物体的主要能源和碳源物质：糖类物质可以通过分解而放出能量，这是生命活动所必需的。糖类还可以为生物体合成其他化合物（如某些氨基酸、核苷酸、脂肪酸等）提供碳原子和碳链骨架，构成组织和细胞的成分。
（2）糖类与生物体的结构有关：纤维素和壳多糖都不溶于水，有平坦伸展的带状构象，堆砌得紧密，所以它们彼此之间的作用力很强，适于作强韧的结构材料。纤维素是植物细胞壁的主要成分。壳多糖是昆虫等生物体的外壳的主要成分。细菌的细胞壁由刚性的肽聚糖组成，它们保护着细胞膜免受机械力和渗透作用的损伤。细菌的细胞壁还使细菌具有特定的形状。
（3）糖类是储存的养料：糖类以颗粒状态储存于细胞中，如植物的淀粉、动物的肝脏和肌肉中的糖元。
（4）糖类是细胞通讯识别作用的基础：细胞表面可以识别其他细胞或分子，并接受它们携带的信息，同时细胞表面也可通过表面上的一些大分子来表示其本身的活性。细胞与细胞之间的相互作用，是通过一些细胞表面复合糖类中的糖和与其互补的大分子来完成的。
（5）糖类还有润滑保护作用：黏膜分泌的黏液中有黏稠的黏多糖，可以保护润滑的表面。关节腔的滑液中就含有黏多糖。
5.胰岛素
胰岛素是由胰岛中B细胞产生的一种小分子蛋白质激素，由51个氨基酸组成，相对分子质量为5 734。它含有两条链，A链本身还有一个二硫键。若把这些二硫键还原，胰岛素即失去活性。不同种属动物的胰岛素分子结构大致相同，在氨基酸组成方面略有差异。人和猪的胰岛素只有一个氨基酸不同，前者B链中的第30位为苏氨酸，后者B链中第30位为丙氨酸。
由于在用胰腺提取胰岛素过程中，胰腺的外分泌部腺泡组织中的胰蛋白酶会破坏胰岛素。所以直到1921年才从腺泡组织萎缩后的动物胰腺中提取出胰岛素。临床治疗糖尿病一般是用猪或牛胰腺提取物制成的胰岛素。我国的多位科学家共同研究，在世界上首次人工合成了结晶牛胰岛素，为人类研究生命奥秘作出新贡献。
胰岛素的功能是通过促进血糖形成糖元，加速血糖分解，来降低血糖的浓度；如果胰岛素分泌过多，血糖浓度降低很多，易患低血糖症；如果分泌过少，血糖浓度过高，易患糖尿病。
6.蛋白质的分子结构
蛋白质分子内各个原子之间相互的立体关系就是蛋白质分子的结构。通常将蛋白质的结构分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
（1）蛋白质的一级结构：又称为初级结构或化学结构，是指蛋白质分子中，由肽键连接起来的各种氨基酸的排列顺序。目前可以运用氨基酸自动分析仪和氨基酸顺序自动分析仪对蛋白质的一级结构进行测定。
（2）蛋白质的二级结构：是指蛋白质分子中多肽链本身的折叠方式。蛋白质分子的多肽链部分卷曲盘旋成螺旋状（一般呈现所谓α-螺旋），或折叠成片层状（β-折叠），或呈β-回折（发夹回折、U形转折），或呈无规则卷曲。蛋白质的二级结构主要依靠氢键来维持结构的稳定性。
（3）蛋白质的三级结构：具有二级结构的肽链，经一定的方式再进一步卷曲、盘绕、折叠成一种看来很不规则，而实际上有一定规律性的三维空间结构，叫做三级结构。这些肽链之所以会卷曲、盘绕、折叠，主要是因为肽链的氨基酸侧链之间的相互作用。
（4）蛋白质的四级结构：具有三级结构的蛋白质分子，通过一些非共价键结合起来，而成为具有生物功能的蛋白质大分子，就是蛋白质的四级结构。构成功能单位的每条肽链，称为亚基。亚基虽然有二、三级结构，但是单独存在时没有生物活力。例如，血红蛋白是由四个不同的亚基构成的，谷氨酸脱氢酶是由六个相同的亚基构成的。有些蛋白质分子只有一、二、三级结构，并无四级结构，如细胞色素C、核糖核酸酶、溶解酶等。另一些蛋白质，则一、二、三、四级结构同时存在，如血红蛋白、谷氨酸脱氢酶等。
蛋白质的主要理化性质：
①两性：因为蛋白质是α-氨基酸通过肽键构成的高分子化合物，分子内存在—NH2和
—COOH，所以蛋白质具有酸碱两性。
②盐析：由于蛋白质分子的直径达到了胶体粒子的大小，所以蛋白质溶液是胶体。加入浓的无机盐溶液可以使蛋白质从溶液中沉淀出来，这个过程叫做盐析。盐析作用主要破坏蛋白质的水化层，所以当盐析沉淀出的蛋白质重新用水处理时，沉淀重新溶解，性质不变。所以盐析是可逆反应。利用此法可以分离、提取蛋白质。
③变性和凝固：蛋白质分子在一定的物理或化学因素的影响下，其分子结构发生改变，从而改变蛋白质的性质，这个变化叫做蛋白质的变性；蛋白质变性后就失去了生理活性，也不再溶于水，从溶液中凝结沉淀出来，这个过程叫蛋白质的凝固。高温灭菌消毒就是利用加热使蛋白质凝固从而使细胞死亡。
④水解反应：蛋白质在酸、碱或酶的作用下，能生成一系列的中间产物，最后产生α-氨基酸。
⑤显色反应：蛋白质可以跟许多试剂发生颜色反应。例如分子中有苯环的蛋白质与硝酸作用时呈黄色。蛋白质与水合成茚三酮反应显紫色等。
意犹未尽
相信自己是一只雄鹰
一个人在高山之巅的鹰巢里，抓到了一只幼鹰，他把幼鹰带回家，养在鸡笼里。这只幼鹰和鸡一起啄食、嬉闹和休息。它以为自己是一只鸡。这只鹰渐渐长大，羽翼丰满了，主人想把它训练成猎鹰，可是由于终日和鸡混在一起，它已经变得和鸡完全一样，根本没有飞的愿望了。主人试了各种办法，都毫无效果，最后把它带到山顶上，一把将它扔了出去。这只鹰像块石头似的，直掉下去，慌乱之中它拼命地扑打翅膀，就这样，它终于飞了起来！
一语中的：磨练召唤成功的力量。
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二 生物的个体发育
知识梳理
疑难突破
1.被子植物的胚和胚乳
（1）来源
胚是由受精卵发育而来的，胚乳是由受精极核发育而来的。
多数双子叶植物的种子是无胚乳的，但这并不是说受精极核没有发育，而是胚在发育过程中，胚乳逐渐被胚吸收。在双子叶植物中也有有胚乳的，单子叶植物中也有无胚乳的，不能把单子叶植物种子与有胚乳种子、双子叶植物与无胚乳种子相等同。
思考讨论
种子的各部分分别是由什么结构发育而成的？
提示：珠被→种皮，受精卵→胚，受精极核→胚乳。
（2）发育的先后
对于一般高等植物来说，胚囊内的双受精完成后，受精卵都要进入时间或长或短的休眠状态（暂不分裂），而受精极核形成后不经过休眠马上进入细胞分裂状态，故受精极核先于受精卵的发育。胚乳发育过程中，不断地积累和储藏营养物质，胚乳形成后，正常发育着的胚若需要大量营养时，则通过胚柄下端的大型泡状细胞吸收胚乳中的营养物质。
（3）将来的发育
种子的胚是完整的且是活的，在适宜的温度、充足的水分和空气下种子就能萌发，逐渐长成幼苗，而胚中的胚芽将来发育成叶和茎，胚根发育成根，胚轴发育成连接根和茎的部位。在双子叶植物中子叶为种子的萌发提供物质，在单子叶植物中，为种子萌发提供物质的是胚乳，子叶起到转运物质的作用。
（4）染色体数目
（假定正常体细胞的染色体数目为2N），除了精子、卵细胞、极核（一个极核）内的染色体数目为N；除了受精极核及发育成的胚乳细胞染色体数目为3N，其余细胞中的染色体数目都为2N。
（5）基因型
除了受精卵及发育成的胚，其基因型是由一个卵细胞和一个精子组成；除了受精极核及发育成的胚乳细胞其基因型是由一个精子和两个极核组成外，其余细胞的基因型都和母体相同。例如：（♂）AAⅹaa（♀）的后代果实的种子中胚的基因型为Aa，胚乳的基因型为Aaa；若反交，胚基因型不变仍是Aa，而胚乳的基因型为AAa。掌握这个问题的关键是看两个极核的基因型，两个极核的基因型是相同的且和卵细胞的基因型也是相同的。
思考讨论
有人说：“两纯合体杂交，无论正交还是反交，产生种子各部分的基因型是相同的。”这种看法对吗？
提示：参见“疑难突破”。
2.个体发育、胚的发育和胚后发育
生物的个体发育是指受精卵经过细胞分裂、组织分化和器官的形成，直到发育成性成熟个体的过程。该过程可以分为两个阶段，即胚的发育和胚后发育。
（1）胚的发育
动物：受精卵发育成幼体的过程。如青蛙是从受精卵→蝌蚪。
被子植物：受精卵和受精极核在胚珠内发育成种子的过程（实质是受精卵发育成种子的胚）。
（2）胚后发育
动物：幼体从卵膜内孵化出来或从母体内生出→发育成性成熟个体的过程，在有些动物中是变态发育，如青蛙的蝌蚪发育成成蛙的过程；有些是不完全变态发育，如蝗虫的发育过程，有些是不变态发育，如牛、羊等。
被子植物：种子萌发后，经营养生长，发育成成体；再经生殖生长，发育成性成熟的个体的过程。
3.极核与极体、胚囊与囊胚之间的区别
极体是动物卵原细胞经减数分裂与卵细胞同时形成的子细胞，由于含细胞质少，缺乏营养物质，而不能发育，最终被母体吸收。一个卵原细胞产生的三个极体，有两个（由第一极体产生的）遗传物质相同，另一个与卵细胞内的遗传物质相同。极体、卵细胞所含染色体的数目均是本物种的一半。
极核是游离于被子植物胚囊中的两个核，与精子结合后形成受精极核，将来发育成胚乳，供幼胚发育所需要的营养物质。胚珠内一个大孢子母细胞经减数分裂产生一个大孢子，由大孢子经三次有丝分裂产生8个细胞（含有这8个细胞的结构叫胚囊），其中一个是卵细胞，两个是极核，所以两个极核与卵细胞的遗传物质是一样的，所含染色体的数目也均是本物种的一半。动物受精卵经卵裂形成有囊胚腔的胚叫囊胚。
思考讨论
极核和极体都是通过减数分裂产生的，对吗？为什么？
提示：参见“疑难突破”。
4.关于原肠胚
（1）原肠胚的特点：可以概括为一孔（胚孔），二腔（囊胚腔、原肠腔）、三胚层（外、中、内胚层）。
（2）两腔的变化趋势：囊胚腔逐渐缩小，最后退化；原肠腔逐渐变大，成为保留下来的唯一空腔，最后发育成消化道。
（3）三胚层的来源
外胚层由外包的动物极细胞形成；中胚层由内卷的动、植物极细胞形成，内胚层由内陷的植物极细胞形成。
（4）三胚层的分化情况
5.关于不同时期的营养供应问题
胚在形成过程中，所需营养由胚柄来提供；胚萌发成幼苗所需营养由子叶（多数双子叶植物）或胚乳（多数单子叶植物）提供；幼苗经营养生长、生殖生长成为性成熟植物个体的过程，所需营养由自身光合作用满足。
6.羊膜的进化意义
两栖动物还摆脱不了水的限制，两栖动物的生殖和发育（初期）必须在水中，直接依赖外界水环境，所以，两栖类动物不是真正的陆生脊椎动物。羊膜是从爬行动物开始出现的结构，羊膜内有充足的液体——羊水，保证了胚胎发育对水环境的要求，从而解除了个体发育中对外界水环境的依赖，羊膜为脊椎动物的完全陆生打下了基础，同时羊膜内的羊水能缓冲震荡，防止内部的胚胎出现机械损伤。
思考讨论
哪些动物具有羊膜？
提示：爬行类、鸟类和哺乳类动物。
典例剖析
【例1】 蛙的受精卵发育至原肠胚的过程中，发生的变化是
A.细胞的总面积与总体积的比值逐渐增大
B.细胞的数目增多，有机物含量增加
C.每个细胞的DNA含量不断增加，全能性增高
D.囊胚腔逐渐减小，形成原肠腔和羊膜
剖析：青蛙从受精卵发育到原肠胚的过程中，因为不从外界摄取营养物质，所以在此过程中，细胞数目不断增多，细胞的总面积与总体积的比值逐渐增大；由于营养物质的不断消耗，有机物的含量减少；每个细胞的DNA含量保持不变，细胞的全能性逐渐降低，细胞分化程度越来越高；青蛙属于两栖类动物，在胚胎发育过程中不会形成羊膜。
答案：A
【例2】（2005年连云港高三模拟题）中科院动物所和福州大熊猫研究中心合作，通过将大熊猫的细胞核植入去核后的兔子卵细胞中，在世界上最早克隆出一批大熊猫胚胎，这表明我国的大熊猫人工繁殖研究再次走在世界前列。下列有关克隆大熊猫胚胎的叙述中，错误的是
A.在形成早期胚胎的过程中，依次经历了卵裂、囊胚、原肠胚等几个阶段
B.兔子卵细胞质的作用是激发大熊猫细胞核的全能性
C.克隆出的早期胚胎中，各细胞间具有相同的遗传信息
D.在形成早期胚胎的过程中，尚未出现细胞的分化
剖析：在形成早期过程中，细胞已经开始分化，只是越早期的细胞分化程度越低，原肠胚以后，细胞分化达到高峰，以形成熊猫的各种器官和组织。在克隆大熊猫过程中，利用了熊猫卵细胞细胞质，就是因为卵细胞的细胞质含有有利于个体发育的机制，经此过程克隆出来的大熊猫，因其遗传物质来自体细胞，所以各细胞间有相同的遗传信息。
答案：D
【例3】 一只羊的卵细胞核被另一只羊的体细胞核置换后，这个卵细胞经过多次分裂，再植入第三只羊的子宫内发育，结果产下一只羊羔。这种克隆技术的用途不包括
A.有选择地繁殖某一性别的家畜 B.繁殖家畜中的优秀个体
C.用于保存物种 D.改变动物的基因型
剖析：利用体细胞克隆技术，可以有选择地繁殖某一性别的个体，或某一优良性状的个体，也可以用于挽救濒危物种，但因此过程是用体细胞繁殖后代，所繁殖的后代具有与亲本相同的遗传信息，不会改变动物的基因型。所以题目中的D选项是错误的。
答案：D
【例4】 下面图中所示为海胆受精卵最初两次分裂各分裂球的体积变化。图中纵轴是一个细胞体积的相对量，横轴的第一个箭头表示第一次分裂形成两个细胞的时期，第二个箭头表示第二次细胞分裂形成四个细胞的时期。能正确表示各分裂球的体积变化的是
剖析：受精卵分裂形成胚胎过程中，细胞数目不断增加，细胞体积越来越小，第一次分裂产生子细胞是受精卵细胞体积的一半，第二次分裂产生的子细胞又是第一代细胞的一半。
答案：A
【例5】 下图是某被子植物发育中的胚珠的模式图，请据图回答下列问题：
（1）填写下列数字所代表的结构名称：
①_____________________，②_____________________，③_______________________，④_______________________，⑤_______________________，⑥________________________，⑦_____________________。
（2）图中⑤是________经过几次分裂形成的；⑥是________经过多次分裂形成的；总的来看结构⑥与⑤最初是由__________发育来的。
（3）图中⑦发育为________，⑥与⑦一起发育成的结构组成双子叶植物的________。
（4）若此植物自花传粉，假设图中⑦的细胞中有20条染色体，则结构⑥的细胞中染色体数目是________条。
（5）若此植物异花传粉，则结构⑤⑥⑦的细胞含有完全相同的遗传信息最可能的是________的细胞。
剖析：解答本题的关键是明确植物个体发育中有关胚的发育、胚乳的发育、珠被的发育、子房壁的发育以及这些结构的细胞中的染色体最初来源。
答案：（1）子叶 胚芽 胚轴 胚根 胚柄 胚 珠被 （2）基细胞 顶细胞 受精卵 （3）种皮 种子 （4）20 （5）⑤和⑥
【例6】 胚胎发育的过程受细胞核和细胞质、胚胎各细胞群之间的相互作用的制约。下图是施佩曼的三个实验，请分析回答：
注：灰新月区是指蝾螈受精卵上的一个浅灰色的半月形区带，该区属于细胞质的一部分。（1）1928年，德国学者施佩曼做了一个实验：他用较细的婴儿头发将蝾螈的受精卵结扎成两个半球状，其中的一个半球中含灰新月区和细胞核，另一个不含这个区带。结果前者发育成了胚，后者则不能。即使后者含有细胞核，细胞也不能分化，只能发育成没有一定形状的团块。该实验说明了________________________________。
（2）施佩曼的第二个实验也是将受精卵结扎，两个半球都含灰新月区，但一个半球含细胞核，另一个半球不含细胞核。结果有细胞核的半球能够进行正常的卵裂，没有细胞核的则不能进行卵裂。在16个或32个细胞的时期，他让一个细胞核通过结扎处进入无核的半球，结果这个半球也开始卵裂，并且发育成了正常胚胎。该实验说明了_____________________，结合你所学的知识分析其原因是___________________________________________________。
（3）施佩曼的第三个实验：将原肠胚的胚孔背唇（能发育成脊索，而脊索上方的外胚层细胞则分化成神经组织）切下来，移植到另一个正常原肠胚的腹部。实验结果，移植物发育成第二条脊索，并且在移植物的上方出现了一条神经板，最后这个原肠胚发育成了一个双头怪物。该实验表明：在移植物的作用下，移植物周围的胚层____________________________
_______________________________________________________________________________。
（4）综合上述三个实验，可以推断____________________________________________。
剖析：第一组实验中，结扎的两部分的区别主要是细胞质中的新月区结构，在有这个结构并有细胞核的情况下，细胞才能进行正常细胞分裂和细胞分化；第二组实验中，结扎后形成的两组实验材料都有新月区，但有细胞核的部分能正常分裂和分化，没有细胞核的一部分则不能正常分裂和分化，证明了细胞的正常分裂和分化需要细胞核和细胞质共同的作用才能完成；第三组实验移植材料将发育成什么结构，即使移植到其他部位，此结构依然发育成它细胞核能控制的结构，而且这个发育过程还受到细胞质的影响。由以上三组实验，我们可以看到细胞核与细胞质在个体发育过程中是共同起作用的，但细胞核起主导作用。
答案：（1）灰新月区（细胞质）在胚胎正常发育过程中起着重要的作用 （2）在胚胎发育过程中细胞核起主导作用 细胞内的绝大部分基因位于细胞核内的染色体上，通过转录产生的mRNA进入细胞质，翻译成各种蛋白质，从而决定个体发育的方向 （3）改变了原来的发育方向，发育成了神经组织以至整个头部 （4）细胞核在胚胎发育过程中起主导作用，但是细胞核的活动要受到细胞质的调节和制约；胚胎各细胞群之间的相互作用也会影响胚胎发育的过程
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●教学点睛
本部分安排3课时。
第1课时：结合初中学习的单子叶植物、双子叶植物种子的组成情况，首先复习其结构及作用，其次结合初中植物学、大学教材中有关精子、卵细胞的形成过程，帮助学生弄清楚一个花粉粒含有的两个精子为什么基因型完全相同？为什么胚囊中的8个细胞的基因型相同？具体地说，为什么一个胚囊中的卵细胞和极核的基因型必须相同？胚珠的结构如何？是如何发育成种子的？我们可以通过以下图解来进行归纳：
对于单子叶植物和双子叶植物我们可以玉米和荠菜为例设计成表格进行比较复习：
项目 玉米 荠菜
种皮
胚 子叶
胚芽
胚轴
胚根
胚乳
被子植物发育的大致过程：
第2课时：选用、制作多媒体课件（可从中小学教育网www.k12.）等网站上寻找相关的课件），清楚地展现出动、植物胚发育的动态过程，从而使学生加深对发育过程的理解与掌握。然后用文字和箭头，用图解的形式引导学生归纳出植物胚的发育、胚乳的发育；动物胚的发育、胚后发育的大致过程。
对于该部分内容，我们可以归纳成如下图解进行理解与掌握：
（1）胚的发育（以荠菜为例）
（2）动物的个体发育
第3课时：可针对本部分的知识进行强化训练，反馈矫正。
●拓展题例
【例1】 一颗饱满的花生中有两粒种子，则此花生的形成所需要的子房、胚珠和至少的花粉粒分别是
A.2、2、4 B.1、1、2 C.1、2、2 D.1、2、4
剖析：一颗花生是一个果实，此果实由一个子房发育而成，子房中有多少个胚珠就可形成多少个种子。花生壳是果皮，由子房壁发育而成；种子由胚珠发育而来，一个胚珠可发育成一粒种子，花生果实中有两粒种子，就需要两个胚珠。花生是被子植物，进行双受精作用，一个精子与一个卵细胞结合成的受精卵发育成胚，一个精子与两个极核结合成的受精极核发育成胚乳，一颗花粉粒可萌发形成一个花粉管，其中有两个精子，故一粒种子的形成至少需要一粒花粉粒，而二粒种子的形成则需要二粒花粉粒。
答案：C
【例2】 种子萌发时，储藏物质发生水解作用过程中，活性最高的酶是
①脂肪酶 ②淀粉酶 ③蛋白酶 ④转氨酶 ⑤过氧化酶 ⑥蔗糖酶
A.①②③ B.②④⑤ C.④⑤⑥ D.①③⑤
剖析：种子萌发时，其内部的物质转变是初中生物教材所阐述的内容。根据初中生物学知识，种子萌发时，需要将大分子有机物转变成小分子有机物，才能被胚所利用。
答案：A
【例3】 玉米胚乳的发育过程是
A.极核→受精极核→游离胚乳核→胚乳细胞→胚乳
B.受精极核→胚乳细胞→游离胚乳核→胚乳
C.受精极核→游离胚乳核→胚乳细胞→胚乳
D.游离胚乳核→受精极核→胚乳细胞→胚乳
剖析：被子植物具有特殊的双受精现象，一个精子与一个卵细胞受精形成受精卵，另一个精子与两个极核受精形成受精极核。胚乳是由受精极核发育而来的，而不是从极核开始的，故选项A是错误的。受精极核形成后，随即进行细胞分裂，但其分裂过程与一般的细胞分裂过程不同，不是形成一个一个的完整细胞，而是先形成许多游离的胚乳核，然后再形成胚乳细胞，最后所有胚乳细胞构成胚乳这一组织。
答案：C
【例4】（2000年广东，12）人的汗腺细胞来自胚胎时期的
A.外胚层 B.内胚层 C.囊胚腔 D.中胚层
剖析：在生物的胚胎发育过程中，外胚层发育成神经系统和感觉器官、表皮及附属结构。汗腺细胞属于皮肤的附属结构。内胚层发育成消化系统、呼吸系统的黏膜上皮及肝脏、胰腺等。中胚层发育成骨骼、肌肉系统、循环系统等。
答案：A
●资料卡片
1.植物原生质体培养
植物细胞与动物细胞不同，它的外缘通常是一层坚固的细胞壁。原生质体是指“通过质壁分离分开的那部分物质”，或是一个为质膜所包围的“裸露细胞”。
植物原生质体虽然没有细胞壁，但仍然进行植物细胞的各种基本生命活动，如蛋白质和核酸合成、光合作用、呼吸作用、通过质膜的物质交换等，这样就非常有利于探讨许多细胞生理问题。更重要的是，植物原生质体在离体培养条件下能够再生细胞壁，继续生长和分裂，形成愈伤组织，经诱导分化再生成完整植株。即实现从原生质体到完整植株的克隆。
利用原生质体克隆实质上是利用了植物原生质体仍然保持着细胞的“全能性”的特性。这就给高等植物细胞工程和基因工程的发展提供了诱人的远景。
植物细胞壁的主要成分是纤维素，还有半纤维素、果胶质和少量的蛋白质等。在植物原生质体克隆的过程中让人头疼的是，不同植物和同一植物不同组织的细胞，其细胞壁结构和组分可以有所不同。
为了要得到一致的原生质体，还需要选取适合的制造植物原生质体的材料。用自然条件下生长的植株作材料，效果常不理想。为此，人们采用了从人工培养的植物细胞中得到原生质体的方法。为了便于控制生长，逐步发展用幼苗为起源材料，取用其种子、根、子叶和下胚轴，用幼苗为材料制备原生质体对一些木本植物如松柏等特别有用。还有用悬浮培养细胞制备原生质体。用培养的细胞系作材料的好处是不需表面灭菌。但悬浮细胞系常常容易产生大小不均、程度不同的细胞，如有可能应当通过各种途径形成同步化程度较高的细胞系。
为了要获得原生质体就必须设法除去细胞壁，但又要不影响原生质体的活力。人们尝试了各种去除植物细胞壁来制备原生质体的方法。目前主要用到的是机械法和酶解法。所谓机械法，实际上是对植物细胞进行残酷的切割术，将细胞放在高渗的糖溶液或盐溶液中，使之发生质壁分离，原生质体就收缩成球形，然后切开细胞壁就能够得到原生质体。所谓酶解法实际上是用各种酶破解植物细胞的细胞壁，从而得到原生质体。这些酶包括纤维素酶、纤维素二糖酶、葡聚糖酶、果胶酶、磷脂酶、核酸酶、溶菌酶等。
2.植物组织培养（plant tissue culture）
植物组织培养指植物的离体部分（包括任何器官、组织、细胞或原生质体），在人工控制的培养基及环境条件（温度及光照）下，得以生长和分化的一种无菌培养技术。该词最早仅局限用于离体部分增殖形成愈伤组织，现在一般通用于所有类型的植物无菌培养技术。包括：幼苗及较大的植株的培养（植物培养）、离体器官的培养（器官培养）、成熟或未成熟的胚胎的离体培养（胚胎培养）、离体部分增殖形成愈伤组织的培养（愈伤组织培养，即狭义的组织培养）、离体花药的培养（花药培养）、能保持较好分散性的离体细胞或很小的细胞团的液体培养（悬浮培养）、对脱壁的裸露细胞即原生质体的培养（原生质体培养）等。由于培养的部分是离体的，不受体内其他部分干扰，并给以特定的条件，因此，该技术可作为一种手段，研究生长发育和分化的规律。在生产实践中，已用于有经济价值的植物的快速繁殖、培养无病毒植株（分生组织一般不受病毒侵染，故可用茎尖培养产生无病毒植株，如马铃薯）、药用植物和其他有价值的天然产物的工厂化生产以及育种工作等方面。
3.试管育苗
迄今，全世界已有1 000多种植物的细胞培养或组织培养获得了植株，其中已有大批的农作物和花卉树木的培养技术进入了实用化，形成了商品化苗木输出工业。由于细胞培养和组织培养的过程一般是在玻璃试管中进行的，于是，由此而得的苗木被人们称为试管苗。
试管育苗也要经过一定的程序，首先是获取无菌的试管育苗的材料，然后诱导其在培养基上生长；其次，要实现育苗的继代繁殖，通过繁殖途径的选择、最适继代间隔时间的选择、培养基的选择予以完成。然后是生根成苗。根据试管无根苗的大小，采用降低盐浓度的配方，或是添加适量生长素的方法予以完成。最后，就是将育成的苗移栽成活。
采用试管苗的无性繁殖法具有巨大的优势，可以使得植株快速、大量的繁殖。对试管树苗而言，一位加拿大植物学家认为：“在1加仑的培养基里，培养单个的植物细胞，可以培育出300万株优良品种的云杉植株来。”美国宾夕法尼亚州立大学园艺学家认为，利用植物细胞和组织培养技术培养植物不但可行而且有利。它的好处是：可以避免用种子繁殖时发生的后代变异；可以得到无病害的植物，并且繁殖迅速，一年之内能生产数十万株植物。特别是木本植物繁育周期长，从种子到下一代，往往需要几年，甚至几十年，如果用试管育苗的办法，对于缩短育种时间和保持植物优质将起到明显的作用。
这里特别要提出的是发根的试管育苗。许多双子叶植物受到发根土壤杆菌感染后形成发根。和根瘤土壤杆菌感染引起根瘤一样，发根土壤杆菌引起病态表现型是由于诱导成根的杆菌质粒部分整合于植物染色体上，并调节了细胞内源激素的合成，从而使不定根在受伤部位丛生，发根经抗生素处理，可以成为无菌的培养，发根表现型可以在这种培养基上稳定下来，而且发根生长远比正常根快。
目前试管育苗在许多方面得到了广泛的应用，首先是植物优良品种或稀有珍贵品种的快速繁殖。而这些树种用常规的种子繁殖或扦插繁殖均是比较困难、速度极慢的。许多国家利用试管育苗技术达到了快速繁殖珍贵树种的目的。
其次，用此技术繁殖植物，可避免病毒感染及其他污染。如已大面积推广应用的无病毒马铃薯种薯繁殖技术，已获得巨大经济效益。在花卉繁育上，现在也大量采用组织培养法，由此而产生的无病毒试管花卉，已成为世界上花卉生产的主要发展方向。
再者，用试管苗技术繁殖农作物，可节省大量用于制种的作物。例如，在甘蔗生产上，每公顷土地用于做种的甘蔗需要7 500～15 000 kg，如果大面积推广试管苗，则相当于每公顷土地增产7 500～15 000 kg，效益相当可观。
试管育苗技术的发展极快，现在世界各地已有大量试管育苗工厂，尤其在花卉的生产上，形成了所谓的试管花卉工业，试管育苗技术与现代化设备与自动化管理技术的结合，将使种植业的可控程度大大提高。
试管育苗作为一种新技术，一旦为从事遗传、育种、栽培、园艺、林业、农业的科研工作者与生产者所掌握，无疑将会发挥巨大的作用。然而过高的成本，费工费时的操作与管理，对操作者的技术与经验的较高要求，均妨碍了该项新技术优势的发挥，致使目前用试管育苗生产的植物仅有兰花、康乃馨、草莓、山楂、葡萄、菠萝、甘蔗、马铃薯等几十种植物，其他植物的应用有待方法的完善与开发。因此，可以说，试管育苗尚处于开发与应用推广同时并进的阶段。
目前的植物克隆技术的发展方向是与植物的基因工程相结合，以达到快速繁殖、改良品种的目的。近年来，由于通过基因工程克隆了大量有用产物的基因，特别是干扰素、胰岛素等药物已达到工业化生产的规模，植物学科受到前所未有的震动，许多生物学家和生物化学家着手开始基因工程研究，试图按人们的需要来定向地改良作物。如将抗病、抗虫、抗盐碱的基因或增强农作物光合作用的基因导入一些重要作物中，并通过植物克隆来扩增所获得的具有优良性状的植株，从而尽快应用于生产中产生经济效益。目前已有抗虫棉、抗病毒的烟草用于实验，引起了各方的广泛关注。
4.一年可繁殖150头牛犊的种牛
看到这个题目时，你可能要问，一般一头母牛每年只能生一胎，每胎只生一头牛犊，怎么可能一年生150头牛犊呢？
事实上，一头种牛不仅可以一年繁殖150头或更多，而且还能使所有的牛犊一模一样呢！这原来是畜牧胚胎工程的研究成果。
提到胚胎工程，还得从“试管动物”谈起。在有性繁殖的世界里，生命都是在雌性体内从精子与卵子结合的受精卵开始的。在1878年，科学家们用哺乳动物的精子和卵子在体外（试管内）进行受精获得成功。目前，人们已能熟练地运用体外受精技术，取得许多动物的受精卵，然后再把受精卵移植到受体动物的子宫内，其所产幼仔就被称作“试管动物”。这一技术，对探索生命现象的奥秘，进行优良种畜繁殖，保护珍贵野生动物，以及治疗人类的不孕症等方面都有重要意义。
世界上首例“试管动物”是一只“试管小兔”。它是在1951年由我国的张明觉等人培育成功的。他们经过长期研究发现，有的精子在雌性生殖道中停留一段时间，并在形态和生物化学方面会发生一系列变化，也只有这种发生变化的精子才具有与卵子结合的能力。正是这一发现才使得体外受精技术进入一个划时代的发展时期。从那以后，鼠、猫、狗、猴、牛、羊、猪、兔以及人的体外受精相继获得成功，并成功地获得了10多种“试管动物”。
1980年，美国的波尔格用卵细胞体外受精，培育出“试管牛”。1983年前苏联遗传繁殖专家通过对牛的卵细胞进行体外培养、体外受精，培育出正常的“试管牛”。我国的该项研究，在“文化大革命”结束后，又重新获得新生。1986年，获得了“试管兔”；1988年成功获得“试管婴儿”；1989年，获得“试管羊”和“试管奶牛”；1990年，又获得“试管猪”和“试管山羊”。为了解决胚胎移植的时间和空间的限制问题，人们又将“胚胎冷冻”技术应用于“试管动物”的生产。“冷冻技术”使受精卵的移植不再受母体性周期一致的时间限制。同时，还使受精卵的移植打破了国际间的限制，可以远距离运输，为在世界范围内推广优良牲畜品种创造了条件，也促进了胚胎移植技术的产业化。
1982年，日本的铃木科长成功地创造了一种冷冻受精卵移植技术。他将冷冻的受精卵置于直径2.5 mm、长10 cm的杆状塑料管中。移植时将塑料管从冷藏器中取出，放在热水中融解，用手指尖轻弹管壁，即可完成移植。
我国1982年首先在绵羊上利用冷冻胚胎移植成功。以后在家兔、山羊等家畜上，也获得了成功。1986～1990年，我国的科技人员将安哥拉兔胚胎移植到普通家兔体内，获得纯种安哥拉兔2 369只，取得了可喜的经济效益和社会效益。
现在，由于冷冻胚胎技术的发展，全世界每年仅通过胚胎移植生产的牛就达20万～
30万头，大大推动了畜牧业的发展。
胚胎分割技术的发展，又使“试管动物”技术向前迈进了一大步。胚胎分割可以成倍地增加胚胎数量，有利于良种扩增，可培养出具有相同遗传特性的同卵孪生动物。这些孪生动物，是药物学、医学、生物学研究的理想动物，对进一步深入研究胚胎单个卵裂球的发育能力及其全能性、间接控制牲畜性别、后裔的测定等，都有重要意义。
1970年，首次应用胚胎分割技术获得了同卵孪生小鼠。1974年，日本科学家用胚胎切割技术，将胚胎切成两份，分别植入母羊的子宫内，获得了两只胚胎绵羊。以后，又获得了同卵双生牛犊，同卵四生羔羊，同卵五生羔羊。后来，又在兔、马、猪等动物上获得了成功。试想，利用分割技术将胚胎一分二，二分四，四分八……最后分成150份至200份，还不容易吗？现在，科学家们已利用胚胎工程技术，使一头优良的种牛一年繁殖150头小牛了。现在，你该知道一头种牛一年繁殖完全一样的150头牛的道理了吧！
但“试管动物”技术还在不断发展，科学家们还在继续努力进行更深入的研究。他们在想，如果在胚胎移植前就能知道动物的性别，就可以实现按人们预定的性别比例定向繁殖了。到那时，牛奶企业就可以根据需要多生产雌性“试管牛”，肉牛企业也可以只生产雄性牛犊。需要公梅花鹿鹿茸和公麝鼠麝香的养殖场，也就可以按需要繁殖了。可喜的是，科学家已经取得了巨大的进步，有的已开始进入应用阶段。
5.人类胚胎干细胞研究
你知道做个“零件”“修补”人体的神话吗？胚胎干细胞就能“制造”这种“零件”。胚胎干细胞是指早期胚胎细胞，即受精卵分裂至16～32个细胞时期的胚胎细胞。此时若将细胞分开，每个细胞都可发育成一个完整的胚胎，所以，细胞生物学家称这种细胞是全能细胞。胚胎干细胞可以发育成机体的各种类型的组织或组胞，用于“修补”身体。
动物实验证明这种“治疗性克隆”前景灿烂。当前，科学家们正试图利用胚胎干细胞的“可塑性”来治疗各种细胞退化性疾病。假如有人患糖尿病、进行性老年性痴呆、严重的心力衰竭或其他疾病，只要从他身上任何部位取下一些体细胞，将体细胞的细胞核显微注射到去核的人卵细胞中，这种包含与病人完全相同的遗传物质的杂合卵细胞在体外培养发育成囊胚，从中分离出“人类胚胎干细胞”，体外诱导它们分化成胰岛细胞、神经元、心肌细胞等，将这些细胞移植到发病部位，修复病人的组织或器官，使病人免受病魔的煎熬。
胚胎干细胞还可用来研究人类生命起源中与胚胎发育有关的基因功能。这项研究被誉为引发医学革命的关键技术，为发育生物学、遗传学等基础研究提供了极好的实验模型，由于胚胎干细胞可经体外定向诱导分化成特定功能的细胞，提供给临床进行细胞替代治疗，很多疾病不再是难治之症，同时也可结合组织工程提供替代组织器官。这可解决可供移植的器官和组织奇缺的问题；由于移植细胞与病人的基因完全相同，不会产生排斥反应。
1999年美国等几个国家的科学家宣布，他们用不同的方法获得了具有无限增殖和全能分化潜力的人类胚胎干细胞，被国际自然科学学术权威机构评为“1999年世界十大科学突破”之一。
6.动物中胚层的形成
在动物发展史上，从扁形动物开始，在内外胚层之间又有了一个新胚层产生，称为中胚层，其形成方式主要有两种：
（1）终胚法（端细胞法）：植物性的一个细胞（中胚层端细胞）分裂成两个原始中胚层细胞，对称地排列在胚孔两侧的内、外胚层交界处（图A）。这两个细胞不断分裂，就在内外胚层之间形成了中胚层带（图B），这中胚层带的细胞之间出现的成对空隙，即体腔囊（图C）。体腔囊将来发育成体腔（图J）。
扁形动物、线形动物、环节动物、软体动物、节肢动物以及高等脊索动物，都以这种方式形成中胚层。
（2）体腔囊法：在原肠背部两侧，内胚层向外突出，形成了成对的体腔囊（图E）。体腔囊和内胚层脱离后，在内外胚层之间发育，形成中胚层（图F）。中胚层所包围的空腔就是体腔，体腔继续扩大时，体腔外侧的中胚层与外胚层合成体壁层，体腔内侧的中胚层和内胚层合成脏壁层（图J）。如以海星、海参、海胆为代表的棘皮动物等，即以此种方式形成中胚层。
意犹未尽
自己救自己
某人在屋檐下躲雨，看见观音正撑伞走过。这人说：“观音菩萨，普度一下众生吧，带我一段如何？”观音说：“我在雨里，你在檐下，而檐下无雨，你不需要我度。”这人立刻跳出檐下，站在雨中：“现在我也在雨中了，该度我了吧？”观音说：“你在雨中，我也在雨中，我不被淋，因为有伞；你被雨淋，因为无伞，所以不是我度自己，而是伞度我。你要想度，不必找我，请自找伞去！”说完便走了。第二天，这人遇到了难事，便去寺庙里求观音。走进庙里，才发现观音的像前也有一个人在拜，那个人长得和观音一模一样，丝毫不差。这人问：“你是观音吗？”那人答道：“我正是观音。”这人又问：“那你为何还拜自己？”观音笑道：“我也遇到了难事，但我知道，求人不如求己。”
一语中的：成功者自救。
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二 生态系统
知识梳理
概念：在一定的空间和时间内，在各种生物间及生物与无机环境间通过能量流动和物质循环而相互作用的自然系统。
疑难突破
1.怎样理解三大功能类群的关系及在生态系统中的地位
在生态系统的生物成分中，生产者、消费者、分解者被称为三大功能类群，这三大类群的关系如下图所示：
从图中可以看出，无机环境为生物成分提供物质和能量。生产者主要是指绿色植物，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。绿色植物同化的二氧化碳等物质，大约90％需经分解者的分解作用归还给无机环境，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。从理论上讲，无机环境、生产者和分解者是任何一个自我调节的生态系统必要的基本成分，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本成分。
2.生态系统的物质循环、能量流动及能量流动和物质循环的关系
（1）对于生态系统的物质循环的概念，要从以下四个方面理解：
①生态系统物质循环的范围是指地球上最大的生态系统——生物圈；
②所指的物质主要是指组成生物体的基本元素，而不是指由这些元素组成的糖类、脂肪和蛋白质等生物体内所特有的物质；
③所指的循环是指组成生物体的基本元素在生物群落与无机环境之间的往返运动，其中伴随着复杂的物质变化和能量转化，并不是物质的单纯移动；
④生态系统的物质循环离不开能量的驱动。
（2）理解能量流动几个要点（捕食链）：
①是从生产者固定了太阳能开始的；
②流动的路径是沿食物链上的营养级由低营养级向高营养级流动；
③流动的特点是逐级递减、不可循环；
④流动规律：由前一级传递到高一级的效率是10%～20%。因此，单一食物链中最多有五个营养级；
⑤能量流动是在捕食与被捕食过程中，通过同化作用和异化作用完成的。
（3）能量流动和物质循环的关系
生态系统的主要功能是进行能量流动和物质循环，且两大功能之间有明显的差别，又有必然的联系。
能量在生态系统内是单向流动的，在逐级流动中递减，因此，生态系统要不断地从外界获得能量，只有这样，生态系统的能量流动才能持续下去。物质循环则在生物群落与无机环境之间反复出现，循环流动。
生态系统的能量流动是随着物质循环而进行的。能量的固定、转移和释放，离不开物质的合成与分解。由此可见，能量流动和物质循环之间互为因果、相辅相成，具有不可分割的联系。
思考讨论
食物链有几种？请举例说明。提示：食物链有三种，即捕食链、寄生链、腐生链。如捕食链：生物之间通过捕食关系而形成的食物链。如草→兔→狐。寄生链：生物体内以寄生方式而形成的食物链。如牧草→草鼠→跳蚤→鼠疫细菌。腐生链：某些生物专以动植物遗体为食物而形成的食物链。如植物枯枝败叶→纤维分解细菌→氧化细菌。一般说来，三种食物链在不同类型的生态系统中几乎是同时存在的，它们各有侧重，相互配合，保证了能量流动在生态系统中的畅通。
4.生态原理的应用，如实验：设计并制作小生态瓶，观察生态系统的稳定性
本实验是一个设计类实验。通过设计、制作小生态瓶，掌握设计制作的基本原理，通过观察小生态瓶的稳定性，学习观察稳定性的方法。
（1）设计制作原理：小生态瓶中必须包括生态系统的四种成分，特别要注意必须有足够的分解者。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。生物之间要有合适的食物链结构，生物的数量不宜过多。小生态瓶必须是透明的，这样可保证生态瓶中有充足的太阳能，当然，小生态瓶一定要封闭。
（2）观察稳定性：通过观察植物、动物的生活情况，水质变化，基质变化等判断生态系统的稳定性。
（3）注意事项：①小生态瓶中虽然成分齐全，生产者、消费者和分解者之间可以进行能量流动和物质循环。但是由于生态瓶中的生态系统极为简单，自动调节能力极小，所以抵抗力稳定性极小，生态系统的稳定性极易破坏。因此，生态瓶只能保持一定时间的活性。
②外界的非生物因素极易影响生态瓶中生物。因此要注意生态瓶中水温不能过高，以免藻类死亡，影响能量流动和物质循环，导致实验失败。
典例剖析
【例1】 （2004年江苏，21）下列有关生态系统的叙述，错误的是
A.森林生态系统的种群密度和群落结构一般能够长期处于较稳定的状态
B.草原生态系统的种群密度和群落结构常常会发生剧烈的变化
C.农田生态系统总是朝着对人类有益的方向发展
D.整个地球上的海洋可以看作是一个巨大的生态系统
剖析：考查了不同生态系统特点，能力要求B。生态系统是指生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体。生态系统的范围可大可小。森林生态系统的动植物种类繁多，群落结构复杂，自动调节能力强，种群密度和群落结构能够长期处在较稳定的状态；草原生态系统的动植物种类要少得多，群落结构也不如前者复杂，在不同的季节或年份，降雨量很不均匀，因此，种群密度和群落结构常常发生剧烈变化；农田生态系统的动植物种类较少，群落结构单一，人们必须不断地从事播种、施肥、灌溉、除草和治虫等活动，才能够使农田生态系统朝着对人类有益的方向发展。
答案：C
【例2】 （2004年广东，19）下列生态系统中自动调节能力最强的是
A.温带阔叶林 B.热带雨林 C.寒带针叶林 D.温带草原
剖析：考查生态系统自动调节能力，能力要求B。生态系统自动调节能力的强弱，取决于该生态系统的营养结构，即生物的种类和数量，营养结构越复杂，自动调节能力就越强。在题目给出的4个生态系统中，热带雨林生态系统的营养结构最复杂，自动调节能力最强。
答案：B
【例3】 （2004年上海，24）森林枯枝落叶层中可发现多种生物，其中属于初级消费者的是
A.白蚁 B.蚯蚓 C.蜘蛛 D.蛇
剖析：考查生态系统中的营养级，能力要求B。在食物链中，初级消费者是植食性动物。在此题的选项中，蚯蚓是分解者，蛇和蜘蛛是肉食性动物，是次级消费者。白蚁是植食性动物，是初级消费者。
答案：A
【例4】 （2004年南京市高三第一次质量检测）请据图回答：
（1）该生态系统中主要成分是____________，细菌属于____________，共有捕食链__________条。
（2）大气中的N2主要通过____________进入植物体内。NH3可经____________（填生物名称）的作用，形成硝酸盐供植物利用，C在生物群落中的流动形式是____________。
（3）蛇占有的营养级是____________。若一种生物的全部同化量来自两种前一营养级的生物，且各占一半，那么蛇要净增重l kg，则最多需要消耗绿色植物____________ kg。
（4）若要增强该生态系统的稳定性，可采取的措施有__________________，理由是________________________________________。
剖析：图解表示了一个生态系统的组成及各成分间的关系。生态系统的主要组成部分是生产者和分解者。图中共有3条食物链：绿色植物→蝉→螳螂→黄雀→蛇、绿色植物→蝉→螳螂→蛇和绿色植物→蝉→黄雀→蛇，其中蛇占有2个不同的营养级。若蛇增重1 kg，则需消耗螳螂和黄雀各0.5 kg。根据能量流动的传递规律，消耗最多的绿色植物时的传递效率是10%，可计算出消耗绿色植物3 250 kg。大气中的N2进入生物群落的途径有三条：生物固氮、高能固氮和化工固氮，其中生物固氮是主要的固氮途径。土壤中的NH3经过硝化细菌的作用，形成硝酸盐供植物利用，C在生态系统中循环形式是CO2，在生物群落中的流动形式是含碳有机物。生态系统的稳定性取决于生态系统内生物的种类，生物种类越多，生态系统的抵抗力稳定性越高，反之越低。所以增加生态系统中生物的种类可提高生态系统的稳定性。
答案：（1）生产者（绿色植物） 分解者 3 （2）生物固氮 硝化细菌 含碳有机物
（3）第四、第五营养级 3 250 （4）增加生物的种类 生物的种类越多，生态系统的营养结构就越复杂，生态系统也就越稳定
【例5】 下面是有关生态关系的问题。
（1）下图是生态系统中碳循环示意图，图中“→”表示碳的流动方向。请回答：
①写出图中含有三个营养级的食物链：（用字母表示）
②在物质循环的过程中，同时伴随着____________。若生产者有5 000 kg，按能量最大传递效率计算，位于第三营养级的生物可增重__________kg。
③据测定，生产者在黑暗中每小时释放出44 mg的CO2，而在光照充足的条件下，每小时释放出32 mg的O2，则生产者每小时实际产生的O2量为____________mg。
（2）下图表示一生态系统中生物种类间的相互关系。图中各种类均生活在退潮后暴露出的岩石上，其中海藻、藤壶、贻贝和海葵固着于岩石表面，海星、石鳖和石槭则在岩石表面来回爬动找寻食物。图中的数字表示海星食物中各种类所占的比例（%）。
此生态系统中处于第三营养级的种类是______________________，两者既有捕食关系又有竞争关系的种类是______________________。
剖析：（1）据图可知，A代表生产者，B代表分解者，C代表二氧化碳，D、E代表各级消费者，所以食物链可表示为A→D→E。②5 000×0.2×0.2=200。③由光合作用反应式可知，6CO2～6O2，黑暗条件下，植物呼吸消耗的氧气量为x，6×32／x=6×44／44，x=32 mg。所以在光照充足的条件下，生产者每小时实际产生的氧气为32+32＝64 mg。（2）此小题考查识别食物链和食物网的相关知识，属于较容易题目，只要基础知识牢固，不难得出正确结论。
答案：（1）①A D E ②能量流动 200 ③64 （2）海星、荔枝螺、海葵 海星和荔枝螺
【例6】 （2004年江苏，33）在一个草原生态系统中，草是生产者，鼠是初级消费者。
（1）在“草→鼠”食物链中，若草通过光合作用产生了600 mL氧气，则能同时产生__________mol葡萄糖。鼠从中获得的能量至多相当于__________mol葡萄糖中所储存的能量。
（2）由于该生态系统鼠害日趋严重，故将黄鼬引入该生态系统以控制鼠害。调查表明鼠与黄鼬的数量变化如下表：
时间（年） 鼠种群数量（只） 黄鼬种群数量（只）
1 18 900 100
2 19 500 120
3 14 500 200
4 10 500 250
5 9 500 180
6 9 600 170
7 9 500 180
8 9 600 170
根据上表数据分析鼠和黄鼬种群数量的变动关系。
剖析：考查了生态系统的有关知识，能力要求C。（1）由光合作用的反应式：6CO2+12H2O C6H12O6+6O2+6H2O可知：产生了600 mol氧气可生成的葡萄糖是1×600÷6=100 mol。根据能量在生态系统中的传递规律10%～20%，最大传递效率为20%，而鼠在食物链中处于第二营养级，所以最多可获得的能量相当于100×20%=20 mol葡萄糖所含的能量。
（2）从表中可看出，第1、2年黄鼬的数量有所增加，但鼠的数量也增加；第3、4年黄鼬的数量大量增加，鼠因为天敌黄鼬的数量增加而数目减少；从第5年开始，黄鼬的数量保持在170～180只之间，数量相对稳定，而鼠数量也保持在9 500～9 600只之间，数量也相对稳定。
答案：（1）100 20 （2）第1、2年黄鼬的数量较少，鼠的数量仍在增加；第3、4年黄鼬的数量的大量增加导致鼠的数量减少；第5年开始黄鼬的数量和鼠的数量保持动态平衡。
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●教学点睛
1.生态系统的结构和功能是教材中的核心知识，内容丰富，与现实生活、生产联系密切，在高考中占重要的地位，命题的热点和趋势是：
①生态系统的概念和类型。如生态系统与生物群落的区别，森林生态系统、草原生态系统、农田生态系统、海洋生态系统和淡水生态系统的动植物种类的特点和群落结构的特点。
②生态系统的成分。如生态系统四种成分之间的关系，其中主要成分是生产者。
③食物链和食物网。如食物网中各种生物所处的营养级、各种生物之间的种间关系等。
④生态系统的能量流动。如能量流动是递减的，其原因是什么，以及有关传递效率的计算等。
⑤生态系统的物质循环。如碳循环的过程和特点，并注意物质循环与能量流动的关系。
⑥生态系统的稳定性。如生态系统的自动调节能力使生态系统具有抵抗力稳定性。
⑦联系实际分析自然现象。如温室效应的形成原因和解决途径，生态系统破坏造成的后果，环境污染对生态系统造成的破坏，提高生态系统稳定性的措施。此外还要根据生态系统自身的规律，确立正确的生态观。
2.复习时要注意结合教材编排特点
一是教材编排具有系统性，本节内容分别从生态系统的概念、结构、功能和稳定性四个层面阐明了生物与环境的关系，这样的编排使逻辑层次更清晰、知识体系更系统。二是知识呈现富有启发性，与旧教材比较，新教材注重了以大量事实和实际问题为依据，启迪学生思维，既符合从形象到抽象、从感性到理性的认知规律，又有利于培养学生获得新知识的能力。三是加强了实践活动，新教材增设了一个实习、一个研究性课题、一个课外读，体现了培养学生科学探究能力和实践能力的要求。四是课后复习题的调整，使之更接近水平考试和选拔考试。五是直观性和可读性强，主要表现在照片、插图、坐标图、表格等使有关知识更具体、真实。六是增强了弹性，本节正文中编排的阅读材料、小资料、旁栏思考题，可供学生自主选择思考，这与旧教材比较，弹性大大增加，为教师进行因材施教和学生的自主发展提供了空间，创造了条件。
在教学内容上要注意教材的变化。第一小节是《生态系统的概念和类型》，与旧教材相比，适当简化了各生态系统中的动植物的形态和生活习性特点的内容，增加了森林、草原、海洋生态系统在生物圈中的作用及与人类生产、生活的相互关系等内容，体现了生态系统的社会、经济、生态价值。第二小节是《生态系统的结构》，内容与旧教材近似，但配有两个旁栏思考题，有利于理解生态系统的结构。第三、四两小节内容属于生态系统的功能。在第三小节中采用详讲第一营养级、图示第二营养级、类推第三营养级的方法以减少重复，增加了“赛达伯格湖的能量流动图解”，从中总结出能量流动的特点，符合学生认知规律。第四小节《碳循环》内容中增加了人类活动对碳循环的影响（如“温室效应”），体现了理论联系实际的原则，两个旁栏思考题引导学生思维向纵深发展。第五小节《生态系统稳定性》是新增内容。用生态系统的稳定性（“抵抗力稳定性”和“恢复力稳定性”）代替了旧教材中的“生态平衡”，克服了旧教材认为“森林生态系统比草原生态系统稳定”的片面性，准确地说，应是前者抵抗力稳定性强，而恢复力稳定性弱。
3.复习目标要明确
（1）知识技能目标要依据大纲对知识的要求及学生实际而定。通过学习生态系统的稳定性及其保护等知识，树立可持续发展的观念，能够从生态学角度认识生物界的现象和规律，认识生物与环境的对立统一关系。能力培养目标主要体现在通过学习生态学基本概念、原理、规律，培养学生的自主学习能力，尤其是培养学生的分析、比较、归纳、综合等思维能力；通过表达不同内容的图表，如池塘生态系统图解，生产者、消费者和分解者，温带草原生态系统食物网简图，能量流经第二营养级示意图，赛达伯格湖的能量流动图解，某一个湖泊的能量金字塔、碳循环等，培养学生运用适当的表达形式准确描述一些生命现象的能力，并能够用简单的图表和数据描述生命特征的能力。
（2）依据新大纲指导本节教学。我们要依据新大纲确定教学要求、教学重点和难点；弄清认知层次间的关系及与重点知识的关系，使课堂教学的实际操作有章可循。
（3）倡导自主、探究的学习方式。教师要引导学生积极参与教学过程；要善于创设问题情境，并提出智力和能力问题；在给予学生充足的时间和空间条件下，多用谈话法、讨论法去开展教学工作。如学习“生态系统类型”时，可按照“自学→讨论→总结”的模式进行。探究学习是自主学习的核心，探究的方式多种多样，教学时不要将知识直接传授给学生，而是采用引导—探究策略，创设情境，着眼于把学生领进探究知识的过程中去，让学生通过自己的观察、思考去探究知识的形成，探寻探究的程序，体验知识的发生发展过程。如学习生态系统成分时，可按照“提出问题→观察几种不同控制条件下的‘生态缸’→分析探究→交流讨论+得出结论”的模式进行。在探究知识的过程中，要注意训练学生的思维，点拨思路和方法，帮助学生学会思考，培养学生勇于探索、仔细观察、勤于思考、实事求是、严谨求实的科学态度和精神，并使学生备感探究和成功的乐趣。
（4）重视相关知识的联系和比较。比较是形成知识结构的主要方法，由于本节有许多学生容易混淆的概念、特征、特点，它们之间既有区别又有联系，教学中要注意引导学生进行比较。如生态系统类型可从生物种类、群落结构的复杂程度、种群和群落动态等方面进行比较。
●拓展题例
【例1】 （2004年上海，12）当一条蛇捕食了一只青蛙后，从生态学角度看，下列叙述正确的是
A.完成了物质循环 B.蛇破坏了生态平衡
C.青蛙不能适应环境 D.青蛙的能量流向了蛇
剖析：考查生态系统中的能量流动，能力要求B。当一条蛇捕食了一只青蛙后，青蛙体内的部分能量就顺着食物链流到了下一个营养级。这个过程只是生态系统中物质循环的一部分，生态系统就是靠复杂的食物链和食物网来维持其稳定性，所以捕食关系不会破坏生态系统的稳定性。
答案：D
【例2】 1957年奥德姆对银泉水体生态系统的能量分析获得的数据列于下表中，根据该资料分析说明下列问题：
营养级 从上个营养级摄入能量数（kg／m2·a） 呼吸消耗能量数（kg／m2·a）
Ⅰ 501.1
Ⅱ 142.0 79.1
Ⅲ 15.9 13.2
Ⅳ 0.9 0.5
分解者 221.7 192.5
（1）该系统从第Ⅱ营养级到第Ⅲ营养级的能量传递效率是__________________。从第Ⅲ营养级到第Ⅳ营养级的能量传递效率为____________。
（2）已知生产者的呼吸量为其固定的太阳能总量的57.6％，生产者的总初级生产量为___________________。
（3）该系统能量沿着生产者—消费者结构的食物链营养级依次传递的平均效率约为__________%。
解析：生态系统中的能量传递效率一般为10％～20％，这是一个平均传递效率，在一个具体的食物链中，确切的能量传递效率要通过计算才能确定。能量传递效率的计算式为：能量传递效率＝×100％。
根据表中数据，从第Ⅱ营养级到第Ⅲ营养级的能量传递效率为：15.9/141.0×100％=11.3％。从第Ⅲ营养级到第Ⅳ营养级的能量传递效率为：0.9/15.9×100％＝5.7％。表中第Ⅰ营养级生物的能量未标出，但根据第（2）小题的信息，“生产者的呼吸量约为其固定的太阳能总量的57.6％，所以生产者的能量为：501.2/57.6%=870.1 kg/m2·a。计算在该食物链中能量传递的平均效率，设平均传递效率为x，则得计算式：870.1×x3=0.9，解得x≈0.1，所以平均传递效率约为10％。
答案：（1）11.3％ 5.7％ （2）870.1 kg／m2·a （3）10
【例3】 水族箱是一个人工生态系统，请运用已学知识说明水族箱的设计原因。
（1）水族箱至少有一面由透明材料制成，这是为什么？
（2）水族箱中应包括哪些生物类群？它们分别起什么作用？
（3）水族箱一般在较长时间内不需要喂食和通氧，请说明原因。
（4）应按照什么规律来设计水族箱中各类生物的数量？请说明理由。
（5）水族箱的生物之间，彼此有直接或间接的关系，通过这些关系构成的整体在生态学中称之为___________。
剖析：水族箱是一个人工生态系统，阳光是生态系统能量的最终来源。材料透明，为绿色植物提供光照；一个生态系统至少要有生产者和分解者，一般还有消费者；生产者利用光合作用制造有机物释放氧气，供消费者摄食和呼吸；消费者分解有机物，释放二氧化碳；二氧化碳供植物光合作用使用。各类生物的数量设计要充分考虑物质循环过程中的能量传递效率。
答案：（1）因为水族箱内的绿色植物需要光才能正常生活。（2）①生产者（水生绿色植物）：进行光合作用，把无机物合成有机物，并将光能转化成化学能储存在有机物中，为异养型生物提供物质和能量。②消费者（水生动物）：直接或间接地以水生绿色植物为食，获取自身生活所需要的物质和能量，并维持各种群间的平衡。③分解者（异养腐生生物）：以生产者和消费者的遗体或植物为食，在把有机物分解成无机物的过程中获得了自身生活所需要的物质和能量，实现系统内的物质循环。（3）绿色植物光合作用可释放氧气，为系统供氧，生产者为消费者提供食物，生产者和消费者同时为分解者提供食物，分解者又为生产者提供光合作用所需的无机物，生产者和消费者的细胞呼吸为生产者进行光合作用提供了二氧化碳，这样的物质循环可以维持较长时间。（4）应按照“十分之一定律”来设计，转为各个种群所具有的物质和能量，其90%为自身的消耗，只有10%可以被较高营养级的种群所利用，所以，此水族箱中绿色植物的数量应是植食性动物的10倍，植食性动物的数量应是肉食性动物的10倍。（5）生态系统
●资料卡片
1.全国农牧渔业丰收计划——三峡库区“猪—沼—果”庭院生态工程项目
三峡库区“猪—沼—果”庭院生态工程丰收计划项目在湖北省实施。其目的主要是为了减轻三峡库区生态脆弱与经济贫困的双重压力，促进三峡库区农村移民安置中“生产、生态、生活”的协调发展，通过沼气这一纽带，将庭院人、畜、禽粪便和生活有机垃圾进行净化处理，生产清洁的沼气能和有机肥。沼气能用于生活用能，减少森林砍伐和商品用能，有机肥返还果园，培肥地力，提高果品产量和品质。项目计划在三峡库区湖北宜昌、兴山和秭归等三县共实施2.1万户，解决项目区农民的生产和生活问题，同时保护和改善区域生态环境，基本实施经济效益、生态效益、社会效益三统一和生态系统良性循环。2000年，通过在宜昌、兴山、秭归等三县2.11万户实施该项目，取得了显著的效益。据调查统计，改建和新建省柴灶1.15万户，建沼气池1.07万口，出栏牲畜6.8万头。每年每户平均节约薪柴2 005 kg、减少化肥和农药投入167.7元。农户有机废弃物综合利用率达80％。柑橘等水果产量和质量都有明显提高，柑橘增收20％以上。每户平均庭院经济收入1 900元。项目进展顺利，已在2001年底完成。
2.生态入侵
生态入侵是指当不适当地引入一个物种后，对当地的生态系统造成破坏的行为。如在19世纪中叶，欧洲人把一种欧洲穴兔当作观赏动物带到澳大利亚，后从动物园逃脱后，进入澳大利亚的草原，由于没有天敌和气候适宜、食物丰富，这种欧洲穴兔的种群数量增长非常迅速，在短短的十年内就从澳大利亚的西海岸扩散到东海岸。在草原上与牛羊争食，泛滥成灾。再如在我国20世纪60年代为了发展养猪事业而引进的植物——水花生，是一种水陆两栖的植物，适应能力和竞争能力极强，是一种对农业生产构成很大压力的杂草。
在农林产品的国际贸易中，为了避免生物入侵事件的发生，减少对本地生态系统的威胁，各国的海关都设有动植物检疫站之类的机构，对进出口的农林产品都要进行严格的检疫，其目的就是要防止生物入侵。
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二 植物对水分的吸收和利用与矿质营养
知识梳理
疑难突破
1.理解吸胀吸水和渗透吸水
吸胀吸水是指细胞在形成液泡之前的主要吸水方式，其原理是吸胀作用。当大分子的淀粉粒和蛋白质等处于凝胶状态时，这些大分子之间有大大小小的缝隙。水分子会迅速地以扩散作用或毛细管作用等形式进入凝胶内部，具有极性的水分子与亲水凝胶结合起来，使其膨胀，这种现象叫吸胀作用。原生质凝胶吸胀作用的大小与该物质的亲水性大小有关，蛋白质、淀粉、纤维素的亲水性依次递减。因此大豆种子（含蛋白质多）比玉米种子（含蛋白质相对少）的吸胀作用要大。干燥的种子吸胀作用的力量相当大，人们用大豆等种子填入岩石裂缝中，灌水以后，大豆的吸胀力可使岩石崩裂；将大豆从枕骨大孔装入颅腔内，加水后利用大豆的吸胀作用可将头骨分开。
植物细胞形成液泡以后主要靠渗透作用吸水，这是因为成熟的植物细胞是一个渗透系统：①细胞膜和液泡膜（原生质层）是选择透过性膜；②细胞液和外界的土壤溶液有浓度差，细胞液就通过细胞膜和液泡膜与土壤溶液构成渗透系统，因而成熟的植物细胞主要靠渗透吸水。这两种吸水方式及其变化是考点之一。
思考讨论
种子在萌发过程中，吸水方式的变化是怎样的？
提示：种子在萌发初期吸收水分的方式为吸胀吸水，当长出幼根，形成液泡后，主要靠渗透吸水。
2.正确理解扩散与渗透的区别
物质从高浓度到低浓度的运动叫扩散。如气体从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，溶质分子在溶剂中的运动（如蔗糖放入清水后的运动）等。例如：下图甲、乙两个容器内都盛有清水，若把蔗糖（溶质分子）从甲图的A侧放入，过一段时间后，整个溶液成为一定浓度的蔗糖水溶液，这就是蔗糖在水中的扩散作用。乙装置中，在C处加一半透膜，再从A处放入蔗糖，则由于半透膜不允许蔗糖分子通过，使A—C侧溶液的浓度高，C—B侧溶液的浓度低，产生渗透压，由于水分子可以自由通过半透膜，水分子从C—B侧向A—C侧扩散得多，故一段时间后，A—C侧的液面上升（丙图），C—B侧的液面下降。水及其他溶剂分子通过半透膜的扩散叫渗透。由此我们可以看出，渗透与扩散的不同在于渗透必须有半透膜。据此，动物细胞的细胞膜亦是选择透过性膜，也可以发生渗透作用。
3.矿质元素与代谢过程
矿质元素也称为灰分元素，把植物体烘干充分燃烧，植物体中的碳、氢、氧、氮等元素以CO2、H2O、分子态氮和氮的氧化物等形式跑掉了，剩下的就是矿质元素。矿质元素以氧化物形式存于灰分中，因氮元素也是植物从土壤中以无机盐形式吸收来的，所以矿质元素是指除C、H、O以外的，由根吸收来的元素。矿质元素是否是植物的必需元素，需要做缺某种元素的栽培实验来证明。
矿质元素的吸收和利用也是重要考点，矿质元素的吸收原理是主动运输，因此该过程与根细胞的呼吸作用密切相关：根呼吸作用为矿质元素的吸收提供了ATP，因此，土壤板结等缺氧环境造成植物吸收矿质元素的能力下降，影响植物生长发育。
进入植物体内的矿质元素离子，因在细胞内的存在形式不同（离子状态、不稳定化合物状态、稳定化合物状态），记住N、P、K、Mg四种重复利用的元素，重复利用的矿质元素离子在植物生长过程中可以由衰老组织向幼嫩组织转移，不重复利用的矿质元素不能转移。因此要分清植物缺乏什么元素时，衰老组织和幼嫩两种组织谁先受到伤害的问题。
4.根吸收矿质元素离子与吸收水分的关系
这是两个显著不同又密切联系的生理过程。
首先，二者存在明显的差别。一是吸收方式不同：根细胞以渗透和扩散方式吸收水分，而吸收矿质元素离子则通过主动运输的方式。二是吸收动力不同：吸收水分的动力是蒸腾拉力和根细胞与环境之间的溶液浓度差构成的渗透压；吸收矿质元素离子的动力主要是根细胞呼吸作用产生的ATP、载体消耗能量做功。三是吸收数量与外界浓度的关系不同：能否从外界吸水是由细胞液与外界溶液的相对浓度决定的，当细胞液浓度高于外界溶液的浓度时细胞就吸水，反之则失水；而吸收矿质元素离子的多少，是由细胞膜上载体的种类和数量决定的，某种载体多，吸收它所运载的矿质元素离子就多，否则就少。
其次，两个吸收过程紧密联系，不可分割。一是吸收器官是相同的，即吸收的主要器官都是根，而且最活跃的部位均是成熟区的细胞（表皮细胞）。二是矿质元素离子一般先溶于水呈离子状态，以离子状态被吸收；而且矿质元素离子进入植物体后也是随着水分被运输到植物体的各个器官、组织。三是矿质元素离子被细胞吸收后，又会影响到细胞内外溶液的浓度，从而影响根细胞的吸水量。因此，根吸收矿质元素离子与吸收水分是两个相对独立的生理过程。
5.关于有机物和无机物的运输
植物体从土壤中吸收的水分和矿质元素是通过导管向上运输到植物的各个部分，其中运输的主要动力是植物的蒸腾作用。植物体光合作用制造的有机物主要通过筛管向下运输到植物的相应部位。
典例剖析
【例1】（2004年春季理综，2）下列关于植物水分代谢的叙述，正确的是
A.植物体内的水分散失都是通过气孔进行的
B.成熟区是植物根系吸收水分的主要部位
C.植物根系主要靠亲水性物质从外界大量吸水
D.植物根吸收的水分，大部分用于光合作用，小部分散失到体外
剖析：此题考查水分的吸收和散失情况。水分的吸收主要通过植物根尖的成熟区，通过渗透作用吸水，通过根系细胞的吸胀作用吸收少量的水分。植物体吸收的水分大部分通过蒸腾作用（通过叶片上的气孔）散失掉了，只有一小部分水分用于光合作用和呼吸作用等代谢活动。另外，还可以透过叶片边缘的水孔、角质蒸腾及以吐水的形式散失。
答案：B
【例2】（2004年全国理综Ⅰ，2）下列有关小麦根系吸收矿质元素的叙述，正确的是
A.根吸收矿质元素所需的ATP直接来源于光合作用
B.根吸收矿质元素所需的ATP直接来源于呼吸作用
C.根尖表皮细胞对各种矿质元素的吸收量相等
D.各种矿质元素进入根尖表皮细胞需要同一膜载体的协助
剖析：小麦根细胞无叶绿体，不能进行光合作用，所以根吸收矿质元素所需的ATP直接来源于呼吸作用。由于主动运输中的载体具有专一性，故根尖表皮细胞对矿质元素的吸收具有选择性，不同矿质元素的吸收量是不同的。
答案：B
【例3】（2004年全国理综Ⅳ，3）下列关于实验的描述，正确的是
A.将在蔗糖溶液中已发生质壁分离的洋葱表皮细胞转到更高浓度的蔗糖溶液中，则发生质壁分离复原
B.将斐林试剂加入到蔗糖溶液中，加热后出现砖红色沉淀
C.将肝脏研磨液煮沸冷却后，加入到过氧化氢溶液中立即出现大量气泡
D.将双缩脲试剂加入到蛋清稀释液中，溶液变成紫色
剖析：成熟的植物细胞吸水和失水主要取决于细胞内外溶液的浓度差，当细胞液浓度小于外界溶液的浓度时，细胞通过渗透作用失水，表现出质壁分离；当细胞液浓度大于外界溶液的浓度时，细胞吸水，发生质壁分离复原。所以要使已经发生质壁分离的细胞复原，必须将其放入低浓度的蔗糖溶液或清水中。
答案：D
【例4】（2004年上海，27）下图中正确表示水稻呼吸强度与K+吸收量关系的是
剖析：植物吸收钾离子是主动运输的过程，需要消耗呼吸作用为其提供的能量，所以植物对钾离子的吸收量随呼吸作用强度的增加而增加，当增加到一定程度，根细胞膜上运载钾离子的载体达到饱和，植物对钾离子的吸收将保持一个平衡值。
答案：C
【例5】（2005年桂林市模拟题）下图为植物无土栽培装置，请回答下列问题：
（1）在研究矿质元素X是否为该种植物所必需的实验中发现，培养在无X矿质元素的“完全营养液”中的该植物营养生长正常，只是其花粉管不能正常发育，对照组一切正常。实验结论是_____________________________________________________________________。
（2）人们发现，在通气状态下，植株单位时间内吸收的矿质营养量远远高于不通气状态，请简单解释其原因。
（3）如图所示，将叶片3置于放射性同位素标记的14CO2中数小时，然后将叶片1、2、3和组织4、5分别切下来检测，可以预期会在何种组织中测出放射性标记的有机物
（4）若镁营养不足，顶部新生叶片表现的颜色很可能是________。
（5）若想促使叶片2部位的侧芽迅速发育成侧枝，可以采用的措施是________________
_______________________________________________________________________________。
（6）若想在一段时间内使该植物尽快增加干物质的积累，可采取的3个措施是：
①_________________________________________________________________________；
②_________________________________________________________________________；
③_________________________________________________________________________。
剖析：（1）实验结论应该通过对实验过程及结果的分析对应实验目的得出相应结论。
（2）矿质元素的吸收与呼吸作用密切相关，正常情况下，有氧呼吸为主要供能途径，提供大量能量用于矿质元素的主动运输，无氧呼吸一方面供能少，另一方面会产生酒精毒害。
（3）叶片3合成放射性有机物，在数小时内可运输到植株其他部位。（4）Mg为可再利用元素，短期内，幼叶不会缺绿。（5）侧芽要萌发需去除顶端优势。（6）有机物积累与光合作用、呼吸作用差值有关。所以能提高光合作用强度而抑制呼吸作用的措施可增加物质积累。
答案：（1）矿质元素X是该植物的必需元素 （2）植物吸收矿质营养需要消耗的能量来自于根细胞的呼吸作用。通气与否直接影响植物根细胞的呼吸作用进而影响植物对矿质营养吸收。 （3）所有组织中。 （4）绿色 （5）摘掉顶芽 （6）①辅助人工光照延长光照时间 ②适当提高CO2浓度 ③适当降低夜间的温度在一定范围内增大昼夜温差 ④及时补充必需矿质营养 ⑤适当调整光照强度（答出3个即可）
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●教学点睛
本部分可安排2～3课时完成。
本部分知识主要分析植物吸水与失水的原理和矿质元素的吸收过程，教师可以通过提纲，联系化学知识和学生一起讨论、分析并弄清楚渗透与扩散的区别，分析成熟植物细胞的结构特点，明确植物细胞是一个渗透系统，根细胞吸收矿质元素离子的过程、矿质元素离子的吸收与呼吸作用的关系等有关问题，大约需要1课时的时间。
第二课时可安排学生实验，以教材中的实验为基础，进行实验设计，如设计一个实验验证某种植物细胞液的浓度（为了缩短实验时间，可将标本分别放入不同浓度的溶液中，一段时间后进行镜检），或实验分析。实验分析和实验设计题目可由教师自己编写或事先向学生征集，提高学生参与教学过程的积极性，从学生中选取具有一定代表性的实验设计，同学生一起进行实验分析。
第三课时可处理有关习题，进行反馈矫正。
单纯地考查水分代谢和矿质代谢的试题较少，往往是和植物的其他生理活动结合来考查，如：和光合作用联系，和呼吸作用联系，和生产中的现实问题联系（如无土栽培中对水分、矿质元素的需要及与呼吸和光合作用的联系分析）。因此，在复习该知识时要注意和相关知识的联系。
●拓展题例
【例1】（2004年辽宁、广东大综合，38）丙酮可以由石油裂解产品丙烯来制备，利用丙酮提取叶绿体色素，经过层析，在滤纸上可出现黄绿色、蓝绿色、黄色、橙黄色的色素带，这些色素是________________________________________________（不要求答案顺序），它们参与光合作用中的________阶段。
剖析:考查叶绿体内色素及作用，能力要求A。植物叶绿体内的色素包括叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素，它们不溶于水，而溶于有机溶剂（如丙酮等），其主要作用是在光反应阶段吸收光能、转化光能（叶绿素a）。
答案：叶绿素a、叶绿素b、叶黄素、胡萝卜素 光反应
【例2】（2004年南昌市高三第一次调研测试）水分的吸收与矿质元素离子的吸收有着广泛的联系，下面的说法错误的是
A.水分吸收与矿质离子吸收的方式不同
B.矿质元素离子的吸收增加了细胞液的浓度，因而能够促进水分的吸收
C.矿质元素离子的主要吸收部位与水分的主要吸收部位是相同的
D.水分的吸收与矿质元素离子的吸收具有正比例的关系
剖析：湖泊中的植物主要是生活在表水层的浮游植物，进行光合作用释放，所以表水层溶氧量较高。植物在水中垂直分布主要与阳光的不同光质在水中能力不同有关。
答案：D
【例3】 在三个部位研究了番茄导管汁液的某离子浓度（结果见下图），在叶脉和茎之中该离子浓度的区别，部分归因于
A.番茄中水分的蒸发 B.木质部导管的毛细管的作用力
C.叶细胞吸收了离子 D.叶细胞吸收了水分
剖析：矿质元素经茎的导管到叶脉再到叶细胞进行运输，供应组织细胞的利用。三者浓度由高到低，说明组织细胞在不断利用从叶脉吸收的矿质元素；若因水分蒸发叶细胞吸收的水分，则水分的扩散方向是由茎到叶脉再到叶细胞，叶脉中水分少于茎导管，离子浓度应大于导管而不是小于导管；若因毛细胞管的作用，则叶脉中离子浓度不会低于茎导管。
答案：C
●资料卡片
1.水在植物体内的重要生理作用
（1）水是原生质的主要成分。原生质的含水量一般在80％～90％，这些水使原生质呈溶胶状态，从而保证了新陈代谢旺盛地进行，例如根尖、茎尖就是这样。如果含水量减少，原生质会由溶胶状态变成凝胶状态，生命活动就大大减弱，例如休眠的种子就是这样。如果细胞失水过多，就可能引起原生质破坏而招致细胞死亡。
（2）水是新陈代谢过程的反应物质。在光合作用、呼吸作用、有机物的合成和分解的过程中，都必须有水分子参与。
（3）水是植物对物质吸收和运输的溶剂。一般说来，植物不能直接吸收固态的无机物和有机物，这些物质只有溶解在水中才能被植物吸收。同样，各种物质在植物体内的运输也必须溶解于水中才能进行。
（4）水能保持植物体的固有状态。细胞含有大量水分，能够维持细胞的紧张度（即膨胀），使植物体的枝叶挺立，便于充分接受光照和交换气体，同时也使花朵开放，有利于传粉。
（5）水能维持植物体的正常体温。水具有很高的汽化热和比热，又有较高的导热性，因此水在植物体内的不断流动和叶面蒸腾，能够顺利地散发叶片所吸收的热量，保证植物体即使在炎夏强烈的光照下，也不致被阳光灼伤。
从上面的简要叙述可以知道，植物体内的水分状况涉及许多重要的植物生理活动。同时，水又是植物体与周围环境相互联系的重要纽带。水是生命发生的环境，也是生命发展的条件。植物的水分代谢一旦失去平衡，就会打乱植物体的正常生理活动，严重时能使植物体死亡。
2.几种植物必需的元素
植物必需的矿质元素有14种，其中N、P、K、S、Ca、Mg属大量元素；Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl、Ni属微量元素。
作为植物必需的矿质元素，必须具备3个条件：（1）如缺乏该元素，植物发育发生障碍，不能完成生活史。（2）除去该元素，则植物表现出专一的缺乏症，而这种缺乏症是可以预防和恢复的。（3）该元素在植物营养生理上应表现直接的结果，绝不是因土壤或培养基的物理、化学、微生物条件的改变而产生的间接效果。
Si、Na都存在于植物体内，但以前由于培养技术、药品不纯等原因，把它们作为非必需元素，而现在则明确了它们的生理作用，且具备成为必需矿质元素的条件。下面介绍这3种元素的生理作用：
Si 占植物体干重的0.1％，在水溶液中主要以原硅酸（H4SiO4）的形式存在，并以此形式被植物体吸收和运输。硅主要以非结晶水化合物的形式沉积在内质网、细胞壁和细胞间隙中，也可以与多酚类物质形成复合物成为细胞壁加厚的物质，以增加细胞壁的刚性和弹性。
施用适量的硅可促进作物生长和增加子粒产量。缺硅时，蒸腾加快，生长受阻，植株易倒伏且易被真菌感染而发病。
Na 占植物体干重的0.001％，以离子形式被吸收，是大多数C4植物和景天科酸代谢植物（例如景天、落地生根、仙人掌等）生长所必需。它能催化磷酸烯醇式丙酮酸的再生作用。缺钠时，这些植物呈现黄化和坏死现象。
另外Na+还能增加C3植物细胞的膨压，从而促进生长，部分Na还可以代替K的作用，提高细胞液的渗透势。
Ni 占植物体干重的0.000 1％，主要吸收形式是Ni2+。镍是脲酶的金属成分。而脲酶的作用是催化尿素水解成CO2和NH。缺Ni时，叶尖处积累较多的脲，出现坏死现象。另外，Ni也是固氮菌脱氢酶的成分。
3.植物缺乏矿质元素病症检索表
病症 缺乏元素
A.老叶病症
B.病症常遍布整株，基部叶片干焦
C.植株浅绿，基部叶片黄色，干燥时呈褐色，茎短而细 氮
C.植株深绿，常呈红或紫色，基部叶片黄色，干燥时暗绿，茎短而细 磷
B.病症常限于局部，基部叶片不干焦，但杂色或缺绿，叶缘杯状卷起或卷 皱
C.叶杂色或缺绿，有时呈红色，有坏死斑点，茎细 镁
C.叶杂色或缺绿，在叶脉间或叶尖和叶缘有坏死斑点，小，茎细 钾
A.嫩叶病症
B.顶芽死亡，嫩叶变形和枯坏
C.嫩叶初呈钩状，后从叶尖和叶缘向内枯死 钙
C.嫩叶基部浅绿，从叶基起枯死，叶卷曲 硼
B.顶芽仍活，但缺绿或萎蔫
C.嫩叶萎蔫，无失绿，茎尖弱 铜
C.嫩叶不萎蔫，有失绿
D.坏死斑点小，叶脉仍绿 锰
D.无坏死斑点
E.叶脉仍绿 铁
E.叶脉失绿 硫
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四 生物的变异与作物育种
知识梳理
疑难突破
1.基因突变的特点
（1）基因突变实际上是染色体一个位点上的基因的脱氧核苷酸的种类、数目或排列顺序发生了变化，例如果蝇的红眼由基因W控制，W变成w以后，红眼变成了白眼。W和w是一对同源染色体同一位点上的基因，又分别控制红眼和白眼这对相对性状，所以是一对等位基因。可见，等位基因是由基因突变产生的。
思考讨论
基因突变对生物体究竟好不好？
提示：大多数有害，少数有利。
（2）可逆性。即正常型与突变型，从左到右称为正突变，从右到左称反突变。原因是基因突变并非是原有基因的丧失，而是基因化学结构发生了变化。
（3）多向性。即一个基因可以朝着不同的方向发生突变，形成多种突变。如：A→a1，
A→a2，A→a3。a1、a2、a3之间也可以相互转变，且a1、a2、a3都在同一位点上，这就形成了复等位基因，但对一个二倍体个体来说，体细胞中只含有其中的一对等位基因，如人类的A、B、O血型就是由三个复等位基因控制的。
（4）基因突变有的是显性突变，有的是隐性突变。如人的并指基因就是显性突变基因，正常基因是s，由s→S，人类由正常指变成并指。再如人的白化病，是由正常基因A突变为a所致。
（5）突变往往是有害的，有的甚至是致死的。如人类的糖尿病、血友病、色盲、白化病，水稻、玉米的白化苗等。但也有少数突变是有利的，如突变产生的植物抗病性、耐旱性、早熟、茎秆坚硬等等。
（6）低频性。自然状态下，突变的频率是很低的，如高等动植物的突变频率是105～
108，即10万到1亿个配子中，仅有1个发生基因突变。
（7）随机性。基因突变是随机发生的。不论是对于个体、细胞、基因来讲，或对于所影响的性状来讲，突变的发生都是一个随机事件。
（8）基因突变发生在间期，性细胞突变可以遗传给下一代，体细胞突变不能遗传给下一代。
2.基因突变的本质
基因突变是指染色体上个别基因所发生的分子结构的改变。基因是具有遗传效应的DNA片段，每一个基因都有特定的脱核苷酸排列顺序，含有特定的遗传信息。当基因中的脱核苷酸种类、数量、排列顺序发生改变时，也就改变了遗传信息。使其突变成它的等位基因（A→a或a→A），并且会引起它所控制的性状的改变。如果不从性状改变考虑，基因突变是无法观察到的。
思考讨论
基因突变发生在什么时期？哪些细胞能发生基因突变？
提示：参见“疑难突破”。
3.基因突变的时期
基因突变可发生在任何生物的细胞中，一般发生于DNA复制的时候，突变的基因在细胞分裂的间期随DNA的复制而复制，通过细胞分裂而传递给子细胞，体细胞发生的基因突变一般不能传递给后代，而发生在生殖细胞中的突变，可以通过生殖细胞的结合传给后代。
4.染色体组
细胞中的一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同，但是携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部信息，这样的一组染色体叫一个染色体组。根据染色体组的数目可判断生物是二倍体还是多倍体，但一般不能用于直接判断单倍体。
5.比较作物育种方式
类 型 杂交育种 人工诱变育种 单倍体育种 多倍体育种
原 理 基因重组 基因突变 染色体组成倍减少 染色体组成倍增加
方 法 将具有不同优良性状的两个亲本杂交 用物理或化学的方法处理生物 花药的离体培养 用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗
主要优点 使优良性状集中在一个个体 可提高变异频率，加速育种进程 自交后代是纯合体，明显缩短育种年限 器官巨大，提高产量和质量
思考讨论
单倍体育种为什么能够缩短育种年限？
提示：自交后代是纯合体。
6.判断二倍体、多倍体和单倍体
二倍体生物和多倍体生物的判断依据，是根据其体细胞中的染色体组数来判断的；而单倍体生物，其存在的前提条件是本物种体细胞中的染色体组数是偶数（如二倍体、四倍体、六倍体）的生物，才有可能形成单倍体，这是因为单倍体通常是由生殖细胞不经过受精作用直接发育而成的个体。所以，单倍体的体细胞中可以含有一个或多个染色体组。遗传学上，将某物种配子形成的含有多个染色体组的个体，不再称为二倍体或多倍体，而称为某生物的单倍体。如普通小麦（六倍体）经花药离体培育而成的小麦苗，称为普通小麦的单倍体，而不称作三倍体。
思考讨论
区分二倍体、多倍体和单倍体的依据是什么？
提示：参见“疑难突破”。
7.比较基因重组、基因突变和染色体变异
基因重组 基因突变 染色体变异
本 质 基因的重新组合产生新的基因型，使性状重新组合 基因的分子结构发生了改变，产生了新的基因，出现了新的性状 染色体组成倍增加或减少，或个别染色体增加或减少，或染色体内部结构发生改变
发生时期及其原因 减Ⅰ四分体时期由于四分体的非姐妹染色单体的交叉互换和减Ⅰ后期非同源染色体的自由组合 个体发育的任何时期和任何细胞，DNA碱基对的增添、缺失或改变 体细胞在有丝分裂中，染色体不分离，出现多倍体；或减数分裂时，偶然发生染色体不配对不分离，分离延迟等原因产生染色体数加倍的生殖细胞，形成多倍体
条 件 不同个体之间的杂交 外界条件的剧变和内部因素的相互作用 外界条件的剧变和内部因素的相互作用
意 义 是生物变异和产生生物多样性的重要原因之一。通过杂交育种，导致性状的重新组合，从而培育出新的优良品种 生物变异的根本来源，也是生物进化的重要因素之一。通过诱变育种可培育出新品种 利用单倍体育种和多倍体育种可选育出优质、高产的新品种。利用个别染色体的增加或减少，还可进行基因定位研究和实施染色体工程的研究，有针对性地选育动植物新品种
8.表解染色体数目变异及示例
类别 名 称 符号 染色体组示例 示 例
整倍体 单倍体二倍体三倍体同源四倍体异源四倍体 n2n3n4n2（2x） （ABCD）（ABCD）（ABCD）（ABCD）（ABCD）（ABCD）（ABCD）（ABCD）（ABCD）（ABCD）（ABCD）（ABCD）（A′B′C′D′）（A′B′C′D′） 小麦（21）人（46）香蕉（33）水稻（48）洋葱（32）烟草（48）萝卜—甘蓝（36）
非整倍体 单体缺体三体双三体四体 2n－12n－22n+12n+1+12n+2 （ABCD）（ABC）（ABC）（ABC）（ABCD）（ABCD）（A）（ABCD）（ABCD）（AB）（ABCD）（ABCD）（AA） 21三体综合征略克氏综合征略略
典例剖析
【例1】（2004年春季理综，4）下列有关水稻的叙述，错误的是
A.二倍体水稻含有两个染色体组
B.二倍体水稻经秋水仙素处理，可得到四倍体水稻，稻穗、米粒变大
C.二倍体水稻与四倍体水稻杂交，可得到三倍体水稻，含三个染色体组
D.二倍体水稻的花粉经离体培养，可得到单倍体水稻，稻穗、米粒变小
剖析：考查染色体组、单倍体、多倍体的形成及特点，能力要求B。二倍体生物，其生殖细胞中含有的染色体，叫一个染色体组，在一个染色体组中无同源染色体（染色体的形态、大小各不相同），我们把含一个染色体组的个体叫单倍体，两个染色体组的个体叫二倍体，n个染色体组的个体叫n倍体，所以四倍体水稻含有四个染色体组；同二倍体相比，多倍体水稻的显著特点是果实大、结实率低、发育延迟；二倍体水稻的花粉经离体培养，可得到单倍体幼苗，在遗传上表现为高度不育，不可能出现稻穗、米粒变小的现象。
答案：D
【例2】 杂交育种时，杂种优势只能利用一年，而杂种马铃薯却可连续种植多年，原因是
A.马铃薯进行出芽生殖
B.马铃薯只能进行无性生殖
C.马铃薯进行营养生殖，使后代保持亲本的性状
D.马铃薯自交后代不发生性状分离
剖析：马铃薯通过杂交育种得到优良品种后，可以进行营养生殖，使后代保持亲本的性状，所以杂种马铃薯可连续种植多年而品质不变。
答案：C
【例3】（2005年太原市高三基础知识测试）下图所示为用农作物①和②两个品种分别培养出④⑤⑥⑦四个品种的过程。请据图回答下列问题：
（1）用①和②通过Ⅰ和Ⅱ过程培育出⑤的操作步骤是________、________、________，此过程所依据的遗传学原理是________。通过Ⅲ和Ⅴ培育出⑤的育种方法的优点是_____________。由③培育出的⑥是________倍体。
（2）经过Ⅵ对品种进行改造，所培育的⑦称为转基因植物，这一过程不涉及________。
A.目的基因和运载体结合 B.细胞融合
C.提取目的基因 D.检测目的基因的表达
（3）如果在⑥的柱头上授以⑤的花粉，将会获得________（填“有”或“无”）子果实，果皮的基因型为________。
剖析：为杂交育种方法，通过杂交使不同的优良性状的基因重组，再自交选择纯合子。单倍体育种主要步骤为花药离体培养，用秋水仙素处理，2年即可得到纯合子。转基因植物来自基因工程，主要步骤为：提取目的基因，目的基因与运载体结合，导入受体细胞，目的基因的检测与表达。细胞融合是体细胞杂交，属于细胞工程。
答案：（1）杂交 自交 表现型符合要求的个体连续自交 基因重组 明显缩短了育种的时间 四 （2）B （3）有 AAaaBBbb
【例4】（2004年辽宁、广东大综合，47）良种对于提高农作物产量、品质和抗病性等具有重要作用。
目前培养良种有多种途径。其一是具有不同优点的亲本杂交，从其后代中选择理想的变异类型，变异来源于________，选育过程中性状的遗传遵循________、________。其二是通过射线处理，改变已有品种的个别重要性状，变异来源于________，实质上是细胞中DNA分子上的碱基发生改变。其三是改变染色体数目，例如用秋水仙素处理植物的分生组织，经过培育和选择能得到________植株。
剖析：考查几种育种方式的原理，能力要求B。我们知道，杂交育种的原理是基因重组，就是有目的地选取具有不同优点的亲本进行杂交，通过连续数代的自交，获得能稳定遗传的新品种，选育过程中性状的遗传遵循基因分离定律和自由组合定律。通过射线处理，改变已有品种的个别重要性状，变异来源于基因突变。用秋水仙素处理植物的分生组织，使染色体数目加倍，这样的育种方式叫多倍体育种。
答案：基因重组 基因分离定律 基因自由组合定律 基因突变 多倍体
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●教学点睛
本部分可用4～6课时。相关内容可复习2～3课时，反馈练习可用2～3课时。
本块知识包括：《基因突变和基因重组》《染色体变异》《人类遗传病与优生》三节内容和观察果蝇唾液腺巨大染色体装片一个实验。
由于基因突变是生物变异的主要来源，是生物进化的重要因素之一，基因突变的概念和原因是理解基因突变的关键；染色体组的概念是理解单倍体、二倍体、多倍体的基础；多倍体和单倍体的有关知识在育种工作中应用广泛，均是重点内容。染色体组的概念和单倍体的概念不容易理解，是难点内容。
生物的有性生殖过程是基因重组的基础。在复习设计过程中应结合减数分裂图解进行；若某一同源染色体含有两对等位基因AaBb，则在减数第一次分裂前期的四分体时期，非姐妹染色单体之间发生互换，导致父母染色体的基因与对方发生交换，结果在原父方（或母方）的同一条染色体上发生父母双方基因的重组，即Ab、aB为重组基因，最终形成Ab、aB两种新的基因重组类型的配子，传递给后代，使后代发生了变异。另一种重组情况发生在减数第一次分裂的后期，若考虑Aa和Cc这两对非同源染色体上的非等位基因，则发生非同源染色体上非等位基因的自由组合，形成AB、Ab、aB、ab四种比值相等的配子，除去双亲产生的两种亲本组合配子（假设为AB、ab），则另两种（aB、Ab）为基因重新组合的配子。由此可知，基因重组来源于基因的互换和自由组合。基因重组是生物变异的重要来源之一，若n对等位基因位于同一对同源染色体上，则产生重组类型的配子为2n－2（种）；若n对等位基因位于n对同源染色体上，则产生2n－2种基因突变是染色体的某个位点上的基因的改变，在复习设计过程中，应结合DNA的半保留复制、有丝分裂和减数分裂的有关知识，明确突变的实质是在内外因素的影响之下，处于细胞分裂间期DNA半保留复制过程中，发生的DNA分子碱基对的增添、缺失或改变。理解基因突变的不定向性、随机性、低频性、多害少利等特点。并通过某些具体实例和习题的练习达到掌握的目的。基因突变是生物变异的根本来源，突变产生的等位基因（新基因）再经基因重组（与原来的基因发生重新组合）产生多种基因型。因此基因突变是基因重组的基础。
对于《染色体变异》的复习设计，也应以细胞的有丝分裂、减数分裂过程中的染色体变化行为为基础。在减数分裂四分体时期，同源染色体交换对应片段，若受环境因素影响，可能会发生缺失片段（如对方片段没有交换过来）、增加片段、位置颠倒、接到另一条非同源染色体上的现象，都会导致染色体结构上的变异。若体细胞在有丝分裂过程中，染色体完成了复制，纺锤体受到破坏（如秋水仙素），以致染色体不能被拉向两极，细胞也不能分裂形成两个子细胞，造成染色体数目加倍，继续分裂就可发育形成多倍体。若在减数分裂过程中，某同源染色体（初级精母细胞）或某姐妹染色单体（次级精卵细胞）没有均分，就会导致配子中多一条（或几条）或少一条（或几条）染色体的现象，就会发生染色体数目的变异。若是整倍增加或整倍减少，就会形成多倍体或单倍体。
●拓展题例
【例1】（2004年杭州市质量检测题）下图表示某植物正常体细胞的染色体组成，下列可能是该植物基因型的是
A.ABCd B.Aaaa C.AaBbCcDd D.AaaBbb
剖析：图中有4条同源染色体，控制同一性状的基因的座位有4个。
答案：B
【例2】 小麦小穗（D）对大穗（d）为显性，抗锈病（T）对不抗锈病（t）为显性，两对基因独立遗传。现有3株小麦A、B、C分别为：A：小穗抗锈病（DdTt）；B：大穗抗锈病（ddTT）；C：大穗抗锈病（ddTt）。
（1）在不借助其他品种小麦的情况下，鉴定B、C两样小麦是否为纯种的最简便方法是________________________________________________________。
（2）若从小穗抗锈病小麦（A株）迅速获得稳定遗传的大穗抗锈病小麦，则育种方法最好采用____________________________。
（3）若要改变小麦原有基因的遗传信息，则应该选择的育种方法是________。
（4）A株小穗抗锈病小麦自交后代中获得30株大穗抗病个体，若将这30株大穗抗病个体作亲本自交。在其中F1中选择大穗抗病的再进行自交，F2能稳定遗传的大穗抗病小麦占F2中所有大穗抗病的比为________。
（5）将选出的大穗抗病小麦种子晒干后放在容器内，采用什么措施可延长储存期？（不少于两种措施）____________________________________________。
剖析：快速育种方法即单倍体育种，可明显缩短育种年限。（2）诱变育种的原理是诱发基因突变，出现新类型。（3）A株自交→大穗抗病（ddT_,其中1/3ddTT,2/3ddTt）自交2次→后代中杂合子占2/3×（1/2）2=1/6,大穗抗病纯合子占1/3+2/3×3/8=7/12。则大穗抗病类型中大穗抗病纯合子占7/9。（5）粮食种子储藏与细胞呼吸密切相关，应当从影响细胞呼吸的主要因素：温度、湿度、氧气等方面采取措施降低呼吸强度。
答案：（1）让其自交，所得F1在生长过程中用锈病病菌感染 （2）单倍体育种
（3）诱变育种 （4）7/9 （5）降低温度，降低湿度，抽出空气，充N2和CO2
【例3】（2004年全国理综Ⅳ，31）回答下面的（1）～（2）题。
（1）下表是豌豆五种杂交组合的实验统计数据：
亲本组合 后代的表现型及其株数
组别 表现型 高茎红花 高茎白花 矮茎红花 矮茎白花
甲 高茎红花×矮茎红花 627 203 617 212
乙 高茎红花×高茎白花 724 750 243 262
丙 高茎红花×矮茎红花 953 317 0 0
丁 高茎红花×矮茎白花 1 251 0 1 301 0
戊 高茎白花×矮茎红花 517 523 499 507
据上表回答：
（1）上述两对相对性状中，显性性状为________、________。
（2）写出每一杂交组合中两个亲本植株的基因型，以A和a分别表示株高的显、隐性基因，B和b分别表示花色的显、隐性基因。
甲组合为__________×__________。
乙组合为__________×__________。
丙组合为__________×__________。
丁组合为__________×__________。
戊组合为__________×__________。
③为最容易获得双隐性个体，应采用的杂交组合是________。
（2）假设某一种酶是合成豌豆红花色素的关键酶，则在基因工程中，获得编码这种酶的基因的两条途径是_________________________和人工合成基因。
如果已经得到能翻译成该酶的信使RNA，则利用该信使RNA获得基因的步骤是___________________________________________________________________________，然后__________________________________。
剖析：根据乙组杂交组合，两高茎亲本的子代中出现了高茎和矮茎的性状分离现象，则两个亲本均为杂合体，杂合体所表现出来的性状是显性性状，故高茎是显性性状，同理，根据丙组杂交组合，可以推出红花为显性性状。亲本高茎的基因型为AA或Aa，矮茎的基因型为aa；红花的基因型为BB或Bb，白花的基因型为bb。若后代出现性状分离，则显性亲本为杂合体，若后代不出现性状分离，则显性亲本为纯合体。可以得出结论：甲组合：AaBb×aaBb，乙组合：AaBb×Aabb，丙组合：AABb×aaBb，丁组合：AaBB×aabb，戊组合：Aabb×aaBb。根据题意，最容易获得双隐性个体应采用的杂交组合为戊组合，该组合中矮茎白花个体出现的概率为1/4。
在基因工程中获得目的基因的主要方法有从供体细胞的DNA分子直接分离基因和人工合成基因等。利用信使RNA获得基因的步骤是：以信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA，然后在酶的作用下合成双链DNA。
答案：（1）①高茎 红花 ②甲组合：AaBb×aaBb 乙组合：AaBb×Aabb 丙组合：AABb×aaBb 丁组合：AaBB×aabb 戊组合：Aabb×aaBb ③戊组合 （2）从供体细胞的DNA分子直接分离基因 以信使RNA为模板，反转录成互补的单链DNA 在酶的作用下合成双链DNA
【例4】 （2004年广西，38）番茄是自花授粉植物，已知红果（R）对黄果（r）为显性。正常果形（F）对多棱果（f）为显性。以上两对基因分别位于非同源染色体上。现有红色多棱果品种、黄色正常果形品种和黄色多棱果品种（三个品种均为纯合体），育种家期望获得红色正常果形的新品种，为此进行杂交。
试回答下列问题：
（1）应选用以上哪两个品种作为杂交亲本
（2）上述两亲本杂交产生的F1代具有何种基因型和表现型
（3）在F2代中表现红色正常果形植株出现的比例有多大 F2代中能稳定遗传的红色正常果形植株出现的比例有多大
剖析：通过具体事例，考查基因自由组合定律在育种实践上的应用，能力要求C。根据题目的要求，要通过杂交育种培育出双显性的后代，在选择亲本时，应选择能够产生双杂种的F1（即基因型为RrFf，表现型为红色正常果形）的亲本杂交，即红色多棱果和黄色正常果。F1经减数分裂可以产生4种配子，雌雄配子结合机会相等，出现的F2中，双显性占9/16，其中能稳定遗传的占1/16。
答案：（1）红色多棱果品种和黄色正常果形品种。（2）RrFf。红色正常果形。（3）9/16。1/16。
●资料卡片
1.克隆技术与遗传育种
克隆技术是通过细胞融合、细胞核移植、原生质体融合等细胞操作技术，以及细胞和组织培养技术，“复制”出遗传上与亲本等同的一个无性繁殖系。克隆技术在现代生物学中被称为“生物放大技术”，它已经过了三个发展时期：第一期是微生物克隆，即由一个细菌很快复制出成千上万个和它一模一样的细菌群；第二期是生物技术克隆，如DNA克隆，DNA很少，单一研究很困难，于是生物学家就把一个DNA注入到一个细菌中，随着细菌的克隆而产生出成千上万条DNA来；第三期，即是动物克隆，由一个动物个体形成很多个相同个体。
在农业方面，人们利用“克隆”技术培育出大量具有抗旱、抗倒伏、抗病虫害的优质高产品种，大大提高了粮食产量。在这方面，我国已迈入世界最先进的行列。到目前为止，已有上百种植物能由原生质体培养再生植株。还出现了属间和种间杂种原生质体培养，从而超越了种间、属间和种间有性杂交的不亲和性的障碍，有可能给植物育种带来新的突破。
花药和花粉培养获得的单倍体和纯合二倍体植物，是研究细胞遗传的极好材料。在细胞培养中很易引起变异和染色体变化，从而可得到作物的新类型，为研究染色体工程开辟新途径。用植物组织培养方法，生产有用的次生代谢物质是近年来植物生物工程发展的一个重要方向。日本日东电器工业公司和北里大学古谷力教授从朝鲜人参中分离出人参细胞，把这种人参细胞置放于130 t级的发酵罐里进行培养，使其增殖，3个月后即可收获“颗粒状人参”。这种人参的有效成分：人参皂甙不变，药效更明显。德国科学家也用此方法在100 t级发酵罐里培养生产强心剂：毛地黄。加拿大也正着手进行抗癌药物长春新碱、秋水仙碱的细胞培养。利用家畜胚胎移植、超数排卵和冷冻保存等综合新技术，以及提高家畜产仔数和产奶量。这是近年来，生物工程技术在畜产研究开发上的一大进展。科学家通过多年努力，已使这项技术发展得相当完善，能使发育到32个细胞的胚胎分离为32个单细胞卵裂球，并将它们移植到32个去核的卵母细胞中，得到数量不等的重新发育的多细胞胚胎。经过核移植后发育成功的多细胞胚胎，还可以再拿出来分成单个卵裂球，进行下一轮核移植。这一过程可以周而复始地进行，使优良母畜的胚胎呈几何级数增加。
2.航天与育种技术
航天与育种技术是我国农业发展的迫切需要和中国具有返回卫星优势相结合的产物。它的育种原理是充分利用了太空环境具有强宇宙射线辐射、高真空、微重力等综合因素的有利条件。当这些因素共同作用于DNA分子时，可使DNA分子外围的电子激活，结果造成DNA分子碱基的突变；或者引起染色体缺失、倒位、易位、重复等畸变，从而对植物种子产生诱变作用，获得了在地球上难以获得的某些变异，这是其他方法难以替代的。
航天育种在国外开展得比较早。我国自1987年以来，已成功地利用返回式卫星进行了多次有关农作物种子的搭载试验。已进行的项目有：粮食作物有水稻、小麦、大麦、高粱、玉米、谷子；豆类有大豆、绿豆、青豆、黑豆；经济作物有棉花、烟草、甜菜、莲子；蔬菜类有丝瓜、黄瓜、青椒、西红柿、西瓜、萝卜、绿花菜、尾穗苋；观赏植物与药用植物有石刁柏、鸡冠花、三色堇、龙葵、菊花、甘草、油松、白皮松等。植物种子放在返回卫星舱内，随卫星在空间距地面200～400 km的轨道飞行5～16天。直至返回地面后，对搭载的种子萌发植物在田间的生长、发育、产量及有关生理生化、细胞、遗传等进行了分析研究与试验，发现不同种属的种子表现各不相同。其中小麦、水稻和黄瓜种子经飞行后，幼苗根尖细胞的染色体出现比地面对照组更多的变异，其后代遗传性状变化十分显著。飞行后的小麦植株呈矮化、分蘖强的特点；水稻出现大穗、双穗等多种变异；黄瓜由主茎结果型变为侧枝结果型；且雌花数量增多；石刁柏种子在空间飞行后，萌发加快、发芽率提高；幼苗的呼吸强度比对照组高34%，田间长势好于对照组。从上述实验结果看，经空间处理后的种子，在地面种植试验中诱发出众多的突变体，并可从中选育出一批可遗传的优良品系，这证实空间环境对植物种子的诱变作用具有普遍性。
利用基因突变、基因重组、染色体变异的基因原理，进行杂交育种、诱变育种、单倍体育种、多倍体育种实验的设计，进行人类染色体的组型分析等，是本块知识实验探究的重点。
意犹未尽
爱人之心
有位孤独的老人，无儿无女，又体弱多病。他决定搬到养老院去。老人宣布出售他漂亮的住宅。购买者闻讯蜂拥而至。住宅底价8万英镑，但人们很快就将它炒到了10万英镑。价钱还在不断攀升。老人深陷在沙发里，满目忧郁，是的，要不是健康情形不行，他是不会卖掉这栋陪他度过大半生的住宅的。
一个衣着朴素的青年来到老人眼前，弯下腰，低声说：“先生，我也好想买这栋住宅，可我只有1万英镑。可是，如果您把住宅卖给我，我保证会让您依旧生活在这里，和我一起喝茶，读报，散步，天天都快快乐乐的——相信我，我会用整颗心来照顾您！”
老人颔首微笑，把住宅以1万英镑的价钱卖给了他。
一语中的：完成梦想，不一定非得要冷酷地厮杀和欺诈，有时，只要你拥有一颗爱人之心就可以了。
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