必修 1 分子与细胞 第 1 章 走进生物学 一 、生物学是与人类生活密切相关的自然科学 1 . 杂交水稻技术的发展为我国乃至世界的粮食供给作为重大贡献 随着人口的不断增长，粮食短缺始终是世界性难题。中国科学家基于遗传学杂 种优势原理，不断进行科技创新培育杂交水稻，为我国乃至世界的粮食供给作出重 大贡献。 第一代杂交水稻：中国的杂交水稻研究起始于 1964 年。 1973 年，袁隆平带领的 研究团队以细胞质雄性不育系为遗传工具， 突破实现了 三系法配套 ，培育出第一代 杂交水稻。 第二代杂交水稻 ：1986 ― 1992 年，科学家们又攻克两系法育种关键技术， 以光 温敏雄性不育系为遗传工具，培育出第二代杂交水稻，极大地简化了育种程序、 缩 短了育种周期，增产效果明显。 第三代杂交水稻 ：科学家们通过不断努力，运用基因工程技术， 以遗传工程雄 性不育系为遗传工具，推出了第三代杂交水稻，不但提高了性状稳定性和选育效率， 还降低了对环境的要求，使其每公顷产量由普通水稻的 6t*提升到 1t，潜在产量更可 达 18t。 第四代杂交水稻 ： 目前，更多的科学家还在继续深入研究新一代的杂交水稻。 袁隆平认为，第四代杂交水稻应是正在研究中的碳四（C4 ）型杂交水稻，其光合作用 效率高等优势必将使水稻产量潜力进一步提高；而第五代则是利用无融合生殖固定 水稻杂种优势， 虽然难度很大，但随着分子育种技术的进步，有望在本世纪中期获 得成功。 2 . 基因编辑技术为农业和医学提供了更广阔的发展空间 进入 21 世纪，在细胞和分子生物学研究基础上建立起来的基因编辑技术 ，通过 特定的“工具 ”可以重新编辑细胞中 DNA 的遗传信息， 以此改变细胞的生物学性状。 例如，通过人工设计，可以使核酸酶在靶细胞 DNA 上的特定位点进行剪切，实现对 细胞内源基因的精准定点编辑。 基因编辑 ：是一种比较精确地对生物体基因组特定基因进行操作的基因工程技 术，可以理解为像编辑文档中的文字一样，对 DNA 分子中某个或若干个特定脱氧核 苷酸进行替代、删除或增加。目前应用较广的基因编辑工具是 CRISPR/Cas9 系统。 （必修 2-p26 前沿视窗） 细菌 CRISPR-cas9 技术原理： 设计并人工合成一段 RNA（向导 RNA） 。 该向导 RNA 能够与目标生物基因组中特定 DNA 片段的一条单链进行碱基互补配对。向导 RNA 与 Cas9 结合后，在目标生物的 DNA 上“巡航 ”，寻找到目标 DNA 片段后， 向导 RNA 就与目标 DNA 的一条链互补配对结合，使 Cas9 正确定位，并对目标 DNA 的两条链进 行切割，使之断裂。 之后，在细胞中 DNA 修复机制的帮助下，按照设计把外源 DNA 插入到断裂位置并连接起来。 （敲除基因-精确改变特定一段基因的序列-定点对基 因片段进行整合） 基因编辑技术的应用： ①可广泛应用于生命科学基础研究、疾病模型构建、药物研发等领域。通过对特 定基因的定点敲除或替换，建构人类疾病的动物模型，可以帮助科学家研究特定基因 的功能，或设计出相关疾病治疗的药物。 ②基因突变引起的疾病，如镰状细胞贫血症、血友病等，则有望直接通过对突变 基因的修复、改造进行治疗。目前已知的人类遗传病超过 5000 种，95% 以上的遗传病 仍缺乏有效的治疗方法，而基因治疗给这些患者带来治愈的新希望。 ③新一代的基因编辑技术可以不引入外源基因，有望更安全、更广泛地应用于各 种农作物和果蔬品种的改良。 3 . 免疫治疗开启清除肿瘤细胞新途径 肿瘤已成为目前人类健康所面临的最大挑战之一。常见的肿瘤治疗手段为手术切 除、放疗、化疗以及靶向治疗等。近年来，科学家通过研究免疫细胞与肿瘤细胞之间 “相爱相杀 ”的复杂关系，开创出刺激人体免疫系统清除肿瘤细胞的新途径。2018 年 诺贝尔生理学或医学奖获得者发现：具有人体健康监护作用的 ... ...
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