高考生物备考手册：重要知识点梳理（135）

三、生物学中常见的物理、化学、生物方法及用途

在生物学研究中，科学家们常常需要借助多种物理、化学和生物方法来探究生命的奥秘。这些方法不仅帮助我们理解细胞的微观结构和功能，还揭示了疾病的发生机制，为医学和生物技术的发展提供了坚实的基础。以下将详细介绍几种常见的生物学研究方法及其应用。

# 1. 致癌因子

致癌因子是指能够引发细胞突变并最终导致癌症的物质或能量形式。根据其来源和性质，致癌因子可以分为物理因子、化学因子和病毒因子。

- 物理因子：物理致癌因子主要包括电离辐射、X射线和紫外线等。电离辐射具有高能量，可以直接破坏DNA分子中的化学键，导致基因突变。X射线是一种常见的电离辐射源，广泛应用于医疗成像领域，但长期暴露可能增加患癌风险。紫外线则主要来自太阳光，过量照射会损伤皮肤细胞中的DNA，进而诱发皮肤癌。

- 化学因子：化学致癌因子包括砷、苯和煤焦油等有害物质。砷是一种重金属元素，长期摄入含砷水或食物可能导致肝癌、肺癌等多种恶性肿瘤。苯是一种有机溶剂，在工业生产中广泛应用，吸入高浓度苯蒸气可引起白血病。煤焦油是煤炭高温干馏产物之一，含有多种多环芳烃类化合物，对皮肤和呼吸道有强烈的致癌作用。

- 病毒因子：已发现约150种病毒与人类癌症有关，称为肿瘤病毒或致癌病毒。例如，人乳头瘤病毒（HPV）感染与宫颈癌密切相关；乙型肝炎病毒（HBV）和丙型肝炎病毒（HCV）感染是肝癌的重要诱因。病毒通过插入宿主基因组、激活原癌基因或抑制抑癌基因等方式诱导细胞异常增殖，最终形成肿瘤。

# 2. 基因诱变

基因诱变是指外界因素引起生物体内遗传信息发生改变的现象。这种变化可能是有益的，也可能是有害的，取决于具体的突变类型和环境条件。基因诱变的研究对于理解进化机制、开发新型药物以及改进农作物品种具有重要意义。

- 物理因素：Χ射线、γ射线和紫外线是常用的物理诱变剂。Χ射线和γ射线属于高能电磁波，能够穿透细胞核，直接作用于DNA分子，产生单链断裂或多链断裂，从而引发基因突变。紫外线虽然能量较低，但它可以通过形成嘧啶二聚体干扰DNA复制过程，导致点突变或其他类型的突变。

激光作为一种定向性强且能量集中的光源，在特定条件下也可用于诱导基因突变。

- 化学因素：亚硝酸和硫酸二乙酯是两种典型的化学诱变剂。亚硝酸是一种强氧化剂，可以在碱性环境中将胞嘧啶转化为尿嘧啶，进而引起C→T转换突变。硫酸二乙酯则是一种烷基化试剂，它能够与DNA分子中的鸟嘌呤结合，使其失去配对能力，导致G→A转换突变。

此外，还有一些天然存在的化学物质如黄曲霉毒素B1也能诱发基因突变。

# 3. 细胞融合

细胞融合是指两个或多个细胞膜相互接触并最终合并为一个完整细胞的过程。这一现象在自然界中普遍存在，如精子与卵子结合形成受精卵。人工诱导的细胞融合技术在现代生物学研究中有着广泛的应用，尤其是在杂交瘤技术和器官移植领域。

- 物理方法：离心、振动和电刺激是三种常用的物理诱导手段。离心法通过高速旋转使细胞紧密排列，增加膜表面接触机会，促进融合；振动法则利用机械振荡打破细胞间屏障，增强融合效率；电刺激则是基于电场效应，当施加适当电压时，细胞膜会发生去极化，降低融合阻力。

- 化学方法：PEG（聚乙二醇）是最常用的化学诱导剂之一。PEG能够溶解于水溶液中，并吸附在细胞表面，减少细胞间的排斥力，促使细胞膜相互融合。此外，PEG还可以调节细胞内渗透压，维持融合后的细胞形态稳定。

- 生物方法：灭活病毒可用于动物细胞融合。灭活病毒保留了其介导细胞融合的能力，但失去了感染性和繁殖能力。这种方法特别适用于制备杂交瘤细胞系，因为病毒感染可以有效克服不同物种之间的免疫排斥反应。

四、生物学中常见英文缩写名称及作用

为了便于交流和记录，生物学领域使用了大量的专业术语缩写。掌握这些缩写的含义及其功能，有助于更好地理解和记忆复杂的生物概念。以下是部分常见缩写的解释：

1. ATP（三磷酸腺苷）：作为新陈代谢所需能量的直接来源，ATP在细胞内扮演着至关重要的角色。其结构简式为A—P～P～P，其中A代表腺苷，P代表磷酸基，～表示高能磷酸键，—表示普通化学键。当ATP水解为ADP（二磷酸腺苷）时，释放出大量能量，供细胞进行各种生理活动。

2. AMP（一磷酸腺苷）：AMP是由ATP逐步水解产生的终产物之一。尽管它所含能量较少，但在某些代谢途径中仍发挥重要作用，如参与糖酵解和脂肪酸合成等。

3. AIDS（获得性免疫缺陷综合症）：即艾滋病，由HIV（人类免疫缺陷病毒）感染引起。该病严重损害人体免疫系统，使患者容易受到其他病原体侵袭。目前尚无特效治疗方法，预防措施至关重要。

4. DNA（脱氧核糖核酸）：作为主要的遗传物质，DNA存储了所有生物体遗传信息，并通过复制传递给下一代。其双螺旋结构由两条反向平行的多核苷酸链组成，每条链上交替排列着磷酸基团和脱氧核糖，外侧连接着四种不同的碱基（A、T、C、G），遵循互补配对原则。

5. RNA（核糖核酸）：RNA分为mRNA（信使RNA）、tRNA（转运RNA）和rRNA（核糖体RNA）。mRNA负责将DNA上的遗传密码转录到蛋白质合成场所；tRNA携带特定氨基酸到核糖体处参与肽链延伸；rRNA构成核糖体框架，协助翻译过程顺利进行。

6. cDNA（互补DNA）：通过逆转录酶催化，以mRNA为模板合成的双链DNA分子。cDNA不含内含子序列，便于克隆和表达研究。

7. Clon（克隆）：指通过无性繁殖方式获得与亲本完全相同的后代个体或细胞群体。克隆技术在农业育种、医药研发等领域展现出巨大潜力。

8. ES（EK）（胚胎干细胞）：来源于早期胚胎内细胞团，具有自我更新能力和多向分化潜能。ES细胞可用于再生医学研究，探索治疗多种疑难病症的新途径。

9. GPT（谷丙转氨酶）：一种存在于肝脏细胞中的酶，能够催化谷氨酸与丙酮酸之间的氨基转移反应。GPT水平升高通常提示肝脏受损，因此常被用作诊断肝炎的一项指标。

10. HIV（人类免疫缺陷病毒）：HIV是艾滋病的病原体，主要攻击人体免疫系统中的CD4+ T淋巴细胞，导致免疫功能逐渐丧失。了解HIV的生活周期及其致病机制，对于开发抗病毒药物和疫苗具有重要意义。

11. HLA（人类白细胞抗原）：位于第六号染色体上的基因簇编码的一组高度多态性的蛋白质分子。HLA在免疫识别过程中起关键作用，器官移植的成功与否很大程度上取决于供者与受者的HLA是否匹配。

12. HGP（人类基因组计划）：一项旨在测定人类全部基因组序列的重大国际合作项目。该项目历时十多年完成，为后续基因功能解析、疾病关联分析以及个性化医疗奠定了基础。

13. IAA（吲哚乙酸，又称生长素）：植物体内重要的激素之一，主要调控根系发育、茎叶伸长及果实成熟等过程。IAA通过影响细胞分裂和扩展速率，间接控制植物形态建成。

14. CTK（细胞分裂素）：另一类植物激素，主要作用于细胞周期调控，促进细胞分裂和组织分化。CTK与IAA协同作用，共同维持植物正常生长发育。

15. NADP+（辅酶Ⅱ）：NADP+是一种重要的辅因子，参与光合作用中的电子传递链反应，接受氢原子后还原为NADPH，为碳固定提供能量。

16. NADPH（[H]）（还原型辅酶Ⅱ）：NADPH是NADP+的还原形式，含有两个额外的氢原子。它在暗反应阶段作为还原剂，将CO2还原为有机物，同时自身重新氧化回NADP+。

17. NAD+（辅酶Ⅰ）：NAD+同样是重要的辅因子，广泛分布于细胞质和线粒体中，参与呼吸链反应，接受氢原子后还原为NADH。

18. NADH（[H]）（还原型辅酶Ⅰ）：NADH是NAD+的还原形式，携带两个氢原子，在线粒体中通过电子传递链将电子传递给氧气，生成水并释放能量。

19. PCR（聚合酶链式反应）：PCR是一项革命性的分子生物学技术，能够在短时间内将微量DNA样本扩增至足够数量用于后续分析。该技术依赖于热稳定DNA聚合酶、引物和四种脱氧核苷酸的存在，在循环加热冷却过程中实现指数级扩增。

20. PEG（聚乙二醇）：除了用于细胞融合外，PEG还在药物递送、材料科学等多个领域得到应用。其良好的生物相容性和低毒性使得PEG成为理想的修饰材料。

21. PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）：PEP是C4植物光合作用的关键中间产物，参与C4途径中二氧化碳浓缩机制，提高光合效率。

22. SARS病毒：SARS-CoV是引起严重急性呼吸综合征的冠状病毒。2003年全球爆发的SARS疫情给人类健康和社会经济带来了巨大冲击，促使各国加强公共卫生体系建设和应急响应能力。

通过对上述内容的学习和掌握，考生可以更加全面地理解生物学的基本原理和前沿进展，为应对高考生物科目打下坚实的知识基础。