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浅析高中生物学中有关的“生物学原理”及其运用

曾鹏光　（广东省揭东县登岗中学　515558）

什么叫原理？《辞海》解释为：“原理通常指科学的某一领域部门中具有普遍意义的基本理论。以大量实践为基础，正确性为实践所检验与确定”。的确，在高中生物学中是有许多基础知识作为原理，并运用于工农业生产、卫生保健、环境保护和日常生活实际等等。现将有关的原理及具体运用分类归纳如下：
1　细胞学原理
细胞的全能性是指生物体的细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能的特性，其全能性原理是生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都有发育成为完整个体所需的全部基因。可以应用于快速繁殖、培育无病毒植株；生产药物、食品添加剂、香料、色素和杀虫剂等；生产人工种子；用于植物体细胞杂交及转基因植物的培育。动物细胞培养的原理是细胞增殖，运用其原理可以生产蛋白制品（疫苗、干扰素、单克隆抗体等）；检测毒物毒性；研究病理和药理等。对于白血病患者，目前较为成功的治疗方法主要是骨髓移植法。其主要原理是利用正常人的骨髓中的造血干细胞分裂、分化来产生正常的白细胞，从而使病人的生理机能恢复正常。
植物细胞增殖、分化及全能性的原理运用于植物组织培养。细胞膜流动性的原理运用于动物细胞融合、原生质体融合。细胞的全能性和细胞膜流动性原理运用于植物体细胞杂交。动物细胞融合和动物细胞培养的原理运用于单克隆抗体的制备。抑制DNA分子复制的化学药物能抑制癌细胞分裂，运用于治疗癌症。人工生物膜材料选择透过性的特性，运用于海水淡化和污水净化，以及透析型人工肾的研制。
2　生理学原理
2.1　酶的特性的原理
植物细胞壁的主要成分是纤维素和果胶，故用纤维素酶、果胶酶可以除去植物细胞壁，得到原生质体。动物细胞间质主要含有胶原蛋白等成分，在进行动物细胞培养时，用胰蛋白酶处理才能获得单个细胞。蛋白质酶、脂肪酶、淀粉酶制成有助于消化的多酶片。添加蛋白质酶、脂肪酶、淀粉酶制成加酶洗衣粉，提高洗涤效果。高温破坏酶的活性运用于高温消毒法。酶的合成调节和酶的活性调节运用于微生物发酵过程的控制。
2.2　光合作用原理
光合作用的原理在农业生产上运用很广。根据影响光合作用的因素分析，可以从五个方面来提高光能利用率：延长光照时间、增大光合作用面积、控制光照强度、提供足够的CO2、确保矿质元素的供应。如生产上采取的一些具体措施：合理密植既能增大光合作用面积又能增加CO2的供应，间种套种能增大光合作用面积，多施有机肥能提高CO2的浓度又能增加土壤中的矿质元素。通常情况下，为加快植株生长速度或促进植株开花、提高花卉品质，花卉生产者会在温室里安装CO2发生器，通过提高温室内CO2浓度来促进植株光合作用。温室内通过调节温度控制光合作用，补充光照，合理施肥等等。农作物、果树管理后期适当摘除老叶、残叶及茎叶蔬菜及时换新叶，都是根据其原理，又可降低其呼吸作用消耗有机物。
2.3　呼吸作用原理
根据生产和生活实际情况，一定的程度上控制细胞呼吸，包括增强或减弱。根据影响细胞呼吸的主要因素，如温度、氧气浓度、水分、酶激活剂和抑制剂等，采取相应的措施。利用细胞呼吸原理运用于手指受伤时，选择透气的消毒纱布包扎；稻田定期排水；利用葡萄、粮食和酵母菌制酒等。贮存干种子要做到“三低”，即低温、低氧（避免无氧呼吸产生酒精）、低水。蔬菜和水果长时间储藏、保鲜所需要的条件应为“低温、湿度适中、低氧”。温室内夜间降低温度，减弱细胞呼吸，减少有机物的消耗。无土栽培时在培养液中通入氧气，促进根的呼吸作用等等。有氧运动可以帮助燃烧脂肪，活化新陈代谢功能，让细胞、肌肉都沉浸于氧气充足的欢愉中。因此要提倡有氧运动，如步行、慢跑、滑冰、游泳、骑自行车、打太极拳、跳健身舞、做韵律操等。在人工种植的密林中，适度的砍伐是有利于提高木材产量，其基本原理是降低树木群体的呼吸消耗占其光合作用固定的能量中的比例。
2.4　水分代谢原理
水分代谢过程中包含吸胀作用原理、渗透作用原理、蒸腾作用原理。根据这些原理有许多相应措施。例如，纤维素能吸胀吸水运用于制造吸水纸。利用高浓度食盐溶液杀菌防腐的原理是由于渗透作用，使细菌细胞的水渗出而死亡。75%的酒精杀菌消毒的原理是75%的酒精能渗入细胞内，使蛋白质凝固变性，从而使微生物渗透失水而死亡。因此75%的酒精溶液常用于手术前、打针、换药、针灸前皮肤脱碘消毒以及机械消毒等。移栽幼苗时去掉部分叶片，减少水分蒸腾散失。带土移栽保护幼根，有利于吸收水分。根据不同植物的需水规律进行合理灌溉。
2.5　矿质代谢原理
矿质代谢是指植物体对矿质元素的吸收、运输和利用。吸收的选择性原理，运用于合理施肥，以及农作物轮作提高土壤矿质元素利用率。溶液培养法原理运用于无土栽培技术，即在水培养液中应当配制好植物必需的大量和微量矿质元素含量，有利于植物生长，从而培育无公害蔬菜。
2.6　人体三大有机物代谢原理
人体内三大有机物代谢的基础知识与人体健康联系紧密内容丰富。合理的营养和良好的饮食习惯是人体健康的基础。具体列举部分原理运用如下：磷脂是合成脂蛋白重要原料的原理，运用于多吃含卵磷脂的食物运用于预防脂肪肝，“少吃多动”减肥法。蛋白质在人体内不能贮存，以及人体需要八种必需氨基酸，运用于人体每天需要摄入一定量的蛋白质。人体细胞生长发育等生理活动所需的各种营养物质的原理，运用于食物要多样化，不能偏食。
2.7　动物和人的生命活动调节原理
2.7.1　高等动物的生命活动调节原理
激素调节的原理运用于治疗内分泌失调症。例如，注射胰岛素治疗糖尿病，注射性激素调整运动员的月经期。饮食中缺碘，会引起甲状腺增生肿大，称地方性甲状腺肿，俗称“大脖子病”。我国推广的食盐加碘为主的综合防治措施对预防碘缺乏症有较好效果，另外，常吃海带等含碘丰富的海藻对防治该病效果也较好。
条件反射的建立和强化的原理运用于训练动物表演节目。二氧化碳刺激呼吸中枢的原理，运用于抢救病人输入含有少量二氧化碳的氧气。兴奋在神经元之间传递的原理运用于研制止痛药、镇痛药、安眠药麻醉药等。
2.7.2　昆虫激素的原理及运用
保幼激素能使昆虫保持幼虫状态的生理学原理，运用于提高蚕丝产量，在家蚕结茧前（蚕的幼虫后期），绢丝腺发育的旺盛期，在喂饲的桑叶上喷洒一定浓度的人工合成保幼激素的类似物，可延期吐丝作茧化蛹，即保持幼虫期长一些，多吃桑叶，绢丝腺发育更好一些，使吐的丝更多，茧更厚，质量更好。另外运用激素原理来防止鳞翅目昆虫的菜青虫，可采用的方法是在低龄幼虫阶段，给予抑制保幼激素合成的几丁质合成抑制剂（昆虫神经肽咽侧体抑制激素），使幼虫不能正常合成保幼激素，从而使幼虫不能正常蜕皮后马上化蛹，不能正常生活而死亡。对菜青虫用蜕皮激素（或类似物）处理，促使其加速变成成虫，缩短危害作物的幼虫期，以达到防治害虫的目的。
2.7.3　其他动物激素在生产中的利用
用催情激素诱发鱼类的发情和产卵，提高鱼类的受孕率。根据性激素的作用原理，对奶牛、猪、羊等动物注射生长激素，可促进生长；也可进行阉割，以缩短生长周期，提高产量。
2.8　植物激素调节原理
生长素（包括生长素类似物）促进果实发育，运用于培育无子番茄、辣椒、黄瓜。高浓度生长素抑制植物生长，甚至杀死植物的原理，运用于研制植物除草剂。生长素能促进扦插枝条生根运用于提高扦插枝条的成活率。生长素能保蕾保铃，防止落花落果，运用于棉花保蕾保铃；顶端优势原理运用于园林修剪造型。种子休眠与种子中存在脱落酸有关，如桃、蔷薇的休眠种子的外种皮中存在脱落酸，所以只有通过层积处理，脱落酸水平降低后，种子才能正常发芽。水稻种子数量较大，用流水浸泡法更为实用。因此，在早春低温时为了让水稻种子早发芽，稻农常将种子置于流动的河流或溪水中浸泡一段时间，将脱落酸溶出后种子就能萌发。
3　免疫学原理
根据皮肤是人体的第一道防线的原理，在皮肤受伤擦破时要及时消毒，加以保护。人工自动免疫和被动免疫的原理，运用于免疫预防和免疫治疗。例如，注射乙肝疫苗预防乙型肝炎，注射免疫球蛋白，增强人体对疾病的抵抗能力。过敏反应的相关原理的运用，为防止药物过敏，注射之前要进行皮试，例如注射青霉素。根据异体器官移植可能会产生排斥反应的原理，在器官移植之前，对供体和受体之间的组织相溶性抗原（HLA）要进行检测，有一半以上相同，才可以进行器官移植，并且可以通过使用免疫抑制药物，减弱排斥反应；单克隆抗体特异性的原理运用于研制生物导弹。
4　遗传学原理
4.1　遗传的物质基础原理
基因是控制生物性状的基本单位，是有遗传效应的DNA片段，具有一定的独立性。不同生物的DNA化学组成相同，空间结构相似，可以进行拼接和重组。生物体共用一套密码子，同一种基因在不同的生物体内表达出来的蛋白质是相同的。这些基本原理都运用在基因工程之中。利用运载体上的标记基因的性状容易观察和检测的特点，用来筛选含有目的基因（重组质粒）的受体细胞。DNA分子杂交的原理运用于研制DNA探针。DNA探针是指用放射性标记或荧光分子标记的DNA片段（基因），鉴定被测标本上的遗传信息（碱基排列顺序）具体操作用苯丙氨酸羟化酶基因探针可检测苯丙酮尿症（常隐）；用癌基因探针可检测肿瘤和癌症（如白血病）；用病毒基因探针可检测肝炎等由病毒引起的疾病、快速灵敏地检测饮用水中病毒的含量等。
4.2　遗传的基本规律原理
根据显隐性关系和性状分离的原理，在育种过程中得到的F1不能随意丢弃。在F2中才会出现性状分离，所以，选择从F2开始。运用基因的自由组合定律的原理培育新品种的方法：优良性状分别在不同的品种中，先进行杂交，从中选择出符合需要的，再进行连续自交即可获得纯合的优良品种。近亲结婚会增加隐性遗传病的发病率的原理运用于制定“禁止近亲结婚”的法律依据。根据不同类型的遗传病发病特点，推算后代患病的概率，进行遗传咨询、产前诊断、基因诊断等。
4.3　生物变异原理
生物变异的原理主要运用于培育生物新品种。用人为的方法改变生物的遗传物质，导致生物出现新的性状，从中选择出满足人们需要的性状，并加以培育，得到新品种。具体有：基因突变（人工诱变）的原理运用于诱变育种，如培育高产青霉素的菌株、太空椒等的。基因重组（DNA重组）的原理运用于杂交育种。染色体数目（整倍性减少）的变异的原理运用于单倍体育种。染色体数目（整倍性增加）的变异的原理运用于多倍体育种。不同物种生物的DNA重组的原理运用于基因工程育种。
5　生态学原理
5.1　生态因素原理
光周期长短影响植物开花的原理，运用于调控植物开花时间和花期。光周期长短影响动物繁殖的原理，运用于控制人工饲养动物的繁殖。生物之间的天敌关系（捕食或寄生）的原理运用于生物防治害虫，如在松树林中放养灰喜鹊来防治松毛虫，在蝗害区饲养鸡、鸭来控制蝗虫的数量，利用施放白僵病病原体防治松毛虫等。昆虫趋光性的原理运用于利用黑光灯诱杀农业害虫。
5.2　种群特征原理
研究种群数量变化的规律，有利于对野生生物资源的合理利用和保护，以及有害生物的防治。环境容纳量（K值）运用于草原放牧量、池塘养殖量等的控制。在湖泊中放养鱼虾，如果一次投放的幼苗过多或延迟捕捞，由于环境负载能力限制，都不能达到增产的目的；相反，如果大肆捕捞，使鱼虾数量大大减少，降到1/2K值以下，其种群往往要经过相当长的延滞期才能进入指数生长期，对生产极为不利。控制出生率的原理运用于我国制定计划生育国策。性别比例和出生率的关系原理，运用于性引诱剂（性外激素类似物），可干扰雌、雄昆虫间的正常交配，使出生率降低，从而降低种群数量。
5.3　生态系统原理
生态学的原理是发展生态农业的主要理论基础，生态系统中能量多级利用和物质循环再生；生态系统中的各种生物之间存在着相互依存、相互制约的关系。
调整生态系统的能量流动的原理，运用于农田采取“除草、杀虫、防病”的措施，使能量流向对人类最有益的部分。增强生态系统的抵抗力稳定性的原理，运用于“退耕还林、退田还湖”政策的制定。群落垂直结构和不同生物习性的差异的原理，运用于池塘的混合放养，稻田养鱼，农作物套种等，提高空间利用率。根据物质循环使用，能量多级利用的原理，设计和发展生态农业。增加植被面积，绿化环境减轻温室效应、烟尘、噪声、酸雨等环境问题。食物链和食物网的关系原理，严格控制外来物种的引进，以及海关的动植物检疫。农场中种植着粮食作物、果树，饲养着家禽、家畜等。
运用生态系统信息传递原理来提高农畜产品产量的措施有施放过量的性引诱剂，干扰害虫的正常交尾；延长家禽的光照时间，提高产蛋率；人工控制作物光周期，达到早熟、高产的目的。运用生物多样性的直接价值原理，科学家根据苍蝇平衡棒的导航原理研制了新型的导航仪—振动陀螺仪。
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