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公共基础知识百科常识考点解读【地理 生物 新科技】
2014-4-6发布 【打印

公务员考试公共基础知识考点解读:百科常识

生物学常识

一、新陈代谢

  新陈代谢是生物区别于非生物的最本质的特征,它是一切生命活动的基础。

新陈代谢中有关的能源物质:

  1.直接能源物质——三磷酸腺苷(ATP)

ATP是生物体生命活动的直接能源物质,各种生命活动所需要的能量都是由ATP直接提供的,如细胞的分裂、肌肉收缩等。

  2.主要能源物质——糖类

糖类是生物体生命活动的主要能源物质,生物体内的能量有70%是由糖类氧化分解提供的。

  3.主要储能物质——脂肪

脂肪是生物体储存能量的重要物质,在动物的皮下、肠系膜、大网膜等处储存有大量的脂肪,一方面可储存能量,同时还可以减少体内热量散失,有利于维持体温恒定。在植物体内也有脂肪,如花生油、菜籽油等都是从花生和油菜籽中提取的。

  4.能量最终来源——太阳能

太阳光能是生物生命活动的最终能源,太阳能通过光合作用进入植物体内,再进入动物体内。

二、组成生物体的化合物

  含量最多的化合物是水,含量最多的有机物是蛋白质,干重最多的化合物是蛋白质。

  当自由水比例增加时,生物体的代谢活跃,生长迅速;而当自由水向结合水转化较多时,代谢强度就会下降,抗寒、抗热、抗旱的性能提高。

  无机盐:大多以离子形式存在。功能:有些无机盐是细胞内某些复杂化合物的重要组成成分,可以维持酸碱平衡,调节渗透压,对维持生物体的生命活动有重要作用。

三、遗传与变异

(一)遗传物质

  DNA是主要的遗传物质,染色体是遗传物质的主体载体。

遗传物质的特点:

  (1)分子结构的相对稳定性(储存遗传信息);

  (2)能够复制,保持上下代的连续性(传递遗传信息);

  (3)能够指导蛋白质的合成,从而控制生物的性状(表达遗传信息);

  (4)能够引起可遗传的变异(改变遗传信息)。

(二)伴性遗传

1.伴性遗传与分离定律的关系

  伴性遗传是基因的分离定律的特例。伴性遗传也是由一对等位基因控制的一对相对性状的遗传,符合基因的分离定律。但是,性染色体有同型和异型两种组合形式,因而伴性遗传也有它的特殊性:在XY型性别决定的雄性个体中,有些基因只存在于X染色体,Y染色体上没有它的等位基因,同理,反之亦然,从而使得在杂合子内的单个陷性基因控制的性状也能体现(如XbY)。控制性状的基因位于性染色体上,因此该性状的遗传都与性别联系在一起,在写表现型和统计此例时,也一定要和性别联系起来。

2.伴性遗传与自由组合定律的关系

  在分析既有性染色体又有常染色体上基因控制的两对及以上的遗传现象时,由性染色体上的基因控制的性状按伴性遗传处理,由常染色体上的基因控制的遗传性状按分离定律处理,整体上则按基因的自由组合定律处理。

(三)基因突变

1.镰刀型红细胞贫血症

  镰刀型红细胞贫血症的根本原因是控制血红蛋白合成的基因中一个碱基对发生了改变(由CCT→CAT),其直接原因是血红蛋白的一条肽链上的一个氨基酸由谷氨酸改变为缬氨酸。

2.基因突变的本质

  基因突变是基因中碱基对排列顺序的改变,是基因结构的改变,包括基因中碱基对的增添、缺失和改变。基因突变使一个基因变成它的等位基因,并且通常会引起一定的表现型变化。突变一般是一个“无中生有”、“偶然出现”的过程。

3.特点:

  普遍性、随机性、自然突变率低、有害性和不定向性。

4.时间:

  DNA复制的时候,即细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂的间期。

5.意义:

  是生物变异的根本来源,为生物进化提供了最翔实的原材料。

(四)基因重组

1.基因重组所包含的内容:

  基因的自由组合、基因的连锁互换、重组DNA技术、转基因、基因导入以及肺炎链球菌的转化等都属于基因重组。

2.基因重组适用的范围:

  除了基因工程以外,通常考虑适用于进行有性生殖的过程。

3.基因重组与基因突变产生变异的差别:

  基因重组不产生新的基因,只产生新的基因型,使性状重新组合。

四、性别决定

性别决定是指雌雄异体的生物决定性别的方式。由性染色体的差别决定性的有XY型、ZW型等。XY型和ZW型都是指性染色体,不是指基因,也不是指决定性别的基因型。

  (1)ZW型性别决定的生物有鱼类、鸟类和某些鳞翅目昆虫(蚕、蝶、蛾)等,在这类性别决定中,雌性的性染色体是ZW,雄性的性染色体是ZZ。

  (2)XY型性别决定的生物有人、果蝇、猪、牛等动物和雌雄异株的高等植物如菠菜、大麻等,在这类性别决定中,雌性的染色体是XX,雄性的染色体是XY。

  (3)有些生物通过能否受精决定性别,如蜜蜂在蜂王和雄蜂交配后,雄蜂就死了,蜂王得到了足够一生所需要的精子。所产的卵中,有少数是未经受精的,这些卵将来发育成雄蜂,它们的染色体数是n=16。还有些生物通过环境条件决定性别,如爬行类中许多种类所产的卵,在不同的孵化温度下后代性别会不同。

五、现代生物进化理论

现代生物进化理论的核心是自然选择学说,其基本观点是:

  1.种群是生物进化的基本单位。

  2.生物进化的实质在于种群基因频率的改变。

  3.物种形成包括三个基本环节:突变和基因重组、选择、隔离。

  4.物种的形成是生物进化的基本环节,在物种形成的过程中,自然选择和隔离是不能分开的,自然选择使不同种群的基因向着不同的方向发展,隔离阻止了种群间的基因交流。在有的情况下,某些基因被选择,在另一些情况下,别的基因被选择,这就使被隔离的两个种群间的基因组成差异更大,促使它们向不同的方向发展,进而形成两个物种。因此隔离是物种形成的必要条件。

六、生态系统

(一)生物圈的稳定性

1.概念

  生物圈是地球上全部生物及其无机环境的总和,生物圈包括岩石的上部、水圈、大气圈的底部,生物圈是地球上最大的生态系统工程,生物圈的形成是地球的理化环境与生物长期相互作用的结果。

2.生物圈稳定的原因

  太阳能是生物圈正常运转的动力,自给自足的物质是生物圈赖以存在的物质基础,多层次的自我调节能力。

3.生物圈保护

  能量:节约能源;开发新能源;

  物质生产:建立无废料生产体系,实现物质的循环再利用;

  生物资源:保护与合理利用生物资源。

(二)生物多样性及保护

1.生物多样性内涵

  遗传多样性:地球全部生物所拥有的基因;物种多样性:地球上全部生物;生态系统多样性:地球上各种各样的生态系统工程。

2.生物多样性价值

  生物多样性价值包括:直接使用价值,间接使用价值,潜在使用价值。

3.我国生物多样性概况

  (1)特点:物种丰富、特有和古老的物种多、经济物种丰富、生态系统多样。

  (2)面临威胁:物种灭绝速度加快,草原退化,天然林面积减少,湖泊围垦等。

  (3)面临威胁的原因:生存环境的改变和破坏、掠夺式的开发和利用、环境污染、外来物种的入侵或引种。

4.生物多样性的保护

  生物多样性的保护包括:就地保护、迁地保护、加强教育和法制管理。

地理常识

一、太阳活动及其对地球的影响

1.对气候的影响:太阳活动与地球上气候变化之间的因果关系,虽然目前尚未完全查明,但二者有一定的相关性。特别是世界许多地区降水量的年际变化,与黑子11年周期的相关性非常明显。

  (1)在中高纬度,降水量与黑子数两条曲线的谷、峰的高低变化基本吻合,呈正相关性,即黑子数多的年份,降水量也多;反之,黑子数少的年份,降水量也少。

  (2)不论在哪一纬度观测,太阳黑子和降水量年际变化的周期(谷—峰—谷—峰—谷—峰)基本吻合,均约为11年。

2.对地球电离层的影响:短波通信衰减或中断。因为太阳耀斑发射的电磁波扰动了或全部吸收了电离层传播的短波无线电信号。

3.对地球磁场的影响:磁针颤动不能正确指示方向,因为太阳大气抛出的带电粒子流使地球磁场产生“磁暴”现象。

二、时间

(一)时区

  为了避免世界各地时间的混乱,国际上规定把全球划分为24个时区,因为地球每24小时自转一周(共360°),即每隔经度15°为一个时区。具体划分方法如下:以本初子午线为基准,从西经7.5°至东经7.5°,划分为一个时区,称为中时区或零时区。在中时区以东,依次划分为东一区至东十二区;在中时区以西,依次划分为西一区至西十二区。东十二区和西十二区各跨经度7.5°,合为一个时区。

(二)区时

  每个时区的中央经线为该时区的“标准经线”;每个时区标准经线的地方时为整个时区的“区时”。相邻两个时区的区时,相差1小时。在任意两个时区之间,相差几个时区,就相差几小时。较东的时区,区时较早。东西十二时区时刻相同,而日期相差1天。

(三)地方时

  由于地球不停地自转,地表各地相对于太阳的方向不断发生变化,因而各地的时刻便依次推进。于是,在同一瞬间,地球上的各地时刻不同。地方时就是因经度不同而有不同的时刻,它把一天中太阳对于当地位置最高的时刻定为中午12时,遵循“东早西晚”的原则,其差异是1h/15°、4min/1°、4s/1′。

(四)北京时间

  北京时间是指北京所在的东八区的区时,亦即东经120°的地方时,是中国各地统一采用的法定时。

三、昼夜长短的变化与计算

  1.夏半年:昼长于夜,极圈以内有极昼现象,日出的地方时刻早于6点。

  2.冬半年:昼短于夜,极圈以内有极夜现象,日出的地方时刻晚于6点。

  3.春分、秋分:全球昼夜等长,日出的地方时刻为6点。

  4.晨昏线(圈):晨昏线也称晨昏圈,是昼半球和夜半球的分界线,它由两条半圆线组成,即晨线和昏线。晨线是从夜半球进入昼半球的分界线,晨线东侧是昼,西侧是夜;昏线是从昼半球进入夜半球的界线,昏线东侧是夜,西侧是昼。

四、大气层

(一)低层大气和干洁空气的组成

  大气是多种气体组成的混合物。低层大气是由干洁空气、水汽和固体杂质三部分组成。其中干洁空气是不含水汽和固体杂质的空气,也是多种气体组成的混合物。其主要成分是氮和氧,二者约占干洁空气体积的99%。

(二)大气的垂直分层

地球大气从地面向上,可延伸到数千千米高空,根据温度、密度和大气运动情况,可将其划分为对流层、平流层和高层大气。

1.高层大气

  自平流层顶以上到大气上界,其中80~500千米高空有若干电离层。电离层大气中的氧分子和氦分子在太阳紫外线和宇宙射线的作用下被分解为离子,大气处于高度电离状态,故能反射无线电波,对无线电通信有重要作用。

2.平流层

  自对流层顶至50~55千米,下层气温随高度变化很小,30千米以上气温随高度增加而迅速上升。上热下冷,大气以水平运动为主。臭氧大量吸收紫外线,是人类生存环境的天然屏障。大气稳定,天气晴朗,没有云雨变幻,利于高空飞行。

3.对流层

  该层在低纬17~18千米,中纬10~12千米,高纬8~9千米。热量来自地面,气温随高度增加而递减。大气上部冷,下部热,对流运动显著,加上水汽杂质多,因而天气复杂多变。因为人类生活在对流层底部,因而对流层与人类关系最密切。

(三)对流层中的逆温现象

  在对流层中,总的情况是气温随高度的上升而降低,这首先是因为对流层空气的增温主要依靠吸收地面的长波辐射,因此离地面愈近获得地面长波辐射的热能愈多,气温愈高;离地面愈远,气温愈低。其次,愈是近地面的空气密度愈大,水汽和固体杂质愈多,因而吸收地面辐射的效能愈大,气温愈高。整个对流层的气温直减率平均为0.6℃/100m。实际上,在对流层内各高度的气温垂直变化是因时因地而不同的。

  对流层的中层和上层受地表的影响较小,气温直减率的变化比下层小得多。而对流层下面的气温直减率随地面性质、季节、昼夜和天气条件的变化差别很大,在一定条件下,会出现气温随高度增高而升高的逆温现象。逆温现象因阻碍空气垂直运动的发展,使大量烟尘、有害气体、水凝结物聚集在对流层下层,使能见度变差,甚至造成大气污染事件。

  较为常见的有辐射逆温、锋面逆温、地形逆温等。

  由于地面辐射强烈冷却而形成逆温,称为辐射逆温。

  锋面逆温是由暖气团位于冷气团之上而形成的,这种逆温层是随锋面的倾斜而成倾斜状态。

  地形逆温主要由地形造成,主要在盆地和谷地中。由于山坡散热快,冷空气循山坡下沉到谷底,谷底原来的暖空气抬挤上升,从而出现温度的倒置现象。

  平流逆温是暖空气水平移动到冷的地面或气层之上而成。

(四)大气对太阳辐射的削弱作用

太阳辐射透过地球大气到达地球表面,在地面和大气之间进行一系列的能量转换。其过程包括:

  1.到达地球的太阳辐射,一部分能量被大气吸收、反射和散射而削弱,只有一半左右的太阳辐射能量到达地面。

  2.地面吸收太阳辐射而增强,同时向外放出地面辐射。

  3.大气吸收了地面辐射的绝大部分同时向外放出大气辐射,大气辐射除极小部分射向宇宙空间,绝大部分又以大气逆辐射的形式射向地面而对地面具有保温作用。

(五)大气对地面的保温作用

1.大气吸收地面辐射增温,并保存热量

  对流层大气中的水汽和二氧化碳,对太阳短波辐射的吸收能力很差,但对地面长波辐射的吸收能力很强。据观测,地面辐射的75%~95%都被近地面40米~50米厚的大气所吸收,使近地面大气增温。被大气吸收的地面辐射,除一小部分被大气辐射到宇宙空间外,大部分保存在大气中,使大气温度升高。

2.大气逆辐射对地面热量进行补偿

  大气在增温的同时,也在向外辐射热量,称为大气辐射。大气辐射中投向地面的部分,因其方向与地面辐射相反,称为大气逆辐射。它补偿了地面辐射损失的一部分热量,使地面实际损失热量减少,起到保温作用。据计算,如果没有大气,地球表面平均温度应为-23℃,实际为15℃。大气的保温作用,使地面温度提高了38℃之多。

五、暴雨洪涝的形成条件和防御

  我国是世界上多暴雨的国家之一,除了西部一些沙漠地区外,均会有暴雨出现。大暴雨和特大暴雨主要发生在南方和东部地区,亚洲是每年全球洪水发生最多的地区。

  形成条件:源源不断的水汽供应、强烈的水汽上升运动,形成降水的天气系统持续时间较长。

  监测防御:利用气象卫星进行监测。防洪需要工程措施和非工程措施相结合进行。

  工程措施包括:修筑堤坝,整治河道,修建水库,修建分洪区等。非工程措施是:洪泛区土地管理,建立洪水预警系统,拟定居民的应急撤离计划和对策,实行防洪保险等。

六、厄尔尼诺现象及危害

  在热带太平洋海区,一般情况下,由于受寒流的影响,东部地区的表层海水温度较低。可是有的年份,太平洋东部海区表层海水温度异常增温,这种现象称为厄尔尼诺现象。厄尔尼诺现象是一种综合性现象,当它发生时,赤道带大范围海区与大气相互作用失去平衡,从而形成一系列的反常现象,如信风本来由东向西吹,可是当厄尔尼诺现象发生时,风向突然变为向东吹,使得本来位于太平洋西部的暖流位置向东移动,从而影响太平洋东岸海洋生态,如水温升高,大量鱼类死亡。

  还有一种与厄尔尼诺现象相对应的拉尼娜现象。它是指东太平洋赤道海域水温异常偏低的现象,由此引起赤道中、东太平洋信风较常年偏强、云量减少、气温偏高,而赤道西太平洋则与之相反。拉尼娜发生时,我国夏季风会增强,北方降水增多,台风出现的次数也会增多。

七、人口迁移对环境的影响

(一)对迁入地的影响

  有利方面:合理人口迁移,为迁入地提供了大量劳动力,弥补了劳动力不足,促进了落后边远地区资源开发、社会经济条件提高以及综合环境的改善;利于引进先进的科学技术和社会文化信息,促进经济发展与科技文化进步;大量农村人口涌入城市,积极推动了城市的社会经济发展。

  不利方面:不合理的人口迁移,在一定程度上会引起或加剧迁入地的生态环境问题;大量农村人口涌入城市,也会给城市环境造成巨大的压力,加剧各种城市环境问题的程度。

(二)对迁出地的影响

  有利方面:加强了迁出地与外界社会的经济、科技、思想和文化的联系,有利于社会经济的发展;对人口压力大的农村,人口迁出缓解了当地的人地矛盾,可以更加合理地开发和利用农业土地资源,更好地保护农村自然环境;迁出人口从地区外获得就业机会,增加了家庭收入,利于提高家庭的生活水平,利于家乡的建设。

  不利影响:迁出的人口大多是身体素质或文化素质相对较好的年轻人,这对迁出地而言无疑是一种损失,一方面这种人口的外流易产生人才的流失,另一方面是基础教育投入多,回报少,影响迁出地社会经济的可持续发展。

八、城市化

城市化是指农业人口转化为非农业人口,乡村地区变为城市地区,农业活动转化为非农业活动的过程。

1.城市化进程的含义

  体现了区域经济发展水平,是社会发展的必然结果。

2.城市化的标志

  城市人口增加、城市人口在总人口中的比例增加,城市用地规模扩大,城市产业结构发生调整。另外,城市化的过程中,人们的生活方式等许多方面也会发生变化。

3.城市化进程

  西方发达国家城市化进程分为三个阶段:产业革命(1750年)以前为缓慢发展阶段,18世纪中叶到19世纪末为加速发展阶段,第三阶段是从20世纪开始到现在,为成熟阶段。

  城市化的不同阶段有不同的特征,主要表现在城市人口占总人口的比重、产业结构(主导产业)、城市用地规模等。

  发展中国家与发达国家的城市化进程并不相同。第一,发展中国家的城市化起步晚,但是速度快。20世纪70年代,其速度超过发达国家。第二,发展中国家城市化水平低,但城市总人口却不少。第三,目前二者的城市化内容不一。发达国家的城市化表现为“逆城市化”。

4.城市化过程中产生的问题

  第一,环境污染,包括大气污染(工业废气、交通废气和居民生活废气等)、水污染(工业废水、生活污水等)、噪声污染、光污染、垃圾污染等。

  第二,交通拥挤、住房紧张、就业困难。

  第三,社会秩序问题。

  第四,资源的过度开采与使用,包括滥占耕地、过量开采地下水等。

5.解决城市化问题的途径

  第一,建立卫星城、开发新区,控制市中心的规模。

  第二,改善城市交通和居住条件,如拓宽主要干道,修建环城公路、地铁等,建设高层建筑,增加人均住房面积等。

  第三,保护和治理城市环境,包括扩大绿地面积、治理水污染、大气污染和噪声污染等。

6.世界城市化的趋势

  世界城市化的趋势仍然以聚集为主,但是城市化分散的趋势明显。

  一般认为,城市化过程分为三个阶段。第一阶段:城市化水平较低,发展缓慢的初期阶段。第二阶段:人口向城市迅速聚集的中期加速阶段。第三阶段,进入高度城市化以后人口比重又趋缓甚至停滞的后期阶段。

  从远景看,当城市化水平达到一个相当高的程度而保持稳定缓慢增长时期,那么城市化进入后期阶段。其发展趋势可能出现两种发展动态:一是城市人口有可能继续保持相对和缓的增长,但是其增长率逐渐递减。向城市中心迁入的人口也趋于减少。城市人口呈现饱和状态,城乡之间处于人口平衡状态。二是城市人口可能出现微弱的下降趋势,即城市人口迁出数多于迁入数与城市人口自然增长数之和。这种现象是由于“城市郊区化”和“逆城市化”造成的,其实质是由于城市制造业的衰落导致的。产业活动的转移必然导致就业岗位的转移。

  郊区化与逆城市化并不意味着国家城市化水平的下降,它只是导致城市发展的新区域的再分配,推动城市化更广泛地传播。它是一种城市化的分散扩张形式,并不影响城市化的水平。所以,未来世界城市化将由集中走向分散,但是城市作为集中居住和社会经济活动中心的地位与作用是不会下降的。

现代新科技

一、现代生物技术

  现代生物技术是以DNA分子技术为基础,包括微生物工程、细胞工程、酶工程、基因工程等一系列生物高新技术的总称。现代生物技术在农作物改良、医药研究、食品工程、治理污染、环境生物监测等方面发挥着重要的作用。由于现代生物技术对解决人类面临的重大问题如:粮食、健康、环境和能源等将开辟广阔的前景,因此越来越为各国政府和企业界所关注,与信息、新材料和新能源技术并列成为影响国计民生的四大科学技术支柱,是21世纪高新技术产业的先导。

(一)遗传工程

  遗传工程的研究发展,为器官移植提供了一个很有前途的新手段——利用动物的器官代替人的器官。科学研究表明人体异种器官移植,猪较为合适。首先猪器官的大小与人的相当,生理上也比较接近;其次猪在无病原体条件下比较容易饲养和容易保证无病的供体;此外猪的繁殖率高,每窝可产十几只猪崽,存活率也较高。为了保证植入的器官不被排斥,生物学者正在培养具有人的基因的新型猪,这种猪叫转基因猪。

(二)基因治疗

  基因治疗是21世纪国际生物技术的又一个热点。基因治疗就是将外源基因通过载体导入人体内并在体内(器官、组织、细胞等)表达,从而达到治病的目的。基因治疗开辟了医学预防和治疗的崭新领域。自从1990年临床上首次将腺苷酸脱氨酶(ADA)基因导入患者白细胞,治疗遗传病——重度联合免疫缺损病以来,利用基因治疗的手段治疗囊性纤维化(CF)、血友病,还扩大用于治疗肿瘤和艾滋病的临床试验已数以百计,基因治疗将引起临床医学的一场革命,将为治疗目前尚无理想治疗手段的大部分遗传病、重要病毒性传染病(如各型肝炎、艾滋病等)、恶性肿瘤、心脑血管疾病和老年病等开辟了十分广阔的前景。可以比较乐观地认为,随着人类基因组计划的顺利实施,随着“后基因组”时代的即将到来,人类23对染色体大约60亿个核苷酸的排列顺序被测定,人类基因组所包含的约3万个基因中与人的重要生命功能和重要疾病相关的基因将不断被发现,6000多种人类单基因遗传病和一些严重危害人类健康的多基因病(如恶性肿瘤、心血管疾病等)将有可能由此得到预防、诊断和治疗。基因治疗的研究将从过去的盲目阶段进人理性阶段。基因治疗有可能在21世纪20年代以前,成为临床医学上常规的治疗手段之一,人类很多目前无法治疗的疾病将通过基因治疗手段而获康复。

(三)农业生物技术

  在农业生物技术中,转基因动植物的研究与开发最为突出。1983年转基因植物问世,1986年被批准进入田间试验,根据美国农业部动植物检疫局(APHIS)的数据,截止1997年1月31日,美国已批准的转基因植物田间试验达2584例。近年来,抗除草剂的大豆、抗病毒病的甜椒、抗腐能力强、耐贮性高的番茄、具有高含量必须氨基酸的马铃薯等转基因植物开始进入市场,成为农业生物技术的第一批成果;转基因的瘦肉型猪、高产奶的奶牛和能从奶中提取药物的转基因羊等也将进入实用化阶段。未来农业的模式将是:农业工厂化,按人类要求高水平的控制环境因素,实现规模化、机械化、自动化生产,产生质量稳定、供应稳定、价格稳定、营养丰富的农业产品;安全的转基因动植物投放市场;具有营养保健、医疗功效的猪牛羊、蔬菜水果等转基因食品大批走向餐桌。

  农业生物技术的应用在我国也取得了丰硕成果,我国用花药培养、染色体工程等育种技术培养出水稻、小麦、油菜、橡胶等一批作物新品种、新品系、新种质。其中较突出的有京花3号、小偃107号小麦和中花10号水稻等新品种,具有优质高产、抗病、抗盐碱等特性,已经在生产中推广应用。我国转基因技术在家畜及鱼类育种上也初见成效,中科院水生生物研究所在世界上率先进行转基因鱼的研究,成功地将人生长激素基因、鱼生长激素基因导入鲤鱼,育成的当代转基因鱼生长速度比对照组快,并从子代测得生长激素基因的表达,为转基因鱼的实用化打下基础。

(四)海洋生物技术

  随着海洋生物学的发展和海洋生物资源开发规模的扩大,海洋生物技术兴起并成为一个新的研究开发领域。海洋生物技术的研究范围广泛,发展迅速。其中包括探索、开发和利用有价值海洋生物,优良养殖品种的培育和病害防治,海洋生物天然产物的利用,海洋特殊功能的阐明和利用,海洋生态系统的阐明和利用,海洋生物利用系统和辅助系统。海水养殖、海洋生物、天然产物开发和海洋环境保护的生物技术是三大研究热点。海水养殖是提高水产品产量的重要途径,海水养殖的主要对象是鱼类、藻类、对虾和贝类。美国重点发展鲑、鳟等鱼类的养殖;日本主要养殖的鱼类有狮鱼、真鲷和香鱼等;西欧海水养殖业较发达的国家有挪威、意大利和法国:挪威重点发展网箱养殖,意大利主要发展鲸及金鲷等鱼类,法国主要发展鳟鱼养殖。在海洋生物天然产物的研发方面,利用海藻生产的褐藻胶、卡拉胶在世界上占有重要地位。继用海带制碘和甘露醇之后,又开发了各种医用品,如降血脂药甘露烟酸酯和抗血栓新药藻酸双酯钠(PSS);利用甲壳素(水溶性的虾皮,人体可吸收)和甲壳胺已制成864人工皮肤、创伤愈合海绵、做化妆品用的类透明质酸(AHA)等新产品。并且从一些软体动物和腔肠动物中初步筛选到抗血凝、降血压、防治心血管病、抗病毒病和抗癌的活性物质。

  1996年,我国政府已将海洋生物技术列入863计划,主要方向是大规模发展海水养殖。并已初见成效。海水养殖总产量、海藻、贝类等产量均居世界首位,对虾产量也曾一度居世界首位;裙带菜无性繁殖系、三倍体扇贝和牡蛎的培育,都已列入国家“攀登计划”,正在组织实施;山东省海藻养殖和海藻化工已成为世界上该领域第一大产地。此外我国在世界上首次研究成功了海带的单倍体育种技术、紫菜的体细胞育苗技术、对虾的三倍体与四倍体育苗技术、对虾精荚移植技术等;在海水鱼、贝类的三倍体育苗技术和鱼类性别控制技术的研究方面也取得了重大进展。

(五)环境生物技术

  环境生物技术是21世纪国际生物技术的又一热点领域。人类赖以生存的环境,由于人类活动自身造成的各种污染(包括工业废水、废气、各种废弃物、有毒化学物质、声、光、电磁和放射性物质等)对环境生态的破坏,已成为威胁人民健康、制约经济发展的严重问题。治理环境污染,改善人类生活环境的质量已经成为人类共同努力的长期任务。生物技术在环境治理上发挥着不可替代的作用。环境生物技术不是一个新概念,过去用微生物处理工业废水就属于这一类研究。美国更把环境生物技术作为21世纪生物技术6个主要研究领域之一,美国培育的基因工程“超级菌”,几小时就可降解自然菌种需1年才能降解的水上浮油;日本将嗜油酸单孢杆菌的耐汞基因转入腐臭单孢杆菌,使该菌株既能有效处理环境汞污染,又能将汞回收利用。

  我国政府也十分重视环境保护,把它提高到可持续发展的基本国策的高度。考虑我国目前治理环境污染的迫切问题:如煤燃烧造成空气污染;工业废水污染水源和农田;不可降解塑料造成的白色污染;化学农药残毒对人和禽畜的危害等问题。21世纪我国环境生物技术的重点在于:用工程微生物处理原煤脱硫的工业化工艺;无污染、能大量生产的生物能源的开拓性研究;高效、多抗转基因微生物农药的研制;生物来源的可降解的透明膜材料等。

二、信息技术

  计算机技术与现代通信技术一起构成了信息技术的核心内容。信息技术主要是指利用电子计算机和现代通信手段实现获取信息、传递信息、存储信息、处理信息、显示信息、分配信息等的相关技术。现代信息技术是以电子技术,尤其是微电子技术为基础,以计算机技术(信息处理技术)为核心,以通信技术(信息传递技术)为支柱,以信息技术应用为目的的科学技术群。包括信息获取技术、信息处理技术、信息传递技术、信息控制技术、信息存储技术等内容。

具体来讲,信息技术主要包括以下几方面:

  1.感测与识别技术。它的作用是扩展人获取信息的感觉器官功能。它包括信息识别、信息提取、信息检测等技术。这类技术的总称是“传感技术”。它几乎可以扩展人类所有感觉器官的传感功能。传感技术、测量技术与通信技术相结合而产生的遥感技术,更使人感知信息的能力得到进一步的加强。

  2.信息传递技术。它的主要功能是实现信息快速、可靠、安全的转移。各种通信技术都属于这个范畴。广播技术也是一种传递信息的技术。由于存储、记录可以看成是从“现在”向“未来”或从“过去”向“现在”传递信息的一种活动,因而也可将它看作是信息传递技术的一种。

  3.信息处理与再生技术。信息处理包括对信息的编码、压缩、加密等。在对信息进行处理的基础上,还可形成一些新的更深层次的决策信息,这称为信息的“再生”。信息的处理与再生都有赖于现代电子计算机的超凡功能。

  4.信息施用技术。是信息过程的最后环节。它包括控制技术、显示技术等。

  由上可见,传感技术、通信技术、计算机技术和控制技术是信息技术的四大基本技术,其中现代计算机技术和通信技术是信息技术的两大支柱。

三、新材料

  新材料是指那些新出现或已在发展中的、具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料。新材料与传统材料之间并没有截然的分界,新材料在传统材料基础上发展而成,传统材料经过组成、结构、设计和工艺上的改进从而提高材料性能或出现新的性能都可发展成为新材料。

  新材料作为高新技术的基础和先导,应用范围极其广泛,它同信息技术、生物技术一起成为21世纪最重要和最具发展潜力的领域。同传统材料一样,新材料可以从结构组成、功能和应用领域等多种不同角度对其进行分类,不同的分类之间相互交叉和嵌套,目前,一般按应用领域和当今的研究热点把新材料分为以下的主要领域:电子信息材料、新能源材料、纳米材料、先进复合材料、先进陶瓷材料、生态环境材料、新型功能材料(含高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能高分子材料等)、生物医用材料、高性能结构材料、智能材料、新型建筑及化工新材料等。

  在20世纪初,人们所指的建筑材料是木材、水泥和钢铁;二战后出现了新三材,指的是人工合成的塑料、橡胶和纤维,而80年代以来大量高新材料纷纷涌现。高新材料从使用的角度说可分为传递、记录或存储的信息材料; 新高温结构陶瓷、非晶态材料和超导材料的新能源材料,特别是超导材料80年代中期以来有突破性进展; 高性能结构复合材料,高性能工程塑料和新型合金材料为主要内容的特殊结构材料和新功能材料,如高效能的陶瓷材料、有机氟材料、高功能的黏合剂等。从材料的构成来说可以分金属材料、高分子材料及陶瓷材料三大门类。近些年来,出现了金属材料、高分子材料、陶瓷材料及复合材料竞相发展的趋势。一些新兴金属材料在科技革命的大潮中应运而生。传统铁、铅、锌、铝等金属更新品种,与宇航、电子、原子能等高新技术联系密切的金属材料越来越受到重视。其他新型高性能金属材料出现了如快速冷凝金属的非晶体和微晶材料、纳米金属材料、有序金属间化合物、定向凝固柱晶和单晶合金等。纳米相材料具有许多潜在的新用途,它是一门用单个原子和分子建造事物的科学,其最终目标是实现微型化。一个直径为3纳米的原子团几乎是英文里一个句点的百万分之一。例如纳米相金属、纳米相陶瓷、纳米相固体材料具有许多奇妙的特性,纳米相铜强度比普通铜高5倍,纳米相陶瓷是摔不碎的。只要控制结构颗粒的大小,就可以制造出强度、颜色和可塑性能满足用户各种需要的纳米相材料。陶瓷材料具有高强、高硬、耐高温、抗腐蚀、质量轻等优点,解决韧性差的致命弱点是这一领域的主攻方向。陶瓷材料在电、热、光、化学等方面享有广泛的优势,因而功能材料具有广阔的前景。

  二战前后兴起的新三材即人工合成塑料、人工合成橡胶和人工合成纤维的发展。这些高分子加上薄膜、胶黏剂和涂料成为高分子材料中的主要方面。这些高分子合成材料一般都具有质轻、比强度大、抗腐蚀、绝热、电绝缘、来源丰富、制作方便、利于加工和批量生产等优点。以合成纤维而论,锦纶(聚酯胺纤维)、涤纶(聚酯纤维)、腈纶(聚丙烯腈纤维)、丙纶(聚丙烯纤维)、维纶(聚乙烯纤维)、氯纶(聚氯乙烯纤维)六大纶合占全部合成纤维的99%,而前三纶占了90%。功能高分子材料包括物理功能高分子材料及化学功能高分子材料。对于这一崭新的领域,目前已为发达国家所普遍重视。先进的复合材料有结构复合材料和功能复合材料两类。已经取得重要成就的如玻璃钢,即用玻璃纤维增强树脂,今后高性能树脂基成为复合材料的重要方向。电子和光电子材料在战后的发展也是突飞猛进的。在电子材料方面,如半导体的进展最引人瞩目。红极一时的硅材料是大规模集成电路的基石,而砷化镓材料则在90年代崛起。光电子因1960年美国休斯顿实验室梅曼发明红宝石激光器而引人注目。目前光通信、光计算、激光加工、激光技术、激光印刷、激光影视、激光仪器等工业均呈方兴未艾之势。

  超导材料在导电时,电阻等于零,对于尖端高科技的开发具有重大意义。运用激光技术可以增产粮食、改良果树品种,在生物学领域大有作为。用不了多少年,在电子、通讯、航天、医疗等领域将出现许多应用超导技术的新产品,如廉价的超导输电线、超导储电装置、高效率的超导磁流体发电机、超导电动机、超导磁悬浮列车等。此外,还出现了按照需要设计和制作的新材料。

四、新能源

  新能源又称非常规能源,是传统能源之外的各种能源形式,指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源,如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。联合国开发计划署(UNDP)把新能源分为以下三大类:大中型水电;新可再生能源,包括小水电、太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能。新能源的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部发出所产生的热能,包括各种可再生能源和核能。相对于传统能源,新能源普遍具有污染少、储量大的特点,对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源(特别是化石能源)枯竭问题具有重要意义。同时,由于很多新能源分布均匀,对于解决由能源引发的战争也有着重要意义。

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