科技改变生活
走进生物技术的世界
当我们享受着香喷喷的米饭时，可能很少想到这些稻米背后蕴含着怎样的科学智慧。当我们听到“克隆羊多莉”的故事时，也许会惊叹于科学技术的神奇力量。这些看似遥远的科技，其实早已悄悄走进我们的生活，改变着我们的世界。今天，让我们一起走进生物技术的奇妙世界，看看科学家们如何利用生物的力量为人类服务。
生物技术，简单来说就是利用生物体或生物过程来生产有用产品的技术。这听起来有些抽象，但如果我们回想一下前面学过的发酵技术，就会发现生物技术其实离我们很近。用酵母菌发酵做面包、用乳酸菌制作酸奶，这些传统的方法都是生物技术的早期应用。而现代生物技术则更加先进，它能够在基因层面改变生物，创造出具有新特性的品种，解决人类面临的许多重大问题。
杂交水稻
在中国的生物技术发展史上，有一个名字永远值得我们铭记——袁隆平。20世纪60年代，中国人口众多，粮食短缺是困扰国家发展的重大问题。袁隆平院士立志要让所有中国人都吃饱饭，于是将目光投向了水稻育种研究。
传统的水稻品种产量有限，如何才能让水稻产量大幅提高呢？袁隆平想到了一个巧妙的方法——杂交。就像前面学过的遗传规律，当两个具有不同优良性状的亲本杂交时，后代往往会表现出更强的生命力和更好的性状，这种现象叫做杂种优势。袁隆平和他的团队经过无数次试验，终于在1973年培育出世界上第一株杂交水稻。
杂交水稻的产量比普通水稻高出20%以上，这意味着在相同的土地上可以多养活数千万人口，为解决中国乃至世界的粮食问题做出了巨大贡献。
杂交水稻的成功并非一蹴而就。袁隆平团队在海南岛、湖南等地建立了育种基地，利用不同地区的气候条件，一年可以种植两到三季水稻，大大加快了育种速度。他们从成千上万株水稻中筛选出具有特殊性状的个体，再进行精心配对，经过反复试验和选择，最终获得了理想的杂交组合。
从20世纪70年代到现在，杂交水稻已经发展到第三代，产量不断提高，品质也越来越好。目前中国的杂交水稻技术已经推广到全球40多个国家和地区，每年增产的粮食可以养活7000多万人口。这项技术不仅解决了中国的粮食安全问题，也为世界粮食生产做出了重要贡献。
从这张图表中我们可以清楚地看到，杂交水稻的产量远远超过传统水稻，而且随着技术的不断进步，产量还在持续提高。这充分说明了生物技术在农业生产中的巨大作用。
转基因技术
如果说杂交水稻是通过自然交配的方式改良作物，那么转基因技术则是更加直接地改变生物的遗传物质。转基因技术就是将一个生物的某个优良基因提取出来，转移到另一个生物体内，使后者获得新的性状。这就像给生物“装上”一个新的“软件程序”，让它具有原本没有的功能。
在中国的棉花种植中，转基因技术发挥了重要作用。20世纪90年代，棉铃虫严重危害棉花生产，农民不得不大量喷洒农药，既增加了成本，又污染了环境。科学家们找到了一种叫做苏云金芽孢杆菌的细菌，这种细菌能产生一种对害虫有毒但对人类无害的蛋白质。他们将这种细菌的抗虫基因转入棉花中，培育出了抗虫棉。
抗虫棉种植后，棉铃虫吃了棉花的叶子就会死亡，农民不再需要频繁喷洒农药，既节省了成本，又保护了环境。目前中国种植的棉花中，抗虫棉占了很大比例，每年为农民增收数十亿元。除了抗虫棉，科学家们还培育出了抗除草剂的大豆、抗病毒的番木瓜等转基因作物。
然而，转基因技术也引发了广泛的争论。一些人担心转基因食品可能对人体健康产生影响，担心转基因作物会破坏生态平衡。另一些人则认为，经过严格检测的转基因产品是安全的，转基因技术能够提高作物产量，减少农药使用，有利于可持续发展。
关于转基因技术的争论体现了人们对新技术的谨慎态度。科学家们需要进行长期的安全评估，政府需要建立严格的监管制度，确保转基因产品的安全性。同时，我们也应该理性看待新技术，既不盲目排斥，也不盲目接受。
转基因技术的应用需要遵循严格的科学规范。在中国，转基因作物必须经过严格的安全评估，获得批准后才能种植和销售。目前批准种植的转基因作物主要是棉花和木瓜，而转基因大豆和玉米主要用作饲料和工业原料。在超市购买的食品如果含有转基因成分，包装上必须明确标注，保障消费者的知情权和选择权。
克隆技术
1996年，一只名叫“多莉”的小羊在英国诞生了，它不是普通的小羊，而是世界上第一只克隆哺乳动物。多莉的诞生震惊了全世界，因为它证明了用一个成年动物的体细胞就可以复制出一个一模一样的新个体。
克隆技术的原理并不复杂。科学家取出一个成年羊的体细胞，提取其中的细胞核（包含完整的遗传信息），然后将这个细胞核植入一个去掉细胞核的卵细胞中。这个“重组”的卵细胞在适当的刺激下开始发育，就像受精卵一样分裂、生长，最后发育成一只小羊。这只小羊的遗传信息完全来自提供体细胞的那只羊，因此它们在基因上是完全相同的。
克隆技术在农业和医学领域有着广泛的应用前景。在农业上，人们可以克隆产奶量高的奶牛、生长快的猪等优良家畜，快速扩大优良品种的数量。中国科学家已经成功克隆了牛、猪、羊等多种动物。2017年，中国科学家还克隆了世界上首批基因编辑的疾病模型猴，为医学研究提供了重要的实验动物。
在医学上，克隆技术可以用来培育器官移植所需的组织和器官。科学家设想，未来可以用病人自己的细胞克隆出所需的器官，移植后不会发生排斥反应，能够挽救许多生命。虽然这项技术还在研究中，但已经展现出巨大的应用潜力。
克隆技术的发展也带来了伦理问题，特别是关于克隆人的争论。目前世界各国都严格禁止进行克隆人的研究和实验，因为这涉及到人的尊严、身份和社会关系等复杂问题。科学技术的发展必须遵循伦理原则，造福人类而不是带来危害。
辅助生殖技术
对于一些由于疾病或其他原因无法自然生育的夫妇来说，拥有自己的孩子曾经是一个遥不可及的梦想。但随着生物技术的发展，辅助生殖技术为他们带来了希望。
试管婴儿技术是最常见的辅助生殖技术。医生从母亲体内取出卵细胞，从父亲体内取出精子，在实验室的培养皿中让它们结合形成受精卵。当受精卵发育到一定阶段后，再将胚胎移植回母亲的子宫内，让它在母亲体内继续发育，最终出生的婴儿就叫做试管婴儿。
1978年，世界上第一个试管婴儿在英国诞生。1988年，中国大陆第一例试管婴儿在北京诞生，她健康地成长，后来还考上了大学，成为了一名普通而幸福的年轻人。这证明了试管婴儿与自然受孕的婴儿没有本质区别，都是父母爱情的结晶。
试管婴儿技术的发展经历了三代。第一代试管婴儿技术主要解决女性不孕的问题，第二代技术可以帮助男性不育的夫妇，第三代技术还能在胚胎移植前进行遗传学诊断，避免遗传病传递给下一代。这项技术让许多不孕不育的家庭实现了生育梦想，也帮助一些遗传病家庭生育健康的孩子。
1988年，中国首例试管婴儿诞生，标志着辅助生殖技术的起步。此后相关医院数量不断增加，技术成功率也在稳步提升，为越来越多家庭带来了希望。
从图表中可以看出，随着技术的进步，试管婴儿技术的成功率不断提高，开展这项技术的医院也越来越多，为更多家庭带来了希望。目前中国每年通过辅助生殖技术出生的婴儿超过30万，他们和普通孩子一样健康快乐地成长。
DNA技术
在许多侦探故事和刑侦电视剧中，我们经常看到警察通过DNA鉴定找到罪犯的情节。这不是科幻，而是真实的科学技术。DNA鉴定技术已经成为现代刑侦工作中不可或缺的重要手段。
每个人的DNA（除了同卵双胞胎）都是独一无二的，就像每个人都有独特的指纹一样。科学家发现，人类DNA中有一些特殊的片段，这些片段在不同人之间差异很大，可以用来识别个体身份。通过比较犯罪现场留下的生物样本（如血液、毛发、唾液）与嫌疑人的DNA，就可以确定嫌疑人是否到过现场。
DNA鉴定技术的准确率非常高，两个无关个体的DNA完全相同的概率小于千亿分之一。这意味着通过DNA鉴定几乎可以百分之百地确定一个人的身份。因此，DNA证据在法庭上具有很强的说服力，被称为“证据之王”。
除了破案，DNA技术还用于亲子鉴定、考古研究等领域。通过比较父母和孩子的DNA，可以准确判断是否存在血缘关系。在考古学中，科学家通过提取古代遗骨的DNA，研究古人类的起源和迁移路线，解开历史的谜题。2020年，中国科学家通过DNA技术确认了一具在青藏高原发现的古人类遗骨属于丹尼索瓦人，为研究人类进化提供了重要证据。
指纹识别技术是另一种常用的身份鉴定方法。每个人的指纹都有独特的纹路，终生不变。现代指纹识别技术不仅用于刑侦，还广泛应用于手机解锁、门禁系统等日常生活中。许多智能手机都配备了指纹识别功能，只有机主的指纹才能解锁手机，既方便又安全。
生物识别技术包括指纹识别、面部识别、虹膜识别等，它们都是利用人体独特的生物特征来确认身份。这些技术正在让我们的生活变得更加安全和便捷。
植物净化技术
生物技术不仅能帮助我们生产更多的粮食、治疗疾病，还能帮助我们保护环境。科学家发现，有些植物具有特殊的能力，能够吸收和降解环境中的污染物，这种利用植物净化环境的技术叫做植物修复技术。
在一些受到重金属污染的土壤中，种植普通作物会导致污染物进入食物链，危害人体健康。但有些植物如蜈蚣草、印度芥菜等能够大量吸收土壤中的重金属，将它们储存在茎叶中。收获这些植物后集中处理，就可以逐步降低土壤中的污染物含量，使土壤恢复健康。这种方法成本低、不产生二次污染，是一种环保的治理方式。
在水体净化方面，水葫芦、凤眼莲等水生植物能够吸收水中的氮、磷等营养物质，净化污水。一些污水处理厂建立了“人工湿地”，种植多种水生植物，让污水缓慢流过湿地，植物和微生物共同作用，将污水中的污染物去除，最后流出的水质明显改善。
中国的一些城市已经在尝试用植物净化技术治理污染。在湖南的一些矿区，科学家种植了能够吸收重金属的植物，几年后土壤污染明显减轻。在江苏太湖流域，人工湿地系统帮助净化入湖河流，改善了湖水水质。这些实践证明，植物净化技术是一种有效、经济、环保的污染治理方法。
从图表可以看出，经过12个月的植物净化处理，水体中的重金属和氮磷含量都显著下降，最终达到了安全标准。这展示了植物净化技术的良好效果。
科技是把双刃剑
生物技术给人类带来了巨大的利益，但我们也要认识到，任何技术都是一把双刃剑，既可以造福人类，也可能带来风险。我们需要理性地看待生物技术，正确使用它，让它更好地为人类服务。
生物技术的应用需要遵循安全原则。转基因作物必须经过严格的安全评估，确保对人体和环境没有危害；克隆技术的应用要符合伦理规范，严禁克隆人的研究；辅助生殖技术要规范操作，保护母婴健康。只有在确保安全的前提下，生物技术才能健康发展。
生物技术的发展还需要公众的理解和支持。我们应该学习科学知识，了解生物技术的原理和应用，不盲目恐惧新技术，也不盲目接受。对于有争议的技术，应该通过科学研究和公开讨论来解决疑虑，而不是简单地拒绝或接受。
作为未来的建设者，我们这一代青少年应该树立正确的科学观。一方面要学好生物学知识，了解生命科学的发展动态；另一方面要培养批判性思维，能够理性分析科学技术的利弊。也许将来你们中的某些人会成为生物科学家，用你们的智慧和努力，为人类创造更美好的未来。
生物技术的应用必须建立在科学、安全、伦理的基础上。我们要警惕生物技术的滥用，如非法基因编辑、生物武器研发等，这些行为会给人类带来巨大危害，必须坚决制止。
生物技术的美好前景
站在新时代的起点，生物技术正在迎来更加广阔的发展空间。基因编辑技术让科学家能够更精确地改变生物的遗传信息，治疗遗传疾病；合成生物学让人们能够设计和制造新的生物系统，生产药物、燃料等有用物质；再生医学有望让受损的器官和组织得到修复，延长人类的健康寿命。
中国在生物技术领域取得了许多重要成就。除了杂交水稻、抗虫棉等成果，中国科学家还在基因编辑、干细胞研究、生物制药等前沿领域取得突破。2020年新冠疫情期间，中国科学家迅速研发出多种疫苗，保护了亿万人民的生命健康，展现了中国生物技术的实力。
未来的生物技术将更加智能化、精准化、个性化。医生可以根据每个人的基因特点制定个性化的治疗方案；农民可以根据不同地区的环境条件种植最适合的作物品种；环保工作者可以利用基因工程微生物高效降解污染物。生物技术将在医疗健康、农业生产、环境保护、能源开发等领域发挥越来越重要的作用。
作为初中生，我们虽然不能立刻成为生物科学家，但可以从现在开始培养对生命科学的兴趣，学好基础知识，关注科技发展，也许将来你们中就会出现像袁隆平那样的科学家，用自己的智慧和努力，为人类的进步做出贡献。
本节练习
1. 袁隆平培育杂交水稻主要利用了什么生物学原理？为什么杂交水稻的产量比普通水稻高？
答案：袁隆平培育杂交水稻主要利用了杂种优势原理。当两个具有不同优良性状的水稻品种杂交时，后代往往会表现出比双亲更强的生命力和更好的性状，如产量更高、抗病性更强、适应性更好等。这是因为杂交后代获得了来自双亲的不同优良基因，基因组合更加丰富，能够更好地适应环境，表现出更强的生长优势。杂交水稻的产量比普通水稻高20%以上，为解决粮食问题做出了重要贡献。
2. 转基因技术和传统的杂交育种有什么不同？请举例说明转基因技术在农业生产中的应用和争议。
答案：传统杂交育种是通过自然的有性生殖过程，让两个亲本的遗传物质重新组合，培育出具有优良性状的后代。这种方法只能在同种或亲缘关系很近的生物之间进行。转基因技术则是直接将某个生物的特定基因提取出来，转入另一个生物体内，使后者获得新的性状。这种方法可以突破物种界限，将不同生物的基因进行组合。
转基因技术在农业中的应用例子：抗虫棉含有来自苏云金芽孢杆菌的抗虫基因，能够抵抗棉铃虫的危害，大幅减少农药使用。争议主要集中在：一是担心转基因食品可能对人体健康产生未知影响；二是担心转基因作物可能破坏生态平衡，如转基因作物的基因可能传播到野生植物中。不过，科学家认为经过严格检测的转基因产品是安全的，而且转基因技术能够提高产量、减少农药使用，有利于可持续发展。
3. 克隆技术的原理是什么？多莉羊是怎样被克隆出来的？克隆技术有哪些应用前景和伦理限制？
答案：克隆技术的原理是利用体细胞核移植技术，将一个成年动物的体细胞核（含有完整遗传信息）移植到一个去掉细胞核的卵细胞中，形成的重组细胞在适当刺激下开始发育，最终长成一个与提供体细胞的动物基因完全相同的新个体。
多莉羊的克隆过程：科学家从一只成年母羊的乳腺细胞中提取细胞核，将其植入另一只母羊的去核卵细胞中，经过电刺激使其融合并开始发育，然后将早期胚胎移植到第三只母羊的子宫中，最终生下了多莉羊。多莉的遗传信息完全来自提供乳腺细胞的那只羊。
应用前景：克隆优良家畜快速扩大优良品种数量；培育用于医学研究的实验动物；未来可能用于器官移植。伦理限制：世界各国都严格禁止克隆人的研究，因为这涉及人的尊严、身份认同和社会伦理等复杂问题。科学技术必须在伦理规范的框架内发展。
4. 试管婴儿技术帮助了哪些家庭？试管婴儿和自然受孕的婴儿有什么区别？这项技术体现了生物技术怎样的价值？
答案：试管婴儿技术主要帮助了因疾病或其他原因无法自然生育的不孕不育夫妇，让他们实现了生育梦想。第三代试管婴儿技术还能在胚胎移植前进行遗传学诊断，帮助有遗传病风险的家庭生育健康的孩子，避免遗传病传递给下一代。
试管婴儿与自然受孕婴儿的区别：受精方式不同。自然受孕是精子和卵子在母体输卵管内结合，而试管婴儿是在实验室的培养皿中让精子和卵子结合。但受精后的发育过程是一样的，都是在母亲子宫内完成。试管婴儿和自然受孕的婴儿在基因、健康、智力等方面没有本质区别，都是父母的亲生孩子。
体现的价值：这项技术体现了生物技术造福人类、解决实际问题的价值。它不仅帮助不孕家庭实现了生育愿望，增进了家庭幸福，还能预防遗传病的传播，提高人口质量，展现了科学技术的人文关怀。
5. DNA鉴定技术为什么被称为“证据之王”？除了刑侦破案，DNA技术还有哪些应用？请结合生活实际谈谈生物识别技术给我们带来的便利和需要注意的问题。
答案：DNA鉴定技术被称为“证据之王”是因为每个人的DNA（除同卵双胞胎外）都是独一无二的，通过DNA鉴定可以准确识别个体身份，准确率极高（两个无关个体DNA完全相同的概率小于千亿分之一）。这使得DNA证据在法庭上具有极强的说服力，能够确凿地证明嫌疑人是否到过犯罪现场。
DNA技术的其他应用：亲子鉴定，准确判断是否存在血缘关系；考古研究，通过分析古人类遗骨DNA了解人类起源和迁移；医学诊断，检测遗传病基因；物种鉴定，保护野生动物等。
生物识别技术的便利：指纹解锁手机快捷安全、面部识别快速通过安检、虹膜识别用于高安全场所。这些技术让生活更便捷，安全性更高。需要注意的问题：要保护好自己的生物信息，不要随意泄露；使用生物识别设备时要选择正规厂家的产品；要注意生物信息被盗用的风险，如有人用照片欺骗面部识别系统。总体而言，生物识别技术是安全可靠的，但我们也要有防范意识。