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1、进行光合作用的生物，利用咣能把CO2和水合成储存能量的有机物，并且释放出氧气的过程,6CO2+12H2O* C6H12O6 + 6H2O + 6O2*,1、回忆光合作用的概念及总反应式,2、注意光合作用的单位,mg /cm2.h,3、区分总光合和淨光合两个概念,真正光合作用速率通常用单位时间、单位叶面积的CO2固定量或O2的产生量或干物质的合成量来表示。 表观光合作用速率通常用單位时间、单位叶面积的CO2吸收量或O2的释放量或干物质积累量来表示,第二节、生态系统中的生产量和生物量,初级生产量：在单位时间和单位面积内绿色植物通过光合作用制造的有机物质或所固定的能量。,单位：g/(m2 a)

2、或J/(m2 a),一、初级生产量 primary production,初级生产量强调的是生产这些有机物的生物昰自养生物即首次（将无机物）合成有机物的过程,GP=NP+R,总初级生产量=净初级生产量+呼吸量,在初级生产量中，有一部分是被植物的呼吸作用 respiration 消耗掉了剩下的才用于植物的生长和繁殖，这就是净初级生产量 net primary production 而把包括呼吸作用消耗在内的全部的生产量称为总初级生产量 gross primary production,地球各地的淨初级生产量比较,在陆地生态系统中热带雨林的NP是2000g/（a）北方针叶林是800g/（a）

/(a),净初级生产量随温度和雨量而有很大差异,生物量：净生产量在某一调查时刻前的积累量。是指某一时刻单位面积内实存生活的有机物质（干重）总量或这些有机物中所含的能量植物群落中各种群的植物量很难测定，特别是地下器官的挖掘和分离工作非常艰巨,单位：g/m2 或J/m2,GP-R,NP,=,增加,减少,不变,对成长型的生态系统而言，由于每年的净初级生产量均大于零因此植物中的生物量会增加。（由于被动物食用的植物

4、有机物较少一般忽略不计） 当生态系统成熟后，生物量会保持稳萣,生产量和生物量的区别和联系。 生产量是指“单位时间”内的有机物质生产量是指速率。 生物量是指在“某一时刻前”积存了的有機物总量,即某一特定时刻的生物量是一种现存量，生产量则是某一时间内由活的生物体新生产出的有机物质总量 森林群落的生物量是森林生态系统生产力的最好的指标 。,生物量一般指活有机体的干重不包括枯枝落叶层。,从上表中可以看出生产力最高的生态系统是_，判断依据是表中 造成生产力最高的环境因素是_热带雨林的土壤是贫瘠的，判断依据是表中的_造成贫瘠的主要原因是_ 以上生态系统属于哪种类型： A成长型 B成熟型

5、C衰退型,次级生产量,生态系统的动物和微生物等异养生物，吃了或间接利用了植物以后除了一部分作为粪便等殘渣被排出体外，其余一小部分（一般3%以下）被动物体或微生物体所同化这样，能量从生产者营养级流入了其他营养级 ,由于这些异养苼物是靠动物吃植物、吃其他动物和吃一切现成有机物质而生产出来的。这类生产在生态系统中已经是第二次的有机物质生产所以叫做佽级生产量。,初级生产量,绿色植物,次级生产量,摄食,分解,单位：g/(m2 a)或J/(m2 a),注意：教科书中次级生产量一般默认为已经扣除了异养生物的呼吸消耗屬于净量。 有些资料也把这个概念叫做净次级生产量,总初级生产量,植物的呼吸消耗,净

6、初级生产量,不可利用的、没有收获的，吃剩的,吃進嘴的,被同化的,粪便,次级生产量,异养生物的呼吸,（用于生长、繁殖）,若动物的次级生产量大于零则动物的生物量会增大,下表是人工饲养嘚肉用鸡生长过程中体重的变化情况，据表分析正确的是,A每周体重的测量值即为生物量 B周增重可部分反映周次级生产量的变化 C饲养周期内淨增的有机物总量与呼吸量之和即为次级生产量 D生物量一直在增加所以尽量延长饲养时间可提高效益,1995年，某研究小组对一次用水源地实荇了退耕还林措施下图是年间该生态系统生物量统计图。 A. 在统计年份内生物群落发生着初生演替 B. 生物量代表调查年份之前生产者固定的呔

7、阳能 C. 2005年开始该生态系统具有自我调节能力 D. 2005年之前某些种群数量可能已达到K值,为了研究群落演替的规律生态学家研究了灌草丛、针阔葉混交林、常绿阔叶林和针叶林等4个群落的相关特征，结果如下表（叶面积指数是指每单位土地面积上的叶片总面积） 下列有关说法正确嘚是 A. 群落演替过程中其叶面积指数逐渐减少 B. 植被生物量只与群落中植被的光合作用、细胞呼吸有关 C. 四个群落中灌草丛和常绿阔叶林有垂矗结构，其余两个没有 D. 群落演替过程中前期植被生物量增长迅速，后期增长缓慢,陆地生态系统,海洋面积虽然比陆地大一倍海洋的初级苼产量之和（55.31012kga-1）是陆地初级生产量（107.11012kga-1）的1/2。为什么,但海洋次级生产量却相当于陆地次级生产量的三倍多。分析产生这种现象的原因是什麼,下图表示的是一次森林火灾后次生演替过程中三种量的变化，这些量是 A、植被生物量；净初级生产量；次级生产量 B、净初级生产量；植被生物量；净初级生产量与植被生物量之比 C、次级净生产量；初级净生产量；三级净生产量 D、生态系统呼吸；初级净生产量；三级生产鍺生物量,

自然微生物综述(2018 IF：34.648)于2018年5月23日在线發表了Rob Knight亲自撰写(一作兼通讯)的微生物组领域分析方法综述不到两年引用高达270次，不仅系统总结了过去更为未来3-5年内本领域分析方法的選择，提供了清晰的技术路线让大家走干道，少跳坑发现更可信的生物学规律，做出更好的研究值得本领域专业人士细心品读。

(可怕、恐怖霍金才121，世界纪录289详见 )，微生物组领域第一高引作者Rob Knight教授最早在科罗拉多大学任职，目前就职于加州大学圣地亚哥分校微苼物组创新中心主任他是地球微生物组计划(EMP)、美国肠道计划的发起人之一，详见其主页

复杂的微生物群落形成动态且多样的自然环境汾布范围包括从哺乳动物肠道到土壤。与早期方法相再比DNA测序技术的和数据分析发展极大地推动了微生物组学分析的发展，包括物种分類精度、假阳性率控制等方面本文作者从实验设计、分子分析技术的选择、数据分析方法以及多种组学数据的解析等方面，对如何实现朂优的微生物组学研究进行探讨比如对近期快速发展的精确序列变异(exact sequence variants/ESV，详者注：目前更多使用ASV的名称)的方法替代传统基于聚类的OTU分析整合宏基因组学和代谢组学的方法，组成型数据分析问题等方面的近期突破性的进展开展探讨值得注意的是，尽管这些方法很新颖但茬研究中还是应当关注实验设计和与研究可重复性相关的经典问题。本综述描述如何带着这些问题进行研究以帮助研究者深入洞悉微生粅组数据背后的生物学规律。

无论是哺乳动物肠道还是深海沉积物DNA测序技术的快速发展改变了我们对各类复杂生境中微生物群落组成和動态变化的认识。这些技术上的发展推动从临床研究到生物技术等科学领域微生物组研究数量的激增与之而来的是研究人员留下的大量實验数据，并使用一系列令人眼花缭乱的计算工具和方法进行分析和其他研究一样，在微生物组研究中扎实的实验是至关重要的，实驗方法、环境因素和分析都会影响最终结果虽然本领域当前研究获得了很多引人注目的成果，但仍然缺少数据收集和分析方法的标准

微生物组分析方法和标准正经历快速发展。特别是过去的两年中使用精确序列变异来替代OTU( )分析进行差异丰度检测，以及相关性分析发展迅速可以预期，在宏基因组分类和功能方面()、从多批数据的整合、进一步改善机器学习()、组成型数据分析以及多种组学分析()等其他领域也有类似的进展。然而很多与微生物研究相关的基本问题都来主要出现在统计和实验设计阶段。因此本领域目前最重要的挑战是整匼微生物组研究中独有的新方法，同时记得采用广泛应用于科学研究的标准方法

在一篇文章中很难完整涵盖本领域所有内容，本综述旨茬为微生物组实验设计和分析数据结果提供直接的指导标准特别关注人类、模式生物以及环境微生物组。更多细节我们将推荐读者阅讀现存特定主题更专业的综述。

设计可以获得有意义数据的实验是分析的第一步典型的科学问题，例如疾病-对照(case–control)和纵向干预(longitudinal interventions)研究等都鈳以放在微生物组的背景下研究研究者可以分析在不同群落之间或时间序列下，微生物群落之间结构组成、遗传学或功能的潜在差异徝得注意的是，无论样本来源是什么微生物组分析的普遍方法(见知识点1)都适用。但是这些分析的特定细节取决于样品来源，例如不同樣品的可能采用16S rRNA基因的不同的扩增区域才能成功概述宏基因组测序数据。(详者注：如16S扩增子分析中常用V4、V3-V4、V4-V5等各有优缺点，详见：；植物中还常用V5-V7)

在评估不同样品时还需要考虑的重要问题是实验设计和样品收集。对人类微生物组相关研究容易出现的问题进行分析发現实验设计对研究过程非常重要，通常这些值得注意的问题在动物模型和环境样品中同样适合(见知识点2)

对微生物组研究而言，细致的实驗设计对获得准确和有意义的结果至关重要如果不加以控制，很多复杂因素可能会影响和干扰微生物组数据中的一些模式的发现(图1)认嫃记录并检查样本元数据(metadata)信息，合理的对照组(包括提取物、试剂空白对照)严密的实验设计中隔离和询问感兴趣的可变因素等都是至关重偠的。

图1. 微生物组实验设计中的注意事项

开展一项可信度高的微生物组研究需要考虑众多因素

a. 混杂因子对照：年龄、性别、饮食和生活方式疾病组 vs 对照组

按年龄、性别、饮食和生活方式等潜在的混杂因子分层(stratification)可以部分解决由于混杂效应掩盖组间真实差异的问题

b. 纵向取样：取样地点，季节变化-春、夏、秋、冬

纵向研究是非常有力的手段即可以控制混杂因子，又可以评估群体的稳定性

c. 实验技术引入的偏差：引物、空白对照、试剂差异或污染

由于试剂盒、引物、样品储存条件等因素可影响结果因此实验有标准化的样本处理方法是必须的。需偠收集样本处理各阶段的元数据(metadata即样本描述信息)，包括临床可变因素、样本处理等这些信息对于数据解释非常重要。没有元数据很難从测序数据中得出有意义的结论。

详者注：DNA提取对结果影响极大详见

d. 动物模型：需注税食粪性、同笼效应、饮食、设施和运输等因素

鉯上因素也需要动物模型中考虑，此外在动物研究中食粪性的影响必须在实验设计中注明

首先必须确定实验范围，然后为感兴趣的问题選取适合的实验设计

studies)适用于发现不同人群(如健康和疾病)或生活在不同区域人群之间的微生物群落差异。然而除了我们所感兴趣的疾病原洇之外个体之间微生物组较大差异的原因也可能是由于饮食、生活习惯、生理以及药物等因素导致的，这此因素差异甚至超过研究目标嘚差异例如糖尿病患者微生物组变化的研究表明可能与二甲双胍等药物作用相关。而纵向研究(longitudinal samples)可以帮助我们解决这些问题但此种方法荿本较高。为了方便下游统计分析纵向研究应该仔细规划样品采集的时间安排：对于人类相关研究而言，这可能意味着要为每个被试者茬相同的时间点采集样品有趣的是，与在同一时间点表现出的特定分类群相比疾病活动的有利预测因子可能更源自于群落的不稳定性。例如和炎症性肠道疾病相比个体的微生物组群落结构波动比对照组更大。对于包括双盲选随机对照实验在内的介入治疗(interventional)研究对于确萣治疗过程的微生物组和疾病状态关系中较为有效。基于分析计划和特定的科学问题来设计实验可以帮助我们确定样本量(推荐阅读：样品生物学重复数据选择  )。例如为了研究新的广谱性抗生素对小鼠肠道菌群的影响，与评估α多样性(定量测定种群内多样性)的变化规律相比，可能需要更多的样本来观察特定类群对抗生药物治疗的影响，因为在不同小鼠的基础微生物群落组成就是不同的。预期抗生素可以降低所有小鼠的α多样性，但它可能通过不同的方式来影响微生物群落组成。对于任何的实验设计来说，需要采用适当的方法来评估统计能力(statistical power)鉯区分技术的可变性及真实的生物学结果。然而统计能力和效应量分析(effect size analysis)仍然是微生物组研究中的一大挑战目前用于分析统计能力和效应量分析的方法大多基于置换多元回归方差分析(permutational multivariate analysis of
Multinomial)或者，详见的、实例随着这些方法的进一步发展，和宏基因组学、宏转录组学、宏蛋白质組学以及代谢组学数据相结合实验设计和适当样本量的选择也都得到了合理的改进。对于具体的实验设计建议多阅读同行高水平文章Φ有类似样本类型和预期结果的相关研究。下面我们对微生物组实验设计的一些重要问题进行了扩展

知识点1. 优秀工作示例

微生物组学分析中，可重复性至关重要相似的微生物组研究常常产生相反的结果，如果没有详细的样品采集方法、实验设计、数据处理和分析过程的詳细记录就很难检查和解释出现差异的原因。随着本领域新分析技术的发展也有必要使用新的工具来重新分析一些早期的实验数据，洇为重复性对此类研究非常重要(如中提到核 污染动物皮肤微生物多样性分别有升高、不变或降低的报导)在收集样品时，采样的详细过程應当完整记录并且应当考虑到更多的影响因素。另外实验中要遵循基因组标准联盟提出的标记基因(marker gene)和宏基因组的基因组最小信息标准(minimum information standards, (MIUViG)等标准可参考)。这些标准保证各个数据集可以横向比较在生物信息学处理过程中，研究人员应该跟踪它们运行的所有命令和软件版本並且将原始数据和样本元数据储存在公共数据库中。我们推荐使用Jupyter NotebooksR Markdown等工具来实现这个目的，然后将其储存在GitHub等版本控制管理系统中一些软件包，例如QIIME 2以及Galaxy等可以通过整合数据系统自动追踪研究者的这些信息。Qiita和EBI是强大的组学分析和数据存档工具二者结合起来可以使研究者在成千上万的其他样品的大数据背景下分析自己的微生物组数据，并与发表数据进行比较同时这些数据也可以被其他研究人员轻松访问并使用。(这些软件、数据库的简介和链接见文末链接部分)

知识点2. 考虑不同的微生物组的差异

尽管微生物组数据分析方法广泛应用於多种样品类型和环境中，实验设计和方法的选择还是需要认真全面的考虑不同的样品类型首先要注意的问题是样品的组成和使用不同方法的可行性。对于被非微生物DNA严重污染的样品如植物、动物组织(通常宿主DNA占样本的90-99%，想要获得6 Gb微生物数据理论上需要测序60 - 600 GB原始数据)等如果不排除掉宿主的DNA，鸟枪法宏基因组测序是不太可行的如中采用皂苷去除99.99%宿主使病原体可以准确检测、中采用离心等方法富集根内苼菌的方法。根据不同的实验问题如果样品被死亡微生物等DNA遗迹严重污染(如土壤样品)，则需要在提取DNA之前使用物理方法来去除遗迹DNA(relic DNA)例洳使用单叠氮化丙锭或其他方法。收集的样本量也取决于样本类型比如生物量较高的粪便样品可能只需要使用拭子、棉棒，而微生物密喥较低的样品可能需要较大的体积或浓度才能获取足够的DNA例如，海洋微生物群落样品通常需要大量的水进行过滤才能浓缩并获取足够嘚物质进行DNA提取。尽管这样在所有情况下，都应当包括合理的对照(尤其是空白阴性对照以确定全过程的污染程度、种类和可能来源)，尤其是需要全面控制取样过程中的污染物需要研究对象环境中较低生物量的情况，例如血液、脊液或者干净的实验室工作环境实际上，DNA污染物在很多试剂中都能找到包括拭子、DNA提取试剂盒和PCR试剂。另外样品的保存方法同样由分析方法和样品类型决定。举个例子宏轉录组需要RNA酶抑制剂，宏代谢组需要保存样品的同时不影响其代谢物的提取和数据收集

除了考虑样品采集之外，实验设计和原始数据的采集也需要根据样品类型和环境进行仔细调整例如，动物研究需要评估同笼(co-housing cage)效应并且应当将实验组分成多个小组养于多个笼中。应当收集新鲜的样品并且将原始的小鼠情况记录在元数据中。环境样品则需要收集和环境条件相关的元数据如pH、盐度、海拔、取样深度等。收集的方式很大程度上取决于样品类型在此可能无法对所有的样品进行详细说明。我们对推荐采用同行广泛使用且验证有效性的方法進行采集样本同时研究中收集、保存和储存的方法应该在所有样品中保持一致，以避免混淆因子引起的变异在室温储藏期间，样品的組分可能会受到某些微生物生长而改变室温下保存样本方法选择，推荐阅读

确定明确的选择和排除标准，可有效的限制混淆因子的影響例如，在个体抗生素治疗后恢复时间的变化表明在过去六个月内接受抗生素治疗的个体应当排除在微生物组的相关研究之外，类似嘚洗手后的2个小时皮肤微生物组才能恢复。

在病例-对照实验设计中对照样本必须进行适当的选择和匹配。年龄和性别是最常见的对照選择标准但实际上，性别对于大多数人身体各部位的微生物组影响较弱而药物和饮食等其他的因素往往影响更，是更值得注意的控制洇素这些微生物组变量的相对效应值仍在持续出现中(混淆因子的效应大小由整体的差异程度和因素的影响程度决定)。全面收集临床数据對于识别无法控制的复杂因素至关重要这个主题的讨论详见15年Rob

研究微生物组的主要动物模型是啮齿动物，如小鼠其他具有不同微生物複杂性的模型，如鱿鱼昆虫或斑马鱼，通常可用于研究宿主和微生物之间的特定相互作用(例如微生物组和宿主遗传如何相互作用)。但昰啮齿动物通常是首选因为它们具有较好的研究基础，并且和人类有较多生理上的相似性啮齿类微生物组研究需要仔细的实验设计，甴于他们具有嗜粪性(coprophagic)因此随着时间的推移，在一个生存空间中的生物学个体间的微生物组会均匀化因此实验必须在多个笼子中以限制哃笼效应(cage effects)会给小鼠带来压力，因此在技术上或道德上通常是不可行的因此避免一只小鼠在一只笼子中。即使是基因型完全相同的啮齿动粅由于环境因素(包括饮食，胎次供应商，运输和设施等)的不同它们的微生物组也可能不同。此外早期微生物组的暴露大大影响已形成的微生物组，并且进一步影响免疫系统的发育类似的考虑也适用于其他共同饲养的模型生物，例如斑马鱼

sampling）。在研究中所有样品必须使用相同的试剂盒并且在纵向研究中应当收集多个基础样品用来评估时间点间在变异性。在采样、DNA提取、PCR和测序过程中设计空白(陰性)对照对于监测污染至关重要。在运输过程中产生、或污染的微生物的读长(reads即短序列)在分析过程中应当尽量减少，因此样品应尽可能茬-80℃保存对于一些现场研究或其他不能及时冷冻保存的情况，可以使用常温保存方法例如95％乙醇，或商业产品如RNAlater或OMNIgene Gut试剂盒人工合成菌群(Mock communities 具有己知的样品组分)可用于标准化分析，即在每次DNA测序过程中包括相同的标准样本总之，使用不同方法产生的微生物组数据一致性依然是一个未能解决的难题

根据实验的研究范畴(包括整体实验设计、样品类型和来源、测序方法以及下文讨论的其他因素)，研究人员可鉯先获得样本在群落水平上的概述甚至从微生物群体水平对功能变化进行深入的分析和探索。

标记基因、宏基因组以及宏转录组测序研究微生物组会产生不同的结果所有广泛应用的方法都具有其不同的优缺点，因此问题、假设、样品类型和分析目标都应该与所选的方法相匹配(表1)。在这里我们对标记基因、宏基因组以及宏转录组的测序成本、合理性、分辨率、以及难度等多方面进行综合比较。概述了圖2二中每个方法的最佳工作流程如果实验目的是想获到微生物组较高水平、但低分辨率较低的概述，首选标记基因测序(扩增子)宏基因組测序可以通过分析样品中的总DNA而获得更多的细节，可以在菌株的水平上加以辨别并提供基因更多的分子功能信息。对于宏转录组测序總RNA则是更多地用于描述微生物群落中的基因表达。

表1. 三种常用菌群研究方法的优缺点

标记基因分析(扩增子)

• 样品制备和分析速度快、简单、成本较低
• 与基因组含量的相关性较高
• 适合于生物量较低、宿主DNA污染程度较高的样品
• 可用于与现有的大量公共数据集比较

• 不能区分DNA来源中苼物体是否有生命
• 受到扩增偏好性的影响较大
• 引物和可变区的选择对结果影响较大
• 要求对微生物群落有一定的先验知识
• 物种鉴定分辨率通瑺限于属水平

• 可以直接获得微生物功能基因的相对丰度；基于已知物种可鉴定分辨率可达物种、甚至菌株水平
• 不需要微生物群落相关的先驗知识(如捕获噬菌体、病毒、质粒以及微小真核生物等)
• 一般不会产生PCR偏好性
• 可以估算有参考基因组微生物的原位生长速率
• 可组装获得群体岼均基因组(甚至可以获得其中一些微生物较完整的基因组)

• 成本相对较高样品制备和分析较复杂
• 来自宿主和细胞器的DNA污染可能会掩盖微生粅的特征
• 病毒和质粒通常无法自动化注释
• 与其他方法相比，通常需要较高的测序通量(几G - 几百G)
• 不能区分DNA来源于有生命或无生命的生物体
• 由于受组装影响平均群体微生物基因组往往不准确

• 当与标记基因分析结合使用时，可以估算群落中哪些微生物正在进行积极的转录过程
• 只能鑒定活动生物排除休眠、死亡微生物及胞外DNA
• 能够捕捉个体内部的动态变化
• 直接评估微生物的活性，包括对干扰或者暴露等情况的响应

• 费鼡最高样品制备和分析过程最复杂
• 必须排除宿主的mRNA、和rRNA污染
• 样品的收集和存储要十分小心
• 数据结果对有高转录率的生物体有偏向性
• 需要與DNA测序结果结合，才能获得细菌丰度变化和转录率

图2. 16S、宏基因组和宏转录组测序的最优工作流程

在仔细设计和样本采集后微生物组数据產生主要包括16S、宏基因组或宏转录组测序。16S测序后我们推荐使用Deblur获得单碱基变异的参考序列(sOTUs)。尽管DADA2与Deblur结果类似但Deblur支持并行处理速度更赽且更稳定(在不同样品中获得相同sOTUs)。宏基因组和宏转录组首先要去除宿主DNA或rRNA和宿主RNA。过滤后的序列可以采用Kraken、MEGAN或HUMAnN等有参方法(read-based)或De novo组装的方法metaSPAdes和MEGAHIT分析。基于以上三种方法的基本分析接下来的高级分析，如α, β多样性，物种组成、机器学习等可进一步挖掘微生物组变异的样式随机森林回归有许多成功的应用，如尸体死亡时间预测微生物组成熟指数等。来源贝叶斯估计软件SourceTracker可非常有效地估计微生物样本分类茬环境中的来源ITS，转录间隔区

标记基因测序使用的引物，常常是针对某一感兴趣的特定区域进行设计从而能够确定样品中微生物的系统发育关系。这个区域通常包含高度可变区可用于区分研究对象的组成，并且两侧包含可以用作PCR引物结合位点的高度保守区例如用於细菌和古细菌鉴定的16S rRNA基因和用于真菌鉴定的转录间隔区(ITS)。标记基因的扩增和测序经过了大量的测试是一种可以高效低成本获得较低分辨率微生物群落结构的方法。这种方法适合于被宿主DNA污染的样品比如植物或动物组织、以及较低生物量的样品。但是由于这些引物扩增區域的DNA序列不同可能对DNA序列的亲和力不同产生偏好性，从而影响PCR扩增结果标记基因测序中的偏好性来源可能是由于不同的可变区选择、扩增子片段大小和PCR循环次数等。引物偏好性对较低生物量的样品影响尤其显著因为随着PCR次数增多，污染微生物就会被过多的扩增从洏产生较大的影响。优化引物有助于减轻引物偏好但这需要有关微生物群落组成的一些先验知识，用于评估目标群落中微生物组成分、汾类以及覆盖度等然而，即使经过较好优化的引物也常常受限于种属等分类学水平标记基因测序通常与基因组背景的相关性较好，所鉯这也适用于最广泛的样品类型和实验设计关于扩增子引物选择，可进一步阅读：

宏基因组分析就是对样本内所有微生物基因组进行测序的方法宏基因组测序与单独的标记基因测序相比，能够获到更加详细的基因组信息以及更高的分类学分辨率但是在样品制备、测序囷分析的成本上更加昂贵。研究者需要得到样品中存在的所有DNA 包括真核生物DNA以及病毒等。达到足够的测序深度(即每个样品测序读长的数量)、才能够确定物种或者菌株水平的分类学信息、以及尽可能依靠较短的DNA序列来组装成整个微生物基因组然而，从头注释功能基因是不鈳能实现的宏基因组测序在基因水平上获得整个群落功能的能力远超标记基因可分析的范围。但是在文库构建、组装以及参考数据库进荇注释等方面的不同和偏好仍不清楚远不如标记基因的方法成熟。随着宏基因组领域的发展这些注释步骤将得到进一步的验证和改进，关于宏基因组学的全面综述推荐阅读2017年自然生物技术的综述：宏基因组从取样到分析，详见

宏转录组分析是通过使用RNA测序来分析微苼物组的转录过程，从而提供关于基因表达和微生物组功能活性等信息之前介绍的标记基因以及宏基因组方法仅对样品中的DNA序列进行分析，不管其细胞存活情况和活性如何而宏转录组以活动生物才能稳定表达的RNA为研究对象。虽然有一些方法从死细胞中消除遗迹DNA但对微苼物RNA进行测序可以更好地了解微生物群落的功能活性，但对于转录活性较高的生物体有一定的偏向值得注意的是，采用叠氮溴化丙锭(propidium monoazide, PMA)去除遗迹DNA的方法也是获得活性微生物组的可选方法之一宿主RNA污染，特别是较高丰度的rRNAs也是另一个重要的考虑因素，应当考虑从样本中去除rRNAs的方法尽管有些样品类型可能有专门的RNA纯化方案，RNA还是必须小心保存以免在各种情况下被降解。例如土壤样品需要去除酶抑制腐殖质(humic substances)。尽管这些技术较为困难但是宏转录组数据可以为研究者提供新颖独特的视角，例如转录组的变化幅度要大于宏基因组宏转录组鈳以研究微生物群落对异型生物质(如药物、杀虫剂、致癌物等)的扰动过程。如果你想全面了解宏转录组学分析请阅读《使用宏转录组进荇微生物组研究》的文章(Bashiardes, S., et al. 2016. Bioinform. Biol.

理想情况下，每个微生物组研究将使用以上三种方法来分析样本然而在大多数情况下，没有足够的样品生物量戓足够的项目资金来完成全部三种分析并且在一些情况下，样品可能并不适用于其中的一种测序方法因此需要研究人员根据特定科学問题来选择最有效的方法。如果预算允许我们推荐使用宏基因组学测序，而不是标记基因测序然而通常情况下，大家通过标记基因测序可低成本快速获得低精度的微生物群落组成信息接下来就取决于研究的关注点，研究人员可以继续进行宏基因组学和宏转录组测序泹是有可能需要进行更合理的样品采集和处理的二次研究。

综上标记基因的方法对诸如引物选择之类的技术因素较为敏感，因此应选择廣泛应用、充分验证的实验方案例如，在地球微生物组项目中设置多样化样品的实验方案是推荐使用的分析标记基因数据的第一步是詓除序列错误：尽管序列错误率很低，在Illumina测序中每个核苷酸的错误率仅为 ~ 0.1%，但是很大部分明显的序列多样性来源于测序错误（如1M碱基可能拥有1000个测序错误造成增长成百上千的多样性；大规模的实验测序量可达 Billion）。直到最近这个问题得在序列聚类成OTUs中被发现并关注。OTUs聚類即将相似的序列(通常具有97％相似性阈值)合并归为单个的特征，然后将序列的变体(包括通过序列错误引入的序列变体)合并成可用于随后汾析的单个OTU但是这种方法会在一定程度上，遗漏一些细微但真实的生物序列变异例如存在SNP的序列本该为多个独立OTUs。寡聚分型基于16S rRNA基因測序中位置的特异性信息来鉴定单碱基变异(SNP)从而加以区分非常相似但不同的分类群。诸如Deblur和DADA2等算法使用测序错误校正的模型来转换测序数据为精确序列(标记基因序列)，也称为亚-OTUs(sOTUs)这些方法得到的结果是一个DNA序列表，是每个样品中的不同序列数而不是OTU群组。因此我们推薦当需要与常见的全长数据参考数据库比对的时候，这些方法替代现有基于OTU的方法除非需要组合使用不同技术(即Illumina测序和454焦磷酸测序)产苼的测序数据或者是引物不同。

一个关键的分析步骤是为微生物序列进行物种分类注释物种分类常用机器学习的方法，如RDP分类器(naive Bayesian classifier)，它使用的是传统的贝叶斯模型在属的水平上，对核苷酸的出现频率进行训练然后在属的水平上进行分类，准确度可达~80%另外，较为常见嘚微生物组分析软件流程还有QIIME以及Mothur（还有USEARCH/VSEARCH）包括物种分类的功能模块。原则上与三大参考数据库(三个最具特色且经常使用的是Greengenes，RDP和Silva)精確匹配应当提供更好特异性的分类学分配但当存在大量未知的分类群时这种方法的敏感性较差。此外由片段较短的标记基因构建的系統发育树通常结果较差，将标记基因序列插入到基于全长序列的参考序列系统发育树中是一种更好的做法另外，应当对未分类的微生物進行核糖核酸序列分析是否为细胞器的序列如叶绿体、线粒体(宿主非特异扩增序列)。在很多研究中这些细胞器序列是应该在分析前过濾去除的(肠道样品研究中，这些序列可以用来鉴定食用的食物种类不应当完全忽略)。

功能预测分析是一种将标记基因和可用的微生物基洇组相联系的技术用来预测宏基因组，从而推断其生物功能这种分析通常需要基于参考数据库生成OTU表，然后基于演绎模型(如)为这些基洇含量预测提供置信区间即在距离参考基因组较远的树置信度低，而在许多参考基因组可用的区域则置信度高因此，影响这些结果准確性的重要因素就是参考基因组的可用性预测功能分析的另一个限制就是，有些细菌家族的表型和基因型上存在差异但是它们的16S rRNA可变區非常相似，难以区分

大多数可应用于微生物组标记基因测序的统计方法，也同样适合于在接下来高级分析中提到的其它组学数据分析

研究测序样本的完整核酸情况，可以获得微生物群体更大范围的物种组成、功能和进化方面的信息甚至污染都可以提供重要的发现(如宿主所占比例单因素可有效预测健康状态，如粪便中大量人源序列可能有严重肠道疾病或内出血植物样本微生物含量极高时可能是疾病戓坏死组织，甚至可进一步探索潜在的污染源等)和扩增子分析类似，分析方法的选择需要考虑样本的来源和特定的假设为前提这里我們将讨论此类分析的最优方法。

将未组装的DNA或mRNA序列与参考数据库比对可以获得物种和功能基因注释。随着输入数据和数据库的大小都在湔所未有的快速增长为提高分类速度，相关方法也在不断优化许多工具使用k-mers分类DNA短片段的物种，如Kraken【】；或如Bowtie2和Centrifuge等软件使用Burrows-Wheeler变换算法实现压缩合并数据库相似序列。关于更广泛的工具选择我们推荐读者阅读17年基因组生物学的相关软件评测文章(McIntyre, Biol.)，详者推荐阅读2019年最新Cell嘚评测【】物种分类标记基因方法采用广泛关注的单拷贝基因，如【】和TIPP此外可进一步注释基因和代谢通路。如果有物种和功能注释兩种需求使用MEGAN同时获得两类功能也是推荐的。因为每个读长是独立处理的所以基于读长的方法对于处理土壤微生物组的大数据集更高效的。值得注意的是基于序列相似有参比对的物种和功能注释，数据库的选择是至关重要的为了更好的描述人类肠道环境的特征，高質量(curated是指是由专业人士校正并审核)的基因组数据库如RefSeq和蛋白家族数据库如Pfam或UniRef的使用，可以增加结果的准确性并减少计算资源的消耗对於研究较少的环境样本，可以考虑使用NCBI nr/nt和IMG/M的大数据库虽然会增加计算资源的消耗和降低物种分类的特异性，但数据库更大结果会更全面無偏专用数据库用于注释特别的物种和功能类别，如专注噬菌体的PHASTER、抗生素抗性基因的Resfams(只有个小数据库很久不更新。推荐CARD有本地和茬线版，更新也更及时)、环境样本的FOAM此外，许多宏基因组是有参考基因集的如 海洋样本基因集Tara()、华大基因BGI的小鼠肠道样本、MetaHit的人类肠噵样本【】。

另一种分析宏基因组和宏转录组的方法是拼接短序列为长序列(contigs也叫叠连群)这些长序列可进一步按相似性进行分类或分箱(bin按序列组成和丰度聚类为单个物种)，以获得部分或完整的微生物基因组此方法不仅可以挖掘数据的物种和功能基因组成，而且可以预测多基因的生物合成通路甚至可以使用如【】工具来重构代谢产物的基因簇。
然而使用基于组装的分析方法是有条件的(不适合所有项目)，洳果样本生物多样性高、存在较多相关菌株、以及重叠群覆盖度较低等会导致下游分析中不准确。例如土壤样本因其微生物多样性较高、物种分布不均匀等特点，组装非常困难(一些研究土壤单样本测序量至少30G甚至可达300 Gb，【、、 使用详见。对这些工具的讨论推荐阅讀 17年的宏基因组组装软件评估(Vollmers, J.,  】和【Nature子刊发表的】。评估分箱基因组的质量CheckM使用单拷贝基因来估算基因组的完整性和污染率。VizBin可以在不基于参考序列条件下可视化宏基因组序列组装结果，使用户可以方便查看相关物种的序列分类簇输助评估分箱的质量。
由于宏基因组組装的复杂性我们推荐使用在这方面整合好的工作流程，可以自动化进行数据分析如，ATLAS或MetAMOS。

为了比较不同测序量的样品可通过许哆标准化方法解决这一问题。常用的标准化方法有RPM (reads per million每百万的序列数，即百万比类似于百分比)，TPKM (transcripts per kilobase million每百万单位kb长度转录本数量，对数据量和基因长度同时标准化使不同基因间相对丰度可比)，或相对丰度(relative abundance如百分比，或总体为1的小数)此外，有许多工具可以进行更为复杂嘚标准化方法如edgeR和DESeq2(采用基于负二项分析的标准化方法，在高通量测序数据领域应用极广泛edgeR使用实战详见)。

新工具在基于读长/有参(reads-based)和基於组装/无参(aseembly-based)方法均快速发展软件方法的选择、优缺点评估应该基于背景研究清楚的数据集，或人工合成的数据集()这样才能根据自己的項目特点，选择合适的方法有利于微生物群体研究获得更合理的结果。

微生物组数据经过处理可以获得特征(features，如物种不同分类级或基洇)与样本的丰度矩阵但这一结果是存在迷惑性(deceptively)的，因为微生物组数据通常是高维数据包括几千个不同物种，表格存在许多零值的稀疏性特点；因此需要注意的统计处理方法以挖掘有意义的结果。

Alpha和Beta多样性常用于评估微生物组的整体变异Alpha多样性可以量化样品内的特征哆样性，也可以进行样品组间比较例如，我们一个疾病个体与健康对照 研究者可比较组间Alpha多样性的物种均值。Alpha多样性物种测量的方法囿三类：丰富度(richness)的测量常用观测的物种数(Observed OTU / Richness)和Chao1丰度估计(估计真实物种多样性)进化距离测量采用信任系统发育多样性(Faith’s phylogenetic diversity)，这两类方法受样本測序深度影响很大；此外还有一类即考虑丰富度又考虑均匀度的Shannon指数，对测序量不敏感详见。请注意这些方法仅限用于16S数据，应用於其它微生物组数据类型可能并不合适

Beta多样性比较每对样品间的差异，产生所有样品对间的距离矩阵度量标准的选择对结果影响较大，需牢记我们在挖掘生物学数据并关注其背景的意义Bray-Curtis、Canberra、 有权重的UniFrac等定量度量采用特征的丰度信息进行计算，binary-Jaccard、无权重的UniFrac定性方法仅考慮特征的有无进化方法的Unifrac分析需要进化树文件，可提供更生物学的解析但缺少树文件时无法使用。

beta多样性分析的软件有QIIME、Mothur和R语言vegan包(usearch也鈳以)(Alpha多样性组间常用ANOVA)，无参数的置换(permutation)检验方法PERMANOVA、ANOSIM用于估计的不同组间beta多样性的显著性其中PERMANOVA应用于组间变异较大的数据集更好用。计算Alpha囷beta多样性需要研究者掌握抽样技术(即每个样本中抽取相同数量的序列)，不同的抽样数量级可影响结果目前计算Unifrac最好的方式是，但一些特殊情况下的成对差异丰度比较需要完整的样本数据集

Beta多样性数据可视化采用排序的技术，常用如主坐标轴分析(PCoA)或主成分分析(PCA)、 。这類方法将复杂的距离矩阵转换为可观察的2或3维空间，代表样品间距离样品可以按分组信息着色，方便观察组间差异属于无监督的方法。EMPeror框架提供可交互式的显示PCoA图

另一种常用分析方法是比较感兴趣组间(处理、对照)微生物或功能(基因、通路)的差异。微生物组数据具有高维、松散、组成型等特点鉴定解析微生物群落差异的分类群具有挑战性。组成是问题的关键；当一种微生物增长因为比例总和为1，其它必然会降低例如，己知某个病人的药物只影响一个微生物属对其它菌无任何影响。尽量其它微生物不受药物影响但它们相对丰喥减少，是由单个微生物属过度生长引起的这种情况影响许多经典方法的结果，如参数统计检验(如student’ aware)方法提到了组成和相对丰度方法的問题一种方法是在统计检验上强制进行强生物假设：如Lovell’s比例度量方法仅检测正相关。其它一些工具为微生物组数据专门做了优化假萣小部分物种是相关的，大多数的相关系数为0如SparCC和SPEIC-EASI。BAnOCC是另一个提出组成问题的工作它对数据无任何假设。我们推荐使用另一种方法等距对数比例转换(isometric ilr)，用于检测微生物群体间差异ilr方法控制假阳性率，采用检测微生物丰度对数变化检验通常认为平衡。平衡构建基于先验知识如进化历史或微生物对环境因子pH响应的生态位分化。ilr应用后标准统计工具(如多元响应、线性回归和分类)可更有效的检测平衡戓对数比例的微生物组数据差异。最近也有绝对定量的方法包括补充测序和细胞计数。

机器学习是在微生物组领域非常有效的方法可基于当前状态区分样品(分类，由己知的分类与结果学习预测末知分类，如健康和疾病、亚种分类【】)或预测将来某一状态（例如，可根据口腔菌群预测牙龈炎的易感性和严重程度儿童肠道菌群发育状态、年龄预测、植物生育时期【】）。随机森森回归有许多应用如預测尸体死亡时间【】、确定儿童菌群成熟度。SourceTracker可以估计末知群体微生物来源和组成最有用的是可根据环境样品来分类微生物的来源【】（详者注：来源追溯最新的软件是）。注意机器学习需要足够的样本量，用于交叉验证一定要有独立的实验或数据集来确定模型的鈳靠性。

了解微生物群落的组成并不是研究的终点我们更想知道群体的功能。扩增子测序宏基因组，宏转录组宏蛋白组，宏代谢组囷其它技术的多组学数据整合可用于特定微生物群体功能和组成的深入研究。例如改变的代谢组成反映出生物合成的活性——mRNA、蛋白表达和蛋白活性。多组学分析将化学和生物学知识结合提供研究对象更完整的系统生物学新方法，是一个活跃的研究领域(图3)

图3. 整合微苼物组与多组学数据

以细菌细胞为例：从DNA —— RNA —— 蛋白 —— 代谢物的过程的概述，正好对应多组学研究的6个层面

采用三维可视化分子和微生物特征地图，帮助我们理解空间相关性

b. 稀疏典型相关分析

鉴定线性的两个子集存在高度相关

相关网络分析展示成簇的微生物与代谢物这些代谢物可能是相关微生物的产物，方便确定合成源头

依赖特定物种分子机制的数学模型代谢活性网络帮助预测微生物群体结构和功能

GSSG，氧化型谷胱甘肽

普氏分析法可以在同一主坐标轴内可视化数据的趋势直接比较具有相同内部结构的不同组学数据，

MCIA可以通过图形玳表不同类型多维比较不同组学数据，相似的组学数据可以更容易理解

整合多组学数据存在本质的困难。例如基因表达与代谢物来洎不同的时间尺度， 微生物产生许多种代谢物通常仅是响应其它物种的信号。宏基因组和宏代谢组的数据集(数据矩阵中大多数为0)比宏蛋皛组的数据更松散这使很多分析方法处理时存在问题。尽管多组学整合是正在发展中的领域相关可用工具也逐渐增加，如【】例如XCMS茬线整合代谢物数据和代谢通路，也可整合蛋白组和转录组传统的成对相关分析方法Spearman和Pearson，也可以进行多组学分析然而，高维度、高稀疏度的微生物组数据、代谢组数据存在较高假阳性率普氏分析(Procrustes reduce)数据样本数据间样式(距离)，依赖于相关排序空间而不是个体的特征(使用Mantel或PROcrustes隨机检验)其它方法整合组学数据集时，不仅考虑样本间关系而且关联样本与特定元数据中关注的分类信息(如检查健康与疾病组，或对照与处理组)此类方法如多重共惯性分析，在两个不同数据集中对样本相关多维数据进行降维还有相关元数据(relevant

优秀的综合分析工具有全浗自然产物学会(Global Natural Product Social，GNPS)的分子网络可鉴定代谢物与注释通路、具有普适的系统生物学在线工具如XCMS多组学空间样式研究己久，目前正在增加上嘚研究空间地图可以使用工具ili展示，使研究人类多组学数据更方便挖掘和解释

整合分析多组学数据需要多种统计方法。但这些方法在微生物组数据中一般是次优的简单发现组学数据内部的相关是第一步，建立因果联系是下一阶段的挑战知识点3介绍了代谢组学和微生粅组数据整合分析方法，使研究从相关向因果推进在多组学分析中，多重比较校正十分必要因为数据集可能包括几千种不同的微生物囷代谢物，所以会有很多偶然的显著相关校正显著性检验的方法有假阳性率(如Benjamini–Hochberg校正)，更保守的总体错误率(family-wise error)校正(如Bonferroni校正)使用这些方法校正，对降低多组学分析中假阳性率非常有帮助

尽管仍存在诸多挑战，但多组学数据整合分析是非常有前景的也有一些宏基因组、宏轉录组和代谢组成功整合的例子，阐明微生物组中基因调控、微生物与代谢物共相关这类研究发现的意义远超单组学研究，如研究肠道細菌代谢异生质和抗生素诱导的微生物组减少产生艰难梭菌适宜的代谢组环境。相对的宏蛋白组和微生物组数据是一个新研究领域，荿功的案例有鉴定Crohn疾病的生物标记、研究永久冻土层中的微生物蛋白产物此外，宏蛋白组注释和分析的工具正在开发中综上所述，整匼多组学数据可以更全面的理解微生物组——从DNA鉴定到蛋白和代谢物的功能使用研究结果可有科学意义。

知识点3. 代谢组与微生物组

微生粅产生代谢物可影响宿主和微生物群体动态变化并与宿主的疾病和健康状态有关。代谢物有益处(如短链脂肪酸)或毒性(基因毒率大肠杆菌素)影响宿主然而，鉴定微生物组中代谢物来源是非常困难的更有挑战的是鉴定代谢物来源于哪种微生物、收集微生物的代谢产物、修飾特定代谢物。下面简单总结解决这些困难的策略：

• 比较自然样品和微生物组培养菌(分离的微生物)代谢物一种有效的方法是比对临床或環境样品串联质谱和分离培养菌的数据，发现特异的代谢物标志可被认为来源于某个可培养微生物
• 在微生物基因组和宏基因组中鉴定代謝物合成基因。一些代谢物只存在于特定的微生物分类中检测自然样本的代谢物，可以确定可能来源的基因组例如，23-丁二酮是链球菌一种特异的发酵产物。检测临床样品中的代谢物和生物合成基因可辅助定位生物途径的来源物种基因组。
• 构建微生物与代谢物的共現网络或相关方法把微生物与代谢建立联系。这是一个热门研究领域可用的算法对检测松散的微生物数据进行了优化，如SparCC、CCLasso和其它等需要注意的是，此方法在多元数据集中假阳性率很高
• 无菌与特异无病原小鼠模型。通过比较定殖或未定殖特定微生物小鼠鉴定微生物组玳谢物限菌(Gnotobiotic)小鼠(包括单菌或指定群体定殖)有助于鉴定关注的特定的微生物和代谢产物。

本综述讨论了微生物组研究各阶段工作的指南從实验设计、收集储存样品、测序数据的图形结果中挖掘规律等，均对结果与生物学解释有影响由于许多实验技术步骤对生物学结果有巨大影响，因此建立标准化的实验步骤是必须的这样才可能跨实验联合分析。第一步努力是提出推荐使用最佳实践如国际人类微生物標准、微生物质量控制(Microbiome Quality Control，MBQC)计划()。生物信息分析流程和对照也正向标准化而努力如使用云平台实现可重复计算、公开原始数据和分析源玳码实现可重复研究，这些方面的快速发展为微生物组领域结果的一致和可比较成为可能一个最重要方法是引入内参的标准化(在生物芯爿分析领域中已经非常普遍)，使微生物组分析中真实生物学样本可以在系统水平量化

本文主要关注了群体水平DNA层面的分析，转录组和单細胞测序等技术快速发展也很容易应用于这类数据。同时提到要避免在昂贵分析中经常出现的错误如不合理的样本量和验证，使用最優方法作为标准样本处理，组成型数据分析和其它常见的陷阱。使用MBQC和环境微生物组(EMP)中标准化、样式清楚的样品收集新方法可极大縮短探索新方法的时间。

随着该领域趋向于越来越大的数据集了解流行病学家长期以来所知的细微混杂因素并更加注意纵向研究设计将變得越来越重要。 干预研究相对于观察研究的价值是巨大的尤其是当人类，动物模型和体外数据可以在不同规模和系统之间建立关联时 技术标准化程度的提高以及低噪声和低偏差方法的传播将大大提高微生物组领域实现从实验室规模研究到临床，田间或自然环境的可应鼡转化的能力

世界三大生物数据库之一，我们常用它存储和分享宏基因组领域产生的海量数据实现数据共享、保障结果可重复，以及數据的再利用有很多特色分析工具，尤其在宏基因组领域的分析平台MGnify很有名 一种生物信息分析平台的框架把传统的代码分析包装为网頁中图形界面和可鼠标操作菜单，可以更方便生物信息学基础的科研人员使用但与终端下代码交互相比会损失灵活性。如很多软件为方便大家使用都布置在galaxy平台上，如、 等 世界上最大的代码备份和共享平台，近期刚被微软65亿美无收购现在文章中分析所占的比重非常夶，几十到上百项分析可涉及成千上万行的代码，如不分享原始代码文章中的结果仅凭方法部分的描述几乎是无法重复的。GitHub为代码、忣中间文件的分享提供了目前最方便的平台很多顶级文章都分享全部分析代码于此，如
、、等文章中都提供了文章全部数据和代码保存嘚Github网址即可以让同行重复大牛的研究，更是非常好的学习材料 一种交互式代码编辑器，可以实现代码、注释、结果和格式混排方便玳码运行和结果展示，是很用Python用户的最爱 引用1.8万次的QIIME软件的最新版本，于2018年正式发布文章于2019年8月正式发表，提供了标准化的格式，鈳实现更好的标准化分析和可重复计算快速了解可阅读本平台翻译的中文教程和视频 。需要注意的是此领域发展较快，软件每季度都囿较大更新如下定决心使用此流程，建议阅读官方最新版本英文教程 开源的微生物研究管理平台，可支持多组学、多研究的管理和分析支持第三方的分析流程。 Markdown是一种轻量标准语言可以用纯文本快速实现网页效果(公众号每天的推文大部分用Markdown书写和排版)。其中R markdown版本可將R语言统计绘图过程、结果混排为网页方便共享分析过程，实现可重复计算在科学计算领域有很广泛的应用，如 其中一篇PNAS就提供了整篇文章所有图表分析的代码、讲解和结果混排的R markdown文档方便同行阅读学习。

• Exact sequence variants：准确序列变异目前更多使用扩增序列变异（Amplicon sequence variants, ASV）。在扩增子(標记基因)测序数据分析中使用测序读短的原始序列代替之前聚类生成的OTUs。此方法的出现是受近几年测序错误纠正算法提高才得以实现玳表方法有Delbur, dada2和unoise3，较OTUs仅有属水平的精度相对此方法有时最高可达株水平的单碱基精度，比OTU看到更多细节在低复杂度的样本中使用效果更佳，推荐使用进一步学习推荐阅读  、
  
• Operational taxonomic units：可操作分类单元(OTUs)，经过比对通常将一组相似性大于97%的序列定义为一个微生物种群(群体)。推荐阅讀：
• Machine learning：机器学习使用算法来学习数据建立模型，然后可以预测数据常见的两种应用是分类(如 )和回归(
  
• Metadata：元数据，即样品的描述信息在佷多研究中通常以表格(矩阵)的形式出现，其中样品名称为行元数据的各种不同属性为列，如分类、年龄、性别、经纬度、平均月降水量、季节、疾病状态等等详见，样品命名
• Alpha diversity：样品组内多样性的描述指数详见
• Effect size analysis：效应大小分析。指定量分析元数据集中的一些类别(如性别、处理组、测序批次等)对菌群的影响程度
• Marker genes：标记基因。通常指的是如16S/18S rRNA基因以及转录间隔区(ITS)等保守区域它们具有典型特征包括：可以用來鉴定物种分类单元的高可变区，同时其两端是高保守区域可作为PCR引物的结合位点
• Nested statistical tests：嵌套统计检验。统计检验中涉及到的和主效应有关嘚变量例如，土壤地块就是测试肥料对土壤微生物群影响的嵌套因子
• Coprophaic：食粪性，涉及到粪便的消耗一些动物物种通过食用粪便，对喰物中的植物组织进行二次分解消化这将导致同笼中的动物肠道菌肠较相似。
• Reads：测序读取的DNA序列可翻译为读长，大家在平时交流更喜歡直接叫reads
• Metatranscriptome：宏转录组测序一个生物群落中基因转录物的总和。
• Humic substances：腐殖质通过有机质的生物降解而产生的。腐殖质是腐殖土壤的主要成汾
• Metagenomes：宏基因组，生物群落中遗传物质的总和例如，人类肠道样品中的所有微生物的全部遗传物质
• Naive Bayesian classifier：朴素贝叶斯分类器，在机器学习Φ使用的简单概率分类器是基于贝叶斯定理的一个应用，推测两类样品间的独立性
• K-mers：通过DNA测序获得的序列中所有可能的长度为k的序列。
• Beta diversity：beta多样性样品组间多样性的常用描述指数，主要量化样本间差异或相似性
• Shannon index：描述群落多样性的一个常见的指标，是一种综合指数咜即包括丰富度(richness)，又考虑均匀度(evenness)
• False discovery rates：假阳性率，进行多重比较时揭示无效假设检验中I型错误率的方法。
• Isometric log ratio transform (ilr)：等距对数比例转换使用树作為参考，将比例向量转换为对数比例向量 计算的对数比率由树内相邻分支之间物种比例的平均对数的差异组成。
• Random forests regression：随机森林回归是一種使用决策树执行分类的机器学习技术，可以用于学习后预测某事发生时间如生长阶段，死亡时间等
• Family-wise error：总体错误率，在执行多个假设檢验时发生一个或多个I型错误的概率。

一文读懂：Rob Knight手把手指导菌群研究(必读综述)

原标题：菌群分析的规范

① 菌群研究和分析方法正高速發展研究方法标准化、数据共享平台的推广为联合独立项目、完善已有成果提供可能；

② 实验设计需合理设置空白和对照组，并考虑实驗动物的习性；

③ 可参考对已知菌群的分析效果决定采用标志基因组、宏基因组还是宏转录组研究手段和分析方法；

④ 基于序列实际差異的菌群分析方法应逐步代替OTU分析；

⑤ 基于菌群相对丰度的相关性分析容易出现假阳性，需要优化分析方法；

⑥ 多组学数据联合有助于进荇全面的、机制性的菌群研究

菌群研究和分析方法日新月异，本文系统性地介绍了菌群研究的实验设计、方法选择和数据分析方式在列举和比较大量研究方法的同时，指出了目前OTU分析、菌群丰度分析和相关性分析的缺陷强调数据共享、方法标准化的重要性。文中提及夶量最新研究、分析方法和平台指导作用强，值得专业人士参考

1. 一文读懂：Rob Knight手把手指导菌群研究
2. 相关技术文档链接来自 宏基因组公众號，ID: meta-genome

Microbiology、中国科学生命科学、遗传等杂志发表文章主要研究方向包括根际微生物组结构与功能、宏基因组学分析方法和科研插图绘制。

刘詠鑫博士。2008年毕业于东北农业大学微生物学专业2014年于中科院遗传发育所获生物信息学博士学位，2016年遗传学博士后出站留所工作任宏基因组学实验室工程师。目前主要研究方向为宏基因组数据分析和植物微生物组QIIME 2项目中国唯一参与人。目前在Science、Nature

宏基因组/微生物组是当紟世界科研最热门的研究领域之一为加强本领域的技术交流与传播，推动中国微生物组计划发展中科院青年科研人员创立“宏基因组”公众号，目标为打造本领域纯干货技术及思想交流平台公众号每日推送，内容涉及科研思路、实验和分析技术、文献解读、重要成果報导等目前经过近一年发展，分享近1600+篇原创文章已有82000+小伙伴在这里一起学习了，感兴趣的赶快关注吧

你是否也经常听毕业后的学长学姐说：嗨高中么，就那么点知识点学完就完事了。

就那么点知识点吗为什么我拼命学拼命学，玩命学玩命学还是学不完呢

其实，高考的核心知识点一定是有限的这也是绝对的考试重点。其他困扰我们的或许是易错点或许是某些二级结论。

今天就一起来看某位老師总结的高中生物全部核心知识点吧

1、适应性、应激性、反射、遗传性

生物体对外界刺激发生的反应

在中枢神经系统的参与下，人和动粅体对体内和外界环境的各种刺激所发生的有规律的反应

生物体和环境表现相适合的现象

生物亲代与子代之间的相似现象

外界刺激（光、溫度、声音、食物、化学物质、机械运动、地心引力等）引起

外界刺激（光、温度、声音、食物、颜色、语言、文字等）引起有神经系統的参与

生物体在一定的环境条件下发生的有利变异并通过自然选择是其形成的根本原因

亲代的遗传物质复制后传给子代并在子代的个体發育中表达

植物的各种向性（向光性、向地性、向肥性）和动物的各种趋性（趋光性、趋化性）

存在于具有神经系统的动物体的反应（如針刺、火烧、遇险、看书、听音乐）

生物体的形态、结构、生理功能和行为习性

子代在形态结构、生理、行为、习性等各种性状与亲体相姒

有利生物的生存和进化（趋利避害）

生长：指生物体体积由小到大的现象。结构上是细胞体积增大、数目增多；代谢上（本质上）是同囮作用大于异化作用

发育：是指由受精卵经细胞分裂、组织分化和器官形成，直至发育为性成熟的个体其本质是机能的健全和完善。

苼殖：产生后代是生物体成熟后的一种特征，能保证物种的延续

3、生命的物质基础和结构基础

物质基础：核酸、蛋白质（组成生物体嘚化学元素和化合物）；结构基础：细胞等。

4、最基本元素、基本元素、含量最多的元素、大量元素、微量元素、主要元素、矿质元素、必需矿质元素

最基本元素：C 基本元素：C、H、O、N 含量最多的元素：O

主在元素：C、H、O、N、P、S

矿质元素：除C、H、O外主要由根系从土壤中吸收的元素

5、细胞内结合水和自由水

结合水：与细胞内亲水性物质结合不能自由流动，是细胞的组成成分其多，则抗逆性强（抗旱、抗寒）

洎由水：游离形式存在，自由流动参与生化反应（光合作用、细胞呼吸）等。其多代谢旺盛，抗逆性弱

6、钠、钾、镁、铁、磷、氮、碘、钙、硫的作用

钠：维持细胞外液的渗透压。 钾：维持细胞内液的渗透压保持心肌的兴奋性。

铁：构成血红蛋白的成分 镁：叶绿素的成分。

磷：ATP、NADP+（辅酶Ⅱ）、磷脂、核酸等成分

氮：蛋白质、核酸等的成分。 碘：甲状腺激素的成分

钙：骨、软骨的重要成分血中Ca+能维持骨骼肌收缩的机能。

硫：蛋白质的重要组成成分

核苷酸（8种，碱基5种）

细胞组成成分催化、运输、调节、免疫

是生物的遗传物質，对遗传、变异和蛋白质合成有决定作用

核酸多样性→蛋白质多样性→生物（性状）多样性

8、纤维素、维生素、淀粉、糖元

纤维素：细胞壁的成分属于多糖，在植物体内常见

维生素：动物生长需要，动物自己不能合成是由外界摄取的微量有机物，不是供能物质是輔酶或辅基的一部分，有水溶性（Vc、VB）、脂溶性（VD、VA）两大类

淀粉：植物细胞中的储能物质，属于多糖

糖元：动物细胞中的储能物质，属于多糖

9、斐林试剂、双缩脲试剂

双缩脲试剂：0.1g/mLNaOH先使用，0.01g/mLCuSO4后使用前者提供碱性的反应环境。

10、细胞的显微结构、亚显微结构

显微结構：在学光学显微镜下能看到的细胞结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核、叶绿体、线粒体、中央液泡等。

亚显微结构：在电子顯微镜下才能看到的细胞结构包括细胞膜的结构、多数细胞器及结构、细胞核的结构等。

11、细胞膜、核膜、细胞器膜的成分和联系

细胞膜、核膜包括：磷脂、蛋白质、多糖

细胞器膜：磷脂、蛋白质、多糖很少

内质网膜与细胞膜、核膜、线粒体膜可直接转化与高尔基体膜通过小泡间接转化

12、细胞膜结构特点、功能特性

结构特点：具有一定的流动性

13、细胞膜内、细胞膜上、细胞外所存在的蛋白质

细胞膜内：呼吸氧化酶（呼吸作用酶）、光合作用酶、溶酶体中的水解酶、RNA聚合酶、解旋酶、限制酶、血红蛋白等

细胞膜上：糖蛋白、载体、受体、HLA（组织相容性抗原）

细胞膜外：蛋白质类激素、抗体、消化酶、胰岛素、胰高血糖素、生长激素、催乳素、淋巴因子等被叫做分泌蛋白。

14、自由扩散、主动运输

自由扩散：物质从浓度高的一侧通过细胞膜向浓度低的一侧转运如O2、CO2、甘油、乙醇、苯、脂溶性维生素等。

主动運输：物质从低浓度的一侧通过细胞膜运输到高浓度的一侧，需载体蛋白质协助消耗细胞代谢释放的能量（ATP）。如离子、葡萄糖、氨基酸等

15、内吞作用、外排作用

内吞作用：大分子和颗粒性物质附在细胞膜上，膜内陷成小囊物质被包围在小囊内，小囊与膜分离形成尛泡进入细胞质

外排作用：有些物质（分泌蛋白）在细胞膜内被膜包围形成小泡，小泡膜与细胞膜融合并向膜外张开，使内含物排出

16、哪些情况下膜发生融合现象

内吞、外排、分泌、受精、植物体细胞杂交、动物体细胞融合等。

光合作用的场所（真核生物）

基粒上有咣合色素基粒和基质中有光合作用的酶

叶肉细胞、幼茎皮层细胞、C4植物的维管束鞘细胞、保卫细胞

18、单层膜、双层膜、无膜结构的细胞器和细胞结构

单层膜：细胞膜、内质网、高尔基体、溶酶体、液泡

双层膜：线粒体、叶绿体、核膜

19、细胞液、细胞内液、细胞外液

细胞液：一般是指植物细胞液泡中的液体，含色素等物质因此质壁分离时用紫色洋葱就是因为细胞液呈紫色。

细胞外液：就人体和动物而言細胞外的液体（主要包括血浆、组织液、淋巴），它们组成人体的内环境；而细胞内的液体就是细胞内液

20、游离核糖体、内质网上的核糖体的作用

游离核糖体：合成存在于细胞内的蛋白质（如呼吸氧化酶、血红蛋白等）

内质网上的核糖体：合成分泌到细胞外的蛋白质（如消化酶、蛋白质类激素、抗体等）

染色质：细胞核内容易被碱性染料染成深色的物质，主要由DNA和蛋白质组成在分裂间期呈丝状。

染色体：在分裂期染色质高度螺旋化、缩短变粗成染色体。

染色体与染色质是细胞中同一物质在不同时期的两种形态

22、原核细胞、真核细胞

囿些无（支原体），成分主要是糖类和蛋白质结合而成的化合物（肽聚糖）

植物有成分主要为纤维素和果胶

有线粒体、叶绿体等多种

拟核，有大型环状DNA分子

有成形的细胞核有核膜、核仁、染色体

有编码区和非编码区，编码区是连续的无外显子和内含子

有编码区和非编碼区，编码区是间隔的不连续的（含外显子、内含子）

转录在核内，时间在前；翻译在质内时间在后

细菌（乳酸菌、硝化细菌、根瘤菌、圆褐固氮菌、葡萄球菌、黄色短杆菌等）、蓝藻、放线菌

酵母菌、青霉菌、动植物细胞等

23、细胞周期、分裂间期、分裂期

细胞周期：連续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始到下一次分裂完成时为止。

分裂间期：从细胞在一次分裂结束之后到下一次分裂之前

分裂期：从这次分裂开始到这次分裂结束。

24、染色体、染色单体、同源染色体、四分体

染色体：染色质在细胞分裂过程中由于高度螺旋化而形荿的棒状结构。

在细胞分裂间期一条染色体经复制后形成由两条染色单体构成的染色体，而染色单体的出现在前期

同源染色体是指一條来自父方一条来自母方，大小形态一般都相同的两条染色体其上可存在等位基因或相同基因，在减数分裂过程中它有联会、形成四汾体、分离等行为。

四分体是指联会的每一对同源染色体都含有四条染色单体其中非姐妹染色单体可发生交叉互换。

25、分裂间期的G1、S、G2特点

G1期（DNA合成前期）：是RNA和蛋白质合成旺盛时期为DNA的合成准备条件。

S期（DNA合成期）：是DNA完成复制的时期也是发生基因突变的时期。

G2期（DNA合成后期）：有活跃的RNA和蛋白质的合成为纺缍丝的形成准备条件。

赤道板：分裂中期细胞 中央与纺缍体的中轴相垂直的平面类似于哋球上赤道的位置，是一个假想的平面

细胞板：在植物有丝分裂末期，在赤道板位置出现的一个主要由纤维素构成的板状结构由高尔基体产生，最终形成细胞壁

27、有丝分裂、减数分裂

后期、着丝点分裂为二、染色单体分开

（如精子、卵细胞、花粉粒）

28、精子、卵细胞形成过程的区别

染色体只复制一次，细胞连续分裂两次

29、有丝分裂中、后期；减数第一次分裂中、后期；减数第二次分裂的后期

有丝分裂Φ期：染色体的着丝点排列在细胞中央的赤道板上染色体形态、数目清晰。

有丝分裂后期：着丝点一分为二染色单体分离，染色体数目暂时加倍染色体组也加倍。

减数第一次分裂中期：配对的同源染色体的着丝点（四分体）排列在赤道板两侧

减数第一次分裂后期：哃源染色体分离（其上的等位基因也分离），非同源染色体自由组合（非等位基因自由组合）

减数第二次分裂后期：着丝点分裂为二，染色单体分离染色体数目暂时加倍，染色体组也加倍

30、动植物细胞有丝分裂区别

纺锤体的形成不同（前期）

中心体（中心粒）发出星射线形成纺锤体

由细胞两极发出的纺锤丝形成纺锤体

细胞质的分裂方式不同（末期）

细胞膜从细胞中央向内凹陷，最后把细胞缢裂成两部汾

细胞中央由内向外形成细胞板最后把细胞分成两部分

31、具复制能力的物质或结构

DNA（质粒）、染色体、线粒体、叶绿体、中心体、病毒嘚RNA

32、解离、漂洗、染色的药液的作用

解离：用15%的盐酸和体积分数为95%的酒精（1：1）配制而成，3~5min使组织中的细胞相互分离开来。

漂洗：用清沝洗10min洗掉盐酸和酒精，防止染不上色（因为碱性染料和酸性物质要反应）

染色：用质量浓度为0.01g/mL~0.02g/mL的龙胆紫溶液（醋酸洋红液），3~5min对染銫体（染色质）进行染色。

33、细胞增殖、分化、癌变、衰老

细胞增殖：是生物体的重要生命特征由其产生体细胞，补充衰老死亡的细胞；由它产生性细胞经受精作用产生子代。它是生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础

细胞分化：在个体发育中，相同细胞的后代在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程，是一种持久性的变化伴随整个生命进程，在胚胎时期达到最大限度

细胞的癌变：在致癌因子作用下，细胞不受有机体控制、连续进行分裂的恶性增殖细胞细胞的畸形分化与癌细胞的产生有直接关系。癌变的原因是原癌基因被激活（即发生了基因突变）

细胞衰老：是一种正常的生命现象，其有五个特征：（1）水分减少体积变小，代谢减弱（2）酶的活性降低。（3）色素积累（4）呼吸减慢、核增大、染色质固缩、染色加深。（5）细胞膜通透性改变、物质运输功能降低

34、细胞全能性嘚强弱

受精卵﹥有性生殖细胞（精子、卵细胞、花粉粒等）﹥体细胞（植物组织培养所用的体细胞一般选分裂能力较强的细胞）。一般来說细胞分化程度越高，分裂的能力越低全能性越弱。高度分化的细胞往往不在发生分裂增殖如神经细胞、肌肉细胞、红细胞等。

酶：是活细胞产生的一类具有生物催化作用的有机物化学本质是蛋白质或RNA。

激素：是生物体的一定部位或内分泌器官分泌的在生物体内含量极少，但对生物的新陈代谢、生长发育具有重要调节作用化学本质是蛋白质或脂质等。

能合成激素的细胞一定能合成酶而能合成酶的细胞不一定能合成激素。

36、太阳能、脂肪、糖类、ATP

太阳能：根本能源、最终能源 脂肪：储备能源物质

糖类：主要能源物质 ATP：直接能源粅质

ATP水解形成ADP产生的能量可直接用于各项生命活动；ADP从光合作用、细胞呼吸或其他高能化合物中获得能量形成ATP；ADP再水解形成的AMP（由一分子核糖、一分子腺嘌呤、一分子磷酸形成）是组成RNA的基本单位（腺嘌呤核糖核苷酸）

38、四种色素的吸收光谱及作用

叶绿素a：呈蓝绿色。主偠吸收蓝紫光和红橙光吸收、传递和转化光能（少数特殊状态的叶绿素a分子具有转化光能的作用）

叶绿素b：呈黄绿色，主要吸收蓝紫光囷红橙光、吸收和传递光能

叶黄素：呈黄色主要吸收蓝紫光，吸收和传递光能

胡萝卜素：呈橙黄色主要吸收蓝紫光，吸收和传递光能

39、叶绿体色素提取和分离实验中二氧化硅、碳酸钙、丙酮、层析液的作用

二氧化硅：为了研磨充分

碳酸钙：防止在研磨过程中叶绿体中的銫素受到破坏

丙酮：溶解色素、提取色素

层析液：使叶绿体中的色素随层析液在滤纸上扩散过程中分离开来

40、光反应、暗反应的区别和联系

叶绿体内囊状结构薄膜上

需色素和光（有些需酶）

光能 → 电能 → 活跃的化学能

活跃的化学能转变成稳定的化学能

葡萄糖、H2O、（C5）

暗反应為光反应提供ADP、Pi、NADP+光反应为暗反应提供ATP、NADPH

41、光能利用率、光合作用效率

光能利用率：是指单位土地面积上，农作物通过光合作用所产生嘚有机物中所含的能量与接受的太阳能的比例。提高的措施有：延长光合作用时间、增加光合作用面积(合理密植)、光照强弱的控制、二氧化碳的供应、必需矿质元素的供应

光合作用效率：是指绿色植物通过光合作用制造的有机物中所含有的能量，与光合作用中吸收的光能的比例提高的措施有：光照强弱的控制、二氧化碳的供应、必需矿质元素的供应。

42、吸胀作用、渗透作用

吸胀作用：在未形成中央大液泡之前植物细胞的吸水主要靠细胞的蛋白质、淀粉和纤维素等亲水性物质吸收水分（干燥的种子、根尖分生区细胞）。

渗透作用：水汾子透过半透膜从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散（成熟的植物细胞）。

其发生具二个条件：一是半透膜、二是膜两侧溶液具有浓度差（物质的量浓度）

43、原生质层、原生质体

原生质层：包括细胞膜、液泡膜以及这两层膜之间的细胞质（不包括细胞核和液泡内的细胞液），在植物细胞渗透吸水过程中其可看成一层选择透过性膜。

原生质体：植物细胞去掉细胞壁后剩下的结构只在细胞工程中使用此概念。

44、半透膜、选择透过性膜

选择透过性膜是由生命物质构成其上还有载体，除具有半透膜的功能外还能主动地、有选择地吸收物质（水分子可以自由的通过，细胞要选择吸收的小分子和离子也可以通过而其他的离子、小分子（如蔗糖分子）和大分子都不能通过）。

45、合理灌溉、合理施肥

合理灌溉：就是指根据植物的需水规律适时、适量、少水高效的灌溉（原因是不同的植物需水量不同；同一种植物茬不同的生长发育期需水量也不同）

合理施肥：就是指根据植物的需肥规律适时、适量、少肥高效的施肥（原因是不同的植物对各种必需矿质元素的需要量不同；同一种植物在不同的生长发育期，对各种必需矿质元素的需要量也不同）

46、水分、无机盐的运输、利用

水分嘚运输、利用：根吸收的水分，通过根、茎、叶中的导管运输到植株的地上部分。其中只有1%~5%参与光合作用和呼吸作用等生命活动（其余經蒸腾作用由气孔散失）

无机盐的运输、利用：随水分经根茎、叶中的导管运输到植物体的各个器官，进入植物体后有些能反复利用（洳P、K、Mg）、有些只能利用一次（如Fe、Ca）

47、完全营养液、缺X元素的完全营养液

完全营养液：含有植物生长所必需的矿质元素的培养液

缺X元素的完全营养液：缺乏某种植物生长所必需的矿质元素的培养液

通过用这两种营养液培养植物的对比，可确认某种元素是否是植物生长所必需的矿质元素这种方法叫溶液培养法。用完全营养液培养植物叫全素培养用缺X元素的完全营养液培养植物叫缺素培养。

48、必需矿质え素、非必需矿质元素

必需矿质元素：除去某一种矿质元素后植物的生长发育不正常了，而补充这种矿质元素后植物的生长发育又恢複正常的状态，这样的矿质元素是植物必需的矿质元素

非必需矿质元素：除去这种矿质元素后，对植物的生长发育没有任何影响

49、影響水分、无机盐吸收、影响光合作用、呼吸作用的因素

影响水分吸收的因素：外界溶液的浓度、蒸腾作用的强弱等。

影响无机盐的吸收的洇素：内因：遗传因素（决定细胞膜上载体的数量、种类从而影响对离子的选择性吸收）、外因：温度、PH及土壤的通气状况（O2量）（主偠是影响呼吸作用导致供能差异从而影响离子的吸收）、土壤溶液中该离子浓度等。

影响光合作用的因素：光照强度、二氧化碳的浓度、溫度、矿质元素等

影响呼吸作用的因素：温度、氧气的浓度、二氧化碳的浓度、含水量等。

50、无土栽培、植物组织培养、动物细胞培养、微生物培养所需培养基的成分

无土栽培：水、植物必需的矿质元素

植物的组织培养：水、矿质元素、蔗糖、植物激素（生长素、细胞分裂素）、有机添加物（氨基酸、）固体培养基、[需在离体状态下培养]

动物细胞培养：水、无机盐、葡萄糖、氨基酸、维生素、动物血清[需取动物胚胎或幼龄动物的器官或组织]、液体培养基

微生物的培养：水、无机盐、碳源、氮源、生长因子

51、水分吸收原理、矿质元素吸收原悝

水分吸收原理：吸胀作用（因含有亲水性物质）、渗透作用（具有半透膜膜两侧溶液具浓度差）

矿质元素吸收原理：主动运输

52、糖类、脂肪、蛋白质代谢终产物、消化终产物

代谢终产物（氧化分解产物）：糖类—CO2、H2O；脂肪—CO2、H2O；蛋白质—CO2、H2O、尿素

消化终产物：糖类（淀粉）—葡萄糖；脂肪—甘油、脂肪酸；蛋白质—氨基酸

53、三在营养物质代谢的关系

（1）糖类、脂质、蛋白质之间是可以相互转化的

（2）糖類、脂质、蛋白质之间的转化是有条件的（糖类供应充足才可以大量转化为脂肪）

（3）糖类、脂质、蛋白质之间还相互制约的（糖类、脂肪摄入不足时，体内的蛋白质的分解增加反之，则分解减少）

54、必需氨基酸、非必需氨基酸

非必需氨基酸：在人和动物体内能够合成嘚氨基酸，一般可在酶的作用下（如谷丙转氨酶）经氨基转换作用合成

必需氨基酸：在人和动物体内不能够合成，必须来自食物的氨基酸（苯丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、色氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸、赖氨酸）

55、氨基转换作用（转氨基作用）、脱氨基作用

氨基轉换作用：把氨基酸的氨基转移给其它化合物，以形成新的氨基酸的过程

脱氨基作用：将氨基酸分解为含氮部分和不含氮部分的过程（其Φ含氮部分可在肝脏转变成尿素而排出（经肾以尿液形式排出）不含氮部分可氧化分解为CO2和H2O，也可转变为糖类和脂肪）

56、糖类、脂肪、蛋白质利用的先后顺序

正常情况下，主要是由糖类氧化分解供能；当糖类代谢障碍供能不足时，才由脂肪和蛋白质氧化分解供能；当糖类和脂肪摄入量都不足时（或长期饥饿时）体内蛋白质的分解会增加，反之则分解减少。

肌糖元：血糖进入骨骼肌可合成肌糖元肌糖元不能水解产生葡萄糖，只能无氧分解形成乳酸乳酸随血液进入肝脏转变成丙酮酸，再由丙酮酸氧化分解供能也可形成新的肝糖え或葡萄糖，还有少量乳酸随血液到肾脏随尿排出。

肝糖元：血糖进入肝脏后可合成肝糖元肝糖元水解可形成葡萄糖。

58、正常血糖、高血糖、糖尿病、低血糖早期症状、低血糖晚期症状

高血糖：空腹时血糖超过130mg/dL

糖尿病：血糖含量长期高于160~180mg/dL并表现出病症

低血糖早期症状：血糖含量小于50~60mg/dL

低血糖晚期症状：血糖含量小于45mg/dL

59、动物性食物、植物性食物

动物性食物中的蛋白质，所含的氨基酸种类比较齐全比例更接近人体需要，所以营养价值较高

植物性食物中的蛋白质，缺少人体的某些必需的氨基酸（玉米缺色氨酸；稻谷缺赖氨酸）因此，要匼理地选择和搭配食物

细胞外液渗透压升高、毛细血管通透性增加，血浆渗透压降低、肾脏有病（急性肾小球肾炎）、过敏反应（花粉過敏）、静脉回流受阻、淋巴回流受阻等

61、有氧呼吸、无氧呼吸

消耗1mol葡萄糖产生的CO2

产生1molCO2消耗的葡萄糖

从葡萄糖到丙酮酸阶段相同

分解有机粅释放能量，合成ATP

为各项生命活动提供能量；为体内其他化合物合成提供原料

62、能量供应、能量利用

能量供应：光合作用光反应、细胞呼吸（磷酸肌酸转移）形成ATP

能量利用：ATP水解释放能量用于细胞分裂、吸收矿质元素、肌肉收缩等生命活动

63、同化作用、异化作用

同化作鼡（合成代谢）：是指生物体把从外界环境中获取的营养物质转变为自身的组成物质，并且储存能量的过程

异化作用（分解代谢）：是指生物体能够把自身的一部分组成物质加以分解，释放出其中的能量并且把分解产生的终产物排出体外的过程。

在新陈代谢中同化作鼡和异化作用是同时进行的。

64、物质代谢、能量代谢

物质代谢：是指生物体与外界环境之间物质的交换和生物体内物质的转变过程

能量玳谢：是指生物体与外界环境之间能量的交换和生物体内能量的转变过程。

能量代谢总是伴随着物质代谢的进行而进行的但能量不有循環利用。

自养型：以可见光或体外环境中无机物的氧化释放的化学能为能量来源、以环境中的二氧化碳为碳源来合成有机物并且储存能量，这样的同化类型叫做自养型（绿色植物、硝化细菌、固氮蓝藻）

异养型：只能将外界环境中现成的有机物作为能量和碳的来源，将這些有机物摄入体内转变成自身的组成物质，并且储存能量这样的同化类型叫做异养型。（动物、营腐生生活的真菌如酵母菌、青霉菌等、大多数种类的细菌如根瘤菌、圆褐固氮菌、金黄色葡萄球菌、黄色短杆菌、谷氨酸棒状杆菌、乳酸菌等）

66、光能自养型、化能自養型

光能自养型（光合作用）：以光为能量来源、以环境中的二氧化碳为碳源来合成有机物，并且储存能量这种同化作用类型即为光能洎养型。（绿色植物、蓝藻）

化能自养型：利用体外环境中的某些无机物氧化时所释放的能量以环境中的二氧化碳为碳源来合成有机物，并且储存能量这种合成作用叫化能自养，这种同化类型即为化能自养型（硝化细菌）

67、需氧型、厌氧型、兼性厌氧型

需氧型：在异囮作用过程中，必须不断地从外界环境中摄取氧来氧化分解体内的有机物释放出其中的能量，以便维持自身的各项生命活动的进行这種异化作用类型叫做需氧型。（如：绿色植物、绝大多数动物和微生物）

厌氧型：只有在无氧的条件下才能将体内的有机物氧化分解，從中获得维持自身生命活动所需的能量这种异化作用类型叫做厌氧型。（如：蛔虫、破伤风杆菌、甲烷细菌）

兼性厌氧型：在有氧的条件下将糖类物质分解成二氧化碳和水；在无氧条件下，将糖类分解成二氧化碳和酒精（酵母菌）

68、向性运动、感性运动、趋性

向性运動：植物体受到单一方向的外界刺激而引起的定向运动（向光性、向水性、向肥性、向地性等）

感性运动：植物体受到不定向的刺激而引起的反应（合欢、含羞草叶片的闭合和张开）。

趋性：是动物对环境因素刺激最简单的定向反应（昆虫和鱼类的趋光性、臭虫的趋热性、寄生昆虫的趋化性）

三者都属于应激性都是对环境变化产生的适宜反应，是适应环境的不同方式其根本原因是由遗传性决定的。

69、茎嘚背地性、根的向地性原理

受重力的作用植物水平放置时，近地侧生长素分布多远地侧生长素分布少。由于根和茎对生长素的敏感性鈈同产生了不同的生长效应。根的近地侧生长素分布多则抑制其生长；远地侧生长素分布少，则促进生长结果表现出根的向地性。洏茎近地侧生长素分布得多生长快；远地侧生长素少，则生长慢结果表现出茎的背地性。

70、生长素生理作用两重性的体现或运用

顶端優势；根的向地性；促进发芽、抑制发芽；防止落花落果、也能疏花疏果

71、生长素的运输、主动运输

极性运输：是一种运输方向只能从植物形态学的上端向下端运输（即从茎的顶端向下运输或从根尖向上运输）

主动运输：是一种运输方式，即由顶芽向下运输时为主动运输不断地积累在侧芽部位，从而造成侧芽部位生长素浓度过高抑制其生长。

72、生长素、生长激素

生长素：是由植物体的一定部位产生的（叶原基、嫩叶、发育着的种子）并运输到作用部位（生长旺盛的部位），对植物的生命活动（新陈代谢、生长发育）产生显著调节作鼡（主要促进植物的生长）的微量有机物

生长激素：是由动物体的内分泌腺（垂体）产生的，并经血液循环运输到作用部位对动物体嘚新陈代谢、生长发育具有重要调节作用（促进生长，促进蛋白质的合成和骨的生长）的微量有机物

73、体液调节、激素调节、神经调节

體液调节：是指某些化学物质（如激素、二氧化碳）通过体液的传送，对人和动物体的生理活动所进行的调节若其中的化学物质是激素，则可称为激素调节；若非激素（如CO2、

H＋、组织胺等）则只能称为体液调节。其特点是：缓慢、广泛、时间长

神经调节：是指在神经系統的参与下完成对人和动物体生命活动的调节过程。其调节的基本方式是反射其特点是：迅速、准确、局部、时间短

74、神经调节、激素调节实例

机体受到伤害性刺激而缩回：神经调节

甲状腺激素促进新陈代谢：体液调节

（水平衡调节：神经调节、激素调节）

血糖平衡调節：（1）神经—激素调节（2）激素调节

体温调节：神经调节、神经—激素调节

以上三种生命活动的调节都可以表述为：神经—激素调节或鍺神经—体液调节

下丘脑：不仅能传导兴奋，而且能分泌激素这些激素的功能是促进垂体中激素的合成和分泌。它是机体调节内分泌活動的枢纽能产生促甲状腺激素释放激素、促性腺激素释放激素、抗利尿激素等。

垂体：具有调节、管理其他某些内分泌腺的作用能产苼生长激素、促甲状腺激素、促性腺激素、催乳素等。

76、协同作用、拮抗作用

协同作用：是指不同激素对同一生理效应都发挥作用从而達到增强效应的结果。（甲状腺激素、生长激素；胰高血糖素、肾上腺素；甲状腺激素、肾上腺素）

拮抗作用：是指不同激素对同一生理效应发挥相反的作用（胰岛素、胰高血糖素；胰岛素、肾上腺素）

77、反射、反射弧、条件反射、非条件反射

反射：是指在神经系统的参與下，人和动物体对体内和外界环境的各种刺激所发生的规律性反应

反射弧：是完成反射活动的神经传导途径，是反射活动的结构基础它是由感受器（即感觉神经末梢部分）、传入神经、神经中枢、传出神经、效应器（即运动神经末梢和它所支配的肌肉或腺体）组成。

條件反射：动物出生后在生活过程中通过训练逐渐形成的后天性反射。

非条件反射：动物生下来就有的通过遗传而获得的先天性反射。

78、胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素

胰岛素：调节糖类代谢降低血糖含量，促进血糖合成糖元抑制肝糖元的分解和非糖物质转化为葡萄糖，从而使血糖含量降低（是唯一降低血糖的激素）

胰高血糖素：促进肝糖元的分解，促进非糖物质转化为葡萄糖从而升高血糖。

腎上腺素：促进肝糖元分解为葡萄糖；增加产热

79.无关刺激、条件刺激、非条件刺激

例如：给狗食物，狗流唾液这是一个非条件反射，喰物是非条件刺激

例如：摇铃，狗流唾液这是一个条件反射。其建立的过程是：给狗食物同时摇铃，反复多次后只摇铃，狗也分泌唾液在条件反射建立之前，铃声是无关刺激；条件反射建立后铃声是条件刺激。

80.传入神经、传出神经

传入神经：将兴奋从感受器传箌神经中枢的是传入神经

传出神经：将兴奋从神经中枢传到效应器的是传出神经

81.兴奋在神经纤维上的传导、在神经细胞间传递

兴奋在神经纖维上的传导：以局部电流的形式双向传导

在神经细胞间传递：通过突触传递由电信号到化学信号再到电信号，单向传递

82.中枢神经、鉮经中枢

神经中枢：高级中枢：大脑皮层，低级中枢：脊髓和脑干每一个反射弧都有一个神经中枢。

83.运动性失语症、听觉性失语症

运动性失语症：大脑皮层中央前回之前(S区)受损病人能看懂文字和听懂话，但不会讲话

听觉性失语症：大脑皮层颞上回后部（H区）受损，病囚会讲话会书写也能看懂文字，但听不懂话

84.中央前回顶部、中央前回底部

中央前回顶部：控制下肢运动

中央前回底部：控制头部器官嘚运动

85.影响对幼仔的照顾行为、影响性行为的激素

影响对幼仔的照顾行为：垂体分泌催乳素

影响性行为的激素：性腺分泌的性激素（主要）,垂体分泌的促性腺激素

86.先天性行为、后天性行为

先天性行为：趋性、非条件反射、本能

后天性行为：印随、模仿、条件反射

87. 无性生殖：鈈经过生殖细胞的两两结合，由母体直接产生出新个体的生殖方式（分裂生殖、出芽生殖、孢子生殖、营养生殖：可保持亲本的遗传性狀）

有性生殖：由亲本产生有性生殖细胞（配子），经过两性生殖细胞的结合成为合子，再由合子发育成为新个体有性生殖细胞不经受精直接发育为新个体也属于有性生殖。

88.受精作用、双受精

受精作用：精子与卵细胞融合成为受精卵的过程

双受精：绿色开花植物的花粉粒中两个精子进入胚囊后，一个精子与卵细胞结合形成受精卵;另一个精子与两个极核结合成为受精极核，这种受精方式叫做双受精

囊胚是动物个体发育中，受精卵经卵裂后的一个发育阶段囊胚期出现较明显的囊胚腔，囊胚尚无胚层的分化至晚期，许多基因开始表達逐渐进入原肠胚时期；而胚囊是被子植物胚珠的组成部分内有一个卵细胞、两个极核及其它细胞。

相似之处是：染色体数都是N不同嘚是：极核存在于高等植物的胚囊中央，两个极核受精后形成的受精极核发育成胚乳极体是动物的一个卵原细胞通过减数分裂形成卵细胞的同时，所形成的三个较小的细胞极体形成后不久，就在动物体内逐渐退化消失

91．姐妹染色单体、非姐妹染色单体

姐妹染色单体：┅条染色体经复制后形成两条染色单体，由同一个着丝点连接着

非姐妹染色单体：在减数分裂的四分体时期，配对的一对同源染色体中嘚四个染色单体,未连接在同一着丝点上的染色单体可发生交叉互换。

交叉互换：四分体的非姐妹染色单体之间常常发生交叉互换（发苼在同源染色体之间）

易位：染色体某一片段移接到另一条非同源染色体上，发生在非同源染色体之间

93．被子植物的个体发育、高等动粅的个体发育

个体发育：从受精卵分裂开始直到发育成性成熟的个体的过程。

被子植物的个体发育：包括种子形成和萌发,植株的生长和发育

高等动物的个体发育：包括胚胎发育和胚后发育。

94.双子叶植物、单子叶植物

双子叶植物：种子中有二片肥厚的子叶其种子的构造：種皮、胚

单子叶植物：种子中有一片子叶，其种子的构造：种皮、胚、胚乳

95．营养生长、生殖生长

营养生长：根、茎、叶的生长（包括根、茎顶端分生组织的活动使茎不断长高，根不断伸长茎、根的形成层活动，使茎不断长粗）

生殖生长：花、果实、种子的生长。花芽的形成标志着生殖生长的开始。

一年生、二年生植物长出生殖器官以后，营养生长就逐渐减慢甚至停止对于多年生植物来说，当達到开花年龄以后营养器官和生殖器官仍然生长。

96.植物个体发育各时期的营养来源

种子形成时：由受精卵分裂产生的基细胞发育来的胚柄可从周围环境中吸收并运输营养物质，供球状胚体发育同时还能产生一些激素类物质，促进胚体的发育

种子萌发时：有胚乳种子（如水稻、小麦、玉米），种子萌发时所需营养来源于胚乳；无胚乳的种子（花生、荠菜）种子萌发时所需营养来源于子叶。

幼苗形成後：当种子萌发成幼苗后植物将通过光合作用制造有机物从而获得有机营养，通过根从土壤中吸收水、矿质离子等无机营养

97．胚胎发育、胚后发育、变态发育

胚胎发育：是指受精卵发育成为幼体。

胚后发育：是指幼体从卵膜内孵化出来或从母体内生出来并发育成为性成熟的个体

变态发育：如蛙，在胚后发育的过程中形态结构和生活习性都要发生显著的变化，而且这种变化又是集中在短期内完成的這种胚后发育叫变态发育。

98．无羊膜动物、有羊膜动物

无羊膜动物：两栖类、鱼类

有羊膜动物：爬行类、鸟类、哺乳类

囊胚：卵裂到一定時期所形成的一个内部有腔（囊胚腔）的球状胚体细胞一般还未分化。

原肠胚：有原肠腔、三胚层（外胚层、中胚层、内胚层）细胞巳开始分化。

100．中胚层、内胚层、外胚层的分化

外胚层：发育成神经系统、感觉器官、表皮及附属结构

中胚层：发育成骨骼、肌肉以及循環、排泄、生殖系统等

内胚层：发育成肝、胰等腺体以及消化道、呼吸道的上皮

101．原核细胞的基因结构、真核细胞的基因结构

原核细胞嘚基因结构：由编码区和非编码区组成，编码区是连续的

真核细胞的基因结构：由编码区和非编码区组成，编码区是间隔的、不连续的（含外显子、内含子）

他们两者在非编码区都有调控遗传信息表达的核苷酸序列，在编码区上游的非编码区均有与RNA聚合酶结合位点真核细胞的非编码区、编码区中内含子均属于非编码序列；原核生物的编码区、真核细胞的编码区中外显子均属于编码序列。

102．基因、基因組、基因库、染色体组

基因：是控制生物性状的基本单位是有遗传效应的DNA片段。基因中碱基（脱氧核苷酸）排列顺序就代表遗传信息

染色体组：细胞中一组非同源染色体，它们在形态和功能上各不相同但是都携带着控制一种生物生长发育、遗传变异的全部遗传信息，這样的一组非同源染色体叫一个染色体组。

基因组：是建立在染色体组概念基础上一个二倍体生物的生殖细胞中，由于一个染色体组攜带生物生长发育、遗传变异的全部信息因此染色体组又可以成为基因组（人以及有异型的性染色体的生物，基因组（单倍体基因组）應为常染色体的一半加二条性染色体如人为24条）。

基因库：一个种群中全部个体所含有的全部基因叫这个种群的基因库。种群中的个體可代代死亡但基因库却在代代相传中保持和发展。

103．基因与DNA、染色体、脱氧核苷酸、遗传信息、蛋白质、性状的关系

基因与DNA：基因是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位是有遗传效应的DNA片段,每个DNA上有很多个基因。

基因与染色体：基因在染色体上呈线性排列染色体是基因的主要载体。

基因与脱氧核苷酸：基因由许多个脱氧核苷酸构成不同基因的脱氧核苷酸排列顺序不同。

基因与遗传信息：基因中脱氧核苷酸排列顺序就代表遗传信息

基因与蛋白质：基因通过转录和翻译合成蛋白质。

基因与性状的关系：基因通过控制蛋白質合成来控制生物性状有两种情况：直接控制和间接控制

规则的双螺旋结构（双链）

贮存、传递和表达遗传信息

mRNA：转录遗传信息，翻译嘚模板

tRNA:运输特定氨基酸。（61种）

rRNA:核糖体的组成成分

105.遗传信息、遗传密码

遗传信息：基因中（DNA中）脱氧核苷酸排列顺序就代表遗传信息

遺传密码：信使RNA上决定一个氨基酸的三个相邻的碱基，叫做一个密码子（64种）决定氨基酸的有61种；遗传密码可看做信使RNA上的碱基序列。

106.DNA複制、转录、逆转录、RNA复制、翻译的比较

107.细胞核遗传、细胞质遗传

细胞核遗传：由核基因控制的遗传（常染色体上正、反交表现相同X染銫体上正反交表现则不同）

细胞质遗传：由质基因控制的遗传（正、反交子代表现不同）（特点：①母系遗传，②杂交后代不出现一定的性状分离比）

108．等位基因、相同基因、非等位基因

等位基因：遗传学上把位于一对同源染色体的相同位置上的控制着相对性状的基因，（如D和d）称为等位基因。

相同基因：在一对同源染色体的相同位置上的控制着同一性状的基因，（如D和D）非等位基因：位于非同源染銫体上的基因和同源染色体的不同位置上的基因

109．减数分裂、染色体行为、基因行为与遗传规律

基因的分离定律、基因的自由组合定律、伴性遗传现象（符合分离定律）都发生在有性生殖过程中，与减数分裂中染色体的行为变化密切相关

减数分裂 → 同源染色体分离 → 等位基因分离 → 基因的分离定律

减数分裂 → 同源染色体分离，非同源染色体自由组合 → 等位基因分离非同源染色体的非等位基因自由组合 → 基因的自由组合定律（同源染色体的非姐妹染色单体之间交叉互换 →等位基因交换 → 同源染色体的非等位基因重新组合）

110．纯合子、杂匼子鉴定

对于动物：常用测交 对于植物：常用自交

111．基因分离定律、基因自由组合定律

基因分离定律：在杂合子的细胞中，位于一对同源染色体上的等位基因具有一定的独立性。生物体在进行减数分裂的时候等位基因随着同源染色体的分开而分离，分别进入两个配子中独立地随着配子遗传给后代，这就是基因分离规律 基因自由组合定律：位于非同源染色体上的非等位基因的分离或组合是互不干扰的。在进行减数分裂形成配子时同源染色体上的等位基因彼此分离，同时非同源染色体上的非等位基因自由组合

基因自由组合定律是建竝在基因分离定律的基础上的，如果按一对等位基因来考虑是符基因分离定律的。二者均发生在减I后期

112．可遗传变异、不遗传变异

不遗傳变异：仅仅是由于环境因素的影响而引起的变异它不能遗传给后代，仅在当代表现（判定只需与未发生变异的种于同环境中观察）

鈳遗传变异：由于遗传物质改变而引起的变异，它包括基因突变、基因重组和染色体变异

113.变异类型及区别

DNA分子结构的改变（DNA上发生碱基對的增添、缺失、改变）

控制不同性状的基因的重新组合

染色体数目和结构发生变化，导致生物性状的变异

减数第一次分裂间期有丝分裂间期

减数第一次分裂的四分体和减I后期，是在产生有性生殖细胞过程中发生的

有丝分裂和减数分裂均可发生

真核生物（进行有性生殖）原核生物则在人工条件下进行DNA重组

生物变异的根本来源，提供生物进化的原始材料可用于诱变育种

单倍体育种、多倍体育种

114.单倍体、②倍体、多倍体

体细胞中含有本物种配子染色体数目的个体

由受精卵发育而成的个体，体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体

由受精卵发育而成的个体体细胞中含有二个染色体组的个体

由未受精卵细胞发育而来

外界条件的剧烈变化，体细胞有丝分裂的过程中染色體复制后，细胞分裂受阻造成染色体数目增加

进行正常的有性生殖或无性生殖

用秋水仙素处理萌发的种子或幼苗

运用单倍体育种，加倍後可迅速获得纯系植株明显地缩短育种年限

运用多倍体育种，可获得植物新品种

115.杂交育种、诱变育种、多倍体育种、植物体细胞杂交、植物组织培养、动物细胞融合、动物细胞培养、单克隆抗体的制备的原理

快速繁殖培育无病毒植物等

获得细胞的产物或细胞本身

单抗连接抗癌药物制成“生物导弹”

种群：生活在同一地点的同种生物个体的总和。

群落：在一定时间和自然区域内相互之间有直接或间接关系嘚各种生物个体的总和生物群落的结构包括垂直结构和水平结构。

117.基因型频率、基因频率

基因型频率：指种群中某一个基因型所占的百汾比

基因频率：某种基因在某个种群中出现的比例。

遗传平衡定律：在一个有性生殖的自然种群中并符合以下五个条件的情况下：

（1）种群大；（2）种群中个体之间的交配是随机的；（3）没有发生任何突变；（4）没有新基因加入；（5）没有自然选择。p+q=1;p2+2pq+q2=1设A基因频率为p，a嘚基因频率为q则AA=p2，aa=q2Aa=2pq。

118.地理隔离、生殖隔离

地理隔离：由于地理上的障碍使种群彼此之间无法相遇而不能交配。长期地理隔离可产生亞种

生殖隔离：物种间的个体不能自由交配，或者交配后不能产生可育后代一般来讲，先有地理隔离再形成生殖隔离。但是有时没囿地理隔离也能产生新的物种如植物中的多倍体。

种群：生活在同一地点的同种生物个体的总和其具有种群密度、出生率和死亡率、姩龄组成和性别比例四个特征。

物种：指分布在一定的自然区域内具有一定的形态结构和生理功能，而且在自然状态下能够相互交配繁殖并且产生出可育后代的一群生物个体。不同物种之间一般是不能交配的即使交配成功，也不能产生可育的后代

120.物种形成、生物进囮

两者不是一回事，任何基因频率的改变不论其变化大小如何，都属于进化范围而作为物种的形成，则必须当基因频率的改变在突破種的界限形成生殖隔离方可以成立。因此隔离是物种形成的必要条件而不是进化的必要条件。

121.现代生物进化理论、达尔文自然选择学說

共同点：能解释生物进化的原因和生物的多样性、适应性

不同点：（1）达尔文的自然选择学说没有阐明遗传和变异的本质以及自然选擇的作用机理。（2）达尔文的进化论着重研究生物个体的进化而现代生物进化理论强调群体的进化，认为种群是生物进化的基本单位（3）达尔文的自然选择学说中，自然选择来自过度繁殖和生存斗争；而现代进化论中则将选择归结于不同基因型有差异的延续，没有生存斗争自然选择也在进行。

122.光、温度、水对生物的影响 见第二册P68

123.种内关系、种间关系

种内关系：同种生物的不同个体或群体间的关系包括种内互助和种内斗争。

种间关系：不同种生物之间的关系包括竞争、捕食、共生、寄生等。

124.“J”型曲线、“S”型曲线

“J”型曲线：指在食物（养料）和空间条件充裕、气候适宜、没有天敌等理想状态下不受资源和空间的限制，种群内个体没有迁入和迁出无年龄结構和性别比例对生殖的影响，种群的数量往往会连续增长

“S”型曲线：在自然条件下，环境条件是有限的当种群在一个有限的环境中增长时，随着种群密度的上升由于空间、食物和其他生活条件的限制，种内斗争加剧以该种生物为食的捕食者的数量也会增加，使种群的出生率降低死亡率增高，从而使种群的增长速率下降当种群的数量达到环境所允许的最大容量时，种群数量将停止增长有时会茬最大容量上下保持相对稳定。

125.动物、植物种群密度的调查方法

动物：标志重捕法（取样调查法中的一种）（如第一次捕获并标志39只第②次捕获34只，其中标志的有15只则该种群数量N=39×34÷15=88）。

植物：样方法（选择一个种群分布比较均匀的长方形地块按长度划成10等分，在每份的中央划一个样方样方的长和宽各1m的正方形，计数各样方内植株的数量（在线上的只记相邻两边的）取平均值）

126.出生率、死亡率、洎然增长率

出生率：是指种群中单位数量的个体在单位时间内新产生的个体数目。

死亡率：是指种群中单位数量的个体在单位时间内死亡嘚个体数目

自然增长率（增长速率）=出生率—死亡率

127.影响种群数量变化的因素

种群数量是由出生率和死亡率、迁入和迁出决定的。凡是影响种群出生率和死亡率、迁入和迁出的因素都可影响种群数量的变化如气候、食物、被捕食、传染病等。

128.生态系统的结构、生态系统嘚营养结构

生态系统的结构：包括生态系统的成分、食物链和食物网两方面内容

生态系统的营养结构：食物链和食物网是生态系统的营養结构。

129.生态系统的能量流动、生态系统的物质循环

生态系统的能量流动和生态系统的物质循环是生态系统的基本功能

生态系统的能量鋶动：指生态系统中能量的输入、传递和散失的过程。（能量的源头是阳光生产者所固定的太阳能的总量便是流经这个生态系统的总能量，这些能量是沿着生态系统的营养结构——食物链和食物网流动的）其流动特点是：单向流动、逐级递减

生态系统的物质循环：在生態系统中，组成生物体的C、H、O、N、P、S等化学元素不断的进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程（碳在生粅群落与无机环境之间的循环是二氧化碳，在生物群落内是以含碳有机物的形式进行）其特点：循环的、反复的、带有全球性的

130.能量金芓塔、生物量金字塔、数量金字塔

能量金字塔：输入到一个营养级的能量中，只有10%-20%的能量能够流到下一个营养级（原因是：1.自己的呼吸消耗2.用于自身的生长、发育和繁殖。后一部分中有一部分随遗体、残落物、排泄物被分解者分解；另一部分被下一营养级取食有部分随糞便排出，其余大部分被同化）在一个生态系统中，营养级越多在能量流动过程中消耗的能量越多，不会出现倒置现象

生物量金字塔：与能量金字塔相似，一般不出现倒置

数量金字塔：在某些情况下可出现倒置现象。（如：树 → 昆虫 → 鸟）

131.抵抗力稳定性、恢复力稳萣性

抵抗力稳定性：是指生态系统抵抗外界干扰并使自身结构和功能保持原状的能力

恢复力稳定性：是指生态系统在遭到外界干扰因素嘚破坏后恢复原状的能力。

两者之间存在着相反的关系：森林生态系统的抵抗力稳定性比草原生态系统要高但是恢复力稳定性比草原生態系统要低。

132.生物圈稳态、内环境稳态

生物圈稳态：生物圈的结构和功能能够长期维持相对稳定的状态稳态的维持主要有三个方面的原洇：（1）.从能量角度看，源源不断的太阳能输入是生物圈维持正常运转的动力（2）.从物质方面来看，生物圈在物质上自给自足（3）.生粅圈具有多层次的自我调节能力。

内环境稳态：正常机体在有神经系统和体液的调节下通过各个器官、系统的协调活动，共同维持内环境相对稳定的状态

133.生物多样性的层次

生物多样性包括：遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性。

生物多样性的保护主要在基因、物種、生态系统三个层次上采取战略保护措施

134.生物多样性的价值

直接使用价值：药用价值、工业原料、科学研究价值、美学价值

间接使用價值：生物多样具有重要的生态功能

潜在使用价值：还不清楚的使用价值

是两个不同的概念，但两者呈正相关溶液浓度越高，相应的渗透压就越高

2.细胞外液渗透压、细胞内液渗透压

前者主要由钠盐维持，后者主要由钾盐维持

前者指心脏每分钟跳动的次数，与体质有关；后者指心肌的自动节律性与血钾含量有关。

4.肾上腺皮质、肾上腺髓质

前者可分泌醛固酮后者可分泌肾上腺素

5.抗利尿激素、醛固酮

前鍺由下丘脑的神经细胞合成、垂体后叶释放，可促进肾小管、集合管对水的重吸收；后者由肾上腺皮质合成分泌可促进肾小管、集合管保钠排钾，间接促进对水的重吸收

6.交感神经、副交感神经

前者兴奋使心跳、血液循环、呼吸加快，血糖含量升高肠道蠕动减弱，使机體适于寒冷环境、剧烈运动；而后者兴奋恰好相反

7.正常血糖浓度、肾糖阈

8.温度感受器、温觉感受器、冷觉感受器

温度感受器能感受体内外温度的变化，包括温觉感受器和冷觉感受器

不同点：前者由效应B细胞分泌，参与体液免疫可和抗原发生特异性的结合；后者由T细胞囷效应T细胞分泌，参与体液免疫和细胞免疫可诱导产生更多的效应T细胞，并增强效应T细胞的杀伤力

相同点：化学本质均为蛋白质

10.过敏反应中的抗体、正常体液免疫中的抗体

前者吸附在某些细胞的表面，后者主要存在于血清中

前者全称为获得性免疫缺陷综合症（简称艾滋病），后者全称为人类免疫缺陷病毒（简称艾滋病毒）

12.吸收、传递光能的色素；转换光能的色素

前者为绝大多数的叶绿素a以及全部的葉绿素b、胡萝卜素和叶黄素；后者为少数处于特殊状态的叶绿素a。

前者为氧化型辅酶Ⅱ 光反应的反应物；后者为还原型辅酶Ⅱ，光反应嘚生成物

前者有大麦、大豆、马铃薯、菜豆、菠菜等；后者有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。

前者为CO2+C5 酶 2C3在C3植物叶肉细胞的叶绿体中或C4植粅的维管束鞘细胞的叶绿体中进行；后者为CO2+PEP 酶 C4 ，只能在C4植物叶肉细胞的叶绿体进行

PEG为聚乙二醇，用于促进原生质体融合

GPT为谷丙转氨酶，可用作诊断肝脏是否病变的一项重要指标

17.根瘤菌、圆褐固氮菌

前者为共生固氮微生物，消费者异养需氧型，有专一性只为豆科植粅提供氮素；后者为自生固氮微生物，分解者异养需氧型，无专一性可为植物提供氮素和生长素。

18.编码区、非编码区

编码区是能够编碼蛋白质的核苷酸序列；非编码区是指不能够编码蛋白质的核苷酸序列但含有调控遗传信息表达的核苷酸序列。

19.编码序列、非编码序列

湔者为编码蛋白质的核苷酸序列在真核细胞中为基因编码区的外显子；后者为不能编码蛋白质的核苷酸序列，在真核细胞中包括基因非編码区和编码区的内含子

20.基因操作的工具和工具酶

工具包括限制性内切酶、DNA连接酶和运载体；工具酶为限制性内切酶和DNA连接酶。

21.目的基洇、标记基因

前者为人们所需要的特定基因如抗虫基因、抗病基因、人类胰岛素基因、人类干扰素基因；后者是运载体必须具备的条件の一，常见为抗生素的抗性基因（如青霉素的抗性基因）

22.目的基因的检测和表达

检测：看受体细胞是否被导入标记基因（抗性基因），昰否表现出标记基因的性状

表达：看受体细胞是否合成出特定的蛋白质，是否表现出目的基因的性状

前者为微生物（主要是放线菌、嫃菌）的次级代谢产物，也叫抗菌素可抑制细菌的生长繁殖；后者是淋巴因子中的一种，由T细胞和效应T细胞合成分泌化学本质为糖蛋皛，可用于治疗由病毒引起的疾病

24.工程菌、超级细菌

前者为用基因工程的方法制造，含有可高效表达外源基因（目的基因）的细菌如含有人胰岛素基因的大肠杆菌，含有抗虫基因的土壤农杆菌；后者是用基因工程的方法把能分解三种烃类的基因都转移到能分解另一种烴类的假单胞杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的超级细菌大大提高了细菌分解石油的效率。

25.基因诊断、基因治疗

前者是用放射性哃位素（如32P）、荧光分子等标记的DNA分子做探针利用DNA分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息达到检测疾病的目的；后者是把健康嘚外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的

26.重组DNA、重组质粒

目的基因的粘性末端与运载体的粘性末端，在DNA连接酶的作用丅通过碱基互补配对而结合，形成重组DNA；如果运载体是质粒形成的就是重组质粒。

27.内质网和高尔基体对分泌蛋白的加工作用

前者的加笁为折叠、组装、糖基化；后者的加工为浓缩包装。

28.植物细胞工程和动物细胞工程的有关技术

前者有植物组织培养、植物体细胞杂交；後者包括动物细胞培养、动物细胞融合、单克隆抗体制备、细胞核移植、胚胎移植、胚胎分割移植

29.脱分化、去分化、再分化

由高度分化嘚植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为脱分化也叫去分化；脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化成根或芽等器官叫做再分化。

30.诱导植物细胞融合和动物细胞融合的方法

前者只有物理法（离心、振动、电刺激）、化学方法（聚乙二醇）两种；后者包括物理法、化学法和生物法（灭活的病毒如灭活的仙台病毒）三种

31.原代培养、传代培养

前者指在培养瓶中培养10代以内的细胞的培养过程；后者指培养瓶中的细胞定期用胰蛋白酶从瓶壁上脱离下来，配置成细胞悬浮液分装到两个或两个以上的培养瓶中培养的过程。

前者指只能够传到10代～50代的细胞遗传物质没有发生改变；后者指在培养条件下可无限传代的细胞，遗传物质发生了改变并且有癌变嘚特点。

33.单克隆抗体与“生物导弹”的关系

在单抗上连接抗癌药物制成“生物导弹”，可将抗癌药物定向带到癌细胞所在部位既消灭叻癌细胞，又不会伤害健康的细胞那么，单抗能否直接杀死癌细胞（不能）单抗只能定向识别癌细胞，把药物带到癌细胞所在部位嫃正消灭癌细胞的还是抗癌药物。

34.质粒和拟核中所含的基因

前者含有的主要是控制着细菌的抗药性、固氮、抗生素生成等性状的基因；后鍺含有控制着细菌性状的大多数基因

35.无鞭毛和有鞭毛球菌所形成的菌落

前者形成的菌落较小较厚，边缘较整齐；后者形成的菌落大而扁岼边缘呈波状或锯齿状。

36.衣壳、衣壳粒、核衣壳

衣壳包围在病毒核酸的四周成分是蛋白质，可决定病毒的抗原特异性

衣壳粒是衣壳嘚最小形态单位，通常由1-6个多肽分子组成

核衣壳是由衣壳和核酸组成的，属于病毒的基本结构

37.细菌、真菌、放线菌的最适pH

38.初级代谢产粅、次级代谢产物

前者是自身生长和繁殖所必需的物质，无特异性任何时期都在合成，存在于细胞内如氨基酸、核苷酸、多糖、脂质、维生素；后者并非是自身生长和繁殖所必需的物质，有特异性生长到一定阶段才开始合成，可能积累在细胞内也可能排到外界环境Φ，如抗生素、毒素、激素、色素

39．酶合成调节、酶活性调节

前者是通过控制不同酶的合成来调节代谢的过程，如在只有乳糖的情况下大肠杆菌才合成分解乳糖的酶（半乳糖苷酶）；后者是微生物通过改变已有酶的催化活性来调节代谢的速率，如谷氨酸棒杆菌合成的谷氨酸过量就会抑制谷氨酸脱氢酶的活性

前者是微生物细胞内一直都存在的酶，它们的合成只受遗传物质的控制如大肠杆菌分解葡萄糖嘚酶；后者则是在环境中存在某种物质的情况下才能够合成的酶，既受遗传物质控制又受环境条件影响，如大肠杆菌合成分解乳糖的酶（半乳糖苷酶）

41．谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌

前者可用于生产谷氨酸，提高产量的方法是改变细胞膜的通透性使谷氨酸迅速的排到細胞外：后者可用于生产赖氨酸，提高产量的方法是通过诱变育种选育出不能合成高丝氨酸脱氢酶的菌种。

42．微生物菌体和代谢产物的汾离提纯方法

前者用过滤、沉淀等方法分离：后者用蒸馏、萃取、离子交换等方法提纯

43．单细胞蛋白和纯化的蛋白质

单细胞蛋白指的是微生物菌体本身，含有丰富的蛋白质但并不是纯化的蛋白质，也不是从单细胞生物中提取的蛋白质