高中生物要点较多，且零碎。为此，本文把高中生物考点和部分基础知识整理归纳帮助考生回顾、复习。

物质鉴定

还原糖 + 斐林试剂～砖红色沉淀

脂 肪 + 苏丹III ～橘黄色

脂 肪 + 苏丹IV～ 红色

蛋白质 + 双缩脲试剂 ～紫色反应

1

还原糖的检测

(1)材料的选取：

还原糖含量高，白色或近于白色，如苹果，梨，白萝卜。(2)试剂：

斐林试剂(甲液：0.1g/mL的NaOH溶液，乙液：0.05g/mL的CuSO4溶液)，现配现用。(3)步骤：

取样液2mL于试管中→加入刚配的斐林试剂1mL(斐林试剂甲液和乙液等量混合均匀后再加入)→水浴加热2min左右→观察颜色变化(白色→浅蓝色→砖红色)

2

模拟尿糖的检测

1、取样：正常人的尿液和糖尿病患者的尿液2、检测方法：斐林试剂(水浴加热)或班氏试剂或尿糖试纸3、结果：(用斐林试剂检测)试管内发生出现砖红色沉淀的是糖尿病患者的尿液，未出现砖红色沉淀的是正常人的尿液。4、分析：因为糖尿病患者的尿液中含有还原糖，与斐林试剂发生反应产生砖红色沉淀，而正常人尿液中无还原糖，所以没有发生反应。

3

脂肪的检测

(1)材料的选取：含脂肪量越高的组织越好，如花生的子叶。(2)步骤： 制作切片(切片越薄越好)将最薄的花生切片放在载玻片中央染色(滴苏丹Ⅲ染液2～3滴切片上→2～3min后吸去染液→滴体积分数50%的酒精洗去浮色→吸去多余的酒精) 　制作装片(滴1～2滴清水于材料切片上→盖上盖玻片) 镜检鉴定(显微镜对光→低倍镜观察→高倍镜观察染成橘黄色的脂肪颗粒)

4

蛋白质的检测

(1)试剂：双缩脲试剂(A液：0.1g/mL的NaOH溶液，B液：0.01g/mL的CuSO4溶液)(2)步骤：试管中加样液2mL→加双缩脲试剂A液1mL，摇匀→加双缩脲试剂B液4滴，摇匀→观察颜色变化(紫色)

考点提示

(1)常见还原性糖与非还原性糖有哪些?葡萄糖、果糖、麦芽糖都是还原性糖;淀粉、蔗糖、纤维素都是非还原性糖。(2 )还原性糖植物组织取材条件?含糖量较高、颜色为白色或近于白色，如：苹果、梨、白色甘蓝叶、白萝卜等。(3)研磨中为何要加石英砂?不加石英砂对实验有何影响?加石英砂是为了使研磨更充分。不加石英砂会使组织样液中还原性糖减少，使鉴定时溶液颜色变化不明显。(4)斐林试剂甲、乙两液的使用方法?混合的目的?为何要现混现用?混合后使用;产生氢氧化铜;氢氧化铜不稳定。(5)还原性糖中加入斐林试剂后，溶液颜色变化的顺序为：浅蓝色 棕色 砖红色(6)花生种子切片为何要薄? 只有很薄的切片，才能透光，而用于显微镜的观察。(7)转动细准焦螺旋时，若花生切片的细胞总有一部分清晰，另一部分模糊，其原因一般是什么?切片的厚薄不均匀。(8)脂肪鉴定中乙醇作用? 洗去浮色。(9)双缩脲试剂A、B两液是否混合后用?先加A液的目的。怎样通过对比看颜色变化?不能混合;先加A液的目的是使溶液呈碱性;先留出一些大豆组织样液做对比。

高中生物考点知识

1. 植物细胞的储能物质主要是淀粉、脂肪，动物细胞的储能物质主要是糖原和脂肪。区分直接能源、主要能源、储备能源、根本能源。

2. 蛋白质的基本元素是C、H、O、N，S是其特征元素;核酸的基本元素是C、H、O、N、P，P是其特征元;血红蛋白的元素是C、H、O、N、Fe，叶绿素的元素是C、H、O、N、Mg;不含矿质元素的是糖类和脂肪。

3. 原核细胞的特点有：

①无核膜、核仁;②无染色体;③仅有核糖体;④细胞壁成分是肽聚糖;⑤遗传不遵循三大规律;⑥仅有的可遗传变异是基因突变;⑦无生物膜系统;⑧基因结构编码区连续。

4. 内质网是生物膜系统的中心，外与细胞膜相连，内与外层核膜相连，还与线粒体外膜相连。对蛋白质进行折叠、组装、加糖基等加工，再形成具膜小泡运输到高尔基体，进一步加工和分泌。

5. 分泌蛋白有抗体、干扰素(糖蛋白)、消化酶原、胰岛素、生长激素。经过的膜性细胞结构有内质网、高尔基体和细胞膜。

6. 三种细胞分裂中核基因都要先复制再平分，而质基因都是随机、不均等分配。只有真核生物才分成细胞核遗传和细胞质遗传两种方式。

细胞的生命历程是未分化、分化、衰老、死亡。分裂次数越多的细胞表明其寿命越长。细胞衰老是外因和内因共同作用的结果。

7. 细胞分化的实质是基因的选择性表达，是在转录水平调控的。

8. 细胞全能性是指已分化的的细胞具有发育成顽症个体的潜能。

根据动物细胞全能性大小，可分为全能性细胞(如动物早期胚胎细胞)，多能性(如原肠胚细胞)，专能性(如造血干细胞);

根据植物细胞表达全能性大小排列是：受精卵、生殖细胞、体细胞;全能性的物质基础是细胞内含有本物种全套遗传物质。

9. 影响酶促反应速度的因素有酶浓度、底物浓度、温度、酸碱度等。

使酶变性的因素是强酸、强碱、高温。恒温动物体内酶的活性不受外界温度影响。α-淀粉酶的最适温度是60度左右。

10. 基因工程的工具酶是限制性内切酶、DNA连接酶(作用于磷酸二酯键);细胞工程的工具酶是纤维素酶和果胶酶(获得原生质体时需配制适宜浓度的葡萄糖溶液，保证等渗，保护原生质体)，胰蛋白酶(动物细胞工程)。

11. ATP是细胞内直接能源物质，在细胞内含量少，与ADP相互转化。需耗能的生理活动有主动运输、外排和分泌、暗反应、肌肉收缩、神经传导和生物电、大分子有机物合成等;不需耗能的有渗透作用、蒸腾作用;形成ATP的生理活动是呼吸作用和光反应。

12. 蛋白质在人体内不能储存，是细胞的结构物质和功能物质，不是能源物质。但脱氨基后能分解放能。

蛋白质脱氨基发生是由于：蛋白质摄入过多、空腹摄入蛋白质、自身蛋白质分解、过度饥饿等。

13. 人体每天必须摄入一定量的蛋白质原因是蛋白质是细胞的结构物质和功能物质;蛋白质、氨基酸在人体内不能储存;转氨基作用不能形成所有种类的氨基酸;蛋白质在人体内每天都降解更新。

14. 同质量的脂肪的体积比同质量的糖原小，氧化分解所释放的能量高一倍多。因此脂肪是更好的储备能源物质。(但耗氧量高，呼吸商低)

15. 哺乳动物成熟红细胞无细胞核和线粒体，不分裂，进行无氧呼吸。可作为提取细胞膜的好材料。

16. 糖尿病的原因是胰岛B细胞受损，胰岛素分泌减少，导致血糖不能进入细胞和氧化分解，肝脏释放和非糖物质转化的葡萄糖增多，引起高血糖。细胞缺能，总感饥饿而多食，使血糖浓度高于肾糖域(160—180mg/dl)，最终尿糖。(注意三多一少的解释)

17. 有氧呼吸的特征产物是水。场所是细胞质基质和线粒体。影响因素是O2浓度、温度、水。

18. 无氧呼吸的两种方式是由细胞内的酶种类决定的。产酒精的生物有大多数植物、酵母菌;产乳酸的生物有动物、乳酸菌、玉米胚、马铃薯块茎、甜菜块根(缺氧时)。

19. 酵母菌的代谢类型是异养兼性厌氧;硝化细菌(生产者)的代谢类型是化能自养需氧;根瘤菌(消费者)和圆褐固氮菌(分解者)是异养需氧型;红螺菌是兼性营养厌氧型。蛔虫、乳酸菌、破伤风杆菌是异养厌氧型。

20. 植物向性运动的外因是单一方向的刺激(重力、单侧光)，内因是生长素分布不均匀。意义是提高适应性。

21. 植物激素是在一定部位产生，运输到作用部位，对植物体的生命活动产生显著调节作用的微量有机物。

高中生物基础知识

光与光合作用

一、光合作用：绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并释放出氧气的过程。

二、光合色素(在叶绿体类囊体的薄膜上)：包含叶绿素、反应中心色素和辅助色素。

三、光合作用的探究历程：1、1648年海尔蒙脱(比利时)，把一棵2.3kg的柳树苗种植在一桶90.8kg的土壤中，然后只用雨水浇灌而不供给任何其他物质，5年后柳树增重到76.7kg，而土壤只减轻了57g。指出：植物的物质积累来自水2、1771年英国科学家普里斯特利发现，将点燃的蜡烛与绿色植物一起放在密闭的玻璃罩内，蜡烛不容易熄灭。将小鼠与绿色植物一起放在玻璃罩内，小鼠不容易窒息而死，证明：植物可以更新空气。3、1785年，由于空气组成的发现，人们明确了绿叶在光下放出的气体是氧气，吸收的是二氧化碳。1845年,德国科学家梅耶指出，植物进行光合作用时，把光能转换成化学能储存起来。4、1864年，德国科学家把绿叶放在暗处理的绿色叶片一半暴光，另一半遮光。过一段时间后，用碘蒸气处理叶片，发现遮光的那一半叶片没有发生颜色变化，曝光的那一半叶片则呈深蓝色。证明：绿色叶片在光合作用中产生了淀粉。5、1880年，德国科学家思吉尔曼用水绵进行光合作用的实验。证明：叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所，氧是叶绿体释放出来的。6、20世纪30年代美国科学家鲁宾卡门采用同位素标记法研究了光合作用。第一组相植物提供H218O和CO2，释放的是18O2;第二组提供H2O和C18O，释放的是O2。光合作用释放的氧全部来自来水。　　

四、叶绿体的功能：叶绿体是进行光合作用的场所。在类囊体的薄膜上分布着具有吸收光能的光合色素，在类囊体的薄膜上和叶绿体的基质中含有许多光合作用所必需的酶。

五、影响光合作用的外界因素主要有：1、光照强度：在一定范围内，光合速率随光照强度的增强而加快，超过光饱合点，光合速率反而会下降。2、温度：温度可影响酶的活性。3、二氧化碳浓度：在一定范围内，光合速率随二氧化碳浓度的增加而加快，达到一定程度后，光合速率维持在一定的水平，不再增加。4、水：光合作用的原料之一，缺少时光合速率下降。

六、光合作用的应用：1、适当提高光照强度;2、延长光合作用的时间;3、增加光合作用的面积——合理密植,间作套种;4、温室大棚用无色透明玻璃;5、温室栽培植物时，白天适当提高温度，晚上适当降温;6、温室栽培多施有机肥或放置干冰，提高二氧化碳浓度。

1.细胞是地球上最基本的生命系统。

2.生命系统的由小到大排列：细胞→组织→器官→系统→个体→种群→群落→生态系统→生物圈。

3.科学家根据细胞内有无以核膜为界限的细胞核，把细胞分为真核细胞和原核细胞两大类。

4.氨基酸是组成蛋白质的基本单位;一切生命活动都离不开蛋白质，蛋白质是生命活动的主要承担者。

5.核酸是细胞内携带遗传信息的物质，在生物体的遗传变异和蛋白质的生物合成中具有极其重要的作用。

6.糖类是主要的能源物质，脂肪是细胞内良好的储能物质。

7.生物大分子以碳链为骨架，组成大分子的基本单位称为单体，每一个单体都以若干个相连的碳原子构成的碳链为基本骨架，由许多单体连接成多聚体。例：组成核酸的单体是核苷酸;组成多糖的单体是单糖。

8.水在细胞中以两种形式存在。一部分水与细胞内的其他物质相结合，叫做结合水。细胞中绝大部分水以游离的形式存在，可以自由流动，叫自由水。

9.细胞学说主要由德国的植物学家施莱登和动物学家施旺共同建立，其主要内容为：

(1)细胞是一个有机体，一切动植物都由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所构成。

(2)细胞是一个相对独立的单位，既有它自己的生命，又对与其他细胞共同组成的整体的生命起作用。

(3)新细胞可以从老细胞中产生。

10.细胞中大多数无机盐以离子的形式存在。

11.细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，脂质中的磷脂和胆固醇是构成细胞膜的重要成分。

12.细胞膜的功能：将细胞与外界环境分隔开;控制物质进出细胞;进行细胞间的信息交流。

13.生物的膜系统：这些细胞器膜和细胞膜、核膜等结构，共同构成细胞的生物膜系统。这些生物膜的组成成分和结构很相似，在结构和功能上紧密联系，进一步体现了细胞内各种结构之间的协调配合。

14.细胞核控制着细胞的代谢和遗传。细胞作为基本的生命系统，细胞既是生物体结构的基本单位，也是生物体代谢和遗传的基本单位。

15.细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。

16.细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。这种膜可以让水分子自由通过，一些离子和小分子也可以通过，而其他的离子、小分子和大分子则不能通过。

17.细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。当细胞液浓度小于外界溶液的浓度时，细胞失水，使细胞壁和原生质层都出现一定程度的收缩，由于原生质层比细胞壁的伸缩性大，原生质层就会与细胞壁逐渐分离开来，即发生质壁分离。

18.物质通过简单的扩散作用进出细胞，叫做自由扩散;进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散，叫做协助扩散(这种顺浓度梯度的扩散统称为被动运输)。

19.从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫做主动运输。

20.细胞中每时每刻都进行着许多化学反应，统称为细胞代谢。

21.分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量统称为活化能。

22.同无机催化剂相比，酶降低活化能的作用更显著，因此催化效率更高。

23.酶是活细胞产生的具有催化作用的有机物，其中绝大多数酶是蛋白质，少数是RNA。

24.酶所催化的化学反应一般是在比较温和的条件下进行的。

25.ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物。

26.细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放出能量并生成ATP的过程。

27.有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成许多ATP的过程。

28.叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光和红光，胡萝卜素和叶黄素主要吸收蓝紫光。

29.叶绿体中的囊状结构称为类囊体。吸收光能的四种色素，就分布在类囊体的薄膜上。

30.叶绿体是进行光合作用的场所。它内部的巨大膜面积上，不仅分布着许多吸收、传递、转化(少数叶绿素a)光能的色素分子，还有许多进行光合作用所必需的酶。

31.光合作用是指绿色植物通过叶绿体，利用光能，把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。

32.光反应阶段：光合作用第一阶段中的化学反应，必须有光才能进行，这个阶段叫做光反应阶段。

33.暗反应阶段：光合作用第二阶段中的化学反应，有没有光都可以进行，这个阶段叫做暗反应阶段。

34.细胞表面积与体积的关系限制了细胞的长大，细胞大小还受细胞核的控制范围限制。通过模拟探究实验看出：细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞的物质运输效率就越低。

35.细胞在分裂之前，必须进行一定的物质准备。细胞增殖包括物质准备和细胞分裂整个连续过程。

36.连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止，为一个细胞周期。

37.在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程，叫做细胞分化。

38.细胞的全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。

39.由基因所决定的细胞自动结束生命的过程，就叫细胞凋亡。

40.有的细胞受到致癌因子的作用，细胞中遗传物质发生变化，就变成不受机体控制的、连续进行分裂的恶性增殖细胞，这种细胞就是癌细胞。

41.细胞的衰老是指细胞的生理状态和化学反应发生复杂变化的过程，最终表现为细胞的形态、结构和功能发生变化。

42.衰老细胞的特征：细胞内水分减少、新陈代谢的速率减慢;多种酶的活性降低;色素积累;呼吸速率减缓;细胞核的体积增大、核膜内折，染色质收缩、染色加深;细胞膜的通透性改变，使物质运输功能降低。

曾带过一位高中女学霸，从高一到高三的生物都能考90多！去年的高考成绩也是非常惊人，其中生物考了93分！后来，让她总结了下提分心得，她说整个高中生物其实最关键就是基础了！所以，基础知识点的系统性总结必定是最重要的！1000页高一到高三全基础知识点必背知识点手册大全！

高中生物，很多学生是到了高中才真正去学生物的！所以，生物的提分无在于两点，一是兴趣，二是基础点！而基础尤为重要！能把高一到高三全基础的知识点系统性的归纳汇总，能全面的复习到位，一个个考点的进行剥开，基础也就掌握得七七八八了！可以说，真正掌握好高中生物全面的基础知识点，生物的成绩不下80分！

下面是洪老师高考必备资料库中，我们生物老师针对88个高中生物基础点归纳汇总的1000页一到高三全基础知识点必背知识点手册大全！

科学研究是对未知世界中复杂问题的理性探索。

然而问题本身并不区分学科，问题的解决则离不开多学科的交叉协作。

在学科交叉的重要性日益凸显的今天，科学界虽不困惑于是否应该交叉，却困扰于如何促进交叉。

由于学科交叉通常需要“跨界”，与不同领域的科学家交流合作，往往没有固定的模式和实现途径，这些都会在实际工作中产生很多的障碍。

也正因如此，收到约稿邀请后，陈鹏把这封来信反复酝酿了很多遍。因为他想让更多的人了解和参与到学科交叉研究中来。以化学家推动生命科学研究的一段历史，展示当下科学前沿的自然交叉与融合，以及走向未来，我们将解锁哪些可能性。

看看陈鹏会在信中说些什么。

陈鹏

北京大学化学与分子工程学院教授、博士生导师，化学生物学系主任。2019年度“科学探索奖”化学新材料领域获奖人。

获奖理由：肯定他在活细胞化学工具开发和蛋白质生物正交激活等方面的成绩，支持他在新一代蛋白质检测和测序技术等问题上的探索。

生物正交化学

Bioorthogonal chemistry

指能在生物体系中发生而且不干扰内源生命过程的化学反应，生物正交反应使得对活体内的生物分子（如蛋白质、核酸、糖、脂等）的原位研究成为可能。

想象我们来到了一个黑漆漆、灯光很暗的操场，想要观察人们都在做什么运动，可以有什么办法？

同样的道理，过去我们对于蛋白质、核酸等在活体细胞内部无法直接看到的“运动状况”，科学家们也在想方设法，在不干扰细胞正常生命过程的前提下去观察和了解。

为什么要做到不干扰细胞正常生命过程呢？

因为一种物质在系统中发挥什么作用，往往只能在生命系统中进行“原位”观察。生命系统由生物大分子、代谢小分子、各种离子组成，它们相互交织，彼此作用。

如果我们把这些物质单独分离出来，还能否发挥作用、发挥的是不是原有的作用，往往就很难断定了。

传统的生物学方法和技术在研究这些问题时往往困难重重，在这一过程中，基于化学思想的研究技术和干预手段脱颖而出，由此产生了化学生物学(Chemical Biology)这一交叉学科。

作为化学生物学的核心内容之一，这里我将以推动生命科学研究的化学反应发展为例，展示化学与生物学是如何通过科学问题的研究，实现交叉合作。

生物正交反应的前世今生

提到化学反应，首先映入人们脑海的，可能是实验室和工厂里各种催化反应，也可能是植物叶片上、动物和人体内由大自然进化出的各种生化反应。

然而，有一类化学反应，它由科学家在实验室内设计或开发，但可以在活体细胞等生理环境下进行，并且不与生命过程相互干扰，被称作“生物正交反应”（Bioorthogonal Reaction）。

“正交”一词并不常见，是“互不干涉”的意思。活细胞是一个非常脆弱的生命体系，向其中引入的化学反应需要适应常温、常压、水相和中性pH值等特殊的环境，并且不对其内部的生物分子造成损害或干扰。

这是一个新兴的活体生物标记-报告的方法，它利用生命体的生物合成系统，将某种特定的化学分子基团整合到目标生物分子上。

类似于给操场上夜跑的人们换上荧光跑鞋，这样一来，科学家可以观察活体生命系统内的一举一动，而且不造成干扰。

在这样原则的指导下，化学家对生物大分子的了解经历了合成——体外解析——体内标记的不断演进过程。

生物正交反应的提出和发展，使得我们能够在活细胞内通过化学反应来荧光标记生物大分子，甚至实时地激活它们的功能，为生命科学的研究开辟了新的途径。

生物正交反应的广阔未来

说了这么多，你也许更关心的是：当我们给生物分子穿上“荧光跑鞋”，会出现什么神奇的变化？

首先，是我们可以看得更清楚了。生物正交反应与超分辨荧光成像技术的联合使用，使得很多具有优异荧光性质的染料可被用来对生物大分子进行活体、动态、超分辨成像，推动了生物成像技术的进步。

其次，它将在癌症诊断和治疗中大显身手。

正是由于我们不断掌握生物大分子（DNA、RNA、组蛋白等）的动态化学修饰原理，我们将有机会从这些大分子的化学修饰中解析生理、病理作用，从而实现对癌症的早期诊断。

例如我的导师、芝加哥大学何川教授，就通过高特异的酶促反应与点击化学结合，实现了对5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）这一新型核酸表观修饰的高选择性标记、富集和检测。

将来，我们可以对比5hmC在人体全基因组范围中的分布和含量，找出健康人和癌症患者的差异，从而实现癌症的早期筛查。

而通过生物正交反应，我们可以把抗体和小分子药物定点、高效地连接在一起，使得原来不能识别癌细胞的小分子药物获得靶向癌细胞的能力，精准“轰炸”癌细胞，而不是像传统化疗药物那样敌我难辨。

上述这些，都是目前学界已知的方向。在我看来，生物正交反应还将继续推动甚至改变生命科学、医学的研究模式，其背后所代表的创新理念，也一直在启发和激励着我不断思考重要的科学问题与挑战。

我们知道，DNA的检测和测序，为生命科学研究和医学诊断带来了变革，但由于蛋白质不能够像DNA那样，通过聚合酶链式反应（PCR）进行扩增，蛋白质序列和含量的检测是相对落后的。

而作为生物功能的主要执行者，蛋白质参与了几乎所有的生命活动，生物体在遗传及表观遗传水平的变化与调控，往往最终需要通过蛋白质水平的变化、翻译后修饰及相互作用来实现。

因此，灵敏、精准的蛋白质检测和测序技术，将为这类生物大分子的科学研究带来革命性的影响，并推动人类健康的相关研究和疾病的检测治疗。

鉴于阻碍蛋白质精准检测的根本原因之一，是其不能够进行PCR扩增反应，我认为，借助化学反应等手段实现蛋白质分子的直接扩增，是有望解决问题的潜在途径。

2019年，正值《自然-化学》创刊十周年，杂志主编在年初邀请我对化学领域未来所面临的挑战性问题加以评价。

因为我一直在思考“蛋白质PCR扩增”这一难题，就对该问题进行了评论。随后，我进一步思考了解决这一科学挑战的策略，并在此基础上，完成了申请2019年“科学探索奖”的计划书。

未来几年，希望在“科学探索奖”的支持下，我和我的学生以及合作者一起，探索并开发出新一代的蛋白质扩增和检测技术。

“我觉得更多的是压力，我这一路走来并没有多么顺利，其中的酸甜苦辣经历都有过，不用过分强调我的得奖经历。”当问起如何看待过往的荣誉时，陈鹏一再强调这一点。

相传他是个不折不扣的工作狂，周末和晚上基本都在工作。课题组的大组会在每周日上午进行，和团队交流最新的学术动态和文献，他说这是和大家一起头脑风暴的时间，周末组会的习惯，就连疫情期间也没断过。

01

Q：如果有50%可能性出重要成果，和100%可能性有进展，你会更愿意选择哪种方向？

A：科学研究没有能够这样量化的概念，如果有的话就好了。我们会设置好长线目标和短线目标，把长线目标拆分成短线来逐一实现，但方向肯定是明确的。

我给学生的课题也是长短结合，这样既能保证他们不断能够取得阶段性进展，又能让他们意识到有一个更基本和重要的科学问题在前面等着他们。

02

Q：会面临某个方向或者阶段做不下去的情况吗？

A：经常有啊。短线上失败的几率是很大的，尤其是我们做交叉性研究的领域，很多时候没有现成的模式可以走下去，因为太前沿了，都是没有人做过的事情。还有一种挫败感是，我们在规划的时候估计这个成果会很有意义，但做出来发现我们估计错了。

所以挫败是家常便饭，这也是为什么我说要对研究有兴趣，有平常心，我必须是一个乐观的人，否则坚持不了这么多年。此外我还得去鼓励学生，因为他们经验少，碰到挫折可能更容易悲观。

03

Q：去年8月份你参加了科学探索奖的终审答辩，体验上和过去参加的活动有区别吗？

A：的确有不一样的地方。他们（评委）更注重「探索」这个词，一个是你关注的问题是否足够前沿和重要；另一个是你要讲清楚：为什么这样的问题会是由你来解决？具体你要讲清楚你之前的基础，对科学问题的分析角度、以及独特的想法。评委会很看重你对问题的理解能力和分析角度，以及自己独到的见解和解决思路。

当时他们问我：研究方向（开发出新一代的蛋白质扩增和检测技术）可行性有多少？我说我并不没有十足的把握，因为这并不是一个四平八稳的研究方向，我也坦言我所理解的奖项初衷，是希望能够有机会深入去做以前不敢做的方向，尝试一把。

04

Q：答辩完之后，有没有觉得获奖的把握很大？

A：这个还真没有。因为化学这样一个大的传统学科有非常多的优秀科学家，包括在答辩过程中，我知道在我前后都是很优秀的选手。

当时我心里是没底。

05

Q：北大化学生物系这十年来成长很快，除了师资、设备等硬件提升之外，你觉得还有哪些因素？

A：有一点我觉得应该强调，就是我们同事之间的合作精神。这几年我们有好几位很年轻的教授回国后都成长起来，除了各自都有顶尖的训练背景之外，我们之间还会有PI（学术带头人）午餐会来自由讨论研究内容，之后在这个基础上无缝对接合作起来。

比如我们经常一起来指导研究生，去年我和同事在《Nature》发表了一篇文章，这个想法是文章的第一作者在接受我和同事共同指导和讨论的时候萌发的。

现阶段（尤其是交叉领域）的科研问题，往往需要多角度、多手段来研究，一个人很难做到。所以我想合作是为什么我们进展比较快的原因。

06

Q：十几年如一日去做研究，如何保持这种热情？

A：首先你得热爱它，科研已经融入我的血液，变成一种兴趣爱好，就和有些人喜欢打游戏，有些人喜欢看电影，我并不会觉得累，这是一生的追求。

外人眼中我们一天一天都是在读文献做研究，很枯燥无聊，其实不是这样的，探索未知的世界，每天都会面临新的问题，要求你不断有新的点子和应对方法，这并不是一个重复性的工作。

07

Q：这个问题可能有点远，你会希望过自己以什么形式被人们记住吗？

A：这个倒没有。和历史比起来，每个人的精力和创新能力的黄金期是有限的，也就是在40岁前后达到峰值吧。

所以我很珍惜现在的阶段，也会期待自己能够做出更多“from bench（实验台） to bedside（临床）”的研究，不管是药物还是检测方式，让更多人受益。

08

Q：你觉得化学生物学目前处于什么阶段，它的尽头是在哪里？

A：尽头？没有尽头。我觉得化学生物学现在处于快速上升时期，人们对它的认识越来越深入，更多人愿意从事这种交叉学科的研究了。

判断一门学科有没有生命力，我觉得要看它能否解决问题。现实生活中有太多问题等待我们去解决了。举个例子啊，就连最基本的过敏问题，人类目前对其原理都不太了解。人类面临的问题一直都存在，甚至增加了，比如这次新冠疫情暴露出来免疫方面的诸多问题，所以这个学科并没有一个终极的尽头。

来源于科学探索奖，若有不妥，请联系！

据外媒New Atlas报道，岩石或树木年轮上的沉积物层可以提供有关过去不同时间的环境的线索-相同的想法甚至可能适用于您自己的牙齿。纽约大学的科学家发现，构成牙根的材料保留了终身的压力记录，例如分娩、疾病、甚至入狱等。

牙齿的大部分一旦断掉就不会长出，但根部周围的组织却会增长。这种东西被称为牙骨质，通常会在牙齿表面之后添加新的层。在这项研究中，研究人员调查了以下假设：重大生理事件将在这些层次上留下自己的印记。

为了验证这个想法，研究小组检查了25位年龄在25至69岁之间的15位不同志愿者的47颗牙齿。所有这些人的生活史都是已知的，包括诸如他们是否已生过孩子，是否患有重大疾病甚至从农村搬家到城市地区等。至关重要的是，他们还知道这些事件发生的年龄。

然后，研究人员使用了一系列的成像技术来研究牙齿根部牙骨质环，并确定不同环对应的年龄。毫无疑问，不同颜色的环似乎与人们经历重大生物学事件的年龄相对应。

例如，研究小组注意到一个样本中有一条明显的线对应于患者的17.6岁。当研究人员检查该文件时，他们发现该患者在18岁时从农村环境移居到城市，其他牙齿的其他环大约在其所有者正经历分娩、更年期、全身性疾病和甚至被监禁等重要事件时出现。

研究的第一作者Paola Cerrito说：“牙齿不是骨骼的静态和静止部分。它不断调整并响应生理过程。就像树木年轮一样，我们可以看一下‘齿环’：牙根表面上不断增长的组织层。这些环是对个人生理经历和从怀孕，疾病到监禁和更年期的压力的忠实档案，所有这些都留下独特的永久印记。”

但研究人员警告说，这不是一门精确的科学。时间可能会推迟几年，实际上只有在全面了解患者病史的情况下，才能对其进行测试。仅仅通过看一眼“齿环”就无法得知发生了什么特定事件。但这仍是一项有趣的发现，可增进我们对自身生理的理解。

该研究发表在《科学报告》杂志上。

在人际交往中，你是不是习惯闪避别人的视线，尽量避免与人接触？觉得有人在看着自己，并会停下手中在做的事？在进入一个满是人的房间，需要别人的陪同？如果是，你可能产生社交焦虑了。社交焦虑是对一个人在与他人交往时产生畏惧、紧张和焦虑感这一现象的简称。一些遭受社交焦虑困扰的人会声称他们只是害羞，而且生来如此。

换句话说，某种程度上，社交恐惧症的部分原因是“基因”因素。英国心理学会成员、认知治疗学院的创始人之一吉莉恩巴特勒撰写了《无压力社交》一书，阐述了为何有些人先天就有“社恐症”。

人类都具有一个相同的生物特质——因为目光而感到紧张或害怕。社交焦虑者经常在不经意间躲避别人的目光。事实上对所有人来说，与他人四目相对都会引发紧张感。这会刺激并唤醒神经，因此长时间不眨眼或目不转睛地保持眼神接触是格外困难的。被别人盯着时，大多数人会感到不舒服，会感到局促不安，继而将目光转向别处。对于动物来说也是如此，因此受到猛兽威胁时，紧盯他们的双眼通常可以阻止危险的发生。人类还具有一些其他的生物特质，不过其中一些会因人而异，在社会焦虑形成的过程中，有两种生物特质起到了一定作用：唤醒系统和个性气质。

所谓的唤醒系统，就是指在受到外界刺激时，每个人的神经系统的反应速度和强度都是不同的，可以区分为较强的反应性和较弱的反应性。与具有较弱反应性的人相比，具有较强反应性的人所需的反应时间更短，且其心理变化（比如心率或出汗量）会更加强烈。一个人对这些差异的描述和理解不一定是坏事，即具有较强反应性并不一定是一件坏事。我们可以理解为一种敏感性，或一种容易产生“过度反应”或“过度敏感”的倾向。较高的唤醒程度或焦虑水平对每个人来说都很难受，它有可能出现在任何人身上，并且人们会适应这种与生俱来的系统。焦虑具有家族遗传性，这说明类似于社交焦虑的心理疾病有一部分成因来源于遗传基因。但是，这种所谓的“致病原因”并不是非常明确的。这说明如果一个人的父母都遭受焦虑的折磨，那么他患有焦虑障碍的风险就更大，但是他的焦虑类型可能与父母的完全不同。

在个性和气质方面，不同的个体展现出巨大差异，即使新生儿也是如此。一些婴儿非常安静，另一些则更加活泼；一些看起来更善于社交，另一些则正好相反。随着他们的成长，其中一些在独处时更加高兴，并且很善于自娱自乐，另一些则更愿意和别人待在一起。起初所有婴儿都会对陌生人漠不关心，并且不会因为被人抱来抱去而感到焦躁。之后，他们会经历一个害羞时期，并开始注意到陌生人的存在。当和熟人分开时，他们就很容易感到焦躁，但每个人的焦躁程度是不同的。这可以理解为，婴儿的气质也都是不同的，这可能会为社交焦虑的发展提供基础。举例来说，人们发现童年早期的语言发展问题与个体后来成长为一个社交焦虑者之间存在联系。

当然，生物学的差异并不是造成社交焦虑的唯一原因，并且当一个人在成长过程中经历各种事情时，生物学差异带来的影响也时常不同。拥有一个易唤起的神经系统，一个不太外向的气质或者在学习语言方面存在困难，并不会直接引发社交焦虑。就好像一个人即使生来就有一双长腿和运动员的性情，也不一定能成为赛跑的运动员，很多人拥有这项特质却不擅长或不喜欢跑步。类似的，很多极度敏感的人们虽然具有不擅长社交的性格，却没有社交方面的困扰。

社交焦虑者经常觉得，要是自己某些方面能变得更好情况就会大不一样，例如自己变得更美丽、苗条、聪明、幽默、有吸引力、有创造力和想象力。然而事实却是相反的。任何人都可以交到朋友，找到伴侣，在社会关系中感到愉悦和自信，这和个体拥有多少财富没有关系。更令人惊讶的是，那些具有吸引力、长相漂亮、头脑聪明和事业成功的人反而可能会更具有严重的社交焦虑问题。

作者： 徐敏

编辑： 任晓斐

实习生：田晓月 潘文琪

作者 | Andre Ye

译者 | 孟翔杰

来源 | DeepHub IMBA

许多人没有想到，病毒就像地球上为生存而挣扎的其他生物一样，它们会进化或变异。

只要看一看人类病毒来源的蝙蝠携带的病毒RNA序列片段即可。

AAAATCAAAGCTTGTGTTGAAGAAGTTACAACAACTCTGGAAGAAACTAAGTT

…以及人类COVID-19病毒的RNA序列的摘录…

AAAATTAAGGCTTGCATTGATGAGGTTACCACAACACTGGAAGAAACTAAGTT

…显然，冠状病毒已改变其内部结构以适应其新宿主（更精确地说，冠状病毒内部结构的约20％发生了突变），但仍保持了足够的活力，以至于它仍然可以在起源物种体内存活。

实际上，研究表明COVID-19通过反复变异来提高它们的存活率。在抗击冠状病毒的斗争中，我们不仅需要找到消灭病毒的方法，还需要找到病毒如何突变以及如何遏制这些突变的方法。

在本文中，我将……

• 提供RNA序列的简单解释

• 使用K-Means创建基因组信息集群

• 使用PCA可视化集群

  …并对我们执行的每个程序进行分析来获取经验。

什么是基因组序列？

如果您对RNA序列有基本的了解，请跳过此部分。

与“解码”相比，基因组测序通常是分析从样品中提取的脱氧核糖核酸（DNA）的过程。在每个正常细胞内有23对染色体，这些染色体容纳着DNA。

DNA的卷曲双螺旋结构使其可以展开为梯形。该梯形由成对的化学字母（称为碱基）制成。DNA中只有四种：腺嘌呤，胸腺嘧啶，鸟嘌呤和胞嘧啶。腺嘌呤仅与胸腺嘧啶结合，而鸟嘌呤仅与胞嘧啶结合。这些碱基分别用A，T，G和C表示。

这些碱基构成了指示生物体如何构建蛋白质的各种代码-实际上是控制病毒行为的DNA。

DNA转换为RNA再转换为蛋白质的过程

使用包括测序仪器和专用标签等专用设备，可以揭示特定片段的DNA序列。从中获得的信息将用于进一步的分析和比较，以使研究人员能够识别基因的变化过程，并将基因与疾病和表型以及潜在的药物靶细胞关联起来。

基因组序列是一串长长的“ A”，“ T”，“ G”和“ C”，代表生物体对环境的反应方式。通过改变DNA可以造成生物的突变。查看基因组序列是分析冠状病毒突变的有力方法。

了解数据

在Kaggle上找到的数据如下所示：

每行代表蝙蝠病毒的一种突变。首先，只需花一分钟就可以欣赏大自然的不可思议性-在数周之内，冠状病毒已经产生了262种自身突变，以提高自身存活率。

一些重要的列：

• query acc.ver代表原始病毒标识符。

• subject acc.ver是病毒突变的标识符。

• % identity代表当前序列与原始病毒相同的百分比。

• alignment length表示序列中有多少个相同的标识符。

• mismatches代表突变和原始变异的数量。

• bit score表示衡量对齐程度的度量；分数越高，对齐越好。

  每列的一些统计度量（可以在Python中使用data.describe方便地调用它）：

查看% identity列，很有趣的是，该值最小约为77.6％。% identity的标准差为7%。这个数值相当大，意味着存在广泛可能的突变。bit score比较大的标准差支持这一观点-标准差大于平均值！

可视化数据的一种好方法是通过关联热图。每个单元代表一个特征与另一个特征之间的关联程度。

图中可以看到许多数据彼此高度相关。这是有道理的，因为大多数突变都是彼此不同的。需要注意的一件事是alignment length与bit score高度相关。

使用K-Means创建突变聚类

K-Means是用于聚类的算法，它是机器学习中在特征空间中查找数据点并结合成组的一种方法。我们的K-Means的目标是找到突变簇，由此我们可以得出有关的突变性质以及如何解决突变的见解。

但是，我们仍然需要选择簇数k。尽管这就像在二维中绘制点一样简单，但在更高的维度中则无法实现（如果我们想保留最多的信息）。像肘法（elbow method）这样选择k的方法是主观且不准确的，因此，我们将使用轮廓法（silhouette method）。

轮廓法是针对k个聚类中心给出的聚类结果对数据适应程度的评分。Python中的sklearn库使实现K-Means和轮廓法变得非常简单。

似乎5个聚类中心是最合适的。现在，我们可以确定聚类中心。这些聚类中心是每个类别围绕的点，代表（在这种情况下）5种主要突变类型的数值评估。

注意：已对数据进行了标准化，以使它们全部缩放为相同的比例。否则，每列将不可比较。

此热图按列表示每个簇的属性。因为这些点是按比例缩放的，所以图中标注的数值在数量上没有任何意义。但是，可以比较每列中的标注值。您可以从视觉上了解每个突变簇的相对属性。如果科学家要开发疫苗，它应针对这些主要的病毒突变簇。

在下一节中，我们将使用PCA可视化数据。

PCA数据可视化

PCA（主成分分析法）是一种降维方法。它选择多维空间中的正交矢量来表示轴，从而保留了最多的信息（方差）。

流行的Python库sklearn可以用两行代码实现PCA。首先，我们可以检查数据的方差比。这是从原始数据集中保留的统计信息的百分比。在这种情况下，数据的方差比是0.9838548580740327，这已经很高了！我们可以放心，无论我们从PCA进行的任何分析都不会使数据失真。

每个新功能（主要组件）都是其他几列的线性组合。我们可以通过热图可视化其中一列对于相对的两个其他组件之一的重要性。

主要需要了解成分一具有较高分数的含义-在这种情况下，其特征具有更长的比对长度（更接近原始病毒），而成分2的主要特征具有更短的比对长度 （距离原始值更远）。这也反映在bit score的较大差异上。

显然，病毒突变有5种主要方式。我们可以从中获得许多信息。

其中四个突变位于成分一的左侧，一个突变位于右侧。成分一的特征是高alignment length。这意味着成分一的值越高则对齐长度越长（更接近原始病毒）。因此，成分一的值较低时在遗传上距离原始病毒较远。因此大多数病毒突变与原始病毒差异很大。因此，试图制造疫苗的科学家应该意识到该病毒会产生大量与原始病毒差异很大的突变。

结论

使用K-Means和PCA，能够识别冠状病毒中的五个主要突变簇。研发冠状病毒疫苗的科学家可以利用聚类中心的信息获得有关每个聚类特征的知识。我们能够使用主成分分析在二维空间上可视化簇，并发现冠状病毒具有很高的突变率。这可能是它如此致命的原因。

【end】

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你点的每个“在看”，我都认真当成了AI