2023新课标版生物高考第二轮复习-专题27 胚胎工程与生态工程 (一)

2023新课标版生物高考第二轮复习

专题27胚胎工程与生态工程

L为进一步优化生育政策,我国现实施一对夫妻可以生育三个子女的政策。目前，我国每年试管婴儿数量

逾20万例次。如图为试管婴儿的培育过程示意图。

回答下列问题：

Q）常用激素刺激排卵。试管婴儿涉及的生物工程技术主要有（答出两点

即可）。

（2）胚胎在植入前会进行基因检测,需利用PCR技术扩增DNAoPCR技术需使用的酶是,

引物的作用是o若要筛查血友病基因很！J该基因探针的设计方法

是O

（3）胚胎在植入前还要进行染色体检查，请分析该技术对人口优生的益处与对性别比例的潜在影响:①对

优生的益处是；②对性别比例的潜在影响是.（列出一点即

可）

答案（1）促性腺体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植（2）TaqDNA聚合酶（耐高温的DNA聚合酶）

与DNA母链通过碱基互补配对结合后，使耐高温的DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接脱氧核昔

酸在含有血友病基因的DNA片段上用放射性同位素标记（3）规避染色体病可能用于选择胎儿性

别

解析（1）试管婴儿是通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精并通过培养发育为早期胚胎

后,再经移植后产生后代，可见试管婴儿涉及的技术主要包括体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植技术；

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常用促性腺激素刺激排卵。（2）PCR技术需使用的酶是TaqDNA聚合酶（耐高温的DNA聚合酶），引物

的作用是与DNA母链通过碱基互补配对结合后，使耐高温的DNA聚合酶能够从引物的3'端开始连接

脱氧核苜酸;基因探针是指一段带有检测标记，目顺序已知的、与目的基因互补的核酸序列（DNA或

RNA）,所以若要筛查血友病基因很［J该基因探针的设计方法是在含有血友病基因的DNA片段上用放射

性同位素标记。（3）根据染色体检查可以规避染色体病，预防患儿的出现，同时也可被检测出性别,可能用

于选择胎儿性别。

2.SRY基因是哺乳动物Y染色体上具有决定雄性性别作用的基因片段。某人的性染色体组成为XX,但表

现为男性体征，调查发现其1条X染色体上带有Y染色体的DNA片段。回答下列相关问题：

（1）在确定该DNA片段中是否含有SRY基因时，先从被测试者细胞中提取该DNA片段，然后和引物混合,

进行PCR扩墙在PCR的延伸阶段，需加热至72°C左右，主要依据和防止DNA变性等因素。

最后，用作为探针对扩增产物进行检测，若出现阳性反应，则（填"含有"或"不含

有"）SRY基因。

（2）为验证该DNA片段能否决定雄性性别,将含该DNA片段的基因表达载体导入小鼠体内。一种操作

方法是将目的基因导入雄原核,而不是雌原核（过程如图），这样操作的主要原因是

（从形态差异角度回答）。

植代

待转入的人

鼠

孕

目的基因母

雄原其

子

宫

雌原核［______检测小

鼠性别

受精卵

⑶为筛选出性染色体组成为XX的小鼠胚胎，可对囊胚时期胚胎的滋养层细胞进行鉴别。将符合条件的

早期胚胎移入代孕母鼠子宫中,胚胎移植时代孕母鼠的选择条件是o在获得

的子代小鼠中出现（性别）小鼠证明该DNA片段含SRY基因。

答案⑴保证TaqDNA聚合酶所需温度条件（标记的）含SRY基因的DNA片段含有（2）雄原核

较大，更容易容纳外源DNA（或更容易操作，合理即可）

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⑶同种、生理状态相同雄性

解析（1）在PCR的延伸阶段中，需要将温度升至72°C左右，主要是保证TaqDNA聚合酶所需温度条件,

促进反应快速进行，同时防止温度过高引起DNA变性。在对扩增产物进行检测时，需要用标记的含SRY

基因的DNA片段作为探针进行DNA分子杂交，若出现阳性反应，则说明含有SRY基因。（2）在验证该

DNA的功能时,需将该DNA片段通过载体导入受体细胞中。因为精子进入次级卵母细胞后形成的雄原

核体积较雌原核大，所以可将基因表达载体导入易操作的雄原核。（3）当该DNA片段导入受体细胞后，

可控制小鼠的性别，使小鼠表现为雄性，但应排除原细胞中Y染色体的影响，所以可对囊胚的滋养层细胞

的性染色体进行鉴别并选取性染色体组成为XX的小鼠胚胎。选择接受胚胎的受体母体时，应选择同种、

生理状态相同的个体。

3.诱导性多能干细胞（iPS细胞）最初是日本科学家山中伸弥于2006年利用病毒载体将四个转录因子

（Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc）的组合转入分化的体细胞中，使其重编程而得到的类似胚胎干细胞和胚胎

APSC多能细胞的一种细胞类型。2007年11月,由中国科学家俞君英领衔的Thompson实验室和山中伸

弥实验室几乎同时报道，利用iPS技术同样可以诱导人皮肤纤维母细胞成为几乎与胚胎干细胞完全一样

的多能干细胞。如图1表示的是我国科学家获得iPS细胞.再将iPS细胞转入小鼠乙体内培养的过程，图

2表示研究人员利用小鼠（2N=40）获取单倍体胚胎干细胞的一种方法请回答下列问题：

特异性基因基因重编理।由7

小鼠甲程小鼠乙

成纤维细胞细胞细胞团逐渐退化

（1）图1过程中，成纤维细胞转变为iPS细胞，类似于植物组织培养中的过程。

（2）研究人员将iPS细胞团注射到缺乏T细胞的小鼠体内，细胞团能继续生长，由此可推测图1中iPS细胞

团逐渐退化的原因可能是。

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（3）图2中，研究人员给小鼠丙注射促性腺激素,目的是，再利用SrCb溶液处理后体外培养

至（填序号及名称），再筛选出.

（4）研究发现，单倍体胚胎干细胞有发育全能性，该技术培育的单倍体动物可成为研究

（填"显性基因"或"隐性基因"）功能的理想细胞模型。为提高胚胎的利用率，可以采用胚

胎分割技术,应该选用发育良好、形态正常的阶段的胚胎进行分割。

（5）胚胎工程最后一道工序的实质是o

答案（1）脱分化（2）小鼠乙发生免疫排斥反应，使得iPS细胞团失去生命力（3）使其超数排卵（或使雌

性小鼠超数排卵）④囊胚期单倍体胚胎干细胞

（4）隐性基因桑意胚或囊胚（5）早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移

解析⑴图1过程中，成纤维细胞转变为iPS细胞，即从高度分化的细胞转变为分化程度低的细胞，过程

类似于植物组织培养中的脱分化过程。⑵将iPS细胞团注射到缺乏T细胞的小鼠体内，细胞团能继续生

长,由此可推测图1中iPS细胞团逐渐退化的原因是小鼠乙发生免疫排斥反应，使得iPS细胞团失去生命

力。（3）图2中，对实验小鼠丙注射促性腺激素的目的是使其超数排卵，从而获得更多的卵母细胞，利用

SrCL溶液处理、激活卵母细胞，并在体外培养至④囊胚期，再筛选出单倍体胚胎干细胞。（4）单倍体胚胎

干细胞能分化形成不同功能的细胞、组织和器官，该技术培育的单倍体动物可成为研究隐性基因功能的

理想细胞模型。进行胚胎分割时,应该选用发育良好、形态正常的桑意胚或囊胚阶段的胚胎进行分割。

（5）胚胎工程最后一道工序是胚胎移植，胚胎移植的实质是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的

转移。

4.

自体移植离我们还远吗？

2022年3月，我国科学家通过两个关键因子，诱导DNA去甲基化,将人类多能性干细胞转化为8细

胞阶段全能性胚胎样细胞（简称8cL细胞）。这是目前全球通过无转基因、快速和可控的方法，获得的体

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外培养的“最年轻”的人类细胞。相比于诱导多能干细胞(简称iPS细胞)，这些细胞不仅能分化成胎盘

组织，还有潜力发育成更成熟的器官。该研究成果，让我们相信自体移植离我们不再遥远。

人体许多疾病或意外伤害，都是由组织或器官受到损伤而引起的。器官移植是治疗此类疾病的有效

方法之一，但器官移植患者需服用药物降低自身免疫系统的功能，这会增加被病原体感染的概率,甚至出

现恶性肿瘤的风险。

随着干细胞技术的发展,科研人员探索利用自体器官移植解决上述问题。胚胎干细胞(简称ES细胞)

存在于早期胚胎中，具有分化形成机体的所有组织、器官甚至个体的潜能。由于ES细胞的来源有限，限

制了它在医学上的应用。

2006年科学家利用病毒将原癌基因(c-Myc)、抑癌基因(KIf4)、Sox2和Oct4等转入高度分化的

小鼠成纤维细胞中，获得iPS细胞。在探索肌萎缩侧索硬化(ALS,俗称“渐冻症")的治疗中，科研人员利

用iPS细胞诱导分化成异常的运动神经元建立ALS疾病模型，用于进行大规模药物筛选及药效机制研究。

在1型糖尿病的治疗中,iPS细胞定向分化为胰岛B细胞，将其输入患者体内，替代被破坏的胰岛B细胞，

显著改善了患者的血糖控制。

从ES细胞到iPS细胞，再到8CL细胞的技术突破,都为早期胚胎发育的基础研究提供了一种新的体

外研究系统，有助于我们了解早期胚胎发育和疾病发生之间的关系，以及研究和治疗出生缺陷和各种发

育疾病，也使个体化器官再生最终有可能成为现实。

(1)ES细胞和8CL细胞具有性，其分化过程从分子水平上看是的结果。

⑵利用成纤维细胞获得iPS细胞的过程中，转入c-Myc、KIf4、Sox2和Oct4等的作用

是O

(3)结合文中信息，下列可以应用iPS细胞实现的有。

A.利用iPS细胞研究完整的哺乳动物胚胎发育过程

B.利用iPS细胞分化获得神经元，用于治疗阿尔茨海默病

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C.利用iPS细胞诱导形成疾病模型细胞，对药物的安全性和有效性进行检测

D.诱导人的iPS细胞形成囊胚并植入子宫，使其进一步发育成新个体

（4）与异体器官移植相比启体器官移植的优势是。

（5）相较于ES细胞和iPS细胞，我国科学家研究获得的8CL细胞的优

答案Q）全能基因选择性表达（2）诱导已分化细胞转变为未分化细胞（3）BC（4）可避免免疫排

斥（5）8CL细胞比ES细胞和iPS细胞的全能性更高/8CL细胞比ES细胞和iPS细胞"更年轻"/8CL

细胞来源更多，可以规避伦理问题

解析Q）分析材料，胚胎干细胞（简称ES细胞）存在于早期胚胎中，具有分化形成机体的所有组织、器官

甚至个体的潜能,8CL细胞和ES细胞具有全能性;细胞分化的实质是基因的选择性表达。（2）iPS细胞是

经成纤维细胞诱导分化得到的，成纤维细胞属于已分化的细胞，故利用成纤维细胞获得iPS细胞的过程中,

转入c-Myc、KIf4、Sox2和Oct4等的作用是诱导已分化细胞转变为未分化细胞。⑶结合材料"使个

体化器官再生最终有可能成为现实"可知，目前的技术水平还不能将iPS细胞培育为个体,故不能用于研

究完整的哺乳动物胚胎发育过程。诱导人的iPS细胞形成囊胚并植入子宫,使其进一步发育成新个体，

会对人类现有的伦理道德观念造成冲击,A、D错误;由材料"科研人员利用iPS细胞诱导分化成异常的

运动神经元建立ALS疾病模型"可知，利用iPS细胞分化能获得神经元并形成阿尔茨海默病疾病模型细

胞治疗该病，也可以对药物的安全性和有效性进行检测,B、C正确。（4）与异体器官移植相比，自体器官移

植的遗传物质来自病人自身，可避免免疫排斥。（5）相较于ES细胞和iPS细胞，我国科学家研究获得的8CL

细胞的优势是：8CL细胞比ES细胞和iPS细胞的全能性更高也"更年轻"，且8CL细胞来源更多，可以规

避伦理问题。

5.回答下列问题。

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（1）雄鼠精细胞经过变形,发育形成精子的顶体，顶体内含有的能溶解卵丘细胞之间的

物质，协助精子穿过卵母细胞的放射冠和透明带。

（2）雌鼠排卵时，减数第一次分裂尚未完成，此时卵子处于卵母细胞阶段，当该细胞发育至减数第

二次分裂期时，才具备受精能力。

⑶进行小鼠胚胎工程操作时，首先在光控周期下（光照14h,黑暗10h）饲养成年雌鼠并注射促性腺激素，目的

是。然后从雌鼠的中取出卵子，在一定条件下培养成熟;并从雄鼠附睾中

取出精子,在一定条件下培养一段时间眉的是=再在37。（：、5%CO2条件下，精卵共同作

用4h,冲洗后继续培养。定时在显微镜下观察胚胎的变化，第5天可以看到胚胎发生收缩,细胞间隙扩大，接着

胚胎内部开始出现裂隙，这是胚胎期开始的标志。

⑷如果体外受精后，在精核和卵核融合之前用微型吸管吸除雄核，再用细胞松弛素B（能抑制纺锤体的形成处

理，处理后的受精卵可发育成小鼠，这种育种方法叫育种，在动物新品种选育中的显著优点

是O

⑸如果将小鼠甲的体细胞核移到小鼠乙的去核卵细胞中，由重组细胞发育成小鼠丙，则小鼠丙的基因来源

于.

答案Q）高尔基体顶体酶（2）初级中（3）促进排卵（或超辨E卵）输卵管使精子获能囊胚（4）

单倍体明显缩短育种年限（时间）

（5）小鼠甲（体细胞）核基因和小鼠乙（卵细胞）的细胞质基因

解析Q）雄鼠精细胞经变形后，高尔基体发育形成精子的顶体，精子与卵细胞相遇，发生顶体反应，使得顶体内

的顶体酶释放出来溶解卵丘细胞之间的物质，协助精子穿过卵母细胞的放射冠和透明带。（2）雌鼠排卵时，减数

第一次分裂尚未完成，此时卵子处于初级卵母细胞阶段，当卵母细胞在输卵管内发育至减数第二次分裂中期

时，才具备受精能力。（3）对雌鼠进行光控周期饲养并注射促性腺激素,其目的是促进排卵;然后从雌鼠输卵管

中取出卵子，在一定条件下培养成熟;从雄鼠附睾中取出精子，在一定条件下培养一段时间,目的是使精子获能。

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卵裂开始后胚胎内部出现裂隙，这是胚胎囊胚期开始的标志。（4）处理后的受精卵由于只有雌核,而细胞松弛素

B处理作用能抑制纺锤体的形成，因此处理后的受精卵染色体数目将加倍，这种育种方法叫单倍体育种，在动

物新品种选育中的显著优点是明显缩短育种时间。（5）将小鼠甲的体细胞核移入小鼠乙的去核卵细胞中，由重

组细胞发育成小鼠丙，则小鼠丙的基因来源于小鼠甲（体细胞）的核基因和小鼠乙（卵细胞）的细胞质基因。

6.在畜牧生产中通过性别控制技术，可以充分发挥原本受性别限制的生产性状（如泌乳、生长速度、肉质等），

从而获得最大经济效益。如图所示，依据X染色体的DNA含量比Y染色体多，用流式细胞仪将牛的两种精子

分离开来，再通过试管动物技术获得所需性别的试管牛。回答下列问题。

|卵细胞h__________

,_______________,I受精卵甲I试管牛甲|

-

牛,/含x染色体的精子口--------------------

的.式细胞仪----------1

精

子含Y染色体的精子________________

一,____,H受精耐T试管牛乙I

—1

（1）将分离出的精子用钙离子载体A23187溶液进行处理后，才能与培养成熟的卵细胞融合

形成受精卵。受精过程中防止多精入卵的生理反应有和卵细胞膜反应。

（2）若培育生产血清白蛋白的乳腺生物反应器，需将血清白蛋白基因与的启动子等调控组

件重组在一起，通过显微注射等方法导入受精卵（填"甲"或"乙"）中，然后将该受精卵继续培养

到或囊胚阶段移入受体，使其生长发育成转基因试管牛。

（3）在胚胎移植前，需要用激素对"代孕母体"作处理。由于受体对移入子宫的外来胚胎基

本上不发生，从而保证胚胎能在受体内存活。

（4）用Y染色体上决定性别的S/?V基因探针对滋养层细胞的DNA进行检测,可达到鉴定胚胎性别的目的，这

种检测方法采用的是技术。

答案（1）获能透明带反应（2）乳腺蛋白基因甲桑根胚（3）同期发情免疫排斥反应（4）DNA分

子杂交

解析据题图分析可知，牛的精子有两种，含X染色体的精子和含Y染色体的精子，其中甲形成的受精卵中含

有XX,则试管牛甲是雌性，而乙形成的受精卵中含有XY,则试管牛乙是雄性。（1）由于精子获能后才具有受精

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能力，因此分离出的精子用钙离子载体A23187溶液进行获能处理后，才能与培养成熟的卵细胞融合形成受精

卵。精子穿越透明带接触卵细胞膜的瞬间，发生透明带反应，精子入卵后，发生卵细胞膜反应，两种反应均可阻

止多精入卵。（2）基因表达载体包括目的基因、启动子、终止子等，题干中的目的基因是血清白蛋白基因，需与

受体中乳腺蛋白基因的启动子等调控组件重组才能进行转录。由于需要培育乳腺生物反应器,即能产奶的母

牛，因此选择受精卵甲作为受体细胞，用于移植的胚胎应发育到桑根胚或囊胚阶段。（3）给受体注射激素使其与

供体同期发情，以使受体处于相同的生理状况，有利于接受移植的胚胎。受体对外来胚胎基本上不发生免疫排

斥反应，能保证胚胎在受体内存活。（4）S/?/基因是Y染色体上的性别决定基因，将细胞内DNA提取出来，用

S/?V基因探针进行检测，可以确定胚胎是否为雄性，该方法采用了DNA分子杂交技术。

7.M是一种具有特定功能的人体蛋白质.某研究小组拟仿照制备乳腺生物反应器的研究思路,利用小鼠制备

一种膀胱生物反应器来获得M,基本过程如图所示。回答下列问题：

|雄"小鼠||雌性，小鼠||M.因］|载.|

口壬二）匚嬴*达载体|

.1.....;

口受精卵ip而阑T代孕母体H转基因小鼠卜所

（1）基因表达载体导入受体细胞，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程称为。小鼠常用的受体

细胞是，原因是O

（2）与乳腺生物反应器相比，用膀胱生物反应器生产M的优势是（答出两点即可）。

（3）如果将外源基因导入受体细胞,则外源基因会随机插入受体细胞的DNA,该受体细胞培养的胚胎有的可以

发育成转基因动物，有的却死亡，请分析由外源基因插入导致胚胎死亡最可能的原

因:。

（4）转基因小鼠的早期胚胎培养过程中，培养液成分除一些无机盐和有机盐外，还需添加等

物质。

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答案⑴转化受精卵受精卵的全能性较高⑵不受年龄限制;不受性别限制提取简单、高效（3）当外

源基因的插入使受精卵内生命活动必需的某些基因不能正常表达时,受精卵会死亡（4）氨基酸、核昔酸、激

素、维生素、血清

解析Q）基因表达载体含目的基因，目的基因进入受体细胞内，并且在受体细胞内维持稳定和表达的过程称

为转化。将目的基因导入动物细胞,常用的受体细胞是受精卵。受精卵全能性较高，可使外源基因在相应组织

细胞表达,因此进行基因转移时，通常要将外源基因转入受精卵。（2）膀胱生物反应器有着和乳腺生物反应器一

样的优点:收集产物蛋白比较容易，不必对动物造成伤害。此外,该系统可从动物一出生就收集产物，不用考虑

动物的性别和是否处于生殖期,即不受年龄、性别限制，膀胱生物反应器最显著的优势在于从尿中提取蛋白质

比在乳汁中提取简便、高效。（3）由于外源基因会随机插入受体细胞的DNA,外源基因的插入可能使受精卵

内生命活动必需的某些基因不能正常表达，因此会导致有的早期胚胎死亡。（4）转基因小鼠的早期胚胎培养过

程中，培养液成分除一些无机盐和有机盐外，还需添加氨基酸、核甘酸、激素、维生素等,早期胚胎培养过程中

要保证全面获得营养物质和调节物质,还需要在培养液中添加动物血清。

8.蛛丝蛋白纤维是目前已知的最坚韧的天然纤维之一，又被称为“生物钢"。为了提高羊毛纤维的拉伸强度,

科学家将蜘蛛牵丝蛋白基因整合到羊胎儿成纤维细胞，并用此细胞作为核供体，结合核移植技术，成功获得了

能合成蛛丝蛋白的转基因细毛羊。回答下列问题。

（1）检测蜘蛛牵丝蛋白基因是否成功导入羊胎儿成纤维细胞，一般采用的方法是，可使用

作为探针对目的基因进行检测。

（2）将转基因成功的羊胎儿成纤维细胞作为核供体细胞，在对其进行体外培养时，传代一般都控制在10代以内,

原因是O

（3）用细毛羊卵母细胞作为核移植的受体，在核移植之前必须先对卵母细胞进行的操作

______________________________O

（4）为检测出生小羊是否成功表达牵丝蛋白基因，可采用的方法有（填序号）。

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①DNA测序②染色体倍性分析③体细胞结构分析④抗原一抗体杂交⑤对羊毛纤维进行拉伸度测

试

（5）为了提高已有重组胚胎的利用率,可采用技术，但此技术产生同卵多胚的数量是有限的，从

后代数量的角度分析，采用羊胎儿成纤维细胞进行转基因体细胞克隆的优势在于

答案（l）DNA分子杂交技术标记的牵丝蛋白基因（2）保持细胞正常的二倍体核型（3）培养至减数第二

次分裂中期、去核（4）④⑤（5）胚胎分割可以获得大量遗传物质相同的后代

解析Q）检测蜘蛛牵丝蛋白基因是否成功导入羊胎儿成纤维细胞，一般采用的方法是DNA分子杂交技术，可

使用标记的牵丝蛋白基因作为探针对目的基因进行检测。（2）将转基因成功的羊胎儿成纤维细胞作为核供体

细胞，在对其进行体外培养时，传代一般都控制在10代以内，这样能够保持细胞正常的二倍体核型。（3）用细毛

羊卵母细胞作为核移植的受体，在核移植之前必须将其培养至减数第二次分裂中期，并对卵母细胞进行去核。

（4）为检测出生小羊是否成功表达牵丝蛋白基因，可采用抗原f体杂交的方法，也可对羊毛纤维进行拉伸度

测试。（5）胚胎分割能够提高已有重组胚胎的利用率，但此技术产生同卵多胚的数量有限。从后代数量的角度

分析，采用羊胎儿成纤维细胞进行转基因体细胞克隆的优势在于可以获得大量遗传物质相同的后代。

9如图是江苏某农村因地制宜建设的生态农业园示意图,请分析回答：

蛤出沼气雉出

（1）该生态农业园建设主要依据的生态工程原理有（至少2个）。

（2）池塘养鱼时，通常采用多鱼种混合放养模式（上层为食浮游生物的鲸鱼，中层为食草的草鱼，下层为杂食性的

鲫鱼等）。从群落结构分析，这种养殖模式的优点是

（3）防治果树虫害时，常利用性引诱剂来诱捕害虫或干扰其交配,从而降低害虫的种群密度。这属于生态系统中

的（信息类型）传递在农业生产中的应用。

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（4）流入该生态农业园的总能量有和的能量。该生态农业园增加了"蝇

蛆养殖、食用菌种植“等项目，其意义是.

（5）根据图示，用箭头表示生态系统的三种生物成分之间的能量流动关系。

生产者消费者分解者

答案Q）物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡原理等（2）充分利用了生态系统的空间和食物

资源（3）化学信息（4）生产者固定的太阳能人工输入实现了生态系统物质和能量的多级利用,减少了

环境污染

|生产者|—>|消费者分解苕

（5）

解析Q）该生态农业园建设主要依据的生态工程原理有物质循环再生原理、物种多样性原理、协调与平衡

原理等。（2）池塘养鱼时，通常采用多鱼种混合放养模式（上层为食浮游生物的镰鱼，中层为食草的草鱼，下层为

杂食性的鲫鱼等）。从群落结构分析，这种养殖模式的优点是充分利用了生态系统的空间和食物资源