1、1 第八章第八章人類科學技術的進步及其對人類科學技術的進步及其對生活的影響生活的影響2第一節第一節 生物技術生物技術n一、現代生物技術的研究內容一、現代生物技術的研究內容n二、生物技術對人類生活的影響二、生物技術對人類生活的影響n三、生物技術的安全性與倫理道德問題三、生物技術的安全性與倫理道德問題3一、現代生物技術的研究內容一、現代生物技術的研究內容n1.基因工程基因工程n2.細胞工程細胞工程n3.酶工程酶工程n4.發酵工程發酵工程n5.蛋白質工程（第二代基因工程）蛋白質工程（第二代基因工程）41.基因工程基因工程n基因工程又叫做基因工程又叫做DNA重組技術重組技術，即通過，即通過對對DNA分

2、子進行人工分子進行人工“剪切剪切”和和“拼拼接接”，對生物的基因進行改造和重新組，對生物的基因進行改造和重新組合，然后導入受體細胞內進行無性繁殖，合，然后導入受體細胞內進行無性繁殖，使重組基因在受體細胞內表達，產生所使重組基因在受體細胞內表達，產生所需要的基因產物（蛋白質、酶、抗菌素需要的基因產物（蛋白質、酶、抗菌素等）。等）。5基因操作的基本步驟基因操作的基本步驟6基因操作的基本步驟基因操作的基本步驟72.細胞工程細胞工程n概念：概念：通過細胞培養，對細胞進行精心操作，通過細胞培養，對細胞進行精心操作，已達到保持和加速良種或獲得有用物質的過程。已達到保持和加速良種或獲得有用物質的過程。n主要

3、技術：主要技術：動物、植物的組織和細胞的培養、動物、植物的組織和細胞的培養、細胞融合（包括植物和微生物的原生質的融細胞融合（包括植物和微生物的原生質的融合）、細胞器、核移植和胚胎移植等。合）、細胞器、核移植和胚胎移植等。8910植物體細胞雜交植物體細胞雜交11動物體細胞雜交動物體細胞雜交12白菜白菜甘藍甘藍13人類皮膚細胞核移植到家兔的卵母細胞人類皮膚細胞核移植到家兔的卵母細胞 146個月大的克隆猴個月大的克隆猴15人類歷史上第一個體外受精試管嬰兒人類歷史上第一個體外受精試管嬰兒 16酶工程n概念：概念：n 利用酶活細胞（或細胞器）所具有的某些利用酶活細胞（或細胞器）所具有的某些特異催化功能，

4、借助工藝手段和生物反應器來特異催化功能，借助工藝手段和生物反應器來生產人類所需要的產品。生產人類所需要的產品。n n 酶工程的名稱出現在酶工程的名稱出現在20世紀世紀20年代，主要年代，主要指自然酶制劑在工業上的規模應用。指自然酶制劑在工業上的規模應用。17治療疾病：治療疾病：如血栓溶解酶、容菌酶、尿激酶等如血栓溶解酶、容菌酶、尿激酶等加工生產產品加工生產產品：如果膠酶、青霉素酰化酶等：如果膠酶、青霉素酰化酶等化驗診斷、水質監測：化驗診斷、水質監測： 如尿糖試紙、血（尿）糖快速測試儀（酶傳如尿糖試紙、血（尿）糖快速測試儀（酶傳感器）、多酚氧化酶傳感器等感器）、多酚氧化酶傳感器等其它生物工程：其

5、它生物工程：工具酶（如限制性內切酶、工具酶（如限制性內切酶、DNADNA連接酶等）連接酶等）酶工程產品及應用：酶工程產品及應用：18n加酶洗衣粉加酶洗衣粉 ：把從生物體內提取的蛋白酶、脂肪酶等：把從生物體內提取的蛋白酶、脂肪酶等多種酶加工成了固體酶制劑加入到了洗衣粉中，從而多種酶加工成了固體酶制劑加入到了洗衣粉中，從而使洗衣粉能更有效地清除衣物上的污漬。使洗衣粉能更有效地清除衣物上的污漬。n溶菌酶制劑溶菌酶制劑：加入了從生物體內提取、加工而成的液：加入了從生物體內提取、加工而成的液體溶菌酶制劑，所以對多種細菌有很強的抑制作用，體溶菌酶制劑，所以對多種細菌有很強的抑制作用，因此，溶菌酶制劑常用于

6、抗菌、消炎。因此，溶菌酶制劑常用于抗菌、消炎。n尿糖快速測試儀尿糖快速測試儀酶傳感器酶傳感器n不同的固定化酶可以制成不同的傳感器不同的固定化酶可以制成不同的傳感器酶工程產品舉例酶工程產品舉例19尿糖快速測試儀尿糖快速測試儀酶傳感器酶傳感器n原理原理: :不同濃度的葡萄糖不同濃度的葡萄糖. .在固定化酶膜在固定化酶膜上的葡萄糖氧化酶和過氧化氫酶的作用上的葡萄糖氧化酶和過氧化氫酶的作用下產生不同濃度的氧氣，再通過變換器下產生不同濃度的氧氣，再通過變換器, ,將氧氣的變化量轉換成電信號在顯示器將氧氣的變化量轉換成電信號在顯示器上反映出來。這樣上反映出來。這樣, ,就可以快速檢測出尿就可以快速檢測出尿

7、液中尿糖的含量液中尿糖的含量. .204.發酵工程發酵工程n概念：概念：n利用微生物的某些特定的功能，通過工業化利用微生物的某些特定的功能，通過工業化生生產有用的物質產有用的物質或或生產菌株生產菌株的技術體系。的技術體系。n應用：應用：n醫藥工程方面：大量生產基因工程藥品醫藥工程方面：大量生產基因工程藥品n食品工業方面：生產食品添加劑、生產傳統食品工業方面：生產食品添加劑、生產傳統的發酵產品、真菌蛋白食品等、大腸桿菌生產的發酵產品、真菌蛋白食品等、大腸桿菌生產雞的卵清蛋白雞的卵清蛋白21發酵工程生產產品的的流程發酵工程生產產品的的流程225.基因工程的延伸基因工程的延伸蛋白質工程蛋白質工程n概

8、念：概念：根據蛋白質的精細結構和功能之間的關根據蛋白質的精細結構和功能之間的關系，利用基因工程的手段，按照人類的需要，系，利用基因工程的手段，按照人類的需要，定向改造天然蛋白質，甚至創造出自然界根本定向改造天然蛋白質，甚至創造出自然界根本不存在的蛋白質分子的一門科學技術。不存在的蛋白質分子的一門科學技術。n應用前景：應用前景：對胰島素進行改造已使其成為速效對胰島素進行改造已使其成為速效藥物；探索用蛋白質工程的方法制成電子元件藥物；探索用蛋白質工程的方法制成電子元件23二、生物技術對人類生活的影響二、生物技術對人類生活的影響n1.醫藥工業醫藥工業n2. 農業農業n3.畜牧業畜牧業n4.環境工程環

9、境工程24基因工程在醫藥衛生領域的應用基因工程在醫藥衛生領域的應用 n1.生產基因工程藥品生產基因工程藥品 n胰島素、干擾素、溶血栓劑、胰島素、干擾素、溶血栓劑、n人造血液代用品、人造血液代用品、n預防肝炎、狂犬病、霍亂、傷寒、瘧疾等的各預防肝炎、狂犬病、霍亂、傷寒、瘧疾等的各類疫苗類疫苗n2.用于基因診斷與基因治療用于基因診斷與基因治療25基因診斷基因診斷n概念：概念：用放射性同位素用放射性同位素( (如如3232P)P)、熒光分、熒光分子等標記的子等標記的DNADNA分子做探針，利用分子做探針，利用DNADNA分分子雜交原理，鑒定被檢測標本上的遺傳子雜交原理，鑒定被檢測標本上的遺傳信息，達

10、到檢測疾病的目的。信息，達到檢測疾病的目的。26n應用：應用：n傳染性疾病：傳染性疾病：肝炎病毒、腸道病毒、肝炎病毒、腸道病毒、單純皰疹病毒等檢測單純皰疹病毒等檢測n遺傳性疾病：產前診斷（鐮刀型細胞遺傳性疾病：產前診斷（鐮刀型細胞貧血癥、苯丙酮尿癥等的檢測）貧血癥、苯丙酮尿癥等的檢測）n腫瘤診斷：白血病的診斷腫瘤診斷：白血病的診斷27基因治療基因治療n概念：概念：把健康的外源基因導入有基因缺把健康的外源基因導入有基因缺陷的細胞中，達到治療疾病的目的。陷的細胞中，達到治療疾病的目的。n種類：種類：n(1)(1)代償性基因治療，如治療球蛋白生成代償性基因治療，如治療球蛋白生成障礙性貧血；障礙性貧血

11、；(2)(2)補償性基因治療，如治補償性基因治療，如治療血友病療血友病B B；n(3)(3)替換性基因治療；替換性基因治療；28n(4)(4)性細胞基因治療；性細胞基因治療；n(5)(5)調控性基因治療，如治療肺癌、急性調控性基因治療，如治療肺癌、急性白血病；白血病；n(6)(6)反義性基因治療；反義性基因治療；n(7)(7)活化前體藥物性基因治療；活化前體藥物性基因治療；n(8)(8)免疫性基因治療；免疫性基因治療；n(9)(9)抗細胞毒性基因治療，如提高機體對抗細胞毒性基因治療，如提高機體對腫瘤化療的耐受力。腫瘤化療的耐受力。 29基因治療的應用基因治療的應用n 治療遺傳性疾病：治療遺傳性

12、疾病：n腺苷脫氨酶缺乏癥、血腺苷脫氨酶缺乏癥、血友病友病B B n 治療心血管病：治療心血管病：n注入管內皮生長因子基注入管內皮生長因子基因（因（VEGFVEGF）n祛病延壽基因的發現：祛病延壽基因的發現：SODSOD基因基因 、HDLHDL基因基因 、DAFDAF基因基因 用基因治療乙型血友病的臨床情況用基因治療乙型血友病的臨床情況 30312.在農業方面的應用在農業方面的應用n培育轉基因作物培育轉基因作物n培育各種抗逆性的培育各種抗逆性的新品種新品種抗蟲棉試驗結果的照片抗蟲棉試驗結果的照片 323.基因工程在畜牧養殖業上的應用基因工程在畜牧養殖業上的應用n科學家將某些特定基因與病毒科學家將

13、某些特定基因與病毒DNADNA構成重組構成重組nDNADNA，然后通過感染或顯微注射技術將重組，然后通過感染或顯微注射技術將重組DNADNAn轉移到動物受精卵中。由這種受精卵發育轉移到動物受精卵中。由這種受精卵發育成的動物可以獲得人們所需要的各種優良成的動物可以獲得人們所需要的各種優良品質，如具有抗病能力、高產仔率、高產品質，如具有抗病能力、高產仔率、高產奶率和高質量的皮毛等。奶率和高質量的皮毛等。 33世界上第一個轉基因動物世界上第一個轉基因動物344.基因工程與環境保護基因工程與環境保護n用于環境監測用于環境監測 n從從1t水中檢測出水中檢測出10個病毒來個病毒來 n用于被污染環境的凈化用

14、于被污染環境的凈化n用超級細菌分解石油用超級細菌分解石油 3536三、生物技術的安全性與倫理道德問題三、生物技術的安全性與倫理道德問題n（一）生物技術的安全性n（二）生物技術的倫理問題37n（一）生物技術的安全性n轉基因食品與藥物安全問題轉基因食品與藥物安全問題轉基因植物的擴散；轉入植物的外源基因的擴散問題；轉入植物的其他標記基因，如抗生素抗性基因等的擴散問題；轉基因植物是否會影響和破壞生物多樣性；轉基因植物是否會改變與之相關物種，如害蟲等的進化速度；轉基因植物中標記基因的毒性問題；轉基因植物的果實或其他部分作為食物是否會引起食用者產生不良反應，是否有長期積累的作用；1.轉基因植物是否會對農業

15、和國際貿易帶來一些不可預測的影響。38（二）生物技術的倫理問題n1.人類干細胞研究中的倫理問題n2.人類基因組研究要遵循的倫理規范n3.克隆倫理問題n4.官移植倫理問題39n1.人類干細胞研究中的倫理問題n干細胞(stem cells)是具有分化潛能的胚性細胞，依其分化潛能的大小可以劃分為全能干細胞，多能干細胞和專能干細胞。n人類干細胞主要來自于三個個方面，一是來自人工授精中捐獻的多余胚胎，獲得胚胎干細胞；二是從死亡胎兒尸體的原始生殖組織分離得到胚胎生殖細胞；三是類似于克隆羊“多莉”經由體細胞核轉移技術建立的胚胎中分離出來的多能干細胞。n人類干細胞的研究是世界的一個熱點，一是因為克隆技術的發展

16、，人類胚胎可以不經兩性關系而產生；二是因為人類干細胞可以在體外培養，經過誘導分化，定向地培育成為各種細胞和組織。40n2.人類基因組研究要遵循的倫理規范：n所進行的測試必須是可靠的，而且診斷必須明確。n對人體進行的測試必須遵循讓受試者知情同意的原則。n所進行的基因測試應該能給受試者帶來益處。n每個人都有權知道自己的健康信息，并要求對這一信息保密。n基因測試會涉及整個家庭，有時還會超越小范圍的核心家庭。41n3.克隆倫理問題克隆倫理問題n克隆技術應用到人類，其問題將要嚴重得多。把克隆人的器官當作另一些人的工具是不道德的；應該堅決制止，并應明令立法。各國政府和科學界，國際人類基因組組織（HUGO）

17、，歐盟理事會，紛紛表達反對克隆人的試驗，聯合國教科文組織1997年11月通過了世界人類基因組與人權宣言規定：“基于相互尊重人的尊嚴、平等這一民主原則，不允許進行與人類尊嚴相違背的做法，比如生殖性克隆”。2005年3月8日聯合國大會以84票贊成，34票反對，37票棄權，通過了禁止克隆人的決議，決議敦促成員國通過立法“禁止違背人的尊嚴和對人的生命造成傷害的各種形式的克隆”。n雖然人的克隆為絕大多數人所反對，但一意孤行者有可能終將人克隆出來，這在法律上雖是明令禁止的，克隆者會受到道德倫理上的譴責，也會受到法律的懲處，但被克隆出的人卻是無辜的，是受害者，作為人類也應該善待他（她），使之享有人的權利和尊

18、嚴，并使之融入社會。 42n4.官移植倫理問題官移植倫理問題n器官移植分為自體移植和異體移植，自體移植較少倫理方面的問題，如燒傷病人自體皮膚的移植等；異體移植涉及到器官的來源問題，情況往往變得很復雜。異體器官只談來源人體的器官，不涉及其它物種來源的器官。過去較為成功的是從雙胞胎具有雙個的器官如腎、再生器官如骨髓，但大量的器官可能來自于尸體或其它來源，因此這方面的倫理問題最多。43第二節第二節 覆蓋全球的無線通信網覆蓋全球的無線通信網n一、信息的傳遞一、信息的傳遞n1.通信的歷史通信的歷史n2.通信的模式通信的模式441. 通信的歷史通信的歷史n語音、文字、數據、圖像等信息的傳輸語音、文字、數據

19、、圖像等信息的傳輸稱為稱為通信通信。n通信的歷史：通信的歷史：n 聲音通信聲音通信n 光通信光通信n 電流通信電流通信n 電波通信電波通信45長城烽火臺長城烽火臺 旗語旗語 4647莫爾斯發出第一封電報設備復制品莫爾斯發出第一封電報設備復制品 標準莫爾斯電碼表標準莫爾斯電碼表字符字符 電碼符號電碼符號 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 ? / ( ) 。 48貝爾和他設計的電話貝爾和他設計的電話 搖把電話和接線臺搖把電話和接線臺 世界第一試音世界第一試音 “喂，芝加哥喂，芝加哥”49電

20、磁感應現象。電磁感應現象。 5051無線電之父無線電之父馬可尼馬可尼(18741937 )1901年年12月，馬可月，馬可尼實現了從英國到尼實現了從英國到加拿大長達二千多加拿大長達二千多英里的跨洋通訊英里的跨洋通訊 1909年，馬可尼榮年，馬可尼榮獲諾貝爾物理學獎。獲諾貝爾物理學獎。 52模擬式蜂窩電話模擬式蜂窩電話 53GSM手機手機 衛星電話衛星電話 54可替代電腦的手機可替代電腦的手機GPRS手機手機 55會議電視系統會議電視系統 56572.通信的模式通信的模式n通信系統模式：通信系統模式：信息源、送信機（編碼）、通信息源、送信機（編碼）、通信路（信道）、受信機（譯碼）、受信者。信路（

21、信道）、受信機（譯碼）、受信者。58n光纖通信系統：光纖通信系統：是利用光纖傳導光信號的通信是利用光纖傳導光信號的通信系統。系統。n無線光纖通信，主要是在空間通信無線光纖通信，主要是在空間通信 有線光纖通信，在陸地和海底實用的光通信。有線光纖通信，在陸地和海底實用的光通信。即光纖通信即光纖通信n微波通信方式：微波通信方式：地面微波接力通信、衛星通信地面微波接力通信、衛星通信和對流層散射通信。和對流層散射通信。n“全球數字移動個人通信全球數字移動個人通信”衛星系統衛星系統59二、信息的處理二、信息的處理n1.1.信息處理的演變信息處理的演變n手指掐算手指掐算木條演算木條演算算盤、算器處理信息算盤

22、、算器處理信息電動計電動計算機處理信息算機處理信息電子計算機處理信息電子計算機處理信息n2.2.電子計算機處理信息電子計算機處理信息n輸入信息輸入信息自動化信息處理自動化信息處理-輸出信息輸出信息n3.3.電子計算機處理信息的實現電子計算機處理信息的實現n編好程序，并輸入計算機編好程序，并輸入計算機n4.4.多媒體技術多媒體技術n多媒體：是把文字、聲音、圖像等多種媒體結合在一多媒體：是把文字、聲音、圖像等多種媒體結合在一起的綜合媒體。起的綜合媒體。60三、通信與計算機技術的結合三、通信與計算機技術的結合n1.采用數據化技術采用數據化技術n數據通信：數據通信：把數據的處理和傳導合為一體，實現數把

23、數據的處理和傳導合為一體，實現數字信息的接收、存儲、處理和傳輸，并對信息流加以字信息的接收、存儲、處理和傳輸，并對信息流加以控制、校沿河管理的一種通信技術。控制、校沿河管理的一種通信技術。n2.通過電波發收信息通過電波發收信息n傳真通信：傳真通信：利用掃描通信技術，把固定的圖像、文利用掃描通信技術，把固定的圖像、文稿等裝化成為串行的電信號，然后利用通信技術把它稿等裝化成為串行的電信號，然后利用通信技術把它們從一個地方按原樣傳送到另一地方，并在那里以記們從一個地方按原樣傳送到另一地方，并在那里以記錄的形式復制出來的一種通信方式。錄的形式復制出來的一種通信方式。61 n3.智能化網絡智能化網絡n智

24、能綜合信息網：智能綜合信息網：n 以最優化的方式處理和傳遞信息。以最優化的方式處理和傳遞信息。n個人通信系統：個人通信系統：n 定位定位 GPRSn信息網綜合化的意義：信息網綜合化的意義：n 技術的綜合技術的綜合 業務的綜合業務的綜合網絡的綜合網絡的綜合 62四、信息的記憶四、信息的記憶n1.照片照片n2.錄音磁帶錄音磁帶n3.磁盤磁盤n4.光盤光盤63第三節第三節 人類文明的物質基礎人類文明的物質基礎n材料：材料：n人類能用來制造有用的物件的物質。人類能用來制造有用的物件的物質。n新材料：新材料：n最近發展和正在發展中比現有的材料性能更為最近發展和正在發展中比現有的材料性能更為優良的材料，或

25、者具有現有的材料尚未具有的優良的材料，或者具有現有的材料尚未具有的某種優良性能的材料。某種優良性能的材料。64一、材料發展概況一、材料發展概況傳統材料的發展：傳統材料的發展：石器時代石器時代青銅器時代青銅器時代鐵器時代鐵器時代現代現代材料的分類：材料的分類： 無機非金屬材料、無機非金屬材料、 金屬材料、有機高分子材料、金屬材料、有機高分子材料、復合材料復合材料 結構材料和功能材料結構材料和功能材料 信息材料、能源信息材料、能源材料、建筑材料、電子材料和航天材料等材料、建筑材料、電子材料和航天材料等65現代新材料發展的三條主要途徑：現代新材料發展的三條主要途徑： 從傳統材料經過改進發展而來；從傳

26、統材料經過改進發展而來； 以現代科學技術研究成果逐步發展起來的；以現代科學技術研究成果逐步發展起來的；根據需要和要求設計制造得來的。根據需要和要求設計制造得來的。66二、傳統材料的新發展二、傳統材料的新發展n1.金屬材料金屬材料n形狀記憶合金：形狀記憶合金：(SMA) n定義：定義：一種能記憶材料的基本形狀的合金。一種能記憶材料的基本形狀的合金。可以改變任意形狀，待溫度變化（加熱或可以改變任意形狀，待溫度變化（加熱或冷卻）達到一定程度后，能完全恢復原狀。冷卻）達到一定程度后，能完全恢復原狀。n應用：應用：在電子、機械、能源、宇航、建筑、在電子、機械、能源、宇航、建筑、醫學等領域逐步得到應用。醫

27、學等領域逐步得到應用。n舉例：舉例：“鎳鈦鎳鈦”形狀記憶合金：形狀記憶合金：67686970n儲氫合金：儲氫合金：n定義：定義：具有很強的捕捉氫的能力的金屬，在一具有很強的捕捉氫的能力的金屬，在一定的溫度和壓力條件下，能夠大量定的溫度和壓力條件下，能夠大量“吸收吸收”氫氫氣，反應生成金屬氫化物，同時放出熱量。當氣，反應生成金屬氫化物，同時放出熱量。當溫度升高并降壓時，這些金屬氫化物又會分解，溫度升高并降壓時，這些金屬氫化物又會分解，將貯存在其中的氫釋放出來。將貯存在其中的氫釋放出來。n應用：應用：運輸、儲存氫氣；熱的儲存和傳輸；制運輸、儲存氫氣；熱的儲存和傳輸；制造制冷或采暖設備；鎳氫電池（造

28、制冷或采暖設備；鎳氫電池（NiMH ）等。）等。71鎳氫充電電池鎳氫充電電池 利用儲氫合金制造的制冷機利用儲氫合金制造的制冷機 儲氫合金制作的儲氫裝置儲氫合金制作的儲氫裝置 儲氫鋼瓶儲氫鋼瓶 以液氫為燃料的火箭以液氫為燃料的火箭 72n超導材料：超導材料：n定義：定義：在低溫或高溫條件下，電阻為零、完全在低溫或高溫條件下，電阻為零、完全n 抗磁性的材料。抗磁性的材料。n特征：特征：超導性和抗磁性超導性和抗磁性n應用：應用：強電應用（超導發電、超導輸電等）強電應用（超導發電、超導輸電等）n 電子學方面（超導計算機、超導天線）電子學方面（超導計算機、超導天線）n 抗磁性方面（磁懸浮列車和熱核聚變反抗磁性方面（磁懸浮列車和熱核聚變反n 應堆等應堆等 ）n舉例：舉例：超導磁懸浮列車超導磁懸浮列車7374n稀土金屬：稀土金屬：n定義：定義：又稱稀土元素，是元素周期表又稱稀土元素，是元素周期表B族中的鈧、釔、鑭系等族中的鈧、釔、鑭系等17種元素的總稱，種元素的總稱，常用常用R或或RE表示。表示。n應用應用 ：材料工業的材料工業的“維生素維生素”，是冶金、，是冶金、