生命科學導論

教材：《生命科學導論》張惟杰主編

2015.3-2015.6化學工程學院葉敏第1頁《生命科學導論》（第2版）（公共選修課）主編張惟杰高等教育出版社，第2頁第一講踏進生命科學殿堂——生命與生命科學第3頁第一節什么是生命第二節為什么要學習生命科學第三節生命科學涵蓋主要內容第四節怎樣學習生命科學第五節二十一世紀現代生命科學第4頁1、豐富多彩生物第一節什么是生命第5頁（1）生物都有復雜結構2、生命特征第6頁

全部生物體都由細胞組成（病毒除外）第7頁生物體內每時每刻都有新物質被合成，又有一些物質不停被分解，在這種物質合成和分解中又伴伴隨能量貯藏和釋放，這就是新陳代謝。生物活動需要能量，所以生物必須與外界不停地進行物質和能量交換。

（2）生物體都有新陳代謝第8頁第9頁第10頁生長：生物體以細胞分裂為基礎，細胞數量增加伴伴隨生物體個體從小到大，這就是生長。發育：從一個細胞開始，伴隨細胞分裂和分化，生物體就逐步形成組織、器官、系統等而成為一個完整個體，這個過程就是發育。（3）生物都有生長和發育第11頁所謂“生生不息，生命不止”，是說任何生物都含有繁殖后代能力。在自然界，唯有生物含有繁殖能力。生物繁殖包含無性繁殖、有性繁殖等形式，繁殖過程中伴伴隨遺傳、變異和進化。遺傳由基因決定，但一些性狀會發生變異，可遺傳變異是生物進化基礎，進化表現為生物對環境改變不停適應。

（4）生物都能繁殖第12頁第13頁生物能接收外界刺激而發生符合目標反應，反應結果使生物“趨利避害”。生物都能響應刺激能力是生物普遍特征。動物感覺器官和神經系統是應激性高度發展產物。

（5）生物都能響應刺激第14頁①生物結構都適合一定功效，如鳥類翅膀結構適合于翱翔，人眼睛結構適合于感受物象等；②生物結構和功效適合于該生物在特定環境條件下生存和延續，如魚體型和用鰓呼吸適于在水中生活，被子植物花及傳粉過程適于在陸地環境中進行有性繁殖等。

（6）生物都能適應環境第15頁生命是含有以上共同特征物質存在形式第16頁生命是含有以上共同特征物質存在形式。從生物學角度定義：由核酸和蛋白質等物質組成多分子體系，它含有不停自我更新、繁殖后代以及對外界產生反應能力。生命定義第17頁4、特殊生命——病毒第18頁第19頁第20頁第二節為何要學習生命科學當代生命科學發展1928年，Fleming發覺了青霉素，在第二次世界大戰后期拯救了幾百萬人生命。1953年，Watson和Crick首次提出了DNA雙螺旋結構模型，奠定了當代遺傳學和分子生物學基礎，從而取得了諾貝爾獎。有學者高度評價DNA雙螺旋結構模型確實立是“諾貝爾獎中諾貝爾獎”。第21頁1973年，美國斯坦福大學和加州幾個研究小組科學家們幾乎在同時分別完成了DNA體外重組，一舉打開了基因工程大門，他們被譽為重組DNA技術之父。1997年，蘇格蘭羅斯林研究所生物學家完成了首例哺乳動物——綿羊“多莉”克隆，消息傳出后，立刻在全球范圍內引發了一場相關克隆激烈爭論。第22頁

年6月26日，在多國參加和協調下，人類基因組工作框架圖已經完成，標志著功效基因組時代到來。

年，人類在干細胞研究方面取得重大突破。

年，中國科學家完成世界第一張秈稻基因組精細圖。

年，各大媒體上又相繼傳出一些與人類重大疾病相關基因被發覺。第23頁2004年是火星探測年，其中最引人關注消息是火星上有水存在痕跡，據此推測火星上曾經有生命活動。，基因組測序方法改進和大規模測序。年1000種動植物基因組計劃。20，北大鄧宏魁團體用小分子化合物誘導體細胞重編程為多潛能干細胞。當今，以計算機科學及信息技術、生命科學及生物技術為代表高科技正在迅猛發展，它們代表了當代科學發展前沿，并成為當代高科技兩大支柱。第24頁2、人類面臨挑戰春，一場突如其來傳染性非經典肺炎又稱嚴重性急性呼吸綜合征（SARS）在全世界許多國家蔓延，災難面前人們談虎色變，一場不見硝煙新戰爭開始了。年，禽流感災難愈演愈烈，不但造成一些國家養殖業巨大損失，禽流感還向人類蔓延，防范人類感染禽流感成為世界各國共同面正確重大難題。第25頁2、人類面臨挑戰

年3月底至4月中旬，曾經被稱為“豬流感”甲型H1N1流感首先在墨西哥被發覺和確診，隨即涉及世界各地，引發世界衛生組織和各國政府高度重視。1918年，世界上1/5人屈服于流感淫威之下，幾千萬人死亡。殊不知，以后每隔大約10-20年人類就要遭受一次全球性流感殺手攻擊。第26頁實際上，當今人類社見面臨重大問題和挑戰還有很多，諸如：人口膨脹、糧食短缺、疾病危害、環境污染、能源危機、資源匱乏、生態平衡被破壞和生物物種大量消亡等。第27頁

地球人口以爆炸方式增加，由此引發糧食短缺、環境污染以及盲目標資源開發帶來生態環境破壞長久以來一直困擾著人類。另一重大挑戰來自微觀世界。人與HIV等病毒斗爭從未停頓，而人類似乎至今仍沒有顯著優勢。處理人類生存與發展所面臨一系列重大問題，在很大程度上將依賴于生命科學發展。生命科學對人類經濟、科技、政治和社會發展作用是全方位。第28頁第三節生命科學涵蓋主要內容

1、生命科學概念與基本內容（1）生命科學生命科學是碩士物體及其活動規律科學。人們慣用生命泛指全部生物和廣義或抽象生物活動現象，而用生物來特指某一個含有生命特征個體或群體。第29頁（2）生命科學體系生命科學所包括研究范圍很廣，從最簡單病毒、單細胞生物到復雜龐大藍鯨和人類本身，與生物多樣性一樣，生命科學分支學科也是各種多樣。第30頁①依據研究對象不一樣劃分生命科學分為：動物學、植物學、微生物學、病毒學等。這些學科分別研究動物、植物或微生物形態、分類、生理、生態、分布、遺傳、進化及其與人類關系。②依據研究內容特點劃分生命科學可分為：分類學、形態學、胚胎學、古生物學、遺傳學、生態學、生物化學、生物物理學等。③依據生物體結構水平來劃分生命科學可分為：分子生物學、細胞學、組織學、器官生物學、個體生物學、群體生物學等。第31頁生物體是高度組織化復雜生命形式，我們能夠在不一樣層次和水平上來認識它們。2、宏觀與微觀關系第32頁

當代生命科學研究正在由宏觀向微觀深入發展，分子生物學正在向揭示生命本質前進，即用化學分子語言來說明生命現象統一性、復雜性和有效性。還能夠使人類有可能從本質上和機理上深入揭示生物遺傳、信息傳遞和代謝調控奧秘。對生物大分子結構和功效研究最終需要表達在細胞和個體水平上和解釋生物多樣性甚至生態問題。

分子水平上揭示生命奧秘第33頁3、生命科學和生物技術最新進展

在生命科學領域，學科界限逐步含糊，分子生物學、細胞生物學、遺傳學已經密不可分。

新技術和新方法建立和引入，如生物芯片技術、蛋白質組學方法、結構基因組學方法、生物信息學理論和方法、各種質譜、波譜、單分子技術等，在基礎生物學研究中發揮著越來越主要作用。生物學中熱點和前沿問題還會不停衍生出新分支學科和交叉學科。第34頁20世紀后葉，生命科學領域突破性成就，改變了它在自然科學中地位，也引發了一場生物技術革命，給人類帶來巨大利益和財富。跟蹤生命科學和生物技術最新進展，不停更新知識，是因為它們是當今科技發展最快、最含有挑戰性學科領域，學習生命科學也應該與時俱進。第35頁1、興趣是最好老師2、提出問題和構想3、進行試驗第四節怎樣學習生命科學第36頁

試驗科學應有科學方法，大量科學結論都是建立在科學方法之上。（1）觀察①客觀反應事物②科學知識基礎③不受原有知識束縛

（2）假說和試驗第37頁因為種種原因，直接用研究對象進行試驗顯得非常困難，或者簡直不可能時，可用模型代替研究對象來進行試驗。慣用生物學模型試驗有以下幾種：①動物模型②機械和電子模型

（3）模型試驗③抽象模型第38頁第五節21世紀當代生命科學物質文明發展引發了許多嚴重問題，人口爆炸、糧食短缺、環境污染和資源枯竭等全球性問題困擾著人類，可連續發展已成為全球呼聲。在這種大背景下，人們對生命科學寄予很大希望。1、生命科學與社會可連續發展第39頁2、生命科學與農業發展

超級雜交稻人工培育超級雜交稻產量高為處理饑餓與糧食短缺做出了重大貢獻。過去幾十年中，依靠雜交育種，糧食短缺得到了一定緩解，二十一世紀中，基因工程將在育種中發揮更重要作用。農業首要任務是處理糧食短缺問題。世界人口在增加，糧食需求量增大，而耕地面積卻在降低，因而必須依靠培育優良品種，大幅度提升單產。第40頁要實現農業可持續發展，必須克服農業化學化帶來惡果。化肥與農藥大量使用雖然提高了農作物產量，不過消耗了大量能源與資源，還造成嚴重環境污染。固氮基因工程研究已經有不小進展，二十一世紀初期可望成功，到時氮肥廠將關門大吉。培育抗病蟲害農作物新品種，實施生物防治，將降低對農藥依賴性。第41頁煤與石油資源枯竭指日可待，核燃料也必有罄盡之時。所以，利用太陽能、利用可再生資源，才能真正徹底處理能源問題。在處理能源問題方面，人們對生物技術寄予厚望。①用農副產品發酵生產酒精，代替汽油作燃料，在巴西已進入實用；

②培育含油量高植物生產燃料用油研究也已經有進展；3、生命科學與能源問題第42頁③更具吸引力研究課題是：研究清楚植物光合作用中將水分子分解為氫氣與氧氣機制及其催化劑酶結構，人工模擬光合作用，利用太陽能分解水得到氫燃料，這么就有了用之不竭可再生能源。第43頁（1）研制更有效藥品（2）改造人基因組成

4、生命科學與人健康長壽①從天然生物產物中提取②化學合成③

發酵產物其中，①和

③都與生命科學技術親密相關。預計，到

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世紀中葉，藥品將主要依靠基因工程改造過微生物發酵生產。人類基因組約含2-3萬個基因，把人全部基因在染色體上進行定位以及破譯全部遺傳信息，這項巨大科研課題稱為“人類基因組計劃”已經完成。人類將可能從根本上了解各種遺傳性疾病、癌癥和心腦血管疾病發病機理及防治路徑，改造人基因組成將成為增強體質、預防和治療疾病主要伎倆。第44頁地球上生物及其生存環境組成了一個巨大生態系統——生物圈。出于貪婪和自私，人類對自然進行掠奪式開發換來了“物質文明”，但