1、第一章 走进生命科学,21世纪是生命科学的世纪,20世纪30-50年代 核能的开发和利用 20世纪50-70年代 航空航天技术的研究 20世纪80年代以后 生命科学、信息科学,曼哈顿计划,阿波罗登月计划,人类基因组计划,第一节 走进生命科学的世纪,生命科学发展简史展望生命科学新世纪,1、生命科学发展简史,古代生命科学 近代西方 现代生命科学,生命科学的研究手段 早期：描述法和比较法 现代：实验法 生命科学的研究方向 微观和宏观两个方向同时发展,我国是世界上最早研究和利用动植物和真菌的国家,春秋时代的诗经已经记载动植物达200多种。,诗经,我国是世界上最早研究和利用动植物和真菌的国家,贾思勰（北
2、魏）,齐民要术 齐民要术是我国现存最早的一部农学著作，是我国古代“四大农书”之一，受到国内外专家的广泛重视和高度评价。该书总结了人工选择、人工杂交、定向培育的科学原理和方法,我国是世界上最早研究和利用动植物和真菌的国家,本草纲目,李时珍（明代）,本草纲目共有52卷，既是一本医药学著作，又是一本生物学巨著。载有药物1892种，记载了可供药用的1094种植物和444种动物，其中载有新药374种，收集药方11096个，书中还绘制了1111幅精美的插图，是我国医药宝库中的一份珍贵遗产。,西方对生命科学的研究始于古希腊和古罗马时代,古希腊的亚里士多德对动植物进行过广泛的观察,古罗马医师盖伦用牛、羊、狗和
3、猴等动物为材料，进行内部器官的解剖，并得出人体内部结构与这些动物相似的推论,17世纪显微镜的发明和细胞发现,1665年，英国的物理学家罗伯特胡克（Robert Hooke, 16351703）用自己设计并制造的显微镜观察栎树软木塞切片时发现其中有许多小室，状如蜂窝，称为“cella”，这是人类第一次发现细胞，不过，胡克发现的只是死的细胞壁。胡克的发现对细胞学的建立和发展具有开创性的意义，其后，生物学家就用“cell”一词来描述生物体的基本结构。,1604年，荷兰眼镜商詹森发明了世界上第一台显微镜,罗伯特胡克用自制的显微镜第一次观察到细胞,18世纪林耐创立生物分类法则,18世纪瑞典博物学家林耐创
4、立了“生物分类法则”，制定了生物命名的方法，对生物分类的发展起了重要作用。,细胞学说19世纪自然科学三大发现之一,1838-1839年，德国植物学家施莱登和动物学家施旺提出了细胞学说。 细胞学说的主要内容是：所有生物都是由细胞构成的，细胞是生物体结构和功能的基本单位，所有的细胞都来自于细胞。 细胞学说被恩格斯誉为19世纪自然科学三大发现之一。,生物进化论19世纪自然科学三大发现之一,1859年，英国博物学家达尔文发表了物种起源一书，详细阐述了进化论的有关证据和论点，生物进化论被恩格斯誉为19世纪自然科学三大发现之一。,生物遗传规律的发现,1865年奥地利遗传学家孟德尔用豌豆杂交实验揭示了生物遗
5、传的基本规律。孟德尔被称为遗传学之父。,生物遗传规律的发现,1910年，美国遗传学家摩尔根用果蝇为实验材料，进一步揭示了遗传机制。,微观领域分子生物学的建立,1953年，美国生物学家沃森和英国生物物理学家克里克提出了DNA双螺旋结构分子模型，从此将生命科学研究引入到分子水平的新阶段，并为现代生物技术的形成和发展奠定了基础。,我国科学家的杰出贡献,我国科学家成功合成了结晶牛胰岛素和酵母丙氨酸转移核糖核酸，突破了一般有机物和生物大分子的界限，带来了人工合成生命的曙光，打破了生命神创论，揭示了生命与非生命物质的统一性。,宏观领域生态学逐渐兴起,生态学是一门综合探讨个体和群体、生物和环境之间相互关系的
6、学科,1、生命科学发展简史,（1）生命科学发展阶段,描述法和比较法研究生命科学阶段：,实验法研究生命科学阶段：,分子生物学阶段：,诗经、齐民要术、本草纲目,国外：,亚里士多德（古希腊）、盖仑（古罗马） 17世纪显微镜的发明细胞水平 18世纪瑞典博物学家林耐创立“生物分类法则” 19世纪德国施莱登、施旺提出“细胞学说”，英国达尔文提出“进化论”,孟德尔的豌豆杂交实验和摩尔根的果蝇实验揭示了遗传的基本规律,1953年，沃森和克里克提出DNA双螺旋模型 我国科学家成功合成了结晶牛胰岛素和酵母丙氨酸转移核糖核酸,我国古代：,1、生命科学发展简史,（2）当代生命科学的发展方向 微观领域：分子生物学领域
7、宏观领域：生态学领域 （3）当代生命科学研究的重大成果 克隆羊“多利” 干细胞的研究 人类基因组计划 人体器官移植,克隆羊“多利”的培育,1997年，英国科学家成功地培育出克隆羊“多利”，这是人类采用高度分化的体细胞克隆动物的重大突破。,干细胞的研究,干细胞是在生命的成长和发育过程中起“主干”作用的细胞。它的特点是既能通过分裂自我更新，又能分化，具有再生各种组织器官的潜在功能。 干细胞可分为三类： 全能干细胞 多能干细胞 单能干细胞,科学家首次用干细胞培育出万能血型(图),人类基因组计划,人类基因组计划(human genome project, HGP)是由美国科学家于1985年率先提出，于
8、1990年正式启动的。美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与了这一价值达30亿美元的人类基因组计划。这一计划旨在为30亿个碱基对构成的人类基因组精确测序，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息。与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划。中国承担1%项目(3号染色体3000万个碱基对),水稻基因组计划,2000年5月，我国科学家以“杂交水稻之父”袁隆平培育出的超级杂交稻为材料，实施“水稻基因组计划”。2001年10月完成水稻“工作框架图”。2002年4月4日，中国科学院和美国科学杂志在北京联合宣布，中国科学家绘制完成全世界第一张水稻全基因组框架序列图，从
9、而使人类第一次在基因组层面认识水稻。 籼稻基因组的总基因序列有4.66亿碱基对，这是继人类基因组之后，迄今所测定的最大的植物基因组。,什么是基因组？,基因组就是一个物种中所有基因的整体组成。 人类基因组有两层意义：遗传信息和遗传物质。要揭开生命的奥秘，就需要从整体水平研究基因的存在、基因的结构与功能、基因之间的相互关系。,罗纳德（左）捐肾给哥哥理查德,人体器官移植,1954年，美国波士顿的医学家哈特韦尔哈里森和约瑟夫默里成功地完成了第一例人体器官移植手术肾移植手术。为了避免出现身体排斥外来组织这个最大的难题，这次手术是在一对双胞胎身上进行的。尽管如此，它还是开创了人体器官移植的新时代。,2、展
10、望生命科学新世纪,后基因组学 转基因技术 基因治疗 生物多样性保护 脑科学,后基因组学,后基因组学主要包括功能基因组学、蛋白质组学和结构基因组学。 由全套基因组编码控制的蛋白质称为蛋白质组。 绘制人类蛋白质图谱，研究每一种蛋白质的生物学功能，研究蛋白质结构与功能的关系。,转基因技术,荧光鼠,抗早熟转基因番茄,基因治疗,世界上首例基因治疗患者,基因治疗是向靶细胞或组织中引入外源基因DNA或RNA片段，以纠正或补偿靶细胞或组织的基因缺陷，关闭或抑制异常表达的基因，从而达到治疗的目的。,生物多样性保护,吉林长白山自然保护区保护完整的森林生态系统。珍稀植物有人参、红松等。珍稀动物有梅花鹿、东北虎等。,
11、青海湖鸟岛自然保护区保护斑头雁、棕头鸥等鸟类及它们的生存环境。,脑科学,日常生活中的睡眠与觉醒、情绪和行为、学习和记忆都是脑活动的结果。 许多与神经系统损伤或脑功能失调有关的疾病，如截瘫、阿尔茨海默病（早老性痴呆症）、帕金森病等，严重危害人类健康甚至生命。 通过细胞及分子水平上的认识与行为水平上的分析相联系，有可能揭示脑的神经计算原理，为计算机和人工智能提供新的设计思路。 脑科学从分子水平、细胞水平、行为水平研究自然智能机理，建立脑模型，揭示人脑本质。,什么是生命科学？,生命科学是以生命为研究对象的科学和技术的总称，它是研究生命活动（Life action）及其规律的科学，并涉及到医学、农学、
12、健康、环境等领域。,什么是生命？,生命是由核酸和蛋白质等物质组成的多分子体系，它具有不断自我更新，繁殖后代以及对外界刺激产生反应的能力 生命的特征 化学成分的同一性 严整有序的结构 新陈代谢 生长发育 遗传和繁殖能力 应激能力 进化,美科学家发现 能抑制91%艾滋病病毒超级抗体,以美国国家过敏及传染病研究院（NIAID）为首的科研团队近期发现了能抑制91%艾滋病病毒的超级抗体，科学家称有望生产出首个有效地艾滋病疫苗。艾滋病病毒很难消灭的一个原因是它会不断地发生变异，人的免疫系统和药物只能很被动的去追这个游离不定的目标。,“超级细菌”引发的思考,近日有报道称，一些赴印度接受治疗的患者感染了一种新
13、型超级细菌，其含有一种叫NDM-1（新德里金属蛋白酶-1）的基因。目前，这种变种超级细菌已经传播到英国、美国、加拿大、澳大利亚、荷兰等国家，并有可能在全世界范围内进一步蔓延。,滥用抗生素惹的祸！,圣元奶粉与“早熟门”事件,圣元奶粉被疑致女婴性早熟近日来，全国多地发现婴儿性早熟的现象，最小的受害婴儿仅为三个月大。这些婴儿或体内雌激素检测超标，或乳房提前发育，出现硬块，或外阴充血，出现阴道炎的症状。而这些婴儿都曾经或正在食用圣元品牌的奶粉，因此圣元奶粉被怀疑添加了激素成分。目前，卫生部表示对此事件高度重视，已经责成专门领导小组进行调查处理。农业部门也已制定了奶粉中雌激素的检测方法和标准，并即将公布
14、。,克隆牛肉和牛奶已经小规模进入欧美市场,牛肉一直是人们餐桌上的美食。但现在，牛肉也可能重新走下餐桌，走回农场。最近美国科学家从屠宰的牛肉中提取出了细胞，准备用于克隆研究。而大西洋彼岸的英国人也不甘示弱，撇开了可能造成的巨大伦理争议，加入到牛肉“复活计划”的研究队伍中。,英国许多专家认为，这一计划会带来许多伦理和动物福利方面的问题。大规模的克隆可能会对动物造成伤害，现在已经有证据表明克隆会造成动物流产、寿命缩短、器官畸形、肥大症、难产等。 同时也有不少科学家认为，与传统牲畜制品相比，在实验室中制造出来的人造牛排和香肠，对环境更加友好。 科学界对此众说纷纭，但现在最大的问题是，克隆食品上市之后，
15、百姓究竟会不会买账。,http:/ http:/ http:/ http:/ http:/,生命科学相关网址,第二节 走进生命科学实验室,达尔文,我的成功不管多大，我认为重要的一点是：爱科学，在长期思考任何问题上的无限耐心，在观察和实验上的勤奋。,生命科学研究的基本步骤 生命科学实验的基本要求 细胞的观察和测量,学习内容,1、生命科学探究的基本步骤,柳条鱼实验 “库鲁病”病原体的发现,柳条鱼产仔实验,为什么柳条鱼在4月中旬产仔？,假设1：水温升高 假设2：日照延长,实验方案1 实验方案2,实验中观察、记录,分析数据,水温升高引起柳条鱼开始产仔,其他因素？,进一步探究,设计实验时要控制单一变量,
16、“库鲁病”病原体的发现,假设“库鲁病”是由蛋白质引起的。如果“库鲁病”是由蛋白质引起的，那么把从“库鲁病”患者的脑组织提取的蛋白质注入健康猩猩的脑部，就会使这只猩猩发病。 证明实验的可靠性和可重复性。 科学实验是从发现问题开始的，在发现问题以后，要大胆地提出假设，通过观察和实验验证假设，并用具有重复性的实验进行验证，直至得出结论。科学实验是艰苦而富有创造性的。,维生素B的发现,维生素的发现经历了漫长的时间。脚气病是以大米为主食的亚洲人群中经常发生的一种疾病，得病的人体重下降，食欲减退，肌肉无力，心动过速，并伴有精神症状。年荷兰医生艾克曼（hristian ijkman。）率领一支医疗队到达荷属
17、东印度，也就是现在的印度尼西亚。艾克曼注意到脚气病在当地人群中蔓延。翌年，由于脚气病爆发并流行，艾克曼开始研究病因，最初，他根据疾病的突发性，认为脚气病可能是一种传染病，他亲自用显微镜检查病人的血液，分泌物，皮肤，却一直没有找到可能引起脚气病的病原菌。年他的实验鸡群中爆发了多发性神经炎，症状与脚气病相似，得病的鸡出现痉挛，颈部向后变曲，但仍然没有找到致病微生物。,这时一位饲养员用米糠代替精米，喂养的鸡个个都很健康。这一现象引起艾克曼的注意，他意识到脚气病可能是一种营养缺乏病，米糖中可能含有治疗脚气病的因子。艾克蔓把鸡分为对照组和实验组，进行胃饲实验。年艾克曼终于证明实验鸡群的多发性神经炎是由白
18、米喂养引起，加入米糠即可治愈。他也用米糠治愈了所有求诊的脚气病病人。后来格赖恩（rijns ）证明米糖含有一种营养因素，年两位科学家ansen和 onath从米糠中分离出这种营养因素维生素1或称硫胺素。,维生素B的发现,生命科学探究活动的基本步骤,学习或生活实际,提出疑问,提出假设,设计实验,实施实验,分析数据,得出结论,解答疑问,新的疑问,进一步探究,文献,实验设计的原则,等量原则 单一变量原则 设计对照原则 可操作原则 平行重复原则 随机性原则,2、生命科学实验的基本要求,带着问题学习 了解方法和步骤 做好观察和记录 及时处理数据 做好讨论和实验报告,重视观察和实验,练练手,1、当盖都塞克
19、发现作为实验的猩猩发病后，再用其他正常猩猩做同样的实验，其目的是遵循生命科学的 （ ）A 、一致性原则 B、完整性原则 C、对照性原则 D、重复性原则 2、设计实验时必须只改变一个因素，其他因素保持不变，然后进行实验，这样逐一比较后，才能确定真正的影响因素，这体现了科学的 原则。A、单一变量 B、完整性 C、重复性 D、一致性,3、细胞的观察和测量,显微镜的构造和使用方法显微测微尺的使用方法保卫细胞大小的测量,一、光学显微镜的结构,显微镜的光学部分最为重要。使用过程中不能用手指扳物镜镜头；转动转换器时切勿用力过猛；只能用擦镜纸擦拭。,目镜测微尺,物镜测微尺,显微测微尺,保卫细胞大小的测量,思考题： 在实验和观察过程中存在哪些影响试验结果精确性的因素？ 保卫细胞的大小都一致吗？,蚕豆叶下表皮,影响结果精确性的因素,当显微镜教具没有条准时，显微测微尺的标尺刻度线会有粗细变化，从而影响测量结果。 初次练习时，由于操作不够熟练或不够仔细，可能造成测量误差。,保卫细胞的大小是否一致？,保卫细胞的大小是不一致的。 由于细胞生长程度不同，叶片年龄不同，保卫细胞之间存在长与宽的差异。每个细胞的大小不可能完全一致。 另外，气孔打开程度不同，也会引起其大小的差别。,