二輪微專題——生物科學(xué)發(fā)現(xiàn)史（根據(jù)新教材整理如有錯誤歡迎指正）一、細胞學(xué)說的建立過程 1．施萊登和施旺：提出細胞學(xué)說，揭示了細胞的統(tǒng)一性和生物體結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性。2．羅伯特·虎克：細胞的發(fā)現(xiàn)者和命名者。3．列文虎克：用自制顯微鏡看到了活細胞。4．魏爾肖：總結(jié)出細胞通過分裂產(chǎn)生新細胞。二、對生物膜的探索歷程中的科學(xué)家及其做出的貢獻1．19世紀末，歐文頓發(fā)現(xiàn)可以溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細胞膜進入細胞，提出膜是由脂質(zhì)組成的。2．20世紀初，科學(xué)家將膜從哺乳動物的紅細胞中分離出來，證明了膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。3．1925年，兩位荷蘭科學(xué)家戈特和格倫德爾用丙酮從人的紅細胞中提取脂質(zhì)，在空氣—水界面上鋪展成單分子層，測得單分子層的面積恰為紅細胞表面積的2倍，提出假說，細胞膜中的磷脂是雙層的4．1959年，羅伯特森在電鏡下看到了細胞膜清晰的暗—亮—暗的三層結(jié)構(gòu)，提出：所有的生物膜都由蛋白質(zhì)—脂質(zhì)—蛋白質(zhì)三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，他把生物膜描述為靜態(tài)的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。5．1970年，科學(xué)家分別用綠色和紅色的熒光染料標記小鼠和人兩種細胞表面的蛋白質(zhì)分子，并將兩細胞融合，發(fā)現(xiàn)兩種顏色的熒光均勻分布，這一實驗以及相關(guān)的其他實驗證據(jù)表明細胞膜具有流動性6．1972年，桑格和尼克森提出了細胞膜的流動鑲嵌模型。三、關(guān)于酶本質(zhì)的探索1．斯帕蘭札尼：證明了鷹的胃部除了物理消化還有化學(xué)消化。2．巴斯德：釀酒中的發(fā)酵是由于酵母細胞的存在，沒有活細胞的參與，糖類是不可能變成酒精的。3．李比希：引起發(fā)酵的是酵母細胞中的某些物質(zhì)，但這些物質(zhì)只有在酵母細胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用。4．畢希納：他把酵母細胞放在石英砂中研磨，得到不含酵母細胞的提取液，這些汁液可以將葡萄糖釀成酒，他將酵母細胞中引起發(fā)酵的物質(zhì)稱為釀酶。5．薩姆納：用丙酮做溶劑在刀豆種子中提取出了脲酶的結(jié)晶，然后用多種方法證明脲酶是蛋白質(zhì)。6．切赫和奧特曼：發(fā)現(xiàn)少數(shù)RNA也具有生物催化功能。四、光合作用探索歷程中的科學(xué)家及其貢獻時間/發(fā)現(xiàn)者內(nèi)容1771年普利斯特利發(fā)現(xiàn)植物能更新空氣1779年英格豪斯重復(fù)前者實驗發(fā)現(xiàn)只有陽光下綠色植物才能更新空氣梅耶提出能量轉(zhuǎn)化和守恒定律1864年薩克斯植物可以吸收陽光將能量轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來1881年恩格爾曼極細光束照射水綿：需氧細菌只集中分布在葉綠體被光束照射到的部位；完全曝光：需氧細菌分布在葉綠體所有受光的部位。葉綠體能吸收光能用于光合作用放氧。結(jié)合其他證據(jù)得出葉綠體是光合作用的場所。用透過三棱鏡的光照射水綿：大量的需氧細菌聚集在紅光和藍紫光區(qū)域。1937年希爾用離體葉綠體做實驗使研究水平從細胞水平進入到細胞器水平。他將離體的葉綠體加到電子受體的水溶液中，在無CO2的條件下，給予光照發(fā)現(xiàn)有氧氣放出。1941年魯賓、卡門用同位素示蹤的方法，研究了光合作用中氧氣的來源，H218O＋CO2→植物→18O2，H2O＋C18O2→植物→O2，得出光合作用釋放的氧全部來自水1954年阿爾農(nóng)在光照下，葉綠體可合成ATP，這一過程總是與水的光解相伴隨1957年卡爾文放射性同位素標記法，用14C標記CO2發(fā)現(xiàn)卡爾文循環(huán)五、植物細胞的全能性1958年斯圖爾德：對胡蘿卜韌皮部細胞加入植物激素、無機鹽和糖類等進行植物組織培養(yǎng)，形成新植株，證實了高度分化的植物細胞仍然具有發(fā)育成完整植株的能力，這就是細胞的全能性。蘇教書必修一P125六、遺傳定律的發(fā)現(xiàn)1．孟德爾：利用假說—演繹法得出了基因的分離定律和自由組合定律。2．約翰遜：給孟德爾的“遺傳因子”起了一個新名字叫做“基因”，并提出了表現(xiàn)型和基因型的概念。3．魏斯曼：預(yù)言精子和卵細胞成熟過程中存在染色體數(shù)目減半的過程。后來其他科學(xué)家在顯微鏡下觀察到減數(shù)分裂過程。4.薩頓：發(fā)現(xiàn)孟德爾假設(shè)的遺傳因子的分離與減數(shù)分裂過程中同源染色體的分離非常相似，提出基因在染色體上的假說。（歸納法）5．摩爾根：利用假說—演繹法證明了基因在染色體上。說明基因在染色體上呈線性排列。發(fā)現(xiàn)連鎖互換定律。6.現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)能用特定的分子與染色體上的某一個基因結(jié)合，這個分子又能被帶有標記的物質(zhì)識別，通過熒光顯示將基因定位在染色體上7.化學(xué)家道爾頓第一個發(fā)現(xiàn)了色盲癥，也是第一個被發(fā)現(xiàn)的患者。七、遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)歷程1．1928年，格里菲思：利用肺炎雙球菌的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗得出細菌中存在某種“轉(zhuǎn)化因子”2．1944年，艾弗里及其同事：利用肺炎雙球菌的體外轉(zhuǎn)化實驗：證明了DNA是遺傳物質(zhì)，也能證明蛋白質(zhì)等不是遺傳物質(zhì)。（減法原理）3．1952年，赫爾希和蔡斯：利用同位素標記法進行噬菌體侵染細菌的實驗：用放射性同位素32P和35S分別標記T2噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)。證明了DNA是遺傳物質(zhì)，但不能說明蛋白質(zhì)不是遺傳物質(zhì)4．后來的研究證明：從煙草花葉病毒中提取出來的RNA能使煙草感染病毒，因此還有少數(shù)病毒的遺傳物質(zhì)是RNA。5．因為絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，所以DNA是主要的遺傳物質(zhì)。八、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建及DNA的復(fù)制1．1951年，威爾金斯和富蘭克林：展示了一張DNA的X射線衍射圖譜。2．1952年，查哥夫：腺嘌呤(A)的量總是等于胸腺嘧啶(T)的量；鳥嘌呤(G)的量總是等于胞嘧啶(C)的量。3．1953年，沃森和克里克：1953年提出了DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。1962年提出DNA半保留復(fù)制的假說。4．1958年，梅塞爾森和斯塔爾以大腸桿菌為實驗材料，利用同位素示蹤技術(shù)，將15N標記的大腸桿菌轉(zhuǎn)移到14N的培養(yǎng)液中，提取DNA進行密度梯度離心*（氯化銫），記錄離心后試管中DNA的位置。證實了DNA的確是以半保留方式復(fù)制的。九、中心法則的提出與發(fā)展1．1957年，克里克：提出中心法則：遺傳信息可以從DNA流向DNA，即DNA的自我復(fù)制；也可以從DNA流向RNA，進而流向蛋白質(zhì)，即遺傳信息的轉(zhuǎn)錄和翻譯。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)少數(shù)生物（如一些RNA病毒）的遺傳信息可以從RNA流向RNA以及從RNA流向DNA。2.尼倫伯格和馬太采用了蛋白質(zhì)的體外合成技術(shù)破譯了第一個遺傳密碼。他們在每個試管中分別加入一種氨基酸，再加入除去了DNA和mRNA的細胞提取液（包含核糖體以及其他蛋白質(zhì)合成所需元件），以及人工合成的RNA多聚尿嘧啶核苷酸，結(jié)果加入苯丙氨酸的試管中出現(xiàn)了多聚苯丙氨酸的肽鏈。實驗結(jié)論，與苯丙氨酸對應(yīng)的密碼子應(yīng)該是UUU。3.現(xiàn)在已知道，蛋白質(zhì)翻譯時需要核糖體首先識別mRNA的起始密碼才可進行隨后的翻譯，但多聚U不具備這種特征，因此應(yīng)無法完成翻譯，這個事實尼倫伯格在當時并不知情。但巧合的是，尼倫伯格和馬特伊應(yīng)用的無細胞蛋白質(zhì)合成體系中加入了正常數(shù)量兩倍的鎂離子，后來發(fā)現(xiàn)正是這個失誤彌補了翻譯時核糖體對起始密碼的需求，從而使多聚U也可完成翻譯、生成多聚苯丙氨酸。十、現(xiàn)代生物進化理論的形成1.拉馬克進化學(xué)說：徹底否定了物種不變論，所有的生物都是由更古老的生物進化來的，各種生物的適應(yīng)性特征的形成都是由于用進廢退和獲得性遺傳。2．達爾文提出了自然選擇學(xué)說（揭示了生物進化的機制，解釋了適應(yīng)的形成和物種形成的原因）：過度繁殖（基礎(chǔ)）、生存斗爭（動力）、遺傳變異（內(nèi)因）、適者生存（結(jié)果）。3．現(xiàn)代生物進化理論：（內(nèi)容4點背）十一、穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)機制1．貝爾納：內(nèi)環(huán)境的恒定主要依賴于神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。2．坎農(nóng)：提出穩(wěn)態(tài)維持機制的經(jīng)典解釋：內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)是在神經(jīng)調(diào)節(jié)和體液調(diào)節(jié)共同作用下，通過機體各種器官、系統(tǒng)分工合作、協(xié)調(diào)統(tǒng)一而實現(xiàn)的。3．目前普遍認為：神經(jīng)—體液—免疫調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)是機體維持穩(wěn)態(tài)的主要調(diào)節(jié)機制。十二、激素調(diào)節(jié)的發(fā)現(xiàn)歷程1．沃泰默：認為胰腺能夠分泌胰液是十分頑固的神經(jīng)反射。2．斯他林和貝利斯：將狗的小腸黏膜與稀鹽酸混合磨碎的提取液注射到同一條狗的靜脈中，能促進胰腺分泌胰液，他們把小腸黏膜分泌的這種化學(xué)物質(zhì)稱作促胰液素。（問:促胰液素由什么細胞分泌？促胰液素的靶細胞是？）3.班廷和貝斯特：結(jié)扎狗的胰管，使胰腺萎縮而胰島不受影響，再用萎縮的胰腺提取液來治療糖尿病。麥克勞德將胰腺萃取物命名為胰島素。十三、植物生長素的發(fā)現(xiàn)過程1．19世紀末，達爾文：通過實驗提出植物的向光性是由于胚芽鞘尖端受單側(cè)光刺激后，就向下面的伸長區(qū)傳遞某種“影響”，造成伸長區(qū)背光面比向光面生長快，因而使胚芽鞘出現(xiàn)向光性彎曲。2．1910年，鮑森·詹森：證明了胚芽鞘尖端產(chǎn)生的影響可以通過瓊脂片傳遞給下部。3．1914年，拜爾：證明了胚芽鞘的彎曲生長，是由于尖端產(chǎn)生的影響在其下部分布不均勻造成的。4．1928年，溫特的實驗進一步證明了胚芽鞘的彎曲生長確實是一種化學(xué)物質(zhì)引起的，并命名為生長素。5．1931年，科學(xué)家從人尿中分離出具有生長素效應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)。6．1946年，荷蘭科學(xué)家郭葛從高等植物中分離出生長素—吲哚乙酸(IAA)。十四、種群增長的“S”型曲線生態(tài)學(xué)家高斯的草履蟲實驗證明種群經(jīng)過一定時間的增長后，數(shù)量趨于穩(wěn)定的“S”型增長曲線。十五、能量流動的特點美國生態(tài)學(xué)家林德曼：經(jīng)過對賽達伯格湖的能量流動進行定量分析得出結(jié)論：(1)生態(tài)系統(tǒng)中能量流動是單向的。(2)能量在流動中逐級遞減，能量在相鄰兩個營養(yǎng)級之間的傳遞效率大約是10%～20%。十六、發(fā)酵工程（了解）1857年，法國微生物學(xué)家巴斯德（L.Pasteur，1822—1895）通過實驗證明，酒精發(fā)酵是由活的酵母菌引起的，從而將酵母菌與發(fā)酵聯(lián)系起來。20世紀40年代，利用發(fā)酵工程大規(guī)模生產(chǎn)青霉素成為研究的主攻方向。由于青霉素產(chǎn)生菌是需氧型的，科學(xué)家在厭氧發(fā)酵技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立了深層通氣液體發(fā)酵技術(shù)，使青霉素的生產(chǎn)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。不久，隨著鏈霉素、金霉素和土霉素等抗生素的發(fā)現(xiàn)及生產(chǎn)，抗生素發(fā)酵工業(yè)興起。1957年，用微生物生產(chǎn)谷氨酸獲得成功。20世紀60年代，科學(xué)家通過研究微生物的代謝途徑，繼續(xù)改進發(fā)酵技術(shù)，通過人工誘變特定微生物，獲得了具有更高生產(chǎn)能力的突變類型。之后，酶制劑、多糖、維生素發(fā)酵工業(yè)相繼興起。20世紀70年代以后，基因工程、細胞工程等的發(fā)展，使發(fā)酵工程進入了定向育種的新階段。例如，運用基因工程可以將動植物的基因轉(zhuǎn)移到微生物中，獲得具有特殊生產(chǎn)能力的微生物，大量生產(chǎn)人們所需要的產(chǎn)品，如人胰島素、干擾素等。十七、植物細胞工程（了解）1902年，哈伯蘭特（G.Haberlandt，1854—1945）提出了細胞全能性的理論，但相關(guān)的實驗嘗試沒有成功。1958年，斯圖爾德（F.C.Steward，1904—1993）等發(fā)現(xiàn)胡蘿卜的體細胞可以分化為胚，為細胞全能性理論提供了強有力的支持。1974年，土壤農(nóng)桿菌的Ti質(zhì)粒被發(fā)現(xiàn)。之后，該質(zhì)粒應(yīng)用于植物分子生物學(xué)領(lǐng)域，促進了植物細胞工程與分子生物學(xué)技術(shù)的緊密結(jié)合。十八、動物細胞工程（了解）1951年，張明覺（19081991）等發(fā)現(xiàn)了哺乳動物精子的獲能現(xiàn)象。試管嬰兒之父1958年，格登（J.Gurdon）用非洲爪蟾進行體細胞核移植實驗，成功培育出性成熟個體。同一時期，我國科學(xué)家童第周等開展了魚類細胞核移植工作。1975年，米爾斯坦和科勒等創(chuàng)立了單克隆抗體技術(shù)。1978年，小鼠的桑葚胚被成功分割。次年，科學(xué)家分割綿羊胚胎獲得了同卵羔羊。1981年，埃文斯（M.J.Evans，1941—）等成功分離和培養(yǎng)了小鼠的胚胎干細胞。1996年，世界上第一只體細胞克隆羊多莉在英國誕生。隨后多種克隆動物相繼問世。2006年，山中伸彌（S.Yamanaka，1962）等獲得了誘導(dǎo)多能干細胞。我國科學(xué)家用這種細胞培育出了小鼠。2014年世界上第一個用單細胞基因組測序進行遺傳病篩查的試管嬰兒在我國誕生。2017年，我國科學(xué)家首次培育了體細胞克隆猴。十九、基因工程（了解）1944年，艾弗里（O.Avery,18771955)等人通過肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗，不僅證明了遺傳物質(zhì)是DNA，還證明了DNA可以在同種生物的不同個體之間轉(zhuǎn)移。1950年，埃德曼（發(fā)明了一種測定氨基酸序列的方法。2年后，桑格首次完成了對胰島素氨基酸序列的測定。1958年，梅塞爾森（M.Meselson,1930)和斯塔爾（F.W.Stahl,1929)用實驗證明了DNA的半保留復(fù)制。1961年，尼倫伯格（M.W.Nirenberg,19272010)和馬太（J.H.Matthaei，1929一）破譯了第一個編碼氨基酸的密碼子。截至1966年，64個密碼子均被成功破譯。1967年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在細菌擬核DNA之外的質(zhì)粒有自我復(fù)制能力，并可以在細菌細胞間轉(zhuǎn)移。1970年，科學(xué)家在細菌中發(fā)現(xiàn)了第一個限制性內(nèi)切核酸酶（簡稱限制酶）1972年，伯格（P.Berg,1926)首先在體外進行