一、緒論（一）生命科學的定義與研究范圍1.生命的基本特征（新陳代謝、生長發(fā)育、繁殖、遺傳變異、應激性、適應性）2.生命科學的定義（研究生命現(xiàn)象、本質及活動規(guī)律的綜合學科）3.研究層次（從分子、細胞到個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)的多維度覆蓋）（二）生命科學的發(fā)展歷程1.古代生命科學（如亞里士多德的生物觀察、李時珍的《本草綱目》）2.近代生命科學（達爾文《物種起源》提出自然選擇學說、孟德爾豌豆實驗奠定經典遺傳學基礎）3.現(xiàn)代生命科學（分子生物學革命（DNA雙螺旋結構發(fā)現(xiàn)）、基因組學、合成生物學等前沿領域）（三）生命科學的重要性與應用前景1.醫(yī)學領域（基因診斷、基因治療、靶向藥物開發(fā)）2.農業(yè)領域（轉基因作物、分子育種、病蟲害生物防治）3.環(huán)境領域（生物修復、生態(tài)監(jiān)測、氣候變化應對）4.工業(yè)領域（生物發(fā)酵、酶工程、生物能源（如生物柴油））二、生命的化學基礎（一）組成生命的元素1.必需元素分類（大量元素：C、H、O、N、P、S等；微量元素：Fe、Mn、Zn、Cu等）2.元素功能（C是生物大分子的骨架，N是蛋白質/核酸的核心成分，F(xiàn)e參與血紅蛋白運輸氧氣）（二）生物大分子的結構與功能1.蛋白質（1）結構層次（一級結構：氨基酸序列；二級結構：α-螺旋、β-折疊；三級結構：空間構象；四級結構：亞基組合）（2）功能（催化（酶）、結構（膠原蛋白）、運輸（血紅蛋白）、調節(jié)（胰島素）、免疫（抗體））2.核酸（1）DNA結構（雙螺旋模型，堿基互補配對：A-T、G-C）（2）RNA類型與功能（mRNA：傳遞遺傳信息；tRNA：攜帶氨基酸；rRNA：構成核糖體）（3）核酸功能（遺傳信息的儲存、傳遞與表達）3.碳水化合物（1）分類（單糖：葡萄糖；二糖：蔗糖；多糖：淀粉（儲能）、纖維素（植物細胞壁））（2）功能（能源物質、結構成分、信號分子（糖蛋白））4.脂質（1）分類（脂肪：能量儲存；磷脂：細胞膜核心成分；固醇：膽固醇（細胞膜結構）、性激素（調節(jié)））（2）功能（能量儲存、細胞膜結構、調節(jié)作用）（三）細胞代謝的基本物質與能量1.水與無機鹽（水：溶劑、參與反應；無機鹽：維持滲透壓、酶輔助因子）2.ATP（腺苷三磷酸，能量貨幣，水解釋放能量）3.代謝途徑（合成代謝：構建大分子；分解代謝：分解大分子釋放能量）三、細胞生物學基礎（一）細胞的基本概念與類型1.細胞定義（生命活動的基本單位）2.細胞類型（原核細胞：無核膜，如細菌；真核細胞：有核膜，如動物/植物細胞）3.原核與真核細胞的區(qū)別（細胞核、細胞器、染色體結構）（二）真核細胞的結構與功能1.細胞膜（1）流動鑲嵌模型（磷脂雙分子層、蛋白質、糖類）（2）功能（物質運輸（主動/被動運輸）、信號傳遞（受體）、細胞識別）2.細胞質與細胞器（1）線粒體（雙層膜，有氧呼吸場所，“動力工廠”）（2）葉綠體（雙層膜，光合作用場所，“養(yǎng)料制造車間”）（3）內質網(wǎng)（粗面：合成蛋白質；滑面：合成脂質、解毒）（4）高爾基體（加工、分類、包裝蛋白質，“物流中心”）（5）溶酶體（含水解酶，分解衰老細胞器，“消化車間”）（6）核糖體（無膜，蛋白質合成場所）（7）細胞骨架（微絲、微管，維持形態(tài)、參與運動）3.細胞核（1）結構（核膜：雙層膜；核仁：核糖體RNA合成；染色質：DNA+蛋白質）（2）功能（儲存遺傳物質、調控基因表達）4.細胞通訊（信號分子、受體、信號通路，如G蛋白偶聯(lián)受體途徑）（三）細胞分裂與細胞周期1.細胞周期（間期：G1（生長）、S（DNA復制）、G2（準備分裂）；分裂期：M期）2.有絲分裂（過程：前期（染色體凝集）、中期（赤道板排列）、后期（姐妹染色單體分離）、末期（細胞質分裂）；意義：保持遺傳穩(wěn)定性）3.減數(shù)分裂（過程：減數(shù)第一次分裂（同源染色體分離）、減數(shù)第二次分裂（姐妹染色單體分離）；意義：產生配子，遺傳變異）（四）細胞分化、凋亡與衰老1.細胞分化（概念：形態(tài)/功能差異；實質：基因選擇性表達）2.細胞凋亡（編程性死亡，基因控制，清除受損細胞）3.細胞衰老（特征：體積縮小、色素積累、酶活性降低；原因：端粒學說、自由基學說）四、遺傳學基礎（一）經典遺傳學理論1.孟德爾遺傳定律（分離定律：等位基因分離；自由組合定律：非等位基因自由組合）2.摩爾根連鎖與交換定律（連鎖：同一染色體基因一起遺傳；交換：同源染色體交換導致重組）3.基因的染色體學說（基因位于染色體上，染色體是基因載體）（二）分子遺傳學基礎1.DNA復制（半保留復制，過程：解旋→引物合成→延伸→終止）2.基因表達（轉錄：DNA→RNA（細胞核）；翻譯：RNA→蛋白質（核糖體）；密碼子：mRNA上三個堿基決定一個氨基酸）3.基因突變與重組（基因突變：堿基替換/增添/缺失，導致基因結構改變；重組：同源重組、轉座重組）（三）基因組學與表觀遺傳學1.基因組學（基因組：全部遺傳物質；研究內容：測序、基因注釋、比較基因組學）2.表觀遺傳學（概念：不改變DNA序列的可遺傳表達變化；機制：DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA）五、生物進化（一）進化的證據(jù)1.化石證據(jù)（古生物遺體，如始祖鳥化石（過渡類型））2.比較解剖學（同源器官：脊椎動物前肢；痕跡器官：人類闌尾）3.胚胎學（不同生物胚胎早期相似，如魚/雞/人胚胎有鰓裂）4.分子生物學（細胞色素c序列差異，反映進化關系）（二）自然選擇學說與現(xiàn)代綜合進化論1.達爾文自然選擇學說（核心：適者生存；條件：變異、過度繁殖、生存斗爭、遺傳）2.現(xiàn)代綜合進化論（種群是進化單位，基因頻率改變是進化實質，自然選擇是主要動力）（三）物種形成與進化模式1.物種定義（生物學物種：能相互交配產生可育后代）2.物種形成過程（地理隔離→生殖隔離，如馬與驢雜交產生騾子（不可育））3.進化模式（趨同進化：魚與鯨體型相似；趨異進化：達爾文雀（喙形差異））（四）分子進化與系統(tǒng)發(fā)育1.分子進化（生物大分子序列變化，如DNA突變速率）2.系統(tǒng)發(fā)育（系統(tǒng)發(fā)育樹：表示物種進化關系；構建方法：分子序列比對）六、生物多樣性與分類（一）生物分類的原則與方法1.分類階元（界、門、綱、目、科、屬、種，種是基本單位）2.分類依據(jù)（形態(tài)學、細胞學、分子生物學、生態(tài)特征）3.分類系統(tǒng)（三域系統(tǒng)：古菌域、細菌域、真核生物域）（二）原核生物與真核生物的主要類群1.原核生物（細菌：革蘭氏陽性/陰性菌；古菌：嗜熱/嗜鹽古菌）2.真核生物（原生生物：草履蟲；真菌：酵母菌、蘑菇；植物：藻類、苔蘚、種子植物；動物：無脊椎動物（昆蟲）、脊椎動物（魚/鳥/哺乳動物））（三）生物多樣性的層次與保護1.生物多樣性層次（遺傳多樣性：物種內基因差異；物種多樣性：物種數(shù)量；生態(tài)系統(tǒng)多樣性：生態(tài)系統(tǒng)類型）2.生物多樣性威脅（棲息地破壞、生物入侵、污染、過度利用）3.保護措施（就地保護：自然保護區(qū)；易地保護：動物園、種子庫；可持續(xù)利用）七、生態(tài)學基礎（一）生態(tài)系統(tǒng)的結構與功能1.生態(tài)系統(tǒng)成分（生產者：綠色植物；消費者：動物；分解者：細菌/真菌；非生物成分：陽光、水）2.營養(yǎng)結構（食物鏈：生產者→初級消費者→次級消費者；食物網(wǎng)：多條食物鏈交織）3.能量流動（特點：單向、逐級遞減（10%-20%傳遞效率））4.物質循環(huán)（碳循環(huán)：光合作用→呼吸作用→分解作用；氮循環(huán)：固氮→硝化→反硝化）（二）種群生態(tài)學1.種群特征（種群密度、出生率/死亡率、年齡結構（增長型/穩(wěn)定型/衰退型）、性別比例）2.種群增長模型（指數(shù)增長：“J”型（理想條件）；邏輯斯蒂增長：“S”型（有限條件，K值：環(huán)境容納量））3.種群調節(jié)（密度制約：食物/天敵；非密度制約：氣候/自然災害）（三）群落生態(tài)學1.群落特征（物種豐富度、多樣性、優(yōu)勢種、群落結構（垂直分層、水平鑲嵌））2.群落演替（初生演替：火山巖上的演替；次生演替：棄耕農田上的演替；頂級群落：穩(wěn)定狀態(tài)）（四）生態(tài)環(huán)境保護1.全球生態(tài)問題（氣候變化：溫室效應；臭氧層破壞：氟利昂；酸雨：SO2/NOx；生物多樣性減少）2.保護策略（可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)修復（退耕還林）、低碳生活（節(jié)約能源））八、生命科學實驗技能（一）基本實驗技術1.顯微鏡使用（結構：目鏡、物鏡、載物臺；步驟：取鏡→對光→調焦→觀察；維護：保持清潔）2.制片與染色（臨時裝片：洋蔥表皮細胞，步驟：取材→滴水→展平→蓋片→染色（碘液）；染色技術：龍膽紫染染色體、健那綠染線粒體）（二）分子生物學實驗1.DNA提取與檢測（原理：破碎細胞→去除蛋白質→沉淀DNA；檢測：瓊脂糖凝膠電泳（紫外線下顯熒光））2.PCR技術（原理：變性（94℃）→退火（50-60℃）→延伸（72℃）；應用：基因克隆、親子鑒定）（三）細胞生物學實驗1.細胞培養(yǎng)（條件：無菌、37℃、培養(yǎng)液（葡萄糖、血清）；步驟：復蘇→接種→培養(yǎng)→傳代→凍存）2.細胞凋亡檢測（形態(tài)學：顯微鏡觀察細胞核固縮；生化：瓊脂糖凝膠電泳檢測DNAladder；流式細胞術：AnnexinV/PI雙染）九、課程總結與展望（一）核心內容回顧（總結細胞、遺傳、進化、生態(tài)的基本框架，強調生命的統(tǒng)一性與多樣性）（二）生命科學前沿領域（合成生物學：人工生物系統(tǒng)；基因編輯：CRISPR-Cas9；干細胞技術：iPS細胞；腦科學：人類腦計劃；微生物組學：腸道微生物與健康）（三）學習建議與