1、普通生物學(xué)(General biology),養(yǎng)正中學(xué)暑期奧賽培訓(xùn)系列之,生物科學(xué)研究什么？,生物學(xué)(biology)或生物科學(xué)(biological sciences)是研究生物體生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的科學(xué)，因此，又稱為生命科學(xué)(life sciences)。廣義的生命科學(xué)還包括生物技術(shù)、生物與環(huán)境、生物學(xué)與其他學(xué)科交叉的領(lǐng)域。 生物學(xué)研究生物體的形態(tài) 、構(gòu)造、行為、機(jī)能、演變及其與環(huán)境間相互關(guān)系等問題的學(xué)科。,第一章 緒論,一、地球與生命 二、生命的特征 三、生物多樣性與五界分類系統(tǒng) 四、生物學(xué)分科 五、生物學(xué)的常用研究方法 六、生物學(xué)的歷史發(fā)展簡況 七、生物學(xué)與現(xiàn)代社會生活的關(guān)系為什么

2、要學(xué)習(xí)生物學(xué) 八、如何學(xué)習(xí)普通生物學(xué),一、地球與生命,迄今為止唯一發(fā)現(xiàn)有生命的星球(地球45億年前形成,生命38億年前出現(xiàn)) 為什么地球適合生命生存？ 地球和生命協(xié)同進(jìn)化 其他星球上有生命嗎?,地球上生物的分布 巖石圈、水圈、大氣圈-生物圈 飛翔的鳥類最高離地面可達(dá)2000m 細(xì)菌生活在深達(dá)11000m的海底 細(xì)菌生活在地下深達(dá)2000m的石油礦床 赤道和南極極地 但大多海洋生物則是聚集在150m深度以內(nèi)的； 生物只局限在地下深約50m以內(nèi)的土壤中。,二、生命的特征,（一）結(jié)構(gòu)、組成的統(tǒng)一性 1.化學(xué)成分的同一性 化學(xué)元素、生物大分子、遺傳密碼、貯能分子、生物過程等。 2.嚴(yán)整有序的結(jié)構(gòu) 生命

3、的基本單位是細(xì)胞-有序性 整個生物界是一個多層次的有序結(jié)構(gòu)：細(xì)胞 組織 器官 系統(tǒng) 個體 生態(tài)系統(tǒng) 群落 種群,細(xì)胞是生物的基本組成單位（病毒除外）,二、生命的特征,（二）新陳代謝、生長、運(yùn)動是生命的本能 3.生物的新陳代謝（metabolism) 生物最基本的特征 新陳代謝是指生物和周圍環(huán)境不斷進(jìn)行的物質(zhì)的交換和能量的流動，生物吸收一些物質(zhì),在生物體內(nèi)發(fā)生一系列變化，最后成為代謝過程的最終產(chǎn)物而被排出體外的過程。 合成代謝（anabolism) ：即從外界攝取物質(zhì)和能,將它們轉(zhuǎn)化為生命本身的物質(zhì)和儲存在化學(xué)鍵的化學(xué)能；也稱同化作用。 分解代謝（catabolism) ：即分解生命物質(zhì),將能量

4、釋放出來,供生命活動只用；也稱異化作用 。,二、生命的特征,4.生物的應(yīng)激性和運(yùn)動生物體對外界刺激發(fā)生符合目的反應(yīng)的特性，叫做應(yīng)激性。 5. 生長（growth)發(fā)育、繁殖,二、生命的特征,（三）遺傳、變異和進(jìn)化 6.遺傳、變異和進(jìn)化遺傳(heredity)：遺傳物質(zhì)從上代傳給下代,從而使上代的形態(tài)特征或生理特性等性狀在下代得以表現(xiàn)。 上代和下代之間以及后代個體之間總有些差異，這種現(xiàn)象叫做變異(variation)。 遺傳和變異都是普遍的生命現(xiàn)象,二者同時存在。 進(jìn)化：生物即有遺傳又有變異，構(gòu)成了生物進(jìn)化的歷史。,假如僅有變異而無遺傳 ：,意義：,遺傳性：保證種的相對穩(wěn)定性和生物類型 間的區(qū)別

5、,產(chǎn)生新的性狀 導(dǎo)致物種的變化發(fā)展,假如僅有遺傳而無變異：,變異性：,生物界就無進(jìn)化的原材料 遺傳只是簡單的重復(fù) 生物就不能進(jìn)化,變異就不能延續(xù) 無法形成穩(wěn)定的新類型 生物也不能進(jìn)化,漂亮的模特兒 遺傳學(xué)家,生命通過繁殖而延續(xù)，DNA是生物遺傳的基本物質(zhì),二、生命的特征,（四）適應(yīng)環(huán)境 7.穩(wěn)態(tài)(homeostasis) 穩(wěn)態(tài)：貝而納(C.Bernard)、坎農(nóng)(W.B.Connon) 生態(tài)系統(tǒng)保持相對穩(wěn)定也是一種的穩(wěn)態(tài). 8. 適應(yīng)(adaptation),二、生命的特征,（一）組成、結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性 （二）新陳代謝、生長、運(yùn)動是生命的本能 （三）遺傳、變異和進(jìn)化 （四）適應(yīng)環(huán)境 生命是具有以上

6、共同特征的 物質(zhì)存在形式 能量流 信息流 進(jìn)化流,三 生物多樣性與五界分類系統(tǒng) 1.生物多樣性 分布廣泛 （生態(tài)系統(tǒng)多樣性） 種類繁多（物種多樣性） 形態(tài)各異（遺傳多樣性 ） 正是生物這種形式多樣、千奇百怪、 儀態(tài)萬千的生命形式，才使我們的地球得生機(jī)勃勃，我們的生活豐富多彩 。,世界因生命而美麗 因生物多樣性而精彩,三 生物多樣性與五界分類系統(tǒng),地球上已命名的生物約有200萬種，其中植物26萬種、昆蟲75萬種、脊椎動物50萬種。已滅絕的生物約有1500萬種。據(jù)科學(xué)家估計，地球上共有生物500-3000萬種。,生物多樣性公約(CBD),1992年6月，150多個國家首腦在巴西里約熱內(nèi)盧召開的全球

7、首腦會議上簽定，至今，這一公約已經(jīng)得到189個國家的認(rèn)同和加盟，從而使之成為至今為止范圍最廣的環(huán)境公約 。生物多樣性公約的宗旨-生物多樣性的保護(hù)、生物資源的可持續(xù)性利用，以及基因資源既得利益的平等分享。1993年12月29日生物多樣性公約作為野生生物保護(hù)新框架生效,1994年12月19日,聯(lián)合國大會宣布12月29日為“國際生物多樣性日”,2.生物的命名,林奈及其雙名法 1735 出版自然系統(tǒng) 首創(chuàng)綱、目、屬、種的分類概念 制訂了一個統(tǒng)一的生物命名法即二名法(binomial nomenclature)。 二名法（拉丁文）：屬名、種名 如：Escherichia coli 大腸桿菌 書寫成斜體字

8、，如手寫時則在下面劃一橫,Linnaeus 1707-1778,3.生物的分類階元,生物的分類從高級到低級分為：7級 界（kingdom)、門(plylum)、綱(class)、目(order)、科(family)、 屬(genus)、種（species）,3.生物的分類階元,瑞典植物學(xué)家林奈（Carolus Linnaeus）的兩界分類系統(tǒng)：植物界、動物界 1886年法國生物學(xué)家?？藸枺‥.Haeckel）提出三界分類系統(tǒng)： 原生生物界：單細(xì)胞動物、細(xì)菌、真菌、 多細(xì)胞藻類 植物界: 動物界：,三 生物多樣性與五界分類系統(tǒng),五界分類系統(tǒng)： 1969年美國學(xué)者慧特克（R.H.Whittaker

9、）提出五界分類法： -原核生物界(Monera)：細(xì)菌、立克次氏體、支原體、衣原體、藍(lán)藻 原生生物界(Protista) ：單細(xì)胞的原生動物（如變形蟲、草履蟲）、藻類、粘菌類。 真菌(Fungi)：真菌 植物界(Plantae)：苔蘚植物、蕨類植物、裸子植物、被子植物 動物界(Animalia)：無脊椎動物、脊椎動物,分類的方法,自然分類：除用形態(tài)特征作為分類性狀外，還用生態(tài)、行為、生理、生化、地理等方面的資料作為分類依據(jù)，以生物學(xué)概念替代了純形態(tài)概念。 細(xì)胞分類：應(yīng)用細(xì)胞學(xué)特征進(jìn)行物種分類稱為細(xì)胞分類學(xué)(cytotaxonomy) 生化分類：蛋白質(zhì)電泳、抗原抗體反應(yīng)、蛋白質(zhì)序列比較 分子分類

10、：利用核酸序列之間的同源性進(jìn)行分類，親緣關(guān)系越近，同源性序列越多。,四 生物學(xué)分科,根據(jù)具體研究對象分 動物學(xué)（zoology)、植物學(xué)(botany)、微生物學(xué)(microbiology) 根據(jù)研究內(nèi)容的特點(diǎn)分 分類學(xué)，形態(tài)學(xué)，胚胎學(xué)，古生物學(xué)，遺傳學(xué)，生態(tài)學(xué)，生理學(xué)，生物化學(xué)，生物物理 根據(jù)生物的結(jié)構(gòu)水平分 分子生物學(xué)，細(xì)胞生物學(xué)，組織生物學(xué)，器官生物學(xué)，個體生物學(xué)，群體生物學(xué) 根據(jù)研究生物的手段分 生物化學(xué)，生物物理學(xué)，生物數(shù)學(xué)，仿生學(xué),五 生物學(xué)的常用研究方法,生物學(xué)研究方法很多，解決生物學(xué)的問題要用科學(xué)的方法。 科學(xué)方法依次包括以下內(nèi)容： 科學(xué)觀察、提出問題、假設(shè)、實(shí)驗、結(jié)論。,假說

11、和實(shí)驗（假說演繹法） 實(shí)驗是人為地干預(yù)、控制所研究對象的條件下進(jìn)行的觀察。 用實(shí)驗的方法研究客觀事物，要求根據(jù)已有的事實(shí)(來自觀察或來自實(shí)驗)提出假說，再根據(jù)假說推導(dǎo)出一個可以用實(shí)驗加以檢驗的預(yù)測，然后實(shí)施這個實(shí)驗來加以驗證。,模型實(shí)驗 直接用研究對象進(jìn)行實(shí)驗非常困難，或者簡直不可能時，可用模型代替研究對象來進(jìn)行實(shí)驗。 1. 用動物模型代替人體進(jìn)行實(shí)驗。 2. 抽象模型數(shù)學(xué)模型、圖表模型。 用模型研究在時間上極為遙遠(yuǎn)的事件。 用機(jī)械和電子模型對動物功能進(jìn)行模擬實(shí)驗,六 生物學(xué)的歷史發(fā)展簡況,生物學(xué)經(jīng)歷了三個發(fā)展階段： 描述生物學(xué)階段 （19世紀(jì)中葉以前） 實(shí)驗生物學(xué)階段（19世紀(jì)中到20世紀(jì)中

12、） 創(chuàng)造生物學(xué)階段 （20世紀(jì)中葉以后）,實(shí)驗生物學(xué)階段,巴斯德在實(shí)驗室里,曲頸瓶實(shí)驗,創(chuàng)造生物學(xué)階段,基因工程,二十世紀(jì)生物科學(xué)的新貌,分子生物學(xué)：1953年Watson 、Crick提出分子雙螺旋結(jié)構(gòu)。 DNA體外重組：1973年美國斯坦福大學(xué)教授Cohn、加州大學(xué)教授Boyer幾乎同時完成DNA體外重組。 體細(xì)胞克隆羊“多莉”：1997年蘇格蘭生物學(xué)家Wilmut完成了首例哺乳動物綿羊“多莉”的克隆。 人類全基因組：2001年中、美、英、法、德、日六國科學(xué)家完成人類全基因組的測序。,二十世紀(jì)生物科學(xué)的新貌,二十世紀(jì)隨著物理學(xué)和化學(xué)的發(fā)展，以及這些技術(shù)向生物學(xué)的滲透，使生物學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展。

13、 例如：X-射線衍射技術(shù)，電子顯微鏡，激光，中子衍射技術(shù)，電子計算機(jī)，層析，同位素追蹤，電泳和超高速離心技術(shù)，以及近年來發(fā)展起來的氨基酸自動分析、核酸測序、PCR(聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng))和RAPD(隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)DNA)、GPS(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))等技術(shù) 基因組學(xué)、蛋白組學(xué)、生物芯片、干細(xì)胞,生命科學(xué)的發(fā)展趨向： （1）學(xué)科精細(xì)化同時學(xué)科相互交叉、滲透、相輔相承：80年代生物技術(shù)年代； 90年代生物高科技年代； 21世紀(jì)生物世紀(jì) （2）學(xué)科宏觀化：環(huán)境生態(tài)學(xué)引起極大的關(guān)注，生態(tài)問題是直接關(guān)系到人類存亡的問題。 （3）向生命本質(zhì)前進(jìn)（微觀方向：深入到細(xì)胞、分子、基因水平，而且進(jìn)展很快）。,21世紀(jì)是生命

14、科學(xué)世紀(jì),生物技術(shù)革命21世紀(jì) 創(chuàng)造生命 ！,人類文明發(fā)展的三次技術(shù)革命：,工業(yè)革命 19世紀(jì) 解放雙手,信息革命 20世紀(jì) 解放大腦,七 生物學(xué)與現(xiàn)代社會生活的關(guān)系為什么要學(xué)習(xí)生物學(xué),（一）世界面臨的很多重大問題,解決這些問題需要生物學(xué)知識技術(shù),人口膨脹； 糧食短缺； 疾病危害； 環(huán)境污染； 能源危機(jī)； 資源匱乏； 生態(tài)平衡破壞； 生物物種大量消亡。,利用航天技術(shù)育種,疾病危害,基因治療獲得初步成功血友病等 單抗藥物“生物導(dǎo)彈”治療腫瘤疾病、自身免疫疾病。 干細(xì)胞治療疾病展示誘人前景。,能源危機(jī),礦物能源（石油、煤）必將枯竭，生物能源已在開發(fā)之中。 替代能源：一個 20 米直徑的水池年產(chǎn) 4

15、 噸藻類，加工后可得相當(dāng)于3000 升柴油的燃料。 生物能源：使生物材料轉(zhuǎn)化成可燃性化合物如乙醇、甲烷、氫氣（H2)、沼氣等； 微生物：提高石油開采量。,資 源 礦物能源（石油、煤） 必將枯竭，生物能源已在開發(fā)之中。 很多不起眼的生物，很可能就是藥物、材料等的寶貴資源。 圖為墨西哥荒原中的仙人掌類植物。,一個 20 米直徑的水池年產(chǎn) 4 噸藻類，加工后可得相當(dāng)于3000 升柴油的燃料。 一英畝三角大戟可生產(chǎn)相當(dāng)于 50 噸石油的燃料。,圖為生長在淡水和海水中的一種硅藻,七 、生物學(xué)與現(xiàn)代社會生活的關(guān)系為什么要學(xué)習(xí)生物學(xué),（二）生命科學(xué)充滿未解之謎 “ 猛犸之謎” “ 恐龍滅絕之謎” 龜鱉家族的

16、長壽之謎,？,七 、生物學(xué)與現(xiàn)代社會生活的關(guān)系為什么要學(xué)習(xí)生物學(xué),(三)可以使我們更好地認(rèn)識我們自己 生物學(xué)家： 大腦 / 癌癥 / 光合作用 生物技術(shù)公司： 基因藥物 / 作物新品種 理工科學(xué)生： /專業(yè) / 生物芯片/ 火星 / 納米材料 社會科學(xué)專家： / 社會倫理 法律 / 生物技術(shù)和 人類社會的關(guān)系 人： 認(rèn)識自己 / DNA 克隆 保護(hù)生物多樣性 (四)生物學(xué)與哲學(xué):幫助形成正確的方法論、世界觀、人生觀。,生命有形 夢想無限 生命科學(xué)的發(fā)展需要您的參與！,八、 如何學(xué)習(xí)普通生物學(xué),1.學(xué)習(xí)內(nèi)容: 第一篇 細(xì)胞與生物大分子 : 2-5章 第二篇 動物的形態(tài)和功能 : 6-16章 第三篇 植物的形態(tài)與功能: 17-19章 第四篇、 遺傳與變異 : 20-21章 第五篇、 生物進(jìn)化 : 25-27章 第六篇、 生物多樣性的進(jìn)化 : 28-31章 第七篇、 生態(tài)學(xué)和動物的行為 : 32-35章 復(fù)習(xí),2