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文檔簡介
細(xì)胞學(xué)說第一節(jié)細(xì)胞學(xué)說的萌芽16世紀(jì)末,荷蘭的眼鏡制造商贊森父子(H.Janssen&Z.Janssen)發(fā)明了顯微鏡,放大倍數(shù)還不到10倍。17世紀(jì)初,列文·虎克(Leeuwenhoek,1632-1723)靠自學(xué)親手制作了400多臺放大倍數(shù)在50到200倍的顯微鏡,觀察了很多物質(zhì),如植物、動物、礦物、水、唾液、火藥等,發(fā)現(xiàn)了原生動物和細(xì)菌。MadebyA.vanLeeuwenhoek(1632-1723).Magnificationrangesat50-275x.一、顯微鏡的發(fā)明和細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)在開拓顯微生物學(xué)的道路上,另一位領(lǐng)軍人物是英國皇家學(xué)會的干事長羅伯特·胡克(R.Hooke,1635-1703),1665年,胡克制作了能放大40到140倍的復(fù)式顯微鏡。他用這臺顯微鏡觀察了軟木薄片,結(jié)果發(fā)現(xiàn)軟木薄片是由許多排列整齊的蜂窩狀小孔組成,胡克把這些小孔命名為“細(xì)胞”(cell)。二、顯微鏡的發(fā)展1752年,英國人J.Dollond發(fā)明消色差顯微鏡。色差是透鏡成像的一個嚴(yán)重缺陷,發(fā)生在多色光為光源的情況下,白光由紅、
橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種組成,各種光的波長不同,所以在通過透鏡時的折射率也不同,這樣物方一個點(diǎn),在象方則可能形成一個色斑。色差一般有位置色差,放大率色差。位置色差使像在任何位置觀察,都帶有色斑或暈環(huán),使像模糊不清。而放大率色差使像帶有彩色邊緣。消色差顯微鏡的發(fā)現(xiàn)使顯微鏡的觀察更加清晰。消色差鏡頭(Chromatic)只能對兩種色光消色差。復(fù)消色差鏡頭(Apochromatic,APO),是指能對多種色光(超過兩種)消除色差的鏡頭。1812年,蘇格蘭人D.Brewster發(fā)明油浸物鏡,改進(jìn)了體視顯微鏡。1840年,CharlesChevalier制造了學(xué)生用顯微鏡。1886年,德國人ErnstAbbe發(fā)明消色差能力更強(qiáng)復(fù)消色差顯微鏡,并改進(jìn)了油浸物鏡,至此普通光學(xué)顯微鏡技術(shù)基本成熟。1935年,荷蘭籍德國人F.Zernike成功設(shè)計(jì)了相差顯微鏡(phasecontrastmicroscope),并因此獲1953年諾貝爾物理獎。相差顯微鏡:利用光的衍射和干涉現(xiàn)象將透過標(biāo)本的光線光程差或相位差轉(zhuǎn)換成肉眼可分辨的振幅差顯微鏡。相差顯微鏡把透過標(biāo)本的可見光的光程差變成振幅差,提高了密度不同物質(zhì)圖像的明暗區(qū)別,使各種結(jié)構(gòu)變得清晰可見。主要用于觀察活細(xì)胞或不染色的組織切片,有時也可用于觀察缺少反差的染色樣品。四種光學(xué)顯微鏡下細(xì)胞的形態(tài)(A)明視野顯微鏡(bright-fieldmicroscopy);(B)相差顯微鏡(phase-contrastmicroscopy);(C)微分干涉顯微鏡(Nomarskidifferential-interference-contrastmicroscopy);(D)暗視野顯微鏡(dark-fieldmicroscopy).電子顯微鏡及其應(yīng)用1932年,德國人M.Knoll和E.A.F.Ruska發(fā)明電鏡,1940年,美、德制造出分辨力為0.2nm的商品電鏡(氫原子的直徑為0.106nm)。人眼的分辨力為0.1mm,光學(xué)顯微鏡的分辨力為200nm。電鏡有兩種類型,一種是透射電鏡(transmissionEM,TEM),一種是掃描電鏡(scanningEM,SEM)。電子顯微鏡及其應(yīng)用1986年,E.A.F.Ruska因設(shè)計(jì)第一臺透射電子顯微鏡獲得諾貝爾物理學(xué)獎。各種電子顯微鏡技術(shù)進(jìn)一步揭示了細(xì)胞的微觀領(lǐng)域,看見了在光鏡下看不到的許多結(jié)構(gòu),直至看到了一些分子。電子顯微鏡及其應(yīng)用日本電子,JEM-1400生物醫(yī)學(xué)超微結(jié)構(gòu)與電鏡技術(shù)
--幾十年的積累--由他主編的“醫(yī)學(xué)生物學(xué)電子顯微鏡圖譜”、“生物醫(yī)學(xué)超微結(jié)構(gòu)與電子顯微鏡技術(shù)”成為我國長期廣泛使用的主要教科書利用電鏡技術(shù),洪院士在成人腹瀉輪狀病毒和流行性出血熱病毒的研究領(lǐng)域,做出了兩項(xiàng)突破性發(fā)現(xiàn),取得了世界領(lǐng)先的成果成人腹瀉輪狀病毒
(ADRV)的發(fā)現(xiàn)PurifiedGroupBRotavirus(ADRV)輪狀病毒輪狀病毒是引起嬰幼兒腹瀉的主要病原體之一,其主要感染小腸上皮細(xì)胞,從而造成細(xì)胞損傷,引起腹瀉。輪狀病毒每年在夏秋冬季流行,感染途徑為糞-口途徑,臨床表現(xiàn)為急性胃腸炎,呈滲透性腹瀉病,病程一般為7天,發(fā)熱持續(xù)3天,嘔吐2~3天,腹瀉5天,嚴(yán)重出現(xiàn)脫水癥狀。輪狀病毒總共有七種,分別以英文字母編號為A、B、C、D、E、F與G等。人類主要是受到輪狀病毒A種、B種與C種的感染,而其中最常見的是輪狀病毒A種的感染。成人腹瀉輪狀病毒(ADRV)的發(fā)現(xiàn)流行性出血熱病毒形態(tài)的發(fā)現(xiàn)HemorrhagicFeverwithRenalSyndrome(HFRS)
ImmunofluorescencestainingHemorrhagicFeverwithRenalSyndrome(HFRS),HantaanVirus(Hantavirus)IEMThinsectionEM流行性出血熱病毒該病毒引起的流行性出血熱是一種以鼠類為主要傳染源的自然疫源性疾病,以發(fā)熱、出血傾向及腎臟損害為主要臨床特征的急性病毒性傳染病。本病主要分布于歐亞大陸,但HFRS病毒的傳播幾乎遍及世界各大洲。在我國已有半個世紀(jì)的流行史,全國除青海、臺灣省外均有疫情發(fā)生。八十年代中期以來,我國本病年發(fā)病數(shù)逾已10萬,已成為除病毒性肝炎外,危害最大的一種病毒性疾病。負(fù)染超薄切片EV71的形態(tài)EV71EV71屬于微小病毒科(picornaviridae)中的腸病毒群(enterovirus),為目前腸病毒群中最晚發(fā)現(xiàn)的病毒,其感染性強(qiáng)且致病率高,尤其是神經(jīng)系統(tǒng)方面的并發(fā)癥。其它同屬于腸病毒群之病毒尚包括小兒麻痹病毒(Polioviruses;具3種型別)、柯薩奇病毒(Coxsackieviruses;A型具23種型別、B型具6種型別)、??撇《荆‥choviruses;具31種型別)及腸病毒(Enteroviruses68~71型)。NormalandGeneticallyreproducedFillamentousIBidentifiedwithimmuno-colloidalgoldExpressedbyrecombinantvacciniavirusNormalfillamentousIB幽門螺桿菌(Helicobacterpylori,Hp)×48000“noacid,noulcer”,“nohp,noulcer”.幽門螺桿菌(Helicobacterpylori,Hp)巴里·馬歇爾(BarryJ.Marshall,1951年9月30日~)澳大利亞科學(xué)家,與羅賓·沃倫(J.RobinWarren,1937年6月11日~)發(fā)現(xiàn)了幽門螺桿菌(Helicobacterpylori,Hp)以及這種細(xì)菌在胃炎和胃潰瘍等疾病中的作用,被授與2005年諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎。巴里.馬歇爾羅賓.沃倫幽門螺桿菌(Helicobacterpylori,Hp)幽門螺桿菌感染是慢性活動性胃炎、消化性潰瘍、胃黏膜相關(guān)淋巴組織(MALT)淋巴瘤和胃癌的主要致病因素。1994年世界衛(wèi)生組織/國際癌癥研究機(jī)構(gòu)(WHO/IARC)將幽門螺桿菌定為Ⅰ類致癌原。我國及大多數(shù)發(fā)展中國家人群幽門螺桿菌感染因地區(qū)有所不同。低達(dá)20%,高達(dá)90%,人群中總感染率高于發(fā)達(dá)國家。目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)為“人-人”“糞-口”是主要的傳播方式和途徑,亦可通過內(nèi)鏡傳播,而且幽門螺桿菌感染在家庭內(nèi)有明顯的聚集現(xiàn)象。透射電鏡觀察A寡聚體和纖維A寡聚體A纖維納米材料冷凍電子顯微鏡及生物大分子的三維重構(gòu)冷凍電子顯微鏡(cryoelectronmicroscopy)的研究對象非常廣泛,從蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)復(fù)合物到細(xì)胞器甚至整個細(xì)胞。該技術(shù)可以突破X-射線晶體學(xué)只能研究三維晶體樣品和核磁共振波譜學(xué)只能研究小分子量(小于100kD)樣品的限制。同時,冷凍電鏡通過高壓快速液氮冷凍的制樣方法能夠使樣品處于生理環(huán)境的玻璃態(tài)冰中從而保持其天然構(gòu)像,并且由于快速冷凍可以捕捉到某個反應(yīng)過程的中間狀態(tài)從而可以對大分子復(fù)合物進(jìn)行生物學(xué)功能的動態(tài)研究。冷凍電子顯微鏡及生物大分子的三維重構(gòu)確定三維結(jié)構(gòu)的方法主要有電子晶體學(xué)方法、單粒子重構(gòu)法和電子斷層掃描成像技術(shù),分別針對較小的對稱結(jié)構(gòu),較大的不對稱結(jié)構(gòu)和更大的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重構(gòu)和功能研究。通過自動圖像采集系統(tǒng)記錄生物樣品空間結(jié)構(gòu)的二維投影,利用各種計(jì)算機(jī)軟件程序包,從電鏡的二維圖像重構(gòu)樣品的三維結(jié)構(gòu),即三維重構(gòu)。冷凍電子顯微鏡及生物大分子的三維重構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究主要有三大手段:晶體學(xué)、核磁共振技術(shù)和冷凍電鏡三維重構(gòu)技術(shù)。截至目前,國際上利用前兩項(xiàng)技術(shù),尤其是利用晶體學(xué)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)研究的研究組較多,在這一領(lǐng)域生物物理所涌現(xiàn)出了多位院士,如梁棟材、常文瑞、王大成和饒子和,都是這一領(lǐng)域中卓有建樹的科學(xué)家,頗具國際影響力。而相比之下,雖然冷凍電鏡三維重構(gòu)技術(shù),在研究蛋白質(zhì)復(fù)合物與分子納米結(jié)構(gòu)及其功能方面具有巨大優(yōu)勢,由于具有較強(qiáng)的設(shè)備依賴性,以它為手段進(jìn)行結(jié)構(gòu)研究的實(shí)驗(yàn)室卻相對較少。這也使得這個領(lǐng)域具有巨大發(fā)展前景和上升空間?,F(xiàn)代普通光學(xué)顯微鏡Fluorescenceimageofepithelialcell,DNAinblueandMicrotubulesingreen現(xiàn)代熒光顯微鏡用于觀察能激發(fā)出熒光的結(jié)構(gòu)。用途:免疫熒光觀察、基因定位、疾病診斷。三、細(xì)胞學(xué)說的雛形較早重新認(rèn)識細(xì)胞的是德國博物學(xué)家、解剖學(xué)家奧肯(LorenzOken,1779-1859)。1805年,他提出:所有的高等動物必定是由稱為原始動物的“微動物”形成的,這種“微動物”也是形成植物的基本物質(zhì)。奧肯的論點(diǎn)表明植物和動物有一個共同的基本單位。
植物細(xì)胞學(xué)的奠基人法國的米爾貝爾(Charles-Fran?oisBrisseaudeMirbel,1776-1854)1802年在他的論文《論植物生理和解剖》中推測植物的所有結(jié)構(gòu)都是由薄壁組織分化出來的。英國植物學(xué)家羅伯特·布朗(RobertBrown,1773-1858)于1831年在利用一臺放大倍數(shù)約為300倍的顯微鏡研究澳洲收集的蘭科植物葉片時,發(fā)現(xiàn)了存在于表皮細(xì)胞里的細(xì)胞核,這一發(fā)現(xiàn)也為細(xì)胞學(xué)說的創(chuàng)立做出了一定的貢獻(xiàn)。捷克生物學(xué)家浦肯野(JanEvangelistaPurkinje,1787-1869)于1835年用顯微鏡觀察了母雞卵中的胚核,發(fā)現(xiàn)動物的胚胎細(xì)胞是由緊密結(jié)合的原生質(zhì)組成,而且這些原生質(zhì)與植物的組織結(jié)構(gòu)非常相似。1837年,浦肯野在全德自然科學(xué)和醫(yī)學(xué)科學(xué)家布拉格年會上提出:不僅動物體內(nèi)的各種器官和組織之間在顯微結(jié)構(gòu)上具有高度的一致性,而且動物和植物之間存在著明顯的相似性,他們都是由“細(xì)胞”或“小球”為主組成的。這實(shí)際上是“細(xì)胞學(xué)說”的雛形。19世紀(jì)20、30年代,“細(xì)胞或小球可能是植物或動物的基本結(jié)構(gòu)”這一觀點(diǎn)已被一部分學(xué)者接受第二節(jié)細(xì)胞學(xué)說的誕生一、細(xì)胞學(xué)說的建立:1838年,德國科學(xué)家施萊登(MatthiasJakobSchleiden,1804-1881)根據(jù)自己多年在顯微鏡下觀察植物組織結(jié)構(gòu)的結(jié)果,發(fā)表了著名的《植物發(fā)生論》,文中提出:任何植物體中,細(xì)胞是結(jié)構(gòu)的基本成分;低等植物如某些藻類和真菌是由一個單細(xì)胞組成的,高等植物則是各具特色的、獨(dú)立的、分離的細(xì)胞的集合體。這些基本觀點(diǎn)構(gòu)筑了細(xì)胞學(xué)說的基本框架。施萊登與施旺(TheodorSchwann,1810-1882)在1838年一次聚會上的偶然相遇推動了細(xì)胞學(xué)說的誕生。德國植物學(xué)家施萊登1839年,施旺于出版了專著《動植物的結(jié)構(gòu)和生長一致性的顯微研究》,書中闡明了細(xì)胞學(xué)說:一切動物和植物都是由細(xì)胞組成的,各種細(xì)胞依照一定的規(guī)律,以各種方式發(fā)育成為生物體的各個基本部分;有機(jī)體的各種基本組成都有一個共同的發(fā)生發(fā)育原則,即細(xì)胞形成的原則;細(xì)胞是生命的基本單位,一切有機(jī)體都從單個細(xì)胞開始生命活動,并隨著其他細(xì)胞的形成,不斷發(fā)育成長。德國動物學(xué)家施旺二、細(xì)胞學(xué)說的意義細(xì)胞學(xué)說被恩格斯譽(yù)為19世紀(jì)自然科學(xué)三大發(fā)現(xiàn)之一,對生物科學(xué)的發(fā)展起了巨大的促進(jìn)作用。
細(xì)胞學(xué)說的建立推倒了分隔動植物界的巨大屏障,揭示了生物界在結(jié)構(gòu)上的統(tǒng)一性和共同起源,把生物界的所有物種都聯(lián)系起來了,證明了生物彼此之間存在著親緣關(guān)系,為生物進(jìn)化理論的提出奠定了基礎(chǔ)。
細(xì)胞學(xué)說的建立使生命科學(xué)發(fā)生了一場翻天覆地的革命,打開了通向“胚胎學(xué)”、“遺傳學(xué)”和“進(jìn)化論”這些現(xiàn)代概念的通道。第三節(jié)細(xì)胞學(xué)說的發(fā)展在細(xì)胞學(xué)說創(chuàng)立以后,細(xì)胞學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了“細(xì)胞學(xué)的經(jīng)典時期(19世紀(jì)中-20世紀(jì)初)”和“實(shí)驗(yàn)細(xì)胞學(xué)階段(20世紀(jì)初-20世紀(jì)中)”,最后發(fā)展到“細(xì)胞與分子生物學(xué)的形成和發(fā)展時期”。一、細(xì)胞學(xué)的經(jīng)典時期(1875—1898年)提出原生質(zhì)理論1861Schultze-原生質(zhì)(protoplasm)理論發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞分裂的主要類型1841Remak-雞胚血細(xì)胞直接分裂1880Flemming-有絲分裂1886Strasburger-減數(shù)分裂發(fā)現(xiàn)了重要的細(xì)胞器1883Boveri-中心體1898Benda-線粒體1898Golgi-高爾基體細(xì)胞學(xué)說發(fā)展過程中經(jīng)典時期的重要事件繼1835年浦肯野把動物胚胎細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)稱為原生質(zhì)以后,德國植物學(xué)家莫爾(Mohl,Hugovon1805-1872)1846年指出:細(xì)胞內(nèi)含物也具有流動性,進(jìn)一步定義了“原生質(zhì)”。從此,“原生質(zhì)”這個詞成為廣泛通用的生物學(xué)名詞。德國動物學(xué)家舒爾策(MaxSchultze,1825-1874)著重研究了動物細(xì)胞的原生質(zhì),
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