普通生物學緒論生物界與生物學

普通生物學(GeneralBiology)生物技術(shù)張道來電話：E-mail:dlzhang313@基礎(chǔ)性通論性入門性2014.3當前1頁，總共70頁。生物學研究什么？生物學(biology)或生物科學(biologicalsciences)是研究生物體生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的科學，因此，又稱為生命科學(lifesciences)。生物學的研究對象是高度多樣性和統(tǒng)一性的生物界。廣義的生命科學還包括生物技術(shù)、生物與環(huán)境、生物學與其他學科交叉的領(lǐng)域。2當前2頁，總共70頁。普通生物學第一篇：細胞第二篇：動物的形態(tài)與功能第三篇：植物的形態(tài)與功能第四篇：遺傳與變異第五篇：生物進化第六篇：生物多樣性的進化第七篇：生態(tài)學與動物行為3當前3頁，總共70頁。緒論一、地球與生命二、生物的特征三、生物界的層次四、生物界的分類階元和界的劃分五、生物和環(huán)境六、生物界的多樣性與統(tǒng)一性七、生物學常用的研究方法八、生物學的分科九、生物學歷史發(fā)展簡況十、生物學與現(xiàn)代社會生活的關(guān)系4當前4頁，總共70頁。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)同進化。其他星球上有生命嗎？5當前5頁，總共70頁。生物圈(biosphere)：巖石圈的上層全部水圈大氣圈的下層指地球上的全部生物和一切適合于生物棲息的場所；包括：biosphere6當前6頁，總共70頁。飛翔的鳥類最高離地面可達2000m細菌生活在深達11000m的海底細菌生活在地下深達2000m的石油礦床赤道和南極極地，生物遍布全球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。biosphere7當前7頁，總共70頁。二、生物的特征至今還沒有一個為大多數(shù)科學家所接受的關(guān)于生命的定義，但是可以提出一些生命的共性。我們通過介紹生物的共同特征來回答什么是生命。8當前8頁，總共70頁。(c)Responsetothe

environment(a)Order

(d)Regulation

(g)Reproduction

(f)Growthand

development(b)Evolutionary

adaptation(e)Energy

processing

9當前9頁，總共70頁。1.細胞是生物體組構(gòu)(organization)的基本單位10當前10頁，總共70頁。Thecellisthelowestleveloforganizationthatcanperformallactivitiesrequiredforlife25μmmitosisDNAspindlecelldivision11當前11頁，總共70頁。2.新陳代謝(metabolism)定義：在生活的生物體和細胞內(nèi)存在著無休止的化學變化，一系列的酶促反應(yīng)組成復(fù)雜的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，這些化學反應(yīng)的總和稱為新陳代謝（metabolism）。12當前12頁，總共70頁。合成代謝(anabolism)：是在生物體內(nèi)合成有機物和儲存能的過程，合成了或建造了生活物質(zhì)；也稱同化作用。分解代謝(catabolism)

：是在體內(nèi)分解有機物和釋放能的過程；也稱異化作用。13當前13頁，總共70頁。熱力學第二定律：能的每一次轉(zhuǎn)化總要失去一些可用的自由能，總要導(dǎo)致熵的增加，而熵的增加則意味著有序性的降低。耗散結(jié)構(gòu)（dissipativestructure）：生物從外界攝取以食物形式存在的低熵狀態(tài)的物質(zhì)，通過新陳代謝，把它們轉(zhuǎn)化為高熵狀態(tài)后，排出體外。生物體通過增加環(huán)境中的熵值，使環(huán)境的無序性增加來創(chuàng)造并維持自身的有序性。耗散結(jié)構(gòu)(dissipativestructure)14當前14頁，總共70頁。3.穩(wěn)態(tài)（homeostasis）和應(yīng)激性（irritability）生物體內(nèi)新陳代謝所需要的物理化學條件（如溫度、pH值等）被限制在一個很窄的幅度之內(nèi)，生物體具有許多調(diào)節(jié)機制，用來保持內(nèi)部條件相對穩(wěn)定，并且在環(huán)境發(fā)生某些變化時也能做到這一點，這一特性稱為穩(wěn)態(tài)（homeostasis）。15當前15頁，總共70頁。應(yīng)激性（irritability）：生物體內(nèi)或體外的物理或化學條件發(fā)生了變化，生物體能感受這些變化（刺激），并作出有利于保持其體內(nèi)穩(wěn)態(tài)，維持生命活動的應(yīng)答。（色、香、味、觸、聞……）16當前16頁，總共70頁。4.生殖（reproduction）和遺傳（heredity）生物體通過生殖(reproduction)產(chǎn)生子代使物種得以延續(xù)；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。17當前17頁，總共70頁。漂亮的模特兒遺傳學家生命通過生殖而延續(xù)，DNA是生物遺傳的基本物質(zhì)。18當前18頁，總共70頁。5.生長（growth）和發(fā)育（development）生物的生長是細胞體積或者數(shù)量的增長。發(fā)育（development）是和生長密切相關(guān)的過程，在多細胞生物的生活史中，發(fā)生了一系列結(jié)構(gòu)和功能的變化，包括組織器官的形態(tài)建成、性成熟、衰老等，發(fā)育是一種被精確調(diào)控的程序性變化過程。EggcellSpermcellNucleicontainingDNAFertilizedeggwithDNAfrombothparentsEmbyro’scells

withcopiesof

inheritedDNAOffspringwithtraitsinheritedfrombothparents19當前19頁，總共70頁。6.進化（evolution）和適應(yīng)（adaptation

）在生殖過程中，遺傳物質(zhì)往往會發(fā)生重組和突變，使親代和子代以及子代不同個體之間出現(xiàn)變異。突變、漂變、基因流、非隨機交配和選擇使生物種群發(fā)生進化（evolution）。選擇使生物種群一代代的更適應(yīng)它們所處的環(huán)境。CharlesDarwin20當前20頁，總共70頁。病毒目前，許多生物學家認為病毒是處于生命與非生命物體交叉區(qū)域的存在物。21當前21頁，總共70頁。生物的特征：細胞（cell）是生物體組構(gòu)的基本單位新陳代謝（metabolism）穩(wěn)態(tài)（homeostasis）和應(yīng)激性（irritability）生殖（reproduction）和遺傳（heredity）生長（growth）和發(fā)育（development）進化（evolution）和適應(yīng)（adaptation）生命是具有以上共同特征的物質(zhì)存在形式！22當前22頁，總共70頁。三、生物界的層次biosphere

organismsEcosystemscommunitiespopulationLivingsandnon-livinglivings生物圈到個體23當前23頁，總共70頁。CellsTissuesMolecules

Organelles器官系統(tǒng)到分子

Organsandorgansystems24當前24頁，總共70頁。生物界的結(jié)構(gòu)層次細胞器組織器官系統(tǒng)種群群落生物大分子細胞個體生態(tài)系統(tǒng)生物圈25當前25頁，總共70頁。四、生物界的分類階元和界的劃分生物物種數(shù)量很大，已知的約有200萬種，算上已經(jīng)絕滅的生物（1500萬種），至少有1700萬種。26當前26頁，總共70頁。1.雙名法(binomialnomendature)瑞典植物學家林奈（Linnaeus）1735出版《自然系統(tǒng)》制定了雙名法。“雙名法”的有關(guān)規(guī)定:1、關(guān)于學名：規(guī)定每一種物種都應(yīng)有一個學名（Scinecename)；2、關(guān)于“雙名”：學名由兩個拉丁字或拉丁化的文字組成：學名=屬名+種名；3、屬名用主格單數(shù)名詞，首字母大寫；種名首字母不需大寫，用形容詞或名詞；4、學名之后，應(yīng)附加當初定名人的姓氏；5、亞種學名的命名法：三名法。即：學名=屬名+種本名+亞種名

黑斑肥螈Pachytritonbrevipes(Sauvage)

弓頭鯨Balaenamysticetus

(Linnaeus)27當前27頁，總共70頁。2.分類階元界（Kingdom)門（Phylum)亞門（Subphylum)總綱（Superclass)綱（Class)亞綱（Subclass)總目（Superorder)目（Order)亞目（Suborder)總科（Superfamily<-oidea>)科（Family<-idae>)亞科（Subfamily<-inae>)屬（Genus)亞屬（Subgenus)種（Species)亞種（Subspecies)28當前28頁，總共70頁。29當前29頁，總共70頁。又如:小家鼠Musmusculus

動物界Animal脊索動物門Chordata脊椎動物亞門Vertebrata哺乳綱Mammalia嚙齒目Rodentia鼠科Muridae小家鼠屬Mus小家鼠M.musculus30當前30頁，總共70頁。3.五界系統(tǒng)1760Linnaeus動物界植物界1886Haeckel原生生物界植物界動物界原核生物界（Monera）原生生物界（Protisia）真菌界（Fungi）植物界（Plantae）動物界（Animalia）1967Whittaker31當前31頁，總共70頁。32當前32頁，總共70頁。最早的生物動物真菌植物原生原核無核有核單細胞多細胞光合異養(yǎng)吸收攝食33當前33頁，總共70頁。4.三個域（domain）真細菌域（Bacteria）古細菌域（Archaea）真核生物域（Eakarya）組成原核生物組成真核生物，包括原生生物界、植物界、真菌界、動物界。34當前34頁，總共70頁。35當前35頁，總共70頁。五、生物和它的環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem）：在一定的空間中生物成分和非生物成分通過不斷的物質(zhì)循環(huán)和能量流動而構(gòu)成相互依賴而又相互制約的統(tǒng)一整體。生產(chǎn)者（producer）消費者（consumer）分解者（decomposer）食物鏈（foodchain）食物網(wǎng)（foodweb）生態(tài)系統(tǒng)的兩大功能：物質(zhì)循環(huán)和能量流動36當前36頁，總共70頁。37當前37頁，總共70頁。六、生物界的多樣性與統(tǒng)一性生物多樣性包括地球上所有植物、動物、微生物和它們擁有的基因以及由這些生物和環(huán)境構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)。

生物多樣性是地球上40億年生物進化留下來的寶貴財富，是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。

生物多樣性遺傳多樣性：形態(tài)各異物種多樣性：種類繁多生態(tài)系統(tǒng)多樣性：分布廣泛世界因生命而美麗因生物多樣性而精彩38當前38頁，總共70頁。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)科學家估計，地球上共有生物500-3000萬種。39當前39頁，總共70頁。40當前40頁，總共70頁。41當前41頁，總共70頁。生物是多種多樣的！42當前42頁，總共70頁。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)盧召開的全球首腦會議上簽定，至今，這一公約已經(jīng)得到189個國家的認同和加盟，從而使之成為至今為止范圍最廣的環(huán)境公約?！渡锒鄻有怨s》的宗旨--生物多樣性的保護、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”。43當前43頁，總共70頁。人們關(guān)于生物統(tǒng)一性的認識，先后由于細胞的發(fā)現(xiàn)和分子生物學的發(fā)展，提到一個又一個的高度。1.所有的生物體是由一個或多個細胞構(gòu)成的；2.細胞是所有生物體結(jié)構(gòu)和功能單位；3.所有的細胞都是由預(yù)先存在的細胞經(jīng)過分裂產(chǎn)生。細胞學說44當前44頁，總共70頁。DNA-RNA-蛋白質(zhì)的遺傳系統(tǒng)是生物界統(tǒng)一的基礎(chǔ)——中心法則45當前45頁，總共70頁。七、生物學常用的研究方法1.科學觀察（observation）生物學是一個直觀性學科，觀察是從客觀世界中得到第一手資料的最基本方法。開始感覺器官進行，后來有了顯微鏡。觀察需要有科學知識。觀察切不可為原有的知識所束縛。46當前46頁，總共70頁。2.假說（hypothese）和檢驗（test）假說必須是可以驗證的，這是科學實驗的重要原則，實驗不僅意味著某種精確的操作，而且是一種思考形式。假說——學說——定律依據(jù)事實提出假說，假說推導(dǎo)出一個可以用實驗加以檢驗的預(yù)測，然后實施這個實驗來加以驗證。孟德爾——第一定律47當前47頁，總共70頁。3.模型實驗

如果由于種種原因，直接用研究對象（原型）進行實驗非常困難，或者簡直不可能時，可用模型代替研究對象來進行實驗。模型可是物質(zhì)形式或思維形式。動物模型：代替人體進行實驗。抽象模型：計算機模擬，數(shù)學模型。用模型研究在時間上極為遙遠的事件。機械和電子模型對動物功能進行模擬實驗——仿生學紅外探測儀48當前48頁，總共70頁。八、生物學的分科1.研究對象:

植物學、動物學、藻類學、微生物學、昆蟲學、鳥類學、魚類學等2.結(jié)構(gòu)、機能以及各種生命過程:

解剖學、組織學、細胞學、生理學、遺傳學、胚胎學、生態(tài)學3.從微觀到宏觀的不同層次:

分子生物學、細胞生物學、種群生物學4.與其他學科交叉:

生物化學、生物物理學、生物數(shù)學、仿生學等49當前49頁，總共70頁。50當前50頁，總共70頁。九、生物學的歷史發(fā)展簡況生物學經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：描述生物學階段（19世紀中葉以前）實驗生物學階段（19世紀中到20世紀中）創(chuàng)造生物學階段（20世紀中葉以后）51當前51頁，總共70頁。

實驗生物學階段巴斯德在實驗室里曲頸瓶實驗證明“種質(zhì)論”批駁“腐生論”不潔的衣物會自生蚤虱，污穢的死水會自生蚊蚋，骯臟的垃圾會自生蟲蟻，糞便和腐敗的尸體會自生蠅蛆。52當前52頁，總共70頁。創(chuàng)造生物學階段基因工程53當前53頁，總共70頁。二十世紀生物科學的發(fā)展分子生物學：1953年Watson、Crick提出DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)。DNA重組：1973年美國斯坦福大學教授Cohn、加州大學教授Boyer幾乎同時完成DNA體外重組。體細胞克?。?997年蘇格蘭生物學家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、日六國科學家完成人類全基因組的測序。54當前54頁，總共70頁。二十世紀生物科學的發(fā)展二十世紀隨著物理學和化學的發(fā)展，以及這些技術(shù)向生物學的滲透，使生物學技術(shù)迅猛發(fā)展。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，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(聚合酶鏈式反應(yīng))和RAPD(隨機擴增多態(tài)DNA)等技術(shù)。55當前55頁，總共70頁。生命科學的發(fā)展趨向：（1）學科精細化同時學科相互交叉、滲透、相輔及綜合：

50年代——核技術(shù)年代；60年代——空間技術(shù)年代；70年代——電子技術(shù)年代；80年代——生物技術(shù)年代；90年代——生物高科技年代；21世紀——生物世紀（2）學科宏觀化：環(huán)境生態(tài)學引起極大的關(guān)注，生態(tài)問題是直接關(guān)系人類存亡的問題。（3）向生命本質(zhì)前進（微觀方向：深入到細胞、分子、基因水平，而且進展很快）。56當前56頁，總共70頁。21世紀是生命科學世紀生物技術(shù)革命——21世紀

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

解放雙手信息革命——

20世紀

解放大腦57當前57頁，總共70頁。十、生物學與現(xiàn)代社會生活的關(guān)系—為什么要學習生物學？（一）世界面臨的很多重大問題,解決這些問題需要生物學知識技術(shù)人口膨脹；糧食短缺；疾病危害；環(huán)境污染；能源危機；資源匱乏；生態(tài)平衡破壞；生物物種大量消亡。58當前58頁，總共70頁。利用航天技術(shù)育種59當前59頁，總共70頁。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。干細胞治療疾病展示誘人前景。60當前60頁，總共70頁。能源危機礦物能源（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噸藻類，加工后可得相當于3000升柴油的燃料。一英畝三角大戟可生產(chǎn)相當于50噸石油的燃料。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)、石油草、沼氣微生物：提高石油開采量。61當前61頁，總共70頁。

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。62當前62頁，總共70頁。

一個20米直徑的水池年產(chǎn)4噸藻類，加工后可得相當于3000升柴油的燃料。

一英畝三角大戟可生產(chǎn)相當于50噸石油的燃料。圖為生長在淡水和海水中的一種硅藻63當前63頁，總共70頁。生物學與現(xiàn)代社會生活的關(guān)系—為什么要學習生物學？（二）生命科學充滿未解之謎“

猛犸之謎”

“恐龍滅絕之謎”龜鱉家族的長壽之謎

？64當前64頁，總共70頁。生物學與現(xiàn)代社會生活的關(guān)系—為什么要學習生物學？(三)可以使我們更好地認識我們自己生