《普通生物學》第二版講義——第1章.陳閱增普通生物學緒論課件.ppt

1、普通生物學(General biology),養(yǎng)正中學暑期奧賽培訓系列之,生物科學研究什么？,生物學(biology)或生物科學(biological sciences)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(life sciences)。廣義的生命科學還包括生物技術、生物與環(huán)境、生物學與其他學科交叉的領域。 生物學研究生物體的形態(tài) 、構造、行為、機能、演變及其與環(huán)境間相互關系等問題的學科。,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、生物學分科 五、生物學的常用研究方法 六、生物學的歷史發(fā)展簡況 七、生物學與現(xiàn)代社會生活的關系為什么

2、要學習生物學 八、如何學習普通生物學,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?,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 但大多海洋生物則是聚集在150m深度以內的； 生物只局限在地下深約50m以內的土壤中。,二、生命的特征,（一）結構、組成的統(tǒng)一性 1.化學成分的同一性 化學元素、生物大分子、遺傳密碼、貯能分子、生物過程等。 2.嚴整有序的結構 生命

3、的基本單位是細胞-有序性 整個生物界是一個多層次的有序結構：細胞 組織 器官 系統(tǒng) 個體 生態(tài)系統(tǒng) 群落 種群,細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)境不斷進行的物質的交換和能量的流動，生物吸收一些物質,在生物體內發(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) ：即從外界攝取物質和能,將它們轉化為生命本身的物質和儲存在化學鍵的化學能；也稱同化作用。 分解代謝（catabolism) ：即分解生命物質,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.生物的應激性和運動生物體對外界刺激發(fā)生符合目的反應的特性，叫做應激性。 5. 生長（growth)發(fā)育、繁殖,二、生命的特征,（三）遺傳、變異和進化 6.遺傳、變異和進化遺傳(heredity)：遺傳物質從上代傳給下代,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。 進化：生物即有遺傳又有變異，構成了生物進化的歷史。,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：,生物界就無進化的原材料 遺傳只是簡單的重復 生物就不能進化,變異就不能延續(xù) 無法形成穩(wěn)定的新類型 生物也不能進化,漂亮的模特兒 遺傳學家,生命通過繁殖而延續(xù)，DNA是生物遺傳的基本物質,二、生命的特征,（四）適應環(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(adaptation),二、生命的特征,（一）組成、結構的統(tǒng)一性 （二）新陳代謝、生長、運動是生命的本能 （三）遺傳、變異和進化 （四）適應環(huán)境 生命是具有以上

6、共同特征的 物質存在形式 能量流 信息流 進化流,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、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”,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年法國生物學家?？藸枺‥.Haeckel）提出三界分類系統(tǒng)： 原生生物界：單細胞動物、細菌、真菌、 多細胞藻類 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年美國學者慧特克（R.H.Whittaker

9、）提出五界分類法： -原核生物界(Monera)：細菌、立克次氏體、支原體、衣原體、藍藻 原生生物界(Protista) ：單細胞的原生動物（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)，以生物學概念替代了純形態(tài)概念。 細胞分類：應用細胞學特征進行物種分類稱為細胞分類學(cytotaxonomy) 生化分類：蛋白質電泳、抗原抗體反應、蛋白質序列比較 分子分類

10、：利用核酸序列之間的同源性進行分類，親緣關系越近，同源性序列越多。,四 生物學分科,根據(jù)具體研究對象分 動物學（zoology)、植物學(botany)、微生物學(microbiology) 根據(jù)研究內容的特點分 分類學，形態(tài)學，胚胎學，古生物學，遺傳學，生態(tài)學，生理學，生物化學，生物物理 根據(jù)生物的結構水平分 分子生物學，細胞生物學，組織生物學，器官生物學，個體生物學，群體生物學 根據(jù)研究生物的手段分 生物化學，生物物理學，生物數(shù)學，仿生學,五 生物學的常用研究方法,生物學研究方法很多，解決生物學的問題要用科學的方法。 科學方法依次包括以下內容： 科學觀察、提出問題、假設、實驗、結論。,假說

11、和實驗（假說演繹法） 實驗是人為地干預、控制所研究對象的條件下進行的觀察。 用實驗的方法研究客觀事物，要求根據(jù)已有的事實(來自觀察或來自實驗)提出假說，再根據(jù)假說推導出一個可以用實驗加以檢驗的預測，然后實施這個實驗來加以驗證。,模型實驗 直接用研究對象進行實驗非常困難，或者簡直不可能時，可用模型代替研究對象來進行實驗。 1. 用動物模型代替人體進行實驗。 2. 抽象模型數(shù)學模型、圖表模型。 用模型研究在時間上極為遙遠的事件。 用機械和電子模型對動物功能進行模擬實驗,六 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

12、） 創(chuàng)造生物學階段 （20世紀中葉以后）,實驗生物學階段,巴斯德在實驗室里,曲頸瓶實驗,創(chuàng)造生物學階段,基因工程,二十世紀生物科學的新貌,分子生物學：1953年Watson 、Crick提出分子雙螺旋結構。 DNA體外重組：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。 體細胞克隆羊“多莉”：1997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。,二十世紀生物科學的新貌,二十世紀隨著物理學和化學的發(fā)展，以及這些技術向生物學的滲透，使生物學技術迅猛發(fā)展。

13、 例如：X-射線衍射技術，電子顯微鏡，激光，中子衍射技術，電子計算機，層析，同位素追蹤，電泳和超高速離心技術，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)和RAPD(隨機擴增多態(tài)DNA)、GPS(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))等技術 基因組學、蛋白組學、生物芯片、干細胞,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、相輔相承：80年代生物技術年代； 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)學引起極大的關注，生態(tài)問題是直接關系到人類存亡的問題。 （3）向生命本質前進（微觀方向：深入到細胞、分子、基因水平，而且進展很快）。,21世紀是生命

14、科學世紀,生物技術革命21世紀 創(chuàng)造生命 ！,人類文明發(fā)展的三次技術革命：,工業(yè)革命 19世紀 解放雙手,信息革命 20世紀 解放大腦,七 生物學與現(xiàn)代社會生活的關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,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。,利用航天技術育種,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。,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

15、 噸藻類，加工后可得相當于3000 升柴油的燃料。 生物能源：使生物材料轉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,七 、生物學與現(xiàn)代社會生活的關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

16、長壽之謎,？,七 、生物學與現(xiàn)代社會生活的關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 生物學家： 大腦 / 癌癥 / 光合作用 生物技術公司： 基因藥物 / 作物新品種 理工科學生： /專業(yè) / 生物芯片/ 火星 / 納米材料 社會科學專家： / 社會倫理 法律 / 生物技術和 人類社會的關系 人： 認識自己 / DNA 克隆 保護生物多樣性 (四)生物學與哲學:幫助形成正確的方法論、世界觀、人生觀。,生命有形 夢想無限 生命科學的發(fā)展需要您的參與！,八、 如何學習普通生物學,1.學習內容: 第一篇 細胞與生物大分子 : 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、 生物進化 : 25-27章 第六篇、 生物多樣性的進化 :