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第1章陈阅增普通生物学绪论


普通生物学 (General biology)
授课老师: 田素娟 Email:sjtian2005@yahoo.com.cn

生物科学研究什么?
? 生物学(biology)或生物科学(biological sciences) 是研究生物体生命现象和生命活动规律的科学, 因此,又称为生命科学(life sciences)。广义的 生命

科学还包括生物技术、生物与环境、生物 学与其他学科交叉的领域。 ? 生物学研究生物体的形态 、构造、行为、机 能、演变及其与环境间相互关系等问题的学科。

第一章 绪论
一、地球与生命 二、生命的特征 三、生物多样性与五界分类系统 四、生物学分科 五、生物学的常用研究方法 六、生物学的历史发展简况 七、生物学与现代社会生活的关系—为什么要学 习生物学 八、如何学习普通生物学



第一章 绪论
? 重 点

生命的基本特征、生物的 命名与五界分类系统

一、地球与生命
? 迄今为止唯一发现有生命的星球(地球45
亿年前形成,生命38亿年前出现) ? 为什么地球适合生命生存? ? 地球和生命协同进化 ? 其他星球上有生命吗?

? 地球上生物的分布 ? 岩石圈、水圈、大气圈
? ? ? ? 飞翔的鸟类最高离地面可达2000m 细菌生活在深达11000m的海底 细菌生活在地下深达2000m的石油矿床 赤道和南极极地

但大多海洋生物则是聚集在150m深度以内的; 生物只局限在地下深约50m以内的土壤中。

二、生命的特征
? (一)结构、组成的统一性
? 1.化学成分的同一性 化学元素、生物大分子、遗传密码、贮 能分子、生物过程等。 ? 2.严整有序的结构
生命的基本单位是细胞 整个生物界是一个多层次的有序结构: 细胞 → 组织 → 器官 → 系统 → 个体 ↓ 生态系统 ← 群落 ← 种群

细胞是生物的基本组成单位(病毒除外)

二、生命的特征
? (二)新陈代谢、生长、运动是生命的本能
3.生物的新陈代谢(metabolism)

生物最基本的特征 ? 新陈代谢是指生物和周围环境不断进行的物质的交换和
能量的流动,生物吸收一些物质,在生物体内发生一系列变 化,最后成为代谢过程的最终产物而被排出体外的过程。 合成代谢(anabolism) :是在生物体内合成有机物和储存能 的过程.合成了或建造了生活物质;也称同化作用。 分解代谢(catabolism) :是在体内分解有机物和释放能的 过程;也称异化作用 。

二、生命的特征
? 4.生物的应激性和运动
生物体对外界刺激发生符合目的反应的特性, 叫做应激性。

? 5. 生长(growth)发育、繁殖

二、生命的特征
? (三)遗传、变异和进化 ? 6.遗传、变异和进化
遗传(heredity):遗传物质从上代传给下代,从 而使上代的形态特征或生理特性等性状在下代得 以表现。 上代和下代之间以及后代个体之间总有些差异, 这种现象叫做变异(variation)。
遗传和变异都是普遍的生命现象,二者同时存在。 进化:生物即有遗传又有变异,构成了生物进化的 历史。

生命通过繁殖而 延续,DNA是生 物遗传的基本 物质

漂亮的模特儿

遗传学家

二、生命的特征
? (四)适应环境 ? 7.稳态(homeostasis) 稳 态 : 贝 而 纳 (C.Bernard) 、 坎 农 (W.B.Connon) 内环境、生态系统保持相对稳定。 ? 8. 适应(adaptation)

二、生命的特征
(一)组成、结构的统一性 (二)新陈代谢、生长、运动是生命的本能 (三)遗传、变异和进化 (四)适应环境

生命是具有以上共同特征的 物质存在形式
能量流 信息流 进化流

三 生物多样性与五界分类系统 ? 1.生物多样性 分布广泛 (生态系统多样性) 种类繁多(物种多样性) 形态各异(遗传多样性 )
正是生物这种形式多样、千奇百怪、 仪态万千的生命形式,才使我们的地球得 生机勃勃,我们的生活丰富多彩 。

三 生物多样性与五界分类系统
? 地球上已命名的生物约有200万 种,其中植物26万种、昆虫75万 种、脊椎动物50万种。已灭绝的 生物约有1500万种。据科学家估 计,地球上共有生物500-3000万 种。

生物多样性公约(CBD)
? 1992年6月, 150多个国家首脑在巴西里约热 内卢召开的全球首脑会议上签定,至今,这一 公约已经得到189个国家的认同和加盟,从而 使之成为至今为止范围最广的环境公约 。 《生物多样性公约》的宗旨--生物多样性的保 护、生物资源的可持续性利用,以及基因资源 既得利益的平等分享。1993年12月29日《生物 多样性公约》作为野生生物保护新框架生 效,1994年12月19日,联合国大会宣布12月29日 为“国际生物多样性日”

2.生物的命名
林奈及其双名法
1735 出版《自然系统》 首创纲、目、属、种的分类概念 制订了一个统一的生物命名法.即 二名法(binomial nomenclature)。 ? 二名法(拉丁文):属名、种名 如:Escherichia coli 大肠杆菌 书写成斜体字,如手写时则在下面 Linnaeus 1707-1778 划一横

3.生物的分类阶元
生物的分类从高级到低级分为:7级 界(kingdom)、门(plylum)、纲(class)、目 (order)、科(family)、 属(genus)、种 (species)
?



生物多样性与五界分类系统 3.生物的分类阶元

? 瑞典植物学家林奈(Carolus Linnaeus)的两 界分类系统:植物界、动物界 ? 1886年法国生物学家海克尔(E.Haeckel)提 出三界分类系统: 原生生物界:单细胞动物、细菌、真菌、 多细胞藻类 植物界\ 动物界:

三 生物多样性与五界分类系统
☆五界分类系统:
1969年美国学者慧特克(R.H.Whittaker)提出 五界分类法: 原核生物界(Monera):细菌、立克次体、支原体、 蓝藻 –原生生物界(Protista) :单细胞的原生动物 (如变形虫、草履虫)、藻类、粘菌类。 –真菌(Fungi):真菌 –植物界(Plantae):苔藓植物、蕨类植物、裸 子植物、被子植物 –动物界(Animalia):无脊椎动物、脊椎动物

分类的方法
? 自然分类:除用形态特征作为分类性状外,还用
生态、行为、生理、生化、地理等方面的资料作为 分类依据,以生物学概念替代了纯形态概念。

? 细胞分类:应用细胞学特征进行物种分类称为细
胞分类学(cytotaxonomy)

? 生化分类:蛋白质电泳、抗原抗体反应、蛋白质
序列比较

? 分子分类:利用核酸序列之间的同源性进行分类,
亲缘关系越近,同源性序列越多。



生物学分科

? 根据具体研究对象分
– 动物学(zoology)、植物学(botany)、微生物学 (microbiology)

? 根据研究内容的特点分
– 分类学,形态学,胚胎学,古生物学,遗传学,生 态学,生理学,生物化学,生物物理

? 根据生物的结构水平分
– 分子生物学,细胞生物学,组织生物学,器官生物 学,个体生物学,群体生物学

根据研究生物的手段分
生物化学,生物物理学,生物数学,仿生学



生物学的常用研究方法

? 生物学研究方法很多,解决生物学的问 题要用科学的方法。 ? 科学方法依次包括以下内容: ? 科学观察、提出问题、假设、实验、 结论。

What Why Which and How

假说和实验
实验是人为地干预、控制所研究对象的条件 下进行的观察。 ? 用实验的方法研究客观事物,要求根据已 有的事实(来自观察或来自实验)提出假说, 再根据假说推导出一个可以用实验加以检 验的预测,然后实施这个实验来加以验证。

神经细胞通讯
? Loewi 肉收缩) 迷走神经 电流刺 心脏跳动(心脏肌



神经系统分泌

化学物质作为信号 控制和启动肌肉的

收缩
小夜曲 素”

复活节
“迷走 乙酰胆碱

诺贝尔奖

? 模型实验
? 直接用研究对象进行实验非常困难,或者 简直不可能时,可用模型代替研究对象来 进行实验。 1. 用动物模型代替人体进行实验。 2. 抽象模型-数学模型、图表模型。 用模型研究在时间上极为遥远的事件。 用机械和电子模型对动物功能进行模拟实验

六 生物学的历史发展简况
生物学经历了三个发展阶段:
描述生物学阶段 (19世纪中叶以前) 实验生物学阶段(19世纪中到20世纪中) 创造生物学阶段 (20世纪中叶以后)

? 实验生物学阶段

巴斯德在实验室里

曲颈甑实验证明“种质论”批驳“腐生论”

创造生物学阶段
基因工程

二十世纪生物科学的新貌
? 分子生物学:1953年Watson 、Crick提出DNA 分子双螺旋结构。 ? DNA重组:1973年美国斯坦福大学教授Cohn、 加州大学教授Boyer几乎同时完成DNA体外重组。 ? 体细胞克隆羊“多莉”:1997年苏格兰生物学家 Wilmut完成了首例哺乳动物-绵羊“多莉”的 克隆。 ? 人类全基因组:2001年中、美、英、法、德、日 六国科学家完成人类全基因组的测序。

二十世纪生物科学的新貌
二十世纪随着物理学和化学的发展,以及这些技 术向生物学的渗透,使生物学技术迅猛发展。 ? 例如:X-射线衍射技术,电子显微镜,激光, 中子衍射技术,电子计算机,层析,同位素追 踪,电泳和超高速离心技术,以及近年来发展 起来的氨基酸自动分析、核酸测序、PCR(聚合 酶链式反应)和RAPD(随机扩增多态DNA)、 GPS(全球卫星定位系统)等技术 ? 生物技术、基因组学、蛋白组学、生物芯片、 干细胞

? 生命科学的发展趋向:

– (1)学科精细化同时学科相互交叉、渗透、 相辅及综合:
50年代——核技术年代;60年代——空间技术年代; 70年代——电子技术年代;80年代——生物技术年 代;90年代——生物高科技年代;21世纪——生物 世纪

生物芯片,生物物理,生物化学, – (2)学科宏观化:环境生态学引起极大的 关注,生态问题是直接关系带人类存亡的问 题。 – (3)向生命本质前进(微观方向:深入到 细胞、分子、基因水平,而且进展很快)。

21世纪是生命科学世纪
人类文明发展的三次技术革命:
生物技术革命——21世纪 创造生命 ! 信息革命—— 20世纪 解放大脑 工业革命—— 19世纪 解放双手

七 生物学与现代社会生活的关 系—为什么要学习生物学
? (一)世界面临的很多重大问题,解决这 些问题需要生物学知识技术
人口膨胀; 粮食短缺; 疾病危害; 环境污染; 能源危机; 资源匮乏; 生态平衡破坏; 生物物种大量消亡。

利用航天技术育种

疾病危害
? 基因治疗获得初步成功-血友病等 ? 单抗药物“生物导弹”治疗肿瘤疾病、 自身免疫疾病。

? 干细胞治疗疾病展示诱人前景。

能源危机
? 矿物能源(石油、煤)必将枯竭,生物 能源已在开发之中。 ? 替代能源:一个 20 米直径的水池年产 4 吨藻类,加工后可得相当于3000 升柴 油的燃料。 一英亩三角大戟可生产相当于 50 吨石油 的燃料。 ? 生物能源:使生物材料转化成可燃性化 合物如乙醇、甲烷、氢气(H2).石油草、 沼气 ? 微生物:提高石油开采量。

资 源
矿物能源(石油、煤)

必将枯竭,生物能源已在
开发之中。 很多不起眼的生物, 很可能就是药物、材料等 的宝贵资源。 图为墨西哥荒原中的

仙人掌类植物。

一个 20 米直径

的水池年产 4 吨藻类,
加工后可得相当于 3000 升柴油的燃料。

一英亩三角大戟 可生产相当于 50 吨石 油的燃料。

图为生长在淡水和海水中的一种硅藻

七 、生物学与现代社会生活的关 系—为什么要学习生物学
? (二)生命科学充满未解之谜
“ 猛犸之谜” “ 恐龙灭绝之谜” ? 龟鳖家族的长寿之谜

?

七 、生物学与现代社会生活的 关系—为什么要学习生物学
? (三)可以使我们更好地认识我们自己
生物学家: 大脑 / 癌症 / / 光合作用 生物技术公司: 基因药物 作物新品种

理工科学生: /专业 / 生物芯片/ 火星 / 纳米材料
社会科学专家: / 社会伦理 法律 / 生物技术和 人类社会的关系 人: 识自己 / DNA 克隆 保护生物多样性

? (四)生物学与哲学:帮助形成正确的方法论、世界观、人生 观。

生命有形 —— 梦想无限

生命科学的发 展需要您的参
与!

八、 如何学习普通生物学
? 1.学习内容: 第一篇 细胞与生物大分子 : 2-5章 第二篇 动物的形态和功能 : 6-16章 第三篇 植物的形态与功能: 17-19章 第四篇、 遗传与变异 : 20-21章 第五篇、 生物进化 : 25-27章 第六篇、 生物多样性的进化 : 28-31章 第七篇、 生态学和动物的行为 : 32-35章

复习
理论教学课时总计

8 学时 20学时 8学时 7学时 5学时 9学时 5学时 1学时 66学时

? 2.如何学习普通生物学
兴趣是最好的老师
热爱生命而喜爱生命科学 - 天然;感觉:神秘、神妙、神圣; 主动探索 。

提出问题富于想象
保持天性好奇和经常提问。

自学

考试

笔记

预习复习
微观生物学;

把握生命的层次
个体?器官?组织 ?细胞?细胞器?分子?原子 进化 生态 宏观生物学

生命科学是实验科学 实验六次 总课时 24学时

微观与宏观领域 相互联系

既见树木 又见森林

参考书
? 胡玉佳主编,《现代生物学》, 高等教育出版社 施普林格出版社,1999 吴庆余主编,《基础生命科学》第2版, 高等教育出版社,2006 Campbell N A, Mitchell L G, Reece J B. Biology:concepts and connections. 3rd ed. Menlo Park: Benjamin/Cummings Publishing Company,Inc., 2000

您的参与,生物科学将更加辉煌!

思考题
? 生命的主要特征有哪些? ? 为什么要研究生物学?


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