课件1、海洋生物学基础

1、海洋生物 学基 础海洋生物学基础朱小明 陈明茹 博士厦门大学海洋学系Chapter 1 Introduction 人类社会发展的历史是从“愚昧”走向“明智“，从束缚走向自由的历程。人是自然的人，与自然界是互为一体的，不可能离开自然界而生存，人又是社会的人，又绝对区别与自然；在人类改造自然、征服自然的过程中，由于对自然规律认识不够，往往造成对自然的破坏，（特别是环境的污染和物种的灭绝）因此也往往遭到自然界的惩罚（灾难性事件频发）。解开生命的奥秘，目的是为了我们人类的生存和可持续发展，和平与发展乃是当今世界的潮流，“和平”不仅包括人与人之间、民族与民族，国家与国家之间的，也包括“人与自然”，“人与

2、生物”的“和平”，因为“发展”乃是环境、经济、社会的可持续发展。 为了生存和发展，我们就必须了解自然、改造自然、最终达到与自然和平共处。自然界是由于生物和非生物组成的。生命科学将是21世纪的三大支柱科学之一。海洋生物学是研究生活在海洋里的生物；研究生物的结构与功能、结构功能与环境互相关系 等生命活动的一般规律，并考察个体发育与生物进化的关系。 海洋生命的大发展 距今约32亿年前，在原始海洋里，已经出现了细菌和简单藻类的单细胞生物。如至今还广泛生活的蓝藻，仍然保留着当初那种原核生物状态。 到距今1813亿年前这一段时间里，出现了有细胞核的真核生物-绿藻等。以后接着又有了红藻、褐藻、金藻，它们组成

3、了绚丽多彩的藻类世界。真核生物的出现，预示着一个熙熙攘攘的生命大繁荣时期即将到来。 藻类进行光合作用，放出大量氧气，地面上形成臭氧层，减弱了日光中紫外线对生物的威胁力，使水生生物有可能发展到陆地上来，也为低等动物的兴起提供了食物。 有的有鞭毛的单细胞生物，如裸藻，能利用鞭毛不停地转动在水中运动，还有个能感光的眼点，难怪人们叫它眼虫，说它是动物。但是它又有叶绿素，能利用阳光进行光合作用，为自己制造食物，又是毫不含糊的植物。这种既象动物又象植物具有双重性的现象，充分证明了动植物的共同祖先，就是如同眼虫之类的远古时代的 原始单细胞生物。 一部分原始有鞭毛生物，后来逐渐失去光合作用的能力，增强了运动和

4、摄食的本领，于是就产生了最早的原生动物，象现今还保留着10多亿年前原始状态的变形虫等。 由于细胞结构的不断分化，导致了营养方式上的一分为二：一支发展自己具有制造养料的器官(如叶绿体)，朝着完全自养方向发展，成了植物；另一支则增强运动和摄食本领以及发达的消化机能，朝着异养方向发展，成了动物。动植物的分家是生物进化史上的第4次大分化。就是这些不起眼的、有叶绿素的藻类和没有叶绿素的变形虫，预示了在大地上将要出现郁郁葱葱的植物界和千姿百态的动物界，它们相互依赖、相互制约、相互竞争，不断发展，日趋繁荣。 在距今4.33.45亿年期间，水族里发生了非常重要的事件；在我国东南沿海一带海域，至今还生活着一种身

5、体半透明的小动物，因为它首先在我国文昌县发现，所以叫文昌鱼。达尔文曾把这称为“最伟大的发现”，因为它“提供了揭示脊椎动物的钥匙”。文昌鱼并不是真正的鱼，它没有脊椎骨，只有一条纵贯全身的脊索作为支撑身体的支柱，这条支柱代表了脊椎的先驱。 在文昌鱼的基础上进化，发展出现了鱼类。鱼，有了一根真正支撑身体的大梁-脊梁骨(脊柱)，埋藏在脊柱背面有一条柔软的脊髓和向前膨大所进化形成的脑。这新形成的高度发达的神经中枢，使动物空前的聪明了起来。鱼，有了鳍和尾巴。全身成为流线型，可以到处游来游去。它们成了当时地球上最高等的动物。它们的子子孙孙很快占据了全部江河湖海。在这以后的5000万年，可以叫做鱼的时代。第一

6、节 生物的分界 生物界的发展已有30亿年的历史，生物形形色色，千姿百态，种类繁多。地球的生物可能有8001000万种，目前已被鉴定的约200万种。 我国自有文字以来便可见到对动物和植物的划分（公元前21-11世纪，甲骨文）。古希腊Aristotle （公元前384-322）提出把生物界分成动物界和植物界。 19世纪，德国学者海克尔（ E.H. Haeckel,1834-1919）创立了生物的第三界原生生物界（ Protista）, 其中包括介于动、植物间的低等单细胞（Unicell） 生物。 植物细胞模式图动物细胞模式图 原核生物与真菌蓝藻细胞模式图真菌细胞模式图细菌细胞模式图支原体细胞模式图

7、魏泰克（Whittaker，1969）五界学说 1969年魏泰克（Whittaker）将生物分为原核生物界（ Monera or Procaryate）、原生生物界（Protista）、真菌界（Fungi）、植物界（Plantae）和动物界（Animalia）五界（图1） 。 由于原生生物界还有很多问题不清楚，李代尔（Leadale）提出：原核、植物、真菌、动物四界说，把原生生物分到归上述四界。鉴于非细胞形态和细胞结构的病毒 （Virus） 是目前已知体积最小，构 造最简单的生命形式，而立六界（ 病毒界）。我国学者陈世骧(1979) 把生物分为非细胞界（病毒）原核 总界（细菌、蓝藻），真核总界

8、（ 植物、真菌、动物）三总界六界。 综上所述，可知目前人们对生物的分界尚无统一意见。但从现存生物、古生物的化石记录，从形态比较、生理、生化的例证等都揭示了生物从原核到真核，从简单到复杂，从低等到高等的进化方向。生物的分界则显示了生命历史所经历的发展过程。 自养生物与异养生物生物之间的关系是错综复杂的，但它们对生存的基本要求，不外乎摄取食物获得能量，占据一定的空间和繁殖后代。生物解决这些问题的途径是多种多样的。在获取营养方面：凡是能利用CO2、无机盐及能源合成所需事物的叫自养生物（autotrophic organism）,绿色植物和紫色细菌，海洋微生物，是自养生物，故它们是食物的生产者（pri

9、mary producer），生物间的食物联系由此开始，其是金字塔的底层（基部）是营养级的开始。动物则必须从自养生物那里获取营养，植物被植食者（Herbivore）所食，而后者又成为肉食动物的食料，故动物称为掠夺性摄食的异养型（heterotrophic organism, carnivore），还有些动物为杂食性的（omnivore）异养型，故动物是生物界的消费者（consumer）真菌为分解吸收营养型，处于还原者的地位，为分解者（ poser）。真菌在结构上既像植物又不同于植物，在营养上既不像植物利用叶绿素进行光合作用的自养型又不像动物掠夺食物的异养型；因此，真菌是原核真核的过度类型，所以

10、单独立为真菌界（Fungi）。上述显示了五界生物在进化发展中营养（nutrition）相互联系的整体性和系统性；以及生物在地球上相互协调从而对物质和能量转换所起到的作用和地位；及生物与非生物之间的有机联系。 第二节 海洋生物学的概念1998年为国际海洋年，主题是 “ 海洋 人类共同的遗产”中国政府98国际海洋年的主题是 ：迎接海洋世纪，共铸蓝色希望海洋生物学：是研究海洋中生命及其与海洋环境的问题，现代海洋生物学研究的重点是海洋生物之间的相互作用以及它们与环境间的作用，包括水化学的详尽知识、以及对基本生物过程的了解。一、海洋生物环境1. 对生物最重要的海水性质（1）溶解或溶化能力（2）海水的支撑

11、力（3）海水是一种缓冲溶液（4）透明度（5）巨大的热容量（6）丰富的元素 2. 作为生物生存环境海洋的一般性质（1）温度： 2 40 （2）盐度：0 40， 34.6 35（3）压力：（4）海水运动：海流、潮汐、波浪 3. 海洋环境的区划（1）海底区域和水层区域（浅海环境区系和大洋环境区系）（2）透光带和无光带（3） 潮上带 沿岸区系 潮间带 潮下带 海底环境区系 沿海带 深海区系 深渊带 超深渊带 二、海洋生物类群1. 根据生物的运动和生存环境（生境），可把海洋生物分为三大类： （1）底栖的：底埋、附着、钻孔、底游、底栖植物 （2）自游的 （3）浮游的：浮游植物和浮游动物2. 按照分类学的方

12、法 （1）海洋植物：种子植物（海韭菜、鳗草）和藻菌类（主要的植物）（附1） （2）细菌（生存温度： 2 100 ） （3）动物（主要为无脊椎动物）（附件2） 三、独特的生境 珊瑚礁与环堡礁 红树林 沼泽（盐沼） 大洋生态系附1： 绚丽多彩的海洋植物 在辽阔而富饶的海洋里，除了生活着形形色色的动物之外，还有种类繁多、千姿百态的海洋植物。海洋植物可以简单地分为两大类：低等的藻类植物和高等的种子值物。 藻类植物大小悬殊，最小的海洋单胞藻类个体微小，只有在显微镜底下才能看见，而最大的巨藻则可达二三百米长，堪称藻类之冠。海洋中的种子植物如大叶藻、红树等种类较少。 带形蜈蚣藻双菱藻 海洋植物是海洋世界的“

13、肥沃草原”，它不仅是海洋鱼、虾、蟹、贝、海兽等动物的天然“牧场”，而且是人类的绿色食品，也是用途宽广的工业原料、农业肥料的提供者，还是制造海洋药物的重要原料。有些海藻，如巨藻还可作为能源的替代品。光是海洋植物的能源，温度是海洋植物的生长要素，矿物质营养元素是海洋植物的养料。 单细胞藻类，生于淡水及海水中大部份具叶绿素，能进行光合作用。硅藻细胞细胞壁硅化并形成套合壳瓣结构 ，细胞壁由一大一小两个套合的半片所组成，成分是果胶质（内层）和水化硅质（外层），质地坚硬，有花纹。 由硅藻壳壁上细孔排列方式的变化而构成的千姿百态的图案，使初次见到这些“精雕细刻”的“艺术作品”的人惊叹不已。壳面上的各种花纹，

14、呈辐射对称(辐射硅藻类)或左右对称(羽纹硅藻类)排列。 硅藻门 线形圆筛藻(Coscinodiscus lineatus) 小眼圆筛藻星脐圆筛藻( Coscinpdoscus asteromphalus)辐射圆筛藻（Coscinodiscus adiatus)双壁藻（Diploneis)楔形藻(Licmophora)盾形卵形藻(Cocconeis scutellum)芽形双菱藻(Surirella gemma)BACK甲藻门特征： 单细胞藻类，有厚细胞壁，组成上下两个壳，两个壳中间有一横沟，和横沟垂直的有一纵沟。每个细胞有两条长短不一的鞭毛。长鞭毛如带般围绕着横沟，而短的一条则在纵沟之上，并露

15、出細胞外。細胞具叶绿素及其他色素，能进行光合作用。沟鞭藻的分布非常广泛。在淡水及海水均有发现，是主要的浮游植物之一。某些沟鞭藻可引致赤潮。 以沟鞭藻为例夜 光 藻 属 藻体近于圆球形，细胞壁透明，由两层胶状物质组成，表面有许多微孔。口腔位于细胞前端，上面有一条长的触手，触手基部有一条短小的鞭毛，靠近触手的齿状突出横沟退化的痕迹，纵沟在细胞的腹面中央。 夜光藻Noctiluca scintillans 可引发赤潮的夜光藻海面爆发的大面积赤潮赤 潮海 带 藻体褐色，扁平呈带状。最长可达7米。基部有固着器树状分枝，用以附着海底岩石。生长于水温较低的海中，藻体含有碘、藻胶素、昆布素(多糖类)、脂肪、蛋

16、白质、胡萝卜素、硫胺素、核黄天，可加工成干制品供食用和药用，对儿童的生长，智力发育以及老年人的羊生保健有很重要的作用。也可提取碘、褐藻胶、甘露醇等工业原料。红树一生红树美景附件2：海洋底栖无脊椎动物Introduction of Marine Benthic Invertebrates 一、 海洋底栖无脊椎动物的主要类群 海洋底栖无脊椎动物指那些生活于海底底部及以海中物体（包括生物体与非生物体）为依托而栖息的生物类群。海洋底栖生物是海洋生物三大生态类群之一，也是生物种类最为丰富的类群，无脊椎动物几乎各大门类都有海洋底栖动物的代表。 原生动物 protozoa 海洋底栖原生动物多为单细胞动物，也

17、有多细胞组成的群体。不少底栖无脊椎动物具有坚硬的外壳，这些外壳是由纤维质（如腰鞭毛虫），硅质SiO2 （如放射虫），石灰质CaCO3（如有孔虫），硫酸锶SrSO4（少数放射虫），腋质和几丁质（如沙壳纤毛虫）等。它们以伪足鞭毛、纤毛为运动器官。营养方式有自养、异样和寄生生活。繁殖方式既有无性也有有性，少数种类具有有性与无性繁殖交替的生活史。海洋底栖原生动物通常夹杂在泥土、沙粒、海藻和其他底栖动物之间。 游仆虫属 Euplotes sp.有孔虫属 Elphidium sp.钟形虫属 Vorticella sp.原生动物海绵动物门或多孔动物门 Spongia or Porifera 海绵动物是最低等

18、的多细胞动物，其基本体型为辐射对称，但多数种类体型不对称，海绵动物为双胚层，细胞仅有简单分化，但无明确的组织器官；具有特有水沟系，通过鞭毛的搅动将外界的水连同食物和氧带入水沟系中，又将体内的代谢废物带出体外，有性生殖的精子也是随着水流流入其他海绵体中的。海绵具有骨骼，其质地共有三种：石灰质、硅质和角质，骨骼由皮层的组内细胞分泌，也称骨针，骨针的质地与形态是海绵分类的重要依据。海绵动物是固着生活的种类，是污损生物类群之一。 大砗磲 Tridacna gigas 太平洋柔鱼 Todarodes pacificus 鹦鹉贝 Nautilius pompilius 软体动物Mollusca 节肢动物

19、Arthropoda 节肢动物是动物界第一大门。海洋底栖节肢动物主要是甲壳纲Crustacea动物，它们身体分节，外有几丁质的甲壳，基本上每个体节都有一对附肢，高等甲壳动物（如虾、蟹）分节为头部5节、胸部8节、腹部6节和1尾节，头部与胸部的分界线通常消失，因此将身体分为头胸部和腹部。甲壳类在生长过程中具有蜕皮现象。甲壳纲分为六个亚纲，底栖种类以软甲亚纲Malacostraca（如白对虾、锯缘青蟹、钩虾、海蟑螂）和蔓足亚纲Cirripedia（如茗荷儿、百脊藤壶）较为重要。底栖甲壳纲具有重要的经济价值，许多种对虾和蟹类在捕捞业和养殖业中都占有重要的地位。 白脊藤壶 Balanus albicos

20、tatus 中国对虾 Penaeus chinensis锯缘青蟹 Scylla serrata 棘皮动物Echinodermata 棘皮动物身体为五辐对称，体表具有许多棘和疣，故名。体腔发达，分化出本门动物特有的水管系统，有中胚层形成的内骨骼，骨骼为石灰质，片状或块状等，镶嵌于体壁之内或相互联结愈合成外骨骼。棘皮动物的下神经系统和内神经是起源于中胚层的，由中胚层细胞形成神经系统，这是动物界的唯一一例。根据口的位置与腕的形态等将其分为五个纲：海百合纲Crinoidea，海星纲Astercidea，蛇尾纲Ophiuroidea，海胆纲Echinoidea，海参纲Holothuroidea。从整体看

21、，棘皮动物的经济意义较大，一方面它们能大量摄食其他动物如贝类和蠕虫等，为贝类养殖上的敌害；另一方面它们又是某些鱼类的饵料，海参还是较为名贵的海产。 海羊齿属 Comanthus sp. 原瘤海星 protoreaster nodosus阳遂足属 Amphiura sp. 文昌鱼属 Branchiostoma sp. 尾索动物 Urochordata和头索动物 Cephalochordata 尾索动物脊索位于尾部中轴，故名。体外被有一层类似纤维质的外皮，故又名被囊动物。底栖尾索动物中最重要的是海鞘类，这是污损生物的主要类群之一。 头索动物由于头部分化不明显，又称无头动物。具有脊索动物3个主要特征

22、，即脊索、背神经管和咽鳃裂。脊索贯穿全身，达最前端，故名头索动物。仅有文昌鱼属和偏文昌鱼属两个属。文昌鱼是研究从无脊椎进化到脊椎动物的重要材料。皱瘤海鞘 Styela plicata玻璃海鞘 Ciona intestinalis二、海洋底栖无脊椎动物的生活类型1. 固着生活 包括固定在基底上营固着生活的植物和动物。它们自孢子或幼体固着变态后，终生不再移动。固着动物包括几乎所有海绵动物，苔藓动物和大部分腔肠动物及其他门类的一些动物。 由于固着动物固定不动的生活方式，所以它们的摄食方式是被动的，主要依靠海水流动带来的食物以供它们的营养；同时它们的卵和幼体也是依靠海流的携带扩大分布范围。因此这类生物

23、的分布和生存与海流的关系甚大，往往在流速大的海区种类与密度较大。藤壶幼体就有迎着水流附着而在静水中不附着的习性。2 附着生活 这类生物附着生长后仍可以移动。如贻贝、扇贝、珠母贝等双壳类，常以发达的足丝附着在基底上，这些附着的贝类可以把旧足丝放弃稍作移动，再分泌新足丝附着在新基底上。3 匍匐动物 指栖居与水底表面稍能移动的动物。它们包括大部分腹足类软体动物、海星类、海胆类、一些海蛇尾和双壳类软体动物。它们一般都具有宽大的基部和扁平的体型，以便保持平衡状态。4 管栖动物 这类动物主要包括一些能分泌管子埋栖于泥沙中的种类。如有的沙蚕生活在“U”型革质管内，管外壁黏附泥沙，绝大部分埋入泥沙中，管的两端

24、有开口，虫体终生栖居于管内，身体中段疣足的腹肢变为腹吸盘吸住管壁；背肢变为扇状体（或称鼓动器），可鼓动管内水流动，这些变异是对管栖生活适应的结果。5埋栖动物（底埋动物） 栖息于泥沙中的一类软体动物，也包括挖洞穴居的动物，有多毛类动物、双壳类软体动物、部分甲壳动物、棘皮动物（海蛇尾）和部分脊索动物（柱头虫、文昌鱼）。6钻孔生物 有些海洋生物具有特殊的机能，可以通过机械的或化学的方式，钻蚀坚硬的岩石或木材等物体，它们生活在自己所钻蚀的管道内，所以成为钻孔生物，根据其钻蚀物体的性质，又可分为两类： （1）凿石类钻孔生物：这类生物包括微小的藻类，乃至到10cm左右的动物（海笋）。它们分布极广，通常钻蚀

25、比较松软的岩石或贝壳，但个别种类可以钻蚀花岗岩。 （2）钻木类钻孔生物：这类生物包括一些等足类甲壳动物和双壳类软体动物，其中最有名的是双壳类中的船蛆科。7底游生活型 这是一类经常在水底游动的动物，它们具有较为发达的运动器官，具有一定的游泳能力。这类动物主要是水底生活的甲壳类动物（蟹类、虾类和口足目等）。 从以上生活类型可以看出，大部分底栖动物活动范围很小，有的甚至固着不动。但是，它们也以不同方式发展着一些防御捕食者的适应机制。例如，藤壶、牡蛎、蛤类和螺类等许多种类具有坚硬的石灰质外壳，海胆尖利的棘刺以及腔肠动物的刺胞都有防御捕食者的作用。那些营底埋生活方式的种类，利用的沉积物的隐蔽作用，管栖沙

26、蚕还有革质管、钻孔种类以钻蚀对象保护自己，天敌很难侵害它们。匍匐生活类型澳大利亚的大堡礁包含所有底栖生活类型固着生物和钻孔生物固着生活类型薮薮螅水螅体桃花水母海月水母海 蛰海鸡冠软鸡冠珊瑚笙珊瑚 Tubipora柳珊瑚红珊瑚BACK绿海葵斑马海葵BACKBACK角海葵菊花珊瑚稚菊珊瑚石芝鹿角珊瑚BACK 角珊瑚 鱼类的体形金枪鱼刺鯧纺锤型 是鱼类最常见的体形，头尾轴最长，背腹轴次之，左右轴短，呈流线型，减少运动阻力。侧扁型 与纺锤型相比，背腹轴明显增长，左右轴更短。美鳐带鱼平扁型 背腹轴特别短，左右轴特别长，多底栖生活，动作比较迟缓。棍棒型 头尾轴延长背腹轴和左右轴均缩短，身体呈棍棒状，适合在

27、泥沙中穿行或穴居。 除了以上四种基本体型外，还有一些鱼的体型比较特殊。海马全身生满棘刺的鱼 刺鲀比目鱼角箱鲀翻车鱼驼背三棱籍鲀海龙硬骨鱼的鳍软骨鱼的鳍鳍的变化鳐类全无臀鳍 大部份魟类的背鳍均已消失，代之以防卫用的尾刺。 姬蝠魟 第三节 海洋生物学的历史1. 猎取食物 (被动)2. 爱伦堡 (G G. Ehrenberg , 17951876)3. 福勃斯 ( Edward Forbes) 海洋生物之父4. “挑战者号” 环球调查 ( 18721876) 5. 亨森 (1887) 浮游生物 (Plankton)6. 赫克尔(1891) 底栖生物(Benthos) 和游泳生物(Nekton)美国的

28、 “斯克里普斯海洋研究所” “伍兹霍尔海洋研究所”英国的 “普里毛斯海洋研究所”目前海洋研究的重要方向:1. 围绕可持续发展的生物圈目标开展的海洋生物学研究2. 国际间的合作3. 多学科配合的综合研究生物学发展史（自学），但几个重大事迹必须知道第四节 生物学分类知识一、种的概念种(species) 即物种，是生物分类系统上的基本单位，纯粹是客观的，有自己相对稳定的明确的界限，可以与别的种相区别。 关于物种的概念，对于种的认识，也随着科学的发展而发展，随着我们对自然界认识的深入而深入。林奈时代，种的概念比较简单，是固定不变的。进化论被接受后，人们认识到地球上的物种是在历史长期发展过程中，通过变异

29、、遗传、自然选择的结果。种与种间在历史上是连续的， 但种又是生物连续进化中的一个间断单元，是一个繁殖群体，能生殖与自己基本相似的后代。变是绝对的，是物种发展的依据；不变是相对的，是物种存在的依据。形态相似（特征分明、固定）和生殖隔离（杂交不育）是其不变的一面，为借以鉴定物种的依据。物种的定义：物种是生物界发展的连续性与间断性统一的基本间断形式；在有性生物，物种呈现为统一的繁殖群体，由占有一定的空间，具有实际或潜在繁殖能力的物种组成，而且与其他生物种群在生殖上是隔离的。 简而言之，物种是由相同的形态结构、相同的生活特性、能杂交繁殖后代的个体组成的群体，是生物界存在的基本单位，具有相对的独立性和稳

30、定性。 二、分类的依据分类的标准和方法是各种各样的，目前生物世界普遍采用的是“自然分类系统”（natural classification system）即以生物形态上和解剖上的相似性和差异性的总合为基础，结合古生物学、比较胚胎学、比较解剖学的许多证据，反映了生物界自然类缘关系。 现代科学的发展，为分类学提供了新的手段和依据，例如，染色体组型（核型），同功酶的异同、的异同性，基因图谱、免疫学和行为学准则等，以进一步明确生物界相互关系的程度 三、分类等级分类学根据生物间的相同、相异的程度与亲缘关系的远近，使用不同的等级特征（阶元）将生物逐级分类由大而小划分为界（kingdom）、门（phylum

31、）纲（class）,目（order）科（family）属（genus）种（species）等七个级别或阶元（caregory） 。进一步细分，在一级上加上“总”（super-）, 在一级以下加上“亚”（sub-）, 如总目为 superorder，亚目为suborder,其他级别依次类推。按照惯例，总科、科和亚科有标准词尾，总科为（-oidea）,科为（-idea）, 亚科（-inae）。由此可见上述分类系统，除种外，都具有客观性和主观性，级别（阶元）与阶元之间的范围划分完全是由人们主观确定，并没有统一的客观标准，例上述的分界就是一个例子。种以下还有所谓的变种（variety）、品种（sort

32、）等，现在都以亚种（subspecies）作为种下分类阶元。亚种是种内的地理种群（geographic population）或生态种群（ecological population）彼此在形态、生理、基因频度、染色体组成型存在差异，且有不同的地理分布，但能杂交产生有生育能力的后代。 第五节 生物的命名生物的命名采用国际上通用的命名法双名法，它规定每一个物种有一个学名（Science name）。学名是由两个拉丁字或拉丁化字组成，前面一个是生物属名，为主格单数，第一个字母大写，后一字是种名，用形容词或各词。例如：中国对虾的学名是：Penaeus orientails 斑节对虾的学名是：Penae

33、us monodon ，简写为 P. monodon 此外有时种名后还要加上初定名人姓氏：日本对虾：P. japonicus Bate 中华绒鏊蟹：Eriocheir sinensis Edwards 锯缘青蟹：Scylla serrata Forskl 第六节 生物学的研究和学习方法一、描述法：获取第一手资料二、比较法：推出规律三、实验法：掌握生命活动的规律，并加以利用研究必须遵循：实事求是，仔细观察，详实记录，科学分析，归纳总结， 揭示本质，应用实践学习方法： 善于理解，抓住红线，记理图表，做好笔记 Chapter 2 生命的基本特征和物质基础 第一节 生命的基本特征一、新陈代谢（meta

34、bolism）新陈代谢是生命的根本特征，是生命存在的依据，是维持生物体生长、繁殖、运动等生命活动过程中化学（生化）变化的总称。通过代谢，生物体与环境之间不断进行着物质和能量的交换。可见生物体是一个以蛋白质为主体，具有代谢功能的体系。（） 任何生物都因新陈代谢而具生命活性，代谢终止，生命终止，个体也随着死亡。这是生命运动的规律。（2） 同时新陈代谢是联系生物与非生物的纽带，因为新陈代谢，生命才生生息息，永不终止。 代谢分为：组成代谢或同化作用（Assimilation）和分解代谢或异化作用（Dissimilation）。生物体从环境中获取养分（营养）转换成自身的组成物质，并贮存能量的过程称为同化

35、作用。相反：生物体自身组成物质分解并释放能量的过程称为异化作用。新陈代谢的结果，生物体不断的自我更新。新陈代谢伴随着生命的全过程。二、生长（Growth）、繁殖（Reproduction） 生长是指生物体或细胞由小到大，由简单到复杂的过程。当同化大于异化时，生物体的体积和干重逐渐增加，这是由于细胞分裂而数目增多，由于合成大量的原生物质，细胞容量增加，由于分化或组织完善的结果。生长伴随着发育过程的细胞分化和形态建成。发育（Development）是指生物体在生命周期中，结构和功能从简单到复杂的变化过程。生长通常分为不同阶段有一定的期限，一定的大小和形态，这些都是由生物的内在因素决定，一些环境因素

36、对生物生长也起影响作用。外因通过内因起作用。而每一种生物有生有死，其种族则延续不断，这就是靠生物的繁殖，繁殖也是生命活动的基本特征之一。 三、遗传（heredity）变异(variation) 和进化（evolution） 遗传通常指亲代的性状又在下一代表现的现象，遗传是生物繁殖过程中表现的延续性和保守性，这种特性使物种世代相似仍能保持稳定，其分子基础就是的复制，的转录及蛋白质的转译。然而生物的保守性不是绝对的，同一起源的生物个体间的性状有差异，遗传性也是可变的。环境相同而遗传不同时，会发现变异；遗传相同而环境不同时也会产生变异，即遗传变异和环境变异，变异使后代异于又优于亲代，变异是生物界发展

37、的源泉。遗传变异的分子基础是有丝分裂时，染色体的分叉，联合等的结果。遗传和变异是相互对立、相互联系的，二者统一生物才能进化。生物的这种逐渐演变，有低等到高等，由简单到复杂，种类由少变多的发展过程，就是进化。进化是生物多样性的来源。 四、应激性（irritability） 生物体接受外来刺激，通过内在的兴奋和调节，发生相应的特性，即应激性（兴奋性）这也是生物学的特性之一。生物体的兴奋性最终表现为活动和行为，生命活动和行为是兴奋性的高级表现形式。光（日照）对一些幼体的趋光性，候鸟的迁徙，冷血动物的冬眠等。生命的特征和规律十分复杂，生命的本质无限深奥，这是生命科学探讨的主要课题。 第二节 生命的物质

38、基础一、生物的元素组成 1. 构成元素（基本元素） 6种：C、H、N、O、P、S对生命起着特别重要的作用，大部分有机大分子是由这6种元素构成。2. 微量元素 （必须元素）Ca、 K、 Na,、Cl、Mg,、Fe 常常是调节生物有机体机能活动所必需的。而且Na+、K+、Ca+、Mg+ 常以离子态形式存在 。3.微量必需元素 Mn、I、Mo （钼）、Co （钴）、Zn,、Se、Cu,、Cr 、Sn、V、Si 、F 4. 由上述元素形成各种化合物，生物有机体中的化合物可分为无机物 （水、 无机盐）及有机物（protein、nucleic acid、lipid 、saccharides）。据分析动物体

39、约含有水75-85%， protein ：10-20%，lipid：2-3%，1%：NA和1%无机盐 。糖（Saccharide）：植物中85-95%；动物不超过干重的2%。二、水1. 结合水或束缚水（bound water） 是指吸附或结合在有机固体物质上的水，是生物体的构成物，相对不蒸发，不流动，也不析离。 2.自由水（free water） 填充在有机固体颗粒的间隙里，可流动，蒸发，析离，是生物体代谢的介质。 3. 水的生物作用 （1）自由水与束缚水之间可以相互转化，结合水的比例升高，机体代谢强度降低，但抗逆性能力提高；相反，自由水比例提高，则代谢活跃，生长迅速。因此水的存在状态对生命活

40、动有重大的调控作用。 （2）机体与环境之间水分的交换，对完成各种生命活动和体温平衡有重要的作用 。 （3）水是多种有机物质的溶剂和各种生化反应的介质。 三、无机盐 生物有机体内的无机盐大部分处于离子状态，它们与水共同组成了生物内环境的调控系统。水是多种有机物质的溶剂和各种生化反应的介质。动物体内的血液、组织液、淋巴总称内环境（体液）其担负着体内平衡（homeostasis）。体内平衡物质的吸收和排出，某些关键成分的含量和水分处于相对稳定，动态平衡之中，是维持有机体正常代谢和生理活动的保证。体内平衡是多种多样的，其中有三个主要方面与无机盐含量密切相关的。 1. 渗透压平衡（ Osmotic eq

41、uilibrium） 细胞膜是一种半透膜，水分子通过半透膜而扩散称为渗透，驱动水分子渗透的力量（能量）通称为渗透压（Osmotic pressure），渗透压主要是由于细胞膜内、外的离子浓度梯度（差）和电化学梯度（差）造成。 Na+是调节渗透压的重要无机盐，生理盐水NaCl浓度为0.9%，就是人体体液等渗的液体（溶液）。 蛋白质在维持细胞渗透压平衡也是非常重要的，由蛋白质造成的渗透压称为胶渗压（Collodial）；食物中缺乏蛋白质或有机体蛋白质不足时，血液中蛋白质含量下降，胶渗压下降，动物就出现水肿（1958年的浮肿病就是此例）。2.酸碱平衡（pH平衡） 有机体正常的代谢和生理活动必须有一个

42、相对稳定的酸碱环境。而有机体pH调节的机制是相当复杂的，其中最主要的就是无机盐的缓冲作用。体液有两种缓冲系（buffer system）： 一种是无机盐，HPO42- H2PO4-, HCO3- H2CO3另一种缓冲系，也就是血浆蛋白，能吸附H+,或OH-，而达到调节pH的作用。 3.钠，钾，钙离子平衡 动物体内环境中，Na+/K+/Ca+的比例是相对稳定的。就细胞而言，细胞膜外侧 Na+高，K+低；膜内K+高，而NA+低；这二种离子在膜内外的浓度差和相对变化是细胞保持反应性能的动因或条件。 如小孩，当 Na+/Ca+紊乱出现惊厥，引起反应失灵。因此这些离子平衡和相互稳定是维持有机体正常的代谢

43、和出现活动所必需的。 四、生物大分子 蛋白质，核酸，脂类和糖类（碳水化合物）1. 有机基团 由两种或两种以上的元素的几个原子结合而成的分子结构单位和反应单位，（C、H、O、N、P、S）各元素在有机基团中原子价数基本不变，但结合成基团后，基团便有特殊的性质。常见的有机基团有： 烃基：C-H 基团，甲基（C-CH3）乙基（CH3CH2-） 羟基： OH与碳链结合，为醇 羰基 ：C与O结合 ， CO 由羰基再与其他基团结合成 ： 酚基 ： HCO 、酮基： 3HCCO 、羧基 ： HOCO 多种有机基团可以以共价键结合而形成有机物质，直至形成生物大分子（ olecule）2. 蛋白质 蛋白质是由氨基

44、酸（amino acid ，AA） 按一定规律构成的承担生命的大分子物质的总称。是有氨基（2），羧基 （），有的还有硫基（）组成的。 （1）氨基酸（AA ， 2与组成）构成蛋白质的有种，各种的碳同时含有氨基和羧基，具有酸、碱两种解离的特点，因此具有两性离子的缓冲特性，能维持p的稳定。根据的对称性把分成与（除甘氨酸外ly），是构成蛋白质的。的通式为： 根据基团的结构和反应AA分为：极性侧链（11，基团亲水） 和非极性侧链（9，基团疏水）（2）肽与之间可以相互结合成肽键，是由一个的与另一个的经脱水缩合，形成的共价键。两个结合成肽称二肽，三个以上肽键的肽称多肽 。（3）蛋白质（或多肽） 蛋白质是由形

45、成的多肽主干组成的，肽链上不同侧基和折叠方式决定了蛋白质分子的化学和生物性质。蛋白质分子的化学结构是蛋白质的一级结构， 形成不同空间结构（又称构象）是蛋白质的级结构 。 肽键是维持蛋白质一级结构的共价键、（还有二硫键）；维持蛋白质构象的主要是非共价键，包括：氢键，离子键，疏水键和范德华力（分子作用力） 正因蛋白质的结构和空间构象是千变万化的，因此它才能作为承担最复杂的生命运动的主体。而且几乎所有多种通常存在于每一个蛋白质中，随的数量和排列，空间结构的千变万化，蛋白质的特性也随之多种多样。 蛋白质通常按其功能分为： 构成蛋白：是构成生物有机体的基石 功能蛋白：酶类，参加催化各种生理反应 调节蛋白

46、：激素（还有其他多种如促进或称抑制因子） 贮存蛋白：如卵黄等，大部分蛋白质贮存蛋白是胚胎发育的营养来源 3. 核酸 核酸是生命大分子的主要成分。是生命信息的载体和工具，生物体的遗传和变异可以说主要由核酸决定的。核酸可分为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（）。核酸是由核苷酸（nucleotide）通过3，5磷酸二酯键连接而成的（P-O-C）。核苷酸是由磷酸和核苷组成的，核苷可进一步水解成碱基和戊糖（核糖和脱氧核糖） 。 碱基是含氮的有机碱（nuclear）,主要有腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G），胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U）和胸腺嘧啶（T）5种。DNA由A，G，C，T四种碱基按A-T，G-C组成碱基对组

47、成。RNA A-U，G-C组成碱基对组成。 一条DNA链可以有4100种的排列方式。DNA分子为两条多核苷酸链反方向平行的围绕着一个中心轴，按照右手螺旋的方式构成双螺旋结构。主链处于螺旋外侧，碱基处于内侧，靠碱基间的氢键使两条多核酸链联系在碱基一起（A-T之间形成2个氢键）（G-C之间形成3个氢键）（1953，Watson 和Crick）提出。螺旋直径为2nm，每个螺旋10个碱基对，两个相邻碱基对之间距离0.34nm，螺旋为3.4nm 。 DNA指导蛋白质的合成，是由DNA双链中的一条链根据碱基配对的规律转录成为信使核糖核酸（mRNA），由转移核糖核酸（tRNA）把氨基酸运道核糖体（含有rRN

48、A，核糖体RNA）,以mRNA为模板转译成蛋白质。 显然核酸指导蛋白质的合成，但决不能离开蛋白质而孤立起作用，每个生化反应步骤都要功能蛋白（酶）的参加，因此“生命是蛋白体的存在方式”。蛋白体主要是由蛋白质和核酸组成的复杂体系。4. 脂类（Lipid） 是由脂肪酸与醇（甘油、胆固醇）形成的酯类（ester）及其衍生物。主要包括脂肪（fat）和类脂（lipoid）它们是由C、H、O组成。也是一种碳水化合物，当x : y 3时才有糖的性质。生物体含有的脂类主要有蜡、高级醇、中性脂肪（甘油脂）磷脂和固醇4大类。脂类是主要的能源物质，也是细胞各种构成的组成成分，如细胞膜或生物膜主要是由磷脂和蛋白质组成的

49、。而固醇（sterol）也称甾醇，是一种极为重要的活性物质（激素）。（蜕壳素和蜕壳抑制素等） 5. 糖类： 习惯上称碳水化合物（Carbohydrate） 通常的分子式： Cn(H2O)n ,它是由植物的光合作用产生，是生物体的主要能源供应物质；也是生物体的构成成分（糖的衍生物）。按照糖类的水解情况，糖类可分为：单糖、低聚糖和多糖以及它们的衍生物（如粘多糖）。最常见的多糖有淀粉，纤维素和糖原。而动物只有海鞘有纤维素，淀粉和糖原是营养性的葡萄糖。 Chapter 3 生物体的基本结构和机能 第一节 细胞一、细胞的一般特征1. 大小和形状2. 细胞的共同特征（1）在形态结构方面一般细胞都具有细胞膜

50、、细胞质（包括各种细胞器）和细胞核的结构。少数细胞有机体不具核膜（核质，主要是DNA 存在于细胞质中的一定区域，存在核区，为拟核）这种细胞原核细胞（procaryotic cell），如细菌，蓝藻，支原体；具有核膜的细胞就称为真核细胞（eukaryotic cell）。此外，还有一种介于真核与原核细胞之间的过渡类型细胞 ，有核摸，但无核摸孔，称为介核或中核细胞（mesocaryotia cell）。（2）在机能方面细胞能够利用能量和转变能量 具有生物合成的能力，即将简单小分子物质合成大分子的复杂物质，如蛋白质，核酸 。具有自我复制和繁殖的能力，如遗传物质的复制，通过细胞分裂将亲代的性状遗传给子

51、代细胞。 具有协调细胞机体整体生命的能力等，如免疫反应和细胞吞噬和细胞自溶。 二、细胞的基本结构细胞是一团原生质（protoplasm）, 由原生质分化细胞膜、细胞核、细胞质和各种细胞器及细胞质衍生物（模式图）。细胞是由膜包含一核的原生质团，原生质是指细胞质膜内含有的生活物质。原生质的概念自19世纪细胞学发展起来以后一直沿用至今。（一）细胞膜或质膜细胞表面结构从外向细胞内分别是：细胞外被 、质膜和表层胞质溶胶。1. 质膜的结构（图）细胞膜是指包围在细胞表面的极薄的膜层，厚度约为（77.5nm，1mm=1000um=10000A）。用电子显微镜观察，大部分细胞膜呈三层结构（内，外为致密层，中间夹

52、着不太致密的的一层）。一般认为内、外两致密层为蛋白质组分，而中间不太致密的夹层是由两层磷脂分子构成（磷脂分子有一个亲水的头部和两疏水的尾巴，是一种极性分子，磷脂双分子层是由磷脂分子的头部面向膜的两侧，而尾部向膜中间。 ）。蛋白质排列很不规则，可大致分为外在性或周边蛋白与内在性或整合蛋白。整合蛋白根据整合的程度可分为嵌入蛋白和穿膜蛋白。一层脂膜结构（1895）双层脂膜结构（1925）单位膜型（1960s） “流动镶嵌模型”（fluid masaic model）（1970s）（更具体的说是“流动脂质-蛋白质（球蛋白）镶嵌型模型，这是一个动态模型 ，既具有流动性又具有稳定性。 ）细胞表面及皮层内胞

53、质骨架分子结构示意图2. 质膜的功能细胞膜有维持细胞内环境恒定的作用，通过细胞膜有选择地从周围环境吸收养分，并将代谢产物排出细胞外（物质运输）。大量的事实证明，细胞膜上各种蛋白质，特别是酶，对多种物质出入细胞膜起关键作用。同时细胞膜还有信息传导，代谢调控、细胞识别，免疫等作用 。3. 细胞膜除上述的一般结构外，还存多种各种变化情况。有固定的，主要是微绒毛（microvilli）是细胞膜表面突起呈圆筒状的结构，直径100nm，长约1um，主要是扩大表面积，（利于吸收）有临时的，象变形足皱襞、内褶及以质膜内陷形成的胞饮囊等。4. 植物细胞的细胞外被是由纤维素形成的细胞壁；细菌的细胞外被是脂多糖；一

54、般动物细胞的外被是一层绒毛状的粘多糖，厚约200nm（粘多糖是细胞表面的糖脂和糖蛋白）。 （二）细胞质细胞膜内、细胞核以外的原生质称为细胞质，主要包括细胞器，细胞内含物，细胞骨架（微管MT微丝MF中间纤维IF）和细胞质基质。细胞质一些大小折光颗粒主要是细胞器和一些内含物（卵黄颗粒，脂肪滴等） 。1.细胞器（organelle）具有一定的形态和功能，是细胞生命活动不可缺少的（1）内质网（Endoplasmic reticulum ，ER） 内质网是由生物膜形成的一些小管，小囊，和膜层（扁囊）构成的， 普遍存在于动植物细胞内，（除成熟的红细胞外）其形状，大小，数量，排列因不同的细胞，不同的发育时期

55、而不同。但成熟的细胞，一般内质网都具有一定的形态。根据内质网上有无颗粒（核糖体）把内质网分为粗糙型内质网（RER）和光滑型内质网（SER）。RER、SER同属内质网系统，它们是相互连贯的，RER上的核糖体能合成蛋白质，RER参与物质的储存和运输、SER与脂类合成、糖原及碳水化合物代谢有关，也参与细胞内物质运输。内质网是生物膜的一种，是内膜系统的重要组分，其在细胞内提供了大量的膜表面，有利于酶的分布和细胞的生命活动。（模式图） （2）核糖体（Ribosome）核糖体也称为核糖核蛋白体，含有丰富的核糖核酸和蛋白质，其是蛋白质合成的场所，是制造蛋白质的工厂。核糖体的出现是生命的表征，只有核糖体出现后

56、才有生命运动。因此原核细胞内，除染色质外，细胞器很少，但必定有核糖体。核糖体有大小两个亚单位组成。核糖体分为膜旁核糖体（位于RER上）和游离的核糖体，在细胞质存在核糖体零件仓库，一旦需要就组装完整的核糖体，进行蛋白质的合成。（大小亚单位可继续分离成各种核糖体零件）核糖体是一种自组装的结构，核糖体的零件可以在核内形成，通过核膜孔进入细胞质。 （3）高尔基体（Golgi apparatus）或高尔基器，高尔基复合体 高尔基体是由意大利学者高尔基用染色方法发现（AgNO3 黑点网状）的一种细胞内结构和功能单位而命名。在电子显微镜下，高尔基也是一种膜状结构属于生物膜的一种，既是内膜系统的成员，又是液泡

57、系的组分。 高尔基体是由光滑的大扁囊（网状池）和小囊构成，每个高尔基体由5-8个潴泡平叠在一起形成。由高尔基小泡和液泡，潴泡共同构成高尔基复合体（GC）。高尔基体主要作用是参与细胞分泌物的储存，加工和转运出细胞的作用。最初高尔基把其命名为酿造质。（4）溶酶体（lysosome， Ly）年才发现的一种细胞器，是一种由一层膜包围的颗粒状和液泡状结构，其中含有多种水解酶因此称为溶酶体，就是溶解和消化物质小体。由于由一层膜包围，因此Ly也是生物膜的一种，是内膜系统的成员，又是液泡系的组分。溶酶体主要有：初级溶酶体（有酶，尚未进行消化作用） 次级溶酶体（消化液，正在进行或进行消化的液泡） 后溶酶体（无酶

58、）又称残体，有未消化的残渣溶酶体的主要功能是溶解和消化。它对排除生活机体内的死亡细胞（自溶）排除异物保护机体，以及胚胎形成和发育都有主要的作用。因此溶酶体还有防御的机能。 （5）线粒体（Mitovhondrium，MT）（图） 线粒体是细胞内由一些线状、小杆状、颗粒状的结构，在电子显微镜下，线粒体表面有两层膜构成。内层膜向内形成一些隔称为线粒体嵴（cristae）.线粒体内有丰富的酶系统，特被是氧化酶类，主要分布在线粒体的嵴膜上。线粒体是由细胞内呼吸的中心，它是生物有机体借氧化作用产生能量的 一个主要 机构，它将营养物质（如葡萄糖，脂肪酸，）氧化产生能量，储存在（三磷酸腺苷）的高能磷酸键上，供

59、给细胞其他生理活动的能量需要，因此线粒体是细胞的动力工厂。 +（高能磷酸键）并产生 和。线粒体有机物质的氧化是与呼吸链（电子传递链）偶然在一起的，是与磷酸化相关联，因此称偶联的氧化磷酸化。其能量产生的效率是无氧呼吸的倍。线粒体具有自主性，即喊有线粒体的（遗传信息，70s核糖体）因此线粒体具有复制的功能。（6）叶绿体（Chlorophyll , Chl.）叶绿体为绿色植物所特有，其也是有两层膜包围的结构，内膜形成片层(lamella)，称为基质类囊体(stroma thylakiod)或基粒类囊体(grana thylakiod)。叶绿体是进行光合作用的场所所利用，吸收光线，合成有机物（C6H1

60、2O6）并储存能量。叶绿体的光合磷酸化发生在基粒类囊体的叶绿体内膜片层。作用过程与氧化磷酸化（线粒体）的相近相似。叶绿体同样具有自主性（自我复制）（7）中心粒（Centriole）这种细胞器的位置是固定的，具有极性结构。分裂间期细胞中心粒是一个柱状体，在电子显微镜下，长度.m 直径约.m, 它是由组微管（MT）组成的。每个亚单位由个的结构。 中心粒在细胞分裂期间，与微丝（MF）、中间纤维（IF）（细胞骨架） 等组成有丝分裂器（星丝、纺锤丝，牵引丝，连续丝）对染色体的排列和分离（引向两个子细胞）起重要的作用。 、和IF组成的细胞质骨架不仅对细胞起支持作用，维持细胞的形态，而且对细胞的运动、细胞内