现代科技概论生命科学 2

现代科学技术概论：生命篇AnIntroductiontoModernScienceandTechnology：LifeScience现代科学技术概论：生命篇AnIntroductiontoModernScienceandTechnology：LifeScience走进生命科学

生命是宇宙中最绚丽的花朵，生命运动是宇宙中最神妙的音乐，今天的人类比以往任何时候都对生命满怀向往，饱含探索的渴望与热情。科学技术的整体开展为人类探索生命提供了前所未有的强有力的手段，使人类深入了解生命世界，揭示生命科学的真谛成为可能。红色的健康人体细胞蓝色的H5N1禽流感病毒照片显示H5N1正在攻击健康的细胞人之初：被精子包围的卵子Spermcellsswimmingtotheovum8个星期之后，受精卵发育成初具雏形的胎儿After8weeks,afertilizedeggdevelopsintoanembryo40周后，一个婴儿来到世界上After40weeks,ababyisborn.新生命的诞生使人们欢欣鼓舞borntomakeyouhappy

人口问题却又是人类社会面临的极大挑战。theproblemofhumanpopulation上个世纪最后10年,印度人口数量净增1.8亿,于2000年5月正式跨越10亿大关,成为世界上人口增长最快的地区之一粮食

food袁隆平培育出“超级水稻〞亩产达1000公斤健康

health

癌症、艾滋病……

资源

resources矿物能源〔石油、煤〕必将枯竭，生物能源已在开发之中。生物燃料

Biofuel藻类燃料

Algaefuel环境

environment

工业化前英国乡村有很多白色蛾子停在布满淡色苔藓的树皮上，不易被鸟发现；工业化后，黑色蛾子逐渐取而代之，因为黑烟污染了环境，黑色蛾子更易藏身。

工人正在向被石油污染的海滩喷洒营养液，促使吃石油的细菌长起来。面对工业开展所带来的愈益严重的社会问题人口粮食环境资源健康……人们意识到要从生命科学中去寻求出路。21世纪是生命科学的世纪遗传学自然选择的遗传学基础

thegeneticfoundationofnaturalselection进化论孟德尔遗传规律

Mendelianinheritance.“混合遗传〞〔blendinginheritance〕：遗传是“黑+白=灰〞性状有显隐之分，“显性〞〔dominant〕和“隐性〞〔recessive〕性状别离：在随几子代亲本的相对性状〔显性和隐性〕又都表现出来，常常表现出一定的别离比。别离律：决定同一性状的成对遗传因子彼此别离，独立地遗传给后代，这区别于以前流行的混合学说，遗传因子没有消失自由组合律：确定不同遗传性状的遗传因子间可以自由组合。孟德尔遗传规律

Mendelianinheritance.摩尔根的果蝇

Morganandhisexperimentsonfruitfly摩尔根的果蝇

Morganandhisexperimentsonfruitfly连锁伴性遗传Sexlinkage伴性遗传Sexlinkage50%伴性遗传Sexlinkagesons50%daughters50%carriers摩尔根的果蝇

Morganandhisexperimentsonfruitfly互换Chromosomalcrossover摩尔根的果蝇

Morganandhisexperimentsonfruitfly摩尔根，1926，?基因论?，基因理论触须长/短身体灰/黑眼睛红/紫翅长/短摩尔根的果蝇

Morganandhisexperimentsonfruitfly1.基因是物质遗传单位；摩尔根，1926，?基因论?，基因理论2.基因坐落在染色体上，总是与一定的连锁群相联系；3.基因能够重新产生，如在细胞分裂时；4.每个基因所具有的功能并不唯一；5.在同源染色体上，等位基因具有相互吸引的作用。DNA双螺旋结构

DNAdoublehelix1944年，艾弗里和麦克劳德发现，细胞中遗传信息的载体是DNA；1926年，莱文(P.Levene)发现RNA和DNA；1953年，克里克和沃森提出DNA双螺旋结构的分子模型；DNA的结构LinusPaulingWatson&CrickDNA双螺旋结构

DNAdoublehelix1944年，艾弗里和麦克劳德发现，细胞中遗传信息的载体是DNA；1926年，莱文(P.Levene)发现RNA和DNA；1953年，克里克和沃森提出DNA双螺旋结构的分子模型；分子生物学：生物大分子〔蛋白质、核酸、多糖、脂肪以及结合物，它们在分子水平上表达着各种重要的生命功能，如遗传、新陈代谢、细胞增殖和分化、免疫等〕的结构及其与功能之间的关系。自然选择的遗传学基础

thegeneticfoundationofnaturalselection1937年，杜布赞斯基，?遗传学与物种起源?，综合了达尔文和孟德尔的思想。现代综合进化论：

进化是突变、基因重组、选择与隔离等因素相互作用的结果。突变本身不能导致进化，只是为进化提供了选择的新材料。进化具有渐进性，是群表达象，其中自然选择起重要作用。在自然选择过程中，生物之间的关系不但有生存竞争，还有捕食、寄生、共生、合作等多种方式。进化论的新方向

newdirectionsinevolutionarytheory分子进化：1968年，木村资生，中性突变（漂变）说

在分子水平上，大多数进化演化和物种内的大多数变异，不是由自然选择引起的，而是通过那些对选择呈中性或近中性的突变等位基因的遗传漂变引起的。90%的突变有害，有益的突变微乎其微，中性者10%跳变式的进化：自然界除了存在达尔文式的渐变性进化外，还存在跳变式的进化。当生物种群遭遇环境发生突然重大变化或称之为灾变时，它们要么走向灭绝，要么迁移。地质灾变和物种灭绝对地球上生物的进化历程也产生了深远的影响。血友病是凝血因子基因的突变；地中海贫血是珠蛋白的基因突变；肿瘤是体细胞基因突变的结果。正常红细胞

镰刀型红细胞β-珠蛋白第六密码子GAG突变GTG，其编码的氨基酸由谷氨突变为缬氨酸从而导致镰刀型细胞贫血症。1925年，猴子审判案〔ScopesMonkeyTrial〕进化论与创世说

evolutionandcreationisminthepublicschools当时报纸上刊登的挖苦达尔文的漫画1987年，美国联邦最高法院做出裁决：神创论是宗教信仰，不应出现在教授科学的公立学校进化论与创世说

evolutionandcreationisminthepublicschools进化论与创世说

evolutionandcreationisminthepublicschools智能设计论intelligentdesign动植物构造非常复杂，生命只可能是高智慧设计者的产物，而不是自然进化结果。生活在马达加斯加哈诺马法纳国家公园的恶魔叶尾壁虎优生学运动

theeugenicsmovement优生学(eugenics)，改进人的遗传素质，产生优秀后代。20世纪，美国在人类历史上首先发起了一场宣扬优生学的运动。受该运动影响，美国30多个州先后给“非优生群体〞实施强制性绝育手术，“被害人〞达6.5万人，其中还有许多人是在毫不知情的情况下被秘密绝育。这里面包括不少家境贫穷的人。生物技术的兴起

theriseofbiotechnology生物技术：应用现代生物科学及某些工程原理，利用生命有机体及其组成来开展新产品或新工艺的技术体系。生物技术：酶工程发酵工程细胞工程基因工程细胞是机体组成的根本单位细胞细胞群组织机体细胞工程

cellengineering应用细胞生物学和分子生物学的方法，通过某种工程学手段，在细胞水平或细胞器水平上，按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质，从而获得新型生物或特种细胞产品、或产物的一门综合性科学技术。试管植物、试管动物、转基因生物反响器高等植物细胞具有全能性。从高等植物的幼胚、根、茎、叶、花和果实等不同器官的组织中别离的单个细胞，经过特殊培养形成愈伤组织，并可进一步诱导生成完整的植株。细胞工程

cellengineering细胞融合细胞重组杂交瘤技术细胞融合是将不同种类的两种细胞经过特殊处理后放在一起，在某些促融因子作用下发生融合，形成杂种细胞。细胞重组是把不同种类的细胞的部件重新组合装配，包括核的移植、叶绿体移植、核糖体重建及线粒体装配等。细胞工程

cellengineering杂交瘤技术是通过细胞融合产生特异杂交瘤细胞，产生单克隆抗体。克隆技术

cloningtechnology利用生物技术由无性生殖产生与原个体有完全相同基因组之后代的过程克隆人

cloninghumanbeing生殖性克隆克隆的目的是为了繁育和亲代具有相同基因组成的动物后代个体。目前生殖性克隆技术的不完善。将乳腺细胞的细胞核植入已去核绵羊卵就重复了277次;在体外培养这珍贵的易核卵时，仅有约十分之一(29个)具有活力，能生长至胚胎发育的桑椹期或囊胚期。把这29个早期绵羊胚分别植入13只代孕母羊子宫中,最终仅产下一羔──“多莉〞。全世界不同克隆动物存活的百分比和总数

物种存活后代％克隆动物估计总数牛15-20＜3000羊5-8＜400山羊3＜400猪＜1＜250猫＜11小鼠＜2＞250兔＜16骡子＜11马＜11大鼠＜12克隆出来的动物胚胎存活率低，克隆出来的幼仔会有严重的缺陷和异常伦理学难题1、人的生殖性克隆是无性生殖。2、对现有社会关系、家庭结构造成巨大冲击。3、大量基因结构完全相同的克隆人，可能诱发新型疾病。

术后8周角膜恢复透明

术前从兔子的眼角膜中别离出角膜缘干细胞和角膜基质细胞，经过体外培养、扩增，并与可降解生物材料复合，构建出有“活性〞的眼角膜组织，然后移植修复兔角膜缺损，形成了结构完整的透明角膜组织。将不同生物的遗传物质DNA，按照人们的意愿，在体外或体内进行人工剪切和拼接，然后通过一定的载体，再转入到所操作的生物体中，使其在所操作的生物体细胞中得到表达，从而产生出人们所需要的产品，或创造出人们所需要的新的生物类型的技术。基因拼接技术，DNA重组技术基因工程

geneengineering重组DNA操作的步骤

RecombinantDNAtechnology第一步：获得需要的目的基因〔外源基因〕第二步：在限制性内切酶和连接酶作用下与克隆载体相连接，形成新的重组DNA分子。第三步：用重组DNA分子转化受体细胞，使之进入受体细胞并能够在受体细胞中复制和遗传。第四步：对转化子〔获得外源基因的受体细胞〕进行筛选和鉴定。第五步：对获得外源基因的细胞或生物体通过发酵、细胞培养、养殖或栽培等，最终获得所需要的遗传性状或表达出所需要的产物。重组DNA操作通常包括的步骤

第一步：获得需要的目的基因〔外源基因〕第二步：在限制性内切酶和连接酶作用下与克隆载体相连接，形成新的重组DNA分子。第三步：用重组DNA分子转化受体细胞，使之进入受体细胞并能够在受体细胞中复制和遗传。第四步：对转化子〔获得外源基因的受体细胞〕进行筛选和鉴定。第五步：对获得外源基因的细胞或生物体通过发酵、细胞培养、养殖或栽培等，最终获得所需要的遗传性状或表达出所需要的产物。由于这种分子水平的操作不受物种生存隔离的限制，能按人类的需要对有利经济的性状的基因进行组合，因此具有潜在的巨大生产力和经济价值。自1973年人类在实验室的试管里成功地进行了第一例细菌不同DNA的重组以来，基因工程便一直受到人们的高度关注，技术在不断的完善，也日益显示出了其不同寻常的应用价值。基因工程

geneengineering转基因农作物基因工程

geneengineering

种植业中的应用抗化学除草剂基因转基因西红柿固氮酶基因人类DNA……

环境保护等等基因工程

geneengineering

转基因植物抗虫棉普通棉人生长激素、表皮生长因子、肿瘤坏死因子、a-干扰素、纤维素酶、抗血友病因子、红细胞生成素、尿酶原、白细胞介素-2、集落刺激因子、乙肝疫苗等等例：从转基因羊的羊奶中提取出治疗心脏病的药物tPA日本公司通过转基因技术培育出的蓝玫瑰

转基因斑马鱼科研人员把来自水母的绿荧光蛋白基因和海葵的红荧光蛋白基因，注射入斑马鱼的早期胚胎。根据注射的不同基因，斑马鱼会在特别的光照下发出不同的光辉，叫人看了赏心悦目。

人类基因组方案

thehumangenomeproject,HGP人类基因组方案(humangenomeproject,HGP)是由美国科学家提出，于1990年正式启动。。美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、日本和我国科学家共同参与了这一价值达30亿美元的人类基因组方案。按照这个方案的设想，在2005年，要把人体内约10万个基因的密码全部解开，同时绘制出人类基因的谱图。即揭开组成人体10万个基因的30亿个碱基对的秘密。有助于认识自身、掌握生老病死规律、疾病的诊断和治疗、了解生命的起源。人类基因组方案1%测序中国实验室图为科研人员正在基因测序工作人类基因组研究成果说明基因数量少得惊人人类基因组中存在“热点〞和大片“荒漠〞三分之一为“垃圾〞DNA种族歧视毫无根据男性基因突变比例更高人类基因组方案

thehumangenomeproject,HGPHGP对人类疾病基因研究的奉献HGP带来的负面作用HGP对医学的奉献HGP对生物技术的奉献HGP对制药工业的奉献HGP对社会经济的重要影响HGP对生物进化研究的影响生物芯片技术

Bio-chipTechnique生物芯片又称DNA芯片或基因芯片，它们是DNA杂交探针技术与半导体工业技术相结合的结晶。该技术系指将大量探针分子固定于支持物上后与带荧光标记的DNA样品分子进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。1996年底，美国Affymetrix公司结合照相平板印刷、计算机、半导体、寡核苷酸合成、荧光标记、核酸探针分子杂交和激光共聚扫描等高新技术，研制创造了世界第一块DNA芯片。生物芯片技术

Bio-chipTechnique一个指甲大的地方就能建个实验室，诊断肝炎，医生可以一次同时测出多种病原微生物，在极短的时间内知道病人被哪种微生物感染，迅速医治；想知道胎儿是否患有遗传病，只要取少量羊水或几滴父母血液，同时鉴别的遗传病达数十种甚至数千种！这个缩微实验室名叫“生物芯片〞。生物芯片技术

Bio-chipTechnique陈竺教授说，生物芯片最终将走入千家万户。

生物芯片大规模、高通量检测，使个人拥有自己的基因卡成为可能，这对预防医学极为重要。也许不久的将来，上医院看病，不仅要带病历卡，还要带芯片病历卡。盈盈方寸间，将记录你的个人遗传信息，对什么药物最敏感，医生将据此为每个人设计预防方案，通过生活方式的改变，躲开许多致命的遗传疾病的侵袭。生物芯片技术

Bio-chipTechnique最近两年内，基因学专家有望按照对药物的不同反响，将人分成假设干类型，届时便能够准确地判定出谁适合服用哪种药。这就如同发给每人一张“基因身份证〞。基因身份证中包含着比人的指纹更为复杂、更有价值的东西。所有愿意获取这一身份证的人都会得到如下的信息：适合于什么药物，不适合于什么药物；自身容易感染何种疾病，而罹患某些疾病的时机那么微乎其微。婴儿在呱呱坠地时候便可以得到自己的“基因身份证〞。美国已有人植入人体基因芯片〔“随身携带〞—的身份证〕生物技术面临的严肃问题

Takingthenegativeeffectsofbiotechnologyseriously转基因技术的平安性问题基因一旦被改动，一方面可能引起生物体内一系列未知的结构与功能的变化；另一方面，转基因操作对生物体的影响会通过遗传传递。外源基因引入后，是否会影响其他重要的调节基因，甚至会激活原癌基因？转基因技术的广泛应用是否会导致难以消灭的新病原物出现？是否会造成生态学灾难？人类生存环境异化的后果是什么？人类摄食大量转基因食品是否会影响人类及其后代的健康？生物技术面临的严肃问题

Takingthenegativeeffectsofbiotechnologyseriously转基因技术的伦理问题将人类基因转入食用动物。将某些宗教团体禁止食用的动物基因转入他们通常食用的动物中，这可能触怒犹太人和穆斯林，例如将猪的基因转入绵羊。将动物基因转入食用植物可能会引起一些素食主义者的特别关注。用含人类基因的生物体作为动物饲料。对转基因作物及食品的管理对转基因作物及食品的科学态度1996年，世界卫生组织〔WHO〕第二届生物技术与食品平安性的专家咨询会议于意大利罗马举行。得出的结论是“生物技术产生的食品的平安性并不固有地比传统食品的平安性低。〞科学化的管理对转基因作物及食品建立科学的评价体系〔全球监管〕对转基因作物及食品在消费市场上实行标签管理(我国对转基因玉米,油菜,水稻,马铃薯,西红柿等实行标签管理)媒体对转基因作物及食品应有正确的导向生物技术面临的严肃问题

Takingthenegativeeffectsofbiote