生命科学 第一章

生命科学第一章第1页，课件共75页，创作于2023年2月人之初：被精子包围的卵子第2页，课件共75页，创作于2023年2月16个星期之后，受精卵发育成初具雏形的胎儿第3页，课件共75页，创作于2023年2月64亿13亿

新生命的诞生使人们欢欣鼓舞

同时，人口问题却又是人 类社会面临的极大挑战。

人口第4页，课件共75页，创作于2023年2月研究人员培育的“超级水稻”在产量和蛋白质含量两方面均优于寻常品种粮食

联合国粮农组织水稻研究所（菲，马尼拉） 绿色革命第5页，课件共75页，创作于2023年2月农业技术 水平非洲西南亚东南亚南美洲中美洲平均低1.60.71.33.51.41.6中5.80.92.313.32.64.2高16.51.23.331.56.09.3农业高科技改善土地承载力世界粮农组织（FAO）调查材料第6页，课件共75页，创作于2023年2月

健康80年代初，在美国发现第一例艾滋病，到2008年底全球艾滋病患者超过4000万，中国患者将近150万。E.Johnson是洛杉矶湖人队球星，1991年被检查出为HIV病毒阳性。第7页，课件共75页，创作于2023年2月两个月时，因输血染上艾滋病的男孩。第8页，课件共75页，创作于2023年2月资源

矿物能源（石油、煤）必将枯竭。生物质能转化的生物能源是最理想的可循环绿色能源。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。第9页，课件共75页，创作于2023年2月

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第10页，课件共75页，创作于2023年2月环境这是最早一份关于环境对生物种群影响的研究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。第11页，课件共75页，创作于2023年2月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。第12页，课件共75页，创作于2023年2月第一讲绪论一、为什么要上《现代生物学导论》课二、21世纪将是生命科学的世纪三、生命科学向我们每个人走来四、生命的元素组成第13页，课件共75页，创作于2023年2月《生命科学导论》主编张惟杰等高等教育出版社，2008，[面向21世纪课程教材]第14页，课件共75页，创作于2023年2月一为什么要开设《现代生物学导论》课？1．高等教育的目标

全面素质教育 有一定专业方向的全面素质的培养，面对多个方面的挑战

以人为本

职业教育从事某一种职业 的训练和准备

人是物的附件第15页，课件共75页，创作于2023年2月哈佛大学教学计划说明中一段话

“……everyHarvardgraduateshouldbebroadlyeducatedas wellastrainedinaparticular academicspecialtyor concentration.”

每一个哈佛毕业生应该受到 广博教育并且还应在专门的学 科方面得到一定的培训.”

资料来源：北京大学韩敏中教授《文汇报》02-1-27,第三版第16页，课件共75页，创作于2023年2月哈佛大学核心课程主要包括六大门类1.各国文化3.文学美术5.科学:数学,生命科学2.历史研究4.道德伦理6.社会分析着重点:人格的养成;

思辨能力和思维习惯的养成;

分析、把握和解决问题的 能力的养成.

资料来源北京大学韩敏中教授《文汇报》02-1-27,第三版第17页，课件共75页，创作于2023年2月人格的养成—

从历史及文化角度， 理解人类社会发展, 认识个人与社会联系, 养成历史感和责任感。思辨能力和思维习惯的养成----准确地认识和把握事物， 慎密的分析和综合， 冷静的归结和对策第18页，课件共75页，创作于2023年2月数理化2、“公共基础”由哪些板块组成？

毕 业 设 计

专业课

专业基础课政治人文计算机外语生物第19页，课件共75页，创作于2023年2月1980s以来，世界著名大学如MIT等，纷纷把生物类课程列为全校必修课.

1995年以后，国内重点理工科大学陆续把生物类课程列为全校非生物类专业大学生的限选或必修课程。第20页，课件共75页，创作于2023年2月这是因为人们意识到，21世纪将是生命科学的世纪，面向21世纪的大学生应有生命科学基础，而不应该成为“生物盲”。第21页，课件共75页，创作于2023年2月二21世纪将是生命科学的世纪

1．带头学科

近300年来（17-20世纪）： 物理学一直作为带头学科

17世纪中叶牛顿经典力学 18世纪中叶（蒸汽机）工业革命 19世纪中后电气革命20世纪初量子论、相对论和核物理标志着

物理学革命性飞跃。20世纪上半 叶被称为“现代物理学黄金半世纪”物理学主导着工业革命和经济发展

带领着天文、地质、气象、化学等学科发展第22页，课件共75页，创作于2023年2月薛定谔（ErwinSchrodinger,1887-1961）是一位近代物理学家，他试着跨越物理世界/生命世界之间难以逾越的鸿沟。 他所写的小册子《生命是什么》是一个伟大尝试。“牛顿以来的物理学把宇宙统一为一个整 体，同时却把我们的世界一分为二——物 理世界和生物世界”。..21世纪：生命科学将成为带头学科第23页，课件共75页，创作于2023年2月面对复杂系统的许多问题，科学界把目光转向生命科学，寻求新的概念，新的观点，新的思路。第24页，课件共75页，创作于2023年2月维纳（N、WRENER）控制论的奠基人

《控制论》（关于在动物和机器中控制和通讯的科学）贝塔朗菲（L、BERTALANFFY）生物学家，系统论的奠基人《机体生物学》申农（SHENAN）信息论的奠基人信息论在生命科学中得到广泛应用第25页，课件共75页，创作于2023年2月

面对工业发展所带来的愈益严重的社会问题

人口资源粮食健康环境等等

人们意识到要从生命科学中去寻求出路。第26页，课件共75页，创作于2023年2月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）2、从传统生物学到现代生命科学——生命科学能够迎接21世纪的挑战实验生物学阶段（19世纪中到20世纪中）创造生物学阶段（20世纪中叶以后）第27页，课件共75页，创作于2023年2月（1）描述生物学阶段（19世纪中叶以前）

主要从外部形态特征观察、描述、记载各 种类型生物，寻找他们之间的异同和进化脉 络达尔文《物种起源》（1859）

（图1-1a） （图1-1b）第28页，课件共75页，创作于2023年2月22岁的达尔文开始贝格尔舰航行第29页，课件共75页，创作于2023年2月当时报纸上刊登的讽刺达尔文的漫画第30页，课件共75页，创作于2023年2月（2）实验生物学阶段（19世纪中到20世纪中）

利用各种仪器工具，通过实验过程，探索生命活动的内在规律（图1-2）（图1-3）第31页，课件共75页，创作于2023年2月巴斯德在实验室里第32页，课件共75页，创作于2023年2月曲颈甑实验证明“种质论”批驳“腐生论”第33页，课件共75页，创作于2023年2月（3）创造生物学阶段（20世纪中叶以后）分子生物学和基因工程的发展使人们有可能“创造”新的物种DNA双螺旋模型的发现（1953年）开创了生命科学的新时代第34页，课件共75页，创作于2023年2月解码生命之奥秘——DNA双螺旋的发现Watson＆Crick1953年2月28日第35页，课件共75页，创作于2023年2月第一例基因工程实验第36页，课件共75页，创作于2023年2月3、生命科学如何发挥它的重要作用？现代仪器设备的武装是生命科学发展的必要条件生命科学必须和物理科学、工程科学等其他学科相结合从我国科学发展规划看生命科学的重要性第37页，课件共75页，创作于2023年2月（1）从我国科学发展规划看生命科学的重要性

应用研究

五年计划国重项目863高科技和新型产业项目973国家重大基础研究项目：

•农业

•能源

•材料

•信息

•环境和生态

•人口与健康

基础研究自然科学基金 攀登计划第38页，课件共75页，创作于2023年2月（2）生命科学必须和物理科学、工程科学等其他学科相结合

21世纪是生物的世纪，但生物学要有大突破必须寻求物理学科等其他学科的支持。第39页，课件共75页，创作于2023年2月现代仪器设备的武装是生命科学发展的必要条件世界著名大学着手组建生命科学和其他学科交叉渗透的综合实验中心第40页，课件共75页，创作于2023年2月早期的光学显微镜第41页，课件共75页，创作于2023年2月电子显微镜第42页，课件共75页，创作于2023年2月斯坦福大学朱棣文(物理学)和詹姆斯•斯布迪许(生物学)等建立一个研究中心,50名成员。（Bio-X计划）普林斯顿大学以发育生物学家谢利•蒂夫曼为首，集中12名资深教授(生物学、物理学、化学、数学、工程)成立崭新的研究中心第43页，课件共75页，创作于2023年2月三生命科学向我们每个人走来

1．生存与健康 2．交叉学科和边缘领域同时提供机会与挑战3.生命科学渴求各个领域优秀人才的参与第44页，课件共75页，创作于2023年2月1、生存与健康另一方面人类面临一批新型疾病的威胁心血管病糖尿病艾滋病癌症新传染病一方面医疗保健的发展,生活质量的提高,使人均寿命延长第45页，课件共75页，创作于2023年2月2、交叉学科和边缘领域同时提供机会与挑战人文科学物理学计算机科学天文学数学化学生物学农学医学工程学心理学生物物理学生物化学生物数学宇宙生物学人工智能学植物生理学育种学昆虫学植物病理学人体及动物生理学药理学理学病生物工程学生物材料生物传感器生物能源生物信息学第46页，课件共75页，创作于2023年2月3、生命科学渴求各个领域优秀人才的参与例子：生物计算机美国普林斯顿大学研究人员在一支含有1024种不同RNA链的试管里完成一道有关下国际象棋的数学题计算，这支试管计算机给出43个正确答案，同时给出1个错误答案。计算机家庭的最新成员：DNA计算机有人认为，比起常规芯片计算机来，生物大分子可以储存更多数据，有更快运算速度，还可以进行超级并行运算。第47页，课件共75页，创作于2023年2月四、生命的元素组成

在生物学和其他学科交叉的边缘学科中,生物化学在过去的几十年中发展特别快。研究生物体的化学组成和研究生命过程中的化学变化，所得到的丰硕成果，构成分子生物学和生物技术发展的重要基础。

这里先介绍生命的元素组成，主要为后面第二讲（构造生物的基本元件）和第三讲（生物体的新陈代谢）做准备。第48页，课件共75页，创作于2023年2月1．哪些元素参与生物体的组成？

参与生物体组成的元素总共约二、三十种，他们在元素周期表中的分布如图所示第49页，课件共75页，创作于2023年2月第50页，课件共75页，创作于2023年2月以人体为例，各种元素在人体中含量见表常量元素————在人体中含量较大。微量元素————在人体中含量很少。第51页，课件共75页，创作于2023年2月表人体元素成分常常量元素微微量元元素素元素体重%干重%元素含量(mg)日推荐量(mg)CHON9.46525.51.461.75.79.311FeFZnSi4500260020002410--180.1—43—151gSe1310—200ugPS0.220.053.31.0MnI12110.5—540—150ugMo90.15—0.561.110—20ug140—580ugNa+K+Mg+2Ca+2Cl⎯0.030.060.010.310.080.71.30.35.00.7CrCoNiSnVSrBAl第52页，课件共75页，创作于2023年2月

2.人体元素成分的营养学意义

用实验动物的饲养实验来研究各种元素成份在营 养学上的必要性。要证明某一种微量元素在营养学 上是必不可少的，至少需要做下面三个方面的实验:1．让实验动物摄入缺少某一种元素的膳食,观察是否 出现特有的病症。2．向膳食中添加该元素后，实验动物的上述特有病症

是否消失。3．进一步阐明该种元素在身体中起作用的代谢机理。第53页，课件共75页，创作于2023年2月只有上述三条都弄清楚，才能确定某种元素是否为营养上必需的元素。常量元素的重要性比较容易认识。微量元素的营养学研究困难大得多。所以，一些微量元素在1950s或1970s以后才确证为人体必需微量元素。第54页，课件共75页，创作于2023年2月第55页，课件共75页，创作于2023年2月

3.元素营养方面的几个例子例一、钙1．人每天需要摄入多少钙？

从粪、尿、汗中排出320‾450mg吸收率约40%320x100/40=800mg第56页，课件共75页，创作于2023年2月人体每天需要补充钙的数量成人婴儿（10个月）幼儿（<3岁）少年（<10岁）青年（12‾18岁）老年孕妇/哺乳

800mg 400mg 600mg 800mg 1000mg1200mg 1500mg第57页，课件共75页，创作于2023年2月

2、钙参加几乎每一种生理代谢过程Ca在体内的生理作用（1.2kg/70kg‾2%）

血浆中 10克

免疫：白细胞吞噬功能

内分泌：激素分泌

骨骼：骨骼形成神经：神经肌肉应激性生殖：

骨骼及牙齿 99%需要Ca参与的生理过程

肌肉：肌肉收缩

循环：血液凝固 毛细血管通透性 微循环改善

泌尿：（Ca调节多种酶的活性）第58页，课件共75页，创作于2023年2月其中60岁以上男24.9%女75.5%上海地区老年人骨折发生率城区16.5% 农村6.9%缺钙引起的疾病

婴、幼、少儿------佝偻病 老年人------骨质疏松症 上海地区骨质疏松症患者男20.1%女48.1%第59页，课件共75页，创作于2023年2月高血压反常钙内流血管

内壁细胞平滑肌细胞缺钙中钙反常积储

（还带来别的效应）血管内皮细胞钙化，损伤胆固醇，脂类沉积细胞因子分泌血小板，血细胞粘附平滑肌细胞，或纤维细胞增生导致动脉硬化血管收缩

血管外周阻力增大 高血压第60页，课