普通生物01绪论

普通生物学授课教师：刘勇

11/24/202321世纪将是生命科学的世纪。——施一公美国科学院有1900多位院士，其中1100多位院士从事的是生命科学领域的研究美国最大的工业是现代生物制药业，美国民间投资最多的工业也是现代生物制药业美国联邦政府用于资助科学研究的预算中，其中有一半以上用于生命科学的研究普通生物学在生物类课程中的地位：重要的专业基础课。学习本课程的目的:了解生命的本质并掌握其客观规律，从而能解释生命现象。课程的内容和特点：内容多，涉及面广。课程安排：课堂讲授、实验、实习一、课程概述教材：陈阅增普通生物学（第四版），吴相钰，高教，2014。参考书：基础生命科学（第二版），吴庆余，高教，2006普通生物学，周永红，高教，2007二、参考书目本学期（32学时）：绪论 2学时第一篇细胞 12学时第二篇动物形态与功能 18学时下学期（32学时）：第三篇植物的形态与功能 6学时第四篇微生物 12学时第五篇遗传与变异 4学时第六篇生物进化 2学时第七篇生物多样性的进化 2学时第六篇生态学和动物行为 2学时三、学时分配课堂纪律鼓励互动手机调成振动成绩组成：平时出席：10%期末理论考试成绩：90%考试内容：讲授线索所涉及到的教材内容。四、课堂纪律、考试内容及要求11/24/2023课前问题什么是生物学？什么是普通生物学？生物学对生物信息学学生有什么意义？生物信息学的毕业生将来能干什么？11/24/20231绪论生物界与生物学什么是生物学？生物学(biology)或生物科学(biologicalsciences)是研究生物体生命现象和生命活动规律的科学，又称为生命科学(lifesciences)。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。生物学是研究生物体的形态、构造、行为、机能、演变及其与环境间相互关系等问题的学科。普通生物学？11/24/2023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?11/24/2023地球上生物的多样性形态各异大小：最小的单细胞生物：支原体d100nm北美巨杉“谢尔曼将军”：高83m，d11m，2800t；寿命：细菌：分裂一次/min巨杉：3200年营养方式：自养异养11/24/2023地球上生物分布的广泛性岩石圈、水圈、大气圈----生物圈飞翔的鸟类最高离地面可达2000m细菌生活在深达4000m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。11/24/20231.1生物的特征特定的结构

生物体的基本单位是细胞单细胞/多细胞质膜：分隔细胞与环境，选择性的物质与能量交换化学组学：有机分子，特别是生物大分子（核酸、蛋白质、多糖、脂质）结构复杂、高度有序的系统多细胞生物，各自特定的功能11/24/20232.新陈代谢（metabolism)生物体是一个开放的系统。新陈代谢是生物生存的基本条件，生命的基本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化学变化，最后成为代谢过程的最终产物而被排出体外的过程。自养生物：阳光异养生物：食物合成代谢（anabolism)：即从外界摄取物质和能,将它们转化为生命本身的物质和储存在化学键的化学能；也称同化作用。分解代谢（catabolism)：即分解生命物质,将能量释放出来,供生命活动只用；也称异化作用。11/24/20233.稳态和应激性稳态（homeostasis）：生物体具有很多的调节机制，用来保持内部条件的相对稳定，即使在环境条件发生某些变化时也能保持相对的稳定，这种特性称为稳态。应激性（irritability）：生物体感受内部或外部刺激并做出的有利于保持其体内稳态，维持生命活动的应答生物体有“趋吉避凶”的现象。外界环境中的光线、温度、电流、食物、化学物质、机械刺激和地心引力都是刺激生物体的外界信号。过度应答11/24/20234.生长(growth)和发育(development)生长：任何生物在其一生中都要经历的从小到大的生理过程。是细胞体积或数量的增长。是在精确调控下完成的。发育：指个体从生命开始到死亡为止的演化过程。也是被精确调控的程序性变化的过程。11/24/20235.生殖和遗传生殖(reproduction)：产生子代使种族延续的生命过程遗传(heredity)：遗传物质从亲代传子代,从而使亲代的形态特征或生理特性等性状在子代得以表现。生殖的遗传的核心机制：DNA的自我复制遗传信息经DNARNA蛋白质

11/24/2023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：是生物普遍存在的现象，二者同时存在遗传是相对的和保守的，而变异是绝对的和前进的。遗传性：保证种的相对稳定性和生物类型间的区别变异性：产生新的性状，导致物种的变化发展

假如仅有遗传而无变异：生物界就无进化的原材料遗传只是简单的重复生物就不能进化11/24/20236.进化与适应进化(evolution)：遗传物质的变异和外界环境的选择而使生物一代代适应其所处的环境适应(adaptation)：生物体及其具有的遗传性状提高了其在特定环境中生存和生殖的能力“物竞天择”适应和进化：外界环境的变动都使生物体朝特定的方向发展，最终适应环境，从而达到了进化的过程。11/24/2023进化11/24/2023生命的特征——总结1.生命具有特定的结构。2.生命是一个开放的系统，能够新陈代谢。3.生命是高度有序的系统。4.生命是自我调控的系统。5.生命是具有自我复制能力的系统。6.生命是能够进化、不断适应的系统。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11/24/20231.2生物界是一个多层次的组构系统生物学的研究对象和范围生物大分子细胞器细胞组织器官系统个体：自然界独立存在的基本生命单位种群：一个地区一群互交繁殖的同种个体物种存在的单位、繁殖的单位、进化的单位群落：一定空间里多个生物种群的集合体生态系统：一定空间内生物成分和非生物成分通过能量流动和物质循环面构成的相互依赖又相互制约的系统生物圈：所有生态系统的总和11/24/20231.3生物界的多级分类系统生物的多样性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500-3000万种需要制定统一的准确的学名11/24/20231.3.1双名法（18世纪）由瑞典植物学家C.Linnaeus（林奈）

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．即双名法(binomialnomenclature)。双名法（拉丁文）：属名+种名如：人Homosapiens(智人)如：Escherichiacoli

大肠杆菌书写成斜体字，如手写时则在下面划一横Linnaeus1707-177811/24/20231.3.2生物界的分类阶元生物的分类从高级到低级传统上分为：7级中文名拉丁文英文界RegnumKingdom门DivisioDivision纲ClassisClass目

OrdoOrder科FamiliaFamily属

GenusGenus种SpeciesSpecies20世纪后，界之上又加了一个新的阶元：域（domain）11/24/202311/24/2023常用的拉丁文后缀：门(-phyta)(亚门-phytina)

纲(-opsida,-eae)(亚纲-idea)

目(-ales)(亚目-ineae)

科(-aceae)(亚科-oideae-族-eae-亚族-inae)

属(-a,-um,-us)亚属--组--亚组–

系种（亚种ssp.—变种var.—变型f.）11/24/2023生物的分界历史1866年，E.H.Haeckel（海克尔）提出三界系统：原生生物界、植物界和动物界。1969年，R.H.Whittaker（惠特克）提出五界系统：原核生物界、原生生物界、真菌界（菌物界）、植物界和动物界。——普遍1977年，陈世骧提出六界系统：增加病毒界。11/24/2023五界分类系统原核生物界(Monera)：细菌、立克次氏体、支原体、衣原体、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11/24/2023生命进化的三域学说古核生物域真核生物域真细菌域11/24/20231.4生物和环境形成相互联结的网络物质循环特点全球性；反复利用，循环流动。碳循环氮循环11/24/2023能量流动特点：①单向流动②逐级递减11/24/20231.5生物界的巨大多样性中的高度统一性DNARNA

蛋白质的遗传系统是生物界的统一基础11/24/20231.6生物学的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，生物信息学11/24/202311/24/20231.7生物学的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。11/24/2023科学的仔细观察与思考①观察是最基本的方法，是从客观世界中获得原始第一手材料的方法。②观察的基本要求是客观的反映可观察的事物，并且是可以检验的。③观察要有科学的知识。科学观察：直接观察（只用肉眼）间接观察（使用观察工具），质的观察和量的观察（测量）。11/24/2023④观察不可为原有的知识所束缚。以人染色体为例：1907年，vonWinniwarter47个，23对+X。1923年，T.S.Painter48个，XX/XY，20世纪50年代前被普遍接受。1954年，E.Hansen-Melander研究人肝细胞46个，但不相信自己，终止研究。50年代以后，徐道觉等改进了染色技术，将人的中期染色体制片并照相，将相片上的染色体一一剪下，逐个排列起来，进行染色体组型分析，最终确定了人体为46个。11/24/2023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。11/24/2023疟原虫的发现观察:低洼多水,气温较高的烟瘴地区,易发疟疾设想：污水或污水蒸发的蒸汽致病→实验:清除污水污水致病说，但饮污水不致病。观察:污水少，疟疾少，蚊子少→观察到室外、用蚊帐和烟熏，疟疾减少。1878年法国医生Laveran——在患者的血液中发现了细长如丝的微生物。英国军医Ross的设想：吸患者血液的蚊子，胃内应该有这种微生物物实验：解剖蚊子发现了这种微生物，并且数量巨大用麻雀做了一个完整的实验：蚊子吸患病的麻雀，间隔时间解剖蚊子，感染的蚊子再叮咬健康的麻雀，麻雀发病，体内有小的动物。结论：疟疾的病原是一种微生物——疟原虫。金鸡纳霜（奎宁）——厄瓜多尔的印地安人11/24/2023模型实验当直接用研究对象非常困难，或者简直不可能是可用模型代替实验来进行研究。①用动物模型来代替人体进行实验。②用机械或电子模型对动物进行模拟实验。昆虫的复眼→复眼照相机；蛙眼→电子蛙眼；人工智能。——仿生学③用模型研究在时间上极为遥远的事情。1953年S.Miller模拟40多亿年前的生物进化。④抽象模型：只运用自然科学常用的语言、符号、数学方程、图表等手段来进行研究。（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1.7为什么要学习生物学人口膨胀；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。11/24/2023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。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)、沼气等；微生物：提高石油开采量。11/24/2023（二）准确定位生物学家：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：认识自己/生物信息学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）计算生物学阶段？！1.8生物学的历史与未来实验生物学阶段曲颈瓶实验创造生物学阶段基因工程49二十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体外重组：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