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1、第 1 章 绪 论生物界与生物学 绪论：生物界与生物学 地球上高度的生物多样性 大小支原体：100 nm；巨杉：83 m，6167 t。 寿命细菌：每分钟分裂一次，寿命 1分钟；巨杉：3200年，可能更长； 细胞构成变形虫：单细胞；人：1014个（1万亿） 高度分化 复杂人体； 营养方式自养：植物、藻类、蓝细菌；异养：渗透营养：真菌、细菌；吞噬营养：原生动物、动物。 生物的分布 横向：全球； 纵向：树高 50； 有机分子：种类繁多；特别是起关键作用的生物大分子 核酸，蛋白质，多糖，脂质； 生物分子 细胞器 细胞。 细胞 结构异常复杂、高度有序的系统动物细胞植物细胞 生物体的基本结构、功能单位细
2、胞中可以进行生命所需要的全部基本新陈代谢活动；即：生物体全部基本新陈代谢活动都是在细胞中进行的。 多细胞生物中高度分化的细胞各有特定的功能；整个生物体的生命活动有赖于其组成细胞的功能的整合。 新陈代谢 (metabolism) 定义：活的生物体、细胞内存在着无休止的化学变化，这些化学反应的总和即新陈代谢； 本质：一系列酶促反应 复杂的反应网络； 生命活动需要能量所有生物都要从外部获得自由能来驱动化学反应 自养生物获取太阳光能、利用简单的原料 合成自身复杂的有机分子； 异养生物从食物中获得能量；食物：其他生物合成的有机物质；食物 小分子 + 能量；小分子（原料） 合成自身生物大分子。 生物体是一
3、个开放的系统 生物体内每一次能的转换，总有一些自由能 热； 一些富含自由能的大分子 简单代谢废物 系统无序性 生物体、细胞 不断和环境进行能量、物质交换 维持内部的新陈代谢。 新陈代谢是生命的属性 每一个反应环节是化学反应，遵循化学规律； 整体上突显出生命的属性，如：自主进行、能不断更新自己。 新陈代谢过程的统一性各种生物的基本代谢过程相同；如：动、植物细胞呼吸 不需氧糖酵解三羧酸循环 需氧 稳态、应激性 稳态是生物体新陈代谢的需要生物新陈代谢需要内部条件相对稳定；原因：酶促反应需要严格的物、化条件（温度、pH等） 稳态（homeostasis） 定义：生物体具有许多调节机制，在环境发生某些变
4、化时，来保持内部条件的相对稳定； 如：当某种细胞成分过多时，产生它的过程就会关闭；当细胞中能量供应不足时，释放能量的过程就会加强。 应激性 (irritability) 定义生物体有多种多样的机制，能感受刺激 应答 利于保持体内稳态 利于维持生命活动； 刺激体内外的物理、化学变化，如：温度，压力，光线颜色和强度，土、水中化学成分，等； 生殖和遗传 生殖 (reproduction)个体不能永久存活，它们通过生殖产生子代使物种得以延续； 遗传（heredity）子代具有和亲代相似的性状； 生殖和遗传的核心机制DNA的自我复制； 遗传信息的传递全部遗传信息通过细胞从亲代传递到子代； 遗传信息流DN
5、A RNA 蛋白质 遗传的本质DNA携带的遗传信息沿DNARNA蛋白质的途径，表达为性状，从而使亲代性状重现于子代。 生长和发育 生长（growth） 定义：由小到大的生理过程； 原因：细胞体积或数量的增长； 本质：生物体吸收的营养物 精确调控下的一系列变化 细胞组分； 无生命物体的“生长” 食盐：过饱和溶液 食盐晶体 晶体“长大”； 本质：同类物质的聚集。 发育（development）和生长密切相关的过程； 定义：多细胞生物生活史中发生的一系列结构、功能的变化，包括：组织器官的形态建成、性成熟、衰老等； 本质：精确调控、程序性变化过程。 进化和适应 变异：生殖过程中，遗传物质 重组、突变
6、亲、子代间差异，子代个体间差异； 进化（evolution） 原因：突变、漂变、基因流、非随机交配和选择 生物种群进化； 达尔文：进化是“有饰变的传代”（descent with modification）不同品种的菊花 适应 产生原因选择 生物一代代越来越适应它所处的环境； 生物对的环境适应指生物和它具有的某些遗传性状，提高了它在特定环境中生存和生殖的能力。 进化概念的意义生物学中一个重要的基本概念；借助这个概念能合理解释生物界的多样性、统一性和适应性。 生物、非生命物体的区分根据上述生物的六大共同特征； 病毒 (virus) 病毒的组成 蛋白质 + 核酸（DNA or RNA） 无进行新陈
7、代谢所必需的基本系统； 无自身的复制系统； 病毒的复制 接触宿主细胞 脱去蛋白质外套； 核酸（基因） 宿主细胞； 借助宿主细胞的复制系统按照病毒基因的指令 复制新的病毒； 病毒的地位：生命、非生命体之间。1.2 生物界是一个多层次的组构系统 地球上的物质组织起来形成一个多层次的结构系统； 生物界多层次的组构系统； 每个层次都建筑在下一层次之上； 11 个组构层次生物大分子、细胞器、细胞、组织、器官、系统、个体、种群、群落、生态系统、生物圈。个体 个体（individual） 自然界能独立存在的基本生命单位； 单细胞个体原核、原生生物；多细胞个体人，复杂；个体 下面先考察个体以上的各个层次（宏观
8、） 种群（population） 定义：在一个地区，一群互交繁殖的同种个体； 物种存在、繁殖、进化的单位。 物种 物种的组成一个物种可以由许多种群组成，分别生活在不同地区； 物种的形成 地理隔离 阻断种群间基因交流； 环境差异、长期隔离种群 亚种 新物种； 群落 (community) 定义在一定空间里，多种生物种群的集合体； 群落适应它的环境； 群落内不同物种的种群之间的关系 不是任意物种的随机组合； 相互制约、相互依存； 群落是各个物种适应当地环境并彼此适应的产物。 生态系统 (ecosystem) 构成一定空间内，生物、非生物成分通过能量流动、物质循环构成相互依赖、制约的生态系统； 性质
9、地球表面自然界的基本单位； 大小鄱阳湖、长白山原始森林，小池塘、水坑； 生物圈（biosphere）地球上所有生态系统的总和，最大的生态系统。 上面介绍的是个体以上层次（宏观） 下面介绍个体以下层次（微观）个体 器官系统（系统，system） 定义若干相关器官组成能完成特定功能；个体 人体：至少 11 个系统（第 6 章）消化、呼吸、循环、排泄 神经系统（图6.10i）功能：调节各器官、系统 协调一致 整体；组成：脑、脊髓、脑神经、脊神经 器官 (organ) 定义：若干组织组成，能完成特定功能； 脑：图13.10神经系统的一个重要器官，由神经组织构成； 组织 (tissue) 定义：一种、几
10、种细胞结合起来的细胞群； 神经组织：神经细胞，图13.1+ 胶质细胞（支持、营养） 交织 网络； 类型：上皮、结缔、肌肉、神经。 细胞（cell） 生物体组构的基本单位； 不同类型的细胞 各有特定的形态、功能； 又具统一的结构模式如：细胞膜（质膜）、细胞质、细胞器； 细胞器（organelle）（图3.4 ） 特化的部分核、线粒体、内质网、核糖体、溶酶体、高尔基体等； 都有各自特定的位置、结构、功能如：线粒体，细胞呼吸处所，动力站动物细胞植物细胞 分子（molecule） 最后一个层次相当重要的层次； 生物体的化学成分特点含多种有机化合物，特别是核酸、蛋白质等生物大分子biomacromole
11、cule 核酸 相对分子质量（旧称分子量）很大，自然界中最大的化合物； 许多单体分子聚合而成； 重要作用：遗传物质脱氧核糖核酸，DNA，遗传信息编码在DNA长链中核苷酸顺序上。 生物界向外延伸生物分子、生态系统位于连续的阶层两端；生物分子向下 原子等；生态系统向上 地球等；但它们已不属于生物界。1.3 生物界可划分为 5 个界 物种的数量已知现存： 200万种；绝灭： 1500万种； 物种间的差异形态构造、生活习性、营养方式、生殖方式，等。 命名和分类：研究生物的需要 俗名（common names） 日常生活中常用猴、猿、鹰、蝇等； 缺点、问题一个名称往往包含多个物种，一个物种可能有多个名称
12、；需要制定统一、准确的名称。 学名（scientific name）林奈 Carl von Linne，图1.2，18世纪（17071778）瑞典，植物学家 双名法 binominal nomenclature用两个拉丁名作为物种的学名，属名 + 种名； 例：家猫 Felis catus Felis 属名，catus 种名； Felis 属其他成员Felis silvestris 欧洲野猫，Felis margarite 沙猫，Felis chaus 丛林猫，等。 人（智人）Homo saptiens LinneHomo 人属，saptiens 智慧。 分类阶元 (category) 定义：多
13、级的分类系统中，每级为一个分类阶元； 基本阶元：7 个界 (kingdom)、门 (phylum)、纲 (class)、目 (order)、科 (family)、属 (genus)、种 (species)。 辅助阶元：在某一阶元上、下再增加一个阶元；如：科之上，超科 superfamily；目之下，亚目 suborder； 生物的分界界：最大的分类阶元； 两界系统200 多年前，林奈，植物界、动物界。 三界系统1886年，海克尔 E. Haeckel，增加原生生物界（单细胞生物） 五界系统（图1.3）细菌、蓝细菌和真菌的地位不能再归在植物界；1967年，美，生态学家，惠特克 R. H. Whi
14、ttaker Monera ProtisiaPlataeFungi Animalia 原核细胞 (prokaryocyte) 细菌 (bacteria)蓝细菌 (cyanobacteria) 单细胞； 显著区别于其他四界生物的细胞 染色体：环状 DNA 分子； 无核膜、无其他具膜的细胞器。 原核生物界从细胞结构上看，细菌、蓝细菌应从植物界中分离出来，另立为原核生物界。 真核细胞 (eukaryocyte)其他四界生物的细胞，染色体：DNA分子、组蛋白、其他蛋白质；有核膜：双层；有多种细胞器：具膜线粒体、高尔基体等； 单细胞的真核生物原生生物界（原生动物、藻类） 原生动物：protozoans和
15、动物一样，吞噬营养，吞食藻类、细菌等。 藻类 algae和植物一样，光合作用 食物；单细胞藻类：大多数；多细胞藻类：少数；仍归原生生物界：细胞很少分化、类型简单，与植物差别较大，更接近单细胞藻类。 多细胞的真核生物依据营养方式不同 植物界、真菌界、动物界； 植物叶绿体 光合作用 食物，坚固的细胞壁； 真菌：图 29.1 2，蘑菇 子实体：固着于地面、树干，像植物：有细胞壁；不同于植物：无叶绿体，不能行光合作； 菌丝体：子实体下方土壤中，渗透营养：菌丝 水解酶 体外环境 分解生物遗体；复杂的生物大分子 小分子 吸收 自身的营养素。 真菌、植物不同营养方式、解剖结构；分属两个界是有道理的。 动物 似真菌：异养生物；无叶绿体，不能行光合作用； 不同于真菌吞食方式获得营养；能自由地运动； 不同于植物、真菌：无细胞壁。 生物界的三个域 (domain) 原核生物近 20 年来，基因组比较，原核生物 2 个主要分支：（真）细菌、古细菌 (archaea)；两者存
