农大附中生命科学讲座

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1、小分子，大世界 甘肃农业大学 生命科学技术学院 张 宁 Mob：13639321944 Small molecular, Big worldContents基因工程及其应用生命现象的多样性未知领域生命的功能单位细胞现代生命科学一、生命现象的多样性 大肠杆菌约宽1m，长长2 m，同样质样质 量的大肠肠杆菌比表面 积积是人的30万倍与环环境强力的物质质能量交换换能力！ 大肠肠杆菌消耗糖自重2000倍/h，即与人体等重的大肠肠杆菌1 小时时消耗的的糖量多于一个人一生消耗的粮食。强代谢谢 能力。 大肠肠杆菌20min繁殖一代惊人的繁殖速度。VS遗传繁殖与新陈代谢 遗传决定物种的延续性和稳定 没有可遗传

2、的变异，生物就不 可能进化 遗传是由基因决定的 性状的表达是基因和环境互作 的结果（勤能补拙）能量积累与食物链食虫草的0.5秒含羞草应激性珊瑚岛鱼: 在3040条 左右的群体 中, 只有一 条为雄性. 当雄性死后, 一条强壮的 雌性转变为 雄性. 环境决定性别 （变性）冬虫夏草诗云：“冬虫夏草名符实，一物竟能兼动植，世间物理信难穷。 ”传统的名贵滋补中药材，有调节免疫系统、抗肿瘤、抗疲劳功 效。昆虫与真菌的结合体。虫是蝙蝠蛾的幼虫，草是虫草真菌 。人类胚胎发育10病毒 非细胞型微生物通过吸附、侵入、控制宿主 细胞进行核酸复制和蛋白质 合成， 最终装配新子代病毒流 转 于 生 与 死 之 间平时

3、是毫无活力的晶体；一旦进入宿主，立即活跃异常“猛犸之谜”猛犸，也叫毛象，它身高体壮，身长达5米，体高约3米，门齿长1.5米左右，体重可达4-5 吨。猛犸生活在数万年以前的北冰洋冻土地带。在地球上生活了约50万年的猛犸，为什么 会在1万年前突然灭绝？ 是由于某种灾变引起的，还是由于猛犸自己缺少适应生存的条件 而灭绝的呢？猛犸的灭绝，和恐龙的灭绝一样，都是生物进化史中的未解之谜。 “恐龙灭绝之谜”人类在地球上生活了二三百万年；侏罗纪繁盛的恐龙，在地球上一共生存了一亿 三千多万年，白垩纪恐龙竟然一个不剩地、永远地灭绝。这实在是一桩千古疑案 。答疑：气候变迁？小行星撞地球？地壳板块剧烈运动？集体中毒？

4、进化成鸟？龟鳖家族的长寿之谜龟鳖与恐龙是同时代的动物。在白垩纪末期，几乎使全部有生命体，包括恐龙在 内都灭绝了，而龟得以生存下来。龟的离体心脏竟能在体外搏动2天之久。将龟 头砍下，可活数周。龟的寿命长达几百年。细胞研究发现，动物的成纤细胞繁殖 代数与动物寿命呈正相关。龟的成纤细胞体外培养高达117年代数。细胞从不发 生癌变。Contents基因工程及其应用生命现象的多样性未知领域生命的功能单位细胞现代生命科学生命科学，21世纪的带头学科！ 17-20世纪是物理学最为风光、最为辉煌、为人类文明与科学进步贡献最大的世纪。对物质原子结构的认识，使物理学进入鼎盛时期。原子弹的爆炸与人类走向太空，更使物

5、理学登峰造极。 21世纪生命科学成为自然科学的带头学科，统计美国“科学引文索引（SCI）”收录的4500余种学术刊物，发现有2350种左右为生物科学相关杂志！统计全世界引用指数（Impact factor）在10以上的超一流学术刊物，也发现80%左右是生物科学相关刊物。数、理、化相关学科生物学实验技术渗透 交叉近代生物学生物学个性共性宏观生物学 （生态学为核心）微观生物学 （分子生物学为核心）细胞水平分子水平结构生物学，发育生物学， 神经生物学等新兴学科发展生物多样性 研究资源保护与 利用人类生态环境的保护工农业生产持续发展二、现代生物学的发展按生物类群或研究对象：植物学、动物学 、微生物学、

6、病毒学、人类学、古生物学、 藻类学、昆虫学、鱼类学、鸟类学等按生物结构的层次：种群生物学、细胞生 物学、分子生物学、分子遗传学、量子生物 学等生命科学的分科生命科学正渗透到各学科领域人文科学 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 学病 理 学生物工程学生物材料生物传感器生物能源生物信息学Contents基因工程及其应用生命现象的多样性未知领域生命的功能单位细胞现代生命科学四、生命的基本功能单位细胞细胞 细胞群织组机体细胞的发现列文虎克（

7、制作显微镜）施莱登(植物学家)罗伯特胡克(定名cell)施旺(动物学家)细胞质细胞核内质网溶酶体细胞壁叶绿体有色体白色体液泡晶体分泌物吞噬中心体胞饮细胞膜动物与植物细胞线粒体动物细胞植物细胞细胞膜高尔基体细胞核、染色体 和DNA 细胞核内有DNA， DNA与蛋白质等紧密 结合形成染色质。 DNA高度螺旋化卷曲 ，压缩装在细胞核中 。最长的DNA约 3100mm，可螺旋在细 胞核中（原核细胞1- 10m，真核细细胞10- 100 m ）。真核生物染色体DNA组装不同层次的结构 (8000-10000倍压缩)DNA(2nm)核小体链(11nm，每个核小体200bp)纤丝(30nm，每圈6个核小体)

8、突环(150nm，每个突环大约75000bp)玫瑰花结(300nm ，6个突环)螺旋圈(700nm，每圈30个玫瑰花)染色体(1400nm,每个染色体 含10个玫瑰花)26染色质和染色体染色体的DNA上有 决定生物体遗传 、变异、生长、 发育的基因。每一种生物体 细胞内的染色体 数目总是恒定的 ，而且在大多数 高等生物中都是 成对存在的，称 为“二倍体”。27人类体细胞具有46 条染色体，即23对 ，为二倍体(2n). 其中44条(22对)为 常染色体， 另两 条(1对)与性别分 化有关，为性染色 体(女性为XX，男 性为XY) Contents基因工程及其应用生命现象的多样性未知领域生命的功

9、能单位细胞现代生命科学微生物工程微生物工程酶工程酶工程基因工程基因工程细胞工程细胞工程现代生物技术蛋白质工程蛋白质工程基因工程的概念1.基因概念Gene :一段可以编码具有某种生物学功能物质的 DNA序列。2.基因工程的概念是应用人工方法，把生物的遗传物质（DNA）分离出来，在体外进行切割、拼接和重组，然后将重组了的DNA导入宿主细胞 或个体，从而改变它们的遗传特性，或者使新的遗传信息在新的宿 主细胞或个体中大量表达，以获得基因产物（多肽或蛋白质）。 基因工程也称为基因操作或DNA重组技术，是20世纪70年代以后 兴起的一门新技术。改良作物、家畜品种；提高农作物和畜产品的品质（产量高、口感好

10、、抗病抗逆、适应能力强）；人类可能在新世纪里培育出超级物种；提供移植所需的器官以及各种替代组织；生产特殊药物或者疫苗。基因工程的应用转 基 因 西 红 柿1994年，美国食品和药品管理局（FDA）批准首个转基因食物西红柿FLAVRSVER进入消费市场。FDA相信该转基因西红柿与普通育种生长的西红柿同样安全。转多聚半乳糖醛酸酶反义基因转Bt基因的抗虫棉中国林科院培育的转Bt基因抗虫 欧洲黑杨目前，世界上约有3.5亿人感染乙型肝炎，德国吉 森大学的研究人员选择胡萝卜作为载体，将乙肝病 毒的表面蛋白基因注入胡萝卜，同时通过一种催化 剂提高胡萝卜基因中乙肝病毒蛋白的浓度。 这种转基因胡萝卜外表与普通胡

11、萝卜没有差异， 只是在成熟之前需利用一种荷尔蒙激活其基因，使 其释放出更大量的肝炎疫苗成分。玉米螟侵害和真菌感染的普通玉米(左) 转抗病基因玉米(右)“Golden” rice contrasted with ordinary rice富含胡萝卜素的转基因水稻Cucumber mosaic virus是番茄的癌症，重者可导致绝产，一般年份损失15%-20%。北京大学陈章良培育出抗CMV的转基因番茄对照花转基因矮牵牛花北京大学陈章良发光的水稻（转绿色荧光蛋白基因）真正蓝玫瑰面世 转基因技术造就 2008年11月1日，转基因蓝 玫瑰亮相日本东京国际花卉博 览会。 近年出现在花卉市场上的蓝 色玫瑰，

12、实际上是采用染色技 术培育而成的白玫瑰。 日本东京国际花卉博览会上 亮相的世界首批转基因玫瑰才 是真正的蓝玫瑰，这种玫瑰被 植入三色紫罗兰所含的一种能 刺激蓝色素产生的基因，花瓣 因而自然呈现蓝色。 神话成现实变绿叶为鲜花 美国和墨西哥科学家共同完成。他们发现一种芥子植物的所有基因中有五个是负责花瓣的生成的，而它们的生长基础与叶子完全相同，在叶子中也可发现这些基因，但它们已经有所变形。科学家们把叶子中的相关基因进行了改变，把整个叶子也变成了花瓣。 转基因食品转基因食品非转基因产品认证（NON-GMO）绿色食品质量安全认识这 些标志 吗？1981-1982 转基因动物的出生 超级鼠 1981年

13、美国科学家小鼠生殖细胞生长激 素基因可以不知疲倦地奔跑数小时、寿命更长、 拥有更强繁殖能力、吃得更多而不增加体重。转基因动物把 大 鼠 生 长 因 子 转 入 小 鼠得 到 巨 大 型 的 转 基 因 小 鼠 。转基因黄河鲤鱼，生长速度比对照快 转基因果蝇 1981控制眼睛颜色的基因Ry1基因果蝇胚胎野生型结果得到了眼睛颜色为红色的果蝇，表明转入的基因 已在体内表达。这一性状随果蝇繁殖保留了下来2009年8月5日，四只身体发出绿色荧光的小老鼠在广州动物园展出。 中山大学实验室 的老鼠是通过转基因方法植入了绿色荧光蛋白，这也是2008年诺贝尔化学奖的技术首次应用在广州的动物园展览中。转基因荧光猪

14、转基因荧光猫荧光斑马鱼（观赏、水体检测）我们是带有 荧光的转基 因鱼，漂亮 吧？斑马鱼是黑白相间，转水母绿色荧光蛋白或珊瑚虫红色荧 光蛋白的基因，在紫外线照射下，能够发出绿光或红光。 重金属、毒素、激素时，启动子会“打开”发光蛋白的基因转基因蚕这种蚕被导入了水母、珊瑚等的荧光蛋白质基因， 所结的茧在自然光照射下呈淡绿色或粉色，但经蓝 色发光二极管等光线照射后，通过滤镜观察则呈荧 光色。该成果有望应用于衣料及家装等领域。DollyDolly的标本和的标本和伊恩伊恩博士博士Dolly：1996.7.5.世界上第一只克隆羊Dolly由英国爱丁 堡大学的伊恩博士研制成功，2003.2.14.由于肺结核

15、而 被安乐死，它的标本于2003年4月9日陈列于苏格兰首都 爱丁堡国家博物馆。 三个母亲？克隆技术的科学意义和应用潜力在基础科学研究方面，将使人们了解去分化和再 程序化是怎么实现的； 在研究人类疾病方面，可以建立起与多个基因相 关的疾病的动物模型 ，对研究人类疾病发病机理 有着特别重要的意义 ； 与转基因结合起来，提供大量临床所需要的异种 器官； 扩增特殊的或不育的优良动物个体，比如克隆高 产奶牛等； 延缓某些濒危动物的消亡。猕猴安迪 2000年，实验室首次成功克隆了一只叫做安 迪的猕猴，后来科学家们陆续克隆了多只猴子 ，可用于研究人员测试糖尿病等病症。克隆猪 2000年，美国实验室引入基因改

16、良猪，使这 些克隆猪能够生长出适合人类的器官和细胞组 织。此次一共克隆了5头雌性猪，其中最大的 一头叫做米莉，它们是美国一家生物公司成功 克隆的。老鼠库姆利纳2000年，科学家在美国夏威夷成功克隆一只 老鼠，这只老鼠被命名为“库姆利纳”（ Cumulina），它一直存活了两年7个月。据 悉，这在克隆研究领域是一项重大突破。母牛诺托和卡加 这些母牛是在1998年被成功克隆的，随后 克隆了数千头母牛，这是日本克隆技术上的 最大成果，这项技术也为其他克隆技术生产 出更好的肉质和牛奶做出巨大贡献。山羊米拉和欧洲盘羊奥姆布雷塔山羊米拉是在1998年克隆的，当时它和自己的姐 妹们是从美国实验室被制造出来，科学家利用家畜