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1、五彩缤纷五彩缤纷千变万化的生命世界千变万化的生命世界2121世纪是生命科学的世纪世纪是生命科学的世纪第第1 1节节 走进生命科学的世纪走进生命科学的世纪生命科学生命科学概念：概念： 生命科学是生命科学是以生命为研究对象以生命为研究对象的科学和技的科学和技术的总称，是研究自然界所有生命现象及其术的总称，是研究自然界所有生命现象及其生命活动规律的科学。生命活动规律的科学。 生命科学涉及生命科学涉及医学、农学、健康、环境科医学、农学、健康、环境科学以及与其他学科学以及与其他学科交叉的领域。交叉的领域。 一、生命科学发展简史一、生命科学发展简史我国是世界上最早研究和利用动植物和真菌的国家。我国是世界上
2、最早研究和利用动植物和真菌的国家。古代中国：古代中国：公元前5000年，种植水稻；公元前3000年，饲养猪；春秋时代，诗经中记载的动植物达200多种；公元6世纪，北魏贾思勰的齐民要术总结了人工选择、人工杂交和定向培育的科学原理和方法；16世纪明代李时珍的本草纲目记载有可供药用的1094种植物和444种动物。生命科学是在人类的生产实践中产生的。生命科学是在人类的生产实践中产生的。盖盖 仑仑国外：国外：古希腊的古希腊的亚里士多德亚里士多德、古罗马的、古罗马的盖仑盖仑1717世纪，世纪，显微镜显微镜的发明（的发明（细胞水平细胞水平细胞水平细胞水平）1818世纪，世纪，林耐林耐创立了创立了“生物分类法
3、则生物分类法则”，制定了生物命名的方法，制定了生物命名的方法18381838年，年，施莱登和施旺施莱登和施旺提出提出“细胞学说细胞学说” 18591859年，年，达尔文达尔文发表发表物种起源物种起源，提出，提出“进化论进化论”19001900年，年，孟德尔孟德尔、摩尔根揭示摩尔根揭示了遗传的基本规律了遗传的基本规律19531953年，年，DNADNA双螺旋结构双螺旋结构分子模型的建立（分子模型的建立（分子水平分子水平分子水平分子水平）亚里士多德亚里士多德实验法实验法描述、比较法描述、比较法个体水平个体水平群体水平群体水平 17世纪世纪显微镜显微镜的发明，使生命科学的的发明，使生命科学的研究进入
4、了研究进入了细胞水平细胞水平.胡克用自制的显微镜观察软木塞时，胡克用自制的显微镜观察软木塞时，发现它是由一个个蜂窝状的小室组成发现它是由一个个蜂窝状的小室组成的，并首次用拉丁文的，并首次用拉丁文cella（小室）命（小室）命名。名。 18世纪，林耐创立世纪，林耐创立“生物分类法则生物分类法则”，制定了生物命名方法，制定了生物命名方法界界 门门 纲纲 目目 科科 属属 种种人人动物界动物界脊椎动物门脊椎动物门哺乳动物纲哺乳动物纲灵长目灵长目人科人科人属人属人种人种猩猩猩猩动物界动物界脊椎动物门脊椎动物门哺乳动物纲哺乳动物纲灵长目灵长目猩猩科猩猩科猩猩属猩猩属猩猩种猩猩种1838-1839 施莱登
5、和施旺提出了施莱登和施旺提出了“细胞学说细胞学说”施莱登施莱登施旺施旺除了病毒以外的所有生物都是由除了病毒以外的所有生物都是由细胞细胞构成的构成的 1859年，年，达尔文达尔文发表发表物种起源物种起源一书，一书，提出提出“进化论进化论”孟德尔的孟德尔的豌豆杂交实验豌豆杂交实验摩尔根的摩尔根的果蝇实验果蝇实验“DNA双螺旋结构双螺旋结构分子模型分子模型”的建立，将生的建立，将生命科学引入命科学引入分子水平分子水平。微观领域：微观领域： 分子生物学的应用分子生物学的应用宏观领域：宏观领域： 生态学的逐渐兴起生态学的逐渐兴起生命科学研究的生命科学研究的发展方向发展方向：1997年，英国科学家培育年，
6、英国科学家培育当代生命科学研究的重大成果：当代生命科学研究的重大成果：1999年，成功分离了人体年，成功分离了人体胚胎干细胞胚胎干细胞 胚胎干细胞又称胚胎干细胞又称“万能细胞万能细胞”，具有分化，具有分化成人类各种组织细胞的潜力。成人类各种组织细胞的潜力。曾被列为世界十大科学成就之首曾被列为世界十大科学成就之首干细胞有什么用呢？造血干细胞移植治疗白血病n造血干细胞移植是从60年代逐渐发展起来的一种医疗技术，最初是通过抽取供体骨髓而救治，使急性白血病的长期生存率提高到5070。n为发展此项技术作出重要贡献的美国医学家托马斯（E.DThomas）因此而获得了1990年度的诺贝尔医学奖。 n美国科学
7、家从尚未发病的糖尿病小鼠的胰岛管中分离出胰岛干细胞胰岛干细胞，并在体外诱导分化成能产生胰岛素的细胞。移植实验表明，接受移植的糖尿病鼠血糖浓度控制良好，而对照组小鼠则死于糖尿病。这为干细胞治疗糖尿病奠定了实验基础。胰岛干细胞移植治疗糖尿病2000年年6月月26日日人类基因组草图人类基因组草图绘制成功绘制成功2003年年4月月14日日人类基因组计划人类基因组计划完成完成中国完成了中国完成了3号染色体上的号染色体上的3000万个碱基对的测定万个碱基对的测定19901990年正式启动年正式启动先后参与国：美国、英国、日本、德国、法国、中国先后参与国：美国、英国、日本、德国、法国、中国1%1%简称简称
8、HGPHGP二、展望生命科学的新世纪二、展望生命科学的新世纪后基因组学后基因组学转基因技术转基因技术基因治疗基因治疗生物多样性保护生物多样性保护脑科学脑科学后基因组学探究：后基因组学探究：解读解读并探索人的结构和功能基因组：并探索人的结构和功能基因组： 如通过改变基因表达模式，干预或治疗疾病如通过改变基因表达模式，干预或治疗疾病 （希望通过这些深入的研究能把人类遗传密码破译以及对导致乳腺癌、（希望通过这些深入的研究能把人类遗传密码破译以及对导致乳腺癌、糖尿病、肥胖症、哮喘等遗传特征的基因加以具体研究，并提出具体糖尿病、肥胖症、哮喘等遗传特征的基因加以具体研究，并提出具体的解决办法，并将整个揭示
9、生命的所有遗传信息转移到在分子整体水的解决办法，并将整个揭示生命的所有遗传信息转移到在分子整体水平对功能的研究上来。平对功能的研究上来。 ）破译破译重要微生物和植物的基因组：重要微生物和植物的基因组： 如我国的水稻基因组计划如我国的水稻基因组计划启动启动环境基因组研究和基因技术的应用：环境基因组研究和基因技术的应用：转基因技术转基因技术 2007 2007 2007 2007年年年年9 9 9 9月，美国批准月，美国批准月，美国批准月，美国批准大规模种植转基因水稻，大规模种植转基因水稻，大规模种植转基因水稻，大规模种植转基因水稻，引起各界反响。引起各界反响。引起各界反响。引起各界反响。抗早熟转
10、基因番茄抗早熟转基因番茄乳汁中分泌人凝血因子的转基因山羊乳汁中分泌人凝血因子的转基因山羊 转基因食品转基因食品帝王蝶风波帝王蝶风波1999年美国科学家用一种转入抗虫基因的玉米花粉的马利筋草喂养帝王蝶幼虫导致死亡年美国科学家用一种转入抗虫基因的玉米花粉的马利筋草喂养帝王蝶幼虫导致死亡基因治疗：基因治疗：1990年美国国立卫生研究院用年美国国立卫生研究院用ADA基因治愈一位基因治愈一位由于由于ADA基因缺陷导致严重免疫缺损的基因缺陷导致严重免疫缺损的4岁女孩岁女孩.基因治疗侏儒症基因治疗侏儒症nKagami证证实实用用涎涎腺腺基基因因治治疗其合成蛋白可投递到全身。疗其合成蛋白可投递到全身。n 将将
11、AdGH经经尾尾静静脉脉注注入入侏侏儒儒小小鼠鼠，血血中中生生长长激激素素升升高高，恢恢复复到到正正常常范范围围，侏侏儒儒小小鼠鼠生生长长发发育育明明显显改改善善，接接近近正正常常小小鼠鼠，对对照照组组侏侏儒儒小小鼠鼠体体重重仅仅为为治治疗疗组组的的十十分分之之一一。动物实验已见很好的苗头。动物实验已见很好的苗头。基因治疗基因治疗能解决我能解决我的问题吗的问题吗？基因治疗肥胖基因治疗肥胖n 台台湾湾中中研研院院 李李英英惠惠利利用用基基因因治治疗疗来来防防止止肥肥胖胖。可可利利用用基基因因取取代代策策略略，把把体体内内一一个个控控制制脂脂肪肪细细胞胞发发育育因因子子取取代代成成另另一一功功能能
12、相相似似相相互互有有别别的的因因子子,脂脂肪肪转转变变成成高高代代谢谢活活性性的的能能量量消消耗耗, 不不影影响响人脂肪功能及正常代谢机能人脂肪功能及正常代谢机能 。 n这项基因治疗已在老鼠身上获得良好的效果，经过基这项基因治疗已在老鼠身上获得良好的效果，经过基因治疗者虽然美食保持苗条体型。因治疗者虽然美食保持苗条体型。该研究可望让人们吃该研究可望让人们吃得多、吃得好，不运动也不会增胖。得多、吃得好，不运动也不会增胖。n 其它治疗肥胖的策略其它治疗肥胖的策略: PCG-1,瘦素基因瘦素基因,能量代谢开能量代谢开关关, 脂肪吸收基因反义抑制脂肪吸收基因反义抑制, 线粒体解偶联蛋白基因等线粒体解偶
13、联蛋白基因等.在江河干流、支流烂建水闸后果会如何？在江河干流、支流烂建水闸后果会如何？生物多样性保护：生物多样性保护：环境污染环境污染导致鱼类的大量死亡导致鱼类的大量死亡l人类与其赖以生存和发展的自然环境之间产人类与其赖以生存和发展的自然环境之间产生着日益尖锐的矛盾生着日益尖锐的矛盾l保护生物多样性是保护地球生态系统的重点保护生物多样性是保护地球生态系统的重点生物息栖地破坏生物息栖地破坏脑科学：脑科学：研究人脑的结构和功能的科学研究人脑的结构和功能的科学脑科学研究的三大目标脑科学研究的三大目标“认识脑、保护脑、创造脑认识脑、保护脑、创造脑” 可以预测：可以预测：21世纪一定会成为世纪一定会成为
14、生命科学取得重大突破的世纪，生生命科学取得重大突破的世纪，生命科学将会以惊人的速度发展，对命科学将会以惊人的速度发展，对社会、经济、人类生活方式及思维社会、经济、人类生活方式及思维方式产生深刻的影响。方式产生深刻的影响。阶段阶段时间时间代表成果代表成果描述法和描述法和比较法生比较法生物学阶段物学阶段19001900年年以前以前德国的植物学家施莱登和动物学家施旺创立德国的植物学家施莱登和动物学家施旺创立的的 学说，指出细胞是一切动植物结构的学说，指出细胞是一切动植物结构的基本单位。基本单位。英国生物学家达尔文的英国生物学家达尔文的 ，科学地阐，科学地阐明了以自然选择学说为中心的生物进化理论。明了
15、以自然选择学说为中心的生物进化理论。实验法生实验法生物学阶段物学阶段1900190019531953年年孟德尔孟德尔 的重新发现。摩尔根进一步揭示的重新发现。摩尔根进一步揭示了了 机制。机制。分子生物分子生物学阶段学阶段19531953年年现在现在19531953年，美国的沃森和英国的克里克提出了年，美国的沃森和英国的克里克提出了 分子的分子的 结构，是结构，是2020世纪生物科学最世纪生物科学最伟大的成就，是分子生物学诞生的标志。伟大的成就，是分子生物学诞生的标志。1990199020032003年年 （HGPHGP）1、请补充完成下表：、请补充完成下表：2、我国明朝杰出的、我国明朝杰出的医
16、学家李时珍所著的医学和生物学医学家李时珍所著的医学和生物学巨著是巨著是 ( )( ) A A、物种起源物种起源 B B、齐民要术齐民要术 C C、本草纲目本草纲目 D D、细胞学说细胞学说3、被称为、被称为“万能细胞万能细胞”的是（的是（ ）A、红细胞、红细胞 B、干细胞、干细胞 C、肝细胞、肝细胞 D、脑细胞、脑细胞4、关于人类生存和发展的一个重大课题是（、关于人类生存和发展的一个重大课题是（ ） A、生物技术、生物技术 B、信息技术、信息技术 C、环境保护、环境保护 D、核能技术、核能技术第第2 2节节 走进生命科学实验室走进生命科学实验室生命科学的探究生命科学的探究生命科学探究的原动力生
17、命科学探究的原动力 好奇心好奇心是创新精神的源泉是创新精神的源泉 走走进进生生命命科科学学实实验验室室连续观察连续观察3 3年，水族箱里的柳条鱼每当年，水族箱里的柳条鱼每当4 4月中旬就产卵繁殖。月中旬就产卵繁殖。为什么为什么柳条鱼在柳条鱼在4月中旬产卵繁殖呢月中旬产卵繁殖呢？1.1.生命科学探究的基本步骤生命科学探究的基本步骤提出疑问提出疑问提出假设提出假设设计实验设计实验实施实验实施实验分析数据分析数据得出结论得出结论新的疑问新的疑问可能是可能是水温水温随季节变化升高引起随季节变化升高引起可能是可能是日照时间日照时间随季节变化延长引起随季节变化延长引起可能是可能是引起引起设计实验要做的主要
18、是：设计实验要做的主要是：实验步骤实验步骤 分组（对照）分组（对照） 处理处理 a.a.施加变量：水温或日照时间等施加变量：水温或日照时间等 b.b.控制等量：控制等量：2.2.生命科学实验的基本要求生命科学实验的基本要求带着问题学习带着问题学习了解方法和步骤了解方法和步骤做好观察和记录做好观察和记录及时处理数据及时处理数据做好讨论和实验报告做好讨论和实验报告实验实验1.1 1.1 细胞的观察和测量细胞的观察和测量显微镜显微镜 显微镜显微镜显微测微尺显微测微尺实验实验1.1 1.1 细胞的观察和测量细胞的观察和测量 世界上第一架显微镜是荷兰眼镜商Z.Jansen(1588-1628)于1604
19、年创制的。用来观察跳蚤，故称为“跳蚤镜”。 目前使用的显微镜有普通光学显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜、荧光显微镜和电子显微镜等。显微镜的发展简史第一台有科研价值的显微镜是英国学者虎克（Robert Hooke)制造的。 罗伯特罗伯特虎克（虎克（16351703） 英国物理学家，1665年用自己创造出的第一台能放大200倍的复式显微镜观察到了细胞，虎克从一小块清洁的软木上切下光滑的薄片，将它放置在一片黑色的载物板上，再用一个深度的平凸镜投光其上，于是他看到薄片全是多孔多洞的，像一个蜂窝，虎克首先把这些空隙叫做细胞，这个名称一直沿用至今。实际上，当时虎克看到的是死了的植物细胞残留的细胞壁，并由它
20、围成封闭状的小室，中间充满了空气，富有弹性。但是，虎克的工作使人们对生物结构的认识，进入到细胞这个微观领域。常常见见的的光光学学显显微微镜镜 分辨率分辨率(resolution) 分辨率是指能分辨出的相邻两个物点间最小距离的能力， 这种距离称为分辨距离。分辨距离越小，分辨率越高。人眼的分辨率是 100 m；光学显微镜的最大分辨率是 0.2 m，即能放大1500倍；透射电子显微镜的分辨率是0.2nm，即能放大50万倍。1234567891011121314目镜目镜镜筒镜筒粗调节器粗调节器细调节器细调节器镜臂镜臂转换器转换器物镜物镜载物台载物台聚光器、光圈聚光器、光圈透光孔透光孔反光镜反光镜镜座镜
21、座镜柱镜柱弹簧夹片弹簧夹片 显微镜的使用显微镜的使用1、准备：、准备：将显微镜平稳地放在实验桌上，略偏左，使镜臂对着身体，镜筒向前将显微镜平稳地放在实验桌上，略偏左，使镜臂对着身体，镜筒向前2、对光：、对光：转动转换器，转动转换器，使低倍镜对准透光孔，并放大光圈，使低倍镜对准透光孔，并放大光圈，至看到白色明亮的视野；至看到白色明亮的视野；光线强时，平面镜对着光源；光线弱时，凹面镜对着光源光线强时，平面镜对着光源；光线弱时，凹面镜对着光源3、低倍镜观察：、低倍镜观察：将玻片放在载物台上，用弹簧夹片夹住载玻片两端，先下降镜将玻片放在载物台上，用弹簧夹片夹住载玻片两端，先下降镜筒，然后筒，然后左眼左
22、眼注视目镜，右眼睁开，转动注视目镜，右眼睁开，转动粗调节器粗调节器，直到视野中看到清晰的物象，直到视野中看到清晰的物象4、高倍镜观察：、高倍镜观察：把要进一步放大观察的物像移到视野正中央把要进一步放大观察的物像移到视野正中央，转动转换器，转动转换器，使高倍镜到位使高倍镜到位（转动时，从侧面注视镜头是否可能与玻片相撞）（转动时，从侧面注视镜头是否可能与玻片相撞） ，再调节，再调节细调节器细调节器。如光线较暗，可调节反光镜（聚光器）、光圈，使视野明亮如光线较暗，可调节反光镜（聚光器）、光圈，使视野明亮显微测微尺（见下图）包括目镜测微尺（目尺）和物镜测微尺（台尺），测量时须将其配合使用方可达到测量目
23、的。 目镜测微尺(直线式)为一圆形玻片,直径为2021mm，玻片中央有一横线刻有大小格的等距离线。 物镜测微尺为一特制的玻片，中央圆圈内有一1mm长分为100个等距小格的刻线，每一小格即10m。目镜测微尺物镜测微尺显微测微尺显微测微尺是在显微镜下测量生物细微结构的测微工具，通常用它测量细胞各部分的大小、厚薄和面积。显微测微尺及其使用 用目尺来测量细胞大小时，因为它的刻度没有具体长度，所以必须先用台尺核实目尺每一格的长度。具体方法如下：（1）从显微镜上取下目镜，卸下目镜的上部透镜，将目尺轻轻地加在光圈板上（注意别放倒了），再旋上目镜的上透镜。（2）将台尺的刻度面向上，放在镜台上夹好，调节焦距，使
24、台尺刻度清晰可见。（3）细心移动台尺和转动目尺，使两尺平行,并使左边的一直线重合。然后由左向右找出两尺的另一重合的直线（如下图所示）。（4）记录下两条重合线间目尺和台尺的格数，按下列公式，计算出目尺每格等于多少um：目尺每格的长度（目尺每格的长度（mm）(两重合线间台尺的格数/目尺的格数)10例如右图台尺一格等于目尺5格，目尺每格长度1/510m2m（5）取下台尺，换上你需要测量的标本，此时，用目尺就可直接测量欲测标本的大小，也就是测出目尺的格数，然后再将测得的格数乘以已测出的每格长度，即可算出该标本的实际大小。当更换另一个物镜时,必须再次较尺。用显微镜观察装片时，在低倍镜视野中用显微镜观察装
25、片时，在低倍镜视野中发现有一异物，当移动装片时，异物不发现有一异物，当移动装片时，异物不动，转换高倍镜后，异物仍可观察到，动，转换高倍镜后，异物仍可观察到，则此异物则此异物可能可能存在存在( )( )A A、物镜上、物镜上 B B、目镜上、目镜上C C、实验材料、实验材料 D D、反光镜上、反光镜上用显微镜镜检人血涂片时，发现视野内用显微镜镜检人血涂片时，发现视野内有一清晰的淋巴细胞如图。为进一步放有一清晰的淋巴细胞如图。为进一步放大该细胞，首先应将其移至视野正中央，大该细胞，首先应将其移至视野正中央，则装片的移动方向应是则装片的移动方向应是( ( ) )A A、向右上方、向右上方 B B、向左上方、向左上方C C、向右下方、向右下方 D D、向左下方、向左下方显微镜放大倍数显微镜放大倍数= =目镜目镜放大倍数放大倍数物镜物镜放大倍数放大倍数长度和宽度同时放大长度和宽度同时放大成像特点：成像特点：放大倒的虚像放大倒的虚像（两点间直线距离的放大）（两点间直线距离的放大）
