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1、欢迎大家参加生物竞赛辅导班欢迎大家参加生物竞赛辅导班1. 生物学竞赛时间生物学竞赛时间 2012年4月份北京市初赛 2012年 5月份全国生物学联赛 关于生物学竞赛2. 生物学竞赛内容生物学竞赛内容I.细胞生物学（25%） II.植物解剖和生理（15% ）III.动物解剖和生理（15%） IV.动物行为学（5%）V遗传学与进化（15%）VI生态学（15%） VII.生物系统学（10%） 关于生物学竞赛4. 推荐的书籍推荐的书籍陈阅增普通生物学陈阅增普通生物学（第三版）高等教育出版社 高中生物学必修和选修植物学、动物分类、植物生理、动物生理、动物行为、生物化学、细胞学、遗传学、生态学关于生物学竞
2、赛课程内容课程内容1.学习内容学习内容陈阅增普通生物学陈阅增普通生物学2.学习方式：课后阅读学习方式：课后阅读+课堂学习课堂学习 阅读量：阅读量：3页页/天天 读书笔记读书笔记本课程的主要内容l2.2.如何学习普通生物学如何学习普通生物学兴趣是最好的老师兴趣是最好的老师 热爱生命而喜爱生命科学热爱生命而喜爱生命科学 - - 天然天然; ;感觉感觉: :神秘、神妙、神圣；神秘、神妙、神圣； 主动探索主动探索 。提出问题富于想象提出问题富于想象 保持天性好奇和经常提问。保持天性好奇和经常提问。 自学自学 笔记笔记 预习复习预习复习把握生命的层次把握生命的层次 个体个体器官器官组织组织 细胞细胞细胞
3、器细胞器分子分子原子原子 微观生物学；微观生物学；进化进化 生态生态 宏观生物学宏观生物学 生命科学是实验科学生命科学是实验科学第一章第一章 绪绪 论论 生生 物物 学学 (biology)(biology)或或 生生 物物 科科 学学 (biological (biological sciences)sciences)是是研研究究生生物物体体生生命命现现象象和和生生命命活活动动的的科科学学，因因此，又称为此，又称为生命科学生命科学(life sciences)(life sciences)。 生生物物学学研研究究生生物物体体的的形形态态 、构构造造、行行为为、机机能能、演演变变及其与环境间相
4、互关系等问题的学科。及其与环境间相互关系等问题的学科。一一. . 什么是生物科学？什么是生物科学？一、地球与生命l迄今为止唯一发现有生命的星球迄今为止唯一发现有生命的星球( (地球地球4545亿年亿年前形成前形成, ,生命生命3838亿年前出现亿年前出现) )l为什么地球适合生命生存？为什么地球适合生命生存？l地球和生命协同进化地球和生命协同进化l其他星球上有生命吗其他星球上有生命吗? ?l地球上生物的分布地球上生物的分布 l岩石圈、水圈、大气圈岩石圈、水圈、大气圈-生物圈生物圈l飞翔的鸟类最高离地面可达飞翔的鸟类最高离地面可达2000ml细菌生活在深达细菌生活在深达4000m的海底的海底l细
5、菌生活在地下深达细菌生活在地下深达2000m的的石油矿床石油矿床l赤道和南极极地赤道和南极极地 但大多海洋生物则是聚集在但大多海洋生物则是聚集在150m深度以内的；深度以内的； 生物只局限在地下深约生物只局限在地下深约50m以内的土壤中。以内的土壤中。二、生命的特征（一）结构、组成的统一性（一）结构、组成的统一性1.化学成分的同一性化学成分的同一性l化学元素、生物大分子、遗传密码、贮能分子、生物过程等。化学元素、生物大分子、遗传密码、贮能分子、生物过程等。2.严整有序的结构严整有序的结构l 生命的基本单位是细胞生命的基本单位是细胞-有序性有序性l整个生物界是一个多层次的有序结构：整个生物界是一
6、个多层次的有序结构：细胞细胞 组织组织 器官器官 系统系统 个体个体l l 生态系统生态系统 群落群落 种群种群细胞是生物的基本组成单位（病毒除外）细胞是生物的基本组成单位（病毒除外）l（二）新陈代谢、生长、运动是生命的本能（二）新陈代谢、生长、运动是生命的本能 3.3.生物的新陈代谢（生物的新陈代谢（metabolism)metabolism) 生物最基本的特征生物最基本的特征l新陈代谢是指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，生物吸收一些物质动，生物吸收一些物质, ,在生物体内发生一系列变化，最后成为代谢在生物体内发生一系列
7、变化，最后成为代谢过程的最终产物而被排出体外的过程。过程的最终产物而被排出体外的过程。合成代谢（合成代谢（anabolism) anabolism) ：即从外界摄取物质和能即从外界摄取物质和能, ,将它们转化为生命本将它们转化为生命本身的物质和储存在化学键的化学能；也身的物质和储存在化学键的化学能；也称称同化作用。同化作用。分解分解代谢（代谢（catabolism)catabolism) ：即分解生命物质即分解生命物质, ,将能量释放出来将能量释放出来, ,供生命活供生命活动只用；也称异化动只用；也称异化作作用用 。l4.生物的应激性生物的应激性和运动和运动生物体对生物体对外界外界刺激发生刺激
8、发生符合符合目的目的反应的特性，反应的特性，叫做叫做应激性。应激性。l5. 生长（生长（growth)发育、繁殖发育、繁殖l（三）遗传、变异和进化（三）遗传、变异和进化l6.遗传、变异和进化遗传、变异和进化遗传遗传(heredity)(heredity)：遗传物质从上代传给下代遗传物质从上代传给下代, ,从而使上代的形态特征或生理特性等性状在下从而使上代的形态特征或生理特性等性状在下代代得以得以表现表现。l 上代和下代之间以及后代个体之间总有些差上代和下代之间以及后代个体之间总有些差异，这种现象叫做变异异，这种现象叫做变异(variation(variation) )。l 遗传和变异都是普遍的
9、生命现象遗传和变异都是普遍的生命现象, ,二者同时二者同时存在存在。l进化：生物即有遗传又有变异，构成了生物进进化：生物即有遗传又有变异，构成了生物进化的历史。化的历史。意义：遗传性：性：保证种的相对稳定性和生物类型保证种的相对稳定性和生物类型 间的区别间的区别 变异性：异性： 产生新的性状产生新的性状 导致物种的变化发展导致物种的变化发展 假如假如仅有有遗传而无而无变异：异：生物界就无进化的原材料生物界就无进化的原材料 遗传只是简单的重复遗传只是简单的重复生物就不能进化生物就不能进化 生命通过繁殖生命通过繁殖而延续，而延续，DNADNA是生物遗传的是生物遗传的基本物质基本物质l（四）适应环境
10、（四）适应环境l7.7.稳态稳态(homeostasis)(homeostasis) 稳态：贝而纳稳态：贝而纳( (C.BernardC.Bernard) )、坎农坎农( (W.B.ConnonW.B.Connon) ) 生态系统保持相对稳定也是一种的稳态生态系统保持相对稳定也是一种的稳态. .l8. 8. 适应适应(adaptation)(adaptation) （一）组成、结构的统一性（一）组成、结构的统一性（一）组成、结构的统一性（一）组成、结构的统一性（二）新陈代谢、生长、运动是生命的本能（二）新陈代谢、生长、运动是生命的本能（二）新陈代谢、生长、运动是生命的本能（二）新陈代谢、生长、
11、运动是生命的本能（三）遗传、变异和进化（三）遗传、变异和进化（三）遗传、变异和进化（三）遗传、变异和进化（四）适应环境（四）适应环境（四）适应环境（四）适应环境生命是具有以上共同特征的生命是具有以上共同特征的物质存在形式物质存在形式 能量流能量流能量流能量流 信息流信息流信息流信息流 进化流进化流进化流进化流 二、生命的特征三三 生物多样性与五界分类系统生物多样性与五界分类系统 分布广泛分布广泛 （生态系统多样性）（生态系统多样性） 种类繁多（物种多样性）种类繁多（物种多样性） 形态各异（遗传多样性形态各异（遗传多样性 ） 正是生物这种形式多样、千奇百怪正是生物这种形式多样、千奇百怪、 仪态万
12、千的生命形式仪态万千的生命形式，才使我们的地球才使我们的地球生机勃勃生机勃勃，我们的生活我们的生活丰富多彩丰富多彩 。三 生物多样性与五界分类系统l地球上已命名的生物约有地球上已命名的生物约有200万种，万种，其中植物其中植物26万种、昆虫万种、昆虫75万种、万种、脊椎动物脊椎动物50万种。已灭绝的生物约万种。已灭绝的生物约有有1500万种。据科学家估计，地万种。据科学家估计，地球上共有生物球上共有生物500-3000万种。万种。1.生物多样性公约(CBD)l19921992年年6 6月月，150150多个国家首脑在巴西里约热内多个国家首脑在巴西里约热内卢召开的全球首脑会议上签定，至今，这一公
13、卢召开的全球首脑会议上签定，至今，这一公约已经得到约已经得到189189个国家的认同和加盟，从而使个国家的认同和加盟，从而使之成为至今为止范围最广的环境公约之成为至今为止范围最广的环境公约 。生生物多样性公约物多样性公约的宗旨的宗旨-生物多样性的保护、生物多样性的保护、生物资源的可持续性利用，以及基因资源既得生物资源的可持续性利用，以及基因资源既得利益的平等分享。利益的平等分享。19931993年年1212月月2929日日生物多样生物多样性公约性公约作为野生生物保护新框架作为野生生物保护新框架生效生效,1994,1994年年1212月月1919日日, ,联合国大会宣布联合国大会宣布1212月月
14、2929日为日为“国国际生物多样性日际生物多样性日” ” 2.生物的命名林奈及其双名法林奈及其双名法 17351735 出版出版自然系统自然系统 首创纲、目、属、种的分类概念首创纲、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制订了一个统一的生物命名法即双名法(binomial nomenclature)(binomial nomenclature)。 l双名法（拉丁文）：属名、种名双名法（拉丁文）：属名、种名如：如：Escherichia coli Escherichia coli 大肠杆菌大肠杆菌书写成斜体字，如手写时则在下面划一横书写成斜体字，如手写时则在下面划一横Linna
15、eus1707-1778Linnaeus1707-17783.生物的分类阶元生物的分类从高级到低级分为：生物的分类从高级到低级分为：7 7级级 界（界（kingdom)kingdom)、门、门( (plylumplylum) )、纲、纲(class)(class)、目、目(order)(order)、科、科(family)(family)、 属属(genus)(genus)、种（、种（speciesspecies）3.生物的分类阶元l瑞典植物学家瑞典植物学家林奈（林奈（CarolusCarolus Linnaeus Linnaeus）的的两两界分类系统界分类系统：植物界、动物界植物界、动物界l
16、1886年法国生物学家年法国生物学家海克尔海克尔（E.Haeckel）提）提出出三界分类系统三界分类系统： 原生生物界：原生生物界：单细胞动物、细菌、真菌、单细胞动物、细菌、真菌、 多细胞藻类多细胞藻类 植物界植物界: 动物界：动物界：五界分类系统五界分类系统：1969年美国学者年美国学者慧特克慧特克（R.H.Whittaker）提出提出五界分类法：五界分类法： -原核生物界原核生物界(Monera)：细菌、立克次氏体、支原：细菌、立克次氏体、支原体、衣原体、蓝藻体、衣原体、蓝藻l原生生物界原生生物界(Protista) ：单细胞的原生动物：单细胞的原生动物（如变形虫、草履虫）、藻类、粘菌类。
17、（如变形虫、草履虫）、藻类、粘菌类。l真菌真菌(Fungi)：真菌：真菌l植物界植物界(Plantae)：苔藓植物、蕨类植物、裸子苔藓植物、蕨类植物、裸子植物、被子植物植物、被子植物l动物界动物界(Animalia)：无脊椎动物、脊椎动物：无脊椎动物、脊椎动物分类的方法l自然分类自然分类：除用形态特征作为分类性状外，还用生除用形态特征作为分类性状外，还用生态、行为、生理、生化、地理等方面的资料作为分类态、行为、生理、生化、地理等方面的资料作为分类依据，以生物学概念替代了纯形态概念。依据，以生物学概念替代了纯形态概念。l细胞分类细胞分类：应用细胞学特征进行物种分类称为细胞应用细胞学特征进行物种分
18、类称为细胞分类学分类学( (cytotaxonomycytotaxonomy) )l生化分类生化分类：蛋白质电泳、抗原抗体反应、蛋白质序蛋白质电泳、抗原抗体反应、蛋白质序列比较列比较l分子分类分子分类：利用核酸序列之间的同源性进行分类，利用核酸序列之间的同源性进行分类，亲缘关系越近，同源性序列越多。亲缘关系越近，同源性序列越多。四 生物学分科l根据具体根据具体研究对象研究对象分分l动物学（动物学（zoology)、植物学、植物学(botany)、微生物学、微生物学(microbiology)l根据根据研究内容研究内容的特点分的特点分l分类学，形态学，胚胎学，古生物学，遗传学，生态学，生分类学，
19、形态学，胚胎学，古生物学，遗传学，生态学，生理学，生物化学，生物物理理学，生物化学，生物物理l根据生物的根据生物的结构水平结构水平分分l分子生物学，细胞生物学，组织生物学，器官生物学，个体分子生物学，细胞生物学，组织生物学，器官生物学，个体生物学，群体生物学生物学，群体生物学根据研究生物的根据研究生物的手段手段分分生物化学，生物物理学，生物数学，仿生学生物化学，生物物理学，生物数学，仿生学l生物学研究方法很多，解决生物学的问题要用生物学研究方法很多，解决生物学的问题要用科学的方法。科学的方法。l科学方法依次包括以下内容：科学方法依次包括以下内容：l科学观察、提出问题、假设、实验、结论。科学观察
20、、提出问题、假设、实验、结论。五 生物学的常用研究方法假说和实验（假说演绎法） 实验是实验是人为地干预、控制人为地干预、控制所研究对象的条件下所研究对象的条件下进行的观察。进行的观察。l用实验的方法研究客观事物，要求用实验的方法研究客观事物，要求根据根据已有的已有的事实事实(来自观察或来自实验来自观察或来自实验)提出假说提出假说，再根据，再根据假说推导出一个可以用实验加以检验的预测，假说推导出一个可以用实验加以检验的预测，然后然后实施实施这个这个实验实验来来加以验证。加以验证。模型实验模型实验直接用研究对象进行实验非常困难，或者直接用研究对象进行实验非常困难，或者简直不可能时，可用简直不可能时
21、，可用模型模型代替研究对象来代替研究对象来进行实验。进行实验。1.1. 用用动物模型动物模型代替人体进行实验代替人体进行实验。2.2. 抽象模型抽象模型数学模型、图表模型。数学模型、图表模型。用模型研究在用模型研究在时间上极为遥远的事件时间上极为遥远的事件。用用机械和电子模型机械和电子模型对动物功能进行模拟实验对动物功能进行模拟实验生物学经历了三个发展阶段：生物学经历了三个发展阶段：描述生物学阶段描述生物学阶段 （1919世纪中叶以前）世纪中叶以前）实验生物学阶段（实验生物学阶段（1919世纪中到世纪中到2020世纪中）世纪中）创造生物学阶段创造生物学阶段 （2020世纪中叶以后）世纪中叶以后
22、）六 生物学的历史发展简况l实验生物学阶段实验生物学阶段曲颈瓶实验曲颈瓶实验曲颈瓶实验曲颈瓶实验创造生物学阶段基因工程基因工程二十世纪生物科学的新貌l分子生物学分子生物学：1953年年Watson 、Crick提出分提出分子双螺旋结构。子双螺旋结构。lDNA体外重组体外重组：1973年美国斯坦福大学教授年美国斯坦福大学教授Cohn、加州大学教授加州大学教授Boyer几乎同时完成几乎同时完成DNA体外重组。体外重组。l体细胞克隆羊体细胞克隆羊“多莉多莉”：1997年苏格兰生物学家年苏格兰生物学家Wilmut完成了首例哺乳动物绵羊完成了首例哺乳动物绵羊“多莉多莉”的克隆。的克隆。l人类全基因组人类
23、全基因组：2001年中、美、英、法、德、日六年中、美、英、法、德、日六国科学家完成人类全基因组的测序。国科学家完成人类全基因组的测序。二十世纪生物科学的新貌二二十十世世纪纪随随着着物物理理学学和和化化学学的的发发展展，以以及及这这些些技技术术向向生生物物学学的的渗渗透透，使使生生物物学学技技术术迅迅猛猛发发展。展。l例如：例如：X-射线衍射技术射线衍射技术，电子显微镜，电子显微镜，激光，激光，中子衍射技术中子衍射技术，电子计算机电子计算机，层析层析，同位素同位素追踪追踪，电泳电泳和和超高速离心技术超高速离心技术，以及近年来，以及近年来发展起来的发展起来的氨基酸自动分析氨基酸自动分析、核酸测序核
24、酸测序、PCR(聚合酶链式反应聚合酶链式反应)和和RAPD(随机扩增多随机扩增多态态DNA)、GPS(全球卫星定位系统全球卫星定位系统)等技术等技术l基因组学、蛋白组学、生物芯片、干细胞基因组学、蛋白组学、生物芯片、干细胞l 生命科学的发展趋向生命科学的发展趋向：l（1）学科精细化同时学科相互交叉、渗透、学科精细化同时学科相互交叉、渗透、相辅相承：相辅相承：80年代年代生物技术年代；生物技术年代； 90年代年代生物高科技年代；生物高科技年代； 21世纪世纪生物世纪生物世纪 l（2）学科宏观化：环境生态学引起极大的关学科宏观化：环境生态学引起极大的关注，生态问题是直接关系到人类存亡的问题。注，生
25、态问题是直接关系到人类存亡的问题。l（3）向生命本质前进（微观方向：深入到细向生命本质前进（微观方向：深入到细胞、分子、基因水平，而且进展很快）。胞、分子、基因水平，而且进展很快）。21世纪是生命科学世纪生物技术革命生物技术革命生物技术革命生物技术革命2121世纪世纪世纪世纪创造生命创造生命创造生命创造生命 ！人类文明发展的三次技术革命：人类文明发展的三次技术革命：人类文明发展的三次技术革命：人类文明发展的三次技术革命：工业革命工业革命工业革命工业革命1919世纪世纪世纪世纪解放双手解放双手解放双手解放双手信息革命信息革命信息革命信息革命2020世纪世纪世纪世纪解放大脑解放大脑解放大脑解放大脑
26、七 生物学与现代社会生活的关系为什么要学习生物学l（一）世界面临的很多重大问题（一）世界面临的很多重大问题, ,解决这些解决这些问题需要生物学知识技术问题需要生物学知识技术人口膨胀；人口膨胀；人口膨胀；人口膨胀；粮食短缺；粮食短缺；粮食短缺；粮食短缺；疾病危害；疾病危害；疾病危害；疾病危害；环境污染；环境污染；环境污染；环境污染；能源危机；能源危机；能源危机；能源危机；资源匮乏；资源匮乏；资源匮乏；资源匮乏；生态平衡破坏；生态平衡破坏；生态平衡破坏；生态平衡破坏；生物物种大量消亡。生物物种大量消亡。生物物种大量消亡。生物物种大量消亡。利用航天技术育种疾病危害l基因治疗基因治疗获得初步成功血友病
27、等获得初步成功血友病等。l单抗药物单抗药物“生物导弹生物导弹”治疗肿瘤疾病、自身免治疗肿瘤疾病、自身免疫疾病。疫疾病。l干细胞干细胞治疗疾病展示诱人前景。治疗疾病展示诱人前景。能源危机l矿物能源（石油、煤）必将枯竭，矿物能源（石油、煤）必将枯竭，生物能源生物能源已已在开发之中。在开发之中。l替代能源替代能源：一个：一个 20 20 米直径的水池年产米直径的水池年产 4 4 吨吨藻藻类类，加工后可得相当于，加工后可得相当于3000 3000 升柴油的燃料。升柴油的燃料。 生物能源生物能源：使生物材料转化成：使生物材料转化成可燃性化合物可燃性化合物如如乙醇、甲烷、氢气乙醇、甲烷、氢气（H H2 2
28、) )、沼气等；、沼气等；l微生物微生物：提高石油开采量：提高石油开采量。 资资源源矿物能源（石油、煤）矿物能源（石油、煤）矿物能源（石油、煤）矿物能源（石油、煤）必将枯竭，必将枯竭，必将枯竭，必将枯竭，生物能源生物能源生物能源生物能源已在已在已在已在开发之中。开发之中。开发之中。开发之中。很多不起眼的生物，很多不起眼的生物，很多不起眼的生物，很多不起眼的生物，很可能就是很可能就是很可能就是很可能就是药物、材料药物、材料药物、材料药物、材料等等等等的宝贵资源。的宝贵资源。的宝贵资源。的宝贵资源。图为墨西哥荒原中的图为墨西哥荒原中的图为墨西哥荒原中的图为墨西哥荒原中的仙人掌类仙人掌类仙人掌类仙人
29、掌类植物。植物。植物。植物。 一个一个一个一个 20 20 20 20 米米米米直径的水池年产直径的水池年产直径的水池年产直径的水池年产 4 4 4 4 吨吨吨吨藻类藻类藻类藻类，加工后可得相，加工后可得相，加工后可得相，加工后可得相当于当于当于当于3000 3000 3000 3000 升柴油的燃升柴油的燃升柴油的燃升柴油的燃料。料。料。料。一英亩一英亩一英亩一英亩三角大戟三角大戟三角大戟三角大戟可生可生可生可生产相当于产相当于产相当于产相当于 50 50 50 50 吨石油吨石油吨石油吨石油的燃料。的燃料。的燃料。的燃料。图为图为图为图为生长在淡水和海水中的一种硅藻生长在淡水和海水中的一种
30、硅藻生长在淡水和海水中的一种硅藻生长在淡水和海水中的一种硅藻七 、生物学与现代社会生活的关系为什么要学习生物学l（二）（二）生命科学充满未解之谜生命科学充满未解之谜“ 猛犸之谜猛犸之谜” “ 恐龙灭绝之谜恐龙灭绝之谜”l龟鳖家族的长寿之谜龟鳖家族的长寿之谜l ？七 、生物学与现代社会生活的关系为什么要学习生物学l(三三)可以使我们更好地认识我们自己可以使我们更好地认识我们自己生物学家：生物学家： 大脑大脑 / / 癌症癌症 / / 光合作用光合作用 生物技术公司：生物技术公司： 基因药物基因药物 / / 作物新品种作物新品种 理工科学生：理工科学生： / /专业专业 / / 生物芯片生物芯片/
31、 / 火星火星 / / 纳米材料纳米材料 社会科学专家：社会科学专家： / / 社会伦理社会伦理 法律法律 / / 生物技术和生物技术和 人类社会的关系人类社会的关系 人：人： 认识自己认识自己 / DNA / DNA 克隆克隆 保护生物多样性保护生物多样性l(四四)生物学与哲学生物学与哲学:帮助形成正确的方法论、世界观、人生观。帮助形成正确的方法论、世界观、人生观。生命有形生命有形 梦想无限梦想无限 生命科学的发展需要您的参与！微观与宏观领域微观与宏观领域相互联系相互联系 既见树木既见树木 又见森林又见森林您的参与，生物科学将更加辉煌！您的参与，生物科学将更加辉煌！思考题l生命的主要特征有哪些？生命的主要特征有哪些？l惠克特用了哪几条标准来将生物惠克特用了哪几条标准来将生物划分为五界？划分为五界？
