普通生物学普通生物学 (General Biology)生物技术 张道来电话：15865609721E-mail:dlzhang313gmail.com 基础性基础性通论性通论性入门性入门性2014.31生物学研究什么？生物学研究什么？o生物学(biology)或生物科学(biological sciences)是研究生物体生命现象和生命活动规律的科学，因此，又称为生命科学(life sciences)。o生物学的研究对象是高度多样性和统一性的生物界。o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。 2普通生物学普通生物学o第一篇：细胞第一篇：细胞o第二篇：动物的形态与功能第二篇：动物的形态与功能o第三篇：植物的形态与功能第三篇：植物的形态与功能o第四篇：遗传与变异第四篇：遗传与变异o第五篇：生物进化第五篇：生物进化o第六篇：生物多样性的进化第六篇：生物多样性的进化o第七篇：生态学与动物行为第七篇：生态学与动物行为3绪论绪论一、地球与生命二、生物的特征三、生物界的层次四、生物界的分类阶元和界的划分五、生物和环境六、生物界的多样性与统一性七、生物学常用的研究方法八、生物学的分科九、生物学历史发展简况十、生物学与现代社会生活的关系4一、地球与生命一、地球与生命o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）。o为什么地球适合生命生存？o地球和生命协同进化。o其他星球上有生命吗？5生物圈(biosphere)：岩石圈的上层全部水圈大气圈的下层指地球上的全部生物和一切适合于生物栖息的场所；包括：biosphere6飞翔的鸟类最高离地面可达2000m细菌生活在深达11000m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，生物遍布全球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。biosphere7二、生物的特征二、生物的特征至今还没有一个为大多数科学家所接受的关于生命的定义，但是可以提出一些生命的共性。我们通过介绍生物的共同特征来回答什么是生命。8(c) Response to the environment(a) Order (d) Regulation (g) Reproduction (f) Growth and development(b) Evolutionary adaptation (e) Energy processing 91.细胞是生物体组构(organization)的基本单位10The cell is the lowest level of organization that can perform all activities required for life25 mmitosisDNAspindle cell division112.新陈代谢(metabolism)o定义：在生活的生物体和细胞内存在着无休止的化学变化，一系列的酶促反应组成复杂的反应网络，这些化学反应的总和称为新陈代谢（metabolism）。12合成代谢(anabolism) ：是在生物体内合成有机物和储存能的过程，合成了或建造了生活物质；也称同化作用。分解代谢(catabolism) ：是在体内分解有机物和释放能的过程；也称异化作用。13o热力学第二定律：能的每一次转化总要失去一些可用的自由能，总要导致熵的增加，而熵的增加则意味着有序性的降低。o耗散结构（dissipative structure）：生物从外界摄取以食物形式存在的低熵状态的物质，通过新陈代谢，把它们转化为高熵状态后，排出体外。生物体通过增加环境中的熵值，使环境的无序性增加来创造并维持自身的有序性。耗散结构(dissipative structure)143.稳态（homeostasis）和应激性（irritability）o生物体内新陈代谢所需要的物理化学条件（如温度、pH值等）被限制在一个很窄的幅度之内，生物体具有许多调节机制，用来保持内部条件相对稳定，并且在环境发生某些变化时也能做到这一点，这一特性称为稳态（homeostasis）。15o应激性（irritability） ：生物体内或体外的物理或化学条件发生了变化，生物体能感受这些变化（刺激），并作出有利于保持其体内稳态，维持生命活动的应答。（色、香、味、触、闻）164.生殖（reproduction）和遗传（heredity）生物体通过生殖(reproduction)产生子代使物种得以延续；遗传(heredity)：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代得以表现。 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)。 遗传和变异都是普遍的生命现象，二者同时存在。17漂亮的模特儿 遗传学家 生命通过生殖而延续，DNA是生物遗传的基本物质。185.生长（growth）和发育（development）o生物的生长是细胞体积或者数量的增长。o发育（development）是和生长密切相关的过程，在多细胞生物的生活史中，发生了一系列结构和功能的变化，包括组织器官的形态建成、性成熟、衰老等，发育是一种被精确调控的程序性变化过程。Egg cellSperm cellNucleicontainingDNAFertilized eggwith DNA fromboth parentsEmbyros cells with copies of inherited DNAOffspring with traitsinherited fromboth parents196.进化（evolution）和适应（adaptation ）o在生殖过程中，遗传物质往往会发生重组和突变，使亲代和子代以及子代不同个体之间出现变异。o突变、漂变、基因流、非随机交配和选择使生物种群发生进化（evolution）。o选择使生物种群一代代的更适应它们所处的环境。Charles Darwin20病毒病毒目前，许多生物学家认为病毒是处于生命与非生命物体交叉区域的存在物。21生物的特征：生物的特征：o细胞（cell）是生物体组构的基本单位o新陈代谢（metabolism）o稳态（homeostasis）和应激性（irritability）o生殖（reproduction）和遗传（heredity）o生长（growth）和发育（development）o进化（evolution）和适应（adaptation ）生命是具有以上共同特征的物质存在形式！22三、生物界的层次三、生物界的层次 biosphere organismsEcosystemscommunitiespopulationLivings and non-livinglivings生物圈到个体生物圈到个体23CellsTissuesMolecules Organelles器官系统到分子器官系统到分子 Organs and organ systems24o生物界的结构层次生物界的结构层次细胞器细胞器组织组织器官器官系统系统种群种群群落群落生物大分子生物大分子细胞细胞个体个体生态系统生态系统生物圈生物圈25四、生物界的分类阶元和界的划分四、生物界的分类阶元和界的划分生生物物物物种种数数量量很很大大，已已知知的的约约有有200200万万种种，算算上上已已经经绝绝灭灭的的生生物物（15001500万万种种），至至少有少有17001700万种。万种。261.双名法双名法(binomial nomendature)瑞典植物学家林奈（ Linnaeus ） 1735 出版自然系统制定了双名法。“双名法”的有关规定: 1、关于学名：规定每一种物种都应有一个学名（Scinece name)； 2、关于“双名”：学名由两个拉丁字或拉丁化的文字组成：学名=属名+种名； 3、属名用主格单数名词，首字母大写；种名首字母不需大写，用形容词或名词； 4、学名之后，应附加当初定名人的姓氏； 5、亚种学名的命名法：三名法。即：学名=属名+种本名+亚种名 黑斑肥螈黑斑肥螈 Pachytriton brevipesPachytriton brevipes (Sauvage) (Sauvage) 弓头鲸弓头鲸 Balaena mysticetusBalaena mysticetus (Linnaeus)(Linnaeus)272.分类阶元分类阶元界（界（Kingdom) 门（门（Phylum) 亚门（亚门（Subphylum) 总纲（总纲（Superclass) 纲（纲（Class) 亚纲（亚纲（Subclass) 总目（总目（Superorder) 目（目（Order) 亚目（亚目（Suborder) 总科（总科（Superfamily ) 科（科（Family ) 亚科（亚科（Subfamily) 属（属（Genus) 亚属（亚属（Subgenus) 种（种（Species) 亚种（亚种（Subspecies)2829又如:小家鼠Mus musculus 动物界 Animal 脊索动物门 Chordata 脊椎动物亚门 Vertebrata 哺乳纲 Mammalia 啮齿目 Rodentia 鼠科 Muridae 小家鼠属 Mus 小家鼠 M. musculus303.五界系统五界系统1760 Linnaeus 动物界动物界 植物界植物界1886 Haeckel 原生生物界原生生物界 植物界植物界 动物界动物界原核生物界（原核生物界（Monera）原生生物界（原生生物界（Protisia）真菌界（真菌界（Fungi）植物界（植物界（Plantae）动物界（动物界（Animalia）1967 Whittaker3132 最早的生物最早的生物 动物动物 真菌真菌 植物植物 原生原生 原核原核无核无核有核有核单细胞单细胞多细胞多细胞光合光合异养异养吸收吸收摄食摄食334.三个域（三个域（domain）真细菌域（Bacteria）古细菌域（Archaea）真核生物域（Eakarya）组成原核生物组成真核生物，包括原生生物界、植物界、真菌界、动物界。3435五、生物和它的环境五、生物和它的环境o生态系统（ecosystem）：在一定的空间中生物成分和非生物成分通过不断的物质循环和能量流动而构成相互依赖而又相互制约的统一整体。n生产者（producer）n消费者（consumer）n分解者（decomposer）n食物链（food chain）n食物网（food web）o生态系统的两大功能：物质循环和能量流动3637六、生物界的多样性与统一性六、生物界的多样性与统一性生物多样性生物多样性包括地球上所有植物、动物、微生物和它们拥有的基因以及由这些生物和环境构成的生态系统。 生物多样性是地球上40亿年生物进化留下来的宝贵财富，是人类赖以生存和发展的基础。 生物多样性遗传多样性：形态各异物种多样性：种类繁多生态系统多样性：分布广泛38404142生物多样性公约(CBD)o1992年6月，150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，这一公约已经得到189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。o生物多样性公约的宗旨-生物多样性的保护、生物资源的可持续性利用，以及基因资源既得利益的平等分享。1993年12月29日生物多样性公约作为野生生物保护新框架生效,1994年12月19日,联合国大会宣布12月29日为“国际生物多样性日” 。43人们关于生物统一性的认识，先后由于细胞的发现和分子生物学的发展，提到一个又一个的高度。1. 所有的生物体是由一个或多个细胞构成的；2.细胞是所有生物体结构和功能单位；3.所有的细胞都是由预先存在的细胞经过分裂产生。细胞学说44DNA-RNA-蛋白质的遗传系统是生物界统一的基础中心法则45七、生物学常用的研究方法七、生物学常用的研究方法1.科学观察（科学观察（observation）生物学是一个直观性学科，观察是从客观世界生物学是一个直观性学科，观察是从客观世界中得到第一手资料的最基本方法。中得到第一手资料的最基本方法。p开始感觉器官进行，后来有了显微镜。开始感觉器官进行，后来有了显微镜。p观察需要有科学知识。观察需要有科学知识。p观察切不可为原有的知识所束缚。观察切不可为原有的知识所束缚。462.假说（假说（hypothese）和检验（）和检验（test）假说必须是可以验证的，这是科学实验的重假说必须是可以验证的，这是科学实验的重要原则，实验不仅意味着某种精确的操作，要原则，实验不仅意味着某种精确的操作，而且是一种思考形式。而且是一种思考形式。假说假说学说学说定律定律依据事实提出假说，假说推导出一个可以用依据事实提出假说，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实验加以检验的预测，然后实施这个实验来加以验证。加以验证。孟德尔孟德尔第一定律第一定律473.模型实验模型实验如果由于种种原因，直接用研究对象（原型）进行如果由于种种原因，直接用研究对象（原型）进行实验非常困难，或者简直不可能时，可用模型代替实验非常困难，或者简直不可能时，可用模型代替研究对象来进行实验。模型可是物质形式或思维形研究对象来进行实验。模型可是物质形式或思维形式。式。o动物模型动物模型：代替人体进行实验。：代替人体进行实验。o抽象模型抽象模型：计算机模拟，数学模型。：计算机模拟，数学模型。用模型研究在时间上极为遥远的事件。用模型研究在时间上极为遥远的事件。机械和电子模型对动物功能进行模拟实验机械和电子模型对动物功能进行模拟实验仿生学仿生学 红外探测仪红外探测仪48八、生物学的分科八、生物学的分科1. 研究对象研究对象: 植物学、动物学、藻类学、微生物学、昆虫学、鸟类植物学、动物学、藻类学、微生物学、昆虫学、鸟类学、鱼类学等学、鱼类学等2. 结构、机能以及各种生命过程结构、机能以及各种生命过程:解剖学、组织学、细胞学、生理学、遗传学、胚胎学、解剖学、组织学、细胞学、生理学、遗传学、胚胎学、生态学生态学3. 从微观到宏观的不同层次从微观到宏观的不同层次:分子生物学、细胞生物学、种群生物学分子生物学、细胞生物学、种群生物学4. 与其他学科交叉与其他学科交叉: 生物化学、生物物理学、生物数学、仿生学等生物化学、生物物理学、生物数学、仿生学等4950九、生物学的历史发展简况九、生物学的历史发展简况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）51实验生物学阶段巴斯德在实验室里巴斯德在实验室里曲颈瓶实验证明曲颈瓶实验证明“种质论种质论”批驳批驳“腐生论腐生论”不洁的衣物会自生蚤虱，污秽的死水会自生蚊蚋，肮脏的垃圾会自生虫蚁，粪便和腐败的尸体会自生蝇蛆。52创造生物学阶段基因工程基因工程53二十世纪生物科学的发展o分子生物学：1953年Watson 、Crick提出DNA分子双螺旋结构。oDNA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。o体细胞克隆：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。o人类全基因组：2001年中、美、英、法、德、日六国科学家完成人类全基因组的测序。54生命科学的发展趋向：n（1）学科精细化同时学科相互交叉、渗透、相辅及综合：50年代核技术年代；60年代空间技术年代；70年代电子技术年代；80年代生物技术年代；90年代生物高科技年代；21世纪生物世纪n（2）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人类存亡的问题。n（3）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）。5621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：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57十、生物学与现代社会生活的关系十、生物学与现代社会生活的关系为什为什么要学习生物学？么要学习生物学？o（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人口膨胀；人口膨胀；粮食短缺；粮食短缺；疾病危害；疾病危害；环境污染；环境污染；能源危机；能源危机；资源匮乏；资源匮乏；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。58利用航天技术育种59疾病危害o基因治疗获得初步成功血友病等o单抗药物“生物导弹”治疗肿瘤疾病、自身免疫疾病。o干细胞治疗疾病展示诱人前景。60能源危机o矿物能源（石油、煤）必将枯竭，生物能源已在开发之中。o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。 一英亩三角大戟可生产相当于 50 吨石油的燃料。o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)、石油草、沼气 o微生物：提高石油开采量。61 资 源 矿物能源（石油、煤）必将枯竭，生物能源已在开发之中。 很多不起眼的生物，很可能就是药物、材料等的宝贵资源。 图为墨西哥荒原中的仙人掌类植物。62 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。 一英亩三角大戟可生产相当于 50 吨石油的燃料。图为生长在淡水和海水中的一种硅藻63生物学与现代社会生活的关系生物学与现代社会生活的关系为什么要为什么要学习生物学？学习生物学？o（二）生命科学充满未解之谜“ 猛犸之谜” “ 恐龙灭绝之谜”龟鳖家族的长寿之谜 ？64生物学与现代社会生活的关系生物学与现代社会生活的关系为什么要为什么要学习生物学？学习生物学？o(三)可以使我们更好地认识我们自己生物学家： 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 / DNA克隆 保护生物多样性o(四)生物学与哲学：帮助形成正确的方法论、世界观、人生观。65生命有形 梦想无限 生命科学的发展需要您的参与！66您的参与，生命科学将更加辉煌！67本章要点o名词：生物圈(biosphere)、新陈代谢(metabolism)、耗散结构(dissipative structure)、稳态(homeostasis)、应激性(irritability)o生物的基本特征；o生物界的层次；o生物命名的双名法；o生物的分类阶元，五界分类系统及三个域；o生物的多样性与统一性。70