生物学现状与未来简介.doc

生物学现状与未来简介有人说：20世纪是物理的世纪，21世纪是生物的世纪，你相信吗？也许你曾经听说过，也许你不以为然。那么，请随我们一起来领略21世纪生物学的风采和魅力吧！1美国著名的科学杂志评出19952000年各年度的十大科学成就，生物学科技成果连续六年均占一半以上！21999年美国科学院院士和外籍院士共2217名，与生物学密切相关的院士1112名，占总人数50.2%，其中1999年4月新增加的63名院士中有37名与生物学相关，占新增院士总数的59%。3以美国为例，近年统计了48万博士学位获得者中，从事生物学的占51%近年来，世界上越来越多的数、理、化等科学家被吸引到生物科学研究的领域中，在发达国家，优秀青年科学家流向生物科学，在发达国家已成明显趋势，学习生物、农学、医学的青年增加很快。我国的情况令人担忧，统计了我国12所重点大学生物系1066名教师，教授:讲师:助教4.8:3:1,原因是年轻的教师大批流失(出国)，这是因为生物学在发达国家倍受重视而在国内受冷遇的反差特别大。现代生物技术越来越为各国政府和企业界所关注，与信息、新材料和新能源技术并列成为影响国计民生的四大科学技术支柱，是21世纪高新技术产业的先导。幸运的是，我国也开始认识到了这一点。生物学科的地位越来越受到了重视，由于生物学的发展，不久的将来，生物方面的人才需求量激增,生物学科的面貌必将不断改变。我们相信：纵然21世纪不能说是生物的世纪，生物学科也必将有极大的发展，成为带头学科的之一！因为：人是最高级的生物自然科学的发展最终要为我们人类自身服务！据称：今年中山大学录取分数线最高的也就是生物专业！让我们共同来关心、发展我们的生物事业，了解它对我们生活的4方方面面，努力学好生物这门课程。现代生物学与未来2、1现代生物学粮食与人口思考：1.你有没有感受到粮食短缺的问题?2.农民职业即意味着脏、累、差吗？随着人口的增长，粮食需求量越来越大；随着生活水平的提高，人们要求吃得越来越好；随着现代工业的发展，工业用地、道路建设、环境破坏，可供种植粮食的土地面积却越来越少。粮食危机是客观存在的，造成我们一定错觉的原因在于：1.依靠现代生物科技的发展，增加世界粮食总产量；2.贫富分布不均匀，不少贫穷地区与国家普遍缺粮。 解决办法：发展生物科技，提高作物产量，控制人口增长，提高人口素质 绿色农业（动、植物资源）应用诸如组织培养、无土栽培、杂交育种、转基因等现代生物技术，提高传统动植物的品质和产量。白色农业（微生物资源）据计算，如果用世界石油产量的1%，生产单细胞蛋白，就可供10亿人吃一年。蓝色农业（海洋生物资源）如果把海洋藻类植物和浮游生物均纳入人类食物范围，则海洋可养活300亿人。工厂化农业（人工合成粮食）工厂里模拟光合作用思考：发展生物科技对解决粮食与人口问题起能起到什么作用？22现代生物学医疗与健康思考：1.下列疾病你听说过吗？癌症、艾兹病、埃博拉病毒、禽流感、大肠杆菌O157、疯牛病2.下列保健品你听说过吗？红桃K、三株口服液、螺旋藻生物与医疗保健：.常规医疗、保健事业无一不与生物息息相关.生物科技为生物制药、保健事业带来了巨大的经济效益.现代医学的发展使越来越多的疑难杂症治愈的同时，又出现了众多新的疑难绝症，急待生物医学科技的发展。知道疯牛病病毒有多厉害吗？疯牛病在英国几次大爆发，给政治、经济带来严重的影响，疯牛脑组织呈海绵状，经分析发现一种致病因子，具有极强的生命力与和感染力，比任何细菌、病毒都耐热，90情况下30分钟，感染力丝毫不减，120130情况下加热4个小时仍有一定的感染力，连褔尔马林也不能将它们消灭，这一切引起了医学界的恐慌，经分析这是一种不含核酸的蛋白侵染因子！美国总统里根晚年得了老年性痴呆，生活不能自理，甚至连自己的名字也回忆不起来，而这种病人脑组织同样布满空洞，呈海绵状。预测，1980年至1996年可能高达13万人感染疯牛病。（南方日报）埃博拉病毒是人类所知最恐怖、最致命的病毒之一，有“超级爱兹病”之说。自1996年以来经由WHO确认的1100个埃博拉病毒感染者中，死亡者多达793人。思考：现代生物科技对医疗、保健事业能起到什么作用？23现代生物学工业与国防常规应用工业：制药、酿酒、食品等。新型生物工业：生物冶金、生物反应器等。近年来，化学工业有20被生物反应器所取代，其设备投资减少80，能耗降低50。一般说来，生物酶催化比化学催化效率高1071013倍。在重工业中，已有40个矿山用细菌冶金。日本用还原菌炼铜；加拿大用氧化铁硫杆菌从黄铁矿中提金，其滤析率近100。在轻工业中，科学家正努力使蚕的丝心蛋白基因在大肠杆菌中表达，以求在发酵罐中生产蚕丝。又如治疗糖尿病的重要药物胰岛素，以往由猪的胰脏分离提取的，450公斤的胰脏才能得到10克胰岛素。而基因工程技术用大肠杆菌发酵生产，一只200升的发酵罐即可生产相同产量。而1977年应用基因工程生产生长激素释放抑制激素（抑长素）成功，用这种方法10升发酵液可生产5mg抑长素，与过去用50万头绵羊的下丘脑提取的产量相等。国防工业：生物武器、仿生学等的应用 24现代生物学资源与环境现代工业社会的发展，消耗了大量的煤、石油、天燃气、矿石等不可再生性自然资源，能源危机已成为一个热门的话题。生物资源是一种可再生性的资源，合理的开发和利用将让我们取之不尽，最终解决能源危机。不合理的开发和利用自然资源却导致了现代生态环境的破坏臭氧空洞、温室效应、沙尘暴、水旱灾害、水土流失、生物灭绝、赤潮、酸雨、光化学烟雾等等接踵而来这一切多数是人为破坏自然环境的恶果，历史上黄土高原高原森林覆盖率曾经高达50%以上，长江、黄河也不是今天的浊流发展生物科技，重视生态平衡与环境保护势在必行。学科联系20世纪物理学、化学高度发展，为生物的研究提供了基础知识和新的实验手段，作为一门应用基础学科，各学科衍生出了相关的一门重要的分支学科如：化学生物化学物理生物物理（仿生学是生物物理的一门分支学科）计算机生物计算机作为一门刚刚腾飞的基础学科，它的起步较晚，发展却异常迅速，在物理、化学等基础自然科学走向巅峰的时候，生物学正借助物理、化学的知识与实验方法，飞速发展。美国研究院之所以有50%以上的院士研究生物方向，其中很多是从物理学、化学等学科转向研究生物的。由此：21世纪生物人的世纪必将到来！学好生物有着非常重要的意义。热点追踪生物前景综述、克隆专题、人类基因组计划、生物计算机、纳米生物工程、仿生学埃博拉病毒 干细胞研究 疯牛病 基因组计划 生物芯片致病基因和基因治疗 艾滋病 生物制药 人类起源大探秘纷纷扰扰克隆人 物种克隆与转基因生物 干细胞移植进展与争论等附录资料51美国科学院各大类学科的院士名额根据1999年7月1日美国科学院发布的资料，美国科学院院士和外籍院士共2217名，其中名誉院士89名，外籍院士313名。按学科分类的各学科院士人数如下：*动物科学和人类营养学46*人类学75应用数学62应用物理科学88天文学77*生物化学201*细胞和发育生物学91化学202经济科学58工程科学98*遗传学82地质学77地球物理学95数学111*医学遗传学、血液学和肿瘤学90*医学生理学和新陈代谢53*微生物学和免疫学88*神经生物学68物理学180*生理学和药理学55*植物生物学59*植物、土壤和微生物科学55*群体生物学、进化和生态学74*心理学75社会和政治科学57带“*”的14类学科都与生物学密切相关，院士总数为1112名，占全部院士人数的50.2%。1999年4月份新增加的63名院士中有37名与生物学相关，占新增院士总数的59%。52未来农业的四种模式彻底摆脱脏、累、差传统绿色农业，是以太阳光为直接能源，以水、土为主要养料，靠绿色植物光合作用转换能量进行生产的农业。应用诸如组织培养、无土栽培、杂交育种、转基因等现代生物技术，提高传统动植物的品质和产量。世界上首次获得抗病毒转基因小麦植株。也已成功育成转基因大豆，其蛋白质含量高达48，又能抗病毒，产量也比一般大豆高12。又如超级水稻的培养，产量较普通水稻数倍增长。白色农业亦即微生物农业。它是以蛋白质工程、细胞工程、酶工程为基础，以基因工程等高科技开发微生物资源的工程农业。它通过优化配置微生物资源，利用微生物惊人的繁殖生产能力，在工厂化条件下生产人类及动植物所需营养品及保健品的新型农业。白色农业的发展，将促进以动物植物生产为主的传统二维农业结构，向动物、植物、微生物并重的三维结构发展。应用实例：据计算，如果用世界石油产量的1%，生产单细胞蛋白，就可供10亿人吃一年。蓝色农业是指海洋生物资源农业，即是以海洋水生生物和浮游生物为资源，进行利用加工的海洋农业。目前主要是指人工养殖、栽培生物的海水养殖业和在自然水体中放养生物的海水增殖业。实例：海洋占地球表面71，在近海海域自然生长的藻类植物，若加工成人类食物，其年产量相当于目前世界小麦总产量的15倍以上。如果把海洋藻类植物和浮游生物均纳入人类食物范围，则海洋可养活300亿人。未来工厂化农业:工厂化农业是指人工合成粮食。生物技术专家们利用示踪原子等方法已经证明，在植物的光合作用过程中，经过电子传递，不仅能生产碳水化合物，而且能生产蛋白质、脂肪、淀粉、葡萄糖、维生素等物质。同时发现，有10多种酶参与其中的催化活动乙经过实验，已成功地用一种金属铬合物催化二氧化碳，使其变成极简单的有机化合物。科学家们预言，在未来的人工合成粮食工厂里，中央控制室只有几位工作人员，他们只须观察各自屏幕上显示的符号和数据，根据需要，随时可通过电脑准确地向正在运转的各种装置发出监控指令，让它分秒不停地合成各种“粮食”。53沙尘暴的警示及近50年我国的强沙尘暴 1998年4月15日。雷雨携风将一层泥浆遍洒北京的大街小巷！当晚，狂风掠过华北平原，济南笼罩黄色在沙尘之中，16日掠过江苏徐州，中午进犯南京，空气质量指数达到了极限值 特大沙尘暴起于内蒙西部的阿拉善盟额济纳旗。阿拉善地区的地表土层被刮去十余厘米，14万亩农田防护林被沙尘压埋1米深 半个世纪前还是“芨芨芦苇入望迷，红柳胡杨阔天边”的额济纳旗，如今已经极度地沙化了。全旗有87.2的草场沙化，沦为盐漠戈壁 北京目前距离最近的沙漠仅有70公里,如果不赶快采取措施保护环境,我们不由疑问:若干年后的北京会不会成为第二个古国楼兰,内蒙古大草原会不会成为第二个塔克拉玛干20世纪下半叶我国呈急速上升趋势：50年代共发生过5次；60年代共发生过8次；70年代共发生过13次；80年代共发生过14次；90年代共发生过23次！2000年发生12次，而2001年5月20日，已发生多达18次！90年代，沙化土地每年扩展2460平方公里。沙尘暴就是土地荒漠化的警报，而沙尘暴发生的频率与强度的增大，则是敲响了生态危机的警钟！结论沙尘暴就是土地荒漠化的警报，而沙尘暴发生的频率与强度的增大，则是敲响了生态危机的警钟！54蚊虫叮咬会传播艾滋病吗？现在艾滋病在亚洲地区呈明显上升趋势，我国卫生部最新公布的一项流行病学研究成果表明，中国共有8种类型的艾滋病病毒流行，类型数目在世界居首位，艾滋病病毒传播速度之快令人震惊。有人也许会问，蚊虫叮咬会传播艾滋病吗？据卫生部艾滋病预防与控制中心的曹教授解释：目前，尚无科学根据认为蚊子等昆虫可传播艾滋病。有人从蚊子胃内分离出艾滋病病毒（HIV），发现蚊子吸了艾滋病病人的血液后，HIV可在蚊胃中存活三四天。但专家们认为，这并不能说明蚊子能传播艾滋病。有人担心蚊子嘴上残留的血液含有HIV会传染给人。但研究发现，蚊子嘴上残血量仅有0.0004毫升，按此计算，要叮咬 2800次，残血量中才能携带足够量的HIV引起传染，而蚊子在吸一次血后至少4天不再叮咬吸血。此外，流行病学调查资料也不支持蚊子能传染艾滋病的这种说法。因为与其他年龄组比起来，青少年中艾滋病发病极少，而他们往往有较多的被蚊子叮咬的机会。因此，目前认为，蚊子只是HIV的暂时携带者，还不能证明它们能够传播HIV。2000年世界十大科技进展新闻1、美、日、法、德、英、中六国科学家公布人类基因组“工作框架图”；2、美研制出最先进的量子计算机和生物计算机；3、美国国际商用机器公司开发出12万亿次超级计算机，在超级计算发展史上首次突破每秒10万亿次大关；4、国际空间站迎来第一批长住宇航员。11月2日，建设中的国际空间站与俄罗斯“联盟TM31”号宇宙飞船成功对接，1名美国宇航员和2名俄罗斯宇航员进驻国际空间站，成为这个“太空城”的第一批长住居民；5、美国、日本、希腊和韩国科学家合作研究发现子中微子存在的直接证据；6、科学家发现存活了2.5亿年的细菌。美国科学家从新墨西哥州东南部一个地下洞窑中钻探得到埋藏于地下约600米处的晶体中含有非常小的盐水囊，细菌就生活在其中。科学家把细菌取出来，放入营养液中，它们很快就“苏醒”过来并开始成长；7、法国实施基因疗法首获成功。科学家用基因疗法已治愈了3名患有严重综合型免疫缺损症的儿童。这是基因疗法研究开展近十年来科学家取得的首次成功；8、艾滋病研究取得重要进展。默克公司的科学家宣布他们在实验室中发现了两种能遏制整合酶运动的物质，它们能阻止艾滋病毒遗传物质与人体白细胞遗传物质相结合；9、美科学家研制出分子开关，使分子计算机研究又向前迈进一步。这种分子开关只有头发丝那么细。实现分子开关的“开”和“关”状态，分子计算机运行所需的电力将比现在的计算机大大减少，这将使它的功效达到硅芯片计算机的百万倍；10、科学家制造出直径0.4纳米的碳纳米管。日本电气公司和香港科技大学的科学家分别用不同技术制造出了直径仅0.4纳米的碳纳米管，这可能是迄今世界上制造出的最小的稳定碳纳米管，也是理论上可能最小的碳纳米管。我国50年来重大成果1、人工全合成牛胰岛素研究1965年9月17日，人工合成胰岛素在中国首次发现。这也是世界上第一个蛋白质的全合成。这是我国科技人员在奋力攀登世界科学高峰，为祖国在基础研究方面争得的一项世界冠军。这一成果促进了生命科学的发展，开辟了人工合成蛋白质的时代。2、酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成核酸和蛋白质是生命活动的基本物质。我国酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工合成工作始于1968年，1981年完成。先后参加此项工作的有187人。他们来自中国科学院上海生物化学研究所、上海细胞所、上海有机所、生物物理所、北京大学和试制二厂。3、蛋白质功能基因的化学修饰与其生物活性间的定量关系结构生物学已成为生物学领域内发展最为迅速的领域，而蛋白质研究又是当前结构生物学研究的主流。邹承鲁院士多年从事这方面的研究，并得出在蛋白质分子中常常含有多个同类基团，但其中仅有少数为蛋白质表现活动所必需。可见酶的活性部位仅处于整个酶分子的有限的局部区域。这一结论，改变了当时流行的理论，并为30年来的大量事实所充分证明。4、中国高等植物图鉴及中国高等植物科属检索表中国高等植物图鉴及中国高等植物科属检索表是中国科学院植物研究所组织全国30多个单位的专家教授及绘图人员，花费19年时间编纂而成。全书共计8册，1057万字。它记载了我国高等植物中常见的、有经济价值和科学上有重要意义的近11000种。5、中国蕨类植物科属系统排列和历史来源秦仁昌院士历经数十年，独立潜心研究蕨类植物系统学。基于他对中国的蕨类植物各类群的大量的分类学实践，在吸收了近代各分支学科研究成果的基础上，形成了自己的学派，创建了最完整的中国蕨类植物分类系统。6、黑曲糖化酶酶活的提高及其在工业上的应用糖化酶是工业生产三大酶之一。中国科学院微生物研究所科研人员对其菌种的培养特性、菌种稳定性、培养基选择、酶的性质、糖化条件等进行了系统研究，先后在一些药厂、酒厂进行生产，均获得成功，并取得显著的经济效益和社会效益。7、海湾扇贝引种、育苗、养殖研究及其应用中国科学院海洋研究所在进行海湾扇贝养殖生物学研究的基础上，研究解决了亲贝提前成熟生殖等关键技术问题，从而建立了一整套先进的工厂化育苗工艺。这种工厂化的海湾扇贝控温育苗技术及全人工养殖业首创于我国，技术水平为国际领先。8、澄江生物群和寒武级大爆发1984年中国科学院南京地质古生物研究所科研人员在云南澄江帽天山发现了第一批保存极好的软体节肢动物化石之后，他们对澄江生物群开始了一系列卓有成效的发掘与研究。发现了保存软体组织的完整化石标本30000余块。发现了多细胞动物化石近100多种。这一发现不仅为“寒武纪大爆发”这一非线性突发性演变提供了科学事实，同时也对达尔文渐变式进化理论是个极大的难题及挑战。9、转基因农作物转基因农作物经批准，我国已有36项转基因农作物研究进入大田试验，其中转基因抗虫棉花等4种转基因农作物可进行商品化生产，转基因抗虫棉花累计种植500万亩，有4个转基因农作物新品系通过了农作物品种审定。10、转基因与胚胎工程动物我国已成功获得转基因动物和胚胎工程动物。试管羊、牛、*，转基因羊、牛、鱼相继在我国诞生。动物胚胎工程技术已在畜牧业中应用，对我国高效、优质、高产畜牧业的发展作出了积极贡献。11、基因工程药物1989年中国预防医学科学院病毒学研究所研制出我国第一个基因工程药物1b型干扰素,现已有18种基因工程药物和疫苗相继研制成功并投放市场。目前已建成现代生物技术医药企业100余家，基因工程药物产业年平均增长率达80%，创造产值20亿元，成为国民经济新的增长点。12、世界第一张水稻基因组物理图构建成功水稻基因包含了水稻全部遗传信息，由12条染色体组成，总长为4.3亿核苷酸。在科技部、中国科学院和上海市政府的支持下，1996年6月，中国科学院国家基因研究中心运用自己制定的“指纹-锚标”战略，建成了国际上第一张水稻基因组BAC物理图。这张物理图也为测定水稻DNA全顺序铺平了最后的道路，使人类最终能在分子水平解开水稻遗传之谜，造福人类。13、人类基因组计划取得进展人类基因组计划是生命科学史上一项重大科学工程，倍受世人瞩目。我国科学家在重大疾病相关基因研究方面取得突出进展，在世界上赢得了一席之地。我国国家人类基因组南方中心主任陈竺教授当选为国际人类基因组组织（HUGO）理事。国家人类基因组中心的建立提高了“规模测序”和“基因组信息分析”能力，每天能完成100万以上碱基序列的测定。夏家辉教授首次发现了人耳聋基因，在NatureGenetics发表了他的论文。14、中国首次克隆成功“人类致病基因”1998年12月，湖南医科大学“中国医学遗传学国家重点实验室”在国际上首次克隆成功以高频性听力下降为主