01 绪论 1 pp158ppt课件

第1章绪论生物界与生物学 绪论 生物界与生物学 地球上高度的生物多样性 大小支原体 100nm 巨杉 83m 6167t 20层楼高 寿命细菌 每分钟分裂一次 寿命 1分钟 巨杉 至少3200年 加州红杉国家公园 细胞构成变形虫 单细胞 人 1014个 1万亿 高度分化 复杂人体 营养方式自养 植物 藻类 蓝细菌 异养 渗透营养 真菌 细菌 吞噬营养 原生动物 动物 生物的分布 横向 全球 纵向 树高 100m 鸟飞 2000m 海洋生物 大多 150m 细菌 深4000m 土壤生物 大多 50m 细菌 深2000m石油矿床 生物圈 biosphere 有生物存在的地理圈 大气圈下层 水圈上层 岩石圈表层 生物学研究对象的特点研究对象 生物界 研究对象的特点具高度复杂性 多样性 又有高度统一性 1 1生物的特征1 2生物界是一个多层次的组构系统1 3把生物界划分为5个界1 4生物和它的环境形成相互联结的网络1 5在生物界巨大的多样性中存在着高度的统一性1 6研究生物学的方法1 7生物学与现代社会生活的关系 1 1生物的特征生物体 自然界最复杂的系统 什么是生命 难下定义 生物的六大共同特征 特定的组构 新陈代谢 稳态和应激性 生殖和遗传 生长和发育 进化和适应 特定的组构 生物的组构 organization 生物是由细胞 cell 组成的 质膜将细胞与环境分隔开来 细胞 环境之间选择性地进行物质 能量交换的界面 细胞的化学组成不同于无生命物体 水 大量 50 有机分子 种类繁多 特别是起关键作用的生物大分子核酸 蛋白质 多糖 脂质 生物分子 细胞器 细胞 细胞 结构异常复杂 高度有序的系统 动物细胞 植物细胞 细胞是生物的基本结构 功能单位生物体全部基本新陈代谢活动都是在细胞中进行的 多细胞生物中高度分化的细胞各有特定的功能 整个生物体的生命活动有赖于其组成细胞的功能的整合 新陈代谢 metabolism 定义 活的生物体 细胞内存在着无休止的化学变化 这些化学反应的总和即新陈代谢 本质 一系列酶促反应 复杂的反应网络 生命活动需要能量所有生物都要从外部获得自由能 来驱动化学反应 两种方式 自养生物获取太阳光能 利用简单的原料 合成自身复杂的有机分子 异养生物从食物中获得能量 食物 其他生物合成的有机物质 食物 小分子 能量 小分子 原料 合成 自身的生物大分子 生物体是一个开放的系统 生物体内每一次能的转换 总有一些自由能 热 一些富含自由能的大分子 简单代谢废物 系统无序性 生物体 细胞 不断和环境进行能量 物质交换 维持内部的新陈代谢 新陈代谢是生命的属性 每一个反应环节是化学反应 遵循化学规律 但是整体上突显出生命的属性 如 自主进行 自我调节 不断自我更新 新陈代谢过程的统一性各种生物的基本代谢过程相同 如 动 植物细胞呼吸 不需氧糖酵解 三羧酸循环 需氧 稳态 应激性 稳态 homeostasis 定义生物体有许多调节机制 在环境发生某些变化时 来保持内部条件的相对稳定 如 当某种细胞成分过多时 产生它的过程就会关闭 如 当细胞中能量供应不足时 释放能量的过程就会加强 如 体温 血糖 pH 渗透压 各种离子浓度 等等 稳态是生物体新陈代谢的需要生物新陈代谢本质 酶促反应 酶促反应需要严格的物 化条件 温度 pH等 稳态概念的意义一切生命活动的 目的 维持稳态 生物学最重要的基本概念之一 应激性 irritability 定义生物体有多种多样的机制 能感受刺激 应答 利于保持体内稳态 利于维持生命活动 刺激体内外的物理 化学变化 如 温度 压力 光线颜色和强度 土 水中化学成分 等 生殖和遗传 生殖 reproduction 个体不能永久存活 它们通过生殖产生子代使物种得以延续 生命永恒 遗传 heredity 子代具有和亲代相似的性状 生殖和遗传的核心机制DNA的自我复制 遗传信息的传递全部遗传信息通过细胞从亲代传递到子代 遗传信息流DNA RNA 蛋白质 遗传的本质DNA携带的遗传信息沿DNA RNA 蛋白质的途径 表达为性状 从而使亲代性状重现于子代 生长和发育 生长 growth 定义 由小到大的生理过程 原因 细胞体积或数量的增长 本质 生物体吸收的营养物 精确调控下的一系列变化 细胞组分 无生命物体的 生长 食盐 过饱和溶液 食盐晶体 晶体 长大 本质 同类物质的聚集 发育 development 和生长密切相关的过程 定义 多细胞生物生活史中发生的一系列结构 功能的变化 包括 组织器官的形态建成 性成熟 衰老等 本质 精确调控 程序性变化过程 进化和适应 变异 生殖过程中 遗传物质 基因重组 突变 亲 子代间差异 子代个体间差异 进化 evolution 原因 突变 漂变 基因流 非随机交配和选择 生物种群进化 达尔文 进化是 有饰变的传代 descentwithmodification 不同品种的菊花 适应 定义 生物对环境的适应指生物和它具有的某些遗传性状 提高了它在特定环境中生存和生殖的能力 产生原因选择 生物一代代越来越适应它所处的环境 进化概念的意义生物学中一个重要的基本概念 借助这个概念才能合理解释生物界的多样性 统一性 适应性 归纳 生物 非生命物体的区别上述六大共同特征 但病毒例外 病毒 virus 病毒的组成 蛋白质 核酸 DNAorRNA 无进行新陈代谢必需的基本系统 无自身的复制系统 病毒的复制 接触宿主细胞 脱去蛋白质外套 核酸 基因 宿主细胞 借助宿主细胞的复制系统按照病毒基因的指令 复制新的病毒 病毒的地位 生命 非生命体之间 1 2生物界是一个多层次的组构系统 地球 多层次结构系统 每个层次都建筑在下一层次之上 生物界是其一部分 生物界多层次组构系统 11个组构层次生物大分子 细胞器 细胞 组织 器官 系统 个体 种群 群落 生态系统 生物圈 个体 个体 individual 自然界能独立存在的基本生命单位 单细胞个体原核 原生生物 多细胞个体人 复杂 个体 个体以上的层次 宏观 种群 population 定义 某一时 空 一群互交繁殖的同种所有个体 物种存在 繁殖 进化的单位 物种 组成 一个种群 多种群 生活在不同地区 形成 地理隔离 生殖隔离 地理隔离 阻断种群间基因交流 环境差异 长期隔离种群 亚种 生殖隔离 新物种 群落 community 定义在一定时 空里 多种生物种群的集合体 群落适应它的环境 群落内不同物种的种群之间的关系 不是任意物种的随机组合 相互制约 相互依存 群落是各个物种适应当地环境并彼此适应的产物 生态系统 ecosystem 构成一定时间 空间内 生物 非生物成分通过能量流动 物质循环 相互依赖 制约的生态系统 性质地球表面自然界的基本单位 大小鄱阳湖 长白山原始森林 小池塘 水坑 一杯水 生物圈 biosphere 地球上所有生态系统的总和 最大的生态系统 上面介绍的是个体以上层次 宏观 下面介绍个体以下层次 微观 个体 器官系统 系统 system 定义若干相关器官组成能完成特定功能 个体 人体 至少11个系统 第6章 消化 呼吸 循环 排泄 神经系统 图6 10i 功能 调节各器官 系统 协调一致 整体 组成 脑 脊髓 脑神经 脊神经 器官 organ 定义 若干组织组成 能完成特定功能 脑 图13 10神经系统的一个重要器官 由神经组织构成 组织 tissue 定义 一种 几种细胞结合起来的细胞群 神经组织 神经细胞 图13 1 胶质细胞 支持 营养 交织 网络 类型 上皮 结缔 肌肉 神经 细胞 cell 生物体组构的基本单位 不同类型的细胞 各有特定的形态 功能 又具统一的结构模式如 细胞膜 质膜 细胞质 细胞器 细胞器 organelle 图3 4 特化的部分核 线粒体 内质网 核糖体 溶酶体 高尔基体等 都有各自特定的位置 结构 功能如 线粒体 细胞呼吸 动力站 动物细胞 植物细胞 分子 molecule 最后一个层次相当重要的层次 生物体的化学成分特点含多种有机化合物 特别是核酸 蛋白质等生物大分子biomacromolecule 核酸 相对分子质量 旧称分子量 很大 自然界中最大的化合物 许多单体分子聚合而成 重要作用 遗传物质脱氧核糖核酸 DNA 遗传信息编码在DNA长链中核苷酸顺序上 生物界向外延伸生物分子 生态系统位于连续的阶层两端 生物分子向下 原子 粒子等 生态系统向上 地球 宇宙等 但它们已不属于生物界 1 3生物界可划分为5个界 物种的数量已知现存 200万种 绝灭 1500万种 物种间的差异形态构造 生活习性 营养方式 生殖方式 等 命名和分类 研究生物的需要 俗名 commonnames 日常生活中常用猴 猿 鹰 蝇等 缺点 问题一个名称往往包含多个物种 一个物种可能有多个名称 需要制定统一 准确的名称 学名 scientificname 林奈CarlvonLinne 图1 2 18世纪 1707 1778 瑞典 植物学家 双名法binominalnomenclature用两个拉丁名作为物种的学名 属名 种名 例 家猫Feliscatus Felis属名 catus种名 Felis属其他成员Felissilvestris欧洲野猫 Felismargarite沙猫 Felischaus丛林猫 等 人 智人 HomosaptiensLinneHomo人属 saptiens智慧 分类阶元 category 定义 多级的分类系统中 每级为一个分类阶元 基本阶元 7个界 kingdom 门 phylum 纲 class 目 order 科 family 属 genus 种 species 辅助阶元 在某一阶元上 下再增加一个阶元 如 科之上 超科superfamily 目之下 亚目suborder 生物的分界界 最大的分类阶元 两界系统200多年前 林奈 植物界 动物界 三界系统1886年 海克尔E Haeckel 增加原生生物界 单细胞生物 五界系统 图1 3 细菌 蓝细菌和真菌的地位不能再归在植物界 1967年 美 生态学家 惠特克R H Whittaker 意义 反映生命进化的三阶段原核 真核单胞 真核多胞 Monera Protisia Platae Fungi Animalia 原核细胞 prokaryocyte 细菌 bacteria 蓝细菌 cyanobacteria 单细胞 显著区别于其他四界生物的细胞 染色体 环状DNA分子 无核膜 无其他具膜的细胞器 原核生物界从细胞结构上看 细菌 蓝细菌应从植物界中分离出来 另立为原核生物界 真核细胞 eukaryocyte 其他四界生物的细胞 染色体 DNA分子 组蛋白 其他蛋白质 有核膜 双层 有多种细胞器 具膜线粒体 高尔基体等 单细胞的真核生物原生生物界 原生动物 藻类 原生动物 protozoans和动物一样 吞噬营养 吞食藻类 细菌等 藻类algae和植物一样 光合作用 食物 单细胞藻类 大多数 多细胞藻类 少数 仍归原生生物界 细胞很少分化 类型简单 与植物差别较大 更接近单细胞藻类 多细胞的真核生物依据营养方式不同 植物界 真菌界 动物界 植物叶绿体 光合作用 食物 细胞壁 真菌 图29 12 蘑菇 子实体 固着于地面 树干 像植物 有细胞壁 不同于植物 无叶绿体 不能行光合作 菌丝体 子实体下方土壤中 渗透营养 菌丝 水解酶 体外环境 分解生物遗体 复杂的生物大分子 小分子 吸收 自身的营养素 真菌 植物分属两个界的理由营养方式 解剖结构 子实体 菌丝体 动物 似真菌 异养型无叶绿体 不能行光合作用 不同于真菌 植物吞食方式获得营养 能自由地运动 无细胞壁 生物界的三个域 domain 原核生物近20年 基因组比较研究表明 原核生物 2个主要分支 真 细菌 古细菌 许多区别结构 生化 生理学特性 有人将生物界分成三个域真细菌域Bacteria 古细菌域Archaea 真核生物域Eukarya 绪论 生物界与生物学 真细菌 古细菌 原生生物界 植物界 动物界 真菌界 1 4生物和它的环境形成相互联结的网络 生态系统 定义在一定空间中共同栖居着的所有生物与其环境之间由于不断进行物质循环 能量流动而形成的统一整体 生态系统中的非生物环境包括参与系统物质循环的多种无机元素 化合物 气候条件 其他物理条件 如 温度 日照 气压 降水等 生态系统中的生物 上述5界生物分别担当生产者 消费者 分解者 生产者 producer 自养生物 植 藻 蓝 光合细菌捕获太阳能 光合作用利用CO2 空气 和水 土壤 制造有机物 功能 为生态系统提供食物 能量 消费者 consumer 动物以植物 或其他动物为食 分解者 decomposer绝大多数异养细菌 全部真菌 分解者类型 腐生型 寄生型 腐生型 水解酶 环境 分解生物遗体中复杂有机物 小分子有机物 自身的食物 寄生型生活在活的动植物体内 分解宿主的组成成分 分解者的重要作用没有分解者 动植物尸体将会堆积成灾 物质不能循环 生态系统将走向毁灭 食物链 foodchain 植物 蝴蝶 蜻蜓 蛙 蛇 鹰 定义 生态系统中生物成员间的营养关系 意义 生物成员间最主要的联系 食物网 foodweb 图35 2生态系统中具若干个食物链 食物链 彼此交错 食物网 生态系统功能 物质循环 能量流动 周而复始的物质循环生命所需的基本化学物质 CO2 水 各种无机物 空气 土壤 植物 沿食物链在生态系统中传递 一种生物 另一种生物 空气 土壤 永不停息的能量流动 植物 光合生物 捕获太阳光能 食物分子中的化学能 沿食物网流动 能量流动过程中不断有能量 热 离开生态系统 生物体内可用于做功的能量持续衰减 生态系统都需要不断补给能量否则 生态系统将会自行消亡 图1 4生态系统中的物质循环和能量流动a生产者捕获 转换 利用并贮存来自太阳的能量 b能量在生物体之间转移 并逐步化为热返回环境 c物质在生产者 消费者 分解者及环境之间循环 能量 能量 物质 1 5生物界巨大的多样性中存在着高度的统一性 多样性属于同一分类群的多种生物 总有一些性状将它们彼此分开 例 鹿科动物 我国14种麇鹿 马鹿 梅花鹿 驯鹿 麝等 统一性 人类认识逐步加深 早期认识 个体及以上水平同一类群的多种生物彼此很相似 即有某种统一的结构模式将它们包容在一个分类阶元中 细胞发现 分子生物学发展使人类对生物统一性的认识提到一个又一个新高度 生物都是由细胞组成的19世纪 显微镜发明 改进所有动植物都由细胞组成 细胞在显微镜下都十分相似 细胞成为生物界统一的基础 所有生物细胞都有相同的组分元素 分子 生物大分子 核酸 蛋白质 多糖等 所有生物新陈代谢过程基本相同同种生物发育过程相同 蛋白质的统一性组成 20种AAs 肽键 功能 氨基酸序列决定的 遗传物质统一性 遗传物质均为DNA或RNA脱氧核糖核酸核糖核酸 DNA组成相同4种核苷酸 磷酸二酯键 长链 2条互补长链 双螺旋分子 核苷酸 磷酸根 碱基 糖 遗传信息流的方向相同DNA长链的核苷酸序列 蛋白质长链的氨基酸序列 为每个物种 个体编制蓝图即 DNA的信息 调控生物体代谢 生长 发育等过程 遗传密码相同 三联体密码子 现代生物学的重要理念 DNA RNA 蛋白质的遗传系统是生物界的统一基础 所有生物有共同的祖先彼此都有或近或远的亲缘关系 整个生物界是一个多分支的物种进化系谱 生物学几个重要的基本概念稳态 遗传系统 遗传信息流 进化 适应 1 6研究生物学的方法所有自然科学的研究方法 有一些相同的关键要素 1 观察 observation 2 提出问题 questioning 3 假说 hypothese 4 预测 prediction 5 检验 test 例1 1831 1836 达尔文 贝格尔 Beagle 号 环球考察 最著名的生物学科学观察活动 1 观察 为了认识自然所做的有目的的考察和审视 发现尚未被认识和解释的现象 在加拉帕戈斯群岛Galapagos发现下述两个重要事实 海岛与大陆的物种 加拉帕戈斯群岛 邻近南美大陆 佛得角群岛 邻近非洲大陆 两群岛相似 都在赤道附近 很年轻火山岛 气候十分相似 两群岛物种 都有特有物种 彼此相距甚远 但都与邻近大陆的物种关系密切 加拉帕戈斯群岛13种地雀图25 2 彼此很相似 但喙的大小 形态互有差异 分别适应各自的食物 回英国后整理标本时又发现一个重要事实嘲鸫 mockingbird 加拉帕戈斯群岛独有物种 不同岛上的彼此相似 又有明显差别 属不同物种 2 提出问题 达尔文 思考 海岛 邻近大陆物种间关系如何 即 年轻海岛独有物种哪里来的 若海岛独有物种是从邻近大陆迁徙来的 物种到底是不变的还是可变的 3 假说 缜密思考 达尔文认为只要摆脱物种不变论的束缚 就可合理解释上述事实 岛屿生物来自邻近大陆由于某种偶然原因邻近大陆的生物 新生岛屿 海岛独有物种的形成相对隔离 海岛与大陆不同自然条件 包括物理环境 生物间关系 迁徙者逐渐发生变异 海岛独有物种 共同来源达尔文引申出一个重要概念 彼此相似又互有差别的物种来自一个共同祖先 有一个共同来源 当达尔文提出共同来源的思想时可以将它称为假说 4 预测与检验 假说必须是可以检验的人们能够根据假说 用推测 inference 类推 analogy 方法 对可能发生的事件作预测 并在进一步观察或实验中检验它 检验的几种结果 不支持 提出新假说 作新探索 支持假说 作为继续探索的思路 部分支持假说 对假说作某种修正 任何科学知识都要反复地接受观察和实验的验证 例2 人猿共祖假说 1 观察 达尔文 赫胥黎 T H Huxley 1825 1895 比较分析人 猿的材料 大猿 猩猩 大猩猩 黑猩猩 2 提出问题 为何如此地相像 3 结论 假说 人猿有共同来源都是从某种古猿演化而来的 4 预测 海克尔 E Haeckel 推测类人猿 人之间有一个中间环节 取属名为Pithecanthropus即 类似猿的人 猿人 根据人猿共祖假说 考古学预测 化石记录中的 缺环 当时还未发现任何猿人化石 5 验证 迪布瓦 E Duboiz 荷 解剖学家1887 第一次有计划 有目的寻找 缺环 几代科学家 100多年努力至少440万年连续的化石人类 其中一些可视为人 古猿之间的 缺环 阿法南猿Australopithecusafarensis300多万年前 东非大裂谷 似猿 人 似猿 脑量小 猿的水平 似人枕骨大孔在颅底中央 猿 偏后 骨盆 短宽 猿 窄长 说明 已能直立行走 直立行走的意义双手自由 制造工具 石器 继续向人的方向演化的潜能 因此 人类学家将阿法南猿放进人的系谱而不是猿的系谱 验证 化石人类的发现使人猿共祖理论得到验证 也使共同由来思想得到验证 生物进化在地质时间尺度内发生的事件 可用新发掘的考古材料对预测进行验证 实验研究短时间尺度内发生的事件 可以根据预测来设计有对照的实验对假说进行验证 实例3孟德尔豌豆杂交试验 1 观察 孟德尔发现的现象纯合红花 纯合白花 子一代 杂合 红花 子一代自交 子二代 红花 白花 3 1 2 问题 Why 3 孟德尔的假说 世代之间的遗传遗传的不是性状本身 而是决定性状的因子 基因 形成配子时等位基因分离 彼此独立进行 受精过程中不同配子随机结合 合子 4 孟德尔的预测 回交实验 精华 杂合红花 F1 Aa 纯合白花 aa 产生的配子杂合红花 Aa 配子 a A 纯合白花 aa 配子 a 配子随机结合 F2杂合红花 Aa 纯合白花 aa 1 1 验证 回交 测交 实验测交结果和预测一样 1 1 回交 测交 不同于自交Aa Aa的结果 3 1 回交 测交 也不同于另一种回交Aa AA的结果 4 0 假说得到有说服力的验证 科学方法的精髓坚持任何思想 假说 理论都必须是可以检验的 实践 包括观察和实验 是检验真理的标准 1 7生物学与现代社会生活的关系1 现代人必备的知识和素质 现代大众传媒频见的主题词全球变暖 生态平衡 濒危物种 遗传工程 转基因作物 克隆 试管婴儿 杂交水稻 有氧运动 只有掌握一定的生物学基础知识才能理解有关信息 2 生物学与农学 医学密切相关 生物学是农学 医学重要的基础学科之一 农学 医学是生物学最重要的应用领域 农学 医学的要求和实践是生物学发展的重要推动力 袁隆平与杂交水稻 家养动植物人工选择的实践及成果是达尔文进化理论的重要依据之一 达尔文把他的自然选择理论看成是人工选择原理在自然界的应用 牛痘的发明推动了人们对免疫的认识 生物学理论的突破转化为农 医等方面的新技术 引发农学 医学的突破 生殖生理学研究使体外授精成为可能 实现了生殖技术的一次突破 造血干细胞分化潜能的研究及分离培养技术的发展推动了运用移植骨髓造血干细胞治疗白血病技术的形成和发展 DNA重组技术诞生于20世纪70年代 当代最重要的一项由生物学理论转化而来的技术 将一段外源DNA 目的基因 导入宿主细胞 并在宿主细胞中得到表达 转基因酵母 新型疫苗 转基因大肠杆菌 胰岛素 生长激素 干扰素等 转基因作物 家畜家禽 具人们期望的性状 如 抗病的棉花品种 遗传病的基因诊断 基因治疗 抗虫棉长势良好 转黄瓜抗青枯病基因的甜椒 转基因动物 鱼 中国 生长快 肉质好 耐不良环境 特殊动物导入人基因的猪和小鼠 具特殊用途 转基因技术 基因工程 药物转基因细菌发酵液 工业化生产 产量高 价格低 胰岛素生产车间 胰岛素 治糖尿病 特效药 人工提取100kg猪 牛胰腺 4 5g胰岛素 比黄金还贵 人工合成胰岛素基因 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