第八章 人类科学技术的进步及其对生活的影响Microsoft PowerPoint 演示文稿

1、1 第八章第八章人类科学技术的进步及其对人类科学技术的进步及其对生活的影响生活的影响2第一节第一节 生物技术生物技术n一、现代生物技术的研究内容一、现代生物技术的研究内容n二、生物技术对人类生活的影响二、生物技术对人类生活的影响n三、生物技术的安全性与伦理道德问题三、生物技术的安全性与伦理道德问题3一、现代生物技术的研究内容一、现代生物技术的研究内容n1.基因工程基因工程n2.细胞工程细胞工程n3.酶工程酶工程n4.发酵工程发酵工程n5.蛋白质工程（第二代基因工程）蛋白质工程（第二代基因工程）41.基因工程基因工程n基因工程又叫做基因工程又叫做DNA重组技术重组技术，即通过，即通过对对DNA分

2、子进行人工分子进行人工“剪切剪切”和和“拼拼接接”，对生物的基因进行改造和重新组，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生所使重组基因在受体细胞内表达，产生所需要的基因产物（蛋白质、酶、抗菌素需要的基因产物（蛋白质、酶、抗菌素等）。等）。5基因操作的基本步骤基因操作的基本步骤6基因操作的基本步骤基因操作的基本步骤72.细胞工程细胞工程n概念：概念：通过细胞培养，对细胞进行精心操作，通过细胞培养，对细胞进行精心操作，已达到保持和加速良种或获得有用物质的过程。已达到保持和加速良种或获得有用物质的过程。n主要

3、技术：主要技术：动物、植物的组织和细胞的培养、动物、植物的组织和细胞的培养、细胞融合（包括植物和微生物的原生质的融细胞融合（包括植物和微生物的原生质的融合）、细胞器、核移植和胚胎移植等。合）、细胞器、核移植和胚胎移植等。8910植物体细胞杂交植物体细胞杂交11动物体细胞杂交动物体细胞杂交12白菜白菜甘蓝甘蓝13人类皮肤细胞核移植到家兔的卵母细胞人类皮肤细胞核移植到家兔的卵母细胞 146个月大的克隆猴个月大的克隆猴15人类历史上第一个体外受精试管婴儿人类历史上第一个体外受精试管婴儿 16酶工程n概念：概念：n 利用酶活细胞（或细胞器）所具有的某些利用酶活细胞（或细胞器）所具有的某些特异催化功能，

4、借助工艺手段和生物反应器来特异催化功能，借助工艺手段和生物反应器来生产人类所需要的产品。生产人类所需要的产品。n n 酶工程的名称出现在酶工程的名称出现在20世纪世纪20年代，主要年代，主要指自然酶制剂在工业上的规模应用。指自然酶制剂在工业上的规模应用。17治疗疾病：治疗疾病：如血栓溶解酶、容菌酶、尿激酶等如血栓溶解酶、容菌酶、尿激酶等加工生产产品加工生产产品：如果胶酶、青霉素酰化酶等：如果胶酶、青霉素酰化酶等化验诊断、水质监测：化验诊断、水质监测： 如尿糖试纸、血（尿）糖快速测试仪（酶传如尿糖试纸、血（尿）糖快速测试仪（酶传感器）、多酚氧化酶传感器等感器）、多酚氧化酶传感器等其它生物工程：其

5、它生物工程：工具酶（如限制性内切酶、工具酶（如限制性内切酶、DNADNA连接酶等）连接酶等）酶工程产品及应用：酶工程产品及应用：18n加酶洗衣粉加酶洗衣粉 ：把从生物体内提取的蛋白酶、脂肪酶等：把从生物体内提取的蛋白酶、脂肪酶等多种酶加工成了固体酶制剂加入到了洗衣粉中，从而多种酶加工成了固体酶制剂加入到了洗衣粉中，从而使洗衣粉能更有效地清除衣物上的污渍。使洗衣粉能更有效地清除衣物上的污渍。n溶菌酶制剂溶菌酶制剂：加入了从生物体内提取、加工而成的液：加入了从生物体内提取、加工而成的液体溶菌酶制剂，所以对多种细菌有很强的抑制作用，体溶菌酶制剂，所以对多种细菌有很强的抑制作用，因此，溶菌酶制剂常用于

6、抗菌、消炎。因此，溶菌酶制剂常用于抗菌、消炎。n尿糖快速测试仪尿糖快速测试仪酶传感器酶传感器n不同的固定化酶可以制成不同的传感器不同的固定化酶可以制成不同的传感器酶工程产品举例酶工程产品举例19尿糖快速测试仪尿糖快速测试仪酶传感器酶传感器n原理原理: :不同浓度的葡萄糖不同浓度的葡萄糖. .在固定化酶膜在固定化酶膜上的葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶的作用上的葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶的作用下产生不同浓度的氧气，再通过变换器下产生不同浓度的氧气，再通过变换器, ,将氧气的变化量转换成电信号在显示器将氧气的变化量转换成电信号在显示器上反映出来。这样上反映出来。这样, ,就可以快速检测出尿就可以快速检测出尿

7、液中尿糖的含量液中尿糖的含量. .204.发酵工程发酵工程n概念：概念：n利用微生物的某些特定的功能，通过工业化利用微生物的某些特定的功能，通过工业化生生产有用的物质产有用的物质或或生产菌株生产菌株的技术体系。的技术体系。n应用：应用：n医药工程方面：大量生产基因工程药品医药工程方面：大量生产基因工程药品n食品工业方面：生产食品添加剂、生产传统食品工业方面：生产食品添加剂、生产传统的发酵产品、真菌蛋白食品等、大肠杆菌生产的发酵产品、真菌蛋白食品等、大肠杆菌生产鸡的卵清蛋白鸡的卵清蛋白21发酵工程生产产品的的流程发酵工程生产产品的的流程225.基因工程的延伸基因工程的延伸蛋白质工程蛋白质工程n概

8、念：概念：根据蛋白质的精细结构和功能之间的关根据蛋白质的精细结构和功能之间的关系，利用基因工程的手段，按照人类的需要，系，利用基因工程的手段，按照人类的需要，定向改造天然蛋白质，甚至创造出自然界根本定向改造天然蛋白质，甚至创造出自然界根本不存在的蛋白质分子的一门科学技术。不存在的蛋白质分子的一门科学技术。n应用前景：应用前景：对胰岛素进行改造已使其成为速效对胰岛素进行改造已使其成为速效药物；探索用蛋白质工程的方法制成电子元件药物；探索用蛋白质工程的方法制成电子元件23二、生物技术对人类生活的影响二、生物技术对人类生活的影响n1.医药工业医药工业n2. 农业农业n3.畜牧业畜牧业n4.环境工程环

9、境工程24基因工程在医药卫生领域的应用基因工程在医药卫生领域的应用 n1.生产基因工程药品生产基因工程药品 n胰岛素、干扰素、溶血栓剂、胰岛素、干扰素、溶血栓剂、n人造血液代用品、人造血液代用品、n预防肝炎、狂犬病、霍乱、伤寒、疟疾等的各预防肝炎、狂犬病、霍乱、伤寒、疟疾等的各类疫苗类疫苗n2.用于基因诊断与基因治疗用于基因诊断与基因治疗25基因诊断基因诊断n概念：概念：用放射性同位素用放射性同位素( (如如3232P)P)、荧光分、荧光分子等标记的子等标记的DNADNA分子做探针，利用分子做探针，利用DNADNA分分子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传子杂交原理，鉴定被检测标本上的遗传信息，达

10、到检测疾病的目的。信息，达到检测疾病的目的。26n应用：应用：n传染性疾病：传染性疾病：肝炎病毒、肠道病毒、肝炎病毒、肠道病毒、单纯疱疹病毒等检测单纯疱疹病毒等检测n遗传性疾病：产前诊断（镰刀型细胞遗传性疾病：产前诊断（镰刀型细胞贫血症、苯丙酮尿症等的检测）贫血症、苯丙酮尿症等的检测）n肿瘤诊断：白血病的诊断肿瘤诊断：白血病的诊断27基因治疗基因治疗n概念：概念：把健康的外源基因导入有基因缺把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。n种类：种类：n(1)(1)代偿性基因治疗，如治疗球蛋白生成代偿性基因治疗，如治疗球蛋白生成障碍性贫血；障碍性贫血

11、；(2)(2)补偿性基因治疗，如治补偿性基因治疗，如治疗血友病疗血友病B B；n(3)(3)替换性基因治疗；替换性基因治疗；28n(4)(4)性细胞基因治疗；性细胞基因治疗；n(5)(5)调控性基因治疗，如治疗肺癌、急性调控性基因治疗，如治疗肺癌、急性白血病；白血病；n(6)(6)反义性基因治疗；反义性基因治疗；n(7)(7)活化前体药物性基因治疗；活化前体药物性基因治疗；n(8)(8)免疫性基因治疗；免疫性基因治疗；n(9)(9)抗细胞毒性基因治疗，如提高机体对抗细胞毒性基因治疗，如提高机体对肿瘤化疗的耐受力。肿瘤化疗的耐受力。 29基因治疗的应用基因治疗的应用n 治疗遗传性疾病：治疗遗传性

12、疾病：n腺苷脱氨酶缺乏症、血腺苷脱氨酶缺乏症、血友病友病B B n 治疗心血管病：治疗心血管病：n注入管内皮生长因子基注入管内皮生长因子基因（因（VEGFVEGF）n祛病延寿基因的发现：祛病延寿基因的发现：SODSOD基因基因 、HDLHDL基因基因 、DAFDAF基因基因 用基因治疗乙型血友病的临床情况用基因治疗乙型血友病的临床情况 30312.在农业方面的应用在农业方面的应用n培育转基因作物培育转基因作物n培育各种抗逆性的培育各种抗逆性的新品种新品种抗虫棉试验结果的照片抗虫棉试验结果的照片 323.基因工程在畜牧养殖业上的应用基因工程在畜牧养殖业上的应用n科学家将某些特定基因与病毒科学家将

13、某些特定基因与病毒DNADNA构成重组构成重组nDNADNA，然后通过感染或显微注射技术将重组，然后通过感染或显微注射技术将重组DNADNAn转移到动物受精卵中。由这种受精卵发育转移到动物受精卵中。由这种受精卵发育成的动物可以获得人们所需要的各种优良成的动物可以获得人们所需要的各种优良品质，如具有抗病能力、高产仔率、高产品质，如具有抗病能力、高产仔率、高产奶率和高质量的皮毛等。奶率和高质量的皮毛等。 33世界上第一个转基因动物世界上第一个转基因动物344.基因工程与环境保护基因工程与环境保护n用于环境监测用于环境监测 n从从1t水中检测出水中检测出10个病毒来个病毒来 n用于被污染环境的净化用

14、于被污染环境的净化n用超级细菌分解石油用超级细菌分解石油 3536三、生物技术的安全性与伦理道德问题三、生物技术的安全性与伦理道德问题n（一）生物技术的安全性n（二）生物技术的伦理问题37n（一）生物技术的安全性n转基因食品与药物安全问题转基因食品与药物安全问题转基因植物的扩散；转入植物的外源基因的扩散问题；转入植物的其他标记基因，如抗生素抗性基因等的扩散问题；转基因植物是否会影响和破坏生物多样性；转基因植物是否会改变与之相关物种，如害虫等的进化速度；转基因植物中标记基因的毒性问题；转基因植物的果实或其他部分作为食物是否会引起食用者产生不良反应，是否有长期积累的作用；1.转基因植物是否会对农业

15、和国际贸易带来一些不可预测的影响。38（二）生物技术的伦理问题n1.人类干细胞研究中的伦理问题n2.人类基因组研究要遵循的伦理规范n3.克隆伦理问题n4.官移植伦理问题39n1.人类干细胞研究中的伦理问题n干细胞(stem cells)是具有分化潜能的胚性细胞，依其分化潜能的大小可以划分为全能干细胞，多能干细胞和专能干细胞。n人类干细胞主要来自于三个个方面，一是来自人工授精中捐献的多余胚胎，获得胚胎干细胞；二是从死亡胎儿尸体的原始生殖组织分离得到胚胎生殖细胞；三是类似于克隆羊“多莉”经由体细胞核转移技术建立的胚胎中分离出来的多能干细胞。n人类干细胞的研究是世界的一个热点，一是因为克隆技术的发展

16、，人类胚胎可以不经两性关系而产生；二是因为人类干细胞可以在体外培养，经过诱导分化，定向地培育成为各种细胞和组织。40n2.人类基因组研究要遵循的伦理规范：n所进行的测试必须是可靠的，而且诊断必须明确。n对人体进行的测试必须遵循让受试者知情同意的原则。n所进行的基因测试应该能给受试者带来益处。n每个人都有权知道自己的健康信息，并要求对这一信息保密。n基因测试会涉及整个家庭，有时还会超越小范围的核心家庭。41n3.克隆伦理问题克隆伦理问题n克隆技术应用到人类，其问题将要严重得多。把克隆人的器官当作另一些人的工具是不道德的；应该坚决制止，并应明令立法。各国政府和科学界，国际人类基因组组织（HUGO）

17、，欧盟理事会，纷纷表达反对克隆人的试验，联合国教科文组织1997年11月通过了世界人类基因组与人权宣言规定：“基于相互尊重人的尊严、平等这一民主原则，不允许进行与人类尊严相违背的做法，比如生殖性克隆”。2005年3月8日联合国大会以84票赞成，34票反对，37票弃权，通过了禁止克隆人的决议，决议敦促成员国通过立法“禁止违背人的尊严和对人的生命造成伤害的各种形式的克隆”。n虽然人的克隆为绝大多数人所反对，但一意孤行者有可能终将人克隆出来，这在法律上虽是明令禁止的，克隆者会受到道德伦理上的谴责，也会受到法律的惩处，但被克隆出的人却是无辜的，是受害者，作为人类也应该善待他（她），使之享有人的权利和尊

18、严，并使之融入社会。 42n4.官移植伦理问题官移植伦理问题n器官移植分为自体移植和异体移植，自体移植较少伦理方面的问题，如烧伤病人自体皮肤的移植等；异体移植涉及到器官的来源问题，情况往往变得很复杂。异体器官只谈来源人体的器官，不涉及其它物种来源的器官。过去较为成功的是从双胞胎具有双个的器官如肾、再生器官如骨髓，但大量的器官可能来自于尸体或其它来源，因此这方面的伦理问题最多。43第二节第二节 覆盖全球的无线通信网覆盖全球的无线通信网n一、信息的传递一、信息的传递n1.通信的历史通信的历史n2.通信的模式通信的模式441. 通信的历史通信的历史n语音、文字、数据、图像等信息的传输语音、文字、数据

19、、图像等信息的传输称为称为通信通信。n通信的历史：通信的历史：n 声音通信声音通信n 光通信光通信n 电流通信电流通信n 电波通信电波通信45长城烽火台长城烽火台 旗语旗语 4647莫尔斯发出第一封电报设备复制品莫尔斯发出第一封电报设备复制品 标准莫尔斯电码表标准莫尔斯电码表字符字符 电码符号电码符号 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 ? / ( ) 。 48贝尔和他设计的电话贝尔和他设计的电话 摇把电话和接线台摇把电话和接线台 世界第一试音世界第一试音 “喂，芝加哥喂，芝加哥”49电

20、磁感应现象。电磁感应现象。 5051无线电之父无线电之父马可尼马可尼(18741937 )1901年年12月，马可月，马可尼实现了从英国到尼实现了从英国到加拿大长达二千多加拿大长达二千多英里的跨洋通讯英里的跨洋通讯 1909年，马可尼荣年，马可尼荣获诺贝尔物理学奖。获诺贝尔物理学奖。 52模拟式蜂窝电话模拟式蜂窝电话 53GSM手机手机 卫星电话卫星电话 54可替代电脑的手机可替代电脑的手机GPRS手机手机 55会议电视系统会议电视系统 56572.通信的模式通信的模式n通信系统模式：通信系统模式：信息源、送信机（编码）、通信息源、送信机（编码）、通信路（信道）、受信机（译码）、受信者。信路（

21、信道）、受信机（译码）、受信者。58n光纤通信系统：光纤通信系统：是利用光纤传导光信号的通信是利用光纤传导光信号的通信系统。系统。n无线光纤通信，主要是在空间通信无线光纤通信，主要是在空间通信 有线光纤通信，在陆地和海底实用的光通信。有线光纤通信，在陆地和海底实用的光通信。即光纤通信即光纤通信n微波通信方式：微波通信方式：地面微波接力通信、卫星通信地面微波接力通信、卫星通信和对流层散射通信。和对流层散射通信。n“全球数字移动个人通信全球数字移动个人通信”卫星系统卫星系统59二、信息的处理二、信息的处理n1.1.信息处理的演变信息处理的演变n手指掐算手指掐算木条演算木条演算算盘、算器处理信息算盘

22、、算器处理信息电动计电动计算机处理信息算机处理信息电子计算机处理信息电子计算机处理信息n2.2.电子计算机处理信息电子计算机处理信息n输入信息输入信息自动化信息处理自动化信息处理-输出信息输出信息n3.3.电子计算机处理信息的实现电子计算机处理信息的实现n编好程序，并输入计算机编好程序，并输入计算机n4.4.多媒体技术多媒体技术n多媒体：是把文字、声音、图像等多种媒体结合在一多媒体：是把文字、声音、图像等多种媒体结合在一起的综合媒体。起的综合媒体。60三、通信与计算机技术的结合三、通信与计算机技术的结合n1.采用数据化技术采用数据化技术n数据通信：数据通信：把数据的处理和传导合为一体，实现数把

23、数据的处理和传导合为一体，实现数字信息的接收、存储、处理和传输，并对信息流加以字信息的接收、存储、处理和传输，并对信息流加以控制、校沿河管理的一种通信技术。控制、校沿河管理的一种通信技术。n2.通过电波发收信息通过电波发收信息n传真通信：传真通信：利用扫描通信技术，把固定的图像、文利用扫描通信技术，把固定的图像、文稿等装化成为串行的电信号，然后利用通信技术把它稿等装化成为串行的电信号，然后利用通信技术把它们从一个地方按原样传送到另一地方，并在那里以记们从一个地方按原样传送到另一地方，并在那里以记录的形式复制出来的一种通信方式。录的形式复制出来的一种通信方式。61 n3.智能化网络智能化网络n智

24、能综合信息网：智能综合信息网：n 以最优化的方式处理和传递信息。以最优化的方式处理和传递信息。n个人通信系统：个人通信系统：n 定位定位 GPRSn信息网综合化的意义：信息网综合化的意义：n 技术的综合技术的综合 业务的综合业务的综合网络的综合网络的综合 62四、信息的记忆四、信息的记忆n1.照片照片n2.录音磁带录音磁带n3.磁盘磁盘n4.光盘光盘63第三节第三节 人类文明的物质基础人类文明的物质基础n材料：材料：n人类能用来制造有用的物件的物质。人类能用来制造有用的物件的物质。n新材料：新材料：n最近发展和正在发展中比现有的材料性能更为最近发展和正在发展中比现有的材料性能更为优良的材料，或

25、者具有现有的材料尚未具有的优良的材料，或者具有现有的材料尚未具有的某种优良性能的材料。某种优良性能的材料。64一、材料发展概况一、材料发展概况传统材料的发展：传统材料的发展：石器时代石器时代青铜器时代青铜器时代铁器时代铁器时代现代现代材料的分类：材料的分类： 无机非金属材料、无机非金属材料、 金属材料、有机高分子材料、金属材料、有机高分子材料、复合材料复合材料 结构材料和功能材料结构材料和功能材料 信息材料、能源信息材料、能源材料、建筑材料、电子材料和航天材料等材料、建筑材料、电子材料和航天材料等65现代新材料发展的三条主要途径：现代新材料发展的三条主要途径： 从传统材料经过改进发展而来；从传

26、统材料经过改进发展而来； 以现代科学技术研究成果逐步发展起来的；以现代科学技术研究成果逐步发展起来的；根据需要和要求设计制造得来的。根据需要和要求设计制造得来的。66二、传统材料的新发展二、传统材料的新发展n1.金属材料金属材料n形状记忆合金：形状记忆合金：(SMA) n定义：定义：一种能记忆材料的基本形状的合金。一种能记忆材料的基本形状的合金。可以改变任意形状，待温度变化（加热或可以改变任意形状，待温度变化（加热或冷却）达到一定程度后，能完全恢复原状。冷却）达到一定程度后，能完全恢复原状。n应用：应用：在电子、机械、能源、宇航、建筑、在电子、机械、能源、宇航、建筑、医学等领域逐步得到应用。医

27、学等领域逐步得到应用。n举例：举例：“镍钛镍钛”形状记忆合金：形状记忆合金：67686970n储氢合金：储氢合金：n定义：定义：具有很强的捕捉氢的能力的金属，在一具有很强的捕捉氢的能力的金属，在一定的温度和压力条件下，能够大量定的温度和压力条件下，能够大量“吸收吸收”氢氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。当气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。当温度升高并降压时，这些金属氢化物又会分解，温度升高并降压时，这些金属氢化物又会分解，将贮存在其中的氢释放出来。将贮存在其中的氢释放出来。n应用：应用：运输、储存氢气；热的储存和传输；制运输、储存氢气；热的储存和传输；制造制冷或采暖设备；镍氢电池（造

28、制冷或采暖设备；镍氢电池（NiMH ）等。）等。71镍氢充电电池镍氢充电电池 利用储氢合金制造的制冷机利用储氢合金制造的制冷机 储氢合金制作的储氢装置储氢合金制作的储氢装置 储氢钢瓶储氢钢瓶 以液氢为燃料的火箭以液氢为燃料的火箭 72n超导材料：超导材料：n定义：定义：在低温或高温条件下，电阻为零、完全在低温或高温条件下，电阻为零、完全n 抗磁性的材料。抗磁性的材料。n特征：特征：超导性和抗磁性超导性和抗磁性n应用：应用：强电应用（超导发电、超导输电等）强电应用（超导发电、超导输电等）n 电子学方面（超导计算机、超导天线）电子学方面（超导计算机、超导天线）n 抗磁性方面（磁悬浮列车和热核聚变反抗磁性方面（磁悬浮列车和热核聚变反n 应堆等应堆等 ）n举例：举例：超导磁悬浮列车超导磁悬浮列车7374n稀土金属：稀土金属：n定义：定义：又称稀土元素，是元素周期表又称稀土元素，是元素周期表B族中的钪、钇、镧系等族中的钪、钇、镧系等17种元素的总称，种元素的总称，常用常用R或或RE表示。表示。n应用应用 ：材料工业的材料工业的“维生素维生素”，是冶金、，是冶金、