最新普通生物学_绪论

1、平顶山学院平顶山学院 郑郑 译译 （64学时）学时）美丽的家园美丽的家园寂静的地球（岩石圈、水圈和大气圈）寂静的地球（岩石圈、水圈和大气圈）生物和它所居住的环境共同组成生物和它所居住的环境共同组成生物圈生物圈(biosphere)生命生命最高的树最高的树红杉（红杉（115米）米）最高的动物最高的动物长颈鹿（长颈鹿（6米）米）最高/矮的人最重的动物最大的叶子多样性高度统一性多样性高度统一性生物界是一个整体生物界是一个整体具有一些共性和普遍适用的规律具有一些共性和普遍适用的规律v大学生物学大学生物学 生物生物(现象和规律现象和规律)通论通论绪绪 论生物界与生物学论生物界与生物学 一、地球与生命一、

2、地球与生命 二、生物的基本特征二、生物的基本特征 三、生物多样性与五界分类系统三、生物多样性与五界分类系统 四、四、生物学分科生物学分科 五、生物学的常用研究方法五、生物学的常用研究方法 六、生物学的历史发展简况六、生物学的历史发展简况 七、生物学和现代社会生活的关系七、生物学和现代社会生活的关系v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) )v为什么地球适合生命生存？为什么地球适合生命生存？v地球和生命协同进化地球和生命协同进化v其他星球上有生命吗其他星球上有生命吗? ?v地球上生物的分布地球

3、上生物的分布 v岩石圈、水圈、大气圈岩石圈、水圈、大气圈-生物圈生物圈v飞翔的鸟类最高离地面可达飞翔的鸟类最高离地面可达2000mv细菌生活在深达细菌生活在深达11000m的海底的海底v细菌生活在地下深达细菌生活在地下深达2000m的石油矿床的石油矿床v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深度以内深度以内的；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。丰富多彩的生命丰富多彩的生命细胞结构图生物类别生物类别 植植 物物 动动 物物细胞构造细胞构造 有细胞壁有细胞壁 无细胞壁无细胞壁营养方式营养方式 大多数自养大

4、多数自养 异异 养养 生长生长 大多数植物生长大多数植物生长 各器官在胚胎内各器官在胚胎内 器官器官 和发育继续进行和发育继续进行 完全形成，生长和完全形成，生长和 发生发生 可连续不断产生可连续不断产生 发育主要是体积发育主要是体积 方式方式 新器官和新组织新器官和新组织 增大与个体成熟增大与个体成熟 动植物的区别1、有共同的物质和结构基础有共同的物质和结构基础2、有新陈代谢现象、有新陈代谢现象3、有应激性、有应激性-对外界刺激有所反应对外界刺激有所反应4、有生长，发育，生殖的现象、有生长，发育，生殖的现象 生物的生活需要营养、生物能进行呼吸、生物的生活需要营养、生物能进行呼吸、 能够排除体

5、内废物能够排除体内废物5、有遗传变异的特征、有遗传变异的特征6、能够适应一定环境和改变环境、能够适应一定环境和改变环境二、生物的特征二、生物的特征1、特定的组织结构、特定的组织结构 化学成分化学成分分子成分分子成分蛋白质、核酸、脂质、糖、维生素以上有机分子在各种生物中也有着相同的结构模式和功能一切生物的遗传物质都是DNA和RNA，生命体内其催化作用酶都是各种蛋白质，各种生物都利用高能化合物（ATP、NADH.）说明：生物界在化学成分上存在高度同一性说明：生物界在化学成分上存在高度同一性水水结构、组成的统一性结构、组成的统一性v1.1.化学成分的同一性化学成分的同一性化学元素、生物大分子、遗传密

6、码、贮能分子、生化学元素、生物大分子、遗传密码、贮能分子、生物过程等。物过程等。v2.2.严整有序的结构严整有序的结构 生命的基本单位是生命的基本单位是细胞细胞-有序性有序性整个生物界是一个多层次的有序结构：整个生物界是一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 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细胞是生物的基本组成单位（病毒除外）（病毒除外）2 2、新陈代谢、新陈代谢 新陈代谢：新陈代谢：生物与外界环境不断进行着生物与外界环境不断进行着物质交换物质交换和和能量转能量转 移移，生物，生物吸收一些物质吸收一些物质, ,在生物体内发生一系列变化

7、，最后在生物体内发生一系列变化，最后 成为代谢过程的成为代谢过程的最终产物而被排出体外的过程。最终产物而被排出体外的过程。同化作用同化作用（合成代谢）通过摄取简单的营养物质，将其转变成（合成代谢）通过摄取简单的营养物质，将其转变成 自身的自身的复杂物质并储存能量的过程。复杂物质并储存能量的过程。异化作用异化作用（分解代谢）（分解代谢）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, ,供生命活动供生命活动只用。只用。 新陈代谢是一系列新陈代谢是一系列酶促酶促化学化学反应所组成的反应所组成的反应网络，是严整有序的过程。反应网络，是严整有序的过程。3、稳态和应激性、稳态和应激性 植

8、物的根能够向地生长，是植物对重力的刺激的植物的根能够向地生长，是植物对重力的刺激的反应。如果把植物放到失重环境，根会怎样生长反应。如果把植物放到失重环境，根会怎样生长？ 应激性应激性是指一切生物对外界各种是指一切生物对外界各种刺激刺激(如光、温如光、温度、声音、食物、化学物质、机械运动、地心引力等度、声音、食物、化学物质、机械运动、地心引力等)所发生的所发生的反应反应。应激性是一种。应激性是一种动态动态反应，在比较反应，在比较短短的的时间内完成。（含羞草等）时间内完成。（含羞草等） 应激性的结果是使生物适应环境，是生物应激性的结果是使生物适应环境，是生物适应性适应性的一种表现形式的一种表现形式

9、 。新陈代谢新陈代谢（物化条件）（物化条件）稳态稳态 所有的生物体，细胞，群落以至生态系统，所有的生物体，细胞，群落以至生态系统，在没有激烈的外界因素的影响下，都是稳定的，在没有激烈的外界因素的影响下，都是稳定的，他们各有自己特定的机制来保证他们各有自己特定的机制来保证自身动态的稳定自身动态的稳定，即稳态。即稳态。4、生殖和遗传变异、生殖和遗传变异 任何一个生物个体都不能长期存在，任何一个生物个体都不能长期存在，他们通过生殖产生子代使物种得以延续。他们通过生殖产生子代使物种得以延续。子代与亲代之间在形态构造、生理机能上子代与亲代之间在形态构造、生理机能上的的相似相似便是便是遗传遗传的结果。而亲

10、子之间的的结果。而亲子之间的差差异异现象由现象由变异变异导致。导致。 遗传和变异都是普遍的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。v遗传性：遗传性：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 变异性变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 假如仅有遗传而无变异假如仅有遗传而无变异 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 假如仅有变异而无遗传假如仅有变异而无遗传 变异就不能延续变异就不能延续 无法形成稳定的新类型无法形成稳定的新类型 生

11、物也不能进化生物也不能进化意义：5、生长和发育、生长和发育 生物都能通过生物都能通过代谢代谢而而生长发育生长发育。虽然环境条。虽然环境条件可以影响生物的生长发育，但每种生物的生长件可以影响生物的生长发育，但每种生物的生长发育都是按照一定发育都是按照一定尺寸范围尺寸范围、一定的、一定的模式模式和和稳定稳定的程序的程序进行的。进行的。 6、进化和适应、进化和适应 生物从约生物从约38亿年前至今，由简单到复杂，由亿年前至今，由简单到复杂，由低级到高级的演变过程便是低级到高级的演变过程便是进化进化的结果。的结果。进化：进化：生物即有遗传又有变异，构成了生物进化的生物即有遗传又有变异，构成了生物进化的历

12、史，历史，进化是在一个进化是在一个种群种群中导致中导致延续多代延续多代的的可遗可遗传变化传变化的过程。的过程。 每一种生物都有自己每一种生物都有自己特有特有的生活的生活环境环境，它的，它的结构和功能结构和功能总是适合于在这种环境条件下的生存总是适合于在这种环境条件下的生存和延续。和延续。 适应是生命特有的现象。适应是生命特有的现象。 同种生物不同个体对环境的同种生物不同个体对环境的适应适应总是存在程总是存在程度上的度上的差别差别，哪怕是很轻微的，哪怕是很轻微的，自然选择自然选择就会发就会发生作用，推动群体向生作用，推动群体向更适应更适应环境的方向进化。环境的方向进化。 三、生物多样性与五界分类

13、系统三、生物多样性与五界分类系统v1.1.生物多样性生物多样性 分布广泛分布广泛 （生态系统多样性）（生态系统多样性） 种类繁多种类繁多 （物种多样性）（物种多样性） 形态各异形态各异 （遗传多样性（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、 仪态万千的生命仪态万千的生命形式形式，才使我们的地球得才使我们的地球得生机勃勃生机勃勃，我们的生活，我们的生活丰富多丰富多彩彩 。生物界是一个多层次的严整有序结构v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，其中万种，其中植物植物26万种、万种、昆虫昆虫75万种、脊椎动物万种、脊椎动物50万种。已灭绝的生

14、物约有万种。已灭绝的生物约有1500万种。万种。据科学家估计，地球上共有生物据科学家估计，地球上共有生物500-3000万种。万种。 种群 群落v19921992年年6 6月月，150150多个国家首脑在巴西里约热内卢召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，这一公约已经得开的全球首脑会议上签定，至今，这一公约已经得到到189189个国家的认同和加盟，从而使之成为至今为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止范围最广的环境公约 。生物多样性公约生物多样性公约的的宗旨宗旨-生物多样性的保护、生物资源的可持续性利生物多样性的保护、生物资源的可持续性利用，以及

15、基因资源既得利益的平等分享。用，以及基因资源既得利益的平等分享。19931993年年1212月月2929日日生物多样性公约生物多样性公约作为野生生物保护新框作为野生生物保护新框架架生效生效,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2929日日为为“国际生物多样性日国际生物多样性日”三、三、分分类的阶元和界的划分类的阶元和界的划分生物的分类阶元：界(kingdom)、门(phylum)、纲(class)、目(order)、科(family)、属(genus)、种(Species )植物界被子植物门双子叶植物纲蔷薇目蔷薇科蔷薇属香槟玫瑰（种）林奈

16、及其双名法林奈及其双名法Linnaeus创立的双名法： 1735 1735 出版出版自然系统自然系统首创纲、目、属、种首创纲、目、属、种的分类概念的分类概念制订了一个统一的生制订了一个统一的生物命名法物命名法即即前一个词为属名，第一个字母大写，第二个词是种加词，全部小写，属名和种加词一般都用斜体。 n 生物分类的阶层和双名法界的划分界的划分v分界分界1.两界系统 瑞典植物学家瑞典植物学家林奈（林奈（Carolus LinnaeusCarolus Linnaeus）的的两界分类系两界分类系统统：植物界、动物界植物界、动物界生物动物界植物界三界系统海克尔2.三界系统三界系统v1886年法国生物学家

17、年法国生物学家海克尔海克尔（E.Haeckel）提出）提出三界三界分类系统分类系统：v原生生物界：原生生物界：单细胞动物、细菌、真菌、多细胞藻类单细胞动物、细菌、真菌、多细胞藻类 植物界植物界: 动物界：动物界：生物生物动物界动物界原生生物界原生生物界植物界植物界五界分类系统19691969年美国学者年美国学者慧特克慧特克（R.H.WhittakerR.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)(Monera)：细菌、立克次氏体、支原体、衣原体、蓝藻：细菌、立克次氏体、支原体、衣原体、蓝藻 原生生物界原生生物界(Protista)(Proti

18、sta) ：单细胞的原生动物（如变形虫、草履虫）、：单细胞的原生动物（如变形虫、草履虫）、 藻类、粘菌类。藻类、粘菌类。真菌真菌(Fungi)(Fungi)：真菌：真菌植物界植物界(Plantae)(Plantae)：苔藓植物、蕨类植物、裸子植物、被子植物苔藓植物、蕨类植物、裸子植物、被子植物动物界动物界(Animalia)(Animalia)：无脊椎动物、脊椎动物：无脊椎动物、脊椎动物四、生物学分科四、生物学分科1.按生物类群或研究对象划分按生物类群或研究对象划分 动物学、病毒学、植物学等2.按结构、功能以及各种生命现象内容不同划按结构、功能以及各种生命现象内容不同划分分 形态学、解剖学、组

19、织学 、胚胎学等 种群生物学、细胞生物学、分子生物学等3.按研究手段不同划分按研究手段不同划分 生物化学、生物物理、生物数学等五、生物学常用的研究方法五、生物学常用的研究方法v生物学研究方法很多，解决生物学的问题要生物学研究方法很多，解决生物学的问题要用科学的方法。用科学的方法。v科学方法依次包括以下内容：科学方法依次包括以下内容：v科学观察、提出问题、假设、实验、结论科学观察、提出问题、假设、实验、结论假说和实验（假说演绎法）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所研究对象的条件下进行的观察。下进行的观察。v用实验的方法研究客观事物，要求用实验

20、的方法研究客观事物，要求根据根据已有已有的的事实事实(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，再根据假说推导出一个可以用实验加以检验的根据假说推导出一个可以用实验加以检验的预测，然后预测，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v直接用研究对象进行实验非常困难，或者简直接用研究对象进行实验非常困难，或者简直不可能时，可用直不可能时，可用模型模型代替研究对象来进行代替研究对象来进行实验。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

21、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六、生物学的历史发展简况六、生物学的历史发展简况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）实验生物学阶段实验生物学阶段二十世纪生物科学的新貌二十世纪生物科学的新貌v分子生物学分子生物学：1953年年Watson 、Crick提出提出分子双螺旋结构。分子双螺

22、旋结构。vDNA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。v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。v人类全基因组人类全基因组：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。二十世纪随着物理学和化学的发展，以及这些二十世纪随着物理学和化学的发展，以及这些技术向生物学的渗透，使生物学技

23、术迅猛发技术向生物学的渗透，使生物学技术迅猛发展。展。v例如：例如：X-射线衍射技术，电子显微镜，激光射线衍射技术，电子显微镜，激光，中子衍射技术，电子计算机，层析，同位，中子衍射技术，电子计算机，层析，同位素追踪，电泳和超高速离心技术，以及近年素追踪，电泳和超高速离心技术，以及近年来发展起来的氨基酸自动分析、核酸测序、来发展起来的氨基酸自动分析、核酸测序、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v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、干细胞生命科学的发展趋向生命科学

24、的发展趋向：（1）学科精细化同时学科相互交叉、渗透、相学科精细化同时学科相互交叉、渗透、相辅相承：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 （2）学科宏观化：环境生态学引起极大的关注学科宏观化：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。，生态问题是直接关系到人类存亡的问题。（3）向生命本质前进（微观方向：深入到细胞向生命本质前进（微观方向：深入到细胞、分子、基因水平，而且进展很快）。、分子、基因水平，而且进展很快）。 生命科学的发展生命科学的发展18391839年年 SchleidenSch

25、leiden和和 Schwann Schwann 细胞学说细胞学说18591859年年 Darwin Darwin 进化论进化论18661866年年 Mendel Mendel 植物杂交实验植物杂交实验19261926年年 morgan morgan 基因论基因论19531953年年 WatsonWatson和和Crick DNACrick DNA双螺旋双螺旋19731973年年 斯坦福大学斯坦福大学 Cohn Cohn 加州大学加州大学 Boyer Boyer 基因基因工程工程 重组重组DNADNA技术之父技术之父19971997年年2 2月月 苏格兰苏格兰 Wilmut Wilmut 绵羊

26、绵羊“多莉多莉”的克隆的克隆 20002000年年6 6月月 人类基因组计划人类基因组计划20012001年年 干细胞研究干细胞研究2020年后年后? ?例例1 20001 2000年，瑞士世界经济论坛，克林顿和布莱年，瑞士世界经济论坛，克林顿和布莱尔同时提出，影响尔同时提出，影响2121世纪社会发展的两项技术：信世纪社会发展的两项技术：信息科学技术和生命科学技术。息科学技术和生命科学技术。 例例2 2 物理学家诺贝尔奖获得者杨振宁指出，物理学家诺贝尔奖获得者杨振宁指出，1919世纪世纪和和2020世纪是物理学的世纪，它推动了整个自然科学世纪是物理学的世纪，它推动了整个自然科学的发展，的发展，

27、2121世纪是生命科学的世纪世纪是生命科学的世纪。例例3 3 计算机技术的象征比尔计算机技术的象征比尔. .盖茨指出，影响盖茨指出，影响2121世世纪整个人类社会经济发展的除了信息科学技术，还纪整个人类社会经济发展的除了信息科学技术，还有生命科学技术有生命科学技术。例例4 4 19961996年，年，7171位中国科学院院士联名呼吁，务必位中国科学院院士联名呼吁，务必重视生命科学教育和生命科学研究。重视生命科学教育和生命科学研究。世界面临的很多重大问题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解决这些问题需要生物学知识技术v人口膨胀；人口膨胀；v粮食短缺；粮食短缺；v疾病危害；疾病危害；v环境污染；环境污染；v能源危机；能源危机；v资源匮乏；资源匮乏；v生态平衡破坏；生态平衡破坏；v生物物种大量消亡。生物物种大量消亡。 解决人类生存与发展所面临的一系列重大问题，在很大程度上将依赖于生命科学的发展。生命科学对人类经济、科技、政治和社会发展的作用是全方位全方位的。v基因治疗基因治疗获得初步成功血友病等获得初步成功血友病等v单抗药物单抗药物“生物导弹生物导弹”治疗肿瘤疾病、自身治疗肿瘤疾病、自身免疫疾病。免疫疾病。v干细胞干细胞治疗疾病展示诱人前景。治疗疾病