农大附中生命科学讲座 -simple.ppt

1、小分子，大世界,甘肃农业大学 生命科学技术学院 张 宁 MobSmall molecular, Big world,Contents,基因工程及其应用,生命现象的多样性,未知领域,生命的功能单位细胞,现代生命科学,一、生命现象的多样性,大肠杆菌约宽1m，长2 m，同样质量的大肠杆菌比表面积是人的30万倍与环境强力的物质能量交换能力！ 大肠杆菌消耗糖自重2000倍/h，即与人体等重的大肠杆菌1小时消耗的的糖量多于一个人一生消耗的粮食。强代谢能力。 大肠杆菌20min繁殖一代惊人的繁殖速度。,VS,遗传繁殖与新陈代谢,遗传决定物种的延续性和稳定 没有可遗传的变异，生物就不

2、可能进化 遗传是由基因决定的 性状的表达是基因和环境互作的结果（勤能补拙）,能量积累与食物链,食虫草的0.5秒,含羞草,应激性,珊瑚岛鱼: 在3040条左右的群体中, 只有一条为雄性. 当雄性死后, 一条强壮的雌性转变为雄性.,环境决定性别（变性）,冬虫夏草,诗云：“冬虫夏草名符实，一物竟能兼动植，世间物理信难穷。”传统的名贵滋补中药材，有调节免疫系统、抗肿瘤、抗疲劳功效。昆虫与真菌的结合体。虫是蝙蝠蛾的幼虫，草是虫草真菌。,人类胚胎发育,10,病毒 非细胞型微生物,通过吸附、侵入、控制宿主 细胞进行核酸复制和蛋白质 合成， 最终装配新子代病毒,流转于生与死之间,平时是毫无活力的晶体； 一旦进

3、入宿主，立即活跃异常,“猛犸之谜”,猛犸，也叫毛象，它身高体壮，身长达5米，体高约3米，门齿长1.5米左右，体重可达4-5吨。猛犸生活在数万年以前的北冰洋冻土地带。在地球上生活了约50万年的猛犸，为什么会在1万年前突然灭绝？ 是由于某种灾变引起的，还是由于猛犸自己缺少适应生存的条件而灭绝的呢？猛犸的灭绝，和恐龙的灭绝一样，都是生物进化史中的未解之谜。,“恐龙灭绝之谜”,人类在地球上生活了二三百万年；侏罗纪繁盛的恐龙，在地球上一共生存了一亿三千多万年，白垩纪恐龙竟然一个不剩地、永远地灭绝。这实在是一桩千古疑案。答疑：气候变迁？小行星撞地球？地壳板块剧烈运动？集体中毒？进化成鸟？,龟鳖家族的长寿之

4、谜,龟鳖与恐龙是同时代的动物。在白垩纪末期，几乎使全部有生命体，包括恐龙在内都灭绝了，而龟得以生存下来。龟的离体心脏竟能在体外搏动2天之久。将龟头砍下，可活数周。龟的寿命长达几百年。细胞研究发现，动物的成纤细胞繁殖代数与动物寿命呈正相关。龟的成纤细胞体外培养高达117年代数。细胞从不发生癌变。,Contents,基因工程及其应用,生命现象的多样性,未知领域,生命的功能单位细胞,现代生命科学,生命科学，21世纪的带头学科！,17-20世纪是物理学最为风光、最为辉煌、为人类文明与科学进步贡献最大的世纪。对物质原子结构的认识，使物理学进入鼎盛时期。原子弹的爆炸与人类走向太空，更使物理学登峰造极。 2

5、1世纪生命科学成为自然科学的带头学科，统计美国“科学引文索引（SCI）”收录的4500余种学术刊物，发现有2350种左右为生物科学相关杂志！统计全世界引用指数（Impact factor）在10以上的超一流学术刊物，也发现80%左右是生物科学相关刊物。,数、理、化相关学科,生物学实验技术,渗透 交叉,近代生物学,个性,共性,宏观生物学 （生态学为核心）,微观生物学 （分子生物学为核心）,细胞水平,分子水平,结构生物学，发育生物学，神经生物学等新兴学科发展,生物多样性 研究,资源保护与 利用,人类生态环境的保护 工农业生产持续发展,二、现代生物学的发展,按生物类群或研究对象：植物学、动物学、微生

6、物学、病毒学、人类学、古生物学、藻类学、昆虫学、鱼类学、鸟类学等 按生物结构的层次：种群生物学、细胞生物学、分子生物学、分子遗传学、量子生物学等,生命科学的分科,生命科学正渗透到各学科领域,生 物 学,Contents,基因工程及其应用,生命现象的多样性,未知领域,生命的功能单位细胞,现代生命科学,四、生命的基本功能单位细胞,机体,细胞的发现,列文虎克 （制作显微镜）,施莱登 (植物学家),罗伯特胡克 (定名cell),施旺 (动物学家),动物与植物细胞,线粒体,动物细胞,植物细胞,细胞膜,高尔基体,细胞核、染色体和DNA,细胞核内有DNA，DNA与蛋白质等紧密结合形成染色质。 DNA高度螺旋

7、化卷曲，压缩装在细胞核中。最长的DNA约3100mm，可螺旋在细胞核中（原核细胞1-10m，真核细胞10-100 m ）。,真核生物染色体DNA组装不同层次的结构(8000-10000倍压缩),DNA(2nm),核小体链(11nm，每个核小体200bp),纤丝(30nm，每圈6个核小体),突环(150nm，每个突环大约75000bp),玫瑰花结(300nm ，6个突环),螺旋圈(700nm，每圈30个玫瑰花),染色体(1400nm,每个染色体含10个玫瑰花),26,染色质和染色体,染色体的DNA上有决定生物体遗传、变异、生长、发育的基因。 每一种生物体细胞内的染色体数目总是恒定的，而且在大多数

8、高等生物中都是成对存在的，称为“二倍体”。,27,人类体细胞具有46条染色体，即23对，为二倍体(2n). 其中44条(22对)为常染色体， 另两条(1对)与性别分化有关，为性染色体(女性为XX，男性为XY),Contents,基因工程及其应用,生命现象的多样性,未知领域,生命的功能单位细胞,现代生命科学,微生物工程,酶工程,基因工程,细胞工程,现代生物技术,蛋白质工程,基因工程的概念,1.基因概念 Gene :一段可以编码具有某种生物学功能物质的DNA序列。 2.基因工程的概念 是应用人工方法，把生物的遗传物质（DNA）分离出来，在体外进行切割、拼接和重组，然后将重组了的DNA导入宿主细胞或

9、个体，从而改变它们的遗传特性，或者使新的遗传信息在新的宿主细胞或个体中大量表达，以获得基因产物（多肽或蛋白质）。 基因工程也称为基因操作或DNA重组技术，是20世纪70年代以后兴起的一门新技术。,改良作物、家畜品种； 提高农作物和畜产品的品质（产量高、口感好、抗病抗逆、适应能力强）； 人类可能在新世纪里培育出超级物种； 提供移植所需的器官以及各种替代组织； 生产特殊药物或者疫苗。,基因工程的应用,转 基 因 西 红 柿,1994年，美国食品和药品管理局（FDA）批准首个转基因食物西红柿FLAVRSVER进入消费市场。 FDA相信该转基因西红柿与普通育种生长的西红柿同样安全。,转多聚半乳糖醛酸酶

10、反义基因,转Bt基因的抗虫棉,中国林科院培育的转Bt基因抗虫欧洲黑杨,目前，世界上约有3.5亿人感染乙型肝炎，德国吉森大学的研究人员选择胡萝卜作为载体，将乙肝病毒的表面蛋白基因注入胡萝卜，同时通过一种催化剂提高胡萝卜基因中乙肝病毒蛋白的浓度。 这种转基因胡萝卜外表与普通胡萝卜没有差异，只是在成熟之前需利用一种荷尔蒙激活其基因，使其释放出更大量的肝炎疫苗成分。,玉米螟侵害和真菌感染的普通玉米(左) 转抗病基因玉米(右),“Golden” rice contrasted with ordinary rice,富含胡萝卜素的转基因水稻,Cucumber mosaic virus是番茄的癌症，重者可导

11、致绝产，一般年份损失15%-20%。,北京大学陈章良培育出抗CMV的转基因番茄,对照花,转基因矮牵牛花,北京大学陈章良,发光的水稻（转绿色荧光蛋白基因）,真正蓝玫瑰面世 转基因技术造就,2008年11月1日，转基因蓝玫瑰亮相日本东京国际花卉博览会。 近年出现在花卉市场上的蓝色玫瑰，实际上是采用染色技术培育而成的白玫瑰。 日本东京国际花卉博览会上亮相的世界首批转基因玫瑰才是真正的蓝玫瑰，这种玫瑰被植入三色紫罗兰所含的一种能刺激蓝色素产生的基因，花瓣因而自然呈现蓝色。,神话成现实变绿叶为鲜花,美国和墨西哥科学家共同完成。他们发现一种芥子植物的所有基因中有五个是负责花瓣的生成的，而它们的生长基础与叶

12、子完全相同，在叶子中也可发现这些基因，但它们已经有所变形。科学家们把叶子中的相关基因进行了改变，把整个叶子也变成了花瓣。,转基因食品,转基因食品,认识这些标志吗？,1981-1982 转基因动物的出生,超级鼠 1981年 美国科学家,可以不知疲倦地奔跑数小时、寿命更长、拥有更强繁殖能力、吃得更多而不增加体重。,转基因动物,把大鼠生长因子转入小鼠,得到巨大型的转基因小鼠。,转基因黄河鲤鱼，生长速度比对照快,转基因果蝇 1981,结果得到了眼睛颜色为红色的果蝇，表明转入的基因已在体内表达。这一性状随果蝇繁殖保留了下来,2009年8月5日，四只身体发出绿色荧光的小老鼠在广州动物园展出。中山大学实验室

13、的老鼠是通过转基因方法植入了绿色荧光蛋白，这也是2008年诺贝尔化学奖的技术首次应用在广州的动物园展览中。,转基因荧光猪,转基因荧光猫,荧光斑马鱼（观赏、水体检测）,我们是带有荧光的转基因鱼，漂亮吧？,斑马鱼是黑白相间，转水母绿色荧光蛋白或珊瑚虫红色荧光蛋白的基因，在紫外线照射下，能够发出绿光或红光。,重金属、毒素、激素时，启动子会“打开”发光蛋白的基因,转基因蚕,这种蚕被导入了水母、珊瑚等的荧光蛋白质基因，所结的茧在自然光照射下呈淡绿色或粉色，但经蓝色发光二极管等光线照射后，通过滤镜观察则呈荧光色。该成果有望应用于衣料及家装等领域。,Dolly的标本和伊恩博士,Dolly：1996.7.5.

14、世界上第一只克隆羊Dolly由英国爱丁堡大学的伊恩博士研制成功，2003.2.14.由于肺结核而被安乐死，它的标本于2003年4月9日陈列于苏格兰首都爱丁堡国家博物馆。,三个母亲？,克隆技术的科学意义和应用潜力,在基础科学研究方面，将使人们了解去分化和再程序化是怎么实现的； 在研究人类疾病方面，可以建立起与多个基因相关的疾病的动物模型 ，对研究人类疾病发病机理有着特别重要的意义 ； 与转基因结合起来，提供大量临床所需要的异种器官； 扩增特殊的或不育的优良动物个体，比如克隆高产奶牛等； 延缓某些濒危动物的消亡。,猕猴安迪,2000年，实验室首次成功克隆了一只叫做安迪的猕猴，后来科学家们陆续克隆了

15、多只猴子，可用于研究人员测试糖尿病等病症。,克隆猪,2000年，美国实验室引入基因改良猪，使这些克隆猪能够生长出适合人类的器官和细胞组织。此次一共克隆了5头雌性猪，其中最大的一头叫做米莉，它们是美国一家生物公司成功克隆的。,老鼠库姆利纳,2000年，科学家在美国夏威夷成功克隆一只老鼠，这只老鼠被命名为“库姆利纳”（Cumulina），它一直存活了两年7个月。据悉，这在克隆研究领域是一项重大突破。,母牛诺托和卡加,这些母牛是在1998年被成功克隆的，随后克隆了数千头母牛，这是日本克隆技术上的最大成果，这项技术也为其他克隆技术生产出更好的肉质和牛奶做出巨大贡献。,山羊米拉和欧洲盘羊奥姆布雷塔,山羊

16、米拉是在1998年克隆的，当时它和自己的姐妹们是从美国实验室被制造出来，科学家利用家畜克隆技术生产对人体有益的药物成份。,一只叫做奥姆布雷塔的欧洲盘羊被成功克隆，科学家这样做是为了营救目前世界上数目稀少的欧洲盘羊，避免它们从地球上灭绝消失。,野牛诺亚,2001年，一只叫做诺亚的亚洲野牛被成功克隆，据悉，近年来亚洲野牛的数量锐减。诺亚由于痢疾只存活了两天。,克隆猫科毕,这只名叫科毕的猫于2001年成功克隆，从此开辟了宠物克隆市场，并最终形成了克隆宠物的国际性行业。,中国，首例，转基因克隆兔,左为克隆兔，右为代孕兔,转基因山羊 羊奶可产含人奶成份,美国转基因猪，其体内含有人类的基因，乳汁含有人体蛋

17、白fator。只需300600只这样的母猪就能满足全世界对这种蛋白的需求。,特殊蛋白质的大量生产,生产部件,鼠背长人耳,试管婴儿是指以手术从母体取出卵子，加以经处理的精子，放在试管中受精，受精卵在试管中的发育时间大约为两天，然后移至子宫内继续发育，直至发育成为成熟的胎儿、分娩。这种采用体外受精-胚胎移植技术妊娠出生的婴儿即为试管婴儿。,试管婴儿技术2010年诺贝尔医学和生理学奖,世界上第一个试管婴儿路易丝布朗1978年，在英国诞生,基因本身也是一个产业！,Rockfeller 大学将人肥胖基因出售0.2亿美元（1995年3月） Amgen公司将FKBP神经免疫因子配体转让达3.29亿美元（1997年） Millennium公司以4.65亿美元向Bayer公司转让225种基因的开发权（1998年9月）,只 怕 想 不 到,不 怕 办 不 到,生物工程的魅力,想象中新奇的转