高中生物竞赛课件：细胞学与细胞生物学-1.pptx

一、细胞的发现二、细胞学说的建立及其意义三、从经典细胞学到实验细胞学时期四、细胞生物学学科的形成与发展 细胞学与细胞生物学细胞生物学(Cell Cell biologybiology)：应用现代物理学和化学技术，以及分子生物学的概念和方法，侧重从细胞作为生命活动的基本单位的思维为出发点，研究和揭示细胞基本生命活动规律的科学。它从显微、亚显微与分子水平上研究细胞结构与功能、细胞的增殖、分化、衰老、死亡，以及细胞信号转导和基因表达调控，细胞起源与进化等重大生命过程。细胞学(C Cytology)ytology)：研究细胞结构和功能的生物学分支学科 细胞学与细胞生物学 细胞学与细胞生物学现代生物学的三大基石1838-1839施莱登(M.J.Schleiden)施万(T.Schwann)细胞学说1859达尔文(C.R.Darwen)进化论1866孟德尔(G.J.Mendel)遗传学基石中的基石 细胞学与细胞生物学一、细胞的发现英国学者胡克(Robert Hooke)1665年(发表显微图谱)用自制的显微镜观察栎树皮薄片，第一次描述了植物细胞的构造，首次使用拉丁文“cellarcellar”。后来英文用cell，中文翻译为细胞Robert HookeHookes microscopeCell structure of Cork by Hooke 细胞学与细胞生物学一、细胞的发现英国学者胡克(Robert Hooke)1665年(发表显微图谱)用自制的显微镜观察栎树皮薄片，第一次描述了植物细胞的构造，首次使用拉丁文“cellarcellar”。后来英文用cell，中文翻译为细胞Robert HookeHookes microscopeCell structure of Cork by Hooke认为细胞是在1665年由胡克发现 细胞学与细胞生物学一、细胞的发现荷兰学者列文虎克(Antony(Antony van van Leeuwenhoek)Leeuwenhoek)自制了高倍显微镜观察了许多动植物的活细胞与原生动物，1674年观察鱼的红细胞时描述了细胞核的结构Microbiology.An Introduction.Pearson.13th(2019)Microbiology.An Introduction.Pearson.13th(2019)细胞学与细胞生物学一、细胞的发现荷兰学者列文虎克(Antony(Antony van van Leeuwenhoek)Leeuwenhoek)自制了高倍显微镜观察了许多动植物的活细胞与原生动物，1674年观察鱼的红细胞时描述了细胞核的结构Microbiology.An Introduction.Pearson.13th(2019)Microbiology.An Introduction.Pearson.13th(2019)细胞学与细胞生物学一、细胞的发现荷兰学者列文虎克(Antony(Antony van van Leeuwenhoek)Leeuwenhoek)自制了高倍显微镜观察了许多动植物的活细胞与原生动物，1674年观察鱼的红细胞时描述了细胞核的结构真正活细胞的发现Microbiology.An Introduction.Pearson.13th(2019)Microbiology.An Introduction.Pearson.13th(2019)细胞学与细胞生物学二、细胞学说的建立及其意义18381838年年,德德国国植植物物学学家家施施来来登登(M.(M.J.J.Schleiden)Schleiden)发发表表植物发生论植物发生论，指出，指出细胞是构成植物的基本单位细胞是构成植物的基本单位“细胞学说”(”(Cell theory)Cell theory)18391839年年,德德国国动动物物学学家家施施万万(T.(T.Schwann)Schwann)发发表表关关于于动动植植物物的的结结构构和和生生长长的的一一致致性性的的显显微微研研究究，指指出出：一一切切植植物物、动动物物都都是是由由细细胞胞构构成成的的，细细胞胞是是生物体的基本结构单位。生物体的基本结构单位。细胞学与细胞生物学二、细胞学说的建立及其意义1858年，德国医生和病理学家魏尔肖(Rufolf Virchow)指出：细胞只能来自细胞，正如动物只能来自动物，植物只能来自植物一样有机体的一切病理表现都是基于细胞的损伤进一步指明了细胞作为一个相对独立的生命活性基本单位的性质，被认为是对细胞学说的一个重要补充 细胞学与细胞生物学二、细胞学说的建立及其意义细胞学说(Cell theory)的基本内容：细胞是有机体，一切动植物都是由细胞发育而来，并由细胞和细胞产物所构成每个细胞作为一个相对独立的单位，既有它“自己的”生命，又对与其它细胞共同组成的整体的生命有所助益新的细胞可以通过已存在的细胞繁殖产生 细胞学与细胞生物学二、细胞学说的建立及其意义细胞学说(Cell theory)创立的意义：解决了生命的共同起源，即生命的同一性问题推进了人类对生命自然界的认识，有力地促进了生命科学的进步。恩格斯对细胞学说给予极高的评价，把它与进化论和能量守恒定律并列为1919世纪的三大发明对生物科学的发展具有重大的意义，为现代生物学的三大基石(1838-1839细胞学说、1859年的进化论和1866孟德尔确立的遗传学)之一，而且为基石中的“基石”细胞学与细胞生物学三、从经典细胞学到实验细胞学时期主要指1919世纪的最后2525年显微镜下的形态描述(1)(1)原生质理论的提出(2)(2)细胞分裂的研究(3)(3)细胞器的发现细胞器和细胞分裂活动的发现 细胞学与细胞生物学三、从经典细胞学到实验细胞学时期(1)(1)原生质理论的提出18401840年普金耶(J.E.Pukinje)(J.E.Pukinje)和18461846年冯 莫尔(H.von(H.von Mohl)Mohl)首次将动物、植物的 细 胞 的 内 含 物 称 为“原 生 质”(”(protoplasmprotoplasm)18611861年舒尔策(M.Schultze)(M.Schultze)提出原生质理论:组成有机体的基本单位是一小团原生质，这种物质在各种有机体中是相似的 细胞学与细胞生物学三、从经典细胞学到实验细胞学时期(1)(1)原生质理论的提出18801880年，J.von J.von HansteinHanstein提出“原生质体”(”(protoplastprotoplast)概念细胞细胞的概念进一步演绎成的概念进一步演绎成：“具具有生命活性的一小团原生质有生命活性的一小团原生质”细胞学与细胞生物学三、从经典细胞学到实验细胞学时期(2)(2)细胞分裂的研究华尔瑟 弗莱明(W.Flemming)在动物细胞中施特拉斯布格(Strasburger)在植物细胞中发现有丝分裂(mitosis)mitosis)实质是核内丝状物(染色体)的形成及向两个子细胞的平均分配1841年罗伯特 雷马克(R.Remak)发现鸡胚血细胞的直接分裂 细胞学与细胞生物学三、从经典细胞学到实验细胞学时期(2)(2)细胞分裂的研究1883年范.贝内登(Van Bene den)(Van Bene den)在动物细胞中1886年Strasburger在植物细胞中发现减数分裂1875年赫特维希(O.Hertwig)发现受精卵中两亲本核的合并;1877年施特拉斯布格(Strasburger)发现动物的受精现象;细胞学与细胞生物学三、从经典细胞学到实验细胞学时期(3 3)细胞器的发现1883年范.贝内登(Van(Van Bene Bene den)den)和博费里(Boveri)Boveri)发现了中心体1888 年，沃尔德耶(Waldeyer)提出染色体概念1898年高尔基(Golgi)发现了高尔基体 细胞学与细胞生物学三、从经典细胞学到实验细胞学时期(3 3)细胞器的发现1894年 理 查 德.阿 尔 特 曼(R.R.Altman)Altman)发现了线粒体 细胞学与细胞生物学三、从经典细胞学到实验细胞学时期1.1.细胞遗传学细胞学的发展主要是采用实验的手段研究细胞学的问题，由于实验研究不断同相邻学科结合、相互渗透，导致了一些重要分支学科的建立和发展：1892年，O.Hertwig在细胞和组织中提出：生物学的基础在于研究细胞的特性、结构和机能，并以细胞为基础，对所有生物学现象进行归纳与综合细胞学成为生命科学的一个独立分支2.2.细胞生理学3.3.细胞化学 细胞学与细胞生物学三、从经典细胞学到实验细胞学时期1.1.细胞遗传学1876Hertwig动物受精现象1883Van Beneden蛔虫卵和精子染色体减半1888(E.A.Strasburger),1893(Overten)植物双受精(生殖细胞染色体数减半)1900遗传法则重新提出(孟德尔，34年前)1905E.B.Wilson发 现 性 别 与 染 色 体 的 关 系，魏 斯 曼(A.Weissman)推测遗传单位有序的排列在染色体上 德德国国T.Boveri和美国和美国W.Sutton提出遗传的染色体学说提出遗传的染色体学说1910T.H.Morgan基因学说(基因是决定遗传形状的基本单位)细胞学与细胞生物学三、从经典细胞学到实验细胞学时期1.1.细胞遗传学 从细胞学角度，特别是染色体结构和功能，及染色体和其他细胞器的关系来研究遗传现象，阐明遗传和变异的机制相关技术的发展：基因在染色体上的定位；人工染色体(酵母、细菌人工染色体)与染色体工程；基因的人工诱变与点突变(CRISPR/cas9)；基因打靶与显性负效应；.细胞学与细胞生物学三、从经典细胞学到实验细胞学时期2.2.细胞生理学1909R.Harrison和A.Carrel创立组织培养技术 为细胞生理学开辟一条重要途径1943A.Claude用 高 速离心机分离活细胞内的核和各种细胞器(线粒体、叶绿体)体外研究细胞器的功能、化学组成，酶在各个细胞器中的定位主要研究内容主要研究内容：细胞对周围环境的反应细胞对周围环境的反应;细胞生长与繁殖的机制细胞生长与繁殖的机制;细胞从环境中摄取营养的能力细胞从环境中摄取营养的能力;细细胞胞的的兴兴奋奋性性、收收缩缩性性、分分泌泌性性;生生物物膜膜的的主主动动运运输输和和能能量量传传递递与生物电与生物电.重点：物质的跨膜运输、信号跨膜转导 细胞学与细胞生物学三、从经典细胞学到实验细胞学时期3.3.细胞化学1924R.Feulgen建立对细胞内DNA特异性的定性检测方法(福尔根反应)1940J.Brachet甲基绿-派洛宁染色测定细胞中的DNA与RNA；T.O.Casperson紫外分光光度法测定DNA在细胞中的含量相关技术的发展：细胞组分分离技术(超速/差速离心、去垢剂)放射自显影技术(同位素标记)超微量分析技术(ELISA)流式细胞术原位杂交免疫荧光.核酸与蛋白质的定性、定位、定量以及动态变化 细胞学与细胞生物学三、从经典细胞学到实验细胞学时期细胞生物学遗传学生物化学发育学生理学分子生物学免疫学 细胞学与细胞生物学四、细胞生物学学科的形成与发展20世纪50年代以来：电镜下对细胞超微结构的认识 奠定基础线粒体、叶绿体、高尔基体、细胞膜、核膜、核仁、染色质与染色体内质网、核糖体、溶酶体、核孔复合体、细胞骨架生物化学的渗透细胞结构与功能相结合的研究 细胞生物学细胞学遗传学生物化学 细胞学与细胞生物学四、细胞生物学学科的形成与发展 Molecular Biology 1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构模型，随后又提出遗传中心法则，标志分子生物学的诞生Cell Biology 1965年，DPDerobetis将其普通细胞学改为细胞生物学，标志着细胞生物学的诞生Molecular Cell Biology 80年代开始出现了分子细胞生物学 细胞学与细胞生物学四、细胞生物学学科的形成与发展20世纪：70年代转基因技术和单克隆抗体技术建立80年代模式生物建立及突变株的分离90年代基因打靶技术、DNA测序、生物芯片人类基因组计划、蛋白质组学、表观遗传学.在分子水平上对细胞的基本生命活动规律的探索相对孤立的调控因子或通路的研究细化的网络式系统的研究 细胞学与细胞生物学四、细胞生物学学科的形成与发展个体个体细胞细胞分子分子产生和决定生命活动的枢纽产生和决定生命活动的枢纽 多多莉莉羊羊的的诞诞生生、人人类类胚胚胎胎干干细细胞胞的的建建系系、诱诱导导性性多潜能干细胞技术的建立多潜能干细胞技术的建立分子分子细胞细胞 细胞学与细胞生物学四、细胞生物学学科的形成与发展新阶段的特点：以细胞(及其社会)，特别是活体细胞为研究对象以细胞重大生命活动为主要研究内容在揭示细胞生命活动分子机制方面，以细胞信号调控网络为研究重点在多层次上特别是纳米尺度上揭示细胞生命活动本质为目标多领域、多学科的交叉研究成为细胞生物学研究的重要特征 细胞学与细胞生物学四、细胞生物学学科的形成与发展新阶段的特点：以细胞(及其社会)，特别是活体细胞为研究对象以细胞重大生命活动为主要研究内容在揭示细胞生命活动分子机制方面，以细胞信号调控网络为研究重点在多层次上特别是纳米尺度上揭示细胞生命活动本质为目标多领域、多学科的交叉研究成为细胞生物学研究的重要特征Edmund B.Wilson,1856-1939 1925,生物学大师Wilson提出：“一切生命的关键问题都要到细胞中去寻找答案”生生物物生生殖殖发发育育、遗遗传传、神神经经活活动动的的研研究究以以细胞为基础；细胞为基础；多多细细胞胞生生物物的的生生长长发发育育依依靠靠细细胞胞增增殖殖、分分化与凋亡化与凋亡实现；实现；疾病疾病发病机制发病机制以细胞病变为基础；以细胞病变为基础；现现代代生生物物技技术术(基基因因和和蛋蛋白白质质工工程程)以以细细胞胞操作为操作为基础基础 细胞学与细胞生物学四、细胞生物学学科的形成与发展