软件仓库-课程介绍市公开课获奖课件省名师优质课赛课一等奖课件.ppt
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1、农业与生物工程学院生命科学与生物技术1/146课程介绍课程介绍课程名称:生命科学与生物技术教课时数:32课时讲课对象:全校非生命科学专业硕士考试方式:笔答(开卷)90%,出勤及讨论讲话10%,名单没有者不能参加考试。考试时间:按学校统一安排教材:生命科学与生物技术主编季静、王罡科学出版社,9月面向二十一世纪课程教材特色:趣味性、启发性、知识性、前沿性讲课方式:多媒体为主(结合动画、录像)、不要求做笔记(以教材为准)2/146课程主要内容课程主要内容第一章第一章 绪论绪论 第二章第二章 生命基本单位生命基本单位-细胞细胞 第三章第三章 生物遗传与变异生物遗传与变异 第四章第四章 生物进化生物进化
2、 第五章第五章 生物技术原理生物技术原理 第六章第六章 生物技术应用生物技术应用 第七章第七章 生物信息学生物信息学 第八章第八章 丰富多彩生物世界丰富多彩生物世界 第九章第九章 宏观层次生命系统宏观层次生命系统-环境生态学概述环境生态学概述第十章第十章 生物技术发展与应用带来伦理学和社会问题生物技术发展与应用带来伦理学和社会问题 3/1461 1 1 1、是高等教育目标要求、是高等教育目标要求、是高等教育目标要求、是高等教育目标要求为何要上生命科学与生物技术课为何要上生命科学与生物技术课职业教育从事某一个职业训练和准备全方面素质教育有一定专业方向全方面素质培养,面对多个方面挑战4/146 1
3、995 1995年以后,年以后,国内重点理工科大国内重点理工科大学陆续把生物类课学陆续把生物类课程列为程列为全校非生物全校非生物类专业学生限选或类专业学生限选或必修课程必修课程。1980s 1980s以来,世以来,世界著名大学如界著名大学如MITMIT等,等,纷纷把生物类课程列纷纷把生物类课程列为为全校必修课全校必修课.5/1462 2 2 2、是当代社会科学迅猛发展需要、是当代社会科学迅猛发展需要、是当代社会科学迅猛发展需要、是当代社会科学迅猛发展需要这是因为人们意识到,二十一世纪将是生命科学世纪,面向二十一世纪研究生、大学生应有生命科学基础,而不应该成为“生物盲”。6/1463 3、“公共
4、基础公共基础”课板块组成课板块组成数理化数理化毕毕业业设设计计专专专专 业业业业 课课课课专专 业业 基基 础础 课课 政政 治治 人人 文文计算机计算机 外外 语语 生生 物物7/146第一章第一章绪绪 论论8/146 伴随科学技术不停进步,生命科学与生物技术发展日新月异。伴随科学技术不停进步,生命科学与生物技术发展日新月异。为了在宏观上更为全方面系统地了解生命科学与生物技术,本章将为了在宏观上更为全方面系统地了解生命科学与生物技术,本章将主要介绍:主要介绍:1 1、生命本质及基本特征、生命本质及基本特征 2 2、生命科学与生物技术发展概况、生命科学与生物技术发展概况 3 3、当代生命科学及
5、生物技术发展热点、当代生命科学及生物技术发展热点 4 4、生命科学及生物技术与社会发展、生命科学及生物技术与社会发展 5 5、当代生命科学与其它学科间相互作用、当代生命科学与其它学科间相互作用 6 6、生命世界未解之迷、生命世界未解之迷 意在经过本章学习掌握生命本质、把意在经过本章学习掌握生命本质、把握生命科学与生物技术研究热点及发展趋握生命科学与生物技术研究热点及发展趋势。势。9/146第一节第一节 生命与生命科学生命与生命科学 什么是生命(什么是生命(lifelife)?这个问题是人类一直)?这个问题是人类一直苦苦思索问题,在人类社会发展不一样阶段,人苦苦思索问题,在人类社会发展不一样阶段
6、,人类对生命认识也在不停发展,但时至今日对于这类对生命认识也在不停发展,但时至今日对于这个问题尚难给出一个明确答案。个问题尚难给出一个明确答案。亚里士多德、康德、恩格斯等都曾对生命提亚里士多德、康德、恩格斯等都曾对生命提出过自己看法。恩格斯认为出过自己看法。恩格斯认为“生命是蛋白体存在生命是蛋白体存在方式,这个存在方式基本原因在于和它周围外部方式,这个存在方式基本原因在于和它周围外部自然界不停地新陈代谢,而且这种新陈代谢一停自然界不停地新陈代谢,而且这种新陈代谢一停顿,生命就随之停顿,结果便是蛋白质分解。顿,生命就随之停顿,结果便是蛋白质分解。”美国里德学院人工生命主编马克美国里德学院人工生命
7、主编马克比多比多(Mark Bedau)(Mark Bedau)提出所谓提出所谓“生命灵活适应说生命灵活适应说”,认,认为:为:“解释生命多样性统一特征根本标准似乎是解释生命多样性统一特征根本标准似乎是适应过程中那种灵活性适应过程中那种灵活性即它对生存、繁殖,即它对生存、繁殖,或更普通地说,繁盛问题中碰到难以预料改变能或更普通地说,繁盛问题中碰到难以预料改变能够产生新奇处理方法恒久能力。够产生新奇处理方法恒久能力。”10/146n生理学对生命定义:含有进食、代谢、排泄、呼吸、运动、生长、生理学对生命定义:含有进食、代谢、排泄、呼吸、运动、生长、生殖和反应性等功效系统。生殖和反应性等功效系统。n
8、新陈代谢对生命定义:生命系统含有界面,与外界经常交换物质新陈代谢对生命定义:生命系统含有界面,与外界经常交换物质但不改变其本身性质。但不改变其本身性质。n生物化学对生命定义:生命系统包含储备遗传信息核酸和调整代生物化学对生命定义:生命系统包含储备遗传信息核酸和调整代谢酶蛋白。谢酶蛋白。n遗传学对生命定义:为经过基因复制、突变和自然选择而进化系遗传学对生命定义:为经过基因复制、突变和自然选择而进化系统。统。n热力学对生命定义:生命是个开放系统,它经过能量流动和物质热力学对生命定义:生命是个开放系统,它经过能量流动和物质循环而不停增加内部秩序。循环而不停增加内部秩序。n伴随科学技术不停发展,人类将
9、对生命认识愈加准确、深入、系伴随科学技术不停发展,人类将对生命认识愈加准确、深入、系统、全方面。统、全方面。11/146 一、生命本质一、生命本质 终究人类在何时开始关注生命恐怕已难以考证,终究人类在何时开始关注生命恐怕已难以考证,推测应在人类出现很快。这能够从现今幼儿通常会提推测应在人类出现很快。这能够从现今幼儿通常会提出出“我是怎么来?我是怎么来?”得到旁证,在某种意义上讲,这得到旁证,在某种意义上讲,这有些类似于有些类似于“个体发育重演系统发育个体发育重演系统发育”一个现象。不一个现象。不过人类最初对生命认识是含糊和不自觉,仅仅停留在过人类最初对生命认识是含糊和不自觉,仅仅停留在表观水平
10、,难以形成系统认识。表观水平,难以形成系统认识。12/146 在生命科学出现早期或更早在生命科学出现早期或更早时期,人们就开始了对生命本质时期,人们就开始了对生命本质探索。该领域争论来自于多个方探索。该领域争论来自于多个方面,有不一样学科从不一样角度面,有不一样学科从不一样角度得出不一样结论,也有来自于宗得出不一样结论,也有来自于宗教方面。经典例子是教方面。经典例子是“上帝创造上帝创造人类人类”宗教观点,基于这一出发宗教观点,基于这一出发点所得出相关生命本质结论,将点所得出相关生命本质结论,将与从科学角度揭示生命本质所得与从科学角度揭示生命本质所得出结论谬以千里。出结论谬以千里。与大多其它自然
11、科学领域发展情况相同,对生命本身进行系统研与大多其它自然科学领域发展情况相同,对生命本身进行系统研究,进而形成一门学科通常认为是从究,进而形成一门学科通常认为是从1919世纪初开始。从此产生了硕士世纪初开始。从此产生了硕士命本质及生命现象学科命本质及生命现象学科-“-“生物学生物学”或称或称“生命科学生命科学”。13/146活力论(活力论(vitalismvitalism):):生命是同物理与化学力反抗,物理与生命是同物理与化学力反抗,物理与化学力起破坏作用,而生命则与之抗争以维护有机体结构化学力起破坏作用,而生命则与之抗争以维护有机体结构及功效。及功效。宏观、物理及化学角度宏观、物理及化学角
12、度居维叶(居维叶(1769-18321769-1832)以及李比希()以及李比希(1803-18731803-1873)14/146 在在1919世纪中叶,从生命特征角度去描述生命,如贝尔纳德世纪中叶,从生命特征角度去描述生命,如贝尔纳德(1813-18781813-1878)组织、繁殖、营养、生长以及对疾病和死亡敏感性等五大特征。组织、繁殖、营养、生长以及对疾病和死亡敏感性等五大特征。人工生命创建者兰顿(人工生命创建者兰顿(Chris LangtonChris Langton)、人工生命主动支持者)、人工生命主动支持者法默尔法默尔(D.Farmer)(D.Farmer)等认为,生命本质主要在
13、于形式和功效,而不在等认为,生命本质主要在于形式和功效,而不在于详细物质于详细物质,是组织特征,而不是单个物质实体属性。是组织特征,而不是单个物质实体属性。机械论观点(机械论观点(mechanistic viewmechanistic view):):其其主要论点是基于物理及化学规律,认为主要论点是基于物理及化学规律,认为生命本质就是物理及化学问题。生命本质就是物理及化学问题。路德维希(路德维希(1816-18951816-1895)、赫姆霍兹)、赫姆霍兹(1821-18941821-1894)等。)等。15/146 在生命科学领域发展主要集中在对自然界生物观察在生命科学领域发展主要集中在对自
14、然界生物观察描述、规律归纳等方面。描述、规律归纳等方面。对应生理学、细胞学、遗传学等学科得到了快速发对应生理学、细胞学、遗传学等学科得到了快速发展,而对于生命本质(最少在生命物质组成方面)揭示展,而对于生命本质(最少在生命物质组成方面)揭示则更多地来自于物理学家及化学家,众多物理学家及化则更多地来自于物理学家及化学家,众多物理学家及化学家涉足生命科学。学家涉足生命科学。众所周知,标志着生命科学众所周知,标志着生命科学进入新时代进入新时代DNA双螺旋结构发双螺旋结构发觉是离不开当代物理学发展;在觉是离不开当代物理学发展;在当代分子生物学领域占有主要地当代分子生物学领域占有主要地位、两度取得诺贝尔
15、奖桑格位、两度取得诺贝尔奖桑格(Sanger)本身就是一位出色)本身就是一位出色化学家。化学家。16/146n 生命本质问题是很多科学家和哲学家非常关心问题,然而,生物学家往往感到这个问题太“哲学”,因而把它看成是一个哲学问题,而不是一个科学问题。而其次,哲学家们可能感到这个问题太“科学”,所以把它主要看成一个科学问题,而不是一个哲学问题。“哲学哲学”?“科学科学”?17/146 难以在学术上给难以在学术上给出一个准确定义,对出一个准确定义,对生命本质也还难以做生命本质也还难以做出全方面描述,还需出全方面描述,还需要人类不停探索、补要人类不停探索、补充和完善。充和完善。这是由生命科学这是由生命
16、科学本身复杂性所决定,本身复杂性所决定,也正是生命科学魅力也正是生命科学魅力所在。所在。18/146 二、生命基本特征二、生命基本特征 尽管我们当前还难以对生命给出一个准确定义,对尽管我们当前还难以对生命给出一个准确定义,对生命本质认识还仅仅停留在一定阶段,在生命科学领域生命本质认识还仅仅停留在一定阶段,在生命科学领域也还有很多之迷有待于人类破解,不过就当前认识水平,也还有很多之迷有待于人类破解,不过就当前认识水平,还是能够归纳出非生命物质所不具备一些基本特征,还是能够归纳出非生命物质所不具备一些基本特征,这这些特征主要表达在以下五个方面。些特征主要表达在以下五个方面。19/146 (一)生长
17、(一)生长 人类最早观察到生命特征就是生长(人类最早观察到生命特征就是生长(growthgrowth),相关生命朴素),相关生命朴素认识就是它(他)是认识就是它(他)是“活活”。之所以是。之所以是“活活”,主要表现是变大,主要表现是变大,即生长。一棵树木由树苗长成参天大树,一只蝌蚪长成青蛙,都即生长。一棵树木由树苗长成参天大树,一只蝌蚪长成青蛙,都伴伴随生长过程,这是全部生物含有一个普遍特征,也是非生命伴伴随生长过程,这是全部生物含有一个普遍特征,也是非生命物质所不具备。物质所不具备。20/146 (二)繁殖与遗传(二)繁殖与遗传 繁殖(繁殖(reproductionreproduction)
18、与遗传()与遗传(heredityheredity)也是)也是生命基本特征之一。通常,生物不但有生(包含生长),生命基本特征之一。通常,生物不但有生(包含生长),也会有死,要维持生物种延续也会有死,要维持生物种延续,就要有繁殖。就要有繁殖。人类早已认识到人类早已认识到“种瓜得瓜、种豆得豆种瓜得瓜、种豆得豆”这一普遍这一普遍现象,这种遗传特征确保了生物种类相对稳定性。现象,这种遗传特征确保了生物种类相对稳定性。21/146(三)调整与应激性(三)调整与应激性 生物体较非生命物质结构更为复杂,同时对外部环境改变能够做生物体较非生命物质结构更为复杂,同时对外部环境改变能够做出对应调整(出对应调整(r
19、egulationregulation)以适应各种改变。)以适应各种改变。哺乳动物:哺乳动物:各种调整仍能够使体温一直保持在一个恒定温度。各种调整仍能够使体温一直保持在一个恒定温度。植物:植物:调整叶片气孔开闭以适应土壤环境中含水量改变。调整叶片气孔开闭以适应土壤环境中含水量改变。人:人:手摸到刺会马上缩回来,碰到危险心跳加速。手摸到刺会马上缩回来,碰到危险心跳加速。22/146 原生质原生质(protoplasmprotoplasm)原)原意是指组成生命原意是指组成生命原始物质,后泛指组始物质,后泛指组成细胞全部物质。成细胞全部物质。细胞细胞(cellcell)是生)是生物体基本结构单位,物
20、体基本结构单位,它发觉是生命科学它发觉是生命科学领域主要里程碑。领域主要里程碑。(四)原生质及细胞(四)原生质及细胞23/146 (五)新陈代谢(五)新陈代谢 新陈代谢(新陈代谢(metabolismmetabolism)是生物体维持生长、运动、繁殖等)是生物体维持生长、运动、繁殖等生命活动过程中各种化学改变总称。生命活动过程中各种化学改变总称。生物体维持生命需要物质与生物体维持生命需要物质与能量作为基础,生物体不停与周围环境进行物质与能量交换,使能量作为基础,生物体不停与周围环境进行物质与能量交换,使生命得以维持,这种能量交换停顿将意味着生命结束。生命得以维持,这种能量交换停顿将意味着生命结
21、束。24/146三、特殊类型生命三、特殊类型生命-病毒病毒 通常,我们能够依据上述生命基本特征来判断某物是否含有生命,通常,我们能够依据上述生命基本特征来判断某物是否含有生命,但病毒则属于一类特殊生命。但病毒则属于一类特殊生命。不具备细胞结构,在侵入寄主细胞前,既不能繁殖,也没有新陈代不具备细胞结构,在侵入寄主细胞前,既不能繁殖,也没有新陈代谢,不与环境发生物质与能量交换,甚至能够像无机物一样取得结晶。谢,不与环境发生物质与能量交换,甚至能够像无机物一样取得结晶。含有生命物质组成中最主要两种生物大分子含有生命物质组成中最主要两种生物大分子-核酸及蛋白质,而核酸及蛋白质,而入侵寄主细胞后,又能够
22、借助寄主细胞蛋白质合成等系统合成本身所需入侵寄主细胞后,又能够借助寄主细胞蛋白质合成等系统合成本身所需蛋白质及核酸分子,从而完成自我复制、进行大量繁殖。蛋白质及核酸分子,从而完成自我复制、进行大量繁殖。噬菌体电镜照片噬菌体电镜照片25/146结构极其简单。结构极其简单。体积微小(体积微小(10-300nm10-300nm)。)。多展现近球形多面体,也多展现近球形多面体,也有病毒呈杆状或砖形。有病毒呈杆状或砖形。其化学组成是核酸和蛋白其化学组成是核酸和蛋白质,结构复杂病毒还含有质,结构复杂病毒还含有脂类及糖类。脂类及糖类。基本结构是由蛋白质衣壳基本结构是由蛋白质衣壳(capsidcapsid)及
23、位于内部中)及位于内部中心核酸组成,其基因组中心核酸组成,其基因组中通常含有几个到数百个基通常含有几个到数百个基因。因。26/146第二节第二节 生命科学及生物技术发展生命科学及生物技术发展27/146一、生命科学地位及生物分界一、生命科学地位及生物分界n(一)生命科学地位n 二十一世纪是生命科学和生物技术大发展世纪,生物技术及其产业发展,将为中国乃至世界解决疾病防治、人口膨胀、食物短缺、能源匮乏、环境污染等一系列问题带来新希望。发展生物技术及其产业必须加强生命科学基础研究。28/146自然界中五种运动形式:自然界中五种运动形式:机械运动(杠杆原理)机械运动(杠杆原理)|物理运动(光,电)物理
24、运动(光,电)|自然科学自然科学化学运动(氧化还原反应等)化学运动(氧化还原反应等)|生命运动(生命本质等)生命运动(生命本质等)|社会运动(人类各种活动规率等)社会运动(人类各种活动规率等)社会科学社会科学 29/146n20世纪50年代以前,人类取得最重要发现无疑主要集中在物理学及化学研究领域。n 牛顿、居里夫人、门捷列夫、爱因斯坦n进入到20世纪后50年中,生命科学已得到前所未有发展。1997年体细胞克隆羊“多莉”降生则标志着二十一世纪这一生命科学世纪提前到来。30/146 最早将生物仅划分为植物和动物两界,随即,出最早将生物仅划分为植物和动物两界,随即,出现了三界及四界分类系统。现了三
25、界及四界分类系统。1969 1969年魏泰克(年魏泰克(WhittakerWhittaker)提出了生物五界分)提出了生物五界分类系统:类系统:原核生物界(原核生物界(MoneraMonera)原生生物界(原生生物界(ProtistaProtista)真菌界(真菌界(FungiFungi)植物界(植物界(PlantaePlantae)动物界(动物界(AnimaliaAnimalia)当前学术界应用较为广泛分类系统。当前学术界应用较为广泛分类系统。陈世骧:病毒独立为病毒界。陈世骧:病毒独立为病毒界。(二)生物分界(二)生物分界31/14632/14633/146 人类对生命较为系统认识能够追溯到
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