五 、 生 命 的 结 构 层 次
六、现代生命科学的重大进展、发展趋势和研究前沿
• 21世纪被称为是生命科学大发展的时代。 • 生命科学和生物技术的重大突破，将在医 学、农业、工业、环境、能源等领域引发 新的科技革命，并有可能从根本上解决疾 病、人口膨胀、粮食短缺、能源匮乏、环 境污染等影响人类生存和发展的重大问题。 • 生命科学基础研究中最活跃的前沿主要包 括：细胞与分子生物学、植物科学、神经 与认知科学、系统生物学与组学等领域。
1、化学成分的同一性
• 元素成分：构成形形色色生物体的元素都是普遍存在于无 机界的C、H、O、N、P、S、Ca等元素，并不存在生命所特 有的元素。 • 分子成分：各种生物体除含有多种无机化合物外，还含有 上述元素构成的生物特有的有机分子如蛋白质、核酸、脂、 糖、维生素等；
– 各种生物中一样或基本一样的有机分子：葡萄糖、ATP等；
4、系统生物学及其相关学科
• “组学”技术：基因组学、蛋白质组学、转录组学、代谢 组学等； • 生物信息学、计算生物学的诞生； • 人类基因组计划完成之后，生命科学进入到了后基因组 时代。要真正揭开生命的奥秘，需要从复杂系统的角度 来开展生物科学的研究，因此产生了系统生物学 (Systems Biology)；
绪论
教 学 内 容 及 要 点
1. 生命的特征 2. 生物学及其分科
3. 生物学的发展历程
4. 生物学的研究方法 5. 生命的结构层次
6. 现代生命科学的重大进展、发展趋势和研 究前沿
7. 如何学习普通生物学
一、什么是生命？？？
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一、什么是生命？
• 地球大约在45亿年前形成；
• 最早的生命大约在距今38亿年前出现；
7、适应
• 适应性adaptation：是生命所特有的现象，是生物 界普遍存在的现象。
– 生物体的结构都适合于一定的功能；
– 生物的结构和功能适合于该生物在一定环境条件下的生 存和延续；
– 生物必须与环境不断地交换物质与能量，它们适应和依 赖于环境而生存；生物同时又对环境产生影响，环境会 因生命活动而发生改变。
– 蛋白质：由20种氨基酸组成；
– 核酸：由8种核苷酸组成； – 各种生物编制基因程序的遗传密码（DNA或RNA）是统一的。
2、 严整有序的结构

生物体的各种化学成分在体内不是随机堆砌在一 起，而是严整有序地结合在一起的。
• 生命的基本单位是细胞（细胞的结构）
• 整个生物界是一个多脑功能机制的研究，并最终解释大脑工作的奥秘，为 大脑疾病的诊治提供理论基础，将是本世纪神经科学家 最重要的课题； • 对神经元结构和功能调节方式多样性的分子机制的探讨， 以及如何通过药物或基因工程的方法实现对这些基本过 程的人为调控将是研究热点； • 探究神经系统整合多种信号的机制，建立与神经疾病相 关的中国人标本库，寻找和识别神经系统新基因等，已 成为我国近年来神经科学研究的主要方向。
• DNA结构和遗传信息流
6、 应激性和运动
• 生物体接受外界刺激而发生合目的反应的特性，叫做应 激性。 • 刺激源：外界环境中的光线、温度、声音、电流、食物、 化学物质、机械刺激和地心引力等的改变； • 应答刺激方式：在大多数情况下，生物体都会以某种形 式的运动来对刺激作出反应。 • 应答刺激反应的结果使生物“趋吉避凶”。 • 稳态（homeostasis)：生物体对环境的适应不是一个随 意应变的现象，尽管外界环境波动很大，但生物总有某 些机制能使自身内环境的性质保持相对稳定的现象。 • 细胞、个体、群落和生态系统在没有激烈外界环境的影 响下，也保持稳态。
• 分解代谢catabolism：是在体内分解有机物和释放能量的 过程（呼吸作用）。 • 生物体的新陈代谢也是严整有序的过程，是由一系列酶 促化学反应所组成的反应网络。
4、 生长发育
• 生物体的一生，通常是从生殖细胞形成受精卵开始，受
精卵分裂并经过一系列形态、结构和功能的变化形成一
个新的个体，新个体通过增加细胞体积和由于细胞分裂 增加细胞数目而生长；再经过性成熟、繁殖后代、衰老
普通生物学 General Biology
朱世新 郑州大学生物工程系
Bioengineering Department of Zhengzhou University sxzhu@
课程基本情况
课程类型 专业基础课 课程名称 普通生物学 理论课授课时数 64 学时 4学分 使用教材及出版社 普通生物学 周永红， 丁春邦主编 高等教育出版社 授课对象 本科 10级生物工程专业
生命的定义小结
• 生命是集合以下主要特征、开放有序的物质存在形式。 • 细胞是生命的基本单位； • 新陈代谢、生长和运动是生命的本能； • 生命通过繁殖而延续，DNA是生物遗传的基本物质； • 生物具有个体发育的经历和系统进化的历史； • 生物对外界刺激可产生应激反应并对环境具有适应性。
二、 什么是生命科学？
• 生物学发展格局：
– 一方面学科越来越细化，不断分化出新的学科；
– 另一方面，生物学科内各分支学科相互融合，同时生 物学科与其他学科相互渗透形成很多边缘学科、交叉 学科，从而形成了现今的庞大的学科体系。
• 生物科学最基本的研究课题：
– 研究生命的构成和存在形式
– 了解生命活动的规律
– 探索生命的起源和演变历史
• 学科宏观化：环境生态学引起极大的关注，生态问题是直 接关系人类存亡的问题。 • 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）。
生物学有助于人类所面临重大的问题的解决 • 人口膨胀；
解决人类生存与发展所面临的一
• 系统生物学将集成“组学”研究获得的信息，采用生物 信息学和计算生物学的方法，最终阐明生命复杂系统运 作及其调控模式。
发展趋势
• 学科精细化同时学科相互交叉、渗透、相辅及综合：
– 50年代——核技术年代； – 60年代——空间技术年代； – 70年代——电子技术年代； – 80年代——生物技术年代； – 90年代——生物高科技年代； – 21世纪——生物世纪，自然科学的带头学科和“中心学科”、生物 芯片，生物物理，生物化学
直至最终死亡，生物这一总的转变过程称为发育。
• 生物的生长发育也总是按照一定的尺寸范围、一定的模 式和稳定的程序进行的，即生长发育是一个遗传决定的 稳定的过程。
5、 繁殖和遗传
• 生命通过繁殖而延续。
• 遗传：遗传物质从亲代传给子代，从而使亲代的形态特 征或生理特性等性状在子代得以表现的现象。 • 变异：亲代和子代之间以及后代个体之间总有些差异的 现象。 • 遗传和变异都是普遍的生命现象；二者同时存在。遗传 保持了物种的相对稳定；变异产生新的性状，导致物种 的发展变化。
三、生物学的发展历程
现代生物大科学的 发展与繁荣时期 系统生物学的创立 和发展时期 生物学的酝酿和 奠基时期
20世纪中叶以后
16世纪-20世 纪中叶
人类诞生-16 世纪
四、生物学的研究方法
• 科学观察：对生命现象、生物体结构和生命过程 等进行直接的观察和描述；
• 假说和实验法：首先提出某种假说，然后在实验 室内人为地对条件进行控制，针对性地再现或阻 断特定的生命过程，达到了解生命活动的规律； • 模型实验：在观察、实验和科学假设的基础上， 人工模拟生命过程，达到对生命现象的了解和预 测。 模型动物、数学模型、生态模型…
• 目前已知的生物物种有200万种，历史上已经灭绝 的生物估计至少1500万种； • 生物种类繁多、分布广泛、生命现象十分错综复 杂、形态构造、生活习性、营养方式、生殖方式 等方面千差万别； • 定义“生命”困难，但生命具有一些共同的基本 特征。
生命的基本特征
化学成分的同一性 严整有序的结构 新陈代谢 生长发育 繁殖和遗传 应激性和运动 适应 演变和进化
• 生物学（biology）或生命科学（life sciences）是研究 生物体生命现象和生命活动规律的科学。 • 具体地讲，生物学是研究生物各个层次的种类、结构和 功能、新陈代谢、生长发育和遗传变异，探索生命起源、 生物进化、物种形成，以及研究各种生物之间、生物与 环境之间相互联系的科学。 • 广义的生命科学还包括医学、农学、生物与环境、生物 学与其他学科交叉的领域。
8、 演变和进化
• 演变和进化evolution 就是遗传、变异和自然选择的长期 作用导致的生物由单细胞到多细胞、由低等到高等、由 简单到复杂的逐渐演变过程。
• 生命的存在有时间性，是一种不可逆转的物质运动现象， 在进化过程中，形成了生物的适应性和多种多样的类型。 遗传、变异和进化，构成了生物的种族发展史。
分子 细胞 组织 群落 器官 种群 系统 个体
生态系统
细胞是生物的基本组成单位（病毒除外）
3、 新陈代谢
• 新陈代谢metabolism：生物体是开放系统，生物和周围 环境不断进行着物质的交换和能量的流动，一些物质被 生物体吸收后在其中发生一系列变化，最后成为代谢过 程的最终产物而被排出体外。
• 合成代谢anabolism：是在生物体内合成有机物和储存能 量的过程，合成了或建造了生活物质（光合作用）；
知识领域
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生命的起源和 植物学----植物 的形态结构、 进化 生长发育和生 理生殖的规律； 植物的主要类 群 32学时
动物学----动 环境和生态 物的形态和结 构、生长发育 和生理生殖的 规律 ；动物 的主要类群 32学时
参考资料
• 吴相钰 主编 陈阅增普通生物学（第3版）2009，北京：高等教育出 版社（普通高等学校“十一五”规划教材） • 魏道智 主编 普通生物学 （第2版）2012，北京：高等教育出版社 • 吴庆余 编著 基础生命科学 （第2版）2006，北京：高等教育出版社 • 周云龙 主编 植物生物学 1999，北京：高等教育出版社 • 刘凌云、郑光美主编 普通动物学（第3版）1997，北京：高等教育 出版社 • Peter H. Raven and George B. Johnson, Biology (Sixth Edition), 2002, Mc Graw Hill Companies, Inc. and Tsinghua University Press. • Neil A. Campbell and Jane B. Reece, Essential Biology (影印版）2002, 北京：高等教育出版社