生命科学导论第一章绪论21世纪将是生命科学的世纪，面向21世纪的大学生应有生命科学基础，而不应该成为“生物盲”。

一．什么是生物学？1. 定义生物学（biology）是研究生物体生命现象和生命活动规律的科学，因此，又称为生命科学（life sciences）。

生物学研究生物体的形态、构造、行为、机能、演变及其与环境间相互关系等问题。

2. 生物学的研究对象生物学的研究对象正在日渐加深和扩大，不仅要研究肉眼看不见的微生物，也要研究自然界的动物、植物。

生物学还要研究人类自己，因为人类也是一种生物。

生物学还要研究小至生物大分子的基团行为，广至地球表面的生物圈（bio-sphere)的将来动态，延伸至玄古生命的发生和宇宙中生命存在的问题。

3. 生物学的分科根据研究对象分为：动物生物学、植物生物学、微生物学、人类学。

根据研究角度分为：分类学，形态学，生理学，胚胎学，古生物学，遗传学，生态学等。

根据研究范围分为：生物化学，生物物理学，分子生物学，细胞生物学，组织生物学，器官生物学，个体生物学，群体生物学等。

二．生物学的历史和发展从传统生物学到现代生命科学（1）描述生物学阶段（19世纪中叶以前）主要从外部形态特征观察、描述、记载各种类型生物，寻找他们之间的异同和进化脉络。

代表人物：达尔文—《物种起源》（1859）（2）实验生物学阶段（19世纪中叶~20世纪中叶）利用各种仪器工具，通过实验过程，探索生命活动的内在规律。

（3）创造生物学阶段（20世纪中叶以后）分子生物学和基因工程的发展使人们有可能“创造”新的物种。

（4）生物学的发展趋势从微观到宏观分子→细胞→整体水平高度分化和高度综合的辨证统一现代生物学的高度分化，各学科的相互渗透，新学科或边缘学科的产生。

三．生物学的研究方法1. 观察与描述方法外部观察和外部形态描述：分类学。

《尔雅》、《本草纲目》、亚里士多德对500种动物的描述分类、林奈的双名法等。

2. 比较方法比较解剖学：脊椎动物各类群的器官和器官系统的形态，结构进行解剖，加以比较，为生物进化论提供证据。

比较胚胎学：研究各类动物胚胎发育的过程并加以科学比较。

为系统发生和进化论提供证据。

细胞学：研究细胞的结构和功能，生长和分裂，受精和分化，遗传和变异，病变和衰老等现象。

3.假说和实验实验是人为地干预、控制所研究对象的条件下进行的观察。

用实验的方法研究客观事物：要求根据已有的事实(来自观察或来自实验)提出假说，再根据假说推导出一个可以用实验加以检验的预测，然后实施这个实验来加以验证。

四．21世纪是生命科学世纪生命科学在20世纪取得了飞速的发展;当前自然科学的带头学科正开始从物理科学向生命科学转移;社会的可持续发展需要生命科学作为21世纪的带头学科。

近300年来（17-20世纪）：物理学一直作为带头学科17世纪中叶牛顿经典力学18世纪中叶（蒸汽机）工业革命19世纪中后电气革命20世纪初量子论、相对论和核物理标志着物理学革命性飞跃。

20世纪上半叶被称为“现代物理学黄金半世纪”21世纪可持续发展面临的主要问题①人口膨胀②粮食短缺③疾病危害④环境污染⑤能源危机⑥资源匮乏⑦物种灭绝①人口膨胀预计到2050 年,全球人口将增至92 亿。

预计到2050年,中国总人口将突破16亿。

预计到2020年,南京市总人口将突破1000万。

②粮食短缺中国古语: “国以民为本,民以食为天”。

根据联合国粮农组织提供的数据，目前全球仍有7.95亿饥民，饥饿情况在非洲东部和中部最严峻，有超过30%人口营养不足。

③疾病危害④环境污染⑤能源危机⑥资源匮乏目前，世界上已有100个国家缺水（包括中国），26个国家严重缺水，40%的人口遭受缺水之苦，每年有2500万人因水污染而死亡，有10亿人喝不到干净的饮用水;全世界森林面积以每年约1700万公顷的速度消失;全球每年有600万公顷的土地变为荒漠;由于过度捕捞和环境污染，世界海洋里的大型鱼类资源已经减少了90％.⑦物种灭绝如无人类干扰，在过去的2亿年中，平均每100年有90种脊椎动物灭绝，平均每27年有一种高等植物灭绝。

因受人类的干扰，鸟类和哺乳类动物灭绝的速度提高了100至1000倍。

地球正迎来“第六次物种大灭绝”平均每小时就有一个物种灭绝，50年后100多万种陆地生物将从地球上消失。

※生物学与农业绿色革命－抗病、抗旱、抗倒伏、高产的稻麦新品种单细胞蛋白－人类食品蛋白添加剂。

10万吨级生化反应器的产品＝1.6亿亩的草喂养牛羊后产生的蛋白质＝180万亩所产大豆的蛋白质。

动植物新品种：转基因动物、转基因植物花卉的组织培养※生物学与医药卫生解决了常规方法不能生产或生产成本昂贵药物的生产技术－干扰素、胰岛素、人生长激素等新的抗菌素、疫苗基因芯片和蛋白芯片——实用性强的临床诊断基因治疗获得初步成功－血友病等胚胎干细胞的应用研究——治疗复杂疾病等。

※生物学与轻工业、食品工业及能源酶工程：食品、医药、发酵、日用化工、轻纺、制革、水产、木材、造纸、能源、农业、环保等经济部门发酵工程：酿酒制曲、味精、抗菌素、维生素等生物能源：使生物材料转化成可燃性化合物如乙醇、甲烷、氢气（H2).石油草、沼气微生物：提高石油开采量。

※生物学与环境污染治理—利用微生物治理环境污染问题：污染河流的微生物治理；海湾石油污染的微生物治理；生活垃圾、泔水的生化处理。

※生物学与军事生物电子装备、生物传感器、生物能源等。

生物战剂：病原微生物，包括6大类：病毒、细菌、立克氏体、衣原体、真菌和毒素。

基因武器：根据不同人种、种族的基因特异性。

五．生命的基本特征1.化学成分的同一性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等元素，并不存在特殊的生命所特有的元素。

各种生物体还含有蛋白质、核酸、脂、糖、维生素等有机分子蛋白质：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是统一的。

2. 生物过程的同一性各种生物都是以A TP(三磷酸腺苷)为贮能分子糖类分解释放能量的步骤在各种生命体中都基本相似——细胞呼吸都是无氧的糖酵解和需氧的三羧酸循环过程。

3.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.整个生物界是一个多层次的有序结构：细胞→组织→器官→系统→个体→种群→群落→生态系统4. 新陈代谢生物是开放系统，生物和周围环境不断进行着物质的交换和能量的流动，这些物质在生物体内发生一系列变化，最后成为代谢过程的最终产物而被排出体外。

同化作用：是在生物体内合成有机物和储存能的过程.合成了或建造了生命物质；异化作用：是在生物体内分解有机物和释放能的过程.5. 应激性和运动生物体对刺激发生反应的特性，叫做应激性。

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。

单细胞：趋性(taxis)植物：不平衡的生长运动（即向性，tropism）高等动物：感受器和反应器反应的结果使生物“趋吉避凶”。

6. 生长和繁殖任何生物体在其一生中都要经历从小到大的生长过程，这是由于同化作用大于异化作用的结果。

单细胞生物的生长主要是依靠细胞体积与重量的增加。

多细胞生物的生长，主要的是依靠细胞的分裂来增加细胞的数目。

生物能繁殖，能复制出新的一代。

任何一个生物体都是通过繁殖后代而使生命得以延续下去。

7.稳态尽管外界环境波动很大，哺乳动物总有某些机制使内环境的性质维持不变。

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。

8. 遗传和变异遗传：遗传物质从上代传给下代,从而使上代的形态特征或生理特性等性状在下代得以表现。

但是，上代和下代之间以及后代个体之间总有些差异，这种现象叫做变异。

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。

★主要参考书《陈阅增普通生物学》（第4版）吴相钰等主编，高等教育出版社，2014，6《基础生命科学》（第2版），吴庆余主编，高等教育出版社，2006，5《现代生物学基础》，靳德明主编，高等教育出版社，2009，5★课后思考题1、生命的主要特征有那些？2、为什么要研究生物学？第二章生命的物质基础一、生命的元素组成1．哪些元素参与生物体的组成？参与生物体组成的元素总共约27种。

以人体为例，常量元素(11种)——在人体中含量较大。

微量元素(16种)——在人体中含量很少。

2. 人体元素成分的营养学意义通常用实验动物的饲养实验来研究各种元素成份在营养学上的必要性。

要证明某一种微量元素在营养学上是必不可少的，至少需要做下三个方面的实验: 让实验动物摄入缺少某一种元素的膳食，观察是否出现特有的病症→向膳食中添加该元素后，实验动物的上述特有病症是否消失→进一步阐明该种元素在身体中起作用的代谢机理※常量元素的含量高，生理作用明显，重要性比较容易认识C、H、O、N是构成水、生物大分子和小分子必不可少的组分；P和S分别是核酸和蛋白质的重要组分；Ca是骨骼和牙齿的重要组分，并且还有信息传递的重要功能；Na、K、Cl、Ca、Mg对生物体水盐平衡至关重要，Mg还是多种酶的组分。

3. 元素营养方面的几个例子※例一钙（1）人每天需要摄入多少钙？从粪、尿、汗中排出320~450 mg吸收率约40%需摄入钙量:320 x 100/40=800 mg（2）钙在生理代谢中的作用①需要Ca 参与的生理过程（Ca 调节多种酶的活性）肌肉：肌肉收缩免疫：白细胞吞噬功能循环：血液凝固、毛细血管通透性、微循环改善生殖：胚胎发育内分泌：激素分泌骨骼：骨骼形成神经：神经肌肉应激性②缺钙引起的疾病婴、幼、少儿：夜惊、夜啼、盗汗、厌食、方颅、佝偻病、免疫力低下、易感染等；青少年：腿软、抽筋、疲倦乏力、烦躁、精力不集中、偏食、厌食、蛀牙、牙齿发育不良等；青壮年：经常性的倦怠、乏力、抽筋、腰酸背痛、易感冒、过敏；孕产妇：小腿痉挛、腰酸背痛、关节痛、浮肿、妊娠高血压等。

老年人：骨质疏松、骨质增生、高血压、心脑血管病等；肾结石（肾结石中重要成分是钙，但是，限制钙摄入恰恰会使肾结石加重。

缺钙→反常钙内流，损伤肾细胞→肾脏对钙回收功能受损→尿钙排出增多→高钙尿液与尿中草酸结合形成结石）结（直）肠癌③影响钙吸收的因素a.维生素D—使血清中的钙浓度升高b.甲状旁腺素（PTH,甲状旁腺分泌）—使血清中的钙浓度升高促小肠吸收钙促骨骼释放钙促肾细胞回收钙c.降血钙素（CT,甲状腺分泌)—使血清钙抑骨骼释放钙抑肾细胞回收钙※例二锌锌在人体内的含量约2.2克，仅次于铁锌每日的摄入量约需6~12mg锌是多种酶和蛋白质的必要功能组分，参与：①消化吸收过程②红细胞运输二氧化碳③骨骼正常生长④蛋白质合成、氨基酸合成⑤胰岛素功能⑥味觉灵敏性⑦毛发光滑⑧生殖系统发育⑨创伤愈合二、生物小分子和生物大分子生物小分子生物大分子复合大分子单糖多糖糖蛋白氨基酸蛋白质糖脂核苷酸核酸脂蛋白甘油脂类脂肪酸水1. 生物小分子简介1）水—对生物非常重要！！！水占生物体的60％以上的重量；地球上生命起源于水中，陆生生物体内细胞也生活在水环境中；水的性质影响生命活动，如：溶解性质，酸碱度，pH。