《普通生物学》是医学类专业、生物技术类专业学生第一学期接触的首个专业基础课程，其首要任务是帮助学生建立和巩固对生命科学专业学习的兴趣、培养学生的生命科学研究素养、提高其探究性地学习、创新性地思维的能力；同时也希望学生能够掌握生命科学的基础知识、基本理论；理解生命活动的基本规律、基本原则；了解当代生命科学的新成就和发展的新动向。为后续专业课程的学习奠定坚实的基础。
※<教学内容>
第一章 绪论
一、生命的定义：
二、生命的基本属性
三、生命科学发展史（自学）
四、生命科学的研究领域及其分支学科
五、生命科学的研究方法
六、学习《普通生物学》
七、参考资料
第二章 生命的物质基础
第一节 生物元素
一、生物元素的种类和含量：
二、生物元素的作用：
三、如何判断一种元素是否为人体必要的元素？
第二节 生物小分子
水、氨基酸、核苷酸、单糖、脂类、维生素
一、生物体中最重要的小分子
二、单糖
三、氨基酸
四、核苷酸
五、脂类
六、维生素
七、生物小分子和生物大分子的关系
第三节 生物大分子
蛋白质、核酸、多糖
一、氨基酸通过肽键联成肽链
二、单糖通过糖苷键联成多糖链
三、核苷酸通过磷酸二酯键联成核酸
四、生物大分子的高级结构
第三章 生命的基本单位——细胞
第一节 细胞的形态、结构与分类
1、细胞学研究的基础
2、细胞的形态和数目
3、细胞的分类
4、细胞结构
第二节 细胞与
1、细胞周期的控制
2、细胞
第三节 细胞的分化、发育、衰老与死亡
一、细胞分化
（一）细胞分化
（二）细胞分化的内涵：
（三）细胞分化的意义
（四）细胞分化发育潜能：
（五）与细胞分化发育潜能相关的实验
二、细胞的衰老：
1、个体的衰老和细胞的衰老
2、细胞衰老的机理
三、细胞的死亡：细胞坏死、细胞凋亡（细胞程序性死亡PCD）
1、细胞坏死和细胞凋亡的比较
2、有关细胞凋亡（细胞程序性死亡）的研究
四、癌细胞
1、肿瘤与癌
2、癌细胞的主要特征：
3、致癌因子：
4、癌细胞的危害
5、抑制和消灭癌细胞
第四节 细胞代谢
一、酶
1、定义：
2、组成：
3、酶促反应的特点和作用机制
二、细胞呼吸
1、定义：
2、细胞呼吸的生物化学途径：
三、光合作用
第四章 植物的结构、功能和发育
一、植物在生物圈中的作用
二、植物的种类
三、维管植物的形态、结构、功能和发育
（一）根的结构、功能与发育
1、根--形态
2、根的变态
3、根的功能
4、根吸收水分的动力
（二）茎的结构功能和发育
1、茎的结构特点
2、茎尖的结构
3、成熟茎解剖
4、茎的变态
5、茎的功能
（三）叶的结构与功能
1、千姿百态的叶
2、叶的解剖结构
3、叶肉细胞
4、光合作用
5、光呼吸
6、C4植物的适应性
7、叶的变态
8、叶的功能
（四）花器的构造
1、花的形态结构与传粉方式相适应
2、花粉的结构与传粉方式相适应
3、雌雄生殖细胞的发育
4、双受精定义、过程及双受精的意义
5、种子的形成
6、果实的发育与由来
四、植物在人类社会生活中的作用
? 提供生活资料
? 提供生产资料
1、作为食物；
2、生物能源；
3、植物的药用价值
第五章 动物的结构、发育与行为
第一节 动物的结构与功能
一、动物的组织与器官
二、动物的消化、呼吸、循环与排泄系统的结构及演化（自学）
第二节 动物的行为（自学）
一、动物行为的主要类型
二、动物行为的生理基础
三、动物行为遗传学
第三节 人类的免疫
一、肌体的致病因素
二、肌体的防护体系
三、两种免疫机制
四、免疫系统病变
第六章 遗传学
第一节 染色体遗传学
一、遗传学第一定律
二、遗传学第二定律
三、遗传学第三定律
四、孟德尔遗传的延伸
五、性别决定
第二节 遗传的分子基础
一、基因的概念及其发展
二、基因的本质——DNA（RNA）
三、遗传信息的传递——中心法则
四、基因表达
五、基因重组
第三节 变异与进化
一、染色体畸变
二、基因突变
三、人类的遗传疾病及其诊断、治疗
四、生物进化
第四节 基因工程
一、基因工程原理
二、基因工程的基本内容
三、基因工程的应用
第七章 生命的多样性
第一节 生物多样性与物种
一、分类学基础；
二、生物多样性及保护
第二节 生物类群及其代表
一、原核生物
二、原生生物
三、真菌
四、植物
五、动物
六、病毒、类病毒、朊病毒
第八章 生态学
第一节 生态学的基本概念
一、种群
二、群落
三、生态系统
四、环境因子
第二节 全球生态
一、温室效应
二、臭氧层破坏
三、酸雨
第三节 恢复生态
一、生态退化机制
二、生态恢复机制
三、生态恢复技术
第四节 生物灾害与生物安全
一、生物灾害发生原因
二、生物灾害发生规律
三、生物灾害防治方法
四、生物安全（遗传修饰物释放后的潜在效应）
第一章 绪论
教学重点：
1、生命的基本属性
2、生命科学研究方法
教学难点：
1、生命科学的研究领域及其分支学科
教学措施：列举各学科研究热点
2、生命科学的研究方法
教学措施：选取有趣例证以故事形式说明研究方法。
一、生命的定义：？
二、生命的基本属性
1、化学成分的同一性
2、严整有序的结构
3、新陈代谢
4、应激性和运动
5、稳态
6、生长和发育
7、繁殖和遗传
8、适应
三、生命科学发展史（自学）
1、从古代到16世纪左右
生命科学建立的准备和奠基时期
特点：对生命现象的认识与生产、医疗紧密相连，观察和哲学参半，描述和思辩混合。
第一章 绪论
代表人物：
亚里士多德（Aristotel,382-322 B.C.）
《动物志》观察了动物的解剖构造、生理习性、胚胎发育和生物类群。
德奥费罗斯特（Theophrastus,373-286 B.C. ）
对植物乔木、灌木、草本的分类确定。
希罗费罗斯（Herophilus约300B.C.）、盖仑（Galen of Pergamon，约130-200B.C.）
对人体解剖的研究。
第一章 绪论
代表人物：
中国宋代贾思勰
《齐民要术》
历代花、竹、茶栽培和桑蚕技术书籍等
大量记载对动植物的观察和分类研究。
《齐民要术》为中国及世界保存至今最古老最完整的农书之一，素有“农业百科全书”之称。分为10卷，共92篇，11万字。书中内容相当丰富，涉及面极广，包括各种农作物的栽培，各种经济林木的生产，以及各种野生植物的利用等等；同时，书中还详细介绍了各种家禽、家畜、鱼、蚕等的饲养和疾病防治，并把农副产品的加工（如酿造）以及食品加工、文具和日用品生产等形形色色的内容都囊括在 内。
明代李时珍《本草纲目》
《本草纲目》素有“天下第一药典”之称，曾被英国生物学家达尔文誉为“中国的百科全书” 。
该书以药物的天然来源及属性为纲，把药物分为16部；同一部药物，又以相似的目，分为60类目。该书将每种药物进行分别释名、集解、正误、修治、气味、主治、发明及附方等。该书综合了大量的科学资料，除了大量附方、验方及治验病案外，还载入了一些有用的医学史料。对中国的医学史乃至世界科学史都产生了重大而深远的影响。
2、16世纪到20世纪中叶
现代生命科学创立和分支发展时期
基本特征:人们对生命现象的研究牢固地植根于观察和实验的基础上.以生命为对象的生物分支学科相继建立，逐渐形成一个庞大的生命科学体系。现代生命科学的建立和发展
文艺复兴：形态学、解剖学
18世纪以后：
生理分支学科、细胞学、分类学
进化论、实验胚胎学、遗传学、
微生物学、免疫学、生物化学、
分子生物学
解剖学——生理学
1543年，比利时医生维萨里（Andreas Vesalius,1514-15）：《人体的结构》
1628年，英国医生哈维（William Harvey,1578-1657）：《心血循环论》
分类学：林耐（C．V．Linne，1707－1778 ）《自然系统》 ：千姿百态的生物物种被科学地归纳在界、门、纲、目、科、属、种的次序里。其分类系统中体现的生物物种的相关性和物种由简单到复杂的“秩序”排列强烈地暗示了生物的进化现象。
胚胎学
解剖学、细胞学
实验胚胎学
韦尔海姆﹒鲁
（Wihelm Roux,15-1924)。
胚胎学的建立：“先成论”与“渐成论”
胚胎学：实现了对各种代表生物
的形态发育过程的组织
学和细胞学的研究。
微生物学
法国科学家
巴斯德
（Louis Pasteur, 1822-15）
创立微生物学。
生物化学
20世纪的前叶和中叶：
物质代谢的研究
生物大分子物质代谢
能量代谢的研究
三羧酸循环、电子传递、氧化磷酸化：生物能量获取、利用的基本方式方式。
一切生命的构成和活动被坚实地植根在物理、化学规律的基础上。
分子生物学
分子生物学 ——20世纪最伟大的成就
以基因组成、基因表达和遗传控制为核心
中心法则：DNA-RNA-蛋白质
揭示了生命运作的基础框架和生物世代更替的联系方式。
3、20世纪中期以后
复杂而庞大的学科系统：
⏹从不同层次研究生命现象
⏹从生物类群划分研究生命现象
生命科学进入“大科学”发展历史时期
⏹学科交叉突出，跨学科研究不断扩大
⏹应用科学研究的比重明显高于基础理论研究
⏹大量不可重复过程的预测和控制纳入科学研究的范畴
⏹人类的科学活动更加受到社会环境的影响和支配。
课后作业
⏹生命科学起源与发展史，给我们什么样的启发？
读“生命科学起源与发展史”有感
——*******给我的启示
四、生命科学的研究领域及其分支学科
1、按照生物类群来分：
植物学、 动物学、 微生物学
藻类学、地衣学 原生动物学、鸟类学 病毒学、细菌学
四、生命科学的研究领域及其分支学科
2、按照研究内容来分：
形态解剖学、组织细胞学、生理学、遗传学、发育生物学、生态学等等。
3、按照生物结构层次来分：
分子生物学、细胞生物学、种群生物学等等
4、与其它学科的交叉：
生物化学、生物物理学、生物数学、生物信息学
生物的结构层次与学科分支
第一章 绪论
五、生命科学的研究方法
（一）观察与描述：对生命现象、生物体结构和生命过程的观察和描述；
（二）生物学实验：在实验室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，以期了解生命活动的规律；
（三）生命现象的人工模拟：在观察、实验和科学假设的基础上，以等效或近似的人工模型模拟生命过程，以求达到对生命现象的了解和预测。
科学研究的基本方法
第一章 绪论
六、学习《普通生物学》的重要意义
（一）专业学习的需要
1、医学是建立在生命科学的主要成就之上，《普通生物学》是基础医学和临床医学各学科以及的主要基础。
2、生命科学的发展为医学科学的发展创造条件，推动医学、药学（现代基础医学和临床医药学）的蓬勃发展。
第一章 绪论
（二）个人全面发展的需要
1、人格的养成
从历史及文化角度，理解人类社会发展,认识个人与社会联系,培养历史感和责任感。
2、思辨能力和思维习惯的养成;
⏹准确地认识和把握事物；
⏹慎密的分析和综合；
⏹冷静的归纳总结并采取对策。
第一章 绪论
（三）社会发展与生命科学
工业发展带来日益严重的社会问题
☐人口
☐粮食
☐环境
☐资源
☐健康
☐能源
人们意识到要从生命科学中去寻求出路。
人口问题
粮食问题
环境污染
资源匮乏
资源匮乏
健康问题突出
⏹爱滋病
⏹SARS、禽流感
⏹癌症
⏹心脑血管疾病
⏹慢性疲劳综合症
⏹登革热
⏹艾博拉病毒
⏹许多传染性疾病死灰复燃
特别推荐：读一本英文版的教科书：
Essential Biology (生物学导论)影印版
第二章生命的物质基础
教学重点、重点：
1、生物大分子的构成——生物小分子
教学措施：flash演示由生物小分子构成大分子的过程
2、生物大分子的高级结构
教学措施：图象解析
第二章 生命的物质基础
第一节 生物元素
一、生物元素的种类和含量：约30种
常量元素：C H O N P S Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Cl-
微量元素：Fe F Zn Si Se Mn I Mo Cr Co Ni Sn V Sr B Al
二、生物元素的作用：
构成生物体
传递生物信息
保持生物体内水盐平衡
参与酶的组成，调节酶的活性
元素名称 主要功能
碳 有机化合物的主要组成成分
氢 水及有机化合物的主要组成成分
氧 水及有机化合物的主要组成成分
氮 有机化合物的组成成分
磷 含在ATP、核酸等之中，是生物合成
与能量代谢必需的元素
硫 蛋白质的成分
氟 人体骨骼成长所必需的元素
氯 细胞外的阴离子（Cl-），维持体
液平衡
碘 甲状腺素的成分
硒 与肝功能肌肉代谢有关的元素
硅 骨骼及软骨形成的初期阶段必需
的元素
钾 细胞内的阳离子，维持体液平衡
钠 细胞外的阳离子，维持体液平衡
钙 骨骼、牙齿的主要组分，神经传递和
肌肉收缩必需的元素
镁 酶的激活，叶绿素构成，骨骼的成分
锌 胰岛素的成分．许多酶的活性中心
锰 酶的激活，光合作用中水分解必需的
元素
铁 组成血红蛋白、细胞色素、铁-硫蛋白
等，输送氧
钴 形成红血球所必需的维生素B12的组分
铜 铜蛋白的组分，铁的吸收和利用
钼 黄素氧化酶、醛氧化酶，固氮酶等
必需的元素
钒 促进牙齿的矿化
铬 促进葡萄糖的利用，与胰岛素的作
用机制有关
三、如何判断一种元素是否为人体必要的元素？
以缺乏某一种元素的饲料喂养实验动物，观察实验动物是否出现特征的病症；
在饲料中恢复添加这种元素，实验动物的特征病症应逐渐消失，恢复健康；
应在分子水平或细胞水平找出该元素的作用机制，是某种酶的必要成分，或参加某个代谢过程或某项细胞活动。
第二节 生物小分子
水、氨基酸、核苷酸、单糖、脂类、维生素
一、生物体中最重要的小分子——水
含量：60-70%
特性：
水是极性分子；易与周围分子形成氢键；——较强的内聚力和表面能力。
水的高比热和高蒸发热——保持内稳态；
固态水比液态水密度低；
水是最好的溶剂。
水的解离：H2O+H2O=H3O++OH-
水的重要性
1、各种生物分子在水中的溶解度不同，从而决定其基本性质；
2、许多生物分子在水中的解离状态不同，与其生物活性密切相关；
3、水分子与许多生物分子之间形成氢键，对其生理活性影响甚大。
二、单糖
结构：多羟基醛或多羟基酮称为糖，通式：（CH2O)n，n>=3。
以葡萄糖为例，葡萄糖是六碳糖
单糖的生物功能：
A、作为多糖的组成元件
B、作为燃料
C、组成寡糖参与细胞信号传递
三、氨基酸
氨基酸是同时具有α－氨基
和α－羧基的小分子
α－ 碳原子
具有α－ 氨基和α－羧基
是各种氨基酸的共性
各种氨基酸的区别在侧链
基团—R
二十种天然氨基酸
20种氨基酸
根据侧链结构和性质，可把20种氨基酸分成不同的组：
疏水氨基酸： 亮氨酸
亲水氨基酸： 丝氨酸
酸性氨基酸： 天冬氨酸
碱性氨基酸： 精氨酸
含硫氨基酸： 半胱氨酸
含羟基氨基酸： 苏氨酸
带环氨基酸 ： 酪氨酸
氨基酸
20 种天然氨基酸除甘氨酸外，都带一个不对称碳原子—α碳原子，都有光学异构体（镜映体）。
已知 19 种天然氨基酸均为 L－型氨基酸。
氨基酸的功能：
（1）作为组建蛋白质的元件
（2）有的氨基酸或其衍生物具有生物活性（代谢调节、信号传递等）
四、核苷酸
核苷酸分子由三个部分组成：
碱基：嘧啶、嘌呤
五碳糖：
核糖或脱氧核糖
磷酸
参加大分子核酸组成的共有8种核苷酸
DNA水解液中 RNA水解液中
腺脱氧核苷酸（dAMP） 腺苷酸（AMP）
鸟脱氧核苷酸（dGMP） 鸟苷酸（GMP）
胞脱氧核苷酸（dCMP） 胞苷酸（CMP）
胸腺脱氧核苷酸（dTMP） 尿苷酸（UMP）
五、脂类
生物体内不溶于水而溶于有机溶剂的各种分子。
脂类种类很多，分子结构相差较大
A、油脂：甘油三脂
B、磷脂和鞘脂
C、固 醇
六、维生素
维生素的重要性
缺乏维生素A： 夜盲、角膜炎。
富含维生素A的食品： 牛奶、鸡蛋、胡萝卜、蔬
菜叶、鱼油等。
缺乏维生素E： 不育、肌肉营养不良；
富含维生素E的食品： 植物油、牛奶、鸡蛋和肉类。
缺乏维生素K： 血友病；
富含维生素K的食品： 鲜蔬菜。
缺乏维生素D： 佝偻病、软骨病；
富含维生素D的食品： 鱼油等。
缺乏维生素B1： 脚气、神经失调；
富含维生素B1的食品： 肉类、酵母、带荚的
果实、谷类。
缺乏维生素B2： 皮肤病、神经失调；
富含维生素B2的食品： 肉类、牛奶。
缺乏维生素B5： 易怒、痉挛；
富含维生素B5的食品： 肝、酵母、谷类。
缺乏维生素B12： 恶性贫血；
富含维生素B12的食品： 肝、肉类、鸡蛋、牛奶。
缺乏维生素C： 坏血病；
富含维生素C的食品： 柠檬、水果、青椒、白菜、
土豆。
缺乏泛酸： 胃肠炎、皮肤病；
富含泛酸的食品： 肝、酵母、鸡蛋。
缺乏叶酸： 贫血；
富含叶酸的食品： 蔬菜叶。
一、生物小分子和生物大分子的关系
小分子 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
脂类
第三节 生物大分子
生物大分子主要有三大类：
蛋白质、核酸、多糖
它们都是由生物小分子单体通过特有的共价键联结而成。
1、氨基酸通过肽键联成肽链
寡肽：含有 10 左右氨基酸残基
（如二肽、五肽、八肽）
多肽：含 10－20 个氨基酸残基
蛋白质：含几十个氨基酸残基
肽链有方向性，
氨基端（ N 端）， 羧基端（ C 端）
2、单糖通过糖苷键联成多糖链
注意：多糖链也有方向性，有还原
端和非还原端
一条多糖链的两端有不同结构和性质：
一端的糖基有游离的半缩醛羟基，称还原端；
另一端的糖基没有游离的半缩醛羟基，称非还原端。
3、核苷酸通过磷酸二酯键联成核酸
四、生物大分子的高级结构
1、蛋白质的高级结构
由生物小分子到生物大分子，分子增大，出现新的性质。
其中最主要的特点是：生物大分子有独特的立体结构、空间构型和分子整体形状。
蛋白质的四级结构是指各条肽链之间
的位置和结构。所以，四级结构只存
在于由两条肽链以上组成的蛋白质。
2、 维持生物大分子高级结构的重要因素－－非共价键
C＝O H－O
C－N H
C－O H3 N－
非共价键的键强度很小，所以
注意：双硫键也在维持蛋白质高级结构中起重要作用。
3、 核酸的高级结构
C、两条链对应碱基呈配对关系
A＝T G≡C
D、螺旋直径 20A，螺距 34A，
每一螺距中含 10 bp
（2）RNA为单链盘绕，局部形成碱基配对。
例如：转运RNA（tRNA）的三叶
草结构
4 、多糖链的高级结构
第三章 生命的基本单位——细胞
教学重点：
1、细胞器的组成、结构、功能
2、细胞周期
3、细胞
教学难点：
1、细胞器的功能
教学措施：图示、实例
2、周期
教学措施：诺贝尔奖获得者的研究故事
第三章 生命的基本单位——细胞
细胞的形态、结构与分类
细胞学研究的基础
细胞的形态和数目（？）
细胞的分类
原核细胞：细菌和蓝藻
真核细胞： 植物细胞、动物细胞
细胞的发现离不开显微镜的发明
形态多样、大小各异
真核细胞细胞结构：
细胞膜和细胞壁
细胞膜结构学说： 50多种结构模型
1972年，Singer、Nicolson提出流动镶嵌模型
1975年，Wallach提出晶格镶嵌模型
1977年，Jain、White提出板块镶嵌模型
实验证实细胞膜具有流动性
细胞膜的作用——控制物质的出入（教材：P. 50-55）
扩散：简单扩散、协助扩散
渗透：水的扩散
主动运输：需要载体和耗能
内吞作用：吞噬、胞饮
外排作用：分泌作用、排除渣滓
细胞结构
细胞壁（教材：图2-4）：
初生壁：纤维素和其它碳水化合物
次生壁：纤维素和木质素、木拴、角质等，还有树胶、丹宁、矿质、色素、蛋白质、油脂、油等。
中胶层：果胶（各种糖的聚合物）
细胞核
细胞核
贮存遗传信息（DNA）
复制、转录遗传信息并指导蛋白质合成
是细胞生命活动的中心
核仁的构成：蛋白质（酶）和RNA、DNA
核仁的作用：合成核糖体的大小亚基前体。
细胞结构
遗传信息的传递
中心法则：
DNA RNA 蛋白质
由“中心法则”串联起来的细胞器及其功能
细胞质和细胞器（教材：P. 38-45）
内质网：粗面内质网、滑面内质网
核糖体：蛋白质合成场所，由大、小两个亚基构成
23S，5S rRNA
50S 34种肽
70S 16SrRNA
30S 21种肽
28S，7S，3SrRNA
60S 50种肽
80S 18SrRNA
40S 30种肽
高尔基体：蛋白质加工、细胞分泌
溶酶体：
细胞内的消化性细胞器—溶酶体
功能：
体内的清道夫；
为细胞提供营养；
防御肌体感染
未能降解的物质将被排到细胞外。
功能降低后，易形成脂褐质沉积在细胞内。
微体：过氧化物酶体——解毒
线粒体
线粒体模式图
线粒体
线粒体是一个由两层单位膜包围的含有100多种酶类的细胞器，ATP合成酶复合体位于内膜上，电子显微镜下呈直径约为8.5nm的小球。
线粒体是细胞进行生物氧化和能量转换的主要埸所——动力工厂，生物能量合成中心 。
线粒体有自己的一套遗传系统（DNA和核糖体）。
质体：白色体、有色体（叶绿体等）
液泡：植物细胞、蓝藻
细胞骨架
细胞骨架
细胞骨架
组成：微管、微丝、中间纤维
功能：构成纺锤体、具有支持、运动功能并导致细胞质的流动。
植物细胞与动物细胞
植物细胞 动物细胞
细胞壁 中心粒
液泡
思考题
真核与原核细胞的起源与进化关系？
细胞的与
细胞周期（cell cycle)（教材：P.86）
间期：细胞生长期：
G1：复制前期，RNA、蛋白质、酶的合成；
G0：不再的细胞，跳出了细胞周期。
S：复制期，DNA的复制；
G2：复制后期，为染色体的凝聚、纺锤体的
形成作好物质（RNA、微管蛋白）准备。
期
细胞周期
细胞周期的控制
细胞
无丝：较原始，但研究发现其具有简单、迅速、耗能少、在过程中可继续执行细胞功能的特点，因而具有适应意义。存在于原核生物及高等生物的多种组织器官中：动物上皮组织、疏松结缔组织、肌组织、肝细胞；植物的薄壁组织、表皮、生长点、胚乳细胞等。
有丝
减数：特殊的有丝：
DNA复制一次，细胞连续两次；
减数第一次的前期发生同源染色体的配对——联会
非姊妹染色单体的交叉互换——基因重组
无丝过程
有丝：From one cell to two identical cells
细胞有丝中的特例：
关于核膜消失：甲藻、硅藻核膜不消失
关于染色体的凝缩：
甲藻染色质不凝缩成染色体；
隐藻核间期也呈染色体状态。
减数：在性细胞中导致染色体数目减半
细胞增殖
是维持个体细胞数量和功能相对平衡的基础
细胞的分化、发育、衰老与死亡
细胞分化
（二）细胞分化的内涵：
一部分基因关闭，另一部分基因打开、也包括基因表达强度的改变
分化细胞之间的差异归根到底在于不同蛋白质的表达
分化过程通常不可逆
分化大量出现在成年阶段以前的发育过程中
细胞分化
（三）细胞分化的意义
个体发育通过细胞分化来实现
（四）细胞分化发育潜能：
全能性：受精卵
多能性：骨髓、脐血中的多能生血干细胞
单能性：单能生血干细胞
细胞的分化
（五）与细胞分化发育潜能相关的实验
高度分化的植物细胞仍具有全能性：
Steward（1958）：胡萝卜根分离出单细胞——完整植株，首次证明植物体细胞具有全能性；
Guha（19）：曼佗罗花粉细胞——单倍体植株，证明性细胞具有全能性；
Takebe（1971）：烟草原生质体——完整植株。
植物全能性的应用：植物组织培养
细胞的分化发育潜能
探索动物细胞分化发育潜能的实验：
脊椎动物的发育过程：
受精卵——囊胚——原肠胚——形态发生
1952年，豹蛙克隆，布里格斯.金用
一九六八，爪蟾克隆：戈登
1981，克隆鼠，瑞士日内瓦大学伊梅尔塞博士：
1997年2月，克隆绵羊多利，英国罗林斯研究所
细胞的分化发育潜能
1998年2月：英国PPL医疗公司宣布，该公司克隆出一头牛犊。
1998年7月：日本科学家宣布，他们利用成年动物体细胞克隆的两头牛犊诞生。
1998年7月，日、英、美、意等国研究人员培育出了三代共50多只克隆鼠，这是人类第一次用克隆动物克隆出克隆动物。
1999年4月，美国马萨诸塞大学的科学家成功克隆出三只能产生药物的转基因山羊。
1999年5月，美国夏威夷大学的科学家利用成年体细胞克隆出第一只雄性老鼠。
1999年6月17日：以美藉华人科学家杨向中为首的研究小组利用一头13岁高龄的母牛耳朵上取出的细胞克隆出小牛。
2000年1月3日：美国著名华人杨向东，用体外长期培养后的公牛耳皮细胞成功克隆出6头牛犊。
2000年1月：美国科学家宣布克隆猴成功，这只恒河猴被命名泰特拉。
2000年3月，美国密苏里大学的科学家首次培育出基本不含“排斥基因”的克隆猪，论文发表在Science上，第一作者为留美中国学者——赖良学博士。
2000年3月：曾参与克隆小羊多利的英国PPL公司宣布，他们成功培育出5头克隆猪。
2000年3月，法国国家农艺学研究所科学家成功克隆出乳汁中含有治疗蛋白的4只转基因兔子，而且其中2只已经通过自然方式顺利繁殖出后代，这在世界上尚属首次。
2002年1月，中国克隆牛“科科”出世。其细胞核源自一肉牛右耳细胞
第四章 植物的结构、功能和发育
教学重点：
1、植物各器官与功能相适应的结构特点
2、植物根吸水的机理
3、光和作用过程与机理
4、被子植物双受精
教学难点：
1、光合作用（光反应中的能量转换、暗反应中的Calvin循环）
教学措施：采用动画展示其过程和机理
2、双受精（减数产生性细胞、精-卵细胞的识别）
教学措施：采用图片及故事描述方式阐述
一、植物在生物圈中的作用
♦生存环境的缔造者
♦生态系统中的生产者
原始地球，了无生息
原始地球
空气组成： H2O + N2 +NH3 + CO2 + CO + CH4 + H2 + H2S
原始地球开始出现多种生物
♦原始的藻类植物开始释放氧气、制造有机物；
♦O2 ---> O3， 臭氧层出现，对生物有重要的保护作用。
二、植物的种类
♦藻类植物
♦地衣
♦菌类植物
♦苔藓植物
♦蕨类植物
♦种子植物
种子植物的
结构、功能及发育
生物界的生存法则
♦生物体的结构与功能相适应
♦生物个体性状与环境相适应
种子植物的形态
（一）根的结构、功能与发育
（教材：P. 112-118）
1. 根--形态
根的变态metamorphosis
贮藏根 肉质直根 萝卜、胡萝卜
块 根 甘薯、天门冬
气生根 支柱根 榕树
攀援根 常春藤
呼吸根 红树、水松
寄生根 菟丝子
肉质直根
块根
支柱根
攀援根
呼吸根
呼吸根
寄生根
2. 根尖的结构
分生组织进行有丝
产生新细胞
幼根——示丰富的根毛
细胞分化(differentiation)
保护组织
薄壁组织
分生组织 成熟组织 输导组织
机械组织
分泌组织
3. 根的功能
♦吸收：水分、无机盐
♦输导：运输水分、无机盐
♦固着：固定植株、防风固沙
♦贮藏：养分
水及矿物质运输途径
♦ 共质体途径
♦ 质外体途径
内皮层（凯氏带）调节物质的进入
（教材：P. 115）
根吸收水分的动力
♦渗透力——根压
♦毛细管作用
♦蒸腾拉力
毛细管作用
蒸腾拉力
(二) 茎的结构功能和发育
1. 茎的结构特点
♦有节和节间之分
♦在节上着生叶和芽(叶芽、花芽）
♦在节上能开花结果
2. 茎尖的结构
3. 幼茎的横切面观
4. 成熟茎解剖
5. 茎的变态
昙花——叶状茎
葡萄的茎卷须
皂荚的茎刺
仙人掌的肉质茎
生姜的根状茎
马铃薯的块茎
荸荠的球茎
鳞茎
6. 茎的功能
♦支持：厚壁细胞、厚角细胞
♦输导：木质部导管、韧皮部筛管
♦产生新的活组织：形成层
♦贮藏：薄壁细胞
（三）叶的结构与功能
（教材：P. 73-82, 138）
1. 千姿百态的叶
2. 叶的解剖结构
叶肉细胞
光合作用（photosynthesis）
♦光合作用定义：
光合作用是字样生物绿色细胞中发生的极其重要的代谢过程，是将太阳的光能转变为有机分子的化学键能的过程。
叶绿体结构
叶绿素
♦卟啉环+叶醇
♦叶绿素a、b
♦吸收红、蓝光
(1883，Engelmann)
♦作为天线色素、
反应中心
暗反应
3. 光合作用（教材：P.75)
♦光反应：消耗H2O，产生
O2、ATP、NADPH
♦ 暗反应：消耗CO2、合成糖
保卫细胞控制气孔的开闭
气孔关闭——CO2浓度降低
♦光呼吸（P. 81-82）
♦C4植物的适应性
（P. 80-81）
4. 叶的变态
5. 叶的功能
♦光合作用：制造有机物，释放氧气
♦蒸腾作用：促进水的吸收，散热
繁殖器官的
发育、结构与功能
花器的构造
1. 花的形态与传粉方式相适应
花的形态结构与传粉方式相适应
2. 花粉的结构与传粉方式相适应
3. 雌雄生殖细胞的发育
4.双受精过程
花粉的萌发
受精卵——胚
双受精的定义
♦双受精(double fertilization)：
被子植物特有的受精过程，其花粉中产生两个精细胞，一个与卵细胞结合形成受精卵并成为二倍体的合子，合子将来发育成为产生新个体的胚；另一个精子与细胞极核结合，成为三倍体的受精极核并进一步发育成为胚乳。这是植物有性生殖中最进化的形式。
♦双受精的意义：
♦保证了种的延续
♦保证了新个体获得双重遗传信息，并使新形成的种子具有与环境相适应的最大的生存活力
6. 种子的形成
7. 果实的发育与由来
8. 各种各样的果实
果实和种子的传播
果实和种子的传播
被子植物生活史(life cycle)
四、植物在人类社会生活中的作用
♦提供生活资料
♦提供生产资料
食物、能源、药物、木材、纤维织物、纸张、调节气候、美化生活
生物能源
♦石油和天然气的消耗速度比它们自然形成的速度要快大约100万倍。
♦全球每年由光合作用产生的生物质为1440亿到11800亿吨。
♦生物能一直与太阳能、风能以及潮汐能一起作为新能源的代表。
重要的药用植物
植物的药用价值
♦全世界约有40%的药物来源于植物
♦我国使用中草药治疗疾病的历史有上千年。
♦我国有详细记载的中草药资源有近5000种。
♦现代生物技术与传统中医药结合，使药用植物的研究与开发迅猛发展并极具前景。
植物药物的种类与用途
♦植物中的天然有机化合物（次生代谢产物）
♦植物蛋白质、多肽、酶类药物
♦植物糖类药物
♦植物脂类药物
天然有机化合物
♦苯丙素类
♦醌类
♦黄酮类
♦鞣质
♦萜类
♦甾体
♦生物碱
次生代谢产物
次生代谢产物
次生代谢产物
蛋白、多肽、酶类
植物糖类药物
植物脂类药物
♦脂肪和脂肪酸类：亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸等不饱和脂肪酸
♦磷脂类：大豆卵磷脂
♦固醇类：β-谷固醇、豆固醇。
第五章 动物的结构、发育与行为
教学重点、难点
1、主要系统的进化结构
教学措施：用图片展示各类别结构与功能的对比
2、免疫系统及机制
教学措施：结合学生自身主动免疫的实例讲解
第一节 组织、器官、系统
一、组织
♦定义：由一些形态相同或类似,机能相同的细胞群构成。在组织内有细胞、也有非细胞形态的细胞间质。
♦四种基本类型：上皮组织,结缔组织,肌肉组织和神径组织.
(一)上皮组织
1、特点: 由密集的细胞和少量细胞间质组成,
胞间具细胞连接（教材P. 55).
2、功能: 保护、吸收、排泄、分泌和呼吸等作
用.
3、类型：
（1）被覆上皮——存在机体内外表面,细胞形态为扁平,
立方,柱状等.无脊椎动物上皮组织为单层细胞.
（2）腺上皮——分泌细胞为单层立方上皮,内分泌腺和
外分泌腺（教材P. 103）.
（3）感觉上皮——细胞特化：嗅觉上皮、味觉上皮等.
被覆上皮
腺上皮
(二)结缔组织
1、特点：多种细胞和大量间质构成.
2、功能：支持、保护、营养、修复和
物质运输.
3、类型：
（1）疏松结缔组织 （2）致密结缔组织
（3）脂肪组织 （4）软骨组织
（5）骨组织 （6）血液淋巴组织
（7）弹性结缔组织 （8）网状结缔组织
疏松结缔组织
软骨组织
骨组织
(三)肌肉组织
♦特点：由肌细胞组成, 呈纤维状.
♦功能：收缩产生运动
♦类型：横纹肌、平滑肌、心肌
三种肌肉组织
(1)骨骼肌的肌细胞是长柱形的，肌原纤维有明暗间隔的横纹，骨骼肌附着在骨骼上，收缩时引起躯体四肢的运动。
(2)平滑肌的肌细胞形状像梭子，组成胃、肠等内脏器官，它极易被拉长，收缩时速度较骨骼肌为缓慢。
(3)心计的细胞亦有横纹，切且细胞有分支，相互紧密连接成为网状，心肌的特点是即使无外来刺激，它也能自动而有节律的收缩。
横纹肌
平滑肌
(四)神经组织
♦特点：由神经细胞、神经胶质细胞组成
♦功能：
神经细胞：传输刺激
神经胶质细胞：支持、保护、营养、绝缘
神经细胞
神经胶质细胞
二、器官和系统
♦器官———由几种不同类型的组织联合形成，具有一定的形态特征和一定生理机能的结构。如小肠由上皮组织、疏松结缔组织、神经和血管等形成。
♦系统———一些在机能上有密切联系的器官联合起来完成一定的生理机能。包括消化系统、循环系统、内分泌系统等等。
生物个体的构成
细胞——组织——器官——系统——个体
纤维细胞到达伤处，增殖和分泌形成肉芽
第二节 动物的系统组成与功能
一、消化系统（教材P：125-136）
二、呼吸系统（教材P：137-148）
三、循环系统（教材P：159-179）
自学
（要点：注意从进化的角度比较不同类群动物各系统的结构与功能差异）
人体的十二大系统
皮肤系统、肌肉系统、骨骼系统、
消化系统、呼吸系统、循环系统、
淋巴系统、免疫系统、排泄系统、
神经系统、生殖系统 、内分泌系统
疾病发生与免疫反应
疾病发生的原因？
♦1、生物性致病因素(Biological factor)：各种致病性微生物和寄生虫。
♦2.物理性因素（Physical Factor）： 机械力、温度、辐射、气压改变等。
♦3.化学性因素(Chemical Factor)： 药物、强酸强碱、毒物
♦4.机体必需物质的缺乏或过多（营养性因素 Nutritional Factor）
疾病发生的原因
♦5.遗传性因素(Genetic Factor)：遗传物质改变。
♦6.先天性因素(Congenital Factor)： 特指能损害胎儿的因素。
♦7.免疫性因素(Immune Factor)
♦8.精神、心理、社会因素
（Mental Psychological and Social Factors）
有机体的三重防御体系（1）
♦皮肤和粘膜——非特异性
1. 皮肤表面——汗腺、皮肤腺
2. 粘液类——抗菌酶，胃肠pH，消化酶
有机体的三重防御体系（2）
♦非特异性体内防御体系
1.细胞：吞噬细胞（白细胞，巨噬细胞）
自然杀伤细胞
2.抗菌蛋白：补体系统、干扰素
3.感染应答 ：损伤细胞释放组织胺(histamine)
血凝
吸引吞噬细胞
发烧
(2)吞噬细胞赶赴“现场”
有机体的三重防御体系（3）
免疫应答————特异性免疫
第二节 特异性免疫
一、人体的识别标志
（一）血型：血细胞膜上携带识别标志
1、红细胞血型：ABO血型、Rh血型
2、白细胞血型：人类白细胞抗原
细胞膜
ABO血型系统
♦1900，奥地利Landsteiner提出，是最具有临床意义的一个系统。
♦A、B基因对于O基因而言为显性基因。
♦可组成6个基因型、四种表型。
ABO血型
研究进展
♦现已知ABO遗传座
位在第9号染色体的
长臂三区四带
♦由三个等位基因决
定：AB、H、SE
Rh血型
♦恒河猴（Rhesus monkey）中首次发现；
♦红细胞表面带有D抗原：
Rh阳性，汉族99%，
Rh阴性，汉族1%，仡佬族可达14.8%，蒙古族8.7%..........
白细胞血型
♦人类白细胞抗原：human leucocyte antigen，HLA
♦主要组织相容性抗原复合体：major histocompatibility complex，MHC
♦位于：第6对染色体短臂上
♦理论上：5万种以上的基因型
人体识别标志
（二）抗原（antigen)
定义：任何能与抗体结合或者能和淋巴细胞表面受体结合并引起免疫反应的物质。
特点：异物性、一定的相对分子量、一定的化学组成与结构
二、免疫系统
免疫细胞
3、免疫细胞：
(1)淋巴细胞：
T淋巴细胞
B淋巴细胞
NK细胞（natural killer cell)
人体淋巴细胞的总数约 2 x 1012 个。
（2）辅佐细胞：抗原递呈细胞
人体免疫系统
三、免疫反应及其机制
（一）体液免疫：
依靠B淋巴细胞所产生的抗体的免疫为体液免疫。
抗体又叫免疫球蛋白，包括IgG、IgM、IgA、IgE和IgD。
免疫反应及其机制
♦抗体的效应：
1、沉淀和凝集抗原，便于吞噬细胞吞噬
2、补体反应：产生破膜复合体，溶解细菌等
3、激活杀伤细胞
B
细胞活化后成为浆细胞
抗体分子结构
抗体的效应
体液免疫过程
♦第一次免疫：
B细胞+互补的抗原分子 B细胞活化，长大，迅速 有同样活性的细胞群（浆细胞、记忆细胞）
♦第二次免疫：
记忆细胞寿命长，对抗原敏感，第二次遭到入侵时，记忆细胞更快速地产生新的浆细胞，和新的记忆细胞，反应更快、更强，能在抗原入侵尚未为患时发挥作用并消灭之。
四、免疫识别的机制
♦诱导说/教导说/定做说¡ª¡ª身体内只有一种或数种免疫细胞，不同抗原诱导产生出千变万化的受体来.
♦克隆选择说¡ª¡ª身体内储有千千万万种各带不同受体的免疫细胞，每种抗原刺激从中选择活化一种.
克隆选择学说
各方面证据支持克隆选择说
♦实验结果支持克隆选择学说
♦对免疫球蛋白（抗体）编码基因的分子遗传学研究也支持克隆选择学说。
克隆选择学说
抗体编码基因的分子遗传学研究
编码抗体 L 链可变区的基因，有三组基因:
V 基因 有 400 种拷贝
J 基因 有5 种拷贝
C 基因 有 2 种拷贝
淋巴细胞分化过程中发生抗体基因重排, 则L 链可变区的编码基因可能有的组合方式:
40 0 x 5 x 2＝4 x 103 种
抗体编码基因的分子遗传学研究
编码 H 链可变区的基因，有四种基因:
V 基因 有 400 种拷贝
J 基因 有 5 种拷贝
D 基因 有10 种拷贝
C 基因 有 8 种拷贝
淋巴细胞分化过程中发生抗体基因重排, 则H 链可变区的编码基因可能有的组合方式：
400 x 5 x 10 x 8＝1.6 x 105 种
抗体编码基因的分子遗传学研究
L 和 H 合在一起，可能出现的组合方式：
4 x 103 x 1.6 x 105＝6.4 x 108种
再加上细胞可能发生的突变，各种组合总数可达：
109－1010种
这样天文数字的可能的抗体结构，足以应付各种抗原结构。
五、免疫系统疾病
（一）过敏
过敏反应表现：打喷嚏，哮喘，风疹等。
过敏源：花粉，地毯灰尘，食物中某中蛋白质，蜜蜂刺蛰。
许多脱敏药物都有抗组胺效应。
花 粉 扫 描 电 镜 观 察
蜜 蜂 刺 蜇
五、免疫系统疾病
（二）自身免疫疾病
正常情况下，人体的免疫系统不会攻击自身细胞和组织。
由于某些尚未清楚的原因，免疫活性细胞攻击自身组织，出现自身免疫疾病。
自身免疫疾病包括：红斑狼疮、风湿性心脏病、风湿性关节炎、依赖胰岛素的糖尿病综合症、硬化病、肌无力症等等。
免疫系统疾病
（三）免疫功能低下或缺失
可由多种原因引起。
♦严重综合型免疫缺失症（ SCID----severe combine immune deficiency），因为编码腺嘌呤脱氨酶（ADA）的基因缺陷造成腺苷脱氨酶缺失，腺苷累积过多，腺苷对淋巴细胞有毒性。
免疫系统疾病
♦获得性免疫缺陷综合征（acquired immune deficiency syndrome， AIDS ）
艾滋病： 1981年才被认识的一种新的感染性疾病。是由人类免疫缺陷病毒 HIV 病毒引起的人体细胞免疫功能缺陷，导致一系列致病微生物感染和肿瘤发生的致命性综合征。
HIV病毒模式图
HIV正在攻击TH－细胞
艾滋病(AIDS)
♦HIV病毒对热、肥皂、洗涤剂都很敏感，容易被杀死。
♦艾滋病的主要传播渠道：
血液传染
母婴传染
性接触传染
六、免疫学的实际应用
1、人工免疫和生物制品
♦通过注射、口服等方法使人体摄入抗原类或抗体类物质，使人体增强对外来入侵的免疫能力，称为人工免疫。
♦用大规模工业化手段生产用于人工免疫的各种生物来源的制剂，统称生物制品。生物制品主要用于传染性疾病的预防、治疗和诊断。
人工免疫和生物制品
（1）人工自动免疫生物制品——促使人体产生特异免疫能力
注射抗原，使人体“主动地”产生特异抗体。
（2）人工被动免疫生物制品——向人体提供特异的或非特异的免疫能力。
注射含抗体成份的抗血清，使人体“被动地”获得特异的或非特异的抵抗能力。
2、免疫技术用于疾病治疗
（1）一些抗血清已用于狂犬病、乙肝、 破伤风的预防和治疗。
（2）器官移植要求免疫抑制
环胞菌素作为良好的免疫抑制剂，已广泛用于器官移植。
（3）癌症的免疫治疗
3、免疫技术用作研究手段
（1）亲和层析：利用 抗原 / 抗体专一 性结合原理，从各种杂蛋白中分离目的蛋白。
（2）酶联免疫吸附法（ELISA）:专一性检测微量的蛋白质（10－9克）。专一性强，灵敏度高
3、免疫技术用作研究手段
（3）单克隆抗体：随着在研究上应用日益广泛，对抗体的数量和质量（专一性）要求越来越高。用细胞融合技术获得单克隆抗体综合了两方面优势：
淋巴细胞肿瘤——能不断增值，但没有产生专一抗体能力。
从脾脏得到淋巴细胞——能产生专一抗体，但不能不断增值。
第六章 遗传学
教学重点：
1、中心法则
2、变异
3、基因工程
教学难点：
1、基因表达
教学措施：研究实例列举
2、基因工程
教学措施：结合转基因的实际应用讲解
第六章 遗传与变异
一、遗传学三大定律
（一） 孟德尔与豌豆实验
1、遗传因子假说
(inherited factor hypothesis)
2、分离定律(law of segregation)
3、自由组合律(law of
independent assortment)
遗传因子假说
♦合子及其发育成的个体含有成对的遗传因子：
纯合子(homozygote): AA, BB, OO
杂合子(heterozygote): AO, BO, AB
♦性状（character/trait)：
显性（Dominant） 显性因子: A, B
隐性（Recessive） 隐性因子: OO
孟德尔——分离定律
亲代： AA紫花 X aa白花
子一代F1： Aa紫花
子二代F2： A a
A AA紫 Aa紫
a Aa 紫 aa白
紫花：白花=3：1
验证
Aa紫花 X aa白花
Aa紫花 aa白花
1 ： 1
遗传学第一定律——分离律
♦形成生殖细胞时，成对的遗传因子分离，各自分到不同的配子中去；
♦受精时，不同配子间相对应的两个遗传因子又以同等的机会互相结合。
孟德尔——自由组合律
亲代 YYRR黄圆 X yyrr绿皱
配子 YR yr
F1： YyRr黄圆
F1配子 YR Yr yR yr
F2代：遗传因子有16种组合，四种表 现型：
黄圆：黄皱：绿圆：绿皱=9：3：3：1
验证
YyRr黄圆 X yyrr绿皱
黄圆YyRr：黄皱Yyrr：绿圆yyRr：绿皱yyrr
1 ： 1： 1： 1
遗传学第二定律——自由组合律
♦针对一对以上的性状而言，控制不同性状的遗传因子在形成配子时可以自由组合到不同的生殖细胞中，受精时，再以相同的机会互相结合。
已知：鹦鹉毛色遗传因子两对：B-b、C-c
B：黄色； C：蓝色
b和c是隐性因子，不产生色素。
请问：1、四种颜色鹦鹉的遗传因子组成情况如何？
2、两只绿色鹦鹉产生后代的情况怎样？
遗传因子的定位
（二）萨顿与蚱蜢
背景
美国哥伦比亚大学研究生
Walter S. Sutton，研究蚱蜢精子的发生。
减数
萨顿所观察到的蚱蜢染色体
减数过程中染色体的行为与
孟德尔的遗传因子惊人的相似
1、成对存在；
2、形成生殖细胞时减半；
3、受精时数目复原；
4、减数时，同源染色体行为符合
分离律
5、非同源染色体进入生殖细胞时的配
合，符合自由组合律。
遗传因子的定位
遗传因子位于染色体上
♦Sutton, Walter S. (1903). The chromosomes in heredity. Biol. Bull. 4: 231-251.
♦Boveri, Th. (1902). Über mehrpolige Mitosen als Mittel zur Analyse des Zellkerns. Verh. phys.-med. Ges. 35: 67-90
遗传因子——基因
1909年，丹麦遗传学家
约翰逊（Johanson. W.L）
将遗传因子（inherited factor)
更名为基因（gene）
（三）摩尔根与果蝇 (fruit fly)
Fruit Fly Chromosomes
设想
实际实验结果一
合理解释
基因不能随意组合
实际实验结果二
合理解释
遗传学第三定律——连锁和交换律
♦位于同一染色体上的基因呈线性排列，基因间存在着连锁(linkage)和交换(crossing over)现象。
♦交换导致重组(recombination)。
♦两个基因在染色体离得越远，重组频率越高，反之越低。
重组频率
基因定位
3、连锁与交换定律(摩尔根)
♦位于同一条染色体上的基因连在一起伴同遗传的现象称为连锁（linkage）
第六章 遗传与变异
二、基因的本质
核酸？
蛋白质？
染色体结构
研究基因的本质（一）
有荚膜——致死 无荚膜——存活
肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）感染实验一
Fredrik Griffith, 1928
研究基因的本质（一）
肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）感染实验二
Fredrik Griffith, 1928
研究基因的本质（二）
Oswald Avery et al., 1944
研究基因的本质（三）
研究基因的本质（三）
放射性同位素标记噬菌体T2
Alfred Day Hershey，1952
多项实验证实
基因的本质是
DNA
第六章 遗传与变异
三、基因的结构、功能和
1、DNA结构：华生(Watson)和克里克(Crick)
DNA 双螺旋模型（1953）
DNA半保留复制（1953）
获1962年诺贝尔奖
半保留复制(semi-conservative)
后续链(the Lagging Strand)的合成
DNA的复制
♦解链酶 (helicase)
♦单链DNA结合蛋白 (Single-stranded DNA binding protein)
♦DNA引物酶 (DNA primase)
♦DNA聚合酶 (DNA polymerase)
♦DNA连接酶 (DNA ligase)
♦DNA切割酶 (DNA nickase)
DNA的复制
单向复制 双向复制
原核与真核的复制差异
原核单个复制起始点 真核多个复制起始点
第六章 遗传与变异
2、DNA作为遗传物质的功能
（1）贮藏遗传信息的功能
（2）传递遗传信息的功能
（3）表达遗传信息的功能
克里克提出中心法则, 确定遗传信息由 DNA 通过 RNA 流向蛋白质的普遍规律。
遗传信息的表达——中心法则
基因的结构
基因的结构
真核基因的结构
转录
翻译
转录：DNA→RNA
转录 (transcription)
转录 (transcriptiong)
RNA酶的功能
♦解DNA链
♦合成RNA
♦沿DNA移动
转录
翻译
翻译 (translation)
密码子(codon)与反密码子(anticodon)
遗传密码 (genetic code)
特性：
♦3个碱基
♦间并性
♦专一性
♦通用性
第六章 遗传与变异
三、基因的结构、功能和
4、基因的表达及
原核基因的表达
原核生物乳糖操纵子：
调节基因 启动基因 操纵基因 结构基因
阻遏蛋白
mRNA
RNA聚合酶
阻遏蛋白
调节基因 启动基因 操纵基因 结构基因
RNA聚合酶
mRNA mRNA
阻遏蛋白 + 乳糖 分解乳糖的系列酶
阻遏蛋白
真核基因的表达
♦转录水平的控制
♦对前体mRNA的加工
♦mRNA穿过核膜向细胞质运输的控制
♦在细胞质中mRNA的稳定性调节
♦mRNA的选择性翻译
♦蛋白质产物的修饰、折叠与活化
第六章 遗传与变异
第二节 人类遗传学基础
一、人类的染色体组成：
22对常染色体+1对性染色体
第六章 遗传与变异
（一）、性别决定机制：
1、性染色体决定性别：
(1) XY型性别决定：
XX-雌；XY-雄
所有的哺乳动物、某些两栖类和鱼类、许多昆虫;雌雄异株的植物如：大麻、菠菜、木瓜等。
性别决定机制
(2)ZW型性别决定：
ZW-雌；ZZ-雄
鸟类、家蚕等鳞翅目昆虫、 某些两栖类、爬行类
(3)XO型性别决定：
16+X=雄；
16+XX=雌
蝗虫、蟋蟀、蚱蜢、蟑螂等直翅目昆虫
（4）性比数决定性别
果蝇为XY型性决定，X染色体与常染色体组的比率决定性别：
性别决定机制
2、染色体倍性的性别决定：
蚂蚁、马蜂、蜜蜂、黄蜂等。例：
受精卵→雌蜂（2n）
未受精卵→雄峰（n）
雄蜂的减数
♦雄蜂的减数十分特殊，第一次减数，出现单极纺锤体（monopolar spindle）所以染色体染色体全部向一极移动，两个子细胞其中一个正常，含16个二联体，而另一个是无核的细胞质芽体。正常的子细胞经第二次减数产生两个单倍体（n=16）的精细胞，发育成精子。
3、基因决定性别：
例：玉米：Ba-雌基因； Ts-雄基因
Ba-Ts- ：雌雄同株
baba Ts-：雄株
Ba-tsts：雌株
baba tsts：双隐性雌株
4、环境因素决定性别：
营养、温度、日照、位置、激素等等
例：蜜蜂、黄瓜、珊瑚鱼、后螠
温度决定性别
1、定义：性染色体上的基因，它的遗传方式是与性别相联系的，这种遗传方式叫作伴性遗传
2、伴性遗传 的种类：
♦伴X遣传：男女均会发生
♦伴Y遣传：只发生在男性身上
X染色体遗传
Calico Cats
染色体变异
（一）染色体变异
1、染色体数目变异
A、整倍性改变：如无籽西瓜
B、非整倍性改变：
（1）单体性：2n-1，如：特纳氏综合症
（2）缺体性：2n-2，不能存活
（3）三体性：2n+1，如：Down氏综合症
Klinefetter综合症
（4）多体性：2n+3或以上
性染色体数目异常
Klinefetter综合症
染色体结构变异
2、染色体结构变异（畸变）（教材：p.404)
A、缺失：染色体断裂而丢失一段
B、重复：多了一段
C、倒位：染色体内部结构顺序发生颠倒
D、易位：染色体断裂并接到别的染色体上
猫叫综合症：
第5号染色体短臂缺失,患儿哭泣时发出咪咪声，耳位低下，智商仅20-40。
基因的结构发生改变，编码氨基酸的DNA碱基发生变化，由其编码的氨基酸、蛋白质的结构、功能随之改变。
通常有碱基替换，移码突变两种类型。
♦血红蛋白β链基因突变
♦人类中有约10%的人患有单基因遗传病，约20%的人患有多基因遗传病，还有染色体病（包括常染色体和性染色体的数量和结构畸变）等。
优生
研究降低产生不利表现型的不利基因的途径。
A、开展婚前检查
B、禁止近亲结婚
C、提倡适龄生育：20岁以下年轻母亲所生子女中，先天畸形发生率比25-34岁者要高50%，40岁以上母亲所生子女中，先天愚型的发病率要比25-34岁者高10倍。
D、开展遗传咨询
♦临床水平；
♦细胞水平：染色体、细胞、组织检查；
♦分子水平：一是检测基因产物-蛋白质、酶的量和活性。二是检测酶促反应底物或产物的变化；
♦基因水平：核酸分子杂交法、PCR法、性内切酶法、核酸测序法等。
3、遗传病的治疗
♦外源基因导入的化学和物理方法
♦体外原位治疗
♦体内基因治疗
♦反义疗法
♦核酶的基因治疗
第六章 遗传与变异
第三节 基因工程原理与技术
一、基因工程原理：生物的性状大都是可以遗传的，改变基因就可改变性状。其基础在于：
（一）理论上的三大发现：
1、遗传物质是DNA
2、DNA的双螺旋结构、半保留复制
3、遗传信息的传递方式：中心法则
（二）技术上的三大发现：
1、性内切酶、DNA连接酶
2、基因载体
3、逆转录酶
基因工程
二、基因工程的基本内容：
基因工程：指在体外将外源DNA分子经切割和连接，插入至病毒、质粒或其它载体分子中，形成重组的DNA分子，导入到受体细胞中，使外源基因在受体细胞中表达的过程。
基因工程的基本步骤
1、目的基因的分离
2、将目的基因连接到能自我复制的载体分子
上，形成重组DNA分子
3、将重组DNA分子转移到适当的受体细胞内
4、筛选获得了重组DNA分子的受体细胞克隆
5、克隆基因的表达，产生出人类所需要的物
质
胰岛素基因的转化
重组DNA的主要工具
Sources of recombinant DNA: gene of interest 目的基因
Vector载体: 质粒( Plasmids ), 病毒等
Restriction Enzyme 性内切酶
Host Cell 宿主细胞
目的基因的制备
•构建基因组文库(DNA文库)
•逆向转录从mRNA合成DNA (cDNA文库)
•利用PCR特异性地扩增目的基因片段
基因组文库的构建
基因组文库的构建
cDNA 文库 complementary DNA
从文库中寻找目的基因
多聚酶链式反应
Polymerase Chain Reaction
所需反应物
♦模版
♦引物
♦单核苷酸
♦酶
♦缓冲体系
PCR 反应步骤
♦第一步 —— 92-94 0 C 高温下，使混合物的DNA 片断因变性而成单链。
♦第二步 —— 37-550 C 温度下，引物 DNA结合在适于配对的DNA片断上。
♦第三步 —— 68-720 C 温度下，由合成酶（ DNA 高温聚合酶）催化，从引物开始合成目的基因 DNA
PCR 的三个步骤为一次循环，约需2－5 分钟。每经一次循环，所找到的目的基因扩充一倍，故PCR产物以指数方式即2n扩增。
对克隆基因的分析
•gel electrophoresis 凝胶电泳
•Southern Blot Technique
Running of an agarose gel 琼脂糖凝胶电泳
性内切酶的功能
性内切酶的的应用
载体Vectors
♦必须能够自我复制
♦必须带有启动子
♦大小适度的环状DNA分子
♦通常带有筛选标志(如:抗生素抗性基因等等)
质粒Plasmids
重组质粒导入宿组细胞
♦转化Transformation, 导入受体细菌细胞
♦电激Electroporation
♦基因技术 gene gun technique
♦重组质粒导入植物细胞
♦转染（transfection），是将携带外源基因的病毒感染受体细胞的方法
♦脂质体介导法（liposome mediated gene transfer）: 导入动物细胞
♦微注射技术（microinjection），将外源基因直接注射到真核细胞内
基因
重组DNA+微金颗粒 高速轰击材料
显微注射Microinjection
筛选screening
第六章 遗传与变异
三、基因工程的应用
1、基因工程药物：如干扰素
2、制备疫苗：将致病病毒外壳蛋白制成疫苗
3、基因治疗：用正常基因置换或增补遗传缺
陷的基因
4、转基因动物
5、转基因植物
基因工程应用
♦基因治疗
1）化学疗法与物理疗法
♦化学方法：用磷酸钙微量沉淀外源DNA，然后与靶细胞混合；靶细胞摄入沉淀物，外源基因进入核内，与染色体发生整合。
♦物理方法：主要有显微注射法和电穿透法。电穿透法是借助电流使DNA直接穿过细胞膜，从而转入细胞中。
2）体外原位治疗
♦从患者体内取出带有基因缺陷的细胞；
♦通过基因转移进行遗传修正；
♦将经过遗传修正后的细胞进行选择和培养；
♦将修正后的细胞通过融合或移植的方法转入患者。
5）核酶的基因治疗
核酶（ribozyme）是指具有催化裂解活性的RNA分子。通过载体将核酶转入细胞，特异性地切割有害基因。
第五节 进化
一、自然选择学说
达尔文，1858，《物种起源》
1、遗传
2、变异
3、繁殖过剩
4、生存斗争
5、适者生存
自然选择学说的意义
（1）科学地解释生物进化的原因。
（2）正确解释了生物的适应性和多
样性。
自然选择学说的不足
1、未能解释遗传和变异的本质；
2、未能解释自然选择如何作用于
可遗传的变异。
现代综合进化论synthetic theory
1、种群而非个体是生物进化的单位
2、基因频率的改变导致进化
3、隔离导致物种形成
影响基因频率的因素
1、种群大小的改变
♦遗传漂变genetic drift
♦建立者效应founder effect
♦瓶颈效应bottle neck effect
2、不随机交配
3、突变和新基因的加入
4、自然选择
隔离导致物种的形成
地理隔离
生殖隔离
因地理隔离导致生殖隔离实例
进化研究的发展
♦分子进化
不同物种间，从相应的核酸和蛋白质组成成分的差异上，可以估测它们之间的亲缘关系。凡彼此间所具有的核苷酸或氨基酸愈相似，则表示其亲缘关系愈接近；反之，其亲缘关系就愈疏远。根据各种生物间在分子水平上的进化关系，可以建立分子进化的系统树(phylogenetic tree)。
分子进化研究的优点
⑴根据生物所具有的核酸和蛋白质在结构上的差异程度，可以估测生物种类的进化时期和速度，这比任何其他方法都精确，因为它是从数量上进行分析的；
⑵对于结构简单的微生物的进化，只能采用这种方法进行研究；
⑶它可以比较亲缘关系极其疏远的类型之间的进化信息，这是其他方法难以做到的。
进化研究的发展
♦分子进化的中性学说
1、绝大多数突变是中性的。
（1）同义突变
（2）非功能性突变
（3）不改变功能的突变
2、遗传漂变是分子进化的基本动力。
3、分子进化速率：生物小分子的替换率
♦渐变式进化和跳跃式进化
1、化石：“失去的环节”
2、调节基因的突变
第七章 生物多样性
第一节 生物分类概述
一、物种的概念：
物种（species)：是生物基本的分类单元。物种是形态、结构、功能、发育特征和生态分布基本相同的一群生物，与其他类群存在生殖隔离。
第一节 生物分类概论
二、生物分类的阶层和双命名法：林奈
界(kingdom)
门(phylum)
纲(class)
目(order)
科(family)
属(genus)
种(species)
双命名法
瑞典生物学家林奈在十八世纪建立：
拉丁语
属名+种名
例：狼 Canis lupus L.
狗 Canis familiarisb L.
智人 Homo sapiens L.
水稻 Oryza sativa L.
分类学方法
♦经典分类：形态特征
♦细胞分类：染色体特征
♦数量分类：大量的性状、相似性百
分率比较
♦生化分类：蛋白质、核酸分子比较
利用免疫学原理
各种生物与人类的细胞色素c氨基酸组成的比较
基于DNA分子序列分析的分子系统树
系统树与生物的分界
♦系统树——生物界的家谱
♦生物的分界：
二界系统
三界系统
五界系统
六界系统
三界系统
1866年，德国学者海克尔提出
♦植物界
♦动物界
♦原生生物界:细菌、蓝藻、原生动物和粘菌
系统树 Systematic tree
五界系统
五界分类系统简介
特殊的生命——病毒（virus）
一、病毒
1、特点：
A 个体极小，能通过细菌过滤器，只在电镜
下可见
B 无细胞结构，仅含一种类型的核酸（DNA
或RNA），主要成分为蛋白质和核酸
C 既无完整的酶系，又无蛋白质合成系统，
不能进行的代谢活动
病毒
D 严格的活细胞内寄生，以复制的方式
增殖
E 在离体条件下，以无生命的化学大分
子状态存在，并可形成结晶。
F 对抗生素不敏感，但对干扰素敏感。
以噬菌体为例：
附着——识别过程。
侵染——病毒核酸进入寄主细胞。
复制——复制病毒核酸，合成病毒
外壳蛋白质。
组装——形成一批子代病毒粒子。
裂解——寄主细胞破裂，释出病毒
粒子。
病毒的种类
A 噬菌体——细菌病毒
B 动物病毒：天花、流感、疱疹、麻
疹、肝炎、脊髓灰质炎、爱滋病等
C 植物病毒：水稻黄矮病、烟草花叶
病、马铃薯退化、玉米、油菜、苹
果等的锈病等。
公元前1500年古埃及壁画
类病毒与朊病毒
二、类病毒和朊病毒
1、类病毒（viroids)：单链RNA，完全没有蛋白质外壳。
2、朊病毒（prions)：不含任何核酸的小分子疏水蛋白质。可引起中枢神经系统病变导致死亡，如疯牛病、人库鲁病和雅克布病。
朊病毒引起的疾病
对这类疾病的研究，以羊搔痒病为代表，困难很大：
发病率 低
病程 慢
传染病 / 遗传病 不清楚
病因 / 病原物 找不到
人们只能猜想：
有一种“慢病毒”在起作用
“慢病毒”疾病
♦病程很慢；
♦都有神经系统退行性症状;
♦脑部出现淀粉样沉淀，形成海绵状空斑。
1976年诺贝尔生理学或医学奖
丹尼尔·盖都塞克
(D.Gajdusek） 对 “库鲁病” （kuru）病的研究的病因，认为是一种潜伏期极长的进行性病毒（慢性病毒）。
Kuru 病在新几内亚土著居民中流行，妇女、儿童感染尤多。自症状出现后，进展性脑组织损伤，６－１２个月死去。
不发烧 无炎症
显示不出是感染病 无免疫反应
在３５，０００左右土著人中，２０年内，死于此病的约有３０００多人。
１９５０s中期起，Gajdusek 对此病作了仔细分析研究：
♦Kuru 病流行过程与宗教仪式有关，妇女儿童受害尤甚。
♦1959 年 全面禁止仪式中的食人部分。此后出生的儿童，不再得 Kuru 病。零星病例还陆续出 现，可能因为潜伏期长。
Gajdusek 仔细分析研究
病症表现
不像是一种家族遗传病
流行规律 也不像是中毒
也不像营养缺乏
脑组织切片
是否是传染病？
♦用脑组织液感染小白鼠，未获成功
♦1965 年受病人脑组织感染的黑猩猩，出现 Kuru 病症状，潜伏期一年半。
Kuru 病是一种传染病 ！
1997年度诺贝尔奖生理及医学奖
普鲁西纳博士( S. B. Prusiner )
美国加州大学旧金山分校医学院
表彰他在研究和发现一种新的蛋白质性质致病因子(普列昂prion)中所做的贡献。
他是不寻常的诺贝尔奖获得者
普鲁西纳( S.B.Prusiner )
1942年5月28日生
♦1968年获美国宾夕法尼亚大学医学院博士学位。
♦1984年起任加利福尼亚大学神经学、病毒学教授。
美国巴尔的摩兽医中心分子神经病毒学主任 R.G.Rowher：
“诺贝尔奖可能有利于在此领域的深入研究”
明尼苏达大学微生物系主任 A.Haase:
“诺奖委员会应等到确实证明仅仅是蛋白质本身在感染中起作用，没有其他因子参与，再授奖才合适。”
∙耶鲁医学院神经病理学主任L . Manuelidis:
“诺贝尔奖的授予可能窒息不同观点的深入探讨。”
美国媒体报道标题：
“美国科学家因一项有争议的研究获诺贝尔医学奖”
普列昂的发现
1、Prusiner把搔痒病从羊转至小鼠
发病潜伏期 3－5年 4－5个月
疑问
♦没有核酸，这个病原物如何增殖？如何复制本身的遗传信息？
♦可能还是存在核酸，只是未能检测出来？
3、更深入的研究，更意外的结果
随着研究的深入，得到更多打破传统观念的结果：
（1）寻找Prn－p基因
编码普列昂蛋白（PrP）的基因，不但在染病动物脑中存在，亦在正常动物脑中找到，而且表达得一样多。
（2）普列昂蛋白（PrP c）在正常动物脑中的功能是什么？
找不到答案。
剔除 PrP 基因的遗传工程小鼠（PrP%）,看不出病症，似乎一切正常，亦能正常生育。
（3）PrP%小鼠作出贡献
把染病小鼠的脑提取物接种给PrP% 小鼠，后者不染病。同样的脑提取物，接种给普通小鼠 PrP+/+，后者被染病。
（4）对 PrP c 和PrP sc 两种蛋白质做结构分析。
都是由 208 个氨基酸残基组成的疏水性很强糖蛋白。
氨基酸序列
RNA剪辑
翻译后修饰
（5）最后，终于找到差别
PrP c 和 PrP sc 在高级结构
上有巨大差别
PrP c PrP sc
α－螺旋 40％ 21％
β－折叠 3％ 54%
紫外线处理不同物质的反应
（6）PrP c 和 PrP sc 在高级结构上的差别, 在细胞内的行为和 代谢特征上也反映出来。
PrP c PrP sc
胞内定位 细胞表面 胞质内
蛋白酶水解 水解完全 局部水解
（7）综合上面得到的结果，提出一个理论设想：
搔痒病的发生是因为 PrP sc 的入侵，把脑细胞中原来就有的 PrP c “带坏”，使 PrP c 重新折叠，形成新的高级结构，变成了 PrP sc 。
增多的 PrP sc 形成淀粉样斑，造成脑细胞破坏，出现空斑。
朊病毒
（1）没有核酸，却可使正常的蛋白质由良性转为恶性，由不具感染性转化为感染性，从而复制和传播，朊病毒的出现打破了生物的传播和繁殖必须依靠核酸（DNA、RNA）的生物中心法则；
（2）没有病毒的形态，呈纤维状；
（3）对传统意义的所有杀灭病毒的物理化学因素均有抵抗力，现在的消毒方法对其无效，只有在136℃高温和两个小时的高压下才能将其灭活；
（4）潜伏期长短不一，死亡率高，从感染到发病一般为几个月，有的可达几年甚至几十年，而一旦出现症状半年到一年100％死亡；
（5）诊断困难，机体感染后患者体内不产生免疫反应和抗体，不发热，不出现炎症症状，因此不易监测。
病毒的起源
三、病毒的起源：
（1）生命的最原始的细胞前的形式
（2）退化的微生物
（3）脱离正常细胞控制的细胞组分的
衍生物
第七章生命的多样性
教学重点：
1、分类学基础
2、五界系统
3、病毒
教学难点：
1、拉丁学名
教学措施： 多个物种学名的比较
2、朊病毒：
教学措施：有争议的诺贝尔奖的故事
第二节 生物多样性（Biodiversity）
♦生物多样性：是指地球上所有生命形式的总和，它包括所有动物、植物、微生物种类，它们拥有的基因，以及它们与生存环境所组成的复杂生态系统。
生物多样性的三个层次
♦物种多样性
♦遗传多样性
♦生态系统多样性
物种多样性
♦物种多样性species diversity
是生物多样性在物种水平上的表现形式，是指一定区域内物种的总和，常用物种丰富度（species richness）来表示。
主要是从分类学、系统学和生物地理学角度对一个区域内物种的状况进行研究。
全球物种多样性概况
♦全世界大约有1300 万至1400 万个物种，但科学描述过的仅约有175 万种。
遗传多样性
♦广义的遗传多样性是指地球上生物所携带的各种遗传信息的总和。
♦狭义的遗传多样性主要是指生物种内基因的变化，包括种内显著不同的种群之间以及同一种群内的遗传变异
♦遗传多样性决定其他两个层次的生物多样性
遗传多样性
♦遗传多样性的表现是多层次的，可以表现在外部形态上，如豌豆的花色，果蝇的翅型，表现在生理代谢上如植物光合作用的强弱、酶活性的高低等，也可表现在染色体DNA 分子等水平上；
遗传多样性的起源
1、染色体畸变：
♦由于染色体是遗传物质的载体，是基因的携带者，所以染色体数目和结构的改变会引起遗传信息的改变。
遗传多样性的起源
♦基图突变
⏹碱基替换：一个碱基对被另一碱基对代替；
⏹移码突变：一个或几个碱基对的增加或减少。
遗传多样性的起源
♦重组
重组即通过有性过程将群体中不同个体具有的变异进行重新组合形成新的变异，在有性生殖的生物中由不同合子发育成的个体不可能有相同的基因型，其根本原因就在于重组。
生态系统
♦生态系统是生物群落与其环境形成的生态复合体,是生命系统中重要的组织层次,是自然界的基本单位。
生态系统多样性
♦生态系统多样性是指生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样化以及生态系统内生境、生物群落和生态过程变化的惊人的多样性。
♦生态系统多样性存在于：
⏹生态系统之间：在各地区不同物理背景中形成多样的生境，分布着不同的生态系统；
⏹生态系统之内：一个生态系统其群落由不同的种类组成，它们的结构关系（包括垂直和水平的空间结构，营养结构中的关系，如捕食者和被食者、草食动物与植物、寄生物与寄主等）多样，它们执行的功能不同，因而在生态过程中的作用也很不一致。
中国主要陆地生态系统类型
♦ 森林生态系统248 类
♦ 灌丛生态系统126 类
♦ 草原生态系统55 类
♦ 荒漠生态系统52 类
♦ 草甸生态系统77 类
♦ 沼泽生态系统37 类
合计595 类
二、生物多样性的分布
就物种数目而言，最丰富的环境是热带雨林、珊瑚礁、大型热带湖泊和深海。热带干性生境（如落叶林、灌丛、草地和沙漠等）以及地中海气候型区域的温带灌丛等也有一定的物种多样性。
⏹热带雨林多样性高主要是因为一个纲——昆虫纲的物种十分丰富。热带雨林容纳了世界物种一半以上。
⏹珊瑚礁和深海的生物多样性则包含更多的门和纲。就物种丰度和复杂性而言，珊瑚礁生态系统堪称海洋中的热带雨林。
⏹深海的生物多样性可能归功于年代的悠久、面积的宽广和环境的稳定，以及沉积物类型的特化。
⏹大型热带湖泊中鱼类和其它物种的多样性，则与它们在一系列相互隔离和多样的生境中的快速进化辐射有关。
生物多样性的价值
生物多样性的利用价值可分为：
♦直接利用价值；
♦生态价值
♦科学价值
♦美学价值
生物多样性的价值
♦直接利用价值指生物资源可供人类消费的作用，如作为食物、燃料、建材等；
♦目前人们仅仅利用了生物界的一部分，许多野生动植物还有待驯化以培育新的作物、家畜。
生产使用价值
⏹是赋予那些从野外收获，且在国内或国外市场上出售的产品的一种直接价值。这些产品通常用标准的经济学方法，即用价格来估价。
⏹从森林中获取的非木材产品，包括猎物、水果、胶和树脂、藤条和药用植物等，也具有巨大的生产使用价值。
⏹许多物种的最大生产使用价值在于它们具有为工农业以及为农作物遗传改良原材料的性能。
♦自然界是新药的重要来源。美国使用最多的20种药剂都是以首先在自然产物中分离出来的化合物为基础的，这些药物的总售价每年达60亿美元。
生态价值
♦生物群落提供了多种在使用过程中不被消耗掉的环境服务。
⏹生态系统生产力:所有的动物包括人类都依靠生态系统的生产力维持生存
⏹保护水土资源:良好的植被，以及土壤生物（它们使土壤疏松，增加其吸水能力）能有效地保护水土资源。
⏹气候调节:植物群落在调节局部区域、地区以及全球气候方面很重要。
⏹废物的处理:生物群落能分解和固定污染物，如重金属、杀虫剂和污水等人类活动产物。在这方面，真菌和细菌特别重要， 且成本低廉。
♦种间关系：许多物种因有生产使用价值而被人类利用。然而它们的持续生存却依赖于其它野生物种。
⏹一个对人类没有多少直接价值的野生物种的减少，可能导致具重要经济意义物种的相应减少。如农作物受益于捕食害虫的鸟类和肉食性昆虫如螳螂。
⏹生物群落中最有经济意义的一个相互关系之一是，许多林木和农作物与为之提供必须养分的土壤生物之间的相互关系。真菌和细菌分解死亡动植物作为它们的能源，同时释放矿物营养如氮到土壤中，利用这些营养植物得以进一步生长。野生昆虫给农作物传粉的价值 。
生物多样性的价值
♦现有的生物多样性包含着丰富的信息具有科学研究的价值。
♦生物多样性的美学价值是其环境功效的一部分，近年来全球兴起了生态旅游热据估计全球生态旅游业的产值达120 亿美元。
美学价值
♦休闲和生态旅游：休闲活动的一个主要方面是通过如远足、摄影、观鲸、观鸟等活动来欣赏大自然，这对自然资源而言是非消耗性的。有时被称为宜人价值。
⏹狩猎和钓鱼这些看上去是消耗性的休闲活动，实际上是非消耗性的，因为垂钓者和猎人所得到的食物价值较之他们花费在这些活动上的时间和金钱一般可以忽略。
⏹在许多国家，生态旅游是一个正成长的产业。
教育和科学价值
⏹许多为教育和娱乐而制作、发行的书籍、电视节目和电影都以大自然为主题。这些教育项目每年的估价可能要以数十亿美元计。
⏹数目众多的职业科学家和业余爱好者介入生态观察。这些活动需要雇佣人员、买物品和服务，也部分体现了生物多样性的非消耗性使用价值。
⏹虽然这些科学活动也能为野外工作站周边地区提供经济效益，但其真正价值还在于增加人类的知识、强化教育和丰富人类的经历。
♦环境监测者
⏹对于化学毒物特别敏感的物种能作为监测环境健康的“早期警报系统”。某些物种甚至可以替代昂贵的探测仪器。
备择价值
♦物种的备择价值是指物种在未来某个时候能为人类社会提供经济利益的潜能。
⏹昆虫学家寻找能用于生物控制的昆虫
⏹微生物学家寻找能帮助进行生物化学制造过程的细菌
⏹动物学家正在识别比现存家养物种更有效地生产动物蛋白质、对环境损害又较小的物种。
⏹卫生机构和制药公司正致力于收集和筛选野生物种有药用价值的成分。
⏹成长中的生物技术工业正在寻找新的途径来减少污染、发展新工艺和与威胁人类健康的疾病作斗争。
存在价值
♦特殊的物种，即所谓的“有超凡魅力的动物”，如大熊猫、狮子、大象和许多鸟类，能激发人类的强烈反应，愿意让它存在。这样的存在价值也能赋予热带雨林和珊瑚礁等生态群落和风景区。
⏹存在价值是另一种间接价值。它被赋予某种利益——如多少人愿意支付费用来保护一个物种以避免它的灭绝。
⏹人民和组织每年捐献大笔的钱来确保这些生境的持续存在。这些钱的数目代表了物种和群落的存在价值——人们愿意付出、以避免物种灭绝和生境被破坏的数额。
伦理上的考虑
♦经济上的考虑可以被用来支持保护生物多样性；伦理学上的考虑也同样重要。
♦由于社会伦理鼓励个人的责任感和资源的有效利用，许多传统文化已经成功地与它们的环境共存了数千年，保存护然环境和维持生物多样性变成整个社会的基本价值观，成为自然而然的事。
♦现有一组伦理学论据可用来保护所有物种，而不管物种的经济价值如何。它们提供了保护珍稀物种和没有明显经济价值的物种的理由 。
伦理学主张
⏹每个物种都有存在的权利
⏹非人物种缺乏与权利和义务相关的自我意识
⏹所有物种都是相互依存的
⏹人类必须生活在其它物种相同的生态学限度内
⏹人类有责任充当地球的管家
⏹对人类生活和人类多样性的尊重与对生物多样性的尊重兼容
⏹自然的精神和美学价值胜过它的经济价值
⏹确定生物的起源需要生物多样性
生物多样性的危机
⏹一个健全的环境具有极大的经济、美学和伦理价值。保持一个健全的环境意味着使其所有的部分:生态系统、群落和物种都保持良好的状态。
⏹环境破坏最严重的一面就是物种的灭绝。
⏹一旦一个物种被消灭，其DNA中所蕴藏的特有的遗传信息和其所拥有的特征组合将永远丢失。一旦一个物种走向灭亡，它的种群将不可能存在，它所生活的群落将变得贫乏，且其所具有的对人类的潜在价值将永远不会被认识。
灭绝的类型
⏹野外灭绝:如果一个物种仅有的个体在圈养或其它人类控制的条件下存活，它被说成是野外灭绝。
⏹地方灭绝:若一个物种在其曾经生活过的某个地方再也没有被发现，但在世界其它地方仍有发现，其即被认为是地方灭绝。
⏹生态灭绝:如果一个物种虽然存在，但其数量已减少到其对同一群落中其它物种的影响可以忽略不计的地步，则被称为生态灭绝：老虎已处于生态灭绝，因为其野外数量极少，它们对猎物种群的影响已微不足道了。
♦（二）灭绝原因
♦人类活动对生物多样性造成的主要威胁是
⏹生境的破坏
⏹破碎
⏹退化（包括污染）
⏹人类对物种的过度开发
⏹外来种的引入和
⏹疾病的加速传播。
♦绝大多数受威胁物种面临上述两个甚至更多问题。
生境破坏
♦生物多样性的主要威胁是生境的消失，而保护生物多样性最重要的手段是生境的保护。
♦在世界的许多地方，特别是岛屿和人口密度高的地区，大多数原始生境已经被破坏了。
⏹受威胁的热带雨林
⏹热带干性森林（它较雨林更适于农业和畜牧养殖），湿地和水生境（包括红树林），草原，珊瑚礁等
⏹沙漠化：由于人类活动，季节性干旱气候条件下的许多生物群落退化成了人工沙漠，这就是沙漠化过程。
生境破碎
♦生境破碎是指由于某种原因，一块大的、连续的生境不但面积减小，而且被分割成两个或更多片段的过程。这些片段经常被高度修饰或退化的景观彼此隔离。
⏹这些片段就是生境岛屿，周边为人类占据的不友好的“海洋”所包围。
⏹破碎能够继续发生，就象原有生境被道路、铁路、水渠、高压线、篱笆、输道、防火通道或其它物种自由运动的障碍等分割一样。
♦生境片段与原有生境有两点重要区别
⏹单位面积生境中，片段具有更长的边界线；
⏹对每一生境片段来说，中心到边界的距离较近。
♦生境破碎使一些中心种难以生存
⏹如森林中的鸟类不能保护它们的幼雏免于家猫的袭击。
♦生境破碎还以更微妙的方式威胁物种的生存。
♦破碎可能物种潜在的散布和移殖能力。
⏹许多森林内部的鸟类、兽类和昆虫，由于有被捕食的危险，它们不敢穿越即使是很短的一段开阔地带 。
♦可能降低土著动物觅食的能力
⏹许多动物种类都需要能够在广泛散布或季节性的资源如水果、种子、青草或水塘的生境中自由移动。或寻取那些稀有资源，如硝塘。
♦把一个广泛分布的种群分割成两个或更多的亚种群，每一亚种群局限在一定的区域，从而使种群陷入衰落和灭绝的境地。
⏹这些更小的种群对近交衰败、遗传漂变和其它小规模种群相关的问题更加敏感。
♦边缘效应。片段边缘的微环境与森林内部不一样。边缘效应一些较重要的方面是使光照、温度、湿度和风力有更大的波动性。这些边缘效应常常可影响至森林内部500米。
⏹生境破碎显著地增加了边缘与内部生境间的相关性。使片段在面临外来物种和当地有害物种侵入进的脆弱性增加。
⏹使野生种群和家养动植物发生接触。家养物种的疾病可以较容易地在野生物种中传播，而它们对这些疾病常常仅有较低的免疫力。而疾病从野生种群向家养动植物甚至人类传播也有同样的可能性。
♦生境退化和污染
♦外在因素使生物群落可能被破坏、物种有可能被推向灭绝，但它们并不能改变群落中居于支配地位的植物的结构，因此这种破坏并不会立即显现。
⏹如在一个温带落叶林中，生境的物理破坏可能由频繁的、无法控制的地面大火所造成；这些大火或许不能毁灭成年树木，但森林底层丰富的、终年开不败的野生花卉群落和昆虫群落可能会被逐渐地消灭。
♦最微妙的环境退化是环境污染
⏹其最普通的原因就是工业和人类居住地释放的杀虫剂、化学品和污水，工厂和汽车排出的废气以及由被侵蚀的山坡沉积下来的淤泥。污染对水质量、空气质量甚至地区气候的全面影响，不仅威胁到生物多样性，而且影响人类健康。
♦过度开发
♦各种过度开发案例的形式惊人相似。
⏹一种资源被识别，针对这种资源的商业市场就会得到发展，且当地居民就会动员起来攫取和销售这种资源。这种资源被攫取得如此彻底以至于变得稀有甚至灭绝，而另一个被识别的物种则会在该地或另一个地区形成新的市场。
⏹商业化的林业公司常常有相似的行为，伐木者在连续不断的循环砍伐中挑选次一级的树种或规格较小的树，直至森林中几乎没有木材剩下为止。
♦外来物种的引入（生物入侵）
♦为何一些外来物种能够如此容易地侵入和占领新的生境并取代当地的物种？
⏹一个原因是在新的生境中缺少它们的自然捕食者、有害物和寄生虫。
⏹人类活动能够创造反常的环境条件，如营养波动、不断增加的火灾或者增强的光照能力，外来物种能够比当地物种更稳定地适应这些条件。外来物种最集中的地区是那些被人类活动改变最严重的生境中。
⏹外来物种一旦定居，就不可能从群落中消除出去了。通过建立巨大的数量和宽广的分布区，并且彻底地融入当地群落中，以至于清除它们异常困难而且非常昂贵。
⏹另外一些特殊的外来物种是那些与当地生物区系有相近关系的物种。两者杂交时独特的基因型可能会从当地种群中清除掉，且分类界限可能变得模糊。这似乎是土著鲑鱼物种在与商业鱼类对抗时的命运。
♦疾病的加速扩散传播
♦病源生物对野生和圈养种群的感染都很普遍。
生物多样性有什么重要？
♦保护野生基因库
♦保护农业和药物资源
♦保护生态平衡
生物多样性的现状
♦30 亿年的进化历程使当代的生物多样性高于历史上任何地质年代，但同时地球上的生物多样性也正以空前的速度消失，不仅野生动植物的遗传物种和生态系统多样性下降，家养动物和栽培作物的多样性也在丧失。
生物多样性的现状
♦生物多样性处于动态平衡中
自然界中物种灭绝：90个/100年
人类活动使物种灭绝加快：104－105倍
生物多样性保护的紧迫性
♦从1945－1986年，希腊淘汰了95％的本地小麦品种
♦70年代初法国仅有12个苹果品种，而在100年前有2000多个
生物多样性的现状
♦在美国97% 的蔬菜品种已经消失；
♦高草大草原曾经是北美洲的典型植被，据世界资源研究所WRI 1991 估计，北美原有的150万km2 大草原现在只剩下不到1%。
生物多样性的现状
♦在澳大利亚和北美洲，自从人类定居以来74-86% 体重在44 千克以上的大型动物由于人类狩猎而灭绝了。
生物多样性的现状
♦自1600 年以来所有的生物类群中以哺乳动物和鸟类的灭绝比例最高，分别为2.1和1.3%。
♦尽管这些数字并不引人注目但是这其中大部分鸟兽灭绝发生在最近的150 年内。
生物多样性的现状
♦公元1600-1700 年期间，大约每10 年灭绝一个哺乳动物和鸟类物种，
♦而公元1850-1950 年期间灭绝速率上升到大约每两年灭绝一种哺乳动物和鸟类。
生物多样性的现状
♦在过去的400 年中全世界共灭绝了58 种哺乳动物，平均约每年灭绝0.15 种，大约每7 年灭绝一个种，这个速率较化石记录高7 至70 倍；
♦本世纪内已经灭绝了23 种哺乳动物，每年0.27 种，每4 年中就有一种哺乳动物从地球上消失了，灭绝速率较正常化石记录高13到135 倍。
生物多样性的现状
♦人类活动除了造成物种的灭绝外，更严重的是造成了物种的局部灭绝，这种局部灭绝的后果同样也是严峻的，局部灭绝可能导致物种的最后灭绝；
♦目前野生动物栖息地破碎成斑块，斑块间的距离大，斑块面积小，一旦物种在局部斑块灭绝后，靠个体在斑块间自由迁徙很难恢复重建种群。
生物多样性的现状
♦美国西部的国家公园中自从国家公园建立以来都发生了哺乳动物的灭绝，哺乳动物的灭绝速率高于迁入速率，国家公园的面积越小灭绝率越高；
♦可见，即使在国家公园这样的严格保护状态下，斑块生境中的野生动物也面临着灭绝的风险，栖息地破碎化对野生动物造成了灾害。
生物多样性保护的紧迫性
♦目前物种丧失速度比人类干扰前的自然灭绝要快1000－10000倍（Wilson 1988）
♦目前物种灭绝的速度要比物种形成的速度快100万倍（May 1998）
♦到本世纪中期，将有约4万种植物灭绝
生物多样性保护的紧迫性
♦二十世纪，每年有一种鸟灭绝
♦在热带雨林，每天灭绝一个物种
生物多样性保护的紧迫性
♦中国高等植物濒危物种4000－5000种
♦中国有398种脊椎动物濒危
生态系统受到严重威胁
♦海南岛天然林覆盖率
1956年：25.7%
19年：18.1%
1983年：7.2％
1991年：4.2%
生物多样性的现状
♦如果我们现在不立即采取行动，扭转目前地球上物种灭绝的趋势的话，在不久的将来不但千千万万目前尚不知名的物种会灭绝，而且许多人们喜爱的物种如大熊猫、长颈鹿、白鳍豚、犀鸟等都会灭绝。
生物多样性的现状
♦当代物种灭绝规模大，涉及面广，历史上从未有这么多的物种在这么短的时间内面临生存危机，如果这一趋势继续下去，那么今天我们所面临的灭绝规模将不亚于历史上任何一次物种大灭绝。
威胁物种的主要原因
♦生境的破坏
♦破碎
♦退化（包括污染）
♦人类对物种的过度开发
♦外来种的引入和
♦疾病的加速传播。
♦农业、林业品种的单一化
转基因与生物多样性
南方周末的报道
♦2004年12月1日，国家农业部组织“国家农业转基因安全委员会”的50余位科学家和农业部的，就转基因水稻的商业化种植，进行了讨论。
♦第二天，一支名为“丰乐种业”（被有些股民称为“中国转基因水稻第一股”）的股票涨停。
♦会上，几个转基因水稻品种被提交讨论，其中中国农科院生物技术研究所贾士荣研究员的抗白叶枯病转基因水稻，与其他几种转基因水稻相比，得到了更多人的支持。
♦1999年，中国进行了转基因棉花的商业化种植之后，没有再批准任何一种转基因作物进入商业种植。现在，很多科学家相信，中国的谨慎态度有所改变。这个会议，可能成为中国是否种植转基因水稻的转折点。
争论激烈
♦“绿色和平”中国项目施鹏翔一直呼吁公众对转基因食品采取更加谨慎的态度。他向那些转基因科学家发问：“你们说转基因食品是安全的，那么，在你们的实验中，让老鼠吃3个月无害，能说明让人吃50年也无害吗？”
♦转基因科学家贾士荣回答：“列宁说过，一个愚蠢的人提的问题，100个聪明人也回答不了。”
争论激烈
♦他反驳说：“我想请教那些反对者，他如何回答几十年以后的事情？科学在现有的水平上认为是安全的，就是安全的。科学是动态的，说不清几十年后的事情。但如果以后出现了问题，科学会解决它。”
♦他举了个例子：这就像汽车刚发明的时候，欧洲有个国家认为汽车速度太快，不安全，于是立法禁止。但汽车照样出现了，而且成为人们的主要交通工具。回过头来看，那样的立法就是愚蠢的。
支持者
♦16位专家（包括中国科学院院士张启发，中国科学院农业研究中心研究员黄季焜 ）起草《我国转基因作物研究和产业化发展策略的建议》的报告认为，转基因水稻已经完成了商品化生产所需的各种安全评价程序和实验环节，未发现存在安全性风险，具备了区域性商品化生产的条件，应迅速批准商品化生产。
支持者
♦很多转基因科学家一样，喜欢用这样一种说法：到目前为止，凡是经过科学评价和部门严格审批获准上市的转基因食品都是安全的，没有出现一例转基因食品中毒或医疗事故。而且，包括常规育种技术生产的食品在内，没有一个食品是百分之百安全的。
反对者
♦2004年12月1日， “绿色和平”针锋相对地公布了一份报：《中国转基因水稻对健康和环境的风险》。这份报告由“绿色和平”在英国的两位科学顾问苏·迈耶博士和珍妮·考特博士完成。
♦报告认为，在转基因食品安全评估中，以下问题还没解决：转基因会不会带来对人体的损害？转基因会不会导致基因产物中出现有毒或致敏物质？而对环境和农业经济方面，该报告认为，将会出现令人头疼的杂草稻、野生稻遗传资源遭受转基因的污染等负面影响。
反对者
♦施鹏翔说，世界上还没有哪种转基因作物，像转基因水稻一样，将成为人类的主粮。以前的转基因大豆和转基因西红柿的安全性，不能证明转基因水稻也是安全的。
反对者
♦生物多样性保护、转基因生物安全的知名专家、国家环保总局的主要技术支持专家，南京环境科学研究所薛达元研究员说：“转基因水稻将威胁中国的稻种资源。”
♦转基因水稻可能透过基因流向栽培稻、杂草稻和野生稻转移基因，危害这些栽培品种或野生种的遗传完整性、遗传多样性和生存能力，对现存的传统栽培水稻造成污染。一旦基因污染出现，中国传统的稻种资源宝库将会受到严重的损害。
反对者
♦“绿色和平”认为，在转基因水稻商业化生产的推动者中，也似乎能看到国际大利益集团的影子。如果中国能打开商业化种植转基因水稻的大门，那么，美国的转基因种子将会源源不断地进入中国 .
♦2004年9月2日，发展研究中心研究员程国强指出，中国应注意避免“拉美化”陷阱。
现实
我们可能都是转基因大豆的消费者
我们可能都是转基因大豆的消费者
佐证：转基因大豆的益处
♦耐除草剂基因的大豆：种植抗草苷膦大豆可节约劳力、降低成本，在杀灭杂草后可使大豆增产。
♦豆油脂肪酸改变的大豆 ：已培育出了油酸含量达70%以上的大豆品种，改善营养品质。
♦转抗虫基因大豆 ：用苏云金芽孢干菌(Bt)伴孢晶体蛋白基因提高大豆抗虫性。抗虫大豆可以有效地控制大豆食心虫的发生，从而提高大豆产量，显著提高豆粒品质。
佐证：转基因大豆的风险
1、标记基因和启动子可能造成难以预料的后果:
转基因大豆具卡那霉素、潮霉素、庆大霉素等抗菌素抗性筛选标记基因，可能使人体及其周围生物获得抗菌素抗性，也可能逃逸到人类身上，或者进入其他动植物的染色体，造成难以预见的后果。另外，由于花椰菜花叶病毒35s基因的启动子来源于植物病毒基因，有人怀疑它存在着与其他病毒重组可能，产生新的病毒和疾病。
佐证：转基因大豆的风险
2、抗除草剂基因的转移可能产生超级杂草，转基因作物也能产生表型畸形，自身可能变为杂草
据研究，转基因大豆使大豆更易感染疾病和受到害虫的侵袭。大量种植转基因大豆引起耐除草剂杂草的蔓延以及疾病的传播。使用除草剂较种植常规大豆多11.4%，从而加速了抗性杂草的发展。转基因大豆上草甘膦的使用了大豆根部的生长和固氮功能，特别是在缺水情况下。由于盲目种植转基因油菜，加拿大农田里发现了拥有多种耐抗除草剂特性的野草化油菜的植株，即超级杂草，同时也导致种质的污染并且被传播到北美其他地方。
佐证：转基因大豆的风险
3、难以控制逃逸对生物安全的影响
由于表面与非转基因大豆没有什么不同，转基因大豆在运输、装卸、处理过程中，或与非转基因大豆混杂很易发生逃逸；也可能由于监控不力进入农贸市场，这会导致灾难性的后果：如直接食用是否对人类安全产生影响？被制成豆芽后残渣逃逸的后果如何？最可怕的是难以评估农民购入后直接种植这些大豆对生物多样性的影响。
佐证：转基因大豆的风险
4、未知DNA的影响
比利时科学家2001年8月在RR大豆中发现了一些来历不明的未知DNA。有证据显示热温或干旱等环境压力下，不明的DNA可能会增加大豆木质素，导致植物蛋白的改变。
佐证：转基因大豆的风险
5、不同用途的转基因作物之间交叉污染对生物安全的影响不容低估
♦转基因作物间的隔离区随转基因作物种植面积的扩大而逐渐消减。导致可食用的、药用的转基因作物之间的相互污染.
♦墨西哥是玉米的源产地和多样性集中地。 2001年底和2002年初，墨西哥宣布在偏僻的奥克斯喀等山村，农民玉米品种被转基因玉米污染的比率高达35%。
佐证：转基因大豆的风险
♦美国清楚知道基因污染的风险，因此不容许在本土有棉花野生亲缘种的地区（夏威夷、南佛罗里达等）商业种植基因BT棉花。
♦我国是大豆的源产地和多样性集中地，有6000多种野生大豆品种，占全球90%以上。目前我国也不允许种植转基因大豆但允许进口。
佐证: 转基因棉花的益处
♦中国工程院院士郭予元介绍，试验证明转基因棉花有利于生物多样性保护：经过大量的试验，结果证明，转Bt基因抗虫棉花不但没有破坏生物多样性，由于农田杀虫剂用量的减少，而且还显著改善了环境，增加生态系统的多样性。６年过去了，昆虫棉铃虫对转基因棉花的敏感性也没有明显变化没有产生抗性。
♦我国转基因棉花的种植比例已超过50%.
国家环保局的发布的资料
国际社会十分关注转基因生物及其产品对生物多样性、生态环境和人体健康可能产生的潜在影响。目前关注的主要问题是：
1）转基因生物对非目标生物的影响。释放到环境中的抗虫和抗病类转基因植物，除对害虫和病菌致毒外，对环境中的许多有益生物也将产生直接或间接的不利影响，甚至会导致一些有益生物死亡。
国家环保局的发布的资料
2）增加目标害虫的抗性和进化速度。研究表明，棉铃虫已对转基因抗虫棉产生抗性。转基因抗虫棉对第一、第二代棉铃虫有很好的毒杀作用，但第三代、棉铃虫已对转基因棉产生抗性。专家警告，如果这种具有转基因抗性的害虫变成对转基因表达蛋白具有抗性的超级害虫，就需要喷洒更多的农药，将会对农田和自然生态环境造成更大的危害。
3）杂草化。释放到环境中的转基因植物通过传粉进行基因转移，可能将一些抗虫、抗病、抗除草剂或对环境胁迫具有耐性的基因转移给野生亲缘种或杂草。而杂草一旦获得转基因生物的抗逆性状，将会变成超级杂草，从而严重威胁其他作物的正常生长和生存。
4）对生物多样性和生态环境的影响。通过人工对动物、植物和微生物甚至人的基因进行相互转移，转基因生物已经突破了传统的界、门的概念，具有普通物种不具备的优势特征，若释放到环境，会改变物种间的竞争关系，破坏原有自然生态平衡，导致物种灭绝和生物多样性的丧失。转基因生物通过基因漂移，会破坏野生近缘种的遗传多样性。此外，种植耐除草剂转基因作物，必将大幅度提高除草剂的使用量，从而加重环境污染的程度以及农田生物多样性的丧失。
5）对人体健康的威胁和影响。转基因活生物体及其产品作为食品进入市场，可能对人体产生某些毒理作用和过敏反应。例如，转入的生长激素类基因就有可能对人体生长发育产生重大影响；转基因生物中使用的抗生素标记基因，如果进入人体，也可能使人体对很多抗生素产生抗性。由于人体内生物化学变化的复杂性，转基因食品对人体健康的影响可能需要经过较长时间才能表现和监测出来。
第八章 生态学
教学重点：
1、基本概念
2、全球生态问题
教学难点：
1、种群、群落、生态系统的相互关系
教学措施：图示
2、生态系统保护
教学措施：研究进展
第八章 生态学概述
一、生态学定义
生态学（Ecology）
研究生物与其周围环境，包括非生物环境和生物环境相互关系的科学
生物圈
生态学一览
二、生态学的分支学科
基础(纯粹)生态学
二、生态学的分支学科
应用生态学
•污染生态学
•人类生态学
•城市生态学
•农业生态学
•资源生态学
三、生态因子(Ecological factors)
生态因子 环境中对生物的生长、发育、生殖、行为、分布有着直接或间接影响的环境要素
•非生物因子(abiotic factors)
光、温度、湿度、降水、土壤、大气等
•生物因子（biotic factors)
包括同种生物的其他有机体和异种生物的有机体（种内关系和种间关系）
第一节 种群
一、种群定义
种群（population)
在一定时间和空间中同种个体的集合群
二、种群的空间结构
种群分布型 群聚分布
随机分布
均匀分布
种群分布的类型图
种群的出生率和死亡率
1.出生率
生理出生率(最大出生率):在理想条件下所能达到的最大出生数量.
生态出生率(实际出生率):在一定时期内,种群在特定条件下实际出生数量.内外因素共同作用影响的结果.
影响出生率的因素: a.性成熟速度; b.每次产仔数; c.每年生殖次数; d.生殖年龄的长短.
第三节 种群的基本特征
2.死亡率
生理死亡率(最小死亡率):在最适条件下个体因衰老而死亡,其种群死亡率降到最低.
生态死亡率(实际死亡率):在一定条件下的实际死亡率.许多个体死于各种生物或非生物影响的因素.
出生率和死亡率一般都以种群中每单位时间每1000个个体的出生或死亡数来表示.
第三节 种群的基本特征
四、种群的年龄结构
种群的年龄分为三种生态年龄,即3个年龄组:
生殖前期、生殖期、生殖后期
3种主要的年龄结构类型:
增长型、稳定型、衰老型
第三节 种群的基本特征
五、性比
大多数生物的自然种群内♀♂个体比率常为1:1
出生时雄性多于雌性,随年龄增长,雌性多于雄性.
性比也受环境因素影响,如食物的丰歉. 如赤眼蜂,当食物短缺时,雌性比例下降.
第三节 种群的基本特征
六、多型现象
种群内的个体在形态、生殖力、体重及其他生理生态习性上产生差异,而出现种群内不同生物型. 这种不同不单表现在♀♂相异,同性个体也有不同.
如飞虱长短翅; 社会性昆虫等
四、种群关系
种间竞争
捕食
捕食关系中种群数量的周期变化
捕食
原始协作
偏利共生（共栖）
在热带地区，兰花通常以树干作支撑
寄生
黄蜂产卵于蛾幼虫体内，将幼虫致死
图为黄蜂蛹覆在虫体上，以幼虫内部组织为生
寄生
人蛔虫
♦体内移行：口→小肠→门静脉→肝脏→右心→肺脏→气管→咽→食管→胃→小肠
♦病症表现:
1. 掠夺营养与影响吸收。
2. 变态反应： IgE倡导的变态反应。荨麻疹、皮肤瘙痒、血管神经性水肿和结膜炎等症状。
3. 并发症： 由蛔虫的钻孔性所致。
第二节 群落
二、生物群落的分类
按植物生活型分为：
•森林
•草原
•荒漠
按地理气候分为：
•热带群落
•亚热带群落
•温带群落
三、主要群落类型
热带雨林
温带落叶阔叶林
针叶林
三、主要群落类型
稀树草原
稀树草原
温带草原
冻原
北极冻原
荒漠
四、群落的基本特征
种类特征
种组成是区别不同群落的首要特征
物种间的相互影响
构成群落的种群之间必须相互协调、平衡，群落是生物种群组合的有机实体
四、群落的基本特征
结构特征
生物群落具有一系列的结构特点，包括形态结构、生态结构和营养结构
动态特征
生物群落的运动形式包括昼夜动态、季节动态、年际动态、演替
演替
♦定义: (教材: P. 586)
⏹演替
⏹顶级群落
♦初级演替 (荒漠治理)
♦次级演替
群落演替示例
次级群落演替图
群落演替示例
第三节 生态系统
一、生态系统定义
二、生态系统的基本组分
非生物成分 太阳辐射能，无机物质(大气、水)，有机物质
生物成分
生产者，消费者，还原者
四、食物链和食物网
生态系统中储存于有机物中的化学能，通过一系列吃与被吃的关系，把生物与生物紧密地联系起来，这种以食物营养关系彼此联系起来的生物序列，称为食物链（food chain）。
生物群落中错综复杂的食物关系，使多条食物链彼此交联，形成食物网（food web）。
北极地区食物网
五、生态系统的类型
从环境性质：陆地、淡水、海洋生态系统
从人类的影响大小：自然、半自然和人工生态系统
从物理角度：隔离、封闭和开放生态系统
五、生态系统的类型
湿地生态系统（wetland ecosystem）
•是指地表过湿或常年积水，生长着湿地植物的地区。湿地是开放水域与陆地之间过渡性的生态系统，它兼有水域和陆地生态系统的特点，具有其独特的结构和功能。《湿地公约》指出：湿地系指不问其为天然或人工、长久或暂时之沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带，带有或静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体者，包括低潮时水深不超过6m的海域。
•功能特点：湿地是陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡带；是天然的基因库、潜在资源（湿地生态系统是许多粮食植物的重要生境）、净化功能（被誉为自然界的“肾脏”）、气候和水文调节等功能。
六、生态系统的能量流动
能量流动遵循的热力学定律
•能量守恒与转化（热力学第一定律）
•生态系统是一个开放系统，通过光合作用，引入负熵；通过呼吸，把正熵转到环境
六、生态系统的能量流动
能流特征
•逐级减少
•单方向性
能流路径
生态金字塔
类型
数量金字塔
生物量金字塔
能量金字塔
七、生态系统物质循环
七、生态系统物质循环
七、生态系统物质循环
七、生态系统物质循环
七、生态系统物质循环
第四节 人类与环境
一、人类与环境的关系
•人类通过生产和消费活动影响环境，环境的变化又反过来制约人类活动
二、人类活动对环境的影响
大气污染
污染源：工业企业排气、燃煤排气、汽车排气
污染物：CO，SO2，NO2，碳氢化合物、粉尘、金属及其氧化物等
排放量：全世界每年排放有毒气体达6.14×108t
全球煤炭产量：40亿吨（5-50kg硫/T，9-11kg粉尘/T，25-30kg/T烟灰）
1952年12月5-8日“伦敦烟雾事件”4 000人中毒
二、人类活动对环境的影响
酸雨
酸雨——空中的死神：pH值<5.6的雨雪或其他形式的大气降水称酸雨，主要来自工业燃煤和燃油生成的SO2 和 NOX
全球SO2 年排放量1.47亿吨
加拿大53个湖泊, 被称“水沙漠”
我国SO2 年排放量1 500万吨, 平均1.6吨/km2 (全球平均负荷1.0吨/km2)
我国南方44.5%的降雨为酸雨
二、人类活动对环境的影响
臭氧空洞
地球上空17-25km之间是臭氧层，臭氧层吸收掉太阳光中紫外线的99％
破坏臭氧层的化学反应数目约1万种，工业废气、飞机废气、氮肥分解物（氧化氮）、氯氟烃（氟氯化碳CFCs） （1个氯能破坏100 000 个臭氧分子）、卤代烃类化合物等
臭氧层保护人类
臭氧层减少1%，UV增加2%，人类的皮肤癌发病率将增加5.5％。
有人推断：北美只要臭氧层减少5%，每年皮肤癌发病人数将增加8 000人。
在接近南极臭氧空洞的澳大利亚和新西兰，皮肤癌发病率明显增加。在智利南部的牧场上，已出现因受到过量紫外线的照射而双目失明的羊。
二、人类活动对环境的影响
臭氧空洞
1990 年南极上空平流层臭氧洞面积达9x106 平方英里，大约是美国国土面积三倍,1993 年又扩大 25％
蒙特利尔协议签字国承诺逐年减少氟氯化碳的产量，直至完全停产
不断扩大的臭氧层空洞
1994年: 臭氧层空洞面积为2400万平方公里。
2000年9月3日: 臭氧层空洞面积为2830万平方公里。
二、人类活动对环境的影响
温室效应（green house effect）
大量CO2排放，导致热污染。大气中CO2含量增加，引起温度升高的现象。
CO2含量增加，对光合作用的正、副面影响：增加光合效率；C3植物发展，排挤C4植物。
二、人类活动对环境的影响
二、人类活动对环境的影响
土地在呼救
“民以食为天”，农业永远是人类必要的生产活动
农业劳动的结果减少生态系统的多性
土地所承受的压力来自人口的增长；
人类可利用的土地
人均耕地面积迅速减少
农业生态系统不堪负重
二、人类活动对环境的影响
森林的采伐和利用—变小的绿肺
森林的作用—“大自然的总调度室”
森林是长期生态演替形成的顶极群落
热带雨林正在以11万km2/年的速度减少
二、人类活动对环境的影响
水体污染
水污染主要来源于生活污水和工业污水
富营养化（eutrophication）及其影响
蓝藻“水化”和“赤潮”公害
三、人类活动对生态系统的影响
干涉生物地球化学循环
生物种类和成分的改变
生物多样性丧失
环境因素的改变
信息系统的破坏
四、人口问题
人口的急剧增长
人口聚增，耕地减少
人口聚增，农业生态系统退化
人口聚增导致自然资源的过度利用
五、人类正学习与自然和谐地相处
保护生态环境是一场斗争
保护生态环境需要科技支持
保护生态环境要求从每个人做起
<第一章 绪论> <第二章 细胞与生物大分子>
<第三章 动物的形态与功能> <第四章 植物的形态与功能>
<第五章 遗传与变异> <第六章 生物进化>
<第七章 生物多样性的进化> <第八章 生态学与动物行为>
※<第一章 绪论>
1. 绪论：生物界与生物学
1.20世纪，生物化学和分子生物学揭示了生物界在化学成分上，即在分子层次上存在高度的同一性。这会给人们什么启示？
2.生物学中，一方面有新的学科不断分化出来，另一方面一些分支学科又在走向融合，这说明了什么？
3：在漫长的地质年代里，光合自养的蓝细菌和绿色植物在地球表层环境的演变中起了哪些作用？
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※<第二章 细胞与生物大分子>
2 生命的化学基础
1.牛能消化草，但人不能，这是因为牛胃中有一种特殊的微生物而人胃中没有。你认为这种微生物进行的是什么生化反应？如果用一种抗生素将牛胃中的所有微生物都消灭掉，牛会怎样？
2.有人说："不必担心工业所产生的化学废料会污染环境，因为组成这些废料的原子本来就存在于我们周围的环境中。"你如何驳斥此种论调？
3.细胞的基本形态结构与功能
1.原核细胞与真核细胞在结构与功能上的基本区别是什么？
2.细胞核实由哪几种部分组成的，其生物学功能是什么？
3.细胞之间有哪几种连接方式？其生理机能是什么？
4 细胞代谢
1.人体的细胞不会用核糖作为能源，试分析其理由。
2.某科学家用分类的叶绿体进行下列实验。先将叶绿体浸泡在pH4的溶液中，使类囊体空腔中的pH为4。然后将此叶绿体转移到pH8的溶液中。结果此叶绿体暗中就能合成ATP，试解释此实验结果。
3.有一个小组用伊乐藻（Elodea）进行光合作用的实验。他们将一枝伊乐藻浸在水族箱中，计算光下该枝条放出的气泡数（氧气），以单位时间内放出的气泡数作为光合速率。他们用太阳灯与水族箱的距离从75cm缩短到45cm时，光合强度基本无变化。只有从45cm移到15cm这一段距离时，光合速率才随光强度的增加而增加。根据计算，当太阳灯从75cm处被移至45cm处时，照在水族箱上的光强度增加了278%。如何解释这一实验结果？小组的成员提出下列4条可能的解释。你认为哪一条是由道理的，为什么？如何验证这种解释？
a. 在距离大于45cm时，光太弱，植物根本不能进行光合作用。
b. 伊乐藻在弱光下进行光合作用较好，强光则抑制光合作用。 c. 灯距离太近时，光已达到饱和。 d. 伊乐藻是利用室内的散射光和从窗户进来的光进行光合作用。
5 细胞和分化
1.何谓细胞周期？细胞周期分为哪几个时期，其基本特征是什么？
2.何谓染色体组型，何谓染色体带型，对染色体组型和带型的分析有什么意义？
3.怎样理解细胞的全能性？
4.简述细胞增殖、细胞分化、细胞凋亡及细胞衰老等生命活动之间的关系，以及它们在整个细胞生命活动中的生物学意义。
※<第三章 动物的形态与功能>
6 高等动物的结构与功能
7.营养与消化
1.为了身体健康，在膳食方面应该遵守哪些原则？
2.什么实验可以证明人从口腔吞咽进使馆的食团是由于食管的蠕动向胃推移的，不是地心吸引力拉动的结果呢？
3.试述小肠在消化过程中的重要作用。
8 血液与循环
1.简述组织液在人体内的重要作用。
2.为什么营养不良会出现水肿？
3.为什么适量献血有益健康？
4.微循环在体内起什么作用？
9 呼吸：气体交换
1.为什么吸烟危害健康？
2.为什么运动员要到高原去训练？
10 内环境的控制
1.试述人体是怎么通过反馈调节机制来维持体温的稳定的。
2.为什么在高温环境中从事重体力劳动的工人常饮用含食盐0.1%~0.5%的清凉饮料？
11 免疫系统与免疫功能
1.试述T淋巴细胞在细胞免疫和体液免疫中的作用。
2.如何确定患者是否感染过某种传染病？
12 内分泌系统与化学调节--体液调节
1.内分泌系统内部是怎么调节控制的？
2.哪些激素与调节血糖水平有关，它们分别起什么作用?
13 神经系统与神经调节
1.动作电位是怎样产生的？
2.神经冲动是怎么样在神经细胞之间传递的？
14 感觉器官与感觉
15 动物如何运动
1.与其他的四肢着地的哺乳动物比较，人类的骨骼有哪些变化？
16 生殖与胚胎发育
1.有性生殖的生物学意义是什么？
2.你赞成克隆人吗，为什么？
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