【正文】 第一章 緒 論第一節(jié) 生命科學(xué)與生命的基本特征一、生命科學(xué)（Bioscience）(一)生命科學(xué)含義生命科學(xué)也叫生物學(xué)（Biology）,是研究生物體的生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，是自然科學(xué)的基礎(chǔ)科學(xué)之一。廣義的生命科學(xué)還包括生物技術(shù)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)、生物與環(huán)境、生物學(xué)與其他學(xué)科交叉的領(lǐng)域。絢麗多彩的生物都具有區(qū)別于非生物的基本特征。（二）生命科學(xué)的分枝學(xué)科：植物生物學(xué)、動(dòng)物生物學(xué)、微生物學(xué)、病毒學(xué)、人類(lèi)學(xué)、古生物學(xué)。：形態(tài)學(xué)、分類(lèi)學(xué)、生理學(xué)、生態(tài)學(xué)、遺傳學(xué)、胚胎學(xué)(生殖生物學(xué))、進(jìn)化論。：分子生物學(xué)(分子遺傳學(xué))、細(xì)胞生物學(xué)、組織學(xué)、器官生物學(xué)、個(gè)體生物學(xué)、群體生物學(xué)、生態(tài)系統(tǒng)生物學(xué)。 生物學(xué)與醫(yī)學(xué)交叉: 病理學(xué)、藥理學(xué) 生物學(xué)與農(nóng)學(xué)交叉: 育種學(xué)、 植物病理學(xué) 生物學(xué)與數(shù)理化交叉: 生物數(shù)學(xué)、生物統(tǒng)計(jì)學(xué)、生物物理學(xué)、生物化學(xué)、化學(xué)生物學(xué) 生物學(xué)與工程學(xué)交叉: 生物能源學(xué)、生物工程學(xué)、生物材料學(xué) 生物學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)交叉: 生物信息學(xué)、人工智能學(xué)生物學(xué)與天文學(xué)交叉: 宇宙生物學(xué)二、生命的基本特征（一） 細(xì)胞（cell）是組成生物體的基本單位目前所發(fā)現(xiàn)的生物中，除了病毒、亞病毒（包括類(lèi)病毒、朊病毒等）之外，所有的生物體都是由細(xì)胞構(gòu)成的。 （二）新陳代謝(metabolism)新陳代謝是維持生物體生長(zhǎng)、繁殖、運(yùn)動(dòng)等生命活動(dòng)過(guò)程的化學(xué)變化的總稱。同化作用或稱合成代謝：是指生物體把從食物中攝取的養(yǎng)料加以改造，轉(zhuǎn)換成自身的組成物質(zhì)，并把能量?jī)?chǔ)藏起來(lái)的過(guò)程。 異化作用或稱分解代謝：是指生物體將自身的組成物質(zhì)進(jìn)行分解，并釋放出能量和排出廢物的過(guò)程。（三）生長(zhǎng)(growth)、發(fā)育(development)和生殖(reproduction) 任何生物體的形成都要經(jīng)歷從小到大的變化過(guò)程，這就是生長(zhǎng)。 有性生殖的生物， 從生殖細(xì)胞形成、卵受精、受精卵分裂，再經(jīng)過(guò)一系列形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的變化，才能形成一個(gè)成熟個(gè)體， 這一過(guò)程叫做發(fā)育。當(dāng)生物生長(zhǎng)發(fā)育到一定大小和一定程度時(shí)，就可能產(chǎn)生后代，使個(gè)體數(shù)目增多，種族得以延續(xù)，這種生命功能叫做生殖。 （四）遺傳（heredity）、變異(variation)與進(jìn)化(evolution) 生物生殖所產(chǎn)生的后代常常與親代相似，這種現(xiàn)象叫做遺傳。后代與親代之間，后代各個(gè)體之間，也有不同之處，這種現(xiàn)象叫做變異。遺傳、變異，加上自然選擇的長(zhǎng)期作用，導(dǎo)致了整個(gè)生物界的向上發(fā)展，即由低等到高等，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜逐漸演變，這就是生物的進(jìn)化。 （五）應(yīng)激性(irritability)和運(yùn)動(dòng)（movement） 生物體對(duì)刺激發(fā)生反應(yīng)的特性叫做應(yīng)激性。外界環(huán)境中的光線、溫度、聲音、電流、化學(xué)物質(zhì)、食物、機(jī)械刺激和地心引力等的改變都可構(gòu)成刺激。大多情況下，生物體都以某種形式的運(yùn)動(dòng)對(duì)刺激做出回答。不同生物其應(yīng)激性的表現(xiàn)形式不同，單細(xì)胞生物常常以趨性對(duì)環(huán)境變化做出反應(yīng)。如眼蟲(chóng)有正趨光性，即朝有光的方向運(yùn)動(dòng)。植物則以地上部分的向上生長(zhǎng)對(duì)光做出反應(yīng)，以根的向地生長(zhǎng)對(duì)地心引力做出反應(yīng)，這些是一種不平衡生長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)。動(dòng)物則通過(guò)感受器、神經(jīng)系統(tǒng)和效應(yīng)器的協(xié)同作用形成運(yùn)動(dòng)，以完成各種生命活動(dòng)， （六）內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定（homeostasis） 生物體內(nèi)部都含有一定的液體，分布在細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外。細(xì)胞外的液體就是生物體的內(nèi)環(huán)境。當(dāng)內(nèi)環(huán)境發(fā)生某種變化時(shí)，生物體就會(huì)行使一定的調(diào)節(jié)功能，以使這種變化減至最小。三、生命的多樣性（生物多樣性）生物多樣性: 在一定時(shí)間和空間內(nèi),物種及生態(tài) 系統(tǒng)的多樣化與變異性。生物多樣性的三個(gè)層次（1）遺傳多樣性（我國(guó)水稻有50000個(gè)品種，大豆 20000個(gè)品種）（2）物種多樣性（已描述的生物種類(lèi)約175萬(wàn)種）（3）生態(tài)系統(tǒng)多樣性（據(jù)初步統(tǒng)計(jì)：我國(guó)有陸生生態(tài)類(lèi)型599類(lèi)，如：熱帶雨林，亞熱帶常綠闊葉林，針葉林，溫帶草原，高寒草甸……）。第二節(jié) 生命科學(xué)的發(fā)展一、生命科學(xué)的發(fā)展概況生命科學(xué)是一門(mén)歷史悠久的學(xué)科，它起源于古代，形成于近代，高度發(fā)展于現(xiàn)代。遠(yuǎn)古時(shí)期原始人以采集和狩獵為生，以后漸轉(zhuǎn)向農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)。在實(shí)踐中，他們接觸到形形色色的動(dòng)、植物，看到了生物的生生死死，產(chǎn)生了萬(wàn)物皆變的樸素的唯物主義思想性質(zhì)的生命觀。但由于對(duì)變化莫測(cè)的生命現(xiàn)象無(wú)法解釋，而又產(chǎn)生了萬(wàn)物有靈的原始宗教觀念。（一）實(shí)用生物學(xué)時(shí)期（約16世紀(jì)以前）種植、養(yǎng)殖、制醬、釀醋、治病（二）經(jīng)典生物學(xué)時(shí)期（17世紀(jì) 19世紀(jì)中期）1665年，胡克發(fā)現(xiàn)軟木中的細(xì)胞：胡克（Hooke）用自制的顯微鏡觀察并首次描述了細(xì)胞，打開(kāi)了生物微觀世界的大門(mén)；1758年，林奈建立雙名法：林奈（Linnaeus）建立了第一個(gè)科學(xué)的生物分類(lèi)系統(tǒng)，并創(chuàng)立了生物命名的雙名制，從而為分類(lèi)學(xué)成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科奠定了基礎(chǔ)；18381839年，施萊登建立細(xì)胞學(xué)說(shuō)：19世紀(jì)是科學(xué)的世紀(jì)，生命科學(xué)也得到了全面發(fā)展，其中，施萊登（Schleiden）和施旺（Schwann）創(chuàng)立的細(xì)胞學(xué)說(shuō)，指出細(xì)胞是一切生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，在細(xì)胞水平上說(shuō)明了生物體基本結(jié)構(gòu)的一致性1859年，達(dá)爾文發(fā)表《物種起源》：描述物種特性，逐漸深入。達(dá)爾文確立的生物進(jìn)化學(xué)說(shuō)，科學(xué)地論證了物種是變化的，生物是進(jìn)化的，闡明了生物進(jìn)化的機(jī)制，推翻了唯心主義形而上學(xué)的“特創(chuàng)論”、“物種不變論”等對(duì)生物學(xué)的長(zhǎng)期統(tǒng)治，第一次把生物學(xué)完全放在科學(xué)基礎(chǔ)上，達(dá)爾文也因此成為科學(xué)上的巨人；（三）實(shí)驗(yàn)生物學(xué)時(shí)期 （19世紀(jì)中期20世紀(jì)中期）1865年 奧地利 孟德?tīng)?發(fā)表《植物雜交實(shí)驗(yàn)》1900年孟德?tīng)栠z傳學(xué)理論的重新發(fā)現(xiàn)和證實(shí)，揭開(kāi)了現(xiàn)代遺傳學(xué)的序幕。1926年摩爾根（Morgan）基因論的提出，標(biāo)志著現(xiàn)代遺傳學(xué)的正式建立。1944年阿福里（Avery）等用細(xì)菌做材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、1952年赫希（Hershey）等進(jìn)行噬菌體感染實(shí)驗(yàn)，證明了DNA是遺傳信息的載體。（四）分子生物學(xué)時(shí)期（1953年至今）1953年沃特森（Watson）和克里克（Crick）共同完成了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)分子模型的建立1957年克里克提出中心法則1961年 莫若和雅格布提出乳糖操縱子模型1965年 中國(guó)合成牛胰島素1966年 尼倫伯格等破譯生物界64個(gè)遺傳密碼1973年 柯恩體外重組質(zhì)粒并成功轉(zhuǎn)化大腸桿菌1975年 柯勒和米爾斯坦獲得單克隆抗體1977年 依坦庫(kù)拉讓生長(zhǎng)激素釋放抑制因子在大腸桿菌中表達(dá)，9L轉(zhuǎn)化菌液=50萬(wàn)頭羊腦1981年 我國(guó)人工合成酵母苯丙氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸；1986年，美國(guó)杜爾貝克提出對(duì)人類(lèi)基因組全長(zhǎng)（30億對(duì)核苷酸）進(jìn)行測(cè)序的主張；1990年，美國(guó)政府提出，后來(lái)由美、英、日、法、德、中 六國(guó)共同實(shí)施人類(lèi)基因組計(jì)劃（HGP）；1997年，英國(guó)羅斯林研究所的維爾穆特用羊乳腺細(xì)胞克隆出“Dolly”。2001 年初，人類(lèi)基因組30億個(gè)核苷酸對(duì)的序列已基本測(cè)完。二、現(xiàn)代生命科學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)幾十年前，許多科學(xué)家根據(jù)自然科學(xué)發(fā)展尤其是生命科學(xué)迅猛發(fā)展的態(tài)勢(shì)就作出預(yù)測(cè)：21世紀(jì)將是生命科學(xué)的世紀(jì)，21世紀(jì)初現(xiàn)代生命科學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)，是生命現(xiàn)象及其本質(zhì)的研究不斷深入和擴(kuò)大，向微觀和宏觀的兩極發(fā)展。其特點(diǎn)在于：（一）分析與綜合的統(tǒng)一（二）多學(xué)科的相互滲透（三）生命世界多樣性和生命本質(zhì)一致性的統(tǒng)一（四）基礎(chǔ)研究與應(yīng)用的統(tǒng)一三、21世紀(jì)生命科學(xué)發(fā)展展望科學(xué)家對(duì)21世紀(jì)初生命科學(xué)發(fā)展熱點(diǎn)的預(yù)測(cè)，大致有以下幾個(gè)方面：（一）基因組研究（二）基因組與細(xì)胞的研究（三）腦科學(xué)研究（四）行為科學(xué)（五）從分子水平上開(kāi)展對(duì)遺傳、發(fā)育和進(jìn)化的統(tǒng)一為目標(biāo)的綜合理論研究。（六）生態(tài)學(xué)研究（七）人體功能，包括潛在功能的研究。第三節(jié) 為什么要學(xué)習(xí)生命科學(xué)一、生命科學(xué)是生物技術(shù)和生物工程自專業(yè)的基礎(chǔ)課二、人類(lèi)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要每一公民具有生命科學(xué)的基本知識(shí)三、解決人類(lèi)社會(huì)面臨的重大問(wèn)題需要生命科學(xué)的發(fā)展21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)。20世紀(jì)后葉分子生物學(xué)的突破性成就，使生命科學(xué)在自然科學(xué)中的位置起了革命性的變化，現(xiàn)已聚集起更大的力量，醞釀著更大的突破走向21世紀(jì)。生命科學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步也向數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、信息、材料及許多工程科學(xué)提出了很多新問(wèn)題、新思路和新挑戰(zhàn)，帶動(dòng)了其他學(xué)科的發(fā)展和提高，生命科學(xué)將成為21世紀(jì)的帶頭學(xué)科。例1 2000年，瑞士世界經(jīng)濟(jì)論壇，克林頓和布萊爾同時(shí)提出，影響21世紀(jì)社會(huì)發(fā)展的兩項(xiàng)技術(shù)：信息科學(xué)技術(shù)和生命科學(xué)技術(shù)。例2 物理學(xué)家諾貝爾獎(jiǎng)獲得者楊振寧指出，19世紀(jì)和20世紀(jì)是物理學(xué)的世紀(jì)，它推動(dòng)了整個(gè)自然科學(xué)的發(fā)展，21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)。例3 ，影響21世紀(jì)整個(gè)人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的除了信息科學(xué)技術(shù)，還有生命科學(xué)技術(shù)。 例4 1996年，71位中國(guó)科學(xué)院院士聯(lián)名呼吁，務(wù)必重視生命科學(xué)教育和生命科學(xué)研究。人類(lèi)面臨最重大的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。人口膨脹；糧食短缺；疾病危害；環(huán)境污染；能源危機(jī)；資源匱乏；生態(tài)平衡破壞；生物物種大量消亡。解決人類(lèi)生存與發(fā)展所面臨的一系列重大問(wèn)題，在很大程度上將依賴于生命科學(xué)的發(fā)展。生命科學(xué)對(duì)人類(lèi)經(jīng)濟(jì)、科技、政治和社會(huì)發(fā)展的作用是全方位的。小結(jié):細(xì)胞是生命的基本結(jié)構(gòu)和功能單位，新陳代謝、生長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)、遺傳、變異是生命的基本特征，DNA是生物遺傳的基本物質(zhì)，生命通過(guò)繁殖而延續(xù)，生物具有個(gè)體發(fā)育和系統(tǒng)發(fā)育的歷史，生物對(duì)各種刺激具有應(yīng)激性，對(duì)其環(huán)境具有適應(yīng)性。認(rèn)識(shí)生命的本質(zhì)首先應(yīng)該了解生命的這些基本特征。人類(lèi)從在生產(chǎn)生活實(shí)踐中認(rèn)識(shí)生命，到描述并研究生命，直到在揭示生命奧秘方面取得實(shí)踐性成就，其中包含了多少人的不懈努力。今天已經(jīng)使生命科學(xué)在自然科學(xué)中的位置起了突破性的變化，解決人類(lèi)生存與發(fā)展所面臨的一系列重大問(wèn)題和挑戰(zhàn)，在很大程度上還將依賴于生命科學(xué)的發(fā)展；生命科學(xué)代表著現(xiàn)代自然科學(xué)的前沿，它與人類(lèi)和社會(huì)的聯(lián)系比其它任何科學(xué)都更加緊密。作為21世紀(jì)的現(xiàn)代大學(xué)生，無(wú)論是生命科學(xué)或非生命科學(xué)專業(yè)，都不能沒(méi)有現(xiàn)代生命科學(xué)的基本知識(shí)。第二章 生 命 的 物 質(zhì) 基 礎(chǔ)第三章 生物體的結(jié)構(gòu)單位——細(xì)胞 細(xì)胞是構(gòu)成生物體的結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。除了病毒，生物有機(jī)體都是由單個(gè)或許多個(gè)細(xì)胞構(gòu)成。 一、細(xì)胞的一般特征 (一)細(xì)胞的形狀和大小：細(xì)胞的形狀和大小取決于其遺傳性、生理功能、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)以及分化狀態(tài)等。 ：絕大多數(shù)細(xì)胞體積都很小。體積小，表面積大，有利于和外界進(jìn)行物質(zhì)交換，對(duì)細(xì)胞生活有特殊意義。 如一個(gè)30mm邊長(zhǎng)的正方體表面積5400mm2，若分成27個(gè)小正方體(邊長(zhǎng)10mm)，則表面積為16200mm2，是原來(lái)的3倍。也有少數(shù)細(xì)胞肉眼可見(jiàn)，如鴕鳥(niǎo)卵細(xì)胞直徑約50mm。 ：細(xì)胞形狀與其擔(dān)負(fù)的功能和所處的位置有關(guān)，與機(jī)能相適應(yīng)。 游離的細(xì)胞多為圓形或橢圓形，如血細(xì)胞和卵；排列緊密的細(xì)胞有扁平、方形、柱形等；具收縮功能的肌細(xì)胞多為紡錘形或纖維形；具傳導(dǎo)機(jī)能的神經(jīng)細(xì)胞星形，有長(zhǎng)的突起。 (二)細(xì)胞的共同特征 ：細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)(含各種細(xì)胞器)和細(xì)胞核。 具有核被膜和各種細(xì)胞器的細(xì)胞，稱為真核細(xì)胞。只有擬核、沒(méi)有細(xì)胞器的細(xì)胞，稱為原核細(xì)胞。分別稱為原核生物和真核生物。 ：①利用能量和轉(zhuǎn)變能量，從化學(xué)能到熱能和機(jī)械能。②生物合成，從小分子到大分子，如蛋白質(zhì)、核酸。③自我復(fù)制和分裂繁殖。④協(xié)調(diào)有機(jī)體整體生命。 二、細(xì)胞的化學(xué)組成 (一)元素：107——92——24 主要化學(xué)元素是：碳、氫、氧、氮占96％。 少量幾種元素是：硫、磷、鈉、鈣、鉀、鐵等。 極微量的其它化學(xué)元素：鋇、硅、礬、錳、鈷、銅、鋅、鉬等，%。 各元素的比例基本恒定,對(duì)維持正常de 生理活動(dòng)是必要的。 (二)組成細(xì)胞的物質(zhì)：有機(jī)物：糖類(lèi)，脂類(lèi)、蛋白質(zhì)、核酸、維生素、激素。 無(wú)機(jī)物：礦物質(zhì)和水。 ：糖類(lèi)化合物含碳、氫、氧三元素，又稱為碳水化合物?？煞譃閱翁?、雙糖和多糖三類(lèi)。①單糖：是不能用水解的方法再降解成更小糖單位的糖類(lèi)。最重要的單糖是五碳糖和六碳糖，前者如核糖和脫氧核糖，是核酸的組成成分之一；后者如葡萄糖(C6H12O6)，是細(xì)胞內(nèi)能量的主要來(lái)源。動(dòng)物血掖中的葡萄糖稱為血糖。②雙糖：是由兩個(gè)單糖分子脫去一個(gè)水分子聚合而成，植物細(xì)胞中最重要的雙糖是蔗糖和麥芽糖。兩個(gè)分子葡萄糖脫掉一分子水結(jié)合形成麥芽糖，淀粉被消化時(shí)也產(chǎn)生麥芽糖。由一個(gè)葡萄糖和一個(gè)果糖結(jié)合而成蔗糖。蔗糖主要來(lái)自甘蔗和菾菜，高等植物多以蔗糖形式轉(zhuǎn)運(yùn)。③多糖：是由許多單糖分子，脫去相應(yīng)數(shù)目的水分子聚合而成的高分子糖類(lèi)化合物，植物細(xì)胞中最重要的多糖有纖維素、淀粉、果膠等，動(dòng)物體內(nèi)的多糖—淀粉不同于植物淀粉，稱為糖元。 ：由碳、氫、氧元素構(gòu)成，含氫原子的比例高。 ①中性脂肪和油：脂肪的能量比同等重量的糖類(lèi)可高達(dá)二倍多。脂肪分子是由一分子甘油和三分子脂肪酸組成。甘油分子中的三個(gè)羥基(－OH)，分別與脂肪酸分子中的羧基(－COOH)作用，脫去一分子的水而形成。脂肪分子中的三個(gè)脂肪酸，相同或不同。其碳原子數(shù)，4至24個(gè)，最常見(jiàn)的是16個(gè)和18個(gè)，偶數(shù)。油：液態(tài)，不飽和脂肪酸。脂肪：固態(tài)，飽和脂肪酸。②蠟。③磷脂：膜，腦、心、腎、肺、骨髓、卵、大豆。④類(lèi)固醇：膽固醇、植物固醇。⑤萜類(lèi)：類(lèi)胡蘿卜素、視黃醛(動(dòng)物感光)。 脂類(lèi)的功能：●膜組成成分 ●貯存能量 ●保護(hù)層 ●活性物質(zhì) ：是極其重要的高分子有機(jī)化合物，含量?jī)H次于水，占干重的60％。結(jié)構(gòu)物質(zhì)、貯藏物質(zhì)、酶。除碳、氫、氧、氮等元素外，還含有硫、磷、碘、鐵、鋅等元素。 ①蛋白質(zhì)的組成：由很多氨基酸聚合形成的高分子長(zhǎng)鏈化合物。氨基酸有20多種。由于氨基酸的數(shù)量、種類(lèi)、排列順序等的差異，可形成各種各樣的蛋白質(zhì)。 蛋白質(zhì)與其它物質(zhì)的分子或離子結(jié)合形成脂蛋白、核蛋白和色素蛋白等