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1、沪科版生命科学高一上1.1走近生命科学的世纪o生命科学是以生命为研究对象的科生命科学是以生命为研究对象的科学和技术的总称，它是研究生命活学和技术的总称，它是研究生命活动（动（life action)及其规律的科学，及其规律的科学，并涉及到医学、农学、健康、环境并涉及到医学、农学、健康、环境等领域。等领域。走近生命科学走近生命科学为什么为什么2121世纪被认为是生命科学的世纪？世纪被认为是生命科学的世纪？关键问题关键问题 2020世纪世纪30-5030-50年代，年代，核能的开发利用。核能的开发利用。2020世纪世纪50-7050-70年代，年代，航空航天技术研究。航空航天技术研究。2020世纪
2、世纪8080年代以后，年代以后，生命科学、信息科生命科学、信息科学起步发展。学起步发展。第第1节节 走进生命科学的世纪走进生命科学的世纪一、生命科学发展简史一、生命科学发展简史1 1）世界上最早研究和利用动植物和真）世界上最早研究和利用动植物和真菌的国家；菌的国家；2 2）公元前）公元前50005000年种植水稻；年种植水稻；3 3）公元前）公元前30003000年饲养猪；年饲养猪；4 4）春秋时期的）春秋时期的诗经诗经中记载的动植中记载的动植物达物达200200多种；多种；中国古代：中国古代：一、生命科学发展简史一、生命科学发展简史5 5）公元）公元6 6世纪，北魏农学家世纪，北魏农学家贾思
3、勰贾思勰在在齐民要术齐民要术一书中总结了梨树嫁接、一书中总结了梨树嫁接、树苗的繁殖和禽畜的肥育等科学原理树苗的繁殖和禽畜的肥育等科学原理和方法；和方法；6 6）1616世纪明代医学家世纪明代医学家李时珍李时珍在在本草本草纲目纲目一书中记载可供药用的植物一书中记载可供药用的植物10941094种和动物种和动物444444种。种。中国古代：中国古代：一、生命科学发展简史一、生命科学发展简史1 1）古希腊哲学家、科学家）古希腊哲学家、科学家亚里士多德亚里士多德（AristotleAristotle）对动植物进行过广泛的观）对动植物进行过广泛的观察；察；2 2）古罗马医师、自然科学家）古罗马医师、自然
4、科学家盖仑盖仑（GalenGalen）用牛、羊、狗和猴等动物为材）用牛、羊、狗和猴等动物为材料，进行内部器官的解剖，并得出人体内料，进行内部器官的解剖，并得出人体内部结构与这些动物相似的推论。部结构与这些动物相似的推论。其他国家：其他国家：一、生命科学发展简史一、生命科学发展简史1 1）1818世纪瑞典博物学家世纪瑞典博物学家林耐林耐（C.von.LinneC.von.Linne）创立）创立“生物分类法则生物分类法则”；2 2）1838183918381839年德国植物学家年德国植物学家施莱登施莱登（M.SchleidenM.Schleiden）和动物学家）和动物学家施旺施旺（T.Schwan
5、nT.Schwann）等提出了）等提出了“细胞学说细胞学说”；3 3）18591859年英国博物学家年英国博物学家达尔文达尔文（C.DarwinC.Darwin）发表了）发表了物种起源物种起源一书，一书，提出了提出了“进化论进化论”。世界近代：世界近代：一、生命科学发展简史一、生命科学发展简史世界近代：世界近代：4 4）奥地利遗传）奥地利遗传学家学家孟德尔孟德尔（G.MendelG.Mendel）用）用豌豆杂交实验发豌豆杂交实验发现了分离规律和现了分离规律和自由组合规律；自由组合规律；5 5）美国遗传学家）美国遗传学家摩尔摩尔根根（T.H.MorganT.H.Morgan）用）用果蝇作材料发现
6、了连锁果蝇作材料发现了连锁与交换规律，揭示了基与交换规律，揭示了基因与染色体的关系；因与染色体的关系；一、生命科学发展简史一、生命科学发展简史世界近代：世界近代：描述法和比较法生物学阶段：描述法和比较法生物学阶段：描述法和比较法生物学阶段：描述法和比较法生物学阶段：1717世纪显微镜的发明世纪显微镜的发明1818世纪林耐的世纪林耐的“生物分类法则生物分类法则”1919世纪施莱登和施旺的世纪施莱登和施旺的“细胞学说细胞学说”、达尔文的进化论、达尔文的进化论实验法生物学阶段：实验法生物学阶段：实验法生物学阶段：实验法生物学阶段：孟德尔豌豆杂交试验以及摩尔根孟德尔豌豆杂交试验以及摩尔根的实验揭示了遗
7、传的基本规律的实验揭示了遗传的基本规律分子生物学阶段：分子生物学阶段：分子生物学阶段：分子生物学阶段：19531953年年DNADNA双螺旋结构的分子模型双螺旋结构的分子模型建立建立一、生命科学发展简史一、生命科学发展简史一、生命科学发展简史一、生命科学发展简史 1953 1953年美国生物学家年美国生物学家沃森沃森（I.D.WatsonI.D.Watson，1928-1928-）和英国生物物理学家和英国生物物理学家克里克克里克（F.H.Crick F.H.Crick，1916-20041916-2004）提出了提出了DNADNA双螺旋双螺旋结构分子模型；结构分子模型；威尔金斯威尔金斯弗兰克林
8、弗兰克林沃森沃森克里克克里克 19651965年年8 8月月3 3日日 我国首次人工我国首次人工合成了合成了结晶牛胰岛素结晶牛胰岛素。19821982年年1 1月月1515日我国人工合成日我国人工合成酵母丙氨酸转移核糖核酸酵母丙氨酸转移核糖核酸。一、生命科学发展简史一、生命科学发展简史微观领域的方向微观领域的方向宏观领域的方向宏观领域的方向人类基因组计划人类基因组计划干细胞研究干细胞研究克隆动物和转基因动物克隆动物和转基因动物人体器官的移植人体器官的移植当代生命科学的发展方向及其成果当代生命科学的发展方向及其成果人类基因组计划人类基因组计划 人类基因组计划人类基因组计划（Human Genom
9、e ProjectHuman Genome Project，HGPHGP）是美国科学家于是美国科学家于19851985年首先提出，年首先提出，19901990年年正式启动，正式启动，主要目标主要目标是测定组成人类是测定组成人类DNADNA的的3030亿亿碱基对的序列，识别人类基因及其在染色体上碱基对的序列，识别人类基因及其在染色体上的位置。之后，英国、日本、德国、法国先后的位置。之后，英国、日本、德国、法国先后加入。中国于加入。中国于19991999年年9 9月加入该计划，成为第六月加入该计划，成为第六个参与国，负责测定人类基因组全部序列的个参与国，负责测定人类基因组全部序列的1%1%，即，即
10、3 3号染色体上的号染色体上的30003000万个碱基对。万个碱基对。20032003年年4 4月月1414日宣布人类基因组计划的所有目标完成。日宣布人类基因组计划的所有目标完成。o美国：美国：WASHWASHMITMIT等等7 7家研究中心，贡献率为家研究中心，贡献率为5454。o英国：英国：SANGERSANGER一家研究中心，贡献率为一家研究中心，贡献率为3333。o日本：日本：RIKENRIKEN等两家研究中心，贡献率为等两家研究中心，贡献率为7 7。o法国：法国：GENOSCOPEGENOSCOPE研究中心，贡献率为研究中心，贡献率为2.82.8。o德国：德国：IMBIMB等等3 3
11、家研究中心，贡献率为家研究中心，贡献率为2.22.2。o中国：北京华大研究中心、国家南、北方基因研究中国：北京华大研究中心、国家南、北方基因研究 中心等三家，贡献率为中心等三家，贡献率为1 1。人类基因组计划人类基因组计划主要目标主要目标:（1 1）识别人类识别人类DNADNA中所有基因中所有基因（2 2）测定组成人类）测定组成人类DNADNA的的3030亿碱亿碱基对的序列基对的序列（3 3）将遗传信息储存到数据库中将遗传信息储存到数据库中（4 4）开发出有关数据分析工具）开发出有关数据分析工具（5 5）致力于解决该计划可能引发）致力于解决该计划可能引发的伦理、法律和社会问题的伦理、法律和社会
12、问题人类基因组计划人类基因组计划人类的人类的2323对染色体对染色体人类基因组计划人类基因组计划 基因组就是一个物种中所有基因的整体基因组就是一个物种中所有基因的整体组成。人类基因组有两层意义：遗传信息和组成。人类基因组有两层意义：遗传信息和遗传物质。要揭开生命的奥秘，就需要从整遗传物质。要揭开生命的奥秘，就需要从整体水平研究基因的存在、基因的结构与功能、体水平研究基因的存在、基因的结构与功能、基因之间的相互关系。基因之间的相互关系。人类基因组计划人类基因组计划 什么是基因组什么是基因组(Genome)?(Genome)?o后基因组学后基因组学o转基因技术转基因技术o基因治疗基因治疗o生物多样
13、性保护生物多样性保护o脑科学脑科学二、展望生命科学新世纪二、展望生命科学新世纪后基因组学后基因组学o从现在起，生物学被重新划分为前基因组和后基因从现在起，生物学被重新划分为前基因组和后基因组两部分，人类正生活在后基因组时代。组两部分，人类正生活在后基因组时代。o“人类基因组计划人类基因组计划”大规模测定序列工作的大规模测定序列工作的完成，宣告完成，宣告“后基因组时代后基因组时代”的开始，蛋白质研究的开始，蛋白质研究成为新的生命科学前沿。成为新的生命科学前沿。o研究课题包括：研究课题包括：o(1)(1)解读人类结构和功能基因组解读人类结构和功能基因组o(2)(2)探索微生物和植物基因组探索微生物
14、和植物基因组 o(3)(3)启动环境基因组启动环境基因组o(4)(4)基因技术的应用：克隆技术、生物芯片等基因技术的应用：克隆技术、生物芯片等 我们的态度我们的态度大胆地对转基因技大胆地对转基因技术进行科学探索与术进行科学探索与实验，谨慎地对转实验，谨慎地对转基因技术进行社会基因技术进行社会推广和应用。推广和应用。转基因技术转基因技术o转基因食品是否安全？转基因食品是否安全？是指利用分子生物学技是指利用分子生物学技术，将某些生物的基因术，将某些生物的基因转移到其它物种中，改转移到其它物种中，改造生物的遗传物质，使造生物的遗传物质，使遗传物质得到改造的生遗传物质得到改造的生物在性状、营养和消费物
15、在性状、营养和消费品质等方面向人类需要品质等方面向人类需要的目标转变。的目标转变。o概念：概念：19821982年转基因鼠问世年转基因鼠问世o转入大鼠的生长激素基因，使小鼠体重为正常转入大鼠的生长激素基因，使小鼠体重为正常个体的两倍，也称个体的两倍，也称“超级大鼠超级大鼠”转基因动物（转基因动物（Genetically Modified AnimalGenetically Modified Animal）以实验方法导入外源基因，在染色体组内稳定整合并能以实验方法导入外源基因，在染色体组内稳定整合并能遗传给后代的一类动物。遗传给后代的一类动物。19981998年，我国成功产年，我国成功产生了转基
16、因羊。开创了我国利生了转基因羊。开创了我国利用转基因动物大量地廉价生产用转基因动物大量地廉价生产珍贵药物的先河。珍贵药物的先河。转基因鼠转基因鼠转基因羊转基因羊世界首例基因治疗患者世界首例基因治疗患者基因治疗基因治疗 1990 1990年美国科学家把用基因工年美国科学家把用基因工程的方法加工好的活细胞注入到一程的方法加工好的活细胞注入到一名名4 4岁的女孩体内。患儿衰弱的免岁的女孩体内。患儿衰弱的免疫系统功能就完全恢复，使她从无疫系统功能就完全恢复，使她从无菌的隔离状态下解放出来。菌的隔离状态下解放出来。原来这名女孩患的是一种遗传原来这名女孩患的是一种遗传病，体内缺乏腺苷酸脱氨酶的蛋白病，体内
17、缺乏腺苷酸脱氨酶的蛋白（缺少腺苷酸脱氨酶基因），免疫（缺少腺苷酸脱氨酶基因），免疫力特别差，平日只能在无菌的试验力特别差，平日只能在无菌的试验室里生存，离开了无菌室就会被感室里生存，离开了无菌室就会被感染而死去。染而死去。基因治疗基因治疗基因治疗是把健康的外源基因导入有基因缺陷基因治疗是把健康的外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的。的细胞中，达到治疗疾病的目的。人类生产活动导致物种灭绝的速度人类生产活动导致物种灭绝的速度是自然灭绝速度的是自然灭绝速度的10001000倍，目前世界每倍，目前世界每天有一个物种在消失。天有一个物种在消失。物种灭绝的原因，主要是由于生态物种灭绝的原因，
18、主要是由于生态破坏，人类不合理的开发利用资源、破坏，人类不合理的开发利用资源、环环境污染和外来物种的引入。境污染和外来物种的引入。生物多样性保护生物多样性保护脑科学脑科学 为了探索人体奥秘，攻为了探索人体奥秘，攻克各种疾病，开发人工智能克各种疾病，开发人工智能技术，美、欧、日等国家纷技术，美、欧、日等国家纷纷于纷于9090年代制定了脑科学研年代制定了脑科学研究的长远计划，并宣布究的长远计划，并宣布2121世世纪是纪是 脑科学时代脑科学时代。脑科学o干细胞是一种未充分分化，尚不成熟的细胞，干细胞是一种未充分分化，尚不成熟的细胞，具有再生各种组织器官和人体的潜在功能，具有再生各种组织器官和人体的潜
19、在功能，医学界称之为医学界称之为“万用细胞万用细胞”。人体干细胞分。人体干细胞分两种类型，一种是全功能干细胞，可直接克两种类型，一种是全功能干细胞，可直接克隆人体；另一种是多功能干细胞，可直接复隆人体；另一种是多功能干细胞，可直接复制各种脏器和修复组织。人类寄希望于利用制各种脏器和修复组织。人类寄希望于利用于细胞的分离和体外培养，在体外繁育出组于细胞的分离和体外培养，在体外繁育出组织或器官，并最终通过组织或器官移植，实织或器官，并最终通过组织或器官移植，实现对临床疾病的治疗。现对临床疾病的治疗。干细胞研究干细胞研究体外培养的神经干细胞球体外培养的神经干细胞球 克隆动物和转基因动物克隆动物和转基
20、因动物DOLLYo19971997年，克隆羊多利在英国爱丁堡罗斯林研年，克隆羊多利在英国爱丁堡罗斯林研究所诞生，究所诞生，2 2月月2727日，英国日，英国自然自然杂志全文杂志全文刊登罗斯林研究所的实验结果。刊登罗斯林研究所的实验结果。o20032003年年2 2月月1414日，患多种慢性疾病，包括风湿、日，患多种慢性疾病，包括风湿、早衰以及逐渐恶化的肺病。兽医证实早衰以及逐渐恶化的肺病。兽医证实DOLLYDOLLY的的确病魔缠身且无法治愈，研究所人员才最终确病魔缠身且无法治愈，研究所人员才最终决定给这个决定给这个“动物明星动物明星”实施实施“安乐死安乐死”。克隆动物和转基因动物克隆动物和转基
21、因动物o19541954年，美国波士顿的医学家哈特韦尔年，美国波士顿的医学家哈特韦尔哈里森和约瑟哈里森和约瑟夫夫默里成功地完成了第一例人体器官移植手术默里成功地完成了第一例人体器官移植手术肾肾移植手术。为了避免出现身体排斥外来组织这个最大移植手术。为了避免出现身体排斥外来组织这个最大的难题，这次手术是在一对双胞胎身上进行的。尽管的难题，这次手术是在一对双胞胎身上进行的。尽管如此，它还是开创了人体器官移植的新时代。如此，它还是开创了人体器官移植的新时代。罗纳德（左）罗纳德（左）捐肾给哥哥理捐肾给哥哥理查德，一不留查德，一不留神名留青史。神名留青史。人体器官的移植人体器官的移植人类基因组计划人类基
22、因组计划杨焕明，人类基因组计杨焕明，人类基因组计划中国项目负责人。现划中国项目负责人。现任中科院基因组研究所任中科院基因组研究所负责人，联合国教科文负责人，联合国教科文组织生物伦理委员会委组织生物伦理委员会委员，中国人类基因组计员，中国人类基因组计划秘书长，中国人类基划秘书长，中国人类基因组多样性委员会秘书因组多样性委员会秘书长。长。20022002年被美国著名年被美国著名著名的科普月刊著名的科普月刊科学科学美国人美国人选为此年度选为此年度“科研领袖人物。科研领袖人物。转基因技术转基因技术 可产生药用蛋白的转基因羊可产生药用蛋白的转基因羊型糖尿病（胰岛素非依赖型糖尿病）是糖尿病型糖尿病（胰岛素
23、非依赖型糖尿病）是糖尿病中最普遍的中最普遍的 一种，多发于岁以上的肥胖者。一种，多发于岁以上的肥胖者。胰岛素是一种刺激信号，细胰岛素是一种刺激信号，细 胞表面和内部必须有胞表面和内部必须有处理这种信号的蛋白质分子，据认为处理这种信号的蛋白质分子，据认为型糖型糖 尿病尿病是编码这些蛋白质的基因出现缺陷所致。人类基是编码这些蛋白质的基因出现缺陷所致。人类基因组计划的因组计划的 负责人弗朗西斯负责人弗朗西斯柯林斯柯林斯(Francis(Francis Collins)Collins)在美国国家卫生研究所的在美国国家卫生研究所的 实验室研究糖实验室研究糖尿病，正在第号染色体上的某个区域寻找一尿病，正在第号染色体上的某个区域寻找一个个 可疑基因。他说，第号染色体测序工作对可疑基因。他说，第号染色体测序工作对他帮助甚大。他帮助甚大。人类基因组计划人类基因组计划谢谢