生物学重大的发现市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

生物學重大發現生物學重大發現第1页微生物Microorganismsn荷蘭科學家 Antony van Leeuwenhook 利用自製顯微鏡觀察到雨水中小生物，人們才開始認識微生物。他奠定了細菌學和微生物學基礎。n按照現在大家接收分類，微生物可分成五大類，分別為細菌、真菌、病毒、藻類和原生蟲。第2页n微生物最大特點，不但在於體積微小，而且在結構上亦相當簡單。由於微生物體積極之微小，故相對面積較大，物質吸收快，轉化快。微生物在生長與繁殖上亦是很快速，而且適應性強。從严寒冰川到極酷熱溫泉，從極高山頂到極深海底，微生物都能夠生存。n由於微生物適應性強，又轻易在較短時間內積聚非常多個體（1010個/毫升數量級），所以轻易篩選並分離到突變株。轻易得到微生物突變株性質，給人類利用與開發微生物帶來廣闊契機，但也是導致抗藥性內在原因。第3页n微生物與人類生產、生活和生存息息相關。有很多食品（如醬油、醋、味精、酒、乳酪）、工業品（如皮革、紡織、石化）、藥品（如抗生素、疫苗、維生素）是依賴於微生物製造；微生物在礦產探測與開採、廢物處理（如水淨化、沼氣發酵）等各種領域中也發揮主要作用。n微生物對地球上氣候變化也起著主要作用。許多微生物直接參与了溫室氣體排放或者吸收，而也有很多微生物能够成為未來生物燃料。第4页n微生物是自然界唯一認知固氮者（如大豆根瘤菌）與動植物殘體降解者（如纖維素降解），同時位於常見生物鏈首末兩端，從而完成碳、氮、硫、磷等生物質在大循環中銜接。若沒有微生物，眾多生物就失去必需營養來源、植物纖維質殘體就無法分解而無限堆積，就沒有自然界當前繁榮與秩序或人類產生與維續。第5页n微生物與人類健康亲密相關。多數微生物對人體是無害。實際上，人體外表面（如皮膚）和內表面（如腸道）生活著很多正常、有益菌群。它們佔據這些表面併產生天然抗生素，抑制有害菌著落與生長；它們也協助吸收或親自製造一些人體必需營養物質，如維生素和胺基酸。這些菌群失調（如抗生素濫用）可以導致感染發生或營養缺失。然而其次，人類與動植物疾病也有很多是由微生物引起，這些微生物叫做病原微生物(pathogenic microorganism)或病原(pathogen)。第6页細胞核Cell Nucleusn細胞核是最早發現胞器，由弗朗茲鮑爾在18對其進行最早描述。n1831年，蘇格蘭植物學家Robert Brown以顯微鏡觀察蘭花時，發現花朵外層細胞有一些不透光區域，並稱其為areola或nucleus。n細胞核機能在於攜帶遺傳訊息。第7页細胞核；核仁；经典動物細胞中各個胞器：核糖體囊泡；粗糙內質網；高爾基體；細胞骨架線粒體；平滑內質網；液泡細胞質；溶酶體中心粒。；第8页人類細胞核圖解第9页DNA經染色細胞，中間與右邊細胞正經歷分裂間期，可見整個細胞核都呈藍色。而左方細胞正在進行有絲分裂，其細胞核已經分隔成兩個部分。第10页古菌Archaean古細菌這個概念是1977年由Carl Woese和George Fox提出，原因是牠們在16SrRNA系統發生樹上和其牠原核生物區別。n這兩組原核生物起初被定為古細菌（Archaebacteria）和真細菌（Eubacteria）兩個界或亞界。nWoese認為它們是兩支根本不一样生物，於是重新命名其為古菌（Archaea）和細菌（Bacteria），這兩支和真核生物（Eukarya）一起構成了生物三域系統。第11页n很多古菌是生存在極端環境中。n一些生存在極高溫度（經常100以上）下，比如間歇泉或者海底黑煙囪中。n有生存在很冷環境或高鹽、強酸或強鹼水中。n也有些古菌是嗜中性，能夠在沼澤、廢水和土壤中被發現。n很多產甲烷古菌生存在動物消化道中，如反芻動物、白蟻或者人類。n古菌通常對其它生物無害，且未知有致病古菌。第12页第13页有絲分裂Mitosisn德國生物學家Walther Flemming在1882年出版細胞物質，細胞核與細胞分裂中，詳盡描述動物細胞染色體在有絲分裂過程中移動。n德國-波蘭植物學家Eduard Strasburger在1880到1890年間發現、敘述、描繪了植物細胞有絲分裂。第14页第15页減數分裂Meiosisn1885年德國生物家，Auguat Weismann從理論基礎推測：在生殖過程中，細胞物質應發生減少分裂。n兩年之後，Strasburger便在實驗研究中觀察到減數分裂。n由此察知生命循環兩種型態，對遺傳學發展，以及細胞核含有遺傳物質等假設影響甚鉅。第16页第17页細胞分化Cell Differentiationn細胞分化是發育生物學研究課題之一，指是在多細胞生物中，一個幹細胞在分裂時候，其子細胞基因表達受到調控，變成不一样細胞類型過程。n比如受精卵在分裂到一定程度時，其子細胞就會開始向特定方向分化，形成胎兒肌肉，骨骼，毛髮等器官。第18页n分化後細胞在結構和功效上都會出現差異，成為所謂單能性細胞（unipotent），就是只能分裂得出同等細胞類型子細胞。不过這些子細胞基因組（Genome）卻是與祖宗幹細胞一樣。n研究細胞分化，對了解疾病發生，如癌症出現有着主要意義。第19页克氏循環The Krebs Cyclen1953年英國科學家Hans Krebs所提出。n又稱為三羧酸循環或檸檬酸循環，是需氧生物體內普遍存在代謝途徑。n三羧酸循環是三大營養素：糖類、脂類、胺基酸最終代謝通路；又是糖類、脂類、胺基酸代謝聯繫樞紐。反應過程會生成ATP，提供能量。第20页n真核生物線粒體和原核生物細胞質是三羧酸循環場所。n它是呼吸作用過程中一步，但在需氧型生物中，它先於呼吸鏈發生。n厭氧型生物則首先遵照同樣途徑分解高能有機化合物，再進行不需要氧氣參與發酵過程。第21页n三羧酸循環是糖代謝（高能量碳鍵斷裂）四個步驟中第三步。n糖酵解丙酮酸氧化脫羧三羧酸循環呼吸鏈第22页第23页粒腺體Mitochondrian細胞需要有如ATP等分子以供應能量，使細胞內各種活動得以進行。粒線體則是一種將碳水化合物中能量轉成ATP分子以供應能量胞器。n粒腺體含有雙膜系統。外膜面對細胞質，而內膜通常有許多深且向內折皺。此系統造成兩個隔室：膜間隙及粒腺體基質。氫離子及電子由一個隔室送至另一個隔室，因而造成ATP之形成，最後氧與電子及氫離子結合而形成水。第24页n经典真核細胞內含有十二個至成千粒腺體。n動物細胞粒腺通常比植物細胞多。n肌肉細胞，部分神經細胞及特化為吸收或分泌物質細表面含有較豐富粒腺體。因這些細胞需要消耗較多能量。第25页神經傳導Neurotransmissionn突觸前神經元負責合成神經傳導物質，並將其包裹在突觸小泡內，在神經元發生衝動時，突觸小泡通過胞吐作用，將神經傳導物質釋放到突觸間隙中。n通過擴散作用神經傳導物質分子抵達突觸後膜，並與其上一系列受體通道結合，起到改變通道蛋白構相、激活第二信使系統等作用，進而導致突觸後神經元電位或代謝等變化。第26页n神經傳導物質可看作是神經元輸出工具。每一個神經元只帶有一種神經傳導物質。n同一種傳導物質對不一样受體可能產生不一样作用。第27页荷爾蒙Hormonesn荷爾蒙（或稱激素）希臘文原意為興奮活動。激素是由內分泌腺產生化學物質，隨著血液輸送到全身，控制身體生長、新陳代謝、神經信號傳導等。n激素在人體內量雖然不多，不过對健康卻有很大影響，缺乏或是過多引發各種疾病。第28页n比如：生長激素分泌過多就會引发巨人症，分泌過少就會造成侏儒症；而甲狀腺素分泌過多就會引發心悸、手汗等症狀，分泌過少就易導致肥胖、嗜睡等；胰島素分泌不足就會導致糖尿病。許多激素製劑以及人工合成產物在醫學上及畜牧業中有主要用途。n消化道器官及胎盤等組織也能分泌激素，比如促胰液分泌激素、促胃液分泌激素、絨毛膜促性腺激素等。第29页光合作用Photosynthesisn光合作用是植物、藻類和一些細菌利用葉綠素，在光照射下，將二氧化碳、水或是硫化氫轉化為碳水化合物。n光合作用可分為產氧光合作用和不產氧光合作用。n植物之所以被稱為食物鏈生產者，是因為它們能夠通過光合作用利用無機物生產有機物並且貯存能量。通過食用，食物鏈消費者能够吸收到植物所貯存能量，效率為10%左右。第30页n對大多數生物來説，這個過程是他們賴以生存關鍵。n而地球上碳氧循環，光合作用是其中最主要一環。n光合作用過程關鍵參與者是內部葉綠體。葉綠體在陽光作用下，把經由氣孔進入葉子內部二氧化碳和由根部吸收水轉變成爲葡萄糖，同時釋放氧氣：12H2O+6CO2+陽光 C6H12O6+6O2+6H2O 第31页n古希臘哲學家亞里士多德認為，植物生長所需營養全來自土中。n1642年比利時人范海爾蒙特做了柳樹實驗，推論植物重量主要不是來自土壤而是來自水。但他沒有認識到空氣中物質也參與了有機物形成。n1684年，比利時海爾蒙特認為，植物會從水中吸收養分，但其實這是不正確觀念。n1771年，英國普里斯特利發現植物能夠更新由於蠟燭燃燒或動物呼吸而變得污濁了空氣。但他並沒有發現光主要性。n1771年，英國普里斯特利發現置於密封玻璃罩內老鼠極易窒息，不过假如加入一片新鮮薄荷葉，老鼠就能够甦醒。n1773年，荷蘭英格豪斯證明只有植物綠色部分在光下才能起使空氣變好作用。n1774年，英國普里斯特利發現綠色植物會製造、釋放出氧氣。n1782年，瑞士瑟訥比埃發現，即使植物沒有受到陽光照射，照樣會釋放出二氧化碳。第32页n18，瑞士索緒爾通過定量研究進一步證實二氧化碳和水是植物生長原料。n1845年，德國邁爾發現植物把太陽能轉化成了化學能。n1864年，德國薩克斯發現光合作用產生澱粉。n1880年，美國恩格爾曼發現葉綠體是進行光合作用場所。n1883年，德國英吉曼運用三菱鏡將太陽光折射出各色光，照射絲狀海綿。一段時間後放入好氧細菌，發現植物在紅光與藍光區釋放較多氧氣 n1897年，首次在教科書中稱它為光合作用。n1930年，范尼爾藉由對紫硫菌研究推論植物光合作用產生氧來自水而非二氧化碳，革新了當時觀念。n1945-57年，卡爾文利用碳14當追蹤標，找出植物將二氧化碳轉化成碳水化合物途徑。n1961年，米契爾發表化學滲透理論解釋光反應中ATP生成。第33页熱帶地區生物多樣性Tropical Biodiversityn生物多樣性，又稱物種岐異度，是生物界一個較為嶄新之概念。簡單來說，是指全部不一样種類生命，生活在一個地球上，其相互交替、影響令地球生態得到平衡。n生物多樣性在地球上分佈並不平均，由於環境原因，主要是在熱帶地區較為活躍，品種也較多。在極地地區找到種類乃最少，生態最不活躍。生物數量和活躍性主要取決於氣候、土壤、地形等原因。比如在巴西亞馬遜雨林，就有植物品種逾20,000個、數以百萬計昆蟲。第34页n生物多樣性對地球生態以至整個人類都有積極意義。從生態而言，單一品種面世往往對地球生命維持非常主要，如植物主要是用來通過光合作用製造氧氣，以維持地球氣溫；細菌或微生物出現，也是有效把死去了生物分解成有機養料，維持植物生命；動物間種類競爭，也是能有效達致生命平衡。概括而言，生物多樣性提供了許多非常主要環境服務，諸如保持表土、維護集水區、提供授粉昆蟲、益鳥及其它生物、決定地區性氣候等等。n人類生存有賴於生物多樣性。人類全部糧食、大部份藥物、各用具原料，皆由各類生物物種提供。地球任何地區皆依賴生物多樣性維繫，是人類持續發展一個主要因子即所謂人類文明，在永續自然生產力設定範疇圍內，能繼續發展之关键要素。第35页生態系統Ecosystemn生態系統是指在一個特定環境內，其間全部生物和此一環境統稱。此特定環境裡非生物因子(如空氣、水、土壤等)與其間生物之間具交互作用，不斷地進行物質和能量交換，並藉由物質流和能量流連接，而形成一個整體(系統)，即稱此為生態系統或生態系。第36页n生態系一詞，最早是由英國生物學家Arthur Roy Clapham所提出，意指由物理因子與生物所構成整個環境。稍後Arthur Tansley重新定義了整個系統不單是包含了生物-複合群，也涵蓋了整個物理因子複合體(環境)。n生態系統範圍沒有固定大小，如一整個森林可能是一個生態系統，一個小池塘也可能是一個生態系統，在南美亞馬遜河流域，有時一棵大樹可能就是一個生態系統，大部分動物終生不離開這棵樹。第37页n主要生態系可為森林生態系、海洋生態系、陸域生態系、珊瑚礁生態系.n一個生態系統內，各種生物之間以及和環境之間是存在一種平衡關係，任何外來物種或物質侵入這個生態系統，都會破壞這種平衡，平衡被破壞後，可能會逐漸達到另一種平衡關係。但假如生態系統平衡被嚴重地破壞，可能會造成永久失衡。第38页n人類活動是造成生態系統失衡最主要原因。n農業活動就是人類破壞自然生態系統，創造自己人為生態系統範例。n人類開墾荒地，將原有生態系統破壞，原有物種無法繼續生存，人類種植自己需要莊稼，隨之而來是害蟲和捕食害蟲動物，以及為防止被人類鋤草而生長和莊稼形狀非常相同雜草，這些物種形成一個新生態系統。n人為生態系統假如離開人活動就無法繼續存在下去；假如人將農田拋荒，很快就會重新產生新生態系統，即雜草遍地，也許會沙漠化，但不會自動恢復到原有生態系統。第39页