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农业与生物工程学院生命科学与生物技术1/146课程介绍课程介绍课程名称：生命科学与生物技术教课时数：32课时讲课对象：全校非生命科学专业硕士考试方式：笔答（开卷）90%，出勤及讨论讲话10%，名单没有者不能参加考试。考试时间：按学校统一安排教材：生命科学与生物技术主编季静、王罡科学出版社，9月面向二十一世纪课程教材特色：趣味性、启发性、知识性、前沿性讲课方式：多媒体为主（结合动画、录像）、不要求做笔记（以教材为准）2/146课程主要内容课程主要内容第一章第一章 绪论绪论 第二章第二章 生命基本单位生命基本单位-细胞细胞 第三章第三章 生物遗传与变异生物遗传与变异 第四章第四章 生物进化生物进化 第五章第五章 生物技术原理生物技术原理 第六章第六章 生物技术应用生物技术应用 第七章第七章 生物信息学生物信息学 第八章第八章 丰富多彩生物世界丰富多彩生物世界 第九章第九章 宏观层次生命系统宏观层次生命系统-环境生态学概述环境生态学概述第十章第十章 生物技术发展与应用带来伦理学和社会问题生物技术发展与应用带来伦理学和社会问题 3/1461 1 1 1、是高等教育目标要求、是高等教育目标要求、是高等教育目标要求、是高等教育目标要求为何要上生命科学与生物技术课为何要上生命科学与生物技术课职业教育从事某一个职业训练和准备全方面素质教育有一定专业方向全方面素质培养，面对多个方面挑战4/146 1995 1995年以后，年以后，国内重点理工科大国内重点理工科大学陆续把生物类课学陆续把生物类课程列为程列为全校非生物全校非生物类专业学生限选或类专业学生限选或必修课程必修课程。1980s 1980s以来，世以来，世界著名大学如界著名大学如MITMIT等，等，纷纷把生物类课程列纷纷把生物类课程列为为全校必修课全校必修课.5/1462 2 2 2、是当代社会科学迅猛发展需要、是当代社会科学迅猛发展需要、是当代社会科学迅猛发展需要、是当代社会科学迅猛发展需要这是因为人们意识到，二十一世纪将是生命科学世纪，面向二十一世纪研究生、大学生应有生命科学基础，而不应该成为“生物盲”。6/1463 3、“公共基础公共基础”课板块组成课板块组成数理化数理化毕毕业业设设计计专专专专 业业业业 课课课课专专 业业 基基 础础 课课 政政 治治 人人 文文计算机计算机 外外 语语 生生 物物7/146第一章第一章绪绪 论论8/146 伴随科学技术不停进步，生命科学与生物技术发展日新月异。伴随科学技术不停进步，生命科学与生物技术发展日新月异。为了在宏观上更为全方面系统地了解生命科学与生物技术，本章将为了在宏观上更为全方面系统地了解生命科学与生物技术，本章将主要介绍：主要介绍：1 1、生命本质及基本特征、生命本质及基本特征 2 2、生命科学与生物技术发展概况、生命科学与生物技术发展概况 3 3、当代生命科学及生物技术发展热点、当代生命科学及生物技术发展热点 4 4、生命科学及生物技术与社会发展、生命科学及生物技术与社会发展 5 5、当代生命科学与其它学科间相互作用、当代生命科学与其它学科间相互作用 6 6、生命世界未解之迷、生命世界未解之迷 意在经过本章学习掌握生命本质、把意在经过本章学习掌握生命本质、把握生命科学与生物技术研究热点及发展趋握生命科学与生物技术研究热点及发展趋势。势。9/146第一节第一节 生命与生命科学生命与生命科学 什么是生命（什么是生命（lifelife）？这个问题是人类一直）？这个问题是人类一直苦苦思索问题，在人类社会发展不一样阶段，人苦苦思索问题，在人类社会发展不一样阶段，人类对生命认识也在不停发展，但时至今日对于这类对生命认识也在不停发展，但时至今日对于这个问题尚难给出一个明确答案。个问题尚难给出一个明确答案。亚里士多德、康德、恩格斯等都曾对生命提亚里士多德、康德、恩格斯等都曾对生命提出过自己看法。恩格斯认为出过自己看法。恩格斯认为“生命是蛋白体存在生命是蛋白体存在方式，这个存在方式基本原因在于和它周围外部方式，这个存在方式基本原因在于和它周围外部自然界不停地新陈代谢，而且这种新陈代谢一停自然界不停地新陈代谢，而且这种新陈代谢一停顿，生命就随之停顿，结果便是蛋白质分解。顿，生命就随之停顿，结果便是蛋白质分解。”美国里德学院人工生命主编马克美国里德学院人工生命主编马克比多比多(Mark Bedau)(Mark Bedau)提出所谓提出所谓“生命灵活适应说生命灵活适应说”，认，认为：为：“解释生命多样性统一特征根本标准似乎是解释生命多样性统一特征根本标准似乎是适应过程中那种灵活性适应过程中那种灵活性即它对生存、繁殖，即它对生存、繁殖，或更普通地说，繁盛问题中碰到难以预料改变能或更普通地说，繁盛问题中碰到难以预料改变能够产生新奇处理方法恒久能力。够产生新奇处理方法恒久能力。”10/146n生理学对生命定义：含有进食、代谢、排泄、呼吸、运动、生长、生理学对生命定义：含有进食、代谢、排泄、呼吸、运动、生长、生殖和反应性等功效系统。生殖和反应性等功效系统。n新陈代谢对生命定义：生命系统含有界面，与外界经常交换物质新陈代谢对生命定义：生命系统含有界面，与外界经常交换物质但不改变其本身性质。但不改变其本身性质。n生物化学对生命定义：生命系统包含储备遗传信息核酸和调整代生物化学对生命定义：生命系统包含储备遗传信息核酸和调整代谢酶蛋白。谢酶蛋白。n遗传学对生命定义：为经过基因复制、突变和自然选择而进化系遗传学对生命定义：为经过基因复制、突变和自然选择而进化系统。统。n热力学对生命定义：生命是个开放系统，它经过能量流动和物质热力学对生命定义：生命是个开放系统，它经过能量流动和物质循环而不停增加内部秩序。循环而不停增加内部秩序。n伴随科学技术不停发展，人类将对生命认识愈加准确、深入、系伴随科学技术不停发展，人类将对生命认识愈加准确、深入、系统、全方面。统、全方面。11/146 一、生命本质一、生命本质 终究人类在何时开始关注生命恐怕已难以考证，终究人类在何时开始关注生命恐怕已难以考证，推测应在人类出现很快。这能够从现今幼儿通常会提推测应在人类出现很快。这能够从现今幼儿通常会提出出“我是怎么来？我是怎么来？”得到旁证，在某种意义上讲，这得到旁证，在某种意义上讲，这有些类似于有些类似于“个体发育重演系统发育个体发育重演系统发育”一个现象。不一个现象。不过人类最初对生命认识是含糊和不自觉，仅仅停留在过人类最初对生命认识是含糊和不自觉，仅仅停留在表观水平，难以形成系统认识。表观水平，难以形成系统认识。12/146 在生命科学出现早期或更早在生命科学出现早期或更早时期，人们就开始了对生命本质时期，人们就开始了对生命本质探索。该领域争论来自于多个方探索。该领域争论来自于多个方面，有不一样学科从不一样角度面，有不一样学科从不一样角度得出不一样结论，也有来自于宗得出不一样结论，也有来自于宗教方面。经典例子是教方面。经典例子是“上帝创造上帝创造人类人类”宗教观点，基于这一出发宗教观点，基于这一出发点所得出相关生命本质结论，将点所得出相关生命本质结论，将与从科学角度揭示生命本质所得与从科学角度揭示生命本质所得出结论谬以千里。出结论谬以千里。与大多其它自然科学领域发展情况相同，对生命本身进行系统研与大多其它自然科学领域发展情况相同，对生命本身进行系统研究，进而形成一门学科通常认为是从究，进而形成一门学科通常认为是从1919世纪初开始。从此产生了硕士世纪初开始。从此产生了硕士命本质及生命现象学科命本质及生命现象学科-“-“生物学生物学”或称或称“生命科学生命科学”。13/146活力论（活力论（vitalismvitalism）：）：生命是同物理与化学力反抗，物理与生命是同物理与化学力反抗，物理与化学力起破坏作用，而生命则与之抗争以维护有机体结构化学力起破坏作用，而生命则与之抗争以维护有机体结构及功效。及功效。宏观、物理及化学角度宏观、物理及化学角度居维叶（居维叶（1769-18321769-1832）以及李比希（）以及李比希（1803-18731803-1873）14/146 在在1919世纪中叶，从生命特征角度去描述生命，如贝尔纳德世纪中叶，从生命特征角度去描述生命，如贝尔纳德（1813-18781813-1878）组织、繁殖、营养、生长以及对疾病和死亡敏感性等五大特征。组织、繁殖、营养、生长以及对疾病和死亡敏感性等五大特征。人工生命创建者兰顿（人工生命创建者兰顿（Chris LangtonChris Langton）、人工生命主动支持者）、人工生命主动支持者法默尔法默尔(D.Farmer)(D.Farmer)等认为，生命本质主要在于形式和功效，而不在等认为，生命本质主要在于形式和功效，而不在于详细物质于详细物质,是组织特征，而不是单个物质实体属性。是组织特征，而不是单个物质实体属性。机械论观点（机械论观点（mechanistic viewmechanistic view）：）：其其主要论点是基于物理及化学规律，认为主要论点是基于物理及化学规律，认为生命本质就是物理及化学问题。生命本质就是物理及化学问题。路德维希（路德维希（1816-18951816-1895）、赫姆霍兹）、赫姆霍兹（1821-18941821-1894）等。）等。15/146 在生命科学领域发展主要集中在对自然界生物观察在生命科学领域发展主要集中在对自然界生物观察描述、规律归纳等方面。描述、规律归纳等方面。对应生理学、细胞学、遗传学等学科得到了快速发对应生理学、细胞学、遗传学等学科得到了快速发展，而对于生命本质（最少在生命物质组成方面）揭示展，而对于生命本质（最少在生命物质组成方面）揭示则更多地来自于物理学家及化学家，众多物理学家及化则更多地来自于物理学家及化学家，众多物理学家及化学家涉足生命科学。学家涉足生命科学。众所周知，标志着生命科学众所周知，标志着生命科学进入新时代进入新时代DNA双螺旋结构发双螺旋结构发觉是离不开当代物理学发展；在觉是离不开当代物理学发展；在当代分子生物学领域占有主要地当代分子生物学领域占有主要地位、两度取得诺贝尔奖桑格位、两度取得诺贝尔奖桑格（Sanger）本身就是一位出色）本身就是一位出色化学家。化学家。16/146n 生命本质问题是很多科学家和哲学家非常关心问题，然而，生物学家往往感到这个问题太“哲学”，因而把它看成是一个哲学问题，而不是一个科学问题。而其次，哲学家们可能感到这个问题太“科学”，所以把它主要看成一个科学问题，而不是一个哲学问题。“哲学哲学”？“科学科学”？17/146 难以在学术上给难以在学术上给出一个准确定义，对出一个准确定义，对生命本质也还难以做生命本质也还难以做出全方面描述，还需出全方面描述，还需要人类不停探索、补要人类不停探索、补充和完善。充和完善。这是由生命科学这是由生命科学本身复杂性所决定，本身复杂性所决定，也正是生命科学魅力也正是生命科学魅力所在。所在。18/146 二、生命基本特征二、生命基本特征 尽管我们当前还难以对生命给出一个准确定义，对尽管我们当前还难以对生命给出一个准确定义，对生命本质认识还仅仅停留在一定阶段，在生命科学领域生命本质认识还仅仅停留在一定阶段，在生命科学领域也还有很多之迷有待于人类破解，不过就当前认识水平，也还有很多之迷有待于人类破解，不过就当前认识水平，还是能够归纳出非生命物质所不具备一些基本特征，还是能够归纳出非生命物质所不具备一些基本特征，这这些特征主要表达在以下五个方面。些特征主要表达在以下五个方面。19/146 （一）生长（一）生长 人类最早观察到生命特征就是生长（人类最早观察到生命特征就是生长（growthgrowth），相关生命朴素），相关生命朴素认识就是它（他）是认识就是它（他）是“活活”。之所以是。之所以是“活活”，主要表现是变大，主要表现是变大，即生长。一棵树木由树苗长成参天大树，一只蝌蚪长成青蛙，都即生长。一棵树木由树苗长成参天大树，一只蝌蚪长成青蛙，都伴伴随生长过程，这是全部生物含有一个普遍特征，也是非生命伴伴随生长过程，这是全部生物含有一个普遍特征，也是非生命物质所不具备。物质所不具备。20/146 （二）繁殖与遗传（二）繁殖与遗传 繁殖（繁殖（reproductionreproduction）与遗传（）与遗传（heredityheredity）也是）也是生命基本特征之一。通常，生物不但有生（包含生长），生命基本特征之一。通常，生物不但有生（包含生长），也会有死，要维持生物种延续也会有死，要维持生物种延续,就要有繁殖。就要有繁殖。人类早已认识到人类早已认识到“种瓜得瓜、种豆得豆种瓜得瓜、种豆得豆”这一普遍这一普遍现象，这种遗传特征确保了生物种类相对稳定性。现象，这种遗传特征确保了生物种类相对稳定性。21/146（三）调整与应激性（三）调整与应激性 生物体较非生命物质结构更为复杂，同时对外部环境改变能够做生物体较非生命物质结构更为复杂，同时对外部环境改变能够做出对应调整（出对应调整（regulationregulation）以适应各种改变。）以适应各种改变。哺乳动物：哺乳动物：各种调整仍能够使体温一直保持在一个恒定温度。各种调整仍能够使体温一直保持在一个恒定温度。植物：植物：调整叶片气孔开闭以适应土壤环境中含水量改变。调整叶片气孔开闭以适应土壤环境中含水量改变。人：人：手摸到刺会马上缩回来，碰到危险心跳加速。手摸到刺会马上缩回来，碰到危险心跳加速。22/146 原生质原生质（protoplasmprotoplasm）原）原意是指组成生命原意是指组成生命原始物质，后泛指组始物质，后泛指组成细胞全部物质。成细胞全部物质。细胞细胞（cellcell）是生）是生物体基本结构单位，物体基本结构单位，它发觉是生命科学它发觉是生命科学领域主要里程碑。领域主要里程碑。（四）原生质及细胞（四）原生质及细胞23/146 （五）新陈代谢（五）新陈代谢 新陈代谢（新陈代谢（metabolismmetabolism）是生物体维持生长、运动、繁殖等）是生物体维持生长、运动、繁殖等生命活动过程中各种化学改变总称。生命活动过程中各种化学改变总称。生物体维持生命需要物质与生物体维持生命需要物质与能量作为基础，生物体不停与周围环境进行物质与能量交换，使能量作为基础，生物体不停与周围环境进行物质与能量交换，使生命得以维持，这种能量交换停顿将意味着生命结束。生命得以维持，这种能量交换停顿将意味着生命结束。24/146三、特殊类型生命三、特殊类型生命-病毒病毒 通常，我们能够依据上述生命基本特征来判断某物是否含有生命，通常，我们能够依据上述生命基本特征来判断某物是否含有生命，但病毒则属于一类特殊生命。但病毒则属于一类特殊生命。不具备细胞结构，在侵入寄主细胞前，既不能繁殖，也没有新陈代不具备细胞结构，在侵入寄主细胞前，既不能繁殖，也没有新陈代谢，不与环境发生物质与能量交换，甚至能够像无机物一样取得结晶。谢，不与环境发生物质与能量交换，甚至能够像无机物一样取得结晶。含有生命物质组成中最主要两种生物大分子含有生命物质组成中最主要两种生物大分子-核酸及蛋白质，而核酸及蛋白质，而入侵寄主细胞后，又能够借助寄主细胞蛋白质合成等系统合成本身所需入侵寄主细胞后，又能够借助寄主细胞蛋白质合成等系统合成本身所需蛋白质及核酸分子，从而完成自我复制、进行大量繁殖。蛋白质及核酸分子，从而完成自我复制、进行大量繁殖。噬菌体电镜照片噬菌体电镜照片25/146结构极其简单。结构极其简单。体积微小（体积微小（10-300nm10-300nm）。）。多展现近球形多面体，也多展现近球形多面体，也有病毒呈杆状或砖形。有病毒呈杆状或砖形。其化学组成是核酸和蛋白其化学组成是核酸和蛋白质，结构复杂病毒还含有质，结构复杂病毒还含有脂类及糖类。脂类及糖类。基本结构是由蛋白质衣壳基本结构是由蛋白质衣壳（capsidcapsid）及位于内部中）及位于内部中心核酸组成，其基因组中心核酸组成，其基因组中通常含有几个到数百个基通常含有几个到数百个基因。因。26/146第二节第二节 生命科学及生物技术发展生命科学及生物技术发展27/146一、生命科学地位及生物分界一、生命科学地位及生物分界n（一）生命科学地位n 二十一世纪是生命科学和生物技术大发展世纪，生物技术及其产业发展，将为中国乃至世界解决疾病防治、人口膨胀、食物短缺、能源匮乏、环境污染等一系列问题带来新希望。发展生物技术及其产业必须加强生命科学基础研究。28/146自然界中五种运动形式：自然界中五种运动形式：机械运动（杠杆原理）机械运动（杠杆原理）|物理运动（光，电）物理运动（光，电）|自然科学自然科学化学运动（氧化还原反应等）化学运动（氧化还原反应等）|生命运动（生命本质等）生命运动（生命本质等）|社会运动（人类各种活动规率等）社会运动（人类各种活动规率等）社会科学社会科学 29/146n20世纪50年代以前，人类取得最重要发现无疑主要集中在物理学及化学研究领域。n 牛顿、居里夫人、门捷列夫、爱因斯坦n进入到20世纪后50年中，生命科学已得到前所未有发展。1997年体细胞克隆羊“多莉”降生则标志着二十一世纪这一生命科学世纪提前到来。30/146 最早将生物仅划分为植物和动物两界，随即，出最早将生物仅划分为植物和动物两界，随即，出现了三界及四界分类系统。现了三界及四界分类系统。1969 1969年魏泰克（年魏泰克（WhittakerWhittaker）提出了生物五界分）提出了生物五界分类系统：类系统：原核生物界（原核生物界（MoneraMonera）原生生物界（原生生物界（ProtistaProtista）真菌界（真菌界（FungiFungi）植物界（植物界（PlantaePlantae）动物界（动物界（AnimaliaAnimalia）当前学术界应用较为广泛分类系统。当前学术界应用较为广泛分类系统。陈世骧：病毒独立为病毒界。陈世骧：病毒独立为病毒界。（二）生物分界（二）生物分界31/14632/14633/146 人类对生命较为系统认识能够追溯到公元前人类对生命较为系统认识能够追溯到公元前6 6世纪，主要集中在古希腊。世纪，主要集中在古希腊。二、生命科学与生物技术发展概况二、生命科学与生物技术发展概况哥白尼（哥白尼（Copernicus，1473-1543）提出）提出“日日心说心说”。34/146阿那克西曼德（公元前阿那克西曼德（公元前610-610-公元前公元前546546）就提出，最早产生是水生）就提出，最早产生是水生生物，随即，一部分水生生物逐步适应了陆地上环境，形成陆生生物，生物，随即，一部分水生生物逐步适应了陆地上环境，形成陆生生物，甚至人类也是起源于某种类似于鱼动物，其依据是婴儿在母体内环境甚至人类也是起源于某种类似于鱼动物，其依据是婴儿在母体内环境是水。这在某种意义上讲，距提出是水。这在某种意义上讲，距提出“个体发育重演系统发育个体发育重演系统发育”理论仅理论仅一步之遥。一步之遥。恩培多克勒（约公元前恩培多克勒（约公元前500-500-公元前公元前430430）提出不完善、错误结合生）提出不完善、错误结合生物，因为其生活能力差，因而遭到淘汰，而能够生存下来并得以繁衍物，因为其生活能力差，因而遭到淘汰，而能够生存下来并得以繁衍物种都含有某种特殊能力，这似乎与达尔文（物种都含有某种特殊能力，这似乎与达尔文（1809-18821809-1882）两千多年后）两千多年后提出提出“物竞天择、适者生存物竞天择、适者生存”理论极为靠近。理论极为靠近。35/146 亚里士多德（公元前亚里士多德（公元前384-384-公元前公元前322322）。他研究了）。他研究了500500各种生物，各种生物，包含对包含对5050各种动物解剖，并编有动物志、动物繁殖、动各种动物解剖，并编有动物志、动物繁殖、动物运动等著作。物运动等著作。在动物方面，排出了由低至高，蚤虱类、蠕虫类、在动物方面，排出了由低至高，蚤虱类、蠕虫类、鱼类、两栖类、爬行类、鸟类、哺乳类生物分类等级次序。鱼类、两栖类、爬行类、鸟类、哺乳类生物分类等级次序。生物分生物分类等级排列与生物进化思想相距并不遥远，而类等级排列与生物进化思想相距并不遥远，而“进化论进化论”提出则是提出则是两千二百年以后事了。我们不能不为亚里士多德在生命科学领域所两千二百年以后事了。我们不能不为亚里士多德在生命科学领域所取得超时代成就感到惊叹！取得超时代成就感到惊叹！36/146中国古代主要属于形态学、分类学及解剖学范围。最著名著中国古代主要属于形态学、分类学及解剖学范围。最著名著作莫过于李时珍本草纲目，该书收录了大约作莫过于李时珍本草纲目，该书收录了大约1 2001 200种植物，并种植物，并以外部形态、生态习性及用途将其划分为以外部形态、生态习性及用途将其划分为5 5部部2929类。类。尽管在古代，生命科学领域取得了许多进展，但大多停留在尽管在古代，生命科学领域取得了许多进展，但大多停留在对生物在宏观上进行外部形态特征观察，生命科学真正得到飞速对生物在宏观上进行外部形态特征观察，生命科学真正得到飞速发展主要还是发生在近二百年时间里，除了分类学等古老学科外，发展主要还是发生在近二百年时间里，除了分类学等古老学科外，生命科学领域绝大多数学科都是在这一期间形成。生命科学领域绝大多数学科都是在这一期间形成。37/14617981798 E.E.JennerJenner首次报道首次报道接种牛痘病毒预接种牛痘病毒预防天花，从而，防天花，从而，建立了主动免疫建立了主动免疫原理，创建了免原理，创建了免疫学。疫学。38/14618381838 M.J.Schleiden M.J.Schleiden和和T.SchwannT.Schwann建立了细胞学说建立了细胞学说（生物学界唯一可与进化论（生物学界唯一可与进化论相比伟大法则），相比伟大法则），SchleidenSchleiden在核内发觉了核在核内发觉了核仁。仁。39/14618591859 达尔文达尔文发表物种起源。发表物种起源。40/1461865 1865 G.MendelG.Mendel在自然科学研究协会每个月例在自然科学研究协会每个月例会上汇报并解释了他豌豆遗传研究。会上汇报并解释了他豌豆遗传研究。41/14619021902 HaberlandtHaberlandt依据细胞理论，提出植依据细胞理论，提出植物细胞全能性理论。物细胞全能性理论。42/1461911 1911 T.H.MorganT.H.Morgan提出果蝇白眼，黄体和提出果蝇白眼，黄体和小型翅基因都连锁在染小型翅基因都连锁在染色体上（色体上（19331933年诺贝尔年诺贝尔奖）。奖）。43/14619121912 A.Wegener A.Wegener提出大陆漂移概念。提出大陆漂移概念。44/14619261926 J.B.SummerJ.B.Summer分离出第一个结晶酶（脲酶），分离出第一个结晶酶（脲酶），并证实它（脲酶）是一个蛋白质并证实它（脲酶）是一个蛋白质(1946(1946年诺贝尔奖年诺贝尔奖)。45/14619291929 A.FlemingA.Fleming发觉了青霉素（发觉了青霉素（19451945年诺贝尔奖）。年诺贝尔奖）。46/14619411941 G.W.BeadleG.W.Beadle和和E.L.TatumE.L.Tatum提出了提出了一个基因一个酶学说。一个基因一个酶学说。47/14619441944 Avery,MacleodAvery,Macleod和和McCarthyMcCarthy经过肺炎球菌转化证经过肺炎球菌转化证实了遗传物质实了遗传物质DNA,DNA,而不是蛋白质。而不是蛋白质。48/14619501950 B.Mcclintock B.Mcclintock发发觉了玉米觉了玉米AcDsAcDs转位因子转位因子（19831983年诺贝尔奖）。年诺贝尔奖）。49/14619521952 F.Sanger F.Sanger及及其同事说明了蛋白质其同事说明了蛋白质激素激素胰岛素全部氨胰岛素全部氨基酸序列（基酸序列（19581958年诺年诺贝尔奖）。贝尔奖）。50/1461953 1953 J.D.WatsonJ.D.Watson和和F.H.C.CrickF.H.C.Crick提出了提出了DNADNA双螺旋模型双螺旋模型 (1962(1962年诺贝尔奖年诺贝尔奖)。华生和克里克在讨论DNA双螺旋模型51/1461958 1958 MeselsonMeselson和和StahlStahl发觉了发觉了DNADNA半保留复半保留复制。制。52/14619611961 F.H.C.Crick,L.Barnett,S.BrenerF.H.C.Crick,L.Barnett,S.Brener和和R.J.Watts-TobinR.J.Watts-Tobin提出遗传语言由三联体密码组成。提出遗传语言由三联体密码组成。53/14619611961 F.JacobF.Jacob和和J.MonodJ.Monod提出乳糖操纵子模型提出乳糖操纵子模型(1965(1965年诺贝尔奖年诺贝尔奖)。54/14619651965 中国科学家人工合成胰岛素。中国科学家人工合成胰岛素。55/14619701970 Temin Temin和和BaltimoreBaltimore发发觉了逆转录酶觉了逆转录酶（19751975年诺贝尔年诺贝尔奖）。奖）。56/14619731973 H.H.BoyerBoyer和和S.S.CopenCopen用酶将基用酶将基因连接到质粒载因连接到质粒载体上，开创了体上，开创了DNADNA重组技术。重组技术。第一例基因工程试验57/14619741974 A.L.OlinsA.L.Olins及及D.E.OlinsD.E.Olins在电镜下观在电镜下观察到了核小体。察到了核小体。染色质电镜照片染色质电镜照片核小体结构模型核小体结构模型电子显微镜电子显微镜58/14619751975 F.Sanger F.Sanger和和A.R.CoulsonA.R.Coulson发展了第一个发展了第一个DNADNA序列序列快速测定法快速测定法(1980(1980年诺贝尔奖年诺贝尔奖)。59/14619761976 成立了第一个遗传工程企业，成立了第一个遗传工程企业，GenetechGenetech企业。企业。60/14619781978 世界第世界第一例一例“试管婴试管婴儿儿”在英国诞在英国诞生。生。61/14619811981 J.D.Kemp J.D.Kemp和和T.H.HallT.H.Hall经过根癌农杆菌质粒将菜豆经过根癌农杆菌质粒将菜豆贮藏蛋白基因转移到向日葵中，创造出了贮藏蛋白基因转移到向日葵中，创造出了“太阳豆太阳豆”。D.EdgeD.Edge合成了合成了514514核苷酸干扰素基因。核苷酸干扰素基因。62/14619821982 Eli Lilly Eli Lilly跨国企业首次销售重组跨国企业首次销售重组DNADNA技技术制造出药品术制造出药品人胰岛素，其商品名为人胰岛素，其商品名为HumulinHumulin。63/14619831983 S.Altman,S.Altman,N.PeaceN.Peace及其同事及其同事发觉了核糖核酸酶发觉了核糖核酸酶（19891989年诺贝尔奖）年诺贝尔奖）。64/14619841984 Kohler,Kohler,MilsteinMilstein和和JerneJerne因为发展因为发展了单克隆抗体了单克隆抗体技术取得诺贝技术取得诺贝尔奖。尔奖。65/14619871987 Heler Doms-Keller Heler Doms-Keller等人绘制了人类第一张遗传等人绘制了人类第一张遗传图谱（图谱（400400多个遗传标识）。多个遗传标识）。66/14619931993 Mullis Mullis 因为创造了聚因为创造了聚合酶链索反应合酶链索反应技术取得诺贝技术取得诺贝尔奖。尔奖。67/146 19971997 克隆羊多莉诞生（苏格兰）。克隆羊多莉诞生（苏格兰）。68/146 破译老鼠基因组。破译老鼠基因组。69/146 人类基因组计划顺利地完成。人类基因组计划顺利地完成。70/146n 成功地克成功地克隆出人类胚胎。隆出人类胚胎。71/146一、当代生命科学及生一、当代生命科学及生物技术发展热点物技术发展热点 回顾近年来历届由科回顾近年来历届由科学杂志及我国两院院士评学杂志及我国两院院士评出世界十大科技突破，不难出世界十大科技突破，不难发觉，包括生命科学领域结发觉，包括生命科学领域结果占有非常高百分比。果占有非常高百分比。在生命科学与生物技术在生命科学与生物技术飞速发展今天，热点层出不飞速发展今天，热点层出不穷，这里着重介绍其中几个穷，这里着重介绍其中几个发展热点。发展热点。第三节第三节 新世纪当代生命科学与生物技术新世纪当代生命科学与生物技术72/146n HGP由美国提出并于1990年10月在美国正式开启实施。计划在时间，投入30亿美元，完成人类染色体30亿个碱基序列测定。英、日、德、法等国随即主动响应，使人类基因组计划逐步演变成为一项大型国际科技合作计划。我国作为参加这一计划惟一发展中国家，于1999年跻身人类基因组计划，负担了1测序任务。（一）人类基因组计划（一）人类基因组计划（Human genome projectHuman genome project，HGPHGP）73/146n6月，人类基因组计划完成了人类基因组序列“工作框架图”；年2月又公布了人类基因组“精细图”；该计划已提前至20完成。HGP与曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划并称为二十世纪三大科学计划。n 真正全部完成是在205月18日，英国自然杂志发表了人类第一号染色体基因序列。74/146n 人类基因组 DNA序列图谱完成后，判定基因编码蛋白质功效，以及寻找其在生物和医学应用中主要作用成为了人们关心热点。，国际人类蛋白质组组织(HUPO)正式成立，并迅即在北美、欧洲、韩国、日本成立了对应分支机构。日前，我国也成立了对应人类蛋白质组组织。以研究基因功效为关键“后基因组时代”已经降临。75/146n1997年，克隆羊“多莉”诞生成为生命科学与生物技术领域发展一个重要里程碑,标志着二十一世纪是生命科学世纪提前到来。随后，动物克隆技术发展迅速，在短短几年内，其它哺乳动物克隆相继获得成功，如克隆牛等。由此，人们自然会联想到下一个目标是否会是克隆人。（二）动物及人克隆（二）动物及人克隆克隆羊克隆羊“多莉多莉”76/146吴明杰小组：吴明杰小组：5 5只克隆猪只克隆猪美籍华人杨向东小组：首次取得克隆牛美籍华人杨向东小组：首次取得克隆牛3月中国农业大学李宁：人岩藻糖转移酶基因体细胞克隆牛我国批量生产体细胞我国批量生产体细胞克隆牛达克隆牛达300300多头多头（世界之最）（世界之最）77/146沃尔小组沃尔小组成功克隆成功克隆两只恒河两只恒河猴猴78/146n 11月，美国“先进细胞科技企业”公布，成功克隆了世界上第一个人类胚胎。不过，他们目标在于治疗人类疾病，而不是克隆人体婴儿。许多国家相继颁布相关禁止克隆人法律，不过，现在还不能必定世界上克隆人是否已经存在。克隆人想象图克隆人想象图 79/146n 当前，一些人已声称克隆出了人类，比较著名是，加拿大魁北克地域广为人知邪教雷尔教下属“克隆爱德”企业法国女科学家布瓦瑟利耶宣称，世界上第一个名叫“夏娃”克隆女婴已经于12月26日诞生。n年1月，雷尔教派科研人员又宣称，他们培育世界上第二个克隆婴儿已在北欧诞生。另外205月意大利医生塞韦里诺安蒂诺里也声称另外3名克隆婴儿已经出生，然而，他们所说种种消息均没有提供出任何可信证据，全世界科学家对此说法表示怀疑，其可靠性迄今仍未得到证实。80/146n即使，当前还不能必定克隆人是否已经来到这个世界，但相关克隆人争议却早已进行得如火如荼。n 早在，美国食品和药品管理局便提出警告，不允许在美国进行克隆人试验。n 年6月，意大利众议院经过人工生殖法案，要求进行克隆人试验可判徒刑。人们反对克隆人试验示威人们反对克隆人试验示威81/146多莉羊之父-威尔穆特：3月7日认可自己剽窃行为。然而，克隆研究含有十分诱人前景，就是器官克隆。现在器官移植两大难题是器官起源和异体排斥反应。普通情况下，异体器官移植通常会产生排异反应。但假如能移植克隆器官，这两大难题均可迎刃而解。因领导培育出克隆羊多莉而被誉为“克隆之父”苏格兰科学家伊恩威尔穆特呼吁，克隆人研究不应该被完全禁止，该技术将在预防遗传性疾病等方面发挥巨大作用。4月14日，西安西京医院为一位云南僳僳族男子完成了国内首例“换脸”手术。器官移植：5月26日，城市快报报道，58岁患者移植了26岁脑死亡者心脏（哈尔滨医科大学从属第二医院），头发变黑，外表及心态均变年轻。82/146 1973 1973年重组年重组DNADNA取得成功，开创了基因工程新取得成功，开创了基因工程新时代。生物技术极大地推进了医学和农业科技发展，在时代。生物技术极大地推进了医学和农业科技发展，在这些领域中正展示出辽阔应用前景。这些领域中正展示出辽阔应用前景。（三）转基因动、植物及基因克隆（三）转基因动、植物及基因克隆83/146n19821982年第一只转基因年第一只转基因动物（小老鼠）降生动物（小老鼠）降生以来，各种转基因动以来，各种转基因动物相继问世。物相继问世。n19981998年，中国科学家年，中国科学家取得成功取得了首批取得成功取得了首批（5 5只）转基因山羊。只）转基因山羊。其中一只奶山羊乳汁其中一只奶山羊乳汁中，含有堪称血友病中，含有堪称血友病人救星药品蛋白人救星药品蛋白-有活性人凝血因子。有活性人凝血因子。把大鼠生长因子转入小鼠把大鼠生长因子转入小鼠得到巨大型转基因小鼠。得到巨大型转基因小鼠。84/146日本报导含水母绿色荧光蛋白基因转基因猪85/146 荷兰一家企业用转基因牛生产乳铁蛋白，每年荷兰一家企业用转基因牛生产乳铁蛋白，每年销售额达数亿美元。销售额达数亿美元。英国罗斯林研究所（第一个研究出克降羊）用英国罗斯林研究所（第一个研究出克降羊）用转基因羊生产可治疗肺肿一个蛋白酶，每升羊奶可转基因羊生产可治疗肺肿一个蛋白酶，每升羊奶可售售60006000美元。美元。86/146n 在转基因植物方面，1983年，科学家培育出了第一批转基因植物。最早种植转基因作物国家是中国。n 1995年全球转基因种植面积仅为20万公顷，n 到年全球转基因作物种植面积已到达 6 770万公顷，比增加了15。87/146 全球转基因作全球转基因作物占各自作物种植物占各自作物种植总面积百分比为：总面积百分比为：大豆大豆 55 55 棉花棉花 21 21 油菜油菜 16 16 玉米玉米 11 11 当前，转基因作物中，四种主要转基因作物当前，转基因作物中，四种主要转基因作物占转基因作物总面积分别为：占转基因作物总面积分别为：转基因大豆占转基因大豆占6161；转基因玉米占转基因玉米占2323；转基因棉花占转基因棉花占1111；转基因油菜占转基因油菜占5 5。88/146 转基因作物所携带基因主要包转基因作物所携带基因主要包含抗除草剂、抗虫及抗病基因。含抗除草剂、抗虫及抗病基因。89/146 转基因作物当前转基因作物当前主要种植在美国、阿主要种植在美国、阿根廷、加拿大、中国、根廷、加拿大、中国、巴西和南非。在全球巴西和南非。在全球转基因作物种植面积转基因作物种植面积中，中，美国占美国占6363 阿根廷占阿根廷占2121 加拿大占加拿大占6 6 中国占中国占4 4 巴西占巴西占4 4 南非占南非占1 1。90/146 可榨取有益心脏食用油及味道更鲜美且更轻易消化强化大豆。可榨取有益心脏食用油及味道更鲜美且更轻易消化强化大豆。高含量抗癌物质西红柿。高含量抗癌物质西红柿。可用于生产血红蛋白玉米和预防心脏病发作大豆。可用于生产血红蛋白玉米和预防心脏病发作大豆。内含疫苗香蕉和马铃薯。内含疫苗香蕉和马铃薯。可出产天然蓝色和黄褐色纤维以用于