生物学研究进展课件.ppt

1、2022-8-15生物学研究进展生物学研究进展生物学研究进展生物学研究进展一、生物学是既古老又年轻的科学一、生物学是既古老又年轻的科学2)、1859年，英国生物学家年，英国生物学家达尔文达尔文，出版了出版了物种起源物种起源一书一书,科学地阐述科学地阐述了以了以自然选择学说自然选择学说为中心的生物进化为中心的生物进化理论理论,这是人类对生物界认识的伟大成这是人类对生物界认识的伟大成就，给神创论和物种不变论以沉重的就，给神创论和物种不变论以沉重的打击，在推动现代生物学的发展方面打击，在推动现代生物学的发展方面起了巨大作用。起了巨大作用。近代生物学发展的三个阶段：近代生物学发展的三个阶段：描述、实验

2、、分子生物学描述、实验、分子生物学。一一)、描述性生物学阶段：描述性生物学阶段：1)、19世纪世纪30年代，德国植物学家年代，德国植物学家施莱登施莱登和动物学家和动物学家施施旺提出细胞学说旺提出细胞学说，指出细胞是一切动植物结构的基本单位，指出细胞是一切动植物结构的基本单位，为研究生物的结构、生理、生殖和发育等奠定了基础。为研究生物的结构、生理、生殖和发育等奠定了基础。生物学研究进展二）、实验生物学阶段。二）、实验生物学阶段。19世纪中后期，自然科学在物世纪中后期，自然科学在物理学的带动下取得了较大的成就。理学的带动下取得了较大的成就。物理和化学的实验方法和研究成果物理和化学的实验方法和研究成

3、果也逐渐引进到生物科学的研究领域。也逐渐引进到生物科学的研究领域。到到1900年，随着年，随着孟德尔孟德尔发现的遗传发现的遗传定律定律被重新提出，生物学迈进到第被重新提出，生物学迈进到第二阶段二阶段实验生物学阶段。在这个实验生物学阶段。在这个阶段中，生物学家更多地用阶段中，生物学家更多地用实验手实验手段和理化技术段和理化技术来考察生命过程，由来考察生命过程，由于生物化学、细胞遗传学等分支学于生物化学、细胞遗传学等分支学科不断涌现，使生物科学研究逐渐科不断涌现，使生物科学研究逐渐集中到分析生命活动的基本规律上集中到分析生命活动的基本规律上来。来。生物学研究进展三）、分子生物学阶段：三）、分子生物

4、学阶段：20世纪世纪30年代以来，生物科年代以来，生物科学研究的主要目标是生物大分学研究的主要目标是生物大分子子蛋白质和核酸上蛋白质和核酸上。1944年，美国生物学家年，美国生物学家艾弗艾弗里里用细菌作实验，第一次证明了用细菌作实验，第一次证明了DNA是遗传物质是遗传物质。1953年，美国科学家年，美国科学家沃森沃森和英和英国科学家国科学家克里克克里克共同提出了共同提出了DNA分子双螺旋结构模型分子双螺旋结构模型(图图5)，这是这是20世纪生物科学最伟大的成世纪生物科学最伟大的成就就，标志着生物科学的发展进入，标志着生物科学的发展进入了一个新阶段了一个新阶段-分子生物学分子生物学阶段。阶段。生

5、物学研究进展二、当代生物科学的新进展二、当代生物科学的新进展：生物科学已经从基本上是生物科学已经从基本上是静态的静态的、以、以形态形态描述与分析描述与分析为主的学科演化发展成为主的学科演化发展成动态的动态的、以、以实验为基础的定量实验为基础的定量的学科。为表达其鲜明的时的学科。为表达其鲜明的时代特征，人们将其称为代特征，人们将其称为生命科学生命科学。当今的生命科学正当今的生命科学正从分化走向综合从分化走向综合，其特，其特征是对分子、细胞、组织、器官及整体的全方征是对分子、细胞、组织、器官及整体的全方位的综合研究。如果说，位的综合研究。如果说，20世纪生物学是世纪生物学是分化分化的世纪，那么的世

6、纪，那么21世纪生命科学将从世纪生命科学将从分化走向综分化走向综合合。目前，生命科学正目前，生命科学正向微观、宏观向微观、宏观两个方向两个方向纵深发展，纵深发展，生物技术的应用生物技术的应用前景也非常广阔。前景也非常广阔。生物学研究进展一）、宏观方面一）、宏观方面 生态学生态学研究人类生存的大环境，已成为生命研究人类生存的大环境，已成为生命科学中最为活跃的研究方向之一。其范畴扩展到科学中最为活跃的研究方向之一。其范畴扩展到对对整个生物圈整个生物圈的研究。的研究。1：生物圈的概念：生物圈的概念：地球上由各种生物和它们地生活环境所组地球上由各种生物和它们地生活环境所组成的环绕地球表面的圈层。成的环

7、绕地球表面的圈层。生物圈生物圈的组成的组成大气大气圈的圈的底底部部水水圈的圈的全全部部岩石岩石圈的圈的上上部部生物学研究进展 以前人们对生物圈缺少认识和关心，对其中的森以前人们对生物圈缺少认识和关心，对其中的森林乱砍滥伐，对草原随意开垦，对各种动物乱捕滥杀，林乱砍滥伐，对草原随意开垦，对各种动物乱捕滥杀，并把大量的废物以及有毒物质任意倾倒和排放，致使并把大量的废物以及有毒物质任意倾倒和排放，致使这个大环境遭到严重破坏和污染，生物圈面临崩溃的这个大环境遭到严重破坏和污染，生物圈面临崩溃的危险。危险。人们感到人们感到21世纪世纪人类面临的首要问题就是人类面临的首要问题就是人类的生存和发展人类的生存

8、和发展。人类生存的惟一家园是地球。人。人类生存的惟一家园是地球。人在地球上生活离不开地球的环境条件和其他各种生物，在地球上生活离不开地球的环境条件和其他各种生物，因此，人要生存下去并得到持续发展，必须爱护地球，因此，人要生存下去并得到持续发展，必须爱护地球，关爱其他生物，保持人与自然的和谐发展。关爱其他生物，保持人与自然的和谐发展。目前面临的目前面临的人口、环境、能源、污染、水土流人口、环境、能源、污染、水土流失失这一系列困扰人类的问题，在一个局部范围内这一系列困扰人类的问题，在一个局部范围内都是不可能得到解决的，只有把地球看作一个整体来都是不可能得到解决的，只有把地球看作一个整体来研究，才有

9、可能获得突破性进展。研究，才有可能获得突破性进展。2、为什么当今世界特别重视生物圈的研究、为什么当今世界特别重视生物圈的研究?生物学研究进展地球是人类唯地球是人类唯一的家园。让我们一一的家园。让我们一起来保护我们的家园。起来保护我们的家园。这，就是黄河上游的黄土高原！一这，就是黄河上游的黄土高原！一个人类不能居住，鸟儿无处做窝，连蚯个人类不能居住，鸟儿无处做窝，连蚯蚓也找不出几条的地方。蚓也找不出几条的地方。在两千多年前，这里根本就不是这在两千多年前，这里根本就不是这个样子，那时这里林木茂盛，山青水秀，个样子，那时这里林木茂盛，山青水秀，是一个富饶美丽的地方。是一个富饶美丽的地方。她成为现在这

10、个样子，完全是人类她成为现在这个样子，完全是人类造成的，是大自然对人类掠夺式开发自造成的，是大自然对人类掠夺式开发自然资源的无情的报复！然资源的无情的报复！生物学研究进展3、挽救危机：、挽救危机：早在早在1971年联合国就制定了年联合国就制定了“人与生物圈人与生物圈”的研究的研究计划，谋求协调人与生物圈的关系，合理地开发和利用生计划，谋求协调人与生物圈的关系，合理地开发和利用生物资源，维护和改善自然环境，化害为利，逐步创造出一物资源，维护和改善自然环境，化害为利，逐步创造出一个适合人类和各种生物生存的美好环境。个适合人类和各种生物生存的美好环境。根据这种思想，国外一些学者提出根据这种思想，国外

11、一些学者提出“地球村地球村”、“地地球飞船球飞船”等想法，说明地球是一个大家庭。这种意识不仅等想法，说明地球是一个大家庭。这种意识不仅在自然科学，而且在社会科学、文化道德等方面都会产生在自然科学，而且在社会科学、文化道德等方面都会产生深远的影响。深远的影响。目前关于生物圈的模拟研究，无论是美国建造的目前关于生物圈的模拟研究，无论是美国建造的“生物圈生物圈2号号”，还是日本搞的，还是日本搞的“第二个生物圈计划第二个生物圈计划”，都想建造一个完全封闭的都想建造一个完全封闭的“小地球小地球”，但经过多年实验，但经过多年实验最最终失败终失败。由此说明，在目前条件下，人类还无法模拟出类。由此说明，在目前

12、条件下，人类还无法模拟出类似地球可供人类长期生存的生态环境，似地球可供人类长期生存的生态环境，地球是人类地球是人类唯一唯一的的家园。家园。生物学研究进展右图是美国科右图是美国科学家于学家于19841984年开始兴年开始兴建的建的“生物圈生物圈号号”实验室，实验室，19931993年年1 1月月建成后建成后8 8位科学家入位科学家入住里面欲通过自己生住里面欲通过自己生产各种生存所需在里产各种生存所需在里面生活两年，结果才面生活两年，结果才过了一年多一点就因过了一年多一点就因里面里面氧气减少、粮食减产不得不撤出。氧气减少、粮食减产不得不撤出。该实验说明，在目前技术条件下要在生物圈该实验说明，在目前

13、技术条件下要在生物圈之外建一个适于人类生活的生态系统是非常困难之外建一个适于人类生活的生态系统是非常困难的。因为系统的稳定性很难做到。的。因为系统的稳定性很难做到。生物学研究进展4、生态学研究的热点、生态学研究的热点1）、）、地球变化地球变化的研究：地球变暖、臭氧层的的研究：地球变暖、臭氧层的破坏、沙漠化、海洋污染、野生物种减少等问破坏、沙漠化、海洋污染、野生物种减少等问题。题。2）、生物多样性）、生物多样性包括包括物种物种多样性、多样性、遗传遗传多样多样性和性和生态系统生态系统多样性。多样性。为了保护生物的多样性，建立为了保护生物的多样性，建立自然保护区自然保护区。在此基础上，联合国教科文组

14、织又提出了在此基础上，联合国教科文组织又提出了生物生物圈保护区圈保护区的概念，保护区不是一个的概念，保护区不是一个“堡垒式堡垒式”或或“要塞式要塞式”的庄园，而是一个开放的资源管的庄园，而是一个开放的资源管理的战略基地理的战略基地。生物学研究进展5、当前生态学在实际研究中最多的、当前生态学在实际研究中最多的是是“生态农业，和建立生态农业，和建立“生态村生态村”。“生态农业生态农业”，强调生物与环境、资，强调生物与环境、资源相协调，充分认识生态系统自身的多样源相协调，充分认识生态系统自身的多样化，强调生态系统的生物过程，充分发挥化，强调生态系统的生物过程，充分发挥其自我调节和自我维护能力重视生态

15、系其自我调节和自我维护能力重视生态系统中物质和能量多层次、多途径的转化和统中物质和能量多层次、多途径的转化和利用，因而生态农业是最经济和最高效的利用，因而生态农业是最经济和最高效的农业。农业。生物学研究进展农作农作物物饲料饲料粪肥粪肥家禽家禽（畜）（畜）人人食物物食物物粪肥粪肥生态生态农农 业业 生生 态态 系系 统统 的结构模式图的结构模式图传统传统农业生态农业生态系统结构系统结构农作农作物物饲饲料料粪粪肥肥家禽家禽（畜）（畜）人人秸杆秸杆沼气沼气池池沼液作肥料沼液作肥料燃燃料料粪便粪便食用食用菌菌菌渣菌渣等等粪便粪便沼渣沼渣生物学研究进展二）微观方面二）微观方面 分子生物学分子生物学(包括

16、分子遗传学包括分子遗传学)、细胞生物学和、细胞生物学和神经生物学神经生物学(或脑科学或脑科学)已发展成当代生命科学研究已发展成当代生命科学研究的三大热点。的三大热点。1、“人类基因组人类基因组划划”(HumanGenomeProject)。与原子弹的与原子弹的“曼曼哈顿计划哈顿计划”和登月球的和登月球的“阿波罗计划阿波罗计划”相比拟的相比拟的宏伟工程，自宏伟工程，自1990年正式启动以来，经过全球科年正式启动以来，经过全球科学家们的共同努力，于学家们的共同努力，于2000年年6月月26日向世界宣布日向世界宣布“人类基因组工作草图人类基因组工作草图”已基本绘制完成已基本绘制完成，标志，标志着人类

17、认识新纪元的开始。当然，人类基因组测着人类认识新纪元的开始。当然，人类基因组测序的完成并不等于工作的结束，还要认清上面有序的完成并不等于工作的结束，还要认清上面有多少基因，以及这些基因是如何发挥作用的，因多少基因，以及这些基因是如何发挥作用的，因而诞生了而诞生了“后基因组计划后基因组计划”。生物学研究进展 2、脑科学脑科学(思维科学或神经生物学思维科学或神经生物学)是生命科学研究的又一前沿领域是生命科学研究的又一前沿领域。目前科学家们把目前科学家们把脑科学、认知科学、心理学、脑科学、认知科学、心理学、行为学行为学从生命科学里单独出来，因为它是更高一从生命科学里单独出来，因为它是更高一个层次的研

18、究，是个层次的研究，是最深的奥秘的探索最深的奥秘的探索，是当代自，是当代自然科学面临的然科学面临的最大挑战最大挑战之一。之一。近近30年来，脑科学出现了爆炸性的发展，特年来，脑科学出现了爆炸性的发展，特别是近别是近10年来发展更为迅速，被誉为年来发展更为迅速，被誉为“脑的脑的10年年”。如果说，生命科学以分子为基础正酝酿着。如果说，生命科学以分子为基础正酝酿着重大突破，并将为农业、医疗医药和人类健康带重大突破，并将为农业、医疗医药和人类健康带来新的革命，那么，脑科学、认知科学、心理学、来新的革命，那么，脑科学、认知科学、心理学、行为学的研究进展与突破，将为人类教育、社会、行为学的研究进展与突破

19、，将为人类教育、社会、经济发展和信息技术带来革命。经济发展和信息技术带来革命。生物学研究进展 三）、应用领域三）、应用领域 生物工程生物工程(也叫生物技术也叫生物技术)如，如，基因重组技术基因重组技术、PCR技术技术、DNA和蛋白质序列分析技术和蛋白质序列分析技术、分子杂分子杂交技术、细胞和组织培养技术、细胞融合技术、交技术、细胞和组织培养技术、细胞融合技术、核移植技术核移植技术等，促进了基因工程、蛋白质工程、等，促进了基因工程、蛋白质工程、细胞工程、酶工程、染色体工程、组织工程、胚细胞工程、酶工程、染色体工程、组织工程、胚胎工程等的诞生和发展，已在工业、农业和医疗胎工程等的诞生和发展，已在工

20、业、农业和医疗卫生等方面得到了广泛应用，并取得许多突破性卫生等方面得到了广泛应用，并取得许多突破性进展。进展。21世纪，世纪，生命科学技术是对社会影响最大的领生命科学技术是对社会影响最大的领域域，将在保护人类健康、促进农业生产发展、恢，将在保护人类健康、促进农业生产发展、恢复生态环境等方面作出不可估量的贡献。复生态环境等方面作出不可估量的贡献。生物学研究进展 1医疗保健方面医疗保健方面 1）在疾病的诊断上在疾病的诊断上，21世纪可望对人类大部分疾病世纪可望对人类大部分疾病实现实现基因水平的诊断基因水平的诊断，再辅助以先进的医疗器械，便可以，再辅助以先进的医疗器械，便可以准确无误地诊断病因，使患

21、者得到及时治疗。准确无误地诊断病因，使患者得到及时治疗。2）在治疗方面在治疗方面，未来的疾病治疗是以，未来的疾病治疗是以基因治疗基因治疗为主，为主，即把人的正常基因导人病人体内，使它代替异常致病基因，即把人的正常基因导人病人体内，使它代替异常致病基因，从而达到治疗目的因而像遗传病、恶性肿瘤、艾滋病、心从而达到治疗目的因而像遗传病、恶性肿瘤、艾滋病、心血管病等都将成为可治之病。血管病等都将成为可治之病。3）人衰老的原因人衰老的原因也会从根本上得到阐明，以后将有相也会从根本上得到阐明，以后将有相应的措施和对策，实现人类延年益寿的梦想。应的措施和对策，实现人类延年益寿的梦想。4）今后医疗发展的一个明

22、显趋势是更加注意预防医学今后医疗发展的一个明显趋势是更加注意预防医学和日常保健和日常保健，当前应特别重视防止世界性的流行病，当前应特别重视防止世界性的流行病(如艾如艾滋病、疯牛病、埃博拉病毒病、登革热病等滋病、疯牛病、埃博拉病毒病、登革热病等)入侵，确保入侵，确保人类生命的安全。人类生命的安全。生物学研究进展2农业方面农业方面 未来的生物技术将彻底改变农业面貌。未来的生物技术将彻底改变农业面貌。转基因技术将转基因技术将引起一场农业革命引起一场农业革命。转基因技术能使动植物具有它原来没。转基因技术能使动植物具有它原来没有的全新的特性，达到改良食品特性、扩充食品内容，使有的全新的特性，达到改良食品

23、特性、扩充食品内容，使粮食更有利于人体健康，并可以预测丰收，提高水的利用粮食更有利于人体健康，并可以预测丰收，提高水的利用率以及减少农药、化肥的使用等等。随着基因工程的进展，率以及减少农药、化肥的使用等等。随着基因工程的进展，转基因产品转基因产品已进入商业运作阶段。据测，在已进入商业运作阶段。据测，在21世纪初，世纪初，转基因产品将占领很大市场。转基因产品将占领很大市场。另外，农业基因组学在另外，农业基因组学在水稻基因组水稻基因组研究上已有所突破。研究上已有所突破。它的基因组可以提供小麦、玉米、高粱、谷子等的同源基它的基因组可以提供小麦、玉米、高粱、谷子等的同源基因，这一成果将为解决人类因，这

24、一成果将为解决人类21世纪面临的粮食问题作出世纪面临的粮食问题作出重要贡献。一般认为，新世重要贡献。一般认为，新世 纪的粮食增产将有纪的粮食增产将有50是靠是靠基因工程创造的。基因工程在农业上大有可为。基因工程创造的。基因工程在农业上大有可为。生物学研究进展 3环保方面环保方面 生物技术在环境治理方面可以发挥不可替代的作用。生物技术在环境治理方面可以发挥不可替代的作用。它的最大特点是可以它的最大特点是可以根据环境治理的需要，设计、构建比根据环境治理的需要，设计、构建比天然微生物净化环境的能力强和效率高得多的工程微生物天然微生物净化环境的能力强和效率高得多的工程微生物(“超级工程菌超级工程菌”)

25、。它可以处理。它可以处理“三废三废”，还能从废弃物，还能从废弃物中中“变废为宝变废为宝”，提取有用物质。此外，在，提取有用物质。此外，在保护生物多样保护生物多样性性方面，克隆技术、生殖工程等可以挽救珍稀濒危的动、方面，克隆技术、生殖工程等可以挽救珍稀濒危的动、植物，而这些均是化学、物理学等环境治理手段无法比拟植物，而这些均是化学、物理学等环境治理手段无法比拟的。的。4工业方面工业方面 生物工程的发展不仅生物工程的发展不仅影响食品、药物影响食品、药物工业的生产，而工业的生产，而且会产生许多且会产生许多新兴产业新兴产业，除发酵工程、酶工程外，还可将，除发酵工程、酶工程外，还可将细菌、哺乳动物或植物

26、作为生产药物的细菌、哺乳动物或植物作为生产药物的“工厂工厂”，如，如“土土豆工厂豆工厂”、“奶牛工厂奶牛工厂”、“细胞工厂细胞工厂”等应运而生，开等应运而生，开辟新的产业。辟新的产业。生物学研究进展5、仿生学的发展，、仿生学的发展，模拟模拟“蛙眼蛙眼”、“电子耳电子耳”、“电子鼻电子鼻”模拟模拟器官、人造瓣膜、人工喉、人造关节等已在医学器官、人造瓣膜、人工喉、人造关节等已在医学上广泛应用。上广泛应用。生物传感器生物传感器是另一个热门课题。神是另一个热门课题。神经网络的仿生学和生物力学等方面的研究已取得经网络的仿生学和生物力学等方面的研究已取得一定进展，有人预计一定进展，有人预计21世纪世纪人工智能机器人人工智能机器人将代将代替人类做许多事情，直接把生物系统过程连接到替人类做许多事情，直接把生物系统过程连接到技术系统中去研究，是今后仿生学的主要发展方技术系统中去研究，是今后仿生学的主要发展方向。向。目前科学家们还利用生物分子计算机已研制开目前科学家们还利用生物分子计算机已研制开发出某些发出某些“生物芯片生物芯片”，利用这种，利用这种“生物芯片生物芯片”制成的计算机是当今各代计算机远不能相比的，制成的计算机是当今各代计算机远不能相比的，生物技术在工业上的应用前景也非常广阔。生物技术在工业上的应用前景也非常广阔。2022-8-15生物学研究进展