現(xiàn)代科技概論生命科學 2

現(xiàn)代科學技術概論：生命篇AnIntroductiontoModernScienceandTechnology：LifeScience現(xiàn)代科學技術概論：生命篇AnIntroductiontoModernScienceandTechnology：LifeScience走進生命科學

生命是宇宙中最絢麗的花朵，生命運動是宇宙中最神妙的音樂，今天的人類比以往任何時候都對生命滿懷向往，飽含探索的渴望與熱情?？茖W技術的整體開展為人類探索生命提供了前所未有的強有力的手段，使人類深入了解生命世界，揭示生命科學的真諦成為可能。紅色的健康人體細胞藍色的H5N1禽流感病毒照片顯示H5N1正在攻擊健康的細胞人之初：被精子包圍的卵子Spermcellsswimmingtotheovum8個星期之后，受精卵發(fā)育成初具雛形的胎兒After8weeks,afertilizedeggdevelopsintoanembryo40周后，一個嬰兒來到世界上After40weeks,ababyisborn.新生命的誕生使人們歡欣鼓舞borntomakeyouhappy

人口問題卻又是人類社會面臨的極大挑戰(zhàn)。theproblemofhumanpopulation上個世紀最后10年,印度人口數(shù)量凈增1.8億,于2000年5月正式跨越10億大關,成為世界上人口增長最快的地區(qū)之一糧食

food袁隆平培育出“超級水稻〞畝產(chǎn)達1000公斤健康

health

癌癥、艾滋病……

資源

resources礦物能源〔石油、煤〕必將枯竭，生物能源已在開發(fā)之中。生物燃料

Biofuel藻類燃料

Algaefuel環(huán)境

environment

工業(yè)化前英國鄉(xiāng)村有很多白色蛾子停在布滿淡色苔蘚的樹皮上，不易被鳥發(fā)現(xiàn)；工業(yè)化后，黑色蛾子逐漸取而代之，因為黑煙污染了環(huán)境，黑色蛾子更易藏身。

工人正在向被石油污染的海灘噴灑營養(yǎng)液，促使吃石油的細菌長起來。面對工業(yè)開展所帶來的愈益嚴重的社會問題人口糧食環(huán)境資源健康……人們意識到要從生命科學中去尋求出路。21世紀是生命科學的世紀遺傳學自然選擇的遺傳學基礎

thegeneticfoundationofnaturalselection進化論孟德爾遺傳規(guī)律

Mendelianinheritance.“混合遺傳〞〔blendinginheritance〕：遺傳是“黑+白=灰〞性狀有顯隱之分，“顯性〞〔dominant〕和“隱性〞〔recessive〕性狀別離：在隨幾子代親本的相對性狀〔顯性和隱性〕又都表現(xiàn)出來，常常表現(xiàn)出一定的別離比。別離律：決定同一性狀的成對遺傳因子彼此別離，獨立地遺傳給后代，這區(qū)別于以前流行的混合學說，遺傳因子沒有消失自由組合律：確定不同遺傳性狀的遺傳因子間可以自由組合。孟德爾遺傳規(guī)律

Mendelianinheritance.摩爾根的果蠅

Morganandhisexperimentsonfruitfly摩爾根的果蠅

Morganandhisexperimentsonfruitfly連鎖伴性遺傳Sexlinkage伴性遺傳Sexlinkage50%伴性遺傳Sexlinkagesons50%daughters50%carriers摩爾根的果蠅

Morganandhisexperimentsonfruitfly互換Chromosomalcrossover摩爾根的果蠅

Morganandhisexperimentsonfruitfly摩爾根，1926，?基因論?，基因理論觸須長/短身體灰/黑眼睛紅/紫翅長/短摩爾根的果蠅

Morganandhisexperimentsonfruitfly1.基因是物質遺傳單位；摩爾根，1926，?基因論?，基因理論2.基因坐落在染色體上，總是與一定的連鎖群相聯(lián)系；3.基因能夠重新產(chǎn)生，如在細胞分裂時；4.每個基因所具有的功能并不唯一；5.在同源染色體上，等位基因具有相互吸引的作用。DNA雙螺旋結構

DNAdoublehelix1944年，艾弗里和麥克勞德發(fā)現(xiàn)，細胞中遺傳信息的載體是DNA；1926年，萊文(P.Levene)發(fā)現(xiàn)RNA和DNA；1953年，克里克和沃森提出DNA雙螺旋結構的分子模型；DNA的結構LinusPaulingWatson&CrickDNA雙螺旋結構

DNAdoublehelix1944年，艾弗里和麥克勞德發(fā)現(xiàn)，細胞中遺傳信息的載體是DNA；1926年，萊文(P.Levene)發(fā)現(xiàn)RNA和DNA；1953年，克里克和沃森提出DNA雙螺旋結構的分子模型；分子生物學：生物大分子〔蛋白質、核酸、多糖、脂肪以及結合物，它們在分子水平上表達著各種重要的生命功能，如遺傳、新陳代謝、細胞增殖和分化、免疫等〕的結構及其與功能之間的關系。自然選擇的遺傳學基礎

thegeneticfoundationofnaturalselection1937年，杜布贊斯基，?遺傳學與物種起源?，綜合了達爾文和孟德爾的思想?，F(xiàn)代綜合進化論：

進化是突變、基因重組、選擇與隔離等因素相互作用的結果。突變本身不能導致進化，只是為進化提供了選擇的新材料。進化具有漸進性，是群表達象，其中自然選擇起重要作用。在自然選擇過程中，生物之間的關系不但有生存競爭，還有捕食、寄生、共生、合作等多種方式。進化論的新方向

newdirectionsinevolutionarytheory分子進化：1968年，木村資生，中性突變（漂變）說

在分子水平上，大多數(shù)進化演化和物種內的大多數(shù)變異，不是由自然選擇引起的，而是通過那些對選擇呈中性或近中性的突變等位基因的遺傳漂變引起的。90%的突變有害，有益的突變微乎其微，中性者10%跳變式的進化：自然界除了存在達爾文式的漸變性進化外，還存在跳變式的進化。當生物種群遭遇環(huán)境發(fā)生突然重大變化或稱之為災變時，它們要么走向滅絕，要么遷移。地質災變和物種滅絕對地球上生物的進化歷程也產(chǎn)生了深遠的影響。血友病是凝血因子基因的突變；地中海貧血是珠蛋白的基因突變；腫瘤是體細胞基因突變的結果。正常紅細胞

鐮刀型紅細胞β-珠蛋白第六密碼子GAG突變GTG，其編碼的氨基酸由谷氨突變?yōu)槔i氨酸從而導致鐮刀型細胞貧血癥。1925年，猴子審判案〔ScopesMonkeyTrial〕進化論與創(chuàng)世說

evolutionandcreationisminthepublicschools當時報紙上刊登的挖苦達爾文的漫畫1987年，美國聯(lián)邦最高法院做出裁決：神創(chuàng)論是宗教信仰，不應出現(xiàn)在教授科學的公立學校進化論與創(chuàng)世說

evolutionandcreationisminthepublicschools進化論與創(chuàng)世說

evolutionandcreationisminthepublicschools智能設計論intelligentdesign動植物構造非常復雜，生命只可能是高智慧設計者的產(chǎn)物，而不是自然進化結果。生活在馬達加斯加哈諾馬法納國家公園的惡魔葉尾壁虎優(yōu)生學運動

theeugenicsmovement優(yōu)生學(eugenics)，改進人的遺傳素質，產(chǎn)生優(yōu)秀后代。20世紀，美國在人類歷史上首先發(fā)起了一場宣揚優(yōu)生學的運動。受該運動影響，美國30多個州先后給“非優(yōu)生群體〞實施強制性絕育手術，“被害人〞達6.5萬人，其中還有許多人是在毫不知情的情況下被秘密絕育。這里面包括不少家境貧窮的人。生物技術的興起

theriseofbiotechnology生物技術：應用現(xiàn)代生物科學及某些工程原理，利用生命有機體及其組成來開展新產(chǎn)品或新工藝的技術體系。生物技術：酶工程發(fā)酵工程細胞工程基因工程細胞是機體組成的根本單位細胞細胞群組織機體細胞工程

cellengineering應用細胞生物學和分子生物學的方法，通過某種工程學手段，在細胞水平或細胞器水平上，按照人們的意愿來改變細胞內的遺傳物質，從而獲得新型生物或特種細胞產(chǎn)品、或產(chǎn)物的一門綜合性科學技術。試管植物、試管動物、轉基因生物反響器高等植物細胞具有全能性。從高等植物的幼胚、根、莖、葉、花和果實等不同器官的組織中別離的單個細胞，經(jīng)過特殊培養(yǎng)形成愈傷組織，并可進一步誘導生成完整的植株。細胞工程

cellengineering細胞融合細胞重組雜交瘤技術細胞融合是將不同種類的兩種細胞經(jīng)過特殊處理后放在一起，在某些促融因子作用下發(fā)生融合，形成雜種細胞。細胞重組是把不同種類的細胞的部件重新組合裝配，包括核的移植、葉綠體移植、核糖體重建及線粒體裝配等。細胞工程

cellengineering雜交瘤技術是通過細胞融合產(chǎn)生特異雜交瘤細胞，產(chǎn)生單克隆抗體?？寺〖夹g

cloningtechnology利用生物技術由無性生殖產(chǎn)生與原個體有完全相同基因組之后代的過程克隆人

cloninghumanbeing生殖性克隆克隆的目的是為了繁育和親代具有相同基因組成的動物后代個體。目前生殖性克隆技術的不完善。將乳腺細胞的細胞核植入已去核綿羊卵就重復了277次;在體外培養(yǎng)這珍貴的易核卵時，僅有約十分之一(29個)具有活力，能生長至胚胎發(fā)育的桑椹期或囊胚期。把這29個早期綿羊胚分別植入13只代孕母羊子宮中,最終僅產(chǎn)下一羔──“多莉〞。全世界不同克隆動物存活的百分比和總數(shù)

物種存活后代％克隆動物估計總數(shù)牛15-20＜3000羊5-8＜400山羊3＜400豬＜1＜250貓＜11小鼠＜2＞250兔＜16騾子＜11馬＜11大鼠＜12克隆出來的動物胚胎存活率低，克隆出來的幼仔會有嚴重的缺陷和異常倫理學難題1、人的生殖性克隆是無性生殖。2、對現(xiàn)有社會關系、家庭結構造成巨大沖擊。3、大量基因結構完全相同的克隆人，可能誘發(fā)新型疾病。

術后8周角膜恢復透明

術前從兔子的眼角膜中別離出角膜緣干細胞和角膜基質細胞，經(jīng)過體外培養(yǎng)、擴增，并與可降解生物材料復合，構建出有“活性〞的眼角膜組織，然后移植修復兔角膜缺損，形成了結構完整的透明角膜組織。將不同生物的遺傳物質DNA，按照人們的意愿，在體外或體內進行人工剪切和拼接，然后通過一定的載體，再轉入到所操作的生物體中，使其在所操作的生物體細胞中得到表達，從而產(chǎn)生出人們所需要的產(chǎn)品，或創(chuàng)造出人們所需要的新的生物類型的技術?；蚱唇蛹夹g，DNA重組技術基因工程

geneengineering重組DNA操作的步驟

RecombinantDNAtechnology第一步：獲得需要的目的基因〔外源基因〕第二步：在限制性內切酶和連接酶作用下與克隆載體相連接，形成新的重組DNA分子。第三步：用重組DNA分子轉化受體細胞，使之進入受體細胞并能夠在受體細胞中復制和遺傳。第四步：對轉化子〔獲得外源基因的受體細胞〕進行篩選和鑒定。第五步：對獲得外源基因的細胞或生物體通過發(fā)酵、細胞培養(yǎng)、養(yǎng)殖或栽培等，最終獲得所需要的遺傳性狀或表達出所需要的產(chǎn)物。重組DNA操作通常包括的步驟

第一步：獲得需要的目的基因〔外源基因〕第二步：在限制性內切酶和連接酶作用下與克隆載體相連接，形成新的重組DNA分子。第三步：用重組DNA分子轉化受體細胞，使之進入受體細胞并能夠在受體細胞中復制和遺傳。第四步：對轉化子〔獲得外源基因的受體細胞〕進行篩選和鑒定。第五步：對獲得外源基因的細胞或生物體通過發(fā)酵、細胞培養(yǎng)、養(yǎng)殖或栽培等，最終獲得所需要的遺傳性狀或表達出所需要的產(chǎn)物。由于這種分子水平的操作不受物種生存隔離的限制，能按人類的需要對有利經(jīng)濟的性狀的基因進行組合，因此具有潛在的巨大生產(chǎn)力和經(jīng)濟價值。自1973年人類在實驗室的試管里成功地進行了第一例細菌不同DNA的重組以來，基因工程便一直受到人們的高度關注，技術在不斷的完善，也日益顯示出了其不同尋常的應用價值?；蚬こ?/p>

geneengineering轉基因農(nóng)作物基因工程

geneengineering

種植業(yè)中的應用抗化學除草劑基因轉基因西紅柿固氮酶基因人類DNA……

環(huán)境保護等等基因工程

geneengineering

轉基因植物抗蟲棉普通棉人生長激素、表皮生長因子、腫瘤壞死因子、a-干擾素、纖維素酶、抗血友病因子、紅細胞生成素、尿酶原、白細胞介素-2、集落刺激因子、乙肝疫苗等等例：從轉基因羊的羊奶中提取出治療心臟病的藥物tPA日本公司通過轉基因技術培育出的藍玫瑰

轉基因斑馬魚科研人員把來自水母的綠熒光蛋白基因和?？募t熒光蛋白基因，注射入斑馬魚的早期胚胎。根據(jù)注射的不同基因，斑馬魚會在特別的光照下發(fā)出不同的光輝，叫人看了賞心悅目。

人類基因組方案

thehumangenomeproject,HGP人類基因組方案(humangenomeproject,HGP)是由美國科學家提出，于1990年正式啟動。。美國、英國、法蘭西共和國、德意志聯(lián)邦共和國、日本和我國科學家共同參與了這一價值達30億美元的人類基因組方案。按照這個方案的設想，在2005年，要把人體內約10萬個基因的密碼全部解開，同時繪制出人類基因的譜圖。即揭開組成人體10萬個基因的30億個堿基對的秘密。有助于認識自身、掌握生老病死規(guī)律、疾病的診斷和治療、了解生命的起源。人類基因組方案1%測序中國實驗室圖為科研人員正在基因測序工作人類基因組研究成果說明基因數(shù)量少得驚人人類基因組中存在“熱點〞和大片“荒漠〞三分之一為“垃圾〞DNA種族歧視毫無根據(jù)男性基因突變比例更高人類基因組方案

thehumangenomeproject,HGPHGP對人類疾病基因研究的奉獻HGP帶來的負面作用HGP對醫(yī)學的奉獻HGP對生物技術的奉獻HGP對制藥工業(yè)的奉獻HGP對社會經(jīng)濟的重要影響HGP對生物進化研究的影響生物芯片技術

Bio-chipTechnique生物芯片又稱DNA芯片或基因芯片，它們是DNA雜交探針技術與半導體工業(yè)技術相結合的結晶。該技術系指將大量探針分子固定于支持物上后與帶熒光標記的DNA樣品分子進行雜交，通過檢測每個探針分子的雜交信號強度進而獲取樣品分子的數(shù)量和序列信息。1996年底，美國Affymetrix公司結合照相平板印刷、計算機、半導體、寡核苷酸合成、熒光標記、核酸探針分子雜交和激光共聚掃描等高新技術，研制創(chuàng)造了世界第一塊DNA芯片。生物芯片技術

Bio-chipTechnique一個指甲大的地方就能建個實驗室，診斷肝炎，醫(yī)生可以一次同時測出多種病原微生物，在極短的時間內知道病人被哪種微生物感染，迅速醫(yī)治；想知道胎兒是否患有遺傳病，只要取少量羊水或幾滴父母血液，同時鑒別的遺傳病達數(shù)十種甚至數(shù)千種！這個縮微實驗室名叫“生物芯片〞。生物芯片技術

Bio-chipTechnique陳竺教授說，生物芯片最終將走入千家萬戶。

生物芯片大規(guī)模、高通量檢測，使個人擁有自己的基因卡成為可能，這對預防醫(yī)學極為重要。也許不久的將來，上醫(yī)院看病，不僅要帶病歷卡，還要帶芯片病歷卡。盈盈方寸間，將記錄你的個人遺傳信息，對什么藥物最敏感，醫(yī)生將據(jù)此為每個人設計預防方案，通過生活方式的改變，躲開許多致命的遺傳疾病的侵襲。生物芯片技術

Bio-chipTechnique最近兩年內，基因學專家有望按照對藥物的不同反響，將人分成假設干類型，屆時便能夠準確地判定出誰適合服用哪種藥。這就如同發(fā)給每人一張“基因身份證〞?；蛏矸葑C中包含著比人的指紋更為復雜、更有價值的東西。所有愿意獲取這一身份證的人都會得到如下的信息：適合于什么藥物，不適合于什么藥物；自身容易感染何種疾病，而罹患某些疾病的時機那么微乎其微。嬰兒在呱呱墜地時候便可以得到自己的“基因身份證〞。美國已有人植入人體基因芯片〔“隨身攜帶〞—的身份證〕生物技術面臨的嚴肅問題

Takingthenegativeeffectsofbiotechnologyseriously轉基因技術的平安性問題基因一旦被改動，一方面可能引起生物體內一系列未知的結構與功能的變化；另一方面，轉基因操作對生物體的影響會通過遺傳傳遞。外源基因引入后，是否會影響其他重要的調節(jié)基因，甚至會激活原癌基因？轉基因技術的廣泛應用是否會導致難以消滅的新病原物出現(xiàn)？是否會造成生態(tài)學災難？人類生存環(huán)境異化的后果是什么？人類攝食大量轉基因食品是否會影響人類及其后代的健康？生物技術面臨的嚴肅問題

Takingthenegativeeffectsofbiotechnologyseriously轉基因技術的倫理問題將人類基因轉入食用動物。將某些宗教團體禁止食用的動物基因轉入他們通常食用的動物中，這可能觸怒猶太人和穆斯林，例如將豬的基因轉入綿羊。將動物基因轉入食用植物可能會引起一些素食主義者的特別關注。用含人類基因的生物體作為動物飼料。對轉基因作物及食品的管理對轉基因作物及食品的科學態(tài)度1996年，世界衛(wèi)生組織〔WHO〕第二屆生物技術與食品平安性的專家咨詢會議于意大利羅馬舉行。得出的結論是“生物技術產(chǎn)生的食品的平安性并不固有地比傳統(tǒng)食品的平安性低。〞科學化的管理對轉基因作物及食品建立科學的評價體系〔全球監(jiān)管〕對轉基因作物及食品在消費市場上實行標簽管理(我國對轉基因玉米,油菜,水稻,馬鈴薯,西紅柿等實行標簽管理)媒體對轉基因作物及食品應有正確的導向生物技術面臨的嚴肅問題

Takingthenegativeeffectsofbiote