1、生命科学课程考核要求考核方式：课程作业上交时间：2011-10-23（星期日）上午内容要求：写一篇关于生命科学的论文，论文标题为“生命科学结课报告” ，提纲为：1、 生命科学涵盖的主要内容，非生命科学专业本科生学习生命科学课程的意义。2、从生物体的元素及分子组成的角度，联系生活实际谈谈我们现代人应如何选择食物，安排健康合理的膳食？3、用“繁殖、遗传和变异”的相关知识，分析“转基因”生物（食物）的影响。4、人类与环境的关系。5、 生命科学课程学习心得（至少 500 字）打印要求：用 A4 纸双面打印，在论文中应包含学生学号、姓名等相关作者信息；作者信息应放在论文标题的下一行。标题用“黑体二号”
2、；一级标题用“黑体四号” ；正文用“宋体小四” ，单倍行距。评分标准：1、论文内容必须包括提纲中的 5 个方面，每缺少一方面扣 10 分。论文总字数不得少于 2000，不多于 4000。2、学习心得深刻的加 10 分。3、论文排版合乎要求的加 5 分。4、论文评分为百分制，占总评成绩的 70%附：生命科学课程摘要第一讲 总论细胞是生命的基本单位；新陈代谢、生长和运动是生命的本能；生命通过繁殖而延续，DNA 是生物遗传的基本物质；生物具有个体发育的经历和系统进化的历史；生物对外界刺激可产生应激反应并对环境具有适应性。生命是集合这些主要特征的物质存在形式。生命科学已成为自然科学的“带头科学” 。解
3、决人类生存与发展所面临的一系列重大问题，在很大程度上将依赖于生命科学的发展。掌握生命科学和相关学科的新理论和新技术，解决人类共同面临的重大问题是我们每一个人的义务和责任，也是培养既懂生命科学又有其他专门学科知识的复合型人才的需要。 现代生命科学研究正在由宏观向微观深入发展，分子生物学正在向揭示生命的本质方向迈进。生命科学的微观与宏观领域是相互联系、相辅相成的,我们需要从微观和宏观两个方面把握生命科学的基本概念和内容。创新性的科学研究推动了生命科学的进步和大发展，深刻地影响着人们的世界观、价值观和人生观，也深刻改变了人类文明的发展进程。科学研究经常采用演绎和归纳两种基本的系统思维方式。科学研究中
4、，科学家以科技研究论文的形式达到交流的目的。第二讲 生命的组成物质及基本单位生命元素中，碳元素具有特别重要的作用。生物大分子的基本性质取决于有机化合物的碳骨架和功能基团。蛋白质、核酸、脂质和多糖等，都是由含有功能基团的相同或相近的单体脱水缩合而成。糖类包括单糖、寡糖和多糖。糖是生物代谢过程的重要中间代谢物，是细胞重要的结构成分，又是生命活动的主要能源。脂质分子含 C、H、O 3 种元素，但 H 与 O 的比值远大于 2，脂质不溶于水，可溶于非极性溶剂。中性脂肪和油都是由甘油和脂肪酸结合成的脂质。卵磷脂或称磷脂酰胆碱是细胞中最重要的一类磷脂，是生物膜脂质双层的主要成分。 蛋白质是细胞最重要的结构
5、成分并参与所有的生命活动过程。蛋白质的特定构象对于蛋白质的功能起决定性的作用。核酸包括脱氧核糖核酸（DNA)和核糖核酸(RNA)两类。 DNA 是右旋的双螺旋结构。DNA 是遗传信息的携带者。贮存遗传信息的特殊 DNA 片段称为基因，它决定蛋白质的功能。RNA 是一类单链分子，在蛋白质的合成中起重要作用。1953 年，Watson 和 Crick 建立了 DNA 双螺旋结构理论，奠定了现代分子生物学的基础。细胞是具有完整生命力的最简单的物质集合形式。细胞是独立有序、能够进行自我代谢调控的结构与功能体系。细胞是生物体生长发育的基础。细胞的形成又是生物进化的起点。细胞的形状多种多样。按照结构的复杂
6、程度及进化顺序，全部细胞可归并为原核细胞和真核细胞。按照细胞的自养与异养类型还可将大部分真核细胞分为植物细胞和动物细胞。植物的细胞壁维持着植物的形态。细胞膜内透明黏稠可流动的细胞基质中分布着许多细胞器。细胞核含有控制细胞生命活动的最主要的遗传物质，是细胞中的信息中心。细胞核包括核膜、核纤层、核基质、染色质和核仁等部分。染色质 DNA 含有大量的基因，是生命的遗传物质。核仁是核糖体亚单位发生的场所，核糖体是蛋白质合成的场所。 真核细胞细胞质内遍布着内膜系统,包括内质网、高尔基体、溶酶体和分泌泡等。光面内质网是脂质合成和代谢的重要场所，粗面内质网膜上附有颗粒状的核糖体，在蛋白质的合成与运输方面起重
7、要的协同作用。高尔基体是内质网合成产物和细胞分泌物的加工和包装场所；溶酶体由高尔基体断裂而产生, 内含多种水解酶，对细胞营养、免疫防御、清除有害物质及应激等具有重要的作用。线粒体是由内膜和外膜包裹的囊状结构，是细胞呼吸和能量代谢中心。叶绿体是植物进行光合作用产生有机分子的细胞器。 微体与溶酶体类似，包括过氧化物酶体和乙醛酸体，含有氧化酶、过氧化氢酶等。液泡是植物细胞中单层膜包被的充满水溶液的泡，是植物细胞代谢废物囤积的场所，还与大分子的降解和细胞质组成物质的再循环有关。细胞骨架是细胞内以蛋白质纤维为主要成分的立体网络结构，维持着细胞的形态结构及内部结构的有序性。 按照生物膜的“流动镶嵌模型”
8、，细胞膜是一种磷脂双分子层结构，磷脂分子疏水的“尾”向着内侧背离水相而相对排列，磷脂分子亲水的“头”向着外侧，暴露于两侧的亲水区。膜内部磷脂和蛋白质分子的位置是不固定的，它们在膜的水平方向甚至在垂直方向都可以自由地流动和变化。分子随机运动导致的简单扩散是物质跨膜被动运输的一种最主要的方式，这种被动运输不需要能量，并且顺化学浓度梯度进行。主动运输是逆化学浓度梯度的运输方式，需要膜蛋白的参与并需要消耗一定的化学能量。生物大分子或颗粒物质的跨膜运输主要靠胞吞和胞吐两种形式来完成。另外，生物膜还有信息处理、能量转化、化学反应的组织与控制和受刺激后发生电化学变化等功能。真核细胞分裂涉及染色体复制、有丝分
9、裂、减数分裂、细胞周期控制等复杂过程。在细胞分裂时期，构成染色质的长链 DNA 分子经过紧密缠绕、折叠、凝缩，并与蛋白质结合，形成染色体。有分裂能力的细胞从一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的一个完整过程称为一个细胞周期，有丝分裂使新形成的两个子细胞具有与母细胞完全相同的染色体形态和数目。 从单细胞生物到高等多细胞生物，都普遍存在细胞周期的控制系统。在真核细胞中，这一控制系统包含3 个主要细胞周期检验点。周期性细胞能否顺利通过检验点进入下一时相，关键取决于细胞内部周期蛋白和周期蛋白依赖性激酶组成的引擎分子的周期性变化。由二倍体细胞形成单倍体细胞需要在细胞分裂过程中染色体数目减半，伴随着染色体数
10、目减半的细胞分裂称为减数分裂。减数分裂为子代生物遗传特性的变异提供了可能，也保持了物种的遗传物质即染色体数目的恒定。显微镜能否清晰地观察细胞样品及结构取决于放大倍数、分辨率、样品的反差等，显微镜观察是细胞生物学研究的主要方法。细胞生物学研究的一般方法还包括：细胞破碎技术和超离心技术来分离细胞组分，化学显色方法来检测生物大分子在细胞中的含量和分布，放射自显影技术来检测特定标记的生物大分子的位置与含量，流式细胞仪连续测定细胞中 DNA 含量。第三讲 能量与代谢代谢可定义为发生在生物体内全部的化学物质和能量的转化过程。生物体将简单小分子合成复杂大分子并消耗能量的过程称为同化作用或合成代谢；生物体将复
11、杂化合物分解为简单小分子并放出能量的反应，称为异化作用或分解代谢。生物体的新陈代谢符合热力学第一定律和第二定律。将生物及其环境看作为一个孤立系统，其能量始终是守恒的。系统的各种过程总是向着熵值增大的方向进行。生物体能够通过新陈代谢不断地从周围环境吸取负熵维持高度有序的生存状态。自发反应可释放自由能，称为放能反应。相反，需要从外界输入自由能才能进行的反应称为吸能反应。ATP 是细胞中能量的通货。酶是具有催化作用的蛋白质，它可以降低化学反应所需要的活化能。在催化反应中，酶首先与底物结合形成不稳定的中间产物。酶能特异性地识别其特定底物从而催化专一的反应。酶的特异性在于酶的活性中心形状与底物分子的形状
12、具有特殊的匹配合作关系，这种诱导契合关系促进了酶与底物相互作用。影响酶活性的主要因素包括温度、pH 和抑制剂等。大多数辅酶都是一些具有核苷酸结构的维生素。在生物体中能量的生成通常是氧化-还原反应及电子与质子流动和传递的结果。细胞呼吸的化学过程包括糖酵解、Krebs 和氧化磷酸化 3 个阶段。糖酵解发生在线粒体外的细胞质中，包括 10 步化学反应，将 1 个六碳的葡萄糖分解成 2 个三碳的丙酮酸，净产生 2 个 ATP，还生成 2 分子NADH，糖酵解过程不需要氧参与。糖酵解最终形成的丙酮酸由细胞质进入到线粒体后首先氧化脱羧释放出1 分子 CO2，剩余的二碳片段与辅酶 A 结合形成二碳的乙酰辅酶
13、 A，同时 NAD+接受该反应放出的氢和电子，形成了 NADH。乙酰 CoA 的乙酰基与 4 碳的草酰乙酸反应生成了 6 碳的柠檬酸，接下来，柠檬酸继续氧化, 通过 9 步反应，逐步脱去 2 个羧基碳, 又形成四碳的草酰乙酸,由此完成了一轮循环。每一轮循环放出 2 分子CO2 和 8 个 H，产生 3 分子 NADH 和 1 分子 FADH2，还直接产生 1 分子 ATP。氧化磷酸化阶段，贮存于NADH 和 FADH2 的高能电子沿分布于线粒体内膜上的电子传递链传递，最后到达分子氧，高能电子逐步释放的能量合成了更多的 ATP。Mitchell 的化学渗透学说解释了线粒体内膜上电子传递过程中氧化
14、磷酸化及ATP 形成的机制。蛋白质和脂肪消化水解后产生的氨基酸与脂肪酸也都可以经过氧化分解为细胞提供能量，氨基酸经过脱氨变成 Krebs 循环中的有机酸，脂肪酸可以与辅酶 A 结合氧化生成乙酰辅酶 A 而进入 Krebs 循环，甘油则可以转变为磷酸甘油醛进入糖酵解过程。植物捕获和利用太阳能，将无机物合成为有机物，即将太阳能转化为化学能并贮存在葡萄糖和其他有机分子中，这一过程称为光合作用。植物的光合作用发生在叶绿体中。光合膜是植物利用光能进行光反应最重要的场所。叶绿素分子就是一种可以被可见光激发的色素分子，在光子驱动下发生的得失电子反应是光合作用过程中最基本的反应。叶绿素 a 是启动光反应的主要
15、色素，其他色素主要起捕捉和转递光能的作用。整个光合作用可分为光反应和暗反应两大部分。一般植物的光反应由 2 个光系统及电子传递链来完成。当光系统的天线色素复合物吸收或捕获太阳能并把光能传递到光系统反应中心时，光系统的 P700 和光系统的 P680 分子被激发并快速地放出高能电子。在类囊体膜上，光系统 I 和光系统 II 组成了一种线性非循环电子传递链，在光的驱动下，电子在类囊体膜上由光系统 II 流向光系统 I 过程中电子能量逐渐下降，这些能量被用于将氢质子从类囊体的外侧基质转移到类囊体的内腔中，由此造成了跨膜的质子梯度，导致了 ATP的形成。光合作用过程中二氧化碳被固定最终形成葡萄糖的反应
16、（暗反应）是通过 Calvin 循环进行的，它发生在叶绿体的基质中。在光反应的基础上，不需要光的暗反应利用光反应中产生的 ATP 和 NADPH 来还原CO2，即通过碳同化产生葡萄糖。 C4 植物具有比 C3 植物更高的对炎热干旱环境的适应性，并保持着较高的光合作用效率。第四讲 生命的繁殖、遗传和变异经典的遗传学提出，一对等位基因在形成配子时完全独立地分离到不同的配子中去，相互不影响。当两对或更多对基因处于异质接合状态时，它们在形成配子时的分离是彼此独立不相牵连的，受精时不同配子相互间进行自由组合。经典的遗传学反映了一些有性生殖过程中遗传性状的传递规律，还合理地解释了性连锁基因、伴性遗传现象以
17、及基因的连锁和交换现象等。 著名的肺炎链球菌实验提出了 DNA 是遗传物质，更有说服力的噬菌体实验证实了这一结论。1953 年，Watson 和 Crick 建立了 DNA 双螺旋结构理论，奠定了生命遗传的分子生物学基础。两条链的碱基对之间由氢键相连互补，在细胞分裂前 DNA 复制的时候，可以使贮藏在 DNA 分子中以 4 种核酸碱基编码的遗传信息得以稳定地向下一代传递。细胞中 DNA 的复制以亲代的一条 DNA 为模板，在 DNA 聚合酶的作用下，按照碱基互补的原则，由 5向 3方向合成另一条具有互补碱基的新链，复制的 DNA 子链与亲代双链完全相同，细胞中 DNA 的复制被称为半保留复制。
18、RNA 大多是单链分子，细胞中主要有 3 种 RNA。mRNA 是遗传信息的携带者，作为蛋白质合成的模板。tRNA 起识别密码子和携带相应氨基酸的作用。rRNA 与蛋白质共同组成的复合体就是核糖体。以 DNA 分子为模板，按照碱基互补的原则，合成一条单链的 mRNA，DNA 分子携带的遗传信息被转移到 RNA 分子中的过程称为转录。按照 mRNA 上密码子的信息指导氨基酸单体合成为多肽链的过程称为mRNA 的翻译。合成完毕的多肽链从核糖体中被释放出来，再折叠组装成有功能的蛋白质。蛋白质合成以后还要经历各种修饰和加工，真核细胞中蛋白质的修饰加工往往在特定的细胞器中进行。DNA 分子可以自我复制，
19、也可以转录成 mRNA，mRNA 再把遗传信息翻译成蛋白质，即遗传信息由DNA RNA蛋白质流动。 RNA 也可以进行自我复制和反向转录形成互补的 DNA，然后 DNA 转录产生mRNA 再进行蛋白质的翻译。这些便构成了分子遗传新的“中心法则” 。原核与真核基因表达存在差异，真核基因更复杂。原核生物乳糖操纵子学说解释了原核基因表达调控的原理。绝大多数的真核生物细胞中不存在类似于原核生物的操纵子。真核基因的转录需要 3 种 RNA 聚合酶，分别负责不同基因的转录，同时还需要有识别和结合启动子的转录因子。真核基因转录因子包括基本转录因子，转录激活因子和转录抑制因子。这些转录因子都是一些特异性 DN
20、A 结合蛋白。转录因子的 DNA 结合基序主要有螺旋-转角- 螺旋、锌指、亮氨酸拉链等几种。真核生物基因表达的调控可以发生在不同的水平上。细胞中核酸序列的改变通过基因表达有可能导致生物遗传特征的变化，称为基因突变。DNA 序列中涉及单个核苷酸或碱基的变化称为点突变，包括碱基或核苷酸的替换、插入和缺失，可以形成同义突变、错义突变和移码突变。基因突变改变了蛋白质（酶）的结构与功能，可能使生物体的形态、结构、代谢过程和生理功能等特征发生改变，严重的突变则影响生物体的生活力或导致生物个体的死亡。在生物长期进化过程中，生物细胞形成了一套 DNA 损伤或突变的修复机制。细胞自行修复 DNA 损伤的主要方式
21、除了光复合修复、切除修复以外、还有重组修复、应答修复、错配修复等几种。基因组是生物体内遗传信息的集合，是某一个特定物种细胞内部全部 DNA 分子的总和。基因组学从总体的角度解析生物体整个基因组的全部遗传信息。人类基因组计划研究中，科学家们主要应用了基因连锁图分析、基因组物理图测定、确定基因组转录图和随机测序与序列组装 4 方面相互配合与补充的研究方法和技术。人类基因组计划完成后，破译的大量基因信息将成为医学、医药等方面技术创新的源泉。随着人类基因组测序的完成，生命科学研究进入了所谓“后基因组时代” 。生物信息学在功能基因组研究中具有特殊重要的作用，为在分子水平上认识代谢、发育、遗传和进化的规律
22、提供依据。第五讲 生命的发育与进化大多数的动物是通过有性繁殖，从一个受精卵开始，经过细胞分裂、细胞分化和形态发生等阶段完成胚胎发育。脊椎动物的发育以受精为起点，单细胞受精卵经过卵裂形成多细胞囊胚、原肠胚、神经胚和器官发生阶段以后，完成胚胎的发育。性成熟的动物个体的生殖细胞通过减数分裂产生单倍体配子精子和卵，再经过受精作用又融合形成二倍体的受精卵，开始了新一轮发育过程。被子植物的受精卵通过分裂、细胞分化和形态发生三个过程发育为种子。有胚乳种子由胚、胚乳和种皮三部分组成，种子萌发时，由胚乳提供营养物质，胚发育形成植物幼苗。当幼苗长出真叶后可以进行光合作用，植物从异养生长转为自养生长；幼苗进一步生长
23、并发育产生成熟的根、茎、叶、花等植物器官。在生殖生长期，孢子体上形成了特化的繁殖器官花，花上的特殊细胞通过减数分裂，形成单倍体的孢子，孢子经过有丝分裂形成了多细胞的雄配子体和雌配子体，当花的雄蕊和雌蕊发育成熟，花粉便从花粉囊中散出，并被传送到花的柱头上。花粉粒（雄配子体）和胚囊（雌配子体）经过有丝分裂，分别产生单倍体的配子。以后，精子与卵结合形成受精卵，成为二倍体的合子，植物的生活史又开始新一轮的循环。在动物早期胚胎中，细胞都是全能的。细胞决定是随着胚胎的发育，细胞发育的潜能逐渐受到限制的过程。有些物种受卵细胞质的不均一性对于早期胚胎的细胞决定具有根本的作用。细胞质中决定细胞命运的特殊信号物质
24、称为决定子。在某些动物受精卵的动物极和植物极分布着不同的决定子，正是由于这种极化的差别，造成了卵裂后动物极细胞与植物极细胞发育的不同命运。在整个有机体发育的过程中，细胞在时间和空间上有秩序地分化，从而导致有机体的器官组织等结构有序的空间排列，形成有机体特定形态的统一性，称为生物的模式形成。诱导相邻细胞发育的信号分子是可扩散的蛋白质成形素。成形素浓度的高低是决定该区细胞发育命运的重要因素。动物形态的发生除了细胞分裂和生长的作用外，胚胎发育过程中的细胞移动起主要作用。 依靠某主导基因的调控表达，通过产生特定调节蛋白引发其他调节蛋白（转录因子）组合的级联反应和组合调控，从而不断地启动细胞分化，是有机
25、体发育过程中基因调控的基本规律之一。细胞凋亡是另一类控制和影响发育的特殊细胞分化现象。细胞凋亡是特定的细胞在基因信息的控制下自动结束生命的过程。化学信号分子与细胞表面或细胞内的受体相结合将外界信号转换为细胞能感知的信号并作出相应的反应，这一过程称为信号转导。G 蛋白偶联受体和酶偶联受体是两个最重要细胞表面受体蛋白家族，它们各自介导不同的细胞信号转导途径。在 G 蛋白介导的信号传导途径中，G 蛋白偶联受体接受胞外信号后，蛋白质构像发生改变导致 G 蛋白被激活， G 蛋白去活化效应器蛋白，产生胞内信号继续向胞内和核内传递。在酶联受体介导的信号传导途径中，受体一旦与配体信号结合，就获得了酶的催化活性
26、，激活胞内的效应蛋白，将信号继续向胞内和核内传递。 线虫、果蝇、斑马鱼、小鼠、拟南芥等是发育生物学研究的模式生物。这些模式生物的共同的特点是体积小，生命周期短，易培养，易进行基因操作，易观察，并且基因测序均已完成等。 干细胞具有自我更新、高度增殖和多向分化的潜能。干细胞的分化先经过中间类型定向祖细胞，然后进一步分化为成熟的末端细胞。动物克隆技术属于无性繁殖范畴，能实现基因型复制。转基因克隆技术是转基因技术和动物克隆技术的有机结合，它以转基因细胞为核供体，采用体细胞核移植技术产生转基因克隆动物。在地球原始大气环境下，非生命有机分子经过前生物期的化学演化，逐渐形成了最简单的生命形式。1953 年，
27、Miller 实验模拟和验证了非生命的有机分子在原始地球环境中生成生物分子结构单元的化学动力学过程。前生物期的化学演化大约经历了 4 亿年，原始海洋是生命化学进化的中心。Oparin 的团聚体学说、Fox 的微球体学说和脂球体模型为认识生命的起源和了解最早的生命形式提供了重要的依据。团聚体、微球体和脂球体不是真正意义上的细胞，但都显示出生命的一些基本特征。原始生命体系内代谢系统在自然选择的作用下也经历了由简单到复杂的漫长进化过程。最原始的生命形式或最早出现的细胞应该是异养的，它们直接消耗外部的有机分子并获得能量。自然选择的压力促进了某些含有卟啉类化合物的细胞能够吸收太阳光能，将无机物变成有机物
28、，同时生成 ATP，这一过程的复杂化便是光合作用的进化，最终产生出光能自养细胞。光合作用产生的氧气为异养细胞的有氧呼吸和向更高级程度的进化提供了条件。在原始生命起源的过程中，一旦遗传系统被建立起来，自然选择还继续发挥作用。繁殖、蛋白质合成和代谢三者在特殊环境条件下协同进化，加深了遗传系统与代谢系统的偶联。生存竞争和适者生存为 Darwin 的自然选择学说的形成提供了依据。1859 年，Darwin 发表了划时代的著作物种起源 ，进化论压倒了神创论。物种不但是生物分类的基本单元，更是遗传、生殖和进化的单元。地理隔离造成生殖隔离，生殖隔离导致新种的形成，这一过程合理地解释了物种形成的原理。种群是同
29、一物种的一群个体，享有共同的基因库。同一种群生物个体之间的交配便造成了彼此间的基因交流并保持着基因库的稳定。经过地理隔离和生殖隔离形成新种的方式称为异地物种形成，它是生物进化过程中形成新物种的主要方式。物种形成过程一般要经历遗传变异、自然选择和隔离产生等 3 个主要环节。遗传变异是随机发生的，自然选择是有方向的。综合进化论、分子进化的中性学说、跳跃式的进化解释物种以上单元的起源与进化问题，地质灾变和物种灭绝对生物的进化历程影响的研究等都促进了生物进化理论不断向前发展。控制某一生物性状的遗传基因组成称为基因型，群体遗传学将某种基因型的个体在群体中所占的比率定义为基因型频率，基因频率和基因型频率是
30、某一种群或群体基本遗传结构的定量表现形式。第六讲 生命的多样性植物界根据适应陆地生活的能力和进化的形态特征，植物分为苔藓植物、蕨类植物、裸子植物和被子植物 4 大类。具有相同来源的同一类型或不同类型细胞群所组成的结构和功能单位称为组织。组成被子植物的三大组织系统，即表皮组织系统、维管组织系统和基本组织系统，连续地贯穿于整个植物体中。根据结构和功能的不同，还可以把植物的组织分为分生组织、薄壁组织、保护组织、输导组织、机械组织和分泌组织 6 类。 大多数双子叶植物的根为直根系，大部分单子叶植物和一些草本植物的根为须根系。根将植物体固着在土壤中，同时吸收水分和矿质营养提供给上部的茎干系统。大多数双子
31、叶植物的根在初生结构成熟后，还进行次生生长。维管形成层和木栓形成层是造成根次生加粗生长的侧生分生组织。茎是地上部分的枝干，着生叶、花或果实。叶着生在节上。在茎的顶端和节上叶腋内着生有芽，顶芽是枝的主要生长点，腋芽具有发育成营养枝或繁殖枝的潜力。维管组织在茎的内部通常成束分布，又称为维管束。在根与茎的过渡区，根的中柱部分木质部与韧皮部相间排列方式渐变为茎的维管束排列方式。双子叶植物形成层的细胞分裂活动，使茎不断加粗，产生茎的次生结构。叶是大多数植物的主要光合作用器官，气孔是叶片中光合作用细胞与外界环境相互交换气体的通道。叶肉细胞通过叶脉的木质部获得水分和矿质营养，又通过叶脉的韧皮部将光合作用的产
32、物糖类和其他有机物输送到植物的其他各部分。叶片中的叶脉连同其周围的机械组织同时还具有对叶片基本组织即叶肉的机械支持作用。植物根系从土壤中吸收的水分首先通过根部的皮层进入到中柱的木质部，然后通过根与茎相互连通的木质部中的导管与管胞向上输送，经过叶柄到达叶片。植物体的水分通过叶片向空中蒸发称为蒸腾作用。植物营养元素供给对植物的生长发育是必需的。光合作用的产物（糖）全部都通过韧皮部的筛管进行运输，从叶片输送到糖类被应用或被贮存的部位。通过 Calvin 循环反应形成 3-磷酸-甘油酸的途径同化 CO2 的植物称为C3 植物；通过形成草酰乙酸固定 CO2 的植物称为 C4 植物，由于 C4 途径中磷酸
33、烯醇式丙酮酸羧化酶具有更高的 CO2 亲和力，因此 C4 植物具有比 C3 植物更高的对炎热干旱环境的适应性和较高的光合作用效率。在被子植物中，花、种子与果实属于植物的繁殖器官。被子植物的孢子体由种子萌发而来，是二倍体植物。当其由根、茎、叶的营养生长过渡到生殖生长期，在孢子体上形成了特化的繁殖器官花，其部分特殊细胞通过减数分裂，形成单倍体的孢子，孢子经过有丝分裂形成多细胞的雄配子体和雌配子体，它们分别是花中雄蕊部分的花粉粒和雌蕊部分的胚囊。被子植物的配子体世代（单倍体世代）不发达，雌、雄配子体不能独立生活，都寄生在孢子体上，且特化成花的一部分。一朵完整的花包括花托、花被、雄蕊群和雌蕊群几部分。
34、当花的雄蕊和雌蕊发育成熟，花粉便从花粉囊中散出，并被传送到花的柱头上。花粉粒和胚囊经过有丝分裂，分别产生单倍体的配子，即精子和卵。以后，精子与卵结合形成受精卵，成为二倍体的合子。合子进一步发育成为种子。春化作用、光周期现象、植物内部“生物钟”现象等都体现了植物体的生长和发育始终都受到一系列外部和内部因素的调控。影响植物生长与发育的外部环境因子主要包括温度、光、水分以及各种刺激等。植物激素是一些在植物体内合成的具有生理活性的微量物质，它们能从产生部位运送到作用部位，在低浓度时可明显改变植物体某些靶细胞或靶器官的生长发育状态。外部环境因子和植物激素对植物体的生长和发育控制的作用都是通过细胞内的信号
35、传导途径和基因的转录表达来实现的。动物界动物组织根据其发生、形态结构和功能上的特性，分为上皮组织、结缔组织、肌肉组织和神经组织四大类。一般脊椎动物的器官系统包括骨骼系统、皮肤系统、消化系统、呼吸系统、循环系统、淋巴系统和免疫系统、排泄系统、内分泌系统、神经系统、肌肉系统、生殖系统等。人体的消化系统由消化管和消化腺组成。消化管主要包括口、舌、咽、食管、胃、小肠、大肠、直肠和肛门。消化腺包括唾液腺、胰腺和肝。食物由口腔进入，经过食管到达胃，被分解为更小的化学物质。消化作用主要在胃和小肠中进行。水通过小肠壁被吸收进入血液，大肠吸收剩下的水并且将无法消化的物质转化成粪便，再经过肛门排出体外。肝分泌胆汁
36、进入小肠，以帮助脂肪的消化。肝还执行与糖类和脂肪有关的新陈代谢反应，制造许多重要的血细胞，同时清除血液中的毒素和死细胞。 鼻、咽、喉、气管和支气管是气体进出肺的通道，统称为呼吸道。肺是气体交换器官。呼吸系统是人体与外界环境进行气体交换的器官组合，它为血液提供 O2，同时排出细胞新陈代谢的终产物 CO2。吸气时空气从鼻腔和口腔进出呼吸系统，通过喉进入气管。气管分支后形成支气管，进入肺。O2 扩散进入血液的同时，CO2 通过肺泡扩散进入肺，伴随呼气最终排出到体外。动物的循环系统由心脏和血管所组成。血液为细胞提供营养和 O2，同时将 CO2 运输到肺，还将其他代谢终产物从身体的各部位运输到排泄器官。
37、人和哺乳动物的排泄器官包括肾、输尿管、膀胱和尿道。肾将含有氮化物的代谢终产物从血液中清除。这些废物以尿的形式从输尿管进入膀胱暂时贮存，最后通过尿道排出体外。肾还有平衡血液渗透压的作用。 内分泌腺可以合成激素，由这些微量物质调节器官系统的活动。人的内分泌系统及内分泌腺包括松果腺、下丘脑、脑垂体、甲状腺、甲状旁腺、胸腺、肾上腺、胰腺、性腺等。内分泌腺分泌的激素进入血液，并由血液运送到全身各处。许多激素都是信号分子，它们的作用机制是：与靶细胞表面受体分子结合后，通过信号传导，启动了细胞核内相关基因的表达。人的神经系统包括中枢神经系统和周围神经系统两部分。神经系统最基本的结构和功能单位是神经元。神经元
38、是专门传递信号的特化细胞，由细胞体和从细胞体延伸的突起所组成。神经冲动的传导过程是在神经纤维上顺序发生的电化学变化过程。神经系统与内分泌系统共同协调人体的活动。大脑从感觉器官接收信息，又通过脊髓和神经向肌肉或腺体发送信息作为回应。神经系统还对来自身体内部的信息做出反应。人体最重要的感觉器官主要包括视觉器官（眼） 、听觉器官（耳） 、嗅觉器官（鼻）和味觉器官（舌）等。骨骼系统的主要作用是支持身体，同时兼有保护作用。头颅容纳并保护大脑，胸廓保护肺和心脏。外皮系统由皮肤及其衍生物如毛发、指甲等组成，其主要功能是保护身体内部免受机械损伤、感染以及强烈的冷热刺激和干裂。人体的中轴骨骼包含 29 块颅骨和
39、 51 块躯干骨，附肢骨包含 64 块上肢骨和 62 块下肢骨。在肌肉的牵引下关节做屈伸、内收、外展和旋转等运动。人全身的骨骼肌包括头颈肌、躯干肌和四肢肌等几大类，共有 600 余块。每块骨骼肌都是由大量的肌纤维组成的，肌肉中分布有血管和神经。肌肉系统（运动系统）由身体中所有的骨骼肌构成，骨骼肌与坚硬的骨骼或者软骨结构相连，可以带动身体的某些部分进行运动。肌肉系统使我们得以随意运动，改变我们的面部表情。 生殖是动物最基本的生理行为，动物的生殖方式可以归结为无性生殖和有性生殖两种基本形式。男性生殖系统主要由睾丸、附睾、精囊腺、前列腺、尿道球腺、输精管、射精管和阴茎等几部分组成。女性生殖系统主要由
40、卵巢、输卵管、子宫和阴道等共同组成。在雌性个体中，卵巢产生卵细胞并将其释放进入输卵管，阴道接受来自雄性的精子，受精卵在子宫中发育成胚胎。受精卵经过卵裂、囊胚的形成和胚胎的发育，形成的胎儿在母体内发育完成后从母体内娩出。试管婴儿、代孕母亲等是有效的辅助生殖技术。第七讲 生命与环境研究生物及其生存环境之间相互关系和作用规律的科学称为生态学。生态学的层次从个体、种群、群落、生态系统到整个生物圈逐级放大。影响生物活动的非生物因子包括气候因子、营养因子、水因子、土壤、地形和地理因子、海洋地理因子、大气成分、自然灾变等。影响生物活动的环境因子包括生物之间的各种相互作用、人类的活动对自然界其他生物产生的影响
41、、社会环境因素对个人和整个人类的作用和影响。种群密度、种群的分布型、种群的年龄分布等是反映种群结构的重要特征。种群的增长有指数增长模式和逻辑斯蒂增长模型。前者一般只是一种理想的状态，而逻辑斯蒂增长模式则反映了许多物种在限制条件下的生长特征。营养、食物、领土、天敌和竞争者等都属于调节种群增长的密度相关因素，火灾、干旱、暴风雨、旋风、火山爆发和其他一些自然灾害等都属于调节种群增长的密度无关因素。群落具有一定的结构、一定的种类组成和一定的种间相互关系。群落的基本特征包括物种组成、群落的结构、内部环境、优势种群、动态变化、各物种的相互关系、群落的稳定性个方面。地球陆地上的主要群落类型包括热带雨林、稀树
42、草原、荒漠、极地冰原、浓密常绿阔叶灌丛、温带草原、温带落叶林、针叶林、北极和高山冻原等，水域生物群落包括淡水生物群落和海洋生物群落。群落内生物之间相互关系包括竞争、捕食、寄生和共生 4 种主要类型。一种群落取代另一种群落的过程称为群落的演替，演替达到的最终相对稳定状态，就是顶级群落。生态系统的生物包括生产者、消费者和分解者三大类功能类群。由食草动物、食肉动物、杂食动物、腐食生物组成的消费者与生产者一起构成了生态系统的食物链或食物网。生态系统中总的生物有机体物质称为生物量，地球上藻类、光合细菌和植物等生产者所制造的有机质是生态系统的初级生产力。生态系统中的能量流动是单一方向的，生态系统吸收的太阳
43、能量一般最多只能通过 45 个不同营养等级的生物进行传递。由于通过食物链后能量的逐级损失，食物链中的能量也由下向上呈现下宽上窄的金字塔形。碳、氮、磷和水等许多与生命活动相关联的物质以多种形式生物的或非生物的形式，原子的、分子的或生物大分子的形式等在自然界中循环。生物多样性包括物种多样性、遗传多样性和生态系统多样性 3 方面内容。全球生物多样性正在迅速丧失，保护生物多样性就是保护人类自己。人体健康与重大疾病预防人体对病原性微生物的侵害形成了特殊的防御机制，这种抵制疾病的机制称为免疫。皮肤、口腔、鼻腔、消化管与呼吸道中的黏膜及其分泌物等构成了人体对病原体侵害防御的第一道非特异性防御防线。人体淋巴系
44、统具有重要的免疫功能，由此形成的吞噬作用、抗菌蛋白和炎症反应等构成了人体抵御病原体入侵的第二道防线。靠 B 细胞产生抗体实现的免疫又称为体液免疫。依靠 T 细胞的免疫方式称为细胞免疫，这些特异性免疫是人体抵御病原体侵害的第三道防线。病原体入侵到体细胞或被巨噬细胞吞噬后，抗原分子与细胞表面的 MHC 分子嵌合，形成的 APC（抗原呈递细胞）被助 T 细胞识别并相互作用。APC 的主要作用是将外来抗原提交给助 T 细胞，并立即启动一系列的免疫应答反应。通常 B 细胞表面具有抗原受体和 MHC-分子，病毒颗粒和细菌表面都带有各种抗原，这些抗原都能引起 B 细胞介导的体液免疫应答。在体液免疫中，抗体是
45、一种 -球蛋白。 引起疾病的原因很多，主要包括生物感染性因素、遗传性因素、免疫性因素、物理性因素、化学性因素（含营养缺乏、过剩，毒性物质伤害）和精神性因素（包括精神、心理和社会因素）等。最主要的病原体有细菌、病毒、真菌、支原体、原生动物等。细菌是一类个体微小、结构简单的原核单细胞生物，分为球菌、杆菌和螺旋菌三大类。细菌最外层是细胞壁，主要成分为肽聚糖。细菌细胞被结晶紫和碘液染涂，用乙醇冲洗后再经红色染料复染，紫色者为革兰氏阳性菌，红色者为革兰氏阴性菌。革兰氏阳性菌对青霉素和溶菌酶敏感。外毒素主要是由革兰氏阳性菌和部分革兰氏阴性菌分泌的蛋白质，对机体的器官和组织有选择性毒害效应，毒性较强。内毒素
46、是革兰氏阴性菌细胞壁中的脂多糖组分，耐热性强，一般需 1600C 加热 24 h 才能灭活。内毒素的毒性作用较弱，一般都会引起发热、白细胞增多、休克和凝血反应。病毒是一类个体微小、结构简单、仅由蛋白质包裹单一核酸的“寄生性化学颗粒” 。有些 RNA 病毒还被称为逆转录病毒。T4 噬菌体侵染细菌的过程包括吸附在宿主细胞的表面，尾鞘输出的少量酶把细菌细胞壁局部肽聚糖溶解形成小孔，尾髓插入，头部的核酸注入到细菌细胞内，衣壳则留在细胞外。以后裸露的核酸利用细菌细胞内的核糖体、多种酶、多种小分子物质和能量控制着噬菌体子代核酸的复制和外壳蛋白的合成。在宿主细胞内，新合成的核酸和蛋白质又被组装形成子代噬菌体
47、颗粒，伴随着宿主细胞的裂解，形态结构完整的许多子代噬菌体被释放出来，又可以去感染其他细菌细胞。病毒感染后一般情况下可以诱导机体产生抗病毒的免疫应答反应，干扰素就是一种病毒入侵引起非特异性免疫应答反应而产生的糖蛋白。 癌症是正常细胞生长与分裂失控，导致异常分裂的细胞团即肿瘤不断增大。肿瘤增大和转移的结果严重地损害组织和器官的结构与功能，最终导致机体的死亡。环境中的化学致癌物质、放射性物质、病毒等是导致癌症发生最主要的因素。人类和其他动物细胞中的癌基因起源于原癌基因。一些抑制细胞过度分裂的基因也与癌的发生相关。这些编码防止细胞无节制分裂蛋白的基因称为抑癌基因或肿瘤抑制基因。高血压病是一种以动脉血压
48、增高为主要表现的心血管疾病。肥胖、高盐饮食、嗜酒、精神紧张等容易诱发高血压。高血压还具有一定的遗传倾向和家族集聚倾向。动脉粥样硬化是血液中的脂质就在动脉某些部位的内膜处沉积，造成平滑肌细胞堆积和纤维基质成分增殖，逐渐形成隆起的动脉粥样硬化性斑块，造成动脉血管管腔狭窄，血流不畅。动脉粥样硬化最常见于心脏部位的冠状动脉，易发生缺氧性坏死。艾滋病是由人类免疫缺陷病毒（HIV）引起的获得性免疫缺陷综合征。HIV 是一种逆转录病毒，可特异性地侵犯 CD4+ T 细胞，破坏人体细胞免疫功能。一旦 HIV 开始繁殖，它们就杀死寄主细胞，然后感染其他细胞，最终摧毁人体的免疫能力。健康不仅仅是不生病，还应是身体
49、、心理和社会适应上的完好状态。生命科学是医学的基础，也是实现健康长寿的基础。第八讲 生物技术与人类未来生物技术是“应用生物或来自生物体的物质制造或改进一种商品的技术，其还包括改良有重要经济价值的植物与动物以及利用微生物改良环境的技术” 。高技术、高投入、高利润是生物技术产业的显著特点。生物技术通常包括基因工程、细胞工程、 发酵工程和蛋白质（酶）工程 4 个方面内容。 重组 DNA 技术是基因工程的核心技术。一般重组 DNA 操作通常包括：获得目的基因。与克隆载体连接形成重组 DNA 分子。用重组 DNA 分子转化受体细胞。对转化子进行筛选和鉴定。对获得外源基因的细胞或生物体通过发酵、细胞培养、养殖或栽培等，最终获得所需要的遗传性状或表达出所需要的产物。获得目的基因的常用方法包括直接从生物体中提取总 DNA，构建基因文库，从中调用目的基因；以mRNA 为模板，人工合成互补的 DNA 片段；利用聚合酶链反应（ PCR）特异性地扩增所需要的目的基因片段等。可用紫外分光光度计测定 DNA 溶液的纯度和浓度。限制性内切酶是从细菌中分离提纯的核酸内切酶，可以识别一小段特殊的核酸序列并将其在特定位点处切开。凝胶电泳是用于分离、纯化和鉴定 DNA 片段最常规的实验技术。可利用载体转化法和基因的直接转移等技术将外源目的
