走进生命科学世纪

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1、走进生命科学走进生命科学的世纪一.生命科学的发展史二.展望生命科学新世纪公元六世纪贾思勰v公元六世纪）杰出的农业科学家。公元六世纪）杰出的农业科学家。他是山东益都人，在总结我国古代他是山东益都人，在总结我国古代劳动人民农业生产成就的基础上，劳动人民农业生产成就的基础上，写成了著名的农业科学著作写成了著名的农业科学著作齐民齐民要术要术。v齐民要术齐民要术全书共九十二篇，分全书共九十二篇，分成十卷，正文大约七万字，注释四成十卷，正文大约七万字，注释四万多字，共十一万多字；此外，书万多字，共十一万多字；此外，书前还有前还有自序自序和和杂说杂说各一篇。各一篇。贾思勰与 齐民要术v全书包括各种农作物的栽

2、培，各种经济林木全书包括各种农作物的栽培，各种经济林木的生产，野生植物的利用，家畜、家禽、鱼、的生产，野生植物的利用，家畜、家禽、鱼、蚕的饲养和疾病的防治，以及农、副、畜产蚕的饲养和疾病的防治，以及农、副、畜产品的加工，酿造和食品加工，以至文具、日品的加工，酿造和食品加工，以至文具、日用品的生产等等，几乎所有农业生产活动都用品的生产等等，几乎所有农业生产活动都作了比较详细的论述。在农学方面具有重大作了比较详细的论述。在农学方面具有重大意义。意义。明代药圣李时珍 v在我国明朝的时候出了在我国明朝的时候出了一位伟大的医药学家，一位伟大的医药学家，就是被后人尊称为药圣就是被后人尊称为药圣的李时珍。的

3、李时珍。v他花费了他花费了27年心血编纂年心血编纂的医药学巨著的医药学巨著本草纲本草纲目目，不仅在我国产生，不仅在我国产生了巨大影响，而且世界了巨大影响，而且世界闻名。闻名。古希腊亚里士多德v亚里士多德是世界古代史上亚里士多德是世界古代史上最伟大的哲学家、科学家。最伟大的哲学家、科学家。在天文学、物理学、生物学在天文学、物理学、生物学等领域作出了许多研究。指等领域作出了许多研究。指出鲸鱼是胎生的，还考察了出鲸鱼是胎生的，还考察了小鸡胚胎的发育过程。小鸡胚胎的发育过程。古罗马斗兽场与盖仑 盖仑出生在罗马，他的父亲一直梦想儿子能够成为一名盖仑出生在罗马，他的父亲一直梦想儿子能够成为一名优秀的医学家

4、。优秀的医学家。20岁时父亲去世。盖仑遵从父训，游学各地。岁时父亲去世。盖仑遵从父训，游学各地。学习医学。在学习的过程中，他逐渐认识到解剖对一名医生学习医学。在学习的过程中，他逐渐认识到解剖对一名医生的重要性。的重要性。28岁时盖仑做了一名角斗士医生。岁时盖仑做了一名角斗士医生。罗马斗兽场与盖仑 盖仑是一位非常强调解剖的医生，他不失时盖仑是一位非常强调解剖的医生，他不失时机地把握做角斗士医生的特殊经历，进行了人体结机地把握做角斗士医生的特殊经历，进行了人体结构的解剖观察。构的解剖观察。特殊的经历奠定了盖仑成为一位名医的基础，特殊的经历奠定了盖仑成为一位名医的基础，加之他以前曾经做过大量的动物解

5、剖，终于写出了加之他以前曾经做过大量的动物解剖，终于写出了有史以来第一部系统研究人体解剖的著作有史以来第一部系统研究人体解剖的著作论解论解剖剖，也使他成为西方医学史上著名的解剖学权威。，也使他成为西方医学史上著名的解剖学权威。英国物理学天文学家罗伯特胡克v 奠定胡克科学天才声望的要数奠定胡克科学天才声望的要数显微制图显微制图一一书。该书于书。该书于1665年年1月出版，科学界才发现显微镜月出版，科学界才发现显微镜给人们带来的微观世界和望远镜带来的宏观世界一给人们带来的微观世界和望远镜带来的宏观世界一样丰富多彩。样丰富多彩。v 胡克绘画的天分在书中得到充分展现，在没有胡克绘画的天分在书中得到充分

6、展现，在没有照相机的当时，照相机的当时，58幅图画都是胡克用手描绘的显幅图画都是胡克用手描绘的显微镜下看到的情景。微镜下看到的情景。v 显微制图显微制图一书为实验科学提供了前所未有一书为实验科学提供了前所未有的既明晰又美丽的记录和说明，开创了科学界借用的既明晰又美丽的记录和说明，开创了科学界借用图画这种最有力的交流工具进行阐述和交流的先河，图画这种最有力的交流工具进行阐述和交流的先河，为日后的科学家们所效仿。为日后的科学家们所效仿。施莱登和施旺与细胞学说 在在18381839年，施莱登和施旺分年，施莱登和施旺分别发表了植物细胞和动物细胞基本认识别发表了植物细胞和动物细胞基本认识的专著。他们两人

7、取得完全一致的看法，的专著。他们两人取得完全一致的看法，创立了细胞学说创立了细胞学说，即一切植物和动物都，即一切植物和动物都是由细胞构成的，细胞是生命的结构和是由细胞构成的，细胞是生命的结构和功能的基本单位。功能的基本单位。现代生物学之父查尔斯达尔文 1831 年他毕业后就参加了测量年他毕业后就参加了测量考察舰考察舰“贝格尔贝格尔”号历时号历时5年的环球年的环球旅行。在历时五年的环球考察中，达旅行。在历时五年的环球考察中，达尔文积累了大量的资料。尔文积累了大量的资料。1842年，他第一次写出年，他第一次写出物种起物种起源源的简要提纲。的简要提纲。1859年年11月达尔月达尔文经过文经过20多年

8、研究而写成的科学巨著多年研究而写成的科学巨著物种起源物种起源终于出版了。在这部书终于出版了。在这部书里，达尔文旗帜鲜明地提出了里，达尔文旗帜鲜明地提出了“进化进化论论”的思想的思想。18世纪瑞典博物学家林奈v 林奈毕生从事动林奈毕生从事动植植物尤其是植物的物尤其是植物的分类研究，他撰写的分类研究，他撰写的自然系统自然系统是植是植物学史上划时代的著作。物学史上划时代的著作。v书中对生物所做的系统分类书中对生物所做的系统分类(双名法双名法)，揭示了生物之间的亲缘关系，对研究生揭示了生物之间的亲缘关系，对研究生物的进化有很大帮助。物的进化有很大帮助。奥地利遗传学家遗传学家孟德尔美国遗传学家摩尔根DN

9、A之父v1953年年2月月28日，日，沃森和克沃森和克里克建立了里克建立了DNA双螺旋结构双螺旋结构，DNA双螺旋结构模型的建立，双螺旋结构模型的建立，标志着人类在揭示生命遗传标志着人类在揭示生命遗传奥秘方面迈出了具有里程碑奥秘方面迈出了具有里程碑意义的一步。意义的一步。v沃森和克里克于沃森和克里克于1953年提出年提出的的DNA分子结构模型可以与分子结构模型可以与达尔文的进化论、孟德尔的达尔文的进化论、孟德尔的遗传定律相媲美。由于这一遗传定律相媲美。由于这一伟大科学成果，沃森和克里伟大科学成果，沃森和克里克获得了诺贝尔奖金。克获得了诺贝尔奖金。我国生物学家童第周(1902-1979)v童第周

10、是我国著名的生物学家，童第周是我国著名的生物学家，是我国是我国实验胚胎学的主要创始人实验胚胎学的主要创始人。在研究了在生物进化中占重要地位的在研究了在生物进化中占重要地位的文昌鱼卵发育规律，取得了很大成绩。文昌鱼卵发育规律，取得了很大成绩。v 他和美国坦普恩大学牛满江教授他和美国坦普恩大学牛满江教授合作研究起细胞核和细胞质的相互关合作研究起细胞核和细胞质的相互关系，他们从鲫鱼的卵子细胞质内提取系，他们从鲫鱼的卵子细胞质内提取一种核酸，注射到金鱼的受精卵中，一种核酸，注射到金鱼的受精卵中，结果出现了一种既有金鱼性状又有鲫结果出现了一种既有金鱼性状又有鲫鱼性状的子代，鱼性状的子代，v 谈家桢（19

11、092008 ）v 浙江宁波人。浙江宁波人。1930年毕业于东吴大学生物系，年毕业于东吴大学生物系，燕京大学研究生毕业，后赴美国加州理工学院摩燕京大学研究生毕业，后赴美国加州理工学院摩尔根实验室深造，获博士学位。回国后任教于浙尔根实验室深造，获博士学位。回国后任教于浙江大学。江大学。v 1952年全国院系调整来复旦大学执教，建立年全国院系调整来复旦大学执教，建立了全国第一个遗传学专业，历任生物系主任、遗了全国第一个遗传学专业，历任生物系主任、遗传研究所主任、副校长、生命科学学院院长等职，传研究所主任、副校长、生命科学学院院长等职，v 1980年当选为中国科学院生物学部委员年当选为中国科学院生物

12、学部委员，建建立了中国第一个遗传学专业，创建了第一个遗传立了中国第一个遗传学专业，创建了第一个遗传学研究所，组建了第一个生命科学院学研究所，组建了第一个生命科学院。中国工程院院士曾溢滔v 长期从事人类遗传性疾长期从事人类遗传性疾病的防治以及分子胚胎学的病的防治以及分子胚胎学的基础和应用研究，是我国基基础和应用研究，是我国基因诊断、血红蛋白疾病研究因诊断、血红蛋白疾病研究和胚胎工程技术的主要开拓和胚胎工程技术的主要开拓者之一。者之一。20世纪世纪90年代，他将基因工程与胚胎工程有机地年代，他将基因工程与胚胎工程有机地结合，在转基因动物结合，在转基因动物/生物反应器这一国家重大研究生物反应器这一国

13、家重大研究项目中，他与同事们一起成功地研制出项目中，他与同事们一起成功地研制出我国第一头乳我国第一头乳汁中表达人凝血因子汁中表达人凝血因子IX蛋白的转基因山羊和整合了人蛋白的转基因山羊和整合了人血清白蛋白基因的转基因牛血清白蛋白基因的转基因牛。v名字：名字：Dolly名字来源：美国名字来源：美国乡村音乐乡村音乐女歌手多女歌手多利利帕顿（帕顿（Dolly Parton）性别：雌性别：雌编号：编号：6LL3出生日期：出生日期：1996年年7月月5日日出生地点：英国爱丁堡市罗斯林研究出生地点：英国爱丁堡市罗斯林研究所所死亡日期：死亡日期：2003年年2月月14日日死亡原因：被确诊患进行性肺病处以死亡

14、原因：被确诊患进行性肺病处以安乐死安乐死v创造者：伊恩创造者：伊恩维尔穆特及其领导的小维尔穆特及其领导的小组组基因父亲：无基因父亲：无基因母亲：一只芬兰多塞特白面绵羊基因母亲：一只芬兰多塞特白面绵羊线粒体母亲：一只苏格兰黑脸羊线粒体母亲：一只苏格兰黑脸羊生育母亲：另一只苏格兰黑脸羊生育母亲：另一只苏格兰黑脸羊子女：生育子女：生育6名，存活名，存活5名名世上第一只克隆羊多利的早夭v 2003年年2月，兽医检查发现多莉患有严重的进月，兽医检查发现多莉患有严重的进行性肺病，这种病在目前还是不治之症，于是研行性肺病，这种病在目前还是不治之症，于是研究人员对它实施了安乐死究人员对它实施了安乐死。v 世界

15、第一只体细胞克隆动物多莉羊在给我们世界第一只体细胞克隆动物多莉羊在给我们带来振奋、困惑和争论之后，永远离开了我们。带来振奋、困惑和争论之后，永远离开了我们。如同它问世时一样，寿命仅如同它问世时一样，寿命仅6岁半的多莉羊壮年岁半的多莉羊壮年早折，再次引起世人关注。作为克隆技术及其应早折，再次引起世人关注。作为克隆技术及其应用的象征，多莉羊带来了争论，也留下了谜团，用的象征，多莉羊带来了争论，也留下了谜团，其中最大的一个谜就是克隆动物是否早衰，有人其中最大的一个谜就是克隆动物是否早衰，有人称之为多莉羊难题。称之为多莉羊难题。【多莉成功的理论意义】v 与以往的胚胎移植培养不同，维尔穆特从与以往的胚胎

16、移植培养不同，维尔穆特从6岁岁母羊乳腺细胞建立的母羊乳腺细胞建立的细胞系细胞系培育出世界上第一只用培育出世界上第一只用成体细胞发育成的哺乳动物，具有深远的意义。成体细胞发育成的哺乳动物，具有深远的意义。v 多莉的诞生证明高度分化成熟的哺乳动物乳腺多莉的诞生证明高度分化成熟的哺乳动物乳腺细胞，仍具有细胞，仍具有全能性全能性，以往的遗传学认为，哺乳动，以往的遗传学认为，哺乳动物体细胞的功能是高度分化了的，不可能重新发育物体细胞的功能是高度分化了的，不可能重新发育成新个体。多莉的诞生实现了遗传学的重大突破，成新个体。多莉的诞生实现了遗传学的重大突破，为开发新的哺乳动物基因操作提供了动力，是一个为开发

17、新的哺乳动物基因操作提供了动力，是一个了不起的进步。了不起的进步。【克隆技术成功的实践意义】v应用克隆技术，繁殖优良物种。选育的品种应用克隆技术，繁殖优良物种。选育的品种性状性状稳定稳定v 建造动物药厂，制造药物蛋白。利用克隆技术建造动物药厂，制造药物蛋白。利用克隆技术繁殖这种转基因动物，大量制造药物蛋白。繁殖这种转基因动物，大量制造药物蛋白。v建立实验动物模型，探索人类发病规律。建立实验动物模型，探索人类发病规律。v克隆异种纯系动物，提供移植器官。当猪的器官克隆异种纯系动物，提供移植器官。当猪的器官植入病人体内时，免疫排异反应减弱，成功率提高，植入病人体内时，免疫排异反应减弱，成功率提高，用

18、起来也更加安全。用起来也更加安全。v拯救濒危动物，保护拯救濒危动物，保护生态平衡生态平衡。克隆技术的应用。克隆技术的应用可望人为地调节自然动物群体的兴衰，使之达到平可望人为地调节自然动物群体的兴衰，使之达到平衡发展。衡发展。基因和人类基因组计划v基因基因:是是DNA(脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸)分子分子上具有遗传效应的特定核苷酸序上具有遗传效应的特定核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的列的总称，是具有遗传效应的DNA分子片段。分子片段。基因不仅可以通过复制把遗基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代，还可以使传信息传递给下一代，还可以使遗传信息得到表达。不同人种之遗传信息得到表达。不同人种之间头

19、发、肤色、眼睛、鼻子等不间头发、肤色、眼睛、鼻子等不同，是基因差异所致。同，是基因差异所致。人类基因组计划v 人类只有一个基因组，人类基因组计划人类只有一个基因组，人类基因组计划是美国科学家于是美国科学家于1985年率先提出的，旨在阐年率先提出的，旨在阐明人类基因组明人类基因组30亿个碱基对的序列，发现所亿个碱基对的序列，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，使人类第一次在分子译人类全部遗传信息，使人类第一次在分子水平上全面地认识自我。水平上全面地认识自我。v 计划于计划于1990年正式启动，年正式启动，2000年年6月月26日宣

20、布人类基因组草图绘制成功日宣布人类基因组草图绘制成功,2003年年4月月14日正式宣布人类基因组计划的所有目标全日正式宣布人类基因组计划的所有目标全部完成。这从根本上阐明了人类生命活动的部完成。这从根本上阐明了人类生命活动的遗传学基础。为人类疾病的基因诊断、基因遗传学基础。为人类疾病的基因诊断、基因治疗以及基因工程产品的开发创造了广阔的治疗以及基因工程产品的开发创造了广阔的前景。前景。二.展望生命科学新世纪v后基因组学：后基因组学：解读和深入探索人的结构和功能基因组，解读和深入探索人的结构和功能基因组，破译重要微生物和植物基因组，启动环境基因组研究及破译重要微生物和植物基因组，启动环境基因组研

21、究及基因技术的应用等。基因技术的应用等。v基因组学：基因组学：就是发展和应用就是发展和应用DNA制图、测序新技术以及制图、测序新技术以及计算机程序，分析生命体（包括人类）全部基因组结构计算机程序，分析生命体（包括人类）全部基因组结构及功能的科学。包括及功能的科学。包括3个不同的亚领域个不同的亚领域生物工程与转基因技术v 20世纪世纪70年代兴起的生物工程技术，包年代兴起的生物工程技术，包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程。括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程。其中的基因工程，又称为转基因技术，是将其中的基因工程，又称为转基因技术，是将某种生物体内控制其特定性状的基因作为外某种生物体内控制

22、其特定性状的基因作为外源基因（目标基因），按照人的意愿经过体源基因（目标基因），按照人的意愿经过体外重组后再转入移植到另一种生物体内，使外重组后再转入移植到另一种生物体内，使这个基因能在体内复制、转录、翻译、表达，这个基因能在体内复制、转录、翻译、表达，从而产生出人们所期望的产物或者达到某种从而产生出人们所期望的产物或者达到某种目的。目的。v 这种经过基因工程技术形成的生物体被这种经过基因工程技术形成的生物体被称为称为“基因修饰生物体基因修饰生物体”也称转基因生物也称转基因生物 转基因操作流程示意图转基因操作流程示意图v利用利用DNA重组技术将特定的外源基因导入动物染色重组技术将特定的外源基因

23、导入动物染色体，使其发生整合并能遗传，这将产生新的动物个体，使其发生整合并能遗传，这将产生新的动物个体或品系。体或品系。v1990年，转基因小鼠实验成功，其后，转基因大鼠、年，转基因小鼠实验成功，其后，转基因大鼠、转基因家兔实验相继成功，转基因家畜（牛羊猪转基因家兔实验相继成功，转基因家畜（牛羊猪等）。等）。v作为医学模型用于疾病的病因、发病机制和治疗等作为医学模型用于疾病的病因、发病机制和治疗等方面的研究。方面的研究。v培养人体器官培养人体器官v获取极难人工合成的药物获取极难人工合成的药物动物转基因技术v显微注射法 约10%v体细胞核移植方法 100%转基因动物世界上第一只转基因动物转基因荧

24、光鼠转基因兔转基因动物携带人血清蛋白的转基因试管牛转基因荧光猪转基因斑马鱼转基因猴转基因水母转基因植物 转基因抗虫棉和普通棉对照转基因耐贮藏番茄（左）和普通番茄（右）植物转基因技术示意图植物转基因技术植物组织培养植物细胞杂交过程示意图基因诊断及治疗v基因诊断基因诊断:是用放射性同位素（如是用放射性同位素（如32P）、荧光分子等标记）、荧光分子等标记的的DNA分子做分子做探针探针，利用，利用DNA分子分子杂交杂交原理，鉴定被检原理，鉴定被检测标本上的测标本上的遗传信息遗传信息，从而达到检测疾病的目的。，从而达到检测疾病的目的。v基因探针基因探针:是指用放射性同位素荧光分子等标记的是指用放射性同位

25、素荧光分子等标记的DNA分分子子v基因诊断基本作用：直接探查基因的基因诊断基本作用：直接探查基因的序列和缺陷可找出和缺陷可找出致病的遗传基因致病的遗传基因v利用的基本原理：碱基的互补配对原则利用的基本原理：碱基的互补配对原则 v实例实例:如镰刀状贫血症、血友病如镰刀状贫血症、血友病（1）遗传病的产前诊断。）遗传病的产前诊断。v通过基因诊断，可检测胎儿性别通过基因诊断，可检测胎儿性别v可进行高发性的遗传病诊断，为优生优育作出了贡献如镰刀状贫可进行高发性的遗传病诊断，为优生优育作出了贡献如镰刀状贫血、凝血因子缺乏等基因诊断已在临床应用多年。血、凝血因子缺乏等基因诊断已在临床应用多年。（2）致病病原

26、体的检测。）致病病原体的检测。v如病毒（乙肝）、细菌（结核）、原虫（梅毒螺旋体）等病原体如病毒（乙肝）、细菌（结核）、原虫（梅毒螺旋体）等病原体的检测。的检测。（3）癌基因的检测和诊断。）癌基因的检测和诊断。v如白血病、肺癌、神经胶质瘤等疾病如白血病、肺癌、神经胶质瘤等疾病 vDNA指纹分析、个体识别、亲子鉴别等司法鉴定，以及动植物指纹分析、个体识别、亲子鉴别等司法鉴定，以及动植物检疫与转基因动植物中阳性基因的检测等方面。检疫与转基因动植物中阳性基因的检测等方面。基因诊断技术的应用基因诊断技术的应用新世纪医学的革命新世纪医学的革命薛京伦薛京伦联合基因集团专家委员联合基因集团专家委员会主任会主任

27、复旦大学首席教授，博士生导师，从事医学遗传学教学科研工作40余年。1987年起，获得我国第一个卫生部颁发的“新生物制品人体观察”批件，在国际上首次对血友病B进行基因治疗临床试验，成功地完成了4例血友病B患者的临床基因治疗，这是迄今为止我国首例系统、成功的遗传病基因治疗范例。脑科学之迷 阿尔茨海默病不再阿尔茨海默病不再“沉默沉默”v全世界可能有数千万的人正在遭受着阿尔茨海默病的折磨。仅美国，就有450万阿尔茨海默病患者，65岁以上发病率为10%，而85岁以上发病率近50%。美国前总统里根患此病10年后去世。v我国患此病人数已超过500万，占全世界所有患病人数的1/4，且人口老龄化进程的加快，这个

28、数字将更为庞大。在60岁以上的老年人群中，年龄每增加5岁，患此病危险就可增加1.85倍v阿尔茨海默病将成为21世纪威胁人类的最严重疾病之一。精神分裂症、失眠、抑郁症、强迫症等发病率逐年升高精神分裂症、失眠、抑郁症、强迫症等发病率逐年升高了解大脑、认识自身是本世纪科学面临的最大挑战了解大脑、认识自身是本世纪科学面临的最大挑战生态环境的保护v由于人们对自然资源的掠夺性无序开采和使用，对自然生态的随意破坏，导致了我国耕地锐减，土地沙化；植被遭侵、草原告急；江河湖泊，水源污染。v近几年，我国近海发生赤潮的次数明显增多，对海水养殖造成一定影响；几大江河的鱼类逐年减少，有些稀有鱼种已面临灭绝；全国三分之一的国土遭受酸雨修蚀，沙尘暴一次又一次的向我们袭来，使一些地区的农业和畜牧业遭受严重损失v据中国生态问题报告称：“生态环境形势十分严峻，一方治理多方破坏，点上治理面上破坏，治理赶不上破坏的问题十分严重。从总体上看，生态破坏的范围在扩大，程度在加剧，危害在加重”。v尽快全面建立生态环境恢复工程战略体系已迫在眉睫。要从可持续发展的高度审视生态危机，从文明的、文化的高度去引导经济社会发展。人们应在经济社会行为中主动地将生态环境保护纳入发展因素，才可能实现经济社会与环境的和谐。