生命科學(xué)與生物技術(shù)

前言

　　21世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)。生命科學(xué)與生物技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展日新月異，其研究成果正在逐步運(yùn)用到人類生活的各個(gè)方面，同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與不斷進(jìn)步，生命科學(xué)及生物技術(shù)正在不斷與其他學(xué)科交叉，產(chǎn)生新的交叉學(xué)科，并同其他學(xué)科一道，共同推進(jìn)科學(xué)的發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步?！　≡谝欢ㄒ饬x上講，生命科學(xué)與生物技術(shù)既是古老的學(xué)科，也是新興的學(xué)科。之所以“古老”，是因?yàn)槿祟愱P(guān)注生命現(xiàn)象的歷史極為久遠(yuǎn)，甚至開(kāi)始對(duì)生命科學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)觀察、研究，對(duì)生物技術(shù)進(jìn)行利用的歷史至少也可以追溯到公元前。之所以“新興”，是因?yàn)橄鄬?duì)于其他學(xué)科，如數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等，對(duì)生命科學(xué)及生物技術(shù)的研究還有更多未知的規(guī)律等待人類探索?！　“殡S著其他學(xué)科技術(shù)的進(jìn)步，生命科學(xué)與生物技術(shù)的發(fā)展正在步入快速成長(zhǎng)期。克隆羊的誕生、人類基因組計(jì)劃的完成、人類及動(dòng)物胚胎干細(xì)胞技術(shù)、動(dòng)植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)等正在對(duì)人類科學(xué)的進(jìn)步與社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生空前的推進(jìn)作用。人類從沒(méi)有像現(xiàn)在這樣關(guān)注生命科學(xué)與生物技術(shù)的發(fā)展。21世紀(jì)，生命科學(xué)與生物技術(shù)必將對(duì)人類的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步帶來(lái)重大變革，這也是我國(guó)趕超世界發(fā)達(dá)國(guó)家科技水平最有前途和希望的領(lǐng)域?！　‘?dāng)今，人類知識(shí)呈現(xiàn)“爆炸式”增長(zhǎng)。21世紀(jì)學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)之一是多學(xué)科交叉，這就意味著生命科學(xué)與生物技術(shù)的發(fā)展將對(duì)許多過(guò)去看似不相關(guān)的學(xué)科具有積極的推進(jìn)作用。仿生學(xué)、生物能源、生物傳感器、人工智能控制等領(lǐng)域的研究成果將不斷滲透到機(jī)械、制造、加工、建筑、船舶、石油等各個(gè)領(lǐng)域。同時(shí)，21世紀(jì)是知識(shí)型經(jīng)濟(jì)，對(duì)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，要求培養(yǎng)的人才具有廣博的基礎(chǔ)知識(shí)。在現(xiàn)今社會(huì)中，生命科學(xué)與生物技術(shù)知識(shí)的重要性正在不斷引起重視，其全方位發(fā)展呼喚我國(guó)高等教育培養(yǎng)出更多高水平復(fù)合型科技人才，將其與計(jì)算機(jī)、外語(yǔ)一樣，作為非生物類專業(yè)的共同課程已經(jīng)成為一種共識(shí)?！　』谏鲜鲈?，我們編寫了這本適合于非生命科學(xué)專業(yè)研究生、本科生公共課，以及生命科學(xué)及生物技術(shù)專業(yè)本科生基礎(chǔ)課的教材。本書在闡述生命科學(xué)與生物技術(shù)的基本概念、基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理的同時(shí)，盡可能突出涉及生命科學(xué)與生物技術(shù)領(lǐng)域的最新進(jìn)展，注重生命科學(xué)及生物技術(shù)與工科及其他學(xué)科的交叉，力求通俗易懂、深入淺出，做到知識(shí)性、系統(tǒng)性、生動(dòng)性的統(tǒng)一?！　”緯卜质拢诙?、第五章由天津大學(xué)季靜編寫，第一章、第四章由天津大學(xué)王罡編寫，第三章由淮海工學(xué)院王萍編寫，第六章由天津大學(xué)季靜、宋英今、關(guān)春峰編寫，第七章由南京工業(yè)大學(xué)姜岷編寫，第八章由天津大學(xué)楊少輝編寫，第九章由天津大學(xué)張秦英編寫，第十章由天津大學(xué)王潔華編寫。

內(nèi)容概要

　　《生命科學(xué)與生物技術(shù)(第2版)》突出介紹了生命科學(xué)與生物技術(shù)各領(lǐng)域的新進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)。在內(nèi)容編排上，注重生命科學(xué)及生物技術(shù)與工科及其他學(xué)科的交叉，力求通俗易懂、深入淺出，做到知識(shí)性、系統(tǒng)性、生動(dòng)性的統(tǒng)一?！　　渡茖W(xué)與生物技術(shù)(第2版)》可作為高等院校非生命科學(xué)專業(yè)研究生、本科生的公共課教材以及生命科學(xué)及生物技術(shù)專業(yè)本科生的基礎(chǔ)課，也可供綜合性大學(xué)、農(nóng)業(yè)及醫(yī)學(xué)類等高等院校的教師、研究生、本科生及研究機(jī)構(gòu)的科研人員參考。

書籍目錄

前言第一章 緒論第一節(jié) 生命與生命科學(xué)一、生命的本質(zhì)二、生命的基本特征三、特殊類型的生命——病毒第二節(jié) 生命科學(xué)及生物技術(shù)的發(fā)展一、生命科學(xué)的地位及生物的分界二、生命科學(xué)與生物技術(shù)發(fā)展概況第三節(jié) 21世紀(jì)的現(xiàn)代生命科學(xué)與生物技術(shù)一、現(xiàn)代生命科學(xué)及生物技術(shù)的發(fā)展熱點(diǎn)二、生命科學(xué)及生物技術(shù)與社會(huì)發(fā)展三、現(xiàn)代生命科學(xué)與其他學(xué)科間的相互作用四、生命科學(xué)充滿未解之謎第二章 生命的基本單位——細(xì)胞第一節(jié) 細(xì)胞的組成元素與生物分子一、生物體的元素組成二、生物分子特性三、生物分子的種類及功能第二節(jié) 細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)一、真核細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)二、細(xì)胞膜三、細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞器四、細(xì)胞核五、原核細(xì)胞第三節(jié) 染色體一、染色體與染色質(zhì)二、染色體的結(jié)構(gòu)三、A染色體和B染色體四、染色體的變異五、染色體的分子結(jié)構(gòu)——從DNA到染色體第四節(jié) 細(xì)胞分裂、分化一、細(xì)胞分裂二、細(xì)胞的分化三、細(xì)胞分化的主要機(jī)制第五節(jié) 細(xì)胞的衰老和凋亡一、衰老與細(xì)胞二、細(xì)胞衰老的機(jī)理三、展望和未來(lái)第六節(jié) 脫離正常軌道的細(xì)胞——癌細(xì)胞一、癌細(xì)胞的主要特征二、腫瘤形成第三章 生物的遺傳與變異第一節(jié) 生物的遺傳物質(zhì)一、遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)與遺傳學(xué)基本定律二、基因概念的發(fā)展與基因的本質(zhì)第二節(jié) 生物性狀的遺傳一、生物的性別二、人類的性狀遺傳三、孟德?tīng)栠z傳的延伸四、多基因遺傳五、核外遺傳第三節(jié) 生物的遺傳變異一、染色體結(jié)構(gòu)變異二、染色體數(shù)目變異三、基因突變第四節(jié) 遺傳病與優(yōu)生優(yōu)育一、遺傳病的概念與分類二、遺傳病的診斷三、遺傳病的基因治療四、優(yōu)生優(yōu)育第四章 生物的進(jìn)化第一節(jié) 生命的起源一、對(duì)生命起源的認(rèn)識(shí)過(guò)程二、生命出現(xiàn)的歷程第二節(jié) 生物進(jìn)化史及生物進(jìn)化圖譜一、單細(xì)胞生物的繁衍二、多細(xì)胞生物的出現(xiàn)與演化三、人類的起源與社會(huì)文明四、生物進(jìn)化圖譜第三節(jié) 生物進(jìn)化論與生物進(jìn)化的證據(jù)一、生物進(jìn)化論二、生物進(jìn)化的證據(jù)第五章 生物技術(shù)原理第一節(jié) 基因工程操作原理一、什么是基因工程二、基因工程操作技術(shù)及原理第二節(jié) 細(xì)胞工程操作原理一、什么是細(xì)胞工程二、細(xì)胞工程技術(shù)與原理第三節(jié) 酶工程一、酶工程的概念和內(nèi)容二、酶分析技術(shù)三、酶的生產(chǎn)四、酶的提取和分離純化五、酶的固定化方法六、酶的應(yīng)用第四節(jié) 發(fā)酵工程一、發(fā)酵工程的概念和內(nèi)容二、發(fā)酵工程操作技術(shù)三、發(fā)酵工程的應(yīng)用四、發(fā)酵工程產(chǎn)品～-氨基酸第五節(jié) 蛋白質(zhì)工程一、什么是蛋白質(zhì)工程二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析第六節(jié) 分子雜交與遺傳標(biāo)記一、分子雜交二、遺傳標(biāo)記三、分子標(biāo)記技術(shù)的應(yīng)用第六章 生物技術(shù)的應(yīng)用第一節(jié) 人類基因組計(jì)劃與生物技術(shù)一、人類基因組計(jì)劃的目的二、人類基因組研究方案及技術(shù)三、確定特定基因的方法四、利用染色體特征研究人類基因組五、人類基因組計(jì)劃的實(shí)際意義第二節(jié) 生物技術(shù)在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用一、生物醫(yī)藥行業(yè)特征二、基因工程藥物三、基因診斷四、基因治療五、基因疫苗六、創(chuàng)建遺傳病的動(dòng)物模型七、轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作為生物反應(yīng)器第三節(jié) 生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)科學(xué)方面的應(yīng)用一、生物技術(shù)與糧食二、生物技術(shù)與農(nóng)藥三、花卉基因工程四、基因工程動(dòng)物在畜牧業(yè)方面的應(yīng)用第四節(jié) 生物技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用一、玉米變成生物降解塑料二、改良纖維素酶效能以提高葡萄糖產(chǎn)量三、生物新原料與新材料四、生物催化技術(shù)五、醫(yī)藥衛(wèi)生工業(yè)六、去除石油污染七、在貧礦中提取金屬第五節(jié) 生物技術(shù)在食品業(yè)的應(yīng)用一、生物技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀二、生物技術(shù)在食品加工過(guò)程的應(yīng)用三、生物技術(shù)在農(nóng)副產(chǎn)品深加工和綜合利用方面的應(yīng)用四、生物技術(shù)推動(dòng)食品工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展五、生物技術(shù)與食品安全性檢測(cè)六、生物技術(shù)在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用前景第六節(jié) 生物技術(shù)在能源開(kāi)發(fā)上的應(yīng)用一、我國(guó)擁有豐富的生物質(zhì)資源二、生物能源的主要形式三、微生物與生物能源四、生物能源的發(fā)展趨勢(shì)第七節(jié) 生物技術(shù)在環(huán)境科學(xué)方面的應(yīng)用一、什么是環(huán)境生物技術(shù)二、生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用第七章 生物信息學(xué)第一節(jié) 生物信息學(xué)概論一、生物信息學(xué)產(chǎn)生的背景二、生物信息學(xué)研究的目標(biāo)與內(nèi)容第二節(jié) 生物信息學(xué)常用數(shù)據(jù)庫(kù)及其信息檢索一、生物信息學(xué)常用數(shù)據(jù)庫(kù)二、生物信息學(xué)常用檢索工具第三節(jié) 生物信息學(xué)研究前沿一、生物芯片技術(shù)二、計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)三、虛擬細(xì)胞技術(shù)第八章 豐富多彩的生物世界第一節(jié) 生物的分類和命名一、生物的分類等級(jí)二、生物的分界三、生物的命名第二節(jié) 郁郁蔥蔥的植物世界一、植物在自然界的作用二、植物的生活史三、植物的結(jié)構(gòu)與功能四、植物的類群五、植物的運(yùn)動(dòng)第三節(jié) 燦爛多姿的動(dòng)物世界一、動(dòng)物在自然界中的地位二、動(dòng)物的類群三、動(dòng)物的生長(zhǎng)、發(fā)育四、動(dòng)物的行為第四節(jié) 神奇的微生物世界一、微生物的概念二、微生物的種類三、微生物的特點(diǎn)四、微生物的應(yīng)用第九章 宏觀層次的生命系統(tǒng)——環(huán)境生態(tài)學(xué)概述第一節(jié) 生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)一、生態(tài)因子及其特點(diǎn)二、種群生態(tài)學(xué)三、群落生態(tài)學(xué)四、生態(tài)系統(tǒng)五、生物圈與生物多樣性第二節(jié) 人類活動(dòng)與全球環(huán)境的變化一、人為干擾二、人類活動(dòng)帶來(lái)的污染第三節(jié) 環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展一、生態(tài)環(huán)境保護(hù)二、可持續(xù)發(fā)展三、環(huán)境科學(xué)相關(guān)研究第十章 生物仿生學(xué)第一節(jié) 仿生學(xué)的定義一、仿生學(xué)的由來(lái)及定義二、仿生學(xué)的研究范圍第二節(jié) 仿生學(xué)的誕生與意義一、仿生學(xué)的誕生及歷史二、仿生學(xué)的研究對(duì)象第三節(jié) 仿生學(xué)的研究?jī)?nèi)容及方法一、仿生學(xué)的研究?jī)?nèi)容二、仿生學(xué)的研究方法第四節(jié) 經(jīng)典的仿生學(xué)舉例一、感覺(jué)仿生二、結(jié)構(gòu)仿生三、運(yùn)動(dòng)仿生四、化學(xué)仿生第五節(jié) 生物仿生學(xué)的新進(jìn)展一、仿生器官組織工程蓬勃興起二、仿生機(jī)器人爭(zhēng)相“進(jìn)化”三、納米仿生學(xué)四、分子仿生學(xué)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　生命科學(xué)是研究生命活動(dòng)的過(guò)程、規(guī)律以及生命體與環(huán)境相互作用規(guī)律的科學(xué)；生命科學(xué)中重大現(xiàn)象和科學(xué)規(guī)律的揭示及進(jìn)展，使人類認(rèn)識(shí)自我、認(rèn)識(shí)生命世界逐步深入。生命科學(xué)是生物技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和主要知識(shí)源泉，為人們發(fā)展醫(yī)藥生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)生物技術(shù)等提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐?！　≡谑澜缟希湍壳叭祟惖恼J(rèn)知水平，可以總結(jié)出5種基本運(yùn)動(dòng)形式，即機(jī)械運(yùn)動(dòng)（如杠桿原理等）、物理運(yùn)動(dòng)（光、電、磁等）、化學(xué)運(yùn)動(dòng)（氧化還原反應(yīng)等）、生命運(yùn)動(dòng)（生物體的新陳代謝等）和社會(huì)運(yùn)動(dòng)（人類各種活動(dòng)規(guī)律等），前4種運(yùn)動(dòng)形式屬于自然科學(xué)領(lǐng)域，后者則是屬于社會(huì)科學(xué)，這5種基本運(yùn)動(dòng)形式呈現(xiàn)出由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的趨勢(shì)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人類認(rèn)知世界的能力在不斷增強(qiáng)，人類也必將越來(lái)越有能力在復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)形式領(lǐng)域取得突破性的發(fā)現(xiàn)?！　』仡櫩茖W(xué)發(fā)展史，20世紀(jì)50年代以前，人類取得的最重要的發(fā)現(xiàn)無(wú)疑主要集中在物理學(xué)及化學(xué)研究領(lǐng)域，這一觀點(diǎn)可以從歷史上我們熟悉的牛頓、居里夫人、門捷列·夫，直到愛(ài)因斯坦這些舉世聞名的科學(xué)巨匠們的工作中得到印證。進(jìn)入到20世紀(jì)的后50年中，生命科學(xué)得到前所未有的發(fā)展，生命科學(xué)世紀(jì)的到來(lái)已日見(jiàn)成熟，而1997年體細(xì)胞克隆羊“多莉”的降生則標(biāo)志著21世紀(jì)這一生命科學(xué)世紀(jì)的提前到來(lái)?！　。ǘ┥锏姆纸纭　∩锏姆纸缡请S著科學(xué)的發(fā)展而不斷變化并完善的。最早將生物僅劃分為植物和動(dòng)物兩界，隨后，出現(xiàn)了三界及四界分類系統(tǒng)。隨著電子顯微鏡的發(fā)展，人們進(jìn)一步觀察到原核細(xì)胞與真核細(xì)胞在結(jié)構(gòu)上的差異，基于前人的工作基礎(chǔ)，1969年魏泰克（Whit-taker）提出了生物的五界分類系統(tǒng)：將原核生物（prokaryote）劃分為原核生物界（Monera），真核生物（eukaryote）中的單細(xì)胞及群體單細(xì)胞生物劃分為原生生物界（Protista），進(jìn)一步依據(jù)營(yíng)養(yǎng)方式的不同，將多細(xì)胞生物劃分為真菌界（Fungi）、植物界（Plantae）和動(dòng)物界（Animalia）。雖然有關(guān)生物的分界尚存在不同觀點(diǎn)，但由于該五界分界系統(tǒng)較好地反映出自然界生物的進(jìn)化歷程，因而成為目前學(xué)術(shù)界應(yīng)用較為廣泛的分類系統(tǒng)。在各種有關(guān)生物分界的觀點(diǎn)中，應(yīng)該提到的是我國(guó)學(xué)者陳世驤提出的在上述五界生物分界系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將病毒獨(dú)立為病毒界的觀點(diǎn)，由于我們提到過(guò)病毒作為生命形態(tài)的特殊性，該觀點(diǎn)在分類上具有較為充分的依據(jù)。　　二、生命科學(xué)與生物技術(shù)發(fā)展概況　　人類對(duì)生命較為系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)可以追溯到公元前6世紀(jì)，主要集中在古希臘。盡管由于歷史發(fā)展水平的限制，有些觀點(diǎn)是片面的，但其在生命科學(xué)領(lǐng)域中的地位和產(chǎn)生的影響是不容忽視的，如同哥白尼的“日心說(shuō)”一樣。　　早在這一時(shí)期，阿那克西曼德（Anaximander，公元前610～公元前546）就提出，最早產(chǎn)生的是水生生物，之后一部分水生生物逐漸適應(yīng)了陸地上的環(huán)境，形成陸生生物，甚至人類也是起源于某種類似于魚的動(dòng)物，其根據(jù)是嬰兒在母體內(nèi)的環(huán)境是水。這在某種意義上講，距提出“個(gè)體發(fā)育重演系統(tǒng)發(fā)育”理論僅一步之遙。

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