《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。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，做到知識性、系統(tǒng)性、生動性的統(tǒng)一。
《生命科學(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。
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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)展與社會進(jìn)步。
在一定意義上講，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)，甚至開始對生命科學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)觀察、研究，對生物技術(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τ谄渌麑W(xué)科，如數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等，對生命科學(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。
伴隨著其他學(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期。克隆羊的誕生、人類基因組計(jì)劃的完成、人類及動物胚胎干細(xì)胞技術(shù)、動植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)等正在對人類科學(xué)的進(jìn)步與社會發(fā)展產(chǎn)生空前的推進(jìn)作用。人類從沒有像現(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)必將對人類的發(fā)展和社會的進(jìn)步帶來重大變革，這也是我國趕超世界發(fā)達(dá)國家科技水平最有前途和希望的領(lǐng)域。
當(dāng)今，人類知識呈現(xiàn)“爆炸式”增長。21世紀(jì)學(xué)科的發(fā)展趨勢之一是多學(xué)科交叉，這就意味著生命科學(xué)與生物技術(shù)的發(fā)展將對許多過去看似不相關(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)是知識型經(jīng)濟(jì)，對新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，要求培養(yǎng)的人才具有廣博的基礎(chǔ)知識。在現(xiàn)今社會中，生命科學(xué)與生物技術(shù)知識的重要性正在不斷引起重視，其全方位發(fā)展呼喚我國高等教育培養(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。
基于上述原因，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、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，做到知識性、系統(tǒng)性、生動性的統(tǒng)一。
本書共分十章，第二章、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。
目錄
前言
第一章 緒論 1
第一節(jié) 生命與生命科學(xué) 1
一、生命的本質(zhì) 2
二、生命的基本特征 3
三、特殊類型的生命——病毒 4
第二節(jié) 生命科學(xué)及生物技術(shù)的發(fā)展 4
一、生命科學(xué)的地位及生物的分界 4
二、生命科學(xué)與生物技術(shù)發(fā)展概況 5
第三節(jié) 21世紀(jì)的現(xiàn)代生命科學(xué)與生物技術(shù) 7
一、現(xiàn)代生命科學(xué)及生物技術(shù)的發(fā)展熱點(diǎn) 7
二、生命科學(xué)及生物技術(shù)與社會發(fā)展 14
三、現(xiàn)代生命科學(xué)與其他學(xué)科間的相互作用 16
四、生命科學(xué)充滿未解之謎 17
第二章 生命的基本單位——細(xì)胞 21
第一節(jié) 細(xì)胞的組成元素與生物分子 21
一、生物體的元素組成 21
二、生物分子特性 23
三、生物分子的種類及功能 24
第二節(jié) 細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu) 29
一、真核細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu) 29
二、細(xì)胞膜 31
三、細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞器 33
四、細(xì)胞核 36
五、原核細(xì)胞 39
第三節(jié) 染色體 42
一、染色體與染色質(zhì) 42
二、染色體的結(jié)構(gòu) 42
三、A染色體和B染色體 44
四、染色體的變異 45
五、染色體的分子結(jié)構(gòu)——從DNA到染色體 45
第四節(jié) 細(xì)胞分裂、分化 47
一、細(xì)胞分裂 47
二、細(xì)胞的分化 54
二、細(xì)胞分化的主要機(jī)制 56
第五節(jié) 細(xì)胞的衰老和凋亡 59
一、衰老與細(xì)胞 60
二、細(xì)胞衰老的機(jī)理 63
三、展望和未來 67
第六節(jié) 脫離正常軌道的細(xì)胞——癌細(xì)胞 67
一、癌細(xì)胞的主要特征 68
二、腫瘤形成 69
第三章 生物的遺傳與變異 72
第一節(jié) 生物的遺傳物質(zhì) 72
一、遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)與遺傳學(xué)基本定律 72
二、基因概念的發(fā)展與基因的本質(zhì)76
第二節(jié) 生物性狀的遺傳 78
一、生物的性別 78
二、人類的性狀遺傳 81
三、孟德爾遺傳的延伸 83
四、多基因遺傳 86
五、核外遺傳 93
第三節(jié) 生物的遺傳變異 96
一、染色體結(jié)構(gòu)變異 97
二、染色體數(shù)目變異 99
三、基因突變 104
第四節(jié) 遺傳病與優(yōu)生優(yōu)育 107
一、遺傳病的概念與分類 107
二、遺傳病的診斷 109
三、遺傳病的基因治療 111
四、優(yōu)生優(yōu)育 112
第四章 生物的進(jìn)化 115
第一節(jié) 生命的起源 115
一、對生命起源的認(rèn)識過程 116
二、生命出現(xiàn)的歷程 117
第二節(jié) 生物進(jìn)化史及生物進(jìn)化圖譜 121
一、單細(xì)胞生物的繁衍 122
二、多細(xì)胞生物的出現(xiàn)與演化 123
三、人類的起源與社會文明 126
四、生物進(jìn)化圖譜 127
第三節(jié) 生物進(jìn)化論與生物進(jìn)化的證據(jù) 128
一、生物進(jìn)化論 128
二、生物進(jìn)化的證據(jù) 131
第五章 生物技術(shù)原理 135
第一節(jié) 基因工程操作原理 135
一、什么是基因工程 135
二、基因工程操作技術(shù)及原理 136
第二節(jié) 細(xì)胞工程操作原理 141
一、什么是細(xì)胞工程 141
二、細(xì)胞工程技術(shù)與原理 142
第三節(jié) 酶工程 145
一、酶工程的概念和內(nèi)容 145
二、酶分析技術(shù) 146
三、酶的生產(chǎn) 147
四、酶的提取和分離純化 147
五、酶的同定化方法 148
六、酶的應(yīng)用 148
第四節(jié) 發(fā)酵工程 150
一、發(fā)酵工程的概念和內(nèi)容 150
二、發(fā)酵工程操作技術(shù) 151
三、發(fā)酵工程的應(yīng)用 155
四、發(fā)酵工程產(chǎn)品——氨基酸 157
第五節(jié) 蛋白質(zhì)工程 158
一、什么是蛋白質(zhì)工程 158
二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析 159
第六節(jié) 分子雜交與遺傳標(biāo)記 162
一、分子雜交 162
二、遺傳標(biāo)記 163
三、分子標(biāo)記技術(shù)的應(yīng)用 166
第六章 生物技術(shù)的應(yīng)用 168
第一節(jié) 人類基因組計(jì)劃與生物技術(shù) 168
一、人類基因組計(jì)劃的目的 168
二、人類基因組研究方案及技術(shù)169
三、確定特定基因的方法 171
四、利用染色體特征研究人類基因組 172
五、人類基因組計(jì)劃的實(shí)際意義173
第二節(jié) 生物技術(shù)在醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用 175
一、生物醫(yī)藥行業(yè)特征 175
二、基因工程藥物 175
三、基因診斷 178
四、基因治療 178
五、基因疫苗 179
六、創(chuàng)建遺傳病的動物模型 179
七、轉(zhuǎn)基因動物作為生物反應(yīng)器180
第三節(jié) 生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)科學(xué)方面的應(yīng)用 180
一、生物技術(shù)與糧食 180
二、生物技術(shù)與農(nóng)藥 182
三、花卉基因工程 182
四、基因工程動物在畜牧業(yè)方面的應(yīng)用 184
第四節(jié) 生物技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用 185
一、玉米變成生物降解塑料 185
二、改良纖維素酶效能以提高葡萄糖產(chǎn)量 185
三、生物新原料與新材料 185
四、生物催化技術(shù) 186
五、醫(yī)藥衛(wèi)生工業(yè) 186
六、去除石油污染 186
七、在貧礦中提取金屬 186
第五節(jié) 生物技術(shù)在食品業(yè)的應(yīng)用 186
一、生物技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀 186
二、生物技術(shù)在食品加工過程的應(yīng)用 188
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 189
四、生物技術(shù)推動食品工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展 190
五、生物技術(shù)與食品安全性檢測 190
六、生物技術(shù)在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用前景 192
第六節(jié) 生物技術(shù)在能源開發(fā)上的應(yīng)用 193
一、我國擁有豐富的生物質(zhì)資源194
二、生物能源的主要形式 194
三、微生物與生物能源 195
四、生物能源的發(fā)展趨勢 197
第七節(jié) 生物技術(shù)在環(huán)境科學(xué)方面的應(yīng)用 197
一、什么是環(huán)境生物技術(shù) 197
二、生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用 198
第七章 生物信息學(xué) 205
第一節(jié) 生物信息學(xué)概論 205
一、生物信息學(xué)盧生的背景 205
二、生物信息學(xué)研究的目標(biāo)與內(nèi)容 207
第二節(jié) 生物信息學(xué)常用數(shù)據(jù)庫及其信息檢索 209
一、生物信息學(xué)常用數(shù)據(jù)庫 209
二、生物信息學(xué)常用檢索工具 219
第三節(jié) 生物信息學(xué)研究前沿 226
一、生物芯片技術(shù) 226
二、計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì) 227
二、虛擬細(xì)胞技術(shù) 229
第八章 豐富多彩的生物世界 232
第一節(jié) 生物的分類和命名 232
一、生物的分類等級 232
二、生物的分界 233
三、生物的命名 234
第二節(jié) 郁郁蔥蔥的植物世界 234
一、植物在自然界的作用 234
二、植物的生活史 235
二、植物的結(jié)構(gòu)與功能 237
四、植物的類群 244
五、植物的運(yùn)動 247
第一節(jié) 燦爛多姿的動物世界 249
一、動物在自然界中的地位 249
二、動物的類群 249
三、動物的生長、發(fā)育 257
四、動物的行為 260
第四節(jié) 神奇的微生物世界 262
一、微生物的概念 262
二、微生物的種類 262
三、微生物的特點(diǎn) 269
四、微生物的應(yīng)用 270
第九章 宏觀層次的生命系統(tǒng)——壞境生態(tài)學(xué)概述 272
第一節(jié) 生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)知識 272
一、生態(tài)因子及其特點(diǎn) 272
二、種群生態(tài)學(xué) 274
三、群落生態(tài)學(xué) 279
四、生態(tài)系統(tǒng) 283
五、生物圈與生物多樣性 293
第二節(jié) 人類活動與全球環(huán)境的變化 294
一、人為干擾 294
二、人類活動帶來的污染 295
第三節(jié) 環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展 301
一、生態(tài)環(huán)境保護(hù) 301
二、可持續(xù)發(fā)展 303
三、環(huán)境科學(xué)相關(guān)研究 305
第十章 生物仿生學(xué) 307
第一節(jié) 仿生學(xué)的定義 307
一、仿生學(xué)的由來及定義 307
二、仿生學(xué)的研究范圍 308
第二節(jié) 仿生學(xué)的誕生與意義 309
一、仿生學(xué)的誕生及歷史 309
二、仿生學(xué)的研究對象 309
第三節(jié) 仿生學(xué)的研究內(nèi)容及方法 310
一、仿生學(xué)的研究內(nèi)容 310
二、仿生學(xué)的研究方法 310
第四節(jié) 經(jīng)典的仿生學(xué)舉例 311
一、感覺仿生 311
二、結(jié)構(gòu)仿生 312
三、運(yùn)動仿生 314
四、化學(xué)仿生 314
第五節(jié) 生物仿生學(xué)的新進(jìn)展 316
一、仿生器官組織工程蓬勃興起 316
二、仿生機(jī)器人爭相“進(jìn)化” 317
三、納米仿生學(xué) 318
四、分子仿生學(xué) 320
參考文獻(xiàn) 322
生命科學(xué)是研究生命活動的過程、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)識自我、認(rèn)識生命世界逐步深入。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。
在世界上，就目前人類的認(rèn)知水平，可以總結(jié)出5種基本運(yùn)動形式，即機(jī)械運(yùn)動（如杠桿原理等）、物理運(yùn)動（光、電、磁等）、化學(xué)運(yùn)動（氧化還原反應(yīng)等）、生命運(yùn)動（生物體的新陳代謝等）和社會運(yùn)動（人類各種活動規(guī)律等），前4種運(yùn)動形式屬于自然科學(xué)領(lǐng)域，后者則是屬于社會科學(xué)，這5種基本運(yùn)動形式呈現(xiàn)出由簡單到復(fù)雜的趨勢。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)，人類也必將越來越有能力在復(fù)雜的運(yùn)動形式領(lǐng)域取得突破性的發(fā)現(xiàn)。
回顧科學(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)的到來已日見成熟，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。
（二）生物的分界
生物的分界是隨著科學(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
人類對生命較為系統(tǒng)的認(rèn)識可以追溯到公元前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”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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