2023年世纪的生命科学热点与展望（教学课件）.ppt

21世纪的生命科学世纪的生命科学 科技前沿 三个问题:1.热点与展望 2.现代生物技术 3.最近生物科技前沿纵观 21世纪的生命科学世纪的生命科学 热点与展望热点与展望 第一局部 一.为什么要了解生命科学？生命科学是21世纪自然科学的带头学科 生命科学充满未解之谜 生命科学与人类社会的开展息息相关 生命科学的重要性(一一)生命科学是生命科学是2121世纪自然科世纪自然科学的带头学科学的带头学科 生命科学是当前自然科学的带头学科，开始从物理科学向生命科学转移20世纪是物理学最为风光、最为辉煌、为人类文明与科学进步奉献最大的世纪。对物质原子结构的认识，使物理学进入鼎盛时期。原子弹的爆炸与人类走向太空，更使物理学登峰造极。最后，又以最简单的无机硅研制成芯片。生命科学的重要性 二十一世纪是现代生物科学的二十一世纪是现代生物科学的世纪世纪，统计美国统计美国“科学引文索引科学引文索引SCI收录的收录的4500余种学术刊物余种学术刊物，发现有发现有2350种左右为生物科学相关杂志种左右为生物科学相关杂志！统统计全世界引用指数计全世界引用指数Impact factor在在10以上的超一流学术刊物以上的超一流学术刊物，也发现也发现80%左右是生物科学相关刊物左右是生物科学相关刊物。学科 杂志总数 平均引用指数 30杂志数 总论 化学 物理 数学 生物 2 2 5 1 38 17.8 11.8 22.0 18.2 19.1 0 0 2 0 7 引用指数在引用指数在10 10以上的超一流刊物分科比较以上的超一流刊物分科比较 生物科学的前沿 分子生物学的开展是生物科学开展史上的一个重要的里程碑 DNA重组技术 原生质体融合技术 生命科学的重要性 DNA双螺旋结构 生命科学的重要性 1953年，J.Watson和F.Crick 在前人研究工作的根底上，根据DNA纤维和DNA结晶的X-衍射图谱分析及DNA碱基组成的定量分析以及DNA中碱基的物化数据测定，提出了著名的DNA双螺旋结构模型，并对模型的生物学意义作出了科学的解释和预测。21世纪将面临的许多世界性的难题 人口膨胀 粮食紧张 环境污染 能源紧缺 遗传疾病 生命科学的重要性(二二)生命科学充满未解之谜生命科学充满未解之谜 “猛犸之谜 “恐龙灭绝之谜 龟鳖家族的长寿之谜 生命科学的重要性“猛犸之谜猛犸之谜 生命科学的重要性 在地球上生活了约50万年的猛犸也叫毛象，为什么会在1万年前突然灭绝？是由于某种灾变引起的，还是由于猛犸自己缺少适应生存的条件而灭绝的呢？猛犸的灭绝，和恐龙的灭绝一样，都是生物进化史中的未解之谜。“恐龙灭绝之谜恐龙灭绝之谜 生命科学的重要性 有人说，恐龙是被行星所害，有人说是被超行星所害，还有人说被火山所有人说，恐龙是被行星所害，有人说是被超行星所害，还有人说被火山所害，甚至有恐龙被太阳所杀。可是被行星所杀最为受人们关注。害，甚至有恐龙被太阳所杀。可是被行星所杀最为受人们关注。1980年，年，美国物理学家、诺贝尔物理奖获得者阿瓦雷斯和他的合作者，提出了一个美国物理学家、诺贝尔物理奖获得者阿瓦雷斯和他的合作者，提出了一个惊人的论点：惊人的论点：6500万年前，杀害恐龙的罪魁祸首是一颗直径万年前，杀害恐龙的罪魁祸首是一颗直径10千米、质量为千米、质量为12.7千亿千亿吨的小行星。吨的小行星。当时，这颗小行星突然从天外高速飞来，猛烈地撞在地球当时，这颗小行星突然从天外高速飞来，猛烈地撞在地球上，引起了惊天动地的大爆炸的威力相当于最大氢弹的上，引起了惊天动地的大爆炸的威力相当于最大氢弹的100倍！倍！爆炸产生爆炸产生的高温使森林燃起了火。爆炸所产生的尘埃抛上云霄，使地球大气层黑云的高温使森林燃起了火。爆炸所产生的尘埃抛上云霄，使地球大气层黑云密布。有几个月的时间，阳光被尘埃遮掩，地球上一片黑暗，温度骤低，密布。有几个月的时间，阳光被尘埃遮掩，地球上一片黑暗，温度骤低，气候剧变，植物因无法进行光合作用而枯死了，进而导致生物链的破坏，气候剧变，植物因无法进行光合作用而枯死了，进而导致生物链的破坏，大量动物饿死。恐龙更为首当其冲，惨遭灭顶之灾。大量动物饿死。恐龙更为首当其冲，惨遭灭顶之灾。但科学家一直未在地球上找到这么大的陨石坑。在墨西哥成就尤卡坦但科学家一直未在地球上找到这么大的陨石坑。在墨西哥成就尤卡坦半岛，发现地下深处有一个直径半岛，发现地下深处有一个直径60千米的圆形构造。它形成时代正是恐龙千米的圆形构造。它形成时代正是恐龙绝灭绝的年代。有人推测，这个坑可能是当年撞击地球的小行星轰击出来绝灭绝的年代。有人推测，这个坑可能是当年撞击地球的小行星轰击出来的。的。但仔细一测算，这个坑似乎太小了一点。有人想，也许当时但仔细一测算，这个坑似乎太小了一点。有人想，也许当时10千米直径千米直径的小行星分裂成几个之后才与地球相撞的，而且多数没有落到陆地上，而的小行星分裂成几个之后才与地球相撞的，而且多数没有落到陆地上，而是掉到海里去了是掉到海里去了 龟鳖家族的长寿之谜龟鳖家族的长寿之谜 生命科学的重要性 龟鳖是一种爬行动物，它出现在石炭纪，与恐龙是同时代的动物。龟鳖是一种爬行动物，它出现在石炭纪，与恐龙是同时代的动物。在白垩纪末期，几乎使全部有生命的肌体，包括恐龙在内都灭绝在白垩纪末期，几乎使全部有生命的肌体，包括恐龙在内都灭绝了，而龟得以生存下来。在漫长的世纪更迭中，由于地壳运动以了，而龟得以生存下来。在漫长的世纪更迭中，由于地壳运动以及气候变化，分布在不同地区的龟，为了生存的需要，有的迁入及气候变化，分布在不同地区的龟，为了生存的需要，有的迁入大海，有的深居内陆，有的栖居江湖中，经过漫长的自然筛选，大海，有的深居内陆，有的栖居江湖中，经过漫长的自然筛选，使得龟类家族繁衍成海龟、陆龟和水陆两栖龟。目前，世界上龟使得龟类家族繁衍成海龟、陆龟和水陆两栖龟。目前，世界上龟鳖的种类有鳖的种类有240余种。余种。一般而言，死亡和心脏的停止跳动是密切相关的，而龟的离体心一般而言，死亡和心脏的停止跳动是密切相关的，而龟的离体心脏竟能在体外搏动脏竟能在体外搏动2天之久。将龟头砍下，可活数周，龟的寿命天之久。将龟头砍下，可活数周，龟的寿命长达几百年。细胞研究发现，动物的成纤细胞繁殖代数与动物寿长达几百年。细胞研究发现，动物的成纤细胞繁殖代数与动物寿命呈正相关。龟的成纤细胞体外培养高达命呈正相关。龟的成纤细胞体外培养高达117年代数，而人只达年代数，而人只达50年代数。龟通人性，有灵气，被放生的龟，能重返放生主人家，年代数。龟通人性，有灵气，被放生的龟，能重返放生主人家，龟的长寿因子，活性物质的研究，抗癌保健药品的研制，是当前龟的长寿因子，活性物质的研究，抗癌保健药品的研制，是当前进一步研究和探索的内容。进一步研究和探索的内容。(三三)生命科学与人类社会的开展生命科学与人类社会的开展 息息相关息息相关 农业方面 医药卫生方面 轻工业、食品工业、酶工程 其他方面 生命科学的重要性 1 1.农业方面农业方面 遗传育种农作物、畜牧业的优良品种 无籽西瓜 人造种子 生物杀虫剂 生命科学的重要性 无籽西瓜无籽西瓜 生命科学的重要性 人造种子人造种子 生命科学的重要性 科学家们从植物细胞具有“全能性这个根本理论出发，在组织培养技科学家们从植物细胞具有“全能性这个根本理论出发，在组织培养技术的根底上创造了人工种子技术。首先创造了人工种子技术的是美国人。术的根底上创造了人工种子技术。首先创造了人工种子技术的是美国人。他们很爱吃蔬菜，特别喜欢吃芹菜，经多年培育后，美国科学家们生产他们很爱吃蔬菜，特别喜欢吃芹菜，经多年培育后，美国科学家们生产出了又大又嫩的杂种芹菜。遗憾的是，这种芹菜好吃不好种，不但种子出了又大又嫩的杂种芹菜。遗憾的是，这种芹菜好吃不好种，不但种子小、发芽慢，连杂交种子的获得也十分困难，因此种子价格极高。为解小、发芽慢，连杂交种子的获得也十分困难，因此种子价格极高。为解决这个问题，研究人员先把芹菜幼苗的嫩茎切成极小的碎片，使之在特决这个问题，研究人员先把芹菜幼苗的嫩茎切成极小的碎片，使之在特定条件下诱发形成有生根发芽能力的胚状体，然后再用一种聚合物包裹定条件下诱发形成有生根发芽能力的胚状体，然后再用一种聚合物包裹作为人造种皮，做成了一种像小鱼肝油丸一样的胶囊种子。作为人造种皮，做成了一种像小鱼肝油丸一样的胶囊种子。人工种子由体细胞胚、人工胚乳和人工种皮三个局部组成。人造种子有人工种子由体细胞胚、人工胚乳和人工种皮三个局部组成。人造种子有许多优点。首先，它解决了有些作物品种繁殖能力差，结籽困难或发芽许多优点。首先，它解决了有些作物品种繁殖能力差，结籽困难或发芽率低等问题；有利于保持杂种一代高产优势，防止第二代退化；使像无率低等问题；有利于保持杂种一代高产优势，防止第二代退化；使像无籽西瓜一类的不育良种得以迅速推广等。第二，人造种子可以工业化生籽西瓜一类的不育良种得以迅速推广等。第二，人造种子可以工业化生产，提高农业的自动化程序。第三，随着包膜技术的改进，人造种皮中产，提高农业的自动化程序。第三，随着包膜技术的改进，人造种皮中可以添加各种附加成分，如固氮细菌、防病虫药剂、除草剂和肥料等，可以添加各种附加成分，如固氮细菌、防病虫药剂、除草剂和肥料等，因此有利于培育壮苗、健苗，使作物稳产高产。同时，不管哪种作物都因此有利于培育壮苗、健苗，使作物稳产高产。同时，不管哪种作物都可以做成大小一致的种子，有利于农业机械通用化。第四，节约粮食。可以做成大小一致的种子，有利于农业机械通用化。第四，节约粮食。以胡萝卜为例，一个升的发酵罐在天内生产的体细胞胚可制成以胡萝卜为例，一个升的发酵罐在天内生产的体细胞胚可制成万粒人工种子，可供种植六百多万平方米地。中国每年全国农万粒人工种子，可供种植六百多万平方米地。中国每年全国农作物用种量多亿千克，如果用人工种子等于增加上亿亩耕地。作物用种量多亿千克，如果用人工种子等于增加上亿亩耕地。生物杀虫剂生物农药 生物农药因其生产周期短、本钱低，使用效益高，不污染环境，对人畜无害，已被许多国家所接受，美国已有十多家公司生产，日本、捷克、俄罗斯等也都有专业生产厂。我国是一个农业大国，由于使用化学农药的残毒严重超标，使农副产品不能大量出口，影响了外汇的收入。1972年我国已决定要加速开展生物农药，并于1991年提出了几十种化学农药不准生产和使用。目前我国在省市和一些开放地区推广生物农药。有些国家生物农药用量已达40-70%，但由于他们用量大、资源少，不得不到国外寻求资源。苏云金杆菌杀虫剂(称BT)是目前使用最广泛的一种生物农药，通过微生物发酵获得，生产过程中不污染环境，不危害人体健康 2 2.医药卫生方面医药卫生方面 新的抗菌素、疫苗 免疫学 提高了异体器官移植的成功率，并发现了自体免疫疾病的病因 基因工程菌与基因疗法 胰岛素、干扰素、生长激素、淋巴细胞活素、血纤维蛋白溶解剂、白蛋白、血因子、单克隆抗体、DNA探针等 生命科学的重要性 干干 扰扰 素素 生命科学的重要性 3 3.轻工业轻工业、食品工业食品工业 酶工程 食品、医药、发酵、日用化工、轻纺、制革、水产、木材、造纸、能源、农业、环保等经济部门 发酵工程 酿酒制曲、味精、抗菌素、维生素等 生命科学的重要性 溶菌酶的分子模型溶菌酶的分子模型 生命科学的重要性 4.其他方面 细菌造雪 细菌保护古建筑 无法假冒的生物笔 生命科学的重要性 细细 菌菌 造造 雪雪 美国科学家发现假单胞菌能在寒冷的环境中将水雾凝结成雪花。生命科学的重要性 细菌保护古建筑细菌保护古建筑 生命科学的重要性 在含钙的情况下能够形成钙的微晶体，以保护古建筑。无法假冒的生物笔无法假冒的生物笔 利用在墨水中参加含有特定序列的DNA片段，使别人无法假冒你的墨迹。生命科学的重要性 医药卫生医药生物技术 生命科学 农林牧渔农业生物技术 环境保护环境生物技术 总之总之:可归纳为可归纳为:人类基因组方案人类基因组方案HGP 干细胞研究与开展前景干细胞研究与开展前景 克隆技术的开展克隆技术的开展