南昌大学普通生物学普生教案Word文档下载推荐.doc
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那么什么是生命呢？
它与无生命物质的区别是什么？
给生命下定义是十分困难的，这不仅是由于①我们对生命还没有足够的、确切的了解，②而且生命现象是十分多样和复杂的，不可能用三言两语把它说清楚。
但是观察、识别生命要比给生命下定义容易得多。
我们都知道，狗是有生命的，石头是没有生命的，对比有机体与无生命物体之间的差异，可概括总结出生命的特征。
生命的基本特征：
1．新陈代谢：
是有机体物质代谢和能量代谢的总和。
主动熵值生命其它
系统系统
有序无序
热力学第二定律指出：
在孤立系统中所有物系的自发过程都朝着物系的混乱度增加，即物系的熵值增大的方向进行。
熵值代表一个物系散乱无序的程度，一个物系当变为更混乱时，它的熵值增加。
2．具有独特的组织形式——细胞：
生命是细胞所特有的。
所有的生物都是由细胞组成的（病毒除外），细胞是生命活动的基本结构单位与功能单位。
3．有机体可以生长、发育：
指生物个体的发展变化。
按程序（指令）主动进行。
对比无生命物体。
4．繁殖、遗传、变异、进化：
生物进化的关键是有机体能够成功地进行繁殖。
有机体的自我复制，按指令进行。
5．应激性与体内稳衡：
应答，对刺激发生反应的能力。
主动
6．与环境相适应
7．运动：
主动并不只是有机体到处走动。
8．生命具有层次性（图1）：
不同层次所表现的生命现象是不同的，但又不是截然分开的，高层次是由低一个层次各要素所组成的，但又不是低层次各要素的简单加和。
研究不同层次的生命现象形成不同的生物学科（生物学分支）。
生命科学的微观（分子）及宏观（生物圈）层次发展趋势介绍。
以上列举了生命的基本特征，只能说具备这些特征的就是生命。
但生命的本质是什么？
也许学完本课程后你才会有真正的了解。
二、地球上生命的起源及发展
1．太阳系中地球是目前唯一发现生命的星球
地球的大小、体积以及它与太阳之间的距离，使地球的引力可将大气吸引在地球表面而形成大气圈，大气圈可以吸收来自太阳的辐射（对有机体有害的辐射），大气圈的存在使地球表面大部分区域的温度处于0℃-100℃之内，使水分能以液态存在适于生命过程进行，使得地球具有生命，那么地球上的生命是如何产生的呢？
2．生命的自然发生论及生命来源于生命
几个世纪以来，人们一直认为生命是自然发生的，生命是直接从非生命物质中突然产生出来的，如“泥土变鱼”、“腐肉生蛆”等等。
直到十七世纪（1668年），意大利学者雷迪（F.Redi）通过腐肉不能生蛆的实验驳斥了蛆是自然发生的说法。
雷迪通过多次观察提出了蛆是由苍蝇在腐肉上产卵后生出来的假设，为了验证这一假设，他在若干玻璃瓶内放入腐肉，一些玻璃瓶开口，另一些玻璃瓶加盖密封。
结果发现，苍蝇飞入开口的瓶内，腐肉上很快产生出蛆来，而加盖的瓶内，苍蝇不能进入，没有蛆产生；
他得出结论，蛆是由蝇卵产生的。
他同时进一步概括认为生命只起源一次，此后的生命都来源于已存在的生命。
虽然雷迪的实验有很强的说服力，但在当时自然发生论仍没有绝迹。
显微镜的发明和使用，揭开了人们观察微观世界的序幕。
用显微镜观察水滴发现水中的微小生物。
自然发生论者认为这些微小生物是在水中自然发生的，从而再一次掀起自然发生论的高潮。
直到十九世纪中期，法国学者巴斯德（L.Pasteur）的著名实验才
彻底否定了自然发生论。
巴斯德发现，加热可以杀灭生活在肉汤中的微生物。
如果开口的瓶子不加热，瓶子内的肉汤一两天就会发臭；
如果开口的瓶子加热（灭菌），肉汤就不会变臭，加热后如密封瓶口，瓶内的肉汤可保持十八个月不发臭。
巴斯德证实肉汤发臭是空气中的细菌孢子污染的结果。
但自然发生论者提出在空气中存在生命力（life-giving），将瓶口密封生命力无法进入瓶内，因此封口瓶中不能产生生命，密封瓶内不产生微生物不是没有细菌污染而是缺少生命力。
为了更有说服力，巴斯德又巧妙地设计了第二个实验。
在曲颈瓶内装入肉汤，加热消毒后，鹅颈状的弯曲开口与空气接触，空气可进入瓶内，但空气中的尘埃和微生物落入开口的弯曲处，瓶内消过毒的肉汤可保持无菌状态数日甚至数年，当移去弯曲瓶颈时，由于细菌落入肉汤内生长，肉汤几小时内就会变臭。
巴斯德证实，并非空气中的生命力（lifeforce）进入肉汤，而是生命（细菌）本身所致。
巴斯德的实验结果，使生命来源于生命取代了生命的自然发生论。
以上实验证明：
所有生命都来自于已存在的生命，那么这条连续不断的生命线的开端是什么？
生命的起源是地球形成过程中的一个部分，或者说生命作为地球的一个组成部分与地球同时形成，并非先形成地球再产生生命，虽然模拟实验可使无机物产生有机化合物，由于现在已不存在地球形成时环境条件，因此现在的无机物不能再形成生命。
3．生命的起源与化学进化论
生命的起源经历了一个复杂的化学过程，地球上的生命皆起源于一个共同的祖先。
有关生命在地球上的起源将在本书第十四专题进一步讨论。
4．生物多样性：
地球上的生物是多种多样的。
它代表生命实体群的特征，表现在不同的层次上。
物种多样性是生物多样性的基础。
生命物质的特征之一是自我复制，只要生命存在，利用环境物质进行自我复制将会持续下去，这个过程似乎是无限的，但地球上的物质是有限的。
在生命的需求与环境条件之间的矛盾中，有机体将根据个体间存在差异从多方面开发利用环境，适应不同的环境，进化形成多种不同的生物种类及生活方式，形成了生命的多样性。
生命过程是蕴育在有机体之中的，在进化过程中形成了多种多样的有机体。
在对种类繁多的有机体进行分门别类时，分类系统的基本单位是种，一群共同生活的并在结构与功能特征上相似的、在自然界中可自由交配并产生有繁殖能力后代的个体，即属于同一个种。
根据魏泰克（R.H.Whittaker）的五界分类系统，地球上的有机体可分为原核生物（Monera）、原生生物（Protista）、真菌（Fungi）、植物（Plantae）和动物（Animalia）五界（Kingdom）。
每一界根据有机体进化的亲缘关系又可依次分为不同的门（Phylum）、纲（Class）、目（Order）、科（Family）、属（Genus）、种（Species）。
用双名法即生物所属的属名及种名来命名一个种，例如人属于动物界、脊索动物门、哺乳纲、灵长目、人科、人属、人种。
人类作为一个种其学名是Homosapiens。
虽然生物是多种多样的，但它们毕竟都是生物，具有同一的特征，同一性与多样性是生命现象的两个方面，同一性寓于多样性之中。
三、达尔文的进化论——简介
1859年，达尔文（C.Darwin）出版了《物种起源》（原名OntheOriginofSpeciesbyMeansofNaturalSelection）一书，创立了科学的进化论。
达尔文的进化论观点是研究生命科学最重要的观点之一，在学习生命科学时也必须要始终遵循生物进化的观点。
达尔文进化论主要包括进化及自然选择两个基本观点。
1．进化（Evolution）达尔文认为，生物不是一成不变的，地球上众多的生物种类不是突然发生的，而是由一个共同的祖先逐渐演变而来的。
他这一观点的根据是：
1）根据当时地质学家发现的化石（fossil），大部分化石的种类在当时（达尔文时代）地球上已不复存在，而当时存在的种类又没有化石，他认为从不同的地质年代所发现的不同化石，就是在地球演变的不同时期，古代生物发生和发展的真实记录。
从化石中可以追溯出生物演变的过程，这种形态上的变化是世世代代微小变异积累的结果。
2）在现存的生物种类之间可看到彼此之间的相似。
如人、狗及羊等不同的哺乳动物前肢的骨骼结构相似，甚至鸟类的翅膀与哺乳动物的前肢在其骨骼结构上也是相似的（图1-5）。
这些相似的结构说明物种之间的亲缘关系。
这些具有相似结构的种类有着共同的祖先。
3）人工栽培植物及家养动物性状的形成过程，充分说明生物性状是可以改变的，在人工选择培养下，某些性状发展某些性状衰退了，人工培育是某些性状发展的动力。
2．自然选择（Naturalselection）自然选择决定有机体演变的方向及过程。
为找出生物性状改变的原因，达尔文用了许多年的时间进行研究，基于下列的事实提出了自然选择的观点。
1）自然选择的观点来于动、植物的人工选择。
达尔文看到经过人工选择培育出产奶量高的牛、产蛋量高的鸡、产量高的小麦等等，典型的例子是现存的各种形态的鸽子，都是从原始的岩鸽经人工选择（artificialselec-tion）形成的新品种。
达尔文认为既然在人工的选育下，动、植物的某些性状可以按人的意志发展，在自然界中环境的某些因素对生物也可能有“选择”的作用。
各种群（population）内的个体之间都存在性状的差异。
在这些性状中，某些性状更适应于当时的环境，通过自然选择而被保留并发展，另一些性状则被淘汰。
那么，自然选择的动力是什么？
2）1838年，达尔文读了马尔萨斯著的《人口原理随笔》一书，达尔文受到他的启发，认为每个种群的个体数量一般稳定在一定水平上，而其繁殖数量远远超过现存的数量，这就是繁殖过盛。
由于繁殖过盛存在种内个体之间的竞争，在种群中一些个体较弱，一些个体存在缺陷，这些弱者不能很好地逃避天敌的猎食，不能渡过苛刻的气候条件的作用或不能找到配偶等而被淘汰，在种群中个体的存活不是随机的，在同一因素的作用下，具有某些“强”性状的个体生存下来，弱者死去。
所以，在种群中强者的性状保留下来并传给后代，长时间下去，种群的性状逐渐在改变，而使某些性状处于优势地位。
这就是自然选择的结果。
人工选择与自然选择的机制是相似的，都需要有繁殖过剩，都需要将选择的性状传至后代，但选择者不同，一个是人，一个是自然因素；
另一点不同之处是性状变化的速度，人工选择一般比自然选择苛刻，去掉不合心意者，只留所需者，因此性状的变化及新性状的形成速度要快，而自然选择是一个长期的过程，要经过数千年甚至上百万年，化石的发现证实了这一点。
进化是种群的特征而不是个体的特征，一个有机体是不能进化的，只有经过繁殖将某些性状传至后代，经过逐代的演变而使种群长时间逐步进化。
繁殖是进化不可缺少的过程及关键所在。
达尔文进化论的主要内容可归纳为以下几个要点：
1）一个种群往往繁殖过盛；
2）种群中个体之间存在差异；
3）由于自然选择的作用，具备某些特性的个体比其它的个体更易生存并繁殖；
4）这些特性可以遗传至后代；
5）种群性状的演变需要时间。
总之种群中个体性状的变异是进化过程的“原料”，自然环境的作用是物种进化的动力。
四、研究生命科学的逻辑思维方法
研究生命科学必须建立唯物认识论的思维方法；
研究生命科学的程序包括观察、假设、实验，对假设的进一步修正，得出结论并在此基础上进一步地观察，进入下一个认识周期；
研究生命科学的思维方法并不是指具体的技术，而是指如何提出问题，并得到这一问题的答案的全部程序。
我们以腐肉不能自行生蛆这一论点的证实过程为例说明。
1．观察
生物学的研究大多从观察开始，观察的对象可能是结构、生理功能、生物的行为等等。
在观察的过程中即会提出问题。
例如，这个结构是起什么作用的？
为什么生命有这种表现？
等等。
例如看到腐肉生蛆就会提出腐肉为什么会生蛆?
蛆是那里来的?
等问题。
2．提出假说（Hypothesis）
假说是根据观察到的现象经过思索、归纳、提出对事物初步的、未经实践证实的可能的解释。
假说是科学研究工作的灵魂及生命力所在之处，即科学研究的创造性之所在。
在观察事物的基础上大胆地提出设想，例如在多次观察腐肉生蛆这一现象时，发现生蛆的过程中往往有苍蝇存在，根据观察的结果、根据自己的归纳提出腐肉上的蛆是由苍蝇产生的假说。
一旦提出假设就说明科学家对一些杂乱的现象经过思索找出一定的线索，这就使科研工作可以进一步进行。
3．根据假说作出科学的预测（prediction）及推理（演绎过程）
在想出假说后，需要以假说为根据，从正反两面进行进一步预测及推理，例如提出蛆是由苍蝇产生的假说，还需作下列的推断。
如果蛆是由苍蝇产生的则：
1）有腐肉有苍蝇，苍蝇与腐肉接触产生蛆；
2）有腐肉无苍蝇或苍蝇不与腐肉接触则不生蛆；
如果蛆不是苍蝇产生的则：
3）腐肉在没有与苍蝇接触的情况下也会生蛆；
4）即使有苍蝇存在腐肉不一定生蛆。
4．设计严谨的实验对预测进行检验（testing）
即用科学实验，验证假说的正确与否。
设计实验时目的要明确，即明确要证明什么？
在这个例子中，就是要证明蛆是否是由苍蝇产生的，我们可以设计A，B两个实验组，A组将腐肉放入瓶内不加盖，B组则加盖。
结果A组未加盖的瓶内由于苍蝇与腐肉接触生蛆，加盖的瓶内不生蛆。
由于A、B两个实验组包含不只一个因素的不同，B瓶可能由于加盖使瓶内空气不足而不能生蛆，为使A、B组空气同样充足（条件一致），将B组的瓶盖改用纱网，此时A、B两组只存在苍蝇是否可以与腐肉接触这样一个因素的不同（设计实验中要使对比的因素只有一个，排除其它），对比出“苍蝇与腐肉接触与否”这一因素在腐肉生蛆中的作用。
实验得出下列的结果：
A组苍蝇与腐肉接触有的瓶生蛆，有的瓶不生蛆；
B组苍蝇不与腐肉接触，所有的瓶都不生蛆。
对实验结果进行分析，并对先前作出的推断进行检验，得出下列结论：
1）腐肉不与苍蝇接触不会生蛆；
2）腐肉与苍蝇接触不一定生蛆，有些生蛆，有些不生蛆；
3）腐肉生蛆苍蝇是必要条件，但还缺少另外的条件，前面作出的假说不一定正确。
为了找出除苍蝇外，腐肉生蛆的另外的条件，我们的研究进入下一个认识周期，找出生蛆的真正原因，尚需在这一基础上进一步观察。
通过观察发现，蝇卵的存在可能是另一必要条件。
据观察再次提出假说：
蝇卵是使腐肉生蛆的必要条件。
设计实验，根据这一假说可推断出腐肉内加入蝇卵即可生蛆，不加蝇卵不能生蛆。
同样将实验分为A，B两组，A组瓶内放入腐肉并接种蝇卵，B组只放腐肉不接种蝇卵，结果A组腐肉生蛆，B组则不生蛆。
证明卵是生蛆的另一必要条件，只有苍蝇在腐肉上产卵时腐肉才能生蛆。
在设计实验中应注意的几个问题（要考虑下列因素的重要性）：
1）实验目的要明确、具体，以便针对性地去研究问题和解决问题。
2）对照实验组的重要意义。
实验中设对照组是使处理对比中排除其它因素干扰，只考查一个因素的作用所常用的办法，要使实验对比的因素只有一个，排除其它。
例如做药效实验，检验药片Ａ是否有效，可将病人分成两组，如甲组病人服用药片Ａ有效，乙组病人不服药片无效，这样做并不能说明药片Ａ有效，因为除了药效作用外，是否吃药可对病人产生心理作用而影响药效，因此应设立对照组，甲组病人服用药片Ａ，乙组病人服用“安慰药”，这种药片形状与制药物质与药片Ａ完全相同，只是不含成分Ａ，这样两组只在是否服用成分A这一点上有所不同，实验结果只说明成分A是否有效，药效的优劣才能看出。
3）处理数量（quantity）及重复实验（replicatests）。
生物存在个体差异，在鉴定某个因素的作用时，对实验结果进行分析，从实验组及对照组所得的数据看来，二者似乎有差异，说明所考查的因素可能有作用。
但由于生物个体之间存在差异，实验结果所显示的差异可能是考查因素的作用，也可能是来源于实验对象（生物）个体之间的差异。
如要明确两组实验结果差异是来自研究对象本身的个体差异，还是由于处理因素的作用，需要用统计分析（statisticalanalysis）的方法，方能得出正确的结论。
因此试验个体需要数量大，重复次数多，这里也应强调随机取样（randomsampling）的重要性。
5．得出结论
对实验结果进行分析，由于生物个体之间的差异，对实验结果进行统计分析是十分必要的。
通过分析检验假说是否正确，最后作出结论。
假说无论正确与否，都是重要的结论。
科学研究是步步深入的，在前一个结论的基础上，进入下一个认识周期。
总结生命科学的研究程序如图（板书）。
摘要与小结：
⒈生命不是一个连续的整体而是分为单个有机体有机体是由地球上已有的元素组成的，这些元素组成复杂的分子，这些分子以及它们的复杂的、动态的反应构成生命，生命是一个系统。
⒉生命是一个开放系统生命与环境之间进行物质及能量的交换，通过合成代谢及分解代谢维持有机体的生命。
生命与环境之间存在物质及能量的循环。
⒊生命是高度有序的系统物质只有构成一定的结构它的物理化学性质方能表现为生命，这个特殊的组织形式就是细胞，只有细胞方能具有生命。
生命高度有序性还表现在它具有严格的层次。
生命的层次从低到高，依次为原子、分子、生命大分子、细胞器、细胞、器官、系统、有机体、种群、群落、生态系统、生物圈。
⒋生命是具有自我复制能力的系统自我复制是生命最基本的特征之一，表现在有机体的生长、发育及繁殖后代两个方面。
生长、发育及繁殖都是由DNA及RNA所程序化的。
遗传及变异是自我复制表现的两个方面。
⒌生命是可以自我调控的系统生命具有维持自身处于相对稳定状态的能力，它可对外界刺激作出应答，同时可以维持自身的稳衡，它具有信息指令物质DNA及RNA，也具有信息传导物质，神经组织及激素。
细胞的活动是由DNA及RNA进行程序调控。
有机体的信息可以传递给下一代，并且是可以发展的。
⒍生命是一个多样性的、持续进化的系统生命物质自我复制的无限性与环境条件有限性之间的矛盾，使有机体从多方面开发利用环境，适应不同的环境，形成多种不同的生物种类生活方式，形成生命的多样性。
由于这一矛盾是永远存在的，因此生命将是一个持续进化的系统。
遗传及变异是持续进化的基础。
⒎达尔文的进化论达尔文的进化论观点是研究生命科学最重要的基本观点之一。
达尔文进化论的基本观点是：
⑴演变的观点：
反对生物是一成不变的，认为生物的新种不是突然发生的，而是由祖先逐渐演变而来的。
演变是一个长时间的过程，变异是进化的物质基础。
⑵繁殖过盛，适者生存是进化的机制。
⑶自然选择的观点：
自然选择是进化的动力，决定有机体演变的方向及过程。
生物进化的观点是学习和研究生命科学必须自始至终牢固树立的观点。
⒏研究生命科学的程序
研究生命科学必须建立唯物认识论的思维方法。
研究生命科学的程序包括观察、假设、实验、对假设的进一步修正、得出结论，并在此基础上进一步地观察，进入下一个认识周期。
⑴生物学的研究大多从观察开始。
⑵在观察中提出问题。
⑶根据观察到的现象以及研究者自身的知识与经验，对所提出的问题作一个初步的解释及设想，提出假说。
⑷对所提出的假说做出科学的预测。
⑸设计严谨的实验对预测进行检验，即用科学实验，验证假说的正确与否。
在生物学研究的实验设计中要设对照实验组，要考虑数量及重复。
⑹对实验数据进行统计分析。
⑺得出结论。
结论可能肯定所作的假说，也可能否定假设，但二者都是结论。
⑻修正假设并进一步观察，进入下一个认识周期。
生命的物质基础——原子、分子及生命
（与生命有关的化学问题）
本专题主要讨论与生命有关的化学问题
教学内容：
结合已学过的化学知识，从以下六个方面简要概述
一、组成生命的化学元素
地球上的物质是由92种元素（element）组成的，这些元素包括最轻的氢到最重的钚。
生物有机体也是由这92种元素所组成，只是生物有机体重量的98％是由碳、氢、氧、氮、磷及钙等6个元素组成，而组成地壳重量的98％元素是氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁。
由于生物有机体的组成元素并未超出地球上已发现的元素，因此生命过程遵循一切化学及物理学规律。
组成人体的主要元素参见教材P15表。
根据该表及我们现有的知识可总结出以下几点：
1．有机体中化学元素的分布和比例不同于它们在无机界中出现的比例；
2．这些元素在有机体中所组成的化合物比无机界复杂；
3．前6种元素组成有机体质量的98.5%；
4．生命过程中最重要的六种元素是C、H、O、N、P、S.
5．组成生命物质的元素主要是这20种，只有27种元素是生命所必需的组分。
二、原子结构
1．原子和元素
自然界中的所有物质都是由原子组成，原子是自然界中的“积木”（buildingblock）。
2．同位素（isotopes）：
指原子序数相同而质量数（中子数）不同的原子。
我们已经知道原子是由原子核和核外电子组成的，原子核主要是由质子和中子组成的，元素的基本化学性质是由原子核中质子的数目所决定的。
同一种元素的原子核里质子数目是相同的，但中子数目却不一定相同，这些原子序数相同而质量数即中子数目不同的原子，称为同位素。
例如氢的三种同位素1H、2H和3H，分别含有０、１和2个中子。
自然界中，元素通常以其同位素的混合状态存在。
同位素的化学性质是相同的，但由于中子数不同，往往不稳定，趋向于放出多余的能量而达到稳定状态，这种同位素具有放射性，故称为放射性同位素（radioisotopes），如3H、14C、32P、131I等。
这些同位素在生命科学研究中起着十分重要的作用，在医学诊断和治疗中也是十分有用的工具。
由于同位素的化学性质相同，在任何化学反应中起同样作用。
放射性同位素以固定的放射强度衰变，而衰变时放出的粒子是可以测定的，所以，放射性同位素在生命过程的研究中起着标记的作用。
放射性同位素是生命科学研究中十分重要的手段，它主要用于：
1）生化反应的定性及定量研究：
某一器官或部位蛋白质合成对某一AA的需要及蛋白质合成速率的测定。
如标记Met用3H，可测定其加入哪种蛋白质的分子中。
2）生命过程的定位（放射自显影）：
131I鼠甲状腺切片放射性自显影
3）生化反应物的追踪（命运）：
光合作用
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