生命科学发展趋势 ppt课件

系统生物学的学派
科学中存在着不同的研究学派
本体论：
关注事物的不同性质
方法论：
选择不同的研究策略
整体分析学派
（Global-analysis School）
系统生物学就是应用生物的、遗传的或化学的方法系统 地干扰生物系统，检测所有相关基因、蛋白质和信号 通路的反应，整合这些数据，并最终建立数学模型以描 述系统的结构和对外部作用的反应。 —— L. Hood
我个人更倾向于系统生物学的另一种研究方式。这是一 种很小范围的研究；它与高通量生物学的全局性分析完 全是一种互补关系，并涉及到合成生物学（Synthetic biology), 其目标是要重构和描述同样是复杂系统的某个 局部。 M. W. Kirschner
局域分析学派的研究对象：基序/模块
基序（Motif）
Embryonic localization patterns of GFP-tagged fusion proteins analysed by time-lapse microscopy are largely consistent with model predictions
局域分析学派
（Partial-analysis school）
输入
综合性研究
输出
分析性研究 经典生物实验科学
输入
A
(基因/ 蛋白质)
B
(基因/ 蛋白质)
输出
分析+综合研究 系统生物学
输入
输出
系统生物学是21世纪生命科学革命的代表
人类基因组计划
科 学 家 对 自 然 界 的 认 识 程 度
中心法则的发现 分子生物学的诞生
系统生物学的诞生
常规科学

PART 03
生命科学的研究方法
实验法
实验法是通过人为控制条件，对研究对象进行观察和研究的 方法。在生命科学领域，实验法是常用的研究方法之一，可 以通过对生物体或生物材料的实验处理，观察其反应和变化 ，从而得出科学结论。
实验法具有可重复性和可控制性，能够排除其他因素的干扰 ，精确地控制实验条件，从而得出可靠的实验结果。实验法 还可以通过对照实验和空白实验等方法，提高实验的准确性 和可靠性。
PART 04
生命科学的前沿进展
基因编辑技术
1 2 3
基因编辑技术概述
基因编辑技术是一种能够对生物体的基因进行精 确修改的技术，包括CRISPR-Cas9系统等。
基因编辑技术的应用
基因编辑技术被广泛应用于遗传病治疗、农作物 改良等领域，为生命科学研究提供了强大的工具 。
基因编辑技术的挑战与前景
尽管基因编辑技术具有巨大的潜力，但仍存在伦 理、安全等方面的挑战，需要进一步研究和探讨 。
脑科学概述
01
脑科学主要研究大脑的结构和功能，揭示大脑的工作原理和机
制。
脑科学的应用
02
脑科学在神经性疾病治疗、人工智能等领域具有广泛的应用前
景。
脑科学的挑战与前景
03
目前，脑科学仍面临许多技术、伦理等方面的挑战，但随着研
究的深入，其应用前景将更加广阔。
免疫学
免疫学概述
免疫学主要研究生物体的免疫系统的结构和功能，揭示免疫系统 的奥秘。
人工智能与药物设计的结 合
人工智能技术为药物设计带来了新的机遇。 通过人工智能算法对已知药物分子和靶点进 行虚拟筛选和优化，可以加速新药研发进程 ，降低研发成本和提高成功率。同时，人工 智能技术还可以帮助预测药物的副作用和相

二000年六月二十六日克林顿宣布 人类基因组草图绘制完成
这是人类基因组计划首席科学家、美国国家 人类基因组研究所所长弗朗西斯· 柯林斯在 介绍情况。
人类基因组草图基本信息
人类基因组
• 由31.65亿bp组成 • 含3~3.5万基因
人类蛋白质
• 61%与果蝇同源
• 43%与线虫同源
• 与蛋白质合成有关 • 46%与酵母同源
染色体（Chromosome）
细胞有丝分裂时出现的、易被碱性染料
着色的丝状或棒状小体、由细长的染色质纤 丝盘旋折叠而成。染色体由核酸和蛋白质组 成，是遗传的主要物质基础。各种生物的染 色体有一定的数目、形状和大小，人染色体
有46条。
Chromosome 染色体 Karyotype 染色体组型
核酸（Nucleic acid）
引用指数在10以上的超一流刊物分科比较
学科 总论 化学 物理 数学 生物 杂志总数 平均引用指数 >30杂志数 2 2 5 1 38 17.8 11..8 22.0 18.2 19.1 0 0 2 0 7
人类基因组计划（HGP）
干细胞研究与发展前景 克隆技术的发展
人类基因组计划
Human Genome Project
•克隆动物的现状。
•什么时候会出现克隆人？ •有关克隆人的争议点。
胚胎干细胞
• ES细胞是一种高度未分化细胞。它具 有发育的全能性，能分化出成体动物 的所有组织和器官，包括生殖细胞。 研究和利用ES细胞是当前生物工程领 域的核心问题之一。在未来几年，ES 细胞移植和其它先进生物技术的联合 应用很可能在移植医学领域引发革命 性进步。
ห้องสมุดไป่ตู้
成体干细胞
成年动物的许多组织和器官，比 如表皮和造血系统，具有修复和再生 的能力。成体干细胞在其中起着关键 的作用。在特定条件下，成体干细胞 或者产生新的干细胞，或者按一定的 程序分化，形成新的功能细胞，从而 使组织和器官保持生长和衰退的动态 平衡。

THANKS
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生命科学的研究领域
分子生物学
分子生物学是研究生物大分子结构和功 能的学科，旨在揭示基因组、蛋白质组
等的奥秘。
遗传学
遗传学是研究生物遗传和变异的学科， 旨在揭示基因的本质和遗传规律。
细胞生物学
细胞生物学是研究细胞的结构、功能 和变化的学科，旨在揭示细胞生长、 分化、凋亡等的规律。
生态学
生态学是研究生物与环境相互关系的 学科，旨在揭示生态系统的结构和功 能。
生物工程应用
生物工程在医药、农业、工业和环保等领域有着广泛的应用前景，例如生物制药、生物 燃料和生物修复等。
人工智能在生命科学中的应用
要点一
人工智能技术
要点二
生命科学研究效率提升
人工智能在生命科学领域的应用包括机器学习、深度学习 和数据挖掘等，能够处理大规模数据和预测模型。
人工智能技术可以加速基因测序、蛋白质结构预测和药物 发现等过程，提高生命科学研究的效率和准确性。
物种起源与演化
物种形成
探讨物种如何通过遗传变异和自然选择形成新的物种，包括生殖 隔离机制和物种形成的模式。
生物演化历程
介绍地球上生命演化的历史，包括古生物化石记录和生物地层学的 研究成果。
化石记录的不完整性
说明化石记录的不完整性对理解物种演化的影响，以及如何通过比 较解剖学和胚胎发育的研究来弥补这一缺陷。
基因
基因是DNA分子上的特定片段，负责 编码特定的蛋白质或RNA分子，对生 物体的性状和功能起着决定性作用。
细胞器与细胞
细胞器
细胞器是细胞内的重要结构，包括线粒体、内质网、高尔基体等，它们各自承 担着不同的生理功能，共同维持细胞的正常运转。
细胞

02
生命的分子基础
氨基酸、蛋白质与酶
氨基酸
氨基酸是构成蛋白质的基本单位 ，具有酸碱两性，是蛋白质合成
的基石。
蛋白质
蛋白质是由氨基酸通过肽键连接而 成的大分子，具有复杂的空间结构 ，是生命活动中不可或缺的物质。
酶
酶是由蛋白质构成的生物催化剂， 能够加速生物体内的化学反应，对 维持生命活动具有至关重要的作用 。
人类活动对生物多样性的影响
影响
人类活动如城市化、农业开发、采矿等 ，会对生物多样性产生负面影响，导致 物种减少和生态系统失衡。
VS
保护措施
采取可持续发展策略，减少对生物多样性 的负面影响，促进生态系统的平衡和稳定 。
06
生命科学的应用
生物技术在医学中的应用
基因诊断
利用基因测序技术对疾病进行精确诊断，有助于早期发现和治疗 遗传性疾病和癌症。
《生命科学》ppt课 件
目录
CONTENTS
• 生命科学概述 • 生命的分子基础 • 生命的细胞基础 • 生命的个体基础 • 生命的群体基础 • 生命科学的应用
01
生命科学概述
生命科学的定义与研究对象
总结词
生命科学是一门研究生物体及其相互作用的科学，研究对象 包括生物体的结构、功能、演化以及与环境的相互作用。
细胞膜与细胞器
细胞膜
细胞器之间的协调
细胞膜是细胞的外层结构，由脂质和 蛋白质组成，具有选择透过性，能够 控制物质进出细胞。
细胞器之间相互协调，共同完成细胞 内的各种生理活动，维持细胞的正常 运转。
细胞器
细胞器是细胞内的各种小器官，包括 线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体 等，它们各自承担着特定的生理功能 。

➢ 一般发酵工程包括以下基本步骤：
（1）菌种选育；
（2）细胞大规模培养即发酵过程； （3）生产活性的诱导；
（4）菌体及产物的收获
➢ 发酵工程的产品范围非常广泛。 从食品、药品、精细化工产品到许多工业用原料等 等生物可降解塑料PHB等
➢ 细胞工程是指通过细胞水平上的筛选或改造，获 得有商业价值的细胞株或细胞系，再通过规模培 养，获得特殊商品的技术与过程。
➢
高技术（精细和密集的复杂技术） 高投入（尤其是前期科研投入高） 高利润
生物技术的定义
➢ 1982年，国际合作与发展组织的定义为：生物技术是 应用自然科学及工程学的原理，依靠微生物、动物、 植物体作为反应器将物料进行加工以提供产品为社会 服务的技术。
➢ 美国政府技术顾问委员会(OAT) 的定义是：应用生物或来 自生物体的物质制造或改进一种商品的技术，其还包括 改良有重要经济价值的植物与动物和利用微生物改良环 境的技术。
生生物物技 芯术片费又用称高DN，A（在芯自片1身或）健基在康因上芯应的片贫，用富它差和们距是解？DN释A杂基交探因针技信术与息半时导体的工业隐技私术相权结合和的结公晶正。 性；
第一次技术革命
工业革命 解放人的双手
（3）人类基因组计（划2参）与者基相互因协调信和息成果由发布实； 验室研究向实际医疗应用的转化；
1990年，转基因T淋巴细胞注射 到人体骨髓组织中治疗SCID
➢ 1997年2月23日 苏格兰Roslin研究所 Wilmut和Campbell 《Nature》杂志：
世界首例来源于哺乳动物体细胞的克隆羊“多莉”问 世
➢ 核移植，就是利用一个动物的体细胞的细胞核（供 体核）来取代受精或未受精卵中的细胞核，形成一 个重建的“合子”。

⑥《NEW PHYTOLOGIST 》
⑦ 《 PLANT BIOTECHNOLOGY JOURNAL》 ⑧ 《植物学报》
⑨ 《生态学报》
⑩ 《遗传学报》
⑩ 《动物学报》 ⑩ 《生理学报》
专题 一
植物学研究新进展
植物学研究趋势与进展
植物通过提供基本的营养、能量等维持人类的健康，是 人类赖以生存的根本。 面对世界人口的日趋增长（2050年，世界人口的数量 将从目前的60亿增加到90亿），日益增长的世界需求，深入 地了解植物的发育和生长对世界的未来至关重要。
贮藏蛋白
（4）目前植物系统进化与分类热门议题：
（1）植物分类，资源采集和数据库建立； （2）系统发育学，系统发育基因组学； （3）生物地理学和谱系地理学；
（4）物种形成，杂交和适应进化；
（5）分子进化，进化遗传学，进化基因组学和进化发育。
…….
2.植物传粉机制研究进展
传粉（pollination）：成熟花粉从雄蕊花药或小孢子囊中散。
黄花大苞姜适应于花粉流动的自花授 粉机制在花的形态和开花特征上都有 所变化。花粉成油质粘液浆状，由粘 丝连接成链珠状。花粉粒表面光滑并 延长成长椭圆球形。柱头呈扁喇叭形， 其中与花药紧贴面凹陷，较其他地方 位臵低，有助于花粉浆团流入其中。 柱头上和花药面均长有毛，朝向柱头 方向，有助于引导花粉浆团流向柱头。
课程内容：
生物科学研究进展
专题 1 专题 2 专题 3 专题 4 植物学研究进展 遗传学研究进展 生理学研究进展 生态学研究进展
专题 5
专题 6 专题 7 专题 8
微生物研究进展
神经生物学研究进展 动物学研究进展 发育生物学研究进展
专题 9
专题10 专题11 专题12

空间生命科学研究目的
探索生命在太空中的适应性和 生存机制。
研究空间环境对生物体细胞、 组织、器官和系统的影响。
评估长期太空驻留对人体的影 响，为解决太空探索中的人类 健康问题提供科学依据。
空间生命科学研究的重要性
促进人类太空探索的可持续发展
了解生命在太空中的适应性和生存机制，有助于解决人类在太空探索中面临的健康问题， 保障太空任务的顺利进行。
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促进学术交流
举办国际学术会议和研讨会，促进各国学者之间 的交流与合作，推动空间生命科学研究的进展。
3
建立国际合作平台
共同建设空间生命科学研究实验室、数据中心和 观测站等平台，提高研究水平和效率。
空间生命科学研究设施建设
建设先进实验设施
01
投资建设先进的空间生命科学研究实验设施，包括空间生物学
实验室、空间生态实验室等，提高研究水平和实验能力。
推动相关学科的发展
空间生命科学研究涉及生物学、医学、物理学、化学等多个学科领域，通过研究可以推动 这些学科的发展和交叉融合。
为地球上的生命科学研究和医学应用提供借鉴
空间生命科学研究可以提供关于生命适应性和生存机制的新视角，有助于解决地球上的生 命科学研究和医学应用中的问题。
02
空间生命科学研究成果
研发新型实验设备
02
鼓励研发新型的空间生命科学研究设备和技术，如微重力实验
设备、空间辐射探测器等，推动研究的创新发展。
加强设施共享
03
建立空间生命科学研究设施共享平台，促进研究机构之间的设
施共享和合作，提高设施使用效率。
空间生命科学研究人才培养
加强学科交叉培养
加强国际人才交流

基因重组
在生物体进行有性生殖的过程中，控 制不同性状的基因重新组合，导致后 代出现不同于亲本的类型。基因重组 增加了生物的遗传多样性。
染色体变异
指染色体结构和数目的改变，包括染 色体倒位、易位和非整倍体等。染色 体变异对生物的性状和进化具有重要 影响。
2024/1/28
13
生物进化的证据与理论
生物进化的证据
包括化石记录、比较解剖学、胚胎学、分子生物学和生物地 理学等方面的证据，这些证据支持了生物进化的观点。
2024/1/28
生物进化的理论
达尔文的自然选择学说是生物进化的核心理论，它解释了生 物多样性和适应性的起源。此外，还包括中性学说、突变论 和协同进化等理论，这些理论从不同角度阐述了生物进化的 机制。
14
04
生物多样性与保护生物学 基础
2024/1/28
15
生物多样性的概念、层次和类型
概念
生物多样性是指在一定时间和一 定地区所有生物（动物、植物、 微生物）物种及其遗传变异和生
态系统的复杂性总称。
层次
包括基因多样性、物种多样性和 生态系统多样性三个层次。
类型
生物多样性包括生态系统多样性 、物种多样性和遗传多样性。
基因型与表现型关系
基因型是个体的遗传组成，而表现型是基因型与环境相互作用的结果。基因型 与表现型之间的关系受到多种因素的影响，如基因互作、环境条件和发育阶段 等。
2024/1/28
12
基因突变、重组与染色体变异
基因突变
指基因结构的改变，包括点突变、插 入和缺失等。基因突变是生物进化的 原材料，也是导致遗传疾病的原因之 一。
2024/1/28
25
生物技术的伦理、法律和社会问题

生命科学——
是以生命为研究对象的科学和技术的总称， 是研究生命活动及其规律的科学，并涉及 到医学、农学、健康、环境等领域。
21世纪的主导学科 —生命科学
走进生命科学实验室
• 生命科学探究的基本步骤 • 生命科学实验的基本要求
四、脑科学
美国提出“脑的十年”计划重点是保护脑，防治脑疾 病；欧洲“脑的十年”则兼顾保护脑和了解脑；日本 的计划是把创造脑提到了和了解脑、保护脑并重的地 位，成为脑研究的三大目标。 从国外的研究情况看，脑科学以不仅是神经生物学界 的事，它需要具有数、理、化、计算机、信息等方面 的知识，是多学科综合研究的课题。
生命科学发展简史
一、古代 二、近代 三、现代
一、古代中、西方生物学的成就
是在生产实践中菌的国家 种植水稻—公元前5000年 饲养猪—公元前3000年 《诗经》—记载了动植物200多种 《齐民要术》—详细记录了农业生产上的科学原理和方法
《本草纲目》—记载了1094种药用植物和444种动物， 记录了详细的分类方法，是药典，也是生物学巨著
三、现代生物学的成就
1953年沃森、克里克—提出DNA双螺旋结构模型 我国—1965年合成结晶牛胰岛素
1981年合成酵母丙氨酸转移核糖核酸 1997年—“多利”羊克隆成功 2000年—人类基因组草图绘制完成 2003年—人类基因组计划所有目标完成
研究方法
描述法 比较法
实验法
发展过程
个体水平
细胞水平
分子水平
发展方向
微观
分子生物学
宏观
生态学
展望生命科学新世纪
一、后基因组学
解读并深入探索人的结构和 功能基因组
破译重要微生物和植物的基 因组
启动环境基因组的研究以及 基因技术的应用

什
么 人体表面覆盖着皮肤、皮肤里是肌肉和骨骼。人体
中无论是坚硬的骨，还是柔软的脑和其他内脏，都是由 细胞构成的。细胞是人体的结构和功能的基本单位。
是
人 肌肉组织可以分为骨骼肌、平滑肌（器官内）和心
肌。人体的八大系统：
运动系统————运动、支持和保护
的
循环系统————运输体内物质（血液和淋巴）
生
消化系统————消化食物和吸收营养 呼吸系统————呼入氧气和呼出二氧化碳
1、新陈代谢的概念
新陈代谢——人体与外界环境之 间的物质和能量的交换，遗迹人体内 物质和能量的转换过程。通俗地说是 新旧交换的意识。新陈代谢是人和生 命维持生命活动的基本条件，是生命 的基本特征。
在新陈代谢的基础上，人和生物 才能表现出生长、发育、生殖、遗传 和变异等形态。
新陈代谢主要靠神经和激素调节。
人类生命的发展历程
人类是38亿年前开始，由水中的原生物发展 起来的，先变成类似鱼型的动物；再发展成可以 爬行的类似鳄鱼型的两息动物；大约在25亿年前， 人类完成了“最后一跳”来到了陆地上生活。
恩格斯说：“是劳动改变创造了人本身”劳 动创造了语言、文化、科学、技术。
最近，美国科学家研究“是直立行走决定人 类语言的进化”。四足动物运动中不能发音。
生命科学及其前沿发展
生命科学及其前沿发展
一、生命科学的基础研究 二、人类基因的基本知识 三、生命科学的前沿发展
一、生命科学的基础研究
〈一〉生命的起源 〈二〉细胞生物学和干细胞 〈三〉遗传和进化
“什么是生命”？
生命是新陈代谢的过程。生命信息的储存，是生命 的重要特点之一，它有记忆功能。那么它的储存的单位， 实际上就是我们说的基因，在绝大部分的生命体我们知 道，它的载体是脱氧核糖核酸DNA。但是它的执行单位， 主要来说是蛋白质。记忆有两种：陈述性记忆和程序性 记忆。程序性记忆一般不容易忘记。

1、生命结构的基础 、
（1）原核生物、真核生物 ）原核生物、 （2）病毒 ）
（1）原核生物与真核生物 ）
细胞是生命的基础，是生命的最小单位。 细胞是生命的基础，是生命的最小单位。 细菌的细胞是原核细胞，它是没有细胞核的。 细菌的细胞是原核细胞，它是没有细胞核的。 植物和动物的细胞是填核细胞， 植物和动物的细胞是填核细胞，是一个很复杂的结 有细胞核、叶绿体、线粒体。 构。有细胞核、叶绿体、线粒体。叶绿体是光合作 用的机器；线粒体是生产能量的机器； 用的机器；线粒体是生产能量的机器；细胞核里存 放遗传信息。 放遗传信息。 还有一些高尔基体从细胞里往外输送蛋白， 还有一些高尔基体从细胞里往外输送蛋白，还 有一些“内质网”是合成蛋白的地方， 有一些“内质网”是合成蛋白的地方，他们的功能 分的很清楚，不是混在一起，而是分块进行。 分的很清楚，不是混在一起，而是分块进行。
2、代谢的特点和过程 、
第一，它是分步进行的，有顺序性，有中间代谢的网络； 第一，它是分步进行的，有顺序性，有中间代谢的网络； 第二，它是高度灵活的自我调控。一切有序过程的核心， 第二，它是高度灵活的自我调控。一切有序过程的核心， 就是调控。调控可分为内部调控和外部调控， 就是调控。调控可分为内部调控和外部调控，调控需要付 出能量，这是热力学的基本原理告诉我们的。 出能量，这是热力学的基本原理告诉我们的。 第三，生物的代谢是在温和的条件下进行的， 第三，生物的代谢是在温和的条件下进行的，绝大多数是 通过酶的催化。 通过酶的催化。 第四，它在进化中不断的发展，不断的自适应。 第四，它在进化中不断的发展，不断的自适应。所有的生 物都含有几乎相同的代谢过程，但是它又是千差万别的。 物都含有几乎相同的代谢过程，但是它又是千差万别的。
美国科学家发现26亿年前存在 美国科学家发现 亿年前存在