生物學現狀跟未來簡介

《生物學》現狀與未來簡介

有人說：20世紀是物理的世紀，21世紀是生物的世紀，

你相信嗎？

也許你曾經聽說過，也許你不以為然。

那么，請隨我們一起來領略21世紀生物學的風采和魅力

吧！

1.美國著名的《科學》雜志評出1995?2000年各年度的

十大科學成就，生物學科技成果連續

六年均占一半以上！

2.1999年美國科學院院士和外籍院士共2217名，與生

物學密切相關的院士1112名，占總

人數50.2%,其中1999年4月新增加的63名院士中有37

名與生物學相關，占新增院士總數的

59%O

3.以美國為例，近年統計了48萬博士學位獲得者中，從

事生物學的占51%……

近年來，世界上越來越多的數、理、化等科學家被吸引到

生物科學研究的領域中，在發達國

家，優秀青年科學家流向生物科學，在發達國家已成明顯

趨勢，學習生物、農學、醫學的青年增

加很快。

我國的形勢令人擔憂。根據對中國12所重點大學生物系

1066名教師的統計，教授：人，講師：人，助教：人

=3000000005

原因是年輕的教師大批流失（出國），這是因為生物學在發

達國家倍受重視而在國內受冷遇的反差

特別大。

現代生物技術越來越為各國政府和企業界所關注，與信息、

新材料和新能源技術并列成為影

影響國計民生的四大科技支柱，是21世紀高科技產業的

先導。

幸運的是，我們的國家開始意識到這一點。生物學的地位

越來越受到重視，因為生物

發展，不久的將來，生物方面的人才需求量激增，生物學

科的面貌必將不斷改變。

我們相信：縱然21世紀不能說是生物的世紀，生物學科

也必將有極大的發展，成為帶頭學科

的之一!

因為：人是最高級的生物——自然科學的發展最終要為我

們人類自身服務！

據說今年中山大學錄取分數最高的是生物專業！

讓我們一起關心和發展我們的生物事業，了解它對我們生

活的四個方面，努力學好生物。

這門課程。

現代生物學與未來

2、1現代生物學&糧食與人口

思考：1。你感覺到食物短缺的問題了嗎？

2.農民職業是否意味著臟、累、窮？

隨著人口的增長，對食物的需求也在增加；

隨著生活水平的提高，人們要求吃得越來越好；

隨著現代工業、工業用地、道路建設和環境破壞的發展，

可用于種植糧食的土地面積越來越大。

更少。

糧食危機是客觀存在的，造成我們一定錯覺的原因在于：

1.依靠現代生物技術的發展，提高世界糧食總產量；

2.貧富分配不均，許多貧困地區和國家普遍缺糧。

解決辦法：發展生物科技，提高作物產量，控制人口增長,

提高人口素質

綠色農業（動植物資源）應用，如組織培養、無土栽培、雜

交育種和基地轉移。

因等現代生物技術，提高傳統動植物的品質和產量。

白色農業（微生物資源）據計算，如果用世界石油產量的

1%,就會產生單細胞。

蛋白，就可供10億人吃一年。

藍色農業（海洋生物資源）如果海藻和浮游生物包含在人類

食物中

范圍，則海洋可養活300億人。

工廠化農業（人工合成糧食）工廠里模擬光合作用

思考：發展生物科技對解決糧食與人口問題起能起到什么

作用？

2.2現代生物學&醫療與健康

思考：

1.下列疾病你聽說過嗎？

癌癥、艾滋病、埃博拉病毒、禽流感、0-157型大腸桿菌、

瘋牛病.

2.下列保健品你聽說過嗎？紅桃K、三株口服液、螺旋

生物與醫療保健：

.常規醫療、保健事業無一不與

生物息息相關

.生物科技為生物制藥、保健事

業帶來了巨大的經濟效益

.現代醫學的發展使越來越多的疑難雜癥治愈的同時，又

出現了眾多新的疑難絕癥，急待

生物醫學科技的發展。

知道瘋牛病病毒有多厲害嗎？

瘋牛病在英國幾次大爆發，給政治、經濟帶來嚴重的影響,

瘋牛腦組織呈海綿狀，經分析發

現一種致病因子，具有極強的生命力與和感染力，比任何

細菌、病毒都耐熱，90℃情況下30分鐘，

感染力絲毫不減，120?130℃情況下加熱4個小時仍有一

定的感染力，連福爾馬林也不能將它們消

滅，這一切引起了醫學界的恐慌，經分析這是一種不含核

酸的蛋白侵染因子!

美國總統里根晚年得了老年性癡呆，生活不能自理，甚至

連自己的名字也回憶不起來，而這

種病人腦組織同樣布滿空洞，呈海綿狀。

預測，1980年至1996年可能高達13萬人感染瘋牛病。

（南方日報）

埃博拉病毒是人類所知最恐怖、最致命的病毒之一，有

“超級愛茲病”之說。自1996年以來經

由WHO確認的1100個埃博拉病毒感染者中，死亡者多

達793人。

思考：現代生物科技對醫療、保健事業能起到什么作用？

2.3現代生物學&工業與國防

常規應用工業：制藥、釀酒、食品等。

新型生物工業：生物冶金、生物反應器等。

近年來，化學工業有20%被生物反應器所取代，其設備

投資減少80%,能耗降低50%。一

般說來，生物酶催化比化學催化效率高10-7?10-13倍。

在重工業中，已有40個礦山用細菌冶金。日本用還原菌

煉銅；加拿大用氧化鐵硫桿菌從黃鐵

礦中提金，其濾析率近100%。

在輕工業中，科學家正努力使蠶的絲心蛋白基因在大腸桿

菌中表達，以求在發酵罐中生產蠶

絲。又如治療糖尿病的重要藥物胰島素，以往由豬的胰臟

分離提取的，450公斤的胰臟才能得到

10克胰島素。而基因工程技術用大腸桿菌發酵生產，一

只200升的發酵罐即可生產相同產量。而

1977年應用基因工程生產生長激素釋放抑制激素（抑長

素）成功，用這種方法10升發酵液可生

產5mg抑長素，與過去用50萬頭綿羊的下丘腦提取的產

量相等。

國防工業：生物武器、仿生學等的應用

2.4現代生物學&資源與環境

現代工業社會的發展，消耗了大量的煤、石油、天燃氣、

礦石等不可再生性自然資源，能源危

機已成為一個熱門的話題。

生物資源是一種可再生性的資源，合理的開發和利用將讓

我們取之不盡，最終解決能源危機。

不合理的開發和利用自然資源卻導致了現代生態環境的破

壞——臭氧空洞、溫室效應、沙塵暴、

水旱災害、水土流失、生物滅絕、赤潮、酸雨、光化學煙

霧等等接踵而來……

這一切多數是人為破壞自然環境的惡果，歷史上黃土高原

高原森林覆蓋率曾經高達50%以上，

長江、黃河也不是今天的濁流……

發展生物科技，重視生態平衡與環境保護勢在必行。

學科聯系

20世紀物理學、化學高度發展，為生物的研究提供了基

礎知識和新的實驗手段，作為一門應

用基礎學科，各學科衍生出了相關的一門重要的分支學科

如：

化學--------------＞生物化學

物理--------------＞生物物理（仿生學是生物物理的一門

分支學科）

計算機------------＞生物計算機

作為一門剛剛騰飛的基礎學科，它的起步較晚，發展卻異

常迅速，在物理、化學等基礎自然

科學走向巔峰的時候，生物學正借助物理、化學的知識與

實驗方法，飛速發展。

美國研究院之所以有50%以上的院士研究生物方向，其

中很多是從物理學、化學等學科轉向

研究生物的。

由此：21世紀生物人的世紀必將到來！

學好生物有著非常重要的意義。

熱點追蹤

生物前景綜述、克隆專題、人類基因組計劃、生物計算機、

納米生物工程、仿生學

?埃博拉病毒?干細胞研究?瘋牛病?基因組計劃?生物芯片

?致病基因和基因治療.艾滋病.生物制藥.人類起源大探秘

?紛紛擾擾克隆人?物種克隆與轉基因生物?干細胞移植進展

與爭論等

附錄費料

5.1美國科學院各大類學科的院士名額

根據1999年7月1日美國科學院發布的資料，美國科學

院院士和外籍院士共2217名，其中

名譽院士89名，外籍院士313名。按學科分類的各學科

院士人數如下：

*動物科學和人類營養學46數學111

*人類學75*醫學遺傳學、血液學和腫瘤學90

應用數學62*醫學生理學和新陳代謝53

應用物理科學88*微生物學和免疫學88

天文學77*神經生物學68

化學202*植物生物學59

*細胞和發育生物學91*生理學和藥理學55

化學202*植物生物學59

經濟科學58*植物、土壤和微生物科學55

工程科學98*群體生物學、進化和生態學74

*遺傳學82*心理學75

地質學77社會和政治科學57

地球物理學95

帶“*”的14類學科都與生物學密切相關，院士總數為

1112名，占全部院士人數的50.2%。

1999年4月份新增加的63名院士中有37名與生物學相

關，占新增院士總數的59%。

5.2未來農業的四種模式一徹底擺脫臟、累、差

傳統綠色農業，是以太陽光為直接能源，以水、土為

主要養料，靠綠色植物光合作用轉換

能量進行生產的農業。應用諸如組織培養、無土栽培、雜

交育種、轉基因等現代生物技術，提高

傳統動植物的品質和產量。

世界上首次獲得抗病毒轉基因小麥植株。也已成功育成轉

基因大豆，其蛋白質含量高達48%,又

能抗病毒，產量也比一般大豆高12%。又如超級水稻的

培養，產量較普通水稻數倍增長。

白色農業亦即微生物農業。它是以蛋白質工程、細胞

工程、酶工程為基礎，以基因工程等高科

技開發微生物資源的工程農業。它通過優化配置微生物資

源，利用微生物驚人的繁殖生產能力，在工

廠化條件下生產人類及動植物所需營養品及保健品的新型

農業。白色農業的發展，將促進以動物植物

生產為主的傳統二維農業結構，向動物、植物、微生物并

重的三維結構發展。

應用實例：

據計算，如果用世界石油產量的1%,生產單細胞蛋白，

就可供10億人吃一年。

藍色農業是指海洋生物資源農業，即是以海洋水生生

物和浮游生物為資源，進行利用加工

的海洋農業。目前主要是指人工養殖、栽培生物的海水養

殖業和在自然水體中放養生物的海水增

殖業。

實例：海洋占地球表面71%,在近海海域自然生長的藻

類植物，若加工成人類食物，其年產

量相當于目前世界小麥總產量的15倍以上。如果把海洋

藻類植物和浮游生物均納入人類食物范

圍，則海洋可養活300億人。

未來工廠化農業：

工廠化農業是指人工合成糧食。生物技術專家們利用示蹤

原子等方法已經證明，在植物的光

合作用過程中，經過電子傳遞，不僅能生產碳水化合物,

而且能生產蛋白質、脂肪、淀粉、葡萄

糖、維生素等物質。同時發現，有10多種酶參與其中的

催化活動乙經過實驗，已成功地用一種金

屬輅合物催化二氧化碳，使其變成極簡單的有機化合物。

科學家們預言，在未來的人工合成糧食

工廠里，中央控制室只有幾位工作人員，他們只須觀察各

自屏幕上顯示的符號和數據，根據需要，

隨時可通過電腦準確地向正在運轉的各種裝置發出監控指

令，讓它分秒不停地合成各種“糧食

5.3沙塵暴的警示及近50年我國的強沙塵暴

1998年4月15日。雷雨攜風將一層泥漿遍灑北京的大街

小巷！當晚，狂風掠過華北平原，濟

南籠罩黃色在沙塵之中，16日掠過江蘇徐州，中午進犯

南京，空氣質量指數達到了極限值……

特大沙塵暴起于內蒙西部的阿拉善盟額濟納旗。阿拉善地

區的地表土層被刮去十余厘米，14

萬畝農田防護林被沙塵壓埋1米深……

半個世紀前還是“芨芨蘆葦入望迷，紅柳胡楊闊天邊''的額

濟納旗，如今已經極度地沙化了。

全旗有87.2%的草場沙化，淪為鹽漠戈壁……

北京目前距離最近的沙漠僅有70公里，如果不趕快采取措

施保護環境，我們不由疑問:若干年后

的北京會不會成為第二個古國“樓蘭”，內蒙古大草原會不

會成為第二個塔克拉瑪干……

20世紀下半葉我國呈急速上升趨勢：

50年代共發生過5次；

60年代共發生過8次；

70年代共發生過13次；

80年代共發生過14次；

90年代共發生過23次！

2000年發生12次，而2001年5月20日，已發生多達18

次！

90年代，沙化土地每年擴展2460平方公里。沙塵暴就是

土地荒漠化的警報，而沙塵暴發生

的頻率與強度的增大，則是敲響了生態危機的警鐘！

結論沙塵暴就是土地荒漠化的警報，而沙塵暴發生的頻率

與強度的增大，則是敲響了生態危

機的警鐘!

5.4蚊蟲叮咬會傳播艾滋病嗎？

現在艾滋病在亞洲地區呈明顯上升趨勢，我國衛生部最新

公布的一項流行病學研究成果表明，

中國共有8種類型的艾滋病病毒流行，類型數目在世界居

首位，艾滋病病毒傳播速度之快令人震

驚。有人也許會問，蚊蟲叮咬會傳播艾滋病嗎？

據衛生部艾滋病預防與控制中心的曹教授解釋：目前，尚

無科學根據認為蚊子等昆蟲可傳播

艾滋病。有人從蚊子胃內分離出艾滋病病毒（HIV）,發

現蚊子吸了艾滋病病人的血液后，HIV可

在蚊胃中存活三四天。但專家們認為，這并不能說明蚊子

能傳播艾滋病。有人擔心蚊子嘴上殘留

的血液含有HIV會傳染給人。但研究發現，蚊子嘴上殘

血量僅有0.0004毫升，按此計算，要叮咬

2800次，殘血量中才能攜帶足夠量的HIV引起傳染，而

蚊子在吸一次血后至少4天不再叮咬吸血。

此外，流行病學調查資料也不支持蚊子能傳染艾滋病的這

種說法。因為與其他年齡組比起來，青

少年中艾滋病發病極少，而他們往往有較多的被蚊子叮咬

的機會。因此，目前認為，蚊子只是HIV

的暫時攜帶者，還不能證明它們能夠傳播HIV。

2000年世界十大科技進展新聞

1、美、日、法、德、英、中六國科學家公布人類基因組

“工作框架圖”；

2、美研制出最先進的量子計算機和生物計算機；

3、美國國際商用機器公司開發出12萬億次超級計算機，

在超級計算發展史上首次突破每秒10萬

億次大關；

4、國際空間站迎來第一批長住宇航員。11月2日，建設

中的國際空間站與俄羅斯“聯盟TM—31”

號宇宙飛船成功對接，1名美國宇航員和2名俄羅斯宇航

員進駐國際空間站，成為這個“太空城”

的第一批長住居民；

5、美國、日本、希臘和韓國科學家合作研究發現工子中

微子存在的直接證據；

6、科學家發現存活了2.5億年的細菌。美國科學家從新

墨西哥州東南部一個地下洞窯中鉆探得到

埋藏于地下約600米處的晶體中含有非常小的鹽水囊，細

菌就生活在其中。科學家把細菌取出來，

放入營養液中，它們很快就“蘇醒”過來并開始成長；

7、法國實施基因療法首獲成功。科學家用基因療法已治

愈了3名患有嚴重綜合型免疫缺損癥的兒

童。這是基因療法研究開展近十年來科學家取得的首次成

功；

8、艾滋病研究取得重要進展。默克公司的科學家宣布他

們在實驗室中發現了兩種能遏制整合酶運

動的物質，它們能阻止艾滋病毒遺傳物質與人體白細胞遺

傳物質相結合；

9、美科學家研制出分子開關，使分子計算機研究又向前

邁進一步。這種分子開關只有頭發絲那么

細。實現分子開關的“開”和“關”狀態，分子計算機運行所

需的電力將比現在的計算機大大減少，

這將使它的功效達到硅芯片計算機的百萬倍；

10、科學家制造出直徑0.4納米的碳納米管。日本電氣公

司和香港科技大學的科學家分別用不同

技術制造出了直徑僅0.4納米的碳納米管，這可能是迄今

世界上制造出的最小的穩定碳納米管,

也是理論上可能最小的碳納米管。

我國50年來重大成果

1、人工全合成牛胰島素研究

1965年9月17日，人工合成胰島素在中國首次發現。這

也是世界上第一個蛋白質的全合成。這

是我國科技人員在奮力攀登世界科學高峰，為祖國在基礎

研究方面爭得的一項世界冠軍。這一成

果促進了生命科學的發展，開辟了人工合成蛋白質的時代。

2、酵母丙氨酸轉移核糖核酸的人工全合成

核酸和蛋白質是生命活動的基本物質。我國酵母丙氨酸轉

移核糖核酸的人工合成工作始于1968

年，1981年完成。先后參加此項工作的有187人。他們

來自中國科學院上海生物化學研究所、上

海細胞所、上海有機所、生物物理所、北京大學和試制二

廠。

3、蛋白質功能基因的化學修飾與其生物活性間的定量關

系

結構生物學已成為生物學領域內發展最為迅速的領域，而

蛋白質研究又是當前結構生物學研究的

主流。鄒承魯院士多年從事這方面的研究，并得出在蛋白

質分子中常常含有多個同類基團，但其

中僅有少數為蛋白質表現活動所必需。可見酶的活性部位

僅處于整個酶分子的有限的局部區域。

這一結論，改變了當時流行的理論，并為30年來的大量

事實所充分證明。

4、《中國高等植物圖鑒》及《中國高等植物科屬檢索表》

《中國高等植物圖鑒》及《中國高等植物科屬檢索表》是

中國科學院植物研究所組織全國30多個

單位的專家教授及繪圖人員，花費19年時間編纂而成。

全書共計8冊，1057萬字。它記載了我

國高等植物中常見的、有經濟價值和科學上有重要意義的

近11000種。

秦仁昌院士歷經數十年，獨立潛心研究蕨類植物系統學。

基于他對中國的蕨類植物各類群的大量

的分類學實踐，在吸收了近代各分支學科研究成果的基礎

上，形成了自己的學派，創建了最完整

的中國蕨類植物分類系統。

6、黑曲糖化酶酶活的提高及其在工業上的應用

糖化酶是工業生產三大酶之一。中國科學院微生物研究所

科研人員對其菌種的培養特性、菌種穩

定性、培養基選擇、酶的性質、糖化條件等進行了系統研

究，先后在一些藥廠、酒廠進行生產，

均獲得成功，并取得顯著的經濟效益和社會效益。

7、海灣扇貝引種、育苗、養殖研究及其應用

中國科學院海洋研究所在進行海灣扇貝養殖生物學研究的

基礎上，研究解決了親貝提前成熟生殖

等關鍵技術問題，從而建立了一整套先進的工廠化育苗工

藝。這種工廠化的海灣扇貝控溫育苗技

術及全人工養殖業首創于我國，技術水平為國際領先。

8、澄江生物群和寒武級大爆發

1984年中國科學院南京地質古生物研究所科研人員在云

南澄江帽天山發現了第一批保存極好的軟

體節肢動物化石之后，他們對澄江生物群開始了一系列卓

有成效的發掘與研究。發現了保存軟體

組織的完整化石標本30000余塊。發現了多細胞動物化石

近100多種。這一發現不僅為“寒武紀大

爆發”這一非線性突發性演變提供了科學事實，同時也對

達爾文漸變式進化理論是個極大的難題及

挑戰。

9、轉基因農作物

轉基因農作物經批準，我國已有36項轉基因農作物研究

進入大田試驗，其中轉基因抗蟲棉花等4

種轉基因農作物可進行商品化生產，轉基因抗蟲棉花累計

種植500萬畝，有4個轉基因農作物新

品系通過了農作物品種審定。

10、轉基因與胚胎工程動物

我國已成功獲得轉基因動物和胚胎工程動物。試管羊、牛、

*,轉基因羊、牛、魚相繼在我國誕生。

動物胚胎工程技術已在畜牧業中應用，對我國高效、優質、

高產畜牧業的發展作出了積極貢獻。

11、基因工程藥物

1989年中國預防醫學科學院病毒學研究所研制出我國第

一個基因工程藥物alb型干擾素,現已有18種基因工程藥物和

疫苗相繼研制成功并投放市場。目前已建成現代生物技術醫藥

企業100余家，

基因工程藥物產業年平均增長率達80%,創造產值20億

元，成為國民經濟新的增長點。

12、世界第一張水稻基因組物理圖構建成功

水稻基因包含了水稻全部遺傳信息，由12條染色體組成,

總長為4.3億核甘酸。在科技部、中國

科學院和上海市政府的支持下，1996年6月，中國科學

院國家基因研究中心運用自己制定的“指

紋-錨標”戰略，建成了國際上第一張水稻基因組BAC物

理圖。這張物理圖也為測定水稻DNA全

順序鋪平了最后的道路，使人類最終能在分子水平解開水

稻遺傳之謎，造福人類。

13、人類基因組計劃取得進展

人類基因組計劃是生命科學史上一項重大科學工程，倍受

世人矚目。我國科學家在重大疾病相關

基因研究方面取得突出進展，在世界上贏得了一席之地。

我國國家人類基因組南方中心主任陳竺

教授當選為國際人類基因組組織（HUGO）理事。國家人

類基因組中心的建立提高了“規模測序”

和“基因組信息分析“能力，每天能完成100萬以上堿基序

列的測定。夏家輝教授首次發現了人耳

聾基因，