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1专题四、生物科学发展史生物科学发展史既包括科学家对生命现象的研究过程，又包括科学家研究生命现象时所持有的不同观点和态度；既包括生物学理论和方法的形成演变，又包括不同学科之间的联系、科学与社会的相互影响。在近几年的高考题中有关生物科学发展史中的一些实验设计思路、研究方法时有出现。预计今年高考理科综合中的最后2个生物大题有可能以生物科学发展史有背景出题。现就现行高中生物教材中有关生物科学发展的问题进行一次专题小节。一、生物科学发展的三个阶段1．描述性生物学阶段：20世纪以前2．实验生物学阶段：1900年孟德尔遗传规律的重新发现——1953年3．分子生物学阶段：1953年DNA分子双螺旋结构模型的建立————二、生物科学研究的方法1．观察法：生物科学研究最基本的方法，也是从客观世界获得原始的第一手材料的方法。观察包括人的肉眼观察及放大镜、显微镜观察。观察结果必须是可以重复的。只有重复的结果才是可检验的，从而才是可靠的结果。3．假说和实验：在观察中往往会发现问题，为了要解释或解决这些问题，一般是先是提出某种设想或假说，然后设计实验来验证这个设想或假设。4．模型研究：常用的生物学模型有以下几种：①生物模型：又叫模式生物，如大肠杆菌、果蝇、小鼠等②机械和电子模型：如DNA双螺旋结构、仿生学、人工智能等③抽象模型：如生态学、种群遗传学中的数学方程等三、高中教材中提到的有关生物科学发展史问题必修本第一册1．细胞学说：19世纪30年代，德国植物学家施莱登和动物学家施旺提出。指出细胞是一切动植物结构的基本单位。（P3）2．染色质：染色质这个名词最早是德国生物学家瓦尔德尔提出来的，主要是指细胞核内容易被碱性染料染成深色的物质，因此叫做染色质。（P32）3．植物细胞全能性：1958年美国科学家斯图尔德将胡萝卜韧皮部的一些细胞进行培养，由于细胞分化而最终发育成完整的新植株。（P41）4．酶的发现：1773年意大利科学家斯帕兰札尼设计了一个巧妙的实验说明胃具有化学性消化的作用；1836年德国科学家施旺从胃液中提取出了消化蛋白质的物质（即胃蛋白酶）；1926年美国科学家萨姆纳从刀豆种子中提取出脲酶的结晶并经实验证实脲酶是一种蛋白质；20世纪80年代美国科学家切赫和奥特曼发现少数RNA也具有生物催化作用。（P45）5．光合作用的发现：1771年英国科学家普里斯特利通过实验，指出植物可以更新空气；1864年德国科学家萨克斯的实验证明了绿色叶片在光合作用中产生了淀粉；1880年美国科学家恩格尔曼的一个巧妙实验证明O2是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所；20世纪30年代美国科学家鲁宾和卡2门的同位素标记法实验证明了光合作用释放的氧来自水。（P53）6．溶液培养法：土壤中的矿质元素是否都是植物生活所必需的，科学家通过溶液培养法进行了研究。溶液培养法是指用含有全部或部分矿质元素的营养液培养植物的方法。（P62）7．矿质元素运输：科学家用不透水的蜡纸将柳树茎的韧皮部和木质部隔开，并在土壤中施用含42K的肥料，5h后测得42K大量集中在木质部中，从而证明根吸收的矿质元素是通过导管向上运输的。（P63）8．生长素的发现：1880年达尔文向光性实验推想胚芽鞘的尖端可能会产生某种物质，这种物质在单测光下，对胚芽鞘下面的部分会产生某种影响；1928年荷兰科学家温特的实验得出胚芽鞘的尖端确实产生了某种物质，这种物质从尖端运输到下部促使胚芽鞘下面某些部分的生长；1934年荷兰科学家郭葛等人从一些植物中分离出了这种物质，经鉴定为吲哚乙酸。（P80）9．克隆哺乳动物：1997年2月7日《自然》杂志报道，英国生物学家维尔莫特首次用羊的体细胞（乳腺细胞）成功克隆出一只小母羊，取名多利（Dolly），在此以前，我国生物学家曾用胚胎细胞作为供核细胞，培育出了克隆牛和克隆兔，但是，多利羊在技术上的突破之处在于供核细胞是体细胞。（P101）10．原肠胚三个胚层的发育：1929年德国胚胎学家福格特设计一个巧妙的实验，用无毒的染料将琼脂薄片染上颜色，再将薄片紧贴在早期原肠胚的表面，从而得出三个胚层的发育情况；近年来动物胚胎学家用同位素标记等方法研究原肠胚三个胚层的发育，同样取得了理想的结果。（P111）必修本第二册11．肺炎双球菌的转化实验：1928年英国科学家格里菲思的肺炎双球菌转化实验指出已经被加热杀死的S型细菌中必然含有某种转化因子；1944年美国科学家艾弗里及其同事的实验得出转化因子就是DNA。也就是证明了DNA是遗传物质，蛋白质不是遗传物质。（P3）12．噬菌体侵染细菌的实验：1952年赫尔希和蔡斯的大肠杆菌T2噬菌体侵染实验更进一步的证明了DNA是遗传物质。该实验同样用到了同位素标记法，该实验最关键的设计思路是设法把DNA与蛋白质分开，单独地直接地去观察DNA的作用。（P4）13．DNA双螺旋结构：1953年美国科学家沃森和英国科学家克里克共同提出了DNA分子的双螺旋结构模型。1962年沃森、克里克和维尔金斯三人共同获得了诺贝尔生理学医学奖。（P8）14．遗传密码子的破解：1967年科学家们破译了全部遗传密码子，并且编制出了密码子表。（P15）15．遗传的基本规律：奥国的遗传学家孟德尔用豌豆做试验材料最先揭示了遗传的两个基本规律，孟德尔成功的原因主要有四点：①正确地选用豌豆作为试验材料；②在性状分析时采用了由单因素到多因素的研究方法；③用统计学方法对实验结果进行了分析；④科学地设计了试验程序。（P33）316．性别决定基因：20世纪90年代以后，随着对基因研究的进一步深入，科学家发现，人的性别实际上是由性染色体上的基因决定的。Y染色体上的性别决定基因叫SRY基因，正常女性的X染色体上则没有这个基因。（P38）17．色盲症的发现：18世纪英国著名化学家兼物理学家道尔顿是第一发现色盲症的人，也是第一个被发现的色盲患者。人们为了纪念他又把色盲症称为道尔顿症。（P39）18．试管婴儿：1978年7月25日在英国一位妇女产出了人类历史上第一例“试管婴儿”，“试管婴儿”实质上就是“体外受精”和“胚胎移植”的产物。（P57）19．能量流动的定量分析：1942年美国生态学家林德曼对赛达伯格湖的能量流动进行了定量分析，提出了能量流动的“十分之一法则”。（P90）选修本全一册20．细菌DNA重组：1973年美国科学家科恩等将一种细菌的DNA转移到另一种细菌内，使后一种细菌表现出这两种细菌的性状，第一次实现了不同种生物间的DNA重组。（P3）21．牛痘接种：1796年英国医生爱德华·詹纳受挤牛奶女工的启发进行了一个为男孩接种牛痘的著名实验，实验证明接种过牛痘的人就不会感染天花。（P17）22．叶绿体DNA的发现：1962年科学家李斯和普兰特等用电子显微镜观察衣藻、玉米等植物叶绿体的超薄切片，发现在叶绿体的基质中有长度为20.5nm左右的细纤维存在。用DNA酶处理，这种细纤维就消失。由此证明这种细纤维结构就是叶绿体DNA。（P41）23．人类基因组研究：20世纪90年代由美国科学家首先提出“人类基因组计划”，2000年6月26日，美国、英国、法国、德国、日本和中国的科学家宣布：“人类基因组框架草图”的绘制工作已全部完成。我国是在1999年9月参加到这项研究计划的，承担了其中1％的测序工作，也就是3号染色体上3000万个碱基对的测序工作。（P48）24．基因工程：科学家经过多年的努力，终于在20世纪70年代创立了一种能够定向改造生物的新技术――基因工程。20世纪80年代以后，随着DNA核苷酸序列分析技术的发展，DNA序列自动测序仪已经产生，并且可以通过一种扩增DNA的新技术（即PCR技术也叫多聚酶链式反应），使目的基因片断在短时间内成百万倍地扩增。1971年美国的一位科学家在体外做了一个实验，用带有半乳糖苷转移酶基因的噬菌体侵染患者的离体组织细胞，结果发现这些组织细胞能够利用半乳糖。（P49－55）25．膜生物工程：又叫人工膜技术，是生物工程的一个新的分支。这一技术是把磷脂制成微球体，包裹着酶、抗体、核酸等生物大分子或小分子药物，运输到患病部位的细胞，通过脂质微球体的膜与细胞膜的相互作用（包括膜相互融合，被吞噬等），把这些物质送入细胞中，从而达到治疗疾病或改变细胞代谢和遗传特性等目的。（P62）26．单克隆抗体：1975年阿根廷科学家米尔斯坦和德国科学家柯勒在前人的基础上充分发挥想象力，设计了一个极富创造性的实验方案，即将小鼠的骨髓瘤细胞和经4过免疫的B淋巴细胞融合，所得的杂交瘤细胞既能大量增殖又能产生大量的特定抗体。1984年这两位科学家因此而获诺贝尔生理学医学奖。（P72）27．胚胎移植与试管牛：哺乳动物的胚胎移植技术能加快优良种畜的繁殖速度。以优良种牛为例，科学家们首先用激素促进良种母牛多排卵，然后将卵细胞在试管内与人工采集的精子进行体外受精，培育成胚胎，再把胚胎送入经过激素处理的、可以接受胚胎植入的母牛子宫内，孕成小牛产出，这就是试管牛。许多国家都已成立了商业性牛胚胎移植公司，开展牛胚胎国际贸易。（P72）28．核移植技术：20世纪70年代我国科学家运用核移植技术成功的解决了鲫鱼和鲤鱼有性杂交的难题。（P73）29．病毒的发现：1892年俄国科学家伊凡诺夫斯基发现，引起烟草花叶病的致病因子可以通过细菌过滤器，不久，荷兰生物学家贝哲林克通过大量的研究发现，这种滤过性因子具有生物的许多特征，并推测它能够进入细胞内进行繁殖。后来人们就把这种因子称为可过滤性的病毒，简称病毒。（P76）四、近几年诺贝尔生理学医学奖简介2000年：瑞典的阿尔维德·卡尔森、美国的保罗·格林加德、埃里克·埃德尔，表彰他们在脑细胞是如何传递信号方面的研究成果。这使人们进一步加深了大脑是如何工作的理解，并为治疗神经和精神紊乱提供了更好的方法。2001年：美国的利兰·哈特韦尔、英国的蒂莫西·亨特、保罗·纳斯，表彰他们发现在细胞裂变中的重要控制物质，这可以使人们找到癌症治疗的新方法。2002年：英国的约翰·劳尔斯顿和悉尼·布雷内、美国的罗伯特·霍维茨，表彰他们在研究基因如何控制器官发育和细胞死亡过程方面所作出的贡献。2003年：美国科学家保罗·劳特布尔和英国科学家彼得·曼斯菲尔德，表彰他们在核磁共振成像技术领域的突破性成就。这项技术使人们可以详细了解大脑和人体内部器官的状态。2004年：美国科学家理查德·阿克塞尔和琳达·巴克，表彰他们在人体气味受体和嗅觉系统组织方式研究中作出的杰出贡献。他们在研究中发现了包含1000个不同基因的大型基因家族，清楚地阐释了人类的嗅觉系统是如何运作的。这使得我们能够理解“人类为什么能够自觉感受到春天紫丁香的香气，并在任何时候都能提取出这种嗅觉上的记忆。”（请重点关注）五、近几年诺贝尔化学奖简介2002年：美国科学家约翰·芬恩、日本科学家田中耕一和瑞士科学家库尔特·维特里希。他们发明了对生物大分子进行识别和结构分析的方法。2003年：美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农。他们因为在细胞膜通道领域作出了“开创性贡献”而获奖。2004年：以色列科学家阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和美国科学家欧文·罗斯。他们发现了泛素调节的蛋白质降解（请重点关注）六、2004年诺贝尔生理学医学奖解读：（请重点阅读其中的粗体字）独特的花香会唤起一个人久远的美好回忆，但一种难闻的气味也会让人对某种食物避之唯恐不及。嗅觉不仅让人的感受更加细致入微，而且对感知周围环境、以至于更好地生存也起着重要作用。人能够分辨和记忆约1万种不同的气味，但人具有这种能力的基本原理是什么？2004年度诺贝尔生理学或医学奖授予了美国的两位神经科学家理查德·阿克塞尔和琳达·巴克，他们通过开5拓性的工作，从分子水平到细胞组构水平，清楚地阐明了嗅觉系统是如何运作的。诺贝尔基金会表示，把大奖颁发给这两位科学家，是因为他们发现了包含1000个不同基因的大型基因家族，使我们能理解“人类为什么能感受到春天紫丁香的香气，并在任何时候都能提取出这种嗅觉上的记忆”。嗅觉是化学刺激(嗅质)作用于嗅上皮(嗅粘膜)所引起的“气味”感觉。嗅上皮是鼻粘膜