一、緒論（一）生命科學(xué)的定義與研究范圍1.生命的基本特征（新陳代謝、生長發(fā)育、繁殖、遺傳變異、應(yīng)激性、適應(yīng)性）2.生命科學(xué)的定義（研究生命現(xiàn)象、本質(zhì)及活動(dòng)規(guī)律的綜合學(xué)科）3.研究層次（從分子、細(xì)胞到個(gè)體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)的多維度覆蓋）（二）生命科學(xué)的發(fā)展歷程1.古代生命科學(xué)（如亞里士多德的生物觀察、李時(shí)珍的《本草綱目》）2.近代生命科學(xué)（達(dá)爾文《物種起源》提出自然選擇學(xué)說、孟德爾豌豆實(shí)驗(yàn)奠定經(jīng)典遺傳學(xué)基礎(chǔ)）3.現(xiàn)代生命科學(xué)（分子生物學(xué)革命（DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)）、基因組學(xué)、合成生物學(xué)等前沿領(lǐng)域）（三）生命科學(xué)的重要性與應(yīng)用前景1.醫(yī)學(xué)領(lǐng)域（基因診斷、基因治療、靶向藥物開發(fā)）2.農(nóng)業(yè)領(lǐng)域（轉(zhuǎn)基因作物、分子育種、病蟲害生物防治）3.環(huán)境領(lǐng)域（生物修復(fù)、生態(tài)監(jiān)測、氣候變化應(yīng)對）4.工業(yè)領(lǐng)域（生物發(fā)酵、酶工程、生物能源（如生物柴油））二、生命的化學(xué)基礎(chǔ)（一）組成生命的元素1.必需元素分類（大量元素：C、H、O、N、P、S等；微量元素：Fe、Mn、Zn、Cu等）2.元素功能（C是生物大分子的骨架，N是蛋白質(zhì)/核酸的核心成分，F(xiàn)e參與血紅蛋白運(yùn)輸氧氣）（二）生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能1.蛋白質(zhì)（1）結(jié)構(gòu)層次（一級結(jié)構(gòu)：氨基酸序列；二級結(jié)構(gòu)：α-螺旋、β-折疊；三級結(jié)構(gòu)：空間構(gòu)象；四級結(jié)構(gòu)：亞基組合）（2）功能（催化（酶）、結(jié)構(gòu)（膠原蛋白）、運(yùn)輸（血紅蛋白）、調(diào)節(jié)（胰島素）、免疫（抗體））2.核酸（1）DNA結(jié)構(gòu)（雙螺旋模型，堿基互補(bǔ)配對：A-T、G-C）（2）RNA類型與功能（mRNA：傳遞遺傳信息；tRNA：攜帶氨基酸；rRNA：構(gòu)成核糖體）（3）核酸功能（遺傳信息的儲(chǔ)存、傳遞與表達(dá)）3.碳水化合物（1）分類（單糖：葡萄糖；二糖：蔗糖；多糖：淀粉（儲(chǔ)能）、纖維素（植物細(xì)胞壁））（2）功能（能源物質(zhì)、結(jié)構(gòu)成分、信號(hào)分子（糖蛋白））4.脂質(zhì)（1）分類（脂肪：能量儲(chǔ)存；磷脂：細(xì)胞膜核心成分；固醇：膽固醇（細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)）、性激素（調(diào)節(jié)））（2）功能（能量儲(chǔ)存、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)作用）（三）細(xì)胞代謝的基本物質(zhì)與能量1.水與無機(jī)鹽（水：溶劑、參與反應(yīng)；無機(jī)鹽：維持滲透壓、酶輔助因子）2.ATP（腺苷三磷酸，能量貨幣，水解釋放能量）3.代謝途徑（合成代謝：構(gòu)建大分子；分解代謝：分解大分子釋放能量）三、細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)（一）細(xì)胞的基本概念與類型1.細(xì)胞定義（生命活動(dòng)的基本單位）2.細(xì)胞類型（原核細(xì)胞：無核膜，如細(xì)菌；真核細(xì)胞：有核膜，如動(dòng)物/植物細(xì)胞）3.原核與真核細(xì)胞的區(qū)別（細(xì)胞核、細(xì)胞器、染色體結(jié)構(gòu)）（二）真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能1.細(xì)胞膜（1）流動(dòng)鑲嵌模型（磷脂雙分子層、蛋白質(zhì)、糖類）（2）功能（物質(zhì)運(yùn)輸（主動(dòng)/被動(dòng)運(yùn)輸）、信號(hào)傳遞（受體）、細(xì)胞識(shí)別）2.細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞器（1）線粒體（雙層膜，有氧呼吸場所，“動(dòng)力工廠”）（2）葉綠體（雙層膜，光合作用場所，“養(yǎng)料制造車間”）（3）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（粗面：合成蛋白質(zhì)；滑面：合成脂質(zhì)、解毒）（4）高爾基體（加工、分類、包裝蛋白質(zhì)，“物流中心”）（5）溶酶體（含水解酶，分解衰老細(xì)胞器，“消化車間”）（6）核糖體（無膜，蛋白質(zhì)合成場所）（7）細(xì)胞骨架（微絲、微管，維持形態(tài)、參與運(yùn)動(dòng)）3.細(xì)胞核（1）結(jié)構(gòu)（核膜：雙層膜；核仁：核糖體RNA合成；染色質(zhì)：DNA+蛋白質(zhì)）（2）功能（儲(chǔ)存遺傳物質(zhì)、調(diào)控基因表達(dá)）4.細(xì)胞通訊（信號(hào)分子、受體、信號(hào)通路，如G蛋白偶聯(lián)受體途徑）（三）細(xì)胞分裂與細(xì)胞周期1.細(xì)胞周期（間期：G1（生長）、S（DNA復(fù)制）、G2（準(zhǔn)備分裂）；分裂期：M期）2.有絲分裂（過程：前期（染色體凝集）、中期（赤道板排列）、后期（姐妹染色單體分離）、末期（細(xì)胞質(zhì)分裂）；意義：保持遺傳穩(wěn)定性）3.減數(shù)分裂（過程：減數(shù)第一次分裂（同源染色體分離）、減數(shù)第二次分裂（姐妹染色單體分離）；意義：產(chǎn)生配子，遺傳變異）（四）細(xì)胞分化、凋亡與衰老1.細(xì)胞分化（概念：形態(tài)/功能差異；實(shí)質(zhì)：基因選擇性表達(dá)）2.細(xì)胞凋亡（編程性死亡，基因控制，清除受損細(xì)胞）3.細(xì)胞衰老（特征：體積縮小、色素積累、酶活性降低；原因：端粒學(xué)說、自由基學(xué)說）四、遺傳學(xué)基礎(chǔ)（一）經(jīng)典遺傳學(xué)理論1.孟德爾遺傳定律（分離定律：等位基因分離；自由組合定律：非等位基因自由組合）2.摩爾根連鎖與交換定律（連鎖：同一染色體基因一起遺傳；交換：同源染色體交換導(dǎo)致重組）3.基因的染色體學(xué)說（基因位于染色體上，染色體是基因載體）（二）分子遺傳學(xué)基礎(chǔ)1.DNA復(fù)制（半保留復(fù)制，過程：解旋→引物合成→延伸→終止）2.基因表達(dá)（轉(zhuǎn)錄：DNA→RNA（細(xì)胞核）；翻譯：RNA→蛋白質(zhì)（核糖體）；密碼子：mRNA上三個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸）3.基因突變與重組（基因突變：堿基替換/增添/缺失，導(dǎo)致基因結(jié)構(gòu)改變；重組：同源重組、轉(zhuǎn)座重組）（三）基因組學(xué)與表觀遺傳學(xué)1.基因組學(xué)（基因組：全部遺傳物質(zhì)；研究內(nèi)容：測序、基因注釋、比較基因組學(xué)）2.表觀遺傳學(xué)（概念：不改變DNA序列的可遺傳表達(dá)變化；機(jī)制：DNA甲基化、組蛋白修飾、非編碼RNA）五、生物進(jìn)化（一）進(jìn)化的證據(jù)1.化石證據(jù)（古生物遺體，如始祖鳥化石（過渡類型））2.比較解剖學(xué)（同源器官：脊椎動(dòng)物前肢；痕跡器官：人類闌尾）3.胚胎學(xué)（不同生物胚胎早期相似，如魚/雞/人胚胎有鰓裂）4.分子生物學(xué)（細(xì)胞色素c序列差異，反映進(jìn)化關(guān)系）（二）自然選擇學(xué)說與現(xiàn)代綜合進(jìn)化論1.達(dá)爾文自然選擇學(xué)說（核心：適者生存；條件：變異、過度繁殖、生存斗爭、遺傳）2.現(xiàn)代綜合進(jìn)化論（種群是進(jìn)化單位，基因頻率改變是進(jìn)化實(shí)質(zhì)，自然選擇是主要?jiǎng)恿Γㄈ┪锓N形成與進(jìn)化模式1.物種定義（生物學(xué)物種：能相互交配產(chǎn)生可育后代）2.物種形成過程（地理隔離→生殖隔離，如馬與驢雜交產(chǎn)生騾子（不可育））3.進(jìn)化模式（趨同進(jìn)化：魚與鯨體型相似；趨異進(jìn)化：達(dá)爾文雀（喙形差異））（四）分子進(jìn)化與系統(tǒng)發(fā)育1.分子進(jìn)化（生物大分子序列變化，如DNA突變速率）2.系統(tǒng)發(fā)育（系統(tǒng)發(fā)育樹：表示物種進(jìn)化關(guān)系；構(gòu)建方法：分子序列比對）六、生物多樣性與分類（一）生物分類的原則與方法1.分類階元（界、門、綱、目、科、屬、種，種是基本單位）2.分類依據(jù)（形態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)、分子生物學(xué)、生態(tài)特征）3.分類系統(tǒng)（三域系統(tǒng)：古菌域、細(xì)菌域、真核生物域）（二）原核生物與真核生物的主要類群1.原核生物（細(xì)菌：革蘭氏陽性/陰性菌；古菌：嗜熱/嗜鹽古菌）2.真核生物（原生生物：草履蟲；真菌：酵母菌、蘑菇；植物：藻類、苔蘚、種子植物；動(dòng)物：無脊椎動(dòng)物（昆蟲）、脊椎動(dòng)物（魚/鳥/哺乳動(dòng)物））（三）生物多樣性的層次與保護(hù)1.生物多樣性層次（遺傳多樣性：物種內(nèi)基因差異；物種多樣性：物種數(shù)量；生態(tài)系統(tǒng)多樣性：生態(tài)系統(tǒng)類型）2.生物多樣性威脅（棲息地破壞、生物入侵、污染、過度利用）3.保護(hù)措施（就地保護(hù)：自然保護(hù)區(qū)；易地保護(hù)：動(dòng)物園、種子庫；可持續(xù)利用）七、生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)（一）生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能1.生態(tài)系統(tǒng)成分（生產(chǎn)者：綠色植物；消費(fèi)者：動(dòng)物；分解者：細(xì)菌/真菌；非生物成分：陽光、水）2.營養(yǎng)結(jié)構(gòu)（食物鏈：生產(chǎn)者→初級消費(fèi)者→次級消費(fèi)者；食物網(wǎng)：多條食物鏈交織）3.能量流動(dòng)（特點(diǎn)：單向、逐級遞減（10%-20%傳遞效率））4.物質(zhì)循環(huán)（碳循環(huán)：光合作用→呼吸作用→分解作用；氮循環(huán)：固氮→硝化→反硝化）（二）種群生態(tài)學(xué)1.種群特征（種群密度、出生率/死亡率、年齡結(jié)構(gòu)（增長型/穩(wěn)定型/衰退型）、性別比例）2.種群增長模型（指數(shù)增長：“J”型（理想條件）；邏輯斯蒂增長：“S”型（有限條件，K值：環(huán)境容納量））3.種群調(diào)節(jié)（密度制約：食物/天敵；非密度制約：氣候/自然災(zāi)害）（三）群落生態(tài)學(xué)1.群落特征（物種豐富度、多樣性、優(yōu)勢種、群落結(jié)構(gòu)（垂直分層、水平鑲嵌））2.群落演替（初生演替：火山巖上的演替；次生演替：棄耕農(nóng)田上的演替；頂級群落：穩(wěn)定狀態(tài)）（四）生態(tài)環(huán)境保護(hù)1.全球生態(tài)問題（氣候變化：溫室效應(yīng)；臭氧層破壞：氟利昂；酸雨：SO2/NOx；生物多樣性減少）2.保護(hù)策略（可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)修復(fù)（退耕還林）、低碳生活（節(jié)約能源））八、生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)技能（一）基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)1.顯微鏡使用（結(jié)構(gòu)：目鏡、物鏡、載物臺(tái)；步驟：取鏡→對光→調(diào)焦→觀察；維護(hù)：保持清潔）2.制片與染色（臨時(shí)裝片：洋蔥表皮細(xì)胞，步驟：取材→滴水→展平→蓋片→染色（碘液）；染色技術(shù)：龍膽紫染染色體、健那綠染線粒體）（二）分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)1.DNA提取與檢測（原理：破碎細(xì)胞→去除蛋白質(zhì)→沉淀DNA；檢測：瓊脂糖凝膠電泳（紫外線下顯熒光））2.PCR技術(shù)（原理：變性（94℃）→退火（50-60℃）→延伸（72℃）；應(yīng)用：基因克隆、親子鑒定）（三）細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)1.細(xì)胞培養(yǎng)（條件：無菌、37℃、培養(yǎng)液（葡萄糖、血清）；步驟：復(fù)蘇→接種→培養(yǎng)→傳代→凍存）2.細(xì)胞凋亡檢測（形態(tài)學(xué)：顯微鏡觀察細(xì)胞核固縮；生化：瓊脂糖凝膠電泳檢測DNAladder；流式細(xì)胞術(shù)：AnnexinV/PI雙染）九、課程總結(jié)與展望（一）核心內(nèi)容回顧（總結(jié)細(xì)胞、遺傳、進(jìn)化、生態(tài)的基本框架，強(qiáng)調(diào)生命的統(tǒng)一性與多樣性）（二）生命科學(xué)前沿領(lǐng)域（合成生物學(xué)：人工生物系統(tǒng)；基因編輯：CRISPR-Cas9；干細(xì)胞技術(shù)：iPS細(xì)胞；腦科學(xué)：人類腦計(jì)劃；微生物組學(xué)：腸道微生物與健康）（三）學(xué)習(xí)建議與