目录

第1部分  普通生物学

第1章　走近细胞和认识显微镜 002

1.1　走近细胞 002

1.1.1　生命活动离不开细胞 002

1.1.2　细胞学说的建立过程 002

1.1.3　细胞学说的主要内容 004

1.1.4　真核细胞和原核细胞的比较 004

1.2　认识显微镜 006

1.2.1　显微镜概述 006

1.2.2　显微镜的操作 007

第2章　细胞中的元素和化合物 008

2.1　细胞中的元素 008

2.1.1　细胞中的大量元素 008

2.1.2　细胞中的微量元素 009

2.2　细胞中的化合物 009

2.2.1 细胞中的无机物——水 009

2.2.2　细胞中的无机物——无机盐 011

2.2.3　生物大分子以碳链为骨架 013

2.2.4　细胞中的有机物——糖类 013

2.2.5　细胞中的有机物——脂质 017

2.2.6　细胞中的有机物——核酸 021

2.2.7　细胞中的有机物——蛋白质 022

2.3　生物模型的构建与解读 026

2.3.1　物理模型 026

2.3.2　概念模型 027

2.3.3　数学模型 028

第3章　细胞的结构与功能 029

3.1　细胞壁 029

3.1.1　细菌细胞壁 029

3.1.2　真菌细胞壁 030

3.1.3　植物细胞壁 030

3.2　细胞膜 031

3.2.1　对细胞膜成分的探索 031

3.2.2　细胞膜的结构 032

3.2.3　细胞膜的功能 034

3.3　细胞质 035

3.3.1　离心技术 035

3.3.2　细胞质基质 037

3.3.3　细胞器 038

3.4　细胞骨架 052

3.4.1　细胞骨架概述 052

3.4.2　微管 052

3.4.3　微丝 053

3.4.4　中间丝 053

3.5　细胞核 053

3.5.1　细胞核的结构 053

3.5.2　细胞核的功能 055

3.5.3　染色体与染色质 056

3.5.4　染色体的结构与类型 057

第4章　物质运输、酶、ATP 059

4.1　物质运输 059

4.1.1　扩散、渗透与反渗透 059

4.1.2　自由扩散 061

4.1.3　协助扩散 062

4.1.4　主动运输 064

4.1.5　胞吞胞吐 067

4.1.6　葡萄糖的跨膜运输方式 069

4.1.7　各种因素对物质跨膜运输速率的影响(在一定范围内) 070

4.2　酶 071

4.2.1　酶的研究历史 071

4.2.2　酶的结构与功能 072

4.2.3　酶的命名与分类 076

4.2.4　酶促反应的特点 078

4.2.5　酶促反应的机制 080

4.2.6　酶的抑制剂 083

4.3　ATP 084

4.3.1　ATP 简介 084

4.3.2　ATP 的产生和消耗 085

4.3.3　ATP 的功能 087

4.3.4　cAMP 087

第5章　呼吸作用和光合作用 089

5.1　呼吸作用 089

5.1.1　呼吸作用的意义 089

5.1.2　有氧呼吸概览 090

5.1.3　有氧呼吸第一阶段——糖酵解 091

5.1.4　有氧呼吸第二阶段——柠檬酸循环 092

5.1.5　有氧呼吸第三阶段——电子传递链 093

5.1.6　有氧呼吸总览 097

5.1.7　无氧呼吸 099

5.1.8　呼吸商 101

5.2　光合作用 101

5.2.1　光合作用的研究历史 101

5.2.2　光合色素的种类及提取分离实验 103

5.2.3　光合作用的过程——光反应 105

5.2.4　光合作用的过程——碳反应 107

5.2.5　光合作用的调节及影响因素 108

第6章　细胞的生命历程 114

6.1　细胞分裂 114

6.1.1　细胞分裂概述 114

6.1.2　有丝分裂 117

6.1.3　细胞周期同步化 119

6.2　细胞分化 121

6.2.1　细胞分化的概念 121

6.2.2　细胞分化的组合调控 122

6.2.3　细胞全能性和干细胞 123

6.2.4　影响细胞分化的因素 124

6.3　细胞衰老 125

6.3.1　细胞衰老的研究历史 125

6.3.2　细胞衰老过程的变化 127

6.3.3　细胞衰老的分子机制 127

6.4　细胞凋亡 129

6.4.1　细胞凋亡的研究历史 129

6.4.2　细胞凋亡的特征 130

6.4.3　细胞凋亡的检测方法 131

6.4.4　细胞凋亡的意义 132

6.4.5　细胞凋亡的机制 133

6.4.6　自噬性细胞凋亡 134

6.5　细胞癌变 136

6.5.1　细胞癌变概述 136

6.5.2　癌细胞的基本特征 136

6.5.3　癌基因、原癌基因和抑癌基因 138

6.5.4　肿瘤的发生是基因突变累积的结果 139

6.5.5　肿瘤干细胞 140

第2部分  遗传生物学

第7章　遗传的基本规律 142

7.1　减数分裂与受精作用 142

7.1.1　为什么要进行减数分裂和有性生殖 142

7.1.2　减数分裂 142

7.1.3　受精作用 149

7.2　遗传的基础知识 150

7.2.1　需要辨析的几组遗传学名词 150

7.2.2　不同生物作为遗传实验材料的优点 155

7.2.3　几种遗传符号 156

7.2.4　交配类型 157

7.2.5　生物性状相关名词 157

7.2.6　显隐关系与相对性 158

7.2.7　质量性状与数量性状 160

7.2.8　人类的血型 161

7.2.9　复等位基因与自交不亲和 164

7.2.10　环境对性状的影响 164

7.3　孟德尔自由组合定律 165

7.3.1　孟德尔与自由组合定律 165

7.3.2　9∶3∶3∶1 的来历 166

7.3.3　9∶3∶3∶1 的变形 166

7.3.4　配子法与基因频率法的辨析 168

7.4　摩尔根连锁与交换定律 170

7.4.1　孟德尔关于连锁的工作 170

7.4.2　从遗传因子到基因位于染色体上的认知过程 170

7.4.3　交叉概率与交换律 177

7.5　遗传系谱图及相关计算 180

7.5.1　遗传系谱图 180

7.5.2　人类遗传病 181

7.5.3　遗传病的判断方式 181

第8章　遗传的分子基础 183

8.1　DNA 是主要的遗传物质 183

8.1.1　肺炎链球菌简介 183

8.1.2　格里菲斯的肺炎链球菌体内转化实验 184

8.1.3　艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验——简述 185

8.1.4　艾弗里的肺炎链球菌体外转化实验——详述 186

8.1.5　反对艾弗里的阵营 187

8.1.6　支持艾弗里的阵营 189

8.1.7　关于病毒的一些基本知识 190

8.1.8　赫尔希和蔡斯的T2 噬菌体侵染大肠杆菌实验 193

8.1.9　烟草花叶病毒TMV 的重建实验 194

8.1.10　目前关于遗传物质的结论 195

8.2　DNA 分子的结构 195

8.2.1　核苷酸的结构 195

8.2.2　DNA 分子的结构 196

8.2.3　卡伽夫法则 198

8.2.4　核酸的分子结构研究历史 199

8.3　DNA 的复制 202

8.3.1　DNA 复制概述 202

8.3.2　三种DNA 复制方式的假说 202

8.3.3　DNA 复制的过程 205

8.4　DNA 与基因的关系 209

8.4.1　孟德尔对基因的认知——遗传因子 209

8.4.2　萨顿和博韦里的遗传因子位于染色体上 210

8.4.3　摩尔根关于基因的认知 211

8.4.4　一个基因一种酶假说 211

8.4.5　基因是功能单位而不是结构单位 212

8.4.6　现代关于基因的理解 212

8.4.7　原核生物基因的结构 214

8.4.8　真核生物基因的结构 214

8.4.9　重叠基因 215

8.5　基因表达概述 218

8.5.1　基因的表达 218

8.5.2　基因的表达——转录 218

8.5.3　基因的表达——翻译 220

8.5.4　原核生物基因的表达：边转录边翻译 222

8.5.5　真核生物基因的表达：转录后翻译 227

8.5.6　原核生物与真核生物 230

8.6　基因对性状的控制 230

8.6.1　基因通过控制酶的合成来控制代谢，进而控制生物的性状 230

8.6.2　基因通过控制蛋白质的结构直接控制生物的性状 231

8.7　中心法则 232

8.7.1　复制 232

8.7.2　转录 233

8.7.3　翻译 234

8.7.4　逆转录 234

第9章　变异与遗传病以及遗传育种与进化 235

9.1　可遗传变异 235

9.1.1　遗传与变异概述 235

9.1.2　DNA 的损伤修复 236

9.1.3　基因突变 238

9.1.4　基因重组 243

9.1.5　染色体变异 245

9.2　表观遗传学 252

9.2.1　先成论 252

9.2.2　后成论 253

9.2.3　表观遗传学的翻译问题 253

9.2.4　生活习惯的改变对后代性状的影响 254

9.3　人类遗传病 256

9.3.1　单基因遗传病 256

9.3.2　多基因遗传病 257

9.3.3　染色体异常遗传病 257

9.4　遗传育种 258

9.4.1　选择育种 258

9.4.2　杂交育种 258

9.4.3　诱变育种 259

9.4.4　单倍体育种 260

9.4.5　多倍体育种 260

9.4.6　基因工程育种 261

9.5　生物进化 262

9.5.1　一句关于进化论的名言 262

9.5.2　拉马克和获得性遗传 262

9.5.3　达尔文和生物进化理论 264

9.5.4　现代生物进化理论 266

9.5.5　隔离在物种形成中的作用 268

9.5.6　协同进化 268

9.5.7　自然选择与人工选择 268

9.5.8　课外知识补充 268

第3部分  动物生理学

第10章　内环境与稳态 272

10.1　内环境 272

10.1.1　内环境的概念 272

10.1.2　人体不同细胞所处的内环境 273

10.1.3　体液的相互转化关系 274

10.2　内环境的组成成分与生理过程 274

10.2.1　内环境中的成分 275

10.2.2　非内环境中的成分 275

10.2.3　发生在内环境中的生理过程 276

10.2.4　不发生在内环境中的生理过程 277

10.3　内环境的稳态与失调 277

10.3.1　稳态的内涵 277

10.3.2　组织水肿 279

10.3.3　内环境稳态失调及相关疾病举例 279

第11章　神经调节 281

11.1　神经系统简介 281

11.1.1　神经系统的组成 281

11.1.2　中枢神经系统 281

11.1.3　外周神经系统 282

11.2　神经元与神经胶质细胞 284

11.2.1　神经元的结构与功能 284

11.2.2　神经元的分类 285

11.2.3　神经元的再生与修复 288

11.2.4　神经胶质细胞 288

11.2.5　神经元之间的联系——突触 288

11.3　刺激与兴奋 289

11.3.1　刺激的三要素 289

11.3.2　静息电位的产生和维持 290

11.3.3　动作电位的产生 291

11.3.4　兴奋的整合 293

11.4　反射与反射弧 294

11.4.1　反射弧的结构 294

11.4.2　条件反射是脑的高级调节功能 296

11.4.3　钙离子与兴奋 297

11.5　语言中枢是人脑特有的高级神经中枢 298

11.5.1　语言功能 298

11.5.2　学习与记忆 299

第12章　体液调节 300

12.1　促胰液素的发现 300

12.2　激素调节概述 301

12.3　激素的种类和化学本质 302

12.3.1　蛋白质多肽类激素 303

12.3.2　氨基酸的衍生物 304

12.3.3　类固醇激素 307

12.4　激素的作用和特点 307

12.4.1　神经系统通过下丘脑控制内分泌系统 307

12.4.2　下丘脑—腺垂体—腺体轴 308

12.4.3　激素的释放具有周期性和阶段性 308

12.4.4　激素经血液运输 309

12.4.5　激素的作用特点 309

12.4.6　激素的应用 310

12.5　激素与稳态的调节 310

12.5.1　激素与血糖调节 310

12.5.2　体温调节 316

12.5.3　水盐平衡调节的过程 318

12.5.4　松果体和褪黑素 319

12.5.5　内皮素和血管调节 320

12.5.6　瘦素 320

12.5.7　前列腺素和布洛芬 320

12.6　神经调节与体液调节的辨析 321

第13章　免疫调节 322

13.1　免疫系统的组成 322

13.1.1　免疫器官 322

13.1.2　免疫细胞 324

13.1.3　免疫活性物质 326

13.2　免疫系统的功能 326

13.3　免疫的分类 327

13.3.1　先天性免疫 327

13.3.2　后天性免疫 330

13.4　抗体 330

13.4.1　抗体的结构 330

13.4.2　抗体的种类 331

13.4.3　抗体的分布 332

13.5　抗原 333

13.5.1　胸腺依赖性抗原和非胸腺依赖性抗原 333

13.5.2　完全抗原和半抗原 334

13.5.3　抗原决定簇 334

13.6　抗原与抗体的结合 334

13.7　B 细胞的成熟 335

13.8　T 细胞的成熟 337

13.8.1　TCR 的重排 337

13.8.2　阳性筛选 338

13.8.3　阴性筛选 338

13.8.4　T 细胞的分类 338

13.9　MHC 339

13.10　抗原呈递细胞和抗原呈递过程 339

13.10.1　外源性抗原的呈递 340

13.10.2　内源性抗原的呈递 340

13.10.3　交叉呈递 341

13.10.4　脂类抗原的呈递 341

13.11　细胞免疫直接杀死靶细胞 341

13.11.1　感应阶段 341

13.11.2　增殖分化阶段 342

13.11.3　效应阶段 342

13.12　体液免疫依靠抗体发挥作用 343

13.12.1　感应阶段 343

13.12.2　增殖分化阶段 344

13.12.3　效应阶段 344

13.13　免疫接种可以战胜许多传染性疾病 346

13.13.1　接种疫苗的历史 346

13.13.2　疫苗的种类 346

13.13.3　佐剂 348

13.14　免疫失调 348

13.14.1　超敏反应 348

13.14.2　免疫缺陷 349

13.14.3　自身免疫病 352

第14章　神经调节、体液调节与免疫调节的关系 353

第4部分   植物生理学 

第15章 　生长素 356

15.1　生长素的发现过程 356

15.1.1　达尔文父子的实验 356

15.1.2　鲍森 · 詹森的实验 357

15.1.3　阿尔帕德 · 拜尔的实验 358

15.1.4　弗里茨 · 温特的实验 358

15.1.5　后续的研究 359

15.1.6　植物向光性的原因 359

15.2　生长素的作用 360

15.2.1　生长素促进植物生长 360

15.2.2　生长素促进细胞伸长的作用机理 360

15.2.3　生长素调节植物生长时表现出两重性 361

15.2.4　顶端优势 362

15.3　生长素的产生、运输和分布 363

15.3.1　生长素的合成 363

15.3.2　生长素的运输 363

15.3.3　生长素的分布 363

15.4　人的尿液中为什么会有生长素的问题 364

15.4.1　食物来源说 364

15.4.2　人体代谢产物说 364

15.4.3　肠道菌群合成说 364

第16章　其他植物激素 365

16.1　其他常见植物激素的种类和作用 365

16.1.1　赤霉素 365

16.1.2　细胞分裂素 367

16.1.3　脱落酸 369

16.1.4　乙烯 371

16.2　植物激素间的相互作用 373

16.2.1　植物激素间的相互作用概览 374

16.2.2　细胞分裂素和生长素 374

16.2.3　赤霉素和脱落酸 375

16.2.4　生长素和赤霉素 375

16.2.5　生长素和乙烯 375

16.2.6　脱落酸和乙烯 375

16.3　其他新发现的天然植物激素 375

16.3.1　油菜素内酯 376

16.3.2　多胺 377

16.3.3　茉莉酸 377

16.3.4　水杨酸 378

16.4　植物生长调节剂 378

16.4.1　植物生长调节剂的类型 378

16.4.2　植物生长调节剂的应用警示 378

16.4.3　植物生长调节剂的施用 379

第17章　环境因素参与调节植物的生命活动 380

17.1　向性运动是植物对环境信号做出的生长反应 380

17.2　感性运动是不定向的外界刺激引起的植物局部运动 381

17.3　植物的营养生长和生殖生长 381

17.3.1　影响营养生长向生殖生长转变的因素 381

17.3.2　光周期与植物的成花诱导 382

17.3.3　光周期与南北引种 386

17.3.4　其他光受体 386

17.3.5　低温诱导与春化作用 387

17.3.6　花器官原基的形成 387

第5部分  宏观生态学

第18章　种群及其动态 390

18.1　种群概述 390

18.2　种群的空间分布 390

18.2.1　集群分布 390

18.2.2　均匀分布 391

18.2.3　随机分布 391

18.2.4　用空间分布指数检验分布型 391

18.3　种群的数量特征 391

18.3.1　种群密度 391

18.3.2　种群密度的调查方式 392

18.3.3　种群的其他数量特征 394

18.4　种群数量的变化 397

18.4.1　种群的“J”形增长 397

18.4.2　种群的“S”形增长 397

18.4.3　“J”形增长和“S”形增长总结比较 398

18.4.4　种群的繁殖对策 399

18.4.5　种群的存活曲线 399

18.4.6　血细胞计数板 400

18.5　影响种群数量变化的因素 401

18.5.1　种群的数量总是在波动中 401

18.5.2　密度制约、非密度制约、反密度制约 402

18.5.3　种群密度调节的基本理论 403

18.5.4　种群的适应对策 404

18.5.5　种内关系 405

18.6　种群研究的意义和应用 406

18.6.1　意义 406

18.6.2　应用 406

第19章　群落及其演替 408

19.1　群落的相关概念 408

19.2　群落的结构 409

19.2.1　群落的空间结构 409

19.2.2　群落的时间结构 410

19.2.3　物种丰富度 410

19.2.4　群落交错区与边缘效应 411

19.2.5　土壤中小动物类群丰富度的研究实验 411

19.2.6　种间关系 412

19.2.7　生态位 419

19.3　群落的主要类型 421

19.3.1　常见陆地群落类型 421

19.3.2　常见水生群落类型 423

19.3.3　其他群落类型 424

19.4　群落的演替 425

19.4.1　演替的概念 425

19.4.2　演替的类型 427

19.4.3　演替发生的三个主要理论 429

第20章　生态系统及其稳定性 430

20.1　生态系统简介 430

20.2　生态系统的结构 430

20.2.1　生态系统的组成成分 430

20.2.2　生态系统的营养结构 431

20.3　生态系统的能量流动 433

20.3.1　生态系统中的初级生产和次级生产 433

20.3.2　生态系统能量流动和能量传递效率 434

20.3.3　生态金字塔 435

20.3.4　研究能量流动的实践意义 436

20.4　生态系统的物质循环 436

20.4.1　物质循环概述 436

20.4.2　水循环 437

20.4.3　碳循环 437

20.4.4　温室效应 438

20.4.5　氮循环 438

20.4.6　生物积累、生物富集、生物放大 439

20.5　生态系统的信息传递 440

20.6　生态系统的稳定性 442

第21章　人类与环境 444

21.1　人类活动对生态环境的影响 444

21.1.1　水体富营养化 444

21.1.2　生态足迹 444

21.1.3　关注全球性生态环境问题 445

21.2　生物多样性及其保护 445

21.3　生态工程 446

21.3.1　生态工程涉及的基本原理 446

21.3.2　生态工程的实例和发展前景 447

第6部分   生物技术与工程学

第22章　发酵工程 450

22.1　传统发酵技术的应用 450

22.1.1　发酵工程的应用研究历史 450

22.1.2　发酵技术的发展 450

22.1.3　发酵与传统发酵技术 451

22.2　微生物的培养技术与应用 454

22.2.1　微生物的基本培养技术 454

22.2.2　微生物的筛选实例 462

22.3　发酵工程及其应用 463

22.3.1　发酵工程的基本环节 463

22.3.2　发酵工程的应用 464

第23章　细胞工程 466

23.1　植物细胞工程 466

23.1.1　植物细胞工程研究历史 466

23.1.2　植物细胞的全能性 467

23.1.3　植物组织培养技术 467

23.1.4　植物体细胞杂交技术 468

23.1.5　植物繁殖的新途径 470

23.2　动物细胞工程 472

23.2.1　动物细胞工程研究历史 472

23.2.2　动物细胞培养 473

23.2.3　干细胞培养及其应用 475

23.2.4　动物细胞融合技术与单克隆抗体 476

23.2.5　动物体细胞核移植技术和克隆动物 483

23.3　胚胎工程 484

23.3.1　胚胎工程的理论基础 484

23.3.2　受精作用 484

23.3.3　胚胎早期发育 485

23.3.4　体外受精 486

23.3.5　胚胎移植 487

23.3.6　胚胎分割 488

第24章　基因工程 489

24.1　基因工程简介 489

24.1.1　基因工程的历史 489

24.1.2　基因工程过程概览 490

24.2　目的基因的获取 490

24.2.1　全基因合成或化学合成 490

24.2.2　基因文库调取 490

24.2.3　PCR 492

24.3　基因表达载体的构建 505

24.3.1　工具 505

24.3.2　方法 508

24.3.3　存档 509

24.4　导入受体细胞 512

24.4.1　一些说明 512

24.4.2　导入微生物细胞 512

24.4.3　导入动物细胞 512

24.4.4　导入植物细胞 513

24.5　目的基因的检测与鉴定 514

24.5.1　为什么要进行检测与鉴定 514

24.5.2　检测受体细胞中是否含有目的基因 514

24.5.3　检测受体细胞中的目的基因是否成功转录 515

24.5.4　检测受体细胞中的目的基因是否成功翻译 515

24.5.5　检测受体细胞中翻译的蛋白质是否具有生物学活性 515

24.6　一些其他需要说明的问题 515

24.6.1　如何避免转基因污染问题 515

24.6.2　融合基因 516

24.6.3　CRISPR-Cas9 技术 517

24.6.4　Cre-LoxP 技术 519

24.6.5　电泳技术 521

24.6.6　蛋白质工程与蛋白质的分离纯化 524

参考文献 527