正版现货新书 生命科学基础与应用 9787576700824 宋金柱，聂桓主编

宋金柱，1970年9月生，黑龙江省鸡西市人，工学博士，哈尔滨工业大学生命科学与技术学院教授，博士生导师，瑞典哥德堡大学访问学者。中国微生物学会会员，黑龙江省微生物学会副理事长，教育部学位中心抽检学位论文通信评议专家，科技部项目评审专家。主要研究方向包括生物质的微生物资源化利用、极端环境微生物基因功能挖掘、工业平台化合物微生物细胞工厂构建等。主持国家级、省部级项目多项；发表论文50余篇，其中SCI论文30余篇；获黑龙江省科技进步二等奖3项和自然科学二等奖2项。

聂桓，1978年10月生，黑龙江省哈尔滨市人，理学博士，哈尔滨工业大学生命科学与技术学院副院长、教授、博士生导师，中国细胞生物学会理事，中国生化与分子生物学教委会青年委员。黑龙江省立德树人先进个人，哈尔滨工业大学立德树人导师，黑龙江省优秀研究生团队和哈尔滨工业大学创新团队成员，主要从事肿瘤相关研究，主持国家自然科学基金4项，已发表SCI论文50余篇，他引近千次。

第一章 绪论

第一节 生命现象与生命科学

第二节 生命科学与人类生活

第三节 生命科学与学科交叉

思考题

参考文献

第二章 生命体组成的分子基础与功能单位

第一节 生物体的元素组成

第二节 生物分子

第三节 生命体的基本功能单位——细胞

思考题

参考文献

第三章 生命科学中的组学

第一节 基因组学

第二节 转录组学

第三节 蛋白质组学

第四节 微生物组学（宏基因组学）

第五节 糖组学

第六节 代谢组学

第七节 表观基因组学

思考题

参考文献

第四章 生命体的新陈代谢

第一节 新陈代谢遵守热力学定律

第二节 细胞是新陈代谢的基本单位

第三节 细胞从外界环境捕获能量合成有机物——光合作用

第四节 细胞分解有机物利用其释放的自由能——呼吸作用

第五节 以三羧酸循环为中心的细胞代谢

思考题

参考文献

第五章 生命体的衰老与死亡

第一节 细胞衰老

第二节 细胞死亡

思考题

参考文献

第六章 生物技术与环境治理

第一节 生物技术与环境

第二节 大气污染的修复

第三节 水体污染的修复

第四节 土壤污染的修复

第五节 固体废物的生物处理

第六节 环境污染监测

思考题

参考文献

第七章 生物技术与现代农业

第一节 现代农业

第二节 生物技术在种植业的应用

第三节 生物技术与养殖业

第四节 生物农药

思考题

参考文献

第八章 生物技术与食品

第一节 生物技术在食品生产中的应用

第二节 生物技术在食品加工中的应用

第三节 食品检测中的应用

思考题

参考文献

第九章 生物技术与医药

第一节 生物技术与疫苗

第二节 生物技术与疾病诊断

第三节 生物制药

第四节 基因治疗

思考题

参考文献

第十章 生物技术与生物质能源

第一节 生物能源概述

第二节 生物质发电

第三节 生物燃料乙醇

第四节 生物制氢

第五节 生物柴油

思考题

参考文献

第十一章 生物材料与组织工程

第一节 组织工程学概述

第二节 组织工程产品与临床应用

第三节 组织工程与3D生物打印技术

思考题

参考文献

第十二章 空间环境下的生命科学问题

第一节 空间环境的特点

第二节 空间环境的生物学效应

第三节 微重力效应的模拟

思考题

参考文献

第一节生命现象与生命科学

提起“生命”一词，人们大体会想到遍布星球、丰富多彩、形态各异而又充满秩序的各种生物。诚然，人们所居住的星球之美依赖于地球上生物的存在。每一种生物都是生命的集合体，是生命现象的承载者和表现者。由此可以从各样生物的生命活动中窥探生命现象的本质和规律，并因为无数人对生命的研究而逐步建立了生命科学学科。作为自然界中最为神秘的一种现象，如何给“生命”下定义，仍然会难倒无数生命学家。尽管如此，人们还是能够很容易地通过生命现象把生物与非生物区分开来。

一、生命现象

人类居住的环境中充满了种类繁多、形态各异的植物、动物和微生物。生物体分布广泛，遍布地球各个角落，其适应能力之强、生命力之旺盛常使人惊叹不已。同时，生物世界也赋予了人类最有秩序的自然之美。显然，自然界中除了生物体之外还存在着非生物体，非生物体构成了地球早期环境的所有组分和现在环境中大多数的无机组分。自然界中的岩石、沙漠、火山和冰川都是典型的非生物体，生物体和非生物体之间存在着包含和被包含、容纳和被容纳的关系。那么自然界中生物体和非生物体之间究竟有哪些区别？所有的生物所具有的共同特征是什么？为了回答这些问题有必要将生命的概念引入。生命现象是所有地球生物体区别于非生物体的最主要特征。19世纪前叶，法国古生物学家、动物学家、解剖学家居维叶（Georges Cuvier,1769-1832）和德国化学家李比希（Justus vonLiebig，1803-1873）认为所有生物体均具有一种特有的“活力”，这不同于自然界的物理和化学过程，物理和化学过程是破坏性的，如同热力学第二定律所描述：在自然过程中，一个孤立系统的总混乱度（即“熵”)不会减小。相反，生命的“活力”能够通过与物理和化学过程相对抗而产生并维护有机体(生物体）的结构与功能，使得生命的秩序得以维护并传递，这一理论也称为“活力论”。而路德维希（C.Ludwig,1816-1895）和赫姆霍兹（H.

von Helmholtz,1821-1894)等人则认为生命的问题不外乎属于物理和化学问题，因此，一切生命现象都能够用物理和化学的规律给出解释，因此，并不存在什么特别的生命力，这一观点也被称为“机械论”(mechanistic view)或“还原论”（reductionism)。机械论在一定程度上推动了20世纪的生物学向分子水平迈进，基于化学原理的遗传学、生物化学和细胞生物学规律被迅速阐明。同时，所有的研究成果又进一步强化了“机械论”的论点。

尽管如此，生物体中所蕴含的生命现象之复杂和自我独立性仍然不能简单地通过“机械论”加以解释，通过简单地将物理和化学过程堆积到一起或者将人工合成的生物大分子混合到一起仍然无法完整合成生命体。合成生物学的先驱克雷格·文特尔（JohnCraig Venter,1946—）于2010年制造出了首个能够完成基本生命活动并自我复制的人造细胞辛西娅（Synthia)，通过全基因合成的方法克雷格·文特尔研究团队合成并组装了首个支原体基因组，并将其导入去核的支原体细胞中，最终合成的基因组进入细胞后成功地驱动了细胞完成基本的生命活动，包括生长和繁殖。然而，不能忽视的是在辛西娅细胞中除了基因组之外所有生命活动所必需的物质，包括驱动基因组时空特异性表达的转录因子体系等都来自于现有细胞体系，而其成分和功能的复杂是人们无法合成与重建的。离开细胞体系中的各种成分，仅有“生命密码”仍然无法建造全新的具有生命活性的细胞。

二、生命的特征

生命现象源于生物体独有的生命活动规律，其所展现的特征性表型是人们认识生命活动本质的基础，目前为止，人们认为生物体所具备的所有生命现象可以归纳为4点，即生长与发育、繁殖与遗传、新陈代谢、应激性与稳态。

（一）生长与发育（growth and development）

细胞(cell）是生命活动的基本单位，已知的所有基本生命活动都是以细胞为基础的。生长是指生物体具备自我增长的能力，从诞生起任何多细胞生物体都能够不断吸收来自母体或者环境的营养，从单一合子细胞不断地分裂和分化，细胞总数大量扩增。这种生长现象是所有生物体所具备的基本能力，同时，生长过程中伴随着个体的发育和成熟，并在完成世代更新后逐渐走向衰老和死亡。因此，多细胞生物体从诞生开始都需要经历生长、成熟、衰老和死亡这一基本生命历程。对于单细胞生物来说生长意味着核酸的复制、蛋白质的合成和细胞分裂的完成。宇宙万物皆有变迁，然而其变迁均受到外力的影响，并同时伴随着简单化学反应或者物质的叠加与消失，如钟乳石的形成。唯有生物体的生长是自主发生并伴随着复杂生物化学变化，以周期性的形式绵延不绝。

(二）繁殖与遗传(regeneration and inheritance)

地球生命的演化历史是连续的、从简单到复杂、从单细胞生物到多细胞生物的变迁过程。尽管也发生过类似于6000万年前恐龙灭绝的突发事件，但是，生命的连续性在物种演化水平和个体繁殖水平从未终止过。繁殖是所有生物体得以延续的基本功能，通过遗传物质的复制和细胞分裂，单细胞生物能够简单地一分为二从而完成世代交替，称为无性生殖。大多数多细胞生物可通过有性生殖减数分裂形成雌、雄配子，并通过受精完成雌雄配子的结合形成合子，最后由合子发育成新的个体，称为有性生殖。无论无性生殖还是有性生殖，每个新的个体都继承了亲本的遗传物质，使得新的个体在表型上与亲本相同或相似。遗传物质是物种世代更替的遗传信息携带者，也是繁殖和遗传的基础。1855年菲尔肖(Ludolf Virchow)提出所有的细胞都来源于已有的细胞，这一理论超越了物种的界限，更是指明了繁殖在物种演化水平上的连续性。所有的生物只能来源于已经存在的生物，遗传是生物的基本属性。

本书内容丰富、新颖、文笔流畅、可读性强，较全面地介绍了生命科学领域相关研究及技术的原理、概念、发展方向和取得的成就，重点介绍了在各领域的具体应用，内容涉及基因工程、细胞工程、发酵工程、蛋白质工程、酶工程与组学，以及生命科学研究在农业、食品、医药、能源、环境、材料和空间环境等领域的应用案例。全书共分12章，每章附有思考题，利于读者对章节内容的理解。