闪光的生物1 目 录 第一部分 前 言………………………………………………………………王秀珠 第二部分生活中的生物学 ……………………………………………………………宋爽 第三部分丰富多彩的生物世界…………………………………………………………周全 第四部分美丽的家园（生物与环境）………………………………………………………王丽华 第五部分生物科技的未来与展望…………………………………………………………侯云杰 主编 王秀珠 2 前 言 今日世界，科学技术迅猛发展，国际竞争日趋激烈，国力的强弱越来 越取决于劳动者的素质。发展学生的科学素养与人文精神、创新精神 与实践能力、国际视野与民族精神、社会责任感与人生规划能力，对 国家的兴盛、社会的进步、个人的终身发展都具有重要意义。 生物科学和技术不仅影响人类的生活、社会文明和经济活动，还 深刻影响着人们的思想观念和思维方式。而且正在对社会、经济和人 类生活产生越来越大的影响。 生物科学与人们的日常生活、 医疗保健、 环境保护、经济活动等方面密切相关。 为了进一步提高学生的生物科学素养，促进学生形成正确的世界观、 价值观以及辩证唯物主义自然观，增强学生对自然和社会的责任感， 科学地理解生命的本质，激发学生对自然科学的学习兴趣，开拓学生 的视野，增强学生的科技意识，我们特别编写了这本《生活中的生物 学》作为课堂教学的辅助教材。 本书从四个方面介绍了生物知识在生活中的应用， 体现了当今社会 生活中的每个角落都闪烁着生物学的光芒。 3 第一部分 生活中的生物学 ——— 宋爽 一、医学中的生物学 1、蛋白质荧光液体使神经在手术中“发光” 蛋白质荧光液体使神经在手术中“发光” 这种荧光液体能使外科医生观看到最微妙的神经组织 日前，科学家研制一种荧光液体，注射入患者体内可使难以察看 的神经组织“发光”。 这种缩氨酸荧光液体能使外科医生甚至观看到发光状态的最微 妙神经组织，而不需要医师主观判断和电子仪器监控。在手术中避免 这些神经组织非常重要，可避免意外伤害导致的激痛或者麻痹。该荧 4 光液体是由美国加州大学圣地亚哥医学分校的研究小组研制的， 其成 份是包含氨基酸的蛋白质片断。 他们将这种荧光液体注射在老鼠体内， 发现神经组织和其它组织 出现明显的差异， 这样使外科医师的手术进展得十分顺利。 研究表明， 用肉眼观看“发光”神经组织产生的色彩差异度是其它方法的 10 倍。 同时， 研究表明当荧光液体注射后两小时神经组织发光效果将消 除，8 小时后没有任何副作用。研究人员还吃惊地发现该荧光液体将 潜在地显现受损的神经组织。美国加州大学药理学、化学和生物化学 家罗根-特森教授说：“这种方法类似于建筑工人正在挖掘，他们需 要精确的地图显示地下掩埋的电缆，而不是猜测其可能位置。” 目前，外科医师依靠自己的人体知识和肌动电流描记器监控数 据，从而确保他们不会触及任何不必要的神经组织。他们使用电极寻 找运动神经，但很难鉴别哪一个更细、或者更敏感。例如：男性前列 腺存在一束复杂神经组织， 在进行前列腺手术时触及这些神经组织会 带来诸多副作用。 这项最新研究报告发表在近期出版的《自然生物学技术》期 刊上。 2、生物催化剂---酶与健康 （1）酶与疾病。酶缺乏所致之疾病多为先天性或遗传性，如白 化症是因酪氨酸羟化酶缺乏，蚕豆病或对伯氨喹啉敏感患者是因 6－ 磷酸葡萄糖脱氢酶缺乏。 许多中毒性疾病几乎都是由于某些酶被抑制 所引起的。如常用的有机磷农药（如敌百虫、敌敌畏、1059 以及乐 5 果等）中毒时，就是因它们与胆碱酯酶活性中心必需基团丝氨酸上的 一个－OH 结合而使酶失去活性．胆碱酯酶能催化乙酰胆碱水解成胆 碱和乙酸，当胆碱酯酶被抑制失活后，乙酰胆碱水解作用受抑，造成 乙酰胆碱推积， 出现一系列中毒症状， 如肌肉震颤、 瞳孔缩小、 多汗、 心跳减慢等。某些金属离子引起人体中毒，则是因金属离子（如 Hg2+） 可与某些酶活性中心的必需基团（如半胱氨酸的－SH）结合而使酶失 去活性。 工作人员正在使用酶标仪读取实验结果 2）、酶在疾病诊断上的应用 正常人体内酶活性较稳定， 当人体某些器官和组织受损或发生疾 病后，某些酶被释放入血、尿或体液内。如急性胰腺炎时，血清和尿 中淀粉酶活性显著升高；肝炎和其它原因肝脏受损，肝细胞坏死或通 透性增强，大量转氨酶释放入血，使血清转氨酶升高；心肌梗塞时， 血清乳酸脱氢酶和磷酸肌酸激酶明显升高；当有机磷农药中毒时，胆 碱酯酶活性受抑制，血清胆碱酯酶活性下降；某些肝胆疾病，特别是 胆道梗阻时，血清 r－谷氨酰移换酶增高等等。因此，借助血、尿或 体液内酶的活性测定，可以了解或判定某些疾病的发生和发展。 6 3）、酶在临床治疗上的应用 近年来，酶疗法已逐渐被人们所认识，广泛受到重视，各种酶制 剂在临床上的应用越来越普遍。如胰蛋白酶、糜蛋白酶等，能催化蛋 白质分解，此原理已用于外科扩创，化脓伤口净化及胸、腹腔浆膜粘 连的治疗等。在血栓性静脉炎、心肌梗塞、肺梗塞以及弥漫性血管内 凝血等病的治疗中， 可应用纤溶酶、 链激酶、 尿激酶等， 以溶解血块， 防止血栓的形成等。 一些辅酶，如辅酶 A、辅酶 Q 等，可用于脑、心、肝、肾等重要 脏器的辅助治疗。另外，还利用酶的竞争性抑制的原理，合成一些化 学药物，进行抑菌、杀菌和抗肿瘤等的治疗。如磺胺类药和许多抗菌 素能抑制某些细菌生长所必需的酶类，故有抑菌和杀菌作用；许多抗 肿瘤药物能抑制细胞内与核酸或蛋白质合成有关的酶类， 从而抑制瘤 细胞的分化和增殖，以对抗肿瘤的生长；硫氧嘧啶可抑制碘化酶，从 而影响甲状腺素的合成，故可用于治疗甲状腺机能亢进等。 二、工业中的生物学 7 国家发改委产业协调司副司长贺燕丽在出席“生物质纤维及生 化原料”专题论坛时指出， 生物质纤维符合战略新兴产业的发展新方 向，化纤行业应大力发展生物基产品，实现对化石原料的部分替代。 中国化纤协会理事长郑植艺指出，“十一五”期间，我国化纤行 业在特种纤维开发应用及产业化方面取得了可喜进步， 但在生物质纤 维及生化原料研究方面还没有迈出根本性步伐，对生物化学、分子生 物学等的了解相对有限， 还没有意识到这些基础科学在提升化纤工业 中的重要作用。“十二五”期间，化纤工业将对生物质纤维及生化原 料进行重点研究，引导行业利用生物技术提升产业水平，改造传统再 生纤维生产工艺，推广纤维材料绿色加工和新工艺、集成化技术。 贺燕丽强调， 目前重点发展新溶液法纤维素纤维， 聚乳酸、 海藻、 甲壳素、聚羟基脂肪酸酯等生物质纤维和生物法多元醇、糖醛、生物 乙烯等单体原料及纤维。 8 生物质纤维 生物质纤维是指来源于可再生生物质的一类纤维， 包括天然动植 物纤维、再生纤维及来源于生物质的合成纤维。大力发展生物质纤维 可有效扩大纺织原料来源，弥补国内纺织资源的不足，同时也是应对 石油资源日趋枯竭、实现纺织工业可持续发展的重要手段；开发可再 生、可降解、可循环利用的生物质纤维，也是推进化纤原料结构调整 和建立化纤工业循环经济发展模式的重要任务。 我国化纤行业在生物质产业技术领域取得了一定成绩，如：聚乳 酸及纤维正在实现产业化，1，3－丙二醇、1，4－丁二醇等生物法多 元醇、糖醛等单体原料、聚合物及纤维深加工进步迅速，竹浆、麻浆 等新型再生纤维素原料多样化、 新溶剂法纤维素纤维制造技术等已取 得明显突破。 目前，我国生物质再生纤维产业快速发展，2009 年产能已达 191 万吨，占世界总产能的 77％。我国生物质纤维资源储量丰富，如农 9 作物秸杆、树木类资源量约有 30 亿吨，海洋贝壳类、海藻类约有 20 亿吨，动植物蛋白类纤维资源量约有 300 亿吨，具有广阔的开发应用 前景。A 股上市公司中，山东海龙、吉林化纤等都开展了生物化纤的 研究，并取得了一定成果。 三．农业生产中的生物学 （一）、光合作用与粮食产量 1、作物的需水规律： 1) 不同作物需水不同：C4