20世纪是自然科学发展史上最为辉煌的时代，生物科学是自然科学中发展最迅速的学科。其成果显著，影响广泛而深远。生物科学与人类生存、人民健康、社会发展密切相关，例如，体细胞克隆哺乳动物技术的突破、人类基因组计划的实施、干细胞研究的进展等。生物科学和技术不仅正在改变人类的生活，还深刻影响着人们的思想观念和思维方式。随着数理科学广泛而深刻地深入生物科学和一些先进仪器设备和研究技术的出现，21世纪生命科学必将成为主导科学。
从某些方面来说，21世纪的生命科学发展飞速地改变着我们的生活。现代农业技术进步，营养品质优良的转基因食品活跃在人们视线中。生物医药技术正延长人类寿命，保卫我们的健康。
但人类的进步同样破坏着地球上各种生物的生存环境，地球日益恶化。
保护生物，发展科技，二十一世纪将更加美好。
提升对生命进程的认识 诺贝尔奖垂青生命科学
2002-10-11 08:39:00 新华网
2002年诺贝尔化学奖授予了美国科学家约翰·芬恩、日本科学家田中耕一、瑞士科学家库尔特·维特里希。这3位科学家在生物大分子研究领域取得了重要贡献，瑞典皇家科学院称赞他们的研究工作提升了人类对生命进程的认识。
10月9日晚，当武汉大学化学系张丽娜教授从本报记者这里得知这一消息时，对今年的诺贝尔化学奖又授予化学生物领域的科研成果略感惊讶。但她表示，如今生物学和化学结合得越来越紧密了，这两个学科的交叉融合已成为大趋势，这一地带容易出创新的科研成果，产生诺贝尔量级的成就。
据专家介绍，在这3位科学家所开创的新的研究方法的基础上，今天的研究人员已能迅速并且简单地揭示一个物种包含多少种不同的蛋白质，能用三维照片显示蛋白质分子溶解状态的样子。这些新方法对于新药品的开发起到了革命性的促进作用，并能应用在其他领域，如食品控制、乳腺癌和前列腺癌的尽快诊断等方面。这些基本上都是现代化学应用在生命科学上所取得的成果。
清华大学化学系教授赵玉芬院士对获得今年诺贝尔化学奖的约翰·芬恩等人比较熟悉。她认为，他们的成果对于生命科学发展的影响意义深远。在21世纪，化学学科将和生命科学更紧密地融合。据记者了解，赵玉芬院士是清华大学化学系教授，也是清华大学生命科学与工程研究院副院长。据了解，我国有不少科学家也都同时活跃在化学和生命科学领域。
最近几十年来，诺贝尔化学奖出现了青睐分子生物学的趋势。中国科学院周嘉华研究员是研究诺贝尔化学奖的专家。他向本报记者介绍说，在20世纪的最后25年里，诺贝尔化学奖有1／3左右颁给了分子生物学领域的成果，这是相当高的比例。他指出，自20世纪下半叶开始，化学家已经开始从以自然物质为研究对象朝着研究人和生命体转变。现在几乎所有的学科都出现了交叉融合的趋势。事实上，今年的诺贝尔生理／医学奖也授予了生命科学领域的成就。他认为，未来生命科学成果获得诺贝尔奖的比例会更高。
生命科学目前在世界范围内炙手可热。近年来，我国也在生命科学领域不断取得重要进展，如参加人类基因组计划的测序工作和水稻基因组研究的突破等。同时，我国学者在国际上发表的生命科学论文的数量迅速增加，影响力因子也在提高。但一位不愿透露姓名的科学家向记者表示，我国目前在该领域还没有接近诺贝尔奖量级的成果。当然，我国已经加大了对生命科学研究项目的支持力度，不少中青年科学家已经脱颖而出。他相信，我们在生命科学领域将会有越来越多的创新成果。
现代生命科学技术的论文
基因芯片——“生物信息精灵”
——浅谈数学、计算机在现代生命科学研究中的作用
二十世纪是物理科学的世纪，而二十一世纪则是生命科学的世纪。生命科学，尤其是生物技术的迅猛发展，不仅与人类健康，农业发展以及生存环境密切相关，而且还将对其它学科的发展起到促进作用，所谓"今天的科学，明天的技术，后天的生产"。而生命科学的基础性研究是现代生物技术的源泉、科学和技术创新的关键。
现代生物技术，是一门领导尖端科技的学科，正因如此，我很想知道它与数学——我得专业课，计算机等理论或技术是怎样有机的联系在一起的。基于此，我利用课余时间查阅了许多网站、书籍，并有了小小的收获。现就“基因芯片”技术，浅谈如下。
一、基因芯片简介
基因芯片，也叫DNA芯片，是在90年代中期发展出来的高科技产物。基因芯片大小如指甲盖一般，其基质一般是经过处理后的玻璃片。每个芯片的基面上都可划分出数万至数百万个小区。在指定的小区内，可固定大量具有特定功能、长约20个碱基序列的核酸分子（也叫分子探针）。
由于被固定的分子探针在基质上形成不同的探针阵列，利用分子杂交及平行处理原理，基因芯片可对遗传物质进行分子检测，因此可用于进行基因研究、法医鉴定、疾病检测和药物筛选等。基因芯片技术具有无可比拟的高效、快速和多参量特点，是在传统的生物技术如检测、杂交、分型和DNA测序技术等方面的一次重大创新和飞跃。
二、基因芯片技术
生物芯片技术是于90年代初期随着人类基因组计划的顺利进行而诞生，它是通过像集成电路制作过程中半导体光刻加工那样的微缩技术，将现在生命科学研究中许多不连续的、离散的分析过程，如样品制备、化学反应和定性、定量检测等手段集成于指甲盖大小的硅芯片或玻璃芯片上，使这些分析过程连续化和微型化。也就是说将现在需要几间实验室、检验室完成的技术，制作成具有不同用途的便携式生化分析仪，使生物学分析过程全自动化，分析速度成千上万倍地提高，所需样品及化学试剂成千上万倍地减少。可以预见，在不远的将来，用它制作的微缩分析仪将广泛地应用于分子生物学、医学基础研究、临床诊断治疗、新药开发、司法鉴定、食品卫生监督、生物武器战争等领域。
生物芯片技术是目前应用前景最好的DNA分析技术之一，分析对象可以是核酸、蛋白质、细胞、组织等。目前全世界用生物芯片进行疾病诊断还处于研究阶段，国外已将其用于观察癌基因及肌萎缩等一些遗传病基因的表达和突变情况。
生物芯片技术还可以用于治疗，例如已开发出在4平方毫米的芯片上布满400根有药物的针，定时定量为病人进行药物注射。另外，科学家还在考虑制作定时释放胰岛素治疗糖尿病的生物芯片微泵及可以置入心脏的芯片起搏器等。生物芯片技术与组合化学相结合将开辟另一个极有价值的应用方向，即为新药研制提供超高通量筛选平台技术，这必将使新药研究开发和传统中药的成分评估获得重大突破。
三、基因芯片的应用技术举例
1、基因破译
目前，由多国科学家参与的“人类基因组计划”，正力图在21世纪初绘制出完整的人类染色体排列图。众所周知，染色体是DNA的载体，基因是DNA上有遗传效应的片段，构成DNA的基本单位是四种碱基。由于每个人拥有30亿对碱基，破译所有DNA的碱基排列顺序无疑是一项巨型工程。与传统基因序列测定技术相比，基因芯片破译人类基因组和检测基因突变的速度要快数千倍。
基因芯片的检测速度之所以这么快，主要是因为基因芯片上有成千上万个微凝胶，可进行并行检测；同时，由于微凝胶是三维立体的，它相当于提供了一个三维检测平台，能固定住蛋白质和DNA并进行分析。
美国正在对基因芯片进行研究，已开发出能快速解读基因密码的“基因芯片”，使解读人类基因的速度比目前高1000倍。图1所示为一种内嵌基因芯片的基因检测装置。
2、基因诊断
通过使用基因芯片分析人类基因组，可找出致病的遗传基因。癌症、糖尿病等，都是遗传基因缺陷引起的疾病。医学和生物学研究人员将能在数秒钟内鉴定出最终会导致癌症等的突变基因。借助一小滴测试液，医生们能预测药物对病人的功效，可诊断出药物在治疗过程中的不良反应，还能当场鉴别出病人受到了何种细菌、病毒或其他微生物的感染。利用基因芯片分析遗传基因，将使10年后对糖尿病的确诊率达到50％以上。
未来人们在体检时，由搭载基因芯片的诊断机器人对受检者取血，转瞬间体检结果便可以显示在计算机屏幕上。利用基因诊断，医疗将从千篇一律的“大众医疗”的时代，进步到依据个人遗传基因而异的“定制医疗”的时代。
3、基因环保
基因芯片在环保方面也大有可为。基因芯片可高效地探测到由微生物或有机物引起的污染，还能帮助研究人员找到并合成具有解毒和消化污染物功能的天然酶基因。这种对环境友好的基因一旦被发现，研究人员将把它们转入普通的细菌中，然后用这种转基因细菌清理被污染的河流或土壤。
4、基因计算
DNA分子类似“计算机磁盘”，拥有信息的保存、复制、改写等功能。将螺旋状的DNA的分子拉直，其长度将超过人的身高，但若把它折叠起来，又可以缩小为直径只有几微米的小球。因此，DNA分子被视为超高密度、大容量的分子存储器。
基因芯片经过改进，利用不同生物状态表达不同的数字后还可用于制造生物计算机。基于基因芯片和基因算法，未来的生物信息学领域，将有望出现能与当今的计算机业硬件巨头――英特尔公司、软件巨头――微软公司相匹敌的生物信息企业。
四、基因芯片的实际应用
基因芯片在生命科学、医药研究、环境保护和农业等领域有极其重要的应用价值。在基因芯片的驱动下，人类正进入一个崭新的生物信息时代。
1、在美国科学家第一次将一个他们称之为生物芯片的计算机芯片植入人体的细胞上，从而使人体细胞与计算机连接。这是美国科学家波利斯·鲁宾斯基（Boris Lubinsky）和他的同事黄永（译音）在3月份的美国《生物医学微设备》杂志中著文披露的。
2、人体细胞外面包有一个细胞膜，该细胞膜具有使特定物质单向通过的功能。多年来，科学家们一直寻求找到用电冲击的方法，使所希望的物质进入细胞膜，但直 到目前为止，所用的方法有时成功，有时失败。而使用鲁宾斯基和黄永研究出来的 新方法，细胞膜由计算机得到一个信号，让某些物质进入到细胞中。随具体场合的 不同，这些物质可以是例如用来改变基因的遗传物质，也可以是药物或蛋白质。这样，就可以更好地使这些物质发生效力。
鲁宾斯基等科学家打算研制出能对例如神经细胞和肌肉等人体组织发出指令的生物芯片，这样至少会使人所服用的药物发挥更大的效力。俄亥俄州立大学生物医学工程中心主任莫里罗·弗拉里称鲁宾斯基的这项发明是处在发展阶段早期的具有潜在作用的实验室工具。
美国科学家们称，他们已经找到了一种能使人体细胞和电路进行交配的生物工程芯片，它能在医学和基因工程学方面发挥关键的作用。
这种比头发还小还细的微型装置使健康人体细胞和电子芯片结合，通过电脑对芯片进行控制，科学家认为他们能够控制细胞的活动。
电脑向细胞芯片发送电脉冲，激发细胞膜孔张开，并激活细胞。科学家希望能够大批量地生产这种细胞芯片，并能够把它们植入人体，取代或修正病变组织。
领导这项研究的加州大学机械工程学教授鲍里斯·鲁宾斯基说：“细胞芯片还使科学家在复杂的基因治疗过程中更准确地进行控制，因为他们能够更准确地开启细胞孔。”
鲁宾斯基还说：“我们在生物学领域里引入了工程学的精髓，我们完全可以在不影响周围其它细胞的情况下输入DNA、提取蛋白质以及注射药物。”
该细胞芯片的出现与长期存在的一种理论有关，即一定量的电压能够穿透细胞膜。
多年来，科学家一直在进行用电力轰击细胞试验的遗传研究，希望藉此引入新的疗法和基因物质。研究人员希望能最终制造出与激活不同的身体组织（从肌肉到骨骼到大脑）所需的准确的电压量相调合的细胞芯片。那样的话，将会有数以千计的细胞芯片用来治疗各种类型的疾病。
3、用独创技术自行研制的中国第一片应用型基因芯片于近日在第一军医大学正式诞生。
据第一军医大学有关负责人透露，该军医大研制成功的基因芯片，是中国首次应用一种创新的基因片扩增技术，率先攻克了内地同行在基因芯片研究中首先面临的快速经济地搜集数以万数基因探针难题，并巧妙运用新技术手段明显地降低成本。
目前，该芯片已完成实验室工作，即将进入临床验证阶段，如果顺利，用於临床诊断的基因芯片可望不久投入批量生产。但到目前为止，全世界还没有实际用於临床应用诊断的基因芯片生产。
在实验室里，将这几片比大拇指盖稍大的基因芯片，放在检测器上，与之相连的电脑屏幕上立刻出现了纵横交错的红红绿绿荧光点，出现的每个荧光点就是一个基因片断的点阵。只要取病人一滴血放在芯片检测卡上，经过分子杂交后，连上电脑就可以立刻显示出基因变化情况，并通过电脑把基因语言翻译成医生能读得懂的信息，从而对疾病做出准确的诊断。
这种芯片的成功诞生，标志着疾病的诊断由细胞和组织水平推进到基因水平。它们的开发应用将在环境污染控制、动植物检疫、器官移植、产前诊断、药物筛选、药物开发等方面展示出广阔的前景。
五、生命科学渐成IT公司关注焦点
人类基因组工作草图绘毕的消息像打开了阿里巴巴宝藏的大门，以基因技术为核心的生命科学市场正吸引着越来越多的淘金者。近来，为这些淘金者生产“铁锨”的资讯科技（IT）公司的积极行动颇为引人注目。
1、揭开基因之迷须破译大量数据
人类基因组草图仅仅是读出了“生命之书”，而要真正读懂它，揭示所有基因编码所代表的信息，还必须破译浩如烟海的数据。
在著名的英国桑格中心里，有关人类基因组的数据已经达到22万亿字节，是世界上首屈一指的美国国会图书馆藏书内容的两倍多。据这家中心估计，在未来两至三年内，与人类基因组有关的数据量还将上升到50万亿至100万亿字节。
2、生命科学公司10%投资用于开发资讯科技
为了解决处理数据所需的庞大计算能力的问题，世界上最大的12家生命科学公司目前把近10%的科研预算用于资讯科技投资，而且这个比例可能还将增长。
据美国国际商业机器公司（IBM）估计，与生命科学有关的资讯科技市场将在今年达到35亿美元，到2003年达到90亿美元。
3、市场潜力巨大
一些著名的IT企业，已将眼光瞄准了这一潜力巨大的市场。例如，IBM已经决定投资1亿美元，用五年时间研制一种名为“蓝基因”的超级电脑。
“蓝基因”的运算能力将是美国现有40台最快的超级电脑运算能力总和的40倍，它主要用于模拟人类蛋白折叠成特殊形状的过程。世界最大的个人电脑制造商美国康柏公司，也垂涎这块“肥肉”。
4、康柏趁早下手培养未来客户基础
已经成为生命科学领域电脑服务器主要供应商的康柏公司最近宣布，它将继续投资1亿美元，支持新兴生物技术公司，以培养未来的客户基础。
其实，IT公司还远不止盯着这些近期利益。以基因研究为基础的生物经济可能在新世纪里成为新经济的重要组成部分，对此人们已经达成共识。
5、行业标准制定者能享有巨大经济利益
根据以往的经验，率先进入市场的公司大多能够成为行业标准的制定者，这些行业标准往往意味着巨大的经济利益。
今年8月，德国狮生命科学公司的股票上市。由于投资者看中这家公司的基因次序检索系统（SRS）可能成为行业新标准，其股票价格在短短时间里迅速上涨了50%。
6、政府支持基因研究
IT公司进军生命科学领域，与各国政府对基因研究的支持密不可分。为了在基因组研究的下一个阶段——分析蛋白质结构的国际竞争中领先，不少国家积极采取措施，促进信息业与生物产业的结合。
例如，日本不久前就组织了“官产学”大联合的“生物产业信息化研究共同体”，参加这个共同体除了制药、食品、生物、化学等与基因科学相关的企业外，还有不少电脑公司。
小结：科学界公认，生物芯片技术将给下个世纪生命科学和医学研究带来一场革命。目前我国科学家正在加速研制这种可能快捷便利提取DNA，查找遗传基因特性的新技术。相信，这一现代生物与高科技联姻的成果将为二十一世纪的发展作出巨大的贡献！
生命科学实验教学体系构建与创新人才培养
屠萍官,吴庆余 文献来自: 实验技术与管理 2002年 第02期 CAJ下载 PDF下载
介绍了清华大学生物科学与技术系现代生命科学实验教学中心简况以及在生命科学实验教学体系建设与创新人才培养中的做法 ,并提出了正在进行的实验教学改革的新思路。[1]周海梦兔肌肌酸激酶的分离纯化和部分性质的测定-努力将科研成果转化为高 ...
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2. 生命科学导论课程教学方法的探索
李菡,杨国栋,冯炘 文献来自: 高等农业教育 2003年 第05期 CAJ下载 PDF下载
生命科学导论课程作为高等农业院校的公选课正在各校相继开设,针对面向学生多、课程内容广、更新快、课时少且无实验课这样一个状况,如何选择和运用恰当的教学方法组织课堂教学,是保证此课程教学效果的关键所在。通过对本课程 ... 进一步提高生命科学导论课程的教学质量。生命科学导论课程教学方法的探索@李菡$山东农业大学 ...
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3. 对《生命科学导论》的几点商议
辛颖 文献来自: 中学生物教学 2004年 第11期 CAJ下载 PDF下载
《生命科学导论》P .14 :……生物特有的基础大分子 ,包括 4种核苷酸、2 0种氨基酸 ,以及糖类、脂肪等。这一叙述只计算了RNA或DNA的核苷酸 ,其实核苷酸的种类应该是 8种 ,包括 4种脱氧核苷酸和 4 ...
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4. 人工智能与生命科学
杨明经,郭德纨 文献来自: 中国医学物理学杂志 1994年 第03期 CAJ下载 PDF下载
摘要本文从AI的发展历史阐述了AI与生命科学的联系、AI在生命科学中的应用和两者面临的挑战与发展前景。关键词:人工智能,生命科学,专家系统,人工神经网络引言人工智能(ArtificialIntelligence,简称AI)发展至今近40年来,取得 ...
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5. 从“生命科学导论”进入工科专业课程表谈起
张惟杰 文献来自: 中国大学教学 1999年 第06期 CAJ下载 PDF下载
“生命科学导论”正在进入通常被认为与生物学毫无关系的工科专业的课程表。这种现象就像一滴水,折射出教育思想的深刻变化。长期以来,在与生物有关的农、医、工科一些专业的基础课程中,必不可少地列入了一些生物类课程,如:微 ... 从“生命科学导论”进入工科专业课程表谈起$上海交通大学@张惟杰 ...
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6. 微全分析系统中的微分离学及其在生命科学中的应用
林炳承 文献来自: 现代科学仪器 2001年 第04期 CAJ下载 PDF下载
十几年来毛细管电泳作为一种非常重要的分离分析技术已对生命科学的各个领域的发展起到了极其重要的作用[3] 。 96根阵列毛细管电泳的实用化大大加快了举世瞩目的人类基因组工程的进程 ,使之由原定的 2 0 0 5年提前到 2 0 0 0年基本完成。在今后一段时间 , ...
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7. 为什么需要科学史——《简明科学技术史》导论
江晓原 文献来自: 上海交通大学学报(哲学社会科学版) 2000年 第04期 CAJ下载 PDF下载
的新阶段已经开始到来为什么需要科学史——《简明科学技术史》导论@江晓原$上海交通大学人文学院!上海200030科学史 ...
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8. 21世纪生命科学展望
卢向阳 文献来自: 常德师范学院学报(自然科学版) 2000年 第02期 CAJ下载 PDF下载
为生命科学刊物。在20世纪的前半叶,由于物理学和化学向生命科学领域的渗透,极大地推动了生命科学的发展,使生命科学由器官、组织、细胞水平发展到分子水平,而20世纪后半叶,分子生物学的飞速发展又反过来为物理学、化学、 ...
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9. 计算机科学的新领域——“软生命”技术导论
罗漫 文献来自: 蒙自师范高等专科学校学报 1994年 第02期 CAJ下载 PDF下载
它必将在计算机和生命科学领域甚至于在道德及法律上对传统 观念带来巨大冲击和深刻的影响. “软生命”技术研究的主要课题应该是: 2 ...
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10. 浅谈在高等中医药院校开设《生命科学导论》课程的重要性
任颖,王宏英 文献来自: 中国生物化学与分子生物学会中医药专业委员会2005年年会文集 2005年 CAJ下载
所以中医药院校开设《生命科学导论》更有其理论和实际意义。本课程可作为中医药学的公共课,课程的主要目的是介绍现代生命科学的基本概念、原理、理论研究方法及近半个世纪以来生命科学的主要发展,以及其重要的学科分支和前沿知识 ...
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微生物学论文 会计072 袁璐 060712224 微生物(microorganism简称microbe)是一切肉眼看不见的或看不清的微小生物的总称。它们都是一些个体微小（一般<0.1mm）、构造简单的低等生物，包括属于原核类的细菌（真细菌和古细菌）、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体、和衣原体;属于真核类的真菌（酵母菌、霉菌和蕈菌）、原生动物和显微藻类；以及属于非细胞类的病毒和亚病毒（类病毒、拟病毒和朊病毒）。微生物在自然界中可谓“无处不在，无处不有”，涵盖了有益有害的众多种类，广泛涉及健康、医药、工农业、环保等诸多领域。在21世纪的生命科学的发展中，微生物更是发挥了无可争辩的关键作用。 在整个生物界中，各种生物体形的大小相差十分悬殊，微生物由于其形体都极其微小，因而导致了一系列与之密切相关的五大共性特征：1. 体积小,面积大。这有效地增强了微生物的信息沟通能力，并由此产生其余四个共性特征。2. 吸收多,转化快。这个特性为微生物的高速生长繁殖和合成大量代谢产物提供了充分的物质基础。3. 生长旺,繁殖快。它使得对生物学理论的研究周期大为缩短，空间减小，经费降低，效率提高。4. 适应强,易变异。微生物对地球上恶劣环境的适应能力堪称生物界之最，其有益的变异后代可以为人类创造巨大的经济和社会效益。5. 分布广,种类多。微生物的种类多主要体现在五个方面：物种的多样性，生理代谢类型的多样性，代谢产物的多样性，遗传基因的多样性以及生态类型的多样性。微生物的分布广,种类多这一特点，为人类在新世纪中进一步开发利用微生物资源提供了无限广阔的前景。 既然微生物有如此的五大共性特点，在日常生活中，微生物必然起着非常重要的作用。人们常吃的酱腌菜，腐乳，米酒都是粮食用微生物加工后的产物；真菌类的灵芝，虫草可以治病，银耳、木耳、蘑菇、平菇是，美味佳肴，它们都属于微生物。再如微生物在工业上用于酿酒，生产调味品、酶制剂、有机酸等；在医药卫生上用微生物生产的抗菌素、生化药品，以及制成疫苗等等，在对人类的健康问题上做出了巨大的贡献；在农业上根瘤菌剂大大提高了豆科作物的产量，用微生物防止害虫，既杀虫又安全；在现在的能源开发，环境污染的治理问题上微生物更是起着重要的作用。再到20世纪生命科学的发展，DNA功能的阐明，中心法则的提出，遗传工程的提出和人类基因组计划的实现，微生物充当着重要的研究主角。由此可见，微生物对人类社会的进步和发展有着重要的作用。
