第一章 生命科学 1
第一节 生物学是研究生命的科学 1
一、什么是生命 1
二、结构层次 2
第二节 科学研究的方法 3
一、生物学是一门重要的科学 3
二、归纳 3
三、演绎 3
第三节 如何从事科学研究 3
一、检验假说 4
二、设立对照 4
三、结果预测 4
四、发展理论 4
五、科学研究的内容与方法 5
第四节 达尔文的进化论是科学研究的典范 5
一、查理士·达尔文 5
二、达尔文的证据 7
三、自然选择假说 7
四、达尔文之后的进化论：更多的证据 8
第五节 生命科学的四大主题 10
一、细胞理论 10
二、遗传学 10
三、生物多样性 11
四、生物统一性 11
第二章 生命的化学基础 13
第一节25种元素构成了生物体 13
第二节 原子和分子 14
一、原子由亚原子粒子组成 14
二、原子的化学性质是由电子决定的 14
三、分子因化学键而维系在一起 14
四、弱化学键在生命化学中起重要作用 16
五、化学反应中有化学键的断裂和形成 17
第三节 水是生命的源泉 18
一、水的极性赋予水独特的性质 18
二、水的电离 20
第四节 碳骨架和生物分子多样性 20
一、碳构成生物大分子的基本骨架 20
二、官能团决定了有机化合物的性质 21
第五节 生物大分子的结构与功能 22
一、生物大分子 22
二、蛋白质对生命的构成和活性是必需的 23
三、核酸贮藏和传递遗传信息 28
四、糖类储存能量和提供分子构建材料 32
五、脂质是形形色色的疏水分子 35
六、研究大分子结构的方法 36
第三章 地球上生命的起源 40
第一节 关于生命起源的不同观点 40
一、上帝创造说——神创论 40
二、外星球起源说 40
三、自然起源学说 40
第二节 地球上的生命源自非生命物质 41
一、宇宙大爆炸和地球的起源 41
二、化学进化产生原始生命 42
三、地球上的生命在哪里起源 44
四、繁殖和遗传物质的起源——RNA世界 45
第三节 细胞的进化 46
一、原核细胞 47
二、真核细胞 48
第四章 细胞的结构 50
第一节 生物体由细胞组成 50
一、一切生物体都由细胞构成 50
二、细胞是生命活动的基本单位 50
三、细胞的起源与进化 52
四、细胞理论 53
五、观察细胞 54
第二节 细胞的共同特点 56
一、具有相同的遗传物质DNA 56
二、具有相似的质膜 57
三、都具有细胞质 57
四、具有共同的能量代谢途径 57
第三节 原核细胞的特点 58
一、原核细胞的共同特点 58
二、原核细胞的种类 59
第四节 真核细胞的特点 60
一、细胞膜 61
二、细胞核 63
三、内膜系统 66
四、线粒体与叶绿体 68
五、非膜结构的细胞器 69
六、细胞连接 75
第五节 真核细胞的蛋白质分选 76
一、蛋白质分选信号 76
二、细胞中蛋白质的运输方式和途径 77
三、各类细胞器的蛋白质分选 78
四、蛋白质分泌途径 79
第六节 原核细胞的蛋白质转运 79
一、信号识别颗粒途径 80
二、分泌途径依赖的蛋白质转运途径 80
三、双精氨酸转运途径 80
第五章 细胞膜 82
第一节 细胞膜的起源与进化 82
一、原始细胞的起源 82
二、细胞膜的起源 83
三、细胞膜的进化 84
第二节 细胞膜的化学组成 85
一、细胞膜由双层脂质膜组成 85
二、细胞膜的蛋白质 87
三、细胞膜的糖类 89
第三节 细胞膜的结构 89
一、一个世纪的探索 89
二、生物膜的不对称性 92
三、生物膜的流动性 94
第四节 细胞膜的物质转运 96
一、细胞膜的被动运输 96
二、细胞膜的主动运输 99
三、胞吞 101
四、胞吐 103
五、原核分泌系统 105
第六章 细胞通讯 108
第一节 细胞的通讯方式 108
一、细胞通讯的种类 108
二、细胞通讯与信号转导的进化 110
第二节 细胞信号转导 111
一、细胞信号转导的步骤 111
二、信号分子 112
三、受体 113
四、第二信使 117
五、磷酸化级联反应 119
六、终效应分子 120
七、细胞信号转导途径网络 120
第三节 细胞接触通讯 120
一、细胞连接依赖的细胞通讯 121
二、黏附分子介导的细胞通讯 121
三、突触 124
四、细胞与外基质的连接与通讯 124
第四节 植物细胞间通讯 125
一、植物细胞间通讯的特点 125
二、植物激素介导的细胞间通讯 125
三、胞间连丝介导的通讯 126
第七章 能量与代谢 128
第一节 生命与能量 128
第二节 两个定律控制能量变化 129
一、热力学第一定律 129
二、热力学第二定律 129
第三节 自由能的变化决定化学反应的方向 130
第四节 ATP是能量的流通货币 131
第五节 酶是生物催化剂 133
一、活化能和反应速率 133
二、酶是生物催化剂 133
第六节 代谢及其调控 138
第七节 生物化学途径的进化 139
第八章 细胞呼吸捕获化学能 141
第一节 细胞捕获化学键中的能量 141
一、细胞呼吸“燃烧”葡萄糖获得能量 141
二、细胞呼吸中电子从葡萄糖（有机燃料）传递到氧气 142
三、电子传递过程中的氧化还原反应释放能量并贮藏于ATP 142
四、氢载体NAD+在氧化还原反应中使电子来回穿梭 142
五、氢载体把电子传递到O2逐步释放能量 143
六、细胞生成ATP的两种机制 143
第二节 细胞呼吸的过程 144
一、糖酵解通过氧化葡萄糖生成丙酮酸获取化学能 144
二、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A 145
三、Krebs循环 146
四、电子传递链和氧化磷酸化 147
五、有氧呼吸的产率 148
六、细胞呼吸的调控 149
第三节 发酵使细胞在无氧条件下产生ATP 150
一、乙醇发酵 150
二、乳酸发酵 151
第四节 其他分子的代谢也提供能量 151
第九章 光合作用 154
第一节 对光合作用的认知是科学研究的范例 154
第二节 光合作用在叶绿体内进行 155
一、叶绿体的结构 155
二、光合色素捕获太阳光中的能量 156
三、光合系统 157
第三节 光反应将光能转化为化学能 158
一、线性非循环电子传递链 158
二、光反应中ATP的化学渗透生成 158
三、循环电子传递链 159
第四节 碳反应利用ATP和NADPH把CO2转化成糖 160
一、卡尔文循环 160
二、光合作用的产物是甘油醛-3-磷酸 161
三、光呼吸消耗O2并释放CO2 161
四、热带植物用C4途径固定CO2 162
第五节 光合作用的意义 163
第十章 细胞分裂与繁殖 165
第一节 染色体结构与数量 165
一、染色体结构 165
二、染色体数量 167
第二节 有丝分裂 167
一、细胞分裂 167
二、有丝分裂过程 168
第三节 有性生殖的减数分裂 169
一、减数分裂 169
二、第一次减数分裂 170
三、第二次减数分裂 171
第四节 动植物有性生殖的配子形成 171
一、动物的配子形成 171
二、植物的配子形成 172
第五节 细胞分裂周期 172
一、细胞周期 173
二、细胞周期调控 173
三、细胞周期与肿瘤 176
第六节 细胞的分化 178
一、细胞的分化潜能 178
二、细胞分化的机制 179
三、干细胞 180
第七节 细胞凋亡 182
一、细胞凋亡的主要特点 182
二、凋亡的分子机制 184
第十一章 遗传与基因 187
第一节 遗传 187
一、孟德尔遗传方式 187
二、单基因遗传和复等位基因 190
三、基因的连锁与交换 192
四、遗传标记与基因诊断 194
五、性别决定 195
六、伴性遗传 197
第二节 遗传的分子基础——DNA 199
一、什么是遗传物质 199
二、DNA的结构 202
三、DNA如何复制 206
四、什么是基因 210
第三节 基因的结构与信息流 213
一、中心法则与信息流 213
二、遗传密码 213
三、信息流：转录，随后翻译 217
四、真核生物转录物的剪接加工 221
五、原核生物和真核生物基因表达的差异 224
第四节 基因技术 224
一、DNA操作与基因克隆 224
二、基因工程的流程 228
三、生物技术正在掀起一场科技革命 233
第五节 基因组 238
一、遗传图和物理图 238
二、基因组测序 240
三、基因组测序计划 242
四、基因组学的研究与应用 244
第六节 基因的表达与调控 247
一、基因的转录调控 247
二、转录因子如何识别基因表达调控元件 248
三、原核生物基因转录起始调控 250
四、真核生物远距离转录调控 252
第七节 发育的细胞机制 257
一、发育是一个有序调控的过程 257
二、发育模式的决定 261
三、同源异形基因与发育模式的调控 263
四、干细胞与体细胞克隆 265
第十二章 生物的多样性 269
第一节 病毒 269
一、病毒的特性 269
二、亚病毒 275
三、病毒与人类疾病 277
第二节 原核生物界 284
一、原核生物细胞的基本特征 284
二、原核生物的主要类群 287
三、原核生物与人类生活密切相关 290
第三节 原生生物界 293
一、变形虫 293
二、草履虫 294
三、眼虫 294
四、衣藻 294
五、海带 295
第四节 真菌界 296
一、真菌的基本特性 297
二、真菌各类群的主要特征 299
三、真菌与其他生物的共生关系 302
第五节 植物界 304
一、苔藓植物 304
二、蕨类植物 306
三、裸子植物 311
四、被子植物 313
第六节 动物界 314
一、无体腔的无脊椎动物 314
二、具有假体腔的无脊椎动物 317
三、具真体腔的无脊椎动物 318
四、具脊索的动物 323
第十三章 植物的结构与功能 332
第一节 植物的组织 332
第二节 植物的营养器官 336
一、根的结构与功能 336
二、茎的结构与功能 341
三、叶的结构与功能 345
第三节 植物的生殖器官 347
一、花的形态与结构 347
二、种子的结构 349
三、被子植物果实的形态与结构 350
第十四章 动物的结构与功能 352
第一节 动物体的结构与功能相适应 352
一、结构与功能相适应是动物体中的普遍现象 352
二、动物体结构有层次之分 353
第二节 消化系统 359
一、消化系统的类型与适应性 359
二、脊椎动物的消化系统 360
第三节 排泄系统 364
一、渗透调节 364
二、排泄系统的组成与功能 366
第四节 呼吸系统 368
一、气体交换 368
二、呼吸机制与呼吸调控 372
第五节 循环系统 375
一、循环系统与其他组织的密切联系 375
二、人类的心脏和心血管系统 376
三、循环系统的类型与进化 381
第六节 繁殖、生殖系统和胚胎发育 384
一、动物的无性繁殖和有性生殖 384
二、人类生殖系统 388
三、受精和胚胎发育 393
四、辅助生殖技术 396
第七节 神经系统 397
一、神经系统的结构 398
二、突触的结构 399
三、神经冲动 401
四、感觉器官 402
第八节 运动系统 405
一、动物的运动系统 405
二、骨的结构 406
三、肌肉的收缩机制 406
四、神经调控肌肉收缩 410
第九节 内分泌系统与动物激素作用 411
一、内分泌系统 411
二、内分泌腺、激素及其主要生理作用 411
三、激素的作用机制 416
四、内分泌系统的功能调节 418
第十五章 生物进化 421
第一节 生物进化思想的产生和发展 421
第二节 生物的遗传与变异 423
一、表型可塑性 423
二、遗传重组 424
三、突变 424
第三节 生物居群的遗传结构与自然选择 425
一、居群的遗传结构 425
二、自然选择及其在生物进化中的作用 426
第四节 居群分化与物种形成 428
一、居群的隔离与分化 428
二、物种与物种形成 429
第十六章 生态与环境 434
第一节 生境与生态因子分类 434
一、生境的概念 434
二、生态因子分类 434
三、生物的能量环境和物质环境 435
四、生态因子及其效应 436
五、生态因子作用的一般特征 445
第二节 种群生态学 446
一、种群生态学的基本特征 446
二、种群的数量变动与调节 452
三、人类种群的增长现状与发展趋势 453
第三节 生物群落与生物多样性 458
一、生物群落的基本概念 458
二、生物多样性的保护 465
第四节 生态系统 474
一、生态学系统 474
二、生态系统的概念 475
三、生态系统的结构和功能 476
四、生物地球化学循环 480
五、保护生态平衡 486
索引 490