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茶树的植物学特征和生物学特性(转载-老师课件)
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　　一．生 物 学 概 述
　　二．生物学分支
　　1．植 物 学
　　2．孢 粉 学
　　3．动 物 学
　　4．微 生 物 学
　　5．细 胞 生 物 学
　　6．分 子 生 物 学
　　7．生物 分 类 学
　　8．生 理 学
　　9．细 菌 学
　　10．微生物生理学
　　11．微生物遗传学
　　12．细 胞 学
　　13．细 胞 化 学
　　14．细胞遗传学
　　15．免 疫 学
　　16．胚 胎 学
　　17．优 生 学
　　18．悉 生 生 物 学
9．遗 传 学
　　20．分 子 遗 传 学
　　21．生 态 学
　　22．仿 生 学
　　23．生 物 化 学
　　24．生 物 声 学
　　三．二十世纪生物学成果
　　1．孟德尔遗传学
　　2．染色体学说
　　3．DNA双螺旋结构
　　4．基因工程
　　5．克隆技术
　　6．人类基因组计划
　　7．生命科学的变革
　　8．胚胎研究
　　9．新陈代谢的奥秘
　　10．科学与健康
　　11．诺贝尔奖与医学
　　12．弗莱明与青酶素
　　13．胰岛素
　　14．心脏导管术
　　15．器官移植
　　16．如何征服艾滋病
　　17．洛伦兹与行为学
　　18．丰富进化论
　　19．探索生命起源
　　四．医学发展史
　　1．古代医学史
　　2．近代医学史
　　3．现代医学史
　　五．生 物 学 年 谱
　　六．医 学 年 谱
　　一．生 物 学 概 述
　　生物学是研究生物各个层次的种类、结构、功能、行为、发育和起源进化以及生物与周围环境的关系的科学。人也是生物的一种，也是生物学的研究对象。
　　20世纪40年代以来，生物学吸收了数学、物理学和化学的成就，逐渐发展成一门精确的、定量的、深入到分子层次的科学。
　　人们已经认识的生命是物质的一种运动状态。生命的基本单位是细胞，它是由蛋白质、核酸、脂类等生物大分子组成的物质系统。生命现象就是这一复杂系统中物质、能和信息三个量综合运动与传递的表现。
　　生命有许多无生命物质所不具备的特性。比如：生命能够在常温常压下合成多种有机化合物；能够以远远超出机器的效率来利用环境中的物质和制造体内的各种物质；能以极高的效率储存信息和传递信息；具有自我调节功能和自我复制能力；以不可逆的方式进行着个体发育和物种的演化等等。揭示生命过程中的机制具有巨大的理论和实践意义。
　　生物学的研究对象
　　地球上现存的生物估计有200万～450万种；已经灭绝的种类更多，估计至少也有1500万种。从北极到南极，从高山到深海，从冰雪覆盖的冻原到高温的矿泉，都有生物的存在。它们具有多种多样的形态结构，它们的生活方式也变化多端。
　　从生物的基本结构单位――细胞的水平来考察，有的生物还不具备细胞形态；在已经具有细胞形态的生物中，有原核细胞构成的、有由真核细胞构成的；从组织结构看，有单细胞生物、多细胞生物。而多细胞生物又根据组织器官的分化和发展而分为多种类型；从营养方式来看，有光和自养、吸收异养、腐蚀性异养、吞食异养；从生物在生态系统的作用看，有生产者、消费者、分解者等等。
　　生物学家根据生物的发展历史、形态结构特征、营养方式以及它们在生态系统中的作用等，将生物分成若干界。现在比较通行的认识是将地球上的生物界划分为五界：细菌、蓝菌等原核生物是原核生物界；单细胞的真核生物是原生生物界；光和自养的植物界；吸收异养的真菌界；吞食异养的动物界。
　　病毒是一种非细胞生命形态，它由一个核酸长链和蛋白质外壳构成，病毒没有自己的代谢机构，没有酶系统。因此病毒离开了宿主细胞，就成了没有任何生命活动、也不能独立自我繁殖的化学物质。一旦进入宿主细胞后，它就可以利用细胞中的物质和能量以及复制、转录和转译的能力，按照它自己的核酸所包含的遗传信息产生和它一样的新一代病毒。
　　病毒基因同其他生物的基因一样，也可以发生突变和重组，因此也是可以演化的。因为病毒没有独立的代谢机构，不能独立的繁殖，因此被认为是一种不完整的生命形态。近年来发现了比病毒还要简单的类病毒，它是小的RNA分子，没有蛋白质外壳，但它可以在动物身上造成疾病。这些不完整的生命形态的存在说明无生命与有生命之间没有不可逾越的鸿沟。
　　原核细胞和真核细胞是细胞的两大基本形态，它们反映了细胞进化的两个阶段。把具有细胞形态的生物划分原核生物和真核生物，是现代生物学的一大进展。原核细胞的主要特征是没有线粒体、质体等模细胞器，染色体只是一个环状的DNA分子，不含组蛋白及其它蛋白质，没有核膜。原和生物主要是细菌。
　　真核细胞是结构更为复杂的细胞。它有线粒体等膜细胞器，有包以双层膜的细胞核把核内的遗传物质与细胞质分开。DNA是长链分子，狱卒蛋白以及其他蛋白合成染色体。这核细胞可以进行有丝分裂和减数分裂，分裂的结果是复制的染色体均等地分配到子细胞中。原生生物是最原始的真核生物。
　　植物是以光和自养为主要营养方式的真核生物。典型植物细胞都含有液泡核以纤维素为主要成分的细胞壁。细胞质中由进行光合作用的细胞器―叶绿体。植物的光合作用都是以水为电子供体的，光合自养是植物的主要营养方式，少数的高等植物是寄生的，还有更少数的植物能够捕捉小昆虫，进行异养吸收。
　　植物从单细胞绿藻到被子植物是沿着适应光合作用的的方向发展的。高等植物中发生了植物的根(固定和吸收器官)、茎(支持器官)、叶(光和器官)的分化。叶柄和众多分支的茎支持片状的叶向四面展开，以获得最大的光照和吸收面积，细胞也逐渐分化成专门用于光合作用、输导和覆盖等各种组织。大多数植物的通过有性生殖，形成配子体和孢子体世代交替的生活史。植物是生态系统中最主要的生产者，也是地球上氧气的主要来源。
　　真菌是以吸收为主要营养方式的真核生物。真菌有细胞壁，细胞壁含有几丁质，也含有纤维素。几丁质是一种含氨基葡萄糖的多糖，是昆虫等动物骨骼的主要成分，植物细胞不含几丁质。真菌没有质体和光合色素。真菌的繁殖能力很强，繁殖方式多样，主要是以无性或有性生殖产生的各种孢子作为繁殖单位。真菌分布非常广泛，在生态系统中，真菌是重要的分解者。
　　动物是以吞食为营养方式的真核生物。吞食异养包括捕获、吞食、消化和吸收等一些列复杂的过程。动物体的结构是沿着适应吞食异养的方向发展的。单细胞动物吞入食物后形成食物泡。食物在食物泡中被消化，然后透过膜而进入细胞质中，细胞质中溶酶体与之融合，就是细胞内消化。
　　多细胞动物在进化过程中，细胞内消化逐渐为细胞外消化所取代，食物被捕获后在消化道内由消化腺分泌酶而被消化，消化后的小分子营养物经过消化道吸收，并通过循环系统输送到身体的各种细胞中。
　　与此相适应，多细胞动物逐步形成了复杂的排泄系统、外呼吸系统以及复杂的感觉系统、神经系统、内分泌系统和运动系统等。在全部生物中，只有动物的身体构造发展到如此复杂的高级水平。在生态系统中，动物是有机食物的消费者。
　　在生命发展的早期，生态系统是由生产者和分解者组成的两环系统。随着真核生物特别是动物的产生和发展，两环生态系统发展成有生产者、分解者和消费者所组成的三环系统。出现了今日丰富多彩的生物世界。
　　从类病毒、病毒到植物、动物，生物拥有众多特征鲜明的类型。各种类型之间又有一系列的中间环节，形成连续的谱系。同时由营养方式决定的三大进化方向，在生态系统中呈现出相互作用的空间关系。因而，进化既是时间过程，又是空间发展过程。生物从时间的历史渊源和空间的生活关系上都是一个整体。
　　生物的特征
　　生物不仅具有多样性，而且具有一些共同的特征和属性。
　　组成生物体的生物大分子的结构和功能，在原则上是相同的。比如各种生物的蛋白质的单体都是氨基酸，种类不过20种左右，它们的功能对所有的生物都是相同的；在不同生物体内基本代谢途径也是相同的等等。这就是生物化学的同一性。同一性深刻的揭示了生物的统一性。
　　生物具有多层次的结构模式。对于病毒以外的一切生物都是由细胞组成的，细胞是由大量原子和分子所组成的非均质的系统。
　　从结构上看，细胞是由蛋白质、核酸、脂类、多糖等组成的多分子动态体系；从信息论观点看，细胞是遗传信息和代谢信息的传递系统；从化学观点看，细胞是由小分子合成的复杂大分子；从热力学上看，细胞是远离平衡的开放系统……
　　除细胞外，生物还有其他结构单位。细胞之下有细胞器、分子、原子，细胞之上有组织、器官、器官系统、个体、生态系统、生物圈等等。生物的各种结构单位，按照复杂程度和逐级结合的关系而排列成一系列的等级，这就是结构层次。较高层次上会出现许多较低层次所没有的性质和规律。
　　其他的还有很多，比如生物的有序性和耗散结构、生物的稳定性，生命的连续性，个体发育，生物的进化，生态系统中的相互关系等等。
　　这些都说明，尽管生物世界存在惊人的多样性，但所有的生物都有共同的物质基础，遵循共同的规律。生物就是这样一个统一而有多样的物质世界。
　　和其他学科一样，生物学依据自己所研究的对象，也有一些基本的研究方法――观察描述的方法、比较的方法、实验的方法等等，也都具有自己的特点。对于生物学来说，既需要有精确的实验分析，又需要从整体和系统的角度来观察生命，生物学积累了大量关于各种层次生命系统及其组成部分的资料。今天对于生命系统的规律作出定量的理论研究已经提到日程上来，系统论方法将作为新的研究方法而受到人们的重视。
　　生物学的分支
　　早期的生物学主要是对自然的观察和描述，是关于博物学和形态分类的研究。所以生物学最早是按类群划分学科的，如植物学、动物学、为生物学等。由于生物种类的多样性，也由于人们对生物学的了解越来越多，学科的划分也就越来越细，一门学科往往在划分为若干学科。
　　按生物类群划分学科，有利于从各个侧面认识某一个自然类群的生物特点和规律性。但无论研究对象是什么，都不外乎分类、形态、生理、生化、生态、遗传、进化等等。
　　生物在地球历史中有着很长的发展历史，大约有1500万种生物已经灭绝，它们的遗骸保存在地层中形成化石。古生物学专门通过化石研究历史上的生物；
　　生物的类群是如此的繁多，需要一个专门的学科来研究类群的划分，就产生了分类学；
　　形态学是生物学中研究动植物的形态结构的学科；随着显微镜的使用，形态学又深入到超微结构的领域，组织学和细胞学也就相应的建立起来了；
　　生理学是研究生物机能的学科，生理学的研究方法是以实验为主；
　　遗传学是研究生物性状的遗传和变异，阐明其规律的学科；
　　胚胎学是研究生物个体发育的学科；
　　生态学是研究生物与生物之间以及生物与环境之间的关系的学科。研究范围包括个体、种群、群落、生态系统以及生物圈等层次。揭示生态系统中食物链、生产力、能量流动和物质循环的有关规律；
　　生物化学是研究生命物质的化学组成和生物体各种化学过程的学科，是进入20世纪以后迅速发展起来的一门学科。生物化学的成就提高了人们对生命本质的认识。生物化学侧重于生命的化学过程、参与这一过程的物质、产品以及酶的作用机制的研究。分子生物学是从研究生物大分子的结构发展起来的，现在更多的仍是研究生物大分子的结构与功能的关系、以及基因的表达、调控等方面的机制；
　　生物物理学是用物理薛的概念和方法研究生物的结构、生命活动的物理和物理化学过程的学科。早期生物物理学的研究是从生物发光、生物电等问题开始的。随着生物学、物理学的发展，新概念的产生和介入，生物物理的研究范围和水平不断加深加宽。产生了量子生物学、生物大分子晶体结构以及生物控制论等小分支；
　　生物数学是数学和生物学结合的产物，它的任务是研究生命过程中的数学规律。
　　生物界是一个多层次的复杂系统，为了揭示某一层次的规律以及和其他层次的关系，出现了按层次划分的学科并且越来越受人们的重视。比如：分子生物学、细胞生物学、个体生物学、种群生物学等等。
　　总之，生物学中一些新的学科在不断的分化出来，另一些学科又在走向融合。生物学分可的这种局面，反映了生物学极其丰富的内容，也反映了生物学蓬勃发展的景象。
　　研究生物学的意义
　　生物与人类生活的许多方面都有着非常密切的关系。生物学作为一门基础科学，传统上一直是农业和医学的基础，涉及种植业、畜牧业、养殖业、医疗、制药、卫生等等。随着生物学理论与方法的不断进步，它的应用领域也在不断扩大。现在，生物学的影响已经扩展到食品、化工、环境保护、能源、冶金等方面。如果考虑仿生学的因素，它还影响到了机械、电子技术、信息技术等等诸多领域的发展。
　　二．生物学分支
　　1．植 物 学
　　所有的动物都要依靠绿色植物的光合作用能力把日光能转化为化学能，释放出氧气来维持其生活。植物是人类衣、食、用、住、行原料的直接或间接来源，是维持生物圈生态平衡的重要环节。
　　早期人类就能分辨出他们所接触到的植物，并给以命名。随科学的发展，人们开始把对植物的知识系统化，并且记录下来成为植物学。以后，进一步注意到它们的结构、化学组成、各部分的功能和繁殖方式。而且自从人类懂得了栽培植物，研究内容更包括了其营养生长和繁殖，以及选育良种和对病虫害的处理。
　　20世纪植物学研究一方面走向微观，试求把植物的各种活动，物质、能量、信息的转化还原到细胞水平、分子水平、甚至电子水平，并创造了“细胞工程”、“基因工程”等方法以求迅速繁殖和创建植物新品种。另一方面特别是70年代以来，又趋向宏观，研究“环境保护”、“生态工程”等课题，甚至扩大到地球生物圈的组成及其调控的研究等。所以今天的植物学已发展为包括众多分支的知识体系。70年代以来又常称之为植物生物学。
　　植物学发展简史
　　至少在旧石器时代，人类在采集植物块根和果实种子供食用的时候就认识了某些植物。希腊、埃及、巴比伦、中国、印度等文明古国对植物知识都有记述。如中国《诗经》就已经讲究“多识于鸟兽草木之名”。
　　古希腊亚里士多德的学生提奥夫拉斯图被视为植物学的创始人。他在公元前300年写的《植物历史》或称《植物调查》一书，在哲学原理基础上将植物分类，描绘其各部分、习性和用途。罗马的老普林尼则把当时所有的植物学知识写在37册的《博物志》书中，开以后黑暗中世纪“百科全书学派”的先河，但谬误很多。
　　后陆续出现许多有关植物方面的著述。如公元1世纪希腊医生迪奥斯科里德斯在其著作《药物论》中记述了600种植物及其医药用途的引证，成为以后描述药用植物的基础。15～16世纪本草著作中最有价值的是日耳曼的布龙费尔斯，意大利的马蒂奥利、英国的特纳等的著作。此时期约与中国明代中叶以后李时珍完成《本草纲日》同时。总之至17世纪前植物学几乎全限于描述(包括木刻画)和定性药用植物。
　　17世纪的初期自然科学从以“机械哲学”为主导思想进入到“实验科学”阶段。植物学也从描述为主转到更有目的。有计划、有系统的收集资料，观测现象，以至于在控制条件下进行试验，并提出和考验理论与学说。这期间物理学、化学的发展及新工具如显微镜的应用也起了很大作用。
　　现代植物分类基本原理为英国生物学家雷在17世纪末确立，他把有花植物分为单子叶和双子叶，进一步再分就包括迄今还沿用的许多植物科。雷坚持必须用植物的所有特征来判定他们的亲绦而不能只用单一部分的特征。这恰是自然分类和人为分类的区别所在。
　　1753年瑞典植物学家林奈发表“植物种志”，确立了双名制。他将生殖性状(花)用作重要分类依据，他确立的24纲主要建立在花的雄蕊数目上；每个纲再用花柱的数目分成目。这个系统的简单性使人容易接受因而促进了植物的采集和调查，但由于此法含糊了自然分类而有害于植物学。如按林奈系统使百合和小檗同在一目，而鼠尾草和同类的薄荷却分了家。
　　林奈的贡献还在于把约6000种植物归入各属(今天还用同样安排)，仔细描写，并校勘了他所知的种和以前植物学家的命名和描写，再按双字命名法命名。此法立即被其他植物学者所接受。只有从1753年开始，从一个学者到另一个学者去跟踪一种植物才比较容易和可能。此后与分类学进展相并行的植物解剖学、植物生理学、植物胚胎学等的研究也就发展起来了。
　　自16世纪光学显微镜问世，瑞典人扬斯和扬森兄弟在1590年做成复合显微镜，17世纪名种型式显微镜出现后，由胡克、格鲁、马尔皮基开创了植物解剖学。
　　年，英国人格鲁和意大利人马尔皮基已能分辨木质部、导管和纤维髓细胞和树脂道的内部。英国人胡克发现细胞，他的细胞概念是一个由实心物质包围的空间(小室)。从那以后很久，植物学家才理解这些蜂房样的小室至少在幼期是含有生活物质的。第一个植物形态学家设想植物是由多种成分，包括导管、纤维、“囊”等组成的。日耳曼人施莱登和他的同伴动物学家施万在1839年首次提出细胞学说。从此细胞学成为一个独立的学科。
　　在格鲁和雷的时代，生理学也开始了。雷做过树液运动、种子发芽和其他功能的实验。再早些年，荷兰人黑尔蒙特通过著名的桶栽柳技试验证明植物从水中取得物质。1742年英国人黑尔斯在所著的植物静力学中记载了关于树液流动和压力、蒸腾作用、失水和空气交换气体等方面的124个实验，他被认为是植物生理学的创始人。
　　1774年英国人工普里斯特利指出植物在阳光下释放氧气。这些气体(氧气、二氧化碳)和植物的相互关系进一步由英恩豪斯(1779)和法国人索绪尔(1804)阐明。后者将定量方法引入研究，并示明水和二氧化碳一样被吸收。自此关于绿色植物在光下吸收水分和二氧化碳增重(制造食物)的光合作用被发现。
　　17～18世纪，卡梅拉里乌斯及布尔哈夫等人观察到植物的性别、花粉及受精作用等现象，推动了植物胚胎学等的发展。
　　到19世纪中期植物学各分支学科已基本形成。达尔文、孟德尔的工作更为植物进化观和遗传机制的确立打下了基础。
　　20世纪特别是50年代以来，植物学又有了飞速发展，主要是植物生理学、生物化学和遗传学等的成就，如光合作用机理的阐明，光敏素、植物激素的发现，微量元素的发现，遗传育种技术、同位素计年法建立，以及抗生物质的分离等，使植物学在经济上更为重要，成为园艺学、农业和环境科学的重要理论基础。
　　植物学的基本内容
　　现代植物学以研究层次和重点不同而划分为五个主要分支：
　　植物形态学是研究植物的形态和结构(由细胞到器官各个层次)的学科，分支学科有植物细胞学、解剖学(专注于内部结构)、组织学(关心特殊种类细胞的性质)、植物胚胎学等。
　　植物生理学是研究植物各部分或整体的功能和行为的学科，它和植物生物化学紧密相联。后者研究植物生命过程中化学组成和变化。植物生物化学还有一个重要分支――植物化学――研究植物次生代谢的化学产品。
　　植物遗传学是研究植物的种质和遗传、变异等现象的学科(因此和研究植物进化相联系)。
　　植物生态学是研究植物和其环境的关系的学科。在其定义上还更广泛一些，因为除去它本身特殊的方法之外，它既牵涉到区系学也牵涉到生理学。和它紧密联系的是植物地理学(包括地植物学)研究植物和地球表面的关系和植物社会学(植物群落学)研究植物群落。
　　植物分类学是研究植物的分类和命名的学科，它们的系统和演化(包括区系学，研究特定区域的全部植物，其种类分布、起源和发展)。这些区分并不是绝对的，为明了植物的功能和行为，必须了解植物结构的一些知识。分类学家在一个谱系的理论上来将植物分类，他也要关心进化。植物细胞学研究植物的各个细胞，部分是形态学，部分是生理学，而部分是遗传学等等。
　　此外，还有些特别分支如以研究对象的类群不同而划分的分支，如藻类学。藻类象真菌一样相当小而简单，但有各种色素能自制食物。它们组成海洋浮游生物的大部分，在未来可能是人类食物的重要来源。地衣学研究藻菌共生的地衣。
　　苔藓学研究较大多数植物稍小而生殖过程较复杂的苔藓植物。蕨类学研究更大的开始有维管束的植物，在这一类群中有石松、木贼和羊齿，并研究它们怎样向有花植物迈进。与应用密切相关的分支则有经济植物学，探讨植物和它们用途的各个方面。
　　民俗植物学则对各民族利用植物的不同方式感兴趣。古植物学研究已绝灭的植物(又是古生物学的分支)，它们是写在岩石里面的进化史。孢粉学研究远古的花粉、孢子，也属微古生物学的一个重要方面。当然古植物学和孢粉学也是研究植物进化和植物地理学尤其是植物历史地理学和区系学的重要手段。
　　2．孢 粉 学
　　孢粉学是研究植物的孢子、花粉(简称孢粉)的形态、分类及其在各个领域中应用的一门科学。孢粉学可以分为两个领域，现代孢粉学及古孢粉学。英国加的夫大学的海德和威廉斯于1945年最先创用孢粉学一词。
　　孢粉学研究的基础部分为植物学的一部分，主要为孢粉的形态、分类及生理、生化等方面。其应用部分则各有侧重，古孢粉学或称地质孢粉学主要为地层对比、寻找有关矿产，尤其是煤和石油以及其他陆相沉积矿产服务。还应用于古生态、古环境、古地理、古气候学的研究。
　　考古孢粉学可以为考古学家对古遗址的研究提供气候、植被等方面的情况。农业孢粉学用于土壤、养蜂、动物粪便等方面的分析，以解决土壤形成环境，蜜源植物的来源及寻找食草动物、食虫动物间食物链的组成及其相互关系以及虫媒花的媒介等。医学孢粉学用来寻找某些致病孢粉及其治疗和在法医学中作为寻找罪犯、判定犯罪现场等的线索，以至作为判罪的重要证据。食物孢粉学是近来才兴起的，人们可以通过对孢粉的成分的研究或研究对其有机质壁的破碎方法等，为人类食品提供重要的微量元素及有机化合物的补充等。
　　花粉有一层由孢粉素组成的外壁，它是一种复杂的碳、氢、氧化合物，它能耐酸、碱，极难氧化，在高温下也难溶解，因此可以保存成化石。孢粉粒的直径一般在10～200微米之间，体轻，有些还具有气囊，可以分布到较大范围。如松、云杉、椴等花粉均可飘飞1000多公里。这就使得孢粉化石可以在较大范围内用于地层对比和古植被、古气候分析判断等。
　　不过在孢粉的研究方法中也存在一定的困难，如对现代孢粉研究得不够(仅约几万种，为现代植物20多万种的1/3至1/4)。化石孢粉的分类则更困难。小而易飘飞，各种植物孢粉产量不一，大小各异、飘飞远近不同，降落速度也不一样，对于正确恢复某一特定植物群的面貌有一定困难。
　　孢粉学的发展简史
　　孢粉学的发展是与显微镜的发明密切相关的。17世纪就有格鲁和马尔皮基对花粉进行过观察。此后直到19世纪末，学者们主要致力于对孢粉进行形态及结构方面的观察和描述，直到19世纪30年代人们才开始注意化石孢粉的研究。德国埃伦贝格最早涉及孢粉化石，而有关孢粉化石的第一篇论文是瑞士地质学家弗吕赫提出的。
　　拉格尔海姆在年的著作中首先对孢粉化石属种的百分含量进行统计。1916年瑞典学者波斯特在学术会议上宣读了题为“瑞典南部泥炭沼泽沉积的森林花粉”的论文。除了计算孢粉百分含量之外，他创制了孢粉谱和不同植物花粉的代表符号。1923年格拉西莫夫发表了有关孢粉化石的文章，同年狄森和斯塔乌德描述了上石炭期的孢子。
　　1935年美国学者沃德豪斯在研究一种因花粉过敏而引起的鼻腔炎症(枯草热病)而找出许多致病的花粉，出版了专著。1937年马尔科夫首先用孢粉学方法解决列宁格勒地区第四纪地层问题。同年格里丘克发明了重液浮选孢粉的方法，解决了从岩石中提取孢粉的难题。
　　在孢粉分类方面有易卜拉汉、娜乌莫娃、肖夫、威尔逊和本扦尔等先后对化石孢粉的人为分类进行研究，并提出不同方案。同一时期埃尔特曼于1943年首先出版了《花粉分析入门》一书，同时他对孢粉形态学作了大量工作。苏联学者波克罗夫斯卡娅等集体合著的《花粉分析》和美国楚迪等合著的《孢粉学概论》，总结前人工作，全面介绍了孢粉学的理论、方法和在各个领域的应用，至今仍是较好的入门参考书。
　　孢粉学的研究内容
　　孢子是隐花植物单细胞配子体；花粉是显花植物的雄形配子体，由两个和两个以上的细胞组成，它们是由母细胞经过减数分裂而产生的。各类植物产生的孢子及花粉的形态构造各不相同。
　　花粉多为两侧或辐射对称的球体，外边包一较硬的花粉壁，称为外壁。在化石状态中也只有外壁能保存下来，外壁分为两层，外壁外层及外壁内层，外层又可分为覆盖层，柱状层和底层。外壁上具萌发孔是外壁变薄的区域，花粉萌发时花粉管即由此处伸出，不同植物花粉的萌发孔形状与数量不尽相同，长形的称为沟，短的称为孔，它的数目可以从一个至多个，也有无萌发孔的花粉，如樟科植物。外壁外层常具不同的雕纹，如颗粒状、刺状、疣状、网状、条纹状等。
　　孢子的外部常常被以一层薄柔的周壁，在化石状态中很易脱落，孢子的外壁无结构，因而在光学显微镜下孢壁显得致密、坚实。孢子的萌发孔为呈“Y”型的三裂缝或呈“I”型的单裂缝，以此区别于花粉。
　　孢粉成熟时，孢子的近极面沿射线裂开，花粉粒远极面上形成萌发孔。不同孢粉的萌发器官的数目、位置、特征各不相同，是鉴定及分类的重要特征。
　　裸子植物有具气囊的花粉(松型)、有具单沟的船形花粉(苏铁型)、具乳头突起的球形粉(杉型)、不具明显萌发器官的球形粉(柏型)和橄榄形粉(麻黄型)被子植物花粉类型多，也更为复杂。首先，二粒以上花粉粒集合在一起的称复合花粉，其中有二合、四合和多合花粉(4～16个花粉组合而成)，许多花粉集合成块状的叫花粉块。只具有一个单细胞花粉粒的叫单体花粉。可按其萌发孔及萌发沟的多少、大小、分布位置等分为许多类型。
　　由于孢子与花粉只是植物体繁殖器官的一部分。保存在孢子囊或花药内的叫原位孢粉，它们可以援用植物体的分类和命名。一些化石孢粉由于多呈单粒孢粉形式存在，各分散孢粉，只能作为器官属或形态属进行分类，因为有一些不同植物其孢粉形态可能极为相似，而同一属植物却可产生不同的孢粉，再者一些已绝灭植物产生的孢粉至今也已完全绝迹。因此孢粉化石的分类与命名常常是多种分类系统并存，意见不一成为孢粉研究中的重要问题之一。
　　在前寒武纪已经出现了孔型化石，但直至泥盆纪，化石孢子在地层中才丰富起来，原始的裸蕨化石花粉少量出现在泥盆纪，到早石炭世以后花粉大量出现。最早的可靠的被子植物花粉为单沟型的，出现于早白垩世的巴列姆期，到晚白垩世方成为孢粉组合中的主要成分。
　　化石花粉的研究工作要求特殊的采样、分离、统计计算及解释等一系列技术方法。
　　孢粉样品可以采自天然剖面或钻孔岩心，重要的是采样要严格，避免上下层位及现代花粉的污染，天然剖面要除去风化的表面，采集应自下而上，岩心要去掉表层以免泥浆及其他污染。
　　要从采集的沉积物中将孢粉提取出来，要经过物理和化学的方法处理，去掉矿物质及孢粉以外的其他有机物，使花粉富集起来。
　　富集后的孢粉保存于酒精，叔丁醇、硅油或甘油等介质中。制片时取其一滴置于载玻片上加以硅油、甘油胶、中性树胶等折光率高的介质，覆以盖玻片即可以观察。
　　孢粉的观察通常在放大400～1000倍的光学显微镜下进行，也可将孢粉作超薄切片；用透射电镜研究外壁的结构，用扫描电镜研究孢粉表面纹饰及萌发孔的结构。
　　晚新生代孢粉的鉴定是通过与现代植物孢粉薄片的对比而完成的，近年来一些实验室建立现代与化石花粉形态数据库，用计算机来检索，使孢粉的鉴定工作更加快速、准确。
　　晚新生代以前的孢粉中有许多是绝灭类型，因此不能与现代植物孢粉直接对比，而常采用器官属和形态属这种半人为或人为的命名方法。
　　孢粉鉴定完成后，还需要统计各类孢粉的数量并计算它们相互间的数量关系。每个样品所需统计的孢粉数量与研究目的有关，一般从150粒至上千粒不等。
　　孢粉统计的结果通常是绘成花粉图式来加以表达，即把各类花粉类型的百分比或浓度沉积率在一个地层序列或时间序列中表示出来。近年来计算及绘图工作都可以用电子计算机完成。
　　为了便于花粉资料的解释，一般将花粉谱划分为若干个花粉带，划带的主要原则是一个带内的花粉谱应有一定的相似性，带内花粉谱之间的差别应小于带之间的差别。花粉带的划分可以凭直观，也可以用多元分析的方法，常用的有聚类分析、主成分分析等。
　　花粉分析的结果可以用于确定沉积年代，进行地层对比。由于植物界由低级到高级的不可逆转的变化，每一个地质时代都有着这一进化线上特定的植物群，由此就可以进行判断。
　　花粉分析还可以用来推断沉积时期的古气候、古地理及应用于古生态古群落的研究等。这是采用“将今论古”的思想，使用这个方法的前提是假定同类植物在地质历史时期的生态要求大体与现代一致，因而不能用于太老的地层，一般用于新生代，特别是第四纪。
　　在石油钻探中，大型化石不仅难以找到，而且易被粉碎。这时，体小、量多的孢粉就成为地层对比的重要手段，还能为寻找生油层及储油层提供古生态及古地理的重要信息。从原油中分离出来的孢粉，可以指示石油生成的地层年代及其迁移的过程；分析岩心中的孢粉及海相化石，并计算其此值的变化，可以指示石油形成的地点及层位。当前根据孢粉的颜色来推断石油的成熟度，并以指导石油勘探的方法被广泛的应用于世界各国石油公司中。
　　3．动 物 学
　　动物学是揭示动物生存和发展规律的生物学分支学科。它研究动物的种类组成、形态结构、生活习性、繁殖、发育与遗传、分类、分布移动和历史发展，以及其它有关的生命活动的特征和规律。
　　动物学的渊源和发展
　　动物学历史悠久，与人类生产活动关系密切。在以渔猫为主要生产方式的原始社会，人类就逐步认识了一些与人类关系密切的动物的生活习性及身体结构，继而尝试饲养驯化有益的动物，防治有害的动物，积累了一些动物知识。
　　在4700年以前中国殷商的甲骨文中，就已经出现了许多兽、鸟、鱼、虫等字，后来的象形文字也把“虫”、“鱼”、“犭”作偏旁，可知那时已有一定的分类观念。3000多年前的著作《夏小正》中即记载了“五月浮游出现，十二月蚂蚁进窝”等生态现象。春秋时代的《诗经》中述及动物达100余种。2500年前的《尚书?禹贡篇》中记载了当时9个大区域的经济动物种类，是中国动物地理学的萌芽。
　　距今2000多年前的《周礼》中把动物分为毛、羽、介、鳞、赢5类，大致相当于现代动物分类中的兽类、鸟类、甲壳类、鱼类和软体动物。汉代《尔雅》中有释虫、释鱼、释鸟、释兽、释畜5类，每篇都写了近百种动物。隋唐时期的《扁鹊难经》提到人体血液循环现象比英国学者哈维约早1000年。
　　北魏的《齐民要术》总结了许多渔、桑、农、牧的经验。唐代陈藏器的《本草拾遗》中以侧线鳞数作为鱼类分类的重要性状，至今沿用。公元265～420年的晋代，中国已率先编纂了动物图谱，稽含的《南方草木状》绘制了人们利用蚂蚁扑灭柑橘害虫的情景，是世界生物防治的最早范例。明代李时珍《本草纲目》描述了400多种动物，许多还附有外形图，堪称动物学史上伟大的典籍。
　　西方于公元前384～322年，古希腊的亚里士多德曾系统地描述了几百种动物，被誉为动物学之父。老普林尼编写的37卷的《博物志》中，第7～11卷为动物学内容。
　　16世纪后，动物学呈现出勃勃生机，学术著作纷纷问世，其中分类学和解剖学的进展尤为迅速。17世纪显微镜的问世，更推动了微观领域中组织学、胚胎学及原生动物学的繁荣。
　　18世纪瑞典生物学家林奈创立了动物分类系统及双名法，将动、植物分为纲、目、属、种和变种5个阶元，奠定了现代分类学的基础。18世纪末至
19世纪初，法国生物学家拉马克提出了物种进化的思想，认为动物在生活环境的影响下，可以变化、发展和完善。同时期的居维叶也在比较解剖学及古生物学方面作出了贡献。19世纪中叶德国生物学家施万阐明了动物体的基本结构单位是细胞。
　　1859年，英国科学家达尔文确立了生物进化的学说，用“生存竞争”“自然选择”的原始和生动具体的实例，剖析自然界动物的多样性、同一性、变异性等，推动了动物学的前进。20世纪进化学说的新成就又进一步证明，突变产生了新的遗传基础在进化中有重要的意义，自然选择和生殖隔离使同一物种的不同种群向不同方向发展。
　　20世纪以来，由于学科的相互渗透和研究手段的不断改进，促成了动物学的飞跃。当今的动物学，已由过去的观察描述阶段，上升到了研究生命活动规律的高峰。
　　动物学的学科分支
　　以研究对象划分，动物学可分为无脊椎动物学、原生动物学、寄生虫学、软体动物学、昆虫学、甲壳动物学、鱼类学、鸟类学、哺乳动物学等；按研究重点和服务的范畴，又可划分为理论动物学、应用动物学、资源动物学、仿生学等；传统的分支有动物形态学、动物生理学、动物分类学、动物生态学等。
　　动物形态学是研究动物体内外形态结构，以及在个体发育及系统进化中的变化规律。包括：解剖学，专门研究动物器官的构造及相互关系的学科；细胞学和组织学，研究细胞和器官的显微结构；比较解剖学，用比较现代器官系统的差异，来研究动物的进化关系，19世纪曾对进化论的建立作出了很大贡献；胚胎学和发育生物学，研究胚胎的形成、发育以及整个动物生长发育的全过程；另外还有古动物学等。随着科学的发展，有的已发展成为独立的学科。
　　动物生理学是研究动物机体功能，以及一般生理现象，如营养、生长、繁殖等，与医学和畜牧学的关系密切。近年来，还依研究进展的情况，分出内分泌学、免疫学、酶学等。
　　动物分类学已由过去的简单分类，发展为系统分类学，研究动物各类群间彼此的异同及其相同和相异的程度，把它们分门别类，列为系统，以阐明它们的亲缘关系及进化过程和规律。现代分类学已在过去林奈分类阶元的目之下，补加了科，在界和纲之间，增加了门，每一阶元又可细分，如亚纲、亚目、总科、亚种等。20世纪的分类学，力图使分类系统反映物种间的进化关系和历史。
　　动物生态学是研究动物与其所处环境因子(包括生物的和非生物的)间的相互关系，已由过去的个体生态研究，发展为种群生态、群落生态乃至于生态系统研究近年来，航天技术的发展，引起了生态学家对于外层空间的注意，从而将动物放进生物圈来作更加深入的研究与此有关的还有动物行为学，研究动物的行为，包括本能、学习、记忆等，从原生动物的游泳模型到人猿社群组织和通讯，作了大量工作，取得了突出成绩。
　　动物地理学是研究动物种类在地理上分布的状况，以及动物分布的方式和规律，同时，从地理学角度来研究各个区域中的动物种类和分类的规律。常被称为地动物学。这个分支与分类学、形态学、生态学相结合，对各地区的动物区系进行全面的研究，提出自然保护、资源管理及自然改造等规划，可称之为动物区系学。
　　另外，动物遗传学向来是动物学的一个分支，但由于遗传学研究对象常常包括整个生物界，故有人认为，动物遗传难以继续列为分支。当前，遗传学和细胞学、酶学等结合，从微观上研究生命现象的本质。其中研究蛋白质和核酸分子结构和演变的分子生物学，已成为特别活跃的研究领域。由于对基因物质的深入探索，使定向改变动物性状，引导新种形成，已成为可能。
　　动物门类繁多，作为学科也极其复杂，但综合起来，其研究方法不外：
　　通过观察，将动物外形、内部结构、生活习性及经济和学术意义用文字和图形如实记录下来的描述法。
　　通过动物间的系统比较，推究异同，认识它们之间的内在联系，从而得出规律比较法。
　　在人为条件下，用物理的、化学的和生物学的方法对动物的生活和生命活动现象进行观察，以揭示动物生活和生命活动本质的实验法等。
　　动物学与其他生物科学、医学、兽医学、农业、畜牧业以及人类生产和环境保护都有着密切联系。今日的动物学实际上已发展成为内容十分全面的动物科学。它以整个生物学的普遍规律为基础，不仅研究以动物为内容的学术和生产活动的各个方面，还以此来阐明广泛的生物学活动，因而它已成为开拓人类未来的重要手段。
　　4．微 生 物 学
　　微生物学是生物学的分支学科之一，它是研究各类微小生物，如细菌、放线菌、真菌、病毒、立克次氏体、枝原体、衣原体、原生动物以及藻类等的形态、生理、生物化学、分类和生态的科学。
　　微生物学发展简史
　　自古以来，人类在日常生活和生产实践中，已经觉察到微生物的生命活动及其所发生的作用。中国利用微生物进行酿酒的历史，可以追溯到4000多年前的龙山文化时期。殷商时代的甲骨文中刻有“酒”字。北魏贾思勰的《齐民要术》中，列有谷物制曲，酿酒、制酱、造醋和腌菜等方法。
　　在古希腊留下来的石刻上，记有酿酒的操作过程。中国在春秋战国时期，就已经利用微生物分解有机物质的作用，进行沤粪积肥。公元二世纪的《神农本草经》中，有白僵蚕治病的记载。公园六世纪的《左传》中，有用麦曲治腹泻病的记载。在10世纪的《医宗金鉴》中，有关于种痘方法的记载。1796年，英国人琴纳发明了牛痘苗，为免疫学的发展奠定了基础。
　　17世纪，荷兰人列文虎克用自制的简单显微镜(可放大160～260倍)观察牙垢、雨水、井水和植物浸液后，发现其中有许多运动着的“微小动物”，并用文字和图画科学地记载了人类最早看见的“微小动物”――细菌的不同形态(球状、杆状和螺旋状等)。过了不久，意大利植物学家米凯利也用简单的显微镜观察了真菌的形态。
　　1838年，德国动物学家埃伦贝格在《纤毛虫是真正的有机体》一书中，把纤毛虫纲分为22科，其中包括3个细菌的科(他将细菌看作动物)，并且创用细菌一词。1854年，德国植物学家科恩发现杆状细菌的芽孢，他将细菌归属于植物界，确定了此后百年间细菌的分类地位。
　　微生物学的研究从19世纪60年代开始进入生理学阶段。法国科学家巴斯德对微生物生理学的研究为现代微生物学奠定了基础。他论证酒和醋的酿造以及一些物质的腐败都是由一定种类的微生物引起的发酵过程，并不是发酵或腐败产生微生物；他认为发酵是微生物在没有空气的环境中的呼吸作用，而酒的变质则是有害微生物生长的结果；他进一步证明不同微生物种类各有独特的代谢机能，各自需要不同的生活条件并引起不同的作用；他提出了防止酒变质的加热灭菌法，后来被人称为巴斯德灭菌法，使用这一方法可使新生产的葡萄酒和啤酒长期保存。
　　后来，他开始研究人、禽、畜的传染病(狂犬病、炭疽病和鸡霍乱等)，创立了病原微生物是传染病因的正确理论，和应用菌苗接种预防传染病的方法。巴斯德在微生物学各方面的科学研究成果，促进了医学、发酵工业和农业的发展。
　　与巴斯德同时代的德国微生物学家科赫对新兴的医学微生物学作出了巨大贡献。科赫首先论证炭疽杆菌是炭疽病的病原苗，接着又发现结核病和霍乱的病原细菌，并提倡采用消毒和杀菌方法防止这些疾病的传播；他的学生们也陆续发现白喉，肺炎、破伤风、鼠疫等的病原细菌，导致了当时和以后数十年间人们对细菌给予高度的重视；他首创细菌的染色方法，采用了以琼脂作凝固培养基培养细菌和分离单苗落而获得纯培养的操作过程；他规定了鉴定病原细菌的方法和步骤，提出著名的科赫法则。
　　1860年，英国外科医生利斯特应用药物杀菌，并创立了无菌的外科手术操作方法。1901年，著名细菌学家和动物学家梅契尼科夫发现白细胞吞噬细菌的作用，对免疫学的发展作出了贡献。
　　俄国出生的法国微生物学家维诺格拉茨基于1887年发现硫磺细菌，1890年发现硝化细菌，他论证了土壤中硫化作用和硝化作用的微生物学过程以及这些细菌的化能营养特性。他最先发现嫌气性的自生固氮细菌，并运用无机培养基、选择性培养基以及富集培养等原理和方法，研究土壤细菌各个生理类群的生命活动，揭示土壤微生物参与土壤物质转化的各种作用，为土壤微生物学的发展奠定了基础。
　　1892年，俄国植物生理学家伊万诺夫斯基发现烟草花叶病原体是比细菌还小的、能通过细菌过滤器的，光学显微镜不能窥测的生物，称之为过滤性病毒。年，特沃特和埃雷尔观察细菌苗落上出现噬菌斑以及培养液中的溶菌现象，发现了细菌病毒――噬菌体。病毒的发现使人们对生物的概念从细胞形态扩大到了非细胞形态。
　　20世纪以来，生物化学和生物物理学向微生物学渗透，再加上电子显微镜的发明和同位素示踪原子的应用，推动了微生物学向生物化学阶段的发展。1897年德国学者毕希纳发现酵母菌的无细胞提取液能与酵母一样具有发酵糖液产生乙醇的作用，从而认识了酵母菌酒精发酵的酶促过程，将微生物生命活动与酶化学结合起来。
　　诺伊贝格等人对酵母菌生理的研究和对酒精发酵中间产物的分析，克勒伊沃对微生物代谢的研究以及他所开拓的比较生物化学的研究方向，其他许多人以大肠杆菌为材料所进行的一系列基本生理和代谢途径的研究，都阐明了生物体的代谢规律和控制其代谢的基本原理，并且在控制微生物代谢的基础上扩大利用微生物，发展酶学，推动了生物化学的发展。从20世纪30年代起，人们利用微生物进行乙醇、丙酮、丁醇、甘油、各种有机酸、氨基酸、蛋白质、油脂等的工业化生产。
　　1929年，弗莱明发现青霉菌能抑制葡萄球菌的生长，揭示了微生物间的拮抗关系，并发现了青霉素。1949年，瓦克斯曼在他多年研究土壤微生物所积累资料的基础上，发现了链霉素。此后陆续发现的新抗生素越来越多。这些抗生素除医用外，也应用于防治动植物的病害和食品保藏。
　　1941年，比德尔和塔特姆用X射线和紫外线照射链孢霉，使其产生变异，获得营养缺陷型。他们对营养缺陷型的研究不仅可以进一步了解基因的作用和本质，而且为分子遗传学打下了基础。1944年，埃弗里第一次证实了引起肺炎球菌形成荚膜遗传性状转化的物质是脱氧核糖核酸(DNA)。1953年，沃森和克里克提出了DNA分子的双螺旋结构模型和核酸半保留复制学说。
　　富兰克尔-康拉特等通过烟草花叶病毒重组试验，证明核糖核酸(RNA)是遗传信息的载体，为奠定分子生物学基础起了重要作用。其后，又相继发现转运核糖核酸(tRNA)的作用机制、基因三联密码的论说、病毒的细微结构和感染增殖过程、生物固氮机制等微生物学中的重要理论，展示了微生物学广阔的应用前景。
　　1957年，科恩伯格等成功地进行了DNA的体外组合和操纵。近年来，原核微生物基因重组的研究不断获得进展，胰岛素已用基因转移的大肠杆菌发酵生产，干扰素也已开始用细菌生产。现代微生物学的研究将继续向分子水平深入，向生产的深度和广度发展。
　　在微生物学的发展过程中，按照研究内容和目的的不同，相继建立了许多分支学科：研究微生物基本性状的有关基础理论的有微生物形态学、微生物分类学、微生物生理学、微生物遗传学和微生物生态学；研究微生物各个类群的有细菌学、真菌学、藻类学、原生动物学、病毒学等；研究在实践中应用微生物的有医学微生物学、工业微生物学、农业微生物学、食品微生物学、乳品微生物学、石油微生物学、土壤微生物学、水的微生物学饲料微生物学、环境微生物学、免疫学等。
　　由于微生物学各分支学科的相互配合、互相促进，以及与生物化学、生物物理学、分子生物学等学科的相互渗透，使其在基础理论研究和实际应用两方面都有了迅速的发展。
　　5．细 胞 生 物 学
　　细胞生物学是运用近代物理学和化学的技术成就，以及分子生物学的方法、概念，在细胞水平上研究生命活动的科学，其核心问题是遗传与发育的问题。
　　细胞生物学的起源和发展
　　从1839年施莱登和施万的细胞学说问世以来，确立了细胞是多细胞生物结构和生命活动的基本单位。但是长期以来，细胞学的研究偏重在结构方面。此后，在相邻学科的进展的影响下，才逐渐地发展到其他方面。
　　20世纪50年代以来，关于细胞的超显微结构的研究，使人们对于光学显微镜下看不到的精细结构有了明确的认识。分子生物学、分子遗传学以原核生物为材料取得的成就，使人们了解到遗传密码、中心法则以及原核生物中基因表达的调节与控制等基本问题，这些都直接促进了细胞生物学的发展。
　　细胞生物学虽说是一个比较年轻的学科，从学术思想上却可以追溯到较早的年代。1863年德国胚胎学家鲁就阐述过关于遗传和发育的设想。他假定受精卵中包含着所有的遗传物质，后者在卵裂时不是平均地分配到子细胞中，这种不同质的分裂决定子细胞及其后代的命运。
　　德国动物学家魏斯曼发展了这种想法，提出了种质学说，认为裂球的不均等分裂导致了细胞的分化。虽然这些见解已证明是错误的，但可以看出细胞生物学所要解抉的问题在那时已被提出来了。
　　以后威尔逊1927年在他的《细胞―在发育和遗传中》的巨著中明确指出：细胞是生命活动的基本单位，发育和遗传这些生命现象应当在细胞上研究。1934年，美国遗传学家和胚胎学家摩尔根在遗传学取得巨大成就之后，在企图融合发育与遗传的《胚胎学与遗传学》一书中就曾设想通过细胞将胚胎各部分发育和进化的统一起来。
　　但在摩尔根的年代，由于细胞学和其他相邻学科还未发生密切的联系，或者说其他学科尚未能在细胞水平上开展关于发育和遗传的研究，所以细胞生物学只能在20世纪50年代之后，各方面的条件逐渐成熟了，才得以蓬勃发展。
　　细胞生物学的基本内容
　　细胞生物学与其说是一个学科，倒不如说它是一个领域。这可以从两个方面来理解：一是它的核心问题的性质――把发育与遗传在细胞水平结合起来，这就不局限于一个学科的范围。二是它和许多学科都有交叉，甚至界限难分。
　　例如，就研究材料而言，单细胞的原生动物既是最简单的动物，也是最复杂的细胞，因为它们集许多功能于一身。但是这类研究也可以列入原生动物学的范畴。其次，就研究的问题而言，免疫性是细胞的重要功能之一，细胞免疫应属细胞生物学的范畴，但这也是免疫学的基本问题。
　　由于广泛的学科交叉，细胞生物学虽然范围广阔，却不能像有些学科那样再划分一些分支学科。如果要把它的内容再适当地划分，可以首先分为两个方面：一是研究细胞的各种组分的结构和功能，这应是进一步研究的基础，例如基因组和基因表达、染色质和染色体、各种细胞器、细胞的表面膜和膜系、细胞骨架、细胞外间质等等；其次是根据研究细胞的哪些生命活动划分，例如细胞分裂、生长、运动、兴奋性、分化、衰老与病变等，研究细胞在这些过程中的变化，产生这些过程的机制等。
　　当然这仅是人为地划分，这些方面都不是各自孤立的，而是相互有关连的，一定要把细胞作为一个整体看待，一定要把生命过程和细胞组分的结构和功能联系起来。
　　既然细胞生物学的主要任务是把发育和遗传联系起来，细胞分化这个问题的重要性就不言而喻。因为就整个有机体而言，遗传特点不仅显示在长成的个体，而是在整个生命过程不断地显示出来。在细胞水平，细胞的分化也就是显示遗传特征的过程。
　　一个经常被引用的例子是红细胞中血红素的转换。人类胚胎早期的红细胞中首先出现胚期血红素，后来逐渐被胎儿期血红素所代替，胎儿三个月之后，后者又被成体型血红素所代替。关于这些血红素已经有很多研究例如它们各自由那些肚链组成，这些肚链在个体发育中交互出现的情况，它们各自的氨基酸组成和排列顺序，各个肽链的基因位点，以至基因的结构都已比较清楚，工作可以说是相当深入了。
　　但是，追根到底有些问题依然没有得到明确的解答，甚至没有解答――这也适用于关于其他细胞的终末分化的研究。
　　实现了终末分化的细胞，已经失去了转变为其他细胞类型的潜能，只能向一个方面分化。例如红细胞，虽然发生血红素的转换，但不能转变为其他类型的正常细胞，与胚胎细胞相比，它们的情况要简单些，因为胚胎细胞在尚未获得决定的时候是具有广泛潜能的。拿中胚层细胞来说，它们既可以分化为肌细胞，也可以分化为前肾细胞、血细胞、间质细胞等。
　　细胞生物学的研究往往乐于使用培养的细胞，它的优点是可以提供足够量的细胞做生化分析，并且只有一种细胞，材料比较单一，分析结果方便。但是对于某些方面的研究则有不足之处，因为细胞在任何一个有机体里都是处于一个社会之中，和别的细胞不同程度地混杂在一起，在其生命活动中不可能不受到相邻的其他细胞的影响，甚至是相邻的同类细胞的影响，其处境要比培养的细胞复杂得多。因此为了研究在一个细胞群中细胞与细胞间的相互关系，细胞社会学被提了出来。
　　细胞社会学的内容相当广泛，包括不同细胞或相同细胞的相互识别，细胞的聚集与粘连、细胞间的交通和信息交流，细胞与细胞外间质的相互影响，甚至还可包括细胞群中组织分化模式的形成。有些方面已经积累了一些资料，从细胞社会学的角度有目的地深入下去一定会提供更系统的，有用的信息。由于细胞社会学是以细胞群体为对象，而且有些问题也是发育生物学需要了解的，发展下去很可能它会成为细胞生物学与发育生物学之间的桥梁。
　　展望细胞生物学的研究，除了关于各细胞组分的结构与功能，以及对各种生命现象的研究还要继续深入外。研究是什么原因使得基因能够有序地选择性地表达，可能会成为今后重点研究的问题。此外细胞社会学也会越来越受到重视。
　　6．分 子 生 物 学
　　分子生物学是从分子水平研究生物大分子的结构与功能从而阐明生命现象本质的科学。自20世纪50年代以来，分子生物学一直是生物学的前沿与生长点，其主要研究领域包括蛋白质体系、蛋白质-核酸体系和蛋白质-脂质体系。
　　生物大分子，特别是蛋白质和核酸结构功能的研究，是分子生物学的基础。现代化学和物理学理论、技术和方法的应用推动了生物大分子结构功能的研究，从而出现了分子生物学的蓬勃发展。
　　分子生物学的发展简史
　　结构分析和遗传物质的研究在分子生物学的发展中作出了重要的贡献。结构分析的中心内容是通过阐明生物分子的三维结构来解释细胞的生理功能。
　　1912年英国布喇格父子建立了
X射线晶体学，成功地测定了一些相当复杂的分子以及蛋白质的结构。以后布喇格的学生阿斯特伯里和贝尔纳又分别对毛发、肌肉等纤维蛋白以及胃蛋白酶、烟草花叶病毒等进行了初步的结构分析。他们的工作为后来生物大分子结晶学的形成和发展奠定了基础。
　　20世纪50年代是分子生物学作为一门独立的分支学科脱颖而出并迅速发展的年代。首先在蛋白质结构分析方面，1951年提出了α-螺旋结构，描述了蛋白质分子中肽链的一种构象。1955年桑格完成了胰岛素的氨基酸序列的测定。接着肯德鲁和佩鲁茨在
X射线分析中应用重原子同晶置换技术和计算机技术，分别于年阐明了鲸肌红蛋白和马血红蛋白的立体结构。1965年中国科学家合成了有生物活性的胰岛素，首先实现了蛋白质的人工合成。
　　另一方面，德尔布吕克小组从1936年起选择噬菌体为对象开始探索基因之谜。噬菌体感染寄主后半小时内就复制出几百个同样的子代噬菌体颗粒，因此是研究生物体自我复制的理想材料。
　　1940年比德尔和塔特姆提出了“一个基因，一个酶”的假设，即基因的功能在于决定酶的结构，且一个基因仅决定一个酶的结构。但在当时基因的本质并不清楚。1944年埃弗里等研究细菌中的转化现象，证明了DNA是遗传物质。
　　1953年沃森和克里克提出了DNA的双螺旋结构，开创了分子生物学的新纪元。并在此基础上提出的中心法则，描述了遗传信息从基因到蛋白质结构的流动。
　　遗传密码的阐明则揭示了生物体内遗传信息的贮存方式。1961年雅各布和莫诺提出了操纵子的概念，解释了原核基因表达的调控。到20世纪60年代中期，关于DNA自我复制和转录生成RNA的一般性质已基本清楚，基因的奥秘也随之开始解开了。
　　仅仅三十年左右的时间，分子生物学经历了从大胆的科学假说，到经过大量的实验研究，从而建立了本学科的理论基础。进入70年代，由于重组DNA研究的突破，基因工程已经在实际应用中开花结果，根据人的意愿改造蛋白质结构的蛋白质工程也已经成为现实。
　　分子生物学的基本内容
　　蛋白质的结构单位是α-氨基酸。常见的氨基酸共20种。它们以不同的顺序排列可以为生命世界提供天文数字的各种各样的蛋白质。
　　蛋白质分子结构的组织形式可分为四个主要的层次。一级结构，也叫化学结构，是分子中氨基酸的排列顺序。首尾相连的氨基酸通过氨基与羧基的缩合形成链状结构，称为肽链。肽链主链原子的局部空间排列为二级结构。二级结构在空间的各种盘绕和卷曲为三级结构。有些蛋白质分子是由相同的或不同的亚单位组装成的，亚单位间的相互关系叫四级结构。
　　蛋白质的特殊性质和生理功能与其分子的特定结构有着密切的关系，这是形形色色的蛋白质所以能表现出丰富多彩的生命活动的分子基础。研究蛋白质的结构与功能的关系是分子生物学研究的一个重要内容。
　　随着结构分析技术的发展，现在已有几千个蛋白质的化学结构和几百个蛋白质的立体结构得到了阐明。70年代末以来，采用测定互补DNA顺序反推蛋白质化学结构的方法，不仅提高了分析效率，而且使一些氨基酸序列分析条件不易得到满足的蛋白质化学结构分析得以实现。
　　发现和鉴定具有新功能的蛋白质，仍是蛋白质研究的内容。例如与基因调控和高级神经活动有关的蛋白质的研究现在很受重视。
　　生物体的遗传特征主要由核酸决定。绝大多数生物的基因都由DNA构成。简单的病毒如噬菌体的基因组是由46000个核苷酸按一定顺序组成的一条双股DNA。由于是双股DNA，所以通常以碱基对计算其长度。
　　遗传信息要在子代的生命活动中表现出来，需要通过复制、转录和转译。复制是以亲代DNA为模板合成子代DNA分子。转录是根据DNA的核苷酸序列决定一类RNA分子中的核苷酸序列；后者又进一步决定蛋白质分子中氨基酸的序列，就是转译。因为这一类RNA起着信息传递作用，故称信使核糖核酸。
　　基因在表达其性状的过程中贯串着核酸与核酸、核酸与蛋白质的相互作用。DNA复制时，双股螺旋在解旋酶的作用下被拆开，然后DNA聚合酶以亲代DNA链为模板，复制出于代DNA链。转录是在RNA聚合酶的催化下完成的。
　　生物体内普遍存在的膜结构，统称为生物膜。它包括细胞外周膜和细胞内具有各种特定功能的细胞器膜。从化学组成看，生物膜是由脂质和蛋白质通过非共价键构成的体系。很多膜还含少量糖类，以糖蛋白或糖脂形式存在。
　　生物体的能量转换主要在膜上进行。生物体取得能量的方式，或是像植物那样利用太阳能在叶绿体膜上进行光合磷酸化反应；或是像动物那样利用食物在线粒体膜上进行氧化磷酸化反应。这二者能量来源虽不同，但基本过程非常相似，最后都合成腺苷三磷酸。
　　生物体利用食物氧化所释放能量的效率可达70%左右，而从煤或石油的燃烧获取能量的效率通常为20～40％，所以生物力能学的研究很受重视。对生物膜能量转换的深入了解和模拟，将会对人类更有效地利用能量作出贡献。
　　生物膜的另一重要功能是细胞问或细胞膜内外的信息传递。在细胞表面，广泛地存在着一类称为受体的蛋白质。激素和药物的作用都需通过与受体分子的特异性结合而实现。癌变细胞表面受体物质的分布有明显变化。细胞膜的表面性质还对细胞分裂繁殖有重要的调节作用。
　　对细胞表面性质的研究带动了糖类的研究。糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂等生物大分子结构与功能的研究越来越受到重视。从发展趋势看，寡糖与蛋白质或脂质形成的体系将成为分子生物学研究的一个新的重要的领域。
　　分子生物学的成就说明：生命活动的根本规律在形形色色的生物体中都是统一的。例如，不论在何种生物体中，都由同样的氨基酸和核苷酸分别组成其蛋白质和核酸。遗传物质，除某些病毒外，都是
DNA，并且在所有的细胞中都以同样的生化机制进行复制。
　　物理学的成就证明，一切物质的原子都由为数不多的基本粒子根据相同的规律所组成，说明了物质世界结构上的高度一致，揭示了物质世界的本质，从而带动了整个物理学科的发展。分子生物学则在分子水平上揭示了生命世界的基本结构和生命活动的根本规律的高度一致，揭示了生命现象的本质。和过去基本粒子的研究带动物理学的发展一样，分子生物学的概念和观点也已经渗入到基础和应用生物学的每一个分支领域，带动了整个生物学的发展，使之提高到一个崭新的水平。
　　过去生物进化的研究，主要依靠对不同种属间形态和解剖方面的比较来决定亲缘关系。随着蛋白质和核酸结构测定方法的进展，比较不同种属的蛋白质或核酸的化学结构，即可根据差异的程度，来断定它们的亲缘关系。由此得出的系统进化树，与用经典方法得到的是基本符合的。
　　采用分子生物学的方法研究分类与进化有特别的优越性。首先，构成生物体的基本生物大分子的结构反映了生命活动中更为本质的方面。其次，根据结构上的差异程度可以对亲绕关系给出一个定量的，因而也是更准确的概念。第三，对于形态结构非常简单的微生物的进化，则只有用这种方法才能得到可靠结果。
　　分子生物学在生物工程技术中也起了巨大的作用，1973年重组DNA技术的成功，为基因工程的发展铺平了道路。80年代以来，已经采用基因工程技术，把高等动物的一些基因引入单细胞生物，用发酵方法生产干扰素、多种多肚激素和疫苗等，基因工程的进一步发展将为定向培育动、植物和微生物良种以及有效地控制和治疗一些人类遗传性疾病提供根本性的解决途径。
　　从基因调控的角度研究细胞癌变也已经取得不少进展。分子生物学将为人类最终征服癌症做出重要的贡献。
　　7．生 物 分 类 学
　　生物分类学是研究生物分类的方法和原理的生物学分支。分类就是遵循分类学原理和方法，对生物的各种类群进行命名和等级划分。
　　地球上现生的物种以百万计，千变万化，各不相同，如果不予分类，不立系统，便无从认识，难以研究利用。分类的对象是形形色色的种类，都是进化的产物。因而从理论意义上说，分类学是生物进化的历史总结。
　　分类学是综合性学科。生物学的各个分支，从古老的形态学到现代分子生物学的新成就，都可吸取为分类依据。分类学亦有其自己的分支学科，如以染色体为依据的细胞分类学，以血清反应为依据的血清分类学，以化学成分为依据的化学分类学，等等。动物、植物和细菌，作为三门分类学，各有其特点；病毒分类则尚未正式采用双名制和阶元系统。
　　生物分类学的历史
　　人类在很早以前就能识别物类，给以名称。汉初的《尔雅》把动物分为虫、鱼、鸟、兽4类：虫包括大部分无脊椎动物；鱼包括鱼类、两栖类、爬行类等低级脊椎动物及鲸和虾、蟹、贝类等，鸟是鸟类；兽是哺乳动物。这是中国古代最早的动物分类，四类名称的产生时期看来不晚于西周。这个分类，和林奈的六纲系统比较，只少了两栖和蠕虫两个纲。
　　古希腊哲学家亚里士多德采取性状对比的方法区分物类，如把热血动物归为一类，以与冷血动物相区别。他把动物按构造的完善程度依次排列，给人以自然阶梯的概念。
　　17世纪末，英国植物学者雷曾把当时所知的植物种类，作了属和种的描述，所著《植物研究的新方法》是林奈以前的一本最全面的植物分类总结，雷还提出“杂交不育”作为区分物种的标准。
　　近代分类学诞生于18世纪，它的奠基人是瑞典植物学者林奈。林奈为分类学解决了两个关键问题：第一是建立了双名制，每一物种都给以一个学名，由两个拉丁化名词所组成，第一个代表属名，第二个代表种名。第二是确立了阶元系统，林奈把自然界分为植物、动物和矿物三界，在动植物界下，又设有纲、目、属、种四个级别，从而确立了分类的阶元系统。
　　每一物种都隶属于一定的分类系统，占有一定的分类地位，可以按阶元查对检索。林奈在1753年印行的《植物种志》和1758年第10版《自然系统》中首次将阶元系统应用于植物和动物。这两部经典著作，标志着近代分类学的诞生。
　　林奈相信物种不变，他的《自然系统》没有亲缘概念，其中六个动物纲是按哺乳类、鸟类、两栖类、鱼类、昆虫、蠕虫的顺序排列的。拉马克把这个颠倒了的系统拨正过来，从低级到高级列成进化系统。他还把动物区分为脊椎动物和无脊椎动物两类，并沿用至今。
　　由于林奈的进化观点在当时没有得到公认，因而对分类学影响不大。直到1859年，达尔文的《物种起源》出版以后，进化思想才在分类学中得到贯彻，明确了分类研究在于探索生物之间的亲缘关系，使分类系统成为生物系谱――系统分类学由此诞生。
　　生物分类学的基本内容
　　分类系统是阶元系统，通常包括七个主要级别：种、属、科、目、纲、门、界。种(物种)是基本单元，近缘的种归合为属，近缘的属归合为科，科隶于目，目隶于纲，纲隶于门，门隶于界。
　　随着研究的进展，分类层次不断增加，单元上下可以附加次生单元，如总纲(超纲)、亚纲、次纲、总目(超目)、亚目、次日、总科(超科)、亚科等等。此外，还可增设新的单元，如股、群、族、组等等，其中最常设的是族，介于亚科和属之间。
　　列入阶元系统中的各级单元都有一个科学名称。分类工作的基本程序就是把研究对象归入一定的系统和级别，成为物类单元。所以分类和命名是分不开的。
　　种和属的学名后常附命名人姓氏，以标明来源，便于查找文献。变种学名亦采取三名制，分类名称要求稳定，一个属或种(包括种下单元)只能有一个学名。一个学名只能用于一个对象(或种)，如果有两个或多个对象者，便是“异物同名”，必须于其中核定最早的命名对象，而其他的同名对象则另取新名。这叫做“优先律”，动物和植物分类学界各自制订了《命名法规》，所以在动物界和植物界间不存在异物同名问题。“优先律”是稳定学名的重要措施。优先律的起始日期，动物是1758年，植物是1820年，细菌则起始于日。
　　鉴定学名是取得物种有关资料的手段，即使是前所未知的新种类，只要鉴定出其分类隶属，亦可预见其一定特征。分类系统是检索系统，也是信息存取系统。许多分类著作，如基于区系调查的动植物志，记述某一国家或地区的动植物种类情况，作为基本资料，都是为鉴定、查考服务的。
　　物种指一个动物或植物群，其所有成员在形态上极为相似，以至可以认为他们是一些变异很小的相同的有机体，它们中的各个成员间可以正常交配并繁育出有生殖能力的后代，物种是生物分类的基本单元，也是生物繁殖的基本单元。
　　物种概念反映时代思潮。在林奈时代，人们相信物种是不变的，同种个体符合于同一“模式”。模式概念渊源于古希腊哲学的古老的概念，应用到整个分类系统，概念假定所有阶元系统中的各级物类单元，都各自符合于一个模式。
　　物种的变与不变曾经是进化论和特创论的斗争焦点，是势不两立的观点。但是，分类学的事实说明，每一物种各有自己的特征，没有两个物种完全相同；而每个物种又保持一系列祖传的特征，据之可以决定其界、门、纲目、科、属的分类地位，并反映其进化历史。
　　分类工作的基本内容是区分物种和归合物种，前者是种级和种下分类，后者是种上分类。种群概念提高了种级分类水平，改进了种下分类，其要点是以亚种代替变种。亚种一般是指地理亚种，是种群的地理分化，具有一定的区别特征和分布范围。亚种分类反映物种分化突出了物种的空间概念。
　　变种这一术语过去用得很杂，有的指个体变异，有的指群体类型，意义很不明确，在动物分类中已废除不用。在植物分类中，一般用以区分居群内部的不连续变体。生态型是生活在一定生境而具有一定生态特征的种内类型，常用于植物分类。人工选育的动植物种下单元称为品种。
　　由于种内、种间变异错综复杂，分类学者对种的划分有时分歧很大。根据外部形态的异同程度作为划分物种依据而划分的称为形态种，由于对各种形态特征的重要性认识不一，使划分的种因人而异，尤其是分类学者对某些特征的“加权”常使它们比其他特征更具重要性，而造成主观偏见。
　　一个物种或物类，以至整个植物界和动物界，都有自己的历史。研究系统发育就是探索种类之间历史渊源，以阐明亲缘关系，为分类提供理论依据。尽管在分类学派中有综合(进化)分类学、分支系统学和数值分类学三大流派，但在其基本原理上都有许多共同之处，不过各自强调不同的方面而已。
　　特征对比是分类的基本方法。所谓对比是异同的对比：“异”是区分种类的根据，“同”是合并种类的根据。分析分类特征，首先要考虑反映共同起源的共同特征。但有同源和非同源的不同。例如鸟类的翼和兽类的前肢是同源器管，可以追溯到共同的祖先，是“同源特征”。恒温在鸟兽是各别起源，并非来自共同祖先，是“非同源特征”。系统分类采用同源特征，不取非同源性状。
　　林奈把生物分为两大类群：固着的植物和行动的动物。两百多年来，随着科学的发展，人们逐渐发现，这个两界系统存在着不少问题，但直到20世纪50年代，仍为一般教本所遵从，基本没有变动。
　　最初的问题产生于中间类型，如眼虫综合了动植物两界的双重特征，既有叶绿体而营光合作用，又能行动而摄取食物。植物学者把它们列为藻类，称为裸藻；动物学者把它们列为原生动物，称为眼虫。中间类型是进化的证据，却成为分类的难题。
　　为了解决这个难题，在19世纪60年代，人们建议成立一个由低等生物所组成的第三界，取名为原生生物界，包括细菌、藻类、真菌和原生动物。这个三界系统解决了动植物界限难分的问题，但未被接受，整整100年后，直到20世纪50年代，才开始流行了一段时间，为不少教科书所采用。
　　生命的历史经历了几个重要阶段，最初的生命应是非细胞形态的生命，当然，在细胞出现之前，必须有个“非细胞”或“前细胞”的阶段。病毒就是一类非细胞生物，只是关于它们的来历，是原始类型，还是次生类型，仍未定论。
　　从非细胞到细胞是生物发展的第二个重要阶段。早期的细胞是原核细胞，早期的生物称为原核生物(细苗、蓝藻)。原核细胞构造简单；没有核膜，没有复杂的细胞器。
　　从原核到真核是生物发展的第三个重要阶段。真核细胞具有核膜，整个细胞分化为细胞核和细胞质两个部分：细胞核内具有复杂的染色体装置，成为遗传中心；细胞质内具有复杂的细胞器结构，成为代谢中心。由核质分化的真核细胞，其机体水平远远高出于原核细胞。
　　从单细胞真核生物到多细胞生物是生命史上的第四个重要阶段。随着多细胞体形的出现，发展了复杂的组织结构和器官系统，最后产生了高级的被子植物和哺乳动物。
　　植物、菌类和动物组成为生态系统的三个环节。绿色植物是自养生物，是自然界的生产者。它们通过叶绿素进行光合作用，把无机物质合成有机养料，供应自己，又供应异养生物。菌类是异养生物，是自然界的分解者。它们从植物得到食料，又把有机食料分解为无机物质，反过来为植物供应生产原料。动物亦是异养生物，它们是消费者，是地球上最后出现的一类生物。
　　即使没有动物，植物和菌类仍可以存在，因为它们已经具备了自然界物质循环的两个基本环节，能够完成循环过程中合成与分解的统―。但是，如果没有动物，生物界不可能这样丰富多彩，更不可能产生人类。植物、菌类和动物代表生物进化的三条路线或三大方向。
　　当前最流行的分类是一种五界系统。五界系统反映了生物进化的三个阶段和多细胞阶段的三个分支，是有纵有横的分类。它没有包括非细胞形态的病毒在内，也许是因为病毒系统地位不明之故。它的原生生物界内容庞杂，包括全部原生动物和红藻、褐藻、绿藻以外的其他真核藻类，包括了不同的动物和植物。
　　8．生 理 学
　　生理学是研究活机体的正常生命活动规律的生物学分支学科。活机体包括最简单的微生物到最复杂的人体。
　　生理学发展简史
　　以实验为特征的近代生理学始于17世纪。1628年英国医生哈维发表了有关血液循环的名著《动物心血运动的研究》一书，这是历史上首次以实验证明了人和高等动物血液是从左心室输出，通过体循环动脉而流向全身组织，然后汇集于静脉而回到右心房，再经过肺循环而入左心房。这样，心脏便成为血液循环的中心。
　　但哈维当时由于工具的限制，动脉与静脉之间是怎样连接的还只能依靠臆测，认为动脉血是穿过组织的孔隙而通向静脉。直至1661年意大利组织学家马尔皮基应用简单的显微镜发现了毛细血管之后，血液循环的全部路径才搞清楚，并确立了循环生理的基本规律。
　　在17世纪法国哲学家笛卡儿首先将反射概念应用于生理学，认为动物的每一活动都是对外界刺激的必要反应，刺激与反应之间有固定的神经联系，他称这一连串的活动为反射。反射概念直至19世纪初期由于脊髓背根司感觉和腹根司运动的发现，才获得结构与功能的依据。这一概念为后来神经系统活动规律的研究开辟了道路。
　　在18世纪，法国化学家拉瓦锡首先发现氧气和燃烧原理，指出呼吸过程同燃烧一样，都要消耗氧和产生二氧化碳，从而为机体新陈代谢的研究奠定了基础。意大利物理学家伽伐尼发现动物肌肉收缩时能够产生电流，于是开始了生物电学这一新的生理研究领域。
　　19世纪，生理学开始进入全盛时期。首先应提到法国的著名生理学家贝尔纳，他在生理学的多方面进行了广泛的实验研究并作出卓越贡献，特别重要的是他提出的内环境概念已成为生理学中的一个指导性理论。他指出血浆和其他细胞外液乃是动物机体的内环境，是全身细胞直接生活的环境，内环境理化因素如温度、酸碱度和渗透压等的恒定是保持生命活动的必要条件。
　　德国的路德维希所创造的记纹器，长期以来成为生理学实验室的必备仪器，他对血液循环的神经调节作出重要贡献，对肾脏的泌尿生理提出有价值的设想。和他同时代的德国海登海因除了对肾脏泌尿生理提出不同的设想外，还首次运用了慢性的小胃制备法以研究胃液分泌的机制，被称为海氏小胃；这小胃制备法后来经俄国的著名生理学家巴甫洛夫改良成为巴氏小胃，从而分别证明了胃液分泌的调节既有体液机制又有神经机制，他们都对消化生理作出不朽的贡献。
　　德国的物理学家和生理学家亥姆霍兹除运用他的丰富的物理学知识对于视觉和听觉生理作出杰出的贡献外，还创造了测量神经传导速度的简写而相当准确的方法，为后人所称道。
　　20世纪前半期，生理学研究在各个领域都取得了丰富的成果。1903年英国的谢灵顿出版了他的名著《神经系统的整合作用》，对于脊髓反射的规律进行了长期而精密的研究，为神经系统的生理学奠定了巩固的基础。与此同时，巴甫洛夫从消化液分泌机制的研究转到以唾液分泌为客观指标对大脑皮层的生理活动规律进行了详尽的研究，提出著名的条件反射概念和高级神经活动学说。
　　美国的坎农在长期研究自主神经系统生理的基础上，于1929年提出著名的稳态概念，进一步发展了贝尔纳的内环境恒定的理论，认为内环境理化因素之所以能够在狭小范围内波动而始终保持相对稳定状态，主要有赖于自主神经系统和有关的某些内分泌激素的经常性调节。
　　坎农的稳态概念在20世纪40年代由于控制论的结合，乃广泛地认识到机体各个部分从细胞到器官系统的活动，都依靠自身调节机制的作用而保持相对稳定状态，这些调节机制都具有负反馈作用。从此以后，控制论、系统分析和电子计算机等一系列新观念新技术的引进，使得生理学在定量研究方面迈出了一大步，出现数学生理学这一新边缘学科。
　　中国近代生理学的研究自20世纪20年代才开始发展。
1926年在生理学家林可胜的倡议下，成立中国生理学会翌年创刊《中国生理学杂志》，新中国成立后，改称《生理学报》。中国生理学家在这个刊物上发表了不少很有价值的研究论文，受到国际同行的重视。
　　生理学的研究内容
　　因为研究对象不同，生理学可分为微生物生理学、植物生理学、动物生理学和人体生理学。动物生理学特别是哺乳动物生理学和人体生理学的关系密切，他们之间具有许多共同点，可结合在一起研究。通常所说的生理学主要是指人体和高等脊椎动物的生理学。
　　动物生理学从进化角度和个体发育角度去考虑，可以分为比较生理学和发育生理学。前者对无脊椎动物各门及脊椎动物各纲的生理功能进行比较研究，探索他们的生命活动如何与其环境变化相适应。
　　在种类浩繁的无脊椎动物中，昆虫生理学的研究具有特别重要的位置。在脊椎动物中，鱼类、两栖类、鸟类和哺乳类动物的生理学研究具有重要意义。在发育生理学方面，哺乳动物的个体发育各阶段的生理特征的研究，除具有它自身的价值外，对于理解人体发育进程中的生理变化也很有意随着学科的相互渗透，生理学又分化出生物化学和生物物理学。
　　由于近代生理学一开始就运用化学的和物理学的理论和技术进行研究，因而在生理学与生物化学和生物物理学之间要作出截然的划分是不可能的。
　　近代生理学的研究，不仅描述生命活动的表面现象，而且在整体观点下运用实验的方法探讨机体各部分的功能及其内在的联系。
　　生理学的实验可分为几个层次，也就是从不同的水平进行生理学的实验研究：器官系统水平，细胞组织水平和亚细胞及分子水平。迄今为止，大量的生理学研究是集中于机体的器官系统水平，因为这在医学应用和生产实践上是最亟需的基础知识。
　　例如：血液循环生理包括血液运行和心脏、血管的功能；呼吸生理包括呼吸道和肺的功能以及气体在血液中的运输；消化生理包括消化管运动和消化液的分泌，以及食物的消化和养料的吸收过程；排泄生理主要讨论肾脏的泌尿过程和输尿管、膀胱的排尿过程；内分泌生理讨论各种内分泌腺的功能；神经系统是机体各部分功能的调节机构，一方面接受由各种感受器或感觉器官传来的信号而加以整合，另方面对各种器官系统的活动进行调节和控制，从而使机体对体内外环境的变化作出有规律的反应。
　　关于细胞组织水平的研究，乃是探索各种组织细胞的生理特性和活动特征，如神经组织、肌肉组织。上皮组织和结缔组织的生理及其相互关系。这一水平的研究在生理学发展上也很早受到重视，从而为理解各器官系统的活动机制提供必需的基础知识。
　　关于亚细胞和分子水平的生理研究，这是近期才发展的领域，如关于细胞膜的物质转运的机制，神经和肌内细胞膜的电位变化及其与离子通透性改变的关系，各种肌肉的超微结构的功能及其与兴奋――收缩耦联的关系，各种激素的生物合成过程及其分泌和作用机制，中枢神经细胞的递质和神经激素的研究等。以上3个层次的研究都属于分析性生理学的范围，这种分析性实验的结果对于近代生理学的发展起了重大作用。
　　在分析性研究发展的同时，生理学家还重视综合性生理学的研究，那就是探讨人类或动物的整体如何适应于环境的变化。生理学家对人和动物在各种自然环境中或人工模拟的环境中、整体或其某一部分的生理活动如何通过自身内部的调节，从而使机体与环境变化相适应进行研究。
　　例如，19世纪的生理学家就已注意到人体和动物在基础或安静情况下的能量代谢，以及不同强度的运动或劳动和不同的营养物质对能量代谢的影响。又如高空、潜水对呼吸和心血管活动的影响，也很早受到生理学家的注意。
　　随着工业和航天事业的发展，于是高温、低温、航天失重时的生理变化的研究，也就应运而生。此外，生理学家利用慢性手术的制备来研究动物机体在健康、清醒的情况下各种消化液分泌的调节机制以及大脑活动的变化等。
　　由于实验技术和生理测试手段的不断创新，使得生理学家有可能在人体或动物不受创伤的条件下研究各种生理活动的变化规律。所有这些综合性或整体生理学的研究对于检验分析性生理研究的结果和解决人体生理学在实际应用中的问题，显得特别有意义。而分析性生理研究越深入细致，对于综合性生理研究结果的认识也越深刻全面。
　　在研究人体正常生命活动的基础上，还要研究人体的异常生命活动的规律。这样就从生理学领域又派生了病理生理学，这对人类疾病的发生、发展和防治提供了理论依据。
　　无论人体生理学或动物生理学的研究课题，在初期都是为解抉实际问题的需要而由少数人自发地从事工作的。例如人体生理学一向是同医疗实践密切联系着的，因此早期进行人体生理研究的也就是直接参与医疗实践的医务工作者。只是由于医疗实践中提出的生理学问题越来越多，而且要求对这些问题的解抉越来越深入，于是才有专门的生理学工作者。
　　动物生理学的研究也是如此。例如畜牧业的发展需要研究家畜家禽的生理，水产业的发展需要研究鱼类和其他水生动物的生理，农作物病虫害的防治需要研究致病动物的生理，养蚕和养蜂业的发展需要研究蚕和蜜蜂的生理。所有这些实际应用问题的解决又反过来促进各有关的专业生理学的发展。
　　9．细 菌 学
　　细菌学是微生物学的一个分支学科。它主要研究细菌的形态、生理、生物化学、生态、遗传、进化、分类及其应用的科学。
　　1676年，列文虎克首先发现口腔中的细菌当时叫做“微小生物”。1861年，巴斯德用他那有名的鹅颈瓶所做的实验有力地证明了空气中有细菌存在。他还根据自己对发酵作用的研究，指出空气中存在许多种细菌，它们的生命活动能引起有机物的发酵，产生各种有用的产物，有的产物还可以为另外的细菌后继发酵、产生不期有的产物。
　　空气中也存在着人和动物的病原菌，能引起各种疾病。为了排除杂菌，巴斯德于1886年创造了巴氏消毒法。1877年，英国化学家廷德尔建立了间歇灭菌法或称廷氏灭菌法。1876年创立了无菌外科。同年，德国人科赫分离出了炭疽菌，提出有名的科赫法则。他为了弄清霍乱弧菌与形态上无法区别的其他弧菌的不同，进行了生理、生物化学方面的研究，使医学细菌学得到率先发展。
　　1880年前后，巴斯德研究出鸡霍乱、炭疽、猪丹毒的菌苗，奠定了免疫学的基础。科赫首先采用平板法得到炭疽菌的单个菌落，肯定了细菌的形态和功能是比较恒定的。自从单形性学说取得初步胜利之后，就建立了以形态大小为基础的细菌分类体系，随后又用生理、生物化学特性作为分类的依据，使细菌分类学的内容逐步得到充实。
　　十九世纪的最后20年，细菌学的发展超越出了医学细菌学的范畴，工业细菌学、农业细菌学也迅速建立和发展起来。年，维诺格拉茨基配成纯无机培养基，用硅胶平板分离出自养菌(硝化细菌、硫化细菌等)，还研制了一种“丰富培养法”，能比较容易地把需要的细菌从自然环境中选择出来。
　　年，拜耶林克分离成功根瘤菌和固氮菌，确证了细菌在物质转化、提高土壤肥力和控制植物病害等方面的作用。20世纪初，细菌学家们在研究传染病原、免疫、化学药物、细菌的化学活性等方面取得较大进展，基本上证实细菌的发酵机理与脊椎动物肌肉的糖酵解大体相同，而细菌对生长因子的需要也与脊椎动物对维生素的需要基本一致。
　　1943年，德尔布吕克分析了大肠杆菌的突变体；1944年，埃弗里在肺炎球菌中发现转化作用都是由DNA决定的；1957年，木下宙用发酵法生产氨基酸；在用大肠杆菌制造出胰岛素之后，1980年，吉尔伯特又用细菌制造出人的干扰素，从而将细菌学的研究推进到分子生物学的水平。
　　细菌具有体积小、繁殖快、活力强、种类多、}