生物学是研究生命现象的本质并探索其规律的科学。近半个世纪以来，生物学的理论成就为自然科学的发展作出了巨大的贡献。遗传物质DNA双螺旋结构的阐明被认为是20世纪自然科学的重大突破之一。20世纪后期,随着物理、化学、数学等相关学科的理论和技术的进步,有力地推动了生物学的飞速发展,生物学不再仅仅是宏观的描述学科,在DNA水平和蛋白质水平上探索生命的奥秘已经成为现实。现代生物学不但在生长、发育、遗传、进化等基本生命现象的研究上已深入到分子水平，取得举世瞩目的成就，而且对脑功能、感觉和认知等高级复杂系统的活动与功能的研究方面也有重大进展。生物科学与生物技术的发展将直接关系到人类所面临的粮食、医药、人口、能源和环境等重大问题的解决。基因工程、蛋白质工程、微生物工程、细胞工程等高新生物技术已成为推动世界新技术革命的重要力量，以基因信息为基础的巨大的知识经济产业正在形成，它将使人类进入一个能改造和创建新的生物的崭新时代。基因药物、基因治疗、转基因作物等一大批高科技含量的商品开始在市场显露头角,并产生了巨大的社会效益和商业价值。生物学研究的成果已逐渐从实验室走出来,生物科技产业已逐步成为社会经济结构重要的支柱产业。由于基因组计划的进展、克隆技术的突破，基因工程创造的经济价值等生物学成果正不断涌现，加之数学、物理、化学等学科与生物学的交叉并引发了科学研究新的生长点。同时，也由于地球上物种的急速消亡，人类生存环境的逐步恶化，人类可用资源的日渐衰竭，人类逐渐认识到生物科学不可估量的发展前景和忽视生物科学引发的潜在危机，促使社会逐渐聚焦到生物科学领域中来，使生物学受到了前所未有的关注。从科学研究的投入来看，发达国家对生命科学研究的投入要远大于其他学科，例如在美国1995年自然科学的总研究经费中，65％以上被用于生命科学研究。从科学研究的论文数来看，1995年度美国科技专利引文总数为47059，其中生命科学为3559l，占75.6％；而物质科学和技术科学以及工程技术为11439，占24.3％。这一数据充分说明了生命科学在整个自然科学领域中的地位，充分体现出生物学是20世纪自然科学中发展最快、影响最大的学科之一。生物学的进步不仅对数学、物理、化学以及技术科学提出许多新问题，对人类生存和世界经济的可持续发展具有极重要的意义。同时也是对破除迷信、反对唯心论、树立科学的世界观、促进精神文明建设，影响人的世界观、价值观和伦理观，促进自然、社会、经济的协调发展，推动知识创新以及精神文明发展，都将起到越来越大的作用，日益显示出生物学成为2l世纪的一门带头学科的强大趋势。

 　　生物科学成为科学发展的前沿，媒体宣传的热点，商业投资的方向，公共关心的话题。重视生物学，发展生物学，依托生物学，已经成为政府决策部门以及科学领域中的关注的焦点。

　　21世纪一定会成为生命科学取得更大突破的世纪。生命科学也将会对人类社会和经济的发展做出更大的贡献。

　　一、生物科学的历史沿革

　　1．学科重大发现的历史

　　生物学是生物技术专业的主干学科。生物学（Biology）是自然科学的一个重要分支。生物学的发展具有悠久的历史。文艺复兴时期，意大利著名画家达·芬奇摆脱了神学偏见,提出人体运动是骨骼和肌肉的作用，抛弃了盖伦关于血管起始于肝脏的见解，认为一切血管均起始于心脏。1543年，比利时人A.维萨里的解剖学巨著《人体构造》出版,震惊了整个科学界和宗教界。1553年，西班牙的宗教改革者和医生M.塞尔韦图斯出版了《基督教的复兴》一书，摒弃了盖伦有关血液运行的观点，提出了肺循环的推测。以后，A.维萨里的助手与继承者R.哥伦布用观察和实验方法证明了肺循环的存在。

　　经典生物学时期,从17世纪到19世纪中期，随着欧洲工业革命的蓬勃发展，生物学逐渐从博物学（natural history）中独立出来。经典生物学时期以分门别类、观察描述为主要特点，人们从多样性的生物大千世界寻找统一性的理论概括，这是生物学发展过程中第一次从分析到综合的阶段。1628年，英国医生、生理学家W.哈维出版《动物心血运动的研究》一书，阐明血液在体内不断循环的新概念，指出心脏是主动收缩、被动舒张的；血液从心脏经动脉流向全身，是由于心脏收缩的机械力而不是缓慢的渗透过程，建立了血液循环学说。1665年，英国物理学家R.胡克用自制的复合显微镜观察软木薄片，发现有许多蜂窝状小空室并称之为细胞(cell)。这个名词一直沿用至今。1660年，意大利解剖学家M.马尔比基在研究蛙时，发现血液是通过毛细血管从动脉进入静脉。1675—1683年，荷兰显微镜学家A. van列文虎克证实并完善了M.马尔皮基提出的关于毛细血管的发现。极其严格地证明了毛细血管连接着动脉与静脉。1735年,瑞典植物学家 C.von林奈出版了《自然系统》一书,把自然物分为植物、动物、矿物3大界，确定双名命名法，首先实现了植物和动物分类范畴的统一,增强了生物科学的整体性。18世纪后叶，德国人沃尔弗（Caspar Frederick Wolff，1733—1794年）用显微镜研究细胞，指出一个原来性质纯一的胚子怎样逐渐分化而形成各种器官，创立胚胎发育的后成学说。1798年，英国医生詹纳公布了牛痘法，这是人类历史上第一次真正制服天花的伟大发明。1822年，法国生理学家F.马让迪发现脊神经的感觉和运动机能是彼此独立的。与英国C.贝尔提出的观点相同，证明脊髓神经的前根向外传导运动冲动，而后根则从周缘传递感觉至中枢神经系统，这就是著名的贝尔-马让迪定律。1827年，冯·贝尔发表了《论哺乳动物和人卵的起源》一文，第一次准确地报告了哺乳动物的卵，从而推翻了每一卵子都包含具体而微的小动物的旧学说。冯·贝尔指出细胞的增殖与分裂是一切胚胎发展的共同过程，后来更认识到在整个动物界里，发育都是按这个过程进行的，把发育过程总结成胚层理论。1855年，德国生物学家R.雷马克对贝尔的胚层进行重新命名,即沿用至今的外胚层、中胚层和内胚层。冯·贝尔还发现脊椎动物在胚胎发育过程中曾出现过脊索，还提出了“生物发生律”或“相应阶段律”。由于冯·贝尔的出色工作，使他被公认为近代胚胎学的奠基人。1838年左右，德拉托尔和施旺发现发酵过程中的酵母是一些微小的植物细胞，而发酵液体中的化学变化在某种程度上是这些细胞的生活造成的。施旺还发现腐败也是一个类似的过程。1859年11月24日，达尔文的《物种起源》出版，生物进化成为整个科学界讨论的中心话题和全社会共同关注的焦点，对生物学及其他有关学科的发展产生了巨大影响，使宗教的基本信念发生了动摇。

　　从19世纪中期到20世纪中期大约100年的时间里，随着数学、物理学、化学等学科的发展及其与生物学的交叉渗透，经典生物学逐渐步入实验生物学时期，相继取得一系列引人注目的成就。1865年，奥地利布隆修道院的神父孟德尔在经过连续8年的豌豆杂交试验之后，写出了一篇题为《植物杂交试验》的论文。他以精确的实验数据和严密的数理分析，揭示了遗传学的基本规律：“遗传因子的分离和自由组合定律”，为遗传学成为独立的生物分支学科奠定了基础。法国生理学家C.贝尔纳发现了葡萄糖的异生作用，糖原、糖原的生成和分解作用等，这些研究导致了“内分泌”概念的产生。他还进一步提出内环境的恒定是自由和独立的生命赖以维持的条件，这是对生理学研究具有指导意义的原理。1869年，瑞士的J.F.米舍尔用胃蛋白酶水解脓细胞，得到一种不同于蛋白质的含磷物质，他称之为“核素”，以后因核素呈酸性故又称为“核酸”。科赫（Koch）1876年发现炭疽杆菌的孢子的抵抗性比杆菌本身更强，1882年又发现了造成结核病的微生物。1878—1879年，巴斯德发现经连续培养可减低鸡霍乱病菌毒性，使鸡得病而不死亡，由此试制鸡霍乱疫苗获得成功。1881—1884年采用病原菌毒素的接种法防治一些疾病，开创了医学免疫学。1888年，俄国的梅契尼科夫发现吞噬细胞与吞噬过程，指出“血球具有保护有机体防止感染性物质侵袭的作用”。他的工作引导人们对细胞因子和体液因子在免疫中的作用有了新的认识。1892年，俄国微生物学家Д.И.伊万诺夫斯基发现烟叶可被能通过滤器过滤的花叶病汁所感染。1897年，德国细菌学家F.A.J.勒夫勒证明引起牲畜口蹄疫的也是一种可通过滤器过滤的病毒。这是揭开非细胞微生物－病毒奥秘的开端。1896年，法国的卡莱特发现甲状腺是含碘的组织，从而获得治甲状腺机能失调的方法。1894年E.H.菲舍尔证实酶的专一性，并用“锁钥原理”解释酶与底物之间的关系。

　　1900年，奥地利的兰斯坦纳发现人类的A、B、O血型，建立了血液分类学的基础。俄国的巴甫洛夫提出条件反射学说。1901年，荷兰的德弗里斯提出了突变学说。1902年，德国的尤·伯恩斯坦提出细胞膜电位理论，以说明生物电现象。德国的艾贝尔首次获得结晶肾上腺素。德国的弗里本发现放射线能引起癌肿。1903年，丹麦的威·约翰逊提出遗传学中的“纯系学说”。1905年，英国的斯塔林、贝利斯发现一种无管腺体分泌物定名为荷尔蒙－激素。1909年丹麦学者提出了遗传因子是“基因”的概念。1910年，美国的托·摩尔根首先发现了果蝇的伴性遗传，随后又提出了同源染色体间的基因连锁交换学说，进而总结出一套完整的“染色体遗传理论”，指出基因在染色体上呈直线排列，同一染色体上基因间的重组值就是基因间的距离，以此画出的基因在染色体上的图谱称为遗传学图。为揭示生物遗传与变异的奥秘开辟了一个划时代的研究领域。1915—1917年，加拿大的托特和法国的铎埃雷发现了噬菌体。1919年，德国的赫尔兹费尔特发现人种不同，血型的分布也不同。1920年，美国的加纳、阿拉德发现植物的光周期现象。1922年，加拿大的班丁、白斯特动物组织提取出胰岛素。1924年，苏联的赫洛特内和荷兰的范恩脱首次提取出植物激素。1925年，英国的凯林发现细胞色素，并指出其在活组织生物氧化过程中起电子传递作用。1926年，日本的黑泽发现赤霉素。1928年，英国的亚·弗来明发现有杀菌作用的青霉素，作为最知名的抗生素－青霉素挽救了无数的生命。1935年，美国的斯坦来和英国的鲍登首次提纯烟草花叶病毒，并获得病毒体的结晶体，确认病毒能在细胞中再生。1937年，英籍德国人克勒勃斯发现三羧基循环即Krebs循环。1938年，英国的希尔发现在铁盐液中叶绿体在照光时的放氧反应，从此开始了细胞外离体的光合作用研究。1940年，奥地利的兰德斯坦勒等发现Rh血型因子。1941年，德国的弗·李普曼发现三磷酸腺苷（ATP）的高能键在生物体碳水化合物代谢过程中所起的重要作用，认为ATP是生命体的能源。1944年，加拿大的爱威瑞用肺炎双球菌的转化实验，第一次证明了遗传的物质基础是脱氧核糖核酸（DNA）。1945年，美国的比得尔、塔特姆、莱德伯格提出“一个基因一个酶”的假说，来解释基因在代谢中的作用，由此开创生化遗传学。1945年，美国的莱德伯格发现细菌可以杂交。1948年，美国的加尔文用C14阐明植物中二氧化碳的同化作用，到1957年进而提出光合作用的蓝图。1952年，美国的赫希、恰赛发现病毒的核酸部分对感染寄主起主要作用。

　　1953年，J.Watson 和 F.Crick在Nature杂志上发表了“核酸的分子结构”论文，揭示了遗传物质DNA是由四种核苷酸排列的双链螺旋结构，从此开创了分子生物学的研究领域，使生物学的发展从此进入了一个崭新的、迅猛发展的分子生物学阶段，一系列令人惊叹的新成就接踵而来。1954年，美籍俄国人伽莫夫首次提出三个核苷酸编成一个遗传密码的“三联密码说”。1955—1956年，美籍西班牙人奥巧阿和美国的孔勃首次用酶促法人工合成核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）。1956年，英国的英格兰姆发现人类镰刀状红血球贫血症是血红蛋白中单个氨基酸的变异造成的，由此开创了人类分子病和分子进化的研究。1957年关于遗传信息流“中心法则”的提出，1961年探讨基因调控的“乳糖操纵子模型”的建立，1966年“遗传密码”的破译等，都是人类在揭示生命之谜的征途中所取得的重大突破。1973年被称为基因工程元年，由S.Cohen领导的小组开创了体外重组DNA并成功转化大肠杆菌的先河。1975年Kohler & Milstein成功开创了淋巴细胞杂交瘤技术，在生物医学领域树起了一座新的里程碑。此后以基因工程为核心的生物技术显现出强大的生命力，成为当今世界最令人瞩目的高新技术之一，是许多国家产业结构调整的战略重点。1997年，Dolly羊的克隆再一次震撼了人类社会。1990年启动的“人类基因组计划”，于2000年宣告人类基因组工作框架已经测序完成，这部“生命天书”的破译及其随后的各种“组学”研究，使人类首次在分子水平上全面认识自我，无疑对生命科学的发展产生巨大的推动作用。按着人类的意愿有计划地改造生物已成为可能，人们从而把世界上日益严重的人口、环境、粮食、资源、健康等与人类生存和发展密切相关的诸多重大社会问题的解决，寄希望于生命科学与生物技术的进步。

　　2．生物学科教育发展的历史沿革

　　1903年清政府颁布《奏定学堂章程》（即癸卯学制），在这部我国第一个通过政府法令颁布的教育章程中，规定从小学到大学的各级学校中设置程度不同的生物学（动植物学、生理学）或博物学课程。将大学堂分为8科46门，其中格致科大学分为6门（算学门、星学门、物理学门、化学门、动植物学门、地质学门），各专一门，并对各学门的课程作了详细规定。动植物学门课程如下表：