生物科学新词汇

生态预报（ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ 或ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ）

    预测生态系统状态、生态系统服务和自然资本的一种过程；生态预报充分考虑了各种不确定性，并且依赖于气候、土地利用、人口、技术及经济活动等各种明确的方案。生态预报的空间范围可以是小样地、到区域到大陆乃至整个地球；时间范围可延伸到未来５０年。预报的信息容量与预报的不确定性呈反比，置信区间宽意味着信息容量少。生态预报回答“什么将会发生，如果……”。这些问题是以设定各种变化为前提的。短期预报，如预测有害海藻爆发，类似于天气预报和飓风预报。很多短期事件具有瞬间即逝或长期的生态影响。例如，灾难性的害虫或野火发生能使生态系统迅速地被改变；由洪水引发的养分流入淡水或海岸生态系统，能使这些生态系统的生产力发生长期的变化或转变成新的生态系统状态。大尺度、长期的生态系统变化的预测特别重要，因为对生态系统一些严重的、持久的影响来自慢性的原因，在短时间内它们是微小的、不易察觉的。预报大尺度、长期的生态系统变化更类似于宏观经济的预报，宏观经济预报除了计算模拟和预测外，还需要专家的判断、分析和评价。

植物全息现象(Plant Holographic Images)
    “全息”，是1948年物理学家弋柏和罗杰斯发明了光学全息术后提出的一个概念。在物理学上，全息的概念是明白易懂的。例如，一根磁棒将它折几成几段，每个棒段的南北极特性依然不变，每个小段与它原来的整根棒全息。所谓"生物全息"，就是生物体每个相对独立的部分，在化学组成模式上与整体相同，是整体的成比例的缩小。

    植物的全息现象，在大自然中，已从形态、生物化学和遗传学等多方面找到了论证的实例，马路边的棕榈树，它的一张叶子，由薄扇似的叶片和长长的叶柄组成，仔细观察一下叶子的整个外形，当把它竖在地上与全株外形相比时，你会发现，它们的外形是多么的一致，只是比例的大小不同而已。一只梨子，它的外形与它的整体果树形吻合。行叶脉的植物，它们都是从茎的基部或下部分枝，主茎基本无分枝；相反，叶脉为网状的植物，它们的分枝多呈网状。在植物的生化组成上，也有明显的全息现象。例如，高梁一片叶上的氰酸分布形式与整个植株的分布形式相同。在整个植株上，上部的叶含氰酸较多，下部的叶含氰酸较少；在一张叶上，也是上部含量较多，下部含量较少。
    有趣的是，当进行植物离体培养时，也发现了植物的全息现象。若将百合的鳞片经消毒用来离体培养，发现在鳞片基部较易诱导产生小鳞茎，即使把鳞片从上到下切成数段，同样发现小鲜茎的发生都是在每个离植段基部首先产生，且每段鳞片上诱导产生小鳞茎的数量，遵循由下至上递补增的规律。这种诱导产生小鳞茎的特性与整株生芽特性相一致，呈全息对应的关系。在植物组织培养过程中，以大蒜的蒜瓣、矩叶菊、花叶芋和彩叶草等多种植物叶片为外植体，进行同样的试验观察时，都能见到这种全息现象。
    植物全息的规律应用于农作物的生产实践，已产生了惊人的效果。例如，马铃薯的载种，习惯以块茎上的芽眼切下作"种子"。但长期以来，人们并没有考虑到块茎上芽眼之间的遗传差异。根据植物全息的原理，想来这些芽眼之间必定会有特性的区别。马铃薯在全株的下部结块茎，对于全息对应的块茎来说，它的下部（远基端）芽眼结块茎的特性也一定较强。于是，为了证实上述的想法，科学家做了系统的试验。分别以"蛇皮粉"、"跃进"等5个马铃薯品种的块茎为材料，将它们的芽眼切块成远基端芽眼和近基端芽眼两组，进行种植比较试验。实验结果，以远基端芽切块制种生产时，各个品种均增产，平均增产达19.2％。
    上述在农业上的全息应用实例给人以启示。人们自然会问，小麦、水稻……，它们的留种应该采用什么部位制种呢？这些有趣而具生产实践意义的全息课题，目前不少人正在试验观察中。不过，人们在长期的生产实践中，个别的生产措施，也是符合生物全息规律的，只不过未意识到这点罢了。例如，我国不少地区种植玉米的农民，他们在留种时，习惯把玉米棒上中间（或偏下）的籽粒留下作种，而把两端的籽粒去除，确保玉米的年年丰收。这种玉米籽粒的留种方法是符合生物全息律的。因为玉米棒子是在植株的中间或偏下部分着生的，而作为植株对应全息的玉米棒，其中间（或偏下）着生的籽粒，在遗传势上也一定较强。经试验，以这种方法制种，可以增产35.47％。
    全息生物学观点的提出，虽然只有短短的几年，但已引起不少人的强烈兴趣，国内已先后4次召开全国性的学术会议，交流了各方面的研究信息，在国外，日本、巴西等国的有关学者对“全息生物学”的提出也给予极高的评价。目前，植物全息现象的观察研究，方兴水艾，无数未解之谜还有待人们去揭开。

生物入侵(Biological invasion)
   “生物入侵”是指某种生物从外地自然传入或人为引种后成为野生状态，并对本地生态系统造成一定危害的现象。外来生物在其原产地有许多防止其种群恶性膨胀的限制因子，其中捕食和寄生性天敌的作用十分关键，它们能将其种群密度控制在一定数量之下。因此，那些外来种在其原产地通常并不造成较大的危害。但是一旦它们侵入新的地区，失去了原有天敌的控制，其种群密度则会迅速增长并蔓延成灾。而自然界里生态环境中存在着食物链，天敌之间相互制约，一但某种生物人为绝灭和人为引入，都会产生一系列难以想象的后果。所以国外有学者将盲目引种与生境的缩小和碎裂，过度捕杀，物种绝灭的次生效应列为引起物种绝灭的四大原因，并形象化地称为“魔鬼四重奏”。
    如何解决“生物入侵”这个生物界的“非法移民”问题，使它们不在异国他乡形成危害？专家们的回答是：第一要谨慎引种，并加强对已引进物种的管理；第二要查清我国现有的外来有害物种的种类及危害状况；第三要加强对已知的主要外来有害物种的防治及综合治理工作。

重组DNA技术（Recombinant DNA Technology）
    重组DNA技术是利用载体系统人工修饰有机体遗传组成的技术，即在体外通过酶的作用将异源DNA与载体DNA重组，并将该重组DNA分子导入受体细胞内，以扩增异源DNA，并实现其功能表达的技术。
    重组DNA技术是遗传工程中最常用的一种技术，两段不同来源的DNA片段被连在一起所形成的新DNA片段称为重组DNA。重组DNA技术主要依赖于限制性内切酶的发现。限制性内切酶是一种可以切断DNA链的酶，目前已发现的限制性内切酶有500种以上。当一种限制性内切酶在一个特异性的碱基序列处切断DNA时，就可在切口处留下几个未配对的核苷酸，叫做粘性末端，另外一个用同种限制性内切酶切断的DNA片段也有粘性末端，这两个互补的粘性末端彼此结合就形成了生一个重组DNA分子。
    利用重组DNA技术人们已经生产了许多有价值的产品，如胰岛素。胰岛素是一种人体内有效利用糖份所必需的成分。而糖尿病人则不能制造胰素或是制造的量不够，所以要给这些病人注射胰岛素。

生物信息学（Bioinformatics）
    早在1956年美国田纳西州盖特林堡召开的首次“生物学中的信息理论研讨会”上便产生了生物信息学的概念。然而，就生物信息学的发展而言，它是一门相当年轻的学科，是伴随着20世纪80-90年代计算机科学技术的进步才获得了突破性进展。
    1995年，在美国人类基因组计划（HGP）第一个五年总结报告中给出了一个较为完整的生物信息学定义：生物信息学是一门交叉科学，它包含了生物信息的获取、加工、存储、分配、分析和解释等在内的所有方面，它综合运用数学、计算机科学和生物学的各种工具，来阐明和理解大量数据所包含的生物学意义。
    生物信息学不仅是一门新学科，更是一种重要的研究开发工具。
    从科学的角度来讲，生物信息学是一门研究生物和生物相关系统中信息内容和信息流向的综合系统科学，只有通过生物信息学的计算处理，人们才能从众多分散的生物学观测数据中获得对生命运行机制的系统理解。
    从工具的角度来讲，生物信息学几乎是今后所有生物（医药）研究开发所必需的工具，只有根据生物信息学对大量数据资料进行分析后，人们才能选择正确的研发方向。
    生物信息学不仅具有重大的科学意义，而且具有巨大的经济效益。它的许多研究成果可以较快地产业化，成为价值很高的产品。

生物质能（Biomass Energy）
    以生物质为载体的能量。生物质是一切有生命的可以生长的有机物质，包括动植物和微生物。生物质能是由太阳能转换而来，地球上的绿色植物、藻类和光合细菌，通过光合作用（即利用空气中的二氧化碳和土壤中的水，将吸收的太阳能转换为碳水化合物和氧气的过程），储存化学能。生物质所含能量的多少与下列诸因素有密切的关系：品种、生长周期、繁殖与种植方法、收获方法、抗病抗灾性能、日照的时间与强度、环境的温度与湿度、雨量、土壤条件等。生物质能潜力很大，世界上约有25万种生物，在理想的环境条件下，光合作用的最高效率可达8-15%，一般情况下平均效率为0.5%左右。据理论推算，全世界每年通过光合作用固定下来的生物质能是全世界全年能源消耗量的10倍。

温室效应（Greenhouse Effect）
    气态污染物质在大气中积聚，允许太阳辐射通过而阻挡地表向外热辐射，使地表和大气下层温度升高的现象称为温室效应，它是大气受污染的一种表现，其恶果是全球变暖。造成温室效应的气态污染物称温室气体，主要有二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氯氟烃类（CFC）、氧化亚氮（N2O）以及臭氧（O3）等。各种温室气体使气候变暖的作用各异，CO2约占49%，CH4占18%，CFC占14%，N2O占6%，其他微量气体共占13%。温室气体主要来源于化石燃料如煤、石油和天然气的燃烧。在中国煤燃烧排放的CO2占83.2%，燃油占15.6%，天然气燃烧占1.2%，CH4的来源有：煤和石油开采过程中随排风通道排出大量的CH4，稻田在还原性缺氧条件下土壤有机物质的分解，家畜胃肠道中消化过程，以及粪便中有机物的分解等；天然源有沼泽湿地、浅水湖以及海洋等。稻田施氮肥后土壤中硝解和反硝解过程释放出N2O。CFC则主要来自CFC11（CFCl3）和CFC12（CF2Cl2）在生产、运输及使用过程的泄漏等，它们广泛被用作致冷剂（占总量的30%）、喷雾剂（占25%）、发泡剂（占25%）以及清洗剂（占20%）。
    温室效应是人为改变地球气候，导致全球热危机的重要原因，是全球性的环境问题。海水增温而膨胀，以及两极冰山熔化等导致海平面上升，海洋生态系统遭破坏，沿海或地势低洼地区的人类生存受到严重威胁。干旱、飓风、暴雨、洪水次数增多，影响农业、林业及畜牧业。温室效应可能使热带边界扩大到亚热带地区，部分温带地区可能变成亚热带。随之而来的是热带昆虫以及与热带有关的疾病可能扩大和蔓延。这些都对人类健康直接带来威胁。

生物芯片（Biochip）
    生物芯片是将生命科学研究中所涉及的不连续的分析过程（如样品制备、化学反应和分析检测），利用微电子、微机械、化学、物理技术、计算机技术在固体芯片表面构建的微流体分析单元和系统，使之连续化、集成化、微型化。生物芯片技术有四大要点：芯片方阵的构建、样品的制备、生物分子反应和信号的检测。
    生物芯片技术是一种高通量检测技术，它包括基因芯片、蛋白芯片及芯片实验室三大领域。
    1、基因芯片（Gene Chip）又称DNA芯片（DNA Chip）。它是在基因探针的基础上研制出的，所谓基因探针只是一段人工合成的碱基序列，在探针上连接一些可检测的物质，根据碱基互补的原理，利用基因探针到基因混合物中识别特定基因。它将大量探针分子固定于支持物上，然后与标记的样品进行杂交，通过检测杂交信号的强度及分布来进行分析。
    2、蛋白质芯片与基因芯片的基本原理相同，但它利用的不是碱基配对而是抗体与抗原结合的特异性即免疫反应来检测。蛋白质芯片构建的简化模型为：选择一种固相载体能够牢固地结合蛋白质分子（抗原或抗体），这样形成蛋白质的微阵列，即蛋白质芯片。
    3、芯片实验室是高度集成化的集样品制备、基因扩增、核酸标记及检测为一体的便携式生物分析系统，其最终目的是实现生化分析全过程全部集成在一片芯片上完成，从而使现有的许多烦琐、费时、不连续、不精确和难以重复的生物分析过程自动化、连续化和微缩化，是未来生物芯片的发展方向。

基因指纹法(Genetic Fingerprint)
    世界上每个人的指纹都不尽相同，这种“唯一性”成为身份的标志。不同人之间、同一个人的正常细胞与癌变细胞之间的基因也不相同，这种差异可像指纹一样具有“唯一性”，被形象地称为基因指纹。利用基因指纹法可识别人体内一些可代表身份特征的特殊基因，这种方法此前已在刑侦等方面有所应用。在治疗癌症方面，基因指纹法则是利用基因特征识别病变细胞，再有的放矢地进行相关治疗。

遗传筛查（Genetic Screening）
    遗传筛查以群体为对象，检测个人是否携带致病基因(通常指隐性遗传病基因)，或某种疾病的易感基因型、风险基因型，以防止可能的疾病在个人身上或者遗传到后代身上发生。筛查可在不同的时期、针对不同的对象进行。

干细胞（Stem Cells）
    干细胞的“干”，译自英文“stem”，意为“树”、“干”和“起源”。类似于一棵树干可以长出树杈、树叶，开花和结果等。干细胞分三类：全能干细胞、多能干细胞和专能干细胞。全能干细胞可以分化成人体的各种细胞，这些细胞构成人体的各种组织和器官。受精卵便是一个最初始的全能干细胞，随后，它可以继续分化出许多全能干细胞，提取这些细胞中的任意一个置于子宫内，就可发育出一个完整的人体。全能干细胞在进一步分化中，形成各种多能干细胞。多能干细胞进一步分化成专能干细胞，后者只能分化成某一类型的细胞，比如神经干细胞可以分化成各类神经细胞，造血干细胞可以分化成红细胞、白细胞等各类血细胞。
    由于干细胞是未成熟的细胞，它未充分分化，具有再生各种组织器官的潜在功能，因此人们寄希望于利用干细胞在体外繁育出各种组织或器官，并最终用这些组织或器官移植来代替病变的组织或器官。由于这一领域蕴藏着广阔的医疗前景和巨大的商机，近年来，有关干细胞研究的国际竞争日趋激烈。干细胞的各种获取渠道以及它们的分化功能研究是当前的热点。现已发现可以从胎盘、骨髓、肌肉、大脑、皮肤、脂肪以及多种胚胎组织等渠道获取干细胞。如果有一天，人们在年老时能用上自己婴幼儿时期采集保存的干细胞及其衍生组织器官，那么人类长生不老的梦想就有可能成为现实。

基因诊断（Gene Diagnosis）
    基因诊断又称DNA诊断或分子诊断，是通过从患者体内提取样本用基因检测方法来判断患者是否有基因异常或携带病原微生物。目前，基因诊断检测的疾病主要有三大类：感染性疾病的病原诊断、各种肿瘤的生物学特性的判断、遗传病的基因异常分析。在感染性疾病方面主要有结核病、乙型肝炎病毒（HBV）、丙型肝炎病毒（HCV），甚至艾滋病等。

基因疫苗（Gene Vaccine）
    基因疫苗指的是DNA疫苗，即将编码外源性抗原的基因插入到含真核表达系统的质粒上，然后将质粒直接导入人或动物体内，让其在宿主细胞中表达抗原蛋白，诱导机体产生免疫应答。抗原基因在一定时限内的持续表达，不断刺激机体免疫系统，使之达到防病的目的。

基因治疗（Gene Therapy）
    基因治疗是指将人的正常基因或有治疗作用的基因通过一定方式导入人体靶细胞以纠正基因的缺陷或者发挥治疗作用，从而达到治疗疾病目的的生物医学新技术。基因是携带生物遗传信息的基本功能单位，是位于染色体上的一段特定序列。将外源的基因导入生物细胞内必须借助一定的技术方法或载体，目前基因转移的方法分为生物学方法、物理方法和化学方法。腺病毒载体是目前基因治疗最为常用的病毒载体之一。基因治疗的靶细胞主要分为两大类：体细胞和生殖细胞，目前开展的基因治疗只限于体细胞。基因治疗目前主要是治疗那些对人类健康威胁严重的疾病，包括：遗传病（如血友病、囊性纤维病、家庭性高胆固醇血症等）、恶性肿瘤、心血管疾病、感染性疾病（如艾滋病、类风湿等）。

干扰素（Interferon）
    在病毒和其它微生物、内毒素等作用下，于动物细胞中合成的一种糖蛋白，可诱导合成抑制病毒mRNA翻译的蛋白质，从而抑制病毒的增殖，对防治病毒和癌症具有作用。
    干扰素用于细菌性疾病的治疗无效。当病毒进入机体后，干扰素能诱导宿主细胞产生一种糖蛋白，这种糖蛋白能使其它细胞抵抗病毒的感染。干扰素能干扰病毒的复制，但干扰素本身不能直接杀死病毒。
    日前，我国科学家正在研制一种ω干扰素，以对付非典病毒。

朊毒体（Prion）
    1982年，美国加利福尼亚大学教授斯坦利·普利西纳提出雅克氏病的病原体是一种“蛋白质性质的感染颗粒”，并用prion（普利昂）一词表示这种因子，国内曾译为朊病毒或锯蛋白。但这种蛋白质粒子缺乏核酸，称为病毒并不妥当，故现在称为朊毒体。
    疯羊病、疯牛病及人类所患的新型雅克氏症等海绵状脑病，都是由朊毒体发生变异引起的。包括人在内的哺乳动物体内都存在朊毒体，它在正常形态下呈折叠状，但变异时会张开如同锯齿状，在大脑中撑出大量的小洞，引起人或动物患上痴呆型的传染性海绵状脑病。
    朊毒体的致病过程是：首先经一定传播途径（如进食患病动物的肉和内脏）侵入机体并进入脑组织，其后沉积于不同的神经元溶酶体内，导致被感染的脑细胞受损、坏死，释出的朊毒体又侵犯其它脑细胞，使病变不断发展；病变的神经细胞死亡后，脑组织中留下大量小孔呈海绵状，并出现相应的临床症状，这就是众所周知的海绵状脑病。
    普利西纳学说公布之初，在学术界曾遭到猛烈反对，多数人持否定态度。因为分子生物学的中心命题是“生物的遗传基因以核糖核酸和脱氧核糖核酸为本体”，在此之前，人们普遍认为，不存在没有核酸的病原体，这已成为常识，但普利西纳的学说却与这种认识背道而驰。经过10多年的研究和争论，大量事实确证了朊毒体的存在，普利西纳的学说最终得到了认可。鉴于这一发现的重大科学价值，普利西纳荣获1997年度诺贝尔生理学或医学奖。

生物经济（Ｂｉｏ－ｅｃｏｎｏｍｙ）

    生物经济（Ｂｉｏ－ｅｃｏｎｏｍｙ）的概念最先是由斯坦·戴维斯和克里斯托弗·迈耶（Ｓｔａｎ  Ｄａｖｉｓ ａｎｄ  Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ  Ｍｅｙｅｒ）于２０００年５月正式提出的，但他们并未给出一个确切的定义。上海的《经济展望》杂志也几乎同时提出了“生物经济”这一新的名词。２００２年初，邓心安在《中国科技论坛》杂志发表了题为“生物经济时代与新型农业体系”的文章，首次正式给出了“生物经济”定义，认为“生物经济是一个与农业经济、工业经济、信息经济相对应的经济形态，是以生命科学与生物技术研究开发与应用为基础的、建立在生物技术产品和产业之上的经济”，并将生物经济与新时期农业发展联系起来，初步提出了构建以现代生物技术为中心的“新型农业体系”（Ｎｅｗ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）的设想。

转基因食品（Genetically Modified Food）

    所谓转基因食品是利用重组DNA技术，将一种或几种外源性基因转移到某种特定生物（包括植物、动物、微生物等）中，通过改造生物的遗传物质，使其在营养品质、消费品质等方面向人类所需要的目标转变，以这样的生物直接作为食品或以其为原料加工生产的食品就称为转基因食品。自世界上第一例转基因食品──番茄于1993年投放美国市场以来，短短10年间，各种转基因食品发展非常迅速。
    发展转基因食品是为了解决传统农业所造成的严重的环境污染，增加生物多样性，降低生产成本。例如，用基因工程技术培育出的抗病虫害转基因作物自身就可以杀死或抑制病虫害，不再需要单纯依靠农药解决病虫害问题，不仅提高了产量，降低了生产成本，而且保护了环境。目前，推广的转基因作物主要有玉米、大豆、油菜、西红柿等。
    截至2002年年底，全球转基因作物种植面积达到5870万公顷。全世界有16个国家的600万农民依靠种植转基因作物为生。美国、阿根廷、加拿大和中国是种植转基因作物最多的4个国家，其转基因作物农田占全球总数的99％。在美国已有55种转基因作物获准商业化，目前最多的转基因作物是大豆（3个品种）、棉花（6个品种）、玉米（13个品种）和油菜籽（11个品种）。

转基因动物（Genetically Modified Animal）

    转基因动物是指以实验方法导入外源基因，在染色体组内稳定整合并能遗传给后代的一类动物。1981年，第一次成功地将外源基因导入动物胚胎，创立了转基因动物技术。1982年获得转基因小鼠。转入大鼠的生长激素基因，使小鼠体重为正常个体的二倍，因而被称为“超级小鼠”。此后相继培育成功了转基因兔、绵羊、猪、鱼、昆虫、牛、鸡、山羊、大鼠等转基因动物。
    由于转基因动物体系打破了自然繁殖中的种间隔离，使基因能在种系关系很远的机体间流动，它将对整个生命科学产生全局性影响。因此，转基因动物技术在1991年第一次国际基因定位会议上被公认是遗传学中继连锁分析、体细胞遗传和基因克隆之后的第四代技术，被列为生物学发展史上126年中第14个转折点。
    自1982年转基因鼠问世以来，转基因动物研究在许多领域都取得了令人瞩目的成就。一般来讲，根据不同的目的，转基因动物操作可以简单地划分为四种类型：（l）疾病型转基因动物；（2）利用转基因动物制药；（3）动物改良型；（4）基础生物学研究。
    转基因动物在诸多领域具有广阔的应用前景：
    1、转基因动物是对多种生命现象本质深入了解的工具，如研究基因结构与功能的关系，细胞核与细胞质的相互关系，胚胎发育调控以及肿瘤等；
    2、可以用来建立多种疾病的动物模型，进而研究这些疾病的发病机理及治疗方法；
    3、由于转基因动物技术可以改造动物的基因组，使家畜、家禽的经济性状改良更加有效，如使生长速度加快、瘦肉率提高，肉质改善，饲料利用率提高，抗病力增强等。对于动物遗传资源保护的意义更加深远，对挽救濒危物种是必不可少的；
    4、转基因动物可作为医用或食用蛋白的生物反应器。