中國生物學史(生物學術語)

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《禹貢》把中國廣大地域區劃為冀、兗、青、徐、揚、荊、豫、梁、雍等九州,並描述了九州不同的動、植物農業資源的分布。其中有關土壤和植物分布關係的描述特別引人注意。
古代文獻《山海經·山經》詳細描述了中國各地動、植物資源分布的情況。
《周禮》中有一段關於不同地域,適宜不同動、植物生長活動的論述,指出:山林地區適宜生活的動物和植物分別是獸類和柞栗類;川澤地區分別是魚類和楊柳類;丘陵地區是鳥類和核果類;水邊低平地區分別是龜鱉類和豆類;平原地區分別是人類和蘆葦類。這段有關動、植物與地理環境關係的論述,反映了當時人們已經在用生態學的觀念來思考問題,觀察包括人類在內的生物世界。
《管子·地員》是古代一篇傑出的植物生態學論著。它闡述了土壤與植被的關係,把全國的土壤分為上、中、下三等,每等分為六個土類,每個土類又分為六個土種,共90種土。記述了每種土所適宜生長的植物。還總結了地下水位的高低與植物分布的關係以及植物在山地的垂直分布和在水邊的帶狀分布狀況。實際上就是現代植物生態學上所說的生態分布序列法則。在論述動、植物與周圍地理環境關係的同時,人們也注意到了動物與動物之間的關係。
《莊子》中所描述的“螳螂捕蟬,黃雀在後”的故事說明,人捕鳥、鳥吃螳螂、螳螂吃蟬等動物之間所存在的複雜的關係。這實際上是一條包括人類在內的食物鏈。在食物鏈中,生物是相互為利的,不同種類生物之間的鬥爭是必然的、不可避免的。在此後的漫長歲月中,人們觀察並大量記錄了動物之間存在的種種複雜關係。中華民族的祖先,在開發利用生物資源方面曾經取得巨大的成功。但對生物資源的開發利用,並不都是合情合理的。2 000多年前,中國學者對濫捕、濫伐所造成的嚴重後果即已表示了極大的關注。古代位於齊國東南部的牛山,由於亂砍亂伐,加上牲畜的糟蹋,使原來森林變成了荒山。孟軻以此為例,疾呼若不注意保養,任何東西都將會被破壞並消失。為了生存,保護環境、維護生態平衡的思想,在2 000多年前學者的腦海里即已浮現。
《荀子·勸學篇》指出,只有草木疇生,才會鳥獸成群。只有各方面處理得當,萬物才能“皆得其宜”。
《管子》甚至認為管理不好山林的人,是沒有資格當國君的。可見當時人們保護環境、維護生態平衡的意識,已經相當強烈。這個時期,對動、植物的分類研究取得了奠基性的成果。
《周禮·地官》根據生態特點,將動物分為毛、羽、鱗、介、臝五大類;植物分為阜物、膏物、物、莢物和叢物五大類。《爾雅》中的《釋草》、《釋木》、《釋蟲》、《釋魚》、《釋鳥》、《釋獸》等篇可視為中國最古老的動、植物著作。它首次完全根據動、植物形態結構來區分動、植物的種類。它給鳥類和獸類所下的定義是:“二足而羽謂之禽;四足而毛謂之獸。”這兩個定義具有高度的概括性和準確性。
《爾雅》著錄的動、植物近600種,分植物為草、木兩大類;分動物為蟲、魚、鳥、獸四大類。在大類之下又有細加分類的嘗試,如在獸類之下又有寓屬、鼠屬、屬、須屬等,反映了類下再分類的思想。
古代描述性生物學體系的奠定(秦漢兩晉南北朝時期,前221~580) 
古代人在認識和利用動、植物的同時,也對人自身的形態構造和機能進行了探索。
《黃帝內經》就包含有豐富的人體解剖構造和生理知識,2 000多年前已經進行了人體解剖研究,並取得了對人體各部位和內臟形態結構的初步系統知識。
《靈樞》中所創用的“解剖”以及其他解剖學名詞,如反映內臟解剖的胃、賁門、幽門等,都被現代解剖學吸收和沿用。在生理學方面,《黃帝內經》用陰陽學說,闡述人體的各種生理現象。認為人體構造和生理功能是相互依存、相互制約和相互轉化的;一切生理功能的發揮,是一個“氣化”的過程;由不同形態、功能組成的血管(經脈)是擔負運輸營養物質的,這些營養物質(氣血)在血管中作循環運動。還認為外界環境的陰陽變化,也會影響人體內部的陰陽變化。秦漢至南北朝時期,由於醫藥的發展和農牧業的需要,大大推動了對動、植物資源的調查和分類總結的研究。
《神農本草經》收載藥物365種,其中動物藥67種、植物或植物性藥252種。南朝劉宋時醫藥學家陶弘景在《神農本草經》基礎上編寫了《本草經集注》一書,載藥730種。前者著重於藥材的藥用價值的描述,後者則注意到藥用動、植物的形態特徵和產地的描述。
此外,《集注》還將藥用動、植物分為草、木、蟲、獸和果、菜、糧食等幾大類。對《詩經》和《爾雅》中所著錄的動、植物的研究,此時也取得初具規模的成果。孔子說過,詩可以“多識於鳥獸草木之名”。三國陸璣根據自己實地調查和觀察專門對《詩經》中提到的170多種動、植物名稱進行解說,著有《毛詩草木鳥獸蟲魚疏》一書,記述了它們的名稱、形態、生活環境、產地和用途。首次描述了丹頂鶴、鼉(揚子鱷)等珍貴鳥獸的形態特徵。6世紀,還出了劉杳的一部詮釋《離騷》中提到的動植物的作品,即《離騷草木蟲魚疏》。這兩本書都分別系統地描述了《詩經》、《離騷》中的部分常見動植物。有的學者認為可以將這兩本書視為一種原始型的動、植物志。對《爾雅》中提到的動、植物進行研究的人很多,但以晉郭璞的《爾雅》注最為重要。他不僅引經據典解釋各種動、植物通名和別名,而且根據自己從實際中獲得的知識,對各種動、植物的形態、生態特點進行了具體的描述。郭璞還開創了動、植物描述的圖示法,著有《爾雅音圖》10卷,惜已失傳。現所能見到的題為郭璞撰《爾雅音圖》是1801年影宋代繪重摹刊行的。從中還能看到當時圖注的梗概。
《爾雅音圖》繪有動、植物圖554幅。《爾雅》注是中國動、植物分類研究史上的一個重要發展。這個時期,對地方動、植物資源的研究亦取得了重要成就,出現了許多地理志書,如東漢楊孚的《南裔異物志》、三國譙周的《巴蜀異物志》、萬震的《南州異物志》和沈瑩的《臨海水土異物志》等著作。特別應該提到的是,在晉代有一部專門記述南方植物的著作,即《南方草木狀》。全書記述植物80種,主要是熱帶、亞熱帶植物,主要產於廣東。書中對每種植物的形態特徵、生活環境、用途及產地等作了描述,還首次記載了中國利用驚蟻的生物防治法。這部書是中國第一部華南植物志的專著,也是世界上第一部地方植物志。
此外,東晉戴凱的《竹譜》,是第一部關於竹屬植物的專著。
北魏賈思勰的《齊民要術》中也包含有豐富的農業生物學知識,如有關食品發酵的記述,就反映了中國魏晉以前歷代認識和利用微生物活動所取得的重大成就。在制曲釀酒方面,當時已將酒麴分為兩大類,即笨曲和神曲,相當於現在的大曲和小曲。在制曲過程中,還要摻入生料,這有接種微生物的含義。
古代生物學的發展(隋唐宋元時期,581~1368) 
這一時期,傳統生物學獲得空前的發展。首先是藥用動、植物的研究得到較大的發展。7世紀由蘇敬組織編寫的《新修本草》不僅吸收了以往本草著作中的豐富經驗和知識,還參考了《博物學》、《爾雅》、《呂氏春秋》等著作。全書54卷,共載藥850種,其中有114種是新增加的藥用動植物,如豆蔻、丁香、胡椒、石榴等,都是由國外新入境的藥用植物。圖在動、植物形態分類研究中的作用,越來越受到重視。宋代鄭樵說:“蟲魚之形,草木之狀,非圖無以別。”自唐以來,《圖經》和《本草》相輔而行。唐朝的《圖經》惜已亡佚。宋代則有蘇頌主編的《本草圖經》。所謂圖經就是根據藥用動、植物的實際形態繪製成圖,並附以簡要文字說明。全書21卷載藥780種,其中新增63種。附圖933幅,圖多為寫實,形象逼真。許多圖可據以鑑定動、植物到科屬,甚至於種。此書對各種動、植物的描述也較細緻,一般都按植物的苗、莖、葉、花、果和根的順序描述。特別是對植物的繁殖器如花、萼、子房、果實種子等描述,比前人精細。
《本草圖經》的內容大部分為宋代的《證類本草》所吸收。
《證類本草》記述的動、植物有1 748種,基本上有圖有說明,除說明藥用價值外,著重闡述每種動物或植物的別名、產地、生活環境、形態、生長習性等,是中國歷史上一部比較重要的典型的藥用動、植物志。對《爾雅》所載動、植物名實的考證研究,成為中國傳統生物學的一個組成部分。宋元以來到明清時期,研究《爾雅》的有近百家,其中與生物學關係較密切的有宋代陸佃的《埤雅》和羅願的《爾雅翼》。
《埤雅》20卷,除有2卷是釋天外,其餘的都是關於生物方面的。書分生物為釋魚、獸、鳥、蟲、馬、木、草等各門類。《爾雅翼》32卷,分釋草、木、鳥、獸、蟲、魚等。兩書作者寫作態度都很認真,不但勤於書本考證,而且重視身履目驗,重視向民眾調查。因此也都獲得一定成果。除藥用動、植物外,唐宋時期人們對其他經濟和觀賞動、植物,也作了大量工作,編寫了大量的專譜。如陳翥的《桐譜》從形態學、生態學和解剖學等各個方面對各種桐樹特徵進行了詳細的描述,他把白花桐(白花泡桐)、紫花桐(絨毛泡桐)和一個白花桐的變種歸為一類,它們都屬於現代植物分類學上的玄參科泡桐屬。韓彥直在《橘錄》中,首次明確地將柑橘樹分為柑、橘、橙三大類,在每一大類下又分若干品種。這樣的分類,與今人分類基本一致。劉蒙《菊譜》描述了35個菊花品種,並通過歷史考察研究認識到之所以有這么多品種,是由於變異的不斷選擇才形成的。在自然界中,種類繁多的昆蟲對人類生活有極密切的關係。河姆渡出土的距今6 000多年以前的陶片上就繪有昆蟲紋篩。《詩經》提到昆蟲40多次,涉及昆蟲20多種。大約在六七千年前,就已經開始養蠶絲織。在中國歷史上先後被開發利用的昆蟲資源還有蜂、白蠟蟲、紫膠蟲、五倍子蚜以及其他許多藥用和食用昆蟲。
秦觀《蠶書》是中國現存的最早的養蠶專著,它反映了中國古代對家蠶生活習性的了解和養蠶技術的熟練。
《禽經》大約成書於唐宋間,是中國最早的一部鳥類專著。著錄鳥類70多種,對鳥類的生活習性有較多的記述。這個時期人體解剖研究亦取得新成果。
《新唐書》和《舊唐書》都著錄有《五臟圖》和《五臟識》,惜都未留傳。現在能見到的最早的人體解剖圖,是五代煙蘿子所繪的《內境圖》。
《內境圖》繪有人體解剖的不同側面圖。在左側和右側圖上,所繪脊柱為24節(不包括骶椎)。這與實際解剖是相符的。在正面圖上,繪有食管和氣管兩個氣孔。有肺四葉,心在肺葉下,胃在心下,賁門在胃左,幽門在胃左下,肝在右上。下腹部繪小腸、大腸、魄門(肛門)、膀胱等。
《內境圖》對後世解剖有直接影響。宋代吳簡《歐希范五臟圖》和楊介《存真圖》都參考了《內境圖》,但又都是在實際解剖基礎上繪製的。
古代生物學發展高峰(明清時期,1368~1850) 
明清時期,對於食用和藥用動、植物的研究,將中國傳統的生物分類學研究,推向最高峰,出現諸如《救荒本草》、《本草綱目》、《植物名實圖考》等舉世聞名的著作。明清時期,中國經常發生饑荒,因此有許多人致力於尋求食用動、植物的活動。明太祖朱元璋的第五子朱臛,便是其中的一個。他組織人廣泛調查河南各地植物,並將400多種植物苗種於自己的園圃內。為了證明一些植物的食用價值,他甚至進行一些消除毒性的實驗研究。
《救荒本草》,就是在調查實驗和總結前人經驗的基礎上形成的。全書兩卷,共記載植物414種,其中有276種是不見於已往本草記載的新著錄植物。書對各種植物的形態和食用製備方法有較好的描述。《救荒本草》中的圖,比之歷史上任一本本草書圖,都更加“圖以肖其形”。在形態特徵的描述方面,《救荒本草》突出了對花果形態特徵差異的描述。從而使其描述水平高於一般本草著作。在《救荒本草》影響下,明末還出現了《野菜譜》(1524)、《茹草編》(1582)、《野菜博錄》(1622)等專著。
《救荒本草》於17世紀末東傳日本,並被多次翻刻,產生了很大影響。《本草綱目》是明代傑出醫藥學家李時珍的著作。共著錄藥物1 892種,其中植物藥1 094種、動物藥443種,幾乎包括了動、植物所有門類。在分類學方面,改進了傳統的分類方法,將植物分為草部、谷部、菜部、果部、木部五部;將動物分為虫部、鱗部、介部、禽部、獸部、人部六部。部下再分類,每類下記述若干種植物或動物。李時珍對“類”下所記述的植物的排列順序是有講究的。他將一些從巨觀上具有明顯特徵的自然類群會集在一起。如在山草類中,把桔梗科的沙參、薺苨、桔梗連排一起;在毒草類中,把大戟科的茹、大戟、澤漆、甘遂、續隨子連排一起。吸收了朱臛在《救荒本草》中所採用的先進的描述植物方法,不僅觀察植物營養器官上的明顯特徵,而且細緻地觀察了植物的花、果等生殖器官上的特徵,對某些植物類群既了解到其巨觀共性,也認識到其細微差別。所以能將一些營養器官形狀差別很大的植物排列在一起,而更接近於自然分類。李時珍完全打破了“三品”分類的局限,以形態、生活環境、性味、用途等為依據,類聚群分,以綱統目,以目統種,將1 500多種動、植物,納入在一個井然有序的分類系統中。達爾文在研究物種起源和發展時,就從《本草綱目》中汲取了豐富的資料。從《本草綱目》問世之後,歷代本草一直以醫藥為目標,而後來的有關著作,則有擺脫單純實用的傾向。同時具有動、植物分開研究的趨向。
清代吳其濬《植物名實圖考》就是很好的例子。全書38卷,記載植物1 714種,比《本草綱目》所載植物多出500多種。所收錄的植物涉及全國19個省。著重於實物的觀察,把“身治目驗”與文獻考證相結合,力求名與實相一致。每種植物都配有根據實物繪製的植物圖。有的圖精確程度可資鑑定科和目,有的甚至可到種。《圖考》開始擺脫單純實用性而向著純粹植物學著作過渡,很接近現代的植物志。現代許多植物學家,常藉助它來確定某些植物中文名稱和了解其用途。明清時期傳統生物學發展的另一個重要方面是農學著作。據統計,中國明清兩代農書有283種之多,其中有許多著作與生物學關係密切。從明代開始,本草學中有關動植物形態、生態用途等方面的描述,也逐漸被農書所吸收和採用。這在《農政全書》和《群芳譜》、《天工開物》等著作中表現得很突出。《農政全書》是明代科學家徐光啟的著作。全書60卷,從卷二十五至卷四十,記載各種經濟植物153種,卷四十一為“牧養”,論述了12種家養動物的飼養管理。書中還收錄《救荒本草》所載植物403種。書中有《除蝗疏》一篇,對根治蝗災提出了很有見地的主張。明清時期在對親代與子代關係探索方面亦有新的見解。明初葉子奇繼承了東漢王充的“種類相產”的理論,也把種子看成是生物性狀傳遞的載體。他說:“草木一核之微,而色香味,花實枝葉,無不具於一仁之中。及其再生,一一相當。”(《草木子·觀物》),他還進一步提出“氣種”說:“萬物巨細剛柔,各異其才,聲色、臭味,各殊其性,閱千古而不變者,氣種之有定也。”認為生物遺傳性的穩定,取決於遺傳物質(“氣種”)的穩定。人們在生產實踐中經常發現生物的忽變(突變)現象。明代夏之臣已經意識到,生物忽變與生物種類差異的關係。他在《評亳州牡丹記》中說:“牡丹其種類異者,其種子之忽變者也。”這裡的忽變一詞,已相當於20世紀初荷蘭植物學家H.德·弗里斯所創用的突變一詞。這個時期,在生物變異選擇方面,也積累了許多經驗知識。中國是金魚的故鄉。金魚的祖先是金鯽。到南宋,已從金鯽魚的顏色變異中選育出了白色和花斑兩個新品種。明代張謙德在《硃砂魚譜》(1596)中介紹經驗說,養金魚就像國家用人一樣,“蓄類貴廣,而選擇貴精”。
清代句曲山農在《金魚圖譜》中認為,要得佳品需在繁殖時,對雌雄雙親性狀進行有意識的選擇。正是在這些思想指導下,出現豐富的多姿多采的金魚品種。達爾文在《物種起源》一書中對中國金魚的選擇過程和原理給予很高的評價。清代在作物和花卉的變異選擇方面也都取得了豐富的經驗,如《康熙幾暇格物編》中提到的利用對變異植株選擇,選育成功了早熟高產優質的“御稻”。這種單穗選擇被稱為一穗傳。一穗傳育種方法就是單株選擇法。中國傳統生物學從孕育、發展、到19世紀中葉吳其濬《植物名實圖考》的問世,可以說已經發展到了巔峰。自此以後,傳統的描述性的生物學逐漸衰落,而西方近代生物學開始排欄而入。
近代生物學的傳入(晚清時期,1851~1911) 
雖然早在明末清初西方的某些生物學知識即已通過來華的傳教士傳入中國,但在當時並沒有產生很大的影響。鴉片戰爭之後,隨著興辦洋務的熱潮和民主革命運動的開展,包括生物學在內的西方近代科學技術,再次相繼傳入中國。從此中國生物學研究,開始突破傳統的訓詁、注釋和偏重實用的醫學、農學框架,而轉為以實際考察和實驗為基礎的生物學系統研究。1851年,由英國醫生B.哈信和中國學者陳修堂共同編譯的《全體新論》一書,介紹了西方近代人體解剖、生理學知識。1858年,中國學者李善蘭和英國學者韋廉臣根據英國植物學家J.林德利的有關植物學著作,合作編譯出版了《植物學》一書,這是中國介紹西方近代植物學基礎知識的第一部譯著。
《植物學》首次介紹了細胞學說,並展現了只有在顯微鏡下才能觀察到的植物體內部組織構造;介紹了近代西方在實驗觀察基礎上所建立起來的有關植物體各器官組織生理功能的理論,有關繁殖器官生理功能的描述,使人耳目一新;介紹了近代科學的植物分類方法,將植物分為303科,列舉了其中的36個科的名稱及其代表植物的特點。在這本譯著中,李善蘭結合中國傳統文化,創譯了許多名詞術語。如“科”、“植物學”等。他創造性地將英文botany一詞,譯為“植物學”。這些名詞不僅被中國植物學界一直沿用,而且自從19世紀60年代傳入日本後,也被接受並一直沿用至今。《植物學》可以說是東西方植物學的融合點,標誌著中國近代植物學的萌芽。
除《植物學》外,19世紀後期還編譯出版了《植物學啟蒙》(艾約瑟譯,1886)、《動物學》啟蒙(1888)、《植物圖說》(傅蘭雅譯,1894)等書。《植物圖說》以圖解形式,對植物體之器官形態構造,作了相當詳細的介紹。這些譯著的問世,對當時中國學者了解西方生物學知識,起了一定作用。梁啓超還將《植物學》和《植物圖說》作為學習植物學的入門書,推薦給中國讀者。從19世紀中葉直至20世紀初年,中文本的植物學書籍多系中外人士共同著述,而真正由中國人自己編撰中文本的植物學著作約始於20世紀初年,早期的代表作主要有黃明藻編撰的《套用徒薪植物學》(1905),該書88頁,附圖219幅,可能要算是中國近代植物分類學中最早的一本中文教科書。1908年,葉基楨撰寫的《植物學》一書包括了植物分類、形態、解剖、生理、古植物、套用植物學等分支學科,還包括了少數中國的資料。1898年嚴復譯著的《天演論》首次介紹了“物競天擇,適者生存”的生物進化思想。1897年在上海由羅振玉創辦的《農學報》,10年內共出版315期,翻譯介紹了許多農業書籍,其中包括普通動、植物學著作多種。20世紀初還翻譯了許多屬於中學或大學專科水平的教學參考書。據統計,從19世紀50年代至1911年,共有468部西方科學著作被譯成中文出版。其中包括動物學、植物學和礦物學在內的博物類書籍就有92部之多。生物學的教學,在19世紀90年代的中國學校中,即已見端倪。光緒十九年(1893),湖北“自強學堂”的格致科內即設定了動物學、植物學課程。20世紀初,在清政府頒發的學制中,規定從初等國小到大學本科,有連貫的關於動、植物的課程,但真正執行的並不多。光緒三十一年(1905)廢除科舉制度,新學興起,生物學的教學也在學校中得以逐漸發展。但在當時,教師多為聘任外籍的特別是日本的教師擔任。縱觀清末時期,中國生物學還只限於對近代西方生物學書本知識的翻譯和介紹。
現代生物學在中國植根(中華民國時期,1912~1949) 
1911年辛亥革命以後至1949年,現代生物學在中國逐漸紮根,並為後來的進一步發展奠定了初步基礎。中國近代生物學要走上獨立發展的道路,最重要的是要建立自己的生物科學體制和擁有一支自己的生物科學隊伍。其中人才的培養是首要的,而生物學人才的培養又離不開生物學教育的發展。中華民國初期,在北京、武昌、南京、廣東、成都、瀋陽相繼成立了高等師範學校,並在這些學校中設立博物部或農科。在教會大學中也設有博物科或生物科。
1921年秉志在南京高等師範學校建立了第一個由中國學者主持的大學生物系。不久,高等師範學校都先後改為大學。而博物部或農科的有關部分也都發展成為生物系。一些大學的地質系也進行了古生物學的教學和研究工作。在此期間,一批中國生物學家到各個大學任教,如在北京大學先後有張景鉞(植物形態解剖學)、楊鐘健(古生物學)、林鎔(植物分類學)、雍克昌(細胞學)、崔之蘭(組織學)等。在清華大學有吳韞珍(植物分類學)、陳楨(遺傳學)、李繼侗(植物生態學、植物生理學)、戴芳瀾(真菌學)、湯佩松(植物生理學)、趙以炳(生理學)等。在燕京大學有胡經甫(昆蟲學)、李汝祺(遺傳學)等。在北京協和醫學院有林可勝(生理學)、張錫鈞(生理學)、吳憲(生物化學)、馬文昭(組織胚胎學)、馮蘭洲(寄生物學)等。在前中央大學(包括其前身南京高等師範學校、東南大學)有秉志(動物學)、胡先驌(植物分類學)、錢崇澍(植物分類學)、伍獻文(魚類學)、蔡翹(生理學)等。在浙江大學有貝時璋(實驗生物學)、羅宗洛(植物生理學)、張肇騫(植物分類學)、蔡邦華(昆蟲學)、談家楨(遺傳學)等。在武漢大學有張珽(植物學)、高尚蔭(病毒學)等。在山東大學有童第周(實驗生物學)等。在中山大學有陳煥鏞(植物分類學)、朱洗(實驗生物學)、張作人(原生動物學)等。當時條件十分困難,經過中國學者的艱苦奮鬥,大學中生物學科建設初具規模,成為當時中國生物學研究的主要基地,培養出不少專業人才,對以後中國生物學事業的發展有著深遠的影響。民國初年,中國還沒有一個專門的生物學研究機構。
1914年,留美學生任鴻雋等人,在美國發起籌備,於1915年1月在國內發行《科學》雜誌,10月正式成立了中國科學社。生物學家秉志就是發起人之一。1918年,中國科學社總部從美國遷回中國上海,不久又遷往南京。
1922年8月,由中國科學社委託秉志、胡先驌和楊銓籌建的中國第一個生物學研究機構──中國科學社生物研究所,在南京正式成立,秉志任第一任所長。研究所分為動物學和植物學兩部分,秉志兼任動物學部主任,胡先驌任植物學部主任(後由錢崇澍繼任)。研究所著重於中國動植物的調查、分類研究,同時也進行一些生物的形態解剖和生理、生化方面的研究,並出版了《中國科學社生物研究所叢刊》。叢刊後來分為動物和植物兩部,分別匯集動植物研究成果。
至1942年為止,動物學部共發表論文112篇,植物學部也發表論文100多篇。國外許多研究機構常與研究所交換論文。研究所還培養了大批生物學家。國內許多著名生物學家都曾在該所工作過。1928年,由尚志學會和中華教育文化基金會集資,在北平建立了靜生生物調查所,秉志任所長(後為胡先驌),並由他和胡先驌分別主管動物學部和植物學部。主要任務是調查中國北方動植物區系。出版了《靜生生物調查所匯報》一書。1929年在南京籌建了中央研究院自然歷史博物館,主要任務是陳列從全國各地送來的動、植物標本,同時也作些動植物的分類研究。1934年,該館改組為中央研究院動植物研究所,所長王家楫。出版了英文刊物Sinensia,刊載該所研究成果。1944年在四川北碚中央研究院動植物研究所又擴大分成動物和植物兩個研究所,動物研究所由王家楫主持,植物研究所由羅宗洛主持。1944年中央研究院又在重慶建立了醫學研究所籌備處,1946年遷上海。主任林可勝,代理主任馮德培。1929年北平研究院成立了動物學研究所、植物學研究所和生物學研究所(後改名為生理學研究所)。動物學研究所由陸鼎恆主持,其工作偏重於北方和沿海動物的調查和分類研究。植物學研究所由劉慎諤主持,其工作側重於北方和西部地區的植物調查和分類研究。生理學研究所除進行生理學、細胞學等方面的研究外,還開展中藥的生理作用的研究,先後主持工作的有經利彬和朱洗。1931年,中國西部科學院(四川北碚)成立了生物研究所(1937年春因經費困難停辦),從而為中國調查研究西部地區的動、植物建立了基地。這些先後建立的生物學研究機構和在南京的中央衛生實驗院、中央農業實驗所,以及各大學的生物系和農、醫學院的一批生物學研究力量,彼此配合,作了許多基礎性的工作,特別是對中國動、植物調查和分類研究,作出了重要貢獻。1937年,抗日戰爭全面爆發,大部分科研機關和大學都被迫西遷。中國科學社生物研究所在戰爭爆發第一年即遷往四川北碚,其在南京的圖書資料、標本被占領南京的日本侵略軍掠奪搶運一空,三座樓被日軍縱火焚毀。北平研究院植物學研究所,在戰爭爆發的前一年,即已遷往陝西武功,動物學研究所和生理學研究所則遷往雲南昆明,後者於1943年暫停工作。中央研究院動植物研究所,先遷往廣西陽朔,歷經千辛萬苦,才勉強在四川北碚安置下來。沒有搬遷的靜生生物調查所,卻成了日寇筱田部隊的大本營。戰火中各研究機關和大學的圖書資料、儀器設備、動植物標本,損失慘重。在這個災難深重的年代裡,給生物學研究帶來巨大的困難。但許多熱心祖國科學事業的生物學家,仍然堅持工作。西遷後的科研機關和大學生物系,很快就結合本地區特點,開展工作,並取得了一些成績。
20世紀20年代以來,生物學各專業學會相繼成立。1925年,北京博物學會成立,出版了英文的《北京博物學會通報》。1926年,中國生理學會成立(北京),1929年,中國古生物學會成立(北平),1930年,中華水產生物學會成立(廈門),1933年,中國植物學會成立(南京),1934年,中國動物學會成立(廬山)。
中國現代生物學發展的早期,生物學家的首要任務是對中國的動植物資源進行科學的調查研究。最早從事這方面工作的是鐘觀光。他在1918年2月到1923年初對中國的植物種類和分布做了大量的調查研究工作,足跡遍及北京、福建、廣東、廣西、雲南、浙江、安徽、江西、湖北、四川、河南、山西、河北等省。採集標本達數十萬份。1919年,胡先驌在浙江天台、雁盪、松陽、龍泉、小九華山、仙霞嶺,經過遂昌、開化、建德、遂安至東西天目山,也採集了大量標本。從此開創了中國學者自己採集標本並用現代方法進行分類學研究的歷史。
1922年以後,胡先驌、錢崇澍先後主持中國科學社生物研究所植物部工作,組織進行了華東和沿長江流域各省的植物調查研究工作。1928年,秉志、胡先驌先後主持北平靜生生物調查所工作,派員到華北和西南各省調查研究,建立標本室,定期出版匯報和圖譜。這兩個研究機構成為當時全國最有聲譽的植物分類學研究中心。分類學在中國興起,成了生物學在中國首先發展起來的一個學科領域。形成了一支有相當水平的植物分類學的研究隊伍。胡先驌是中國當代富有成就的植物分類學家之一。他一生共發現了1個新科,6個新屬,一百幾十個新種。錢崇澍主要研究華東植物,涉及分類、區系和植被等方面。陳煥鏞主要研究華南植物,主攻樟科、胡桃科和山毛櫸科植物,發現了幾十個植物新種。此外,吳韞珍對華北植物,劉慎諤對西部和北部植物,裴悂對馬鞭草科和藥用植物,方文培對西部植物和石南科,孫雄才對唇形科,林鎔對龍膽科和菊科,耿以禮對禾本科,鄭萬鈞對裸子植物,張肇騫對菊科、堇菜科、胡椒科,秦仁昌在蕨類植物,陳邦傑在苔蘚植物,李良慶、饒欽止在淡水藻類,曾呈奎在海水藻類,戴芳瀾和鄧叔群在真菌類方面都開展了系統的研究工作,取得一定成績。
1941年在四川萬縣(今重慶萬州區)磨刀溪首次發現一種罕見的裸子植物,經胡先驌、鄭萬鈞等研究,確定它與日本大阪大學古植物學家三木茂所發表的兩種化石同為一屬植物,並給以新的種名Metasequoiaglyptostroboides,中文名為水杉。研究論文於1948年發表,引起各國生物學家和古生物學家的普遍重視。在動物分類學方面,昆蟲與農業和醫學關係密切,很早受到人們的注意。鄒樹文和秉志於1914年和1915年,分別在國外發表了昆蟲學的研究論文。胡經甫從20年代起就從事昆蟲學研究,所著《中國昆蟲名錄》(1941),歷時12年,全書6卷,4 286頁,包括在中國發現的昆蟲25個目,329個科,4 968屬,20 069種。是中國昆蟲學的巨著之一。陳世驤、鄒鐘琳、吳福楨、蔡邦華、楊惟義、劉崇樂、柳支英、何琦、朱弘復等對昆蟲分類都進行了系統的工作。同時,朱元鼎、伍獻文、陳兼善、張春霖在魚類分類上,方炳文、張孟聞、劉承釗在兩棲類,壽振黃、任國榮、鄭作新、傅桐生、常麟定在鳥類和獸類,王家楫、戴立生、張作人、倪達書等在原生動物,陳納遜在刺胞動物,陳義在環節動物,董聿茂在沿海甲殼動物,張璽在沿海軟體動物,沈嘉瑞在華北蟹類,陸鼎恆在海蜘蛛,都進行了調查研究。在古生物學方面,結合地質學調查開展了中國生物化石的研究,周贊衡在山東白堊紀植物化石,孫雲鑄在中國北部寒武紀動物化石,李四光對䗴科動物化石,趙亞曾對腕足動物化石,楊鐘健對中國北部及雲南脊椎動物化石,俞建章對中國石炭紀的珊瑚化石,以及斯行健對陝西、四川、貴州的植物化石,都有系統的研究和論著發表。1929年12月裴文中在北京周口店龍骨山洞穴內首次發現了第一個北京(猿)人頭蓋骨及用火遺蹟。這項發現對研究人類起源有著重大意義。開展生物學的實驗研究,需要儀器設備和較多的經費,因此中華民國時期在中國開展生物學實驗研究和分類學研究相比,條件更加困難。儘管如此,許多學者結合大學教學還是做了不少基礎工作,獲得一些富有特色的成果。如在動物解剖、組織、胚胎等領域,從20年代開始,秉志就對江豚、虎、白鯨等多種動物進行了一系列解剖研究。馬文昭在組織學方面,盧於道、歐道翥在神經解剖學方面作了許多工作。此外,陳納遜、陳伯康、張鋆、武兆發、孟廷季、雍克昌、崔之蘭等,或在解剖學方面或在組織學、胚胎學、細胞學方面,開展了工作,並皆有所建樹。在實驗動物學方面的學者有貝時璋、朱洗、童第周等。貝時璋從20年代起,即從事實驗生物學研究,他對動物的再生、性轉變等活動規律,作了許多實驗研究。朱洗以許多動物為材料,探討了精子在發育中的作用和單性生殖問題。在生理學和生物化學方面,以北平協和醫院和中央研究院有關單位為核心開展了相當數量具有一定水平的工作。1929年吳憲在第13屆國際生理學會上對蛋白質變性問題,首先從分子結構變化上作出了解釋,提出了蛋白質變性是由於原來緊緊纏繞的肽鏈變為鬆散結構所致的觀點。他們還對素食和葷食動物作了比較研究,發現素食動物生長發育較差,植物蛋白質的營養價值較低等。林可勝等揭示了脂肪阻遏胃液分泌的機理及胃肌的運動,並對腦交感神經中樞也作了研究。張錫鈞等人發現存在於周圍神經上的神經遞質乙醯膽鹼存在於中樞神經系統中,並提出了“迷走神經–垂體後葉反射”學說。馮德培在神經肌肉接頭的物理、化學反應方面進行了開創性的系統研究。與此同時,蔡翹在肝糖原新陳代謝方面,汪敬熙、張宗漢等人在中樞神經生理方面,趙以炳在冬眠方面,均進行了系統的研究工作。此外,汪堃仁在用組織化學方法研究酶的定位,王志均在胃腸激素,吳襄在調查中國人的生理常數等方面,也做了不少起始性的工作。在植物學方面,第一個從事植物形態學研究的是張景鉞。1926年,他發表了關於蕨類組織研究的論文。1927年秋,李繼侗和他的學生殷宏章在南開大學用氣泡計數法發現光對光合速率的瞬間效應。這個成果是發現光合機理有兩個光反應的先驅。羅宗洛自1927年起,先後於中山大學、中央大學、浙江大學在植物礦質營養和微量元素方面作了許多研究。1931年湯佩松發表了關於在不同空氣供給情況下小麥發芽的研究論文。在遺傳學方面,陳楨、李汝祺等人在傳播現代遺傳學理論和培養人才方面作了許多工作。陳楨對金魚變異和品種形成規律進行了一系列研究,發表了多篇論文。談家楨提出了瓢蟲色斑變異的鑲嵌顯性理論,並進行了果蠅的進化遺傳學研究。在微生物學方面,方心芳、湯飛凡、謝少文等人也做了不少有意義的工作。
中華人民共和國建立後(1949~2005)
生物學主要成就的概述 中華人民共和國建立後,中國的生物科學事業進入了一個新的歷史時期。1949年11月中國科學院成立,對原有的中央研究院和北京研究院的幾個生物學研究機構進行了調整與充實,以後又陸續建立了許多新的生物學研究機構。
到1985年,中國科學院共有34個與生物學有關的研究所或中心。1998年,國務院決定啟動中國科學知識創新工程試點,標誌著中國科學將進入新的發展時期。中國科學院有關生命科學和生物技術研究領域機構,又進行了較大的調整充實。中國科學院現有23個與生物學有關的研究所和研究中心、26個國家和院重點實驗室、12個植物園、22個標本館、9個典型培養物保藏庫和11個野外生態學研究台站,擁有6 800多人的科研及管理隊伍。北京的7個研究所以農業高技術和生態環境研究為主要方向;由7個研究所(中心)組成的上海生命科學研究院以人口與健康為主攻方向;西南的4個研究所組成了西南生物資源與生物多樣性保護研究發展基地,主要研究生物多樣性保護和生物資源可持續利用;湖北的3個研究所重點研究水生生物學和病毒學及其生物技術;青海和廣州各有1個研究所,分別進行青藏高原生物學和植物學及退化生態學的相關研究。20世紀50年代初,中國高等院校通過院系調整後,得到了很大發展。不但在全國綜合性大學和高等師範院校中都設有生物系,而且陸續增設了許多新的專業,使現代生物學各主要分支學科,都有了相應的專業。有些重點高等學校還陸續設立了一些生物學研究機構。從80年代開始,全國各高等院校,又陸續將生物系擴建為生命科學學院,並設立了相應的研究機構。復旦大學最早在大學中成立了生命科學學院。設有遺傳學、發育生物學、生物物理學、植物學、微生物學、動物學、生態學、生物化學和分子生物學、神經生物學、生物信息學、人類生物學、細胞生物學12個碩士點。自1999年起獲得生物科學一級學科博士點,並正在組建全部二級學科博士點;同時還設有生物學博士後流動站。學院擁有遺傳工程國家重點實驗室等生命研究機構。北京大學是在1993年將生物系擴增為生命科學學院。下設六個系,一個研究中心,兩個研究所,兩個國家重點實驗室。它們是生物化學及分子生物學系、細胞生物學及遺傳學系、生理學及生物物理學系、植物分子及發育生物學系、環境生物學及生態學系、生物技術系、生命科學中心、分子生物學研究所和細胞及分子藥學研究所、蛋白質工程及植物基因工程國家重點實驗室、生物膜及膜生物工程國家重點實驗室。清華大學在80年代就已恢復設立了生物系。2004年將全校有關生命科學與醫學研究所(室)組合形成一個新興的學科群,即清華大學生命科學與醫學研究院。研究院由直屬研究所和一些跨院系的共建研究所兩部分組成。直屬研究所(中心)包括:生物晶片研究中心、人類基因組研究所、生物醫學信息研究所、藥物研究所、神經工程研究所、免疫研究所、醫療健康與檢測中心。跨院系共建研究所包括生物醫學工程研究所、醫學物理與工程研究所、生物製造與工程研究所、血管醫學研究所、腦科學與腦疾病研究所、P3實驗室(生物安全三級實驗室)等。
到2006年全國建立有生命科學學院的高等學校有34所。它們不僅為中國生命科學研究培養輸送了大批人才,而且也在許多生命科學研究中作出了重要的貢獻。中華人民共和國建立後,有計畫地開展了大規模自然條件和自然資源的綜合考察,其中生物資源的調查研究工作占有重要地位。青藏高原、塔里木盆地、大興安嶺原始森林、西雙版納熱帶雨林、西沙群島和南沙群島等地,都留下了中國生物學家的足跡。對全國的近海也作了大規模的普查工作。生物新種、新屬和新科屢有發現。在自然資源調查的基礎上,經過整理研究陸續編寫各種生物學志書。它是了解與鑑定本國、本地區動植物,開發動、植物資源,進行有關生命科學研究的最基本文獻資料。
早在1934年,在江西召開的第二屆中國植物學會上,會長鬍先驌就提出編寫《中國植物志》的建議,但當時條件有限,無法實現。1950年,在中國科學院召開的全國植物分類學工作會議上,分類學家又提出了編寫全國植物志的構想。1959年,中國科學院正式成立了《中國植物志》編輯委員會。第一屆編委會由錢崇澍等23人組成。錢崇澍、陳煥鏞二人任主編。計畫記述中國蕨類與種子植物3萬多種、長達5 000萬字,配圖上萬幅,分80卷陸續出版。
1959年9月,《中國植物志》第2卷(蕨類)出版。《中國植物志》編委會的成立和植物志的開始出版,標誌著中國植物分類研究進入了成熟階段。經過四代中國植物學家歷時近半個世紀的辛勤耕耘和通力合作,到2004年年底一部80卷,126冊的《中國植物志》巨著已經全部出版完成。1988年,正式啟動了《中國植物志》的英文版。近年來由中國和美國合作的FloraofChina,也正是在《中國植物志》的基礎上提出的,並付諸實施。《中國孢子植物志》包括海藻、淡水藻、真菌、地衣、苔蘚等到現在完成約1/3。《中國動物志》從20世紀60年代初開始籌劃,20世紀70年代開始編撰。1978年,鄭作新的《中國動物志·鳥綱·雞形目》作為首卷本問世。到2006年,《中國動物志》已完成114卷。只剩下全部脊椎動物剩餘4卷和無脊椎動物、昆蟲等26卷總計30卷尚未完成。這個時期中國生物學家還先後完成出版了《中國經濟植物志》、《中國被子植物科屬綜論》、《種子植物科屬詞典》、《中國高等植物科屬檢索表》、《中國高等植物圖鑑》、《中國真菌志》、《中國經濟海藻志》、《中國黃海海藻志》、《華夏植物區系的起源與發展》等。動物學方面,還出版了《中國經濟動物·獸類》、《中國經濟動物·鳥類》、《中國鯉科魚類志》、《中國軟骨魚類志》、《中國動物圖譜》、《中國爬行綱動物》、《東北獸類調查報告》、《中國無尾兩棲類》、《中國輪蟲志》、《新疆南部鳥獸》、《台灣脊椎動物志》、《秦嶺鳥類志》、《西藏鳥類志》、《西藏哺乳類》、《雲南兩棲類志》、《中國動物地理》、《中國猛禽》、《中國鳥類分類與分布名錄》等。中國植物學家、生態學家和地植物學家通力合作,調查了全國的植被類型及其地理分布特徵,並開展了植被生態地理和植被區域的研究,編成了各種不同比例尺的植被圖和植被專著。其中《中國植被》一書,總結了中國30多年關於植被類群和植被區劃的研究成果。在古生物學方面,伴隨著大規模的地質調查,在研究的地區、深度和廣度上,都有了很大的發展,並建立和發展了孢子花粉學和微體古生物學的研究工作。在古植物學、古動物學等方面也取得了重要的進展。
1995~1999年在中國東北發現原始鳥化石,經研究定名為中國孔子鳥等,為探索鳥類起源提供了新依據。1999年中國科學院南京地質古生物所在雲南昆明晉寧縣海口鎮發現5.3億年前的脊椎動物海口蟲(魚)化石。為探索脊椎動物起源提供了參考證據。在古人類方面,1949年後很快就恢復了北京周口店古人類遺址的發掘工作。並先後在陝西發現了“藍田人”化石、在安徽發現了“和縣人”化石,以及其他不少代表不同階段的古人類化石。中國的昆蟲學家、生態學家對中國幾種主要害蟲進行了深入的研究。如中國科學院動物研究所馬世駿等闡明了東亞飛蝗蝗區的結構與轉化,北京大學生物系和中國農業科學院植物保護研究所、中國科學院動物研究所共同揭示了黏蟲的越冬和遷飛規律,江蘇省農科院等單位搞清楚了褐稻飛虱的遷飛規律。以上成果對這些害蟲發生的預測、預報及防治具有重要的指導意義。在昆蟲激素的成分、合成和套用研究上也取得了一定的進展。如中國科學院動物研究所提出了梨小食心蟲性外激素的簡便合成方法,還研製出兩種高效誘芯。中國科學院有機化學研究所和中國科學院上海昆蟲研究所合成了棉紅鈴蟲性誘劑,並研製出用於測報的劑型。中山大學李瑞聲等合成了昆蟲保幼激素類似物731–Ⅱ,並提出了一套與此有關的養蠶增絲技術,制出兩種高效誘芯。這些新技術無論在害蟲的防治和益蟲的利用上都有著廣闊的前景。在寄生生物學的研究上也取得了相當的進展,如湯飛凡等完成了沙眼衣原體的分離培養;馮蘭洲等闡明了中華按蚊在自然情況下傳染馬來絲蟲的過程;廈門大學唐仲璋等揭示了闊盤胰吸蟲和矛形雙腔吸蟲的生物學規律。這些研究對於人畜傳染病的防治都有重要意義。上海實驗生物研究所朱洗等成功地馴化了原產印度的蓖麻蠶,促進了蠶絲的生產。中國科學院微生物研究所與有關工廠合作研究的二步發酵生產維生素C的新工藝,1975年在國際上首次用於工業生產。此外,上海生物化學研究所等將細胞固定化技術套用於製備6–氨基青黴烷酸方面的研究等也都取得了具有較大實用價值的成果。中國科學院上海植物生理研究所殷宏章、沈允鋼等在世界上最早發現光合磷酸化高能態的存在。上海藥物研究所鄒岡及其導師張昌紹提出第三腦室周圍灰質和大腦導水管是嗎啡發揮鎮痛作用部位的新觀點,是嗎啡鎮痛機理研究的重要成果。中華人民共和國建立之後,在分子生物學和遺傳工程學方面中國科學家也取得了可喜的成就。1965年9月,中國科學院上海生物化學研究所王應睞、鈕經義、鄒承魯,中國科學院上海有機化學研究所汪猷,北京大學化學系邢其毅等共同協作,經過6年零9個月的艱苦努力,在世界上第一次用人工的方法合成了具有生物活性的蛋白質——結晶牛胰島素。
1971年9月,中國科學院物理研究所梁棟材、生物物理研究所林正炯以及北京大學生物系等單位合作,成功地用X射線衍射法完成了解析度為0.25納米的豬胰島素晶體結構的分析工作。1974年又完成了解析度為0.18納米豬胰島素晶體結構的分析工作。
1981年11月,中國科學院上海生物化學研究所、上海細胞生物研究所、上海有機化學所及生物物理所、北京大學生物系和上海試劑二廠等單位協作,在王應睞、汪猷的領導下,王德寶等人經過13年的努力,完成了酵母丙氨酸轉移核糖核酸的人工合成,合成產物具有與天然轉移丙氨酸相同的生物活性。鄒承魯、許根俊等在蛋白質功能基因的修飾與生物活性之間的定量關係的研究中,提出建立在修飾程度和生物活力喪失後的定量關係的統計方法,國際上被稱為“鄒氏方法”。所提出的求必須基因數並判斷其性質的作圖方法,被稱為“鄒氏作圖法”;所建立的定量關係式,則被稱之為“鄒氏公式”。在分子遺傳學方面,20世紀70年代末中國科學院上海植物生理研究所沈善炯在固氮基因方面的研究中測得固氮基因的物理間距,矯正了國外關於固氮基因組分為兩簇,其間有靜止區的論點。在基因工程方面,人工構建的青黴素醯化酶工程菌株,已完成了中間生產試驗;預防B型肝炎的基因工程疫苗正在擴大臨床試驗;預防子豬腹瀉的基因工程疫苗也在進行擴大試驗;還構建了人胰島素原和人生長激素的基因工程菌。此外,還獲得了一些抗病的基因工程植株,如抗菸草花葉病毒的菸草、抗枯萎病和黃萎病的棉花、抗除草劑的大豆等,轉基因魚和轉基因兔也初獲成功。
在20世紀80年代後期,中國大大加快了生物技術的發展。相繼開展了分子遺傳學、基因工程、細胞融合、酶工程等新學科和新技術的研究,並開始在農業和醫藥等領域廣泛地套用,使中國生物技術的總體水平在開發中國家中處於領先地位,在較短的時間內縮短了與國際先進水平的差距。隨著綜合國力的增強,國家加強了對生物技術的相關基礎研究。
20世紀90年代後期,啟動了國家重點基礎研究發展計畫(973計畫),在組織工程、重要疾病創新藥物先導結構的發現和最佳化、嚴重創傷早期全身性損害及組織修復、嚴重傳染病防治、心腦血管疾病發病和防治、細胞重大生命活動、衰老機理與老年疾病防治、生殖健康、腦功能和腦重大疾病、方劑關鍵科學問題、惡性腫瘤發生與發展、疾病基因組學理論和技術體系的建立、幹細胞、重大疾病相關蛋白質組學、出生缺陷防治、腫瘤轉移與細胞增殖等領域開展基礎研究。1986年,R.杜爾貝科率先提出人類基因組計畫,旨在闡明人類基因組DNA(脫氧核糖核酸)中30億個鹼基對的序列。發現所有人類基因並闡述其在染色體上的位置,從而在整體上破譯人類遺傳信息。1990年10月國際人類基因組計畫在美國正式啟動,美國、英國、日本、法國、中國相繼加入了這一計畫。中國承擔了人類基因組計畫中1%的測序任務。
2000年4月底,中國科學家按照國際人類基因組計畫的部署,完成了人類基因組全部序列的1%,即三號染色體短臂上的3 000萬個鹼基對的工作框架圖。在基因多態性研究方面,中國還實施了《中國民族基因組若干位點基因結構的研究》重大項目,通過4年研究,總體上達到了預期目標。已經建立了30餘個少數民族和漢族的永生細胞株。在完成1%人類基因組測序的過程中,同時鑑定了“北京區域”的近8 000個SNP(單核苷酸多態性)位點。在進一步的“炎黃一號”項目中,又用全基因組對比法篩查了13 000多個SNP位點並提交dbSNP庫。通過中國人基因組SNP單倍型圖譜構建及其開發套用項目,對人類21號染色體上的127個已知基因進行了大規模SNP篩查研究工作,獲得了較系統的中國人SNP類型和頻率。結合有關中國人第三號染色體SNP的工作結果,初步總結出中國人的SNP單倍型特徵,建成了代表中國人群的SNP資料庫,並在進一步繪製中國人群的基因組單體型圖。中國的微生物基因組研究水平成就顯著,先後有多種微生物的全基因組序列測定工作已經完成,約占國際上已報導完成的全基因組測序項目的10%。包括中國預防醫學科學院病毒研究所完成的痘苗病毒天壇株中國維生素C生產關鍵菌株KV菌基因組全序列測定、國家海洋局第三海洋研究所等完成的中國對蝦白斑桿狀病毒基因組全序列測定、衛生部基因組中心的福氏2A志賀氏痢疾桿菌全序列測定、國家人類基因組南方研究中心等的鉤端螺旋體和表皮葡萄球菌全序列測定、中國科學院遺傳研究所完成的騰衝嗜熱菌基因組全序列測定、國家人類基因組南方研究中心開展的黃單胞菌基因全序列測定。這標誌著中國的基因組研究已由人體、動物、農作物向海洋生物全方位延伸和發展。隨著多種生物基因組序列測定工作的完成,基因組研究的戰略重點從大規模測序轉向重要功能基因的分離、克隆、調控等功能基因組研究。中國在功能基因組研究方面,雖起步晚,但進步快,並取得一系列重要研究進展。在人類新基因的克隆方面,1997年以來,中國科學家批量發現新EST(表達序列標籤)、新全長cDNA(互補DNA)及新基因的能力有了極大的提高。在基因組表達譜研究和大批量全長cDNA克隆方面,取得了進展。如國家人類基因組南方研究中心在國際上首先描繪出CD34+細胞的基因表達譜,獲得9 866條EST序列(1 415條是以前未報導過的全新EST),並獲得297個新基因的全長cDNA,為進一步研究造血調控的分子網路奠定了基礎。據不完全統計,中國已經完成數十萬條EST的初步分離,克隆了數千條人類新基因的全長cDNA,申請新基因專利數百項,達到了人類基因預計總數的3%~5%。蛋白質組學是獨立於基因組學而發展起來的一門新興的前沿學科,在國家支持下,中國科學院生物化學研究所、軍事醫學科學院、復旦大學與北京師範大學等單位迅速啟動了蛋白質組研究,建立並組合了二維電泳蛋白質組分離技術、圖像分析技術和蛋白質鑑定的質譜技術;先後舉辦了三次全國性的蛋白質組學術研討會,並於2002年在國際上較早提出了功能蛋白質組學的研究戰略。中國蛋白質的色譜–電泳二維分離、二維晶片電泳分離、質譜線上鑑定等方面均取得了重要進展,並得到了國際同行的認同,具有一定優勢。中國科學家已經在重大疾病如肝癌、維甲酸誘導白血病細胞凋亡啟動模型及維甲酸定向誘導胚胎幹細胞向神經系統分化的模型等比較蛋白質組研究以及一些重要生理和病理體系的蛋白質組成分研究方面獲得了重要成就。已進行了肝癌細胞系及正常肝細胞蛋白質組的比較分析研究,發現了兩者間不同的蛋白表達群;自行建立了肝癌高–低轉移細胞系,進行了原位食管癌–轉移食管癌間的比較蛋白質組研究,初步發現了一批與腫瘤轉移相關的蛋白質群。通過蛋白質晶片技術對肺癌病人和正常人血清中的蛋白質譜的對比分析,找到了15個差異蛋白,並建立了肺癌診斷分類樹模型。在大規模人胎肝蛋白表達譜方面初步鑑定出500個高豐度蛋白、150個磷酸化相關蛋白等。這證明了中國蛋白質組學研究已達到一定的水平,為未來的發展奠定了良好的基礎。973計畫項目和863計畫項目針對嚴重影響人類健康的重大疾病和重要生命科學問題開展“重大疾病的比較蛋白質組研究”和“重要生理、病理體系的功能蛋白質組研究”。力爭短期內建立國際領先水平的蛋白質組學研究通用技術平台,發現一批有重要生命科學價值或與重大疾病相關的蛋白質,為探索基因轉錄、翻譯調控的規律,獲得重大疾病預警、診斷標誌物和新藥的研究作出貢獻。結構基因組學是繼人類基因組之後又一個國際性大科學熱點。主要目的是試圖在生物體的整體水平上(如全基因組、全細胞或完整的生物體)測定出(以實驗為主,包括理論預測)全部蛋白質分子、蛋白質-蛋白質、蛋白質-核酸、蛋白質-多糖、蛋白質-蛋白質-核酸-多糖、蛋白質與其他生物分子複合體的精細三維結構,以獲得一幅完整的、能夠在細胞中定位以及在各種生物學代謝途徑、生理途徑、信號傳導途徑中全部蛋白質在原子水平的三維結構全息圖。在此基礎上,使人們有可能在基因組學、蛋白質組學、分子細胞生物學以至生物體整體水平上理解生命的原理。中國在結構生物學研究方面具有較好的基礎。如前所述,20世紀60年代,中國科學家在世界上首次人工合成了胰島素;
70年代又測定出1.8埃解析度的豬胰島素三維結構,成為世界上為數不多的能夠測定生物大分子三維結構的國家,這些研究工作處於當時的世界先進水平。在國際結構基因組研究初露端倪之時,中國科學家就敏感地抓住了這一新動向,2000年就開展了結構基因組學的研究。
國家863計畫、973計畫、中國科學院知識創新工程、國家重大攻關項目、自然科學基金先後重點資助了結構基因組學的研究工作和相關技術平台的建設。相關研究工作既有分工、又有交叉合作,並充分地考慮到了基因組水平研究的特點和結構解析方法研究在國際上的地位。在逐步建立基因組研究技術平台的同時,完成200~300個蛋白質三維結構的測定。中國的結構生物學研究隊伍正在不斷發展壯大,中國科學院生物物理研究所,中國科技大學、北京大學、復旦大學、清華大學,以及中國科學院物理研究所、高能物理研究所、上海生命科學院、福州物質結構研究所等單位均是開展結構基因組研究的重要基地。
從20世紀80年代開始,人類和其他生物物種基因組學研究的興起正飛速發展,要求運用新的技術手段對複雜的海量生物信息進行儲存、管理、分析和研究,生物信息學應運而生。中國的生物信息學研究起步較早。
20世紀80年代末,中國學者就在《自然》(雜誌)上報導了免疫球蛋白基因超家族計算機分析的工作。現在多家大學和研究機構相繼成立了生物信息中心或研究所。各種原始資料庫、鏡像資料庫和二級資料庫已在國家人類基因組南、北研究中心以及北京華大基因研究中心、清華大學、北京大學、軍事醫學科學院等單位建立,為中國國內以及與國際生命科學合作研究和數據共享作出了重要貢獻。在以上單位的共同努力下,中國生物信息學有了長足的發展。建立了與之相關的工作站和網路伺服器,實現了與國際主要基因組資料庫及研究中心的網路連線,可涵蓋與生物信息學相關的各種網路結點。軍事醫學科學院、中科院生物物理研究所、天津大學等開發了用於核酸、蛋白質結構、功能分析的計算工具,蛋白質三維結構預測、並行化的高通量基因拼接和基於群論方法開發的基因預測等多種軟體。中國學者運用自主開發的電腦程式(SiClone,基因電腦克隆軟體包),開展了大規模EST數據分析,獲得了4 000多條cDNA,並在此基礎上克隆了一批新基因,建立了一系列基因組序列分析新算法和新技術,如基因組全信息集分析方法、基於模型的分析技術、複雜神經系統網路方法和技術等。套用這些技術和軟體對已經完成基因組測序的古細菌、細菌、真核生物的幾十個物種進行了系統比較,發現了一些新的進化規律。開展了蛋白質三維構象的建模及其與功能關係的研究,直接從通過計算機克隆技術獲得的新基因的DNA序列推測蛋白質的一二級結構和可能的三級結構,並通過同源性比較、功能結構域識別等預測了新基因的可能功能。還開展了一種基於原子對距離矩陣的蛋白質結構域劃分方法,提高了建立模型的速度和精度。套用密度泛函方法,對數種蛋白質的電子結構進行了大規模計算,探討了一級結構相同而三級結構不同的微觀機制,為研究蛋白質摺疊機制開闢了新的途徑。在可變剪下位點分析、蛋白質二級結構預測和基因調控網路分析等方面在國內外著名科學雜誌上發表了一系列論文,取得了引人注目的進展,尤其在人類基因組基因數目的預測上獲得了與實驗精確吻合的結果,在國際上獲得普遍承認。中國生物信息學的蓬勃發展與中國基因組學的發展密不可分。中國在國際人類基因組計畫、水稻基因組計畫和其他物種基因組測序等工作中所產生的大量數據,對生物信息學的研究提出了迫切的要求,國家多個基因組研究中心開發了大量針對基因組數據進行組裝、分析、功能注釋和數據管理的軟體,建立了卓有成效的生物信息學技術支撐體系,對完成千萬鹼基對的1%人類基因組測序、4.6億對鹼基的水稻基因組以及其他基因組測序任務和相應的功能分析起到了關鍵的作用。基因組測序中最常用的是全基因組鳥槍法,北京華大基因研究中心進行中國水稻(秈稻)基因組測序與組裝即採用這一方法,其中生物信息學的知識及技術起著關鍵的作用,包括序列數據的存儲、管理、組裝等。
國家高技術研究發展計畫(863計畫)將生物信息技術單獨列為主題,在生物信息的獲取與開發、生物信息加工和利用、結構基因組和蛋白質組學研究、高通量藥物篩選及相關技術、小分子藥物設計和分子設計、生物晶片、化學創新藥物與新劑型7個領域開展研究。綜上所述,經過50多年的奮鬥,中國生物學的科學研究和教學機構已遍布全國各地,形成了一個包括基礎研究和套用研究在內的、門類比較齊全、從整體到生物分子水平之間的多層次的生物科學體系。擁有一支素質較好,水平較高的生物學專業隊伍。具有一定的科技攻堅能力。在生物資源調查研究、套用研究、生物學的基礎理論探索以及前沿領域研究等方向,均取得了一定成果,為中國今後生物學的更大發展奠定了基礎。

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