生物科技发展史

      1665年，英国科学家胡克使用诞生不久的显微镜观察软木塞切片，首次发现蜂窝状的植物细胞。此后100多年间，许多学者对动植物细胞进行了广泛的观察的地位尚不明了。

      1838年，德国植物学家施莱登在前人研究成果的基础上提出:细胞是一切植物的基本构造;细胞不仅本身是独立的生命，并且是植物体生命的一部分，并维系着整个植物体的生命。

      1839年，德国动物学家施旺受到施莱登的启发，结合自身的动物细胞研究成果，把细胞说扩大到动物界，提出一切动物组织均由细胞组成，从而建立了生物学中统一的细胞学说。

       1858年，德国病理学魏尔肖提出"所有的细胞都来源于先前存在的细胞"的著名论断，彻底否定了传统的生命自然发生说的观点。至此细胞学说才全部完成。

      细胞学说将植物学和动物学联系在一起，论证了整个生物界在结构上的统一性，以及在进化上的共同起源，有力地推动了生物学向微观领域的发展。恩格斯将它列为19世纪自然科学三大发现之一。

       自细胞学说确立以后，科学家们的注意力不断地集中到细胞和细胞内部不同部位的研究上，其中染色体的发现是一巨大成就。

     1848年，德国植物学家霍夫迈斯特在花粉母细胞中隐隐约约看到了核内的丝状体。

      1875年，波恩大学的植物学教授斯特拉伯格在他的著作《细胞的组成和细胞的分裂》中，首次描述了植物细胞分裂时丝状体的行为，并指出核内丝状体的数目和形状随生物的种类不同而异。

      直到1879年，德国生物学家弗莱明为了看清楚动物细胞内散布着的微粒状特殊物质，他用鲜红染料进行染色，并把这种物质叫做“染色质”，结果成功地看到了动物细胞的有丝分裂过程。

      1882年在他发表的著作《细胞质、细胞核和细胞分裂》中，首次描述了动物细胞的有丝分裂。

       1888年德国解剖学家沃尔德耶给“染色质”起了个专用名称——染色体。由于细胞分裂过程中“染色体”成丝状，因此弗莱明把它叫做有丝分裂。

　　有丝分裂在分成两个细胞前染色体加倍，从而形成的两个子细胞中的染色体数和原来母细胞一样多。1885年，贝内登发现精卵细胞形成时染色体数并不加倍的减数分裂现象。1886年斯特拉伯格在某些植物细胞中发现染色体数只有通常染色体的半数，从而证明了霍夫迈斯特1851年在《隐花植物比较研究》中提出的世代交替现象，并进一步研究发现了藻类中用单倍体和双倍体的交替。尽管使用了染色方法，但染色体乃不能一个个地辨认清楚。

　　随着细胞培养及染色技术的改进，人类的染色体直到1959年才搞清楚，数目是46条，共23对。1963年伦敦会议和1966年芝加哥会议的修定方案，确定了人类常染色体按长短排列，编号为1～22号。性染色体是X或Y。常染色体分为7组：A～G组。随着显微技术的进展，人类的染色体不仅常染色体1～22号容易确认，而且性染色体X或Y也可明确鉴别。对各种植物染色体的描述也层出不穷。

        酶的催化作用，可以追溯到很久很久以前。夏禹时代，人们掌握了酿酒技术。

       人们在日常生活中早就会利用酵母使果汁和粮食转化成酒，人们把果汁和粮食变成酒的过程叫做发酵，酵母制品被称为酵素。

       1680年，荷兰的业余生物学家、布商列文虎克在用显微镜观察中首先发现了酵母细胞。一个半世纪以后，法国物理学家卡格尼亚尔·德拉图尔使用一台优质的复式显微镜，专心研究酵母，他仔细观察了酵母的繁殖过程，确定酵母是一种活的微生物。

        人们还发现在肠道里也进行着类似于发酵的过程。

       1752年，法国物理学家列奥米尔用鹰作实验对象，让鹰吞下几个装有肉的小金属管，管壁上的小孔能使胃内的化学物质作用到肉上。当鹰吐出这些管子的时候，管内的肉已部分分解了，管中有了一种淡黄色的液体。

       1777年，苏格兰医生史蒂文斯从胃里分离一种液体（胃液），并证明了食物的分解过程可以在体外进行。

       1834年，德国博物学家施旺把加到胃液里，沉淀出一种白色粉末。除去粉末中的汞化合物，把剩下的粉末溶解，得到了一种浓度非常高的消化液，他把这粉末叫作“胃蛋白酶”（希腊语中的消化之意）。同时，两位法国化学家帕扬和佩索菲发现，麦芽提取物中有一种物质，能使淀粉变成糖，变化的速度超过了酸的作用，他们称这种物质为“淀粉酶制剂”（希腊语的“分离”）。科学家们把酵母细胞一类的活动体酵素和像胃蛋白酶一类的非活体酵素作了明确的区分。

       1878年，德国生理学家库恩提出把后者叫作“酶”。

       1897年，德国化学家毕希纳用砂粒研磨酵细胞，把所有的细胞全部研碎，并成功地提取出一种液体。他发现，这种液体依然能够像酵母细胞一样完成发酵任务。这个实验证明了活体酵素与非活体酵素的功能是一样的。因此，“酶”这个词现在适用于所有的酵素，而且是使生化反应的催化剂。

由于这项发现，毕希纳获得了1907年诺贝尔化学奖。

      1926年，美国科学家萨姆钠从刀豆种子中提取出脲酶的结晶，脲酶是一种能对尿素分解为二氧化碳和氨的反应起催化作用的酶。这种晶体还显示出蛋白质的性质，凡是能使蛋白质变性的东西，也都会破坏这种酶，由此，萨姆纳肯定酶是一种蛋白质。并通过化学实验证实脲酶是一种蛋白质。

       20世纪30年代，科学家们相继提取出多种酶的蛋白质结晶，并指出酶是一类具有生物催化作用的蛋白质。

       20世纪80年代，美国科学家切赫和奥特曼发现少数RNA也具有生物催化作用。

光合作用

      光合作用是地球上一切生命的生存、繁荣和发展的根本保障。人类对光合作用的认识是建立在科学实验的基础上，经过多次的探索和研究才获得的。 
　　早在1648年，荷兰科学家范·赫尔蒙特就进行了陶盆栽柳树的实验，以寻找营养植物的物质。他在一个大花盆中放入90千克干燥的土壤，栽上一株重2. 5千克的柳树幼苗。用雨水或蒸馏水浇灌，并用一个穿孔的铁板盖在花盆上，只允许气体和水进入而尽量减少别的物质进入。5年后将树移出称重，增加了75千克，而将土壤干燥发现仅损失了60克。因此他认为柳树重量增加只是由水引起的，他没有考虑到空气中气体的影响。 
　　1771年，英国化学家约瑟夫·普里斯特利发现，把一盆植物和一支点燃的蜡烛一同放到密闭的玻璃罩里，蜡烛不容易熄灭；把一盆植物和一只小鼠同时放到密闭玻璃罩里，小鼠也不易窒息死亡。因此他提出植物能更新由于蜡烛燃烧或动物呼吸而变得污浊了的空气。当其他人重复他的实验时，有的能成功，有的却失败。什么原因呢？直到1779年，荷兰科学家英格一豪斯才进一步证实，绿色植物只有在日光下才能放出氧气，黑暗中植物也会使空气污浊。以后瑞士的琼·塞尼比尔、在研究空气和植物生长的关系时发现，碳来源于大气中的二氧化碳，光合作用中氧气的释放和二氧化碳的吸收是同时进行的。他推测，光合作用中二氧化碳被分解，碳进入植物的有机物中，而氧被释放。但他的结论却包含着错误，即光合作用释放的氧应该来自于水，而不是二氧化碳。 
　　关于赫尔蒙特的柳树问题还是等到1804年才由索苏尔的工作弄清楚。他用精确的定量方法在含有不同数量二氧化碳空气中培养植物，然后精确地测量空气中二氧化碳含量和植物体的碳素含量，证明植物体碳素含量是来自植物同化的大气中的二氧化碳。他对植物灰分也做了精细的定量分析，植物吸收矿质元素是有选择的，灰分元素来自土壤；碳、氧和氢来自空气和水。索苏尔的工作方法和结果都是正确的，可惜当时没有被人接受。1862年，德国科学家萨克斯通过实验证明了淀粉是光合作用的产物。
　　在光合作用中，释放的氧气是来自二氧化碳中的氧还是来自于水中的氧？美国微生物学家范·尼尔第一个觉察到光在光合作用中的作用是将水分解成氢原子和氧。他的发现是在研究紫硫细菌的光合作用中间接获得的。紫硫细菌的光合作用不是利用水而是用硫化氢作为初始原料之一，在它的光合作用中放出的不是氧而是硫。由此他认为，光合作用中硫化氢分解为氢原子和硫，氢原子在一系列反应中去还原二氧化碳生成糖。即： 
　　CO2＋2H2S→（CH2O）＋H2O＋S 
　　于是绿色植物的光合作用就应该是： 
　　CO2＋2H2O→(CH2O)＋H2O＋O2 
　　他还提出高等植物光合作用产生的氧不是来源于二氧化碳，而是来源于水。 
　　范·尼尔的结论在1941年得到了证实，加利福尼亚大学的寒缪尔·鲁宾和他的同事制备了有特殊“标记”的水，其中0.85％的分子含18O原子，而空气、水和其他含氧天然物质中99.76％的氧是16O只有0.20％是18O。用这种水提供给藻类进行光合作用时，产生的氧气中18O的比例和供给的水一样是0.85％，而不是天然氧气（及它的化合物如二氧化碳）的0.20％。他们还制备了含18O的二氧化碳，当藻类用这种二氧化碳和天然水进行光合作用时，放出的氧气中18O并不增多，而只含有和天然一样的0.20％的18O，这就有力地证明了范·尼尔的结论。 
　　从本世纪40年代到50年代中期，美国科学家卡尔文和他的同事运用放射性同位素示踪及纸谱色层等方法，经过十多年的系统研究，提出了二氧化碳同化的循环途径，这就是我们常说的卡尔文循环。1954年，美国人阿龙用叶绿体加上ADP和磷酸，照光后得到ATP，从而发现了光合磷酸化过程。他们的工作大大加深了人类对光合作用的认识。60年代以后，由于固体物理和光化学迅速发展和渗透，人类对光合作用机理的探讨提出了许多新观点，从而使光合作用的研究深入到量子水平。