第八十七章番外25

生物化学[shēng wù huà xué]

自然科学

本词条是多义词，共24个义项

生物化学，顾名思义是研究生物体中的化学进程的一门学科，常常被简称为生化。[1]

它主要用于研究细胞内各组分，如蛋白质、糖类、脂类、核酸等生物大分子的结构和功能。而对于化学生物学来说，则着重于利用化学合成中的方法来解答生物化学所发现的相关问题。[1]

中文名

生物化学

外文名

Biochemistry

核心

用化学的方法、理论研究生命

简称

生化

快速

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历史物质组成物质代谢结构与功能繁殖与遗传分类研究内容实际应用发展简史

定义

化学的分支学科。它是研究生命物质的化学组成、结构及生命活动过程中各种化学变化的基础生命科学。

拉瓦锡

生物化学（Biochemistry）这一名词的出现大约在19世纪末、20世纪初，但它的起源可追溯得更远，其早期的历史是生理学和化学的早期历史的一部分。例如18世纪80年代，A.-L.拉瓦锡证明呼吸与燃烧一样是氧化作用，几乎同时科学家又发现光合作用本质上是植物呼吸的逆过程。又如1828年F.沃勒首次在实验室中合成了一种有机物──尿素，打破了有机物只能靠生物产生的观点，给“生机论”以重大打击。1860年L.巴斯德证明发酵是由微生物引起的，但他认为必需有活的酵母才能引起发酵。1897年毕希纳兄弟发现酵母的无细胞抽提液可进行发酵，证明没有活细胞也可进发这样复杂的生命活动，终于推翻了“生机论”。

历史

在尿素被人工合成之前，人们普遍认为非生命物质的科学法则不适用于生命体，并认为只有生命体能够产生构成生命体的分子（即有机分子）。直到1828年，化学家弗里德里希·维勒成功合成了尿素这一有机分子，证明了有机分子也可以被人工合成。[1]

生物化学研究起始于1883年，安塞姆·佩恩（Anselme Payen）发现了第一个酶，淀粉酶。1896年，爱德华·毕希纳阐释了一个复杂的生物化学进程：酵母细胞提取液中的乙醇发酵过程。“生物化学”（biochemistry）这一名词在1882年就已经有人使用；但直到1903年，当德国化学家卡尔·纽伯格（Carl Neuberg）使用后，“生物化学”这一词汇才被广泛接受。随后生物化学不断发展，特别是从20世纪中叶以来，随着各种新技术的出现，例如色谱、X射线晶体学、核磁共振、放射性同位素标记、电子显微学以及分子动力学模拟，生物化学有了极大的发展。这些技术使得研究许多生物分子结构和细胞代谢途径，如糖酵解和三羧酸循环成为可能。[1]

另一个生物化学史上具有重要意义的历史事件是发现基因和它在细胞中的传递遗传信息的作用；在生物化学中，与之相关的部分又常常被称为分子生物学。1950年代，詹姆斯·沃森、佛朗西斯·克里克、罗莎琳·富兰克林和莫里斯·威尔金斯共同参与解析了DNA双螺旋结构，并提出DNA与遗传信息传递之间的关系。[1]

到了1958年，乔治·韦尔斯·比德尔和爱德华·劳里·塔特姆因为发现“一个基因产生一个酶”而获得该年度诺贝尔生理学和医学奖。1988年，科林·皮奇福克成为第一个以DNA指纹分析结果作为证据而被判刑的谋杀犯，DNA技术使得法医学得到了进一步发展。2006年，安德鲁·法厄和克雷格·梅洛因为发现RNA干扰现象对基因表达的沉默作用而获得诺贝尔奖。[1]

生物化学的三个主要分支：普通生物化学研究包括动植物中普遍存在的生化现象；植物生物化学主要研究自养生物和其他植物的特定生化过程；而人类或医药生物化学则关注人类和人类疾病相关的生化性质。[1]

物质组成

生物体是由一定的物质成分按严格的规律和方式组织而成的。人体约含水55－67%，蛋白质15～18%，脂类 10～15%，无机盐3～4% 及糖类1～2%等。从这个分析来看，人体的组成除水及无机盐之外，主要就是蛋白质、脂类及糖类三类有机物质。其实，除此三大类之外，还有核酸及多种有生物学活性的小分子化合物，如维生素、激素、氨基酸及其衍生物、肽、核苷酸等。若从分子种类来看，那就更复杂了。以蛋白质为例，人体内的蛋白质分子，据估计不下100000种。这些蛋白质分子中，极少与其它生物体内的相同。每一类生物都各有其一套特有的蛋白质,它们都是些大而复杂的分子。其它大而复杂的分子，还有核酸、糖类、脂类等；它们的分子种类虽然不如蛋白质多，但也是相当可观的。这些大而复杂的分子称为“生物分子”。生物体不仅由各种生物分子组成，也由各种各样有生物学活性的小分子所组成，足见生物体在组成上的多样性和复杂性。

大而复杂的生物分子在体内也可降解到非常简单的程度。当生物分子被水解时，即可发现构成它们的基本单位，如蛋白质中的氨基酸，核酸中的核苷酸，脂类中脂肪酸及糖类中的单糖等。这些小而简单的分子可以看作生物分子的构件，或称作“构件分子”。它们的种类为数不多，在每一种生物体内基本上都是一样的。实际上，生物体内的生物分子仅仅是由不多几种构件分子借共价键连接而成的。由于组成一个生物分子的构件分子的数目多，它的分子就大；因为构件分子不只一种，而且其排列顺序又可以是各种各样，由此而形成的生物分子的结构，当然就复杂。不仅如此，某些生物分子在不同情况下，还会具有不同的立体结构。生物分子的种类是非常多的。自然界约一百三十余万种生物体中，据估计总大约有

种蛋白质及

种核酸；它们都是由一些构件分子所组成。构件分子在生物体内的新陈代谢中，按一定的组织规律，互相连接，依次逐步形成生物分子、亚细胞结构、细胞组织或器官，最后在神经及体液的沟通和联系下，形成一个有生命的整体。

物质代谢

生物体内有许多化学反应，按一定规律，继续不断地进行着。如果其中一个反应进行过多或过少，都将表现为异常，甚至疾病。病毒除外，病毒在自然环境下无生命反应。生物体内参加各种化学反应的分子和离子，不仅有生物分子，而更多和更主要的还是小的分子及离子。有人认为，没有小分子及离子的参加，不能移动或移动不便的生物分子便不能产生各种生命攸关的生物化学反应。没有二磷酸腺苷（ADP）及三磷酸腺苷（ATP）这样的小分子作为能量接受、储备、转运及供应的媒介，则体内分解代谢放出的能，将会散发为热而被浪费掉，以致一切生理活动及合成代谢无法进行。再者，如果没有

、

、

、

等离子的存在，体内许多化学反应也不会发生，凭借各种化反应，生物体才能将环境中的物质（营养素）及能量加以转变、吸收和利用。营养素进人体内后，总是与体内原有的混合起来，参加化学反应。在合成反应中，作为原料，使体内的各种结构能够生长、发育、修补、替换及繁殖。在分解反应中，主要作为能源物质，经生物氧化作用，放出能量，供生命活动的需要，同时产生废物，经由各排泄途径排出体外，交回环境，这就是生物体与其外环境的物质交换过程，一般称为物质代谢或新陈代谢。据估计一个人在其一生中（按60岁计算），通过物质代谢与其体外环境交换的物质约相当于60000kg水，10000kg糖类，1600kg蛋白及1000kg脂类。

物质代谢的调节控制是生物体维持生命的一个重要方面。物质代谢中绝大部分化学反应是在细胞内由酶促成，而且具有高度自动调节控制能力。这是生物的重要特点之一。一个小小的活细胞内，几近两千种酶，在同一时间内，催化各种不同代谢中各自特有的化学反应。这些化学反应互不妨碍，互不干扰，各自有条不紊地以惊人的速度进行着，而且还互相配合。结果，不论是合成代谢还是分解代谢，总是同时进行到恰到好处。以蛋白质为例，用人工合成，即使有众多高深造诣的化学家，在设备完善的实验室里，也需要数月以至数年，或能合成一种蛋白质。然而在一个活细胞里，在37℃及近于中性的环境中，一个蛋白质分子只需几秒钟，即能合成，而且有成百上千个不相同的蛋白质分子，几乎像在同一个反应瓶中那样，同时在进行合成，而且合成的速度和量，都正好合乎生物体的需要。这表明，生物体内的物质代谢必定有尽善尽美的安排和一个调节控制系统。根据现有的知识，酶的严格特异性、多酶体系及酶分布的区域化等的存在，可能是各种不同代谢能同时在一个细胞内有秩序地进行的一个解释。在调节控制方面，动物体内，除神经体液发挥着重要作用之外，作用物的供应及输送、产物的需要及反馈抑制，基因对酶的合成的调控，酶活性受酶结构的改变及辅助因子的丰富与缺乏的影响等因素，亦不可忽视。

结构与功能

组成生物体的每一部分都具有其特殊的生理功能．从生物化学的角度，则必须深入探讨细胞、亚细胞结构及生物分子的功能。功能来自结构。欲知细胞的功能，必先了解其亚细胞结构；同理，要知道一种亚细胞结构的功能，也必先弄清构成它的生物分子。关于生物分子的结构与其功能有密切关系的知识，已略有所知。例如，细胞内许多有生物催化剂作用的蛋白质——酶；它们的催化活性与其分子的活性中心的结构有着密切关系，同时，其特异性与其作用物的结构密切相关；而一种变构酶的活性，在某种情况下，还与其所催化的代谢途径的终末产物的结构有关。又如，胞核中脱氧核糖核酸的结构与其在遗传中的作用息息相关；简而言之，DNA中核苷酸排列顺序的不同，表现为遗传中的不同信息，实际是不同的基因。分子生物学。

在生物化学中，有关结构与功能关系的研究，才仅仅开始；尚待大力研究的问题很多，其中重大的，有亚细胞结构中生物分子间的结合，同类细胞的相互识别、细胞的接触抑制、细胞间的粘合、抗原性、抗原与抗体的作用、激素、神经介质及药物等的受体等。

繁殖与遗传

生物体有别于非生物的另一突出特点是具有繁殖能力及遗传特性。一切生物体都能自身复制；复制品与原样几无差别，且能代代相传，这就是生物体的遗传特性。遗传的特点是忠实性和稳定性，三十多年前，对遗传的了解，还不够深入。基因还只是一个神秘莫测的术语。随着生物化学的发展，已经证实，基因只不过是DNA分子中核苷酸残基的种种排列顺序而已。DNA分子的结构已不难测得，遗传信息也可以知晓，传递遗传信息过程中的各种核糖核酸也已基本弄清，不但能在分子水平上研究遗传，而且还有可能改变遗传，从而派生出遗传工程学。如果能将所需要的基因提出或合成，再将其转移到适当的生物体内去，以改变遗传、控制遗传，这不但能解除人们一些疾患，而且还可以改良动、植物的品种，甚至还可能使一些生物，尤其是微生物，更好为人类服务，可以预见在不远的将来，这一发展将为人类的幸福作出巨大的贡献。

分类

生物化学若以不同的生物为对象，可分为动物生化、植物生化、微生物生化、昆虫生化等。若以生物体的不同组织或过程为研究对象，则可分为肌肉生化、神经生化、免疫生化、生物力能学等。因研究的物质不同，又可分为蛋白质化学、核酸化学、酶学等分支。研究各种天然物质的化学称为生物有机化学。研究各种无机物的生物功能的学科则称为生物无机化学或无机生物化学。60年代以来，生物化学与其他学科融合产生了一些边缘学科如生化药理学、古生物化学、化学生态学等；或按应用领域不同，分为医学生化、农业生化、工业生化、营养生化等。

研究内容

生物化学主要研究生物体分子结构与功能、物质代谢与调节以及遗传信息传递的分子基础与调控规律。

生物化学组成

除了水和无机盐之外，活细胞的有机物主要由碳原子与氢、氧、氮、磷、硫等结合组成，分为大分子和小分子两大类。前者包括蛋白质、核酸、多糖和以结合状态存在的脂质；后者有维生素、激素、各种代谢中间物以及合成生物大分子所需的氨基酸、核苷酸、糖、脂肪酸和甘油等。在不同的生物中，还有各种次生代谢物，如萜类、生物碱、毒素、抗生素等。

虽然对生物体组成的鉴定是生物化学发展初期的特点，但直到今天，新物质仍不断在发现。如陆续发现的干扰素、环核苷一磷酸、钙调蛋白、粘连蛋白、外源凝集素等，已成为重要的研究课题。有的简单的分子，如作为代谢调节物的果糖-2，6-二磷酸是1980年才发现的。另一方面，早已熟知的化合物也会发现新的功能，20世纪初发现的肉碱，50年代才知道是一种生长因子，而到60年代又了解到是生物氧化的一种载体。多年来被认为是分解产物的腐胺和尸胺，与精胺、亚精胺等多胺被发现有多种生理功能，如参与核酸和蛋白质合成的调节，对DNA超螺旋起稳定作用以及调节细胞分化等。

代谢调节控制

新陈代谢由合成代谢和分解代谢组成。前者是生物体从环境中取得物质，转化为体内新的物质的过程，也叫同化作用；后者是生物体内的原有物质转化为环境中的物质，也叫异化作用。同化和异化的过程都由一系列中间步骤组成。中间代谢就是研究其中的化学途径的。如糖元、脂肪和蛋白质的异化是各自通过不同的途径分解成葡萄糖、脂肪酸和氨基酸，然后再氧化生成乙酰辅酶A，进入三羧酸循环，最后生成二氧化碳。

在物质代谢的过程中还伴随有能量的变化。生物体内机械能、化学能、热能以及光、电等能量的相互转化和变化称为能量代谢，此过程中ATP起着中心的作用。

新陈代谢是在生物体的调节控制之下有条不紊地进行的。这种调控有3种途径：①通过代谢物的诱导或阻遏作用控制酶的合成。这是在转录水平的调控，如乳糖诱导乳糖操纵子合成有关的酶；②通过激素与靶细胞的作用，引发一系列生化过程，如环腺苷酸激活的蛋白激酶通过磷酰化反应对糖代谢的调控；③效应物通过别构效应直接影响酶的活性，如终点产物对代谢途径第一个酶的反馈抑制。生物体内绝大多数调节过程是通过别构效应实现的。

结构与功能

生物大分子的多种多样功能与它们特定的结构有密切关系。蛋白质的主要功能有催化、运输和贮存、机械支持、运动、免疫防护、接受和传递信息、调节代谢和基因表达等。由于结构分析技术的进展，使人们能在分子水平上深入研究它们的各种功能。酶的催化原理的研究是这方面突出的例子。蛋白质分子的结构分4个层次，其中二级和三级结构间还可有超二级结构，三、四级结构之间可有结构域。结构域是个较紧密的具有特殊功能的区域，连结各结构域之间的肽链有一定的活动余地，允许各结构域之间有某种程度的相对运动。蛋白质的侧链更是无时无刻不在快速运动之中。蛋白质分子内部的运动性是它们执行各种功能的重要基础。

80年代初出现的蛋白质工程，通过改变蛋白质的结构基因，获得在指定部位经过改造的蛋白质分子。这一技术不仅为研究蛋白质的结构与功能的关系提供了新的途径；而且也开辟了按一定要求合成具有特定功能的、新的蛋白质的广阔前景。

核酸的结构与功能的研究为阐明基因的本质，了解生物体遗传信息的流动作出了贡献。碱基配对是核酸分子相互作用的主要形式，这是核酸作为信息分子的结构基础。脱氧核糖核酸的双螺旋结构有不同的构象，J.D.沃森和F.H.C.克里克发现的是B-结构的右手螺旋，后来又发现了称为 Z-结构的左手螺旋。DNA还有超螺旋结构。这些不同的构象均有其功能上的意义。核糖核酸包括信使核糖核酸（mRNA）、转移核糖核酸(tRNA）和核蛋白体核糖核酸（rRNA），它们在蛋白质生物合成中起着重要作用。新近发现个别的RNA有酶的功能。

基因表达的调节控制是分子遗传学研究的一个中心问题，也是核酸的结构与功能研究的一个重要内容。对于原核生物的基因调控已有不少的了解；真核生物基因的调控正从多方面探讨。如异染色质化与染色质活化；DNA的构象变化与化学修饰；DNA上调节序列如加强子和调制子的作用；RNA加工以及转译过程中的调控等。生物体的糖类物质包括多糖、寡糖和单糖。在多糖中，纤维素和甲壳素是植物和动物的结构物质，淀粉和糖元等是贮存的营养物质。单糖是生物体能量的主要来源。寡糖在结构和功能上的重要性在20世纪70年代才开始为人们所认识。寡糖和蛋白质或脂质可以形成糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂。由于糖链结构的复杂性，使它们具有很大的信息容量，对于细胞专一地识别某些物质并进行相互作用而影响细胞的代谢具有重要作用。从发展趋势看，糖类将与蛋白质、核酸、酶并列而成为生物化学的4大研究对象。

葡萄糖结构式

生物大分子的化学结构一经测定，就可在实验室中进行人工合成。生物大分子及其类似物的人工合成有助于了解它们的结构与功能的关系。有些类似物由于具有更高的生物活性而可能具有应用价值。通过 DNA化学合成而得到的人工基因可应用于基因工程而得到具有重要功能的蛋白质及其类似物。

酶学研究

生物体内几乎所有的化学反应都是酶催化的。酶的作用具有催化效率高、专一性强等特点。这些特点取决于酶的结构。酶的结构与功能的关系、反应动力学及作用机制、酶活性的调节控制等是酶学研究的基本内容。通过X射线晶体学分析、化学修饰和动力学等多种途径的研究，一些具有代表性的酶的作用原理已经比较清楚。70年代发展起来的亲和标记试剂和自杀底物等专一性的不可逆抑制剂已成为探讨酶的活性部位的有效工具。多酶系统中各种酶的协同作用，酶与蛋白质、核酸等生物大分子的相互作用以及应用蛋白质工程研究酶的结构与功能是酶学研究的几个新的方向。酶与人类生活和生产活动关系十分密切，因此酶在工农业生产、国防和医学上的应用一直受到广泛的重视。

生物化学实验室

生物膜和生物力

生物膜主要由脂质和蛋白质组成，一般也含有糖类，其基本结构可用流动镶嵌模型来表示，即脂质分子形成双层膜，膜蛋白以不同程度与脂质相互作用并可侧向移动。生物膜与能量转换、物质与信息的传送、细胞的分化与分裂、神经传导、免疫反应等都有密切关系，是生物化学中一个活跃的研究领域。

以能量转换为例，在生物氧化中，代谢物通过呼吸链的电子传递而被氧化，产生的能量通过氧化磷酸化作用而贮存于高能化合物ATP中，以供应肌肉收缩及其他耗能反应的需要。线粒体内膜就是呼吸链氧化磷酸化酶系的所在部位，在细胞内发挥着电站作用。在光合作用中通过光合磷酸化而生成 ATP则是在叶绿体膜中进行的。以上这些研究构成了生物力能学的主要内容。

激素与维生素

激素是新陈代谢的重要调节因子。激素系统和神经系统构成生物体两种主要通讯系统，二者之间又有密切的联系。70年代以来，激素的研究范围日益扩大。如发现肠胃道和神经系统的细胞也能分泌激素；一些生长因子、神经递质等也纳入了激素类物质中。许多激素的化学结构已经测定，它们主要是多肽和甾体化合物。一些激素的作用原理也有所了解，有些是改变膜的通透性，有些是激活细胞的酶系，还有些是影响基因的表达。维生素对代谢也有重要影响，可分水溶性与脂溶性两大类。它们大多是酶的辅基或辅酶，与生物体的健康有密切关系。

生命起源与进化

生物进化学说认为地球上数百万种生物具有相同的起源并在大约40亿年的进化过程中逐渐形成。生物化学的发展为这一学说在分子水平上提供了有力的证据。例如所有种属的 DNA中含有相同种类的核苷酸。许多酶和其他蛋白质在各种微生物、植物和动物中都存在并具有相近的氨基酸序列和类似的立体结构，而且类似的程度与种属之间的亲缘关系相一致。DNA复制中的差错可以说明作为进化基础的变异是如何发生的。生物由低级向高级进化时，需要更多的酶和其他蛋白质，基因的重排和突变为适应这种需要提供了可能性。由此可见，有关进化的生物化学研究将为阐明进化的机制提供更加本质的和定量的信息。

但是，人们对生化系统自身是如何起源的仍然知之甚少，在生物化学的教科书中也无人提及。其实，生化系统的成型也就意味着生命的诞生。最近，有学者提出原始生命是在光合系统的演化中开始的，能量（光能，地球上最普遍而恒久的能量来源）的转化与利用是生化系统运转的核心，而ATP在光合作用、代谢通路和遗传信息之间架起了桥梁，它亦是遗传密码起源的关键（ATP中心假说）。

ATP在光合、代谢和遗传之间架起了桥梁

方法学

在生物化学的发展中，许多重大的进展均得力于方法上的突破。例如同位素示踪技术用于代谢研究和结构分析；层析，特别是70年代以来全面地大幅度地提高体系性能的高效液相层析以及各种电泳技术用于蛋白质和核酸的分离纯化和一级结构测定；X射线衍射技术用于蛋白质和核酸晶体结构的测定；高分辨率二维核磁共振技术用于溶液中生物大分子的构象分析；酶促等方法用于DNA序列测定；单克隆抗体和杂交瘤技术用于蛋白质的分离纯化以及蛋白质分子中抗原决定因子的研究等。70年代以来计算机技术广泛而迅速地向生物化学各个领域渗透，不仅使许多分析仪器的自动化程度和效率大大提高，而且为生物大分子的结构分析，结构预测以及结构功能关系研究提供了全新的手段。生物化学今后的继续发展无疑还要得益于技术和方法的革新。

实际应用

生物化学对其他各门生物学科的深刻影响首先反映在与其关系比较密切的细胞学、微生物学、遗传学、生理学等领域。通过对生物高分子结构与功能进行的深入研究，揭示了生物体物质代谢、能量转换、遗传信息传递、光合作用、神经传导、肌肉收缩、激素作用、免疫和细胞间通讯等许多奥秘，使人们对生命本质的认识跃进到一个崭新的阶段。

生物学中一些看来与生物化学关系不大的学科，如分类学和生态学，甚至在探讨人口控制、世界食品供应、环境保护等社会性问题时都需要从生物化学的角度加以考虑和研究。

此外，生物化学作为生物学和物理学之间的桥梁，将生命世界中所提出的重大而复杂的问题展示在物理学面前，产生了生物物理学、量子生物化学等边缘学科，从而丰富了物理学的研究内容，促进了物理学和生物学的发展。

生物化学是在医学、农业、某些工业和国防部门的生产实践的推动下成长起来的，反过来，它又促进了这些部门生产实践的发展。

医学生化

对一些常见病和严重危害人类健康的疾病的生化问题进行研究，有助于进行预防、诊断和治疗。如血清中肌酸激酶同工酶的电泳图谱用于诊断冠心病、转氨酶用于肝病诊断、淀粉酶用于胰腺炎诊断等。在治疗方面，磺胺药物的发现开辟了利用抗代谢物作为化疗药物的新领域，如5-氟尿嘧啶用于治疗肿瘤。青霉素的发现开创了抗生素化疗药物的新时代，再加上各种疫苗的普遍应用，使很多严重危害人类健康的传染病得到控制或基本被消灭。生物化学的理论和方法与临床实践的结合，产生了医学生化的许多领域，如：研究生理功能失调与代谢紊乱的病理生物化学，以酶的活性、激素的作用与代谢途径为中心的生化药理学，与器官移植和疫苗研制有关的免疫生化等。

农业生化

农林牧副渔各业都涉及大量的生化问题。如防治植物病虫害使用的各种化学和生物杀虫剂以及病原体的鉴定；筛选和培育农作物良种所进行的生化分析；家鱼人工繁殖时使用的多肽激素；喂养家畜的发酵饲料等。随着生化研究的进一步发展，不仅可望采用基因工程的技术获得新的动、植物良种和实现粮食作物的固氮；而且有可能在掌握了光合作用机理的基础上，使整个农业生产的面貌发生根本的改变。

工业生化

生物化学在发酵、食品、纺织、制药、皮革等行业都显示了威力。例如皮革的鞣制、脱毛，蚕丝的脱胶，棉布的浆纱都用酶法代替了老工艺。近代发酵工业、生物制品及制药工业包括抗生素、有机溶剂、有机酸、氨基酸、酶制剂、激素、血液制品及疫苗等均创造了相当巨大的经济价值，特别是固定化酶和固定化细胞技术的应用更促进了酶工业和发酵工业的发展。

70年代以来，生物工程受到很大重视。利用基因工程技术生产贵重药物进展迅速，包括一些激素、干扰素和疫苗等。基因工程和细胞融合技术用于改进工业微生物菌株不仅能提高产量，还有可能创造新的抗菌素杂交品种。一些重要的工业用酶，如α-淀粉酶、纤维素酶、青霉素酰化酶等的基因克隆均已成功，正式投产后将会带来更大的经济效益。

国防应用

防生物战、防化学战和防原子战中提出的课题很多与生物化学有关。如射线对于机体的损伤及其防护；神经性毒气对胆碱酯酶的抑制及解毒等。

发展简史

1953年，DNA双螺旋结构、近代实验技术和研究方法奠定了现代分子生物学的基础，从此，核酸成了生物化学研究的热点和重心。

1776—1778年，瑞典化学家舍勒（Sheele）从天然产物中分离出：甘 油 （glycerol） ，苹果酸 （malic acid） ，柠檬酸（citric acid） ，尿 酸 （uric acid） 和酒石酸（tartaric acid）。

舍勒

1937年，英籍德裔生物化学家克雷布斯（Krebs）发现三羧酸循环，获1953年诺贝尔生理学奖。

1953年，沃森（Watson）和克里克（Crick）确定DNA双螺旋结构，获1962年诺贝尔生理学或医学奖。1955年，英国生物化学家桑格尔（Sanger）确定牛胰岛素结构，获1958年诺贝尔化学奖。

沃森和克里克

1977年，桑格尔和吉尔伯特（Gilbet）设计出测定DNA序列的方法，获1980年诺贝尔化学奖。

1984年，诺贝尔化学奖授予Bruce Merrifield（美国），奖励其建立和发展蛋白质化学合成方法。

1993年，诺贝尔生理学或医学奖授予Rechard J.Roberts（美）等，表彰其发现断裂基因。

1993年诺贝尔化学奖授予Karg B. Mallis（美国）以表彰其发明PCR方法 和Michaet Smith(加拿大）以表彰其建立DNA合成作用与定点诱变研究。

1994年，诺贝尔生理学或医学奖授予Alfred G.Gilman（美国），以表彰其发现G蛋白及其在细胞内信号转导中的作用。

1996年，诺贝尔生理学或医学奖授予Petr c. Doherty（美）等，以表彰其发现T细胞对病毒感染细胞的识别和MHC(主要组织相容性复合体）限制。

1997年

博耶（PaulD.Boyer），美国生物化学家，1918年7月31日生于美国犹他州普罗沃。由于在研究产生储能分子三磷酸腺苷（ATP）的酶催化过程有开创性贡献而与沃克共获了1997年诺贝尔化学奖。同时获得该奖项的还有发现输送离子的Na\KATP酶的科学奖Jens c. skon(丹麦）。

1997 年诺贝尔生理医学奖颁发给美国加州大学旧金山分校的史坦利·布鲁希纳(Stanley Prusiner)教授。这项殊荣是肯定布鲁希纳教授在研究引起人类脑神经退化而成痴呆的古兹菲德-雅各氏病（Creutzfeldt-Jakob disease,CJD) 病原体的贡献。发现了朊蛋白（PRION），并在其致病机理的研究方面做出了杰出贡献。

1998年，诺贝尔生理学或医学奖授予 Rolert F. Furchgott（美国），表彰其发现NO是心血管系统的信号分子。

地理学[dì lǐ xué]

学科分类

本词条是多义词，共4个义项

地理学（geography），是研究地理要素或者地理综合体空间分布规律、时间演变过程和区域特征的一门学科，是自然科学与人文科学的交叉，具有综合性、交叉性和区域性的特点。随着地理信息技术发展与研究方法变革，新时期的地理学正在向地理科学进行转身，研究主题更加强调陆地表层系统的综合研究，研究范式经历着从地理学知识描述、格局与过程耦合，向复杂人地系统的模拟和预测转变。[1]

中文名

地理学

外文名

geography

研究对象

地球表层

学科定位

自然科学与社会科学交叉学科

分支学科

自然地理学、人文地理学等

快速

导航

学科内涵研究对象学科特点学科体系学科研究学科应用重点学科高校地理学家

学科历史

古代发展

自远古至18世纪末。这一时期的地理学是工业革命之前的农牧业社会的产物，特点如下：

①以描述性记载地理知识为主。早期的记载多是片断性的，中晚期出现不少地理著作，但多缺乏理论体系。

②地理学内部尚未出现学科分化。早期的学者是百科式的，地理学同其他学科掺和在一起。到了晚期，文艺复兴之后，主要在欧洲出现了自然科学和人文科学的分化，但地理学内部的分化仍不明显。直到19世纪，地理学才发生明显的分化，那是近代地理学时期的事了。③各国的地理学基本上是在该国封闭的条件下发展起来的，其内容呈现多元化。

地理学

世界几个文明古国各自积累了有价值的地理知识，分别形成古埃及地理学、古希腊罗马地理学、古代印度地理学、古代阿拉伯地理学和古代中国地理学。在早期，以古代中国和古希腊罗马的成果最著。中国有《尚书·禹贡》、《管子·地员》、《山海经》等著作，古希腊罗马有埃拉托色尼、斯特拉波和托勒密等人的著作。在中期，欧洲进入中世纪时代，地理学一度衰落了；中国的地理学则取得了可喜的进展和成果，有裴秀《禹贡地域图》和“制图六体”的绘图原则、郦道元《水经注》、玄奘《大唐西域记》、李吉甫《元和郡县图志》等；阿拉伯地理学在这个时期崛起，如马苏第、伊德里西等人的重要贡献。在晚期，则以中国和欧洲的地理学最有成就。在中国，有郑和“七下西洋”、罗洪先《广舆图》、徐霞客的游记、顾炎武《天下郡国利病书》和《肇域志》、顾祖禹《读史方舆纪要》等；在欧洲，地理大发现涌现出了C.哥伦布、V.da伽麦哲伦等地理探险家，极大地推动了地理学的发展，出现了G.墨卡托的地图集、B.瓦伦纽斯《普通地理学》等著作和地图。（见中国地理学史）

中世纪的欧洲是经济、文化衰落的黑暗时代，政教合一、闭关自守的小君主国使人们的地理眼界大为缩小，统治者力图使地理学成为基督教的奴仆，出现了地理学思想的反动。不仅古希腊、罗马在地理方面的优秀传统未得到继承，而且用宗教迷信和占星术来解释一切地理现象。如六世纪商人科斯马斯著《基督世界地形》，以地平说代替球形说。书中以摩西的圣柜作为地球的形状把大地看成为扁平长方形，东西长度为南北之两倍，四周为海洋环绕，其外又有陆地，即天堂所在。

十二世纪以后，由于十字军东征，使欧洲人地理眼界扩宽了；封建中央集权国家的成立和教会建立大学，将古希腊、罗马的经典著作由阿拉伯文转译过来；加上指南针从中国传入，使商业航海发达起来，才使欧洲的地理作品和地图绘制开始出现某些转机。

从公元七世纪开始，伊斯兰教团结了分散的阿拉伯部族，统治了中亚、西亚、北非和伊比利亚半岛，巴格达成为伊斯兰世界的学术中心。连年征战、麦加朝觐和商业航海活动，又使伊斯兰世界成为东西方交流的枢纽，涌现了许多伟大的穆斯林旅行家，如马苏第等。十进位制和罗盘就是此期由中国经印度和阿拉伯世界传入欧洲的。

古代阿拉伯地理学的成就是不能忽视的。如921年，巴尔基搜集了阿拉伯旅行者的气候观察，编成了第一本《世界气候图集》；稍后，马克迪西提出将世界分成14个气候区的方案；十一世纪早期，阿维森纳观察中亚山区，提出褶曲抬升山岳的运动和侵蚀切割地形的均变过程。

这个时期的中国在方志、沿革地理、域外地理、自然地理和地图等方面都有很大的成就。如法显的《法显传》、玄奘的《大唐西域记》，仍是研究中亚、印度历史地理的重要文献；郦道元的《水经注》仍为考证中国水资源和水环境演变的要著；沈括的《梦溪笔谈》一书提出了河流的侵蚀、搬运和堆积作用，并用以解释华北平原形成的原因，较西方类似的见地早四个世纪。

公元十五世纪到公元十八世纪的近古时期有两件重大的地理事件，就是中国的郑和“七下西洋”和西方的地理大发现。虽然，郑和下西洋的时间比哥伦布开始的地理大发现早半个多世纪，船队的规模、航海的技术也远胜于哥伦布，然而其社会意义和对地理学的影响则远不及地理大发现。

各民族之间的相互旅行探险，古已有之。但是，旅行探险同地理大发现不是一回事，说哥伦布是新大陆的发现者，正是从地理大发现这一重大社会事件出发的。

地理大发现给地理学带来的影响是巨大的。地理大发现期间，成功地在远程航行中运用了罗盘，并精密地测定了经度，这种技术的改进和数据的积累导致了地图学的革新。

16世纪初，亚皮安绘制了一个地球的心状图，其弟子墨卡托于1569年绘成了一幅适用于航海的等距圆柱投影世界全图，成为第一个将整个地球表面描绘在平面上的人。在中国，意大利传教士利玛窦编绘的世界地图，改变了中国学者沿用的“天圆地方”、“华夏居于寰宇之中”的旧观念。

另外，通过15世纪末到18世纪的地理探险和发现，出现了一些学术价值较高的地理著作。德国明斯特尔的《宇宙志》于1544年出版，被认为是地理大发现的早期代表作；德国瓦伦纽斯的《普通地理学》首次将地理学领域区分为专论和通论两大部分，前者描述地区特征，后者揭示全球性法则。

中国明末出现资本主义萌芽后，也在同期进行了实地考察和理论探索工作，如徐霞客的《徐霞客游记》中已有不少成因方面的论述。但中国古代地理著述多描述性记载，缺少对地球表面整体规律的研究，这也是近代中国地理学落后的原因之一。

十五世纪20年代到十七世纪20年代，西欧出现了“文艺复兴”，艺术和科学得到蓬勃发展，从而使学者能对自然界和人类活动的某些法则进行概括。当时的地理考察和发现，为哲学家和科学家提供了丰富的自然、人文及二者关系的具体素材；同时，新生的地理唯物论又给予地理学发展以难以估量的影响。17世纪法国哲学家孟德斯鸠提出的气候决定论，18世纪德国哲学家I．康德的二元论，均成为近代地理学的方法论基础。

总之，从15～18世纪，地理学处于由古代向近代转变的时期。西方地理学用了三个多世纪，完成了技术革新、资料积累和建立地理唯物论的哲学基础三方面的准备，为欧美近代地理学的建立创造了前提。中国在明末清初，亦开始了整体地表规律的探索，但由于技术手段缺乏创新、科学资料积累不够，特别是统治者仍鼓吹天命论等，新的地理学无法兴起。

近代发展

从19世纪初至20世纪50年代。近代地理学形成的标志是德国 A.von洪堡的《宇宙》和C.李特尔的《地学通论》两书的问世。近代地理学是产业革命的产物，并随着工业社会的发展而成熟，其特点如下：

①它起源于德国，继而从欧洲向全世界传布，形成具有各国特色的近代地理学。其中成果显著的除德国外，还有法国、英国、美国、苏联等（见德国地理学史、法国地理学史、英国地理学史、美国地理学史、苏联地理学史）。

②这是学说纷起、学派林立的时期，有一定影响的学说是：以美国E.C.森普尔、E.亨廷顿为代表的“环境决定论”， 以法国P.维达尔－白兰士和J.白吕纳为代表的“可能论”，美国H.H.巴罗斯主张的“生态调节论”，英国P.M.罗士培提出的“适应论”，美国C.O.索尔主张的“文化景观论”，以及德国A.赫特纳和美国R.哈特向为代表的“区域论”等。

③这是地理学内部大分化时期。洪堡为自然地理学、植物地理学奠定了基础，以后德国F.von李希霍芬、法国马东为自然地理学发展作出了重要贡献；美国W.M.戴维斯和德国W.彭克分别创立侵蚀轮回学说和山坡平行后退理论，标志着地貌学的建立；奥地利J.F.von汉恩的《气候学手册》、俄国А.И.沃耶伊科夫的《全球气候及俄国气候》和德国W.P.柯本的世界气候分类，为气候学奠定了基础；英国A.R.华莱士对世界动物区划的划分为动物地理学奠定了基础；俄国В.В.道库恰耶夫的土壤地带性学说等为土壤地理学奠定了基础；李特尔和德国F.拉采尔建立了人文地理学；拉采尔的国家有机体说、英国H.J.麦金德的陆心说和美国I.鲍曼的民族自决论，为政治地理学奠定了基础，等等。

十九世纪末到二十世纪初，西方发达国家的大学大量设立地理系，使地理学开始成为一个职业领域。随着地理学的进一步发展，出现了各分支的分化，在气象学、海洋学、土壤学等独立发展后，一些地理学家强调区域或景观的方向，另一些学者则推行了人文化运动，使地理学的人文分支蓬勃发展起来。20世纪30年代以后，地理学逐渐向参与经济工作过渡，西方的应用地理学和苏联的建设地理学应运而生。

近代地理学在其发展过程中取得了许多成果，并形成了三种传统和三个学派：生态传统与环境学派、描述传统与区域学派、综合传统与景观学派。

近代地理学在发展中还取得许多重大成果。如美国莫里于19世纪中期提出第一个大气环流模式，发表了近代海洋学的第一部著作《海洋自然地理学》；俄国道库恰耶夫于19世纪后期提出土壤地带性学说和自然地带学说；美国戴维斯于19世纪末提出侵蚀轮回学说；德国柯本从20世纪初起到30年代，提出气候分类法和大陆气候模式：英国麦金德先后于1904和1919年推出“陆心说”的地缘政治理论；英国赫伯森完成世界自然区划；德国克里斯塔勒于30年代提出中心地学说；苏联布德科于1956年发表《地表面热量平衡》等。

现代发展

从20世纪60年代以后。现代地理学是现代科学技术革命的产物，并随科学技术的进步而发展，其标志是地理数量方法、理论地理学的诞生和计算机地图制图、地理信息系统的出现。现代地理学的特点是：

①它发端于现今经济和科学最为发达的美国，首先影响英国和北欧，继而波及西欧、苏联、东欧、日本、中国以至全世界。代表性人物和流派为：美国W.L.加里森和E.L.厄尔曼为首的华盛顿大学派，英国R.J.乔利和P.哈格特为首的剑桥大学派，瑞典T.哈格斯特朗为首的隆德大学派。

②强调地理学的统一性。近代地理学时期部门地理学的蓬勃发展，一方面促进了地理学各分支学科研究的深入，另一方面又忽视了地理学的统一性，削弱了地理学综合性的特点，使部门地理学的再深入研究遇到了很大困难。60年代以来，面对全球性的人口剧增、资源危机、环境污染、城市化，以及区域开发等一系列问题，都不是任何部门地理学能单独承担的课题。地理学自身的发展和实践的需要，都要求它加强一体化，充分发挥地理学固有的综合性特点。

③理论化和数量化。为加强地理学研究的综合性特点，建设统一地理学，需要探讨各种自然地理现象和人文地理现象之间的联系与规律，以及它们所遵循的总规律，于是理论地理学应运而生。从50年代起，系统论、控制论和信息论等综合性科学方法论的兴起，电子计算机和遥感技术的应用，导致地理学研究方法的革新，使野外考察与航空照片、卫星照片的调查和解译结合起来，从单纯的类型归纳向理论演绎过渡，从一般的实验和分析向模拟实验、分析模式化过渡，从人工制图向自动化制图过渡，于是地理学由定性向定量发展，出现了地理数量方法、地理信息系统等研究和应用领域。

④行为化和生态化。20世纪60年代行为科学的出现及其随后的大发展，波及到社会、经济、科学、文化各个方面，也波及到地理学。各种不同人群（如决策人、劳动者、消费者等）对地球表面现象的感应以及采取的相应行为是不同的，研究这些感应、行为的规律，让地理决策和预测更符合实际情况，成为地理学的一项重要任务，从而使地理学研究行为化，并萌发出感应地理和行为地理研究。20世纪20年代在美国出现生态派地理学。

30年代中期英国学者提出生态系统概念并进行研究以后，自然地理学研究逐步形成生态化的趋势。60年代系统论等方法论引入地理学以后，自然生态系统研究成了自然地理学研究的热点，从而形成为新自然地理学，以及景观生态学、疾病生态等研究领域。以后，生态化研究进入人文地理领域，城市生态系统、地域经济系统、农业地域结构、文化生态等研究领域陆续出现。统一地理学还深入研究自然生态系统与社会生态系统之间的联系和转化。

20世纪80年代，由于世界范围内人口、资源、环境和开发等问题日趋严重。各国地理学者广泛地参与了三大规划(城市规划、区域规划和环境规划)的工作，并在有些方面起了主导作用。这样，就从实践中产生了对城市、区域和环境的综合研究，在理论、模式和决策方面大有进展，发挥了地理学固有的综合特点，萌发出了一系列的新分支。它们均受理论地理学和科学方法论制约，并为应用地理学提供方法和技术。

发展趋势

第一，地理学研究方法的变革。传统的地理学方法主要有勘查、观测、记录、制图、区划与规划等。早期划定的分区对于决策支持而言,在宏观方面有引导性,但在微观方面需要进一步具体和翔实的信息。现代地理学在发展过程中继承了原有优势,在加强野外考察、观测的同时,更注重应用空间统计、对地观测、地理信息系统、遥感等多种技术手段,建立模型和决策支持系统,为决策和管理服务。[1]

第二，地理学的研究技术已经从概念模型走向定量表达。从早期的地理地带性概念、柯本气候分带到气候系统模式,从早期的地理信息空间叠加到地球系统多圈层要素耦合模式,地理学相关模型的模拟精度正在不断提升。从计算机制图到空间分析,地理信息系统向着具有不同分辨率、海量数据、多维显示的数字地球系统发展。从早期航空遥感走向多卫星组网的多分辨率、全天候、全波段、多要素地球立体观测,遥感观测的时空分辨率大幅提升。从早期的指南针、罗盘,到组网卫星,再到移动终端,全球定位系统实现了从定位走向基于移动网络的位置服务。随着对地球表层的监测体系逐步建立,从天上的航空航天遥感到地下探测,再到地表土壤、植被、水等多要素的观测,实现了精细化、多尺度的野外观测,为研究地理过程提供了丰富数据,深化了对地理现象过程和机制的认识。地理学研究已经从统计模型走向模式模拟,从原来的线性分析发展为非线性数理统计,从模型建立走向模型系统,面向预测的多圈层、多要素耦合的地球系统模式已成为可能。[1]

第三，大数据、可视化和虚拟现实为研究复杂的地理学问题提供了重要工具。大数据可以比较精细刻画社会经济现象的时空变化。例如在人文现象分析中,通过人口在空间上的流动识别热点地区,进而为公共设施布局、交通网络构筑等提供科学依据;通过室内模拟和室外观测相结合,将室外观测的地理过程数据与数字化的降雨量、植被覆盖、城市交通网络布局等要素相结合,进而在计算机上进行智能化、可视化的模拟,为决策提供服务。早期进行土地覆盖、土地利用、土壤等制图研究往往通过野外调查人工绘制,建立调查样地代表不同图斑特征。通过遥感图像解译地物类型,依托地理信息系统对其它空间数据进行整合管理,可以实现地理学核心的人地关系研究,如土地覆盖空间格局变化、城市化过程及其驱动机制等,并为生物多样性保护、城乡规划、应对全球变化等可持续发展相关问题服务。随着地理学圈层相互作用模式越来越注重多要素耦合,综合性和整体性已经成为地理学理念的“数值化表达”,3S技术贯穿于解决地理学问题的各个环节。例如,在气候模式演变研究中,20世纪70年代的气候模式,主要是考虑大气和地球表层;一直到90年代末期,IPCC第二次评估报告时才考虑了气溶胶的影响。后来逐步考虑植被的动态变化、大气化学特征、冰冻圈的变化等,未来也必将增加城市化、社会经济的变化、产业变化对气候系统的影响等。总之,地理学圈层相互作用模式越来越综合,整合了越来越多的自然环境和社会经济特征。[1]

学科内涵

地理学是一门古老而现代的科学，汉语中的“地理”一词最早见于《周易·系辞》：仰以观于天文，俯以察于地理，是故知幽明之故。

英文中的geography一词源自希腊文geo（大地）和graphein（描述），描述地球表面的科学。最早使用"geography"的人为埃拉托色尼，他此用词来表示研究地球的学问。

在现代地理学中，“地”是指地球或者是地球表面,或者是地球表层,或者是指一个区域。“理”是指事理、规律,或者是事物规律性的内在联系。地理是指地球表层的地理现象或事物的空间分布、时间演变和相互作用规律。地理学是研究地理要素或者地理综合体的空间分布规律、时间演变过程和区域特征的一门学科。[1]

地理要素通常包括水、土壤、大气、生物和人类活动，简称水土气生人五大要素。地理综合体由地理要素组成。在自然界中，一个生态系统、一个自然地带都可以看作地理综合体。在人类社会中，地理综合体可以是一个城市、或者是城市的一个街区。在空间分布规律研究中，从西双版纳到黑龙江漠河,是一个热带到寒带的跨越;这样的自然地带分布，就是地理综合体的空间分异。时间演变过程主要是对历史时期的研究，并包括一部分地质历史时期。例如第四纪研究需要分析从不同时间尺度的地理过程，进而预测未来发展变化，这就是时间演变过程。地理要素、地理综合体的区域特征也是地理学的研究范畴。例如,在京津冀协同发展研究中分析其区域特征,考虑城市产业的互补性、功能定位、交通网络构成等,辨析城市之间的相互作用,进而为区域协调与可持续发展服务。[1]

地理学是一门研究人地关系的科学，具有综合性、交叉性和区域性的特点。地理学从建立之初就强调自然科学和人文科学的交叉。地理学初期的综合性来源于学科的多样化，但随着分支学科的深入发展，地理学越来越呈现出一种空心化的现象。要防止地理学空心化现象，最主要的是加强地理学的基础理论和方法研究，需要强调人地相互关系的耦合机制，充分体现地理学综合性的特点。[1]

作为一门经世致用的学科，地理学的综合性体现为地理学研究具有多维、动态的视角。以人地关系作为主线来开展地理学综合研究，其综合性和动态性主要包括三个方面：一是以地表环境、地球环境动态变化为主的动态研究,即环境动态研究；二是以人类社会发展为主体的人类社会动态研究，聚焦环境和社会动态之间的关系；三是对区域、流域等研究区域的综合分析。例如在城市化研究中,需要明晰中心城市和其他卫星城市之间在产业布局、交通网络布局、人口分布中的相互作用和相互依赖。同时,地理学综合研究不仅需要发展综合地理学的研究理论和方法,还要关注尺度间的相互依赖。地理学研究对象有尺度大小之分,小尺度可以到生态系统的尺度,大尺度可以到全球尺度。研究区域特征和区际间的依赖是地理学综合研究的重要主题。地理学的空间表达也是多元、多样的。除语言、数字等基本表达方式外,图形往往是地理学表达的主要形式,如通过研究地图可以分析地理要素的空间分布,对比不同时期的地图可以为地理空间演变研究提供直观支持。[1]

研究对象

地理学的主要研究对象是地球表层。它是由岩石圈、水圈、大气圈、生物圈和人类智慧圈等相互作用、相互渗透形成的自然—社会综合体。[1]

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地理学

地理学研究空间的上界面是大气圈对流层顶部，下界面是岩石圈的上部。[1]地球表层是地球上最复杂的一个界面，是物质三态相互作用、有机与无机相互转化的场所，又是地球内外营力相互作用的场所。地球内营力、地球内部活动构造作用对地球表层有显著影响,地球的外营力对地球表层的改变作用也非常明显。火山爆发、地震、板块运动等内营力造成了高原隆升，是地球的内部动力。流水侵蚀、风力剥蚀等外营力塑造了地表千姿万态的自然界形态。[1]

尤为重要的是，地球表层系统是人类社会赖以生存的环境，维持人类的可持续发展必须要保护地球表层系统,尤其是受人类活动影响最为深刻的陆地表层系统。因此，地理学的研究不仅是涉及物质和能量在垂直方向上的延伸，还涉及到物质和能量在水平方向上的延伸；既包括对自然过程的刻画，还涵盖对人文和社会经济过程的辨析，更包括人地系统的耦合。面对资源、生态、环境等众多复杂的综合性问题，地理学需要找到一条综合性的途径和方法，来应对众多挑战，为人类可持续发展奠定学科基础。[1]

学科特点

地理学是在研究地球表面的过程中逐渐形成的，并不断完善理论、方法和手段。

作为研究对象的地球表面是一个多种要素相互作用的综合体，这决定了地理学研究的综合性特点。

它着重于研究各要素之间的相互作用、相互关系以及地表综合体的特征和时、空变化规律。地理学的综合性研究分为不同的层次，层次不同，综合的复杂程度也不同。高层次的综合研究，即人地相关性的研究，是地理学所特有的。

综合性的特点决定了地理学是一个横断学科，它与研究地球表面某一个层圈或某一个层圈中部分要素的学科都有密切的关系，如研究大气的大气物理、研究岩石圈的地质学、研究人类圈的经济学、政治学、心理学等等。地理学从这些学科中吸取有关各种要素的专门知识，反过来又为这些学科提供关于各种要素及与其它现象间联系的知识。

地球表面自然现象和人文现象空间分布不均匀的特点，决定了地理学研究又有区域性的特点。由于不同的地区存在不同的自然现象和人文现象，一种要素在一个地区呈现出的变化规律在另一个地区可能完全不同，因此研究地理区域就要剖析不同区域内部的结构，包括不同要素之间的关系及其在区域整体中的作用，区域之间的联系，以及它们之间发展变化的制约关系。地理区域性研究的内容包括区域内部结构和区际关系两个方面。

地理学的区域研究根据研究对象的范围分为三个尺度：大尺度区域着重探讨全球或全大陆范围内的分异规律和内部结构特征，从而揭示全球或全大陆的总体特征；中尺度区域研究是分析国家或大地区范围内区域总体特征和地域分异规律，以及该地区对大尺度区域分异的作用；小尺度区域是揭示局部地区区域特征和分异规律，以及该地区对中尺度区域分异的作用。

地球表面不断变化的特点，决定了地理学必须用动态的观点进行研究的特点。地理学研究及注重空间的变化，也注意时间的变化。这种变化既有周期性的又有随意性的；有长周期的，也又短周期的。

用动态的观点研究地理学，就要求把现代地理现象作为历史发展的结果和未来发展的起点，研究不同发展时期和不同历史阶段地理现象的规律。现代地理学已经有可能对于某些区域的未来发展提出预测，并根据预测结果进行控制和管理，以满足人们对区域发展的要求。因此。时间和空间统一的概念，在地理学研究中越来越受到重视。

地球表面的复杂性决定了地理研究方法的多样性。现代地理研究主要采用野外考察与室内实验、模拟相结合的研究方法。地理学的研究对象是地球表面和变化，以及与地理环境的关系的学科，

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