内容简介
《发育生物学(第二版)》内容包括生殖细胞的发生、受精、卵裂、囊胚、原肠胚、神经胚、器官发生、胚后发育、植物发育、发育与进化等重要发育过程,涉及动物与植物发育,突出人体发育。《发育生物学(第二版)》以发育过程为主线,以形态发生为基础,结合发育的主要事件,介绍发育原理与机制,便于学生系统地认识生物的基本发育过程、发育规律和发育机制。《发育生物学(第二版)》文字精炼,内容简洁,图文并茂,使用方便。
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目录
第二版前言
绪论 / 1
第一节 发育的基本过程 / 1
一、动物的发育过程 / 1
二、植物的发育过程 / 2
第二节 发育的基本机制 / 3
一、细胞分裂 / 3
二、细胞分化 / 3
三、图式形成 / 3
四、形态发生 / 3
五、生长 / 4
第三节 研究发育生物学的模式生物 / 4
一、植物发育的模式生物 / 4
二、无脊椎动物发育的模式生物 / 5
三、脊椎动物发育的模式生物 / 6
第四节 发育生物学的研究历史 / 8
一、胚胎发生的后成论与先成论之争(公元前5世纪~公元18世纪) / 8
二、细胞学说促进了胚胎学的发展(公元19世纪中期~公元19世纪末) / 9
三、实验胚胎学的兴起(公元19世纪末~公元20世纪初) / 9
四、分子生物学催生了发育生物学(公元20世纪中期) / 9
第五节 发育生物学的应用 / 10
一、发育生物学在农业上的应用 / 10
二、发育生物学在医学上的应用 / 11
第1章 生殖细胞的发生 / 13
第一节 精子的发生 / 13
一、精子发生 / 13
二、精子形成 / 15
三、精子发生过程中的基因表达与调控 / 15
第二节 卵子的发生 / 17
一、卵子发生的过程 / 17
二、昆虫卵子的产生 / 19
三、两栖类卵子的产生 / 19
四、人类卵子的产生 / 20
五、卵子发生过程中的基因表达与调控 / 22
第2章 受精作用 / 24
第一节 生殖细胞的结构 / 24
一、精子的结构 / 24
二、卵子的结构 / 25
第二节 受精过程 / 27
一、无脊椎动物的受精 / 27
二、哺乳动物的受精 / 32
第三节 受精后卵质的重排 / 35
第3章 卵裂与囊胚形成 / 37
第一节 卵裂方式与囊胚形成 / 37
一、完全卵裂 / 37
二、不完全卵裂 / 42
第二节 卵裂机制 / 46
一、卵裂细胞周期及调控 / 46
二、细胞质分裂 / 47
第4章 原肠胚形成 / 50
第一节 海胆的原肠胚形成 / 50
一、初级间质细胞内移 / 51
二、原肠内陷 / 51
第二节 两栖类的原肠胚形成 / 53
一、爪蟾囊胚的发育命运图 / 53
二、原肠胚形成过程 / 54
三、中期囊胚转换 / 55
四、原肠胚形成中的细胞运动 / 55
第三节 鸟类和哺乳类的原肠胚形成 / 58
一、鸟类 / 58
二、哺乳类 / 60
第5章 胚胎发育的细胞分化与基因调控 / 62
第一节 胚胎细胞的发育潜能与细胞分化的决定 / 62
一、胚胎细胞的发育潜能 / 62
二、细胞发育命运的决定 / 62
第二节 胚胎细胞分化的诱导 / 63
一、胚胎诱导 / 63
二、初级胚胎诱导、次级胚胎诱导与三级胚胎诱导 / 65
三、胚胎诱导信号 / 66
第三节 胚胎细胞分化的基因调控 / 67
一、细胞分化过程中基因组保持恒定性 / 67
二、细胞分化是特异性基因差异表达的结果 / 69
三、细胞分化的基因表达调控 / 70
四、基因表达的稳定性依赖于调控蛋白和染色质的分子结构和化学修饰 / 73
五、转分化可以改变分化细胞的基因表达模式 / 74
第四节 肌细胞和血细胞分化的基因调控 / 75
一、肌细胞的分化 / 75
二、血细胞的分化 / 76
第五节 胚轴建立中的细胞分化与基因调控 / 78
一、果蝇胚轴的建立 / 78
二、两栖类胚轴的建立 / 81
三、鸟类胚轴的建立 / 83
四、哺乳类胚轴的建立 / 85
第六节 干细胞 / 86
一、胚胎干细胞 / 86
二、成体干细胞 / 87
三、肿瘤干细胞 / 88
第6章 外胚层分化与器官发生 / 89
第一节 神经系统的发生 / 89
一、神经管的形成 / 89
二、神经嵴的发育 / 96
三、神经细胞的增殖、分化与迁移 / 99
四、神经连接的形成 / 101
五、大脑和小脑皮质的发生 / 104
六、脊髓的发生 / 105
第二节 感觉器官的发生 / 107
一、视泡与眼的发生 / 107
二、外胚层板与耳和嗅觉器官的发生 / 111
第三节 人类常见先天性畸形 / 112
第7章 中胚层分化与器官形成 / 114
第一节 中胚层分化与体节 形成 / 114
一、体节 形成与分化 / 114
二、体节 分化中的诱导作用 / 115
三、脊椎动物体节 分化中Hox基因的作用 / 117
四、果蝇体节 分化的基因调控 / 119
第二节 四肢的发生 / 123
一、肢芽的形成 / 124
二、肢体远近轴的图式形成 / 127
三、肢体前后轴的图式形成 / 129
四、肢体背腹轴的图式形成 / 131
五、肢芽发育过程中的形态发生 / 131
第三节 心血管系统的发生 / 133
一、血管的形成 / 133
二、心脏的发育 / 135
三、血细胞的发育 / 137
四、胎儿血液循环 / 138
第四节 肾脏和生殖器官的发生 / 138
一、肾脏的发生 / 138
二、生殖器官的发生 / 141
第五节 人类常见先天性畸形 / 149
一、四肢常见先天性畸形 / 149
二、心血管系统常见先天性畸形 / 150
三、泌尿系统常见先天性畸形 / 150
四、生殖系统常见先天性畸形 / 151
第8章 内胚层分化与器官发生 / 152
第一节 消化系统的发生 / 153
一、咽囊的演变 / 153
二、食管和胃的发生 / 153
三、肠的发生 / 153
四、肝和胆囊的发生 / 153
五、胰腺的发生 / 154
第二节 呼吸系统的发生 / 154
一、喉气管憩室的发育 / 154
二、肺芽的发育 / 154
三、人类呼吸系统发育机制 / 154
第三节 人类常见先天性畸形 / 155
一、人类消化道常见先天性畸形 / 155
二、人类呼吸系统常见先天性畸形 / 156
第9章 胚后发育 / 157
第一节 生长 / 157
一、动物的生长发育 / 157
二、人的生长发育 / 159
第二节 变态 / 160
一、昆虫的变态 / 161
二、两栖类的变态 / 166
第三节 再生 / 171
一、变形再生 / 171
二、新建再生 / 173
第四节 衰老 / 174
一、衰老由遗传决定 / 175
二、环境影响衰老 / 176
第10章 植物发育 / 178
第一节 植物的胚胎发育 / 178
一、植物胚胎发生过程 / 178
二、植物胚胎发育机制 / 181
三、体细胞胚的发生 / 184
第二节 植物器官发育 / 184
一、根的发育 / 185
二、茎的发育 / 185
三、叶的发育 / 187
四、花的发育 / 188
第三节 植物的生长 / 190
第11章 发育和进化 / 192
第一节 胚胎发育与动物进化 / 192
第二节 同源器官与动物进化 / 193
第三节 同源异型框基因与动物进化 / 195
一、Hox基因倍增与动物进化 / 195
二、Hox基因与附肢的进化 / 196
三、Hox基因与躯体发育模式的进化 / 197
主要参考书目 / 198
英文专业名词索引 / 200
前言/序言
发育生物学是从细胞与分子水平上研究生物个体发育机制的学科,它所涉及的生殖、生长、衰老、死亡和发育模式等都是生命科学研究中的核心问题。发育生物学对生物学其他学科的研究具有重要的指导作用,是生物科学、生物技术、生物工程以及医学、农学等的专业核心课程。为适应高校发育生物学教学的需要,我们组织编写了本教材。
本书编写在下述几个方面试图有所创新。
1.以形态发生为基础。随着现代生命科学的发展,人们在分子水平和细胞水平上对发育的认识越来越深入,但是形态结构始终是发育生物学研究的基础和平台,基因的调控与细胞的分化最终都要体现在形态结构的变化上。本书在编写中,对每个发育过程都是首先描述形态发生,结合发育的主要事件,分析发育原理与机制,便于学生系统地认识生物的基本发育过程、基本发育规律和发育机制。
2.以发育过程为主线。生物的发育是自然界最为高度有序的变化,是一个连续的、系统的过程。本书以发育过程为主线安排章节内容,从胚前发育、胚胎发育到胚后发育,从配子形成、受精、卵裂、囊胚、原肠胚、神经胚、胚层分化到器官形成,便于学生对发育过程获得完整系统的认识。
3.突出人体发育。本书特别注重对人的发育的介绍,尤其是对人的器官形成、常见先天性畸形和青春期发育等内容作了比较系统的介绍,以适应中学生物学教学的需要,也满足学生对了解人类自身发育奥妙的渴求。
4.综合介绍动物与植物发育。本书虽然以动物发育为主,但是,设立了专门章节介绍植物发育的相关内容,通过分析比较动物与植物发育的不同特征,使学生能全面了解生物发育的本质。
5.力求简明扼要。发育生物学涉及面广,内容庞杂。本书精选材料,精简文字,力求做到简明扼要,图文并茂,方便学生学习使用。
本教材最初是在国家教委“面向二十一世纪高等教育教学改革”项目的支持下于1997年着手编写的,历时20余年,几经修改,内容不断充实,体系不断完善,出版后深受欢迎,先后入选普通高等教育“十一五”国家级规划教材和“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材。本次再版除了对书中错谬进行勘误外,还对内容进行了较大幅度的修订。考虑到细胞分化在发育机制中的核心作用,增加了“胚胎发育的细胞分化与基因调控”一章,从分子水平和细胞水平上对细胞分化进行了系统性的阐述。为了更好地体现发育的时序性和层次性,将第一版中第5~8章的内容按胚层分化和器官形成顺序进行了调整组合。另外,还增加了基因组印记、发育生物学的应用等内容。
编写和修订过程中参考了国内外大量的文献资料,听取了不少老师和同学的意见和建议,得到了不少同事和朋友的关心和指导,科学出版社对本教材的编写和出版给予了大力支持。在此,一并致谢。由于作者水平所限,加上本书涉及范围较广、研究进展快,对学科知识的把握和内容的处理都难以全面驾驭,定有不少疏漏,甚至谬误,敬请各位读者不吝赐教,批评指正,作者将不胜感激。
生命的奇迹:从单细胞到复杂生命的演化之旅 在浩瀚的宇宙中,生命是一个令人着迷的现象。从最微小的细菌到参天的大树,从游弋的鲸鱼到展翅的雄鹰,我们周围的世界充满了形态各异、功能精妙的生物。然而,这些千姿百态的生命形式,其最初的起点却惊人地相似——一个简单的受精卵,一个微小的细胞。那么,这一个个看似平凡的起点,是如何在时间和空间的作用下,孕育出如此复杂而有序的生命体?“生命的奇迹:从单细胞到复杂生命的演化之旅”将带领读者踏上一段探索生命奥秘的非凡旅程,深入揭示生物体从胚胎发育早期阶段,如何经历细胞增殖、分化、形态发生和组织构建,最终形成一个完整、独立且功能完善的生命体。 这本书并非一本枯燥的教科书,而是一次充满惊奇与启发的科学探索。它将以生动形象的语言,辅以精美细致的插图和真实的生命案例,为读者展现发育生物学这一迷人领域的无限魅力。我们将从生命起源的宏大视角切入,回顾地球生命演化的漫长历史,理解生命体最基本的发展规律。随后,本书将聚焦于个体发育的每一个关键环节,如同电影般回放生命从无到有的壮丽过程。 第一章:生命之初——遗传与调控的密码 生命的故事始于遗传信息。我们将从DNA的结构与功能讲起,解析其作为生命蓝图的重要性。书中将详尽阐述基因在发育过程中的作用,解释为什么同一个体内的细胞,在拥有相同基因的情况下,却能分化成截然不同的类型,如神经元、肌肉细胞或肝脏细胞。这将通过深入探讨基因表达的调控机制来揭示,包括转录因子、表观遗传修饰等,它们如何精确地指挥细胞按照特定的时间和空间顺序,开启或关闭特定的基因,从而决定细胞的命运。 读者将了解到,在胚胎发育的早期,细胞会经历一系列的信号传导和相互作用,形成最初的胚层。这些胚层,如外胚层、中胚层和内胚层,是构建身体所有组织和器官的“建筑材料”。本书将以清晰的图示,展示这些胚层如何一步步“分工合作”,最终形成我们熟悉的身体结构。 第二章:细胞的舞蹈——增殖、分化与迁移 一旦胚胎形成了最初的细胞群体,它们便开始了繁忙的“舞蹈”。细胞增殖是生命生长和组织形成的基础,本书将介绍细胞周期的调控以及无序增殖所带来的潜在风险。而细胞分化,则是这一舞蹈中最令人惊叹的部分。我们将详细解析各种细胞类型是如何从多能性干细胞演变而来的,这其中涉及的分子信号通路和转录因子网络将一一呈现。 更令人着迷的是细胞迁移。在发育过程中,许多细胞并非“就地取材”,而是需要“远行”到指定的位置,才能完成其特定的功能。本书将介绍细胞迁移的机制,包括细胞黏附分子、细胞骨架的重塑以及趋化因子的引导。想象一下,在身体内部,无数细胞正有条不紊地进行着一场精密的“迁徙”,最终汇聚成精密的神经网络、复杂的循环系统或是坚固的骨骼。 第三章:形态的塑造——形态发生与模式形成 仅仅拥有正确的细胞类型和位置是不够的,生命的形态需要通过一系列精巧的“雕塑”过程来塑造。形态发生是本书的重点内容之一,我们将探讨细胞凋亡(程序性细胞死亡)在形态形成中的关键作用。例如,我们手指之间的蹼是如何消失的?这正是通过精确控制细胞凋亡实现的。 模式形成,即身体各个部分的相对位置和数量的确定,是发育过程中另一项令人费解的奇迹。本书将介绍经典的斑马鱼、果蝇和秀丽隐杆线虫等模式生物的发育研究,它们帮助我们揭示了构建身体基本“蓝图”的通用原理。读者将了解到,一些重要的信号分子,如Hox基因家族,在决定身体前后轴和身体分节方面扮演着至关重要的角色。 第四章:器官的诞生——复杂结构的构建 从细胞和组织的集合,到能够执行特定功能的器官,这又是一个令人惊叹的飞跃。本书将深入剖析几个典型器官的发育过程,例如: 神经系统的发育:我们将追溯大脑和脊髓的形成,理解神经元如何连接形成错综复杂的网络,以及感觉信息是如何被处理和传递的。 循环系统的构建:从最初的心脏腔室形成,到血管的 branching,再到血液的生成,我们将展示生命赖以生存的物质运输系统是如何一步步建立起来的。 肢体与感官的形成:读者将了解手臂、腿部以及眼睛、耳朵等感官器官是如何在发育过程中精确成型的。 在讲解器官发育时,本书将强调器官之间的协调性。一个功能完善的生命体,需要各个器官协同工作,而这正是通过复杂的信号交流和反馈机制来实现的。 第五章:生命的多样性与适应性——进化与发育的交织 生命并非一成不变。本书将在最后一部分探讨发育生物学与进化生物学的深刻联系。我们将介绍“进化发育生物学”(Evo-Devo)的概念,解释相似的发育机制如何在不同的物种中演化出惊人的多样性。例如,翅膀和鳍肢,虽然功能不同,但在其发育过程中却共享着一些基本的遗传和发育机制。 此外,本书还将触及发育中的异常情况,如先天性缺陷,并探讨环境因素如何在发育过程中对生命产生影响。这有助于读者更全面地理解生命体是如何在遗传和环境的共同作用下,发展出其独特的形态和功能的。 结语:生命的永恒之问 “生命的奇迹:从单细胞到复杂生命的演化之旅”不仅仅是对发育过程的科学描述,更是对生命本身的一次深刻思考。它揭示了生命的内在秩序和优雅,以及基因、细胞和环境之间错综复杂的互动。通过探索生命从一个微小起点走向无限可能的旅程,读者将对生命产生更深的敬畏和好奇,并对我们自身的存在有了更深刻的理解。这本书将激发每一个读者对生命科学的热情,鼓励我们继续探索那些尚未解开的生命之谜。