绪论发育生物学.ppt
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1、 发育生物学 Developmental Biology 余雪松 QQ 563189390 13828404392 生科院227(O) 发育与发育生物学 n发育(development)又称发生,科学地定义是:一 个有机体从其生命的开始到成熟的变化.OR发育 是指单细胞逐渐成长为复杂的多细胞生物体的过 程 n我是从哪儿来的呀? 怎样来的? n“生物从何而来?”、 “如何来的?”这就是发育 生物学所要回答的核心问题。 动物的形态尽管千差万别,但是大多数动物的发育 都经历许多共同的阶段 发育生物学是研究生物个体发育过程及其规律的科学 动物的发育与植物的发育 主要内容体系 n绪论 n第一篇:发育生
2、物学基本原理 n第二篇:动物胚胎的早期发育 n第三篇:动物胚胎的晚期发育 n第四篇:发育生物学的新研究领域 发育生物学相关期刊 主要参考教材 n张红卫等主编,发育生物 学,2006。 n樊启昶等主编,发育生物 学原理,2002。 n桂建芳等主编,发育生物 学,2002 。 nLewis Wolpert, Principles of Development, Second edition,2002。 nScott F Gilbert, Developmental Biology, Seventh edition,2003。 重点内容提示及学习要求 n用红色标明相关章节及要求重点掌握的内容; n每
3、章课后小结、思考题,未讲述部分自学,不 作考试要求; n理论性较强,需要理解记忆,要做好课前预习 和课后复习。 任课老师及讲授章节 n余雪松 绪论,第一至八章,第十七和十八章 n贾伟章 第九至十六章,第十九至二十一章 课时设置 n总共72学时:理论课48学时,实验课24学时 。 n理论课:从第一到第十二周(星期一、星期四 上午3-4节) n实验课:第6到第9周(星期五下午) 考核方式 n理论课:闭卷考试 n实验课:实验报告 n平时成绩:考勤(随机不定时点名)和课 堂表现(回答问题) 绪论 内容提要 n第一节 发育生物学研究对象、任务及与其他学 科的关系 n第二节 动物发育的主要特征和基本规律
4、n第三节 发育生物学的发展简史 n第四节 发育生物学模式生物 n第五节 发育生物学研究技术 第一节发育生物学研究对象、任 务及与其他学科的关系 n发育生物学是近年来进展最快的学科之一 nNature、 Science及其分支杂志在1994年 至今刊登了2500多篇发育方面的论文。 n在Pubmed上可以检索到50万篇发育相关的论文。 Developmental biology is at the core of all biology. 发育生物学的研究对象 n发育生物学( developmental biology)是 应用现代生物学的技术研究 生物发育本质的科学,主要 研究多细胞生物体从生
5、殖细 胞的发生、受精、胚胎发育 、生长、衰老和死亡即生物 个体发育(ontogeny)中生 命过程发展的机制。同时, 发育生物学也研究生物种群 系统发生(systematics development)的机制。 n传统的胚胎学是研究从动物受精到出生之间有机体的 发育,描述胚胎发育的过程与现象为主。发育生物学 是研究发育过程与现象的机制,即探讨发育的本质。 发育生物学与其他学科的关系 n发育生物学是在20世纪50年代以后,由于分子生物学、细胞 生物学、遗传学以及生物化学等其他生命学科的发展,并与胚 胎学的相互渗透,才逐渐发展和形成的一门新兴的生命科学。 同时,发育生物学的研究制造了一个网络,将分
6、子生物学、细 胞生物学、遗传学、生物化学、生理学、免疫学等学科整合在 一起。 发育生物学在本专业课程体系中的位置 n生物化学、微生物学、植物生物学、动物生物学 n细胞生物学、遗传学、分子生物学、基因工程、发育 生物学、生态学、免疫学、生物信息学 n生物工程下游技术、生物医药研究方法、生物检测技 术 发育生物学研究的主要任务 n个体发育的基础是细胞分化(cell differentiation)。 从个体发育的角度来说,一个单细胞受精卵如何通 过一系列的细胞分裂和细胞分化,产生有机体内所 有形态和功能不同的细胞,这些细胞之间又如何通 过细胞之间的相互作用共同构建各种组织和器官, 建成一个有机体并
7、完成各种发育过程,这些都是发 育生物学的研究任务。 n从另一个角度来讲,发育 是遗传信息按一定的时间 和空间顺序表达的结果。 发育具有严格的次序性, 发育并不是个别基因的表 达,而是众多基因表达在 时间和空间上的联系和配 合。 n发育生物学的主要任务是 研究生物体发育的遗传程 序及其调控机制。 发育生物学的研究意义 n1、有关细胞分化机理、正常发育的机制和异常发育的分子 机制的研究,为临床医学攻克癌症和其他绝症、防病保健提 供了必要的理论基础。 n2、有关生殖细胞发生、受精等早期胚胎发育机制的研究为 动植物人工繁殖、计划生育、优生优育、提高人类整体素质 等提供理论根据。 发育生物学既是重要的基
8、础生命科学,其研究成果又具有 广阔的应用前景,对于解决人口、健康、农业生产的发展和生 物资源的利用都有着重要意义。 Basic concepts of Developmental Biology 第二节 动物发育的主要特征和基本规律 动物发育的主要特征 n发育的主要特征是具有严格的时间和空间的次序性,这种 次序性由发育的遗传程序控制,保持物种的的遗传稳定性 。 n发育是有机体的各种细胞协同作用的结果,也是一系列基 因网络性调控的结果,涉及发育过程中的细胞分裂、细胞 分化、细胞迁移、细胞生长、凋亡、衰老和死亡等。 发育的主要功能 1. 产生细胞的多样性,并使各种细胞在本世代有机 体内有严格的时间
9、和空间的次序性。不同表型的 细胞构成组织、器官,成为成熟的个体,再经衰 老,最后死亡。(产生生命) 2. 通过繁殖产生新一代的个体,保证世代的交替和 生命的连续。(繁衍生命) 多细胞有机体的发育有两个主要的功能: 动物发育的基本规律 n新个体的生命开始于两性配子(gamete)精 子和卵子的融合,其融合过程称为受精( fertilization)。通过受精激活发育的程序,受 精卵开始胚胎发育(embryogenesis)。 n动物王国中各种动物形态不同, 胚胎发育模式多种多样。 n大多数动物的胚胎发育要经过受 精、卵裂(cleavage)、原肠胚 形成(gastrulation)、神经胚形 成
10、(neurulation)和器官形成( organogenesis)等几个主要的胚 胎发育阶段才能发育成为幼体, 通过生长发育成为成体。 n有些动物如两栖类的个体发育还 必需经历变态(metamorphosis ),才能发育成为成体。 动物发育的几个主要事件 1. 细胞分裂 Cleavage: 细胞分裂快、没有细胞生长的间歇期 ,因而新生细胞的体积比母细胞小。 爪蟾受精卵的卵裂 2. 细胞分化 多能造血干细胞 形成各种血细胞 n从受精卵发育成为有机体,实际上是从一个全能细胞 通过一系列的细胞分化产生有机体全部细胞表型的过 程。细胞分化的结果是形成一定的细胞表型。人的受 精卵通过细胞分化至少产生
11、 种以上的细胞。 250 3. 形态发生 形成各种组织和器 官,最突出的形态 变化发生在原肠作 用开始之后。 (1) 胚层的形成 4. 图式形成(Pattern formation):胚胎细胞形 成不同的组织器官和构成有序的空间结构的过程 所有多细胞有机体至少具有一种主要的胚轴。 (2) 躯体轴线的制定 胚胎发育过程中身体的主轴 。 5. 生长 胚胎在基本的pattern形成之后, 其体积会显著增长,原因在于细胞 数量增加、细胞体积增加、胞外物 质的积累。不同组织器官的生长速 度也各异。 第三节 发育生物学的发展简史 Origins and History of Developmental B
12、iology n发育是生物学中古老的话题,而发育生物学是在 胚胎学的基础上发展和形成的一门新型的生命科 学,它揭示了生物体生命周期动态演变的规律, 是生命科学中的新主角。 n生命科学中最活跃的发育生物学古老而又年轻。 n最早试图解释发育问题的是希腊 的希波克拉底(Hippocrates)。 他用当时时兴的物理学上的热、 湿度和凝固等理论来解释发育。 发育生物学的起源 公元前4世纪希腊圣贤亚里士多德(Aristotle) 对于动物胚胎的不同部分和成体动物各种结构形成的 原因就提出了自己的观点,认为胚胎发育有2种可能 性: 一种是先成论(preformation),胚胎是成体 的雏形,即胚胎中的每
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