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Crop Germplasmics

Xu Liu (Editor-in-Chief) and Yunbi Xu (English Editor-in-Chief)

6h58min30

  • Sciences de la vie et de la nature
558 pages. Temps de lecture estimé 6h58min.
Crop germplasmics is a scientific field dedicated to the study of diversity of crops and their wild relatives, as well as its utilization. It encompasses theories, technologies, and management systems involved in the formation, conservation, research, and utilization of crop diversity. This book introduces the theoretical and technical frameworks of crop germplasmics, providing a comprehensive overview of the discipline. The book begins with an Introduction that outlines the main themes, followed by a detailed exploration of fundamental theories. Subsequent chapters delve into specific theories, technical methods, and significant advancements within the workflow of germplasm. Topics covered include investigation and collection, safe conservation, phenotypic evaluation, genotyping and gene mining, germplasm enhancement, multi-omics research, big data construction, sharing and utilization, value assessment, property rights protection, and efficient management. The book emphasizes a seamless integration of academic rigor and accessibility, reflecting the cutting-edge and forward-looking nature of the discipline’s development. It serves as a valuable reference for professionals working with germplasm, as well as for postgraduate teaching, crop genetics and breeding, and basic research.Editorial Board of Crop Germplasmics. . . . . . . . . . . . . . . . . . IIIPreface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VCHAPTER 1Introduction: Crop Germplasmics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1 Purposes, Importance and Development of Crop Germplasmics. . . . . 11.1.1 Purposes and Importance of Crop Germplasmics. . . . . . . . 11.1.2 Development of Crop Germplasmics . . . . . . . . . . . . . 21.2 Concepts, Connotation and Roles of Crop Germplasmics. . . . . . . . 41.2.1 Basic Concepts and Connotation. . . . . . . . . . . . . . . 41.2.2 Categories of Crop Germplasm. . . . . . . . . . . . . . . . 41.2.3 Formation of Crop Germplasm. . . . . . . . . . . . . . . . 51.2.4 Roles of Crop Germplasm. . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.2.5 Improvement of the World’s Agricultural Development by Crop Germplasm . . . . . . . 111.3 Theories, Tasks and Research Directions of Crop Germplasmics. . . . 121.3.1 Basic Theories of Crop Germplasmics. . . . . . . . . . . . 121.3.2 Basic Features of Crop Germplasm. . . . . . . . . . . . . 131.3.3 Extended Features of Crop Germplasm. . . . . . . . . . . 151.3.4 Research Directions of Crop Germplasmics . . . . . . . . . 161.3.5 Features of Research on Crop Germplasm. . . . . . . . . . 191.4 History, Status and Trend of Research in Crop Germplasmics . . . . . 201.4.1 History of Crop Germplasmics. . . . . . . . . . . . . . . 201.4.2 Developmental Status and Trend of Crop Germplasmics . . . 26References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28CHAPTER 2Basic Theories of Germplasmics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.1 Introduction to the Theory of the Centres of Origin of Crops . . . . 292.1.1 The Centres of Origin of Crops . . . . . . . . . . . . . . 292.1.2 Methods for Determining the Centres of Origin of Crops . . . 332.1.3 Crop Domestication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.1.4 Impacts of the Centres of Origin of Crops in Germplasm Research . . . .. . 432.2 The Law of Homologous Series in Variation . . . . . . . . . . . . 442.2.1 Theoretical Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442.2.2 Convergent and Divergent Evolution . . . . . . . . . . . . 452.2.3 Research Methods in Genetic Evolution . . . . . . . . . . 472.2.4 Crop Diffusion and Differentiation . . . . . . . . . . . . . 492.2.5 Impacts of the Law of Homologous Series in Variation on Crop Germplasm . . .. . . . . 512.3 The Theory of Synergistic Evolution of Crop Germplasm and Cultural Environments. . . . . . 532.3.1 The Preference for Waxy Food Promoted the Accumulation of Waxy Genes in Crops .. 542.3.2 Steaming-Based Cooking Methods Can Promote the Evolution of Crops to Match the Steamed Taste Quality . . . . . . . . 562.3.3 The Preference for Vegetables and Fruits and the Diversification of Preferences Promoted the Formation of Germplasm of Characteristic Crops . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572.3.4 The Best Use of the Materials Gives Rise to New Crop Germplasm . . .. 592.3.5 Impacts of the Theory of Syngergistic Evolution of Crop Germplasm and Cultural Environments on Germplasm Research . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62CHAPTER 3Investigating and Collecting of Crop Germplasm . . . . . . . . . . . . . 733.1 A Brief History of Investigating and Collecting of Crop Germplasm. . .. . . 733.1.1 Brief History of Crop Germplasm Investigatingand Collecting Outside of China . . . . . . . . . . . . . . 733.1.2 Brief History of Crop Germplasm Investigating and Collecting in China. . 743.1.3 Brief History of Introducing Foreign Crop Germplasm to China . . . 743.2 Theoretical Basis of Crop Germplasm Investigation and Collecting . .. . . . . 753.2.1 Unbalanced Distribution of Crop Germplasm . . . . . . . . 763.2.2 The Long-Term and Continuity of Germplasm Variation . . . .. . . 773.2.3 Regional Specificity of Germplasm Influenced by Human Activities . . . .. 783.3 Investigating and Collecting Techniques Applied to Crop Germplasm . . .. . 803.3.1 Selection of Priority Areas for Investigating and Collecting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 813.3.2 Investigating Techniques of Crop Germplasm . . . . . . . . 813.3.3 Collecting Methods of Crop Germplasm . . . . . . . . . . 833.3.4 Specimen Collecting Methods . . . . . . . . . . . . . . . 853.4 Introduction of Crop Germplasm . . . . . . . . . . . . . . . . . 853.4.1 The Importance of Germplasm Introduction . . . . . . . . 853.4.2 Principles of Germplasm Introduction . . . . . . . . . . . 863.4.3 Technologies of Germplasm Introduction . . . . . . . . . . 863.4.4 Precautions with Foreign Introduction of Crop Germplasm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 883.5 Quarantine of Introduced Crop Germplasm. . . . . . . . . . . . . 893.5.1 Necessity of Quarantine . . . . . . . . . . . . . . . . . 893.5.2 Basis for Quarantine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 903.5.3 Transmission Pathway of Quarantine Pests . . . . . . . . . 913.5.4 Phytosanitary Measures . . . . . . . . . . . . . . . . . . 923.5.5 Quarantine and Inspection Technologies . . . . . . . . . . 953.6 Trends in Crop Germplasm Investigating and Collecting . . . . . . . 983.6.1 Achievements and Trends in Germplasm Investigating and Collecting in China. . 983.6.2 Achievements and Trends in Introducing Germplasm . . . . . 1033.6.3 Trends in Germplasm Investigation and Collecting . . . . . . 104References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105CHAPTER 4Conservation of Crop Germplasm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1074.1 Concepts of Germplasm Conservation . . . . . . . . . . . . . . . 1074.1.1 Basic Concepts of Conservation . . . . . . . . . . . . . . 1074.1.2 Scope of Conservation Research . . . . . . . . . . . . . . 1074.2 Significance of Germplasm Conservation . . . . . . . . . . . . . . 1084.2.1 Maintaining Genetic Diversity and Integrity of Crop Germplasm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1084.2.2 Broadening the Genetic Basis for Crop Breeding and Agricultural Technological Innovation . . . . . . . . . 1094.2.3 Playing a Critical Role in Crop Breeding, Agricultural Production, and Rural Revitalization . . . . . . . . . . . . 1094.3 Basic Principles of Germplasm Conservation . . . . . . . . . . . . 1114.3.1 Integrated Conservation . . . . . . . . . . . . . . . . . 1114.3.2 Prolonging the Longevity and Maintaining the Genetic Integrity of Germplasm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1144.3.3 Maintaining Genetic Evolutionary Potential of Germplasm . . 1244.4 Ex Situ Conservation Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . 1274.4.1 Seed Preservation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1274.4.2 Plant Preservation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1314.4.3 In Vitro and Cryo Preservation . . . . . . . . . . . . . . . 1344.4.4 DNA Preservation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1374.5 In Situ Conservation Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1384.5.1 Physical Isolation Protection Technology . . . . . . . . . . 1404.5.2 Mainstreaming Conservation Technology . . . . . . . . . . 1444.5.3 On-Farm Conservation Technology . . . . . . . . . . . . 1454.5.4 In Situ Conservation Monitoring and Early Warning . . . . . 1454.6 Research Progress and Trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1474.6.1 Ex Situ Conservation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1474.6.2 In Situ Conservation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159CHAPTER 5Phenotypic Evaluation (Phenotyping) of Crop Germplasm . . . . . . . . . 1635.1 Fundamental Principles and Methods for Phenotyping of Crop Germplasm .. . . . . . . 1635.1.1 Phenotyping: A Key to Crop Germplasm and Cultivar Development .. 1635.1.2 Fundamental Principles and Environmental Controls in Crop Germplasm Phenotyping . .. 1655.1.3 Major Phenotyping Methods in Crop Germplasm . . . . . . 1685.2 Phenotyping of Agronomic Traits . . . . . . . . . . . . . . . . . 1705.2.1 Overview of Agronomic Trait Phenotyping . . . . . . . . . 1705.2.2 Methods and Criteria for Phenotyping Agronomic Traits . . . 1745.3 Phenotyping of Resistance to Biotic Stress . . . . . . . . . . . . . 1755.3.1 Overview of Phenotyping Biotic Stress Resistance . . . . . . 1765.3.2 Technical Methods and Criteria for Phenotyping Crop Resistance to Diseases and Pests . . . . . . . . . . . . . . 1835.3.3 Types and Mechanisms of Resistance to Biotic Stresses . . . . 1875.4 Phenotyping of Resistance to Abiotic Stress . . . . . . . . . . . . . 1905.4.1 Overview of Phenotyping Crop Resistance to Abiotic Stress . . 1905.4.2 Major Methods and Indicators for Phenotyping Crop Stress Resistance. .. . . 1915.4.3 Types and Mechanisms of Crop Resistance to Abiotic Stresses. . . 1945.5 Phenotyping of Quality Traits . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1955.5.1 Overview of Phenotyping Crop Quality Traits . . . . . . . 1955.5.2 Major Evaluation Methods, Indicators and Standards . . . . . 2005.6 Phenotyping of the Use Efficiency of Environmental Resources . . . . 2045.6.1 Overview of Phenotyping Use Efficiency of Environmental Elements by Crop Germplasm . .. . 2055.6.2 Major Phenotyping Methods, Indicators and Standards . . . . 2085.7 Progress and Development Trend of Phenotypic Evaluation . . . . . 2105.7.1 Advance of Phenotypic Evaluation of Crop Germplasm in China . . . 2105.7.2 Advances in Phenotypic Evaluation of Crop Germplasm in the World. . 2185.7.3 Prospect of Phenotypic Evaluation of Crop Germplasm . . . 221References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222CHAPTER 6Genotyping and Gene Discovery in Crop Germplasm . . . . . . . . . . . 2256.1 Concept and Methods of Genotyping . . . . . . . . . . . . . . . 2256.1.1 Concept, Content, Significance of Genotyping . . . . . . . . 2256.1.2 Major Technical Methods of Genotyping . . . . . . . . . . 2266.2 Application of Genotyping in Crop Germplasm . . . . . . . . . . . 2296.2.1 Genetic Diversity Assessment . . . . . . . . . . . . . . . 2296.2.2 Analysis of Selection in Domestication and Improvement . . . 2326.2.3 Construction of Core Collection . . . . . . . . . . . . . . 2346.2.4 DNA Fingerprint Database for Famous Cultivars and Crucial Germplasm. .. . 2376.3 Gene Discovery and Allele Mining in Crop Germplasm . . . . . . . 2386.3.1 Gene Resource Discovery. . . . . . . . . . . . . . . . . 2386.3.2 Methods for Gene Discovery . . . . . . . . . . . . . . . 2406.3.3 Basic Strategies of Allele Mining . . . . . . . . . . . . . . 2456.4 Major Achievements in Gene Discovery and Allele Mining for Crop Improvement. .. 2466.4.1 Gene Discovery and Allele Mining for Yield . . . . . . . . 2476.4.2 Gene Discovery and Allele Mining for Biotic and Abiotic Stress Tolerance .. . . . . 2476.4.3 Gene Discovery and Allele Mining for Nutrient Utilization Efficiency . . . .. . . 2506.4.4 Gene Discovery and Allele Mining for Quality Traits. . . . . 2516.4.5 Gene Discovery and Allele Mining for Adaptation . . . . . . 2526.5 Genomics Highlights Crop Founder Genotypes in Breeding . . . . . 2536.5.1 Founder Genotype in Breeding . . . . . . . . . . . . . . 2536.5.2 Basic Ideas and Strategy in Founder Genotype Research . . . 2546.5.3 Progress in Interpretation of Crop Founder Genotypes . . . . 2546.6 Trends in Genotyping and Gene Discovery in Crop Germplasm . . . 2566.6.1 High-Throughput and Accurate Genotyping of Crop Germplasm . 2566.6.2 Intelligent Processing of Big Data for Gene Discovery and Allele Mining . .. . 2576.6.3 Targeted Gene Discovery and Germplasm Enhancement . . . 258References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259CHAPTER 7Crop Germplasm Enhancement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2637.1 Basic Theories and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2637.1.1 The Implication of the Crop Germplasm Enhancement. . . . 2637.1.2 Crop Genepools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2637.1.3 The Basic Theories for Crop Germplasm Enhancement. . . . 2647.1.4 The Basic Methods of Crop Germplasm Enhancement . . . . 2667.2 Crop Germplasm Enhancement Using Landraces . . . . . . . . . . 2687.2.1 The Characteristics and Potential Value of Landraces. . . . . 2687.2.2 Germplasm Enhancement Strategies with Landraces . . . . . 2697.2.3 Application of Landraces in Crop Germplasm Enhancement. . 2707.3 Crop Germplasm Enhancement Using Wild Relatives . . . . . . . . 2797.3.1 Characteristics and Use Value of Crop Wild Relatives . . . . 2797.3.2 Strategies for Crop Germplasm Enhancement Using Wild Relatives. . . 2807.3.3 Detection and Tracking of Genetic Components of Crop Wild Relatives .. . . 2827.3.4 Using Wild Relatives for Crop Germplasm Enhancement . . . 2847.4 Research Hotspots and Trends of Crop Germplasm Enhancement . . . 2907.4.1 Achievements in Crop Germplasm Enhancement in China . . . 2907.4.2 The Future Development of Crop GermplasmEnhancement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296CHAPTER 8Crop Germplasmomics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3038.1 Crop Germplasm Genomics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3038.1.1 Principles of Crop Germplasm Genomics (CGG). . . . . . . 3058.1.2 Fields, Strategies and Technologies of Crop Germplasm Genomics (CGG) .. . . . . 3078.1.3 Major Advances in Crop Germplasm Genomics (CGG) . . . . 3108.1.4 Issues and Prospects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3148.2 Crop Germplasm Epigenomics . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3158.2.1 Basic Principles of Crop Germplasm Epigenomics . . . . . . 3168.2.2 Experimental Design, Detection and Analysis Methods for Crop Germplasm Epigenomics . . . . . . . . . . . . . 3188.2.3 Progress in Crop Germplasm Epigenomics . . . . . . . . . 3208.2.4 Issues and Prospects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3248.3 Crop Germplasm Transcriptomics . . . . . . . . . . . . . . . . . 3258.3.1 Principles of Crop Germplasm Transcriptomics . . . . . . . 3258.3.2 Research Contents of Crop Germplasm Transcriptomics . . . 3278.3.3 Research Design and Methodology of Crop Germplasm Transcriptomics . . .. . . . . 3288.3.4 Progress in Crop Germplasm Transcriptomics . . . . . . . . 3318.3.5 Problems and Prospects . . . . . . . . . . . . . . . . . 3358.4 Crop Germplasm Proteomics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3368.4.1 Principles of Crop Germplasm Proteomics . . . . . . . . . 3378.4.2 Research Fields in Crop Germplasm Proteomics . . . . . . . 3388.4.3 Experimental Design and Key Techniques in Crop Germplasm Proteomics .. . . 3398.4.4 Major Advances in Crop Germplasm Proteomics. . . . . . . 3428.4.5 Challenges and Prospects . . . . . . . . . . . . . . . . . 3448.5 Crop Germplasm Metabolomics . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3448.5.1 The Mechanisms Underlying Metabolic Variations in Crop Germplasm . .. . . . . . 3458.5.2 Research Foci of Crop Germplasm Metabolomics . . . . . . 3458.5.3 Experimental Designs, Strategies and Methods in Crop Germplasm Metabolomics .. .. . 3468.5.4 Advances in Crop Germplasm Metabolomics . . . . . . . . 3488.5.5 Problems and Prospects . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3538.6 Crop Germplasm Phenomics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3548.6.1 Principles of Germplasm Phenomics . . . . . . . . . . . . 3558.6.2 Phenotypic Research in Crop Germplasm . . . . . . . . . . 3568.6.3 Programs and Technologies for Crop Germplasm Phenomics Research .. . . . . . . 3568.6.4 Major Progress in Crop Germplasm Phenomics . . . . . . . 3608.6.5 Problems and Prospects of Crop Germplasm Phenomics Research. . . 364References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365CHAPTER 9Big Data of Crop Germplasm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3739.1 Concepts and Categories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3749.1.1 Overview of Crop Germplasmic Big Data. . . . . . . . . . 3749.1.2 Framework of Crop Germplasmic Big Data System . . . . . 3769.2 Standards and Specifications of Crop Germplasmic Data . . . . . . . 3779.2.1 Overview of Big Data Standards . . . . . . . . . . . . . . 3789.2.2 Classification and Coding Standards for Crop Germplasm . . . . . . .. . . . 3789.2.3 Metadata Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3799.2.4 Terminology and Descriptors . . . . . . . . . . . . . . . 3829.2.5 Data Standards for Crop Germplasm . . . . . . . . . . . . 3889.2.6 Data Quality Control Standards for Crop Germplasm . . . . 3899.3 Data Acquisition and Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . 3909.3.1 Data Acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3909.3.2 Data Submission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4049.3.3 Data Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4079.3.4 Data Integration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4099.4 Data Analysis and Mining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4119.4.1 Classical Statistical Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . 4119.4.2 Spatial Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4129.4.3 Big Data Mining in Crop Germplasm. . . . . . . . . . . . 4179.5 Big Data Platforms and Applications . . . . . . . . . . . . . . . 4209.5.1 Overall Architecture of the Big Data Platforms . . . . . . . 4209.5.2 Big Data Management Applications . . . . . . . . . . . . 4209.5.3 Applications of Big Data Research . . . . . . . . . . . . . 4249.5.4 Big Data Sharing Service . . . . . . . . . . . . . . . . . 4259.6 Conclusion and Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4269.6.1 Major Achievements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4269.6.2 Challenging Issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4279.6.3 Future Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428CHAPTER 10Utilization of Crop Germplasm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43110.1 Utilization of Crop Germplasm in Basic Science . . . . . . . . . . . 43110.1.1 Contribution of Crop Germplasm to Genetics . . . . . . . . 43110.1.2 Contribution of Crop Germplasm to Cytogenetics . . . . . . 43210.1.3 Contribution of Crop Germplasm to Genomics . . . . . . . 43310.1.4 The Contribution of Germplasm to the Synthesis of New Species . . 43610.1.5 Prospects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43710.2 Utilization of Crop Germplasm in Breeding and Production . . . . . 43710.2.1 Utilization of Landraces . . . . . . . . . . . . . . . . . 43810.2.2 Utilization of Introduced Germplasm. . . . . . . . . . . . 44210.2.3 Utilization of Wild Relatives of Crops . . . . . . . . . . . 45010.3 Crop Germplasm Sharing and Utilization Platform . . . . . . . . . 45510.3.1 Concept and Significance of Sharing and Utilization . . . . . 45510.3.2 Principles and Methods of Crop Germplasm Sharing . . . . . 45610.3.3 Feedback on Germplasm Sharing and Utilization . . . . . . 45910.3.4 Construction and Operation of the Shared Service Platform . . 45910.4 Prospects of Crop Germplasm Utilization . . . . . . . . . . . . . 46510.4.1 Strengthen Public Awareness and Improve the Germplasm Conservation and Utilization .. . . . 46510.4.2 Accelerate the Efficient Use of Crop Germplasm by Providing Active Services .. . 46510.4.3 Lead the Development of Seed Industry by ImprovingGermplasm Enhancement Capability . . . . . . . . . . . . 466References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466CHAPTER 11Value Assessment and Property Rights Protection of Crop Germplasm . . . 47111.1 Importance of Value Assessment and Protection of Property Rights . . 47111.1.1 Value Assessment Provides Important Evidence for Decision-Making on Conservation and Use of Germplasm . . . 47111.1.2 Protection of Property Rights is the Incentive Mechanism for Conserving and Innovative Use of Germplasm . . . . . . 47211.1.3 Access and Benefit-Sharing Constitute the Effective Mechanism for Protecting Sovereign Rights and Interests of Conservationists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47211.1.4 Value Assessment and Protection of Property Rights Will Strengthen the Roles of Ensuring Food Security by Crop Germplasm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47211.2 Value Assessment of Crop Germplasm . . . . . . . . . . . . . . . 47311.2.1 Basic Concepts and Theories . . . . . . . . . . . . . . . 47311.2.2 Categories of Value of Crop Germplasm . . . . . . . . . . 47511.2.3 Methods of Valuating Crop Germplasm . . . . . . . . . . 47811.2.4 Analysis on Composition of Value of Crop Germplasm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48111.2.5 Value Assessment Approach of Crop Germplasm . . . . . . 48211.2.6 Asset Management of Crop Germplasm . . . . . . . . . . 48511.3 Protection of Property Rights of Crop Germplasm . . . . . . . . . 48711.3.1 Basic Concepts and Theories . . . . . . . . . . . . . . . 48811.3.2 Affirmation of Fundamental Rights on Crop Germplasm . . . 49111.3.3 Exploration of Property Rights on Crop Germplasm . . . . . 49311.3.4 Protection of Intellectual Property Rights Over Crop Germplasm . . .. 49611.4 Access and Benefit-Sharing Mechanisms of Crop Germplasm . . . . . 50111.4.1 Basic Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50111.4.2 International Access and Benefit-Sharing of Germplasm . . . . 50211.4.3 Practices in Access and Benefit-Sharing of Crop Germplasm in China .. . . . . . 50611.5 Trends and Outlooks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50811.5.1 Strengthening Research and Application of Germplasm Valuation . . .. . . . 50811.5.2 Promotion of Property Right Protection for Germplasm . . . 50911.5.3 Promotion of Establishment and Implementation of Access and Benefit-Sharing System. . . . . . . . . . . . 510References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511CHAPTER 12Management of Crop Germplasm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51312.1 International Management of Crop Germplasm . . . . . . . . . . . 51312.1.1 International Management System of Crop Germplasm. . . . 51412.1.2 International System for the Conservation and Utilization of Crop Germplasm…51512.1.3 International Operation System for Crop Germplasm. . . . . 51712.1.4 Cases of Crop Germplasm Management in Selected Countries . .. 51812.2 Management of Crop Germplasm in China . . . . . . . . . . . . . 52212.2.1 Management Systems of Crop Germplasm in China . . . . . 52312.2.2 Conservation and Utilization Systems of Crop Germplasm in China. . . . 52812.2.3 Operation System of Crop Germplasm in China . . . . . . . 53012.2.4 Operational Safeguard Mechanism . . . . . . . . . . . . . 53312.3 Trends in Crop Germplasm Management . . . . . . . . . . . . . 53312.3.1 Trends . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53412.3.2 Suggestions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539
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Affiche du document Cybernétique et régulations physiologiques

Cybernétique et régulations physiologiques

Bernard Calvino

3h33min45

  • Sciences de la vie et de la nature
285 pages. Temps de lecture estimé 3h34min.
Ce livre présente l’étude des régulations des grandes fonctions de l’organisme humain, qui constitue le principal objet de la physiologie. Il invite le lecteur à investiguer ce champ de recherche en l’abordant à l’aide d’une grille de lecture particulière, celle de la cybernétique.La cybernétique est née de la confrontation entre les mathématiques, la physique et la physiologie, au cours de rencontres rassemblant des scientifiques venus d’horizons très divers (mathématiciens, physiciens, ingénieurs, physiologistes, psychologues…), en s’appuyant sur une démarche commune : étudier les systèmes complexes grâce au formalisme basé sur les principes de cette discipline (la boîte noire, l’homéostat, la régulation – en constance ou en tendance –, la rétroaction – feed-back en anglais –, le servomécanisme, la communication, l’information). Seront ainsi abordées tout au long de l’ouvrage les notions physiologiques suivantes : la notion de milieu intérieur ; les trois grandes voies de communication de l’organisme (les voies de communication endocrinienne, nerveuse et immunitaire) ; les intercommunications entre ces voies rencontrées dans les systèmes neuroendocriniens (complexe hypothalamo-hypophysaire, notion d’axe de régulation neuroendocrine) ; la neuro-immuno-endocrinologie ; la régulation de plusieurs paramètres du milieu intérieur (calcémie et pression artérielle) ; les processus physiologiques associés au stress.À la différence d’un ouvrage de physiologie traditionnel, ce livre traite de l’organisme dans son ensemble, et non pas de l’étude d’une fonction physiologique d’organes particuliers. Cette approche globale nécessite un mode de représentation spécifique pour décrire les réactions d’équilibre et les systèmes autorégulés, ce qui sera réalisé ici en appliquant les concepts et la méthodologie cybernétique aux régulations physiologiques.Il est destiné aux étudiants, enseignants, chercheurs en biologie et sera utile également en médecine.IntroductionCybernétique et physiologie 1Pourquoi la cybernétique ? 1La physiologie, science des régulations du milieu intérieur 6Pour une physiologie d’organisme 7Références 9Chapitre 1 • Les systèmes vivants, des systèmes homéostasiques 111.1 La représentation des systèmes vivants 121.1.1 Les théories vitalistes 121.1.2 Les théories mécanistes et matérialistes 131.2 La thermodynamique des systèmes vivants 161.2.1 Quelques notions de thermodynamique 161.2.2 Les systèmes vivants : des systèmes ouverts hors d’équilibre 181.3 L’homéostasie et son approche cybernétique 211.3.1 La notion d’organisation et de niveau d’organisation 211.3.2 La notion d’homéostasie 231.3.3 Régulateurs en constance, régulateurs en tendance 241.3.4 Délai d’action et efficacité d’un homéostat 331.4 La notion de servomécanisme 341.5 Les systèmes de communication dans l’organisme : la théorie de l’information 371.5.1 L’information : sens commun et sens cybernétique 371.5.2 Les systèmes d’information dans l’organisme 39Références 43Chapitre 2 • Le milieu intérieur 452.1 La signification physiologique du milieu intérieur 462.1.1 L’importance physiologique de l’eau 462.1.2 Milieu intérieur et homéostasie 462.1.3 Milieu intérieur et milieu intracellulaire 502.2 Les différents compartiments du milieu intérieur 502.2.1 L’osmose et les mouvements d’eau entre compartiments 522.2.2 Le compartiment interstitiel 532.2.3 Le compartiment plasmatique 552.2.4 Le compartiment lymphatique endovasculaire 572.3 Les mouvements d’eau et de solutés entre les compartiments plasmatique et interstitiel 592.3.1 L’échangeur capillaire 602.3.2 Les mécanismes associés aux mouvements d’eau et de solutés 61Références 65Chapitre 3 • Le système de communication hormonal – Un système de communication public 673.1 Le système de communication hormonal : une voie de communication publique, mais spécifique 683.2 La glande endocrine, émetteur du message hormonal 743.2.1 Caractéristiques générales des émetteurs endocriniens 743.2.2 La synthèse et le stockage de l’hormone 753.2.3 La sécrétion de l’hormone 793.3 Le transmetteur de la voie de communication hormonale : le compartiment plasmatique de dilution de l’hormone 813.3.1 Concentration et formes circulantes de l’hormone dans le plasma 813.3.2 Volume de dilution et durée de vie du messager hormonal 833.3.3 Débits relatifs au compartiment de l’hormone : sécrétion et élimination de l’hormone 853.4 Les récepteurs de la voie de communication hormonale, les tissus cibles des hormones 863.4.1 La cellule cible, une voie de communication à l’échelle cellulaire 873.4.2 Réception hormonale extracellulaire 883.4.3 Réception hormonale intracellulaire 92Références 95Chapitre 4 • Le calciostat – Un exemple d’homéostat régulépar une voie de communication hormonale 974.1 L’ion calcium 984.1.1 Les fonctions de l’ion calcium dans l’organisme 984.1.2 Le métabolisme phosphocalcique 994.2 Le calcisotat, données de base 1024.2.1 Caractéristiques générales 1024.2.2 Le contexte physiologique du mode d’action du calciostat 1034.3 Le système réglé du calciostat 1044.3.1 Les trois compartiments du système réglé du calciostat 1044.3.2 Les échangeurs du système réglé du calciostat 1074.4 Le système réglant du calciostat 1134.4.1 La voie de communication hormonale de la calcitonine (CT) 1134.4.2 La voie de communication hormonale de la parathormone (PTH) 1154.4.3 La voie de communication hormonale du 1-25-Di-Hydroxy Cholé-CalciFérol (1-25-DHCCF) 1194.5 La régulation en constance du calciostat : maintien de l’homéostasie de la calcémie 1224.5.1 Dans le cas d’une hypercalcémie 1244.5.2 Dans le cas d’une hypocalcémie 124Chapitre 5 • Le système de communication nerveux – Une voie de communication privée 1275.1 Présentation du système nerveux 1285.1.1 Organisation générale du système nerveux 1285.1.2 Caractéristiques générales de la communication nerveuse 1305.1.3 Les cellules gliales 1305.2 La voie de communication nerveuse à l’échelle systémique 1345.2.1 Le capteur-transducteur-émetteur 1355.2.2 Le transmetteur 1355.2.3 Le récepteur-effecteur 1375.2.4 Le système nerveux végétatif (SNV) 1375.3 Le potentiel d’action : messager physique de la voie de communication nerveuse 1405.3.1 La nature du potentiel d’action 1405.3.2 Le seuil de déclenchement du potentiel d’action 1455.4 La voie de communication nerveuse à l’échelle du neurone 1455.4.1 L’architecture du neurone 1455.4.2 Les caractéristiques de la voie de communication neuronale 1475.5 La voie de communication nerveuse à l’échelle de la synapse 1525.5.1 Les caractéristiques de la voie de communication synaptique 1535.5.2 Le fonctionnement d’une synapse en 10 étapes 1565.5.3 La voie de communication synaptique, une cible neuropharmacologique 1655.5.4 Les peptides neuromodulateurs 165Conclusion 169Références 171Chapitre 6 • Le barostat – un exemple d’homéostat régulé par une voie de communication nerveuse 1736.1 La pression artérielle moyenne 1746.1.1 Caractérisation physiologique de la pression artérielle moyenne (PAM) 1746.1.2 Les sources de variation de la pression artérielle moyenne : le domaine d’action du barostat 1756.2 Le système réglé du barostat 1766.2.1 Le compartiment du système réglé 1766.2.2 Définition de la grandeur réglée : la pression artérielle moyenne 1766.3 Le système réglant du barostat 1786.3.1 L’émetteur de la voie de communication du barostat 1796.3.2 Le transmetteur de la voie de communication du barostat 1796.3.3 Les récepteurs-effecteurs de la voie de communication du barostat 1816.4 La régulation en constance du barostat 1816.4.1 Cas d’une diminution de la PAM 1826.4.2 Cas d’une augmentation de la PAM 1836.5 Régulation à long terme de la PAM et hypertension chronique 183Chapitre 7 • Interdépendances entre les voies de communication nerveuse et hormonale – Interactions neuro-endocrines 1897.1 Le cerveau endocrine : les neurones neurosécréteurs de l’hypothalamus 1907.1.1 La naissance de la neuroendocrinologie 1907.1.2 La notion d’axe hypothalamo-hypophysaire 1917.2 Les neurones magnocellulaires et la neurohypophyse 1957.3 Les neurones parvocellulaires et l’adénohypophyse : les cinq axes hypothalamo-hypophysaires 1977.3.1 Organisation anatomique et fonctionnelle d’un axe hypothalamo-hypophysaire 1977.3.2 Description des axes hypothalamo-hypophysaires 2007.4 Les cellules endocrines du lobe intermédiaire et leurs hormones peptidiques 2097.5 La capsule surrénale : un organe à l’interface des systèmes de communication nerveux et hormonal 2127.5.1 La cortico surrénale 2127.5.2 La médullosurrénale 215Références 220Chapitre 8 • Le système immunitaire – inter-relations entre les trois voies de communication nerveuse, immunitaire et endocrine : la neuro-immuno-endocrinologie 2238.1 Les organes effecteurs du système immunitaire 2258.2 Les cellules effectrices du système immunitaire 2268.2.1 La réponse immunitaire innée 2278.2.2 La réponse immunitaire acquise 2308.3 Un exemple d’interdépendance entre les voies de communication nerveuse et immunitaire : le lien entre inflammation et douleur 2348.3.1 Inflammation aiguë 2358.3.2 Rôle de la « soupe inflammatoire » dans le développement de la douleur inflammatoire 2378.3.3 L’inflammation neurogène 2408.3.4 Inflammation chronique 2428.4 Un exemple d’interdépendance entre les voies de communication nerveuse, hormonale et immunitaire : le stress, réaction de l’organisme aux situations d’urgence 2438.4.1 La notion de stress 2448.4.2 La phase d’alarme : mobilisation de la voie de communication du SNVO et de la médullosurrénale 2468.4.3 La phase de résistance 2488.4.4 La régulation en constance de l’axe corticotrope au cours du stress 2538.4.5 L’interrelation entre les deux voies de communication nerveuse et immunitaire 259Références 264Conclusion générale 265Vers un langage unifié des trois voies de communication au sein de l’organisme 266La chronobiologie 268La chronobiologie sous l’éclairage de la cybernétique 272La chronopharmacologie : une conséquence de l’influence des rythmes biologiques 273L’intérêt de la modélisation cybernétique dans l’apprentissage de la physiologie 274Références 275
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