第七章卵裂和多細(xì)胞創(chuàng)造

1、第七章卵裂和多細(xì)胞創(chuàng)造受精是發(fā)育的第一步，配子在得到了新的遺傳潛能和進(jìn)行了細(xì)胞質(zhì)的重排后，開始形成一個多細(xì)胞生物體。在所有已知的多細(xì)胞生物中，這一過程起始于卵裂，由一系列的細(xì)胞分裂將體積極大的卵子細(xì)胞質(zhì)分割成許多較小的、有核的細(xì)胞。這些處于卵裂期的細(xì)胞叫做卵裂球。不同卵裂球之間已經(jīng)開始產(chǎn)生差異，并最終發(fā)育成不同類型的細(xì)胞。對大多數(shù)物種而言（哺乳動物例外），細(xì)胞分裂的速度及卵裂的相互位置完全是由母本儲存的卵母細(xì)胞中的蛋白質(zhì)和mRNA控制的，而通過細(xì)胞分裂傳遞到所有細(xì)胞中的基因組在早期卵裂胚胎中并不行使功能。一般沒有或僅有極少數(shù)mRNA在卵裂的后期被轉(zhuǎn)錄。如果以化學(xué)試劑阻斷轉(zhuǎn)錄，胚胎仍能正常分裂。

2、多數(shù)物種卵裂期胚胎體積沒有凈增加，這是因為卵裂時，細(xì)胞質(zhì)體積并不增加，合子細(xì)胞質(zhì)不斷被二等分分到越來越小的細(xì)胞中，細(xì)胞在兩次分裂之間沒有生長期。卵裂期細(xì)胞核以極高的速度分裂，其分裂速度甚至超過癌細(xì)胞。如果蠅卵裂期的細(xì)胞分裂能以每10min一次的速度持續(xù)2h以上，在12h內(nèi)生成50000個細(xì)胞（如圖71）。卵裂期細(xì)胞快速分裂的結(jié)果之一就是細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核的體積比隨著卵裂的進(jìn)行不斷下降。在許多胚胎中，該比值的下降對于某些基因的激活起關(guān)鍵作用。如，爪蟾的核基因要在12次分裂之后才能開始轉(zhuǎn)錄。有人認(rèn)為是卵子內(nèi)的某種因子被新合成的染色質(zhì)所識別，因為可以通過改變核內(nèi)染色質(zhì)來改變轉(zhuǎn)錄的開始時間。卵裂在受精后立

3、即開始，終止于胚胎細(xì)胞到達(dá)的一個新的核質(zhì)平衡點(diǎn)。第一節(jié)卵裂的類型在不同的物種中，卵裂的方式是不同的，它是一個受遺傳控制的過程。卵裂方式主要由2個因素決定的：一是卵黃的含量及其在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的分布；二是卵子細(xì)胞質(zhì)中影響紡錘體形成時間及角度因子。卵黃含量和分布決定卵裂發(fā)生的部位及卵裂球的相對大小。如果卵子的一極卵黃蛋白相對較少，該極的細(xì)胞分裂速率就相對較快。富含卵黃的一極叫植物極，卵黃相對較少的一極叫植物極。合子的核一般靠近動物極。卵黃相對較少（少黃卵和中黃卵）的合子的卵裂方式一般為完全卵裂（holoblastic cleavage），卵裂后整個卵子被完全分割。多黃卵受精后形成的合子卵裂時僅有一部分細(xì)

4、胞質(zhì)被分割，而卵黃部分不分裂，因而稱為部分卵裂（merlblastic cleavage）。部分卵裂可以是盤狀的（discoida），如鳥卵，也可以是表面的（superfical），如昆蟲卵。卵黃蛋白是進(jìn)化過程中的一種適應(yīng)，可以使胚胎在沒有外來營養(yǎng)供給的情況下發(fā)育。卵黃較少的動物胚胎通常迅速地發(fā)育成幼蟲，幼蟲可以自主攝食、自由運(yùn)動。哺乳動物卵子幾乎不含卵黃，胚胎發(fā)育時最先分化出胎盤細(xì)胞，通過胎盤從母體吸收營養(yǎng)和氧氣。昆蟲、魚類、爬行類和鳥類的卵中儲存大量的卵黃，可以滿足胚胎早期發(fā)育的需要。這幾類動物不存在幼蟲期，發(fā)育過程中也不形成胎盤。在某些熱帶蛙中，沒有蝌蚪階段，它們的卵中卵黃含量極高。由于

5、沒有蝌蚪階段，所以它們的卵沒有必要產(chǎn)在水中。另一個決定卵裂方式的因素是有絲分裂器（mitotic apparatuss）在卵質(zhì)中的位置和定向。大多數(shù)動物的有絲分裂器與卵軸垂直或平行，卵裂是對稱的。如果有絲分裂器與卵軸成斜角，卵裂就呈螺旋式。一、完全卵裂完全卵裂的類型很多，主要在以下幾種：1輻射式卵裂輻射式卵裂有2個基本特征：一是每個卵裂球的有絲分裂器與卵軸垂直或平行；二是卵裂溝將卵裂球分成對稱的兩半。海鞘的卵裂是一輻射式卵裂（如圖72）。第一次卵裂的卵裂溝通過卵軸，產(chǎn)生大小相等的2個卵裂球。第二次卵裂的卵裂溝也通過卵軸，與第一次卵裂溝垂直。這兩次叫經(jīng)裂（meridional cleavage）

6、，因為它們的卵裂溝通過卵軸而與卵子的赤道面垂直。第三次卵裂是緯裂（latitudinal cleavage），卵裂沿赤道面將胚胎平均分成8個大小相等的球，4個在動物極，4個在植物極。第四至第八次卵裂分別是經(jīng)裂、緯裂、經(jīng)裂、緯裂，產(chǎn)生256個卵裂球。在前幾次卵裂，胚胎是一個實心球體，形如桑葚胚（morula）。經(jīng)8次卵裂后，卵裂球排列成圓筒開關(guān)。然后，兩極的卵裂球彼此靠近，形成一個由單層細(xì)胞圍成的空心球體。這時的胚胎叫做囊胚（blastula），中央的空腔叫囊胚腔（blastocoel）。海膽的卵裂也輻射卵裂，前三次與海鞘相同。第四次卵裂，動物極的4個卵裂球進(jìn)行經(jīng)裂，形成中卵裂球（mesomer

7、e）。而植物極細(xì)胞由一次剝均等的卵裂，形成了靠近赤道面的4個大卵裂球和4個靠近植物極的小卵裂球（如圖73）。第五次卵裂，8個中等細(xì)胞卵裂由經(jīng)裂形成動物極的2層細(xì)胞an1和an2。4個大卵裂球由經(jīng)裂形成8個細(xì)胞排在an2下面。4個小卵裂球也發(fā)生分裂，形成植物極端的一小簇細(xì)胞。第六、第七卵裂，所有的細(xì)胞分別沿緯線分裂，由128個細(xì)胞組成的囊胚。海膽的囊胚期開始于128細(xì)胞的胚胎，此時所有的細(xì)胞大小相同，形成一個單層的中空球體。此時，細(xì)胞之間的連接緊密，將囊胚腔與外環(huán)境隔離。隨著細(xì)胞分裂，囊胚的單細(xì)胞民隨著擴(kuò)增、變薄，植物極變得扁平（如圖74）。囊胚腔的增大既與細(xì)胞和透明層黏著有關(guān)，又與囊胚腔內(nèi)的高

8、滲透壓使外環(huán)境中的水進(jìn)入腔中有關(guān)。兩棲類中，大多數(shù)蛙和蠑螈的卵裂與棘皮動物相同，是輻射式卵裂。但兩棲類的卵在植物半球富含卵黃，防礙卵裂進(jìn)行。因此，當(dāng)?shù)谝淮温蚜褟膭游飿O開始，還在沿經(jīng)線分割植物半球的細(xì)胞質(zhì)時，第二次卵裂已經(jīng)又從動物開始了。第二次卵裂與第一次卵裂成直角，也是經(jīng)裂。第三次卵裂是緯裂，但卵裂溝靠近動物極，形成動物半球的4個小卵裂球和植物半球的4個大卵裂球。之后，動、植物半球的卵裂不同步，在動物半球形成大量的小卵裂球，在植物半球形成數(shù)目較少的、含有卵黃的大卵裂球。（如圖75）對于蛙的胚胎而言，囊胚腔具備兩種功能：1、在原腸形成過程中，囊胚腔有利于細(xì)胞遷移，并防止上下層細(xì)胞間不成熟地過早接

9、觸。如從囊胚腔頂部取出胚胎細(xì)胞置于囊胚腔底部富含卵黃的植物極細(xì)胞旁邊時，該動物極細(xì)胞發(fā)育形成中胚層而不是外胚層。由于中胚層細(xì)胞組織通常是由內(nèi)胚層前體相鄰的動物極細(xì)胞形成的，因此存在著植物級細(xì)胞影響動物極細(xì)胞分化成中胚層組織的可能性。二是囊胚腔對將發(fā)育成皮膚和神經(jīng)組織的細(xì)胞的完整性具有重要的維護(hù)作用。2螺旋式卵裂許多環(huán)節(jié)動物、渦蟲綱動物、紐形動物門動物和除頭足綱外的所有軟體動物的卵裂是螺旋式卵裂。螺旋式卵裂與輻射式卵裂不同之處在于：卵裂方向與卵軸成斜角；細(xì)胞之間勢力學(xué)上最穩(wěn)定的方式堆疊，細(xì)胞間接觸面積更大；螺旋式卵裂通常只經(jīng)過較少的次數(shù)的卵裂就開始了原腸形成，這為跟蹤囊胚每一個細(xì)胞的發(fā)育命運(yùn)提供

10、了便利。螺旋式卵裂形成的囊胚沒有腔，稱做實囊胚（stereoblastula）。（如圖76）由于螺旋式卵裂有右旋的和左旋的，表現(xiàn)在蝸牛的殼上就有右旋和左旋之分。蝸牛殼的螺旋方向是由單基因控制的，右旋對左旋是顯性的。然而，蝸牛殼的螺旋方向不是由其本身的基因型決定的，而是由其母親的基因型決定，是一種典型的母性遺傳。3兩側(cè)對稱式卵裂兩側(cè)對稱式卵裂主要發(fā)現(xiàn)于水螅中（圖77）。該卵裂方式的主要特征是：第一次卵裂平面是胚胎的惟一對稱面，它將胚胎劃分為左右成鏡像對稱的兩部分。第二次卵裂也是經(jīng)裂，但卻不通過卵子中心，因此形成2個前部（anterior）的大卵裂球和2個后部（posterior）的小卵裂球。第三

11、次卵裂是緯裂，生成一層動物極卵裂球和一層植物極卵裂球。第四次卵裂的卵裂面是不規(guī)則的，在動物半球和植物半球的卵裂面一相同。經(jīng)過第五次卵裂，形成了一個小的囊胚腔。4旋轉(zhuǎn)式卵裂哺乳動物的卵裂是最難研究的，因為它們的卵子是動物界中最小的卵子之一，難以進(jìn)行實驗操作。如人的受精卵直徑僅100um，肉眼幾乎看不見，體積僅是蛙卵的千分之一。而且哺乳動物的合子的數(shù)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及海膽或蛙。雌性哺乳動物排卵一次一般不會超過10個，因此很難得到足夠的材料用于分析。另外，哺乳動物的胚胎不能在體外環(huán)境中發(fā)育。科學(xué)家們僅在最近才能在體外重建某些體內(nèi)條件，在體外觀察胚胎發(fā)育。哺乳動物卵裂與其他動物有極大的不同，雖然研究很困難，

12、但還是非常有價值的。哺乳動物的卵母細(xì)胞從卵巢釋放后被纖毛運(yùn)送到輸卵管。受精發(fā)生在輸卵管靠近卵巢的一段膨大處，（如圖78）。此時有絲分裂已經(jīng)完成，第一次卵裂將于一天后開始。與其他動物相比，哺乳動物的卵裂速度很慢，間隔1224h才分裂一次。第一次卵裂發(fā)生在胚胎被輸卵管的纖毛推往子宮的途中。哺乳動物的卵裂有以下特點(diǎn)：一是分裂相對較慢，二是卵裂球之間的相對位置很特別。第一次卵裂是正常的經(jīng)裂，而在第二次卵裂，其中一個卵裂球為經(jīng)裂，而另一個為緯裂（如圖79），這就叫旋轉(zhuǎn)式卵裂（rotational cleavage）哺乳動物卵裂的第三個特征是早期卵裂不同步。因此，哺乳動物的胚胎常常含有奇數(shù)處細(xì)胞。另外，與

13、幾乎所有其他動物不同的是，哺乳動物的基因組在卵裂的早期就被激活并表達(dá)出進(jìn)行卵裂所必需的蛋白，如老鼠和山羊在2細(xì)胞期就發(fā)生了從母性控制到合子控制的轉(zhuǎn)換，在兔子胚胎中，這個轉(zhuǎn)換發(fā)生在8細(xì)胞期。哺乳動物另外有一個重要的特征是有胚胎的壓縮（compaction）現(xiàn)象。（如圖710），處于8細(xì)胞期的胚胎是一個松散的結(jié)構(gòu)，各個卵裂球之間有許多空隙。而在第三次卵裂之后，各卵裂球突然相互靠近，相互之間的接觸面積達(dá)到最大，形成一個緊密的細(xì)胞球。細(xì)胞球外層細(xì)胞之間有緊密連接，可將球內(nèi)部的細(xì)胞與外環(huán)境隔絕，起穩(wěn)定細(xì)胞球的作用。球體內(nèi)部的細(xì)胞之間有間隙連接（gap junction）相連，可以相互交換小分子和離子。然

14、后細(xì)胞繼續(xù)分裂形成16細(xì)胞的桑葚胚。桑葚胚由內(nèi)部的一小團(tuán)細(xì)胞和包衷著它們的一層外部細(xì)胞組成，絕大部分外部細(xì)胞將發(fā)育成滋養(yǎng)層細(xì)胞。滋養(yǎng)層細(xì)胞不參與胚胎結(jié)構(gòu)，而是形成絨毛膜（chorion）再發(fā)育成胎盤（placenta）滋養(yǎng)層細(xì)胞是胚胎著床必需的。起初，桑葚胚中間沒有空腔，滋養(yǎng)層細(xì)胞向桑葚胚分泌液體而形成一個囊胚腔，內(nèi)細(xì)胞團(tuán)位于腔體的一端。這個結(jié)構(gòu)叫做胚胞(blastocyst)。滋養(yǎng)層細(xì)胞和內(nèi)細(xì)胞團(tuán)的分化是哺乳動物早期發(fā)育的關(guān)鍵一步。在胚胎中哪些細(xì)胞形成內(nèi)細(xì)胞團(tuán)，哪些細(xì)胞形成滋養(yǎng)成細(xì)胞是如何決定的呢？對胚胎發(fā)育過程的觀察表明，這僅僅是由細(xì)胞在胚胎中的停留的位置決定的。真到8細(xì)胞期時，各個卵裂球

15、在生化上、形態(tài)上、發(fā)育潛能上沒有明示的差別，都具有發(fā)育成滋養(yǎng)層細(xì)胞和內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞兩種可能。而胚胎的壓縮產(chǎn)生了具有極大差別的內(nèi)部和外部細(xì)胞。通過對卵裂球進(jìn)行標(biāo)記示蹤及移植實驗證明，一個細(xì)胞是發(fā)育成滋養(yǎng)層細(xì)胞還是內(nèi)細(xì)胞團(tuán)是由胚胎壓縮后是處于胚胎外層還是處于胚胎內(nèi)部決定。當(dāng)胚胎在輸卵管中向子宮運(yùn)動時，胚泡在透明帶中逐漸擴(kuò)大。滋養(yǎng)層細(xì)胞的細(xì)胞膜靠近囊胚腔的一面上有鈉泵，可將鈉離子泵入腔內(nèi)。腔內(nèi)高濃度的鈉離子使水分滲入，使囊胚腔擴(kuò)大。此時，透明帶的一個重要功能是阻止胚泡附著在輸卵管上，防止宮外孕。在人類中，這種粘著作用確實會發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致異位妊娠，胚胎在輸卵管中著床，這將會導(dǎo)致相當(dāng)危險的出血。當(dāng)胚胎達(dá)到

16、子宮后，必須從透明帶中“孵化”出來才能附著在子宮內(nèi)壁上。如老鼠的胚泡通過蛋白酶的作用將透明帶溶解出一個小洞，并隨著它體積的擴(kuò)大擠出透明帶。在胚泡的細(xì)胞膜上有一種類似于胰蛋白酶的水解酶，它溶解透明帶的纖維性基質(zhì)。早期胚胎細(xì)胞之間可以相互轉(zhuǎn)換和補(bǔ)償，如去掉2細(xì)胞期兔胚的一個細(xì)胞，留下的另一個細(xì)胞仍可能發(fā)育成完整的胚胎。內(nèi)細(xì)胞團(tuán)一旦與滋養(yǎng)層分離，即成為一種等價群體（equivalence group），其中的每一個細(xì)胞具有相同的潛能。在這種情況下，每個細(xì)胞都能發(fā)育成胚胎中所有類型的細(xì)胞，但不能成為滋養(yǎng)層細(xì)胞。它們各自的命運(yùn)將由它們子代細(xì)胞的相互作用來決定。若將內(nèi)細(xì)胞團(tuán)的細(xì)胞轉(zhuǎn)移注入到另一囊胚中，它們

17、將參與發(fā)育成新的胚胎，而滋養(yǎng)層則不能。由于它們可發(fā)育成軀體中任何類型的細(xì)胞，所以，內(nèi)細(xì)胞團(tuán)有時也被看作為“多能母細(xì)胞”（pluriblast）。人類的雙胞胎被分為：同卵雙生和異卵雙生。異卵雙生是兩個卵分別受精的結(jié)果?，F(xiàn)卵雙生則源于同一胚胎，胚胎中的細(xì)胞由于不明原因相互分離導(dǎo)致產(chǎn)生雙胞胎。因此同卵雙生可以通過早胚卵裂球的分離，甚至是同一囊胚中內(nèi)細(xì)胞團(tuán)一分為二而產(chǎn)生。同卵雙生占人類出生率比率的0.25%。33%同卵雙生的胎兒各具獨(dú)立的絨毛膜，表明這種分離發(fā)生于囊胚組織形成（5天）前（圖34A）。其余的同卵雙生共用一個絨毛膜，說明分離發(fā)生在囊胚形成之后的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)中。到了第9天，人類胚胎已完成了另一個

18、胚外結(jié)構(gòu)羊膜，包圍在胚胎的四周，腔內(nèi)充滿羊水，能防止胚胎因干燥和劇烈運(yùn)動而導(dǎo)致的胚胎損傷。如果雙胎的分離介于絨毛膜形成的第5天和羊膜形成的第9天之間，那么會導(dǎo)致雙胎共用一絨毛膜和各具一羊膜。有三分之二的同卵雙生是這種情況。只有少數(shù)的同卵雙生是位于同一絨毛膜和羊膜內(nèi)的，這種情況意味著胚胎的分離發(fā)生于第9天之后，這種新生兒存在連體胎兒的危險。人為地將源自不同小鼠胚胎（2細(xì)胞期或多細(xì)胞期，通常在4或8細(xì)胞期）的細(xì)胞組合在一起，所形成的組合胚胎可產(chǎn)生出嵌合體小鼠（如圖35）。將遺傳性狀不同的兩種小鼠胚胎透明帶去除，并將它們結(jié)合成一個囊胚，移植到假孕的母鼠子宮內(nèi)繼續(xù)發(fā)育。出生后的嵌合體子代中含有源自兩種

19、胚胎的細(xì)胞。如果組合的卵裂球分別來自具有不同毛色的品種，結(jié)果是顯而易見的。將白鼠和黑鼠進(jìn)行組合，通?？傻玫胶诎紫嚅g的嵌合鼠。有證據(jù)表明，人類胚胎也能形成嵌合體，這咱嵌合體中存在兩類不同遺傳性狀（XX和XY）的細(xì)胞，每一類都具備其自身的遺傳學(xué)特征。對這咱現(xiàn)象的解釋是，這種嵌合體是由兩個胚胎聚集而產(chǎn)生的，其中一個為雄性胚胎，另一個為雌性胚胎。如果這種解釋是正確的，那么這種嵌合體就是異卵雙生的兩個胚胎融合形成的單一混合個體。二、不完全卵裂卵黃是影響卵裂的一個主要因素。由于含有大量的卵黃，一些生物的卵裂僅發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)的一小部分，這叫不完全卵裂。不完全卵裂可分為盤狀卵裂和表面卵裂，盤狀卵裂即細(xì)胞分裂發(fā)生

20、在一小片卵黃的盤狀細(xì)胞質(zhì)里；而表面卵裂即卵裂發(fā)生在卵子細(xì)胞質(zhì)的表層，細(xì)胞質(zhì)中心由于富含卵黃而不分裂。1盤狀卵裂鳥類、魚類和爬行類是典型的盤狀卵裂。鳥類的卵裂如圖711是雞的卵裂。鳥類的卵中含卵黃極多，卵的大部分被卵黃所占據(jù)，細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核被擠到動物極頂面，成為一直徑僅23mm的胚盤，卵裂就在胚盤里進(jìn)行。因為卵裂時卵裂溝不深入到含有卵黃的細(xì)胞質(zhì)，所以早期的卵裂球?qū)嶋H上是相互連接的。第一次卵裂的卵裂溝出現(xiàn)在胚盤的中央，隨著卵裂的進(jìn)行，形成一個單細(xì)胞層的胚盤。起初，這個細(xì)胞層是與下層的卵黃相連的，隨后。細(xì)胞層數(shù)增加，胚盤達(dá)到56層細(xì)胞的厚度，細(xì)胞之間有緊密連接，這時在胚盤和卵黃之間出現(xiàn)一個空腔，稱為

21、胚下腔（subgerminal cavitity），它是由胚盤細(xì)胞從卵白吸收液體并將它分泌到胚盤與卵黃之間形成。在這個時期，胚盤中央的細(xì)胞與卵黃分離，看起來較透明，因此稱為明區(qū)（area pellucida），而胚盤周圍的細(xì)胞由于與卵裂仍然相連，看起來顏色較深，稱為暗區(qū)。到卵產(chǎn)出前，胚盤大約含有60000個細(xì)胞。其中一些細(xì)胞發(fā)生了分層，在胚下腔中形成了第二層細(xì)胞。這樣，產(chǎn)出的卵的胚盤中有2層細(xì)胞：上胚層（epiblast）和下胚層(hypoblast)細(xì)胞，它們之間的空腔叫囊胚腔。魚類的卵裂魚卵的發(fā)育與鳥卵的發(fā)育相似，卵裂在動物極的胚盤里進(jìn)行。卵裂非常迅速，每15min一次。頭12次卵裂是同步

22、的，在卵子的動物極形成一個細(xì)胞團(tuán)。起初所有的細(xì)胞之間及它們與卵黃細(xì)胞之間都有開放的連接，中等大小的分子可從一個卵裂球向另一個卵裂球運(yùn)動。胚胎從第十次卵裂開始進(jìn)入中囊胚轉(zhuǎn)換：合子的基因開始轉(zhuǎn)錄，細(xì)胞分裂減慢，細(xì)胞明示開始移動。此時細(xì)胞分化成2種，第一種是卵黃多核層（yolk syncytial layer,YSL）。卵黃多核層是由第9次工第10次卵裂時最靠近植物極的胚盤細(xì)胞與卵黃細(xì)胞融合生成的。在卵黃細(xì)胞中貼近胚盤的細(xì)胞質(zhì)里有多個細(xì)胞核呈環(huán)狀排列。當(dāng)胚盤細(xì)胞向植物極擴(kuò)展時，一些卵黃多核層的細(xì)胞核在胚盤下移動，形成內(nèi)卵黃多核層（internal YSL）；而另一些卵黃多核層細(xì)胞核將隨著胚盤向植物極

23、移動，并沿卵黃表面延伸至胚盤的邊緣之外，形成外卵黃多核層（external YSL）（如圖712）在中囊胚轉(zhuǎn)換點(diǎn)分化第二種細(xì)胞群是包被層（enveloping layer, EVL）細(xì)胞，它們是胚盤最外層的細(xì)胞，其厚度僅有一層細(xì)胞。包被層細(xì)胞最終發(fā)育成胎皮，是胚胎外面的的一層保護(hù)膜，在胚胎發(fā)后期被脫掉。在包被層和卵黃多核層之間是深層細(xì)胞，它們將發(fā)成胚體。熒光染料示蹤研究表明，早期胚盤細(xì)胞的分化方向尚未被決定，而在原腸胚形成前，胚胎中的每個細(xì)胞的發(fā)育命運(yùn)就被決定了。2表面卵裂大多數(shù)昆蟲的受精卵進(jìn)行表面卵裂。由于卵子中央有大量的卵黃，卵裂發(fā)生在卵子細(xì)胞質(zhì)的周邊。這種卵裂的另一個特點(diǎn)是細(xì)胞核分裂后，

24、細(xì)胞質(zhì)并不發(fā)生分裂，因此形成含硼許多細(xì)胞核的合胞體（如圖713）。果蠅受精卵經(jīng)過8次卵裂產(chǎn)生256個細(xì)胞核，這些核遷移到卵的周邊，而細(xì)胞質(zhì)的分裂以相對較慢的速度進(jìn)行，因此形成合胞體囊胚（syncytial blastederm），此時整個胚胎只有卵子本身的細(xì)胞膜。其中有些細(xì)胞核遷移到胚胎的后端立即被新的細(xì)胞膜包圍而成極細(xì)胞，極細(xì)胞將發(fā)育成生殖細(xì)胞，其他細(xì)胞將發(fā)育成體細(xì)胞，這是昆蟲發(fā)育的第一個分化事件。極細(xì)胞形成后，卵膜向內(nèi)折疊，把每個細(xì)胞核分隔成單個細(xì)胞，這樣就形成了細(xì)胞囊胚（cellular blastederm），所有細(xì)胞都圍繞中央的卵黃排列成一層。與其他所有細(xì)胞的形成一親，細(xì)胞囊胚的形成

25、也涉及微管和微絲的相互之間的精細(xì)作用（如圖714）。細(xì)胞囊胚形成的第一步是在每兩個細(xì)胞核之間的細(xì)胞膜及其下面的肌動蛋白網(wǎng)絡(luò)內(nèi)陷。如果用藥物抑制微管的形成，則這種內(nèi)陷就不會發(fā)生。當(dāng)細(xì)胞膜的內(nèi)陷超過了細(xì)胞核時，肌動蛋白細(xì)胞膜復(fù)合體開始在形成的細(xì)胞的基底端壓縮，形成新的完整的細(xì)胞。果蠅在受精后4h之內(nèi)可以形成細(xì)胞囊胚，大約有6000個細(xì)胞。雖然所有細(xì)胞核都位于同一個合胞體的細(xì)胞質(zhì)中，但這個合胞體的細(xì)胞質(zhì)并不是均一的，合胞體囊胚的每一個細(xì)胞核都有它自己的特定細(xì)胞質(zhì)區(qū)域，它們之間由細(xì)胞骨架彼此隔開。當(dāng)細(xì)胞核經(jīng)過10次分裂后遷移到胚胎周邊時，每個核都被微管和微絲所包圍。這些細(xì)胞核及它們周圍的細(xì)胞質(zhì)團(tuán)叫做活

26、質(zhì)體（energid）細(xì)胞核達(dá)到周邊后，細(xì)胞分裂周期的時間，前10次分裂每次8min。第13次卵裂（合胞體囊胚盤的最后一次卵裂）要25min完成，而第14次卵裂是不同步的，有的細(xì)胞用75min，有的要用175min。從第11次分裂開始，胚胎的細(xì)胞核開始發(fā)生轉(zhuǎn)錄，并且轉(zhuǎn)錄活性逐漸增強(qiáng)。胚胎細(xì)胞核分裂速度的減慢和RNA轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)通常叫做中囊胚轉(zhuǎn)換（midblastula transition）。中囊胚轉(zhuǎn)換在許多脊椎動物和無脊椎動物中都有發(fā)生。細(xì)胞分裂的減慢可能是受染色質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)體積比率的影響。如單倍體的果蠅要在第14次分裂才形成細(xì)胞，而且單倍體1215次細(xì)胞分裂的時間與野生型1114次剛好相當(dāng)。因此

27、，單倍體胚胎與野生型胚胎具有相同的發(fā)育模式，僅僅是落后了一個細(xì)胞分裂周期。如果單倍體的落后的確是由染色質(zhì)與細(xì)胞質(zhì)體積的比率只有野生型的一半所引起的，那么如果將受精卵的一部分地結(jié)扎，使細(xì)胞核局限在較小的細(xì)胞質(zhì)中分裂可以加快細(xì)胞的形成。實驗證明的確如此。另外，在果蠅和爪蟾中，可以通過人工誘導(dǎo)提前啟動中囊胚轉(zhuǎn)換，如果將放線菌酮（一種蛋白質(zhì)抑制劑）注射到果蠅或爪蟾的受精卵中，細(xì)胞分裂會被延遲，而中囊胚轉(zhuǎn)換將會提前到來。第二節(jié)早期卵裂的細(xì)胞周期一、早期卵裂細(xì)胞的分裂速度和細(xì)胞周期時相體細(xì)胞的細(xì)胞周期通常可分為4個時段：復(fù)制前期（G1）工，復(fù)制期（S），分裂前期（G2），分裂期（M）（如圖715）。而早期

28、卵裂的細(xì)胞周期則要簡單一些；海膽沒有G1期，它在前一次卵裂的后期復(fù)制DNA；爪蟾和果蠅的早期卵裂沒有G1和G2期。爪蟾在第12次卵裂之后才有G1和G2期，果蠅在14次卵裂后有G2期，17次卵裂后有G1期。因此，果蠅和爪蟾的早期卵裂的細(xì)胞周期中，只有S和M兩個時相（如圖715B）。與體細(xì)胞相比，胚胎細(xì)胞的分裂速度要快得多。特別是體外產(chǎn)卵、體外孵化的動物的早期卵裂細(xì)胞，基本上都排除了分裂中期和DNA合成期的間隙期（G1期）及DNA合成與分裂中期的間隙期（G2期），其細(xì)胞周期僅由M期和S期這兩個階段所組成，因而卵裂細(xì)胞的增殖速度特快。二卵裂細(xì)胞特殊性的來源卵裂細(xì)胞周期短、分裂速度快的特性來源于卵母細(xì)

29、胞的特殊性。對于如果蠅、蛙類和魚類這些具有較大卵子的胚胎來說，其發(fā)育和增殖所需的蛋白質(zhì)、mRNA和其它營養(yǎng)物質(zhì)已在其卵子發(fā)生過程中預(yù)先被儲存，因而在其早期卵裂時，由其雌雄原核融合而成的合子基因組幾乎不必行使其功能，僅在母性物質(zhì)的驅(qū)動下，通過有絲分裂傳遞給所有細(xì)胞。其次，就大多數(shù)物種來說，卵裂期間的胚胎體積沒有增加，不像體細(xì)胞那樣在兩次之間要有一段細(xì)胞生長期，以保持細(xì)胞核質(zhì)比例的恒定；而卵裂細(xì)胞不必增加細(xì)胞質(zhì)的體積，只需將事先儲存的大量卵質(zhì)分配到不斷增多的小細(xì)胞中。因此，卵裂被加速，細(xì)胞周期被縮短，細(xì)胞分裂也幾乎完全同步。早期胚胎細(xì)胞快速分裂的結(jié)果是細(xì)胞質(zhì)與核的比例不斷縮小，當(dāng)比例縮小到一定限度

30、，一些基因開始被激活。合子基因開始表達(dá)，分裂的速度開始減慢。三卵裂細(xì)胞周期的調(diào)控機(jī)制細(xì)胞周期調(diào)控研究發(fā)展的關(guān)鍵主要來自于對卵母細(xì)胞及其卵質(zhì)無細(xì)胞系統(tǒng)的探索及成熟促進(jìn)因子的純化和其成分的鑒定，并由此提示出一系列的調(diào)控細(xì)胞周期不同時相的周期蛋白及與其組成復(fù)合體行使激酶的功能的搭檔蛋白。第三節(jié)細(xì)胞質(zhì)分裂細(xì)胞分裂實際是有2個過程，一個是核分裂（karyokinesis），另一個是細(xì)胞質(zhì)分裂（cytokinesis）。細(xì)胞質(zhì)分裂是將細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜一分為二的過程。一有絲分裂的細(xì)胞骨架機(jī)制研究表明，核分裂和細(xì)胞質(zhì)分裂所需動力分別是由微管構(gòu)成的紡錘體和由微絲構(gòu)成的收縮環(huán)提供的。（如圖716）所示的是海膽第一次

31、卵裂，紡錘體和收縮環(huán)相互垂直排列，紡錘體在內(nèi)，收縮環(huán)在細(xì)胞質(zhì)的表層，由收縮環(huán)產(chǎn)生的卵裂溝將細(xì)胞分割成2個卵裂球。卵裂溝的數(shù)目和方向似乎是由星體控制的，僅當(dāng)細(xì)胞中有一對星體時才會發(fā)生正常的卵裂，多精受精的卵子會在同一個卵子里形成多個卵裂溝。在研究證明，如果中心體遷移到果蠅胚胎的后極，它們可以在沒有細(xì)胞核的情況下形成極細(xì)胞，這說明星體是卵裂的必要條件。星體與卵裂溝形成具有相關(guān)性的另一個證據(jù)來自于受精卵置于壓力之下會改變卵裂方向的實驗。如果將蛙的受精卵仔細(xì)地壓在兩片玻片之間，那么前3次卵裂的方向都與玻片垂直。在海膽的實驗中結(jié)果相同。由于紡錘體的方向改變了，使第三次卵裂的方向也改變了，使本應(yīng)與玻片平行

32、的第三次卵裂溝變成了與玻片垂直的卵裂溝。研究人員用玻璃珠巧妙地將星體擠到細(xì)胞的一側(cè)，結(jié)果第一次卵裂不完全，形成一個馬蹄形的細(xì)胞。第二次卵裂時生出4個星體，而新生成的2個星體由于靠得太近，會多形成一個卵裂溝（如圖717）?？梢姡?xì)胞分裂可以在沒有核分裂的情況下發(fā)生，只要有星體就行。值得注意的是，星體只能誘導(dǎo)卵裂溝形成的位點(diǎn)，而卵裂的結(jié)構(gòu)成分是完全獨(dú)立的，它是卵子皮層的作用，完全依靠本身的特性形成卵裂溝，因而，卵裂溝形成位點(diǎn)一旦確立，卵裂溝形成便是一個自主的過程，不再受星體的影響。二、新細(xì)胞膜的形成卵裂后，細(xì)胞的數(shù)目增加，細(xì)胞質(zhì)的總面積也大大增加。新的細(xì)胞質(zhì)有2個來源，一是新合成的細(xì)胞膜，二是舊的

33、細(xì)胞膜基礎(chǔ)上的擴(kuò)展。第八章原腸胚和胚胎細(xì)胞重組原腸胚胎期是胚胎發(fā)生中一個極為重要的時期，在這一時期，囊胚細(xì)胞通過運(yùn)動而發(fā)生細(xì)胞重排，使胚體細(xì)胞被重新定位，初步形成多胚層的胚體。預(yù)定形成內(nèi)胚層和中胚層的細(xì)胞遷移至胚體內(nèi)部，而預(yù)定形成諸如皮膚及神經(jīng)組織的細(xì)胞則逐漸分布在細(xì)胞表面。因而通過原腸胚期的細(xì)胞運(yùn)動，胚體分化形成3個胚層內(nèi)胚層、中胚層和外胚層，同時也開始了新形成胚層之間的相互作用，進(jìn)而形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的胚胎有機(jī)體。在原腸胚期，細(xì)胞核控制細(xì)胞分化的作用日益明顯，胚胎細(xì)胞開始合成新的各種類型的RNA和專一性的蛋白質(zhì)。原腸胚形成的過程和方式非常復(fù)雜，細(xì)胞運(yùn)動涉及胚休所有的細(xì)胞，而且胚體的各部分細(xì)胞的運(yùn)

34、動又必須保持協(xié)調(diào)。原腸形成過程中的細(xì)胞運(yùn)動類型大致有以下幾種：1外包（epiboly）：表層細(xì)胞（通常指外胚層細(xì)胞）整體而不是以單個細(xì)胞為單位向外周擴(kuò)展包繞胚胎深層細(xì)胞的細(xì)胞運(yùn)動。2內(nèi)陷（invagination）一個區(qū)域內(nèi)的細(xì)胞同時向內(nèi)凹入，很像一個皮球被用力一戳之后形成的凹陷。3內(nèi)卷（involution）正在擴(kuò)展的外層細(xì)胞向內(nèi)運(yùn)動，并沿外層細(xì)胞內(nèi)表面擴(kuò)展。4內(nèi)移（ingression）胚胎表層細(xì)胞單個地向內(nèi)部遷移。5分層（delamination）一層細(xì)胞分裂形成兩層或多層相互平行的細(xì)胞層。在觀察不同類型胚胎的原腸作用時，需注意下列幾個問題：1遷移運(yùn)動單位：遷移是依靠單個細(xì)胞的運(yùn)動，還是

35、細(xì)胞層部分或全部細(xì)胞的運(yùn)動，這一點(diǎn)首先搞清楚。2細(xì)胞層擴(kuò)展或折疊的內(nèi)因和外因：細(xì)胞層的擴(kuò)展或折疊是由細(xì)胞層的內(nèi)部因子決定還是外部力量拉伸或扭曲先成的，要想弄清原腸作用中各種細(xì)胞運(yùn)動形式是如何相互配合的，就必須回答這一問題。3細(xì)胞層整體或部分運(yùn)動：原腸作用是整個胚胎組織主動擴(kuò)展運(yùn)動，還是運(yùn)動的前沿細(xì)胞擴(kuò)展，由此拉動其余部分細(xì)胞層被動運(yùn)動？4細(xì)胞運(yùn)動性和形狀改變的原因：原腸作用期間細(xì)胞運(yùn)動性和形狀的改變是細(xì)胞表面對基質(zhì)附著力的改變的結(jié)果，還是對其他細(xì)胞附著力改變的結(jié)果？第一節(jié)海膽的原腸形成一海膽囊胚海膽囊胚由1000個細(xì)胞形成的單層細(xì)胞構(gòu)成，囊胚中不同區(qū)域細(xì)胞的大小和特性互有不同，因而它們的發(fā)育命

36、運(yùn)各不相同。預(yù)定的中胚層位于植物極的中央，與它相鄰的為預(yù)定內(nèi)胚層，其余部分為預(yù)定外胚層。在囊胚細(xì)胞的外表面，附著一層細(xì)胞外層透明層，而內(nèi)表面附有細(xì)胞處纖層（如圖81）（圖41為海膽由卵裂至形成長腕幼蟲的發(fā)育圖譜）二初級間充質(zhì)細(xì)胞的內(nèi)移海膽囊胚從受精膜中孵化出來不久，球形囊胚的植物極細(xì)胞加厚，植物極面變平，成為植物極板（vegetal plate）。植物極板中央的一小團(tuán)細(xì)胞的形態(tài)開始發(fā)生變化，內(nèi)表面變細(xì)并延長成為絲足（filopodia），它們從囊胚細(xì)胞層中分離后，內(nèi)移到囊胚腔，這此細(xì)胞稱為初級間充質(zhì)細(xì)胞（primary mesenchyme cell），是由小卵裂球（micromere，圖82

37、）發(fā)育而來。初級間充質(zhì)細(xì)胞首先從植物極板中央沿著囊胚腔內(nèi)表面擴(kuò)散，以絲足固著、收縮、再固著、再收縮的方式，作變形蟲狀移動，最終主要集中于囊胚腔中植物極的側(cè)面，各細(xì)胞間彼此以絲足連接成與植物極面相平行的，其中央分泌的無機(jī)鹽形成未來幼蟲骨針的主軸。三囊胚腔細(xì)胞外纖層在細(xì)胞內(nèi)移中的作用細(xì)胞質(zhì)內(nèi)和細(xì)胞表面的一些結(jié)構(gòu)在初級間充質(zhì)細(xì)胞內(nèi)移和遷移的過程均起著關(guān)鍵作用?，F(xiàn)在已經(jīng)證明，預(yù)定的外胚層和內(nèi)胚層細(xì)胞（分別由大卵裂球和中卵裂球而來）相鄰細(xì)胞間及與透明層的結(jié)合都十分緊密，而與基質(zhì)外纖層的結(jié)合比較疏松；在囊胚期，小卵裂球與透明層、基質(zhì)外纖層及相鄰細(xì)胞結(jié)合方式與大卵裂球、中卵裂球相似，但隨著原腸作用的開始，其

38、結(jié)合方式發(fā)生了明顯的變化。初級間充質(zhì)細(xì)胞的祖先細(xì)胞與透明層之間的結(jié)合力及相鄰的細(xì)胞之間的結(jié)合力減弱（只有原來的2%），而與囊胚腔內(nèi)基質(zhì)外纖層的結(jié)合力則增強(qiáng)大約100倍。這種結(jié)合方式的改變使得這些小卵裂球細(xì)胞與透明層脫離，從相鄰細(xì)胞中分離出來，最后被基質(zhì)外纖層牽引進(jìn)入囊胚腔內(nèi)（圖83）卵裂球結(jié)合狀態(tài)的改變是與細(xì)胞表面分子結(jié)構(gòu)相聯(lián)系的。在內(nèi)移的初級間充質(zhì)細(xì)胞周圍存在著很高濃度的細(xì)胞外基質(zhì)纖維組分，當(dāng)初級間充質(zhì)細(xì)胞進(jìn)入囊胚腔后，即沿著囊胚腔壁上分布的基質(zhì)纖維遷移，并在細(xì)胞前言伸出絲足?；|(zhì)纖維沿動物極植物極的定向排列可能引導(dǎo)了初級間充質(zhì)細(xì)胞的定向遷移。但是這種遷移方向上的引導(dǎo)作用還不能解釋初級間充質(zhì)

39、細(xì)胞的全部行為。如它們“知道”何時何地停止運(yùn)動、形成骨針等。如果將一個來自其它胚胎的小卵裂球注射到正進(jìn)入原腸期胚胎的囊胚中，它可以沿正確的路線遷移、正常地參與骨針的形成；如果將來自胚齡較長的胚胎的初級間充質(zhì)細(xì)胞注射到早期原腸胚中，它們的行為與未分化的小卵裂球的行為基本一致；如果在注射進(jìn)去異源間充質(zhì)細(xì)胞之前，將寄主胚胎中的間充質(zhì)細(xì)胞全部移去，則注射進(jìn)去的異源間充質(zhì)細(xì)胞可以重復(fù)他們早期的遷移過程，并形成正常的間充質(zhì)合胞體環(huán)和骨骼。這種位置信息據(jù)認(rèn)為是由預(yù)定的外胚層細(xì)胞及其外纖層提供的，并且只有初級間充質(zhì)細(xì)胞對這種位置信息具有反應(yīng)能力。四原腸的形成原腸作用最主要的是植物板的內(nèi)陷（invaginati

40、on）。在原始間充質(zhì)細(xì)胞在靠近植物極的囊胚腔中形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)時，滯留在胚胎植物極板附近的細(xì)胞發(fā)生重要變化。這些細(xì)胞仍保持相互結(jié)合的及與胚外透明層的結(jié)合，并逐漸填充由原始間充質(zhì)細(xì)胞內(nèi)移之后所形成的空腔，因此植物板進(jìn)一步加厚。接著植物極板向內(nèi)彎曲至囊胚腔四分之一到二分之一的深度，然后即突然停止。內(nèi)陷區(qū)稱為原腸（archenteron或primitive gut）原腸在植物極的開口稱為胚孔（blastopore）。在形成原腸時細(xì)胞的內(nèi)陷過程與兩種合金的金屬條受熱時的情形相類似。胚外透明層實際上是由兩種纖層蛋白組成：外層主要為透明帶蛋白，內(nèi)層主要為纖連蛋白（fibronectin），植物極板細(xì)胞分泌一種

41、硫酸蛋白多糖直接進(jìn)入位于其下的透明層內(nèi)層。這些水溶性分子由于自身吸脹作用而引起透明層內(nèi)層膨脹。而透明層外層則未發(fā)生變化，由此先成植物極板胚外透明層的彎曲（如圖84）。接著，由上皮細(xì)胞運(yùn)動所產(chǎn)生的第二種力量更加了這種內(nèi)陷過程。經(jīng)歷一段短暫的停滯之后，原腸形成過程重新開始。在這一時期內(nèi)，原腸快速伸展，幾乎達(dá)原來的3倍。在伸展過程中，寬而短的腸道原基逐漸演變?yōu)榧?xì)長的管狀結(jié)構(gòu)，但卻沒有新細(xì)胞加入（如圖85）。在整個過程中，所有參與原腸形成的細(xì)胞通過各自相互位置的遷移和自身膨大完成重排。原腸形成的最后階段，原腸進(jìn)一步伸展的動力由次級間充質(zhì)細(xì)胞提供的。次級間充質(zhì)細(xì)胞在原腸頂部產(chǎn)生并停留于該部位，這些次級間

42、充質(zhì)細(xì)胞伸出與初級間充質(zhì)細(xì)胞一樣的絲足與囊胚腔內(nèi)壁相連。然后通過絲足收縮使原腸得到伸長和提升。如用激光照射操作次級間充質(zhì)細(xì)胞之后，原腸只能達(dá)到正常長度的三分之二。但如果有少量間充質(zhì)細(xì)胞存活，原腸仍可繼續(xù)延長，只是其延伸速度較為緩慢。因此說明次級間充質(zhì)細(xì)胞在最后階段原腸的伸展和提升過程是必不可少的。次級間充質(zhì)細(xì)胞絲足與囊胚內(nèi)壁的附著和接觸存在區(qū)域特異性。實驗已經(jīng)證明在海膽囊胚動物極的特定區(qū)域存在著次級間充質(zhì)細(xì)胞絲足與之結(jié)合的“靶位點(diǎn)”。自次級間充質(zhì)細(xì)胞伸出的絲足在囊胚腔內(nèi)壁隨機(jī)接觸，燕不斷進(jìn)行試探，直到“發(fā)現(xiàn)”特殊的“靶位點(diǎn)”區(qū)才停止移動，此后絲足變扁平與該區(qū)域結(jié)合，并將原腸向上拉伸。在實驗中，

43、人們對囊胚腔內(nèi)壁的另外一側(cè)進(jìn)行處理使之更容易于接觸和結(jié)合，然后間充質(zhì)細(xì)胞伸出的絲足仍通過反復(fù)試探接觸，經(jīng)過該區(qū)域最終仍是到達(dá)“靶位點(diǎn)”區(qū)域后才停止移動。如果使原腸胚極度收縮，間充質(zhì)細(xì)胞絲足“永遠(yuǎn)”不能到達(dá)囊胚腔內(nèi)壁的“靶位點(diǎn)”區(qū)域，次級間充質(zhì)細(xì)胞仍不停試探，甚至自原腸中逸出呈游離狀態(tài)，直到最后發(fā)現(xiàn)“靶位點(diǎn)”區(qū)域并在該處停止下來。當(dāng)原腸頂部提升到與囊胚腔內(nèi)壁接觸后，次級間充質(zhì)細(xì)胞便分散到囊胚腔中，最終形成體腔囊和食道外肌肉壁。同時在原腸與囊胚腔壁的接觸處，形成一開口，口與原腸融合后成為完整消化道，原來的胚孔成為肛門。（如圖86）第二節(jié)魚類的原腸形成一中囊胚轉(zhuǎn)換和細(xì)胞運(yùn)動性的獲得斑馬魚的受精卵在進(jìn)

44、行到第十次卵裂時，細(xì)胞分裂的同步性喪失，新的基因開始表達(dá)，細(xì)胞獲得一定的運(yùn)動能力。這一過程稱為中囊胚轉(zhuǎn)換（midblast transition, MBT）。中囊胚轉(zhuǎn)換發(fā)生的時間可能是由細(xì)胞的核質(zhì)比例所調(diào)節(jié)的單倍體魚類較二倍體魚類遲一個細(xì)胞周期進(jìn)入中囊胚轉(zhuǎn)換，而四倍體魚類則提早一個周期進(jìn)入中囊胚轉(zhuǎn)換。一般認(rèn)為，中囊胚轉(zhuǎn)換是由染色質(zhì)上的某些成分啟動了細(xì)胞質(zhì)中的一些目前尚未知道的特殊因子而形成的。原腸形成過程中最早的細(xì)胞運(yùn)動即是卵黃上部胚盤細(xì)胞的外包（epiboly）。起初，胚盤內(nèi)層細(xì)胞向外運(yùn)動插入外層表皮細(xì)胞中；接著，這些細(xì)胞繼續(xù)在卵黃表面移動直至將其完全包裹（如圖87）。有趣的是，這些細(xì)胞運(yùn)動

45、的動力并不是來自細(xì)胞本身，而是上位于卵黃頂部的卵黃合胞層（yolk syncytial layer, YSL）的自動擴(kuò)展所提供的。包被層（enveloping layer,EVL）與YSL緊密結(jié)合并在其牽引下向下擴(kuò)展，而胚盤深層細(xì)胞則逐漸填充由EVL和YSL在外包過程中所形成的腔隙。這一過程完成之后，胚盤細(xì)胞回折至卵黃頂部，YSL則繼續(xù)向下擴(kuò)展，包裹所有卵黃細(xì)胞。在遷移過程中，胚盤一側(cè)明顯變厚，細(xì)胞活性染色標(biāo)記實驗證明胚盤較薄的一側(cè)為未來的胚體背側(cè)。二胚盤形成在胚盤細(xì)胞下包至卵黃的二分之一處地，整個囊胚邊緣部細(xì)胞移動緩慢，且受到表胚層的牽制，因而在該處形成略厚的胚層部分，稱為胚環(huán)（germ r

46、ing），其上層細(xì)胞稱為上胚層（epiblast），下層細(xì)胞稱為下胚層（hypoblast）。上胚層可產(chǎn)生水解酶，能溶解和液化卵黃所含的營養(yǎng)物質(zhì)，通過胚盤下腔供給胚盤，是供應(yīng)胚胎發(fā)育所需營養(yǎng)物質(zhì)的主要結(jié)構(gòu)。下胚層的形成的確切機(jī)制尚不清楚，有人認(rèn)為它是由胚盤邊緣表層細(xì)胞內(nèi)卷而形成的，也有人認(rèn)為它是由胚盤表層細(xì)胞直接內(nèi)陷形成的，或者兩種機(jī)制都存在（如圖88）上胚層和下胚層之后，上胚層和下胚層的深層細(xì)胞便向胚胎的預(yù)定背側(cè)遷移，使該處細(xì)胞層增厚，略顯隆起，稱為胚盾（embryonic shield）。胚盤細(xì)胞在外包卵黃的過程中，也開始在邊緣區(qū)內(nèi)卷，并自胚體前部和背部向胚盾集中和伸展。胚盾的下胚層細(xì)胞向

47、背中線集中，并沿著中線向前延伸，最終變窄形成脊索原基脊索中胚層。與脊索中胚層相鄰的近軸細(xì)胞成為體節(jié)原基。起初位于上胚層的腦細(xì)胞也向背中線集中，神經(jīng)龍骨瓣（neural keel），而其余的上胚層細(xì)胞針成為魚的皮膚。第三節(jié)兩棲類原腸胚的形成一原腸形成過程在的細(xì)胞運(yùn)動兩棲動物受精卵經(jīng)卵裂發(fā)育到囊胚后，所有卵裂球仍處于相對靜止?fàn)顟B(tài)。但隨著原腸運(yùn)動的開始，細(xì)胞即開始了劇烈的運(yùn)動，這種劇烈的運(yùn)動過程可通過活體染色技術(shù)進(jìn)行觀察。（如圖89），并得到了爪蟾囊胚中位于表層和深層的卵裂球具有不同的發(fā)育命運(yùn)（如圖810）。由于兩棲動物的卵中存在有大量的卵黃，原腸運(yùn)動中細(xì)胞的運(yùn)動情況要比海膽復(fù)雜得多。蛙類的原腸運(yùn)動

48、起始于胚胎未來背側(cè)赤道面下的內(nèi)胚層區(qū)域（如圖811），在該區(qū)域形成一個內(nèi)凹的唇形結(jié)構(gòu)，稱為背唇（dorsal lip），而凹陷的小孔為胚孔（blastopore）。胚孔處的細(xì)胞形態(tài)發(fā)生較大的變化，每一個細(xì)胞的主體部分都擠向胚胎深層，同時又通過一個細(xì)長的頸部與胚胎表面相聯(lián)系（如圖812），這些細(xì)胞稱為瓶狀細(xì)胞（bottle cell）。胚孔即是原腸形成的起始位置，隨后在胚孔處，原腸像海膽那樣開始內(nèi)陷，但不同是，海膽原腸內(nèi)陷的位置在植物極板，而兩棲類原腸內(nèi)陷的位置在囊胚惡疾面下動植物極的結(jié)合處，因為該位置內(nèi)胚層細(xì)胞比其他植物極卵裂球要小，卵黃也少得多。原腸運(yùn)動中細(xì)胞的運(yùn)動包括胚孔周圍細(xì)胞細(xì)胞的內(nèi)卷

49、、動物極細(xì)胞的下包。在動物極，細(xì)胞沿著胚胎表面下包的過程中，胚孔背唇處的細(xì)胞自胚孔卷入胚胎內(nèi)部，細(xì)胞卷入內(nèi)部后，其位置由周圍的細(xì)胞來填充，形成新胚孔背唇，因而，胚孔背唇處的細(xì)胞在原腸運(yùn)動時總是處于不斷更新中。最開始構(gòu)成背唇的細(xì)胞為瓶狀結(jié)構(gòu)，它們是原腸形成中的“領(lǐng)頭羊”，其最終發(fā)育命運(yùn)為前腸咽部細(xì)胞。跟隨這些瓶狀細(xì)胞從胚孔背唇卷入內(nèi)部的是將來發(fā)育為頭部中胚層細(xì)胞，然后是脊索中胚層細(xì)胞，它們將來發(fā)育為胚胎的脊索（notochord）。隨著原腸的不斷延伸，胚胎的囊胚腔被擠向與胚孔相對的一側(cè)。同時，胚孔也相應(yīng)擴(kuò)大，背唇向兩側(cè)延伸形成側(cè)唇，并最終形成腹唇（ventral lip）。從側(cè)唇和腹唇卷入的是中

50、胚層細(xì)胞和內(nèi)胚層細(xì)胞。腹唇形成以后，環(huán)形的胚孔圍繞在一團(tuán)在的內(nèi)胚層細(xì)胞周圍，這一團(tuán)內(nèi)胚層細(xì)胞像塞子一樣塞在胚孔內(nèi)，稱為卵黃塞（yolk plug）。隨著胚胎表面細(xì)胞的內(nèi)卷，它最終還是全部被包進(jìn)胚胎內(nèi)部。這樣，在胚胎中，內(nèi)胚層細(xì)胞全部進(jìn)入胚胎內(nèi)部，外胚層包圍胚胎表面，它們之間為中胚層。二、胚孔的定位在動物的整個生命活動中，原腸運(yùn)動并不是獨(dú)立于其他發(fā)育過程的一個發(fā)育階段，可以說，在受精卵形成時，它已開始為原怕運(yùn)動做準(zhǔn)備。在未受精的卵子中，存在著一個從動物極到植物極的極性，事實上正是這種極性決定了卵子不同區(qū)域的發(fā)育命運(yùn)。動物半球的表面將發(fā)育為外胚層細(xì)胞（皮膚和神經(jīng)），植物半球表面將發(fā)育為內(nèi)胚層細(xì)胞（

51、腸等），而環(huán)繞赤道面的細(xì)胞將發(fā)育為中胚層。因此，可以將卵子劃分為不同的區(qū)域，每一個區(qū)域都有其預(yù)定的發(fā)育命運(yùn)。但是，在未受精的卵子中并沒有含有未來胚胎體軸的發(fā)育信息，即在未受精的卵子中，未來胚胎的背腹、前后及左右軸并沒有被決定。胚胎的背腹軸和前后軸是在受精時卵質(zhì)的重排過程中確定的，通過皮層細(xì)胞質(zhì)的旋轉(zhuǎn)，使形成的背腹軸與卵軸成30度角。卵質(zhì)的運(yùn)動也激活了精子進(jìn)入點(diǎn)對側(cè)的細(xì)胞質(zhì)，使其具有啟動原腸運(yùn)動的能力。受精卵中，精子進(jìn)入點(diǎn)的一側(cè)將發(fā)育為胚胎的腹側(cè)，而其對側(cè)（原腸運(yùn)動起始點(diǎn)）則發(fā)育為胚胎的背側(cè)。在胚胎中，啟動原腸運(yùn)動的細(xì)胞質(zhì)因子存在于背部的植物極細(xì)胞中，而不是位于灰色新月中。（如圖813）三細(xì)胞運(yùn)

52、動和原腸形成一）原腸運(yùn)動的起始兩棲動物原腸運(yùn)動起始于背部赤道下內(nèi)胚層細(xì)胞的內(nèi)陷，這些細(xì)胞在原腸運(yùn)動時變?yōu)槠繝?，在早期原腸形成中扮演重要角色。研究者發(fā)現(xiàn)來自蠑螈原腸胚的瓶狀細(xì)胞具有附著于玻璃片上的能力，并且可以引起與它相接觸的細(xì)胞一起運(yùn)動。如果將背部邊緣帶細(xì)胞（即預(yù)定形成胚孔背唇的細(xì)胞）置于胚胎內(nèi)部的內(nèi)胚層組織的上部，發(fā)現(xiàn)背部邊緣帶細(xì)胞可以變成瓶狀，并且陷入到內(nèi)胚層組織之內(nèi)，形成一個類似胚孔的結(jié)構(gòu)（如圖814）。在蛙胚中，情況有所不同，盡管爪蟾瓶狀細(xì)胞在啟動邊緣帶細(xì)胞的內(nèi)卷中是必需的，但原腸運(yùn)動的延續(xù)卻并不依賴瓶狀細(xì)胞。它們能啟動原腸運(yùn)動的原因就在于其收縮為獨(dú)特的瓶狀，正是這種收縮力使它自身擠進(jìn)

53、胚胎內(nèi)部，同時也將植物極細(xì)胞向內(nèi)推進(jìn)（如圖815），使外胚層向植物極方向延伸，將胚胞包圍起來。在爪蟾原腸運(yùn)動開始之后，瓶狀細(xì)胞便不再起作用，如果從胚胎中移動瓶狀細(xì)胞，細(xì)胞在內(nèi)卷、胚孔的形成和關(guān)閉都不受影響。細(xì)胞的運(yùn)動主要是邊緣區(qū)深層細(xì)胞的內(nèi)卷，即在胚孔背唇處，改變運(yùn)動方向后，向動物極方向擴(kuò)展，胚胎表層細(xì)胞由于與活躍運(yùn)動的邊緣區(qū)深層細(xì)胞相連，因而也卷入胚胎內(nèi)部，形成原腸腔壁。進(jìn)入胚胎內(nèi)部的瓶狀細(xì)胞的運(yùn)動也由于它與邊緣區(qū)深層的依附關(guān)系，被深層細(xì)胞擠著向內(nèi)移動，隨著原腸作用的進(jìn)行，瓶狀細(xì)胞逐漸恢復(fù)為方形，最后變扁成為原腸腔壁細(xì)胞。二）爪蟾原腸作用中胚層的形成在原腸運(yùn)動前，由預(yù)定前中胚層和預(yù)定后中胚層

54、細(xì)胞組成的深層內(nèi)卷邊緣帶（involuting marginal zone），邊緣帶細(xì)胞通過背唇卷入胚胎內(nèi)部，形成深層細(xì)胞。這些深層細(xì)胞開始內(nèi)卷前，細(xì)胞之間相互穿插，由多層細(xì)胞胞壓縮為單層細(xì)胞（徑向穿插），使細(xì)胞層的面積大增加（如圖816），并擴(kuò)展到植物極。同時，胚胎表層細(xì)胞不斷分裂，開關(guān)改變?yōu)楸馄綘?，使整個胚胎表面細(xì)胞層的面積增加。四、中胚層內(nèi)卷和外胚層外包一）內(nèi)卷中胚層細(xì)胞的遷移中胚層被卷入胚胎內(nèi)部后，經(jīng)會聚延伸形成細(xì)長的細(xì)胞帶。此時，IMZ包括原腸頂?shù)牡膬?nèi)胚層細(xì)胞和預(yù)定中胚層細(xì)胞（含有預(yù)定脊索細(xì)胞），在原腸運(yùn)動的中前期，由于細(xì)胞持續(xù)地沿前后軸進(jìn)行側(cè)向穿插，中胚層向胚胎的中線集中，細(xì)胞帶繼

55、續(xù)變窄，在原腸運(yùn)動未期，位于細(xì)胞帶蹭的脊索中胚層與它兩側(cè)的體節(jié)中胚層分離。中胚層會聚延伸是中胚層細(xì)胞自身的特性，如果將胚胎的中胚層分離出來，中胚層細(xì)胞也能發(fā)生類似的運(yùn)動。在原腸運(yùn)動中，動物帽和非內(nèi)卷邊緣帶（noninvoluting marginal zone，NIMZ）細(xì)胞通過外包（epibooly）而擴(kuò)展，覆蓋在整個胚胎表面。由于背部NIMZ細(xì)胞比腹部NIMZ細(xì)胞外包速度要快，使得胚孔背唇進(jìn)入的中胚層形成胚胎中軸中胚層器官（如脊索）的同時，由側(cè)唇和腹唇進(jìn)入胚胎內(nèi)的中胚層則形成中胚層套（mesodermal mantle），這部分中胚層細(xì)胞最終形成心臟、腎、血液、骨骼及其它幾種的部分結(jié)構(gòu)。二

56、）外胚層的外包中胚層細(xì)胞通過背唇內(nèi)卷同時，外胚層部分則沿著胚胎表面擴(kuò)展。在爪蟾原腸運(yùn)動中，外胚層外包的主要機(jī)制有2個，一是通過細(xì)胞分裂增加細(xì)胞的數(shù)目，二是細(xì)胞層數(shù)減少，由幾層細(xì)胞壓縮為一層細(xì)胞。在原腸運(yùn)動早期，動物極深層細(xì)胞從3個方向分裂，不斷地增加細(xì)胞的數(shù)量和細(xì)胞層數(shù)目。第四節(jié)鳥類的原腸形成一鳥類原腸形成過程鳥類受精卵裂形成盤狀囊胚，位于卵黃的頂部（如圖711）。盡管鳥類卵子中的卵黃比兩棲類和海膽要多得多，但其原腸形成卻與它們在許多相似之處。1上胚層和下胚層的形成在鳥類的囊胚中，胚盤中央細(xì)胞被胚下腔與卵黃隔開，外觀上較為透明，稱為明區(qū)，胚盤周邊細(xì)胞由于仍與卵黃相連，外觀上較間，稱為暗區(qū)。鳥類

57、囊胚的大多數(shù)細(xì)胞位于胚盤表層，形成上胚層（epiblast），但有部分細(xì)胞單個地向胚下腔中遷移，相互間結(jié)合為520個細(xì)胞的細(xì)胞團(tuán)，形成初級下胚層（primary hypoblast）。不久，胚盤后部邊緣的一片細(xì)胞在胚下腔中向前延伸，并與上胚層相連，形成次級下胚層（secondary hypoblast），囊胚的上胚層和下胚層兩層細(xì)胞在暗區(qū)的邊緣相連，它們之間的腔即為囊胚腔。（如圖817）下胚層細(xì)胞并不參與鳥類胚體的發(fā)育，整個胚體都從上胚層細(xì)胞發(fā)育而成，因而胚胎的3個胚層都來源于上胚層，下胚層細(xì)胞主要是參與胚外結(jié)構(gòu)的形成，如卵黃囊等。2原條的形成原條（primitive streak）是鳥類原腸

58、形成中的一個重要結(jié)構(gòu)。原條最初出現(xiàn)于胚胎后端，在該處，由于中胚層細(xì)胞從上胚層向囊胚腔中內(nèi)移，同時上胚層兩側(cè)的細(xì)胞向中間遷移，使得細(xì)胞層明顯增厚而形成原條（如圖818）。隨后，原條變窄，并向前擴(kuò)展至明區(qū)長度60%75%處，形成定型原條（definitive primitive streak）,定型原條形成后，確定了胚胎的前后軸。在細(xì)胞集中形成原條的過程中，原條的中央形成一條小溝，稱為原溝（primitive groove），原溝的作用相當(dāng)于兩棲類胚孔，胚胎的外部細(xì)胞就是通過原溝遷移到囊胚腔中，在原溝的最前端區(qū)域，細(xì)胞增厚，稱為原結(jié)（primitive knot）或享氏結(jié)（hensens node），在享氏結(jié)的中央有一漏斗狀小窩，稱為原窩（primitive pit），其作用相當(dāng)于兩棲類的胚孔的背唇。原條形成之后，上胚層細(xì)胞就開始通過原溝向囊胚腔中遷移（如圖819）。由享氏結(jié)遷入的細(xì)胞進(jìn)入囊胚腔后向前遷移，形成前腸、頭部中胚層和脊索，而從原溝兩側(cè)進(jìn)入囊胚腔的則形成內(nèi)胚層和中胚層組織。與爪蟾不同的是，鳥類中胚層細(xì)胞是單個地遷入胚胎內(nèi)的，而不是成片地遷入，遷入以后也不是形成一處緊密連接的細(xì)胞團(tuán)，而是形成一團(tuán)連