發(fā)育生物學(xué) 本科考試 課件整理

1、發(fā)育生物學(xué)是應(yīng)用現(xiàn)代生物學(xué)的技術(shù)研究生物發(fā)育本質(zhì)的科學(xué)。一是研究受精卵怎樣發(fā)育成生物有機(jī)體的過程與機(jī)制。二是研究物種群體系統(tǒng)發(fā)生的機(jī)制。此外，異常的發(fā)育，如腫瘤、畸形等病態(tài)發(fā)育亦納入發(fā)育生物學(xué)的研究范疇。 1.發(fā)育生物學(xué)主要研究內(nèi)容第一節(jié) 發(fā)育的根本過程胚前發(fā)育 生殖細(xì)胞的發(fā)生卵子、精子胚胎發(fā)育受精：精子與卵結(jié)合卵裂方式完全卵裂不完全卵裂胚后發(fā)育受精卵裂囊胚形成原腸作用胚層分化與器官形成動 物胚胎發(fā)育原腸作用個體發(fā)育的主要階段受精精卵融合卵裂原腸胚形成神經(jīng)胚形成器官的形成幼體生長發(fā)育和變態(tài)成體細(xì)胞衰老死亡個體發(fā)育終止即死亡。第二節(jié) 發(fā)育的根本機(jī)制1、嚴(yán)格的時間和空間的次序性遺傳程序的控制和有機(jī)

2、體的各種細(xì)胞協(xié)同作用的結(jié)果。2、發(fā)育有兩個主要功能 產(chǎn)生細(xì)胞的多樣性通過繁殖產(chǎn)生新一代的個體，使世代連續(xù)。3、發(fā)育過程中的根本機(jī)制主要有細(xì)胞分裂、細(xì)胞分化、圖式形成、形態(tài)發(fā)生、生長等。Five major developmental processes一、細(xì)胞分裂Cell division 胚胎發(fā)育的根底，細(xì)胞分化、 圖式形成、形態(tài)發(fā)生和生長都是通過細(xì)胞分裂過程完成的。有絲分裂/減數(shù)分裂卵裂Cleavage: 細(xì)胞分裂快、沒有細(xì)胞生長的間歇期，因而新生細(xì)胞的體積比母細(xì)胞小。二、細(xì)胞分化Cell differentiation1、細(xì)胞分化是基因差異表達(dá)的結(jié)果基因控制細(xì)胞行為是通過控制細(xì)胞中的蛋白

3、質(zhì)的產(chǎn)生而實(shí)現(xiàn)的House-keeping proteins:幾乎存在于所有類型細(xì)胞中，通常用于產(chǎn)生能量、在代謝途徑中生成或降解產(chǎn)物，如組蛋白及轉(zhuǎn)錄或翻譯中所必需的蛋白因子。Tissue-specific proteins: 存在于特殊類型細(xì)胞中，從而賦予細(xì)胞特定的活性。如血細(xì)胞中的血紅蛋白輸氧、肌肉細(xì)胞合成actin、為收縮提供能量。包括酶、生長因子、受體蛋白、結(jié)構(gòu)分子。 細(xì)胞可從多個方面來控制蛋白質(zhì)的合成。發(fā)育是漸進(jìn)式的、細(xì)胞命運(yùn)決定于不同的發(fā)育時間Fate of cells:指正常發(fā)育情況下細(xì)胞將發(fā)育的方向，這種方向可因條件的改變而改變(see next slide)。Determina

4、tion:指細(xì)胞特性發(fā)生了不可逆的改變，發(fā)育潛力已經(jīng)單一化。Specification:指一組細(xì)胞在中性環(huán)境下離體培養(yǎng)，它們?nèi)园雌湔Ｃ\(yùn)圖譜發(fā)育。兩棲動物眼區(qū)細(xì)胞的潛能隨發(fā)育時期的不同而改變原腸胚中眼區(qū)將發(fā)育為眼睛。將原腸胚中眼區(qū)細(xì)胞移植到神經(jīng)胚的軀干區(qū)，它們將按新部位的命運(yùn)發(fā)育為體節(jié)和脊索。2、細(xì)胞分化可以受環(huán)境誘導(dǎo) 誘導(dǎo)作用可使細(xì)胞互為不同擴(kuò)散性信號分子跨膜蛋白的直接互作間隙連接(gap junction)誘導(dǎo)信號傳導(dǎo)特點(diǎn)傳遞距離有限并非所有細(xì)胞都能對某種信號發(fā)生反響。不同類型細(xì)胞可對同一信號發(fā)生不同反響,e.g., 乙酰膽堿使心肌收縮頻率下降，但促使唾液腺分泌唾液。 Autonomou

5、s cell fatenon-autonomous cell fate間距模式(spacing patterns)可通過側(cè)向抑制作用產(chǎn)生胞質(zhì)決定成分的區(qū)域化及細(xì)胞的不對稱分裂使細(xì)胞具有不同的特性線蟲的不對稱卵裂產(chǎn)生不同命運(yùn)的卵裂球三、圖式形成Pattern formation(1) 軀體軸線的制定(2) 胚層的形成Patterning常涉及positional information的翻譯四、形態(tài)發(fā)生Morphogenesis最突出的形態(tài)變化發(fā)生在原腸作用開始之后。五、生長Growth 胚胎在根本的pattern形成之后，其體積會顯著增長，原因在于細(xì)胞數(shù)量增加、細(xì)胞體積增加、胞外物質(zhì)的積累。不

6、同組織器官的生長速度也各異。第三節(jié)研究發(fā)育生物學(xué)的模式生物一、模式生物：1、概念：對某些生物的研究具有幫助我們理解生命世界一般規(guī)律的意義，這些生物被稱為“模式生物。 2、特點(diǎn)：1) 生理特征能夠代表生物界的某一大類群；2) 容易獲得并易于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)飼養(yǎng)、繁殖；3) 容易進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，特別是遺傳學(xué)分析； 3、常見模式生物：果蠅、線蟲、海膽、 斑馬魚、非洲爪蟾、小鼠、酵母、擬南芥。果蠅：學(xué)名黑腹果蠅主要優(yōu)點(diǎn)1. 體積小，易于繁殖；2. 產(chǎn)卵力強(qiáng)；3. 性成熟短；4. 易于遺傳操作：如誘變；5. 基因組序列已全部測出果蠅在胚胎發(fā)育圖式的構(gòu)建中具有特殊優(yōu)點(diǎn)：它由14個體節(jié)構(gòu)成的軀干完全對稱，一套基因控

7、制了這些體節(jié)從上到下的發(fā)生過程。研究證明，這套基因普遍存在于從昆蟲到人的基因組中，是決定機(jī)體左右對稱布局形成的最根本因素。線蟲Caenorhabditis elegans細(xì)胞凋亡現(xiàn)象及其機(jī)理最早是在線蟲中被揭示的。主要優(yōu)點(diǎn)1. 易于養(yǎng)殖：成蟲 體長1mm，易冷凍保存；2. 性成熟短：2.5-3天，兩種成蟲；3. 細(xì)胞數(shù)量少，譜系清楚；4. 易于誘變；5. 基因組序列已全部測出斑馬魚zebrafish, Danio rerio產(chǎn)卵量多，繁殖迅速，胚胎通體透明，是進(jìn)行胚胎發(fā)育機(jī)理和基因組研究的好材料主要優(yōu)點(diǎn)1. 體積小，易于飼 養(yǎng)；2. 產(chǎn)卵力強(qiáng)；3. 性成熟短；4. 易于遺傳操作：如誘變；5.

8、體外受精和發(fā)育，易于觀察；6. 基因組序列已全Xenopus laevis: Amphibian model主要優(yōu)點(diǎn)1. 性成熟短； 2. 卵體大，易于操 作3. 抗感染力強(qiáng)，易于組織移植發(fā)育生物學(xué)中的研究方法1、傳統(tǒng)的發(fā)育生物學(xué)研究技術(shù)染料細(xì)胞標(biāo)記熒光細(xì)胞標(biāo)記細(xì) 胞 移 植2、控制發(fā)育的基因鑒定及其表達(dá)和功能檢測鑒定發(fā)育相關(guān)新基因的主要方法基因表達(dá)的檢測基因在發(fā)育中的功能性研究從自然或人工突變體中別離鑒定控制發(fā)育的基因；別離時空特異性表達(dá)基因的方法；利用基因序列同源性的克隆法；利用生物大分子間的相互作用克隆新的基因。(1)鑒定發(fā)育相關(guān)新基因的主要方法(2)基因表達(dá)的檢測mRNA的檢測蛋白質(zhì)的

9、檢測啟動子活性檢測Northern blotDot blotRT-PCRDNA Microarrayin situ hybridization電泳法Western blot抗體染色法(3)基因在發(fā)育中的功能性研究基因敲除法(gene knockout)異位表達(dá)法(ectopic expression)后成論 亞里士多德Aristotle通過觀察雞和一些無脊椎動物胚胎發(fā)育，首先提出了胚胎是由簡單到復(fù)雜逐漸發(fā)育成的，這個理論后來被人們稱為后成論，早期的漸成論。先成論 公元17世紀(jì)后期和18世紀(jì)，以精源學(xué)說和卵源學(xué)說為代表的先成論占統(tǒng)治地位，精源學(xué)說認(rèn)為胚胎預(yù)先存在于精子中，卵源學(xué)說那么認(rèn)為卵子中本

10、來就存在微小的胚胎雛形。都認(rèn)為胚胎是成體的雛形，是配子中固有的結(jié)構(gòu)，胚胎發(fā)育僅僅是原有結(jié)構(gòu)的增大。魏斯曼認(rèn)為：合子的細(xì)胞核含有大量特殊的信息物質(zhì)核決定子，在卵裂的過程中這些決定子被不均勻地分配到子細(xì)胞中去控制子細(xì)胞的發(fā)育命運(yùn)。細(xì)胞的命運(yùn)實(shí)際上是由卵裂時所獲得的合子核信息早已預(yù)定的，這一類型的發(fā)育稱為嵌合型發(fā)育。他的學(xué)說促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)的進(jìn)展。Driesch的實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，胚胎具有在局部被排除或受損傷后仍正常發(fā)育的能力，即胚胎發(fā)育是可調(diào)節(jié)的。 目前已證實(shí)有些動物卵的發(fā)育是“調(diào)整型發(fā)育，如海膽、蛙、哺乳類的卵；另有“嵌合型發(fā)育，如海鞘、蝸牛等。調(diào)整型：卵子中決定器官形成的物質(zhì)是可以經(jīng)過調(diào)整而改變的

11、，某一局部被去除或重新排列后，剩余的胚胎能通過調(diào)整而發(fā)育為正常的胚胎。誘導(dǎo)是指一類組織與另一類組織的相互作用。前者稱為誘導(dǎo)者，后者稱為反響組織，誘導(dǎo)者可指令鄰近反響組織的發(fā)育。Note： 發(fā)育生物學(xué)的研究意義發(fā)育生物學(xué)對于解決人口、健康、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的開展和生物資源的利用都有重要意義。1、為臨床醫(yī)學(xué)提供必要的理論根底;2、提高人類整體素質(zhì)；3、促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的開展。作 業(yè)簡述動物發(fā)育的根本過程。總結(jié)發(fā)育的根本機(jī)制。談一下模式生物的概念、特征及研究優(yōu)勢。在胚胎發(fā)育初期生殖細(xì)胞就已經(jīng)決定的動物，生殖細(xì)胞的前體稱原生殖細(xì)胞Primordial germ cells PGCs。發(fā)育過程：原生殖細(xì)胞遷移生殖腺

12、原基生殖嵴分化生殖細(xì)胞。生殖細(xì)胞不同于生殖嵴前體細(xì)胞。配子的前體？第一節(jié) 生殖質(zhì)與生殖細(xì)胞一、生殖質(zhì)與生殖細(xì)胞的起源線蟲果蠅兩棲類二、原生殖細(xì)胞的遷移果蠅兩棲類鳥類和爬行類哺乳類小結(jié)：線蟲、果蠅、爪蟾生殖細(xì)胞分化與生殖質(zhì)的關(guān)系線蟲原生殖細(xì)胞的命運(yùn)決定于P顆粒果蠅的原生殖細(xì)胞的命運(yùn)決定于后部極質(zhì)兩棲動物生殖細(xì)胞命運(yùn)也決定于位于植物極一端的生殖質(zhì)一、生殖質(zhì)與生殖細(xì)胞的起源隨著胚胎發(fā)育的進(jìn)行，生殖質(zhì)被逐漸分配到一定的細(xì)胞中，這些細(xì)胞將分化成為原生殖細(xì)胞。有性繁殖的動物個體由體細(xì)胞和生殖細(xì)胞兩大局部組成，二者均由受精卵發(fā)育分化而來。原生殖細(xì)胞的起源可追溯到親代動物的卵細(xì)胞。有些動物的卵子中有一類可決定

13、生殖細(xì)胞分化的特殊物質(zhì)-生殖質(zhì)(germ plasm)。生殖質(zhì)是一種具有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)的特殊細(xì)胞質(zhì)，主要由蛋白質(zhì)和RNA構(gòu)成，可以被嗜堿性染料著色，它決定著生殖細(xì)胞的分化。1、線蟲P4細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含有所有P顆粒，P顆粒對于生殖細(xì)胞的分化起重要作用。P1細(xì)胞經(jīng)三次卵裂：每次分裂產(chǎn)生1個體細(xì)胞前體和依次產(chǎn)生P1 P2 P3 P4生殖干細(xì)胞。P4是所有生殖細(xì)胞的始祖，由其最終形成兩個原生殖細(xì)胞Z2 Z3.2、果蠅果蠅原生殖細(xì)胞最早發(fā)現(xiàn)于受精后大約90min，這些原生殖細(xì)胞位于果蠅胚胎后端稱極細(xì)胞，含有特殊的極質(zhì)顆粒，稱極粒用移植生殖質(zhì)的方法，可使受體細(xì)胞分化成原生殖細(xì)胞。對果蠅極粒成分進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其是一

14、種蛋白與RNA的結(jié)合體，包括以下幾種：germ cell-less mRNAOskar mRNA線粒體RNA mtrRNA非翻譯RNA-極粒成分pgc兩棲類生殖質(zhì)的形態(tài)及運(yùn)動兩棲動物的種質(zhì)質(zhì)定位在卵的植物極一端皮層的卵黃團(tuán)區(qū)域，受精后隨卵質(zhì)旋轉(zhuǎn)。非洲爪蟾受精卵中也有生殖質(zhì)存在。兩棲動物的種質(zhì)質(zhì)定位在卵的營養(yǎng)極，用紫外線照射胚胎營養(yǎng)極之后，生殖腺中將缺少生殖細(xì)胞。3、兩棲類林蛙：類似果蠅極質(zhì)的生殖質(zhì)，只分配到內(nèi)胚層少數(shù)幾個細(xì)胞。隨后遷移到生殖嵴成為原生殖細(xì)胞。1.果蠅原生殖細(xì)胞的遷移極細(xì)胞沿中腸遷移至中腸后部通過變形運(yùn)動粘附至中胚層分成兩組遷移至性腺，成熟發(fā)育為配子。3、鳥類和爬行類原生殖細(xì)胞的

15、遷移雞原條期胚胎的反面觀，示原始生殖細(xì)胞發(fā)生的生殖新月區(qū)、暗區(qū)、明區(qū)和亨氏節(jié)生殖新月區(qū)形成血管時，PGC進(jìn)入血管，通過血液循環(huán)到達(dá)正在形成的后腸，與腸系膜結(jié)合，再遷移進(jìn)入生殖嵴。遷移機(jī)制可能是吸引原生殖細(xì)胞的化學(xué)物質(zhì)，這種吸引作用無種間特異性。鳥類的PGC最早起源于明區(qū)中央的上胚層細(xì)胞，在原腸作用中遷移至明區(qū)的前部邊緣的下胚層，形成生殖新月區(qū)(germinal crescent)，這些細(xì)胞繁殖成為PGC。4、哺乳動物生殖細(xì)胞的遷移在原腸胚期，小鼠的PGC位于上胚層中。在7天的小鼠胚胎中，約8個PGC位于原條后部的胚外中胚層中，其后它們遷移經(jīng)過內(nèi)胚層、尿囊、卵黃囊到達(dá)后腸，再沿后腸背壁向前遷移到

16、達(dá)生殖嵴，此時的PGC達(dá)25005000個。之后失去遷移能力。小鼠PGC遷移受多種因子影響，機(jī)制不明。被動變形主動遷移 纖連蛋白生殖嵴對PGC具有趨化作用-轉(zhuǎn)移生長因子干細(xì)胞生長因子(SCF)是防止PGC凋亡所必需的，也能促進(jìn)其繁殖。它由PGC遷移路徑中的細(xì)胞合成，定位在膜上。哺乳動物原始生殖細(xì)胞的遷移途徑示意圖哺乳動物的原生殖細(xì)胞最早見于原條后部的胚外中胚層 先在尿囊與后腸交界處附近聚集，以后遷移到卵黃囊附近再分成兩群，沿卵黃囊的尾部通過新形成的后腸，然后沿背側(cè)腸系膜向上遷移，分別進(jìn)入左、右兩側(cè)生殖嵴。原生殖細(xì)胞作變形運(yùn)動在兩層細(xì)胞之間遷移。生殖細(xì)胞定向分化的決定原生殖細(xì)胞具備兩種發(fā)育潛能，

17、由生殖腺內(nèi)的微環(huán)境決定發(fā)育成精子和卵子。如將雄性蠑螈的成熟睪丸移植入雌性體內(nèi)，再把蠑螈的卵巢組織轉(zhuǎn)移到睪丸，發(fā)現(xiàn)生殖細(xì)胞停止進(jìn)行卵子發(fā)生并且開始向精子方向分化。生殖細(xì)胞分化的決定:第一種決定是生殖干細(xì)胞進(jìn)入減數(shù)分裂進(jìn)行配子發(fā)生還是繼續(xù)進(jìn)行有絲分裂成為生殖干細(xì)胞；第二種決定是進(jìn)行減數(shù)分裂的細(xì)胞是發(fā)育成卵子還是精子。一、精子的發(fā)生 哺乳動物精子的發(fā)生過程人精子及其生成PGCs到達(dá)雄性胚胎的生殖腺原基立即進(jìn)入性索，直到性成熟期，性索發(fā)育成生精小管，其管壁是特殊的生殖上皮。1、支持細(xì)胞：由性索的細(xì)胞分化成支持細(xì)胞，對精子細(xì)胞的發(fā)育起支持、營養(yǎng)和保護(hù)作用。2、生精細(xì)胞：是原生殖細(xì)胞分化而來。由基底面腔面

18、依次有：二、精子形成精子細(xì)胞必須經(jīng)過進(jìn)一步的分化才能成為成熟的精子，從精子細(xì)胞到成熟精子的分化過程成為精子形成spermiogenesis。通過精子形成，使其具備運(yùn)動能力和與卵子相互作用的能力。哺乳動物單倍體的精子形態(tài)上與脊椎動物成熟精子有很大區(qū)別。二、精子形成精子細(xì)胞必須經(jīng)過進(jìn)一步的分化才能成為成熟的精子，從精子細(xì)胞到成熟精子的分化過程成為精子形成spermiogenesis。通過精子形成，使其具備運(yùn)動能力和與卵子相互作用的能力。哺乳動物單倍體的精子形態(tài)上與脊椎動物成熟精子有很大區(qū)別。精子分化(spermiogenesis)高爾基體形成頂體帽，中心粒產(chǎn)生精子鞭毛，線粒體整合入鞭毛，核濃縮重構(gòu)

19、，胞質(zhì)凝縮廢棄，最后產(chǎn)生成熟的精子。這一過程涉及用精子特異的DNA結(jié)合魚精蛋白替換一般細(xì)胞中的組蛋白。存在于大多數(shù)動物精子頭部頂端的細(xì)胞器。但在硬骨魚類的精子中沒有看到。有覆在核頂端的、從核突出的、埋在核中的和成為核的細(xì)長的延長部的等等，有許多種形狀。 精子的生成過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1、精原細(xì)胞A1是生殖干細(xì)胞，精子的發(fā)生可持續(xù)進(jìn)行。2、分裂過程細(xì)胞質(zhì)分裂不完全，形成合胞體，細(xì)胞之間通過細(xì)胞間質(zhì)橋溝通信息和物質(zhì)的交流，因而使每群細(xì)胞同步成熟。3、精子體小，有鞭毛的蝌蚪狀，具有了運(yùn)動能力和與卵子相互作用的能力。有頂體高爾基復(fù)合體形成的囊狀結(jié)構(gòu)、鞭毛中心粒微管等構(gòu)成，線粒體環(huán)繞鞭毛基部，頭細(xì)胞核

20、染色質(zhì)凝集。大局部細(xì)胞質(zhì)拋棄。一、卵子發(fā)生的過程哺乳類動物卵子發(fā)生過程：增殖期、生長期和成熟期。oogenesis 原生殖細(xì)胞 增殖遷入卵巢卵原細(xì)胞 增殖、染色體復(fù)制初級卵母細(xì)胞 停滯第一次減數(shù)分裂前期 至性成熟期初級卵母細(xì)胞生長 排卵完成第一次減數(shù)分裂次級卵母細(xì)胞和第一極體 受精受精卵和第二極體 2.生長期卵原細(xì)胞 初級卵母細(xì)胞 積累各種營養(yǎng)物質(zhì)，合成和儲存胚胎早期發(fā)育所需各類信息。 核仁增大增多、合成活潑，細(xì)胞核稱為生發(fā)泡；核糖體、皮質(zhì)顆粒、線粒體、營養(yǎng)物質(zhì)合成積累 生長期緩慢3.成熟期初級卵母細(xì)胞減數(shù)分裂兩次停滯如何解除停滯初級卵母細(xì)胞的分裂是不均等的 初級卵母細(xì)胞分裂產(chǎn)生一個含有所有細(xì)

21、胞質(zhì)的次極卵母細(xì)胞和幾乎不含胞質(zhì)的第一極體。精卵發(fā)生異同人1、結(jié)構(gòu)：精子通過發(fā)生形成的配子，實(shí)質(zhì)上是一個“能運(yùn)動的細(xì)胞核，而由卵母細(xì)胞形成的配子卻含有啟動發(fā)育和維持代謝所需要的全部元件。2、形態(tài)：精子小的蝌蚪狀，卵子大的圓球形。3、發(fā)生時間：精子發(fā)生從青春期開始進(jìn)行，卵子的發(fā)生在胎兒期進(jìn)行，出生時已根本完成，所有卵子處于第一次成熟分裂前期，并可維持40-50年。4、成熟分裂方式：初級精母細(xì)胞經(jīng)兩次成熟分裂，產(chǎn)生四個同樣較小的精子細(xì)胞。初級卵母細(xì)胞經(jīng)兩次成熟分裂已形成一個大的受精卵和3個幾乎不含細(xì)胞質(zhì)的小極體。5、精卵的數(shù)目不同：人從青春期起，每時都有大量精子產(chǎn)生。人胚27個月間卵原細(xì)胞由100

22、0個迅速分裂增至700萬個，以后又迅速下降，到出生時只剩70200萬個初級卵母細(xì)胞，青春期后逐漸發(fā)育成400500個次級卵母細(xì)胞，完成第二次成熟分裂的更少了。母體通過基因表達(dá)產(chǎn)物在卵細(xì)胞中的儲存和特異定位，影響和決定未來早期胚胎的發(fā)育設(shè)計，這些基因被稱為母體決定基因(maternal gene)。果蠅卵細(xì)胞的發(fā)育：每個卵原細(xì)胞經(jīng)過4次分裂形成細(xì)胞質(zhì)連通的16個細(xì)胞組成的克隆單位，但只有兩個可發(fā)育成卵母細(xì)胞，其中一個發(fā)育未成熟卵細(xì)胞，其他分化成滋養(yǎng)細(xì)胞。最后卵細(xì)胞定位在濾泡頂端。四、人類卵子的產(chǎn)生1、哺乳動物卵的成熟和排卵方式 交配活動的刺激完成排卵：刺激導(dǎo)致垂體釋 放促性腺激素卵巢排卵受精卵如

23、家兔、水貂。周期性排卵：雌體在特定的動情周期排卵。光照、溫度等環(huán)境因素刺激下丘腦釋放垂體促性腺釋放因子垂體釋放促卵泡激素和黃體生成激素卵泡發(fā)育成熟排卵。卵泡、黃體產(chǎn)生雌激素作用神經(jīng)系統(tǒng)，使動物產(chǎn)生交配行為。動情和排卵同步發(fā)生。精子的類型精子的產(chǎn)生動物精子類型鞭毛型 哺乳動物和人無鞭毛型 海洋和淡水無脊椎動物精巢減數(shù)分裂精原細(xì)胞精子細(xì)胞精子分化1.哺乳動物的精子頂體位于精核前端，囊泡狀，其中含有多種水解酶，主要作用是溶解卵子的外膜。有些還有與精卵識別有關(guān)的分子。整個精核是一致密結(jié)構(gòu)，幾乎看不到染色質(zhì)絲和核仁，精子中所有的基因都不表達(dá)。中心粒位于頸段，有一段縱行中央微管，線粒體環(huán)繞鞭毛基部。頭部精

24、核中段頸段頂體質(zhì)膜鞭毛長約60m末段主段線粒體尾部頭部扁平，包括頂體和精核。尾局部為中段、主段和末段，主要結(jié)構(gòu)是軸纖絲，是鞭毛中起推動作用的主要局部，具有典型的“92結(jié)構(gòu)，并附有動力蛋白臂。鞭毛具有特殊的結(jié)構(gòu)，主要由軸絲、外周致密纖維和線粒體鞘。由前到后由9條粗纖維減少為7條逐漸變細(xì)并消失。結(jié)構(gòu)組成由外至內(nèi)質(zhì)膜外結(jié)構(gòu)：卵黃膜(vitelline envelope)質(zhì)膜(plasma membrane)卵質(zhì)：皮層+細(xì)胞質(zhì)卵核：二倍體OR單倍體1.卵細(xì)胞的結(jié)構(gòu)在受精時可以調(diào)控特定的離子在卵子內(nèi)外的流動，且能與精子質(zhì)膜融合能識別同一物種的精子，對受精的物種特異性有非常重要的作用。在哺乳動物中特稱為透

25、明帶(zona pellucida)，緊靠著透明帶的一層濾泡細(xì)胞(follicle cell)稱為放射冠(corona radiata),具營養(yǎng)作用。皮層(cortex)是質(zhì)膜下一層約5um厚的膠狀胞質(zhì)，比內(nèi)部的胞質(zhì)硬，內(nèi)有皮層顆粒(cortical granule) 、色素顆粒和高濃度的肌動蛋白分子。 皮層顆粒(cortical granule ) ，含消化酶、粘多糖、黏性糖蛋白和透明蛋白，與形成受精膜、阻止多精入卵、為卵裂球提供支持有關(guān)。 色素顆粒 高濃度的肌動蛋白分子：受精時聚合成微絲，延伸到細(xì)胞外表形成微絨毛，幫助精子進(jìn)入卵子。皮層(cortex)卵質(zhì)組成卵黃：不同動物卵黃量差異很大。

26、少黃卵均黃卵 端黃卵中黃卵線粒體生殖質(zhì)2.卵細(xì)胞內(nèi)主要生物成分物質(zhì)準(zhǔn)備：成熟卵子卵質(zhì)中合成和吸收了大量的物質(zhì)大量的蛋白質(zhì)核糖體和tRNAmRNA 中期囊胚裝換形態(tài)發(fā)生因子保護(hù)性化學(xué)物質(zhì) 紫外線過濾裝置、DNA修復(fù)酶、Ig等第二節(jié) 受精過程一、無脊椎動物的受精1. 精卵識別：精子的趨化性2.海膽頂體反響3.海膽的精卵融合4.海膽皮層反響與多精受精的阻止5.海膽卵的激活6.海膽雌雄原核的形成及融合二、哺乳動物的受精1.精子獲能2.精子的趨化性3.頂體反響4.皮層反響5.原核形成和融合6.精卵的識別1.精卵識別具有種屬特異性，即給定物種的卵子對同源精子的識別與結(jié)合具有絕對的特異性。原因在于雌雄配子外

27、表具有某些結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的特異分子。精子的趨化性：Action at a distance 精子的趨化性chemotaxis是指精子根據(jù)化學(xué)濃度梯度直接向同物種的卵子運(yùn)動的現(xiàn)象。 現(xiàn)已在許多動物中發(fā)現(xiàn)，其卵母細(xì)胞完成第二次減數(shù)分裂后，可以分泌具有物種特異性的的趨化因子如海膽的精子激活肽(呼吸活化肽resact)，引起線粒體呼吸作用和精子遷移性的迅速增長，構(gòu)成卵周特有的微環(huán)境。 一、無脊椎動物的受精 頂體反響是指受精前精子在同卵子接觸時，精子頂體產(chǎn)生的一系列變化。 頂體反響包括兩個主要的事件： 頂體膜與精子質(zhì)膜發(fā)生融合：頂體顆粒釋放 頂體突起的形成：肌動蛋白 微絲 被認(rèn)為是由卵膠膜中的海藻糖組成的多聚

28、糖啟動的。2. 海膽頂體反響(acrosomal reaction)4.海膽皮層反響與多精受精的阻止海膽阻礙多精入卵的作用方式 海膽卵子細(xì)胞膜去極化引起的快速的阻礙作用； 卵子皮層顆粒的胞吐作用產(chǎn)生的一種較慢的阻礙作用； 生理性多精受精：卵子細(xì)胞質(zhì)降解額外精子的核酸或排出包含有額外精子核酸的細(xì)胞質(zhì)?？焖僮璧K多精入卵 卵膜中存在離子通道，卵膜的快速阻礙多精入卵作用是通過改變自身膜電位形成的。 精子進(jìn)入卵細(xì)胞觸發(fā)細(xì)胞膜靜息電位迅速去極化，引起膜外精子與卵細(xì)胞識別和融合的障礙。 如人為維持原有的膜電位，可誘導(dǎo)多精受精現(xiàn)象發(fā)生；如改變正常的初始膜電位， 那么會阻止卵細(xì)胞的受精。電位改變產(chǎn)生的快速阻止：

29、海膽的第一個精子與卵質(zhì)膜結(jié)合后的13秒內(nèi)，因鈉離子的流入而導(dǎo)致膜電位的迅速升高，從而阻止其它精子與卵膜的結(jié)合。dd 形成受精膜的慢速阻止：海膽卵受精后2060秒內(nèi)，質(zhì)膜下的皮質(zhì)顆粒與質(zhì)膜融合，釋放其內(nèi)含物形成受精膜，阻止其它精子進(jìn)入。結(jié)合到卵黃膜的精子是通過皮層的小泡破裂，發(fā)生皮層反響被移除的；否那么將導(dǎo)致多精入卵。皮層反響：當(dāng)精子進(jìn)入卵子時，皮層顆粒與卵膜發(fā)生融合，顆粒內(nèi)容物被釋放到卵膜和卵黃膜之間的區(qū)域卵黃周隙，這些釋放物中有幾種蛋白質(zhì)在皮層顆粒反響中發(fā)揮了重要的作用。皮層顆粒反響慢速阻止多精入卵結(jié)合到卵黃膜的精子是通過皮層的小泡破裂，發(fā)生皮層反響被移除的；否那么將導(dǎo)致多精入卵。皮層反響：

30、當(dāng)精子進(jìn)入卵子時，皮層顆粒與卵膜發(fā)生融合，顆粒內(nèi)容物被釋放到卵膜和卵黃膜之間的區(qū)域卵黃周隙，這些釋放物中有幾種蛋白質(zhì)在皮層顆粒反響中發(fā)揮了重要的作用。 皮層顆粒反響的作用機(jī)制與頂體反響根本相似，Ca2作為細(xì)胞內(nèi)信使發(fā)揮了及其重要的作用。 研究證明，啟動皮層顆粒反響的鈣主要儲存在卵細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中，而不是卵外鈣離子的內(nèi)流。 卵細(xì)胞內(nèi)的信號分子三磷酸肌醇IP3激活Ca的釋放，而IP3的產(chǎn)生是與GTP結(jié)合蛋白或酪氨酸激酶相關(guān)的。鈣的作用二、哺乳動物的受精哺乳動物的受精過程 哺乳動物的精子需要在雌性生殖道中停留一個特定的時期，以獲得對卵子受精的能力，這一過程稱為精子獲能 capacitation 。 哺

31、乳動物精子獲能的位置隨物種的不同有很大的差異，如許多嚙齒類、豬和狗在輸卵管獲能。1、精子獲能1精子獲能機(jī)制現(xiàn)在認(rèn)為獲能與以下因素有關(guān)： *依賴cAMP的蛋白激酶APKA，可以抑制獲能反響。 *環(huán)-磷酸腺苷cAMP沖動劑可誘發(fā)獲能。 *磷脂激活的蛋白激酶PKC可加速精子的獲能。 *酪氨酸激酶可影響獲能反響。 *雄性生殖道的受精促進(jìn)肽，由前列腺分泌的一種三肽類物質(zhì)，可促進(jìn)獲能反響和提高受精穿透能力。 精子的變化：膜流動性的改變；外表特定的蛋白質(zhì)或糖類喪失；鉀離子流出鈣離子流入膜電位降低；蛋白質(zhì)磷酸化。2獲能精子的變化 獲能期間，精子的細(xì)胞膜發(fā)生了一系列變化，包括內(nèi)膜分子重排、精子外表某些成分移除，

32、但分子機(jī)制還不很清楚。精子超活化代謝變化精子膜變化精子獲能最后階段，精子運(yùn)動表現(xiàn)出強(qiáng)有力、尾部呈“鞭打樣的不對稱運(yùn)動，稱為。生理意義：有利于精子通過輸卵管介質(zhì)和放射冠的基質(zhì)；增強(qiáng)擺脫輸卵管上皮的能力；超活化是精子穿越放射冠和透明帶的力學(xué)根底。證據(jù)主要表現(xiàn)為：以葡萄糖為主要能源，能量代謝明顯增強(qiáng)；酶系及信號系統(tǒng)發(fā)生了改變- cAMP、磷脂酶、第二信使；頂體素原激活為頂體素。精子膜結(jié)構(gòu)重組，包括膜蛋白、糖基和膜脂成分的改變、膜流動性變化。2.精子的趨化性卵子或周圍的濾泡細(xì)胞分泌趨化物質(zhì)吸引精子向卵子運(yùn)動。3.哺乳動物的頂體反響哺乳動物的頂體是一個帽狀結(jié)構(gòu)，覆蓋于精核的前端。頂體反響時，頂體膨脹，頂

33、體帽局部的質(zhì)膜與頂體外膜在多處發(fā)生融合，使頂體內(nèi)的物質(zhì)-水解酶從融合處釋放出來。頂體反響可受多種因素誘導(dǎo) 排卵期的卵泡液、孕激素、卵泡細(xì)胞間質(zhì)、透明帶等精子頂體酶及其穿透作用 通過頂體反響釋放的物質(zhì)中含有大量的水解酶，因此頂體這一結(jié)構(gòu)被認(rèn)為具有類似溶酶體lysosome的功能。 精子頂體酶的功能是在卵子外圍打一個洞，另外頂體反響還與精卵結(jié)合有關(guān)。4.皮層反響單精受精的機(jī)制即多精受精阻斷的機(jī)制：許多精子都可以到達(dá)卵子的外表并與之吸附，但是通常只有一個精子能完成受精，稱為單精入卵monospermy。有些有尾兩棲類可有多個精子進(jìn)入卵內(nèi)，但往往當(dāng)一個精原核與卵原核發(fā)生結(jié)合后，其余的精原核均退化。多個

34、精子入卵受精稱為多精入卵polyspermy，將導(dǎo)致死亡或不正常的發(fā)育。生命開展了多種機(jī)制防止多倍的染色體組融合，最普通的方法是阻礙多精入卵。多精受精是很少發(fā)生的。 防止多精受精的機(jī)制可能是卵膜屏障、透明帶屏障 ：皮層反響：精卵結(jié)合后，卵子的膜電位發(fā)生了變化，皮質(zhì)顆粒的膜與卵膜融合，將內(nèi)容物釋放到卵膜周圍的間隙中，膜融合使卵質(zhì)膜結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，形成了防止精子進(jìn)入的屏障，不再與其它精子的膜融合。透明帶反響：皮質(zhì)顆粒內(nèi)容物排出后，引起透明帶一系列的變化，使透明帶結(jié)合能力降低，對頂體蛋白酶的敏感性減弱，制止精子的穿透。哺乳動物不形成受精膜，但皮質(zhì)顆粒中釋放的酶對透明帶中的精子受體分子進(jìn)行修飾，使之喪

35、失與精子結(jié)合的能力，因此，稱為透明帶反響。(半乳糖基轉(zhuǎn)移酶 (GalTase)可與ZP3分子上的N-乙酰葡糖胺結(jié)合 ，使精子G蛋白激活并誘導(dǎo)頂體反響。卵激活時皮質(zhì)顆粒釋放出來的N-乙酰葡糖酶能對ZP3上的GalTase結(jié)合位點(diǎn)進(jìn)行修飾，由此阻斷透明帶外圍的精子與受精卵結(jié)合。雌雄原核的形成單倍體的精子核進(jìn)入卵細(xì)胞后，解凝聚形成雄原核male pronucleus，卵細(xì)胞核那么形成雌原核female pronucleus。精核形成雄性原核的過程受到卵子的嚴(yán)格控制。精子入卵時線粒體與鞭毛在卵細(xì)胞內(nèi)降解，因此線粒體基因一般認(rèn)為是母源性的；但中心體是父源性的。5. 遺傳物質(zhì)的融合哺乳動物精卵的特異性識別

36、發(fā)生在卵細(xì)胞的透明帶zona pellucida局部。 小鼠透明帶中含有ZP3 糖蛋白 ，它與ZP1、ZP2以網(wǎng)狀的骨架結(jié)構(gòu)存在于透明帶中。 ZP3能結(jié)合精子，并引發(fā)頂體反響。6.哺乳動物的精卵識別第三節(jié) 受精后卵質(zhì)的重排卵細(xì)胞受精后引起卵細(xì)胞成分的重新排比和分配稱為卵細(xì)胞質(zhì)重排，這種重排對于以后發(fā)育過程中細(xì)胞的分化至關(guān)重要。 在卵裂過程中，胞質(zhì)中含有的形態(tài)形成決定子被分配到特定的細(xì)胞中去，最終導(dǎo)致特定的基因被激活，從而使不同的細(xì)胞獲得不同的特性。卵裂的準(zhǔn)備 卵裂啟動的機(jī)制因物種的不同而不同，主要依賴于受精時減數(shù)分裂所處的時期。 胞內(nèi)Ca2濃度的增加啟動了細(xì)胞分裂所需要的細(xì)胞器。 第一次卵裂的

37、位置不是隨機(jī)的，而是由精子的進(jìn)入點(diǎn)和卵質(zhì)的旋轉(zhuǎn)方向所決定的。作 業(yè)試述哺乳動物受精的過程防止多精受精的機(jī)制單精受精的機(jī)制第三章 卵 裂第一節(jié) 卵裂方式與囊胚形成一、完全卵裂二、不完全卵裂第二節(jié) 卵裂的機(jī)制一、卵裂細(xì)胞周期及調(diào)控二、細(xì)胞質(zhì)分裂引言:關(guān)于卵裂1.概念：受精卵經(jīng)過連續(xù)快速的有絲分裂形成許多較小的、有核的細(xì)胞，形成一個多細(xì)胞生物體的過程稱為卵裂(cleavage)。卵裂過程中形成的細(xì)胞稱卵裂球(blastomere)。卵裂期是指受精卵開始有絲分裂并產(chǎn)生由較小細(xì)胞構(gòu)成的胚胎的過程。卵裂晚期，哺乳動物等的胚胎卵裂球達(dá)1216個細(xì)胞形成實(shí)心多細(xì)胞球體，稱桑椹胚(morula);之后伴隨細(xì)胞數(shù)

38、目的增加，多數(shù)動物卵裂晚期胚胎中空而形成一個囊狀結(jié)構(gòu)，稱為囊胚(blastula)。2.卵裂的主要特點(diǎn)及結(jié)果 卵裂時，大多數(shù)物種在卵裂時胚胎的體積并不增大。合子細(xì)胞質(zhì)不斷地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，直到原腸后期細(xì)胞分裂速度才顯著放慢。卵裂屬于典型的有絲分裂，但和以后發(fā)育階段的細(xì)胞分裂有區(qū)別。2、卵裂的主要特點(diǎn)卵裂球快速分裂，分裂周期短;分裂球數(shù)目快速增加，體積越來越?。汉Ｄ懪咛サ馁|(zhì)/核比由550降至6;卵裂常經(jīng)歷由均等裂向不均等裂變化。早期卵裂中合子基因大多處于休眠狀態(tài)；隨著卵裂的進(jìn)行，卵裂球出現(xiàn)分化差異。 對大多數(shù)物種而言尤其是

39、無脊椎動物，細(xì)胞分裂的速度及卵裂球的相互位置主要是由母本儲存在卵母細(xì)胞中的蛋白質(zhì)和mRNA控制的。通過有絲分裂分配到各卵裂球中的合子基因組，在早期卵裂胚胎中并不起作用，即使用化學(xué)物質(zhì)抑制轉(zhuǎn)錄，早期胚胎也能正常發(fā)育。隨著卵裂進(jìn)行，細(xì)胞質(zhì)中活化或阻抑某些基因活動的因子不均等的分配到各卵裂球中，各球中細(xì)胞質(zhì)出現(xiàn)了差異，質(zhì)與核之間的相互作用使細(xì)胞出現(xiàn)分化差異。人類二細(xì)胞期的卵裂球無明顯的分化，假設(shè)二個卵裂球分開，可各自發(fā)育成一個完好的胚體。在多數(shù)生物的胚胎中，核質(zhì)比值的成倍增加是決定某些基因定時開始轉(zhuǎn)錄的因素。非洲爪蟾的胚胎，直到第12次卵裂，合子的基因組才開始轉(zhuǎn)錄中期囊胚轉(zhuǎn)換。胚胎細(xì)胞中染色質(zhì)含量愈

40、高，這種轉(zhuǎn)化合子型基因的翻開發(fā)生愈早。如果核內(nèi)染色質(zhì)是正常情況的2倍，這種轉(zhuǎn)化將提前一個周期發(fā)生。因此新合成的染色質(zhì)能感受卵內(nèi)一些因子的量的變化。Holoblastic 全卵裂Radial 輻射型: 海鞘、海膽、兩棲類Rational 旋轉(zhuǎn)型: 哺乳動物Spiral 螺旋型: 螺、蚌、軟體動物、 紐形動物、多毛類動物Discoidal 盤狀偏裂：鳥類、魚類等端 黃和極端端黃卵Meroblastic 偏裂Superficial 表面裂:中黃卵(昆蟲)卵裂類型一、完全卵裂1. 輻射式卵裂海膽兩棲類2. 螺旋式卵裂 環(huán)節(jié)動物、渦蟲綱動物、紐形動物門動物以及除頭足綱外的所有軟體動物的卵裂是螺旋式卵裂。

41、3. 兩側(cè)對稱式卵裂 水螅4. 旋轉(zhuǎn)式卵裂 哺乳動物根本特征：1每個卵裂球的有絲分裂器與卵軸垂直或平行；2卵裂溝將卵裂球分成對稱的兩半。特征：1卵裂的方向與卵軸成斜角，2細(xì)胞之間采用熱力學(xué)上最穩(wěn)定的方式堆疊，細(xì)胞間接觸的面積更大，3只經(jīng)過較少次數(shù)的卵裂就開始了原腸形成。海膽卵裂與囊胚形成經(jīng)-經(jīng)-緯-經(jīng)第4次卵裂后開始不均等分裂；第7次分裂后產(chǎn)生128細(xì)胞，此時細(xì)胞之間緊密連接形成中空球形體，即為囊胚。動植物極卵裂球分化命運(yùn)不同，植物極的micromeres是生骨中胚層命運(yùn)，具有啟動原腸作用、誘導(dǎo)第二胚軸的活性。海膽的輻射性全卵裂經(jīng)線裂(meridional cleavage):指卵裂面與卵軸平

42、行與卵的赤道面垂直的卵裂方式。緯線裂(equatorial cleavage):指卵裂面與卵軸垂直與卵的赤道面平行的卵裂方式。蛙卵囊胚腔的形成蛙類的囊胚腔的形成：第一次分裂后兩個子細(xì)胞的動物極端相接觸，產(chǎn)生一個裂縫，它將擴(kuò)大成為囊胚腔。 16-64細(xì)胞期為桑椹胚，128細(xì)胞期即出現(xiàn)囊胚腔，形成囊胚。 囊胚腔的作用：有利于原腸作用期細(xì)胞的移動、防止囊胚腔上下細(xì)胞的過早交流。蛙囊胚腔內(nèi)體液的積累與離子轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)。隨著囊胚腔內(nèi)離濃度的增加，水分就通過滲透作用進(jìn)入進(jìn)入囊胚腔內(nèi)。囊胚腔內(nèi)液體的積累對囊胚腔壁造成一個向外的力壓力，這種靜水壓是參與形成和維持囊胚為球形的一個重要作用力。 螺旋型全卵裂：均為經(jīng)線

43、裂。第三次分裂前，卵裂球內(nèi)的紡錘體轉(zhuǎn)動45度，然后向動物極方向出芽小卵裂球。其后的大卵裂球以同樣方式不均等分裂產(chǎn)生一大一小子分裂球，而小分裂球只生成小卵裂球。形成的囊胚無囊胚腔。蝸牛的螺旋式卵裂蝸牛的左旋和右旋螺旋式卵裂在第三次卵裂時小卵裂球位于大卵裂球的順時針方向或斜右方的卵裂方式稱為右旋卵裂。在第三次卵裂時小卵裂球位于大卵裂球的逆時針方向或斜左方的卵裂方式稱為左旋卵裂。 兩側(cè)對稱式卵裂主要發(fā)現(xiàn)于水螅中，其主要特征是： 第一次卵裂平面是胚胎的唯一對稱面，它將胚胎劃分為左右成鏡像對稱的兩局部; 第二次卵裂也是經(jīng)裂，但不通過卵子的中心; 第三次卵裂是緯裂，生成一層動物極卵裂球和一層植物極卵裂球;

44、 第四次卵裂是不規(guī)那么的; 第五次卵裂形成一個小的囊胚。隨著卵裂的進(jìn)行，不同顏色的細(xì)胞質(zhì)被分配到不同的細(xì)胞并決定其分化。水螅的兩側(cè)對稱式卵裂 水螅的兩側(cè)對稱式卵裂 A 未分裂的受精卵中各種細(xì)胞質(zhì)的分布；B 8細(xì)胞期的胚胎；CD 從植物極方向觀察的囊胚旋轉(zhuǎn)型卵裂的特征哺乳動物卵裂球的compaction:發(fā)生第三次卵裂后不久(1) 卵裂速度緩慢；(2) 第1次為經(jīng)裂，其后的2個卵裂球各采用不同的卵裂方式，一個是經(jīng)裂，一個是緯裂；這種卵裂的方式稱為交替旋轉(zhuǎn)對稱式卵裂。 (3) 早期卵裂不同步，因此哺乳動物的胚胎常常含有奇數(shù)個細(xì)胞。(4) 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。(5

45、) 哺乳動物與其他卵裂方式一個關(guān)鍵區(qū)別是存在胚胎的緊縮compaction現(xiàn)象。緊密化過程在8-細(xì)胞階段前的卵裂球之間有足夠空間呈松散型排列，在第三次卵裂后，卵裂球的行為發(fā)生了改變，各卵裂球突然相互靠近，相互之間的接觸面積到達(dá)最大形成一個緊密的細(xì)胞球，稱緊密化。緊密化的細(xì)胞分裂后，形成16個細(xì)胞的桑椹胚，在桑椹胚中有1-2個細(xì)胞屬內(nèi)細(xì)胞團(tuán)，并由大多數(shù)的外層細(xì)胞所包圍。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。球體的內(nèi)部細(xì)胞之間有間隙連接gap junction相連，可以交換小分子和離子。內(nèi)細(xì)胞團(tuán)形成內(nèi)細(xì)胞團(tuán)發(fā)育成胚胎本身，外層細(xì)胞成為支持胚胎發(fā)育的結(jié)構(gòu)。內(nèi)

46、細(xì)胞團(tuán)的產(chǎn)生是哺乳動物早期發(fā)育的關(guān)鍵步驟之一。內(nèi)細(xì)胞團(tuán)發(fā)生的重要決定的作出僅僅依賴于細(xì)胞于某一正確時間出現(xiàn)在某一正確的位置。一個細(xì)胞是否成為胚胎或滋養(yǎng)層細(xì)胞，完全取決于壓縮作用后細(xì)胞所處的位置是位于外周還是內(nèi)部。通過標(biāo)記不同的卵裂球等方法證實(shí)，緊密化作用后位于外層的細(xì)胞將形成滋養(yǎng)層細(xì)胞，而內(nèi)部的細(xì)胞將發(fā)育成胚胎。雙胞胎和胚胎干細(xì)胞早期胚胎的細(xì)胞之間可以相互轉(zhuǎn)換和補(bǔ)償，內(nèi)細(xì)胞群的細(xì)胞被看作是一個“等價群體或是“多能母細(xì)胞。去掉2-細(xì)胞期兔胚的一個細(xì)胞，留下的另一個細(xì)胞仍可以發(fā)育成完整的胚胎。滋養(yǎng)層細(xì)胞那么不能。人類的雙胞胎被分為兩類：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。同卵雙生那

47、么源于同一胚，胚中的細(xì)胞由于不明原因相互別離導(dǎo)致產(chǎn)生雙胞胎。同卵雙生可以通過早期胚卵裂球別離，甚至是同一囊胚中內(nèi)細(xì)胞團(tuán)一分為二而產(chǎn)生。 在研究雙胞胎,嵌合小鼠時發(fā)現(xiàn)，內(nèi)細(xì)胞團(tuán)中的每個分裂球均能產(chǎn)生身體中任何細(xì)胞類型。當(dāng)內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞被別離，并在一定條件下生長時，它們會在培養(yǎng)過程中保持未分化的特征，并可持續(xù)不斷地分裂。這些細(xì)胞被稱為胚胎干細(xì)胞。在培養(yǎng)過程中可改造這些細(xì)胞，例如，可將克隆的外源基因插入到它們的核內(nèi)，或直接改造其基因等。利用胚胎干細(xì)胞進(jìn)行基因敲除gene knock-out和構(gòu)建轉(zhuǎn)基因動物已經(jīng)成為一種非常重要的、用于研究哺乳動物發(fā)育過程中基因功能的手段。哺乳動物囊胚形成緊縮后的胚胎繼續(xù)

48、分裂，形成16個細(xì)胞的桑葚胚。通過成腔作用，滋養(yǎng)層細(xì)胞像桑椹胚中分泌液體產(chǎn)生囊胚腔，內(nèi)細(xì)胞團(tuán)位于滋養(yǎng)層細(xì)胞環(huán)的一側(cè)，此時稱為胚泡。是哺乳動物卵裂的另一個標(biāo)志。二、不完全卵裂概念：在某些卵黃物質(zhì)特別多的卵子如端黃卵和中黃卵中，卵裂時卵裂溝僅停留在動物半球或卵子中無卵黃聚集的細(xì)胞質(zhì)局部。分類： 1.盤狀卵裂盤狀囊胚 (1)鳥類 (2)魚類 2.外表卵裂外表囊胚 昆蟲雞胚的外表卵裂胚盤為動物極直徑約23mm的胞質(zhì)區(qū)，前3次卵裂經(jīng)線裂，發(fā)生在輸卵管中，胚盤為單細(xì)胞層，仍與卵黃相接觸。雞胚進(jìn)入子宮后，才發(fā)生緯裂，形成56個細(xì)胞厚的胚盤。胚盤細(xì)胞從稀蛋白吸取液體后，與卵黃分裂，形成胚盤下腔(subgerm

49、inal cavity)。該腔使胚盤中央?yún)^(qū)透明，叫明區(qū)(area pellucida)；而邊緣區(qū)的細(xì)胞仍與卵黃接觸使其不透明，叫暗區(qū)(area opaca)。上胚層(epiblast)將形成胚胎本體；下胚層(hypoblast)將產(chǎn)生胚外結(jié)構(gòu)如卵黃囊柄和連接卵黃和內(nèi)胚層消化管的蒂。魚類的盤狀偏裂魚類的多卵黃卵的發(fā)育與鳥類相似，細(xì)胞分裂僅僅在動物極胚盤中發(fā)生。早期卵裂伴隨著高度重復(fù)的經(jīng)裂緯裂模式，分裂速度很快。最初的幾次分裂同步發(fā)生，形成一堆屹立在卵細(xì)胞動物極的細(xì)胞。約從第10次分裂開始，中期囊胚進(jìn)入由母型調(diào)控向合子型調(diào)控的過渡期。斑馬魚受精卵的前5次卵裂均為經(jīng)線裂，產(chǎn)生的32個細(xì)胞為單層分布于

50、卵黃上。其后的分裂方向不規(guī)那么。囊胚期開始于128細(xì)胞期,屬盤狀囊胚。外表卵裂外表卵裂的特征：直到核已經(jīng)分裂，細(xì)胞還不能形成。昆蟲受精卵為外表卵裂。合子型的核于卵的中央局部進(jìn)行屢次的有絲分裂，形成多達(dá)256各細(xì)胞核。然后細(xì)胞核遷移至卵的四周，此時胚胎稱為合胞體層(syncytial blastoderm)。與體細(xì)胞相比，卵裂期細(xì)胞細(xì)胞周期短、分裂速度快；研究說明，這種特性源于母細(xì)胞的特殊性。卵裂細(xì)胞周期調(diào)控決定于卵質(zhì)。第二節(jié) 卵裂的機(jī)制一、卵裂細(xì)胞周期及調(diào)控1.有絲分裂的細(xì)胞骨架作用2.新細(xì)胞膜的形成 兩個來源：一是合子膜的擴(kuò)展，二是新產(chǎn)生的細(xì)胞膜細(xì)胞周期是由細(xì)胞質(zhì)分裂、DNA復(fù)制、紡錘體裝配

51、和細(xì)胞代謝等參與演出的錯綜復(fù)雜的“舞蹈劇。在這一整套事件中，cyclin 和CDK不僅是調(diào)節(jié)的靶子，而且又是調(diào)節(jié)的效應(yīng)器。細(xì)胞周期蛋白激酶系統(tǒng)似乎是這些事件的協(xié)調(diào)者。二、細(xì)胞質(zhì)分裂原腸作用概述1.概念：原腸作用gastrulation是卵裂后期囊胚細(xì)胞劇烈的、高速有序的運(yùn)動過程，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的重新組合形成內(nèi)中外三個胚層。2.功能：囊胚細(xì)胞位置發(fā)生變動形成三胚層。原腸作用是從尚未分化到分化為三個胚層和器官原基決定的關(guān)鍵時期。動物身體的主軸包括前后軸、背腹軸和左右軸也會在卵裂和原腸作用期間建立起來，胚胎各局部的細(xì)胞會獲得各自的發(fā)育潛能。為重新占有新位置的胚胎細(xì)胞之間的相互作用奠定了根底。3.細(xì)胞的

52、運(yùn)動方式原腸作用過程中的細(xì)胞運(yùn)動涉及整個胚胎。同一原腸胚形成常常包括幾種細(xì)胞運(yùn)動方式。整個動物界原腸作用方式變化多樣，總體可概括為五種細(xì)胞運(yùn)動機(jī)制，即外包epiboly內(nèi)陷invagination內(nèi)卷involution內(nèi)移ingression和分層delamination。作 業(yè)簡述胚胎的卵裂方式及其代表物種原腸作用過程中細(xì)胞的五種運(yùn)動方式外包: 表皮層做為一個整體擴(kuò)展，使胚胎的內(nèi)層被覆蓋。內(nèi)陷: 指胚胎的局部區(qū)域的內(nèi)陷內(nèi)卷: 指正在擴(kuò)展的外層向內(nèi)卷折，去從內(nèi)鋪蓋原來的外層細(xì)胞內(nèi)移: 指表層的單個細(xì)胞遷入胚胎的內(nèi)部分層:指一個細(xì)胞層分成兩層或多或少平行的細(xì)胞層一、初級間質(zhì)細(xì)胞的內(nèi)移植物極板中

53、央來源于小分裂球的細(xì)胞不斷伸出和收縮線狀偽足filopdia，脫離外表單層細(xì)胞，進(jìn)入囊胚腔，稱為初級間質(zhì)細(xì)胞primary mesenchyme cell。海膽原腸作用：初級間質(zhì)細(xì)胞在中胚層和內(nèi)胚層相交處形成一圈，在腹側(cè)有一分支延伸，它們將用于骨的形成。細(xì)胞粘連作用的變化導(dǎo)致初級間質(zhì)的內(nèi)移 初級間質(zhì)細(xì)胞和透明層以及相鄰裂球之間的親和力減少，而與基質(zhì)片層之間的親和力增加。相比之下，非間質(zhì)細(xì)胞和透明層以及相鄰裂球之間的親和力維持不變。內(nèi)移至囊胚腔的初級間質(zhì)細(xì)胞被大量胞外片層物質(zhì)包繞。沿動植物極軸分布的纖維決定了間質(zhì)細(xì)胞遷移的方向。囊胚腔胞外基質(zhì)纖維與動植物極軸平行排列，最終與初級間質(zhì)細(xì)胞發(fā)生聯(lián)系。

54、至少有三種蛋白可能在間質(zhì)細(xì)胞的遷移過程中起重要的作用，包括囊胚腔壁基質(zhì)片層組分纖連蛋白fibronectin、間質(zhì)細(xì)胞膜上的硫酸蛋白多糖sulfated proteoglycans和囊胚腔細(xì)胞胞外基質(zhì)中只在原腸作用期表達(dá)的ECM18。二、原腸內(nèi)陷早期原腸內(nèi)陷 初級間質(zhì)細(xì)胞在囊胚腔內(nèi)遷移的過程中，仍然留在植物極板上的細(xì)胞移動填補(bǔ)由初級間質(zhì)細(xì)胞內(nèi)移而形成的空隙，植物極板進(jìn)一步變扁平。ddd之后，植物極板向內(nèi)彎曲，內(nèi)陷。當(dāng)植物極板內(nèi)陷深及囊胚腔的1/41/2時，內(nèi)陷突然停止。所陷入的局部稱為原腸archenteron or primitive gut，原腸在植物極的開口稱胚孔blastopore2.

55、晚期原腸內(nèi)陷早期原腸內(nèi)陷完成之后，經(jīng)過短暫停歇，原腸大幅度拉長， 短粗的原腸變成又細(xì)又長的管狀結(jié)構(gòu)。在此期間沒有新細(xì)胞形成，原腸的拉長過程是通過細(xì)胞重排實(shí)現(xiàn)的，原腸周長內(nèi)細(xì)胞數(shù)目大為減少。原腸頂端形成次級間質(zhì)細(xì)胞，原腸延伸是以次級間質(zhì)細(xì)胞提供的張力為動力的。次級間質(zhì)細(xì)胞伸出線狀偽足，穿過囊胚腔液，直達(dá)囊胚腔壁內(nèi)外表。動物極半球存在著次級間質(zhì)細(xì)胞附著的靶位。這些特定的靶位可能位于將來形成口的區(qū)域。只有當(dāng)線狀偽足接觸到特定靶位的時候，才不會縮回。當(dāng)原腸最頂端接觸到囊胚腔壁時，次級間質(zhì)細(xì)胞分散進(jìn)入囊胚腔。次級間質(zhì)細(xì)胞在囊胚腔中分裂，最終形成中胚層器官。囊胚腔壁接觸到原腸的位置最終形成口，口和原腸最頂

56、端形成一連續(xù)相通的消化管。海膽的胚孔最終形成肛門。3.次級間質(zhì)細(xì)胞與原腸內(nèi)陷總結(jié)海膽原腸作用過程及機(jī)制：原植物極中央細(xì)胞內(nèi)陷進(jìn)入囊胚腔，表皮細(xì)胞轉(zhuǎn)變成為初級間質(zhì)細(xì)胞偽足纖絲收縮促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)陷，然后內(nèi)胚層表皮細(xì)胞內(nèi)陷和擴(kuò)展，其前端表皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為次級間質(zhì)細(xì)胞偽足收縮起定向和驅(qū)動細(xì)胞移動的作用，細(xì)胞會聚伸展。一、爪蟾囊胚的發(fā)育命運(yùn)圖兩棲類的囊胚的根本任務(wù)：三胚層建成 研究方法：活體染色技術(shù)非洲爪蟾的中胚層前體只存在于深層細(xì)胞中，位于赤道區(qū)域外表細(xì)胞下面，而外胚層和內(nèi)胚層那么來源于外表的表層細(xì)胞中。卵母細(xì)胞成熟過程中， 母源性的VegT mRNA貯存于植物極。VegT蛋白對內(nèi)胚層的形成具有決定作用，消除

57、VegT mRNA和VegT蛋白后內(nèi)胚層不能形成。第二節(jié) 兩棲類的原腸作用二、原腸作用過程蛙類原腸作用首先是從將來胚胎的背部，即位于赤道下方的灰色新月區(qū)開始的。1.灰色新月區(qū)的預(yù)定內(nèi)胚層細(xì)胞內(nèi)陷，形成狹縫狀胚孔slit-like blastopore，內(nèi)陷細(xì)胞稱為瓶狀細(xì)胞bottle cell，它們沿最初的原腸排列，將來形成原腸的襯里 。蛙類囊胚細(xì)胞內(nèi)陷引發(fā)原腸形成。但是，蛙類的原腸作用并不是在最靠近植物極處開始內(nèi)陷，而是在動物半球和植物半球集合的赤道附近，即所謂的邊緣區(qū)marginal zone開始內(nèi)陷。移植的胚孔背唇細(xì)胞將在內(nèi)胚層細(xì)胞層上下陷（sink），形成一個胚孔狹縫。瓶狀細(xì)胞的內(nèi)陷啟

58、動原腸作用。瓶狀細(xì)胞的作用瓶狀細(xì)胞的收縮拉動邊緣區(qū)細(xì)胞向植物極運(yùn)動，同時將植物極的內(nèi)胚層細(xì)胞推向胚胎的內(nèi)部。邊緣區(qū)細(xì)胞的運(yùn)動導(dǎo)致外胚層細(xì)胞向植物極外包，預(yù)定前端中胚層細(xì)胞沿囊胚腔內(nèi)表面延伸。2.胚孔形成和原腸作用過程中爪蟾背部區(qū)域細(xì)胞的運(yùn)動原腸作用的下一個時期包括胚孔形成邊緣區(qū)細(xì)胞的內(nèi)卷：遷移中的緣區(qū)細(xì)胞到達(dá)胚孔的背唇時，轉(zhuǎn)向內(nèi)部沿著外層細(xì)胞的內(nèi)外表運(yùn)動，因此構(gòu)成背唇的細(xì)胞在不斷更新。動物半球細(xì)胞的外包和向胚孔處集中最初構(gòu)成背唇的細(xì)胞為內(nèi)陷形成原腸前緣的瓶狀細(xì)胞，它們隨后發(fā)育為前腸咽部的細(xì)胞。隨后背唇被后來內(nèi)卷進(jìn)入胚胎發(fā)育為頭部中胚層前體的細(xì)胞代替。接下來，由胚孔背唇內(nèi)卷進(jìn)入胚胎的細(xì)胞為脊索中

59、胚層細(xì)胞，它們將形成脊索。脊索是一個臨時性中胚層脊柱backbone，對誘導(dǎo)神經(jīng)系統(tǒng)的分化起重要的作用。背唇的細(xì)胞組成隨著新細(xì)胞進(jìn)入胚胎內(nèi)部，囊胚腔被擠壓到與背唇相對的一側(cè)。同時隨著胚孔處瓶狀細(xì)胞形成和內(nèi)卷，胚唇向側(cè)面和腹面延伸，形成新月狀結(jié)構(gòu)。新月狀胚孔進(jìn)一步延伸，先形成側(cè)唇，在形成腹唇。通過側(cè)唇和腹唇，位于外胚層細(xì)胞中的中胚層和內(nèi)胚層細(xì)胞繼續(xù)內(nèi)卷，使胚孔形成一環(huán)狀，包繞在含有大量卵黃、體積較大的內(nèi)胚層細(xì)胞周圍，這些內(nèi)胚層細(xì)胞暴露在植物極外面，稱為卵黃栓yolk plug。最終，卵黃栓也被包入內(nèi)部。通過上述細(xì)胞運(yùn)動把內(nèi)中外三個胚層的細(xì)胞置于適當(dāng)?shù)奈恢?，為它們分化為不同的器官做?zhǔn)備。3.側(cè)唇、

60、腹唇、卵黃栓的形成1. 邊緣區(qū)瓶狀細(xì)胞在準(zhǔn)確的時間和位置內(nèi)陷。2. 邊緣區(qū)細(xì)胞通過胚孔背唇進(jìn)行內(nèi)卷形成原腸。3. 內(nèi)卷的中胚層細(xì)胞沿胚孔頂壁內(nèi)外表遷移。4. 預(yù)定脊索中胚層在胚胎背部集中延伸。5. 預(yù)定外胚層細(xì)胞通過細(xì)胞分裂和數(shù)層細(xì)胞合并為單層細(xì)胞而向植物極下包。兩棲類原腸作用總結(jié)第三節(jié) 鳥類和哺乳類的原腸作用一、鳥類原腸作用鳥類為多黃卵，行不完全的盤狀卵裂，胚胎經(jīng)過卵裂在大量的卵黃上形成一個胚盤blastodisk。胚盤下方“惰性的卵黃對上面細(xì)胞的運(yùn)動施以嚴(yán)格限制。下胚層和上胚層的形成原條的形成通過原條的細(xì)胞的遷移原條回縮鳥類胚盤中央細(xì)胞被胚下腔subgerminal cavity和卵黃分開