2第一章动物个体发育模式Convertor.doc

第一篇动物个体发育模式第一章 生殖细胞发生第二章 受精的机制第三章 卵裂第四章 胚胎细胞的重新组合第五章 脊椎动物的早期发育多细胞有机体的个体发育开始于精子和卵子的融合，通过受精激活发育的程序，开始复杂的胚胎发育过程。尽管各种动物形态不同，卵子类型不同，胚胎发育的模式也多种多样，但是他们的发育一般都要经过几个主要的胚胎发育阶段，即受精、卵裂、原肠胚形成、神经胚形成和器官形成才能发育成为幼体，通过生长发育为成体，再经历衰老、死亡完成个体发育。第一章 生殖细胞发生第一节 生殖细胞的起源与分化第二节 精子发生第三节 卵子发生进行有性繁殖的高等生物，由生殖细胞分化产生配子 ，两性配子结合形成合子，合子通过生长发育成为具有体细胞和生殖细胞的多细胞有机体。每个世代的个体经历个体发育过程，同时由成熟生殖细胞分化形成雌性配子和雄性配子，再由两性配子结合开始另一个世代的个体发育，如此周而复始。 本章主要介绍生殖细胞是如何发生的？在胚胎发育初期生殖细胞就已经决定的动物，其生殖细胞来源于他的前体原生殖细胞(primordial germ cell，简称PGC，复数为PGCs)。原生殖细胞只有经过迁移进入发育中的生殖腺原基(genital anlage)生殖嵴(genital ridge)才能分化成为生殖细胞。原生殖细胞的起源可追溯到相当早期的胚胎发育阶段，在有些动物的卵母细胞中已有可识别的生殖质存在。生殖质    在卵发生中形成的一种特殊的细胞质成分。这种成分分布在卵或胚胎的一定部位，含有这种成分的细胞将发育为原始生殖细胞，再由它产生出生殖母细胞。生殖质的存在已在很多无脊椎动物和脊椎动物中得到证实。一般认为生殖质系由核糖核酸（RNA ）和蛋白质共同组成，它在卵发生期间由细胞核产生，穿过核膜孔聚集于核膜附近的细胞质中然后分散到植物极。生殖质是具有一定形态结构的特殊细胞质，主要由蛋白质和RNA构成，随着胚胎发育的进行，生殖质逐渐地分配到一定的细胞中，这些具有生殖质的细胞将分化成为原生殖细胞。 不同动物在生殖腺原基发生时，原生殖细胞以不同的迁移方式进入生殖腺原基，在那里进行生殖细胞的分化 。第一节 生殖细胞的起源与分化一 生殖质与生殖细胞分化二 原生殖细胞迁移三 减数分裂四 生殖细胞定向分化的决定一 生殖质与生殖细胞分化1 线虫生殖质与生殖细胞的分化2 果蝇生殖质与生殖细胞的分化3 爪蟾生殖质与生殖细胞的分化1 线虫生殖质与生殖细胞的分化线虫未受精卵有一种均匀分布于整个卵质中的P颗粒。受精后P颗粒集中位于预定胚胎的后部。第一次卵裂形成一个AB大细胞前体和一个含有P颗粒的P1小细胞。由P1细胞经过三次有丝分裂，每次分裂产生一个体细胞前体和一个P生殖干细胞。在第四次卵裂中产生的P4细胞是所有生殖细胞的始祖细胞，生殖细胞最初分化开始于P4细胞，P4细胞含有原来卵质中的P颗粒，表明P颗粒可能对生殖细胞的分化具有重要作用。2 果蝇生殖质与生殖细胞的分化果蝇生殖质与生殖细胞命运决定之间的关系已基本阐明。果蝇原生殖细胞最早发现于受精后大约 90 min，这些原生殖细胞位于果蝇胚胎后端，含有特殊的极质颗粒。两个主要的实验证实了极质（pole plasm）可以促进生殖细胞发育命运的特化。 第一，如果用紫外线照射卵的后端，破坏极质的活性，便没有生殖细胞形成。果蝇的极质 果蝇极细胞极质的透射电镜照片。 B. 卵裂结束前的早期果蝇胚胎极细胞的扫描电镜照片。第二，移植果蝇的极质能够引起生殖细胞分化。 如果将卵的后极移植到另一个胚胎的前端，极质所包围的细胞核便分化形成生殖细胞。如果将卵前端这些细胞移植到将来发育为生殖腺的区域，它们就可以发育为有功能的生殖细胞。有些母体效应基因（maternal effect gene）的表达对于果蝇极质的形成具有重要的作用。至少有8种基因的突变会导致果蝇不能形成极质，不能形成生殖细胞，因此是不育（sterile）的。 其中，oskar基因在果蝇极质的形成和装配过程中起着极其重要的调控作用。Oskar基因将其mRNA定位于胚胎的后极。决定果蝇原始生殖细胞的命运的其他基因gcl (germ cell-less): gcl基因在卵的生成过程中由营养细胞转录，受精后开始翻译，其蛋白定位在极质中。缺失该基因导致果蝇无生殖细胞。另外在果蝇的极质中还发现了一些可能参与PGC 形成的基因产物，如: nanos 基因、 线粒体大核糖体RNA ( mtlrRNA, mitochondrial large ribosomal RNA) 以及 极粒成分（polar granule component, pgc）的非翻译RNA等。 3 爪蟾生殖质与生殖细胞的分化爪蟾生殖质是位于受精卵植物极附近富含RNA和蛋白质的一团特殊细胞质。在卵裂过程中，由于卵质的不均匀分布，生殖质仅存在于靠近植物极的少数分裂球之中。只有含生殖质的少数分裂球能够发育成为原生殖细胞。目前，还没有证据表明哺乳动物生殖细胞发生与生殖质的关系。 小鼠生殖细胞发生涉及细胞之间的相互作用。如果把培养的胚胎干细胞注射进小鼠内细胞团里，既可以产生体细胞，也可以产生生殖细胞。在小鼠胚胎中最早能识别的原生殖细胞位于原条后端。二 原生殖细胞迁移1 两栖类原生殖细胞的迁移2 哺乳动物生殖细胞的迁移3 鸟类和爬行类原生殖细胞的迁移1 两栖类原生殖细胞的迁移在无尾两栖类受精后最初的两次分裂过程中，由于微管的作用，位于植物半球的生殖质集中，形成较大的一团特殊胞质覆盖于植物极质膜下面。随着进一步的卵裂，生殖质沿着分裂沟迁移，囊胚期生殖质位于囊胚底部细胞的分裂沟附近，到原肠胚期PGCs 位于原肠腔底部内胚层中。PGCs 通过肠壁内胚层的侧面迁移并进入背侧肠系膜，再沿背侧肠系膜往上迁移到达生殖嵴，PGCs与生殖嵴细胞共同形成生殖腺。原始生殖细胞迁移路线：植物极-囊胚腔底部细胞的分裂沟附近-原肠腔底部内胚层-幼虫后肠聚集沿肠背部迁移至生殖嵴中。生殖嵴内的一些因子是PGCs定向迁移的重要因素。有尾两栖类的生殖细胞发生与无尾两栖类有差别。蝾螈的卵内没有特殊定位的生殖质， PGCs的形成受内胚层区域的诱导，并且可能通过不同的途径迁移到生殖嵴。有些两栖类动物的PGCs也能主动迁移，如非洲爪蟾的PGCs能伸出一个伪足进行运动。PGCs的迁移途径由含黏着蛋白的细胞外基质构成。2 哺乳动物生殖细胞的迁移在发育早期，哺乳动物的生殖细胞没有特殊的形态特征。哺乳动物PGCs先在尿囊与后肠交接处附近聚集，以后迁移到卵黄囊附近再分成两群，沿卵黄囊的尾部通过新形成的后肠，然后沿背侧肠系膜向上迁移，分别进入左、右两侧生殖嵴。大多数PGCs在受精后第11天到达发育中的生殖腺，在迁移过程中PGCs不断增殖，在第12天的生殖腺中PGCs的数目由最初的8100个增加至2500 5000个。哺乳动物PGCs的迁移与其接触的上皮细胞相关， PGCs通过伸出伪足在上皮细胞表面进行变形运动， PGCs还能穿过单层细胞，在两层细胞之间迁移。哺乳动物生殖细胞的迁移A. 在卵黄囊靠近后肠和尿囊连接处可观察到原始的生殖细胞。B. 原始生殖细胞经过肠、肠系膜的背面迁移到生殖嵴。哺乳动物原始生殖细胞的迁移途径示意图。3 鸟类和爬行类原生殖细胞的迁移鸟类和爬行类动物的PGCs来源于外胚层细胞， 然后经过明区的中部迁移到明区前缘与暗区交界处。这个区域称为生殖新月，PGCs在生殖新月区内增殖。鸟类和爬行类的PGCs主要借助血液循环进行迁移， 当他们到达发育中的生殖腺时再离开血液循环系统。 发育中的生殖腺对PGCs有吸引作用但其机制还不清楚，可能生殖腺能产生一些化学物质吸引PGCs，并能使他们停留于生殖腺的毛细血管上； 同时生殖腺毛细血管内皮细胞表面可能具有一些特殊的成分使PGCs吸附于其表面 暗区是在鸟类胚胎初期，胚盘的周围围绕着透明的明区。与卵黄相接的区域没有上述的明区那样透明，因而称为暗区。暗区不会形成胚胎。 指在鸟类发生初期，胚盘叶中心部透明的、将来形成胚的部分。来自不含有卵黄粒的原中心细胞，由于通过胚下腔与卵黄块隔离，故呈现透明。 三 减数分裂PGCs进入生殖腺原基后不断地进行有丝分裂，产生生殖干细胞后代。由生殖干细胞分化成雌性配子或雄性配子。必须经过减数分裂，使染色体数目由双倍体变成单倍体。 在减数分裂过程中，可进行遗传信息的交换和重组，丰富了配子的遗传基础。如一个人的基因组就可能形成大约103万(223)个不同类型的单倍体细胞。四 生殖细胞定向分化的决定迁移进入生殖腺原基的原生殖细胞具备两种发育潜能，由生殖腺内的微环境决定分化成为精子或卵子。这里涉及两种决定：第一种决定是生殖干细胞是进入减数分裂进行配子发生还是进行有丝分裂成为生殖干细胞。第二种决定是进行减数分裂的细胞是发育为卵子还是精子。 在雌雄同体的动物中，开始减数分裂的细胞必须对即将进行分化的方向作出决定，通常在每个卵精巢中，最近端的细胞产生精子，而最远端的细胞产生卵子。远端细胞：位于线虫生殖腺末端有一个不分裂的细胞，称远端细胞，对生殖干细胞进行有丝分裂还是减数分裂具有调控作用。第二节 精子发生一 精子发生(spermatogenesis)二 精子形成三 精子发生中的基因表达和调控一 精子发生曲细精管上皮内精原细胞连续进行有丝分裂形成多个精原细胞，其中一部分保留为精原细胞，另一部分长大分化而成为初级精母细胞。初级精母细胞立即进入第一次减数分裂前期，并在发育过程中向曲精小管的中心推移，当初级精母细胞完成染色体联会、染色体交换等后，分裂成2个次级精母细胞。次级精母细胞静第二次减数分裂形成4个单倍体的精细胞，精细胞不再分裂，每个精细胞发育成一个精子。    大多数动物的精子结构基本一致，由头、颈和尾三部分组成。精子发生的基因控制    精子发生是由特定基因控制的。Afzelius于1976年在人精子发生过程中发现一种可遗传的突变，由该突变基因控制产生的精子，不能运动。在电镜下观察，发现其尾部的轴丝发育不全，组成轴丝的外周9组二联体微管上缺乏含有动力蛋白的内臂。表明编码动力蛋白和编码二联体微管内臂的动力蛋白基因发生了突变。哺乳动物支持细胞和精子的发育，细胞在成熟过程中不断向生精小管腔推进。哺乳动物PGCs到达发育中的生殖腺后， PGCs分裂形成精原细胞A1(type A1 spermatogonium)。A1是能分裂复制自身并产生另一类细胞的生殖干细胞。A1分裂形成另一A1和一个着色较浅的A2，A2分裂形成A3，A3分裂形成A4，A4分裂形成过渡型精原细胞。过渡型精原细胞分裂形成精原细胞B，B分裂形成初级精母细胞。初级精母细胞经第一次减数分裂形成次级精母细胞，经第二次减数分裂形成单倍体的精子细胞。从精原细胞的分裂开始，直到形成精子细胞的分裂过程中，细胞质分裂是不完全的，多个细胞形成合胞体，细胞之间通过直径1m的细胞质桥沟通。从A1到精子细胞的分裂过程中，细胞不断远离生精小管的基膜，接近生精小管的管腔。人精子发生(spermatogenesis)的过程人约需74天二 精子形成睾丸是男性产生精子的器官，精子是在睾丸的精曲小管中生成的。精曲小管上皮中的精原细胞（spermatogonium）是最幼稚的生精细胞。青春期以前，它是精曲小管内唯一可见的生殖细胞。青春期开始，精原细胞不断通过有丝分裂来增殖，部分细胞停止分裂吸收营养，体积增大，分化为初级精母细胞（primary spermatocyte）。初级精母细胞的染色体数目与体细胞一样，为二倍体（2n），核型为46，XY。它是曲细精管中最大的生殖细胞。随后每个初级精母细胞进入减数分裂，经减数分裂，每个初级精母细胞形成两个次级精母细胞 ，每个次级精母细胞有23条染色体，为单倍体细胞（n），其体积为初级精母细胞的一半。这些次级精母细胞很快进行第二次减数分裂，每个形成两个精细胞 ，其大小约为次级精母细胞的一半。所以，一个初级精母细胞经减数分裂形成了四个单倍体精细胞，其核型为23X和23Y。精子形成(spermiogenesis)精细胞经变态，细胞由圆形逐渐分化，高尔基体形成顶体泡，中心粒产生精子鞭毛，线粒体整合入鞭毛，核浓缩，胞质废弃，顶体逐渐形成，多余的细胞质丢失，最后产生成熟的轻装而灵活的蝌蚪形精子减数第二次分裂精原细胞初级精母细胞 次级精母细胞精细胞精子细胞长大成熟染色体复制联会、交叉互换（可能）同源染色体分离非同源染色体自由组合着丝粒分裂染色单体分离变形减数第一次分裂精子形成过程间期小鼠从生殖干细胞到成熟精子的全部发育过程约需34.5天，精原细胞阶段持续 8天，减数分裂13天，精子形成13.5天。人类精子的发育约需74天才能完成。由于精原细胞 A1 是生殖干细胞，所以精子的发生能持续进行。以下10种因素已在研究中证明，对精子质量的影响最大：     1 食品包装和化妆品      德国研究协会日前发布的新闻公报说，过去几十年间，全球男性精子数量的减少可能与一种叫做邻苯二甲酸酯的化学物质有关。      邻苯二甲酸酯是一类能起到软化作用的化学品。它被普遍应用于玩具、食品包装、乙烯地板、壁纸、清洁剂、润滑油、指甲油、头发喷雾剂、香皂和洗发液等数百种产品中。研究表明，邻苯二甲酸酯可干扰内分泌，使男性精子数量减少、运动能力低下、形态异常，严重的还会导致睾丸癌，是造成男性生殖问题的“罪魁祸首”。 在化妆品中，指甲油的邻苯二甲酸酯含量最高。它会通过女性呼吸系统和皮肤进入体内，危害到她们未来所生育的男婴的生殖系统。     邻苯二甲酸酯还会通过塑料容器包装的食品和水进入人体，如食品罐头内涂层、可回收的牛奶和矿泉水瓶等。研究表明，罐头食品中脂肪含量越高的食物越容易受污染，如猪肉、凤尾鱼、沙丁鱼等。胎儿、婴儿和青春期儿童对它最为敏感，健康也最易受到侵害。     为了减少邻苯二甲酸酯对人体的危害，平时要注意最好不要用泡沫塑料容器泡方便面，不要用含聚氯乙烯的塑料容器在微波炉中加热食品。正确的做法是把食品放到耐热玻璃器皿或陶瓷器皿中加热。 2 汽车尾气     汽车尾气中含有大量有害物质，如二氧化硫、二氧化碳等。人体长时间接触这些物质，会发生积累性的损害，不但影响生殖健康，还可能增加肿瘤等疾病的发生率。     最严重的是，汽车尾气中含有的二噁英是极强的环境内分泌干扰物质，可以使男性的睾丸形态发生改变、精子数量减少、生精能力降低。 3 烟、酒     吸烟一直以来都是影响身体健康的大敌，对精液的影响同样明显。很早就有国外研究表明，吸烟者与非吸烟者相比，精液质量的各主要指标都显著降低，精子的畸形率升高，精液中白细胞数量增加。烟草中产生的尼古丁和多环芳香烃类化合物会引起睾丸萎缩和精子形态改变。     酒精对人体肝脏和男性睾丸都有直接的影响。研究发现，慢性酒精中毒的患者会出现睾丸萎缩，导致精液质量下降。因此，男性一定要避免经常性的过度饮酒。 4 雌激素     雌激素会对男性生殖系统产生明显影响，包括影响雄激素的水平，引发睾丸组织结构变化，引起睾丸癌，降低精液中的精子数量，造成男性乳房发育，导致内分泌紊乱。男性短期服用含有雌激素的药物并不会对生殖系统造成明显影响，但长期接触生活中含有雌激素的物品，则会对生殖健康造成较大危害。如部分男性护肤时随意使用女性化妆品。这些专门为女性研制的化妆品中，有些含有一定的雌激素，长期使用会对男性生殖健康产生损害，造成性腺功能低下。 5 微量元素     与男性生育相关的微量元素主要包括锌、硒、铜、钙和镁等。锌是生殖系统内重要的元素，缺锌会影响青春期男性生殖器官和第二性征发育，降低精子的活动能力，削弱机体的免疫功能，使男性容易患前列腺炎、附睾炎等感染性疾病。而硒的缺乏会使体内过氧化物浓度增加，造成对男性生殖系统和睾丸的伤害。因此，男性平时应该多吃含锌、硒较高的食品，如牛奶、玉米、黑米、黑豆等。 6 温度     高温对睾丸会产生损害，但是究竟多高的温度和在这种温度下暴露的时间多长，才会对睾丸产生影响，目前在学界仍有争论。动物实验中，将雄性动物置于38.5°C下55分钟后，其生育能力就会下降。在现实生活中，男性应尽量避免在高温环境中停留过长时间，如洗桑拿浴和用热水泡澡等。 7 药物     抗癌、激素类、抗生素等药物会损害男性性腺功能，造成精子数量和质量下降，或通过影响性腺的内分泌功能，导致性功能障碍。药物对男性生育能力的影响受到药物的种类、剂量、疗程、患者的年龄等因素影响。一般使用药物的剂量越大、疗程越长、患者的年龄越小，对生育功能的损害越严重，恢复生育功能所需要的时间也越长。     目前，社会上性保健品泛滥，有些含有性激素或类似成分，可能会影响睾丸的正常生精功能，未婚未育者在选择时应格外小心。 8 噪音     随着现代化的发展，城市噪音对健康的影响更突出了。噪音属于环境污染的一种。近年来，一些专家提出了“环境激素”理论，指出环境中存在着能够像激素一样影响人体内分泌功能的化学物质，噪音就是其中一种。它会使人体内分泌紊乱，导致精液和精子异常。长时间的噪音污染可以引起男性不育；对女性而言，则会导致流产和胎儿畸形。 9 辐射     辐射对人体的健康已确定有明确的影响。大剂量的辐射可引起睾丸组织结构的改变，增加精子的畸形率，降低精子数量、精子密度等重要指标。但是，小剂量的辐射是否会引起不育，目前还没有确切的研究成果。我们日常使用的电子设备，如手机、电脑等是否会引起不育，学界存在很大的争议。因此，男性平时应尽量减少与辐射源的接触，但也不必过度紧张。 10 毒品      吸食毒品的人在我国为数不少，有些毒品，如大麻、可卡因等对精液质量有影响。大麻可使血液中雄激素水平降低、精子密度下降，导致男性乳腺发育；可卡因会使精子密度下降。 三 精子发生中的基因表达和调控精子发生过程中基因转录主要发生在减数分裂的双线期，在多种动物中观察到这种转录活动，果蝇 Y染色体的转录活动是最好的例子。 用电子显微镜观察果蝇Y染色体，可见到灯刷状的结构。在其Y染色体上有 5个向外伸出的DNA环，这 5个环中任何一个缺失，精子尾部的结构都不正常。在减数分裂前期转录的 Y染色体特异性RNA是以后精子形成过程所必须的。在精子发生过程中被特异性转录的基因产物，是精子运动和精子与卵子结合时都 必须的蛋白质。第三节 卵子发生一 卵母细胞的减数分裂二 两栖类卵母细胞的成熟三 减数分裂的阻断和继续四 人类卵母细胞的成熟和排卵一 卵母细胞的减数分裂1）通过精子发生形成的配子是一个“能运动的细胞核”，由卵母细胞形成的配子含有启动发育和维持代谢所需要的全部元件。 所以卵子发生 (oogenesis) 的过程除形成单倍体的细胞核外，还要建立一个由酶、mRNA、细胞器和代谢产物等组成的细胞质库，具备十分复杂的细胞质体系。2）卵母细胞有一个很长的减数分裂前期，使卵母细胞充分生长。精子与卵子形成过程的主要差异卵母细胞发生的机制在不同的动物之间差异较大，这与其生殖方式的差异有关。雌海胆和雌蛙每次产卵数百或数千个，人类和大多数哺乳动物每次只产一个或几个卵，个体在一生中所排卵的总数也很少。产卵量大的动物其卵原细胞在整个生命周期中能分裂产生大量的生殖干细胞，排卵量很少的动物卵原细胞的增殖只发生在早期，在以后的发育阶段由卵原细胞分裂形成一定数量的前体细胞。人类妊娠27个月间胚胎的卵原细胞由1000个左右迅速分裂达到约700万个，但在第7个月以后胚胎卵原细胞的数目急剧下降。在此阶段，大多数卵原细胞死亡，成活者进入第一次减数分裂前期分化成初级卵母细胞。在第一次减数分裂前期，初级卵母细胞不断发育，直到双线期发育被阻断。 这种阻断一直维持到青春期。随着青春期的开始，一批又一批的初级卵母细胞阶段性地恢复减数分裂。所以，人类女性卵母细胞减数分裂在胚胎阶段就已经开始，而直到12岁左右才获得恢复减数分裂的信号。事实上有些卵母细胞阻断于减数分裂前期长达50年。在出生后卵母细胞仍在不断死亡。在出生时有几百万个初级卵母细胞，在女性一生中只有400个卵母细胞能够继续完成成熟分化。卵母细胞减数分裂的一个主要特征是两次成熟分裂都不是均等分裂。初级卵母细胞(primary oocyte)的第一次减数分裂产生的两个子细胞，一个几乎不含细胞质的小细胞称为第一极体(first polar body)，另一个几乎拥有所有细胞质成分的大细胞称为次级卵母细胞 (secondary oocyte)。次级卵母细胞进行第二次减数分裂，产生一个拥有大部分卵质的成熟卵子(ovum)和一个第二极体(second polar body)。动物卵细胞的形成过程卵原细胞初级卵母细胞第一极体卵细胞次级卵母细胞第二极体减数第一次分裂减数第二次分裂有些动物卵子发生中减数分裂发生明显的变化，以至于产生二倍体的配子，不需要受精就能够发育。这种方式称为孤雌生殖。 青蛙的卵通过特殊的物理刺激也可孤雌生殖。 在哺乳类动物中已实现人工孤雌生殖。瑞士伯尼尔大学科学家伊尔迈泽于1981年成功地把小鼠体外受精卵的卵核和精核取出，植入雌鼠的未受精卵的卵核，繁殖出仅保留雌鼠遗传基因的小鼠 偶发性孤雌生殖 ：家蚕、一些毒蛾和枯叶蛾等。 经常性孤雌生殖 ：的蜜蜂和小蜂总科的-些种类中，雌成虫产下的卵有受精卵和未受精卵两种，前者发育成雌虫，后者发育成雄虫。竹节虫、粉虱、蚧、蓟马等雄虫极少。 鲫鱼二 两栖类卵母细胞的成熟鱼类和两栖类的卵子由生殖干细胞卵原细胞分化而来。当卵母细胞到达减数分裂前期的双线期时，卵黄发生开始。卵黄是提供胚胎营养的一种混合物，主要成分为卵黄蛋白原（vitellogenin），主要在肝脏中合成，通过血液循环进入卵巢，再经过卵巢滤泡细胞间转运和借助胞饮作用进入卵母细胞。 在成熟卵中，卵黄蛋白原被裂解成两种蛋白质：卵黄高磷蛋白和卵黄磷脂蛋白，两者包装在一起进入膜结合的卵黄小板。卵黄中的糖原颗粒和脂质体分别贮存糖类和脂肪成分。由于卵子需要负责发育的启动和指导早期的发育，在卵质中积累和贮存着大量的物质，包括能源、细胞器、酶、核酸、结构蛋白和蛋白质合成前体分子及卵黄等。卵质中的这些物质主要在减数分裂前期的过程中产生和积累。前期分为卵黄形成前期和卵黄形成期在卵子发生中，卵子有明显的极性，由于卵质内含物的不均匀分布，而使卵子高度不对称。这种不均匀分布是卵黄小板在卵内的移动产生的。 在动物半球形成的卵黄小板向细胞中心方向移动，在植物极形成的卵黄小板停留很长时间，并且体积不断增大。 随着新的卵黄蛋白原由细胞表面不断摄入，许多新的卵黄小板慢慢从皮质中转移到细胞中心和植物极，而使植物极卵黄慢慢积累。 随着卵黄发生接近结束, 卵质开始分层, 皮质颗粒、线粒体和色素颗粒主要位于周围的细胞质中，形成卵的皮质。当卵黄小板在植物极开始积累和浓缩的同时，糖原颗粒、核糖体、脂质体及内质网等都往动物极移动。非洲爪蟾卵母细胞卵黄小板由动物极向植物极的转运以及动植物极性的建立非洲爪蟾在卵黄发生结束后，使核膜破裂的信号息产生，通过下丘脑、垂体、滤泡细胞之间的激素相互作用进行调控。当下丘脑接受交配季节来临的信号后，释放促性腺激素释放素，促进垂体释放促性腺激素，后者进入血液循环并促进滤泡细胞释放雌激素，雌激素指导肝合成并释放卵黄蛋白原。在非交配季节给成年蛙（无论雌雄）注射雌激素，同样能引起这种变化并释放卵黄蛋白原。三 减数分裂的阻断和继续两栖类的卵母细胞在减数分裂前期的双线期能停留长达几年之久。孕酮能促进其卵母细胞继续减数分裂，在孕酮刺激6h后卵细胞核膜破裂，核仁消失，灯刷状染色体上向外伸出的DNA环缩回并移至动物极开始分离，接着第二次减数分裂发生，进行排卵，成熟卵处于第二次减数分裂的中期。一种蛋白质激酶促成熟因子 (maturation promoting factor, MPF)可使阻断的减数分裂继续进行，细胞周期蛋白(cyclin)参与MPF活性的调控。MPF的活性是周期性的：当细胞处于分裂期时，MPF具有活性；细胞处于分裂间期时，MPF无活性。cyclin在分裂间期翻译，分裂期降解。cyclin不降解，MPF保持活性，细胞停留在分裂中期； cyclin 降解，MPF失活，细胞回到分裂间期。孕酮引起卵母细胞继续减数分裂的原因：孕酮可使卵内一种贮存的 mRNA开始翻译，编码一种称为pp39mos的磷蛋白分子。pp39mos只在卵子成熟过程中检测到，在受精后迅速消失。pp39mos对卵母细胞减数分裂继续进行起着重要作用。pp39mos通过抑制专一性降解cyclin的蛋白酶来抑制cyclin的降解。由于cyclin没降解，MPF维持活性，细胞进入分裂中期。孕酮mRNApp39moscyclin的蛋白酶cyclinMPF减数分裂继续在受精时从内质网释放出来的游离的钙离子激活蛋白酶calpain能特异性裂解pp39mos，这时pp39mos被降解，MPF活性下降。 因此，在接受孕酮刺激后卵内pp39mos迅速升高使卵母细胞恢复减数分裂。一旦calpain活化, pp39mos水平急剧下降。 所以孕酮诱发的减数分裂在受精后才能完成。受精钙离子calpain活化pp39mos裂解四 人类卵母细胞的成熟和排卵哺乳动物卵的成熟和排卵主要有两种方式。一种排卵方式是通过交配生理活动的刺激而完成，如家兔、水貂。 另一种，大多数哺乳动物采用周期性排卵的方式。雌体只在一年中某特定的动情期排卵。这时环境因素主要是光照种类与照射的时间，刺激下丘脑释放垂体促性腺释放因子，后者促进垂体释放促卵泡激素(follicle-stimulating hormone, FSH)和黄体生成素(luteinizing hormone, LH)，导致滤泡细胞增殖并释放雌激素。雌激素通过神经元支配一些动物发生交配行为。促性腺激素还刺激滤泡增殖并启动排卵，所以动情和排卵基本上是同步发生。卵子的形成卵巢是女性产生卵子的器官，卵子是在卵巢皮质部发生的。卵细胞是由卵原细胞发育而来，胚胎在母体子宫内发育约第三个月时，胚胎的卵巢中卵原细胞开始进行细胞分裂，并生长增大，发育成初级卵母细胞。初级卵母细胞的染色体数目与体细胞一样，为二倍体（2n），核型为46，XX。胎儿出生前，所有卵原细胞已发育成为初级卵母细胞。女性出生后，不再形成初级卵母细胞。青春期以前，卵巢中的初级卵母细胞一直是休止的，直到青春期，初级卵母细胞才能完成它的第一次减数分裂。初级卵母细胞细胞质的分裂是不均等的，分裂后其中之一几乎获得全部细胞质，体积大，称次级卵母细胞。另一个称第一极体。次级卵母细胞和第一极体的染色体数减半，为单倍体（n）细胞。排卵时次级卵母细胞开始第二次减数分裂，并在输卵管中继续进行，但进行到细胞分裂的中期就停止，直到受精后，才完成第二次减数分裂，进入子宫。 次级卵母细胞经第二次减数分裂，也形成大小不同的两个细胞，细胞质多，体积大的称为卵细胞，即成熟的卵子，另一个细胞是第二极体。第一极体和第二极体是无功能细胞，不久就退化消失。因此，一个初级卵母细胞经减数分裂后形成一个成熟的卵细胞和三个极体，它们都为单倍体细胞，核型为23X。女性在婴儿期大约存在200万个初级卵母细胞。在儿童期大多数退化了。在青春期时（1314岁），只剩下4万个。在这些残留的初级卵母细胞中，只有400个左右达到完全成熟，排卵时排出，其余皆退化了，女性性成熟后每月一般只排一个卵。人类卵巢中生殖细胞数目的变化卵子的发生1）卵泡的发育、成熟   卵泡是由中央一个卵母细胞和周围许多卵泡细胞组成。卵泡的发育过程大致可分为4个阶段：原始卵泡：原始卵泡位于皮质浅部，数量很多。卵泡中有一个初级卵母细胞，周围是单层扁平卵泡细胞。初级卵母细胞较大。在胚胎初期卵母细胞由卵原细胞分化而成，此后进入第一次减数分裂并长期停留于分裂前期，直到排卵前才完成第一次分裂或退化。初级卵泡：初级卵泡由原始卵泡发育而来次级卵泡：次级卵泡由初级卵泡发育而来成熟卵泡：成熟卵泡是卵泡发育的最后阶段，进一步成熟后从卵巢中排出。仓鼠卵子受精前的卵子被包裹在透明带（zona pellucida）内，透明带的外围为卵丘细胞（cumulus cell）层所包围。排卵    卵母细胞及其外周的透明带和放射冠随卵泡液一起从卵巢中排出，经腹腔进入输卵管，该过程称排卵。人类具有与其他灵长类动物相同的生殖生理特性，成熟女性有排卵周期(约29.5天), 灵长类卵子的成熟和排卵的阶段性称为月经周期。 月经周期是以下三个方面活动的综合表现：卵巢周期使卵子成熟和排卵；子宫周期为发育中的胚泡着床提供合适的环境；子宫周期使精子只能在某一适当的时间进入生殖道。这三个周期是通过垂体、下丘脑、卵巢所释放的激素综合协调控制的。在成年女性卵巢中，大多数的卵母细胞被阻断在第一次减数分裂前期的双线期阶段。每个卵母细胞都由一个初级卵泡包裹，初级卵泡由单层滤泡上皮细胞和无规则的间质壁细胞构成。一批初级卵泡阶段性地进入卵泡生长阶段。在这个阶段，卵母细胞的体积增加约500倍, 随着卵母细胞的生长，滤泡细胞的数目也增加，围着卵母细胞形成多层同心圆。在卵泡形成中，中间形成一个由滤泡细胞围成的腔， 期中充满蛋白质、激素、cAMP和其他分子混合物。 发育到一定阶段的卵泡在适当的时间受到促性腺激素的刺激后，卵母细胞的成熟 过程才能继续。月经周期的第一阶段，垂体开始释放大量的FSH。发育中的卵泡受FSH刺激进一步生长和进行增殖, 同时FSH引起滤泡颗粒表面LH受体形成。滤泡生长后垂体就释放LH，在LH的刺激下卵母细胞开始恢复减数分裂, 核膜破裂,染色体凝集，完成第一次减数分裂，形成一个极核和一个次级卵母细胞，两者都包在透明带内，此时卵被排出卵巢。在这两种促性腺激素协同作用下，滤泡细胞分泌雌激素的量增加。一般将月经开始的第一天，算为月经周期的第一天。 根据子宫内膜的变化分成三个期：月经期(第15天)、增生期(第514天)、分泌期(第1528天)。 增生期：卵泡不断分泌雌激素的作用； 分泌期：黄体分泌雌、孕激素的共同作用； 月经期：黄体萎缩，失去雌、孕激素的支持作用。 雌性激素在调控月经周期的过程中有以下五个方面的作用：引起子宫黏膜开始增殖，促进期中血管的形成；引起宫颈黏液变稀，使精子能进入生殖道的深部；在引起垂体降低FSH产生的同时, 使滤泡细胞表面的FSH受体数目增多, 同时促进滤泡细胞释放多肽激素抑制因子, 抑制垂体释放FSH；在低浓度时抑制LH的产生, 在高浓度时刺激LH的产生；在长时间持续极高浓度时，雌激素作用于下丘脑，引起后者分泌促性腺释放因子 。PGC：原生殖细胞MPF：促成熟因子cyclin：细胞周期蛋白FSH：促卵泡激素LH：黄体生成素本 章 重 点1 原生殖细胞(PGC)的起源2 精子发生及形成过程3 卵子的形成过程 4 精子与卵子形成过程的异同点