专题五 精卵的发生与成熟调控

1827年，这一错误才被von Baer纠正，他发现人卵泡中的黄白色 小点才是卵子。
直到19世纪初，人们首次观察到哺乳动物精子穿入卵子的现象， 才开始对两性在生命个体发生中的作用有所了解。然而，哺乳动 物的卵子体积非常小，肉眼很难分辨，并且受精是在体内发生的， 限制了人们的研究。 1959年，美籍华人张明觉(Min Chuch Zhang) 首次获得哺乳动物 体外受精的后代，发现了精子获能现象。科学家们便借此方法在 体外对受精这一重要的生命过程进行了研究。
1673年，Malpighi声称观察到胚胎从未受精的卵子中发育而来， 提出了错误的“先成说”。
1679年，Leeuwenhoek发现了哺乳动物精子，提出精子而不是卵子 参与个体形成。至此，形成了“精源说”和“卵源说”两个学派。 1759年，德国的Wolff提出“后成说”，他提出一切器官都是由简 单到复杂逐步形成的。在这期间，已经知道鱼、两栖类、爬行类 和鸟类的卵子很大，但错误地认为哺乳类卵子一定也很大，并把 卵泡错认为卵子。
第一节 生殖细胞的来源
除单细胞动物外，动物个体由两部分细胞组成：不同类型的体 细胞和生殖细胞。两者都是从受精卵发育而成。 那么，生殖细胞在胚胎发育中是从哪些卵裂球分化来的呢? ①生殖细胞在胚胎发育后期从体细胞分化而来：
如：海绵、腔肠、扁虫和苔藓等动物
②生殖细胞从受精卵第一次卵裂或胚胎发育早期分出：
1964年，Yanagimachi采用体外获能精子获得试管仓鼠。
1978年，英国Edwards和Steptone首次通过体外受精技术获得试管 婴儿。这一技术广泛应用于国内外医学临床，为成千上万的不育 夫妇带来了福音。 “第二代”试管婴儿技术，使无精症、少精症和不动精症病人拥 有自己的后代成为现实。
卵膜的形成
一、卵子发生(oogenesis)
胎儿时期
原生殖细胞 卵原细胞
皮层 细胞 包围 分 裂 增 殖 分化
胎儿出生前后
青春期之后
初级卵泡
初级卵母细胞 （第一次成熟分裂前期）
出现新月 形卵泡腔
次级卵泡
单层扁平体细胞 (卵泡细胞)包围
原始卵泡 （静止状态）
（卵泡细胞6～12层） 卵泡腔扩大，卵 泡液增多，从卵 巢表面突出
细胞团
卵原细胞间存在细胞 间桥，形成一个多核 的合胞体。 细胞间桥消失，导致卵原细 胞彼此分开，不再成为合胞 体。
成熟卵泡
（卵泡细胞2～3层）
次级卵母细胞
二、卵子类型
根据卵内卵黄的多少和分布，可将动物的卵子分为以下两类。

少黄卵或均黄卵(isolecithal egg)：
卵子所含卵黄较少，分布相对来说也较均匀。 如：文昌鱼、海胆和高等哺乳类的卵子。
含有一种特殊的称为生殖质(germ plasm)的细胞质的卵裂球 具有特殊细胞形态的卵裂球(如细胞较大、变形虫状，内含丰富 的糖原或有类似生殖质的电子致密小体等)分化出来的。这些卵 裂球被称为原生殖细胞(primordial germ cells，PGCs)。 如：许多昆虫和棘皮动物以及大部分脊椎动物。
（一）头部
由细胞核和顶体组成。 核由DNA和核蛋白组成。DNA和蛋白质结合有三种情况：DNA和精蛋 白；DNA和组蛋白；还有另一特异碱性蛋白与DNA结合。在精子形 成过程中，核蛋白分子排列大体上可分为三种类型：纤维状、颗 粒状或片状，它们集聚为一致密体。 顶体分顶体帽(前段)和赤道段(后段)。顶体帽和核之间有一空隙 称为顶体下腔。
对受精机制的深入探讨使人们认识到受精绝不单单是精子穿入卵 子的简单过程。 受精是精子与卵子之间相互作用的多步骤的复杂过程，它包括卵 母细胞成熟、精子获能、精子发生顶体反应并穿过透明带、精子 与卵子质膜融合、卵皮质反应、恢复减数分裂、形成雌雄原核并 最终启动卵裂。 受精研究的深入开展，一方面加深了人们对受精机制的认识，另 一方面也为加速动物育种、治疗人类不孕症提供有力手段。

多黄卵(polylecithal egg)：这类卵子富含卵黄，而分布不均匀。
端黄卵(telolecithal egg)：卵黄集中于植物极，如鱼类、两栖类、鸟类、爬 行类、乌贼等； 中黄卵(centrolecithal egg)：卵黄位于卵子的中央，细胞质位于四周，如大 多数昆虫和部分软体动物卵。

海胆精子的顶体下腔内有不定形的肌动蛋白，顶体反应时由肌动 蛋白聚合成为顶体突起。 哺乳类由于顶体下腔内没有这类物质，所以不产生顶体突起这类 结构。
顶体内含有许多水解酶，当精子获能和发生顶体反应时释放其中 内含物，使精子可以穿过卵透明带进入卵内。
顶体外膜上有大 量小孔，而在顶 体膜上附有规则 排列的颗粒。这 种颗粒可能含有 多种酶蛋白，与 受精作用有关。 揭去顶体，能见 到明显的核孔。


在卵黄形成开始以前，细胞核中合成两种DNA：染色体DNA和核糖体 DNA(rDNA)。核糖体DNA指导合成细胞质中核糖体RNA。成熟卵子中， 粗面内质网(RER)几乎消失。
周围的上皮细胞和未分化的间叶细胞构成皮层。在此期间，有间 充质基质侵入，把生殖腺的皮层和髓部分开。
PGCs进入生殖嵴的皮层后，由皮层和髓部共同组成胚胎的原始生 殖腺。
生殖嵴皮层中的三类细胞
一类为来自脏壁中胚层的体腔上皮； 一类是生肾组织进入的间叶细胞；
一类是较这些中胚层细胞大，呈圆形，内有一个呈圆形的核，细 胞质内有较多的卵黄颗粒，这就是原生殖细胞。 将来由原生殖细胞形成生殖细胞(精子和卵子)，而来自生肾组织 或体腔上皮的细胞则形成生殖腺内的体细胞，雄性为支持细胞 (sertoli cell)和间质细胞，雌性为卵泡细胞。
最近引起社会轰动的克隆技术，就是建立在卵子基础研究和体外 受精技术之上的。
电子显微镜技术可清晰地呈现出受精瞬间的超微结构，借此人们 逐渐了解了受精相关事件的发生过程。 体外成熟、体外受精、体外培养技术使得人们可在体外环境中模 拟体内的生理过程，并据此获得了许多哺乳动物的受精资料。
最近十几年中，由于精卵显微操作技术的应用，特别是生物化学 和分子生物学手段的日新月异，有关精子激活、精卵融合、卵子 激活和原核形成的深层机制正逐渐被人们所认识。
第二节 精子的发生和结构
一、精子发生(spermatogenesis)
精子的发生包括精原干细胞的增殖和更新，精母细胞经一次复 制和两次连续的成熟分裂，形成单倍体的精子细胞，再经变态 形成精子。在这过程中有着严格的同源群现象和周期性变化规 律。 在同一时间内可以见到各个发育时期的生精细胞有秩序、有规 律地排列在曲细精管的不同部位。精原细胞紧靠曲细精管的基 膜，由基膜向管腔依次排列为不同发育时期的生精细胞：初级 精母细胞、次级精母细胞、精子细胞和分化中的精子。
(三)精子发生过程的同源群现象
在精子发生过程中从精原细胞到精子形成为止，中间要 经过多次分裂，除了精原细胞早期有几次分裂是完全的 细胞有丝分裂，形成独立的精原细胞之外，其余的几次 分裂都是不完全的，即在分裂的末期两个子细胞没有完 全分开，它们之间有0.5～1.0微米宽的细胞质间桥 (cytoplasmic bridge)。
没有到达生殖嵴的，则可 分化为最终到达的那个胚 层的细胞，或者退化消失
与生殖嵴的吸引能力以及细 胞外基质如纤连蛋白和一些 细胞生长因子的合成有关
原始生殖腺的形成
生殖嵴向体腔中不断突起，其背部产生一腔，即初级生殖腔。
初级生殖腔被来自生肾组织未分化的间叶细胞或由体腔上皮向内 迁移的细胞所充满，这些细胞积聚形成许多细胞团，又彼此相互 连成许多细胞索，这就是网索(netcords)或原始性索(Primitive sex cord)，此即髓部。
主段：
主要为轴丝，没有线粒体鞘。在纤维鞘的背腹各有一纵嵴，因而使精 子尾部不呈圆形而成为卵圆形。
末段：
由裸露的轴丝埋于含极少量细胞质的基质中，其外仅包有质膜，这层 质膜从精子头部一直延续到精子的末端。
9条 致 密 纤 维
第三节 卵子的发生和结构
卵子发生
卵子类型 卵子的结构及其变化 卵母细胞与卵泡细胞的关系
这种由间桥相连的同族细胞群随精子发生过程的进行， 细胞数量不断增加，位置亦随之推向管腔，最后同族细 胞群被释放到管腔中。这种同族细胞同步发育和成熟的 现象称为同源群现象。
二、精子的结构
头部
颈部 尾部
各 种 脊 椎 动 物 的 精 子
A. 文昌鱼 B. 鲑鱼 C. 鲈鱼 D. 七鳃鳗 E. 鳐鱼 F. 蟾蜍 G. 蛙 H. 蝾螈 I. 蜥蜴 J. 长脚鸡 K. 燕雀 L. 鸫 M. 针鼹 N. 小鼠 O. P.人
（一）生精细胞
1．精原细胞(spermatogonia)
以人类为例，精原细胞可分为三种类型：深色的A型(Ad型)、 浅色的A型(Ap型)和B型精原细胞。而小鼠和大鼠分为A型、中 间型和B型精原细胞。 。 Ad型精原细胞作为“储存的干细胞”(reserve stem cell) Ap型精原细胞称为“更新的干细胞”(renewing stem cell) 。
三、卵子的结构及其变化
卵膜 卵胞质 细胞核
(一)卵膜：卵黄膜或透明带
极个别动物排出的成熟卵外没有卵膜，仅有一层薄的胶质，如水 母(Cladonema uchidai)。 卵黄膜(vitelline envelope，VE)(海胆、文昌鱼、两栖类和鸟类 等)或壳膜(chorion)(昆虫、鱼等)。 透明带(zona pellucida，ZP)：如哺乳类。 卵膜成分大都为糖蛋白，不同动物其组成成分各不相同，但其生 理作用是完全一样的。但昆虫和鱼类不一样，在它们的壳膜上都 有一卵膜孔，精子可以直接进入，与卵的质膜相结合。
PGCs的迁移
人们对昆虫(特别是果蝇)、无尾两栖类、鸟类和哺乳类PGCs的产 生、迁移机制和分化过程都取得了十分可喜的成果。 无尾两栖类的PGCs来自内胚层，鸟类和哺乳类的则来自上胚层。
原肠胚之后或 PGCs 胚胎发育后期 肠背系膜
生殖嵴 (生殖腺原基)
位于中肾内侧 和肠背系膜之 间、由脏壁中 胚层形成
（二）卵胞质的结构
1．内质网(endoplasmic reticulum) 刚形成的初级卵母细胞内质网少，常为单层膜的囊，表面有核糖体。随着 卵母细胞生长，内质网有明显变化，成为长而曲折的扁囊或呈同心圆排列 的囊泡，膜上有相当密集的核糖体。这种结构和卵母细胞迅速生长必须高 速度合成蛋白质有关。 卵母细胞质中存在大量的RNA。RNA主要存在于核糖体中，核糖体是合 成蛋白质的主要场所。
（二）颈部
很短，从近端中心粒起到远端中心粒为止。通常为圆柱状或漏斗 状。
近端中心粒固着于核底部的浅窝中，为短的圆筒状。
远端中心粒则变为基粒，从它产生精子尾部的轴丝。
颈部的外面由漏斗状结构所包，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ种漏斗状结构的壁由9条纵行的 粗纤维组成，它们紧包着中央腔。
（三）尾部
中段：
9＋9＋2型纤维组成，轴丝中央1对纤维可起传导作用，外围9条成双 的纤维可行收缩作用，轴丝外面有9条粗纤维组成的纤维带。 线粒体螺线：是精子活动的能量供应者。 环：防止精子运动时线粒体鞘向尾部移位。
专题五
精卵的发生与成熟调控
第一章 概述
古希腊人相信，男人的精液和女人的月经血结合形成胎儿和胎膜。
Aristotle认为，胚胎完全来自雌性，而雄性的精液对胚胎形成的 贡献是非物质性的。 17世纪，英国医生William Harvey预言，所有的动物均来自卵子， 尽管他当时还没有见到哺乳动物的卵子。
B型精原细胞，参与精子发生周期。
（一）生精细胞
2．初级精母细胞(primary spermatocyte) 3．次级精母细胞(secondary spermatocyte) 4．精子细胞(spermatid)
(二)精子形成(spermiogenesis)
精子细胞在自然情况下不具有雄性配子的功能，必须经过变态分 化才能成为精子。为了能与卵子核接触并与之受精，精子必须具 有高度活动的能力以及与此相应的结构。