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1、第二章 多细胞动物的胚胎发育 1 基本内容 2 1动物发育的一般规律 2 1 1卵细胞的极性 卵裂的形式和体腔 2 1 2动物发育的阶段划分 2 2脊椎动物个体发育的模式动物 2 2 1文昌鱼的胚胎发育 2 2 2两栖动物的胚胎发育 2 重点难点 本章重点 1 中胚层的形成 2 中 胚层的分化 3 体腔的形成 4 动 物发育的阶段 本章难点 1 假体腔和真体腔的理解 2 中胚层的分化 文昌鱼的胚胎发 育 3 一 受精 受精是新生命的起点 指精子 卵子各自的单倍体基因组相融合形成二 倍体合子的事件 在通常的情况下 受精过程包括精卵相遇 精子穿入卵子 引发卵 子发生一系列变化 最终是二者原核的融合
2、 形成二倍体的合子 4 1 精卵的接近 动物的精卵相遇的物理因素 是大多数动物的精子能自由活动 每次排 出的精子数量是相当大 以及卵子的体积 较大 更重要的是 动物的卵子和精子彼 此间有相互吸引的化学物质 使同种的精 子与卵子相互识别 1 1 精卵识别的分子基 础 1 2 精子的获能 5 精卵识别 recognition of egg and sperm 的分子基础 精卵识别分为距离识别 接触识别 1 距离识别 见于体外受精的水生生物 向化因子 已在许多动物 刺胞动物 软体动物 棘皮动物 尾索动 物 中发现 卵母细胞在完成2nd减数分裂后 可以分泌具物种特异性 的向化因子 构成卵周特有的微环境
3、 不仅有利于控制精子类型 而且可以使精子适时完成 受精 6 向化因子的作用机制存在种间差异 了解最多的为精子激活肽react 14aa 分离自美国海胆卵胶 react的受体为跨膜蛋白 react与受体的胞外部分结合 精子胞质内的鸟苷酸环化酶活化 cGMP浓度上升 cGMP浓度的增加使动力蛋白ATPase活化 刺激精子尾部摆动 向卵母细胞移动 适时与卵母细胞发生受精作用 2 接触识别 受精过程中 精子与滤泡细胞 透明带 ZP 卵质膜在3个独立的 水平上准确地相互作用 配子间特异性膜融合暗示有特殊的分子参与膜融合与膜间识别的调控 7 精子的获能 哺乳动物的精子虽有运动能力 却无穿过卵子周围滤泡细
4、胞 透明带的能力 精子只有在经过子宫和输卵管的途中 接受若干生殖道获能因子的作用才具备受精能力 这种作 用称为精子的获能 原因在于精子头的外表有一层能阻止顶体酶释放的糖蛋白 精子在子宫和输卵管中运行过程中 该糖蛋白被女性生殖 管道分泌物中的酶降解 从而获得受精能力 获能 capacitation 除上述精子膜表面精液蛋白的去除以及膜表面蛋白的重组 等 精子在获能过程中进而产生生化和运动方式的改变 精子在女性生殖管道内的受精能力一般可以维持1天 8 2 精卵接触时引起的变化 2 1 顶体反应 2 2 卵子的激活 2 3 雌雄原核的形成和融合 9 顶体反应 精子头部与卵 膜成分接触诱 发顶体反应
5、acrosomal reaction 海胆受精过程 1 顶体破开 释放水解酶 2 精子前端与受体结合 3 入卵 卵黄膜膨胀 10 顶体反应的重要作用 释放顶体内的酶类 使精子膜成分重新分配 暴 露或被修饰 精子细胞头部的顶体小泡开放并释放出一些水解 酶 例如蛋白酶和糖苷酶 通过酶解作用溶解 卵膜的胶状层和卵黄膜 形成通道 精子穿过通道 精卵质膜发生融合 随后精子的 细胞核 线粒体和中心粒进入细胞内 在上述反应中 顶体的作用有如化学钻头 为精 卵的结合打开通道 11 当精卵细胞融合时 通常是一个卵子只允许一个精子进入 有两种阻断多精进入的机制 快速阻断机制 一旦有精子进入卵子 卵子上的精子结合受
6、体随即失活 从而阻止更多精子附着 永久阻断多精进入的机制 通过受精膜的迅速膨胀来实现的 卵子激活时上述两种机制均被启动 对于大多数动物来说 多精进入是有害的 会导致胚胎早 期死亡 然而 两栖类和鸟类似乎允许多精进入 多余的精子在卵 内被破坏 12 卵子的激活 activation 未受精的卵 RNA转录 蛋 白质合成等细 胞活动几乎处 于静止状态 精子一旦与卵 子接触 卵子本身就开 始发生一系深 刻的变化 这 就是卵子的激 活 精子诱导卵激活机制 13 雌雄原核的形成和融合 精子进入卵细胞后 核膜破裂 染色质变得松散 破碎的核膜与松散的染色泡重新聚集 形成雄 原核 male pronucleu
7、s 卵细胞核在完成第二 次减数分裂之后 形成的细胞核即雌原核 在中 心粒的微丝作用下 雄原核向雌原核方向迁移 雌雄原核相遇之后 核膜互融 形成共同的核膜 融合后的受精卵称 为合子 融合成的核即为合子的细胞核 受精过 程到此结束 紧接着第一次卵裂开始 14 2 1 1卵细胞的极性 动物极 animal pole 植物极 vegetative pole 15 生物的发育从受精开始 受精时雌雄生殖细胞 精子和卵子融合形成合子即受精卵 受精卵通过连续的分裂 产生大量细胞 细胞迁移 聚集 分化 共同构建新生命的基本 结构 并在小动物出生时 提供自主的小生命所必须的 器官 动物的早期胚胎发育 一般是指从受
8、精到器官原基 建成的过程 16 二 卵裂 1 卵裂的概念 特点 精卵融合后 受精卵仍然是单个细胞 受精卵经过多次分裂 形成很多分裂球的过程 称为卵裂 卵裂形成的细胞 称为分裂球 blast onere 卵裂与一般细胞分裂不同 是一系列迅速的细胞分裂 每次分裂之后 分裂球未及长大 又开始新的分裂 分裂的结果 细胞数目越来越多 分裂球越来越小 17 2 卵裂类型 每个物种的卵裂方式是由两个因素决定的 卵质中卵黄的含量及其分布情况 卵质中影响纺锤体方位角度和形成时间的一些因子 卵黄是使胚胎在没有外源食物的情况下得以发育的进化上 的一种适应性选择 卵黄的量 分布决定卵裂发生的位 置和分裂球的大小 各种
9、动物卵内的卵黄物质含量与分 布不同 均黄卵 isolecithal 文昌鱼 中黄卵 centro 昆虫 端黄卵 telolethal 如鸟类 上述不同卵的卵裂和早期胚胎发育过程也各不相同 18 2 1 1卵裂的形式 完全卵裂 不完全卵裂 辐射卵裂 螺旋型卵裂 盘裂 表面裂 19 2 1 1 螺旋型卵裂和辐射卵裂 螺旋式卵裂 不等全裂的一种 分裂至4 细胞时 再 横分裂为4个大细胞和4个小细胞 在这次分裂的过程中 各 分裂面不与胚胎纵轴垂直 而是以一定角度倾斜 结果每个 小细胞并非在它的孪生大细胞的正上方 而是位于两个大细 胞之间的上方 以后的卵裂就如此进行 层层排列 呈螺旋 状 辐射卵裂 最初
10、2次分裂都是经裂 且通过动物极和植 物极 相互垂直交切 分裂成的4个分裂球 按辐射状排列 以后分裂仍不失此轮廓 结果上下几层细胞是重叠在一条 直线上 20 卵裂的形式依细胞分裂是否彻底可分为完 全卵裂和不完全卵裂两大类 1 完全卵裂 total cleavage 整个卵参加分裂 多见 于少黄卵 1 1 均等分裂 equal cleavage 卵黄分布均匀的均黄卵 形成分裂球大小 相等 如海胆 文昌鱼 1 2 不等分裂 unequal cleavage 卵黄分布不均匀 形成的分裂球大小不等 如软体动物 蛙类等 21 螺旋型卵裂和辐射卵裂 1 22 螺旋型卵裂和辐射卵裂 2 23 2 不完全卵裂
11、partial cleavage 多见于多黄卵 卵黄多 细胞分裂受阻 卵裂只在不含卵黄的部位进行 2 1 盘裂 discal cleavage 分裂局限于胚盘 blastoderm 处 如乌贼 鸡卵 2 2 表面卵裂 peripheral cleavage 分裂只限于卵的表面者 如昆虫卵 24 25 三 囊胚的形成 卵裂的后期 分裂球排列在一个中空的球形表面 形成一 层 囊胚 blastula 囊胚的大小仍然与受精卵时相似 囊胚外面的一层细胞 囊胚层 blastoderm 中央的空腔称为囊胚腔 blastocoel 里面充满液体 或者液化的卵黄 胚胎的这一发育期为囊胚期 因为卵子类型不同 分裂
12、的类型不同 所以 形成的囊胚形态也各不相同 概括起来 可以分为 4种 26 27 1 腔囊胚 均黄卵或少黄卵经多次全裂 形成皮球状的囊胚 中间有较大的囊胚腔 这 种囊胚叫腔囊胚 凡全裂又等裂的类型 都形成腔囊胚 2 实心囊胚 有些全裂卵 由于分裂球排列紧密 中间没有腔 或者分裂初期尚有裂隙存在 以后被分裂球挤紧而消失成为实心球体 这种 囊胚称为实心囊胚 水螅 水母 某些环节动物和软体动物的囊胚属此类型 3 表面囊胚 中黄卵进行表面卵裂 到囊胚期由一层分裂球包在一团实体的卵黄外面 没 有囊胚腔 如昆虫的囊胚 4 盘状囊胚 硬骨鱼类 爬行类 鸟类等典型的端黄卵进行盘状卵裂 形成盘状的囊胚 盖于卵黄
13、上 称为盘状囊胚 28 从动物的进化来看 实心囊胚和原始的腔囊胚为较低等的类型 在海绵动物 腔肠动物 扁形动物和一些低等的环形动物 中出现 两侧对称型的腔囊胚见于低等脊椎动物和某些无脊椎动物 两栖类是更高等的端黄卵型的腔囊胚 由于卵黄的集中 从腔囊胚发展成为无脊椎动物中黄卵的 表面囊胚和脊椎动物及某些无脊椎动物端黄卵的盘状囊胚 高等哺乳动物的腔囊胚是次生均黄卵形成的更高级的腔囊 胚 29 四 原肠胚的形成 继囊胚期之后 胚胎开始形成原肠腔 gastrocoel 将来的消化腔 原肠胚约含有1000个细胞 一般而言 原肠期间RNA的迅速转录恢复了个体丰富的遗传信息 标 志着在分子水平上出现了个体特
14、征 也标志着胚胎决定已 经无法回复 自此胚胎发育中的细胞沿着不同的途径发育 下去 这一阶段的胚胎称为原肠胚 胚胎发育期为原肠期 1 原肠形成方式 2 中胚层的形成 30 原肠形成方式 原肠胚的细胞移动过程 称为原肠形成 gastrulation 或原肠作用 原肠形成的方 式各类动物不同 主要的方式有 31 1 内陷 invagination 由囊胚植物极细胞向内陷入 形成二层细胞 外面的一层称为外胚层 ectoderm 向内陷入的一层为 内胚层 endoderm 内胚层围绕的空腔将形成未来的肠腔 称原肠腔 gastrocoele 原肠腔与外界相通的孔称为原口或胚孔 blastopore 2 内
15、移 migration 由囊胚的一部分细胞移入内部而形成内胚层 初始移入的细胞位于囊胚腔中 排列不规则 接着逐渐调 整排列成规则的内胚层 内移法形成的原肠胚没有原口 以后在胚体的一端开孔 形成原口 32 3 分层 delamination 囊胚细胞分裂时 细胞沿切线方向分裂 从而形成内外两 胚层 腔囊胚向内分出内胚层 某些水母属的水母 实心囊胚向外分出外胚层 某些水螅水母 4 内转 involution 通过盘裂形成的囊胚 分裂的细胞由一面边缘向内转 再 伸展成为内胚层 5 外包 epiboly 动物极的细胞分裂快 植物极细胞由于卵黄多分裂较慢 结果动物极细胞逐渐向下包围植物极 形成外胚层 被
16、包 围的植物极细胞形成内胚层 一些软体动物与两栖动物蛙的原肠形成就是外包 33 以上原肠形 成的几种形 式往往不是 单一进行 常常二种或 二种以上同 时进行 最常见的是 内陷与外包 同时进行 分层和内移 相伴进行 原肠形成方式 34 根据胚胎发育中胚孔的形成发展 将3胚层多细胞 动物分为 原口动物 Prolostomia 后口动物 Deuterostomia 原口动物 胚孔成为成体的口 扁形动物 纽形动物 线 形动物 环节动物 软体动物 节肢动物等 后口动物 胚孔成为成体的肛门 或者封闭 成体的口是在胚孔相当距离之外重新形成的 棘皮动物 半索动物 所有的脊索动物 35 原口动物和后口动物 36 中胚层的形成 三胚层动物在 内 外两胚层 形成之后继续 发育 在内外 胚层之间形成 中胚层 mesoderm 在中胚层之间 形成的空腔即 体腔 coelom 真体腔 中胚层形成的 方法有以下两 种 动物的胚层与体腔 37 1 端细胞法 telocells method 在胚孔的两侧 内外胚层交界处各有一个细胞分 裂成细胞团 形成索状 并向内外胚层之间伸展 形成为中胚层 由于中胚层之间的真体腔是中
