A第1章 生细胞的发生

1、第一章第一章 生殖细胞的发生生殖细胞的发生进行有性繁殖的高等生物，由生殖细胞（进行有性繁殖的高等生物，由生殖细胞（germ cells)分化产生世分化产生世代交替的桥梁代交替的桥梁 配子（配子（gamete)，雌雄配子结合形成合子，雌雄配子结合形成合子（zygote), 经发育过程形成具有体细胞（经发育过程形成具有体细胞（somatic cells)和生殖和生殖细胞的个体，成熟的个体再产生生殖细胞，周而复始，使种细胞的个体，成熟的个体再产生生殖细胞，周而复始，使种族的生命得以延续，而构成生命周期（族的生命得以延续，而构成生命周期（life cycle)。发育生物学发育生物学第一节第一节 生殖细

2、胞的起源、分化和迁移生殖细胞的起源、分化和迁移生殖细胞来源于其前体生殖细胞来源于其前体原始生殖细胞原始生殖细胞（primordial germ cells, pgcs)。原始生殖细胞的起源可以追溯到相当早期的阶段，有原始生殖细胞的起源可以追溯到相当早期的阶段，有些动物些动物在卵母细胞中已可识别出在卵母细胞中已可识别出生殖质生殖质（germ plasm)的存在，的存在，它主要它主要由蛋白质和由蛋白质和rna构成构成。由于富含。由于富含rna可被嗜碱性染料可被嗜碱性染料着色。随胚胎发育生殖质被分配到一定的细胞中，它们将分着色。随胚胎发育生殖质被分配到一定的细胞中，它们将分化为化为原始生殖细胞原始生

3、殖细胞。当生殖嵴发生时，原始生殖细胞以各种。当生殖嵴发生时，原始生殖细胞以各种不同的方式迁入其内，并在此进行生殖细胞的分化不同的方式迁入其内，并在此进行生殖细胞的分化.生殖质生殖质原始生殖细胞原始生殖细胞迁入生殖嵴分化迁入生殖嵴分化美丽线虫美丽线虫（caenorhabditis elegans)的的未受精卵中未受精卵中p-颗粒均匀分布于颗粒均匀分布于整个卵质中。受精后当雌雄原整个卵质中。受精后当雌雄原核相遇时，核相遇时，p-颗粒后移集中于颗粒后移集中于受精卵的后部受精卵的后部。随胚胎的发育。随胚胎的发育p-颗粒继续移动，最后它们只颗粒继续移动，最后它们只发现于将来产生配子的发现于将来产生配子的

4、p-细胞细胞中中.左图：左排示经特异染色显示细左图：左排示经特异染色显示细胞核的位置；胞核的位置；右排示经特异染右排示经特异染色显示色显示p-颗粒颗粒.在果蝇（在果蝇（drosophila）中）中生殖质位于受精卵的后端生殖质位于受精卵的后端，内含特殊内含特殊的极质颗粒的极质颗粒。用。用紫外线照射破坏极质颗粒紫外线照射破坏极质颗粒，此后的发育中没，此后的发育中没有生殖细胞发生。移植实验证明，将含极质颗粒的细胞质移有生殖细胞发生。移植实验证明，将含极质颗粒的细胞质移植到另一胚胎前部，前部的细胞可分化为原始生殖细胞。植到另一胚胎前部，前部的细胞可分化为原始生殖细胞。n副蛔虫副蛔虫单倍体生殖细胞只有单

5、倍体生殖细胞只有2条染色体条染色体, 第一次卵裂为纬裂形第一次卵裂为纬裂形成动物极和植物极两个卵裂球成动物极和植物极两个卵裂球; 在第二次卵裂前动物极卵裂球在第二次卵裂前动物极卵裂球染色体两端裂解成数十个小片段染色体两端裂解成数十个小片段, 散布细胞质中散布细胞质中, 不再加入新不再加入新形成的细胞核内形成的细胞核内, 因而失去很多基因因而失去很多基因, 此现象称此现象称染色体消减染色体消减(chromosome diminution).植物极卵裂球仍保持正常数目染色体。植物极卵裂球仍保持正常数目染色体。4-细胞期胚胎只有细胞期胚胎只有1个卵裂球含有正常数目染色体。个卵裂球含有正常数目染色体。

6、16-细胞期细胞期只有只有2个卵裂球含全数染色体，最终只有个卵裂球含全数染色体，最终只有1个卵裂球含全数染个卵裂球含全数染色体形成生殖细胞，其它形成体细胞。色体形成生殖细胞，其它形成体细胞。二二. 原始生殖细胞的迁移原始生殖细胞的迁移1. 两栖类原始生殖细胞的迁移两栖类原始生殖细胞的迁移无尾两栖类无尾两栖类受精卵中受精卵中生殖质集中于植物极质膜下面生殖质集中于植物极质膜下面，一直保持，一直保持到两次卵裂。在囊胚期生殖质位于囊胚腔底部卵裂球间的分到两次卵裂。在囊胚期生殖质位于囊胚腔底部卵裂球间的分裂沟附近。到裂沟附近。到原肠胚形成原肠胚形成pgcs，位于原肠腔底部的内胚层位于原肠腔底部的内胚层（

7、肠壁）中，此后迁入背肠系膜，向前迁入到达（肠壁）中，此后迁入背肠系膜，向前迁入到达生殖嵴生殖嵴，pgcs与生殖嵴细胞共同形成生殖腺。与生殖嵴细胞共同形成生殖腺。生殖嵴细胞内的一些生殖嵴细胞内的一些因子是因子是pgcs定向迁移的重要因素定向迁移的重要因素。爪蟾的。爪蟾的pgcs可伸出伪足可伸出伪足进行主动迁移。细胞外基质分布于进行主动迁移。细胞外基质分布于pgcs迁移的路线上。迁移的路线上。2. 哺乳动物原始生殖细胞的迁移哺乳动物原始生殖细胞的迁移n用碱性磷酸酶免疫组化染色用碱性磷酸酶免疫组化染色显示显示7天小鼠胚胎在原条后天小鼠胚胎在原条后部部的的胚外中胚层胚外中胚层中有中有8个体个体积较大的

8、积较大的pgcs。此后。此后pgcs数量增多并聚集数量增多并聚集在尿囊与后在尿囊与后肠连接处肠连接处，以后，以后迁移到卵黄迁移到卵黄囊囊附近再分成两群，沿卵黄附近再分成两群，沿卵黄囊后面新形成的后肠迁移到囊后面新形成的后肠迁移到背肠系膜，再向前迁移分别背肠系膜，再向前迁移分别进入左、右两侧的进入左、右两侧的生殖嵴生殖嵴（受精后（受精后11天），数量也增天），数量也增加到加到2500-5000个。个。in vitro (体外培养系中体外培养系中)生殖嵴分泌的弥生殖嵴分泌的弥散性分子可吸引散性分子可吸引pgc的迁的迁移移和促进其有丝分裂的能力和促进其有丝分裂的能力。3. 鸟类和爬行类原始生殖细胞的

9、迁移鸟类和爬行类原始生殖细胞的迁移鸟类和爬行类动物的鸟类和爬行类动物的pgcs起源于外起源于外胚层细胞胚层细胞，后经明区中部迁移到，后经明区中部迁移到明区前缘与暗区交界处（明区前缘与暗区交界处（生殖新生殖新月月，germinal crescent), 并在此增殖并在此增殖.鸟类和爬行类的鸟类和爬行类的pgcs借助血液循借助血液循环进行迁移环进行迁移，当到达生殖嵴时离，当到达生殖嵴时离开血液循环进入生殖嵴。可能开血液循环进入生殖嵴。可能生生殖嵴产生的化学物质吸引殖嵴产生的化学物质吸引pgcs停停留在附近的毛细血管壁上留在附近的毛细血管壁上，同时，同时毛细血管壁的内皮细胞可能具有毛细血管壁的内皮细

10、胞可能具有一些特殊成分使一些特殊成分使pgcs吸附其上。吸附其上。三三. 生殖细胞定向分化的决定生殖细胞定向分化的决定迁入生殖腺的迁入生殖腺的pgcs具有两种潜能，由具有两种潜能，由生殖腺生殖腺微环境决定分化为精子或卵子微环境决定分化为精子或卵子(humphreg移植实验移植实验:将雄性蝾螈睾丸移入雌体将雄性蝾螈睾丸移入雌体,再把卵巢组织再把卵巢组织移入睾丸，发现生殖细胞开始向精子分化移入睾丸，发现生殖细胞开始向精子分化).雌雄同体的秀丽线虫雌雄同体的秀丽线虫涉及涉及两种决定两种决定:进行进行有有丝分裂或减数分裂？丝分裂或减数分裂？形成精子或卵子形成精子或卵子?1）秀丽线虫生殖腺末端有一个不分

11、裂的细胞）秀丽线虫生殖腺末端有一个不分裂的细胞称为称为远端细胞远端细胞(distal tip cell)，靠近它的生殖靠近它的生殖细胞进行有丝分裂形成生殖干细胞库；细胞进行有丝分裂形成生殖干细胞库；远远离远端细胞的生殖细胞进行减数分裂离远端细胞的生殖细胞进行减数分裂。切。切除远端细胞则所有细胞进行减数分裂。除远端细胞则所有细胞进行减数分裂。2）在秀丽线虫的卵精巢）在秀丽线虫的卵精巢(ovotestis)中中，进行减进行减数分裂的，数分裂的，先形成的最远端的细胞形成卵先形成的最远端的细胞形成卵子，而近端的细胞形成精子子，而近端的细胞形成精子。一一. 精子发生精子发生(spermatogenesi

12、s)pgcs到达雄性胚胎的生殖腺原基就进入性索到达雄性胚胎的生殖腺原基就进入性索, 在此停留直到成熟在此停留直到成熟.在成熟过程中，在成熟过程中，性索发育为生精小管，其上皮细胞分化为支持性索发育为生精小管，其上皮细胞分化为支持细胞细胞(sertoli cells).精子发生过程在支持细胞的凹陷中进行精子发生过程在支持细胞的凹陷中进行.精原细胞精原细胞初级精母细胞初级精母细胞次级精母细胞次级精母细胞精子细胞精子细胞精子精子(sperm)第二节第二节 精子发生精子发生npgcs首先分裂形成精原细胞首先分裂形成精原细胞(spermatogonium) a1(靠近基膜靠近基膜, 体积小体积小, 核卵圆

13、形核卵圆形,染色质与核膜相连染色质与核膜相连)。a1分分裂形成裂形成1个个a1 和和 1 个浅色的精原个浅色的精原细胞细胞a2, a2分裂形成精原细胞分裂形成精原细胞a3, a3分裂形成分裂形成a4, a4分裂形成分裂形成过过渡型精原细胞渡型精原细胞, 它们进一步分裂它们进一步分裂成成精原细胞精原细胞b, 后者分裂形成后者分裂形成初初级精母细胞级精母细胞(primary spermeto-cyte), 经经第一次成熟分裂形成第一次成熟分裂形成次级精母细次级精母细胞胞(secondary spermatocyte)。再经一次再经一次成熟分裂形成单倍体的精子细胞成熟分裂形成单倍体的精子细胞(spe

14、rmatid).n从精原细胞到精子细胞的分裂过从精原细胞到精子细胞的分裂过程中细胞质的分裂不完全程中细胞质的分裂不完全，细胞，细胞间有直径间有直径1m的细胞质间桥连接的细胞质间桥连接成成合胞体合胞体(syncytium)。细胞间离子细胞间离子和分子通过细胞质间桥相沟通，和分子通过细胞质间桥相沟通，保证每群细胞同步成熟保证每群细胞同步成熟.n在上述过程中随着不断分裂，细胞逐渐远离生精小管基膜，而在上述过程中随着不断分裂，细胞逐渐远离生精小管基膜，而靠近管腔，在不同层次看到不同分化时期的生精细胞。靠近管腔，在不同层次看到不同分化时期的生精细胞。二二. 精子形成精子形成(spermiogenesis

15、)精子细胞必须经过分化才能变为成熟精子。精子细胞必须经过分化才能变为成熟精子。第一步是第一步是顶体顶体(acrosome)形成形成，由高尔基复合体形成囊状结构覆盖于精子核的顶部。同，由高尔基复合体形成囊状结构覆盖于精子核的顶部。同时精子核旋转使顶体朝向基膜时精子核旋转使顶体朝向基膜, 以便顶体细胞核对侧的以便顶体细胞核对侧的中心粒中心粒形成的鞭毛形成的鞭毛朝向生精小管的管腔。最后细胞核染色质浓缩，大朝向生精小管的管腔。最后细胞核染色质浓缩，大部分细胞质成分被抛弃，部分细胞质成分被抛弃，线粒体环绕鞭毛基部线粒体环绕鞭毛基部形成环状。形成环状。小鼠从生殖干细胞到成熟精子约需小鼠从生殖干细胞到成熟精

16、子约需34.5天天, 精原细胞阶段精原细胞阶段8天，减天，减数分裂持续数分裂持续13天，精子形成天，精子形成13.5天。人类精子发育需要天。人类精子发育需要74天才天才能完成。能完成。第三节第三节 卵子发生卵子发生（oogenesis）卵原细胞卵原细胞 初级卵母细胞初级卵母细胞 次级卵母细胞次级卵母细胞 母细胞母细胞精母细胞经两次减数分裂产生精母细胞经两次减数分裂产生4个精子细胞，而卵母细胞个精子细胞，而卵母细胞(oocyte)经两次减数分裂产生经两次减数分裂产生1个卵子个卵子和和2-3个极体个极体(polar bodies)。精子形成后只是形成一个精子形成后只是形成一个“能运动的细胞核能运动

17、的细胞核”，而，而卵子还要建卵子还要建立一个由酶、立一个由酶、mrna、细胞器和营养物质组成的细胞质库、细胞器和营养物质组成的细胞质库，以备受精后胚胎发育所需，因此经历较长的生长期以备受精后胚胎发育所需，因此经历较长的生长期(两栖类两栖类3年年).一一. 两栖类的卵子发生两栖类的卵子发生1. 卵黄发生卵黄发生: 两栖类的卵子由卵两栖类的卵子由卵原细胞分化而来原细胞分化而来, 每年产生一每年产生一批新卵子。批新卵子。在卵子发生期间卵在卵子发生期间卵黄迅速积累黄迅速积累，卵子体积增大。，卵子体积增大。卵黄成分卵黄成分:卵黄蛋白原卵黄蛋白原(vitellogenin), 在肝脏合成，经血循环进入卵在

18、肝脏合成，经血循环进入卵巢，巢，经卵巢滤泡细胞间转运和经卵巢滤泡细胞间转运和胞饮作用进入卵母细胞。胞饮作用进入卵母细胞。在成在成熟卵中被裂解成卵黄高磷蛋白熟卵中被裂解成卵黄高磷蛋白和卵黄磷脂蛋白，包膜结合成和卵黄磷脂蛋白，包膜结合成卵黄小板卵黄小板。起初在卵内分布均。起初在卵内分布均匀匀,后主要集中在植物极后主要集中在植物极（75%).卵黄发生结束后受神经及激素等卵黄发生结束后受神经及激素等作用，生发泡作用，生发泡（germinal vesicle） (核膜核膜)破裂卵子成熟，排卵。破裂卵子成熟，排卵。卵黄小板卵黄小板生发泡生发泡2. 卵母细胞的基因转录卵母细胞的基因转录n两栖类卵母细胞在减数

19、分裂前出现灯刷染两栖类卵母细胞在减数分裂前出现灯刷染色体色体(lampbrush chromasomes),伸出活跃合成伸出活跃合成rna的基因环。的基因环。n用放射性组蛋白用放射性组蛋白mrna证明有活跃的转录证明有活跃的转录活动。活动。到减数分裂的双线期所有早期发育到减数分裂的双线期所有早期发育所需的所需的rrna、trna和母体和母体mrna都已完都已完成转录并储存成转录并储存。二二. 昆虫的卵子发生昆虫的卵子发生有些昆虫有些昆虫(果蝇果蝇)以营养型方式进以营养型方式进行卵子发生行卵子发生卵巢生殖系卵巢生殖系干细胞经一次分裂干细胞经一次分裂产生一个产生一个生殖干细胞生殖干细胞和和一个一个

20、包囊干细胞包囊干细胞(cystoblast), 一个包一个包囊干细胞经囊干细胞经4次不完全的有丝次不完全的有丝分裂产生分裂产生16个个包囊细胞包囊细胞(cysto-cytes)的包囊的包囊(cyst), 细胞间以细细胞间以细胞质间桥相互相连为合胞体胞质间桥相互相连为合胞体.其中其中只有胞囊后端的一个细胞只有胞囊后端的一个细胞形成形成卵母细胞卵母细胞，其余，其余15个变个变为为营养细胞营养细胞(nurse cells)。营养营养细胞核的细胞核的dna经多次复制，经多次复制，形成多倍体的核。尽管卵子形成多倍体的核。尽管卵子发生中不经历转录活跃阶段发生中不经历转录活跃阶段,但在营养细胞中有大量但在营

21、养细胞中有大量rna合成，并转运到卵母细胞中合成，并转运到卵母细胞中.昆虫的卵子发生（续）昆虫的卵子发生（续）na:用用3h-胞嘧啶胞嘧啶做的放射自显影研做的放射自显影研究证明，究证明，标记后家蝇卵室内营养标记后家蝇卵室内营养细胞的核细胞的核被深深地标记被深深地标记;b:5小时小时后标记物开始进入卵的细胞质后标记物开始进入卵的细胞质. c:用果蝇最早进入卵母细胞的用果蝇最早进入卵母细胞的bicoid mrna 探针做的实验结果探针做的实验结果与上相同与上相同.n昆虫中昆虫中三种主要的卵黄蛋白是在三种主要的卵黄蛋白是在脂肪体和卵巢中合成脂肪体和卵巢中合成的，卵母细的，卵母细胞本身并不合成。胞本身

22、并不合成。卵黄合成受几卵黄合成受几种因子相互作用控制种因子相互作用控制，如，如性别、性别、保幼激素水平、蜕皮素和营养状保幼激素水平、蜕皮素和营养状况等。况等。这些生理因子被两个卵黄这些生理因子被两个卵黄蛋白基因（蛋白基因（yp1，yp2）间的增强）间的增强子区整合，它们只在雌性中有活子区整合，它们只在雌性中有活性，而且它受雌性特异的双性蛋性，而且它受雌性特异的双性蛋白结合的调节。对环境反应分泌白结合的调节。对环境反应分泌的脑激素刺激开始蛋白合成的脑激素刺激开始蛋白合成.三三. 哺乳动物的卵子发生哺乳动物的卵子发生1. 哺乳动物卵的成熟哺乳动物卵的成熟n哺乳动物哺乳动物卵原细胞的增殖只发卵原细胞的增殖只发生在发育早期生在发育早期。人人2-7月龄胚胎中卵原细胞由月龄胚胎中卵原细胞由1000个迅速增加到个迅速增加到700万个万个，此后急，此后急剧下降。大部分死亡，剧下降。大部分