1、第一章第一章 生殖細(xì)胞的發(fā)生生殖細(xì)胞的發(fā)生 進(jìn)行有性繁殖的高等生物，由進(jìn)行有性繁殖的高等生物，由生殖細(xì)胞（生殖細(xì)胞（germ cells)分化產(chǎn)生世代交替的橋梁分化產(chǎn)生世代交替的橋梁配子（配子（gamete)， 雌、雄配子結(jié)合形成雌、雄配子結(jié)合形成合子（合子（zygote), 經(jīng)發(fā)育過程經(jīng)發(fā)育過程形成具有形成具有體細(xì)胞（體細(xì)胞（somatic cells)和生殖細(xì)胞的個(gè)和生殖細(xì)胞的個(gè)體，成熟的個(gè)體再產(chǎn)生生殖細(xì)胞，周而復(fù)始，使體，成熟的個(gè)體再產(chǎn)生生殖細(xì)胞，周而復(fù)始，使種族的生命得以延續(xù)，而構(gòu)成種族的生命得以延續(xù)，而構(gòu)成生命周期（生命周期（life cycle)。第一節(jié)第一節(jié) 生殖細(xì)胞的起源、分化

2、和遷移生殖細(xì)胞的起源、分化和遷移 生殖細(xì)胞來源于其前體生殖細(xì)胞來源于其前體原始生殖細(xì)胞原始生殖細(xì)胞（primordial germ cells, PGCs)。原始生殖細(xì)胞。原始生殖細(xì)胞的起源可以追溯到相當(dāng)早期的階段，有些動(dòng)物在的起源可以追溯到相當(dāng)早期的階段，有些動(dòng)物在卵母細(xì)胞中已可識(shí)別出卵母細(xì)胞中已可識(shí)別出生殖質(zhì)生殖質(zhì)（germ plasm)的的存在，它主要由蛋白質(zhì)和存在，它主要由蛋白質(zhì)和RNA構(gòu)成。由于富含構(gòu)成。由于富含RNA可被嗜堿性染料著色。隨胚胎發(fā)育生殖質(zhì)可被嗜堿性染料著色。隨胚胎發(fā)育生殖質(zhì)被分配到一定的細(xì)胞中，它們將分化為原始生殖被分配到一定的細(xì)胞中，它們將分化為原始生殖細(xì)胞。當(dāng)生殖

3、嵴發(fā)生時(shí)，原始生殖細(xì)胞以各種不細(xì)胞。當(dāng)生殖嵴發(fā)生時(shí)，原始生殖細(xì)胞以各種不同的方式遷入其內(nèi)，并在此進(jìn)行生殖細(xì)胞的分化。同的方式遷入其內(nèi)，并在此進(jìn)行生殖細(xì)胞的分化。一一. 生殖細(xì)胞的起源、分化和遷移生殖細(xì)胞的起源、分化和遷移秀麗線蟲秀麗線蟲（Caenorhabditis elegans)的未受精卵中的未受精卵中P-顆粒均顆粒均勻分布于整個(gè)卵質(zhì)中。勻分布于整個(gè)卵質(zhì)中。受精后受精后 當(dāng)雌雄原核相遇當(dāng)雌雄原核相遇時(shí)，時(shí)，P-顆粒后移集中于顆粒后移集中于受精卵的后部。隨胚胎受精卵的后部。隨胚胎的發(fā)育的發(fā)育P-顆粒最后只發(fā)顆粒最后只發(fā)現(xiàn)于將來產(chǎn)生配子的現(xiàn)于將來產(chǎn)生配子的P-細(xì)胞中細(xì)胞中在果蠅（在果蠅（Dro

4、sophila）中生殖質(zhì)）中生殖質(zhì)位于受精卵的后端，內(nèi)含特殊的位于受精卵的后端，內(nèi)含特殊的極質(zhì)顆粒。用紫外線照射破壞極極質(zhì)顆粒。用紫外線照射破壞極質(zhì)顆粒，此后的發(fā)育中沒有生殖質(zhì)顆粒，此后的發(fā)育中沒有生殖細(xì)胞發(fā)生。移植實(shí)驗(yàn)證明，將含細(xì)胞發(fā)生。移植實(shí)驗(yàn)證明，將含極質(zhì)顆粒的細(xì)胞質(zhì)移植到另一胚極質(zhì)顆粒的細(xì)胞質(zhì)移植到另一胚胎前部，前部的細(xì)胞可分化為原胎前部，前部的細(xì)胞可分化為原始生殖細(xì)胞。始生殖細(xì)胞。副蛔蟲單倍體生殖細(xì)胞只有副蛔蟲單倍體生殖細(xì)胞只有2條染色體條染色體, 第一次卵裂為第一次卵裂為緯裂形成動(dòng)物極和植物極兩個(gè)卵裂球緯裂形成動(dòng)物極和植物極兩個(gè)卵裂球; 在第二次卵裂前在第二次卵裂前動(dòng)物極卵裂球染色

5、體兩端裂解成數(shù)十個(gè)小片段動(dòng)物極卵裂球染色體兩端裂解成數(shù)十個(gè)小片段, 散布細(xì)散布細(xì)胞質(zhì)中胞質(zhì)中, 不再加入新形成的細(xì)胞核內(nèi)不再加入新形成的細(xì)胞核內(nèi), 因而失去很多基因而失去很多基因因, 這一現(xiàn)象稱為這一現(xiàn)象稱為染色體消減染色體消減(chromosome diminution)。植物極卵裂球仍保持正常數(shù)目染色體。植物極卵裂球仍保持正常數(shù)目染色體。4-細(xì)胞期胚胎只細(xì)胞期胚胎只有有1個(gè)卵裂球含有正常數(shù)目染色體。個(gè)卵裂球含有正常數(shù)目染色體。16-細(xì)胞期只有細(xì)胞期只有2個(gè)個(gè)卵裂球含全數(shù)染色體，最終只有卵裂球含全數(shù)染色體，最終只有1個(gè)卵裂球含全數(shù)染色個(gè)卵裂球含全數(shù)染色體形成生殖細(xì)胞，其它形成體細(xì)胞。體形成生

6、殖細(xì)胞，其它形成體細(xì)胞。二二. 原始生殖細(xì)胞的遷移原始生殖細(xì)胞的遷移1. 兩棲類原始生殖細(xì)胞的遷移兩棲類原始生殖細(xì)胞的遷移 無尾兩棲類受精卵中生殖質(zhì)集中于植物極質(zhì)膜下面，無尾兩棲類受精卵中生殖質(zhì)集中于植物極質(zhì)膜下面，一直保持到兩次卵裂。在囊胚期生殖質(zhì)位于囊胚腔底部一直保持到兩次卵裂。在囊胚期生殖質(zhì)位于囊胚腔底部卵裂球間的分裂溝附近。到原腸胚形成卵裂球間的分裂溝附近。到原腸胚形成PGCs，位于原，位于原腸腔底部的內(nèi)胚層（腸壁）中，此后遷入背腸系膜，向腸腔底部的內(nèi)胚層（腸壁）中，此后遷入背腸系膜，向前遷入到達(dá)生殖嵴，前遷入到達(dá)生殖嵴，PGCs與生殖嵴細(xì)胞共同形成生殖與生殖嵴細(xì)胞共同形成生殖腺。腺。

7、2. 哺乳動(dòng)物原始生殖細(xì)胞的遷移哺乳動(dòng)物原始生殖細(xì)胞的遷移用堿性磷酸酶免疫組化染用堿性磷酸酶免疫組化染色顯示色顯示7天小鼠胚胎在原天小鼠胚胎在原條后部的胚外中胚層中有條后部的胚外中胚層中有8個(gè)體積較大的個(gè)體積較大的PGCs。此。此后后PGCs數(shù)量增多并聚集數(shù)量增多并聚集在尿囊與后腸連接處，以在尿囊與后腸連接處，以后遷移到卵黃囊附近再分后遷移到卵黃囊附近再分成兩群，沿卵黃囊后面新成兩群，沿卵黃囊后面新形成的后腸遷移到背腸系形成的后腸遷移到背腸系膜，再向前遷移分別進(jìn)入膜，再向前遷移分別進(jìn)入左、右兩側(cè)的生殖嵴（受左、右兩側(cè)的生殖嵴（受精后精后11天），數(shù)量也增加天），數(shù)量也增加到到2500-5000

8、個(gè)。個(gè)。3. 鳥類和爬行類原始生殖細(xì)胞的遷移鳥類和爬行類原始生殖細(xì)胞的遷移鳥類和爬行類動(dòng)物的鳥類和爬行類動(dòng)物的PGCs起源于外胚層細(xì)胞，后經(jīng)明起源于外胚層細(xì)胞，后經(jīng)明區(qū)中部遷移到明區(qū)前緣與暗區(qū)交界處區(qū)中部遷移到明區(qū)前緣與暗區(qū)交界處(生殖新月，生殖新月，germinal crescent), 并在此增殖。鳥類和爬行類的并在此增殖。鳥類和爬行類的PGCs借助血液循環(huán)進(jìn)行遷移，當(dāng)?shù)竭_(dá)生殖嵴時(shí)離開血管進(jìn)入借助血液循環(huán)進(jìn)行遷移，當(dāng)?shù)竭_(dá)生殖嵴時(shí)離開血管進(jìn)入生殖嵴。生殖嵴。三三. 生殖細(xì)胞定向分化的決定生殖細(xì)胞定向分化的決定遷入生殖腺的遷入生殖腺的PGCs具有兩種潛能，由生殖具有兩種潛能，由生殖腺微環(huán)境決定

9、分化為精子或卵子（移植實(shí)腺微環(huán)境決定分化為精子或卵子（移植實(shí)驗(yàn)驗(yàn))。雌雄同體的秀麗線蟲為研究這種決定。雌雄同體的秀麗線蟲為研究這種決定機(jī)制最佳材料。在此涉及兩種決定：機(jī)制最佳材料。在此涉及兩種決定：進(jìn)行進(jìn)行有絲分裂或減數(shù)分裂？形成精子或卵子？有絲分裂或減數(shù)分裂？形成精子或卵子？（1）秀麗線蟲生殖腺末端有一個(gè)不分裂的）秀麗線蟲生殖腺末端有一個(gè)不分裂的細(xì)胞稱為細(xì)胞稱為遠(yuǎn)端細(xì)胞（遠(yuǎn)端細(xì)胞（distal tip cell)，靠近它，靠近它的生殖細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂形成生殖干細(xì)胞庫；的生殖細(xì)胞進(jìn)行有絲分裂形成生殖干細(xì)胞庫；遠(yuǎn)離遠(yuǎn)端細(xì)胞的生殖細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂。切遠(yuǎn)離遠(yuǎn)端細(xì)胞的生殖細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂。切除遠(yuǎn)端細(xì)胞

10、則所有細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂。除遠(yuǎn)端細(xì)胞則所有細(xì)胞進(jìn)行減數(shù)分裂。（2）在秀麗線蟲的）在秀麗線蟲的卵精巢（卵精巢（ovotestis）中，中，進(jìn)行減數(shù)分裂的，先形成的最遠(yuǎn)端的細(xì)胞形進(jìn)行減數(shù)分裂的，先形成的最遠(yuǎn)端的細(xì)胞形成卵子，而近端的細(xì)胞形成精子。成卵子，而近端的細(xì)胞形成精子。第二節(jié)第二節(jié) 精子發(fā)生精子發(fā)生一一. 精子發(fā)生精子發(fā)生(spermatogenesis)PGCs一旦到達(dá)雄性胚胎的生殖腺原基就進(jìn)入性索一旦到達(dá)雄性胚胎的生殖腺原基就進(jìn)入性索, 在此停留直到在此停留直到成熟。在成熟過程中，性索發(fā)育為生精小管，其上皮細(xì)胞分化為成熟。在成熟過程中，性索發(fā)育為生精小管，其上皮細(xì)胞分化為支持細(xì)胞（支持細(xì)胞

11、（Sertoli cells)。精子發(fā)生在支持細(xì)胞的凹陷中進(jìn)行。精子發(fā)生在支持細(xì)胞的凹陷中進(jìn)行。精原細(xì)胞精原細(xì)胞(spermatogonium) 初級(jí)精母細(xì)胞初級(jí)精母細(xì)胞(primary spermetocyte), 次級(jí)精母細(xì)胞次級(jí)精母細(xì)胞(secondary spermatocyte)。精精子細(xì)胞子細(xì)胞(spermatid) 精子精子(sperm)。 從精原細(xì)胞到精子細(xì)胞從精原細(xì)胞到精子細(xì)胞的分裂過程中細(xì)胞質(zhì)的的分裂過程中細(xì)胞質(zhì)的分裂不完全，細(xì)胞間有分裂不完全，細(xì)胞間有直徑直徑1m的細(xì)胞質(zhì)間橋的細(xì)胞質(zhì)間橋使它們彼此連接形成使它們彼此連接形成合合胞體胞體(syncytium)。通過。通過細(xì)胞

12、質(zhì)間橋溝通信息，細(xì)胞質(zhì)間橋溝通信息，保證每群細(xì)胞同步成熟。保證每群細(xì)胞同步成熟。在上述過程中隨著分裂，在上述過程中隨著分裂，細(xì)胞逐漸靠近管腔，在細(xì)胞逐漸靠近管腔，在不同層次看到不同分化不同層次看到不同分化時(shí)期的生精細(xì)胞。時(shí)期的生精細(xì)胞。 二二. 精子形成精子形成(spermiogenesis) 精子細(xì)胞必須經(jīng)過分化才能變?yōu)槌墒炀?。第一步精子?xì)胞必須經(jīng)過分化才能變?yōu)槌墒炀?。第一步是由高爾基?fù)合體形成囊狀的是由高爾基復(fù)合體形成囊狀的頂體（頂體（acrosome），覆蓋，覆蓋于精子核的頭部。同時(shí)精子核旋轉(zhuǎn)使頂體朝向基膜于精子核的頭部。同時(shí)精子核旋轉(zhuǎn)使頂體朝向基膜, 以以便細(xì)胞核對(duì)側(cè)的中心粒形成的

13、鞭毛朝向生精小管的管腔。便細(xì)胞核對(duì)側(cè)的中心粒形成的鞭毛朝向生精小管的管腔。最后細(xì)胞核染色質(zhì)濃縮，大部分細(xì)胞質(zhì)成分被拋棄，線最后細(xì)胞核染色質(zhì)濃縮，大部分細(xì)胞質(zhì)成分被拋棄，線粒體環(huán)繞鞭毛基部形成環(huán)狀。粒體環(huán)繞鞭毛基部形成環(huán)狀。 小鼠從生殖干細(xì)胞到成熟精子約需小鼠從生殖干細(xì)胞到成熟精子約需34.5天天, 精原細(xì)胞精原細(xì)胞階段階段8天，減數(shù)分裂持續(xù)天，減數(shù)分裂持續(xù)13天，精子形成天，精子形成13.5天。人類天。人類精子發(fā)育需要精子發(fā)育需要74天才能完成。天才能完成。第三節(jié)第三節(jié) 卵子發(fā)生卵子發(fā)生卵子發(fā)生（卵子發(fā)生（oogenesis）和精子發(fā)生一樣經(jīng)歷減數(shù)分裂，和精子發(fā)生一樣經(jīng)歷減數(shù)分裂，但二者并不完

14、全相同：精母細(xì)胞經(jīng)兩次減數(shù)分裂產(chǎn)生但二者并不完全相同：精母細(xì)胞經(jīng)兩次減數(shù)分裂產(chǎn)生4個(gè)精子細(xì)胞，而個(gè)精子細(xì)胞，而卵母細(xì)胞（卵母細(xì)胞（oocyte）經(jīng)兩次減數(shù)分裂產(chǎn)經(jīng)兩次減數(shù)分裂產(chǎn)生生1個(gè)卵子和個(gè)卵子和2-3個(gè)個(gè)極體（極體（polar bodies)。精子形成后只。精子形成后只是形成一個(gè)是形成一個(gè)“能運(yùn)動(dòng)的細(xì)胞核能運(yùn)動(dòng)的細(xì)胞核”，而卵子還要建立一個(gè)，而卵子還要建立一個(gè)由酶、由酶、mRNA、細(xì)胞器和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)組成的細(xì)胞質(zhì)庫，以、細(xì)胞器和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)組成的細(xì)胞質(zhì)庫，以備受精后胚胎發(fā)育所需，因此經(jīng)歷一個(gè)較長(zhǎng)的生長(zhǎng)期備受精后胚胎發(fā)育所需，因此經(jīng)歷一個(gè)較長(zhǎng)的生長(zhǎng)期(兩棲類兩棲類3年年)。一一. . 兩棲類的卵子發(fā)

15、生兩棲類的卵子發(fā)生1.卵黃發(fā)生卵黃發(fā)生: 兩棲類的卵子由兩棲類的卵子由卵原細(xì)胞分化而來卵原細(xì)胞分化而來, 每年產(chǎn)生每年產(chǎn)生一批新卵子。在卵子發(fā)生期一批新卵子。在卵子發(fā)生期間卵黃迅速積累，卵子體積間卵黃迅速積累，卵子體積增大。卵黃的主要成分是增大。卵黃的主要成分是卵卵黃蛋白原（黃蛋白原（vitellogenin),它在它在肝臟中合成，經(jīng)血液循環(huán)進(jìn)肝臟中合成，經(jīng)血液循環(huán)進(jìn)入卵巢，經(jīng)過卵巢濾泡細(xì)胞入卵巢，經(jīng)過卵巢濾泡細(xì)胞間轉(zhuǎn)運(yùn)和胞飲作用進(jìn)入卵母間轉(zhuǎn)運(yùn)和胞飲作用進(jìn)入卵母細(xì)胞。起初在卵內(nèi)分布均勻，細(xì)胞。起初在卵內(nèi)分布均勻，后主要集中在植物極（后主要集中在植物極（75%)。最后受神經(jīng)及激素等作用，最后受神

16、經(jīng)及激素等作用，生發(fā)泡（生發(fā)泡（germinal vesicle）（核膜）破裂卵子成熟，排（核膜）破裂卵子成熟，排卵。卵。 2. 卵母細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)錄卵母細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)錄 兩棲類卵母細(xì)胞在減數(shù)分裂前出現(xiàn)兩棲類卵母細(xì)胞在減數(shù)分裂前出現(xiàn)燈刷染燈刷染色體（色體（lampbrush chromasomes), 其活躍合其活躍合成成RNA的基因環(huán)伸出。用放射性組蛋白的基因環(huán)伸出。用放射性組蛋白mRNA證明其上的轉(zhuǎn)錄活動(dòng)。到減數(shù)分裂證明其上的轉(zhuǎn)錄活動(dòng)。到減數(shù)分裂的雙線期所有早期發(fā)育所需的的雙線期所有早期發(fā)育所需的rRNA、tRNA和母體和母體mRNA都已完成轉(zhuǎn)錄并儲(chǔ)存。都已完成轉(zhuǎn)錄并儲(chǔ)存。二二. . 昆蟲的卵

17、子發(fā)生昆蟲的卵子發(fā)生有些昆蟲（果蠅）以營(yíng)養(yǎng)型有些昆蟲（果蠅）以營(yíng)養(yǎng)型方式進(jìn)行卵子發(fā)生。卵巢內(nèi)方式進(jìn)行卵子發(fā)生。卵巢內(nèi)的生殖系干細(xì)胞經(jīng)一次分裂的生殖系干細(xì)胞經(jīng)一次分裂產(chǎn)生一個(gè)生殖干細(xì)胞和一個(gè)產(chǎn)生一個(gè)生殖干細(xì)胞和一個(gè)包囊干細(xì)胞（包囊干細(xì)胞（cystoblast), 一一個(gè)包囊干細(xì)胞經(jīng)個(gè)包囊干細(xì)胞經(jīng)4次不完全的次不完全的有絲分裂產(chǎn)生有絲分裂產(chǎn)生16個(gè)個(gè)包囊細(xì)胞包囊細(xì)胞（cysto-cytes）組成組成的的包囊包囊（cyst), 細(xì)胞間以細(xì)胞質(zhì)間橋細(xì)胞間以細(xì)胞質(zhì)間橋相互連接為合胞體。其中只相互連接為合胞體。其中只有胞囊后端的一個(gè)細(xì)胞形成有胞囊后端的一個(gè)細(xì)胞形成卵母細(xì)胞，其余卵母細(xì)胞，其余15個(gè)變?yōu)閭€(gè)變

18、為營(yíng)營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞（養(yǎng)細(xì)胞（nurse cells)。營(yíng)養(yǎng)細(xì)營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞核的胞核的DNADNA經(jīng)多次復(fù)制，形成經(jīng)多次復(fù)制，形成多倍體的核。盡管卵子發(fā)生多倍體的核。盡管卵子發(fā)生中不經(jīng)歷轉(zhuǎn)錄活躍階段，但中不經(jīng)歷轉(zhuǎn)錄活躍階段，但在營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞中大量的在營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞中大量的RNARNA合成，合成，并轉(zhuǎn)運(yùn)到卵母細(xì)胞中。并轉(zhuǎn)運(yùn)到卵母細(xì)胞中。二二. 昆蟲的卵子發(fā)生（續(xù)）昆蟲的卵子發(fā)生（續(xù)）(A）用）用3H-胞嘧啶做的放射自顯影胞嘧啶做的放射自顯影研究證明，標(biāo)記后家蠅卵室內(nèi)營(yíng)研究證明，標(biāo)記后家蠅卵室內(nèi)營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的核被深深地記養(yǎng)細(xì)胞的核被深深地記;(B)5小時(shí)小時(shí)后標(biāo)記物開始進(jìn)入卵的細(xì)胞質(zhì)。后標(biāo)記物開始進(jìn)入卵的細(xì)胞質(zhì)。用果蠅最早進(jìn)

19、入卵母細(xì)胞的用果蠅最早進(jìn)入卵母細(xì)胞的bicoid mRNA 探針做的實(shí)驗(yàn)結(jié)果探針做的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如上相同。如上相同。昆蟲中三種主要的卵黃蛋白是在昆蟲中三種主要的卵黃蛋白是在脂肪體和卵巢中合成的，卵母細(xì)脂肪體和卵巢中合成的，卵母細(xì)胞本身并不合成。卵黃合成是受胞本身并不合成。卵黃合成是受幾種因子相互作用控制的，如性幾種因子相互作用控制的，如性別、保幼激素水平、蛻皮素和營(yíng)別、保幼激素水平、蛻皮素和營(yíng)養(yǎng)狀況等。這些生理因子被兩個(gè)養(yǎng)狀況等。這些生理因子被兩個(gè)卵黃蛋白基因（卵黃蛋白基因（yp1，yp2）間的）間的增強(qiáng)子區(qū)整合，它們只在雌性中增強(qiáng)子區(qū)整合，它們只在雌性中有活性，而且它只受雌性特異的有活性，而且它只受雌性特異的雙性蛋白調(diào)節(jié)。對(duì)環(huán)境反應(yīng)分泌雙性蛋白調(diào)節(jié)。對(duì)環(huán)境反應(yīng)分泌的腦激素刺激蛋白合成開始。的腦激素刺激蛋白合成開始。三三. 哺乳動(dòng)物的卵子發(fā)生哺乳動(dòng)物的卵子發(fā)生1. 哺乳動(dòng)物卵的成熟哺乳動(dòng)物卵的成熟哺乳動(dòng)物卵原細(xì)胞的增殖只發(fā)哺乳動(dòng)物卵原細(xì)胞的增殖只發(fā)生在發(fā)育早期。人生在發(fā)育早期。人2-7月齡胚胎月齡胚胎中卵原細(xì)胞由中卵原細(xì)胞由1000個(gè)迅速增加個(gè)迅速增加到到700萬個(gè)，此后急劇下降。萬個(gè)，此后急劇下降。大部分死亡，存活者進(jìn)入第一大部