课件：发育生物学一讲绪论生殖细胞发育受精.ppt

精子变态发育过程 顶体反应、获能 受精概念、条件、意义,思 考 题,Introduction 绪 论 development of germ cell 生殖细胞的发育 fertilization 受 精,Chapter 1 人体发生发育学第一讲,主讲教师: 徐富翠, 副教授，硕士，从事干细胞基础与 应用方向研究 E-mail : Tel人们对自身来源充满太多的未知,试管婴儿技术-在试管中长大吗?,克隆技术-发育学理论在技术上的突破和挑战,olly 爆炸性的露面平静的死亡 1996年7月- 2003年2月,克隆能给人类带来什么？,克隆动物是未来的制药厂,克隆的爱因斯坦会懂“相对论”吗,肿瘤与肿瘤干细胞的关系 帕金森-神经元的凋亡 干细胞在器官、组织中的替代治疗（如治疗心肌梗死、糖尿病、帕金森病等）及组织工程学的兴起-在构件人工耳、关节等 人们把探索生命进化奥秘的希望寄托于“发育生物学”的研究。许多学者和诺贝尔奖得主纷纷涌向这个领域。发育个物学已成为生命科学研究的前沿和主战场之一。,对疾病治疗-需从发生机制入手,医学发育生物学（Medical Developmentmal Biology) 1）研究内容： 个体发育（ontogeny）中生命过程发展的机制 生物种群系统发生（systematica development）的机制 2）从发育生物学的角度阐明 组织器官形成过程细胞增殖分化的特征 时间性、空间性、方向性 细胞增殖分化特对自身和其他细胞形态和功能的影响,本课程讲授的主要内容 绪论、生殖细胞的发育与受精 胚胎早期发育（卵裂、胚层的形成与分化） 胎膜、胎盘 联体、双胎、多胎及畸形学概论 胚胎发育机制 干细胞、不育不孕与辅助生育、克隆技术 器官系统的发生及畸形,发育生物学的学科特点： 新、广、散、难、热 在生命科学中的地位及对社会及今后的影响： 新秀 综合性 枢纽 热点,产生和发展的必要性 应用前景,1.描述胚胎学 Aristotle-,发育生物学的发展史 由形态描述到机理探讨 从器官、组织和细胞水平到分子水平 经历:描述胚胎学比较胚胎学实验胚胎学三阶段,发育生物学鼻祖 最早对胚胎发育进行过观察，提出胚胎来源于血和精液的混合,先成论与后成论之争1700s,先成论（Preformation） 公元17世纪后期和18世纪 核心-生物个体的一切组成部分都早就存在于胚胎中，各部分随着胚胎的发育而长大 包括精源学说和卵源学说 后成论epigensiss ，19世纪才被接受 核心在胚胎的发育过程中，各种结构由简单到复杂逐渐形成的。,精源说,2.比较胚胎学 Karl Ernst von Baer (1792-1876),动物发生史贝尔定律,一般特征先于特殊特征的 出现； 高等动物和低等动物的胚 胎在发育的早期有相似性； 胚胎发育早期的结构与 成体的结构并不完全相似。,重演学说,1866 Ontogeny is a recapitulation of phylogeny 个体发生是系统发生的重演,3.实验胚胎学,用胚胎切割、细胞移植、标记、体外培养等研究发育机制-experimental embryology Wilhelm Roux (1850-1924),-他用热针刺伤蛙卵二裂球期的一个裂球，结果未受伤的一个裂球发育成半个胚胎,Hans Spemann (1869-1941) 胚胎诱导现象的发现 获得1935年诺贝尔医学奖,DNA双螺旋结构-把发育生物学引入到分子水平,1956年 确定人胚胎有46条染色体,随后证明先天性疾病是由基因的缺失和变化引起的,4.分子胚胎学,利用分子生物学技术和理论研究：受精、植入、细胞分化、组织诱导、细胞迁移等分子基础； 研究胚胎发育的基因调控、器官形成和演变的分子机制； 研究表明：胚胎的发育过程是各种发育相关基因程序性表达的结果、这些基因的程序性表达受到调控基因的调控+环境因素的影响,人造组织和器官,发育生物学五大未解难题:,1.分化（Differentiation）:导致细胞类型多样化，相同的基因组如何产生不同类的细胞。 2.形态发生（Morphogenesis）:细胞如何组建形成恰当的排序,不随机分布 3. 生长（Growth）:细胞分裂何时该长，何时该停； 4. 生殖（Reproduction）:配子形成和特化，如何形成下一代。 5. 进化（Evolution）:发育中的变化怎样创造新的体型，哪些变化能够起到进化作用。 细胞分化(cell differentiation)是发育生物学的 核心,也是发育生物学研究的主要任务。,干细胞分化 治疗性克隆 发育中的细胞转型 肿瘤与干细胞,医学发育生物学的研究热点:,（三）发育生物学的研究方法,发育生物学是一门实验性很强的学科,胚胎学、细胞学、分子生物学方法。,1、活体标本的直接观察 可提供一个良好的胚胎全貌及其在发育过程中迅速的动态变化。,研究发育过程某一阶段或某种情况时，则可将标本固定制片进行观察，胚胎切片常需制作连续切片以观察结构之间的相关性。,2、制片标本的观察,应用抗原抗体结合原理，检测组织细胞内多肽、蛋白质等大分子物质的分布。,3、胚胎免疫组织化学技术,整合其他相关生命科学知识, 形成完整的知识体系。 关注发育生物学研究的动态，了解新进展。 注意理论联系实际，解决研究和实践问题,如何学好发育生物学,学习方法：动态、立体 线索:时间 胚内变化过程 胚外结构的改变,Phases of Human Development,胚期: 时间:受精卵 -第8周末（胚胎初具人形） 特点：巨变/易受各因素影响 /个体正常发育决定性阶段 (组织器官形成阶段) 胎期: 时间:第9-38周 特点:器官体积长大、 功能健全,人体胚胎发育分期：,Feitilization age 266days (38weeks) （受精龄） Menstrual age +14 days （月经龄） 280days (40weeks),Caculations of confinement days:分娩日期计算 1)mouth 3 Year plus 1 （年+1） Mouth subtract 3 （月-3） Day plus 7 （日+7） 2)mouth3 Mouth plus 9 (月+9） Day plus 7（日+7）,二 生殖细胞的发育与成熟,胚胎期生殖细胞的发育 生后生殖细胞的发育与成熟,2019/8/7,31,可编辑,（一）胚胎期生殖细胞(gametogenesis)的发育,卵黄囊(第5w开始经后肠 系膜迁移) 生殖腺嵴(第11w增殖分化为 原始生殖细胞) 睾丸和卵巢（分化为性原细胞）,胚胎发育初期形成的原始生殖细胞，只有迁移至发育中的生殖腺嵴,才能分化为生殖细胞 生殖腺嵴对原始生殖细胞的迁移有趋化作用，SCF能抑制细胞凋亡和促进细胞增殖,（二）生后生殖细胞的发育 gametogenesis,精子的发育与调控 卵子的发育与调控,精子的发育spermatogenesis与调控,精 原 细 胞（46，XY） （ 增殖、分 化） 初级精母细胞（46，XY） （第一次减数分裂） 次级精母细胞（23，X或23，Y） （第二次减数分裂） 精 子 细 胞 （23，X或23，Y） （变态发育） 精 子 （23，X或23，Y）,从 精原细胞 到 形成精子的过程称 精子发生,细胞核(含全部遗传基因)浓缩，变扁圆； 高尔基体顶体泡顶 （含顶体酶-助精子入卵）； 中心粒轴丝； 线粒体拉长绕轴丝近段； 胞质残余体脱落。,精子生成过程中的几点注意事项： 精原细胞A1是生殖干细胞，精子的发生持续进行； 分裂过程细胞质分裂不完全，形成合胞体，细胞间通过细胞间桥沟通信息和进行物质交流，因而使每群细胞同步成熟。,production：testis（曲细精管，结构成熟）,精 子,chromosome：22+X或22+Y,store：epididymis（附睾），有运动能力， 但无受精能力，需在女性生殖管道获能,精子量：为25ml，含精子35亿,Survival time：24-48h Fertilizabilitys（受精能力）：24h,获能：精子在女性生殖管道内获得使卵子受 精的能力,卵子的发生 oogenesis,原始生殖细胞,卵原细胞,增殖迁入卵巢,增殖，染色体复制,初级卵母细胞（停留在第一次减数 分裂前期，至性成熟期）,初级卵母细胞生长,排卵,【完成第一次减数分裂，形成次级卵母细胞（处于第二次减数分裂中期和第一极体】,受精,（完成第二次减数分裂，形成第二极体）,卵子发育特点：呈跳跃式，耗时较长 卵原细胞胚胎期存在 初级卵母细胞出生前(停留第一次成熟分裂前期) 次级卵母细胞排卵前36-48小时（停留第二次 成熟分裂中期 第二次成熟分裂完成受精时,排卵时间：月经周期第14天。 卵子结局：死亡（未受精），受精卵（受精） 受精能力：维持大约12小时,卵子的结构特点： 体积大，10000倍精子 含蛋白质、形态形成因子、启动发育和维持代谢所需要的全部元件；物质分布不均匀-不均等分裂 核型：23，X 透明带-识别同种精子 放射冠-营养卵子,三. 受 精,（一）定义（definition)：成熟获能后的精子与成熟卵子结合成受精卵的过程.(可以发生在体外)the process which the male & female gametes fuse , form the zygote.,（二）受精部位(position)：输卵管壶腹部,受 精,(fertilization),only 200 of 200 million sperm reach the fallopian tube,（三）受精的步骤： 1. 精子的获能和趋化性（ chemotaxis ） 2. 精子的顶体反应 3.精子进入卵母细胞 4.皮质颗粒的释放和透明带反应 5. 雌雄原核融合,1、精子获能（sperm capacitation） 精子通过子宫和输卵管时, 覆盖在精子头部阻止顶体酶释放糖蛋白(精浆蛋白，去能因子)被女性生殖管道分泌的酶降解而去除，精子获得了释放顶体酶、穿通放射冠和透明带的能力，获能后精子运动能力将大大加强。,精子的趋化性：Action at a distance 次级卵母细胞分泌具有物种特异性的趋化因子, 精子根据化学浓度梯度直接向卵子运动的现象-精子的趋化性（chemotaxis）。,2、顶体反应（acrosomal reaction）： 指受精前精子在同卵子接触时，精子顶体膜与细胞膜部分融合形成小孔，使顶体内的物质（顶体酶）从融合处释放出来溶解放射冠。,3、精子进入卵母细胞,透明带（zona pellucida）-识别具有种属特异性，雌雄配子表面具有某些结构互补的特异分子（透明带中含有ZP3糖蛋白，能结合精子并引发顶体反应）。 精子进入引起卵子 浅层皮质颗粒释放， ZP3分子变性，不再 与精子结合（透明带 反应），阻止多精子 受精,4.皮质颗粒的释放和透明带反应,a.卵子浅层皮质颗粒释放，ZP3分子变性， 不再与精子结合。（透明带反应）,（5）精子进入卵内，激发卵子发生以下变化：,d.染色体混合-受精卵(合子),准备卵裂,c.两性原核的形成：雌原核、雄原核,b.卵子迅速完成第二次成熟分裂。,Formation of female and male pronucleus,Fusion of pronuclei,受精过程模式图,（3）获能精子与透明带结合并发生 透明带反应，释放水解酶溶解透明带。,透明带,卵丘细胞,（2）获能精子在接触放射冠后发生顶体反应，释放水解酶溶解放射冠细胞间质。,（1）获能精子接近卵冠丘复合体,（5）皮质颗粒释放，透明带变性，阻止多精受精。,（4）精子进入卵周腔与卵母细胞融合，精子细胞核和部分细胞器进入卵母细胞。,放射冠,极体,皮质颗粒,卵母细胞,（五） 受精条件 1) 精子和卵子的正常发育和运输：,精子计数500万/ml； 畸形精子 70%；,Male sterility（男性不育）,3）男女生殖管道必须通畅,2）精子与卵子在限定的时间内相遇 排精后24小时之内,同时排卵12-24小时之内,the chance of conceiving in one cycle with correct timing is 25% for women 40y),六）受精的意义(the significance of fertilization):,1) zygote recovered