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猪的胚胎发育

一、精子的形态和结构

长度在55-75μm,由头、颈、尾三部分组成,尾部从前到后,又可以分为中段、主段和末段。
1、头部  精子头部由细胞核和顶体构成。细胞核主要由DNA和核蛋白构成的高度致密化的染色质构成。顶体为单位膜包围的囊状结构,其中富含透明质酸酶、顶体粒蛋白、酸性蛋白酶、磷酸酶等物质。当精子发生顶体反应时就会释放这些水解酶,有利于精子通过卵外的各层结构。

2、颈部  最短,从近端中心粒起到远端中心粒止。颈部最易受损破坏,使头尾分离。

3、尾部  长约50um,从前向后分为中段、主段和末段。整个精子尾部的轴丝由中央的2条单根纤维和外围的9对纤维构成。中央的一对纤维可起传导作用;外围的纤维可起收缩作用。尾部中段是尾部最粗的一段,最外层有螺旋性的线粒体鞘包围,线粒体中含有精子氧化代谢的各种酶类,是精子活动的能量供应中心。中段与主段的连接处有环,称为终环,可以防止精子运动时线粒体鞘向尾部移动。主段是最长的部分,线粒体鞘消失,轴丝的周围由纤维鞘包围。末段为精子的最后一段,仅由中央的轴丝和外围的质膜构成。

精子的最大特点就是有运动能力。精子尾部的节律性收缩,可以使精子绕纵轴旋转前进。

精子是一种高度分化的细胞,生存能力差。猪的精子在母畜的生殖道内,一般只能生存1~2天。

二、卵子的形态结构和发育

猪的卵子直径为100~150微米左右,因个体不同而有差异。猪卵子的体积与个体大小无关,而和胚胎发育特点密切相关。猪卵子的卵黄含量少,卵子体积不大,是因为胚胎在体内发育成熟,发育期间可以利用母体营养,无须很多营养储备。

猪在胎儿时期,卵巢内含有大量的卵原细胞,这些细胞在胎儿出生前后进入第一次减数分裂前期,但并不生长而停滞。一直到青春期后,每一周期内只有一组卵母细胞发育。由卵母细胞和卵泡细胞构成卵泡。一般将卵泡细胞分为原始卵泡、初级卵泡、次级卵泡和成熟卵泡。初级卵泡和次级卵泡又合称生长卵泡。成熟卵泡的卵泡腔最大,卵母细胞在成熟前36-48h完成第一次减数分裂,产生一个次级卵母细胞和一个很小的第一极体。次级卵母细胞随即进入第二次减数分裂中期,一直停留在此阶段,直到受精。

1、排卵  成熟卵泡破裂后,卵母细胞自卵巢排出的过程,称为排卵。排卵前,垂体释放黄体生成素(LH),使卵泡发生一系列的变化,卵泡液增多。卵巢的绝大多数卵泡不能发育成熟,它们在卵泡发育的各阶段逐渐退化,形成闭锁卵泡。

2、黄体的形成和功能  成熟卵泡排卵后,残留的卵泡壁内陷,在LH的作用下,卵泡壁细胞分化,体积增大,形成一个暂时的内分泌细胞团,新鲜时呈黄色或粉红色,故称为黄体,可以分泌大量的孕激素和一定量的雌激素。黄体的发育与卵母细胞的受精与否差异很大。卵母细胞如果未受精,则黄体仅仅维持很短的时间,黄体细胞逐渐变小和退化,被结缔组织所代替,成为白体。卵母细胞如果受精,则黄体逐渐增大,称为妊娠黄体。

三、早期的胚胎发育

猪的早期胚胎发育过程,包括受精、卵裂、囊胚、原肠形成、胚泡植入、三胚层形成及分化等过程。家畜属胎生动物,胚胎在母体子宫内发育。在胚胎发育过程中,通过胎膜和胎盘吸收母体营养,排出代谢废物。

(一)受精  受精前,精子和卵子都必须发育到一定成熟阶段,才能受精。精子在睾丸内产生,在附睾中发育成熟,直接从睾丸内取出的精子没有受精能力。进入母畜生殖道的精子,不能立即受精,需要在子宫、输卵管内度过一段时间(2-4h),进行受精准备,才能获得受精能力,此过程称为精子获能。在体外可以利用输卵管、卵泡液、血清、咖啡因、肝素等加在培养液中获能。获能的机理目前仍不清楚。未获能的精子不能进入卵内。卵巢排出的卵,进入输卵管内,当精子进入卵以后,卵子才最后成熟,完成第二次成熟分裂,排出第二极体。如果未能受精,卵子一直处于排卵时的成熟阶段,直到死亡解体。

一般认为,受精在输卵管上半部发生。精子进入母畜生殖道,到达受精部位需要数十分钟到数小时,且进入生殖道的精子并非同时到达受精部位。
当获能的精子和卵子相接触,精子首先与卵周围的放射冠相遇,这时精子顶体的外膜首先与精子的质膜相融合,顶体多处破裂,其中所含的顶体粒蛋白、透明质酸酶、酸性水解酶被释放出来,称为顶体反应。精子经过顶体反应,释放出透明质酸酶,可以溶解放射冠,通过透明带,接近卵黄膜。受精时,精子的头尾都进入卵内,精子进入以后,卵母细胞的透明带立即发生变化,称为透明带反应,阻止其他精子穿过透明带。精子一旦与卵子的质膜接触后,卵子就开始发生一系列的变化,使卵得以激活。

精子入卵后,头尾分离,核内染色体解聚,头部迅速膨大,胞核出现核仁,形成明显的核膜。这种圆形的核称为雄原核。与此同时,卵排出第二极体,完全成熟并形成雌原核。雌雄原核逐渐在细胞中部靠拢,核膜消失,染色体彼此混合,形成二倍体的受精卵,又称为合子。受精过程到此结束。随后发生第一次卵裂,即普通的有丝分裂。

(二)卵裂、桑葚胚的形成  第一次卵裂:沿动物极(极体所在的一端)向植物极方向将合子一分为二,分裂后的细胞称为卵裂球。由于透明带的约束,卵裂的结果是,卵裂球数量不断增加,但卵裂球总的体积并不增大。卵裂并非完全同时进行,所以在某个时刻,卵裂球的数目可以为奇数。进行一定次数卵裂后形成一实心的胚胎,形似桑葚,故称为桑葚胚。

卵裂开始在输卵管内进行,随后胚胎迅速进入子宫。

(三)胚泡形成及附植  桑葚胚形成之后,卵裂球之间出现小的腔隙,而且腔隙中的液体越来越多,,腔越来越大,形成一个有腔的胚泡,也称为囊胚。在胚泡外围包围的一层细胞,称为滋养层,为将来形成胎膜的外胚层细胞。中央的腔称为囊胚腔,位于胚泡一侧的细胞群称为内细胞团,将来发育成为胚体和胚外部分。

胚泡逐渐长大,透明带逐渐变薄,胚泡从透明带中孵出,开始胚胎附植(着床)。胚胎附植是猪人身过程中最关键的阶段,很多胚胎损失就发生在这个阶段。猪的囊胚开始与子宫内膜发生接触大约在第7天透明带消失时。此时滋养层细胞迅速增殖。在妊娠11~13天期间,囊胚出现惊人转变。在第10天时,4~5毫米的椭园形囊胚到第13天时即可伸长到1米以上,呈线管状;但直径明显下降。在线管状胚胎的中部有一短小的膨大区,即胚盘。胚盘区子宫内膜表面可见有明显的“绿色荧光”(Keys和King,1988)。上皮细胞顶端表面变扁平,上皮下毛细血管渗透性增加。在妊娠第15天,Food(1974)研究发现,在邻近孕体的子宫上皮内富含17β-羟甾体脱氢酶,而其他部位和未妊娠的子宫则没有。

随着囊胚的伸长,由于胚囊液的积聚和滋养层的扩散不相一致,因而滋养层形成皱襞,于此同时子宫壁的皱襞加深,两层皱襞互相紧密贴近,一旦囊胚完成扩张,囊胚的移动便受到严格地限制。King等(1982)冲洗妊娠第16天的子宫发现,孕体的远侧部漂浮游离,而中部四周区域牢固地粘着。此时(或略早些)子宫上皮和囊胚表面的微绒毛开始出现交叉(Dantzer,1988),18天时徽绒毛间的连接完全形成(Crombie,1970),并在子宫内膜表面形成特殊的结构-乳头晕,为孕体的发育摄取营养。

(四)三胚层形成1、内胚层和外胚层的形成  胚泡附植以后,内细胞团继续增殖分化,形成由两层细胞构成的胚盘。靠近表面滋养层的为外胚层;下面的位居胚泡腔顶端的为内胚层。随后,在外胚层的近滋养层一侧出现一个腔,称为羊膜腔,腔壁为羊膜。此时外胚层构成了羊膜腔的底部。

2、中胚层的形成  随着胚泡的生长变长,圆形的胚盘变成卵圆形,胚盘外胚层的细胞迅速增殖,在尾侧中轴线上形成一条增厚的细胞索,称为原条。原条前端膨大,称为原结;原结的后部有一凹陷,称为原窝。原结处的细胞,在内外胚层之间的中轴线上向头侧生长,形成一条脊索。脊索继续生长,而原条则逐步缩短,最后消失。脊索在胚胎早期起支持作用,以后被脊柱所代替。

随着原条的形成,在胚盘后端的内外胚层之间逐渐分化出另一层细胞,即中胚层。中胚层的细胞不断增殖,向胚盘的四周扩展。在胚盘区的为胚内中胚层;在胚盘区外的为胚外中胚层。

四、胚体的形成、三胚层分化和组织器官的发生

(一)胚体的形成  由于胚盘各部分的生长速度不同,扁平形的胚盘周区向腹侧陷入并向中央集中,逐渐使胚体变为圆柱形。这时,外胚层的生长速度快于快于内胚层,使外胚层包在胚体的外部,而内胚层包在胚体的内部,形成头尾方向的原始消化管。

(二)胚层的分化与组织器官的发生  胚层分化成各种组织,称为组织发生;由各种组织互相协同构成各种器官的过程,称为器官发生。在胚胎发育过程中,由内、中、外三胚层分化形成的主要组织器官如下:

1、外胚层:神经系统及感觉器官上皮。肾上腺髓质部;垂体前叶;口腔、鼻腔的黏膜上皮;肛门、生殖道和尿道末端部分的上皮;皮肤的表皮及衍生物(蹄、角、毛、汗腺、皮脂腺、乳腺上皮)。

2、中胚层:各种肌组织;各种结缔组织;心血管淋巴系统;肾上腺皮质部;生殖器官及泌尿器官的大部分;体腔上皮等。

3、内胚层:消化系统从咽到直肠末端的上皮及壁内、壁外腺上皮;呼吸系统从喉到肺泡的上皮;甲状腺、甲状旁腺和胸腺上皮等。

五、胎膜与胎盘

猪的胚胎由于所含的卵黄物质很少,在母体子宫内发育,借助胎膜和胎盘与母体进行物质和营养交换,保证胎儿的正常发育。

(一)胎膜  家畜的胎膜也称为胚外膜,根据结构部位和功能,可以分为卵黄囊、羊膜、绒毛膜和尿囊。猪胎膜个体发生的最典型特征是在妊娠6~12天之间,胎膜经历一个迅速急骤伸长的时期。在这期间,胚胎由椭圆形长到1米以上,呈线状。伸长的原因是由于滋养层组织的增殖。尿膜最早在14天出现,15~16天羊膜形成,26天时尿膜血管贴近绒毛膜。由于尿膜伸展不到绒毛膜囊两侧顶端,所以往往出现坏死端。猪是多胎动物,维持正常妊娠至少有3个以上胎儿正常发育,每个胎儿的胎囊都是独立的,往往是一个尿膜绒毛膜凸入另一个尿膜绒毛膜囊之中,彼此粘连,但很少融合。

1、羊膜和绒毛膜  羊膜直接包围胎儿,绒毛膜则包围所有其他胎膜,并与子宫黏膜直接接触。羊膜腔内充满羊水。羊水由羊膜上皮细胞分泌,呈弱碱性,所含成分不甚稳定,其中有蛋白质、脂肪、葡萄糖、果糖、无机盐、尿素等。随着胚胎胃肠发育以及吞咽反射的建立,胚胎吞食羊水,消化残渣积蓄在肠内成为胎粪。

胎儿在羊水液体的环境中生长发育,既能调节温度,又能缓冲来自各方面的压力,保证了胎儿正常的形态发生。分娩时,胎膜破裂,羊水连同尿囊液外流,能扩张子宫颈,润滑产道,有利于分娩。

由于尿囊的接触与迅速扩大,绒毛膜与尿囊壁紧密相贴发育成尿囊绒毛膜。尿囊绒毛膜上着生有绒毛,与子宫黏膜紧密联系,构成了胎盘的基础,可以通过渗透进行物质交换。

2、卵黄囊  猪卵的卵黄含量少,但在胚胎发育过程中仍然有卵黄囊形成。卵黄囊早期较大,但很快缩小退化,胚胎卵黄囊在1个月左右完全消失,对胚胎的营养作用不大。

3、尿囊  猪的尿囊发展迅速,1个月左右可左右扩展至整个胚外体腔并包围羊膜。猪的尿囊分成左右两支,不完全保卫羊膜,所以除了有尿囊绒毛膜和尿囊羊膜存在以外,还有羊膜绒毛膜存在。尿囊腔内储存有尿囊液。尿囊液初期清亮,以后变成黄色至淡褐色,内含胎儿排泄的废物。

(二)脐带  起源于胚胎早期的体褶,随着胚胎的发育,逐步向腹部脐区集中缩细,被羊膜包围成长索状称脐带。脐带内部主要为粘性结缔组织,其中包括:尿囊柄、脐动脉、脐静脉。

(三)胎盘  胎盘由母体子宫内膜和胚胎的绒毛膜即母体胎盘和胎儿胎盘构成。胚胎在母体子宫内发育,通过胎盘从母体获得营养,并进行物质交换。随着胚胎的发育,胎儿和母体间通过胎盘的物质通透量不断增加,胎盘的形态结构也随之发生一系列的变化,主要表现为:体积增大,皱襞形成,绒毛和微绒毛发生等,以此增大通透面积,适应功能变化的要求。

猪的胎盘属于尿囊绒毛膜胎盘,由尿囊部分的绒毛膜与母体子宫壁之间建立联系,营养通过尿囊血管传递给胚胎。依据胎盘的形态和尿囊绒毛膜上绒毛的分布不同,猪的胎盘为分散性胎盘。除尿囊绒毛膜两端外,这种胎盘的绒毛或者皱褶比较均匀地分布在整个绒毛膜表面。皱褶与子宫内膜相应的凹陷部分相嵌合。另外,根据胎盘的组织结构和对母体子宫内膜的破坏程度,猪的胎盘为上皮绒毛膜胎盘。这种胎盘的组织层次结构比较完整,物质由母体血液渗透到胎儿血液中或反向渗透,都要经过六层屏障:母体血管内皮;子宫内膜结缔组织;子宫内膜上皮;胎儿绒毛膜上皮;绒毛膜间充质;绒毛膜血管内皮。这种胎盘子宫内膜没有破坏或破坏轻微,分娩时没有出血现象,也没有子宫内膜的脱落,故又称为非蜕膜胎盘。主要参考文献
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成令忠主编.《组织学与胚胎学》,第四版.人民卫生出版社,1996
沈霞芬主编.《家畜组织学与胚胎学》,第三版.中国农业出版社,2001
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张天荫编著.《动物胚胎学》,济山东科学技术出版社,1996
滕可导主编.《家畜解剖学与组织胚胎学》,高等教育出版社,2006
曾园山,常青主编. 《组织学与胚胎学》,科学出版社,2010
石玉秀主编.《组织学与胚胎学》,高等教育出版社,2008
滕可导主编.《彩图家畜组织学与胚胎学实验指导》,中国农业出版社,2008


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【关键词】精子 卵子 受精 卵裂 标准物质网 

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