胚胎学（完整版）

网络。和同源异形基因类似的 基因也已在包括人在内的多种脊椎动物的胚 胎中发现，统称同源框基因（homeobox gene)。分子胚胎学与实验胚胎学、细胞生 物学、分子遗传学等学科互相渗透，形成了一 个交叉学科，即发育生物学（developmental biology) o 生殖工程学是把某些实验胚胎学技术 向应用方面发展而形成的。例如把体外受 精、胚胎移植等技术用于治疗女性不孕症， 便于1978年在英国诞生了第一例试管婴儿； 把研究两栖类动物体细胞核的再分化能力 所用的核移植技术用于哺乳动物，克隆羊 多莉便于1997年轰动世界。 我国的胚胎学研究始于20世纪20年 代。朱洗（ 1899?1962)、童第周（1902?

1979)、张汇泉（1899?1986)等对这一领域 的科研和教学均卓有贡献。朱洗对受精的研 究，童第周对卵质与核的关系、胚胎轴性、 胚层相互作用的研究，张汇泉对畸形学的研 究，都开创和推动了我国胚胎学的发展。

克隆动物的先驱——戈登 1994年秋，在曼彻斯特大学举行的一 次学术盛会上，有来自全英的著名生命科 学家做演讲。我[本章作者]有幸在座。 演讲内容五花八门，听得人头昏脑胀。又 换人了。和前面那些高大硕壮的男女相比， 这回是个瘦小老头，华发苍颜，神色肃谨。 幻灯片打出来了-剑桥的Gurdon!

当学生时我读过他在20世纪60年代 初做的实验介绍。他把爪蟾耕抖的小肠上

皮细胞核吸出来，注进去核的卵细胞，结 果一部分卵发育成蝌蚪，其中一部分蝌蚪 又发育为成熟的爪蟾。核移植是斯佩曼在 2?世纪30年代末提出的，目的在于检验 巳分化细胞的核是否还保留完全的遗传信 息和再分化能力。在50年代，有人成功地 用早期蛙胚细胞核进行了这种实验。但用 完全分化的细胞核，戈登是第一人。后来， 他又用成体的表皮细胞核进行移植，卵发 育到了蝌蚪阶段。这些实验结果还提示， 在卵发育的早期阶段，卵细胞质发挥了决 定性的作用，这又导致了母体基因的发现。 时隔30年，戈登仍在用他喜爱的蟾蜍胚胎 进行形态发生子（morphogen)研究。 1997年，Wilmut在爱丁堡

宣布，用 成体细胞核移植成功的克隆羊多莉诞生了， 这一消息立即被国际传媒爆炒。不懂的人 问我。我说，这不过是第一头克隆哺乳动 物，克隆癞蛤蟆在三十几年前就有了。我 不由回忆被今日的明星Wi1mut踩着肩膀的那位瘦小巨人。我想，这一代代踩着肩 膀向上攀登的胚胎学家们最终可能达到的 顶峰是什么呢？其实，当年戈登的实验结 果一公布，人们

就猜到了 ：人的无性繁殖， 现称克隆人。这可是一只禁果，总有人按 捺不住品尝的欲望，而社会伦理的上帝不 允许。

第21章胚胎发生总论 在胚期，受精卵发育为初具人形的胎 儿，这是整个胚胎发育的关键时期。本章 叙述其总体的发生过程以

及胚胎与母体的 关系。胚体各个系统的发生过程将在以后各章介绍。 一．生殖细胞和受精 (一）生殖细胞

生殖细胞（germ cell)又称配子（gamete), 包括精子和卵子（见第18、19章）。 精子为单倍体细胞，核型为23，X或 23，Y，它们具有定向运动的能力和使卵 子受精的潜力，但是尚无穿过卵子周围的 放射冠、释放顶体酶、穿过透明带的能

力。这是由于精子头的外表面被一层来自 精液中的糖蛋白覆盖，能阻止顶体酶释 放。精子通过子宫和输卵管时，该糖蛋白被去除，从而使精子获得了使卵子受精的 能力，此现象称获能（capacitation )。精子在女性生殖管道内的受精能力一般可维 持1天。

从卵巢排出的卵子处于第二次减数分 裂的中期，进人并停留在输卵管壶腹部。 当与精子相遇，受到精子穿入其内的激发， 卵子才完成第二次减数分裂。若未受精， 则在排卵后12?24小时退化。 (二）受精

受精（fertilization)指精子与卵子结合 形成受精卵的过程，一般发生在输卵管壶 腹部。正常成年男性一次可射出3亿?5亿 个精子，其中300?500个最强壮的精子能通 过鞭毛运动抵达输卵管壶腹部。虽然最终 只有一个精子能与卵子结合，但其他精子 的作用必不可少。受精的过程可分为三期 (图 21-1)。

1.大量获能的精子接触到卵子周围的 放射冠时；即开始释放顶体酶，解离放射

冠的卵泡细胞，这样部分精子可径直接触 到透明带。 2.接触到透明带的精子与ZP3，即精 子受体结合，然后释放顶体酶，在透明带 中溶蚀出一条孔道，精子头部便接触到卵 子。精子释放顶体酶，溶蚀放射冠和透明 带的过程称顶体反应（acrosome reaction)。 在这一过程中顶体的前膜与精子头部表面 的细胞膜融合后破裂，形成许多小孔，顶 体内含的酶类得以排出。 3.精子头侧面的细胞膜与卵子细胞膜 融合，’随即精子的细胞核及细胞质进人卵 子内，精子与卵子的细胞膜

融合为一体。 精卵结合后，卵子浅层胞质内的皮质颗粒 立即释放酶类，使透明带结构发生变化， 特别是使ZP3分子变性，不能再与精子结 合，从而阻止了其

他精子穿越透明带，这 ~'过程称透明带反应（zona reaction)。这~* 反应保证了正常的单精受精。偶尔，也有 两个精子同时进入卵子，然而，三倍体的 胚胎或者中途流产，或者出生后夭亡。

同时，卵子迅速完成第二次减数分裂， 排出一个第二极体。此时精子和卵子的细 胞核分别称为雄原核（male pronucleus)和 雌原核（female pronucleus )。两个原核逐渐在细胞中部靠拢，核膜消失，染色体混合， 形成二倍体的受精卵（fertilized ovum)，又 称合

子（zygote)(图21-2)，受精过程到此完成。

发育正常并已获能的精子与发育正常 的卵子在限定的时间相遇是受精的基本条 件。应用避孕套、子宫

帽、输卵管或输精 管结扎等措施，可阻止精、卵相遇，达到 避孕目的。

受精的意义在于：①精子与卵子的结 合，恢复了细胞的二倍体核型；同时，来 自双亲的遗传物质随机组合，加之生殖细 胞在减数分裂时曾发生染.色体联合和片段 交换，因而由受精卵发育而来的新个体既 维持了双亲的遗传特点，又具有与亲代不 完全相同的性状。②受精决定新个体的遗传性别。带有Y染色体的精子与卵子结合， 发育为男性；带有X染色体的精子与卵子 结合，发育为女性。③精子进人卵子，犹 如中子轰击入铀原子核后引发剧烈的级联 反应一样，使原本相对静止的卵子转入旺 盛的能量代谢与生化合成，受精卵开始进 行细胞分

裂，启动了胚胎发育的进程。

张民觉——为“试管婴儿”铺路的人

生殖是生物最基本的特征之一，物种 主要依赖生殖细胞而延续。交配后雌雄生 殖细胞的融合过程（受精）一直是研究热 点之一。体外受精（In

vitro

fertilization， IVF)是指在体外环境完成精 |卵结合的过程。早在1878年，德国的 Schenk将卵细胞和附睾内精子放入子宫液 中进行孵育，观察到第二极体的产生及卵 裂现象。但是，直到20世纪40年代，只 有极少数研究者进行哺乳动物体外受精获 得成功，.但实验难以重复，说明这一阶段 的体外受精工作主要是建立在经验基础上， 带有偶然性。

1951年，美籍华人学者张民觉设计了 在雌兔排卵前和排卵后不同时间将雄兔精液置于雌兔输卵管中，观察受精情况。结果发现，只有在排卵前6小时置入输卵管 内的精子才能与卵子结合。说明至少要6 小时，精子才能具有受精能力。因此，他提出获能是受精的先决条件。同年， Austln也发现获能现象。他们的发现，被称为“张-奥斯汀原理”。获能现象的发现 有力地推动了体外受精研究。1959年，张 民觉用体外获能的兔精子进行体外受精， 然后将早期胚胎植入子宫，获得世界上首例“试管动物”——试管兔。1963年，张 民觉等发现，只需在简单培养液中对精子 做获能处理，即可进行体外受精，这又加速了体外受精研究的进程。张

民觉的工作 为后来试管婴儿的研究奠定了基础。1978 年，第一例试管婴儿Louise Brown在英 国出生，这是体外受精技术走向成熟的划 时代事件，是医学和生物学的一次革命。 30年来，世界上巳有数十万试管婴儿 (test tube baby)出生，为不育家庭带 来了幸福。 (徐晨)

[参考读物]张民觉?研究哺乳动物 精作用的历史和背景.生理科学进展， 1983，14： 289-291. 二.胚泡形成和植入 (一）卵裂和胚泡形成 受精卵一旦形成，便开始一边向子宫 方向移行，一边进行细胞分裂。由于子细胞被透明带包裹，在分裂间期无生长过程， 仅原受精卵的胞质被不断分到子细胞