复旦现代生物科学导论课件-11生殖和发育

第一节生殖的方式第二节发育的类型第三节人类生殖第四节发育机制第十一章生殖和发育生物能够生生不息，一代一代增殖大量的个体。这是生物和非生物的根本差别之一，也是仅次于新陈代谢的生物的根本特征生物个体数目代代增加即是繁殖(multiplication)动物年龄/a马62羊18猫21牛30狗34黑猩猩37印度象57动物年龄/a蝙蝠2夜莺3.5鸽35鹦鹉64龟123鳖177金鱼25植物年龄/a云杉350-400刺柏544栎树1500巨杉2200-2300一、无性生殖(asexualreproduction)第一节生殖的方式二、有性生殖(sexualreproduction)(一)无性生殖定义由生物个体的营养细胞或营养体的一部分，直接生成或经过孢子而产生出两个以上能营独立生活的子体的方式即称无性生殖。无性生殖时传种细胞没有性别之分。一、无性生殖(二)无性生殖分类1.分裂生殖2.出芽生殖3.营养生殖4.无性孢子繁殖5.再生1.分裂生殖以细胞分裂的方式将一个母体平均分裂为体积、形状和结构相同的两个新个体。分裂生殖2.出芽生殖是二裂体生殖的变相方式。由母体长出的新个体，形状与母体相同，仅大小不同。酵母珊瑚水螅3.营养生殖它是以植物体的营养器官(根，茎，叶)形成新个体的方式来繁殖的。秋海棠4.无性孢子繁殖以母体先产生一个专管生殖的器官—孢子囊，囊中产生许多孢子细胞。孢子囊成熟时孢子细胞脱离母体散出，遇合适的条件，就发育成新个体。无性孢子繁殖5.再生机体的某些部分组织或器官受到创伤或损伤时，具有修复的能力称再生能力盘藻伞藻喇叭虫蜗虫(三)无性生殖的特点⒈无两性的结合，遗传性与亲本相同，有利于保持亲本的优良性状。⒉不经过胚胎发育阶段，生长发育的过程较短，有利于种族的繁衍。二、有性生殖(sexualreproduction)有性生殖是生物界传种接代的基本方法。有性生殖共同方式在于：传代通过有性别的细胞或配子(gamete)并由异性配子相结合成为合子(zygote)。(一)有性生殖的定义两个异性细胞相结合而产生新的一代个体的方式称为有性生殖。(二)有性生殖的分类1.接合生殖(conjugation)2.配子生殖(gametogony)3.雌雄同体(hermaphroditism)4.孤雌生殖(或单性生殖)(parthenoenesis)5.幼体生殖(童体生殖)(paedogenesis)1.接合生殖(conjugation)定义：两个同形配子彼此暂时胶合在一起，进行核质交换的生殖形式。(1)细菌的有性生殖有些大肠杆菌除染色体DNA外，还有另一个小的环状DNA分子，称为F因子或F质粒。只有F+和F－细菌相遇才能互相结合。有一种带F因子的菌株称为Hfr株(高频重组菌株)，它的接合能力很强，但它和F－细菌接合时只能把一段DNA(基因)输送给F－，但不输送F因子，因而接合后，F－仍是F－。(2)水绵的接合生殖“＋”性原生质通过接合管到“－”性细胞内与它的原生质结合，形成了一个合孢子(zygospore)。合孢子外壳加厚，可抵抗不良的环境。合孢子进行减数分裂，形成了4个只有单倍染色体数(n)的有性孢子。有性孢子在环境转好时萌发为水绵营养体。水绵的接合生殖(3)草履虫的接合生殖2.配子生殖(gametogony)定义：这种生殖方式是先由母体产生有性分化的配子(gamete)，配子结合成合子(zygote)，再由合子产生新个体。配子生殖分(1)同配生殖(2)异配生殖(3)卵式生殖(1)同配生殖是异性同型细胞相结合成合子，配子在形态，大小，结构，运动能力等相同，合子进行减数分裂产生有机体。衣滴虫1无性个体2配子在母细胞内发育3单一的配子4结合前原生质聚在一端5配子结合16配子结合27配子结合38合子(2)异配生殖藻体一部分形成精子器，内部产生小孢子，成熟后成精子；另一部分形成藏卵器，内部产生大孢子，成熟后成卵子。配子的大小不同，形态结构一样。实球虫的异配生殖1群体的构造2游出配子3～5配子配合6合子7～9合子形成群体(3)卵式生殖卵大，含丰富的营养物质，但不能运动；精子小，含营养物质很少，但运动能力强。精子游向卵，精子核与卵核融合(受精)而成合子，或称受精卵。卵配中，卵承担了贮藏食物的任务，保证受精卵发育的需要；精子轻装活泼，游泳能力强，有利于找到卵子，实现受精。卵式生殖团走子的卵式生殖1无性方式产生的子群体；2卵；3鞭毛个体；4胶态基质；5合子；6精子；7产生精子的胚细胞3.雌雄同体(hermaphroditism)植物：雌雄同株同花；雌雄同株异花，动物：无脊椎动物中雌雄同体的也很多。大多寄生虫，如绦虫等都是雌雄同体的。蚯蚓也是雌雄同体的。但大多雌雄同体的动物都是异体受精的，如涡虫、蚯蚓等。后螠后螠(Bonellia)，这是一种海产的与环节动物很接近的动物，雌虫有吻。雄虫很小，长不过1mm一3mm，栖居于雌虫的子宫或体腔中，器官大多退化。幼虫如若一直在海水中自由生活，即发育为雌虫，如不自由活动而附着于成长的雌虫体上，则由雌虫分泌的某些促雄物质的刺激，发育成雄虫。这种方式的分化符合生物进化中的经济原则，因为这可防止过多雄虫的产生，而使多数成虫成为能产生后代的雌虫。后螠(Bonellia)后螠(Bonellia)后螠(Bonellia)4.孤雌生殖(或单性生殖)(parthenoenesis)由雌体产生的雌性配子或卵细胞不经过受精，单独发育成子代的生殖方式。蚜虫行孤雌生殖，但多种蚜虫都在夏季进行孤雌生殖，秋末最后一代蚜虫方才生出两性卵，分别发育成雌体和雄体，行有性生殖。受精卵来年发育成孤雌生殖的雌体。5.幼体生殖(童体生殖)(paedogenesis)是由雌体产生的雌性配子或卵细胞不经过受精，单独发育成新个体的一种单性生殖方式。不同的是，雌体动物尚处于幼体未成熟阶段，就开始产卵或在体内形成胚体。A吸虫B昆虫童瘿蚊(Miaster):幼虫体内的卵未经受精就能发育成新的幼虫。这些幼虫以原来的幼虫身体为食，以后钻出体外或直接化蛹，或在蛹体内再产生后代。吸虫在中间宿主体内的胞蚴(sporocyst)和雷蚴(redia)的幼虫阶段，就以幼体生殖的方式大量地增值个体数量。(三)有性生殖的特点2.丰富的遗传性，使后代具有更适应外界环境的能力。1.由于有性生殖是通过两性细胞结合而发育来的，所以从两个不同的亲本细胞获得的遗传特性比较丰富，变异性也大。三、世代交替(alternationofgenerations)定义：在动物或植物一个生命循环的生殖活动中，有性个体和无性个体交替出现，这种现象叫做世代交替。日本血吸虫海带的世代交替：孢子囊产生游动孢子，经过减数分裂分别发育成雌雄配子体，形成精子囊和卵囊，受精发育成2n孢子。海带的世代交替：孢子囊产生游动孢子，经过减数分裂分别发育成雌雄配子体，形成精子囊和卵囊，受精发育成2n孢子。生长则仅仅是生物体的重量和体积的增加。发育是指生物体生活史中，构造和机能从简单到复杂的变化过程，这个过程主要由细胞的分化和特化来实现。第二节发育的类型发育必然导致或多或少的永久性的结构改变。发育是典型的渐进和积累的现象，它可跨越生命史的相当长的段落。动物和植物的发育类型极不相同，下面将分别叙述。一、动物的发育(一)精子和卵的发生(三)胚胎发育(二)受精1.精子发生(一)精子和卵的发生精子释放过程精子的结构和运动精子的形态精子的形态2.卵子发生：在卵巢内进行卵原细胞经过增殖期分裂后，卵原细胞形成合胞体。卵子发生的同步化程度高。第一次成熟分裂前期结束，卵原细胞分开。初级卵母细胞蛙的次级卵母细胞进入生长期，从50微米到2000微米，豹蛙卵体积增加27000倍。持续时间几十年、几年、几天。次级卵母细胞进行第二次成熟分裂，等待受精。卵细胞或卵定义(二)受精精子和卵子融合而成受精卵或合子的全过程称为受精(fertilization)1.受精方式体外受精体内受精体外受精---太平洋光虫南太平洋萨摩亚群岛海洋中的多毛纲动物光虫，每年十一月为其生殖季节。此时光虫生殖能力根强，体形也随之大变化(异型化)：身体后部体节完全变为生殖体节，其中充以精子或卵，黎明三四点钟时大群光虫从岩穴中游至水面，将满含精子或卵的身体后段甩断，然后又潜入水下。体外受精---太平洋光虫身体后段中的精子和卵在海水中完成受精而成受精卵。光虫的大量集中，以及大量受精卵的产生，常使大片水面变白，蔚为奇观。当地土著视光虫受精卵为美味，大量捞食。但光虫并未因此而绝灭，精子和卵排放量之大，于此可见。很多动物，特别是陆生动物，如昆虫、爬行类、鸟类和哺乳类等都是体内受精。体内受精远比体外受精的效率高。伴随着体内受精的出现，动物发展了交配器官和第二性征，赖此以达到交配和受精的目的。体内受精顶体排放水解酶使卵子的胶状膜溶解，顶体同时还释放出一些特殊蛋白质分子盖在精子前端伸出的突起上，使突起能和卵黄膜上的受体结合，从而能穿过卵黄膜而与卵子的质膜接触。然后精子的质膜和卵子的质膜融合，精子核由此而入卵，精子的尾则遗留在外而消失。2.精卵融合顶体形成顶体形成过程顶体是由高尔基体形成的。精子细胞的高尔基体是由一系列的膜所组成，以后产生许多小液泡，它们彼此合成一个集合体。开始由一个或几个液泡扩大，并在液泡中出现一个小的致密体，称为顶体前颗粒(proacrosomalgranule)。有时可同时发生几个液泡和几个颗粒，但最终合成一个大的液泡，内含一个大的颗粒，称为顶体颗粒(acrosomalgranule)。由于液泡失去液体，以致液泡的壁扩展于顶体颗粒之外以及核的前半部组成一双层膜状，称为精子的头帽。顶体颗粒往往变扁而附着在核的前端，这就是顶体。剩余的高尔基体逐渐退化，最后被分解。盘管虫精子头部正中切面1.核；2.核膜和顶体膜之间的物质；3.顶体膜内区的颗粒层；4.顶体膜内区；5.顶体膜外区；6.顶体膜外区的颗粒层；盘管虫精子头部正中切面7.顶囊；8.顶体膜内区的顶体小管；9.顶体膜中区的颗粒层；10.顶体膜中区；11.质膜；12.核膜；13.顶体囊腔盘管虫精子头部正中切面盘管虫精子核的前端有一顶体，它的最外面是一连续的膜，中央有一顶体颗粒，四周为一空腔。顶体颗粒比较大的，顶体直接连到顶体膜，颗粒的轮廓十分清楚而没有膜。A-F.盘管虫精子通过卵黄膜的图解1.核；2.顶体颗粒；3.顶体囊腔；4.卵黄膜外层；5.核膜；6.核膜和顶体膜间的物质；7.精子的质膜；A-F.盘管虫精子通过卵黄膜的图解8.顶体膜外区的颗粒层；9.顶体膜外区；10.顶体小管；11.顶体膜中区的颗粒层；12.卵的质膜；G-L.盘管虫精子进入卵内的图解1.核；7.精子的质膜；8.顶体膜外区的颗粒层；9.顶体膜外区；10.顶体小管；G-L.盘管虫精子进入卵内的图解11.顶体膜中区的颗粒层；12.卵的质膜；13.受精锥；14.精子的质膜(即前顶体膜)；15.卵黄膜中层盘管虫卵子卵黄膜是由外、中、内三层所组成，平均厚度达3－4微米。(A)外层的特点是有许多小而圆的环，彼此紧密相连形成一有规则的排列。当精子与卵黄膜接触后慢慢进入卵子时，先在外膜形成一个孔(B)，顶体的顶部先启开，(C)精子的质膜和顶体膜相融合，这样使(D)顶体的内含物向外翻出。(E-F)顶体颗粒在精子穿过卵黄膜的中层时迅迫消失，可能与顶体的溶解素溶解卵黄膜有关。与此同时，(D-F)位于顶体囊基部顶体小管(相当于顶体丝)伸长，(G-H)最终与卵子质膜相接触。与顶体小管相接触的卵细胞质(I)形成受精锥．(J)将精子的头部包围，以后(K)顶体小管消失，(L)精卵细胞质膜互相融合形成一共同连续的膜，至此精子完全被卵子“拖入”。以文昌鱼为例从精子进入卵细胞，形成受精卵开始；(三)胚胎发育青岛文昌鱼在24.5℃海水中受精后50分钟就进行第一次卵裂。两栖类受精后两小时后细胞分裂，进入卵裂期。1.卵裂期：此时细胞经过两次经裂（纵向的），成4细胞，继而纬裂，形成8细胞，而且分为细胞较小的动物极和细胞较大的植物极，继续分裂，细胞增多，形成一个实心球。大小基本和受精卵一样。早期的卵裂不伴随细胞的生长。卵裂是较快的过程，在卵裂过程