本文關(guān)鍵詞： 發(fā)育 生物學(xué) 緒論 Introduction .ppt　　

發(fā)育生物學(xué)西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院DEVELOPMENTAL BIOLOGY 論 緒論 (Introduction)一、發(fā)育生物學(xué)的任務(wù)和研究對象1. 發(fā)育生物學(xué) （developmental biology) 是應(yīng)用現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)研究生物體發(fā)育的過程及其變化機制的科學(xué)研究生物體發(fā)育的過程及其變化機制的科學(xué) 。它是20 世紀50年代在年代在 胚胎學(xué) （embryology) 的基礎(chǔ)上，隨著分子生物學(xué)、遺傳學(xué)、細胞生物學(xué)和生物化學(xué)等分子生物學(xué)、遺傳學(xué)、細胞生物學(xué)和生物化學(xué)等學(xué)科的發(fā)展以及它們與胚胎學(xué)的相互滲透而興起的一門新的前緣學(xué)科。學(xué)科的發(fā)展以及它們與胚胎學(xué)的相互滲透而興起的一門新的前緣學(xué)科。2. 發(fā)育生物學(xué)研究從生殖細胞發(fā)生、受精、胚胎發(fā)育、生長、成熟、衰老和死亡從生殖細胞發(fā)生、受精、胚胎發(fā)育、生長、成熟、衰老和死亡，即個體發(fā)育中生命現(xiàn)象發(fā)展的機制，以及，即個體發(fā)育中生命現(xiàn)象發(fā)展的機制，以及 異常發(fā)育如腫瘤、畸形 等。 3. 發(fā)育生物學(xué)研究的核心問題是 細胞分化 (cell differentiation). 細胞分化是指由一種類型的細胞產(chǎn)生的細胞類型的多樣性。4. 發(fā)育生物學(xué)研究有機體細胞的每一個分子、每一個細胞、每一種組織、每一個器官和每一種有機體，因為它們的起源和形成都離不開發(fā)育。珠蛋白基因的轉(zhuǎn)錄和青蛙鰓的形成對發(fā)育生物學(xué)家來說是同樣正當(dāng)?shù)膯栴}。發(fā)育生物學(xué)的研究并不局限于有機體的任一系統(tǒng)、組織或器官。這意味著發(fā)育生物學(xué)可能是生物學(xué)科的最廣泛的概括。發(fā)育的研究把所有的生物學(xué)領(lǐng)域連接在一起。發(fā)育生物學(xué)研究有機體細胞的每一個分子、每一個細胞、每一種組織、每一個器官和每一種有機體，因為它們的起源和形成都離不開發(fā)育。珠蛋白基因的轉(zhuǎn)錄和青蛙鰓的形成對發(fā)育生物學(xué)家來說是同樣正當(dāng)?shù)膯栴}。發(fā)育生物學(xué)的研究并不局限于有機體的任一系統(tǒng)、組織或器官。這意味著發(fā)育生物學(xué)可能是生物學(xué)科的最廣泛的概括。發(fā)育的研究把所有的生物學(xué)領(lǐng)域連接在一起。 二、發(fā)育的基本模式（一） 發(fā)育的基本特點:多細胞有機體的產(chǎn)生是一個相對緩慢和漸進的變化過程，我們將其稱為多細胞有機體的產(chǎn)生是一個相對緩慢和漸進的變化過程，我們將其稱為 發(fā)育 （development) 。 其特征是具有嚴格的時間和空間的次序性，這種次序性是由發(fā)育的遺傳程序控制，發(fā)育是有機體的各種細胞協(xié)同作用的結(jié)果其特征是具有嚴格的時間和空間的次序性，這種次序性是由發(fā)育的遺傳程序控制，發(fā)育是有機體的各種細胞協(xié)同作用的結(jié)果, 也是一系列基因網(wǎng)絡(luò)性調(diào)控的結(jié)果.發(fā)育完成兩大功能：1. 產(chǎn)生細胞的多樣性和在每一代中的條理性。從單個的受精卵產(chǎn)生不同類型的細胞，如肌肉細胞、皮膚細胞、神經(jīng)元、淋巴細胞、血細胞和所有其它類型的細胞。我們把細胞多樣性的產(chǎn)生稱為。從單個的受精卵產(chǎn)生不同類型的細胞，如肌肉細胞、皮膚細胞、神經(jīng)元、淋巴細胞、血細胞和所有其它類型的細胞。我們把細胞多樣性的產(chǎn)生稱為 分化 （differentiation) ， 是一個質(zhì)變的過程。由已分化的細胞形成組織和器官的過程稱為是一個質(zhì)變的過程。由已分化的細胞形成組織和器官的過程稱為 形態(tài)發(fā)生 （morphogenesis) 。 發(fā)育的過程還包括發(fā)育的過程還包括 生長 （growth) ， 這是一個量變的過程。2. 確保從一代到下一代生命的連續(xù)性, 即 增殖 （reproduction). 以保證該物種新個體的持續(xù)產(chǎn)生。以保證該物種新個體的持續(xù)產(chǎn)生。 （二）發(fā)育的基本過程：1. 配子發(fā)生 (gametogenesis) ： 產(chǎn)生成熟的精子 （sperm) 和卵子 (ovum)的過程。2. 受精 (fertilization) ： 為精子和卵子相遇并結(jié)合的過程。3. 卵裂 (cleavage) 和 囊胚 (blastula) ： 受精卵連續(xù)分裂，產(chǎn)生的細胞稱為卵裂球 （blastomeres) ， 然后由它們形成多細胞的囊胚。4. 原腸形成 (gastrulation): 囊胚的細胞經(jīng)過多種多樣的形態(tài)發(fā)生運動（ （morphogenetic movement ） 產(chǎn)生由外胚層 (ectoderm) 、中胚層(mesoderm) 和內(nèi)胚層 (endoderm) 組成的原腸胚 （gastrula ） 。5. 器官發(fā)生 （organgenesis ）： 三胚層的細胞相互作用分化形成各種不同器官的原基。6. 變態(tài) (metamorphosis) ： 有些動物，如兩棲類和昆蟲，在發(fā)育過程中經(jīng)歷一個幼蟲 （larva ） 階段，然后經(jīng)過“脫胎換骨”的變化發(fā)育為成體的過程。 三、發(fā)育生物學(xué)的發(fā)展簡史發(fā)育生物學(xué)是由于細胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、生物化學(xué)及分子生物學(xué)等其他生命學(xué)科的發(fā)展和與胚胎學(xué)的相互滲透，在胚胎學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展和形成的一門新興的生命科學(xué)。發(fā)育生物學(xué)是由于細胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、生物化學(xué)及分子生物學(xué)等其他生命學(xué)科的發(fā)展和與胚胎學(xué)的相互滲透，在胚胎學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展和形成的一門新興的生命科學(xué)。（一） 先成論 (preformation) 和后成論 (epigenesis)早在公元前, Aristotle (384 一322) 認為動物胚胎和成體動物各種結(jié)構(gòu)形成的原因只有兩種可能：認為動物胚胎和成體動物各種結(jié)構(gòu)形成的原因只有兩種可能：一是卵子或精子中本來具有微小的結(jié)構(gòu)一是卵子或精子中本來具有微小的結(jié)構(gòu) ，在發(fā)育過程中逐漸長大形成胚胎和成體的結(jié)構(gòu)；二是卵子或精子中本來并不具有這些結(jié)構(gòu)，而是在發(fā)育過程中逐漸形成的二是卵子或精子中本來并不具有這些結(jié)構(gòu)，而是在發(fā)育過程中逐漸形成的.在觀察雞和一些無脊椎動物胚胎發(fā)育的基礎(chǔ)上，他首先提出了胚胎是在觀察雞和一些無脊椎動物胚胎發(fā)育的基礎(chǔ)上，他首先提出了胚胎是 由簡單到復(fù)雜 逐漸發(fā)育 形成的（ 后成論）。但到了公元）。但到了公元17 世紀后期和18 世紀，以 精源學(xué)說 和 卵源學(xué)說為代表的為代表的 先成論占統(tǒng)治地位。 精源學(xué)說認為胚胎預(yù)先存在于精子中，卵源學(xué)說則認為卵子中本來就存在微小的胚胎雛形。其共同點都占統(tǒng)治地位。 精源學(xué)說認為胚胎預(yù)先存在于精子中，卵源學(xué)說則認為卵子中本來就存在微小的胚胎雛形。其共同點都 認為胚胎是成體的雛形 ，是配子中本來固有的結(jié)構(gòu),胚胎發(fā)育僅僅是原有結(jié)構(gòu)的增大。胚胎發(fā)育僅僅是原有結(jié)構(gòu)的增大。1759 年德國Wollf (Theoria Generationis 和Formatione Intestinorum) 再次提出了再次提出了 后成論 觀點。Wollf根椐對雞胚發(fā)育的觀察，認為卵子中本來并不存在胚胎結(jié)構(gòu)，胚胎與成體也并不相同，胚胎發(fā)育是逐漸變化的過程。根椐對雞胚發(fā)育的觀察，認為卵子中本來并不存在胚胎結(jié)構(gòu)，胚胎與成體也并不相同，胚胎發(fā)育是逐漸變化的過程。 后成論直到19 世紀才為人們所接受 。 （二）胚胎學(xué) (embryology)1. 描述胚胎學(xué) (descriptive embryology)2. 比 較胚胎學(xué) (comparative embryology): 重演學(xué)說 (recapitulationtheory) 或 生物發(fā)生律 (biogenetic law) 和 進化論 (evolution theory) 。3. 實 驗 胚 胎 學(xué) (experimental embryology): 鑲 嵌 型 發(fā) 育 (mosaicdevelopment; Weismann, determinant; Roux) 和 調(diào)整型發(fā)育 (regulativedevelopment; Driesch)胚胎是由一個單細胞的合子經(jīng)過一系列的分裂和分化產(chǎn)生的。19 世紀80 年代,Weismann就提出了關(guān)于細胞、染色體和基因與胚胎發(fā)育關(guān)系的理論。他就提出了關(guān)于細胞、染色體和基因與胚胎發(fā)育關(guān)系的理論。他 認為合子的細胞核含有大量特殊的信息物質(zhì)——決定子 (determinants), 在卵裂的過程中被平均分配到子細胞中去控制子細胞的發(fā)育命運。細胞的命運實際上是由卵裂時所獲得的合子核信息早已預(yù)定的。這一類型發(fā)育稱為在卵裂的過程中被平均分配到子細胞中去控制子細胞的發(fā)育命運。細胞的命運實際上是由卵裂時所獲得的合子核信息早已預(yù)定的。這一類型發(fā)育稱為 嵌合型發(fā)育 。 Weismann 理論的核心 強調(diào)早期卵裂必須是不對稱分裂。由于合子成分的不均勻分布，其卵裂的結(jié)果產(chǎn)生的子細胞彼此之間是完全不同的。胚胎學(xué)家。由于合子成分的不均勻分布，其卵裂的結(jié)果產(chǎn)生的子細胞彼此之間是完全不同的。胚胎學(xué)家 Roux (1887) 用燒熱的針破壞兩細胞期蛙胚的一個分裂球，結(jié)果存活的另一個分裂球只發(fā)育為半個胚胎。由此他用燒熱的針破壞兩細胞期蛙胚的一個分裂球，結(jié)果存活的另一個分裂球只發(fā)育為半個胚胎。由此他認為蛙的認為蛙的 胚胎發(fā)育存在嵌合型發(fā)育機制 ，細胞的特征和命運是在卵裂的過程中決定的細胞的特征和命運是在卵裂的過程中決定的。但是。但是 Driesch (1891) 用海膽為實驗材料重復(fù)Roux的實驗卻得到了完全不同的結(jié)果。他在海膽兩細胞時期將兩個分裂球分開的實驗卻得到了完全不同的結(jié)果。他在海膽兩細胞時期將兩個分裂球分開,得到了兩個發(fā)育正常的、個體較小的 海膽幼體。得到了兩個發(fā)育正常的、個體較小的 海膽幼體。Driesch的實驗結(jié)果第一次證明發(fā)育過程中存在的實驗結(jié)果第一次證明發(fā)育過程中存在 調(diào)整型發(fā)育 機制。 4. 胚胎誘導(dǎo) 作用(embryonic induction) 和 組織者(organizer;Spemann 和Mangold, 1924)Driesch(1876-1941)提出的調(diào)整型發(fā)育機制已經(jīng)涉及細胞之間的相互作用，但是一直到誘導(dǎo)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)之后，人們才真正認識到，提出的調(diào)整型發(fā)育機制已經(jīng)涉及細胞之間的相互作用，但是一直到誘導(dǎo)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)之后，人們才真正認識到，細胞之間的相互作用是胚胎發(fā)育最重要的核心 問題.誘導(dǎo)是指一類組織與另一類組織的相互作用 ，前者稱為 誘導(dǎo)者(inductor) , 后者稱 反應(yīng)組織 ，誘導(dǎo)者可指令鄰近反應(yīng)組織的發(fā)育.1924 年Spemann 進行了 著名的胚孔背唇移植實驗。將蠑螈原腸胚早期的胚孔背唇組織移植到另一同期受體胚胎的胚孔側(cè)唇表面，隨著受體胚胎發(fā)育的進程，大部分移植組織也內(nèi)陷進入胚胎內(nèi)，發(fā)現(xiàn)到原腸胚后期誘導(dǎo)產(chǎn)生了另一個次生胚。由于胚孔背唇組織。將蠑螈原腸胚早期的胚孔背唇組織移植到另一同期受體胚胎的胚孔側(cè)唇表面，隨著受體胚胎發(fā)育的進程，大部分移植組織也內(nèi)陷進入胚胎內(nèi)，發(fā)現(xiàn)到原腸胚后期誘導(dǎo)產(chǎn)生了另一個次生胚。由于胚孔背唇組織具有調(diào)控和組織一個幾乎完整的胚胎產(chǎn)生的特殊能力具有調(diào)控和組織一個幾乎完整的胚胎產(chǎn)生的特殊能力, 故稱 組織者 。 發(fā)育中的誘導(dǎo)和細胞之間相互作用的重要性才因此得到充分的重視。由此重大發(fā)現(xiàn)發(fā)育中的誘導(dǎo)和細胞之間相互作用的重要性才因此得到充分的重視。由此重大發(fā)現(xiàn), Spemann 在1935 年獲得 諾貝爾醫(yī)學(xué)獎. （三） 細胞學(xué)理論和胚胎學(xué)1839 年德國植物學(xué)家Schleiden 和生理學(xué)家Schwann 指出，所有生物有機體都由細胞構(gòu)成所有生物有機體都由細胞構(gòu)成，細胞是生命的基本單位；通過細胞的有絲分裂產(chǎn)生其他細胞。因此，細胞是生命的基本單位；通過細胞的有絲分裂產(chǎn)生其他細胞。因此發(fā)育也必然是逐漸變化的過程發(fā)育也必然是逐漸變化的過程. 在胚胎發(fā)育中, 通過受精卵的分裂產(chǎn)生許多新細胞和新的細胞類型產(chǎn)生許多新細胞和新的細胞類型.到19 世紀40年代，對卵子的特性開始有所認識，認識到卵子也是一個細胞（年代，對卵子的特性開始有所認識，認識到卵子也是一個細胞（ 一個特殊細胞 ）。Weismann 進一步提出后代所具有的雙親遺傳特性來自于生殖細胞后代所具有的雙親遺傳特性來自于生殖細胞，來自于兩性配子所攜帶的遺傳特性。之后，來自于兩性配子所攜帶的遺傳特性。之后 對海膽等的研究進一步顯示，在受精初期的研究進一步顯示，在受精初期 受精卵中包含兩個細胞核，其中一個來源于卵子，另一個來源于精子，在受精過程中兩個細胞核融合。到，其中一個來源于卵子，另一個來源于精子，在受精過程中兩個細胞核融合。到19 世紀后期，人們通過一系列研究 認識到，合子細胞核的染色體中各有一半分別來源于兩個親代合子細胞核的染色體中各有一半分別來源于兩個親代 ，而合子的遺傳信息在卵裂過程中平均分配到子細胞中去合子的遺傳信息在卵裂過程中平均分配到子細胞中去，這就為遺傳特性的傳遞提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。，這就為遺傳特性的傳遞提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。 （四）胚胎學(xué)和遺傳學(xué)的結(jié)合Boveri (1902) 對海膽的研究發(fā)現(xiàn)，正常的胚胎發(fā)育決定于正常的染色體組型正常的胚胎發(fā)育決定于正常的染色體組型. 之后的研究進一步提出 基因型 (genotype) 與表型 (phenotype)的概念。 基因型是有機體從雙親獲得的遺傳信息所賦有的特性.有機體在不同發(fā)育時期表現(xiàn)出來的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、生化等特征稱為表型在不同發(fā)育時期表現(xiàn)出來的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、生化等特征稱為表型 。由基因型控制發(fā)育，同時有機體的表型又受到環(huán)境因子與基因型的共同影響由基因型控制發(fā)育，同時有機體的表型又受到環(huán)境因子與基因型的共同影響 。如孿生兄弟。所以發(fā)育實際上看作是基因型與表型的結(jié)合發(fā)育實際上看作是基因型與表型的結(jié)合.發(fā)育受遺傳信息的控制，在發(fā)育過程中合子從雙親獲得的遺傳信息是如何表達的，一個單細胞的合子又是如何發(fā)育成為具有功能的有機體的，要回答這些難題，需要將發(fā)育受遺傳信息的控制，在發(fā)育過程中合子從雙親獲得的遺傳信息是如何表達的，一個單細胞的合子又是如何發(fā)育成為具有功能的有機體的，要回答這些難題，需要將遺傳學(xué)和胚胎學(xué)的研究結(jié)合遺傳學(xué)和胚胎學(xué)的研究結(jié)合 起來。 隨著基因編碼蛋白質(zhì)的發(fā)現(xiàn) ，不少問題迎刃而解.細胞的性質(zhì)是由細胞中所包含的蛋白質(zhì)決定的，而這些蛋白質(zhì)由基因編碼，而這些蛋白質(zhì)由基因編碼 。 基因通過其編碼產(chǎn)物—蛋白質(zhì)的變化控制發(fā)育分化中細胞的性質(zhì)和習(xí)性蛋白質(zhì)的變化控制發(fā)育分化中細胞的性質(zhì)和習(xí)性. 遺傳和發(fā)育是個體發(fā)生過程的兩個方面 。對于發(fā)育性狀的研究，既可以從遺傳現(xiàn)象出現(xiàn)的角度進行研究，又可以從發(fā)育過程進行研究。對于發(fā)育性狀的研究，既可以從遺傳現(xiàn)象出現(xiàn)的角度進行研究，又可以從發(fā)育過程進行研究。 發(fā)育受遺傳程序的控制，遺傳特性通過發(fā)育展現(xiàn)出來發(fā)育受遺傳程序的控制，遺傳特性通過發(fā)育展現(xiàn)出來. （五）分子生物學(xué)和發(fā)育生物學(xué)發(fā)育生物學(xué)是個新興學(xué)科。 自從Watson 和Crick (1953) 根據(jù)X衍射和化學(xué)分析提出衍射和化學(xué)分析提出DNA 分子的雙螺旋模型 以后，特別是60 年代Nirenberg 對DNA 遺傳密碼 的破譯，Jacob 和Monocl (1960) 提出并證明蛋白質(zhì)合成調(diào)控機制的提出并證明蛋白質(zhì)合成調(diào)控機制的 操縱子學(xué)說 等 研究成果，使分子生物學(xué)迅速發(fā)展研究成果，使分子生物學(xué)迅速發(fā)展.分子生物學(xué)與遺傳學(xué)的結(jié)合，人們逐漸認識到遺傳信息主要是編碼在細胞核內(nèi)基因組遺傳信息主要是編碼在細胞核內(nèi)基因組DNA 的一級序列，發(fā)育受遺傳的控制。為回，發(fā)育受遺傳的控制。為回組 答發(fā)育的遺傳程序是以何種方式編碼在基因組 DNA上，編碼在上，編碼在DNA 上的遺傳信息又如何控制生物體的發(fā)育等 問題，人們開始采用分子生物學(xué)方法和各種新興的生物學(xué)技術(shù)，進行發(fā)育機制的研究開始采用分子生物學(xué)方法和各種新興的生物學(xué)技術(shù)，進行發(fā)育機制的研究.目前對于 果蠅和線蟲發(fā)育的分子控制機制已基本闡明。在此基礎(chǔ)上，。在此基礎(chǔ)上，利用發(fā)育調(diào)控基因在進化上的保守性，開展了對脊椎動物發(fā)育分子機制的深入研究利用發(fā)育調(diào)控基因在進化上的保守性，開展了對脊椎動物發(fā)育分子機制的深入研究，對于斑馬魚、非洲爪瞻、小鼠、雞和文昌魚等模式動物的研究已取得一系列重大的突破，對于斑馬魚、非洲爪瞻、小鼠、雞和文昌魚等模式動物的研究已取得一系列重大的突破.由于發(fā)育生物學(xué)的迅速發(fā)展，由于發(fā)育生物學(xué)的迅速發(fā)展，發(fā)育生物學(xué)已成為當(dāng)代生命科學(xué)研究的前沿和熱點領(lǐng)域之一發(fā)育生物學(xué)已成為當(dāng)代生命科學(xué)研究的前沿和熱點領(lǐng)域之一. 四、發(fā)育生物學(xué)模式生物現(xiàn)代發(fā)育生物學(xué)研究主要集中于幾種模式生物，包括果蠅、線蟲、非洲瓜瞻、斑馬魚、雞和小鼠果蠅、線蟲、非洲瓜瞻、斑馬魚、雞和小鼠等。對于發(fā)育分子機制的認識也主要來源于對這些模式生物的研究。模式動物各有優(yōu)缺點,但都具備一些共同特征：等。對于發(fā)育分子機制的認識也主要來源于對這些模式生物的研究。模式動物各有優(yōu)缺點,但都具備一些共同特征：①取材方便。在實驗室條件下，這些動物常年可產(chǎn)卵，隨時可獲得胚胎材料，。在實驗室條件下，這些動物常年可產(chǎn)卵，隨時可獲得胚胎材料， 飼養(yǎng)管理簡單，維持費用低 。②胚胎具有較強的可操作性。胚胎一般較大，相關(guān)實驗技術(shù)如顯微注射等比較完善。。胚胎一般較大，相關(guān)實驗技術(shù)如顯微注射等比較完善。③可進行遺傳學(xué)研究。上述物種中果蠅、線蟲和斑馬魚均可用于大規(guī)模遺傳突變研究，小鼠的基因敲除技術(shù)已相當(dāng)完善，非洲爪瞻的轉(zhuǎn)基因技術(shù)較有優(yōu)勢。。上述物種中果蠅、線蟲和斑馬魚均可用于大規(guī)模遺傳突變研究，小鼠的基因敲除技術(shù)已相當(dāng)完善，非洲爪瞻的轉(zhuǎn)基因技術(shù)較有優(yōu)勢。此外,棘皮動物 海膽 和尾索動物 海鞘 也都是較為常用的 模式動物, 文昌魚是研究動物進化的模式生物, 水螅渦蟲 常被用予 再生機制的研究 （一）脊椎動物模式生物1. 兩棲類：非洲爪蟾 (Xenopus laevis)兩棲類動物是早期胚胎學(xué)研究的經(jīng)典動物模型。在20世紀早期，常用的動物是世紀早期，常用的動物是 蠑螈和蜥蜴 ，50年代以后，非洲爪瞻逐漸成為主要兩棲類動物模型。非洲爪瞻的優(yōu)勢是年代以后，非洲爪瞻逐漸成為主要兩棲類動物模型。非洲爪瞻的優(yōu)勢是:取卵方便.在實驗室條件下，非洲爪蟾可常年產(chǎn)卵，不受季節(jié)限制。只需要注射激素，雌體第在實驗室條件下，非洲爪蟾可常年產(chǎn)卵，不受季節(jié)限制。只需要注射激素，雌體第2 天 就可產(chǎn)卵產(chǎn)卵量大, 卵可通過人工授精獲得受精卵 。卵子和胚胎個體較大, 直徑可達1. 4mm,很方便進行實驗胚胎學(xué)研究，如顯微注射、胚胎切割和移植等。很方便進行實驗胚胎學(xué)研究，如顯微注射、胚胎切割和移植等。早期胚胎發(fā)育很快 ，，在24 o C 下 受精后 2 天左右就可以孵化為可自由游動的幼蟲左右就可以孵化為可自由游動的幼蟲.非洲瓜蟾的研究為我們認識脊椎動物的發(fā)育機制做出了重要貢獻。非洲瓜蟾的研究為我們認識脊椎動物的發(fā)育機制做出了重要貢獻。 非洲爪蟾的生命周期如 圖緒. 1 。非洲爪瞻的 成熟卵子具有明確的動物極和植物極之分。動物極含有大量色素顆粒而卵黃較少，植物極則含有豐富的卵黃而色素顆粒較少。受精時精子于動物半球的任意位點人卵。之分。動物極含有大量色素顆粒而卵黃較少，植物極則含有豐富的卵黃而色素顆粒較少。受精時精子于動物半球的任意位點人卵。受精作用引起受精作用引起 皮質(zhì)運動 (cortical rotation) ， 質(zhì)膜下的皮質(zhì)胞質(zhì)相對于內(nèi)部的胞質(zhì)部分旋轉(zhuǎn)約質(zhì)膜下的皮質(zhì)胞質(zhì)相對于內(nèi)部的胞質(zhì)部分旋轉(zhuǎn)約30 o 。在這一過程中原來位于植物半球的背部決定因子被轉(zhuǎn)運至精子人卵處的對側(cè)。在這一過程中原來位于植物半球的背部決定因子被轉(zhuǎn)運至精子人卵處的對側(cè) ，即未來胚胎的背側(cè)爪蟾 胚胎經(jīng)過卵裂、囊胚（3.5 h ）、原腸胚(11 h) 、神經(jīng)胚(18 h)及尾芽期(25 h) 等階段孵化成為幼蟲(66 h) 。蝌蚪在5 天左右后肢開始發(fā)育并逐漸進入變態(tài)期左右后肢開始發(fā)育并逐漸進入變態(tài)期 ，到2 個月時完成變態(tài)。幼體要生長月時完成變態(tài)。幼體要生長1 -2 年才能達到性成熟。 雖然X. laevis作為動物模型有許多優(yōu)點，但也存在著重要缺陷，即作為動物模型有許多優(yōu)點，但也存在著重要缺陷，即 很難進行遺傳學(xué)研究 。主要是由于其 生命周期過長 ，同時，X. laevis 是異源四倍體 ，多數(shù)基因都存在4個拷貝，很難進行遺傳突變實驗。近年來，另一個個拷貝，很難進行遺傳突變實驗。近年來，另一個X. laevis 的近緣品種一X.tropicalis開始進入人們的視野。與開始進入人們的視野。與X. laevis 相比，X. tropicalis個體較小，世代周期短個體較小，世代周期短( 約4 個月) ， 是二倍體品種，因而比較適于進行遺傳學(xué)實驗。它同時，因而比較適于進行遺傳學(xué)實驗。它同時 也具備X. laevis 所具有的實驗胚胎學(xué)研究優(yōu)勢，如激素誘導(dǎo)產(chǎn)卵，產(chǎn)卵量大等。，如激素誘導(dǎo)產(chǎn)卵，產(chǎn)卵量大等。X. tropicalis 的卵直徑0.6 -0.7 mm，足以進行顯微操作實驗。在，足以進行顯微操作實驗。在X. laevis中建立的實驗方法均可直接應(yīng)用于中建立的實驗方法均可直接應(yīng)用于X. tropicalis 中。目前X. tropicalis的基因組測序已接近完成的基因組測序已接近完成 。X. tropicalis 有望成為重要的發(fā)育遺傳學(xué)研究模型。 2. 魚類：斑馬魚 (Danio rerio)20 世紀60 年代，美國Oregon 大學(xué)Streisinger G就開始了對斑馬魚的研究。就開始了對斑馬魚的研究。90 年代，由Nilsslein Volhard C 和Driever W分別領(lǐng)導(dǎo)的實驗室開展了斑馬魚的大規(guī)模突變篩選，得到了大約分別領(lǐng)導(dǎo)的實驗室開展了斑馬魚的大規(guī)模突變篩選，得到了大約4000個突變品系。此次篩選成為斑馬魚研究領(lǐng)域的里程碑。此后斑馬魚的研究得到了迅速發(fā)展。斑馬魚作為發(fā)育生物學(xué)模式生物有兩個明顯的優(yōu)勢：。此次篩選成為斑馬魚研究領(lǐng)域的里程碑。此后斑馬魚的研究得到了迅速發(fā)展。斑馬魚作為發(fā)育生物學(xué)模式生物有兩個明顯的優(yōu)勢：一是世代周期短一是世代周期短 ( 約3 個月) ， 二是胚胎透明 ，易于觀察，同時飼養(yǎng)管理較為簡單，容易進行雜交實驗飼養(yǎng)管理較為簡單，容易進行雜交實驗 。斑馬魚是目前唯一可以進行大規(guī)模遺傳突變篩選的脊椎動物斑馬魚是目前唯一可以進行大規(guī)模遺傳突變篩選的脊椎動物.斑馬魚的 基因組測序已接近完成，相關(guān)的遺傳學(xué)和形態(tài)學(xué)研究技術(shù)也比較完善，斑馬魚已成為，相關(guān)的遺傳學(xué)和形態(tài)學(xué)研究技術(shù)也比較完善，斑馬魚已成為最好的脊椎動物發(fā)育遺傳學(xué)研究體系最好的脊椎動物發(fā)育遺傳學(xué)研究體系 之一. 斑馬魚的卵屬于 端黃卵，胚盤位于卵黃之上。早期的卵裂為，胚盤位于卵黃之上。早期的卵裂為盤狀不完全卵裂盤狀不完全卵裂，囊胚期胚胎形成一個細胞球位于卵黃上，而囊胚腔并不明顯。，囊胚期胚胎形成一個細胞球位于卵黃上，而囊胚腔并不明顯。位于囊胚邊緣的細胞與卵黃并不完全分隔位于囊胚邊緣的細胞與卵黃并不完全分隔。到囊胚期，這些細胞與卵黃細胞融合，形成一個合胞體層，稱為。到囊胚期，這些細胞與卵黃細胞融合，形成一個合胞體層，稱為卵黃合胞體層卵黃合胞體層 (yolkl syncytial layer ，YSL) 。到囊胚晚期，卵黃合胞體層與胚盤開始向下包被卵黃合胞體層與胚盤開始向下包被。到原腸作用結(jié)束時。到原腸作用結(jié)束時,卵黃細胞被完全包被在胚胎內(nèi)部。原腸作用后，體節(jié)、神經(jīng)管和其他器官原基開始出現(xiàn)。斑馬魚胚胎在受精后卵黃細胞被完全包被在胚胎內(nèi)部。原腸作用后，體節(jié)、神經(jīng)管和其他器官原基開始出現(xiàn)。斑馬魚胚胎在受精后48 h左右開始孵化為自由游動的幼體。左右開始孵化為自由游動的幼體。 3. 鳥類：雞雞的胚胎發(fā)育過程與哺乳動物更為接近. 由于雞胚 在體外發(fā)育，相對于哺乳動物更容易進行實驗研究，相對于哺乳動物更容易進行實驗研究 ，相應(yīng)的研究手段已比較成熟研究手段已比較成熟 。雞胚是 研究附肢、體節(jié)等器官發(fā)育機制的重要模型 。雞的基因組測序也已完成 。雞卵在輸卵管內(nèi)完成受精，在排卵過程中逐漸包被上卵清、殼膜和蛋殼。 卵細胞質(zhì)和核位于卵黃上方卵細胞質(zhì)和核位于卵黃上方2-3mm的狹小區(qū)域。受精卵經(jīng)卵裂形成的狹小區(qū)域。受精卵經(jīng)卵裂形成 胚盤 ，胚盤中央逐漸與卵黃分離，形成 胚下腔。隨后一部分細胞遷移至胚下腔內(nèi)卵黃上方，形成。隨后一部分細胞遷移至胚下腔內(nèi)卵黃上方，形成 下胚層，位于表面的胚層為，位于表面的胚層為 上胚層 ，兩者之間為 囊胚腔。上胚層后部細胞向中間遷移，使中央部分加厚形成。上胚層后部細胞向中間遷移，使中央部分加厚形成 原條，原條逐漸向前延伸，其最前端細胞變得更密集，稱為，原條逐漸向前延伸，其最前端細胞變得更密集，稱為 亨氏結(jié) (Hensen‘snode) 。 預(yù)定中胚層和內(nèi)胚層細胞通過原條中央的 原溝遷入囊胚腔內(nèi)部遷入囊胚腔內(nèi)部-- 即原腸作用。隨后原條開始逐漸回縮，胚胎開始出現(xiàn)脊索、體節(jié)、神經(jīng)板等結(jié)構(gòu)。伴隨其發(fā)育，胚胎還形成復(fù)雜的胚外膜系統(tǒng)，包括卵黃囊、尿囊。隨后原條開始逐漸回縮，胚胎開始出現(xiàn)脊索、體節(jié)、神經(jīng)板等結(jié)構(gòu)。伴隨其發(fā)育，胚胎還形成復(fù)雜的胚外膜系統(tǒng)，包括卵黃囊、尿囊 等。卵黃囊為胚胎的發(fā)育提供營養(yǎng)，而尿囊是胚胎的呼吸器官并貯存代謝廢物。等。卵黃囊為胚胎的發(fā)育提供營養(yǎng)，而尿囊是胚胎的呼吸器官并貯存代謝廢物。 雞胚在孵育21天后孵化成為小雞天后孵化成為小雞 4. 哺乳動物：小鼠胚胎發(fā)育過程與人類比較接近，作為很多人類疾病的動物模型小鼠的，作為很多人類疾病的動物模型小鼠的 世代周期約 2 個月 ，這在哺乳動物中是相當(dāng)短的。其基因組測序已經(jīng)完成基因組測序已經(jīng)完成 ，遺傳學(xué)背景較為清楚，相應(yīng)的遺傳學(xué)實驗手段如轉(zhuǎn)基因、基因敲除等也比較完善相應(yīng)的遺傳學(xué)實驗手段如轉(zhuǎn)基因、基因敲除等也比較完善 。小鼠是目前唯一可以進行基因敲除實驗的脊椎動物是目前唯一可以進行基因敲除實驗的脊椎動物。最大。最大 缺點是其胚胎在母體內(nèi)發(fā)育，胚胎個體很小，很難實驗操作.小鼠成熟卵外包被 透明帶 (zona pellucida ) ， 受精和卵裂均在輸卵管內(nèi)進行受精和卵裂均在輸卵管內(nèi)進行. 在8 細胞時 胚胎發(fā)生緊密化 (compaction) 形成實心球體，至形成實心球體，至32 細胞時稱 桑椹胚 (morula). 此后出現(xiàn) 囊胚腔. 胚胎分化為滋養(yǎng)外胚層滋養(yǎng)外胚層 (trophectoderm ) 和 內(nèi)細胞團 (inner cell lPass) — 胚泡 (blastocyst) 。內(nèi)細胞團將發(fā)育成為胚胎本身，而滋養(yǎng)外胚層發(fā)育為胚外組織。E4.5 天 時胚泡到達子宮從透明帶中孵出并植入子宮壁。此后小鼠胚胎的發(fā)育過程與雞胚類似此后小鼠胚胎的發(fā)育過程與雞胚類似. 內(nèi)細胞團逐漸發(fā)育為一個中空的柱狀結(jié)構(gòu)，稱為內(nèi)細胞團逐漸發(fā)育為一個中空的柱狀結(jié)構(gòu)，稱為 卵柱 (egg cylinder) .卵柱中 位于囊胚腔表面的細胞分化為臟壁內(nèi)胚層位于囊胚腔表面的細胞分化為臟壁內(nèi)胚層 (visceral endoderm) ,與雞胚的下胚層相當(dāng)，將來分化為胚外組織與雞胚的下胚層相當(dāng)，將來分化為胚外組織; 而位于內(nèi)部的內(nèi)胚團細胞與雞胚的上胚層相當(dāng)內(nèi)部的內(nèi)胚團細胞與雞胚的上胚層相當(dāng).卵柱中央的腔將來成為羊膜腔.在E6.5 天 時，在 上胚層 一側(cè)出現(xiàn)原條原條, 原條向前延伸，其前端出現(xiàn)原節(jié) (node.) 。 胚胎的預(yù)定中胚層和內(nèi)胚層細胞通過原條遷入胚胎內(nèi)部胚胎的預(yù)定中胚層和內(nèi)胚層細胞通過原條遷入胚胎內(nèi)部 。隨后原條回縮,胚胎開始出現(xiàn)神經(jīng)板、脊索、體節(jié)等。到胚胎開始出現(xiàn)神經(jīng)板、脊索、體節(jié)等。到E8. 5 天 ，胚胎的頭褶 (head fold) 已相當(dāng)清楚已相當(dāng)清楚.胚胎開始沿它的長軸扭轉(zhuǎn)胚胎開始沿它的長軸扭轉(zhuǎn) ， 經(jīng)扭轉(zhuǎn)過程，胚胎被羊膜和羊膜液完全包圍經(jīng)扭轉(zhuǎn)過程，胚胎被羊膜和羊膜液完全包圍.小鼠幼仔在受孕后小鼠幼仔在受孕后19 - 20 天出生 (二)無脊椎動物模式生物1. 果蠅 (Drosophila melanogaster)果蠅是遺傳學(xué)的經(jīng)典模式生物，已有100多年的研究歷史。但作為發(fā)育生物學(xué)研究模型，在早期并未受到重視。多年的研究歷史。但作為發(fā)育生物學(xué)研究模型，在早期并未受到重視。1980 年初，德國科學(xué)家Nesslein-Volhard C 和美國學(xué)者Weichaus E以果蠅作為材料，以果蠅作為材料， 研究發(fā)育調(diào)控的遺傳基礎(chǔ)，他們和另一位美國遺傳學(xué)家，他們和另一位美國遺傳學(xué)家Lewis E B 分享 了1995年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。果蠅為雙翅目昆蟲，年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。果蠅為雙翅目昆蟲，個體小，生命周期短，繁殖容易，操作簡便，成本低廉，個體小，生命周期短，繁殖容易，操作簡便，成本低廉， 其 胚胎和成體都具有豐富的表型特征。果蠅。果蠅 是目前遺傳學(xué)背景最清楚的物種 ，其基因組序列測序已全部完成基因組序列測序已全部完成( 約包含13 600 個基因)，相關(guān)遺傳學(xué)研究手段非常完備，在長期的遺傳學(xué)研究過程中積累了大量遺傳突變品系，為果蠅的發(fā)育遺傳學(xué)研究提供了有利條件。，相關(guān)遺傳學(xué)研究手段非常完備，在長期的遺傳學(xué)研究過程中積累了大量遺傳突變品系，為果蠅的發(fā)育遺傳學(xué)研究提供了有利條件。 果蠅在250 C 下 由卵至成蟲約需11 天 ，經(jīng)過卵、幼蟲、蛹和成蟲4個階段。 果蠅卵呈長橢圓形，精子通過卵殼前部的卵孔入卵. 其胚胎發(fā)育很快胚胎發(fā)育很快 ， 受精卵在24h 內(nèi)就可以孵化為幼蟲.卵裂為 表面卵裂。在早期階段，合子核進行一系列快速分裂，而胞質(zhì)不分裂，形成。在早期階段，合子核進行一系列快速分裂，而胞質(zhì)不分裂，形成 合胞體 (syncytium). 核第8 次分裂 后,在胚胎最后部的核最先被細胞膜分隔形成在胚胎最后部的核最先被細胞膜分隔形成 極細胞 ， 將形成生殖細胞 。核第核第9 次分裂 后，大部分核開始遷移到卵的邊緣，稱為合胞體胚盤合胞體胚盤 (syncytial blastoderm). 受精約3 個小時后，卵周邊的核被新形成的胞膜包圍，形成，卵周邊的核被新形成的胞膜包圍，形成 細胞化胚盤 (celluar blastoderm).原腸作用過程 ( 圖緒.8) 中，先是胚胎腹側(cè)的預(yù)定中胚層細胞沿腹中線內(nèi)陷胚胎腹側(cè)的預(yù)定中胚層細胞沿腹中線內(nèi)陷 ，形成 腹溝 (ventral furrow) 。 隨后這部分細胞與表層組織分離，形成隨后這部分細胞與表層組織分離，形成 中胚層管。這些細胞將遷移至外胚層下，發(fā)育成為肌肉和其他結(jié)締組織。。這些細胞將遷移至外胚層下，發(fā)育成為肌肉和其他結(jié)締組織。隨著中胚層組織的內(nèi)陷，原來位于胚胎背側(cè)的細胞也逐漸向腹側(cè)遷移集中隨著中胚層組織的內(nèi)陷，原來位于胚胎背側(cè)的細胞也逐漸向腹側(cè)遷移集中。仍停留在背側(cè)的少量細胞不再繼續(xù)分裂，也不參與胚胎本身的構(gòu)成，而是形成胚外組織，稱為。仍停留在背側(cè)的少量細胞不再繼續(xù)分裂，也不參與胚胎本身的構(gòu)成，而是形成胚外組織，稱為 羊漿膜 (amnioserosa) 。 而 集中于胚胎腹側(cè)的細胞帶 稱為 胚帶(germ band) 。 胚帶 包含了外胚層和位于其下方的中胚層組織 ，將來形成胚胎的主體結(jié)構(gòu)形成胚胎的主體結(jié)構(gòu) ， 也是將要分節(jié)的部分 。位于 外胚層最腹側(cè)的預(yù)定神經(jīng)母細胞逐漸陷入胚胎內(nèi)部，發(fā)育為神經(jīng)組織預(yù)定神經(jīng)母細胞逐漸陷入胚胎內(nèi)部，發(fā)育為神經(jīng)組織 。位于腹溝前后兩端的內(nèi)胚層細胞也分別內(nèi)陷，分別形成中腸的前部和后部腹溝前后兩端的內(nèi)胚層細胞也分別內(nèi)陷，分別形成中腸的前部和后部，兩者隨后融合形成完整的中腸。在中腸細胞內(nèi)陷時，在其前后部，兩者隨后融合形成完整的中腸。在中腸細胞內(nèi)陷時，在其前后部 同時帶人一部分外胚層細胞內(nèi)陷，分別形成前腸和后腸。隨著原腸作用的進行，胚帶開始延伸，胚帶后端不斷向背側(cè)延伸并折向前方。到胚帶延伸完成時，。隨著原腸作用的進行，胚帶開始延伸，胚帶后端不斷向背側(cè)延伸并折向前方。到胚帶延伸完成時， 胚帶開始出現(xiàn)分節(jié)。胚胎的表皮出現(xiàn)一系列均勻分布的小溝，。胚胎的表皮出現(xiàn)一系列均勻分布的小溝， 將胚胎分為14 個區(qū)域 ，此時出現(xiàn)的分節(jié)是副體節(jié)副體節(jié)。副體節(jié)與后來的體節(jié)在位置上并不對應(yīng)，每一體節(jié)包含前一副體節(jié)的后。副體節(jié)與后來的體節(jié)在位置上并不對應(yīng)，每一體節(jié)包含前一副體節(jié)的后2/3 與后一副體節(jié)的前1/3。副體節(jié)在胚胎發(fā)育中的出現(xiàn)是短暫的，但它奠定了胚胎軀體結(jié)構(gòu)劃分的基礎(chǔ)，也是許多分節(jié)基因表達區(qū)域的基本單位。大約在。副體節(jié)在胚胎發(fā)育中的出現(xiàn)是短暫的，但它奠定了胚胎軀體結(jié)構(gòu)劃分的基礎(chǔ)，也是許多分節(jié)基因表達區(qū)域的基本單位。大約在7.5 h胚帶開始回縮，在這一過程中胚胎開始出現(xiàn)明確的胚帶開始回縮，在這一過程中胚胎開始出現(xiàn)明確的 體節(jié) ， 包括3個頭部體節(jié)，個頭部體節(jié)，3 個胸部體節(jié)，8 個腹部體節(jié)和1 個尾節(jié) . 果蠅胚胎大約在受精后24 h 孵出成為幼蟲。幼蟲要經(jīng)過兩次蛻皮，因此分為。幼蟲要經(jīng)過兩次蛻皮，因此分為1 、2 、3 齡幼蟲。幼蟲表皮具有規(guī)則分布的齒狀突起帶齒狀突起帶 (denticle belt) ， 這些突起帶的形狀和大小具有體節(jié)特異性，這些是研究果蠅胚胎前一后軸和背這些突起帶的形狀和大小具有體節(jié)特異性，這些是研究果蠅胚胎前一后軸和背-腹軸發(fā)育的重要表型依據(jù)。果蠅的腹軸發(fā)育的重要表型依據(jù)。果蠅的3 齡幼蟲化成蛹 ， 在激素刺激下發(fā)生變態(tài)，由幼蟲變?yōu)槌上x。在變態(tài)過程中大部分幼蟲組織被吸收而被成體結(jié)構(gòu)所代替。果蠅成體的許多結(jié)構(gòu)都是由，由幼蟲變?yōu)槌上x。在變態(tài)過程中大部分幼蟲組織被吸收而被成體結(jié)構(gòu)所代替。果蠅成體的許多結(jié)構(gòu)都是由 成蟲盤 (imaginal disc) 發(fā)育而來的，包括發(fā)育而來的，包括 腿、翅膀、眼睛、觸角及生殖腺 等。成蟲盤是在胚胎發(fā)育階段由特定區(qū)域的表皮細胞群內(nèi)陷形成的囊狀結(jié)構(gòu)成蟲盤是在胚胎發(fā)育階段由特定區(qū)域的表皮細胞群內(nèi)陷形成的囊狀結(jié)構(gòu) 。 2. 線蟲：秀麗隱桿線蟲 (Caenorhabditis elegans)英國科學(xué)家Sydney Brenner 在20 世紀60年代開始選擇線蟲作為發(fā)育生物學(xué)模式動物，他年代開始選擇線蟲作為發(fā)育生物學(xué)模式動物，他 與其合作者H Robert Horvitz 和John ESulston 獲得了2002 年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。線蟲成蟲僅年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。線蟲成蟲僅 約1mm 長 ， 構(gòu)造簡單，全身透明，細胞數(shù)目少，發(fā)育中的，發(fā)育中的 細胞譜系 (cell lineage) 幾乎固定 ， 易于追蹤 。線蟲生命周期短，培養(yǎng)簡單，便于遺傳突變篩選，并可用液氮長期保存生命周期短，培養(yǎng)簡單，便于遺傳突變篩選，并可用液氮長期保存 。線蟲的基因組測序已在1998 年完成( 共含19 099 個基因) ，是第一個完成全基因組測序的多細胞動物，是第一個完成全基因組測序的多細胞動物.線蟲 分雌雄同體 和 雄性 兩性別，雌雄同體為主要形式.雌雄同體個體的性染色體為雌雄同體個體的性染色體為xx 型 ，而雄性個體為xo 型 ，只一條性染色體.雄體是減數(shù)分裂過程中由于染色體丟失造成的 。雌雄同體個體可通過自體受精產(chǎn)生后代，也可與雄性個體交配異體受精。成熟的雌雄同體個體具有雌雄同體個體可通過自體受精產(chǎn)生后代，也可與雄性個體交配異體受精。成熟的雌雄同體個體具有959 個體細胞 ，約2 000個生殖細胞個生殖細胞 。雄蟲則有1 031 個體細胞 和約1 000 個生殖細胞. 線蟲大致 呈圓柱形 ，外表覆有角質(zhì)化層，下方為下皮層(hypodermis) ， 然后是肌肉。消化系統(tǒng)包括咽和腸道。其體腔為假體腔，體腔周圍沒有中胚層細胞包被。然后是肌肉。消化系統(tǒng)包括咽和腸道。其體腔為假體腔，體腔周圍沒有中胚層細胞包被。雌雄同體 性腺為雙臂狀， 開口至腹側(cè)中部的陰門。在性腺中，距陰門最近的細胞分化為精子貯存于體內(nèi) 。卵子細胞核產(chǎn)生于性腺遠端，通過減數(shù)分裂形成卵子細胞核產(chǎn)生于性腺遠端，通過減數(shù)分裂形成 ，它們最初以合胞體狀態(tài)存在最初以合胞體狀態(tài)存在 ， 直到受精前才形成完整的細胞膜。卵子在產(chǎn)出的過程中受精，在排出母體時通常處于卵裂階段。卵子在產(chǎn)出的過程中受精，在排出母體時通常處于卵裂階段 ( 約40 個細胞) 。雄體性腺為 單臂狀，只能產(chǎn)生精子。在，只能產(chǎn)生精子。在25 0 C 條件下，線蟲 完成一個生命周期約需2.5 天 ( 圖緒.9) 。 胚胎的前后軸是由精子人卵處決定的胚胎的前后軸是由精子人卵處決定的，精子入卵的部分成為胚胎的后端。精子入卵引起卵質(zhì)的重組，受精卵中間部分出現(xiàn)一個，精子入卵的部分成為胚胎的后端。精子入卵引起卵質(zhì)的重組，受精卵中間部分出現(xiàn)一個 “分裂溝” ， 但此時并不真正分裂，稱為“ 假卵裂 ”( pseudocleavage) . 合子卵裂為 不對稱卵裂 ( 圖緒.10) 第一次卵裂后前部的細胞為AB 細胞 ，而后段的細胞稱為P 細胞 。AB 細胞繼續(xù)分裂為ABa 和ABp 細胞 。 而P細胞后幾次的分裂方式則類似干細胞，即每次分裂后都保持其中一個細胞為細胞后幾次的分裂方式則類似干細胞，即每次分裂后都保持其中一個細胞為P 細胞,另外一個細胞分別為EMS, C 和D 細胞 ( 圖緒.10) 。 P4 細胞是生殖細胞前體細胞是生殖細胞前體 。EMS 細胞繼續(xù)分裂為一個E 細胞和一個MS 細胞.E細胞將發(fā)育為內(nèi)胚層細胞。線蟲胚胎的“原腸作用” 持續(xù)時間較長。在。線蟲胚胎的“原腸作用” 持續(xù)時間較長。在28 細胞時期，兩個E細胞開始向內(nèi)部遷移，此時可以算作是原腸作用的開始。隨后由細胞開始向內(nèi)部遷移，此時可以算作是原腸作用的開始。隨后由C 和D 細胞產(chǎn)生的肌細胞 和由ABa 細胞產(chǎn)生的咽細胞也依次由腹裂細胞也依次由腹裂 (ventral cleft) 卷入胚胎內(nèi)部。胚胎的腹裂相當(dāng)于胚孔 。腹裂在290 細胞時期合。胚胎在受精后約受精后約14 h 孵化成為幼蟲。線蟲。線蟲 胚胎發(fā)育過程中的細胞分裂方式一成不變，其細胞譜系已被完全確定，其細胞譜系已被完全確定 ( 圖緒.11). 幼蟲經(jīng)4 次蛻皮成為成體 ，然后在3 天內(nèi)產(chǎn)下300 多個卵，并在2 周后死亡. 五、發(fā)育生物學(xué)研究技術(shù)( 一) 常用發(fā)育生物學(xué)研究技術(shù)1. 顯微鏡技術(shù)由于胚胎個體通常很小，顯微鏡和解剖鏡仍是發(fā)育生物學(xué)研究的必備工具。除了常規(guī)的光學(xué)顯微鏡外，一些特殊的顯微鏡也廣泛用于發(fā)育生物學(xué)研究。例如，由于胚胎個體通常很小，顯微鏡和解剖鏡仍是發(fā)育生物學(xué)研究的必備工具。除了常規(guī)的光學(xué)顯微鏡外，一些特殊的顯微鏡也廣泛用于發(fā)育生物學(xué)研究。例如， 相差顯微鏡 (phase contrast microscope) 和微分干涉差顯微鏡 (differential interference. contrast microscope) 適用于觀察活的或未染色的樣品的精細結(jié)構(gòu).A. 光鏡技術(shù)餹 取材、固定、 脫水、 包埋、制片、染色、觀察 B. 電鏡技術(shù)透射電鏡術(shù): 取材 、 固定 、 脫水、 包埋 、 制片 、 染色 、觀察餹 組織塊(lmm 3 ) 用 戊二醛與餓酸兩次固定 ， 脫水后樹脂包埋 ，用超薄切片機切片用超薄切片機切片 ， 再經(jīng)醋酸鈾和擰橡酸鉛染色 。餹 電子束射落到切片時，隨細胞構(gòu)成成分的密度以及吸附重金屬鈾、鉛、餓的程度不同電子束射落到切片時，隨細胞構(gòu)成成分的密度以及吸附重金屬鈾、鉛、餓的程度不同,而發(fā)生相應(yīng)的電子散射。當(dāng)電子束技射到密度大、吸附重金屬多的結(jié)構(gòu)而發(fā)生相應(yīng)的電子散射。當(dāng)電子束技射到密度大、吸附重金屬多的結(jié)構(gòu)( 如溶酶體)時，電子被散射得多，因此，射落到熒光屏上的電子少而呈暗像，電鏡照片上呈黑或深灰色，習(xí)慣稱該結(jié)構(gòu)為時，電子被散射得多，因此，射落到熒光屏上的電子少而呈暗像，電鏡照片上呈黑或深灰色，習(xí)慣稱該結(jié)構(gòu)為 高電子密度；反之呈淺灰色，稱低電子密度。；反之呈淺灰色，稱低電子密度。掃描電鏡術(shù) ： 不需要制備切片，組織塊( 約0.3cm 大小) 用戊二醛用戊二醛 和餓酸 固定，經(jīng)脫水干燥，表面噴鍍薄層碳與金屬膜，觀察. 激光掃描共聚焦顯微鏡 (laser scanning confocal microscope) 是20世紀世紀80年代初研制成功的一種高光敏度、高分辨率的新型儀器，近年來在發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用年代初研制成功的一種高光敏度、高分辨率的新型儀器，近年來在發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用.共聚焦顯微鏡 是在熒光顯微鏡基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 。某些熒光物質(zhì)( 如熒光標記染料或熒光蛋白) 在一定波長的激發(fā)光照射下會發(fā)出熒光。在一定波長的激發(fā)光照射下會發(fā)出熒光。 利用熒光染料標記的特異性抗體或探針 ，可對胚胎或細胞中的特定蛋白或可對胚胎或細胞中的特定蛋白或mRNA 的分布進行定性和定量研究。傳統(tǒng)的熒光顯微鏡的最大缺點是成像質(zhì)量差。共聚焦顯微鏡技術(shù)很好地解決了這一問題。。傳統(tǒng)的熒光顯微鏡的最大缺點是成像質(zhì)量差。共聚焦顯微鏡技術(shù)很好地解決了這一問題。 2. 組織切片技術(shù)餹 要觀察到胚胎的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通常要進行組織切片。餹 最常用的技術(shù)是石蠟切片技術(shù)。石蠟切片術(shù) (paraffin sectioning) ： 取材 、 固定 、脫水、 包埋、切片包埋、切片 (5 ～10µm 厚)( 連續(xù)切片 ）、 貼片、脫蠟、染色、 觀察蘇木精- 伊紅染色法 (hematoxylin-eosin staining， HE 染色法) ： 蘇木精為堿性染料，使染色質(zhì)和核糖體著紫藍色；伊紅為酸性染料使胞質(zhì)和細胞外基質(zhì)著紅色蘇木精為堿性染料，使染色質(zhì)和核糖體著紫藍色；伊紅為酸性染料使胞質(zhì)和細胞外基質(zhì)著紅色冷凍切片 是利用特殊的低溫包埋劑對樣品進行包埋，在低溫條件下進行切片的技術(shù)。通常冷凍切片的質(zhì)量比石蠟切片要差，也很難進行連續(xù)切片，但是利用特殊的低溫包埋劑對樣品進行包埋，在低溫條件下進行切片的技術(shù)。通常冷凍切片的質(zhì)量比石蠟切片要差，也很難進行連續(xù)切片，但 方便快捷,對樣品中蛋白質(zhì)和核酸的保存也較好對樣品中蛋白質(zhì)和核酸的保存也較好 。 特殊染色餹 用 硝酸銀將神經(jīng)細胞染為黑色 (鍍銀染色法)餹 用 醛復(fù)紅將彈性纖維和肥大細胞的分泌顆粒染為紫色. .活體染色餹 將無毒或毒性小的染料經(jīng)靜脈注入后，再取材制成切片觀察.如注入的將無毒或毒性小的染料經(jīng)靜脈注入后，再取材制成切片觀察.如注入的 臺盼藍 (trypan blue) 可被肝、脾器官內(nèi)的巨噬細胞吞噬.餹 在組織化學(xué)術(shù),常使用 熒光染料染色或作為標記物,用熒光顯微鏡觀察或作為標記物,用熒光顯微鏡觀察 3.免疫組織化學(xué) （ （immunohistochemistry） ）根據(jù)抗原、抗體特異性結(jié)合原理，檢測組織切片中的肽和蛋白質(zhì)用標記的抗體與組織中的抗原結(jié)合，標記物可于顯微鏡下觀察根據(jù)抗原、抗體特異性結(jié)合原理，檢測組織切片中的肽和蛋白質(zhì)用標記的抗體與組織中的抗原結(jié)合，標記物可于顯微鏡下觀察。肽和蛋白質(zhì)均具有抗原性。當(dāng)把人或動物的某種肽或蛋白質(zhì)作為抗原注入另一種動物，其體內(nèi)會產(chǎn)生針對該抗原的特異性抗體(免疫球蛋白)。將抗體從動物血清中提出后，與標記物相結(jié)合，即成為。肽和蛋白質(zhì)均具有抗原性。當(dāng)把人或動物的某種肽或蛋白質(zhì)作為抗原注入另一種動物，其體內(nèi)會產(chǎn)生針對該抗原的特異性抗體(免疫球蛋白)。將抗體從動物血清中提出后，與標記物相結(jié)合，即成為 標記抗體。用后者與組織切片孵育，抗體則與組織中相應(yīng)抗原特異性結(jié)合，在顯微鏡下通過觀察標記物而獲知該肽或蛋白質(zhì)的分布部位。。用后者與組織切片孵育，抗體則與組織中相應(yīng)抗原特異性結(jié)合，在顯微鏡下通過觀察標記物而獲知該肽或蛋白質(zhì)的分布部位。標記物有熒光素 （熒光顯微鏡觀察）、 辣根過氧化物酶 （光鏡或電鏡觀察）、（光鏡或電鏡觀察）、 膠體金 （多用于電鏡觀察） 免疫組織化學(xué)(辣根過氧化物酶標記)胰島B細胞呈胰島素陽性免疫組織化學(xué)(熒光素標記)毛血管內(nèi)皮細胞呈vWF陽性免疫組織化學(xué)(辣根過氧化物酶標記)胰島B細胞呈胰島素陽性免疫組織化學(xué)(熒光素標記)毛血管內(nèi)皮細胞呈vWF陽性 4. 分子生物學(xué)技術(shù)餹 聚合酶鏈式反應(yīng) (polymerase chain reaction ， PCR) ， 反轉(zhuǎn)錄PCR (RT ：- PCR) ， Northern 印跡雜交 ，Western 印跡雜交，免疫共沉淀技術(shù)等都常用于發(fā)育生物學(xué)研究，如用于，免疫共沉淀技術(shù)等都常用于發(fā)育生物學(xué)研究，如用于檢測目的基因或蛋白質(zhì)檢測目的基因或蛋白質(zhì) 在某一發(fā)育時期或特定組織中的表達。5. 原位雜交技術(shù)餹 核酸分子雜交組織化學(xué)術(shù)， 檢測基因 （DNA 片段） 的有無、基因的表達活性的有無、基因的表達活性 （mRNA ） 。餹 原理：用帶標記物的已知堿基順序的核酸探針與細胞內(nèi)待測核酸用帶標記物的已知堿基順序的核酸探針與細胞內(nèi)待測核酸 按堿基配對原則 進行特異性原位結(jié)合（雜交），并通過對標記物的顯示和檢測，而獲知待測核酸的有無及相對量。，并通過對標記物的顯示和檢測，而獲知待測核酸的有無及相對量。餹 常用標記物有 放射性核素 35 S 、 32 P 、 3 H 和地高辛 6. 顯微注射餹 顯微注射技術(shù) 可將外源DNA 、RNA或標記物等導(dǎo)人早期胚胎細胞中或標記物等導(dǎo)人早期胚胎細胞中 。餹 在 非洲爪瞻和斑馬魚中, 用于對基因功能的研究和細胞譜系的標記研究。用于對基因功能的研究和細胞譜系的標記研究。餹 在 果蠅和小鼠 中，常用于轉(zhuǎn)基因動物的構(gòu)建.餹 由于 不同動物胚胎大小差異很大，顯微注射所需顯微操作系統(tǒng)也有所差異。非洲瓜蟾和斑馬魚胚胎可顯微注射所需顯微操作系統(tǒng)也有所差異。非洲瓜蟾和斑馬魚胚胎可 在解剖鏡下操作，而小鼠和果蠅胚胎需操作，而小鼠和果蠅胚胎需 在顯微鏡下 操作。...