Original Power Point Created by Zhong-liang Jiang

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1 Original Power Point Created by Zhong-liang Jiang
Animal Reproduction 动物繁殖学 受精 主讲教师： 李青旺 江中良 田秀娥 吴继东 Original Power Point Created by Zhong-liang Jiang Animal Reproduction Group , College of Animal Science and Technology, Northwest A & F University February 2007

2 Chapter 6 Impregnation 公母畜交配后，精子和卵子结合，形成合子(受精卵)的过程称为受精。受精是个体发生的开始，它包括一系列严格按照顺序完成的步骤，即精—卵相遇、识别与结合，精卵质膜的融合，多精子入卵的阻滞，雄原核与雌原核发育和融合。在受精过程中，精子激活卵子并开始分裂；同时精子把雄性单倍体遗传物质引入卵子内部，恢复物种细胞原有的二倍体，故受精在生物学上具有非常重大的意义。 动物繁殖学 受精

3 第一节 受精过程 一、配子的运行 精－卵结合的受精部位是在输卵管壶腹部后段，因而在受精前雌雄配子必须在雌性生殖道内对向运行一段距离，才能到达输卵管壶腹部 动物繁殖学 受精

4 进入阴道或子宫内的精子起初悬浮于精清中，随后与母畜生殖道分泌物相混，当精子到达受精部位时，几乎完全悬浮于单纯的母畜生殖道分泌物中。
(一)家畜的射精部位 自然交配时公畜的射精部位随着家畜种类的不同而有差异,牛、羊等反刍动物属阴道射精型，精液射入阴道内；猪则属于子宫射精型，精液直接射入子宫内；对马类动物来说，虽属子宫射精型，但其射精部位在子宫颈管，以后由于龟头的压挤和子宫负压的吸入作用，很快将精液从子宫颈吸入子宫内。 进入阴道或子宫内的精子起初悬浮于精清中，随后与母畜生殖道分泌物相混，当精子到达受精部位时，几乎完全悬浮于单纯的母畜生殖道分泌物中。 动物繁殖学 受精

5 通常精子通过子宫颈时，一部分运行很快，仅需数分钟，大部分则暂时储存于子宫颈隐窝的粘膜皱褶内，然后再缓慢地释放出来。
(二)精子在母畜生殖道内的运行 1.精子运行机理 通常精子通过子宫颈时，一部分运行很快，仅需数分钟，大部分则暂时储存于子宫颈隐窝的粘膜皱褶内，然后再缓慢地释放出来。 (1)精子在子宫颈内的运行 子宫颈是精子从射精部位到达受精部位的第一栏筛，精子在子宫颈的运行主要依靠子宫颈肌肉的收缩和宫颈粘液中胶粒的排列状态而引起。根据目前研究结果，精子在子宫颈内运行机理受以下因素控制。 动物繁殖学 受精

6 ①酶系作用 包括顶体素(Acrosin)、精浆蛋白水解酶和蛋白水解酶抑制物。
②精子的主动运动 所有家畜的精子都能利用果糖、葡萄糖和甘露糖作为能源。  ③宫颈肌的收缩作用 这种收缩受PGF2α的调节。PGs一部分来自精清，另一部分由子宫合成而来。 ④粘液中胶粒的排列状态 在母畜排卵前期和排卵后期，由于雌激素的作用，这种胶粒纤维呈平行排列，纤维间有允许精子穿过的液体通道，同时浆液稀薄，精子极易通过，这种变化也称为子宫颈粘液受溶性变化。在黄体期，由于孕激素的作用，这种胶粒纤维是网状排列，同时浆液少而粘稠，阻止了精子通过子宫颈。 动物繁殖学 受精

7 子宫肌收缩对精子在子宫内运行起着重要作用。
(2)精子在子宫体内的运行 子宫肌收缩对精子在子宫内运行起着重要作用。 子宫收缩波的方向，在发情早期一般是朝向输卵管的，但在发情期末，由于雌激素水平的下降，则朝向子宫颈方向收缩。子宫肌的收缩还受催产素和前列腺素的影响。精子在子宫体内的运行，还受子宫肌收缩所引起的子宫液流的推进作用。 动物繁殖学 受精

8 输卵管宫管结合部和壶峡结合部是精子到达受精部位的第二、三栏筛。
(3)精子在输卵管内的运行 输卵管是精子和卵子运行的共同通道，不过它们运行的方向恰好相反。输卵管壶峡联结部上方的蠕动和逆蠕动引起的回旋式活动、峡部的缩张和纤毛的摆动引起的液流，促使精子向壶腹部受精部位的运行。 输卵管宫管结合部和壶峡结合部是精子到达受精部位的第二、三栏筛。 动物繁殖学 受精

9 家畜一次射精的精子数可达数亿个，但通过以上二或三个“栏筛”后，最后到达输卵管壶腹部的数目已很少，一般仅有数十个至数百个。
2.精子在子宫中的运行速度 哺乳动物精子从射精部位运行至壶腹部的速度一般都很快，仅需数分钟至数十分钟。运行速度受许多因素的影响，除激素的影响外，还与授精方式的不同有关。如牛在人工授精时仅需2.5min，而自然交配时则需15min。 射出的精子并不是同时、快速、全部地到达受精部位。在运行的全过程中，雌性生殖道有几个“栏筛”结构部位，又名精子库，起着暂时滞留、筛选淘汰不良或死精子的作用。 家畜一次射精的精子数可达数亿个，但通过以上二或三个“栏筛”后，最后到达输卵管壶腹部的数目已很少，一般仅有数十个至数百个。 动物繁殖学 受精

10 3.精子在母畜生殖道内的存活时间和受精寿命 哺乳动物的精子在雌性生殖道内的存活时间一般比受精寿命稍长。在家畜，一般可存活2d(马较长可达6d)，但若与鸟类相比还是十分短促的，如公鸡的精子在母鸡生殖道内可存活长达32d之久。精子的存活时间受多种因素的影响，如精液品质、母畜的发情状况和生殖道环境等。 动物繁殖学 受精

11 (三)卵子在输卵管内的运行 1.卵子运行的过程
从卵巢排出的卵子正处于次级卵母细胞阶段，其外包被着卵丘细胞，人们将其称为卵母细胞卵丘复合体(Oocyte cumulus complex)。→输卵管伞部开张，并紧贴于卵巢表面→伞部在卵巢表面扫动；同时由于卵巢固有韧带的收缩→使卵巢缓慢地以卵巢门为中轴向左右翻动→将卵母细胞卵丘复合体扫入伞内→卵子很快运行至受精部位→与获能精子相遇而受精→受精卵继续运行至壶峡联结部，在该处停留约2d多→到达宫管结合部→发育的受精卵或未受精的退化卵随同输卵管液迅速进入子宫内。 动物繁殖学 受精

12 卵子在输卵管内的运行受三方面的调节作用:
2.卵子运行的机理 卵子在输卵管内的运行受三方面的调节作用: (1)输卵管的活动 包括输卵管肌层的舒缩、卵巢系膜、输卵管系膜、伞系膜以及子宫输卵管韧带等收缩活动， (2)输卵管上皮的纤毛活动 壶腹部纤毛的分布较多，峡部较少。卵子在输卵管内的运行，除肌层收缩为主要原动力外，也与上皮纤毛的摆动有关。 (3)输卵管上皮的分泌活动 输卵管上皮分泌物的流向，在一定程度上影响卵子运行的方向。分泌物的流向与纤毛摆动的方向有关。 动物繁殖学 受精

13 3.卵子在输卵管内的运行速度和受精寿命 卵子在输卵管全程的运行时间因不同家畜而异，通常牛约90h，绵羊约72h，猪为50h左右，马约98h。卵子在输卵管不同区段运行速度也有区别。从输卵管伞底部至壶腹部的前半段运行很快，仅需5(3.5～6)min；而在壶峡联结部内则滞留约2d以上。通过峡部的卵子如未受精，即迅速退化。卵子的受精寿命比精子短，一般不超过24h。 动物繁殖学 受精 

14 精子在母畜生殖道内的运行 动物繁殖学 受精

15 哺乳动物卵子受精过程模式图 动物繁殖学 受精
①精子接触到透明带的表面②精子头部已通过透明带而附着在卵黄的表面(透明带中的短线条表示透明带反应)③精子进入卵黄以前，头部平躺在卵黄的表面，被卵黄表面的微绒毛抓住④精子的质膜和卵黄膜相互融合⑤精子进入卵黄内⑥卵子第二次成熟分裂到第二极体即将分离⑦、⑧卵子第二极体分离⑨、⑩雄原核和雌原核的发育过程 11两个原核开始接触12、13、14两个原核融合过程15两个原核融合为一，联合起来的染色体组16受精卵第一次卵裂过程开始 1.精子2.第一极体3.透明带4.卵黄周隙5.第二次成熟分裂的纺锤体6.卵黄7.第二极体 8.雄原核9.雌原核10.配子配合后第一次卵裂前期联合起来的染色体组

16 Impregnation 动物繁殖学 受精

17 二、精子获能与卵子成熟 (一)精子获能 1.精子获能
精子通过母畜生殖道(子宫、输卵管)，经过一定时间在形态和机能上发生一系列的变化，并具有受精能力的生理现象称为精子获能。 动物繁殖学 受精 2.获能精子的形态学和生化变化 获能精子的形态学变化在电镜下可从顶体的变化来判断。在猪发现，附睾尾精子在获能液中培养2h后，精子出现“闪亮”效应，继续培养至5h，呈现为超激活运动，即鞭打状的强力推进运动，表明精子已获能。将获能精子置于透射电镜下，可见顶体膨大，向头的后方弯曲，使两顶体外膜靠拢，此即顶体的初期变化。在山羊精子获能过程中也有类似现象。 从生化方面看，精子获能表现为：消除了覆盖在精子质膜表面的附睾和精清蛋白及精子质膜的糖蛋白。其中发生物质代谢和膜电荷的变化，表现为氧的摄取增多、糖的消耗和质膜阴电荷的减少等。

18 2.获能精子的形态学和生化变化 形态学变化:在猪发现，培养2h后，精子出现“闪亮”效应，继续培养至5h，呈现为超激活运动，表明精子已获能。将获能精子置于透射电镜下，可见顶体膨大，向头的后方弯曲，使两顶体外膜靠拢。 从生化方面看，精子获能表现为：消除了覆盖在精子质膜表面的附睾和精清蛋白及精子质膜的糖蛋白。其中发生物质代谢和膜电荷的变化，表现为氧的摄取增多、糖的消耗和质膜阴电荷的减少等。 动物繁殖学 受精

19 精子获能部位包括子宫和输卵管，但主要为宫管联结部。精子在宫管联结部可停留长达几十小时。
3.获能部位 精子获能部位包括子宫和输卵管，但主要为宫管联结部。精子在宫管联结部可停留长达几十小时。  4.获能因子 肽酶(大鼠)和β-淀粉酶(大鼠、兔)，碳酸氢根离子(兔)和氨基多糖(牛、山羊)，葡糖苷酸酶(仓鼠)等。体外培养获能，目前主要用肝素。 动物繁殖学 受精

20 精子获能的意义在于使精子超激活和准备进行顶体反应，以利其通过卵子的透明带。
5.获能所需时间与意义 在体内，精子获能所需时间因动物种类不同而异。猪3～6h，绵羊1.5h，牛2～3h，小鼠1h以内，大鼠2～3h，仓鼠2～4h，家兔5h，雪豹3.5～11.5h，恒河猴为5～6h。 精子获能的意义在于使精子超激活和准备进行顶体反应，以利其通过卵子的透明带。 动物繁殖学 受精

21 (二)卵子的充分成熟 1.形态学变化 根据在小鼠上的研究，发现
(1)刚排卵时卵母细胞的主要特征 小鼠卵母细胞紧紧地被致密排列的卵丘细胞所包围；卵周隙狭窄，宽度仅有0.8μm左右。卵质膜(除动物极区以外)伸出许多微绒毛，呈倒伏状分布于卵周隙内。卵母细胞动物极质膜下可见第二次减数分裂中期(MⅡ)纺锤体，其长轴与质膜平行；质膜下(除无微绒毛区)分布一层皮质颗粒；线粒体三五成群，主要分布于细胞近中区及染色体周围；卵皮质区有多个大的高尔基复合体；胞质内含有丰富的卵黄板和卵黄泡等营养物质。 动物繁殖学 受精

22 (2)排卵后2～4h卵母细胞的主要变化特征 这时期的卵母细胞，其四周包围的卵丘细胞已松散开；卵周隙增宽，达1
(2)排卵后2～4h卵母细胞的主要变化特征 这时期的卵母细胞，其四周包围的卵丘细胞已松散开；卵周隙增宽，达1.6μm；微绒毛已竖起，变得细长，伸入卵周隙中；MⅡ纺锤体旋转90°，其长轴垂直于质膜，部分皮质颗粒内容物提前外排。 动物繁殖学 受精

23 2.受精能力变化 刚排卵时的小鼠卵母细胞，其受精率为0.0%，表明这时的卵母细胞尚不具备立即受精的能力。如将排卵后2～4h的卵母细胞进行体外受精，其受精率可达70%左右。 动物繁殖学 受精

24 三、精-卵识别与结合 (一)精－卵粘附与结合
获能的精子与成熟卵子在输卵管壶腹部相遇，两者在卵透明带上粘附又称附着。在此期间经历了顶体内前顶体素转变为活性顶体素的过程。经短时间附着后，精子较牢固地结合在透明带上。 (二)精子受体 一般认为，精子受体(Receptor for sperm)为特殊的糖蛋白。不同动物其受体糖蛋白并不相同。 动物繁殖学 受精

25 卵结合蛋白分布在精子顶体上，它们参与精子与ZP3的识别与结合。在小鼠，已发现有几种不同的卵结合蛋白，如凝集素、糖基转移酶、蛋白酶和糖苷酶。
(三)卵结合蛋白 卵结合蛋白分布在精子顶体上，它们参与精子与ZP3的识别与结合。在小鼠，已发现有几种不同的卵结合蛋白，如凝集素、糖基转移酶、蛋白酶和糖苷酶。 动物繁殖学 受精

26 指顶体结构的小泡形成(囊泡化)和顶体内酶的激活与释放以及顶体内膜有关酶的暴露。
(四)顶体反应 指顶体结构的小泡形成(囊泡化)和顶体内酶的激活与释放以及顶体内膜有关酶的暴露。 顶体反应囊泡化的形式多种多样，已知仓鼠只有一种形式，即精子质膜与顶体外膜局部融合的囊泡化。在猪有两种，即顶体外膜内陷或原位局部囊泡化及顶体内膜囊泡化两种。大熊猫只有顶体外膜自身囊泡化。在人有顶体外膜内陷和质膜与外膜融合的两种囊泡化。 动物繁殖学 受精

27 四、精-卵质膜的融合 通常，精子穿过透明带后很快附着于卵微绒毛上，开始是精子的头顶，迅即头部平卧，并牢固地附着于卵子表面。穿过透明带并发生顶体反应后的精子，其赤道段和核后帽区的质膜发生了变化。 与卵子发生融合的部位，有微绒毛顶端和侧面或两微绒毛之间的质膜。融合前，微绒毛在卵周隙内已竖起。这种竖起的微绒毛，其表面的负电荷减少，有利于精卵质膜的融合。 动物繁殖学 受精

28 在体外情况下，精-卵质膜融合时，必需有一定浓度的Ca2+，pH要求在7
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29 五、多精子入卵的阻滞 (一)多精子入卵的快速阻滞
关于多精子入卵的快速阻滞在海胆已进行了详细的研究。精子与卵子附着后，有一股钠离子流入卵细胞内，引起象神经冲动传导那样的瞬时膜电位变动(去极化作用)，这种变化引起早期短暂的快速阻滞多精子入卵的作用。 动物繁殖学 受精

30 1.皮质反应(Cortical reaction)
(二)多精子入卵的缓慢阻滞 1.皮质反应(Cortical reaction) Austin(1956)首先在仓鼠卵中发现皮质颗粒。在正常卵黄内，当卵子未成熟前，皮质颗粒位于卵黄的中间，相当于溶酶体。随着卵母细胞的生长成熟，其数量逐渐增多，这些颗粒由卵黄中央移到外表，大部分位于卵皮层质膜下，故称皮质颗粒。 动物繁殖学 受精

31 2.透明带反应(Zone reaction) Austin等(1956)首先提出透明带反应的概念，他们认为皮质颗粒内容物的释放，改变了透明带的性质，即破坏了透明带上的精子受体，从而阻止了其他精子的穿入，称之为透明带反应。进一步表明，皮质反应后，小鼠透明带上的ZP3发生变化，即其O位连接的寡聚糖中消除了特异性的糖残基，从而改变了ZP3作为精-卵识别和结合的功能，也即透明带上精子受体失活，这是透明带反应的实质之一。 动物繁殖学 受精

32 3.卵黄膜反应(Vitelline reaction)
哺乳动物皮质反应后皮质颗粒与卵黄膜发生融合，从而导致卵黄膜的结构发生改变，进一步阻止了其它精子进入卵黄膜。这种多精子入卵阻滞作用称之为卵黄膜反应或卵黄膜封闭作用。实质上透明带反应与卵黄膜反应二者都是由于皮质反应引起的。 动物繁殖学 受精

33 六、原核发育与融合 卵子受精后，进入卵内的精子，其头部浓缩的核发生膨胀，染色质去致密化，形成雄原核。在形成雄原核的过程中，原来精核中含量很高的精氨酸和半胱氨酸逐步丧失。雄原核形成受成熟卵母细胞中一种雄原核生长因子(Male pronucleu growth factor)的控制，这种因子可能是二硫化物还原剂。 雌、雄原核发育过程中合成DNA。两原核向卵中央移动、相遇、核膜消失，雌、雄两方染色体彼此混杂在一起，受精到此结束。 动物繁殖学 受精

34 顶体反应模式图 动物繁殖学 受精

35 第二节 异常受精 一、多精子受精 有二个或偶尔有三个以上的精子几乎同时与卵子接近并穿入而发生受精，这与阻止多精子入卵机构的不完善有关。产生多精子受精的原因，在生产中往往由于延迟交配或人工受精而引起，在猪常有发生，在牛和绵羊也有。发生多精子受精时，进入卵的超数精子如形成原核，其体积都较小。 动物繁殖学 受精

36 二、双雌核受精 是由于卵子在某次成熟分裂中未将极体排出，卵内有两个雌核，且都发育成原核而形成。双雌核在猪上多见，如母猪在发情开始后超过３６h进行交配，双雌核率可达２０％以上。在兔（用老化精子）和小鼠（高温处理）上也有发生。牛、羊则罕见。 动物繁殖学 受精

37 三、雌核发育和雄核发育 卵子开始受精时是正常的，但后来由于雌、雄任何一方的原核不能产生而形成雄核发育或雌核发育。在小鼠，延迟交配可引起这两种异常发育，如用Ｘ－射线或紫外线照射小鼠或兔的精子，则发生雌核发育。 动物繁殖学 受精

38 动物繁殖学 受精