醫(yī)學生物學生命的個體發(fā)育

1、第五章 生命的個體發(fā)育生命過程的一般原理第一頁，共一百一十頁。生殖和發(fā)育是生命的基本現(xiàn)象，沒有生殖，物種不能繁衍；沒有發(fā)育，個體不能形成。個體發(fā)育是生物個體發(fā)生、發(fā)展、變化過程的總稱。有性生殖生物的生命起始于受精卵，經過卵裂、囊胚期、原腸胚期、神經胚以及器官發(fā)生等階段，衍生出與親代相似的個體，經過生長發(fā)育為成熟個體，然后進入老年，最后衰老死亡，這一全過程稱為個體發(fā)育。生命的個體發(fā)育第二頁，共一百一十頁。生命的個體發(fā)育胚胎發(fā)育(embryonic development)是指受精卵在卵膜或母體內發(fā)生發(fā)展形成幼小個體的過程。 胚后發(fā)育(post embryonic development)是指幼體

2、從卵膜孵化出或從母體分娩出以后，經生長、成熟、衰老、死亡的過程。生殖和發(fā)育是生命的基本現(xiàn)象，沒有生殖，物種不能繁衍；沒有發(fā)育，個體不能形成。第三頁，共一百一十頁。生命的個體發(fā)育一、胚胎發(fā)育過程概述 第四頁，共一百一十頁。脊椎動物的胚胎發(fā)育過程都要經過幾個基本的發(fā)育階段，即受精、卵裂、囊胚、原腸胚、神經胚以及器官發(fā)生等階段。生命的個體發(fā)育第五頁，共一百一十頁。1卵裂受精卵的分裂稱為卵裂，這是一種快速的細胞有絲分裂過程。卵裂產生的子細胞稱為卵裂球。卵裂方向由卵的固有極性所決定，有些卵裂方向還與精子進入卵的位置有關；卵裂發(fā)生部位則由卵黃物質的分布和數(shù)量決定。生命的個體發(fā)育第六頁，共一百一十頁。1卵裂

3、受精卵的分裂稱為卵裂，這是一種快速的細胞有絲分裂過程。卵裂產生的子細胞稱為卵裂球。動物極(animale pole)：卵細胞卵黃少的一極，卵裂速度相對較快。植物極(vegetal pole)：卵細胞卵黃多的一極，卵裂速度相對較慢。生命的個體發(fā)育第七頁，共一百一十頁。1卵裂受精卵的分裂稱為卵裂，這是一種快速的細胞有絲分裂過程。卵裂產生的子細胞稱為卵裂球。經裂 經裂 緯裂 經裂 緯裂 桑葚胚生命的個體發(fā)育第八頁，共一百一十頁。細胞繼續(xù)分裂，卵裂球數(shù)量增多，實心胚體中間出現(xiàn)一個不規(guī)則的腔隙，隨著腔隙中液體增多，此腔變?yōu)橐粓A形的空腔，稱為囊胚腔(blastocoele)，在人類又稱為胚泡腔(blast

4、ocyst cavity)。這種囊狀胚胎稱為囊胚(blastrula)。囊胚的形成標志著卵裂期的結束。2囊胚期生命的個體發(fā)育第九頁，共一百一十頁。在哺乳類，因為卵中所含的卵黃少，外部細胞構成囊胚壁，由單層細胞構成，稱為滋養(yǎng)層(trophoblast)，將發(fā)育為絨毛膜，參與胎盤(placenta)形成。滋養(yǎng)層能分泌蛋白酶，將母體子宮內膜溶解，利于胚胎植入母體子宮壁獲取營養(yǎng)，保證胎兒正常發(fā)育；同時還可分泌激素，使母體子宮接納胎兒。2囊胚期生命的個體發(fā)育第十頁，共一百一十頁。而哺乳類的內部細胞逐漸排列于胚泡腔的一端，稱為內細胞團，后者將分化為由內、中、外三個胚層構成的胚盤。2囊胚期文昌魚兩棲類哺乳類

5、生命的個體發(fā)育第十一頁，共一百一十頁。胚胎發(fā)育到囊胚期以后，細胞繼續(xù)分裂。植物極細胞逐漸向囊胚內部凹陷，囊胚腔逐漸縮小或消失，動物極細胞向植物極方向遷移，并外包植物極半球。這時胚胎成為具兩層細胞的胚體，稱為原腸胚(gastrula)。陷入的細胞所包圍的腔稱為原腸腔，以胚孔(blastopore)與外界相通。胚孔、原腸腔的形成以及胚層的出現(xiàn)，是原腸胚期的主要形態(tài)特征。3原腸胚生命的個體發(fā)育第十二頁，共一百一十頁。蛙原腸胚出現(xiàn)的最初標志是：植物極細胞在受精卵的灰色新月區(qū)上部內陷形成一弧形的溝，稱新月溝。溝的上方為背唇(dorsal lip)。3原腸胚（1）原腸胚的形成過程AP胚孔背唇AP生命的個體

6、發(fā)育第十三頁，共一百一十頁。分裂速度快的動物極細胞遷移并外包植物極，同時背唇細胞從新月溝處卷入胚體內。3原腸胚（1）蛙原腸胚的形成過程AP原腸腔AP生命的個體發(fā)育第十四頁，共一百一十頁。動植物極細胞以外包、內卷、內陷的方式形成左右兩側的側唇(lateral lip)及下部的腹唇(ventral lip)。3原腸胚（1）蛙原腸胚的形成過程AP胚孔側唇胚孔腹唇卵黃塞AP生命的個體發(fā)育第十五頁，共一百一十頁。原腸胚形成結束時，卵黃栓全部包進胚胎內部，胚孔縮成一條狹縫，以后胚孔處將形成肛門。至此，經過外包、卷入、內陷等復雜的細胞遷移活動，終于形成具有胚孔、原腸腔、內、外兩層的原腸胚。3原腸胚（1）蛙原

7、腸胚的形成過程生命的個體發(fā)育第十六頁，共一百一十頁。此時原腸腔并未全部由內胚層(endoderm)包圍，在原腸腔背面頂壁和側壁只有中胚層(mesoderm)。在繼后的神經胚時期，內胚層從兩側向背部靠攏，最后完全包圍原腸腔，所以原腸胚的形成過程也是三個胚層的形成過程。3原腸胚（1）蛙原腸胚的形成過程生命的個體發(fā)育第十七頁，共一百一十頁。隨著內細胞團細胞不斷分裂、增殖，靠近胚泡腔一側的細胞演變成為一層細胞，稱為下胚層(hypoblast)或初級內胚層，其余內細胞團貼近滋養(yǎng)層一側，形成上胚層(epiblast)，又稱為初級外胚層。3原腸胚（2）哺乳動物原腸胚的形成生命的個體發(fā)育第十八頁，共一百一十頁

8、。高等哺乳類動物的滋養(yǎng)層細胞增殖發(fā)育成絨毛膜，參與胎盤的形成，從子宮內膜獲取營養(yǎng)，內細胞團分化成三胚層胚盤。內、外胚層周緣的細胞分別向四周延伸，圍成卵黃囊及羊膜腔。中胚層在內、外胚層之后出現(xiàn)。3原腸胚（2）哺乳動物原腸胚的形成生命的個體發(fā)育第十九頁，共一百一十頁。從原腸胚形成開始到原腸形成是一個復雜的細胞遷移、重排的過程，是動物發(fā)育過程中的一個重要的階段。囊胚期以前，胚胎的結構和生理活動都很簡單，囊胚基本上是一些結構相似的細胞集合在一起。原腸胚及其以后就有明顯的變化，出現(xiàn)了胚層的分化，特別是中胚層的出現(xiàn)，為以后復雜的組織和器官的形成打下基礎。3原腸胚生命的個體發(fā)育第二十頁，共一百一十頁。原腸胚

9、期結束后，胚體開始伸長，并具備了內、中、外3個胚層，它們是動物所有組織器官形成的基礎。胚層開始分化，在胚體背部產生中軸器官脊索(notochord)和神經管，這時期的胚胎稱為神經胚(neurula)。神經管是由外胚層細胞分化而來，它將來形成腦和脊髓。4神經胚生命的個體發(fā)育第二十一頁，共一百一十頁。4神經胚神經板(neural plate)胚體背部位于脊索原基上方的外胚層細胞增厚，形成神經板。內胚層神經板脊索中胚層生命的個體發(fā)育第二十二頁，共一百一十頁。神經溝內胚層脊索中胚層4神經胚神經溝(neural groove)神經板的兩側向上隆起，形成神經褶；神經板的中部凹陷形成神經溝。 生命的個體發(fā)育

10、第二十三頁，共一百一十頁。4神經胚神經管(neural tuble)神經褶繼續(xù)向背方延伸并相互靠攏、融合，形成神經管。最后神經管自外胚層脫離，陷入胚體內，其上方的外胚層愈合 。 神經管體腔神經脊體 壁中胚層臟 壁中胚層體節(jié)生命的個體發(fā)育第二十四頁，共一百一十頁。脊索是由背正中區(qū)的中胚層細胞分化形成的一條縱貫胚體的圓柱形中軸結構，脊索的下方為內胚層，兩側為中胚層，將發(fā)育成體節(jié)(somite)。神經胚是脊椎動物所特有的胚胎發(fā)育階段。4神經胚生命的個體發(fā)育第二十五頁，共一百一十頁。器官發(fā)生(organogenesis)是指由內、中、外三個胚層分化發(fā)育成胚體各個器官系統(tǒng)的發(fā)生過程。5器官發(fā)生初級器官原

11、基(primary organ rudiment)次級器官原基(secondary organ rudiment)生命的個體發(fā)育第二十六頁，共一百一十頁。5器官發(fā)生外胚層皮膚的表皮、毛發(fā)、爪甲、汗腺，神經系統(tǒng)（腦、脊髓、神經節(jié)），神經感官的接收器細胞，眼的晶體，口、鼻腔及肛門上皮，牙的釉質 內胚層腸上皮、氣管、支氣管、肺上皮，肝臟、胰臟，膽囊上皮、甲狀腺、副甲狀腺及胸腺，膀胱、尿道上皮 中胚層肌肉平滑肌 骨骼肌及心肌，皮膚的真皮，結締組織，硬骨及軟骨，齒的牙質，血液及血管，腸系膜，腎臟，睪丸和卵巢 生命的個體發(fā)育第二十七頁，共一百一十頁。生命的個體發(fā)育二、胚胎發(fā)育機制 第二十八頁，共一百一十頁

12、。有性生殖的個體從受精卵開始發(fā)育為新個體，經歷了復雜演變過程，嚴格按照時間、空間順序進行一系列核質之間，細胞之間，細胞與環(huán)境之間的相互作用。經歷了由細胞組織器官系統(tǒng)個體各層次的胚胎發(fā)育過程。生命的個體發(fā)育第二十九頁，共一百一十頁。模式形成是指胚胎細胞如何有序地分化，形成有序三維結構的過程，其本質是指基因按長期進化形成的固有程序規(guī)劃機體的發(fā)育藍圖。模式形成，使胚胎細胞獲得正確分化必需的位置信息，決定了細胞的命運，最終確定了每一個細胞具體的分化方向 模式形成(pattern formation)生命的個體發(fā)育第三十頁，共一百一十頁。整個發(fā)育過程是由遺傳控制、程序化、精確有序的發(fā)育過程。從基因型到表

13、型是通過發(fā)育實現(xiàn)的。發(fā)育是遺傳特性的表達和展現(xiàn)，是基因組遺傳信息按照特定時間和空間表達的結果，是生物體基因型與內外環(huán)境因之相互作用，并逐步轉化為表型的過程。1遺傳與發(fā)育生命的個體發(fā)育第三十一頁，共一百一十頁。細胞分化是基因差異表達的結果。由于基因表達，使細胞出現(xiàn)特異的蛋白質，表現(xiàn)出特殊的形態(tài)結構，執(zhí)行不同的生理功能。1遺傳與發(fā)育（1）基因差異表達決定分化生命的個體發(fā)育第三十二頁，共一百一十頁。細胞核中存在著控制胚胎發(fā)育、細胞分化的多層次基因群，它們形成網絡，控制胚胎發(fā)育過程。1遺傳與發(fā)育（2）基因決定形態(tài)發(fā)生母源效應基因(maternal effect gene)分節(jié)基因群(segmentat

14、ion genes)同源異形基因(homeotic gene)生命的個體發(fā)育第三十三頁，共一百一十頁。決定卵和未來胚胎的前后軸和背腹面的一組基因，這些基因的產物（mRNA和蛋白質）在卵細胞質中按一定的時空圖式分布，使細胞核中的基因被選擇性激活，決定未來胚胎外、中、內三個胚層的命運和分節(jié)。1遺傳與發(fā)育（2）基因決定形態(tài)發(fā)生母源效應基因生命的個體發(fā)育第三十四頁，共一百一十頁。果蠅的母源效應基因bicoid母源bicoid mRNABICOID蛋白前端 后端生命的個體發(fā)育1遺傳與發(fā)育（2）基因決定形態(tài)發(fā)生母源效應基因第三十五頁，共一百一十頁。是決定體節(jié)的分節(jié)和極性，奠定胚胎形體大格局的基因群。1遺傳

15、與發(fā)育（2）基因決定形態(tài)發(fā)生分節(jié)基因群生命的個體發(fā)育第三十六頁，共一百一十頁。同源異型基因(homeotic gene)是真正指導體節(jié)進一步發(fā)育成一定表型、決定各體節(jié)的形態(tài)特征的一大群基因，這類基因均含有相同的180 bp的DNA片段的同源盒結構。1遺傳與發(fā)育（2）基因決定形態(tài)發(fā)生同源異型基因生命的個體發(fā)育第三十七頁，共一百一十頁。同源異型基因均含有的共同片段稱為同源盒(homeobox)。含有同源盒的基因稱為同源盒基因(homeobox gene)。同源盒為高度保守的開放讀碼框架，編碼6168個氨基酸組成的肽鏈片段，稱為同源結構域(homeodomain，HD)。生命的個體發(fā)育1遺傳與發(fā)育（

16、2）基因決定形態(tài)發(fā)生同源異型基因第三十八頁，共一百一十頁。含HD結構的蛋白質是一大類DNA序列特異的結合蛋白，組成HD超家族，在進化上高度保守。HD超家族在發(fā)育過程中沿胚胎前后軸依順序表達，這種排列與表達模式在從果蠅到哺乳動物的各個門類中是高度保守的。生命的個體發(fā)育1遺傳與發(fā)育（2）基因決定形態(tài)發(fā)生同源異型基因第三十九頁，共一百一十頁。同源框基因果蠅HOM復合體 3哺乳動物HOX復合體 HOX1 3HOX2 3HOX3 3HOX4 3lab pb (zen) Dfd scr (ftz) Antp Ubx abd-A abd-BA1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A9 A10 A11 A1

17、35 5555B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B13D1 D3 D4 D8 D9 D10 D11 D12 D13 C4 C5 C6 C8 C9 C10 C11 C12 C13生命的個體發(fā)育第四十頁，共一百一十頁。胚胎發(fā)育過程中細胞分化是通過細胞核和細胞質之間相互影響實現(xiàn)的。細胞質是通過調節(jié)細胞核中的基因表達而發(fā)揮作用的。如果沒有細胞核，細胞質不可能起作用。1遺傳與發(fā)育（3）細胞核基因組與細胞質間的相互作用生命的個體發(fā)育第四十一頁，共一百一十頁。1遺傳與發(fā)育（3）細胞核基因組與細胞質間的相互作用爪蟾核移植實驗說明細胞核的全能性生命的個體發(fā)育第四十二頁，共一百一十頁。細胞質物

18、質在受精卵及卵裂球細胞質中的分布不均勻，在細胞中有一定的區(qū)域分布的現(xiàn)象，稱為細胞質定域(cytoplasmic locolization)。這種不均勻性，在很大程度上決定細胞的早期分化，對胚胎的早期發(fā)育有很大的影響。1遺傳與發(fā)育（3）細胞核基因組與細胞質間的相互作用生命的個體發(fā)育第四十三頁，共一百一十頁。1遺傳與發(fā)育（3）細胞核基因組與細胞質間的相互作用灰新月區(qū)生命的個體發(fā)育第四十四頁，共一百一十頁。1遺傳與發(fā)育（3）細胞核基因組與細胞質間的相互作用表皮吸盤眼睛耳腸脊索背唇肢芽后腸體節(jié)生命的個體發(fā)育第四十五頁，共一百一十頁。1遺傳與發(fā)育（4）小RNA與細胞分化與個體發(fā)育小RNA是長度約在203

19、0個核苷酸(nt)的非編碼RNA (non-coding RNA)，包括約22nt的微小RNA (microRNA，miRNA)、2128nt的小干擾RNA (small interfering RNA，siRNA)，以及在小鼠精子發(fā)育過程中發(fā)現(xiàn)的長度約為2631nt的PIWI互作分子RNA。生命的個體發(fā)育第四十六頁，共一百一十頁。1遺傳與發(fā)育（4）小RNA與細胞分化與個體發(fā)育生命的個體發(fā)育miRNA的形成及作用機制第四十七頁，共一百一十頁。1遺傳與發(fā)育（4）小RNA與細胞分化與個體發(fā)育小RNA廣泛地存在于哺乳動物，具有高度的保守性，它們通過與靶基因mRNA互補結合而抑制蛋白質合成或促使靶基因

20、mRNA降解。許多研究表明，小RNA參與了細胞分化與發(fā)育的基因表達調控。miRNA 主要通過調控細胞的增殖、分化與凋亡而參與整個機體的發(fā)育過程，是動物發(fā)育過程中的重要調控因子。生命的個體發(fā)育第四十八頁，共一百一十頁。1遺傳與發(fā)育（4）小RNA與細胞分化與個體發(fā)育生命的個體發(fā)育miRNA的形成及作用機制第四十九頁，共一百一十頁。2胚胎細胞分化與決定細胞分裂和分化是受精卵發(fā)育為個體的關鍵，是胚胎發(fā)育的核心和基礎。經過細胞分裂，細胞數(shù)量增加；經過分化，產生不同類型的細胞。由各型細胞組成組織，器官、系統(tǒng)和生物體。生命的個體發(fā)育第五十頁，共一百一十頁。2胚胎細胞分化與決定胚胎在許多情況下，細胞在分化之前

21、就已預先確定了其未來的發(fā)育命運，只能向特定方向分化，這種現(xiàn)象稱為細胞決定(cell determination)。在這種狀態(tài)下，細胞沿著預定的方向分化，細胞決定一方面由卵細胞質控制，另一方面由相鄰細胞的相互作用而受到決定。最早決定細胞分化方向的物質是卵細胞質中的基因產物mRNA和蛋白質。生命的個體發(fā)育第五十一頁，共一百一十頁。2胚胎細胞分化與決定供體 供體移植 移植宿主 宿主正常命運 未決定 已決定明顯分化前明顯分化后生命的個體發(fā)育第五十二頁，共一百一十頁。2胚胎細胞分化與決定胚胎細胞在不同發(fā)育階段，其分化潛能不同 全能性細胞桑葚胚之前的細胞，都具有發(fā)育為整個個體的潛能。生命的個體發(fā)育第五十三

22、頁，共一百一十頁。2胚胎細胞分化與決定胚胎細胞在不同發(fā)育階段，其分化潛能不同 全能性細胞多能細胞(pluripotent cell)分化潛能有局限，但仍具有發(fā)育為多種表型細胞的潛能的細胞。生命的個體發(fā)育第五十四頁，共一百一十頁。2胚胎細胞分化與決定胚胎細胞在不同發(fā)育階段，其分化潛能不同 全能性細胞多能細胞(pluripotent cell)專能細胞(committed cell)經過器官發(fā)生，各種組織、細胞的發(fā)育命運最終決定，在形態(tài)上特化、功能上專一化的細胞。生命的個體發(fā)育第五十五頁，共一百一十頁。2胚胎細胞分化與決定胚胎細胞在不同發(fā)育階段，其分化潛能不同 全能性細胞多能細胞(pluripot

23、ent cell)專能細胞(committed cell)特化細胞生命的個體發(fā)育第五十六頁，共一百一十頁。2胚胎細胞分化與決定細胞分化潛能是由全能多能單能特化的方向演化。這種分化能力逐漸降低的現(xiàn)象，是細胞分化過程中的一個普遍規(guī)律，是基因選擇表達的結果。生命的個體發(fā)育第五十七頁，共一百一十頁。2胚胎細胞分化與決定分化受細胞核與細胞質之間、細胞群與細胞群之間、胚胎不同部位之間、細胞外物質等一系列因素相互作用的制約。在胚胎發(fā)育過程中，以上因素連續(xù)地或選擇性地激活某些基因，決定了細胞分化和組織器官的結構，而基因組中的基因按一定時間和空間順序選擇性地表達，控制某些特定蛋白質的合成，使細胞按時空順序分化為

24、某種類型的細胞。生命的個體發(fā)育第五十八頁，共一百一十頁。3胚胎發(fā)育中細胞間的相互作用原腸胚以后，三個胚層的發(fā)育前途雖已確定，但各胚層進一步發(fā)育還有賴于細胞之間、細胞群之間的相互作用。主要表現(xiàn)在胚胎誘導與抑制。生命的個體發(fā)育第五十九頁，共一百一十頁。3胚胎發(fā)育中細胞間的相互作用（1）胚胎誘導胚胎發(fā)育的特定階段，一部分細胞對鄰近細胞產生影響，并決定其分化方向的作用，稱為胚胎誘導(embryonic induction)或誘導(induction)。誘導組織：起誘導作用的組織反應組織：被誘導而發(fā)生分化的組織生命的個體發(fā)育第六十頁，共一百一十頁。3胚胎發(fā)育中細胞間的相互作用（1）胚胎誘導生命的個體發(fā)育

25、第六十一頁，共一百一十頁。3胚胎發(fā)育中細胞間的相互作用（1）胚胎誘導胚胎誘導可發(fā)生在不同胚層之間，也可以發(fā)生在同一胚層不同區(qū)域之間。視泡視杯 晶狀體杯 晶狀體泡 角膜 生命的個體發(fā)育第六十二頁，共一百一十頁。3胚胎發(fā)育中細胞間的相互作用（1）胚胎誘導胚胎誘導具有嚴格的組織特異性和發(fā)育時空限制。 真皮間質來源 翅膀表皮上皮 特異性誘導翅膀大腿足翅膀上的羽毛大腿上的羽毛爪生命的個體發(fā)育第六十三頁，共一百一十頁。3胚胎發(fā)育中細胞間的相互作用（1）胚胎誘導胚胎誘導具有嚴格的組織特異性和發(fā)育時空限制。 蛙原腸胚 蠑螈原腸胚蠑螈原腸胚 蛙原腸胚 腹部外胚層具有吸盤的蠑螈吸盤具有平衡器的蛙平衡器生命的個體發(fā)

26、育第六十四頁，共一百一十頁。3胚胎發(fā)育中細胞間的相互作用（2）抑制抑制(inhibition)是在胚胎發(fā)育中，已分化的細胞抑制鄰近細胞進行相同分化而產生的負反饋調節(jié)作用。已分化的細胞可產生某種物質，抑制鄰近細胞向其相同方向分化，這種物質稱為抑素。生命的個體發(fā)育第六十五頁，共一百一十頁。3胚胎發(fā)育中細胞間的相互作用由于有誘導分化和抑制分化，才使胚胎發(fā)育有序地進行，使發(fā)育的器官間相互區(qū)別，避免重復。生命的個體發(fā)育第六十六頁，共一百一十頁。3胚胎發(fā)育中細胞間的相互作用（3）細胞識別和黏著在胚胎形態(tài)發(fā)生中細胞識別和黏著起著重要作用。由于胚胎細胞的廣泛遷移，當?shù)竭_最終位置時，同類細胞只有通過識別和粘著，

27、才能進一步分化，構成組織器官和系統(tǒng)，形成機體形態(tài)結構。生命的個體發(fā)育第六十七頁，共一百一十頁。4形態(tài)發(fā)生（1）形態(tài)發(fā)生的概念形態(tài)發(fā)生(morphogenesis)是胚胎發(fā)育過程中組織器官和機體形態(tài)結構的形成過程。它是通過細胞差異生長(differential growth)、細胞遷移和形態(tài)變化、細胞識別和黏著，細胞增殖和凋亡而實現(xiàn)，整個過程都是受基因控制，也受環(huán)境因素影響。生命的個體發(fā)育第六十八頁，共一百一十頁。4形態(tài)發(fā)生（1）形態(tài)發(fā)生的概念各生物體的發(fā)育環(huán)境相對固定。而這一固定環(huán)境是生物長期進化形成的，生物的發(fā)生要重演祖先進化過程。生命的個體發(fā)育第六十九頁，共一百一十頁。4形態(tài)發(fā)生（2）影響

28、形態(tài)發(fā)生的因素細胞增殖和程序性細胞死亡胚胎的生長是有絲分裂的結果，大型動物和小型動物的區(qū)別，不在于細胞大小的不同，而是由細胞數(shù)量多少決定的。在形態(tài)發(fā)生過程中細胞按一定時期、一定部位有序地進行增殖和死亡，它既受基因控制，也受環(huán)境因素的影響。生命的個體發(fā)育第七十頁，共一百一十頁。4形態(tài)發(fā)生（2）影響形態(tài)發(fā)生的因素差異生長差異生長指細胞增長的數(shù)量和增長率，在身體的不同部位是不同的。由于細胞差異生長，形成各組織、器官的特有形態(tài)。生命的個體發(fā)育第七十一頁，共一百一十頁。4形態(tài)發(fā)生（2）影響形態(tài)發(fā)生的因素形態(tài)調節(jié)運動形態(tài)調節(jié)運動(form regulating movement)使生長著的有關部位之間產生

29、細胞的變形和遷移。胚胎形態(tài)發(fā)生是受多個基因群形成的多層次控制，這些基因通過對細胞運動、細胞間識別和黏著、細胞增殖和凋亡的控制，使一系列發(fā)育事件按基因組既定的遺傳程序進行。生命的個體發(fā)育第七十二頁，共一百一十頁。生命的個體發(fā)育三、胚后發(fā)育 第七十三頁，共一百一十頁。從卵膜孵出或從母體娩出的幼體，繼續(xù)生長發(fā)育，經過幼年、成年、老年直至死亡的過程，稱為胚后發(fā)育。在胚后發(fā)育過程中，仍有一些細胞繼續(xù)分化，如牙的發(fā)生、神經系統(tǒng)的繼續(xù)發(fā)育、生殖細胞的分化成熟。生命的個體發(fā)育第七十四頁，共一百一十頁。從卵膜孵出或從母體娩出的幼體，繼續(xù)生長發(fā)育，經過幼年、成年、老年直至死亡的過程，稱為胚后發(fā)育。有些動物從幼體發(fā)

30、育為成體的過程中，在形態(tài)結構、生理機能及生活習性等方面發(fā)生顯著的改變，稱為變態(tài)(metamorphosis)。生命的個體發(fā)育第七十五頁，共一百一十頁。生長是由幼體生長到成體，體積增大的階段。機體生長通過細胞數(shù)量增加，這是生長的主要原因；細胞體積增大，是個體發(fā)育中某些細胞的生長方式；此外，大量細胞外基質細胞分泌完成的細胞外空間容量的增加。1生長生命的個體發(fā)育第七十六頁，共一百一十頁。1生長生長停滯期(lag growth period)：無實質性生長，但為其以后的生長做準備指數(shù)生長期(exponential growth period)：此期先慢后快，體積成倍增加生長減速期(decelerate

31、 growth period)：個體生長開始減慢負生長：到晚年甚至出現(xiàn)負生長生命的個體發(fā)育第七十七頁，共一百一十頁。再生(regeneration)是指生物體在其身體某部分受到損傷或喪失后的修復過程。再生的本質是成體動物為修復缺失組織器官的發(fā)育再活化，是多潛能未分化細胞的再發(fā)育。2再生生命的個體發(fā)育第七十八頁，共一百一十頁。2再生（1）再生的形式生命的個體發(fā)育生理性再生：即細胞更新，如人體內每秒中約有600萬個新生的紅細胞替代相同數(shù)量死亡的紅細胞。修復性再生：許多無脊椎動物用這種方式來形成失去的器官，如上述提到的壁虎的尾和螃蟹的足。第七十九頁，共一百一十頁。2再生（1）再生的形式生命的個體發(fā)育

32、重建：是人工實驗條件下的特殊現(xiàn)象。如人為將水螅的一片組織分散成單個細胞。在懸液中，這些細胞重新聚集，在幾天至幾周以后，形成一條新的水螅。第八十頁，共一百一十頁。涉及成體組織通過去分化過程形成未分化的細胞團，以便之后可以重新分化，如兩棲類動物再生肢體。2再生（2）再生分類微變態(tài)再生(epimorphosis regeneration)生命的個體發(fā)育第八十一頁，共一百一十頁。是通過已存在組織的重組分化，基本沒有新的生長, 如水螅的再生。2再生（2）再生分類變形再生(morphallaxis regeneration)生命的個體發(fā)育第八十二頁，共一百一十頁。表現(xiàn)為細胞分裂，產生與自己相似的細胞，保持

33、它們的分化功能，如哺乳動物肝臟再生。2再生（2）再生分類補償性再生(compensatory regeneration)生命的個體發(fā)育第八十三頁，共一百一十頁。2再生（2）動物再生的一般進程完成再生過程需要的條件必須具有再生能力的細胞局部環(huán)境條件能引導這些細胞進入再生途徑去除阻礙再生進行的因素及因子生命的個體發(fā)育第八十四頁，共一百一十頁。2再生（2）動物再生的一般進程參與再生過程的細胞干細胞或祖細胞：最常見的再生機制是干細胞和祖細胞進行再生，干細胞一般通過中間類型細胞及定向祖細胞分化為終末分化細胞已分化細胞：已分化細胞去分化或轉分化，然后再分化，形成失去的組織或器官生命的個體發(fā)育第八十五頁，共

34、一百一十頁。2再生（3）動物再生進程的調控動物的再生是受多種因子的調節(jié)的。在不同的階段，參與的因子不同，如肝臟的再生，分為啟動階段、增殖階段和終止階段。生命的個體發(fā)育第八十六頁，共一百一十頁。2再生（3）動物再生進程的調控啟動階段細胞因子(TNF-、IL-6)和轉錄因子(NF-B、STAT-3)是肝再生啟動階段最為重要的信號調控分子生命的個體發(fā)育第八十七頁，共一百一十頁。2再生（3）動物再生進程的調控增殖階段肝細胞進入細胞周期增殖階段(G1S期)后，受到多個因素的調控。細胞周期素(cyclin D1)表達、活化是此階段一個重要調控點；多種促肝細胞生長因子(HGF、EGF、TGF-)在此階段也有

35、重要作用生命的個體發(fā)育第八十八頁，共一百一十頁。2再生（3）動物再生進程的調控終止階段肝再生終止階段信號調控機制，是研究最不清楚的環(huán)節(jié)。目前已知，肝再生終止階段存在著強力生長抑制因子的表達活化；主要包括有轉化生長因子-(TGF-)、激活素蛋白-A (activin A)生命的個體發(fā)育第八十九頁，共一百一十頁。3衰老衰老(aging)是絕大多數(shù)生物性成熟以后，機體形態(tài)結構和生理功能逐漸退化或老化的過程，是一個受發(fā)育程序、環(huán)境因子等多種因素控制的不可逆的生物學現(xiàn)象。生命的個體發(fā)育第九十頁，共一百一十頁。3衰老（1）衰老的一般形態(tài)與功能特征哺乳動物進入衰老期，機體結構和功能出現(xiàn)衰老特征。衰老可以表現(xiàn)

36、在組織、器官、細胞及分子等不同層次上。不同物種、同一物種不同個體及同一個體不同部位各層次上的衰老變化都不完全相同。生命的個體發(fā)育第九十一頁，共一百一十頁。衰老是時間依賴性的緩慢過程。衰老的形態(tài)和功能特征有顯著的個體差異，很難找到適當?shù)亩繀?shù)作為衰老的指標。衰老過程主要是機體內部結構的衰變，是構成機體的所有細胞的功能不全，是隨著生存時間推移而發(fā)生的細胞改變的總和。生命的個體發(fā)育3衰老（1）衰老的一般形態(tài)與功能特征第九十二頁，共一百一十頁。3衰老（2）衰老機制基因調控學說子代的壽命與雙親的壽命有關，各種生物的壽命相對恒定，主要受遺傳物質的控制。個體發(fā)育本身就是一個嚴格的遺傳程序控制的過程。機體細

37、胞中存在著“長壽基因”和衰老基因。生命的個體發(fā)育第九十三頁，共一百一十頁。在正常情況下，控制生長發(fā)育的基因在各個發(fā)育時期有序地開啟和關閉。機體發(fā)育到生命的后期階段才開啟的基因控制機體的衰老過程，正是由于這些基因的改變而引起機體一系列結構、功能的改變。生命的個體發(fā)育3衰老（2）衰老機制基因調控學說第九十四頁，共一百一十頁。3衰老（2）衰老機制端粒、端粒酶與衰老染色體末端普遍存在端粒結構，端粒是決定細胞增殖能力的計時器，端粒長，細胞的增殖能力強，反之則短。端粒由端粒酶合成，以保持染色體的穩(wěn)定性，端粒酶僅在生殖細胞、一些干細胞及部分腫瘤細胞中才有活性。生命的個體發(fā)育第九十五頁，共一百一十頁。隨著年齡

38、的增長，細胞分裂次數(shù)增加，端粒長度隨之縮短的現(xiàn)象，稱為端粒消減(telomere attrition)，當端粒減至臨界長度，細胞出現(xiàn)傳代極限(Hayflick限度)，不再分裂，細胞衰老。生命的個體發(fā)育3衰老（2）衰老機制端粒、端粒酶與衰老第九十六頁，共一百一十頁。3衰老（2）衰老機制自由基與衰老自由基是指那些在外層軌道上具有不成對電子的分子或原子基團，它們都帶有未配對的自由電子，這些自由電子使這些物質具有高反應活性。生命的個體發(fā)育第九十七頁，共一百一十頁。隨著年齡的增加，細胞內清除自由基的酶活性降低，清除力下降，使自由基積聚，對細胞質膜、內膜系統(tǒng)以及核膜的損害增強，生物膜脆性增加，對離子尤其是K+離子的通透性發(fā)生改變，使細胞內依賴DNA的RNA聚合酶活性受到抑制，導致細胞衰老。生命的個體發(fā)育3衰老（2）衰老機制自由基與衰老第九十八頁，共一百一十頁。3衰老（2）衰老機制線粒體與衰老mtDNA