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第三节 受精过程
书籍:犬繁育技术大全    来源:辈宠网

一、受精

受精分为单精受精、多精受精、体内受精、体外受精几种。只有一个精子进入卵内的受精为单精受精; 有2个以上的精子同时进卵内,但一般只有一个雄原核 (male pronucleus) 和雌原核 (female pronucleus) 结合的受精为多精受精; 精子进入母犬生殖道内的受精为体内受精; 精卵在母犬体外结合为体外受精。

犬的受精过程非常迅速,若精子和卵子的受精能力均强,这一过程可在1小时内完成。

当配子相遇后,经过顶体反应,精子即主动向卵子内部钻入而进行受精,从而出现一系列复杂的细胞学和细胞化学的变化。大多数哺乳动物的卵子是在第1极体排出后才开始受精的,所以当精子进入卵子时,卵子正进行第2次成熟分裂。犬的精子可在卵子第2次成熟分裂之前进入卵子。一般情况下,卵子由外向内包被有放射冠 (corona radiata) 细胞、透明带 (zona pellucida,ZP) 和卵黄膜三层,受精时精子依次穿过这三层结构,进入卵子之后,精子核形成雄原核,卵子核形成雌原核,然后配子结合,完成受精。

(一) 精子和卵子的相遇

在哺乳动物,精子与卵子的相遇,基本上有赖于精子的主动接近。进入输卵管的精子较多,有更多的机会在受精部位与卵子相遇。哺乳动物的配子,似乎含有与无脊椎动物的卵子所分泌的受精素 (fertilizen)相当的物质,称它为雌配素Ⅱ (gongamone Ⅱ),由此诱发顶体反应,这种受精素是分子量在82 000以上的粘多糖类蛋白。在精子则分泌与抗受精素 (antifertilizen) 相当的物质,称为雄配素Ⅱ (androgamone Ⅱ),存在于精子核部,其性质属于酸性蛋白。受精素能凝集精子,它和抗受精素之间反应,能使精子附着于卵子,并使精子易于进入卵子内。

(二) 精子的顶体反应

精子获能后,在穿越透明带前后很短的时间内,在形态上可以看到顶体帽前面膨大,接着精子的质膜和顶体外膜融合。融合后的膜形成许多泡状结构,这种泡状结构最后和精子头部分离,然后精子头部的透明质酸酶,通过泡状结构的间隙释放出来,这一过程称为顶体反应。即精子的顶体反应是指精子头部顶体发生囊泡化,而释放或暴露出顶体酶类的过程。在此过程中,顶体的赤道段和顶体后区的质膜并不发生囊泡化和脱落。顶体反应过程的模式图见图1-6-1。

图1-6-1 顶体反应过程模式图

A.顶体反应前 B.顶体帽膨大 C.脱落阶段 D.顶体反应后

诱发顶体反应的部位在卵丘细胞。卵泡液、输卵管液、卵丘细胞、透明带均可诱发哺乳动物精子的顶体反应。在精子顶体反应的诱发过程中,Ca2+、K+、Mg2+和Na+起重要作用,尤其是Ca2+起着中心作用,但它的作用可被Sr2+和Ba2+所取代,却被La3+和Zn2+所抑制。除此之外,获能液的渗透压、pH值、温度等都与顶体反应密切相关。

(三) 精子穿过放射冠

在卵子最外围的颗粒细胞之间有胶状的基质,以使颗粒细胞凝聚在卵子外部,该基质的成分属于粘蛋白的透明质酸。犬的卵子必须由精子产生的透明质酸酶使放射冠内的胶状基质溶解,以便精子钻入或使卵子从放射冠的包围中释放出来。通过酶的作用,为精子开辟出通过颗粒细胞层的门径,但放射冠最终在受精过程中逐渐崩解。

参加受精的精子虽是极少数,但精子的浓度对破坏放射冠则有意义。当精子的浓度大时,能产生更多的透明质酸酶,使粘蛋白的基质更容易溶解; 当浓度增加到一定程度时,放射冠破坏加速,卵膜内有几个精子钻入,有时甚至使卵子完全崩解。因此,精子浓度过度对受精有害。

(四) 精子穿过透明带

精子在穿过透明带前,必须先附着于透明带。这种附着只有获能和发生顶体反应的精子才能发生。

关于体内精子穿过透明带的方式,可能有两种情况。其一是到达卵丘细胞间的获能或顶体反应的精子到达透明带表面,并附着于透明带,尔后将顶体反应后的囊泡释放到透明带表面,并开始斜面穿入,最后斜向穿过透明带; 其二是在卵丘细胞内已发生顶体反应后的精子,以内顶体膜附着于透明带,尔后方向旋转,以大面积的内顶体膜附着于透明带,开始穿入透明带,最后精子斜向穿过透明带。关于精子穿过透明带的方式,目前认为同精子头部的形状、尾部摆动方式和输卵管的生理状态直接有关。

(五) 精子进入卵黄

精子进入透明带后,到达卵周隙。此时精子仍能活动,不过活动时间很短。但接触卵黄膜,活动即停止,在与卵黄膜接触20分钟,即与卵黄膜融合在一起。卵黄膜表面的微绒毛抓住精子的头,于此同时卵黄发生旋转,此时精子尾部全部进入两间隙内,接着两层质膜(精子和卵子)形成连续的膜,并将精子的头包起来,随两层膜不断向精子尾部融合,精子就被“拖入卵内”。

在精子与卵黄膜发生融合的同时,卵子被激活并发生一系列反应。

1. 皮质反应

这是一种防止卵黄膜在被其他精子穿透的防御性反应。

当精子与卵黄膜接触后,皮质颗粒首先在该处与卵黄膜融合,发生破裂和胞吐,然后胞吐现象逐渐向卵的四周扩散,即发生所谓的皮质反应。其意义是改变卵黄膜和透明带的特性,以阻止多精受精。由于精子和卵子在受精中的状态不同,因而诱发皮质反应的情况也不尽一致。首先在卵子方面,如果自身不成熟,则会缺乏皮质反应的能力,导致多精受精; 同时如果卵子内缺少Ca2+储存,也难以在受精中起动皮质反应。在精子方面,取决于精子获能和顶体反应的状态,如果获能和顶体反应不足或太过,均不能实现正常的受精以及激活皮质反应。

因此,在受精过程中掌握精子和卵子的状态,对于适时受精和提高受胎率是极其重要的。

2. 卵黄膜反应

由于皮质反应的结果,大部分原来的卵黄膜加入了皮质颗粒膜而发生膜的改组。这种变化称为卵黄膜反应或卵黄膜封闭作用。同时皮质颗粒所释放的粘多糖与卵黄膜表面紧密相粘,在卵子周围形成一保护层,称透明带,从而改变了卵子表面结构,阻止第2个精子入卵,避免多精子受精现象。

3. 透明带反应

由于皮质颗粒内容物的释放,改变了透明带的性质,从而阻止了其他精子的穿入。这种反应相当迅速与有效,阻止其他精子再穿过透明带。其原因是皮质颗粒内容物中的类胰蛋白酶,破坏了透明带上的特异性精子受体,从而达到阻止其他精子穿过透明带的作用。

(六) 原核形成

精子进入卵子后不久,头部开始膨大,精核疏松,核膜消失,失去固有的形态,同时卵母细胞减数分裂恢复,释放第2极体。在精核疏松的同时,核内碱性蛋白质,以及与精子DNA密切有关的高浓度精氨酸也完全消失,最后在疏松的染色质外又形成新的核膜。它的结构很像一个细胞的核,而不像精子细胞的核。这种重新形成的核叫雄原核。

进入卵子的精子尾部最终消失,线粒体解体。

雌原核的形成类似于雄原核。两性原核同时发育,体积不断增大,几小时可达原来的20倍。一般情况下,由于雄性染色质开始疏松增大的时间比雌性早,所以雄原核形成比雌原核大。

(七) 配子配合

雄原核和雌原核经充分发育,逐渐相向移动。在卵子的中央,核仁和核膜消失,两原核紧密接触,然后迅速收缩,染色体重新组合,并准备进行第1次有丝分裂。至此受精最后阶段“配子配合”遂告完成,形成一个“合子”的单细胞胚胎。接近第1次分裂时,可以看到两组染色体,它们分别是母本和父本染色体合并形成。

二、受精卵的发育与运行

受精卵或合子形成后,胚胎开始在母体内进行早期发育,其中主要过程首先是卵裂,由桑葚胚形成囊胚和胚囊,胚胎着床,建立胎盘系统,给予胚胎发育以必要的生活条件,以利于完成其在子宫内生长发育的阶段。

犬的受精卵在排卵后96小时发育成2细胞,144小时发育成8细胞,196小时发育成16细胞,204~216小时发育成桑葚胚,第8.5~9天进入子宫。

卵裂开始于输卵管,随后胚胎迅速通过输卵管峡部,进入子宫,但由于胚胎的运行速度和生殖道长度以及交配次数不同,使得胚胎在输卵管内的停留时间和进入子宫时所处的发育阶段稍有不同。

由于胚胎在从输卵管内进入子宫的初期,处于浮动状态,故在生产实践中多在此时期进行胚胎移植。

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