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高中生物竞赛:1动物学基础


动 物 的 生 殖


个 体 发 育

动物的生殖和个体发育
生物的寿命各不相同,但终将衰老、死亡。 生命的延续不是靠个体的长生不老,而是靠产生后代、 代代相传来实现的。因此,生殖是最重要的。 生物以一定的方式产生与自己相似的新个体,这种现象 称为生殖(reproduction)。 动物寿命: 蝙蝠(2) 猫(21) 黑猩猩(37) 狗(34) 印度象(57) 马(62) 牛(30) 羊(18) 鹦鹉(64) 鸽(35) 夜莺(3.8) 龟(123) 鳖(177) 金鱼(25) 人(73)

动物的生殖和个体发育
第一节 生殖的方式 一、无性生殖(asexual reproduction)
凡不涉及性别、没有配子(精子和卵)参与、没有受精过 程的生殖都称为无性生殖。 (一)裂殖(fission) 单细胞生物,如细菌、草履虫、变形虫、眼虫、疟原虫等。

裂 殖

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(二)出芽(budding) 酵母菌、水螅。

水 螅

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(三)孢子生殖(spore formation) 真菌和藻类能产生大量孢子。

动物的生殖和个体发育
(四)动物的再生作用 原生动物再生能力很强,如 纤毛虫,只要有核,便可再生。

动物的生殖和个体发育
腔肠动物和涡虫的再生能 力从前到后递减。 蚯蚓头部再生能力比后部 体节强,如果摘除腹神经,便 失去再生能力。 海星、海参等的再生能力 也很强。切碎的海星,只要有 一部分中央盘,就能再生完整 的海星。

海星再生

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脊椎动物的再生作用:例子很多,如手指破了,不用创 可贴也会很快愈合,但其再生作用只限于修修补补,而不能 产生新的生物个体。

动物的生殖和个体发育
二、有性生殖
( 一 ) 同配生殖 (isogmy) : 2 个配子的大 小、形态完全相同,但生理上已有雌雄的分 化,有鞭毛或纤毛,能运动。如衣藻。 (二)异配生殖(anisogamy):2个配子大 小不同,但形态相同,都有鞭毛,能运动。 如实球藻。 (三)卵配生殖(oogamy):卵子大、富含 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。

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(四)雌雄同体 (hermaphroditism):有 性生殖?雌雄配子?两性 分化,生物体不一定都分 为雌性个体和雄性个体。 许多生物是雌雄同体,如 植物的雌雄同株、两性花、 杂性花,多为异花传粉; 无脊椎动物的大多数寄生 虫(绦虫)、蚯蚓、蛤、蚌 等雌雄同体,大多为异体 受精,其精巢先成熟,释 放精子后退化,卵巢成熟 晚,产卵;脊椎动物大多 为雌雄异体。

动物的生殖和个体发育
(五)孤雌生殖(parthenogenesis):很多无脊椎动物, 如轮虫、甲壳类、某些昆虫等的卵不经受精即可发育为成虫 的生殖方式。 ①轮虫:秋末有雄虫出现,以厚壳受精卵过冬。 ②蚜虫:环境恶化时,精、卵结合。 保证种族繁衍,丰富了基因的交换、组合。 蜜蜂、蚂蚁、白蚁等昆虫孤雌生殖产生雄性个体,其唯 一功能就是产生精子。

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第二节 精子和卵子的形态
动物界中较原始的种类如变形虫等只进行无性生殖, 较高等的类群大都进行有性生殖。多细胞动物体中形成精 子的器官称为精巢或睾丸(testis) ,形成卵子的器官称为 卵巢(ovary)。

有些动物同一个体上具备精巢和卵巢,即雌雄同体, 如扁形动物、环节动物、甲壳动物等。大多数动物雌雄异 体,分别产生卵子和精子。

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一、生殖细胞的发生
(一)精子的发生(spermatogenesis) 一个精原细胞(spermatogonia)连续进行有丝分裂形成 多个精原细胞,其中一部分分化为初级精母细胞 (primary spermatocytes)。一个初级精母细胞进行第一次减数分裂, 形成两个次级精母细胞,接着进行第二次减数分裂,形成 四个单倍体的精细胞(spermatids) ,每一个精细胞分化发 育为一个精子(sperm)。

精 子 的 发 生

精子的发育

动物的生殖和个体发育
(二)卵子的发生(oogenesis) 卵原细胞陆续分裂分化而产生很多初级卵母细胞(primary oocyte),一个初级卵母细胞进行第一次减数分裂形成两个细 胞,体积很大的一个细胞称为次级卵母细胞(sceondary oocyte),体积很小的一个细胞称为极体(polar body),即第 一极体。次级卵母细胞进行第二次减数分裂产生一个有效的大 细胞即卵细胞和一个极体。而第一极体减数分裂又产生两个极 体,极体不能受精发育,总是附在卵细胞的动物极上。

从卵巢排出的卵是次级卵母细胞,当精子进入次级卵母细 胞后,才进行第二次减数分裂。

卵子的发生

动物的生殖和个体发育
二、精子和卵子的形态
( 一 ) 精子:除了线虫,各种动物的 精子都是同一类型,均可分为头、颈、 尾三部分。 1. 头部:染色体集中的地方,细胞 质很少,便于精子入卵。头前端是一个 顶体泡(acrosome vesicle) ,内含水解 酶,能帮助精子穿过卵膜。头的后部有 两个中心粒。 2. 颈部:圆柱状,是由中心粒演变 而来。 3. 尾部:分为中段、主段和末段。 中段较短,中央是轴丝,围有9列微管, 轴丝外有螺旋线粒体鞘,为精子运动提 供能量;主段较长,轴丝外无线粒体鞘; 末段仅有轴丝,外围有质膜。

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精子体小灵活,运动能力很强。线虫的精子无尾部, 但能变形,靠伪足运动。

精子

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( 二 ) 卵子:不能运动,细胞质多,核糖体和 mRNA 十分 丰富,并含有卵黄,其主要成分为磷脂、中性脂肪和蛋白 质。 1.均黄卵 (isolecithal eggs):又称少黄卵,其卵黄 少,分布均匀。大多数无脊椎动物、头索动物、尾索动物 以及高等哺乳动物的卵是均黄卵。 2.中黄卵(centrolecithal eggs):节肢动物的卵,卵 黄集中于卵的中央。 3.端黄卵(telolecithal eggs):鱼类、两栖类、爬 行类和鸟类的卵,其卵黄大量集中于卵的一极或一端。如 鸟类的卵细胞很大,鸡蛋的蛋黄部分是一个卵细胞,绝大 部分是卵黄,只有小部分是细胞核和核周围的细胞质,这 一部分称为胚盘(germinal disc)。胚盘所在的一极称为动 物极,卵黄所在的一极为植物极。



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第三节 受精作用
精子和卵子融合而成为受精卵或合子的全过程称为受精 (fertilization)。

一、体内受精和体外受精
体外受精:精子和卵子都排出体外,在水中结合,其受 精率低。如沙蚕、海胆、海鞘、鱼、蛙、蝾螈等。体外受精 要求有大量的精子,且精子和卵子要同时排放。 体内受精:多数高等动物进行体内受精,由雄体把精子 送入雌体体内,接着和卵子在雌体体内结合,其受精率高。

二、同体受精和异体受精
雌雄同体的动物,其本身产生的精子与卵子结合,叫同 体受精,如绦虫。同体受精的在动物界中比较少见。 雌雄同体的动物(如水螅,蚯蚓等),虽然有雌,雄两套 生殖器官,能产生雌,雄两种性细胞,但两性不在同一时间 成熟,因此仍要以异体受精的方式进行繁殖。

动物的生殖和个体发育
三、精子与卵子的寿命
不同动物排放精子的数量有差别。猪每次排出的精子数 量高达200亿—800亿。有人研究小鼠的体外受精,低浓度精 子 (0.31-1.25 × 10 5 /ml) 的受精率相当低,高浓度精子 (30×105/ml)的受精率相当高。 精子既缺少细胞质,又十分活跃,所以离体后生命十分 短暂,几分到几天便失去受精能力,而排放在雌体生殖道中 的精子寿命仅为几小时到几天时间,只有极个别动物,如蜜 蜂、蝙蝠等可达几个月至几年。 排出的成熟卵具有受精能力的时间较短,一般为几小时 至几天,在这段时间内不受精,卵子就逐渐分解。如人是一 天左右,猪约12小时至48小时。

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四、精子与卵子的结合
棘皮动物海胆是研究动物受精较好的材料,在精子细胞 膜的表面具有凝集素受体(糖蛋白、糖脂或糖的复合物),这 种受体参入精卵识别、精卵结合和精卵融合等作用。当精子 接触卵时,其顶体分泌多种酶,消化出一条穿过卵膜的通道, 精子即由此进入卵子内。首先发生细胞质的融合,然后发生 细胞核的融合,形成受精卵。尽管有数十万精子包围卵,但 在正常情况下,仅有一个精子能与卵融合,若有二个精子与 卵子结合,则出现非二倍体细胞。卵子在受精后,必须提供 一种屏障,防止额外的精子入卵。不同动物有不同的机制, 如鱼的卵有一个卵膜孔,只允许单个精子通过,一旦精子通 过,便分泌物质堵塞卵孔。许多动物的卵不具卵膜孔,任何 位置均可进入精子。当第一个精子入卵后,便形成屏障,如 哺乳动物卵的外侧有透明带(糖蛋白),在受精后,透明带硬 化,使其它精子不能与卵细胞结合。

受精作用

动物的生殖和个体发育
第四节 动物的胚胎发育、胚后发育 一、个体发育和系统发育
(一)个体发育(Ontogeny) 是指多细胞动物从受精卵开始,经过细胞分裂、组织分 化、器官形成,直至子代个体形成、成长,性成熟直至死亡 的全过程。 在个体发育过程中,个体的生理功能、组织结构和器官 形态都发生一系列变化。 动物的个体发育过程可分为三个阶段: ◆胚前期:从亲代生殖细胞形成到成熟的阶段。 ◆胚胎期:从受精卵形成开始到幼体形成破卵而出或离 开母体之前的阶段。 ◆胚后期:从幼体破卵而出或脱离母体以后的阶段。

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(二)系统发育(Phylogeny) 即种族发展史,也可称为系统发生。 动物的系统发育是动物界漫长的演化历史,是指动物 由最低等的形式(原生动物)发展到多细胞结构的后生动物, 并逐步完善,复杂化,进而发展成为最高级形式的动物, 直至人类的全部种族发展史。 系统发育也可指一个类群(如某个科、属、种)的发生 和发展历史。 例如马的系统发生:经历了六千万年的演变。 由始祖马??中新马??上新马??真马??现代马。

动物的生殖和个体发育
二、多细胞动物胚胎发育的一般规律
胚胎发育是指受精卵发育为幼体,并从卵膜孵出或从母 体产出的全部过程。 动物的 早 期胚胎 发 育可以 划 分成几 个 阶段 , 如 卵裂 (cleavage)、囊胚形成(blastulation),原肠形成 (Gastrulatioa)以及三胚层的形成和分化等。 (一)卵裂:受精卵分裂。卵裂形成的细胞称为分裂球, 经多次有丝分裂形成上千个细胞的囊胚,但卵裂与普通的有 丝分裂不同,分裂球只分裂而不生长。尽管囊胚含有上千个 细胞,但与受精卵体积相仿。 卵裂的类型与卵黄含量多少和分布有关,通常分为两大 类:

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1.完全卵裂:整个卵细胞都进行分裂,见于均黄卵、少 黄卵。 均等卵裂:卵黄少,分布均匀,卵裂时形成的分裂球大 小相等,如文昌鱼。 不均等卵裂:卵黄少,分布不均匀卵裂时形成的,分裂 球大小不均匀, 如蛙。

全 裂

全 裂

全 裂

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2.不完全卵裂:又称偏裂,卵裂在不含卵黄的部分进 行,见于端黄卵、中黄卵。 盘裂:卵裂只限于动物极的细胞质部分,如鸡。 表面卵裂:卵裂只限于卵的表面, 见于中黄卵, 如昆 虫。

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(二)囊胚:当卵裂到 8和16个分裂球时,细胞间形成腔 隙,这个腔隙随着分裂球的增多,成为一个圆形的空腔,这 样的胚称为囊胚,中空的腔为囊胚腔。哺乳动物在8到50个 细胞时称为桑椹期。囊胚腔的出现使胚体细胞的活动有了充 分的空间。 卵裂类型不同,形成的囊胚也不同,有四种类型: 1.腔囊胚:均黄卵或少黄卵卵裂形成球状囊胚,中间形 成大的囊胚腔。哺乳动物的囊胚也属于腔囊胚。动物极有一 团细胞,称为胚结或内细胞团。 2.实心囊胚:有些均黄卵卵裂中间无腔,形成一个实心 的球体,如水螅、水母、某些环节动物、软体动物等。 3.表面囊胚:中黄卵如昆虫,一层分裂球包在一团卵黄 外,无囊胚腔。 4.盘状囊胚:端黄卵囊胚为盘状,覆盖于卵黄上。





卵裂和囊胚

卵裂和囊胚

卵裂和囊胚

卵 裂 和 囊 胚

动物的生殖和个体发育
(三)原肠胚:囊胚继续发育,形成双胚层或三胚层的原 肠胚。其主要特征是各种动物在原肠胚形成中,细胞发生迁 移运动。 由于动物种类繁多,原肠胚形成的方式和过程也比较复 杂,仅介绍一般的三种方式: 1.内陷:囊胚期植物极细胞向内陷入,形成两层细胞。 外层的为外胚层,内陷的一层为内胚层,内胚层包围的腔为 原肠腔,原肠腔与外界相通的孔为胚孔,中胚层由胚孔部分 向内卷入,介入内外胚层间。 2.内移:囊胚一部分细胞移入内部形成内胚层。 3.外包:动物极细胞分裂快,植物极细胞卵黄多,分裂 慢,其结果动物极细胞逐渐向下包围植物极,形成外胚层, 被包围的植物极成为内胚层。

文昌鱼原肠胚(内陷)

原肠胚(内陷)

原肠胚(内陷)

原肠胚(内移)

蛙原肠胚(外包)

动物的生殖和个体发育
原肠期出现了原肠腔、内胚层、外胚层和原口 。 原口动物:在胚胎发育过程中,原口形成口的动物。包 括扁形动物,线形动物,环节动物,软体动物,节肢动物。 后口动物:在胚胎发育过程中,原口形成动物的肛门, 在相反方向的一端由内胚层内陷形成口的动物。 棘皮动物以后的动物属于后口动物。 原肠胚期的外中内三个胚层,将来分化形成各种组织、 器官。 外胚层:形成神经系统、眼、内耳上皮、皮肤的表皮、 毛发、羽、鳞、甲、皮肤腺等皮肤衍生物。 中胚层:形成肌肉、骨骼、脂肪、循环系统、生殖系统 和气管等。

内胚层:形成肝、胰、肺等。

动物的生殖和个体发育
(四)多细胞动物胚胎发育的一般规律 所有多细胞动物在胚胎发育早期都要经过上述阶段,这 是动物胚胎发育的共性。 动物种类的不同,使这些发育阶段的形成方式也不同。 这是由于不同种类的动物具有不同类型的卵,从而引起的卵 裂、囊胚和原肠形成方式的多样性,这是动物胚胎发育的特 殊性。 从多细胞动物胚胎发育的一般规律来看动物界系统发育 的历史过程,可以更清楚地看到两者间存在着统一的一条客 观规律,即生物发生规律。

动物的生殖和个体发育
生物发生律(Begenetic law): 由德国科学家赫克尔(E.Haeckel)于1866年提出。 从大量的动物胚胎发育过程的研究中发现:动物个体胚 胎发育的几个早期发育阶段非常相似,都按一定渐进的顺序 进行的,这种相似性正好反映了动物界系统发育渐进的顺序 性。
系统发育:单细胞动物—?群体原生动物—?二胚层动物—?三胚层动物

个体发育:受精卵—?囊 胚—?原肠胚—?中胚层形成后的胚胎

要点:生物的个体发育过程中,按顺序重演其祖先的主 要发育阶段,是生物进化的重要依椐。

动物的生殖和个体发育
三、胚后发育
从卵膜内孵出或从母体生出后的胎儿发育,称为胚后发育。 鱼、爬行类、哺乳动物幼体与成体间区别较小,胚后发 育主要是身体长大,性成熟,身体各部分比例改变等等,这 种发育方式又称为直接发育(direct development)。 低等动物中,许多动物的幼虫(幼体)与成体间差别很大, 需要经过一次或数次变态 (metamorphosis) ,这种发育方式 称为间接发育(indirect development)或变态发育,如昆虫、 蛙等。

变态发育

完全变态

蛙变态

思考题:
1.名词解释:生殖、原口动物、后口动物、生物发 生律、个体发育、系统发育。 2.无性生殖和有性生殖各有哪些形式? 3.简述精子和卵子的发生过程。 4.卵子的类型有哪些? 5.卵裂的形式、囊胚的形式各有哪些?原肠胚形成 的方式有几种? 6.原肠胚期的外中内三个胚层,将来各分化形成什 么组织或器官?


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