受精

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  受精(fertilization),精子融合为一个合子的过程。是有性生殖的基本特征,普遍存在于动植物界。

动物受精

受精方式

  动物的受精方式主要有①体内受精和体外受精。凡在雌、雄亲体交配时,精子从雄体传递到雌体的生殖道,逐渐抵达受精地点(如子宫或输卵管),在那里精卵相遇而融合的,称体内受精。凡精子和卵同时排出体外,在雌体产孔附近或在水中受精的,称体外受精。②自体受精和异体受精。在雌雄同体的动物中,有些是自体受精的,即同一个体的精子和卵融合,如绦虫;有些仍是异体受精,即两个不同个体的精子和卵相结合,如蚯蚓。③单精受精和多精受精。通常只有一个精子进入卵内完成受精,称单精受精,如腔肠动物、棘皮动物、环节动物、硬骨鱼、无尾两栖类和哺乳类动物。有些卵在正常受精情况下,可以有一个以上的精子进入卵,但只有一个精子的雄性原核能与卵的雌性原核结合,成为合子的细胞核,其余的精子逐渐退化消失,称生理性多精受精。如昆虫、软体动物、软骨鱼、有尾两栖类、爬行类和鸟类的受精。

受精过程

  动物的精子不像低等植物如苔藓植物的精子有明显的趋化性,而是靠自身主动运动或依靠生殖道上皮细胞的纤毛运动抵达卵附近。许多哺乳动物精子经过雌性生殖道时,精子质膜的理化和生物学特性发生变化。这一过程称为获能。获能精子接触卵周的卵膜或透明带时,激发精子产生顶体反应,顶体内含物包括一些水解酶外逸。顶体反应有助于精子进一步穿越卵膜。在海胆卵上,激起精子顶体反应的是卵周胶膜中的某种多糖物质。精子穿越卵膜时,出现先粘着后结合的过程。前者为疏松附着,不受外界温度干扰,无种的专一性,后者是牢固的结合,能被低温干扰,具有种的专一性。

  精子一旦与卵子接触,卵子本身也发生一系列的激活变化。在哺乳动物卵上,则表现为皮层反应,卵质膜反应和透明带反应,从而起到阻断多精受精和激发卵进一步发育的作用。动物的精子头部进入卵细胞质后雄性原核逐渐形成,与此同时中心粒四周产生星光,雄性原核连同星光一起迁向雌性原核。精子中段和尾部不久退化和被吸收。卵细胞核在完成两次成熟分裂之后,形成雌性原核。雌、雄两原核相遇,融合成合子,受精至此完成。

植物受精

受精方式

  植物受精方式主要有3种:①同配生殖(同型配子配合)。②异配生殖(异型配子配合)。③卵式生殖(精卵配合)。

受精过程

  在同型配子配合和异型配子配合的受精方式中,性细胞都具有鞭毛,融合的两种配子可在水中游动相遇并实现受精。在卵式生殖中,受精的雌配子一般是不动细胞,性器官的结构也较复杂。其中最简单的代表是团藻。由一个雄性原始细胞经多次纵分裂产生许多细长而具两根鞭毛的精子;卵则是由一个雌性原始细胞增大而成,成熟时为球形,无鞭毛,游动的精子游至被胶质鞘包被的卵中,由一个精子与卵融合完成受精作用。

  在苔藓和蕨类植物中,精子和卵都包藏在多细胞的性器官中,受精还不能离开水的条件。地钱是雌雄异体的。在颈卵器中只产生一个卵,而在精子器中产生许多长形卷曲而具两根鞭毛的精子。当精子器成熟时,精子释放出来,如果植物体背面有水,精子可以游至颈卵器与卵实现受精。

  种子植物生殖器官的结构更为复杂,在有性生殖过程中产生了花粉管,借助花粉管,受精不再依赖水的条件,这是种子植物适应陆地生活的一个重要因素。产生雌配子的雌配子体在大孢子囊即胚珠的珠心处发育。裸子植物中的大多数仍保留颈卵器的结构,卵在颈卵器内形成。在小孢子囊中发育的花粉粒,即前期的雄配子体。在雄配子体中形成两个精子。精子多不具鞭毛,但在苏铁目和银杏目仍具游动的精子。被子植物的雌配子体称为胚囊,卵直接在其中产生;精子完全失去鞭毛。这些特点决定了种子植物的受精必先经过传粉。裸子植物的胚珠是裸露的,经过传粉,花粉被送到胚珠的珠孔处,而在被子植物中,胚珠着生在雌蕊的子房内,花粉粒不能直达胚珠而是落在柱头上,再由萌发生长的花粉管将精子输送到雌配子附近。在裸子植物中,进入颈卵器的两个精子只有一个与卵融合。但在被子植物中进入胚囊的两个精子则分别与卵和极核融合。一个与卵融合成二倍体的合子,另一个与中央细胞的极核融合形成初生胚乳核。这一现象称为双受精。

  20世纪60年代已可使被子植物带胎座的胚珠、整个雌蕊或子房置于离体培养的条件下实现传粉和受精。最后结出有生活力的种子。这些种子可在试管中长成健康的幼苗。迄今已报道有40多种植物获得成功,主要属罂粟科(如蓟罂、虞美人)、茄科(如烟草、矮牵牛)、石竹科(如麝香石竹、异株女娄菜)及十字花科(如甘蓝)的植物,近年来又在禾本科的玉米和小麦中获得成功。

  离体传粉和受精的技术在育种过程中有可能作为克服有性生殖中自交或杂交存在的不亲和性障碍的手段。

  受精机制的研究是人类有效掌握和控制有性生殖动物繁殖和育种的基本保证之一。人类试管婴儿的诞生只是少数成功的事例。