动物组织学与胚胎学（第2版普通高等教育十二五规划教材）

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第一章 绪论
　　动物组织学(animal histology)和动物胚胎学(animal embryology)是相互关联的两门学科，在教学中一般将其合并为一门课程。由于动物种属较多，为满足教学需要，本书主要阐述家畜与家禽的有关内容。
　　一、研究内容和意义
　　（一）动物组织学的研究内容和意义
　　动物组织学是研究动物机体微细结构及其相关功能的科学，它以显微镜观察组织切片为基本方法，故又称显微解剖学( microanatomy)。组织(tissue)由细胞(cell)和细胞间质组成。细胞是动物机体结构与功能的基本单位，动物机体的细胞有成百上千种类型，各种细胞均具有一定的形态结构和功能。细胞间质是由细胞产生的非细胞物质，包括纤维和基质，参与构成细胞生存的微环境，起支持、联系、营养和保护细胞的作用。一般可将组织分为四大类型，即上皮组织、结缔组织、肌肉组织和神经组织。几种组织按照特定的方式有机地结合，即构成器官(organ)；由若干功能相关的器官共同组成系统(system)。
　　只有深入了解机体的结构，才能透彻阐明其功能。因此，动物组织学的发展极大地促进了动物生理学的发展。动物组织学也是动物病理学的基础，研究疾病状态下机体的结构变化，必须以正常机体的组织结构作为参照。掌握动物组织学的基本知识和技能，是动物医学、动物科学、实验动物、动物生物技术等专业的学生进一步学好动物生理学、动物病理学及其他相关学科的前提。
　　（二）动物胚胎学的研究内容和意义
　　动物胚胎学主要是研究动物从合子发育为新个体的过程及其机理的科学，研究内容包括生殖细胞发生、受精、早期胚胎发育、胚胎与母体的关系等。胚胎学主要包括以下几个分支学科。
　　1．描述胚胎学 描述胚胎学(descriptive embryology)主要应用组织学和解剖学的方法观察胚胎发育的形态演变过程及其规律，包括外形的演变，从原始器官到永久性器官的演变，系统的形成，细胞的增殖、迁移和凋亡等，是胚胎学的基础内容。
　　2．比较胚胎学 比较胚胎学( comparative embryology)以比较不同种系动物的胚胎发育为研究内容，为探讨生物进化过程及其内在联系提供依据，有助于深刻理解动物胚胎的发育。
　　3．实验胚胎学 实验胚胎学( experimental embryology)对胚胎或培养的胚胎组织给予化学或物理因素刺激，或施加显微手术，研究胚胎发育的内在规律和机理。
　　4．化学胚胎学 化学胚胎学( chemical embryology)主要通过应用化学与生物化学技术，揭示胚胎生长发育过程中诸多化学物质的质与量的变化及代谢过程。
　　5．分子胚胎学 分子胚胎学( molecular embryology)用分子生物学的理论和方法探索胚胎发生过程中基因表达的时间顺序、空间分布与调控因素，研究基因表达产物，即各种蛋白质在胚胎发育中的作用，从根本上阐明胚胎发育的分子机理。
　　6．畸形学 在胚胎发育中，遗传因素或环境因素可致胚胎异常发育，引起先天性畸形。畸形学( teratology)旨在研究各种先天性畸形发生的原因、机理和预防措施。
　　7．生殖工程学 生殖工程学(reproductive engineering)即通过人工介入早期生殖过程，以获得期望的新生个体的学科。主要技术有体外受精、胚胎移植、显微受精、核移植等。
　　研究动物胚胎学具有重要的理论意义和实用价值。其理论意义体现在能帮助人们用科学的观点理解个体的发生和发育；其实用价值体现在能为人类健康和畜牧业生产带来巨大的经济效益，因此长期以来备受人们关注。胚胎从一个细胞（即合子/受精卵）发育为胎儿的程中，每一部分都在发生复杂的动态变化，这是胚胎学的研究对象不同于组织学的显著特点。因此，学习者既要了解某一时期胚胎的立体形态，也要掌握在不同时期这些结构演变的来龙去脉，即胚胎的时间与空间的结构变化。这不仅对学好胚胎学十分必要，而且对训练和培养动态的空间思维方法也颇有裨益。
　　二、动物组织学与胚胎学发展简史
　　（一）动物组织学发展简史
　　1．光学显微镜的发明与细胞、组织概念的提出 光学显微镜（light microscope，简称光镜）是16世纪末发明的。1665年，R．Hooke用自制的显微镜观察了软木塞薄片后，将所发现的蜂房状小室命名为“细胞”。其实他所见到的仅是植物的细胞壁，却无意中开创了用显微镜观察生物构造的先河。此后，M. Malpighi观察了脾、肺、肾、表皮等；A. van Leeuwenhoek发现了红细胞、精子、肌纤维；R．de Graaf发现了卵泡。1801年，M.F．X．Bichat提出“组织”一词，他把人体组织分为21种，并认为是组织构成了各种器官。
　　2．细胞学说的提出和组织学的建立 1838～1839年，M.J．Schleiden和T．Schwann在动物、植物的研究成果基础上提出了细胞学说，认为细胞是一切动物、植物体的基本结构和功能单位，在细胞中进行着复杂的化学反应，新的细胞是由原有细胞产生的。这一学说激发了科学家研究细胞的热情。由于显微镜制造技术的提高、组织切片机的发明、生物标本固定及染色方法的出现，19世纪下半叶成为组织学和细胞学发展的黄金时期。至19世纪末，人们已能较为正确地描述细胞内的一些主要结构。利用切片技术，在细胞水平对机体标本进行全面而详细的观察和研究，使组织学发展为一门独立而系统的学科。
　　3．电子显微镜的发明和超微结构的发现 1931年，E．Ruska和M. Knoll发明了电子显微镜（electron microscope，简称电镜），使显微镜的分辨率从光镜的0.2u/m提高到约0. 2nm。约20年后，又发明了与之相适的超薄切片术。1965年，英国剑桥大学生产出了第一台商业化的用于观察物体表面结构的扫描电镜。新的观察工具和技术相结合，为人们开辟出一个崭新奇妙的视觉空间，组织学从此进入第二个黄金时期。人们观察到了细胞膜、细胞器、染色体、细胞间纤维成分的超微结构( ultrastructure)，发现了组织与器官中大量新的细胞种类、各种细胞间的连接和空间配置关系，为深入阐明细胞、组织和器官的功能提供了新的依据，组织学也从细胞水平飞跃到了亚细胞水平。电镜发明者E．Ruska也因此于1986年荣获诺贝尔物理学奖。
　　现代动物组织学研究除继续应用并不断改良以往发明建立的各种技术外，还大量使用新发明的仪器和相关技术，如流式细胞仪、图像分析仪、共焦激光扫描显微镜等，但其最具特色的技术则是20世纪后期发展并广泛应用的免疫组织化学技术和原位杂交技术。免疫组织化学技术能显示细胞和组织中的蛋白质，提供其定位、定性及定量信息，使人们获知各种亚细胞结构是由何种蛋白质构成，明确这些蛋白质的空间分布及其在细胞不同分化与功能状态时的变化。原位杂交技术则能在切片上特异性地显示DNA与mRNA片段，提供细胞所含基因及其表达状态的信息，从而深化人类对细胞分化和功能调节的认识。这两种技术的应用，使组织学的研究进入了分子水平。近年来发展起来的组织工程学技术，可在体外模拟培养出皮肤、软骨、骨等器官和组织，使组织学第一次和临床治疗发生了密切联系，具有广阔的应用前景。
　　（二）动物胚胎学发展简史
　　古希腊学者Aristotle最早对胚胎发育过程进行过系统观察。他推测，人的胚胎来源于月经血与精液的混合，并对鸡胚的发育进行了一系列较为正确的描述。1651年，W. Harvey记述了多种鸟类与哺乳动物胚胎的生长发育过程，提出“一切生命皆来自卵”的假设。显微镜问世后，A．van Leeuwenhoek与R．de Graaf分别发现了精子与卵泡，M. Malpighi观察到了鸡胚的体节、神经管和卵黄血管。他们提出“预成论”学说，认为在精子或卵子内存在一个微小个体，由此逐渐发育长大为胎儿。
　　18世纪中叶，C．F．Wolff指出，早期胚胎中没有预先存在的微小个体，胚胎的四肢和器官是经历了从无到有、由简单到复杂的渐变过程而形成的，因而提出了“渐成论”。1828年，K．E．von Baer出版了《论动物的进化》一书，报告了多种哺乳动物及人卵的发现。他观察到，人和各种脊椎动物的早期胚胎极为相似，随着发育的进行才逐渐出现纲、目、科、属、种的特征（贝尔定律）。他认为，对不同动物胚胎的比较比成体的比较能更清晰地证明动物间的亲缘关系。贝尔的研究成果彻底否定了“预成论”，并创立了比较胚胎学。1850～1855年，R．Remak根据前人的报告及自己的观察，进一步细化了胚胎发育的三胚层的概念，这是描述胚胎学起始的重要标志。1859年，达尔文(C．R．Darwin)在《物种起源》一书中对贝尔定律给予强有力的支持，指出不同动物胚胎早期的相似表明物种起源的共同性，后期的相异则是由于各种动物所处外界环境的不同所致。至19世纪60年代，E．Haeckel进一步提出“个体发生是种系发生的重演”的学说，简称“重演律”。
　　自19世纪末，W. Roux、H. Driesch、T．Boveri等开始用实验方法探讨胚胎发育机理。H. Spemann应用显微操作技术两柄动物胚胎进行了分离、切割、移植、重组等实验，提出了诱导学说，认为胚胎的某些组织（诱导者）能对邻近的组织（反应者）的分化方向起诱导作用。在这些实验与理论的基础上，实验胚胎学逐渐发展起来，Spemann也因此于1935年荣获诺贝尔生理学或医学奖。其他著名学说还有细胞分化决定、胚区定位、胚胎场与梯度等。我国实验胚胎学的主要创始人是童第周先生，因在克隆技术上的贡献而闻名。与此同时，一些学者应用化学和生物化学技术，研究胚胎发育过程中细胞与组织内的化学物质变化、能量消长、新陈代谢特点，以及这些化学因素与胚胎形态演变的关系。J．Needham总结了这方面的研究成果，于1931年出版了《化学胚胎学》一书。
　　现代胚胎学是从20世纪50年代开始发展起来的，以分子胚胎学和生殖工程学为其理论和技术进步的两大标志。50年代，随着DNA结构的阐明和中心法则的确立，诞生了分子生物学。用分子生物学的观点和方法研究胚胎发育过程，便产生了分子胚胎学。其研究结果表明，在发育过程中，最重要的不是个别基因的表达，而是这些基因表达在时间、空间上的联系与配合，即发育的遗传程序，而遗传程序是由调节基因控制的。已发现的重要调节基因群有：母体基因，其表达产物在卵细胞质内有特定的分布模式，可选择性地激活细胞核内的基因，从而决定胚胎的体轴；分节基因，能奠定体轴分节发育的格局；同源异型基因，进一步决定各体节的演化方向和形态特征，如头、胸、腹等。这些基因群对胚胎发育构成了多层次的调控网络。分子胚胎学与实验胚胎学、细胞生物学、分子遗传学等学科互相渗透，形成了一个新的交叉学科，即发育生物学( developmental biology)。生殖工程学是把某些实验胚胎学技术向应用方面发展而形成的。例如，将体外受精、胚胎移植等技术用于治疗人和动物的不孕症，1978年即在英国诞生了第一例“试管婴儿”；将研究两栖类动物体细胞核的再分化能力所用的核移植技术用于哺乳动物，克隆羊“多莉”即于1997年轰动世界。
　　三、动物组织学与胚胎学技术简介
　　（一）光镜技术
　　石蜡切片技术( paraffin sectioning)是经典且最常用的技术。其基本程序为：①取材和固定，用蛋白凝固剂（常用甲醛）固定新鲜的组织块，最大限度地保存其原始结构；②脱水和包埋，用脱水剂（如乙醇）脱尽固定好的组织块中的水分，由于脱水剂一般不溶于石蜡，故再用媒浸剂（如二甲苯）置换出组织块中的乙醇，然后将组织块置于熔化的石蜡中，让蜡液浸入组织细胞，待冷却后，组织便具有了石蜡的硬度；③切片和染色，将包有组织的蜡块用切片机切为5～10um的薄片，贴于载玻片上，脱蜡后进行染色；④封片，切片经脱水等处理后，滴加树胶，用