受精作用
介紹
動物的配子發生產生了兩種類型的單倍體細胞： 精子和卵子， 精子與卵子的融合，即受精作用，重新形成一個二倍體的細胞，即受精卵。在哺乳動物、鳥類、爬行動物，受精作用發生在雌性動物的
示意圖生殖系統內，而在兩棲類、魚類、無脊椎動物，受精作用發生在體外。不管是何種情況，受精作用都具基本相同的過程：精卵間的接觸、精子對卵被的穿透、精子與卵子質膜的融合、卵的激活。涉及的反應包括： 頂體反應(acrosomal reaction)、 皮層反應(cortical reaction)、原核融合(pronuclei fussion)等。
在生物體的有性生殖過程中，精子和卵細胞通常要融合在一起，才能發育成新個體。
定義
精子與卵細胞融合成為受精卵的過程，叫做受精作用。在受精作用進行時，通常是精子的頭部進入卵細胞。尾部留在外面。緊接著，在卵細胞細胞膜的外面出現一層特殊的膜，以阻止其他精子再進入。精子的頭部進入卵細胞後不久，裡面的 細胞核就與卵細胞的細胞核相遇，使彼此的染色體會合在一起。這樣，受精卵中的染色體數目又回復到體細胞中的數目，其中有一半的染色體來自精子（父方），另一半來自卵細胞（母方）。
精子與卵細胞結合成為受精卵的過程
受精過程包括5個階段：
1、精子穿過 放射冠
2、精子穿過透明帶
3、精子進入卵黃（1）皮質反應（2）卵黃膜反應（3）透明帶反應
4、原核形成
5、配子配合
受精作用和有性生殖的不同：
受精作用是一個過程，有性生殖是一種生殖方式。兩者不能等同。
有性生殖的定義：
由親本產生的有性生殖細胞(配子)，經過兩性生殖細胞(例如精子和卵細胞)的結合，成為合子(例如受精卵)，再由合子發育成為新的個體的生殖方式，叫做有性生殖。
有性生殖是通過生殖細胞結合的生殖方式。
在生物體的有性生殖過程中，精子和卵細胞通常要融合在一起，才能發育成新個體。精子與卵細胞融合成為受精卵的過程，叫做受精作用。
動物的配子發生產生了兩種類型的單倍體細胞：精子和卵子， 精子與卵子的融合，即受精作用，重新形成一個二倍體的細胞，即受精卵。 基因重組是在受精這個過程中發生的。
拓展
受精是 卵子和精子融合為一個 合子的過程。它是 有性生殖的基本特徵，普遍存在於動植物界。
單精受精和多精受精
通常，只有一個精子進入卵內完成受精，稱 單精受精，如腔腸動物、棘皮動物、環節動物、硬骨魚、無尾兩棲類和哺乳類動物。這類卵子一旦與精子接觸，就立即被激活並產生一系列相應的變化，阻止其他的精子入卵。如果因為卵子的成熟程度不適當等原因，而有一個以上的精子進入這類卵子，即所謂的病理性 多精受精，則卵裂不正常，胚胎畸形發育，遲早必歸天殤。有些卵子在正常受精情況下，可以有一個以上的精子進入卵子，但只有一個精子的雄性原核能與卵子的雌性原核結合，成為合子的細胞核，其餘的精子逐漸退化消失，稱生理性多精受精。如昆蟲、軟體動物、軟骨魚、有尾兩棲類、爬行類和鳥類的受精。
精子獲能和頂體反應
已知許多哺乳動物精子經過雌性生殖道或穿越卵丘時，包裹精子的外源蛋白質被清除，精子質膜的理化和生物學特性發生變化，使 精子獲能而參與受精過程。
哺乳動物的獲能精子接觸卵周的卵膜或透明帶時，特異地與卵膜上的某種糖蛋白結合，激發精子產生頂體反應：頂體外圍的部分質膜消失，頂體外膜內陷、囊泡化，頂體內含物包括一些水解酶外逸。 頂體反應有助於精子進一步穿越卵膜。在海膽卵上，激起精子頂體反應的是卵周膠膜中的某種多糖物質。絕大部分卵的外周都有卵膜，各種卵膜厚度不一，主要組分是粘蛋白或粘多糖；只有少數是裸卵，如腔腸動物的卵。
精子穿越卵膜時，出現先粘著後結合的過程。前者為疏鬆附著，不受外界溫度干擾，無種的專一性，粘著期間，頂體內膜上的原頂體蛋白轉化為頂體蛋白，頂體蛋白有加速精子穿越卵膜的作用；後者是牢固的結合，能被低溫干擾，具有種的專一性。在海膽精子質膜上已分離到一種能與卵膜糖蛋白專一結合的蛋白質，稱作結合蛋白，分子量約30000。
卵子的激活
精子一旦與卵子接觸，卵子本身也發生一系列的激活變化。在哺乳動物卵上，則表現為皮層反應，卵質膜反應和透明帶反應，從而起到阻斷多精受精和激發卵進一步發育的作用。皮層反應發生在精卵細胞融合之際，自融合點開始，皮質顆粒破裂，其內含物外排，由此波及整個卵子的皮層。卵質膜反應是卵質與皮質顆粒包膜的重組過程。透明帶反應為皮質顆粒外排物與透明帶一起形成受精膜的過程，卵膜與質膜分離，透明帶中精子受體消失，透明帶硬化。
精卵融合
精卵細胞融合時首先可以看到卵子表面的微絨毛包圍精子，可能起定向作用；隨即卵質膜與精子頂體後區的質膜融合。許多動物的精子頭部進入卵子細胞質後即鏇轉180°，精子的中段與頭部一起轉動，以致中心粒朝向卵中央。接著雄性原核逐漸形成，與此同時中心粒四周產生星光，雄性原核連同星光一起遷向雌性原核。精子中段和尾部不久退化和被吸收。卵子細胞核在完成兩次成熟分裂之後，形成雌性原核。雌、雄兩原核相遇，或融合，即兩核膜融合成一個；或聯合，兩核並列，核膜消失，僅染色體組合在一起，以建立合子染色體組，受精至此完成。
生化變化
卵受精之前，代謝水平很低，無DNA的合成活動，RNA和蛋白質的合 成都極少。因此排出的卵子，如果未受精，很快就夭折。
當精子與卵子表面結合時，卵子的代謝速率迅速提高，並開始合成DNA。有關卵子激活的詳細機理還不清楚，只知精子僅起到打開程式開關的作用。除了精子，一些其他非專一的化學的或物理的處理，也能使卵激活，例如針刺蛙卵，也能使之激動。激動的起始無需任何新蛋白質的合成。
在海膽卵激活的早期階段，質膜對鈉離子的通透性增加，鈉離子大量內流，致使質膜在數秒鐘之內去極化；鈣離子自細胞庫存中釋放，使20～30秒鐘之內卵內游離鈣離子量迅速增加多達100倍；隨著鈉離子內流，氫離子外流，致使一分鐘之內卵pH值明顯增加。這些離子的變化，誘發皮層反應，導致阻斷多餘精子入卵，並激起卵的進一步發有。卵內游離鈣離子的增加，趕到激活卵內鈣調素的作用，由此進一步激活卵內其他的蛋白質。隨即出現蛋白質合成量的增加，DNA也開始複製。
在海膽卵上，鈣離子也可能是通過 鈣調素，激活卵質膜上的某些專一轉運蛋白質，使氫離子向細胞外輸出。卵內pH值的增加，會引起蛋白質合成速率增加和DNA的複製。這種氫離子的外流依賴於鈉離子的內流。這些蛋白質的合成並不依賴於RNA的新合成，而是預存卵中mRNA的去掩蓋以及核糖體激活的結果。
受精機制的研究，是人類有效掌握和控制有性生殖動物繁殖和育種的基本保證之一。人類“試管嬰兒”的誕生只是少數成功的事例。由於受精和進一步正常發育機制方面尚存在許多懸而未決的問題，許多動物的體外受精的嘗試均遭失敗。這些失敗表明 基礎理論研究的重要。
人工受精作用的條件
人工授精最基本的條件是女方至少有一邊的輸卵管是完全通暢的，女方有自發排卵或經促排卵治療可以排卵；而男性的精子必須要有一定數量的活精子。一般來說，要想成功做到人工受精受孕，這兩者是缺一不可的。
基因和染色體的關係
01、生物學家魏斯曼(A.Weismann，1834—1914)曾經預測：
在卵細胞和精子的成熟過程中，必然有一個特殊的過程使染色體的數目減少一半;受精時，精子和卵細
胞融
合，恢復正常的染色體數目。
02、什麼是減數分裂?
指染色體只複製一次而細胞連續分裂兩次，形成的子細胞中染色體數目比母細胞中的減少一半的細胞分裂
方式。
03、理解“減數分裂”這個概念，應該從以下方面加以把握：
⑴、是進行有性生殖的生物才具有的。
⑵、是發生在產生成熟生殖細胞的過程中。
⑶、細胞中染色體只複製一次;細胞連續分裂兩次;一個母細胞分裂成四個子細胞。
⑷、子細胞中染色體數目只有母細胞中的一半。
⑸、發生在生物的生殖器官中。
04、精子、卵細胞形成的場所是什麼?
精子形成的場所是雄性生物的生殖器官。如植物雄蕊的花葯，雄性動物的睪丸。
卵細胞形成的場所是雌性生物的生殖器官。如植物的雌蕊，雌性動物的卵巢。
05、什麼是精原細胞?什麼是卵原細胞?
精原細胞是原始的雄性生殖細胞;卵原細胞是原始的雌性生殖細胞。
精原細胞和卵原細胞都是體細胞有絲分裂形成的，染色體數目與體細胞的相同。
06、什麼是同源染色體?什麼是非同源染色體?
同源染色體是形態和大小相同，分別來自父方和母方的兩條在減數分裂過程中能聯會的染色體。
凡是在減數分裂過程中不能聯會的染色體都是非同源染色體。
07、什麼是聯會?什麼是四分體?什麼是同源染色體的交叉互換?
聯會就是減數第一次分裂過程中，同源染色體兩兩相配成對的現象。
四分體就是含有四個染色單體的一對同源染色體。細胞中有幾對同源染色體就有幾個四分體。
交叉互換：發生在四分體時期非姐妹染色單體之間的片段交換。價值是：導致基因重組變異。
08、以精子形成過程為例簡述減數分裂的過程
⑴、間期(精原細胞生長，染色體複製)
(染色體數：2N;DNA數：2N→4N，染色單體數：0→4N，染色單體4N→2N個)
⑵、減數第一次分裂(初級精母細胞)(染色體數：2N→N;DNA數：4N→2N)
①、減數第一次分裂前期(聯會)
(染色體數：2N;DNA數：4N，染色單體數：4N)
②、減數第一次分裂前期(四分體時期，同源染色體交叉互換。)
(染色體數：2N;DNA數：4N，染色單體4N個，四分體N個)
③、減數第一次分裂中期(四分體排列在赤道板處，非同源染色體已經自由組合。)
(染色體數：2N;DNA數：4N，染色單體4N個，四分體N個)
④、減數第一次分裂後期(同源染色體分離，分別移向細胞兩極。)
(染色體數：2N;DNA數：4N，染色單體4N個，四分體N→0個)
⑶、減數第二次分裂(次級精母細胞)(染色體數：N→2N→N;DNA數：2N→N，染色單體2N→0個)
(染色體數：N;DNA數：2N，染色單體2N個，四分體0個)
①、減數第二次分裂間期(通常沒有這個時期或者持續時間很短，染色體不再複製。)
(染色體數：N;DNA數：2N，染色單體2N個，四分體0個)
②、減數第二次分裂前期(非同源染色體散亂排布)
(染色體數：N;DNA數：2N，染色單體2N個，四分體0個)
③、減數第二次分裂中期(非同源染色體排列在赤道板處)
(染色體數：N;DNA數：2N，染色單體2N個，四分體0個)
⑤、減數第二次分裂後期(著絲點分裂，染色單體分離，成為子染色體並向兩極移動。)
(染色體數：N→2N;DNA數：2N，染色單體2N→0個，四分體0個)
⑷、精細胞
09、精子、卵細胞的形成過程有什麼不同?
⑴、初級卵母細胞經過減數第一次分裂，相成大小不同的兩個細胞，大的叫次級卵母細胞，小的叫極體。
次級卵母細胞進行第二次分裂，形成一個大的卵細胞和一個小的極體。第一次分裂時形成的極體也
分裂為兩個極體。
⑵、一個精原細胞形成四個精細胞，變形後形成四個精子。一個卵原細胞形成一個卵細胞和三個極體。
10、什麼是受精作用?
受精作用是精子和卵細胞相互融合成為受精卵的過程。
11、受精卵中的人色體有什麼特點?
⑴、受精卵中的染色體一半來自父方，另一半來自母方。
⑵、受精卵中的染色體數目與體細胞中染色體數目一致。
⑶、受精卵中染色體，從形態和大小上看，基本上是兩兩相同。
提示：
01、舉例說明體細胞與生殖細胞有那些區別和聯繫?
⑴、體細胞是組成生物體結構的基本單位，是由受精卵通過有絲分裂增殖並分化形成的。
如肝臟細胞、神經細胞、口腔上皮細胞等
⑵、生殖細胞是與生物的生殖功能有關的一系列細胞。
如精原細胞、卵原細胞、初級精母細胞、初級卵母細胞、次級精母細胞、次級卵母細胞，精細胞、精子，
卵細胞。
⑶、區別：精原細胞、卵原細胞、初級精母細胞、初級卵母細胞的染色體數目都與體細胞一致;
次級精母細胞、次級卵母細胞染色體數目都已經(暫時性)比體細胞的少了一半;
精細胞、精子，卵細胞的染色體數目只有體細胞的一半。
⑷、聯繫：精子，卵細胞通過受精作用形成受精卵，受精卵再增殖分化成新個體的體細胞。
提示：只有精子和卵細胞才具有完成受精作用的能力。因此是真正的生殖細胞。
02、什麼是初級精母細胞?什麼是初級卵母細胞?
精原細胞經過生長和染色體複製就成為初級精母細胞。
卵原細胞經過生長和染色體複製就成為初級卵母細胞。
初級精母細胞和初級卵母細胞中，每條染色體都含有兩條染色單體。
03、什麼是次級精母細胞?什麼是次級卵母細胞?
初級精母細胞經過減數第一次分裂就成為次級精母細胞。
每個次級精母細胞只得到初級精母細胞中染色體總數的一半。
初級卵母細胞經過減數第一次分裂就成為次級卵母細胞。
每個次級卵母細胞只得到初級卵母細胞中染色體總數的一半。
04、什麼是精細胞?
精細胞也叫精子細胞，是次級精母細胞經減數第二次分裂形成的子細胞，還不能進行受精作用。
05、什麼是精子?
精細胞經過變形成為蝌蚪形，“蝌蚪”的頭部是其細胞核，“蝌蚪”的尾部是其細胞質。
06、凡是叫做生殖細胞的都能參與受精作用么?
只有成熟的精子和卵細胞才能進行受精作用。
07、什麼是染色單體、姐妹染色單體、非姐妹染色單體?其上基因有什麼特點?
染色單體是染色體複製後由同一個著絲點連線的尚未分離的兩條子代染色體。
姐妹染色單體：染色體複製後由一個著絲點連著的兩個染色單體。
一般來說，姐妹染色單體上的基因都相同(即等同基因)，是等位基因的可能性非常小。
非姐妹染色單體：不在同一條染色體上的染色單體。
非姐妹染色單體上的基因一般可能是等同基因、等位基因或者非等位基因。
08、假設生物體細胞染色體數目為2N，減數分裂各期染色體、染色單體、DNA和同源染色體的變化
