高中生物教材中关于受精作用卵黄膜与透明带概念辨析

2022-03-03 10:18:45 | 浏览次数：

摘要：高中生物教材中对受精作用一节的卵黄膜与透明带概念存在误区，本文主要对卵黄膜与透明带的概念、成分、形成过程及阻止多精入卵等方面进行详细的资料收集与分析总结，表明哺乳动物阻止多精入卵的屏障是透明带反应而不是教材中描述的透明带反应和卵黄膜封闭作用，从而清晰界定两者的概念，即哺乳动物卵子中存在透明带，其他动物卵子中存在卵黄膜，进一步澄清与避免中学生物教学中相关概念的混乱。

关键词：卵黄膜透明带顶体反应透明带反应

在人教版普通高中生物课程标准实验教材选修三《现代生物科技专题》中，关于受精作用过程只是简单地进行描述，在受精与早期胚胎的发育过程中提到哺乳动物卵子表面具有“卵黄膜”，并且在发生受精作用时还存在卵黄膜封闭作用等过程[1]。根据查阅卵黄膜和透明带概念发现，对于两者的概述在不同的教材上的描述有所不同，并且在不同书本上和试题所描述的定义中还存在误区。本文通过查阅文献等各种资料中对受精作用过程中卵黄膜和透明带概念的相关内容，并进行总结辨析，界定目前大家公认的概念，从而在中学教学中更清楚地认识这两个概念，避免中学生物教师在教学中对受精作用的相关内容乱用的发生。

1.卵黄膜与透明带概念的误区

1.1不同教材对卵黄膜与透明带的概述

在人教版高中生物教材中，将透明带内侧的膜认为是卵黄膜，而未提及细胞膜[2]；在苏教版生物教材中，将哺乳动物透明带内侧的膜认为是“卵细胞膜”，而未提及卵黄膜这一概念[3]。人教版选修课本对受精过程这样描述：“精子穿过放射冠和透明带，进入卵黄膜，原核和卵子结合”[1]。这说明哺乳动物也拥有卵黄膜。对于卵黄膜和透明带，在《发育生物学》中定义为：“动物卵细胞由具有稳定保护作用的一层非细胞套所包围。但也有一些特殊的：如腔肠动物卵仅由不太明显的糖蛋白包裹着，而在卵子表面的一层非细胞的物质主要成分是糖蛋白，而该物质在非哺乳动物中叫卵黄膜，在哺乳动物中叫透明带。”[4]这说明高中生物教材中对于卵黄膜和透明带的表述存在错误。

动物卵母细胞的细胞膜和滤泡细胞膜会凸起形成微绒毛呈犬齿状互相穿插，在卵母细胞和滤泡细胞形成的微绒毛间充斥它们的分泌物[5]，该分泌物在哺乳动物叫透明带，在非哺乳动物中叫卵黄膜，在不同教材中对卵黄膜具有不同的定义，具有不同的观点，说明在教材中对卵黄膜的定义和归属存在分歧，没有清楚地定义与界定卵黄膜。很多学者对卵细胞进行研究，但对它的研究方法都是先破坏它的结构再进行分析研究。这样就不能把透明带结构和卵子的发育本质相结合地研究，因此在透明带探索中具有诸多难题。而对透明带的定义则是指哺乳动物的卵细胞发育在滤泡中进行，在该过程中若第一层滤泡细胞被全部包裹住以后，卵细胞膜的外面就逐渐出现一层非细胞膜即透明带[6]。透明带对哺乳动物的受精起着重要作用。在非哺乳动物中，卵泡所分泌形成的第二层膜称为绒毛膜或卵黄膜，而在哺乳动物中被称为透明带[7]。

1.2常见试题中对卵黄膜与透明带的概述

由于存在上述误区，因此在许多试题考查卵黄膜与透明带时就出现了异议。在很多考试题中将卵黄膜归于细胞膜，生物试题中这样定义卵黄膜，称卵黄膜为卵黄外面的膜，主要起保护作用。来自衡水的生物考试题，称鸡卵的卵细胞包含胚盘、卵黄和紧包在卵黄表面的卵黄膜。在中考生物复习时，生物的生殖和发育考题描述到一个鸟卵则是一个卵细胞，而细胞膜则为卵黄膜，细胞质即为卵黄，细胞核在胚盘中，除卵黄以外，其他结构都是在长时间进化过程中形成的适应环境的一些辅助结构，功能主要是保护[8]。哺乳动物阻止多精入卵具有两道屏障，即透明带反应和卵黄膜封闭作用[9]。试题中常考查鸟类卵黄膜，并且将鸟卵的细胞膜被认为是卵黄膜，对卵黄膜的概念混淆，没有清楚的辨别。而且试题大多只考查鸟类的卵，而很少涉及其他物种的卵，在不同物种中，尤其是哺乳动物是否存在卵黄膜或者卵黄膜是否起到阻止多精入卵的作用，没有进行详细的阐述，因此容易造成认识上的错误。

2.卵黄膜与透明带的形成过程

2.1卵黄膜的形成过程

海胆的卵子外面有两层卵膜，卵黄膜是由多种蛋白质和多糖形成的一层比较厚的胶膜，胶膜的成分中除了具有多糖外，还有一些糖蛋白和小肽，胶膜大量吸水膨胀发生在卵子发生后[10]。

在两栖类中，微绒毛出现在卵母细胞和滤泡细胞之间，在微绒毛间会形成沉淀，而由卵母细胞和滤泡细胞共同分泌形成这些物质的，称为卵黄膜。卵母细胞发育的双线期，卵黄膜会变厚，输卵管分泌物就促使进入输卵管中卵子的卵黄膜结构改变，改变后的结构更有利于精子进入，在这个过程中，卵黄膜被输卵管分泌胶膜包裹，胶膜主要成分是蛋白质和多糖，胶膜在产卵后会发生吸水膨胀现象[11]。

鸟类的卵母细胞在发育过程中，在质膜外面形成一由纤维状蛋白质组成卵黄膜，输卵管的各段形成的分泌物会逐渐包被在进入输卵管的卵黄膜外面，鸟类输卵管主要由漏斗部、膨大部、狭窄部等构成，排出卵子最先进入漏斗部，因为该段接近于卵巢，再加上输卵管上皮细胞分泌的纤维状蛋白，这样就形成了卵黄膜的外膜，卵巢内形成的部分为内卵黄膜，在卵黄膜外面包被上膨大部分泌的卵白形成于输卵管的膨大部，卵白上又包被上两层卵壳膜则形成于狭窄部，卵壳包被的卵壳膜形成于卵子进入子宫时[12]。

2.2透明带的形成过程

在哺乳动物卵细胞发育过程中，当卵细胞被第一层滤泡细胞层完全包被住后，在卵细胞的外方就开始形成非细胞的膜，称为透明带[4]。透明带（ZP）是初级卵泡时期，主要由颗粒细胞和卵子这两部分共同分泌形成，主要由ZP 、ZP 、ZP 这三种糖蛋白构成，这几种糖蛋白可以相互交联生成一个双折射性的三维结构[13]，最近在人的卵细胞中又发现一种糖蛋白ZP ，这些糖蛋白具有重要的作用。透明带对于胚胎在体内发育具有很重要的作用，可以保护和避免母体子宫的免疫排斥，从而保证胚胎着床和子宫对来自父方的基因表达物不被排斥[14]。在受精作用过程中，其中ZP 和ZP 蛋白在卵细胞中具有很高的组织特异性，其中ZP 在表达时会受到多种的糖基化修饰，而ZP 则会形成异源二聚体，最后形成了透明带[15]。

3.阻止多精入卵的作用机理

3.1海胆受精作用及阻止多精入卵的作用机理

海胆受精时，精子必须穿过卵子的卵膜，卵膜的成分包括胶膜和卵黄膜两类，在质膜的外面包裹着卵黄膜，卵黄膜外包着胶膜[16]。当海胆的精子与卵黄膜外周的胶膜接触时，胶膜与卵黄膜被精子释放的水解酶溶解，这时卵膜与精子顶端形成的突起融合，随后精子会穿过胶膜到达卵黄膜表面，使其与卵黄膜上相应的受体结合，许多精子可以与卵黄膜结合，突起中含有大量的胰凝乳酶，它的功能主要是分解卵黄膜，使精子顺利地穿过卵黄膜，精子与质膜上的微绒毛接触，通过相互作用，使得精子最终进入卵子的内部[17]。当海胆的卵子质膜与第一个精子接触时，质膜电位迅速升高，阻止其他精子进入卵细胞，因而阻止多精入卵的出现，但膜电位变化仅持续60s/min就又会恢复到原来状态[18]，即膜电位变化是海胆阻止多精入卵的第一道屏障。海胆的皮层颗粒随后发挥着永久的慢阻断的重要的作用，当第一个精子与卵黄膜接触时，卵周隙中就会出现皮层颗粒释放的物质，由于这些物质在周隙中会形成渗透梯度，促使多糖吸水膨胀，则形成透明层，卵周隙扩大，而且皮层颗粒中释放的多糖使卵黄膜表面蛋白质的酪氨酸残基出现交联现象，形成受精膜，阻止其他精子继续进入卵子的通道[19]，从而达到阻止多精入卵的目的。阻止多精入卵的第二层屏障为海胆皮层反应形成受精膜。

3.2哺乳动物的受精作用及阻止多精入卵的作用机理

哺乳动物的精子在没有获能时不能与卵子受精，为了获得受精这种能力，精子必须获能。一般认为精子在若干生殖道获能因子的作用下，精子膜会产生一系列活动变化（吸附于精子表面精清蛋白的去除、膜表面蛋白的重组等），就会产生生化和运动方式的改变[20]。因此精子就发生获能反应，此刻获能的精子才具有穿过卵母细胞周围的滤泡细胞和透明带的能力，这是精子产生顶体反应的前提[21]。获能的精子与卵子相遇后，首先要穿过放射冠，其中放射冠由滤泡细胞组成，精子穿过放射冠到达透明带，就会与透明带表层结合，这种结合较松散，随后透明带识别精子表面的SEDL蛋白并结合，结合较牢固，最后精子表面的蛋白质与ZP 分子伸出的糖基结合，最终引起多种蛋白质交联，从而引起精子质膜上的G蛋白激活，发生一系列化学反应，使精子质膜上的Ca 通道打开，Ca 进入精子内部使精子发生一系列变化，使顶体内的水解酶释放出来，作用与于透明带，形成精子穿过的通道，在哺乳动物中称顶体反应[22]。

精子穿过透明带后进入透明带和卵子质膜之间的卵周隙到达卵子表面，在哺乳动物受精过程中，也会有皮层反应的发生，起到阻止多精入卵的作用，但不形成受精膜[23]。在小鼠的卵子中，皮层中含有许多皮层颗粒，皮层颗粒中含有大量水解酶，当精卵的质膜融合时，皮层颗粒会释放出许多水解酶到卵周隙中，使透明带中的受体被破坏，精子不能与其结合，在小鼠的皮层颗粒中含有N-乙酰葡萄糖甘酶，ZP 分子糖链上的乙酰葡萄糖胺会被切除，若它被切除后就不能与其他精子结合，不能诱导顶体反应，从而发生透明带反应的精子也不能结合在透明带上[24]。因此，哺乳类通过发生透明带反应而阻断多精受精。所谓的哺乳动物卵子受精中发生的卵黄膜封闭作用阻止多精入卵的说法就不存在。

4.结语

在高中生物教材中，关于受精作用卵黄膜与透明带概念中存在的误区及纠正如下：

4.1认为鸟卵的细胞膜是卵黄膜。但通过对卵黄膜的成分和形成过程的分析，以及其功能类似于哺乳动物的胎盘可知，卵黄膜并不等于细胞膜。

4.2认为哺乳动物阻止多精入卵时的两道屏障是透明带反应和卵黄膜的封闭作用。在哺乳动物中，阻止多精入卵的只有慢速阻止多精入卵的透明带反应，没有所谓的卵黄膜封闭作用。

4.3认为哺乳动物既有透明带又有卵黄膜。但实际上，卵黄膜和透明带是结构相似成分不同的同种物质，只是它们出现在不同物种的卵细胞中。在哺乳动物中叫透明带，而在非哺乳动物中叫卵黄膜。

由于科学家对透明带和卵黄膜在不断地进行研究和发现，致使透明带和卵黄膜的界定随着生物技术的发展在不断地完善，教材也应该及时地更新。

参考文献

[1]人民教育出版社.高中生物选修三现代生物科技专题[M].北京：人民教育出版社，2009.

[2]朱正威，赵占良.高中生物必修2遗传与进化[M].北京：人民教育出版社，2009：23-27.

[3]汪忠.生物必修2遗传与进化[M].江苏：江苏教育出版社，2012：156.

[4]张红卫.发育生物学[M].北京：高等教育出版社，2012：94.

[5]陈大元.受精生物学—受精机制与生殖工程[M].北京：科学出版社，2000：19.