趙麗　袁毅君　宋廷軍　余燕　馬小強(qiáng)

摘 要： 高中生物教材中對(duì)受精作用一節(jié)的卵黃膜與透明帶概念存在誤區(qū)，本文主要對(duì)卵黃膜與透明帶的概念、成分、形成過程及阻止多精入卵等方面進(jìn)行詳細(xì)的資料收集與分析總結(jié)，表明哺乳動(dòng)物阻止多精入卵的屏障是透明帶反應(yīng)而不是教材中描述的透明帶反應(yīng)和卵黃膜封閉作用，從而清晰界定兩者的概念，即哺乳動(dòng)物卵子中存在透明帶，其他動(dòng)物卵子中存在卵黃膜，進(jìn)一步澄清與避免中學(xué)生物教學(xué)中相關(guān)概念的混亂。

關(guān)鍵詞： 卵黃膜 透明帶 頂體反應(yīng) 透明帶反應(yīng)

在人教版普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教材選修三《現(xiàn)代生物科技專題》中，關(guān)于受精作用過程只是簡(jiǎn)單地進(jìn)行描述，在受精與早期胚胎的發(fā)育過程中提到哺乳動(dòng)物卵子表面具有“卵黃膜”，并且在發(fā)生受精作用時(shí)還存在卵黃膜封閉作用等過程[1]。根據(jù)查閱卵黃膜和透明帶概念發(fā)現(xiàn)，對(duì)于兩者的概述在不同的教材上的描述有所不同，并且在不同書本上和試題所描述的定義中還存在誤區(qū)。本文通過查閱文獻(xiàn)等各種資料中對(duì)受精作用過程中卵黃膜和透明帶概念的相關(guān)內(nèi)容，并進(jìn)行總結(jié)辨析，界定目前大家公認(rèn)的概念，從而在中學(xué)教學(xué)中更清楚地認(rèn)識(shí)這兩個(gè)概念，避免中學(xué)生物教師在教學(xué)中對(duì)受精作用的相關(guān)內(nèi)容亂用的發(fā)生。

1.卵黃膜與透明帶概念的誤區(qū)

1.1不同教材對(duì)卵黃膜與透明帶的概述

在人教版高中生物教材中，將透明帶內(nèi)側(cè)的膜認(rèn)為是卵黃膜，而未提及細(xì)胞膜[2]；在蘇教版生物教材中，將哺乳動(dòng)物透明帶內(nèi)側(cè)的膜認(rèn)為是“卵細(xì)胞膜”，而未提及卵黃膜這一概念[3]。人教版選修課本對(duì)受精過程這樣描述：“精子穿過放射冠和透明帶，進(jìn)入卵黃膜，原核和卵子結(jié)合”[1]。這說明哺乳動(dòng)物也擁有卵黃膜。對(duì)于卵黃膜和透明帶，在《發(fā)育生物學(xué)》中定義為：“動(dòng)物卵細(xì)胞由具有穩(wěn)定保護(hù)作用的一層非細(xì)胞套所包圍。但也有一些特殊的：如腔腸動(dòng)物卵僅由不太明顯的糖蛋白包裹著，而在卵子表面的一層非細(xì)胞的物質(zhì)主要成分是糖蛋白，而該物質(zhì)在非哺乳動(dòng)物中叫卵黃膜，在哺乳動(dòng)物中叫透明帶。”[4]這說明高中生物教材中對(duì)于卵黃膜和透明帶的表述存在錯(cuò)誤。

動(dòng)物卵母細(xì)胞的細(xì)胞膜和濾泡細(xì)胞膜會(huì)凸起形成微絨毛呈犬齒狀互相穿插，在卵母細(xì)胞和濾泡細(xì)胞形成的微絨毛間充斥它們的分泌物[5]，該分泌物在哺乳動(dòng)物叫透明帶，在非哺乳動(dòng)物中叫卵黃膜，在不同教材中對(duì)卵黃膜具有不同的定義，具有不同的觀點(diǎn)，說明在教材中對(duì)卵黃膜的定義和歸屬存在分歧，沒有清楚地定義與界定卵黃膜。很多學(xué)者對(duì)卵細(xì)胞進(jìn)行研究，但對(duì)它的研究方法都是先破壞它的結(jié)構(gòu)再進(jìn)行分析研究。這樣就不能把透明帶結(jié)構(gòu)和卵子的發(fā)育本質(zhì)相結(jié)合地研究，因此在透明帶探索中具有諸多難題。而對(duì)透明帶的定義則是指哺乳動(dòng)物的卵細(xì)胞發(fā)育在濾泡中進(jìn)行，在該過程中若第一層濾泡細(xì)胞被全部包裹住以后，卵細(xì)胞膜的外面就逐漸出現(xiàn)一層非細(xì)胞膜即透明帶[6]。透明帶對(duì)哺乳動(dòng)物的受精起著重要作用。在非哺乳動(dòng)物中，卵泡所分泌形成的第二層膜稱為絨毛膜或卵黃膜，而在哺乳動(dòng)物中被稱為透明帶[7]。

1.2常見試題中對(duì)卵黃膜與透明帶的概述

由于存在上述誤區(qū)，因此在許多試題考查卵黃膜與透明帶時(shí)就出現(xiàn)了異議。在很多考試題中將卵黃膜歸于細(xì)胞膜，生物試題中這樣定義卵黃膜，稱卵黃膜為卵黃外面的膜，主要起保護(hù)作用。來自衡水的生物考試題，稱雞卵的卵細(xì)胞包含胚盤、卵黃和緊包在卵黃表面的卵黃膜。在中考生物復(fù)習(xí)時(shí)，生物的生殖和發(fā)育考題描述到一個(gè)鳥卵則是一個(gè)卵細(xì)胞，而細(xì)胞膜則為卵黃膜，細(xì)胞質(zhì)即為卵黃，細(xì)胞核在胚盤中，除卵黃以外，其他結(jié)構(gòu)都是在長時(shí)間進(jìn)化過程中形成的適應(yīng)環(huán)境的一些輔助結(jié)構(gòu)，功能主要是保護(hù)[8]。哺乳動(dòng)物阻止多精入卵具有兩道屏障，即透明帶反應(yīng)和卵黃膜封閉作用[9]。試題中?？疾轼B類卵黃膜，并且將鳥卵的細(xì)胞膜被認(rèn)為是卵黃膜，對(duì)卵黃膜的概念混淆，沒有清楚的辨別。而且試題大多只考查鳥類的卵，而很少涉及其他物種的卵，在不同物種中，尤其是哺乳動(dòng)物是否存在卵黃膜或者卵黃膜是否起到阻止多精入卵的作用，沒有進(jìn)行詳細(xì)的闡述，因此容易造成認(rèn)識(shí)上的錯(cuò)誤。

2.卵黃膜與透明帶的形成過程

2.1卵黃膜的形成過程

海膽的卵子外面有兩層卵膜，卵黃膜是由多種蛋白質(zhì)和多糖形成的一層比較厚的膠膜，膠膜的成分中除了具有多糖外，還有一些糖蛋白和小肽，膠膜大量吸水膨脹發(fā)生在卵子發(fā)生后[10]。

在兩棲類中，微絨毛出現(xiàn)在卵母細(xì)胞和濾泡細(xì)胞之間，在微絨毛間會(huì)形成沉淀，而由卵母細(xì)胞和濾泡細(xì)胞共同分泌形成這些物質(zhì)的，稱為卵黃膜。卵母細(xì)胞發(fā)育的雙線期，卵黃膜會(huì)變厚，輸卵管分泌物就促使進(jìn)入輸卵管中卵子的卵黃膜結(jié)構(gòu)改變，改變后的結(jié)構(gòu)更有利于精子進(jìn)入，在這個(gè)過程中，卵黃膜被輸卵管分泌膠膜包裹，膠膜主要成分是蛋白質(zhì)和多糖，膠膜在產(chǎn)卵后會(huì)發(fā)生吸水膨脹現(xiàn)象[11]。

鳥類的卵母細(xì)胞在發(fā)育過程中，在質(zhì)膜外面形成一由纖維狀蛋白質(zhì)組成卵黃膜，輸卵管的各段形成的分泌物會(huì)逐漸包被在進(jìn)入輸卵管的卵黃膜外面，鳥類輸卵管主要由漏斗部、膨大部、狹窄部等構(gòu)成，排出卵子最先進(jìn)入漏斗部，因?yàn)樵摱谓咏诼殉?，再加上輸卵管上皮?xì)胞分泌的纖維狀蛋白，這樣就形成了卵黃膜的外膜，卵巢內(nèi)形成的部分為內(nèi)卵黃膜，在卵黃膜外面包被上膨大部分泌的卵白形成于輸卵管的膨大部，卵白上又包被上兩層卵殼膜則形成于狹窄部，卵殼包被的卵殼膜形成于卵子進(jìn)入子宮時(shí)[12]。

2.2透明帶的形成過程

在哺乳動(dòng)物卵細(xì)胞發(fā)育過程中，當(dāng)卵細(xì)胞被第一層濾泡細(xì)胞層完全包被住后，在卵細(xì)胞的外方就開始形成非細(xì)胞的膜，稱為透明帶[4]。透明帶（ZP）是初級(jí)卵泡時(shí)期，主要由顆粒細(xì)胞和卵子這兩部分共同分泌形成，主要由ZP 、ZP 、ZP 這三種糖蛋白構(gòu)成，這幾種糖蛋白可以相互交聯(lián)生成一個(gè)雙折射性的三維結(jié)構(gòu)[13]，最近在人的卵細(xì)胞中又發(fā)現(xiàn)一種糖蛋白ZP ，這些糖蛋白具有重要的作用。透明帶對(duì)于胚胎在體內(nèi)發(fā)育具有很重要的作用，可以保護(hù)和避免母體子宮的免疫排斥，從而保證胚胎著床和子宮對(duì)來自父方的基因表達(dá)物不被排斥[14]。在受精作用過程中，其中ZP 和ZP 蛋白在卵細(xì)胞中具有很高的組織特異性，其中ZP 在表達(dá)時(shí)會(huì)受到多種的糖基化修飾，而ZP 則會(huì)形成異源二聚體，最后形成了透明帶[15]。

3.阻止多精入卵的作用機(jī)理

3.1海膽受精作用及阻止多精入卵的作用機(jī)理

海膽受精時(shí)，精子必須穿過卵子的卵膜，卵膜的成分包括膠膜和卵黃膜兩類，在質(zhì)膜的外面包裹著卵黃膜，卵黃膜外包著膠膜[16]。當(dāng)海膽的精子與卵黃膜外周的膠膜接觸時(shí)，膠膜與卵黃膜被精子釋放的水解酶溶解，這時(shí)卵膜與精子頂端形成的突起融合，隨后精子會(huì)穿過膠膜到達(dá)卵黃膜表面，使其與卵黃膜上相應(yīng)的受體結(jié)合，許多精子可以與卵黃膜結(jié)合，突起中含有大量的胰凝乳酶，它的功能主要是分解卵黃膜，使精子順利地穿過卵黃膜，精子與質(zhì)膜上的微絨毛接觸，通過相互作用，使得精子最終進(jìn)入卵子的內(nèi)部[17]。當(dāng)海膽的卵子質(zhì)膜與第一個(gè)精子接觸時(shí)，質(zhì)膜電位迅速升高，阻止其他精子進(jìn)入卵細(xì)胞，因而阻止多精入卵的出現(xiàn)，但膜電位變化僅持續(xù)60s/min就又會(huì)恢復(fù)到原來狀態(tài)[18]，即膜電位變化是海膽阻止多精入卵的第一道屏障。海膽的皮層顆粒隨后發(fā)揮著永久的慢阻斷的重要的作用，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)精子與卵黃膜接觸時(shí)，卵周隙中就會(huì)出現(xiàn)皮層顆粒釋放的物質(zhì)，由于這些物質(zhì)在周隙中會(huì)形成滲透梯度，促使多糖吸水膨脹，則形成透明層，卵周隙擴(kuò)大，而且皮層顆粒中釋放的多糖使卵黃膜表面蛋白質(zhì)的酪氨酸殘基出現(xiàn)交聯(lián)現(xiàn)象，形成受精膜，阻止其他精子繼續(xù)進(jìn)入卵子的通道[19]，從而達(dá)到阻止多精入卵的目的。阻止多精入卵的第二層屏障為海膽皮層反應(yīng)形成受精膜。

3.2哺乳動(dòng)物的受精作用及阻止多精入卵的作用機(jī)理

哺乳動(dòng)物的精子在沒有獲能時(shí)不能與卵子受精，為了獲得受精這種能力，精子必須獲能。一般認(rèn)為精子在若干生殖道獲能因子的作用下，精子膜會(huì)產(chǎn)生一系列活動(dòng)變化（吸附于精子表面精清蛋白的去除、膜表面蛋白的重組等），就會(huì)產(chǎn)生生化和運(yùn)動(dòng)方式的改變[20]。因此精子就發(fā)生獲能反應(yīng)，此刻獲能的精子才具有穿過卵母細(xì)胞周圍的濾泡細(xì)胞和透明帶的能力，這是精子產(chǎn)生頂體反應(yīng)的前提[21]。獲能的精子與卵子相遇后，首先要穿過放射冠，其中放射冠由濾泡細(xì)胞組成，精子穿過放射冠到達(dá)透明帶，就會(huì)與透明帶表層結(jié)合，這種結(jié)合較松散，隨后透明帶識(shí)別精子表面的SEDL蛋白并結(jié)合，結(jié)合較牢固，最后精子表面的蛋白質(zhì)與ZP 分子伸出的糖基結(jié)合，最終引起多種蛋白質(zhì)交聯(lián)，從而引起精子質(zhì)膜上的G蛋白激活，發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，使精子質(zhì)膜上的Ca 通道打開，Ca 進(jìn)入精子內(nèi)部使精子發(fā)生一系列變化，使頂體內(nèi)的水解酶釋放出來，作用與于透明帶，形成精子穿過的通道，在哺乳動(dòng)物中稱頂體反應(yīng)[22]。

精子穿過透明帶后進(jìn)入透明帶和卵子質(zhì)膜之間的卵周隙到達(dá)卵子表面，在哺乳動(dòng)物受精過程中，也會(huì)有皮層反應(yīng)的發(fā)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，皮層中含有許多皮層顆粒，皮層顆粒中含有大量水解酶，當(dāng)精卵的質(zhì)膜融合時(shí)，皮層顆粒會(huì)釋放出許多水解酶到卵周隙中，使透明帶中的受體被破壞，精子不能與其結(jié)合，在小鼠的皮層顆粒中含有N-乙酰葡萄糖甘酶，ZP 分子糖鏈上的乙酰葡萄糖胺會(huì)被切除，若它被切除后就不能與其他精子結(jié)合，不能誘導(dǎo)頂體反應(yīng)，從而發(fā)生透明帶反應(yīng)的精子也不能結(jié)合在透明帶上[24]。因此，哺乳類通過發(fā)生透明帶反應(yīng)而阻斷多精受精。所謂的哺乳動(dòng)物卵子受精中發(fā)生的卵黃膜封閉作用阻止多精入卵的說法就不存在。

4.結(jié)語

在高中生物教材中，關(guān)于受精作用卵黃膜與透明帶概念中存在的誤區(qū)及糾正如下：

4.1認(rèn)為鳥卵的細(xì)胞膜是卵黃膜。但通過對(duì)卵黃膜的成分和形成過程的分析，以及其功能類似于哺乳動(dòng)物的胎盤可知，卵黃膜并不等于細(xì)胞膜。

4.2認(rèn)為哺乳動(dòng)物阻止多精入卵時(shí)的兩道屏障是透明帶反應(yīng)和卵黃膜的封閉作用。在哺乳動(dòng)物中，阻止多精入卵的只有慢速阻止多精入卵的透明帶反應(yīng)，沒有所謂的卵黃膜封閉作用。

4.3認(rèn)為哺乳動(dòng)物既有透明帶又有卵黃膜。但實(shí)際上，卵黃膜和透明帶是結(jié)構(gòu)相似成分不同的同種物質(zhì)，只是它們出現(xiàn)在不同物種的卵細(xì)胞中。在哺乳動(dòng)物中叫透明帶，而在非哺乳動(dòng)物中叫卵黃膜。

由于科學(xué)家對(duì)透明帶和卵黃膜在不斷地進(jìn)行研究和發(fā)現(xiàn)，致使透明帶和卵黃膜的界定隨著生物技術(shù)的發(fā)展在不斷地完善，教材也應(yīng)該及時(shí)地更新。

參考文獻(xiàn)

[1]人民教育出版社.高中生物選修三現(xiàn)代生物科技專題[M].北京：人民教育出版社，2009.

[2]朱正威，趙占良.高中生物必修2遺傳與進(jìn)化[M].北京：人民教育出版社，2009：23-27.

[3]汪忠.生物必修2遺傳與進(jìn)化[M].江蘇：江蘇教育出版社，2012：156.

[4]張紅衛(wèi).發(fā)育生物學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2012：94.

[5]陳大元.受精生物學(xué)—受精機(jī)制與生殖工程[M].北京：科學(xué)出版社，2000：19.

[6]田宇，董海濤，金一.哺乳動(dòng)物卵透明帶蛋白結(jié)構(gòu)與功能的研究進(jìn)展[J].黑龍江畜牧獸醫(yī)，2014，（8）：420-431.

[7]張素雅.非哺乳動(dòng)物卵透明帶的成熟度和其免疫小白鼠抗生育效應(yīng)的關(guān)系[J].暨南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1981，12（2）：124-163.

[8]曲一線.5年高考3年模擬[M].北京：首都師范大學(xué)出版社，2008：59.

[9]薛金星.高中生物教材全解[M].陜西：陜西出版集團(tuán)，陜西人民教育出版社，2010：136.

[10]尤永龍，林丹軍，張彥定.發(fā)育生物學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2011：55.

[11]王守德.兩棲類動(dòng)物生殖和個(gè)體發(fā)育過程[J].生物學(xué)教學(xué)，2006，（2）：255-263.

[12]張瑩，鄭江霞，楊方喜.雞蛋卵黃膜DNA的提取及其應(yīng)用[J].遺傳育種，2006，14（4）：473-473.

[13]國玉蕊.采用偏振光顯微鏡分析透明帶在受精過程中的作用[J].重慶醫(yī)科大學(xué)，2010，35（15）：213-225.

[14]徐存栓，熊蕾，盧龍斗.ADAMs與哺乳動(dòng)物受精[J].動(dòng)物學(xué)雜志，2001，36（2）：356-371.

[15]趙娜，甄林青，胡啟蒙，李新紅.哺乳動(dòng)物精子獲能過程中信號(hào)通路研究進(jìn)展[J].生命科學(xué)，2014，26（4）：143-156.

[16]周勇，馬玲.人卵透明帶3蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)和B細(xì)胞抗原表位預(yù)測(cè)[J].新疆醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，31（8）：955-958.

[17]陳裕明.海膽受精機(jī)制的研究[J].動(dòng)物學(xué)雜志，1982，25（5）：49-53.

[18]蔡亞能.海膽精子入卵后受精機(jī)制研究概況[J].山東海洋學(xué)院學(xué)報(bào)，1982，（4）：87-93.

[19]周海森，羅世濱，張偉杰，高琳琳，趙沖，常亞青.近交對(duì)中間球海膽受精率、孵化率和幼體發(fā)育的影響[J].大連海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，（5）：445-449.

[20]李笑梅.人卵透明帶蛋白及其與精子結(jié)合的研究進(jìn)展[J].中華男科學(xué)雜志，2009，15（8）：746-749.

[21]朱子玉，寇朝輝，陳大元.精子獲能與激素調(diào)節(jié)作用[J].生殖與避孕明細(xì)，2003，23（4）：251-255.

[22]孫偉，李靜，聞姬.人胚胎透明帶與輔助孵化的研究進(jìn)展[J].中國優(yōu)生與遺傳雜志，2007，15（12）：3-4.

[23]蒲艷.人體解剖與組織胚胎學(xué)[J].重慶醫(yī)科大學(xué)報(bào)，2008，32（15）：256-271.

[24]王鴻利，葉裕春主編.中華檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)大辭典[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000.

通訊作者：袁毅君