МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»
Кафедра общей биологии
Г.П. АЛЁХИНА
БИОЛОГИЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ ЗАНЯТИЯМ
Рекомендовано к изданию Редакционно – издательским советом государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования «Оренбургской государственный университет»
Оренбург 2003
ББК 28.03 я 7 А - 49
УДК 57.017.642 (07)
Рецензент доктор биологических наук, профессор С.М.Завалеева
Алёхина Г.П.
А– 49 Биология индивидуального развития : Методические указания
клабораторным занятиям - Оренбург: ГОУ-ОГУ, 2003. 44 с.
Методические указания состоит из 8 разделов, которые включают контрольные вопросы для самоподготовки, материал наглядно демонстрирующий особенности развития организмов.
Методические указания предназначены для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Биология индивидуального развития» для студентов специальности 011600 «Биология» очной формы обучения.
ББК 28.03 я 7
©Алёхина Г.П. 2003.
© ГОУ-ОГУ, 2003.
2
Введение
Эмбриология – одна из важнейших ветвей биологии. Индивидуальное развитие организма, сущность и причины формообразовательных процессов, проблемы детерминации и дифференциации,- все это, в последнее время составляет интересы не только эмбриологов, но и генетиков, цитологов, биохимиков и молекулярных биологов. Дальнейший прогресс генетики немыслим без исследований цепи генетически обусловленных процессов «развития признаков», дальнейший прогресс цитологии невозможен, если клетка изучалась, вне развития организма.
Настоящие "Методические указания" содержат темы самостоятельных работ по разделам: "Половые и соматические клетки", "Оплодотворение", "Дробление яиц", "Бластула. Гаструла. Зародышевые пласты", "Развитие производных эктодермы, мезодермы, энтодермы", "Метаморфоз", ”Постэмбриональное развитие”. Каждая тема включает основные вопросы для самоподготовки студентов, перечень работ, методические указания к выполнению работ. В методическом указании широко используется рисунки, таблицы, схемы и микрофотографии которые призваны помощь студентам в понимании сложных процессов формообразования и дифференцировки клеток и систем в ходе онтогенеза различных организмов.
3
1 Половые и соматические клетки. Процессы оплодотворения и дробления яиц
Основные вопросы
1.Основные этапы становления эмбриологии как науки.
2.Предмет, задачи и основные методы исследования эмбриологии.
3.Отличительные признаки половых и соматических клеток.
4.Гаметогенез. Половое и бесполое размножение.
5.Строение яйцеклетки. Функции оболочек яйца. Классификация яйцеклеток.
6.Особенности процесса внутреннего оплодотворения и его преимущества.
7.Акросомальная реакция. Изменения в яйцеклетке при оплодотворении.
8Понятие дробления. Классификация яиц.
9Морфология дробления яиц: а.) полное, частичное дробление;
б.) поверхностное, дискоидальное дробление; в.) равномерное, неравномерное дробление; г.) синхронное, несинхронное дробление; д.) радиальное, спиральное дробление.
8.Скорость дробления яиц.
9.Правила О. Гертвига и их применение к анализу развития.
10.Биохимия ранних стадий эмбрионального развития.
Лабораторная работа
Рисунок 1- Тонкое строение овариального яйца морской свинки
4
Работа 1. Схематично изобразите строение половых клеток.
И яйцо, и фолликулярные клетки (/) обладают органеллами, общими для многих клеток: 2 —ядро; ,5 —ядрышко; 4 — комплекс Гольджи; 5 —комплекс Гольджи фолликулярных клеток; 6 — митохондрии; 7 — мультивезнкулярное тело; 8 — пузырьки; 9 — эндоплазматическая сеть; 10 — включение; 11 — пиноцитозные впячивания плазматической мембраны яйца; 12 —десмосомы, микроворсинки яйца (13) и отростки фолликулярных клеток (14), обнаружи-
ваемые в zona pellucida (/5).
.
Рисунок 2 – Строение сперматозоида
Работа 2 Зарисуйте по-стадийно процесс оплодотворения и подпишите основные моменты происходящего.
Множество сперматозоидов приближается к яйцу, окруженному студенистой оболочкой (рисунок 3). Проникнув через оболочку, сперматозоид вступает в контакт с клеточной мембраной яйца, вызывая образование бугорка оплодотворения. Этот бугорок втягивает сперматозоид; вскоре после этого образуется оболочка оплодотворения (А-Г). Ядра половых клеток приближаются друг к другу, сливаются и образуют митотическое веретено первого деления дробления (Д-З). 1 – мембрана яйца; 2 – студенистая оболочка; 3 – бугорок оплодотворения; 4 – оболочка оплодотворения; 5 – центриоль.
5
Рисунок 3 – Процесс оплодотворения яйцеклетки сперматозоидами
Работа 3. Зарисуйте этапы акросомальной реакции и подпишите ее основные стадии.
Интактный сперматозоид приближается к яйцу (А)и после контакта с оболочкой яйца кончик головки сперматозоида раскрывается (Б). Когда акросомная мембрана соединяется с плазматической мембраной спермия (Б), она выворачивается (В). Последующее разрушение акросомной гранулы, по-видимому, приводит к высвобождению лизирующего фермента, разрушающего оболочку яйца и, таким образом, прокладывающего дорогу для спермия. Плазматические мембраны спермия и яйца вступают в тесный контакт и затем сливаются; образуется бугорок оплодотворения (Г, Д). Спермий и яйцо перестают быть отдельными клетками, и ядро спермия перемещается в цитоплазму яйца (Е).
6
1 — ядро; 2 — плазматическая мембрана сперматозоида; 3 — акросомные гранулы; 4 — акросомная мембрана; 5 —
апикальный пузырек; 6 —оболочка яйца; 7 —мембрана яйца; 8 —цитоплазма яйца; 9 – акросомная нить; 10 — хвост сперматозоида; 11 — бугорок оплодотворения.
Рисунок 4 – Акросомальная реакция
Работа 4 Проследите образование оболочки оплодотворения, зарисуйте и подпишите этапы реакции.
Рисунки показывают отношение между кортикальными гранулами, клеточной мембраной и желточной оболочкой в яйце до
(А) и после (Б) оплодотворения. После оплодотворения материал кортикальных гранул, по-видимому, соединяется с желточной оболочкой и образует вместе с ней оболочку оплодотворения. Нижние рисунки иллюстрируют динамику кортикальной реакции и образование оболочки оплодотворения во времени (В-Е}, а также характер распространения кортикальной реакции по поверхности яйца от места проникновения сперматозоида.
7
1. эндоплазма; 2. кортикальный слой; 3. желточная оболочка; 4. клеточнаямембрана; 5. оболочка оплодотворения; 6. перевителлиновое пространство. Рисунок 5 – Образование оболочки оплодотворения
Работа 5 Схематично зарисуйте расположение веретен дробления согласно правилу О. Гертвига.
А,А'-первое дробление; Б,Б'-второе дробление; В,В' - третье дробление; ГГ1- положение бластомеров после третьего дробления .
Рисунок 6 - Положение веретен дробления сбоку и с апикального полюса согласно правилам О.Гертвига
8
Работа 6
Рисунок 7
Работа 7 Схематично изобразите поверхностное дробление зародыша дрозофилы.
Рисунок 8 – Поверхностное дробление зародыша дрозофилы.
Поверхностное дробление зародыша дрозофилы. Цифры над каждым зародышем соответствуют числу минут после откладки яйца; цифры внизу обозначают число имеющихся ядер. Полярные клетки (которые позднее образуют половые клетки) становятся заметными, начиная со стадии 512 ядер, хотя клеточная бластодерма образуется не раньше, чем спустя примерно 3 часа.
9
Работа 8 На предложенном ниже фотоматериале рассмотрите процессы созревания, оплодотворения и дробления яйцеклетки
На схеме показана связь различных клеточных слоев с яйцом и фолликулом. 1 — яйцо; 2
— фолликулярная оболочка; 3 — яйценосный бугорок; 4 — ограничивающая мембрана; 5
— полость; 6 — зернистый слой. Б. Участок фолликула кролика перед овуляцией; видны рыхлый яйценосный бугорок, первичная фолликулярная жидкость (7) и вторичная фолликулярная жидкость (8), секретируемая непосредственно перед овуляцией. В. Овулирующии фолликул крысы в момент разрыва. Стигма (9) поднимается
над поверхностью, и к ней движется яйценосный бугорок. В фолликулярной жидкости видны линии напряжения, направленные к стигме. Г. Разрез через овулирующий фолликул крысы. Содержимое фолликула все еще связано со стигмой; клетки бугорка широко разошлись, а клетки corona radiata еще тесно прилегают друг к другу Рисунок 9 - Строение яйца млекопитающих внутри фолликула и строение
овариального яйца крысы.
Электронная микрофотография овариального яйца крысы; в кортикальном слое видны кортикальные гранулы (1), микроворсинки яйца (2) и отростки (3) фолликулярных клеток (4), проникающие через zona pellucida
(5).
Рисунок 10 – Овариальное яйцо крысы
10
Рисунок 11 – Яйцеклетка и сперматозоиды человека
Электронная микрофотография области контакта мембран спермия И оболочки яйца. Акросомная мембрана слилась с плазматической мембраной спермия, и акросомная гранула обнажена.
Рисунок 12 – Акросомальная реакция сперматозоида.
11
Яйца аксолотля.
А. Оплодотворенное недробящееся яйцо со стороны анимального полушария. Белое пятно на поверхности яйца расположено очень близко к анимальному полюсу. Вегетативного полушария не видно. Б. Яйцо на стадии двух бластомеров в том
же положении. Борозда первого деления дробления проходит точно через анимальный полюс.
Яйца аксолотля на стадии 1 и 8 бластомеров. А. Борозды первого и второго деления дробления пересекаются на анимальном полюсе. Б. Стадия 8 бластомеров; 4 небольших бластомера расположены над 4 крупными.
Стадии позднего дробления и очень ранней бластулы у аксолотля (вид сверху). А. На стадиях позднего дробления клетки, распо-
ложенные ближе к анимальному полюсу, мельче, чем клетки,
расположенные у экватора. Б. На стадии ранней бластулы клетки мельче, чем на стадиях позднего дробления, но их значительно больше.
Рисунок 13 - Стадии раннего и позднего дробления оплодотворенного яйца аксолотля.
12
2 Бластула. Гаструла. Сравнительная характеристика процессов гаструляции у хордовых. Провизорные оболочки у рептилий и птиц
Основные вопросы
1.Что такое морула?
2.Классификация бластул.
3.Классификация гаструл.
4.Пути образования мезодермы.
5.Основные производные зародышевых листков.
6.Эмбриогенез анамний.
7.эмбриогенез амниот.
8.Провизорные образования зародышей рептилий и птиц.
Лабораторная работа
Работа 1 Схематически зарисуйте бластулы различных представителей хордовых выявляющие основные типы строения зародыша в зависимости от морфологии яйцеклетки и укажите виды образующихся бластул.
А. Бластула Amphioxus — представителя низших хордовых; Б. Бластула костистых рыб; В. Бластула амфибии; Г. Бластула млекопитающих (Сегментационная полость у них не соответствует бластоцелю других животных ).
Рисунок 14 – Бластулы хордовых
13
Работа 2 Зарисуйте процесс гаструляции у Amphioxus и подпишите новообразования возникающие в ходе этого эмбрионального этапа.
.
1—бластоцель; 2 —бластопор; 3 — эктодерма; 4 — энтодерма; 5 —гастроцель; 6 —бразующаяся нервная трубка; 7 - хорда; 8 — сомит; 9 — первичная кишка.
Рисунок 15 - Гаструляция у Amphioxus
Работа 3 Основные этапы эмбриогенеза ланцетника.
1— целобластула; II - IV — гаструляция: V—нейрула; 1 - эктодерма; 2 — энтодерма, 3 — хорда; 4 — мезодерма; 5 — нервная пластинка; 6 — верхняя и 7—нижняя губа бластопора; 8 — бластопор; 9 — полость первичной кишки ( архентерон ); 10 — полость вторичной кишки; 11 — целом.
Рисунок 16
14
Работа 4 Процесс гаструляции у лягушки с описанием всех стадий и компонентов этого этапа.
Движения клеток в период гаструляции у лягушки. Разрезы проведены через центр зародыша и повернуты спинной стороной . Главные направления движения клеток показаны стрелками. А. Бластула. Б. Начало гаструляции. Клетки, двигаясь внутрь зародыша, образуют спинную губу бластопора. В. Образование гастроцеля. Инволюция клеток через спинную губу бластопора и их дальнейшее движение под крышей бластоцеля приводит к образованию архентерона и смещает бластонель. Г, Д Клетки-предшественники мезодермы инволюируют через брюшную и боковые губы бластопора. Клеткипредшественники эктодермы мигрируют по поверхности вегетативного полушария. Желточная пробка представляет собой единственный участок энтодермы, видимый с поверхности. Е. Гаструляция продолжается до тех пор, пока весь зародыш не будет окружен эктодермой и энтодерма не окажется полностью внутри, а мезодермальные клетки не попадут между ними.
Рисунок 17 – Гаструляция у лягушки
15
Работа 5 Основные этапы эмбриогенеза земноводных.
I — амфибластула; II - III— гаструляция; IV — нейрула; 1—эктодерма; 2 — энтодерма; 3 - хорда; 4 — мезодерма; 5 — нервная пластинка; 6 — верхняя и 7 — нижняя губа бластопора; 8 — бластопор; 9 — гастроцель; 10 — нервная трубка; 11 — нервный канал; 12 — сегментированная мезодерма; 13 — несегментированная мезодерма; 14 — желточная энтодерма (желточная пробка).
Рисунок 18 Работа 6 Образование зародышевых оболочек у птиц.
16
Рисунок 19 Образование провизорных оболочек у зародышей птиц 1 - эктодерма; 2 — мезодерма; 3 — желточная энтодерма; 4 —- кишечная энто-
дерма; 5 — висцеральный листок спланхнотома; 6 — целом; 7 —париетальный листок спланхнотома, 8 — туловищная складка, 9 — будущая амниотическая оболочка; 10 — будущая серозная оболочка., 11 — амниотическая складка; 12
— будущая амниотическая полость.
Работа 7 Внезародышевые оболочки куриного зародыша.
1 — газообмен через скорлупу, 2 — кровеносные сосуды, 3 — аллантоис, 4 — полость амниона, 5 — амнион, 6 — скорлупа, 7 — подскорлуповая оболочка, 8
— хорион, 9 — мочевая кислота и мочевина, 10 — пупочная артерия и пупочная вена, 11 — желточная артерия, 12 — желточная вена.
Рисунок 20
17
Работа 8 На предложенном ниже фотоматериале проследите начальные стадии гаструляции.
Две стадии начала гаструляции у аксолотля. А. Начало гаструляции. Некоторые клетки начинают мигрировать внутрь, и это приводит к образованию темной полоски над центром. Клетки над этой темной полоской составляют спинную губу бластопора. Вид с вегетативного полюса. Б. Стадия ранней гаструлы с серповидной спинной губой бластопора. Клетки перемещаются с поверхности через спинную губу внутрь гаструлы, где они образуют стенки первичной кишки.
Рисунок 21Начальные стадии гаструляции у аксолотля
А. Губа бластопора имеет вид почти полукольца . Расплывчатая темная линия завершает кольцо. Верхняя (спинная, с) половина кольца представляет собой четкую узкую линию. Клетки, расположенные выше и сбоку от этой линии, движутся через нее внутрь, образуя крышу и стенки первичной JKHLUKH. Между спинной и боковыми губами нет четких границ. Нижняя (брюшная, б) половина кольца еще не является частью бластопора, но относительно темный
18