绪 论
一、动物组织学与胚胎学的概念及研究内容
动物组织学与胚胎学包括两门学科:动物组织学(animal histology)是研究动物(包括畜禽)有机体的微细结构、细胞组成及其相关功能的学科,主要内容包括细胞学概论、基本组织学和器官组织学(组织学各论);动物胚胎学(animal embryology)是研究动物个体发生与发育规律的学科,主要内容包括早期胚胎发育和器官系统发育,本书重点介绍畜禽早期胚胎发育,包括受精、卵裂、囊胚、三胚层分化及胎膜与胎盘。由于组织学与胚胎学关系密切,研究内容也相近,在本科阶段通常将这两门学科合并为一门学科进行学习。
组织学与胚胎学的内容涉及细胞、组织、器官和系统等有机体的结构层次。细胞(cell)是有机体生命活动的基本单位。来源与功能相同的细胞和细胞间质(intercellular substance)[或称细胞外基质(extracellular matrix)]构成了组织(tissue),动物有机体包括四大基本组织(primary tissue),即上皮组织、结缔组织、肌肉组织和神经组织。基本组织通过不同的方式构成了体内各种器官(organ)。由结构相关、功能相近的若干器官构成了有机体的系统(system),完成特定功能,如消化系统、内分泌系统、免疫系统、呼吸系统、生殖系统等。各种不同的系统最终形成一个完整的个体。
结构组成是功能代谢的基础,而且正常的形态观察是颤别病理组织变化的前提,所以,只有学好了动物组织学与胚胎学,才能更好地学习和理解兽医学的其他课程。
二、组织学与胚胎学简史
从历史发展过程来看,组织学与胚胎学是细胞生物学、发育生物学等学科的起源,在生命科学发展中占有重要地位。19世纪末20世纪初随着早期医学教育进入我国,国内开始研究组织学与胚胎学。丁福宝编译的《组织学总论》是最早的文献之一,1915年汤尔和又编译了《组织学》等。中国解剖学会及人类学会成立于1920年2月,会员有50人,美国组织学家E.W.Cowdry任理事长。早期的著名学者有马文昭、张墨、包鉴清、王有琪、朱洗、童第周、薛社普、汪垄仁、鞠躬等,他们为我国组织学与胚胎学的发展起到了积极的推动作用。21世纪初,成令忠先生组织编写的《现代组织学》,可以作为本学科教学与科研的经典参考著作。
家畜组织学与胚胎学也称动物组织学与胚胎学,其研究对象主要包括畜禽和其他养殖动物,所以也有人称之为兽医组织学与胚胎学。早在20世纪初,清朝政府创办的京师大学堂农科开设了三年制的兽医专业,随后又在保定开办了北洋马医学堂,其教学内容就包括了组织学与胚胎学知识。民国时期的陆军兽医学校就是北洋马医学堂的延续,同时,北京大学、中央大学、中山大学、浙江大学和西北农业专科学校等一批国内著名大学,纷纷设立畜牧兽医专业,兽医组织学与胚胎学成为了一门独立的专业基础课程。1946年,从德国学成回国的盛彤笙教授,受民国政府委托在兰州建立了我国唯一的国立兽医学院,汇聚了国内兽医界的大部分精英,并陆续派遣青年教师出国深造,其中包括赴英国爱丁堡大学攻读兽医解剖学与组织胚胎学博士学位的谢铮铭教授。谢铮铭教授是我国首位兽医解剖学与组织胚胎学专业在欧美学成回国的博士,他的博士论文《鸡的交感和副交感神经系统》发表在英国兽医杂志,其研究成果被欧美多部专著和教材(如《禽类生理学》和《家畜解剖学》引用。这一时期到中华人民共和国成立初期,熊大仕、郑作新、谢念难、聂其灼、秦鹏春、钱菊芬、苟崇文、李克平、刘舜业等著名教授分别在各自的大学承担兽医组织胚胎学教学任务,同时开展一些科研工作,他们对我国兽医组织学与胚胎学的课程建设和人才培养起到了推动作用。
20世纪50年代,虽然没有统编教材,但全国有详尽统一的家畜组织学与胚胎学的教学大纲,学时为100~140h。1961年受农业部委托,北京农业大学的李维恩、史少颐和刘理等编写了《家畜组织学与胚胎学》,并配套了相应的实验指导教材,由农业出版社(现为中国农业出版社)出版,成为当时全国高等农业院校的试用教材。1964年,家畜组织学与胚胎学、解剖学、生理学、生物化学与药理学等在北京首次联合召开了基础兽医学科学术讨论会。改革开放后,家畜组织学与胚胎学迎来了一个发展期。1979年,北京农业大学(现为中国农业大学)李宝仁教授任主编,组织国内十余所院校的教师编写了第一版《家畜组织学与胚胎学》统编教材(由农业出版社出版)。10年后的1989年,由李宝仁任主编,对第一版《家畜组织学与胚胎学》教材进行了修订,并作为第二版由农业出版社出版。至2015年,该教材已出版至第五版。为了适应各区域或各校的教学特点,各地又先后出版了有特色的教材与专著,如《彩色家畜组织学图谱》(马正立等,1979)、《家禽解剖学与组织学》(罗克,1983)、《猪的解剖组织》(张立教等,1984)、《动物组织学彩色图谱》(李德雪和尹昕,1995)、《哺乳动物胚胎学》(秦鹏春,2001)、《兽医比较组织学》(陈秋生,2002)、《动物组织学与胚胎学》(李德雪等,2003)、《家畜胚胎学》(钱菊芬,2003)。
在师资培养和学科建设方面,1962年,由北京农业大学举办了首次家畜组织学与胚胎学师资培训班;1981年,农业部委托北京农业大学李宝仁教授负责举办全国家畜组织学与胚胎学师资培训班;1982年,东北农业大学秦鹏春教授负责举办全国家畜胚胎学师资培训班;1984~1986年,北京农业大学李宝仁教授主办了全国农业院校家畜免疫组织化学技术进修班:1985~1987年,南京农业大学聂其灼教授举办了全国家畜组织学与胚胎学助教进修班。这些培训和进修班不仅培养了本学科教学和科研的青年骨干,还提升了研究手段,有力地促进了我国家畜组织学与胚胎学的学科发展。在教学过程中,各校因地制宜,突出形态学特点,制作了大量教学模具和幻灯片,绘制了高水平的挂图,使教学内容更加形象、具体,有效提高了教学质量。进入20世纪80年代,有些高校开始招收研究生。1984年甘肃农业大学谢铮铭教授(侧重于家畜解剖学与组织学)和东北农业大学秦鹏春教授(侧重于家畜胚胎学)建立了我国首批家畜解剖学、组织学与胚胎学专业博士学位授权点。随后,硕士授权点和博士授权点逐渐增多,培养的研究生数量不断增加,提高了本学科师资的学位层次,促进了学科发展。
除教学之外,本学科的老师还主动开展相关科学研究,所涉及的动物不仅包括常见的畜禽品种,还对我国特色动物和重要模式动物的结构特点进行了深人细致的研究,如大熊猫的器官组织学、水牛的各器官组织、骆驼的组织结构及其耐干旱机理、蒙古羊的结构与发育、把牛的组织学与耐低氧、鹿茸的结构发生、北京鸭的组织结构、中华鳖的组织结构与细胞学特征、鸡的免疫屏障与功能、动物精子的储存及其机理、大朗与中华大瞻跺形态学、斑马鱼的器官结构及其兰维重构等。这些研究取得了丰硕的成果,有的实验结果以封面论文形式发表在科学引文索引(SCI)期刊上,有些成果受到国际同行的专评,或被国家规划教材采用。
胚胎学的发展先后经历了描述胚胎学-比较胚胎学-实验胚胎学-七学胚胎学-分子胚胎学-发育生物学等几个阶段。在胚胎与发育研究领域,我国也取得了不凡的成绩,克隆羊、试管牛、冷冻胚胎、精子储存、转基因动物、干细胞等方面的研究接近或达到国际水平。目前,我国动物组织学与胚胎学领域研究方兴未艾,科研成果层出不穷,受到国际同行的关注。
三、动物组织学与胚胎学固真他课程的关系
动物组织学与胚胎学作为一门畜牧兽医专业的专业基础课程,与其他课程关系密切。第一,组织学与胚胎学和解剖学、病理学等同属于形态学学科,它既是解剖学内容的深入和精细,又是病理学的基础和参照。组织学主要研究健康动物的微细结构和组成,而病理学则是研究发病条件下的结构变化。第二,组织学与胚胎学和细胞生物学关系密切,前者研究的是在体内组织和细胞水平上的生命形态,而后者研究的则是在细胞和分子水平上的生命现象,两者不但有继承性,而且后者的最终目的是阐明体内生命活动的规律。第三,组织结构和细胞组成是功能代谢的基础,掌握动物组织学内容可以为学习动物生理学和生物化学打下坚实的基础。第四,动物胚胎学和生殖系统组织学的内容,与兽医产科学和动物繁殖学直接相关,其研究内容具有明显的连续性。第五,免疫组织学主要研究免疫器官与免疫细胞的形态特征,有利于免疫学和预防兽医学等后期课程的学习。第六,器官组织学的内容,可以促进学生对兽医临床疾病的理解和研究。所以,作为动物医学专业的学生,应该学好动物组织学与胚胎学,为其他专业课程的学习打下坚实的基础。
四、动物组织学与胚胎学的主要研究技术相方法
(一)动物组织学研究技术
1.光学显微镜技术光学显微镜技术是动物组织学最常用、最基本的研究技术,主要包括切片的制备和各种显微镜的使用。
(1)石蜡切片与冰冻切片动物组织学的经典方法就是在显微镜下观察有机体不同组织的结构组成,被观察的组织样品必须是光线能够透过的薄片。但由于普通的组织样品比较柔软,直接切成薄片非常困难。这就需要将组织块固定变硬,维持原有构造,并便于切片。石蜡切片就是将液体石蜡渗透人组织间隙,待其冷却凝固后,利用专门的石蜡切片机(图0-1)切片,染色处理后于显微镜下观察研究。主要程序有:取材-固定剂固定-梯度乙醇脱水-二甲苯透明-温箱浸蜡-石蜡包埋-凝固后切片-载玻片贴片-染色-封片保存-观察。最常用的染色方法是苏木精-伊红(H-E)染色,苏木精将细胞核染成蓝色,伊红使细胞质着红色。制成的切片能够长期保存。
冰冻切片是将新鲜组织块直接冷冻,应用冰冻切片机(图0-2)在低温环境下进行切片,然后染色观察。与石蜡切片相比,冰冻切片更快速,而且能够保存组织中酶的活性。但冰冻切片的缺点是显示的组织结构不够清晰,切片不利于长期保存。
图0-1 石蜡切片机 图0-2 冰冻切片机
(2)特殊组织的制片方法有些特殊组织需要用特殊的制片方法进行处理,具体方法主要有以下几种。①涂片:适用于液态组织的制片,如血液、精液、分离细胞和脱落细胞等。其是将液体组织直接涂在干净的载玻片上,干燥后染色。②铺片:将薄层组织(如肠系膜等)贴展在载玻片上并染色。③撕片:将含有多量纤维的疏松结缔组织、神经纤维、肌纤维等,用细针撕展在载玻片上,染色后观察。④磨片:将坚硬的骨、牙等组织锯成片后,再磨成更薄的薄片,固定在载玻片上,透明后于显微镜下直接观察。
(3)光学显微镜
1)普通光学显微镜(light microscope,LM):简称光镜,是动物组织学观察最常用的仪器设备(图0-3),包括机械部分和光学部分,前者起支持作用,后者起放大作用。光镜的放大倍率可达1000倍。光镜可增加照相或摄像设备,便于记录图像。
2)荧光显微镜(fluorescence microscope):包括高压隶灯的光源、滤片系统和显微镜三部分(图0-4),用于显示组织和细胞的自发荧光物质、荧光标记细胞和免疫荧光。常用的荧光素或荧光染料有异硫氧酸荧光素(FITC)、腆化丙院(pI)等。
图0-3 普通光学显微镜 图0-4 荧光显微镜
3)暗视野显微镜(dark field microscope):镜内安装有特殊集光器,使视野变暗。当光线衍射在切片上时,可使组织样品的小颗粒结构产生衍射光或散射光,造成暗背景中产生明暗小点。其分辨率可达0.004~0.2μm 。
4)相差显微镜(phase contrast microscope):用于观察活细胞或未经染色的组织细胞,具有立体感。细胞内各种结构对光线具有不同的折射作用,产生不同的明暗差,能清晰地显示活细胞和组织的形态。
5)倒置显微镜(inverted microscope):光源在上方,物镜在下方,与普通光学显微镜正好相反。样品台上空间增大,可放置较厚的细胞培养瓶等,便于连续观察研究活细胞,也有利
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