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发育生物学细胞命运决定ppt课件

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发育生物学-第七章

发育生物学-第七章

二、Wilhelm Roux：镶嵌型发育
Weismann凭直觉认为：染色体是发育的遗传信息 携带者。最为重要的是，他所提出的假‘说是一个可 以立即用实验来验证的模型。德国胚胎学家 Wilhelm Roux（ 1831－1904）检验了 Weismann这一假设。他 于 1888年发表的一系列实验结果表明：在蛙胚 2一 细胞期，用热针刺死一个裂球（末吸去坏死的细胞 质），剩下的一个裂球发育成半个身体的胚胎（图 7．2）。Roux的实验结果正好和Weismann假设预期 的结果吻合。Roux认为：蛀胚是由能自我分化的各部 分组织在一起形成的镶嵌体，每一部分的发育命运是 不能改变的，因为每个细胞接受一组特定的核决定子， 并依据所接受的核决定子分化成相应的组织。ROOX把 这一类型的发育称为镶嵌型发育。
பைடு நூலகம்
上述观察结果促使horstadius开展胚胎 学发展史上一些最令人激动的实验。首先 对horstadius（ 1935）追踪海胆 64一细胞 期胚胎的六层细胞中每一层细胞的正常发 育命运。他发现：正常情况下，海胆64一 细胞期胚胎中的动物极细胞和植物极第一 层（Veg1）细胞形成外胚层，植物权第二 层（veg2）细胞形成内胚层，而小裂球则 形成中胚层骨骼（图7．5）。
三、 HanS Driesch：调整型发育
Hans Driesch是用实验方法研究胚胎学的极力推 崇者，他于 1893年发展了 Roux的实验。他采用分 离实验（isolation experiment）的方法，即通过剧 烈摇晃将海胆胚胎裂球分开培养，结果2一细胞期 分开的两个裂球都能发育成完整幼虫。Dri。sob还 证明：甚至在4一细胞期时，4个分开的海胆胚胎裂 球也能发育成长腕幼虫（pluteus）。Driesch的实验 表明：2一或4一细胞期时，分开的海胆胚胎裂球不 是自我分化成胚胎的某一部分，而是通过调整发育 成一个完整的有机体。这一类型的发育称为调整型 发育。

《发育生物学》ppt课件(2024)

《发育生物学》ppt课件(2024)

基因编辑技术
类器官培养技术
运用CRISPR/Cas9等基因编辑工具，对生 物体的基因组进行精确修饰，研究基因功 能和调控机制。
2024/1/30
通过模拟体内微环境，培养具有类似器官结 构和功能的类器官，用于疾病模拟、药物筛 选和再生医学等领域。
29
未来发展趋势预测
跨学科交叉融合
发育生物学将与遗传学、细胞生物学、生 物医学工程等学科交叉融合，共同推动生
2024/1/30
6
02
细胞分裂、分化与胚胎发育
Chapter
2024/1/30
7
细胞周期与有丝分裂
细胞周期
指连续分裂的细胞从一次分裂完 成时开始，到下一次分裂完成时 为止所经历的全过程，包含DNA 合成前期、DNA合成期、DNA
合成后期和有丝分裂期。
有丝分裂
一种真核细胞分裂产生体细胞的 过程，特点是有纺锤体染色体出 现，子染色体被平均分配到子细
02
配子形成
在减数分裂过程中，染色体只复制一次，而细胞分裂两次。减数分裂的
结果是，成熟生殖细胞中的染色体数目比原始生殖细胞减少一半。
2024/1/30
03
配子的种类
根据染色体的组合不同，可以产生不同种类的配子，增加了后代的遗传
多样性。
9
胚胎发育过程及调控机制
胚胎发育过程
从受精卵开始，经过卵裂、桑葚胚、 囊胚、原肠胚与组织器官形成等阶段 ，最终发育成为完整的胎儿。
2024/1/30
3
课程目标与要求
01
掌握发育生物学的 基本概念、原理和 研究方法
02
了解发育生物学的 最新研究进展和前 沿动态
03
能够运用所学知识 分析和解决发育生 物学领域的实际问 题

细胞的命运决定[学习课堂]

细胞的命运决定[学习课堂]
特化specification决定determination3课件类别定型两个阶段特化早期决定后期有条件特化自主特化过程合胞体特化4课件类别?当一个细胞或者组织放在中性环境neutralenvironment如培养皿中可以自主分化时可以说这个细胞或组织已经特化
细胞命运的决定
课件类别
1
动物有机体是由分化细胞(specialized cell)组成 分化细胞不仅形态多样，而且功能各异
胚胎发育早期，细胞的发育潜力更大！
将原肠胚中眼区 细胞移植到神经 胚的躯干区，它 们将按新部位的 命运发育为体节 和脊索。
将神经胚中眼区 细胞移植到神经 胚的躯干区，它 们仍将发育为类 似于眼的结构。
细胞命运的定型的作用方式
胞质隔离 (cytoplasmic segregation)：卵裂时，受精卵内特定的细 胞质分离到特定的分裂球中，裂球中所含有的特定胞质决定它发育成 哪一类细胞，细胞命运的决定与临近的细胞无关。
形态发生决定子广泛存在于各种动物的卵 子细胞质中。
课件类别
19
胚胎中神经组 织是从动物极前面 一对裂球（a4.2） 和植物极前面一对 裂球（A4.1）产生； 单独培养时，它们 都不能形成神经组 织。
在海鞘这样严 格的镶嵌型发育胚 胎中，也存在裂球 之间相互作用，决 定细胞发育命运的 渐进决定作用。
课件类别
42
Cell fate determination
Induction: a signal from one group of cells influences the development of an adjacent group of cells; 细胞间的诱导作用 使得细胞之间互不相同。
已特化的细胞或组织的发育命运是可逆的 。如果把已特 化的细胞或组织移植到胚胎不同的部位，它就会分化成 不同的组织。

《发育生物学》课件

《发育生物学》课件
《发育生物学》ppt课 件
目录
Contents
• 发育生物学简介 • 发育过程 • 基因与发育 • 发育中的细胞与分子机制 • 发育生物学应用 • 未来展望与挑战
01 发育生物学简介
定义与重要性
定义
发育生物学是一门研究生物体从受精 卵到成体的生长、发育、分化的过程 及其机制的科学。
重要性
发育生物学对于理解生物体的生长、 发育过程以及疾病的发生、发展机制 具有重要意义，为疾病诊断、治疗和 预防提供了理论基础。
05 发育生物学应用
疾病研究
肿瘤发生机制
研究肿瘤细胞发育过程 中的异常变化，为肿瘤 的诊断和治疗提供理论 基础。
神经退行性疾病
探讨神经细胞发育和退 化的机制，为阿尔茨海 默病、帕金森病等神经 退行性疾病的防治提供 思路。
代谢性疾病
研究代谢相关细胞的发 育和功能，为肥胖、糖 尿病等代谢性疾病的防 治提供依据。
器官形成
器官发生
在胚胎发育过程中，不同 组织通过复杂的分子调控 机制形成各种器官，如心 脏、肺、肾等。
形态发生
器官形成过程中涉及复杂 的形态发生过程，如细胞 增殖、迁移、排列和凋亡 等。
组织结构与功能
形成的器官具有特定的组 织结构和功能，满足生物 体生长发育的需要。
生长与成熟
生长与发育
生物体的生长与发育是一个连续 的过程，受到多种激素和生长因
转录调控
转录调控主要涉及转录因子的作 用，通过与DNA的结合来调控基
因的表达。
表观遗传学
表观遗传学研究基因表达的表观 遗传修饰，如DNA甲基化、组蛋 白乙酰化等，对发育过程的影响
。
表观遗传学
表观遗传学概述
表观遗传学研究基因表达的表观遗传修饰，如DNA甲基化、组蛋 白乙酰化等，对发育过程的影响。

第一章 细胞命运的决定.

第一章 细胞命运的决定.

5、细胞特化发生在胚胎细胞 大量迁移之前
6、产生“镶嵌型”发育
大量的细胞重排和迁移发生在 细胞特化之前或与细胞特化相伴
产生“调整型”发育
注：一般两种细胞定型同时存在于胚胎发育中，但不同动物两 种方式发挥作用的程度不同
第一节 细胞命运通过形态发生决定子自主特化
一、形态发生决定子
• Morphogenetic determinant ---- 胚胎细胞
（二）、定型的两种பைடு நூலகம்式
1、自主特化（autonomous specification）
------ 细胞发育命运完全由内部细胞质组分决定的 细胞定型方式。通过胞质隔离实现 • 胞质隔离 cytoplasmic segregation ----- 受精卵内特定的细胞质，随着卵裂被分配到特 定的裂球中，这些特殊细胞质将决定裂球的发育命运， 与邻近细胞无关。 • 镶嵌型发育（mosaic development），自主型发育 ------- 以自主特化为特点的胚胎发育模式 （栉水母、环节动物、线虫、软体动物、海鞘）
Seven HÖ rstadius：双梯度模型
（动、植物极化梯度平衡） • 实验2 (1928-1935)：
卵子早期胚胎沿赤道切开时，动物极一半发育成永久囊胚，植物极一 半发育成据膨大消化管的不正常幼虫 推论：海胆胚胎不是由完全等能的细胞组成的集合体；海胆胚胎在一 定程度上呈镶嵌性发育（至少沿动物极轴如此）
• 玻璃海鞘（Ciona） 放线菌素D（转录抑制剂）可以造成培养 中的海鞘胚胎不形成AchE，说明该酶基因未被激活；进一步注 射海鞘不同发育阶段胚胎的mRNA到蛙卵中，可以产生AchE。 • 海鞘胚胎中多数组织特异性结构的形成都对转录抑制剂敏感
2、可能是以mRNA的形式存在于卵内一定区域 • 碱性磷酸酶是海鞘内胚层特异性酶，放线菌素D不起作用，但 用嘌呤霉素（蛋白质抑制剂）处理，则ALPase产生受阻，说明 形成该酶的mRNA已存在于卵质中，在卵裂时被分配到内胚层细 胞中。

发育生物学——细胞命运决定 (3)

发育生物学——细胞命运决定 (3)

Weismann理论的核心强调早期的卵裂必须为 不对称卵裂。卵裂结果产生的子细胞彼此之间是 完全不同的。
细胞质中决定因子的定位和细胞不对称分裂使 细胞变得不同
细胞分裂时母细胞中的某些分子不均等地分配到两个子 细胞中，造成子细胞向不同方向分化。
不对称分裂：生成不同的子细胞
细胞质分裂时分配到子 细胞中的细胞质不均一 ,在一定程度上决定了 细胞的早期分化。细胞 质中决定细胞命运的特 殊信号物质称为决定子 (determinant)
细胞命运决定及命运图
山东师范大学生命科学学院
• 动物有机体是由分化细胞(specialized cell)组成 • 分化细胞不仅形态多样，而且功能各异
•
从单个全能的受精卵产生各种类型细胞的发育过程叫细
胞分第化。二已节分化的胚细胎胞不细但胞具有发一育定命的形运态的和合决成特异
的产物，而且行使特异的定功能。
Cell fate determination
Cytoplasmic localization and asymmetric cell division: result in daughter cells having properties different from each other; chemical differences distributed in the egg in
。在胚胎早期发育过程中，某一组织或器官的细胞必需 先定型，然后才能向预定的方向发育，也就是分化，形 成相应的组织或器官。定型之后，分化方向变得不可逆 转。
• 早期胚胎中，卵裂球的发育命运没有决定 (determination)。随着胚胎的发育，不同卵 裂球受本身内在因素及环境条件的影响，其发 育命运被确定下来，分化为内胚层、中胚层或 外胚层细胞。

发育生物学全套完整教学课件

受精卵在受精后数小时内开始基因组 激活，转录和翻译新的蛋白质，为胚 胎发育提供基础。
受精过程中的信号转导
精子与卵子结合后，触发一系列信号 转导事件，包括钙离子波动、蛋白激 酶激活等，最终导致卵子激活和受精 。
辅助生殖技术应用
人工授精
体外受精与胚胎移植
将处理过的精子直接注入女性生殖道内， 使精子和卵子自然结合，达到受孕目的。
07
发育生物学实验技术与方法
显微操作技术在发育生物学中应用
显微注射技术
将外源基因、mRNA、蛋白质等 直接注入到受精卵或早期胚胎中 ，研究基因功能或制备转基因动
物。
显微切割技术
利用显微操作仪对早期胚胎进行精 确切割，研究胚胎发育过程中的细 胞命运和分化机制。
显微成像技术
利用共聚焦显微镜、活细胞成像系 统等对胚胎发育过程进行实时观察 和记录，揭示胚胎发育的动态过程 。
等。
Wnt信号转导途径在胚胎发育中作用
01 Wnt信号转导途径是一种高度保守的信号转导途 径，它在胚胎发育过程中发挥着重要的作用。
02 Wnt信号可以促进细胞的增殖和分化，对于胚胎 的形成和器官的发育具有至关重要的作用。
02 Wnt信号的异常调控会导致胚胎发育的缺陷和疾 病的发生，如先天性心脏病、神经管缺陷等。
课程要求
学生应认真听讲、积 极参与课堂讨论、完 成实验报告和课程论
文等任务。
02
细胞命运与胚胎发育
细胞命运决定因素
01
02
03
基因表达调控
包括转录因子、信号通路 等对基因表达的调控，影 响细胞分化和命运。
表观遗传学修饰
如DNA甲基化、组蛋白修 饰等，对基因表达产生长 期、可遗传的影响，进而 决定细胞命运。

发育-细胞命运的决定 (2)-讲义

Determination: 指细胞特性发生了不可逆的改变，发育潜力已经单一化。 Specification: 指一组细胞在中性环境下离体培养，它们仍按其正常命运图
谱发育。
13
细胞命运（cell fate）的决定
14
细胞有自己发育的命运！
基因组中那些基因将使用，哪些 基因不使用，其差异表达程序是在细 胞决定过程中设计好了的。
11
已特化的细胞或组织的发育命运是可逆的 。 如果把已特化的细胞或组织移植到胚胎不 同的部位，它就会分化成不同的组织。
已决定的细胞或组织的发育命运是不可逆 的。如果把已决定的细胞或者组织移植到 胚胎的不同部位，它只会分化为同一种组 织。
12
Fate of cells: 指正常发育情况下细胞将发育的方向，这种方向可因条件的 改变而改变(see next slide)。
通过显微注射的方法，将B4.1卵裂球中的肌细胞质移植到预 定的非肌肉细胞中，也能使其形成肌细胞。
29
童第周等在海鞘卵子受精后20分钟，把受精卵一分为二。 用其中无核的卵块作受体，分别把原肠胚或尾芽期幼虫的 外胚层、中胚层和内胚层细胞的细胞核移植到受体中。 结果：无论移植的细胞核来自哪一个胚层，所形成的组织 结构总是和无核卵块中所含有的细胞质组分有关。 说明海鞘胚胎细胞发育命运是由其所含有的细胞质形态决 定子决定，而不是由细胞核的来源决定。
如果将一个发育早期胚胎的某一个卵裂球去掉， 则这个胚胎将会发育为一个不完整的胚胎。
23
柄海鞘是典型的镶嵌型发育
24
柄海鞘的胚胎 分离实验: 当8细胞期胚 胎中的4对卵 裂球被分离后， 每对卵裂球只 能发育为部分 结构。
柄海鞘的镶嵌型发育 25
柄海鞘受精卵的细胞质根据所含色素不同可分为四个不 同的区域：

发育生物学第一章细胞命运的决定和细胞的自主特化

胎来说，如果在胚 胎发育的早期将一个分裂球从整体胚胎上分 离，那么剩余的胚胎细胞可以改变发育命运， 填补所留下的空缺。以细胞有条件特化为特 点的胚胎发育模式称为调整型发育 （regulative development）。 海胆的发育是典型的调整型发育。在4细胞 期或8细胞期分离卵裂球，细胞也能发育为 完整的幼虫，只不过幼虫体积较小。其每一 个卵裂球在被分离后，都能调整自身的发育， 以形成一个完整的机体。


海鞘胚胎也是依据卵内贮存信息进行自我 分化的镶嵌体。海鞘胚胎卵裂时，不同的 细胞接受不同区域的卵细胞质。不同区域 的卵细胞质含有不同的形态发生决定子， 能够使细胞朝一定的方向分化。 某些海鞘卵细胞质不同区域具有不同的颜 色，卵子受精时不同区域的细胞质分配到 不同的裂球中。
海鞘不同胞质决定子的运动比较
爪蟾早期胚胎发育命运图的确定。荧光标记的C3裂 球在尾芽期胚胎中形成一侧的中胚层细胞。
爪蟾晚期囊胚的发育 命运图 上：侧面观，外胚层 形成上皮和神经系统， 沿着背腹轴的带状区 域为中胚层，由它形 成脊索、体节、心脏、 肾和血液。爪蟾中胚 层表面还覆盖有一薄 层外胚层。
下：囊胚背面观


命运图并不是表示早期胚胎中各区域的细 胞发育命运已经确定了，它在很大程度上 反映的是胚胎在继续发育过程各区域细胞 的运动趋势，并不是细胞的分化情况。 特化图（specification map）却可以在一定 程度上反映出细胞的分化情况。特化图是 将囊胚切成小块，每小块分别在简单培养 基中培养，观察它们形成哪一种组织。特 化图与命运图之间有很大程度的相似性， 但在外胚层和中胚层存在很大的差别。
Driesch的海胆胚胎分离发育实验。A，正常长腕幼虫， B，单个胚胎细胞发育而成的长腕幼虫。

细胞命运决定

细胞命运决定
海胆各卵裂球的发育命运图
细胞命运决定
Driesch的海胆胚胎分离发育实验。A，正常长腕幼虫， B，单个胚胎细胞发育而细成胞命的运决定长腕幼虫。
海胆胚胎除了具有典型的调整型发育特点 之外，也显示出某些镶嵌型的特点。如果 将胚胎沿原先的赤道面分隔为两半，则两 部分都不能发育为完整的幼虫。
细胞命运决定
第三节 形态发生决定子
形态发生决定子（morphogenetic determinant）也称为成形素（morphogen） 或胞质决定子（cytoplasmic determinant）， 其概念的形成源于对细胞谱系的研究。
Whitman对环节动物水蛭（Clepsine）细胞 谱系和细胞发育命运作过较为完整的描述。 结果表明水蛭肌肉和腹神经索等高度分化 的结构是由特定的裂球发育而来，特定的 裂球是受精卵根据精确的卵裂方式分裂产 生，含有卵子一定区域的细胞质。
Horstadius进行了胚胎学史上的一个最引人 注目的实验，他首先研究了海胆64细胞期 胚胎每一层细胞的发育潜能。
细胞命运决定
海胆的调整型 发育过程中也 存在镶嵌式发 育的成分。
细胞命运决定
半个8细胞期海胆胚胎的发育。A，沿赤道面将胚胎 分为两半，B，沿动植物细胞极命运轴决定将胚胎分为两半。
细胞命运决定
Weismann理论的核心强调早期的卵裂必须为不 对称卵裂。卵裂结果产生的子细胞彼此之间是完 全不同的。
细胞命运决定
柄海鞘的发育为一种典型的镶嵌型发育， 其卵裂球的发育命运是由细胞质中储存的 卵源性形态发生决定子决定的。
柄海鞘8细胞期胚胎卵裂球的发育命运已发 生决定。尽管柄海鞘的胚胎发育为镶嵌型， 但实际上不同的卵裂球之间依然存在着相 互诱导作用。其外胚层区域直到64细胞期 时还没有“神经化”，显然外胚层细胞的 发育命运不仅仅是由胞质决定子决定的。
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Cell fate determination
Cytoplasmic localization and asymmetric cell division: result in daughter cells having properties different from each other; chemical differences distributed in the egg in
脊椎动物骨骼肌的分化主要特征
Fate of cells: 指正常发育情况下细胞将发育的方向，这种方向可
因条第件的二改节变而改胚变胎细胞发育命运的决定
定型 (commitment): 细胞在分化之前，会发生一些隐蔽的变化 ，使细胞命运朝特定方向发展。 -- 特化（specification） -- 决定（determination）
the form of determinants
(mRNA or proteins, Xenopus- VegT, vegetal regions of the fertilized egg)
Cell fate determination
Asymmetric division: stem cell: repeated division-stem cells and differentiate into a variety of cell types; in adult-self renewal; Pluripotent.
细胞命运决定及命运图
山东师范大学生命科学学院
• 动物有机体是由分化细胞(specialized cell)组成 • 分化细胞不仅形态多样，而且功能各异
• 从单个全能的受精卵产生各种类型细胞的发育过程叫细
胞分第化。二已节分化的胚细胎胞不细但胞具有发一育定命的形运态的和合决成特异 的产物，而且行使特异的定功能。
Weismann理论的核心强调早期的卵裂必须为 不对称卵裂。卵裂结果产生的子细胞彼此之间是 完全不同的。
细胞质中决定因子的定位和细胞不对称分裂使 细胞变得不同
细胞分裂时母细胞中的某些分子不均等地分配到两个子 细胞中，造成子细胞向不同方向分化。
不对称分裂：生成不同的子细胞
细胞质分裂时分配到子 细胞中的细胞质不均一 ,在一定程度上决定了 细胞的早期分化。细胞 质中决定细胞命运的特 殊信号物质称为决定子 (determinant)
细胞命运的定型的作用方式
• 胞质隔离 (cytoplasmic segregation)：卵裂时，受精卵内特定的细 胞质分离到特定的分裂球中，裂球中所含有的特定胞质决定它发育成 哪一类细胞，细胞命运的决定与临近的细胞无关。
自主特化（autonomous specification）。以细胞自主特化为特点 的胚胎发育模式称为镶嵌型发育 (mosaic development)，或自主性 发育，整体胚胎好像是自我分化的各部分的总和。无脊椎动物为主。
Cell fate: specification and determination
Cell fate: specification and determination
• 已特化的细胞或组织的发育命运是可逆的 。如果把已特 化的细胞或组织移植到胚胎不同的部位，它就会分化成 不同的组织。
• 已决定的细胞或组织的发育命运是不可逆的。 • 在细胞发育过程中，定型和分化是两个相互关连的过程
细胞发育命运的决定是一个渐进的过程
两栖动物眼区细胞的潜能随发育时期的不同而改变
原肠胚中眼区将 发育为眼睛。
胚胎发育早期，细胞的发育潜力更大！
将原肠胚中眼区 细胞移植到神经 胚的躯干区，它 们将按新部位的 命运发育为体节 和脊索。
将神经胚中眼区 细胞移植到神经 胚的躯干区，它 们仍将发育为类 裂球被分离 后，每对卵 裂球只能发 育为部分结 构。
• 海鞘属于典型的镶嵌型发育胚胎。典型的 镶嵌型发育的胚胎还有栉水母 (tenophores)、环节动物(annelids)、线 虫(nematodes)和软体动物（molluscs） 等。另一方面，海胆、两栖类和鱼类等动 物的胚胎属于典型的调整型发育胚胎。在 这些呈典型的调整型发育的动物卵子细胞 质中，也存在着形态发生决定子。
• 当一个细胞或者组织放在中性环境 (neutral environment)如 培养皿中可以自主分化时，可以说这个细胞或组织已经特化。 They develop according to normal fate.
• 当一个细胞或组织放在胚胎另一个部位可以自主分化时，可以 说这个细胞或组织已经决定。细胞特性发生了不可逆的改变， 发育潜力已经单一化。
海鞘不同区域的卵 细胞质分别与未来 胚胎特定的发育命 运相联系。黄色新 月区含有黄色细胞 质，称为肌质 （myoplasm）， 将来形成肌细胞。 灰色新月区含有灰 色细胞质，将来形 成脊索和神经管。 动物极部分含透明 细胞质，将来形成 幼虫表皮。灰色卵 黄区含大量灰色的 卵黄，将来形成幼 虫消化道。
• 形态发生决定子广泛存在于各种动物的卵 子细胞质中。
胞质定域
• 形态发生决定子在卵细胞质中呈一定形式分布，受精 时发生运动，被分隔到一定区域，并在卵裂时分配到 特定的裂球中，决定裂球的发育命运。这一现象称为 胞质定域（cytoplasmic localization）。胞质定域 也称为胞质隔离（cytoplasmic segregation）或 胞质区域化（cytoplasmic regionalization）或胞 质重排（cytoplasmic rearrangement）。
。在胚胎早期发育过程中，某一组织或器官的细胞必需 先定型，然后才能向预定的方向发育，也就是分化，形 成相应的组织或器官。定型之后，分化方向变得不可逆 转。
• 早期胚胎中，卵裂球的发育命运没有决定 (determination)。随着胚胎的发育，不同卵 裂球受本身内在因素及环境条件的影响，其发 育命运被确定下来，分化为内胚层、中胚层或 外胚层细胞。