动物附肢的发育和再生研究
摘要 脊椎动物附肢是一个极其复杂的器官，它具有许多不对称的部分。虽然脊椎动物的附肢都是由体壁中胚层和外部的表皮共同形成的，但他们的最后形式却各不相同。在附肢中每一块骨和肌肉的位置都精密的组织在一起。一些两栖类具有恢复被截断附肢的能力。有尾类附肢明显的再生能力使它成为一个极好的研究附肢再生的系统。
Abstract Vertebrate appendages is an extremely complex organ, it has many asymmetric part. Although vertebrate appendages by the body wall
mesoderm and the formation of a common external skin, but their final form, but different. Attached to each limb in a position of both bone and muscle tissue with precision. Some amphibians have to restore the ability of truncated limbs. Urodeles regenerate appendages make it obvious an excellent study with limb regeneration system.
关键词 附肢 发育 再生
Keywords limb development regenerate
前言
脊椎动物，特别是鸡和两栖类附肢的发育包含了大量各种各样诱导的相互作用。再生现象在动物中普遍存在, 一般认为在动物个体发育和系统发育过程中, 再生能力有逐渐减弱的趋势, 这与组织和器官分化程度有关。不少资料报道两栖动物的再生能力很强, 尤其是在它们的幼体或蛙类的蛾抖阶段更是如此。并认为
有尾两栖类的再生能力要比无尾两栖类强。我国有关两栖类的再生能力方面的研究资料甚少, 文以蓝尾蝾螈为材料, 观察了肢体再生的全过程, 现将有关资料整理如下。
1. 脊椎动物附肢的起源及早期发育
1.1附肢的起源
脊椎动物的附肢在起源上是由胚胎体壁向外生长形成的，主要是由来自侧板中胚层的体结部分和体结腹侧部产生的疏松间质产生的中央核，以及位于外部的，来自外胚层的表皮两大部分组成。附肢的原基称为附肢芽。附肢的基本成分是由中胚层形成的，通过不同的实验，许多脊椎动物胚胎中的预定附肢区已被定位，图14.2示蝾螈尾芽期胚胎的一个预定前肢域。这个大区包括能形成附肢的所有细胞，称为附肢域。在尾芽期蝾螈中，任何半个附肢盘被移植到一个新的位置时，都能再生出整个附肢。
1.2附肢的早期发育过程
1.2.1外胚层和中胚层的相互作用
1.2.2附肢发育时期轴的建立
1.2.3附肢中组织类型的建立
1.2.4同源基因在附肢发育中的作用
2. 有尾两栖类附肢再生的实验研究
2.1实验材料和方法
选用采自云南楚雄地并经过室内饲养繁殖的蓝尾蝾螈（雄2 、雌2)4共四条,
分为两组, 每组雌雄各一条。先用乙醚麻醉, 量度各蝾螈的体全长、左右后肢长, 棍据实验要求, 将四条蝾螈的右后肢从膝关节部位（即第一组第1和第2号）或大腿中部（第二组第3和第4号）截除, 量度截除部分和残留部分的长度, 绘制截除肢的外形图（见图1）。将手术后的蝾螈放入玻缸内饲养, 定期观察和记录肢体再生情况, 直至再生肢体的长度基本稳定时为止, 即截肢手术后的137天, 再次将各实验蝾螈的再生肢体分别从膝关节和髓关节处截除, 将两次截下的肢体（即原肢体和再生肢体）从外部形态和骨骼特征方面进行比较研究。
3. 实验结果总结分析
有关四条蝾螈分为两组, 它们在右后肢的除部位、伤口愈合和再生肢体的生长过程, 以及再生肢的外形和骨骼特征等记述如表1.
从表1可以看出, 四例截除右后肢的蝾螈，虽然截断部位不同, 但均能再次长出新的肢体。再生肢在生长过程中, 可分为两个阶段, 第一阶段是伤口愈合及再生肢孕育期, 此期再生肢体尚未长出, 原肢体的残留部之长度未增加, 约需19天左右。第二阶段是再生肢生长期, 即长出再生芽基至再生肢各部结构形成, 大约需时83天至137 天左右。从四例蛛螺再生肢的生长速度上看, 截断大腿中部者比截断膝关节者生长速度相对较快, 前者截肢后在100天左右再生肢的生长基本稳定；后者在100天以后再生肢体仍在继续生长（图3 ）。在截断膝关节的两例蝾螈中, 再生肢体的生长进程基本一致, 从再生芽基长出至5趾基本形成共需41天左右。而截断股骨部位的两例蝾螈中其特点是再生肢的生长速度较快, 特别是趾的发育生长较快, 从再生芽基长出至5趾基本形成只需30-34 天左右。
从四例蝾螈再生肢的外形观察, 其共同特点是再生肢与原肢体均有明显不同, 主要表现在再生肢体比原肢体相对较短小（其量度对比等见表2）。此外, 发现原
肢体踱部均有踱突, 趾间无蹼； 而再生肢体班部则无踱突, 趾间蹼均较显著（图1：2，4）. 值得注意的是, 四条蝾螈中第123号的再生肢均为五个趾, 仅第4号的再生肢只有四个趾。解剖观察各蝾螈再生肢的骨骼, 其中股骨、胫骨和排骨在形态上与原肢体者相近似； 但是, 第4号蝾螈再生肢的附骨与原肢体相比却有明显区别, 再生肢的附骨只有4 片, 而原肢体的附骨为8片, 其数目减少一半, 从再生肢附骨的形状、大小及位置分析, 可能是附骨合并所致。此外第4号蝶螺再生肢四个趾的趾骨式为1、2、3、1, 与原肢体五个趾的趾骨式1、2、3、3、2 相比较, 再生肢缺少第五趾、第四趾缺少2 个趾骨, 仅有1个趾骨（图1：5，6）。由此可见, 蝾螈肢体再生可能产生异常肢体, 即畸形肢体。此种现象有可能出现在生活于自然环境内的蝾螈中, 这说明肢体再生可能是畸形技体产生的因素之一。
第4号蝾螈的再生肢体之所以产生畸形, “这可能与截除伎体的部位有关。Marccuci （1916）认为肢体近端再生能力较远端为弱。。Schotte and
Harland(1943)也报道截断蛙类蝌蚪后肢的不同部位, 发现其各部位的再生能力不同； 后肢远端部再生能力较强, 愈近腿基部其再生能力就愈弱。
本实验印证了以上结论。截除肢体的动物能否长出再生肢体, 无疑是衡量动物再生能力的标志, 其再生肢体能否如像原肢体的形态则可作为动物再生能力强弱的依据, 如果再生肢体能够恢复原肢体的形态结构, 则再生能力较强, 如果再生肢体虽然能够长出, 但不能恢复原肢的形态, 则是再生能力减弱的表现。本实验第4号蝾螈截除的部位（股骨部近端1/3处）比其它三只蝾螈都更近于腿的基部, 它
的再生肢出现畸形, 这说明截除部位近腿基部的第4号蝾螈比其它三只的再生能力要弱些, 这与“后肢远端部再生能力较强, 愈近腿基部其再生能力就愈弱”的结论相符合。
据赵肯堂（1978）报道, 蛤蚧的尾部有再生四次的记录。为了证实蓝尾蝾螈肢体是否可以多次再生、1985年9月25日将各实验蝾螈的再生肢截除, 结果证明：第二次从膝关节或髓关节处截除再生肢后, 都能第二次长出再生肢体。如第1号蝶螺从膝关节将再生肢切除, 于1986 年6 月25日观察, 第二次长出的再生肢长9.4 毫米, 为原肢体13.7 毫米的68.6%，为第一次再生肢11.2 毫米的83.9%， 踱趾均短, 仅有三趾, 趾间具蹼。第4 号蝾螈从髓关节将再生肢切除, 于1986 年6 月25 日观察, 第二次长出的再生肢长6.3毫米, 为原肢长15.8毫米的34.9%, 为第一次再生肢长11.7 毫米的53.8%, 踞趾部甚短小, 仅见三个小趾突, 趾间具蹼。根据本实验结果看出, 蓝尾蝾螈的肢体至少可以再生两次。同时其结果还看出, 第二次再生肢生长较为缓慢, 虽然肢体已截除242天, 但与第一次再生技相比仍然短小, 其踱部甚短, 趾数减少。由此说明, 蝾螈虽然能够第二次长出再生肢, 但其再生能力有减弱的趋势, 而且切断骸关节者（近腿基部） 比切断膝关节者（远离腿基部）的再生能力更弱。蓝尾蝾螈能否第三次、第四次长出再生肢体, 还有待于进一步实验研究。
结论
1. 通过蓝尾蝾螈断肢再生实验的观察, 说明该蝾螈前肢或后肢被截除后均可再生, 而且可以再生两次。能否第三次再生, 还有待进一步研究。
2. 再生能力与截除的部位有关, 截除部位愈近腿基部者其再生能力愈弱； 愈远离腿基部者其再生能力愈强。
3. 再生肢体与原肢体相比较, 再生肢体较为短小。第一次的再生肢约为原肢长度的60.0%-81.8%; 第二次的再生肢约为原肢长度的34.9%-68.6%; 此外, 再生肢踱部无踱突, 趾间有蹼, 皮肤颜色较深等特征与原肢体均有明显区 别。
4. 蝾螈后肢一般为5 趾。本实验结果, 在四只蝾螈中第一次长出的再生肢仅一只畸变为4趾；解剖观察其骨骼也有畸变, 如附骨只有4片, 第四、五趾的趾骨也有减少等。第二次长出的再生肢比第一次的再生肢更为短小, 仅有3趾, 畸变更为明显。由此可见, 蝾螈肢休的再生有可能产生畸形肢, 断肢再生可能是蝾螈畸形肢体产生的因素之一。
表2 原肢体与再生肢体各部特征区别（单位：毫米）
（http://shop110424743.taobao.com/）
动物附肢的发育和再生研究
摘要 脊椎动物附肢是一个极其复杂的器官，它具有许多不对称的部分。虽然脊椎动物的附肢都是由体壁中胚层和外部的表皮共同形成的，但他们的最后形式却各不相同。在附肢中每一块骨和肌肉的位置都精密的组织在一起。一些两栖类具有恢复被截断附肢的能力。有尾类附肢明显的再生能力使它成为一个极好的研究附肢再生的系统。
Abstract Vertebrate appendages is an extremely complex organ, it has many asymmetric part. Although vertebrate appendages by the body wall
mesoderm and the formation of a common external skin, but their final form, but different. Attached to each limb in a position of both bone and muscle tissue with precision. Some amphibians have to restore the ability of truncated limbs. Urodeles regenerate appendages make it obvious an excellent study with limb regeneration system.
关键词 附肢 发育 再生
Keywords limb development regenerate
前言
脊椎动物，特别是鸡和两栖类附肢的发育包含了大量各种各样诱导的相互作用。再生现象在动物中普遍存在, 一般认为在动物个体发育和系统发育过程中, 再生能力有逐渐减弱的趋势, 这与组织和器官分化程度有关。不少资料报道两栖动物的再生能力很强, 尤其是在它们的幼体或蛙类的蛾抖阶段更是如此。并认为
有尾两栖类的再生能力要比无尾两栖类强。我国有关两栖类的再生能力方面的研究资料甚少, 文以蓝尾蝾螈为材料, 观察了肢体再生的全过程, 现将有关资料整理如下。
1. 脊椎动物附肢的起源及早期发育
1.1附肢的起源
脊椎动物的附肢在起源上是由胚胎体壁向外生长形成的，主要是由来自侧板中胚层的体结部分和体结腹侧部产生的疏松间质产生的中央核，以及位于外部的，来自外胚层的表皮两大部分组成。附肢的原基称为附肢芽。附肢的基本成分是由中胚层形成的，通过不同的实验，许多脊椎动物胚胎中的预定附肢区已被定位，图14.2示蝾螈尾芽期胚胎的一个预定前肢域。这个大区包括能形成附肢的所有细胞，称为附肢域。在尾芽期蝾螈中，任何半个附肢盘被移植到一个新的位置时，都能再生出整个附肢。
1.2附肢的早期发育过程
1.2.1外胚层和中胚层的相互作用
1.2.2附肢发育时期轴的建立
1.2.3附肢中组织类型的建立
1.2.4同源基因在附肢发育中的作用
2. 有尾两栖类附肢再生的实验研究
2.1实验材料和方法
选用采自云南楚雄地并经过室内饲养繁殖的蓝尾蝾螈（雄2 、雌2)4共四条,
分为两组, 每组雌雄各一条。先用乙醚麻醉, 量度各蝾螈的体全长、左右后肢长, 棍据实验要求, 将四条蝾螈的右后肢从膝关节部位（即第一组第1和第2号）或大腿中部（第二组第3和第4号）截除, 量度截除部分和残留部分的长度, 绘制截除肢的外形图（见图1）。将手术后的蝾螈放入玻缸内饲养, 定期观察和记录肢体再生情况, 直至再生肢体的长度基本稳定时为止, 即截肢手术后的137天, 再次将各实验蝾螈的再生肢体分别从膝关节和髓关节处截除, 将两次截下的肢体（即原肢体和再生肢体）从外部形态和骨骼特征方面进行比较研究。
3. 实验结果总结分析
有关四条蝾螈分为两组, 它们在右后肢的除部位、伤口愈合和再生肢体的生长过程, 以及再生肢的外形和骨骼特征等记述如表1.
从表1可以看出, 四例截除右后肢的蝾螈，虽然截断部位不同, 但均能再次长出新的肢体。再生肢在生长过程中, 可分为两个阶段, 第一阶段是伤口愈合及再生肢孕育期, 此期再生肢体尚未长出, 原肢体的残留部之长度未增加, 约需19天左右。第二阶段是再生肢生长期, 即长出再生芽基至再生肢各部结构形成, 大约需时83天至137 天左右。从四例蛛螺再生肢的生长速度上看, 截断大腿中部者比截断膝关节者生长速度相对较快, 前者截肢后在100天左右再生肢的生长基本稳定；后者在100天以后再生肢体仍在继续生长（图3 ）。在截断膝关节的两例蝾螈中, 再生肢体的生长进程基本一致, 从再生芽基长出至5趾基本形成共需41天左右。而截断股骨部位的两例蝾螈中其特点是再生肢的生长速度较快, 特别是趾的发育生长较快, 从再生芽基长出至5趾基本形成只需30-34 天左右。
从四例蝾螈再生肢的外形观察, 其共同特点是再生肢与原肢体均有明显不同, 主要表现在再生肢体比原肢体相对较短小（其量度对比等见表2）。此外, 发现原
肢体踱部均有踱突, 趾间无蹼； 而再生肢体班部则无踱突, 趾间蹼均较显著（图1：2，4）. 值得注意的是, 四条蝾螈中第123号的再生肢均为五个趾, 仅第4号的再生肢只有四个趾。解剖观察各蝾螈再生肢的骨骼, 其中股骨、胫骨和排骨在形态上与原肢体者相近似； 但是, 第4号蝾螈再生肢的附骨与原肢体相比却有明显区别, 再生肢的附骨只有4 片, 而原肢体的附骨为8片, 其数目减少一半, 从再生肢附骨的形状、大小及位置分析, 可能是附骨合并所致。此外第4号蝶螺再生肢四个趾的趾骨式为1、2、3、1, 与原肢体五个趾的趾骨式1、2、3、3、2 相比较, 再生肢缺少第五趾、第四趾缺少2 个趾骨, 仅有1个趾骨（图1：5，6）。由此可见, 蝾螈肢体再生可能产生异常肢体, 即畸形肢体。此种现象有可能出现在生活于自然环境内的蝾螈中, 这说明肢体再生可能是畸形技体产生的因素之一。
第4号蝾螈的再生肢体之所以产生畸形, “这可能与截除伎体的部位有关。Marccuci （1916）认为肢体近端再生能力较远端为弱。。Schotte and
Harland(1943)也报道截断蛙类蝌蚪后肢的不同部位, 发现其各部位的再生能力不同； 后肢远端部再生能力较强, 愈近腿基部其再生能力就愈弱。
本实验印证了以上结论。截除肢体的动物能否长出再生肢体, 无疑是衡量动物再生能力的标志, 其再生肢体能否如像原肢体的形态则可作为动物再生能力强弱的依据, 如果再生肢体能够恢复原肢体的形态结构, 则再生能力较强, 如果再生肢体虽然能够长出, 但不能恢复原肢的形态, 则是再生能力减弱的表现。本实验第4号蝾螈截除的部位（股骨部近端1/3处）比其它三只蝾螈都更近于腿的基部, 它
的再生肢出现畸形, 这说明截除部位近腿基部的第4号蝾螈比其它三只的再生能力要弱些, 这与“后肢远端部再生能力较强, 愈近腿基部其再生能力就愈弱”的结论相符合。
据赵肯堂（1978）报道, 蛤蚧的尾部有再生四次的记录。为了证实蓝尾蝾螈肢体是否可以多次再生、1985年9月25日将各实验蝾螈的再生肢截除, 结果证明：第二次从膝关节或髓关节处截除再生肢后, 都能第二次长出再生肢体。如第1号蝶螺从膝关节将再生肢切除, 于1986 年6 月25日观察, 第二次长出的再生肢长9.4 毫米, 为原肢体13.7 毫米的68.6%，为第一次再生肢11.2 毫米的83.9%， 踱趾均短, 仅有三趾, 趾间具蹼。第4 号蝾螈从髓关节将再生肢切除, 于1986 年6 月25 日观察, 第二次长出的再生肢长6.3毫米, 为原肢长15.8毫米的34.9%, 为第一次再生肢长11.7 毫米的53.8%, 踞趾部甚短小, 仅见三个小趾突, 趾间具蹼。根据本实验结果看出, 蓝尾蝾螈的肢体至少可以再生两次。同时其结果还看出, 第二次再生肢生长较为缓慢, 虽然肢体已截除242天, 但与第一次再生技相比仍然短小, 其踱部甚短, 趾数减少。由此说明, 蝾螈虽然能够第二次长出再生肢, 但其再生能力有减弱的趋势, 而且切断骸关节者（近腿基部） 比切断膝关节者（远离腿基部）的再生能力更弱。蓝尾蝾螈能否第三次、第四次长出再生肢体, 还有待于进一步实验研究。
结论
1. 通过蓝尾蝾螈断肢再生实验的观察, 说明该蝾螈前肢或后肢被截除后均可再生, 而且可以再生两次。能否第三次再生, 还有待进一步研究。
2. 再生能力与截除的部位有关, 截除部位愈近腿基部者其再生能力愈弱； 愈远离腿基部者其再生能力愈强。
3. 再生肢体与原肢体相比较, 再生肢体较为短小。第一次的再生肢约为原肢长度的60.0%-81.8%; 第二次的再生肢约为原肢长度的34.9%-68.6%; 此外, 再生肢踱部无踱突, 趾间有蹼, 皮肤颜色较深等特征与原肢体均有明显区 别。
4. 蝾螈后肢一般为5 趾。本实验结果, 在四只蝾螈中第一次长出的再生肢仅一只畸变为4趾；解剖观察其骨骼也有畸变, 如附骨只有4片, 第四、五趾的趾骨也有减少等。第二次长出的再生肢比第一次的再生肢更为短小, 仅有3趾, 畸变更为明显。由此可见, 蝾螈肢休的再生有可能产生畸形肢, 断肢再生可能是蝾螈畸形肢体产生的因素之一。
表2 原肢体与再生肢体各部特征区别（单位：毫米）
（http://shop110424743.taobao.com/）