光学成像与图像处理结合是认识生物结构空间构象的重要技术手段。而生物结构的空间构象对认识其生理功能,发育机制有主要意义。基于免疫荧光方法,本文采用双光子荧光显微成像技术,原位且立体地获取生物样品图像。进一步,本文通过图像三维分割、三维重构及数字化建模,量化表征生物结构的构象信息。采用该方法,本文研究了卵母细胞纺锤体和染色体的空间构象。染色体的空间构象与染色体的密度,基因转录活跃程度,以及细胞核的功能有重要关联。纺锤体的空间构象与染色体的排列与分离以及细胞分裂有关,其完整性对细胞能否正常繁殖有重要作用。卵母细胞中纺锤体和染色体的构象研究对评估卵母细胞质量,分析生殖发育问题有重要意义(如出生缺陷问题)。基于体外培养技术,本文首先研究了氨甲喋呤对卵母细胞纺锤体和染色体的影响。氨甲喋呤是一种抗叶酸代谢类药物,具有抑制细胞增殖的功能,广泛用于临床医治恶性肿瘤、类风湿性关节炎及异位妊娠等疾病。许多研究证明,氨甲喋呤对快速分裂的体细胞很强的副作用。然而,其对女性生殖细胞的影响尚不明确。本文研究发现与对照组(84%)相比,生发泡破裂比率在氨甲喋呤组下降至73%(p<0.05)。氨甲喋呤组的第一极体排出率(53%)也明显低于对照组(63%;p<0.05)。氨甲喋呤组染色体异常排布比率和纺锤体形态异常比率分别为60%和49%,均明显高于对照组情况(24%,17%;p<0.05)。以上结果提示氨甲喋呤可影响卵母细胞的成熟质量。随后,本文又研究了激素超排对卵母细胞质量的影响。激素超数排卵作为一种非自然排卵方式,在临床辅助生殖及基础科学研究中应用广泛。但此种排卵方式对卵母细胞成熟质量的影响仍不明确。我们研究发现,激素超排造成染色体空间排布异常,但不影响染色体的体积、表面积等几何构型。此结果可能提示激素超排干扰了染色体的运动与迁移功能。本论文建立了一套数字化表征纺锤体和染色体空间构象的方法,研究结果对认识生殖发育问题有重要意义。