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睾丸的内部由密密麻麻的生精小管组成，每侧睾丸内大约有400～600条生精小管组成，这些生精小管的长度总和达250余米。在这些密密麻麻的管腔内，精子的生成就像车间的繁忙流水线一样，源源不断。这条流水线过程是一个极其复杂又十分精密的细胞分化过程。
精子是男性成熟的生殖细胞，它们的发育是由不成熟的精原细胞开始的。精原细胞经多次分裂并且体积增大，成为精母细胞；后者再分裂，成为精子细胞，最后发育为成熟的精子。即：精原细胞-精母细胞-精子细胞-精子。精子成熟后，脱落到曲细精管腔中，缓缓移行到附睾，一部分贮存在这里，大部分再移行到输精管及其壶腹内贮存，直到射精时被排出。
图：染色后显微镜下观察到（左）精原细胞 和（右）精母细胞
精子的最原始阶段称精原细胞，是产生精子的干细胞，位于曲细精管的生精上皮。理论上说可以无限增殖，为产生大量精子的基础。精原细胞以有丝分裂的形式增殖，此时称为初级精母细胞。
图：精原细胞增殖和精母细胞减数分裂为精子细胞
初级精母细胞继续分裂。这次是减数分裂，也就是一个初级精母细胞分裂为两个次级精母细胞，紧接着次级精母细胞又进行了一次成熟分裂，成为两个精子细胞。理论上讲一个初级精母细胞可以产生4个精子细胞，但由于在精子细胞成熟过程中有一部分会被降解，所以成熟精子总数会有所减少。
图：不同发育阶段的精子细胞
在上述细胞分裂的同时，精子细胞已逐渐移动接近曲细精管管腔。这时精子细胞仍在继续发育，只是不再进行分裂，但在形态上发生了复杂的变化而成为有头、有尾的精子，并进入管腔内。这时精子在睾丸内的发育过程就完成了。
在精子的形成过程当中，位于曲细精管上皮的支持细胞起了重要的支持、保护和营养的作用。支持细胞还分泌一种与雄激素特异结合的球蛋白，因而使曲细精管内雄激素浓度大大高于血中浓度，生精细胞在这种适宜的微环境中才得以分化成精子。
精子随后沿曲细精管进入附睾，在附睾头停留大约2周，才能发育为最终具有运动和受精能力的成熟精子。所以从一个精原细胞发育成为成熟的精子约需80天的时间。
图：从生精小管的基部向腔面依次排列：
精原细胞—初级精母细胞—次级精母细胞—精子细胞—精子
精子携带父系一半的染色体，即23，X或23，Y，但实际上这些精子没有一条是完全相同的，也确保了每一个精子具有自己独特的遗传信息，这也是人类表现出复杂的遗传和变异现象的基础。生精细胞分裂过程中如出现错误，待与卵子结合且妊娠后，子代会有一些先天性异常。
精子哥哥的使命—受精
从精原细胞到成熟的精子，即一个生精周期大概64天，再加上精子在附睾内停留周期平均约2周左右，即80天左右，这也是男性备孕需提前3～6月的科学依据。从一个类椭圆形的精原细胞到一个蝌蚪状的精子，完全不能想象精子细胞经历了什么让其“面目全非”。只有经历了这种重生的涅槃，才能有机会完成自己的使命—受精！
精子从生精小管产生以后，虽然在结构上已经成熟，但是其并没有活动能力。实际上精子在产生后在男性生殖管道中几乎没有独立的运动能力，这也许是为后来的爆发积攒能量。所以精子的输送过程是一个被动的过程，而不是我们想象中靠自己活跃的能力向前运动。精子一旦从男性生殖道射出，就表现出完全的运动能力，就如同脱缰的野马一般，失去了约束。为了寻找真爱—输卵管里翘首以盼的卵子，虽然可能性只有亿分之一，甚至更低，但仍旧执着地向前奔跑着。
