一个精子的发育成熟，经历了复杂的历程，大约需要3个月左右的时间。
主要过程是在睾丸曲细精管内进行的，大致分为三个阶段：
1.精原细胞增殖分裂期：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。最初，精原细胞以有丝分裂的形式增殖，1个分裂为2个，2个变成4个。经过6次分裂后，1个精原细胞增殖为64个，此时称为初级精母细胞。
2.精母细胞减数分裂为精子细胞：初级精母细胞继续分裂。不过这次是减数分裂，也就是一个初级精母细胞分裂为两个次级精母细胞，但是与精原细胞的增殖分裂不同，因为细胞核内染色体未发生复制。所以每个次级精母：细胞只携带原来染色体数目的一半，即23条染色体，其中包括一条性染色体。细胞体积也较初级精母细胞为小。紧接着这个过程，次级精母细胞又进行了一次成熟分裂，成为两个精细胞。结果，1个初级精母细胞分裂为4个精细胞，每个精细胞携带单倍数目的染色体。此时，一个精原细胞就变成了256个精细胞。
3.精子形成阶段：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，大约历时64天。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—3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90天的时间。
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