胚胎工程公共課

1、胚胎工程公共課 英國人W希普于1890年在劍橋大學將純種安哥拉兔的兩個4細胞胚胎移植到一只毛色特征完全不同的比利時兔的輸卵管內(nèi)。結(jié)果生出兩只純種的安哥拉子免。這是世界上第一例胚胎移植，胚胎移植技術由此創(chuàng)始。比利時兔胚胎工程 胚胎工程指對動物早期胚胎或配子所進行的多種顯微操作和處理技術，如體外受精、早期胚胎培養(yǎng)、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干細胞培養(yǎng)等技術。經(jīng)過處理后獲得的胚胎，還需要移植到雌性動物體內(nèi)生產(chǎn)后代，以滿足人類的各種需求。操作對象：早期胚胎和配子技術手段：胚胎移植、體外受精、 胚胎分割、胚胎干細胞培養(yǎng)等理論基礎：哺乳動物受精和早期胚胎 發(fā)育的規(guī)律3.1 生殖細胞的發(fā)生減數(shù)分裂減數(shù)第一次分

2、裂： 同源染色體聯(lián)會，非姐妹染色單體交叉互換，同源染色體分離，非同源染色體自由組合；減數(shù)第二次分裂： 不存在同源染色體，無聯(lián)會現(xiàn)象， 著絲粒分裂，姐妹染色單體分開減數(shù)第一次分裂間期：DNA復制，蛋白質(zhì)合成A B CD E FG H I減數(shù)分裂減數(shù)第一次分裂： 同源染色體聯(lián)會，非姐妹染色單體交叉互換，同源染色體分離，非同源染色體自由組合；減數(shù)第二次分裂： 不存在同源染色體，無聯(lián)會現(xiàn)象， 著絲粒分裂，姐妹染色單體分開減數(shù)第一次分裂間期：DNA復制，蛋白質(zhì)合成DNA加倍，染色體數(shù)目不變DNA恢復，染色體數(shù)目減半DNA減半，染色體數(shù)目減半2N-4N-02N-4N-02N-4N-02N-4N-0ACDB

3、1、精子的發(fā)生(1)場所:精子的發(fā)生是在 內(nèi)的 中完成的。(2)時期:(雄性動物)從 到 。哺乳動物睪丸示意圖 睪丸初情期曲細精管生殖機能衰退染色體復制初級精母細胞精原細胞多個精原細胞精子發(fā)生的過程第一階段第二階段第三階段有絲分裂M精子細胞次級精母細胞M變形精子精子細胞精子線粒體高爾基體A、頂體的發(fā)生發(fā)育中的頂體發(fā)育中的尾 （中心體）B、尾的的發(fā)育C、精子頭的出現(xiàn)D、細胞質(zhì)濃縮E、精子的形成原生質(zhì)滴尾線粒體鞘頂體精子細胞變形成精子發(fā)育為演變?yōu)樾纬蓾饪s成變?yōu)榫宇^的主要部分頭部的頂體精子的尾線粒體鞘膜(尾的基部)原生質(zhì)滴(球狀)細 胞 核高爾基體中 心 體線 粒 體細胞內(nèi)其他物質(zhì)精子細胞變形中的

4、主要變化精子的形態(tài)：（1）外形似蝌蚪，分_、_、_、三大部分。（2）不同種動物精子的形態(tài)_，大小略有_，與動物的體形大小_ 。頭 頸 尾相似不同 無關1.家畜每次射精排出的精子數(shù)以億計，但是通常只有一個精子能夠與卵子結(jié)合，這能說是一種浪費嗎？怎樣理解這一現(xiàn)象？提示：不是。其一，在自然繁殖的條件下，可以說是動物為繁殖后代、延續(xù)物種的一種生理保障機制；其二，在自然條件下，精子從射精部位運行到受精部位，將對精子進行篩選，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量損耗。最后到達受精部位（輸卵管）的精子只剩百余個，與卵子完成受精的只有一個。討論:2.精子細胞變成精子的過程中，細胞中很多結(jié)構(gòu)會消

5、失，而細胞核和線粒體都保留下來，對這一現(xiàn)象怎樣理解？為什么精子中的線粒體集中在尾的基部？提示：細胞核是精子遺傳物質(zhì)儲存和復制的場所，也是參與精、卵結(jié)合和后代遺傳特性與細胞代謝活動的控制中心。而線粒體則是有氧呼吸產(chǎn)生運動能量的場所。精子的線粒體集中于尾的基部形成線粒體鞘膜，是精子維持生存和運動能量的“動力工廠”或“發(fā)動機”。討論:2、卵子的發(fā)生(1)場所:卵子的發(fā)生是在 內(nèi)中完成的。(2)時期:（動物胚胎）在 以后，即 ,由卵原細胞通過不斷 增加其數(shù)量，并進一步演變成 ； 后開始減數(shù)分裂。卵巢性別分化胎兒期有絲分裂初級卵母細胞初情期有絲分裂染色體復制等M卵原細胞多個卵原細胞胎兒時期第一極體M卵子

6、第二極體受精初級卵母細胞次級卵母細胞合子（卵泡）（受精過程）初情期后馬豬牛羊排卵生長形成透明帶12/8/9卵巢輸卵管排卵前后分裂不連續(xù)，分配不均等不同發(fā)育階段的卵泡排卵黃體退化黃體卵泡細胞第一極體卵丘細胞核透明帶卵黃膜卵巢中有卵泡，每個卵泡中有一個初級卵母細胞。 卵子結(jié)構(gòu)圖（卵丘細胞）（卵黃膜）1.一個卵泡中能形成幾個成熟的卵子？提示：正常情況下，一個卵泡只能形成一個成熟的卵子。2.排卵是指卵子從卵泡中排出，還是指卵泡從卵巢中排出？提示：是指卵子從卵泡中排出。討論:3.剛排出的卵是成熟的卵子嗎？它在母體的什么部位與精子受精？提示：剛排出的卵子尚未完全成熟，僅完成第一次減數(shù)分裂，需要在輸卵管內(nèi)進

7、一步成熟，直到減數(shù)第二次分裂的中期才能與精子結(jié)合完成受精過程。排出的卵子是在輸卵管內(nèi)與精子受精的。討論:1.相似點： 最初階段均進行有絲分裂，不斷增加生殖原細胞的數(shù)量；經(jīng)過減數(shù)分裂（M和M）才能形成精子或卵子。精子和卵子的發(fā)生異同2.不同點：發(fā)生時間場所子細胞 數(shù)目過程形狀精子卵子重要區(qū)別睪丸卵巢輸卵管初情期以后胚胎性別分化以后4個精子細胞1個卵細胞2-3個極體均等變形不均等不變形蝌蚪形球形哺乳動物卵泡的形成和在卵巢內(nèi)的儲備是在出生前完成的；精子是從初情期開始的1.以下說法不正確的是A.雄性動物從初情期開始產(chǎn)生精子B.1個精原細胞可以形成4個精子C.對多數(shù)家畜來說，精子在睪丸內(nèi)形成的時間為兩個

8、月左右D.動物體型大的產(chǎn)生的精子多且大2.一個卵泡可以形成的卵子數(shù)目是A.1個 B.2個 C.3個 D.4個練習：AD3.下例不屬于精子和卵子發(fā)生的區(qū)別的是A.初級精母、卵母細胞的形成時間B.M和M時間的連續(xù)性C.成熟生殖細胞是否發(fā)生變形D.成熟生殖細胞中染色體的數(shù)量D1、概念:指 和 結(jié)合形成(即 )的過程。2、場所:受精是在 內(nèi)完成的。二、受精作用精子受精卵輸卵管卵子合子卵子結(jié)構(gòu)圖（卵丘細胞）（卵黃膜）精子穿越 3、過程受精前的準備階段受精階段受精過程精子獲能準備階段1：卵子的準備準備階段2：放射冠雌雄原核形成及融合透明帶進入卵黃膜精子穿越準備階段1：精子獲能 即精子必須在雌性動物生殖道內(nèi)

9、發(fā)生相應生理變化后，才能獲得受精能力的現(xiàn)象。準備階段2：卵子的準備 即卵子在輸卵管內(nèi)達到減數(shù)第二分裂中期（M）時，才具備受精能力。受精前準備階段：1.什么叫頂體反應？2.什么叫透明帶反應？3.什么叫卵黃膜的封閉作用？4.精子入卵后會引發(fā)哪些反應變化？1）、穿越放射冠頂體反應：頂體釋放頂體酶，溶解卵丘細胞之間的物質(zhì)，形成精子穿越放射冠的通道。2）、穿越透明帶頂體酶溶解透明帶形成孔道，精子借助自身運動穿越透明帶。當精子接觸卵黃膜的瞬間，會產(chǎn)生阻止后來精子透明帶的生理反應，這個反應稱為透明帶反應。透明帶反應是防止多個精子進透明帶，引起多精子入卵受精的第一道屏障3）、進入卵黃膜精子被微絨毛抱合，隨后精

10、子外膜與卵黃膜融合，精子進入卵卵黃膜封閉作用：精子入卵后，卵黃膜會立即發(fā)生一種生理反應，拒絕其他精子再進入卵內(nèi)防止多精子入卵受精的第二道屏障4）、雌雄原核形成及融合精子進入卵子后，尾部脫離，原有核膜破裂；隨后，精子形成一個新的核膜，形成一個比原來精子核還大的核，雄原核精子進入卵后被激活的卵子完成減數(shù)第二次分裂，排出第二極體后，形成雌原核雌原核一般小于雄原核雌雄原核相向移動，彼此接觸，完成融合，形成受精卵精、卵相遇頂體反應頂體酶釋放溶解卵丘細胞之間物質(zhì)穿越放射冠接觸透明帶頂體酶溶解透明帶穿越透明帶接觸卵黃膜產(chǎn)生透明帶反應形成第一道屏障精子被微絨毛抱合精子外膜與卵黃膜融合精子注入卵精子注入卵后變化

11、變化變化產(chǎn)生卵黃膜封閉作用形成第二道屏障尾部脫離原核膜破裂形成雄原核激活卵子完成減數(shù)第二次分裂，排出第二極體形成雌原核發(fā)育 移動 接觸 合并形成受精卵4、卵子受精的標志： 當在卵黃膜和透明帶的間隙可以觀察到兩個極體時，說明卵子已經(jīng)完成了受精。5、受精作用的意義23條23條46條46條形成受精卵： 精子進入卵子后，其細胞核變大到和卵子細胞核相似，精子細胞核（雄原核）和卵子細胞核（雌原核）同時向細胞中部靠攏，并相互融合成一個細胞核，這時稱受精卵。1、卵裂期的概念：起點：終點：過程階段：三、胚胎發(fā)育受精卵幼體根據(jù)胚胎形態(tài)的變化，分幾個階段：受精卵 卵裂（包括2細胞期、4細胞期、8細胞、16細胞期）

12、桑椹胚（32細胞期） 囊胚期 原腸胚期（包括內(nèi)、中、外三胚層和原腸腔） 胚體 幼體桑椹胚的形成卵裂桑椹胚動物極植物極細胞分裂方式為_細胞數(shù)目_胚胎總體積_或略有_每個細胞體積_DNA數(shù)目_有機物總量_有機物種類_減少卵裂期的特點：有絲分裂增加不增加縮小減小增加增加囊胚滋養(yǎng)層：發(fā)育成胎膜和胎盤，胚胎可通過這些組織從母體中獲得正常發(fā)育所需的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)內(nèi)細胞團細胞：發(fā)育成胎兒的各種組織滋養(yǎng)層內(nèi)細胞團囊胚腔桑椹胚分化發(fā)育桑椹胚這一階段前的每一個細胞都具有發(fā)育成完整胚胎的潛能，稱為全能細胞（或全能干細胞）。囊胚的形成囊胚囊胚腔原腸腔原腸胚內(nèi)胚層中胚層原腸胚按照一定的次序向內(nèi)運動囊胚原腸胚的形成原腸腔

13、囊胚囊胚腔原腸腔原腸胚滋養(yǎng)層中胚層內(nèi)胚層內(nèi)胚層中胚層原腸胚胚的發(fā)育：按照一定的次序向內(nèi)運動囊胚原腸胚的形成外胚層歸納：早期胚胎發(fā)育的幾個階段桑椹胚：細胞屬于 。囊胚：細胞開始 ； 將來發(fā)育成 ， 將來發(fā)育成胎膜、胎盤，出現(xiàn) 后，進一步擴大會導致 。原腸胚：內(nèi)細胞團 形成 ， 細胞形成 ，出現(xiàn) 。全能細胞分化內(nèi)細胞團各種組織滋養(yǎng)層囊胚腔孵化表皮的細胞外胚層下方的內(nèi)胚層 原腸腔受精卵卵裂期桑椹胚囊胚（內(nèi)含囊胚腔）原腸胚（內(nèi)含原腸腔）胎兒形成：在透明帶內(nèi)進行有絲分裂，細胞數(shù)量不斷增加，但胚胎總體積并不增加，或略有減少。：由具有全能性細胞構(gòu)成，細胞數(shù)在32個左右，排列緊密，形似桑椹內(nèi)細胞團：發(fā)育成胎兒

14、各組織滋養(yǎng)層細胞：發(fā)育成胎膜和胎盤：最初發(fā)育在輸卵管進行有絲分裂胚胎發(fā)育外胚層中胚層內(nèi)胚層原腸腔原腸胚3胚層的發(fā)育外胚層：表皮及其附屬結(jié)構(gòu)、神經(jīng)系統(tǒng)、感覺器官內(nèi)胚層：消化道、呼吸道上皮、肝胰等腺體中胚層：皮膚真皮、脊索、肌肉、骨骼、內(nèi)臟器官外膜、循環(huán)系統(tǒng)、排泄系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)外表神經(jīng)和感官；內(nèi)呼消化胰與肝；其余都為中胚層充滿活力的精子受精后8天。胚芽完成著陸,微微嵌入子宮內(nèi)膜。此時它分裂發(fā)育為幾百個細胞。 受精后6星期，人形已隱約可見。這時，胚胎的心跳每分鐘140150下是母親心跳的兩倍。 人類胚胎第8周時在子宮內(nèi)的照片 此時胎兒已長到20周，他移動手臂，把手指放在唇邊，這可以促進它對吮吸的反映

15、 。 為什么說關于動物的體內(nèi)受精和胚胎發(fā)育的研究，會為胚胎工程提供理論基礎？請結(jié)合本節(jié)內(nèi)容舉例說明。提示：胚胎工程的許多技術都是在了解哺乳動物自然條件下受精和早期胚胎發(fā)育的基礎上實現(xiàn)的。本節(jié)涉及的哺乳動物體內(nèi)受精和胚胎發(fā)育都是在自然條件下的特點和規(guī)律，人們正是在認識了這些自然規(guī)律的基礎上，在體外進行有效的模擬，才使卵母細胞能在體外成熟；精子能在體外完成獲能；獲能精子和成熟卵母細胞能在試管內(nèi)完成受精；體外受精卵能在人工培養(yǎng)條件下繼續(xù)發(fā)育等，這些都有賴于體內(nèi)自然條件下的基礎研究成果。胚胎工程的主要技術應用3.2體外受精和早期胚胎培養(yǎng)試管動物技術 是指通過人工操作使卵子和精子在體外條件下成熟和受精，

16、并通過培養(yǎng)發(fā)育成早期胚胎后，再經(jīng)移植產(chǎn)生后代的技術。一、體外受精：哺乳動物的精子和卵子在體外人工控制下模擬體內(nèi)環(huán)境完成受精過程的技術。精子的采集卵母細胞的采集營養(yǎng)、溫度、pH等準備：精子獲能； 卵母細胞的培養(yǎng)受精1.卵母細胞的收集和培養(yǎng)1）對于大家畜或大型動物如?；铙w取卵人工培養(yǎng)2）對于實驗動物如小鼠、兔，以及家畜豬、羊等用促性腺激素處理 超數(shù)排卵處理可以直接與獲能的精子在體外受精2.精子的收集和獲能 1)收集的方法: 假陰道法, 手握法 電刺激等 2)獲能處理: 培養(yǎng)法：嚙齒動物、兔、豬化學法：牛、羊獲能液化學藥物3、受精 在獲能液或?qū)Ｓ玫氖芫芤褐泄餐囵B(yǎng)二、胚胎的早期培養(yǎng)培養(yǎng)液: 水、無

17、機鹽、有機鹽、維生素、激素、氨基酸、核苷酸以及動物血清等. 當胚胎發(fā)育到適宜階段時，可將其取出移植到受體子宮或冷凍保存采集良種母牛的卵母細胞卵母細胞的體外培養(yǎng)采集良種公牛精子精子體外獲能體外受精早期胚胎胚胎移植普通受體牛子宮良種犢牛（試管牛）成熟期牛屠宰加工廠市場采集卵巢中的卵母細胞“試管牛”良種牛受精卵胚胎的早期培養(yǎng)妊娠三、胚胎移植胚胎移植： 將雌性動物的早期胚胎，或者通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態(tài)相同的其他雌性動物體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術。提供胚胎供體受體對象早期胚胎的來源 供體 受體早期胚胎雌性 動物體內(nèi)的早期胚胎體外受精或其他方法得到的胚胎提供胚胎的雌

18、性 接受胚胎的雌雄借孕育胚胎的受體之腹懷供體生產(chǎn)的胎來共同繁殖后代的過程1、概念如何進行同期發(fā)情處理？為什么這么做？超數(shù)排卵處理的作用是什么？如何處理？同種優(yōu)秀公牛的作用是什么？沖卵為什么選擇在配種或輸精后的第七天？“卵”的含義是什么？能夠順利沖卵的生理基礎是什么？如果受體對外來胚胎發(fā)生強烈的免疫排斥反應，那么胚胎移植能夠成功？這樣產(chǎn)下的牛犢其遺傳特性主要誰來決定？性別呢？這屬于有性繁殖，還是無性繁殖？2、過程3、胚胎移植的主要生理學基礎是否成功（1）哺乳動物發(fā)情排卵后，生殖器官變化相同。（2）胚胎形成后呈游離狀態(tài)，有利于胚胎收集。（3）無免疫排斥反應。（4）供體胚胎與受體子宮可建立正常生理和

19、組織聯(lián)系，遺傳特性不受影響。4、早期胚胎來源胚胎移植的早期胚胎來源還有哪些？ 提示：轉(zhuǎn)基因動物、克隆動物、試管動物1）體內(nèi)受精（配種或人工授精）受精卵體內(nèi)發(fā)育3）基因工程（轉(zhuǎn)基因）重組受精卵早期胚胎培養(yǎng)4）動物細胞核移植重組細胞2）體外受精受精卵有性繁殖無性繁殖轉(zhuǎn)基因動物克隆動物試管動物胚胎移植是胚胎工程其他技術的最后一道工序 5、優(yōu)勢意義：充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力。1）優(yōu)秀雌雄的職能只是生產(chǎn)優(yōu)良胚胎，縮短了繁殖周期；2）超數(shù)排卵，一次得到多個后代選擇供體母牛受體母牛同期發(fā)情處理*超數(shù)排卵*供體公牛配種取出早期胚胎質(zhì)量檢查、培養(yǎng)胚胎移植妊娠檢查分娩（胚胎移植的犢牛）胚胎移植的過程：（以牛為例）未配種6、意義加速育種工作和品種改良；大量節(jié)省了購買種畜的費用；一胎多產(chǎn)；保存品種資源和瀕危物種。四、胚胎分割1、概念：采用機械方法將早期胚胎切割成2、4或8等份等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術。后代具有相同的遺傳物質(zhì)，可看成無性繁殖或克隆方法之一。2、儀器顯微操作儀實體顯微鏡胚胎移植透明帶滋養(yǎng)層內(nèi)細胞團3、胚胎選擇 發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑椹胚 4、過程：均等分割5、注意：囊胚的內(nèi)細胞團均等分割6、結(jié)果： 同卵雙生或多生 來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質(zhì)，因此，可以看做動物的無性繁殖，又稱為胚胎克隆方法。7、意義： 提