胚胎工程的应用及前景

预习导引胚胎工程技术目前在生产中应用较多的是家畜的胚胎移植、胚胎分割和体外生产胚胎技术。一、胚胎移植1.概念:指将雌性动物体内的早期胚胎,或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎,移植到同种的、生理状态相同的其他雌性动物的体内,使之继续发育为新个体的技术。其中提供胚胎的个体叫供体,接受胚胎的个体叫受体。2.应用:胚胎移植是转基因、核移植或体外受精等技术的最后一道“工序”。3.意义:可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。预习交流我国现有奶牛600万头左右,每头奶牛年均产奶量只有3000kg(有一部分高产奶牛可达7000kg以上);有黄牛约9000万头。荷斯坦奶牛是世界上产奶量最高的奶牛品种之一。为迅速扩大高产奶牛的数量,满足人们对牛奶的需求,请你根据所给信息,提出合理建议。提示:选用高产奶牛作供体生产胚胎,或者从国外引进荷斯坦奶牛生产胚胎,用黄牛作受体进行胚胎移植,生产纯种高产奶牛。二、胚胎移植的生理学基础1.哺乳动物发情排卵后,不管是否妊娠,在一段时间内,同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的,这为供体胚胎移入提供了相同的生理环境。2.哺乳动物的早期胚胎形成后,在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系,而是处于游离状态,这为胚胎的收集提供了可能。3.受体对移入子宫的外来胚胎基本不发生免疫排斥反应,为胚胎在受体内的存活提供了可能。4.供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系,但其遗传特性在孕育过程中不受任何影响。三、胚胎移植的基本程序1.供、受体的选择和处理(使用激素对供、受体母牛进行同期发情处理,对供体母牛做超数排卵处理)。2.配种或进行人工授精。3.胚胎收集:用特制的冲卵装置,把供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来,也叫冲卵。4.质量检查(胚胎发育到桑椹胚或囊胚)、直接向受体移植或保存(-196℃的液氮)。5.胚胎移植:手术法(引出受体子宫和卵巢将其注入);非手术法(用移植管将其送入受体子宫)。6.移植后的检查(是否妊娠等)。四、胚胎分割1.概念:指采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等,经移植获得同卵双胎或多胎的技术。可看做动物无性繁殖或克隆的方法之一。2.仪器设备:实体显微镜和显微操作仪。3.操作程序(1)选择发育良好、形态正常的桑椹胚或囊胚,移入盛有操作液的培养皿。(2)用分割针或分割刀切开胚胎,吸出其中半个,注入预先准备好的空透明带中或直接将裸半胚移植入受体。分割囊胚时注意要将内细胞团均等分割。4.局限:刚出生的动物体重偏低,毛色和斑纹上存在差异等,采用胚胎分割技术产生同卵多胚的可能性有限。五、胚胎干细胞1.概念:由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞,简称ES或EK细胞。2.特点:(1)形态:体积小、细胞核大、核仁明显。功能:具有发育的全能性,即可分化为成年动物体任何一种组织细胞。(2)在体外可增殖而不发生分化。(3)可冷冻保存;可进行遗传改造。3.应用(1)可以用于治疗人类的某些顽症。(2)可以培育出人造组织器官,解决临床上存在的供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。(3)是研究体外细胞分化的理想材料。(4)可用于对哺乳动物个体发生和发育规律的研究。预习交流汶川大地震后,幸存受伤者皮肤修复和器官移植成为一大医疗难题,皮肤干细胞的研制又迅速成为热点。1.什么是干细胞?提示:既能进行分裂又能进行分化的细胞。2.皮肤干细胞在体内无法形成其他细胞,原因是什么?提示:基因的选择性表达。3.皮肤干细胞来源于胚胎干细胞,胚胎干细胞来源于什么?提示:早期胚胎或原始性腺。课堂合作探究问题导学一、胚胎移植活动与探究1.胚胎移植中胚胎的来源有哪些?提示:(1)雌性动物体内的早期胚胎;(2)通过体外受精和早期胚胎的培养得到;(3)其他方式,如通过哺乳动物体细胞核移植培养获得。2.什么是供体?什么是受体?对胚胎移植的受体有什么要求?提示:提供胚胎的个体称为“供体”,接受胚胎的个体称为“受体”。对受体的要求是:(1)同一物种;(2)与供体处于相同的生理状态;(3)雌性动物。3.胚胎移植在胚胎工程中的地位如何?其意义是什么?提示:胚胎移植是胚胎工程中的最后一道“工序”,其意义是可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。迁移与应用下列关于胚胎移植的叙述,正确的是()。A.胚胎移植全部属于无性繁殖B.可以充分发挥动物所有雌性个体的繁殖能力C.大大缩短了动物的生长繁殖周期D.供体的主要职能变为只产生具有优良遗传特性的胚胎解析:胚胎移植只是改变了胚胎的后期发育场所,该过程没有改变胚胎的遗传物质,若胚胎是经过受精作用得到的,则该过程为有性生殖;若胚胎是通过细胞核移植得到的,则该过程为无性生殖。胚胎移植充分发挥了具有优良性状的雌性动物的生殖潜力,但没有改变动物的繁育周期,只不过是孕育幼体的过程由一般母体来替代。供体的主要职能是产生具有优良性状的胚胎,受体主要职能是为胚胎的后期发育提供营养物质和发育空间。答案:D试管动物与克隆动物的比较比较项目试管动物克隆动物技术基础体外受精、胚胎移植核移植技术实例试管牛多利羊过程生殖方式有性生殖无性生殖遗传物质遗传物质来自两个个体细胞核中的遗传物质与供体相同意义充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,缩短供体本身的繁殖周期加速家畜遗传改良进程、挽救濒危物种等二、胚胎移植的基本程序及意义活动与探究1.胚胎移植的生理学基础是什么?提示:(1)同种动物的供、受体的生殖器官的生理变化是相同的,为供体胚胎移入受体提供相同的生理环境。(2)哺乳动物早期胚胎在一定时间内处于游离状态,为胚胎的收集提供了可能。(3)受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应,为胚胎在受体内的存活提供了可能。(4)供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系,但供体胚胎的遗传特性在孕育过程中不受任何影响。2.在胚胎移植操作中,怎样才能使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致?提示:(1)应对供体和受体母畜进行同期发情处理,使它们的生理条件达到同步或一致,这样才能使供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件,这是胚胎移植成功与否的关键。(2)同时还要做到移入受体子宫胚胎的位置应该与其在供体内的位置相同或相似,移入胚胎一侧的受体子宫角对应的卵巢必须有黄体存在。3.胚胎移植的实质是什么?提示:胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。4.胚胎移植的基本程序有哪些?提示:以家畜的胚胎移植为例,胚胎移植主要包括对供、受体的选择和处理,配种或进行人工授精,对胚胎的收集、检查、培养或保存,对胚胎进行移植,以及移植后的检查等步骤。5.图解牛胚胎移植的基本流程。提示:6.怎样处理才能使供体母牛超数排卵?冲卵冲出的是什么?牛的胚胎移植在什么时期进行?提示:用促性腺激素处理使供体母牛超数排卵。冲卵冲出的是胚胎。牛的胚胎移植在桑椹胚或囊胚阶段进行。迁移与应用下图为牛胚胎移植示意图,请据图回答问题。(1)④胚胎移植过程一般有和两种方法。(2)⑤过程产生的犊牛的遗传物质与⑥的遗传物质是否相同?,为什么?(3)进行胚胎移植的优势是。(4)冲卵的生理基础是(1)胚胎移植成功与否需要两个条件①应在同“物种”的雌性供体和受体之间进行,因为同种动物之间生理特征相近,进行胚胎移植容易成功。②供体与受体的生理状态要相同。(2)胚胎移植的实质胚胎移植成功率的高低与供、受体生理环境条件一致性密切相关。只有供、受体生理环境高度一致,移入受体的胚胎才能被接受,并继续发育。所以,我们可以把胚胎移植简单概括为早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。三、胚胎分割技术活动与探究1.什么是胚胎分割?胚胎分割一般在什么时期进行?提示:指采用机械方法将早期胚胎切割成2等份、4等份或8等份等,经移植获得同卵双胎或多胎的技术。多数是对桑椹胚或囊胚阶段的胚胎进行分割。2.原肠胚时期进行胚胎分割可以吗?提示:原肠胚不适合分割,因为原肠胚已分化出三个胚层,每个胚层细胞的分化方向已确定,只分割出一部分胚层细胞不可能发育为一个完整的幼体。3.对囊胚阶段的胚胎分割应注意什么?提示:将内细胞团均等分割。迁移与应用以下关于胚胎分割移植的说法,不正确的是()。A.就目前的胚胎分割移植而言,产生的同卵双胎较多,同卵多胎成功率较低B.胚胎分割所需要的主要仪器设备为实体显微镜和显微操作仪等C.可将囊胚阶段的胚胎进行随机分割成两份或多份,然后移植D.用分割针将桑椹胚分成两部分,可直接将裸半胚移植入受体解析:若分割时不能将内细胞团均等分割,会出现内细胞团多的部分正常发育,少的部分发育受阻或发育不良,甚至不能发育等问题,所以这一阶段不能随机分割。答案:C(1)生物的无性繁殖方式统称为克隆。就胚胎分割技术本身而言,是将同一胚胎分割成几部分,借助胚胎移植技术产生遗传物质完全相同的后代,是一种无性繁殖的方式,因此,也属于动物克隆的一种方法。(2)早期胚胎的体积很小,只有在显微镜下才能看到;再者,细胞数目是有限的。分割的份数越多,不但难以做到均等分割,每一份的细胞数会越少,而且作为囊胚期的胚胎内细胞团细胞所受的影响会更大。因此,分割的份数越多,技术的难度会越大,移植后的恢复和发育的难度会越大,移植成功率自然会降低。四、胚胎干细胞活动与探究1.什么是胚胎干细胞?提示:由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞,具有胚胎细胞的特性。2.胚胎干细胞有什么特点?提示:(1)形态:体积小、细胞核大、核仁明显。(2)功能:具有发育的全能性,可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。(3)体外培养ES细胞可以增殖而不发生分化。对它可以进行冷冻保存,也可以进行遗传改造。迁移与应用现在有一个婴儿在出生后医院为他保留了脐带血,在以后他生长发育过程中如果出现了某种难治疗的疾病,就可以通过脐带血中的干细胞来为其治病,关于这个实例说法正确的是()。A.用干细胞培育出人体需要的器官用来移植治病,需要激发细胞的所有全能性B.用脐带血中的干细胞能够治疗这个孩子所有的疾病C.如果要移植用他的干细胞培育出的器官,需要用到细胞培养技术D.如果要移植用他的干细胞培育出的器官,应该长期给他使用免疫抑制药物干细胞的类型类型举例特点全能干细胞胚胎干细胞可分化为全身各种细胞,并进一步形成机体的所有组织、器官,具有发育的全能性多能干细胞造血干细胞可分化为多种细胞和组织,但失去了发育的全能性专能干细胞肌肉中的成肌细胞、上皮组织基底层的干细胞只能分化成一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞当堂检测1.下列有关试管动物技术的叙述,不正确的是()。A.体外受精主要包括卵母细胞的采集和培养、精子的采集和获能、受精等B.胚胎移植之前需检查卵子的受精状况和受精卵的发育能力C.早期胚胎发育的过程为:受精卵→桑椹胚→卵裂→囊胚→原肠胚D.移植入受体的供体胚胎的遗传特性,在孕育过程中不受影响答案:C2.胚胎干细胞功能特性不包括()。A.具有发育的全能性B.体外培养可以分化成各种组织、器官C.冷冻保存可以进行遗传改造D.可以进行增殖解析:胚胎干细胞在功能上具有发育的全能性。在体外培养的条件下,可以增殖而不发生分化;可进行冷冻保存,也可以进行遗传改造。答案:B3.日本和牛是一种优良的肉用牛。要快速繁殖这种肉牛目前最好的方法是()。A.动物细胞培养B.胚胎分割移植C.动物细胞融合D.基因工程解析:胚胎分割移植可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,在短时间内产生大量后代。答案:B4.下列说法符合胚胎移植生理学基础的是()。A.供、受体的发情时间要一致,才能使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致B.供体胚胎移入受体子宫的位置,应与供体内的位置相同或相似C.受体子宫与外来胚胎发生排斥反应,是胚胎移植过程需要重点克服的难题D.胚胎移植产下的个体在质基因控制的性状上与受体母亲相似解析:胚胎移植时要求供、受体的生理环境相同,因此,对供、受体要进行同期发情处理。答案:A5.2010年10月4日英国剑桥大学的罗伯特·爱德华兹教授荣获该年度的诺贝尔生理学或医学奖,授予理由是“他使试管受精技术用于治疗不孕症成为可能,为占总人口比例超过10%的不孕夫妇带来了福音”。胚胎工程等生物工程技术正在改变着人类的生活。请回答下面相关