胚胎工程

胚胎工程胚胎工程指对动物或所进行的多种显微操作和处理技术，如胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术。经过处理后获得的，还需要移植到动物体内生产后代，以满足人类大各种需求。早期胚胎配子雌性胚胎第一阶段：证实同种动物的胚胎在异体动物体内发育的可能性。第二阶段：体外受精技术的发展。第三阶段：继续创造出了胚胎分割、性别鉴定、体细胞克隆、转基因胚胎、胚胎干细胞培养等技术。美籍华人张明觉在动物生殖生理学上有什么重大发现?这个发现对促进胚胎工程实现产业化有何意义?张明觉博士发现了哺乳动物精子在与卵子受精前的获能现象。这一发现推动了哺乳动物体外受精技术的发展和应用。1、场所：精子的发生是在睾丸内完成的2、时期：从初情期开始直到生殖功能衰退3、过程：发生的过程大体可分为三个阶段曲细精管细胞核：变为精子头部的主要部分；高尔基体：发育为头部的顶体；中心体：演变为精子的尾；线粒体：形成线粒体鞘膜；其它物质浓缩成原生质滴（球形）。精原细胞初级精母细胞次级精母细胞精子细胞精子第一次分裂（MⅠ）第二次分裂（MⅡ）有丝分裂变形123很多精原细胞DNA复制（1）外形似蝌蚪，分头、颈、尾三大部分。（2）不同种动物精子的形态相似，大小略有不同，与动物的体形大小无关。种类射精量/mL精子数/亿牛550绵羊130猪215215马7070兔17家畜每次射精排出的精子数以亿计，但通常只有一个精子能够与卵子结合，这能说是一种浪费吗？怎样理解这一现象？不是。1.这是动物为繁殖后代、延续物种的一种生理保障机制。2.在自然条件下，精子从射精部位运行到受精部位，在通过母畜生殖道的过程中，复杂的组织结构和生理环境将对精子进行筛选，并致使大量精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量损耗。最后到达受精部位的只有百余个，完成受精作用的只有一个。1、场所：卵子的发生是在卵巢内完成的。2、时期：性别分化以后3、过程：雌性胎儿卵巢内的卵原细胞，通过有丝分裂增加其数量，演变为初级卵母细胞，被卵泡细胞包围形成卵泡。初级卵母细胞经过减数分裂变为成熟的卵子。减数第一次分裂时间是在雌性动物排卵前后完成的，结果是产生1个次级卵母细胞和第一极体。减数第二次分裂时间是在精子和卵子结合的过程中，结果是产生1个成熟卵子和第二极体。（放射冠）卵原细胞有丝分裂发生时间：胎儿期，地点：卵泡更多卵原细胞初级卵母细胞第一次分裂发生时间：初情排卵期,地点：卵泡次级卵母细胞和第一极体第二次分裂发生时间：受精时，地点：输卵管特点：是不成熟的，成熟的条件：要受精子诱导）卵子和两个极体（在卵黄膜和透明带有两个极体是卵子是否受精的标志）卵原细胞初级卵母细胞初级卵母细胞次级卵母细胞合子有丝分裂初级卵母细胞生长透明带形成透明带卵黄膜第一极体第二极体胎儿期初情期后MⅠ分裂MⅡ分裂马绵羊牛猪排卵受精++1.正常情况下，1个卵泡只能形成1个成熟的卵子。2.排卵是指卵子从卵泡中排出，而不是卵泡从卵巢中排出。3.刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成减数第一次分裂，需要在输卵管内进一步成熟，直到减数第二次分裂的中期才能与精子在输卵管内结合完成受精过程。注意：判断卵子是否受精的重要标志是卵黄膜和透明带的间隙可以观察到2个极体。场所开始时间细胞增殖方式子细胞数目是否变形重要区别精子睾丸初情期以后先有丝分裂后减数分裂4个精子细胞变形哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备是在出生前完成的；而精子是从初情期开始的卵子卵巢输卵管性别分化以后先有丝分裂后减数分裂1个卵细胞3个极体不变形概念:指精子和卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。标志:在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时。场所:受精是在输卵管内完成的。即精子必须在雌性动物生殖道内发生相应生理变化后，才能获得受精能力的现象。即卵子在输卵管内达到减数第二分裂中期（MⅡ）时，才具备受精能力。包括精子穿越放射冠和透明带，进入卵黄膜，原核形成和配子结合。在卵子外围集聚有几十个精子，它们首先穿过放射冠。几个精子同时分解透明带，但只有一个精子能穿过透明带进入卵子内，当第一个精子进入后，透明带的穿透性就立即发生变化，从而阻止其他精子穿越透明带。精子进入卵子后,其细胞核变大到和卵子细胞核相似,精子细胞核(雄原核)和卵子细胞核(雌原核)同时向细胞中部靠拢,并相互融合成一个细胞核,这时称受精卵。①顶体反应：顶体释放顶体酶，溶解卵丘之间的物质。形成精子穿越放射冠的通路。②穿越透明带：顶体酶将透明带溶出一条通道。③透明带反应：精子触及卵黄膜瞬间，产生阻止后来精子进入透明带的生理反应。这是第一道屏障。④精子入卵：卵黄膜表面的大量绒毛将精子抱合，精子外膜和卵黄膜融合，精子入卵。出现卵黄膜封闭作用的生理反应（第二道屏障）、尾部脱离，原核膜破裂;随后形成新核膜，最后形成雄原核（比原精子核大）。⑤形成雌原核：精子入卵后，激活卵子完成MⅡ，排出第二极体，形成雌原核（略小于雄原核）⑥完成受精：雄、雌核充分发育后，相向移动，彼此接触，二者体积缩小、合并。⑦第一次卵裂将开始：受精卵：最初发育在输卵管进行有丝分裂。卵裂期：在透明带内进行有丝分裂，细胞数量不断增加，但胚胎总体积并不增加，或略有减少。桑椹胚：由具有全能性细胞构成，细胞数在32个左右，排列紧密，形似桑椹。囊胚（内含囊胚腔）：内细胞团：发育成胎儿各组织;滋养层细胞：发育成胎膜和胎盘原肠胚（内含原肠腔）同卵双胞胎和异卵双胞胎双胞胎可以分为同卵双胞胎和异卵双胞胎。同卵双胞是一个受精卵分裂而成的，同卵双胞胎的发生要经过两个步骤：第一步，卵子受精成为受精卵；第二步，受精卵在囊胚期分成两个内细胞群，各自发育成一个成体。其中第一步是典型的有性生殖，第二步则是典型的无性生殖过程，是“没有精子参与的生殖复制”。而异卵双胞胎则是不同的卵子被不同的精子授精形成不同的受精卵发育而成。同卵双胞胎具有完全相同的基因，而异卵双胞胎只有一半相同的基因。牛的生育率虽然很低，但是牛的卵母细胞却相当的多，其卵巢中卵母细胞数目要比一生中排卵数多1000倍左右公牛产生的精子数目就更多了伟大设想诞生了采集良种母牛卵母细胞采集良种公牛精子卵母细胞的体外培养精子体外获能体外受精良种牛体外受精胚胎受体牛良种犊牛成熟期牛屠宰加工厂采集卵巢中卵母细胞市场胚胎移植(1)概念：通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，并通过培养发育为早期胚胎后，再经过移植产生后代的技术(2)过程试管动物克隆动物生殖方式有性生殖无性生殖技术手段体外受精、胚胎移植核移植技术、胚胎移植遗传规律遵循无实现良种牛快速大量繁殖首先要做的是（体外受精）和（早期胚胎）的培养体外受精：采取雌性动物的（卵细胞）和雄性动物的（精子），使其在（试管）中受精。用促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，然后，从输卵管中冲取卵子，直接与获能的精子在体外受精。如何使雌性动物排出更多的卵子促性腺激素处理对实验动物小鼠、兔和小家畜,猪、羊动物如何采集卵子从输卵管中冲取卵子对于大家畜或大型动物如何采集卵子屠宰场从刚屠宰的雌性动物体内摘取卵巢，再从卵巢中采集卵母细胞。超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜（活体）采集的卵子是否马上可以受精初级卵母细胞，体外培养至MII中期1)收集的方法:假阴道法,手握法和电刺激等2)获能处理:培养法：(人工配制的获能液中培养）啮齿动物、家兔和猪化学法：（一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中，化学药物诱导）牛、羊在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程一般比较复杂无机盐和有机盐，还需添加维生素，激素，氨基酸，核苷酸等营养成分，以及动物血清培养发育到适宜阶段时，可将其取出向受体移植或冷动保存桑椹胚阶段：牛、羊8个或16细胞胚阶段：小鼠、家兔4个细胞胚阶段：试管婴儿胚胎工程技术：胚胎移植胚胎分割体外受精胚胎干细胞培养目前应用较多的是：胚胎移植、胚胎分割、体外生产胚胎技术。1.概念:将雌性动物的早期胚胎,或者通过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,使之发育为新个体的技术。胚胎的来源：雌性动物的早期胚胎或体外受精及其他方式得到的胚胎。供体：提供胚胎的个体。受体：接受胚胎的个体。受体的条件：同种、生理状态相同。2.胚胎移植的现状和意义1)加速育种工作和品种改良；2)大量节省购买种畜的费用；3)一胎多产；4)保存品种资源和濒危物种；5)可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,缩短繁殖周期,增加一生繁殖的后代数量。3.胚胎移植的生理学基础1)供体和受体相同的生理环境；2)早期胚胎处于游离状态,为胚胎的收集提供了可能；3)受体对移入子宫的胚胎基本上不发生免疫排斥；4)胚胎与受体建立正常的联系,但遗传物质没有改变。思考与讨论:（1）、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？例如，供、受体的发情时间要一致吗？供体胚胎移入受体子宫的位置，应与在供体内的位置相同或相似吗？答案：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后一致，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。因此，必须做到供、受体母畜的发情时间一致。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后相似，移入胚胎一侧的受体子宫对应的卵巢必须有黄体存在。（2）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。你认为这样的概括正确吗？正确。4、胚胎移植的基本程序（1）供体、受体的选择和处理（2）配种或进行人工受精（3）胚胎的收集、检查、培养或保存（4）胚胎移植（5）移植后的检查（1）对供体、受体进行选择供体：遗传性能和生产性能优秀的个体；受体：健康和正常繁殖能力的个体处理：同期发情具体做法：注射相关激素。（2）采集卵母细胞方法：超数排卵具体做法：注射促性腺激素（3）配种或人工受精精子来源：同种优良的雄性动物。（4）胚胎的收集在配种或输精后第7天，用特制的冲卵装置，把供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来。（5）对胚胎进行质量检查（6）胚胎的保存或移植（7）胚胎的移植方法一：手术法具体做法：引出受体子宫和卵巢，将胚胎注入子宫角，缝合创口。方法二：非手术法将装有胚胎的移植管送入受体母牛子宫的相应部位，注入胚胎。（8）对受体母牛进行是否妊娠的检查（9）受体母牛产下胚胎移植的犊牛选择供体母牛受体母牛……同期发情处理……超数排卵供体公牛配种冲卵质量检查、培养胚胎移植妊娠检查分娩（胚胎移植的犊牛）总结：二、胚胎分割（1）胚胎分割的概念（2）胚胎分割特点（3）胚胎分割的理论基础（4）胚胎分割操作过程1.概念:采用显微手术（机械方法）的方法将早期胚胎分割成2分胚,4分胚或8分胚,经体内或体外培养后植入受体，以得到同卵双胎或同卵多胎的技术。2.特点：后代具有相同的遗传物质，因此胚胎分割可以看做动物无性繁殖或克隆的方法之一。3、理论基础动物胚胎细胞的全能性。所以胚胎分割的时期为：囊胚或桑椹胚。4、选择的胚胎：发育良好的,形态正常的桑椹胚或囊胚。5、使用的主要仪器：实体显微镜和显微操作仪。6、具体操作用分割针或分割刀片将胚胎切开，吸出其中的半个胚胎，注入预先准备好的空透明带中，或直接将裸半胚移植给受体。胚胎分割移植的显微操作7、操作注意事项：①对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要将内细胞团均等分割。原因：内细胞团一般到囊胚阶段才出现，它是发育为胚胎本身的基础细胞，其他细胞为滋养细胞，只为胚胎和胎儿发育提供营养。若分割时不能将内细胞团均等分割，会出现含内细胞团多的部分正常发育的能力强，少的部分发育受阻或发育不良，甚至不能发育等问题。7、操作注意事项：②胚胎分割的份数越多，操作的难度会越大，移植的成功率也越低。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。8、胚胎分割技术的缺陷（1）刚出生动物的体重偏低，毛色和斑纹还存在差异；（2）采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有限的。三.胚胎干细胞（1）什么