胚胎工程公共课

1、胚胎工程公共课 英国人W希普于1890年在剑桥大学将纯种安哥拉兔的两个4细胞胚胎移植到一只毛色特征完全不同的比利时兔的输卵管内。结果生出两只纯种的安哥拉子免。这是世界上第一例胚胎移植，胚胎移植技术由此创始。比利时兔胚胎工程 胚胎工程指对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术，如体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植、胚胎分割、胚胎干细胞培养等技术。经过处理后获得的胚胎，还需要移植到雌性动物体内生产后代，以满足人类的各种需求。操作对象：早期胚胎和配子技术手段：胚胎移植、体外受精、 胚胎分割、胚胎干细胞培养等理论基础：哺乳动物受精和早期胚胎 发育的规律3.1 生殖细胞的发生减数分裂减数第一次分

2、裂： 同源染色体联会，非姐妹染色单体交叉互换，同源染色体分离，非同源染色体自由组合；减数第二次分裂： 不存在同源染色体，无联会现象， 着丝粒分裂，姐妹染色单体分开减数第一次分裂间期：DNA复制，蛋白质合成A B CD E FG H I减数分裂减数第一次分裂： 同源染色体联会，非姐妹染色单体交叉互换，同源染色体分离，非同源染色体自由组合；减数第二次分裂： 不存在同源染色体，无联会现象， 着丝粒分裂，姐妹染色单体分开减数第一次分裂间期：DNA复制，蛋白质合成DNA加倍，染色体数目不变DNA恢复，染色体数目减半DNA减半，染色体数目减半2N-4N-02N-4N-02N-4N-02N-4N-0ACDB

3、1、精子的发生(1)场所:精子的发生是在 内的 中完成的。(2)时期:(雄性动物)从 到 。哺乳动物睾丸示意图 睾丸初情期曲细精管生殖机能衰退染色体复制初级精母细胞精原细胞多个精原细胞精子发生的过程第一阶段第二阶段第三阶段有丝分裂M精子细胞次级精母细胞M变形精子精子细胞精子线粒体高尔基体A、顶体的发生发育中的顶体发育中的尾 （中心体）B、尾的的发育C、精子头的出现D、细胞质浓缩E、精子的形成原生质滴尾线粒体鞘顶体精子细胞变形成精子发育为演变为形成浓缩成变为精子头的主要部分头部的顶体精子的尾线粒体鞘膜(尾的基部)原生质滴(球状)细 胞 核高尔基体中 心 体线 粒 体细胞内其他物质精子细胞变形中的

4、主要变化精子的形态：（1）外形似蝌蚪，分_、_、_、三大部分。（2）不同种动物精子的形态_，大小略有_，与动物的体形大小_ 。头 颈 尾相似不同 无关1.家畜每次射精排出的精子数以亿计，但是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？提示：不是。其一，在自然繁殖的条件下，可以说是动物为繁殖后代、延续物种的一种生理保障机制；其二，在自然条件下，精子从射精部位运行到受精部位，将对精子进行筛选，并致使大量的精子途中死亡，被分解或排除，造成精子大量损耗。最后到达受精部位（输卵管）的精子只剩百余个，与卵子完成受精的只有一个。讨论:2.精子细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消

5、失，而细胞核和线粒体都保留下来，对这一现象怎样理解？为什么精子中的线粒体集中在尾的基部？提示：细胞核是精子遗传物质储存和复制的场所，也是参与精、卵结合和后代遗传特性与细胞代谢活动的控制中心。而线粒体则是有氧呼吸产生运动能量的场所。精子的线粒体集中于尾的基部形成线粒体鞘膜，是精子维持生存和运动能量的“动力工厂”或“发动机”。讨论:2、卵子的发生(1)场所:卵子的发生是在 内中完成的。(2)时期:（动物胚胎）在 以后，即 ,由卵原细胞通过不断 增加其数量，并进一步演变成 ； 后开始减数分裂。卵巢性别分化胎儿期有丝分裂初级卵母细胞初情期有丝分裂染色体复制等M卵原细胞多个卵原细胞胎儿时期第一极体M卵子

6、第二极体受精初级卵母细胞次级卵母细胞合子（卵泡）（受精过程）初情期后马猪牛羊排卵生长形成透明带12/8/9卵巢输卵管排卵前后分裂不连续，分配不均等不同发育阶段的卵泡排卵黄体退化黄体卵泡细胞第一极体卵丘细胞核透明带卵黄膜卵巢中有卵泡，每个卵泡中有一个初级卵母细胞。 卵子结构图（卵丘细胞）（卵黄膜）1.一个卵泡中能形成几个成熟的卵子？提示：正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。2.排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？提示：是指卵子从卵泡中排出。讨论:3.刚排出的卵是成熟的卵子吗？它在母体的什么部位与精子受精？提示：刚排出的卵子尚未完全成熟，仅完成第一次减数分裂，需要在输卵管内进

7、一步成熟，直到减数第二次分裂的中期才能与精子结合完成受精过程。排出的卵子是在输卵管内与精子受精的。讨论:1.相似点： 最初阶段均进行有丝分裂，不断增加生殖原细胞的数量；经过减数分裂（M和M）才能形成精子或卵子。精子和卵子的发生异同2.不同点：发生时间场所子细胞 数目过程形状精子卵子重要区别睾丸卵巢输卵管初情期以后胚胎性别分化以后4个精子细胞1个卵细胞2-3个极体均等变形不均等不变形蝌蚪形球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；精子是从初情期开始的1.以下说法不正确的是A.雄性动物从初情期开始产生精子B.1个精原细胞可以形成4个精子C.对多数家畜来说，精子在睾丸内形成的时间为两个

8、月左右D.动物体型大的产生的精子多且大2.一个卵泡可以形成的卵子数目是A.1个 B.2个 C.3个 D.4个练习：AD3.下例不属于精子和卵子发生的区别的是A.初级精母、卵母细胞的形成时间B.M和M时间的连续性C.成熟生殖细胞是否发生变形D.成熟生殖细胞中染色体的数量D1、概念:指 和 结合形成(即 )的过程。2、场所:受精是在 内完成的。二、受精作用精子受精卵输卵管卵子合子卵子结构图（卵丘细胞）（卵黄膜）精子穿越 3、过程受精前的准备阶段受精阶段受精过程精子获能准备阶段1：卵子的准备准备阶段2：放射冠雌雄原核形成及融合透明带进入卵黄膜精子穿越准备阶段1：精子获能 即精子必须在雌性动物生殖道内

9、发生相应生理变化后，才能获得受精能力的现象。准备阶段2：卵子的准备 即卵子在输卵管内达到减数第二分裂中期（M）时，才具备受精能力。受精前准备阶段：1.什么叫顶体反应？2.什么叫透明带反应？3.什么叫卵黄膜的封闭作用？4.精子入卵后会引发哪些反应变化？1）、穿越放射冠顶体反应：顶体释放顶体酶，溶解卵丘细胞之间的物质，形成精子穿越放射冠的通道。2）、穿越透明带顶体酶溶解透明带形成孔道，精子借助自身运动穿越透明带。当精子接触卵黄膜的瞬间，会产生阻止后来精子透明带的生理反应，这个反应称为透明带反应。透明带反应是防止多个精子进透明带，引起多精子入卵受精的第一道屏障3）、进入卵黄膜精子被微绒毛抱合，随后精

10、子外膜与卵黄膜融合，精子进入卵卵黄膜封闭作用：精子入卵后，卵黄膜会立即发生一种生理反应，拒绝其他精子再进入卵内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进入卵子后，尾部脱离，原有核膜破裂；随后，精子形成一个新的核膜，形成一个比原来精子核还大的核，雄原核精子进入卵后被激活的卵子完成减数第二次分裂，排出第二极体后，形成雌原核雌原核一般小于雄原核雌雄原核相向移动，彼此接触，完成融合，形成受精卵精、卵相遇顶体反应顶体酶释放溶解卵丘细胞之间物质穿越放射冠接触透明带顶体酶溶解透明带穿越透明带接触卵黄膜产生透明带反应形成第一道屏障精子被微绒毛抱合精子外膜与卵黄膜融合精子注入卵精子注入卵后变化

11、变化变化产生卵黄膜封闭作用形成第二道屏障尾部脱离原核膜破裂形成雄原核激活卵子完成减数第二次分裂，排出第二极体形成雌原核发育 移动 接触 合并形成受精卵4、卵子受精的标志： 当在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时，说明卵子已经完成了受精。5、受精作用的意义23条23条46条46条形成受精卵： 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、卵裂期的概念：起点：终点：过程阶段：三、胚胎发育受精卵幼体根据胚胎形态的变化，分几个阶段：受精卵 卵裂（包括2细胞期、4细胞期、8细胞、16细胞期）

12、桑椹胚（32细胞期） 囊胚期 原肠胚期（包括内、中、外三胚层和原肠腔） 胚体 幼体桑椹胚的形成卵裂桑椹胚动物极植物极细胞分裂方式为_细胞数目_胚胎总体积_或略有_每个细胞体积_DNA数目_有机物总量_有机物种类_减少卵裂期的特点：有丝分裂增加不增加缩小减小增加增加囊胚滋养层：发育成胎膜和胎盘，胚胎可通过这些组织从母体中获得正常发育所需的氧气和营养物质内细胞团细胞：发育成胎儿的各种组织滋养层内细胞团囊胚腔桑椹胚分化发育桑椹胚这一阶段前的每一个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，称为全能细胞（或全能干细胞）。囊胚的形成囊胚囊胚腔原肠腔原肠胚内胚层中胚层原肠胚按照一定的次序向内运动囊胚原肠胚的形成原肠腔

13、囊胚囊胚腔原肠腔原肠胚滋养层中胚层内胚层内胚层中胚层原肠胚胚的发育：按照一定的次序向内运动囊胚原肠胚的形成外胚层归纳：早期胚胎发育的几个阶段桑椹胚：细胞属于 。囊胚：细胞开始 ； 将来发育成 ， 将来发育成胎膜、胎盘，出现 后，进一步扩大会导致 。原肠胚：内细胞团 形成 ， 细胞形成 ，出现 。全能细胞分化内细胞团各种组织滋养层囊胚腔孵化表皮的细胞外胚层下方的内胚层 原肠腔受精卵卵裂期桑椹胚囊胚（内含囊胚腔）原肠胚（内含原肠腔）胎儿形成：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。：由具有全能性细胞构成，细胞数在32个左右，排列紧密，形似桑椹内细胞团：发育成胎儿

14、各组织滋养层细胞：发育成胎膜和胎盘：最初发育在输卵管进行有丝分裂胚胎发育外胚层中胚层内胚层原肠腔原肠胚3胚层的发育外胚层：表皮及其附属结构、神经系统、感觉器官内胚层：消化道、呼吸道上皮、肝胰等腺体中胚层：皮肤真皮、脊索、肌肉、骨骼、内脏器官外膜、循环系统、排泄系统、生殖系统外表神经和感官；内呼消化胰与肝；其余都为中胚层充满活力的精子受精后8天。胚芽完成着陆,微微嵌入子宫内膜。此时它分裂发育为几百个细胞。 受精后6星期，人形已隐约可见。这时，胚胎的心跳每分钟140150下是母亲心跳的两倍。 人类胚胎第8周时在子宫内的照片 此时胎儿已长到20周，他移动手臂，把手指放在唇边，这可以促进它对吮吸的反映

15、 。 为什么说关于动物的体内受精和胚胎发育的研究，会为胚胎工程提供理论基础？请结合本节内容举例说明。提示：胚胎工程的许多技术都是在了解哺乳动物自然条件下受精和早期胚胎发育的基础上实现的。本节涉及的哺乳动物体内受精和胚胎发育都是在自然条件下的特点和规律，人们正是在认识了这些自然规律的基础上，在体外进行有效的模拟，才使卵母细胞能在体外成熟；精子能在体外完成获能；获能精子和成熟卵母细胞能在试管内完成受精；体外受精卵能在人工培养条件下继续发育等，这些都有赖于体内自然条件下的基础研究成果。胚胎工程的主要技术应用3.2体外受精和早期胚胎培养试管动物技术 是指通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精，

16、并通过培养发育成早期胚胎后，再经移植产生后代的技术。一、体外受精：哺乳动物的精子和卵子在体外人工控制下模拟体内环境完成受精过程的技术。精子的采集卵母细胞的采集营养、温度、pH等准备：精子获能； 卵母细胞的培养受精1.卵母细胞的收集和培养1）对于大家畜或大型动物如牛活体取卵人工培养2）对于实验动物如小鼠、兔，以及家畜猪、羊等用促性腺激素处理 超数排卵处理可以直接与获能的精子在体外受精2.精子的收集和获能 1)收集的方法: 假阴道法, 手握法 电刺激等 2)获能处理: 培养法：啮齿动物、兔、猪化学法：牛、羊获能液化学药物3、受精 在获能液或专用的受精溶液中共同培养二、胚胎的早期培养培养液: 水、无

17、机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸以及动物血清等. 当胚胎发育到适宜阶段时，可将其取出移植到受体子宫或冷冻保存采集良种母牛的卵母细胞卵母细胞的体外培养采集良种公牛精子精子体外获能体外受精早期胚胎胚胎移植普通受体牛子宫良种犊牛（试管牛）成熟期牛屠宰加工厂市场采集卵巢中的卵母细胞“试管牛”良种牛受精卵胚胎的早期培养妊娠三、胚胎移植胚胎移植： 将雌性动物的早期胚胎，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体内，使之继续发育为新个体的技术。提供胚胎供体受体对象早期胚胎的来源 供体 受体早期胚胎雌性 动物体内的早期胚胎体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体之腹怀供体生产的胎来共同繁殖后代的过程1、概念如何进行同期发情处理？为什么这么做？超数排卵处理的作用是什么？如何处理？同种优秀公牛的作用是什么？冲卵为什么选择在配种或输精后的第七天？“卵”的含义是什么？能够顺利冲卵的生理基础是什么？如果受体对外来胚胎发生强烈的免疫排斥反应，那么胚胎移植能够成功？这样产下的牛犊其遗传特性主要谁来决定？性别呢？这属于有性繁殖，还是无性繁殖？2、过程3、胚胎移植的主要生理学基础是否成功（1）哺乳动物发情排卵后，生殖器官变化相同。（2）胚胎形成后呈游离状态，有利于胚胎收集。（3）无免疫排斥反应。（4）供体胚胎与受体子宫可建立正常生理和

19、组织联系，遗传特性不受影响。4、早期胚胎来源胚胎移植的早期胚胎来源还有哪些？ 提示：转基因动物、克隆动物、试管动物1）体内受精（配种或人工授精）受精卵体内发育3）基因工程（转基因）重组受精卵早期胚胎培养4）动物细胞核移植重组细胞2）体外受精受精卵有性繁殖无性繁殖转基因动物克隆动物试管动物胚胎移植是胚胎工程其他技术的最后一道工序 5、优势意义：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。1）优秀雌雄的职能只是生产优良胚胎，缩短了繁殖周期；2）超数排卵，一次得到多个后代选择供体母牛受体母牛同期发情处理*超数排卵*供体公牛配种取出早期胚胎质量检查、培养胚胎移植妊娠检查分娩（胚胎移植的犊牛）胚胎移植的过程：（以牛为例）未配种6、意义加速育种工作和品种改良；大量节省了购买种畜的费用；一胎多产；保存品种资源和濒危物种。四、胚胎分割1、概念：采用机械方法将早期胚胎切割成2、4或8等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。后代具有相同的遗传物质，可看成无性繁殖或克隆方法之一。2、仪器显微操作仪实体显微镜胚胎移植透明带滋养层内细胞团3、胚胎选择 发育良好、形态正常的桑椹胚 4、过程：均等分割5、注意：囊胚的内细胞团均等分割6、结果： 同卵双生或多生 来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，因此，可以看做动物的无性繁殖，又称为胚胎克隆方法。7、意义： 提