jj选修3——胚胎工程

胚胎工程,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：体外受精、胚胎移植、 胚胎分割、胚胎干细胞培养等理论基础：哺乳动物受精 早期胚胎发育的规律,曲细精管,精子的发生,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,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）。,（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。,提示：不是。其一，动物在自然繁殖的条件下为繁殖后代、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，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。,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？,问题讨论:,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”。,2.精子细胞变成精子的过程中，细胞中很多结构会消失，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？,（放射冠）,卵子的发生,发生部位：卵巢时间：减数第一次分裂是在雌性动物排卵前后完成；减数第二次分裂是在精子和卵子结合的过程完成的。过程,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,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）,DNA复制,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。,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。,受精,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（M）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。,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。,穿越透明带：顶体酶将透明带溶出一条通道。,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。,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）。,形成雌原核：精子入卵后，激活卵子完成M，排出第二极体，形成雌原核（略小于雄原核）,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。,第一次卵裂将开始：,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,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）,胚胎发育,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,一、试管动物技术试管动物技术是指通过_使卵子和精子在体外条件下成熟和_，并通过培养发育为_后，再经过_产生后代的技术。,人工操作,受精,早期胚胎,移植,体外受精和早期胚胎培养,“试管牛”工厂化生产的技术流程图,二、体外受精的步骤1卵母细胞的采集和培养,促性腺激素,输卵管,卵巢,采集的卵母细胞都要在体外经_后，才能与_的精子受精。,人工培养成熟,获能,刚采集的卵母细胞要培养到什么阶段才能受精？【提示】减数第二次分裂中期。,2精子的采集：收集精子的方法有假阴道法、手握法和电刺激法等。,3精子的获能,获能液,肝素,化学药物,4.受精：获能的精子和_的卵子，一般可以在_或专用的_中完成受精过程,培养成熟,获能溶液,受精溶液,三、胚胎的早期培养1培养液的成分：一般包括_和有机盐、_、激素、_、核苷酸等营养成分以及血清等物质。,无机盐,维生素,氨基酸,2胚胎移植的时间：不同动物胚胎移植的时间不同。牛、羊一般要培养到_阶段或_阶段进行移植。人的体外受精胚胎，可在_阶段移植。,桑椹胚,囊胚,816个细胞,牛体外受精胚胎工厂化生产流程图,胚胎移植,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. 供体：提供胚胎的个体。 受体：接受胚胎的个体。,实际上是供、受体共同繁殖后代的过程。,供受体模式引进牛与地方黄牛,胚胎移植,胚胎来源:,雌性动物早期胚胎;通过体外受精和早期胚胎的培养得到;通过动物转基因和早期胚胎培养得到；通过哺乳动物体细胞核移植及培养得到的胚胎。,胚胎移植 ：是胚胎工程其他技术的最后一道“工序”,现状：牛、羊的胚胎移植技术较为成熟。,通过胚胎移植，一头供体牛每年可产数十头小牛,2、胚胎移植的现状和意义,胚胎移植现场,胚胎移植的优势：可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力,缩短供体繁殖周期，增加供体一生繁殖的后代数量,2、胚胎移植的现状和意义,胚胎移植的意义,1)使良种畜群迅速扩大，加速育种工作和品种改良。,2)在世界范围内，胚胎移植不受时间和地域的限制，大量节省购买种畜的费用。,低产受体奶牛,良种奶牛,3)在肉用家畜的生产中，一次给受体移入多个胚胎，可增加双胎和多胎的比例。,4)利用胚胎冷冻保存技术，建立胚胎库，保存品种资源和濒危物种。,胚胎移植的生理基础,(1)同种动物排卵后,供、受体 相同,为供体的胚胎移入受体提供了 .,(2)早期胚胎处于 ,为胚胎收集提供了可能；,(3)受体对外来胚胎基本上不发生 ,为胚胎在受体内存活提供了可能；,(4)供体胚胎可与受体子宫建立正常的 联系,但其 不受影响,相同的生理环境,游离状态,免疫排斥反应,生理和组织,遗传特性,生殖器官的生理变化,胚胎移植的基本程序,（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。,同期发情技术：主要是借助外源激素剌激卵巢，使其按照预定的要求发生变化，使处理母畜的卵巢生理机能都处于相同阶段，从而达到同期发情,（2）超数排卵处理具体做法： 注射促性腺激素,（3）配种或人工授精,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。 冲卵是把母牛的卵子冲出来吗？,不是，冲卵是将供体母畜体内的胚胎冲出来。,冲 卵,（5）对胚胎进行质量检查,你知道检查的目的吗？此时胚胎处于什么时期？,检查胚胎的发育状况，处于桑椹胚或囊胚,（6）胚胎的保存或移植,胚胎保存的条件是什么？胚胎为什么在此条件下保存？,（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：,5.胚胎移植成功与否要有两个条件（1）胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。（2）进行胚胎移植的供体和受体的生理状态要相同。,二.胚胎分割,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.后代具有相同的遗传物质.属于无性繁殖或克隆. 实体显微镜和显微操作仪 分割刀、分割针 发育良好的,形态正常的桑椹胚或囊胚.,之前，细胞数目少；之后，细胞开始大量分化,1.概念:,2.特点:,3.使用的主要仪器：,器具：,4.选择的胚胎:,5.过程：,发育良好的胚胎移入含培养液的培养皿中,对囊胚阶段的内细胞团进行分割时要注意均等分割。,胚胎分割的应用前景,生产同卵双生后代；进行胚胎的性别鉴定；,三.胚胎干细胞,1.概念:简称ES或EK细胞,是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞.,是指一类具有自我更新 (Self-renewing) 能力，并在一定条件下可分化成为各种功能细胞的细胞。 这部分细胞未分化或未完全分化，一旦生理需要，它们可以按照一定的途径通过分裂、分化产生机能所需的细胞。 在个体发育的不同阶段以及成体的不同组织中均存在着干细胞，只是随着年龄的增长，干细胞的数量逐渐减少，其分化潜能也逐渐变窄。,干细胞的概念,2.特点: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）在体外培养的条件下，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。,3.培养:,不分化,饲养层细胞抑制因子,分化,分化诱导因子,依据其发育阶段，分为：,胚胎干细胞： 从囊胚期胚胎的内层细胞团细胞分离而来的干细胞即为胚胎干细胞。