体外受精和早期胚胎培养ppt课件

3.2 体外受精和早期胚胎培养 一、试管动物技术 1.问题：如何获得大量的国外优良奶牛？ 大量引进优良品种：价格昂贵，投入过高 让引进的优良奶牛大量繁殖：牛的生育率低。 2.解决方案 :胚胎移植。 一、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， 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、试管动物技术 1.概念 :指通过 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 ,再经移植产生后代的技术。 2.对象：动物配子或早期胚胎。 3.应用的技术：体外受精、早期胚胎的培养和 胚胎移植。 4.意义：实现优良种畜的快速大量的繁殖。 二、体外受精 概念：指哺乳动物的精子和卵子在体外人工控制 的环境中完成受精过程的技术； 包括 卵母细胞的采集 精子的获能 获能精子和卵细胞的受精。获能精子和卵细胞的受精。 卵母细胞的采集和培养 : 1.采集方法： 小型动物如鼠、兔，以及家畜猪、羊等常采用 超数排卵法 ，使其排出更多的卵子，然后从输卵 管中冲取 大型动物如牛： 从已屠宰母畜卵巢中采集卵 母细胞 从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞（超 声波探测仪、内窥镜或腹腔镜等。 2.采集后培养方法 : 从输卵管中冲取的卵子可直接与获能的精子在 体外受精 ; 从卵巢中采取的卵母细胞需要在体外人工培养 成熟后才能与获能精子受精 . 精子的采集和获能 1.采集方法 假阴道法 :适用于大型家畜或动物 手握法 :适用于体型较小 ,易于控制的动物如 猪、犬 电刺激法：适用于野生或经济动物。 2.获能处理： 培养法 :即将取自附睾的精子 ,放入人工配置的 获能液中 ,培养一段时间后 ,精子即可获能。 适用于：啮齿动物、家兔和猪等 化学诱导法：适用于牛、羊等家畜 即将精子放在一定浓度的肝素或 Ga2+载体 A23187 溶液中，用化学药物诱导精子获能。 3.受精：获能的精子和培养成熟的卵子，在获能 溶液和专用的受精溶液中完成受精过程。 在 获能溶液 或 专用的受精溶 液 中完成受精 过程 。 体外受精体外受精 概括受精过程 : 卵母细胞 M 期 精子获能 体外受精 受精卵 三、胚胎的早期培养： 1.培养液成分：（两盐、两素、两酸、血清） 水、无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、 核苷酸、血清 培养液作用：用于受精卵的继续培养，以检查 受精情况和受精卵的发育能力。 3.胚胎去向 向受体移植 冷冻保存 注：牛、羊一般要培养到桑椹胚或囊胚阶段才进行 移植；小鼠、家兔等实验动物可在更早的阶段移植 ，人可在 8-16个细胞阶段移植。 为了提高胚胎发育 率和妊娠率，实验中通常用囊胚阶段的胚胎。 目前由于无法进行全体外胚胎培养， 胚胎 移植 成为胚胎工程中获得后代的唯一方法 。 （ P74 ） 胚胎工程中通过 、 和 等 技术获得的胚胎，都必须 才能获得 后代。因此， 技术是胚胎工程其他技 术的最后一道 “工序 ”。 转基因 核移植 体外受精 移植给母体 胚胎移植 四、胚胎移植 1.概念： 指将雌性动物的 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、 生理状态相同的雌性动物的体内，使之继续发 育为新个体的技术 2.理解 胚胎来源： 雌性动物体内的早期胚胎 通过体外受精和早期胚胎的培养获得 通过哺乳动物体细胞核移植及培养获得 通过转基因技术获得的胚胎 对受体的要求： 同一物种的雌性动物 与供体处于相同的生理状态 实质：生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共 同繁殖后代的过程。 地位：是胚胎工程的最后一道工序。 （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 ) 胚胎移植的基本程序胚胎移植的基本程序 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。 （ 1）对供体、受体进行选择 （ 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（ 冲 卵 ）。 （ 5）对胚胎进行质量检查 胚胎发育到 桑椹胚或囊胚 （ 6）胚胎的保存或移植 -196OC的液氮保存 （ 7）胚胎的移植 方法一：手术法 方法二：非手术法 （ 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） 胚胎移植的基本程序 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。 3.胚胎移植的基本程序 4.胚胎移植的生理学基础 同种动物排卵后，不管是否妊娠，一段时间 内供受体生殖器官的生理变化时相同的 为移入的胚胎提供了相同的生理环境； 早期胚胎处于游离状态 为胚胎的收集提供了可能； 受体对移入子宫的胚胎不发生免疫排斥 是胚胎存活的条件； 供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组 织联系，但其遗传物质不受影响。 供体和受体共同繁殖后代 有什么好处？ 可以充分发挥雌性优良个体的繁殖能力 供体的主要职能： 产生 具有优良遗传特性的胚胎，大大缩短了供 体本身的 繁殖周期 受体 的 职能： 担任 繁重而漫长的妊娠和育仔 的任务 受体的条件： 健康的体质及正常的繁殖能力 同种的生理状态相同的其他雌性动物 准备移植的胚胎，移植到任何一头动物子宫 内都能发育吗 ? 胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体 之间进行，因为同种动物之间的生理特征 相近，进行胚胎移植易于成功。 . . 供体和受体之间进行胚胎移植时会不会发生 免疫排斥反应 ? 同种动物之间基本上不排斥 能否直接从母体子宫内进行胚胎收集 ?为什么？ 能。因为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。 . . 移植的胚胎能否保留供体双亲的特性 ? 胚胎虽然与受体有生理和组织上的联系 ,但 遗传特性不受受体的影响 2.胚胎移植成功与否的条件有哪些 ? （ 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。 1.胚胎移植成功的标志是什么 ? 移植的胚胎在受体内能正常发育并分娩 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 置相同或相似 ，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。 5.胚胎移植的意义： 充分发挥了雌性优良个体的繁殖潜力 （缩短了供体本身的繁殖周期，增加了供体一 生繁殖后代的数量） 加速育种工作和品质改良 一胎多产 保存品种资源和濒危物种 大量节省购买种畜的费用 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。 胚胎分割 优势 : 可成倍增加胚胎数量，可以快速繁殖良种畜 。 2.特点： 来自同一胚胎的后代具有 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 。 物质基础： 每个细胞核具有相同的遗传物质 4.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。 7、操作注意事项 ： 对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要 将内细胞团均等分割 。 目的：有利于分割后的胚胎的恢复和进一 步发育。 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。 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。 胚胎干细胞 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。 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。 3.干细胞分类 全能干细胞：可分化为全身各种细胞，并 进一步形成机体的所有组织、器官等（ 胚胎 干细胞 ） 多能干细胞：能分化为多种细胞或组织， 但不能发育成完整个体（ 如：造血干细胞 ） 专能干细胞：只能分化为一种类型或功能 密切相关的两种类型的细胞（ 成肌细胞 ） 3.意义 ES细胞的分离和培养成功是胚胎工程中 的重要成就之一。 4.主要用途 (1)治疗人类的某些顽症 人类由于细胞坏死、退化或功能异常引起的 疾病，如帕金森综合症、少年糖尿病和老年 痴呆等，利用 ES细胞可被诱导分化形成新的 组织细胞的特性，移植 ES细胞可使坏死或退 化的部位得以修复并恢复正常功能；目前已 成功治愈糖尿病、肝衰竭、心衰竭和成骨发 育不良等。 (2)培育出人造组织器官，用于器官移植 (3)是研究体外细胞分化的理想材料 ES细胞在饲养层细胞上，或在添加抑制因子 的培养液中，能维持不分化的状态； 分化诱导因子：诱导 ES细胞向不同类型的组 织细胞分化；如：牛黄酸、丁酰环腺苷酸等 实验：胚胎干细胞培养 1.培养关键：需要一种能促进胚胎干细胞的生 长大，但抑制其分化的一种培养体系。 2.培养过程： 制备饲养层 培养胚胎到内细胞团突出饲养层 胰蛋白酶处理剥离内细胞团 分散成单个细胞 加饲养层继续传代培养 胚胎干细胞培养 （ 09江苏）下列关于哺乳动物胚胎发育和胚胎 工程的叙述，正确的是 A卵裂期胚胎中细胞数目和有机物总量在不 断增加 B胚胎分割时需将原肠胚的内细胞团均等分 割 C胚胎干细胞具有细胞核大、核仁小和蛋白 质合成旺盛等特点 D胚胎干细胞是一类未分化细胞，可从早期 胚胎中分离获取 （ 09宁夏） 右 图为 哺乳 动 物的胚胎干 细 胞及 其分化的示意 图 。 请 回答： （ 1）胚胎干 细 胞是从 动 物胚胎 发 育至 _期的内 细 胞 团 或胎儿 _ 的中分离得到的一 类细 胞。 囊胚 原始性腺细胞 （ 2）图中分化程度最低的干细胞是 。 在体外培养条件下，培养液中加入 因 子，可诱导该种干细胞向不同类型的组织细胞分 化。（ 3)在机体内，皮肤干细胞分化成皮肤细胞 是机体细胞中基因 _的结果。 （ 4）某患者不能产生正常的白细胞，通过骨髓 移植可以达到治疗的目的，骨髓的治疗的实质是 将上图的 _细胞移植到患者体内。 胚胎干细胞 分化诱导 选择性表达 造血干 （ 5）若要克隆某种哺乳动物，从理论上分析，上 述红细胞、白细胞神经细胞中不能选用作为供体的 细胞是成熟的 _，其原因是 _ _。 （ 6）若某药物可抑制肝肿瘤细胞 NDA的复制，使用 该药物可使肝肿瘤细胞停留在细胞周期的 _期。 （ 7）在制备单克隆抗体过程中的细胞融合阶段 ，用 _细胞与骨髓细胞融合，经多交筛选 最终得到能分泌 _的杂交瘤细胞。 红细胞 细胞中无细胞核 间 B淋巴 特异性抗体 对胚胎检查、 培养或保存 处理供体母畜 课本 P81思 考与探 究 （ 1）用文字 完成流程图（少了哪 几个步骤） 对供、受体母畜进行选择，并进行同期 发情处理； 配种或人工授精； 收集胚 胎； 胚胎移植； 对受体母畜进行是否 妊娠的检查 （ 2）应该怎样选择供体公、母牛和受体母牛？ 供体公、母牛应该是具有人类所需的优良遗 传性状的个体，而受体母牛必须具有正常的孕 育、生殖后代的能力 在 中，为什么要用促性腺激素处理供体母牛？ 用促性腺激素处理供体母牛是为了引起超数 排卵，这样就可以获得较多的胚胎 在促性腺激素处理供体母牛前，为什么需要对 供体和受体母牛进行同期发情处理？ 对供体和受体母牛进行同期发情处理，才能 使它们的生理条件达到同步或一致，使供体的胚 胎移入受体后有相同或相似的生存条件 （ 3）哪一步需要进行冲卵？冲卵是把母畜的 卵子冲出来吗？ 第 步需要进行冲卵，冲卵是指将供体母 畜体内的 受精卵（早期胚胎） 冲出来，而 不是把卵子冲出来。 1.下列有关动物胚胎移植的叙述中，错误的是 （ ） A.受孕母畜体内的受精卵或胚胎均能移植 B.受体母畜必须处于与供体母畜同步发情的状 态 C.超数排卵技术要使用一定的激素 D.试管婴儿只是受精及早期卵裂过程在试管中 进行 2.下列对于优良种畜的胚胎移植的说法不 正确的是 ( ) A.供体母牛必须是同一物种的良种 B.受体母牛必须是同一物种的良种 C.供体公牛必须是同一物种的良种 D.受体母牛可以是同一物种的一般健康 牛 3.供体的胚胎移植到受体后，游离的胚胎在发育 过程中形成胎盘与受体相连，并通过胎盘与受体 的血液进行物质交换。以下说法正确的是 ( ) A.受体是为供体胚胎提供发育的条件 B.受体与胚胎血型应相同，否则会发生免疫排斥 反应 C.受体与胚胎血液混融在一起 D.胚胎心肺功能都能正常运行 1、合子形成后开始发育，下列说法错误的是（ ） A.在输卵管内进行有丝分裂 B.卵裂期细胞数目增加 C.卵裂期胚胎的总体积不增加 D.卵裂期每个细胞的体积不变 2、下列有关胚胎发育卵裂期的特点，描述正确 的是（ ） A.细胞进行有丝分裂，所有细胞均具有全能性 B.每个细胞体积有所减小，胚胎的总体积增加 C.胚胎有机物总量增加，细胞核 DNA量不断减少 D.所有细胞的相对表面积减小 A v1.下列有关动物胚胎移植的叙述中，错误 的是（ ） A.受孕母畜体内的受精卵或胚胎均能移植 B.受体母畜必须处于与供体母畜同步发情的 状态 C.超数排卵技术要使用一定的激素 D.试管婴儿只是受精及早期卵裂过程在试管 中进行 C v2.利用胚胎干细胞治疗肝衰竭，实现此过 程的重要原因是（ ） A.细胞分裂 B.细胞特化 C.细胞分化 D.细胞增殖 3.在胚胎移植中供体的主要职能（ ） A.提供优良的供体基因 B.提供优良遗传特性的胚胎 C.提供卵细胞 D.提供精子 B （多选）胚胎移植的受体必须符合以下哪些 条件（ ） A.同种生物 B.生理状态相同 C.雄性动物 D.雌性动物 ABD (多选 )胚胎移植技术目前主要应用与 ( ) A.解决某些不孕症者的生育问题 B.治疗某些遗传病 C.提高良种家畜的繁殖力 D.提高动物的抗病力 AC 1.判断正 误 (1)哺乳 动 物的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 能及受精等步 骤 。 ( ) (2)采集的卵母 细 胞需在体外培养使其分裂 为 卵 细 胞才能与 获 能的精子受精。 ( ) 【 分析 】 采集的卵母细胞需在体外培养使其处于减数第二次 分裂中期才能与获能的精子受精。 (3)精子与卵子的体外受精必 须 在特定的受精溶液或 获 能溶液 中 进 行。 ( ) (4)不同 动 物胚胎移植 时间 相同。 ( ) 【 分析 】 牛、羊一般要培养到桑椹胚阶段或囊胚阶段才进行移 植 ;小鼠和家兔等实验动物可在更早的阶段移植 ;人的体外受精 胚胎 ,可在 8个 16个细胞阶段移植。 2.问题 思考 试 管 婴 儿是有性生殖 还 是无性生殖 ?为 什么 ? 提示 :属于有性生殖。其过程是精子和卵子在体外受精形成受 精卵 ,由受精卵形成的早期胚胎移植到受体中。 一、 试 管 动 物与克隆 动 物的比 较 试 管 动 物 克隆 动 物 技 术 原理 或手段 体外受精、早期胚胎培 养、胚胎移植 细 胞核的全能性、核 移植等 实 例 试 管牛 多利羊 试 管 动 物 克隆 动 物 过 程 遗传 特点 继 承了双 亲 (提供精子和 卵子的个体 )的 遗传 性状 全部性状几乎与提供 细 胞核的 亲 本一致 【 典例 训练 1】 良种 试 管牛的繁殖 过 程是 :用激素促 进 甲牛多 排卵 ,然后把卵子在体外与人工采集的乙牛的精子 进 行受精 ,在 特定培养基中培育成胚胎 ,再把胚胎送入 经过 激素 处 理的丙牛 的子 宫 内 ,孕育成 试 管牛。下列相关叙述 错误 的是 ( ) A.精卵 结 合前都需 进 行培养 B.“ 促 进 甲牛多排卵 ” 的激素是孕激素 C.甲牛、乙牛 对试 管牛核 遗传 物 质 的 贡 献相同 D.该 技 术 可 应 用于加快 优 良种畜的繁殖 【 解析 】 选 B。对于大型动物采集的卵母细胞 ,都需经体外人工 培养成熟后 ,才具备受精能力 ;精子也需要进行培养使其获能 , 故 A正确。促进动物多排卵的激素是促性腺激素 ,故 B错误。试 管牛的核遗传物质一半来自甲牛的卵子 ,一半来自乙牛的精子 , 故 C正确。该技术可充分发挥母畜的优良特性 ,可用于加快优良 种畜的繁殖 ,故 D正确。 【 变 式 训练 】 下列有关 试 管 动 物的 说 法中正确的是 ( ) A.试 管牛所采用的技 术 中包含克隆技 术 和体外受精、胚胎移植 B.对动 物采卵 时 常用的激素是促性腺激素 C.试 管 婴 儿技 术 能使不能 产 生精子或卵子的夫 妇 得到自己的孩子 D.从雌性 动 物体内采集的卵子或卵母 细 胞均需体外培养后 ,才能与 获 能的精子受精 【 解析 】 选 B。试管动物所用到的技术是体外受精和胚胎移植 , 有精、卵的结合过程 ,属有性生殖 ,不属克隆技术 ,所以不能产 生精子或卵子的夫妇不能通过此方法得到自己的孩子 ,A、 C均 错 ;从雌性动物体内输卵管中冲取的卵子不需人工培养 ,可直接 与获能的精子受精 ,故 D错。 【 典例 训练 2】 (2013 济 南高二 检测 )关于牛体外受精胚胎的工厂化 生 产 的叙述 ,正确的是 ( ) A.精子和卵子受精后即可移入母牛子 宫 B.采集的卵母 细 胞 应 立即与精子共同放入培养液才能形成受精卵 C.成熟卵子与收集来的精子相遇形成的受精卵 ,需培养到一定 阶 段才 可移植 D.体外受精胚胎的工厂化生 产 即受精 过 程和胚胎 发 育只需在体外 进 行 【 解析 】 选 C。卵母细胞要在体外经人工培养成熟后 ,才能与获 能的精子受精 ,受精卵发育到桑椹胚阶段或囊胚阶段才能进行 移植 ,移植入母体后继续发育形成幼体产出。 2.胚胎早期培养液 (发 育培养液 )成分与 动 物 细 胞培养液成分的 比 较 : 项 目 动 物胚胎培养液 动 物 细 胞培养液 盐类 无机 盐 、有机 盐 无机 盐 、微量元素 营 养物 质 氨基酸、核苷酸 糖、氨基酸 调节 物 质 维 生素、激素 促生 长 因子 特有成分 血清 血清、血 浆 3.试 管牛工厂化生 产 流程 图 : 【 易错提醒 】 (1)动物细胞培养与胚胎的早期培养所依据的原 理不同 :前者依据细胞的生长和增殖 ,后者依据细胞的生长、增 殖和分化。 (2)动物细胞培养与胚胎的早期培养的目的不同 : 前者的目的 : 大规模生产重要的生物制品 ; 用于检测有毒物 质 ; 用于生理、病理、药理等方面的研究。 后者的目的 : 检查受精状况和受精卵的发育能力 ; 当胚胎发 育到适宜的阶段时 ,可将其取出向受体移植或冷冻保存。 【 典例 训练 3】 (2011 浙江高考 )培育 “ 试 管山羊 ” 的基本 过 程如下 图 所示 ,若要培育成功 ,下列叙述正确的是 ( ) A.甲过程中可通过给母山羊注射有关激素使其超数排卵 B.乙过程的目的之一是促进卵母细胞和精子的成熟 C.丙过程与乙过程中应采用相同成分的培养液 D.丁过程中早期胚胎需移植到与供体性状相同的代孕母羊子 宫内 【 解析 】 选 A。甲为