专题3胚胎工程 ppt课件

专题专题3 3 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，以满足人类大各 种需求。 n操作对象：早期胚胎和配子 n技术手段：胚胎移植、体外受精、 胚胎分割、胚胎干细胞培养等 n理论基础：哺乳动物的受精卵和早期胚胎 的发育规律 胚胎工程的建立 一.胚胎移植技术的研究 胚胎移植技术成为许多胚胎工程不可缺 少的基础环节。 二.胚胎移植技术的成功和应用带动和加速了 体外受精技术的研究。 三.胚胎移植和体外受精使胚胎分割、性别鉴 定、体细胞克隆、转基因胚胎、胚胎干细胞 培养等技术应运而生。 一.精子和卵子的发生 n（1）发生场所：睾丸 n（2）时间： 初情期生殖机能衰老 1.精子的发生 3、1 体内受精和早期胚胎发育 精原细胞 初级精母细胞 次级精母细胞 精子细胞 精子 M 第一阶段 第二阶段 第三阶段 M 精 子 发 生 的 过 程 多个精原细胞 变形 通过什么方式 经过什么过程才可称为 初级精母细胞 精子细胞变形中的主要变化： 1.细胞核 2.高尔基体 3.中心体 4.线粒体 5.细胞内其他物质 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, 最后脱落) 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。 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：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”。 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？ 2.卵子的发生 n(1)发生部位：卵巢 n(2)时间：减数第一次分裂是在雌性动物排 卵前完成；减数第二次分裂是在精子和卵子 结合的过程完成的。 排卵 卵原细胞 有丝分裂 多个卵原细胞 染色体复制 初级卵母细胞 M 第一极体 次级卵母细胞 两个第二极体 第二极体卵子 退化消失 （3）卵子发生过程 M 排卵前后 完成 在受精 过程完 成 被卵泡细胞包围, 形成卵泡 胎儿时期完成 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。 1.一个卵泡中能形成几个成熟的卵子？ 2.排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从 卵巢中排出？ 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？ 答：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。 答：正常情况下，一个卵泡只能形成一个 成熟的卵子。 答：是指卵子从卵泡中排出。 哺乳动物精子和卵子的发生主要有哪 些相似点或不同点？ 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；经过两次减数分裂（M和M） 才能形成精子和卵子。 不同点： 一个精原细胞多个精子；一个卵原细胞 一个卵子；精子形状为蝌蚪状；卵子为球形。多 数哺乳动物卵子的形成和在卵巢内的贮备是胎儿 出生前完成的。 二、受精 n1.概念：是精子和卵子结合形成合子（即 受精卵）的过程。 n2.场所：输卵管 一)受精前的准备阶段: 1)精子获能:精子必须在雌性动物的生 殖道发生相应的生理变化后,才获得 受精能力的生理现象. 2)卵子的准备:在输卵管中发育到减数 第二次分裂的中期,才具有与精子受 精的能力 3.过程： 二)受精阶段: 1)精子穿越放射冠和透明带 顶体反应使顶体内的酶释放出来并溶解放射冠内 的卵丘细胞 透明带反应是防止多精入卵受精的第一道屏障 2)精子进入卵黄膜 卵黄膜封闭作用是防止多精入卵受精的第二道 屏障 3)原核形成 雄原核形成和雌原核形成 4)配子结合 雌雄原核融合形成合子(受精卵) 哺乳动物受精过程示意图 穿过放射冠：在卵子外围集聚有几十个精 子，它们首先穿放射冠。 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。 穿过透明带： 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。 形成受精卵： 内细胞团 囊胚腔 4.意义 n维持每种生物前后代体细胞中染 色体数目的恒定 ；对于生物的遗 传和变异十分重要。 充满活力的精子 此时经过种种障碍的精子终于与卵子相遇，卵子外 膜成为它们第一道需要攻破的关卡。此时，精子们 把头钻到卵子的外壁上，尾巴不断拍打着，卵子则 随着精子尾部的运动缓慢地逆时针转动。 卵子的外层 被一层透明 的薄膜保护 着，这使它 看起来像一 个悬浮在天 体中的漂亮 的星球。 经过种种障碍的精子终于与卵子相遇 精子试图进入卵子 此时, 精子的头已经钻进去了, 我们还可以看到它的 中部和尾部，它就像一个不断旋转的钻头，在尾巴拍打的 驱动下，努力进入卵子。 受精后8天。胚牙完成“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 。 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 三.胚胎发育 滋养层 外胚层 中胚层 内胚层 原肠腔 1.表中哪种动物的胚胎在进入子宫时发育程度最高？ 2.将体外培养的马胚胎移植到母马子宫时，应选择什 么阶段的胚胎？如果换成牛又该怎样处理？ 资料分析 答：马的胚胎进入子宫时发育程度最高，其次为 小鼠。 答：马应选择囊胚阶段的胚胎。牛在自然情况 下，胚胎虽然最早可在816细胞阶段进入子 宫，但为了提高移植后胚胎的发育率和妊娠率 ，在实践中通常用发育到囊胚阶段的胚胎进行 移植。 3.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。 3、2 体外受精和早期胚胎培养 如果哺乳动物完成体外的胚胎发育需要 经过哪些环节? 让我们来做一次胚胎工程专 家,共同模拟研究“试管牛”工厂 化生产的技术流程 “试管牛”工厂化生产的技术流程 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 良种牛体外受精胚胎 胚胎移植 受体牛 良种犊牛 成熟期牛 屠宰加工厂市场采集卵巢中的卵母细胞 “试管牛”工厂化生产的技术流程 图 怎样才能采集到这两种细胞？ 体外受精 怎样完成 体外培养 的条件怎样 1.卵母细胞的收 集和培养 对不同动物,采 取卵母细胞的 方法不同。 例如：用促性腺 激素处理动物 ，促进排卵 2.精子的收集和获能 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：啮齿动物、 家兔和猪 化学法：牛、羊 3.受精 在获 能溶液或 专用的受 精溶液中 完成受精 过程 常用获能 药物是？ 4.胚胎的早期培养 n培养液: 水、无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基 酸、核苷酸以及动物血清等. 此培养液似曾相识? 3.3 胚胎工程的应用及前景 n家畜的胚胎移植 n胚胎分割 n体外生产胚胎技术 1、胚胎移植 n1、定义： n2、优势： n3、实质： 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、生理状况相同的其他雌性动物体内 ，使之继续发育为新个体的技术 可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力 是早期胚胎在相同生理环境条件下 空间位置的转换，而胚胎本身的遗 传物质并不发生改变，因此各种性 状能保持其原来的优良特性 胚胎移植的生理学基础 n第一： n第二： n第三： n第四： 胚胎移植的技术程序 n1.供体和受体的选择 n2. 超数排卵处理 n3.供体母畜的配种 n4.胚胎的收集 n5.胚胎的检查 n6.胚胎的保存与培养 n7.胚胎的移植 n8.对受体母牛进行妊娠检查 n9.受体母牛产下胚胎移植的小牛 2 2、胚胎分割移植、胚胎分割移植 1 1、定义：、定义： 2 2、实质：、实质： 是是指指采用机械方法将早期胚胎采用机械方法将早期胚胎 切割成切割成2 2等份、等份、4 4等份或等份或8 8等份等等份等 ，经移植获得同卵双生或多胚胎，经移植获得同卵双生或多胚胎 的技术。的技术。 来自同一胚胎的后代具有相同的来自同一胚胎的后代具有相同的 遗传物质，可看做遗传物质，可看做 动物动物无性繁殖无性繁殖或或 克隆克隆的方法之一。的方法之一。 3 3、胚胎分割移植的具体操作：、胚胎分割移植的具体操作： 选材：选材： 注意事项注意事项 选择发育良好、形态正常选择发育良好、形态正常 的桑椹胚或囊胚。的桑椹胚或囊胚。 对对囊胚阶段的胚胎进行分割时，囊胚阶段的胚胎进行分割时， 要注意内细胞团要均等分割。要注意内细胞团要均等分割。 4 4、胚胎分割所需、胚胎分割所需 的主要仪器：的主要仪器： 实体显微镜和实体显微镜和 显微操作仪显微操作仪 3.3.胚胚 胎胎 干干 细细 胞（简称胞（简称ESES或或EKEK） 1999年12月，美国科学杂志公布了当 年世界科学进展的评定结果，干细胞的研 究成果列在举世瞩目耗资巨大的人类基因 组工程之前，名列十大科学进展首位。 2002年3月，美国麻省理工学院的科学家 宣布，他们首次利用人体胚胎干细胞培育 出毛细血管，证明了胚胎干细胞技术在治 疗心血管疾病等领域的应用潜力。 目前已有报导ES细胞能在适当条件下分化 为心肌细胞，胰岛细胞，血管内皮细胞， 肝细胞等。 用胚胎移植繁育良种种畜的意义 n缩短了供体本身的繁殖周期，可在短期大幅度增 加优良个体母畜和公畜的后代数量，迅速扩大良 种畜群，加速育种和品种改良工作。 n经冷冻保存的胚胎可进行国内和国际交换，代替 活畜的引种或进出口。 n通过胚胎移植可以人为生产双胎或多胎。 n可以通过保存胚胎来保存品种资源和濒危动物。 n1.右图是同学们到某良种场进行参观后，看到的胚胎移植繁育良 种奶牛的技术流程示意图。请看图思考并讨论以下各题。 n（1）用文字完成下面的流程图。 n（2）应该怎样选择供体公、母牛和受体母牛？在中，为什么 要用促性腺激素处理供体母牛，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？ 答： 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。 答：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；需要用促性 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，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。 （1）全能干细胞: 包括：胚胎干细