体外受精和早期胚胎培养课件.ppt

胚胎工程 体外受精胚胎体外培养胚胎移植胚胎分割胚胎干细胞 研究的技术手段 研究的对象 高等脊椎动物 特别是哺乳动物 胚胎工程 操作的对象早期胚胎或配子 最后结果产生动物个体 满足人类需求 国产奶牛 年均产奶量3000公斤左右国际良种奶牛 年均产奶量10000公斤左右引进一头良种成年奶牛需要3万 5万元牛的生育率低 一头牛一胎只一个 一生只能生育四五次 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 1982年世界首例试管牛犊问世 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 阅读教材P69 前三段 从试管牛的实例分析 试管动物技术除能提高动物繁育力外 还有什么经济价值 试管动物技术需要哪些动物细胞工程技术 需要哪些方面的基础理论研究成果做支持 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 借腹怀胎 主要包括 和等几个主要步骤 概念 采取雌性动物的和雄性动物的 使其在中受精 注 发育的主要场所是母体 卵细胞 精子 试管 卵细胞的采集 精子的获取 受精 体外受精 书P69 对不同动物 采集卵母细胞的方法不同 实验动物如小鼠 兔 以及家畜猪 羊等卵细胞的采集 最常用的方法是卵巢经过处理 具体做法是给供体注射 使一头母畜一次排出比自然情况下多几倍到十几倍的卵子 之后从中冲取卵子 直接与获能的精子在体外受精 超数排卵 促性腺激素 输卵管 卵母细胞的采集和培养 书P69 70 大家畜或大型动物 如牛 卵细胞的采集 从屠宰场已屠宰母畜的中采集卵母细胞 也可以借助 或等工具确定卵泡位置 直接从活体动物中吸取泡卵液 连同卵母细胞 取出 在体外进行人工培养 使其成熟 卵巢 超声波 B超 探测仪 内窥镜 腹腔镜 牛卵巢 卵母细胞的采集和培养 B超引导法 借助超声波探头和屏幕的引导 从活母畜卵巢采集卵母细胞 操作员先将带有超声波探头和采卵针的采卵器通过阴道插入子宫 同时通过将卵巢贴在探头上 根据B超屏幕所显示的卵泡位置 利用采卵针穿刺卵泡并同时抽吸卵母细胞 卵母细胞的采集和培养 CO2培养箱内进行培养 卵母细胞的成熟培养 如何使雌性动物排出更多的卵子促性腺激素处理对于大家畜或大型动物如何采集卵子屠宰场 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 卵母细胞的采集和培养 复习 假阴道法 手握法 电刺激法 精子的收集和获能 书P70 71 获能处理 培养法 啮齿动物 家兔和猪将取自附睾的精子 放入人工配制的获能液中培养一段时间 化学法 牛 羊 将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中 用化学药物诱导 使精子获能 精子的收集和获能 在体外受精前 要对精子进行获能处理 通常采用的体外获能方法有和两种 对于 和的精子 一般采用培养法 对于 等家畜的精子常用化学法 培养法 精子在获能液中获能 化学诱导法 精子一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中 用化学药物诱导获能 培养法 化学诱导法 啮齿动物 家兔 猪 牛 羊 复习 1 概念 是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 2 基本原理 人工模拟体内环境 包括营养 温度 pH等 使初级卵母细胞成熟 同时使精子获能 最终完成受精作用 并有计划地保存胚胎 体外受精 获能的精子和培养成熟的卵子 一般情况下在或中完成受精过程 获能溶液 专用受精溶液 体外受精 书P71 72 体外受精过程 检查受精状况和受精卵的发育能力 人工授精就是体外授精吗 人工受精就是用人工方法将精液注入雌性动物体内 所以受精过程在体内完成 体外受精的受精过程在体外完成 概念辨析 概念 是应用人工创造条件 对获取的进行体外培养 培养液成分 早期胚胎 胚胎的早期培养 水 无机盐 有机盐 维生素 氨基酸 激素 核苷酸 血清等 不同动物胚胎移植时间不同牛 羊 桑椹胚或囊胚阶段小鼠 家兔 卵裂期或囊胚阶段试管婴儿 8个或16个细胞阶段 胚胎培养发育到适宜阶段时 可将其取出向受体移植或冷冻保存 牛体外受精胚胎工厂化生产流程图 书P73 试管动物 利用精子 卵子体外受精 胚胎培养 胚胎移植获得的各种动物 试管婴儿 利用精子 卵子体外受精 胚胎培养 胚胎移植获得的人体后代 体外受精技术的应用 动物胚胎工厂化生产 解决人类男性或女性不育问题 世界上第一个试管婴儿路易斯 布朗 胚胎移植 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 将经济价值较高 遗传性状优秀的母畜 经过激素处理 使其超数排卵后受精 然后将发育的早期胚胎分别移植到同期发情的代孕母的子宫内 通过代孕母妊娠产仔的技术 胚胎的来源 雌性动物的早期胚胎 或通过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 转基因 核移植等 细胞核移植的方法 体细胞核移植 胚胎细胞核移植 回顾 胚胎体外培养技术 动物细胞培养技术 核移植技术 胚胎移植技术 优良供体 超数排卵 发情配种 收集胚胎 受体母牛 正常繁殖或两三个月后做另一次移植 同期发情 发情 胚胎移植 妊娠 有价值的后裔 什么方法 促性腺激素 优良公牛 牛胚胎移植技术路线示意图 怎样做到 注射相关激素 同步发情 又称同期发情 利用某些激素制剂人为地控制并调整一群母畜发情周期的进程 使之在预定时间内集中发情 优良供体 超数排卵 发情配种 收集胚胎 受体母牛 正常繁殖或两三个月后做另一次移植 同期发情 发情 胚胎移植 妊娠 有价值的后裔 优良公牛 牛胚胎移植技术路线示意图 用具有什么特点的牛作为供体牛 遗传性能和生产性能优秀的个体 用具有什么特点的牛作为受体牛 健康并能正常繁殖的个体 如何收集 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 冲卵是从输卵管或子宫角取出早期胚胎 母牛非手术冲卵示意图 优良供体 超数排卵 发情配种 收集胚胎 受体母牛 正常繁殖或两三个月后做另一次移植 同期发情 发情 胚胎移植 妊娠 有价值的后裔 优良公牛 牛胚胎移植技术路线示意图 如何移植 具体步骤 冲卵后 对胚胎进行质量检查 这时的胚胎应发育到桑椹胚或囊胚阶段 将收集的胚胎直接向受体移植或放入 196 的液氮中保存 液氮罐 6天收集的胚胎 未拣 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 对受体母牛进行是否妊娠的检查 受体母牛产下胚胎移植的犊牛 供体后代还是受体后代 受体移胚 胚胎移植的生理学基础 1 供体和受体相同的生理环境 如何保证 供 受体生理状态要相同 为此必须做到 A 供 受体母畜的发情时间一致 哺乳动物发情排卵后 不管是否妊娠 在一段时间内 同种动物的供 受体生殖器官的生理变化是相同的 B 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 在胚胎移植过程中 受体母畜必须处于与供体母畜同步发情的状态 为什么 因为两者之间的妊娠期 体内的激素水平要相同或者接近 否则胚胎就不能正常的着床 这是胚胎移植成功与否的关键 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 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 什么部位 输卵管和子宫角 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 为什么 指发生了什么生理过程 同物种动物之间进行胚胎移植易于成功 选择 供体母牛 受体母牛 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 复习 同期发情 胚胎移植成功的关键 同时发情植入相应部位同物种 复习 试管动物与胚胎移植不同点 比较 体外受精 体内自然受精 从供体获得卵子和精子 获得受精卵或胚胎 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 受体母羊与所生羔羊 一次移入三枚胚全部成活 胚胎移植效果 胚胎移植的现状和意义 胚胎移植实现了优良性状个体的繁育 如果我们能确定某个胚胎将发育为非常理想的个体 那么有没有办法让这样的一个胚胎一次性地繁育更多的个体 思考 胚胎分割阅读课本 思考以下问题 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 采用机械方法 显微手术 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 为何要做这步才能移植 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 为什么选择这样的胚胎发育时期 成倍增加胚胎数量 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 发育良好的胚胎 切割针 刀或酶处理 细胞分散开 受体 多个受体 移植 体外培养至囊胚移植 培养液 胚胎分割操作过程 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 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 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 胚胎分割基本过程 代孕母牛 牛胚胎分割的主要用途 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 胚胎不能无限分割 那么有没有别的办法实现优良个体的多胎繁殖呢 思考 胚胎干细胞 阅读课本 思考以下问题 1 什么是胚胎干细胞 简称是什么 2 胚胎干细胞的来源 3 胚胎干细胞的特性 4 胚胎干细胞的应用 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 全能细胞 囊胚 胎儿 内细胞团细胞 生殖腺细胞 受精 胚胎干细胞分离培养 分离内细胞团 胰蛋白酶处理 转入培养皿中培养 不加饲养层细胞培养 细胞分化 饲养层的细胞一般是胚胎成纤维细胞 因为胚胎成纤维细胞可以分泌一些能抑制细胞分化的物质 满足促进干细胞生长的同时抑制干细胞分化的条件 EK细胞 ES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 治疗人类的某些顽症 利用ES细胞可以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 在动物实验方面 用ES细胞诱导分化出的某些组织细胞已成功地治愈糖尿病 肝衰竭 心衰竭和成骨不良等疑难病症 3 主要用途 2 培育出人造组织器官 用于器官移植 随着组织工程技术的发展 通过ES细胞体外诱导分化 还可以培育出人造组织器官 解决目前临床上存在的供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题 还有什么技术可以完成此工作 3 主要用途 3 ES细胞也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 能够维持不分化的状态 在培养液中加入分化诱导因子 就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化 3 主要用途 早期胚胎配子 胚胎移植体外受精胚胎分割胚胎干细胞培养等 哺乳动物的受精卵和早期胚胎的发育规律 基因 细胞细胞器 获取目的基因构建表达载体目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定 植物组织培养植物体细胞杂交动物细胞培养核移植和克隆动物细胞融合单克隆抗体 中心法则 细胞全能性细胞膜流动性免疫原理 动物细胞培养 糖 氨基酸 促生长因子 无机盐 微量元素和血清等胚胎培养液 无机盐 有机盐 维生素 激素 氨基酸 核苷酸 血清等 比较 1 下列不属于胚胎工程的是 A 体外受精B 胚胎分割 胚胎移植C 胚胎干细胞培养D 转基因鲤鱼的培育 2 有一个卵原细胞中含有A与A B与B 两对同源染色体 它形成的含有AB的配子有 A 1个B 0或1个C 2个D 4个 D B 练习 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 A 练习 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 B 练习 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 A 练习 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 C 练习 我国首例 虎狮兽 2002年在南京红山动物园诞生 利用了雄虎的精子和雌狮的卵子 体外受精 完成这一过程需要解决的问题 精子在体外用获能物质处理 用化学物质处理掉卵黄膜便于精子进入 抽取精子 卵子的核进行融合 精子入卵后进行人工处理防止多精入卵 练习 下列正确的 卵裂期细胞经过了细胞分裂 不再分化 原肠胚细胞属于全能细胞 囊胚腔先于原肠腔出现 桑椹胚开始进行孵化 练习 P81 思考与探究 1 4 用胚胎移植繁育良种种畜具有哪些实用意义 A 可充分发挥雌性优秀个体的繁殖潜力 具体表现为 缩短了供体本身的繁殖周期 同时通过超数排卵处理和胚胎移植可获得比自然繁殖多十几倍到几十倍的后代 B 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 C 经冷冻保存的胚胎可进行国内和国际交换 代替活