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胚胎工程 胚胎工程的概念 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 1 生殖细胞的形成 生殖细胞分别由原始性细胞经过减数分裂而成的 2 胚胎的发育 精子和卵细胞受精合成的受精卵是下一代新生命的开始 3 1体内受精和早期胚胎发育 一 精子和卵子的发生 一 精子的发生 1 发生场所 睾丸 2 时间 初情期 生殖机能衰老 1 精子的发生 精原细胞 有丝分裂 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 染色体复制 变形 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 二 卵子的发生 1 发生部位 卵巢和输卵管2 时间 卵原细胞和初级卵母细胞的形成在胚胎时期 卵巢 减数第一次分裂是在雌性动物排卵前后完成 卵巢 减数第二次分裂是在精子和卵子结合的过程完成的 输卵管 放射冠 动物的胚胎在性别分化以后 雌性胎儿卵巢内的卵原细胞 通过有丝分裂增加其数量 演变为初级卵母细胞 被卵泡细胞包围形成卵泡 透明带 卵泡 卵母细胞 卵泡细胞 卵母细胞与卵丘细胞间的1层厚膜 糖蛋白 卵丘 卵母细胞 卵丘细胞 属于卵泡细胞 放射冠 黄体 排卵后 由卵泡形成的富有血管的腺体样结构 分泌孕激素等 卵子的发生 排 初级卵母细胞 或者 次级卵母细胞 排卵 卵子从卵泡排出 进入输卵管 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 卵子发生过程 M 在卵巢中 排卵前后完成 进入输卵管 在受精过程完成 被卵泡细胞包围 形成卵泡 胎儿时期完成 生长 形成透明带和卵黄膜 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 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 注意 1 区分受精的标志和受精完成的标志2 精子和卵子发生的区别 雌雄原核融合 形成合子 即核融合形成受精卵 卵子和精子发生的比较 睾丸的曲细精管 场所唯一 卵巢 M 输卵管 M 场所不唯一 初情期 性别分化后开始 卵泡的形成和在卵巢内的储备在出生前完成 减 分裂在精子和卵子结合过程中完成 M 和M 是连续的 需变形成蝌蚪状精子 细胞质均等分配 M 和M 是不连续的 不需变形 卵子是球状的 细胞质不均等分配 形成4个精子细胞 形成1个卵细胞和3个极体 原始生殖细胞的增殖为有丝分裂 生殖细胞的成熟为减数分裂 成熟过程均经一次复制和两次分裂 子细胞中的染色体数目减半 巩固练习 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 3 排卵时 排出的细胞是 A 卵原细胞B 初级卵母细胞C 成熟卵细胞D 初级卵母细胞或次级卵母细胞 4 卵子的成熟部位和受精部位分别是 A 卵巢 卵巢B 卵巢 输卵管C 输卵管 输卵管D 输卵管 子宫 D C 二 受精 一 受精的概念 是精子和卵子结合形成合子 即受精卵 的过程 二 场所 输卵管 是不是所有动物的受精过程都发生在输卵管中 过程 精卵识别 精子附着于卵膜 精卵质膜融合 注意 同种动物精子 卵细胞表面有特异性相互识别的蛋白 这是同种动物精卵才能结合的原因之一 4 结果 受精卵形成 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 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 穿过透明带 形成受精卵 精 卵相遇 顶体反应 顶体酶释放 顶体酶溶解透明带 接触透明带 穿越放射冠 溶解卵丘细胞 放射冠 穿越透明带 接触卵黄膜 产生透明带反应 形成第一道屏障 作用 精子被微绒毛抱合 精子外膜与卵黄膜融合 精子进入卵 防止多个精子进入透明带 精子进入卵后 变化 变化 变化 产生卵黄膜封闭作用 形成第二道屏障 作用 尾部脱离核膜破裂 形成雄原核 形成雌原核 激活卵子完成减数第二次分裂 排出第二极体 发育移动接触合并 形成受精卵 防止多精入卵 3 意义 对于进行有性生殖的生物来说 通过减数分裂和受精作用可以维持每种生物前后代体细胞中染色体数目的恒定 这对于生物的遗传和变异十分重要 思考 你认为受精卵中的遗传物质来自什么 1 下列说法正确的是 A 成熟精子遇到卵子便可发生受精作用B 排出成熟卵子细胞的过程即为排卵C 卵子形成时的分裂过程均在卵巢内完成D 卵子发生中的减数第二次分裂是在精子和卵子的结合过程中完成的 2 下列有关排卵的叙述 正确的是 A 排卵是指卵泡从卵巢中排出B 精子和卵子受精后发生排卵C 排卵时已完成减数分裂 因此 排出的卵子仅含体细胞一半的遗传物质D 排卵后卵子进入输卵管 准备与精子受精 D A 受精后8天 受精卵完成 着陆 微微嵌入子宫内膜 此时它分裂发育为几百个细胞 三 胚胎发育 受精后6星期 人形已隐约可见 这时 胚胎的心跳每分钟140 150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 1 个体发育的起点 受精卵受精卵一形成就在输卵管内进行有丝分裂 2 卵裂期 输卵管分裂方式 有丝分裂 细胞数目 细胞体积 胚胎总体积 增加 变小 基本不变 受精卵在卵膜内完成发育 所需营养来自受精卵本身 故发育过程早期胚胎体积基本无变化 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 D A 3 桑葚胚细胞数目 32个左右 细胞特点 每个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能 属于全能性细胞 囊胚期 滋养层 发育成胚胎的附属结构或胚外结构 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 即胚胎干细胞 是一种未分化的细胞 具有全能性 能发育成完整的胚胎 滋养层 内细胞团 囊胚腔 囊胚的形成 细胞开始分化 受精卵 第一次卵裂 第二次卵裂 第三次卵裂 桑椹胚 囊胚 原肠胚 内胚层 中胚层 原肠胚 胚的发育 按照一定的次序向内运动 受精卵 卵裂 囊胚 原肠胚的形成 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 外胚层中胚层内胚层原肠腔 1 下列关于胚胎发育的叙述 正确的是 A 胚胎发育早期随细胞不断分裂体积增大B 在桑椹胚阶段 胚胎内部出现空腔C 原肠胚阶段的每一细胞都属于全能细胞D 原肠胚阶段出现胚层分化 2 下列叙述正确的是 多选 A 胚胎发育的早期有一段时间是在透明带内进行的B 内细胞团将来发育成胎盘和胎膜C 哺乳动物早期胚胎在一定时间内不与母体子宫建立组织上的联系D 早期胚胎发育到一定阶段才可从培养液取出向受体移植 D ACD 3 右图表示蛙的受精卵发育至囊胚过程中的某一变化 若横坐标表示时间 则纵坐标可表示 A 有机物总量B 每个细胞DNA含量C 所有细胞体积之和D 所有细胞表面积总和与体积总和的比值 4 下图表示蛙的受精卵发育至囊胚过程中 各种量的变化趋势 其中正确的是 多选 时间 DNA总量 时间 每个细胞体积 胚胎体积 有机物总量 时间 时间 C ABC 二 体外受精和胚胎体外培养 体外受精 概念 采取雌性动物的卵细胞和雄性动物的精子 使其在试管受精 过程 1 精子的收集和获能 2 卵母细胞的收集和培养 3 获能精子和卵细胞的受精 试管动物 在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程 体外受精 胚胎体外培养 概念 将受精卵在人工环境下培养成早期胚胎 培养液 不同时期成分不同 水 无机盐 有机物 维生素 激素 氨基酸 核苷酸以及动物血清等 胚胎培养比组织 细胞培养要难 其他方式 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 不同动物胚胎移植时间不同 桑椹胚阶段 牛 羊 8个或16细胞胚阶段 小鼠 家兔 4个细胞胚阶段 试管婴儿 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 三胚胎移植 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 一 胚胎移植 1 概念 将雌性动物的 或者通过其他方式得到的胚胎 移植到的 的其他雌性动物的体内 使之发育为新个体的技术 同种 生理状态相同 早期胚胎 胚胎的来源 雌性动物的早期胚胎或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 胚胎移植的意义 加速育种工作和品种改良 大量节省购买种畜的费用 一胎多产 保存品种资源和濒危物种 可充分发挥优秀个体的繁殖潜能缩短繁殖周期 增加一生繁殖的后代数量 思考与讨论 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 只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 增加了供体一生繁殖的后代数量 受体的职能 担任繁重而漫长的妊娠和育仔的任务 1 供 受体的选择和处理 使用激素进行同期发情处理 超数排卵处理 2 配种或人工授精 3 胚胎收集 冲卵 检查 胚胎发育到桑椹胚或囊胚 培养或保存 196OC的液氮 4 胚胎移植 手术法 引出子宫和卵巢将其注入 非手术法 用移植管将其送入子宫 5 对受体母畜进行是否妊娠的检查 胚胎移植的基本程序 归纳 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 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 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 思考与讨论 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 思考与讨论 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 胚胎移植的生理学基础 归纳 1 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体和受体生殖器官的生理变化是相同的 为供体胚胎移入受体提供相同的生理环境 2 哺乳动物的早期胚胎形成后处于游离状态 在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系 为胚胎的收集提供了可能 3 受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应 为胚胎在受体内的存活提供了可能 4 供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系 但移入受体的供体胚胎 其遗传特性在孕育过程中不受任何影响 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 课堂小结 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 巩固提升 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 胚胎分割 1 概念 指借助显微操作技术 采用机械方法 将早期胚胎切割成几等份 再移植到代孕母子宫 产生同卵多仔后代的技术 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 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 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 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