1、專題3 胚胎工程,英國人W希普于1890年在劍橋大學將純種安哥拉兔的兩個4細胞胚胎移植到一只毛色特征完全不同的比利時兔的輸卵管內(nèi)。結果生出兩只純種的安哥拉子免。這是世界上第一例胚胎移植，胚胎移植技術由此創(chuàng)始。,比利時兔,安哥拉兔,胚胎工程,胚胎工程指對動物早期胚胎或配子所進行的多種顯微操作和處理技術，如胚胎移植、體外受精、胚胎分割、胚胎干細胞培養(yǎng)等技術。經(jīng)過處理后獲得的胚胎，還需要移植到雌性動物體內(nèi)生產(chǎn)后代，以滿足人類的各種需求。,操作對象：早期胚胎和配子 技術手段：胚胎移植、體外受精、 胚胎分割、胚胎干細胞培養(yǎng)等 理論基礎：哺乳動物受精和早期胚胎 發(fā)育的規(guī)律,3.1 生殖細胞的發(fā)生,1、精子

2、的發(fā)生 (1)場所:精子的發(fā)生是在 內(nèi)的 中完 成的。 (2)時期:(雄性動物)從 到 。,哺乳動物睪丸示意圖,睪丸,初情期,曲細精管,生殖機能衰退,染色體復制,初級精母細胞,精原細胞,多個精原細胞,精子發(fā)生的過程,第一階段,第二階段,第三階段,有絲分裂,M,精子細胞,次級精母細胞,M,變形,精子,線粒體,高爾基體,A、頂體的發(fā)生(高爾基體發(fā)育為頭部的頂體）,發(fā)育中的頂體,發(fā)育中的尾 （中心體）,B、尾的的發(fā)育（中心體演變?yōu)榫拥奈玻?C、精子頭的出現(xiàn),D、細胞質濃縮（細胞內(nèi)其他物質濃縮為球狀的原生質滴）,E、精子的形成（線粒體聚集在尾的基部形成線粒體鞘）,原生質滴,尾,線粒體鞘,頂體,精子細

3、胞變形成精子,精子細胞,精子,精子的形態(tài)：,（1）外形似蝌蚪，分_、_、_、三大部分。,（2）不同種動物精子的形態(tài)_，大小略有_，與動物的體形大小_ 。,頭 頸 尾,相似,不同 無關,發(fā)育為,演變?yōu)?形成,濃縮成,變?yōu)?精子頭的主要部分 頭部的頂體 精子的尾 線粒體鞘膜(尾的基部) 原生質滴(球狀),細 胞 核 高爾基體 中 心 體 線 粒 體 細胞內(nèi)其他物質,精子細胞變形中的主要變化,2、卵子的發(fā)生 (1)場所:卵子的發(fā)生是在 內(nèi)中完成的。 (2)時期:（動物胚胎）在 以后，即 。由卵原細胞通過不斷 增加其數(shù)量，并進一步演變成 。,動物細胞卵巢、卵泡和卵子的關系圖,卵巢,性別分化,胎兒期,有

4、絲分裂,初級卵母細胞,卵巢中有卵泡，每個卵泡中有一個初級卵母細胞。,有絲分裂,染色體復制等,M,卵原細胞,多個卵原細胞,胎兒時期,第一極體,M,卵子,第二極體,受精,初級卵母細胞,次級卵母細胞,合子,（卵泡）,（受精過程）,初情期后,馬,豬牛羊,排卵,生長形成透明帶,12/8/9,卵 巢,輸 卵 管,排卵前后,分裂不連續(xù)，分配不均等,1、概念:指 和 結合形成(即 )的過程。 2、場所:受精是在 內(nèi)完成的。,二、受精作用,精子,受精卵,輸卵管,卵子,合子,卵子結構圖,（卵丘細胞）,（卵黃膜）,精子穿越,3、過程,受精前的準備階段,受精階段,受精過程,精子獲能,卵子的準備,放射冠,雌雄原核形成及

5、融合,透明帶,進入,卵細胞膜,精子穿越,準備階段1：精子獲能 即精子必須在雌性動物生殖道內(nèi)發(fā)生相應生理變化后，才能獲得受精能力的現(xiàn)象。 準備階段2：卵子的準備 即卵子在輸卵管內(nèi)達到減數(shù)第二分裂中期（M）時，才具備受精能力。,受精前準備階段：,1）、穿越放射冠,頂體反應：頂體釋放頂體酶，溶解卵丘細胞之間的物質，形成精子穿越放射冠的通道。,2）、穿越透明帶,頂體酶溶解透明帶形成孔道，精子借助自身運動穿越透明帶。,當精子接觸卵黃膜的瞬間，會產(chǎn)生阻止后來精子透明帶的生理反應，這個反應稱為透明帶反應。,透明帶反應是防止多個精子進透明帶，引起多精子入卵受精的第一道屏障,3）、進入卵細胞膜,精子被微絨毛抱合

6、，隨后精子外膜與卵黃膜融合，精子進入卵 卵細胞膜反應：精子入卵后，卵黃膜會立即發(fā)生一種生理反應，拒絕其他精子再進入卵內(nèi) 防止多精子入卵受精的第二道屏障,4）、雌雄原核形成及融合,精子進入卵子后，尾部脫離，原有核膜破裂；隨后，精子形成一個新的核膜，形成一個比原來精子核還大的核，雄原核,精子進入卵后被激活的卵子完成減數(shù)第二次分裂，排出第二極體后，形成雌原核 雌原核一般小于雄原核,雌雄原核相向移動，彼此接觸，完成融合，形成受精卵,形成受精卵：,4、卵子受精的標志： 當在卵黃膜和透明帶的間隙可以觀察到兩個極體時，說明卵子已經(jīng)完成了受精。,5、受精作用的意義,1、卵裂期的概念：,起點： 終點： 過程階段

7、：,三、胚胎發(fā)育,受精卵,幼體,桑椹胚的形成卵裂,桑椹胚,細胞分裂方式為_ 細胞數(shù)目_ 胚胎總體積_或略有_ 每個細胞體積_ DNA數(shù)目_ 有機物總量_ 有機物種類_,減少,卵裂期的特點：,有絲分裂,增加,不增加,縮小,減小,增加,增加,囊胚,滋養(yǎng)層：發(fā)育成胎膜和胎盤，胚胎可通過這些組織從母體中獲得正常發(fā)育所需的氧氣和營養(yǎng)物質,內(nèi)細胞團細胞：發(fā)育成胎兒的各種組織,滋養(yǎng)層,內(nèi)細胞團,囊胚腔,桑椹胚,分化 發(fā)育,桑椹胚這一階段前的每一個細胞都具有發(fā)育成完整胚胎的潛能，稱為全能細胞（或全能干細胞）。,囊胚的形成,囊胚,原腸胚,內(nèi)胚層中胚層原腸胚,按照一定的 次序向內(nèi)運動,囊胚,原腸胚的形成,原腸腔,

8、囊胚,原腸胚,內(nèi)胚層中胚層原腸胚,胚的發(fā)育：,按照一定的 次序向內(nèi)運動,囊胚,原腸胚的形成,歸納：早期胚胎發(fā)育的幾個階段,桑椹胚：細胞屬于 。 囊胚：細胞開始 ； 將來發(fā)育成 ， 將來發(fā)育成胎膜、胎盤，出現(xiàn) 后，進一步擴大會導致 。 原腸胚：內(nèi)細胞團 形成 ， 細胞形成 ，出現(xiàn) 。,全能細胞,分化,內(nèi)細胞團,各種組織,滋養(yǎng)層,囊胚腔,孵化,表皮的細胞,外胚層,下方的,內(nèi)胚層,原腸腔,受精卵,卵裂期,桑椹胚,囊胚（內(nèi)含囊胚腔）,原腸胚（內(nèi)含原腸腔）,胎兒形成,：在透明帶內(nèi)進行有絲分裂，細胞數(shù)量不斷增加，但胚胎總體積并不增加，或略有減少。,：由具有全能性細胞構成，細胞數(shù)在32個左右，排列緊密，形似

9、桑椹,內(nèi)細胞團：發(fā)育成胎兒各組織,滋養(yǎng)層細胞：發(fā)育成胎膜和胎盤,：最初發(fā)育在輸卵管進行有絲分裂,胚胎發(fā)育,外胚層 中胚層 內(nèi)胚層 原腸腔,原腸胚3胚層的發(fā)育,外胚層：表皮及其附屬結構、神經(jīng)系統(tǒng)、感覺器官 內(nèi)胚層：消化道、呼吸道上皮、肝胰等腺體 中胚層：皮膚真皮、脊索、肌肉、骨骼、內(nèi)臟器官外膜、循環(huán)系統(tǒng)、排泄系統(tǒng)、生殖系統(tǒng),外表神經(jīng)和感官； 內(nèi)呼消化胰與肝； 其余都為中胚層,充滿活力的精子,受精后8天。胚芽完成著陸,微微嵌入子宮內(nèi)膜。此時它分裂發(fā)育為幾百個細胞。,受精后6星期，人形已隱約可見。這時，胚胎的心跳每分鐘140150下是母親心跳的兩倍。,人類胚胎第8周時在子宮內(nèi)的照片,此時胎兒已長到2

10、0周，他移動手臂，把手指放在唇邊，這可以促進它對吮吸的反映 。,胚胎工程的主要技術應用,3.2體外受精和早期胚胎培養(yǎng),試管動物技術,是指通過人工操作使卵子和精子在體外條件下成熟和受精，并通過培養(yǎng)發(fā)育成早期胚胎后，再經(jīng)移植產(chǎn)生后代的技術。,一、體外受精： 哺乳動物的精子和卵子在體外人工控制 下模擬體內(nèi)環(huán)境完成受精過程的技術。,精子的采集,卵母細胞的采集,營養(yǎng)、溫度、pH等,準備：精子獲能； 卵母細胞的培養(yǎng) 受精,1.卵母細胞的收集和培養(yǎng),1）對于大家畜或大型動物如牛,活體取卵,人工培養(yǎng),2）對于實驗動物如小鼠、兔，以及家畜豬、羊等,用促性腺激素處理 超數(shù)排卵處理,可以直接與獲能的精子在體外受精,

11、2.精子的收集和獲能,1)收集的方法: 假陰道法, 手握法 電刺激等,2)獲能處理: 培養(yǎng)法：嚙齒動物、兔、豬 化學法：牛、羊,獲能液,化學藥物,3、受精,在獲能液或專用的受精溶液中共同培養(yǎng),二、胚胎的早期培養(yǎng),培養(yǎng)液: 水、無機鹽、有機鹽、維生素、激素、氨基酸、核苷酸以及動物血清等.,當胚胎發(fā)育到適宜階段時，可將其取出 移植到受體子宮或冷凍保存,采集良種母牛的卵母細胞,卵母細胞的體外培養(yǎng),采集良種公牛精子,精子體外獲能,體外受精,早期胚胎,胚胎移植,普通受體牛子宮,良種犢牛（試管牛）,成熟期牛,屠宰加工廠,市場,采集卵巢中的 卵母細胞,“試管?！?良種牛受精卵,胚胎的早期培養(yǎng),妊娠,三、胚胎

12、移植,胚胎移植： 將雌性動物的早期胚胎，或者通過體外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同種的、生理狀態(tài)相同的其他雌性動物體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育為新個體的技術。,提供胚胎,供體,受體,對象 早期胚胎的來源 供體 受體,早期胚胎,雌性 動物體內(nèi)的早期胚胎 體外受精 或其他方法得到的胚胎,提供胚胎的雌性 接受胚胎的雌雄,借孕育胚胎的受體之腹懷供體生產(chǎn)的胎來共同繁殖后代的過程,1、概念,3、胚胎移植的主要生理學基礎,是否成功,（1）哺乳動物發(fā)情排卵后，生殖器官變化相同。,（2）胚胎形成后呈游離狀態(tài)，有利于胚胎收集。,（3）無免疫排斥反應。,（4）供體胚胎與受體子宮可建立正常生理和組織聯(lián)系，遺傳特性不受影響。

13、,4、早期胚胎來源,胚胎移植的早期胚胎來源還有哪些？ 提示：轉基因動物、克隆動物、試管動物,1）體內(nèi)受精 （配種或人工授精）,受精卵,體內(nèi)發(fā)育,3）基因工程 （轉基因）,重組受精卵,早期胚胎培養(yǎng),4）動物細胞核移植,重組細胞,2）體外受精,受精卵,有性繁殖,無性繁殖,轉基因動物,克隆動物,試管動物,胚胎移植是胚胎工程其他技術的最后一道工序,5、優(yōu)勢,意義：充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力。,1）優(yōu)秀雌雄的職能只是生產(chǎn)優(yōu)良胚胎， 縮短了繁殖周期； 2）超數(shù)排卵，一次得到多個后代,選擇,供體母牛,受體母牛,同期發(fā)情處理*,超數(shù)排卵*,供體公牛,配種,取出早期胚胎,質量檢查、培養(yǎng),胚胎移植,妊娠檢查,

14、分娩（胚胎移植的犢牛）,胚胎移植的過程：（以牛為例）,未配種,6、意義,加速育種工作和品種改良； 大量節(jié)省了購買種畜的費用； 一胎多產(chǎn)； 保存品種資源和瀕危物種。,四、胚胎分割,1、概念： 采用機械方法將早期胚胎切割成2、4或8等份等，經(jīng)移植獲得同卵雙胎或多胎的技術。,后代具有相同的遺傳物質，可看成無性繁殖或克隆方法之一。,2、儀器,顯微操作儀,實體顯微鏡,胚胎移植,3、胚胎選擇 發(fā)育良好、形態(tài)正常的桑椹胚,4、過程：均等分割,5、注意：囊胚的內(nèi)細胞團均等分割,6、結果： 同卵雙生或多生,來自同一胚胎的后代具有相同的遺傳物質，因此，可以看做動物的無性繁殖，又稱為胚胎克隆方法。,7、意義： 提高胚胎的利用率,概念：動物胚胎及某些器官中具有自我復制和多向分化潛能的原始細胞，是重建、修復損傷或衰老細胞、器官功能的種子細胞。 類型： 專能干細胞上皮基底層的干細胞、成肌細胞 多能干細胞造血干細胞 全能干細胞胚胎干細胞,干細胞,成體干細胞,1、概念：簡稱ES或EK細胞，是由早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細胞。,五、胚胎干細胞,2