胚胎工程课件.ppt

专题3 胚胎工程,英国人W·希普于1890年在剑桥大学将纯种安哥拉兔的两个4细胞胚胎移植到一只毛色特征完全不同的比利时兔的输卵管内。结果生出两只纯种的安哥拉子免。这是世界上第一例胚胎移植，胚胎移植技术由此创始。,比利时兔,安哥拉兔,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，如体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植、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，以满足人类的各种需求。,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：哺乳动物受精和早期胚胎 发育的规律,3.1 生殖细胞的发生,减数分裂,减数第一次分裂： 同源染色体联会，非姐妹染色单体交叉互换，同源染色体分离，非同源染色体自由组合；,减数第二次分裂： 不存在同源染色体，无联会现象， 着丝粒分裂，姐妹染色单体分开,减数第一次分裂间期：DNA复制，蛋白质合成,A B C D E F,G H I,减数分裂,减数第一次分裂： 同源染色体联会，非姐妹染色单体交叉互换，同源染色体分离，非同源染色体自由组合；,减数第二次分裂： 不存在同源染色体，无联会现象， 着丝粒分裂，姐妹染色单体分开,减数第一次分裂间期：DNA复制，蛋白质合成,DNA加倍，染色体数目不变,DNA恢复，染色体数目减半,DNA减半，染色体数目减半,2N-,4N-,0,2N-,4N-,0,2N-,4N-,0,2N-,4N-,0,A,C,D,B,1、精子的发生 (1)场所:精子的发生是在 内的 中完 成的。 (2)时期:(雄性动物)从 到 。,哺乳动物睾丸示意图,睾丸,初情期,曲细精管,生殖机能衰退,染色体复制,初级精母细胞,精原细胞,多个精原细胞,精子发生的过程,第一阶段,第二阶段,第三阶段,有丝分裂,M,精子细胞,次级精母细胞,M,变形,精子,精子细胞,精子,线粒体,高尔基体,A、顶体的发生,发育中的顶体,发育中的尾 （中心体）,B、尾的的发育,C、精子头的出现,D、细胞质浓缩,E、精子的形成,原生质滴,尾,线粒体鞘,顶体,精子细胞变形成精子,发育为,演变为,形成,浓缩成,变为,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),细 胞 核 高尔基体 中 心 体 线 粒 体 细胞内其他物质,精子细胞变形中的主要变化,精子的形态：,（1）外形似蝌蚪，分_、_、_、三大部分。,（2）不同种动物精子的形态_，大小略有_，与动物的体形大小_ 。,头 颈 尾,相似,不同 无关,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：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。,讨论:,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？ 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”。,讨论:,2、卵子的发生 (1)场所:卵子的发生是在 内中完成的。 (2)时期:（动物胚胎）在 以后，即 ,由卵原细胞通过不断 增加其数量，并进一步演变成 ；,后开始减数分裂。,卵巢,性别分化,胎儿期,有丝分裂,初级卵母细胞,初情期,有丝分裂,染色体复制等,M,卵原细胞,多个卵原细胞,胎儿时期,第一极体,M,卵子,第二极体,受精,初级卵母细胞,次级卵母细胞,合子,（卵泡）,（受精过程）,初情期后,马,猪牛羊,排卵,生长形成透明带,12/8/9,卵 巢,输 卵 管,排卵前后,分裂不连续，分配不均等,卵巢中有卵泡，每个卵泡中有一个初级卵母细胞。,卵子结构图,（卵丘细胞）,（卵黄膜）,1.一个卵泡中能形成几个成熟的卵子？ 提示：正常情况下，一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。 2.排卵是指卵子从卵泡中排出，还是指卵泡从卵巢中排出？ 提示：是指卵子从卵泡中排出。,讨论:,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？ 提示：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。,讨论:,1.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；经过减数分裂（M和M）才能形成精子或卵子。,精子和卵子的发生异同,2.不同点：,睾丸,卵巢 输卵管,初情期 以后,胚胎性别分化以后,4个 精子细胞,1个卵细胞2-3个极体,均等变形,不均等不变形,蝌蚪形,球形,哺乳动物卵泡的形成和在卵巢内的储备是在出生前完成的；精子是从初情期开始的,1.以下说法不正确的是 A.雄性动物从初情期开始产生精子 B.1个精原细胞可以形成4个精子 C.对多数家畜来说，精子在睾丸内形成的时间为两个月左右 D.动物体型大的产生的精子多且大 2.一个卵泡可以形成的卵子数目是 A.1个 B.2个 C.3个 D.4个,练习：,A,D,3.下例不属于精子和卵子发生的区别的是 A.初级精母、卵母细胞的形成时间 B.M和M时间的连续性 C.成熟生殖细胞是否发生变形 D.成熟生殖细胞中染色体的数量,D,1、概念:指 和 结合形成(即 )的过程。 2、场所:受精是在 内完成的。,二、受精作用,精子,受精卵,输卵管,卵子,合子,卵子结构图,（卵丘细胞）,（卵黄膜）,精子穿越,3、过程,受精前的准备阶段,受精阶段,受精过程,精子获能,卵子的准备,放射冠,雌雄原核形成及融合,透明带,进入,卵黄膜,精子穿越,准备阶段1：精子获能 即精子必须在雌性动物生殖道内发生相应生理变化后，才能获得受精能力的现象。 准备阶段2：卵子的准备 即卵子在输卵管内达到减数第二分裂中期（M）时，才具备受精能力。,受精前准备阶段：,1.什么叫顶体反应？ 2.什么叫透明带反应？ 3.什么叫卵黄膜的封闭作用？ 4.精子入卵后会引发哪些反应变化？,1）、穿越放射冠,顶体反应：顶体释放顶体酶，溶解卵丘细胞之间的物质，形成精子穿越放射冠的通道。,2）、穿越透明带,顶体酶溶解透明带形成孔道，精子借助自身运动穿越透明带。,当精子接触卵黄膜的瞬间，会产生阻止后来精子透明带的生理反应，这个反应称为透明带反应。,透明带反应是防止多个精子进透明带，引起多精子入卵受精的第一道屏障,3）、进入卵黄膜,精子被微绒毛抱合，随后精子外膜与卵黄膜融合，精子进入卵 卵黄膜封闭作用：精子入卵后，卵黄膜会立即发生一种生理反应，拒绝其他精子再进入卵内 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,精子进入卵子后，尾部脱离，原有核膜破裂；随后，精子形成一个新的核膜，形成一个比原来精子核还大的核，雄原核,精子进入卵后被激活的卵子完成减数第二次分裂，排出第二极体后，形成雌原核 雌原核一般小于雄原核,雌雄原核相向移动，彼此接触，完成融合，形成受精卵,精、卵相遇,顶体反应,顶体酶释放,溶解卵丘细胞之间物质,穿越放射冠,接触透明带,顶体酶溶解透明带,穿越透明带,接触卵黄膜,产生透明带反应,形成第一道屏障,精子被微绒毛抱合,精子外膜与卵黄膜融合,精子注入卵,精 子 注 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,尾部脱离 原核膜破裂,形成雄原核,激活卵子完成减数第二次分裂，排出第二极体,形成雌原核,发育 移动 接触 合并,形成受精卵,4、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。,5、受精作用的意义,形成受精卵： 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。,1、卵裂期的概念：,起点： 终点： 过程阶段：,三、胚胎发育,受精卵,幼体,根据胚胎形态的变化，分几个阶段： 受精卵 卵裂（包括2细胞期、4细胞期、8细胞、16细胞期） 桑椹胚（32细胞期） 囊胚期 原肠胚期（包括内、中、外三胚层和原肠腔） 胚体 幼体,桑椹胚的形成卵裂,桑椹胚,动物极,植物极,细胞分裂方式为_ 细胞数目_ 胚胎总体积_或略有_ 每个细胞体积_ DNA数目_ 有机物总量_ 有机物种类_,减少,卵裂期的特点：,有丝分裂,增加,不增加,缩小,减小,增加,增加,囊胚,滋养层：发育成胎膜和胎盘，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：发育成胎儿的各种组织,滋养层,内细胞团,囊胚腔,桑椹胚,分化 发育,桑椹胚这一阶段前的每一个细胞都具有发育成完整胚胎的潜能，称为全能细胞（或全能干细胞）。,囊胚的形成,囊胚,原肠胚,内胚层中胚层原肠胚,按照一定的 次序向内运动,囊胚,原肠胚的形成,原肠腔,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,囊胚,原肠胚的形成,归纳：早期胚胎发育的几个阶段,桑椹胚：细胞属于 。 囊胚：细胞开始 ； 将来发育成 ， 将来发育成胎膜、胎盘，出现 后，进一步扩大会导致 。 原肠胚：内细胞团 形成 ， 细胞形成 ，出现 。,全能细胞,分化,内细胞团,各种组织,滋养层,囊胚腔,孵化,表皮的细胞,外胚层,下方的,内胚层,原肠腔,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,胚胎发育,外胚层 中胚层 内胚层 原肠腔,原肠胚3胚层的发育,外胚层：表皮及其附属结构、神经系统、感觉器官 内胚层：消化道、呼吸道上皮、肝胰等腺体 中胚层：皮肤真皮、脊索、肌肉、骨骼、内脏器官外膜、循环系统、排泄系统、生殖系统,外表神经和感官； 内呼消化胰与肝； 其余都为中胚层,充满活力的精子,受精后8天。胚芽完成“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 。,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。,胚胎工程的主要技术应用,§3.2体外受精和早期胚胎培养,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、体外受精： 哺乳动物的精子和卵子在体外人工控制 下模拟体内环境完成受精过程的技术。,精子的采集,卵母细胞的采集,营养、温度、pH等,准备：精子获能； 卵母细胞的培养 受精,1.卵母细胞的收集和培养,1）对于大家畜或大型动物如牛,活体取卵,人工培养,2）对于实验动物如小鼠、兔，以及家畜猪、羊等,用促性腺激素处理 超数排卵处理,可以直接与获能的精子在体外受精,2.精子的收集和获能,1)收集的方法: 假阴道法, 手握法 电刺激等,2)获能处理: 培养法：啮齿动物、兔、猪 化学法：牛、羊,获能液,化学药物,3、受精,在获能液或专用的受精溶液中共同培养,二、胚胎的早期培养,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.,当胚胎发育到适宜阶段时，可将其取出 移植到受体子宫或冷冻保存,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,早期胚胎,胚胎移植,普通受体牛子宫,良种犊牛（试管牛）,成熟期牛,屠宰加工厂,市场,采集卵巢中的 卵母细胞,“试管牛”,良种牛受精卵,胚胎的早期培养,妊娠,三、胚胎移植,胚胎移植： 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、生理状态相同的其他雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。,提供胚胎,供体,受体,对象 早期胚胎的来源 供体 受体,早期胚胎,雌性 动物体内的早期胚胎 体外受精 或其他方法得到的胚胎,提供胚胎的雌性 接受胚胎的雌雄,借孕育胚胎的受体之腹 怀供体生产的胎 来共同繁殖后代的过程,1、概念,如何进行同期发情处理？为什么这么做？ 超数排卵处理的作用是什么？如何处理？ 同种优秀公牛的作用是什么？ 冲卵为什么选择在配种或输精后的第七天？“卵”的含义是什么？能够顺利冲卵的生理基础是什么？ 如果受体对外来胚胎发生强烈的免疫排斥反应，那么胚胎移植能够成功？ 这样产下的牛犊其遗传特性主要谁来决定？性别呢？这属于有性繁殖，还是无性繁殖？,2、过程,3、胚胎移植的主要生理学基础,是否成功,（1）哺乳动物发情排卵后，生殖器官变化相同。,（2）胚胎形成后呈游离状态，有利于胚胎收集。,（3）无免疫排斥反应。,（4）供体胚胎与受体子宫可建立正常生理和组织联系，遗传特性不受影响。,4、早期胚胎来源,胚胎移植的早期胚胎来源还有哪些？ 提示：转基因动物、克隆动物、试管动物,1）体内受精 （配种或人工授精）,受精卵,体内发育,3）基因工程 （转基因）,重组受精卵,早期胚胎培养,4）动物细胞核移植,重组细胞,2）体外受精,受精卵,有性繁殖,无性繁殖,转基因动物,克隆动物,试管动物,胚胎移植是胚胎工程其他技术的最后一道工序,5、优势,意义：充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。,1）优秀雌雄的职能只是生产优良胚胎， 缩短了繁殖周期； 2）超数排卵，一次得到多个后代,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,取出早期胚胎,质量检查、培养,胚胎移植,妊娠检查,分娩（胚胎移植的犊牛）,胚胎移植的过程：（以牛为例）,未配种,6、意义,加速育种工作和品种改良； 大量节省了购买种畜的费用； 一胎多产； 保存品种资源和濒危物种。,四、胚胎分割,1、概念： 采用机械方法将早期胚胎切割成2、4或8等份等，经移植获得同卵双胎或多胎的技术。,后代具有相同的遗传物质，可看成无性繁殖或克隆方法之一。,2、仪器,显微操作仪,实体显微镜,胚胎移植,3、胚胎选择 发育良好、形态正常的桑椹胚,4、过程：均等分割,5、注意：囊胚的内细胞团均等分割,6、结果： 同卵双生或多生,来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质，因此，可以看做动物的无性繁殖，又称为胚胎克隆方法。,7、意义： 提高胚胎的利用率,概念：动物胚胎及某些器官中具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞，是重建、修复损伤或衰老细胞、器官功能的种子细胞。 类型： 专能干细胞上皮基底层的干细胞、成肌细胞 多能干细胞造血干细胞 全能干细胞胚胎干细胞,干细胞,成体干细胞,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。,五、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.体外培养可增殖不分化。 （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。,3、胚胎干细胞应用,（1）治疗人类组织损伤或顽症： 如帕金森综合症、少年糖尿病等； （2）培育人造组织器官： 解决供体器官不足、免疫排斥等； （3）研究体外细胞分化； （4）用于哺乳动物个体发生和发育规律的研究。,随堂练习,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体外进行,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,随堂练习,3、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,随堂练习,