高中生物选修3-胚胎工程.ppt

胚胎工程指对动物早期胚胎或配子所进行的多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。内生产后代，以满足人类的各种需求。2021/3/29 星期一1操作对象：操作对象：早期胚胎和配子早期胚胎和配子技术手段：技术手段：胚胎移植、体外受精、胚胎移植、体外受精、胚胎分割、胚胎干细胞培养等胚胎分割、胚胎干细胞培养等理论基础：理论基础：哺乳动物受精和早期胚胎哺乳动物受精和早期胚胎 发育的规律发育的规律2021/3/29 星期一2一、精子的发生一、精子的发生3 3、过程：、过程：1 1、场所、场所:2 2、时期、时期:睾丸睾丸初情期初情期生殖机能衰退生殖机能衰退分三个阶段分三个阶段2021/3/29 星期一3第阶段第阶段初级精母细胞的形成初级精母细胞的形成精原细胞精原细胞多个初级精母细胞多个初级精母细胞 数次有数次有丝分裂丝分裂第阶段第阶段：精子细胞的生成精子细胞的生成初级精母细胞初级精母细胞次级精母细胞次级精母细胞精子细胞精子细胞MMM减数分裂减数分裂第阶段：精子细胞变形成精子第阶段：精子细胞变形成精子大量精大量精原细胞原细胞染色体复制染色体复制和其他物质和其他物质的合成的合成2021/3/29 星期一4 1.1.细胞核细胞核2.2.高尔基体高尔基体3.3.中心体中心体4.4.线粒体线粒体5.5.细胞内其他物质细胞内其他物质精子头的主要部分精子头的主要部分头部的顶体头部的顶体精子的尾精子的尾线粒体鞘线粒体鞘(尾的基部尾的基部)原生质滴原生质滴(球状球状,最后脱落最后脱落)精子细胞变形总结精子细胞变形总结2021/3/29 星期一5二、卵子的发生二、卵子的发生1 1、场所：、场所：卵巢、输卵管卵巢、输卵管2、时期：胚胎性别分化以后（卵子的发生是在卵巢完成的）内3、过程2021/3/29 星期一6胎儿期胎儿期初情期后初情期后卵原细胞卵原细胞有丝分裂有丝分裂 初级卵初级卵母细胞母细胞初级卵初级卵母细胞母细胞次级卵母细胞次级卵母细胞 第一极体第一极体合子和两个极体合子和两个极体M M发生时间发生时间:受精时受精时发生地点发生地点:输输卵卵管管时间：排时间：排卵卵前后前后生长，生长，透明带透明带生成生成2021/3/29 星期一7概念:指精子和卵子结合形成合子 (即受精卵)的过程。标志:在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时。场所:受精是在输卵管内完成的。受受受受 精精精精实质：卵核和精核的融合三、2021/3/29 星期一8过过程程受精受精前的前的准备准备阶段阶段受精阶受精阶段段准备阶段准备阶段1精子获能精子获能准备阶段准备阶段2卵子的准卵子的准备备2021/3/29 星期一9（一（一)受精前的准备阶段受精前的准备阶段:1)1)精子获能精子获能:精子必须在雌性动物的精子必须在雌性动物的生殖道发生相生殖道发生相应的生理变化后应的生理变化后,才获得才获得受精能力受精能力的生理现象的生理现象.2)2)卵子的准备卵子的准备:在输卵管中发育到在输卵管中发育到减数第二次分裂减数第二次分裂的中期的中期,才具有与精子受精的能力才具有与精子受精的能力3.3.过程：过程：2021/3/29 星期一10（二）受精阶段（二）受精阶段 包括精子穿越包括精子穿越放射冠放射冠和和透明带透明带，进入，进入卵黄膜卵黄膜，原核形成原核形成和和配子结合配子结合。哺乳动物受精过程示意图哺乳动物受精过程示意图哺乳动物受精过程示意图哺乳动物受精过程示意图1)精子穿越放射冠和透明带精子穿越放射冠和透明带顶体反应顶体反应透明带反应透明带反应(第一道第一道)2)精子进入卵黄膜精子进入卵黄膜卵黄膜封闭作用（第二道）卵黄膜封闭作用（第二道）3)原核形成原核形成雄原核和雌原核形成雄原核和雌原核形成4)配子结合：配子结合：雌雄原核融合形成合子雌雄原核融合形成合子(受精卵受精卵)2021/3/29 星期一11精、卵相遇精、卵相遇顶体反应顶体反应顶体酶释放顶体酶释放溶解卵丘细溶解卵丘细胞之间物质胞之间物质穿越放射冠穿越放射冠接触透明带接触透明带顶体酶溶解顶体酶溶解透明带透明带穿越透明带穿越透明带接触卵黄膜接触卵黄膜产生透明带产生透明带反应反应精子被微绒精子被微绒毛抱合毛抱合精子外膜与卵黄精子外膜与卵黄膜融合膜融合精子注入卵精子注入卵形成第一形成第一道屏障道屏障2021/3/29 星期一12精精子子注注入入卵卵后后变化变化变化变化变化变化产生卵黄膜产生卵黄膜封闭作用封闭作用尾部脱离核尾部脱离核膜破裂膜破裂形成雄形成雄原核原核激活卵子完激活卵子完成减数第二成减数第二次分裂，排次分裂，排出第二极体出第二极体形成雌形成雌原核原核发育发育 移动移动 接触接触 合并合并形形成成受受精精卵卵形成第二形成第二道屏障道屏障2021/3/29 星期一13胚胎发育胚胎发育胚后发育胚后发育幼体幼体性成熟个体性成熟个体受精卵受精卵动物个体发育的大致过程动物个体发育的大致过程2021/3/29 星期一14根据胚胎形态的变化，可将早期发育的胚胎分为以下几个阶段：受精卵桑椹胚原肠胚幼体（胎儿）卵裂期二、胚胎发育的过程：二、胚胎发育的过程：囊胚2021/3/29 星期一15受精卵受精卵卵裂期卵裂期桑椹胚桑椹胚囊胚（内含囊胚腔）囊胚（内含囊胚腔）原肠胚（内含原肠腔）原肠胚（内含原肠腔）胎儿形成胎儿形成：在：在透明带内透明带内进行有丝分裂，细胞数量不断进行有丝分裂，细胞数量不断增加，但胚胎总体积并不增加，或略有减少。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，细胞数在由具有全能性细胞构成，细胞数在3232个左右，个左右，排列紧密，形似桑椹排列紧密，形似桑椹内细胞团：发育成胎儿各组织内细胞团：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最初发育在输卵管进行有丝分裂胚胎发育胚胎发育滋养层滋养层外胚层外胚层中胚层中胚层内胚层内胚层原肠腔原肠腔2021/3/29 星期一16 是指通过人是指通过人工操作使工操作使卵子卵子和和精子精子在体外条件在体外条件下成熟和下成熟和受精受精，并通过并通过培养发育培养发育成早期胚胎成早期胚胎后，后，再经再经移植移植产生后产生后代的技术。代的技术。试管动物技术试管动物技术2021/3/29 星期一172、试管动物技术过程：、试管动物技术过程：第一步：第一步：体外受精体外受精 第二步：第二步：胚胎的早期培养胚胎的早期培养第三步：第三步：胚胎移植胚胎移植2021/3/29 星期一18（一）卵母细胞的采集和培养（一）卵母细胞的采集和培养 对不同动物对不同动物,采集卵母细胞的方法不同。采集卵母细胞的方法不同。实验动物如小鼠兔，实验动物如小鼠兔，以及家畜以及家畜猪猪、羊等、羊等采用的主要方法采用的主要方法：1、用用促性腺激素促性腺激素处理，处理，使其排出更多的卵子使其排出更多的卵子(超数排卵），然后从超数排卵），然后从输卵管输卵管中冲取卵子中冲取卵子直接与获能的精子在直接与获能的精子在体外受精体外受精。对于大家畜或大型动物，对于大家畜或大型动物，如如牛牛采用的主要方法：采用的主要方法：2、从、从屠宰场已屠宰母畜的屠宰场已屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞，中采集卵母细胞，3、也可、也可以借助以借助超声波超声波(B超超)探测仪探测仪、内窥镜内窥镜或或腹腔镜腹腔镜等工具，等工具，直接从活体动物的卵巢中直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞。吸取卵母细胞。采集的卵母细胞都要在体采集的卵母细胞都要在体外经人工培养成熟，才能外经人工培养成熟，才能与或能的精子受精与或能的精子受精2021/3/29 星期一19（二）精子的采集和获能采集方法获能方法假阴道法:手握法:电刺激法:培养法:化学诱导法:精子在精子在获能液获能液中获能中获能(适用于啮齿动物、适用于啮齿动物、家兔和家兔和猪猪等等)精子一定浓度的精子一定浓度的肝素肝素或或钙离子载体钙离子载体（适用于（适用于牛牛、羊等家畜）、羊等家畜）适用于较大的动物适用于猪和犬等体型较小，易于控制的家畜适用于野生或经济动物（刺激腰荐部的射精中枢神经)2021/3/29 星期一20（三）受精（三）受精 获能的精子获能的精子和培养成熟的卵和培养成熟的卵子，一般情况下子，一般情况下在在 或或中完成受精过程。中完成受精过程。获能溶液获能溶液专用受精溶液专用受精溶液 注意：精子和卵子一般要放在培养液小滴内共同培养一段时间才能完成受精2021/3/29 星期一21三、胚胎的早期培养三、胚胎的早期培养培养液成分：培养液成分：无机盐无机盐、有机盐有机盐、维生素维生素、激素、激素、氨氨基酸基酸、核苷酸核苷酸、血清血清等等早期胚胎早期胚胎精子与卵子在体外受精后，应将受精卵移入发育培养液中继续培养，以检查受精状况和受精卵的发育能力2021/3/29 星期一22 不同动物胚胎移不同动物胚胎移植时间不同植时间不同牛牛、羊：、羊：桑椹胚或囊桑椹胚或囊胚阶段胚阶段小鼠、家兔：小鼠、家兔：更早更早试管试管婴儿婴儿：8 8个或个或1616个细胞阶段个细胞阶段 胚胎培养发育到胚胎培养发育到适宜阶段适宜阶段时，可将其取时，可将其取出出向受体移植向受体移植或或冷冻保存。冷冻保存。2021/3/29 星期一23胚胎移植胚胎移植采集良种母牛的卵母细胞采集良种母牛的卵母细胞卵母细胞的体外培养卵母细胞的体外培养采集良种公牛精子采集良种公牛精子精子体外获能精子体外获能体外受精体外受精良种牛体外受精胚胎良种牛体外受精胚胎受体牛受体牛良种犊牛良种犊牛成熟期牛成熟期牛屠宰加工厂屠宰加工厂市场市场采集卵巢中采集卵巢中的卵母细胞的卵母细胞“试试管管牛牛”工工厂厂化化生生产产的的技技术术流流程程图图2021/3/29 星期一24一一.胚胎移植胚胎移植（一）概念（一）概念:将雌性动物的早期胚胎将雌性动物的早期胚胎,或者通过或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎体外受精及其他方式得到的胚胎,移植到移植到同种同种的、的、生理状态相同生理状态相同的其他雌性动物的体内的其他雌性动物的体内,使使之继续发育为新个体的技术。之继续发育为新个体的技术。注意：（注意：（1）胚胎的来源：）胚胎的来源：雌性动物的早期胚胎或者雌性动物的早期胚胎或者通过体外受精及其它方式得到的胚胎。通过体外受精及其它方式得到的胚胎。（2）胚胎的受体：）胚胎的受体：同种的、生理状态相同的其它雌同种的、生理状态相同的其它雌性动物。性动物。（3）目的：继续发育为新个体）目的：继续发育为新个体进行胚胎移植的优势是进行胚胎移植的优势是可充分发挥雌性优可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。良个体的繁殖潜力。缩短繁殖周期缩短繁殖周期,增加一增加一生繁殖的后代数量生繁殖的后代数量2021/3/29 星期一251.1.哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，在一哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，在一段时间内段时间内同种动物的供体和受体生殖器官的生同种动物的供体和受体生殖器官的生理变化是相同的理变化是相同的。为供体胚胎移入受体提供相同的生理环境为供体胚胎移入受体提供相同的生理环境（三）（三）.胚胎移植的生理学基础胚胎移植的生理学基础2.2.哺乳动物的胚胎形成后哺乳动物的胚胎形成后处于处于游离状态游离状态，在一，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系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为胚胎的收集提供了可能2021/3/29 星期一263.3.受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。疫排斥反应。为胚胎在受体内的存活提供了可能为胚胎在受体内的存活提供了可能4.4.供体胚胎可与受体子宫建立正常的供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组生理和组织联系织联系，但移入受体的供体胚胎，其，但移入受体的供体胚胎，其遗传特性遗传特性在孕育过程中不受任何影响。在孕育过程中不受任何影响。2021/3/29 星期一275.5.胚胎移植成功与否要有两个条件胚胎移植成功与否要有两个条件（1 1）胚胎移植一般应在）胚胎移植一般应在同种的雌性同种的雌性供体供体和受体之间进行。和受体之间进行。（2 2）进行胚胎移植的供体和受体的）进行胚胎移植的供体和受体的生理生理状态要相同。状态要相同。2021/3/29 星期一28二二.胚胎分割胚胎分割1.1.概念概念:采用采用机械方法机械方法将早期胚胎切割成将早期胚胎切割成2 2等份等份,4,4等份或等份或8 8等份等等份等,经移植经移植获得同卵双获得同卵双胎或多胎的技术胎或多胎的技术.2、理论基础、理论基础 动物胚胎细胞的动物胚胎细胞的全能性全能性。3.3.特点特点:后代具有后代具有相同的遗传物质相同的遗传物质.（无性无性繁殖或克隆繁殖或克隆）.4.4.选择的胚胎选择的胚胎:发育良好的发育良好的,形态正常的桑形态正常的桑椹胚或囊胚椹胚或囊胚.(.(内细胞团均分）内细胞团均分）5.5.使用的主要仪器：使用的主要仪器：实体显微镜实体显微镜和和显微操显微操作仪作仪(还有还有切割刀、切割针切割刀、切割针）二、胚胎分割2021/3/29 星期一29三、胚胎干细胞三、胚胎干细胞1.1.概念：简称概念：简称ESES或或EKEK细胞，是由细胞，是由早期胚胎早期胚胎或或原始原始性腺性腺中分离出来的一类细胞。中分离出来的一类细胞。2021/3/29 星期一302.2.特点特点:1)1)形态：体积小、细胞核大、核仁明显。形态：体积小、细胞核大、核仁明显。2)2)功能：具有发育的功能：具有发育的全能性全能性；可分化为成年动物；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。体内任何一种组织细胞；体外培养可增殖不分化。3 3）在）在体外体外培养的条件下，培养的条件下，ESES细胞可以细胞可以增殖而不发增殖而不发生分化生分化。对它可以进行冷冻保存，也可以进行遗。对它可以进行冷冻保存，也可以进行遗传改造。传改造。2021/3/29 星期一313.3.主要用途主要用途(1)(1)治疗人类的某些顽症治疗人类的某些顽症(2)(2)培育出人造组织器官，用于器官移植培育出人造组织器官，用于器官移植(3)(3)是研究体外细胞分化的理想材料是研究体外细胞分化的理想材料2021/3/29 星期一32胚胚胎胎干干细细胞胞培培养养2021/3/29 星期一33胚胎干细胞核胚胎干细胞核移植：移植：指把胚胎指把胚胎干细胞核移植干细胞核移植到去核的卵细到去核的卵细胞中，经过胚胞中，经过胚激活、胚胎培激活、胚胎培养、胚胎移植养、胚胎移植后直接由受体后直接由受体完成克隆动物完成克隆动物的技术。的技术。2021/3/29 星期一34