胚胎工程.docx
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胚胎工程
3.1体外受精和早期胚胎培养
一、胚胎工程的建立
1、胚胎工程的概念P59
理解胚胎工程:
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:
哺乳动物的受精卵和早期胚胎的发育规律
二、精子的发生
1、形成场所:
睾丸的曲细精管
2、形成时期:
从初情期开始,直到生殖机能衰退
3、形成过程:
第一阶段一一位于曲细精管管壁的精原细胞,通过有丝分裂,产生多个初级精母细胞。
第二阶段一一精细胞的形成
第三阶段一一圆形的精子细胞变形
细胞核t精子头的主要部分
咼尔基体t头部的顶体
中心体t精子的尾
线粒体T精子尾基部的线粒体鞘膜其他物质t原生质滴(最后脱落)
4、精子的形态:
夕卜形似蝌蚪,包括头、颈、尾三部分组成。
不同动物精子的形态相似,大小略有不同。
动物精子的大小与动物的体型大小无关_
三、卵子的发生
(1)形成场所:
卵子的发生是在卵巢内完成的。
(2)形成时期:
性别分化以后
(3)形成过程:
I、胎儿期
主要的变化:
形成卵泡,在卵巢中储备。
初级卵母细胞的存在形式:
被卵泡细胞包围,形成卵泡。
U、初情期后
主要的变化:
初级卵母细胞减数分裂成为成熟的卵子。
首先:
初级卵母细胞生长
场所一一卵巢中
结果一一形成透明带、卵黄膜
其次:
减数第一次分裂
场所一一卵巢
结果一一产生1个次级卵母细胞和第一极体,进入输卵管,准备与精子受精。
完成时间——排卵前后。
举例:
排卵前女如:
马、犬;排卵后女如:
绵羊、牛、猪。
思考:
什么是排卵?
指卵子从卵泡中排出
场所输卵管
时间一一精子与卵子结合的过程中完成
结果——产生一个成熟的卵子和第二极体
思考与探讨:
问题1:
什么是判断卵子是否受精的标志?
卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体,说明卵子已经完成受精。
问题2:
—个卵泡中能形成几个成熟的卵子?
正常情况下,一个卵泡只能形成一个成熟的卵子。
问题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?
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,
直到第二次减数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。
四、精子与卵子的发生比较
场所
开始时间
细胞增殖方式
子细胞数目
是否变形
重要区别
精子
睾丸
初情期以后
先有丝分裂,后减数分裂
4个
精子细胞
变形
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;
而精子是从初情期开始的。
卵子
卵巢
输卵管
性别分化以后
先有丝分裂,后减数分裂
1个卵细胞
3个极体
不变形
五、受精
1、概念:
指精子和卵子结合形成合子(即受精卵)的过程。
2、标志:
在卵黄膜和透明带的间隙可以观察到两个极体时。
3、场所:
受精是在输卵管内完成的。
4、过程
(1)受精前的准备阶段
准备阶段1精子获能
1获能:
。
2卵泡夜、输卵管分泌物、血清等液体可以使精子获能。
准备阶段2:
卵子的准备
卵子在输卵管内达到减数第二分裂中期(Mn中期)时,才具备受精能力。
思考与探讨:
进行体外受精时,将卵母细胞取出后,是否应当将它置于与输卵管中相似的环境,让它进一
步成熟?
是的。
从卵巢上取出的卵母细胞还没有成熟,尚未完成第一次减数分裂。
应在体外人工
模拟输卵管环境进行培养,才能使其成熟,即达到受精前的成熟阶段。
(2)受精阶段
主要包括:
精子穿越放射冠和透明带,进入卵黄膜,原核形成和配子结合四个阶段
i精子穿越放射冠和透明带
1过程:
精、卵相遇t发生顶体反应(顶体酶释放溶解卵丘细胞即放射冠)t穿越放射冠接
触透明带t顶体酶溶解透明带t穿越透明带接触卵黄膜t产生透明带反应
2基本概念
放射冠:
包围在卵子透明带外面的卵丘细胞
顶体反应:
或能的精子在雌性动物的生殖道与卵子相遇时出现精子顶体膨大,精子质膜(外
膜)和顶体膜局部融合,并在融合处形成一些泡状物,随后脱落,造成精子顶体外膜出现孔洞,使顶体内储尝的酶释放。
透明带反应:
当精子穿越透明带接触卵黄膜时,卵子发出指令,阻止后继精子进入透明带的
一种生理反应。
ii进入卵黄膜
1过程:
精子被微绒毛抱合t精子外膜与卵黄膜融合t精子进入卵t卵黄膜封闭作用
2基本概念
卵黄膜封闭作用:
当第一个精子进入卵黄膜后,引起卵黄膜的紧缩增厚,阻止其他精子进入卵内与卵子结合受精
iii原核形成:
形成雄原核与雌原核
iv配子结合:
雄原核与雌原核发育、移动、接触,合并形成受精卵
小结:
精、卵相遇t发生顶体反应(顶体酶释放溶解卵丘细胞即放射冠)t穿越放射冠接触透明带t顶体酶溶解透明带t穿越透明带接触卵黄膜t产生透明带反应(防止多个精子进入
透明带,引起多精子入卵受精的第一道屏障)T精子被微绒毛抱合T精子外膜与卵黄膜融合
T精子进入卵T卵黄膜封闭作用(防止多精子入卵受精的第二道屏障)T原核形成T配子结
合
六、胚胎发育
1、最初发育场所:
输卵管
2、分裂方式:
有丝分裂
3、过程:
受精卵t卵裂期t桑椹胚t囊胚t原肠胚t胎儿形成
(1)卵裂期的特点:
细胞分裂方式为有丝分裂,细胞数目增加,胚胎总体积不增加,或略有缩小。
_
(2)桑椹胚:
细胞属于全能细胞,胚胎细胞数目32个左右。
(3)囊胚:
细胞开始分化。
形成:
内细胞团-聚集在胚胎的一端,个体较大的细胞,将来发育成各种组
滋养层-沿透明带内壁扩展和排列的,个体较小的细胞。
将来发育成胎膜、胎
盘。
囊胚腔-含有液体的囊腔。
囊胚进一步扩大会导致孵化。
(4)原肠胚:
内细胞团表皮的细胞形成外胚层,下方的细胞形成内胚层,出现原肠腔。
C表皮及其附属结构
/外胚层(内细胞团表皮的细胞形成)
I神经系统、感觉器官
(消化道、呼吸道上皮
内胚层(内细胞团下方的细胞形成)
I肝、胰等腺体
皮肤真皮
3.3胚胎工程的应用及前景
一、胚胎移植
1、概念:
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的体内,使之继续发育为新个体的技术。
供体:
提供胚胎的个体。
受体:
接受胚胎的个体。
问题一:
胚胎移植成功与否要具备的条件是什么?
答:
(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
2、应用
胚胎移植是转基因、核移植,或体外受精等技术的最后一道“工序”。
3、胚胎移植的现状
1近20年来,在牛的胚胎移植中,技术更为简单、实用。
羊的胚胎移植效率比奶牛还要高。
2自20世纪60年代以来,我国家兔、绵羊、牛、马和山羊的胚胎移植相继获得成功。
3近10年来,羊、牛的在我国部分地区已进入生产应用阶段。
4、胚胎移植的意义
胚胎移植的优势可以充分发挥雌雄优良个体的繁殖能力。
在这项技术中,供
体的职能一产生优良遗传特性的胚胎,受体担任妊娠和育仔的任务。
因此缩短了供体本生的繁殖周期。
其次,实施超数排卵处理,可获得多枚胚胎,使得一胎多产。
具体的意义可以小结如下:
(1)加速育种工作和品种改良
通过胚胎移植,可大幅度增加优良个体母畜和公畜后代的数量,使良种畜群
迅速扩大,从而加速了育种工作和品种改良。
(2)大量节省了购买种畜的费用
在世界范围内,胚胎移植不受时间和地域的限制,在国际国内进行交换,从而完全代替了活畜引种,节省费用。
(3)—胎多产
(4)保存品种资源和濒危物种
(5)可充分发挥优秀个体的繁殖潜能
a、缩短供体的繁殖周期
b、增加供体一生繁殖的后代数量
5、胚胎移植的生理学基础
(1)供体和受体生殖器官的生理变化相同,为胚胎提供相同的生理环境
(2)早期胚胎没有与母体子宫建立组织联系,处于游离状态,为胚胎的收集提
供了可能
(3)受体对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应,为胚胎存活提供可能
(4)胚胎能与受体子宫建立正常的生理和组织联系,但遗传物质不受影响
6胚胎移植的基本程序(以牛的胚胎移植为例)
分娩(受体母牛产下
1)选择——对供、受体牛进行选择供体牛:
选择遗传性能和生产性能优秀的个体受体牛:
选择有健康的体质和正常繁殖能力的个体
2)过程中的处理方法
A、用激素进行同期发情处理
使供、受体的生理条件达到同步或一致,从而使供体的胚胎移植到受体后相同或相似的生存条件——这是胚胎移植的关键
B、超数排卵处理
注射促性腺激素对供体母牛进行超数排卵处理,这是获得多个胚胎的保证
(3)保存:
-196C的液氮保存
例1、“试管婴儿”技术属于(
A
)
A胚胎移植
B.组织培养C.克隆技
术D.基因工程
例2、下列有关动物胚胎移植的叙述中,
错误的是(A)
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
例3、“冲卵”是指(D)
A.把受精卵从子宫冲洗出来B.把卵细
胞从子宫冲洗出来
C.把卵细胞冲散,便于收集D.把胚胎
从子宫冲洗出来
小结:
胚胎移植成功率的高低与供、受体生理环境的一致性密切相关,只有供、受体生理环境高度一致,移入受体的胚胎才能被接受,并继续发育。
因此,
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。
作为胚胎工程的最终技术环节,也将推动胚胎工程其他技术的研究和应用。
接下来让我们了解另一胚胎工程技术一胚胎分割
1、概念:
采用机械方法将早期胚胎切割成2等份,4等份或8等份等,经移植获
得同卵双胎或多胎的技术。
就胚胎分割技术本身而言,是将同一胚胎分割成几部分,借助胚胎移植技术产生遗传物质完全相同的后代,是一种无性繁殖的方式,属于动物克隆的一种方法。
2、特点:
后代具有相同的遗传物质
3、选择的胚胎:
发育良好的,形态正常的桑椹胚或囊胚
4、使用的主要仪器:
实体显微镜和显微操作仪
5、具体操作:
将胚胎移入盛有操作液的培养皿中,用分割针或分割刀片将其切
开,吸取其中半个胚胎,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。
注意:
对囊胚阶段的胚胎进行分割时,要将内细胞团均等分割
内细胞团将来发育为胎儿的各种组织,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。
问题二:
为什么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?
答:
早期胚胎的体积很小,只有在显微镜下才能看到;细胞数目有限的;分割的份数越多,难以做到均等分割,从而影响囊胚期胚胎内的细胞团细胞。
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。
例4、胚胎分割技术研究的理论根据是(A)
A.细胞分化B.细胞全能性C.细胞增
殖D.细胞再生
例5、表现型不同的母牛生育出基因型完全相同的小牛。
产生这一结果最可能的原因是(C)
A.试管动物培养B.胚胎移植
C.胚胎分割移植D.受精卵移植
例6进行胚胎分割时,应选择的胚胎发育时期是(D)
A.桑椹胚或原肠胚
C.囊胚或原肠胚
B.桑椹胚或囊胚
D.
内细胞团
过渡:
胚胎分割技术已在多种动物中取得成功,但仍存在一些问题,刚出生的动物体重偏低,毛色和斑纹上存在差异,同卵多胎的可能性有限,最常见的为同卵双胎。
那么,是否有一种细胞既可保存又可以进行遗传改造呢?
生:
胚胎干细胞
三、胚胎干细胞
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
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
3、主要用途
(1)治疗人类的某些顽症
移植ES细胞修复坏死或退化部位,治愈糖尿病、肝(心)衰竭、成骨不良等病症
(2)体外诱导培育出人造组织器官,用于器官移植
(3)研究体外细胞分化的理想材料
ES细胞在牛黄酸、丁酰环腺苷酸等诱导因子作用下可向不同类型组织细胞分化
例7、(多选)下列各项中,属于胚胎干细胞技术的应用的有(A、BD)
A.为新药的研究和开发提供材料
B.为细胞和组织移植提供无免疫原性的材料
C•有目的地促进某种生物的进化
D.改良并创造动物新品种
例8、利用胚胎干细胞治疗肝衰竭,实现此过程的重要原因是(C)
A.细胞分裂B.细胞特化C.细胞分化D.细胞增殖