33胚胎工程的应用和前景

试管动物试管动物利用精子、卵利用精子、卵子体外受精、胚胎培养、胚胎移植子体外受精、胚胎培养、胚胎移植获得的各种动物。获得的各种动物。试管婴儿试管婴儿利用精子、卵利用精子、卵子体外受精、胚胎培养、胚胎移植子体外受精、胚胎培养、胚胎移植获得的人体后代。获得的人体后代。体外受精技术体外受精技术的应用：动物胚胎工厂的应用：动物胚胎工厂化生产，解决人类男性或女性不育化生产，解决人类男性或女性不育问题。问题。世界上第一个试管婴儿路易斯世界上第一个试管婴儿路易斯-布朗布朗 广州广州8 8胞胎胞胎-尝试试管婴儿尝试试管婴儿 连中八元连中八元概念概念:将雌性动物的将雌性动物的早期胚胎早期胚胎,或者或者通过其通过其他方式得到的胚胎他方式得到的胚胎,移植到移植到同种的、生同种的、生理状态相同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,使使之发育为新个体的技术。之发育为新个体的技术。将经济价值较高、遗传性状优秀的母畜，经过将经济价值较高、遗传性状优秀的母畜，经过激素处理。使其超数排卵后受精，然后将发育激素处理。使其超数排卵后受精，然后将发育的早期胚胎分别移植到同期发情的代孕母的子的早期胚胎分别移植到同期发情的代孕母的子宫内，通过代孕母妊娠产仔的技术宫内，通过代孕母妊娠产仔的技术胚胎的来源：胚胎的来源：雌性动物的雌性动物的早期胚胎早期胚胎，或通过，或通过体体外受精外受精及及其他方式其他方式得到的胚胎。得到的胚胎。供体：供体：提供胚胎的个体。提供胚胎的个体。受体：受体：接受胚胎的个体。接受胚胎的个体。受体的条件：受体的条件：同种、生理状态相同。同种、生理状态相同。转基因、核移植等优良供体超数排卵发情配种收集胚胎受体母牛正常繁殖或两三个月后做另一次移植同期发情发情胚胎移植妊娠有价值的后裔优良公牛如何移植？具体步骤？1)1)加速育种工作和品种改良；加速育种工作和品种改良；2)2)大量节省购买种畜的费用；大量节省购买种畜的费用；3)3)一胎多产；一胎多产；4)4)保存品种资源和濒危物种；保存品种资源和濒危物种；5)5)可以充分发挥雌性优良个体的繁可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力殖潜力,缩短繁殖周期缩短繁殖周期,增加一生增加一生繁殖的后代数量。繁殖的后代数量。1)1)供体和受体供体和受体相同相同的生理环境；的生理环境；如何保证？供、受体生理状态要相同，为此必须做到A A、供、受体母畜的发情时间一致。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、受体生殖器官的生理变化是相同的。B B、移入受体子宫胚胎的位置应该与其在供体内的位置相同或相似。移入胚胎一侧的受体子宫对应的卵巢必须有黄体存在。在胚胎移植过程中，受体母畜必须处于与供体母畜同步发情的状态。为什么？这是这是胚胎移植成功与否的关键胚胎移植成功与否的关键。胚胎移植实质上是早期胚胎胚胎移植实质上是早期胚胎在相同生理环境条件下空间在相同生理环境条件下空间位置的转移。你认为这样的位置的转移。你认为这样的概括正确吗？概括正确吗？正确。正确。1)1)供体和受体供体和受体相同相同的生理环境；的生理环境；2)2)早期胚胎处于早期胚胎处于游离状态游离状态,为胚胎的为胚胎的收集提供了可能；收集提供了可能；什么部位？输卵管和子宫角输卵管和子宫角1)1)供体和受体供体和受体相同相同的生理环境；的生理环境；2)2)早期胚胎处于早期胚胎处于游离状态游离状态,为胚胎的为胚胎的收集提供了可能；收集提供了可能；3)3)受体对移入子宫的胚胎基本上受体对移入子宫的胚胎基本上不不发生免疫排斥发生免疫排斥；4)4)胚胎与受体胚胎与受体建立正常的联系建立正常的联系,但遗但遗传物质没有改变。传物质没有改变。为什么？指发生了什么生理过程？同物种动物之间进行胚胎移植易于成功。优良供体超数排卵发情配种收集胚胎受体母牛正常繁殖或两三个月后做另一次移植同期发情发情胚胎移植妊娠有价值的后裔什么方法？促性腺激素优良公牛怎样做到？注射相关激素 同步发情同步发情：又称同期发情，又称同期发情，利用某些激素制剂人为地控制并利用某些激素制剂人为地控制并调整一群母畜发情周期的进程，调整一群母畜发情周期的进程，使之在预定时间内使之在预定时间内集中发情集中发情。优良供体超数排卵发情配种收集胚胎受体母牛正常繁殖或两三个月后做另一次移植同期发情发情胚胎移植妊娠有价值的后裔优良公牛用具有什么特点的牛作为供体牛？遗传性能和生产性遗传性能和生产性能优秀的个体能优秀的个体用具有什么特点的牛作为受体牛？健康并能正常繁殖健康并能正常繁殖的个体的个体如何收集？在配种或输精后第在配种或输精后第7 7天，天，用特制的冲卵装置，把用特制的冲卵装置，把供体母牛子宫内的胚胎供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来。冲洗出来。冲卵冲卵是从是从输输卵管卵管或或子宫子宫角角取出取出早期早期胚胎胚胎冲卵后，对胚胎进行质量检查。这时的胚胎应发育到桑椹胚或囊胚阶段。将收集的胚胎直接向受体移植或放入-196的液氮中保存液氮罐6天收集的胚胎（未拣）方法一：手术法方法一：手术法具体做法：引出受体子宫和具体做法：引出受体子宫和卵巢，将胚胎注入卵巢，将胚胎注入子宫角子宫角，缝合创口。缝合创口。方法二：非手术法方法二：非手术法将装有胚胎的移植管送入受将装有胚胎的移植管送入受体母牛子宫的相应部位，注体母牛子宫的相应部位，注入胚胎。入胚胎。对受体母牛进行是否妊娠的检查对受体母牛进行是否妊娠的检查受体母牛产下胚胎移植的犊牛受体母牛产下胚胎移植的犊牛供体后代还是受体后代？受体移胚选择选择供体母牛供体母牛受体母牛受体母牛 处理处理超数排卵超数排卵供体公牛供体公牛配种配种冲卵冲卵质量检查、培养质量检查、培养胚胎移植胚胎移植妊娠检查妊娠检查分娩（胚胎移植的犊牛）分娩（胚胎移植的犊牛）胚胎移植的基本程序胚胎移植的基本程序同期发情同期发情 同时发情 植入相应部位 同物种受体母羊与所生羔羊一次移入三枚胚全部成活胚胎移植效果 胚胎移植实现了优良性状个体胚胎移植实现了优良性状个体的繁育，如果我们能确定某个胚胎的繁育，如果我们能确定某个胚胎将发育为非常理想的个体，那么有将发育为非常理想的个体，那么有没有办法让这样的没有办法让这样的一个胚胎一次性一个胚胎一次性地繁育更多的个体地繁育更多的个体？阅读课本，思考以下问题：（1）胚胎分割的概念（2）胚胎分割特点（3）胚胎分割的理论基础（4）胚胎分割操作过程1.1.概念概念:采用机械方法（显微手术）将早期胚胎分割成2分胚,4分胚或8分胚,经体内或体外培养后植入受体，以得到同卵双胎或同卵多胎的技术。为何要做这步才能移植？2.2.特点：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 3、理论基础、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。为什么选择这样的胚胎发育时期？成倍增加胚胎数量4 4、选择的胚胎：、选择的胚胎：发育良好的,形态正常的桑椹胚或囊胚。5 5、使用的主要仪器：、使用的主要仪器：实体显微镜和显微操作仪。6 6、具体操作、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。发育良好的胚胎发育良好的胚胎切割针切割针/刀或酶处理刀或酶处理细胞分散开细胞分散开受体受体多个受体多个受体移植移植体外培养至体外培养至囊胚囊胚 移植移植培养液培养液7 7、操作注意事项：、操作注意事项：对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要将内细胞团均等分割将内细胞团均等分割。原因：原因：内细胞团内细胞团一般到囊胚阶段才出一般到囊胚阶段才出现，它现，它是发育为胚胎本身的基础细胞是发育为胚胎本身的基础细胞，其，其他细胞为滋养细胞，只为胚胎和胎儿发育他细胞为滋养细胞，只为胚胎和胎儿发育提供营养。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。7 7、操作注意事项：、操作注意事项：胚胎分割的份数越多，操作的难度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会越大，移植的成功率也越低。早期胚胎的早期胚胎的体积很小体积很小，只有在显微，只有在显微镜下才能看到；再者，镜下才能看到；再者，细胞数目是有限细胞数目是有限的的。分割的份数越多，不但难以做到均。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，而且等分割，每一份的细胞数会越少，而且作为囊胚期的胚胎内细胞团细胞所受的作为囊胚期的胚胎内细胞团细胞所受的影响会更大。影响会更大。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。受精卵卵裂 早期胚胎胚胎分割基本过程胚胎分割基本过程植入植入代孕母牛分割性别鉴定同卵双生错开季节的同卵双生犊牛提高家畜胚胎利用率提高家畜胚胎利用率存在问题同卵多胎的可能性有限，不易成功同卵多胎的可能性有限，不易成功8 8、胚胎分割技术的缺陷、胚胎分割技术的缺陷 （1）刚出生动物的体重偏低，毛色和斑纹还存在差异；（2）采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有限的。胚胎不能无限分割，那么有没有别的办法实现优良个体的多胎繁殖呢？胚胎干细胞胚胎干细胞阅读课本，思考以下问题：阅读课本，思考以下问题：（1 1）什么是胚胎干细胞？）什么是胚胎干细胞？简称是什么？简称是什么？（2 2）胚胎干细胞的来源。）胚胎干细胞的来源。（3 3）胚胎干细胞的特性。）胚胎干细胞的特性。（4 4）胚胎干细胞的应用。）胚胎干细胞的应用。1.1.概念：概念：简称简称ESES或或EKEK细胞细胞,是由是由早期胚胎早期胚胎或或原原始性腺始性腺中分离出来的一类细胞。中分离出来的一类细胞。全能细胞全能细胞 囊胚囊胚 胎儿胎儿 内细胞团细胞内细胞团细胞 生殖腺细胞生殖腺细胞 受精受精胚胎干细胞分离培养胚胎干细胞分离培养 分离内分离内细胞团细胞团胰蛋白酶处理转入培养皿中培养不加饲养层细胞培养细胞分化细胞分化饲养层的细胞一般是胚胎成纤维细胞，饲养层的细胞一般是胚胎成纤维细胞，因为胚胎成纤维细胞可以分泌一些能抑因为胚胎成纤维细胞可以分泌一些能抑制细胞分化的物质，满足促进干细胞生制细胞分化的物质，满足促进干细胞生长的同时抑制干细胞分化的条件。长的同时抑制干细胞分化的条件。EKEK细细胞胞加饲养加饲养层细胞层细胞 培养培养ESES细细胞胞2.2.特点特点:（1 1）形态：）形态：体积小体积小,细胞核大细胞核大,核仁明显；核仁明显；（2 2）功能：）功能：具有发育的具有发育的全能性全能性,可分化为成年可分化为成年动物体内任何一种组织细胞动物体内任何一种组织细胞;（3 3）在）在体外体外培养的条件下，培养的条件下，ESES细胞可细胞可以以增殖而不发生分化增殖而不发生分化。对它可以进行冷。对它可以进行冷冻冻保存保存，也可以进行遗传，也可以进行遗传改造改造。（1 1）治疗人类的某些顽症。）治疗人类的某些顽症。利用利用ESES细胞可以诱导分化形成新的细胞可以诱导分化形成新的组织细胞的特性，组织细胞的特性，移植移植ESES细胞可使坏死细胞可使坏死或退化的部位得以修复并恢复正常功能或退化的部位得以修复并恢复正常功能。目前，在动物实验方面，用目前，在动物实验方面，用ESES细胞诱导细胞诱导分化出的某些组织细胞已成功地治愈糖分化出的某些组织细胞已成功地治愈糖尿病、肝衰竭、心衰竭和成骨不良等疑尿病、肝衰竭、心衰竭和成骨不良等疑难病症。难病症。（2 2）培育出人造组织器官，用于器）培育出人造组织器官，用于器官移植。官移植。随着组织工程技术的发展，通过随着组织工程技术的发展，通过ESES细胞体外诱导分化，还可以培育细胞体外诱导分化，还可以培育出出人造组织器官人造组织器官，解决目前临床上，解决目前临床上存在的供体器官不足和器官移植后存在的供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。免疫排斥的问题。还有什么技术可以完成此工作？（3 3）ESES细胞也是研究体外细胞分化细胞也是研究体外细胞分化的理想材料。的理想材料。ESES细胞在细胞在饲养层饲养层细胞上，或在添加细胞上，或在添加抑制因子的培养液中，能够维持不抑制因子的培养液中，能够维持不分化的状态。分化的状态。在培养液中加入在培养液中加入分化诱导因子分化诱导因子,就就可以诱导可以诱导ESES细胞向不同类型的组织细胞向不同类型的组织细胞分化。细胞分化。专能干细胞多能干细胞全能干细胞特点理论基础能形成机体的所有组织器官，发育成完整个体胚胎干细胞只能分化成一种类型或功能密切相关的两种类型的细胞能分化成多种细胞或组织，但不能发育成完整个体上皮组织基底层的干细胞，成纤维细胞造血干细胞基因工程细胞工程胚胎工程操作对象技术手段（操作步骤）理论基础早期胚胎配子胚胎移植体外受精胚胎分割胚胎干细胞培养等哺乳动物的受精卵和早期胚胎的发育规律基因细胞细胞器获取目的基因构建表达载体目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定植物组织培养植物体细胞杂交动物细胞培养核移植和克隆动物细胞融合单克隆抗体中心法则细胞全能性细胞膜流动性免疫原理动物细胞培养：糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素和血清等胚胎培养液：无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等1.1.下列不属于胚胎工程的是：下列不属于胚胎工程的是：A.A.体外受精体外受精 B.B.胚胎分割、胚胎移植胚胎分割、胚胎移植C.C.胚胎干细胞培养胚胎干细胞培养 D.D.转基因鲤鱼的培育转基因鲤鱼的培育 2.2.有一个卵原细胞中含有有一个卵原细胞中含有A A与与AA、B B与与BB两对同源染色体，它形成的含有两对同源染色体，它形成的含有ABAB的配子的配子有有A.1A.1个个 B.0B.0或或1 1个个 C.2C.2个个 D.4D.4个个DB下列有关动物胚胎移植的叙述中，错误的下列有关动物胚胎移植的叙述中，错误的是是A.A.受孕母畜体内的受精卵或胚胎均能移植受孕母畜体内的受精卵或胚胎均能移植B.B.受体母畜必须处于与供体母畜同步发情受体母畜必须处于与供体母畜同步发情的状态的状态C.C.超数排卵技术要使用一定的激素超数排卵技术要使用一定的激素D.D.试管婴儿只是受精及早期卵裂过程在试试管婴儿只是受精及早期卵裂过程在试管中进行管中进行A下列对于优良种畜的胚胎移植的说法不正下列对于优良种畜的胚胎移植的说法不正确的是确的是A.A.供体母牛必须是同一物种的良种供体母牛必须是同一物种的良种B.B.受体母牛必须是同一物种的良种受体母牛必须是同一物种的良种C.C.供体公牛必须是同一物种的良种供体公牛必须是同一物种的良种D.D.受体母牛可以是同一物种的一般健康受体母牛可以是同一物种的一般健康牛牛B供体的胚胎移植到受体后，游离的胚胎在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。以过胎盘与受体的血液进行物质交换。以下说法正确的是下说法正确的是A.A.受体是为供体胚胎提供发育的条件受体是为供体胚胎提供发育的条件B.B.受体与胚胎血型应相同，否则会发生免受体与胚胎血型应相同，否则会发生免疫排斥反应疫排斥反应C.C.受体与胚胎血液混融在一起受体与胚胎血液混融在一起D.D.胚胎心肺功能都能正常运行胚胎心肺功能都能正常运行A 利用胚胎干细胞治疗肝衰竭，实现利用胚胎干细胞治疗肝衰竭，实现此过程的重要原因是此过程的重要原因是 A.A.细胞分裂细胞分裂 B.B.细胞特化细胞特化 C.C.细胞分化细胞分化 D.D.细胞增殖细胞增殖C 我国首例我国首例“虎狮兽虎狮兽”20022002年在南京红年在南京红山动物园诞生，利用了雄虎的精子和雌山动物园诞生，利用了雄虎的精子和雌狮的卵子狮的卵子“体外受精体外受精”完成这一过程需完成这一过程需要解决的问题要解决的问题精子在体外用获能物质处理精子在体外用获能物质处理用化学物质处理掉卵黄膜便于精子进入用化学物质处理掉卵黄膜便于精子进入抽取精子、卵子的核进行融合抽取精子、卵子的核进行融合精子入卵后进行人工处理防止多精入卵精子入卵后进行人工处理防止多精入卵 下列正确的下列正确的卵裂期细胞经过了细胞分裂，不再分化卵裂期细胞经过了细胞分裂，不再分化原肠胚细胞属于全能细胞原肠胚细胞属于全能细胞囊胚腔先于原肠腔出现囊胚腔先于原肠腔出现桑椹胚开始进行孵化桑椹胚开始进行孵化P81/思考与探究：1、（4）用胚胎移植繁育良种种畜具有哪些实用意义？A、可充分发挥雌性优秀个体的繁殖潜力。具体表现为：缩短了供体本身的繁殖周期，同时通过超数排卵处理和胚胎移植可获得比自然繁殖多十几倍到几十倍的后代。B、可在短期大幅度增加优良个体母畜和公畜的后代数量，迅速扩大良种畜群，加速育种和品种改良工作。C、经冷冻保存的胚胎可进行国内和国际交换，代替活畜的引种或进出口。D、可以人为生产双胎或多胎。E、可以通过保存胚胎来保存品种资源和濒危动物。P81P81/思考与探究：对供、受体母畜进行选择，并进行同期发情处理处理供体母畜 配种或人工授精 收集胚胎对胚胎检查、培养或保存胚胎移植 对受体母畜进行是否妊娠的检查1 1、（、（1 1）良种奶牛后代P81P81/思考与探究：1 1、（、（2 2）应该怎样选择供体公、母牛和受体母牛？）应该怎样选择供体公、母牛和受体母牛？供体公、母牛应该是具有人类所需的优良遗传供体公、母牛应该是具有人类所需的优良遗传性状的个体，而受体母牛必须具有正常的孕育、生殖性状的个体，而受体母牛必须具有正常的孕育、生殖后代的能力后代的能力 在在中，为什么要用促性腺激素处理供体母牛？中，为什么要用促性腺激素处理供体母牛？为了引起超数排卵，这样就可以获得较多的胚胎为了引起超数排卵，这样就可以获得较多的胚胎 在促性腺激素处理供体母牛前，需要对供体在促性腺激素处理供体母牛前，需要对供体和受体母牛进行同期处理吗？和受体母牛进行同期处理吗？需要对供体和受体母牛进行同期发情处理，需要对供体和受体母牛进行同期发情处理，才能使它们的生理条件达到同步或一致，使供体的胚才能使它们的生理条件达到同步或一致，使供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件。胎移入受体后有相同或相似的生存条件。P81P81/思考与探究：1、（3）在右侧的流程图中，哪一部需要进行冲卵？冲卵是把母牛的卵子冲出来吗？第步需要进行冲卵，冲卵是指将供体母畜体内的受精卵冲出来，而不是把卵子冲出来。畜牧业：提高畜牧业生产的效率畜牧业：提高畜牧业生产的效率人类：避免患上与性别相关的遗传疾病人类：避免患上与性别相关的遗传疾病书P82分离不同精子种类的应用价值：XXXX型胚胎型胚胎XYXY型胚胎型胚胎提取提取DNADNA扩增扩增SRYSRY片段片段SRYSRY探针检测探针检测阴性阴性阳性阳性双卵孪生：双卵孪生：两个卵子同时被两个精子受精 各自有胎盘、绒毛各自有胎盘、绒毛膜囊、羊膜腔；膜囊、羊膜腔；有时两个胎盘融合有时两个胎盘融合成一个；成一个；孪生孪生 性别同或不同；性别同或不同；相貌和遗传特性如相貌和遗传特性如同一般兄弟姐妹。同一般兄弟姐妹。单卵孪生：单卵孪生：一个受精卵发育成两个胚胎；一个受精卵发育成两个胚胎；可在可在3 3个阶段形成：个阶段形成：卵裂阶段卵裂阶段两个胚泡两个胚泡;早期胚泡 两个内细两个内细胞群；胞群；二胚层胚盘阶段 两两个原条。个原条。性别和相貌相同；性别和相貌相同；血型和遗传基因相血型和遗传基因相同。同。四、四、胚胎干细胞胚胎干细胞（一）胚胎干细胞的培养过程一）胚胎干细胞的培养过程胚胎工程技术：胚胎移植 体外受精 胚胎分割 胚胎干细胞培养 目前应用较多的是：胚胎移植、胚胎分割、体外生产胚胎技术。胚胎体外培养技术动物细胞培养技术什么技术什么技术什么技术什么技术什么技术什么技术核移植技术胚胎移植技术 试管动物试管动物 胚胎移植动物胚胎移植动物受精受精获取生殖获取生殖细胞细胞体外受精体外受精体内自然受精体内自然受精从供体获得从供体获得卵子和精子卵子和精子 获得受精卵获得受精卵或胚胎或胚胎