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第3节 胚胎工程
二 胚胎工程技术及其应用
荷斯坦牛是产奶量很高的奶牛品种，原产于荷兰，但是一头荷斯坦牛的售价高昂一头良种成年奶牛需3万---5万元。一头牛一胎只产一头牛犊，一生只生育4、5次。牛的自然繁殖的速度太慢，不能满足生产需要。
母牛其实是有很强的生殖潜能的，只是没有激发出来。
某公司从国外引进了一对纯种荷斯坦奶牛，如何快速、大量繁殖引进的良种奶牛呢？
荷斯坦牛
新疆褐牛
创设情境
试管动物:
是指通过人工操作使卵子在体外受精，经培养发育为早期胚胎后，再进行移植产生的个体。
个体
精子
卵子
受精卵
体外受精
早期胚胎
子宫
胚胎移植
早期胚胎发育
思考：如何培育试管奶牛？“试管牛”是应用哪些技术生产的？
一、体外受精
1.过程：哺乳动物的体外受精技术主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等步骤。
注意：精子离心处理的目的是，去除精清中的抑制获能的物质。
新鲜或解冻的精液
精子离心处理
获能精子
卵巢
MⅡ期卵母细胞
体外受精
培养
胚胎移植
采集卵母细胞
体外培养
采集精子
体外获能
体外受精
早期胚胎培养
受体牛
（时期： ）
1）超数排卵（试剂）
2）活体取卵（仪器）
3）从屠宰的卵巢取卵
方法
方法
试剂
（试剂）
成熟的卵子
获能的精子
MII中期
方法
一、体外受精
2.意义：体外受精技术是提高动物繁殖能力的有效措施，还可以为胚胎移植提供可用的胚胎。
项　目 自然受精 人工授精 体外受精
不 同 点 过程 不同 雌雄动物交配完成 用人工的方法将公畜的精液注入母畜生殖道内,完成受精 人工获取精子、卵母细胞,在体外分别经处理后完成受精过程
场所 不同 雌性动物输卵管中 雌性动物输卵管中 体外培养液中
相同点 ①精子获能、卵子成熟后方能完成受精过程;②都是有性生殖 二、胚胎移植
1.概念：将体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的雌性动物的体内，继续发育为新个体的技术。
良种公牛
良种母牛
良种胚胎
代孕母牛
良种犊牛
体内受精、转基因技术、动物细胞核移植技术等
二、胚胎移植
1.概念：将体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的雌性动物的体内，继续发育为新个体的技术。
体内受精、转基因技术、动物细胞核移植技术等
“供体”：提供胚胎的个体。
“受体”：接受胚胎的个体。
（1）胚胎来源:体外受精及其他方式得到的胚胎
（2）供体和受体
供体选择标准：遗传性状优良、生产能力强
受体选择标准：有健康体质和正常繁殖能力
主要职能：产生具有优良遗传特性的胚胎。
主要职能：繁重而漫长的妊娠和育仔任务。
二、胚胎移植
1.概念：将体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到同种的、生理状态相同的雌性动物的体内，继续发育为新个体的技术。
体内受精、转基因技术、动物细胞核移植技术等
（3）实质:早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。
（4）地位:胚胎工程的最终技术环节。
2.意义：可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。大大缩短了供体本身的繁殖周期。增加供体一生繁殖后代的数量。
a.缩短了供体本身的繁殖周期，同时通过超数排卵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.可在短期内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。
3.胚胎移植的基本程序
供体、受体的选择和处理
发情配种或人工授精
胚胎的收集、检查、培养或保存
胚胎的移植及移植后的检查
二、胚胎移植
冲卵
收集胚胎并检查
对受体进行妊娠检查
……同期发情处理……
激素处理
超数排卵处理
手术法
非手术法
优良供体公牛
发情配种
或人工受精
具有优良性状的后代
优良供体母牛
（遗传性状优良，生产能力强）
健康受体母牛
（有健康体质和正常生殖能力）
受体发情
胚胎移植
正常繁殖或两三个月后进行另一次移植
二、胚胎移植
……同期发情处理……
激素处理
优良供体母牛
（遗传性状优良，生产能力强）
健康受体母牛
（有健康体质和正常生殖能力）
思考：什么是同期发情处理？
利用某些激素人为地控制并调整一群母畜发情周期的进程，使之在预定时间内集中发情。
同期发情处理的目的是什么？
使他们的生理环境达到同步或一致，这样供体的胚胎移入受体后有相同或相似的生存条件，这是胚胎移植成功与否的关键。
二、胚胎移植
……同期发情处理……
激素处理
超数排卵处理
优良供体母牛
（遗传性状优良，生产能力强）
健康受体母牛
（有健康体质和正常生殖能力）
受体发情
超数排卵的目的是什么？
诱使一头母畜一次排出比自然情况下多许多的成熟卵子，用于配种或者人工授精，可获得多枚胚胎 ，经胚胎移植可得到多个后代。
思考：如何进行超数排卵？
注射外源促性腺激素
二、胚胎移植
冲卵
收集胚胎并检查
对受体进行妊娠检查
……同期发情处理……
激素处理
超数排卵处理
手术法
非手术法
优良供体公牛
发情配种
或人工受精
具有优良性状的后代
优良供体母牛
（遗传性状优良，生产能力强）
健康受体母牛
（有健康体质和正常生殖能力）
受体发情
胚胎移植
正常繁殖或两三个月后进行另一次移植
收集胚胎并检查
收集：用特制的冲卵装置，把供体母牛子宮内的
胚胎冲洗出来(也叫冲卵)。
冲卵：用配制好的冲卵液，借助特制的冲卵装置，
将供体母畜子宫或输卵管中的胚胎冲洗出来。
检查：用显微镜检查胚胎是否发育到桑椹胚或
囊胚阶段。
保存：将收集的胚胎放入-196℃的液氮中保存。
-196℃
3.胚胎移植的基本程序
二、胚胎移植
注意：冲卵的含义是从子宫中冲出胚胎，而非冲出卵子。
冲卵
收集胚胎并检查
对受体进行妊娠检查
……同期发情处理……
激素处理
超数排卵处理
手术法
非手术法
优良供体公牛
发情配种
或人工受精
具有优良性状的后代
优良供体母牛
（遗传性状优良，生产能力强）
健康受体母牛
（有健康体质和正常生殖能力）
受体发情
胚胎移植
正常繁殖或两三个月后进行另一次移植
3.胚胎移植的基本程序
二、胚胎移植
胚胎移植
一般选择移植桑葚胚或囊胚阶段的胚胎。
冲卵
收集胚胎并检查
对受体进行妊娠检查
……同期发情处理……
激素处理
超数排卵处理
手术法
非手术法
优良供体公牛
发情配种
或人工受精
具有优良性状的后代
优良供体母牛
（遗传性状优良，生产能力强）
健康受体母牛
（有健康体质和正常生殖能力）
受体发情
胚胎移植
正常繁殖或两三个月后进行另一次移植
3.胚胎移植的基本程序
二、胚胎移植
对受体进行妊娠检查（检查受体是否妊娠）
对受体进行妊娠检查
思考·讨论·胚胎移植的生理学基础
1.将检验合格的胚胎移植到任何一个受体的子宫内，胚胎都能正常发育吗 如果不能，在胚胎移植前应该对受体进行怎样的处理
不一定；一般情况下检查合格的胚胎需要移植到同种的、生理状况相同的受体子宫内，胚胎才能继续发育。
在胚胎移植前应该对受体进行同期发情处理，使供体和受体生殖器的生理变化同步，目的是为供体的胚胎移入受体提供相同的生理环境。
受体对来自供体的胚胎基本上不会发生免疫排斥反应。
2.受体会不会对来自供体的胚胎发生免疫排斥反应
3.胚胎移植后，经受体孕育的后代，其遗传特性与供体还是受体保持一致 为什么
胚胎移植后，经受体孕育的后代的遗传特性与供体保持一致，供体胚胎与受体子宫建立的仅是生理和组织上的联系，其遗传物质在孕育过程中不会发生任何变化。
正确。因为胚胎移植的成功率与供体、受体生理环境条件的一致性密切相关。只有供体、受体生理环境条件高度一致，移入受体的胚胎才能被接受，并继续发育。所以，我们可以把胚胎移植简单概括为早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。
思考·讨论·胚胎移植的生理学基础
4.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。你认为这样的概括正确吗 为什么
生理学基础 意义
补充了解——胚胎移植的生理学基础
哺乳动物发情排卵后，不管是否妊娠，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化是相同的。
为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境。
哺乳动物早期胚胎形成后，在一定时间内不会与母体子宫建立组织上的联系，而是处于游离状态。
为胚胎的收集提供可能。
受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应。
为胚胎在受体内的存活提供了可能。
供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，但移入受体的供体胚胎的遗传特性，在孕育过程中不受任何影响（即遗传物质不会发生改变）。
为移植后的胚胎继续发育提供了营养等方面的保障，同时保留了遗传特性。
早期胚胎细胞具有很强的分裂能力，并保持着细胞全能性，能不能将一个胚胎分割成几份，从而提高胚胎的利用率？
三、胚胎分割
1.胚胎分割概念：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。
三、胚胎分割
1.胚胎分割概念：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。
理论基础：早期胚胎干细胞具有很强的分裂能力，并保持着细胞全能性。
产生后代的特点:
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。
所需要的主要仪器设备：
体视显微镜和显微操作仪。
分割用具：
分割针或分割刀。
2.胚胎分割操作程序
(1)选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚(桑葚胚或囊胚的内细胞团细胞具有发育的全能性)，移入盛有操作液的培养皿中。
（2）在显微镜下用分割针或分割刀片对胚胎进行分割。
（3）分割后的胚胎可以直接移植给受体或经体外培养后，再移植给受体。
三、胚胎分割
显微镜下切割胚胎
囊胚腔
透明带
滋养层
内细胞团
分割针
分割针
做DNA分析，鉴定性别
已知性别胚胎
二分胚
内细胞团
胚胎移植
性别鉴定的取样部位：滋养层；性别鉴定的方法：DNA分析。
对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要将内细胞团均等分割？
若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。
囊胚腔
透明带
滋养层
内细胞团
分割针
二分胚
内细胞团
操作注意事项：
透明带
桑葚胚（32细胞）
原肠胚
代孕母牛
犊牛
（1）胚胎分割的优点
①可以促进优良动物品种的繁殖；
②产生的遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料；
③在胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查等，对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代有重要意义。
（2）胚胎移植的局限性
实践证明，采用胚胎分割技术产生同卵多胎的可能性是有限的，分割次数越多，分割后胚胎成活的概率越小，目前仍然以二分胚胎的分割和移植效率最高。另外，还存在刚出生动物体重偏低，毛色、斑纹可能存在差异等问题。
3.胚胎分割的优点和局限性
三、胚胎分割
到社会中去
可以向胚胎工程专家提出的问题有：公司繁育成功的良种奶牛是将胚胎几等分得到的后代 采用胚胎分割技术，理论上一头纯种荷斯坦奶牛一年可由代孕母牛生下多少头小牛 实际得到了多少头 如果理论值与实际值存在差异，产生差异的原因是什么 胚胎分割后经移植获得的同卵双胎或多胎，是否保持了良种奶牛所有的优良性状 是否有生理缺陷 等等。
胚胎工程的技术手段
体外受精
卵母细胞的采集
受精
精子的获取
胚胎移植
供体、受体的选择和处理
配种或人工授精
胚胎的收集、检查、培养或保存
胚胎的移植
移植后的检查
胚胎分割
胚胎分割概念
胚胎分割的优点和局限性
胚胎分割操作程序
小结：
1.下列有关哺乳动物体外受精的叙述，正确的是 (　 　)
A.给实验动物注射促性腺激素，使其产生更多的精子
B.从输卵管中采集的卵母细胞经培养后才能与获能的精子受精
C.获能的精子和成熟的卵子，不能在获能溶液中完成受精
D.卵母细胞与精子受精后才能完成减数第二次分裂
2.关于胚胎移植生理学基础的叙述，不正确的是( 　)
A.在发情后的最初一段时间，母牛即使没有受精，其生殖系统也处于受精后的生理状态
B.胚胎在受体子宫中发育，不改变其基因型
C.一般来说，同一物种的受体母畜对于具有外来抗原物质的胚胎并没有免疫排斥现象
D.移植的胚胎，依靠自身储存的营养物质继续完成胚胎发育
D
课堂练习：
D
3.下列有关胚胎分割叙述不正确的是(　 　)
A.通过胚胎分割可以产生基因型相同的个体
B.胚胎分割移植，实现同卵多胎的成功率较低
C.取滋养层细胞进行性别鉴定、遗传病筛查，是因为囊胚的滋养层和内细胞团是由同一受精卵分裂产生的
D.胚胎分割时可采用胰蛋白酶处理囊胚，将内细胞团细胞分散开
D
课堂练习：
4.下图为牛胚胎移植示意图，请据图回答：
（1）牛胚胎移植程序中，①通常是通过　　　　　________进行同期发情处理，然后②使用________激素使供体母牛超数排卵。
（2）③对胚胎进行质量检查时，胚胎应发
育到________或者________阶段。
（3）为提高胚胎的利用率，可通过_____
_____技术增加胚胎的数量。
促性腺
分割
注射激素
囊胚
桑葚胚
胚胎
课堂练习：

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