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(共38张PPT)
第2章 细胞工程
第3节 胚胎工程(2)----基本技术及应用
胚胎工程
早期胚胎培养
受精
胚胎移植
体外受精
胚胎分割
基本技术及应用
理论基础
学习目标
资料1：
1.引进一头良种成年奶牛需3万---5万元
2.一头牛一胎只产一头牛犊，一生只生育4、5次。
实际问题:
背景知识
牛的生育率虽然很低，但是一头母牛一生排出的卵细胞约200个左右，卵巢中卵母细胞数量是它的1000倍（20万）；公牛平均每次射精5ml,精子数50亿。
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。
国产奶牛:年均产奶量3000公斤左右;
国际良种奶牛:年均产奶量10000公斤左右;
我国蒙古黄牛:均重300KG；
海福特肉用牛:2岁体重可达800KG。
资料2：
那如何实现良种牛快速繁殖呢
背景知识
1982年世界首例“试管牛” 犊问世
1、“试管牛”是怎么回事？
2、“试管牛”是应用哪些技术生产的？
资料3：
试管动物
通过人工操作使卵子和精子在体外条件下成熟和受精(体外受精)，并通过培养发育为早期胚胎培养后，再经移植产生后代的技术。
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
基本技术1:体外受精
卵母细胞的采集
培养
成熟卵母细胞
精子的采集
获能处理
获能的精子
受精
受精卵
1）卵母细胞的采集和培养
2）精子的采集和获能
3）受精
基本技术1:体外受精
1）卵母细胞的采集和培养
方法一：输卵管采卵(冲取卵子)
超数排卵:利用促性腺激素促使雌性动物排出更多的卵子，从输卵管中冲取卵子。
适合实验动物(兔、鼠)以及家畜猪、羊等。
方法二：屠宰动物的卵巢采卵
从已屠宰的雌性动物体内摘取卵巢，再从卵巢中采集卵母细胞。
适合大型动物或大家畜，如：牛、马等。
牛卵巢
牛卵巢取卵
方法三：活体采卵(卵巢中)
借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜等仪器，直接从活体动物卵巢中吸取卵母细胞。
适合大型动物或大家畜，如：牛、马等。
获得的卵子可以直接与获能精子在体外受精吗？
基本技术1:体外受精
1）卵母细胞的采集和培养
采集方法 适用范围 采集过程 培养
输卵管采卵 (冲取卵子)
卵巢采卵 屠宰动物 的卵巢采卵
活体采卵 实验动物以及家畜
大型动物
或大家畜
小鼠 兔
猪 羊
牛 马
利用促性腺激素促使雌性动物排出更多的卵子，从输卵管中冲取卵子。
从已屠宰的雌性动物体内摘取卵巢，再从卵巢中采集卵母细胞
借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜等仪器，直接从活体动物卵巢中吸取卵母细胞。
可直接与获能的精子在体外受精。
采集后的卵母细胞都要在体外经过人工培养成熟后，才能与获能的精子受精。
(不需要)
(需要)
基本技术1:体外受精
2）精子的采集和获能
①精子的采集方法(3种)
假阴道法 | 手握法 | 电刺激法
②精子的获能
方法 操作过程 适用动物
培养法 将精子放入人工配制的获能液中使其获能 啮齿动物、家兔及猪等动物
化学 诱导法 将精子放在一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液中，用化学药物诱导精子获能 牛、羊等家畜
获能的精子和培养成熟的卵子，一般情况下都可以在获能溶液或专用的受精溶液中共同培养一段时间。
精子获能前应离心处理：
精液由精子和精清两部分组成。精清中含有一种能抑制精子获能的物质，因此在一般情况下，精液中的精子无法获能。
精子获能前进行离心处理，目的是除去精清以利于精子获能。
基本技术1:体外受精
3）体外受精
哺乳动物体外受精过程示意图
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、卵子，在体外培养液中完成受精过程
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 拓展:自然受精/人工授精/体外受精的异同点
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
小结:体外受精
试管动物与克隆动物
试管动物
经体外受精产生的受精卵，发育为胚胎后移植产生的个体。
试管动物遗传物质来自于A和B，与C无关
试管动物技术属于有性生殖
试管动物是提高动物繁殖能力的有效措施
移植对象不是受精卵，而是早期胚胎
思考:试管婴儿和母亲正常怀孕生产的过程有何异同？
相同：都通过受精卵产生，在母体子宫内发育形成胎儿。
不同：受精和发育成早期胚胎都在体外，需进行胚胎移植。
试管动物与克隆动物
试管动物 克隆动物
生殖方式 有性生殖 无性生殖
技术手段
遗传物质
遗传规律
遵循
来自2个个体
不遵循
核移植技术
动物细胞培养
胚胎移植
主要来自核供体
体外受精
动物细胞培养
胚胎移植
课堂检测
下图表示畜牧业生产上培育某种优良种牛的两种方法，请分析回答下列有关问题。
(1)方法Ⅰ培育优良种牛和方法Ⅱ培育优良种牛的本质区别是 　 。
(2)过程①为 ；过程②为　 。　
(3)卵子受精的标志是在卵细胞膜和透明带的间隙能够观察到　　　　 。
方法Ⅰ的培育为有性生殖，方法Ⅱ的培育为无性生殖
核移植技术
体外受精技术
两个极体
②
基本技术2:早期胚胎培养(目的)
体外受精
适当的培养液共同培养
受精卵培养
获能液或专用的受精溶液
获能的精子
培养成熟的卵子
早期胚胎培养的目的:
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，以检查受精情况和受精卵的发育能力。
条件 实现手段
①无菌无毒 灭菌 加抗生素 定期更换培养液
②营养： 发育培养液 无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸等+动物血清
(识记:两盐两素两酸一血清)
③温度和pH 36.5±0.5℃ pH 7.2~7.4 合适的渗透压
④气体环境 95%空气(O2:用于细胞呼吸)，5%CO2调节pH(CO2培养箱)
同动物细胞培养条件基本相同，只是营养物质有所不同。
基本技术2:早期胚胎培养(条件)
动物细胞培养中营养:
葡萄糖、氨基酸、促生长因子、无机盐、微量元素、动物血清等
用途 成分
植物组织 培养基 大量元素、微量元素、植物激素(生长素、细胞分裂素等)、蔗糖、维生素等
精子获能 培养液 人工配制的获能溶液；一定浓度的肝素或钙离子载体A23187溶液
动物细胞 培养液 葡萄糖、氨基酸、无机盐、微量元素、促生长因子、血清、血浆等
早期胚胎 培养液 无机盐、有机盐、维生素、激素、氨基酸、核苷酸、血清等（两盐、两素、两酸、一血清）
拓展:比较几种培养液(基)的成分
基本技术2:早期胚胎培养(去向/培养时间)
胚胎的去向
当胚胎发育到适宜的阶段时可进行受体移植或冷冻保存
胚胎冷冻保存使胚胎移植不受时间和地点的限制，提高胚胎移植的效率。
胚胎早期培养的时间
不同动物胚胎移植的时间不同。
①牛、羊一般要培养到桑葚胚或囊胚阶才进行移植；
②小鼠和家兔等实验动物可在更早的阶段移植；
③人的体外受精胚胎，可在8～16个细胞阶段移植。
胚胎冷冻保存(-196℃,液氮中）
拓展:牛体外受精胚胎工厂化生产流程
胚胎移植
受体牛
分娩
良种牛
比较项目 试管动物(婴儿) 克隆动物
技术基础
生殖类型
后代性状 的继承特点
体外受精
胚胎早期培养
胚胎移植
动物细胞培养
动物体细胞核移植
胚胎移植
有性生殖
无性生殖
继承双亲的的特性
与核供体亲本基本一样
基本技术3:胚胎移植:①概念
胚胎移植是指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。
繁重而漫长的妊娠和育仔任务
产生具有优良遗传特性的胚胎
接受胚胎的个体
受体
提供胚胎的个体
供体
充分发挥雌性优良个体的繁殖能力
优势
移植条件
同种的、生理状态相同的相同的其他雌性动物体内。
实质
早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移。
地位
是胚胎工程的最后一道“工序”。
基本技术3:胚胎移植
胚胎移植是指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。
胚胎移植是胚胎工程的最后一道工序
基本技术3:胚胎移植:②理论基础
如何保证外来胚胎能够在受体子宫内正常发育？
受体子宫对外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应
发情排卵后，同种动物的供、受体生殖器官的生理变化相同
外来胚胎和受体子宫虽建立生理和组织上的联系，但不影响其遗传特性
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
基本技术3:胚胎移植:③基本程序
在胚胎移植操作中，怎样才能使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致？
应对供体和受体母畜进行同期发情处理，使它们的生理条件达到同步后一致，使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。
同期发情处理:指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。
（1）供体、受体的选择和处理
（2）用激素对供体母牛做超数排卵处理
（3）配种或进行人工授精
（4）胚胎的收集
（7）胚胎移植
（8）对受体母牛进行是否妊娠检查
（5）胚胎的检查
（6）胚胎的保存
（9）受体母牛产下胚胎移植的犊牛
基本技术3:胚胎移植:③基本程序
（1）供体、受体的选择和处理
选择遗传性能和生产性能优秀的个体
选择有健康的体质和正常繁殖能力的个体
供体
受体
用激素对供体母牛和受体母牛进行同期发情处理。
（2）用激素对供体母牛做超数排卵处理
供体母本用促性腺激素处理使之超数排卵
为什么用促性腺激素而不是性激素？
超数排卵:应用外源促性腺激素,诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子.
性激素是由性腺产生并释放的,长期使用性外激素会导致性腺萎缩;
促性腺激素是由垂体产生并释放,作用于性腺,可以促进排卵,并不会使性腺萎缩.
基本技术3:胚胎移植:③基本程序
（3）配种或进行人工授精
超数排卵的母牛发情后，选择同种优秀的公牛进行配种或人工授精。
（4）胚胎的收集
配种或输精后第7天，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：是指用配制好的冲卵液，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。
（5）胚胎的检查
冲卵后，对胚胎进行质量检查。这时的胚胎应该发育到桑椹胚或囊胚阶段。
（6）胚胎的保存
将收集的胚胎直接向受体移植或放入-196℃的液氮中保存。
基本技术3:胚胎移植:③基本程序
（7）胚胎移植
（1）手术法:引出受体子宫和卵巢,将胚胎注入子宫角,缝合创口。
（2）非手术法:将装有胚胎的移植管送入受体母牛子宫的相应部位，注入胚胎。
（8）对受体母牛进行是否妊娠检查。
（9）受体母牛产生胚胎移植的犊牛。
对胚胎检查、培养或保存
①
②
③
④
⑤
⑥
良种奶牛后代
处理供体母畜
对供体、受体母畜进行选择，并进行同期发情处理
配种或人工受精
收集胚胎
胚胎移植
对受体母畜进行妊娠检查
⑦
基本技术3:胚胎移植:③基本程序
第一次对受、供体进行同期发情处理；
第二次用于供体的超数排卵。
第一次对收集的胚胎进行检查；
第二次对受体母牛是否妊娠进行检查。
胚胎移植一般应在同种的雌性供体和受体之间进行。
进行胚胎移植的供体和受体的生理状态要相同。
1. 该过程中两次使用激素：
2. 该过程中的两次检查：
3. 胚胎移植成功与否要有两个条件：
基本技术3:胚胎移植:③基本程序
基本技术3:胚胎移植:④意义
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。
①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
②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经冷冻保存的胚胎可进行国内和国际交流，代替活畜的引种和进出口
④通过胚胎移植可人为生产双胎或多胎
⑤可以通过保存胚胎来保存品种资源和濒危动物。
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
课堂检测
课堂检测
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。
注射激素
促性腺
囊胚
桑葚胚
胚胎分割
“雪花散落般的油花，大理石美丽的纹理”。市场上顶级的A5雪花和牛肉每公斤售价高达1800元。
讨论：
如何大量繁殖优质和牛呢？
克隆牛
试管牛
胚胎分割
过渡
1.概念：
指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。
2.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.理论基础：
动物胚胎细胞的全能性。
4.主要仪器设备：
实体显微镜和显微操作仪
基本技术4:胚胎分割
基本技术4:胚胎分割
5.操作程序：
(1)选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚，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入受体。
对囊胚阶段胚胎进行分割时一定要均分内细胞团，若分割不均，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。
基本技术4:胚胎分割
5.操作程序：
还可用分割针分割滋养层，做DNA分析性别鉴定。
(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.
6.意义
①促进优良动物品种的繁育；
②产生遗传性状相同的后代,进行遗传学研究的宝贵材料
③胚胎移植前进行遗传学筛查,性别鉴定等,对于人工控制动物性别\动物繁育健康后代具有重要意义.
基本技术4:胚胎分割
1978年，科学家将小鼠的桑椹胚一分为二，获得了成功。
1979年，科学家分割绵羊胚胎获得了同卵羔羊。
20世纪80年代后，人们建立了系统的胚胎分割法，并相继得到1/4和1/8分割胚胎后代。
我国的胚胎工程专家也进行了分割胚胎移植的实验研究，成功地对小鼠、家兔、绵羊、山羊和牛等动物进行了分割胚胎移植，并将二分胚胎分割技术应用到牛和羊的胚胎移植中。
胚胎分割技术的发展(教材63资料卡)
7.局限：
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。
(分割次数越多,分割后的胚胎存活概率越小)
课堂检测
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

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