胚胎工程的應用和前景

1、試管動物——利用精子、卵子體外受精、胚胎培養(yǎng)、胚胎移植獲得的各種動物。試管嬰兒——利用精子、卵子體外受精、胚胎培養(yǎng)、胚胎移植獲得的人體后代。,胚胎移植,概念: 將雌性動物的早期胚胎,或者通過其他方式得到的胚胎,移植到同種的、生理狀態(tài)相同的其他雌性動物的體內(nèi),使之發(fā)育為新個體的技術(shù)。,胚胎的來源： 雌性動物的早期胚胎，或通過體外受精及其他方式得到的胚胎。供體：提供胚胎的個體。受體：接受胚胎的個體。,轉(zhuǎn)基因、核移植等,,胚胎

2、移植的現(xiàn)狀和意義,1)加速育種工作和品種改良；2)大量節(jié)省購買種畜的費用；3)一胎多產(chǎn)；4)保存品種資源和瀕危物種；5)可以充分發(fā)揮雌性優(yōu)良個體的繁殖潛力,縮短繁殖周期,增加一生繁殖的后代數(shù)量。,胚胎移植的生理學基礎(chǔ),1)供體和受體相同的生理環(huán)境；,如何保證？,供、受體生理狀態(tài)要相同，為此必須做到,A、供、受體母畜的發(fā)情時間一致。哺乳動物發(fā)情排卵后，不管是否妊娠，在一段時間內(nèi)，同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的。,B

3、、移入受體子宮胚胎的位置應該與其在供體內(nèi)的位置相同或相似。移入胚胎一側(cè)的受體子宮對應的卵巢必須有黃體存在。,在胚胎移植過程中，受體母畜必須處于與供體母畜同步發(fā)情的狀態(tài)。為什么？,因為兩者之間的妊娠期，體內(nèi)的激素水平要相同或者接近。否則胚胎就不能正常的著床。,這是胚胎移植成功與否的關(guān)鍵。,,,胚胎移植實質(zhì)上是早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉(zhuǎn)移。你認為這樣的概括正確嗎？ 正確。,胚胎移植的生理學基礎(chǔ),1)供體和受體相

4、同的生理環(huán)境；2)早期胚胎處于游離狀態(tài),為胚胎的收集提供了可能；,什么部位？,輸卵管和子宮角,,胚胎移植的生理學基礎(chǔ),1)供體和受體相同的生理環(huán)境；2)早期胚胎處于游離狀態(tài),為胚胎的收集提供了可能；3)受體對移入子宮的胚胎基本上不發(fā)生免疫排斥；4)胚胎與受體建立正常的聯(lián)系,但遺傳物質(zhì)沒有改變。,為什么？,同物種動物之間進行胚胎移植易于成功。,優(yōu)良供體,,超數(shù)排卵,,,發(fā)情配種,,收集胚胎,受體母牛,正常繁殖或兩三個月后做另一次移

5、植,同期發(fā)情,,,發(fā)情,胚胎移植,妊娠,,,,,有價值的后裔,什么方法？,促性腺激素,優(yōu)良公牛,牛胚胎移植技術(shù)路線示意圖,怎樣做到？,注射相關(guān)激素,同步發(fā)情：又稱同期發(fā)情，利用某些激素制劑人為地控制并調(diào)整一群母畜發(fā)情周期的進程，使之在預定時間內(nèi)集中發(fā)情。,優(yōu)良供體,,超數(shù)排卵,,,發(fā)情配種,,收集胚胎,受體母牛,正常繁殖或兩三個月后做另一次移植,同期發(fā)情,,,發(fā)情,胚胎移植,妊娠,,,,,有價值的后裔,優(yōu)良公牛,牛胚胎移植技術(shù)路線示意圖

6、,用具有什么特點的牛作為供體牛？,遺傳性能和生產(chǎn)性能優(yōu)秀的個體,用具有什么特點的牛作為受體牛？,健康并能正常繁殖的個體,如何收集？,,,在配種或輸精后第7天，用特制的沖卵裝置，把供體母牛子宮內(nèi)的胚胎沖洗出來。,沖卵是從輸卵管或子宮角取出早期胚胎,沖卵后，對胚胎進行質(zhì)量檢查。這時的胚胎應發(fā)育到桑椹胚或囊胚階段。,將收集的胚胎直接向受體移植或放入-196℃的液氮中保存,液氮罐,,,,6天收集的胚胎（未揀）,方法一：手術(shù)法具體做法：引出受體

7、子宮和卵巢，將胚胎注入子宮角，縫合創(chuàng)口。方法二：非手術(shù)法將裝有胚胎的移植管送入受體母牛子宮的相應部位，注入胚胎。,對受體母牛進行是否妊娠的檢查,受體母牛產(chǎn)下胚胎移植的犢牛,,,供體后代還是受體后代？,,受體移胚,選擇,供體母牛,受體母牛,,,…… 處理……,,超數(shù)排卵,,供體公牛,,配種,,沖卵,,質(zhì)量檢查、培養(yǎng),,胚胎移植,,,妊娠檢查,,分娩（胚胎移植的犢牛）,胚胎移植的基本程序,復習,同期發(fā)情,胚胎移植成功的

8、關(guān)鍵,同期發(fā)情植入相應部位同物種,復習,,受體母羊與所生羔羊,一次移入三枚胚全部成活,胚胎移植效果,胚胎移植的現(xiàn)狀和意義,胚胎移植實現(xiàn)了優(yōu)良性狀個體的繁育，如果我們能確定某個胚胎將發(fā)育為非常理想的個體，那么有沒有辦法讓這樣的一個胚胎一次性地繁育更多的個體？,思考,胚胎分割 閱讀課本，思考以下問題：（1）胚胎分割的概念（2）胚胎分割特點（3）胚胎分割的理論基礎(chǔ)（4）胚胎分割操作過程,1.概念: 采用機械方法（顯微手

9、術(shù)）將早期胚胎分割成2分胚,4分胚或8分胚,經(jīng)體內(nèi)或體外培養(yǎng)后植入受體，以得到同卵雙胎或同卵多胎的技術(shù)。,為何要做這步才能移植？,2.特點： 后代具有相同的遺傳物質(zhì)， 因此胚胎分割可以看做動物無性繁殖或克隆的方法之一。3、理論基礎(chǔ) 動物胚胎細胞的全能性。 所以胚胎分割的時期為： 囊胚或桑椹胚。,為什么選擇這樣的胚胎發(fā)育時期？,成倍增加胚胎數(shù)量,4、選擇的胚胎： 發(fā)育良好的,形態(tài)正常的桑椹胚或囊胚。5、使用

10、的主要儀器： 實體顯微鏡和顯微操作儀。6、具體操作 用分割針或分割刀片將胚胎切開，吸出其中的半個胚胎，注入預先準備好的空透明帶中，或直接將裸半胚移植給受體。,發(fā)育良好的胚胎,,切割針/刀或酶處理,,,細胞分散開,,受體,,多個受體,移植,體外培養(yǎng)至囊胚 移植,培養(yǎng)液,胚胎分割操作過程,7、操作注意事項： ①對囊胚階段的胚胎進行分割時，要將內(nèi)細胞團均等分割。 原因：內(nèi)細胞團一般到囊胚階段才出現(xiàn)，它是發(fā)育為胚胎本身

11、的基礎(chǔ)細胞，其他細胞為滋養(yǎng)細胞，只為胚胎和胎兒發(fā)育提供營養(yǎng)。 若分割時不能將內(nèi)細胞團均等分割，會出現(xiàn)含內(nèi)細胞團多的部分正常發(fā)育的能力強，少的部分發(fā)育受阻或發(fā)育不良，甚至不能發(fā)育等問題。,7、操作注意事項： ②胚胎分割的份數(shù)越多，操作的難度會越大，移植的成功率也越低。 早期胚胎的體積很小，只有在顯微鏡下才能看到；再者，細胞數(shù)目是有限的。分割的份數(shù)越多，不但難以做到均等分割，每一份的細胞數(shù)會越少，而且作為囊胚期的胚胎內(nèi)細胞

12、團細胞所受的影響會更大。 因此，分割的份數(shù)越多，技術(shù)的難度會越大，移植后的恢復和發(fā)育的難度會越大，移植成功率自然會降低。,8、胚胎分割技術(shù)的缺陷 （1）剛出生動物的體重偏低，毛色和斑紋還存在差異； （2）采用胚胎分割技術(shù)產(chǎn)生同卵多胎的可能性是有限的。,,,,,,,,,,,,胚胎分割基本過程,,,代孕母牛,胚胎干細胞,閱讀課本，思考以下問題：（1）什么是胚胎干細胞？ 簡稱是什么？（2）胚胎干細胞的來源。

13、（3）胚胎干細胞的特性。（4）胚胎干細胞的應用。,1.概念： 簡稱ES或EK細胞,是由早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細胞。,,全能細胞,囊胚,胎兒,內(nèi)細胞團細胞,生殖腺細胞,受精,胚胎干細胞分離培養(yǎng),,,,,,,,分離內(nèi)細胞團,胰蛋白酶處理,轉(zhuǎn)入培養(yǎng)皿中培養(yǎng),不加飼養(yǎng)層細胞培養(yǎng),細胞分化,飼養(yǎng)層的細胞一般是輸卵管上皮細胞，因為該細胞可以分泌一些能抑制細胞分化的物質(zhì)，滿足促進干細胞生長的同時抑制干細胞分化的條件。,EK細胞,

14、ES細胞,2.特點: （1）形態(tài)： 體積小,細胞核大,核仁明顯； （2）功能： 具有發(fā)育的全能性,可分化為成年動物體內(nèi)任何一種組織細胞; （3）在體外培養(yǎng)的條件下，ES細胞可以增殖而不發(fā)生分化。對它可以進行冷凍保存，也可以進行遺傳改造。,（1）治療人類的某些頑癥。 利用ES細胞可以誘導分化形成新的組織細胞的特性，移植ES細胞可使壞死或退化的部位得以修復并恢復正常功能。目前，在動物實驗方面，用ES細

15、胞誘導分化出的某些組織細胞已成功地治愈糖尿病、肝衰竭、心衰竭和成骨不良等疑難病癥。,3.主要用途,（2）培育出人造組織器官，用于器官移植。 隨著技術(shù)的發(fā)展，通過ES細胞體外誘導分化，還可以培育出人造組織器官，解決目前臨床上存在的供體器官不足和器官移植后免疫排斥的問題。,還有什么技術(shù)可以完成此工作？,3.主要用途,（3）ES細胞也是研究體外細胞分化的理想材料。 ES細胞在飼養(yǎng)層細胞上，或在添加抑制因子的培養(yǎng)液中，能夠維持不分化的狀

16、態(tài)。 在培養(yǎng)液中加入分化誘導因子,就可以誘導ES細胞向不同類型的組織細胞分化。,3.主要用途,北京時間2012年10月8日下午5點30分，2012年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎揭曉，英國科學家約翰·戈登（John B. Gurdon）和日本科學家山中伸彌（Shinya Yamanaka）獲獎，獲獎理由為“發(fā)現(xiàn)成熟細胞可被重編程變?yōu)槎嗄苄愿杉毎??！俺墒臁⑻鼗募毎軌虮恢鼐幊虨榭砂l(fā)育成身體組織的非成熟細胞即干細胞”的科學家。他們

17、的發(fā)現(xiàn)革新了我們對細胞和有機生命體發(fā)育的理解。,（2012浙江卷）2．下列關(guān)于高等哺乳動物受精與胚胎發(fā)育的敘述，正確的是A．絕大多數(shù)精卵細胞的識別具有物種特異性B．卵裂球細胞的體積隨分裂次數(shù)增加而不斷增大C．囊胚的滋養(yǎng)層細胞具有發(fā)育全能性D．原腸胚發(fā)育分化形成內(nèi)外兩個胚層,【答案】A,(2012·天津卷，1)下列關(guān)于細胞的敘述，錯誤的是A.自體干細胞移植通常不會引起免疫排斥反應B.胚胎干細胞在體外培養(yǎng)能增殖但不能

18、被誘導分化C.組織的細胞更新包括細胞凋亡和干細胞增殖分化等過程D.造血干細胞具有分化出多種血細胞的能力，可用于治療白血病,【答案】B,（2012江蘇卷）9．通過胚胎移植技術(shù)，可以實現(xiàn)良種牛的快速繁殖。下列相關(guān)敘述正確的是A．對供體和受體母牛都要進行相同激素處理B．受精和胚胎的早期培養(yǎng)都需要在體外進行C．對沖卵獲得的原腸胚檢查合格后方可移植D．胚胎分割移植實現(xiàn)同卵多胎的成功率較低,答案：D【解析】對供體和受體母牛進行同期發(fā)

19、情處理，所用激素相同，但對供體母牛進行超數(shù)排卵要用促性腺激素，受體母牛則不需要，A錯；受精可在體內(nèi)進行，B錯；沖卵得到的胚胎應發(fā)育到桑椹胚或囊胚，方可成功移植，C錯；到目前為止，最常見的是分割產(chǎn)生的同卵雙胎，而同卵多胎成功的比例很小，D正確,（11年廣東卷）3、華南虎是國家一級保護動物，可采用試管動物技術(shù)進行人工繁殖，該技術(shù)包括的環(huán)節(jié)有 ①轉(zhuǎn)基因 ②核移植 ③體外受精 ④體細胞克隆 ⑤胚胎移植A. ①③

20、 B. ①④ C. ②⑤ D. ③⑤,答案：D。,（2011年江蘇卷）18．下列關(guān)于胚胎工程的敘述，錯誤的是 A．體外受精是指獲能的精子和成熟的卵子在相應溶液中受精B．受精卵發(fā)育到原腸胚階段才能進行胚胎移植C．早期胚胎培養(yǎng)與動物細胞培養(yǎng)的培養(yǎng)液通常都需加入血清D．試管嬰兒技術(shù)主要包括體外受精、早期胚胎培養(yǎng)和胚胎移植技術(shù),答案：B,培育“試管山羊”的基本過程如下圖所示，若要培育成功，下列敘述正確

21、的是A.甲過程中可通過給母山羊注射有關(guān)激素使其超數(shù)排卵B.乙過程的目的之一是促進卵母細胞和精子的成熟C.丙過程與乙過程中應采用相同成分的培養(yǎng)液D.丁過程中早期胚胎須移植到供體性狀相同的代孕母羊子宮內(nèi),答案：A,(2013年高考全國生物)閱讀如下材料：材料甲：科學家將牛生長激素基因?qū)胄∈笫芫言?，得到了體型巨大的“超級小鼠”；科學家采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法培育出轉(zhuǎn)基因煙草。材料乙：T4溶菌酶在溫度較高時易失去活性，科學家對編碼T4溶

22、菌酶的基因進行改造，使其表達的T4溶菌酶的第3位的異亮氨酸變?yōu)榘腚装彼幔谠摪腚装彼崤c第97為的半胱氨酸之間形成了一個二硫鍵，提高了T4溶菌酶的耐熱性。材料丙：兔甲和兔乙是同一物種的兩個雌性個體，科學家將兔甲受精卵發(fā)育成的胚胎移植到兔乙的體內(nèi)，成功產(chǎn)出兔甲的后代，證實了同一物種的胚胎可在不同個體的體內(nèi)發(fā)育?；卮鹣铝袉栴}：（1）材料甲屬于基因工程的范疇。將基因表達載體導入小鼠的受精卵中常用 法。

23、構(gòu)建基因表達載體常用的工具酶有 和 。在培育轉(zhuǎn)基因植物是，常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化發(fā)，農(nóng)桿菌的作用是 。（2）材料乙屬于 工程范疇。該工程是指以分子生物學相關(guān)理論為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對 進行改造，或制造制造一種 的技術(shù)。在該實例中，引起T4溶菌酶空間結(jié)構(gòu)改變的原

24、因是組成該酶肽鏈的 序列發(fā)生了改變。（4）材料丙屬于胚胎工程的范疇。胚胎移植是指將獲得的早期胚胎移植到 種的、生理狀況相同的另一個雌性動物體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育成新個體的技術(shù)。在資料丙的實例中，兔甲稱為 體，兔乙稱為 體。,顯微注射法,限制酶,1 DNA連接酶,農(nóng)桿菌可感染植物，將目的基因轉(zhuǎn)移到受體細胞中,蛋白質(zhì),現(xiàn)有蛋白質(zhì),新蛋白質(zhì),氨基酸,同,供,受,早期胚胎配

25、子,胚胎移植體外受精胚胎分割胚胎干細胞培養(yǎng)等,哺乳動物的受精卵和早期胚胎的發(fā)育規(guī)律,基因,細胞細胞器,獲取目的基因構(gòu)建表達載體目的基因?qū)胧荏w細胞目的基因的檢測與鑒定,植物組織培養(yǎng)植物體細胞雜交動物細胞培養(yǎng)核移植和克隆動物,細胞融合,單克隆抗體,基因重組 中心法則,細胞全能性細胞膜流動性,(2013年高考全國生物)閱讀如下材料：材料甲：科學家將牛生長激素基因?qū)胄∈笫芫言冢玫搅梭w型巨大的“超級小鼠

26、”；科學家采用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法培育出轉(zhuǎn)基因煙草。材料乙：T4溶菌酶在溫度較高時易失去活性，科學家對編碼T4溶菌酶的基因進行改造，使其表達的T4溶菌酶的第3位的異亮氨酸變?yōu)榘腚装彼?，在該半胱氨酸與第97為的半胱氨酸之間形成了一個二硫鍵，提高了T4溶菌酶的耐熱性。材料丙：兔甲和兔乙是同一物種的兩個雌性個體，科學家將兔甲受精卵發(fā)育成的胚胎移植到兔乙的體內(nèi)，成功產(chǎn)出兔甲的后代，證實了同一物種的胚胎可在不同個體的體內(nèi)發(fā)育。,回答下列問題：（1）

27、材料甲屬于基因工程的范疇。將基因表達載體導入小鼠的受精卵中常用 法。構(gòu)建基因表達載體常用的工具酶有 和 。在培育轉(zhuǎn)基因植物是，常用農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化發(fā)，農(nóng)桿菌的作用是 。（2）材料乙屬于 工程范疇。該工程是指以分子生物學相關(guān)理論為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對

28、 進行改造，或制造制造一種 的技術(shù)。在該實例中，引起T4溶菌酶空間結(jié)構(gòu)改變的原因是組成該酶肽鏈的 序列發(fā)生了改變。（4）材料丙屬于胚胎工程的范疇。胚胎移植是指將獲得的早期胚胎移植到 種的、生理狀況相同的另一個雌性動物體內(nèi)，使之繼續(xù)發(fā)育成新個體的技術(shù)。在資料丙的實例中，兔甲稱為 體，兔乙稱為 體。,下列有關(guān)動物胚胎移植的敘述中，錯誤的是

29、A.受孕母畜體內(nèi)的受精卵或胚胎均能移植B.受體母畜必須處于與供體母畜同步發(fā)情的狀態(tài)C.超數(shù)排卵技術(shù)要使用一定的激素D.試管嬰兒只是受精及早期卵裂過程在試管中進行,A,練習,下列對于優(yōu)良種畜的胚胎移植的說法不正確的是A.供體母牛必須是同一物種的良種B.受體母牛必須是同一物種的良種C.供體公牛必須是同一物種的良種D.受體母牛可以是同一物種的一般健康牛,B,練習,供體的胚胎移植到受體后，游離的胚胎在發(fā)育過程中形成胎盤與受體相連，

30、并通過胎盤與受體的血液進行物質(zhì)交換。以下說法正確的是A.受體是為供體胚胎提供發(fā)育的條件B.受體與胚胎血型應相同，否則會發(fā)生免疫排斥反應C.受體與胚胎血液混融在一起D.胚胎心肺功能都能正常運行,A,練習,利用胚胎干細胞治療肝衰竭，實現(xiàn)此過程的重要原因是 A.細胞分裂 B.細胞特化 C.細胞分化 D.細胞增殖,C,練習,我國首例“虎獅獸”2002年在南京紅山動物園誕生，利用了雄虎的精子和雌獅的卵子“體

31、外受精”完成這一過程需要解決的問題①精子在體外用獲能物質(zhì)處理②用化學物質(zhì)處理掉卵黃膜便于精子進入③抽取精子、卵子的核進行融合④精子入卵后進行人工處理防止多精入卵,①,練習,下列正確的①卵裂期細胞經(jīng)過了細胞分裂，不再分化②原腸胚細胞屬于全能細胞③囊胚腔先于原腸腔出現(xiàn)④桑椹胚開始進行孵化,③,練習,P81/思考與探究：,1、（4）用胚胎移植繁育良種種畜具有哪些實用意義？ A、可充分發(fā)揮雌性優(yōu)秀個體的繁殖潛力。具體表現(xiàn)

32、為：縮短了供體本身的繁殖周期，同時通過超數(shù)排卵處理和胚胎移植可獲得比自然繁殖多十幾倍到幾十倍的后代。 B、可在短期大幅度增加優(yōu)良個體母畜和公畜的后代數(shù)量，迅速擴大良種畜群，加速育種和品種改良工作。 C、經(jīng)冷凍保存的胚胎可進行國內(nèi)和國際交換，代替活畜的引種或進出口。 D、可以人為生產(chǎn)雙胎或多胎。 E、可以通過保存胚胎來保存品種資源和瀕危動物。,P81/思考與探究：,,① 對供、受體母畜進行選擇，并進行同期發(fā)

33、情處理,,,,③ 配種或人工授精,,④ 收集胚胎,,,,⑥胚胎移植,,,⑦ 對受體母畜進行是否妊娠的檢查,1、（1）,,P81/思考與探究：,1、（2）應該怎樣選擇供體公、母牛和受體母牛？ 供體公、母牛應該是具有人類所需的優(yōu)良遺傳性狀的個體，而受體母牛必須具有正常的孕育、生殖后代的能力 在②中，為什么要用促性腺激素處理供體母牛？ 為了引起超數(shù)排卵，這樣就可以獲得較多的胚胎

34、 在促性腺激素處理供體母牛前，需要對供體和受體母牛進行同期處理嗎？ 需要對供體和受體母牛進行同期發(fā)情處理，才能使它們的生理條件達到同步或一致，使供體的胚胎移入受體后有相同或相似的生存條件。,P81/思考與探究：,1、（3）在右側(cè)的流程圖中，哪一部需要進行沖卵？沖卵是把母牛的卵子沖出來嗎？ 第④步需要進行沖卵，沖卵是指將供體母畜體內(nèi)的受精卵沖出來，而不是把卵子沖出來。,書P82分離不

35、同精子種類的應用價值：,精子分離后的體外受精,XX型胚胎,XY型胚胎,提取DNA,擴增SRY片段,SRY探針檢測,陰性,陽性,雙卵孿生： 兩個卵子同時被兩個精子受精,各自有胎盤、絨毛膜囊、羊膜腔； 有時兩個胎盤融合成一個；,孿生,性別同或不同； 相貌和遺傳特性如同一般兄弟姐妹。,單卵孿生：一個受精卵發(fā)育成兩個胚胎； 可在3個階段形成：,卵裂階段→兩個胚泡;,早期胚泡 → 兩個內(nèi)細胞群；,二胚層胚盤階段 →兩個原條。,性別和相貌相同

36、；,血型和遺傳基因相同。,,四、胚胎干細胞（ 一）胚胎干細胞的培養(yǎng)過程,,,胚胎工程技術(shù)： 胚胎移植 體外受精 胚胎分割 胚胎干細胞培養(yǎng) 目前應用較多的是： 胚胎移植、胚胎分割、 體外生產(chǎn)胚胎技術(shù)。,細胞核移植的方法,體細胞核移植,胚胎細胞核移植,,,,,,回顧,胚胎體外培養(yǎng)技術(shù),動物細胞培養(yǎng)技術(shù),,,,,,,核移植技術(shù),胚胎移植技術(shù),