1、胚胎工程技术主要包括哪些内容？它们的原理分别是什么？胚胎工程在生产实践中有哪些应用？胚胎工程技术及其应用 Embryo engineering technology and its application00 胚胎工程技术及其应用 试管动物是通过人工操作使卵子在体外受精，经培育发育为早期胚胎后，再进行移植产生的个体。涉及的胚胎工程技术：体外受精、体外胚胎培养、胚胎移植 CONTENTS 目录 体外受精 In vitro fertilization01胚胎移植 Embryo transfer02胚胎分割 Embryo segmentation03习题巩固 Exercises to consoli
2、date04体外受精 In vitro fertilizationPART 01 In vitro fertilization01 体外受精 1.过程包括、和等步骤。卵母细胞的采集精子的获取受精雌性哺乳动物 雄性哺乳动物 精子 获能的精子 获能处理 精子的获取 卵母细胞 成熟卵母细胞 成熟培养 卵母细胞的采集 体外 受精 受精卵In vitro fertilization01 体外受精 卵巢M卵母细胞体外受精获能精子精子离心处理新鲜或解冻的精液受精卵培养卵母细胞的采集并培养 精液由精子和精浆两部分组成。精浆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
3、心处理，目的是除去精浆以利于精子获能。In vitro fertilizationCollection of oocytes01 体外受精卵母细胞的采集（1）输卵管采卵(冲取卵子)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。（2）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。（3）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。In vitro fertilization01 体外受精 一般情况
4、下，可以将获能的精子和培养成熟的卵子置于获能溶液或专用的受精溶液中共同培养一段时间，来促使它们完成受精。In vitro fertilization01 体外受精 2.意义提高动物繁殖能力的有效措施 为胚胎移植提供可用的胚胎 胚胎移植 Embryo transferPART 02 Embryo transfer02 胚胎移植 1.概念 指将通过体外受精及其他方式得到的胚胎，移植到 、生理状态相同的雌性动物体内，使之继续发育为新个体的技术。同种的 供体 受体 移植条件 实质 地位 供体与受体为同种且生理状态相同 早期胚胎在相同生理环境条件下空间位置的转移 提供胚胎的个体 接受胚胎的个体 胚胎工程
5、的最后一道“工序”转基因、核移植等 Embryo transfer02 胚胎移植 2.过程对供体、受体母畜进行选择，并进行同期发情处理 对供体母畜进行超数排卵 配种或人工受精 收集胚胎 对胚胎检查、培养或保存 胚胎移植 对受体母畜进行妊娠检查 产生具有优良性状的后代 Embryo transfer02 胚胎移植 优良供体母牛(遗传性状优良、生产能力强)受体母牛(有健康的体质和正常繁殖能力)进行同期发情处理 1.什么是同期发情处理？利用某些激素（一般用孕激素）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。Embryo transfer02 胚胎移植 优良供体母牛(遗传性状优良
6、、生产能力强)受体母牛(有健康的体质和正常繁殖能力)进行同期发情处理 2.同期发情处理的目的是什么？使胚胎在移植前后所处的生理环境保持一致，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。Embryo transfer02 胚胎移植 优良供体母牛(遗传性状优良、生产能力强)对供体母牛进行超数排卵处理 3.超数排卵的目的是什么？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。4.如何进行超数排卵？用外源促性腺激素处理供体母牛，诱发卵巢排出比自然情况下更多的成熟卵子。Embryo transfer02 胚胎移植
7、 优良公牛 优良供体母牛(遗传性状优良、生产能力强)超数排卵处理 发情配种或人工授精 收集胚胎并检查 正常繁殖或两三个月后进行另一次移植 受体母牛(有健康的体质和正常繁殖能力)进行同期发情处理 受体发情 移植胚胎 对受体进行妊娠检查 具有优良性状的后代 Embryo transfer02 胚胎移植 对胚胎检查、培养或保存 收集胚胎后，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。若没有发育到适合移植的阶段，还要进行胚胎的培养。将收集的胚胎直接向受体移植或放入-196的液氮中保存。胚胎冷冻保存Physiological basis of embryo transfer02 胚胎移植的
8、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?不一定能正常发育。一般情况下检验合格的胚胎需要移植到同种的、生理状态相同的受体子宫内，胚胎才能继续发育。在胚胎移植前要对受体进行同期发情处理，使供体和受体生殖器官的生理变化同步，这样才能为供体的胚胎移人受体提供相同的生理环境。Physiological basis of embryo transfer02 胚胎移植的生理学基础 2.受体会不会对来自供体的胚胎发生免疫排斥反应?受体对来自供体的胚胎基本上不会发生免疫排斥反应。3.胚胎移植后，经受体孕育的后代，其遗传特性与
9、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。因为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。Physiological basis of embryo transfer02 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?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，并能续发育。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。Ph
10、ysiological basis of embryo transfer02 胚胎移植的生理学基础 胚胎移入的基础 胚胎收集的基础 移入胚胎存活的基础 保留胚胎遗传特性基础 排卵后，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。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，其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，同时保障了供体优良遗传性状。Emb
11、ryo transfer02 胚胎移植 3.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。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。4.地位胚胎工程的最终技术环节 02课堂小结 Brief summary胚胎的来源 生殖方式 核移植 无性生殖 体外受精 有性生殖 体内受精 有性生殖 1.胚胎移植的来源及生殖方式胚胎移植2.胚胎移植过程中的两次处理和两次检查两次处理两次检查对供、受体进行同期发情处理用激素使供体超数排卵对收集的胚胎进
12、行质量检查对受体是否妊娠进行检查3.胚胎移植是试管婴儿的关键步骤胚胎分割 Embryo segmentationPART 03 03胚胎分割 Embryo segmentation1.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。理论依据特点早期胚胎细胞具有很强的分裂能力，并保持着细胞全能性。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。主要仪器设备体视显微镜和显微操作仪 03胚胎分割 Embryo segmentation2.操作程序对囊胚阶段胚胎进行分割时一定要均分内细胞团。选择发育良好、形态正常的桑葚胚或囊胚，移入
13、盛有操作液的培养皿中。分割后的胚胎可直接移植给受体，或经体外培养后，再移植给受体。03胚胎分割 Embryo segmentation做DNA分析鉴定性别03胚胎分割 Embryo segmentation做DNA分析鉴定性别进行DNA分析的目的是进行遗传病筛查，以防止产生的后代具有严重的遗传病；进行性别鉴定，是为了人工筛选后代动物的性别。2.为什么要取滋养层细胞进行分析和鉴定？避免损伤内细胞团；滋养层和内细胞团均来自同一个受精卵的有丝分裂，含有相同的遗传物质。03胚胎分割 Embryo segmentation3.意义a.提高胚胎利用率，促进优良动物品种的繁殖。b.产生遗传性状相同的后代，作
14、为遗传学研究的宝贵材料。c.胚胎移植前，进行性别鉴定、遗传病筛查，对于人工控制动物性别，繁育健康动物后代具有重要意义。03胚胎分割 Embryo segmentation4.注意事项1.胚胎分割份数不能过多。分割的次数越多，每一份的细胞数目越少，不但难以做到均等分割，而且囊胚期的内细胞团细胞所受的影响也越大。分割的份数越多，技术难度越大，移植后的和发育的难度越大，分割后胚胎成活的概率越小。2.同一胚胎经分割移植形成的后代具有相同的遗传物质，该过程中没有减数分裂、有性生殖细胞的形成、有性生殖细胞的结合属于无性繁殖或克隆。03胚胎分割动物和体细胞核克隆动物的异同 Similarities and
15、differences between embryogenetic animals and somatic nuclear clones项目 胚胎分割动物 体细胞核克隆动物 相同点 都属于无性繁殖或克隆，最终技术是胚胎移植 不 同 点 胚胎的 来源 雌性动物的早期胚胎或体外受精及其他方式得到的胚胎 通过核移植技术获得的重组胚胎 遗传 物质 胚胎分割动物具有相同的遗传物质，两个亲本提供的核遗传物质一样多 克隆动物的核遗传物质主要由供体细胞核提供 起点 经过受精作用或其他方式形成的一个细胞 经过核移植技术形成的一个细胞 03课堂小结 Brief summary胚胎工程技术及其应用 体外受精 胚胎分
16、割 步骤：卵母细胞的采集、精子的获取、受精 胚胎分割的概念：对早期胚胎切割 胚胎分割的基础：细胞的全能性、每个细胞的细胞核内具有相同的遗传物质 胚胎分割的步骤：选择胚胎、分割胚胎、胚胎移植 体外受精技术的意义：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 胚胎分割的意义 胚胎移植 胚胎移植的步骤 胚胎移植的概念：移植到同种的、生理状况相同的雌性动物体内 胚胎移植的意义：充分发挥雌性优良个体的繁殖能力 促进优良动物品种的繁殖；产生遗传性状相同的后代是进行遗传学研究的宝贵材料；对于人工控制动物性别、动物繁育健康后代具有重要意义 习题巩固 Exercises to consolida
17、tePART 04 04习题巩固 Exercises to consolidate1.体外受精和胚胎移植都是在医学和农业 生产上应用较多的胚胎工程技术。判断下列相关 表述是否正确。(1)采集来的卵母细胞和精子可以直接用于体外受精。（）(2)经胚胎移植产生的后代，苴遗传特性与受体保持一致。（）(3)进行胚胎移植前，要对供体和受体进行免疫检査，以防止发生免疫排斥反应。（）04习题巩固 Exercises to consolidate2.杜泊羊以其生长速度快、肉质好等优点，成为受广大消费者喜欢的绵羊品种。科研工作者通过胚胎工程快速繁殖杜泊羊的流程如下图所示。雌性杜泊羊 雄性杜泊羊 卵母细胞 精子 采
18、集 采集 受精卵 体外受精 早期胚胎 当地普通绵阳 杜泊羊 分娩（）（）体外胚胎培养 胚胎移植 04习题巩固 Exercises to consolidate（2）为了获得数量较多的卵母细胞，可以对雌性杜泊羊进行怎样的处理?可以对雌性杜泊羊进行超数排卵处理。（3）在进行体外受精操作之前，还要对获得的卵母细胞和精子进行怎样的处理?要对采集到的卵母细胞进行成熟培养，对采集到的精子进行获能处理。04习题巩固 Exercises to consolidate3.北方白犀牛曾经广泛分布于非洲中部等地,但由于猖獗的盗猎和自然栖息地的丧失，它们的数量不断减少。2018年3月，世界上最后一头雄性北方白犀牛去世
19、，该物种仅剩下两头雌性。在此之前，研究人员设法保存了北方白犀牛的精子。请回答下列问题。(1)我们可以使用哪些现代生物技术来人工繁育北方白犀牛？运用这些技术一定能繁育成功吗？请说出你的理由。可以使用人工授精、体外受精、胚胎移植、体细胞核移植等技术来人工繁育北方白犀牛。运用这些技术不一定能成功繁育北方白犀牛，因为任何一项技术都不能保证百分之百的成功率，何况现存的北方白犀牛数量极少。04习题巩固 Exercises to consolidate(2)如果繁育成功，这样人工繁育的种群与 野生种群相比，有什么区别？这样人工繁育的种群与野生种群相比，遗传多样性会降低，野外生存能力也会下降。(3)如果繁育不
20、成功，这一物种将永远从地 球上消失，从中我们能得到怎样的教训？多种多样的生物是生态系统的重要成员，是一个个独特的基因库。任何一个物种的灭绝都可能产生多米诺效应，使其他相关物种受到影响，进而威胁到生态系统的平衡与稳定。保护濒危的野生动物，保护生物多样性刻不容缓。04习题巩固 Exercises to consolidate1.若下图表示细胞工程操作中的某些过程，请回答下列问题。ABC04习题巩固 Exercises to consolidate(1)如果A、B分别是白菜和甘蓝的原生质体，则C细胞再生出细胞壁后需要通过什么技术才能发育成杂种植株“白菜-甘蓝”？若白菜和甘蓝杂交产生了子代，该子代是否
21、可育？为什么？植物组织培养技术。白菜和甘蓝杂交产生的子代没有同源染色体，进行减数分裂时联会发生紊乱，不能形成正常的配子，所以该子代一般不可育。04习题巩固 Exercises to consolidate(2)若该图表示抗丙肝病毒的单克隆抗体制备过程中的一环，A细胞是小鼠骨髓瘤细胞，则B细胞表示什么？符合要求的C细胞应具有哪些特点？B淋巴细胞。能大量增殖并能产生抗丙肝病毒的抗体。(3)如果A、B分别是取自优良奶牛的卵细胞和精子，在进行体外受精时，一般要把A细胞培养到什么时期？B细胞则要经过什么处理才能与A细胞结合为受精卵？减数分裂中期；获能处理。04习题巩固 Exercises to cons
22、olidate2.2015年10月，我国科学家屠呦呦因发现青蒿素可以有效降低疟疾患者的死亡率而获得了诺贝尔生理学或医学奖。青蒿素类药物的市场需求很大，请你根据所学内容及以下信息，提出一条提高青蒿素类药物产量的研究思路。（1）青蒿素的衍生物双氢青蒿素也是很好的抗疟疾药物，并且它的药物活性比青蒿素的高很多；（2）青蒿素是从黄花蒿中提取的，在黄花蒿产生青蒿素的代谢过程中，某些酶（如FPS酶）起决定性作用；04习题巩固 Exercises to consolidate（3）野生黄花蒿在生长过程中，处于花蕾期时体内青蒿素含量最高；（4）研究人员在对黄花蒿进行组织培养时，发现它的愈伤组织中没有青蒿素，但是
23、由愈伤组织再分化形成的芽和苗中均有青蒿素；（5）四倍体黄花蒿体内青蒿素的含量比二倍体高38%，但四倍体植株比二倍体植株矮小很多。04习题巩固 Exercises to consolidate用基因工程技术将青蒿素基因或双氢青蒿素基因导入微生物，利用微生物合成青蒿素。用植物组织培养技术，将外植体脱分化形成愈伤组织，再诱导愈伤组织再分化成胚状体，获取青蒿素。将FPS酶基因作为目的基因插入农杆菌T-DNA中，用农杆菌转化法导入青蒿素细胞，整合到青蒿素染色体DNA上，再利用植物组织培养获得FPS酶基因表达能力强、青蒿素产量高的品种。用秋水仙素处理黄花蒿种子或幼苗使之成为四倍体，获取青蒿素。或采用其他合
24、理方法。04习题巩固 Exercises to consolidate3.在章首页中介绍的体细胞克隆猴的培育过程中，我国科学家经过多年的反复实验，可以在10s之内对卵母细胞进行去核操作，在15s之内将体细胞注入去核的卵母细胞里。有评论者认为：该研究的研究者利用“聪明的化学方法和操作技巧”，攻克了多年来导致体细胞克隆猴失败的障碍。培育克隆猴的流程如下图所示，请结合图回答问题。04习题巩固 Exercises to consolidate胎猴体细胞取出母猴采集卵母细胞去核去核卵母细胞Kdm4d的mRNA重构胚克隆小猴代孕母猴TSA生出胚胎移植注入处理用灭活的仙台病毒短暂处理融合 培养04习题巩固
25、Exercises to consolidate（1）研究人员在将胎猴的体细胞注入去核的卵母细胞前，用灭活的仙台病毒进行了短暂处理。在此过程中，灭活的仙台病毒所起作用是什么？诱导细胞融合（2）为了调节相关基因的表达，提高胚胎的发育率和妊娠率，研究人员将组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入了重构胚，同时用组蛋白脱乙酰酶抑制剂TSA处理了它。这两种物质发挥作用的机制是什么？04习题巩固 Exercises to consolidate这两种物质都是通过改变组蛋白的表观遗传修饰来调控基因表达。组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA可以表达组蛋白去甲基化酶，该酶能降低组蛋白的去甲基化水平；组蛋白脱乙
26、酰酶抑制剂TSA可以抑制组蛋白脱乙酰酶的作用，提高组蛋白的乙酰化水平。（3）评论者所说的培育过程中用到的“聪明的化学方法和操作技巧”，你认为具体体现在什么地方？04习题巩固 Exercises to consolidate“聪明的化学方法”是指对重构胚的处理用了TSA以及将组蛋白去甲基化酶Kdm4d的mRNA注入了重构胚，这可以促进囊胚的发育和提高代孕母猴的妊娠率。“操作技巧”是指科学家经过大量的训练，能在10s内完成对卵母细胞的去核操作，能在15s内将体细胞注入去核的卵母细胞，这样迅速的操作减少了对卵母细胞的损伤。（4）你认为体细胞克隆猴的成功培育有什么意义？04习题巩固 Exercises
27、 to consolidate在医学研究中通常需要用到遗传背景相似或相同的实验动物，这样实验组和对照组的比较才更具有说服力。小鼠因其能快速地进行近亲繁殖，产生大量遗传背景相似的后代，而被广泛用作实验动物。但是小鼠与人的亲缘关系太远，很多在小鼠体内有效的候选药物，用在人身上不一定有效，或有很大的副作用；在小鼠体内存在的致病机制也不一定存在于人体内。由于猴与人的亲缘关系极近，培育大批具有相同遗传背景的克隆猴，对人类疾病致病机制的研究和新药的研发等具有重要意义。特别是在脑研究方面，克隆猴的培育将大大促进人类脑疾病的研究和治疗。例如，我们可以培育一批“模型猴”标记它们的某一类神经元，追踪其神经连接，由于这些猴的遗传背景一致，所以在研究中可以最大限度排除由基因差异造成的大脑结构形状不一的问题。克隆猴的成功培育标志着我国在非人灵长类疾病动物模型研究方面处于国际领先水平。课时作业 THANK YOU