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1、胚胎工程（二）技术手段编稿：闫敏敏 审稿：宋辰霞【学习目标】1、简述哺乳动物体外受精技术的主要操作步骤。2、简述哺乳动物胚胎的早期培养方法。3、举例说出胚胎移植和胚胎分割。4、关注胚胎工程的研究进展和应用价值。【要点梳理】要点一、体外受精 1原理 人工模拟体内环境（包括营养、温度、PH等），使初级卵母细胞成熟和精子获能，最终完成受精和胚胎保存。 哺乳动物体外受精主要包括卵母细胞的采集、精子的获取和受精等主要步骤。2.卵母细胞的采集采集方法适用范围举例采集过程输卵管冲取法实验动物小鼠、兔、猪、羊等用促性腺激素处理，使其排出更多的卵子，从输卵管冲取卵子已屠宰动物卵巢内采集大型动物或大家畜牛从已屠宰
2、的雌性动物体内摘取卵巢，再从卵巢中采集卵母细胞活体采卵大型动物或大家畜牛借助超声波探测仪、内窥镜或腹腔镜等工具直接从活体动物卵巢中采集卵母细胞3.精子采集和获能（1）收集精子的方法：假阴道法、手握法和电刺激法要点诠释 假阴道法是用特制的假阴道，满足雄性动物交配时对压力、温度和润滑度的要求。同时要配备有与采精动物相适应的台畜，训练动物爬跨台畜，借假阴道收集精液。 手握法是通过徒手或戴乳胶手套的手，直接把握雄性动物阴茎，施以适当压力和刺激引起射精，并收集富含精子的精液。电刺激法是采用特制的电极伸入动物的直肠，直接刺激位于腰荐部的射精中枢神经，引起射精，此方法多用于野生或某些经济动物。（2）精子获能
3、的处理方法：在体外受精前，必须先对精子进行获能处理，诱导方法有：获能方法概念适用动物培养法将取自附睾的精子放人人工配制的获能液中培养一段时间啮齿动物、家兔和猪等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4.体外受精获能的精子和培养成熟的卵子可以在获能液或专用的受精溶液中完成受精过程。要点二、胚胎的早期培养 早期胚胎一般指可用于移植的胚胎，在原肠胚之前的囊胚、桑椹胚甚至更早的阶段。 （1）培养的目的：检测受精状况和受精卵的发育能力。 （2）胚胎早期培养液成分与动物细胞培养液成分基本相同，除无机盐、营养成分和调节物质外，还需要血清、抗生素等
4、，两者都是液体培养基。植物组织培养则为固体培养基，其中加入琼脂，所需植物激素主要是生长素和细胞分裂素两大类。（3）移植方式：当胚胎发育到适宜的阶段时，冷冻保存或移植到受体动物子宫内培养。（4）试管动物生产流程：要点三、胚胎移植1. 胚胎移植的概念（1）胚胎移植的概念：是指将雌性动物的早期胚胎，或者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。要点诠释：胚胎供体：雌性动物体内早期胚胎。通过体外受精和早期胚胎的培养得到。通过哺乳动物体细胞核移植及培养而得到。 胚胎受体的条件：同一物种。与供体处于相同的生理状态。雌性动物。 移植方法：手
5、术法和非手术法。 重要性：是胚胎工程技术的最后一道“工序”。 实质：是生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程。药物诱发排卵监测卵泡取卵取精体外受精受精卵胚胎体外培养（35天）胚胎移植，补充激素胚胎着床、妊娠胎儿发育床、妊娠2. 人的胚胎移植（试管婴儿的培育过程）【高清课堂：胚胎工程（二）技术手段 369181 人的胚胎移植】3.胚胎移植的条件及意义 （1）胚胎移植成功与否的两个重要条件 同种动物之间进行胚胎移植易于成功。这里的“同种”是指“同物种”。 供、受体生理状态要相同，为此必须做到： a供、受体母动物的发情时间一致；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。 （
6、2）胚胎移植的意义 加速育种工作和品种改良。 大量节省购买种畜的费用。 一胎多产。 保存品种资源和濒危物种。 可充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力。 a大大缩短了供体本身的繁殖周期。 b增加供体一生繁殖后代的数量。 4胚胎移植的生理学基础 （1）供体与受体相同的生理环境 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，这就为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境。 （2）早期胚胎处于游离状态 哺乳动物的早期胚胎形成后，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，这就为胚胎的收集提供了可能。 （3）受体对外来胚胎的认可 大量的研究已经证
7、明，受体对移入子宫的外来胚胎基本上不发生免疫排斥反应，这为胚胎在受体内的存活提供了可能。 （4）供体胚胎与受体正常联系的建立 供体胚胎可与受体子宫建立正常的生理和组织联系，且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。 5胚胎移植的基本程序（以牛为例） （1）对供、受体母牛进行选择，并用激素进行同期发情处理。 （2）用激素对供体母牛做超数排卵处理。 （3）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，把供体母牛子宫内的胚胎冲洗出来（也叫冲卵）。 （5）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
8、段。 （6）将收集的胚胎直接向受体移植或放入196的液氮中保存。 （7）胚胎的移植：手术法：引出受体子宫和卵巢，将胚胎注入子宫角，缝合创口。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的检查。（9）受体母牛产下胚胎移植的犊牛。要点三、胚胎分割和胚胎干细胞 1胚胎分割技术 （1）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。 （2）理论基础及物质基础：理论基础：细胞的全能性。 物质基础：每个细胞核内具有相同的遗传物质。 特点：每个后代具有相同的遗传特性。 （3）胚胎的选择：发育良好、形态正常的桑椹胚
9、或囊胚。（4）基本操作程序： 将发育良好的胚胎移人含有培养液的培养皿中，在显微操作下用分割针或分割刀片将胚胎分割，或采用胰蛋白酶处理等方式将卵裂中的细胞分散。 将分割的胚胎或细胞直接移植给受体，或在体外培养到囊胚期再移植给受体，着床发育产仔。 2胚胎干细胞（1）干细胞的类型类别来源或举例特点全能干细胞桑椹胚或囊胚及以前的细胞能发育成完整个体多能干细胞（胚胎干细胞）内细胞团、原始性腺细胞能分化出动物体内的任何组织专能干细胞（成体干细胞）骨髓干细胞、皮肤生发成层细胞能分化出特定的组织（2）胚胎干细胞的概念：哺乳动物的胚胎干细胞简称ES或EK细胞，来源于早期胚胎或从原始性腺中分离出来。（3）胚胎干细
10、胞的特点： 形态：表现为体积小，细胞核大，核仁明显。 功能：具有发育的全能性，可分化为成年动物体内任何一种组织细胞。在体外培养的条件下，可以增殖而不发生分化，可进行冷冻保存，也可进行遗传改造。（4）培养过程（5）胚胎干细胞的主要用途 可用于研究哺乳动物个体发生和发育规律。 是在体外条件下研究细胞分化的理想材料，在培养液中加入分化诱导因子，如牛黄酸等化学物质时，就可以诱导ES细胞向不同类型的组织细胞分化，这为揭示细胞分化和细胞凋亡的机理提供了有效的手段。 可以用于治疗人类的某些顽疾，如帕金森综合征、少年糖尿病等。 利用可以被诱导分化形成新的组织细胞的特性，移植ES细胞可使坏死或退化的部位得以修复
11、并恢复正常功能。 随着组织工程技术的发展，通过ES细胞体外诱导分化，定向培育出人造组织器官，用于器官移植，解决供体器官不足和器官移植后免疫排斥的问题。【典型例题】类型一：体外受精例1、下列关于卵细胞采集的叙述不正确的是（ ）A. 有些动物在采集时要用促性腺激素处理B. 从输卵管中取出的卵子，可直接与获能的精子在体内外受精C. 对有些动物可以直接从活体卵巢中吸取卵母细胞D. 采集的卵母细胞，也可以直接与获能的精子在体外受精【答案】D【解析】采集的卵母细胞，需经人工培养成熟后，（进行受精的卵细胞必须培养到减数第二次分裂中期），才能与获能的精子完成受精作用。【点评】本题考查体外受精的关键步骤。【举一
12、反三】：【变式一】下列哪项不是人工授精和体外受精的区别（ ）A. 人工授精能更有效地发挥公畜的优良特性B. 体外受精能更有效地发挥母畜的繁殖潜能C. 人工授精和体外受精的本质不同D. 人工受精的精卵结合在母畜体内，而体外受精这一过程在母畜体外【答案】C【解析】人工授精是用人工的方法，使公畜的精液注入母体生殖道内，使精卵细胞结合；体外受精是将人工获得的精子和卵细胞在体外完成受精。这两者的本质都是两性生殖细胞的结合，只不过是在体内完成，后者是在体外。类型二：胚胎移植例2、下列有关动物胚胎移植的叙述，错误的是（ ）A. 受孕母畜体内的受精卵或胚胎均能移植B. 受体母畜必须处于与供体母畜同期发情的状态
13、C. 超数排卵技术要使用一定的激素D. 胚胎移植可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜能【答案】A【解析】胚胎移植所用的胚胎是指雌性动物的早期胚胎，或者通过体外受精及其他方式得到的胚胎，而不是受精卵。为了使胚胎移植能够成功，要给供、受体注射相关的激素，使它们同期发情，为胚胎移植能够提供相同的生理环境。通过注射促性腺激素可以使供体母牛超数排卵，提供更多的胚胎。胚胎移植可以充分发挥雌性优良的繁殖潜力。【点评】本题考查胚胎移植的相关知识。【举一反三】：【变式】下列关于胚胎移植的叙述不正确的是（ ）A. 胚胎移植全部属于无性生殖B. 可以充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力C. 大大缩短了供体本身的繁殖周期D.
14、供体的主要职能变为只产生具有优良遗传特征的胚胎【答案】A【解析】胚胎移植中的胚胎大多是通过人工体外授精获得的，也就是通过有性生殖获得的，故应属于有性生殖。例3、下列关于试管婴儿的说法，不正确的是（ ）A. 是体外受精、胚胎移植的产物B. 是一个有性生殖的过程C. 精子和卵细胞在体外结合受精卵D. 体细胞的核与卵细胞质融合成受精卵 【答案】D【解析】试管婴儿是体外受精和胚胎移植的产物。试管婴儿实质是精子与卵细胞体外完成受精过程，并在试管中发育成早期胚胎，然后移植到母体子宫内发育为胎儿，是一个有性生殖过程，因此D选项不正确。【点评】本题考查试管婴儿的实质，需要同学们深刻理解。【举一反三】：【变式】
15、下列各项中与“试管婴儿”的培育有关的是（ ）体外受精 体内受精 主要在体外发育 主要在体内发育 运用基因工程技术 运用胚胎工程技术A. B. C. D. 【答案】C【解析】试管婴儿是体外受精后，培育成早期胚胎后移植回母体子宫内继续发育。受精卵在试管内发育的时间很短，主要是体内发育。“试管婴儿”属于胚胎工程技术的应用。类型三：胚胎干细胞 例4、下列对“人类胚胎干细胞”这一概念的理解，正确的是（ ）A. 人类胚胎干细胞是人类胚胎发育早期囊胚外表的扁平脑细胞和囊胚内侧的内细胞团B. 人类胚胎干细胞就是人类胚胎发育早期囊胚腔内侧的内细胞团C. 人类胚胎干细胞是人类囊胚中可发育成胎盘、肝、肺、骨骼、皮肤
16、等的全能性细胞D. 人类胚胎干细胞体积较小、细胞核小、核仁明显【答案】B【解析】人类胚胎干细胞是人类胚胎发育早期囊胚中未分化的细胞。囊胚外表是一层扁平细胞，可发育成胚胎的支持组织如胎盘等：中心的腔称囊胚腔，腔内侧有内细胞团。内细胞团在形成内、中、外三个胚层时开始分化，内胚层分化形成肝、肺和肠等。中胚层分化形成骨骼、血液和肌肉等，外胚层分化成皮肤、眼睛和神经系统等。由于内细胞能发育成完整的个体，因而这些细胞被认为具有全能性。人类胚胎干细胞体积小、细胞核大、核仁明显。【解析】本题考查胚胎干细胞的概念，需要同学们深入理解其特点。【举一反三】：【变式】以下关于人类胚胎干细胞就的叙述不正确的是（ ）A. ES细胞的分离和培养可以应用于基础生物学、畜牧学和医学等方面B. ES细胞可用于治疗帕金森综合征、少年糖尿病和老年痴呆症等C. 现在已经通过诱导ES细胞的定向分化成功治愈癌症、心脑血管疾病和某些组织器官的损伤D. ES细胞是研究体外细胞分化的理想材料【答案】C【解析】目前，对于ES细胞的研究已有了很大的进展，在动物实验方面，用ES细胞诱导分化出某些组织细胞已经成功治愈糖尿病、肝衰竭和成骨不良等疑难病症，至于人类这方面的疾病治疗，还有待进一步研究。心脑血管疾病、艾滋病、癌症就不是ES细胞所能治疗的。