胚胎移植和胚胎分割.doc

一、教學目標1.舉例說出胚胎移植和胚胎分割。2.認同胚胎移植在胚胎工程中的地位和作用。3.關(guān)注胚胎工程的研究進展和應用價值。二、教學難點與重點1.教學重點（1）胚胎移植的生理學基礎、基本程序和應用。（2）胚胎分割的應用意義。（3）胚胎干細胞研究的意義。2.教學難點（1）胚胎移植的生理學基礎。（2）胚胎干細胞的概念和分離途徑。三、教學策略關(guān)于“胚胎移植”的教學過程，建議教師選一篇有關(guān)的資料發(fā)給同學閱讀，例如下面的一則報道。中國首例體細胞克隆牛胚胎移植后代今晨降生（中新網(wǎng)2003年10月8日電）據(jù)膠東在線報道，今天凌晨3時18分，中國首例體細胞克隆牛的胚胎移植后代克隆?！拜磔怼痹谏綎|萊陽農(nóng)學院動物胚胎工程中心實驗場呱呱墜地?？寺∨！拜磔怼笔遣捎米钚碌牟ＡЩ焖倮鋬黾夹g(shù)和超數(shù)排卵技術(shù)繁殖的新型克隆牛。今天凌晨，記者和科研人員一起，焦急地等待“蓓蓓”的降生。3時18分，在科研人員的努力下，克隆?！拜磔怼苯K于來到了這個世界。母親黑白花奶?！袄婊ā斌聽偾樯睿鋈话l(fā)起牛威，不許眾人靠近，并用舌頭舔干“蓓蓓”濕濕的黑色毛皮。“蓓蓓”開始睜開眼睛，怯生生地看著四周關(guān)心它的人們。凌晨4時左右，在母親的幫助和周圍人們的鼓勵下，“蓓蓓”終于顫悠悠地站了起來，并在母親的幫助下開始行走?？蒲腥藛T費了好大的勁才遏制住了母親的牛勁，開始對剛降生的“蓓蓓”進行科學測量。經(jīng)測量，“蓓蓓”體長66cm，身高78cm，胸圍81cm，心律188次/min，體溫39，體重33kg，各項生理指標正常。克隆?！拜磔怼笔俏覈晒Ψ敝车氖桌偷诙浩つw上皮細胞克隆?！翱悼怠焙汀半p雙”的后代。2001年，我國研究人員對“康康”和“雙雙”進行了超數(shù)排卵處理，于2003年1月2日，從“雙雙”體內(nèi)采集到13枚符合國際胚胎移植標準的可用胚胎（這是國際上首次對體細胞克隆牛進行超數(shù)排卵處理試驗并獲得可用胚胎）。研究人員將這些標準胚胎經(jīng)過玻璃化超快速冷凍處理后，移植到中國黑白花奶?！袄婊ā钡淖訉m內(nèi)，結(jié)果獲得妊娠。采用超數(shù)排卵技術(shù)和玻璃化超快速冷凍技術(shù)的“蓓蓓”的降生證明，體細胞克隆?！翱悼怠焙汀半p雙”與正常繁殖母牛一樣對外來激素具有較好的應答能力；體細胞克隆牛經(jīng)超數(shù)排卵獲得的胚胎移植后，具有正常的發(fā)育成胎兒的能力；“蓓蓓”的降生，證明了我國體細胞克隆技術(shù)已達到世界前列。采用超數(shù)排卵技術(shù)會給畜牧業(yè)帶來巨大的變革，會促使良種克隆?？焖俜庇玫綄崿F(xiàn)，這一切將大大地帶動畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。名詞解釋玻璃化超快速冷凍技術(shù)：它是最簡潔、最快速的胚胎冷凍保存技術(shù)，冷凍過程不超過1min，不需要昂貴的程控冷凍儀器，是促進胚胎移植產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵技術(shù)之一。該項目采用玻璃化冷凍體細胞克隆牛胚胎移植產(chǎn)犢，在世界上尚屬首例。超數(shù)排卵：也簡稱“超排”，是指將供體母牛經(jīng)激素處理，使其發(fā)情，并能排出數(shù)量較多的發(fā)育成熟的卵子，經(jīng)合理的人工授精方法，可以獲得數(shù)量較多的可移植胚胎。在學生閱讀后，教師指導學生分組討論：什么是胚胎移植？教師在學生得出胚胎移植概念的基礎上，引導學生完善概念。然后讓學生通過閱讀教材了解胚胎移植的現(xiàn)狀，總結(jié)胚胎移植的意義。有關(guān)“胚胎移植的生理學基礎”的四點內(nèi)容，教師要重點講述，并指導學生分析“為什么胚胎移植要在動物發(fā)情排卵后一段時間內(nèi)進行”，以使學生了解胚胎移植的原則，為學生理解胚胎移植基本程序奠定基礎。有關(guān)“胚胎移植的基本程序”內(nèi)容，建議閱讀教材后，讓學生進行概述，這時教師要注意指導學生理解每一步技術(shù)操作的作用。關(guān)于“胚胎分割”的教學過程，建議學生自學后，討論以下問題：（1）什么是胚胎分割？它在畜牧生產(chǎn)上有何意義？（2）囊胚期的內(nèi)細胞團有何功能？對囊胚階段的胚胎進行分割時要注意什么？為什么？（3）如何進行牛胚胎的分割？總而言之，教師在教學過程中要注重用自讀、設問、討論等多種形式來引發(fā)學生的學習興趣，防止教師一言堂。具體方法可參見后面的教學案例。關(guān)于“胚胎干細胞”的教學過程，建議讓學生閱讀教材和通過報刊、雜志、互聯(lián)網(wǎng)等媒體搜集資料，撰寫一篇關(guān)于胚胎干細胞應用價值的綜述，其中要對胚胎干細胞的來源、功能及特點進行說明。寫好的綜述要在班里交流，并由學生和教師給以評價。在學習本節(jié)時，如果有條件,可組織學生到家畜良種場參觀，或請胚胎工程的專家進行專題講座，以開闊視野，加深認識。四、答案和提示（一）思考與探究1.右圖是同學們到某良種場進行參觀后，看到的胚胎移植繁育良種奶牛的技術(shù)流程示意圖。請看圖思考并討論以下各題。（1）用文字完成下面的流程圖。答：對供、受體母畜進行選擇，并進行同期發(fā)情處理；配種或人工授精；收集胚胎；胚胎移植；對受體母畜進行是否妊娠的檢查。（2）應該怎樣選擇供體公、母牛和受體母牛？在中，為什么要用促性腺激素處理供體母牛，在促性腺激素處理供體母牛前，為什么需要對供體和受體母牛進行同期發(fā)情處理？答：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；需要用促性腺激素處理供體母牛是為了引起超數(shù)排卵，這樣就可以獲得較多的胚胎；在促性腺激素處理供體母牛前，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。（3）在右側(cè)的流程圖中，哪一步需要進行沖卵？沖卵是把母畜的卵子沖出來嗎？答：第步需要進行沖卵，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。（4）用胚胎移植繁育良種種畜具有哪些實用意義？提示：胚胎移植可充分發(fā)揮雌性優(yōu)秀個體的繁殖潛力。具體表現(xiàn)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?？稍诙唐诖蠓仍黾觾?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。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。通過胚胎移植可以人為生產(chǎn)雙胎或多胎。可以通過保存胚胎來保存品種資源和瀕危動物。（二）正文中討論題1.在胚胎移植操作中，怎樣才能使胚胎在移植前后所處的生理環(huán)境保持一致？例如，供、受體的發(fā)情時間要一致嗎？供體胚胎移入受體子宮的位置，應與在供體內(nèi)的位置相同或相似嗎？答：應對供體和受體母畜進行同期發(fā)情處理，使它們的生理條件達到同步或一致，這樣才能使供體的胚胎移入受體后有相同或相似的生存條件，這是胚胎移植成功與否的關(guān)鍵。因此，必須做到供、受體母畜的發(fā)情時間一致。同時還要做到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)的受體子宮角對應的卵巢必須有黃體存在。2.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？答：胚胎移植成功率的高低與供、受體生理環(huán)境條件一致性密切相關(guān)。只有供、受體生理環(huán)境高度一致，移入受體的胚胎才能被接受，并繼續(xù)發(fā)育。所以我們可以把胚胎移植簡單概括為早期胚胎在相同生理環(huán)境條件下空間位置的轉(zhuǎn)移。這樣的概括是正確的。（三）旁欄思考題對囊胚階段的胚胎進行分割時，為什么要將內(nèi)細胞團均等分割？提示：內(nèi)細胞團一般到囊胚階段才出現(xiàn)，它是發(fā)育為胚胎本身的基礎細胞，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。五、知識拓展1.為什么哺乳動物發(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？因為哺乳動物發(fā)情排卵后，不管雌性動物妊娠與否，都會產(chǎn)生黃體，并維持一段時間，稱為黃體期。在這段時間里，同種動物的供、受體生殖器官的生理變化是相同的，這就為供體胚胎移入受體子宮內(nèi)繼續(xù)發(fā)育提供了相同的生理環(huán)境。2.胚胎移植的發(fā)展概況怎樣？胚胎移植技術(shù)的發(fā)展分為實驗生物學、家畜試驗和畜牧生產(chǎn)三個階段。實驗生物學階段的標志是，1890年英國的希普（W.Heape）成功地進行了家兔的胚胎移植。該實驗證實了早期胚胎在生理條件一致的受體母兔體內(nèi)正常發(fā)育的可能性。其后在多種實驗動物上的成功，為研究者提供了在家畜方面進行試驗的經(jīng)驗，首先在羊、豬、牛和馬等主要家畜上取得成功，使胚胎移植進入了具有生產(chǎn)意義的畜牧生產(chǎn)領域。20世紀60年代以來，對胚胎移植技術(shù)環(huán)節(jié)中的胚胎收集、保存和移植等研究取得了很大進展，為這項技術(shù)在畜牧生產(chǎn)中的實際應用奠定了基礎。20世紀70年代以后，胚胎移植進入了生產(chǎn)應用階段。其中牛的胚胎移植技術(shù)發(fā)展最快，并逐步在奶牛的育種和生產(chǎn)中得到應用。一些國家陸續(xù)成立了牛胚胎生產(chǎn)和移植公司，國際國內(nèi)的胚胎貿(mào)易和技術(shù)服務廣泛開展。近20年來，在牛的胚胎移植中，技術(shù)方法更為簡捷、方便、實用。目前已達到一頭供體牛平均每次收集到的胚胎經(jīng)移植可產(chǎn)下24頭犢牛。20世紀60年代，我國獲得家兔、綿羊、牛、馬和山羊的胚胎移植成功。近10年來，牛、羊的胚胎移植在我國部分地區(qū)已進入生產(chǎn)應用階段。3.為什么說胚胎分割技術(shù)也是動物克隆的方法之一？生物的無性繁殖方式統(tǒng)稱為克隆。就胚胎分割技術(shù)本身而言，是將同一胚胎分割成幾部分，借助胚胎移植技術(shù)產(chǎn)生遺傳物質(zhì)完全相同的后代，是一種無性繁殖的方式，因此，也屬于動物克隆的一種方法。4.為什么胚胎分割的份數(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。5.胚胎收集的方法有幾種？如何操作？對配種或授精后的供體母畜，經(jīng)過一段時間就要進行胚胎的收集。其具體操作方法是用配制好的沖卵液，借助特制的沖卵裝置，把位于子宮或輸卵管的胚胎沖洗出來，也稱沖卵。之后，再進行胚胎質(zhì)量檢查。沖胚胎的時間一般在配種或授精后38天進行，這時的胚胎已發(fā)育到48個細胞以上。沖卵的方法分為手術(shù)法和非手術(shù)法兩種，胚胎移植技術(shù)應用的早期多采用手術(shù)法沖卵，目前對于牛、馬等大家畜多采用非手術(shù)法，而小家畜或?qū)嶒瀯游锶匀皇褂檬中g(shù)法。手術(shù)法沖卵需按外科手術(shù)的要求，在腹部適當部位切口，并迅速找到輸卵管和子宮，引出體外。一般用注射器吸取沖卵液，自輸卵管的腹腔開口或子宮角注入沖卵液，而從對應的另一端（子宮角或輸卵管）插入一條塑料管引出含有胚胎的沖卵液，兩側(cè)子宮角要分別沖洗。沖卵確切的部位要根據(jù)家畜的種類、配種的時間、胚胎生長的速度和胚胎所在的位置來確定。沖卵液的用量應依據(jù)子宮角的容量而定。沖卵操作要力求迅速、準確，防止對生殖器官的損傷和粘連。對牛、馬等大家畜可采用非手術(shù)法沖卵，一般是在配種后的第7天用特制的沖卵管進行沖卵。先將沖卵管導入子宮角的適當位置，借助沖卵管外層的氣球，固定沖卵管的位置并封閉沖卵部位，防止沖卵液流入生殖道。沖洗時，先將沖卵液注入子宮角封閉部位，經(jīng)沖洗后再導出，反復進行。6.胚胎干細胞（ES細胞）的來源和主要特點是什么？ES細胞來源于早期胚胎，是從早期胚胎細胞中分離出來的。它具有胚胎細胞的特性，體積較小，細胞核大，核仁明顯；在功能上，具有發(fā)育的全能性，可分化為成年動物任何一種組織細胞。另一方面，在體外培養(yǎng)條件下，ES細胞可不斷增殖而不發(fā)生分化，可進行冷凍保存，也可以進行某些遺傳改造。7.ES細胞的主要用途是什么？ES細胞可用于研究哺乳動物個體發(fā)生和發(fā)育的規(guī)律，也是在體外條件下研究細胞分化的理想材料。ES細胞通過誘導分化可產(chǎn)生新的組織細胞，用于治療人類的組織損傷和某些頑癥。還可通過ES細胞的體外誘導分化，定向培育人造組織器官，用于器官移植，解決供體器官不足和移植后免疫排斥的問題。8.ES細胞的研究歷史是怎樣的？ES細胞的研究是從1958年史蒂文斯（Stevens）發(fā)現(xiàn)小鼠畸胎瘤細胞（embryoniccarcinomacell，EC）開始的。EC細胞因具有可以分化為生殖細胞和其他細胞的特性而引起人們的注意。研究人員開始尋求從正常小鼠胚胎中分離培養(yǎng)類似EC細胞的可能性。1987年，伊文思（Evans）和考夫曼（Kaufman）歷時8年，從延遲著床的小鼠胚胎中分離得到了ES細胞，當時用兩人名字的第一個字母命名為EK細胞。從此以后，小鼠ES細胞的分離技術(shù)逐漸成熟，成為研究小鼠胚胎發(fā)育不可缺少的技術(shù)環(huán)節(jié)。1988年，德奇曼（Doetschman）等建立了倉鼠的ES細胞系。1994年，惠勒（Wheeler）和羅伯特（Robert）的研究小組分別用胚胎和原始生殖細胞（primadialgermcell，PGC）培養(yǎng)獲得了豬的ES細胞。1998年，美國威斯康星大學湯姆森（Thomson）等人利用不同的方法分別從人的體外受精囊胚和PGC中分離得到了人的全能ES細胞。人的ES細胞的分離成功引起了生物和醫(yī)學界的密切關(guān)注，為在體外培養(yǎng)人類所需的組織細胞，取代病人體內(nèi)壞死組織細胞，治療各種疑難病癥提供了新的途徑。參考書目和網(wǎng)站參考書目1.動物繁殖生物技術(shù)。桑潤滋主編，北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2002年。2.干細胞技術(shù)。裴雪濤主編，北京