胚胎工程

专题3胚胎工程1概念胚胎工程是指对动物早期胚胎或配子所进行的多种显微操作和处理技术如胚胎移植体外受精胚胎分割胚胎干细胞培养等技术经过处理后获得的胚胎还需移植到雌性动物体内生产后代以满足人类的各种需求2动物胚胎发育的基本过程1精子的发生补充精原细胞先进行有丝分裂后进行减数分裂变形过程中细胞核为精子头的主要部分高尔基体发育为顶体中心体演变为精子的尾线粒体在尾基部形成线粒体鞘膜其他物质浓缩为原生质滴直至脱落线粒体为精子运动提供能量2卵子的发生在胎儿时期卵原细胞进行有丝分裂演变成初级卵母细胞被卵泡细胞包围减一分裂在排卵前后完成形成次级卵母细胞和第一极体进入输卵管准备受精减二分裂是在受精过程中完成的3受精精子获能在雌性动物生殖道内卵子的准备排出的卵子要在输卵管中进一步成熟到减二中期才具备受精能力受精阶段卵子周围的结构由外到内放射冠透明带卵黄膜a顶体反应精子释放顶体酶溶解卵丘细胞之间的物质穿越放射冠b透明带反应顶体酶可将透明带溶出孔道精子穿入在精子触及卵黄膜的瞬间阻止后来精子进入透明带的生理反应它是防止多精子入卵受精的第一道屏障c卵细胞膜的封闭作用精子外膜和卵黄膜融合精子入卵后卵黄膜会拒绝其他精子再进入卵内的过程它是防止多精子入卵受精的第二道屏障精子尾部脱落原有核膜破裂形成雄原核同时卵子完成减二分裂形成雌原核注意受精标志是第二极体的形成受精完成标志是雌雄原核融合成合子1受精场所是母体的输卵管2胚胎发育a卵裂期细胞进行有丝分裂数量增加胚胎总体积不增加b桑椹胚32个细胞左右的胚胎之前所有细胞都能发育成完整胚胎的潜能属全能细胞c囊胚细胞开始分化其中个体较大的细胞叫内细胞团将来发育成胎儿的各种组织而滋养层细胞将来发育成胎膜和胎盘胚胎内部逐渐出现囊胚腔注囊胚的扩大会导致透明带的破裂胚胎伸展出来这一过程叫孵化d原肠胚内细胞团表层形成外胚层下方细胞形成内胚层由内胚层包围的囊腔叫原肠腔细胞分化在胚胎期达到最大限度三胚胎工程的应用1体外受精和胚胎的早期培养1卵母细胞的采集和培养主要方法用促性腺激素处理使其排出更多的卵子然后从输卵管中冲取卵子直接与获能的精子在体外受精第二种方法从刚屠宰母畜的卵巢中采集卵母细胞第三种方法是借助超声波探测仪腹腔镜等直接从活体动物的卵巢中吸取卵母细胞采集的卵母细胞都要在体外经人工培养成熟后才能与获能的精子受精b精子的采集假阴道法手握法和电刺激法获能对啮齿动物兔猪等的精子用培养法放入人工配制的获能液中对牛羊等精子用化学法放在肝素或钙离子载体溶液中3受精属于有性生殖获能的精子和培养成熟的卵细胞在获能溶液或专用的受精溶液中完成受精过程4胚胎的早期培养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状况和受精卵的发育能力培养液成分较复杂除一些无机盐和有机盐外还需添加维生素激素氨基酸核苷酸等营养成分以及血清等物质当胚胎发育到适宜的阶段时可将其取出向受体移植或冷冻保存不同动物胚胎移植的时间不同牛羊一般要培育到桑椹胚或囊胚阶段才能进行移植小鼠家兔等实验动物可在更早的阶段移植人的体外受精胚胎可在4个细胞阶段移植2胚胎移植1胚胎移植是指将雌性动物的早期胚胎或者通过体外受精及其它方式得到的胚胎移植到同种的生理状态相同的其它雌性动物的体内使之继续发育为新个体的技术其中提供胚胎的个体称为供体接受胚胎的个体称为受体供体为优良品种作为受体的雌性动物应为常见或存量大的品种地位如转基因核移植或体外受精等任何一项胚胎工程技术所生产的胚胎都必须经过胚胎移植技术才能获得后代是胚胎工程的最后一道工序2胚胎移植的意义大大缩短了供体本身的繁殖周期充分发挥雌性优良个体的繁殖能力3生理学基础动物发情排卵后同种动物的供受体具有相同的生理环境这就为供体的胚胎移入受体提供了相同的生理环境早期胚胎在不与母体子宫建立组织上的联系这就为胚胎的收集提供了可能受体对移入子宫的外来胚胎不发生免疫排斥反应这为胚胎在受体的存活提供了可能受体不会改变外来胚胎的遗传性状4基本程序主要包括对供受体的选择和处理选择遗传特性和生产性能优秀的供体有健康的体质和正常繁殖能力的受体供体和受体是同一物种并用激素性激素孕激素进行同期发情处理用促性腺激素对供体母牛做超数排卵处理配种或人工授精对胚胎的收集检查培养或保存配种或输精后第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对胚胎进行质量检查此时的胚胎应发育到桑椹或胚囊胚阶段直接向受体移植或放入196的液氮中保存对胚胎进行移植移植后的检查对受体母牛进行是否妊娠的检查3胚胎分割1概念是指采用机械方法将早期胚胎切割2等份4等份等经移植获得同卵双胎或多胎的技术2意义来自同一胚胎的后代具有相同的遗传物质属于无性繁殖3材料发育良好形态正常的桑椹胚或囊胚桑椹胚至囊胚的发育过程中细胞开始分化但其全能性仍很高也可用于胚胎分割4操作过程对囊胚阶段的胚胎分割时要将内细胞团均等分割否则会影响分割后胚胎的恢复和进一步发育二胚胎干细胞1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2具有胚胎细胞的特性在形态上表现为体积小细胞核大核仁明显在功能上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另外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3胚胎干细胞的主要用途是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症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专题4生态工程一生态工程的概念生态工程是指应用生态系统中物种共生与物质循环再生原理结构与功能相协调原则结合系统分析的最优化方法而设计的促进物质被分层多级利用的生产工艺系统二生态工程的基本原理生态工程的设计所依据的是生态学和工程学原理2工程学原理1物质循环再生原理物质能在生态系统中循环往复分层分级利用我国古代的无废弃物农业利用收集到的一切可能的有机物质转变为有机肥料改善了土壤结构培育了土壤微生物实现了NPK等元素的循环利用2物种多样性原理生态系统中生物多样性越高抵抗力稳定性越陷越高生态系统就越稳定3协调与平衡原理要处理好生物与环境的协调与平衡生态系统中的生物数量不能超过环境承载力环境容纳量的限度太湖等水体富营养化导致水葫芦和藻类疯长现象西北衰败的杨树和繁茂的当地树种间的大反差4整体性原理生态工程建设不但要考虑自然生态系统的规律还要考虑到社会和经济等系统的影响力只有应用整体性原理才能统一协调当前与长远局部与整体开发与环境建设之间的关系保障生态系统的平衡与稳定5系统学和工程学原理改变和优化系统的结构以改善功能保持很高的系统生产力三生态工程建设的基本过程生态工程在设计时要考虑到有利于人和自然两方面突出低消耗多效益可持续的征