畜禽胚胎学基础.ppt

第十六章 畜禽胚胎学基础,一、畜禽胚胎学的概念和研究内容 胚胎学（embryology）是研究动物个体的发生和发育的科学。其过程大致可分为三个阶段，即胚前发育、胚胎发育和胚后发育。,胚前发育是指在受精以前的两性生殖细胞的发生和成熟过程；胚胎发育是指从受精到分娩或孵出前的胚胎在母体子宫或卵膜内的发育过程；胚后发育则是指动物从出生或孵出到性成熟的发育阶段，这三个阶段总称个体发生。,胚前发育和胚胎发育可以归纳如下（图）,原始生殖细胞卵原细胞 精原细胞 卵子发生 精子发生卵子 受精 精子 合子 卵裂 囊胚 原肠形成 原肠胚 神经管形成 神经胚 器官发生 胎儿,第一节 生殖细胞的结构和发生,一、两性生殖细胞的发生、构造及生理特性 两性生殖细胞（两性配子）是指精子和卵子，它们分别贮存了父本和母本的遗传物质，是个体发生的基础。,精子在睾丸中产生，附睾中达到生理上的成熟，是雄性生殖细胞。卵子则在卵巢中产生，它的第一次成熟分裂是在卵巢中排卵前完成，第二次成熟分裂则是在输卵管内有精子的前提下进行的。,（一）精子的形态结构、生理特性及发生 1、形态结构光镜下的精子形似蝌蚪，由头部、颈部和尾部三部分组成。（图1）、（图2）,2、精子的发生分为四期：（1）增殖期（2）生长期（3）成熟期（4）成形期（图）,3、精子的生理特性（1）精子能够运动。（2）精子是个单倍体。（3）精子是一种高度分化的细胞，生存能力差。（4）怕热不怕冷，因此可冷冻保存精液。现代的精液冷冻技术，可使精子在-78-196和-269条件下长期保存。,（二）哺乳动物卵子的形态结构、发生及生理特性 1、卵子的形态结构 卵子为圆形或卵圆形，体积大。外有一层保护膜透明带。透明带周围排列着柱状卵泡细胞放射冠。卵子细胞质丰富，有各种细胞器、大量卵黄颗粒（内含蛋白质、脂肪、糖等）。卵子的细胞膜称为卵黄膜。（图）,卵子有分极现象即有动物极和植物极。卵子成熟后，在卵巢内完成第一次成熟分裂，释出第一极体，而后排卵。排出的卵包括三部分卵母细胞、放射冠和透明带。,2、卵子的生理特性（1）体积大，含有较多营养物质，不能运动。（2）有极性，具有动物极和植物极之分。（3）卵子的生存时间短。排出的卵子如果不马上受精，很快就会死亡。,3、卵子的发生 卵子的发生是指卵子在卵巢内的形成过程，包括三个阶段：（1）繁殖期（2）生长期（3）成熟期（图）,精子、卵子发生的异同：1、分期不同，精子的发生多了一个成形期。2、精子的两次成熟分裂均在曲精小管内进行；而卵子的两次成熟分裂是在不同的两处，第一次成熟分裂是在卵巢中，而第二次成熟分裂必须在有精子的作用下在输卵管中进行。,3、一个初级精母细胞经两次成熟分裂形成4个精子；而初级卵母细胞经两次成熟分裂形成一个卵子和三个极体。（图）,第二节 家畜早期胚胎发育,家畜早期胚胎发育从受精开始，经过卵裂、囊胚期、三胚层的形成和分化、中轴器官形成等几个阶段。,一、生殖细胞的特点1、精子形态呈蝌蚪状。2、卵子（图）属少黄，均黄卵。(因为胎生，胎儿从母体中获取营养，不需卵黄供给营养。）,二、受精 1、受精的概念和意义 精子和卵子结合形成合子的过程称受精（fertilization）（图）,受精的意义：标志着新生命的开始；两个单倍体的性细胞结合，恢 复染色体的双倍体；合子接受了双亲的遗传性状；决定性别（入卵精子的类型）,2、受精的部位 精子必须获能后才能使 卵子受精。哺乳动物的受精部位，发生 在输卵管壶腹部。,3、受精过程(1)精子获能和顶体反应 精子获能 精子在雌性生殖道内停留一段时间后,才能获得使卵子受精的能力,称精子获能。顶体反应 精子顶体可释放顶体酶,将卵细胞的放射冠,透明带溶解.精子穿越透明带。（图1）（图2）,（2）透明带反应 精子入卵后,发生透明带反应即在卵黄膜与透明带之间,卵黄周隙增大,透明带出现化学变化,阻止后来的精子穿入。（图）,（3）原核形成 精子进入卵细胞后,头部膨大形成雄性原核,卵细胞此时完成第二次成熟分裂,排出第二极体后形成雌性原核。（图）,（4）雌、雄原核融合 雌、雄原核体积增大,逐渐靠拢,两原核融合形成合子,即受精卵。两性生殖细胞的单倍体变为双倍体。,三、卵裂（cleavage）合子(zygote)按一定规律进行连分裂的过程称卵裂。分裂后的细胞称卵裂球。（图）,哺乳动物卵裂的特点：1、异时全裂。（第一次卵裂一分为二，出现两个卵裂球，第二次卵裂不同时分裂，出现三个卵裂球。）2、卵裂的速度很慢。3、卵裂始终在透明带内进行，随着卵裂球数量增多，体积逐渐减小，至16-32细胞时，胚体呈桑椹状，称桑椹胚(morula)。（图）,四、囊胚和附植 1、囊胚早期：出现囊胚腔，透明带没有消失。外层淡染细胞称为滋养层（以后形成胎膜）。内层深染的细胞团称为内细胞群。内细胞群以后发育为胚盘。2、囊胚晚期：透明带破裂，囊胚腔很大，呈泡状，称为胚泡。（图）,3、附植：（implantation）胚泡滋养层逐渐与子宫内膜相贴，建立组织联系和物质交换关系的过程称附植或着床。（图1）（图2）,五、原肠胚和三胚层形成、内胚层的形成 从内细胞群的下面分化出一些细胞，在滋养层逐渐形成一个新的，完整的细胞层，称为内胚层。内胚层细胞围成的腔称原肠腔。（图）,、外胚层的形成 由于内细胞群上面的滋养层溶解，使内细胞群呈盘状裸露出来，这个圆形的区域称为胚盘。胚盘表层细胞称为外胚层。（图）,3、中胚层的形成（1）原条的形成及演变（2）中胚层的形成（3）脊索的形成,在胚盘尾端外胚层的细胞迅速增生并加厚,细胞集向中轴并前伸形成原条。原条的中央下陷称原沟。原沟两侧隆起称原褶。原沟前端膨大成原窝，原窝的头端边缘细胞堆集成为原结,它是脊索的发生处（图1）（图2）,原条生长示意图（早期）,随原条的形成，在胚盘后端，外胚层和内胚层之间，由原条处分出零散的中胚层细胞。这些细胞不断分裂增生，在胚盘区内的外胚层和内胚层之间，在胚盘区外的滋养层和内胚层之间形成一个完整的中胚层。在胚盘区内的称胚内中胚层,在胚盘区外的称胚外中胚层。（图）,在原条和中胚层形成后,原结处的细胞在外胚层的下面继续分裂并向前形成脊索(notochord)。脊索是胚胎中轴器官。随着脊索的不断前伸,原条却逐渐缩短,到脊索完全形成后,原条也就消失殆尽。,中胚层最初只是一层细胞,随着胚体的形成,胚内中胚层细胞进一步分裂增生,在脊索两侧形成：上段中胚层(又称体节)（图）中段中胚层（又称生肾节）下段中胚层。,下段中胚层又分为两层：内层靠近内胚层，称脏壁中胚层，外层靠近外胚层（或滋养层），称体壁中胚层。两层之间的腔称体腔(coelome)。(图),神经管的形成(3),神经管 体节 脊索 外胚层 内胚层 卵黄囊 体壁中胚层 脏壁中胚层,六、胚层分化与中轴器官形成（一）外胚层的分化及神经管的形成脊索背侧的外胚层首先加厚形成神经板(neuralplate)。（图）神经板两侧隆起形成神经褶（图）(neural flod)。中央下陷成为神经沟(neural groove)。神经褶在背侧靠拢合并形成两端开口的神经管(neural tube)。（图1）（图2）,神经管的前、后开口以后都封闭起来，前端膨大形成脑的原基，后端形成脊髓。,神经管的形成(1),神经沟脊索,神经褶神经嵴,神经管的形成(2),神经管的形成(3),神经管 体节 脊索 外胚层 内胚层 卵黄囊 体壁中胚层 脏壁中胚层,（二）中胚层的分化和循环、泌尿、生殖器官的形成 上段中胚层（体节）是肌肉、皮肤、骨骼的原基。中段中胚层和下段中胚层的一部分形成心脏、泌尿、生殖系统。,（三）内胚层的分化和消化、呼吸器官的形成 原肠分为胚内（原始消化管）和胚外（卵黄囊）两部分。（图）随着胚体的发育,原肠分为前肠、中肠和后肠，分别形成以后的消化器官和呼吸器官的上皮和腺体。（图）,原始消化管的形成(2),羊膜神经管外胚层原始消化管卵黄囊,原始消化管的形成(3),羊膜前肠头褶生心区中肠,卵黄囊,后肠,神经管尾褶,第三节 家禽早期胚胎发育,鸡的胚胎发育过程,包括1、精子和卵子的结合。2、体内发育和体外卵化发育。（鸡21天,鸭28天,鹅30天）3、形成雏鸡,破壳孵出。,一、鸡生殖细胞的特点1、精子 呈头部稍弯曲的圆锥形,从侧面观呈镰刀状。（图）,2、卵子 在禽卵，真正的卵子是蛋黄，蛋黄中含有大量的营养物质。（核黄素、维生素A和卵磷脂）蛋黄包有三层膜蛋白、壳膜、蛋壳。（图）,鸡卵子属多黄,端黄卵。(卵黄分布在一端)卵子有分极现象称为卵子的极性。即有动物极和植物极。动物极 具有胚珠的一端。植物极 与动物极相对,卵黄含量多的一端。,细胞质中有丰富的卵黄物质,以卵黄心为中心,黄、白卵黄相间呈同心圆状排列。少量的细胞质与核被挤向动物极一端,形成小的白色圆盘状结构,称为胚珠。其卵受精后称为胚盘.,鸡属卵生动物,丰富的卵黄物质和蛋白,将充分供应蛋内形成能够独立生活的雏鸡的营养。,二、受精鸡的精子不需要获能，便可使卵子受精。精子可在母鸡生殖道内存活3周。受精部位：在输卵管的漏斗部。受精特点：多精入卵。（一般有3-5个精子穿入卵内，但只有1个精子形成雄原核，多余的精子退化）,三、卵裂和囊胚盘状卵裂。（图）胚盘与卵黄之间的腔隙为囊胚腔。,受精蛋产出后,已经是发育的幼胚。约相当于囊胚阶段甚至可达原肠胚的早期阶段。由于条件改变,鸡胚暂停发育，若在一定的条件下进行孵化 暂停发育的鸡胚可继续发育。,四、原肠胚和三胚层形成 胚盘一端形成一个厚区，在胚盘的中央形成原条，形成内胚层，内侧为原肠腔，外面的细胞层为外胚层，原条两侧的细胞向两侧扩展形成中胚层。（图1）、（图2）、（图3）,五、器官形成 与哺乳类相同。,第四节 胎膜及其功能,家畜胚胎在母体子宫内发育时，必须借助胎膜和胎盘与母体进行物质交换，以保证胎儿的正常发育。胎膜和胎盘也是由受精卵发育而来。并且与胚胎发育有着不可分割的密切关系。,一、家畜的胎膜与胎盘（一）胎膜(fetal membrane)哺乳动物的胎膜有四种：1、卵黄囊(yolk sac)2、尿囊(allantois)3、羊膜(amnion)4、绒毛膜(chorion)（图1）、（图2）,脐带 脐带是胎儿与母体进行物质交换的桥梁，家畜的脐带主要由尿囊管、血管和退化的卵黄囊等组成。,（二）胎盘1、胎盘的概念及组成 胎盘(placenta)是母体与胎儿有选择地进行物质交换的结构，由母体的子宫内膜（母体胎盘）和胎儿的尿囊绒毛膜（胎儿胎盘）组成。,2、胎盘的类型（图）(1)上皮绒毛膜胎盘（散布性胎盘，马、猪）(2)结缔绒毛膜胎盘（绒毛叶胎盘、子叶型胎盘，牛、羊）(3)内皮绒毛膜胎盘（环状胎盘，猫、狗）(4)血绒毛膜胎盘（盘状胎盘，兔、人、）,3、胎盘的功能(1)物质交换：能选择性地吸收营养，排出废物，气体交换。(2)保护作用：母体的大分子物质不能透过胎盘给 胎儿，可防止某些病原和异物对胎儿的侵害。(3)分泌功能：绒毛膜促性腺激素，孕妇尿中有，早期妊娠诊断。孕激素，保证妊娠，促进母体卵巢黄体分泌孕酮，保证胎儿正常发育，抑制再排卵。,二、家禽的胎膜及其功能（一）卵黄囊 由内胚层在内，中胚层的脏层在外形成，包在卵黄上。（二）羊膜和浆膜 同时形成。内层为羊膜，由外胚层在内中胚层的壁层在外。外层为浆膜，外胚层在外，中胚层的壁层在内形成。(三)尿囊 由内胚层在内，中胚层的脏层在外形成。容纳代谢产物。（图）,第五节 胚胎工程简介,胚胎移植是指人工帮助妊娠，俗称借腹怀胎。它能最大限度地发挥优良种畜的繁殖潜力，扩大优良种母畜的头数，加快畜群遗传改良的速度。,近些年来，在进行胚胎移植 的基础上，逐步发展起来了提高家畜繁殖力，扩大遗传影响的综合性生物工程胚胎工程。,胚胎工程具有胚胎显微操纵(embryo micromanipulation)的含义，是通过生物的、物理的、化学的和机械的方法，对胚胎进行显微操纵的一种系列研究。,胚胎工程的目的是人工干预胚胎的早期发育，改变其生理过程，用以提高动物繁殖力和改良动物品种。胚胎工程与生殖工程(reproductive engineering)的研究内容密切相关。,生殖工程是近年来发展起来的一门新的边缘学科。生殖工程利用现代生殖生理学、免疫学、繁殖学、胚胎学、发育生物学、分子生物学和遗传学的新理论和新技术，使得人为调控家畜繁殖和胚胎发育，提高良种家畜的繁殖率、培育优良种畜成为现实。,随着胚胎学等生命科学基础研究的进展飞速发展，胚胎工程已由胚胎移植技术，发展扩大到新的领域，即：胚胎分割、胚胎嵌合、体外受精、无性繁殖（克隆）、性别鉴定、胚胎冷冻等胚胎生物技术。,一、胚胎移植（图）,胚胎移植也称为受精卵移植，是指一头母畜（称为“供体”）发情排卵并经过配种后，在一定时间内从其生殖道（输卵管或子宫角）取出受精卵或胚胎，然后把它们移植到另一头与供体同时发情排卵，但未经配种的母畜（称为受体）的相应部位。这个来自供体的胚胎能够在受体的子宫着床，并继续生长和发育，最后产下供体的后代。（图）,牛胚胎移植过程,优质公牛,优质供体,受体,超数排卵,配种,冲出胚胎,胚胎移植,优质后代,妊娠,早在1890年，英国的希普将安哥拉兔的早期胚胎移植到已接受交配的比利时野兔输卵管内，结果比利时野兔生育6只小兔，其中二只小兔具有长细毛、白化等安哥拉兔的特性，这便是世界上首例胚胎移植成功的例子。接着便有绵羊、山羊、猪、牛和马等家畜的胚胎移植工作先后出现并取得成功。,60年代以来，由于实验技术的突破，使胚胎移植不仅在理论上，而且在实践上已进入应用阶段。我国从70年代开始胚胎移植的研究，先后在家兔（1979年）、山羊（1974年）、牛（1978年）获得成功。与发达国家相比，我国的胚胎移植技术水平比较低，尚处在开发应用的过渡阶段。,1、超数排卵 对供体母畜，都要求超数排卵，才能最大限度地提高其利用率。通常马、牛、驴一般只排1个卵，羊14卵，猪1012个卵。卵巢中有大量的卵并未得到利用。（母牛5万7.5万卵原细胞和初级卵母细胞）使用外源激素，使其超数排卵。,超数排卵母畜发情周期的适当时间，注射促性腺激素，使卵巢比一般情况下有较多的卵泡发育并排卵，称为超数排卵。主要用于单胎的绵羊和牛。超数排卵结合胚胎移植，能大大提高优良母畜的产仔数。,2、同期发情 同期发情利用某些激素制剂人为地控制并调整一群母畜发情周期的进程，使之在预定的时间内集中发情。进行胚胎移植，必须使供体和受体同期发情，即使供体和受体处于相同的生殖生理状态，才能使一个供体超数排卵获得的胚胎在多个受体子宫内受孕。同期发情是胚胎移植是否能成功的关键之一。,3、通常采集回收胚胎的方法有两种：（1）外科手术回收法：采用外科手术取出母畜体内受精卵。母畜全身麻醉，剖腹对母畜有伤害。（2）非手术回收法：非手术法是借助采卵器从阴道到子宫角采集胚胎。非手术法采卵率可达到50%左右，操作技术好可达到60%70%。基本达到手术法的回收率，此法使母畜受伤害较小，可重复多次采卵，方便简单。,4、移植胚胎 要求供体母畜与受体母体的发情周期同步，选择受体母畜必须是健康的，发情周期有规律，繁殖史良的。移植胚胎原则：移植胚胎的部位应与正常胚胎发育时部位一致，即从子宫角采集的胚胎移植到子宫角。胚胎移植方法同样有手术法移植、非手术法移植。,胚胎移植的应用与发展 胚胎移植是一项动物细胞工程的实用技术，这项技术对提高家畜优良品种的繁殖能力以及加速品种改良的速度，其经济效益是十分巨大的。目前，应用胚胎移植技术进行商业化活动，把胚胎作为商品出售已经十分普及。,在美国、英国、法国、德国、加拿大、澳大利亚等国家成立的胚胎公司都有很好的效益。从英格兰把牛运送到新西兰，运活牛每头须用3900美元，运送一个牛的胚胎只需750美元，节约5倍资金。,二、胚胎分割 胚胎分割又称胚胎显微分割。它是一项最新的繁殖技术，是通过显微外科手术，将胚胎用一根微细玻璃针或胚胎分割仪，从2-细胞至早期囊胚，均可人为分割为两个半胚或四分胚、八分胚，之后经过培养，移植给受体，仍可发育成为一个完整的个体，获得一卵双胎或多胎。,三、哺乳动物嵌合体（一）概念 有2个或2个以上的受精卵发育而成的复合个体。,细胞嵌合 生物技术发展到今天，细胞则成了科学家们随意发挥想象力的乐园，他们甚至可以把生命像积木那样组装起来，进行细胞水平上生命组合游戏。,最具代表性的是美国耶鲁大学两位教授杰作，他们在黑毛鼠、白毛鼠、黄毛鼠的受精卵分裂成8个细胞时，用特制的吸管把8细胞胚吸出输卵管，然后用一种酶将包裹在各个胚胎上的粘液溶解，再把这三种鼠的8细胞胚放在同一溶液中使之组装成一个具有24个细胞的“组装胚”，然后把“组装胚”移植到一只老鼠的子宫内，不久，一只奇怪的组装鼠问世了，这只组装鼠全身披着黄、白、黑三种不同颜色的皮毛。,黑毛鼠 白毛鼠 黄毛鼠 特制吸管吸出 8细胞胚 8细胞胚 8细胞胚 24个细胞“组装胚”移植入 母鼠子宫 组装鼠（具黄、白、黑三种色）,英国、美国科学家还组装成功了绵羊和山羊的嵌合体 绵山羊（头似山羊，躯干像绵羊的绵山羊），提供了人类创造生物新品种的一个例证。绵羊卵裂细胞与山羊卵裂细胞可以聚集起来形成混合胚泡。,四、体细胞核移植 将动物体细胞经过抑制培养，使其处于休眠状态，利用细胞核移植技术将其导入去核卵母细胞，克隆胚胎，经移植至受体，妊娠产仔，克隆出成体动物。英国的克隆羊“多利”即用此法生产。（图）,多利与以往的克隆动物比较的最大区别，是它的核供体是高度分化了的体细胞（乳腺上皮细胞），而不是尚保留细胞全能性的早期胚胎细胞。这是克隆技术领域的一项重大突破，利用这一技术可以大批复制某一动物，其影响将不可估量。美国科学杂志评出的1997年世界十大科技成就，克隆羊多利荣登首席。,五、转基因动物（一）概念 转基因动物是将特定的外源基因导入动物受精卵或胚胎，使之稳定整合于动物的染色体基因组并能遗传给后代的一类动物。(二)方法 利用显微注射方法，将目的基因注射到受精卵的雄原核内。（图）,（三）意义 1、基因表达与调控研究。2、人类遗传病的转基因动物模型建立。3、动物“生物反应器”。4、用转基因动物生产人类器官的替代品。,思考题：,1、生殖细胞的结构 2、精子的发生，卵子的发生，两者的区别 3、受精的概念、条件、过程和意义 4、卵裂、桑椹胚、囊胚、胚泡附植、原肠胚的概念 5、三胚层各形成哪些主要器官 6、胎膜的组成 7、胎盘的概念、分类,