哺乳动物生殖工程学
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作者李光鹏，张立主编
出版社科学出版社
ISBN9787030589217
出版时间2017-02
装帧精装
开本16开
定价680元
货号9348610
上书时间2024-09-08
商品详情
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目录
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前言
绪论 1
一、人类对生殖活动的认知 1
二、生殖细胞 3
三、哺乳动物个体发生 3
四、生殖生物技术的发展 4
五、生殖生物技术在动物繁殖中的应用 9
六、生殖生物学基础研究的热点与发展趋势 10
参考文献 12
第一章 卵母细胞体外成熟 13
第一节 卵母细胞成熟的特征 13
一、卵丘细胞的成熟 13
二、透明带的成熟 15
三、卵母细胞的细胞膜成熟 16
四、卵母细胞的细胞核成熟 18
五、卵母细胞的细胞质成熟 22
第二节 卵母细胞体外成熟培养 25
一、卵巢卵母细胞的收集 25
二、卵母细胞成熟培养操作 27
三、小鼠卵母细胞体外成熟培养操作要点 29
四、家畜卵母细胞体外成熟培养操作要点 29
第三节 卵母细胞的质量评价方法 30
一、物理方法 31
二、化学方法 33
三、体外受精、体外胚胎培养评定法 35
第四节 影响卵母细胞体外成熟的因素 35
一、影响卵母细胞体外成熟的主要因素 35
二、促进卵母细胞体外成熟的措施39
参考文献 40
第二章 体外受精 43
第一节 哺乳动物体外受精的研究简史 43
第二节 精液与精子的生物学特性 46
一、精液的主要常规参数 46
二、有关精子的一些生物学数据 49
第三节 精子获能 51
一、精子获能原理 51
二、精子获能处理 54
三、提高精子活力的措施 59
四、精子获能的检测59
五、影响精子体外获能的因素 62
六、体外诱导顶体反应 63
第四节 实验动物的体外受精操作 65
一、小鼠的体外受精操作 65
二、大鼠的体外受精操作 69
三、兔的体外受精操作 72
第五节 家畜的体外受精操作74
一、牛的体外受精操作 74
二、绵羊与山羊的体外受精操作 78
三、猪的体外受精操作 79
四、不同动物体外受精操作的主要参考指标 83
第六节 显微受精 83
一、显微受精研究概况 83
二、ICSI 操作过程 85
三、影响显微受精的因素 89
四、ICSI 的转基因应用 91
参考文献 91
第三章 胚胎体外生产 94
第一节 哺乳动物早期胚胎发育 95
一、母源—合子基因转变 95
二、致密化的桑椹胚形成 100
三、囊胚形成机制 102
四、囊胚孵化机制 104
五、胚胎的细胞凋亡 106
第二节 胚胎体外发育阻滞与胚胎能量代谢 107
一、胚胎体外发育阻滞现象和机理 107
二、胚胎体外发育阻滞的克服109
三、早期胚胎发育的能量代谢途径 111
第三节 培养系统 112
一、培养用具的选择与要求 112
二、气相条件 113
三、培养温度 114
四、光照 115
五、湿度 115
六、培养液 115
第四节 胚胎培养液 115
一、几种动物输卵管液的化学成分 116
二、培养液的种类和组成 117
三、培养液中主要成分的作用 126
四、培养液的配制方法 128
第五节 胚胎收集与胚胎培养体系 129
一、胚胎收集 129
二、胚胎培养体系 132
第六节 胚胎质量评价 136
一、胚胎细胞计数方法 137
二、胚胎细胞计数具体操作 139
三、胚胎与胎儿细胞的染色体分析技术 141
四、囊胚辅助孵化技术143
五、胚胎细胞凋亡检测分析技术 145
六、哺乳动物早期胚胎蛋白质组学分析 147
七、代谢组学的胚胎质量评估 149
八、多潜能基因表达检测技术 150
第七节 胚胎体外生产与应用技术体系 151
一、牛胚胎体外生产技术体系 151
二、绵羊胚胎体外生产技术体系 158
三、山羊胚胎体外生产技术体系 162
参考文献165
第四章 孤雌生殖与孤雄生殖 168
第一节 单性生殖的研究简史 168
一、朱冼与他的单性繁殖研究168
二、哺乳动物的单性生殖研究169
第二节 孤雌激活与孤雌生殖 170
一、孤雌激活的机理 170
二、孤雌激活的方法 172
三、孤雌激活操作 174
四、卵母细胞孤雌激活的类型176
五、孤雌胚的发育 177
第三节 孤雄生殖 178
一、孤雄胚胎的制作方法 178
二、孤雄胚胎的发育 180
三、孤雄胚胎干细胞 181
四、单倍体胚胎干细胞181
参考文献183
第五章 动物克隆技术 186
第一节 细胞核移植的研究简史 187
一、细胞核移植技术设想的提出 187
二、无尾两栖动物细胞核移植研究 188
三、鱼类细胞核移植研究 189
四、哺乳类细胞核移植研究 190
五、异种动物的核移植 192
第二节 细胞核移植的基本程序192
一、供体细胞的选择 192
二、受体胞质的选择 194
三、受体胞质与供体核的细胞周期同步性 195
四、核移植操作 196
五、细胞融合198
六、克隆胚胎激活 200
七、克隆胚胎培养 203
八、克隆胚胎移植 204
九、克隆动物鉴定 204
第三节 小鼠体细胞核移植技术204
一、小鼠核移植操作的基本程序 204
二、显微注射针的准备206
三、去核针或注核针的安装及Piezo 调试 207
四、卵母细胞的收集 208
五、去核操作 209
六、供核体细胞的准备 210
七、供体核注射 210
八、融合胚的激活和培养 211
九、克隆胚胎的移植 213
第四节 牛体细胞核移植技术 213
一、卵母细胞的成熟培养 213
二、体细胞培养与供核体细胞的选择215
三、去核操作 218
四、注核操作 219
五、融合 219
六、融合胚的激活 219
七、胚胎培养和囊胚质量鉴定 221
八、囊胚的核型分析 221
九、胚胎移植和妊娠检查 222
十、克隆牛生产与克隆犊牛护理 223
十一、克隆牛的繁殖与应用 227
第五节 羊与其他动物的体细胞核移植技术 227
一、羊克隆技术要点 228
二、猪克隆技术要点 232
三、马（或骡）克隆技术要点234
四、克隆动物研究进展236
第六节 影响体细胞核移植的因素 237
一、体细胞克隆存在的主要问题 237
二、影响克隆效率的因素 239
第七节 克隆动物的健康与食品安全性244
一、克隆动物的健康 244
二、克隆动物的行为 245
三、克隆动物的生态适应性 246
四、克隆动物的食品安全 250
第八节 异种核移植 251
一、异种核移植的研究历史 251
二、异种核移植胚胎基因组激活和基因表达 252
三、异种核移植胚胎线粒体异质性 253
第九节 胚胎分割 254
一、胚胎分割方法 255
二、分割胚的发育 257
三、胚胎分割技术存在的问题 259
四、胚胎分割技术的意义 259
第十节 嵌合体制作技术 260
一、嵌合体研究的目的与意义 260
二、嵌合体的制作方法 260
三、嵌合体分析 264
四、嵌合体技术的意义 265
参考文献 266
第六章 性别决定与性控技术 275
第一节 哺乳动物性别决定原理 276
一、性染色体上的性别决定基因 278
二、Sry 是TDF 的证据280
三、与睾丸决定有关的基因 282
四、与卵巢决定有关的基因 284
五、SRY 的作用及性腺细胞间的相互作用 286
六、动物性别决定模型 287
第二节 哺乳动物胚胎性别鉴定的传统方法 288
一、细胞遗传学方法 288
二、免疫学方法（H-Y 抗原法） 289
三、H-Y+精子与H-Y–精子的分离 290
四、X 染色体相关酶法鉴定胚胎性别 291
五、分子生物学方法 292
六、SRY-PCR法 293
七、其他方法294
第三节 X 精子、Y 精子分离技术 295
一、分离精子的理论基础 296
二、精液分离速度 298
三、分离精子准确率的评价方法 299
四、性控精液的产犊准确率 301
第四节 性控精液的应用301
一、分离精子的人工输精 302
二、性控精液的体外受精 302
三、性控精液在奶牛生产中的应用 303
四、性控冷冻精液存在的问题 303
五、受精环境对哺乳动物性别形成的影响 304
参考文献 306
第七章 配子与胚胎保存 311
第一节 胚胎的短期保存 311
一、异种动物体内保存 312
二、胚胎的低温保存 313
第二节 程序化超低温冷冻保存技术 316
一、超低温冷冻保存的原理 316
二、冷冻保护剂 318
三、冷冻保存的方法 320
四、冷冻保存的操作程序 321
五、冷冻胚胎解冻后的活力鉴定 325
六、程序化胚胎冷冻研究进展325
第三节 玻璃化冷冻保存技术 329
一、玻璃化冷冻保存的原理 329
二、玻璃化冷冻保存的操作要求 330
三、玻璃化冷冻方法 330
四、玻璃化冷冻保存具体操作 332
五、影响玻璃化冷冻效果的可能因素 334
六、玻璃化冷冻保存技术研究进展 336
第四节 卵母细胞的冷冻保存 338
一、卵母细胞的冷冻损伤 339
二、卵母细胞冷冻保存操作 341
三、卵母细胞冷冻保存进展与存在的问题 343
第五节 精液的冷冻保存345
一、精液的冷冻过程及其对精子的损伤 346
二、精液稀释液中的添加剂 348
三、牛冷冻精液生产操作过程350
四、羊冷冻精液生产操作过程352
五、猪冷冻精液生产操作过程354
六、精液冷冻保存的发展趋势356
参考文献357
第八章 配子与胚胎发生的表观遗传学 363
第一节 表观遗传学原理364
一、DNA 甲基化与去甲基化 364
二、组蛋白修饰 367
三、染色质重塑 372
四、假基因 378
五、非编码RNA 379
第二节 配子发生过程中的表观遗传现象 382
一、PGC 分化过程存在广泛的表观遗传修饰 382
二、雌雄生殖细胞印记的重建385
三、精母细胞减数分裂过程中的表观遗传修饰 386
四、卵母细胞减数分裂过程中的表观遗传修饰 387
五、DNA 羟甲基化修饰 389
第三节 胚胎发育过程中的表观遗传学修饰 390
一、胚胎早期发育过程中的基因组DNA 甲基化修饰 391
二、胚胎发育过程中的DNA 羟甲基化修饰 392
三、胚胎发育过程中的组蛋白修饰变化 393
四、克隆胚胎中的表观遗传修饰 396
五、异种核移植胚胎的核重塑 401
第四节 表观遗传系统的生物学意义 403
一、表观遗传学与疾病 403
二、环境对表观遗传学的影响 408
三、表观遗传学在动物
内容摘要
绪论
一、人类对生殖活动的认知/1
二、生殖细胞/3
三、哺乳动物个体发生/3
四、生殖生物技术的发展/4
五、生殖生物技术在动物繁殖中的应用/9
六、生殖生物学基础研究的热点与发展趋势/10
参考文献/12
生殖是生命活动的基本特征之一，是生命体繁衍后代、维系物种延续的重要过程。生殖生物学（reproductive biology）是研究个体发生、生殖活动及其调控规律的科学。生殖生物学主要研究性腺发育、配子发生成熟与排放、受精、早期胚胎发育与着床、胎盘发育、性别决定、妊娠维持、分娩与生殖健康等一系列与生殖相关的生命活动基本规律和发生机制。生殖工程学（reproductive engineering）是在生殖生物学、动物胚胎学、动物繁殖学、产科学与动物营养学等多学科基础理论指导下，利用现代生物技术手段对生殖细胞、配子和胚胎进行人为干预和操作，以改善胚胎发育、提高个体质量、消除遗传疾病等的工程技术学科。
生殖工程学主要包括五大类技术体系：靠前类是原生殖细胞与配子工程技术，包括原生殖细胞与配子的基因和表观调控技术、配子单倍体干细胞技术；第二类为胚胎生产与移植相关技术，包括超数排卵、人工输精、卵母细胞体外成熟与体外受精、胚胎移植技术、胚胎性别鉴定与动物性别控制技术、配子与胚胎冷冻保存技术；第三类为动物克隆技术，包括细胞核移植技术、胚胎分割技术、胚胎嵌合技术；第四类为基因编辑与转基因动物技术，包括内源基因的定点编辑或干扰技术、外源基因的定点植入过表达技术；第五类为干细胞技术，包括生殖干细胞技术、胚胎干细胞技术、诱导干细胞技术等。
20 世纪末期，生殖生物学理论与工程技术研究进入了快速发展阶段，有力促进了动物快速繁殖、品种改良与育种速度，极大提高了畜牧业产能和效益；有力促进了人类生殖医学的发展，在生殖疾病治疗、优生优育、开创疾病治疗新途径等方面发挥了巨大作用。
一、人类对生殖活动的认知
早在公元前，希波克拉底（Hippocratis）认为身体各部分均能产生各种精液，幼体是各部分精液凝集而成的。子代的每一部分构造都与亲本身体各部分相同，都有其相对的同源。亚里士多德（Aristotle）通过观察鸡胚的发生，认为鸡的发生是由简单发展到复杂，机体整个结构是整体活动的结果。到18 世纪，列文虎克（A.van Leeuwenhoek）在显微镜下看到了人类活动的精子，格拉夫（R. de Graaf）详细研究了哺乳动物卵巢的
滤泡（现称为格拉夫氏泡）。但他们都不能讲明精子和卵细胞的功能。受当时先成论观点的影响，人们认为胚胎是亲代的缩影，胚体的构造在精子或卵子中都是预先形成的，发生不过是预先的构造展开和长大而已。当时的解剖学家马尔皮基（M. Malpighi）在鸡胚中发现小的胚，在植物种子中找到了可以与成体植物等同的结构。斯瓦默达姆（JanSwammerdam）在快要化蛹的毛虫中看到触角、翅、腿等结构，认为毛虫在转变为蝴蝶的过程中没有新结构的形成，而只是已存在的结构的发展，胚胎在卵内早已存在，发育不过是长大而已。后来有人主张微小的胚胎位于精子或卵子中，这就是那时的精子派与卵子派。他们都认为自然界中生物体的产生仅是早已存在的胚芽的发育。
先成论思想在18 世纪发展到很好。博内（C. Bonnet）设想的套装学说（encasementtheory）即预成的胚胎中存在更小的预成胚胎，犹如一套大小不同的个体套在一起，大胚胎内有小胚胎，小胚胎内有更小的胚胎。生殖不过是一套胚胎从一个成体中脱离出来而已。预成的小胚胎的数目是有限的，等用完了，物种就绝代了。沃尔夫（C. F. Wolff）是渐成论的有力倡导者，他认为有机体是从性细胞逐渐发育而成的。他仔细观察了鸡胚的发生，证明雏鸡的部分器官是逐日发生的，器官发生由简单到复杂。
对于动物生殖的科学认识，首推冯 贝尔（K. E. von Bear）。他广泛而又准确地研究了鱼、两栖类、鸡和哺乳类胚胎发生过程，并在比较了脊椎动物各纲胚胎发育之后，提出了有名的贝尔法则。在胚胎中，一般结构比专门的结构出现要早一些，所以首先形成了“门”的特征；而后，形成“纲”的特征，再形成“目”“科”“属”“种”的特征；所有不同“纲”的胚胎很初是相似的，后来在发育中才彼此分离。贝尔法则明确地指出了动物的胚胎在发育中的共性，说明了它们是发源于一个共同的祖先，然后向不同的方向发展（张天荫，1996）。
19 世纪30 年代末，德国科学家施莱登（M. J. Schleiden）和施旺（T. Schwann）提出了细胞学说。所有生命有机体都是由细胞组成的，细胞是生命的基本单位，且细胞只能由其他细胞通过分裂产生。细胞学说的提出，就把之前盛行的先成论有效否定了。发育不可能是先成的，而是后成的，是通过细胞分裂逐渐形成的。在此基础上，德国胚胎学家魏斯曼（A. Weismann）把动物细胞分为体细胞和生殖细胞，认为体细胞是从生殖细胞发育来的，随着个体死亡而消失，而生殖细胞是代代相传的，明确了专一型生殖细胞的存在。
现代生殖生物学源于卵子与精子的发现，胚胎是由来自雄性的精子与来自雌性的卵子，通过受精作用形成的，受精卵是一切生命个体的起始。动物的生殖与繁殖取决于两性生殖细胞的结合与发育，这一过程受基因、生殖内分泌等调控。自20 世纪50 年代开始，精子获能、体外受精、胚胎体外培养的成功，使动物生殖进入可以进行人工操作的时代；试管婴儿（动物）、胚胎分割、胚胎嵌合体、胚胎移植与胚胎克隆等成功应用于动物繁殖；体细胞克隆、诱导性多能干细胞与准确基因编辑等新技术引领了21 世纪的生物技术发展风暴。
二、生殖细胞
（一）生殖细胞的来源
在动物界，生殖细胞的发生主要有两种形式：一种是卵母细胞在生长成熟过程中，特定区域的胞质中富含生殖质（germ plasm），或者在受精后卵胞质发生重组，使局部区域胞质富含生殖质，得到富含生殖质的卵裂球就有可能成为生殖细胞，如线虫、部分昆虫和无尾两栖类等；另一种是在胚胎发育过程中，逐渐形成的一群特殊的细胞，如细胞较大、变形虫状、内含丰富的糖原或有类似生殖质的电子致密小体等，这些细胞称为原生殖细胞（primordial germ cell，PGC），如昆虫、棘皮动物、大部分脊椎动物与哺乳动物等。
目前，有关昆虫、无尾两栖类、鸟类及哺乳类PGC 的产生、迁移机制和分化过程的研究都取得了较大进展。无尾两栖类的PGC 来源于内胚层，而鸟类和哺乳类的则来源于上胚层。一般在原肠胚之后，它们以变形运动的方式自主地迁移到肠背系膜。之后，通过肠背系膜进入位于中肾内侧和肠背系膜之间的、由脏壁中胚层形成的生殖嵴（生殖腺原基）中（张天荫，1996）。
（二）生殖细胞的分化
在哺乳动物中，PGC 先在尿囊与后肠交界处附近聚集，之后迁移到卵黄囊附近再分成两群，沿卵黄囊的尾部通过新形成的后肠，沿背侧肠系膜再向上迁移，分别进入左右两侧生殖嵴。PGC 进入生殖嵴的皮层后，由皮层和髓部共同组成胚胎原始生殖腺。哺乳动物的生殖系统主要由性腺、副性腺、生殖管道和外生殖器官等组成，因性别不同而有所差别。下丘脑-垂体-性腺组成的生殖内分泌轴系与生殖免疫系统调控着性腺的发育和配子的发生。
性腺是配子发生（gametogenesis）的场所，雌雄性腺分别产生雌性配子（femalegamete）和雄性配子（male gamete）。在配子发生过程中，PGC 在原始睾丸中增殖，之后分化为精原干细胞（spermatogonial stem cell）。精原干细胞在增殖时，产生两类子代细胞：一类仍保持精原干细胞的特征，成为更新的干细胞，是雄性动物的精子发生之源；另一类子代细胞则成为分化的干细胞，这类细胞很终将形成精子。进入卵巢中的PGC，通过有丝分裂增殖后，形成卵原细胞（oogonium），与周围的体细胞共同形成原始卵泡，逐渐发育成初级卵泡、次级卵泡和成熟卵泡，很终发生排卵。
三、哺乳动物个体发生
个体发生过程包括胚前、胚胎、胚后等三个阶段。
（一）胚前阶段
胚前阶段（preembryonic development stage）可以分为配子发生、发育与成熟。这一阶段是在父体与母体的性腺中发生的，是种系延续的关键环节。父本与母本的生殖细胞的发生过程及很终配子获得的遗传特征，包括基因组特征与表观修饰特征等，都将延续到下一代。亦即先天性遗传与获得性遗传都将传递给后代。
（二）胚胎阶段
胚胎阶段（embryonic development stage）要经历受精、卵裂、桑椹胚、囊胚、原肠胚、神经胚、三胚层分化、器官原基形成、器官分化、胎儿形成等阶段。更确切地说，胚胎阶段分为胚期和胎期。胚期（embryonic stage）即从合子形成，一直到三胚层分化与器官原基产生。受精是个体生命之始，受精卵经历了卵裂、母源基因与合子基因组转变、靠前次细胞分化、胚胎植入与母体合二为一，经过三胚层分化，产生器官原基。
胎（儿）期（fetal stage）则是有生理功能的器官的形成到胎儿形成，直至分娩的过程。首先出现的有功能的器官是心脏。在心脏原基形成后，出现心跳搏动，血管系统随之出现，形成原始血液循环系统。循环系统逐渐进入各个正在形成中的器官，来自母体的营养等成分供给胎儿的发育。胎儿发育成熟后，启动分娩，产生子代。
（三）胚后阶段（出生后发育阶段）
胚后阶段或出生后发育阶段（postnatal development stage）包括婴儿（羔、犊、
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