Инновационный евразийский университет

Вид материала

Документы

Содержание Опорные конспекты лекций Тематический план лекций

Подобный материал:

• Инновационный евразийский университет, 488.5kb.
• Инновационный евразийский университет, 532.1kb.
• Инновационный евразийский университет, 610.7kb.
• Инновационный евразийский университет, 239.44kb.
• Инновационный евразийский университет, 1053.63kb.
• Инновационный евразийский университет, 549.05kb.
• Инновационный евразийский университет, 512.08kb.
• Инновационный евразийский университет, 401.19kb.
• Инновационный евразийский университет, 472.82kb.
• Инновационный евразийский университет, 401.87kb.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН


ИННОВАЦИОННЫЙ ЕВРАЗИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ


Научно-образовательный комплекс

по специальности 050701 «Биотехнология»


опорные конспекты лекций

по дисциплине

«Биотехнология животных»

для студентов 3 курса

специальности 050701 «Биотехнология»


ПАВЛОДАР 2009 год

УТВЕРЖДЕНО

Директор Инженерной Академии

д.вет.н., профессор____________ Е.Б. Никитин

“___” _______________ 2009г.


Автор: к.вет.н. доцент Т.И. Урюмцева


Кафедра «Прикладная биотехнология»
^

ОПОРНЫЕ КОНСПЕКТЫ ЛЕКЦИЙ

по дисциплине

«Биотехнология животных»

для студентов специальности 050701 «Биотехнология»

для очной формы обучения

на базе общего среднего образования


Разработаны на основании Государственного общеобязательного стандарта образования Республики Казахстан 3.08.327-2006 «Образование высшее профессиональное. Бакалавриат. Специальность 050701 – Биотехнология», а также на основании типовой программы дисциплины «Биотехнология животных», Алматы 2005


Рассмотрены на заседании кафедры «Прикладная биотехнология»

Протокол № ___ от ________ 200__ г.

Зав. кафедрой «Прикладная биотехнология»

к.т.н., профессор _____________ М.С. Омаров


Утверждены на заседании научно-методического совета Инженерной Академии и рекомендованы к изданию

Протокол №___ от ________200__ г.


Председатель НМС ИА

к.т.н., профессор._____________ Е.К. Ордабаев


Согласовано:

Начальник ИМО

к.п.н., профессор.___________ Н.М..Ушакова


Сдано в медиатеку ИнЕУ __________________


^ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ

№	Темы лекций	Кол-во часов
1	Методы биотехнологии в животноводстве	2
2	Физиология размножения сельскохозяйственных животных	4
3	Суперовуляция и синхронизация половой охоты	2
4	Трансплантация эмбрионов животных	2
5	Криобанк гамет и эмбрионов	2
6	Клонированные и химерные животные	3
Итого:		15

1. Методы биотехнологии в животноводстве


В зависимости от уровня воздействия человека на биологическую систему биотехнология может быть:

а) молекулярной, основанной на технологии рекомбинантной ДНК и технологии микроорганизмов;

б) клеточной, осуществляющей микроманипуляции на уровне ядер и клеток.

В зависимости от сферы применения этих методов биотехнология может быть космической, экологической, медицинской, сельскохозяйственной и промышленной.

Сельскохозяйственную биотехнологию делят, в свою очередь, на биотехнологию растений и биотехнологию животных.

Биотехнология животных - эта наука, которая с помощью методов молекулярной и клеточной биотехнологии производит «корректировку» генотипа, обеспечивая создание скороспелых резистентно стойких и высокопродуктивных животных.

Для раскрытия и применения биотехнологических ресурсов в животноводстве используют биотехнологию молекулярную, клеточную и биотехнологию воспроизводства.

Биотехнология воспроизводства животных - это метод использования репродуктивного резерва животных для их ускоренного размножения с целью улучшения генетического потенциала.

Биотехнология воспроизводства открывает огромные возможности в разведении животных как с точки зрения повышения эффективности племенной работы, так и увеличения воспроизводительных свойств организма.

Благодаря методам биотехнологии воспроизводства мы можем воздействовать на популяцию.

Предметом изучения для биотехнологии воспроизводства является репродуктивное качество животных, а объектами для исследования:

1) гормональный статус организма животных, выражающийся через гормоны репродукции и выявляющийся через взаимодействие между гипоталамусом, гипофизом и гонадами;

2) морфологическая и физиологическая сущность органов размножения.

В биотехнологии воспроизводства различают следующие методы:

1. Суперовуляция - метод гормонального воздействия на самку-донора, обеспечивающий рост и развитие дополнительного числа фолликулов.

2. Искусственное осеменение - это мероприятие, направленное на использование семени высокопродуктивных производителей для поголовного покрытия самок с целью масштабного улучшения генотипа животных.

В результате достижений в генетике и технологии искусственного осеменения животноводы получили мощное средство совершенствования животных, расширились возможности отбора производителей с высоким генетическим потенциалом продуктивности, ускорились темпы генетического улучшения целых популяций. Поэтому в процессе совершенствования поголовья резко возросла роль производителей. Сейчас потомство генетически ценных производителей при искусственном осеменении может насчитывать до нескольких десятков тысяч голов.

3. Трансплантация эмбрионов - это метод переноса эмбриона от самки-донора в самку - реципиент. Цель трансплантации в животноводстве - это использование генетического резерва высокопродуктивных самок животных.

Благодаря методу трансплантации эмбрионов расширились биологические возможности воспроизводства самок, т.к. в их яичниках содержится огромный запас яйцеклеток. Для более полного использования этого огромного генетического потенциала проведены исследования, направленные на реализацию возможности трансплантации ранних эмбрионов от выдающихся матерей в матку самок с нормальным воспроизводительным циклом, но с низкой генетической ценностью.

Данная технология позволяет: 1) резко увеличить число потомков от одной высокопродуктивной самки; 2) осуществлять транспортировку и длительное хранение организмов в виде гамет и эмбрионов; 3) путем отбора гамет и эмбрионов получать потомков желательного пола и с желательными физиолого-биохимическими свойствами.

Для осуществления всех перечисленных технологий необходимо использовать комплекс мероприятий, конечной целью которых является трансплантация эмбрионов.

В целом, вся технология по воспроизводству включает в себя следующие этапы работ: отбор доноров, производителей и реципиентов; суперовуляция доноров и синхронизация охоты между половыми циклами донора и реципиентов; осеменение доноров (естественная случка, искусственное осеменение); вымывание эмбрионов; оценка качества извлеченных эмбрионов; пересадка эмбрионов в гениталии реципиентов.

В настоящее время биотехнология воспроизводства животных очень тесно взаимодействует с биотехнологией молекулярной и клеточной.

Клеточная биотехнология - это наука, которая занимается различными клеточными микроманипуляциями, в результате которых получают организмы с ценными биологическими свойствами.

В животноводстве основным объектом для исследования является репродуктивная клетка животных.

Клеточная биотехнология в животноводстве включает в себя два взаимодополняющих научных направления:

1. Эмбриокультуральные исследования (эмбриокультура), направленные на создание для изолированных клеток (гамет и эмбрионов) таких условий, при ко­торых они сохраняют не только жизнедеятельность, но и способность к развитиюю

Основные задачи для эмбриокультуральных исследований: а) селекция гамет и эмбрионов; б) культивирование гамет и эмбрионов; в) экстракорпоральное оплодотворение гамет; г) создание банка гамет и эмбрионов; д) создание и совершенствование питательных сред.

2. Клеточные технологии, которые проводятся на уровне ядер и клеток с целью создания ценных «сконструированных» генотипов животных.

Основными задачами клеточных технологий в животноводстве являются: а) соматическая гибридизация; б) клонирование; в) создание химерных животных.

Молекулярная биотехнология - это наука, с помощью которой осуществляется "коррекция" наследственности на молекулярном уровне с целью получения новых генетических программ в животном организме.

Основным объектом для исследования является нуклеиновая кислота {молекула ДНК и РНК).

Молекулярная биотехнология включает в себя два раздела:

1. Генетическая инженерия - имеет отношение только к отдельному гену (или генам).

Основными задачами генетической инженерии являются; а) синтез или выделение генов и их модификация; б) конструирование и клонирование рекомбинантных молекул; в) создание банка генов (библиотеки генома).

2. Генетическая трансформация - имеет отношение к процессу переноса генов.

Основные задачи: а) введение гена в реципиент; б) отбор и анализ трансформантов; в) интеграция и экспрессия генов; г) создание продуцентов ценных веществ и трансгенных животных.

Последовательность работ по биотехнологии в животноводстве определяется тесной взаимозависимостью между этими тремя методами. (биотехнология воспроизводства, клеточная и молекулярная биотехнология)

Так, для того чтобы получить в животноводстве генетически ценные эмбрионы необходимо применить методы воспроизводительной биотехнологии (суперовуляция, осеменение, вымывание эмбрионов), далее полученные эмбрионы после селекции можно подвергнуть молекулярным (трансгеноз) или клеточным (клонирование) микроманипуляциям. Затем «сконструированным» эмбрионам необходимо создать «реанимационные» условия in vitro, после чего оценить их по качеству (клеточная селекция), а в завершении - пересадить в гениталии реципиентов (трансплантация) для получения генетически ценного потомства.

Как видно из перечисленных работ, современная биотехнология в животноводстве проводит различные эксперименты именно с эмбрионами животных.

Целью такой работы является изменение биологической программы животных. Данная корректировка возможна лишь на уровне предимплантационного эмбриона. Эмбрион, претерпевший «биокорректировку» с целью дальнейшего развития трансплантируется в репродуктивный аппарат физиологической матери.

Таким образом, молекулярная биотехнология, клеточная биотехнология и биотехнология воспроизводства привели к образованию новых научных направлений в животноводстве - эмбриоинженерии, эмбриокультуры и эмбриотрансплантации, которые изучают и раскрывают возможности выявления и использования биотехнологических ресурсов животных, заложенных в гаметах, эмбрионах и в самих организмах.

Эмбриоинженерия - это метод биотехнологии в животноводстве, направленный на изыскание путей и возможностей извлечения из животного организма генетического ресурса и основанный на применении методов молекулярной и клеточной биотехнологии с целью получения генетически «сконструированных» человеком и экономически рентабельных организмов.

Эмбриокультура - это метод биотехнологии в животноводстве, направленный на изыскание путей и возможностей извлечения физиологического ресурса из гамет и эмбрионов животных и основанный на сохранении у них процессов жизнедеятельности и обеспечении им благоприятных условий развития in vitro и in vivo.

Эмбриотрансплантация - это метод биотехнологии в животноводстве, направленный на изыскание путей и возможностей извлечения физиологического ресурса из репродуктивной системы животных и основанный на применении метода трансплантации эмбрионов с целью ускоренного размножения ценных генотипов.

В комплексе, методы эмбриоинженерии, эмбриокультуры и эмбриотрансплантации в животноводстве обеспечивают раскрытие селекционного, т.е. генетического резерва животных.


2. Физиология размножения сельскохозяйственных животных


Размножение - сложный биологический процесс, обеспечивающий воспроизводство сельскохозяйственных животных и сохранение вида. В этом едином воспроизводительном процессе различают отдельные периоды: половой цикл, беременность, роды и послеродовой период.

Функция размножения у молодых организмов начинается в раннем возрасте. При полноценном кормлении и хороших условиях содержания первые половые поведенческие реакции проявляются у телок и ярочек в 6-месячном возрасте, у свиней в 5-месячном и у лошадей в 18-месячном возрасте. Появление этих реакций принято считать началом половой зрелости, а затем следует период становления половой функции, который у телочек заканчивается к 12-месячному возрасту.

Начало половой зрелости характеризуется способностью организма продуцировать гаметы и синтезировать гормоны, опре­деляющие комплекс внутренних изменений и внешних поведенческих реакций, свойственных каждому полу и виду животных. Так, лютеинизирующий гормон (ЛГ) у телочек в месячном возрасте находится в крови на уровне 1,1 мкг/100 мл, в 4-месячном — 2,9 и в 6-месячном, когда проявляются первые половые признаки,— 6,8 мкг/100 мл, фолликулостимулирующий гормон (ФСГ) соответственно 4,8; 6,8 и 10,5 мкг, а эстрогены 1,4; 6,7 и 20,5 мкг/сучки. Уровень продукции этих гормонов у кобыл и свиней бывает значительно выше.

Начиная с первой половой охоты, при осеменении животные могут стать беременными. Следовательно, к этому возрасту их нужно разделить по полу и содержать группами.

Органы размножения и их функция у самцов. К органам размножения самцов сельскохозяйственных животных относят семенники с придатками, семяпроводы, придаточные половые железы и совокупительный орган.

Семенники с придатками находятся в мошонке, выполняющей защитную и терморегуляторную функцию, благодаря чему в семенниках поддерживается температура ниже, чем в брюшной полости. Это считается одним из оптимальных показателей для образования, созревания и сохранения спермиев.

Семенники — парные органы, в которых образуются гаметы — спермин и гормоны. Важнейшей составной частью семенников являются клетки извитых канальцев.

Самые молодые половые клетки называются сперматогониями. В стенках извитого канальца они расположены на периферии. Это небольшие клетки с относительно крупным ядром. Размножение их идет путем митотического деления и сопровождается образованием новых клеим,, называемых спермацитами 1 порядка. В период роста они достигают больших размеров. Затем следует созревание, которое протекает сравнительно быстро и характеризуется двукратным делением клетки При первом делении, мейозе, или редукционном делении, происходит образование спермацитов 2 порядка с гаплоидным набором хромосом. При втором делении каждая хромосома расщепляется на две половинки — хроматиды, которые расходятся во вновь образовавшиеся дочерние клетки — сперматиды Это уже зрелые половые клетки, из которых затем формируются спермии. По мере их формирования сначала в просвет канальца выходят концевые нити. Затем освобождается головка и спермии оказывается свободнолежащим в просвете извитого канальца. При достижении половой зрелости в семенниках постоянно идет образование спермиев. В придатках спермии находятся 6—8 дней, там они дозревают, становятся более устойчивыми и продвигаются по семяпроводу при сокращении мускулатуры его стенок. Перед соединением с мочевым каналом семяпроводы утолщаются и образуют ампулы, выполняющие двоякую функцию, здесь идет продукция секрета, который смешивается со спермой, и накапливается сперма у быков и баранов в период полового возбуждения. В та­зовую часть мочеполового канала из его слизистой оболочки от­крываются протоки придаточных половых желез — пузырьковид­ных, предстательной, куперовых и уретральных.

Важнейшее значение секретов придаточных половых желез к том, что они разбавляют густую массу спермиев, поступающих и.ч семяпроводов, способствуют более глубокому введению спермы в половой аппарат самки и переводят спермии из анабиотического состояния в активное.

Сперма и ее физико-химические свойства. Сперма состоит из форменных элементов — спермиев, секретов придаточных половых желез и жидкости, вырабатываемой придатками семенников. Концентрация спермиев в сперме быка и барана высокая, а у хряка и жеребца небольшая, так как она разбавлена значительным количеством плазмы (секретом придатков и придаточных половых желез).

Спермии — это нитевидная клетка длиной у жеребца 60 мкм, у быка 70, у хряка 50 мкм. Состоит из головки, шейки, тела и хвоста.

Сперма, выделенная производителем во время одной садки, называется эякулятом (эякуляция — выведение спермиев и секре­тов придатка и придаточных желез из половых органов самца).

Отличительная особенность спермиев — их подвижность. По­сле эякуляции спермии находятся в непрерывном движении, Поэтому потребность в энергии у них чрезвычайно велика. Энергию они получают в результате течения таких биохимических процессов, как дыхание, гликолиз и распад аденозинтрифосфата.

Дыхание — наиболее распространенный процесс у спермиев, при котором окисляются все питательные вещества — белки, жиры и углеводы с образованием энергии, Н₂О, СО₂ и других продуктов. Этот процесс происходит под влиянием целого ряда дыхательных ферментов.

Гликолиз (фруктолиз) характеризуется выделением энергии для жизненных процессов, протекающих в спермиях без доступа воздуха. Этот процесс отличается от дыхания тем, что при нем расщепляются только отдельные сахара, такие, как фруктоза и глюкоза. Фруктоза при гликолизе распадается до молочной кислоты с освобождением энергии. Эта реакция обратима, так как часть молочной кислоты способна снова переходить в сахара.

Дыхание и гликолиз по своим энергетическим возможностям неравнозначны. Из одного моля фруктозы при дыхании образуется 680 000 кал, а при гликолизе — лишь 33000, то есть в 20 раз меньше. Таким образом, дыхание является наиболее экономным с точки зрения расхода углеводов и наиболее эффективным процессом, снабжающим спермиев энергией.

На основании этого выделено два типа спермы. В первом типе спермы (быка и барана) энергия образуется за счет процессов дыхания и гликолиза, так как в ней содержится много фруктозы. Во втором типе спермы (хряка и жеребца) энергия образуется глазным образом при дыхании, так как малое содержание в ней фруктозы неспособно обеспечить гликолиз.

Продвижение и переживаемость спермиев в органах размно­жения самок. Условия для переживания спермиев во влагалище у коров неблагоприятны. Там они погибают через 4—6 ч. В шейке же матки, наоборот, условия среды обеспечивают длительное их пребывание с сохранением оплодотворяющей способности. Сроки переживания спермиев в половых путях самки у разных видов жи­вотных неодинаковы. В матке коровы они сохраняют подвижность в течение 24—30 ч, овцы — 36 ч, а у кобыл — от 24 до 96 ч.

Установлено, что спермии довольно быстро достигают яйце проводов, где происходит оплодотворение. Этому способствует моторика мускулатуры матки и яйцепроводов. В период охоты сократительная функция матки значительно возрастает в связи с усиленной продукцией окситоцина и других гормонов. В это время сокращаются продольные мышцы, а циркулярные расслабляются и канал шейки зияет. Сокращение матки обусловливает ее присасывающее действие, что обеспечивает лучшие условия для про­движения спермиев.

Известно, что у животных с маточным типом осеменения — у кобыл спермин в течение 1 ч достигают яйцепровода, а у собак за 1 мин. У животных с влагалищным типом осеменения для передвижения спермы к месту оплодотворения требуется больше времени, а именно у коров 3—14 мин, у овец 1 ч.

Органы размножения и их функция у самок. У самок сельскохозяйственных животных к органам размножения относят яичники, яйцеводы, матку, влагалище и наружные половые органы. Оплодотворение происходит примерно в первой трети яйцеводов, а развитие плода — в рогах матки. Рога матки у коров представлены симметричными образованиями, куда открываются яйцепроводы. У свиней они длинные и у небеременных животных достигают 250 см.

Яйцепроводы имеют вид извитых трубочек, по которым яйцеклетки из яичника попадают в рог матки. У коров и свиней они достигают 30, а у овец и коз—15 см длины. Основная часть их стенки, как и стенка матки, состоит из гладких мышечных волокон, расположенных в продольном и циркулярном направлении. Сокращение мышц способствует продвижению яйцеклеток по направлению к матке.

Моторный эффект кольцевого слоя мышц обеспечивается стимуляцией симпатического, а тормозной — парасимпатического нер­вов. В продольно расположенном слое, наоборот, симпатический нерв — тормозной, а парасимпатический — моторный.

Яичники овальной, слегка уплощенной формы. У лошадей они весят 24—40 г, у коров—12—16 и у свиней — 7—9 г. В них образуется сложнейшая в биологическом и биохимическом отношении клетка — гамета, а также продуцируются различные гормоны. Яичники представляют собой сложные органы, остов кото­рых состоит из соединительной ткани, а паренхима морфологически и функционально подразделяется на корковую — фолликулярную зону, состоящую из массы фолликулов и желтых тел, и мозговую — сосудистую зону с большим количеством сосудов и нервов, осуществляющих питание и иннервацию яичника. В растущем фолликуле происходит процесс развития яйцевой клетки — оогенез.