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1、1,Tel: 64286291/5 13718332362 E-mail: ,2,第一章 绪论 第二章 实验动物的遗传育种及遗传质量监测 第三章 实验动物的环境控制 第四章 实验动物的营养学控制 第五章 医学常用实验动物的特点与应用 第六章 动物实验的基本技术和方法 第七章 医学研究中的动物模型,教学安排,3,实验动物学绪论,4,重点内容 一 基本概念 实验动物 实验用动物 二 实验动物分类方法 按遗传学控制原理分类 按微生物和寄生虫学控制程度分类 三 AEIR&三R原则,实验动物学绪论,5,一 实验动物和实验用动物 （一）实验动物 (Laboratory animals) 是指经人工培育，对
2、其携带的微生物实行控制；遗传背景明确或来源清楚的，用于科学研究、教学、生产、检定以及其他科学实验的动物 （二）实验用动物 (Animals for research ； Experimental animals） 所有用于科学实验的动物统称为 实验用动物。 包括 实验动物，野生动物 经济动物，观赏动物,6,二 实验动物学的定义和范围 （一）定义 实验动物学（Laboratory animal science）是研究实验动物和动物实验的科学 （二）研究范围 1. 实验动物遗传育种学 2. 实验动物饲养学 3. 实验动物环境生态学 4. 实验动物营养学 5. 实验动物饲养管理 6. 实验动物医学
3、7. 比较医学 8. 动物实验,7,三 实验动物的重要性 （一）实验动物是生命科学研究的支撑条件之一 生命科学实验研究的四个支撑条件-AEIR要素 A：Animal：实验动物 E：Equipment：仪器设备 I： Information：信息 R：Reagent：试剂 （二）实验动物在生命科学研究中被广泛应用，很多重要 的科研成果来源于实验动物 （三）实验动物是人类的替身，起着“活 的天平”和“活的化学试剂”的作用 （四）实验动物工作实行法制化管理,8,四 实验动物的分类 （一）传统的动物学分类方法 自然分类法大鼠为例 动物界(kingdom animal)、 脊椎动物门(phylum ve
4、rtebrata) 哺乳动物纲(class mammalia) 啮齿目(order rodentea) 鼠科(family murinae) 大家鼠属(genus rattus) 大家鼠种(species rattus norvegicus) 学名：褐家鼠（大家鼠） (Rattus norvegicus) 多数情况下，根据不同目的进行种下 分类， 把实验动物划分为不同品系,9,（二）按实际用途分类 1、实验动物（Experimental animals) 2、经济动物（Economical animals），或称家畜、家禽 3、野生动物（Wild animals） 4、观赏动物（Exihibi
5、ting animals） （三）按遗传学控制分类 根据基因的纯合程度，把实验动物分成下列三类： 1、近交系动物（Inbred strain animals） 2、杂交群动物（Hybrid colony animals） （杂交一代，F1代动物） 3、封闭群动物(Closed colony animals) 4、突变系动物（Mutant strain animals）,10,1、近交系动物（Inbred strain animals） 又叫纯系动物。是采用同胞兄妹或亲子交配， 连续繁殖20代以上所培育出来的，遗传上达到 高度一致的动物群。 基因纯合程度可达99.8%。 主要指啮齿动物；可出现近
6、亲交配衰退。 亲子交配与兄妹交配不能混用。 亲子交配时必须采用年轻的双亲同其子女交配。 较大动物纯种培育很难获得成功，因为世代间 隔较长，费用较大，所以成功率低。 禽类和兔的血缘关系达到80%以上 （相当于兄妹交配四代）时，即可称 为近交系。,11,2、封闭群动物(Closed colony animals) 以非近亲交配方式进行繁殖生产的一个种群， 在不从外部引入新的血缘情况下，至少连续繁 殖4代以上，称封闭群。 封闭群又称远交群。 3、杂交群动物（Hybrid colony animals） （杂交一代，F1代动物） 由不同品系或种群之间杂交产生的后代 例如：C57BL/6JDBA/2B6
7、D2F1 （B6为 C57BL/6J的缩写，D2 为 DBA/2的缩写）,12,4、突变系动物（Mutant strain animals） 具有特殊突变基因的品系动物，正常染色体基因发生 突变，并具有各种遗传缺陷的动物。在长期繁殖过程 中，动物的子代突然发生变异，变异的基因位点又可 遗传下去，或者即使没有明确的基因位点，经淘汰和 选育后，仍能维持其稳定的遗传性状。这种变异能 继续保持遗传基因特性的品系动物，称为突变系动物。 如无胸腺裸鼠、无K细胞、或无K、无B、无巨噬细胞 等裸鼠。用于免疫研究、移植实验等。,13,（四）按微生物与寄生虫学控制程度分类 1、无菌动物（Germ free ani
8、mals，GF） 悉生动物 (Gnotobiotes animals，GA) 2、无特定病原体动物(Specefic pathogen free animals，SPF） 3、清洁动物 (Clean animals，CL) 4、普通动物（Conventional animals）,14,1、普通动物（Conventional animals） 未经积极的微生物学控制，饲养在开放卫生环境里的动物。垫料、饲料和饮水一般不消毒，饮用普通自来水。 所谓普通动物也并不是对微生物没有一定控制的一般动物，而是要求不带能够感染人的微生物和体外寄生虫。这种动物只能供教学和一般实验用。,15,2、清洁动物(Cle
9、an animals，CL) 又称最低限度疾病动物, 体内、外不携带人畜共患的病原体或动物传染病病原的动物，不能带有体外寄生虫和大部分体内寄生虫。 3、无特定病原体动物(Specefic pathogen free animals，SPF） 体内不存在特定病原微生物和寄生虫的的动物，简称SPF动物。是指无传染病的健康动物。这种动物都是来自无菌动物或悉生动物，转移到屏障系统中饲养。要在屏障系统环境设施中饲育繁殖和进行实验，要进行严格消毒、检疫、隔离并定期剖腹净化。,16,4、无菌动物（Germ free animals，GF） 体内、外无任何可检测出的活的微生物和寄生虫 的动物。来源于无菌手术剖
10、腹取胎，饲养在无菌 隔离器内，人工喂乳或保姆代养培育而成。 悉生动物(Gnotobiotes animals，GA) 体内携带有已知微生物的动物。这种动物来源于 无菌动物，人为的投给已知的单菌、双菌、三菌 或多菌。这些均为已知菌，与无菌动物一样，饲 养在隔离器中。,17,NOTE 根据新修订的国家实验动物微生物、寄生虫质量标准，我国从2002年5月1日起取消了普通级大、小鼠标准，将实验大、小鼠分为三类：清洁级、无特定病原体级、无菌级（包括悉生动物）。其它品种实验动物仍然分为普通级、清洁级、无特定病原体级、无菌级（包括悉生动物）四级。,18,【上海斯莱克实验动物有限责任公司】 【中国科学院上海实
11、验动物中心 】 【国家啮齿类实验动物种子中心上海分中心】 【北京维通利华实验动物有限公司 】,19,NOTES,The Three Rs: Reduction: Reductions in the numbers of animals used to obtain information of a certain amount and precision. Refinement: Decrease in the incidence or severity of pain and distress in those animals that are used. Replacement: Subs
12、titution of insentient material for animals or substitution of a lower species, which might be less sensitive to pain and distress, for a higher species.,20,21,22,23,利用动物 善待动物,24,25,26,第二章 遗传质量控制,重点内容（了解） 基本概念 命名原则,27,实验动物的遗传背景与反应特性是影响实验结果的重要因素，不同遗传背景与反应性的实验动物，对同一刺激有时可引出不同质和量的反应。 从遗传学角度讲，实验动物应是具有明确遗
13、传背景并受严格遗传控制的，属于遗传限定性动物。,28,第一节 遗传学分类,一、实验动物按遗传学控制分类 近交系动物（Inbred strains) 杂交F1代动物(F1-Hybrid) 封闭群动物(Closed-colony),29,种、品种和品系的概念,1、种(species)： 是生物学分类的最基本单位，是指有繁殖后代能力的同一种类的动物。而有生殖隔离的动物则是异种动物 。,30,2、品种(stock)： 是种以下的进一步的分类。品种一般系指具有一些容易识别和人们所需要的性状，且具有稳定遗传特性的动物群体。 如青紫蓝兔、Wistar大鼠、KM小鼠等。,31,3、品系(strain)： 在实
14、验动物学中把基因高度纯合的动物称作品系动物。如，C57BL/6是近交系动物中的一个品系，属低癌、高补体活性的动物。,32,二、作为品种、品系的条件,1.相似的外貌特征 同一品系或品种具有相同的外貌特征。如毛色。 C57BL/6黑色；DBA/2灰色；KM-白色 但不同品系、品种的动物也有外貌相似的。,KM,ICR,33,2.独特的生物学特性 独特的生物学特性是一个品系、品种存在的基础。 就白化小鼠而言多达几十个品系，但每个品系、品种的生物学特性都有或多或少的差别。例如A系经产鼠中高发乳腺肿瘤（80%）， A系老年鼠多有肾脏病变，AKR系小鼠自发淋巴细胞白血病（60%-90%）。,34,3.稳定的
15、遗传性能 作为一个品系，不仅要有相似的外貌特征，独特的生物学特性，更重要的是要有稳定的遗传性能，即在品系、品种自群繁殖时，能将其特性稳定地传给后代。换言之，就是一个品系、品种必须具有一定的育种价值。, , ,35,4.共同的遗传来源和一定的遗传结构 任何品系、品种都可追溯到其共同的祖先，并由此分支经选育而成，其遗传结构也应是独特的。 例如，KM小鼠Glo-l位点为a基因，为单一型，而NIH小鼠在该基因呈多态分布，a、b型基因频率分别为67和33。如果将上述两个品种建立基因概貌就发现它们在基因概貌上的差异，而品种内这种差异是有限的。,36,第二节 近交系动物,一、基本概念 1.近交（inbree
16、ding)： 经至少连续20代的全同胞兄妹交配培育而成，品系内所有个体都可追溯到起源于第20代或以前代数的一对共同祖先。 近交系数99%,37,第二节 近交系动物,现有品系 AKR、BALB/c、C57BL、DBA/1/2、CBA,38,2.近交方式： 全同胞交配 亲子交配 半同胞 叔侄 祖孙,39,3.近交系数： 根据近亲交配的世代数，将基因的纯化程度用百分比来表示。,近交系数 FX=（1/2）n1+n2(1+FA) FX:X的近交系数 A:父系和母系的共同祖先 FA:A的近交系数 n1:A至X的父代的代数 n2:A至X的母代的代数,40,理论上，随着同胞交配或亲子交配世代数的增加，近交系数
17、上升，到20代时，近交系数可达98.6，杂合基因仅剩1.4。,41,4.亚系(substrain): 一个近交系内各个分支的动物之间，已经发现或十分可能存在遗传差异。,42,亚系分化存在以下几种情况： 同一近交系在兄妹交配40代以前分离（即分支发生于F20到F40之间） ，很可能由于残余杂合性而导致形成亚系。 一个分支与其他分支分开繁殖超过100代，可能由于突变形成亚系。 已发现有遗传差异的品系产生这种差异的原因可能是残留杂合、突变或遗传污染 (即一个近交系与非本品系动物之间杂交引起遗传改变)。,43,二、近交系动物的特征 (一)基因纯合性和同基因性 具有相同的基因型和表现型，实验结果正确、可
18、靠 基因位点上的纯合概率98.6，导致动物群体不再携带未知的隐性基因，品系将会保留和表现所有的遗传性状。,44,（二）各品系具有独特性 近交系培育后，每个品系从物种的整个基因库只获得少部分基因，这些基因的组合构成了品系的遗传组成。因此，每个品系在遗传组成上是独一无二的，具有独特的表型特征,45,（三）研究结果一致性 同一近交系动物，在相同条件下所取得的试验结果应该一致，便于国内与国际学术交流和试验重复,46,（四）可作为有价值的动物模型 心、脑血管病、肿瘤等多种人类疾病均可用近交系动物进行试验,47,（五）遗传背景清楚 各品系均有详细的遗传学资料，遗传背景明确，生物学特性、生理生化特点、常见疾
19、病等均有系统研究，便于研究者查询和应用,48,第三节 封闭群动物,现有品系 KM、ICR、NIH小鼠；Wistar、SD大鼠 青紫兰、新西兰兔,49,一、 封闭群（closed colony) 以非近亲交配方式进行繁殖生产的一个实验动物种群，在不从外部引入新的血缘条件下，至少连续繁殖4代以上,50,二、封闭群动物的特点及应用 1、封闭群动物避免了近亲交配，具有较强的繁殖力和生活力，表现为每胎产子多，胎间隔较短，仔鼠死亡率低，生长快，成熟早，寿命长，对疾病的抵抗力强。在饲养繁殖过程中无需详细记录谱系，成本低，易生产，可大量生产，充足供应。广泛应用于实验，一般实验及学生的教学。,51,2、封闭群动
20、物（远交种）的遗传组成具有很高的杂合性，类似于人类群体遗传异质性的遗传组成，用于人类遗传学研究、药物筛选、毒物试验，生物制品和化学药品的鉴定等方面。 3、由于封闭群动物的遗传组成具有很高的杂合性，所以在遗传学研究中可作为选择实验的基础群体，用于对一些性状遗传力的研究。,52,4、封闭群动物的突变种携带的突变基因通常可导致动物某些方面的异常，成为生理学、胚胎学和医学研究的模型。如高血压大鼠。 5、由于其可携带大量的隐性有害基因，可用于估计群体对自发或诱发突变的遗传负荷能力。,53,常用的封闭群动物,SD大鼠,毕格犬,青蓝紫兔,ICR小鼠,54,第四节 杂交F1代动物,55,第四节 杂交F1代动物
21、,一、杂交F1代动物（ F1-hybrid) 由两个近交系杂交生育的第一代动物，其遗传组成均等地来自两个近交系，属于遗传均一并具有表现型相同的动物，是医学生物学研究中所使用的相同基因型动物的一种,56,两个用于生产杂交F1代的近交系称为亲本品系（parental strain)，提供雌性的为母系(maternal strain)，在前，提供雄性的为父系(paternal strain)，在后。 杂交F1代的遗传组成均等地来自两个亲本品系，即每个基因位点上的两个等位基因分别来自母系或者父系。可能是纯和基因也可能是杂合基因。,57,NOTE 杂交F1代动物虽然基因型是杂合的，但个体间的遗传型与表现
22、型都是一致的，符合实验动物有明确遗传背景的基本要求，在实验研究中应用时能获得一致的、可重复的、正确的实验结果 杂交F1代动物不是一个品种或品系，因为它不具有育种功能，不能自群繁殖出与杂交F1代相同基因型的动物，如果进行自群繁殖则在F2时会发生遗传上的性状分离,58,二、杂交F1代动物的特点及其应用 1、遗传和表型的一致性： 杂交F1代的基因不是纯和子，但个体间基因型是整齐一致的，遗传性是稳定的，表现型也一致。故可获得精确度很高的实验结果，广泛用于营养、药物、病原和激素的生物学评价。,59,2、基因型一致： 杂交群动物虽然具有杂合的遗传组成，但个体间基因是相同的，可接受个体间、亲本品系细胞、组织
23、、器官、肿瘤移植。用于免疫学、发育生物学研究。,60,3、与近交系相比具有杂交优势 近交系动物的生活力、对疾病的抵抗力、对实验的耐受性都较差，而且较难繁殖和饲养，反之， F1代具有较强的生命力，对疾病的抵抗力强，寿命较长，容易饲养。在某些方面比近交系更适用于科学研究。可作为代乳动物，卵、胚胎、卵巢移植的受体。,61,4、国际分布广泛： 杂交群动物已广泛应用于各类实验研究，实验结果便于国际上进行重复和交流。,62,5 、在医学生物学中的应用 （1） 干细胞研究 （2） 移植免疫研究 （3）单克隆抗体研究 （4）细胞动力学研究 （ 5）作为某些疾病研究的模型,63,三、常用杂交F1代小鼠 1. A
24、KD2F1 AKRDBA2 2. BA2GF1 C57BLA2G 3. BCF1 C57BLBALB/C 4. BCBAF1 C57BLCBA 5. B6AF1 C57BL/6A 6. BC3F1 C57BLC3H 7. B6D1F1 C57BL/6DBA/1 8. CAF1 BALB/cA 9. CAKF1 BALB/cAKR,64,第五节 实验动物的命名,65,国际小鼠标准化遗传命名委员会 International Committee on Standardized Genetic Nomenclature for Mice 制定小鼠命名法 国际大鼠遗传命名委员会 Rat Genome
25、and Nomenclature Committee制定大鼠命名法 其它实验动物命名参照大小鼠进行命名,66,了解已命名大小鼠的途径： Mouse News Letter每2年 Inbred Strains of Mice每2年 Cancer Research每4年 http:/www.informatics.jax.org http:/www.rgnc.gen.gu.se,67,一、近交系动物的命名 1普通近交系的命名 (l)品系名称一般为1-4个大写的英文字母。 如：A、 BALB、DBA (2)有些品系名称用大写字母与数字结合表示，且数字总是紧随着第1个大写字母。 如：C57BL、C3H
26、 (3)有些较早使用的非正规命名，已为国际广泛接受，其原有命名继续沿用。 如：129、615,1913年H.J. Bagg用从Ohio宠物商那里得到的品系 培育出“Bagg albino” 1923年McDowell将其进行近交 1932年Snell得到第26代 1935年Andervont引入该品系 1951年NIH从Andervont引入第72代 1974年Charles River从NIH引入该品系，1975年进行了剖腹产 2001年维通利华从Charles River引入第12代核心群,68,(4)繁殖代数表示法： A（F87)，表示A系近交的第87代。 AKR(F?+10)，未知的代
27、数加已知的代数。 C57BL/Jnga(F73+26)，引入时的代数加自繁代数。,69,2亚系的命名 在原系名称后划一斜线，加亚系符号。亚系符号有下面几种情况： 亚系符号用研究人员或研究机构名称的缩写字母表示。首字母大写，其余小写。如：A/He指品系A的Heston亚系， CBA/J指CBA在Jackson 实验室的亚系。 老亚系中出现新亚系，可以在老亚系后加新亚系符号，如YBR/HeW就是将YBR/He迁入Wilson处形成的新亚系,70,亚系符号用数字或小写字母表示。 仅出现于众所周知的品系里，例如： BALB/c ，DBA/1，DBA/2。 亚系符号用字母加数字表示。 一个实验室在某一品
28、系后产生一个以上的亚系时，例如：C57BL/6J 是指在Jackson 实验室保持的C57BL/6 。,71,二、封闭群动物的命名 1.一般以2-4个大写英文字母命名，如NIH小鼠 2.由于历史原因已广泛使用的封闭群动物，沿用其原来的名称。如：Wistar大鼠，New Zealand兔,72,3. 种群保持者名称：种群名称 种群保持者名称为14个英文字母的缩写，首字母大写，其余小写,保持者与种群名称间用冒号分开。 如 N: NIH: 美国卫生研究院（N）保存的NIH小鼠 Lac:LACA：英国实验动物中心（Lac）保持的 LACA封闭群小鼠,73,三、杂交F1代动物的命名 杂交群应按以下方式命名：此雌性亲代名称在前，雄性亲代名称居后，二者之间以大写英文字母“”相连表示杂交。将以上部分用括号括起，再在其后标明杂交的代数（如F1等） 对品系或种群的名称可使用通用的缩写名称。 例如：（C57BL/6 DBA/2）F1 = B6D2F1,