绪论
一、动物生殖学的基本概念
一般而言，动物生殖学是指以动物生殖细胞或早期胚胎为研究对象，以细胞生物学、发育生物学、生殖生物学和分子生物学的原理和技术为基础，对细胞或早期胚胎进行操作、加工或改造，研究细胞或早期胚胎的生长发育规律，以及调控其生长发育模式的一门综合性技术科学。
在自然生理状态下，不论是植物或动物，其细胞、组织或器官是在体内环境中完成其生命代谢活动的，细胞只在其既定的遗传信息的指导下，按照自身的规律生长分化，表现自身特有的生物性状和生理得以发挥其功能。
随着生命科学和技术的发展，在充分认识生殖细胞的结构、组成和生物学特性的理论基础上，动物生殖生物学技术可以在分子、亚细胞、细胞、组织或器官的不同水平上，借助专门的技术手段，于体外或体内环境条件下，对细胞进行操作或加工，研究其生长发育规律以及改造其结构或组成，进而了解其生物学功能及运用其特性，以实现人类所需动物产品的工程化生产。
二、动物生殖学的研究范畴
动物生殖学是生物科学学科的重要组成部分。然而在近50年来，随着动物生物学科学理论的完善和科学技术的创新，动物生殖学在理论、技术及实际应用上，已成为一个具有自身特点的系统的学科，也是生命科学基础理论和应用技术紧密结合的新型学科方向。
动物生殖学主要包括生殖器官的形态结构、生殖细胞的发生与调控机制、受精生物学和妊娠的机制、生理以及胚胎与母体的相容性等方面的内容，本书主要从卵母细胞的成熟机制及技术、生殖免疫反应（精子和胚胎）、胚胎发育的影响因素、动物辅助生殖技术理论与实践（体外受精、核移植及优质精子的筛选技术等）及转基因技术、干细胞技术等方面进行阐述和介绍。
三、动物生殖学的发展简史
动物生殖学是在细胞学、细胞生物学、实验胚胎学、发育生物学等学科的理论和实验基础上逐渐发展起来的理论性和实验性很强的新型学科。生殖生物学的发展历史相当久远。
（一）动物配子与胚胎工程
哺乳动物胚胎工程的历史可追溯到19世纪末。1890年英国剑桥大学的W.Heape首次尝试兔的胚胎移植并获得成功。他将4细胞期的安哥拉兔早期胚胎移植到比利时野兔的输卵管内，结果产生了4只比利时仔兔和2只安哥拉仔兔。这个试验第一次证实了动物的受精卵在异种母体内发育的可能性。
1912年Brachet将兔的胚泡培养于血浆凝块中，观察到了原沟和胎盘原基结构的发育。1922年英国的Biedl也进行了兔的胚胎移植试验。与此同时，动物胚胎生长、发育和代谢及其环境条件等相关基础研究也全面开展。1933年W.H.Lewis和P.W.Gregory体外培养兔早期胚胎通过了卵裂阶段。
1935年美国的G.Pincus和E.V.Enzmannn比较了哺乳动物卵在体内和体外的行为特点。同年，W.H.Lewis和E.S.Wright研究了小鼠卵的早期发育。1930年Pincus用含有兔和鸡血浆及兔和鸡胚提取物的混合物悬滴培养，使兔的早期胚胎从2细胞或4细胞在体外发育到桑椹胚。从19世纪末到20世纪初，这些早期的胚胎移植试验为以后农业动物胚胎移植研究的开展奠定了基础。
1934年美国学者Warwick等移植绵羊胚胎获得成功，从此拉开了家畜胚胎移植研究的序幕。Warwick（1949）又完成了山羊的胚胎移植。同年，Chang在培养基中添加加热失活的血清培养兔2细胞胚获得成功。这一成果激励了用热失活的血清作为培养基添加物开发农业动物胚胎培养系统的尝试，使以后动物胚胎的体外长期培养技术得到了长足的发展。
20世纪50年代以后，相继取得了猪（Kvasnickii等，1951）和牛（Willett等，1951）的胚胎移植的成功。继之，规模性的羊胚胎移植技术体系建立了起来，并经过不断改进，使胚胎移植的妊娠率大幅提高（Hunter，1955；Averill，1957），为羊胚胎移植在生产中的实际应用铺平了道路。
1964年日本的杉江等和美国的Mutter等创造了牛胚胎的非手术移植方法，在胚胎移植技术上取得了重大突破，解决了牛胚胎移植因手术复杂、成本高、效率低等而难以在生产中推广的问题。1973年，英国的Wilmut和Rowson移植牛冷冻胚胎产生了犊牛。1976年，Newcomb等建立了牛胚胎非手术采集技术。
这些关键技术的突破使动物胚胎的采集、培养、保存和移植的技术体系趋于成熟，使得农业动物的胚胎移植技术在生产中全面推广。期间，在世界许多国家成立了商业性胚胎移植机构，从事动物胚胎的销售及胚胎移植技术的培训和推广。尤其是1974年国际胚胎移植学会的成立，进一步促进了胚胎移植相关理论和技术及经验的广泛交流和深入发展。
20世纪80年代以后，胚胎移植技术在野生动物和珍稀动物的保存和繁殖上也得到了应用。胚胎移植技术的商业化在世界范围内的引种、优良品种家畜的推广、种畜的快速扩繁、低产家畜的改良、动物的遗传育种、畜牧业经济的发展方面发挥了不可估量的作用。
（二）动物体外受精
早在1672年de Graaf首次描述了哺乳动物的卵泡，认为卵泡中含有卵和类似于卵的物质。1677年Antony von Leeuwen Hoeke首次观察到了人类和哺乳动物的精子。Carl Ernst von Bear 发现了哺乳动物真正的卵，于1872年发表了《论哺乳动物和人类卵的起源》一书，他在犬的输卵管中找到了卵子。
1876年O.Hertwig首先发现了动物的受精现象。2年之后，德国学者Schenk就进行了哺乳动物体外受精的尝试。他把排卵前的卵母细胞和取自附睾的精子于子宫液中孵育，结果发现了第二极体的释放和卵裂。但此后数十年里，体外受精的研究似乎没有显著的进展。20世纪50年代以前，虽然进行体外受精的研究，但也主要集中于无脊椎动物（如海胆）和非哺乳类脊椎动物（如蛙和鱼）。
1951年美籍华人张明觉和澳大利亚学者Austin同时分别发现了哺乳动物精子的获能（capacitation）现象。他们经过对兔的受精试验研究，发现精子只有在雌性生殖道内停留一定时间才具有使卵受精的能力。这一生理现象的发现对动物体外受精研究具有划时代意义。1954年，Thibault等报道采用从家兔子宫收集到的获能精子受精获得成功，使精子获能理论得到了进一步证实。
1959年张明觉应用体外受精技术首次在世界上产生了试管兔，推动了动物体外受精研究的广泛开展。1964年Yanagimachi和Chang采用体外获能和体外受精技术获得了试管仓鼠。这项研究极大地简化了以前精子获能所经历的许多繁琐而经验性的程序。这一技术的诞生促使体外受精进入了快速发展的轨道。
1965年Edwards等首次进行了牛排卵前卵母细胞的体外培养。1978年，英国的Steptoe和Edwards首次用体外受精技术获得了试管婴儿，在人类的辅助生殖治疗不孕领域取得了重大突破，也标志着这一技术开始造福于人类。进入20世纪80年代以后，开始考虑将体外受精技术应用于农业动物的繁殖生产。
1982年Brackett等报道用体内成熟的卵母细胞经体外受精产生试管犊牛。随后，试管山羊（花田章等，1984）、绵羊（花田章等，1985）、猪（Cheng等，1986）、水牛（卢克焕等，1987）和马（Palmer等，1991）应运而生。同时，体外受精技术在部分灵长类动物中应用并获得了试管后代，如恒河猴（Bavister等，1984）、狒狒（Clayton和Kuehl，1984）、绒猴（Lopata等，1988）、美洲虎（Miller，1990）。
在体外受精研究的同时，开展对与其相关的配子的采集、配子的培养、培养液的配比、培养条件等各环节技术进行研究并改进，使体外受精技术体系日臻完善，并商业化应用于农业动物的繁殖生产。我国从20世纪80年代以后，先后完成了各种家畜的体外受精研究，并获得了一批试管家畜，广泛应用于家畜的改良育种。
对于某些动物，由于其卵母细胞成熟和精子体外穿透透明带的特殊性，阻碍了体外受精的实际应用，在20世纪80年代，成功开发出了啮齿动物和家畜显微受精技术，如透明带切口（Talansky，1986）、透明带下显微直接注射（Mann，1988）、卵胞质内精子注射（Hosoi等，1988）。此项技术已在家畜和野生哺乳动物得到了应用，尤其是在人的辅助生殖及不孕不育临床治疗方面作出了巨大的贡献。
（三）动物克隆技术
1.胚胎细胞克隆动物
1875年Van Beneden首次报道了兔的受精过程。1895年Sobotta首次报道了小鼠卵成熟、受精和卵裂的过程。1880年Wilhelm His发表了第一部《人体胚胎学》，描述了早期胚胎卵裂球的发育能力。1887年德国胚胎学家W.Roux将蛙的2细胞胚刺死其中的一个卵裂球，但未取出，另一个活的卵裂球发育成具有半个身体的胚胎。
此后，德国胚胎学家和解剖学家O.Hertiwig也将蛙的2-细胞胚的卵裂球刺死一个并取出，剩下的另一个活的卵裂球发育成一个完整的胚胎。1892年Driesch将海胆2细胞胚振荡分离成两个卵裂球，各自单独培养后，均发育成正常的幼虫，只是个体较小。进一步研究还发现2细胞到4细胞胚胎阶段的每个分裂球都有能力发育成完整的幼体，该结果首次证明了早期胚胎细胞的全能性。这也是最早进行人工胚胎分割的实验。
同年，Wilson分离文昌鱼2细胞胚，每个分裂球均能独立地发育成正常的个体。在此后的30年中，有关动物克隆的研究没有什么新的进展。直到1933年Conklin通过振荡将文昌鱼的2细胞和4细胞胚分离成单个的卵裂球，沿分裂面分开的左右两个卵裂球能发育成两个完整的幼虫，动物克隆的技术体系逐渐建立起来。
1938年德国胚胎学家H.Spemann进行了极其有趣的实验，他用婴儿的头发将蝾螈的受精卵结扎成两部分，一部分含有细胞核，另一部分只含有细胞质，经过培养，有核的部分发生了卵裂，而无核的细胞质未能卵裂。待有核的卵增殖到多个卵裂球时，松动结扎，将每一个卵裂球释放到无核的胞质部分，结果重新获得细胞核的半胚均能发育成正常的胚胎。Spemann的实验证明了桑椹胚的每个卵裂球均具有发育全能性，也从此拉开了动物细胞核移植研究的序幕。
1939年法国学者Commandon和de Fonbrune获得了具有分裂生殖能力的核移植变形虫，在单细胞生物上证明了核的发育全能性。1952年Briggs和King将蛙原肠期胚的细胞核移植到同种蛙的去核卵子中发育成了蝌蚪。1958年Tung用玻璃针将文昌鱼的2细胞和4细胞胚剥离分成完全分离的卵裂球，经过培养，每个卵裂球均具有发育成为正常成体的能力，验证了Conklin的实验结果。
1962年Gurden将蝌蚪的上皮细胞核移植到用紫外线照射去核的爪蟾卵内，获得了体细胞克隆蛙，并获得了连续核移植成蛙（Kobel等，1973）。1965年Smith移植蛙的原生殖细胞（primordial germ cells，PGCs），移植胚也发育到了蝌蚪期。
我国开展核移植研究始于20世纪60年代，1963年童第周等首次进行了鱼的核移植实验，获得了核移植鱼。这些研究结果证明了部分分化的体细胞在合适的条件下，能恢复其全能性而发育成成体。这些实验虽然是在两栖类动物上进行的，但这是哺乳动物克隆或核移植技术诞生和快速发展的理论基础。
Mülin于1970年将小鼠的2细胞胚分离成2个卵裂球培养，移植后产生了两个子代小鼠。这是首次进行哺乳动物克隆成功的尝试。1979年S.M.Willadsen将绵羊的卵裂胚分离成多个独立的卵裂球，培养移植产生了多个同质的子代羔羊。
1981年Illmesee和Hoppe报道了小鼠囊胚内细胞团细胞注入合子后，产生了3只核移植小鼠。但很长时间未能重复获得这一结果。
1983年McGrath和Solter改进了核移植技术，建立了显微注射和细胞融合构建重组胚的技术路线。以后经过逐步完善，广泛应用于动物的核移植。相继诞生了胚胎细胞核移植兔（Stice等，1988；陆德裕等，1990）、山羊（张勇等，1991）、牛（Prather等，1987）、猪（Prather等，1989）、猴（Meng Li等，1997）。Willadsen（1986）通过透明带切口移植法，获得了核移植绵羊。
20世纪90年代以后，以胚胎干细胞为核供体的核移植牛（Sims等，1993）、以胚胎胚盘细胞为核供体的核移植绵羊（Campbell等，1995）以及继代或连续核移植牛（Stice，1993）和山羊（邹贤刚等，1995；张涌等，1996）相继问世。现在，胚胎细胞的核移植技术基本实现了产业化。
2.体细胞克隆动物
成年体细胞克隆动物技术虽然在鱼类和两栖类早已成功，但其真正的突破是英国学者Wilmut等（1997）用绵羊乳腺上皮细胞为核供体，诞生了世界第一只体细胞克隆绵羊“Dolly”。克隆绵羊的出生标志着哺乳动物的克隆技术进入了一个新的发展阶段。
1998年Wakayama改变了技术路线，将小鼠的卵丘颗粒细胞直接注射到去核的小鼠卵母细胞的胞质内，产生了30多只体细胞克隆小鼠。继之，以卵丘颗粒细胞为核供体的克隆牛（Kato等，1998；Wells等，1998）、山羊（Baguisi等，1999；王玉阁等，1999；张涌等，2000）、猪（Polejaeva，2000）相继产生。
以子宫上皮细胞和肌肉细胞为核供体的克隆牛（Kato等，1998）、来自自体皮肤细胞的克隆马（Galli等，2003）、以耳部皮肤细胞为核供体的克隆水牛（石德顺等，2005）降生。但到目前为止，体细胞克隆动物的成功率仍然较低，尚有待于进一步研究。
异种间动物核移植研究始于20世纪70年代。1977年De Roeper等将Hela细胞注入非洲蟾蜍卵内以探索核质相互作用和DNA的表达行为，发现重构胚可以发育到囊胚期。在此之后的十余年间，异种动物核移植的进展似乎不大。
1990年Wolfe等以家牛胚胎细胞为核供体，分别以北美野牛、山羊和仓鼠的去核卵母细胞为核受体，融合胚经体外培养后，家牛和野牛、家牛和山羊的异构胚均发育到了囊胚期。1993年梅琪等构建了小鼠胚胎细胞核与去核兔卵母细胞的鼠兔异质胚，将其移入受体以后，发育成了囊胚。
1999年陈大元等分别用成年大熊猫的骨骼肌细胞、子宫上皮细胞和乳腺细胞与兔去核卵母细胞构建的异质胚均发育到了囊胚阶段。核型分析表明异质胚的遗传物质来源于大熊猫的体细胞核。这些实验说明了异种动物的细胞核与细胞质之间在胚胎的早期发育阶段没有种属特异性。
同年，Lanza用人的体细胞为核供体，与牛的去核卵母细胞构建的异质胚，在体外培养条件下，也发育到了囊胚。这一结果预示着人体细胞和动物卵母细胞异质克隆技术有可能成为解决人类胚胎干细胞来源的新的途径。体细胞异质克隆技术取得突破性进展的是以野牛的体细胞为核供体，用家牛的去核卵母细胞为核受体，诞生了世界首例异种动物克隆野牛（Vogel G，2001）。但存活2天后因感染而死亡。
随之，体细胞异质克隆野生盘羊也获得成功（Loi等，2001）。值得一提的是，分别用胎儿期骡子和成年骡子的体细胞为核供体，以马的去核卵母细胞为核受体的克隆骡子也均已诞生（Gordon等，2003）。
异种克隆动物的出生为拯救濒危动物和逾越远缘杂交不育的壁垒提供了极其重要的思路和技术。在克隆过程中发现，核供体细胞的细胞周期是克隆胚发育启动的重要因素，当供体核和受体卵母细胞胞质的细胞周期同步时，克隆胚的发育才能进行。
（四）转基因动物技术
转基因动物研究始于20世纪70年代。1974年，R.Jaenisch和B.Mintz通过逆转录病毒转染小鼠着床前胚胎，首次获得了整合SV40（simian virus 40）DNA的转基因小鼠。1977年Gurdon将mRNA和DNA注射到爪蟾卵内，观察到转入核酸的表达。1980年Brinster等用同样的方法在小鼠的受精卵内也观察到了相似的结果（兔珠蛋白mRNA的翻译产物）。
这些最初的研究为转基因动物技术的发展提供了重要的启示和理论基础。Gordon等（1980）通过质粒重组将SV40基因和HSV的TK基因显微注射到小鼠受精卵的原核中，也获得了转基因小鼠。1982年Palmiter和Brinster将大鼠的生长激素显微注射到小鼠的受精卵中，获得了肝脏能分泌生长激素的“人工超级小鼠”。
这是用基因工程技术改造动物表型的第一个例证，并提出了从转基因动物中提取药物蛋白的设想。这一研究成果引起了当时学术领域的很大反响。
试图通过基因重组和转基因技术，将外源基因导入家畜的基因组以提高其生产性能或培育新的家畜品种成了生物学界极为感兴趣的课题。1985年Hammer等最先将小鼠金属硫蛋白（MT-1）基因的启动子/人生长激素的重组基因（MThGH）分别注射到绵羊、兔和猪的受精卵中，结果在所获得的转基因猪和兔的血液中检出了人的生长激素。
接着，Vize等（1988）的研究结果也表明一些转猪生长激素基因猪，其生长率比原品种高13%，饲料利用率高17%。然而，并非所有的转基因动物像人们所设想的那样，在某些性能上均有所提高。Ebert等（1990）的研究就得出了相反的结果。而且，在后来的众多研究中发现许多转基因动物的生产性能不但没有提高，反而表出现了生活力减弱、代谢紊乱、畸形多发等问题。
所以，以提高农业动物经济生产性能为宗旨的转基因动物的研究逐渐降温，而以生产医学用人体蛋白或食品用蛋白的生物反应器建立的研究却方兴未艾。
细胞工程研究的物质基础是动物细胞，其产生的理论基础是细胞的生物学本质属性，即全能性、多能性、可塑性等，即不论是动物体或是植物体，构成其器官或组织的终末分化的功能细胞仍然具有重新发育为完整个体的潜能。细胞的发现迄今已逾300多年，并将其定义为生物有机体形态结构和生命活动的基本单位。
在此意义上细胞亦即代表了生命的基本元素，生命学科历来是自然科学研究中最为活跃的领域，因为生命活动在自然界中具有无与伦比的意义。随着生物科学理论和技术的发展，在细胞生物学研究的基础上，人们探索对细胞的操作和改造。细胞的发现真正开启了探索生命奥秘研究的大门，细胞的操作赋予了生命以创造性的意义，是人类对细胞科学研究的质的飞跃，曰之“设计生命，创造生命”并不为过。
（五）动物干细胞工程
1.胚胎干细胞
胚胎干细胞是在小鼠畸胎瘤细胞（teratocarcinoma-derived stem cells）体外培养研究的基础上发现的。1958年Stevens最早发现了畸胎瘤干细胞，并将小鼠的早期胚胎移植到睾丸或肾脏的被膜下，首先获得了畸胎瘤干细胞。继之，Brinster（1974）和Stewart（1982）获得了畸胎瘤干细胞嵌合体。
在此基础上，Prea等（1989）从人畸胎瘤组织中分离并建立了ES细胞系。令人感兴趣的是1981年英国剑桥大学的Evans和Kaufman成功地从小鼠延迟着床的囊胚中分离获得了小鼠的内细胞团并首次建立了小鼠胚胎干细胞系，此后Martin（1981）、Magnuson（1982）、Axeord（1984）也取得了小鼠胚胎干细胞分离及建系的成功。
自此，研究者相继分离并建立了仓鼠（Doetschman，1988和Piedrahita，1990）、大鼠（Iannaccone等，1994）的类ES细胞系。Petitte等（1994）描述了鸟类ES细胞的培养，Park等（2000）报道了源自鸡性腺PGCs的ES细胞的建立。目前小鼠的ES系的分离、克隆技术在某些品系已成熟完善，并成为研究哺乳动物早期胚胎发生、组织细胞分化和基因表达调控等研究的一个较为理想的模型系统。
20世纪90年代以后，在啮齿哺乳动物ES细胞分离建系研究的基础上，相继分离获得了猪（Notarianni，1990；Strojek和Piedrahita，1990；Evans，1990）、牛（Saito等，1992；Strelcheno等，1994；Stice等，1994）、兔（Grave等，1993；Nremann等，1994）、水貂（Sukoyan，1994）等的类ES细胞。然而，虽然这些动物的ES细胞的特性在某些方面类似于小鼠的ES细胞，但没有确切的科学证据表明这些动物的ES细胞具有能形成嵌合体的能力，因此，所获得的这些细胞暂且称作类ES细胞。
Bongso（1994）用人输卵管上皮饲养层培养原核期胚胎，获得了增殖传代的ES细胞克隆，初步证明了人的类ES细胞建系的可能性。Thomson等（1995，1996）分别从恒河猴囊胚中分离并建立了ES细胞系，在胚胎干细胞研究领域首次获得了灵长类的ES细胞系。
取得突破性进展的是美国威斯康星大学Thomson等（1998）分离人的内细胞团细胞并成功地建立了人的ES细胞系，与此同时，霍普金斯大学的Gearhart等和Shamblott等分别从人的原始生殖细胞建立了胚胎生殖细胞系。
在哺乳动物ES细胞的分离取得成功以后，研究内容集中于ES细胞的发育潜能方面。Stice（1994，1996）用ES细胞构建的重组胚发育到55～66天的器官形成期；Modlinski（1996）获得了嵌合体羔羊；Campbell（1996）用绵羊的ES细胞为核供体移植产生了后代。澳大利亚、日本、以色列、新加坡等国的科学家也先后从体外受精卵分离获得了人和猴胚胎干细胞系，并诱导胚胎干细胞分化生成神经细胞、肌肉细胞、造血细胞和胰岛细胞等。
2.组织干细胞
近几年来，研究发现干细胞不仅存在于早期胚胎内细胞团，而且在成体各器官组织中也广泛存在。存在于成体组织中的干细胞被称为成体干细胞，且是多能或专能性的。已证明由内胚层、中胚层和外胚层发育而来的组织均存在干细胞，已分别从中枢神经、软骨、胰腺、视网膜、肌肉、骨髓、肝脏、脐带血、皮肤组织、性腺等组织分离获得了干细胞。
除果蝇之外，几乎所有动物体组织（如斑马鱼、海鞘、原口动物等）都有组织干细胞的存在。研究表明干细胞具有横向分化的能力，如神经干细胞和骨髓干细胞经诱导分化为神经元或肌肉细胞等。
2006年加拿大学者Dyce等将猪胎儿皮肤干细胞体外诱导分化生成了类卵母细胞。德国学者体外诱导小鼠胚胎干细胞分化生成精子（Karim Nayernia等，2006），显微注入卵母细胞并移植到受体后，成功地产生了活的后代。同年，又诱导小鼠骨髓干细胞分化成精子细胞（Karim Nayernia等，2006）。
组织专一干细胞的发育潜能已超越了胚层的界限。这是20世纪末和21世纪初干细胞研究的重大发现，并赋予了干细胞研究以宽广的外延和新内涵。其中导致干细胞分化的诱导因子及干细胞的分化机理和干细胞的鉴定是干细胞研究领域的重要内容。研究发现不同的诱导因子会导致干细胞向不同的功能类型的细胞分化并已发现了许多种不同的诱导因子，包括化学的、物理的和生物的因子。目前研究人员致力于干细胞的诱导模式和标志物及分化调控机制的研究。
我国开展胚胎干细胞的研究始于20世纪的80年代末，进入90年代小鼠胚胎干细胞的分离和建系研究取得了显著的成效。丛笑倩（1990）、柴桂萱等（1996）、徐洁（1991）成功地建立了小鼠的ES细胞系，并获得了嵌合体小鼠。赖良学（1995）获得了ES细胞的嵌合体兔。窦忠英等（1995、1996、1998）分离获得了猪、牛、山羊等的类ES细胞，干细胞的研究达到了世界先进水平。近年来以人的疾病治疗为目的的成体干细胞研究在我国也相继开展。
四、动物生殖学的应用及前景
动物生殖学作为一个独立的生物科学的主导领域诞生和发展的历史悠久，且已广泛地渗透到人类生产和生活的各个方面，并产生了极其深远的影响。其应用的广度和深度在医学、生物、农业等领域独树一帜，可以说已超越了本身。
随着动物生殖学在理论和技术上的不断深入和突破，其实际应用的价值之大、优势之强将是传统技术无可比拟的。根据近几十年来动物细胞工程技术在实际应用中所涉及的范围及所取得的成就，将其在各领域的应用分述于下。
（一）医学领域
细胞工程技术在人类疾病的现代医学治疗中发挥了极其重要的作用，传统医学难以治疗的疾病却用细胞工程技术得到了有效的治疗。干细胞（包括胚胎干细胞和组织干细胞）是动物细胞工程学研究领域的重要内容，随着干细胞生物技术的开发，它在人类疾病特别是疑难病症的临床治疗中的应用，优势和地位越显突出。
近几年来，研究人员已成功地从人和鼠的胰腺组织中分离出了胰腺干细胞，经分化诱导生成了胰管细胞和胰岛细胞并能分泌胰岛素。干细胞移植技术已在人的糖尿病治疗上开始了尝试。
科学研究人员也正在考虑、尝试将干细胞移植技术应用于在过去认为不可能治愈的疾病（如帕金森病）的临床治疗或神经损伤后的修复和再生等。
除了将干细胞移植技术直接用于某些疾病的治疗外，干细胞工程结合现代分子生物学技术，通过遗传修饰，用于人类遗传疾病的基因治疗在科学和医学界也已取得了共识，使多少在过去认为是“不治之症”的顽疾被攻克。可以预见，干细胞工程在现代医学临床治疗中必将成为极其有效的技术手段，对传统医学的改造和现代医学的创新产生深远的影响。
动物生殖生物技术在人类的人工辅助生殖、不孕不育疾病的辅助治疗、计划生育及优生优育方面的应用展现了广阔的前景。少精症、无精症、精子活力差或受精能力弱是造成男性不育的常见病，患者的精子往往不能经历自然的受精过程而使卵子受精，对此，可借助于人工辅助生殖技术（assisted reproductive technologies，ART）来达到受精的目的。
采集患者的精子，用胞质内精子注射技术（intracytoplasmic sperm injection，ICSI），将其注入卵子内，经体外培养（in vitro culture）发育到一定阶段，根据胚胎的发育程度，再移植到受体的输卵管或子宫内继续发育，直到胎儿的降生。
对于因卵子胞质存在问题而不能正常受精的不孕症患者，将其卵子取出，使卵胞质用来自健康妇女的卵胞质置换，而不改变其遗传物质，经体外受精和培养及胚胎移植，同样可达到怀孕生子的目的。
在配子水平上，选择质量优秀的精子和卵子受精，监控生产高质量的胚胎，排除不良胚胎怀孕，产生健康的后代，实现人口的生殖健康和优生优育，进而提高人口的质量。采用超数排卵或胚胎分割（splicing）技术，可实现一胞双胎或一胞多胎。
结合冷冻保存技术（cryopreservation），将来源相同的胚胎超低温冷冻后长期保存，若在孩子成长过程中不幸夭折，可随时随地将冷冻保存的同型胚胎解冻，再移植到母亲或代孕母体的输卵管或子宫，可再生遗传和表型相同的孩子，减轻遭遇不幸家庭的失子痛苦。
1978年诞生于英国的世界第一个试管女婴，发育正常，健康成长，并能正常怀孕，于2006年成功地分娩产生了一个健康女婴。这一成功范例也进一步证明了细胞工程技术在人类生殖中应用的可行性。1988年中国的首例试管婴儿出生。通过生殖细胞工程诞生的试管婴儿分布于世界各个国家。
细胞工程应用于人类生殖的另一方面是避孕药物的研制。以精子表面蛋白和卵子透明带蛋白或早期胚胎为抗原制备单克隆抗体，作为免疫避孕疫苗接种，高效无毒，可以实现健康避孕的目的。这样可有效地避免口服避孕药的不便及其副作用给人类的健康造成的有害影响。
动物生殖细胞工程技术在人类细胞、组织或器官移植中也具有重要的应用价值。就目前的科技发展水平，可视为两个方面。其一，是人类机体的细胞、组织或器官的再生或克隆。其二，是细胞、组织或器官移植过程中免疫排斥反应的克服。
如上所述，通过动物干细胞技术有望生产各种功能细胞、组织或器官，其前景虽然十分诱人，但离理想中的普遍应用还相当遥远，何况存在干细胞的移植成瘤问题。目前真正通过诱导产生并能用于临床治疗的细胞或组织还极其有限。用于临床移植的组织或器官还是依赖于人类的捐献来提供。
然而，在人类间器官移植的医学治疗中，不仅可供移植的器官严重缺乏，而且存在异体免疫排斥反应的障碍。即使通过药物可以控制排异反应，但其长期的用药费用极其昂贵。基于此，研究人员试图寻求用异种动物的组织器官来代替人类的组织器官用于移植治疗。
但医学实践证明，异种动物间的组织器官移植，很难克服迅速而激烈的排异反应。要想将动物的组织器官移植给人体，首先要解决排异反应问题。而要解决排异反应，则必须知道引起排异反应的分子机制。
关于异体间的排异反应的分子机制目前已基本清楚，在此基础上，克隆其中的关键调节基因，通过转基因技术将该基因转移到供体动物的基因组中，并在体内表达。当将转基因动物的组织器官移植到人体时，就有可能不再发生排斥反应，最起码排斥反应减轻。
基于这一原理，世界各国研究人员用转基因技术将人类的主要基因转移到动物的基因组中，试图培育含有人基因的动物品系。在20世纪90年代，英国已培育出含人类基因的猪群体。2007年，美国也成功地培育出含人类15%的基因的绵羊群体。
动物实验表明，将转人基因的猪心脏移植到猴的体内，能渡过超快排斥反应期，取得了良好的效果。在不远的将来，将动物的组织器官移植给人体，挽救患者的生命，有望成为现实。
一旦获得理想的适合人类免疫系统的转基因动物个体，则可通过超数排卵技术、体外授精技术、胚胎移植技术、动物克隆技术等在短时间内迅速扩繁，建立群体。转人类基因的动物将有可能成为人类器官移植的主要供体来源，为需要接受组织器官移植的患者带来了福音。不过，随之带来的对人体的安全性问题，在移植试验研究的同时，也需要做深入的探讨。
（二）动物遗传育种与繁殖
高产优质的家畜生产目标的实现在于家畜品种的改良，动物细胞工程作为一项高科技生物技术应用于家畜品种的遗传改良发挥了巨大的作用，这里主要是指胚胎工程的系列技术的应用。精液稀释、冷冻保存、性别精子分离、超数排卵、卵母细胞的采集、体外成熟、体外受精、体外发育、性别鉴定、胚胎分割、胚胎冷冻、胚胎移植、转基因技术和动物克隆等广泛用于家畜品种的改良和繁殖。
精液的稀释、冷冻保存和人工输精技术的应用推广使优秀种雄性动物的使用效率和畜群的遗传改良速度提高了几十倍，曾经使动物的繁殖生产发生了革命性的变化。
超数排卵技术的使用使优秀雌性动物的遗传资源得以充分挖掘，遗传性能得到了最大限度的发挥，尤其对于单胎家畜，其繁殖效率提高了5～10倍。
需要强调的是幼畜的超数排卵使优秀雌性动物的利用时间提前了2～3年，正常生长发育情况下，雌性动物的年龄达到体成熟以后方可繁殖后代，超数排卵技术可使畜群的世代间隔大大缩短，从而加快了遗传进展和育种改良进程。幼龄雌性动物的超数排卵技术还能利用被淘汰的幼雌性动物的卵巢卵母细胞，充分利用了优秀雌性动物的遗传资源。
胚胎冷冻技术使种畜的引进由过去的活体引进变为现在的胚胎引进，扩大了引种的规模，而又大大地降低了引种成本，引进的家畜胚胎还可长期保存。
通过胚胎移植技术在短时间内迅速扩大种用群体的数量，建立良种核心群。如MOET（multiple ovulation and embryo transfer）技术成功地应用于奶牛育种核心群的建立。
性别（XY）精子分离技术可将雌性（X）精子和雄性（Y）精子分离开来，用雌性精子授精获得后代雌性动物的比例达到95%以上或者更高。不仅能快速有效地扩大生产性能特别优秀的种雄性动物的利用率，提高家畜的改良速度，而且极大地节约了饲养成本。
该技术在限性性状的家畜如奶牛的繁殖生产中具有广阔的应用前景。同理，用雄性精子受精获得后代几乎全部是雄性动物，在肉用家畜的繁殖生产中应用价值很大，因为雄性动物的生长速度要远快于雌性动物，饲料的转化率高，可获得更高的经济效益。
用动物转基因技术可培育具有新性状的动物品种或提高动物的生产能力。转基因技术用于动物的抗病育种，旨在培育高抗病性的家畜品种。烈性传染病每年给动物生产造成了严重的威胁和巨大的经济损失，因此研究人员设想通过转基因技术培育抗某种疾病的家畜品种，如抗鸡瘟病毒的鸡和抗猪瘟病毒猪。
将某些抗病毒基因导入动物的早期胚胎并整合到胚胎的染色体中，或将该基因转入体细胞的基因组，通过动物克隆技术获得转基因克隆胚，移植后产生克隆后代，有可能获得抗该病毒的性状。
转基因技术应用于动物生产主要是将生长激素（growth hormone，GH）基因或生长激素释放因子基因导入动物的基因组，有望获得生长速度快、产肉或产奶率高、繁殖性能强的转基因后代，以提高动物生产的经济效益。
据报道，转MT-GH基因猪的增重率提高50%，饲料利用率提高80%。我国获得的转基因猪其生长速度、饲料转化率和瘦肉率都明显提高。然而，动物转基因技术也存在许多问题，诸如目的基因的整合和表达不易控制、遗传不稳定等。目前虽然能通过基因打靶（gene targeting）技术将目的基因定点整合到染色体上，但其表达仍然是随机的。这些问题尚有待于进一步研究。
早在20世纪60年代，我国就最早进行了鱼的胚胎细胞的核移植研究，并获得了移核鱼。转基因技术在鱼的培育中的应用也取得了显著成绩，我国已成功地培育出了转人生长激素基因鱼，其体重比原品种增大了数倍。
多倍体技术和雌核发育（gynogenesis）技术在水产养殖动物的育种与繁殖中得到应用。
（三）濒危动物保护
动物生殖细胞工程在动物物种保护中的应用可分两个方面。
其一，濒危野生动物的拯救和保护。高度发达的工业文明也伴随着地球人口的高速增长、资源消耗的持续增加和生态环境的不断恶化，出现了人类和动物对资源利用和生存环境的激烈竞争，再加上人类对野生动物的大规模捕杀，导致许多种野生动物濒临灭绝，如亚洲大象、东北虎、大熊猫、孟加拉虎、普氏野马、狼等。
其二，动物遗传资源或遗传多样性的保护。家畜品种和遗传资源多样性是人类从事动物育种和畜牧生产的基础。但近半个世纪以来，由于过度追求家畜的高产，大规模地引进良种家畜，对生产性能不高的原始品种和地方良种形成了巨大的冲击，再加上无计划的杂交改良，使许多优秀的原始品种和地方良种种群急剧减少，基因库不同程度的混杂，遗传多样性遭到破坏，陷于濒临绝境的危险，在我国这种情况似乎更为严重。
目前，世界上约有11%的鸟类、25%的哺乳动物和34%的鱼类濒临灭绝。过去认为，一旦这些动物品种灭绝，遗传资源丢失，再恢复种群是极为困难的，甚至是不可能的。
通过动物细胞工程技术可以挽救和保护这些濒临灭绝的动物。采用超低温冷冻技术可长期保存动物的生殖细胞或早期胚胎，也可以保存动物的体细胞系。保存了一个细胞就相当于保存了一个个体。采用人工输精或体外授精技术能有效地扩大动物群体的数量，我国在东北虎和大熊猫的人工繁殖方面采用该技术取得了成功。
采用体细胞克隆动物技术可挽救濒临灭绝的动物，甚至有可能恢复已遭灭绝的动物物种。该技术已成功地应用于野牛、灰狼和盘羊等野生动物的复制。
体细胞克隆动物技术尤其适用于已失去生殖能力而又无繁殖群体的动物种群的恢复，也适用于杂交不育的动物（如骡子）的再生或群体的建立，2003年美国成功地用骡子的体细胞为核供体，以马的卵母细胞为核受体，以马为代孕母亲，克隆出世界第一头骡子。
将动物细胞工程的各项技术结合起来使用是拯救濒危动物和保护动物遗传资源的重要手段。但拯救濒危野生动物的制约因素是受体的缺乏（如大熊猫可通过异质克隆构建克隆胚，即用大熊猫的体细胞和兔或其他动物的卵母细胞制备异构克隆胚，可是目前尚没有合适的代孕受体），使这项技术只能停留在实验室。所以，胚胎的受体是未来开展异质克隆的研究重点。
（四）生命科学基础研究
动物生殖细胞工程学是在生命科学发展的基础上诞生的，但它又是生命科学基础研究的重要手段，反过来促进了生命科学基础理论和技术的发展。
利用体外成熟、体外授精、体外发育和胚胎移植等技术研究动物配子发生和早期胚胎发生的过程、着床及免疫调控机理，在体外条件下，已发现若干调节胚胎发育的基因或蛋白。
利用干细胞体外培养和诱导分化技术研究细胞的分化行为和分化机理及其调控信号网络。利用动物克隆（包括异质克隆技术）研究细胞周期、细胞核与细胞质的关系。利用动物转基因技术可建立动物模型研究单一或复杂基因的功能和基因之间的关系，验证基因的功能，研究基因或蛋白作用的网络信号通路或分子机制，如通过转入或剔除某一基因来认识其对相应性状的影响。
研究人类某些疾病形成的相关基因及其效应，如人类常见的高血压、糖尿病和地中海贫血等转基因动物模型，已建立的人类遗传疾病的转基因动物模型已达几十种。
20世纪80年代，用嵌合体（Chimera）技术诞生了绵羊和山羊的嵌合体个体，其外形具有绵羊和山羊的特征，也获得了马和斑马的嵌合体。生殖细胞工程技术将在细胞生物学、生殖生物学、胚胎学、遗传学、发育生物学、育种学甚至医学的研究中扮演重要的角色。