植物生物技術(shù)

目錄第一章植物生物技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介1一、植物生物技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史1二、植物生物技術(shù)主要領(lǐng)域的發(fā)展3參考文獻(xiàn)6第二章植物細(xì)胞的全能性7第一節(jié)植物細(xì)胞脫分化與感受態(tài)細(xì)胞發(fā)生7一、細(xì)胞周期與脫分化7二、植物細(xì)胞脫分化的條件和特征8三、感受態(tài)細(xì)胞8第二節(jié)植物細(xì)胞的決定作用11一、誘導(dǎo)細(xì)胞決定的信號(hào)分子11二、決定細(xì)胞的細(xì)胞特征13三、細(xì)胞決定作用發(fā)生的時(shí)期15第三節(jié)細(xì)胞和組織分化15一、維管束組織的分化16二、導(dǎo)管細(xì)胞分化的分子調(diào)控16三、培養(yǎng)基成分對(duì)維管束分化的影響16第四節(jié)細(xì)胞全能性在細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中的變化17一、愈傷組織的馴化17二、長(zhǎng)期培養(yǎng)物形態(tài)發(fā)生潛力的喪失18參考文獻(xiàn)18第三章實(shí)驗(yàn)室的要求和基本操作技術(shù)19第一節(jié)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備19一、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)室19二、無(wú)菌操作室20三、培養(yǎng)室20第二節(jié)培養(yǎng)基21一、無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)22（一）大量元素22（二）微量元素25二、有機(jī)營(yíng)養(yǎng)26（一）維生素26（二）氨基酸和酰胺27（三）碳源28三、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑29（一）生長(zhǎng)素29（二）細(xì)胞分裂素29（三）赤霉素和脫落酸29（四）其他生長(zhǎng)活性物質(zhì)30四、凝膠劑30（一）瓊脂30（二）瓊脂糖30（三）Gelrite30五、培養(yǎng)基類型30六、培養(yǎng)基的配制31第三節(jié)植物材料的表面消毒32一、消毒劑32二、外植體表面消毒32參考文獻(xiàn)33第四章培養(yǎng)細(xì)胞的形態(tài)建成34第一節(jié)愈傷組織誘導(dǎo)和生長(zhǎng)調(diào)節(jié)34一、愈傷組織的誘導(dǎo)34二、愈傷組織生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)34第二節(jié)器官建成35一、培養(yǎng)細(xì)胞器官建成的特征35二、器官建成過(guò)程中培養(yǎng)細(xì)胞的生理變化36（一）蛋白質(zhì)和核酸變化36（二）碳水化合物和呼吸變化36（三）內(nèi)源激素水平的變化36（四）多胺水平的變化37三、誘導(dǎo)器官建成的特異性基因37（一）不定根發(fā)生的特異性基因37（二）不定芽發(fā)生的特異性基因38四、器官發(fā)生的假說(shuō)41（一）激素學(xué)說(shuō)41（二）擬分生組織學(xué)說(shuō)41（三）位置效應(yīng)理論42（四）胞間信息傳遞假說(shuō)43第三節(jié)體細(xì)胞胚胎建成43一、體細(xì)胞胚胎建成的特征43（一）形態(tài)與解剖43（二）體細(xì)胞胚胎建成的途徑44（三）體細(xì)胞胚胎建成的過(guò)程44二、胚性細(xì)胞的生理變化48三、體細(xì)胞胚發(fā)生的基因表達(dá)50四、體細(xì)胞胚胎建成的假說(shuō)52第四節(jié)培養(yǎng)細(xì)胞形態(tài)建成的調(diào)節(jié)53一、外植體的選擇53二、培養(yǎng)基成分55三、培養(yǎng)的環(huán)境條件57參考文獻(xiàn)58第五章試管苗的快速繁殖60第一節(jié)試管苗繁殖的基本步驟60一、組培苗的建立60二、組培苗的增殖61三、生根63（一）壯苗63（二）誘導(dǎo)生根的條件63（三）誘導(dǎo)生根的方法63四、移栽64（一）組培苗的生長(zhǎng)發(fā)育特征64（二）煉苗64（三）移栽條件64第二節(jié)人工種子65一、人工種子的種類和制備65（一）人工種子的種類65（二）人工種子的制備65二、人工種子的萌發(fā)67參考文獻(xiàn)67第六章培養(yǎng)細(xì)胞突變體的誘導(dǎo)和篩選68第一節(jié)突變細(xì)胞的來(lái)源68一、體細(xì)胞無(wú)性系變異的特征68二、體細(xì)胞無(wú)性系變異的來(lái)源68（一）外植體細(xì)胞來(lái)源的變異69（二）離體培養(yǎng)誘導(dǎo)的變異71第二節(jié)培養(yǎng)細(xì)胞突變發(fā)生的機(jī)理73一、染色體數(shù)目變化73二、染色體結(jié)構(gòu)和DNA多態(tài)性的變化74三、基因突變74四、基因擴(kuò)增75五、細(xì)胞質(zhì)基因變異75六、轉(zhuǎn)座因子活化76七、DNA甲基化76第三節(jié)誘導(dǎo)培養(yǎng)細(xì)胞突變的主要類型76一、氨基酸和氨基酸類似物抗性選擇77二、抗病性選擇77三、除草劑抗性的選擇78四、耐鹽性選擇79五、其他性狀選擇79第四節(jié)培養(yǎng)細(xì)胞變異的篩選和鑒定79一、一般篩選程序80二、不同培養(yǎng)物的篩選80三、體細(xì)胞無(wú)性系的鑒定81參考文獻(xiàn)82第七章有用次生代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)83第一節(jié)細(xì)胞培養(yǎng)83一、懸浮細(xì)胞的來(lái)源和起始培養(yǎng)83二、懸浮細(xì)胞培養(yǎng)方式85（一）分批培養(yǎng)85（二）連續(xù)培養(yǎng)86三、固定化培養(yǎng)86（一）包埋技術(shù)87（二）吸附技術(shù)88（三）共價(jià)結(jié)合技術(shù)88四、植物細(xì)胞反應(yīng)器的類型89（一）懸浮培養(yǎng)生物反應(yīng)器89(二）固定化細(xì)胞生物反應(yīng)器90五、培養(yǎng)細(xì)胞生長(zhǎng)量和活力分析92（一）細(xì)胞生長(zhǎng)量的分析92（二）培養(yǎng)細(xì)胞活力的測(cè)定92第二節(jié)培養(yǎng)細(xì)胞生產(chǎn)有用次生代謝產(chǎn)物92一、有用次生代謝產(chǎn)物的種類93二、培養(yǎng)細(xì)胞的生產(chǎn)特征93三、兩步培養(yǎng)法生產(chǎn)次生代謝產(chǎn)物93（一）培養(yǎng)基成分95（二）培養(yǎng)條件96四、誘發(fā)反應(yīng)97五、生物轉(zhuǎn)化98（一）單萜烯的生物轉(zhuǎn)化99（二）甾類激素的生物轉(zhuǎn)化99（三）吲哚堿和紫杉醇的生物轉(zhuǎn)化101參考文獻(xiàn)101第八章單倍體和多倍體細(xì)胞培養(yǎng)102第一節(jié)花藥和花粉培養(yǎng)102一、花藥培養(yǎng)技術(shù)102二、影響花藥培養(yǎng)的因素103三、雄核發(fā)育單倍體發(fā)生途徑106四、花粉培養(yǎng)106第二節(jié)未受精胚珠和子房培養(yǎng)109一、未受精子房培養(yǎng)109二、未受精胚珠培養(yǎng)110三、胚囊培養(yǎng)110四、離體雌核發(fā)育的胚胎研究110第三節(jié)胚乳細(xì)胞培養(yǎng)111一、外植體的選擇與接種111二、愈傷組織誘導(dǎo)112三、器官發(fā)生誘導(dǎo)112四、體細(xì)胞胚發(fā)生114五、培養(yǎng)條件114六、胚乳愈傷組織的細(xì)胞學(xué)特征114第四節(jié)離體授粉和受精114一、離體授粉114二、胚珠和子房培養(yǎng)116三、影響離體授粉結(jié)實(shí)的因子117四、離體受精118參考文獻(xiàn)119第九章原生質(zhì)體培養(yǎng)和體細(xì)胞雜交121第一節(jié)植物原生質(zhì)體培養(yǎng)121一、植物原生質(zhì)體的分離121（一）分離原生質(zhì)體的酶液成分121（二）分離原生質(zhì)體的主要步驟123（三）分離原生質(zhì)體的材料123(四）微原生質(zhì)體的分離124（五）原生質(zhì)體的活力檢測(cè)125二、原生質(zhì)體培養(yǎng)126（一）原生質(zhì)體培養(yǎng)基126(二）原生質(zhì)體培養(yǎng)方法127（三）培養(yǎng)條件和原生質(zhì)體生長(zhǎng)發(fā)育128第二節(jié)植物體細(xì)胞雜交129一、原生質(zhì)體融合的方法129（一）NaNO3處理129（二）高pH/高濃度鈣處理129（三）PEG處理130(四）電融合131二、體細(xì)胞雜交的類型132（一）細(xì)胞質(zhì)雜交132（二）微細(xì)胞雜交133（三）細(xì)胞核的吸收135三、體細(xì)胞雜種的選擇和鑒定135第三節(jié)體細(xì)胞雜種的遺傳136一、核對(duì)稱體細(xì)胞雜種137二、核不對(duì)稱體細(xì)胞雜種137三、細(xì)胞質(zhì)基因組的遺傳138參考文獻(xiàn)140第十章無(wú)病毒苗木培育和種質(zhì)資源保存142第一節(jié)植物病毒的主要類型142一、植物病毒的概念142二、植物病毒的主要類型142第二節(jié)植物病毒傳播及其在植物體中的移動(dòng)和分布144一、植物病毒傳播144（一）介體傳播144（二）非介體傳播145二、植物病毒在植物體內(nèi)的移動(dòng)145第三節(jié)無(wú)病毒苗的培育和鑒定146一、培育無(wú)病毒苗的途徑146（一）組織培養(yǎng)脫除病毒146（二）物理或化學(xué)方法脫除病毒148二、脫毒苗的鑒定149第四節(jié)種質(zhì)資源保存150一、低溫保存150二、冷凍保存151（一）冷凍151（二）貯存153（三）解凍153（四）重新培養(yǎng)154參考文獻(xiàn)154第十一章植物基因的克隆155第一節(jié)植物基因的結(jié)構(gòu)和功能155一、植物基因的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)155（一）植物基因的啟動(dòng)子156（二）植物基因的增強(qiáng)子序列156（三）植物基因的起始子序列157（四）植物基因的加尾信號(hào)序列157（五）植物基因的密碼子偏好157二、植物功能基因的類型157第二節(jié)基因克隆的載體158一、質(zhì)粒載體159（一）質(zhì)粒的生物學(xué)特性159（二）質(zhì)粒載體的特征159（三）幾種常見(jiàn)的質(zhì)粒載體160二、噬菌體載體163（一）λ噬菌體的生物學(xué)特性163（二）λ噬菌體載體164（三）M13噬菌體的生物學(xué)特性165（四）M13噬菌體載體165三、黏粒載體166四、人工染色體載體167第三節(jié)基因克隆的工具酶167一、限制性核酸內(nèi)切酶及其應(yīng)用168（一）限制性核酸內(nèi)切酶的分類和命名168（二）Ⅱ型限制性核酸內(nèi)切酶的基本特性168（三）與Ⅱ型核酸內(nèi)切酶有關(guān)的幾個(gè)概念169（四）限制性核酸內(nèi)切酶的消化反應(yīng)169二、DNA連接酶及其應(yīng)用169（一）DNA連接酶作用的特點(diǎn)169（二）DNA連接反應(yīng)的條件170三、DNA聚合酶及其應(yīng)用170（一）大腸埃希菌DNA聚合酶Ⅰ170（二）Klenow片段170（三）T4 DNA聚合酶171（四）逆轉(zhuǎn)錄酶171四、修飾性工具酶171第四節(jié)基因克隆的策略173一、目標(biāo)DNA片段的獲得173二、載體的選擇及制備174三、目的DNA片段和載體的連接174四、重組載體轉(zhuǎn)化宿主細(xì)胞176五、重組克隆的篩選176第五節(jié)植物目的基因的分離克隆方法178一、生物芯片178二、基因文庫(kù)的篩選179（一）基因文庫(kù)的種類179（二）植物核基因組文庫(kù)的構(gòu)建180（三）植物cDNA文庫(kù)的構(gòu)建181（四）植物基因文庫(kù)的篩選181三、蛋白質(zhì)組學(xué)184四、mRNA差異顯示184五、插入失活技術(shù)185六、圖位克隆方法186七、其他新方法187（一）基于生物信息學(xué)的基因克隆187（二）抑制性消減雜交187（三）代表性序列差別分析188（四）基因表達(dá)系列分析189參考文獻(xiàn)190第十二章植物細(xì)胞的遺傳轉(zhuǎn)化191第一節(jié)農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化191一、根癌農(nóng)桿菌及其Ti質(zhì)粒191二、農(nóng)桿菌介導(dǎo)的遺傳轉(zhuǎn)化機(jī)理193（一）感染194（二）致病區(qū)蛋白的激活和作用196（三）TDNA整合到植物基因組197三、Ti質(zhì)粒的改造和利用198（一）一元載體系統(tǒng)199（二）雙元載體系統(tǒng)199（三）選擇標(biāo)記基因和報(bào)告基因200四、農(nóng)桿菌介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移方法203（一）葉圓片法204（二）共培養(yǎng)法204（三）直接接種法204第二節(jié)基因直接轉(zhuǎn)移方法204一、化學(xué)方法204（一）PEG誘導(dǎo)法205（二）脂質(zhì)體導(dǎo)入法205二、物理轉(zhuǎn)化方法205（一）基因槍法205（二）電激法206（三）顯微注射法207三、農(nóng)桿微彈方法207第三節(jié)轉(zhuǎn)基因表達(dá)的調(diào)控207一、組成型表達(dá)208二、誘導(dǎo)型表達(dá)208（一）非植物來(lái)源的表達(dá)體系209（二）植物對(duì)環(huán)境信號(hào)反應(yīng)的表達(dá)體系212（三）植物發(fā)育的表達(dá)體系214三、基因瞬時(shí)表達(dá)和穩(wěn)定表達(dá)219第四節(jié)外源基因在轉(zhuǎn)基因植物中的表達(dá)219一、外源基因拷貝數(shù)量、插入位點(diǎn)與排列219二、外源基因表達(dá)序列特征221三、外源基因表達(dá)的沉默221（一）轉(zhuǎn)錄水平的基因沉默222（二）轉(zhuǎn)錄后水平的基因沉默223第五節(jié)外源基因清除技術(shù)226一、共轉(zhuǎn)化227二、位點(diǎn)特異性重組227三、轉(zhuǎn)座227四、不使用選擇標(biāo)記基因228參考文獻(xiàn)228第十三章DNA分子標(biāo)記229第一節(jié)非PCR依賴的分子標(biāo)記229一、限制性片段長(zhǎng)度多態(tài)性標(biāo)記229（一）基因組DNA的限制性酶切230（二）Southern印跡231（三）使用放射性探針進(jìn)行雜交232二、染色體原位雜交233第二節(jié)基于PCR的分子標(biāo)記234一、隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA235二、DNA擴(kuò)增指紋印跡237三、隨機(jī)引物聚合酶鏈反應(yīng)237四、簡(jiǎn)單序列重復(fù)238五、擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性241（一）AFLP反應(yīng)過(guò)程241(二)AFLP技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)243六、特異PCR標(biāo)記245第三節(jié)DNA分子標(biāo)記的應(yīng)用246一、遺傳多樣性與親緣關(guān)系研究246二、圖譜定位控制重要性狀的基因248三、分子標(biāo)記輔助選擇249四、比較基因組研究249五、雜種優(yōu)勢(shì)預(yù)測(cè)252第四節(jié)生物芯片252一、生物芯片的種類252（一）基因芯片252（二）蛋白質(zhì)芯片255（三）芯片實(shí)驗(yàn)室255二、生物芯片技術(shù)的應(yīng)用255參考文獻(xiàn)257第十四章轉(zhuǎn)基因植物的性狀改良259第一節(jié)抗蟲(chóng)害259一、微生物來(lái)源的抗蟲(chóng)基因259二、高等植物來(lái)源的抗蟲(chóng)基因261（一）蛋白酶抑制劑261(二）植物外源凝集素262第二節(jié)抗病毒病害262一、外殼蛋白基因262二、衛(wèi)星RNA263三、核糖體滅活蛋白264第三節(jié)抗細(xì)菌和真菌病害264一、抗菌蛋白265（一）幾丁質(zhì)酶和葡聚糖酶265（二）抗菌肽265二、誘導(dǎo)超敏反應(yīng)的抗性蛋白265第四節(jié)抗除草劑267一、修飾除草劑的靶蛋白267（一）抗草甘膦除草劑267（二）抗磺酰脲類與咪唑酮類除草劑268(三)抗阿特拉津除草劑268二、解毒蛋白268第五節(jié)抗逆性269一、抗干旱和鹽堿269二、抗寒270（一）甘油3磷酸酯酰基轉(zhuǎn)移酶270（二）抗凍蛋白270三、抗重金屬污染271第六節(jié)植物品種品質(zhì)的改良271（一）種子貯藏蛋白271（二）淀粉和糖類272（三）脂肪酸273（四）維生素274（五）延遲果實(shí)成熟274第七節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)節(jié)276（一）調(diào)節(jié)內(nèi)源激素水平276（二）調(diào)節(jié)小孢子或花粉發(fā)育277（三）調(diào)節(jié)甜味蛋白和花色素成分278第八節(jié)藥物生產(chǎn)278（一）抗體278（二）可食疫苗280參考文獻(xiàn)281第十五章轉(zhuǎn)基因植物的安全性及其評(píng)價(jià)283第一節(jié)轉(zhuǎn)基因植物的安全性283一、選擇標(biāo)記基因283二、超級(jí)草284三、轉(zhuǎn)基因食品284四、轉(zhuǎn)基因植物對(duì)生物多樣性的影響285第二節(jié)轉(zhuǎn)基因植物的安全性評(píng)價(jià)286參考文獻(xiàn)287