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绪论 1

第一节 细胞工程在生物技术领域中的地位 1

一、生物技术概述 1

二、细胞工程的概念及研究范畴 2

三、细胞工程与其它相关学科的关系 2

1.细胞工程学科的建立依赖于相关学科理论的发展 2

2.细胞工程为生物学研究提供新的实验体系 2

3.细胞工程必须与其它生物技术相结合才能更好地发挥作用 3

四、细胞工程在现代生物技术中的地位及其实践意义 3

1.改善农业生产技术 3

2.保护自然资源，维护生态平衡 3

3.生物医药开发 4

第二节 植物细胞工程的发展 4

一、植物细胞工程的发展 4

1.探索阶段 4

2.培养技术建立阶段 5

3.应用研究阶段 6

二、我国植物细胞工程的研究进展 7

第三节 植物细胞工程技术的类别及其应用 8

一、植物细胞工程的类别 8

二、植物细胞工程的应用 9

1.在植物育种上的应用 9

2.种苗脱病毒与快速繁殖 9

3.细胞培养生产有用次生产物 9

4.在细胞生物学和发育生物学研究中的应用 10

5.在植物遗传、生理生化以及植物病理等基础研究中的应用 10

第一章 细胞全能性与形态发生 12

第一节 细胞全能性及其表达 12

一、细胞全能性概述 12

二、培养条件下的细胞脱分化 14

1.细胞脱分化过程中的生理活动与细胞结构变化 14

2.细胞脱分化的调控机理 15

3.细胞分裂与愈伤组织形成 18

三、细胞分化 19

1.细胞分化与基因组变化 19

2.极性与细胞分化 20

3.TE细胞分化及其调控 22

4.激素在细胞分化中的调控作用 24

第二节 器官发生 26

一、离体培养中器官发生的方式 26

二、器官分化过程 27

三、起始材料对器官分化的影响 28

1.母体植株的遗传基础 28

2.外植体的类型 29

四、激素对器官分化的调控 30

五、光照对器官分化的影响 32

六、器官发生的基因调控 32

第三节 体细胞胚发生 34

一、体细胞胚的形成 34

1.体细胞胚从外植体上直接发生 34

2.经过愈伤组织的体细胞胚发生 35

3.细胞悬浮培养的体细胞胚发生 35

二、体细胞胚的结构与发育特点 36

三、影响体细胞胚发生的因素 39

1.外源激素对体细胞胚发生的调控 39

2.培养基及培养条件对体细胞胚形成的影响 39

3.不同基因型间体细胞胚形成能力的差异 40

四、体细胞胚发生的生化与分子基础 41

1.体细胞胚形成过程中内源生长素的变化 41

2.体细胞胚发生过程中的特异蛋白质 42

3.体细胞胚形成的基因表达调控 44

第二章 离体培养下的遗传与变异 46

第一节 离体培养中的遗传与变异特点 46

一、离体培养中的遗传稳定性 46

二、离体培养条件下遗传变异的特点 47

三、影响体细胞遗传与变异的因素 50

1.供体植物 50

2.培养基及培养方式 51

3.继代培养的次数 52

第二节 体细胞变异的细胞遗传学基础 53

一、DNA在核内重复复制 53

二、染色体断裂与重组 54

三、非正常有丝分裂 55

第三节 体细胞变异的分子遗传学基础 55

一、碱基突变 55

二、DNA序列的选择性扩增与丢失 56

三、转座子活化 57

四、DNA甲基化 57

第四节 体细胞无性系变异的诱导与选择 58

一、体细胞无性系变异诱导材料的选择 59

二、离体培养细胞的自发变异 59

三、离体培养细胞的诱变 60

1.物理诱变 60

2.化学诱变 60

3.复合因子诱变 61

4.转座子插入诱变 61

四、体细胞无性系突变体的筛选 61

1.直接筛选法 61

2.间接筛选法 62

五、体细胞无性系变异的利用 63

1.创造育种中间材料或直接筛选新品种 63

2.遗传研究 64

3.发育生物学研究 64

4.生化代谢途径研究 65

第三章 植物细胞工程技术原理 66

第一节 实验室设置 66

一、实验室组成 66

1.基本实验室 66

2.辅助实验室 67

3.实验室布局 67

二、基本设备配置 68

1.常规设备 68

2.灭菌设备 68

3.无菌操作设备 69

4.培养设备 69

5.其它设备 70

三、培养容器与用具 71

1.培养容器 71

2.金属用具 71

3.塑料用具 72

第二节 细胞工程的基本技术 72

一、洗涤技术 72

1.洗涤剂 72

2.洗涤方法 73

二、灭菌技术 73

1.培养基灭菌 73

2.玻璃器皿灭菌 73

3.金属用具灭菌 74

4.操作环境灭菌 74

第三节 培养基组成及配制 74

一、培养基成分 75

1.无机盐类 75

2.有机化合物 75

3.生长调节物质 76

4.水 77

5.其它附加成分 79

二、培养基配方及培养基选择 79

1.常用培养基配方 79

2.培养基筛选 81

三、培养基配制 81

1.培养基母液配制 81

2.培养基制备 83

第四节 外植体取材及培养条件的控制 83

一、植物材料的培养与外植体取材 83

1.外植体的来源 83

2.供体植株的管理 84

二、外植体灭菌 84

1.种子灭菌 85

2.芽、叶片、茎等组织材料灭菌 85

3.未成熟胚、子房及花药灭菌 85

三、接种培养及其培养条件的控制 86

1.光照 86

2.温度 86

3.培养基pH 87

4.气体调节 87

第四章 植物组织和器官培养 89

第一节 植物脱毒与快速繁殖 89

一、植物脱毒和快速繁殖的意义 89

1.植物脱毒和快速繁殖的概念 89

2.植物脱毒和快速繁殖的意义 89

二、植物脱毒的原理和技术 91

1.基本原理 91

2.植物脱毒的技术规程 92

3.影响脱毒效果的因素 96

三、离体繁殖 96

1.离体繁殖的一般技术 97

2.离体繁殖的使用范围 99

3.离体繁殖的遗传变异与控制 99

第二节 花药及花粉培养 99

一、基本概念 99

1.花药培养 99

2.花粉培养 100

3.单倍体 101

二、花药培养 101

1.外植体的选择 101

2.材料的表面消毒 102

3.接种 102

4.培养 102

5.植株再生 102

6.生根和移栽 104

三、花粉及小孢子培养 104

1.取材时期的确定 104

2.花粉的分离 104

3.花粉培养方法 105

四、花药和花粉培养中雄核发育的途径及雄核发育诱导 106

1.花药和花粉培养中雄核发育的途径 106

2.影响雄核发育的因素 107

3.雄核发育的诱导 111

五、花药和花粉培养中单倍体植株形成的途径 112

1.通过胚状体形成单倍体植株 112

2.通过愈伤组织形成单倍体植株 113

六、花粉植株的倍性及染色体加倍 114

1.花粉植株的倍性 114

2.染色体加倍 115

七、花药和花粉培养中的白化苗 115

1.影响白化苗形成的因素 115

2.白化苗的细胞学和生理生化特性 116

八、单倍体的应用 116

1.迅速获得纯合型材料 116

2.获得育种中间材料 117

3.突变体选育 117

4.体细胞融合 117

5.获得染色体异附加系和代换系 117

6.遗传研究 118

7.遗传工程受体 119

第三节 植物胚培养 119

一、植物胚培养 119

1.胚培养的意义和类型 119

2.幼胚培养 120

3.幼胚培养条件 121

二、子房培养 123

1.材料的选择 123

2.培养基 124

3.接种方式 124

4.单倍体的来源和发育途径 125

三、被子植物胚乳培养 125

1.概况 125

2.植物胚乳的发育特性 126

3.影响胚乳培养的因素 127

4.胚乳培养的形态发生 128

第五章 植物细胞培养及次生代谢产物生产 130

第一节 悬浮培养 130

一、愈伤组织诱导 130

二、悬浮系的建立与继代培养 131

三、悬浮细胞的生长动态 131

四、悬浮培养细胞的同步化 132

第二节 单细胞培养 134

一、细胞平板培养 134

二、看护培养 135

三、微室培养 135

四、其它单细胞培养技术 136

第三节 植物细胞的规模培养 136

一、概述 136

二、植物细胞规模化培养体系的建立 137

1.种子细胞的选择 137

2.种子细胞系的增殖与放大培养 138

3.大规模培养体系的建立 138

三、生物反应器类型及其特点 139

1.搅拌式生物反应器 140

2.气动式生物反应器 141

3.固定化细胞生物反应器 141

四、植物细胞规模化培养中的有关工程技术问题 143

1.培养中的植物细胞特性 143

2.植物细胞培养液的流变特性 143

3.植物细胞培养过程中的O2与CO2调节 143

4.泡沫和表面黏附性 144

5.剪切力对植物细胞的影响 144

第四节 培养细胞的次生代谢及产物积累 145

一、植物次生代谢产物的主要类型 145

1.酚类化合物 145

2.萜类化合物 145

3.含氮化合物 145

4.其它 146

二、培养条件下的植物细胞次生产物积累的特性 146

三、提高细胞次生产物产量的途径 147

1.选择适宜的起始材料 147

2.培养基成分的影响 147

3.前体的应用 148

4.激发子的应用 148

5.培养技术的选择 149

第六章 原生质体培养 151

第一节 原生质体研究概况 151

第二节 原生质体分离 153

一、材料的选择 153

二、酶 154

三、渗透压稳定剂 155

四、原生质体的游离 156

1.材料的预处理 156

2.酶解处理 156

五、原生质体的纯化 157

1.沉降法 157

2.漂浮法 157

3.梯度离心法 157

六、原生质体活力的测定 157

1.荧光素双醋酸酯（fluorescein diacetate，FDA）染色法 157

2.酚藏花红（phenosafranine）染色法 158

3.荧光增白剂（calcofluor white，CFW）染色法 158

4.伊凡蓝（Evans blue）染色法 158

第三节 原生质体培养 158

一、培养基 159

1.无机盐 159

2.渗透压稳定剂 159

3.有机成分 160

4.激素 160

5.pH 160

二、原生质体培养方法 162

1.液体浅层培养法 162

2.悬滴培养法 162

3.微滴培养法 163

4.固体平板法 163

5.液体浅层-固体平板双层培养法 163

6.琼脂糖珠培养法 163

7.饲养层培养法 164

8.原生质体培养体系的优化 164

三、植板密度 166

四、培养条件 166

1.光照 166

2.温度 166

五、原生质体的发育和植株再生 167

1.细胞壁再生 167

2.细胞分裂和生长 167

3.植株再生 167

第四节 原生质体再生植株的遗传性状及变异 168

一、再生植株的倍性及染色体数目和结构的变异 168

二、再生植株的遗传性状及变异 169

第五节 性细胞原生质体培养进展 169

一、花粉原生质体 170

1.花粉原生质体的分离 170

2.花粉原生质体的培养 171

二、配子原生质体 172

1.配子原生质体的分离 172

2.配子原生质体的培养 173

第六节 原生质体培养的生理问题 174

一、逆境反应 174

二、修复机理 174

三、脱分化 174

四、细胞分裂与分化 175

五、再生细胞壁 175

六、原生质体出芽 175

七、内吞作用和液泡 176

八、气孔生理 177

第七节 原生质体培养的应用 178

一、基础理论研究的实验系统 178

二、体细胞杂交 178

三、作为遗传转化的受体 179

四、无性系变异及突变体的筛选 179

五、分离细胞器的理想材料 179

第七章 植物体细胞杂交 180

第一节 植物体细胞杂交的概念 180

一、植物原生质体融合技术的发展 180

二、植物细胞杂交的类型 181

1.植物细胞杂交的类型 181

2.原生质体融合的种类 182

第二节 原生质体融合 183

一、融合方法 183

1.PEG诱导融合法 183

2.电融合法 185

二、原生质体的融合过程 186

三、影响原生质体融合的因素 186

第三节 杂种细胞的选择和体细胞杂种的鉴定 186

一、原生质体的融合产物 186

二、杂种细胞的选择系统 187

1.互补选择法 187

2.机械选择法 189

3.组织培养筛选法 190

三、杂种植株的鉴定 190

1.形态学鉴定 190

2.细胞学鉴定 191

3.生化分析 191

4.分子生物学方法 192

四、体细胞杂种的遗传特性 192

1.细胞分裂与染色体丢失 192

2.基因转移与性状表达 193

3.体细胞杂种在遗传上的不稳定性 193

第四节 细胞质杂种 193

一、细胞质杂种概念 193

二、细胞质杂种产生的途径 194

第五节 原生质体的遗传饰变 194

一、细胞核移植 194

1.细胞核的分离 194

2.细胞核的移植 195

二、叶绿体移植 195

1.叶绿体的分离 196

2.叶绿体的移植 196

三、染色体的摄取 197

1.染色体的分离 197

2.染色体的摄取 197

四、外源DNA的摄取 198

五、微生物移植 198

第六节 体细胞杂交技术的应用 199

一、通过体细胞杂交合成新物种 199

二、通过体细胞杂交培育作物新种质和新品种 200

三、通过体细胞杂交转移细胞质基因控制的性状 200

第七节 体细胞杂交研究的展望与局限性 202

一、体细胞杂交研究的展望 202

二、体细胞杂交研究的局限性 203

第八章 人工种子 205

第一节 人工种子的概念 205

第二节 繁殖体的类型及其生产 208

一、不同类型繁殖体比较 208

1.诱导培养方式 208

2.不同繁殖体成苗率比较 208

二、繁殖体的生产 211

1.体细胞胚的规模化生产 211

2.微型营养变态器官繁殖体的培养 212

3.芽繁殖体的培养 214

第三节 人工种子包被 214

一、繁殖体的预处理 215

二、繁殖体的包埋 215

三、人工种皮的研制 216

第四节 人工种子的发展和应用前景 218

一、微器官人工种子可能最先用于无性繁殖植物 218

二、人工种子可用于天然种子繁殖后代群体变异大的植物 218

三、以体细胞胚为繁殖体应用的可能性及需要注意的问题 219

第九章 植物种质资源离体超低温保存 220

第一节 概述 220

一、植物种质资源低温保存的重要性 220

二、超低温保存的概念 221

三、超低温保存的研究概况 221

1.超低温保存技术的发展 221

2.用于离体超低温保存的植物材料 222

3.超低温保存的植物种类 222

第二节 植物材料超低温冻存的细胞学基础 223

一、细胞内外水的冻结状态是细胞冻存技术的关键 223

二、植物细胞超低温保存过程中的致死损伤 224

第三节 超低温保存的方法 224

一、传统的降温冰冻方法 224

1.快速冰冻法 224

2.慢速冰冻法 225

3.两步法 225

4.逐级冰冻法 225

二、玻璃化保存方法 225

1.玻璃化法 226

2.包埋玻璃化法 227

三、其它超低温冻存方法 227

1.干燥法 227

2.预培养法 227

3.预培养-干燥法 227

4.包埋脱水法 228

第四节 影响超低温保存效果的主要因素 229

一、材料的基本特性 229

二、预培养和低温锻炼 230

三、冰冻保护剂的应用 230

四、化冻方法 232

五、再培养 232

第五节 超低温保存过程中的遗传变异及其检测技术 232

第十章 植物基因转化受体系统 234

第一节 植物基因转化受体系统的条件 234

一、高效稳定的再生能力 234

二、较高的遗传稳定性 235

三、具有稳定的外植体来源 235

四、抗生素敏感性 235

五、农杆菌敏感性 236

第二节 植物基因转化受体系统的类型及其特性 236

一、经过愈伤组织的受体系统 236

二、不经过愈伤组织的受体系统 237

三、原生质体再生系统 237

四、细胞系及其体细胞胚受体系统 238

五、生殖细胞受体系统 238

第三节 植物基因转化受体系统的建立 239

一、高频再生系统的建立 239

1.外植体的选择 239

2.培养基选择 240

二、抗生素敏感性 241

三、农杆菌敏感性试验 242

第四节 受体系统常见的问题及其解决途径 242

一、再生能力及其遗传稳定性 242

二、愈伤组织褐化 243

三、再生植株玻璃化 243

四、影响受体系统转化效率的因素 243

1.农杆菌菌株 243

2.Vir基因活化的诱导物 244

3.外植体的类型和生理状态 244

4.外植体的预培养 244

5.外植体的接种及共培养 244

6.转化细胞的选择培养和转化植株再生 245

主要参考文献 247

中英文名词对照 273

植物学名称对照 278