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第一章 植物生物技术发展简介 1

一、植物生物技术发展简史 1

二、植物生物技术主要领域的发展 3

参考文献 6

第二章 植物细胞的全能性 7

第一节 植物细胞脱分化与感受态细胞发生 7

一、细胞周期与脱分化 7

二、植物细胞脱分化的条件和特征 8

三、感受态细胞 8

第二节 植物细胞的决定作用 11

一、诱导细胞决定的信号分子 11

二、决定细胞的细胞特征 13

三、细胞决定作用发生的时期 15

第三节 细胞和组织分化 15

一、维管束组织的分化 16

二、导管细胞分化的分子调控 16

三、培养基成分对维管束分化的影响 16

第四节 细胞全能性在细胞培养过程中的变化 17

一、愈伤组织的驯化 17

二、长期培养物形态发生潜力的丧失 18

参考文献 18

第三章 实验室的要求和基本操作技术 19

第一节 实验室设备 19

一、准备实验室 19

二、无菌操作室 20

三、培养室 20

第二节 培养基 21

一、无机营养 22

（一）大量元素 22

（二）微量元素 25

二、有机营养 26

（一）维生素 26

（二）氨基酸和酰胺 27

（三）碳源 28

三、植物生长调节剂 29

（一）生长素 29

（二）细胞分裂素 29

（三）赤霉素和脱落酸 29

（四）其他生长活性物质 30

四、凝胶剂 30

（一）琼脂 30

（二）琼脂糖 30

（三）Gelrite 30

五、培养基类型 30

六、培养基的配制 31

第三节 植物材料的表面消毒 32

一、消毒剂 32

二、外植体表面消毒 32

参考文献 33

第四章 培养细胞的形态建成 34

第一节 愈伤组织诱导和生长调节 34

一、愈伤组织的诱导 34

二、愈伤组织生长的调节 34

第二节 器官建成 35

一、培养细胞器官建成的特征 35

二、器官建成过程中培养细胞的生理变化 36

（一）蛋白质和核酸变化 36

（二）碳水化合物和呼吸变化 36

（三）内源激素水平的变化 36

（四）多胺水平的变化 37

三、诱导器官建成的特异性基因 37

（一）不定根发生的特异性基因 37

（二）不定芽发生的特异性基因 38

四、器官发生的假说 41

（一）激素学说 41

（二）拟分生组织学说 41

（三）位置效应理论 42

（四）胞间信息传递假说 43

第三节 体细胞胚胎建成 43

一、体细胞胚胎建成的特征 43

（一）形态与解剖 43

（二）体细胞胚胎建成的途径 44

（三）体细胞胚胎建成的过程 44

二、胚性细胞的生理变化 48

三、体细胞胚发生的基因表达 50

四、体细胞胚胎建成的假说 52

第四节 培养细胞形态建成的调节 53

一、外植体的选择 53

二、培养基成分 55

三、培养的环境条件 57

参考文献 58

第五章 试管苗的快速繁殖 60

第一节 试管苗繁殖的基本步骤 60

一、组培苗的建立 60

二、组培苗的增殖 61

三、生根 63

（一）壮苗 63

（二）诱导生根的条件 63

（三）诱导生根的方法 63

四、移栽 64

（一）组培苗的生长发育特征 64

（二）炼苗 64

（三）移栽条件 64

第二节 人工种子 65

一、人工种子的种类和制备 65

（一）人工种子的种类 65

（二）人工种子的制备 65

二、人工种子的萌发 67

参考文献 67

第六章 培养细胞突变体的诱导和筛选 68

第一节 突变细胞的来源 68

一、体细胞无性系变异的特征 68

二、体细胞无性系变异的来源 68

（一）外植体细胞来源的变异 69

（二）离体培养诱导的变异 71

第二节 培养细胞突变发生的机理 73

一、染色体数目变化 73

二、染色体结构和DNA多态性的变化 74

三、基因突变 74

四、基因扩增 75

五、细胞质基因变异 75

六、转座因子活化 76

七、DNA甲基化 76

第三节 诱导培养细胞突变的主要类型 76

一、氨基酸和氨基酸类似物抗性选择 77

二、抗病性选择 77

三、除草剂抗性的选择 78

四、耐盐性选择 79

五、其他性状选择 79

第四节 培养细胞变异的筛选和鉴定 79

一、一般筛选程序 80

二、不同培养物的筛选 80

三、体细胞无性系的鉴定 81

参考文献 82

第七章 有用次生代谢产物的生产 83

第一节 细胞培养 83

一、悬浮细胞的来源和起始培养 83

二、悬浮细胞培养方式 85

（一）分批培养 85

（二）连续培养 86

三、固定化培养 86

（一）包埋技术 87

（二）吸附技术 88

（三）共价结合技术 88

四、植物细胞反应器的类型 89

（一）悬浮培养生物反应器 89

（二）固定化细胞生物反应器 90

五、培养细胞生长量和活力分析 92

（一）细胞生长量的分析 92

（二）培养细胞活力的测定 92

第二节 培养细胞生产有用次生代谢产物 92

一、有用次生代谢产物的种类 93

二、培养细胞的生产特征 93

三、两步培养法生产次生代谢产物 93

（一）培养基成分 95

（二）培养条件 96

四、诱发反应 97

五、生物转化 98

（一）单萜烯的生物转化 99

（二）甾类激素的生物转化 99

（三）吲哚碱和紫杉醇的生物转化 101

参考文献 101

第八章 单倍体和多倍体细胞培养 102

第一节 花药和花粉培养 102

一、花药培养技术 102

二、影响花药培养的因素 103

三、雄核发育单倍体发生途径 106

四、花粉培养 106

第二节 未受精胚珠和子房培养 109

一、未受精子房培养 109

二、未受精胚珠培养 110

三、胚囊培养 110

四、离体雌核发育的胚胎研究 110

第三节 胚乳细胞培养 111

一、外植体的选择与接种 111

二、愈伤组织诱导 112

三、器官发生诱导 112

四、体细胞胚发生 114

五、培养条件 114

六、胚乳愈伤组织的细胞学特征 114

第四节 离体授粉和受精 114

一、离体授粉 114

二、胚珠和子房培养 116

三、影响离体授粉结实的因子 117

四、离体受精 118

参考文献 119

第九章 原生质体培养和体细胞杂交 121

第一节 植物原生质体培养 121

一、植物原生质体的分离 121

（一）分离原生质体的酶液成分 121

（二）分离原生质体的主要步骤 123

（三）分离原生质体的材料 123

（四）微原生质体的分离 124

（五）原生质体的活力检测 125

二、原生质体培养 126

（一）原生质体培养基 126

（二）原生质体培养方法 127

（三）培养条件和原生质体生长发育 128

第二节 植物体细胞杂交 129

一、原生质体融合的方法 129

（一）NaNO3处理 129

（二）高pH／高浓度钙处理 129

（三）PEG处理 130

（四）电融合 131

二、体细胞杂交的类型 132

（一）细胞质杂交 132

（二）微细胞杂交 133

（三）细胞核的吸收 135

三、体细胞杂种的选择和鉴定 135

第三节 体细胞杂种的遗传 136

一、核对称体细胞杂种 137

二、核不对称体细胞杂种 137

三、细胞质基因组的遗传 138

参考文献 140

第十章 无病毒苗木培育和种质资源保存 142

第一节 植物病毒的主要类型 142

一、植物病毒的概念 142

二、植物病毒的主要类型 142

第二节 植物病毒传播及其在植物体中的移动和分布 144

一、植物病毒传播 144

（一）介体传播 144

（二）非介体传播 145

二、植物病毒在植物体内的移动 145

第三节 无病毒苗的培育和鉴定 146

一、培育无病毒苗的途径 146

（一）组织培养脱除病毒 146

（二）物理或化学方法脱除病毒 148

二、脱毒苗的鉴定 149

第四节 种质资源保存 150

一、低温保存 150

二、冷冻保存 151

（一）冷冻 151

（二）贮存 153

（三）解冻 153

（四）重新培养 154

参考文献 154

第十一章 植物基因的克隆 155

第一节 植物基因的结构和功能 155

一、植物基因的结构和特点 155

（一）植物基因的启动子 156

（二）植物基因的增强子序列 156

（三）植物基因的起始子序列 157

（四）植物基因的加尾信号序列 157

（五）植物基因的密码子偏好 157

二、植物功能基因的类型 157

第二节 基因克隆的载体 158

一、质粒载体 159

（一）质粒的生物学特性 159

（二）质粒载体的特征 159

（三）几种常见的质粒载体 160

二、噬菌体载体 163

（一）λ噬菌体的生物学特性 163

（二）λ噬菌体载体 164

（三）M13噬菌体的生物学特性 165

（四）M13噬菌体载体 165

三、黏粒载体 166

四、人工染色体载体 167

第三节 基因克隆的工具酶 167

一、限制性核酸内切酶及其应用 168

（一）限制性核酸内切酶的分类和命名 168

（二）Ⅱ型限制性核酸内切酶的基本特性 168

（三）与Ⅱ型核酸内切酶有关的几个概念 169

（四）限制性核酸内切酶的消化反应 169

二、DNA连接酶及其应用 169

（一）DNA连接酶作用的特点 169

（二）DNA连接反应的条件 170

三、DNA聚合酶及其应用 170

（一）大肠埃希菌DNA聚合酶Ⅰ 170

（二）Klenow片段 170

（三）T4 DNA聚合酶 171

（四）逆转录酶 171

四、修饰性工具酶 171

第四节 基因克隆的策略 173

一、目标DNA片段的获得 173

二、载体的选择及制备 174

三、目的DNA片段和载体的连接 174

四、重组载体转化宿主细胞 176

五、重组克隆的筛选 176

第五节 植物目的基因的分离克隆方法 178

一、生物芯片 178

二、基因文库的筛选 179

（一）基因文库的种类 179

（二）植物核基因组文库的构建 180

（三）植物cDNA文库的构建 181

（四）植物基因文库的筛选 181

三、蛋白质组学 184

四、mRNA差异显示 184

五、插入失活技术 185

六、图位克隆方法 186

七、其他新方法 187

（一）基于生物信息学的基因克隆 187

（二）抑制性消减杂交 187

（三）代表性序列差别分析 188

（四）基因表达系列分析 189

参考文献 190

第十二章 植物细胞的遗传转化 191

第一节 农杆菌介导的遗传转化 191

一、根癌农杆菌及其Ti质粒 191

二、农杆菌介导的遗传转化机理 193

（一）感染 194

（二）致病区蛋白的激活和作用 196

（三）T-DNA整合到植物基因组 197

三、Ti质粒的改造和利用 198

（一）一元载体系统 199

（二）双元载体系统 199

（三）选择标记基因和报告基因 200

四、农杆菌介导的基因转移方法 203

（一）叶圆片法 204

（二）共培养法 204

（三）直接接种法 204

第二节 基因直接转移方法 204

一、化学方法 204

（一）PEG诱导法 205

（二）脂质体导入法 205

二、物理转化方法 205

（一）基因枪法 205

（二）电激法 206

（三）显微注射法 207

三、农杆微弹方法 207

第三节 转基因表达的调控 207

一、组成型表达 208

二、诱导型表达 208

（一）非植物来源的表达体系 209

（二）植物对环境信号反应的表达体系 212

（三）植物发育的表达体系 214

三、基因瞬时表达和稳定表达 219

第四节 外源基因在转基因植物中的表达 219

一、外源基因拷贝数量、插入位点与排列 219

二、外源基因表达序列特征 221

三、外源基因表达的沉默 221

（一）转录水平的基因沉默 222

（二）转录后水平的基因沉默 223

第五节 外源基因清除技术 226

一、共转化 227

二、位点特异性重组 227

三、转座 227

四、不使用选择标记基因 228

参考文献 228

第十三章 DNA分子标记 229

第一节 非PCR依赖的分子标记 229

一、限制性片段长度多态性标记 229

（一）基因组DNA的限制性酶切 230

（二）Southern印迹 231

（三）使用放射性探针进行杂交 232

二、染色体原位杂交 233

第二节 基于PCR的分子标记 234

一、随机扩增多态性DNA 235

二、DNA扩增指纹印迹 237

三、随机引物聚合酶链反应 237

四、简单序列重复 238

五、扩增片段长度多态性 241

（一）AFLP反应过程 241

（二）AFLP技术的优缺点 243

六、特异PCR标记 245

第三节 DNA分子标记的应用 246

一、遗传多样性与亲缘关系研究 246

二、图谱定位控制重要性状的基因 248

三、分子标记辅助选择 249

四、比较基因组研究 249

五、杂种优势预测 252

第四节 生物芯片 252

一、生物芯片的种类 252

（一）基因芯片 252

（二）蛋白质芯片 255

（三）芯片实验室 255

二、生物芯片技术的应用 255

参考文献 257

第十四章 转基因植物的性状改良 259

第一节 抗虫害 259

一、微生物来源的抗虫基因 259

二、高等植物来源的抗虫基因 261

（一）蛋白酶抑制剂 261

（二）植物外源凝集素 262

第二节 抗病毒病害 262

一、外壳蛋白基因 262

二、卫星RNA 263

三、核糖体灭活蛋白 264

第三节 抗细菌和真菌病害 264

一、抗菌蛋白 265

（一）几丁质酶和葡聚糖酶 265

（二）抗菌肽 265

二、诱导超敏反应的抗性蛋白 265

第四节 抗除草剂 267

一、修饰除草剂的靶蛋白 267

（一）抗草甘膦除草剂 267

（二）抗磺酰脲类与咪唑酮类除草剂 268

（三）抗阿特拉津除草剂 268

二、解毒蛋白 268

第五节 抗逆性 269

一、抗干旱和盐碱 269

二、抗寒 270

（一）甘油-3-磷酸酯酰基转移酶 270

（二）抗冻蛋白 270

三、抗重金属污染 271

第六节 植物品种品质的改良 271

（一）种子贮藏蛋白 271

（二）淀粉和糖类 272

（三）脂肪酸 273

（四）维生素 274

（五）延迟果实成熟 274

第七节 植物生长发育的调节 276

（一）调节内源激素水平 276

（二）调节小孢子或花粉发育 277

（三）调节甜味蛋白和花色素成分 278

第八节 药物生产 278

（一）抗体 278

（二）可食疫苗 280

参考文献 281

第十五章 转基因植物的安全性及其评价 283

第一节 转基因植物的安全性 283

一、选择标记基因 283

二、超级草 284

三、转基因食品 284

四、转基因植物对生物多样性的影响 285

第二节 转基因植物的安全性评价 286

参考文献 287