第1章 玉米一般生物学特性及遗传转化技术概述 1
1.1 玉米的一般生物学特性 1
1.1.1 分类学地位 1
1.1.2 起源地及分布 2
1.1.3 形态特征 3
1.1.4 杂交特性 6
1.1.5 玉米的营养价值及用途 7
1.1.6 玉米产业化对遗传转化技术的需求 8
1.2 遗传转化有关的概念 9
1.2.1 基因 9
1.2.2 基因在哪里 9
1.2.3 遗传转化或转基因 10
1.2.4 转基因生物 11
1.2.5 转基因植物 11
1.3 植物遗传转化研究的主要内容 11
1.3.1 目的基因的获取 12
1.3.2 植物表达载体的构建 12
1.3.3 受体材料的选择和建立 12
1.3.4 目的基因的遗传转化 12
1.3.5 转基因后代的筛选和鉴定 12
1.3.6 转化体的安全性评价及育种应用 12
第2章 目的基因的克隆与表达载体构建 14
2.1 有关概念 14
2.1.1 编码区 14
2.1.2 非编码区 14
2.1.3 启动子 14
2.1.4 终止子 15
2.1.5 起始密码子 15
2.1.6 终止密码子 15
2.1.7 开放阅读框 15
2.1.8 5′非翻译区 15
2.1.9 3′非翻译区 16
2.1.10 转录起始位点 16
2.2 基因的结构特征 16
2.2.1 原核生物基因结构 16
2.2.2 真核生物基因的一般结构特征 17
2.3 常用的工具酶和载体 18
2.3.1 常用的工具酶 18
2.3.2 质粒载体 23
2.4 基因克隆与载体构建 29
2.4.1 目的基因的获取 30
2.4.2 基因重组 33
2.4.3 重组DNA导入受体菌 34
2.4.4 重组子的筛选鉴定 35
2.5 产量相关精氨酸酶基因ZmArg的克隆与玉米遗传转化载体构建实例 37
2.5.1 研究的整体思路 38
2.5.2 使用的仪器与设备 38
2.5.3 试验材料 38
2.5.4 具体操作方法 39
2.5.5 基因和载体的鉴定 41
第3章 玉米遗传转化受体系统的选择 44
3.1 组织培养中常用的名词术语 44
3.2 玉米组织培养的关键技术 45
3.2.1 培养基的选择和优化 45
3.2.2 无菌操作技术 49
3.3 玉米遗传转化中常用的受体系统及特点 54
3.3.1 细胞核受体系统 55
3.3.2 叶绿体受体系统 65
3.3.3 不同玉米转基因受体系统的比较 66
3.4 玉米遗传转化受体系统建立的操作技术 66
3.4.1 MS培养基的制备技术 66
3.4.2 幼胚来源的玉米愈伤组织再生系统的建立 68
3.4.3 成熟种子来源的玉米愈伤组织再生系统的建立 69
3.4.4 茎尖再生系统的建立 70
第4章 玉米遗传转化方法 72
4.1 DNA直接导入法 72
4.1.1 微弹轰击法 72
4.1.2 PEG法 76
4.1.3 电穿孔法 77
4.1.4 碳硅纤维介导法 78
4.2 农杆菌介导法 79
4.2.1 原理 79
4.2.2 影响农杆菌介导的遗传转化效率的因素 81
4.2.3 农杆菌介导法在玉米遗传转化中的应用 85
4.3 花粉管通道法 86
4.3.1 原理 86
4.3.2 操作方法 87
4.3.3 影响因素 87
4.3.4 应用 89
4.4 不同遗传转化方法的比较 89
4.4.1 微弹轰击法与农杆菌介导法的比较 89
4.4.2 不同遗传转化方法转化效率的比较 90
4.5 玉米遗传转化的操作方法和实例分析 92
4.5.1 农杆菌介导的玉米遗传转化操作方法 92
4.5.2 花粉管通道介导的玉米遗传转化方法 95
第5章 转基因后代的筛选和鉴定 97
5.1 转基因植株的筛选 97
5.1.1 常用的标记基因 97
5.1.2 玉米遗传转化中的主要选择标记基因 98
5.2 分子生物学鉴定 100
5.2.1 基因水平检测 100
5.2.2 转录水平检测 104
5.2.3 翻译水平检测 105
5.3 目的基因遗传稳定性检测 108
5.3.1 转基因作物的遗传特点 108
5.3.2 外源基因整合的机制 108
5.3.3 转基因沉默 109
5.4 目标性状的功能表现检测 109
5.4.1 转基因玉米抗虫性功能鉴定 110
5.4.2 转基因玉米抗除草剂功能鉴定 110
5.4.3 转基因玉米抗逆性功能鉴定 110
5.4.4 品质改良的转基因玉米功能鉴定 110
5.5 转基因玉米后代检测操作方法和实例分析 111
5.5.1 转基因玉米的分子检测 111
5.5.2 转基因玉米后代植株功能验证 115
第6章 转基因玉米的环境安全性评价和育种利用 119
6.1 转基因玉米的环境安全性评价 119
6.1.1 转基因玉米环境安全性评价的内容 120
6.1.2 转基因玉米环境安全性评价的策略和方法 121
6.2 转基因玉米的食品安全性评价 124
6.3 转基因玉米的育种利用 124
6.3.1 转基因玉米新株系的回交转育 124
6.3.2 转基因玉米新品种的选育 125
6.4 转基因玉米环境安全性评价和回交转育操作方法 126
6.4.1 生存竞争能力评价 126
6.4.2 土壤生态效应评价 126
6.4.3 主要节肢动物群落生态效应评价 128
6.4.4 转基因玉米的回交选育操作方法 129
第7章 转基因玉米产业化现状及我国存在的主要问题和发展策略 131
7.1 转基因玉米产业化现状 131
7.1.1 转基因玉米种植国家不断增多，种植面积快速增长 131
7.1.2 转基因玉米涉及的主要性状及商业化玉米杂交种 132
7.1.3 转基因玉米带来的巨大经济和社会效益 135
7.1.4 转基因玉米的研发方向 136
7.2 我国转基因玉米研发存在的主要问题 136
7.2.1 重要功能基因资源匮乏和关键技术受限制 136
7.2.2 缺少高效稳定表达载体 136
7.2.3 尚未建立规模化、成熟、高效的玉米遗传转化体系 137
7.2.4 转基因玉米的安全性评估体系尚不完备 137
7.2.5 科研和生产脱节，成果转化速度慢 137
7.3 我国转基因玉米研发的策略 138
7.3.1 整合科研力量，加速新功能基因的发掘 138
7.3.2 构建无选择标记的高效遗传转化载体 138
7.3.3 加强规模化、高效的玉米遗传转化体系的研究 139
7.3.4 加强转基因玉米安全性评估中心和相关技术体系建设 140
7.3.5 建立多层次、多领域的产学研合作机制 140
参考文献 142