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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）Gelrite30

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Ⅰ170

（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DNA235

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RNA263

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