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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pH87

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.pH160

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