植物生物技術(shù)導(dǎo)論

　　簡(jiǎn)介 植物生物技術(shù)為生物系統(tǒng)的操作提供了前所未有的機(jī)會(huì)，它已經(jīng)成為植物科學(xué)中令人矚目的領(lǐng)域。本書(shū)是一本生物技術(shù)課程的教材，可供不同年級(jí)的本科生和研究生使用。本書(shū)涵蓋了植物組織培養(yǎng)的全部重要知識(shí)，即營(yíng)養(yǎng)介質(zhì)、微繁殖、器官培養(yǎng)、細(xì)胞懸浮培養(yǎng)、單倍體培養(yǎng)、原生質(zhì)的分離與融合、次生代謝產(chǎn)物、體細(xì)胞克隆變異和冷藏。同時(shí)為了更好地理解DNA重組技術(shù)，作者在修訂版中增加了一些章節(jié)，內(nèi)容包括遺傳材料、DNA在基因組中的結(jié)構(gòu)和DNA重組所涉及的基本技術(shù)。DNA重組技術(shù)涵蓋了不同的內(nèi)容，包括基因克隆、植物基因分離、轉(zhuǎn)座子和基因標(biāo)記、體外誘變、PCR、分子標(biāo)記、分子標(biāo)記輔助選擇、轉(zhuǎn)基因技術(shù)、基因組學(xué)和生物信息學(xué)。其中基因克隆分為三章進(jìn)行介紹，其中一章對(duì)酶進(jìn)行了介紹，另一章對(duì)載體進(jìn)行了介紹，還有一章介紹了cDNA和基因組克隆以及克隆DNA的序列分析。本書(shū)中基因組學(xué)包括功能基因組學(xué)、結(jié)構(gòu)基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、不同生物的測(cè)序情況和DNA芯片技術(shù)。書(shū)中的各項(xiàng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)操作，都給出了具體步驟。關(guān)于生物技術(shù)的應(yīng)用，作者在通過(guò)轉(zhuǎn)基因?qū)ψ魑镞M(jìn)行改良的部分進(jìn)行了討論，同時(shí)，還對(duì)生物技術(shù)對(duì)作物改良的影響作了綜述。對(duì)各種形式的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，例如植物育種者權(quán)利、生物多樣性以及一些專(zhuān)利的例子在知識(shí)產(chǎn)權(quán)一章中進(jìn)行了介紹。 目錄第1篇 植物組織培養(yǎng)1第1章 緒論3 11 植物繁育的新技術(shù)3 12 生物技術(shù)的起源4 13 生物技術(shù)的發(fā)展史4第2章 組織培養(yǎng)室的組建9 21 清洗工作區(qū)9 22 普通實(shí)驗(yàn)室和培養(yǎng)介質(zhì)準(zhǔn)備區(qū)9 23 材料轉(zhuǎn)化工作區(qū)10 24 材料培養(yǎng)工作區(qū)10 25 光強(qiáng)單位11 26 溫室11 27 實(shí)驗(yàn)室和工作人員的安全11第3章 營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基12 31 器材和設(shè)備12 32 溶液配制所用的單位12 33 培養(yǎng)基組成成分13331 無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)14332 碳源和能源15333 維生素15334 生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑15335 有機(jī)添加物16336 膠凝劑17337 pH17 34 培養(yǎng)基配制的一般實(shí)驗(yàn)方案18 課外閱讀20第4章 滅菌技術(shù)21 41 無(wú)菌培養(yǎng)基、容器和小器件的準(zhǔn)備21411 蒸汽滅菌21412 干燥滅菌22413 過(guò)濾滅菌22414 紫外線(xiàn)滅菌22 42 無(wú)菌條件的保持23421 酒精滅菌23422 火焰滅菌23 43 外植體的化學(xué)消毒23 44 實(shí)驗(yàn)方案24441 種子消毒24442 芽、葉片、莖、根等組織的消毒24443 未成熟胚、胚珠和花藥培養(yǎng)中 組織的消毒24 課外閱讀25第5章 培養(yǎng)類(lèi)型26 51 細(xì)胞分化26 52 器官分化27 53 培養(yǎng)類(lèi)型27531 種子培養(yǎng)27532 胚胎培養(yǎng)28533 胚胎培養(yǎng)的應(yīng)用29534 愈傷組織培養(yǎng)30535 器官培養(yǎng)31536 珠心培養(yǎng)及其應(yīng)用31537 胚乳培養(yǎng)及其應(yīng)用32 54 細(xì)胞培養(yǎng)33 55 原生質(zhì)體培養(yǎng)34 56 實(shí)驗(yàn)程序34561 種子萌發(fā)（煙草）34562 胚培養(yǎng)（谷類(lèi)作物：小麥、 玉米、大麥和水稻等）34563 胚培養(yǎng)（豆類(lèi)作物：綠豆、 黑豆、菜豆和大豆等）35564 愈傷組織的誘導(dǎo)（煙草）35565 愈傷組織的誘導(dǎo)（谷類(lèi)作 物：小麥、水稻、玉米 和大麥等）35 課外閱讀36第6章 微繁殖37 61 腋芽繁殖方法38611 分生組織和嫩枝頂端培養(yǎng)38612 芽培養(yǎng)40613 器官發(fā)生42614 通過(guò)愈傷組織的器官發(fā)生42615 不定器官的直接形成44 62 胚胎發(fā)生44 63 微繁殖的研究進(jìn)展47 64 與微繁殖有關(guān)的一些問(wèn)題48 65 實(shí)驗(yàn)方案49651 馬鈴薯分裂組織和節(jié)點(diǎn)的 培養(yǎng)（Solanum tuberosum） 49652 腋芽的增殖（草莓： Fragaria chiloensis） 49653 器官發(fā)生：不定芽的形成50654 通過(guò)愈傷形成的器官分化（煙草）50655 通過(guò)愈傷形成的器官分化（谷 類(lèi)：小麥，大麥，玉米，水 稻等）50656 器官形成（胡蘿卜）51 課外閱讀52第7章 細(xì)胞懸浮培養(yǎng)與次生代謝物53 71 懸浮培養(yǎng)的類(lèi)型54711 分批培養(yǎng)54712 連續(xù)培養(yǎng)55713 半連續(xù)培養(yǎng)55 72 生長(zhǎng)的測(cè)定55 73 懸浮培養(yǎng)細(xì)胞的同步化56 74 單細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)：BERGMANN 細(xì)胞平板培養(yǎng)技術(shù)57 75 應(yīng)用57 76 次生代謝物的生產(chǎn)58761 形態(tài)和化學(xué)分化59762 有利于次生代謝物形成的培 養(yǎng)基成分59763 生長(zhǎng)生產(chǎn)模式60764 環(huán)境因子61765 產(chǎn)生大量有用代謝物的細(xì)胞 系的選擇61766 產(chǎn)物分析62 77 應(yīng)用62 78 次生代謝化合物生產(chǎn)有關(guān)的問(wèn)題63 79 細(xì)胞固定體系63791 固定細(xì)胞的多聚體64792 產(chǎn)品釋放65 710 生物轉(zhuǎn)化65 711 方法667111 細(xì)胞懸浮培養(yǎng)方法（煙草）667112 細(xì)胞懸浮培養(yǎng)方法（谷類(lèi)： 小麥、水稻、玉米、大麥等）67 課外閱讀67第8章 單倍體的離體培養(yǎng)生產(chǎn)68 81 雄核發(fā)育方法68811 花藥培養(yǎng)69812 小孢子培養(yǎng)69813 影響雄核發(fā)育的因素70814 雄核發(fā)育過(guò)程72815 倍數(shù)性水平和染色體加倍72816 二倍化73 82 單倍體的意義和應(yīng)用73 83 問(wèn)題75 84 雌核發(fā)育單倍體76 85 影響單雌生殖的因素76 86 谷類(lèi)單倍體生產(chǎn)的染色體丟失技 術(shù)（大麥和小麥）77 87 谷類(lèi)（水稻、大麥、小麥等）的 花藥培養(yǎng)方法78 課外閱讀79第9章 原生質(zhì)體的游離與融合80 91 原生質(zhì)體游離80911 機(jī)械法80912 酶法80 92 原生質(zhì)體發(fā)育85921 細(xì)胞壁形成85922 生長(zhǎng)、分裂和植株再生85 93 體細(xì)胞雜交85931 原生質(zhì)體融合86932 雜種細(xì)胞的鑒定和選擇88933 體細(xì)胞雜種的鑒定與特性90 94 體細(xì)胞雜種的染色體數(shù)92 95 胞質(zhì)雜種92 96 體細(xì)胞雜交的應(yīng)用潛力94 97 體細(xì)胞雜交的問(wèn)題和限制97 98 方法97981 原生質(zhì)體分離和融合方法97982 原生質(zhì)體融合99 課外閱讀100第10章 細(xì)胞無(wú)性系變異101 101 命名101 102 獲得細(xì)胞無(wú)性系變異的方法1011021 非離體選擇1021022 離體選擇102 103 細(xì)胞無(wú)性系變異的應(yīng)用105 104 細(xì)胞無(wú)性系變異的基礎(chǔ)109 105 不利因素110 106 配子克隆變異110 課外閱讀111第11章 種子資源的保存與低溫 冷藏112 111 低溫冷藏法1121111 培養(yǎng)不育的組織培養(yǎng)物1131112 添加低溫保護(hù)劑和組織材料的 預(yù)處理1141113 冷凍處理1141114 生活力和再生力的測(cè)定1151115 植株生長(zhǎng)和再生116 112 細(xì)胞緩慢生長(zhǎng)保存法116 113 應(yīng)用116 課外閱讀117 第2篇 遺傳物質(zhì)及其結(jié)構(gòu)119第12章 遺傳物質(zhì)121 121 糖類(lèi)122 122 氨基酸122 123 核苷酸1231231 核苷酸的結(jié)構(gòu)式1241232 核苷與核苷酸化合物的定義124 124 多聚核苷酸1251241 DNA與RNA不同的重要性1261242 多核苷酸結(jié)構(gòu)的縮寫(xiě)法127 125 遺傳物質(zhì)1271251 DNA的發(fā)現(xiàn)1281252 雙螺旋是穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)1291253 DNA復(fù)制129 課外閱讀130第13章 DNA組成與基因表達(dá)131 131 DNA存在的不同結(jié)構(gòu)131 132 DNA超螺旋：DNA的三級(jí) 結(jié)構(gòu)1331321 連環(huán)數(shù)1331322 十字形構(gòu)型：DNA的三級(jí) 結(jié)構(gòu)134 133 真核DNA組成核小體134 134 DNA組成135 135 變性137 136 DNA的復(fù)性137 137 復(fù)性速度和DNA序列復(fù)雜度： Cot曲線(xiàn)138 138 遺傳信息的傳遞：中心法則139 139 DNA分子內(nèi)的基因組成1401391 操縱子1401392 多基因家族140 1310 植物的結(jié)構(gòu)基因：不連續(xù) 基因141 1311 調(diào)控序列14113111 TATA盒子14213112 AGGA盒子14213113 基他調(diào)控元件142 1312 RNA分子的類(lèi)型14313121 信使RNA與作用過(guò)程14313122 核糖體RNA14513123 tRNA（轉(zhuǎn)運(yùn)RNA） 14513124 核內(nèi)小RNA146 1313 轉(zhuǎn)錄14613131 核苷酸序列14713132 原核生物的轉(zhuǎn)錄過(guò)程14713133 真核生物的轉(zhuǎn)錄148 1314 遺傳密碼與翻譯14913141 遺傳密碼14913142 翻譯15113143 翻譯后修飾152 課外閱讀153 第3篇 DNA重組技術(shù)155第14章 基本技術(shù)157 141 瓊脂糖凝膠電泳157 142 脈沖場(chǎng)凝膠電泳157 143 聚丙烯酰胺凝膠電泳（PAGE） 1601431 等電聚焦（IEF） 1611432 二維凝膠電泳1621433 蛋白質(zhì)染色162 144 核酸印跡1621441 Southern印跡分析1621442 Northern印跡164 145 蛋白質(zhì)印跡164 146 點(diǎn)雜交技術(shù)165 147 放射自顯影165 148 Ecoli的轉(zhuǎn)化167 149 步驟168 課外閱讀168第15章 基因克?。篋NA的切割和 連接169 151 基因克隆簡(jiǎn)介169 152 切割酶：限制性?xún)?nèi)切酶1701521 I型限制性?xún)?nèi)切酶1711522 II型限制性?xún)?nèi)切酶1711523 III型內(nèi)切酶1731524 其他限制性?xún)?nèi)切酶174 153 DNA分子的連接與DNA連接酶174 154 DNA修飾系統(tǒng)1751541 激酶1751542 堿性磷酸酶1751543 DNA聚合酶1751544 末端轉(zhuǎn)移酶1761545 S1核酸酶1761546 λ-外切酶1761547 外切酶III1771548 Bal 31核酸酶177 155 連接子和接頭177 156 質(zhì)粒DNA的限制性酶切反應(yīng)的 步驟178 課外閱讀179第16章 基因克?。狠d體180 161 克隆載體的特征180 162 Ecoli K-12的生物學(xué)特征180 163 質(zhì)粒1811631 pBR3221831632 pACYC1841841633 pUC載體1841634 pUN1211851635 酵母質(zhì)粒載體1861636 Ti質(zhì)粒188 164 黏粒188 165 噬菌體載體1891651 λ噬菌體1891652 λ噬菌體克隆載體1901653 M13噬菌體191 166 噬菌粒192 167 酵母人工染色體（YAC） 193 168 細(xì)菌人工染色體（BAC） 194 169 P1噬菌體載體195 1610 P1人工染色體（PAC） 196 1611 穿梭載體196 1612 表達(dá)載體196 1613 步驟19616131 質(zhì)粒DNA的分離：小量 制備19616132 用SDS蛋白酶K方法分離 基因組DNA198 課外閱讀198第17章 基因克?。篶DNA克隆和基 因組克隆及克隆DNA的序 列分析199 171 基因文庫(kù)199 172 cDNA文庫(kù)及其克隆1991721 mRNA的分離提取2001722 第一鏈cDNA的合成2001723 第二鏈cDNA的合成2001724 cDNA的克隆2011725 宿主細(xì)胞的介紹2011726 克隆篩選201 173 基因組克隆2021731 DNA的分離2031732 局部消化2031733 克隆載體2031734 片段和載體的連接2031735 包裝203 174 克隆基因的檢測(cè)與分析及探針 介紹204 175 基因的檢測(cè)方法2051751 菌落和噬菌斑雜交2051752 免疫學(xué)檢測(cè)2061753 克隆基因的Southern印跡 分析2061754 印跡的過(guò)程206 176 核酸序列的檢測(cè)206 177 放射性標(biāo)記206 178 非放射性標(biāo)記2081781 HRP系統(tǒng)2081782 DIG系統(tǒng)2081783 生物素-鏈霉抗生物素標(biāo)記 系統(tǒng)209 179 DNA測(cè)序2101791 Sanger-Coulson方法2101792 Maxam-Gilbert方法2111793 大量DNA測(cè)序213 課外閱讀215第18章 聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)216 181 PCR反應(yīng)的步驟218 182 PCR反應(yīng)的成分2191821 寡聚物引物2191822 擴(kuò)增緩沖液2191823 脫氧核糖核苷三磷酸2191824 靶序列2191825 Taq DNA聚合酶219 183 反向PCR220 184 反轉(zhuǎn)錄酶介導(dǎo)的PCR （RT-PCR） 2211841 RACE： cDNA末端的快速 擴(kuò)增2211842 定量RT-PCR2231843 差異表達(dá)基因的擴(kuò)增224 185 PCR產(chǎn)物的克隆2271851 增加限制性位點(diǎn)2271852 T／A克隆2281853 平端連接228 186 PCR的遺傳工程228 187 PCR的應(yīng)用228 188 PCR的優(yōu)點(diǎn)230 189 存在的問(wèn)題231 1810 轉(zhuǎn)基因的PCR檢測(cè)的流程231 課外閱讀232第19章 體外突變233 191 定位突變2331911 缺失突變2341912 盒式突變2371913 寡核苷酸定向突變2371914 化學(xué)突變2421915 PCR介導(dǎo)的體外突變2431916 定位突變的優(yōu)點(diǎn)2451917 隨機(jī)突變245 192 插入突變2461921 轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的插入突變2461922 T-DNA介導(dǎo)的插入突變247 課外閱讀248第20章 轉(zhuǎn)座子遺傳因子和基因標(biāo)簽249 201 細(xì)菌中的轉(zhuǎn)座子2492011 IS因子2492012 復(fù)合式轉(zhuǎn)座子2512013 復(fù)雜的轉(zhuǎn)座子：Tn3家族252 202 真核生物中的轉(zhuǎn)座因子2522021 分類(lèi)2522022 I族因子2532023 II族因子2562024 其他因子258 203 轉(zhuǎn)座子標(biāo)簽法2582031 轉(zhuǎn)座因子的分離2592032 基因標(biāo)記2602033 目標(biāo)基因標(biāo)簽法的局限性2622034 突變基因的分離2632035 完整基因的分離2632036 異源轉(zhuǎn)座子標(biāo)簽法2632037 提高在目標(biāo)位點(diǎn)的插入頻率2652038 基因分離2652039 轉(zhuǎn)座子標(biāo)簽法的優(yōu)點(diǎn)26620310 轉(zhuǎn)座子標(biāo)簽法的重要性266 課外閱讀267第21章 基因分離268 211 植物基因克隆的總策略2682111 編碼特異蛋白基因的分離2682112 組織特異性的功能基因分離2682113 以DNA插入為基礎(chǔ)的克隆 方法2702114 差減克隆2702115 圖位克隆271 212 染色體跳查276 213 染色體著陸278 課外閱讀279第22章 分子標(biāo)記和輔助標(biāo)記選擇280 221 形態(tài)學(xué)標(biāo)記280 222 生物化學(xué)標(biāo)記280 223 分子標(biāo)記281 224 不以PCR為基礎(chǔ)的技術(shù)：限制 性片段長(zhǎng)度多態(tài)性（RFLP）282 225 基于PCR的技術(shù)289 226 靶向PCR及測(cè)序297 227 指紋300 228 標(biāo)記輔助篩選302 229 RAPD分析流程304 課外閱讀305第23章 植物基因轉(zhuǎn)移306 231 瞬時(shí)和穩(wěn)定的基因表達(dá)306 232 標(biāo)記基因3072321 報(bào)告基因3072322 選擇標(biāo)記309 233 嵌合基因載體310 234 基因轉(zhuǎn)移方法3112341 載體介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移3112342 無(wú)載體介導(dǎo)或DNA的直接 轉(zhuǎn)移324 235 轉(zhuǎn)入基因的狀況和表達(dá)以及基因 沉默331 236 實(shí)驗(yàn)方案3342361 農(nóng)桿菌介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化3342362 基因槍轟擊法：瞬時(shí)表達(dá)335 課外閱讀336第24章 應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)改良作物337 241 抗生物逆性3372411 抗蟲(chóng)性3382412 抗病毒性3402413 抗疾病性343 242 抗非生物脅迫346 243 抗除草劑349 244 品種改良基因工程3502441 作物儲(chǔ)藏物改良基因工程3502442 花卉保鮮基因工程3512443 花色、花型改良基因工程3512444 雄性不育轉(zhuǎn)基因工程3522445 終結(jié)種子基因工程352 245 轉(zhuǎn)基因植物生物反應(yīng)器3552451 碳水化合物3552452 脂類(lèi)化合物3562453 蛋白質(zhì)品質(zhì)3562454 維生素和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)3572455 生物可降解塑料3582456 蛋白質(zhì)、多肽及疫苗3582457 口服性疫苗的生產(chǎn)3592458 商品化轉(zhuǎn)基因作物3602459 重組DNA技術(shù)的影響361 課外閱讀365第25章 基因組學(xué)366 251 原核基因組圖譜以及Ecoli基 因組366 252 真核生物基因組圖譜367 253 DNA測(cè)序中的基因定位3702531 序列檢測(cè)3702532 實(shí)驗(yàn)技術(shù)371 254 酵母（Scerevisiae） 基因組372 255 人類(lèi)基因組373 256 擬南芥基因組375 257 水稻基因組375 258 功能基因組學(xué)3762581 計(jì)算機(jī)分析3772582 實(shí)驗(yàn)分析378 259 基因表達(dá)模式3822591 檢測(cè)RNA轉(zhuǎn)錄水平進(jìn)行基因 表達(dá)分析3822592 SAGE（基因表達(dá)的系列 分析）3822593 DNA芯片技術(shù)384 2510 DNA芯片的種類(lèi)38425101 基于寡聚核苷酸的芯片38425102 基于cDNA的芯片386 2511 雜交與檢測(cè)方法38625111 DNA芯片（微陣列）特征 描述38725112 DNA芯片的應(yīng)用388 2512 蛋白質(zhì)組學(xué)38925121 蛋白雙向電泳39025122 蛋白質(zhì)譜分析39025123 數(shù)據(jù)庫(kù)搜索390 課外閱讀391第26章 生物信息學(xué)392 261 生物信息學(xué)的發(fā)展393 262 數(shù)據(jù)庫(kù)394 263 網(wǎng)絡(luò)教育395 264 數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)395 265 應(yīng)用397 266 面臨的挑戰(zhàn)398 課外閱讀398第27章 知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)399 271 知識(shí)產(chǎn)權(quán)簡(jiǎn)介399 272 知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)3992721 世界性組織4002722 保護(hù)形式4002723 版權(quán)4012724 商標(biāo)4012725 專(zhuān)利4022726 專(zhuān)利應(yīng)用4022727 國(guó)際專(zhuān)利和《專(zhuān)利合作條約》4032728 專(zhuān)利的撤回4032729 地理標(biāo)識(shí)40627210 商業(yè)秘密40627211 外觀設(shè)計(jì)40727212 技術(shù)秘密（know-how） 40727213 植物育種者權(quán)利40727214 UPVO的作用40827215 農(nóng)民的權(quán)利41027216 生物多樣性大會(huì)41027217 植物品種保護(hù)41127218 關(guān)于植物專(zhuān)利的一些案例 研究412附錄414 附錄I414 附錄II414 附錄III415 附錄IV415 附錄V415 附錄VI416術(shù)語(yǔ)解釋417參考文獻(xiàn)435作者索引448主題索引452

　　H.S.Chawla博士具有22年從事生物技術(shù)和遺傳學(xué)教學(xué)、研究的經(jīng)驗(yàn)。在離體培養(yǎng)、植物遺傳 轉(zhuǎn)化和分子標(biāo)記方面做了大量的工作，并且指導(dǎo)了多名碩士生和博士生的研究工作。他已出版了5本關(guān)于生物技術(shù)和遺傳方面的著作，在著名雜志上發(fā)表了70多篇學(xué)術(shù)論文。Chawla博士獲得了德國(guó)和加拿大等政府的各種津貼，是WTO知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織成員。