植物生物技术.docx

1、植物生物技术绪论1.植物生物技术的概述：指生物技术在植物上的应用，包括植物组织培养技术、人工种子、细胞工程、基因工程等多个生物技术，主要是指植物基因工程和与之相关的植物组织细胞培养技术、分子标记育种技术等。2.生物技术的产生和开展：现代生物技术是以20世纪70年代DNA重组技术的建立为标志的。开展迅速3.植物生物技术的展望：植物生物技术被普遍认为是未来人类解决资源短缺不可或缺的技术，也是争取农产品高附加值的重要技术手段。4.What is Biotechnology什么是生物技术：应用该技术通过添加来自另一生物的基因来修饰生物的生物功能第一章 组织培养实验室建立与操作技术1.标准的组织培养实验

2、室包括：洗涤室准备室、配置室、灭菌室、接种室、培养室、观察室等。2.组织培养所用到的器具：镊子类、剪刀类、组培瓶、各类器皿、量筒、移液管、试剂瓶、容量瓶、试管以及移液管架、酒精、玻璃棒、3.培养基的配制：无机营养成分、有机营养成分、碳源、激素、琼脂、水。其中无机营养包括大量元素、微量元素。有机营养包括氨基酸和维生素。碳源有蔗糖、葡萄糖、果糖，以蔗糖为主。激素包括生长素和细胞冲动素4.植物生长调节物质：生长素：吲哚乙酸、NAA、2,4-D；细胞分裂素：控制植物细胞分化比例高时产生芽,比例低时产生根、赤霉素、脱落酸作用：促进细胞生长和细胞分裂；诱导受伤组织外表细胞恢复分裂能力；形成愈伤组织，促进生

3、根；与一定量的细胞分裂素配合共同诱导不定芽的分化、侧芽的萌发与生长、胚状体的诱导。5.根据培养物的培养过程，培养基分为：初代培养基：用来第一次接种外植体的培养基；继代培养基：用来接种继初代培养物的培养基。 根据其作用不同，培养基分为：诱导培养基；增殖培养基；生根培养基。6.根本培养基：主要有MS、White、 N6、B5 、改良MS、Heller、Nitsh、SH、 Miller等。7.完全培养基：根本培养基的根底上，根据试验的不同需要，附加一些物质，如生长调节物质和其他复杂有机物质等。8.培养基的配制：计量、移液、取琼脂蔗糖备用、融化、混合、调pH、分装、包扎、培养基的灭菌9.灭菌工作的重要

4、性：预防感染杂菌的需要；消除生物污染的需要；防腐与保存的需要10.灭菌的方法：a、物理方法：干热、湿热、过滤0.25微米紫外灯、超声波等。 b、化学方法：使用灭菌剂或抗菌素，如酒精、次氯酸钠、升汞、漂白粉、高锰酸钾、双氧水、福尔马林等 。11.干热灭菌：适用于玻璃器皿和金属器械的灭菌。操作方法：150 、40min或120 、120min，如果发现芽孢杆菌，160 、90120min。12.湿热灭菌：适用于各种器皿、培养基、器皿、蒸馏水、棉塞、纸等。121 维持2030min。注意点：加足水、排尽气、气压降到0时，才能开盖13.过滤灭菌：培养基的灭菌一般用高压高温处理，但如果培养基中某些成分遇

5、到高温分解如某些生长调节剂GA3、玉米素等，就需要过滤灭菌。另外酶、血清等也需要过滤灭菌 。灭菌方法：将生长调节剂或酶配成一定浓度，用注射器注入微孔滤膜虑，滤膜孔径0.220.45微米。制培养基时，现将培养基高压灭菌，待降至50左右时，参加适量的激素，然后分装。14.射线灭菌：主要是利用紫外灯进展照射，适合实验室空气、操作台等，灭菌时间2030min。15.火焰灼烧灭菌：用火焰灼烧到达灭菌目的，适用于接种器皿的灭菌。16.消毒剂消 毒 剂使用浓度(%)消毒时间(min.)效 果残液去除难易乙醇70-750.1-3好易氯化汞0.11215最好最难过氧化氢1012515较好最易抗菌素450mgl-

6、13060较好较难次氯酸钙/纳9 10530好易1.无菌操作技术17.实验器具和材料的准备用75%的酒精擦拭超净工作台，然后室及超净工作台用紫外灯杀菌20min-30min。注意：台面上的用品不要放置太多或重叠放置，以免降低灭菌效果。关紫外灯、翻开风机，过5-10min进入缓冲间，以75%洗手和手臂，更换无菌服、帽子和口罩。进入接种室。注：没有特别情况，尽量不要下工作台18.外植体和外质体的灭菌：取流水冲洗至少30min过的外植体，用一定的消毒剂浸泡消毒，用无菌水冲洗34次，放入无菌培养皿中，置于酒精灯火焰下方，用无菌的接种器械进展别离、切割或其他处理。翻开培养瓶，瓶口在灯焰处旋转灼烧，用镊子

7、将培养材料置于培养基上，灼烧镊子放回，灼烧瓶口，盖上瓶塞。用酒精擦洗工作台和手。进展下一轮操作。19.无菌操作的本卷须知1进展培养时，动作要准确敏捷，但又不必太快，以防空气流动，增加污染时机。2不能用手触及已消毒器皿，如已接触，要用火焰烧灼消毒或取备品更换。 3为拿取方便，工作台面上的用品要有合理的布局，原那么上应是右手使用的东西放置在右侧，左手用品在左侧，酒精灯置于中央。4工作由始至终要保持一定顺序性，组织或细胞在未做处理之前，勿过早暴露在空气中。同样，培养液在未用前，不要过早开瓶；用过之后如不再重复使用，应立即封闭瓶口直立可增加落菌时机。5工作中不能面向操作区讲话或咳嗽，以免唾沫把细菌或支

8、原体带入工作台面发生污染。第二章 胚胎培养1.植物胚培养：是指在无菌条件下，对植物的胚及胚器官如子房、胚珠和胚乳进展离体培养的技术。2.植物胚培养的类型：成熟胚培养：成熟胚为子叶期以后的胚，其在简单的培养基上即可萌发生长3.成熟胚培养过程：种子95%酒精消毒选取完好种子70%酒精浸数S0.1%升汞或10%次氯酸钠浸泡无菌水冲洗种子培养几天剥离种胚接种在培养基上MS、White培养基4.成熟胚培养条件下：1因成熟胚本身含有较多的营养条件，对培养基要求不高2只含有大量元素和糖的培养基上，便可萌发成苗3多数植物成熟胚的生长以12h/天光照为宜。5.幼胚培养：子叶形成之前对发育早期的胚进展培养。培养技

9、术和条件要求较高。需要通过培养基向其提供足够的营养物质。6.看护培养nurse culture：将亲本愈伤组织或高密度的悬浮细胞同低密度细胞一起培养，以促进低密度细胞生长、分裂的培养方法。7.影响胚培养的因素培养基：无机盐、碳水化合物、植物激素的作用、天然提取物及某些蛋白制品、氨基酸和维生素、活性炭和PH环境条件：温度、光照、pH、培养基形态胚龄：胚的发育程度与萌发成活率呈正相关，胚的剥离以受精35天左右为宜；心形胚和鱼雷胚较好8.胚珠培养：是指将胚珠从母体上别离出来，在无菌的人工环境条件下培养，使其生长发育形成幼苗的过程。9.胚珠培养类型: 未受精胚珠的培养和受精胚珠的培养10.胚珠培养的根

10、本过程：胚珠的获取；培养条件；受精胚珠的发育11.子房培养：将子房从母株上摘下，放在无菌的人工环境条件下，让其进一步生长发育，以至形成幼苗的过程。 根据培养的子房是否授粉分为：授粉子房培养；未授粉子房培养12.子房培养的过程：子房的获取；子房的培养子房性细胞愈伤组织或胚状体单倍体植株子房体细胞愈伤组织或胚状体二倍体植株 13.胚珠和子房培养的应用1受精胚珠培养目的：一是打破种子的休眠； 二是挽救胚的发育，以获得杂交种。2 未受精胚珠培养目的：获得单倍体植株。1授粉子房培养目的：挽救子房杂种胚的发育2未授粉子房培养目的：获得单倍体植株；试管受精解决杂交育种中不亲和问题。14.影响胚珠和子房培养的

11、因素a)基因型b)发育时期：越早培养基越复杂c)附带组织：花的其它器官。d)附加成分：外源激素等15.胚乳培养：是指将从母体上别离出来，在无菌的环境条件下培养，使其生长发育形成幼苗的过程。16.胚乳培养过程胚乳外植体制备:种子消毒-取出胚乳培养:White或MS诱导培养基-25-27-暗或弱光发育:诱导形成愈伤组织-再分化形成胚状体或不定芽-生根培养-植株。17.胚乳培养的应用获得三倍体植株，用于育种利用。三倍体植株具有营养体大，无籽等特点。如无籽西瓜。胚乳培养也会产生较多的混倍体，影响育种利用。但可用于染色体工程研究。稳定型：三倍体畸变型：除少数是三倍体，多数是由多种倍性细胞组成的嵌合体18

12、.植物离体授粉：将未授粉的胚珠或子房从母体上别离下来，进展无菌培养，并以一定的方式授以无菌花粉，使之在试管实现受精的技术。19.离体授粉的类型（1）.离体柱头授粉授于离体雌蕊的位置 （2）.离体子房授粉 （3）.离体胚珠授粉 第三章植物愈伤组织的诱导与分化培养1.植物的全能性：植物体的任何一个细胞都具有生长分化成为一个完整植株的能力2.植物组织培养：就是利用植物的全能性进展离体无菌植物培养的一门技术。3.愈伤组织：植物外植体脱分化、经过细胞分裂形成的一团无序生长的薄壁细胞。4.愈伤组织培养：是指将外植体接种到人工培养基上，在激素作用下，进展愈伤组织诱导、生长和分化的培养过程。5.愈伤组织培养的

13、调控因素：外植体、培养基和培养环境。6.从外植体脱分化形成典型的愈伤组织大致可分为三个时期：诱导期、分裂期和分化期。7.形态建成：外植体细胞在适宜的培养条件下发生脱分化、再分化，产生芽和根，或者形成胚状体，发育成苗或完整植株。8.愈伤组织的形态发生方式:不定芽方式和胚状体方式。9.愈伤组织的形态发生：外植体细胞在适宜的培养条件下发生脱分化、再分化，产生芽和根，或者形成胚状体，发育成苗或完整植株。10.胚状体embryoid：指在组织培养中，由一个非合子细胞(体细胞)，经胚胎发生和胚胎发育过程经过原胚、球形胚、心形胚、鱼雷胚和子叶胚5个时期，形成具有双极性的胚状构造。11.愈伤组织的培养条件：温

14、度、光照、湿度、培养基组成、PH值、渗透压。12.试管苗移栽时本卷须知（1）.试管苗驯化和炼苗：瓶驯化；瓶外驯化定值到育苗容器和苗床，经过一段时间的保湿和遮光处理。（2）.根处理：蘸生长素50mg /L NAA和生根粉处理。（3）.选无风阴湿天气移苗。（4）.基质湿度不宜太高，基质水分过多，通气不良影响生根。13.植物器官的培养的分类14.植物组织培养的应用1)如利用茎、叶和花器培养建立的试管苗，可在短期提高繁殖速率，进展名贵品种的快速繁殖；2)利用茎尖培养可得到脱毒试管苗，解决品种的退化问题，提高产量和质量；3)将植物器官作诱变处理，用器官培养可得到突变株，进展细胞突变育种第四章 茎尖培养和

15、离体快繁1.类型及意义：类型：1)微茎尖(茎尖分生组织)培养： 指带有12个叶原基的生长锥，其长度不超过0.5mm。 目的是获得无病毒植株2)普通茎尖培养：指对几毫米至几十毫米长的茎尖、芽尖及侧芽的培养。 目的是快速繁殖。 技术简单,操作方便,易成活和分化,成苗时间短。意义：无性系快速繁殖；培养无病毒苗，品种改良；理论根底研究。2.茎尖培养方法1)制备外植体：取1-2cm的枝条顶梢，去小叶-消毒-解剖镜下用解剖刀除去幼叶和叶原基，露出生长点，切下0.1-0.2mm长的茎尖(含1-2个叶原基)2)组织别离：用消毒的镊子将材料转到解剖镜下，一手用镊子将其按住，一手用灭菌后的解剖针将叶片叶原基去掉，

16、露出生长点，切下顶端0.1-0.2mm长的茎尖来培养；假设为快速繁殖，也可取0.5-1cm长的茎尖3)培养基：一般为MS培养方法：固体培养法：试管培养纸桥培养法：含义：用酒杯状的滤纸代替琼脂，使杯底朝上塞入试管中，与液体培养基接触，将离体茎尖置于滤纸上方进展培养。优点：培养基是液体培养基，营养物质能通过滤纸均衡而持久地供应外植体，有利于外植体的安康成长 ；缺点：操作工艺复杂 。3.组织别离：用消毒的镊子将材料转到解剖镜下，一手用镊子将其按住，一手用灭菌后的解剖针将叶片叶原基去掉，露出生长点，切下顶端0.1-0.2mm长的茎尖来培养；假设为快速繁殖，也可取0.5-1cm长的茎尖4.快速繁殖(微繁

17、殖):用组织培养的方法，使植物的局部器官、组织迅速扩大培养，并移植到温室或农田繁殖出大量幼苗的繁殖方法。5.快速繁殖特点：（1）.繁殖速度快；（2）.使用材料少，生产效率高，省时省工；（3）.节约空间有利于植物的工厂化生产；（4）.在无菌条件下进展，不受病虫害侵害。5.茎尖微繁技术的过程1)无菌培养体系的建立、2)芽的增殖3)中间繁殖体的增殖4)诱导生根5)试管苗的移植第五章 单倍体细胞培养1.单倍体植物(haplobiont)：用离体培养花药的方法使花粉发育成一个完整的植株。2.花粉和花药的培养(pollen and anther culture)：是指花粉在培养基上改变其正常发育和机能，不

18、经受精而发生细胞分裂，由单个花粉粒发育成完整单倍体植株的技术。3.花药培养：其外植体为植物雄性生殖器官的一局部，就培养方法和技术来讲，属于器官培养的畴。将花粉发育至一定阶段的花药接种到人工培养基上进展培养，以形成花粉胚或愈伤组织进而分化成植株的技术。4.花粉培养：将处于一定发育阶段的花粉从花药中别离，再加以离体培养。有时花粉培养也称为小孢子培养(microspore culture)。从培养方法和技术方面来讲，它属于细胞培养的畴。将花粉从花药中别离出来进展离体培养的过程5.离体培养小孢子发育的影响因素：a)植株基因型：裸子植物难，被子植物简单 b)大白菜：早熟简单，晚熟难；c)培养基成分：MS

19、.其次B5.N6培养基。d)植物生长条件和生理状态：幼年、开花初期。e)小孢子发育状态：单核期多。f)预处理：低温处理。g)培养条件：一般温度25，光照无或正常光照等。对不同物种，没有固定的模式。6.获得花粉的方法A、机械挤压梯度离心法花药消毒用镊子或小玻璃杵子将花粉从花药中挤压出用30%蔗糖离心收集悬浮上层的完整花粉粒用培养基洗涤几次B、自然散粉法消毒后的花药接种在液体培养基中一定温度下振荡培养花粉自行散落到培养基中除去花药壁花粉重新培养在新鲜培养液中7.花粉植株形态发生方式胚胎发生途径：小孢子发育与合子发育相似，经历球形胚、心形胚、鱼雷形胚、子叶胚等阶段，但没有胚柄。愈伤组织发生途径：产生

20、愈伤组织，分化出胚状体或不定芽。7.单倍体植株的鉴定1、染色体直接计数法：细胞学鉴定，通常取根尖、茎尖等分生组织区进展制片，直接计数染色体数目。2、间接鉴定植株形态学鉴定法：单倍体植株瘦弱，叶片窄小，花小柱头长，花粉粒小，不结实。细胞形态学鉴定 ： 叶片保卫细胞大小、单位面积上的气孔数及保卫细胞中叶绿体的大小和数目与倍性具有高度的相关性。 扫描细胞光度仪鉴定流式细胞仪：主要测定叶片单个细胞中DNA的含量确定细胞的倍性，材料的使用量可少到1 cm2。8.水稻花药培养过程旗叶鞘用70酒精擦洗一遍剥去旗叶鞘，取出稻穗10漂白粉10 min无菌水洗3次左手持穗，右手用镊子取花药，放无菌培养皿中用接种环

21、接种到培养基上培养5天，花药变褐，20天后花药裂开，长出淡黄色的花粉愈伤组织，先长芽，后长根，形成幼苗。9.花药和花粉培养的应用1)诱导形成单倍体，快速获得纯系，缩短育种周期；2)有利于筛选隐性突变体，提高选择效率;3)有利于隐性基因控制性状的选择4)遗传转化的受体材料5)抑制远缘杂交后代不育。第六章 原生质体培养和融合1.原生质体：原生质体去掉细胞壁的由质膜包裹着的裸细胞。2.原生质体的酶别离法：收率高、活力强、完整性好。别离原生质体最有效。1酶的种类及特点：别离原生质体的酶多是一些复合酶制剂，以其所含的主要酶的作用分为： a、纤维素酶类； b、半纤维素酶类；c、果胶酶类 ；d、崩溃酶； e

22、、蜗牛酶2酶液的配制：酶的配比和浓度见课本、渗透压和稳定剂及PH。2.原生质体的纯化1)沉降法过滤离心法：低速离心使原生质体沉于底部。2)漂浮法：根据原生质体和细胞或细胞碎片的比重不同，别离出原生质体。3)不连续梯度离心法：在离心管中首先放入不同浓度的Ficoll溶液，构成不同梯度，在上部滴入1-2ml酶原生质体混合液，在150g离心5min，不同比重的原生质体漂浮在不同的浓度梯度的界面上，用吸管吸出原生质体，悬浮洗涤备用。3.影响原生质体数量和活力的因素1)供试材料2)酶的种类，组合和酶解时间3)渗透压稳定剂：糖醇或可溶性糖、无机盐类组成的有机溶液4)质膜稳定剂4.影响原生质体培养的因素原生

23、质体活力原生质体起始密度渗透压稳定剂培养基成分培养条件植物材料和基因型5.原生质体融合：也称体细胞杂交，就是别离下来的不同亲本杂交的原生质体，在人工控制下，像性细胞受精作用那样互相融合成一体。第七章 体细胞无性系变异1.体细胞无性系变异：外植体脱分化 再分化过程产生的再生植株中表现出的变异。2.体细胞无性系变异的筛选与检测筛选原理建立在有区别地杀死正常型细胞的根底上：1)正筛选：杀死正常细胞2)负筛选：先使正常细胞生长，抑制突变细胞。而后用药物杀死分裂细胞。亚硝酸盐和核苷酸类似物3)“绿岛法：用某种化学物质作用于植株叶片，使细胞发生突变，叶片局部呈现绿色斑点，切下这局部进展组织培养，通过培养细

24、胞的再分化，使抗性细胞分化成完整植株。4)抗病细胞突变体：在离体条件下直接以毒素为选择压力筛选抗病细胞突变体，再进一步生出抗病植株检测：形态学鉴定； 生物化学鉴定：蛋白质水平；细胞学鉴定：核型，染色体构造和数目； 分子水平鉴定：RFLP，RAPD，SSR等3.影响体细胞无性系变异的因素和应用因素：基因型、外植体来源、再生途径、培养基成分、温度 、促进染色体变异、组织原有的倍数性应用：a)农艺性状改良方面：株高突变体的筛选与应用、生育期形状的改良、产量性状的改良、育性性状突变体、优良恢复系突变体b)品质改良方面：蛋白质含量变异体、储藏蛋白变异体、氨基酸含量变异体c)抗性改良方面：抗病突变体的筛选

25、、抗除草剂突变体、耐盐突变体、抗旱突变体、抗寒突变体、抗金属离子胁迫突变体第八章 分子生物学根本实验技术和局部序列基因克隆1.分子生物学实验室设备：2.电泳：是带电荷的胶体颗粒在电场中的移动3.电泳的三要素：净电荷、电场、支持介质4.凝胶电泳琼脂、琼脂糖、淀粉胶、聚丙烯酰胺凝胶5.电泳别离生物大分子的原理：由于混合物中各组分所带电荷性质、电荷数量以及分子量的不同，在同一电场的作用下，它们泳动的方向和速度也不同。因此，在一定时间各组分移动的距离不同，从而到达别离和鉴定的目的。6.迁移率：是指带电颗粒在单位电场下泳动的速度。7.影响迁移率的、外在因素因：静电荷的多少；大小和形状外因：电场强度 、溶

26、液的pH值 、溶液的离子强度 、温度的影响 、支持物的影响 、电渗8.质粒DNA的构象9.琼脂糖凝胶电泳和电泳缓冲液琼脂糖agarose是由琼脂别离制备的链状多糖。其构造单元是D-半乳糖和3.6-脱水-L-半乳糖。许多琼脂糖链依氢键及其它力的作用使其互相盘绕形成绳状琼脂糖束，构成直径从50nm到略大于200nm的三维筛孔的通道。 10.溴化乙锭：一种高度灵敏的荧光染色剂，用于观察琼脂糖和聚丙烯酰胺凝胶中的DNA11.聚丙烯酰胺凝胶电泳Polyacrylamide Gel Electrophoresis：以聚丙烯酰胺凝胶作为支持介质的一种常用电泳技术，用于别离蛋白质和寡核苷酸。12.聚丙烯酰胺凝

27、胶电泳别离原理：分子筛效应和电荷效应13.破碎细胞的方法a)高速组织捣碎机捣碎b)玻璃匀浆器匀浆c)超声波处理法d)液氮研磨法e)化学处理法(SDS、LDS，吐温80等f)生化法溶菌酶、纤维素酶等14.核酸浓度的测定测DNA：纯的DNA样品OD260/OD280应为1.8，OD260mOD230应大于2.01) OD260/OD280大于1.9时，说明有RNA污染。2) 小于1.6时，说明样品中存在蛋白质或酚污染；3) OD260/OD230小于2.0时，说明溶液中有残存的盐和小分子杂质，如核苷酸、氨基酸、酚等测RNA：纯的RNA样品其OD260OD280应介于1.7-2.0之间，OD260/

28、OD230比值应大于2.0。1假设RNA样品OD260/OD280比值太小，说明有蛋白质或酚的污染；2比值大于2.0时，可能被异硫氰酸胍等污染；3OD260/OD230比值小于2.0时说明有小分子及盐存在。15.核酸的保存(1) 对DNA： DNA样品溶于pH8.0的TE，4 或-20 保存； 长期保存样品中可参加1滴氯仿。(2) 对RNA ： RNA样品溶于0.3 mol/L NaAc (pH5.2)或双蒸灭菌水中，-70 保存; 长期保存可以沉淀形式贮于乙醇中; 在RNA溶液中，加1滴0.2 mol/L VRC(氧钒核糖核苷复合物)冻贮于-70,可保存数年。16.DNA片段的回收：方法有压

29、碎法、低融点琼脂糖法、冻融法等，也有现成的试剂盒供应。17.Polymerase chain reaction PCR：聚合酶链反响-PCR：使用变性，退火至引物和DNA聚合酶指导的DNA合成的循环扩增DNA区段的方法18.引物设计：首先引物要跟模板严密结合，其次引物与引物之间不能有稳定的二聚体或发夹构造存在，再次引物不能在别的非目的位点引起DNA聚合反响即错配19.核酸探针的标记与分子杂交：切口平移法、随机引物标记法、末端标记法20.分子克隆的根本技术路线a)别离制备目的基因或DNA片段；b)目的DNA与载体在体外进展连接；c)重组DNA分子转入宿主细胞；d)筛选及鉴定阳性重组体；e)重组体

30、的扩增。21.What is Gene cloning?什么是基因克隆.就是制作它的许多副本基因可以是天然基因的准确拷贝基因可以是天然基因的改变版本22.Why Clone DNA? 为什么要克隆DNA.（1）.可以别离特定基因并确定其核苷酸序列（2）.可以鉴定和分析DNA的控制序列（3）.可以研究蛋白质/酶/ RNA功能（4）.可以鉴定突变，例如 与特定疾病相关的基因缺陷（5）.生物体可以“设计用于特定目的，例如 胰岛素产生，抗虫性等23.Why is DNA Cloning Important? 为什么DNA克隆很重要.DNA克隆用于寻找基因，绘制基因并在物种之间转移它们克隆技术用于寻找遗传疾病的携带者，进展基因治疗，并创造抗病植物24.How is DNA cloned? Cell-based DNA cloning；Cell-free DNA cloning (PCR)如何克隆DNA. 基于细胞的DNA克隆;无细胞DNA克隆PCR25.Rebinant DNA technology重组DNA技术：DNA片段与自我复制载体连接以产生在宿