《松树体细胞胚胎发生与超低温冻存技术》的内容由四大部分组成。第一部分通过介绍合子胚发生与体细胞胚胎发生的异同点,阐述体细胞胚胎发生的概念、原理,指出通过研究合子胚发生途径改进体细胞胚胎发生技术的方向;同时,介绍松树体细胞胚胎发生的研究历程。第二部分着重介绍了松树体细胞胚胎发生技术的主要操作环节,从体细胞胚胎室的建设、外植体采集,到体细胞胚胎诱导、增殖、成熟、萌发与植株再生等。第三部分围绕体细胞胚胎的超低温冻存技术,详细介绍超低温冻存的生物学原理、技术原理及主要研究进展,并提供了针叶树种胚性细胞冻存与解冻的具体操作步骤。第四部分主要以松树为例,介绍体细胞胚胎发生技术在新品系选育、苗木扩繁、遗传转化、胚拯救及药用蛋白质生产上的应用实例与前景。
《松树体细胞胚胎发生与超低温冻存技术》内容重点突出,理论深度适宜,实用性强,可作为科研院所、高校掌握植物体细胞胚胎发生与超低温冻存相关原理的参考书,也可作为科技人员开展相关研究的技术手册。
植物体细胞胚胎发生已有60年的研究历史。作为20世纪中叶以来强大的生物技术之一,体细胞胚胎发生技术广泛用于基础理论与应用研究。生物史上,所有的植物细胞与组织培养研究,最初目的在于探索植物生物学上的细胞发育与细胞全能性等重要基础理论。随着研究的深入,植物细胞与组织培养逐渐成为强大的生物技术工具。同样地,体细胞胚胎发生是研究胚胎学的理想模型,在基础研究上,可应用于研究胚性细胞分化过程中的细胞分裂、基因表达、分子遗传学等方面。但其最直接的应用在于植物的大规模无性扩繁。比起其他无性繁殖方法,体细胞胚胎发生技术具有诸多优势:可借助生物反应器扩大繁殖,可冷冻保存建立基因库,可作为转基因的有力工具。然而,体细胞胚胎发生技术的应用必须建立在体细胞胚胎发生相关研究的基础上,特别需要解决一个重要的生物学问题——哪些信号改变基因表达程序,使得体细胞变成一个胚性细胞。
松树是世界上重要的商品林树种,种植面积占据全球人工林的46%。1985年以来,松树体细胞胚胎发生技术取得了较大的突破,迄今为止,30个以上的松属树种成功实现了体细胞胚胎发生的过程。对于新开发体细胞胚胎发生技术的物种或基因型,一个较为高效的方法是基于文献与专利公开的方法,通过不断改进,最终找到相对适宜的方法与配方;另一个行而有效的方法是基于物种/家系水平合子胚发育的生化、生理、物理与分子机制的研究,探索体细胞胚胎发生在外植体发育时期、培养基基础配方、植物生长调节剂、环境条件等方面的因素,确定最佳的技术体系。
本书的内容由四大部分组成。第一部分通过介绍合子胚发生与体细胞胚胎发生的异同点,阐述体细胞胚胎发生的概念、原理,指出通过研究合子胚发生途径改进体细胞胚胎发生技术的方向;同时,介绍松树体细胞胚胎发生的研究历程。第二部分着重介绍了松树体细胞胚胎发生技术的主要操作环节,从体细胞胚胎室的建设、外植体采集,到体细胞胚胎诱导、增殖、成熟、萌发与植株再生等。第三部分围绕体细胞胚胎的超低温冻存技术,详细介绍超低温冻存的生物学原理、技术原理及主要研究进展,并提供了针叶树种胚性细胞冻存与解冻的具体操作步骤。第四部分主要以松树为例,介绍体细胞胚胎发生技术在新品系选育、苗木扩繁、遗传转化、胚拯救及药用蛋白质生产上的应用实例与前景。本书内容重点突出,理论深度适宜,实用性强,可作为科研院所、高校掌握植物体细胞胚胎发生与超低温冻存相关原理的参考书,也可作为科技人员开展相关研究的技术手册。本书由国家重点研发计划课题“湿地松等国外松脂材兼用林高效培育技术研究”(2017YFD0600502)、广东省级科技计划项目“湿加松松脂培育与利用关键技术”(20178020205003)及“湿加松优良家系体胚发生技术研究”(2014A020208032)等资助出版,特此谢忱l同时,感谢参与本书相关研究的谭韦、李振、代莹、黄伟珊、陈燕萍、张杜娟等技术人员,感谢陈芳研究员、张卫华教授级高级工程师在研究过程中提出的宝贵建议,感谢张方秋研究员、赵静教授和李永泉教授级高级工程师等对本书在行文上提供的修订意见。本书的顺利出版得益于广东省林业厅、广东省林业科学研究院各级领导和广大同事的关怀和帮助,在此表示衷心感谢。
虽然本书由编者做了反复修改,而且在成文后得到同行的修订,但书中难免有疏漏与不当之处,恳请广大读者批评指正。
1 植物体细胞胚胎发生概况与原理
1.1 合子胚发生过程
1.1.1 被子植物合子胚发生
1.1.2 裸子植物合子胚发生
1.2 体细胞胚胎发生过程
1.2.1 胚性培养物的诱导与增殖
1.2.2 体细胞胚的成熟与发育
1.3 合子胚发生与体细胞胚胎发生的异同
1.3.1 形态与组织结构的异同点
1.3.2 生化方面的异同点
1.3.3 合子胚与体细胞胚胎发生的差异机制研究
1.4 体细胞胚胎发生的调控研究
1.4.1 体细胞胚胎发生的动态追踪
1.4.2 影响细胞分化的信号分子研究
1.5 体细胞胚胎发生研究历程
1.5.1 植物体细胞胚胎发生研究史上的里程碑
1.5.2 松树体细胞胚胎发生研究历程
2 松树体细胞胚胎发生技术
2.1 松树体细胞胚胎发生研究的前期准备
2川体细胞胚胎发生研究实验室的建设
2.1 2试剂耗材与培养基配制
2.2 松树体细胞胚胎发生外植体选择
2.2.1 材料的来源
2.2.2 不同合子胚发育阶段外植体
2.3 松树体细胞胚胎发生的诱导
2.3.1 诱导培养基配方
2.3.2 胚性愈伤组织的诱导
2.3.3 胚性愈伤组织的鉴别
2.4 松树体细胞胚胎维持与增殖
2.4.1 胚性愈伤的固态增殖
2.4.2 胚性愈伤的液态增殖
2.5 松树体细胞胚胎发育与植株再生
2.5.1 松树体细胞胚胎的成熟
2.5.2 松树体细胞胚胎萌发与植株再生
2.5.3 松树体细胞胚胎遗传稳定性分析
3 体细胞胚胎的超低温冻存技术
3.1 体细胞胚胎超低温保存的原理与研究进展
3.1.1 体细胞胚胎超低温保存的概念
3.1.2 超低温保存的基本原理
3.1.3 超低温保存机制的研究
3.2 针叶树种胚性细胞常用的两种超低温保存技术
3.2.1 胚性细胞程序降温方法步骤
3.2.2 胚性细胞玻璃化方法步骤
3.2.3 保存材料的活性检测
……
4 体细胞胚胎发生技术的应用与前景