內容簡介
本實驗教程包括植物生理學的主要研究內容。分為細胞生理和細胞信號轉導、水分生理和礦質營養、光閤作用和呼吸代謝、植物激素和次生物質、植物生長發育調控、植物逆境生理等幾部分。每部分較全麵介紹相關研究技術和擴展知識;列齣的實驗既有基本常用的實驗,又有較新的、重要的研究技術,部分實驗提齣研究思路,有學生自主設計的空間,啓迪學生創新性,體現瞭植物生理學教學、研究工作的特色。實驗介紹有詳有略;每個實驗都提齣討論的問題,附主要的原始參考文獻。書後還列齣緩衝液、計量單位等附錄錶;插入瞭主要儀器裝置和重要實驗結果的彩圖。
《植物生理學實驗技術教程》既適於生物科學、農業科學本科生使用,也適於植物相關專業研究生參考。
內頁插圖
目錄
圖版
前言
第一部分 植物細胞生理和細胞信號轉導
§1 植物細胞的活體染色與細胞死活鑒定
§2 植物組織(細胞)化學染色技術
2.1 核酸的組織化學鑒定
2.1.1 孚爾根法鑒定DNA
2.1.2 甲基綠一派羅寜法鑒定DNA、RNA
2.2 酶的組織化學鑒定
2.2.1 多酚氧化酶染色法
2.2.2 細胞色素氧化酶染色法
2.2.3 酸性磷酸酯酶染色法
2.2.4 三磷酸腺苷酶染色法
2.2.5 轉基因植物的口一葡萄糖苷酸酶(GUS)活性的組織化學鑒定
§3 植物細胞熒光檢測技術
3.1 植物肌動蛋白細胞骨架的熒光標記
3.2 植物微管蛋白的免疫熒光染色
3.3 細胞核的熒光標記
3.4 顯微注射熒光探針法研究植物細胞間的共質體通訊
§4 植物活細胞中自由鈣的檢測
4.1 氣孔保衛細胞中遊離鈣濃度的測定
4.2 植物花粉管胞質遊離鈣濃度的測定
§5 熒光探針法測定植物細胞內pH的變化
參考文獻
第二部分 植物水分生理和礦質營養
§6 壓力室法測定植物組織水勢
§7 溶液滲透濃度測定儀測定植物組織滲透勢的方法
§8 用CB-1301型穩態氣孔計測定葉片蒸騰速率和氣孔導度
§9 植物葉片氣孔運動的調節
§10 植物的溶液培養及缺素診斷
§11 植物根係活力的測定(TTC法)
§12 硝酸還原酶活性測定
§13 H+-ATPase活性測定
13.1 質膜H+-ATPase活性的測定
13.2 液泡膜H+-ATPase活性的測定
§14 原子吸收光譜測定植物中K+含量
§15 測定植物全細胞跨膜鉀離子流的膜片鉗技術
參考文獻
第三部分 植物的光閤作用和呼吸代謝
§16 葉綠體色素的提取和定量分析
§17 紅外綫CO2儀測定葉片的光閤速率、呼吸速率以及CO2補償點
§18 氧電極法測定葉片組織和分離葉綠體的光閤速率和呼吸速率
18.1 綠色植物葉片組織的光閤放氧速率和呼吸速率測定
18.2 分離葉綠體的光閤放氧速率測定
§19 離體葉綠體的光還原反應
§20 離體綫粒體的氧化作用和磷酸化作用
§21 二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)羧化活性的測定
21.1 分光光度法
21.2 同位素法
§22 PEP羧化酶活性的測定
參考文獻
第四部分 植物激素和次生物質檢測
§23 植物激素提取和分析常識
§24 植物細胞分裂素類物質的分離提取
§25 HPLC-ELISA法測定細胞分裂素
§26 植物激素乙烯的氣相色譜法測定
§27 ABA免疫組織化學定位模型實驗
§28 生長素的生理效應及生物鑒定法
28.1 用芽鞘伸長法測定生長素類物質的濃度和效價
28.2 用綠豆根形成法測定生長素類物質的濃度或效價
§29 赤黴素的生物測定
§30 赤黴素對α-澱粉酶的誘導形成
§31 細胞分裂素對菜豆葉片生長和衰老的效應
§32 生長素和乙烯對葉片脫落的效應
§33 分光光度法測定煙堿含量
33.1 紫外分光光度法
33.2 萃取分光光度法
參考文獻
第五部分 植物生長發育及其調控
§34 葉片培養——植物組織培養中的脫分化與再分化過程
§35 植物細胞薄層培養
§36 植物細胞懸浮培養
§37 擬南芥葉肉細胞原生質體的分離、培養及應用
§38 擬南芥的遺傳轉化一浸蘸法
§39 日本牽牛開花的光周期誘導與成花信號轉移
§40 植物成花刺激物的傳遞
§41 花粉萌發和花粉活力的測定
41.1 花粉萌發的測定
41.2 花粉活力的測定
41.2.1 TTC顯色法
41.2.2 I2-KI染色測定法
41.2.3 過氧化物酶法
§42 種子生活力測定
42.1 溴麝香草酚藍(BTB)法
42.2 氯化三苯基四氮唑(TTC)法
42.3 紅墨水染色法
42.4 熒光法
§43 種子萌發的調控
43.1 光質對種子萌發的影響
43.2 外源植物激素對種子萌發的影響
§44 擬南芥發育缺陷突變體mt50的錶型觀察
參考文獻
第六部分 植物逆境生理
§45 植物遊離脯氨酸含量的測定
§46 甜菜堿含量測定
§47 植物保護酶(SOD,POD,CAT)活性測定
47.1 SOD活性測定——NBT法
47.2 過氧化氫酶活性的測定
47.3 過氧化物酶活性的測定
§48 H2O2含量的測定和組化定位檢測
48.1 H2O2含量的測定
48.1.1 分光光度計法
48.1.2 熒光分光光度計法
48.2 過氧化氫組化定位檢測——DAB染色法
§49 植物組織中丙二醛含量測定
§50 電導儀法測定植物細胞質膜透性
§51 鹽脅迫對擬南芥鹽敏感突變體生長的影響
§52 RD29A-GUS轉基因植物在非生物脅迫下的基因錶達分析
§53 植物組織電阻和電位的測定
參考文獻
附錄
一、取樣及植物材料處理的原則
二、計量單位
三、常用緩衝液
四、常用植物生長調節物質主要性質
五、組織培養常用培養基配方
參考文獻
前言/序言
植物生理學是一門理論和實驗性都很強的生命科學的基礎學科,其基本理論來源於嚴格的科學實驗。實驗課教學,學生親自操作和觀察,使學生掌握重要的植物生理學研究技術和方法,訓練學生的基本操作技能,培養學生分析問題與獨立解決問題的能力、嚴肅認真與實事求是的科學態度,啓發研究思路和創新意識,便於學生在做自己的研究課題以及畢業後的教學科研或相關工作中加以應用。
《植物生理學實驗技術教程》既涵蓋植物生理學基本內容的實驗,又體現專業特點;既有一些經典的實驗,又盡可能結閤當前新的研究技術。主要內容包括:植物細胞生理和細胞信號轉導;植物水分生理和礦質營養;植物光閤作用和呼吸代謝;植物激素和次生物質檢測;植物生長發育及其調控;植物逆境生理等。其中的主要內容經多年實驗課的檢驗,不斷調整、完善;盡量結閤科研工作需要,介紹實用的新方法、新技術,如細胞骨架的熒光標記,細胞信號轉導中的鈣熒光檢測,植物激素的分離提取和酶聯免疫測定,氣孔運動的調控,擬南芥的種植、遺傳轉化和突變體觀察等。其中的一些實驗,需由學生自己查閱文獻,設計不同的實驗處理或檢測方法,以啓發研究思路,發揮學生的創造性。本書還列有附錄,包括取樣及植物材料處理的原則;常用緩衝液配製;計量單位;植物生長調節物質重要性質;組織培養常用培養基配方等,可供使用者研究、工作時參考。
全書共分六部分,由中國農業大學生物學院植物科學係老師參加編寫。其中第一部分主要由韓玉珍編寫;第二部分主要由張蜀鞦和李雲編寫;第三部分主要由吳曉嵐編寫;第四部分主要由張軍編寫;第五部分主要由李穎章編寫;第六部分主要由張學琴和洪旭暉編寫;附錄主要由李雲老師整理。其他還有袁明、葉德、楊淑華、陳其軍等老師參與編寫,均已在實驗後注明。
敬請各位老師、同學及其他讀者提齣寶貴意見。
圖書簡介:現代分子生物學技術與應用 本書旨在為讀者提供一個全麵、深入且極具實踐指導意義的現代分子生物學技術學習平颱。 聚焦於當前生命科學研究領域最前沿、應用最廣泛的核心技術體係,本書內容涵蓋瞭從基礎的核酸、蛋白質操作到復雜的基因組編輯、高通量測序及蛋白質組學分析的全流程技術解析與操作規程。 本書結構嚴謹,邏輯清晰,旨在幫助科研工作者、高級本科生和研究生快速掌握分子生物學實驗的精髓,並能獨立設計、執行和優化復雜的實驗方案。我們摒棄瞭冗長晦澀的理論堆砌,而是將重點放在“技術背後的原理”與“實際操作中的關鍵點”的結閤上。 --- 第一部分:分子生物學基礎技術與核酸操作(The Foundation) 本部分是構建所有分子生物學實驗的基石,詳細介紹瞭如何安全、高效地獲取和處理遺傳物質。 第一章:實驗室安全、規範與基礎操作 實驗室環境與生物安全級彆(BSL)的認知: 詳細區分不同等級實驗室的設施要求、個人防護裝備(PPE)的選擇與使用規範,特彆是針對高風險病原體和基因修飾生物(GMO)的操作指南。 緩衝液與試劑的精確配製: 涵蓋常用緩衝液(如Tris-HCl、PBS、DEPC水、EDTA)的配方、製備流程、滅菌方法及儲存條件。強調pH值對生化反應的決定性影響及校準技巧。 無菌操作技術精要: 深入講解超淨工作颱(Laminar Flow Hood)的正確使用、無菌移液技術、微生物汙染的識彆與控製策略。 第二章:DNA/RNA的提取、純化與定量 不同樣本來源的核酸提取策略: 針對植物組織(高多糖、次級代謝物乾擾)、動物組織(脂肪、蛋白酶活性高)、微生物(革蘭氏陽性菌細胞壁裂解難題)以及血液/血清等復雜基質,提供差異化的裂解與純化方案(酚氯仿法、矽膠柱法、磁珠法對比)。 核酸純度的評估與質量控製: 詳細介紹紫外分光光度計(NanoDrop)的使用,解釋$A_{260/280}$和$A_{260/230}$比值的生物學意義。闡述瓊脂糖凝膠電泳在檢測核酸完整性(Run Quality Number, RQN)中的作用。 高靈敏度定量方法: 側重於實時熒光定量PCR(qPCR)的預實驗設計、標準麯綫的建立、內參基因的選擇與驗證,以及如何準確計算起始模闆量。 第三章:PCR/qPCR的深度應用與故障排除 標準PCR與熱啓動PCR: 探討不同DNA聚閤酶(如Taq, Pfu, Phusion)的特性、適用性及其對擴增效率的影響。 實時熒光定量PCR(qPCR)的高級應用: 聚焦於絕對定量、相對定量($DeltaDelta Ct$法)的嚴謹流程。引入高分辨率熔解麯綫分析(HRM)在單核苷酸多態性(SNP)初步篩查中的應用。 引物與探針設計原則: 提供Primer Premier/Oligo等軟件的高級參數設置指南,確保引物二聚體最小化和特異性最大化。內容覆蓋TaqMan探針設計的基本規則。 PCR/qPCR常見失敗模式分析與對策: 針對擴增不齣現、非特異性條帶、Ct值漂移等問題,提供詳盡的故障診斷樹和優化建議。 --- 第二部分:基因剋隆與錶達調控技術(Manipulation and Expression) 本部分專注於基因的分子操作,是基因工程和功能研究的核心。 第四章:分子剋隆技術詳解 限製性內切酶消化與連接: 詳細分析粘性末端與平末端的效率差異,探討最佳酶切溫度、反應時間及DNA與載體摩爾比的計算方法。 高效連接策略: 對比傳統T4 DNA連接酶、快速連接係統(如In-Fusion、Gibson Assembly)的操作流程、優勢與限製。特彆強調Gibson Assembly在多片段組裝中的應用。 載體構建與篩選: 涵蓋質粒的轉化(熱激法、電穿孔法)、藍白斑篩選的原理與操作優化,以及大容量質粒(BAC/YAC)的製備簡介。 基因組文庫的構建與篩選: 簡述從基因組DNA到文庫構建(隨機打斷、保護性接頭)的流程。 第五章:重組錶達係統的構建與蛋白質純化 原核錶達係統(大腸杆菌): 重點介紹常用載體(pET係列)的誘導條件優化(IPTG濃度、誘導溫度、時間),以及如何應對包涵體形成問題(復性技術)。 真核錶達係統(酵母、哺乳動物細胞): 比較瞬時轉染與穩定轉染技術的優劣。詳細講解常用的啓動子(CMV, SV40)和篩選標記係統。 親和層析技術(Affinity Chromatography): 深度解析His-tag (Ni-NTA/IMAC)、GST-tag、MBP-tag的結閤與洗脫原理。提供梯度洗脫方案設計,以提高目標蛋白的純度。 離子交換與凝膠過濾層析: 介紹如何利用pI值和分子量信息,設計二級和三級純化步驟,以達到高純度要求。 --- 第三部分:基因組編輯與高通量測序(Genomics Revolution) 本部分涵蓋當前生命科學研究的“熱點”技術,涉及基因組的精準修飾和大規模數據獲取。 第六章:CRISPR/Cas9基因編輯係統實用指南 CRISPR/Cas9的工作原理與組件: 深入解析sgRNA的設計原則、Cas9核酸酶的篩選標準及其遞送方式(質粒、mRNA、RNP)。 體內外基因編輯策略: 針對哺乳動物細胞、模式生物(斑馬魚、小鼠)的微注射技術和離體細胞係的編輯流程。 基因敲除/敲入的驗證: 詳細介紹T7EI酶切法、HPLC或Sanger測序對編輯效率的初篩方法,以及如何利用TIDE或ICE分析軟件進行數據解讀。 新型基因編輯工具進展: 簡要介紹Base Editing(堿基編輯)和Prime Editing(先導編輯)的技術原理及其在解決Cas9脫靶問題上的優勢。 第七章:高通量測序(NGS)技術概述與數據預處理 NGS技術平颱介紹: 對比Illumina (Short-read), PacBio (Long-read) 和 Oxford Nanopore (Nanopore) 三大主流技術的原理、讀長、準確性及適用場景。 主流應用測序文庫製備流程: 重點講解RNA-Seq(Total RNA vs mRNA富集)、ChIP-Seq(染色質免疫共沉澱後測序)和Whole Genome Sequencing (WGS) 的文庫構建流程差異。 測序數據初級分析: 介紹FASTQ文件格式,QC工具(如FastQC)的使用,以及高質量過濾、接頭序列切除(Trimming)的必要性與操作軟件(如Trimmomatic)。 --- 第四部分:細胞生物學與蛋白質組學前沿(Cellular & Proteomic Frontiers) 本部分麵嚮分子功能和蛋白質相互作用的研究,強調功能驗證與定量分析。 第八章:細胞轉染與功能驗證技術 脂質體介導的轉染優化: 詳細對比Lipofectamine 2000/3000等試劑的用量、細胞密度對轉染效率的影響。 病毒載體構建與包裝(LV/AAV): 闡述慢病毒(LV)和腺相關病毒(AAV)載體的核心元件(LTR, $Psi$ 包裝信號),以及三質粒共轉染的包裝體係及滴度測定方法。 報告基因分析(Dual-Luciferase Assay): 介紹如何利用Firefly/Renilla係統精確測定轉染效率和報告基因活性,以研究啓動子或miRNA的調控效果。 流式細胞術(FACS)基礎: 介紹抗體標記原理、熒光通道選擇,以及細胞凋亡(Annexin V/PI)和細胞周期分析的基礎實驗流程。 第九章:蛋白質相互作用與可視化技術 蛋白質印跡(Western Blotting)的標準化: 涵蓋樣品製備(裂解液優化)、上樣量控製、電泳條件選擇、轉膜效率評估及抗體孵育的優化步驟。 免疫共沉澱(Co-IP)與Pull-Down: 深入解析Co-IP驗證蛋白質間物理結閤的實驗設計,包括抗體選擇、洗脫條件和驗證方法的選擇(WB或質譜)。 免疫熒光/免疫組化(IF/IHC): 重點介紹抗體的預處理(阻斷內源性IgG)、一抗和二抗的稀釋度優化、熒光信號的抗熒光淬滅劑選擇與共聚焦顯微鏡的圖像采集標準。 --- 本書特色總結: 1. 實踐導嚮性強: 每項核心技術均附帶詳細的“SOP(標準操作規程)模闆”和“常見問題解析”。 2. 強調數據解讀: 不僅教如何做實驗,更側重於原始數據的分析、圖形的繪製規範(如使用GraphPad Prism)和結果的批判性評估。 3. 前沿技術覆蓋全麵: 確保讀者能接觸到從傳統分子生物學到基因組學、蛋白質組學的最新技術動態。 本書是分子生物學實驗室的必備參考手冊,緻力於將復雜的實驗技術轉化為可重復、可信賴的科學産齣。