原生質體融合：方法和機制

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介紹

原生質體融合是遺傳工程、植物育種和植物生物技術中使用的一種技術。它涉及兩個植物原生質體（或已去除細胞壁的細胞）的融合，以創造雜交植物。原生質體融合已被用於創造具有理想性狀的新植物品種，例如抗病性、產量提高和營養價值提高。讓我們討論原生質體融合的方法和機制。

原生質體

原生質體融合的方法

原生質體融合有幾種方法，每種方法都有其自身的優缺點。最常見的方法是電融合、化學融合和病毒融合。

電融合

電融合涉及使用電流將兩個原生質體融合在一起。原生質體被放置在含有低濃度離子（例如鈣或鎂）的溶液中，然後進行電流處理。電流導致原生質體膜變得具有滲透性，使它們能夠融合在一起。

與其他原生質體融合方法相比，電融合具有多種優勢。它是一種快速有效的方法，成功率高。它也是一個相對簡單的過程，不需要任何昂貴的裝置。

但是，電融合也有一些缺點。電流會損壞原生質體，降低其活力。該過程還會產生熱量，這會進一步損壞原生質體。最後，電融合難以控制，並且可能難以在融合過程中實現高度的特異性。

化學融合

化學融合涉及使用化學試劑將兩個原生質體融合在一起。最常用的化學試劑是聚乙二醇 (PEG)。PEG 是一種水溶性聚合物，可以與細胞膜形成氫鍵。當將 PEG 新增到含有原生質體的溶液中時，它會導致原生質體膜融合在一起。

與電融合相比，化學融合具有多種優勢。它是一種更溫和的方法，不會損壞原生質體。它也是一個高度可控的過程，允許在融合過程中實現高度的特異性。

但是，化學融合也有一些缺點。該過程可能非常耗時，需要幾個小時才能完成。它還需要仔細最佳化 PEG 濃度和孵育時間，以及溶液的 pH 值和溫度。最後，化學融合的成功率低於電融合，使其成為效率較低的方法。

病毒融合

病毒融合涉及使用病毒將兩個原生質體融合在一起。對病毒進行基因工程改造，使其表達一種與原生質體表面結合的蛋白質，從而使它們能夠融合在一起。

與其他原生質體融合方法相比，病毒融合具有多種優勢。它是一種高度特異性的方法，可以精確控制融合過程。它也是一種更溫和的方法，不會損壞原生質體。

但是，病毒融合也有一些缺點。該過程可能非常耗時，因為它需要對病毒進行基因工程改造。它還需要仔細最佳化病毒濃度和孵育時間。最後，病毒融合是一種效率較低的方法，其成功率低於電融合或化學融合。

原生質體融合的機制

原生質體融合涉及多種機制，使原生質體膜能夠融合在一起。這些機制包括膜失穩、膜融合和細胞壁再生。

膜失穩

膜失穩涉及破壞原生質體膜的脂質雙層。這可以透過使用電流、PEG 等化學試劑或與原生質體表面結合的病毒蛋白來實現。

破壞脂質雙層會導致原生質體膜變得更具滲透性，使它們能夠融合在一起。這是因為膜中的脂質不再以穩定的構型排列，這使得兩個膜能夠融合。

膜融合

膜融合涉及將兩個原生質體膜合併成一個膜。這是由於脂質雙層失穩和兩個膜之間形成新的脂質鍵而發生的。

膜融合過程由一組稱為融合蛋白的蛋白質促進。這些蛋白質負責將兩個膜連線在一起並促進它們的融合。在某些情況下，融合蛋白是天然存在的蛋白質，而在其他情況下，它們是透過基因工程引入原生質體的。

細胞壁再生

原生質體膜融合在一起後，所得的雜交細胞缺乏細胞壁。為了創造一個可行的植物，必須再生一個新的細胞壁。細胞壁再生可以透過兩種機制發生：自再生和透過支撐基質再生。

• 自再生涉及原生質體本身合成新的細胞壁材料。當原生質體分泌新的細胞壁材料並在融合的原生質體周圍構建新的細胞壁時，就會發生這種情況。

• 透過支撐基質再生涉及將融合的原生質體放置在支撐基質上，例如瓊脂平板。然後，原生質體在基質上合成新的細胞壁材料，在融合的原生質體周圍形成新的細胞壁。

原生質體融合的應用

原生質體融合在植物生物技術和育種中有多種應用。一些最重要的應用包括：

創造新的植物品種

原生質體融合可用於透過融合兩種不同植物物種的原生質體來創造新的植物品種。這將創造出一種雜交植物，具有來自兩種親本植物的理想性狀。

基因工程

原生質體融合可用於將新的遺傳物質引入植物。透過將供體植物的原生質體與受體植物的原生質體融合，可以將供體植物的遺傳物質引入受體植物。

抗病性

原生質體融合可用於創造抗特定疾病的植物。這可以透過將抗病植物的原生質體與易感植物的原生質體融合來實現，從而創造出具有供體植物抗病性的雜交植物。

產量提高

原生質體融合可用於創造產量更高的植物。這可以透過融合兩種具有互補性狀的植物的原生質體來實現，例如一種植物產量高，另一種植物對壓力具有高耐受性。

營養價值

原生質體融合可用於創造營養價值更高的植物。這可以透過融合兩種具有互補營養成分的植物的原生質體來實現，從而創造出營養成分得到改善的雜交植物。

結論

原生質體融合是植物生物技術和育種中一種有價值的工具。它允許創造具有理想性狀的新植物品種，例如抗病性、產量提高和營養價值提高。

原生質體融合有幾種方法，包括電融合、化學融合和病毒融合，每種方法都有其自身的優缺點。原生質體融合的機制涉及膜失穩、膜融合和細胞壁再生。

通過了解原生質體融合的方法和機制，研究人員可以繼續開發具有改進性狀的新型創新植物品種。