原生質(zhì)體一詞來源于原生質(zhì)體，是細(xì)胞的一種形態(tài)結(jié)構(gòu)單位。原生質(zhì)體是指植物細(xì)胞壁中的原生質(zhì)，即包括細(xì)胞膜在內(nèi)的細(xì)胞物質(zhì)中可以通過質(zhì)壁分離而與細(xì)胞壁分離的部分、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核，換句話說，原生質(zhì)體除了細(xì)胞壁外，還被細(xì)胞膜包圍著“裸露細(xì)胞”原生質(zhì)體的化學(xué)組成非常復(fù)雜，其組成隨著細(xì)胞的不斷代謝活動(dòng)而不斷變化，相對組成比例為水85%~90%，蛋白質(zhì)7%~10%，脂類物1%~2%，其他有機(jī)物（包括核酸）1%~1.5%，無機(jī)物1%1.5%其中蛋白質(zhì)（protein）與核酸（Nucleic acid ）主要化合物是與生命活動(dòng)有關(guān)的最重要的成分。
原生質(zhì)體革蘭氏陽性菌用溶菌酶或青霉素處理（也可以使用果膠酶和纖維素酶）處理后，細(xì)胞壁可以完全去除，形成一個(gè)僅用細(xì)胞膜覆蓋細(xì)胞質(zhì)的菌體。
沒有細(xì)胞壁的細(xì)胞叫原生質(zhì)體，這是生物工程的一個(gè)概念。例如植物細(xì)胞和細(xì)菌(或者其他有細(xì)胞壁的細(xì)胞)通過酶解溶解細(xì)胞壁獲得的帶有質(zhì)膜的原生質(zhì)體球體。動(dòng)物細(xì)胞相當(dāng)于原生質(zhì)（但它不同于原生質(zhì)體）
原生質(zhì)體包括細(xì)胞膜膜內(nèi)細(xì)胞質(zhì)和其他具有生命活動(dòng)的細(xì)胞器，如植物和動(dòng)物的細(xì)胞核、線粒體和高爾基體等；而病毒如核糖體、擬核等。
細(xì)胞膜
細(xì)胞膜又稱質(zhì)膜，是指細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞壁相接觸的一層生物膜，在光學(xué)顯微鏡下不可見，須采用高滲溶液處理后發(fā)生質(zhì)壁分離時(shí)，能在是原生質(zhì)體表面看到一層光滑的薄膜。細(xì)胞膜的主要功能包括選擇透性和調(diào)節(jié)代謝等。選擇透性表現(xiàn)在能阻止可溶性蛋白質(zhì)和糖等多種有機(jī)物從細(xì)胞內(nèi)滲出，同時(shí)又能使水、無機(jī)鹽和其他的必需營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞，使細(xì)胞有一個(gè)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境。細(xì)胞識(shí)別功能和細(xì)胞膜密不可分，對外界因素的識(shí)別過程主要通過與細(xì)胞膜上的特異受體結(jié)合而起作用，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的多種代謝途徑。
細(xì)胞質(zhì)
細(xì)胞質(zhì)又稱胞基質(zhì)，為細(xì)胞膜之內(nèi)的半透明、半流動(dòng)、無定型的膠體狀基質(zhì)，是原生質(zhì)體的基本組成部分，細(xì)胞核和各種細(xì)胞器分散其中。細(xì)胞質(zhì)為原生質(zhì)體內(nèi)各種定型結(jié)構(gòu)提供了分布場所、代謝活動(dòng)原料和物質(zhì)交流空間。
細(xì)胞核
除細(xì)菌和藍(lán)藻外，所有的植物細(xì)胞都含有細(xì)胞核，通常一個(gè)細(xì)胞只具有一個(gè)細(xì)胞核。細(xì)胞核位于細(xì)胞中央，一般呈圓形、卵圓形，或稍伸長，也有其他形狀的，如某些植物花粉的營養(yǎng)核為不規(guī)則裂瓣。細(xì)胞核大小相差很大，直徑般為10~20um，在光學(xué)顯微鏡下可以觀察到，經(jīng)過固定和染色后可以看到其內(nèi)部構(gòu)造，有核膜、核仁、核液和染色質(zhì)等四部分。核膜（nuclear envelope）為細(xì)胞核的外界膜，在電子顯微鏡下觀察是雙層結(jié)構(gòu)，核膜上有均勻或不均勻分布的多數(shù)小孔，稱為核孔（nuclear pore），是細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)進(jìn)行物質(zhì)交換的通道。核液（nuclear sap）是充滿在核膜內(nèi)的透明而黏滯性較大的液狀膠體，其中分散著核仁和染色質(zhì)。核仁（nucleolus）是細(xì)胞核中折光率更強(qiáng)的小球狀體，通常有一個(gè)或幾個(gè)，主要由蛋白質(zhì)、RNA所組成，還可能有少量的類脂和DNA，是核內(nèi)RNA和蛋白質(zhì)合成的主要場所。染色質(zhì)（chromatin）是分散在細(xì)胞核液中易被堿性染料著色的物質(zhì)，細(xì)胞分裂間期為染色深的網(wǎng)狀物，稱染色質(zhì);細(xì)胞分裂時(shí)，染色質(zhì)可經(jīng)螺旋狀扭曲形成棒狀的染色體（chromosome）。不同植物染色體的數(shù)目、形狀和大小不同，同一物種則相對穩(wěn)定不變。
染色質(zhì)主要是由DNA和蛋白質(zhì)所組成，還含有RNA。DNA和RNA為細(xì)胞的遺傳物質(zhì)，主要集中在細(xì)胞核內(nèi)。細(xì)胞核的主要功能是控制細(xì)胞的遺傳和生長發(fā)育，也是遺傳物質(zhì)存在和復(fù)制的場所，并且決定蛋白質(zhì)的合成，還控制質(zhì)體、線粒體中主要酶的合成，從而控制和調(diào)節(jié)細(xì)胞的其他生理活動(dòng)。細(xì)胞失去細(xì)胞核，一切生命活動(dòng)將停止，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡;同樣，細(xì)胞核也不能脫離細(xì)胞質(zhì)而獨(dú)立存在。
細(xì)胞器
是指細(xì)胞質(zhì)內(nèi)有一定形狀和位置的顆粒狀或區(qū)域功能單位，可由膜包圍或延展形成，也可能是由蛋白質(zhì)聚集而成。如質(zhì)體（plastid）、液泡、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、溶酶體、微管、微絲等。其中質(zhì)體、液泡與細(xì)胞壁是植物細(xì)胞區(qū)別于動(dòng)物細(xì)胞的三大特有細(xì)胞結(jié)構(gòu)。
（1）質(zhì)體：由雙層膜構(gòu)成的規(guī)則或不規(guī)則形狀的顆粒結(jié)構(gòu)，體積比細(xì)胞核小，由蛋白質(zhì)、類脂等組成。質(zhì)體按含色素類型、結(jié)構(gòu)、功能等可分為三類：葉綠體（chloroplast）、有色體（chromoplast）和白色體（leucoplast）。
①葉綠體：是綠色植物進(jìn)行光合作用的場所，內(nèi)部結(jié)構(gòu)精細(xì)，所含的色素有葉綠素甲（chlorophyll A）、葉綠素乙（chlorophyll B）、胡蘿卜素（carotin）和葉黃素（xanthophyll）等脂溶性色素，其中以葉綠素為多，所以呈現(xiàn)綠色。高等植物的葉綠體多為球形、卵形或透鏡形的綠色顆粒狀，低等植物中，葉綠體的形狀、數(shù)目和大小隨不同植物和不同細(xì)胞而不同。
②有色體：在細(xì)胞中常呈針形、圓形、桿形或不規(guī)則形狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，所含色素有胡蘿卜素和葉黃素等，使植物呈現(xiàn)黃色、橙色或橙紅色，主要存在于花、果實(shí)和根中。有色體對植物的生理作用還不十分清楚，一般認(rèn)為有三方面，一是其所含的胡蘿卜素在光合作用中是一種催化劑;二是有色體存在于花部，使花呈現(xiàn)鮮艷色彩，有利于昆蟲傳粉;三是某些部位積累有色體有解毒或儲(chǔ)藏作用。
③白色體：是最小的一類質(zhì)體，通常呈圓形、橢圓形或其他形狀的無色小顆粒狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)無分化，不含色素，主要功能為儲(chǔ)藏，根據(jù)合成和儲(chǔ)藏物質(zhì)不同還可以分為三類，即合成淀粉的造粉體、合成蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)體和合成脂肪和脂肪油的造油體。多見于不曝光的器官如塊根或塊莖等細(xì)胞中。
葉綠體、有色體和白色體在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)化。如番茄的子房是白色的，因?yàn)槠渥臃勘诩?xì)胞內(nèi)含白色體，受精后的子房發(fā)育成幼果，暴露于光線中時(shí)形成葉綠素，白色體轉(zhuǎn)化成葉綠體，使幼果變綠，果實(shí)成熟時(shí)，葉綠體又轉(zhuǎn)化成了有色體，果實(shí)即變成紅色。胡蘿卜根露出地面的部分經(jīng)日光照射而變成綠色，也是有色體轉(zhuǎn)化為葉綠體的緣故。
（2）液泡：由單層膜圍成的泡狀結(jié)構(gòu)，膜內(nèi)充滿細(xì)胞液（cell sap），是細(xì)胞新陳代謝過程產(chǎn)生的混合液，屬于無生命的非原生質(zhì)體部分。不同細(xì)胞的細(xì)胞液組分不同，主要成分除水分外，還有各種代謝物如糖類（saccharides）、鹽類（salts）、有機(jī)酸（organic acids）、生物堿（alkaloids）、揮發(fā)油（volatile oil）、鞣質(zhì)（tannin）、苷類（glucosides）、樹脂（resin）、色素（pigments）、草酸鈣結(jié)晶等，其中不少化學(xué)成分具有生理活性，也是植物類藥材的有效成分。幼嫩細(xì)胞中，液泡的體積小，數(shù)量多，分散分布。成熟細(xì)胞，尤其是薄壁細(xì)胞中液泡會(huì)合并成一個(gè)或幾個(gè)大型液泡，占據(jù)整個(gè)細(xì)胞體積的90%以上，而細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞器和細(xì)胞核則被中央液泡推擠到細(xì)胞的邊緣貼近細(xì)胞壁。
液泡的主要功能是調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透壓、積極參與細(xì)胞內(nèi)的分解、物質(zhì)積累與移動(dòng)等活動(dòng)，在穩(wěn)定細(xì)胞內(nèi)環(huán)境上起著重要作用。
（3）其他細(xì)胞器：
線粒體（mitochondria）是細(xì)胞質(zhì)內(nèi)呈顆粒狀、棒狀、絲狀或分支狀的細(xì)胞器，比質(zhì)體小，在光學(xué)顯微鏡下經(jīng)特殊染色可以觀察到。線粒體是細(xì)胞中碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)等物質(zhì)進(jìn)行氧化、呼吸作用的場所，并為細(xì)胞生命活動(dòng)提供所需能量，因此線粒體被稱為細(xì)胞的“動(dòng)力工廠”。 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（endoplasmic reticulum）是細(xì)胞質(zhì)內(nèi)由膜組成的一系列片狀的囊腔和管狀的腔，彼此相通形成一個(gè)隔離細(xì)胞基質(zhì)的管道系統(tǒng)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可分粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和光滑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)兩種類型，前者主要功能是合成輸出蛋白質(zhì)（即分泌蛋白），還能產(chǎn)生構(gòu)成新膜的脂蛋白和初級溶酶體所含的酸性磷酸酶;后者主要功能是合成、運(yùn)輸類脂和多糖等。兩種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)同時(shí)存在于一個(gè)細(xì)胞內(nèi)，也可互相轉(zhuǎn)化。 高爾基體（golgi apparatus）主要分布在細(xì)胞核的周圍或上方，是由兩層膜所構(gòu)成的平行排列的扁平囊泡、小泡和大泡（分泌泡）組成。植物細(xì)胞中，高爾基體的功能是合成和運(yùn)輸多糖，并且能夠合成果膠、半纖維素和木質(zhì)素，參與細(xì)胞壁的形成，還與溶酶體的形成有關(guān)，初級溶酶體的形成過程與分泌顆粒的形成類似，都起自高爾基體囊泡，此外，松樹的樹脂道上皮細(xì)胞分泌樹脂，根冠細(xì)胞分泌黏液等分泌活動(dòng)與高爾基體有關(guān)。動(dòng)物細(xì)胞中，高爾基體的主要功能是將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的多種蛋白質(zhì)進(jìn)行加工、分類與包裝，然后分門別類地運(yùn)送到細(xì)胞特定的部位或分泌到細(xì)胞外。多年來研究證明，高爾基體是細(xì)胞內(nèi)大分子加工、分選和運(yùn)輸?shù)囊粋€(gè)重要交通樞紐：①將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的蛋白質(zhì)和脂類進(jìn)行加工、分選與包裝,然后送到細(xì)胞特定的部位或分泌到細(xì)胞外。②在完成物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的同時(shí)，對膜性細(xì)胞器與質(zhì)膜的膜成分不斷更新與補(bǔ)充。因此，高爾基體不僅是物質(zhì)分泌的運(yùn)送和接收中心,而且也是膜物質(zhì)傳遞到細(xì)胞表面及膜上的運(yùn)送和接收中心。 核糖體（ribosome）又稱核糖核蛋白體或核蛋白體，是細(xì)胞中的超微顆粒，為蛋白質(zhì)合成的場所，能將氨基酸裝配成肽鏈。每個(gè)細(xì)胞中核糖體可達(dá)數(shù)百萬個(gè)。
溶酶體（lysosome）和圓球體（spherosome）均是由單層膜包裹富含多種水解酶的囊泡狀細(xì)胞器，主要功能是進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)消化。
原生質(zhì)體融合
原生質(zhì)體是植物或微生物細(xì)胞去掉壁以后的內(nèi)含物。原生質(zhì)體的制備主要是在高滲壓溶液中加入細(xì)胞壁分解酶，將細(xì)胞壁剝離，結(jié)果剩下由原生質(zhì)膜包住的類似球狀的原生質(zhì)體，它保持原細(xì)胞的一切活性。
制備原生質(zhì)體首先需要選擇供融合的兩個(gè)親株。要求親株的性能穩(wěn)定并帶有遺傳標(biāo)記，一般以營養(yǎng)缺陷型和抗藥性等遺傳性狀為標(biāo)記，以利于融合子的選擇。為了使菌體細(xì)胞易于原生質(zhì)體化，一般選擇對數(shù)期后期的菌體進(jìn)行酶處理，這個(gè)時(shí)期細(xì)胞正在生長、代謝旺盛，細(xì)胞壁對酶解作用最為敏感，原生質(zhì)體形成率高，再生率也高。
獲得有活力、去壁較為完全的原生質(zhì)體對于隨后的原生質(zhì)體融合和原生質(zhì)體再生是非常重要的，原生質(zhì)體制備中的主要影響因素有以下幾方面。
菌體的預(yù)處理
在使用脫壁酶處理前，先用化合物對菌體進(jìn)行預(yù)處理，有利于原生質(zhì)體制備。例如用乙二胺四乙酸（elhylene diamine tetraacetic acid，EDTA）、甘氨酸、青霉素等處理細(xì)菌，可使菌體的細(xì)胞壁對脫壁酶的敏感性增加。EDTA能與金屬離子形成絡(luò)合物，避免金屬離子對酶的抑制作用而提高酶的脫壁效果。甘氨酸可以代替丙氨酸參與細(xì)胞壁肽聚糖的合成，其結(jié)果干擾了細(xì)胞壁肽聚糖的相互交聯(lián)，便于原生質(zhì)體化。細(xì)菌通常加入亞抑制量的青霉素，以抑制細(xì)胞壁粘肽組分的合成，有利于酶對細(xì)胞壁的水解作用。
脫壁酶
細(xì)菌和放線菌細(xì)胞壁的主要成分是肽聚糖，可以用溶菌酶來水解細(xì)胞壁。
真菌細(xì)胞壁組成較復(fù)雜，常用蝸牛酶、纖維素酶、口一葡聚糖酶等來水解細(xì)胞壁。酶濃度過低，不利于原生質(zhì)體的形成，酶濃度增加，原生質(zhì)體的形成率亦增大，酶濃度過高，則導(dǎo)致原生質(zhì)體再生率降低。所以，有必要兼顧原生質(zhì)體形成率和再生率選擇最適的酶濃度，一般選擇原生質(zhì)體形成率和再生率之積達(dá)到最大時(shí)的酶濃度作為最適酶濃度。
滲透壓穩(wěn)定劑
原生質(zhì)體對溶液和培養(yǎng)基的滲透壓很敏感，在低滲透壓溶液中，原生質(zhì)體將會(huì)破裂而死亡，必須在高滲透壓或等滲環(huán)境中才能維持其生存。滲透壓穩(wěn)定劑的種類有無機(jī)鹽和有機(jī)物，無機(jī)鹽包括NaCl、KC1、MgSO4、CaCl2等。有機(jī)物包括蔗糖、甘露糖、山梨醇等。不同微生物采用的滲透壓穩(wěn)定劑也不同，對于細(xì)菌和放線菌，一般采用蔗糖、丁二酸鈉等為滲透壓穩(wěn)定劑：對于酵母菌主要采用山梨醇和甘露醇，對于霉菌采用KC1和NaCl等，穩(wěn)定劑使用濃度一般為0.3~0.8mol/L。一定濃度的鈣、鎂等二價(jià)陽離子可增加原生質(zhì)膜的穩(wěn)定性，所以是高滲培養(yǎng)基中不可缺少的成分。 反應(yīng)溫度
溫度會(huì)影響酶的活性，溫度升高，酶活性增加，溫度過高，酶失活而影響原生質(zhì)體的形成，一般溫度在20~40℃。
酶解時(shí)間
原生質(zhì)體的形成與酶解時(shí)間密切相關(guān)，酶解時(shí)間過短，原生質(zhì)體形成不完全，會(huì)影響原生質(zhì)體間的融合；酶解時(shí)間過長，原生質(zhì)體的質(zhì)膜也易受到損傷，從而影響原生質(zhì)體的再生，也不利于原生質(zhì)體的融合。
由于各種微生物細(xì)胞壁的組成不同，破壁所用的酶的種類、濃度、破壁處理溫度、時(shí)間、pH均有不同，須采用不同的原生質(zhì)體制備方法。
質(zhì)體融合
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由于在自然條件下，原生質(zhì)體發(fā)生融合的頻率非常低，因此在實(shí)際育種過程中要采用一定方法進(jìn)行人為誘導(dǎo)融合。兩株出發(fā)菌株制備好的原生質(zhì)體可以通過化學(xué)因子或電場誘導(dǎo)的方法進(jìn)行融合。
化學(xué)因子誘導(dǎo)是把兩個(gè)親株的原生質(zhì)體混合在一起，加入融合劑聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）和Ca、Mg等陽離子誘導(dǎo)原生質(zhì)體融合。PEG具有強(qiáng)烈的脫水作用，擾亂了分散在原生質(zhì)表面的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)排列，提高了脂質(zhì)膠粒的流動(dòng)性，從而促進(jìn)原生質(zhì)體融合。Ca可促進(jìn)脂分子的擾動(dòng)，增加融合頻率。電融合過程是原生質(zhì)體在電場電擊下，原生質(zhì)體膜會(huì)被擊穿，從而導(dǎo)致融合的發(fā)生。
質(zhì)體再生
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融合的原生質(zhì)體具有生物活性，但沒有細(xì)胞壁，因此可以 t表現(xiàn)出優(yōu)良的生產(chǎn)性狀和can 不能在普通培養(yǎng)基上生長它必須設(shè)法使它長出細(xì)胞壁，所以重新形成細(xì)胞壁的過程叫做再生。再生培養(yǎng)基必須具有與原生質(zhì)體相同的滲透壓，并且通常含有鈣、毫克或完全培養(yǎng)基增加滲透壓穩(wěn)定劑。將融合的原生質(zhì)體包被在含有滲透穩(wěn)定劑的高滲瓊脂培養(yǎng)基上，或?qū)⒃|(zhì)體懸浮液混合在培養(yǎng)基中進(jìn)行瓊脂夾層培養(yǎng)，使細(xì)胞壁再生。提高高滲培養(yǎng)基的滲透壓或添加蔗糖可以提高再生率，只有恢復(fù)正常的細(xì)胞形態(tài)才能實(shí)現(xiàn)正常的細(xì)胞生長。由于菌株特性原生質(zhì)體制備條件再生培養(yǎng)基成分和再生條件的不同，再生率從00提高到幾十。
應(yīng)用特征
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植物原生質(zhì)體具有以下特征：①?zèng)]有細(xì)胞壁的物理屏障；②可以獲得遺傳和生理性狀一致的細(xì)胞群體；③植物原生質(zhì)體也是全能的；④組織培養(yǎng)可用于大量繁殖。這些有利的特性決定了原生質(zhì)體是一種優(yōu)良的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在植物育種中有著廣泛的應(yīng)用。
種質(zhì)資源保存
原生質(zhì)體的超低溫保存始于20世紀(jì)70年代。有些植物只能在一年中的某個(gè)時(shí)間成功地分離出原生質(zhì)體超低溫保存的原生質(zhì)體可以隨時(shí)提供研究所需的材料，是研究植物低溫傷害和細(xì)胞內(nèi)冷凍的良好材料。目前，原生質(zhì)體已經(jīng)在一些作物上得到應(yīng)用（如玉米、小麥、大豆、曼陀羅、番茄、柑橘等）的超低溫保存。
原生質(zhì)體融合
原生質(zhì)體就是原生質(zhì)體融合（Protoplast fusion）的材料。原生質(zhì)體融合是體細(xì)胞雜交（Somatic hybridization）技術(shù)，前景非常誘人，通過不同類型原生質(zhì)體的融合，可以克服傳統(tǒng)育種方法無法解決的生殖障礙問題，從而創(chuàng)造新的種質(zhì)材料，還可以實(shí)現(xiàn)不同材料的核基因重組，這是植物細(xì)胞工程在育種中的重要內(nèi)容。
篩選突變體
原生質(zhì)體培養(yǎng)過程中可產(chǎn)生體細(xì)胞無性系變異，或在原生質(zhì)體培養(yǎng)過程中誘導(dǎo)突變，從再生植株中篩選出性狀優(yōu)良的變異體，成為植物育種的新材料，或直接選育新品系。
植物遺傳轉(zhuǎn)化的理想受體
原生質(zhì)體容易吸收外來遺傳物質(zhì)，如細(xì)胞器，因?yàn)樗コ思?xì)胞壁、細(xì)胞核、DNA因此成為植物遺傳轉(zhuǎn)化的理想受體。多年來，基于原生質(zhì)體的使用，建立了許多直接基因轉(zhuǎn)移的方法，如PEG法、電激轉(zhuǎn)化法、脂質(zhì)體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)化、基因槍轉(zhuǎn)化法、顯微注射法、微焦點(diǎn)激光引入法等。
由于禾本科植物（包括牧草、草坪草等）很難用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)化，主要是直接轉(zhuǎn)化因此，原生質(zhì)體培養(yǎng)技術(shù)在牧草和草坪草育種中尤為重要，它是目的基因轉(zhuǎn)化和表達(dá)的基礎(chǔ)和有效途徑。
