为什么植物细胞有“全能”的本领

随着细胞生物学的飞速发展，随着科学家对植物内在奥秘的认识越来越多，现在已经形成一种概念，不仅是植物的生殖细胞，它们的每个细胞都包含着该物种的全部遗传信息，从而具备发育成完整植株的遗传能力。在适宜条件下，植物任何一个细胞都可以发育成一个完整的新个体，这就是植物细胞的全能性。

试管苗的组织培养

其实早在20世纪初，德国科学家就提出了这样一种假说。但是直到20世纪40年代末开始，才由科学家用实验不断验证、确立和充实这一假说。首先，一位美国科学家和他的中国学生利用含有不同植物激素比例的基质培养烟草茎段，人为有效地在茎段上控制了根和芽的形成，从而可以做到希望它长芽就长芽，希望它长根就长根。进而，美国和德国科学家在两地，几乎同时培养胡萝卜细胞，经过一系列的诱导操作过程，由细胞发育成完整的胡萝卜植株。这时已经到了20世纪50年代末，历时半个世纪，植物细胞全能性才从一种假说变成了得到公认的科学概念。并且，植物细胞和组织培养的研究在随后的年代中，成为植物生命科学中最为活跃、发展最为迅速的部分之一。

为什么植物细胞具有全能性呢？我们知道，一个植物体的全部细胞，都是从受精卵经过有丝分裂产生的。作为一个特异性的细胞，受精卵具有本种植物所特有的全部遗传信息。因此，植物体内的每一个体细胞也都具有和受精卵完全一样的DNA序列和相同的细胞质环境。当这些细胞在植物体内的时候，由于受到所在器官和组织环境的影响，仅仅表现出一定的形态和局部的功能。可它们的遗传潜力并没有丧失，全部遗传信息仍然被保存在DNA的序列之中，一旦脱离了原来器官组织的束缚，成为游离状态，在一定的营养条件和植物激素的诱导下，细胞的全能性就能表现出来。在组织培养的过程中，外植体（指从植物体上切下来的离体器官或组织）会进行细胞分裂，经过细胞分裂素的诱导，可以脱分化为具有分生能力的薄壁组织，进而形成植物的愈伤组织。愈伤组织在一定的培养条件下，又可进一步分化成为胚状体，再分化出幼根和芽，最终形成完整的小植株。

现在，植物细胞具有全能性不仅仅是一种科学概念，它已经在世界范围的生产实践中得到了广泛应用，在一些经济作物、果树和经济林木中就可见到，如甘蔗、香蕉、马铃薯、柑橘、苹果、葡萄、桉树、杨树等的脱毒和无性快速繁殖。一些植物一旦感染病毒，就会影响它们的生长和发育，严重的将大大地降低它们的品质和产量。当下，就是利用这一科学概念，通过一系列的技术操作，获得了无病毒苗，随后进行大量的快速繁殖，建立起了试管苗工厂、无菌苗圃等，大批量地供应市场，以满足生产上的需要。现在，试管苗的组织培养在中国已经显示出显著的经济效益，受到生产者的欢迎。（方玉达　薛红卫）

放大后的植物干细胞横切面

【微博士】植物干细胞

动物和人的干细胞，如胚胎干细胞、皮肤干细胞、肝干细胞、心脏干细胞、神经干细胞和诱导性多功能干细胞等名词及其研究成果时常出现在报纸和杂志上，人们对它们在医学上，特别是组织工程或再生医学上的应用抱有非常大的期望。那么植物是否也有像动物和人一样的干细胞呢？回答是肯定的，植物也有它们自己的干细胞！

植物细胞具有全能性是植物干细胞的基础，植物的干细胞具有很强的自我更新能力，并且可以分化成为其他类型的植物细胞，最终产生新的器官。植物的干细胞主要包括顶端干细胞（又称顶端分生组织）、根尖干细胞（根尖分生组织）和侧生干细胞（包括维管形成层及木栓形成层）。茎、叶和花这三大地上器官就是由位于顶端分生组织中的植物干细胞所产生的。而位于地下的根，则是由根尖分生组织中的干细胞分化而来。有的植物干细胞不衰老，长命千岁。例如狐尾松的树龄可达4000多年，其干细胞从种子萌发开始一直保持着生长分化的能力。

【实验场】植物细胞的分化和再分化

烟草组织培养是比较容易成功的，也是最经典的实验。先将烟草叶片剪切成大小均一的小方块，然后将这些小叶片组织置于含有生长素和细胞分裂素的培养基中进行培养，诱导产生烟草愈伤组织。随后将愈伤组织置于诱导出芽的培养基上培养，这种培养基中细胞分裂素的含量相对要高一些，待长出不定芽后，将不定芽剪下置于生根培养基上诱导生根，这种培养基中生长素的含量相对会高一些，最终就获得了完整的烟草小植株。整个培养时间需要3～4个月。如果有兴趣，可以到有这方面研究的大学或专业研究单位去参观，并亲自动手试一试。

【微问题】将一小块胡萝卜放在环境适宜的土壤中，能不能长出一株完整的胡萝卜植株？

【关键词】细胞全能性　愈伤组织　植物干细胞