植物细胞全能性论文

植物细胞全能性概论

摘要：

植物细胞的全能性是指植株体内任何具有完整的细胞核的细胞都拥有形成一个完整植株所必须的全部遗传信息，即一套完整的基因组，并具有发育成完整植株的能力。

植物从一个受精卵进行有丝分裂，发育成具有一定形态、结构和功能的植株。植物的体细胞染色体与受精卵是一致的，也即它们所携带的遗传信息是一样的，这样体细胞由于在植物体上所处的位置不同，表现不同的形态，承担一定的功能，这是由于它们受到具体器官或组织所在环境的束缚，是细胞核中DNA链上不同基因按一定顺序选择性地活化和阻止的结果，但遗传潜能并未丧失，具有发育成完整植株的能力。

关键词：

植物全能性植物细胞组织培养

正文

植物细胞全能性的历史验证过程

1902年，德国植物学家哈伯兰特预言植物体的任何一个细胞，都有长成完整个体的潜在能力，这种潜在能力就叫植物细胞的“全能性”。为了证实这个预言，他用高等植物的叶肉细胞、髓细胞、腺毛、雄蕊毛、气孔保卫细胞、表皮细胞等多种细胞放置在他自己配制的营养物质中（人工配制的营养物），称为培养基。这些细胞在培养基上可生存相当长一段时间，但他只发现有些细胞增大，却始终没有看到细胞分裂和增殖。1934年，美国的怀特用无机盐、糖类和酵母提取物配制成怀特培养基，培养番茄根尖切段，400多天后，在切口处长出了一团愈合伤口的新细胞，这团细胞被称为愈伤组织。法国的高斯雷特制成了一种固体培养基，使山毛柳、黑杨形成层组织增殖，最后形成了类似藻类的突起物。1946年，中国学者罗士韦培养菟丝子的茎尖，在试管中形成了花。

以后许多科学家为证实这一论断做了不懈的努力。1958年，Steward等将高度分化的胡萝卜根的韧皮部组织细胞放在合适的培养基上培养，发现根细胞会失去分化细胞的结构特征，发生反复分裂，最终分化成具有根、茎、叶的完整的植株；1964年，Cuba和Mabesbwari利用毛叶曼陀罗的花药培育出单倍体植株；1969年Nitch将烟草的单个单倍体孢子培养成了完整的单倍体植株；1970年Steward用悬浮培养的胡萝卜单个细胞培养成了可育的植株。至此，经过科学家们50余年的不断试验，植物分化细胞的全能性得到了充分论证，建立在此基础上的组织培养技术也得到了迅速发展。

植物细胞全能性表达的条件

一个已经分化的细胞要实现起全能性一般要经历两个过程：一是脱分化，使外植体的细胞转变成胚性细胞，从而获得不断分裂的的能力;二是再分化，是胚性细胞分化形成器官。理论上，植物任何细胞都具有全能性，具有再生完整植株的潜能。但在细胞工程实践中，不是所有体细胞都易再生成完整植株。不同分化程度的细胞其脱分化的能力不同。同时要实现植物细胞全能性必须满足：1具有较强全能性的细胞从植物组织一支性影响下解脱出来，使其处于独立发育的立体条件下;2赋予离体细胞一定刺激，包括营养物质、植物激素、光周期、温度、湿度、酸碱度等。

细胞的脱分化和再分化

在某些特定的条件下，分化细胞的表型不稳定，其基因活动模式也发生可逆性的变化，细胞脱离原状态而恢复到分生状态，这一变化过程叫脱分化。细胞脱

分化的结果，会产生愈伤组织。脱分化细胞失去的分化的特征，在特定条件诱导下，可在此开始新的分化发育过程，最终形成各种组织、器官或胚状体等，即再分化。在大多数情况下，再分化过程是在愈伤组织细胞中发生，有时则直接发生于脱分化的细胞中，无需经过愈伤组织。

离体条件下的细胞脱分化和再分化的一般过程

1诱导期：诱导期是指细胞准备进行分裂的时期。此时距离伤口较近的细胞略有增大，细胞质增多，相应液泡缩小，核变大，成球形，并向细胞中央移动；核仁变大，RNA增加，进入分裂准备阶段。

2分裂期：脱分化完成，再分化开始。

3分化期：分化期成为形成期，特征是出现组织分化，如周皮分化和维管组织分化。

愈伤组织

植物愈伤组织通常是指植物收到机械，动物或微生物伤害后，创伤部位细胞脱分化而不断增殖形成松散排列、无特定结构和动能的飞器官化组织。植物愈伤组织一般为淡黄色或白色，也有绿色或红色等，老化的愈伤组织多转为黄色或褐色。愈伤组织的形成是成熟细胞脱分化的结果，愈伤组织形成后，通过器官或体细胞胚胎发生可实现植株再生。

全能性的表达

全能性与全能性的表达具有不同的含义，全能性细胞只有在适当条件下才能表达出全能性来。已分化的植物细胞要表达全能性，必须先脱分化，使细胞恢复到胚性阶段，而生长素尤其使2，4－D对分化有重要作用。但是不同植物的外植体对生长素处理的反应并不完全相同，有些种的外植体只能产生一些细胞系而无形态发生的能力，而有些则能通过器官发生或胚胎发生表达其全能性。此外，所取外植体的部位也很重要。

另一种诱发全能性表达的机理可能是体细胞减数分裂，其结果发生单倍化及分离现象。单倍性细胞在发生体细胞胚过程中能自发进行核内复制，恢复二倍性。同时，体细胞减数分裂也是体学习班基因型发生变异的一种原因。一般认为，细胞的孤立也是诱发全能性表达的重要因素。这是因为在整体职务中，某此细胞的发育取决于其周围组织发出的一组信号。如果中止这些信号，例如孤立，而给予其他某种信号，有可能转变其发育方向，乃至表达全能性。

全能性使体细胞发生的某些变异可以遗传给下一代，它丰富了遗传学的研究内容，是体细胞遗传学的重要基础；同时，植物体细胞离体培养技术比较容易，可以在离体条件下进行基因工程操作，因此全能性的研究也是植物改良的重要基础。全能性只是一种可能性，要使这种可能变为现实必须满足两个条件：一是要把这些细胞从植物体其余部分的抑制性影响下解脱出来，也就是说必须使这部分细胞处于离体的条件下；二是要给予它们适当的刺激，即给予它们一定的营养物质，并使它们受到一定激素的作用。

植物器官的愈伤组织的诱导和再分化培养

本实验取材是胡萝卜

1、选择无伤、无病、形状较规则的胡萝卜，用小刷子在流动的自来水下洗刷胡萝卜，除净表面所有的泥屑。用刮皮刀除去表皮1-2mm，横切成大约40mm厚的切片。以下步骤全部在无菌条件下进行。

2、在超净工作台上，先用70%的酒精消毒30s，用无菌水冲洗一遍，再用0.1%的升汞消毒7~10min。在灭菌过程中，要震荡几次，消毒后用无菌水冲洗3~4次。

3、取消毒过的胡萝卜放入已灭菌的带有滤纸的培养皿中，用无菌解剖刀从两端各切去10毫米，再将留下的胡萝卜直根切成一系列10毫米厚的横切片，再将每一片切成小块，外植体的大小要尽量一致。

4、接种取下培养瓶的塞子（或锡铂纸），用火灼烧瓶口2 cm处，手持培养瓶呈45o角，用消毒镊子把2块外植体转到琼脂培养基的表面。然后立即将烧过的封口棉塞或锡铂纸封住瓶口。每两次转移之间都要用酒精灯灼烧镊子，防止带菌，接种后在培养瓶上标明培养物名称和培养日期。

5、将培养物一部分置于25。C温箱中暗培养。黑暗条件下培养四周左右就会形成一块较大的愈伤组织。

植物细胞全能性展望

植物细胞全能性的证实推动了组织培养及其相关研究领域的迅猛发展。在茎尖和遇上组织培养研究中，我国已经有700种以上的植物能离体再生植株，其中通过试管苗实现产业化生产的植物有兰花，马铃薯等诸多经济作物。为我国农业创造了巨大的经济利润。

虽然许多植物细胞包括重要农作物，通过原生质体培养，单细胞培养、花妖或花粉培养和茎尖等组织器官培养能再生植株，但是当前的植物组织培养还是经验行的工作，植物组织培养钻无性繁殖，植物育种和植物遗传操作中的应用越来越多的取决于了解各种相互作用因素的作用机理。植物全能性的表达受到许多外界因素的影响，如外植体的种类与发育状态培养基成分，特别是植物生长调节剂，光照与温度都影响培养物形态的发生。进一步解释全能性表达信号传道作用分子，有利于促进植物组织培养的发展和应用。