植物细胞全能性之谜-植物之谜

植物的种子获得合适的土壤、温度、湿度和空气……等环境条件，就会长出新株，生长发育，开花结果，世代相传。此外，人们还掌握了不少利用植物的根、茎、叶等营养器官进行繁殖的手段——如嫁接，扦插等。近年来，人们还将植物体的根、茎、叶和花等的一个细胞，在离体的人工条件下，培养出一个完整植株。这一技术成功的内因是由于植物细胞具有全能性。什么是全能性呢？《西游记》里的孙悟空拔下一把毫毛吹一口气就变成一群猴子……这是基于孙悟空的每根毫毛都有发育成完整猴子的潜在能力的设想。这种幻想虽然至今在动物细胞培养中尚未能实现，但已经在植物细胞培养中成为现实。

20世纪初德国植物学家哈勃伦脱，大胆地提出“人们能够成功地从植物细胞培养出人造胚”。所谓“人造胚”，就是幼小的植物。在20世纪50年代有一位美国科学家斯蒂瓦特用胡萝卜根部的单细胞，在培养基中培养出了完整的胡萝卜植株。从此，用植物组织或细胞，进行人工离体培养，诱导分化成完整植株的研究工作发展很快。全世界约对1000种高等植物作了离体培养的尝试。大量实验证明，植物单个细胞具有遗传的全能性，而且人工可以控制其细胞的分裂和形态发生。

所谓细胞的遗传全能性，是指某一器官的分化成熟细胞，再生成完整植物体的遗传潜力。就高等植物来讲，指细胞具有分化成为芽、根等器官的能力。为什么植物细胞会有这种全能性呢？

植物体的全部细胞，都是从受精卵的有丝分裂产生的。受精卵是一种特异性细胞，它具有某种植物所特有的全部遗传信息。因此，植物体内每一个细胞都具有完整的、完全一样的DNA序链，并都有一定的细胞质环境。植物体内的确存在着各种不同形态、生理特点的细胞，是因为它受所在具体器官或组织环境的束缚，在这种特定的情况下，仅表现一定的形态和局部功能而已。而这些细胞的遗传潜力并没有丧失，全部信息仍保持在每一个细胞的遗传物质DNA序链内。当一个离开母体的细胞，它脱离了原来的所在器官和组织的束缚，成为游离的状态，那么在一定的营养和植物激素的作用下，经基因在DNA上的活化、翻译、转录、输出信息，使细胞经过分化而恢复其遗传的全能性，起着类似受精卵的发育功能，由单个细胞发育成胚状体（幼小植物），从而进一步长成完整的植株。

经过人工培养产生的植物体的每一个细胞原则上都具有与母体植物相同的全套遗传信息，这种信息好像电报密码那样贮存在DNA上。在细胞分化发育的各个时期，在一定的适当环境下就会按一定的步骤启动不同的基因，依次合成各种不同的专一性蛋白质，使细胞按着一定的顺序和方式生长发育。在这套遗传密码的严格控制下，植物体依次完成各个发育阶段，从而形成一个完整的、具有一定形态和生理特性的植株，它的性状同母体植物是一样的。(www.xing528.com)

我们在看到了植物细胞具有全能性的同时，还应了解植物细胞在长期培养的条件下，全能性会逐渐丧失。对于这一现象的产生目前普遍有几种解释。从遗传学的角度来看，在细胞培养中，很容易发挥染色体上的变化，如多倍体、非整倍体。特别在愈伤组织继代培养中，发生遗传的或外遗传的变化。从生理学的角度看，在细胞或组织内改变了激素的平衡，或者外源激素对细胞的敏感性。不过这种情况在通过适当地改变培养条件下可能恢复细胞的全能性，另外还有竞争假说等等一系列的解释。

从目前的实际情况来看，也并不是所有种类的植物在离体条件下都能很好地生长、发育的。这涉及到植物的基因型、植物激素的种类和配比，试验材料的种类和部位，母本植物的生理发育阶段，培养基的选择，各种化学物质的作用，以及光、温度等一系列物理因子的影响。

对于植物全能性的认识和促使植物的全能性的表达还有许多问题如同不培养，所有的植物是否都具全能性等存在着各种假说，需要进一步探讨。对于离体植物的培养条件的选择，往往还只能根据个人的经验，没有什么比较一致的规律和十分有效的方法来供使用。很多问题从理论上来讲，还只是知其然而不知其所以然。因此在这一领域还有待于我们更进一步的深入研究。