细胞全能性与形态发生

教学目的与要求：
掌握细胞离体培养的基本理论基础，从而深入理解培养条件下组织细胞脱分化和再分化
的调控原理，了解体细胞胚形成过程及其与合子胚的差异。
第一节 细胞全能性及其表达
一、细胞全能性概述
简单地讲，一个生活细胞所具有的产生完整生物个体的潜在能力称之为细胞的全能
性。
参照动物细胞研究分类类型，植物细胞也可分为三类：
第一类是茎尖、根尖及形成层细胞，这类细胞始终保持分裂能力，从一个周期进入另
一个周期，为周期细胞。
第二类是筛管、导管、气孔保卫细胞等特化细胞，他们为永久失去分裂能力的细胞，
为终端分化细胞。
第三类是表皮细胞及各种薄壁细胞，这类细胞在通常情况下不分裂，但在受到外界刺
激后可重新启动分裂，称为Go细胞
一个植物细胞向分生状态回复过程所能进行的程度，取决于它在自然部位上所处的位
置和生理状态。
二、培养条件下的细胞脱分化
培养条件下使一个已分化的细胞回复到原始无分化状态或分生细胞状态的过程就是细
胞脱分化（dedifferentiation）。
1．细胞脱分化过程中生理活动与细胞结构的变化
脱分化过程中细胞结构会发生急剧变化。这些变化总体上包括：细胞质显著变浓，大液
泡消失，核体积增加并逐渐移位至细胞中央，细胞器增加。
液泡蛋白体的出现和质体转变为原质体被认为是细胞脱分化的重要特征。
根据脱分化过程的时空顺序，细胞的脱分化过程可分为三个阶段：
第一阶段为启动阶段，表现为细胞质增生，并开始向细胞中央伸出细胞质丝，液泡蛋白
体出现；
第二阶段为演变阶段，此时细胞核开始向中央移动，质体演变成原质体；
第三阶段为脱分化终结期，细胞回复到分生细胞状态，细胞分裂即将开始。
2．细胞脱分化的调控机理
细胞周期调控
激素的作用
PSK的调控作用
染色体变化
3．细胞分裂与愈伤组织形成
脱分化是细胞生理状态的改变，而形成愈伤组织是离体培养中的一个阶段。

三、细胞分化
育方式改变的过程（许智宏，1998）。
一个细胞在不同的发育阶段上可以有不同的形态和机能，这是在时间上的分化；同一
种细胞后代，由于所处的环境（如部位）不同而可以有相异的形态和机能，这是在空间上的分化。
单细胞生物仅有时间上的分化，如噬菌体的溶菌型和溶原型。多细胞生物的细胞不但
有时间上的分化，而且由于在同一个体上的各个细胞所处的位置不同，因而发生机能上的分工，于是又有空间上的分化，如一个植物个体在其顶端、根、茎、叶等不同部位具有不同的细胞。
1．细胞分化与基因组变化
染色体重复复制
DNA的差异扩增
基因重排
2．极性与细胞分化
所谓极性是指植物的器官、组织、甚至单个细胞在不同的轴向上存在的某种形态结构
以及生理生化上的梯度差异。极
性无论在低等植物或高等植物中均普遍存在。
极性一旦建立，在一般情况下不可逆转。
在很多情况下，细胞的不均等分裂是细胞极性建立的标志。
3．TE细胞分化及其调控
作为维管系统的主要成分，管状分子（tracheary elements，TEs）在维管系统的形成中
具有中心作用。在植物系统发育条件下，TEs由根和芽的原形成层或次生形成层细胞分化形成。在离体培养条件下，TEs则由愈伤组织薄壁细胞分化形成，这也是愈伤组织细胞分化器官的前提。
4．激素在细胞分化中的调控作用
激素在植物生长发育中具有重要的调控作用，也是离体培养条件下调控细胞脱分化和
再分化的主要因素，其中生长素和细胞分裂素是两类主要的调控培养条件下细胞生长和分化的植物激素。此外，在有些试验中也显示，GA3、ABA、乙烯等也在细胞分化中起到一定的调节作用。
第二节 器官发生
植物的离体器官发生是指培养条件下的组织或细胞团（愈伤组织）分化形成不定根
（adventitious roots）、不定芽（adventitious shoots）等器官的过程。
一、离体培养中器官发生的方式
通过器官发生形成再生植株大体上有三种方式：
第一种方式是先芽后根
第二种方式为先根后芽
第三种方式是在愈伤组织的不同部位形成芽和根，再通过维管组织的联系形成完整植
株。
二、器官分化过程