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植物組織培養(yǎng)基礎(chǔ)理論
閱讀：1287 發(fā)布時(shí)間：2013-7-121、植物細(xì)胞性
植物細(xì)胞性（totipotency）是組織培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)。一個(gè)生活的植物細(xì)胞，只要有完整的膜系統(tǒng)和細(xì)胞核，它就會(huì)有一整套發(fā)育成一個(gè)完整植株的遺傳基礎(chǔ)，在一個(gè)適當(dāng)?shù)臈l件下可以通過(guò)分裂、分化再一個(gè)完整植株，這就是所謂的細(xì)胞性。但是在自然狀態(tài)下，由于細(xì)胞在植物體內(nèi)所處位置及生理?xiàng)l件的不同，它的分化受到各方面的調(diào)控，致使其所具有的遺傳信息不能全部表達(dá)出來(lái)，所以只能形成某種特化細(xì)胞，構(gòu)成植物體的一種組織或一個(gè)器官的一部分。由此可以說(shuō)明條件是十分重要的，或者說(shuō)是關(guān)鍵的，只要條件合適，細(xì)胞潛在的遺傳能力就會(huì)表現(xiàn)出來(lái)。植物組織和細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)就是以細(xì)胞性作為理論依據(jù)，用人為的方法創(chuàng)造出一個(gè)適合于生長(zhǎng)的理想條件，使細(xì)胞的性得以發(fā)揮。
從理論上講，只要是一個(gè)生活的細(xì)胞，都有再生出一個(gè)完整植株的潛力，但實(shí)際情況并非如此簡(jiǎn)單。就目前所知，細(xì)胞的再生潛力與其分化程度呈負(fù)相關(guān)，就是說(shuō)細(xì)胞分化程度越高其再生能力越低，但也有人認(rèn)為細(xì)胞的再生能力與其分化程度無(wú)關(guān)，只是人們現(xiàn)在還沒(méi)能*掌握細(xì)胞分化的機(jī)制。雖然還沒(méi)有*從理論上揭示其原因，但事實(shí)是越老的細(xì)胞，其基因的表達(dá)就越受到嚴(yán)格的制約，或者說(shuō)喪失功能或不表現(xiàn)功能的基因越多，所以應(yīng)盡量選取幼嫩的植物組織作為培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)材料。同時(shí)，還應(yīng)該考慮到，一定的基因型或外植體的再生能力并不是一成不變的，在不同培養(yǎng)條件下，同一基因型或外植體的表現(xiàn)不同，高度分化的細(xì)胞或組織只要條件合適，也有產(chǎn)生再生植株的可能，這種可能性能否變成現(xiàn)實(shí)，還有待于人們繼續(xù)努力。
2、細(xì)胞分化、脫分化與再分化
（cell differentiation,didifferentiation and ridifferentiation）
一粒成熟的種子含有一個(gè)小小的胚，也可以叫做胚胎。構(gòu)成胚胎的所有細(xì)胞幾乎都保持著未分化的狀態(tài)和旺盛的細(xì)胞分裂能力，其細(xì)胞質(zhì)濃稠，細(xì)胞核較大，細(xì)胞與細(xì)胞之間沒(méi)有很大差異，這些細(xì)胞都可以叫做胚性細(xì)胞，或叫分生性細(xì)胞或未分化細(xì)胞。在適宜的條件下，隨著種子的萌發(fā)，構(gòu)成胚胎的所有細(xì)胞即開(kāi)始分裂活動(dòng)，增加細(xì)胞數(shù)目。隨著時(shí)間的進(jìn)行細(xì)胞的命運(yùn)發(fā)生不同變化，形態(tài)和功能也發(fā)生變化，有的形成了葉子的細(xì)胞，有的形成了根的細(xì)胞，有的形成莖的細(xì)胞，有的仍保持分裂能力，有的則逐漸失去分裂能力，細(xì)胞的這種在形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生*性（不可逆轉(zhuǎn)性）適度變化的過(guò)程叫做分化。分化主要是由細(xì)胞內(nèi)的基因決定的，也就是說(shuō)分化是基因在時(shí)間和空間兩個(gè)方面差次表達(dá)的結(jié)果。分化的結(jié)果導(dǎo)致細(xì)胞分裂能力的喪失，伴隨的是細(xì)胞的分化、成熟與組織的形成，是植物根、莖、葉、花、果實(shí)和種子的形成，是一個(gè)成熟植物體的出現(xiàn)。在正常的自然狀態(tài)下，這些已經(jīng)分化的細(xì)胞不會(huì)再恢復(fù)分裂能力重新開(kāi)始細(xì)胞分裂，直到植物體死亡為止。
當(dāng)把一個(gè)已經(jīng)失去了分裂能力，處于分化成熟和分裂靜止?fàn)顟B(tài)的細(xì)胞置于特定的增殖培養(yǎng)基上時(shí)，它首先發(fā)生的變化是回復(fù)到分生性狀態(tài)，這一狀態(tài)包括由溶酶體的活動(dòng)而將失去功能的細(xì)胞質(zhì)組分降解，并產(chǎn)生新的細(xì)胞質(zhì)組分（即細(xì)胞器的破壞與重建），同時(shí)細(xì)胞內(nèi)酶的種類與活性發(fā)生改變，蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞代謝過(guò)程也發(fā)生改變，zui后引起基因表達(dá)的改變，細(xì)胞的性質(zhì)和狀態(tài)發(fā)生了扭轉(zhuǎn)，可以說(shuō)是返老還童。由失去分裂能力的細(xì)胞回復(fù)到分生性狀態(tài)并進(jìn)行分裂，形成無(wú)分化的細(xì)胞團(tuán)即愈傷組織的現(xiàn)象（或者說(shuō)是過(guò)程）稱為“脫分化”（dedifferentiation）。經(jīng)過(guò)脫分化的細(xì)胞如果條件合適，就可以長(zhǎng)久保持旺盛的分裂狀態(tài)而不發(fā)生分化。由無(wú)分化的愈傷組織的細(xì)胞再轉(zhuǎn)變成為具有一定結(jié)構(gòu)，執(zhí)行一定生理功能的細(xì)胞團(tuán)和組織，構(gòu)成一個(gè)完整的植物體或植物器官的現(xiàn)象（或過(guò)程），叫做“再分化”（redifferentiation）。一個(gè)已分化細(xì)胞要表達(dá)出其性，就要經(jīng)過(guò)脫分化和再分化的過(guò)程，這就是植物組織和細(xì)胞培養(yǎng)所要達(dá)到的目的。設(shè)計(jì)培養(yǎng)基和創(chuàng)造合適培養(yǎng)條件的主要原則就是如何促使植物組織和細(xì)胞完成脫分化和再分化，培養(yǎng)的主要工作就是設(shè)計(jì)和篩選培養(yǎng)基，探討和建立合適的培養(yǎng)條件。
植物激素在調(diào)節(jié)細(xì)胞脫分化和再分化中起到主要作用。植物對(duì)激素的反應(yīng)十分敏感，培養(yǎng)基中生長(zhǎng)素類和細(xì)胞分裂素類的種類、相對(duì)比例和量都能直接影響到細(xì)胞脫分化和再分化的過(guò)程，組培中常常是通過(guò)調(diào)節(jié)激素的種類、濃度和相對(duì)比例來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)脫分化和再分化的目的。
3、器官發(fā)生和胚狀體發(fā)生（organogenesis and embryogensis）
培養(yǎng)的植物組織與細(xì)胞再經(jīng)過(guò)脫分化和再分化再生出新的植物體過(guò)程中，特別是再分化時(shí)，可經(jīng)過(guò)兩條途徑，一是由愈傷組織的部分細(xì)胞先分化產(chǎn)生芽（或根），再在另一種培養(yǎng)基上產(chǎn)生根（或芽），形成一個(gè)完整的植株，因?yàn)檠亢透际侵参矬w的器官，所以這一過(guò)程叫器官發(fā)生途徑。另一個(gè)是在愈傷組織中產(chǎn)生出一些與種子中的胚相似的結(jié)構(gòu)，即同時(shí)形成一個(gè)有苗端和根端的兩極性結(jié)構(gòu)，然后再在另一種培養(yǎng)基上同時(shí)發(fā)展成帶根苗，由于這一過(guò)程與種子中胚的形成和種子萌發(fā)時(shí)形成幼苗的過(guò)程相似，所以叫做胚狀體發(fā)生或無(wú)性胚胎發(fā)生。組培條件下，植物再生是走器官發(fā)生途徑還是走胚狀體途徑，隨植物不同而不同，也隨培養(yǎng)基的不同而變化，有時(shí)甚至同一種植物在同一條件下，即存在體細(xì)胞胚胎發(fā)生途徑，也存在器官發(fā)生發(fā)生途徑，這都是自然現(xiàn)象，是正常的，只是兩種發(fā)育途徑的頻率隨著基因型不同和培養(yǎng)條件的改變而差異顯著。