[科普中國]-細胞全能性

細胞全能性是指已經(jīng)分化的細胞，仍然具有發(fā)育成完整生物體的潛能。在多細胞生物中，每個體細胞的細胞核都含有個體發(fā)育的全部基因，只要條件許可，都可發(fā)育成完整的個體。

定義大量科學(xué)實驗已證明，高度分化的植物細胞仍然有發(fā)育成完整植物體的能力，即保持著細胞的全能性。在動物體內(nèi)，隨著細胞分化程度的提高，細胞分化潛能越來越窄，但它們的細胞核仍然保持著原有的全部遺傳物質(zhì)，具有全能性?！岸嗬颉本d羊的克隆成功就證明了動物細胞核具有全能性。細胞核的全能性是細胞全能性的基礎(chǔ)，只有當細胞內(nèi)外的條件使細胞核的全能性得到表現(xiàn)時，細胞全能性才能表現(xiàn)出來。1

區(qū)別植物細胞概述

一個植物細胞，只要有完整的膜系統(tǒng)和細胞核，它就有一套發(fā)育成一個完整植株的遺傳基礎(chǔ)，在一個適當?shù)臈l件下可以通過分裂、分化，再生成一個完整植株，這就是所謂的植物細胞全能性。2

成因

一個植物體的全部細胞，都是從受精卵經(jīng)過有絲分裂產(chǎn)生的。受精卵是一個有著特異性的細胞，它具有本種植物所特有的全部遺傳信息。因此，植物體內(nèi)的每一個體細胞也都具有和受精卵完全有樣的DNA序列鏈和相同的細胞質(zhì)環(huán)境。當這些細胞在植物體內(nèi)時，由于受到所在器官和組織環(huán)境的東縛，僅僅表現(xiàn)一定的形態(tài)和局部的功能?？墒撬鼈兊倪z傳潛力并未喪失，全部遺傳信息仍然被保存在DNA的序列鏈之中，一旦脫離了原來器官組織的束縛，成為游離狀態(tài)，在一定的營養(yǎng)條件和植物激素的誘導(dǎo)下，細胞的全能性就能表現(xiàn)出來。于是就像一個受精卵那樣，由單個細胞形成愈傷組織，然后成為胚狀體，再進而長成一棵完整的植株。所以離體培養(yǎng)之所以能夠成功，首先是由于植物細胞具有全能性的緣故。2

驗證過程

1902年，德國植物學(xué)家Haberlandt預(yù)言植物體的任何一個細胞，都有長成完整個體的潛在能力，這種潛在能力就叫植物細胞的全能性。為了證實這個預(yù)言，他用高等植物的葉肉細胞、髓細胞、腺毛、雄蕊毛、氣孔保衛(wèi)細胞、表皮細胞等多種細胞放置在他自己配制的營養(yǎng)物質(zhì)中（人工配制的營養(yǎng)物稱為培養(yǎng)基）。這些細胞在培養(yǎng)基上可生存相當長一段時間，但他只發(fā)現(xiàn)有些細胞增大，卻始終沒有看到細胞分裂和增殖。

1934年，美國的植物生理學(xué)家White用無機鹽、糖類和酵母提取物配制成White培養(yǎng)基，培養(yǎng)番茄根尖切段，400多天后，在切口處長出了一團愈合傷口的新細胞，這團細胞被稱為愈傷組織。

法國的高斯雷特（Gautherete）1934年制成了一種固體培養(yǎng)基，使山毛柳、黑楊形成層組織增殖，最后形成了類似藻類的突起物。

1946年，羅士韋培養(yǎng)菟絲子的莖尖，在試管中形成了花。隨后許多科學(xué)家為證實這一論斷做了不懈的努力。

1958年，Steward等將高度分化的胡蘿卜根的韌皮部組織細胞放在適宜的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)根細胞會失去分化細胞的結(jié)構(gòu)特征，發(fā)生反復(fù)分裂，最終分化成具有根、莖、葉的完整植株。

1964年，Cuba和Mabesbwari利用毛葉曼陀羅的花藥培育出單倍體植株。

1969年Nitch將煙草的單個單倍體孢子培養(yǎng)成了完整的單倍體植株。

1970年，Steward用懸浮培養(yǎng)的胡蘿卜單個細胞培養(yǎng)成了可育的植株。

截至2015年，經(jīng)過科學(xué)家們50余年的不斷試驗，植物分化細胞的全能性得到了充分論證，建立在此基礎(chǔ)上的組織培養(yǎng)技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。2

植物細胞全能性大小排列是：受精卵大于生殖細胞，生殖細胞大于體細胞。3

動物細胞概述

動物的卵細胞中有刺激全能性表達的物質(zhì)，所以必須把體細胞核移植到卵細胞中，細胞核才能表現(xiàn)全能性，只有體細胞不行。動物細胞核有全能性的本質(zhì)是因為細胞核里面有全套遺傳物質(zhì)DNA。4

類別

動物細胞的全能性可分為全能性細胞（如動物早期胚胎細胞）、多能性細胞（如原腸胚細胞）、專能性細胞（如造血干細胞）。全能性的物質(zhì)基礎(chǔ)是細胞內(nèi)含有本物種全套的遺傳物質(zhì)。3

影響因素一般來說，細胞全能性高低與細胞分化程度有關(guān)，分化程度越高，細胞全能性越低，全能性表達越困難，克隆成功的可能性越小。植物細胞全能性高于動物細胞，而生殖細胞全能性高于體細胞。幼嫩的細胞全能性高于衰老的細胞。細胞分裂能力強的全能性高于細胞分裂能力弱的。在生物體的所有細胞中，受精卵的全能性是最高的。生殖細胞，尤其是卵細胞，雖然分化程度較高，但是仍然具有較高的全能性，如蜜蜂的孤雌生殖，自然界偶然出現(xiàn)的單倍體玉米等。體細胞的全能性比生殖細胞低得多，尤其是動物，高度分化的動物體細胞的全能性受限制，嚴格來說只有高度分化的動物細胞的細胞核才具有全能性。5

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

李少斌 - 副教授 - 長江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院