植物组织培养的生理依据

植物细胞培养是以细胞全能性作为理论依据的。

 

植物细胞全能性是指植物体的任何一个细胞都携带有该物种的全部遗传信息，离体细胞在一定的条件下具有发育成完整植株的潜在能力。

 

植物体所有的活细胞都是由细胞分裂产生的，每个细胞都包含着整套遗传基因。在自然状态下，分化了的雌、雄配子经过受精作用形成受精卵，受精卵经过一系列的分裂形成具有分化能力的细胞团，并再次发生分化，形成各种组织、器官，最后发育成具有完整形态、结构、技能的植株。

 

完整植株每个活细胞虽然都保持着潜在的全能性，但受到所在环境的束缚而相对稳定，只表现出一定的形态及生理功能。但其遗传全能性的潜力并没有丧失，一旦它们脱离原来所在的器官或组织，不再受到原植株的控制，在一定的营养、生长调节物质和外界条件的作用下，就可能恢复其全能性，细胞开始分裂增殖、产生愈伤组织，继而分化出器官，并再生形成完整植株。

 

植物细胞全能性只是细胞的一种潜在能力，不一定都能进行全能性的表达，只有在一定条件下才能表达出其全能性。在多数情况下，一个成熟细胞要表现它的全能性，要经历脱分化和再分化两个阶段。首先成熟细胞脱分化恢复到分生状态，形成愈伤组织，然后进入再分化阶段，由愈伤组织分化形成完整植株。但也有的植物在培养过程中由分生组织直接分生芽，而不需经历愈伤组织的中间形式。

 

是指在一定条件下，已分化成熟的植物组织或器官恢复到分生状态，细胞开始分裂形成无分化的细胞团，即形成愈伤组织的过程。

 

愈伤组织是一团无定形、高度液泡化、具有分生能力而无特定功能的薄壁组织。恢复分生能力的植物细胞体内的溶酶体将失去功能的细胞质组分降解，并合成新细胞组分，同时细胞内酶的种类与活性发生改变，细胞的性质和状态发生了扭转，转入分生状态恢复原有的分裂能力。

 

是指在一定的条件下，脱分化形成的愈伤组织转变成为具有一定结构、执行一定生理功能的细胞团和组织，并进一步形成完整植株的过程，即从愈伤组织再生形成完整植株的过程。

 

愈伤组织中的细胞常以无规则方式发生分裂，此时虽然也发生了细胞分化，形成了薄壁细胞、分生组织细胞、导管和管胞等不同类型的细胞，但并无器官发生，只有在适当的培养条件下，愈伤组织才可发生再分化形成完整植株。愈伤组织的再分化有器官发生和体细胞胚胎发生两种不同的发育途径。

 

 

（1）器官发生途径

是指由愈伤组织再分化形成根、芽等器官的过程。器官原基一般起始于一个细胞或一小团分化的细胞，经分裂后形成拟分生组织，然后进一步分化形成芽和根器官原基。多数植物是先形成芽，芽伸长后在其基部长出根，形成完整小植株。

（2）体细胞胚发生途径

体细胞胚是由愈伤组织的类薄壁细胞不经过有性过程而直接产生类似胚的结构。体细胞胚具有双极性，即苗端和根端，其发育过程与受精卵发育成胚的过程极其相似，在适宜的条件下可先后经过原胚、球形胚、心形胚、鱼雷胚和子叶胚5个时期，然后发育成再生植株。

在脱分化和再分化过程中，细胞的全能性得以表达。当然，不同植物、不同组织器官、不同细胞间全能性的表达难易程度会有所不同，这主要取决于细胞所处的发育状态和生理状态。组织培养的主要工作就是设计和筛选适当的培养基，探讨和建立适宜的培养条件，促使植物细胞、组织完成脱分化和再分化。