[科普中国]-细胞全能性

细胞全能性是指已经分化的细胞，仍然具有发育成完整生物体的潜能。在多细胞生物中，每个体细胞的细胞核都含有个体发育的全部基因，只要条件许可，都可发育成完整的个体。

定义大量科学实验已证明，高度分化的植物细胞仍然有发育成完整植物体的能力，即保持着细胞的全能性。在动物体内，随着细胞分化程度的提高，细胞分化潜能越来越窄，但它们的细胞核仍然保持着原有的全部遗传物质，具有全能性。“多莉”绵羊的克隆成功就证明了动物细胞核具有全能性。细胞核的全能性是细胞全能性的基础，只有当细胞内外的条件使细胞核的全能性得到表现时，细胞全能性才能表现出来。1

区别植物细胞概述

一个植物细胞，只要有完整的膜系统和细胞核，它就有一套发育成一个完整植株的遗传基础，在一个适当的条件下可以通过分裂、分化，再生成一个完整植株，这就是所谓的植物细胞全能性。2

成因

一个植物体的全部细胞，都是从受精卵经过有丝分裂产生的。受精卵是一个有着特异性的细胞，它具有本种植物所特有的全部遗传信息。因此，植物体内的每一个体细胞也都具有和受精卵完全有样的DNA序列链和相同的细胞质环境。当这些细胞在植物体内时，由于受到所在器官和组织环境的东缚，仅仅表现一定的形态和局部的功能。可是它们的遗传潜力并未丧失，全部遗传信息仍然被保存在DNA的序列链之中，一旦脱离了原来器官组织的束缚，成为游离状态，在一定的营养条件和植物激素的诱导下，细胞的全能性就能表现出来。于是就像一个受精卵那样，由单个细胞形成愈伤组织，然后成为胚状体，再进而长成一棵完整的植株。所以离体培养之所以能够成功，首先是由于植物细胞具有全能性的缘故。2

验证过程

1902年，德国植物学家Haberlandt预言植物体的任何一个细胞，都有长成完整个体的潜在能力，这种潜在能力就叫植物细胞的全能性。为了证实这个预言，他用高等植物的叶肉细胞、髓细胞、腺毛、雄蕊毛、气孔保卫细胞、表皮细胞等多种细胞放置在他自己配制的营养物质中（人工配制的营养物称为培养基）。这些细胞在培养基上可生存相当长一段时间，但他只发现有些细胞增大，却始终没有看到细胞分裂和增殖。

1934年，美国的植物生理学家White用无机盐、糖类和酵母提取物配制成White培养基，培养番茄根尖切段，400多天后，在切口处长出了一团愈合伤口的新细胞，这团细胞被称为愈伤组织。

法国的高斯雷特（Gautherete）1934年制成了一种固体培养基，使山毛柳、黑杨形成层组织增殖，最后形成了类似藻类的突起物。

1946年，罗士韦培养菟丝子的茎尖，在试管中形成了花。随后许多科学家为证实这一论断做了不懈的努力。

1958年，Steward等将高度分化的胡萝卜根的韧皮部组织细胞放在适宜的培养基上培养，发现根细胞会失去分化细胞的结构特征，发生反复分裂，最终分化成具有根、茎、叶的完整植株。

1964年，Cuba和Mabesbwari利用毛叶曼陀罗的花药培育出单倍体植株。

1969年Nitch将烟草的单个单倍体孢子培养成了完整的单倍体植株。

1970年，Steward用悬浮培养的胡萝卜单个细胞培养成了可育的植株。

截至2015年，经过科学家们50余年的不断试验，植物分化细胞的全能性得到了充分论证，建立在此基础上的组织培养技术也得到了迅速发展。2

植物细胞全能性大小排列是：受精卵大于生殖细胞，生殖细胞大于体细胞。3

动物细胞概述

动物的卵细胞中有刺激全能性表达的物质，所以必须把体细胞核移植到卵细胞中，细胞核才能表现全能性，只有体细胞不行。动物细胞核有全能性的本质是因为细胞核里面有全套遗传物质DNA。4

类别

动物细胞的全能性可分为全能性细胞（如动物早期胚胎细胞）、多能性细胞（如原肠胚细胞）、专能性细胞（如造血干细胞）。全能性的物质基础是细胞内含有本物种全套的遗传物质。3

影响因素一般来说，细胞全能性高低与细胞分化程度有关，分化程度越高，细胞全能性越低，全能性表达越困难，克隆成功的可能性越小。植物细胞全能性高于动物细胞，而生殖细胞全能性高于体细胞。幼嫩的细胞全能性高于衰老的细胞。细胞分裂能力强的全能性高于细胞分裂能力弱的。在生物体的所有细胞中，受精卵的全能性是最高的。生殖细胞，尤其是卵细胞，虽然分化程度较高，但是仍然具有较高的全能性，如蜜蜂的孤雌生殖，自然界偶然出现的单倍体玉米等。体细胞的全能性比生殖细胞低得多，尤其是动物，高度分化的动物体细胞的全能性受限制，严格来说只有高度分化的动物细胞的细胞核才具有全能性。5

本词条内容贡献者为:

李少斌 - 副教授 - 长江大学生命科学学院