植物细胞表现全能性的条件

植物细胞全能性离体培养的植物器官、组织或细胞之所以经培养能够再生出完整植株，其原因在于植株细胞具有全能性。

1.全能性的概念植物细胞的全能性是指植株体内任何具有完整的细胞核的细胞都拥有形成一个完整植株所必须的全部遗传信息，即一套完整的基因组，并具有发育成完整植株的能力。

植物从一个受精卵进行有丝分裂，发育成具有一定形态、结构和功能的植株。

植物的体细胞染色体与受精卵是一致的，也即它们所携带的遗传信息是一样的，这样体细胞由于在植物体上所处的位置不同，表现不同的形态，承担一定的功能，这是由于它们受到具体器官或组织所在环境的束缚，是细胞核中DNA链上不同基因按一定顺序选择性地活化和阻止的结果，但遗传潜能并未丧失，具有发育成完整植株的能力。

植物细胞的全能性包括两方面的含义：一是植物细胞，无论是体细胞还是生殖细胞，都具有该物种全部的遗传信息；二是每个植物细胞具有发育成完整植株的潜在能力。

2.全能性的研究早在1839年，细胞学家施旺在他发表的细胞学说中就曾这样说过：“每个细胞应该可以独立生活和发展，假如具有的条件正如它存在于有机体内一样。

”1902年，德国著名植物学家哈伯兰特根据这个学说的理论，预言离体细胞在生理上、发育上具有潜在的“全能性”。

他这一预言阐明了一个理论：植物体内所有活的细胞都有在离体条件下，可以逐步失去原有的分化状态，转变为具有分化能力的胚胎细胞，增值分化成完整植株的潜在能力。

哈伯兰特本人以及以后的德国植物胚胎学家汉宁等人，用植物的根、茎、叶、花的小块组织或它们的细胞，进行离体的无菌培养试验，没有得到满意的结果。

1937年美国科学家怀特首先研制出了化学成分为已知化合物的培养基配方。

该培养基能促使细胞全能性体现。

他还发现了B族维生素对培养离体根的生长具有重要意义，并认识甙吲哚－3－乙酸在植物生长中调控作用。

同时，怀特和法国植物学家高斯雷特等人经过研究，第一次成功地用烟草的茎段形成层细胞和胡萝卜根的小块组织，在人工培养的条件下，使细胞增值和诱导形成愈伤组织。

《细胞具有全能性》知识清单一、什么是细胞的全能性细胞全能性是指细胞经分裂和分化后，仍具有产生完整有机体或分化成其他各种细胞的潜能和特性。

简单来说，就是一个细胞具备发育成完整个体的能力。

这种全能性在植物细胞中表现得较为明显。

比如，将植物的一小块组织或细胞培养在适当的条件下，它可以重新生长并发育成一棵完整的植株。

二、细胞全能性的证明1、植物细胞全能性的证明最经典的例子就是植物组织培养技术。

通过无菌操作，将植物的器官、组织或细胞接种在含有营养物质和植物激素的培养基上，它们能够脱分化形成愈伤组织，再经过再分化，最终形成完整的植株。

这一过程充分证明了植物细胞具有全能性。

2、动物细胞全能性的证明相较于植物细胞，动物细胞的全能性受到了一定的限制。

但细胞核仍具有全能性。

例如，多利羊的诞生就是一个有力的证明。

科学家将一只羊的乳腺细胞的细胞核取出，植入到另一只羊去核的卵细胞中，经过一系列的处理和培养，最终发育成了一只新的个体——多利羊。

这表明动物细胞的细胞核具有全能性，但要使已分化的动物体细胞表现出全能性，则比较困难。

三、细胞全能性的大小不同类型的细胞，其全能性的大小有所不同。

1、受精卵受精卵的全能性最高，它具有发育成一个完整个体所需的全部遗传信息，并且能够进行一系列的分裂和分化，形成各种组织和器官。

2、生殖细胞生殖细胞（如精子和卵子）的全能性也比较高，它们在受精过程中能够结合形成受精卵，进而发育成新的个体。

3、体细胞体细胞的全能性相对较低，但在特定条件下，一些体细胞也可以表现出一定的全能性。

例如，骨髓中的造血干细胞可以分化成各种血细胞。

四、影响细胞全能性表达的因素1、细胞的分化程度一般来说，细胞的分化程度越高，其全能性越难以表达。

未分化的细胞全能性较高，而高度分化的细胞全能性较低。

2、营养物质细胞在发育和分化过程中需要充足的营养物质来支持。

缺乏必要的营养物质会影响细胞全能性的表达。

3、植物激素在植物组织培养中，不同种类和比例的植物激素对细胞全能性的表达起着重要的调节作用。

第2章第1节一一、选择题1．植物细胞表现出全能性的必要条件是(B)A．给予适宜的营养和外界条件B．脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件C．导入其他植物细胞的基因D．将叶肉细胞的细胞核移植到去核的卵细胞内解析：植物细胞表现出全能性的条件是：细胞离体和适宜的外界条件、一定的营养(无机、有机成分)和植物激素，B正确。

2．在植物体内，茎的顶端分生组织的细胞具有细胞周期，但不能表现出全能性，是因为(C)A．细胞核失去了全能性B．不同的细胞基因是不同的C．细胞中基因的表达有选择性D．细胞核中的基因发生了变异解析：茎顶端分生组织的细胞，其细胞核没有失去全能性，A错误；同一个体的所有体细胞都是由同一个受精卵经分裂、分化形成的，都具有相同的遗传物质，B、D错误；由于细胞中基因的选择性表达，使得茎顶端分生组织的细胞具有细胞周期，但不能表现出全能性，C正确。

3．下列关于植物组织培养的叙述，正确的是(C)A．需要对外植体进行严格的灭菌处理，以防止杂菌污染B．在培养过程中需要给予适宜的光照，以诱导脱分化过程C．培养基中所添加的激素种类和含量对培养过程起重要的调节作用D．若制备人工种子，外植体只需培养成愈伤组织即可解析：外植体一般只消毒，不进行灭菌处理，以保持外植体的活性，A错误；愈伤组织的诱导一般不需要光照，在后续的培养过程中，每日需要给予适当时间和强度的光照，B错误；培养基中所添加的激素种类和含量对培养过程起重要的调节作用，C正确；若制备人工种子，外植体需培养成胚状体，再用人工种皮包裹，D错误。

4．如图表示优质玉米的培育过程，请据图判断下列说法，错误的是(D)A．B→E过程中细胞全能性的高低发生了改变B．C试管中形成的是高度液泡化的薄壁细胞团块C．植株F一般不能直接用于扩大种植D．植株A和F体细胞中的染色体组数相同解析：B→C为脱分化过程，该过程中细胞的全能性增大，C→E为再分化过程，该过程中细胞的全能性降低，A正确；C试管中形成的是愈伤组织，愈伤组织由高度液泡化的薄壁细胞组成，B正确；植株F为单倍体植株，高度不育，因此一般不能直接用于扩大种植，C正确；植株A是正常的二倍体植株，而植株F是经花药离体培养获得的单倍体植株，两者体细胞中的染色体组数不同，D错误。

细胞工程试题(黑色字体是重点)一、选择1、植物细胞表现出全能性的必要条件是：（C ）A、给予适宜的营养和外界条件B、导入其他植物细胞的基因C、脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件D、将成熟的细胞核移植到去核的卵细胞中2、植物体细胞杂交可以解决不同生物之间的问题（B）A、亲缘关系远B、生殖隔离C、地理隔离D、组织分化3、动物细胞培养的正确过程是A原代培养传代培养细胞株细胞系B原代培养传代培养细胞系细胞株C传代培养原代培养细胞株细胞系D传代培养原代培养细胞株细胞系4、在植物组织培养中，培养基的pH值一般为（B ）A 低于5.0B 5.5—5.8C 6.0—7.0D 7.0以上5、对于花药培养和花粉培养，下列说法正确的是（A）A 花药培养属器官培养，花粉培养属细胞培养B 花药培养属细胞培养，花粉培养属器官培养C 两者都属于器官培养D 两者都属于细胞培养6、植物组织培养形成的愈伤组织进行培养，又可以分化形成根、芽等器官，这一过程称为（C）A、脱分化B、去分化C、再分化D、脱分化或去分化7、下列不能作为植物组织培养的材料是：（D）A、秋海棠的叶B、马铃薯的块茎C、成熟的花粉D、木质部中的导管细胞8、用植物组织培养技术可以培养或生产出（D）。

A、次生代谢产物B、无病毒植物C、人工种子D、A，B，C均可9、经高温灭菌后。

培养基的pH会（A ）A 降低B 升高C 不变D 不能确定10、生长素与细胞分裂素在植物组织培养中的作用是（B ）A 生长素促进芽的生长，细胞分裂素促进根的生长B 生长素促进根的生长，细胞分裂素促进芽的生长C生长素与细胞分裂素均促进根的生长D生长素与细胞分裂素均促进芽的生长11、培养室里的湿度一般保持在( C )A 30～40%；B 50～60%；C 70～80%；D 80～90%12、下列培养基中( C )无机盐的浓度最低。

A MS培养基；B B5培养基；C White培养基；N6培养基13、高温易被破坏分解的植物激素是( B )_。

植物组织培养技术一、植物细胞的全能性植物组织培养的理论依据是细胞全能性。

所谓细胞全能性就是指植物体的任何一个有完整细胞核的活细胞都具有该种植物的全套遗传信息和发育成完整植株的潜在能力。

例如，一个受精卵通过细胞分裂和分化产生具有完整形态和结构机能的植株，这是受精卵具有该物种全部遗传信息的表现。

同样，由合子分裂产生的体细胞也具备全能性。

但在自然状态下完整植株不同部位的特化细胞只表现出一定的形态与生理功能，构成植物体的组织或器官的一部分，是因为细胞在植物体内所处的位置及生理条件不同，其分化受到各方面的调控，某些基因受到控制或阻遏，致使其所具有的遗传信息得不到全部表达的缘故。

植物细胞的全能性是潜在的，要实现植物细胞的全能性，必须具备一定的条件：①体细胞与完整植株分离，脱离完整植株的控制；②创造理想的适于细胞生长和分化的环境，包括营养、激素、光、温、气、湿等因子。

只有这样，细胞的全能性才能由潜在的变为现实的。

植物的离体组织、器官、细胞或原生质体在无菌、适宜的人工培养基和培养条件下培养，就满足了细胞全能性表达的条件，因而能使离体培养材料发育成完整植株。

二、植物的再生性(一)植物再生性的含义在植物分化根、茎、叶等器官的过程中，某处组织受到一定的损伤，则在受伤部位往往会产生新的器官，长出不定芽和不定根，从而形成新的完整植株。

人们利用这种植物的再生作用进行无性繁殖，并结合应用生根激素，使原来扦插不易成活的种类也可达到成苗的目的。

植物之所以会产生器官，是由于受伤组织产生了创伤激素，由此促进愈伤组织的形成，并凭借内源激素和贮藏营养的作用又产生了新的器官。

植物组织培养技术的成功，使植物的再生作用在更大的范围内表现出来。

其中，不但表现为植物种类大大的增加，再生的部位不断扩大，甚至小到肉眼无法辨别、在解剖镜下操作的材料也可培养再生。

在自然情况下，有些植物的营养器官和细胞再生比较困难，主要是由于内源激素调整缓慢或不完全，以及外界条件不易控制等因素所致。

植物细胞全能性和细胞分化一、植物细胞全能性1902年，Haberlandt提出了植物细胞的全能性理论，即植物的体细胞在适当条件下，具有不断分裂和繁殖、发育成完整植株的能力。

20世纪70年代，细胞全能性的概念被解释为：每一个细胞具有该植物的全部遗传信息，具有发育成完整植株的能力。

80年代，此概念又进一步被解释为：每一个植物细胞带有该植物的全部遗传信息，在适当条件下可表达出该细胞的所有遗传信息，分化出植物有机体所有不同类型的细胞，形成不同类型的器官甚至胚状体，直至形成完整再生植株。

植物细胞培养中次生物质的产生及单细胞培养再生完整植株，都是细胞全能性的表现，只是表现形式不同而已。

植物体全部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。

但是，由于受到整个植株、具体器官或组织环境的束缚，致使植株中不同部位的细胞仅表现出一定的形态和功能。

但它们的遗传潜力并未消失，一旦脱离原器官或组织的束缚呈游离态，并在一定的营养和环境条件下培养，就可实现其全能性。

但是，由于目前技术水平的限制，还无法使所有的离体植物细胞都实现其全能性，而多数情况下离体细胞全能性的实现是在分生组织等全能性保持较好的细胞中进行的。

离体条件下，由于摆脱了原来供体（组织、器官或完整植株）的束缚，离体细胞（组织、器官）生命特征属性的表现过程和形式都将发生变化。

如在新陈代谢方面，离体细胞主要依靠培养基提供碳源，没有或很少进行光合作用；在调控能力方面，培养物从自养转变为异养；在生长发育与繁殖方面，离体细胞（组织、器官）可以改变原来的生长发育方向或进程，如离体细胞的胚胎发生、细胞脱分化等；在遗传变异与进化方面，离体培养可大大增加培养物的变异性，或使某些变异在短时间内大量扩增，改变其数量等。

但生物有机体总是处在严格而有序的动态平衡中，任何内环境的改变必然使旧的平衡打破而达到新的平衡。

植物体是由各个层次或小系统如基因水平、亚细胞水平、细胞水平、器官水平构成的生命大系统，各系统内和系统间的协调运行不仅是维持植物生长的先决条件，而且他们的动态平衡关系还制约其发育进程。

植物细胞工程的基本技术一、细胞工程的概念二、细胞的全能性1．含义：具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。

2．物质基础：细胞内含有本物种全部的遗传信息。

3．植物细胞全能性表达条件：具有完整的细胞结构；处于离体状态；提供一定的营养、激素和其他适宜外界条件。

三、植物组织培养技术1．理论基础 植物细胞的全能性。

2．基本过程 离体的器官、组织或细胞――→①A ――→②B ――→发育完整植株图中①过程为脱分化，②过程为再分化，A 表示愈伤组织，B 表示丛芽或胚状体。

3．胡萝卜的组织培养[填图]1.植物组织培养技术的理论基础是植物细胞的全能性。

2．植物组织培养的基本过程：外植体――→脱分化愈伤组织――→再分化丛芽或胚状体――→发育完整植株3．植物体细胞杂交的理论基础是细胞膜的流动性和细胞的全能性。

4．去除细胞壁制备原生质体用到的酶是纤维素酶和果胶酶。

5．人工诱导原生质体融合的方法有物理法(离心、振动、电激)和化学法(聚乙二醇处理)。

6．植物体细胞杂交技术克服了不同生物远缘杂交不亲和的障碍。

四、植物体细胞杂交技术1．概念：将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。

2．过程[据图填空](1)过程①为去除细胞壁获得原生质体，用到的酶是纤维素酶和果胶酶。

(2)过程②为原生质体的融合，人工诱导的物理法包括离心、振动、电激等，化学法一般用聚乙二醇作诱导剂。

(3)过程③为融合的原生质体再生出细胞壁，这是原生质体融合成功的标志。

(4)过程④为脱分化，过程⑤为再分化。

3．意义：克服不同生物远缘杂交不亲和的障碍。

1．下列生物技术不属于细胞工程领域的是( )A．植物组织培养技术B．转基因技术C．克隆技术 D．植物体细胞杂交技术解析：选B 细胞工程是在细胞水平或细胞器水平上进行的操作。

转基因技术的操作对象为基因，即DNA分子水平上的操作技术，属于基因工程。

2．植物组织培养的理论根据是( )A．培养基中营养物质全面 B．细胞的全能性C．细胞的分裂 D．细胞的分化解析：选B 植物细胞只有保持其全能性，才能发育成完整的植株，因此，植物组织培养的理论根据是细胞的全能性。

植物细胞的全能性植物细胞全能性，指的是植物的每个细胞都包含着该物种的全部遗传信息，从而具备发育成完整植株的遗传能力。

植物细胞全能性是植物组织培养的理论基础。

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一样的DNA序链和相同的细胞质环境。

当这些细胞在植物体内的时候，由于受到所在器官和组织环境的束缚，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没有丧失，全部遗传信息仍然被保持在DNA的序链之中，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。

于是就象一个受精卵那样，由单个细胞或离体组织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。

1902年，德国植物学家哈伯兰特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，美国的怀特用无机盐、糖类和酵母提取物配制成怀特培养基，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，中国学者罗士韦培养菟丝子的茎尖，在试管中形成了花。

以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合适的培养基上培养，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、叶的完整的植株；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。

植物细胞工程(建议用时：40分钟)题组一 细胞的全能性1．植物细胞表现全能性的必要条件是( )A ．给予适宜的营养和外界条件B ．导入其他植物细胞的基因C ．脱离母体后，给予适宜的营养和外界条件D ．将成熟筛管的细胞核移植到去核的卵细胞内C [高度分化的植物细胞处于离体状态时，在一定的营养物质和外界条件下才能表现全能性。

]2．下列有关植物细胞全能性的叙述，正确的是( )A ．只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全部基因B ．高度分化的细胞处于离体状态时不能表现出全能性C ．植物细胞的全能性是植物组织培养技术的理论基础之一D ．配子不能表现出全能性的原因是它所含的基因比体细胞减少一半C [配子也具有发育成完整个体所必需的全部基因，花药离体培养证明配子也具有并且能表现出全能性，细胞表达全能性的首要前提是处于离体状态。

]题组二 植物组织培养3．下列有关愈伤组织细胞的叙述，不正确的是( )A ．细胞壁薄、分裂旺盛B ．细胞具有较高的全能性C ．由高度分化的植物细胞经脱分化和分裂形成D ．细胞有叶绿体，能进行光合作用D [愈伤组织的细胞排列疏松而无规则，是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞；愈伤组织是由离体的植物组织经脱分化和分裂形成的，细胞具有较高的全能性；在无光条件下培养产生的愈伤组织无叶绿体。

]4．下图是四倍体兰花的叶片通过植物组织培养形成植株的示意图，相关叙述中正确的是( )四倍体兰花叶片――→（1）愈伤组织――→（2）胚状体――→（3）植株A ．(2)阶段会发生减数分裂过程B ．(1)阶段需要生长素而(3)阶段需要细胞分裂素C ．此过程体现植物细胞具有全能性D．此兰花的花药离体培养所得植株为二倍体C[愈伤组织只能进行有丝分裂，不能进行减数分裂；脱分化和再分化过程都需要生长素和细胞分裂素；植物组织培养体现了植物细胞具有全能性；花药离体培养所得的植株是单倍体。

]5．植物组织培养依据的原理、培养过程的顺序及诱导的植物激素分别是( )①体细胞全能性②离体植物器官、组织或细胞③根、芽④生长素和细胞分裂素⑤生长素和乙烯⑥愈伤组织⑦再分化⑧脱分化⑨植物体A．①、②⑧⑥⑦③⑨、④B．①、②⑦⑥⑧③⑨、⑤C．①、⑥②⑨⑧③⑦、⑤D．①、②⑨⑧⑥⑦③、④A[植物组织培养技术依据的原理是植物细胞的全能性，即①；植物组织培养的过程是将离体的植物器官、组织或细胞经脱分化过程形成愈伤组织，再经再分化过程形成根、芽，最终发育成完整植物体，即②⑧⑥⑦③⑨；决定植物脱分化和再分化的关键因素是生长素和细胞分裂素的比例，即④，故A正确。