3.1.1 植物细胞全能性及分化
1）植物细胞全能性
植物细胞全能性是指植物体的每个活细胞都具有该植物的全套遗传信息，与合子一样具备发育成完整植株的潜能。
根据细胞学理论，细胞是生物体结构和功能的基本单位，特别是植物细胞又是在生理上、发育上具有潜在全能性的功能单位。一株植物是由一个具有全能性的受精卵经分裂、分化形成的。体细胞是由受精卵分裂产生的，同样也具有全能性。但是在完整的植株中体细胞只表现出一定的形态，行使一定的功能，这主要是由其所在的环境束缚所造成的，而遗传潜能并未丧失。一旦脱离这种环境束缚（如在离体条件下），在适宜的环境中，体细胞全能性就能得到表现，长成一个完整的植株。因此，植物细胞在发育过程中，通常被关闭的基因组并不是永久性的，细胞仍保持着潜在的全能性。1984年，国际组织培养协会对细胞全能性作出了新的定义，即细胞全能性是细胞的某种特征，有这种能力的细胞保留形成有机体所有细胞类型的能力。
细胞全能性的实现可以通过以下3个途径：
①A循环（生命周期）。以孢子体和配子体的世代交替实现细胞全能性。
②B循环（细胞周期）。表示细胞的核质周期。通过核质的相互作用，DNA复制、mRNA转录和蛋白质合成，为细胞全能性形成和保持奠定了基础。
③C循环（组织培养周期）。是指植物体器官、组织或细胞与供体失去联系，无菌条件下，在人工合成的培养基中进行异养代谢，通过细胞脱分化、分裂、再分化过程实现细胞全能性，如图3.1所示。(https://www.daowen.com)
2）植物细胞的分化
细胞全能性要得以表达除了细胞的生长之外，还需要经过分化的过程。细胞分化的本质是基因差别表达的结果。细胞分化表现为内部生理变化和外部形态变化。在细胞表现形态结构的分化之前，生理生化的分化早已发生和进行了。种子萌发后，产生根、叶、茎、花、果、种子，形成完整植株。植物体内的这种分化使细胞功能趋于专门化，更有利于提高生理功能的效率。因此，分化是进化的表现，越高级的植物类群，分化水平越高，细胞分工越细，机体代谢水平也越高。
图3.1 细胞全能性的实现与利用
当将植物组织或器官放在培养基上进行在离体培养时，一旦条件适合，植物已分化的组织或细胞原有的分化状态不再通过细胞分裂传递和保持下去，而是发生脱分化现象。细胞脱分化是指已分化的细胞失去其分化特征，恢复到分生组织状态，即胚性细胞状态。脱分化后的细胞，往往经过细胞分裂形成一团无特定结构和功能的松散的薄壁细胞团，称为愈伤组织。
将脱分化形成的愈伤组织放在适宜的培养基上继续培养，这些无定型的愈伤组织又会重新分化出具有根、茎、叶的完整植株。这种已脱分化的组织或细胞在特定的离体条件下，重新恢复细胞分化能力，形成各种不同类型细胞的过程成为再分化。因此，植物外植体的全能性表达过程就是从分化状态到脱分化状态，形成或者不形成愈伤组织，然后进入再分化和再生器官阶段。
植株离体器官的再生可通过两种途径实现，一种是根芽器官直接分化形成植株，即器官发生途径；另一种是产生具胚芽、胚根的胚状体结构再形成植株，即体细胞胚胎发生途径。第一种途径中先长芽后长根，或相反，或根和芽同时产生。上述两种形态发生途径均以细胞分化为基础。
