关于“细胞全能性”概念的思考

李丹燕+林正眉

摘 要 针对人教版高中生物必修1中提出的细胞全能性概念，分别就植物细胞全能性、动物细胞全能性、体细胞和体细胞核的全能性、细胞全能性的表现等问题进行分析总结讨论，对于一线课堂教学的科学性具有参考价值。

关键词 细胞全能性 植物细胞 动物细胞

中图分类号 Q-49 文献标志码 E

在人教版高中生物课程标准实验教科书必修1的“细胞的分化”一节中，细胞的全能性概念是指：已经分化的细胞，仍然具有发育成完整个体的潜能。下文中又提到：已分化动物体细胞的细胞核具有全能性；到目前为止，人们还没有成功地将单个已分化的动物体细胞培养成新的个体。经过对比，学生总是会有疑问：

① 所有已分化的细胞都具有全能性吗？

② 为什么有的动物细胞经过培养不能发育成完整个体？

1 细胞全能性概念问题的思考

理论上來讲，生物体的每一个体细胞都具有该物种全套基因组，它们应该是具有全能性的。但是研究发现，大多数动物的体细胞已经“单能化”，它们虽然含有全套基因组，但已经有相当程度的分化，不可能重新再分化发育为一个完整个体。植物细胞、动物细胞的全能性体现在哪些方面？哪些细胞没有全能性？以下分析有利于学生更好地理解细胞的全能性。

1.1 植物细胞全能性的表现

植物学家哈伯兰特在“细胞学说”的推动下，于1902年提出了植物细胞具有全能性的理论，在之后许多实验证实几乎所有的植物组织都能离体培养。最重要的有1958年植物学家斯图尔德等人利用胡萝卜根韧皮部的细胞进行培养得到了完整植株并开花结果，最终培养出新植物，首次用实验科学地论证了植物体细胞具有全能性。

1967年，布尔金和尼切培养烟草、水稻、小麦未成熟花粉粒，获得单倍体植株，证实了花粉粒细胞具有全能性。

植物的受精卵虽然不是分化后的细胞，却是生命孕育的起点。在一定条件下，受精卵能够分裂分化为各种细胞、组织，最后形成完整的个体，是全能性最高的细胞。

在无菌操作实验中，将植物体的一小部分（茎尖等主要由分化程度低的薄壁细胞构成）切下，进行离体培养，形成愈伤组织后，在一定条件下培养，经过分裂分化发育成完整植株。这体现了植物薄壁细胞的全能性。

许多植物包括农作物，通过单细胞培养、原生质体培养、花药和茎尖等细胞、组织或器官培养能再生植株。

1.2 动物细胞全能性的表现

1.2.1 低等动物细胞组织的全能性

低等动物，如切断尾巴的水螅能再发育成新的个体，涡虫、海参等的组织块可再生形成完整的个体，这与低等动物组织分化程度较低有关。

1.2.2 高等动物细胞的全能性

高等动物细胞的全能性比低等动物细胞要低得多，这跟细胞组织分化程度高相关。

① 动物生殖细胞的全能性：蚜虫、蜜蜂等能进行孤雌生殖，即由未受精的卵细胞直接发育为完整个体，证实了生殖细胞具有全能性。

② 动物受精卵的全能性：受精卵是个体生长发育的基础。动物的受精卵与植物的受精卵一样，能够分裂分化为各种细胞、组织等，最后发育形成完整的个体。

③ 动物干细胞的全能性。根据干细胞所处的发育阶段可分为胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞是受精卵分裂发育早期——囊胚中未分化的细胞团，具有全能性的一群细胞。1970年，英国科学家马丁·埃文斯首次从小鼠胚囊中分离出小鼠胚胎干细胞，并在体外成功培养，分化成神经细胞、心肌细胞等；成体干细胞来源于胚胎细胞、组织、成体组织，成年动物的许多组织和器官具有修复再生能力，成体干细胞在其中起着关键作用，如表皮和造血系统。

1.3 体细胞全能性与体细胞核全能性概念对比分析

体细胞的全能性是指细胞在一定条件下，经过分裂分化发育成完整个体的能力。体细胞核全能性则指细胞虽不具备发育成一个完整个体的能力，但是将其细胞核通过核移植等方法导入去核的卵细胞或受精卵中时，经过受体卵细胞质的诱导去分化、体细胞核和受体卵细胞质共同作用，可能发育成一个完整的个体。这其中卵细胞的细胞质起着重要作用。细胞核的全能性并不代表细胞具有全能性。因此高度分化细胞的细胞核仍具有全能性，只是可塑性很低，这在细胞核移植及细胞杂交试验中可证实。

2 细胞全能性没能表现的分析

一些高度分化的植物细胞，如纤维、木栓细胞等厚壁细胞，导管分子、管胞等都是高度特化的细胞，成熟时已失去活性，不可能具有全能性了。不是所有的植物细胞都可以直接发育为植株。能够离体培养的植物细胞能否表达全能性，还受到离体培养环境中各种化学物质含量、光、温度及水分等一系列因素的影响。

目前为止，人们还没有成功地将单个已分化的动物体细胞培养成新的个体。这与体细胞内基因的选择性表达有关，表达的基因不相同，合成蛋白质就不同。所以，高度分化的动物体细胞不具有发育为完整个体的潜能。

3 细胞全能性概念讲解中要注意的问题

植物体细胞大部分具有全能性。每个植物细胞都像胚胎一样，经特定条件的离体培养能再生出完整植株。除了上面提到的一些高度分化的植物细胞，成熟时已失去活性，不再具有分化能力。低等动物细胞和高等动物早期胚胎细胞（人类的受精卵以及8细胞期以前的卵裂球各个细胞）具有发育全能性。高等动物体细胞的细胞核仍然具有发育的全能性，只是可塑性很低，必须在适当的条件下才表现出来。高等动物的体细胞是否具有全能性还需进一步实验探索。

面对高一学生，教学中教师首先应本着科学性的原则，对动植物细胞的全能性先做一个清晰科学的分析概括，对类似于“所有的已分化细胞都具有全能性”的问题，应纠正原来的经验教学，对于部分教辅资料及模拟题提出质疑。同时对细胞全能性和细胞核全能性作一个比较。最后要对细胞全能性的概念做一个清晰的阐述，虽然高中和大学教材侧重点有些不同，教师也应该要参考大学的教材，及时更新自身的知识库。

参考文献：

[1] 朱正威，赵占良.普通高中课程标准实验教科书：生物·必修一·分子与细胞[M].北京：人民教育出版社，2007：119.

[2] 翟中和，王喜忠，丁明孝.细胞生物学（第3版）[M].高等教育出版社，2013.

[3] 张慎，郭陶然，邓志瑞，等.植物开放式组织培养的研究进展[J].安微农业科学，2010，26：14281-14284.

[4] 张仲林.细胞的全能性[J].生物学教学.2014，39（4）：72-73.

[5] 丁硕，张琦，刘战民，等.动物细胞全能性的研究[J].中国科学.2012，42（7）：517-527.

[6] 何玉池，刘静雯.细胞生物学[M].华中科技大学出版社，2014.endprint