給我一個細胞，我就能變出一根胡蘿蔔

一葉一世界。多肉植物圓嘟嘟的、萌萌的葉片令人著迷，一入坑便讓人慾罷不能。喜愛多肉的朋友們知道，只要將多肉的葉子插在土裡一段時間，傷口附近就能長出新的根和芽來，形成完整的小植物。這其實是多肉植物的一種繁殖方式——葉片扦插。

小小的葉片能夠長出新的完整植株，這種看似不可思議的現象其實蘊含了豐富的科學道理。科學家們將這種現象稱為「再生」，它是指生命體受傷後自我修復的過程。植物的再生能力被用於農業生產的許多方面，我們所熟知的扦插和壓條技術就是基於植物再生所實現的。這種利用營養體再生而非生殖發育的過程來繁殖植物的方式稱為營養繁殖。

植物的再生能力如此強大，吸引了科學家們的熱情關注和研究。基於植物這種強大的再生能力，科學家們開展了植物的組織培養。所謂植物組織培養，是指將植物的一部分組織或器官切下後培養於培養基上，利用外源激素的誘導，人為操縱器官再生，形成新的植物體。最早提出植物組織進行體外培養的是德國植物學家哈布蘭特（Haberlandt）。他在1902年的著作中就預言了植物細胞的全能性，提出了在人工條件下培養離體植物細胞的構想。在隨後的半個世紀中，通過很多植物學家前赴後繼的努力，最終實現並完善了植物組織培養的技術。

目前，通過組織培養的方法進行植物的營養繁殖，可以經由兩種相對獨立的再生過程實現：「體細胞胚再生」方式和「器官從頭再生」方式。

「體細胞胚再生」的過程充分體現了植物細胞的全能性。理論上來說，任何一個植物細胞都能夠脫分化為胚胎幹細胞，通過胚胎髮育的方式形成完整的植物。這種再生方式有點類似於大名鼎鼎的動物「誘導型多能幹細胞」。動物細胞可以通過轉入多個基因來實現脫分化過程，而植物細胞只需要利用激素處理就可以實現。上世紀50年代，美國植物學家斯圖爾德（Steward）等人做了一個經典的實驗：他們將胡蘿蔔根部的細胞取出後離體培養，並誘導其脫分化為小胚胎，發育成為可以開花結果的完整植物。這一實驗不僅是細胞全能性的證明，也為以體細胞胚再生方式進行組織培養奠定了基礎。

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「器官從頭再生」的過程在植物組織培養中也很常用。這一培養過程通常需要分為兩個步驟來進行：第一步是讓離體的植物組織產生一團多能性細胞，稱為愈傷組織；第二步是在愈傷組織上誘導根和芽的出現，形成新的植物。在器官從頭再生過程中，所有細胞都不再回到胚胎階段，這是區別於體細胞胚再生的判斷依據。在上世紀50年代，美國植物學家斯庫格（Skoog）和米勒（Miller）利用煙草等植物進行組織培養，發現了培養基中不同比例的生長素和細胞分裂素的配比是誘導愈傷組織、芽和根出現的關鍵。生長素和細胞分裂素是非常重要的兩種植物激素，對它們濃度配比的認知已成為現代組織培養技術的基礎。

現在，在科學家們已經發展出了大量的植物再生技術。這些技術不僅能夠實現植物的營養繁殖，還有效地使用在現代農業的方方面面。而科學家們還在努力，希望能讓植物「再生」這個技能得到更加淋漓盡致的發揮，更多地造福於人類。

作者：葛亞超 徐麟

來源：中國科學院上海生命科學研究院

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