细说细胞的全能性

甘肃 张仲林

细说细胞的全能性

甘肃 张仲林

细胞全能性是指已分化的细胞仍然具有发育成完整个体的潜能。细胞全能性是生物学科内综合知识非常多的高考考点之一。为了便于学生形成系统的知识体系。笔者在教学中不断进行总结和完善，力求使同学们掌握和理解细胞全能性的知识，为高考打下坚实的基础。

一、判断细胞全能性的标志

判断已分化细胞是否具有全能性的标志是看起点和终点，起点是“已分化的细胞”，终点是发育成“个体”。细胞全能性表达的结果是形成新个体。若起点不是细胞或无个体产生，则不能体现全能性。

例如：壁虎断尾后重新长出尾部、胚胎干细胞发育成各种组织器官均不能体现动物细胞的全能性。小麦种子长成植株，因起点是器官不是细胞，也不能体现植物细胞的全能性。

二、细胞全能性的体现条件

一般来说，细胞都具有全能性，只不过是全能性的大小有区别，且表现出全能性的条件不同。

（一）自然条件下细胞全能性的体现

1.自然条件下植物细胞全能性的体现

（1）体细胞的全能性

自然条件下由生物的体细胞直接发育成完整个体的现象，在植物中比较常见。

例如：草莓无性繁殖过程中，草莓的匍匐茎生长到一定长度接触到地面后，就地扎根，形成一株小苗，然后继续发出匍匐茎向前伸长，如此反复形成好多株新生草莓苗。

（2）卵细胞的全能性

在自然界中就有一些植物是单倍体，是由卵细胞直接发育而成的。

例如：自然条件下，玉米、普通小麦、水稻、烟草等作物中，偶尔也会出现单倍体植物等，这些都是由未受精的卵细胞直接发育而成的。

（3）受精卵的全能性

受精卵是被子植物个体发育的起点，被子植物的受精卵能够发育成一个完整的个体。

例如：被子植物的有性生殖。植物的受精卵是植物细胞中具有最高全能性的细胞。

2.自然条件下动物细胞全能性的体现

（1）卵细胞的全能性

自然条件下，动物中就存在由未受精的卵细胞发育成个体的现象。

例如：工蜂、雄蚁、夏季孤雌生殖的蚜虫等，都是由未受精的卵细胞发育而成的个体。

（2）受精卵的全能性

动物的受精卵是个体发育的起点，动物的受精卵能够发育成一个完整的个体。

例如：动物的有性生殖。动物的受精卵是动物细胞中具有最高全能性的细胞。

（二）人工条件下细胞全能性的体现

1.人工条件下植物细胞全能性的体现

（1）体细胞的全能性

把植物营养器官的一部分与母体分离，使其发育成新个体。

例如：甘薯的块根繁殖、马铃薯的块茎繁殖，林业和园艺工作上常用的扦插、压条和嫁接等方法。

（2）花粉粒的全能性

应用植物的组织培养技术，把发育到一定阶段的花粉粒，通过无菌操作技术，接种在人工培养基上，以改变花粉粒的发育程度。通过培养使它离开正常的发育途径，经诱导而脱分化，恢复其潜在的全能性，转变为分生细胞，进一步长成新个体。

例如：花药离体培养得到单倍体。

（3）薄壁细胞的全能性

在无菌条件下，将植物器官或组织（如芽、茎尖、根尖）的一部分切下来，放在适当的人工培养基上进行培养，这些器官或组织就会进行细胞分裂，形成薄壁细胞（愈伤组织）。在适合的光照、温度和一定的营养物质与激素等条件下，薄壁细胞发育成完整植株。

例如：胡萝卜经组织培养产生完整植株。

（4）杂种细胞的全能性

将不同植物的原生质体放在一起，通过一定的技术手段进行人工诱导融合，得到杂种细胞，用植物组织培养的方法进行培育，就可以得到杂种植株。

例如：番茄-马铃薯杂种植株的培育。

2.人工条件下动物细胞全能性的体现

（1）卵细胞的全能性

一些动物的卵细胞可以在人工刺激下发育成个体。

例如：鱼类和两栖类的卵细胞在人工刺激下发育为一个个体。

（2）体细胞核的全能性

高度特化的动物细胞，从整个细胞来说，它的细胞全能性受到限制。但是，它的细胞核仍然保持着全能性。将卵细胞的细胞核吸出，把高度特化细胞的细胞核注入去核的卵细胞中，得到的“重组”卵细胞可以发育成新个体。

例如：细胞核移植实验。

（3）低等动物体细胞的全能性

一些低等的动物体细胞具有发育成完整个体的全能性。

例如：海鞘的一个血细胞就可产生一个完整的个体；水螅身体的一部分就能重新生成一个完整的个体。

（4）胚胎干细胞的全能性

胚胎干细胞是在人体胚胎发育早期——囊胚（受精后约5～7天）中未分化的细胞。它具有与早期胚胎细胞相似的形态特征和很强的分化能力。胚胎干细胞具有形成完整个体的潜能。

例如：胚胎工程中为了提高胚胎的利用率，使用的胚胎分割技术。胚胎分割技术逐渐发展和成熟。

三、细胞全能性的原因

植物花粉粒、卵细胞和动物的卵细胞，都具有体细胞一半的染色体，可在一定的环境条件下发育成一个完整的生物体，说明具备一个完整的染色体组是细胞全能性的内因。因为一个染色体组中的染色体携带着控制一种生物生长发育、遗传和变异的全部信息。植物的花粉粒、卵细胞和动物的卵细胞，虽只有体细胞一半的染色体，但至少都具有一套完整的基因，所以，只要脱离母体、环境条件适宜，就有可能表现出全能性。

四、细胞全能性的大小

（1）受精卵＞生殖细胞＞体细胞，受精卵是具有最高全能性的细胞。

（2）分化程度低的细胞＞分化程度高的细胞。

（3）植物的全能性更容易表现出来，只不过茎尖，根尖等全能性最好，动物细胞的细胞核具有全能性。

（4）幼嫩细胞＞衰老细胞。

（5）分裂能力强的细胞＞分裂能力弱的细胞。

五、体内细胞并没有表现出全能性的原因

由于细胞的分化，基因在特定的时间和空间条件下选择性表达。随着分化发育的进程，细胞逐渐丧失其分化潜能。从全能性到多能性，再到单能性，最后失去分化潜能成为成熟定型的细胞。

基因的选择性表达控制了分化过程的各个环节，使细胞在分化过程中合成了某些特异蛋白质、各种酶和蛋白质激素等，形成了所在的具体器官或组织环境。未脱离生物体的细胞，在这种特定的器官或组织环境下，细胞的全能性受到抑制，不能发育成完整的新个体。在生物体内，细胞没有表现出全能性。

一般来说，细胞分化是不可逆的，但在离体的人工培养条件下，高度分化的细胞能够脱分化，使已分化细胞所具有的发育成完整个体的潜能开发出来，从而具有发育成完整个体的能力。

六、细胞全能性表现的条件

（1）器官或组织处于离体状态（必要条件）。

（2）一定的营养物质（水、无机盐、维生素、氨基酸等）。

（3）一定的激素（细胞分裂素、生长素）。

（4）适宜的条件（温度、光照、pH等）。

细胞全能性的表现与细胞的分裂能力一般呈正相关，即分裂能力越弱，全能性越难表现出来，分裂能力越强，全能性越容易表现出来。

细胞全能性的表现与细胞分化程度一般呈负相关，即分化程度越高，全能性越难表现出来；分化程度越低，全能性越容易表现出来。

【例1】在生物体内，细胞没有表现出全能性，而是分化为不同的组织、器官，是因为 （ ）

A. 细胞丧失了全能性

B. 细胞的全能性受到抑制

C. 不同的细胞内基因不完全相同

D. 在个体发育的不同时期，细胞内的基因发生了突变

【解析】生物体的每一个细胞都包含有该物种所特有的全套遗传物质，都应该具有全能性。在生物体内，细胞的全能性受到抑制，细胞没有表现出全能性，并不是丧失了全能性，故A项错误；由于基因的选择性表达，从而控制了分化过程的各个环节，使细胞在分化过程中合成了某些特异蛋白质、各种酶和蛋白质激素等，形成了所在的具体器官或组织环境，在这种特定的器官或组织环境下，细胞的全能性受到抑制，不能发育成完整的新个体，故B项正确；生物体内的细胞，都是由同一个受精卵有丝分裂来的，都含有发育成完整个体所必需的全部基因，故C项错误；在个体发育的不同时期，细胞内的基因有可能发生突变，但这并不是生物体内的细胞没有表现出全能性的原因，故D项错误。

【答案】B

【例2】关于细胞全能性的叙述正确的是 （ ）

A. 组织培养花卉利用了植物细胞的全能性

B. 克隆羊的诞生说明动物细胞具有全能性

C. 愈伤组织的形成说明植物细胞具有全能性

D. 动物细胞培养获得大量骨髓瘤细胞，说明动物细胞具有全能性

【解析】植物组织培养花卉是对已分化的植物细胞脱分化、再分化，发育成完整个体的过程，植物组织培养的理论基础是植物细胞的全能性，故A项正确；克隆羊是通过动物细胞核移植，利用动物细胞核的全能性培育的，只能说明动物细胞核具有全能性，不能说明动物细胞具有全能性，故B项错误；植物组织培养得到的愈伤组织，是已分化的植物细胞脱分化形成的具有分裂能力的薄壁细胞群，不是个体，不能体现植物细胞的全能性，故C项错误；通过动物细胞培养获得大量骨髓瘤细胞，利用了癌细胞的无限增殖能力，无动物个体的形成，不能说明说明动物细胞具有全能性，故D项错误。

【答案】A

（作者单位：甘肃省渭源县第三高级中学）