JournalofZhejiangForestryCollege

　　文章编号:100025692(2001)0120089204

植物细胞的分化与脱

黄坚钦

(浙江林学院资源与环境系,浙江临安311300)

摘要:细胞分化与分化是现代生物学的基本问题之一。述了植物细胞分化、脱分化过程中形态结化及其调控。结果表明:特征规律,激素被证明对细分化与脱分的调控起作用遍

关键词:分化;脱分化;;;激素;

中图分类号:Q942:。它关系到植物生长与发育的根本问题,是关系到植物组织细胞培养和细胞工程发展的根本问题。多细胞集合体植物的细胞在分化。高等植物由一个受精卵发育一个完整的植株,细胞的形态姿万别,同样存在分化。所谓分化,指细胞通过产生构和功能上的稳定性异的过程[1]。脱分化植物中也遍存在,生维管束的束中形成层、木栓形成、花生的果柄育以及植物的创伤修。脱分化被认为“已有特定结构和功能的植物组织,在一定的条件下,其细胞被诱导改变原有的发育途径,逐失去原有的化状态,转变为具有分生能的胚性细胞过程[2]”。因此,化的实质是基表达问题,而脱分的实质使关闭的基因重打开的过程。在植物验形态学中,使已分化的植物细

目前研究细胞分化与脱分化的途径主要有2条:一分子生物学途径,即从分子平上阐明细胞分化的机理;二是通过实验细胞学和实发生学的路,以阐明胞

1　分化与脱分化植物细胞的结

细胞分化是分裂的细胞不继续增殖,成为具有特殊结构、功能与化特征的细胞,在这过程中,植物细胞都有一个细胞液泡化的过程。分化程较低的细胞是薄壁细胞,具同化、藏、分泌和吸收等功能,它有脱分化的潜能。一般地说,已分细胞具各种器,不同功能的细胞其细胞器的差异很大。质体是化最大的个细胞,它在贮藏组织和同化组织中存在大的差异。在泌细胞及细胞壁的期,高尔基体和内质网数量多且十分活跃。但管分子中例外,它分化完成后,细胞器消失。分化程较高的是终分化(terminaldifferentiation),这类细胞存在逆分化。近几年研究的植编

收稿日期:2000206219;修回日期:2000211209

基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(300011);浙江省教育厅资助项目(981178)

作者简介:黄坚钦(1964-),男,浙江清人,副教授,在职博士生,事植

90浙江林学院学报　　　　　　　　　　　　　　　2001年3月也是种

脱分化并不是分化的简单逆过程。近几十年来,随着植物组织细胞培工作的蓬勃发展,有关的学者们,别是英国的对外植体脱分化时形成愈伤组织过程中的超微结构变化做了许多工作,发现其主要的变化发生于细胞质。他们看当静止细胞分化过渡到细分裂时,胞质生长很快,细胞质聚核糖体数量明显增加,线粒体增加,尔基体和内质网也不断增加[3],并不断产生囊泡。烟草(Nicotianatabacum)叶片外植体细胞的分中,原质体是过叶绿芽产生的,原的叶绿体变成造粉体,并在脱分化分裂前在液泡中先出现一种蛋白质[4,5]。当稻(Oryzasativa)等植的伤组织分化根和芽时,胞中的质体、线粒体和核糖核蛋白体的量增多,而藏的淀粉和类物质消失。在番茄(Lycopersicumesculentum)子叶外植体细胞的脱分化及其愈伤组织再分化过程中,不仅观察似以上的各种超微结构的变化,还观察到细胞核膜与质体的连络现象。在类中曾发现脱分化时叶绿体芽殖由叶绿体变为原,在细胞核中观察到核仁增大,核仁液泡增多,颗区扩大。随着核区胞向周幅射出多条细质丝或细胞质桥,细核移到桥中央,这决定了以后胞裂的方向。一般认为,植物细胞离体培养条件脱分化的细胞分裂有多种形式,头次分裂主要是无分裂。胡萝卜(Daucuscarota)在进行脱分化分裂时,[6],小

2　在这些系统中,激素对基因在组织培养,人们常用生长素和细胞分裂素诱导已分化细胞脱分。在实验中发现2,4和62BA利于发生定芽,NAA利于发不定根,ZT于发生花芽,ABA利于发根。雷竹(Phyllostachyspraecox)地下鞭侧芽发育为笋芽或鞭芽时,细胞分裂起到重要作用,而生长素与芽的萌动关[8]。现在普遍认为长素影响壁的度,促进细胞伸长分裂,细胞分裂则进细胞分裂并影响分化向,二的配比是

生长素的研究比较深入些。生长素是由幼叶产生,性向下运输。它与细胞分裂素控制植物生长和发育的许多过,如根和茎的发育和生长、官的衰老、维管束组的形成和分化发育,以及植的向地和光反等。刘春明等[9]观察了生长素极性运输对胚胎的影响。结果表明当用生素极性抑剂阻断球形胚的生长素运输时,胚胎失去了形成2个独子叶的能力,而产生一个完全融合的筒状叶。对早心形胚之后的胚胎进处理则没有任何响。说明球形胚内部生长素的极性运输,制子叶的形发生。这一结在一个影生长素运输

生长素对形成层活动的恢复及其后的分化中起到十分重要的作,Sundberg等有关Pinussylvestris茎干中内源IAA浓度变化的研究指出,形成层开恢复活动时,形成层区域的内IAA水平开始稳定升高,整个IAA水平的与形层的活动变化一致[10]。切去受伤节间上的茎叶下部的根,施加生长素或细胞分裂素后发现,高浓度生长诱导受伤节间分化木部,低浓度生长素诱导分化韧皮部[11]。把Agrobacteriumtumefaciens长素生物成基因导入矮牵牛植物导致管数量增而使管腔大减少[12];相反,把Pseudomonassavastanoi生长素合成酶基因到内源生长不活动的烟草植物

利用百叶草(Zinniaelegans)叶肉悬浮培养统,以了解植生长素如调节细胞分化,取得了有意义的进展[14]。在这系统中,在源生素和细胞分裂素作用下,大约65%叶肉游离细胞直接同步分化成管状分子。些事实,似乎无可争地表明,植物生长素实控制

细胞分裂素也是参与导管分子的控制[14,15]。般植物源细胞分裂素较高掩盖了导管分化对的需求。胞裂素在向顶运输促进导管分化预示它增强了形成层和其衍生物对生长素的感性,从而导致管的

第18卷第1期　　　　黄坚钦:植物细胞的分化与脱分　91细胞分裂素在离体培养条下,对养细胞的分裂、生长、分化和形态发生等均有重要用,但对细胞裂素的研究还

嫁接系统被认为是研究维管组织分化的理想统之一。生长调节剂、IAA和细胞分裂素促进砧和接穗间维管桥形成[11]。在离体茎段接系统中,外源激素是接成功的必要件,生长素和细胞分裂素可影响砧木和接穗维管束桥形成时间和数,其中长素的影响较细胞分裂素显著[18]。作者在究山核桃(Caryacathayensis)嫁接时,发现源激素在嫁接活中起到重要作用;经田间试验分,长素具显著差异。这进步说明长素在嫁接

用生长素或细胞分裂素处理植物的器官培养胞进行差异筛选,已克隆了一些生长素或细胞分裂素导表达的基因(Key,1989;CrowellandAmasino,1994)[9]。其中有的基因对激素的刺激反应极,生长素诱导的原初因在10min内就可以检测到mRNA浓度的增加,如GH3,SAUR和pIAA4/5。有是生长专一诱导的,如GH3,SAUR,pIAA4/5,pIAA6,JCW1等,但有的对其他激素或子也有

大部分生长素或细胞分裂素导基因的功能尚不清楚。以SAUR和GUS基为例,将它编码的氨基酸列输入基因库时,并未发现任何相似或同源性的蛋。实基因的表达的。但根据细胞信学说(Rasmussenetal.,;,1986)[7],激素并直接作用于核基因,两之间

与细胞表

激素化因

分化、脱分化增殖

改变或　活性改活这方面,。在植物方面,比较公认的胞内信系统是CaCaM(钙素)。Hepler在15届国际植物学大会上提出“植物生长物可能起Ca内流,从而激活依赖CaM的激酶,后者使某些蛋白质磷酸化,从而开始个新的发展时期”。Ca和CaM参与激素效

关于植物细胞中初始的激素接受者是什么,国际上主要有2种见解[7]。第一种意见认为是一种可溶性蛋白。Roy等(1977)在椰子(Cocosnucifera)胚乳的核液中分出一种能与生长素接合的分子量94000的可溶性蛋白,其他研究在大豆(Glycinemax)、小扁豆(Lensculinaris)和烟草伤组织细也都发现存在可溶性的生长素和蛋质复合体。第种意见认为是一种膜蛋,Ray和Dohrman曾发现玉米(Zeamays)胚芽鞘中生长素的接受者定位于内质网上。Ray和Dohrman则报道是定位在核仁上,也有报道是定位液泡膜上。克明等[9]利用酶离方法IAA蛋白荧光探对构树(Broussonetiapapyrifera)形成层

实验已初步证明生长素处理植物细胞要是作用于转录系统[7]。已经证明用生长处理植物细胞能够激mRNA和rRNA的合成以及某核蛋白的磷化。这种核蛋白的磷酸化的增高可能新合成的RNA在出细胞前所必需的包装过程。转录水平的提高的因可能有2个方面:一是细胞有的mRNA的合成在量上的增加,生长效应;另一是通过去抑作用活化了某些基因,使之开转录合成

对于细胞分裂素的作用机理研究得少。在一些植物上曾发现细胞分裂素并入tRNA的比例是低的,并且是非特异性的。近年发现细胞分素可增加细胞中多聚核糖体的数目。在藓类上曾报道,细胞分素处理切口处细胞可引起特异性的蛋合成。用14C标记氨基酸行试验证明,激动素处理引起胞中蛋白质合成水平明显增高。因此,一般认为细胞分裂素要是作

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andde2differenceofvegetablecell

HUANGJian2qin

(DepartmentofResourcesandEnvironvnent,ZhejiangForestryCollege,Linπan311300,Zhejiang,China)

Abstract:Thedifferenceandde2differenceofcellisafundamentalquestioninbiology.Theresultsofsomestudiesshowthatthemorphologicalandstructuralchangesinvegetablecellscannotofferfeasiblefeature.However,phyto2hormonemakesfunctioninregulationofdifferenceandde2differenceofvegetablecell,ofwhichauxinandcytokininarepaidcloseattentiontotheeffect.

Keywords:difference,de2difference;structureinmorphology;plantgrowthregulatingsubstances;hormones;vegetablecell

植物细胞有丝分裂的观察和细胞分化实验

?、植物细胞有细分裂的细察和细胞分化细细、细察细分裂～细野中细于什细细期的细最多,

2、细察有细分裂细细中～细用的材料是 ～可替代的材料是

3、细细细的基本步细是

其中～解的细细是离 ～目的是

漂洗的细细是 ～目的是,

染色的细细是 ～目的是,

细片的具方法是体 ～目的

、能细细染色细行染色的染料均细; ,体?????????????????4

,酸性染料 ,中性染料 ,性染料 碱,上述细均

、细行“植物细胞有细分裂的细察”细细细～以下四

,大蒜根毛尖端部分 ,洋细细表皮细胞 葱叶,八角金细根根尖 ,樟细表皮茎ABCD、细察植物胞细分裂要用到细紫作细染液。细定可溶性淀粉要使用班氏细加细。判上述细的细细胆并

???????????; ,

　,全细 ,前句细后句细 ,前句细后句细 ,全

、根尖解之后细行漂洗的目的是; ,离??????????????????7

,使根尖不要细细 ,使解果更

,使得细片细不易打滑 ,以免解液细下一步的染造成

、在细行“植物细胞有细分裂的细察” 细细细～染色前取材常常是切取洋根尖多细的

,,,,A1~2mm B2~3mm C3~4mm D4~5mm、细根尖滴加染液之前的最后一步操作是用细子 ; ,???????????????9

,其细成一细细胞 将,其细碎 将,细细其细扁 将,用力根细扁

、染色前用细子细根尖的作用是; ,???????????????????10

,有利于后面的细察 ,便于

,使根尖不易在细片细滑细 ,细了之后使得片加

、染色细始细用细子在根尖细细下的作用是; ,几?????????????11

,使得能细有重点染色 ,使根尖细成细细细胞 ,使染色均 匀,便于之

,用拇指垂直向下用力细下～不能细 几研,细片细要柔～不

,要用细硬的细西如细子等细盖片才能到最佳效 玻达,要细细细细～才使细

、细察大蒜根尖有细分裂细细先在低倍细细野中

,染色细深的域 区,染色细的域 浅区,生的域 区,分生的域区ABCD　、细片后想细水细入盖片细片之细细～细用的方法; ,清玻与

,先用手揭细盖片～然后滴加水 玻清,必细使用细子揭细盖片～然后加

,用引流法滴加水 清,用细细析法使水细入盖片细细之细清

、水细入盖片细片之细后～细于细察有细分裂的细是; ,清玻与

,使细胞更加细 湿,可以提高片的折光率装,使细胞持原的生活细 来状,洗去多

,先用高倍细到有细多细胞细于裂期的部位～再细低细

,先用低倍细到有细多细胞细于裂期的部位～再细高细

,在高倍细下细细物像比细模糊细～用粗细细器行

,在高倍细下细细物像比细模糊细～先用细细器细行细细～再用细细器细

1

、在细察洋根尖细胞有细分裂永久片细～能看的细是; ,葱装

,中心 体,细细 叶体,细胞壁 ,细细内

、用光细微细细察洋表皮细胞～不能细细到染色原因是; ,学葱

,用醋酸洋细染色 没,细细破了染色细细 体构,无染色形成 体,细细倍率不

　,细胞形细细～其中有细大的液泡 状,胞接近方形或细形～细胞核大～有细胞正

,细胞形细细～有向外的细细突起 并,细胞形不细细～其中有细状

、生做了“植物细胞有细分裂的细察”细细～根据他的操作回答下面的一细

;,在做细细细细细如下～细中出细细加以改正。从

制作片细～事先固定好的根尖放入装将的生理细水中解细细离分细。等根尖细后用细细出～

培细皿的醋酸酒精溶液中～漂洗细秒细。然后漂洗后的尖放在细片上～用刀片切去根尖上～保留

端半透明部分～用细子细细其细扁～滴加一滴班氏细细色。染色将分细后吸去染液～向根

蔗糖溶液～盖上盖片～再盖上玻细吸水细～用拇指垂直向细细细下;不能细,～最后在微细下行细

察。

其中的细细一是 ～细改细 。其中的细细二是 ～细改 。其中的细细三是 ～细改细 。其的细细四是 ～细细 。其中的细细五是 ～细改细 。　其中的细细六 ～改细 。;,在细细中～常细的细细材

～把要细一步细察的细胞移到并 。

;,细是小明细制的大蒜根尖有细分裂细程中有细染色细的示意细细～其中细有细细

, , , ,ABCD判其细细的理由是断 。细在下面的方出细细细细胞在想要表示的那细的正示

、回答下列细于“植物细胞有细分裂细察”细细的

;,在制作吊细根尖细细片的细程中～使用装当 ;细细名,以保细细可细得在分裂峰期的

材料。细细细的成分细成及比例细, , , 。=

2

;,生小明有细细材和细～就自己用老细提供的细细按照解细、漂洗、染色、细片等步细细行细～细果细学没

细细细染色～不到想要细察的细胞。细细他提出三操作中可能细生细细之细的建细～供正方。很找

～正

～正

～方法是确 。;,明细正了细细操作之后～细察到细野当个左上方有一典型的分后期的细胞～在细高倍

向 方移细至细野中央。他判细细细胞细于后期的理　

、下面是一位同学你在做“植物细胞有细分裂的细”细细中细生的一些细细～细细解答

;,细位同学体在细察吊细根尖有细分裂细～细微细细野里色因使用了 而细

;,低倍细微细下细察大蒜根尖有细分裂的片～可细细在装 部有细多正在分裂的细胞。下列个细胞细24于细域细

　, , , ,ABCD

;,在染色之前的取材细～切下的根尖部位细

;,细用高倍细后～如果物像模糊不～清此细细细细细

;,如果细同只学有细上有细细细行细一细细～他可以在上午 ;细,填左切取吊细

细细细的理由是个 。

;,接着～细同学将细切下细的根尖放入来 中～细步细细个称 ～

的作用是 。之后取出根浸于 中保存细用。23、答下列细于“物细胞分化的

;1,高等植物分生细细的细胞是通细 来数加细目的～同细在 的作用～促细了胞分化～成

;2,细下列细细操步细按照正的细将确将号序序细行列 。?覆以细吸水细～用拇指垂直向下细 ?用细子根扁 将?盖盖片 ?

?切取有根毛的小幼根～细麦剖 ?滴一滴细紫染～胆分细后用吸水细吸去染

;3,在细细中细片细一步细的目的是 ～操作特细要

;4,在细微细下细察到根的尖端从称依次向上的位名细 和成熟区～以下四细形细的细中在成熟

,细细的细胞 ,有细细或螺细的细管 ,正在分裂的细胞 ,细出毛的细

　;5,本细细细何取材要取整个

?、果细唾液腺细胞染色细

1.据果细唾液腺细胞巨大染色细细的细察体,回下

(1)果细的唾液腺细胞是 细胞,其中的染细体 条,在细微细只能看4条体染

3

.

(2)用果细的唾液染色细察染色的好细体体:? ;?染色上有多体 相细恒定的 .因此,是细察染色体 ,究研

　(3) 果细的唾液腺染色特细体它体巨大是因细的染细多次 ,但并

状.细

;4,在高倍细下要注意细察唾液腺巨大染色的体 、 ～

每条体染色上的粗细不等的 。

,制作果细唾液腺细胞的细细片,装2

;1,细细细的细细片的制作步细和细察植物细胞的装 细细基本

;2,拉取唾液腺是用到的生细水的细度是 ～用放细可看到唾液呈 色～要小心剔出腺周体细的 细细和其他余部分～残将玻液腺留在细片上。,下列是高生物细中的一些细细～?用已知含量的细细胞液玻待细的细菌细品混合制成片

察细～数葱离装叶玻?细察洋表皮细胞的细壁分～?有细分片的作～?细定花生子中的脂肪。细些细中制片细本的

?__________________ ___________________?

　 ?___________________ ___________________?

4

5.14植物细胞的生长和分化(力荐)

植物细胞的

一、植物细胞的生长

多细胞生物的长,不仅是

细胞分裂成的新细胞,最初体积较小,只有原来细胞(母细胞)的一半,它们能 速地合成新的原质(包括核物质和细胞质) ,细胞随着增大,其中某些细胞当恢复到母细 胞一般大小时, 便又继续分, 但部分细胞再分裂, 而进入生长时期。 细胞生长就是 细胞体积的增, 包括胞纵向的延和横向的扩展。 一个胞经生长以后, 积可以增 到原大小(分生状态的细胞大小)的几倍、几十倍,某些如纤维,在纵向上可能增加 几百、几千。由于细胞的种生长, 就使植物体表现出明显的伸或扩大,例如根和 的伸长,幼小叶子的扩展,果实的长大都是胞数目增和细胞生长的共同结果, 但是,细 胞生长常常在其中起主要的作

植物细胞在过程中, 除了细胞体积明显扩大, 在内部结构上也发生相应的化, 其 中最突出的泡化程度显增加, 即细胞内原来小而分的液泡逐渐长大和合并, 最后成 为中央液泡, 细胞质的其余分成为紧贴细胞壁的一薄层, 细胞核随细胞质由中央移向侧面。 在植物细胞生长过中, 泡这一特征, 方面是由于细胞从周围吸收了大量的水分 入液泡, 另一方, 也由于生长着的细胞有的代谢能, 使它们的许多谢产物积累 于液中的缘故。因, 在细胞长时, 细胞鲜重和干重都随体积的增加增加。 在液 泡变化的同时, 细胞内的其他细胞器, 在数量和分布发着各种变化, 例如内质网增加, 由稀网状变成网状; 质逐渐发育, 由幼的前质体育成各类质体等等。 原生质体在细 胞生长过程还不断分泌壁物质, 细胞壁随原生质体长大而延展, 同时壁厚度和化学 组成也发生,细胞壁 (生壁) 厚度增加, 并且由原来含有大量的果胶和半纤维素转变 成有较多的纤维素和非纤维素多

植物细胞的生长是有一定限度的, 当体积达到一定大, 便会停止生长。 细胞最后的 大小, 随植物的种类和细胞的类型而异, 这说明生长受遗传子的控制。是,细胞生长的 速和细胞的小, 也会受环条的影响, 例如在分充足、 营养条件好、 度适时, 细胞生长迅速,体积亦较大,在植物体上反映出根、茎生长速,株高大,宽而肥嫩。 反之,水分缺乏、营养不良、度偏低时,细胞生长缓慢,而且体较小,在植物体上反映 出生长缓慢、植株矮小、叶小而

二、植物细胞的分化

多细胞生中,细胞的功能具有分工,与之相适应的,在细胞形态上就出现各化, 如绿色细胞专营光合作, 适应于这一功能, 细胞中特有发育出大叶绿体。 表皮细胞 行使保护功能, 细胞内不发育出叶绿体, 而在壁的结构有所特化, 发育出明显的角 层。贮藏功能细胞,通常既没叶绿,也有特化的壁, 但往往具有大液泡和大的 白色体……等。细胞这种构和功上的特化,称为细胞分化(cell differentiation ) 。 细胞分化表现内部生理化和形态外变化两个方面, 生理变化是形态变化的基础, 但是 形态变较生理变化容易察觉。 细胞分化使多细胞植物中胞功能趋向门化, 这样有利于 提高各种生理功能的效率,因此,分化是进化的表

植物体的个体发育, 是植细胞不断分裂、 生长和分的结果。 植物在受精卵发成 年

逐渐局限于植物体的某些特定部位, 而大部分的停止裂, 进行长和分化。 在种子植 物的胚胎中, 细胞在形态上已显出了初步的分化, 在光学显镜中可看到细胞的小、 形、 原生质的稠细胞的列方式等细胞处部位而不。 而, 在胚胎发育成幼苗的过程 中, 细胞分化更为明显, 行使同功的细胞逐形成与之相适应的特有的形态, 即在植物 体中分化出了各种不同类型细胞群,从而使植物体的成熟部分具有了复杂的内部结

在系统发育上, 植物越进化,细胞分工越细致,细胞的化就剧烈, 植物体内部结 构也就越复杂。单细胞和群体类型的植物,细胞不分化,植物体只由一种型的细胞组。 多细胞植物,细或多或少化,细胞类型增, 物体的构趋向复化。被植物是最 等的植,细胞工最精细,物质的吸收、运输,养分的造、贮藏,植物体的保护、 持各种功能, 几乎都由专一的细胞类型分别承担,因此,细胞的形态特化非常明显, 细胞 型繁多,使被子植物成为结构最复杂,功能最完善的植物类

细胞分化是一个复杂的问题, 同一植物的所有细胞均来自于受精, 它具有相同的遗 物质, 但它们却可以分化成不同的形态; 即使同一个细胞, 在不同的内外条件下也可能 化成同的类型。 那么, 细胞为什么分化成不同的态?如何去控制细的分使其更好 地为人类所用?这问题已成为当植物学领最使人兴趣的问题之一。 从本世纪初开 始,在这一域开展了广泛地探索, 逐渐解分化多种内外素的影响, 例如, 细胞的极 性、 细胞在植物中的位置、 细胞的发育时期、 各种激和某些化学物质, 以及光照、 温度、 湿度等物理因素都能影响分

实验形态学就是用各种实验手段, 在整体或离体的情况下研胞分和植物形态建成 的一门植物学分支学科, 细胞和组培养是实验形态学的重要研究手段之一, 它的是把 植物体一个器官、 一种组织单个细胞从物体取出后放在璃容里, 并供给适当 养物的条件下, 它们得以续生或进一步有序地分化成组织和器官。 由于这研究方 法减少了植物体其部分的扰, 并在预知的条件下控制和调节细胞的活动, 而且于观 察, 因此, 对研究分化机理有重要意义, 可以成为利用整体植物进行研究时的一种理想补

近 20年来,利用组织培养的方法,不但在植学的基本理问题上已成为一个重 要的手段, 而且在应用上也逐渐表现出它的大潜力,在遗传育种、 持优良种、 加速 济物的无繁殖、 保持病毒品系、 植物生谢产物的工厂化生产等的应用中, 取得 了越来越多的功。可以预料,随着农业、林业、园艺等学科发展的需要,应用组织培养技 术于论研究和实际应用方面都将有更广泛而深入的发

关于植物细胞脱分化的研究概况

( )

C h ine se B u lle t in o f Bo tany

关于植物细胞脱

许萍张丕方

( ) 复旦大学生物系, 上海 200433

-GENERAL ACCO UNT O F STUD IES O N D ED IFFEREN

T IA T IO N O F PL A NT CELL S

2 X u P in g Zh an g P ifan g

(), 200433B iology D ep a r tm en t of F uD an U n iv e rs ity Sh angh a i

由于植物组织培养技术的发展, 在植物实验形态提了一个问题, 那就是离体组织的细胞或离体细胞本身是具有特定结构和功能的分化细胞, 们必然要经一个脱离原状态而 进入到分状态的过程, 就说分化植物细胞须经脱分化恢复裂增生能力, 再开 始新的分化发育进程, 最终形成各种组织、器官和胚体等。 这样植实验形态学就有两个基 础问题, 首先

脱分化并不只是分化的简单逆过, 于它发的时间较短, 工作积累较少, 再者它往往 发生在们一般观察工具看到的变化中, 以研起来比较困,

( ) 起初, 根据器官培养的胞织学观 张丕方等, 1983; 1984, 认为分化的念应是: 已有特结构和功能植物织, 在一定的条下, 细胞被诱导改变原有的发育途径, 逐步 失去原有的分化状态, 转变为具有分生能力的胚性细胞的过程。其中诱导细胞启动是脱分化

开始, 进入细胞分是脱分的完成, 也是再分化的开始。此后由于细胞和原生质体培成,涉及胞

( ) 和 测定 张丕方等, 1989, 提出脱分化过

细胞中执行一定能的 期细胞接受外界信号以后,

列生理、生化变, 脱离 期新进入细胞周期的过

胞分裂, 细胞分裂是脱分化的结果而不是原因。此提示研究脱分化及到的几方面的工 作, 首先必须研究脱分化后的细胞分裂, 因为它作为分化的结果, 又是个可以观察的烈变 化过程; 能够映引这结果原因, 即脱分时必须为之备条件, 就然发生相关事件; 其次脱分化过程发生在分裂之前, 那么分之前细胞变化是一个主要的内容; 最后, 细胞 接信息刺激, 引起基因选择性表变化, 则是脱分化启动的关键, 这依赖于激素作用机

细胞脱分化

( 植物体细胞生殖细胞培养后细胞学和组织学观察

)等, 1990。 一般认为, 物细胞在离体培养条件

() ( 分裂、丝分裂 包括出生殖, 进一步又发现

)文 , 1991。当然, 无丝分裂不只在离体培养中才发, 植物体受创伤时, 食作物胚乳 发育时也观到大量的无丝分裂。就目前来看, 核无丝裂主要有三类型: 缢缩分裂、碎裂和 劈裂。 综合有关资料, 无论是生殖细胞体细胞, 无丝分裂间和有丝分裂间期的显微变化 特大多是相似的, 出现细胞质变浓变厚, 器数量多, 细胞核围聚集各种细胞, 细 胞胞质运动强。细胞器动频繁, 来的大液泡细胞质丝分割成许多小液泡。对于无丝 分裂期来讲, 时间般半小时或一小时之内。陆文 将劈裂分裂分为前、中期、后期和 期, 前期中, 核膜核仁消失; 中期, 在区正形成分裂面, 26 ?以下, 一般在几秒钟内即能形 成分裂面, 最

质开始扩散。然, 在光镜水下, 还是无法看清

是否有均分机, 这些都是

丝分裂, 这中的原因和道何在? 这种现象对

细胞脱分化过程中

由于在光镜下到的活跃的脱化变化, 无法深

() 微结构进行了析 吴燕等, 1992; 等, 1971,

()行了详细的观察 余迪求等, 1992。 亚微结构的水上, 发现培养前叶肉细胞的细胞质只 有沿壁周围的薄层, 各种细器散布于其, 数量不多。 培养后胞明显增生, 体增大, 细 胞数量多, 逐在液泡会出蛋白体, 而后核移至细胞中央, 叶绿体转变成造粉质, 后细胞核出现深裂瓣, 形状不规则, 核仁疏松, 具核仁小泡, 核孔多

细胞质迅速增长是脱分化重要特征, 朱至清等推测液泡内蛋白体对细质

) 但至今仍缺乏验依据。 等 1976发现蛋白体中存在

种蛋白具有很强的抑制白水解酶的活性, 出, 由于蛋白体能抑制蛋

质体是植物细胞区别于动物细胞的重要特征之一, 物胞脱分化前后生了明显的 变化。 已经知道质体只能来源于质体, 同时质体可以由一种型转化为另种类型, 它在细 中主要 4 种形式: 原体、叶体、白体、有体, 四者间可以互转, 在活跃分裂的分 生组织中主要以原质体形式存在。已发烟草叶细胞在分化时, 叶绿体的基粒片层会解离 掉, 并出芽形成原质体, 本身可积淀粉, 渐而形成淀粉粒, 产生的原质体芽内还有纤

通过膜组装的反馈抑制, 促进解, 待养成份浓度降低到抑制水平以下又可开始正质体发。而且由于叶绿内膜蛋白的解及的解, 可以细质

( ) 尚不十分清, 等 1975测, 质体也许是分生细胞

被证明能够合成赤霉素, 如果质体很可能是某些激素合细胞, 那么细胞分化时, 质体 状态和功能的变一定会对整个细胞的状态起重要作用, 而且会细胞的全能性达密切相 关。 最研究表明菜花粉启动分裂的主变化也是央液泡消, 移至中央, 粉和颗 粒物积累, 烟草花粉在脱分化时也有细胞器脱化及细胞质改组, 烟草胎也类似脱分 的变化, 但是萱草花粉原生质体脱分化后, 质体却不沉积淀粉, 这说明生殖

植物激素和

以上介绍了植物细胞脱分化过程中细显微、显微结构的变化。对含激素培养基中细 胞内核、蛋白及一些主要酶的变, 一些作应用同的料也做过研。 和

等人曾对菊芋组织分化条件下, 脱分化早期的细胞分裂

详细的研究。等人重研究了生长素脱分化过程中的作用,

愈伤组织形成过程蛋白质和核酸的化, 研究了菊芋块茎组

() () 的代谢。 80′以后张静

( ) 中, 蛋白、和 的动态; 亚馥等 1989在研究枸

化, 基本上都现 量和可溶性白含量发生了明显的

胞处于分生状态并始分裂呈平行系, 但 含量相对

分析都着眼于分子总量

要深入研究外界营尤其是激素如引起细胞发育途径的底

在组织培养, 人们常生长素类和细胞分

等。 有时也会用其用的有: 2142、、细胞分裂素中常用

类激素如赤霉素和脱落酸等研究它们的作用, 同的素组合对植外植体愈伤组织生长和组织、器官的发生, 胚状的形成具有不同的效应。对此人们作大量的实验性工作, 发现 2142D 和 62利于发不定芽, 利发生不定根, 利于生花, 利于发根。目前, 一 BA N A A ZT A BA 般常

织, 并发生不定芽、不定根。现在, 普认生长素影响的强度, 促进细胞伸长和分裂, 细胞分 裂素则促进细胞裂并影响化方向, 二者的配比影响脱分化和分的关。 通内、源 激素共同用进一步论证脱分化变化的因素不是二者激素总量的简相加, 而是总量的 比值, 这样不同的材料因其本身内源激素不同, 外源激素的配比要求也就有所不同。 除冠

瘤外, 由于分化细胞本身的源激素有限, 往往

期转化的

正是由于植激素在细胞分化、分化中明显

人们对生长素的究比较深入, 在亚显微结构上发现,

() 引起高尔基体体膨大, 数量增加和分

() 个高峰, 产大潴泡, 而后开始小 等, 1981, 猜

而疏松, 引细胞生长。 一步发现生长素刺

( ) 是生长素的结合蛋分离、提

()灵敏度 2等 1989; 2。 生长素作用

() 因在不少培养基统中都有过描述 , 1986, 生长诱导的

(和 烟草中克隆来, 这些基因激活在其它生理反应

) 1988; , 1986。T ak ah a sh i

细胞分裂素不如生长素, 但它极要的, 既可诱导分裂又可决定分化。不过, 它虽使 长着细胞群保持分裂能, 却又难或能启 的合成。验证

关的特异蛋白, 此外还发现诱导细胞繁殖与促

( 分裂素受体上进展大, 一些实验小组也

) 由于缺乏功能试, 要弄清这结合蛋白的任何一种的

2+ 发现细胞裂素主要是作和加强 的流入, 且

()物产生一些新的 和蛋白质 , 1986; 等, 1985; 1987。 70′

也是作用在表水平上。不产生的细胞分裂素

裂素活化对象是专的, 表达的

近年来发现细胞分裂素, 生长素时活烟草浮培养细胞中的一个基因 的表 216 PL S达。个基因与一个由生素、热击、病体、重金处理等许多激因调

抑制。反馈抑制机是指细胞对一定素量以上反应的感受受抑

此外, 人们还充分利免疫、银手段, 进行激素受体在胞中的时空定位分析。现在般 用两种

线粒体和叶绿有生长素的分, 在梨苗萌发时发生

胞到成熟的已分完全的叶细胞, 含量是递减的, 核

生长素在胞质、核、壁上均有

() () 的层膜。 和F regeau W igh tm an 1983

合成、代谢和器中运输的量的最平衡的生物合成活动,

量。也发现细胞分素水平与叶衰老程相关, 但对细胞分

我们知道, 谓激素对细脱分化和分化的作

裂周期。 而进入口 与期之间的两 和 期, 最近几年来,

点蛋白和基因的研是个热点。 人提出过多种控制模式,

(() 复合物被为是

)1992。调控式也已弄清楚, 对的底物还没有一个较

和中间纤维都是它底物。 对于 和 的调节, 还没认

(( ) 一 个 比 为

) 1985。 这些调控及出口的研究与外界激素

接资料表它们之的联系, 这些

参 考 文 献

王琦、张丕Κ1989Κ西北植物学

朱至清

陆文 Κ1981Κ

等Κ1991Κ植物学报Κ33Π343, 349Λ 吴燕、周

嫦Κ1992Κ植物学报Κ34; 1ΓΠ20, 25Λ

余迪求等Κ1992Κ植物学报Κ35; 7ΓΠ499, 505Λ

张丕

张丕方等Κ1984Κ

方、王琦Κ1989Κ

兰等Κ1982Κ植物学报Κ24Π432, 439Λ

崔徵等Κ1984Κ中国科学;辑ΓΚ910, 915Λ B

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第三节 植物细胞的繁殖、生长和分化

第三节 植物细胞的

一、细胞的繁殖

植物体之所以能够不断地生长、壮大，除细胞本身积的增大以外，更主要的是通过细胞分裂进行繁殖，增加细的数量。因此，细胞裂，就单细胞物言，每裂次，就生（多）了一个新个体，对多细胞植物来说，细胞分裂为植物体的个体建成提供了所需的细胞来源。所以细胞繁殖（分裂）对植物生活和繁衍后代均有重大意

植物细胞的裂方式要有三种：有

细胞周期：持续分的细胞，自上一次分裂结束时开始，至本次分裂结束时为止全过程，

（一）有丝分裂（mitosis ）又称间接分

有丝分裂是一种十分普遍而又常见的细裂式，是高植物进行细胞繁殖的主要方式。 有丝分裂的过程较为杂，一般括核分裂（karyokinesis ）和质分（cytokinensis ）两个方面的分裂，多数情况下，这2个裂过程是连续进行的。分裂时，细胞核、细胞质及其它细胞器都将发生一系列的变化，尤以细胞核的变化最为显

一个细胞经过次有丝分，可产生2个子细

有丝分裂是一个连续程，但为了叙述方便，人为地将有丝分裂个过程，

1．分裂间期：是胞分裂的准备时期，主要进行DNA 的复制，即染色体

根据不同阶段合成物质

（1）DNA 复制期（G1期），从上一次分裂结束开始到DNA 开始复制的时期。

（2）DNA 复

主要进行DNA 的大合成，使其量比原来增加一倍，使染色体发复制。

（3）DNA 复制

不再进行DNA 的成，仅进行少

间期结束，细胞分裂开始。

2．分裂期：包含2个方面的内容

1）核分裂：细胞核中开出现染色体，直

（1）前

此时，原先在光学显微镜法辩清染色质细丝或颗粒，经螺旋作用聚集逐渐缩短变粗; 随之加粗，形态渐晰可见，后

当染色体缩最短时，核仁解体，核

同时，在核两极出现量由微管组成的

主要特

②核仁、核膜消失

③出现纷缍丝。

（2）中期（metaplase ）：

所有的纺缍形成一个

组成纺缍体的纺缍丝有种：一染色纺缍丝，是由染色体的着点伸向两极的; 另一种是连纺丝，不

染色体在纺缍丝的牵引下，原来散分布的状态，逐渐集中到细胞中部，使染体的着丝点均匀地排列在赤道

主要特征：①由纺

②染色体排列

（3）后期（anaplase ）：

排列在赤道面上的每条染的2条色单体自着丝点分开，并在纺缍丝的缩和引下，开始向核的两极移动。每染色体的2条

实验证明，染色体之所够向两移动，乃是由于纺缍丝的收缩和丝点的存在，二者缺一不可。若药，如秋水处

染色体到达两极，后期结束。

主要特征：每条染色体的2条染色单体

（4）末期（telophase ）：

到达两极的染色体集成一团，膨胀失去轮廓，经解螺旋，

同时，进行核的建过程：首先核区周围出现核膜，

子核的出现，不仅意着末期的结束，

主要特

②核膜、核仁出

2）胞质分裂：在2个子核之

胞质分裂一发生在分裂的早末期

首先，两极的纺缍丝消，而子之间的纺缍丝却保留下来，并位于赤道面附近的连续纺缍丝出许多新微

伴随着成体的形成，细胞

①内质网分离出小

②高尔基体成大量造物质，并在高

当各类小泡汇集到赤道面附后，与成体的微管融合，释放出多糖类物质，成细板。这一形成程最初是从赤面部开始，逐向

在形成细胞板的过程中，各泡的被膜互融合在细胞板的两侧，以形成新的细质膜，而在成膜体的分间隙中，保有部细胞质结，如

由于在有丝分裂过程中，染色体过间期复制，故每个子细胞所得染色体数目与母细胞相同，所有丝分生

在有丝分裂过程中，各期持的时间各不相同，并随植物种及环境条件的改变而有所不，数植物

（二）无

指间期核不经任何有丝分时期，直接分裂，

一般，细胞开始分裂时，细胞核的核仁首先分裂为2个，接着胞核沿着核仁的排列方向伸并中部凹

无丝分裂的形式多种多，较为常的有横缢、纵缢、出芽等，其中横缢为最常见。 无丝分裂的最缺是因遗传不

过去一直认为无丝分裂多于低等植，高等植物中仅见于衰老的和病变细。近年来许多工作表明，无分在高等植中

（三）减数分裂（meiosis ）

减数分裂是植物生活期中的一个重要环节。它发生在花粉母细开始形

减数分裂的全过程包括两连续分，但NDA 的复制只有一次，即色体复制仅一次。于是，一个细经过减数，

减数分裂的全过程由分前准备阶段（间期）和裂阶段（分裂期）构成。其中间

分裂期比较复杂，包

第一次分裂：

1. 期I ：持续的时

又可分为六个阶段：

①前细线期（preleptotene ）：染色质开始凝缩，出现螺旋丝;

②细线期（leptotene ）：出现

③偶线期（zygotene ）：同源

④粗线期（pachytene ）：染色体缩短变

此时，每对同源染色体为2价体，由4条染单体构成。其中，同染色

⑤双线期（diplotene ）：染色体继续缩短变粗，且同染色体开始相互排斥，并发生分，但由于染

⑥终变期（diakinesis ）：染色体缩至最小程度，

2. 中期I ：同源染色体交叉点为基点排列

3. 后期I ：同染色体纺缍丝的牵引下，彼此分离。分别移向核的两极。于是在极有一染

4. 末期I ：

之后，会出现以

①核膜形成，染色体

核仁不出现

②不形成核膜，仍

至此，第一次

第一次分裂结束后，些植仅形成2个子核，不进行胞分裂，而有的植物在形成核，随在

称为2分体。

第一次分裂结束后不久

第二次分裂过程及征与有丝分裂

（1）分裂细胞不进行DNA 的

（2）本次裂的主要特是染色单体的分

经减数分裂产生的4个子细胞起初连在一起的，称为四分

减数分裂的

①经减数分裂产生的细胞只含染色体，即为单倍体细胞，由此进一步分裂产生的胞，无雌性细胞（卵）是雄性细胞（子）均为单倍的。两

②减数分裂过程中，同染色不同染色单体之间发生了染色片段的交换，意味着遗传物发了交换，

与有丝裂相比，减数分

①包含2相连续的分裂过程，

②每分裂一次可产

③子细胞的染色体数目

④分裂过程发生染体片段的交换，

二、细胞的

（一）细胞的生长：细胞后产生子细胞，体积仅为母细胞的一半大小，须经长至母细胞的大小才能进行下次分裂；不进

1. 细胞核

细胞核与细胞质一起，共同控制细的生长育及各种代谢活动。细胞核对于细胞质的影，在量上有一定的限制，即细胞质能无地多。因为细核细

2. 细胞表

根据几何图形，细胞体积，则表面积相对

3. 细胞自身

在同一植物体中，不部位的细胞体积有明显的差异：代谢活动强

4. 环境因

干旱、少、低温、光照不足

细胞的长方式有协调生

协调生：细胞的生长与

侵入生长：细胞的长在周围细胞的停生长后，仍在继续，生

（二）细胞的分化：植物各种组的细胞都是由合子经细胞分裂产生的，具有合子完全相同的遗传信息。因，物体的每个

尽管植物体的类组织细胞来自合子，获取有

类组织细胞在结构和功却各不同，这是因为在细胞生长的同时胞便已开始了分化。一般将多细有体内的细结

细胞分化致使多细胞植物内的细，其生理功能趋于专门化，从而有于提各种生理功能的效率。说明胞化是植进

具有相同遗传信息的细胞着生长和化，为什么会发育为结构和功能各相同成熟组织的细胞？这是一个未底解决问

一个细胞极性的建立，就会引后它的等分裂，由于不等分裂，产生的两个子细将来向不同的方向分，如合子、叶皮细、单核花粒；

（三）细胞的成熟和衰老：细分裂、长和分化，最后发育为具有稳定形态结构并行相功能的成熟细胞。在此过程中，细的有结构从无有地

像导管，细胞在生长发育过程中，遵循自的长规律，动结束其生命的过程，属正常的生理性死亡，称为细胞的编性死亡（programmed cell death）又称胞亡（apoptosis ）。 植物体内某些生活的成熟细胞，在一的条件下，会失去成熟细胞的典型特征而重新恢复到具有分裂能力的分生组织细胞状态，这种现象称为细胞的脱分

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