淺談植物干細(xì)胞

李晞妍

摘 要： 相對于動物干細(xì)胞，學(xué)習(xí)者對于植物干細(xì)胞的知識了解甚少。本文從植物干細(xì)胞的概念、特征、分類及應(yīng)用出發(fā)，對植物干細(xì)胞進(jìn)行了較系統(tǒng)的闡述。另外，植物干細(xì)胞、植物愈傷組織細(xì)胞，以及動物干細(xì)胞的差異比較，有利于學(xué)習(xí)者清楚地理解植物干細(xì)胞的相關(guān)概念，增強(qiáng)學(xué)習(xí)者對植物干細(xì)胞的認(rèn)識。

關(guān)鍵詞： 植物 干細(xì)胞 教學(xué)應(yīng)用

干細(xì)胞是指具有自我更新能力和增殖分化能力的一類細(xì)胞，目前學(xué)習(xí)者對動物干細(xì)胞的理論和應(yīng)用知識掌握較多。由于植物細(xì)胞的全能型，長期以來很多學(xué)習(xí)者誤認(rèn)為植物中不存在干細(xì)胞，再加上教師對干細(xì)胞這部分內(nèi)容的講授不透徹，造成學(xué)習(xí)者對植物干細(xì)胞、動物干細(xì)胞及植物愈傷組織細(xì)胞的概念往往混淆不清，存在植物干細(xì)胞認(rèn)知上的錯(cuò)誤，因此很有必要對植物干細(xì)胞的相關(guān)知識進(jìn)行總結(jié)。

1.植物干細(xì)胞

1.1植物干細(xì)胞的概念和特征。植物干細(xì)胞是位于植物分生組織中固有的未分化細(xì)胞，具有自我更新和再生能力。植物干細(xì)胞具有很強(qiáng)的自我更新能力，并且可以分化為特化的細(xì)胞類型，這些特化的細(xì)胞產(chǎn)生新的植物器官（根、莖、葉和花等）。這些細(xì)胞表型的變化是由影響植物功能的基因表達(dá)變化引起的，受到內(nèi)源性和外源性的信號共同調(diào)節(jié)[1]。植物干細(xì)胞的特征包括：能夠形成所有分化細(xì)胞的類型；具有自我更新的能力，維持干細(xì)胞的數(shù)量；位于分生組織。

1.2植物干細(xì)胞與動物干細(xì)胞的比較。在動物中，通常將干細(xì)胞分為胚胎干細(xì)胞和成體干細(xì)胞。胚胎干細(xì)胞具有全能性，它可以分化形成所有的成體組織細(xì)胞，甚至發(fā)育成為完整的個(gè)體；成體干細(xì)胞（如造血干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、皮膚干細(xì)胞等）大多為多能干細(xì)胞，它們具有多向分化的潛能，可以分化形成除自身組織細(xì)胞外的其他組織細(xì)胞，真正具有全能性的細(xì)胞是受精卵和其分裂產(chǎn)生的子細(xì)胞。與此相比，許多植物干細(xì)胞具有旺盛的再生能力，在干細(xì)胞的整個(gè)生活周期中能使植物生長并且產(chǎn)生新的器官（如植物莖端分生組織中的干細(xì)胞和根端分生組織中的干細(xì)胞）[2]。

1.3植物干細(xì)胞與植物愈傷組織細(xì)胞的比較。植物愈傷組織細(xì)胞是由成體細(xì)胞經(jīng)過脫分化而形成的具有分化能力的細(xì)胞，雖然愈傷組織的分化能力與植物干細(xì)胞相似，但它們在來源、細(xì)胞分化和增值能力等方面是不同的。植物愈傷組織細(xì)胞來源于異質(zhì)性的體細(xì)胞，它是體細(xì)胞對損傷的暫時(shí)響應(yīng)，是一個(gè)臨時(shí)獲得刺激的細(xì)胞，盡管愈傷組織具有干細(xì)胞樣屬性，但愈傷組織不易維持穩(wěn)定的細(xì)胞分裂[3]。而植物干細(xì)胞來源于植物分生組織的同質(zhì)性細(xì)胞，它們在植物的整個(gè)生命周期可以產(chǎn)生并形成新的組織和器官。

2.植物干細(xì)胞的類別與調(diào)控

根據(jù)分生組織的種類，植物干細(xì)胞可分為莖尖分生組織中的干細(xì)胞和根尖分生組織中的干細(xì)胞。

2.1莖尖分生組織中的干細(xì)胞。莖尖分生組織包括中心區(qū)和中心區(qū)下方的帶狀區(qū)。中心區(qū)包括上部干細(xì)胞區(qū)和下部的組織中心（即干細(xì)胞區(qū)下部靠近帶狀區(qū)的小細(xì)胞群）。干細(xì)胞分裂時(shí)上部的干細(xì)胞分裂成兩部分子細(xì)胞，一部分干細(xì)胞后裔留在中心區(qū)并保持多能性；另一部分細(xì)胞則離開莖尖分生組織的中心區(qū)，但保持較快的分裂速度，最終分化為葉或者花原基器官，為側(cè)生器官的生長和分化提供保證[4]。目前已知的位于干細(xì)胞周圍“組織中心”的WUS（WUSCHEL）是保持莖尖干細(xì)胞特征的必要信號分子，它參與對莖尖干細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)調(diào)控，使整個(gè)植物莖尖干細(xì)胞保持連續(xù)不斷的自我更新和分化。

2.2根尖分生組織中的干細(xì)胞。靜止中心位于根尖分生組織中心，干細(xì)胞則圍繞在靜止中心細(xì)胞周圍。靜止中心作為組織中心維持周圍干細(xì)胞的穩(wěn)定和功能，靜止中心周圍的干細(xì)胞分布于中柱鞘外側(cè)，維管干細(xì)胞形成維管組織、皮層/內(nèi)皮層干細(xì)胞，進(jìn)而形成皮層、內(nèi)皮層與根冠干細(xì)胞，然后形成根冠細(xì)胞。目前已知的WOX5（WUS-RELATED HOMEOBOX 5）作為最主要的干細(xì)胞決定因子，特異的表達(dá)于根端分生組織的靜止中心，參與對根端干細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)調(diào)控，使整個(gè)植物的根尖干細(xì)胞保持連續(xù)不斷的自我更新和分化[4]。

3.植物干細(xì)胞的應(yīng)用

3.1生產(chǎn)天然產(chǎn)物，開發(fā)藥品或者化妝品。傳統(tǒng)的植物細(xì)胞培養(yǎng)存在細(xì)胞生長緩慢、生產(chǎn)成本高等問題，而植物干細(xì)胞培養(yǎng)具有遺傳穩(wěn)定、細(xì)胞生長率和生長模式穩(wěn)定、凝集程度低等優(yōu)點(diǎn)，可以用來大量生產(chǎn)有用的植物天然產(chǎn)物，并用于藥品、功能性食品、化妝品中。如懸浮培養(yǎng)紫杉干細(xì)胞可以生產(chǎn)松香烷型三環(huán)二萜、美麗紅豆杉素A和美麗紅豆杉素B等產(chǎn)物，以達(dá)到抑制腫瘤血管的生成和抗癌作用，而且其產(chǎn)值遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)細(xì)胞培養(yǎng)的產(chǎn)值，具有很好的開發(fā)前景[5]。

3.2植物細(xì)胞系庫的建立和利用。一般的植物細(xì)胞凍存后存活率低，恢復(fù)生長能力慢，因此限制其在植物細(xì)胞培養(yǎng)中的應(yīng)用。植物干細(xì)胞系在低溫儲藏方面有很大的優(yōu)勢，不僅有高的存活率，而且在低溫儲藏前后遺傳物質(zhì)沒有變異，是植物細(xì)胞系庫建立的很好材料。細(xì)胞系庫的建立不僅會使研究材料的供應(yīng)得到滿足，而且使植物細(xì)胞系的研究周期縮短，并在植物種子資源的保存和利用方面發(fā)揮重要作用[6]。除了以上應(yīng)用外，利用植物干細(xì)胞還可以進(jìn)行植物干細(xì)胞的分子調(diào)控機(jī)制和分子設(shè)計(jì)育種等方面的研究。

4.結(jié)語

植物干細(xì)胞是位于植物分生組織中固有的未分化細(xì)胞，它們具有自我更新和再生能力。根據(jù)目前學(xué)習(xí)者對植物干細(xì)胞認(rèn)識不足的實(shí)際，本文對植物干細(xì)胞、動物干細(xì)胞及植物愈傷組織細(xì)胞的概念進(jìn)行了辨析，并對植物干細(xì)胞的分類及應(yīng)用進(jìn)行了論述。學(xué)習(xí)者清楚植物干細(xì)胞、植物愈傷組織細(xì)胞和動物干細(xì)胞的概念后，在學(xué)習(xí)植物干細(xì)胞的理論和應(yīng)用等方面時(shí)才能正確理解相關(guān)的知識點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]于榮敏，周良彬.食品與藥品[J].2012，14（01）：52-55.

[2]李寶鈞.哺乳動物干細(xì)胞的研究進(jìn)展[J].畜牧業(yè)，2008，234（10）：24-27.

[3]游云，蔣超，黃璐琦.試析植物干細(xì)胞與動物干細(xì)胞的異同[J].中國中藥雜志.2014，39（2）：343-345.

[4]田奇琳，賴鐘雄.植物干細(xì)胞研究進(jìn)展[J].園藝與種苗，2013（8）：56-62.

[5]徐春明，王英英，龐高陽，李丹.藥用植物干細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)與應(yīng)用[J].中草藥，2013，44（20）：2940-2945.

[6]胡玉欣，焦雨鈴.植物干細(xì)胞的研究進(jìn)展[J].中國基礎(chǔ)科學(xué)，2016（1）：47-54.