给我一个细胞，我就能变出一根胡萝卜小小的叶片能够长出新的完整植株

一叶一世界。多肉植物圆嘟嘟的、萌萌的叶片令人着迷，一入坑便让人欲罢不能。喜爱多肉的朋友们知道，只要将多肉的叶子插在土里一段时间，伤口附近就能长出新的根和芽来，形成完整的小植物。这其实是多肉植物的一种繁殖方式——叶片扦插。

小小的叶片能够长出新的完整植株，这种看似不可思议的现象其实蕴含了丰富的科学道理。科学家们将这种现象称为“再生”，它是指生命体受伤后自我修复的过程。植物的再生能力被用于农业生产的许多方面，我们所熟知的扦插和压条技术就是基于植物再生所实现的。这种利用营养体再生而非生殖发育的过程来繁殖植物的方式称为营养繁殖。

植物的再生能力如此强大，吸引了科学家们的热情关注和研究。基于植物这种强大的再生能力，科学家们开展了植物的组织培养。所谓植物组织培养，是指将植物的一部分组织或器官切下后培养于培养基上，利用外源激素的诱导，人为操纵器官再生，形成新的植物体。最早提出植物组织进行体外培养的是德国植物学家哈布兰特（Haberlandt）。他在1902年的著作中就预言了植物细胞的全能性，提出了在人工条件下培养离体植物细胞的构想。在随后的半个世纪中，通过很多植物学家前赴后继的努力，最终实现并完善了植物组织培养的技术。

目前，通过组织培养的方法进行植物的营养繁殖，可以经由两种相对独立的再生过程实现：“体细胞胚再生”方式和“器官从头再生”方式。

“体细胞胚再生”的过程充分体现了植物细胞的全能性。理论上来说，任何一个植物细胞都能够脱分化为胚胎干细胞，通过胚胎发育的方式形成完整的植物。这种再生方式有点类似于大名鼎鼎的动物“诱导型多能干细胞”。动物细胞可以通过转入多个基因来实现脱分化过程，而植物细胞只需要利用激素处理就可以实现。上世纪50年代，美国植物学家斯图尔德（Steward）等人做了一个经典的实验：他们将胡萝卜根部的细胞取出后离体培养，并诱导其脱分化为小胚胎，发育成为可以开花结果的完整植物。这一实验不仅是细胞全能性的证明，也为以体细胞胚再生方式进行组织培养奠定了基础。

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“器官从头再生”的过程在植物组织培养中也很常用。这一培养过程通常需要分为两个步骤来进行：第一步是让离体的植物组织产生一团多能性细胞，称为愈伤组织；第二步是在愈伤组织上诱导根和芽的出现，形成新的植物。在器官从头再生过程中，所有细胞都不再回到胚胎阶段，这是区别于体细胞胚再生的判断依据。在上世纪50年代，美国植物学家斯库格（Skoog）和米勒（Miller）利用烟草等植物进行组织培养，发现了培养基中不同比例的生长素和细胞分裂素的配比是诱导愈伤组织、芽和根出现的关键。生长素和细胞分裂素是非常重要的两种植物激素，对它们浓度配比的认知已成为现代组织培养技术的基础。

现在，在科学家们已经发展出了大量的植物再生技术。这些技术不仅能够实现植物的营养繁殖，还有效地使用在现代农业的方方面面。而科学家们还在努力，希望能让植物“再生”这个技能得到更加淋漓尽致的发挥，更多地造福于人类。

来源：中国科学院上海生命科学研究院