淺談植物干細胞

李晞妍

摘 要： 相對于動物干細胞，學習者對于植物干細胞的知識了解甚少。本文從植物干細胞的概念、特征、分類及應用出發，對植物干細胞進行了較系統的闡述。另外，植物干細胞、植物愈傷組織細胞，以及動物干細胞的差異比較，有利于學習者清楚地理解植物干細胞的相關概念，增強學習者對植物干細胞的認識。

關鍵詞： 植物 干細胞 教學應用

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

1.植物干細胞

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

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

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

2.植物干細胞的類別與調控

根據分生組織的種類，植物干細胞可分為莖尖分生組織中的干細胞和根尖分生組織中的干細胞。

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

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

3.植物干細胞的應用

3.1生產天然產物，開發藥品或者化妝品。傳統的植物細胞培養存在細胞生長緩慢、生產成本高等問題，而植物干細胞培養具有遺傳穩定、細胞生長率和生長模式穩定、凝集程度低等優點，可以用來大量生產有用的植物天然產物，并用于藥品、功能性食品、化妝品中。如懸浮培養紫杉干細胞可以生產松香烷型三環二萜、美麗紅豆杉素A和美麗紅豆杉素B等產物，以達到抑制腫瘤血管的生成和抗癌作用，而且其產值遠大于傳統細胞培養的產值，具有很好的開發前景[5]。

3.2植物細胞系庫的建立和利用。一般的植物細胞凍存后存活率低，恢復生長能力慢，因此限制其在植物細胞培養中的應用。植物干細胞系在低溫儲藏方面有很大的優勢，不僅有高的存活率，而且在低溫儲藏前后遺傳物質沒有變異，是植物細胞系庫建立的很好材料。細胞系庫的建立不僅會使研究材料的供應得到滿足，而且使植物細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揮重要作用[6]。除了以上應用外，利用植物干細胞還可以進行植物干細胞的分子調控機制和分子設計育種等方面的研究。

4.結語

植物干細胞是位于植物分生組織中固有的未分化細胞，它們具有自我更新和再生能力。根據目前學習者對植物干細胞認識不足的實際，本文對植物干細胞、動物干細胞及植物愈傷組織細胞的概念進行了辨析，并對植物干細胞的分類及應用進行了論述。學習者清楚植物干細胞、植物愈傷組織細胞和動物干細胞的概念后，在學習植物干細胞的理論和應用等方面時才能正確理解相關的知識點。

參考文獻：

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

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

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

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

[5]徐春明，王英英，龐高陽，李丹.藥用植物干細胞培養技術與應用[J].中草藥，2013，44（20）：2940-2945.

[6]胡玉欣，焦雨鈴.植物干細胞的研究進展[J].中國基礎科學，2016（1）：47-54.