[科普中國]-再生能力

細胞再生植物細胞

植物的組織，甚至單個細胞都具有再生能力。在植物組織中，尤以分生組織的再生能力更為明顯。

從薄荷、馬鈴薯、蘭花的莖端切下生長點，接種在合適的培養(yǎng)基上，均能再生出完整植株。如果用手術(shù)的方法，將莖端分生組織劈切成兩半，或分切成幾塊，則每一部分仍可重建成一個完整的苗端，最后各自發(fā)育成一個枝條。如果把洋紫蘇莖切一楔形缺口，以切斷上下維管束的聯(lián)系，此后在維管束之間的皮層薄壁組織細胞或髓細胞會再分化出木質(zhì)部分子和韌皮部分子，使中斷的維管束重新連接起來。

植物再生中，最引人注目的是單個營養(yǎng)細胞的再生。1955年 F.C.斯圖爾德從胡蘿卜根的韌皮部中分離細胞，然后培養(yǎng)在液體培養(yǎng)基中,這些細胞開始伸長和分裂,產(chǎn)生出不規(guī)則的細胞團，其中一部分獲得極性，并發(fā)育成類似胚的胚狀體。再將它們由液體培養(yǎng)基轉(zhuǎn)移到固體培養(yǎng)基上，即發(fā)育成幼小的植物體。經(jīng)移栽到花盆內(nèi)生長和發(fā)育一段時間后，還能開花結(jié)實。

施用植物激素或生長調(diào)節(jié)物質(zhì)會加速插枝的生根或離體培養(yǎng)組織的分化。激素的種類、相對和絕對濃度能影響根和芽再生的先后，提示體內(nèi)激素平衡與再生過程關(guān)系密切。

孢子植物中，從單細胞的藻類到多細胞的苔蘚植物和蕨類植物，都有再生能力。如傘藻，為一種分化過程相當高的單細胞綠藻，每個藻體的基部具假根，頂端為一圓形的帽狀體，中間由柄相連，細胞核通常位于假根中。當切除帽狀體及一部分藻柄后，又再生出一個新的帽狀體。如果將一部分具核的假根切除，帽狀體仍然可以再生（見細胞分化）。

各種真菌也有廣泛的再生能力，如香菇等，當子實體的某些部分被破壞或分離后，一般仍能重建成正常的子實體。

苔蘚植物中，苔綱的再生能力最為明顯。它們的離體假根、葉片、蒴柄和孢蒴等均能再生出新的原絲體或芽胞，最后發(fā)育成完整植株。

人體細胞許多因素會造成細胞和組織的損傷，存活的健康細胞不斷進行分裂和增殖，以取代死亡細胞和修復(fù)受損組織，人體的這種生理機能稱為再生和修復(fù)。再生和修復(fù)是生物界在長期進化過程中獲得的自我防御機制之一。

平時容易受損傷的、生理過程中經(jīng)常更新的組織再生能力強。否則由反之。

1、再生力強的細胞 表皮細胞（如呼吸道、消化管和泌尿生殖器的粘膜被覆上皮）、淋巴細胞、造血細胞等，這些種類的細胞每時每刻都在進行衰老與新生，具有應(yīng)對損傷的強大再生修復(fù)能力。

2、有較強再生力的細胞 各種腺體器官的細胞，如肝、胰、內(nèi)分泌腺、汗腺、皮脂腺及腎小管上皮細胞等，，當受到損傷時，表現(xiàn)出較強的再生能力。腺體上皮細胞破壞后，由殘留的上皮細胞分裂、補充。如果一個腺體小區(qū)完全被破壞，小區(qū)內(nèi)的細胞全部壞死，該小區(qū)就不能被修復(fù)。屬于此類的細胞還有血管內(nèi)皮細胞、骨膜細胞等。

3、再生力微弱或無再生力的細胞 中樞神經(jīng)細胞和神經(jīng)節(jié)細胞再生很弱，遭損壞后極難恢復(fù)原有功能。心肌細胞再生能力極弱，損毀后均由纖維結(jié)締組織代替,很難恢復(fù)原有的結(jié)構(gòu)和功能。

影響人體細胞再生的主要因素有：

1、取決于該細胞的再生能力，再生修復(fù)能力越強的細胞越容易修復(fù)，胃壁細胞十天左右更新一遍，皮膚細胞一個月更新一遍。

2、取決于損傷的程度和范圍 大范圍細胞壞死后，難以有相當數(shù)量的同類細胞代替，需要健康的細胞產(chǎn)生新細胞，新生細胞再生成新細胞，需要的時間就要漫長一些。

3、年齡因素：兒童和青少年組織再生能力強，創(chuàng)傷愈合快；老年人組織再生能力弱，愈合慢。

4、營養(yǎng)狀況：蛋白質(zhì)、維生素和礦物質(zhì)是構(gòu)建細胞的原材料。這些原材料供應(yīng)不足，會影響細胞的再生修復(fù)能力。充足的蛋白質(zhì)、維生素C、E和礦物質(zhì)鈣、鋅供應(yīng)能夠促進損傷的修復(fù)，反之則會延緩各種損傷的修復(fù)。

5、藥物影響：腎上腺皮質(zhì)激素和垂體促腎上腺皮質(zhì)激素能抑制炎癥，但不利于機體消除傷口感染；還能抑制肉芽組織生長和膠原合成，加速膠原分解?？拱┧幹械募毎舅幬镆部裳泳徲?。

6、血液供應(yīng)：血管硬化等因素，會導(dǎo)致血液供應(yīng)不足，可導(dǎo)致組織營養(yǎng)不良，妨礙愈合。

7、神經(jīng)支配：失去神經(jīng)支配的組織會再生能力喪失。

植物器官植物的再生過程大致分為傷口組織修復(fù)，離體組織的器官再生和體細胞胚的發(fā)生。一個特定物種的再生能力往往決定了它的營養(yǎng)生殖能力，就是在不需要種子的情況下產(chǎn)生下一代。1

從柳樹上取下一段枝條，將其下端插入潮濕的沙土或水中，經(jīng)過一段時間，就會從上下切割表面長出芽和不定根。

將秋海棠屬或景天科某些種類的葉子從母體分離下來，放在潮濕環(huán)境下，容易產(chǎn)生不定根與不定芽。在落地生根葉子邊緣的凹陷處，常殘存有分生組織團，隨著葉片的增大，分生組織繼續(xù)分裂和分化，每個分生組織均可發(fā)育成一個小植株，有人把這過程稱為生殖性再生；各種植物離體葉子的再生能力差別較大。哈格曼對1204種植物所做試驗表明，501種植物離體葉只長根,不長芽；25種僅長枝條不生根；289種既能生根又可長枝條;其余389種兩者都不長。有人把插葉時只生根,不長枝條的現(xiàn)象，稱為“不完全再生”。

扦插帶有葉柄的香葉天竺葵葉子，其不定根與不定芽均由葉柄切口處的愈傷組織產(chǎn)生。不定芽的產(chǎn)生通常有內(nèi)生的（即在愈傷組織內(nèi)部發(fā)生），和外生的（在愈傷組織近表面處發(fā)生）兩種方式。

許多草本植物的根很少或沒有再生能力，但某些多年生田間雜草，如田旋花和刺兒菜等的根被機械切割成碎段后，每個碎段就是一個繁殖體，可產(chǎn)生不定根與不定芽。因此這些雜草極難根除。

動物再生自然界的某些動物天生具有奇特的再生本領(lǐng)，這種天賦吸引著許多科學(xué)家去探索奧秘，并從中受到啟迪。再生現(xiàn)象存在于許多動物，不同的動物再生能力不同，一般無脊椎動物的再生能力比脊椎動物強。2

很多低等動物都具有超強的再生能力。渦蟲被切成兩半或是蚯蚓被切成許多段，每一部分都會再長成一個完整的個體。遇險時，壁虎會斷尾求生，螃蟹則斷肢棄螯，這些失去的部分經(jīng)過一段時間后，都會再度生長出來，而且和原來的肢體有一樣的功能。

蚯蚓就是一種特殊的再生動物。蚯蚓斷成兩段包含有“生殖環(huán)帶”的那一段會再生成一只完整的個體，含有“生殖環(huán)”的那段是頭是尾并不重要。一般蚯蚓的體段在10 天左右開始再生，且從頭至尾都有再生能力。但不同體段的蚯蚓再生能力不同，有頭無尾、無頭無尾的體段再生速度比無頭有尾體段的要快。其中，無頭無尾蚯蚓體段的頭部、尾部都可以再生，但尾部再生的速度顯著高于頭部。剪切后所剩蚯蚓體段的多少對蚯蚓存活率有很大影響，所剩的體節(jié)數(shù)越多，蚯蚓體段的死亡率越低。

壁虎也是再生動物，它逃生的絕技就是扔掉尾巴，在它遇到強敵或被敵害咬住時，掙扎一番后就自動將尾巴脫落，離開身體的尾巴還不停地抖動，以達到迷惑敵人、趁機它自己卻逃之夭夭，而過些時候，壁虎的尾巴又能完好如初。這在生物學(xué)上叫“殘體自衛(wèi)”或“自截”，不少動物都具有這種本領(lǐng) “自截”可在尾巴的任何部位發(fā)生。但斷尾的地方并不是在兩個尾椎骨之間的關(guān)節(jié)處，而發(fā)生于同一椎體中部的特殊軟骨橫隔處。這種特殊橫隔構(gòu)造在尾椎骨骨化過程中形成，因尾部肌肉強烈收縮而斷開。軟骨橫隔的細胞終生保持胚胎組織的特性，可以不斷分化。所以尾斷開后又可自該處再生出一新的尾巴。再生尾中沒有分節(jié)的尾椎骨，而只是一根連續(xù)的骨棱，鱗片的排列及構(gòu)造也與原尾巴不同。有時候，尾巴并未完全斷掉，于是，軟骨橫隔自傷處不斷分化再生，產(chǎn)生另一只甚至兩只尾巴，形成分叉尾的現(xiàn)象。我國壁虎科、蛇蜥科、蜥蜴科及石龍子科的蜥蜴，都有自截與再生能力。最后要強調(diào)的是壁虎不是無緣無辜的“弄斷”自己的尾巴的，往往是在遇到敵害時，受到一定刺激時尾部肌肉強力收縮加上它的尾椎骨特殊的構(gòu)造而自動脫落。

很多低等動物都具有超強的再生能力。渦蟲被切成兩半或是蚯蚓被切成許多段，每一部分都會再長成一個完整的個體； 蠑螈的四肢缺損了也可以失而復(fù)生。至于海綿，它更是技高一籌，即使把它切成許多小塊，每塊都能獨立生活，而且能越生越大。更為奇妙的是，即使把幾種海綿搗碎過篩，再混在一起，同種海綿仍能依計劃程度而生長，保留著對整體的記憶，重新組成小海綿個體。

兩棲動物若是肢體或是身體其它部分受損，它們可以再生出新的肢體或是在不留下任何傷疤的情況下使傷口痊愈，但哺乳動物尚不具備這種再生能力。美國杜蘭大學(xué)細胞生物學(xué)家肯·穆尼奧卡(Ken Muneoka)說：“這顯然是一個很大的難題。”根據(jù)美國國防部高級研究規(guī)劃局(Darpa)一項投入760萬美元的研究項目，兩個科研小組將嘗試改變?nèi)祟愡@一進化缺陷，賦予我們再生能力。

再生醫(yī)學(xué)利用干細胞產(chǎn)生,修復(fù)破損的組織、器官,被稱為再生醫(yī)學(xué)。再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展已經(jīng)可以通過干細胞再生血管、汗腺、神經(jīng),以及組織工程皮膚和軟骨,甚至組織工程耳朵和膀胱等。但是,干細胞用于治病卻有隱患:控制不好,治病所用的干細胞,尤其是全能分化的胚胎干細胞就有可能演變無限增值的腫瘤。再生醫(yī)學(xué)的概念起源于蠑螈和壁虎等動物,它們體內(nèi)不僅有功能強大的再生干細胞,還有能啟動其迅速生長的機制。不過,人類也應(yīng)慶幸自身沒有這樣的再生能力,癌癥就是因為機體內(nèi)一些器官和組織的細胞不能受到控制而瘋長產(chǎn)生的。美國斯坦福大學(xué)和加利福尼亞大學(xué)的研究人員,發(fā)現(xiàn)了哺乳動物不能像壁虎一樣再生的原因。他們的研究再次證明了過去的假說,哺乳動物放棄再生能力,是因為這可能導(dǎo)致癌癥。在這個過程中,一種稱為腫瘤抑制的基因(Rb)和另一種稱為A R F的基因起到了重要作用,它們具有阻止組織再生的功能。研究人員把三種基因轉(zhuǎn)入老鼠體內(nèi),同時抑制Rb和ARF基因的作用,結(jié)果老鼠體內(nèi)原本只具有結(jié)構(gòu)功能的普通成纖維細胞轉(zhuǎn)變?yōu)椴珓拥男呐K細胞。如果這一實驗?zāi)茉谌梭w應(yīng)用,那么,利用干細胞修復(fù)組織的再生醫(yī)學(xué)將會進入一個新的境界。

能力應(yīng)用1902年，德國植物學(xué)家G.哈貝蘭特最早提出了分離的植物細胞，如培養(yǎng)在合適的營養(yǎng)條件下，就會像合子（受精卵）一樣發(fā)育成完整的植株，植物細胞的這種能力稱為全能性。斯提瓦將單細胞培養(yǎng)成整株植物的實驗給予這種看法以有力的支持。植物在遭受凍害、火災(zāi)、病蟲侵害、草食性動物取食等情況下失去或死去一部分后，能再生失掉的部分，這對植物的生存和繁衍具有重要意義。

再生不僅賦予植物修復(fù)受損組織的能力,更能使植物產(chǎn)生新器官,實現(xiàn)營養(yǎng)繁殖.再生能力是植物在嚴酷環(huán)境下能夠生存的重要手段,也被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中。3

組織培養(yǎng)技術(shù)、扦插技術(shù)、嫁接技術(shù)等廣泛應(yīng)用于快速繁育瀕危植物，保存優(yōu)良性狀等。因此，再生的研究在農(nóng)業(yè)、林業(yè)和植物保護產(chǎn)業(yè)中具有重大意義。1

自古以來，人們就在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、果樹和花卉園藝上，利用植物的再生能力，用插條、插葉、插根和單芽扦插等方法，擴大和加速植物繁殖，同時保持繁殖體原有的優(yōu)良品質(zhì)。人們應(yīng)用手術(shù)方法，將分離的植物組織或器官，在無菌的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，以獲得完整植株，例如莖尖的離體培養(yǎng)，在獲得無病毒植株（如馬鈴薯），以及擴大繁殖體（如蘭花）等方面，都取到了顯著成效。