第五章 细胞工程创造奇迹一、从哈伯兰特到细胞工程

提起细胞工程，实际上是一种细胞水平上的遗传工程。它与基因工程相比，用不着进行 DNA 的体外重组。细胞工程是直接通过细胞融合或细胞核的移植以及细胞培养等方法改良或创造新品种的生物技术。这门技术的兴起， 固然离不开整个生物学的进步，但是，细胞工程作为生物学领域中的独立分支，毕竟还有自己行进的足迹。

1902 年，德国植物学家哈伯兰特预言构成植物的细胞，都有长成完整个体的潜在能力，这种潜在能力就叫植物细胞的“全能性”。为了证实这个预言，他亲自用高等植物的叶肉细胞、髓细胞、腺毛、雄蕊毛、气孔保卫细胞、表皮细胞等多种细胞放置在他自己配制的营养物质中（人工配制的营养物， 称为培养基），这些细胞在培养基上可生存相当长一段时间，有些细胞也会增大，但他始终没有看到细胞的分开和增殖。1904 年，他的同胞，植物胚胎学权威汉宁用萝卜和辣根的胚进行离体培养，离开母体植物的幼胚在培养基上提早长成了植株，1933 年我国学者李继侗等明确指出，银杏胚在 3 毫米以上时，人工培养能长出小银杏树，胚乳提取物能促进银杏离体胚的生长。1934 年，美国的怀特和法国的高斯雷特都认真改进了培养基，怀特用无机盐、糖类和酵母提取物配制成怀特培养基，用这种培养基培养番茄根尖切段，经过400 多天培养，在切口处长出了一团愈合伤口的新细胞，这团细胞称愈伤组

织。高斯雷特也很幸运，他在克诺普溶液中加进葡萄糖和水解酪蛋白，并把溶液凝结成固体，在这种固体培养基上，山毛柳、黑柳形成层组织在几个月内都在增殖，最后形成了类似藻类的突起物。1937 年，怀特发现 B 族维生素对离体根的生长影响很大。上面这几位科学家对植物细胞进行培养的实验， 后来被统称为“植物组织培养实验”。1943 年，怀特将全世界科学家四十余年的探索整理成《植物组织培养手册》，但在这本手册中，还没有足以证明植物细胞全能性的可靠实验。

1946 年，我国学者罗士韦在培养菟丝子的茎尖时，在试管中形成了花。

1948 年美国的斯柯克和我国合作，发现腺嘌呤或腺苷可以解除培养基中生长素对芽形成的抑制作用，并且使人工培养的烟草茎段形成了芽，因此确定了腺嘌呤与生长素的比例是控制芽和根分化的主要条件之一。按他们的意见， 两者比例高，利于芽的形成；比例低，有利于根的形成。直到 1958 年，美国的斯蒂伍特在培养野生胡萝卜的根细胞时，终于得到了来自单个细胞的完整植株。从此，哈伯兰特的预言，经过 50 余年的风风雨雨终于得到证实。

1963 年，日本的田中等别出心裁地培养紫露草的花药，得到了单倍体组织，他们的结果鼓舞了印度的两位植物学教授古哈和玛赫希瓦里，他们两人在含有椰子汁和李子汁的培养基上培养曼陀罗的成熟花药时，有 50％的花药形成了“胚状体”，并由“胚状体”发育成单倍植株。

古哈和玛赫希瓦里由曼陀罗花药培养出单倍体植株的工作，证明了高等植物的单倍体生殖细胞也具有全能性，他们的成功，犹如一声春雷，声震寰宇，激荡五洲。一时间，花药培养成功的消息此起彼伏。1968 年，日本的田中和男及田中正雄，由烟草花药培养而获得了烟草单倍体植株。同年，法国学者尼许领导的研究组和美国学者萨德兰特也得到了烟草单倍体植株，日本的新关宏夫得到了水稻花粉单倍体植株。日本、英国、联邦德国、丹麦、捷克等先后用花药培养法得到了茶树、甘蓝、百合、番茄、甘薯、粟、鸭趾草、黑麦草等多种植物的单倍体植株。

我国的科技工作者，从 1970 年起，有意识地将印度学者发明的花药培养

技术用于水稻、小麦等常规杂交育种上，不仅在 1971 年，由欧阳俊闻首次得到小麦单倍体植株，而且在不太长的时间内，培养成功水稻“新秀”、“花寒早”、“中花 2 号”、“中花 5 号”以及小麦“京花 1 号”等优良品种。这种以花药育种为核心的细胞工程是新品种培育的技术革新，不仅能使杂交育种的选择效果提高 2n（n 为杂合基因对数），而且还可缩短育种年限。

1952 年，法国学者莫里尔培养大丽花的茎尖，1955 年又培养马铃薯的茎尖，不仅从茎尖长出了完整植株，而且这些由茎尖长出的植株已无病毒或病毒颗粒明显减少，从而使大丽花更大更健；马铃薯产量更高。莫里尔在取得初步成功后，又集中精力培养兰花的茎尖。在莫里尔的实验室里，一个兰花茎尖在短时期内可以发出很多幼芽，从而长出许多兰花植株，由茎尖长出的兰花同样也消除了病毒危害。由此，莫里尔建立了世界上第一个“兰花工厂”。植物繁殖工厂化是农业工作者梦寐以求的大事，因此，莫里尔的“兰花工厂” 吸引了许多科学家，到 70 年代，美藉日本学者穆拉希格经过自己的研究，总结出了工厂繁殖植物的一整套流程。按照他的看法，要想使植物繁殖化，应在三个不同阶段采取不同措施。第一阶段是外植体的建立，外植体就是用来人工培养的植物或植物部分。第二阶段是芽的增殖和生根，第三阶段为试管苗移载前的锻炼。每个阶段必须采取不同的培养基和培养条件。从此以后，

茎尖培养和工厂化繁殖植物作为细胞工程的重要内容而广泛用于实践。如兰花、菊花、波士顿蕨、非洲菊、百合、唐富蒲、香石竹、草莓、石刁柏、香薯等都已形成了育苗工厂。我国科学家在这方面虽然起步较晚，但目前已取得了举世瞩目的成绩。兰花、香石竹、丝石竹、月季、菊花、唐菖蒲、大花萱草、非洲菊、紫罗兰、大岩桐、香瓣玉簪、花叶芋、瑞香、无籽西瓜、草莓、茶花、桉树、杨树、醋栗、芍药等工厂化育苗已进入中试阶段，在改革开放的新形势下，不久的将来，一种新兴的产业——试管苗产业会在我国出现。

细胞工程的出现，使植物和农作物的工厂化生产，已不再是科幻作品中充满理想化的题材，而是正在走向市场的现实，广东新县水果试管苗开发基地的蓬勃发展就是很好的例子。