第一篇第三十章分身有术——小小细胞显神通
细胞是生物体结构和功能的基本单位。17世纪英国科学家胡克用自制的显微镜观察木栓
切片，发现蜂窝状的小室，称之为“细胞”。恩格斯评价细胞的发现是19世纪科学史上三大
发现之一。人们对许多生命现象的探索要深入到细胞中寻求答案。
我们知道，生物的生长发育其实就是细胞的增殖与分化的过程，生物体的一切生命活动
都是在细胞内进行的。对生物体的细胞进行改造，它的性状就会随之发生相应的改变，在细
胞学理论的指导之下，按照人们的需要改造和利用生物细胞，这种技术称为细胞工程。
细胞的全能性
我们中的任何一个人，都是由一个受精卵经细胞有丝分裂和细胞分化发育成的：有丝分裂保
证了一个人的所有体细胞具有相同的或基本相同的遗传物质；细胞分化，是由于在个体发育
的特定阶段，特定部位细胞的一些基因被关闭和另一些基因被表达的结果，这样就保证了一
人能产生不同类型的细胞，如肌肉细胞、血细胞、神经细胞和视觉细胞等，以执行不同的功
能。
既然通过有丝分裂产生的所有细胞具有相同或基本相同的遗传物质，因此，不管分化与否
，细胞内应含有发育成完整个体或分化成任何类型细胞所必需的全部基因，只要条件适合，
每个细胞都可发育成一个完整的个体或分化出其他类型的细胞。细胞这种具有发育成完整个
体或分化出其他类型细胞的潜在能力，叫细胞全能性。
一个已分化的细胞之所以也具有全能性，从理论上来说，是因为基因的关闭并不意味着基因
的死亡，而只意味着基因的休息，只要条件合适，关闭的基因还可以重新工作或重新表达。
把一根柳树的枝条，或一根葡萄枝条插在湿润的田地里，它就会发芽生根
，长出一个完整植株。同样道理，把植物的一小块叶子、茎尖或一个幼芽，也就是一小块组
织放在一个容器里，供给一定的营养物质，一定的温度和适度，它就会分化形成一个完整植
株。
细胞的全能性是生物进行无性繁殖(克隆)的基础。
所谓无性繁殖，传统概念是指没有精、卵细胞参与，而由母体直接产生子代个体的繁殖方式
；现代概念还包括凡由个体(雌性或雄性)中的任何一个细胞产生子代个体的繁殖方式，也称
“克隆”，“克隆”是英语单词“clone”的音译，作动词用是指“无性繁殖”，作名词用
是指“无性繁殖后代或无性繁殖系”。
在《西游记》中，孙悟空拔出一根毫毛，噗地一吹，说声“变”，就变出许多个孙悟空。如
今，人们通过生物的无性繁殖也可实现小说中的那样的奇迹。
植物组织培养技术
俗话说“春种一颗粟，秋收万颗粒”，这是人们所熟知的自然现象。然而，你可曾想到，由
植物的一个体细胞，如从叶片中抽出一个细胞，能否长成一株植株？科学家经过半个世纪的
摸索，梦想终于成了现实。大致过程见图1-18。
从植物体取出部分组织，如叶片，用酶处理分离成单个的细胞。把这些细胞移到盛有一
特定培养基的瓶中，使细胞不仅可以增加数目，而且还可集结成块状的所谓愈伤组织。把愈
伤组织移到盛有另一特定培养基的瓶中，使其生根发芽长出幼苗。将幼苗取出，移植至土壤
中，就可长成完整植株。
显然，用植物的叶片，经体细胞培养方法，可培育出无数的植物个体，且这样的个体与
用来作培养的叶片的母体植株的遗传性状完全相同。经体细胞培养发育成的个体，经同样方
法又可培育出无数的第二代性状相同的个体。这种由一个细胞产生的、具有相同遗传性状的
一群个体，称为一个无性繁殖系或克隆后代。
一个无性繁殖系的植株是原来母体植株的分身，可以说是孙悟空分身术在植物中的实现。
随着植物体细胞培养技术的发展，人们已将组织和细胞培养的技术应用到植物无性繁殖
系的快速繁殖和品种改良上。例如，在马铃薯茎尖上切取其小小的生长锥，培养在试管里，
能获得众多的没有病毒的植株。种植这样的去毒植株要比未去毒的增产数倍。又如，自从用
兰花生长点培养出无病毒植株后，不仅为挽救一些濒临灭亡的优良兰花开辟了新途径，也在
许多国家发展了一种新兴的“兰花工业”，以满足人们的需要。
随着植物体细胞培养技术的发展，人们也可不用种植整个植株，而是在工厂里大量培养
植物体细胞，让它们直接生产出有用的产品。这种产品的生产，是把植物体细胞培养与工业
发酵技术融为一体，即把植物体细胞放到一个大型生物反应器中，在适当条件下进行培养，
从增殖的大量植物体细胞分离、纯化出所需要的产品。例如，从紫草植物中提取的紫草素，
是一种称为“生物口红”的高级生物染料，由于其产量远不能满足市场需要，价格非常昂贵
。1985年，日本首先利用紫草体细胞培养技术，大量生产出紫草素并投放市场，取得了极为
可观的经济效益。
此外，用植物培养的方法，诱导离体的植物组织形成具有生根发芽能力的胚状结构，包裹上
人工种皮，制成人工种子，可以解决某些作物繁殖能力差，结子困难或发芽率低等问题。相
信随着生物技术的发展，特别是组织培养技术的发展，它在21世纪可望成为种子业的主导技
术之一。
借腹怀胎——胚胎移植技术
我们天天要喝牛奶，要吃牛肉，可是牛繁殖得很慢。一般一头母牛一年只能生一胎，也就是
只能生一头小牛。这样，无论牛奶还是牛肉的供应都不能满足人们的需求。为了解决这个问
题，科学家们多年来一直在研究，能不能使动物一年生多胎，加快繁育速度呢？于是，胚胎
移植术应运而生。
说来神奇，在动物子宫里怀孕的胚胎怎么能移植呢？那是怎样进行的呢？我们知道，一头
母牛在自然情况下每次只能排一个卵，那意味着只能生一头小牛。能不能让动物多排卵呢？
科学家们研究成功了一种超数排卵技术。这就是在母牛发情期
的第9天～14天，给母牛注射一种促排卵剂，这种促排卵剂叫做促性腺激素。这样，母牛原
先只能产生1个成熟卵细胞的卵巢，现在一次就能排出十来个卵，甚至可多达四十个以上。
为了培育出优良品种，首先选择良种母牛，使之多排卵。然后，选择优良的公牛，采取其精
液，给选好的良种母牛进行人工授精。此外，还要选择几头发情的母牛，在发情后的第6天
～第8天，从受精的母牛子宫里取出优良品种的胚胎，在37℃的温度下、10小时之内，
将这个早期胚胎移植到事先选择好的母牛子宫里，这头母牛可看作是养母。这
就是“借腹怀胎”。最后，养母生下了优良品种的小牛。这样，一头优良品种的母牛，
本来一年只能生一头小牛，现在却可以生出十多头到几十头，最多达五十多头小牛。
科学家们为了更快地繁育动物优良品种，又研究成功了“卵分割法”。所谓“卵分割法”，
是把早期胚胎内的细胞一个个分离开，变成单个受精卵细胞，再把单个受精卵细胞育成胚胎
，然后进行胚胎移植，就会产生双犊、4犊等家畜。
我们知道，将一段枝条埋在土里，就能发育生长成一棵植株，这是植物细胞的
全能性，那么动物细胞有没有全能性呢？哺乳动物在特殊的情况下，也有全能性。卵分割法
就是基于这个道理进行操作的。
与此同时，还出现了“冷冻胚胎”，就是这些人工受精的优良品种的胚胎，如果暂时用不了
那么多，或一时难以找到合适的“养母”进行移植，或需要将优良品种的胚胎远距离运输后
进行繁殖，可以把它们放在摄氏零下196℃的液氮里去保存。待需要进行胚胎移植时，把
冷冻胚胎解冻，这种胚胎仍能正常发育成个体。
这些新技术大大加快了畜牧业的发展速度，使得家畜优良品种的生产商品化了。据报道，19
87年世界上已经有家畜胚胎移植公司两百多家。如美国已建立了从事牛胚胎移植、精子冷冻
、受精卵分割等技术研究的格基纳达公司，这家公司已向国内和澳大利亚、新西兰、巴拉斯
坦、巴拉圭和中国等国出口胚胎移植技术。现该公司已发展成为10亿美元的企业。
胚胎移植术不仅蕴藏着巨大的经济效益，同时在挽救濒临灭绝的野生动物上也发挥着重
大作用。例如，英国伦敦动物学院和剑桥动物良种繁殖动物协会合作，把斑马的胚胎移植到
普通母马的子宫里，这些普通母马生出了一批小斑马。1987年，美国国家动物园把一种濒临
灭绝的猫的卵进行试管授精，把胚胎移植到普通家猫的子宫里，借腹怀胎，生下了珍贵品种
的小猫。又如，中国科学院动物所的科研人员在大熊猫的体外授精研究上取得很大进展，这
为试管授精、人工繁殖大熊猫带来了希望。
