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再生能力

当被敌害追赶的时候,如果身体的一部分被敌人抓住了,一些动物就可用弄断部分肢体的办法来保全性命,使身体的其他重要部分不受损伤而逃走,它们被弄断了的部分在以后还能再长出来。这在动物学上叫做“再生”。构成动物身体的最小单位是细胞,有的具有再生的能力,有的则不能再生。

在植物学上,再生能力是指植物营养器官形成自己没有的其他部位的能力。如叶插长出根、茎,枝插长出叶、根,根插长出枝、叶。植物体因受伤或生理上分离而失掉组织或器官后,恢复或复制失去部分的现象。

再生现象广泛存于植物中,对植物的生存和繁衍具有重要意义。

植物的组织,甚至单个细胞都具有再生能力。在植物组织中,尤以分生组织的再生能力更为明显。

从薄荷、马铃薯、兰花的茎端切下生长点,接种在合适的培养基上,均能再生出完整植株。如果用手术的方法,将茎端分生组织劈切成两半,或分切成几块,则每一部分仍可重建成一个完整的苗端,最后各自发育成一个枝条。如果把洋紫苏茎切一楔形缺口,以切断上下维管束的联系,此后在维管束之间的皮层薄壁组织细胞或髓细胞会再分化出木质部分子和韧皮部分子,使中断的维管束重新连接起来。

植物再生中,最引人注目的是单个营养细胞的再生。1955年 F.C.斯图尔德从胡萝卜根的韧皮部中分离细胞,然后培养在液体培养基中,这些细胞开始伸长和分裂,产生出不规则的细胞团,其中一部分获得极性,并发育成类似胚的胚状体。再将它们由液体培养基转移到固体培养基上,即发育成幼小的植物体。经移栽到花盆内生长和发育一段时间后,还能开花结实。

施用植物激素或生长调节物质会加速插枝的生根或离体培养组织的分化。激素的种类、相对和绝对浓度能影响根和芽再生的先后,提示体内激素平衡与再生过程关系密切。

孢子植物中,从单细胞的藻类到多细胞的苔藓植物和蕨类植物,都有再生能力。如伞藻,为一种分化过程相当高的单细胞绿藻,每个藻体的基部具假根,顶端为一圆形的帽状体,中间由柄相连,细胞核通常位于假根中。当切除帽状体及一部分藻柄后,又再生出一个新的帽状体。如果将一部分具核的假根切除,帽状体仍然可以再生(见细胞分化)。

各种真菌也有广泛的再生能力,如香菇等,当子实体的某些部分被破坏或分离后,一般仍能重建成正常的子实体。

苔藓植物中,苔纲的再生能力最为明显。它们的离体假根、叶片、蒴柄和孢蒴等均能再生出新的原丝体或芽胞,最后发育成完整植株。

许多因素会造成细胞和组织的损伤,存活的健康细胞不断进行分裂和增殖,以取代死亡细胞和修复受损组织,人体的这种生理机能称为再生和修复。再生和修复是生物界在长期进化过程中获得的自我防御机制之一。

平时容易受损伤的、生理过程中经常更新的组织再生能力强。否则由反之。

1、再生力强的细胞 表皮细胞(如呼吸道、消化管和泌尿生殖器的粘膜被覆上皮)、淋巴细胞、造血细胞等,这些种类的细胞每时每刻都在进行衰老与新生,具有应对损伤的强大再生修复能力。

2、有较强再生力的细胞 各种腺体器官的细胞,如肝、胰、内分泌腺、汗腺、皮脂腺及肾小管上皮细胞等,,当受到损伤时,表现出较强的再生能力。腺体上皮细胞破坏后,由残留的上皮细胞分裂、补充。如果一个腺体小区完全被破坏,小区内的细胞全部坏死,该小区就不能被修复。属于此类的细胞还有血管内皮细胞、骨膜细胞等。

3、再生力微弱或无再生力的细胞 中枢神经细胞和神经节细胞再生很弱,遭损坏后极难恢复原有功能。心肌细胞再生能力极弱,损毁后均由纤维结缔组织代替,很难恢复原有的结构和功能。

影响人体细胞再生的主要因素有:

1、取决于该细胞的再生能力,再生修复能力越强的细胞越容易修复,胃壁细胞十天左右更新一遍,皮肤细胞一个月更新一遍。

2、取决于损伤的程度和范围 大范围细胞坏死后,难以有相当数量的同类细胞代替,需要健康的细胞产生新细胞,新生细胞再生成新细胞,需要的时间就要漫长一些。

3、年龄因素:儿童和青少年组织再生能力强,创伤愈合快;老年人组织再生能力弱,愈合慢。

4、营养状况:蛋白质、维生素和矿物质是构建细胞的原材料。这些原材料供应不足,会影响细胞的再生修复能力。充足的蛋白质、维生素C、E和矿物质钙、锌供应能够促进损伤的修复,反之则会延缓各种损伤的修复。

5、药物影响:肾上腺皮质激素和垂体促肾上腺皮质激素能抑制炎症,但不利于机体消除伤口感染;还能抑制肉芽组织生长和胶原合成,加速胶原分解。抗癌药中的细胞毒药物也可延缓愈合。

6、血液供应:血管硬化等因素,会导致血液供应不足,可导致组织营养不良,妨碍愈合。

7、神经支配:失去神经支配的组织会再生能力丧失。

植物的再生过程大致分为伤口组织修复,离体组织的器官再生和体细胞胚的发生。一个特定物种的再生能力往往决定了它的营养生殖能力,就是在不需要种子的情况下产生下一代。 [1]

从柳树上取下一段枝条,将其下端插入潮湿的沙土或水中,经过一段时间,就会从上下切割表面长出芽和不定根。

将秋海棠属或景天科某些种类的叶子从母体分离下来,放在潮湿环境下, 容易产生不定根与不定芽。在落地生根叶子边缘的凹陷处,常残存有分生组织团,随着叶片的增大,分生组织继续分裂和分化,每个分生组织均可发育成一个小植株,有人把这过程称为生殖性再生;各种植物离体叶子的再生能力差别较大。哈格曼对1204种植物所做试验表明,501种植物离体叶只长根,不长芽;25种仅长枝条不生根;289种既能生根又可长枝条;其余389种两者都不长。有人把插叶时只生根,不长枝条的现象,称为“不完全再生”。

扦插带有叶柄的香叶天竺葵叶子,其不定根与不定芽均由叶柄切口处的愈伤组织产生。不定芽的产生通常有内生的(即在愈伤组织内部发生),和外生的(在愈伤组织近表面处发生)两种方式。

许多草本植物的根很少或没有再生能力,但某些多年生田间杂草,如田旋花和刺儿菜等的根被机械切割成碎段后,每个碎段就是一个繁殖体,可产生不定根与不定芽。因此这些杂草极难根除。

自然界的某些动物天生具有奇特的再生本领,这种天赋吸引着许多科学家去探索奥秘,并从中受到启迪。再生现象存在于许多动物,不同的动物再生能力不同,一般无脊椎动物的再生能力比脊椎动物强。 [2]

很多低等动物都具有超强的再生能力。涡虫被切成两半或是蚯蚓被切成许多段,每一部分都会再长成一个完整的个体。遇险时,壁虎会断尾求生,螃蟹则断肢弃螯,这些失去的部分经过一段时间后,都会再度生长出来,而且和原来的肢体有一样的功能。

蚯蚓就是一种特殊的再生动物。蚯蚓断成两段包含有“生殖环带”的那一段 会再生成一只完整的个体,含有“生殖环”的那段是头是尾并不重要。一般蚯蚓的体段在10 天左右开始再生,且从头至尾都有再生能力。但不同体段的蚯蚓再生能力不同,有头无尾、无头无尾的体段再生速度比无头有尾体段的要快。其中,无头无尾蚯蚓体段的头部、尾部都可以再生,但尾部再生的速度显著高于头部。剪切后所剩蚯蚓体段的多少对蚯蚓存活率有很大影响,所剩的体节数越多,蚯蚓体段的死亡率越低。

很多低等动物都具有超强的再生能力。涡虫被切成两半或是蚯蚓被切成许多段,每一部分都会再长成一个完整的个体; 蝾螈的四肢缺损了也可以失而复生。至于海绵,它更是技高一筹,即使把它切成许多小块,每块都能独立生活,而且能越生越大。更为奇妙的是,即使把几种海绵捣碎过筛,再混在一起,同种海绵仍能依计划程度而生长,保留着对整体的记忆,重新组成小海绵个体。

两栖动物若是肢体或是身体其它部分受损,它们可以再生出新的肢体或是在不留下任何伤疤的情况下使伤口痊愈,但哺乳动物尚不具备这种再生能力。美国杜兰大学细胞生物学家肯穆尼奥卡(Ken Muneoka)说:“这显然是一个很大的难题。”根据美国国防部高级研究规划局(Darpa)一项投入760万美元的研究项目,两个科研小组将尝试改变人类这一进化缺陷,赋予我们再生能力。

利用干细胞产生,修复破损的组织、器官,被称为再生医学。再生医学的发展已经可以通过干细胞再生血管、汗腺、神经,以及组织工程皮肤和软骨,甚至组织工程耳朵和膀胱等。但是,干细胞用于治病却有隐患:控制不好,治病所用的干细胞,尤其是全能分化的胚胎干细胞就有可能演变无限增值的肿瘤。再生医学的概念起源于蝾螈和壁虎等动物,它们体内不仅有功能强大的再生干细胞,还有能启动其迅速生长的机制。不过,人类也应庆幸自身没有这样的再生能力,癌症就是因为机体内一些器官和组织的细胞不能受到控制而疯长产生的。美国斯坦福大学和加利福尼亚大学的研究人员,发现了哺乳动物不能像壁虎一样再生的原因。他们的研究再次证明了过去的假说,哺乳动物放弃再生能力,是因为这可能导致癌症。在这个过程中,一种称为肿瘤抑制的基因(Rb)和另一种称为A R F的基因起到了重要作用,它们具有阻止组织再生的功能。研究人员把三种基因转入老鼠体内,同时抑制Rb和ARF基因的作用,结果老鼠体内原本只具有结构功能的普通成纤维细胞转变为搏动的心脏细胞。如果这一实验能在人体应用,那么,利用干细胞修复组织的再生医学将会进入一个新的境界。

1902年,德国植物学家G.哈贝兰特最早提出了分离的植物细胞,如培养在合适的营养条件下,就会像合子(受精卵)一样发育成完整的植株,植物细胞的这种能力称为全能性。斯提瓦将单细胞培养成整株植物的实验给予这种看法以有力的支持。植物在遭受冻害、火灾、病虫侵害、草食性动物取食等情况下失去或死去一部分后,能再生失掉的部分,这对植物的生存和繁衍具有重要意义。

再生不仅赋予植物修复受损组织的能力,更能使植物产生新器官,实现营 养繁殖.再生能力是植物在严酷环境下能够生存的重要手段,也被广泛应用于生产实践中。 [3]

组织培养技术、扦插技术、嫁接技术等广泛应用于快速繁育濒危植物,保存优良性状等。因此,再生的研究在农业、林业和植物保护产业中具有重大意义。 [1]

自古以来,人们就在农业、林业、果树和花卉园艺上,利用植物的再生能力,用插条、插叶、插根和单芽扦插等方法,扩大和加速植物繁殖,同时保持繁殖体原有的优良品质。人们应用手术方法,将分离的植物组织或器官,在无菌的培养基上培养,以获得完整植株,例如茎尖的离体培养,在获得无病毒植株(如马铃薯),以及扩大繁殖体(如兰花)等方面,都取到了显著成效。


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