植物細胞培養是以細胞全能性作為理論依據的。

 

植物細胞全能性是指植物體的任何一個細胞都攜帶有該物種的全部遺傳信息，離體細胞在一定的條件下具有發育成完整植株的潛在能力。

 

植物體所有的活細胞都是由細胞分裂產生的，每個細胞都包含著整套遺傳基因。在自然狀態下，分化了的雌、雄配子經過受精作用形成受精卵，受精卵經過一系列的分裂形成具有分化能力的細胞團，并再次發生分化，形成各種組織、器官，最后發育成具有完整形態、結構、技能的植株。

 

完整植株每個活細胞雖然都保持著潛在的全能性，但受到所在環境的束縛而相對穩定，只表現出一定的形態及生理功能。但其遺傳全能性的潛力并沒有喪失，一旦它們脫離原來所在的器官或組織，不再受到原植株的控制，在一定的營養、生長調節物質和外界條件的作用下，就可能恢復其全能性，細胞開始分裂增殖、產生愈傷組織，繼而分化出器官，并再生形成完整植株。

 

植物細胞全能性只是細胞的一種潛在能力，不一定都能進行全能性的表達，只有在一定條件下才能表達出其全能性。在多數情況下，一個成熟細胞要表現它的全能性，要經歷脫分化和再分化兩個階段。首先成熟細胞脫分化恢復到分生狀態，形成愈傷組織，然后進入再分化階段，由愈傷組織分化形成完整植株。但也有的植物在培養過程中由分生組織直接分生芽，而不需經歷愈傷組織的中間形式。

 

是指在一定條件下，已分化成熟的植物組織或器官恢復到分生狀態，細胞開始分裂形成無分化的細胞團，即形成愈傷組織的過程。

 

愈傷組織是一團無定形、高度液泡化、具有分生能力而無特定功能的薄壁組織。恢復分生能力的植物細胞體內的溶酶體將失去功能的細胞質組分降解，并合成新細胞組分，同時細胞內酶的種類與活性發生改變，細胞的性質和狀態發生了扭轉，轉入分生狀態恢復原有的分裂能力。

 

是指在一定的條件下，脫分化形成的愈傷組織轉變成為具有一定結構、執行一定生理功能的細胞團和組織，并進一步形成完整植株的過程，即從愈傷組織再生形成完整植株的過程。

 

愈傷組織中的細胞常以無規則方式發生分裂，此時雖然也發生了細胞分化，形成了薄壁細胞、分生組織細胞、導管和管胞等不同類型的細胞，但并無器官發生，只有在適當的培養條件下，愈傷組織才可發生再分化形成完整植株。愈傷組織的再分化有器官發生和體細胞胚胎發生兩種不同的發育途徑。

 

 

（1）器官發生途徑

是指由愈傷組織再分化形成根、芽等器官的過程。器官原基一般起始于一個細胞或一小團分化的細胞，經分裂后形成擬分生組織，然后進一步分化形成芽和根器官原基。多數植物是先形成芽，芽伸長后在其基部長出根，形成完整小植株。

（2）體細胞胚發生途徑

體細胞胚是由愈傷組織的類薄壁細胞不經過有性過程而直接產生類似胚的結構。體細胞胚具有雙極性，即苗端和根端，其發育過程與受精卵發育成胚的過程極其相似，在適宜的條件下可先后經過原胚、球形胚、心形胚、魚雷胚和子葉胚5個時期，然后發育成再生植株。

在脫分化和再分化過程中，細胞的全能性得以表達。當然，不同植物、不同組織器官、不同細胞間全能性的表達難易程度會有所不同，這主要取決于細胞所處的發育狀態和生理狀態。組織培養的主要工作就是設計和篩選適當的培養基，探討和建立適宜的培養條件，促使植物細胞、組織完成脫分化和再分化。