【大国粮策】植物生长的“主开关”：干细胞如何掌控开花结果？

编者按：你知道吗？植物体内存在着支配生长的“主开关”—— 植物干细胞！它们和动物干细胞一样具备自我更新与分化的核心能力，是植物生长、开花、结果的绝对核心。想了解这微观世界的“生长引擎”是如何运作的？如何改变我们盘中的食物？跟随本文，一探植物干细胞的奥秘！

植物干细胞是什么？它对植物有多重要？

提到干细胞，你可能先想到动物干细胞。在医学上，它们能够帮助再生器官。与动物干细胞类似，植物干细胞也具备自我更新和分化的核心能力，但二者的作用场景与特性存在明显差异。植物干细胞深深扎根于植物自身的生长周期，直接决定了植物的形态、结构与生命周期。

作为植物体内一种分化程度很低的细胞，植物干细胞就像植物生长的“源头”，所有的叶子、花朵、果实、种子等侧生器官，都由植物干细胞发育而来。这些细胞主要存在于植物的分生组织中，比如嫩枝的芽尖、根尖等部位，始终保持着“年轻状态”，既能不断分裂产生新的干细胞，又能分化成不同的植物器官细胞。正是这种特性，支撑着植物从幼苗到成熟、从开花到结果，完成整个生命周期。

植物干细胞是怎么“工作”的？

植物干细胞的运作核心，来源于基因的精准调控。简单来说，这些基因像“调节器”一样，控制着干细胞的活性和数量。

当某些基因（如调控干细胞增殖的基因）被激活时，干细胞会加速分裂，为侧生器官（如玉米的果穗、小麦的麦穗）的形成提供更多细胞；而当另一些基因（如限制增殖的基因）发挥作用时，干细胞的分裂会受到约束，防止器官生长过度。这种“一增一减”的基因调控机制，既不让干细胞太“懒”，以免植物长不起来，也不让它们太“活跃”，防止器官长得乱七八糟。这种平衡，能够确保植物的株形、器官数量与大小始终处于合理范围。

例如，当科学家想让玉米果穗更粗时，会通过增强干细胞增殖相关基因的表达，让干细胞产生更多细胞，从而让果穗的“骨架”更粗壮，进而容纳更多一行行的种子；而若想控制小麦的穗长，则会通过调控基因平衡干细胞的分裂与分化，让麦穗长度适中、籽粒饱满。

植物干细胞能帮我们做些什么？

研究植物干细胞，能直接帮我们改善农作物的产量和品质，目前已经有不少实际的应用方向：

1.让农作物多结果、结好果

通过调控干细胞相关基因的表达，可以定向改变作物的株形，从而增加产量。比如，针对小麦，可通过增强干细胞活性延长麦穗长度，让每穗容纳更多籽粒；针对玉米，可促进干细胞增殖让果穗更粗，增加每行种子的数量；针对大豆，则能调控干细胞分化让分枝更多，从而结出更密的豆荚。这些操作的核心，都是利用干细胞对侧生器官数量的“决定权”，让作物在有限的生长空间里产出更多果实。

2.让果实变回“小时候的味道”

许多优质果树（如山东的苹果、肥城桃等）会随树龄增长出现品质退化：曾经香甜多汁的果实，可能逐渐变得口感寡淡、汁水减少。这时候，植物干细胞技术就能派上用场：从老果树上取嫩枝条，通过诱导技术让干细胞重新激活并形成嫩芽，再将嫩芽嫁接到新的果树上，就能让果树“回到”年轻时候的状态，结出的果实和当年一样好吃。

3.让品种繁殖又快又好

传统果树繁殖常常依赖“芽变选种”，即不断从幼嫩枝条中选择优良芽体进行嫁接，流程烦琐且效率低。而利用干细胞技术，可以直接从枝条中诱导出具有稳定活性的干细胞，再定向培育成优良芽体，不仅缩短了选种周期，还能保证芽体的遗传稳定性，让优质品种的繁殖更高效、更可控。

推广这项技术，难在哪儿？

虽然植物干细胞技术对植物的生长发育大有益处，但想让它广泛应用到农业生产中，还有些难题要解决。

最大的问题是，不同品种的植物“脾气”不一样。不是所有果树、作物的干细胞都容易诱导，有的品种很容易成功，有的却要反复实验才能找到方法，这需要科学家一点点攻关。

另外，还得让农民和农业工作者接受这种技术。传统的嫁接技术，如劈接或插皮接，操作简单方便，而植物干细胞诱导技术相对复杂。需要先让农业科技工作者明白，前期虽然麻烦，但一旦做好了，效率会很高，这样才容易推广开。

植物干细胞虽然不起眼，却藏着让植物生长的关键开关。从田间的庄稼到枝头的果实，植物干细胞正通过科学技术的挖掘，为农业生产带来更广阔的提升空间。

策划：林佳欣 武玥彤

文案：李怡霏（实习）

审核专家：苏英华

山东农业大学生命科学学院副院长、教授

图片由AI生成

出品单位

中国科协科普部

光明网

农业农村部人力资源开发中心

中国农学会