1、植物細胞全能性
植物細胞全能性（totipotency)是組織培養的理論基礎。一個生活的植物細胞，隻要有完整的膜係統和細胞核，它就會有一整套發育成一個完整植株的遺傳基礎，在一個適當的條件下可以通過分裂、分化再生成一個完整植株，這就是所謂的細胞全能性。但是在自然狀態下，由於細胞在植物體內所處位置及生理條件的不同，它的分化受到各方麵的調控，致使其所具有的遺傳信息不能全部表達出來，所以隻能形成某種特化細胞，構成植物體的一種組織或一個器官的一部分。由此可以說明條件是十分重要的，或者說是關鍵的，隻要條件合適，細胞潛在的遺傳能力就會表現出來。植物組織和細胞培養技術就是以細胞全能性作為理論依據，用人為的方法創造出一個適合於生長的理想條件，使細胞的全能性得以發揮。
從理論上講，隻要是一個生活的細胞，都有再生出一個完整植株的潛力，但實際情況並非如此簡單。就目前所知，細胞的再生潛力與其分化程度呈負相關，就是說細胞分化程度越高其再生能力越低，但也有人認為細胞的再生能力與其分化程度無關，隻是人們現在還沒能完全掌握細胞分化的機製。雖然還沒有完全從理論上揭示其原因，但事實是越老的細胞，其基因的表達就越受到嚴格的製約，或者說喪失功能或不表現功能的基因越多，所以應盡量選取幼嫩的植物組織作為培養的實驗材料。同時，還應該考慮到，一定的基因型或外植體的再生能力並不是一成不變的，在不同培養條件下，同一基因型或外植體的表現不同，高度分化的細胞或組織隻要條件合適，也有產生再生植株的可能，這種可能性能否變成現實，還有待於人們繼續努力。
2、細胞分化、脫分化與再分化
一粒成熟的種子含有一個小小的胚，也可以叫做胚胎。構成胚胎的所有細胞幾乎都保持著未分化的狀態和旺盛的細胞分裂能力，其細胞質濃稠，細胞核較大，細胞與細胞之間沒有很大差異，這些細胞都可以叫做胚性細胞，或叫分生性細胞或未分化細胞。在適宜的條件下，隨著種子的萌發，構成胚胎的所有細胞即開始分裂活動，增加細胞數目。隨著時間的進行細胞的命運發生不同變化，形態和功能也發生變化，有的形成了葉子的細胞，有的形成了根的細胞，有的形成莖的細胞，有的仍保持分裂能力，有的則逐漸失去分裂能力，細胞的這種在形態結構和功能上發生永久性（不可逆轉性）適度變化的過程叫做分化。分化主要是由細胞內的基因決定的，也就是說分化是基因在時間和空間兩個方麵差次表達的結果。分化的結果導致細胞分裂能力的喪失，伴隨的是細胞的分化、成熟與組織的形成，是植物根、莖、葉、花、果實和種子的形成，是一個成熟植物體的出現。在正常的自然狀態下，這些已經分化的細胞不會再恢複分裂能力重新開始細胞分裂，直到植物體死亡為止。
當把一個已經失去了分裂能力，處於分化成熟和分裂靜止狀態的細胞置於特定的增殖培養基上時，它首先發生的變化是回複到分生性狀態，這一狀態包括由溶酶體的活動而將失去功能的細胞質組分降解，並產生新的細胞質組分（即細胞器的破壞與重建），同時細胞內酶的種類與活性發生改變，蛋白質合成和細胞代謝過程也發生改變，最後引起基因表達的改變，細胞的性質和狀態發生了扭轉，可以說是返老還童。由失去分裂能力的細胞回複到分生性狀態並進行分裂，形成無分化的細胞團即愈傷組織的現象（或者說是過程）稱為“脫分化“。經過脫分化的細胞如果條件合適，就可以長久保持旺盛的分裂狀態而不發生分化。由無分化的愈傷組織的細胞再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，構成一個完整的植物體或植物器官的現象（或過程），叫做“再分化”。一個已分化細胞要表達出其全能性，就要經過脫分化和再分化的過程，這就是植物組織和細胞培養所要達到的目的。設計培養基和創造合適培養條件的主要原則就是如何促使植物組織和細胞完成脫分化和再分化，培養的主要工作就是設計和篩選培養基，探討和建立合適的培養條件。
植物激素在調節細胞脫分化和再分化中起到主要作用。植物對激素的反應十分敏感，培養基中生長素類和細胞分裂素類的種類、相對比例和絕對量都能直接影響到細胞脫分化和再分化的過程，組培中常常是通過調節激素的種類、濃度和相對比例來達到調節脫分化和再分化的目的。
3、器官發生和胚狀體發生
培養的植物組織與細胞再經過脫分化和再分化再生出新的植物體過程中，特別是再分化時，可經過兩條途徑，一是由愈傷組織的部分細胞先分化產生芽（或根），再在另一種培養基上產生根（或芽），形成一個完整的植株，因為芽和根都是植物體的器官，所以這一過程叫器官發生途徑。另一個是在愈傷組織中產生出一些與種子中的胚相似的結構，即同時形成一個有苗端和根端的兩極性結構，然後再在另一種培養基上同時發展成帶根苗，由於這一過程與種子中胚的形成和種子萌發時形成幼苗的過程相似，所以叫做胚狀體發生或無性胚胎發生。組培條件下，植物再生是走器官發生途徑還是走胚狀體途徑，隨植物不同而不同，也隨培養基的不同而變化，有時甚至同一種植物在同一條件下，即存在體細胞胚胎發生途徑，也存在器官發生發生途徑，這都是自然現象，是正常的，隻是兩種發育途徑的頻率隨著基因型不同和培養條件的改變而差異顯著。
上一篇：植物組織培養
下一篇：蘭花的組織培養
