植物細胞與動(dòng)物細胞的差別之一就是植物細胞有全能性。植物細胞全能性（cell totipotency）的概念是1902年由德國著(zhù)名植物學(xué)家Haberlandt首先提出的。他認為，高等植物的器官和組織可以不斷分割直至單個(gè)細胞，每個(gè)細胞都具有進(jìn)一步分裂和發(fā)育的能力，并設想從一個(gè)體細胞可以得到人工培養的胚。20世紀50年代末由Saward等人從胡蘿卜根的韌皮部取下一塊組織，并將其置于液體培養基中進(jìn)行培養，使之分化出愈傷組織，然后把從愈傷組織所得到的胚狀體轉移到固體培養基上繼續培養，從而獲得了完整的胡蘿卜試管植株。經(jīng)過(guò)栽培，此植株能夠正常生長(cháng)并開(kāi)花結果，從而證實(shí)了Haberlandt的植物細胞具有“全能性”的設想。

　　組織培養的理論依據是植物細胞具有全能性，所謂細胞全能性是指每個(gè)植物的體細胞或性細胞都具有該植物的全套遺傳基因，因此在一定培養條件下每個(gè)細胞都可發(fā)育成一個(gè)與母體一樣的植株。要使細胞全能性表達出來(lái)，形成完整植株，除了生長(cháng)以外，還要經(jīng)過(guò)分化、脫分化和再分化等過(guò)程。

　　也就是說(shuō)：一個(gè)植物細胞所具有的產(chǎn)生一個(gè)完整植株的固有能力稱(chēng)作“細胞的全能性”。只要有一個(gè)完整的有生命力的細胞，即使這個(gè)細胞已經(jīng)是高度成熟和分化的細胞，也還保持著(zhù)恢復到分生狀態(tài)的能力。其恢復過(guò)程取決于該細胞原來(lái)所處的自然部位，生理狀態(tài)以及外部環(huán)境條件的影響等。當將離體組織或器官放在培養基上進(jìn)行離體培養（in vitro culture）時(shí)，這些離體組織或器官就會(huì )進(jìn)行細胞分裂，形成一種高度液泡化的呈無(wú)定形態(tài)的薄壁細胞，稱(chēng)為愈傷組織（callus）。

　　一個(gè)已停止分裂的成熟細胞轉變?yōu)榉稚鸂顟B(tài)，并形成未分化的愈傷組織的現象就稱(chēng)為植物細胞的脫分化（differentiation）。脫分化過(guò)程的難易與植物種類(lèi)、組織和細胞狀態(tài)有關(guān)。一般成年細胞和組織比幼年細胞和組織難；單倍體細胞比二倍體細胞難。切取的植物組織、器官和細胞，在人工培養條件下，可促進(jìn)脫分化，產(chǎn)生愈傷組織，然后將脫分化形成的愈傷組織轉移到適當的培養基上繼續培養，這些無(wú)定形的愈傷組織又會(huì )重新產(chǎn)生分生組織，繼而進(jìn)行形態(tài)建成，分化出具有根、莖、葉，最后形成完整植株。把這種原已分化的細胞，經(jīng)脫分化培養后再次進(jìn)行的分化現象叫再分化（redifferentiation）在有些情況下，再分化也可不經(jīng)愈傷組織階段，而直接發(fā)生于脫分化的細胞。

　　利用植物細胞的全能性，可以培養出許多細胞。隨著(zhù)細胞反復的分裂，培養中的愈傷組織和懸浮細胞一段時(shí)間后重新開(kāi)始分化，產(chǎn)生不同類(lèi)型的細胞。如：薄壁細胞、纖維細胞、導管和管胞、毛狀細胞、石細胞及色素細胞。在顯微鏡下易被觀(guān)察到的是有加厚的次生細胞壁的導管。因此，當纖維細胞、導管和管胞、木質(zhì)部等發(fā)生分化的過(guò)程也就是新植株重建的過(guò)程。

    在自然狀態(tài)下植物中的細胞和組織的分化是按照固定的途徑和方式進(jìn)行的。但在組織培養的愈傷組織中，細胞分化卻在很大程度上取決于外界環(huán)境因素。在特定的培養條件下，愈傷組織的薄壁細胞可以保持在同一狀態(tài)下，而不出現分化。通過(guò)改變各種環(huán)境因子，如溫度、光照、培養基成分誘導和控制細胞分化。在實(shí)際生產(chǎn)中對細胞分化影響最大的物質(zhì)是生長(cháng)素和蔗糖。此外，有證據表明細胞分裂素和赤霉素也參與木質(zhì)部的形成。一般說(shuō)來(lái)，低濃度的生長(cháng)素對木質(zhì)部的形成有刺激作用，但超過(guò)一定水平后，木質(zhì)部的分化程度和生長(cháng)素的含量就呈現反比的關(guān)系。另外，生長(cháng)素對維管組織分化的影響似乎與糖的存在有密切聯(lián)系。在較低的生長(cháng)素水平下，愈傷組織中木質(zhì)部和韌皮部組織的相對形成量可以通過(guò)改變培養基中蔗糖的濃度而得到控制。例如，當瓊脂中含有0.05mg/L IAA和1%蔗糖時(shí)，Syringa愈傷組織中僅出現少量的木質(zhì)部成分。如果IAA水平保持不變，將蔗糖濃度提高1倍，木質(zhì)部的形成量就較多，同時(shí)有少量韌皮部出現。當蔗糖濃度達到2%~4%時(shí)，木質(zhì)部和韌皮部組織同時(shí)分化。假如把蔗糖進(jìn)一步提高到5倍，愈傷組織中形成的維管組織的主要成分是韌皮部，僅有少量木質(zhì)部。另外，有的雙糖如麥芽糖和海藻糖（Trehalose）對植物愈傷組織中的導管分化有促進(jìn)作用，而葡萄糖、果糖和其他單糖則沒(méi)有這樣的作用。細胞分裂素對木質(zhì)部分化的促進(jìn)效應往往是與生長(cháng)素協(xié)同作用而產(chǎn)生的。在百日草（Zinnia elegans）的單細胞培養中，細胞分裂素和生長(cháng)素的共同使用也促進(jìn)導管成分的分化。赤霉素和生長(cháng)素之間的相互作用也能對木質(zhì)部的分化產(chǎn)生積極作用。

　　無(wú)論是在離體還是在活體條件下，植物細胞分化的研究重點(diǎn)是維管組織的分化，特別是木質(zhì)部成分的分化。由于技術(shù)上的困難，對韌皮部分化過(guò)程的研究較少。在經(jīng)過(guò)離析的植物組織中，導管分子很容易染色，但小而纖細的篩管卻不行。導管分子的分化過(guò)程現在已成為研究植物組織培養中細胞分化問(wèn)題的一個(gè)模式系統。

　　在一個(gè)完整的植株中，組織分化是以一種固定的方式進(jìn)行的，這種方式在不同物種和不同器官中各有不同的特征。在某些已知的條件下，愈傷組織培養物可保持純薄壁組織狀態(tài)，不具有任何維管成分，這種愈傷組織對研究各種理論因子對維管組織分化過(guò)程的影響是一種很有價(jià)值的系統。

　　現在已知，生長(cháng)素和蔗糖是對維管組織分化過(guò)程有顯著(zhù)影響的兩種物質(zhì)，它們能從質(zhì)和量?jì)蓚�(gè)方面影響維管組織的分化。某些證據還指出，細胞分裂素和赤霉素也可能與木質(zhì)部分化過(guò)程有關(guān)。