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地钱在离体条件下的无性繁殖及脱分化与再分化的研究



全 文 :植 物 学 报 1 9 90, 3 2 。 l ) : s , z一 s , 7
A
e加 B o t a ” l’c a S i n ie 口
地钱在离体条件下的无性繁殖及
脱分化与再分化的研究
李 文 安*
(中国科学院上海植物生理研究所 ,上海 2 0 0 0 3 2 )
摘 要
地钱 ( M a r c 人a , t i a 户0 1 , 。 o r户几 a L , )的胞芽和配子体先在 M s 培养基上补加 l m g / 1 2 , 4 一 D
和 3% 蔗塘 , 经过启动部分脱分化后 , 再移 入 1 / Z K N o P 培 养 基补 加 4一 s m g /1 2 , 峪一 D ,
0
.
25 ~ o
.
s m g l/ B A 与 M s 的铁盐 , 2 09 蔗塘 ,此后愈伤组织肉眼可见 , 但仍伴有假根 。 最后
移入 w hi t 。 培养基添加丙酮酸 、 延胡索酸与柠檬酸三者混合物 ( s m m o l/ l) 及 l m g /1 2 , 4 一 D
与 4% 葡萄糖后 ,始呈现彻底的脱分化状态 , 愈伤组织才能正常生长 。 整个脱分化时间长达
10 个月。 而再分化成配子体却比高等植物容易 ,甚至移入不含激素的 M s 基本培养基即可移
成正常的配子体 。
关键词 地钱 ; 脱分化 ; 再分化 ;无性繁殖
I N V I T R O P R O P A G A T I O N
,
D E D I F F E R E N T I A T IO N A N D
R E D IF F E R E N T IA T I O N O F 别叭R C H 通N T I A
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A b s t r a e t
T h e g e m m a a n d g a m e t o P h y t e
d i f f e r e n t i a t i o n a n d r e d if f e r e n t i a t i o n
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a r c h a n z i a P o l y m o r P人a w e r e j 。一o P a g a t e d i n 夕 i t r o . 〔晓-
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.
S i n e e t h e d i f f e r e n t i a t i o n o f b r y o P h yt e s w a s
v e r y d i f f i e u lt
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m e d iu m s u p P le m e n t e d w i th
t r a n s p l a n t e d o n t o l / 2 K n o P
a g a r tn e d i u m w it h a d d it io n o f 4一8 m g / 1 2 , 4一 D , 0 . 2 5一 0 . 5 m g / 1 B A a n d F e s a l t o f M S m e d i u m .
T h e f o r m e d c a l l i w e r e v i s u a l bu t s t i l l e o n t a i n e d r h i z o i d
,
i n t h i s s t a g e
.
T h e s m a l l e a l li f in a l l梦
. 本文于 19 8 9 年 12 月收到 , 1 9 9。 年 2 月收到修改稿 。 此项工作在罗士韦教授指 导下进行 ,特此致附。
lx期 李文安 :地钱在离体条件下的无性繁殖及脱分化与再分化的研究
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a e i d a n d f u m a r i e a e id ( 5 m m o l / 1) ; 1 m g / 1 2
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.
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t h o r o u g h l y i n t o n o r m a l t i s s u e
.
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T h e r e d i f f e r e n t ia t i o n a n d
.
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e v e n i f t h e y w e r e t r a n s P l a n t e d o n t o M S Ph y t o h o
r m o n e于 r e e me d iu m
.
K e y w o r d s M a
r c h a 刀`i a P o l夕m o r P左a L . : D e d i f f e r e n t i a it o n ; R ed i f f e r e n t i a d o n ; p r o p a邵 -
t l o n Z邓 夕才t犷 O
地钱 ( M 。 , hc 。 , ; l’a p ol y m 口 rP h o L . ) 具有明显的世代交替 , 抱子体的时间极短 , 并且
退化不能独立生活 , 寄生于配子体上 , 配子体为绿色叶状体 , 能独立生活 ,在生活周期中占
主要地位 , 并为单倍体 。 前人 “ 一 , ,从苔鲜植物胞芽或配子体进行离体培养脱分化殆成愈伤
组织 ,再从愈伤组织分离 出原生质体进行细胞融合 , 以及由于地钱细胞内富含叶绿素 , 而
用以进行光自养的研究 。 由于地钱为低等植物 , 具有一定的特殊性 ,不能采用与高等植物
相同的培养基进行组织培养的脱分化与再分化形成正常的 “ 植株 ” , 甚至消毒处理亦需探
索适宜的消毒剂与处理时间 , 才能获得适宜的无菌外植体 。 由于地钱的胞芽或配子体经
组织培养后诱发的愈伤组织仍保持单倍性 叭习 , 有利于开展植物细胞工程的研究 , 国外较
为重视 , 我国尚缺乏这方面的研究报道 。 本文报道地钱在离体条件下在试管内进行无性
繁殖 , 并以无菌胞芽和配子体诱导脱分化形成愈伤组织 ,再分化产生配子体 , 以供进一步
研究 。
材 料 和 方 法
地钱由南京农业大学李扬汉教授及南京师范大学生物系赠送 ,全部为雌性配子体。 种
植于人工气候室内盆钵中。 因为地钱葡伏贴近土表生长 , 极不易获得无菌材料 , 须仔细地
将胞芽从配子体上的胞芽杯中取出 (图版 1 1 , 2 , 3 )在解剖镜下挑出大小相近的绿色胞
芽 ,于清水中浸泡 3 小时 , 用吸管吸出浮于水面的清洁胞芽 , 放人 3佑 的漂白精中灭菌 ,
分钟 , 将灭菌后的胞芽通过筛网 , 在网筛上用无菌水洗涤 5 次 ,再用以上程序重复一次 。必
须重复两次消毒才能达到可取用的程度 ,污染率可降至 25 多左右 。 配子体较大 , 易于获
取但不易灭菌 , 用 3务 漂白精消毒 ,一 10 分钟 , 污染率在 50 多左右 。 灭菌时间稍长 , 外植
体即易受伤害 ,最后仅留下配子体的先端保持着分生能力 , 从而获得无菌的配子体。 用其
它消毒剂均未获得 良好的效果 。
地钱组织培养所用的培养基 , 以 M S 、 K N O P 、 w hi et 基本培养基为主要培养基 ,附
加物质详见试验结果 。 所有培养物均在恒温室内 25 士 1℃ 及光强 2 0 o lx 、 10 小时光照
下进行培养。
试 验 结 果
(一 ) 不同激素配比对胞芽及配子体的生长和繁殖的影响
为获得无菌地钱材料在培养基上能生长和繁殖 , 采用了几十个配方 , 仅有以下三个配
方使外植体成活达到 30 一 50 并(表 1 ) 。 胞芽于 K 培养基上保持新鲜绿色 , 约 10 天先长出
租 粉 罕 于反 3 2 卷一一一 -~ ~ ~一~ ~ 一~一~ - -假根 , 此时胞芽为暗绿色 , 再经 10 一 18 天胞芽明显增大 , 20 一 30 天后长出新的配子体 , 再经过一个月左右 , 在新的配子体上产生新的胞芽杯 , 胞芽杯内有胞芽 (图版 I , l 、 2 ) 。表 1 不同激素配比对胞穿及配子体生长和蔡殖的影响T a b l e 1 T h e e f f e e t o f V a f 1 0 U S p h y r o h o m o n e e o m b i n a t i o n s o n g r o w t h a n dP r o p a g a t i o n o f g e m m a a l、 d g a m e t o p h y t e 配子体 G a m e t o p h y t e培养基
M e d i u m 成活率 ( % )
s u r v i v o r (% )
M S + l m g / 1 2
, 4一 D 10 3 1

3
M S + 0
.
1%
M S + 0
.
1%
酵母汁
y e a s t 1 0 3 3

3
e 艺 t t a C t
K I ,
成活率 (% )
s u r v i v o r (% )
1 ) K M s + l m g / 1 I A A + l
.
s m g / 1 2
,
4 一 D + 2 0 9 / 1 K T + 10 % 椰乳 ( c o e o n u t m i l k ) + 5 0 0 m g / l 水解乳
蛋 白 ( h y d r o l y 二 e d m i l k p r o t e i n ) , p H 6 . 5。
配子体消毒后在培养基上 2一 3天后为深绿色 , 随着时间延长配子体大部分均因消毒
受到伤害而呈白色 , 但在 白色配子体的先端保留着绿色小点 ,将此切下放人 K 培养基 , 数
日后绿色小点开始生长出假根 , 叶状体长大 (图版 I , 勺 , 再经过一个多月 , 配子体上也产
生出新的胞芽杯 (图版 I , l)
胞芽和配子体在植物激素配比相同的情况下 , p H 值 6 . 5 或 5 . 8 对生长 无 影 响 ; p H
值相同而 B A 浓度不同也不影响其生长 。 4 种不同处理均可从胞芽萌发成配子体生长出
新的胞芽杯。
表 2 植物激紊与 p H 值对地钱生长的影响
T a b l e 2 T h e e f f e e t o f p h y t o h o r m o n e a n d p H v a l u e o n g r o w t h o f M
.
P o l y m o r P h a
培养基代号 培养基 植物激素和浓度 P H 生长势 ·
M e d i u m N O
.
M
e d i u m P h t o h o r m o n e a n d e o n e
-
V i g o u r
o
f g r o w t h
( m g / l )
K
一 1 7 M S B A Z
,
I A A 0
.
5 6

5 十十+
K
一 18 M S B A Z
,
I A A O
,
5 5

8 十十个
K 一 1 9 M S B A 4
, I A A 0
.
5 6

5 十十+
K
一 2 0 M S B A S , I A A O
.
5 6

5 十 十+
一旦获得无菌有生命的地钱并能生长成新的配子体后 , 即可用 M S 基本培养基继续
培养 ,使其配子体不断的生长和繁殖 (图版 I , 4 )
(二 ) 地钱脱分化形成愈伤组织
由于胞芽和配子体的无性繁殖和生长对培养基 中的细胞分裂素浓度和 p H 值并不敏
感 ,故在研究脱分化时以生长素为主的配方进行 。 在所用的 6 种培养基 中 (表 3) , 胞芽在
培养到 1 0 一 2 0 天时 , 均可获得极少量的愈伤组织 , 但同时伴有假根 , 显示外植体并未彻
底呈现脱分化状态 ,而且这种伴有假根的愈伤组织必须借助解剖镜才能观察到 , 否则很易
忽略 。 我们认为出现这种少量微小的愈伤组织阶段 , 可称 为部分脱分化的启动阶段 。 所
用 6 种培养基产生愈伤组织的时间虽有长短 , 但不论用何种培养基或植物激素的浓度与
1 1期 李文安 :地钱在离体条件下的无性繁殖及脱分化与再分化的研究
配比如何 , 以及用何种碳源 , 均未表现出质的差别 , 可见部分脱分化启动阶段的要求并不
严格 。 6 个培养基配方中 , 以 M S 培养基外加 l m g八 2 , 4一 D 、 3外蔗糖为最佳 , 部分脱
分化启动阶段需 104 天 。
表 3 不同培养基配方对部分脱分化诱导愈价组织发生时间的形咧
T a b l e 3 T h e e f f e e t o f v a r i o u s m e d i u m a n d p h了t o h o r m ou e ` o 瓜b宝n a t i她 5 o n t加
t i m e
o
f i n d u c i n g c a l l u s
培养基
M
e d i u rn
植物激素浓度 ( m g ZI ) 与塘量 ( g )
P h y t o h o : m o n e ( m g / 1)
a n d s u g a r
“ o n c ·
( g ) …
诱导愈伤组织所需天数
D a y 吕 o f i立 d u c i n g e a l l i
l / 2 k n o p
1 / 2 k n o p
月,夕匕卜,R几U口j工J`八甘,二. .侣M S
M S
W h i t
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M i l l e r
2 , 4一 D 4
椰乳 ( c o e o n u t m i
2 , 4 一D I
2 , 今一D l 酵 母汁 (
2 , 4一 D I , B A 0
.
,
2 , 4一 D 1
.
5
, I A A
I k ) 10%
2。
}
2 09 ” ’ 一
20 1 1 75
y e a s t e x t r a e t ) 0
.
1%
1
.
5 , K T Z
胞芽部分脱 分化启动阶段 , 在上述培养基中均可观察到下列几种形态 :
1
. 绿色胞芽边缘开始增厚膨大 , 出现呈淡褐色粒状愈伤组织 , 同时伴有假根。 2 . 胞芽
中部首先部分脱分化 , 开始为褐色粒状愈伤组织 , 逐渐向两边延伸 , 同时伴有假根 。 3 . 胞
芽普遍肥大增厚 , 为原来胞芽体积的两倍 , 但仍保持着胞芽的形态 , 在与培养基接触一面
的外植体上出现褐色粒状愈伤组织 , 轻轻挑动可以分离 , 同时伴有假根 。
配子体启动部分脱分化所要求的条件与胞芽相似 ,表 3所列培养基上也出现假根 , 并
形成褐色粒状的愈伤组织 。
上述褐色粒状愈伤组织均需用解剖镜观察 , 否则很易忽略被认为是胞芽 。 为使这种
褐色粒状愈伤组织进一步生长 ,必须移人 I ZZK on p 培养基 ,并增加 2 , 4一 D 的用量 ( 4一
s m g / 1) 和 BA 的浓度 ( 0 . 25 一 o . s m g八) , 再补加 M S 培养基的铁盐及蔗糖 2 09 / l , 经过
30 一 40 天培养始形成肉眼可见的愈伤组织 , 此时虽已可用接种针挑出 , 但仍呈褐色 , 偶而
仍见有假根 。 为了进一步达到完全脱分化状态 , 再移人 W hi et 培养基 , 并加人三种有机
酸 ( 1一 10 m m o l / 1) , 才可达到完全脱分化状态 。 三种有机酸的克分子比率 : 丙酮酸 0 . 1 8 ,
延胡索酸 0 . 3斗 , 柠檬酸 0 . 19 。 同时加人 2 , 4 一 D / l m g / 1 及葡萄搪 4 0 9八 作为碳源 , p H 值
为 5 . 6。 从表 4 中可知 , 4 3一 3 配方达到完全脱分化的时间最短 , 并呈现绿色 , 此时再也见
不到假根 ,再经过一段时间培养 ,在绿色愈伤组织中产生白色的愈伤组织 (图版 I , 5 、 6 )
表 4 三种不同浓度有机酸对愈仿组织生长的影响
T a b l e 4 T h e e f f e e t o 〔 t h r e e k i n d , o f o r g a n i e a c i d e o n e e n t r a t i o n o n t h e g r o w t h o f e a l l u `
培养基 代号 有机酸浓 度 达到无根愈伤组织的时间 (天 )
M e d iu m N o
.
o r g a n i e a e i d c o n e
. R e q u i r e d
: t i m e o f c a l l
r 五i : o i d ( d a y s )
o f c a l l u s w i t h o u t
1ù月JO
勺奋为于山j4 3一 l
4 3一 2
4 3

3
1 m m o l / 1
1 0 m m o l / l
5 m m o l / I
如果以胞芽或配子体为外植体 ,不先经部分脱分化阶段 , 直接置于表 4 内所列的三种
植 物 学 报 3 2 卷
培养基上 ,接种 60 天后 ,外植体呈褐色或咖啡色 , 到第 7 个月仍为叶状体 , 始终未见脱分
化产生愈伤组织 。
(三 ) 地钱愈伤组织再分化形成配子体
为了使脱分化的愈伤组织再分化成配子体 , 采用了以下几种配方 (表 , ) 。 从表 5可
知 , 一旦移人无植物激素的 M S 基本培养基 ( M OS ) 中即有一半的愈伤组织再分化成配
子体 。 移人加有细胞分裂素和少量生长素的培养基中 ,有 促进愈伤组织的再分化作用 , 尤
其是 M BS I 配方全部可以再分化成配子体 。 培养基中含有低浓度 2 , 4 一 D 可使愈伤组织
保持脱分化状态 , 高浓度则完全不能启动再分化形成配子体 (图版 I , 6) 。
表 5 不同激紊配比对地钱愈伤组织再分化的影响
T a b l e 5 T h e e f f e e t o f v a r i o u s P h y t o h o r m o n e e o tn bi n a t i o n o n t上i e r e d i f f e r e n t i a t i o n o f e a l l住 s
, . ` 目 . . . . . . . . . . . . . . 曰
, , 甘 } 植物激素与浓度 1 形成配子体 (% ) l * 卜 * 如 l 汉 、
沪口 口 卜 召三 1 1〕 长 一 ` , L ~ 一~ ~ . * ~ _ 」 ~ ~ ~ ~ 『 r , . 一 ~ 夺 ~ ~ L 奋 ~ ` ~ ~ 一 ~ . : ~ ~ I J戳 L习 匀 1 分砚、 7 口 ,、 j 。 月 ; , , ~ 1 1 “ y ` 。 u u 工 ~ u “ ` d l l u ` 。 “ ` . 1 、 J 。 “ J ` L U尸 “ y “ 工 , . “ J ` L l u 妙 l 户 . 1 1 , , 。 / 厂优 、一二二l 一!— 全竺生一一一}— 坚上一一一卜二兰兰兰一M S , D { 2 , 4一 D ` ) 2 , } 7 ,M 5 2 D { 2 , 咯一 D Z { 偶见 o c c a s ` o n ` y “ p p e a ` } ` 0 0M S B N } ” A ` , N A A ” · ` { ’ 0 { 5 0
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. . . . . .曰 . . . . . . . . .
讨 论
许多高等维管植物在适宜的外植体 、培养基及培养条件下 ,大多能脱分化形成愈伤组
织 , 并再分化成再生植株 , 显示了植物细胞的全能性 。 而低等苔鲜植物则较为困难 , 研究
、报道很少 , 国内则未见有报道。 但低等植物如地钱等由于单倍性细胞在生活史上占主要
地位 , 如用以获得单倍性细胞系 , 有利于进行细胞学 , 细胞杂交融合及遗传学的研究 。
w e t t s t e i n ( 1 9 53 ) 以葫芦鲜 ( F “ , a r i a ) 抱子在含有较高浓度维 生 素 B , 的 培 养基
上 , 产生无极性的不分化的细胞团 , 细胞数从不超过 30 一 50 个 9[] 。 lA ls oP ( 19 5 7 ) l[] 用
刃 0 5 , o m b r o n i a 户, : i l l a 及 R e b o u l i a h e m i户h a e r i c a 的抱子无菌培养产生愈伤组织 。 W a r d

( 1 9 6 0 )
〔8J 从大金发鲜 ( p o l夕, r i c h u o C o m。 “ , e ) 与 A t r i c “ 。 , n d “ l a t u m 的原丝体 诱 发
产生愈伤组织 。 R a s h id 等 ( 1 9 6 3) 〔刀从葫芦鲜 ( F u , a r i a h夕g o m o t r i c a ) ’ 获得相类似的 结
果 。 L a l ( 1 9 6 1 )。 , 报道从立碗鲜属 p h夕s c o , n i , r i“ m o o o r g e n , 。 的颈卵器腹壁与叶状 配
子体培养形成愈伤组织 。 O n 。 ( 19 7 3 , 197 6 ) 〔` ,5] 用地钱雌配子体的胞芽产生愈伤组织并
再分化出叶状体 。 上述这些研究工作者开始多用 K on p 、 K un d s o n 的矿物元素较简单的
配方补加维生素 B: 、 认 A、 G A , 与葡萄塘或蔗糖等为培养基 。 而且这些研究者研究脱分
化时 , 由于产生的愈伤组织不典型也不明显 , 故均称之为类愈伤组织 , 所以进 展 很 慢 。
o on ( 1 9 7 3 )
〔习 先用 l/ Z K n o p 溶液补加 IA A 和 G A , 与 2多 蔗糖 , 愈伤组织的直径仅
为 30 产 m , 改用修改的 M il er 培养基补加 10 并椰乳及 IA A , 2 , 4一 D 与 2并葡萄塘后 ,
改善了愈伤组织的生长 。 在我们的研究中原来用过三 、 四十种配方 ,在选用的最佳脱分化
培养基上 , 也难以出现全部脱分化的情况 , 脱分化时间长约 10 个月左右 , 而且最初在解剖
镜下才能观察到褐色粒状小突起 , 并伴有假根的部分脱分化状态 。 o ht a 等 ( 1 9 8 1) 〔31培养
1 1期 李文安 : 地钱在离体条件下的无性繁殖及脱分化与再分化的研究 8夕犷
叶苔科的 J , , g e r m a 。 , i a : , b二 l a , a E v a n s 的悬浮细胞时 , 由于在 M s 培养基中加人三种
有机酸 , 则细胞分裂与生长进一步得到促进 。 我们将部分脱分化的愈伤组织移到 W h it e甲 ` . , 杏 一
基本培养基补加丙酮酸 、 延胡索酸与柠檬酸 , 并加人 通吨 .八 2浮溯 ,冷 ;’多0g l/ 葡萄糟
作为碳源 , 获得完全脱分化的愈伤组织 ,愈伤组织的生长也获得了改善 。 从外植体脱分化
诱发愈伤组织虽极为困难 , 由愈伤组织再分化产生叶状体 , 却较为简单 , 移人 M S 培养基
补加 6一 B A Zm g l/ 与 I A A 0 . 2 m g l/ 中 , 即可全部分化成叶状体 ;甚至移人不含任何植物
激素的 M S 培养基中 , 亦有一半以上的愈伤组织分化形成叶状体。 低等植物的外植体脱
分化极为困难 , 而再分化远比高等植物容易 , 两者恰成鲜明的对比 。
参 考 文
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1 1 :
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e u l t u r e o f
s P o r o g o n l a

t钧 11代 r w o r t s . N a r u阳 . 1 7 9 : 6 8 1- ` 82 .
in 产人夕s c o仍 i r r i“ 娜 c o o r g e 月`口 B r ot b . P几尹。份尸
[ 3 ]
2 6 3一2 6 9 .
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了u b u l a 不a E v姐 s 认 a c el l e u l t u r e . T h e黑: G m wt 五 b e h a v iar of a l i v e r wo r t 扣. 窟曰、o f o r g a n i c a e id r e q滋 e d for c日】 g r o wt 卜
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[ 6 ]
[ 7 ]
P l a ” 多 a n d C巴 l l P人夕5 10 1 , 2 2 : 15 3 3一 15 4 0 .
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K
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1 97 3 : ca l l
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t ion i
n l i v e r ow
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a , c人a , t i a 户0 1夕m o r P人a . 了 a P a ` J . G。月 e o t i` : , 4 8 : 67一 7 0 ·
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,
19 7 6 : 伪 t o l o g i e a l o bs e r v a t i o n s o n t h e e a l l u s e s a n d t h e r e s t o r e d t h a l l u s e s i n M a邝石e o t’a OP I护
份 o r P人a . J a Pa ” . J . G e n ` 多i c s , 5 1 : 11一 18 .
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19 7 9
: R e g e n e r a t i o n o f t h e l i
v e r w o r t 材a r c五a , 百a oP l y份 o r P几。
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f r o m p r o t o P l a s t s i s o l a t e d f r o m e e l l s u s p e n s i o n
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[ 8 ]
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19 5 3 : B e e i n f lu s 助9 d e r
Z 口i t s c人r i f , f` ; B o , a , i左, 4 1 : 19 9一 20 6 .
a p o g a ; n o u s s p o r o g o n i a i n F “ 称 a r i a h y g o 邢 “ r i c a H e d w a n d 山 e让
l 夕0一 17 8 .
m o s s e s 尸口 l y t r i c 几u 仍 a n d A 岁r t’c 五“ 仍 . S c i亡刀 c 己 , 1 3 2 : 14 0 1一 14 0 2 .
Po l a r i t a t
图 版
un d i f f
e r en z i e r t e G e w e b e b i l d u n g a u s M o 那 P or e a-

1
. 地钱胞芽杯于配子体上 。 2 .胞芽杯内胞芽 。 3 . 胞芽。 4 . 地钱无性繁殖中的配子体 。 5 . 褐色愈伤组织。 ` . 绿色愈仿
组织及配子体再生
E x P l a n a t i o n o f P l a t e
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1
C u P
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, 月考r o -
G e m m a e u P O n g a nt e t o p h y t e o f M a r c 人a ” t i a 户 0 1夕阴 o r 户几 a . F i g . 2 . G e m m a w i t h i n g e m m a
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3
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G e m m a
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4
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B r o w n c a l l u 二
G a m e t o p h y t e i n c l o n a l p r o p a g a t i o n o f
F i g
. ` . G r e e n c a l l u o a n d g a m e t o P h y t e a
M a r c丙a ” t矛口 P o l夕夕n o r P儿 a i -
r e g e n e r a ` e d