- Email: [email protected]
Erysiphales)1)
Uil'
Flora (1989) 183: 39- 55 VEB Gustav Fischer Verlag lena
Studien zur Fruchtkorperentwicklung und Ultrastruktur von Sphaerothecafusca (AscomycetesIErysiphales)l) H. DORFELT, N. ALI und M.-B. SCHRODER Sektion Biowissenschaften der Martin-Luther-Universitat Halle-Wittenberg, WB Geobotanik und Botanischer Garten und WB Genetik, Halle (Saale), DDR
On the Carpophore Development and Ultrastructure of Sphaerotheca fusca (AscomycetesIErysiphales)
Summary The occurrence of several cells which are developed from the dicaryotic ascogon leads to the conclusion that the occurrence of only one ascus in Sphaerotheca is to be interpreted as reduction. This conclusion is supported by the exceptional occurrence of two asci in some specimens of Sphaerotheca. The fertilization is combined with a migration of the nucleus from the androgamocyst into the ascogon. It remains obscure to what degree the dicaryophase is reduced, anyway it is certain that the nuclei begin to divide after the dicaryotization. The pair of nuclei in the ascus descends from the pair of the dicaryotic ascogon. Possibly the other cells, which are developed from the dicaryotic ascogon, are also dicaryotic or they are monocaryotic by spontaneous monocaryotization. We did not find any direct development of the ascus from the dicaryotic ascogon, but we cannot exclude it as a facultative development. After GORDON (1966), the development of the asci is combined with a migration of nuclei from the mycelium into receptive hyhae, but this could not be confirmed by our observations. The investigations on the development of the cleistothecia and the ultrastructure (septal pori, plugs) lead to the conclusion that the powdery mildews are an isolated group of Ascomycetes. There are no relations to the Eurotiales, Pezizales and other orders.
1. Problemstellung Die Befruchtungsvorgange und die Fruchtk6rperentwicklung der Echten Mehltaupilze (Ordnung Erysiphales, Klasse Ascomycetes) werden in der Literatur yom vorigen lahrhundert bis in die Gegenwart hinein sehr kontrovers beschrieben (vgl. BRAUN 1987). Es gibt zwischen den einzelnen Autoren z. T. recht gravierende Widerspriiche. Einige Mykologen versuchen, die verschiedenen Darstellungen zu verallgemeinern, manche stellten auf kompilatorischem Wege verschiedene Typen der Entwicklung auf, besonders eindringlich tat dies GAUMANN (1964; vgl. hierzu auch LUTTRELL 1951 und BLUMER 1967). Verstandlicherweise bleibt bei solchen Darstellungen im Interesse der Gesamtiibersicht manches Detail der Originalliteratur unberiicksichtigt. Verfolgt man ausschlieBlich die Sekundiirliteratur, so entsteht der Eindruck, daB die Befruchtungsvorgange und die Fruchtk6rperentwicklung der Mehltaupilze im wesentlichen geklart seien. Studien der Originalliteratur zeigen hingegen, daB kaum ein Originalautor die Ergebnisse des anderen bestatigen kann. Die von GAUMANN (1964) postulierten Befruchtungs- und Entwicklungstypen beruhen alle auf Untersuchungsergebnissen verschiedener Autoren, die sich gegenseitig nicht bestatigen. 1) Herrn Prof. Dr. H. MEUSEL zum 80. Geburtstag gewidmet.
40
H. DORFELT u. a.
Wir haben die kontroversen Meinungen zur Befruchtung und zu den Entwicklungsvorglingen bei der Gattung Sphaerotheca zusammenfassend gegeniibergestellt und dabei besonderen Wert darauf gelegt, Kontroversen, die bei GXUMANN z. T. vollig iibergangen werden, herauszustellen. Da anzunehmen ist, daB in der Gattung Podosphaera, bei der - wie bei Sphaerotheca - nur ein einziger Ascus pro Cleistothecium vorkommt, die Entwicklungsvorgange prinzipiell mit denen von Sphaerotheca iibereinstimmen, haben wir in die Literaturiibersicht die Arbeiten zur Gattung Podosphaera einbezogen. Auf der Grundlage licht- und elektronenmikroskopischer Studien an Sphaerothecafusca wird schlieBlich versucht, festzustellen, was an den Ansichten zur Befruchtung und Fruchtkorperentwicklung den Tatsachen am nachsten kommt. AuBerdem sind wir bemiiht, neue Strukturmerkmale in Betracht zu ziehen und ultrastrukturelle Details zu beschreiben.
2. Material und Methoden Von Sphaerotheca fusca (FR.) BLUMER auf Senecio fuchsii und auf Taraxacum officinale wurden Jicht- und elektronenmikroskopische Priiparate angefertigt und untersucht. Priiparationsmethoden fur TEM: Fixierung: 3%iges Glutaraldehyd in 0,1 M Cacodylat-Puffer (PH 6,8); ca. 220 min; Nachfixierung nach griindJichem Auswaschen in Puffer in I %igem Osmiumtetroxid im gleichen Puffer bei Raumtemperatur; 60 min Entwiisserung: in Aceton und Propylenoxid Einbettung: Epoxydharz Schneiden: LKB U1trotom III (Semi- und U1tradiinnschnitte) Aufnahmen: mit TESLA BS 500 Priiparationsmethoden fiir Lichtmikroskopie: Fixierung: Pfeiffer's Gemisch (Formalin, lO%ige Essigsiiure, Methanol abs. I: I: 1) Entwiisserung: in Propanol und Toluol Einbettung: Paraffin Schneiden: Mikrotom mit mechanischem Vortrieb Herkunft des Materials: Sphaerothecafusca auf Senecio fuchsii: DDR; Bez. Erfurt, Heiligenstadt (Eichsfeld) am Waldrand siid!. des Ortes; 28. 9. 1985; leg. DORFELT et ALI (Lichtmikroskopie) Sphaerothecafusca auf Teraxacum officinale: DDR; Bez. Halle (Saale); Botanischer Garten von Halle, Parkrasen; 15. 6. 1986; leg. ALI (TEM)
3. Ubersicht der Befunde zur Entwicklung der Cleistothecien der Gattungen Sphaerotheca und Podosphaera Zur Fruchtkorperentwicklung bei Sphaerotheca-Arten haben bisher DE BARY (1863, 1864-1870); HARPER (1895); DANGEARD (1896, 1897); BLACKMANN & FRASER (1905); HEIN (1927); EFTIMU & KARBUSH (1928); HOMMA (1934); BERGMANN (1941) undBEATUS (1948,1950) Untersuchungen angestellt. Nach der aktuellen Artumgrenzung handelt es sich urn die Arten Sphaerothecafusca (FR.) BLUMER, S. macularis (WALLR.: FR.) LIND und S. mors-uvae (SCHW.) BERK. et CURT., die von diesen Autoren bearbeitet wurden. Mit der Gattung Podosphaera beschaftigen sich Arbeiten von DE BARY (1864-1870), EFTIMU & KARBUSH (1928) und GORDON (1966). Es wurden Podosphaera tridactyla (W ALLR.) DE BARY, P. clandestina (WALLR.: FR.) LEY und P. leucotricha (ELL. et Ev.) SALMON (nach aktuellem Artenverstlindnis) untersucht. Bei den untersuchten Sphaerotheca-Arten gibt es bereits bei der Beschreibung der Befruchtungsvorglinge Unterschiede. Die meisten Autoren fanden eine Kemiibertragung von der Androga-
Sphaerotheca fusca - Fruchtk6rperentwicklung und Ultrastruktur
41
mocyste l ) ("Antheridium", "Trophogon") ins Ascogon (DE BARY, HARPER, BLACKMANN & FRASER, HEIN, HOMMA, BERGMANN, BEATUS), wiihrend sich nach anderen Autoren (DANGEARD, EFTIMU & KARBUSH) das Ascogon nach einem Kontakt mit der Androgamocyste oder u. U. auch ohne einen solchen apomiktisch weiterentwickelt. DANGEARD weist ausdriicklich auf die Degeneration der Keme in der Androgamocyste hin. Es sei betont, daB DANGEARD und EFTIMU & KARBUSH ebenso wie HARPER, HEIN und BLACKMANN & FRASER dieselbe Art, Sphaerotheca macularis, untersucht haben. Auch die weiteren Entwicklungsvorgange werden kontrovers beschrieben. Die beiden Keme im Ascogon verschmelzen nach HARPER, BLACKMANN & FRASER, HEIN und HOMMA miteinander, wahrend BERGMANN und BEATUS angeben, daB die beiden Keme im befruchteten Ascogon bleiben und sich teilen, ohne zu verschmelzen. Die Befruchtung bei Sphaerotheca spielt in der Entdeckungsgeschichte der Sexualvorgange und . Kemphasenverhaltnisse bei den Ascomyceten eine Rolle. In der Auseinandersetzung urn den Ort der Karyogamie kam es zu einer Kontroverse zwischen DANGEARD und HARPER am Ende des vorigen Jahrhunderts (vgl. auch ZIMMERMANN 1896). HARPER fand nach der Kemiibertragung eine Kemverschmelzung, eine zweite im Proascus, letztere sah er nicht als Sexualakt, sondem als "vegetative Kemverschmelzung" an. DANGEARD hingegen bezeichnet die iibereinstimmend beobachtete Kemverschmelzung im Ascus als den eigentlichen Sexualakt und bezweifelte folgerichtig die Verschmelzung der Keme im Ascogon. DANGEARD ging in seiner Ablehnung der Thesen von HARPER dann aber so weit, daB er auch die Kemiibertragung ins Ascogon bezweifelte und sprach von einer generellen Degeneration der Keme in der Androgamocyste. Es ist verwunderlich, daB trotz der intensiven Untersuchungen iiber die Kemverhaltnisse urn die Jahrhundertwende und in der ersten Riilfte unseres Jahrhunderts die Kemverschmelzung im Ascogon noch bis in die 30er Jahre akzeptiert wurde, zuletzt von HOMMA (1934). Neben den Befruchtungsvorgangen gibt es auch sehr kontroverse Beschreibungen der weiteren Fruchtk6rperentwicklung. BEATUS ist der einzige Autor, der eine direkte Entwicklung des Ascogons zum Ascus fiir m6glich halt. Der Vorgang ist mit einer Kemverschmelzung vor der Meiose im jungen Ascus (= Ascogon) verbunden. Nach allen anderen Autoren kommt es erst zu Kem- und Zellteilungen, d. h. aus dem befruchteten Ascogon entstehen mehrere Zellen, die wir im folgenden als Zellen des sekundaren Ascogons bezeichnen. Die Anzahl der Zellen des sekundaren Ascogons ist nach den Autoren ebenfalls verschieden: Bei Sphaerotheca macularis werden entweder 3 Zellen angegeben (EFTIMU & KARBUSH, HEIN), 2 bis 3 (DANGEARD), 4 (BLACKMANN & FRASER) oder 5 bis 6 (HARPER), bei Sphaerotheca fusca fand man 2 (DE BARY), 3 (BERGMANN) oder 4 bis 5 (HoMMA) Zellen, BEATUS beschrieb ebenfalls bei Sph. fusca die erwahnte direkte Entwicklung des Ascogons oder dessen Teilung in 2 bis 6 Zellen, derselbe Autor fand ahnliches bei Sph. mors-uvae, wo sich das Ascogon nicht oder in 2 bis 3 Zellen gliedert. Fiir Podosphaera leucotricha wird angegeben, daB sich das dikaryotische Ascogon nicht weiterentwickelt und funktionslos bleibt (GORDON), wahrend von P. tridactyla eine Gliederung des Ascogons in 3 Zellen angegeben wird (DE BARY), desgleichen bei P. glandestina (EFTIMU & KARBUSH). Unterschiede finden wir weiterhin in den Angaben zur Kemphase der Zellen des sekundaren Ascogons. In den Arbeiten von DE BARY wurden noch keine Kemverhaltnisse studiert, bei vielen spateren Autoren wird von einer Kemverschmelzung unmittelbar nach dem Kemiibertritt bei der Befruchtung (s. o.!) gesprochen (HARPER, BLACKMANN & FRASER, HEIN, HOMMA). Diese Autoren stimmen im Prinzip darin iiberein, daB neben der Kemverschmelzung im Ascogon eine zweite im jungen Ascus vorkommt, so daB nach aktuellem Verstandnis iiber die Kemphasen die Zellen des sekundaren Ascogons diploide Keme, die jungen Asci tetraploide Keme enthalten miiBten. Sehr unterschiedlich wird (unabhangig von dieser Kemphase) die Anzahl der Keme der Zellen des sekundaren Ascogons beschrieben. Viele Autoren sprechen von einkemigen Zellen und einer ) Wir benutzen die Terminologie von GROLLE (1971), vgl. auch JACOB, lAGER & die Bezeichnung Antheridium fiir Einzelzellen.
OHMANN
(1981) und vermeiden
YbtllUii 42
H. DORFELT u. a.
einzigen (oft als subapikal bezeichneten) zweikernigen Zelle, aus der sich der Ascus entwickelt (HARPER, BLACKMANN & FRASER, DANGEARD, HEIN, HOMMA, EFTIMU & KARBUSH). Nach BEATUS sind jedoch aIle Zellen des sekundaren Ascogons dikaryotisch. Dieser Autor nimmt an, daB durch Wandauflosung und Resorption der Kernpaare bis auf ein einziges Dikaryon das sekundare Ascogon wieder zu einer einzigen Zelle wird, aus der sich der Ascus entwickelt. Bei Podosphaera clandestina wird die Entwicklung von EFTIMU & KARBUSH wie bei Sphaerotheca beschrieben, wahrend GORDON fUr Podosphaera leucotricha wie fUr aIle anderen von ihm untersuchten Mehltaupilze (!) angibt, daB im Zentrum das befruchtete Ascogon abstirbt, oder funktionslos bleibt, wahrend eine sekundare Kerniibertragung durch rezeptive Hyphen zur Ausbildung dikaryotischer, ascusbildender Zellen fUhrt. Es muB betont werden, daB jeder der Autoren annimmt, daB es bei allen Mehltaupilzen eine prinzipiell gleiche und voneinander ableitbare Entwicklung gibt. Die fundamentalen Unterschiede zwischen ihnen sind als kontroverse Meinungen, nicht als sich ergiinzende Befunde einer tatsachlich vorkommenden Vielfalt zu verstehen, wie dies beim Studium kompilatorischer Ubersichten, z. B. bei GXUMANN (1964) angenommen werden muB. Selbst in der bereits modernen Arbeit von GORDON (1966), in der durch die erwiihnten rezeptiven Hyphen und durch sekundare Dikaryotisierung Verhaltnisse angenommen werden, die mit denen der Loculoascomyceten vergleichbar sind, wird dies fUr aIle untersuchten Arten beschrieben und als prinzipieller Befruchtungsvorgang bei den Erysiphales dargestellt.
4. Ergebnisse Iicht- und elektronenmikroskopischer Studien an Sphaerotheca fusca 4.1. Befruchtungsvorgang 1m oberflachlichen Mycel von Sphaerotheca fusca sind reichlich Stadien der Befruchtung zu beobachten, wobei stets ein groBes etwa eiformiges bis fast kugeliges Ascogon von ca. 17-25/ 10-18 !lm auf einer Stielzelle als Seitenast einer Hyphe entwickelt ist. Die Androgamocyste ist kleiner und besitzt meistens einen mehrzelligen Stiel. Sie entsteht ebenfalls als Seitenzweig einer Hyphe in unmittelbarer Nahe eines Ascogons. Es ist wahrscheinlich, daB Ascogon und Androgamocyste mitunter aus derselben Hyphe hervorgehen. Sicher ist, daB Diozie nicht vorkommt, oder mindestens nicht obligat ist. Bei den meisten Befruchtungsstadien, die wir fanden, kann man von einer deutlichen Heteromorphie der Befruchtungszellen (Gamocysten) sprechen. Die Androgamocyste differenziert sich wahrscheinlich erst aus, wenn es zu einem Kontakt mit dem Ascogon gekommen ist. Die Septenbildung zwischen der kernliefernden Androgamocyste und der letzten Stielzelle des Androgamocystenzweiges vollzieht sich spat, wahrscheinlich erst unmitte1bar vor dem Kerniibertritt. Von den Befruchtungsstadien, die in der Literatur dargestellt sind, stimmt die Form der Zellen in den Bildern bei DANGEARD (1897), in denen er Androgamocysten mit Degenerationserscheinungen abbildet, am besten mit unseren Bildern iiberein. In vie1en Fallen ist eine deutliche Umschlingung des Ascogons durch den Androgamocystenzweig zu beobachten (Abb. 1). Es steht fUr uns auBer Zweifel, daB es zu einer Kerniibertragung kommt. Wir haben zahlreiche Stadien gefunden, in denen das Ascogon dikaryotisch und die Androgamocyste kernlos ist (Abb.2). 4.2. Dikaryotisierung Es kommt haufig vor, daB die beiden Kerne im befruchteten Ascogon sehr dicht beieinander liegen. Wir deuten dies als einen Kernkontakt unmittelbar nach dem Kerniibertritt aus der Androgamocyste ins Ascogon und nehmen an, daB dieser Kernkontakt gesetzmiiBig etfolgt. Es liiBt sich jedoch nachweisen, daB es zu keiner Kernverschmelzung kommt, die durch die Zusammenlagerung der beiden Kerne vorgetauscht wird. So ist erklarbar, daB sich die Meinung sehr lange behaupten konnte, beide Kerne im Ascogon verschmolzen miteinander. Auch in elektronenmikroskopischen Bildern konnten wir in befruchteten Ascogonen Dikaryonen feststellen, bei denen die Kerne aneinandergedrangt, aber beide mit intakter Membran, liegen (Abb. 3). Diese Phase des
Sphaerotheca fusca - Fruchtk6rperentwicklung und Ultrastruktur
43
Ascogons scheint relativ stabil zu sein. Die Keme losen sich erst bei den folgenden Mitosen voneinander. Diese setzen aber erst ein, wenn das Ascogon bereits von Zellen, die aus seiner Stielzelle auswachsen, umhiillt ist (Abb. 4, 5). 4.3. Ascusbildung Nach BEATUS (1948) kann sich das befruchtete Ascogon direkt in den einzigen Ascus des Cleistotheciums umwandeln. Wir konnen diesen Befund weder bestiitigen noch widerlegen, moglicherweise existiert diese fakultative Entwicklungsmoglichkeit des Ascus als die hochste Form der Reduktion der Dikaryophase. Der Entwicklungszyklus ware haplontisch mit einem dikaryotischen Ascogon (= Proascus), Mitosen in der Dikaryophase entfielen. In den Priiparaten findet man hiiufig Stadien, in denen ein Ascogon oder der junge Ascus vorliegen, und man ist geneigt, beide fiir homolog zu halten und der Moglichkeit der direkten Umwandlung zuzustimmen. Man muB aber stets bedenken, daB der RiickschluB von den fixierten Priiparaten auf den Vorgang der Entwicklung problematisch ist, daB der Vorgang der Septierung des Ascogons sehr kurzzeitig erfolgt und daB die VergroBerung der ascogenen Zelle rasch vonstatten geht. Es gibt deutliche Hinweise, daB sich das Ascogon nach der Befruchtung durch Kemteilung und Septenbildung weiterentwickelt. Dies wird von allen Autoren bestiitigt, auch BEATUS (1948, 1950) fand solche Stadien, hielt sie aber fiir eine fakultative Entwicklungsmoglichkeit. Fraglich bleibt auch, ob sich im Falle der Septierung des Ascogons der Ascus aus nur einer einzigen Zelle des sekundaren Ascogons entwickelt, wie die meisten Autoren annehmen (DE BARY, HARPER u. spiitere Autoren l.c.), oder ob, wie BEATUS annimmt, die Septen und die Kempaare des sekundaren Ascogons bis auf ein einziges Dikaryon, resorbiert werden, so daB schlieBlich doch die Gesamtheit des Ascogons zum Ascus wird. Wir miissen annehmen, daB sich, wie die meisten Autoren postulieren, nach Kemteilungen und Septenbildung 2 bis 3 Zellen des sekundaren Ascogons bilden und daB eine von diesen ZUIn Ascus wird, in AusnahmefaIlen bilden 2 Zellen 2 Asci. Das sekundare Ascogon ist hiiufig 3- oder 4kemig. Wir nehmen an, daB es sich urn Kempaare handelt, die durch die Priiparation mitunter nicht als solche zu erkennen sind. Nach Septenbildung liegen 2 oder 3 ZeBen vor. Die auscusbildende Zelle ist stets dikaryotisch, bei den anderen ist das nicht sicher zu entscheiden. Nach verschiedenen Autoren sind sie einkemig, eventuell sind sie nach spontaner Monokaryotisierung eines Kempaares entstanden, moglicherweise auch durch die uniibersichtlichen Verhiiltnisse, die von der raschen und dichten Umhiillung des Ascogons verursacht werden, falsch eingeschiitzt worden und in Wirklichkeit doch dikaryotisch, wie bereits BEATUS (1948, 1950) annimmt. Folgende Befunde unserer Untersuchungen sprechen dafiir, daB es zur Septierung des Ascogons kommt und nur eine einzige Zelle des sekundaren Ascogons zum Ascus wird:
t
e
t
r r Bt -
e'
0-
ie es
1. Junge Asci in Cleistothecien mit bereits 2 Zellagen dicker Cleistothecienwand sind urn 10/ 8-9 !lm groB, also wesentlich kleiner als das Ascogon vor der Cleistothecienbildung bzw. in Cleistothecien mit einfacher (d.h. eine Zellage umfassender) Wand (Abb. 1,2,4,5,6). 2. In Stadien mit einer Umhiillung des Ascogons durch nur eine Zellage sind Teilungsphasen bzw. mehrkemige Ascogone zu finden (Abb. 6). 3. Von TULASNE (nach DE BARY 1864-1870, 3. Reihe, Abschn. "Eurotium, Erysiphe, Cicinnobolus ... ", p. 35) wurden bei Sphaerotheca pannosa (WALLR.: FR.) LEV. und bei Sphaerotheca dipsacacearum (TuL. et TuL.) JUNELL, nach eigenen Beobachtungen (DORFELT, ined.) auch bei Sphaerotheca fusca, Cleistothecien gefunden, in denen ausnahmsweise 2 Asci vorkamen. Der Ascus entwickelt sich durch apikale VergroBerung der ascogonen Zelle (eine der dikaryotischen Zellen des sekundaren Ascogons). Die rasch heranwachsenden Zellen der Hiille bilden einen Hohlraum, der vom Ascus sofort ausgefiillt wird. Oftmals kann festgestellt werden, daB apikal am Cleistothecium zwischen Cleistothecienwand und Ascus Interzellularriiume liegen. Wir nehmen daher an, daB der Ascus von der Basis her emiihrt wird und apikal keine direkte
44
H.
DORFELT
u. a.
Verbindung zur Cleistothecienwand hat (Abb. 6). Die Ubrigen Zellen des sekundliren Ascogons liegen nach unseren Befunden unregelmiillig im Zentrum des Cleistotheciums. Wir konnten keine . geordnete Zellreihe finden, wie von vielen Autoren angegeben wird, nach denen sich die "subapikale" Zelle des Dreizellstadiums zum Ascus entwickeln soIl. 4.4. Entwicklung der Cleistothecienwand und der Appendices Unmittelbar nach der Befruchtung wachsen aus der Stielzelle des Ascogons Zellen aus, die eine primlire Cleistothecienwand bilden. Diese Zellen schnliren nach innen zum Ascogon hin weitere Zellen abo Schon bald sind :2 Zellagen vorhanden, wobei perikline und antikline Teilungen vorkommen. In diesem Zustand wird der Ascus im Inneren des Cleistotheciums gebildet. Wlihrend des Reifungsprozesses des Ascus kommt es zu weiteren Teilungen, so daB schon bald die Cleistothecienwand aus einer auBeren HUlle besteht, deren Zellwiinde dunkelbraun pigmentiert sind. Diese Hlille besteht aus 2 bis 4 Zellagen, die Wiinde sind urn 1 bis 1,5 !lm dick. Die iiuBerste Zellage hat bei Sphaerothecafusca Zellen von groBer Fliichenausdehnung, die aber sehr dUnn sind, etwa 5 bis 6 !lm im mittleren Bereich. Bei Reife ist das Lumen dieser Zellen von geringer Ausdehnung. Kerne sind nur vor der Pigmentierung der Zellwiinde nachweisbar. Es kommen 1 bis 2 Kerne pro Zelle vor. Die mycelartigen, septierten Appendices der Cleistothecien wachsen aus den iiuBeren Zellen der Cleistothecienwand aus, wenn die Cleistothecien einen Durchmesser von ca. 30 bis 40 !lm erreicht haben, das sind weniger als 50 % des Durchmessers der reifen Cleistothecien. Die Zellen, aus denen Anhiingse1 auswachsen, sind in der Regel zweikernig (Abb. 7). Die inneren Zellen der pigmentierten iiuBeren Schicht der Cleistothecienwand sind stets kleiner als die iiuBeren. 1m reifen Zustand der Cleistothecien kommt es zum Einsinken der zentralen Teile der groBen, oberflachlichen Zellen, die aber an ihren Grenzen aufgewOlbt bleiben. Auf diese Weise entsteht die bereits mit der Lupe feststellbare wellig-gewolbte Oberfliiche der Cleistothecien (Abb. 16). Die auBere Wandschicht hat eine mechanische Festigungsfunktion, wiihrend die innere Schicht moglicherweise bei der Ernlihrung des Ascus eine Rolle spielt. Sie besteht aus etwa isodiametrischen hyalinen Zellen, mit nur 1 bis 2 Kernen, bei Teilungsstadien wurden auch vierkernige Zellen gefunden (Abb. 8). Wiihrend des letzten Reifungsprozesses des Ascus verschwinden die Zellen der inneren Wand und sind bei Vollreife der Cleistothecien nur als Reste nachweisbar. 4.5. Septenpori Bei den Untersuchungen zur Ultrastruktur von Sphaerothecafusca fanden wir sowohl im Mycel als auch in den Fruchtkorpern Septenpori. Diese sind Ubereinstimmend gebaut. Es handelt sich urn eine irisblendenartige Dffnung in der Mitte eines jeden Septums, das mit einem Plug aus elektronendichtem Plasma und membranumschlossenen Vesiceln verschlossen ist (Abb. 9-13). Da sich die Septenpori als systematisch wichtig erwiesen haben und von den Mehltaupilzen bisher keine Bilder von diesen Strukturen existieren, sind RUckschliisse auf die umstrittene systematische Stellung moglich. Man diskutiert gegenwiirtig verwandtschaftliche Beziehungen der Erysiphales zu den Pezizales (vgl. z.B. GXUMANN 1964; MULLER & ARx 1962), zu den Eurotiales (vgl. WEBSTER 1983; ARx & VAN DER WALT 1986; ARX 1987), aber auch zu den Dothideales (vgl. ERIKSSON 1982a, 1982b, 1983) und zu verschiedenen Pyrenomyceten (vgl. ALEXOPOULOS 1966). Ais Merkmale werden Fruchtkorperbau, Fruchtkorperentwicklung, Asci, Ascosporenmerkmale und die Anamorphen herangezogen. Die Diskussionen zeigen, daB die Erysiphales sich re1ativ isoliert als eine eigene Entwicklungslinie entfaltet haben. ARx & VAN DER WALT (1986) sehen die Endomycetales, die Eurotiales, die Ophiostomatales und die Erysiphales als Endglieder von verschiedenen Entwicklungslinien an, die ihren Ursprung bei Pilzen mit lihnlichen hyalinen, unseptierten Ascosporen Ilnd runden oder ovoiden, inoperculaten Asci haben. Dieser Meinung schlieBen wir uns an. Die Septenpori, die wir bei Sphaerotheca fusca fanden, stiitzen die isolierte Stellung der Erysiphales innerhalb dieses Verwandtschaftskreises. Die von ARX (1987) publizier-
r Sphaerotheca fusca - Fruchtk6rperentwicklung und Ultrastruktur
45
ten Septenpori der Ophiostomatales weisen eine gewisse Ahnlichkeit auf, allerdings fehlen die Vesicel. Fiir stichhaltigere Aussagen sind elektronenmikroskopische Studien an weiteren Mehltaupilzen erforderlich. Es erscheint uns wichtig zu sein, daB auch zwischen der conidiogenen Zelle und der Conidie zunachst ein Septum mit Plug ausgebildet ist (Abb. 14). 4.6. Zell w an de Alle Zellwande, sowohl die im Cleistothecium, als auch die der Hyphen und der Conidien erscheinen im elektronenmikroskopischen Bild auffallend homogen. Es ist keine Schichtung zu erkennen. Die Conidienwande erscheinen im Schnitt an der Oberflache auffallend gesagt (Abb. 14, 15). In den Cleistothecien sind zweierlei verschiedene Wandtypen nachweisbar. Einmal gibt es durch Septierung entstandene Wande, die wie in den Geweben hoherer Pflanzen, die Protoplasten voneinander trennen, jedoch bleibt im Septenporus plasmatische Kontinuitat erhalten. Wenn jedoch 2 Wiinde von verschiedenen Zellen dicht gedrangt beieinander liegen, sind beide Wande stets als voneinander isolierte Strukturen in den TEM-Aufnahmen zu erkennen. 1st der Abstand zwischen ihnen groBer, dann liegt zwischen den Wanden eine elektronendichte Substanz, dies ist ganz besonders an der Oberflache der Cleistothecien deutlich zu erkennen (vgl. Abb. 13). Wir nehmen an, daB Substanzen von der Zelle ausgeschieden werden, die fUr die Festigkeit und Harte der Cleistothecienwand eine Rolle spielen. 4.7. Conidien In den Conidien fanden wir entweder keine Kerne oder nur einen Kern. Obgleich die Conidien ein relativ groBes Lumen besitzen, ist die Wahrscheinlichkeit, die Kerne zu treffen, relativ groB, da auch die Ruhekerne in den Conidien iiber 5 !lm 0 erreichen k6nnen. Die Bilder lassen die Vermutung zu, daB die Conidien stets einkernig sind. In den Conidien sind auf elektronenmikroskopischen Bildern feine schwarze (elektronendichte) Granula zu finden. Moglicherweise hangen diese Strukturen mit den Fibrosink6rpern zusammen, die in den Conidien der Sphaerotheca-Arten bei lichtmikroskopischer Untersuchung zu finden sind (vgl. Abb. 14, 15; zur Zellwand der Conidien Abschn. 4.6., zu den Septenpori 4.5.). 4.8. Endoplasmatische Membranstrukturen 1m Cytoplasma der Hyphenzellen sind neben Vakuolen (z. B. Abb. 9) auch Membranstrukturen zu beobachten, die sich yom Septenporus aus in das Lumen der Zellen erstrecken. Es handelt sich urn ein schlauchfOrmiges endoplasmatisches Retikulum (vgl. z. B. Abb. 9-11). In den Zellen der auBeren Schicht der Cleistothecienwand sind lomasomenahnliche membranumschlossene Strukturen zu finden, die wahrscheinlich mit dem Vorgang der Wandverdickung in diesen Zellen im Zusammenhang stehen (vgl. Abb. 5, zu den membranumschlossenen Vesicel der Plugs Abschn. 4.4.).
5. Auswertung Das Vorkommen mehrerer Zellen, die sich aus dem befruchteten Ascogon entwickeln, laBt die SchluBfolgerung zu, daB bei Sphaerotheca das Vorkommen eines einzigen Ascus als Reduktion aufzufassen ist. Dies wird auch dadurch gestiitzt, daB sich ausnahmsweise bei verschiedenen Sphaerotheca-Arten 2 Asci entwickeln k6nnen. Die Befruchtung ist mit einer Kerniibertragung aus der Androgamocyste ins Ascogon verbunden. Wieweit die Dikaryophase reduziert ist, bleibt ungewiB, sicher ist, daB es nach der Dikaryotisierung zu Kernteilungen kommt. Das Kernpaar im Ascus entsteht durch Mitose aus dem Kernpaar des befruchteten Ascogons. M6glicherweise sind die iibrigen Zellen des sekundiiren Ascogons ebenfalls dikaryotisch, moglicherweise kommt es auch zu spontaner Monokaryotisie-
I ,i!
46
H.
DORFELT
u. a.
Abb. 1-16. SphaerothecaJusca Abb. 1. Ascogon, umschlungen vom Androgamocystenzweig; lichtmikroskopische Aufnahme eines geflirbten Balsam-Praparates; 1 - Stielzelle des Ascogons; 2 - Ascogon mit Kern; 3 - Teil des Androgamocystenzweiges; 4, 5, 6 - apikaler Teil des Androgamocystenzweiges; 4 - in Teilung befindlicher Kern; 5, 6 - sich ausbildende Androgamocyste; bei 5 wird wird spater (nach Kerneinwanderung) ein Septum gebildet, der apikale Teil (6) wird dadurch als Zelle (Androgamocyste) abgegliedert; GroBenmarke: 10 11m. Abb. 2. dikaryotisches Ascogon unmittelbar nach der Kerniibertragung; Zeichnung nach einem Balsam-Praparat. Abb. 3. Dikaryon in einem befruchteten Ascogon; TEM-Aufnahme; 1 - Wand des Ascogons; 2, 3 - die heiden dicht aneinandergedrangten Kerne des Dikaryons; 4 - Kernmembran; 5 - Cytoplasma; 6 - Vakuole; GroBenmarke: 111m. Abb. 4. Medianschnitt durch ein Cleistothecium mit noch dikaryotischem Ascogon; Balsam-Praparat.
Zeichnung nach einem
Abb. 5. junges Cleistothecium; TEM-Aufnahme; 1 - Zellen der primaren Cleistothecienwand; 2 - dikaryotisches Ascogon 3 - ein Kern des Dikaryons; 4 Nucleolus; 5 - Falte (Artefakt); 6, 7 - weitere Zellen des Zentrums, moglicherweise Teile des Androgamocystenzweiges; 8 - Stielzelle des Ascogons; 9 - Septum zwischen Stielzelle und Ascogon; 10 - Bereich der beginnenden Septenbildung in einer Zelle der primaren Cleistothecienwand; 11 - Lomasom-iihnliche Struktur; GroBenmarke: 311m. Abb. 6. junges Cleistothecium mit sekundarem Ascogon (inc!. Proascus); Zeichnung nach einem Balsam-Praparat. Abb. 7. Details eines jungen Cleistotheciums, auBere Schicht der Cleistothecienwand; TEM-Aufnahme; 1 - Zelle der auBeren Hiillschicht, an der ein Appendix ansitzt; 2 - basale Zelle des Appendix; 3 - Septum des Appendix; 4, 5 - zwei Kerne in der Zelle; GroBenmarke: 111m. Abb. 8. Teil einer Cleistothecienwand; lichtmikroskopische Aufnahme eines gefarbten Balsam-Praparates; I, 2 - Zellen der inneren Cleistothecienwand; 1 - Zelle mit Kernteilungsstadien; 2 - einkemige Zelle; 3 - Zellen der auBeren Cleistothecienwand; GroBenmarke: 10 11m. Abb. 9. Septum mit Porus in einer Hyphe; TEM-Aufnahme; 1 - Septum; 2 - Septenporus mit Plug; 3 Endoplasmatisches Reticulum; 4 - Cytoplasma; 5 - Vakuole; 6 - Hyphenwand; GroBenrnarke: 0,5 11m. Abb. 10. Septum mit Porus in einer Hyphe; TEM-Aufnahme; 1 - Septum; 2 - Septenporus mit Plug; 3 - Vesicel im Plug; 4 - Endoplasmatisches Reticulum; 5 - Cytoplasma; 6 - Hyphenwand; GroBenrnarke: 0,5 fLID. Abb. 11. Septum mit Porus in einer Hyphe; TEM-Aufnahme; 1 - Septum; 2 - randlich getroffener Septenporus mit Plug; 3 - Vesicel im Plug; 4 - Endoplasmatisches Reticulum; 5 - Cytoplasma; 6 - Hyphenwand; GroBenmarke: 0,5 11m. Abb. 12. Septum einer Hyphe, unweit des Septenporus geschnitten; TEM-Aufnahme; 1 - Septum; 2 - Plug unweit des Porus; 3 - Endoplasmatisches Reticulum; GroBenrnarke: 0,5 fLID. Abb. 13: Septenpori im Bereich der primaren Cleistothecienwand an einemjungen Cleistothecium; TEM-Aufnahme; 1 - Septum; 2 - Anastomosenbildung?; 3 - Plug im Septenporus; 4 - Wand einer Zelle derCleistothecienwand; 5zwischen den Wanden der Zellen eingelagerte elektronendichte Substanz; GroBenmarke: 0,5 11m. Abb. 14. Conidien im Mycelfilz; TEM-Aufnahme; 1,2 - Conidien; 3 - Septum zwischen der Conidie und der conidiogenen Zelle (mit Plug); 4 - Hyphenquerschnitte; GroBenmarke: 4 fLID. Abb. 15. Conidien und Hyphen,. Detail des Schnittes der Abb. 14; TEM-Aufnahme; 1 - rauhe Conidienwand; 2 - Hyphenanschnitt; 3 - elektronendichte Granula in den Conidien; GroBenmarke: 1 fLID. Abb. 16: reife Cleistothecien; Lupenaufnahme von Herbarmaterial (DDR; Plauen, auf Taraxacum officinale, 6. 9. 1976; HAL); GroBenmarke: 50 11m.
Sphaerotheca fusca - Fruchtk6rperentwicklung und Ultrastruktur
Abb. I
~----
Androgamocyste
,__--- Rin (Prdparationsfehler) Septum? Dikaryon Ascogon Stielzellen der Androgarnacyste
stielzelle des Ascogons
, Abb. 2
\
47
H. DORFELT u. a.
48
Abb.3
And rogamocyste
, I \
I
,
Stiel der Androgamocyste
I
\
.
..
r'
,~" .........
,- ......
Zellen der primaren Cleistothecien wand Dikaryon im Ascogon Stielzelle des Ascogons
Abb.4
Sphaerotheca fusca - Fruchtkiirperentwicklung und Ultrastruktur
Abb.5
Dikaryon des Proascus Proascus Weitere } Zellen des sekunddren ~~~~---*---- Ascogons auOere Schicht der Cleistothecienwand innere Schicht der Cleistothecienwand
Abb.6 4
Flora, Bd. 183, 1-2
49
50
H. DORFELT U. a.
Abb.7
~---3
Abb.8
Sphaerotheca fusca - Fruchtkiirperentwicklung und Ultrastruktur
Abb.9
Abb. 10 4*
51
52
H. DORFELT U.
a.
Abb.11
Ahb.12
:
::!
Sphaerotheca fusca - Fruchtk6rperentwicklung und Ultrastruktur
Abb.13
Abb.14
,
,II
53
54
Abb.15
Abb.16
H. DORFELT u. a.
Sphaerotheca fusca - Fruchtk6rperentwicklung und U1trastruktur
55
rung. Die direkte Entwicklung des Ascus aus dem befruchteten Ascogon kann nicht bestiitigt werden, ist aber als fakultative Entwicklungsmoglichkeit denkbar. Die von GORDON (1966) postulierte generelle Entwicklung der Asci durch Kemtibertragung vom Mycel tiber rezeptive Hyphen und die Funktionslosigkeit des Ascogons kann nicht bestiitigt werden. Die rezeptiven Hyphen halten wir fUr junge Anhiingsel. Die Befunde zur Fruchtkorperentwicklung, zum Fruchtkorperbau und zur Ultrastruktur (Septenpori mit Plugs) lassen den SchluB zu, daB die von ARX & v AN DER WALT (1986) angenommene isolierte Stellung der Erysiphales den Tatsachen entspricht und keine niihere Verwandtschaft zu den Eurotiales, Pezizales oder anderen Ordnungen besteht.
Literatur ALEXOPOULOS, C. J. (1966): Einfiihrung in die Mykologie. Jena. ARX, J. A. VON (1987): A re-evaluation of the Eurotiales. Persoonia 13: 233- 395. - & VAN DER WALT, J. P. (1986): Are yeast cells of Endomycetales homologues of conidia of Eurotiales. Persoonia 13: 161-171. BARY, A. DE (1863): Uber die Fruchtk6rperentwicklung der Ascomyceten. Leipzig. - (1864-1870): Beitrage zur Morphologie und Physiologie der Pilze. Erste Reihe 1864; zweite Reihe 1866, dritte Reihe 1870. Frankfurt a. M.; Abdruck aus Abh. d. Senckenb. naturf. Ges. Bd. 5-7. BEATUS, R. (1948): Entwicklungsgeschichtliche und cytologische Untersuchungen an Ascomyceten. II Sphaerotheca mors-uvae. Z. Naturforschg. 3b: 42-51. - (1950): Entwicklungsgeschichte und cytologische Untersuchungen an Ascomyceten. Arch. Mikrob. 15: 253-269. BERGMANN, B. (1941): Zytologische Studien iiber die Befruchtung und Ascokarpbildung bei Sphaerotheca castagnei LEv. Svensk. Bot. Tidskr. 35: 194-2lO. BLACKMANN, V. H., & FRASER, H. C. I. (1905): Fertilization in Sphaerotheca. Ann. Bot. 19: 567-569. BLUMER, S. (1967): Echte Mehltaupilze (Erysiphaceae). Jena. BRAUN, U. (1987): A monograph of the Erysiphales (powdery mildews). Berlin, Stuttgart; Beih. Nova Hedwigia Nr. 89. DANGEARD, P.-A. (1896): La reproduction sexuelle dans Ie Sphaerotheca castagnei. Le Botaniste 5: 27-31. - (1897): Second memoire sur la reproduction sexuelles des Ascomycetes. Le Botaniste 5: 245-284. EFfIMU, P., & KARBUSH, S. (1928): Le development des perithecs et Ie phenomene de la reduction cromatique chez Ies Erysiphacees. Le Botaniste 20: 157-209. ERIKSSON, O. (1982a): Revision of outline of the Ascomycetes. Systema Ascomycetum 1: 1-16. - (1982b): Outline of the Ascomycetes. Myxotaxon 15: 203-248. - (1983): Outline of the Ascomycetes. Systema Ascomycetum 2: 1-37. GAUMANN, E. (1964): Die Pilze. Basel, Stuttgart. GORDON, C. C. (1966): A reinterpretation of the ontogeny of the ascocarp of species of the Erysiphaceae. Amer. J. Bot. 53: 652-662. GROLLE, R. (1971): Die pflanzlichen Hiillorgane, in denen Sporen und Gameten entstehen. Zur Homologie und Terminologie. Flora 160: lO5-136. HARPER, R. A. (1895): Die Entwicklung des Peritheciums bei Sphaerotheca castagnei. Ber. Deutsch. Bot. Ges. 13: 475-481. HEIN, I. (1927): Studies on morphogenesis and development of the ascocarp of Sphaerotheca castagnei. Bull. Torrey. Bot. Club. 54: 383-418. HOMMA, Y. (1934): A life-cycle of Sphaerotheca fuligines (SCHLECHT.) POLLACI parasitic on Taraxacum ceratophorum DC. Transact. Sapporo Nat. Hist. Soc. 13: 173-178. JACOB, F., JAGER, E. J., & OHMANN, E. (1981): Kompendium der Botanik. Jena. LUTTRELL, E. S. (1951): Taxonomy of the Pyrenomycetes. The Univ. of Missouri, Studies 24: (3) 1-120. MULLER, E., & ARX, J. A. VON (1962): Die Gattungen der didymosporen Pyrenomyceten. Beitr. Kryptog. Flora Schweiz. 11 (2): 1-922. WEBSTER, J. (1983): Pilze. Eine Einfiihrung. Berlin, Heidelberg, New York. ZIMMERMANN, A. (1896): Die Morphologie und Physiologie des pflanzlichen Zellkemes. Jena. Eingegangen am 1. September 1988 Anschrift der Verfasser: Dr. sc. HEINRICH DORFELT und NAWAL ALI, Martin-Luther-Universitat, Sektion Biowissenschaften, Wissenschaftsbereich Geobotanik und Botanischer Garten, Neuwerk 21, Halle (Saale), DDR4020; Dr. MAX-BERNHARD SCHRODER, Martin-Luther-Universitat, Sektion Biowissenschaften, Wissenschaftsbereich Genetik, Domplatz 1, Halle (Saale), DDR - 4020.
Flora (1989) 183: 39- 55 VEB Gustav Fischer Verlag lena
Studien zur Fruchtkorperentwicklung und Ultrastruktur von Sphaerothecafusca (AscomycetesIErysiphales)l) H. DORFELT, N. ALI und M.-B. SCHRODER Sektion Biowissenschaften der Martin-Luther-Universitat Halle-Wittenberg, WB Geobotanik und Botanischer Garten und WB Genetik, Halle (Saale), DDR
On the Carpophore Development and Ultrastructure of Sphaerotheca fusca (AscomycetesIErysiphales)
Summary The occurrence of several cells which are developed from the dicaryotic ascogon leads to the conclusion that the occurrence of only one ascus in Sphaerotheca is to be interpreted as reduction. This conclusion is supported by the exceptional occurrence of two asci in some specimens of Sphaerotheca. The fertilization is combined with a migration of the nucleus from the androgamocyst into the ascogon. It remains obscure to what degree the dicaryophase is reduced, anyway it is certain that the nuclei begin to divide after the dicaryotization. The pair of nuclei in the ascus descends from the pair of the dicaryotic ascogon. Possibly the other cells, which are developed from the dicaryotic ascogon, are also dicaryotic or they are monocaryotic by spontaneous monocaryotization. We did not find any direct development of the ascus from the dicaryotic ascogon, but we cannot exclude it as a facultative development. After GORDON (1966), the development of the asci is combined with a migration of nuclei from the mycelium into receptive hyhae, but this could not be confirmed by our observations. The investigations on the development of the cleistothecia and the ultrastructure (septal pori, plugs) lead to the conclusion that the powdery mildews are an isolated group of Ascomycetes. There are no relations to the Eurotiales, Pezizales and other orders.
1. Problemstellung Die Befruchtungsvorgange und die Fruchtk6rperentwicklung der Echten Mehltaupilze (Ordnung Erysiphales, Klasse Ascomycetes) werden in der Literatur yom vorigen lahrhundert bis in die Gegenwart hinein sehr kontrovers beschrieben (vgl. BRAUN 1987). Es gibt zwischen den einzelnen Autoren z. T. recht gravierende Widerspriiche. Einige Mykologen versuchen, die verschiedenen Darstellungen zu verallgemeinern, manche stellten auf kompilatorischem Wege verschiedene Typen der Entwicklung auf, besonders eindringlich tat dies GAUMANN (1964; vgl. hierzu auch LUTTRELL 1951 und BLUMER 1967). Verstandlicherweise bleibt bei solchen Darstellungen im Interesse der Gesamtiibersicht manches Detail der Originalliteratur unberiicksichtigt. Verfolgt man ausschlieBlich die Sekundiirliteratur, so entsteht der Eindruck, daB die Befruchtungsvorgange und die Fruchtk6rperentwicklung der Mehltaupilze im wesentlichen geklart seien. Studien der Originalliteratur zeigen hingegen, daB kaum ein Originalautor die Ergebnisse des anderen bestatigen kann. Die von GAUMANN (1964) postulierten Befruchtungs- und Entwicklungstypen beruhen alle auf Untersuchungsergebnissen verschiedener Autoren, die sich gegenseitig nicht bestatigen. 1) Herrn Prof. Dr. H. MEUSEL zum 80. Geburtstag gewidmet.
40
H. DORFELT u. a.
Wir haben die kontroversen Meinungen zur Befruchtung und zu den Entwicklungsvorglingen bei der Gattung Sphaerotheca zusammenfassend gegeniibergestellt und dabei besonderen Wert darauf gelegt, Kontroversen, die bei GXUMANN z. T. vollig iibergangen werden, herauszustellen. Da anzunehmen ist, daB in der Gattung Podosphaera, bei der - wie bei Sphaerotheca - nur ein einziger Ascus pro Cleistothecium vorkommt, die Entwicklungsvorgange prinzipiell mit denen von Sphaerotheca iibereinstimmen, haben wir in die Literaturiibersicht die Arbeiten zur Gattung Podosphaera einbezogen. Auf der Grundlage licht- und elektronenmikroskopischer Studien an Sphaerothecafusca wird schlieBlich versucht, festzustellen, was an den Ansichten zur Befruchtung und Fruchtkorperentwicklung den Tatsachen am nachsten kommt. AuBerdem sind wir bemiiht, neue Strukturmerkmale in Betracht zu ziehen und ultrastrukturelle Details zu beschreiben.
2. Material und Methoden Von Sphaerotheca fusca (FR.) BLUMER auf Senecio fuchsii und auf Taraxacum officinale wurden Jicht- und elektronenmikroskopische Priiparate angefertigt und untersucht. Priiparationsmethoden fur TEM: Fixierung: 3%iges Glutaraldehyd in 0,1 M Cacodylat-Puffer (PH 6,8); ca. 220 min; Nachfixierung nach griindJichem Auswaschen in Puffer in I %igem Osmiumtetroxid im gleichen Puffer bei Raumtemperatur; 60 min Entwiisserung: in Aceton und Propylenoxid Einbettung: Epoxydharz Schneiden: LKB U1trotom III (Semi- und U1tradiinnschnitte) Aufnahmen: mit TESLA BS 500 Priiparationsmethoden fiir Lichtmikroskopie: Fixierung: Pfeiffer's Gemisch (Formalin, lO%ige Essigsiiure, Methanol abs. I: I: 1) Entwiisserung: in Propanol und Toluol Einbettung: Paraffin Schneiden: Mikrotom mit mechanischem Vortrieb Herkunft des Materials: Sphaerothecafusca auf Senecio fuchsii: DDR; Bez. Erfurt, Heiligenstadt (Eichsfeld) am Waldrand siid!. des Ortes; 28. 9. 1985; leg. DORFELT et ALI (Lichtmikroskopie) Sphaerothecafusca auf Teraxacum officinale: DDR; Bez. Halle (Saale); Botanischer Garten von Halle, Parkrasen; 15. 6. 1986; leg. ALI (TEM)
3. Ubersicht der Befunde zur Entwicklung der Cleistothecien der Gattungen Sphaerotheca und Podosphaera Zur Fruchtkorperentwicklung bei Sphaerotheca-Arten haben bisher DE BARY (1863, 1864-1870); HARPER (1895); DANGEARD (1896, 1897); BLACKMANN & FRASER (1905); HEIN (1927); EFTIMU & KARBUSH (1928); HOMMA (1934); BERGMANN (1941) undBEATUS (1948,1950) Untersuchungen angestellt. Nach der aktuellen Artumgrenzung handelt es sich urn die Arten Sphaerothecafusca (FR.) BLUMER, S. macularis (WALLR.: FR.) LIND und S. mors-uvae (SCHW.) BERK. et CURT., die von diesen Autoren bearbeitet wurden. Mit der Gattung Podosphaera beschaftigen sich Arbeiten von DE BARY (1864-1870), EFTIMU & KARBUSH (1928) und GORDON (1966). Es wurden Podosphaera tridactyla (W ALLR.) DE BARY, P. clandestina (WALLR.: FR.) LEY und P. leucotricha (ELL. et Ev.) SALMON (nach aktuellem Artenverstlindnis) untersucht. Bei den untersuchten Sphaerotheca-Arten gibt es bereits bei der Beschreibung der Befruchtungsvorglinge Unterschiede. Die meisten Autoren fanden eine Kemiibertragung von der Androga-
Sphaerotheca fusca - Fruchtk6rperentwicklung und Ultrastruktur
41
mocyste l ) ("Antheridium", "Trophogon") ins Ascogon (DE BARY, HARPER, BLACKMANN & FRASER, HEIN, HOMMA, BERGMANN, BEATUS), wiihrend sich nach anderen Autoren (DANGEARD, EFTIMU & KARBUSH) das Ascogon nach einem Kontakt mit der Androgamocyste oder u. U. auch ohne einen solchen apomiktisch weiterentwickelt. DANGEARD weist ausdriicklich auf die Degeneration der Keme in der Androgamocyste hin. Es sei betont, daB DANGEARD und EFTIMU & KARBUSH ebenso wie HARPER, HEIN und BLACKMANN & FRASER dieselbe Art, Sphaerotheca macularis, untersucht haben. Auch die weiteren Entwicklungsvorgange werden kontrovers beschrieben. Die beiden Keme im Ascogon verschmelzen nach HARPER, BLACKMANN & FRASER, HEIN und HOMMA miteinander, wahrend BERGMANN und BEATUS angeben, daB die beiden Keme im befruchteten Ascogon bleiben und sich teilen, ohne zu verschmelzen. Die Befruchtung bei Sphaerotheca spielt in der Entdeckungsgeschichte der Sexualvorgange und . Kemphasenverhaltnisse bei den Ascomyceten eine Rolle. In der Auseinandersetzung urn den Ort der Karyogamie kam es zu einer Kontroverse zwischen DANGEARD und HARPER am Ende des vorigen Jahrhunderts (vgl. auch ZIMMERMANN 1896). HARPER fand nach der Kemiibertragung eine Kemverschmelzung, eine zweite im Proascus, letztere sah er nicht als Sexualakt, sondem als "vegetative Kemverschmelzung" an. DANGEARD hingegen bezeichnet die iibereinstimmend beobachtete Kemverschmelzung im Ascus als den eigentlichen Sexualakt und bezweifelte folgerichtig die Verschmelzung der Keme im Ascogon. DANGEARD ging in seiner Ablehnung der Thesen von HARPER dann aber so weit, daB er auch die Kemiibertragung ins Ascogon bezweifelte und sprach von einer generellen Degeneration der Keme in der Androgamocyste. Es ist verwunderlich, daB trotz der intensiven Untersuchungen iiber die Kemverhaltnisse urn die Jahrhundertwende und in der ersten Riilfte unseres Jahrhunderts die Kemverschmelzung im Ascogon noch bis in die 30er Jahre akzeptiert wurde, zuletzt von HOMMA (1934). Neben den Befruchtungsvorgangen gibt es auch sehr kontroverse Beschreibungen der weiteren Fruchtk6rperentwicklung. BEATUS ist der einzige Autor, der eine direkte Entwicklung des Ascogons zum Ascus fiir m6glich halt. Der Vorgang ist mit einer Kemverschmelzung vor der Meiose im jungen Ascus (= Ascogon) verbunden. Nach allen anderen Autoren kommt es erst zu Kem- und Zellteilungen, d. h. aus dem befruchteten Ascogon entstehen mehrere Zellen, die wir im folgenden als Zellen des sekundaren Ascogons bezeichnen. Die Anzahl der Zellen des sekundaren Ascogons ist nach den Autoren ebenfalls verschieden: Bei Sphaerotheca macularis werden entweder 3 Zellen angegeben (EFTIMU & KARBUSH, HEIN), 2 bis 3 (DANGEARD), 4 (BLACKMANN & FRASER) oder 5 bis 6 (HARPER), bei Sphaerotheca fusca fand man 2 (DE BARY), 3 (BERGMANN) oder 4 bis 5 (HoMMA) Zellen, BEATUS beschrieb ebenfalls bei Sph. fusca die erwahnte direkte Entwicklung des Ascogons oder dessen Teilung in 2 bis 6 Zellen, derselbe Autor fand ahnliches bei Sph. mors-uvae, wo sich das Ascogon nicht oder in 2 bis 3 Zellen gliedert. Fiir Podosphaera leucotricha wird angegeben, daB sich das dikaryotische Ascogon nicht weiterentwickelt und funktionslos bleibt (GORDON), wahrend von P. tridactyla eine Gliederung des Ascogons in 3 Zellen angegeben wird (DE BARY), desgleichen bei P. glandestina (EFTIMU & KARBUSH). Unterschiede finden wir weiterhin in den Angaben zur Kemphase der Zellen des sekundaren Ascogons. In den Arbeiten von DE BARY wurden noch keine Kemverhaltnisse studiert, bei vielen spateren Autoren wird von einer Kemverschmelzung unmittelbar nach dem Kemiibertritt bei der Befruchtung (s. o.!) gesprochen (HARPER, BLACKMANN & FRASER, HEIN, HOMMA). Diese Autoren stimmen im Prinzip darin iiberein, daB neben der Kemverschmelzung im Ascogon eine zweite im jungen Ascus vorkommt, so daB nach aktuellem Verstandnis iiber die Kemphasen die Zellen des sekundaren Ascogons diploide Keme, die jungen Asci tetraploide Keme enthalten miiBten. Sehr unterschiedlich wird (unabhangig von dieser Kemphase) die Anzahl der Keme der Zellen des sekundaren Ascogons beschrieben. Viele Autoren sprechen von einkemigen Zellen und einer ) Wir benutzen die Terminologie von GROLLE (1971), vgl. auch JACOB, lAGER & die Bezeichnung Antheridium fiir Einzelzellen.
OHMANN
(1981) und vermeiden
YbtllUii 42
H. DORFELT u. a.
einzigen (oft als subapikal bezeichneten) zweikernigen Zelle, aus der sich der Ascus entwickelt (HARPER, BLACKMANN & FRASER, DANGEARD, HEIN, HOMMA, EFTIMU & KARBUSH). Nach BEATUS sind jedoch aIle Zellen des sekundaren Ascogons dikaryotisch. Dieser Autor nimmt an, daB durch Wandauflosung und Resorption der Kernpaare bis auf ein einziges Dikaryon das sekundare Ascogon wieder zu einer einzigen Zelle wird, aus der sich der Ascus entwickelt. Bei Podosphaera clandestina wird die Entwicklung von EFTIMU & KARBUSH wie bei Sphaerotheca beschrieben, wahrend GORDON fUr Podosphaera leucotricha wie fUr aIle anderen von ihm untersuchten Mehltaupilze (!) angibt, daB im Zentrum das befruchtete Ascogon abstirbt, oder funktionslos bleibt, wahrend eine sekundare Kerniibertragung durch rezeptive Hyphen zur Ausbildung dikaryotischer, ascusbildender Zellen fUhrt. Es muB betont werden, daB jeder der Autoren annimmt, daB es bei allen Mehltaupilzen eine prinzipiell gleiche und voneinander ableitbare Entwicklung gibt. Die fundamentalen Unterschiede zwischen ihnen sind als kontroverse Meinungen, nicht als sich ergiinzende Befunde einer tatsachlich vorkommenden Vielfalt zu verstehen, wie dies beim Studium kompilatorischer Ubersichten, z. B. bei GXUMANN (1964) angenommen werden muB. Selbst in der bereits modernen Arbeit von GORDON (1966), in der durch die erwiihnten rezeptiven Hyphen und durch sekundare Dikaryotisierung Verhaltnisse angenommen werden, die mit denen der Loculoascomyceten vergleichbar sind, wird dies fUr aIle untersuchten Arten beschrieben und als prinzipieller Befruchtungsvorgang bei den Erysiphales dargestellt.
4. Ergebnisse Iicht- und elektronenmikroskopischer Studien an Sphaerotheca fusca 4.1. Befruchtungsvorgang 1m oberflachlichen Mycel von Sphaerotheca fusca sind reichlich Stadien der Befruchtung zu beobachten, wobei stets ein groBes etwa eiformiges bis fast kugeliges Ascogon von ca. 17-25/ 10-18 !lm auf einer Stielzelle als Seitenast einer Hyphe entwickelt ist. Die Androgamocyste ist kleiner und besitzt meistens einen mehrzelligen Stiel. Sie entsteht ebenfalls als Seitenzweig einer Hyphe in unmittelbarer Nahe eines Ascogons. Es ist wahrscheinlich, daB Ascogon und Androgamocyste mitunter aus derselben Hyphe hervorgehen. Sicher ist, daB Diozie nicht vorkommt, oder mindestens nicht obligat ist. Bei den meisten Befruchtungsstadien, die wir fanden, kann man von einer deutlichen Heteromorphie der Befruchtungszellen (Gamocysten) sprechen. Die Androgamocyste differenziert sich wahrscheinlich erst aus, wenn es zu einem Kontakt mit dem Ascogon gekommen ist. Die Septenbildung zwischen der kernliefernden Androgamocyste und der letzten Stielzelle des Androgamocystenzweiges vollzieht sich spat, wahrscheinlich erst unmitte1bar vor dem Kerniibertritt. Von den Befruchtungsstadien, die in der Literatur dargestellt sind, stimmt die Form der Zellen in den Bildern bei DANGEARD (1897), in denen er Androgamocysten mit Degenerationserscheinungen abbildet, am besten mit unseren Bildern iiberein. In vie1en Fallen ist eine deutliche Umschlingung des Ascogons durch den Androgamocystenzweig zu beobachten (Abb. 1). Es steht fUr uns auBer Zweifel, daB es zu einer Kerniibertragung kommt. Wir haben zahlreiche Stadien gefunden, in denen das Ascogon dikaryotisch und die Androgamocyste kernlos ist (Abb.2). 4.2. Dikaryotisierung Es kommt haufig vor, daB die beiden Kerne im befruchteten Ascogon sehr dicht beieinander liegen. Wir deuten dies als einen Kernkontakt unmittelbar nach dem Kerniibertritt aus der Androgamocyste ins Ascogon und nehmen an, daB dieser Kernkontakt gesetzmiiBig etfolgt. Es liiBt sich jedoch nachweisen, daB es zu keiner Kernverschmelzung kommt, die durch die Zusammenlagerung der beiden Kerne vorgetauscht wird. So ist erklarbar, daB sich die Meinung sehr lange behaupten konnte, beide Kerne im Ascogon verschmolzen miteinander. Auch in elektronenmikroskopischen Bildern konnten wir in befruchteten Ascogonen Dikaryonen feststellen, bei denen die Kerne aneinandergedrangt, aber beide mit intakter Membran, liegen (Abb. 3). Diese Phase des
Sphaerotheca fusca - Fruchtk6rperentwicklung und Ultrastruktur
43
Ascogons scheint relativ stabil zu sein. Die Keme losen sich erst bei den folgenden Mitosen voneinander. Diese setzen aber erst ein, wenn das Ascogon bereits von Zellen, die aus seiner Stielzelle auswachsen, umhiillt ist (Abb. 4, 5). 4.3. Ascusbildung Nach BEATUS (1948) kann sich das befruchtete Ascogon direkt in den einzigen Ascus des Cleistotheciums umwandeln. Wir konnen diesen Befund weder bestiitigen noch widerlegen, moglicherweise existiert diese fakultative Entwicklungsmoglichkeit des Ascus als die hochste Form der Reduktion der Dikaryophase. Der Entwicklungszyklus ware haplontisch mit einem dikaryotischen Ascogon (= Proascus), Mitosen in der Dikaryophase entfielen. In den Priiparaten findet man hiiufig Stadien, in denen ein Ascogon oder der junge Ascus vorliegen, und man ist geneigt, beide fiir homolog zu halten und der Moglichkeit der direkten Umwandlung zuzustimmen. Man muB aber stets bedenken, daB der RiickschluB von den fixierten Priiparaten auf den Vorgang der Entwicklung problematisch ist, daB der Vorgang der Septierung des Ascogons sehr kurzzeitig erfolgt und daB die VergroBerung der ascogenen Zelle rasch vonstatten geht. Es gibt deutliche Hinweise, daB sich das Ascogon nach der Befruchtung durch Kemteilung und Septenbildung weiterentwickelt. Dies wird von allen Autoren bestiitigt, auch BEATUS (1948, 1950) fand solche Stadien, hielt sie aber fiir eine fakultative Entwicklungsmoglichkeit. Fraglich bleibt auch, ob sich im Falle der Septierung des Ascogons der Ascus aus nur einer einzigen Zelle des sekundaren Ascogons entwickelt, wie die meisten Autoren annehmen (DE BARY, HARPER u. spiitere Autoren l.c.), oder ob, wie BEATUS annimmt, die Septen und die Kempaare des sekundaren Ascogons bis auf ein einziges Dikaryon, resorbiert werden, so daB schlieBlich doch die Gesamtheit des Ascogons zum Ascus wird. Wir miissen annehmen, daB sich, wie die meisten Autoren postulieren, nach Kemteilungen und Septenbildung 2 bis 3 Zellen des sekundaren Ascogons bilden und daB eine von diesen ZUIn Ascus wird, in AusnahmefaIlen bilden 2 Zellen 2 Asci. Das sekundare Ascogon ist hiiufig 3- oder 4kemig. Wir nehmen an, daB es sich urn Kempaare handelt, die durch die Priiparation mitunter nicht als solche zu erkennen sind. Nach Septenbildung liegen 2 oder 3 ZeBen vor. Die auscusbildende Zelle ist stets dikaryotisch, bei den anderen ist das nicht sicher zu entscheiden. Nach verschiedenen Autoren sind sie einkemig, eventuell sind sie nach spontaner Monokaryotisierung eines Kempaares entstanden, moglicherweise auch durch die uniibersichtlichen Verhiiltnisse, die von der raschen und dichten Umhiillung des Ascogons verursacht werden, falsch eingeschiitzt worden und in Wirklichkeit doch dikaryotisch, wie bereits BEATUS (1948, 1950) annimmt. Folgende Befunde unserer Untersuchungen sprechen dafiir, daB es zur Septierung des Ascogons kommt und nur eine einzige Zelle des sekundaren Ascogons zum Ascus wird:
t
e
t
r r Bt -
e'
0-
ie es
1. Junge Asci in Cleistothecien mit bereits 2 Zellagen dicker Cleistothecienwand sind urn 10/ 8-9 !lm groB, also wesentlich kleiner als das Ascogon vor der Cleistothecienbildung bzw. in Cleistothecien mit einfacher (d.h. eine Zellage umfassender) Wand (Abb. 1,2,4,5,6). 2. In Stadien mit einer Umhiillung des Ascogons durch nur eine Zellage sind Teilungsphasen bzw. mehrkemige Ascogone zu finden (Abb. 6). 3. Von TULASNE (nach DE BARY 1864-1870, 3. Reihe, Abschn. "Eurotium, Erysiphe, Cicinnobolus ... ", p. 35) wurden bei Sphaerotheca pannosa (WALLR.: FR.) LEV. und bei Sphaerotheca dipsacacearum (TuL. et TuL.) JUNELL, nach eigenen Beobachtungen (DORFELT, ined.) auch bei Sphaerotheca fusca, Cleistothecien gefunden, in denen ausnahmsweise 2 Asci vorkamen. Der Ascus entwickelt sich durch apikale VergroBerung der ascogonen Zelle (eine der dikaryotischen Zellen des sekundaren Ascogons). Die rasch heranwachsenden Zellen der Hiille bilden einen Hohlraum, der vom Ascus sofort ausgefiillt wird. Oftmals kann festgestellt werden, daB apikal am Cleistothecium zwischen Cleistothecienwand und Ascus Interzellularriiume liegen. Wir nehmen daher an, daB der Ascus von der Basis her emiihrt wird und apikal keine direkte
44
H.
DORFELT
u. a.
Verbindung zur Cleistothecienwand hat (Abb. 6). Die Ubrigen Zellen des sekundliren Ascogons liegen nach unseren Befunden unregelmiillig im Zentrum des Cleistotheciums. Wir konnten keine . geordnete Zellreihe finden, wie von vielen Autoren angegeben wird, nach denen sich die "subapikale" Zelle des Dreizellstadiums zum Ascus entwickeln soIl. 4.4. Entwicklung der Cleistothecienwand und der Appendices Unmittelbar nach der Befruchtung wachsen aus der Stielzelle des Ascogons Zellen aus, die eine primlire Cleistothecienwand bilden. Diese Zellen schnliren nach innen zum Ascogon hin weitere Zellen abo Schon bald sind :2 Zellagen vorhanden, wobei perikline und antikline Teilungen vorkommen. In diesem Zustand wird der Ascus im Inneren des Cleistotheciums gebildet. Wlihrend des Reifungsprozesses des Ascus kommt es zu weiteren Teilungen, so daB schon bald die Cleistothecienwand aus einer auBeren HUlle besteht, deren Zellwiinde dunkelbraun pigmentiert sind. Diese Hlille besteht aus 2 bis 4 Zellagen, die Wiinde sind urn 1 bis 1,5 !lm dick. Die iiuBerste Zellage hat bei Sphaerothecafusca Zellen von groBer Fliichenausdehnung, die aber sehr dUnn sind, etwa 5 bis 6 !lm im mittleren Bereich. Bei Reife ist das Lumen dieser Zellen von geringer Ausdehnung. Kerne sind nur vor der Pigmentierung der Zellwiinde nachweisbar. Es kommen 1 bis 2 Kerne pro Zelle vor. Die mycelartigen, septierten Appendices der Cleistothecien wachsen aus den iiuBeren Zellen der Cleistothecienwand aus, wenn die Cleistothecien einen Durchmesser von ca. 30 bis 40 !lm erreicht haben, das sind weniger als 50 % des Durchmessers der reifen Cleistothecien. Die Zellen, aus denen Anhiingse1 auswachsen, sind in der Regel zweikernig (Abb. 7). Die inneren Zellen der pigmentierten iiuBeren Schicht der Cleistothecienwand sind stets kleiner als die iiuBeren. 1m reifen Zustand der Cleistothecien kommt es zum Einsinken der zentralen Teile der groBen, oberflachlichen Zellen, die aber an ihren Grenzen aufgewOlbt bleiben. Auf diese Weise entsteht die bereits mit der Lupe feststellbare wellig-gewolbte Oberfliiche der Cleistothecien (Abb. 16). Die auBere Wandschicht hat eine mechanische Festigungsfunktion, wiihrend die innere Schicht moglicherweise bei der Ernlihrung des Ascus eine Rolle spielt. Sie besteht aus etwa isodiametrischen hyalinen Zellen, mit nur 1 bis 2 Kernen, bei Teilungsstadien wurden auch vierkernige Zellen gefunden (Abb. 8). Wiihrend des letzten Reifungsprozesses des Ascus verschwinden die Zellen der inneren Wand und sind bei Vollreife der Cleistothecien nur als Reste nachweisbar. 4.5. Septenpori Bei den Untersuchungen zur Ultrastruktur von Sphaerothecafusca fanden wir sowohl im Mycel als auch in den Fruchtkorpern Septenpori. Diese sind Ubereinstimmend gebaut. Es handelt sich urn eine irisblendenartige Dffnung in der Mitte eines jeden Septums, das mit einem Plug aus elektronendichtem Plasma und membranumschlossenen Vesiceln verschlossen ist (Abb. 9-13). Da sich die Septenpori als systematisch wichtig erwiesen haben und von den Mehltaupilzen bisher keine Bilder von diesen Strukturen existieren, sind RUckschliisse auf die umstrittene systematische Stellung moglich. Man diskutiert gegenwiirtig verwandtschaftliche Beziehungen der Erysiphales zu den Pezizales (vgl. z.B. GXUMANN 1964; MULLER & ARx 1962), zu den Eurotiales (vgl. WEBSTER 1983; ARx & VAN DER WALT 1986; ARX 1987), aber auch zu den Dothideales (vgl. ERIKSSON 1982a, 1982b, 1983) und zu verschiedenen Pyrenomyceten (vgl. ALEXOPOULOS 1966). Ais Merkmale werden Fruchtkorperbau, Fruchtkorperentwicklung, Asci, Ascosporenmerkmale und die Anamorphen herangezogen. Die Diskussionen zeigen, daB die Erysiphales sich re1ativ isoliert als eine eigene Entwicklungslinie entfaltet haben. ARx & VAN DER WALT (1986) sehen die Endomycetales, die Eurotiales, die Ophiostomatales und die Erysiphales als Endglieder von verschiedenen Entwicklungslinien an, die ihren Ursprung bei Pilzen mit lihnlichen hyalinen, unseptierten Ascosporen Ilnd runden oder ovoiden, inoperculaten Asci haben. Dieser Meinung schlieBen wir uns an. Die Septenpori, die wir bei Sphaerotheca fusca fanden, stiitzen die isolierte Stellung der Erysiphales innerhalb dieses Verwandtschaftskreises. Die von ARX (1987) publizier-
r Sphaerotheca fusca - Fruchtk6rperentwicklung und Ultrastruktur
45
ten Septenpori der Ophiostomatales weisen eine gewisse Ahnlichkeit auf, allerdings fehlen die Vesicel. Fiir stichhaltigere Aussagen sind elektronenmikroskopische Studien an weiteren Mehltaupilzen erforderlich. Es erscheint uns wichtig zu sein, daB auch zwischen der conidiogenen Zelle und der Conidie zunachst ein Septum mit Plug ausgebildet ist (Abb. 14). 4.6. Zell w an de Alle Zellwande, sowohl die im Cleistothecium, als auch die der Hyphen und der Conidien erscheinen im elektronenmikroskopischen Bild auffallend homogen. Es ist keine Schichtung zu erkennen. Die Conidienwande erscheinen im Schnitt an der Oberflache auffallend gesagt (Abb. 14, 15). In den Cleistothecien sind zweierlei verschiedene Wandtypen nachweisbar. Einmal gibt es durch Septierung entstandene Wande, die wie in den Geweben hoherer Pflanzen, die Protoplasten voneinander trennen, jedoch bleibt im Septenporus plasmatische Kontinuitat erhalten. Wenn jedoch 2 Wiinde von verschiedenen Zellen dicht gedrangt beieinander liegen, sind beide Wande stets als voneinander isolierte Strukturen in den TEM-Aufnahmen zu erkennen. 1st der Abstand zwischen ihnen groBer, dann liegt zwischen den Wanden eine elektronendichte Substanz, dies ist ganz besonders an der Oberflache der Cleistothecien deutlich zu erkennen (vgl. Abb. 13). Wir nehmen an, daB Substanzen von der Zelle ausgeschieden werden, die fUr die Festigkeit und Harte der Cleistothecienwand eine Rolle spielen. 4.7. Conidien In den Conidien fanden wir entweder keine Kerne oder nur einen Kern. Obgleich die Conidien ein relativ groBes Lumen besitzen, ist die Wahrscheinlichkeit, die Kerne zu treffen, relativ groB, da auch die Ruhekerne in den Conidien iiber 5 !lm 0 erreichen k6nnen. Die Bilder lassen die Vermutung zu, daB die Conidien stets einkernig sind. In den Conidien sind auf elektronenmikroskopischen Bildern feine schwarze (elektronendichte) Granula zu finden. Moglicherweise hangen diese Strukturen mit den Fibrosink6rpern zusammen, die in den Conidien der Sphaerotheca-Arten bei lichtmikroskopischer Untersuchung zu finden sind (vgl. Abb. 14, 15; zur Zellwand der Conidien Abschn. 4.6., zu den Septenpori 4.5.). 4.8. Endoplasmatische Membranstrukturen 1m Cytoplasma der Hyphenzellen sind neben Vakuolen (z. B. Abb. 9) auch Membranstrukturen zu beobachten, die sich yom Septenporus aus in das Lumen der Zellen erstrecken. Es handelt sich urn ein schlauchfOrmiges endoplasmatisches Retikulum (vgl. z. B. Abb. 9-11). In den Zellen der auBeren Schicht der Cleistothecienwand sind lomasomenahnliche membranumschlossene Strukturen zu finden, die wahrscheinlich mit dem Vorgang der Wandverdickung in diesen Zellen im Zusammenhang stehen (vgl. Abb. 5, zu den membranumschlossenen Vesicel der Plugs Abschn. 4.4.).
5. Auswertung Das Vorkommen mehrerer Zellen, die sich aus dem befruchteten Ascogon entwickeln, laBt die SchluBfolgerung zu, daB bei Sphaerotheca das Vorkommen eines einzigen Ascus als Reduktion aufzufassen ist. Dies wird auch dadurch gestiitzt, daB sich ausnahmsweise bei verschiedenen Sphaerotheca-Arten 2 Asci entwickeln k6nnen. Die Befruchtung ist mit einer Kerniibertragung aus der Androgamocyste ins Ascogon verbunden. Wieweit die Dikaryophase reduziert ist, bleibt ungewiB, sicher ist, daB es nach der Dikaryotisierung zu Kernteilungen kommt. Das Kernpaar im Ascus entsteht durch Mitose aus dem Kernpaar des befruchteten Ascogons. M6glicherweise sind die iibrigen Zellen des sekundiiren Ascogons ebenfalls dikaryotisch, moglicherweise kommt es auch zu spontaner Monokaryotisie-
I ,i!
46
H.
DORFELT
u. a.
Abb. 1-16. SphaerothecaJusca Abb. 1. Ascogon, umschlungen vom Androgamocystenzweig; lichtmikroskopische Aufnahme eines geflirbten Balsam-Praparates; 1 - Stielzelle des Ascogons; 2 - Ascogon mit Kern; 3 - Teil des Androgamocystenzweiges; 4, 5, 6 - apikaler Teil des Androgamocystenzweiges; 4 - in Teilung befindlicher Kern; 5, 6 - sich ausbildende Androgamocyste; bei 5 wird wird spater (nach Kerneinwanderung) ein Septum gebildet, der apikale Teil (6) wird dadurch als Zelle (Androgamocyste) abgegliedert; GroBenmarke: 10 11m. Abb. 2. dikaryotisches Ascogon unmittelbar nach der Kerniibertragung; Zeichnung nach einem Balsam-Praparat. Abb. 3. Dikaryon in einem befruchteten Ascogon; TEM-Aufnahme; 1 - Wand des Ascogons; 2, 3 - die heiden dicht aneinandergedrangten Kerne des Dikaryons; 4 - Kernmembran; 5 - Cytoplasma; 6 - Vakuole; GroBenmarke: 111m. Abb. 4. Medianschnitt durch ein Cleistothecium mit noch dikaryotischem Ascogon; Balsam-Praparat.
Zeichnung nach einem
Abb. 5. junges Cleistothecium; TEM-Aufnahme; 1 - Zellen der primaren Cleistothecienwand; 2 - dikaryotisches Ascogon 3 - ein Kern des Dikaryons; 4 Nucleolus; 5 - Falte (Artefakt); 6, 7 - weitere Zellen des Zentrums, moglicherweise Teile des Androgamocystenzweiges; 8 - Stielzelle des Ascogons; 9 - Septum zwischen Stielzelle und Ascogon; 10 - Bereich der beginnenden Septenbildung in einer Zelle der primaren Cleistothecienwand; 11 - Lomasom-iihnliche Struktur; GroBenmarke: 311m. Abb. 6. junges Cleistothecium mit sekundarem Ascogon (inc!. Proascus); Zeichnung nach einem Balsam-Praparat. Abb. 7. Details eines jungen Cleistotheciums, auBere Schicht der Cleistothecienwand; TEM-Aufnahme; 1 - Zelle der auBeren Hiillschicht, an der ein Appendix ansitzt; 2 - basale Zelle des Appendix; 3 - Septum des Appendix; 4, 5 - zwei Kerne in der Zelle; GroBenmarke: 111m. Abb. 8. Teil einer Cleistothecienwand; lichtmikroskopische Aufnahme eines gefarbten Balsam-Praparates; I, 2 - Zellen der inneren Cleistothecienwand; 1 - Zelle mit Kernteilungsstadien; 2 - einkemige Zelle; 3 - Zellen der auBeren Cleistothecienwand; GroBenmarke: 10 11m. Abb. 9. Septum mit Porus in einer Hyphe; TEM-Aufnahme; 1 - Septum; 2 - Septenporus mit Plug; 3 Endoplasmatisches Reticulum; 4 - Cytoplasma; 5 - Vakuole; 6 - Hyphenwand; GroBenrnarke: 0,5 11m. Abb. 10. Septum mit Porus in einer Hyphe; TEM-Aufnahme; 1 - Septum; 2 - Septenporus mit Plug; 3 - Vesicel im Plug; 4 - Endoplasmatisches Reticulum; 5 - Cytoplasma; 6 - Hyphenwand; GroBenrnarke: 0,5 fLID. Abb. 11. Septum mit Porus in einer Hyphe; TEM-Aufnahme; 1 - Septum; 2 - randlich getroffener Septenporus mit Plug; 3 - Vesicel im Plug; 4 - Endoplasmatisches Reticulum; 5 - Cytoplasma; 6 - Hyphenwand; GroBenmarke: 0,5 11m. Abb. 12. Septum einer Hyphe, unweit des Septenporus geschnitten; TEM-Aufnahme; 1 - Septum; 2 - Plug unweit des Porus; 3 - Endoplasmatisches Reticulum; GroBenrnarke: 0,5 fLID. Abb. 13: Septenpori im Bereich der primaren Cleistothecienwand an einemjungen Cleistothecium; TEM-Aufnahme; 1 - Septum; 2 - Anastomosenbildung?; 3 - Plug im Septenporus; 4 - Wand einer Zelle derCleistothecienwand; 5zwischen den Wanden der Zellen eingelagerte elektronendichte Substanz; GroBenmarke: 0,5 11m. Abb. 14. Conidien im Mycelfilz; TEM-Aufnahme; 1,2 - Conidien; 3 - Septum zwischen der Conidie und der conidiogenen Zelle (mit Plug); 4 - Hyphenquerschnitte; GroBenmarke: 4 fLID. Abb. 15. Conidien und Hyphen,. Detail des Schnittes der Abb. 14; TEM-Aufnahme; 1 - rauhe Conidienwand; 2 - Hyphenanschnitt; 3 - elektronendichte Granula in den Conidien; GroBenmarke: 1 fLID. Abb. 16: reife Cleistothecien; Lupenaufnahme von Herbarmaterial (DDR; Plauen, auf Taraxacum officinale, 6. 9. 1976; HAL); GroBenmarke: 50 11m.
Sphaerotheca fusca - Fruchtk6rperentwicklung und Ultrastruktur
Abb. I
~----
Androgamocyste
,__--- Rin (Prdparationsfehler) Septum? Dikaryon Ascogon Stielzellen der Androgarnacyste
stielzelle des Ascogons
, Abb. 2
\
47
H. DORFELT u. a.
48
Abb.3
And rogamocyste
, I \
I
,
Stiel der Androgamocyste
I
\
.
..
r'
,~" .........
,- ......
Zellen der primaren Cleistothecien wand Dikaryon im Ascogon Stielzelle des Ascogons
Abb.4
Sphaerotheca fusca - Fruchtkiirperentwicklung und Ultrastruktur
Abb.5
Dikaryon des Proascus Proascus Weitere } Zellen des sekunddren ~~~~---*---- Ascogons auOere Schicht der Cleistothecienwand innere Schicht der Cleistothecienwand
Abb.6 4
Flora, Bd. 183, 1-2
49
50
H. DORFELT U. a.
Abb.7
~---3
Abb.8
Sphaerotheca fusca - Fruchtkiirperentwicklung und Ultrastruktur
Abb.9
Abb. 10 4*
51
52
H. DORFELT U.
a.
Abb.11
Ahb.12
:
::!
Sphaerotheca fusca - Fruchtk6rperentwicklung und Ultrastruktur
Abb.13
Abb.14
,
,II
53
54
Abb.15
Abb.16
H. DORFELT u. a.
Sphaerotheca fusca - Fruchtk6rperentwicklung und U1trastruktur
55
rung. Die direkte Entwicklung des Ascus aus dem befruchteten Ascogon kann nicht bestiitigt werden, ist aber als fakultative Entwicklungsmoglichkeit denkbar. Die von GORDON (1966) postulierte generelle Entwicklung der Asci durch Kemtibertragung vom Mycel tiber rezeptive Hyphen und die Funktionslosigkeit des Ascogons kann nicht bestiitigt werden. Die rezeptiven Hyphen halten wir fUr junge Anhiingsel. Die Befunde zur Fruchtkorperentwicklung, zum Fruchtkorperbau und zur Ultrastruktur (Septenpori mit Plugs) lassen den SchluB zu, daB die von ARX & v AN DER WALT (1986) angenommene isolierte Stellung der Erysiphales den Tatsachen entspricht und keine niihere Verwandtschaft zu den Eurotiales, Pezizales oder anderen Ordnungen besteht.
Literatur ALEXOPOULOS, C. J. (1966): Einfiihrung in die Mykologie. Jena. ARX, J. A. VON (1987): A re-evaluation of the Eurotiales. Persoonia 13: 233- 395. - & VAN DER WALT, J. P. (1986): Are yeast cells of Endomycetales homologues of conidia of Eurotiales. Persoonia 13: 161-171. BARY, A. DE (1863): Uber die Fruchtk6rperentwicklung der Ascomyceten. Leipzig. - (1864-1870): Beitrage zur Morphologie und Physiologie der Pilze. Erste Reihe 1864; zweite Reihe 1866, dritte Reihe 1870. Frankfurt a. M.; Abdruck aus Abh. d. Senckenb. naturf. Ges. Bd. 5-7. BEATUS, R. (1948): Entwicklungsgeschichtliche und cytologische Untersuchungen an Ascomyceten. II Sphaerotheca mors-uvae. Z. Naturforschg. 3b: 42-51. - (1950): Entwicklungsgeschichte und cytologische Untersuchungen an Ascomyceten. Arch. Mikrob. 15: 253-269. BERGMANN, B. (1941): Zytologische Studien iiber die Befruchtung und Ascokarpbildung bei Sphaerotheca castagnei LEv. Svensk. Bot. Tidskr. 35: 194-2lO. BLACKMANN, V. H., & FRASER, H. C. I. (1905): Fertilization in Sphaerotheca. Ann. Bot. 19: 567-569. BLUMER, S. (1967): Echte Mehltaupilze (Erysiphaceae). Jena. BRAUN, U. (1987): A monograph of the Erysiphales (powdery mildews). Berlin, Stuttgart; Beih. Nova Hedwigia Nr. 89. DANGEARD, P.-A. (1896): La reproduction sexuelle dans Ie Sphaerotheca castagnei. Le Botaniste 5: 27-31. - (1897): Second memoire sur la reproduction sexuelles des Ascomycetes. Le Botaniste 5: 245-284. EFfIMU, P., & KARBUSH, S. (1928): Le development des perithecs et Ie phenomene de la reduction cromatique chez Ies Erysiphacees. Le Botaniste 20: 157-209. ERIKSSON, O. (1982a): Revision of outline of the Ascomycetes. Systema Ascomycetum 1: 1-16. - (1982b): Outline of the Ascomycetes. Myxotaxon 15: 203-248. - (1983): Outline of the Ascomycetes. Systema Ascomycetum 2: 1-37. GAUMANN, E. (1964): Die Pilze. Basel, Stuttgart. GORDON, C. C. (1966): A reinterpretation of the ontogeny of the ascocarp of species of the Erysiphaceae. Amer. J. Bot. 53: 652-662. GROLLE, R. (1971): Die pflanzlichen Hiillorgane, in denen Sporen und Gameten entstehen. Zur Homologie und Terminologie. Flora 160: lO5-136. HARPER, R. A. (1895): Die Entwicklung des Peritheciums bei Sphaerotheca castagnei. Ber. Deutsch. Bot. Ges. 13: 475-481. HEIN, I. (1927): Studies on morphogenesis and development of the ascocarp of Sphaerotheca castagnei. Bull. Torrey. Bot. Club. 54: 383-418. HOMMA, Y. (1934): A life-cycle of Sphaerotheca fuligines (SCHLECHT.) POLLACI parasitic on Taraxacum ceratophorum DC. Transact. Sapporo Nat. Hist. Soc. 13: 173-178. JACOB, F., JAGER, E. J., & OHMANN, E. (1981): Kompendium der Botanik. Jena. LUTTRELL, E. S. (1951): Taxonomy of the Pyrenomycetes. The Univ. of Missouri, Studies 24: (3) 1-120. MULLER, E., & ARX, J. A. VON (1962): Die Gattungen der didymosporen Pyrenomyceten. Beitr. Kryptog. Flora Schweiz. 11 (2): 1-922. WEBSTER, J. (1983): Pilze. Eine Einfiihrung. Berlin, Heidelberg, New York. ZIMMERMANN, A. (1896): Die Morphologie und Physiologie des pflanzlichen Zellkemes. Jena. Eingegangen am 1. September 1988 Anschrift der Verfasser: Dr. sc. HEINRICH DORFELT und NAWAL ALI, Martin-Luther-Universitat, Sektion Biowissenschaften, Wissenschaftsbereich Geobotanik und Botanischer Garten, Neuwerk 21, Halle (Saale), DDR4020; Dr. MAX-BERNHARD SCHRODER, Martin-Luther-Universitat, Sektion Biowissenschaften, Wissenschaftsbereich Genetik, Domplatz 1, Halle (Saale), DDR - 4020.