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Licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen über die Keritomie bei Oscillatoria Borneti Zukal und O. pseudogeminats G. Schmid 1)
Biochem. Physiol. Pflanzen (BPP), Bd. 162, S. 225-233 (1971) Staatsinstitut fiir Allgemeine Botanik Hamburg
Licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen iiber die Keritomie bei Oscillatoria Borneti ZUKAL und O. pseudogeminats G. SCHMID1) Von KATSUMI UEDA Mit Tafel 8-12 (Eingegangen am 17. J uli 1970)
Summary Keritomic vacuoles in Oscillatoria Borneti are stained with neutralred but not with KJJ and sudan III, and neither react with Millon's- and PAS-reagent, nor show the fluorescence with nileblue. The plasmolysis by glucose is reversible, if applied for less than five minutes. The osmotic pressu.re of the cells which border on the plasmolysis corresponds to that of a 0.25 mol glucose solution. The development of keritomy is accelerated by light. It is revealed by the electronmicroscope that the thylakoid-membranes of O. Borneti and O. pseudogeminata consist of three layers, outer two are strongly contrasted and the inner one are less contrasted. Each layer is 2.5 nm thick. The keritomic vacuole is surrounded by a membrane, the structure and the thickness of which correspond to those of the thylakoidmembrane. It is concluded from the electronmicroscopic figures that the keritomy in both Oscillatoria species results from the volume-increase of the thylakoid content. The phenomenon of keritomy is assumed as a normal process of the cell development. The content of the keritomic vacuoles could not be determined. 'l'here are polyphosphate- and polyhedral bodies, osmiophilic granules, ribosomes and DNS-fibrils in the protoplast of both Oscillatoria.
Die Zellen von Oscillatoria Borneti ZUKAL besitzen eine eigenartige Wabenstruktur des Plasmas. GEITLER (1925) untersuchte diese Erscheinung eingehend und bezeichnete sie als "Keritomie" (GEITLER 1925, 1932, 1960). Es soIl sich urn die Bildung von Zellsaftraumen handeln, die aber nach DRA WERT (1949) keinen dunnflussigen "Saft" enthalten. Von der typischen Vakuolisation, wie sie in den Haarzellen der meisten Rivulariaceen anzutreffen ist, unterscheidet sich die Keritomie dadurch, daB sie die Vitalitat der Zelle nicht beeinfluBt und reversibel ist. Die typische Vakuoli· sation ist nach GEITLER irreversibel und fuhrt fruher oder spater zum Tod der Zelle. Die keritomisch vera,nderten Zellen haben eine gewisse Menge an Photosynthesepigmenten verloren, denn die Zellen verblassen mit zunehmender Keritomie und 1) Die Durchfiihrung dieser Arbeit wurde mir durch ein Forschungsstipendium der Alexander-von-Humboldt-Stiftung erm6glicht. 16
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sind schlie.l3lich nur noch schwach grunlich-gelb gefiirbt. Werden Zellen mit groEen Waben in eine frische NahrlOsung ubertragen, so entstehen wieder plasmareiche braunlich-grune Zellen. DRAWERT (1949) hat an Oscillatoria Bornetti zellphysiologische und spa,ter fluorescenz- und elektronenmikroskopische (DRA WERT und METZNER 1958) Untersuchungen durchgefUhrt. Diese Arbeiten haben aber noch keine Klarung hinsichtlich der Entstehung und der eigentlichen N atur der Keritomie gebracht; deshalb solI dieses Problem in vorliegender Mitteilung erneut aufgegriffen werden. Material und Methode
Kultur Fiir die Untersuchungen stand ein Stamm von Oscillatoria Borneti ZUKAL aus der Algensammlung des Instituts fiir Allgemeine Botanik Hamburg zur Verfiigung. Ferner wurde Oscillatoria pseudogeminata G. SCHMID, die ebenfalls zur Keritomie neigt, mit untersucht. Diese Art stammte aus einer hiilzernen Regentonne in Bremen. Die Kultur beider Arten erfolgte in ChuLiisung (auf 1 l de st. Wasser 70,8 mg Ca(NO a)2· 4 H 2 0, 8,71 mg K 2 HP0 4, 59,78 mg NaHCO a, 0,278 mg FeS0 4 ·7 H 2 0, 0,019 mg MnCl 2 ·4 H 2 0, 3,7 mg Athylendiamin-tetraessigsaure, 25 ml Moorerdextrakt) bei 15 DC uud einer taglichen Beleuchtung von 14 Std. mit Leuchtstoffriihren (Osram-L 40 W/15 Tageslicht und 40 W/30 Warmton).
Lich tmikro skopie Das Verhalten der keritomischen Vakuolen wurde mit folgenden Reagenzien und Farbstoff en untersucht: Millonsches Reagens, PAS-Reagens, JJK, Sudan III, Nilblau und Neutralrot. Die Herstellung des Millonschen Reagens und die Durchfiihrung der Reaktion erfolgte nach ROME IS (1968). Fiir die P AS- Reaktion folgte ich den Angaben von HOTCHKISS (1948). Nilblau und Neutralrot kamen 1: 10000 in Leitungswasser zur Anwendung. Mit Nilblau gefarbte Zellen wurden fluorescenzmikroskopisch auf Lipide gepriift. Ferner wurde das Verhalten der Zellen in Traubenzuckerliisungen verschiedener Konzentration untersucht.
Elektron enmikroskopie Das Material wurde mit 5%iger Glutaralddehydliisung 4 Std. fixiert, mit einer Phosphatpufferliisung (pH 7.1) 1 Std. gewaschen und mit 1 %iger Os04-Liisung 4 Std. nachfixiert. So\\'ohl die Glutaraldehyd- als auch die Os04-Liisung wurden mit 0,1 mol Phosphat auf pH 7.1 eingestellt. Nach einer kurzen Waschung in dest. Wasser wurde das Material mit Aceton entwassert, danach mit Propylenoxid behandelt und in Epon eingebettet. Zur Herstellung der Schnitte diente ein Rheichert- Ultramikrotom. Die Schnitte wurden mit Uranylacetat und Bleicitrat kontrastiert. Die Beobachtung erfolgte mit einem Siemens-Elmiskop 1.
Ergebnisse
Lich tmikroskopie Eine W oche nach der Uberimpfung in ein frisches Kulturmedium zeigen die Zellen von O. Bometi viele kleine Wabeno Der Durchmesser der Vakuolen betragt
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etwa 1 pm. Mit dem Alterwerden der Zellen vergroBern sich die Vakuolen (GErTLER 1925). Nach einer Vitalfarbung mit Neutralrot treten die Vakuolen deutlicher hervor (Abb. 1-3), sind jetzt aber nicht mehr eckig, sondern abgerundet (DRAWERT 1949). In Abb. 1 zeigen die rechten Zellen viele kleine Vakuolen. Wahrscheinlich vergroBern sich die Vakuolen durch Verschmelzung, aber auch durch die Vermehrung ihres Inhalts. Die Vakuolisation erfolgt vor all em in den terminalen Zellen (Abb. 2 und 3). Die apikalen Zellen des Fadens in Abb. 3 haben voll entwickelte Vakuolen, in den anschlieBenden Zellen sind die Vakuolen noch in der Entwicklung begriffen. Die Vakuolisation wird durch Beleuchtung gefordert. In Teilung befindliche Zellen wurden mit 3000 Lux sowie mit 1500 Lux beleuchtet und eine dritte Gruppe im Dunkeln gehalten. Schon nach 48 Std. waren die unter 3000 Lux gewachsenen Faden blasser als die unter 1500 Lux entwickelten. Nach einer Woche waren die Zellen urn so weiter ausgeblichen, je starker sie beleuchtet wurden. Dementsprechend war die Vakuolisation der Zellen bei 3000 Lux am weitesten fortgeschritten und im Dunkeln am wenigsten. GroBe Polyphosphatkorper (FuRs 1969) waren nur selten zu beobachten. Sobald sie auftraten, fiihrten aber meist aIle Zellen eines Fadens diese Gebilde (Ausnahme siehe Abb. 1). In Zellen mit Keritomie waren Polyphosphatkorper nicht deutlich zu erkennen. In Abb. 1 zeigen die linken Zellen groBe Polyphosphatkorper, die rechten dagegen kleine Vakuolen. Die groBen Polyphosphatkorper farben sich mit Neutralrot intensiv vital. In Faden, die auch nach einer Vitalfarbung mit Neutralrot lichtmikroskopisch keine Polyphosphatkorper erkennen lieBen, konnten aber elektronenmikroskopisch kleine Polyphosphatkorper nachgewiesen werden (Abb. 5). Ihre GroBe betrug 0,5-1 pm. Die groBen Polyphosphatkorper sind wahrscheinlich fiir einen besonderen physiologischen Zustand der Zellen charakteristisch. Der Inhalt der keritomischen Vakuolen zeigte keine Reaktion mit dem Millonschen und dem PAS-Reagens. Er farbte sich auch nicht mit KJ J und Sudan III und zeigte keine Fluorescenz mit Nilblau. In 0,5 mol TraubenzuckerlOsung schrumpften die Protoplasten in den Faden von O. Borneti und trennten sich von der Zellwand. Dabei wurden die groBen keritomischen Vakuolen etwas eckiger durch die Kontraktion. Wurden diese Faden innerhalb von 5 Minuten in eine 0,1 mol TraubenzuckerlOsung iibertragen, nahmen die Zellen wieder ihr urspriingliches Aussehen an. In seltenen Fallen konnte auch eine Bewegung der deplasmolysierten Faden wieder beobachtet werden. Damit ist der Beweis erbracht, daB eine kurzfristige Entwasserung des Protoplasten mit Traubenzucker ertragen wird. Mit Hilfe der Grenzplasmolyse in Traubenzuckerlosungen wurde der osmotische Wert der Zellen mit 0,25 mol Traubenzucker bestimmt. Die Plasmolyse setzt bei Faden, die sich in der Teilungsphase befinden, gleichmaBig in allen Zellen ein, wahrend bei Faden in der Ruhephase die Plasmolyse unregelmaBiger 16*
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verlauft. Der gefundene Grenzplasmolysewert liegt in der von Spirogyra- und anderen normalen Pflanzenzellen mit echten Vakuolen bekannten GroBenordnung. Elektronenmikro skopie 1m Chromatoplasma von Oscillatoria Borneti treten 5-10 konzentrische Thylakoide (Abb. 4, 7 und 8) auf, die parallel zur AuBenwand verlaufen. Einige Thylakoide setzen sich in das Zentroplasma fort (Abb. 6 und 10). Die Dicke eines Thylakoides betragt 20-30 nm und die einer Thylakoid-Membran 7,5 nm. Eine Thylakoid-Membran ist dreischichtig: zwei auJ3ere Schichten, die stark kontrastiert werden, und eine innere helle Schicht. Jede der drei Schichten ist 2,5 nm dick. Diese Struktur einer Thylakoid-Membran haben LEFORT (1960), PANKRATZ und BOWEN (1963), ECHLIN (1964), HALL und CLAUS (1967) und EDWARDS et al. (1968) flir Cyanophyceen, und UEDA (1966) auch flir Chlorophyceen beschrieben. Bei Oscillatoria pseudogeminata ist die entsprechende Anordnung und Struktur der Thylakoide anzutreffen (Abb. 11, 12 und 13). In den elektronenmikroskopischen Bildern von O. Borneti in der Teilungsphase sind viele kleine Vakuolen zu erkennen, die liber das Plasma verstreut sind (Abb. 4). Der Durchmesser der Vakuolen betragt 0,7-1,5.um und entspricht damit den kleinsten keritomisehcn Vakuolen, die lichtmikroskopisch zu beo bachten sind. Auch elektronenmikroskopisch sind in den Vakuolen keine Strukturen zu erkennen; sie werden gegen das Plasma durch eine Membran abgegrenzt. Dicke und Aussehen der Begrenzungsmembran entsprechen denen der Thylakoide. In den peripheren Thylakoidstapeln sind die inneren Thylakoide hiiufig aufgeblaht und zeigen Ubergangsformen zu keritomischen Vakuolen (Abb. 5 und 8). Diese Aufblahung kann auch bei Thylakoiden beobachtet werden, die in der Mitte der Zelle liegen (Abb. 6). Die Thylakoide werden regelrecht gespalten (Abb. 6 und 8, Pfeile). In Abb. 6, 7, 8 und 10 sieht man viele Vakuolen, die als Zwischenform bezeichnet werden konnen. Dieselbe Erscheinung tritt bei O. pseudogeminata auf. In Abb. 12 sind Zellen praktisch ohne Keritomie dargestellt und in Abb. 13 eine Zelle mit vielen Vakuolen. Abb. 11 zeigt die Entstehung einer Vakuole aus einem Thylakoid und zwei fertige Vakuolen mit dcutlicher Membran. In den Zellen beider Oscillatoria-Arten befinden sich hiiufig polyedrische Korper (Abb. 4, 5, 7, 10, 11, 12 und 13), wie sie zuerst von JENSEN und BOWEN (1961) als "polyhedral bodies" beschrieben worden sind. Diese Korper wurden von PANKRATZ und BOWEN (1963), PEAT und WHITTON (1967) sowie EDWARDS et al. (1968) in veTschiedenen Cyanophyceen gefunden. Die "formed bodies" von HALL und CLAUS (1962, 1967) entsprechen wahrscheinlich den "polyhedral bodies". Auch der polyedrische Korper wird durch eine Membran vom Plasma abgegrenzt (Abb. 5 und 7).
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Die sogenannten Polyphosphatkorper kann man ebenfalls im Plasma beider Oscillatorien antreffen. Entsprechend den Angaben von EDWARDS et al. (1968) werden die Polyphosphatkorper von den Elektronenstrahlen leicht zerstOrt; denn sie werden in den Fotos als leere oder einen schwarzen Inhalt fiihrende Vakuolen abgebildet (Abb. 5 und12). Der Korper, der von DREWS und NIKLOWITZ (1956, 1957), PANKRATZ und BOWEN (1963) sowie ROGERS et al. (1967) als "structured granules" bezeichnet worden ist, diirfte einem Polyphosphatkorper entsprechen. Die Polyphosphatkorper hat FUHS cytochemisch (1957) und interferenzmikroskopisch (1969) untersucht; er errechnete, daB sie 1,0 bis 1,2 grjcm 3 (KP0 3 )n enthalten. Elektronendichte kleine Granula mit einem Durchmesser von 50-150 nm, die von vielen Autoren als osmiophile Granula bezeichnet werden, liegen meistens im Chromatoplasma der beiden Oscillatorien. Bei O. pseudogeminata treten diese Granula gehiiuft an den Querwanden auf (Abb. 12 und 13). 1m Centroplasma beider Oscillatorien befinden sich viele kleine Granula von '"'" 15 nm Durchmesser, die von LEFORT (1960), FUHS (1963) und EDWARDS et al. (1963) als Ribosomen beschrieben worden sind. Daneben finden sich diinne Fibrillen von'"'" 4 nm Dicke, die nach RIS und SINGH (1961) DNS-Fibrillen darstellen. An der auBeren Kante der sich bildenden Querwand sitzt immer eine elektronendichte, 5 nm lange und 2 nm breite sichelformige Zone (Abb.8 und 9). Aus ihrer Lage wird geschlossen, daB sie eine Rolle bei der Synthese der Querwand spielt (UEDA 1970).
Diskussion
Aus den elektronenmikroskopischen Bildern geht hervor, daB die Keritomie durch ein Auseinanderweichen der Thylakoid-Membranen, also ein Aufblahen der Thylakoide, entsteht. Ein Aufblahen von Thylakoiden ist in vielen Pflanzen unter den verschiedensten Bedingungen beobachtet worden. BOGORAD et al. (1959) und LAMPRECHT (1961) haben die Aufblahung der Thylakoide in den Chloroplasten von Eisenmangel-Pflanzen beschrieben. HESLOP-HARRISON (1962) hat diese Erscheinung bei Cannabis sativa nach Behandlung mit 2-Thiouracil beobachtet. Nach FREYWYSSLING und KREUTZER (1958) tritt bei dem tJbergang von Chloroplasten zu Chromoplasten eine Vakuolisation der Thylakoide auf. In allen Fallen geht mit der Vakuolisation der Thylakoide eine Abnahme des Chlorophyllgehaltes parallel. Das gleiche trifft fiir Oscillatoria Borneti zu. Bei starkerer Beleuchtung entwickeln sich die keritomischen Vakuolen schnell und gleichzeitig wird der Gehalt an Chlorophyll vermindert. Weshalb diese zwei Phanomene immer zusammentreffen, ist noch nicht geklart. Vielleicht ist das Nebeneinanderliegen der beiden Thylakoidmembranen eine notwendige Voraussetzung fUr die Unterbringung des Chlorophylls.
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Dunkelzellen haben den hochsten Chlorophyllgehalt. Dabei ist aber zu beachten, daB die Zellen nur im Versuch kiinstlich im Dunkeln gehalten werden. Unter natiirlichen Bedingungen ist O. Borneti dem Licht ausgesetzt und demnach die starkere Ausbildung der Keritomie eine natiirliche Erscheinung. Es ist zunachst naheliegend, die Vakuolisation der Thylakoide im Licht mit dem PhotosyntheseprozeB in Verb in dung zu bringen, etwa derart, daB sich Photosyntheseprodukte in den Thylakoiden anhaufen. Der Inhalt der keritomischen Vakuolen reagiert nicht auf das P AS-Reagens und farbt sich nicht mit KJ J; es konnen demnach keine Kohlenhydrate vorliegen. Es kann sich auch nicht um EiweiBe handeln, da die Millonsche Reaktion negativ ausfallt. Ebenso verlauft die Fluorochromierung mit Nilblau, die nach MIX (1959) und DRAWERT (1968) zum Nachweis von Lipiden empfohlen wird, negativ. Dementsprechend tritt auch mit Sudan III keine Farbung auf. Die elektronenmikroskopischen Befunde ergeben ebenfalls keine Hinweise auf die Anwesenheit von Glykogen, EiweiB oder Lipiden in den keritomischen Vakuolen. In einer hypertonischen TraubenzuckerlOsung wurde eine reversible Plasmolyse beobachtet. Die Vakuolen der plasmolysierten ZeIlen zeigten eckige, unregelmaBige Formen. Dieses Ergebnis deutet auf das Vorhandensein semipermeabler Grenzflachen, gibt aber keinen AufschluB dariiber, ob sich der Inhalt der Vakuolen in einem Gel- oder Sol-Zustand befindet. Auf aIle Falle kann der Vakuoleninhalt aber nicht aus festerer Substanz bestehen. An der inneren Kante der sich entwickelnden Querwand tritt eine im Schnitt sichelformige Zone auf, die wahrscheinlich eine Rolle bei der Querwandbildung spielt. Bei den hOheren Pflanzen sind Vesikeln vom Golgi- Korper oder vom Endoplasmatischen Retikulum am Aufbau der Zellwand beteiligt. Bei den Cyanophyceen scheint ein etwas anderer Mechanismus vorzuliegen, der in einer Arbeit iiber die Querwandbildung (UEDA 1971) diskutiert wird. Herrn Professor Dr. H. DRAWERT danke ieh fiir die Unterstiitzung dieser Arbeit und fiir wertvolle Diskussion und Herrn Dr. A. WEBER fiir die Uberlassung der Oscillatoria pseudogeminata.
Zusammenfassung Die keritomisehen Vakuolen von Oscnlatoria Borneti fiirben sich vital mit Neutralrot, reagieren nicht mit dem Millonschen und dem P AS- Reagens, fiirben sich nicht mit J JK und Sudan III und lassen sich nicht mit Nilblau fluorochromieren. Eine Plasmolyse mit Traubenzueker ist reversibel, wenn die Plasmolysedauer unter 5 Minuten bleibt. Der Grenzplasmolysewert liegt bei 0,25 mol Traubenzucker. Die Entwicklung der Keritomie wird durch Licht gef6rdert. 1m Elektronenmikroskop sind in den Thylakoid-Membranen von O. Borneti und O. pseudogeminata drei Schichten zu erkennen: zwei stark kontrastierte iiuBere und eine helle innEre Schicht. Jede der drei Schichten ist 2,5 nm dick.
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Die keritomischen Vakuolen sind von einer Membran begrenzt, die in ihrer Struktur und Dicke mit den Thylakoid-Membranen iibereinstimmt. Die elektronenmikroskopischen Bilder von beiden Oscillatoria-Arten fiihren zu dem SchluB, daB die Keritomie durch Aufblahen der Thylakoide zustande kommt. Dabei handelt es sich urn einen normalen Vorgang, da die Lebensfahigkeit der Zellen nicht beeintrachtigt wird. fiber den Inhalt der keritomischen Vakuolen kann noch nichts ausgesagt werden. In den Protoplasten beider Oscillatorien befinden sich Polyphosphat- und polyedrische Kiirper, osmiophile Granula, Ribosomen und DNS-Fibrillen,
Literatur BOGORAD, L., PIRES, G., SWIFT, H., and McILRATH, W. J., The structure of chloroplast in leaf tissue of iron-deficient Xanthium. Brookhaven Symp. BioI. 11, 132-137 (1959). DRAWERT, H., Zellmorphologische und zellphysiologische Studien an Zyanophyceen. I. Mitteilung. Literaturiibersicht und Versuche mit Oscillatoria Borneti ZUKAL. Planta 37, 161-209 (1949). Vitalfiirbung und Vitalfluorochromierung pflanzlicher Zellen und Gewebe. Protoplasmatologia II D 3 Springer-Verlag, Wien 1968. und METZNER, I., Fluoreszenz- und elektronenmikroskopische Untersuchungen an Oscillatoria Borneti ZUKAL. V. Mitteilung der Reihe: Zellmorphologische und zellphysiologische Studiell an Cyanophyceen. Z. Bot. 46, 16-25 (1958). DREWS, G., und NIKLOWITZ, W., Beitriige zur Cytologie der Blaualgen. II. Zentroplasma und granulare Einschliisse von Phormidium uncinatum. Arch. MikrobioI. 24, 147-162 (1956). - - Beitrage zur Cytologie der Elaualgen. III. Untersuchungen iiber die granularen Einschliisse der Hormogonales. Arch. Mikrobiol. 25, 333 -351 (1967). ECHLIN, P., The fine structure of the blue-green alga, Anacystis montana f. minor grown in continuous illumination. Protoplasma 58, 439-457 (1964). EDWARDS, M. R., BERNS, D. S., GHIORSE, W. C., and HOLT, S. C., Ultrastructure of the thermophilic blue-green alga, Synechococcus lividus Copeland. J. PhycoI. 4, 283-298 (1968). FREY- WYSSLING, A., und KREUTZER, E., Die submikroskopische Entwicklung der Chromoplasten in den Eliiten von Ranunculus rep ens L. Plant a 51,104-114 (1958). FUHs, G. W., fiber die Natur der Granula im Cytoplasma von Oscillatoria amoena (KUTZ.) Gom. Osterr. Bot. Z. 104, 531-551 (1957). Cytochemisch-elektronenmikroskopische Lokalisierung der Ribonukleinsaure und des Assimilats in Cyanophyceen. Protoplasm a 56, 178-187 (1963). Interferenzmikroskopische Beobachtungen an den Polyphosphatkiirpern und Gasvakuolen von Cyanophyceen. Osterr. Bot. Z. 116, 411-422 (1969). GEITLER, L., Synoptische Darstellung der Cyanophyceen in morphologischer und systematischer Hinsicht. Beih. z. Bot. Zentralbl. 41, 163-294 (1925). Cyanophyceae. In Rabenhorst's Kryptogamen-Flora. Akademische Verlags-Ges. Leipzig 1932. Schizophyzeen. Hdb. Pflanzenanatomie. Bd. VI, T. 1, 2. Aufl. Gebr. Borntraeger, Berlin 1960. HALL, W. '1'., and CLAUS, G., Electron microscope studies on ultrathin sections of Oscillatoria chalybea MERTENS. Protoplasma 54, 355 -368 (1962). - Ultrastructural studies on the cyanelles of Glaucocystis nostochinearum lTZIGSOIIN. J. PhycoI. 3, 37 -51 (1967).
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HESLOP-HARRISON, J., Evanescent and persistent modification of chloroplast ultrastructure induced by an unnatural pyrimidine. Planta 58, 237 -256 (1962). HOTCHKISS, R. D., A microchemical reaction resulting in the staining of polysaccaride structure in fixed tissue preparations. Arch. Biochem. 16,131-141 (1948). JENSEN, T. E., and BOWEN, C. C., Organization of the centroplasm in Nostoc pruniforme. Iowa Acad. Sci. Proc. 68, 86-89 (1961). LAMPRECHT, I., The fine structure of chloroplasts from mineraldeficient leaves of Phaseolus vulgaris. Protoplasma 53, 162 -199 (1962). LEFORT, M., Nouvelles reserches sur l'infrastructure du chromatoplasma des Cyanophycees. Compt. Rend. Acad. Sci. Paris 250, 3046-3050 (1960). MIX, M., Zum Mechanismus der Spharosomenfluoreszenz mit Oxazinen und anderen basischen Farbstoffen. Protoplasma 50, 434-470 (1959). PANKRATZ, H. S., and BOWEN, C. C., Cytology of bluegreen alge. I. The cells of Symploca muscorum. Amer. J. Bot. 50, 387 -399 (1963). PEAT, A., and WHITTON, B. A., Environmental effects on the structure of the blue-green alga, Chlorogloea f1itschii. Arch. Mikrobiol. 57, 155-180 (1967). RIS, H., and SINGH, R. N., Electron microscope studies on blue-green algae. J. Biophys. Biochem. Cytol. 9, 63-80 (1961). ROGERS, T. D., SCHOLES, V. E., and SCHLICHTING, H. E., Freeze-drying of blue-green algae for electronmicroscope studies. J. Phycol. 3, 161-165 (1967). ROMEIS, B., Mikroskopische Technik. R Oldenbourg Verlag. Miinchen 1968. UEDA, K., Fine structure of Chlorogonium elongatum with special reference to vacuole development. Cytologia 31, 461- 472 (1966). Elektronenmikroskopische Struktur der Blaualge Oscillatoria minima GICKHORN unter besonderer Beriicksichtigung der ZellteiluD)g. 1m Druck Biochem. Physiol. Pflanzen (1971). Anschrift des Verfassers: Prof. Dr. KATSUMI UEDA, Biological Laboratory, Women's University, Nam (Japan).
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Tafelerklarung Tafel 8 Abb. 1. Oscillatoria Borneti mit Neutralrot vitalgefarbt. Die linken Zellen besitzen groBe Polyphosphatkiirper, die sich mit Neutralrot stark farben. Die rechten Zellen haben kleine keritomische Vakuolen. X 1000. Abb.2. Oscillatoria Borneti mit Neutraltot vitalgefarbt. Starker entwickelte Vakuolisation. X 1000. Abb.3. Oscillatoria Borneti mit Neutralrot vitalgefiirbt. In den terminalen Zellen sind die keritomischen Vakuolen voll entwickelt. X 1000. Abb.4. Oscillatoria Borneti, Langsschnitt. Keritomische Vakuolen und polyedrische Kiirper sind zu erkennen. X 11000. Tafel 9 Abb. 5. Oscillatoria Borneti mit Polyphosphatkiirper (P), polyedrischen Kiirper (E) und keritomischen Vakuolen. 1m Grundplasma befinden sich viele kleine Ribosomen. X 20000. Abb.6. Oscillatoria Borneti. Aufblahung der Thylakoide zu keritomischen Vakuolen. Die Pfeile kennzeichnen Orte der Thylakoidaufblahung. X 75000. Tafel 10 Abb. 7. Oscillatoria Borneti, Chromatoplasma. Die Thylakoide liegen parallel zueinander. Einige Thylakoide mit beginnenden Aufblahungen. Der polyedrische Kiirper hat eine begrenzende Membran. X 45000. Abb.8. Oscillatoria Borne!i. Sichelfiirmige Zone an der Spitze (Kante) einer sich ent. wickelnden Querwand (Pfeil) und eine Aufblahung eines Thylakoids (Pfeil mit V gekennzeichnet). X 45000. Abb.9. Oscillatoria Borneti. Sichelfiirmige Zone an den Spitzen (Kanten) der sich bildenden Querwande (Pfeile). X 37000. Tafel 11 Abb.1O. Oscillatoria Borneti. Verschiedene Aufblahungsgrade der Thylakoide. X 75000. Abb. 11. Oscillatoria pseudogeminata. Aufblahung der Thylakoide wie bei O. Borneti. Die Thylakoidmembran wird zur Vakuolenmembran. X 75000. Tafel 12 Abb.12. Oscillatoria pseudogeminata. Zellen ohne keritomische Vakuolen mit Polyphosphatkiirper, polyedrischen Kiirper und vielen kleinen osmiophilen Granula im Plasma. x23000. Abb. 13. Oscillatoria pseudogeminata. Zelle mit vielen keritomischen Vakuolen. X 23000.
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Licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen iiber die Keritomie bei Oscillatoria Borneti ZUKAL und O. pseudogeminats G. SCHMID1) Von KATSUMI UEDA Mit Tafel 8-12 (Eingegangen am 17. J uli 1970)
Summary Keritomic vacuoles in Oscillatoria Borneti are stained with neutralred but not with KJJ and sudan III, and neither react with Millon's- and PAS-reagent, nor show the fluorescence with nileblue. The plasmolysis by glucose is reversible, if applied for less than five minutes. The osmotic pressu.re of the cells which border on the plasmolysis corresponds to that of a 0.25 mol glucose solution. The development of keritomy is accelerated by light. It is revealed by the electronmicroscope that the thylakoid-membranes of O. Borneti and O. pseudogeminata consist of three layers, outer two are strongly contrasted and the inner one are less contrasted. Each layer is 2.5 nm thick. The keritomic vacuole is surrounded by a membrane, the structure and the thickness of which correspond to those of the thylakoidmembrane. It is concluded from the electronmicroscopic figures that the keritomy in both Oscillatoria species results from the volume-increase of the thylakoid content. The phenomenon of keritomy is assumed as a normal process of the cell development. The content of the keritomic vacuoles could not be determined. 'l'here are polyphosphate- and polyhedral bodies, osmiophilic granules, ribosomes and DNS-fibrils in the protoplast of both Oscillatoria.
Die Zellen von Oscillatoria Borneti ZUKAL besitzen eine eigenartige Wabenstruktur des Plasmas. GEITLER (1925) untersuchte diese Erscheinung eingehend und bezeichnete sie als "Keritomie" (GEITLER 1925, 1932, 1960). Es soIl sich urn die Bildung von Zellsaftraumen handeln, die aber nach DRA WERT (1949) keinen dunnflussigen "Saft" enthalten. Von der typischen Vakuolisation, wie sie in den Haarzellen der meisten Rivulariaceen anzutreffen ist, unterscheidet sich die Keritomie dadurch, daB sie die Vitalitat der Zelle nicht beeinfluBt und reversibel ist. Die typische Vakuoli· sation ist nach GEITLER irreversibel und fuhrt fruher oder spater zum Tod der Zelle. Die keritomisch vera,nderten Zellen haben eine gewisse Menge an Photosynthesepigmenten verloren, denn die Zellen verblassen mit zunehmender Keritomie und 1) Die Durchfiihrung dieser Arbeit wurde mir durch ein Forschungsstipendium der Alexander-von-Humboldt-Stiftung erm6glicht. 16
Biochem. Physiol. Pflanzen, Bd. 162
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sind schlie.l3lich nur noch schwach grunlich-gelb gefiirbt. Werden Zellen mit groEen Waben in eine frische NahrlOsung ubertragen, so entstehen wieder plasmareiche braunlich-grune Zellen. DRAWERT (1949) hat an Oscillatoria Bornetti zellphysiologische und spa,ter fluorescenz- und elektronenmikroskopische (DRA WERT und METZNER 1958) Untersuchungen durchgefUhrt. Diese Arbeiten haben aber noch keine Klarung hinsichtlich der Entstehung und der eigentlichen N atur der Keritomie gebracht; deshalb solI dieses Problem in vorliegender Mitteilung erneut aufgegriffen werden. Material und Methode
Kultur Fiir die Untersuchungen stand ein Stamm von Oscillatoria Borneti ZUKAL aus der Algensammlung des Instituts fiir Allgemeine Botanik Hamburg zur Verfiigung. Ferner wurde Oscillatoria pseudogeminata G. SCHMID, die ebenfalls zur Keritomie neigt, mit untersucht. Diese Art stammte aus einer hiilzernen Regentonne in Bremen. Die Kultur beider Arten erfolgte in ChuLiisung (auf 1 l de st. Wasser 70,8 mg Ca(NO a)2· 4 H 2 0, 8,71 mg K 2 HP0 4, 59,78 mg NaHCO a, 0,278 mg FeS0 4 ·7 H 2 0, 0,019 mg MnCl 2 ·4 H 2 0, 3,7 mg Athylendiamin-tetraessigsaure, 25 ml Moorerdextrakt) bei 15 DC uud einer taglichen Beleuchtung von 14 Std. mit Leuchtstoffriihren (Osram-L 40 W/15 Tageslicht und 40 W/30 Warmton).
Lich tmikro skopie Das Verhalten der keritomischen Vakuolen wurde mit folgenden Reagenzien und Farbstoff en untersucht: Millonsches Reagens, PAS-Reagens, JJK, Sudan III, Nilblau und Neutralrot. Die Herstellung des Millonschen Reagens und die Durchfiihrung der Reaktion erfolgte nach ROME IS (1968). Fiir die P AS- Reaktion folgte ich den Angaben von HOTCHKISS (1948). Nilblau und Neutralrot kamen 1: 10000 in Leitungswasser zur Anwendung. Mit Nilblau gefarbte Zellen wurden fluorescenzmikroskopisch auf Lipide gepriift. Ferner wurde das Verhalten der Zellen in Traubenzuckerliisungen verschiedener Konzentration untersucht.
Elektron enmikroskopie Das Material wurde mit 5%iger Glutaralddehydliisung 4 Std. fixiert, mit einer Phosphatpufferliisung (pH 7.1) 1 Std. gewaschen und mit 1 %iger Os04-Liisung 4 Std. nachfixiert. So\\'ohl die Glutaraldehyd- als auch die Os04-Liisung wurden mit 0,1 mol Phosphat auf pH 7.1 eingestellt. Nach einer kurzen Waschung in dest. Wasser wurde das Material mit Aceton entwassert, danach mit Propylenoxid behandelt und in Epon eingebettet. Zur Herstellung der Schnitte diente ein Rheichert- Ultramikrotom. Die Schnitte wurden mit Uranylacetat und Bleicitrat kontrastiert. Die Beobachtung erfolgte mit einem Siemens-Elmiskop 1.
Ergebnisse
Lich tmikroskopie Eine W oche nach der Uberimpfung in ein frisches Kulturmedium zeigen die Zellen von O. Bometi viele kleine Wabeno Der Durchmesser der Vakuolen betragt
Licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen usw.
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etwa 1 pm. Mit dem Alterwerden der Zellen vergroBern sich die Vakuolen (GErTLER 1925). Nach einer Vitalfarbung mit Neutralrot treten die Vakuolen deutlicher hervor (Abb. 1-3), sind jetzt aber nicht mehr eckig, sondern abgerundet (DRAWERT 1949). In Abb. 1 zeigen die rechten Zellen viele kleine Vakuolen. Wahrscheinlich vergroBern sich die Vakuolen durch Verschmelzung, aber auch durch die Vermehrung ihres Inhalts. Die Vakuolisation erfolgt vor all em in den terminalen Zellen (Abb. 2 und 3). Die apikalen Zellen des Fadens in Abb. 3 haben voll entwickelte Vakuolen, in den anschlieBenden Zellen sind die Vakuolen noch in der Entwicklung begriffen. Die Vakuolisation wird durch Beleuchtung gefordert. In Teilung befindliche Zellen wurden mit 3000 Lux sowie mit 1500 Lux beleuchtet und eine dritte Gruppe im Dunkeln gehalten. Schon nach 48 Std. waren die unter 3000 Lux gewachsenen Faden blasser als die unter 1500 Lux entwickelten. Nach einer Woche waren die Zellen urn so weiter ausgeblichen, je starker sie beleuchtet wurden. Dementsprechend war die Vakuolisation der Zellen bei 3000 Lux am weitesten fortgeschritten und im Dunkeln am wenigsten. GroBe Polyphosphatkorper (FuRs 1969) waren nur selten zu beobachten. Sobald sie auftraten, fiihrten aber meist aIle Zellen eines Fadens diese Gebilde (Ausnahme siehe Abb. 1). In Zellen mit Keritomie waren Polyphosphatkorper nicht deutlich zu erkennen. In Abb. 1 zeigen die linken Zellen groBe Polyphosphatkorper, die rechten dagegen kleine Vakuolen. Die groBen Polyphosphatkorper farben sich mit Neutralrot intensiv vital. In Faden, die auch nach einer Vitalfarbung mit Neutralrot lichtmikroskopisch keine Polyphosphatkorper erkennen lieBen, konnten aber elektronenmikroskopisch kleine Polyphosphatkorper nachgewiesen werden (Abb. 5). Ihre GroBe betrug 0,5-1 pm. Die groBen Polyphosphatkorper sind wahrscheinlich fiir einen besonderen physiologischen Zustand der Zellen charakteristisch. Der Inhalt der keritomischen Vakuolen zeigte keine Reaktion mit dem Millonschen und dem PAS-Reagens. Er farbte sich auch nicht mit KJ J und Sudan III und zeigte keine Fluorescenz mit Nilblau. In 0,5 mol TraubenzuckerlOsung schrumpften die Protoplasten in den Faden von O. Borneti und trennten sich von der Zellwand. Dabei wurden die groBen keritomischen Vakuolen etwas eckiger durch die Kontraktion. Wurden diese Faden innerhalb von 5 Minuten in eine 0,1 mol TraubenzuckerlOsung iibertragen, nahmen die Zellen wieder ihr urspriingliches Aussehen an. In seltenen Fallen konnte auch eine Bewegung der deplasmolysierten Faden wieder beobachtet werden. Damit ist der Beweis erbracht, daB eine kurzfristige Entwasserung des Protoplasten mit Traubenzucker ertragen wird. Mit Hilfe der Grenzplasmolyse in Traubenzuckerlosungen wurde der osmotische Wert der Zellen mit 0,25 mol Traubenzucker bestimmt. Die Plasmolyse setzt bei Faden, die sich in der Teilungsphase befinden, gleichmaBig in allen Zellen ein, wahrend bei Faden in der Ruhephase die Plasmolyse unregelmaBiger 16*
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verlauft. Der gefundene Grenzplasmolysewert liegt in der von Spirogyra- und anderen normalen Pflanzenzellen mit echten Vakuolen bekannten GroBenordnung. Elektronenmikro skopie 1m Chromatoplasma von Oscillatoria Borneti treten 5-10 konzentrische Thylakoide (Abb. 4, 7 und 8) auf, die parallel zur AuBenwand verlaufen. Einige Thylakoide setzen sich in das Zentroplasma fort (Abb. 6 und 10). Die Dicke eines Thylakoides betragt 20-30 nm und die einer Thylakoid-Membran 7,5 nm. Eine Thylakoid-Membran ist dreischichtig: zwei auJ3ere Schichten, die stark kontrastiert werden, und eine innere helle Schicht. Jede der drei Schichten ist 2,5 nm dick. Diese Struktur einer Thylakoid-Membran haben LEFORT (1960), PANKRATZ und BOWEN (1963), ECHLIN (1964), HALL und CLAUS (1967) und EDWARDS et al. (1968) flir Cyanophyceen, und UEDA (1966) auch flir Chlorophyceen beschrieben. Bei Oscillatoria pseudogeminata ist die entsprechende Anordnung und Struktur der Thylakoide anzutreffen (Abb. 11, 12 und 13). In den elektronenmikroskopischen Bildern von O. Borneti in der Teilungsphase sind viele kleine Vakuolen zu erkennen, die liber das Plasma verstreut sind (Abb. 4). Der Durchmesser der Vakuolen betragt 0,7-1,5.um und entspricht damit den kleinsten keritomisehcn Vakuolen, die lichtmikroskopisch zu beo bachten sind. Auch elektronenmikroskopisch sind in den Vakuolen keine Strukturen zu erkennen; sie werden gegen das Plasma durch eine Membran abgegrenzt. Dicke und Aussehen der Begrenzungsmembran entsprechen denen der Thylakoide. In den peripheren Thylakoidstapeln sind die inneren Thylakoide hiiufig aufgeblaht und zeigen Ubergangsformen zu keritomischen Vakuolen (Abb. 5 und 8). Diese Aufblahung kann auch bei Thylakoiden beobachtet werden, die in der Mitte der Zelle liegen (Abb. 6). Die Thylakoide werden regelrecht gespalten (Abb. 6 und 8, Pfeile). In Abb. 6, 7, 8 und 10 sieht man viele Vakuolen, die als Zwischenform bezeichnet werden konnen. Dieselbe Erscheinung tritt bei O. pseudogeminata auf. In Abb. 12 sind Zellen praktisch ohne Keritomie dargestellt und in Abb. 13 eine Zelle mit vielen Vakuolen. Abb. 11 zeigt die Entstehung einer Vakuole aus einem Thylakoid und zwei fertige Vakuolen mit dcutlicher Membran. In den Zellen beider Oscillatoria-Arten befinden sich hiiufig polyedrische Korper (Abb. 4, 5, 7, 10, 11, 12 und 13), wie sie zuerst von JENSEN und BOWEN (1961) als "polyhedral bodies" beschrieben worden sind. Diese Korper wurden von PANKRATZ und BOWEN (1963), PEAT und WHITTON (1967) sowie EDWARDS et al. (1968) in veTschiedenen Cyanophyceen gefunden. Die "formed bodies" von HALL und CLAUS (1962, 1967) entsprechen wahrscheinlich den "polyhedral bodies". Auch der polyedrische Korper wird durch eine Membran vom Plasma abgegrenzt (Abb. 5 und 7).
Licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen usw.
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Die sogenannten Polyphosphatkorper kann man ebenfalls im Plasma beider Oscillatorien antreffen. Entsprechend den Angaben von EDWARDS et al. (1968) werden die Polyphosphatkorper von den Elektronenstrahlen leicht zerstOrt; denn sie werden in den Fotos als leere oder einen schwarzen Inhalt fiihrende Vakuolen abgebildet (Abb. 5 und12). Der Korper, der von DREWS und NIKLOWITZ (1956, 1957), PANKRATZ und BOWEN (1963) sowie ROGERS et al. (1967) als "structured granules" bezeichnet worden ist, diirfte einem Polyphosphatkorper entsprechen. Die Polyphosphatkorper hat FUHS cytochemisch (1957) und interferenzmikroskopisch (1969) untersucht; er errechnete, daB sie 1,0 bis 1,2 grjcm 3 (KP0 3 )n enthalten. Elektronendichte kleine Granula mit einem Durchmesser von 50-150 nm, die von vielen Autoren als osmiophile Granula bezeichnet werden, liegen meistens im Chromatoplasma der beiden Oscillatorien. Bei O. pseudogeminata treten diese Granula gehiiuft an den Querwanden auf (Abb. 12 und 13). 1m Centroplasma beider Oscillatorien befinden sich viele kleine Granula von '"'" 15 nm Durchmesser, die von LEFORT (1960), FUHS (1963) und EDWARDS et al. (1963) als Ribosomen beschrieben worden sind. Daneben finden sich diinne Fibrillen von'"'" 4 nm Dicke, die nach RIS und SINGH (1961) DNS-Fibrillen darstellen. An der auBeren Kante der sich bildenden Querwand sitzt immer eine elektronendichte, 5 nm lange und 2 nm breite sichelformige Zone (Abb.8 und 9). Aus ihrer Lage wird geschlossen, daB sie eine Rolle bei der Synthese der Querwand spielt (UEDA 1970).
Diskussion
Aus den elektronenmikroskopischen Bildern geht hervor, daB die Keritomie durch ein Auseinanderweichen der Thylakoid-Membranen, also ein Aufblahen der Thylakoide, entsteht. Ein Aufblahen von Thylakoiden ist in vielen Pflanzen unter den verschiedensten Bedingungen beobachtet worden. BOGORAD et al. (1959) und LAMPRECHT (1961) haben die Aufblahung der Thylakoide in den Chloroplasten von Eisenmangel-Pflanzen beschrieben. HESLOP-HARRISON (1962) hat diese Erscheinung bei Cannabis sativa nach Behandlung mit 2-Thiouracil beobachtet. Nach FREYWYSSLING und KREUTZER (1958) tritt bei dem tJbergang von Chloroplasten zu Chromoplasten eine Vakuolisation der Thylakoide auf. In allen Fallen geht mit der Vakuolisation der Thylakoide eine Abnahme des Chlorophyllgehaltes parallel. Das gleiche trifft fiir Oscillatoria Borneti zu. Bei starkerer Beleuchtung entwickeln sich die keritomischen Vakuolen schnell und gleichzeitig wird der Gehalt an Chlorophyll vermindert. Weshalb diese zwei Phanomene immer zusammentreffen, ist noch nicht geklart. Vielleicht ist das Nebeneinanderliegen der beiden Thylakoidmembranen eine notwendige Voraussetzung fUr die Unterbringung des Chlorophylls.
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Dunkelzellen haben den hochsten Chlorophyllgehalt. Dabei ist aber zu beachten, daB die Zellen nur im Versuch kiinstlich im Dunkeln gehalten werden. Unter natiirlichen Bedingungen ist O. Borneti dem Licht ausgesetzt und demnach die starkere Ausbildung der Keritomie eine natiirliche Erscheinung. Es ist zunachst naheliegend, die Vakuolisation der Thylakoide im Licht mit dem PhotosyntheseprozeB in Verb in dung zu bringen, etwa derart, daB sich Photosyntheseprodukte in den Thylakoiden anhaufen. Der Inhalt der keritomischen Vakuolen reagiert nicht auf das P AS-Reagens und farbt sich nicht mit KJ J; es konnen demnach keine Kohlenhydrate vorliegen. Es kann sich auch nicht um EiweiBe handeln, da die Millonsche Reaktion negativ ausfallt. Ebenso verlauft die Fluorochromierung mit Nilblau, die nach MIX (1959) und DRAWERT (1968) zum Nachweis von Lipiden empfohlen wird, negativ. Dementsprechend tritt auch mit Sudan III keine Farbung auf. Die elektronenmikroskopischen Befunde ergeben ebenfalls keine Hinweise auf die Anwesenheit von Glykogen, EiweiB oder Lipiden in den keritomischen Vakuolen. In einer hypertonischen TraubenzuckerlOsung wurde eine reversible Plasmolyse beobachtet. Die Vakuolen der plasmolysierten ZeIlen zeigten eckige, unregelmaBige Formen. Dieses Ergebnis deutet auf das Vorhandensein semipermeabler Grenzflachen, gibt aber keinen AufschluB dariiber, ob sich der Inhalt der Vakuolen in einem Gel- oder Sol-Zustand befindet. Auf aIle Falle kann der Vakuoleninhalt aber nicht aus festerer Substanz bestehen. An der inneren Kante der sich entwickelnden Querwand tritt eine im Schnitt sichelformige Zone auf, die wahrscheinlich eine Rolle bei der Querwandbildung spielt. Bei den hOheren Pflanzen sind Vesikeln vom Golgi- Korper oder vom Endoplasmatischen Retikulum am Aufbau der Zellwand beteiligt. Bei den Cyanophyceen scheint ein etwas anderer Mechanismus vorzuliegen, der in einer Arbeit iiber die Querwandbildung (UEDA 1971) diskutiert wird. Herrn Professor Dr. H. DRAWERT danke ieh fiir die Unterstiitzung dieser Arbeit und fiir wertvolle Diskussion und Herrn Dr. A. WEBER fiir die Uberlassung der Oscillatoria pseudogeminata.
Zusammenfassung Die keritomisehen Vakuolen von Oscnlatoria Borneti fiirben sich vital mit Neutralrot, reagieren nicht mit dem Millonschen und dem P AS- Reagens, fiirben sich nicht mit J JK und Sudan III und lassen sich nicht mit Nilblau fluorochromieren. Eine Plasmolyse mit Traubenzueker ist reversibel, wenn die Plasmolysedauer unter 5 Minuten bleibt. Der Grenzplasmolysewert liegt bei 0,25 mol Traubenzucker. Die Entwicklung der Keritomie wird durch Licht gef6rdert. 1m Elektronenmikroskop sind in den Thylakoid-Membranen von O. Borneti und O. pseudogeminata drei Schichten zu erkennen: zwei stark kontrastierte iiuBere und eine helle innEre Schicht. Jede der drei Schichten ist 2,5 nm dick.
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Die keritomischen Vakuolen sind von einer Membran begrenzt, die in ihrer Struktur und Dicke mit den Thylakoid-Membranen iibereinstimmt. Die elektronenmikroskopischen Bilder von beiden Oscillatoria-Arten fiihren zu dem SchluB, daB die Keritomie durch Aufblahen der Thylakoide zustande kommt. Dabei handelt es sich urn einen normalen Vorgang, da die Lebensfahigkeit der Zellen nicht beeintrachtigt wird. fiber den Inhalt der keritomischen Vakuolen kann noch nichts ausgesagt werden. In den Protoplasten beider Oscillatorien befinden sich Polyphosphat- und polyedrische Kiirper, osmiophile Granula, Ribosomen und DNS-Fibrillen,
Literatur BOGORAD, L., PIRES, G., SWIFT, H., and McILRATH, W. J., The structure of chloroplast in leaf tissue of iron-deficient Xanthium. Brookhaven Symp. BioI. 11, 132-137 (1959). DRAWERT, H., Zellmorphologische und zellphysiologische Studien an Zyanophyceen. I. Mitteilung. Literaturiibersicht und Versuche mit Oscillatoria Borneti ZUKAL. Planta 37, 161-209 (1949). Vitalfiirbung und Vitalfluorochromierung pflanzlicher Zellen und Gewebe. Protoplasmatologia II D 3 Springer-Verlag, Wien 1968. und METZNER, I., Fluoreszenz- und elektronenmikroskopische Untersuchungen an Oscillatoria Borneti ZUKAL. V. Mitteilung der Reihe: Zellmorphologische und zellphysiologische Studiell an Cyanophyceen. Z. Bot. 46, 16-25 (1958). DREWS, G., und NIKLOWITZ, W., Beitriige zur Cytologie der Blaualgen. II. Zentroplasma und granulare Einschliisse von Phormidium uncinatum. Arch. MikrobioI. 24, 147-162 (1956). - - Beitrage zur Cytologie der Elaualgen. III. Untersuchungen iiber die granularen Einschliisse der Hormogonales. Arch. Mikrobiol. 25, 333 -351 (1967). ECHLIN, P., The fine structure of the blue-green alga, Anacystis montana f. minor grown in continuous illumination. Protoplasma 58, 439-457 (1964). EDWARDS, M. R., BERNS, D. S., GHIORSE, W. C., and HOLT, S. C., Ultrastructure of the thermophilic blue-green alga, Synechococcus lividus Copeland. J. PhycoI. 4, 283-298 (1968). FREY- WYSSLING, A., und KREUTZER, E., Die submikroskopische Entwicklung der Chromoplasten in den Eliiten von Ranunculus rep ens L. Plant a 51,104-114 (1958). FUHs, G. W., fiber die Natur der Granula im Cytoplasma von Oscillatoria amoena (KUTZ.) Gom. Osterr. Bot. Z. 104, 531-551 (1957). Cytochemisch-elektronenmikroskopische Lokalisierung der Ribonukleinsaure und des Assimilats in Cyanophyceen. Protoplasm a 56, 178-187 (1963). Interferenzmikroskopische Beobachtungen an den Polyphosphatkiirpern und Gasvakuolen von Cyanophyceen. Osterr. Bot. Z. 116, 411-422 (1969). GEITLER, L., Synoptische Darstellung der Cyanophyceen in morphologischer und systematischer Hinsicht. Beih. z. Bot. Zentralbl. 41, 163-294 (1925). Cyanophyceae. In Rabenhorst's Kryptogamen-Flora. Akademische Verlags-Ges. Leipzig 1932. Schizophyzeen. Hdb. Pflanzenanatomie. Bd. VI, T. 1, 2. Aufl. Gebr. Borntraeger, Berlin 1960. HALL, W. '1'., and CLAUS, G., Electron microscope studies on ultrathin sections of Oscillatoria chalybea MERTENS. Protoplasma 54, 355 -368 (1962). - Ultrastructural studies on the cyanelles of Glaucocystis nostochinearum lTZIGSOIIN. J. PhycoI. 3, 37 -51 (1967).
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Tafelerklarung Tafel 8 Abb. 1. Oscillatoria Borneti mit Neutralrot vitalgefarbt. Die linken Zellen besitzen groBe Polyphosphatkiirper, die sich mit Neutralrot stark farben. Die rechten Zellen haben kleine keritomische Vakuolen. X 1000. Abb.2. Oscillatoria Borneti mit Neutraltot vitalgefarbt. Starker entwickelte Vakuolisation. X 1000. Abb.3. Oscillatoria Borneti mit Neutralrot vitalgefiirbt. In den terminalen Zellen sind die keritomischen Vakuolen voll entwickelt. X 1000. Abb.4. Oscillatoria Borneti, Langsschnitt. Keritomische Vakuolen und polyedrische Kiirper sind zu erkennen. X 11000. Tafel 9 Abb. 5. Oscillatoria Borneti mit Polyphosphatkiirper (P), polyedrischen Kiirper (E) und keritomischen Vakuolen. 1m Grundplasma befinden sich viele kleine Ribosomen. X 20000. Abb.6. Oscillatoria Borneti. Aufblahung der Thylakoide zu keritomischen Vakuolen. Die Pfeile kennzeichnen Orte der Thylakoidaufblahung. X 75000. Tafel 10 Abb. 7. Oscillatoria Borneti, Chromatoplasma. Die Thylakoide liegen parallel zueinander. Einige Thylakoide mit beginnenden Aufblahungen. Der polyedrische Kiirper hat eine begrenzende Membran. X 45000. Abb.8. Oscillatoria Borne!i. Sichelfiirmige Zone an der Spitze (Kante) einer sich ent. wickelnden Querwand (Pfeil) und eine Aufblahung eines Thylakoids (Pfeil mit V gekennzeichnet). X 45000. Abb.9. Oscillatoria Borneti. Sichelfiirmige Zone an den Spitzen (Kanten) der sich bildenden Querwande (Pfeile). X 37000. Tafel 11 Abb.1O. Oscillatoria Borneti. Verschiedene Aufblahungsgrade der Thylakoide. X 75000. Abb. 11. Oscillatoria pseudogeminata. Aufblahung der Thylakoide wie bei O. Borneti. Die Thylakoidmembran wird zur Vakuolenmembran. X 75000. Tafel 12 Abb.12. Oscillatoria pseudogeminata. Zellen ohne keritomische Vakuolen mit Polyphosphatkiirper, polyedrischen Kiirper und vielen kleinen osmiophilen Granula im Plasma. x23000. Abb. 13. Oscillatoria pseudogeminata. Zelle mit vielen keritomischen Vakuolen. X 23000.
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