Kleine Mitteilungen

Plasmolyse und Yakuolenkontrakt ion bei A n t i t h a m n i o n p l u m u l a

Von Roland Weber (GieBen)

Mit 3 Textfiguren

Eingeg~ngen ~m 30. November 1932

Unli~ngst hat t t 6 f l e r (1930, 1931) die Aufmerksamkeit auf das Plasmo- lyseverhalten der Rota]gen gelenkt. Die Rhodophytenlorotoplasten zeigen eharakteristische physikalisch-ehemisehe Eigenschaften , die von dem Ver- halten anderer mariner Alg›234 (Phaeophyceen, Chlorophyeeen) be- merkenswert abweiehen. Viœ Florideen vertragen Plasmo]yse fiberhaupt nicht und sterben in hypertonischer L6sung schnell ab, andere Artš sind weniger empfindlich. Bei ~Yitophyllum, Spermothamnion, Griffithsia u.a. ruft das Einwirkœ st~rkerer Plasmolytika Konkavplasmolysen hervor; der Plasmolyse�9 ist eharakteristisch. Nach Erreichung des osmotisehen Gleichgewichtes t r i t t dit bel den Zellen der h6heren Pflanzen /ibliche Ab- kugelung der Protoplasten nieht ein, die eckigen Formen bleiben erhalten, die Rundungszeit ist unendlich. Meist ist die Adh/~sion des Plasmas an den Zellw/inden so groB, daB 1)lasmavorspriinge nicht eingezogen werden. Hieraus ist auf hohe Viskositat des Rhodophytenprotoplasmas zu schliegen.

Durch die Beobachtungen t t S f l e r s veranlaBt, beseh~ftigte ieh mich w/~hrend eines Aufenthaltes auf Helgoland im September 1931 mit dem EinfluB hyl0ertoniseher L6sungen auf Rhodophyceenzellen. Beachtenswert sehien mir vor allem das Verhalten von Antithamnion plumula (Ellis) Thuret. Ira Juli 1932 hat te ich Gelegenheit ira Botanischen Inst i tut zu GieBen an frischem von Helgoland stammenden Material dieser Rotalge, die sich bemerkenswert lange kultivieren lieB, die Beobaehtungœ zu wiederholen.

Thallusstiicke von Antithamnion pIumula zeigen in zweifaeh konz. Seewasser Konkav- oder Krampfplasmo]ysen (]?ig. 1 a). In den HauptEsten werden zun~chst die groBen bis zu 400 # langen basalen Zellen, einige Zeit darauf auch die apikalen Zellen plasmolysiert. - - Dasselbe rand H 6 f l e r (1930) bei Gy H o f f m a n n (1932, 423) weist auf den Untersehied

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im osmotischen Wert der basalen, mittleren und apikalen Zellen von Cera- mium, Polysiphonia u. a. hin. - - Durch das Abheben ,:ler Protoplasten von der Zellwand werden die langgestreekten Chromatophoren an der Periloherie dicht zusammengedr/~ngt und bilden ira optisehen L/ingssehnitt einen dunkel- roten Grenzsaum. In den Zellen der Seiten/tste hebt sich das Plasma nicht selten von einer oder von beiden Querwgnden ab; der Protoplast n immt dann Rocheneiform an (Fig. 1 b). In diesen F~llen zeigt die Antithamnion- Zelle einen positiven Plasmolyseort an den Querw/~nden, einen negativen an den L/tngsw/inden ( W e b e r 1929). - - Auf umgekehrtes Verha]ten von Chaetomorpha und Cladophora weist H S f l e r (1932, 191) hin. - - In den Haupt- astzellen 15st sich das Plasma h/iufig nur von dem inneren Teile der Querwand ab, bleibt aber mit der zylindrischen Aul~enwand verbunden ; die Protoplasten zeigen dann an einem oder an beiden Enden die Form eines Flaschenfu[tes mit eingedelltem Boden. Die Tfipfel der Querw/~nde bleiben oft durch Plasma- lamellen mit den Protoplasten in Verbindung. Das Plasma selbst ist wegen der diehten Lage der Plastiden selten zu beobachten. H e c h t s c h e Fs sind nicht h~ufig. Nur in den Eeken der Konkavit/~ten ist (las Plasma, da. die Chromatophoren es hier nicht verdeeken kSnnen, m�8 freigelegt (Fig. 1 �99 Die Vorspriinge werden infolge der hohen Viskosit/~t des Plasmas nicht ein- gezogen. Die Formen bleiben einige Zeit erhalten, aber bald wird das Ab- sterben durch kugelI6rmigen Zerfall der Plastiden eingeleitet. Die stark seh/idigende Wirkung der Plasmolyse auf den Rhodophytenprotoplasten hat schon K y l i n (1917) nachgewiesœ H 6 f l e r (1931) glaubt aus seinen Beob- achtungen schliel3en zu dfirfen, dag weniger die Hypertonie als der mechanische Vorgang der Plasmaabl6sung don Zellen verderblieh wird.

In SiiBwasser bleiben die Antithamnion-Zellen 1/ingere Zeit am Leben. Die Alge ist ebenso unempfindlieh gegen SiiBwasser wie A. cruciatum, die H 6 f l e r (1931, 60) naeh 21/estiindiger Sfil]wassereinwirkung noch ara Leben fand. Danach zeigen die Zellen aber deutlich Sch/idigung : es beginnt tropfiger Zerfall der P]astiden. Diese Resistenz einer nur in gr6Beren Tiefen lebenden Rotalge ist bemerkenswert und naeh H 6 f l e r (1931, 52) als Ausnahme zu betraehten. Die Chromatophoren zeigen in SfiBwassœ betr/iehtliche, oft so starke Volumzunahme, dal] sie unmit telbar aneinandersto6en und die Zwischen- r/~ume versehwhiden. Naeh Zuriickbringen der Zellen in Seewasser zerfielen die Plastiden sehr sehnell, so dal3 ieh die reversible osmotische Volum/~nderung, die I t S f l e r (1931, 61) bel A. cruciatum rand, an meinem Material nicht beobaehten konnte.

Bringt man Antithamnion-Zellen, nach einer SiiBwassereinwirkung von kurzer Dauer (5--10 Min.) in zweifach konz. Seewasser, dann kann man zun/ichst Plasmolyse, bald darauf auch Plasmoschise beobachten: die Vaku- olenhiille 15st sieh von dem wandst/indigen Plasma los und kontrahiert sich schnell (Fig. Id) . An frisch gesammeltem, ungeschiidigtem Algœ

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konnte ich in tte]goland in zweifach konz. Seewasser diese Kontrakt ion der Vakuolenhiille niema]s beobachten. Sie t ra t aber regelms nach StiBwasser- ehlwirkung ein, auch nach Seh~digung durch sehwaeh giftig wirkende L6sungen (z. B. 0,01 ~ Pikrinsgure in Seewasser). Be�8 Einwirkung sts hypertonischer LSsungen war Plasmoschise allerdings auch ohne vorherige Behandlung der Zellen zu erkennen.

Uber Vorg/~nge vor der Kontrakt ion geben die Floridœ die in groBer Zahl ~n jœ Zelle liegen, einige Auskunft. Sie haben meist rund seheibenf6rmige Gestalt; aber auch gerade, halbmondfSrmig gebogene oder hante]f6rmig verdickte St/tbchen kommen vor; nicht selten sind sie zu

Fig. 1. Antithamnion plumula in zweifach konz. Seewasser. a Konkavplasmolyse, b Rochenei�9 des Protoplasten, c Plasmavorspriinge, d Plasmolyse und Vakuolen-

kontraktion (Plasmoschise).

regelm~f~ig geometrischen Figuren zusammengelegt. Die St~rkek6rner haften nicht an den Chroma~ophoren lest; in ~tlteren durch lange Kul tur gesch~digten Algen waren sie o�9 in allen Zellen der Schwerkraft folgend zu einer dicken Schicht zusammengelagert. - - Unmit telbar vor der Kontrakt ion der Vakuolen- hiille entstehen in den Zellen starke StrSmungen, die an der schnellen, wir- belnden Bewegung der St~rkekSrner zu erkennen sind. Dann 15st sich eine dtinne Lamelle von dem Plasma los und zieht sich schnell zusammen. Die LoslSsung beginnt in den langen Zellen der Hauptgste meist an einem Zellende und setzt sich den L~ngsw~nden entlang fort. Der Grad der Kontrakt ion ist verschieden; oft t r i t t nach Reduktion des Vakuoleninhaltes auf die t tglfte

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ein Stillstand ein; der Tonoplast b]eibt dann meist 1/tngœ Zeit erhaltœ In anderen F/~llen sehreitet die Kontrakt ion bis zur Berfihrung der gegen- iiberliegenden Vakuolenw~tnde �9239 dœ Tonoplast sinkt in der Zellmitte zu einem mit St/~rkekSrnern gespickten Strange zusammen und zerf/~l]t sehr schnell. Bemerkeuswert ist, dag fast alle St/trkek6rner an der Kontrakt ion teilhaben; besonders dicht haften sie an der Oberfl/~che des Tonoplasten; man kSnnte glauben, dag sie hier �9 Nach Aufl6sung des Tonoplasten, die nie lange auf sich warten l~tgt, zeigen die St/~rkekSrner als zusammen- geballtes Gerinnsel deutlieh den Schrumpfungsgrad an.

Es liegt nahe, die bei der Plasmosehise auftretenden Vakuolenkontrak- tionen auf eine besonders geringe Permeabilitiit der Vakuolenhfil]e zuriick- zufiihren. Weitere Beobachtungen zeigten aber, dag diese Vakuolenkon- traktionen bel Antithamnion auch unabh'~ngig von osmotischen Faktoren ohne vorhergehende oder gleiehzeitige Plasmolyse hervorgerufen werden kSnnen. Sie treten naeh Druek- und Klopfreizen auf das Deekglas ein ; zuerst zeigten sic sich in den grogen basalen Zellen der Haupt~ste, nach weiteren mechanisehen Reizen aueh in den jiingeren Zellen; durch vorherige siig- wasserbehandlung wird ihr Ein t re ten begiinstigt. Fast in jœ meiner Prs zeigte eine beim Abtrennen eines Thallus/~stchens mit der Schere angesehnittene Hauptastzelle Vakuolenkontrakt�8 Auch nach Abt6tung der guI~eren Plasmaschiehten und der Plastiden mit Jod konnte ieb 5fter Kontraktionsvorgs in den Antithamnion-Zellen bemerken. ]in allen diesen F/~llen t ra ten die oben besehriebenen an der Bewegung der St/trkek6rner erkennbaren StrSmungsvorgi~nge vor der Kontrakt ion auf.

Als Vakuolenkontraktion sind von friiheren Autoren Vorg/inge be- schrieben worden, bel denen der Raum zwischen der sich kontrahierenden Vakuolenhfille und der Membran von quellendem Protoplasma erfiillt bleibt (Lit. K i i s t e r 1929). Ein solches Protoplasma ist in meinen Pr/iparaten nieht erkœ vielmehr mug ieh annehmen, dag der zwisehen der zu- sammensinkenden Vakuolenhtille und dem wandsti~ndig bleibenden Proto- plasma liegende Raum von Fliissigkeit erftillt ist, die durch irgendwelche defekte Stellen der Vakuolenhiille den Zellsa�9 verlassen hat. Eine Exosmose dureh intakt bleibende Vakuolenhfillen findet wohl nicht statt .

Da die nach Einwirkung hypertonischer LSsungen eintrœ Kon- traktionen der Vakuolenhiillen in der Mechanik des Vorganges mit den dureh meehanische und ehemische Eingriffe hervorgerufenen Vakuolenkontraktionen fibereinzustimmen scheinen, wird es wahrscheinlich, dag die osmotisehen Kr~fte nur den Anstog zur Kontrakt ion geben, diese dann aber davon unabh~ngig fortsehreitet. Vielleieht 15sen aueh ehemisehe Einfliisse den Beginn der Kon- t rakt ion aus. Es sei hier au�9 Bœ O s t e r h o u t s (190a, 54) hin- gœ der Kontrakt ion ganzer Protoplasten von Vaucheria auf ehemische Wirkung von NaC1 zurfiekIfihren konnte. Naeh allem mSchte ich glauben,

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dag wir in den oben beschriebenen Vorg/~ngen ein Zusammentre�9238 con Plasmolyse und Vakuolenkontraktion vor uns haben.

O s t e r h o u ~ (1913, 409) hat bel Griffithsia naeh Einwirkung hyper- tonischer L6sungen von NH4C1 Kontrakt ion cler Vakuolenhiille beobachten k6nnen. Er sueht den Vorgang dureh Untersehiede in der Permeabilit~gt der

Fig. 2. Antitha�9 plumula in 10proz. Harnstoff-Seewasser. a Plasmolyse, b die- selbe Zelle einige Sekunden sphter, c Vakuolenkontraktion und tropfiger Zerfall der

Plastiden.

Plasmaschichten zu erkl/iren. H S f l e r (1930) ha~ Tonoplasten bei Nito- "phyllum beobachtet und Mitteilungen iiber Vakuolenkontraktion bei l~hodo- phyeeen in Aussieht gestellt.

Bei Plasmolyse mit I0 ~oiger Harnstoffl6sung in Seewasser zeigen die Antithamniou-Protoplasten zun~ehst viele Eindellungen; das Plasma hebt sieb aber niemals so weit von der Zellwand ab wie bol Plasmolyse mit zweifach konz. Seewasser; im optischen Sehnitt bildet der dunkelrote Saura der zusammengelagerten Chromatophoren eine WetleMinie (Fig. 2a). Nach wenigen Minuten geht die Plasmolyse plS~zlich zuriiek, die Einbuehtungen werden flacher, und der ganze Protoplast n immt glatte Umrisse an (Fig. 2b). ])as Plasma ist p16tzlieh permeabœ geworden oder an einer Stelle gerissœ das letzte scheint wahrseheinlichœ

])ie Vakuolenhiille kontrahiert sieh bei Plasmolyse mit Harnstoff immer; der Vorgang verl/~uftinmancher Hinsieht v o n d e m oben beschriebenen

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abweichend. Der Tonoplast zerf/~llt nicht so schnell; der Grad der Sehrumpfung ist meist wesenflich geringer; die St/~rkek6rner nehmen nieht alle an der Kontraktion teil, viele bleibœ auGerhalb des Tonoplasten liegen, doeh haften sie auch in groGer Menge an seiner Oberfl~tehe. Nicht selten sehniirt sieh die Vakuolenhiille in der Mitre durch, und es entstehen zwei Tonoplasten in einer Zelle (Fig. 2c). Das Plasma und die Plastiden sterben sehr sehnell ab; diese entlassen naeh trop�9 ZerfM1 unter dem EinfluB des ttarnstoffes sehr schnell ihr Phykoerythrin, das die ~'liissigkeit zwisehen der Membran und dem hellen Tonoplasten karminrot fgrbt. Die Membran setzt der Diffusion des Farbstoffes hohen Widerstand entgegœ

L/tBt man auf eine Antithamnion-Zelle 1 ~/oige Aluminiumehlorid- L6sung in Seewasser einwirken, dann tr i t t bei Zusatz einer hypertonisehen L6sung keine Plasmolyse ein, da das Plasma verh/~rtet ist (Sziies 1913) und

Fig. 3. Antithamnion ~)lumula. a Die Querwinde werden durch den Turgor der Naehbar- zellen in das Lumen der mittleren degenerierten Ze]le vorgewSlbt, b Durch Wachstum haben die Naehbarzellen das Lumen der degenerierten Ze]le ausgefiillt. In dœ linken

Zelle ist die kontrahierte Vakuole eingezeiehnet.

fest an der Wand haftet. Die Membran zieh~ sich in diesem Falle in der Zell- mitre stark zusammen, die Zellen nehmen sanduhrartige Form an.

L6sungen von Glyzerin und Rohrzueker in Seewasser wirken chemisch weniger seh/~digend als die oben genannten Plasmolytika. Die Protoplasten sterben nieht so schnell a.b, die Tonoplasten zerfallen sp/tter. Naeh Einwirkung von 10 %iger Rohrzuckerl6sung in Seewasser zeigt der Antithamnion-Proto- plast auGerordentlieh zahlreiehe Buchten und Eindellungen, durch die die Plastiden oto vielen Stellen auseinandergedr/~ng~ werden. H 6 f l e r (1930, 578) hat Ahnliehes bei Griffithsia, J o s t (1929, 7) bei Valonia als l™ Eindellungen besehrieben.

Zum Sehlul~ soll noeh iiber eine nieht zu nnserem Thema gehSrende Beobaehtung berichtet werden. Wenn in den Haupt is ten von Antithamnion aus irgendwelehen Gr0nden einzelne Zellen absterben, w61ben die Naehbar- zellen zuniehst dureh ihren Turgor die Querwinde in das Lumen der toten

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Zellen vor und wachsen dann so lange, bis sie in der Mitre der t o t en Zellen aneinanders toBen (Fig. 3). Die Ansa tzs te l l e der ehemal igen Querwand b le ib t i m m e r deut l ich e rkennbar , denn hier beginnt die aus ihr hervorgegangene Membranlamel le , die de r a l ten Zel lwand angelager t ist. Zwischen beiden Membransch ich ten f inden sich 5fter noch Res te des degener ier ten Pro top las ten .

L i t e r a t u r

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