Planta (BEE.) 84, 43--47 (1969)
Untersuchung der ersten Entwicklungsphasen yon Embryo und Endosperm der Art Jasione montana L. an lebendem Material OLGA ERDELSK-~ Botanisches Institut der Slowakischen Akademie der Wissenschaften, Bratislava Eingegangen am 4. Juli/13. September 1968
Microscopical Study o/the First Developmental Phases o/ the Embryo and Endosperm o] Jasione montana L. in the Living Ovules Summary. Growth of the zygote and the first phases of the endosperm development of Jasione montana L. in isolated intact ovules was studied. The zygote begins to grow simultaneously with the first division of the primary endosperm nucleus. It forms a long outgrowth into the embryo sac. A distinct oil droplet occurs in the basic part of the zygote, which disappears after the development of the embryo is advanced. The nucleus of the zygote shifts to the top of the outgrowth of the zygote before the prolongated growth of the zygote is completed. The first mitosis in the embryo takes plase in this position at the time when there are 8--16 cells in the endosperm. The endosperm division as it can be seen in the living material is described.
Material und Methode Die befruchteten Samenanlagen isolierten wir mittels einer Nadel und schlossen sie in SilikonS1 ffir kosmetische Zwecke (Viskosit/~t 1010 cP bei 25 ~ C, Brechungsindex 1,043 bei 25 ~ C). Unter diesen Bedingungen leben die jungen Samen 2--3Tage lang. (~ber die Vor- und Nachteile der angewendeten Methode berichteten wir eingehend in einer frfiheren Arbeit (EI~DnLSXX, 1968). Ergebnisse Sowohl die Samenanlagen, als auch die S a m e n der A r t Jasione montana L. h a b e n ein durchsichtiges I n t e g u m e n t , so d a b eine mikroskopisehe U n t e r s u c h u n g des l e b e n d e n E m b r y o s a c k e s mSglich ist (ER])]~LSKX, 1968). Diese A r t ist auch zur U n t e r s u c h u n g der ersten E n t w i c k l u n g s p h a s e n des E m b r y o s u n d des E n d o s p e r m s geeignet. Die E n t w i c k l u n g y o n E m b r y o u n d E n d o s p e r m b e g i n n t gleichzeitig. Die Z y g o t e h a t n a c h der B e f f u c h t u n g eine kugelf6rmige Gestalt. I h r Z e n t r u m n i m m t t i n s t a r k i i c h t b r e c h e n d e r T r o p f e n lipoider K o n s i s t e n z ein (Abb. 1). N e b e n i h m a m a p i k a l e n P o l d e r Z y g o t e ist der Zellkern m i t e i n e m Nucleolus sichtbar, d e r sieh in s t e t e r Bewegung befindet. Die E n t wicklung des E m b r y o s b e g i n n t m i t d e m W a c h s t u m d e r Z y g o t e in I~icht u n g z u m Z e n t r u m des E m b r y o s a c k e s (Abb. 1). E i n schlauchfSrmiger
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O. ERDELSKX :
Auswuchs beginnt sich in der N~he des Zygotenkernes zu bilden. Der Auswuchs verl~ngert sieh, bis er das 4--5fache des ursprfinglichen Durehmessers der Zygote erreicht (Abb. 2). Der Zellkern bleibt lange Zeit im basalen kugelfSrmigen Teil der Zygote, in der Nachbarschaft des lipoiden Tropfens. Erst vor Beendigung des L~ngenwaehstnms der Zygote wandert der Kern in l~ichtung zum apikalen Ende des Auswnchses.
Abb. 1 Abb. 2 Abb. 1. Zygote a,m Alffang ihres Wachstums Abb. 2. Ein schlauchf6rmiger Embryo Dort k o m m t es zur ersten Mitose in der Zeit wenn das Endosperm bereits 8--16 Zellen hat. Der lipoide Tropfen bleibt auch im mehrzelligen schlauchfSrmigen E m b r y o erhalten und verliert sich erst allmahtich ws der weiteren Ent~geklung. Die Art Jasione montana besitzt ein zelluiares Endosperm. Der primare Endospermkern teilt sich zungchst mittels einer Querwand in 2 Endospermzellen (Abb. 3). U m die Kerne beider Zellen sammeln sich plasmatische Organellen und Reservestoffe. Die Aufeinanderfolge der Bildung weiterer Querw~nde ist nach unseren Beobaehtungen nieht ganz einheitlich. Zwei Endospermzellen k6nnen sich quer teilen, wodurch eine Reihe yon 4 Zellen ~ibereinander
Die ersten Entwieklungsphasen yon Embryo und Endosperm
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entsteht, oder meistens kann sieh eine von ihnen oder aueh beide der L/~nge naeh teilen. Seltener sind solche F/~lle, in denen sich Sehr/igw/~nde bilden, die den Embryosaek in unregelm/~ssige, versehieden groBe Zellen teilen. Der Embryosaek mit einem 8zelligen Endosperm ist meist so angeordnet, dab sieh nebeneinander in derselben Ebene des Embryosaekes
Abb. 3
Abb. 4
Abb. 3. Embryosaek mit einem 2zelligen Endosperm Abb. 4. Embryosaek mit einem 10zelligen Endosperm immer 2 Endospermzellen befinden. I m Mikropylarteil k6nnen manehmal aueh freie Endospermzellen vorkommen. I m Laufe des allmghliehen Waehstums des Endosperms werden die Reservestoffe naeh und naeh verbraueht. St/~rkevorr/~te befinden sieh nut im Integument, meistens im Endothelium. Die Kerne der Endospermzellen sind in dieser Zeit gut siehtbar (Abb. ~), so da6 man die Vorbereitung des Zellkernes auf die Mitose, die Ver~nderung seiner Form w~hrend der Mitose, sowie die Bildung der Zellwand gut beobaehten kann. Die Chromosomen selbst k6nnen dagegen nut sehwer beobaehtet werden, weil sic bei Anwendung einer Normaloptik wenig kontrastreieh sind. Den Kontrast kann man
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O. EttDELSKX:
nicht durch Anwendung der Phasenkontrast- oder Anoptralkontrastmethode erhShen, weft die Beobachtung durch einige Schichten der Integumentzellen vor sich geht. Die Zellteilungen im Endosperm, besonders die Bildung neuer Zellwiinde kSnnen in vitro ungef~hr in einem Zeitraum yon 48--60 Std nach der Isolierung der jungen Samen beobachtet werden. Obwohl unter normalen Umst/~nden der Beginn der Entwicklung sowohl des Embryos, als auch des Endosperms zeitlich zusammenf~llt, kommen vereinzelt auch solche Fs vor, in denen die Zygote unabh~ngig yon der Entwicklung des Endosperms zu ihrer Sehlauchform auszuwaehsen beginnt. I n solchen Embryosiicken kann neben dem schlauchfSrmigen E m b r y o ein degenerierter Zentralkern beobachtet werden. Diskussion Die Entwicklung des Embryos einiger Orchideen an lebendem Material untersuchte im R a h m e n bedeutender Arbeiten PODDUBNAYA-A~oLDI (1952, 1959, 1964). B A J ~ (1953), MOL~-BAJ~ und BAJ~R (1963) verwenden ffir ihre Arbeiten fiber die Mitose im Endosperm einzelne isolierte Endospermzellen der Art Haemanthus katherinae. Es sind uns aber keine Arbeiten bekannt, die die Entwicklung des zellularen Endosperms im intakten lebenden Embryosack behandeln. Die Durchsichtigkeit des Integuments der Art Jasione montana ermSglicht die Beobachtung yon Vorgs die sich im Embryosack abspielen, ohne Verletzung der Samenanlage. An einem Embryosack kann ein bestimmter Entwicklungsabschnitt direkt beobachten werden, der sonst aus einer ganzen Serie yon Dauerpr~paraten rekonstruiert werden mu~.
Die Entwicklung des Embryos der Art Jasione montana an fixiertem Material wurde yon Sou~oEs (1938) beschrieben. Dieser Verfasser besch~ftigt sich aber in seiner Arbeit nicht mit den ersten Entwicklungsphasen des Embryos. R o s ~ (1930, 1949) unterscheidet zwei Typen der Endospermentwicklung bei der Campanulaceen, und zwar den Typus Conodopsis und den Typns Phyteuma. Das Endosperm der Art Jasione montana reiht er zum Typus Conodopsis ein. Auch unseren Beobachtungen nach kann das Endosperm dieser Art eher zum Typus Conodopsis, als zum Typus Phyteuma gerechnet werden. Unsere Beobachtungen der Endospermentwicklung in vitro erg~nzten wit anch durch das Studium frisch isolierter junger Samen in verschiedenen Entwicklungsstadien und durch das Studium der Dauerpri~parate. So konnten wir feststellen, dab die Entwicklung im kfinstlichen Medium normal verlaufen war.
Die ersten Entwicklungsphasen yon Embryo und Endosperm
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Literatur BAJER, A. : Endosperm - - a valuable material for experimental studies of mitosis in vivo. Acta Soc. Bot. Pol. 22, 4 7 5 4 8 2 (1953). E~D]~LSKs O. : Study of the embryo sac of the species Jasione montana L. on the living material. Biol6gia (Bratislava) (in Press). MOL~-BAJnR, J., and A. BAJER: Mitosis in endosperm. Cellule 63, 4 0 0 4 0 7 (1963). PODDU~AYA-Aa~oT,DI, V. A.: Study of the embryos of angiosperms in vivo. [Russisch]. Bjul. glavn, bot. s~da (Moskva) 14, 3--12 (1952). - - Embryologische Untersuchungen an Angiospermen. Embryoentwicklung einiger Orchideen nach lebendem material. [Russisch.] Trudy gl. bot. sada (Moskva) 6, 49--89 (1959). - - Study of fertilization and embryogenesis in certain angiosperms using living material. [Russisch.] Probl. sovr. embriol. (Moskva) 25--32 Mosk. universitet (1964). Ros~N, W. : Zur Embryologie der Campanulaceen und Lobeliaceen. Acta horti Gothoborgensis 6, 3 1 ~ 2 (1930). - - Endospermdevelopment in Campanulaceae and closely related families. Bot. Not. 192, 137--147 (1949). Sov~G~s, R. : Embryog~nie des Campanulac@es. D@veloppement de l'embryon chez le Jasione montana L. C. 1~. Acad. Sci. (Paris) 296, 278--280 (1938). Dr. 0LGA ERDELSKX Botanisches Institut der Slowakischen Akademie der Wissensch~ften Br~tislav~ Dflbr~vsks 26, CSSR
Untersuchung der ersten Entwicklungsphasen yon Embryo und Endosperm der Art Jasione montana L. an lebendem Material OLGA ERDELSK-~ Botanisches Institut der Slowakischen Akademie der Wissenschaften, Bratislava Eingegangen am 4. Juli/13. September 1968
Microscopical Study o/the First Developmental Phases o/ the Embryo and Endosperm o] Jasione montana L. in the Living Ovules Summary. Growth of the zygote and the first phases of the endosperm development of Jasione montana L. in isolated intact ovules was studied. The zygote begins to grow simultaneously with the first division of the primary endosperm nucleus. It forms a long outgrowth into the embryo sac. A distinct oil droplet occurs in the basic part of the zygote, which disappears after the development of the embryo is advanced. The nucleus of the zygote shifts to the top of the outgrowth of the zygote before the prolongated growth of the zygote is completed. The first mitosis in the embryo takes plase in this position at the time when there are 8--16 cells in the endosperm. The endosperm division as it can be seen in the living material is described.
Material und Methode Die befruchteten Samenanlagen isolierten wir mittels einer Nadel und schlossen sie in SilikonS1 ffir kosmetische Zwecke (Viskosit/~t 1010 cP bei 25 ~ C, Brechungsindex 1,043 bei 25 ~ C). Unter diesen Bedingungen leben die jungen Samen 2--3Tage lang. (~ber die Vor- und Nachteile der angewendeten Methode berichteten wir eingehend in einer frfiheren Arbeit (EI~DnLSXX, 1968). Ergebnisse Sowohl die Samenanlagen, als auch die S a m e n der A r t Jasione montana L. h a b e n ein durchsichtiges I n t e g u m e n t , so d a b eine mikroskopisehe U n t e r s u c h u n g des l e b e n d e n E m b r y o s a c k e s mSglich ist (ER])]~LSKX, 1968). Diese A r t ist auch zur U n t e r s u c h u n g der ersten E n t w i c k l u n g s p h a s e n des E m b r y o s u n d des E n d o s p e r m s geeignet. Die E n t w i c k l u n g y o n E m b r y o u n d E n d o s p e r m b e g i n n t gleichzeitig. Die Z y g o t e h a t n a c h der B e f f u c h t u n g eine kugelf6rmige Gestalt. I h r Z e n t r u m n i m m t t i n s t a r k i i c h t b r e c h e n d e r T r o p f e n lipoider K o n s i s t e n z ein (Abb. 1). N e b e n i h m a m a p i k a l e n P o l d e r Z y g o t e ist der Zellkern m i t e i n e m Nucleolus sichtbar, d e r sieh in s t e t e r Bewegung befindet. Die E n t wicklung des E m b r y o s b e g i n n t m i t d e m W a c h s t u m d e r Z y g o t e in I~icht u n g z u m Z e n t r u m des E m b r y o s a c k e s (Abb. 1). E i n schlauchfSrmiger
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Auswuchs beginnt sich in der N~he des Zygotenkernes zu bilden. Der Auswuchs verl~ngert sieh, bis er das 4--5fache des ursprfinglichen Durehmessers der Zygote erreicht (Abb. 2). Der Zellkern bleibt lange Zeit im basalen kugelfSrmigen Teil der Zygote, in der Nachbarschaft des lipoiden Tropfens. Erst vor Beendigung des L~ngenwaehstnms der Zygote wandert der Kern in l~ichtung zum apikalen Ende des Auswnchses.
Abb. 1 Abb. 2 Abb. 1. Zygote a,m Alffang ihres Wachstums Abb. 2. Ein schlauchf6rmiger Embryo Dort k o m m t es zur ersten Mitose in der Zeit wenn das Endosperm bereits 8--16 Zellen hat. Der lipoide Tropfen bleibt auch im mehrzelligen schlauchfSrmigen E m b r y o erhalten und verliert sich erst allmahtich ws der weiteren Ent~geklung. Die Art Jasione montana besitzt ein zelluiares Endosperm. Der primare Endospermkern teilt sich zungchst mittels einer Querwand in 2 Endospermzellen (Abb. 3). U m die Kerne beider Zellen sammeln sich plasmatische Organellen und Reservestoffe. Die Aufeinanderfolge der Bildung weiterer Querw~nde ist nach unseren Beobaehtungen nieht ganz einheitlich. Zwei Endospermzellen k6nnen sich quer teilen, wodurch eine Reihe yon 4 Zellen ~ibereinander
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entsteht, oder meistens kann sieh eine von ihnen oder aueh beide der L/~nge naeh teilen. Seltener sind solche F/~lle, in denen sich Sehr/igw/~nde bilden, die den Embryosaek in unregelm/~ssige, versehieden groBe Zellen teilen. Der Embryosaek mit einem 8zelligen Endosperm ist meist so angeordnet, dab sieh nebeneinander in derselben Ebene des Embryosaekes
Abb. 3
Abb. 4
Abb. 3. Embryosaek mit einem 2zelligen Endosperm Abb. 4. Embryosaek mit einem 10zelligen Endosperm immer 2 Endospermzellen befinden. I m Mikropylarteil k6nnen manehmal aueh freie Endospermzellen vorkommen. I m Laufe des allmghliehen Waehstums des Endosperms werden die Reservestoffe naeh und naeh verbraueht. St/~rkevorr/~te befinden sieh nut im Integument, meistens im Endothelium. Die Kerne der Endospermzellen sind in dieser Zeit gut siehtbar (Abb. ~), so da6 man die Vorbereitung des Zellkernes auf die Mitose, die Ver~nderung seiner Form w~hrend der Mitose, sowie die Bildung der Zellwand gut beobaehten kann. Die Chromosomen selbst k6nnen dagegen nut sehwer beobaehtet werden, weil sic bei Anwendung einer Normaloptik wenig kontrastreieh sind. Den Kontrast kann man
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nicht durch Anwendung der Phasenkontrast- oder Anoptralkontrastmethode erhShen, weft die Beobachtung durch einige Schichten der Integumentzellen vor sich geht. Die Zellteilungen im Endosperm, besonders die Bildung neuer Zellwiinde kSnnen in vitro ungef~hr in einem Zeitraum yon 48--60 Std nach der Isolierung der jungen Samen beobachtet werden. Obwohl unter normalen Umst/~nden der Beginn der Entwicklung sowohl des Embryos, als auch des Endosperms zeitlich zusammenf~llt, kommen vereinzelt auch solche Fs vor, in denen die Zygote unabh~ngig yon der Entwicklung des Endosperms zu ihrer Sehlauchform auszuwaehsen beginnt. I n solchen Embryosiicken kann neben dem schlauchfSrmigen E m b r y o ein degenerierter Zentralkern beobachtet werden. Diskussion Die Entwicklung des Embryos einiger Orchideen an lebendem Material untersuchte im R a h m e n bedeutender Arbeiten PODDUBNAYA-A~oLDI (1952, 1959, 1964). B A J ~ (1953), MOL~-BAJ~ und BAJ~R (1963) verwenden ffir ihre Arbeiten fiber die Mitose im Endosperm einzelne isolierte Endospermzellen der Art Haemanthus katherinae. Es sind uns aber keine Arbeiten bekannt, die die Entwicklung des zellularen Endosperms im intakten lebenden Embryosack behandeln. Die Durchsichtigkeit des Integuments der Art Jasione montana ermSglicht die Beobachtung yon Vorgs die sich im Embryosack abspielen, ohne Verletzung der Samenanlage. An einem Embryosack kann ein bestimmter Entwicklungsabschnitt direkt beobachten werden, der sonst aus einer ganzen Serie yon Dauerpr~paraten rekonstruiert werden mu~.
Die Entwicklung des Embryos der Art Jasione montana an fixiertem Material wurde yon Sou~oEs (1938) beschrieben. Dieser Verfasser besch~ftigt sich aber in seiner Arbeit nicht mit den ersten Entwicklungsphasen des Embryos. R o s ~ (1930, 1949) unterscheidet zwei Typen der Endospermentwicklung bei der Campanulaceen, und zwar den Typus Conodopsis und den Typns Phyteuma. Das Endosperm der Art Jasione montana reiht er zum Typus Conodopsis ein. Auch unseren Beobachtungen nach kann das Endosperm dieser Art eher zum Typus Conodopsis, als zum Typus Phyteuma gerechnet werden. Unsere Beobachtungen der Endospermentwicklung in vitro erg~nzten wit anch durch das Studium frisch isolierter junger Samen in verschiedenen Entwicklungsstadien und durch das Studium der Dauerpri~parate. So konnten wir feststellen, dab die Entwicklung im kfinstlichen Medium normal verlaufen war.
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Literatur BAJER, A. : Endosperm - - a valuable material for experimental studies of mitosis in vivo. Acta Soc. Bot. Pol. 22, 4 7 5 4 8 2 (1953). E~D]~LSKs O. : Study of the embryo sac of the species Jasione montana L. on the living material. Biol6gia (Bratislava) (in Press). MOL~-BAJnR, J., and A. BAJER: Mitosis in endosperm. Cellule 63, 4 0 0 4 0 7 (1963). PODDU~AYA-Aa~oT,DI, V. A.: Study of the embryos of angiosperms in vivo. [Russisch]. Bjul. glavn, bot. s~da (Moskva) 14, 3--12 (1952). - - Embryologische Untersuchungen an Angiospermen. Embryoentwicklung einiger Orchideen nach lebendem material. [Russisch.] Trudy gl. bot. sada (Moskva) 6, 49--89 (1959). - - Study of fertilization and embryogenesis in certain angiosperms using living material. [Russisch.] Probl. sovr. embriol. (Moskva) 25--32 Mosk. universitet (1964). Ros~N, W. : Zur Embryologie der Campanulaceen und Lobeliaceen. Acta horti Gothoborgensis 6, 3 1 ~ 2 (1930). - - Endospermdevelopment in Campanulaceae and closely related families. Bot. Not. 192, 137--147 (1949). Sov~G~s, R. : Embryog~nie des Campanulac@es. D@veloppement de l'embryon chez le Jasione montana L. C. 1~. Acad. Sci. (Paris) 296, 278--280 (1938). Dr. 0LGA ERDELSKX Botanisches Institut der Slowakischen Akademie der Wissensch~ften Br~tislav~ Dflbr~vsks 26, CSSR
