Josef Hölzl

Zur Physikochemie der vitalen Kern- und Plasmafluorochromierung vonAllium cepa-Epidermen

SummaryMicrofluorimetrically recorded fluorescence bands of vitally stained nuclei and protoplasts from the inner epidermis of yellow onion(Allium cepa) scales are compared with fluorescence bands of Tarions model solutions. The strong fluorescent staining of the nucleus and the weaker hue of the cytoplasm after application of acridine orange is mainly due to the accumulation of monomeric dye cations in polar cytoplasmic lipids. Vital fluorescent staining with neutral red shows similar effects, but in addition an accumulation of the dye base in apolar lipids can be ascertained without doubt. On the other hand, the major accumulation of the acid fluorochrome uranin (sodium fluorescein) does not take place in polar cytoplasmic lipids but, apparently, rather in the form of anions in the water phase of the ground cytoplasm and inner nuclear plasm owing to a mechanism of “plasmatic ion trap.”The proof that dye ions are present in vitally stained protoplasm suggests the possibility, that the familiar phenomenon of vacuole contraction may depend on a Donnan effect in the case of basic dyes and might be a consequence of the raising of osmotic values by dye anions in the case of acid dyes.Experiments with three phases (dye solution-oil-blood plasma) yield fluorescent stainings of blood plasma with acridine orange, neutral red and uranin, which may be compared to vital staining of nuclei and cytoplasm. The well-known properties of blood plasma-lipids suggest a similar function of cytoplasmic lipids, viz. as a vehicle of lipid transport in a mainly aquatic, molecular-disperse phase. A diagram (Fig. 15) illustrates the cooperation between sheetlike lipoproteid complexes (boundary layers) and lipoproteid complexes of the ground cytoplasm dispersed as particles.

Fluoreszenzmikroskopische Studien an der Kartoffelknolle

ZusammenfassungDie schon mehrfach beschriebene graublaue bis blaugrüne Primärfluoreszenz der Eiweißwürfel aus den subperidermalen Zellschichten der Kartoffelknolle ist in lebenden Zellen nicht zu beobachten. Diese besitzen dagegen eine blaue bis bläulichgrüne Vakuolenfluoreszenz (Abb. 1 und 2).Isolierte (Abb. 3 und 4) oder in toten Zellen liegende Eiweißkristalle werden wahrscheinlich durch den austretenden Zellsaft fluorochromiert. Einer „Fremd-Primärfluoreszenz“ der Eiweißkristalle steht eine „Eigen-Primärfluoreszenz“ der Vakuolen gegenüber.Die Fluoreszenzintensität wird durch Trocknen oder Erhitzen bedeutend verstärkt (Abb. 5).

Licht- und elektronenmikroskopische Beobachtungen an der Innenepidermis der Zwiebelschuppe vonAllium cepa

Phasenoptisch können an den lebenden Epidermiszellen der Zwiebelschuppe folgende in Strömung begriffene Partikelpopulationen unterschieden werden: Leukoplasten, Chondriosomen, Groß- und Kleinsphärosomen, Dictyosomen und Kleinpopulationen. Nach KMnO4-Fixierung wird auch das endoplasmatische Reticulum sehr deutlich; es kann andeutungsweise auch schon in der lebenden Zelle gesehen werden. In einer Reihe von EM.-Aufnahmen wird der KMnO4-Aspekt (1%, 15 Minuten) der Partikelpopulationen und des ER. in Ergänzung zuDrawert undMix (1963) dargestellt. Von den Sphärosomen waren nur mehr Leerstellen (Auflösung in Azeton!) vorhanden. Die langen ER.-Zisternen und das Plasmalemma konnten andeutungsweise in die Elementarmembran aufgelöst werden. Dictyosomen und ER. zeigen keinen Zusammenhang. Auf die Wichtigkeit und Möglichkeit exakter lichtmikroskopischer Vergleichsuntersuchungen wird im Zusammenhang mit künftigen Aufgaben hingewiesen.

Die vitale Neutralrotspeicherung der Innenepidermis vonAllium cepa unter dem Einfluß von Atmungsgiften

Zellen der Innenepidermis der Zwiebelschuppe vonAllium cepa zeigten eine gewisse Einschränkung der Neutralrotspeicherung in der Vakuole, wenn die Anfärbung über 24 Stunden aus Neutralrot 1∶100000 in Leitungswasser erfolgte, dem die Atmungsgifte Natriumazid (NaN3), Cyankali (KCN) oder 2,4-Dinitrophenol (DNP) in steigender Konzentration (bis 10−2 mol) zugefügt waren. Eine Verringerung der Farbstoffspeicherung war auch bei Kurzfärbung (15 Minuten aus Neutralrot 1∶10000 in Leitungswasser) festzustellen, wenn eine bis zu 24 Stunden andauernde Vorbehandlung mit den Atmungsgiften voranging. Vergleichende Versuche mit K2CO3-Zusätzen lassen vermuten, daß einerseits Abdiffusion des Farbstoffs nach Plasmaschädigung und anderseits p h -Erhöhung im Zellsaft durch eindringendes Alkali und nicht eigentliche Giftwirkungen die Ursache hierfür sind. Nach längerer Vorbehandlung mit KCN und NaN3 wird dagegen die Neutralrotspeicherung erhöht, während sie nach DNP-Behandlung weiter abnimmt. Diese und andere Erscheinungen dürften durch Vergiftung des Atmungsgeschehens bedingt sein, welche zu einer Ansäuerung des Zellsaftes oder im Falle der andersgearteten DNP-Wirkung zur Veratmung und Verringerung des Säuregehalts zu führen scheint. Die Neutralrotspeicherung in den „leeren“ Vakuolen der Innenepidermis von Zwiebelschuppen hängt zwar nicht direkt von der Lebenstätigkeit der Zellen ab, doch scheint über p h und (Semi-)Permeabilitätsänderungen eine gewisse indirekte Abhängigkeit vom Lebenszustand der Zellen zu bestehen. Die drei verwendeten Atmungsgifte ergaben nach längerer Einwirkung sichtbare, charakteristische Erscheinungen am Protoplasma: tröpfchenförmige, fettige Entmischungen (physiologische Lipophanerose), prämortale netzförmige Bildungen nach NaN3-Behandlung. Bei Färbungsversuchen mit K2CO3-Zusätzen traten postmortale, fädige, doppelbrechende Gebilde an den koagulierten, plasmatischen Resten auf.

Über die Drüsenhaare vonSolanum tuberosum, Sorte „Sieglinde“

ZusammenfassungDie vegetativen Teile der Kartoffelsorte „Sieglinde“ haben neben den mehrgliedrigen Deckhaaren noch zwei Arten „köpfchenförmiger“ Drüsenhaare: 1. Mehrzellige, keulen- oder verkehrt birnenförmige Haare mit je einem Eiweißkristall in jeder Köpfchenzelle und 2. Vierzellige, rundliche, bis ellipsoidische, sezernierende Haare mit einem exkreterfüllten zentralen Interzellularraum und Chlorophyllkörnern in den Köpfchenzellen.Während bei ersteren das vielzellige Köpfchen nur auf einem einzelligen Stiel sitzt, ist bei letzteren zwischen dem vierzelligen Köpfchen und dem einzelligen Stiel noch eine „Halszelle“ eingefügt, die entwicklungsgeschichtlich dem Köpfchen zugehört.Eine Unterscheidung der beiden Drüsenhaarformen wird erst nach dem zweiten Teilungsschritt möglich.Die Verteilung der beiden Formen auf Blattober- und Blattunterseite ist verschieden.Die exkretführenden Drüsenhaare zeigen schon frühzeitig, gleich nach Ausbildung des Vierzellenstadiums, bevor noch der zentrale Interzellularraum oder ein Exkret in Erscheinung tritt, sowohl in den Köpfchenzellen als auch in der Halszelle eine netzartige Plasmakonfiguration; die Stielzelle zeigt diese Erscheinung nicht.Das Verhalten des Exkretes gegenüber verschiedenen chemischen Agentien wurde untersucht und das Vorhandensein von ätherischem Öl und einer andersartigen „Trägersubstanz“ als wahrscheinlich angenommen.

Elektronenmikroskopische Beobachtungen an den Blattzellen des LebermoosesMylia taylori

In den Blattzellen des LebermoosesMylia taylori werden die scheinbar in den Vakuolen liegenden Ölkörper von zwei Elementarmembranen (Tonoplast und Grenzmembran des Ölkörpers) umhüllt. Die im Stroma befindlichen Öltropfen (Durchmesser 1–2μ) setzen sich aus zahlreichen kleineren öltröpfchen (Durchmesser zirka 0,1,μ) zusammen. Es finden sich keine Anzeichen von Lamellen im Stroma (morphologisches Kennzeichen von Plasten!). Die Sphärosomen (=Lipidtropfen=Lipidvakuolen) werden ähnlich wie die Öltropfen der Ölkörper dargestellt; die übrigen Plasmaorganellen und Compartimente sind ähnlich wie bei höheren Pflanzen.

Über die Eiweißkristalle vonSolanum tuberosum

Die Kenntnis der pflanzlichen Proteinkristalle reieht welt zurfick. Die Entdeckung kristallisierter Proteinstoffe in den Aleuronk6rnern pflanzlicher Samen dureh HAaTIG (1856) hat te eine Reihe yon Arbeiten auf diesem Gebiete zur Folge. Zu diesen z/~hlt Co~Ns Aufsatz fiber die Proteinkristalle in den Kartoffeln (1859), worin er zum erstenmal wohlausgebfldete, frei im Plasma liegende Eiweil3kristaUe (yon WAKKER 1884 best~tigt) nachwies. Coitus kristallographisehe und mikrochemische Untersuchungen an diesen 0bjekten waren so grfindlich, dab unsere heutigen Kenntnisse im wesentliehen noch nicht welt darfiber hinausgekommen sind. WfirfelfSrmige Kristalle in den peripheren Schiehten der Kartoffel wurden zwar schon yon BAILu (1845; vg]. A. MEYEI~, 1920, S. 83) gesehen und beschrieben, yon ihm jedoeh ffir Ca-Phosphat-Kristalle angesehen. Die kristMlographischen Verh/~ltnisse einiger Eiweigkristalle (darunter aueh die der Kartoffel) wurden yon SCHIM~ER in seiner Dissertation (1878) und in einer erweiterten Neubearbeitung (1881) sorgfi~ltig studiert; er und die meisten anderen Autoren sahen nur Wfirfel oder Quader, w~hrend COH~ ein einziges MM ein regul~res Oktaeder und SAc~s (1868) aueh Tetraeder gesehen haben will. Die Angabe yon JA~ISCH (1942), wonach es sich neben Wfirfeln haupts/~ehlich um quadratisehe und sechseckige

Licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen an Weizen- und Kartoffelstärke

Die elektronenmikroskopische Ultradunnschnittechnik lasst sich auf Reservestarken wegen Verquellung der Starkekorn-Dunnschnitte nicht anwenden, wohl aber nach Lintnerisierung d.i. partielle HCl-Hydrolyse der Starken bei Zimmertemperatur. Auf diese Weise kann die Schichtung der Starkekorner elektronenmikroskopisch abgebildet werden (Buttrose 1960); in Ubereinstimmung mit Angaben der Literatur wurde an der Peripherie von Weizengrosskornern eine Schichtbreite bis herab zu 1/10µ und bei Kartoffelstarke eine gleichmassige Schichtung ahnlicher Grossenordnung gefunden. PWS-Nachkontrastierung fuhrt besonders bei Weizenstarke zu einer deutlicheren Darstellung der Schichtung.

Beobachtungen zur Färbung und Fluorochromierung von Stärkekörnern der Kartoffel (Solanum tuberosum)

Auch bei der Färbung und Fluorochromierung von Stärkekörnern der Kartoffel lassen sich deutlich zwei Färbemechanismen unterscheiden: a) Eine elektroadsorptive Speicherung tritt vor allem bei den leicht und intensiv erfolgenden Färbungen mit basischen Farbstoffen auf. Dabei färben sich die wasserreichen Schichten des Kornes mit Methylenblau stärker bzw. metachromatisch an, was auf ein lokales Auftreten saurer Gruppen (Amylopektin !) schließen läßt. b) Die mizellare Lockerstruktur des Stärkekorns erlaubt auch eine Farbstoffakkumulation durch mechanische Filterwirkung auf geeignete Farbstoffteilchen (Inklusionsfärbung basischer und saurer Farbstoffe, auch schwach kolloidaler Farbstoffe, wie Kongorot usw.), welche bei länglicher Gestalt entsprechend dem sphäritischen Bau des Stärkekorns mehr oder weniger radial eingelagert werden (Dichroismus und Difluoreszenz!). Eine elektroadsorptive Speicherung tritt vor allem bei den leicht und intensiv erfolgenden Färbungen mit basischen Farbstoffen auf. Dabei färben sich die wasserreichen Schichten des Kornes mit Methylenblau stärker bzw. metachromatisch an, was auf ein lokales Auftreten saurer Gruppen (Amylopektin !) schließen läßt. Die mizellare Lockerstruktur des Stärkekorns erlaubt auch eine Farbstoffakkumulation durch mechanische Filterwirkung auf geeignete Farbstoffteilchen (Inklusionsfärbung basischer und saurer Farbstoffe, auch schwach kolloidaler Farbstoffe, wie Kongorot usw.), welche bei länglicher Gestalt entsprechend dem sphäritischen Bau des Stärkekorns mehr oder weniger radial eingelagert werden (Dichroismus und Difluoreszenz!).

Stärke in Chlorzinkjod

Lufttrockene Stärke in Chlorzinkjod zeigt im Verlaufe einiger Stunden zunehmende rotbraune Färbung durch oberflächliche Jodadsorption. Dies gilt besonders fürCurcuma- undCanna-Stärke, sowie für andere Vertreter der Kartoffelstärkegruppe. Geringer ist diese anfängliche Jodadsorption bei Gramineenstärken und fehlt bei Bohnenstärke ganz. Nach 3–4 Stunden setzt besonders in Nähe des Deckglasrandes, wo Jod absublimiert, schichtweises Aufquellen („Aufblühen“) ein und führt zu rötlicher bis violetter Schichtenquellung. Diese kann an allen Stärken der Kartoffelgruppe und an den Großkörnern derGramineenstärken beobachtet werden. Sonst tritt bei starker schwarzblauer Jodfärbung unregelmäßige Quellung, bei Kartoffel- undCanna-Stärke Blöckchenquellung in Erscheinung.