l~er die Plasmagrenzschichten im Pollenkorn Von

Lothar Hofmeister, Wien

Mit 3 Textabbildungen

(Eingelangt am 20. Januar 1956)

1. Die Mischbarkeit des Pollenkornplasmas mit Wasser

Dec klassische Satz der Lehrbtieher, weleher das leben@ Plasma als mit Wasser nicht mischbar bezeichnet ( D u j a r d i n 1835), wurde yon verschie- denen Autoren angezweifelt, seitdem Erfahrungen fiber Mikroinjektion yon Wasser und w~sserigen L6sungen in lebendes Plasma vorliegen ( C h a m b e r s 1917, 1949; H o f m e i s t e r 1950). C h a m b e r s beobachtete, dag Wasser und verschiedene L5sungen, die mittels Mikropipette in das Plasma yon AmSben, Echinodermen-Eiern usw. injiziert werden, sich darin sofort verteilen und das P]asma dabei verdfinnen. Das (Binnen-) Plasma ist mit Wasser misch- bar, nur die besondere Struktur seiner Oberfi~che, die Plasmagrenzschicht, verhindert, dag es sich auch mit dem umgebenden Wasser vermischt ( C h a m b e r s 1949). An Pflanzenzellen wurde die sofortige Verteilung von injiziertem Wasser und L6sungen ebenfalls verschiedentlich beobachtet. In meinen eigenen Versuchen nahm der dfinne Plasmamantel von A l l i u m - Protoplasten bei Mikroinjektion yon Zuckerl6sung bzw. Wasser stark an Volmnen zu, so dag breite Plasmakappen entstanden. Bis zu einer gewissen Grenze der Aufquellung und bei langsamer Injektion mu6 dieser Vorgang keine ernste Sch~digung bedeuten ( H o f m e i s t e r 1940). Se i f r i z (1921) machte gegen die Ansicht yon C h a m b e r s (1917) geltend, dad das Plasma bei Injektion yon Wasser nicht normal bleibt, sondern desorganisiert wird; erst Desorganisation und Tod bedingen nach ihm die Mischbarkeit des Cyto- plasmas mit Wasser. Lediglieh sehr flfissiges Plasma, wie es etwa beim Platzen eines Pollenschlauches aus dessen Spitze herausquillt, ist auch nach Se i f r i z mit Wasser mischbar.

Das Verhalten des vegetativen Pollenkornplasmas beim Austritt in Wasser ist bekannt. Die PollenkSrner schwellen durch Wasseraufnahme stark an und platzen dann vielfach. Bei Pollen, deren Membran in Wasser nicht yon selbst platzt, kann der lebende Inhalt durch Mikrodissektion oder weniger schonend durch Druck mittels Pr~pariernadel auf das Deckglas zum Austritt gebracht werden. Das austretende Plasma 15st sich in Wasser

368 L. Hofmeister

oder in hypotonischen Zucker- oder Salzl6sungen (nicht jedoch in CaCI 2- L6sung) vom Rande her fortschreitend auf, dabei werden vielerlei winzige KSrnchen und Tr6pfchen sichtbar, die teilweise Brownsche Molekular- bewegung zeigen und sich gleichm~gig in der Fltissigkeit verteilen. Wedcr im Hell- noch im Dunkelfeld kann dabei eine ~tuBere Grenzsehicht oder eine bestimmte ~tuBere Kontur wahrgenommen werden (H o fm ei s t e r 1950). Man kann diesen Vorgang als Mischung zwischen Plasma und Wasser bezeich- nen. Da das Wasser in groger Menge zur Verffigung steht, muB mit der sich ergebenden, praktisch unbegrenzten Verdiinnung die ZerstSrung der lebenden Substanz verbunden sein. Beim umgekehrten Vorgang, der Mikroinjektion von Wasser in einen Protoplasten, werden in der Regel begrenzte Wasser- mengen in sehonendem Tempo eingeffihrt, die dann ohne Schaden aufge- nommen werden. Das Plasma normaler, ausdifferenzierter Pflanzenzellen verh~lt sich beim Austritt in Wasser oder verdtinnte LSsungen ganz anders als das Pollenplasma. Stieht man etwa eine Zwiebelzelle mit der Mikronadel in hypotoniseher Zuekerl6sung an, so wird zun~chst infolge des Turgor- druckes etwas Plasma und Zellsaft entweiehen. Das austretende Plasma entweieht teilweise in Form yon Bl~schen, welche noch eine Vakuole ent- halten, teilweise bildet es Tropfen ohne eine solche; Mle diese kleinen Teil- protoplasten k6nnen noch eine Zeitlang am Leben bleiben. In der l~egel bleibt in hypotonischer L6sung noch ein Tell des Protoplasten in der Zelle zurfick; schlieBt sieh seine Wunde, so bleibt er am Leben. Wenn der Zell- saft restlos ausflieBt, koaguliert das Plasma zumeist, d. h. es wird fest und stark lichtbreehend. Bekannt sind die Versuche L i n s b a u e r s (1933) an Chara. Auch da bleibt das austretende Plasma in Wasser oder verdiinnten LSsungen am Leben. In allen F~llen wird der aus der Zelle in Freiheit ge- setzte Protoplast nur dutch das Vorhandensein einer Grenzsehicht vor der Mischung seines Binnenplasmas mit den umgebenden Flfissigkeiten bewahrt. Eine Grenzschichte mit diesen charakteristischen Eigenschaften seheint das Plasma der Pollenk6rner nieht zu besitzen.

Das Vorhandensein und die Intaktheit einer ~ul3eren Plasmagrenzschieht pflegt dutch Plasmolyse kontrolliert und bewiesen zu werden. Wenn es richtig ist, dag das Pollenkornplasma keine Grenzsehicht besitzt, kann es auch nieht plasm01ysierbar sein. Allenfalls wi~re mit der Bildung einer semipermeablen Grenzsehicht zu rechnen, die unter dem Einflug der Aul~en- 15sung zustande kommt, etwa durch einen Vorgang, welcher der Anwendung yon Ca-LSsung zur Herstellung der yon W e b e r (1932, 1934) nigher stu- dierten surface precipitation reaction entspricht; allerdings ist nicht immer Ca-Salz gegenwi~rtig. Auch eine Verdiehtung tiefer reiehender Plasmapar- tien infolge des Wasserentzuges k~tme in Frage.

Die Eigensehaften des lebenden Protoplasmas yon PollenkSrnern wurden bisher nahezu nur in dem Stadium hoher Wachstumsaktiviti~t studiert, welehe mit der Keimung und Pollenschlauchbildung einhergeht. (~ber die Protoplasmatik der reifen Pollenk6rner im Zustand der Ruhe liegen nur wenige Beobachtungen vor. G e i t l e r (1937) hat an Pollenk6rnern yon Clarlcia elegans die seinerzeit yon B e e r (1906) fiir Oenothera, Gaura und Epilobium beschriebene Abhebung des Pollenkornplasmas yon der Zellwand,

Ober die Plasmagrenzschichten iIa Pollenkorn 369

die gegen Ende des Einkernstadiums aueh bei sehonendster Pri*paration in ParaffinS1 oder Antherensaft auftritt, nigher untersueht und als I{eiz- plasmolyse gedeutet (siehe aueh K a i e n b u r g 1950). M i i l l e r - S t o l l (1948) hat Plasmolyse des Pollens yon Taxus besehrieben, die in 0,6 bis 1,0 mol Rohrzueker und 0,6 bis 1,0 tool KNO3 erfolgte. Die sehr stark quellende I_ntine dieses Objektes ersehwert in maneherlei Hinsieht plasmolytisehe Versuehe 1.

2. P lasmolyseversuche an Pol lenkSrnern

Das V e r s u c h s m a t e r i a l . Die ausdifferenzierten Zellen, die in zell- physiologischen Versuchen gewShnlich verwendet werden, stellen zumeist ein Material yon konstanten physiologisehen Eigenschaften dar. Bei den PollenkSrnern dagegen mul3 mit einer gewissen Labilitiit der Plasmaeigen- schaften gereehnet werden, da sie die Materialreserven und die Enzyme fiir den intensiven Wachstumsvorgang der Pollenschlauchbildung in kon- zentrierter Form enthalten und sich nur voriibergehend in Ruhe befinden, die mSglicherweise schon bei der ersten Wasseraufnahme beeintriichtigt wird. ])as Entwicklungsstadium der verwendeten PollenkSrner entsprach dem Entwicklungsabschnitt zwischen dem Ende der ersten Mitose and dem Zustand zur Zeit der Bestgubung. Bei allen verwendeten Arten waren es zweizellige KSrner. Die generative Zelle lag sehon in der charakteristisehen zweispitzigen Gestalt im Inneren des Pollenkornes. In diesem Zeitraum diirfte das vegetative Plasma des Pollenkornes einen ,,Reifungs':prozeg durchmachen, in dessen Verlauf es einem immer wassergrmeren Milieu gegeniibersteht. Unter Wasserverlust wird es dabei mehr oder weniger fest. Bei der Entnahme des Pollens aus den Antheren lassen sich gewisse Zusti~nde des Milieus unterscheiden. Die PollenkSrner k6nnen im Antherensaft liegen; sie kSnnen in der noch gesehlossenen Anthere (yon der Benetzung mit dem nichtwgsserigen Pollenkitt abgesehen) bereits trocken (und reif), und sie kSnnen schlieftlich in der geSffneten Anthere lufttrocken vorliegen. Wenn nicht anders bemerkt, handeln die vorliegenden Ausfiihrungen von Material der beiden letztgenannten Zustgnde. Es wurden vorlgufig iiberwiegend PollenkSrner monoeotyler Pflanzen verwendet.

In dem fiir die Versuche gewghlten Stadium enthalten die Pollenk6rner keine V a k u o l e n yon nennenswerter GrSge. Die Vakuolen, die wi~hrend des Heranwaehsens der jungen Mikrospore entstehen (wir folgen S e h n a r f 1941, S. 130 f.), sind vor der ersten im Pollenkorn erfolgenden Kernteilung bereits stark reduziert. In der gegel sind sie nieht mehr siehtbar, wenn die generative Zelle die Verlagerung yon der Wand in das Innere des Kornes durehgemaeht hat. Feststellbar sind dann nur noeh die mit Neutralrot fi~rbbaren, zerstreuten, sehr kleinen Vakuo]en und die kleinen f~rbbaren KSrnehen, die nur einen sehr unwesentliehen Anteil am Gesamtvolumen des Protoplasten einnehmen.

1 Die yon Sehoeh-Bodmer (I936) studierten Pollenk6rner yon Corylus k6nnen nicht plasmolysiert werden, da innerhalb der Austrittspforten stark que]Ibare InCine- pfropfen liegen, welche auch in hypertonischen L6sungen der Volumsverminderung des Protoplasten durch Quellung folgen, so dab sich das Plasma nirgends abl6sen kann.

Protoplasma, .Band XLVI/1--4: 24

370 i,. Hofmeister

D a n g e a r d (1956) hat in diesem Band eine Ubersieht fiber die versehie- denen Typen des Vaeuoms der Pollenk6rner und tiber ihre F~rbbarkeit mit Vitalfarbstoffen gegeben. Dureh Wasserabgabe der Vakuolen kann eine

Plasmolyse naeh dem Obigen also nieht zustande kommen. Die Wassermenge, die dem an sieh sehon wasserarmen Plasma entzogen werden mul3, damit eine merkliehe Kontrakt ion erreieht wird, kann nur dureh Entquellung frei werden. Es kommt daher aueh in reeht konzentrierten L6sungen nur zu einer sehwaehen Verkleine- rung der Protoplasten.

Abb. 1 zeigt Pollenk6rner einer Bltitenknospe yon Kn@- hofia galpinii 2 in Paraffin61 (a), in 0,5 tool CaC12 (b) und in

Abb. 1 a. 2,0 mol CaC12 (c). Der geringe Volumsuntersehied der in 0,5

und 2,0 tool CaCI~ plasmolysierten Protoplasten 1/~gt erkennen, dal~ der tiberwiegende Tell des Protoplastenvolumens niehtlSsender Raum ist.

Deshalb sind aueh Plas - molysebeglnn und schwa- ehe Plasmolysegrade bis- weilen sehleeht zu sehen. Bei Pollen mit L~ngsfalte, die nieht sehr ausgetroek- net sind, ist als Vorsta- dium des Plasmolyseein- trittes und in Konzentra- tionen, die zur Plasmolyse nieht ausreiehen, das Ein- falten des noeh runden Kornes oder eine Veren- gung der bestehenden Falte zu sehen; daraus kann uuf die Wirkung der L6sung gesehlossen wer- Abb. 1 b. den.

P l a s m o l y s i e r b a r e P o l l e n k S r n e r . Die zur Untersuehung heran- gezogenen lufttroekenen oder reifen Pollen waren mit wenigen Ausnahmen

Knospenl~nge 14mm, Staubbl/~tter 9 bzw. 5,5 rmn (zum Vergleich: offene B1/iten sind 20 mm lang, ihre Staubbl/itter 19 bzw. 20 ram). Anthereninhalt bereits trocken, die generative Zelle ist noch mehr oder weniger rund. In 0,5 tool CaCl~ l l Minuten, in 2,0 tool CaC12 26 Minuten, naeh dem Einlegen photographiert.

l~ber die Plasmagrenzs&ichten im Pollenkorn 371

in 0,5 bis 1,0 tool CaC12 plasmolysierbar. Plasmolyse zeigten" Aloe ciliaria, Hosta sp., Kniphofia galpinii, Veltheimia viridi/olia, Yucca gloriosa; Ga- lanthus nivalis, Haemanthus brachyphyllus, Leucojum vernum; Descantaria pflanzii, Tradescantia sp. (Glashaus), Zebrina pendula" Taxus baccata.

Da in Ca-LSsungen sowohl die Bildung einer Niederschlagsmembran an der Plasmaoberfl~che als such eine tiefer vordringende Verfestigung des Plasmas das Vorhandensein einer Grenzschicht vortiiuschen kSnnte, wurden aueh Plasmo- lyseversuche in Zuckerl6sungen unternommen, die ebenfalls zu positiven Ergebnissen ftihrten. So wurden in Traubenzucker- 16sungen yon 0,5 mol Pollen yon Zebrina purpusii, in 1,0 bis 2,0 tool die yon Hosta sp., Kni phofia ffalpinii, Haemanthus albiflos, Haemanthus brachy- phyllus und in gohrzucker- 15sungen (1,0 bis ],5 tool) u. a. Agapanthus sp., Hosta sp., Haemanthus brachyphyllus und jiingere Stadien yon Echeandia terniflora plasmolysiert. Abb. 1 c.

Abb. 2 zeigt PollenkSrner yon Echeandia terniflora ~ in ParaffinS1 (a) und plasmolysiert in 1,0 tool Traubenzucker (b) sowie in 1,0 tool l~ohrzucker (c).

Aueh in anderen Verbindungen waren Plasmolysen zu erzielen, so in 2,0 bis 3,0 tool Harnstoff bei Haemanthus albiflos und Haemanthus brachyphyllus, in 3,0 tool Glycerin und in 1,0 tool KC1 bei Kniphofia galpinii. Die hohen Konzentrationen yon Glycerin nnd Harnstoff waren angesichts der hohen Durehl~ssigkeit der Objekte nStig, um fiberhaupt Plasmolyse zu erzielen.

P l a s m o l y s e f o r m e n . Der kontrahierte PollenkorninhMt behielt, um tin weniges verkleinert, zumeist den UmriB des Pollenkornes bei. In K6r- nern mit L~ngsfalte erfolgt die Abhebung vielf~ch zuerst l~ngs der ein- springenden Membran, anschlieBend kann sie in allseitige Abhebung iiber- gehen. Diese Plasmolyseform verr~t eine recht hohe Viskosit~t und Kon- sistenz des Pollenplasmas und dfirfte keineswegs als ,,konvex" und als An- zeiger einer niederen Viskosit~t gewertet werden. Bei weniger viskosem Polleninhalt ergeben sieh auch andere Plasmolyseformen. So sah ich bei Pollenk6rnern aus noeh geschlossenen, jedoeh sehon fertig entwiekelten

3 Knospe von 4 mm L~nge, die Pollenk6rner liegen noch im Antherensaft und die generative Zel]e ist noch mehr oder weniger fund; es handelt sieh also um ein frfihes Stadium. Plasmolyseeintritt in beiden Plasmo]yticis konkav, naeh 6 Minuten weitgehende Abrundung. Die Photos sind in Traubenzucker 9 Minuten und in ]~ohr- zueker 13,5 Minuten nach dem Einlegen in alas Plasmolytikum angefertigt. In Traubenzucker waren 29 Minuten nach dem Einlegen alle Ze]len, in ~ohrzucker nach 32 Minuten ca. 40% deplasmolysiert.

24*

372 ~_. Hofmeister

Antheren Plasmolyseeintritt mit zahlreiehen kleinen, konkaven Buchten bei Descantaria pflanzii in 1,0 mol CaCle, bei Haemanthus albiflos in 1,5 mol Traubenzucker und bei Kniphofia gaIpinii in 3,0 mol Glycerin; bei Echeandia terniflora gab es in 1,0 tool Traubenzucker und 1,0 mol gohrzucker eeMge

Abb. 2 a.

bis gro[~buchtig-konkave Plasmolysen. Wenn wit versuchen, naeh der Plas- molyseform auf die Viskositgt zu schliegen (Weber 1924, 1925), mtissen wir

Abb. 2 b.

beachten, dab im Innern dieser Plasmaleiber kein Zellsaft liegt. Das zgheste Plasma ist hier wohl dasjenige, welches den Zellumril~ weitgehend wiedergibt, das fliissigste vielleieht das mit den vielen kleinen Buehten, das zugleieh eine ftir diese 0bjekte ungew6hnlieh starke Adhgsion an die Wand zeigt.

~ber die Plasmagrenzsdliehten im Pollenkorn 373

L e b e n s r e a k t i o n e n n a e h P l a s m o l y s e . Die Verkleinerung des Pro- toplas tenvolumens beweist ftir sieh allein noeh nieht, dab eine eehte Plas- molyse vorliegt, bei weleher der Lebenszus tand des Plasmas erhal ten ge- blieben ist. Deshalb wurde wiederholt Deplasmolyse dureh Wasserzusatz, naehher aueh neuerliehe Plasmolyse Ms Lebensreakt ion durehgeftihrt, bis- weilen dieser V o r g a n g aueh mehrmals wiederholt.

Pollen aus noeh gesehlossenen, roll entwickelten Antheren yon Aloe ciliaris wurde in 1,0 tool CaCI~ plasmolysiert - - es gab unregelm/~gige Abhebung in mehreren gr6Be- ren Buehten - - naeh 17 Minuten wurde durch Wasserzusatz deplasrnolysiert; 2--3 Mi- nuten sparer platzten die ersten K6rner in Wasser. Darauf wurde in 1,0 tool CaCI 2 neuerlieh plasrnolysiert - - Abhebung raseh und allseitig rnit unregelm/igig hiigeliger Oberfl/iehe des kontrahierten Protoplasten - - neuerliehe Deplasmolyse dureh Wasser- zusatz bis zurn Platzen einiger K6rner, noehmaliger Plasmolyseeintritt in 1,0 tool CaC12.

Abb. 2 c.

Pollenk6rner aus einer j6ngeren Knospe von Echeandia terniflora (Knospenl/~nge 4 turn, Staubblattlgnge 3,5 rnm), die noch irn Antherensaft lagen, wurden in 1,0 tool Traubenzueker lolasmolysiert, nach 61/2 Minuten ist Deplasrnolyse eingetreten. Da so rasehe Riickdehnung in Traubenzueker iiberraseht, wurde dureh nochrnalige Plasrno/ lyse in 1,0 rnol CaC12 der Lebenszustand kontrolliert.

Pollenk6rner aus einer kleinen Knospe von Kniphofia galpinii (Knospenl~nge 7 rnm, Staubblatt 5 mrn, die generative Zelle liege sehon irn Inneren des Kornes, ist abet noch rund. Es handelt sich irn Vergleich zu den iibrigen Versuehen urn ein sehr frtihes Stadium). In 3,0 rnol Glycerin Plasmolyse, 3�89 Minuten naeh dern Einlegen bereits Deplasrnolyse infolge Permeation. AnsehlieBendes Durchsaugen yon 2,0 tool Rohr- zucker ergab sofortige, buchtig konkave Plasrnolyse, die 1�89 Stunden spgter noeh bestand.

P o l l e n s c h l a u c h b i l d u n g n a c h P l a s m o l y s e . Gelegentliche Neben- beobachtungen zeigten, dab nach Plasmolyse der PollenkSrner zumindest- in Rohrzucker- und Traubenzucker l6sungen die Keimf~higkeit erhal ten bleiben kann. So zeigte Pollen von Kniphofia galpinii nach kr~ftiger Plas- molyse in 1,5 tool Traubenzucker nach 24 Stunden 5~o der K6rner ge-

374 [~. Hofmeister

keimt, miv Pollenschl~uchen vom vier- bis ffinffachen 1)urchmesser des Kornes. Pollenk6rner derselben Pfl~nze, die zur Feststellung des osmotischen Grenzwertes in Rohrzucker (O g = 0,5 tool l~ohrzucker) gebracht wurden, zeigten Keimung in 0,5, 0,6 und 0,8 tool Rohrzucker. In 0,6 und 0,8 tool bestand Plasmolyse, die vor Beginn der Keimung zurfickgegangen sein muB. Bei Haemanthus brachyphyllus keimten nach Plasmolyse in 1,0 tool Rohrzucker 50 bis 60% mit Pollenschl~uchen von der L~tnge des ffinffachen Korndurchmessers, nach Plasmolyse in 1,5 tool Traubenzucker keimte ein Drittel der K6rner, der Rest platzte. Es ist Mar, dad in diesen Versuchen keine optimMen Keimungsbedingungen vorlagen, um so mehr sprechen die Ergebnisse ffir die Unsch~dlichkeit der Zuckerplasmolyse bei diesen Ob- jekten. Die Frage, ob nach Plasmolyse mit SMzl6sungen (insbesondere Ca-SMzen) oder etwa mit Harnstoffl6sung Keimung m6glicb ist, bleibt, nocb often.

N i c h t p l a s m o l y s i e r b a r e P o l l e n k 6 r n e r . Unter 40 untersuchten Objekten war die Mehrzahl plasmolysierbar; bei einigen war fiberbaupt keine, bei anderen unter bestimmten Bedingungen keine Plasmolyse zu erreichen.

So war Pollen aus oftener Antheren yon Zebrina purpusii (dessen Lebens- zustand durch Keimprobe festgestellt wurde) in folgenden L6sungen nicht zu plasmolysieren: Glycerin -~- Wasser im Verh~ltnis 2"1, K N Q 1,2 tool, Harnstoff 2,0 tool. In 1,0 mol CaCI 2 kam eine schwaehe Abhebung zustande, Deplasmolyse dutch Wasserzusatz gelang jedoeh nicht. - - Eranthis hie- malis, Pollen aus oftener Anthere war in 1,0 wie aueh in 2,0 mo] CaC12 nicht zu plasmolysieren. Auger diesen F~tllen, in denen anscheinend Plasmo]yse fiberhaupt nicht vorkommt, fanden sich andere, wo gewisse Plasmolytika nur in sehr hohen Konzentrationen wirksam waren, weil das Plasma fiber- raschend hohe Durchl~ssigkeit zeigte. Teilweise sind es jfingere Entwick- lungszust~nde, die immerhin schon die charakteristische zweispitzige Form der generativen Zelle zeigen. Solche Beispiele sind: Haemanthus brachy- phyllus (Blfite 26ram, Staubblat t 21,5ram, Antheren geschlossen mit trockenem InhMt; osm. Grenzwert des Pollens ca. 1,0 tool l~ohrzucker). In 2,0 tool Glycerin in einem FM1 keine Plasmolyse, in einem anderen Plas- molyse und Wiederausdehnung nach 3 ~ Minuten beendet. In 3,0 mol Glycerin Plasmolyse und Deplasmolyse nach 4 Minuten beendet. Hier liegt einfach hohe Durchl~tssigkeit vor. Pollen aus jfingeren Knospen derse]ben Pflanze (Knospe 12 ram, Staubblat t 8 ram, Antherensaft) zeigen in 2,0 wie in 3,0 tool Glycerin ke~ne Plasmolyse, nachfolgendes Durchsaugen von 1,0 mol CaC12 ergab jedoch Plasmolyse..A-hnlieh verh~lt sich lufttrockener Pollen von Agapanthus sp., der in 1,2 tool Rohrzucker keine, in 0,5 mol CaC12 vereinzelt schwache Plasmolyse zeigte. Dagegen war Pollen aus einer geschtossenen Anthere einer offenen Blfite der gleichen Pflanze in beiden L6sungen wie auch in 1,0 tool Traubenzucker plasmolysierbar. _~hnliche Ergebnisse fanden sich bei Hosta sp. und Echeandia terniflora ffir gewisse jfingere Stadien.

E r g e b n i s de r P l a s m o l y s e v e r s u c h e . Pollenk6rner einiger Arten k6nnen nicht plasmolysiert werd6n. Aus diesem Umstand und dem Mlge-

Uber die Plasmagrenzsdlichten im Pollenkorn 375

mein verbreiteten Verhalten des Pollenplasmas in Wasser ist leicht der Schlug zu ziehen, dag hier keine semipermeable Grenzsehicht vorliegt. Nieht einmal in CaC12-L6sung kommt eine Grenzschichtbildung wie etwa die surface precipitation reaction zustande. Zahlreieher wurden bei den hier iiberwiegend untersuehten Monoeotylen die Pollensorten gefunden, welehe Plasmolyse zeigen. Aueh da ist die Art yon Grenzsehieht, die P l o w e (1931) Plasmalemma genannt und als hoehelastisehe Fltissigkeit besehrieben hat und die bei den meisten Pflanzenzellen vorliegt, nieht zu konstatieren. Bei Verletzung fliegt der Inhalt des plasmolysierten Kornes aueh in hyper- toniseher ZuekerlOsung, nut etwas langsamer als in Wasser, auseinander. Augere Partien und Binnenplasma unterseheiden sieh in keiner Weise. Die MSgliehkeit, eine schiitzende Sehieht an der Grenzfliiehe zu bilden, wiirde sieh bei Denaturierung in Wasser ebenso verraten wie bei normMen Pflan- zenprotoplasten, welehe Plasmabl~isehen und Kugeln bilden.

Selbstverst~ndlieh miissen aueh beim Pollenkornplasma an der Grenz- fl~tehe Plasma/L6sung bestimmte Molektile, vor allem Lipoide angereiehert sein, die in bestimmter Orientierung vorliegen; die Phasengrenzfliiehe ist gewiB aueh bezfiglieh Oberfl~ichenspannung und anderer physikMiseher Eigenschaften yore Binnenplasma versehieden. Doeh ist diese Grenzfl~ehen- struktur bier offensiehtlieh so sehwaeh ausgebildet und so labil, dal~ sic experimentell nieht naehgewiesen werden kann und nut innerhalb der sehiitzenden Membran des Pollenkornes Bestand hat. Vielleieht beruht die sehwaehe Ausbildung und die Labilit~t der Grenzsehicht auf dem Fehlen einer Eiweil3komponente oder auf vom Normalfall abweiehender Gestalt und L~tnge der Polypeptidketten. Das Vorhandensein einer Eiweigkom- ponente neben der Lipoidkomponente in der ~uBeren Plasmagrenzsehieht ausdifferenzierter Pflanzenzellen wurde kiirzlieh ( H o f m e i s t e r 1954) als vermutliehe Ursaehe der geringen Fusionsfiihigkeit naekter, plasmolysierter Pflanzenprotoplasten bezeiehnet. In einem einzelnen, nieht weiter verfolgten Falle konnte ich sofortige Fusion der Pollenkornprotoplasten von Kniphofia uvaria beobaehten, die dutch Zerdriieken der K6rner in Antherensaft frei- gelegt und zur Vereinigung gebraeht wurden. Die Fusionsfiihigkeit sprieht jedenfalls ftir das Fehlen langgestreekter Eiweigmolekiile. Vielleieht liegt in der Oberfl~ehe des Pollenkornplasmas eine Struktur vor, die infolge zu sehwaeher Ausbildung oder infolge besonderer Natur ihrer Komponenten bzw. besonderer Anordnung dieser keine nennenswerte Permeabilit~ts- sehranke darstellt, und es verdiehtet sieh nut der ~tugere Teil des Plasmas oder das gesamte Plasma unter dem EinfluB der hypertonisehen LOsungen so weir, dab der Zell-Leib zusammenhalt, solange die Festigkeit dieses Systems nur hypertonisehen L6sungen gegeniibersteht. In verdiinnten LSsungen oder Wasser ziehen die 15sliehen Bestandteile des Pollenplasmas (Zueker) Wasser an. Der Volumszunahme dureh das eindringende Wasser ist die geringe Festigkeit des entquollenen Plasmas oder der entquollenen AuBenpartien nicht gewaehsen. Itier fehlt eben die Elastizit/~t des Plasmalemmas, als deren Ursaehe P l o w e (1931) die Eiweigkettenmolekifle bezeichnet hat.

Die hohe Permeabilit/~t fiir Harnstoff, Glycerin und sogar fiir die Zueker wi~re bei einem normalen PlasmMemma kaum denkbar und ist mit ein

376 L. Hofmeister

Beweis ffir die vom NormMfall abweiehende Natur der Oberflgehe des vegetativen Pollenkornplasmas. I-Iier kann man also im buehstgbliehen Sinne yon der Permeabilitgt des Plasmas selber spreehen, da die Itaut- sehiehten keine Rolle spielen und die ganze Plasmamasse einen einheit- lichen Permeationswiderstand aufweist.

Versehiedene Entwieklungsstadien der Pollenkfrner zeigen versehiedene Durehlgssigkeit. Es wird interessant sein, festzustellen, wie es mit der Grenzsehieht und der Permeabilitgt der Pollen-Mutterzellen und mit der der jungen Mikrospore vor der ersten Kernteilung steht. Meine bisherigen Beobaehtungen tiber die Vergnderungen der Permeationseigensehaften yon Pollenkfrnern im Laufe ihrer Entwieklung sind noeh zu ltiekenhaft, um mehr als die Existenz soleher 2[nderungen festzustellen. Permeabilitgts- gnderungen mit dem Alter oder dem Entwieklungszustand der Zellen sind seit W e b e r s (1930) Versuehen an Spirogyra mehrfaeh Gegenstand der Untersuehung gewesen. Zu einer intensiveren Behandlung der Protoplas- matik der zellulgren Nntwieklungsprozesse hat R e u t e r (1958) in ihrer zu- sammenfassenden Darstellung fiber die Protololasmatisehe Pflanzenana- tomie angeregt.

Zuletzt mug noeh gefragt werden, ob das Wort ,,Plasmolyse" auf die be- sproehenen Erseheinungen anwendbar ist, oder ob man eher ,,Gntquellung" sagen sell wie g e s f i h r (1935) bei seinen Permeabilitgts- und osmotisehen Untersuehungen an /"ucus-Niern, die ebenfalls des Zellsaftes entbehren. Doeh stellt der Vorgang tatsgehlieh eine Loslfsung des Plasmas yon der gellwand unter der Wirkung wasserentziehender Nittel dar, entsprieht also der Definition der Plasmolyse (in der yon der Vakuole nieht die Rede ist).

Etwas abweiehende Verhgltnisse liegen bei der Plasmolyse in CaC12- L f s u n g vor. Beim Zerdriieken in dieser LSsung sieht man eine kompakte Plasmamasse austreten, die sieh nieht mehr zerteilt und dureh und dutch gleiehmgBig fest ist, das Ca mug also ohne Sehranke eingedrungen sein. Eine sehfitzende Grenzschieht wfirde das Ca vom Binnenplasma abhalten. Aueh diese Einzelheit sprieht gegen die Annahme einer semipermeablen Hautsehieht.

3. Die Grenzschicht der generativen Zelle

Inmitten des vegetativen Plasmas des Pollenkornes liegt die generative Zelleq Es wird allgemein angenommen, dal3 die generative Zelle von einer Hautsehieht begrenzt ist (s. S c h n a r f 1941, S. 137). Der Naehweis einer solehen Hautsehieht dfirfte, soweit es sieh um das ruhende Pollenkorn handelt, mit physiologisehen Methoden noeh nieht durehgeftihrt worden sein. K o s t r i u k o v a (1941) hat auf das Vorhandensein der Hautsehieht bei Convallaria majalis (und bei Lilium martagon, Tulipa gesneriana, Paris quadri/olia) nur auf Grund eines stark lichtbreehenden Randes gesehlossen.

4 Auf die in der Cytologie noeh nieht beendete Diskussion fiber das Thema ,,gene- rative Zelle" oder ,,generativer Kern" ist hier nicht einzugehen, da ffir die vorliegende Untersuchung Objekte gewghlt wurden, welehe das Plasma der generativen Zelle er- kennen lieBen.

0bet die Plasmagrenzs&iehten im Pellenkorn 377

Im Laufe meiner Versuehe konnte ieh wiederholt ein Verhalten der generativen Zelle beobaehten, des als physiologiseher Beweis fiir des Vor- handensein ihrer I-Iautsehioht oder doeh als Demonstration einer solehen betraehtet werden kann. Aus PollenkSrnern yon Gladiolus sp., welehe in destilliertem Wasser in der bekannten Weise platzten, wurde die generative Zelle herausgesehleudert: sie behielt dabei zun~ehst ihre sehlanke, zwei- spitzige Form. Ansehliel3end rundete sie sieh zur Kugel, aueh ihr Kern wurde rund. Es lag also im Wasser ein kleiner Protoplast mit deutlieh siehtbarer Doppelkontur (Kern, Plasma), der nieht zerging. Rundum zer- flog des vegetative Plasma des Pollenkornes in der bekannten, sehon ge- sehilderten Art und Weise. Das Verhalten der generativen Zelle bildete dazu einen starken Kontrast und erinnerte an des des Plasmas ausdifferen- zierter Zellen. Nine gleiehsinnige Beobaehtung erfolgte an Veltheimia- Pollen in 0,3 mol Rohrzuekerl6sung, welehe mit Zitronens~ure leieht an- ges~uert war. An PollenkSrnern desselben Objektes konnte ieh beim vor- siehtigen Zerdriieken in 1,0mol Rohrzueker die gleiehe Beobaehtung maehen. Aueh bei Tradeseantia virginiana sah ich in Wasser dasselbe. Hier zerplatzte die generative Zelle eine Minute nach ihrem Austritt in das Wasser, wieder im Gegensatz zum Zergehen des vegetativen Plasmas.

Unter dem EinfluB der hohen Konzentration diverser Plasmolytika nimmt der Wassergehalt des vegetativen Pollenplasmas, also des Milieus, in dem die generative Zelle liegt, betr~chtlieh ab und die Konzentration der darin enthaltenen gelSsten Stoffe entspreehend zu. In etwa 5% der Beobaehtungen an plasmolysierten PollenkSrnern sah ieh Bilder, welehe der theoretiseh durehaus denkbaren Plasmolyse der generativen Zelle inner- halb des vegetativen Plasmas entspraehen. Die generative Zelle war ein wenig kontrahiert, das vegetative Plasma dtirfte sich aber auch seinerseits yon der ursprtinglichen Lag e an der Wand der generativen Zelle zurtick- gezogen haben, so dal3 ein ,,Vorraum" entstand, der mit Fltissigkeit erfiillt sein muBte. Diese Erscheinung sah ich z .B. bei Aloe ciliaris und bei Haemanthus in 1,0 CaCi~, bei Agapanthus sp. in 2,0 tool CaC12. Bei Eche- andia terniflora sah ich an Pollenk6rnern jiingerer Antheren, in welehen die generative Zelle noeh rund war, aber doeh sehon im Innern des Pollen- kornes lag, bei Plasmolyse des Kornes in 1,0 tool Traubenzueker eine kon- kave Bueht in das Plasma der generativen Zel]e hineingewSlbt, bei Hae- manthus braehyphyllus ~hnliehes in Harnstoff (2,0 tool) und in KC] (1,0 tool).

Abb. 3 zeigt ein Pollenkorn aus einer jungen Bliite yon Haemanthus brachyphyllus 5. Es war naeh 48 Stunden Aufenthalt in 1,5 mol Rohrzueker noch immer plasmolysiert. Durch Wasserzusatz wurde Deplasmolyse ein- geleitet und anseh]ieBend in 2,0 too] CaC12 neuerlieh plasmolysiert. Die Ab- bildung zeigt den konkaven Plasmolyseeintritt in CaCl~ und einen hellen Saum um die generative Zelle, der die Abhebung ihres Plasmas yore tib- rigen Pollenkornplasma anzeigt. Man erkennt kleine konkave Buchten.

5 L~nge der Bliitenknospe 12,5ram, StaubbIattl~nge 7,2 bzw. 8,5 mm (zum Vergleieh: ausgewachsene Bliite 28 mm, Staubbl~tter 18 bzw. 22 ram). Die genera- tive Ze]le war zumeist noeh rund, nahm abet bei l~ngerem Aufenthalt in der Rohr- zuekerlSsung die charakteristische zweispitzige Form an, die in der Abbildung vorliegt.

378 l~. Hofmeister

G e i t l e r (1935) stellte fest, dab die zwei versehieden grogen Plasma- portionen der generativen Zelle und des vegetativen Plasmas bei ihrer Ent- stehung Kerne mit gleiehen Chromatinmengen erbalten. Sp/*ter veri*ndert sieh der vegetative Kern im Sinne einer Vermehrung der Kerngrundsub- stanz, so da6 die Kern-Plasma-Relation erhalten bleibt. Zur Frage, ob zellphysiologiseh faBbare Eigensehaften des Plasmas vom Kern oder in welehem Ausmal~ sie yon seinen Komponenten beeinflul3t werden, dtirfte der protoplasmatisehe Vergleieh der beiden von einer und derselben Zelle

Abb. 3.

abstammenden Plasmaportionen des Pollenkornes einen Beitrag leisten k6nnen. Es bleibt allerdings abzuwarten, ob die vergleiehende Erfassung mehrerer dieser Eigensehaften methodiseh gelingt.

Zusammenfassung

Das vegetative Plasma der Pollenk6rner ist mit Wasser mischbar. Dieser Umstand ist der Tatsache zu verdanken, dab es keine Grenzsehicht besitzt, welche dem Plasmalemma der durehsehnittliehen Pflanzenzellen meehaniseh oder physio]ogiseh gleichwertig w~re.

Pol]enk6rner verschiedener Pflanzen lassen sich aus diesem Grunde nieht plasmolysieren.

Zahlreieher sind die Pollensorten, welche in Anelektrolyt- und Salz- 16sungen trotzdem plasmolysiert werden k6nnen. Auch da seheint keine dem Plasmalemma gleiehwertige semipermeable Membran vorzuliegen. Die extrem hohe Permeabilit~t maneher Pollenk6rner und maneher Stadien yon solchen ftir Anelekrolyte und besonders ftir Traubenzucker entsprieht diesen Verh~tltnissen.

Die generative Zelle besitzt ein echtes Plasmalemma.

G'ber die Ptasmagrenzsdfid~ten im Pollenkorn 379

L i t e r a t u r

Beer , R., 1906: On the development of the pollen grain and anther of some Onagraceae. Beih. Bot. Cbl. 19, 286.

C h a m b e r s , R., 1917: Microdisseetion studies. I. The visible structure of cell proto- plasm and death changes. Amer. J. Physiol. 48, 1.

- - 1949: Mierurgieal studies on Protoplasm. Biol. Rev. 24, 246. D a n g e a r d , P., 1956: Le vaeuome des grains de pollen et sa coloration vitale. Proto-

plasma, Weber-Festsehrift. D u j a r d i n , F., 1835: Reeherches sur les organismes inf6rieurs. Zoologic, vol. IV,

2 e s6rie, 343. G e i t l e r , L., 1935: Beobaehtungen fiber die erste Teihmg im Pollenkorn der Angio-

spermen. Planta 2~, 361. - - 1937: Zur Morphologie der PollenkSrner von Clarkia elegans. Planta 27, 426. H o f m e i s t e r , L., 1940: Studien fiber Mikroinjektion in Pflanzenzellen. Z. Mikrosk.

57, 274. - - 1950: Eine einfaehe Apparatur ffir quanti tat ive Mikroinjektion nebst Bemerkungen

fiber plasmatisehe Injektion. Protoplasma 39, 323. - - 1954: Mikrurgische Untersuchung fiber die geringe Fusionsneigung plasmQlysierter,

nackter Pflanzenprotoplasten. Protoplasma ~3, 278. K a i e n b u r g , A., 1950: Zur Kenntnis der Pollenplastiden und der Pollenschlauch-

leitung bei einigen Oenotheraceen. Planta 38, 377. K o s t r i u k o v a , X. J., 1941 : On the pellieular layer of the Cytoplasma of the genera-

t i re cell of Convallaria majalis L. C. t~. (Doklady). Aead. Sci. U. R. S. S., n .s . 30, 463.

L i n s b a u e r , K., 1933: Untersuchungen fiber Plasma und Plasmastr6mung an Chara- Zellen. V. Untersuehungen des Protoplasmas mittels der Ausflugmethode. Proto- plasma 18, 554.

M f i l l e r - S t o l l , W. t~., 1948: Cytomorphologisehe Studien am Pollen yon r~axus bac- cata L. und anderen Coniferen. Planta 35, 601.

P l o w e , J. Q., 1931: Membranes in the plant cell. I. Morphological membranes at protoplasmic surfaces. Protoplasma 12, 196.

R e s f i h r , B., 1935: Zur Theorie der Plasmotyse- und Deplasmolysedauer (Entquel- lungs- und Quellungsdauer) lebender Protoplaste. Protoplasma 23, 337.

R e u t e r , L., 1955: Protoplasmatisehe Pflanzenanatomie. Protoplasmatologia (Hand- buch d. Protoplasmaforsehung XI, 2).

S e h n a r f K . , 1941: Vergleiehende Cytologie des Gesehlechtsapparates der Kormo- phyten. Monogr. z. vergl. Cytologie I. Gebr. Borntraeger, Berlin.

S c h o e h - B o d m e r, H., 1936 : Zur Physiologie der Pollenkeimung bei Corylus avellana: Pollen- und Narbensaugkr/~fte, Quellungserseheinungen der Kolloide des Pollens. Protoplasma 25, 337.

S e i f r i z W., 1921: Observations on some physical properties of protoplasm by aid of mierodisseetion. Ann. Bot. 35, 269.

W e b e r F., 1924: Plasmolyseform und Plasmaviscositfit. 0st. bot. Z. 73, 261. - - 1925: Uber die Beurteilung der Plasmaviseosit~it nach der Plasmolyseform (Unter-

suchungen an Spirogyra). Z. Mikrosk. 42, 146. - - 1932: Plasmolyse und ,,surface precipitation reaction". Protoplasma 15, 522. - - 1934: Plasmalemma-ZerstSrung und Tonoplasten-Bildung. Protoplasma 21,424.