Archly fiir Mikrobiologie 58, 212--227 (1967)

Botrydiumgranulatum Grev. (Xanthophyceae)

Zum Feinbau von

H . FAL:K Botanischcs Institut der Universitiit Freiburg i. Br. Lehrstuhl fiir Feinstrukturforschung Eingegangen am 15. J u n i 1967

Ultrastructure o/Botrydium g r a n u l a t u m Grev. ( X a n t h o p h y c e a e ) Summary. The fine structure of the multinucleate alga Botrydium gran~datum (Xanthophyceae) has been examined by electron microscopy. In these cells the different energids are not separated by any membraneous structures. The plastids are (in addition to their own double membrane) surrounded by an outer envelope which is sometimes continuous with cisternae of the endoplasmic reticulum or, especially during the formation of zoospores, connected with perinuclear cisternae. Bands, consisting of three thylakoids each, traverse the plastids. Within these bands the thylakoids are not tightly appressed, but loosely associated with a distinct, narrow space in between them. The plastids contain pyrenoids as regions of a somewhat denser matrix which are not limited by particular membranes. I n each energid there is a Golgi apparatus composed of two reticulate dictyosomes, which are located in a typical parabasal position, relating to the two centrioles or the flagellar bases, respectively. An association between these dictyosomes and the nuclear envelope is apparent. Yesicles, which seem to derive from blebs of the outer membrane of the nuclear envelope, appear to coalesce with the cisternae of the dictyosomal forming face. Furthermore, evidence is presented for the derivation of some characteristic vesicles like the "coated" and "fusiform" vesicles from the dictyosomes. The structural features are discussed with reference to the position of the Xanthophyceae in the taxonomic system of algae.

Zusammen/assung. Die polyenergide Xanthophycee Botrydium granulatum wurde nach Glutaraldehydfixierung elektronenmikroskopisch an Ultradfirmschnitten untersueht. 1. Die Energiden sind cytomorphologisch nicht gegeneinander abgegrenzt. 2. Die Chromatophoren besitzen keine Grana, ihre Thylakoide sind zu Dreiergruppen assoziiert. Die Thylakoidmembranen erscheinen innerhalb dieser Dreiergruppen einander gen~ihert, jedoch nicht zu gemeinsamen, dickeren Membranen versehmolzen. Jede Plastide enth'~lt ein nicht yon einer besonderen l~embran umgebenes Pyrenoid, das yon ThylakoidbEndern Equidistant durchsetzt ist. 3. PeriplastidEre Cisternen des endoplasmatischen Reticulum stehen zu gewissen Zeiten -- besonders wEhrend der SchwErmerbfldnng -- mit der Kernhfille in Verbindung. 4. Der Golgi-Apparat besteht aus nctzig gebauten Dietyosomen, die jeweils paarweise einem Kern zugeordnet sind. Die Eul]ere Kernmembran wcist im Bereich dor Dictyosomen bl~schenf6rmige Vorw61bungen auf, die sich yon ihr abzutrennen scheinen und als Vesikel den plasmatischen R a u m zwischen Kern und I)ictyosom

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erfiillen (Regeneration des Golgi-Apparates ?). Die Lage des Golgi-Apparates in bezug auf CentriolerL bzw. GeiBeln ist parabasal. 5. Die ruhende Alge besitzt zwei Centriolen pro Kern. Aus ihnen gehen bei der SehwS~rmerbildung zwei GeiBeln hervor. Diese liegen vor der Freisetzung der SehwHrmer fiberwiegend in kleinen Vacuolen. Ihre Basis zeigt eine kurze ,yberg~ngsregion". Die taxonomische Einordnung der Xanthophyceen in der Nachbarschaft der Braunalgen wird an Hand der Befunde diskutiert. Wie Untersuehungen der letzten J a h r e gezeigt haben, k a n n die Berfieksichtigung submikroskopiseher Merkmale ffir die Taxonomie der Algen reeht wertvoll sein (Beispiele siehe bei SC~USSNIG, 1966). Das gilt besonders ffir die systematisehe Zuordnung zu bestimmten hSheren Taxa, die vordem allein auf Grund liehtmikroskopiseher Beobaehtungen unter Zuhilfenahme bioehemiseher Anhaltspunkte (vor allem Pigmentausstattung) erfolgt war. -- Ein wesentliehes Ergebnis der Elektronenmikroskopie ist die Erkenntnis, dug bezfiglich der Feinstruktur der einzelnen Zellorganellen (yon wenigen speziMisierten Zelltypen abgesehen) bei den E u k a r y o n t e n weitgehende Ubereinstimmung besteht. Taxonomiseh verwertbare Befnnde ergeben sieh dagegen aus dem S t u d i u m der Organisation der Zelle, aus gesetzmi~gig wieclerkehrenden Lagebeziehungen der Organellen zueinander. Hierauf h a t in einer kfirzlieh ersehienenen Ver6ffentliehung SC~NEPF (1966) aufmerksam gemaeht (vgl. aueh MANTON, 1966). Zumal bei unbegeigelten F o r m e n k6nnten derartige Untersuehungen zuss Anhaltspunkte liefern (fiber die taxonomisehe Bedeutung des G e i g e l f e i n b a u e s vgl. MANTON, 1965). Da die Zahl der in diesem Sinne auswertbaren Publikationen ffir die X a n t h o phyeeen bisher gering ist, untersuehten wit die Feinstruktur yon Botryclium granulatum, einer heterosiphonalen Alge, der als einer typisehen polyenergiden Zelle augerdem ein besonderes eytologisehes Interesse gilt. Material und Methoden Die Algen wurden fiber mehrere Jahre jeweils im Sp~tjahr (September--November) am natfirliehen Standort (Rheinseitenarm bei Ketseh bzw. Lampertheim) durch Abheben grSgerer Substratplatten ges~mmelt und unmittelbar darauf mit einer groBen Menge GlutarMdebyd (GA, 60/0, 0,1 M phosphat- oder eaeodylatgepuffert, pH 7,2) in situ fixiert (etwa 12 Std). Nach Freipr~parieren der Individuen wurde mehrfaeh in Puffer gewasehen und mit 1~ OsO4 bzw. 2~ KMnO4 naehfixiert (2--3 Std). Stufenlose Entwgsserung naeh SITTEund Einbettung in Araldit erfolgte in der fibliehen Weise. Grogflgehige Sehnitte wurden mit dem Reiehert-Mikrotom 0mU2 hergestellt und mit Pb-Citrat naeh REYNOLDSkontrastiert. Die Elektronenmikrogramme wurden mit dem Siemens-Elmiskop I bzw. Ia aufgenommen. Zur Induktion der Sehw~rmerbildung wurden die Algen auf dem Substrat unter Wasser gesetzt. Nach ca. 10 Std traten im Mlgemeinen die Zoosporen aus; sie bewegten sieh sogleieh zur Wasseroberfl~ehe, wo sie sehr bald ihre Geigeln verloren. Eine artefaktfreie Fixierung freisehwimmender, begeil3elter Sehw~rmer ist bisher nieht gelungen, doch lieBen sieh die Entwieklungsstadien kurz vor dem Aussehwgrmen erfassen.

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Ergebnisse und Diskussion Die yon einer derben Wand umschlossene, blasig-birnenfSrmige Alge weist einen relativ diinnen, plasmatisehen Belag auf, der eine grol~e, zentr&le Vacuole nmgibt (vgl. P A s c g ~ , 1939). Die Z e l l w a n d (Abb. 1) enthglt tangential angeordnete Cellulosefibrillen, die in mehreren Schiehten fibereinander liegen. Dazwischen treten Bereiche auf, in denen die Fibrillen einer Lage in die ngchste umzubiegen scheinen. Dies Erscheinungsbild lg6t sich erklgren, wenn man annimmt, dal~ die Fibrillen einer

Abb. 1. Zellwand (Querschnitt). Aul~enseite oben. Die Strichmarke entspricht jeweils 1 ~m Lage gekreuzt zu jenen der benachbarten Lagen verlanfen; dann sieht man im Schnitt neben solchen, die genan in der Schnittebene liegen, immer wieder auch sehrgg angeschnittene Fibrillen. Derartige Wandtexturen sind yon vielen anderen Algen bek~nnt. Die bei PASOttEI~ (1939) ffir tteterokonten angegebene Zweischiehtigkeit der Wand war bei Botrydium elektronenoptisch nieht zu erkennen.

Chromatophoren und Pyrenoide Die bei weitem auffglligsten und grSl~ten Organellen der Alge (Durchmesser bis zu 8 btm) sind die Plastiden. Sic finden sieh vorwiegend an der Peripherie der Zelle, gegen die sic abgeplattet erscheinen (Abb.2a). Eine AufwSlbung weist zum Zellinneren hin. Sic wird von einem 4- kontrastreichen Pyrenoid eingenommen, das keine eigene Itiillmembran besitzt (vgl. dagegen die besonderen Verhgltnisse bei verschiedenen Diatomeen: DRUM u. PA~XRATZ, 1964). Die Plastiden sind yon einer Doppelmembran umgeben und werden in ihrer ganzen Lgnge yon den ftir vide Chromophytengruppen (sensu C~ISTr162 1966) typischen Thylakoiden durchzogen, yon denen jewcils drei zu einem Band yon

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Abb. 2. a Peripheres Plasma mit Kernen (N) und Plastiden. In den Plastiden Pyrenoide (Py) und osmiophile Globuli (G); aul~erdem im Plasma kleine Vacuolen (V). Zellwand (W). Man beachte die thylakoidfreien Bereiche an den Enden der Plastiden. b Hexagonale Anordnung osmiophiler Globuli (Fliichenschnitt) 4 0 - - 5 0 n m Dicke vereinigt sind (Abb.3a). I m Gegensatz zu d e n G r a n a der Chlorophyten u n d hSheren Pflanzen beriihren sich bier die Thylakoidm e m b r a n e n i m Bereich der , p a r t i t i o n s " ( W ] ~ ] ~ u. THOMSON, 1962)

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jedoch nicht, sondern bleiben durch einen elektronentransparenten Zwisehenraum deutlieh voneinander getrennt (eine Ausnahme hierzu scheinen die sehr kleinen Plastiden der Rhizoide zu maehen, wo eine klare ,,Dfinn-Diek"-Konfiguration (H~ITZ, 1961) beobaehtet werden konnte). Damit entsprieht die Thylakoidanordnung yon Botrydium naeh Glutaraldehydfixierung derjenigen yon Phaeophyeeen (BoccE, 1965; EvAns, 1966) und Diatomeen (MA~TO~ u. V. STosc~, 1966) in allen Einzelheiten 1. Vaucheria zeigt die gleiehe Anordnung (D]~sco~Ps,

Abb. 3 a und b. Stark vergr613erte Aussehnitte aus Plastiden. a Jeweils drei Thylakoide zu einem Band assoziiert, zwischen den Membranen jedoeh ein sehmaler SpMt erhalten, b Feinfibril]~res Material (Pfeil) im thylakoidfreien Bereieh des Plastidenrandes 1963a, b), allerdings liegen hier nur Befunde naeh KMnO~-Fixierung vor, so dag ein unmittelbarer Vergleieh problematiseh erseheint (vgl. dazu EVANS, 1966). Das gilt leider aueh fiir eine Reihe weiterer, sehr eingehend untersuehter Chromophytengruppen (z. B. GIBBS, 1962a, OsO 4Fixierung). Der regelm/~Bige Verlauf der Thylakoidb/~nder wird nieht selten dadureh gest6rt, dab ein einzelnes Thylakoid aus dem Dreierverband aussehert und in ein benaehbartes Band iibertritt. Ein derartiges ,,AufspleiBen" der B/~nder ist besonders h~ufig auBerhalb des Pyrenoidbereiehes. InnerhMb des Pyrenoids erseheinen die Dreierstapel sehr regelm~gig gebaut und durehziehen diesen Bereieh /~quidistant. I m Stroma der Plastiden liegt an versehiedenen Stellen jeweils zwisehen Soweit sich aus einem vorl~ufigen Symposiumsbericht entnehmen l~13t, ist NAGY (1966) bezfiglich der Chloroplastenstruktur yon Botrydium zu ~hnliehen Ergebnissen gekommen.

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zwei Thylakoidb/tndern eine Sehicht osmiophiler Globuli unterschiedlicher GrSl3e (Abb. 2a, b), die -- wie Fl~ehenschnitte dureh diese Schicht zeigen -- oft hexagonal gepackt sind, eine Anordnung, wie sie SITT~ (1963) in Mooschloroplasten gefunden hat 2. t~egelm/~Big treten an der Peripherie des Plastidenful~es engumschriebene, yon den Thy]akoiden ausgesparte Areale mit geringem Kontrast auf (Abb.2a, 3b, 5). Sie enthalten in loekerer Verteilnng feinfibrfllgres Material, das an die yon I~Is u. PLAUT (1962) bei Chlamydomonas-Plastiden und yon BISALPUTI~A

Abb. 4. a Periplastidgre Zisterne des endoplasmatischen Reticulum (ER). Plastidenhiillmembran (CM).Mitochondrium (M). b Erweiterte ER-Zisterne, darin rShrchenartige Filamente. 43000 : 1 U. BISALPUTI~Aan Plastiden der t~otalge Laurencia (1967 a) beschriebenen DNS-Fibrillen erinnert. G]eiehartige Strukturen kommen bei Braunalgen vor (BoucK, 1965; EvAns, 1966); sie konnten kfirzlich yon BISALPUTI~A U. B I S A L P U T R A a ] S DNS-haltig identifiziert werden (1967b).

Endoplasmatisches Reticulum Wie das fiir viele Klassen der Chromophyten inzwischen bekannt ist (GIBBS, 1962b), sind auch bei Botrydium die Plastiden in engem Kont a k t mit dem endoplasmatischen geticulum (ER, Abb. 4 a) (fiir Xanthophyceen vgl. D~scoNPs, 1963b, Vaucheria). Zwisehen der eigentlichen Plastidenhiille nnd der sie umgebenden ,,perip]astidgren" Eg-Zisterne And hgufig die schon yon G i s t s bei anderen Chromophyten abgebildeten Tubuli zu erkennen (Abb.6b). Auf Tangentialschnitten durch diese Uber die Carotinoidausstattung von Botrydium und Vaucheriavgl. KLEINIGU, EGG~R (1967). 16 Arch. Mikrobiol. IId. 58

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Ebene hat man mitunter den Eindruck, dag es sieh dabei um netzige Strukturen handelt. Die Kontinuitgt der periplastidgren Zisterne mit den iibrigen Zisternen des Cytoplasmas bzw. mit der perinuele/~ren Zisterne der Kernhiille war bei unserem Material nur -- dann allerdings regelm/tgig -- zu erkennen (Abb.6b), wenn die Algen mehrere Stunden yon Wasser fiberflutet waren, d. h. ws der Schw/~rmerentwicklung. Selbst bei Aplanosporen, deren Perinnelegr- und Periplastidgrzisterne oft augerordentlieh nahe aneinanderr/ieken, war keine derartige Ver-

Abb.5. Zwei Plastiden durch gemeinsame loeriplastid~re ER-Zisterne verbunden. Pyrenoid (Py). Mitochondrien (M) bindung aufzufinden. NAGY (1966) hatte ,,in einzelnen F~llen" einen solchen Zusammenhang festgestellt. Es erscheint daher nicht ausgeschlossen, dab dieses Phgnomen mit dem jeweiligen physiologischen Zustand der Ze]le korreliert ist. Bei submers gehaltenen Zellen stehen nieht nur Plastiden und Kern in engem K o n t a k t ; vielmehr sind gelegentlich such Plastiden durch eine streckenweise gemeinsame P e r t p]astid/~rzisterne untereinander verbunden (Abb.5). Die iibrigen ER-Zisternen sind mit l~ibosomen besetzt und erseheinen stellenweise dilatiert, auger wenn start mit OsO~ mit KMnO 4 nachfixiert wurde. Nach OsO4-Fixierung wird ihre ganze Breite oft yon feinfloekigem (quellbarem ?) Material mit m/iBigem Kontrast ausgefiillt (Abb.6a, b), welches auch den perinucle/~ren R a u m durchsetzt. Se]tener trifft man in EI~-Zisternen Bfinde] lgngs ausgerichteter, rShrchenartiger Strukturen an, deren Durehmesser unter demjenigen der Mikrotubuli (siehe unten) liegt (Abb. 4 b). Ihre Bedeutung und Herkunft ist unbekannt.

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Abb. 6. a Zellkern mit Nueleolus (No) und Karyosom (K). Kernpore (NP). Links davon Et~-Zisternen mit floekigem Binnenmaterial. b Kern (N) mit Golgi-Apparat wghrend der Zoosporenbildung. Kontinuit~t yon Kernhiille und periplastid~rer ER-Zisterne (9 ,,Tubulire ~176 Strukturen zwisehen Plastidenhtille und Periplastid~rzisterne (Doppelpfeil). ,,Coated vesicles ~ (Pfeile), eines bei v mit Golgi-Zisterne in Verbindung. Reehts oben Geigel im Quersehnitt E i n e A b h ~ n g i g k e i t in d e r A u s b i l d u n g des E R y o n d e r W a s s e r v e r s o r g u n g der Algen seheint nieht zu bestehen. 169

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Zellkerne Die zahlreiehen Kerne der polyenergiden Zelle liegen in den ruhenden Stadien der Alge welter plasmaeinwarts als zur Zeit der Schwarmerbildung, wo einzelne yon ihnen unmittelbar nnter dem Plasmalemma anzutreffen sind. Eine morphologische Abgrenzung der einzelnen Energiden gegeneinander war nicht zu erkennen. Mitunter r/icken zwei Kerne so nahe aneinander, dab sieh ihre Membranen fast berfihren; doch konnte selbst dann kein unmittelbarer Zusammenhang ihrer perinuelearen Zisternen -- aueh nieht fiber ER-Brtieken -- beobaehtet werden, obwohl Verbindungen zwisehen Kernhfille und E R reeht haufig vorkommen. Auger einem sehmalen Sanm starker kontrastierten (Chromatin-?) Materials an der Kernperipherie (Abb. 7 a, 8 e) ist das Karyoplasma wenig elektronendieht. I m Nueleolus fiberwiegt in der Regel die granulate Komponente, die das fibrillate Nueleolarmaterial umgibt. Damit entsprieht der Nueleolusfeinbau dem von h6heren Pflanzen (z. B. HYDE et al., 1965). Hin und wieder enthalten einzelne Kerne auger einem Nueleolns ein erheblieh kleineres, aus kontrastreiehen Granula bestehendes K6rperchen (Abb.6a), das den yon SA~TKA~ANAI~AYANANU. HYDE bei Pisum (1965; vgl. aueh FA5K, 1962, Allium) besehriebenen ,,Karyosomen" entspreehen dfirfte. Die K e r n m e m b r a n besitzt zahlreiche Poren mit -- in Flaehsehnitten erkennbarem -- deutliehem Annulus, haufig aueh mit zentral gelegenem Granulum. Kernteilungen konnten in unserem Material selbst in sehr kleinen, noeh waehsenden Algen nieht aufgefunden werden.

Golgi-Apparat Zu den Kernen steht der Golgi-Apparat in auffalliger Lagebeziehung : Auf Dfinnschnitten finder man pro Kern hie mehr als zwei gegeneinander geneigte Dietyosomen, die den Kern flankieren (Abb.6b). Die Kernhfille bildet in diesem Bereich zahlreiche blaschenf6rmige Ausstfilpungen ihrer augeren Membran, die sich offenbar als Vesikel yon ihr abznschnfiren und dann mit der ersten kernnahen Golgi-Zisterne zu fusionieren scheinen (Abb. 7 a). Eine Regeneration der Dietyosomen (lurch derartige Membrantransformationen ans der Kernhfille wurde yon BovcK (1965) im Zusammenhang mit Transportvorgangen diskutiert (weitere Literatur bei D?J~ALmr, 1966). Auf Flachenschnitten durch die Dictyosomenregion (Abb. 7b) sieht man die Golgi-Zisternen am g a n d e netzig durchbrochen und in einzelne tnbulare Elemente aufgel6st, yon denen die Sekretionsvesikel abgegliedert werden, wie das u. a. MOLLES~~ACEn U. 1 V [ o ~ (1966) ffir hShere Pflanzen besehrieben haben. Die Aktivitat der Golgi-Apparate seheint in vegetativen Zellen nicht fibermagig hoch zu sein.

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Vorwiegend in der Naehbarsehaft der Dictyosomen -- vereinzelt auch im /ibrigen Plasma -- erkennt man eine weitere Art kleiner Vesike] (etwa 40--60 nm ;~ ) mit kontrastreicher Membran, die auf ihrer Augenseite einen schw/~cher kontrastierten Belag tr/~gt, in den zahnradartig dunklere Linien ausstrahlen (Abb.6b, 7c, 9e). Derartige Vesikel sind

Abb. 7a--c. Dictyosom. a Querschnitt. Protrusionen der Augenmembran der Kernhfille (Pfeil). b Flgehensehnitt. e Mehrere ,,coated vesicles" in der Nghe eines Dictyosoms in der Literatur versehiedentlich besehrieben worden (lZo~I~ u. PORTER, 1964: coated vesicles; MA?CTO~- 1964a: hairy vesicles; La~EDXLE et al., 1965: alveolate vesicles; SIEV~I~S, 1965: Mikrovesikel) und scheinen bei den Eukaryonten welt verbreitet zu sein. Ober ihre Bedeutung gehen die Meinungen noeh auseinander. Bei Algen wurde ein Funktionszusammenhang dieser Vesikel mit pulsierenden Vaeuolen vermutet (MANTON, 1964a; L]~DALE et al., 1965). Unsere Aufnahmen lassen zuweilen erkennen, dab die Vesikel den l~i~ndern yon Golgi-Zisternen ansitzen (vgl. auch BO~NnTT U. NmVCOMB, 1966; CUNNINGI~AMet al.,

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1966, bei h6heren Pflanzen). Die yon SC~NEPF U. KOC~ (1966) gefundenen Beziehungen zwisehen Golgi-Apparat und pulsierender Vacuole erseheinen in diesem Zusammenhang yon besonderer Bedeutung.

Centriolen, Gei[3eln, MilcrotubuIi Jedem Kern sind zwei Centriolen zugeordnet, die in der N/the des Golgi-Apparates liegen und in der iiblichen Weise aus neun Triplett-

Abb. 8. a GeiBeln, yon der Geigelbasis durch ein Septum getrennt. In der Geil3elvacuole feine Filamente. b Ubergangsregion zwisehen Geil]el und GeiBelbasis. Zentralfilamente dicht vor dem Septum endend, e Zur Zeit der Sehw~rmerbildung gegen die GeiBelbasen hin verlgngerter Kern. Golgi-Apparat (D,D) parabasal gemgen filamenten aufgebau~ sind. Bei g/instiger Sehnittfiihrung lassen sich zuweilen aueh die ,,Satelliten" erkennen, in deren Naehbarsehaft stets Mikrotubuli (Durehmesser etwa 19 nm) in un~ersehiedliehen Riehtungen verlaufen. Die GeiBeln der Sehw~rmer zeigen im Quersehnitt ein deutliehes ,,9 ~- 2"-Muster der Filamente (Abb. 9 b). Auf L/tngssehnitten

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sieht man, da~ die eigentliehe Geil3el yon ihrem BasalkSrper dureh ein Septum abgegrenzt ist, das yon den guBeren Filamenten durehsetzt wird, wogegen die Zentralfilamente wenig fiber einer in der Mitte des Septums befindliehen, knotigen Verdickung enden (Abb. 8 a,b, 9 e). Quersehnitte dureh die T]bergangsregion (,,transition region", MANTON) der GeiBelbasis wurden bei unserem Objekt bisher nieht erhalten. Manehmal zieht sehrs yon der Basis des Blepharoplasten ausgehend ein

Abb.9. a, e Geigelbasis mit GeiBelwurzel (Pfeil), an der Mikrotubuli ansitzen. Bei e links unten ,,coated vesicle", b Geil]el im Querschnitt Strang aus dichtem Material zur Plasmaoberfl~ehe. Auf der dem Plasma zugewandten Seite dieser Geigel-,,Wurzel" ist eine gr6gere Anzahl yon Mikrotubuli zu erkennen, die hier verankert zu sein seheinen (Abb. 9 a, e). Untersehiede im Bau der beiden GeiBeln waren in unseren Schnittpr~paraten nieht zu erkennen. Feine tubul/~re Filamente (etwa 6,6 nm ~ ), die auBerhalb des Plasmas in der Umgebung der GeiBeln auftreten (Abb. 8a), konnten nieht als Mastigonemata identifiziert werden. Ihre Bedeutung ist unklar.

Mitochondrien Die Mitochondrien yon Botrydium (Abb.4a, 5) liegen ohne erkennbare Beziehungen zu anderen Organellen zerstreut im Plasma. Sie geh5ren dem tubul~ren Typ an, wie er ffir viele Chromophytengruppen und Protozoen charakteristiseh ist (L~DALn et al. 1965). Die Tubuli

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sind an ihrer Basis, wo sie in die innere Itfillmembran der Mitochondrien einmfinden, etwas verengt. I n der Mitoehondrienmatrix finden sieh vereinzelte osmiophile Granula.

Andere Zelleinschli~sse I m Plasma ist eine Reihe stark osmiophiler Einschlfisse zu erkennen, von denen einige mit einer einfaehen Membran umgeben sind, die bei anderen fehlt. Letztere sind wahrscheinlieh Lipidtropfen, w~hrend es sieh bei in Membranen eingeschlossenen um l~eservestoffe yon Polysaeeharidnatur handeln dfirfte. Kn~uelige Membranaggregationen und kontrastreiehe KnStehen, die manchmal den Membranen anliegen, sind wahrscheinlieh durch Fixierungsartefakte verursacht.

Abb.10. ~ Geil]elvacuole, yon radi~r angeordneten, spindelfSrmigen Vesikeln umgeben, b SpindelfSrmiges Vesike] mit deutlicher Elementarmembran

Schwiirmerbildung Die durch Uberflutung ausgelSste Bildung yon begeiBelten Schwgrmern ffihrt zu versehiedenen Ver~nderungen im Feinbau: Am auffglligsten ist eine verstgrkte Vacuolenbildung, als deren Folge das Plasma in einzelne Portionen unterteilt wird, die fiber sehmale Plasmabrficken miteinander verbunden bleiben. Dieser Aspekt ist aueh kurze Zeit vor der Entlassung der Sehws noeh erhalten. Eine Abgrenzung der einzelnen Energiden -- etwa durch plasmatische Membranen -- innerhalb der Algenze]le seheint se]bst in diesem Stadium nieht zu erfolgen. I n versehiedenen Vaeuolen -- seltener aueh in dem dureh Abheben des Plasmas yon der Wand entstehenden Zwisehenraum -- trifft man Ansehnitte yon GeiBeln. Die geiBelffihrenden Vacuolen sind gegeniiber anderen dadurch ausgezeiehnet, dab im umgebenden Plasma spindelfSrmige Vesikel untersehiedlicher GrS•e und ohne erkennbaren Inhalt vermehrt auftreten (Abb. 10a, b). Man finder sie auch am Plasmalemma aufgereiht. Ihre Hfillmembran tritt stets besonders deutlich als dreisehichtige Elementarmembran hervor. •hnliche Vesikel (,,fusiform

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vesicles"), die im Ureterepithel der Ratte vorkommen, wurden im Zusammenhang mit Wasser- und Membrantransport diskutiert (Literatur bei HicKs, 1965; vgl. auch Po~T~Retal., 1967). Sie so]len dort ihren Ursprung ira Golgi-Apparat haben. Bei den spindelfSrmigen Vesikein yon Botrydium kSnnte hinsichtlieh tterkunft und Funktion eine Parallele hierzu bestehen (Abb. 7a). Es ist bekannt, dait sich die Membran yon Golgi-Vesikeln auf dem Weg zur Plasmaoberfli~che in der Weise ver~ndern kann, dal~ sit als deutlich konturierte ,,unit membrane" in Erseheinung tritt ( S c ~ E ~ , 1966). Die vorher kugeligen Kerne verli~ngern sieh w~hrend der Schwiirmerbildung gegen die Geii~elvacuole hin, wodurch der Kernumri[3 birnenfSrmig wird. Der Kernfortsatz, an desscn Kanten die beiden Dictyosomen liegen, endet unterhalb der Gei~elbasalkSrper (Abb. 8e). Damit nimmt der Golgi-Apparat eine eindeutig parabasale Position ein. Diese Lage wurde bei den bisher untersuchten Chromophyten im Gegensatz zu den Chlorophyten ausnahmslos festgestellt (Zusammenstcllung bei S c ~ r ~ et al., 1966).

Schlufibemerl~ungen Die systematische Einordnung der Xanthophyceen bei den Chromophyten, und zwar in der Nachbarschaft der Diatomeen und Phaeophyceen erseheint auf Grund der elektronenmikroskopischen Untersuehungen an Botrydium durchaus gerechtfertigt. EvAns (1966) hi~lt den Assoziationstyp der Thylakoide in den Chromatophoren der Phaeophyceen (parallel, aber getrennt verlaufend) ffir primitiver als das Thylakoidmuster der Xanthophyeeen, Chrysophyeeen und tIaptophyceen (ohne Zwisehenraum untereinander verbunden). Er weist in diesem Zusammenhang besonders darauf hin, dal~ dieses Merkmal nur nach Glutaraldehydfixierung richtig beurteilt werden kSnne. Beziiglieh der Xanthophyeeen ffihrt er dann jedoch dig Untersuchung von G~XE~WOOD (1959) an Vaucheria an, wo nicht mit Aldehyd fixiert wurde. Nun besteht abcr, wie an Botrydium gezeigt werden konnte, nach GA-Fixierung zwischen Phaeophyceen und Xanthophyceen kein wesentlicher Unterschied hinsichtlieh der Thylakoidassoziation; dieses Merkmal scheint uns also -- entgegen der Meinung yon EvANs -- eher ein weiteres Indiz ffir dig systematische Nachbarschaft yon Phaeophyeeen und Xanthophyceen zu liefern. Die Vermutung yon GoBs (1962), dal3 periplastidi~re ER-Zisternen bei Xanthophyceen generell fehlen, hat sieh durch die gegenteiligen Befunde an Vaucheria (D]~scoMrs, 1963 b) und Botrydium als unzutreffend erwiesen. Die Feinstruktur der Geil]elbasis, die nach M~NTO~ Yon taxonomischer Bedeutung ist, entspricht bei Botrydium, wo nur eine kurze ]~bergangsregion (,,transition region") vorhanden ist, erstaunlicherweise mehr dem ffir Chlorophyceen typischen Bau (vgl. MANTON, 1964). Ffir

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tI. F ~ :

verl~l]liehe A u s s a g e n s i n d j e d o e h w e i t e r e U n t e r s u e h u n g e n a n Q u e r s c h n i t t e n d u r e h diese Zone) e r f o r d e r l i e h .

(vor a l l e m

Nachtrag bei der Korrektur. Wie mir kfirzlich durch Vermittlung yon Prof. SITW~ bekannt wurde, ist dasselbe Objekt auch yon R. M ~ c o L ~ BROWN (University of Texas, Austin, Texas) nach Mn0a--Fixierung untersucht worden (unver6ffentlicht). Erffeulicherweise besteht ~bereinstimmung der Ergebnisse hinsichtlich des Feinbaus und der Lagebeziehungen der Mitochondrien, Plastiden, Dictyosomen und des ER. Mit Sachbeihilfen der Deutschen Forschungsgemeinschaft. Frau Dr. M. WR~seH~g, Herrn Prof. Dr. P. S ~ E und Prof. Dr. E. S c m ~ P F sowie Herrn Dr. W. W. F ~ N K E sei ffir viele am'egende Diskussionen herzlieh gedankt. Literatur BO~N~TT, It. T., jr., and E. H. N]~wco~B: Coated vesicles and other cytoplasmic components of growing root hairs of radish. Protoplasma (With) 62, 59--75 (1966). BISAL~UTRA, T., and A.-A. BIS~PVTRA: The occurrence of DNA fibrils in chloroplasts of Laurencia spectabilis. J. U]trastruct. Res. 17, 14--22 (1967). -- -- Chloroplast and mitochondrial DNA in a brown alga Egregia menziesii. J. Cell Biol. 83, 511--520 (1967). BoucK, G. B. : Fine structure and organelle associations on brown algae. J. Cell. Biol. 26, 523--537 (1965). CHRISTENSEN, T. : Alger. In T. W. B6CH~a, M. L~NGE u. T. SOR~NSEN (eds.): Botanik, vol. I I No. 2. Copenhagen: MunJ~sgaard 1966. C~N~ING~W, W. P., D. J. ~ORR~., and H. H. N O L L ] ~ V E R : Structure of isolated plant Golgi apparatus revealed by negative staining. J. Cell Biol. 28, 169--179 (1966). D~scoMPs, S.: Contribution & l'6tude infrastrueturale des Vauch6ries (Xanthophyc6es, Chromophytes). C. g . Acad. Sci. (Paris) 256, 1333--1335 (1963a). -- Observations sur l'infrastructure de l'enveloppe des chloroplastes de Vaucheria (Xanthophyc6es). C. R. Acad. Sci. (Paris) 257, 727--729 (1963b). DRc~, R. W., and It. S. P A ~ A T Z : Pyrenoids, raphes and other fine structure in diatoms. Amer. J. Bot. 51, 405--418 (1964). EvAns, L. V. : Distribution of pyrenoids among some brown algae. J. Cell Sci. l, 449--454 (1966). FALK, I-L : Zum Nucleolus-Feinbau bei Allium cepa. Protoplasma (Wien) 54, 432 bis 439 (1962). GIBBS, S. P. : Nuclear envelope-chloroplast relationship in algae. J. Cell Biol. 14, 433--444 (1962a). -- The ultrastrueture of the eMorplasts of algae. J. Ultrastruct. Res. 7, 418--435 (1962b). GREENWOOD,A. ]). : Observations on the structure of the zoospores of Vaucheria. II. J. exp. Bot. 10, 55--68 (1959). H~ITz, E. : Das lamellare Diinn-Dick-Muster der Chloroplasten yon Chlamydomonas, Euglena, Fucus, Vaucheria. Z. Zellforseh. 53, 444--448 (1961). HICKS, 1~. M. : The fine structure of the transitional epithelium of rat ureter. J. Cell Biol. 26, 25--48 (1965). HYDE, B. B., K. SA:5~LARA~AI~AYA~AN,and M. L. BmNS~InL: Observations on fine structure in pea nucleoli in situ and isolated. J. Ultrastruct. Res. 12, 652--667 (1965). KLEI~IG, H., u. K. EGG]~R: Carotinoide der Vaueheriales Vaucheria und Botrydium (Xanthophyceae). Z. Naturforsch. 22b, 868--872 (1967).

Zum Feinbau yon Botryclium granulatum Grev. (Xanthophyceae)

227

LEED~E, G. F., B. J. D. MEEUSE, and E. G. P~INOSnE~: Structure and physiology of Euglena spirogyra. I, II. Arch. Mikrobiol. 50, 68--102 (1965). MANTON, I. : Observations on the fine structure of the zoospore and young germling of Stigeoclonium. J. exp. Bot. 15, 399--411 (1964a). -- The possible significance of some details of flagellar bases in plants. J. roy. micr. Soc. 82, 279--285 (1964b). -- Some phyletic implications of flagellar structure in plants. Advanc. bot. Res. 2, 1--34 (1965). -- Some possibly significant structural relations between chloroplasts and other cell components. In T. W. GOODWlN (ed.): Biochemistry of chloroplasts, p. 23--47. London, New York: Acad. Press 1966. --, and H. A. v. STOSCR: Observations on the fine structure of the male gamete of the marine centric diatom Lithodesmium undulatum. J. roy. micr. Soc. 85, 119 his 134 (1966). MOLLE~nAUEn, H. H., and D . J . MoRnS: Golgi apparatus and plant secretion. Ann. Rev. Plant Physiol. 17, 27--46 (1966). NAG:Z, T. : Licht- und elektronenmikroskopische Struktur der Chloroplasten yon Botrydium granulatum Grey. Vortrag II. Ungar. pflanzenanatom. Sympos. Budapest 1966. PASC~Ea, A.: ~eterokonten. In: I~ABE~nO~STS Kryptogamen-Flora X L Leipzig: Akad. Ver].-Ges. 1939, POnTEn, K. 1~., K. Kv,~YON, and S. BA1)V,~AUSEN: Specializations of the unit membrane. Protoplasma (Wien) 63, 262--274 (1967). l~Is, It., and W. ])LAUT: Ultrastrueture of DNA-containing areas in the chloroplast of Chlamydomonas. J. Cell Biol. 18, 383--391 (1962). RGTn, T. F., and K. 1~. PORTER : Yolk protein uptake in the oocyte of the mosquito Aedes aegypti L. J. Cell Biol. 20, 313--332 (1964). SANK~A~AYA~AN, K., and B. B. HYDE : Ultrastructural studies of a nuclear body in peas with characteristics of both chromatin and nucleoli, g. Ultrastruct. Res. 12, 748--761 (1965). SC~-~ErF, E. : Die lVforphologie der Sekretion in pflanzlichen Driisen. Ber. dtsch, bot. Ges. 78, 478--483 (1965). --, u. W. K o c h : ~Jber die Entstehung der pulsierenden Vaeuolen yon Vacuolaria virescens (Chloromonadophyceae) aus dem Golgi-Apparat. Arch. Mikrobiol. 54, 229--236 (1966). -- -- u. G. DEICnG~s Zur Cyto]ogie und taxonomischen Einord~ung yon Glaucocystis. Arch. Mikrobiol. 55, 149--174 (1966). ScRuss~m, B. : Systematik und Phylogenie der Algen. Fortschr. Bot. 28, 217--233 (1966). SIEVERS, A. : Elektronenmikroskopische Untersuchungen zur geotropischen Reaktion. I. ~ b e r Besonderheiten im Feinbau der Rhizoide yon Chara /oetida. Z. Pflanzenphysiol. 58, 193--213 (1965). S~TTE, P. : Hexagonale Anordnung der Globnii in Moos-Chloroplasten. Protoplasma (Wien) 56, 197--201 (1963). WEIE~, T. E., and W. W. T~OMSO~: The grana of starch-free chloroplasts of Nicotiana rustica. J. Cell Biol. 13, 89--108 (1962). W ~ E Y , W. G. : 1)roposals concerning replication of the Golgi apparatus. In P. SITTE (ed.): Probleme der biol. l~eduplikation. Berlin-Heidelberg-New York: Springer 1966. Dr. HEINZ FALK Botanisches Institut der Universit~t Lehrstuhl fiir Feinstrukturforschung 78 Freiburg i. Br., Schi~nzlestraBe 9--11