Planta (Berl.) 78, 287--292 (1968)

Die Verschiedenartigkeit von Haftorganen einiger Flechten Untersuchungen mit dem Oberfl~ichen-Rasterelektronenmikroskop und dem Durchlichtelektronenmikroskop H. REZNIK, E. PEVELING u n d J. V ~ L Botanisches Institut und hlstitut far Medizinische Physik der Universit~t Mfinster Eingegangen am 10. Oktober 1967

Di//erent Forms o/Hold/ast-organs in Some Lichens. Studies with the Stereoscan Scanning Electronmicroscope and the Transmission Electronmicroscope Summary. The rhizines of the lichens, ParmeIia caperata, Parmelia trichotera and Lobaria pulmonaria were studied with the Stereoscan scanning electronmicroscope and in ultrathiu sections with the transmission e]ectronmicroscope. The rhizines are composed of fungal hyphae. The fungal hyphae in the rhizines of the thallus of Parmelia caperata and in the cilia at the thallus border of Parmelia trichotera are connected by a glue-like substance. The ends of the Parmelia caperata rhizines are flattened and enlarged. With these footlike rhizines the thalli are in good connection with the substratum. The cilia at the thallus border of Parmelia trichotera have a tip by which the thallus is fixed on bark or rocks. The cell walls of the fungi hyphae in the Parmelia caperata rhizines and in the Parmelia trichotera cilia are 1 5 0 4 0 0 nm thick. The rhizines of Lobaria pulmonaria consist of fungi hyphae which are interlaced without a gluey substance. The thallus of Lobaria pulmonaria is connected to the substratum through the tips of single hyphae. The hyphae walls of Lobaria pulmonaria are 800--1800 nm thick. Die Lebensgemeinsehaft y o n Pilzen u n d Algen ffihrt bei den F l e c h t e n in der A u s b i l d u n g der Thalli u n d ihrer v e g e t a t i v e n u n d g e n e r a t i v e n F o r t pflanzungsorgane zu einem e r s t a u n l i c h e n F o r m e n r e i c h t u m . Der a n a t o m i sehe B a u dieser verschiedenen T h a l l u s g e s t a l t u n g (OzE~DA, 1963; JAN]~XFAVRE, 1964) ist lichtmikroskopiseh a n relativ dieken S c h n i t t e n zu u n t e r suehen, da n u r so die artspezifische Verflechtung y o n Pilz u n d Alge zu e r k e n n e n ist. A n solehen P r / i p a r a t e n sind jedoeh lichtmikroskopiseh keine detaillierten S t u d i e n mSglich. E r s t die grol~e Tiefensch/~rfe des Oberfli~ehen-Rasterelektronenmikroskopes (Stereoscan) bietet die MSgliehkeit, die A n a t o m i e der F l e e h t e n t h a l l i g e n a u e r zu u n t e r s u e h e n . (Die Tiefenseh/~rfe des Stereoscan fibertrifft die des Liehtmikroskopes bei vergleiehbarer VergrSl~erung etwa u m d e n F a k t o r 1000--1500. A n g a b e n fiber die T e e h n i k u n d Arbeitsweise des Ger/ites s. I ~ M U T ~ , 1967; A n w e n d u n g auf botanisehe Objekte s. A ~ L U ~ X E N et al., 1967.)

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H. R]~ZXIKet al. : Verschiedenartigkeit yon Haftorganen einiger Flechten

I m folgenden wird fiber Untersuchungen mit dem Oberfli~chen-Rasterelektronenmikroskop an den Rhizinen y o n Parmelia caperata u n d Lobaria pulmonaria sowie an den Randeilien y o n Parmelia trichotera berichtet. Dariiber hinaus werden im Durehlichtelektronenmikroskop die celluliiren S t r u k t u r e n der Rhizinen u n d Randeilien analysiert. Objekte: Parmelia caperata aus dem Est6relmassiv bei Agay (April 1964), Parmelia trichotera yon Felsen bei Porto/Korsik~ (April 1966) und Lobaria pulmonaria aus dem For~t d'Aitone/Korsika (April 1966). Preparation fiir das Oberfl~ichen-Rasterelektronenmikroskop Stereosean: An der Luft getrocknete ca. 25 mm ~ groBe Flechtenstfiekchen wurden mit Uhu-hart auf einen Aluminiumobjekttr~ger geklebt. Um st6rende Aufladungseffekte auf ein Minimum einzusehrEnken, wnrden die Proben vor der Untersuchung mit Kohle und Gold bedampft. Die Stereoscanaufnahmen wurden bei einer Elektronenstrahlspannung yon 20 kV hergestellt. Preparation fiir die Untersuchung im Durchliehtelektronenmikroskop Elmiskop I: Die Fleehtenthalli wurden 3 Tage in feuchtem Milieu gehalten. Zur Fixierung wurde der Thallus in 1--2 mm groBe Stiiekehen geschnitten und mit 6%igem gep. Glutaraldehyd (pH 6,6) infiltriert. Naeh einer 4stfindigen Fixierung folgte die Kontrastierung 15--20 Std in 2%igem ungep. OsOa. Die EntwEsserung der Objekte wurde fiber die steigende Alkoholreihe und Propylenoxid durehgeffihrt. Die Einbettung effolgte in Epon und die Nachkontrastierung der Sehnitte mit Bleieitrat I n den untersuchten Rhizinen y o n Parmelia caperata u n d Lobaria pulmonaria sowie den I~andcilien y o n Parmelia trichotera sind die Pilzh y p h e n in verschiedener Weise, die ffir die einzelnen Arden charakteristisch ist, zusammengewachsen. Zwischen den H y p h e n der Randeilien y o n Parmelia trichotera u n d den Rhizinen y o n Parmelia caperata befinder sich ein • stark kontrastiertes Material. Dieses hiilt die einzelnen H y p h e n z u s a m m e n u n d soll deshalb als K i t t s u b s t a n z bezeichnet werden. Die Rhizinen y o n Lobaria pulmonaria bestehen dagegen aus locker verflochtenen, u n v e r k i t t e t e n H y p h e n . Die Rhizinen y o n Parmelia caperata entstehen als kleine hSckerartige Ausstfilpungen an der Thal]nsunterseite. Das L ~ n g e n w a c h s t u m der H y p h e n fiihrt zu kegelfSrmigen Rhizinen, deren Spitzen das Substrat berfihren. I m Yerlauf des folgenden Fli~ehenwachstums an der Rhizinenspitze entsteht ein breit ausladender FuS, der der Unterlage aufliegt (Abb. 1 a). Diese Haftstellen der Rhizinen sind stark faltig u n d gefurcht, so dab ein enger K o n t a k t mit dem Substrat mSglich ist. - - I n den dnrehschnittlich 15--30 v m dicken Rhizinen v o n Parmelia caperata sind die Pilzhyphen in der Lgngsrichtung orientiert, in der Auflagefli~ehe liegen sie parallel znr Oberfl~che. Querschnitte durch die Rhizinen zeigen die einzelnen 1,5---2,5 ~m dicken PiIzhyphen y o n der K i t t s u b s t a n z umgeben (Abb. 1 b). Diese besteht aus ca. 10--30 n m breiten Fibrillen u n d weist nach elektronenoptischer Fiirbung denselben K o n t r a s t auf wie die Hyphenwiinde. I n den Randcilien y o n Parmelia trichotera werden die Pilzhyphen ebenfalls y o n einer K i t t s u b s t a n z zusammengehalten. Diese Randcilien sind wie die Rhizinen y o n Parmelia caperata als Haftorgane des Thallus

Abb. 1 a u. b. P a r m e l i a caperata, a Blick auf die ThMlusunterseite mit verschieden welt entwickelten P~hizinen: kurze H6cker (-*), l~ngere, spitz auslaufende Rhizinen ( 3 ) u n d vollst~ndig ~usgebildete Rhizinen mit ~usladendem Fu•. Stereoscan Pr.-Vergr. 1 0 8 • Sek.-Vergr. 133• b Ausschnitt aus einem quer getroffenen Rhizinenstiel mit einzelnen Pilzhyphen, zwischen denen eine feinfibrill~re Kittsubstanz liegt. Elmiskop Pr.-Vergr. 11400 • ; Sek.-Vergr. 24000 •

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It. REZNIK, E. PEv~LI~r und J. VAmp:

Abb. 2 a - - d . P a r m e l i a trichotera. ~ Thallusunterseite mit verschieden alten Randcilien (-->), Stereoscan Pr.-Vergr. 63 • ; Sek.-verkleinert 40 • b Spibze einer l~andcilie. Stereoscan l~r.-Vergr. 3990 • ; Sek.-verkleinert 2500 • c Querschnitt durch eine Randcilie mit zahlreichen Pilzhyphen u n d dichter Kittsubs~anz. Elmiskop Pr.-Vergr. 4000 • ; Sek.-Vergr. 4800 x . d Pilzhyphen m i t umgebender netzig verklebter Kittsubstanz bei st~rkerer VergrSl~erung. Elmiskop Pr.-Vergr. 14000x ; Sek.-Vergr. 26500 • a n z u s e h e n . Sie e n t s t e h e n als k l e i n e H 6 c k e r i n d e r R a n d r e g i o n a u f d e r Thallusunterseite. Die l~andcflien wachsen zu durchschnittlich 2 mm l a n g e n , w i m p e r ~ h n l i c h e n G e b i l d e n h e r a n , die a n d e r B a s i s D u r c h m e s s e r

Verschiedenartigkeit von Haftorganen einiger Flechten

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Abb. 3a--d. Lobaria pulmonaria. ~ Aufsich~ auf die Thallusunterseite mit zahlreichen, dicht stehenden l~hizinen. Stereoscan Pr.-Vergr. 396 • ; Sek.-verkleiaert 250 x. b Zwei P~hizinen bei st~rkerer Vergr51~erung. Stereoscan Pr.-Vergr. 438 x, Sek.-Vergr. 700 X. c Die frei endenden, stelzfuBartig abstehenden Hyphenspitzen der Rhizinen. Stereoscan Pr.-Vergr. = Endvergr. 1280 x. d Ausschnitt ~us einem Rhizinenquerschnitt mit einzelnen Pilzhyphen. Elmiskop Pr.-Vergr. 8000 x ; Sek.-Vergr. 11600 x bis zu 70 ~m aufweisen (Abb. 2a). Zur Spitze h i n verjfingen sich die R a n d c i l i e n ; ihr I)urchmesser beSr~g$ hier e~wa ein Drittel des Basisdurchmessers. Die einzelnen H y p h e n sind in der L~ngsrich~ung der Cilien

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H. REZ~IK eta]. : Verschiedenartigkeit yon Haftorganen einiger Flechten

angeordnet n n d miteinander verkittet (Abb. 2b). Mit ihren Spitzen greffen die l~andcilien in das Substrat u n d befestigen so den Thallus an der Unterlage. Der Querschnitt durch eine Randcilie von Parmelia trichotera li~13t erkennen, dab die Pilzhyphen im Z e n t r u m der Cilie dichter liegen als in der R a n d z o n e ; entsprechend weist die periphere Zone mehr Kittsubstanz auf als das Z e n t r u m (Abb. 2 c). I n einer ca. 30 ~m dicken Randcilie yon ParmeIia trichotera sind im Quersehnitt ungef~hr 200 qner getroffene H y p h e n zu z/ihlen, Die K i t t s u b s t a n z zwischen den H y p h e n ist ebenso wie in den t~hizinen y o n Parmelia caperata fibrill~r u n d yore selben K o n t r a s t wie die W/~nde der Pilzhyphen. I m Unterschied zu Parmelia caperata ist die K i t t s u b s t a n z in den t~andcflien y o n Parmelia trichotera diehter. Die Ws der Pflzhyphen weisen in den Rhizinen yon Parmelia caTerata und den lgandcilien yon Parmelia trichotera eine st,ark variierende Dicke yon 150--400 n m auf. Die Fibrfllen der H y p h e n w s sind bei m~nehen quer getroffenen H y p h e n konzentrisch, bei ~nderen dagegen radi~r oder such netzartig angeordnet. Die Rhizinen y o n Lobaria pulmonaria stehen dicht z u s a m m e n in dunklen Feldern der Tha]lusunterseite (Abb. 3 a). Die einzelnen H y p h e n sind innerhalb der t~hizinen eng verflochten, jedoch nicht verkittet (Abb. 3 b). I n der Spitzenregion stehen die Pilzhyphen stelzful~artig auseinander (Abb. 3 c) u n d greifen in das Substrat. Bei einem Durchmesser y o n 2,3--5,2 ~m sind die I~hizinen y o n Lobaria pulmonaria doppelt so dick wie jene in den l~hizinen der untersuehten Parmelia-Arten. Die Hyphenw/~nde sind in den l~hizinen von Lobaria pulmonaria mit 800 his 1800 n m ungef/~hr viermal so dick wie bei den genannten Parmelia-Arten. Die Festigkeit der Rhizinen ist danach bei Lobaria pulmonaria durch die Wanddieke der einzelnen H y p h e n , bei Parmelia eaperata und P. trichotera dagegen dureh eine K i t t s u b s t a n z zwischen den dfinnwandigen Pilzhyphen gegeben. Uber die Cytologie der Pilz- und Algenzellen werden wir an anderer Stelle ausfiihrlich beriehten.

Literatur A-~ELUNXE~,F., I(. MORGEN~OTHU. T. PICKSAK:Untersuchungen an der :Epidermis mit dem Stereoscan-Elektronenmikroskop. Z. Pflanzenphysiol. 57, 79--95 (1967). J~Ex-FAvRE, M. : Sur les ascocarpes, les asques et la position syst@matique des lichens du genre Graphis. Rev. bryo|og. 33, 244--282 (1964). OZENDA, P.: Lichens: Handbuch der Pflanzenanatomie, Bd. VI, T. 9. Berlin: Borntraeger 1963. REUMUTI~, I-I.: Leistungs- und Prinzip-Vergleiche zwischen Lichtmikroskopen, Ourchstrahlungselektronenmikroskopen und dem neuen Raster-AufstrahlungsElektronenmikroskop Stereose~n 1966, Melliand Textilber. 5, 489--501 (1967). Prof. Dr. H. I~z~I~ Botanisehes Institut der Universit~t 4400 Miinster, SchloBgarten 3