Bibliographische Beschreibung

Li, Ming-yin

Anatomische, cytologische und histologische Untersuchungen zur somatischen Variation in verschiedenen Teilklonen von Pelargonium zonale `Kleiner Liebling`

108 Seiten, 41 Abbildung (inklusive 106 Photos), 23 Tabellen, 199 Literaturangaben

Berlin, Humboldt-Universität zu Berlin, Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät. Diss. A

• 1 Einleitung, Problem- und Zielstellung

  • 1.1 Chimären und ihr Entwicklungsmechanismus

  • 1.2 Ausgangspflanze Pelargonium zonale ‘Kleiner Liebling’ und die aus ihr hervorgegangenen chimärischen Klone

  • 1.3 In vitro-Kultur bei Pelargonium zonale

  • 1.4 Fragstellungen

• 2 Material und Methoden

  • 2.1 Pflanzenmaterial

  • 2.2 Untersuchungsmethoden

    • 2.2.1 Untersuchungen der Stomatagrößen

    • 2.2.2 Untersuchung der Chromosomenzahl an Frischpräparaten

    • 2.2.3 Herstellungen von Dauerpräparaten mit Kunststoff-Einbettung

    • 2.2.4 In vitro-Kultur mit Pelargonium zonale

    • 2.2.5 Bilddokumentation und statistische Auswertung der Daten

• 3 Ergebnisse

  • 3.1 Untersuchung der Zellgrößen zur Ploidiestufenbestimmung verschiedener Klone von Pelargonium zonale` Kleiner Liebling`

    • 3.1.1 Untersuchung der Epidermiszellgrößen in Laubblattquerschnitten

    • 3.1.2 Stomatagrößen in verschiedenen Klonen aus `Kleiner Liebling`

    • 3.1.3 Das Verhältnis von Stomatalängen zu Ploidiestufen unterschiedlicher Klone aus `Kleiner Liebling`

    • 3.1.4 Stomatagrößen im Verlauf der Sprossentwicklung unterschiedlicher Klone aus `Kleiner Liebling`

    • 3.1.5 Stomatamessungen an Entmischungen des Klons 5/74/2

  • 3.2 Histologische Untersuchungen an Sprossscheiteln von Pelargonium zonale

    • 3.2.1 Zellgröße in Sprossscheitelschichten verschiedener Klone aus `Kleiner Liebling`

    • 3.2.2 Entwicklungen der L1-Zellen in Sprossscheiteln von Klon 5/74/2

    • 3.2.3 Entwicklungen der Epidermiszellen im Blatt von Klon 5/74/2

  • 3.3 Chromosomenzählungen in cytochimärischen Geweben

    • 3.3.1 Einflussfaktoren für die Chromosomenbestimmung

    • 3.3.2 Chromosomenzahlen in verschiedenen somatischen Zellschichten des Blattgewebes unterschiedlicher Klone

    • 3.3.3 Chromosomenzahlen in somatischen Zellschichten des Blattgewebes von Klon 5/74/2

    • 3.3.4 Nukleolusanzahl in Zellkernen verschiedener Ploidiestufen

  • 3.4 Cytologische Beobachtungen in Epidermiszellen von Klon 5/74/2

    • 3.4.1 Reguläre mitotische Zellteilung der Epidermis

    • 3.4.2 Cytologische Anomalien in Epidermiszellen

  • 3.5 In vitro-Kultur mit periklinalen Chimärengeweben von Pelargonium zonale

    • 3.5.1 Verfahrensoptimierung der Gewebekultur

    • 3.5.2 Einfluss der Zellschichtposition auf die Adventivsprossregeneration

    • 3.5.3 Chimärenkonstitution der Adventivpflanzen von `Mrs. Pollock`

    • 3.5.4 Ploidiestufe der Adventivpflanzen von 5/74/2

• 4 Diskussion

  • 4.1 Indirekte und direkte Ploidiebestimmungen

    • 4.1.1 Indirekte Ploidiebestimmung über den Zellgrößenvergleich

    • 4.1.2 Indirekte Ploidiebestimmung über die maximale Nukleolizahl der Zellkerne

    • 4.1.3 Direkte Ploidiebestimmung durch Chromosomenzählung

  • 4.2 Entwicklung der somatischen Variabilität in Klon 5/74/2

  • 4.3 Morphologische Besonderheit und somatische Variabilität von Klon 5/74/2

  • 4.4 Austrieb von N-Sprossen an Pflanzen von Klon 5/74/2

  • 4.5 Cytologische Anomalien in der Epidermis von Klon 5/74/2

  • 4.6 Mediumoptimierung zur Kallusinduktion und Regeneration von Adventivsprossen bei Pelargonium zonale

  • 4.7 Kompetenz der Zellen zur in vitro-Regeneration bei Pelargonium zonale

  • 4.8 In-vitro-Regeneration von Chimären

  • 4.9 Somaklonale Variation der Adventivpflanzen aus Pelargonium zonale

• 5 Zusammenfassung

• Abkürzungsverzeichnis

• Literaturverzeichnis

• Danksagung

• Wissenschaftliche Veröffentlichungen und Vorträge

• Tab. 1: Bestandteile des für die Gewebekultur verwendeten Nährmediums

• Tab. 2: Zusätze zu den Kulturmedien

• Tab. 3: Epidermiszellgröße von Laubblattschnitten bei verschiedenen Klonen (Mittelwert ± Standardabweichung (SD), jede Variante n = 100)

• Tab. 4: Länge und Breite der Stomata bei verschiedenen Klonen aus `Kleiner Liebling` (Mittelwert ± Standardabweichung (SD), jede Variante n = 200)

• Tab. 5: Quotienten der Mittelwerte der Stomatalänge und deren Ploidiestufe in verschiedenen homohistischen Klonen aus Pelargonium zonale `Kleiner Liebling`

• Tab. 6: Stomatalängen (in µm) des 1., 3. und 5. (bzw. 7) Laubblattes verschiedener Klone aus `Kleiner Liebling` (Mittelwerte, ± Standardabweichung, Streubreite, n = 100 Stomata pro Blatt an 5 Sprossen, n = 150 für Klon 5/74/2).

• Tab. 7: Stomatalängen der Sprossaustrieben im Vergleich zu den Ausgangssports (n = 50)

• Tab. 8: Stomatalängen in verschiedenen Sektoren auf Blattvariationen von Klon 5/74/2 (Abb. 10), in jedem Sektor wurden je 50 Stomata gemessen.

• Tab. 9: Stomatalängen und mögliche Ploidiestufe bei verschiedenen Sprossaustrieben von Klon 5/74/2

• Tab. 10: Zellgrößen in den Sprossscheitelschichten der haploiden Sorte `Kleiner Liebling`

• Tab. 11: Zellgrößen in den Sprossscheitelschichten des cytochimärischen Klons HDD von Pelargonium zonale `Weißer Liebling`

• Tab. 12: Zellgrößen der drei Sprossscheitelschichten der Pflanzen von Klon 5/74/2 mit stark vergrößerten Zellen in L1 ( n = 72)

• Tab. 13: Zellgrößen in Blütenknospenlängsschnitten einer Pflanze mit kleinen Zellen in L1 von Klon 5/74/2

• Tab. 14: Zellgrößen in Sprossscheitellängsschnitten der Pflanze mit leicht vergrößerten Zellen in L1 aus Klon 5/74/2 (siehe Abb. 19, n =50 Zellen)

• Tab. 15: Effekte der Farbstoffe auf die Beobachtung von Kernteilung und Chromosomen in Dauerpräparaten

• Tab. 16: Chromosomenzahl der verschiedenen Gewebeschichten der verschiedenen Klone von Pelargonium zonale `Kleiner Liebling` bzw. `Weißer Liebling` (Zellanzahl = 5)

• Tab. 17: Maximale Anzahl der Nukleoli und Chromosomen in verschiedenen Zellschichten bei unterschiedlichen Klonen von Pelargonium zonale`Kleiner Liebling` bzw. `Weißer Liebling`

• Tab. 18: Effekte der verschiedenen Substanzen im Kulturmedium bei der in vitro—Kultur von Pelargonium zonale

• Tab. 19: Effekte verschiedener Wachstumsregulatoren und Explantate auf die Kallusinduktion und Regeneration bei Pelargonium zonale

• Tab. 20: Stomatalängen der in vitro regenerierten Adventivpflanzen aus den dreifach markierten Geweben von `Weißer Liebling` (DHH, GWG, WRR)

• Tab. 21: Konstitution der in vitro regenerierten Adventivsprosse aus den Geweben von Pelargonium `Mrs. Pollock`

• Tab. 22: Stomatalängen der in vitro regenerierten Adventivpflanzen von Klon 5/74/2

• Tab. 23: Ploidiestufenverteilungen der Epidermiszellen (%) der Adventivpflanzen von `Weißer Liebling`, DHH, GWG, WRR und Klon 5/74/2

• Abb. 1: Schematische Darstellung der Zellschichten im Sprossscheitel (nach GIFFORD & CORSON 1971; HUALA & SUSSEX 1993, modifiziert ). AZ: Apikale Zone; L1 bis L3: Zellschicht 1-3.

• Abb. 2: Übersicht über die Entwicklung verschiedener Klone aus Pelargonium zonale `Kleiner Liebling` (nach Pohlheim 1978; Liebau 1988; Rössel 1990; Späth 2000).

• Abb. 3: Morphologie der Blätter des untersuchten Klons 5/74/2.  A. Normales Blatt von `Kleiner Liebling`, glatt und schwach behaart (N).  B. Typisches Blatt von Klon 5/74/2, gekräuselt und stark behaart (KB).  C. Spross mit behaarten Blättern (B) und Spross mit gekräuselten und stark behaarten Blättern (KB) an einer Pflanze des Klons 5/74/2.

• Abb. 4: Blattmuster und Blattvariation von `Mrs. Pollock`. A-B. Blattmuster GWG und der Querschnitt im Binnenfeld; C-D. Blattmustervariante GGW und der Querschnitt im Binnenfeld; E-F. Blattmustervariation von GWG zu GGW und GGG; G-H. Querschnitt im Binnenfeld der Übergangszone von GWG zu GGW und im grünen Binnenfeld von GWG.

• Abb. 5: Querschnitt durch in Kunststoff eingebettete ausgewachsene Laubblätter von verschiedenen Klonen aus Pelargonium zonale `Kleiner Liebling`. A. Querschnitt eines haploiden Blattes von `Kleiner Liebling`,  B. Querschnitt eines diploiden Blattes von `Weißer Liebling`, C. Querschnitt von Klon 5/74/2, sowohl auf der Blattober- als auch Blattunterseite treten in der Epidermis stark vergrößerte Zellen in Erscheinung, die zum Teil aus der Epidermisoberfläche herausragen. D. Querschnitt von einem Sektorblatt (N/B) von Klon 5/74/2. Davon sind die oberen Epidermiszellen diploid und die unteren Epidermiszellen zeigen unterschiedliche Größe.

• Abb. 6: Gegenüberstellung von Epidermisausschnitten der Klone mit unterschiedlichen Ploidiestufen aus `Kleiner Liebling`

• Abb. 7: Gegenüberstellung der Häufigkeitsdiagramme (Anzahl von Stomata) der Stomatalängen (in µm) verschiedener Klone aus `Kleiner Liebling` (n=200).

• Abb. 8: Gegenüberstellung der Häufigkeitsdiagramme (Anzahl von Stomata) der Stomatalängen (µm) des 1., 3. und 5. Laubblattes von Pflanzen mit unterschiedlichen Ploidiestufen bei verschiedenen Klonen aus `Kleiner Liebling` (n= 100 Stomata aus 5 Sprossen), H1= haploid, Blatt 1; D3 = diploid, Blatt 3; T5 = tetraploid, Blatt 5.

• Abb. 9: Häufigkeitsdiagramme (Anzahl von Stomata) der Stomatalängen (µm) verschiedener Laubblätter von fünf typischen KB-Sprossen von Klon 5/74/2 (n= 150).

• Abb. 10: Gegenüberstellung von Blättern mit auffälligen Sektoren und von Epidermisabzügen an Klon 5/74/2. A- B. KB-Blatt mit N-Sektor und Stomata in der Übergangszone einer KB-Pflanze, C- D. B-Blatt mit N-Sektor und Stomata in der Übergangszone einer B-Pflanze, E- F. K-Blatt mit N-Sektor und Stomata in der Übergangszone einer K-Pflanze.

• Abb. 11: Längsschnitt durch den Sprossscheitel von Sorte `Kleiner Liebling`.

• Abb. 12: Häufigkeitsdiagramme (Zellzahl) der Zellgrößen (µm) der drei Sprossscheitelschichten der haploiden Sorte `Kleiner Liebling`.

• Abb. 13: Längsschnitt durch den Sprossscheitel des cytochimärischen Klons HDD (haploid-diploid-diploid) von `Weißer Liebling`. Die Zellen in L1 sind deutlich kleiner als die Zellen in L2 und L3.

• Abb. 14: Häufigkeitsdiagramme (Zellzahl) der Zellgrößen (in µm) der drei Sprossscheitelschichten des cytochimärischen Klons HDD von `Weißer Liebling`.

• Abb. 15: Längsschnitte durch den Sprossscheitel mit stark vergrößerten Zellen in L1 von Klon 5/74/2. Sprossscheitel (A) und Blütenknospe (B) mit vergrößerten Zellen in der ersten Zellschicht. Dies zeigt, dass bereits eine Cytochimäre vorliegt.

• Abb. 16: Häufigkeitsdiagramme (Zellzahl) der Zellgröße (in µm) in drei Sprossscheitelschichten der Pflanze mit stark vergrößerten Zellen in L1 von Klon 5/74/2.

• Abb. 17: Längsschnitte durch den Sprossscheitel mit kleinen Zellen in L1 von Klon 5/74/2 bei Pelargonium.  A. Achselknospe, B. Blütenknospe. In beiden Abbildungen sind die Zellen der ersten Zellschicht nicht größer als die Zellen der tiefer liegenden Zellschichten. Die Epidermiszellen der Blattprimordien in der Nähe des Sprossscheitels sind bei der Blattentwicklung teilweise vergrößert.

• Abb. 18: Häufigkeitsdiagramme (Zellzahl) der Zellgrößen (in µm) der Mittelzone der Blütenknospe mit kleinen Zellen in L1 von Klon 5/74/2.

• Abb. 19: Längsschnitt durch den Sprossscheitel mit leicht vergrößerten L1-Zellen ohne deutliche Zellvergrößerung in der Epidermis bei der Blattentwicklung von Klon 5/74/2.

• Abb. 20: Häufigkeitsdiagramme (Zellzahl) der Zellgrößen (in µm) der Scheitelschichten mit leicht vergrößerten Zellen in L1 von Klon 5/74/2 der Abbildung 19.

• Abb. 21: Zellgrößenzunahme in der Epidermisschicht in verschiedenen Positionen bei Sprossscheiteln von Klon 5/74/2. A. Längsschnitt durch den Sprossscheitel mit vergrößerten L1-Zellen, B. Längsschnitt durch den Sprossscheitel mit kleinen L1-Zellen.

• Abb. 22: Vergleich der Chromosomen in Abhängigkeit von der Behandlungszeit mit 0,1%iger Kolchizinlösung für die Dauerpräparation.  A. Ohne Kolchizinierung, mit Karmin-Essigsäure-Lösung gefärbt, B. 3 h Kolchizinierung, mit modifizierter Feulgen-Lösung gefärbt, C. 6 h Kolchizinierung mit Toluidinblau-Lösung gefärbt,  D. 20 h Kolchizinierung mit Hämatoxylin-Lösung gefärbt.

• Abb. 23: Mit Toluidinblau angefärbte Chromosomen und Spindelapparate.  A. 18 Chromosomen in einer Haarzelle, B-C. Chromsomen in der Anaphase.

• Abb. 24: Zellen mit erkennbaren Chromosomen in unterschiedlichen Blattschichten des Klons DDD von Pelargonium `Weißer Liebling`. A. diploider Chromosomensatz in einer Epidermiszelle, mit modifizierter Feulgen-Färbung gefärbt, B. diploider Chromosomensatz in einer Subepidermiszelle, mit modifizierter Feulgen-Färbung gefärbt, C. diploider Chromosomensatz in einer Zelle der Innenkomponente mit Hämatoxylin-Lösung gefärbt.

• Abb. 25: Zellen mit zählbaren Chromosomen in verschiedenen Blattschichten bei dem cytochimärischen Klon HDD von `Weißer Liebling`.  A. Epidermiszelle mit Toluidinblau gefärbtem, haploidem Chromosomensatz, B. Subepidermiszelle mit Toluidinblau gefärbtem, diploiden Chromosomensatz, C. Diploide Zelle im mit Toluidinblau gefärbtem mittleren Gewebe, D. Wurzel-Quetschpräparat mit einem Karmin-Essigsäure gefärbtem, diploiden Chromosomensatz.

• Abb. 26: Zellen mit erkennbaren Chromosomen in verschiedenen Blattschichten des cytochimärischen Klons `Weißer Liebling` DHH. A. Haarzelle mit diploidem Chromosomensatz, B. Epidermiszelle mit diploidem Chromosomensatz, C. Subepidermiszelle mit haploidem Chromosomensatz, D. Zelle haploidem Chromosomensatz in der inneren Komponente des Blattes.

• Abb. 27: Zellen mit verschiedenen Chromosomensätzen in der Epidermis von Klon 5/74/2.  A. Epidermiszelle vermutlich mit tetraploidem Chromosomensatz in der Anaphase, B-C. Epidermiszellen vermutlich mit oktoploidem Chromosomensatz.

• Abb. 28: Zellen mit 9 Chromosomen der inneren Komponentenschichten von Klon 5/74/2. A. 9 Chromosomen in L2-bürtiger Palisadenzelle, B-C. 9 Chromosomen in L3-bürtigen Zellen.

• Abb. 29: Zellkerne mit verschiedener Nukleolusanzahl in dem Klon 5/74/2. Zellkerne mit mehreren Nukleoli in Epidermiszellen sind größer als die Zellkerne mit wenigen Nukleoli in Zellen der Subepidermis und Innen- Komponente.

• Abb. 30: Zellen mit erkennbaren Chromosomen und Nukleoli im Blattlängsschnitt des haploiden Klons `Kleiner Liebling` (Kunststoff-Dauerpräparat).

• Abb. 31: Normale mitotische Zellteilung in Zellen von Klon 5/74/2. A. Zelle mit Chromosomen in der Metaphase, B. Zelle mit Chromosomen in der Proanaphase. C. Chromosomen in der Anaphase,  D. Zellteilung in der Telophase.

• Abb. 32: Gestörte Metaphasen in mitotischen Zellen von Klon 5/74/2.

• Abb. 33: Epidermiszelle mit unregelmäßiger Chromosomenverteilung in der Anaphase von Klon 5/74/2.

• Abb. 34: Zellen mit mehreren Kernen in der Epidermis von Klon 5/74/2. A. Zwei ungleich große Kerne in einer Zelle, B-C. Zelle mit einem Makrokern und zwei Mikrokernen.

• Abb. 35: Zellen mit unterschiedlichen Kernen in der Epidermis von Klon 5/74/2. A. Zwei Kerne mit unterschiedlicher Nukleolusanzahl in einer Zelle, B-C. Zelle mit zwei Kernen, D-F. Zelle mit drei Kernen.

• Abb. 36: Kerneinschnürung in Epidermiszellen von Klon 5/74/2. A-B. Eingeschnürter Zellkern in Epidermis, C. Einschnürung der Zelle und des Zellkernes.

• Abb. 37: Kerneinschnürungen in den Epidermiszellen von Klon 5/74/2. A-C. Kerne mit Einschnürung, D. Kern mit zwei Einschnürungen

• Abb. 38: Verminderung der Phenolbildung und Kallusinduktion von Pelargonium zonale. A. Explantate mit schwarzem Phenolring. B—C. Kallusinduktion nach Überführung von flüssigem Perlit—Medium auf das feste PVP-Medium.

• Abb. 39: Ausgangs- und Adventivpflanzen des dreifach markierten chimärischen Klons `Weißer Liebling`, DHH, GWG, WRR. A. Ausgangspflanze mit GWG-Blattmuster; B. Weiße Blüten der Ausgangspflanze mit rotem Blütenstiel, C. Adventivpflanze mit weißen Blüten und grünen Blättern, D. Weiße Blüten der Adventivpflanze mit grünem Blütenstiel.

• Abb. 40: Chimärische Adventivpflanzen aus der Sorte `Mrs. Pollock`. A-B. Kallusinduktion;   C. Chimärische Sprosse vom Typ GWG; D. Chimärische Sprosse vom Typ GGW; E. Chimärische Sprosse vom Typ GWW; F. Chimärische Sprosse mit sektoralen Blättern.

• Abb. 41: Kallusinduktion und Regeneration von Adventivsprossen aus Klon 5/74/2. A-C. Kalluswachstum auf dem PVP-Medium, D. Sprossregeneration, E. Adventivpflanze mit Wurzeln, F. Adventivpflanze mit Blüten.