Ausgewählte Eigenschaften des Sporopollenins der Kiefer

Abstract

Gegenstand der Arbeit sind Zusammenhänge zwischen physikochemischen Eigenschaften und Funktionen der Exine bei Ausbreitung, Bestäubung und Befruchtung. Dabei bewährte sich der Einsatz der 3-kammrigen Sporopolleninkapseln (Zentralkapsel und Sacci) in der Permeationschromatographie. Sowohl kinetisch bedingte chromatographische Dispersion kleiner Moleküle als auch Konzentrationsänderungen von Zuckern und Dextranmolekülen im Medium wurden zur Bestimmung von Permeabilitätskoeffizienten der Nexine genutzt. Die Wasserabsorptionskapazität von Exinefragmenten und die hydraulische Leitfähigkeit der Nexine wurden anhand von Konzentrationsänderungen ausgeschlossener Dextranmoleküle ermittelt. Das Tectum der saccalen Sexine ist eine Mikrofiltermembran mit scharfer Trenngrenze im Submikrometerbereich; daher werden an den Sacci nur Hydrokolloide mit Stokes''schen Radius über 100 nm (z.B. aus nativem Dextran) ausgeschlossen. Die Nexine ist eine nicht-ideale Umkehrosmose-Membran, die in Zucker- und Salzlösungen hohe Reflexionskoeffizienten zeigt; zusätzlich besitzt sie wenige große Poren, die den Austausch von Zuckern und selbst kleinen Polymermolekülen ermöglichen. Die hydraulische Leitfähigkeit der Nexine liegt im Größenbereich derjenigen von Plasmamembranen (0,39-0,48 µm s-1 MPa-1); die Ergebnisse zeigen, dass die Exine weder die Nährstoffaufnahme des Sporoplasten aus der lokulären Flüssigkeit noch dessen rasche Rehydratation in der Mikropyle behindert. Die Einfaltungen der distalen Nexine (oberhalb der Sacci) und die Omega-Faltung der Exine zwischen den Sacci (Leptom) bieten beim Quellvorgang Schutz vor zu schneller Flächenausdehnung der Plasmamembran. Der Corpus kann mit konzentrierten Elektrolytlösungen beladen werden. Beim anschließenden osmotischen Schwellen in Wasser reißt die Exine, und der Sporoplast wird mit anhaftender Intine ausgeschleudert. Wasser und andere polare Flüssigkeiten adhärieren stärker als hydrophobe Flüssigkeiten an Sporopollenin. Die Sporopolleninmatrix weist eine hohe Feststoffdichte auf, ist wenig quellfähig (0,18 mL g-1 TM) und deformationsstabil. Dies ermöglicht die Pulverbildung beim Trocknen.

Subject of this thesis are relationships between physicochemical properties and functions of the exine concerning propagation, pollination and fecundation. Here the application of the 3-chambered sporopollenin-microcapsules (central capsule and sacci) in permeation chromatography proved of value. Both the kinetically dependent dispersion of small molecules and changes in concentration of sugars and dextran molecules in the medium were analysed to determine permeability coefficients of the nexine. The water absorption capacity of exine fragments and the hydraulic conductance of the nexine were calculated by means of changes in concentrations of excluded dextran molecules. The tectum of the saccal sexine is a microfiltration membrane with a sharp cut off in the submicrometer range; thus hydrocolloids with Stokes´radii over 100 nm (e.g. from native dextran) are excluded from the sacci. The nexine is a non-ideal reverse osmosis membrane having high reflexion coefficients in sugar and salt solutions; in addition few large pores allow the exchange of sugars and even of small polymers. The hydraulic conductance of the nexine is in the range typically for plasmamembranes (0.39-0.48 µm s-1 MPa-1); the results indicate that the exine does neither obstruct the uptake of nutrients by the sporoplast from the locular fluid nor hinder the rapid rehydration in the micropyle. When rehydrating, the distal foldings of the nexine (above the sacci) and the omega-like folding of the exine between the sacci (leptom), provide protection for the plasmamembrane when its surface area has to increase too rapidly. The corpus can be loaded with a concentrated electrolyte solution. When subsequently transferred into water the exine rupture and the sporoplast along with the intact intine is ejected. Water and other polar liquids adhere stronger to sporopollenin than hydrophobic ones. The matrix of sporopollenin show a high density in its solid content, water absorption capacity is low (0.18 mL g-1 DM) and it is resistant to deformation. This enable the formation of powder while dehydrating.