Über die Embryobildung in der Gattung Paeonia

Von Karl Carniel, Wien

österr. Boten. Zeitachritt, Bd. 114, H. l 218

Mit 3 Textabbildungen (Eingegangen am 9. November 1966)

Einleitung

In den letzten Jahren ist eine Reihe von Arbeiten über die Embryobildung in der Gattung Paeonia erschienen. Zunächst berichtete yakovlev (1951), daß sich die Embryogenese von Paeonia grundlegend von der aller bisher untersuchtem Angiospermen unterscheidet. Der Autor betont jedoch, daß die Verhältnisse noch verworren sind und einer weiteren Durchleuchtung bedürfen. yakovlev und yoffe (1957) brachten dann eine eingehendere Darstellung der Embryoentwicklung von Paeonia anomala, P. moutan und P. wittmanniana. Danach führt die erste Teilung in der Zygote nicht zur Bildung einer apikalen und einer basalen Zelle, wie im Normalfall, sondern es entsteht eine zweikernige Zelle. Da auch die folgenden Kernteilungen «ahne Plasmateilung ablaufen, entsteht ein poly-energider Proembryo. Birst nachträglich erfolgt Zellbildung; im Anschluß daran werden meristematiäche Zentren angelegt, von denen eines zu einem Embryo auswächst. Diese Art der Embryobildung wird als vergleichbar mit der von Ginkgo aufgefaßt, was zu weitgehenden phylo-genetischen Schlußfolgerungen führte, indem angenommen wird, daß zwischen Angiospermea und Gymnospermen fließende Übergänge bestehen. muboai (1959J lehnte in einer Nachuntersuchung die Befunde der russischen Autoren mb und stellte demgegenüber fest, daß die Embryoentwicklung von Paeonia. albiflora, P. actiflora, P. delavayi und P. suffruticosa in der gleichen Art und Weise vor sich geht wie bei allen anderen Angiospermen. Der erste Teilungsschritt in der Zygote erzeugt zwei übereinanderliegende Zeülen: die apikale (terminale) Zelle und die basale Zelle. Die basale Zelle entwickelt sich zu einem coenocytischen Suspensor, in dem Kernteilungen ohne Plasmateilung erfolgen. Während der eigent- [p.5:] liche Embryo aus der apikalen Zelle durch Zellteilungen hervorgeht. In einer weiteren Arbeit weisen Yakovlev und Yoffe (1961) die Auslegung Murgais (1959) zurück und rechtfertigen an Hand der Embryogenese von Paeonia lactiflora ihre früher gemachten Feststellungen. Auf Grund einer sorgfältigen Untersuchung der Embryobildung bei Paeonia californica und P. brownii kommen Cave, Arnott und Cook (1961) zu dem Schluß, daß die Angaben mubgais (1959) falsch sind, d. h. auf Fehlbeobachtungen fußen. Sie geben an, daß das coenocytische Gebilde kein Suspensor ist, sondern ein Proembryo, der in Zellen zerlegt wird und dann den Embryo bildet. Damit bestätigen diese Autoren die Befunde von yakovlev und yoffe (1957) weitgehend; im Unterschied zu ihnen nehmen sie jedoch an, daß der coenocytische Proembryo bei Gymnospermen und Paeonia eher einen Fall von Parallelentwicklung darstellt als ein Zeichen näherer Verwandtschaft zwischen beiden. matthiessen (1962) lehnt die Angaben murgais ebenfalls ab; er kommt zum gleichen Ergebnis wie cave, arnott und cook. In einer zweiten Mitteilung verteidigt müroai (1962) ihre ursprüngliche Auffassung von der Suspensornatur des in Frage stehenden Gebildes. Nach moskov (1964) sollen der Embryo von Paeonia decora, P. tenuifolia und P. corallina entweder durch Adventivembryonie oder durch apomiktische Vorgänge entstehen. Der Verfasser kommt zu dem Schluß, daß Paeonia ein Zwischenglied zwischen gametophytischer und sporophytischer Embryobildung darstellt. In jüngster Zeit nehmen yakovlev und yoffe (1965) erneut zum Paeonia-Fall Stellung, ohne jedoch etwas grundlegend Neues zu bringen.

Aus all dem ergibt sich, daß über die Embryobildung in der Gattung Paeonia weder in bezug auf die Beobachtungstatsachen noch in bezug auf die Zuordnung zu einem bestimmten Typus Klarheit herrscht. Es erschien daher wünschenswert, auf Grund von vergleichenden Untersuchungen der Embryogenese mehrerer Poeoraa-Arten zu versuchen, die Art und Weise der Entstehung des Embryos eindeutig festzustellen und an Hand der gewonnenen Erkenntnisse die Beziehungen zu anderen Pflanzenarten klarzulegen.

Als Material für die vorliegende Untersuchung dienten Pflanzen von Paeonia mascula, P. tenuifolia, P. humilis, P. officinalis, P. lutea, P. lactiflora, P. peregrina und P. suffruticosa. Alle stammten aus dem Freiland des Botanischen Gartens der Universität Wien. Die Samenanlagen und Samen wurden meist in Alkohol-Eisessig (3:1) fixiert, daneben aber auch in karpetschenko-Gemisch. Die Präparation erfolgte zum Teil unter dem Präpariermikroskop, indem die Embryosäcke mit feinen Skalpellen herausgelöst wurden, zum Teil wurden Mikrotomschnitte angefertigt, und zwar Längs- und Querschnitte. Im eisten Fall wurde mit Essigkarmin gefärbt, im anderen mit Eisenhämatoxylin nach Heidenhain [p.6:]

Die Bildung des Emfcryosackes erfolgt bei den untersuchten Paeonia-Arten nach dem Normateypus (Polygonum-Typvs). Der Embryosack geht aus einer Makrospore tervor und entwickelt sich bis zur Befruchtung völlig normal sowie störungsfrei. Auffallend ist jedoch die Gestalt des reifen Embryosackes: er ist nämlich an den Enden keulig aufgetrieben, im mittleren Teil sehr sdunal und außerordentlich langgestreckt (Abb. 1 a). Obwohl sich die Embrywsäcke verschiedener Arten hierin gleichen, besteht doch zwischen den «einzelnen Arten eine charakteristische Variation, indem der mittlere Teil kürzer oder länger und die keuligen Teile dicker oder schlanker sein können. Diese Abwandlung ist offenbar von der Form und Größe der einzelnen Samenanlage abhängig, d. h. durch die Raumverhältnisse bedingt, da z. B. bei Paeonia tenuifolia nicht nur der Embryosack sehr schmal und langgestreckt ist, sondern auch die Samenanlage ; oder bei P. mascula sowohl der Embryosack als auch die Samenanlage gedrungener und dicker sind. In der chalazalen Auftreibung liegen die drei Antipoden, die keine Anzeichen für eine stärkere Aktivität erkennen lassen, sei es, daß die Zellen oder Kerne vergrößert wären, sei es, daß die Kernzahl vermehrt würde. Bemerkenswert ist es jedoch, daß die Antipoden sehr lange erhalten bleiben. Der Eiapparat in der mikropylaren Auftreibung zeigt das typische Aussehen: in jeder der beiden Synergiden liegt der Kern über der im chalazalen Teil der Zelle angeordneten Vakuole; in der Eizelle liegt dagegen der Kern chalazalwärts und die Vakuole darüber. Im übrigen sind die Synergiden der ganzen Länge nach dicht aneinandergepreßt, so daß ihre gemeinsame Scheidewand fast bis an das terminale Ende der Zellen reicht; außerdem besitzen sie einen Fadenapparat. Die Eizelle ist birnenförmig und verhältnismäßig groß; sie überragt nämlich die Synergiden meist mindestens um ein Drittel. Die beiden Polkerne verschmelzen bereits vor der Befruchtung zu einem mächtigen sekundären Embryosackkern, der in der Mitte des Embryosackes liegt (Abb. 1 a). In demselben Nuzellus treten häufig zwei, manchmal auch drei oder vier völlig ausgebildete Embryosäcke auf, die parallel zueinander angeordnet, jedoch stufenförmig gegeneinander verschoben sind (Abb. 1 e). Mehr aus vier reife Embryosäcke in einem Nuzellus konnten bei den untersuchten Arten nicht beobachtet werden, obwohl mehr als vier Makrosporen gebildet werden.

Vier bis sechs Tage »ach der Bestäubung kommt es zur Befruchtung, und zwar zu der für die Angiospermen typischen doppelten Befruchtung. Der Pollenschlauch wäefcst durch die Mikropyle zum Embryosack, durchbohrt dabei ein Stück des Nuzellus und dringt dann durch eine Synergide in den Embryosack ein. Die betroffene Synergide geht dabei zugrunde; an ihre Stelle tritt eine stark färbbare Substanz, die sehr lange erhalten [p.7:]

Abb. 1 a Paeonia humilis, reifer Embryosack; b P. mascula, erste Kernteilung in der Zygote, darüber die zerstörte und die überlebende Synergide; c, d P. lactitlora, Embryosack nach der zweiten Teilung der Zygote; c Übersichtsbild, d Ausschnitt von c stärker vergrößert; e P. peregrina, mikropylare Teile von zwei Embryosäcken eines Nuzellus. — Mikrotomschnitte, Alk.-Eisessig, Eisenhämatoxylin [p.8:]

bleibt. Die andere Synergide behält dagegen zunächst ihr Aussehen bei; in späteren Stadien vergrößert sie sich jedoch und verändert sogar ihre Gestalt sowie ihre Lage, wodurch es dann oft schwierig ist, sie als Synergide anzusprechen. Nach der Befruchtung macht die Zygote ein Ruhestadium von zwei bis drei Tagen durch, wogegen die Entwicklung des Endosperms offenbar mnmittelbar nach der Kernverschmelzung einsetzt, da sich im Embryosack bereits acht oder sechzehn — manchmal auch schon zweiunddreifiig — freie Endospermkerne finden, während die Zygote noch einkernig ist. Die Zygote vergrößert sich noch bevor die erste Kernteilung anläuft, und zwar wächst sie derart in die Breite, daß die überlebende Synergide am unteren runden Ende ± umhüllt wird. Hieraus ergibt sich eine qoerasymmetrische Abänderung der Birnform der Zygote, indem der der Synergide anliegende Teil nach innen gewölbt ist. Unter Berücksichtigung dieses Umstandes läßt es sich verstehen, daß sich die Spindel der eisten Teilung nicht parallel zur Längsachse der Zelle einstellt, sondern schräg (Abb. l b). Die Kernteilung verläuft störungsfrei; es folgt ihr aber keine Cytokinese wie im Normalfall, sondern es entsteht eine zweikernige Zygote. In einzelnen Fällen läuft allerdings die Wandbildung noch an, indem ein Phragmoplast und eine Zellplatte gebildet wird, die jedoch nie die Mutterzellwand erreicht und bald aufgelöst wird. Der zweite Kernteilungsschritt erfolgt synchron; die vier resultierenden Kerne ordnen sich tetraedrisch an und zwischen ihnen bildet sich eine Vakuole ((Abb. l d). Da auch die nächsten Kernteilungen ohne anschließende Wamdbildung ablaufen, entsteht ein plasmodiales Gebilde, das birnenförmig ist und gegen das Innere des inzwischen zu Walzenform ausgewachsenen Embryosackes ragt (Abb. 2 b, c). Im kugeligen terminalen Teil dieses Körpers entwickelt sich eine mächtige Vakuole, wodurch das Masma an die Wand gedrängt wird. Es entsteht ein Plasmamantel, in dem die Kerne in einer Schichte und annähernd gleich weit voneinander entfernt angeordnet sind. Im spitzen Teil liegen die Kerne ebenfalls petäpher und außerdem finden sich meist mehrere kleine Vakuolen. Diesem Bau entsprechend sind die Kernspindeln immer parallel zur Oberfläche oiientiert. Anfangs gehen die Kernteilungen — wie bereits erwähnt — synchron vor sich (Abb. 2 a) während späterer Stadien ist dagegen ein Teilungsgefälle zu beobachten, und zwar läuft eine Teilungswelle von« basalen zum terminalen Pol (Abb. 2 c). Die Zahl der freien Kerntefflungsschritte schwankt innerhalb einer Art sowie von Art zu Art von secfcs bis acht, d. h. es finden sich 64, 128 oder — allerdings seltener — 256 freie, diploide Kerne im coenocytisch organisierten Körper.

Die Endospermbildmig vollzieht sich, wie bereits angedeutet, nach dem nuklearen Typus. Während des plasmodialen Stadiums ist die Verteilung des Cytoplasmas -so, daß eine Schicht den Embryosack auskleidet [p.9:] und im mikropylaren Teil eine Aussackung bildet, in der der aus der Zygote hervorgegangene plasmodiale Körper liegt. Im letzteren Teil ist die Plasmaschicht sehr dünn und liegt dem coenocytischen Gebilde unmittelbar an, so daß die Stellen, an denen Kerne eingebettet sind, als höckerförmige Vorspränge erscheinen (Abb. 2 b). Dadurch kann der

Abb. 2. a Paeonia humilis, synchrone Kernteilung im plasmodialen Körper; 6 P. officinalis, der birnförmige, plasmoidale Körper, in dem die Kerne poripher angeordnet sind, liegt in einer Aussackung des Endosperms; c P. mascula, Teilungsschritt im plasmodialen Körper vom 64- zum 128kernigen Zustand, Teilungswollo vom basnlcn zum terminalen Pol fortschreitend, d, e P. of/icinalis, Zellkörpor mit Proembryoanlagen: d Übersichtsbild, a Ausschnitt von d stärker vergrößert. — a, b, d, e Mikrotomschnitte, Alk-Eisessig, Eisenhämatoxylin; c Zupfpräparat, Alk-Eisessig, Essigkarmin, 250fach [p.10:]

Eindruck entstehen, daß es sich nicht um Endospennteile handelt, sondern um Proembryozellen. Besonders in Längsschnitten durch junge Embryosäcke kann ein zweizeiliger Proembryo vorgetäuscht werden, wenn ein Endospermkern dem terminalen Pol der Zygote anliegt. Im übrigen treten bei der Vermehnung der Endospermkerne häufig Störungen des Spindelmechanismus auf, was die Bildung von Ana- und Telophase-brücken bewirkt. Im Zusammenhang damit kommt es zur Restitutionskernbildung; es entstehen also polyploide Kerne. Das Stadium der freien Kerne dauert ziemlich lange an, weil erst zwanzig bis fünfundzwanzig Tage nach der Befruchtauig die Zellbildung einsetzt.

Sobald im Endospemn die Zellbildung anläuft, wird auch der vielkernige, birnförmige Körper durch Bildung von Wänden in Zellen zerlegt, indem benachbarte Kerne durch Phragmoplasten miteinander verbunden und Zellplattes gebildet werden. Das Ergebnis ist ein Zellkörper, der aus undiffenenzierten, diploiden Zellen aufgebaut ist. In der Folge laufen zunächst moch einige Vermehrungsteilungen ab, die einerseits zu einer Kammenang des Hohlraumes führen und anderseits eine geringe Fonnverändenmg des Zellkörpers. herbeiführen; der Umriß wird nämlich unregelmäßig. Danach treten differentielle Teilungen auf, indem aus peripher liegenden Zellen kleine Zellgruppen hervorgehen, die über die ganze Oberfläche verteilt sind, sich anfangs halbkugelig vorwölben und dadurch de«a Zellkörper ein traubenförmiges Aussehen geben (Abb. 2 d,e). Ein Teil dieser Zellgruppen wächst protuberanzartig aus der Zellmasse hervor (Abb. 3 a). Es entstehen fadenförmige Gebilde, die Proembryonen darstellen, da ihre terminalen Enden Embryokugeln liefern, die sich zu nonmalen gegliederten Dikotylenembryonen weiterentwickeln können, während die Zellen der basalen Teile Suspensorzellen entsprechen, wobei in diesem Fall der einzelne Suspensor keine auffallende Form annimmt, sondern bald degeneriert. Auf diese Weise können in einem Embryosack mehrere Embryoneu gebildet werden. In der Regel bleibt jedoch «ur ein Embryo am Leben, während die anderen in einem früheren Qjler späteren Entwicklungsstadium — offenbar aus ernährungsphysiologischen Ursachen — zugrunde gehen (Abb. 3 6); ausnahmsweise kann allerdings auch ein zweiter überleben. Das intensive Wachstum des überlebenden Embryos erfolgt zunächst nicht nur auf Kosten der anderen Embryonen, sondern anscheinend auch auf Kosten des Zellkörpers, da dieser bald zusehends kleiner wird und schließlich ganz resorbiert wird; in späteren Stadien dürften die Nährstoffe durch das inzwischen mächtig entwickelte Endosperm zugeführt werden. Oft sind in einem Nuzellus- mehrere Embryosäcke vorhanden (vgl. oben), von denen aber meist nur einer dominiert und den voll ausgebildeten Embryo liefert, obwohl auch in den anderen die Befruchtung stattfindet und zumindest die ersten Stadien der Embryoentwicklung durchlaufen [p.11:]

Abb. 3. Paeonia mascula, a Proembryonen aus dem Zellkorper hervorsprossend, b junger Embryo mit den Resten des Zellkörpers in das Endosperm eingebettet- Mikrotomschnitte, Alk.-Eisessig, Eisenhamatoxylin [p.12:]

werden. Manchmal entwickelt sich aber auch ein Embryo eines zweiten Embryosackes weiter, sä» daß bei Auftreten zweier Embryonen in einem reifen Samen ihre Herkunft nicht sicher zu erschließen ist, da ihr Ursprung verschieden sein kann: entweder stammen beide Embryonen aus demselben Embryosack oder jeder geht aus einem anderen hervor.

Besprechung

Die eigenartige Embnyobildung in der Gattung Paeonia machte es schwierig einerseits die anatomisch-morphologischen Gegebenheiten festzustellen und anderseits diese mit den entsprechenden Bildungen der übrigen Spermatophytem in Beziehung zu setzen. Das erste Problem kann als gelöst betrachtet werden, da auch die vorliegende Untersuchung die Angaben von yakovmv und yoffe (1957, 1961, 1965), cave, arnott und cook (1961) sowie; matthiessen (1962) in bezug auf die Beobachtungstatsachen bestätigen konnte. Im Unterschied zu den meisten anderen Angiospermen geht die Entwicklung der Zygote zum Embryo bei Paeonia nicht nur dmrch Zellteilungen vor sich, sondern anfangs erfolgen freie Kernteilungen. Es entsteht ein ± birnenförmiger Körper, der zunächst coenocytiseh organisiert ist und erst später zellulären Bau annimmt, indem das vieflkernige Plasma durch Bildung von Wänden in Zellen zerlegt wird. In» der ungegliederten Zellmasse dieses Gebildes differenzieren sich mehrere Embryoanlagen, von denen sich allerdings meist nur eine bis zu einem vollausgebildeten Embryo weiterentwickelt, wogegen die anderen früher oder später zugrunde gehen. Demgegenüber erwiesen sich die Beobadhtungen Murgais (1959, 1962), wonach die Entwicklung des Embryos bei Paeonia wie im Normalfall erfolgt, d. h. die erste Teilung der befruchteten Eizelle mit der Bildung einer Querwand abschließen soll, als nicht zutreffend. Der zweizeilige Proembryo wird nämlich nur vorgetäuscht, und zwar dadurch, daß die überlebende Synergide mit der Zygaite eine Einheit bildet (vgl. oben; auch cave, arnott und cook). im übrigen konnte auch ihre Annahme, daß das coenocytische Gebilde ein mächtiges Suspensorhaustorium darstellt, eindeutig widerlegt werdem, da es sieh bei der angeblichen apikalen Zelle um einen in einem dünnen Plasmamantel liegenden Endospermkern handelt. Auch sonst wirken die Befunde muroais (1962) wenig überzeugend. Wie wäre es z.B. möglich, daß ein Längsschnitt durch die achtkernige basale Zelle, die doch ein räumliches Gebilde ist, alle acht Kerne zeigt (Murgaii, 1962, S. 220, Fig. 29: "8-nucleate basal cell and an un-divided apical cell") ? Kämmt man weiters an, daß die dargestellte Zelle tatsächlich die apikale itdt, so fragt es sich, wo sich dann die so charakteristischen Endospermkeraie finden, die doch immer dem coenocytischen Gebilde aufsitzen (gilt amch für Fig. 30 und 31). — Auf ganz andere Weise soll der Embryo von Paeonia nach moskov (1964) gebildet werden, nämlich [p.13:] durch Nuzellarembryonie oder Apomixis. Obwohl gerade in dieser Hinsicht eingehende Untersuchungen gemacht wurden, konnten keine Anzeichen für das Vorkommen derartiger Erscheinungen festgestellt werden.

Die Entscheidung der Frage, in welcher Beziehung der Typus der Embryobildung von Paeonia zu denen der übrigen Samenpflanzen steht, ist vor allem für die tiefere Begründung des natürlichen Systems von großer Bedeutung. Die Verhältnisse bei Paeonia werden nämlich von manchen Autoren als innerhalb der Angiospermen isoliert dastehend, einmalig oder primitiv aufgefaßt, was zu weitgehenden phylogenetischen Folgerungen führte. So glauben yakovlev und yoffe (1957, 1964, 1965) Paeonia mit bestimmten Gymnospermen (z. B. Ginkgo) in Verbindung bringen zu können, und zwar auf Grund der Tatsache, daß in beiden Fällen im Verlauf der Embryoentwicklung ein coenocytisches Stadium durchlaufen wird. Sie glauben dadurch bewiesen zu haben, daß zwischen Gymnospermen und Angiospermen keine Barriere existiert. Diese Vorstellung läßt aber wichtige Argumente außer acht: Erstens sind die Paeonia-Arten typische Angiospermen; dies kann allein durch die Ausbildung eines normalen Embryosackes und die so bezeichnende doppelte Befruchtung als gesichert gelten, und demnach kann der Paeonia-Typus a priori nur einen Fall — wenn auch einen besonderen — innerhalb der Angiospermen darstellen. Zweitens kann auf Grund des ähnlichen Aussehens zweier Bildungen noch nichts über deren Gleichwertigkeit ausgesagt werden. Im Gegensatz zu Paeonia ist ja bei den Gymnospermen im coenocytischen Gebilde meist eine ausgeprägte Polarität vorhanden, indem in einem bestimmten Stadium alle oder zumindest ein Teil der freien Kerne gegen das untere Ende der Zygote wandert (vgl. schnarf, 1933; u.a.). Auch ist der proembryonale Zellkörper bei den Gymnospermen stärker differenziert als bei Paeonia: Bei ersteren erfolgt meist eine deutliche Gliederung in Etagen, die im Verlauf der weiteren Entwicklung wesentliche Unterschiede zeigen; bei Paeonia können dagegen die Embryoanlagen aus allen Teilen des undifferenzierten Zellkörpers hervorgehen. Diese Unterschiede gelten letztlich auch für Ginkgo: "This cellular homogeneity in the spherical embryo, however, masks an under-lying polar differentiation" (wardlaw, 1955, S. 186). Im übrigen wird auch niemand annehmen, daß die Angiospermen direkt von Sequoia sempervirens abzuleiten sind, weil bei dieser Art keine freien Kerne gebildet werden, sondern die erste Teilung in der Zygote mit Wandbildung verbunden ist (vgl. wardlaw, 1955; u.a.).

cave, arnott und cook (1961) sowie matthiessen (1962) sind der Auffassung, daß zwischen der Embryobildung bei den Gymnospermen und Paeonia keine direkte Verbindung besteht, sondern daß ein Fall von Parallelentwicklung vorliegt., indem die Evolutionsrichtung von der [p.14:] zellulären zur coenocytischen Organisation geht. Da diese Autoren Paeonia als Ausnahmsfall innerhalb der Angiospermen betrachten, bleibt die Frage, ob Paeonia tatsächlich keinem anderen Typus zuzuordnen ist, weiter offen.

Der Vergleich mit anderen Angiospermenarten und die Klarlegung der Homologie zeigten jedoch eindeutig, daß sich der Embryo in der Gattung Paeonia nachdem Schema der echten Polyembryonie entwickelt, und zwar entsprechend der Definition von schnarf (1929, S. 476): „Aus der Eiaelle eines normal gebauten Eiapparates geht ein Zellkörper hervor, aus welchem mehrere Proembryonen hervorsprossen". Die Zuordnung zu diesem Typus erfolgt zwanglos, da die Entwicklungsvorgänge bei Paeonia in allen Einzelheiten mit der Definition im Einklang stehen. Im Unterschied zum Normalfall geht allerdings aus der Zygote nicht unmittelbar ein Proembryo hervor, sondern zunächst ein ungegliederter und unpolarisierter Zellkörper, dessen Zellen allgemein die Fähigkeit zur Ausbildung von Proembryonen und Embryonen besitzen, jedoch nicht im besonderen determiniert sind. Die Vorgänge, die zur Bildung dieses Zellkörpers, den man wohl am besten mit dem Terminus eknsts (1901; 1918) als Vorkeimträger bezeichnet, sind bei den einzelnen Angiospermen-Arten verschieden. So laufen bei den Paeonia-Arten in der Zygote anfangs freie Kernteilungen ab und erst dann wird durch nachträgliche Zrflbildung die Ausbildung des Vorkeimträgers abgeschlossen. Dagegen wird z. B. bei Cynanchum vincetoxicum die befruchtete Eizelle bei der ers*en Teilung durch einen transversale Wand in eine apikale und eine basafc Zelle geteilt. Das weitere Wachstum geht dann in diesem Fall allein von der apikalen Zelle aus, und zwar entsteht aus ihr durch unregelmäßig verlaufende Teilungen ein „regellos gebauter Zellkomplex" (= Vorkeiaaträger; vgl. seefeldner, 1912). Einen Übergang zwischen diesen beiden Extremen bilden z. B. die Verhältnisse bei Tulipa gesneriana, wo nach ernst (1901) die Teilung der Zygote entweder durch eine Quer-, Längs- oder Schrägwand erfolgt. Im ersten, selteneren Fall ist die Teilung inäqual; es entsteht eine größere basale Zelle, die nicht teilungsfähig ist, und eine kleinere Scheitelzelle, die — wie bei Cynanchum vimceloxicum — zum Vorkeimträger auswächst. In den beiden letzteren Fällen ist dagegen die Teilung i äqual; dementsprechend beteiligen sich die beiden Tochterzellen in gleicher Weise am Aufbau des Vorkeimträgers. Es ist nun bedeutungsvoll, daß die Entwicklung des Vorkeiirtbrägers von Tulipa gesneriana mit der Ausbildung polyenergider Zellen verbunden ist: „Die ersten Teilungen der befruchteten Eizelle fühlten zur Bildung eines unregelmäßigen, aus großen plasma- und kernreicfcen Zellen zusammengesetzten Körpers" (ERNST, 1901; S. 53). Im groJBen und ganzen übereinstimmende Befunde liegen auch für Erythronimn americanum (Jeffrey, 1895), E. dens-canis [p.15:] (Guerin, 1930), Vincetoxicum nigrum (guignard, 1922) u. a. vor. Es ist hiermit augenscheinlich, daß die Art der Vorkeimträgerbildung letzten Endes nur die Abwandlungen eines einheitlichen Grundbauplanes ist, indem der letztlich immer zelluläre Vorkeimträger während seiner Entwicklung entweder plasmodial, zellulär mehrkernig oder zellulär einkernig organisiert sein kann. Demnach schließt Cynanchum vincetoxicum unmittelbar an den Normalfall an, während Paeonia offenbar einen stark abgeleiteten Fall darstellt. Die coenocytische Organisation stellt also nicht notwendigerweise ein primitives Merkmal dar, sondern kann auch ein abgeleitetes sein (vgl. matthiessen, 1962). Eine Gleichsetzung des Vorkeimträgers mit dem Suspensor ist nicht möglich, weil von einem Suspensor erst nach Ablauf derjenigen Zellteilungen, die die Ausbildung des eigentlichen Embryos einleiten, gesprochen werden kann. Die Aufgabe des Vorkeimträgers Proembryonen aus seinem Gewebe zu differenzieren, wird bei den einzelnen Angiospermen-Arten in ähnlicher Weise gelöst: Peripher liegende Zellen wachsen zu kurzen fädigen Gebilden aus, die die Proembryonen darstellen. Daß es sich um Proembryonen handelt, ergibt sich daraus, daß am terminalen Ende dieser — oft mehrreihigen — Zellfäden Embryokugeln gebildet werden, während die basalen Teile je nach Art auffallende (Cynanchum vincetoxicum) oder unscheinbare (Paeonia sp.) Suspensoreii bilden. Die Zahl der Proembryonen, die aus einem Vorkeimträger sprossen, variiert; sie schwankt z. B. bei Cynanchum vincetoxicum (seefeldner, 1912) zwischen eins und vier oder bei Paeonia mascula zwischen eins und zehn. In allen Fällen stellen jedoch die meisten Proembryonen und jungen Embryonen früher oder später ihr Wachstum ein, so daß im reifen Samen, wie im Normalfall, fast immer nur ein Embryo vorhanden ist. Ausnahmsweise finden sich bei Paeonia auch zwei Embryonen in einem Samen, indem ein zweiter Embryo des gleichen oder eines anderen Embryosackes überlebt. Bei Paeonia tritt nämlich neben der echten Polyembryonie auch unechte (vgl. schnarf, 1929) auf, d. h. die Embryonen gehen aus verschiedenen Embryosäcken derselben Samenanlage hervor. Dabei ist zu berücksichtigen, daß in diesem Fall der einzelne Embryo stets nach dem Schema der echten Polyembryonie gebildet wird, d. h. intrasaccalen Ursprungs ist und außerdem immer aus einer befruchteten Eizelle hervorgeht.

Rückblickend erscheint es unerklärlich, daß die Embryobildung in der Gattung Paeonia als abnorm angesehen wurde. Es drängt sich die Vermutung auf, daß dies nur deswegen geschah, weil man annahm: die Entwicklung des Embryos wird bei den Angiospermen, im Gegensatz zu den Gymnospermen, durch Zellbildung eingeleitet (vgl. schnarf, 1929). Das gleiche Phänomen kann man feststellen, wenn man den Moringa oleifera-Fall betrachtet. Auch die Befunde rutoers (1923) wurden zunächst nur deshalb angezweifelt, weil sie eine Ausnahme von [p.16:] der Regel bilden (vgl. schnarf, 1929). Später versuchte puri (1941) sogar an Hand einer Nacfeuntersuchung zu beweisen, daß die Beobachtung rutgers (1923) falsch ist. Unterzieht man aber die Arbeiten der beiden Autoren einer kritischen Prüfung, so kommt man zu dem Schluß, daß nicht rutgers, sonder» wahrscheinlich puei einer Täuschung erlegen ist. Nach rutgers (1923) laufen in der befruchteten Eizelle von Moringa oleifera anfangs freie Kernteilungen ab; erst nach dem IGkernigen Stadium setzt Wandbildung ein; es wird ein Zellkörper gebildet, aus dem der Embryo hervorgeht. Danach erfolgt die Embryobildung bei Moringa oleifera in der gleichen Art und Weise wie bei Paeonia.

Dafür, daß die Emfcryobildung nach dem Schema der echten Poly-embryonie offenbar ein altes Angiospermen- Merkmal ist, spricht die Tatsache, daß sie in den verschiedensten Familien vorkommt. Die Frage, ob es sich um ein ursprüngliches oder — tatsächliches (vgl. oben) — abgeleitetes Merkmal handelt, muß allerdings noch offenbleiben.

Zusammenfassung

An Hand der Erkenntnisse, die aus der Untersuchung von acht Paeonia-Arten (P. masccula, P. tenuifolia, P. humilis, P. officinalis, P. lutea, P. lactiflora, P. peregrina und P. suffruticosa) gewonnen wurden, wird die Entwicklung des Embryos in der Gattung Paeonia geschildert, wobei Literaturangabe« teils bestätigt, teils richtiggestellt werden.

In der Zygote laufen freie Kernteilungen ab, und zwar erfolgen sechs bis acht anfangs synchrone Teilungsschritte: dadurch entsteht ein coeno-cytisch organisierter, birnförmiger Körper, in dem die Kerne in einer Schichte peripher angeordnet sind. Zwanzig bis fünfundzwanzig Tage nach der Befruchtung wird das vielkernige Plasma durch Bildung von Wänden in Zellen zerfcgt. Das Ergebnis ist ein Zellkörper, ein sog. Vor-keimträger. Aus dem Vorkeimträger sprossen ein bis zehn fadenförmige Proembryonen hervor, die an ihren terminalen Enden Embryokugeln bilden. Offenbar infolge Nahrungskonkurrenz überlebt meist nur ein — manchmal allerdings such ein zweiter — Embryo, der die typische Gliederung des Angiosspermen- Embryos zeigt.

Der Vergleich mit anderen Angiospermen-Arten lehrt, daß die Bildung des Embryos bei Paeomia eindeutig nach dem Schema der echten Poly-embryonie erfolgt.

Das vereinzelte Auftreten zweier Embryonen in einem Samen kann entweder seinen Graid im Überleben zweier Embryonen desselben Embryosackes haben «der darin, daß zwei Embryonen verschiedener Embryosäcke überleben (unechte Polyembryonie).

Die Beobachtungen von yakovlev und yoffe (1957, 1961, 1965), cave, arnott und obok (1961) sowie matthiessen (1962) konnten [p.17:] bestätigt werden. Dagegen werden die Befunde muroais (1959, 1962) neuerlich abgelehnt, da sie auf Fehldeutungen beruhen.

Die phylogenetischen Schlußfolgerungen der russischen Autoren erwiesen sich als unhaltbar, da auf Grund der Embryobildung eine Ausnahmestellung der Gattung Paeonia nicht zu begründen ist, sondern eher dadurch bewiesen wird, daß es sich um einen Fall handelt, der über den Ursprung der Angiospermen nicht mehr aussagt als viele andere Fälle. Denn es konnte gezeigt werden, daß weder die coenocytische noch die zelluläre Organisation der Zygote als Differentialmerkmal für die Zuordnung zu den Gymnospermen oder Angiospermen herangezogen werden kann, da es sich um Entwicklungsmöglichkeiten handelt, die beiden Gruppen eignen.

Summary

A detailed investigation of the embryogeny of Paeonia mascula, P. humilis, P. officinalis, P. lutea, P. tenuifolia, P. lactiflora, P. peregrina and P. suffruticosa has shown, that the embryo development conforms unequivocally to the "true polyembryony" type. It was pointed out, that the embryo development of Paeonia is similar to some other angio-sperms, and does not represent a case, which could be compared with certain gymnosperms. The zygote divides to form at first a coenocyte and then an "embryonic mass" (= Vorkeimträger ernsts). Frorn this group of cells several proembryos arise, one of which generally matures into an embryo proper. Two embryos in a seed originale either by "true" or by "false polyembryony".

Nachtrag

Während der Drucklegung der vorliegenden Arbeit ist ein Beitrag zum Paeonia-Probiere von Frau rosalie wunderlich [„Zur Deutung der eigenartigen Embryoentwicklung von Paeonia", österr. Bot. Z. 113, 395 (1966)] erschienen. Die Autorin versucht die Entwicklung des Embryos von Paeonia als einen Fall von „Suspensor-Adventiv-Embryonie" zu deuten. Diese Auffassung konnte von mir nicht bestätigt werden, da sie Gegebenheiten fordert, die — meines Erachtens — nicht vorhanden sind. So ist es z. B. — wie bereits oben erwähnt — nicht möglich einen „undifferenzierten proembryonalen Zellkomplex" einem Suspensor, wenn auch nur einem „ideellen", gleichzusetzen. Ein Suspensor resultiert aus einem Differenzierungsvorgang, in dem ein Proembryo Suspensor- und Embryozellen bildet, d. h. die Entstehung von Suspensor und eigentlichem Embryo ist korrelativ oder der Suspensor ist nur der Teil — wie schnarf (1931) so zutreffend definiert — der proembryonalen Zellen, der nicht in die Bildung des Keimlings einbezogen wird. Es kann doch nicht etwas ein Teil eines Ganzen und gleichzeitig das [p.18:] Ganze selbst sein. Nimmt man dennoch an, daß bei Paeonia „das ganze — zuerst nukleare, später zelluläre — proembryonale Gebilde Suspensor ist; denn es -ist jener Teil der proembryonalen Zellen, der nicht in die Bildung des Keimlings einbezogen wird" (wundeblich, S. 402), so erhebt sich die Frage: Aus welchen Zellen gehen nun bei Paeonia die eigentlichen Embryonen hervor? Auch ein Vergleich mit den Suspensoren in don Experimenten von haccius (Literatur bei wunderlich) ist nicht durchführbar; in diesen Fällen handelt es sich nämlich — im Unterschied zu dem in Frage stehenden Gebilde von Paeonia — tatsächlich mm Suspensoren, da sie aus normalen Embryonen (Suspensor + eigentlicher Embryo) durch Inaktivierung der eigentlichen Embryonen isoliert werfen. — Die Schlußfolgerungen wundeblichs, daß „Paeonia eine typische Angiosperme ist" und die Embryoen t-wicklung von Paeonia „zur Lösung phylogenetischer Probleme kaum etwas wird beitragen können", stehen mit meinen Befunden in vollem Einklang.

Literaturverzeichnis

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