ein Beitrag zum Konkurrenzverhalten genetisch verschiedener Gewebe

Abstract

Die vorliegende Arbeit liefert neue Kenntnisse über das Konkurrenzverhalten der Sprossscheitelschichten bei der Blattmesophyllbildung und trägt dadurch zum Verständnis der Entwicklungsgeschichte höherer Pflanzen bei. Weißbunte Pflanzen von Peperomia serpens SW. LOUD, Sedum rubrotinctum R. T. CLAUSEN, Pedilanthus tithymaloides (L.) POIT. und Plectranthus coleoides BENTH wurden verwendet, um den Bau des Sprossscheitels und die chimärische Natur des Laubblattes zu analysieren. Durch die Untersuchungen zum Bau des Sprossscheitels und zur Blattanatomie wurden die Anzahl initialer Sprossscheitelschichten und die periklinalchimärische Natur der untersuchten Pflanzen bestätigt. Mit Hilfe von Mittelwertvergleichen der Mächtigkeit L2- und L3-bürtiger Mesophyllgewebe wurde die Beteiligung genetisch verschiedener internaler Sprossscheitelschichten an der Bildung des Blattmesophylls bei Sedum rubrotinctum, Pedilanthus tithymaloides und Peperomia serpens erfasst. Die Existenz histogenetisch grüner L2- oder L3-bürtiger Gewebe verursacht eine Zunahme der Blattquerschnittfläche (Sedum rubrotinctum) und eine Vergrößerung der Blattmesophyllhöhe (Peperomia serpens und Pedilanthus tithymaloides). Es wurden Regenerationsversuche an Blattstecklingen der Periklinalchimäre von Peperomia serpens und Sedum rubrotinctum durchgeführt. Durch In-vivo-Provozierung von Adventivsprossen an Blattstücken und achselknospenfreien Sprossen gelang es, die zwei untersuchten heterohistischen Musterpflanzen von Peperomia serpens ('GGW' und 'GWG') in grüne und weiße Nachkommen zu zerlegen. An Blattstecklingen bildeten sich in der Mehrzahl L3-bürtige Regenerate (ca. 75 %). Eine Beteiligung der L2-bürtigen Gewebe bei der Regeneration war an den Blattrandexplantaten zu beobachten. Das L1-bürtige Hypoderm konnte nur in der In-vitro-Blattregeneration deutlich seine Fähigkeit zur Adventivsprossbildung zeigen. Die Blattregenerationsergebnisse bei Peperomia serpens demonstrieren deutlich, dass sich alle drei Sprossscheitelschichten (L1, L2, L3) an der Blattmesophyllbildung beteiligen können. An Blattstecklingen von Periklinalchimären bei Sedum rubrotinctum bildeten sich grüne, weiße und neue chimärische Adventivsprosse. Aus den Regenerationsergebnissen lässt sich die entscheidende Rolle der L2-bürtigen Gewebe bei der Adventivsprossbildung ablesen. Die Regenerationsergebnisse sprechen dafür, dass die Bildung der Adventivsprosse durch die Beteiligung der L2- und L3-bürtigen Gewebe hervorgerufen wurde und die L1-bürtigen Gewebe an der Adventivsprossbildung nicht beteiligt sein konnten. Demzufolge sind tiefer liegende Gewebe (L2- und L3-bürtige) des Laubblattes beider Arten bei der Bildung der Adventivsprosse entscheidender als die L1-bürtige Epidermis. Das Ausmaß der Beteiligung an der Adventivsprossbildung bei Peperomia serpens und Sedum rubrotinctum wird nicht von der genetischen Herkunft (weiß oder grün) des L2- bzw. L3-bürtigen Gewebes gesteuert, sondern durch die Lage und damit durch die Abstammung der Gewebe aus der entsprechenden Sprossscheitelschicht bestimmt. Die abschließenden Untersuchungen an Plectranthus coleoides, dessen Chlorophyll- und Ploidiechimären quantitativ analysiert wurden, verdeutlichen die Erkenntnisse über die Beteiligung der Sprossscheitelschichten an der Bildung des Blattmesophylls. Es wurde deutlich, dass die Gewebekonkurrenz im Beisein einer doppelten Markierung nicht lagebedingt sein kann, sondern aufgrund verschiedener Ploidiestufen stattfindet.The studies presented in this thesis provide new insights into the competitive reaction of the shoot apical layers during the foliar mesophyll formation and thus contribute to understanding of plant development. The variegated plants of Peperomia serpens SW. LOUD, Sedum rubrotinctum R. T. CLAUSEN, Pedilanthus tithymaloides (L.) POIT. and Plectranhus coleoides BENTH were used to analyse the cellular organisation of shoot apex and the histogenetic constitution of the leaf. Shoot apex and leaves structural analyses confirm the number of initial shoot apical layers and the periclinal chimeric nature of investigated plants. Quantitative analysis of foliar mesophyll of Sedum rubrotinctum, Peperomia serpens and Pedilanthus tithymaloides have been used to deduce patterns of meristem layers intercellular interaction during mesophyll formation. The expression of the histogenetic green meristem layer (L2 or L3) causes a increase of "mesophyll area" (Sedum rubrotinctum) and a enlargement of "mesophyll height" (Peperomia serpens and Pedilanthus tithymaloides) in leaves. Four periclinal chimeric forms of Peperomia serpens ('GGW' and 'GWG') and of Sedum rubrotinctum ('GGW' and 'GWG'), each of which possesses normal green cell layers but a genetically different chlorophyll-deficient cell layer, were utilized to study the effect of genotype on the ability of the cell layers of in vivo and in vitro leaf cutting to regenerate adventitious shoots and to analyse the competition between apical layers and their derivatives in the plant ontogeny. Among the in vivo adventitious shoots of the leaf cuttings and leaf of Peperomia serpens, shoots were green, white and variegated. The L3-derived cell layer is alone responsible for the formation of ca. 75 % of adventitious shoots. The relative significant contribution of L2-derived cell layers to mesophyll formation increases in margin of leaf. The L1-derived hypoderm in foliar mesophyll of Peperomia serpens were apparently incapable of shoot regeneration of in vivo leaf cutting, yet in both periclinal forms clearly produced green shoots in vitro. Results demonstrate that all initial apical meristem layers in Peperomia serpens can contribute with different ability to foliar mesophyll formation. Adventitious shoots were in vivo induced on leaf of periclinal chimeric plants of Sedum rubrotinctum. Plants derived from leaf culture were three types: green, white and variegated. Among the adventitious shoots of green- and white-margined leaf of Sedum rubrotinctum, most adventitious shoots (ca. 90 %) were L2-derived, a few were L3-derived. Results demonstrate that the L1 derivatives can not contribute to foliar mesophyll formation. According to these results the internal tissues (L2- and L3-derived cell layers) of leaf are more competitive than the epidermis. The lineage of adventitious shoot is not controlled by the genetic origin of L2- and L3-derived tissues, but by the position of these derived tissues according to the shoot apical meristem layer. The last experiments on Plectranthus coleoides which have combined quantitative analysis of variegated- leaf chimeras with quantitative analysis of cytochimeras have begun to shed more light on the contribution of apical meristem layers to foliar mesophyll formation. It has revealed how the ploidy degree of apical layers derivatives in a cytochimera control leaf cell fate more than their position in the meristem