Untersuchungen zur Pollenentwicklung und Pollenschlauchbildung bei höheren Pflanzen

Summary

Pollen tube cultures of Tradescantia paludosa, Tradescantia virginiana and the hybrid Hutchinsonii (a cross of Tradescantia virginiana and andersoniana) were placed in vitro under various physiological conditions and analyzed cyto-morphologically in regard to double-tube formation.

Depending on the culture conditions and on the plant variety studied there was found for Tradescantia to be a double-tube formation of 13% to 35%. Triple-tube formations as well as branching of the pollen tubes occurred in very rare exceptions. After a 1–2 hour addition of 0,02% colchicin solution to the nutritional medium a drastic reduction of the percentage of double-tubes was determined in the case of Tradescantia virginiana. A double-tube formation of only 6% was observed.

In the case of double-tube formations both nuclei always immigrate into the same pollen tube. At the time of immigration the pollen tube with the nuclei is usually the longer of the two.

For short growth times of up to 4 hours the averages lengths of both pollen tubes of a double-tube formation is significantly different. The growth of the two pollen tubes does not proceed synchronously. The pollen tube without the migrated nuclei ceases growth early in contrast to the tube containing the nuclei.

A comparison of the averages lengths of double-tubes (after the lengths of both pollen tubes were added) with the corresponding values of single-tube pollen grains demonstrates that for experiments 1–5 (cultures under standard conditions and short growth times of up to 4 hours) there is no significant difference between the values. However the values of the double-tube pollen grains are substantially greater than those of the single-tube group in the case of experiment 6–8 (cultures under conditions varying from those of the standard and in some of them growth times longer than 4 hours). The values are significantly different. In experiments 1–5 with two exceptions there is a positive correlation between the averages lengths of the pollen tubes with the immigrated nuclei and those without.

The possible causes for the formation of pollen grains with two pollen tubes in vitro are discussed. In the first section the question is debated what the reasons for the asynchronous growth of the two pollen tubes could be. In the second section the hypothesis is presented, that the double-tube formation as found in Tradescantia can be seen from the evolutionary viewpoint as a primitive characteristic. On the other hand the behavior of both nuclei immigrating into only one of the pollen tubes is hypothesized to be an advanced characteristic.

Zusammenfassung

Pollenschlauchkulturen von Tradescantia paludosa, Tradescantia virginiana und der Zuchtform Hutchinsonii, einer Hybriden der Kreuzung Tradescantia virginiana X andersoniana, wurden unter verschiedenen physiologischen Bedingungen in vitro angesetzt und cyto-morphologisch hinsichtlich Doppelschlauchbildungen analysiert.

In Abhängigkeit von den Anzuchtbedingungen und der jeweiligen Pflanzenart wurden bei Tradescantia 13–35% an Doppelschlauchbildungen gefunden. Dreifachschlauchbildungen sowie Verzweigungen von Pollenschläuchen traten nur in ganz seltenen Ausnahmefällen auf. Bei 1–2stündigem Zusatz von 0,02%iger Colchicinlösung zum Nährsubstrat der Kulturen wurde bei Tradescantia virginiana eine drastische Senkung des Prozentsatzes an Doppelschläuchen festgestellt. Es wurden nur noch 6% an Doppelschlauchbildungen beobachtet.

Beide Kerne wandern bei Doppelschlauchbildungen immer in denselben Pollenschlauch ein. In der Regel stellt dieser kernhaltige Pollenschlauch zugleich den längeren der beiden Pollenschläuche zum Zeitpunkt der Einwanderung dar.

Bereits bei kurzen Wuchszeiten der Kulturen bis zu 4 Stunden unterscheiden sich die Längen-Mittelwerte der beiden Pollenschläuche von Doppelbildungen signifikant. Das Wachstum der beiden Pollenschläuche verläuft nicht synchron. Bei zweischläuchigen Pollenkörnern stellt der Pollenschlauch ohne eingewanderte Kerne sein Längenwachstum im Gegensatz zum kernhaltigen Pollenschlauch frühzeitig ein.

Ein Vergleich der Längen-Mittelwerte von Doppelschläuchen, nachdem die Längen beider Pollenschläuche summiert wurden, mit den entsprechenden Werten einschläuchiger Pollenkörner ergibt, daß bei den Versuchsgliedern 1–5, bei Anzucht unter Standardbedingungen und kurzen Wuchszeiten bis zu 4 Stunden, keine signifikanten Unterschiede zwischen den Werten bestehen. Bei den Versuchsgliedern 6–8, bei Anzucht unter von Standardbedingungen abweichenden Verhältnissen und zum Teil längeren Wuchszeiten als 4 Stunden, sind die Werte der zweischläuchigen Pollenkörner wesentlich größer als diejenigen der einschläuchigen. Die Werte unterscheiden sich signifikant.

Bei den Versuchsgliedern 1, 3, 4 und 5 bestehen bis auf zwei Ausnahmen zwischen den Längen-Mittelwerten der 1. und 2. Pollenschläuche von Zweischläuchigen Pollenkörnern der Gruppe 1 und 2 positive Korrelationen.

Die möglichen Ursachen, die für die Ausbildung von Pollenkörnern mit zwei Pollenschläuchen bei in vitro-Kultur herangezogen werden können, werden diskutiert. Zweitens wird im 1. Abschnitt des Diskussionsteils die Frage erörtert, welche Gründe für das asynchrone Wachstum der beiden Pollenschläuche bei Doppelbildungen gegeben sein können. Im 2. Abschnitt des Diskussionsteils wird die Hypothese aufgestellt, daß die Doppelschlauchbildung bei Tradescantia aus evolutionistischer Sicht als primitives Merkmal, das Verhalten der Kerne, beide nur in einen der Pollenschläuche bei Doppelbildungen einzuwandern, dagegen als fortschrittliches Merkmal angesehen werden kann.