Der Entwicklungscyclus mit Sexualphase bei der marinen Diatomee Coscinodiscus asteromphalus

Summary

• 1. During the vegetative cell diminution the cells of Coscinodiscus asteromphalus differentiate in a characteristical way (Werner, 1971a, b). This part of the “life cycle with sexual phase” comprises the development from sexually not inducible cells of 180–200 μm valve diameter to cells of 80–90 μm valve diameter with optimal inducibility of spermatogenesis.

• 2. We analyzed the differentiation in the membrane system of the cells by the uptake rate of ¹⁴C labelled adenosine, AMP and ATP in regard to the cell protein, which proves to be equivalent to the changing size of the cell surface. The uptake of all three metabolites is 2–3 times higher in 170 μm stages than in 80 μm stages. The uptake of AMP is twice that of adenosine in both stages. Only in 170 μm stages the uptake of ATP is still 50% higher than that of AMP.

• 3. Spermatogenesis is induced by changing the temperature from 24 to 30°C and the illumination from 1250 to 2500 lux in vegetative stages with 80–90 μm valve diameter. During 24–28 h after the beginning of induction always 4–5% of the cells are spermatogonangia.

• 4. By the rise of temperature from 24 to 30°C photosynthetic CO₂ fixation of the cells is not significantly changed. In a longer period of time, vegetative cell division is also nearly the same at 24 and 30°C.

• 5. The stages of 80 μm valve diameter, that can be induced to spermatogenesis by rising temperature show maximal heat resistance. A heat shock of 90 sec at 42°C completely kills 193 μm stages while 132 μm, 90 μm and 83 μm stages are effected to lesser degrees in this sequence.

• 6. Spermatogenesis can be induced without rise of temperature by transfering the cells from cultures not shaken and aerated to conditions, under which air (+1.5 vol.-%CO₂) is bubbled through the cultures and 40 mg methanol/l are added at the same time. Under these conditions vegetative growth of the population is not possible.

Zusammenfassung

• 1. Im Verlauf der vegetativen Zellverkleinerung differenzieren sich die Zellen von Coscinodiscus asteromphalus in charakteristischer Weise (Werner, 1971a, 1971b). Dieser Abschnitt aus dem “Entwicklungscyclus mit Sexualphase” führt von Zellen mit 180–200 μm Valvendurchmesser, die nicht sexuell induzierbar sind, zu Zellen mit 80–90 μm Valvendurchmesser, bei denen die Induktion der Spermatogenese optimal möglich ist.

• 2. Differenzierungen im Membransystem der Zellen werden durch Aufnahme von ¹⁴C markiertem Adenosin, AMP und ATP in die Zellen nachgewiesen. Bezogen auf eine gleiche Menge Zellprotein und damit auch auf eine annähernd gleiche Zelloberfläche ist die Aufnahme a ller drei Metabolite bei 170 μm-Stadien 2–3 mal so hoch wie bei 80 μm-Stadien. Die Aufnahme von AMP ist bei beiden Stadien etwa doppelt so schnell wie die Adenosin-Aufnahme, die ATP-Aufnahme nur in den 170 μm-Stadien noch um ca. 50% höher als die AMP-Aufnahme.

• 3. Die Spermatogenese ist bei Coscinodiscus asteromphalus durch Temperaturwechsel von 24 auf 30°C, verbunden mit einem Beleuchtungswechsel von 1250 auf 2500 Lux, bei Stadien mit 80–90 μm Valvendurchmesser auszulösen. 24–28 Std nach Induktionsbeginn liegen 4–5% aller Zellen einer Kultur als Spermatogonangien vor.

• 4. Durch die Temperaturerhöhung von 24° auf 30°C wird die photosynthetische CO₂-Fixierung (bei den Lichtintensitäten der Kulturbedingungen) kaum beeinflußt. Auch die vegetative Zellvermehrung ist bei 30°C noch annähernd genau so groß wie bei 24°C.

• 5. Die durch Temperaturerhöhung zur Spermatogenese induzierbaren Entwicklungsstadien von 80 μm zeigen ein Maximum der Hitzeresistenz. Eine Hitzeschockbehandlung von 90 sec bei 42°C tötet 193 μm-Stadien völlig ab, die Inaktivierung von 132, 90 und 83 μm-Stadien nimmt in dieser Reihenfolge ab.

• 6. Die Spermatogenese von 80–90 μm-Stadien ist ohne Temperaturerhöhung durch Überführung der Zellen von nicht bewegten und belüfteten Kulturen in Kulturbedingungen mit permanenter Belüftung und damit auch Bewegung der Zellen unter Zugabe von 0,05 ml (40 mg) Methanol/l auszulösen. Eine vegetative Zellvermehrung ist unter diesen Bedingungen nicht möglich.