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Botanik: Der Debao-Palmfarn (Cycas debaoensis)

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13. November 2016 15:39
Liebe Pflanzenfreunde,

der Botanische Garten der Universität Bonn unterhält mittlerweile eine eindrucksvolle Sammlung von Palmfarnen der Gattung Cycas und nach Rücksprache mit einem Mitarbeiter konnte ich mit freundlicher Erlaubnis eine Probe nehmen. Die Reihe mit den Palmfarnen kann also fortgesetzt werden und heute möchte ich Ihnen eine Besonderheit mit mehrfach gegabelten Fiederblättchen vorstellen: den recht seltenen Debao-Palmfarn (Cycas debaoensis).
In gewohnter Manier gibt es zunächst einige Informationen zum Palmfarn selbst, dann wie immer kurze Informationen zur Präparation und der verwendeten Technik und zum Schluss die mikroskopischen Aufnahmen.

Der Debao-Palmfarn

Der Debao-Palmfarn (Cycas debaoensis) aus der Gattung Cycas ist ein Palmfarn aus der Familie Zamiaceae in der Ordnung Cycadales. Die Gattung Cycas wurde erstmals 1753 von Carl von Linné beschrieben, 10 Jahre bevor er die Gattung Zamia beschrieben hat. Cycas ist eine entwicklungsgeschichtlich alte Gattung, was man an den urtümlichen, offenen Kronen der weiblichen Fruchtblätter erkenne kann, die sich noch nicht zu einem schützenden Zapfen geschlossen haben, wie es bei den moderneren Palmfarnen der Fall ist.
Der Gattungsnahme stammt vom griechischen koikas für eine kleine Palmenart, das über kykas zu Cycas abgewandelt wurde. das Artepitheton debaoensis hingegen weist auf den Fundort Debao in der chinesischen Provinz Guangxi hin. Die Erstbeschreibung des Debao-Palmfarns ist erst im Jahr 1998 erfolgt - kaum entdeckt, schon fast ausgestorben.

Bild 1: Der Debao-Palmfarn im Freiland des Botanischen Gartens Bonn

Im Vordergrund Cycas debaoensis, im Hintergrund ein anderer Palmfarn

Cycas debaoensis ist mittlerweile eine stark gefährdete Art, da große Teile ihres ursprünglichen Verbreitungsgebietes abgeholzt wurden. Die natürlichen Vorkommen stehen auf Kalksteinhängen geschützt in immergrünen Mischwäldern.

Das wichtigste zuerst: C. multipinnta und der Debao-Palmfarn sind die einzigen Arten der Gattung Cycas mit doppelt gefiederten Blättern.

Bild 2: Ein Blatt mit den mehrfach gegabelten Fiederblättchen


Der Spross wächst unterirdisch und erreicht eine Länge von etwa 20 cm - bei gleichem Durchmesser.

Bild 3: Der aus dem Boden ragende Teil des Sprosses mit 5 Blättern, die kleinsten sind die ältesten


Junge Blätter sind hellgrün mit einer weißlichen Behaarung, die ausgewachsene doppelt gefiederten Blätter stehen aufrecht zu 4 bis 11 in einer lichten Krone. Sie werden zwischen 1,5 und 3,5 Meter lang und sind an der Oberseite dunkelgrün und glänzend. Die äußere Form gleicht einem lang gezogenen Dreieck, die Ansätze der Fiederblättchen sind v-förmig nach oben verschoben.
Die Blattstiele (Petiolen) erreichen Längen von 80 bis 150 cm und sind zwischen 2 und 3 cm dick. Die ursprünglich weiße Jugendbehaarung färbt sich rotbraun und fehlt beim ausgewachsenen Blatt ganz. Die Blattstiele tragen auf der ganzen Länge zwei Reihen kleiner Dornen aus umgewandelten Fiederblättchen.

Bild 4: Der Blattstiel (Petiolus) mit zwei reihen Dornen


Bild 5: Ein Fiederblatt im Detail


Die Blätter tragen 10 bis 20 primäre Fiederblättchen mit einer Länge von bis zu 40 cm. Diese gabeln sich dann dichotom in 3 bis 7 sekundäre Fiederblättchen auf, die an einem bis zu 5 cm langen Stielchen (Petiolulus) sitzen. Die einzelnen Fiedern sind linear bis lanzettlich und bei einer Breite zwischen 0,7 und 1,1 cm 10 bis 30 cm lang. Die Oberseite ist satt grün glänzend, die Unterseite heller und matt. Im Querschnitt zeigen sie eine deutlich erhabene Mittelrippe, die Spreite ist flach mit einem nur ganz leicht nach unten gebogenen Rand.

Am Spross stehen auch lange, weiche Niederblätter (Cataphyllen) die kurz behaart sind.

Bild 6: Spross mit Niederblättern


Die weiblichen Zapfen sind rund und die bis zu 22 cm langen, behaarten Fruchtblätter stehen vergleichsweise dicht. Der Apicallappen der Fruchtblätter ist 10-12 * 7-9 cm groß und trägt etwa 30 bis 5,5 cm lange Zähne. An den Sphorophyllen entwickeln sich die runden bis eiförmigen Samen mit etwa 2 bis 2,5 cm Durchmesser und einer gelben Samenhülle (Sarcotesta).

Bild 7: Weiblicher Blütenstand

Aufnahme von der Webseite The Cycad Pages, Ken Hill

Männliche Zapfen wurden aufgrund der Seltenheit der Art bisher noch nicht beschrieben.

Literatur:
Cycads of the World, David L. Jones, Smithsonian Institution Press, Second Edition 2002 (S. 162 - 163)
Botany for Degree Students - Gymnosperms, Vasishta, Sinha, Kumar, S.Chand, 2016


Präparation:

Die Probe in Form eines Fiederblättchens habe ich im Botanischen Garten Bonn genommen und in einem dicht schließenden Folienbeutel gemeinsam mit einem angefeuchteten Papiertaschentuch und möglichst wenig Luft transportiert. Zwischen Probenahme und Schnitt lagen etwa 90 Minuten.

Geschnitten habe ich die frische Blattfieder in Möhreneinbettung und den Petiolulus freistehend auf dem Handzylindermikrotom mit Leica Einmalklingen im SHK-Klingenhalter. Die Schnittdicke beträgt rund 60 µm. Nach einer Schnittfixierung in AFE für ca. 9 Stunden wurden die Schnitte in Aqua dest überführt.

Zwischenzeitlich habe ich auch einige Aufnahmen von den frischen Schnitten gemacht.

Anschließend habe ich die Schnitte dann für einige Minuten mit Klorix (1:4 in Aqua dest. als Ersatz für Eau de Javel) behandelt und nach sehr gutem Ausspülen für rund 12 Stunden mit Chloralhydrat gebleicht (250g auf 100ml Aqua dest.). Danach war wieder gründliches Spülen angesagt.

Nach dieser recht aufwändigen Vorbereitung habe ich dann mit Dujardin Grün gefärbt. Eine Beschreibung der Färbung findet Ihr hier: Dujardin Grün auf der Seite des MKB

Eingedeckt sind die Schnitte - nach gründlichem Entwässern in reinem Isopropanol - in Euparal.

Bild 8: Präparate auf der Trockenbank



Technik:

Alle Aufnahmen auf dem Leica DME mit den dem 40x NPlan sowie den 10x und 20x PlanApos. Die Kamera ist eine Canon Powershot A520 mit Herrmannscher Okularadaption. Zur Zeit nutze ich ein Zeiss KPL 10x, das mit den Leica-Objektiven sehr gut harmoniert. Die Steuerung der Kamera erfolgt am PC mit PSRemote und der Vorschub manuell anhand der Skala am Feintrieb des DME.

Alle Mikroaufnahmen sind mit Zerene Stacker V1.04 (64bit) gestackt. Die anschließende Nachbereitung beschränkt sich auf die Normalisierung und ein leichtes Nachschärfen nach dem Verkleinern auf die 1024er Auflösung (alles mit XNView in der aktuellen Version). Bei stärker verrauschten Aufnahmen lasse ich aber auch mal Neat Image ran.

Und nun zu den Schnitten!

Beginnen wir mit dem Querschnitt der Blattspreite des Fiederblättchens!

Bild 9: Die Makroaufnahme von einem Präparat (Canon S3is) bietet einen Überblick zum Aufbau des Fiederblättchens


Schauen wir uns nun zunächst die bei allen Arten der Gattung Cycas vorhandene Mittelrippe an:

Bilder 10a-d: Mittelrippe des Fiederblättchens, Bilder 10a & b vom ungefärbten, frischen Schnitt, Bilder 10b & d mit Beschriftung; Vergrößerung 50 x, Stapel aus je 22 bzw. 26 Bildern





Die Fiederblättchen der Arten der Gattung Cycas sind recht urtümlich gebaut und enthalten jeweils nur ein Leitbündel in der Mittelrippe. Die Versorgung der Blattspreite erfolgt durch transversal von der Mittelrippe weg laufenden Zellen eines Transfusionsparenchyms, das in der Mittelrippe aus eher rundlichen Zellen und nach außen hin aus läng gestreckten Zellen besteht, die alle miteinander in Verbindung stehen (TTr).
Das geschlossen kollaterale Leitbündel selbst ist von einer Leitbündelscheide (LBS) umgeben und lässt im oben liegenden Xylem eine leichte Unterteilung in drei Lappen erkennen. Am unteren Rand des Phloems zeichnet sich eine schmale, halbmondförmige Obliteration aus disfunktionalen, abgestorbenen Phloemzellen ab.
Außerhalb der Leitbündelscheide (hier nicht im klassischen Sinne wie z.B. beim Mais als C4 Pflanze sondern als ringförmige Begrenzung des Zentrums wie z.B. auch bei den Nadelblättern der Coniferen) liegt ein mächtiges Rindenparenchym an, in dem zum Rand hin häufiger werdend sklerenchymatische Zellen (Idioblasten) eingelagert sind. Rund um das zentrale Leitbündel sind 4 Sekretgänge mit ihrem Drüsenepitel eingelagert. An der Oberseite finden wir direkt unter Hypodermis, Epidermis und Cuticula ein Assimilationsparenchym, das sich von der Blattspreite über die Mittelrippe fortsetzt. Dort eingelagert zeigen sich in den gefärbten Bildern 10c & d 5 weitere Idioblasten, die sich in der Größe und durch das Beibehalten des Acridinrots im Zelllumen vom umgebenden Assimilationsparenchym absetzen.
An den Seitenrändern des Schnitts ist der Übergang zur Blattspreite zu erkennen, in deren Mitte die lang gestreckten Transfusionstracheiden liegen.
Informationen zu den Abkürzungen in den Bildern 10b & d sowie den folgenden beschrifteten Aufnahmen finden Sie wie immer auf der Webseite des MKB: Tabelle mit den Kürzeln und den zugehörigen allgemeinen Erläuterungen.

Bilder 11a-d: Details aus der Mittelrippe, Bilder 11b & d mit Beschriftung, Vergrößerung 100 bzw. 200x, Stapel aus je 35 bzw. 29 Bildern





Die Bilder 11 a & b zeigen das Leitbündel der Mittelrippe noch einmal im Detail. Auffällig sind die großen Tüpfel der Transfusionstracheiden und die vier Sekretgänge.
Die Bilder 11 c 6 d zeigen den oberen Rand der Mittelrippe mit der gut sichtbaren Cuticula und der mächtigen Hypodermis. Darunter die Zellen des Assimilationsparenchyms.


Bilder 12a-d: Querschnitt der Blattspreite, Bilder 12a & b vom ungefärbten, frischen Schnitt, Bilder 12b & d mit Beschriftung; Vergrößerung 200 x, Stapel aus je 47 bzw. 31 Bildern





Die Blattspreite zeigt einen recht einfachen Aufbau. Unter der Epidermis mit einer kräftigen Cuticula folgt eine einreihiges Palisadenparenchym aus senkrecht stehenden Zellen, die mit ihren dicht an dicht sitzenden Chloroplasten den Löwenanteil an der Fotosyntheseleistung des Blattes erbringen. Darunter folgt ein Schwammparenchym, in dem die Transfusionstracheiden zur Versorgung des Gewebes eingelagert sind. Den Abschluss nach unten hin bildet wieder eine Epidermis mit Cuticula, in die viele hier in der Regel längs oder leicht schräg getroffene Stomata eingelagert sind.

Bilder 13a-d: Der Rand des Fiederblättchens mit seiner Sklerenchymkappe, Bilder 13a & b vom ungefärbten, frischen Schnitt, Bilder 13b & d mit Beschriftung; Vergrößerung 200 x, Stapel aus je 19 bzw. 21 Bildern





Am Blattrand setzt sich die in den Bildern 12a-d gezeigte Anatomie fort, der Rand selbst ist jedoch durch eine ein- bis zweireihige Hypodermis aus sklerifizierten Zellen verstärkt und leicht nach unten gebogen. Die Cuticula ist am Rand besonders stark ausgeprägt und tritt hier schön gelborange in Erscheinung.

Schauen wir uns nun den Petiolulus, das Stielchen der Blattfieder, an, mit dem diese an der Rhachis ansitzt. Dieser darf nicht mit dem Blattstiel des Wedelblattes selbst (Petiolus) verwechselt werden.

Bilder 14a-c: Petiolulus, Bilder 14 a & b vom ungefärbten, frischen Schnitt, Bilde 14b mit Beschriftung; Vergrößerung 50x, Stapel aus je 21 bzw. 18 Bildern




Der Petiolulus zeigt in etwa die gleiche Anatomie wie die Mittelrippe des Fiederblättchens. Das zentrale Leitbündel ist im Verhältnis etwas kleiner und auch von einer Bündelscheide umgeben, das Rindenparenchym mit den eingelagerten Sklerenchym-Idioblasten ist noch dicker und auch die Sekretgänge sind wieder da - diesmal aber nur zwei. Das Assimilationsparenchym fehlt, dafür haben wir eine umlaufende vielreihige Hypodermis. Die äußere Form zeigt rechts und links je eine Ausbuchtung, die als rudimentäre Blattspreite gedeutet werden kann, auch wenn es dort keine entsprechenden Gewebetypen gibt.

Bilder 15a-d: Leitbündel des Petiolulus, Bilder 15a & b vom ungefärbten, frischen Schnitt, Bilder 15b & d mit Beschriftung; Vergrößerung 100 x, Stapel aus je 25 bzw. 22 Bildern





Wir sehen wieder ein geschlossen kollaterales Leitbündel in einer Bündelscheide, links und rechts außerhalb die Sekretgänge mit ihrem Drüsenepitel. Im Rindenparenchym auch hier Sklerenchym-Idioblasten.

Bilder 16a-d: Die äußeren Gewebe des Petiolulus, Bilder 16a & b vom ungefärbten, frischen Schnitt, Bilder 16b & d mit Beschriftung; Vergrößerung 100 x, Stapel aus je 19 bzw. 21 Bildern





Hier gibt es wenig neues zu entdecken, auffällig neben der Hypodermis die dünnwandigen Sklerenchym-Idioblasten, deren Anzahl von innen nach außen zu nimmt.

Bilder 17a,b: Durchbrochene Hypodermis in der Nähe eines Stoma, Bild 17b mit Beschriftung; Vergrößerung 200x, Stapel aus je 35 Bildern



Um ein Stoma, das hier ausserhalb der Bildebene am rand in der Epidermis liegt, ist die Hypodermis von nicht komplett sklerifizierten Zellen unterbrochen, die einen Gasaustausch ermöglichen. Auffällig sind die großen Tüpfel in den Wänden dieser Zellen.

Bild 18a,b: Stoma im Petiolulus, Bild 18b mit Beschriftung; Vergrößerung 400x, Stapel aus je 19 Bildern



Wir sehen ein Stoma vom Coniferen-Typ, das in der Epidermis eingesenkt liegt und über einen kleinen Vorhof verfügt. Der dahinter liegende Interzellularraum ist recht klein gehalten.

Vielen Dank fürs Lesen, Anregung und Kritik sind wie immer willkommen.

Freundliche Grüße

Jörg Weiß

Mikroskopisches Kollegium Bonn
www.mikroskopie-bonn.de
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Botanik: Der Debao-Palmfarn (Cycas debaoensis)

Fahrenheit 1038 13. November 2016 15:39



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