[Georg Jayme, Dietrich Fengel (Auth.)] Beitrag Zur(BookZZ.org)

8/18/2019 [Georg Jayme, Dietrich Fengel (Auth.)] Beitrag Zur(BookZZ.org)

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Sonderdruck aus HOLZ als Roh- und Werkstoff , Bd.19 1961), S. 50-55

Springer Verlag Berlin HeidelbergGmbH

Heitrag zur Kenntnis des Feinbaus der Frühholztracheiden

eobachtungen n Ultradünnschnitten von Fichtenholz

Contribution towards the Knowledge of the M.icrostructurc of Springwood Tracheids

Examination of Ultrath in Seetions

Von Georg Jayme und Dietrich Fengel

} ittcilung aus dem Institut für Cellulosechemie mit Holzforschungsstelle der Technischen Hochschule armstadt



ISBN 978-3-662-30545-4 ISBN 978-3-662-30544-7 eBook)OI 10.1007/978-3-662-30544-7



E inle i tun g - M ethod e - U nter such unge n un

Erge bnis se - D ie Dick e de r e inzel nen Zel lwan d-schic hten - Zusa m m enfa ssun g - Sch riftt um

inleitung

Die E n twicklu ng de r Ul t r ami k rotomie als Ve r fahren

z ur Hers te l lung h inreiche n d dünn e r Prä pa rate für die elek

tronen mikrosk o pische B eobach tung bo t auch fü r d ie Unt er

s uchung von Ho lz einen neuen Präpara t ionsweg . Leide r

s te l l t Holz je doch fü r diese Präpar a tion ei n zieml ich

schwierig es Objek t dar. D ie Zellwä nde lass e ns ich o h ne Vor

behand lung (D elignifiz ieren, Q u ellung) vom E i n bet tung s

mi t t e l prakt i s ch üb e rh aupt ni c ht durc h dringen , so da ß das

Messer des Ul t ramikro toms be i m S c h n itt abw echseln d

Subs t a nzen v e rschiede ner Bes c haffenh eit , wen n auch v onan g e glichen e r Härte zu durc h dr ingen hat. Be i der ge r ingen

Dicke de r Sch nitte sp ielen zw eifelsohn e die H ärteun te r-

schie d e inne rhalb de r Zellwa n d eine Rolle. D ie Verf a sser

konn te n oft fe s tstellen, daß da s Messe r leicht du rch d ie

\iitte lschicht und d ie Seku ndä rwa n d I h indurchg ing,

w ä h rend d e r Ul t r ad ünnsch n itt de r S ekundä rwand l sich

in F al ten legt e oder ga nz zusa m mensch ob, man chma l s o gar

sich von der Sekund ä rwand I löste.

E tw as bess er geling en die S chni t te nach de m Delig n i

fizieren. Die ers t e n Unter s uchung e n. an U l t r adünn schni t te n

von H olocellu lose st am men v o n S. A s unma a [1 2] die

ihre r ä p a~ a te mi t halliu m äthyla t kontra s t ier te . Die

an de ren v on S. A sunm aa [3] ve rwende t en Kon t ras t ie

rung s mit te l S i lberni t r a t und P hosphor w olfram säure wu rden

von de n Verfas sern nebe n A m m y nomoly bdat e in g esetzt, e r

bra ch ten a b e r n i ch t den g ewünsc h ten Ko ntras t . Das

delignif izierte H olz läßt sich m i thin au ch von wäßr ig e n

Lösu n gen sch l echt u nd ungleic h mäßig d urchdr i n gen. W a hr

sche inlich ka nn das E inbe t tu ngsmi t t e l auch n icht m e hr in

s geri n gen Me ngen, w ie es in d ie In ter l ame l l a r r ä u m e e indrin g t, poly merisier e n. Bei Versuc hen, Ar aldit A. M.

G l auer t u nd R H . Glaue r t [4]) als Ein be t tung s mit te l

für H olz zu verwen d en, ste l lte sich heraus, daß di e das

Lu m en der Trache ide anfü llende M enge n i cht m e h r zur

Härtu n g aus re ichte u nd das A raldi t i nnerhal b des H o lzes

im me r flüs sig blieb. Am bes t en läßt s ich Hol z nach B e hand-



t9 Jg Heft 2Februar t96t

D. Ho lz u. H. Plickat, Darrd icht ebestimmung an kleinen Ho lzproben 51

lung mit einem Quelhingsmittel (Natronlauge, PerhydrolfEisessig u. a.) schneiden. Hier kann das Einbettungsmi t te lin die aufgeweiteten Interlamel larräume gut eindringen unddort aushärten. Das Messer des Ultramikrotoms schnei dethier vorwiegend Einbettung smittel, in dem Fibrille np ake teund Einzelfibrillen eingelagert sind. Gute Schnitte von mitNa triumsulfit beha nd elt em Holz ze igten E. Fre i , R. D.P r es t o n und G. W. Rip l ey [5]. Wi e aus den Un tersuchungen von H. Meier [6) und S. Asunmaa [7] zuerse hen ist, wird die Zellwand bei dem Abbau durch Holzvermorschungspilze po rö s, so daß sie dann gut vom Einbettungsmittel durchdrun gen werden kann und glatte

Schnitte ergibt.Die vorliegenden Untersuchungen hatten sich zum Ziel

gesetzt, die einzelnen Zellwandschichten nebeneinand er und·die Verände ru n gen, die diese durch chemisc he Eingriffeerfahren, sichtbar zu m ac hen, um darau s wei te re Rückschlüsse auf die Dicke und Te xtur der Wandschicht enziehen zu können

Methode

Für unsere Untersuc hu n gen haben wir zunäch st Radialsch nitte des zu unte rsuchenden Holzes von rcl. 1 I Dickemittels eines Schlittenmikrotoms he rg estellt. Die Radialschni tte werden nach gründlichem Wässern entweder unmi tt e lb ar über die beka nnt e Entwässerungsreihe Meth anolBenzo l-M eth ac rylat eingebettet, oder einer Vo rbe ha ndlungunterzogen. Zur Deli gn ifizierung, di e Zeits pannen von30 min bis 5 h umfaßt , wird mit angesäuerter ( Ei sessi gNatriumchloritlösung bei ]0°C gearbeitet, wobei manst ündlich ~ u eLösung zugibt ( G. Jayme [8)). Zur Entfernung der Hemicellulosen nach der Delignifizierung

wurde neben Natr on lauge (5%ige Lösung bei Zimmerte m peratur) auch das sa ur e Mazerationsgemisch Ei sessigPe rh ydrol 1 : 1 bei 70 ' C verwendet und dar auf geac ht et,daß zwischen den ein zelnen Behandlungen keine Trockn ungder Schnitte eintr at. Die mit Meth acrylat (Methyles ter un dButylester im Verhältnis 3: 7 du r chtränkten Rad ialschnitte werden senkrecht in Gelatinekapseln gehängt, inde m einMinutienstiftwaagerecht durch die Kapselwand unddas Präparat gesteckt wird. Die Polymerisa ti on geschie htanschließend bei 45 ' C im Trockenschra nk wäh rend 48 bis72 Stund en. Di e Ultr a dü n nschni t t e werden da nn mit demUltr amikrotom nach F erna n de z-M o d . n mit Diamantmesser (H. F ern a nde z- Moran [9]) der Firma E. Le it z,

\Vetzlar, gewonnen, Da die Einzels chnitt e fast immerFalten haben, we rden di e Sc hnittb änder v or dem Auftupf en mit collodiumbefilmten Netzehen mit Chloroformoder Amylacetatdampf ausge fiacht. Hierbei erwei st sichdi e Streckung mit Amylaceta td ampf als schonender für dieSchnitte, da sie sich nich t so plöt zlich vollzieht wie die mitChl oroformdampf. Dies i s t besonders wic htig bei gequollen en Präp araten , wo di e Gefahr des Zerreiße ns und derVersc hi ebung sehr groß is t . Ans ch ließe nd wird das Einbettung smitt el mi t Be nzol en tf ernt . Dazu werden dieNetzeh en mit den Sc hnitten auf Filt rierp apier in die zurEntfernung des Po lys tyrols bei der Aufdampfabdruckme th ode bestimmte Apparatur (G. J ay me und G. H un g er[ 1 0 , 11)) gebr a cht. Nach etwa 1 0 min ist das Me t hac rylatvollst ändig herausgelöst. Anschließend wird im Hochvakuum m it Palladium a us zwei um 90' versc hi edenenRicht ungen besch atte t ; das Präparat kann dann unmi t t elbar im Elektronenmikros kop betr ac ht et werden.

U nter suchungen und Ergebnisse

Die Ultrami kr o tom schnit te von Fi chten holz in derRichtung quer zur Faserachse zeigen deutlich die Schieb-

tung der Zellwand. Dab ei können Mittelschicht, Sekundärwand I, Sekundärwand II und Tertiä rwand gut voneinander unters ch ieden werden, wobei di e Abgrenz ungen anverschiedenen Stellen von wechselnder Schärfe sind. DieMittelschic ht zieh t sich als schmales Band zwis chen denbena chbart en Zellen hindurch und verbreitert sich in denZwickeln In te rcellularräume) zu teilweise mächtigenFl ächen (Bild 1). Er st nach der partiellen De lignifizierungwird d ie Primärw and sichtbar, die im unbeh ande lt en Holznoch im Lignin eingebettet war und deshalb u nsichtbarblieb. Sie i st, wie Bild 2 zeigt, locker in die Mittelschichteingebettet. Sie ersch eint im Querschnitt als eine hellereZone, in der die Kon tinuität der amorp hen Mittelschichtdurch die a ng eschni tt e nen Mikrofibrillen durchbrachen ist.Die Primärwänd e ben ac hb arter Tr ac heiden sche in en sichan deit flachen Seiten zu berühren und eine Trennungsschicht, die eigentliche Mitt ellame lle, ist n ur noch st reckenweise zu er kennen. Nach A. F r ey - Wyssl ing [12) ist dieAusscheidung der Zellwand bei der Diffe re nzierung derZellplatte als ein dynamisches Geschehen aufzufassen,dessen einzelne Ph asen nicht scharf gegenei na nder abgegrenzt sind, so d aß :v ittellamelle und Pr im ärwand ohnestreng faßbare ..Sprungschicht" kontin uierlich ineinanderübergehen kö n nen. Am Zwickel trennen sich die benach-

Bild 1. Fichtenh olz, unbehandelt, Querschnitt, Pd-beschattet.Interce11ulanaum zwi sch en v ier Tracheiden. Die einzelnenWandschichten : Mitt e lsch icht v , Sekundärwand I SJ).Sekundär wand I l S ) und Tertiä rwand (T) sind deutlich voneinander zu un t erscheiden. Auffällig ist di e ' er breiterung der

Sekundärwand I in den Ze ll ec ken. Ycrgr. 5700 :1.

Bild 2. Fichtenholz , 2 h delignifiziert , Quer schnitt, Pd -be-schattet. ln t ercellulare zwischen drei Tracheiden. Durch dieDelignifizierung we rd en die in der ~ l i t t s h i ht eingebetteten

Primärwände P) sic ht har. Vergr. 11 300:1.

s•



52 G. Jayme u. D. Fen ge l, Beobachtungen an Ultradünnschnitt en von Fichtenbolz u ~ ~ Z ~ ~ ~ ~o~--------------- ~ ~

Bild 3. Fichtenholz, 5h dclignifiziert, Querschnitt, Pd -beschattet.Die Primärwände der Trach e iden sind locker in den no ch vo rhandenen Rest der l\Iittcl 5"chich t eingebettet. An den fla chenSeiten der Zellen berühr en s ie sich, und die Trennung s li nie derMittellamelle is t nur s tr e ckenweise zu erkennen. Vergr. 29 10 : l.

ßild 4. Fichtenholz, 30 min delignifiziert, Querschnitt, Pdbe sc hattet. Ein Hoftüpfc1, dessen Höfe seitlich der Pa r i angesch nitt en sind. Auf der rech ten Se it e (Pfeil) münd en die be idenhenar.hhartcn Prim är wände in den Tüpf elhof ein und b ilde n die

Schlicßhaut. Vcrgr. 8200:1.

h ar ten P ri m ärwände und fol gen den ih n en zu gehörige n

Zellwänden (Bilder 2 und 1).An den Stellen, an d enen in der Zellwand Ho ft üpfel

ausgebildet sind, wölben si ch Sekundärwand I und Sek un

därwand II der benachb a r ten Tracheiden zu ihren Lumen

hin, wodurch der Tüpf e lh of entsteht . währe nd die be idenaneinander liegenden Pri märwände (die Sch ließha utbildend) du r ch diesen Hof geradeaus we it erlauf en (13i lcl 4)(G. J ayme und D. F e n ge l [13]. G. Jaym e, G. H u n geru . D Fenge l : 14:. ). N ach dem He raus lösen d er a m orphenMittelschichtanteile fä llt die Prim ärwand in sich zusa mmen, da nun die Substan z, in der sie e in gebettet wa r ,nicht me h r vorhanden ist. Dabei haften di e beiden Pr imärwände oft so fest aneinand er, daß eine Primärwand von

ih r er Ze llw and abgerissen und zur Nachbarz ellwand hinübergezogen werden ka nn (Bild 5 . Beim Zusammenfallenbes te h t die C\eigung, daß sich die Mikrofibrillen der beidenPrimänv ändc i rrfolge ih r es geringen Abstandes ve rhak enoder verk leben, so d aß dadurch die T ra c he id en, s el b st nachder Entfern un g der Mittel schicht, noch im Ver band gehalten werden . Außerdem bestehen zwisc hen be idenPrimärw än den ·vcrh indun gsfibrill en (ß i lcl 6), wi e a uch

sc hon K. ' \ lühl c t lc r [t 5 l n ac h wei se n ko nnte, J. ic das

Alwin<nHkrhaften der P r imärw äm le begünstig en. Es

konnte auch in manchen Fällen die Existenz von Verbind ungs lamel len zwischen den Pr imärwänden benachbarter Zellen, die zum Teil soga r über das Zwickelgebiet hinwe gg in gen, festgestellt werden (Bilder 7 und 8).

Bereits A. B Wa r d r o p und H. E . Dadswell [t 6 ]fa nden bei lichtmikroskopischen Unters uchungen schwachd oppe lb r echend e M em b ra n en, welche die Interz ellu larräumeüberqueren und di e sie als Reste de r Pr imä rw and derElterzelle ansahen. Auch A. L. Houwi n k und P. A.Roelofsen [1 7] ko nnten nachweisen, daß die Tochterzellen noch von R esten der Primär wa n d der Elterzelleumgeben sind . Dageg en stellten A. F r ey -W y s s l ing undK Iüh le th a le r [18] fest, daß die Pr imä rwand derE lter zelle wa h rsch einlich du r ch En zy me a bgebaut wird.

Di e Sekund är wand I läßt bereits im un behandeltenHo l z an manchen Stellen eine Lamellie rung er kennen. Inden Ecken der Zellen ist di e Seku ndär wa nd wesentlich ve rdickt und erschei nt hier auch lock er er gepackt (Bilder t

unclg). Bei d er Anlage der Zellwand wi rd durch den Druckdes Protoplasmas auf die Zellwand, der an den flachenSeiten höher ist als in den Ecken, alle bewegliche Zellwandsubst anz n ac h den Ecken gequet sc ht (P. A. Roelofs c n

t g]). Da bei werden wohl auch die La g en der Sekundär-

Bilds. Fichtenh olz, ; h delignifizicrt, 10 min mit ; igcr XaOHbehandeit, Querschnitt, Pd-b e :ichat t et. Du r ch das Heraus lösender ei nbette nd en S tü tzsubstan z si nd die Primärwä nde d erbeiden X ac hh arzeile n in sich zusamme n ge fal l en und haben s ichst r ec kenwei se so v er h akt, d aß di e li nk e- Prim är wa nd von ihr e r

Ze llwand a bg e rissen wu rde (Pfeil). \lergr . 5000 : 1.

Bild 6. Fi c ht enholz , 5 h d elignifizi ert, GO m in mit Eises s ig/Pe rhy<lrol behan delt , Q uerschnitt , Pd -b escha t t e t . Verbin dungslibrillen zwi sc hen de n Primärw än den b en a c hb a rter Tr acheid en.In der aufgequoll en en S ~ k u n d ä r w a n dI [ s.lnd d ie a us F ibr illen-

pak et en bcstc lw nchm Lanw\1(\ ll zu sehen. \ • r g r .SOOI): t.

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