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Ricerche al Microscopio Ottico ed Elettronico Sulla Struttura del Nucleolo di Cellule Meristematiche di Alcune Piante e Considerazioni Critiche Sulla Teoria del «Nucleolonema»

1963; University of Florence; Volume: 16; Issue: 3 Linguagem: Italiano

10.1080/00087114.1963.10796113

2165-5391

Fernando Fabbri,

Plant tissue culture and regeneration

RIASSUNTOLa struttura del nucleolo di cellule meristematiche di Psilotum nudum (L.) Beauv., Phaseolus vulgaris L., Ricinus communis L. e Lupinus luteus L. è stata studiata al microscopio-ottico, normale e a contrasto di fase. Oltre ad altri metodi di colorazione sono stati impiegati quelli specifici del nucleolonema. Il nucleolo di Psilotum nudum è stato studiato anche al microscopio elettronico. Le osservazioni fatte e le conclusioni trattene possono essere riassunte come segue. (i) Al microscopio ottico, nei nucleoli di tutt'e quattro le specie studiate sono evidenti dei granuli più o meno sferici, molto brillanti specialmente al contrasto di fase e in campo oscuro. Talvolta, quando sono fra loro molto vicini, non vengono risolti e si creano immagini di formazioni filamentose.(ii) I granuli nucleolari, specialmente dopo l'impregnazione platinica, mutano colore col variare del piano focale del microscopio. Tale variabilità cromatica è dovuta all'interferire di vari fenomeni ottici fra i quali vengono indicati la diffrazione e l'aberrazione cromatica dell'obbiettivo e del granulo stesso, funzionante, per il suo indice di rifrazione inferiore a quello del mezzo in cui è compreso, da microscopica lente divergente.(iii) Non sono state mai viste formaziom filamentose riferibili al « nucleolonema » di ESTABLE e SOTELO.(iv) In Psilotum i granuli nucleolari si mantengono inalterati anche nei nucleoli che persistono nel citoplasma durante la mitosi, persino in quelli che in tarda telofase appaiono in via di avanzato dissolvimento nel citoplasma. I nucleoli « persistenti », ben conservati o in disintegrazione, molto spesso sono in posizioni distanti dai cromosomi o dai nuclei in formazione, per cui è chiaro che i granuli nucleolari non rappresentano sezioni di segmenti eterocromatinici di cromosomi nucleolari, come alcuni AA. hanno prospettato.(v) Dal reperimento di formazioni più o meno sferiche identiche ai granuli nucleolari in stretto rapporto coi cromosomi in varie tappe mitotiche, e dalle microfotografie pubblicate da ESTABLE e SOTELO (riprodotte nelle Figg. 39–41 del presente lavoro), si deduce che è molto probabile che i granuli si mettano in rapporto con i cromosomi durante la mitosi. Sono in corso ricerche per meglio precisare questo comportamento.(vi) Al microscopio elettronico il nucleolo di Psilotum risulta formato da granulazioni di ca. 150 Å e da fibrille di ca. 100 Å. Quest'ultime talvolta risultano appaiate e spiralate. Nell'interno del nucleolo, in materiale incluso in Epon, sono visibili delle formazioni rotondeggianti, meno osmiofile del resto del nucleolo, che molto probabilmente corrispondono ai granuli nucleolari.(vii) Come già avevano notato altri AA. in materiale vario, il nucleolo di Psilotum appare essere un organulo molto variabile nella struttura: infatti talvolta risulta compatto altre volte più o meno spugnoso. Questa mutabilità di aspetto viene messa in relazione con la minore o maggiore necessità di aumentare la superficie di contatto nucleo-nucleolo, a seconda del grado degli scambi metabolici.(viii) Le osservazioni al microscopio ottico ed elettronico sui nucleoli di Psilotum, Phaseolus, Lupinus, Ricinus e di altre specie di cui non viene riferito in questa nota, confrontate con i risultati di molti altri AA., mediante un attento esame delle relative documentazioni iconografiche, portano ad affermare che il « nucleolonema », almeno così come lo descrissero ESTABLE e SOTELO, è una struttura inesistente, creata sia da granuli non ben risolti per l'interferire della diffrazione e di altri fenomeni ottici, sia dalla struttura spugnosa o lamellare che il nucleolo può assumere. Tale struttura spugnosa, che è riconoscibile al microscopio elettronico, in sezioni ultrasottili è presente però solo nei momenti di maggiore funzionalità del nucleolo, mentre per ESTABLE e SOTELO il « nucleolonema » è una struttura sempre presente nel nucleolo di ogni cellula, sia animale sia vegetale. Ad esaltare queste false immagini di formazioni filamentose contribuisce molto spesso la microfotografia, specialmente quando durante il processo di stampa si raggiungono forti ingrandimenti.SUMMARYThe structure of the nucleolus of meristematic cells of Psilotum nudum (L.) Beauv., Phaseolus vulgaris L., Ricinus communis L., and Lupinus luteus L. has been studied with the optical microscope. The staining procedures used included, among others, those specific for the nucleolonema, i.e. Estable's silver impregnation, Bolognari's platinum impregnation, and Sotelo's iron-pyrogallic stain. The nucleolus of Psilotum nudum has been observed also at the electron microscope.The main results and conclusions can be summarised as follows. (i) In the nucleoli of all the four species observed with the optical microscope some more or less spherical granules are evident, 300 to 800 mμ in diameter. The granules are especially bright if observed by phase contrast or dark-field illumination. If they are very near to each other they may be taken for a single winding filamentous body (cf. Figs. 2, 5, 21, 22, and 28).(ii) These granules, especially after platinum-impregnation, appear of different colours by varying the focal plane of the microscope (cf. Figs. 3 and 5). These colour changes are due to various optical phenomena such as: a) diffraction; b) the chromatic aberration of even the high quality objective lenses employed in the present research, which interferes in the image formation of very small structures near the limits of the resolving power of the microscope; c) the chromatic aberration of the granules themselves functioning as divergent lenses: the granules in fact are more or less round, transparent to light, and when examined by positive phase-contrast show a refractive index smaller than the surrounding medium, and therefore behave as divergent lenses and break the polychromatic light into its various colours.(iii) Filamentous structures interpretable as ESTABLE and SOTELO'S « nucleolonema » have never been observed.(iv) In Psilotum the nucleolar granules remain apparently unchanged in those nucleoli which persist during mitosis (cf. FABBRI 1960), and even in those which during late telophase look as if in the course of dissolving into the cytoplasm (cf. Figs. 8, 9, and 12). The persisting nucleoli, whether normal or disintegrating, are very often quite distant from the chromosomes or from the newly forming nuclei (cf. Figs. 8 and 12), and it is therefore evident that the granules are not sectioned eterochromatinic portions of nucleolar chromosomes as suggested by some authors.(v) The finding of spherical bodies similar to the granules, closely associated with chromosomes in various mitotic stages (e.g. see Figs. 10, 11, 23–24, and 25–26) and of ESTABLE and SOTELO'S microphotographs (reproduced at Figs. 39–41 of this paper) seem to show that the nucleolar granules do take contact with the chromosomes during mitosis: this fact is being investigated further.(vi) When observed at the electron microscope the nucleolus of Psilotum appears to be formed by particles ca. 150 Å large and fibrils ca. 100 Å large, these latter being sometimes in pairs and spiral shaped (cf. Fig. 34). Inside the nucleolus, in epon-imbedded material, some roundish structures are visible, less osmiophilic than the surrounding nucleolar substance, and probably corresponding to the nucleolar granules (see arrows in Figs. 36, 37, and 38). This seems to be confirmed by the examination of sections of the same epon-imbedded material observed at the optical microscope.(vii) As other authors had already noticed in other organisms, also in Psilotum nudum the nucleolus appears to be a very variable structure: electron micrographs show it to be at times compact (cf. Figs. 31 and 32), and at times more or less spongy (cf. Figs. 33, 36, 37 and 38). These variations could be correlated with the greater or smaller necessity of increasing the nucleus-nucleolus contact surface, depending on the rate of metabolic exchanges.(viii) The study with the optical and electron microscope of the nucleoli of Psilotum, Phaseolus, Ricinus, Lupinus, and other species which have not been mentioned in the present paper, together with an examination of the data of many other authors, lead to the conclusion that the « nucleolonema », at least as it has been described by ESTABLE and SOTELO (1951, 1954), is an inexistent structure. The images of filamentous structures which may appear at the optical microscope do nat correspond to real structures, but are due both to the presence of nucleolar granules which remain optically unresolved through a series of optical phenomena, and to the spongy or lamellar structure of the nucleolus. This condition of the nucleolus, which can only be detected by electron microscopy and in ultrathin sections, occurs only during periods of great activity while it must be remembered that according to ESTABLE and SOTELO the nucleolonema is a constant feature of the nucleolus of every cell, both in plants and in animals. The false images that may form at times are in some cases made more deceiving by the photomicrographic process, especially if the enlargement is very high (cf. Figs. 13 and 14).The results reached in these researches are based on the study of a small number of plants species: it is desirable that they be confirmed in a much larger variety of organisms.