PFLANZENANATOMIE: GESCHICHTE, UNTERSUCHUNGSGEGENSTAND, METHODEN - BIOLOGIE - 2025

Die Anatomie von Pflanzen im engeren Sinne ist die grundlegende Grundlage für die Untersuchung einer Vielzahl von Pflanzengeweben, die in der Botanik und in den Biowissenschaften im Allgemeinen von großer Bedeutung sind. Diese Disziplin konzentriert sich hauptsächlich auf die zelluläre Untersuchung von Geweben durch Mikroskopie von ihrem Ursprung bis zu ihrer Entwicklung.

Alle Fortpflanzungsgewebe, die gemeinsam auf dem Gebiet der Pflanzenembryologie und Palynologie untersucht werden, werden häufig ausgeschlossen. Die Art und Weise, wie Zellen zusammengesetzt und miteinander angeordnet werden, ist für die Pflanzenanatomie von großem Interesse.

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Die Pflanzenanatomie ist eng mit anderen Bereichen wie der Physiologie von Pflanzen und ihrer Morphologie verbunden. Die in den meisten Fällen beobachteten Merkmale unterscheiden sich zwischen Pflanzengruppen und werden verwendet, um phylogenetische Beziehungen herzustellen.

Geschichte

Zu den Anfängen der Pflanzenanatomie gehörte in ihren Anfängen auch die Untersuchung der Morphologie von Pflanzen und ihrer äußeren Eigenschaften. Seit der Mitte des 20. Jahrhunderts beschränkten sich Anatomiestudien jedoch ausschließlich auf die Untersuchung innerer Organe und innerer Gewebe, wobei die Morphologie eine separate Disziplin darstellt.

Die ersten Arbeiten zur Pflanzenanatomie und Botanik, die mit Hilfe des Mikroskops durchgeführt wurden, stammen von Marcello Malpighi und Nehemiah Grew. Bis 1675 hatte Malpighi seine Arbeit Anatome plantarum veröffentlicht, in der er anhand von Abbildungen einige Pflanzenstrukturen wie die Stomata der Blätter beschreibt.

Bis zum Jahr 1682 veröffentlichte Grew seinerseits eine Arbeit mit sehr zuverlässigen Abbildungen über Pflanzengewebe, die die Genauigkeit seiner Beobachtungen belegen. Diese Arbeit hatte den Titel Die Anatomie der Pflanzen.

Ab den 1960er Jahren war die Entwicklung der Mikroskopie ein großer Fortschritt in allen Bereichen der Pflanzenanatomie.

Mikroskopie und ihre Verwendung in der Pflanzenanatomie

Die Untersuchung von Pflanzenstrukturen hat eine Entwicklung gehabt, die eng mit der Entstehung und Entwicklung der Mikroskopie verbunden ist. Seit ihrer Erfindung im 17. Jahrhundert haben sich Mikroskope zu einem intellektuellen Werkzeug entwickelt, das viele Bereiche der biologischen Wissenschaft geprägt hat.

Einer der ersten Bereiche, die bei der Entwicklung der Mikroskopie bevorzugt wurden, war die Botanik, insbesondere in anatomischen Studien. Die experimentellen Wissenschaftler Robert Hooke und Leeuwenhoek wurden als eine der ersten anerkannt, die im 17. Jahrhundert mikroskopisch beobachteten und verschiedene Strukturen beschrieben.

In der Arbeit von Malpighi und Grew spielte die Mikroskopie eine grundlegende Rolle und ermöglichte die Entwicklung dieser beiden wertvollen botanischen Arbeiten. Damit waren diese wichtigen Wissenschaftler des 17. Jahrhunderts die Pioniere der Pflanzenanatomie und der botanischen Mikrographie.

Seitdem wurde das Studium der Pflanzenanatomie zusammen mit der Mikroskopie entwickelt. Letzteres entwickelte sich entsprechend den Wissensbedürfnissen des Menschen.

Die Mikroskopie ist derzeit ein wesentliches Instrument bei der Untersuchung von Pflanzenstrukturen, wo sie von einfachen Lupen bis hin zu Elektronenmikroskopen mit fortschrittlicher Technologie eingesetzt wird.

Was studiert die Pflanzenanatomie?

Die Pflanzenanatomie ist verantwortlich für die Untersuchung aller in Pflanzen vorhandenen Gewebe und Organisationsformen derselben. Dies weist darauf hin, dass es sowohl das Gewebe als auch die interne zelluläre Organisation und die Untersuchung externer Strukturen bewertet.

Zu den bewerteten Strukturen gehören unter anderem: Blätter, Stängel, Rinden, Wurzeln, Stängel und Wurzelspitzen, Meristeme und Gewebe nach Zelldifferenzierung, Zellanordnung in Organen.

Methoden und Techniken

Die Techniken zur Untersuchung der Anatomie von Pflanzen sind sehr unterschiedlich. Jeder von ihnen hängt von dem Gewebe oder Organ ab, das untersucht wird.

Im Allgemeinen sind dauerhafte Vorbereitungen für mikroskopische Untersuchungen als Quelle elementarer Informationen sowohl in der Forschung als auch in der Lehre unverzichtbar. Für die Fixierung von Proben verschiedener anatomischer Gewebe muss jedoch eine Reihe grundlegender Techniken für deren anschließende Beobachtung ausgeführt werden.

Letztere werden angewendet, weil es schwierig ist, das Gewebe und seine Bestandteile bei direkten Beobachtungen klar zu unterscheiden.

Alle Pflanzen bestehen aus dem gleichen Grund-, Haut-, Grund- und Gefäßgewebe. Innerhalb dieser Gewebe unterscheidet sich die Art und Weise, wie Zellen organisiert sind, deutlich zwischen Pflanzen, und daher sind die anatomischen Methoden zu ihrer Verarbeitung unterschiedlich.

Im Allgemeinen muss das zu untersuchende botanische Material bestimmte Eigenschaften erfüllen, z. B. dass die Strukturen vollständig gesund und entwickelt sind. Darüber hinaus dürfen sie keine äußeren oder inneren strukturellen Schäden aufweisen. Ihre Färbung ist typisch für die untersuchte Art und die Probe, aus der die Proben entnommen werden, ist repräsentativ.

Fixierung

Der Fixierungsprozess versucht, das Gewebe und seine morphologischen Eigenschaften so ähnlich wie möglich zu erhalten, als das Gewebe noch lebte. Dies kann entweder mit physikalischen oder chemischen Fixiermitteln erreicht werden. Am weitesten verbreitet sind einfache Fixiermittel wie Ethanol, Methanol oder Aceton, die durch Dehydratisierung fixieren.

Sie eignen sich sehr gut für kleine Proben und können sogar die Pigmentierung des Gewebes bewahren. Aldehyde wie Formaldehyd, Glutaraldehyd und Acrolein können ebenfalls verwendet werden. Andere koagulierende Fixiermittel umfassen Ethanol, Pikrinsäure, Quecksilberchlorid und Chromtrioxid.

Es werden auch Fixiermischungen verwendet, von denen es mehr als 2000 veröffentlichte Formeln gibt, wobei FAA, Fixiermittel mit Chromsäure, Farmer- und Carnoy-Mischungen unter anderem die häufigsten sind.

Während dieses Prozesses muss immer besonders auf die Fixierungszeit und die Temperatur geachtet werden, bei der dies durchgeführt wird, da Prozesse wie die Autolyse beschleunigt werden können.

Daher wird empfohlen, es bei niedrigen Temperaturen und einem pH-Wert nahe dem physiologischen Wert des Gewebes durchzuführen, um die Bildung von Artefakten im Gewebe zu vermeiden, die sich für anatomische Fehlinterpretationen eignen.

Dehydration

Es besteht aus der Beseitigung des Wassergehalts der zuvor fixierten Pflanzengewebe. Dies geschieht häufig mit einem zunehmenden Gradienten von Dehydratisierungsmitteln, die Paraffinlösungsmittel sein können oder nicht, wobei Paraffin eines der Hauptmittel ist, die eingeschlossen werden müssen.

Die Lösungsmittelentwässerung von Paraffin wird hauptsächlich mit Ethanol in einer Reihe von 30, 50, 70 und 95% durchgeführt.

Nach diesem Prozess werden die Gewebe in ein Paraffinlösungsmittel-Dehydratisierungsmittel überführt. Diese Mittel machen Gewebe im Allgemeinen durchscheinend. Die häufigsten Mittel sind Xylol und Chloroform. Für diese Reagenzien wird auch eine Konzentrationsreihe verwendet.

Infiltration / Einbettung von Geweben in Paraffin

Dieser Vorgang wird durchgeführt, um das Dehydratisierungsmedium durch das Infiltrations- / Einschlussmedium zu ersetzen. Dies gibt dem Gewebe eine ausreichende Steifheit, um dünne und feste Schnitte zu machen, aufgrund der vorübergehenden Verhärtung der Gewebe und Hohlräume, die es präsentiert. Das am häufigsten verwendete Material ist histologisches Paraffin.

Mikrotomie

Die in Paraffinblöcken enthaltenen Proben werden mit Hilfe eines Mikrotoms geschnitten, wodurch Schnitte dünn genug sind, um unter einem Mikroskop beobachtet zu werden. Alle morphologischen Strukturen bleiben nach dem Schneiden so erhalten, dass das Studium des Gewebes erleichtert wird.

Im Allgemeinen sind die Schnitte 1 bis 30 Mikrometer dick. Es gibt verschiedene Arten von Mikrotomen, die häufig verwendet werden, einschließlich Tischmikrotom, Gefrieren, Kryostat, Objektträgerrotation und Ultramikrotom. Einige von ihnen mit speziellen Diamant- oder Glasklingen.

Färbung

Die histologischen Schnitte werden gefärbt, um die Beobachtung und Analyse der verschiedenen Zellkomponenten zu erleichtern.

Die Farbstoffe und Färbetechniken werden angewendet, je nachdem welche Strukturen leichter zu beobachten sind. Die in der Botanik am häufigsten verwendeten Farbstoffe sind Safranin "O", schnellgrüner FCF, Hämatoxylin, Orange G, Anilinblau und Toluidinblau. Die Auswahl des einen oder anderen Farbstoffs hängt von der Ionenaffinität des Farbstoffs mit der zu färbenden Struktur ab.

Kontrastflecken wie die Kombination von Safranin "O" und schnellem grünem FCF können ebenfalls verwendet werden. Safranin färbt rot geschnittene, verholzte Wände, Nukleolen, Chromatin und kondensierte Tannine sowie Suberin rotbraun. Während FCF-Färbungen sehen die Zellulosewände für das Zytoplasma bläulich und violettgrün aus.

Andererseits reichen toluidinblau gefärbte Stoffe von dunkelblau / rötlich bis hellblau / rosa.

Histochemische Tests

Histochemische Tests werden verwendet, um Moleküle oder Familien von Molekülen aufzudecken, die im untersuchten Gewebe vorhanden sind, und ihre Gewebeverteilung "in situ" zu bewerten.

Diese Tests können unter Verwendung chemischer Reaktionen zum Nachweis freier oder konjugierter Kohlenhydrate und enzymatischer histochemischer Tests durchgeführt werden, bei denen die zelluläre enzymatische Aktivität auch nach chemischer Fixierung des Gewebes nachgewiesen wird.

Das Endprodukt dieser Reihe von Techniken endet mit der Bewertung des histologischen Schnitts, der mit Mikroskopiewerkzeugen erstellt wurde. Optische oder elektronische Mikroskope können entweder zum Scannen oder zum Senden verwendet werden. Viele dieser Zeichen sind sehr klein (ultrastrukturell oder mikromorphologisch).

Andere Techniken umfassen die Mazeration von Pflanzengeweben, um ihre Bestandteile zu trennen und sie einzeln zu beobachten. Ein Beispiel hierfür ist die Mazeration von Geweben wie Holz, die die Beobachtung von Trachealelementen und anderen Strukturen erleichtert und eine detaillierte Analyse dieser Elemente ermöglicht.

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