昭陽湖에서 無菌純粹分離된 單細胞 綠藻 Scenedesmus quadricauda의 電子顯微鏡的 微細構造

Abstract

The life cycle, external and internal fine structure of the green alga Scenedesmus quadricauda have been investigated using light, scanning and transmission electron microscopes. The results were summarized as follows; 1. Life cycle : S. quadricauda reproduces only through asexual cellular division, forming autocolony. As the young coenobium with 4 cells mature, each cell increases cell volume and accumulates starch grains. When the cell is ready to divide, cellular organelles disappear and the cell is filled with cytoplasmic granules. Cell division of each of 4 cells may not be synchronous. Cell divides twice in succession producing 4 daughter cells by which time cellular organelles reappear. As soon as daughter cells orient themselves in a file parallel to the long axis of the coenobium, pectic layer encloses 4 daughter cells and 4 spines develops from the terminal daughter cells. Soon the young coenobium is liberated from the mother cell. And another life cycle begins. Under the favorable condition, it takes about 7-8 days to complete a life cycle. 2. External structure : Two spines from each of two terminal cells are prominent character of this green alga. The length of spines ranges from 5 to 15 μ and the size of coenobium ranges from 10 × 15 to 15 × 25, depending on the growth stage. Distinctive ornamentations of the outer surface are network configuration, props, and openings. Scanning electron micrographs revealed that superficial pectic networks of hexagonal units are supported by a system of props. Each spine is composite structure of long props which appears as a bundle of cylinderical tubules. Pectic layer is interrupted by supporting props on the surface and by circular opening. The periphery of the opening is in fact compact arrangement of long props. The periphery has 10 bristles which look like small hooks bent toward the center of the opening. Opening is the place where the middle layer of the cell wall is exposed to the exterior of the cells. The function of the opening is uncertain but believed to be where the cellular exchange of materials take place. When the opening is closed, the bristles contract by two of each. 3. Internal structure: The cell wall consists of three layers; pectic, middle, and cellulose. Cellulose layer originates from each of 4 cells and pectic layer encloses all 4 cells in one to form a coenobium. The thickness of the pectic layer is not consistent over the surface. Transmission electron micrographs revealed that the props originate from the middle layer and traverse through pectic layer. Each cell has a peripheral chloroplast which contains a pyrenoid and starch grains. Nucleus is located in the center of the cell near the pyrenoid of the chloroplast. The Pyrenoid of a young cell is small and a starch sheath is absent or inconspicuous. Vacuoles occupy a considerable internal space. The mature cell has enlarged pyrenoid with thicker starch sheath which separates pyrenoid from the rest of chloroplast and also has more number of starch grains which will be utilized as a energy source for the cell division. Lamellae of the chloroplast encase a part of starch sheath to form separated starch grains.;綠藻類인 Scenedesmus quadricauda의 內部와 外部 構造가 光學顯微鏡的, 走査 및 透過電子顯微鏡的 觀察을 통하여 다음과 같이 밝혀졌다. 1. 生活環 4개의 細胞로 된 10∼15㎛크기의 어린 連生體(coenobium)를 25℃의 恒溫室에서 5,000∼6,000 lux의 光源을 24時間 照射시켜 有機液體培地에 培養했을 때 細胞가 점차 成熟하여 7∼8日만에 약 15∼20㎛의 크기가 되면 각각의 細胞는 母細胞膜內에서 分裂를 시작하게 된다. 細胞質의 細胞器官들은 解體되어 顆粒으로 되며 細胞의 부피도 커진다. 이때에는 細胞內 器官을 잘 구분할 수 없다. 分裂를 끝낸 細胞는 4개의 딸세포를 가지며 딸세포내에는 細胞內 小器官들이 다시 나타난다. 딸세포들은 發生한 순서대로 차례로 母細胞內의 長軸方向으로 가로로 배열하고 이 배열이 끝나면 4개의 세포를 둘러싸는 pectin層이 分泌되고 또한 spine도 發生하게 된다. 이렇게 完成된 連生體가 母細胞壁을 뚫고 나와 새로운 生活環을 시작한다. S. quadricauda의 有性生殖은 알려져 있지 않다. 2. 外部構造 4개의 세포로 되어 있는 連生體는 4개의 spine을 가지며 細胞壁은 3層으로 이루어졌는데 안쪽의 각 細胞들을 싸는 cellulose層과 제일 바깥쪽의 pectin層, 그리고 이 두層사이에 아직 化學的으로 성분이 밝혀지지 않은 中間層으로 되어 있다. 이 pectin層에는 六角形의 網狀構造와 이 構造를 支持하기 위해 원통형인 支持小體가 2∼3개 모여 群을 이루고 있다. 支持小體들이 세포 전표면에 分包되어 pectin層의 網狀構造를 支持하고 있는 것으로 생각된다. 連生體의 각 細胞表面에 6개씩의 環狀 開口部가 같은 간격으로 존재함을 走査電子顯微鏡을 통하여 알 수 있었다. 開口部의 주변에는 작은 剛毛가 10개씩 있었으며 收縮했을 때는 剛毛가 2개씩 짝을 지으며 開口部를 폐쇄하였다. 3. 內部構造 連生體의 각 細胞내에는 1개의 核과 細胞壁의 주변을 따라 한 개의 컵모양의 葉綠體가 있고 그 속에는 1개의 pyrenoid가 존재하며 이 pyrenoid의 주변에 있는 starch sheath의 發達 및 pyrenoid와 澱紛粒形成과의 관계가 透過電子顯微鏡 觀察을 통하여 설명되었다. 또한 支持小體와 spine의 縱斷面을 觀察해 본 결과 支持小體는 그 起源이 細胞壁의 中間層에서 비롯되어 pectin層을 거쳐 外部로 노출된 상태로 網狀構造를 支持하고 있었으며 spine은 긴 微細管들의 묶음으로 이루어져 있는 것이 밝혀졌다.