This article was downloaded by: [University Of Maryland]On: 17 October 2014, At: 03:34Publisher: Taylor & FrancisInforma Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954Registered office: Mortimer House, 37-41 Mortimer Street, London W1T 3JH,UK

Caryologia: InternationalJournal of Cytology,Cytosystematics andCytogeneticsPublication details, including instructions forauthors and subscription information:http://www.tandfonline.com/loi/tcar20

Endomitosi e Mitosi aDiplocromosomi Nello SviluppoDelle Cellule del Tappeto diSolanum Tuberosum L.Maria Grazia AvanziPublished online: 31 Jan 2014.

To cite this article: Maria Grazia Avanzi (1950) Endomitosi e Mitosi a DiplocromosomiNello Sviluppo Delle Cellule del Tappeto di Solanum Tuberosum L., Caryologia:International Journal of Cytology, Cytosystematics and Cytogenetics, 2:2, 205-222,DOI: 10.1080/00087114.1950.10797139

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MARIA GRAZIA A V ANZl

ENDOMITOSI E MITOSI A DIPLOCROMOSOMI

NELLO SVILUPPO DELLE CELLULE DEL TAPPETO

D1 SOLANUM TUBEROSUM L.

(con T a vola VIII e 2 5 figure nel testo) n In •·edazione: il 18 novembre 1949.

lntroduzione

l\Iateriale e metodi

Osservazioni citologiche

1• mitosi

2• mitosi

3• mitosi

Discussione

Bibliografia

Spiegazione della Tavola YIII

Explanation of figures 1-25

Explanation of Plate VIII .

Summary

Riassunto .

SOMMARIO:

INTRODUZIONE

Pag. 205

)) 207

)) •207

)) 210

)) 210

)) 214

)) 215

)) 217

)) 218 ,. 219

)) 220

)) 220

» 222

Poche sono le ricerche citologiche finora condotte sui tappeto in rela~ zione al gran numero di lavori eseguiti sulle cellule madri del polline e si riportano quasi essenzialmente al BoNNET { 1912) e al CHIARUGI ( 1927), i quali, in modo assai esteso, descrissero le fasi della evoluzione nucleare nelle cellule del tappeto delle Angiosperme.

II nucleo della cellula tappeziale si divide una prima ed una seconda volta dando una cellula tetranucleata; abbiamo, cosi, due divisioni succes~

( *) Centro di studio per Ia Citogenetica Vegetale del Consiglio Nazionale delle Ricerche. Pubblicazione n. 7 5 : lavoro eseguito nell'lstituto Botanico dell'Universita di Pisa, diretto dal Prof. ALBERTO CHIARUGI.

2.05] [Ca.ryologia., vol. II, n. 2, 1950

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sive che possono essere e sono spesso accompagnate da fenomeni di cario­gamia che riportano Ia cellula a binucleata o mononucleata, con ·formazione d1 grossi nuclei poliploidi, in modo che Ia terza divisione, che dovrebbe por­tare alia formazione di una cellula con 8 nuclei, viene invece a realizzarsi in nuclei resi poliploidi da una o piu fusioni. Tali le fasi di sviluppo del mppeto riportate dal BoNNET e dal CHIARUGI, e successivamente confer­mate da altri Autori [fra gli altri, SMITH ( 1933); CooPER ( 1933)].

Possibilita di tre divisioni successive con formazione di 8 nuclei 2n sono state trovate da MAYER ( 1925) in Leontodor autunnalis, da HAKANSSON (1926) in Celsia Keniensis, da GENTCHEFF e GUSTAFSSON (1940) in Hieracium robusfum e H. amplexicaule, da REED ( 194 7) in Magnolia gran­dill ora e da BATTAGLIA ( 1949) in Crepis Zacintha. In queste ultime due specie, la condizione 8-nudeata sarebbe generale nelle cellule del tappeto se fenomeni di agglutinazione cromosomica, durante la seconda e terza di­visione, non modificassero il risultato finale. Tali processi portano a riduzio­ne del numero dei nuclei con conseguente aumento della poliploidia fino alia situazione massima della 12-ploidia, quale si ritrova in Crepis Zacintha.

Condizioni particolari, che portano alia formazione di nuclei poliploidi, sono la restituzione nucleare per cromosomi ritardatari o ponti all' anafas·e (cfr., fra gli altri, BONNET 1912; CHIARUGI 1927; WITKUS 1945; REED l 94 7; BATTAGLIA 1949) e la fusione di poli di anafasi diverse con corise­guente formazione di tre nuclei, di cui uno di dimensioni maggiori degli altri due; caso pure ritrovato nella letteratura a proposito di Fuchsia e ] ucca glo­riosa (BONNET 1912), Cal ionia candicans (SMITH 1933), Magnolia gran­di}iora (R£ED 1947), Crepis Zacintha (BATTAGLIA 1949).

TISCHLER ( 1906) riporta un modo particolare di divisione nucleare in ibridi di Ribes notando che i due nuclei 2n, provenienti dalla prima divi­sione, vanno incontro ad un processo amitotico, manifestantesi in una specie di gemmazione dei nuclei, senza, pero, escludere processi di fusione e la pos­sibilita di normali mitosi anche nello stadio sopra indica to. Tale amitosi viene esclusa dal BoNNET ( 1912) nelle cellule tappeziali delle piante da lui stu­diate, mentre CHIARUGI ( 1927) giustamente I' ammette per sincari poliploidi incapaci ormai di dividersi.

T erminati i processi di cariogamia e di divisioni nucleari, le cellule del tappeto vanno incontro a processi degenerativi che possono avv·enire rima­TJ.endo le cellule «in situ)) (tappeto di secrezione) o penetrando le· cellule fra i granelli pollinici (tappeto ameboide): (CHIARUGI 1927).

Una nuova fase, nello studio dello sviluppo della cellula tappeziale, si e raggiunta con il lavoro della WITKUS ( 1945) su Spinacia: aile divisioni normali ed a queUe con ponti originanti nuclei di restituzione, si unisce qui

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un nuovo tipo di divisione, I' endomitosi che, scoperta da GEITLER ( 1939) in Cerris, e stata per la prima volta riscontrata nelle piante dalla WITKUS. Essa consiste nella divisione, nell' ambito della membrana nucleare che resta integra, di ogni cromosoma nei due cromatidi componenti attraverso le quat­tro fasi tip1che gia descritte da GEITLER ( 1939), endoprofase, endometa­fase, endoanafase, endotelofase, !'ultima caratterizzata da un processo di catacromasia che riporta i cromosomi allo stadia intercinetico. Sicche, allor­quando il nucleo entra in mitosi. si presenta con un numero doppio di cro­mosomi normali o monocromosomi (2 cromatidi ten uti da 1 centromero: WHITE 1935 ).

In Spinacia l'endomitosi si presenta come una modalita della prima di­visione e sempre nella seconda, dimodoche Ia notevole frequenza con cui questa lipo di mitosi si manifesta, ha permesso alia WITKUS (I. c.) di ese­guirne uno studio assai accurato.

F enomeni di poliploidia riscontrati nel tappeto di due varieta di Sola-11um tuberosum, durante oss·ervazioni sulla meiosi nelle cellule madri del pol­line, pres,entantisi legati ad un fenomeno di endomitosi e di diplocromosomi (due cromosomi legati da un centromero), ci hanna indotto ad uno studio di tali processi.

MATERIALE E METOD!

II materiale studiato e costituito da tuberi di due varieta di Solanum tu­berosum L., Huevo e Porvenir, ottenuti, tramite l'Istituto di Agronomia del­l'Universita di Pisa, dal Dipartimento di Ricerche Agricole del Ministero dell'Agricoltura di Santiago del Chile. Le o~servazioni sono state condotte su fiori che, dopa fissazione in Karpechenko, sono stati inclusi in paraffina secon­do la tecnica rapida all' alcool butilico normale e colorati al violetto cristallo ( 0EHLKERS 1940). Per ottenere una migliore differenziazione delle mem­brane, per alcuni preparati si e usata una colorazione di contrasto alia safra­nina. Sono stati anche esaminati alcuni preparati eseguiti secondo la tecnica della « striscio al F eulgen n ( D 'AMATO 1946) dopa fissazione in Carnoy, rna essi non hanna fornito osservazioni soddisfacenti per la scarsita di colore presentata da alcuni stadi.

0SSERVAZIONI CITOLOGICHE

Come gia osservato da MASCRE ( 1921) per Solanum tuberosum ed al­tre specie di questa genere, la differenziazione del tappeto nelle due varieta da noi studiate e assai precoce e permette ben presto di distinguere un « tap­peto interno », rivolto verso il connettivo dell'antera, da un « tappeto ester-

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no », rivolto verso Ia parete; il primo con cellule piu vacuolizzate e di dimen­sioni maggiori (fig. I).

Prime osservazioni da noi eseguite su ambedue i tappeti hanno messo in evidenza i principali fenomeni che si ritrovano nel tappeto esterno: presenza di una prima divisione che porta Ia cellula mononucleata diploide ( 48 cromo­somi) a cellula con due nuclei 2n, capaci di fondersi all'intercinesi dando un

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Solanum tuberosum L. - Fig. I. Porzione di antera con cellule madri de!le microspore (C.M.P.)

all'inizio dello stadio di sinapsi. T.E.: tappeto esterno; T.l.: tappeto interno. Si notino

le minori dimensioni presentate dalle cellule del tappeto interno nella zona di collegamento

col tappeto esterno. X 340.

solo nucleo 4n; un sec on do ciclo mitotico piesentantesi con due metafasi di­stinte capaci di dare quattro nuclei diploidi, oppure con una sola metafase 4n dovuta o alia divisione del nucleo di fusione intercinetica (sincario tetra­ploide) o alia coalescenza dei due fusi diploidi, e realizzanre un cellula con due nuclei 4n (96 cromosomi ognuno). Si sono trovati, inoltre, rari casi di en­dopoliploidia dovuti a doppia riproduzione cromosomica int•ercinetica nel nu­cleo diploide iniziale della cellula del tappeto ( diplocromosomi) e presentan­tisi, a causa della non simultanea divisione centromerica, con metafasi a diplo­cromosomi indivisi e a coppie di cromosomi dovute alia prima divisione cen­tromerica nei diplocromosomi. II risultato della mitosi a 48 diplocromosomi vie.ne ad essere lo stadio binucleato a nuclei 4n.

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Questa fenomeno di endopoliploidia riscontrato in cellule isolate e I'uni­co sicuramente acoertato durante lo sviluppo del tappeto esterno. E' interes­sante notare che cellule contenenti una mitosi a 48 diplocromosomi non sono state riscontrate fra le svariate modalita di sviluppo delle cellule del tappeto intern a.

Non ci e stato possibile accertare Ia presenza di fenomeni di endomitosi tipica secondo lo schema di Gerris (GEITLER 1939), ne di rintracciare feno­meni di alta poliploidia nell' ambito del tappeto estern a.

Alta poliploidia e, invece, largamente rappresentata nella sviluppo del tappeto interno ed il complesso dei fenomeni citologici presente e chiaramente piu notevole di quello del tappeto esterno. Per tale motivo ci e parso conve­niente condurre una approfondita analisi citologica del tappeto interno, allo sviluppo del quale si riferisce tanto Ia descrizione che segue, quanta Ia docu­mentazione iconografica.

I fenomeni citologici qui descritti si svolgono nel periodo di tempo com­preso fra Ia differenziazione dell'archesporio e Ia metafase eterotipica neiie cellule madri del polline; fenomeni mitotici nel tappeto contemporanei ad ul­teriori stadi deiio sviluppo delle cellule madri del polline sono, infatti, assai ran.

Le cellule del tappeto, a! termine della !oro evoluzione, vanno incontro ad una notevolissima vacuolizzazione e ad un processo di cromatolisi che ren­de sempre meno visibili i !oro nuclei, per cui allo stadia di granulo pollinico adulto, tali cellule sporgono, sotto forma di vescicole, nella cavita dell' antera.

Nella fig. 2 sono riportate schematicamente le modalita di sviluppo ri­trovate nella nostra ricerca; da essa risulta che gli stadi osservati possono rag­grupparsi in una sequenza di non oltre tre mitosi. La possibilita della realizza­zione, al termine del terzo ciclo mitotico, di uno stadia binucleato a due nuclei i 6n (384 cromosomi ognuno), e, infatti, facilmente spiegabile per Ia notevole accelerazione di sviluppo che viene ad essere realizzata o dalla doppia ripro­duzione cromosomica (diplocromosomi) nell'ambito di un nucleo 4n realizza­to per una precedente endomitosi, oppure, per coalescenza, in un unico fuso, di due metafasi a 48 diplocromosomi realizzatisi per doppia riproduzione cro­mosomica durante I'intercinesi fra Ia prima e Ia seconda mitosi. In ambedue i casi, il risultato della seconda mitosi e il binudeato a due nuclei a 192 cromo­somi (8n) che per fusione intercinetica seguita da mitosi, o per coalescenza di fusi, realizza il binucleato a due nuclei 16n (384 e 384).

Per comodita di esposizione le tl'e mitosi, nelle !oro diverse modalita, ,·engono considerate separatamente.

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/a Mitosi.

Partendo da una cellula mononucleata a 48 cromosomi possiamo avere tre mod.alita di sviluppo e precisamente:

a) una normale mitosi che porta alia formazione di una cellula con due nuclei a 48 cromosomi, caso che si presenta con la massima frequenza;

b) una mitosi che per cromosomi ritardatari all'anafase da poi un nu~ c..leo di restituzione a 96 cromosomi : fenomeno frequentemente riportato nella letteratura ( fra gli altri, BoNNET 1912; CHIARUGI 1927);

c) endomitosi secondo lo schema tipico di Gerris (GErTLER 1939). Le figure 26 a~b riportano due fuochi diversi di una endoanafase: i cromoso~ mi si presentano completamente divisi nei rispettivi cromatidi, dando deUe for~ me simili a quelle a paia di sci caratteristiche della c~mitosi, allorche sono visti su uno stesso piano in tutta la loro lunghezza, oppure fornendo delle figure a X o, qualora il centromero e subterminale, a Y, allorche i due cromatidi fra~ telli si incrociano in corrispondenza del centromero.

Ci e riuscito difficile stabilire la presenza, negli stadi da noi osservati, di endometafasi; abbiamo comunque nota to profasi a cromosomi molto contratti e carichi di matrice che potrebbero interpretarsi come tali stadi. L' analisi, pe~ ro, e notevolmente complicata dal fatto che l'endomitosi nel nucleo diploide imziale della cellula del tappeto si presenta come una modalita rara di svi .. luppo e quindi d1fficilmente diff.erenziabile dagli stadi di profase normale.

Durante l'endomitosi si mantiene intatta Ia membrana nucleare e si nota sempre la presenza del nucleolo, fenomeno gia osservato dalla WITKUS ( 1945) nelle cellule del tappeto di Spinacia. Cia potrebbe confermare I' idea della FRANCINI ( 1938) che, dato che il nucleolo scompare alla pro~metafase della mitosi, esso abbia importanza nell' organizzare il fuso cariocinetico. Ri~ sultato della endomitosi e una cellula con nucleo a 96 cromosomi, eguale a quello oUenuto dall'anafase restituzionale e comunque non diff,erenziabile, alla mitosi successiva, da qualsiasi nucleo a 96 cromosomi.

Nell'intercinesi fra la prima e Ia seconda mitosi possiamo avere dei fe~ nomeni di fusione che portano parte delle cellule aventi due nuclei a 48, a eel~ lule con un solo nucleo a 96 cromosomi.

2:' Mitosi.

Le modalita di sviluppo nell' ambito della seconda mitosi rappresenta~ no certamente la parte piu cospicua della evoluzione del tappeto di S. tube~ rosum e si realizzano attraverso due possibilita: divisione di una cellula a due nuclei diploidi e divisione di una cellula ad un solo nudeo 4n. Esami~ nando il primo caso, si notano sei diverse modalita di sviluppo:

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Difronte a pag. 210.

Solanum tuberosum L. - Fig. 2. Rappresentazione scbematica delle varie modalira di sviluppo nelle cellule del tappeto interne. L'endemitesi e rappresentata da nuclei centenenti crome­

somi appaiati: in ogni nucleo e indica to il numcro di cromosemi in esse centenuti.

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a) normale formazione di due fusi indipendenti con Ia costituzione di quattro nuclei diploidi normali, caso che si riscontra con una certa frequenza nella nostra pianta ed e riportato in lavori di numerosi altri Autori;

b) coalescenza, all'anafase, di due poli di fusi diversi in un unico grup­po cromosomico e conseguente formazione di tre nuclei di cui due piu pic• coli a 48 cromosomi ciascuno ed uno pi it grosso 4n : fenomeno gia riscon­trato da precedenti Autori (fra gli altri, BoNNET 1912; SMITH 1933; REED

1947; BATTAGLIA 1949); c) coalescenza, alia metafase, di due fusi diploidi con formazione di

due nuclei 4n, a 96 cromosomi ciascuno; fenomeno del tutto identico e ripor­tato come una delle modalita della seconda divisione nel tappeto di Galto­nia candicans dallo SMITH ( 1933);

d) presenza di due fusi indipendenti, ciascuno a 48 diplocromosomi, realizzatisi per doppia riproduzione cromosomica nell' ambito di ciascun nu­cleo diploide durante l'intercinesi fra Ia prima e Ia seconda divisione. II ri­sultato di tale seconda divisione e una cellula con quattro nuclei distinti, t.e­ltaploidi a 96 cromosomi ognuno;

e) coalescenza in un unico fuso di due metafasi a 48 diplocromosomi cgnuna, e formazione di una cellula con due nuclei 8n ( 192 cromosomi);

f) endomitosi in ambedue i nuclei dello stadio binucleato diploide che viene cosi a trasformarsi direttamente in un binucleate contenente due nuclei 4n (96 cromosomi ognuno).

Circa l'ulteriore sviluppo dello stadio mononucleato a 96 cromosomi, realizzatosi o per fusione all'intercinesi di due nuclei diploidi o per uno degli altri due meccan1smi di cui si e parlato a proposito della prima mitosi, possono presentarsi le seguenti tre possibilita:

a) normale divisione cariocinetica con formazione di uno stadia binu­cleate a due nuclei tetraploidi;

b) restituzione nucleare come conseguenza di ritardi cromosomici al­l' anafase, realizzante un unico nucleo di restituzione 8-ploide a 192 cromo­somi. F enomeni di questo tipo sono riportati nella letteratura da precedenti Autori per il tappeto di altre specie; rna dalle I oro descrizioni non e possibile definire durante quale ciclo mitotico tali fenomeni hanno luogo;

c) doppia riproduzione cromosomica all'intercinesi seguita da mitosi a 96 diplocromosomi originante, attraverso un normale meccanismo fusale bi­polare, una cellula a due nuclei 8n ( 192 cromosomi ognuno).

U n caso del tutto speciale nel corso della seconda mitosi e rappresenta­to dal ritrovamento di una cellula tappeziale contenente, a due fuochi diversi, due metafasi ognuna a 24 diplocromosomi, ovviamente derivante da un pre-

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cedente stadio a due nuclei aploidi (n = 24). Sull'esistenza di tale ultimo stadio non ci e possibile esprimerci, essendo impossibile differenziare, su una semplice base morfologica, stadi binucleati a nuclei diploidi da quelli a nu­clei aploidi. E' chiaro, tuttavia, che un tale stadio deve presentarsi solo ec­cezionalmente. Comunque, la prima mitosi responsabile della realizzazione dello stadio binucleato a nuclei aploidi deve essersi svolta secondo un mecca­nismo tale da realizzare la segregazione del corredo diploide di partenza in due corredi aploidi, cioe secondo un tipo di « riduzione somatica >> ( cfr. HusKINS 1948 ed ulteriori contributi). A meno che non si voglia ammet­tere una prima divisione tipicamente eterotipica di una cellula archisporiale segregatasi accidentalmente in posizione di cellula del tappeto. Questa se­conda probabilita e, secondo noi, da escludersi in ogni modo, a causa della notevole precocita di sviluppo del tappeto, rispetto al primo accennarsi del movimento meiotico nel tessuto archisporiale.

A parte I' origine della cellula binucleata a nuclei « ridotti >>, il mecca­nismo di diploidizzazione (ritorno alla condizione diploide di nuclei aploidi) attraverso la mitosi ad n diplocromosomi, e perfettamente identico a quello che, indotto sperimentalmente durante la meiosi di Fritillaria meleagris (BAR­

BER 1940), spontaneamente si presenta durante la seconda divisione delle cellule ghiandolari dello stilo di Sambucus nigra (BATTAGLIA e DoLCHER

194 7: « mitosi a diplounivalenti )) ).

Solanum tuberosum L. - Fig. 3. Stadio iniziale di cellula del tappeto a nucleo diploide. - Fig. 4. Stadio binucleato a nuclei diploidi. - Fig. 5. Stadio di metafase della seconda mitosi (due metafasi diploidi a fuochi diversi). - Fig. 6. Stadio tetranucleato a nuclei diploidi

in profase. - Fig. 7. Metafase della terza mitosi (quattro metafasi diploidi). - Fig. 8. Sincario altamente poliploide, probabilmente successivo alia terza mitosi. - Fig. 9. Due metafasi con fusi disposti ad angolo retto, il cui risultato sara uno stadio trinucleato del tipo della fig. 3 2. - Fig. I 0. Stadio di sincario tetraploide dovuto a fusione di due nu­clei diploidi. - Fig. II. Nucleo di restituzione ottoploide conseguente a ritardi cromoso­mici in anafase tetraploide. -Fig. 12. Stadio binucleato a nuclei tetraploidi. - Fig. 13. Due mitosi tetraploidi di una stessa cellula, una in metafase, l'altra in anafase a crom·. ~o­mi ritardatari. - Figg. 14 e 15. Stadi tetranudeati a nuclei tetraploidi; nello stadio della fig. 14 tre nuclei sono in fusione. - Figg. 16 e 17. Sincari probabilmente sediciploidi do­vuti a fusioni nell'ambito degli stadi 14 e 15.- Fig. 18. Sincario ottoploide.- Fig. 19. Stadio binucleato a nuclei ottoploidi, dovuto a fusione di nuclei due a due nello stadio del­la fig. 15. -Fig. 20. Sincario altamente poliploid~ in profase. - Fig. 2 I. Fusione, allo stadio di profase, di due nuclei poliploidi. - Fig. 22. Cellula del tappeto a grosso nucleo con evidentissime zolle eterocromatiche, probabilmente dovuto ad un processo di endopo­liploidizzazione. - Fig. 23. Stadio binucleato a nuclei ottoploidi. - Fig. 24. Cellula a nucleo probabilmente 16-ploide realizzatosi attraverso una serie di endopoliploidizzazioni successive; si noti l'aspetto dell'eterocromatina. -Fig. 25. Stadio binucleato a nuclei 16-ploidi. X 920.

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34 Mitosi.

Daile osservazioni fatte non e stato possibile definire il risultato finale nella 3° mitosi, ne nella cellula trinucleata a due nuclei diploidi e ad un nu­deo tetraploide, ne nella cellula tetranucleata a quattro nuclei diploidi. N el primo caso e stato soltanto riscontrato uno stadio di profase, mentre nell'al­tro si e osservato uno stadio a quattro fusi indipendenti. Non essendosi mai trovate cellule contenenti otto nuclei diploidi, quali si riscontrano in Crepis Zacintha (BAIT AGLIA 1949) e in qualche altra specie {MAYER 1925 ; HA­

KANSSON 1926; GENTCHEFF e GusTAFSSON 1940; REED 1947), si deve ritenere che quest'ultima divisione porti alia formazione simultanea o successi­va di sincari in numero vario ( cfr. fig. 8). Anche il BoNNET in Fuchsia { 1912) non trova mai cellule del tappeto ottonucleate e ritiene,-non avendo mai tro­vato quattro mitosi nella stessa cellula, che lo stadio 4-nucleato non si divida piu. L'unica eccezione a questa regola e, tuttavia, rappresentata dall' osser­vazione di una cellula 4-nucleata con tutti e quattro i nuclei in profase (BONNET 1912, fig. 12).

Data l'estrema rarita con cui e stato da noi osservato lo stadio di cel­lula ·a quattro mitosi 2n, si deve ritenere che l'ulteriore evoluzione dello sta­dia tetranucleato a nuclei diploidi e generalmente condizionato dalla fusione intercinetica dei nuclei due a due o dalla coalescenza dei fusi due a due alia terza mitosi.

Circa le altre possibilita di sviluppo, queste vengono considerate a par­tire dai quattro diversi stadi che rappresentano il risultato finale della secon­Cia mitosi.

a) Dallo stadio binucleato a 2 nuclei tetraploidi puo aversi uno stadio tetranucleato a 4 nuclei 4n per normale mitosi, oppure uno stadio binucleato a 2 nuclei 8n ( 192 cromosomi ognuno) per fusione intercinetica seguita da mitosi, per coalescenza di fusi aHa metafase o per endomitosi tipica secondo lo schema di Gerris (GEITLER 1939);

b) lo stadio monucleato 8n { 192 cromosomi) puo originare, oltre lo stadio binucleato a nuclei 8n per normale mitosi, uno stadio mononucleato 16n (384 cromosomi) per restituzione nucleare da cromosomi ritardatari;

c) dallo stadio binucleato a nuclei 8-ploidi { 192 cromosomi) puo aversi, per normale mitosi, uno stadio tetranucleato a nuclei 8n, oppure, per fusione intercinetica seguita da mitosi o per coalescenza di fusi alia metafase, uno stadio binucleato a nuclei 16n (384 cromosomi. ognuno) {fig. 25);

d) le due uniche possibilita di sviluppo dello stadio tetranucleato a nu­clei 4n sono rappresentate dalla fusione intercinetica dei nuclei due a due, seguita da mitosi, oppure dalla coalescenza dei fusi, due a due, alia meta-

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fase. II risultato finale sara sempre una cellula tetranucleata a quattro nu­clei ottoploidi.

Oltre le modalita di sviluppo fin qui menzionate, si presentano all'os­servazione alcune varianti quali risultano dalla spiegazione delle figure nel testo e nella tavola. Di queste, tre sembrano particolarmente degne di rilievo e precisamente:

a) l'asincronismo delle due mitosi tetraploidi in una stessa cellula e Ia possibilita della restituzione nucleare in almeno una delle due mitosi, quale e documentata nella fig. 13;

b) Ia possibilita che lo stadio trinucleate a due nuclei diploidi ed un nucleo 4n possa andare incontro ad un uheriore accrescimento per un proces­so di ·endopoliploidizzazione, un indizio del quale sarebbe il notevole ingran­dimento nucleare e I' aspetto dell' eterocromatina ( cfr. figg. 32 e 33);

c) Ia possibilita che da un nucleo di partenza diploide o comunque poli­ploide, si possa arrivare ad uno stadio mononucleato altamente poliploide attraverso una serie di endopoliploidizzazioni ( cfr. fig. 24);

d) Ia possibilita dell' esistenza di policromosomi, realizzati attraverso tin processo di multipla riproduzione cromosomica durante l'intercinesi (cfr. D'AMATO e AvANZI 1948). Perle difficolta inerenti al materiale, uno stu­dio preciso di tale fenomeno non e stato possibile. Comunque, metafasi del tipo di quella della fig. 38, caratterizzate da cromosomi chiaramente riuniti in gruppi multipli, sembrano essere sicuro indizio di un processo mitotico suc­cessivo a fenomeni di riproduzione cromosomica multipla all'intercinesi.

DISCUSS lONE

Nella sua monografia sullo sviluppo dell' antera neUe Solanaceae MA­SCRE ( 1921) ha preso anche in considerazione Solanum tuberosum L., sof­fermandosi sopratutto sulla precocita di differenziazione dello strato del tap­peto interno e sulla notevole differenza di accrescimento fra questo e quello esterno. Oltre aile osservazioni relative al comportamento citoplasmatico ed alia degenerazione del tappeto, MASCRE riporta per il tappeto di 5. tube .. rosum un complesso di fenomeni citologici paragonabili, almeno essenzial­mente, a quelli osservati dallo stesso Autore per Datura ed Atropa Bella­bonna. I fenomeni citologici si riducono, in base alia descrizione di MASCRE, a cariocinesi normali realizzanti cellule del tappeto binucleate o, raramente, letranucleate, seguite da fenomeni di fusioni nucleari che possono talora ri­condurre Ia cellula allo stadio mononucleato (sincario poliploide). Esclusi­vamente alia divisione di questi sincari sarebbero da ascrivere, secondo MA­SCRE, le mitosi ipercromatiche da lui riscontrate durante lo sviluppo delle cellule del tappeto.

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Alia notevole semplicita di sviluppo del tappeto di S. tuberosum, quale risulta dalla descrizione di MASCRE, chiaramente si contrappone Ia comples­sita delle modalita di sviluppo che Ia nostra analisi citologica ha permesso di mettere in evidenza nella stessa specie. Differenza di risultati, questa, f.a­cilmente spiegabile se si consider a I' assoluta ignoranza, ai tempi della ri­cerca del MASCRE, del complesso dei fenomeni citologici che sono alia base dell'endopoliploidizzazione (endomitosi e mitosi a diplo- e policromosomi).

Per il vario combinarsi e succedersi di questi meccanismi di endopoli­ploidizzazione e per il loro integrarsi con meccanismi di poliploidizzazione ben piu semplici e da lungo tempo noli (fusione nucleare all'intercinesi e coa­lescenza di fusi), nel tappeto interno di S. tuberosum e possibile la realizza­zione, pur nel ristretto ambito di ire sole mitosi, di un'accelerazione di svi­luppo per alta poliploidia, quale non risulta fmora documenlala per il tap­peto di nessuna delle specie finora note nella letteralura.

Che un fenomeno essenzialmente fisiologico sia alia base di questa no­tevole accelerazione di sviluppo e che I' alta poliploidia del tappeto interno debba, in qualche modo, essere connessa alia funzione trofica cui esso e chia­mato, sembra fuori dubbio; e cio in considerazione sia della posizione del lappeto interno, a mezza strada fra le fonti di approvvigionamento e le cel­lule madri del polline, sia della notevole e rapida richiesta di materiale ener­getico e plastico da parte delle cellule madri del polline, in un periodo di grande attivita sintetica, qual'e quello che precede e accompagna i primi fe­nomeni meiotici.

Se Ia presenza di un tappeto interno maggiormente sviluppato di quello esterno debba considerarsi come una caratteristica delle Solanaceae o sia comunque piu o meno chiaramente presente in tutte le antere e per ora im­possibile dire sulla scorta dei dati accumulati dalla letteratura. E' comunque certo che nel tappeto interno di Solanum tuberosum vengono messi in opera tutti i meccanismi che possono realizzare, nel piu breve lasso eli tempo, un'alta poliploidia. Ne consegue che la mitosi a diplocromosomi e forse a policromosomi ( cfr. fig. 38), fin ora non rintracciata in nessun altro tappeto, ~i rilrova in S. tuberosum associata alla endomitosi che rappresentava, fino ad oggi, l' unico meccanismo di endopoliploidizzazione agente nell' ambito del tappeto delle antere di una Angiosperma, e precisamente di Spinacia oleracea (WITKUS 1945).

Nel tappeto di S. tuberosum Ia mitosi a diplocromosomi si presenta nel­i' aspetto tipico descritto magistralmente da LEVAN ( 1939) nelle cellule dif­ferenziate della radice di Cipolla stimolate alia mitosi per mezzo di fitoor­moni (per dettagli e interpretazioni recenti cfr. D'AMATO e AVANZI 1948) e successivamente ritrovato nello svi.Juppo del mesofillo dei cotiledoni e del-

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Ia corteccia della zona di transizione fra radice e fusto nella plantula della stessa specie (BERGER e WITKUS 1946).

Anche in Solanum, infatti, i diplocromosomi congrediscono in piastra equatoriale come tali e all'anafase iniziale subiscono una duplice divisione centromerica per liberare ognuno quattro cromatidi. Cosi come in Allium C epa, Ia prima divisione centromerica non e simultanea per tutti i diplocro­mosomi per cui si possono rintracciare, come avanti si e detto, piastre meta­fasiche contenenti contemporaneamente diplocromosomi e cromosomi riuniti a pa1a.

Concludendo, Ia presente ricerca ripone su nuove basi il problema del­leo studio del tappeto delle antere, nel tentativo di contribuire, con lo studio citologico eventualmente corroborato dall' analisi istochimica, alia fisiologia di questo interessante tessuto.

E' ovvio che per lo studio di un simile problema ne I' analisi citologica ne quell a istochimica [ un lodevole tentativo e il recente studio del CEROLA

( 1949) sui metabolismo degli acidi nucleinici nel tappeto delle antere] pos­sono considerarsi fini a se stesse, rna devono cercare in qualche modo di inte­grarsi a vicenda. Ci sembra, comunque, che nessuna analisi istochimica deb­ba prescindere dalla conoscenza, piii accurata possibile sulla scoria delle nostre piii recenti acquisizioni citologiche, dei fenomeni cariologici che condi­zionano l' evoluzione del tappeto di cui si in ten de caratterizzare, per mezzo di analisi istochimiche appropriate, l' attivita metabolica.

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Splegazlone della Tavola VIII.

hgg. 26 a-b. Due fuochi diversi di una endoanafase in una cellula rnononucleata a nucleo di­

ploide. - Fig. 27. Tre stadi conternporanei di anafasi 2n, 4n, 8n, in cellule appartenenti

ad uno stesso strato di tappeto. - Fig. 28. Stadio di rnetafase in una cellula tetraploide

del tappeto ( 9 6 crornosorni). - Fig. 2 9. Anafase 4n a crornosorni ritardatari destinata

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a originare un nucleo restituzionale 8n. --Fig. 30. Anafase 8n con cromosomi ritardata­

ri da cui si originera un nucleo di restituzione I6n. - Fig. 3I. Anafase I6n. - Fig.

3 2. Stadio trinucleate con 2 nuclei diploidi ed un nucleo tetraploide originato da fusione

di 2 gruppi cromosomici appartenenti a poli di anafasi diverse. - Figg. 3 3. Fase di ac­

crescimento di stadio trinucleate corrispondente a queilo deila fig. 32. A giudicare daile no­

tevoli dimensioni nucleari e daiie dimensioni e dail'aspetto ddl'eterocromatina tutti e tre i

nuclei hanno probabilmentc subito un processo di endopoliploidizzazione. - Fig. 34.

Endoanafase neiio stadio binucleate a nuclei 2n. II risultato sara uno stadio binucleato a

nuclei 4n. - Fig. 35. Endoanafase neiio stadio binucleato a nuclei 4n da cui risultera

uno stadio binucleato a nuclei ottoploidi. -Fig. 36. Ceiiula con piastra metafasica a 96

diplocromosomi, da cui crigineranno 2 nuclei a I9 2 cromosomi ( 8n). - Fig. 3 7. Ceilula

del tappeto con 2 metafasi a 24 diplocromosomi ognuna, deBe quali una sola a fuoco nel­

Ie microfotografia. -Fig. 38. Metafase con cromosomi chiaramente riuniti in gruppi mul­

tipli. probabilmente rappresentante Ia divisione di un nucleo a policromosomi. - Fig. 3 9.

CeBula contenente 2 metafasi a 4 8 diplocromosomi ognuna; di queste una sola e a fuoco

neil a microfotografia. - Fig. 40. Stadio di metafase I6n ( 3 84 cromosorrii) dovuta a coa­

lescenza di fusi diversi. X I 700.

Explanation of Figs. 1-25.

Solanum tuberosum L. Fig. I: 340 X. Figs. 3-25: 920 X.

Fig. I. A portion of anther with poilen mother ceils (C.M.P.) at the beginning of synizesis

(T.E.: external tapetum; T.I.: internal tapetum). Note the size of the tapetal ceils in the

transition zone between internal and external tapetum. - Fig. 2. Scheme showing the va­

rious modalities of development in the internal tapetum. Endomitosis is shown by nuclei

containing paired chromosomes and mitosis with diplochrom~somes by the sign II (for

ex. 48 II = 48 diplochromosomes). The number of chromosomes is reported for every

nucleus. - Fig. 3. Initial diploid cell. - Fig. 4. Binucleate ceil with 2 diploid nuclei.

- Fig. 5. Two diploid meta phases at different foci. - Fig. 6. Tetranucleate stage with

diploid nuclei.- Fig. 7. Four diploid metaphases (III mitosis). -Fig. 8. Highly poli­

ploid nucleus. probably foilowing the III mitosis. -Fig. 9. Two diploid metaphases, the

result of which wiil be the trinucleate ceil of fig. 3 2. - Fig. I 0. A tetraploid synkarion

produced by fusion of two diploid nuclei. - Fig. I I. 8n restitution nucleus arisen from

a tetraploid mitosis. - Fig. I2. Binucleate ceil with two tetraploid nuclei. - Fig. 13.

Two tetraploid mitoses in the same ceil; one is at metaphase, the other at anaphase with

lagging chromosomes. - Figs. I 4-I5. Four tetraploid nuclei in each ceil: in fig. I 4 three

nuclei are fusing. - Figs. I6- I 7. Fusion nuclei. probably I 6n, derived from the stages

of figs. I4 and 15.- Fig. 18. An 8n synkarion.- Fig. I9. Binucleate ceil with two

8n nuclei, produced by fusion, two by two, in the stage of fig. I 5. -Fig. 20. Highly

polyploid fusion nucleus in prophase. - Fig. 21. Fusion, at prophase, of two polyploid

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nuclei. - Fig. 22. A tapetal cell with a big nucleus; judging from tre appearence of he­

terochromatine endopolyploidy phenomena seem to have occurred therein. - Fig. 23. Bi­

nucleate cell with two 8n nuclei.- Fig. 24. A probably 16n nucleus resulted from a se­

ries of endopolyploidizations. - Fig. 25. Two 16n nuclei.

Explanation of Plate VIII.

Solanum tuberosum L.: 1700 X.

Figs. 26 a-b. Two foci of an endoanaphase in a diploid nucleus. - Fig. 27. Three anaphases,

respectively 2n, 4n and 8n in the same layer of tapetum. - Fig. 28. A tetraploid meta­

phase (96 chromosomes). - Fig. 29. A 4n anaphase with lagging chromosomes. -

Fig. 30. 8n anaphase with lagging chromosomes: a 16n restitution nucleus will result

therefrom. - Fig. 31. A 16n anaphase. - Fig. 3 2. A trinucleate cell with two diploid

and one tetraploid nucleus. - Fig. 3 3. Growth phase in the stage of fig. 3 2; as indicated

by the nuclear sizes and appearence of heterochromatine, all three nuclei seem to have un­

dergone an endopolyploidization. -Fig. 34. Endoanaphase in the binucleate cell with two

diploid nuclei (the result will be two tetraploid nuclei). - Fig. 3 5. Endoanaphase in the

bin~1cleate cell with two tetraploid nuclei. - Fig. 36. Metaphase with 96 diplochromo­

somes. - Fig. 3 7. Tapetal cell containing two meta phases with 24 ( = n) diplochromo­

somes each (only one is in focus).- Fig. 38. Metaphase with chromosomes assembled in

groups. probably indicating a mitosis with polychromosomes. - Fig. 39. A tapetal cell

containing two metaphase& with 48 diplochromosomes each (only one at focus). - Fig.

40. A 16n metaphase ( 3 84 chromosomes), due to coalescence of different spindles.

SUMMARY

(Endomitosis and mitosis with diplochromosomes during the development of the tapetal

cells in Solanum tuberosum,L.).

1) The author has carried out a cytological investigation on the development of the tapetal

cells in anthers of two varieties (Huevo and Porvenir) of Solanum tuberosum, coming

from Chile.

Special attention has been directed towards the cytological phenomena accompanying the

growth of the internal tapetum (that facing the connective), much more pronounced as

compared with that of the external tapetum ( cf. fig. 1 ).

The phenomena to be described below occur in the period from the differentiation of the

sporogenous tissue up to metaphase I of meiosis in pollen mother cells.

2) In the cells of the external tapetum two mitoses generally occur, giving rise either to tetra­

nucleate cells with 4 diploid nuclei or to binucleate cells with 2 tetraploid nuclei, when the

two spindles of the second division coalesce. An identical binucleate stage occurs by divi­

sion of a tetraploid nucleus formed by interkinctic fusion of diploid nuclei in the binu­

cleate stage. The only ascertained case of endopolyploidy is the occurrence of a mitosis with

4 8 diplochromosomes in isolated tapetal cells. Due to asynchronism in the centromere

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dou blings, the metaphases are characterized by mixed chromosome pairs and still undivi­

ded diplochromosomes.

3) In fig. 2 the main cytological events occurring during the development of the internal tape­

tum have been schematically drawn. On the basis of the present observations, it is assu­

med that each tapetal cell does not undergo more than 3 mitoses.

I MITOSIS. The following three types of division may occur:

a) a normal mitosis, giving rise to a binucleate tapetal cell with two diploid nuclei;

b) lagging of chromosomes at anaphase and production of a tetraploid restitution nucleus;

L') endomitosis, according to the typical scheme of Gerris (GEITLER I 939) and Spinacia (WIT­

KUS 194 5 ), the result of which is a tetraploid mononucleate cell. At interphase a fusion

of the two diploid nuclei formed by division a) may take place.

II MITOSIS. The cytological events occurring during this mitosis evidently play the most si­

gnificant role in the evolution of the tapetum in s. tuberosum:

A) Division of the binucleate stage with 2 diploid nuclei. Six different modes of division have

been ascertained :

a) normal mitosis from which a tetranucleate cell with four diploid nuclei is produced;

b) fusion of two centrally located telophase groups in a tetraploid nucleus (trinucleate stage of

fig. 32);

.-) coalescence of two diploid spindles and production of a binucleate cell with 2 tetraploid nu­

clei;

d) two spindles with 48 diplochromosomes each, giving rise to a tetranucleate stage with four

tetraploid nuclei ( 4n = 9 6 chromosomes);

e) coalescence of two mitoses with 48 diplochromosomes and production of 2 octoploid nuclei;

f) typical endoimtosis in both diploid nuclei, the result of which a binucleate cell with two te­

traploid nuclei will be.

B) Division of the mononucleate tetraploid stage. The following four possibilities were met

with:

c.) normal mitosis from which a binucleate cell with two tertaploid nuclei is raised;

b) restitution nucleus by lagging chromosomes at anaphase (a mononucleate octoploid cell will

result therefrom);

c) double chromosome reproduction at interphase followed by a mitosis with 96 diplochromo-

somes;

d) it is the quite special case, observed once, of a tapetal cell showing two metaphases with 24

( = n) diplochromosomes each. Such a stage evidently suggests the occasional occurrence

of a tt somatic reduction » (cf. HUSKINS I 948) in the tapetal cells of the potato.

III MITOSIS. In only one tapetal cell four independent diploid spindles were observed, but no

evidence of tapetal cells containing 8 diploid nuclei was found; a condition resulting from

the numerous fusion of nuclei occurring at this stage of development. The other possibi­

ties are as follows:

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a) from the binucleate stage with 2 tetraploid nuclei either four tetraploid nuclei (normal mi­

tosis) or two octoploid nuclei (interphase fusion of two teraploid nuclei followed by nor­

mal mitosis; coa!escence of spindles; typical endomitosis) are developped;

b) from the mononucleate Bn stage either two Bn nuclei (normal mitosis) or a 16n nucleus

(restitution due to lagging chromosomes) may originate;

c) from the binucleate stage with two Bn nuclei either a tetranucleate stage with four Bn nuclei

(normal mitosis) or a binucleate stage with two 16n nuclei (interphase fusion of the

two Bn nuclei followed by mitosis; coalescence of two Bn spindles) are produced;

d) in the tetranucleate tapetal cell with four tetraploid nuclei either a fusion of nuclei, two by

two, followed by mitosis or a coalescence of spindles, two by two, may occur. In both ca­

ses, the result will be a tetranucleate cell with four Bn nuclei.

Besides the phenomena described above, other stages have been met with, which were re­

ported and described in figs. 13, 24, 32, 33, 38. Among these, the most striking is the

metaphase of fig. 3 8, probably indicative of a mitosis with polychromosomes.

4) From the present description, it results that the development of the tapetal cells in Solanum

tuberosum is the most complicate among those actually known in the literature.

5) The physiological implications of the high polyploidy in the internal tapetum of Solanum

tuberosum are stressed and the conclusion is drawn that a detailed cytological study is the

obvious premise for an attack, by histochemical methods, of the problems concerning the

physiology of the tapetum.

RIASSUNTO

L 'Au tore ha condotto una rice rca citologica sullo sviluppo delle cellule tappeziali di due

varieta - Huevo e Porvenir - di Solanum tuberosum, volgendo una attenzione speciale ai fe­

nomeni accompagnanti Ia crescita del tappeto interne, assai piu sviluppato di quello esterno.

I fenomeni descritti si svolgono nel periodo di tempo compreso fra Ia differenziazione del­

J'archesporio e Ia metafase eterotipica nelle cellule madri del polline e si riferiscono, quasi esclu­

sivamente, allo sviluppo del tappeto interne. A fusioni intercinetiche e coalescenze di fusi si al­

ternano od associano fenomeni di endopoliploidizzazione .attraverso il processo dell'endomitosi,

r.ia nato per il tappeto di Spinacia (WITKUS 1945) e della mitosi a diplo e forse policromo­

somi. finora ignota nello sviluppo del tappeto delle numerose specie Studiate da precedenti Au­

·tori. Per il varia combinarsi e succedersi di questi meccanismi e possibile nel tappeto interne di

.Solanum tuberosum L., Ia realizzazione, attraverso una serie di tre mitosi. di una accelerazione

ui sviluppo per alta poliploidia, quale non risulta finora documentata per il tappeto di nessuna

delle specie finora note nella letteratura.

Si insiste sui significate fisiologico da attribuirsi a tale poliploidia e si conclude con l'affer­

mare che un accurate studio citologico e I' ovvia premessa per ricerche intese a caratterizzare,

con l'analisi istochimica, i problemi concernenti Ia fisiologia del tappeto.

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