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Sorus abscission from laminae of Nereocystis luetkeana (Mert.) post. and rup. Walker, David Cabot 1980

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SOSUS A B S C I S S I O N FROM L A M I N A E OF NERBOC Y S T I S L U E T K E A N A ( M E E T . ) P O S T . AN D HUP. BY DAVID CABOT WALKER B . A . , U n i v e r s i t y o f C a l i f o r n i a , S a n t a B a r b a r a , 1 9 6 8 B.-A. , U n i v e r s i t y o f C a l i f o r n i a , S a n t a B a r b a r a , 1970 M . A . , U n i v e r s i t y o f C a l i f o r n i a , S a n t a B a r b a r a , 1972 A T H E S I S S U B M I T T E D I N P A R T I A L F U L F I L L M E N T OF T H E REQUIREMENTS FOR THE DEGREE OF - DOCTOR OF P H I L O S O P H Y i n THE F A C U L T Y OF GRADUATE S T U D I E S ( D e p a r t m e n t o f B o t a n y ) We a c c e p t t h e t h e s i s a s c o n f o r m i n g t o t h e r e g u i r e d s t a n d a r d THE U N I V E R S I T Y OF B R I T I S H C O L U M B I A February, 1980. 0 'A/^u^S t f ; 1980 In presenting this thesis in partial fulf i lment of the requirements for an advanced degree at the University of Brit ish Columbia, I agree that the Library shall make i t freely available for reference and study. I further agree that permission for extensive copying of this thesis for scholarly purposes may be granted by the Head of my Department or by his representatives. I t is understood that copying or publication of this thesis for financial gain shall not be allowed without my written permission. Department of The University of Brit ish Columbia 2075 Wesbrook Place Vancouver, Canada V6T 1W5 Date -6 BP 75-5 I 1 E A B S T R A C T A d v i s o r : D r . T h a n a B i s a l p u t r a The r e l e a s e o f m a t u r e s o r i f r o m t h e l a m i n a e o f N e r e o c y s t i s w a s f i r s t r e p o r t e d a b o u t t h e t u r n o f t h e c e n t u r y . . A l t h o u g h t h a t r e p o r t w a s c o n f i r m e d r e p e a t e d l y a n d t h e p r o c e s s h a s b e e n c a l l e d a b s c i s s i o n , i t h a s n e v e r b e e n e x a m i n e d a t a n y m o r e t h a n t h e g r o s s m o r p h o l o g i c a l l e v e l . T h i s w o r k d e s c r i b e s t h e p r o c e s s m o r p h o l o g i c a l l y a t b o t h t h e l i g h t a n d e l e c t r o n m i c r o s c o p e l e v e l s . T h i s was d o n e w i t h t h e i n t e n t i o n o f d i s c o v e r i n g i f , i n d e e d , w o r k w i t h t h e v a s c u l a r p l a n t s o r i f i t w a s e v e n c o m p a r a b l e * I t was h o p e d t h a t s o m e new i n s i g h t s m i g h t b e g a i n e d i n t o t h e r e p r o d u c t i v e m e c h a n i s m s o f N e r e o c y s t i s a s w e l l . A s s u m i n g t h a t s o r a l m a r g i n s w e r e c o m p a r a b l e t o a b s c i s s i o n z o n e s made i t e s s e n t i a l t o k n o w t h e m o r p h o l o g y o f s u r r o u n d i n g v e g e t a t i v e a n d i n c l u d e d s o r a l t i s s u e s d u r i n g t h e p r o c e s s c f s o r u s r e l e a s e . A g r a d u a l g r a d i e n t o f t h e d e v e l o p m e n t a l s t a g e s w h i c h p r o d u c e d t h e s o r u s i s f o u n d i n s e c t i o n s a c r o s s y o u n g s o r a l m a r g i n s . . U s i n g t h e e v e n t s o f m e r i s t o d e r m c e l l p e r i c l i n a l d i v i s i o n , p a r a p h y s i s i n i t i a l e l o n g a t i o n a n d z o o s p o r a n g i a l i n i t i a l i n c e p t i o n a s m a r k e r s t h e s o r u s m a r g i n c a n b e d i v i d e d i n t o t h r e e r e g i o n s . P e r i c l i n a l d i v i s i o n o f t h e m e r i s t o d e r m c e l l s b e g i n s t h e s o r u s m a r g i n a n d R e g i o n I . P a r a p h y s i s i n i t i a l e l o n g a t i o n i n d i c a t e s t h e b o u n d a r y b e t w e e n R e g i o n s I a n d I I . T h e a p p e a r e n c e c f z o o s p o r a n g i a l i n i t i a l s a n d s o r u s l u m e n i i i d e m a r k s t h e b o r d e r b e t w e e n R e g i o n s I I a n d I I I . R e g i o n I I I e n d s a t t h e s o r u s p r o p e r . S o r u s r e l e a s e c o n s i s t s o f t w o p h a s e s . R e l e a s e b e g i n s w i t h n e c r o s i s a n d e v e n t u a l e r o s i o n o f t h e p a r a p h y s i s i n i t i a l s , z o c s p o r a n g i a l i n i t i a l s a n d s u b t e n d i n g c e l l s a t t h e b o r d e r l i n e b e t w e e n R e g i o n s I I a n d I I I . P h a s e t w o c o m m e n c e s w i t h t h e s c h i z o g e n c u s d i s s o l u t i o n o f m i d d l e l a m e l l a e b e t w e e n u n d e r l y i n g c o r t i c a l c e l l s . B e g i n n i n g a t b o t h s u r f a c e s s o r u s r e l e a s e i s c o m p l e t e d w i t h d i s s o l u t i o n o f t h e m a t r i x c f t h e c e n t r a l m e d u l l a . . T h i s l o c a l i z e d w e a k e n i n g o f s o r u s m a r g i n t i s s u e s a n d s e p a r a t i o n i s i n f l u e n c e d m e c h a n i c a l l y b y w a t e r m o t i o n a n d i s i n t e r p r e t e d a s a L a m i n a r i a l e s m o r p h o l o g i c a l e q u i v a l e n t t o v a s c u l a r p l a n t a b s c i s s i o n . O b s e r v a t i o n s o n t r a n s i t i o n a n d e x p a n s i o n z o n e s o f y o u n g t h a l l i a n d t h e p r o c e s s o f m u c i l a g e d u c t i n c e p t i o n i n t h e s e l e d t o a b e t t e r u n d e r s t a n d i n g o f t h e a b s c i s s i o n p r o c e s s . M u c i l a g e d u c t s y s t e m i n c e p t i o n i n v o l v e s t h e b u r i a l o f m e r i s t e m a t i c c e l l s a c c o m p a n i e d b y t h e s c h i z o g e n o u s a p p e a r a n c e o f a d u c t l u m e n f i l l e d b y t h e s e c r e t o r y i n i t i a l s . . C o n f i n e m e n t o f t h i s i n c e p t i o n p r o c e s s t o t h e m e r i s t o d e r m i n d i c a t e s t h a t i t i s h o m o l o g o u s t o s o r u s i n c e p t i o n , o n l y i n a d i f f e r e n t c o n t e x t a n d w i t h d i f f e r e n t e n d p r o d u c t s . T h i s i s s u p p o r t e d b y t h e d i s c o v e r y t h a t z o o s p o r a n g i a l i n i t i a l s b e g i n i n a s e c r e t o r y c a p a c i t y f i l l i n g s c h i z o g e n o u s s o r u s l u m e n a n d t h a t , l a c k i n g o n l y d i v i s i o n s , p a r a p h y s i s i n i t i a l s a r e m e r i s t e m a t i c . I t i s a p p a r e n t t h a t a b s c i s s i o n i s t h e n a m o d i f i c a t i o n o f t h e e v e n t s o f z o o s p o r a n g i a l i n c e p t i o n i n a m e r i s t e m a t i c s e t t i n g w h i c h l e a d s t o a b s c i s s i o n b y s c h i z o g e n y . S e v e r a l i n s i g h t s i n t o t h e r e p r o d u c t i v e m e c h a n i s m s o f N e r e o c y s t i s h a v e a l s o r e s u l t e d . T h e m u c i l a g e d u c t s y s t e m , t h r o u g h t h e i n c e p t i o n p r o c e s s , m a i n t a i n s a r e l a t i o n s h i p w i t h t h e s u r f a c e a t i t s p o t e n t i a l v e n t i n g p o i n t s a n d may a s s i s t i n f l u s h i n g s p o r e s f r o m t h e s o r u s s u r f a c e . P a r a p h y s e s p l a y a p r i m a r y r o l e i n t h e m a i n t e n a n c e o f t h e o u t e r c e l l w a l l a n d a p p e a r t o b e r e g u l a t e d b y t h e z o o s p o r a n g i a . F i n a l l y , a n u n a n t i c i p a t e d r o l e o f t h e a b s c i s s i o n p r o c e s s was f o u n d t o b e t h e r e l e a s i n g o f t h e o u t e r c e l l w a l l o f t h e s o r u s a t i t s p e r i m e t e r s t o f a c i l i t a t e e x u v i a t i o n a n d u l t i m a t e l y s p o r e r e l e a s e . . V T A B L E OF CONTENT'S A B S T R A C T i i L I S T OF F I G U R E S i x ACKNOWLEDGEMENTS ........................................ XX F I G U R E C A P T I O N K E Y S . . x x i I GENERAL I N T R O D U C T I O N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 I I M A T E R I A L S AND METHODS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1 . M a t e r i a l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 . . L i g h t M i c r o s c o p y 6 3 . T r a n s m i s s i o n E l e c t r o n M i c r o s c o p y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 4 . S c a n n i n g E l e c t r o n M i c r o s c o p y 7 5 . H i s t o l o g y 7 6 . N e g a t i v e S t a i n i n g a n d S h a d o w i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 I I I CHAPTER 1 . MERISTODERM D I F F E R E N T I A T I O N . . . 1 7 1 . . I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2 . . O b s e r v a t i o n s 18 2 . 1 . T r a n s i t i o n Z o n e M e r i s t o d e r m C e l l s . . . . . . . . . . . . . 18 2 . 1 . 1 . A n a t c m y 19 2 . 1 . 2 . H i s t o l o g y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2 . 1 . 3 . U l t r a s t r u c t u r e 21 2 . 2 . E x p a n s i o n Z o n e M e r i s t o d e r m C e l l s . . . . . . . . . . . . . . 47 2 . 2 . 1 . A n a t o m y 47 2 . 2 . 2 . H i s t o l o g y 49 2 . 2 . 3 . U l t r a s t r u c t u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 0 2 . 3 . M e r i s t o d e r m c e l l s a d j a c e n t t o y o u n g e s t s o r i . . . 74 2 . 3 . 1 . A n a t o m y . 7 4 2 . 3 . 2 . H i s t o l o g y . . . . . . . . . . . . . . . . i . . . . . . . . . . . . . . . 75 2 . 3 . 3 . . U l t r a s t r u c t u r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 6 2 . 4 . M e r i s t o d e r m C e l l s A d j a c e n t t o M a t u r e S o r i . . . . . 9 5 2 . 4 . 1 . A n a t o m y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 2 . 4 . 2 . H i s t o l o g y 9 6 2 . 4 . 3 . U l t r a s t r u c t u r e 97 3 . . D i s c u s s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 8 3 . 1 . . C y t o l o g i c a l C h a r a c t e r i s t i c s o f M e r i s t o d e r m i n T r a n s i t i o n a n d E x p a n s i o n Z o n e s 119 3 . 2 . C h a r a c t e r i s t i c s o f M e r i s t o d e r m C e l l s A d j a c e n t t o t h e Y o u n g e s t S o r i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 5 3 . 3 . C h a r a c t e r i s t i c s o f M e r i s t o d e r m C e l l s A d j a c e n t t o t h e O l d e s t S o r i . . . . . . . . . . . . . . . . . , , . . . . . . , , . , , 1 4 5 3 . 4 . S u m m a r y o f C y t c r a o r p h o g e n e s i e s i n t h e M e r i s t o d e r m 1 5 2 I V CHAPTER 2 . M U C I L A G E DUCT S Y S T E M . , , . , , . . , , , , , , , . . . . . , . . 1 6 0 1 . I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 0 2 . O b s e r v a t i o n s 161 2 . 1 . M u c i l a g e D u c t I n c e p t i o n . . , , , , , . , , , , , , . . , . , , , , , 1 6 2 2 . 2 . . M a t u r e M u c i l a g e D u c t s a n d S e c r e t o r y C e l l s . . . . . 1 6 3 2. 3 . S e c r e t o r y C e l l s . . 1 6 5 2 . 4 . . P o s s i b l e D u c t V e n t i n g P o i n t s . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 5 2 . 5 . P h y s i c a l D i s r u p t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 6 3 . D i s c u s s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 8 3 . 1 . M u c i l a g e D u c t D i f f e r e n t i a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 8 3 . 2 . P o t e n t i a l D u c t V e n t i n g P o i n t s a n d P h y s i c a l D i s r u p t i o n s 172 3 . 3 . M u c i l a g e D u c t S y s t e m S t r u c t u r e a n d F u n c t i o n . . . 173 CHAPTER 3 . P A R A P H Y S E S AND SORUS D I F F E R E N T I A T I O N . . . 1 9 1 1 . . I n t r o d u c t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 1 2 . O b s e r v a t i o n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 2 2 . 1 . P a r a p h y s i s a n d S o r u s I n c e p t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 2 2 . 2 . P a r a p h y s e s o f t h e P o s t - i n c e p t i o n / P r e - m e i o t i c S o r u s • 194 2 . 2 . 1 . H i s t o l o g y . . 1 9 5 2.2.1.1. .The O u t e r C e l l W a l l o f t h e P r e -m e i o t i c S o r u s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 5 2 . 2 . 1 . 2 . The E x t r a c e l l u l a r L u m e n o f t h e S o r u s 196 2 . 2 . 1 . 3 . The P a r a p h y s e s , S u b t e n d i n g C e l l s a n d Z o o s p o r a n g i a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 9 6 2 . 2 . 2 . U l t r a s t r u c t u r e o f t h e P a r a p h y s e s . . . . . . . . . 197 2 . 2 . 3 . T h e S u b t e n d i n g C e l l s . , . . , , . , , , . , , , , , . , , , , 1 9 9 2 . 2 . 4 . T h e E x t r a - c e l l u l a r S p a c e a n d Z o o s p o r a n g i a l I n i t i a l s . . . . 1 9 9 2 . 3 . P a r a p h y s e s o f t h e M e i o t i c S o r u s . . . . , , . , , . . . . . . 2 0 0 2 . 3 . 1 . H i s t o l o g y o f t h e M e i o t i c S o r u s . . . . . . . . . . . 201 2 . 3 . 1.1. T h e O u t e r C e l l W a l l 201 2 . 3 . 1 . 2 . T h e E x t r a c e l l u l a r S o r u s L u m e n . . . . . . . 201 2 . 3 . 1 . 3 . T i e P a r a p h y s e s , S u b t e n d i n g C e l l s a n d Z o o s p o r a n g i a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 2 2 . 3 . 2 . U l t r a s t r u c t u r e o f t h e M e i o t i c S o r u s . . . , , , 2 0 2 2 . 3 . 2 . 1 . T h e P a r a p h y s e s 2 0 2 2 . 3 . 2 . 2 . S u b t e n d i n g C e l l s 2 0 6 2 . 4 . . T h e M a t u r e S o r u s . . . . . . . . . . . , 2 0 6 2 . 4 . 1 . H i s t o l o g y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0 7 2 . 4 . 1 . 1 . T h e O u t e r C e l l W a l l a n d t h e E x t r a c e l l u l a r L u m e n . . . 2 0 7 2 . 4 . 1 . 2 . T h e P a r a p h y s e s , S u b t e n d i n g C e l l s , a n d Z o o s p o r a n g i a . , , . , , . . , , , . . . . , , , , , , , . . . . , , , , 2 0 7 2 . 4 . 2 . U l t r a s t r u c t u r a i A s p e c t s o f t h e M a t u r e S o r u s 2 0 8 2 . 4 . 2 . 1 . . T h e O u t e r W a i l a n d t h e P a r a p h y s e s . , , 2 0 8 2 . 4 . 2 . 2 . T h e P a r a p h y s e s . . . 2 0 9 2 . 5 . . S o r i A f t e r E x u v i a t i o n a n d Z o o s p o r e R e l e a s e . . . . 2 1 0 2 . 5 . 1 . . H i s t o l o g y o f t h e R e l e a s e d S o r u s . , . , , , , , , , 2 1 1 2 . 5 . 2 . U l t r a s t r u c t u r e 2 1 2 2 . 5 . 2 . 1 . P a r a p h y s e s o f t h e P o s t -e x u v i a t i o n / F r e - s p o r e R e l e a s e S o r u s . . . . . . . , 2 1 2 2 . 5 . 2 . 2 . P a r a p h y s e s o f t h e P o s t - e x u v i a t i o n a n d P o s t - s p o r e R e l e a s e S o r u s 2 1 3 v i i 2.5.2.3..The Subtending C e l l s ................ 214 2. 6. Morphological Observations of Sori and Paraphyses with SEM 214 2. 7. Morphological Observations of so r i on Laminarian Hybrids and Manipulated laminae of Nereocystis .......216 3. Discussion ...217 3.1. Sorus Inception .,,..,.,..,..,,.,,...,,,,,,,,,.218 3. 2. Paraphysis Cytcmorphogeneses 226 3.3. Summary, Sorus Development and the Bole of Paraphyses .....231 VI CHAPTER 4, ABSCISSION ................................. 287 1. . Introduction ..... 287 2. Ob servations .......................................290 2.1. Sori and Scral Margins ............. ±..........290 2. 2. Young Sorus Margin ............................ 293 2.3. Margin of the Intermediate Sorus .............. 294 2. 4. The Mature Sorus Margin .....297 2. 5. .Separation ....................................301 2.6. Wound Response i n the Lamina .................. 303 3. Discussion 304 3.1. Gross Morphology of Sorus Release ............. 304 3.2. Meristoderm Morphogenesis at the Sorus Margin .305 3.3. The Internal Tissues and Sorus Separation .....317 3.4. Sorus Belease and Lamina S p l i t t i n g ............ 322 3.5. Sorus Belease and Vascular Plant Abscission ...325 VII BEFEBENCES CITED ..... „ 355 VIII APPENDIX 1. OLTEASTBDCTDRE OF ZOOSPOEOGENESIS .,,....378 1. Introduction 378 2. Observations .......................................380 2.1. Pre-meiotic zoosporangial i n i t i a l s ............ 380 2. 2. Pre-meiotic sporangial i n i t i a l s close to meiosis 382 2.3. Post-meiosis, pre-cytokinesis zoosporangia ....384 2.4. Sporangia and Cytokineses ..................... 388 2.5. Mature Zoospores Awaiting Dehiscence .......... 391 2.6. Zoospores .....................................396 2.6.1..Belease of Live Zoospores .,.,,,,,,,,,,,,,396 2.6.2. Shadowed and Negatively Stained Zoospores 397 2.6.3- Non-motile, Spherical Zoospores ..398 2.6.4. Cases of Delayed Zoosporangial Dehiscence 398 3. Discussion 400 3.1. Pre-meiotic Zoosporangial I n i t i a l s ............ 400 3. 2. Post-meiotic Cytomorphogenesis and Cytokinesis 405 3.3. Zoospore Structure and Function ............... 415 3.3.1. u l t r a s t r u c t u r a l Constituents of the Zoospore .415 v i i i 3 . 3 . 2 . Z o o s p o r e R e l e a s e a n d B e h a v i o r ; . . . . . 4 19 3 . 3 . 3 . T h e M o t i l e Z o o s p o r e S t r u c t u r e a n d F u n c t i o n . 4 2 2 LIST OF FIGURES MATERIALS AND METHODS FIGURES, THALLUS AND TISSUE SAMPLING 9 P l a t e I ...............................................10 F i g u r e 1. The whole t h a l l u s . . . . . . . . . . . i . . . , . 1 0 P l a t e I I , 12 Figure 2. I n t e r c a l a r y meristem of a young N e r e o c y s t i s t h a l l u s . ............................ 12 Fi g u r e 3. Proximal p o r t i o n o f an e x c i s e d f e r t i l e lamina. ......................................... 12 F i g u r e 4. Midregion of an e x c i s e d f e r t i l e lamina. . . 1 2 P l a t e I I I ............................................. 14 Figu r e 5. Young sorus i n mature t i s s u e s of a lamina. 14 F i g u r e 6. Scanning e l e c t r o n micrograph of a piece of t i s s u e e x c i s e d as above. 14 F i g u r e 7. A t h i n s t r i p o f t i s s u e . ................... 14 F i g u r e 8. Ve g e t a t i v e end of a l i g h t microscope s e c t i o n . 14 F i g u r e 9..Sorus margin area of an LM s e c t i o n . .......15 Figure 10. S o r a l end of an LM s e c t i o n . . . , , . . , , . . , , . . 15 F i g u r e 11. S e c t i o n from v e g e t a t i v e end of a t h i n t i s s u e s t r i p f o r EM. ....15 F i g u r e 12. S e c t i o n a c r o s s sorus margin r e g i o n of a t h i n t i s s u e s t r i p f o r EM. ....................... 15 F i g u r e 13. S e c t i o n from the s o r a l end of a t h i n s t r i p . . 15 CHAPTER I FIGURES, TRANSITION ZONE 26 P l a t e I ............................................... 27 F i g u r e 1..Diagram of a whole t h a l l u s . .............. 27 P l a t e I I .... ....30 F i g u r e 2. Meristoderm of the t r a n s i t i o n zone. ...... 30 F i g u r e 3. S i n g l e TBO s t a i n e d t r a n s i t i o n zone meristoderm c e l l . ............................... 30 F i g u r e 4. S i n g l e TBO s t a i n e d t r a n s i t i o n meristoderm c e l l . .30 F i g u r e 5. S i n g l e TBO s t a i n e d t r a n s i t i o n zone meristoderm c e l l . ............................... 30 F i g u r e 6. ABB s t a i n e d t r a n s i t i o n zone meristoderm c e l l . 30 Figu r e 7. ABB s t a i n e d t r a n s i t i o n zone meristoderm c e l l s . 31 P l a t e I I I ......... 33 Figure 8. Transmission e l e c t r o n micrograph of t r a n s i t i o n zone meristoderm c e l l s * 33 F i g u r e 9. L i p of a p r i m i t i v e furrow. 33 P l a t e IV ,,.,.35 F i g u r e 10. ;Bottcm of a p r i m i t i v e furrow. ............ 35 X F i g u r e 1 1 . I n t e r n a l p e r c l i n a l c e l l w a l l * 35 P l a t e V . 37 F i g u r e 1 2 . T h e c e n t r a l l y l o c a t e d n u c l e u s . . . . . . . 3 7 P l a t e V I . 3 9 F i g u r e 1 3 . A m e r i s t o d e r m c e l l c h l o r o p l a s t . . . . . . . . . . . 39 F i g u r e 1 4 . A d i c t y o s o m e o f t h e g o l g i a p p a r a t u s . . . . . 39 P l a t e V I I 41 F i g u r e 1 5 . A p i c a l c y t o p l a s m o f a m e r i s t o d e r m c e l l . . 4 1 P l a t e V I I I , 43 F i g u r e 1 6 . S i m p l e v e s i c u l a t i o n o f t h e a p i c a l c y t o p l a s m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3 F i g u r e 1 7 . C o m p l e x a p i c a l c y t o p l a s m v e s i c u l a t i o n . . . . 4 3 F i g u r e 1 8 . A p r e s u m p t i v e l i p i d d r o p l e t . . . . . . . . . . . . . . 4 3 F i g u r e 1 9 . A n u c l e o l u s a n d a s s o c i a t e d h o m o g e n e o u s r e g i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3 P l a t e I X 4 5 F i g u r e 2 0 . B a s a l c y t o p l a s m o f a m e r i s t o d e r m c e l l . . . 4 5 CHAPTER I F I G U R E S , E X P A N S I O N ZONE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 P l a t e X 5 5 F i g u r e 1 . Y o u n g t h a l l u s e x p a n s i o n z o n e m e r i s t o d e r m a n d c o r t e x . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5 F i g u r e 2 . TBO s t a i n e d e x p a n s i o n z o n e m e r i s t o d e r m c e l l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5 F i g u r e 3 . TBO s t a i n e d e x p a n s i o n z o n e m e r i s t o d e r m c e l l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5 F i g u r e 4 . M o r e d i s t a l e x p a n s i o n z o n e m e r i s t o d e r m . . . 5 5 F i g u r e 5 . ABB s t a i n e d e x p a n s i o n z o n e m e r i s t o d e r m c e l l s . 56 F i g u r e 6 . C y t o p l a s m i c c o n t i n u i t i e s v i s i b l e w i t h ABB s t a i n i n g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 P l a t e X I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,. * 58 F i g u r e 7 . M e r i s t o d e r m c e l i s o f t h e e x p a n s i o n z o n e . . . 58 P l a t e X I I 60 F i g u r e 8 . G o l g i a p p a r a t i o f e x p a n s i o n z o n e m e r i s t o d e r m c e l l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 F i g u r e 9 . P o l y m o r p h i c n u c l e u s i n a n e x p a n s i o n z o n e m e r i s t o d e r m c e l l . , 6 0 F i g u r e , 1 0 . A n o t h e r p o l y m o r p h i c n u c l e u s . . . . . . . . . . . . 60 P l a t e X I I I 6 2 F i g u r e 1 1 . P o s t m i t o t i c e x p a n s i o n z o n e m e r i s t o d e r m c e l l s . . . . . . . . . . . . . . , . . , , , , , . , , , . 6 2 F i g u r e 1 2 . D e t a i l o f i n t a c t o u t e r c e l l w a l l . . . . . . . . 6 2 P l a t e X I V , 64 F i g u r e 1 3 . C y t o k i n e s i s o f a m e r i s t o d e r m c e i l . . , . , , , . 6 4 F i g u r e 1 4 . New c e l l p l a t e a n d c o r t i c a l i n i t i a l . . . . . 64 P l a t e XV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 F i g u r e 1 5 . B i n u c l e a t e / p r e - c y t o k i n e t i c m e r i s t o d e r m c e l l . 66 F i g u r e 1 6 . A d i c t y o s o m e o f t h e g o l g i . a p p a r a t u s . . . . . . . 66 F i g u r e 1 7 . A d i c t y o s o m e o f a n o t h e r m o r p h o l o g y . . . . . . 66 P l a t e X V I 68 F i g u r e 1 8 . T h e p e r i p h e r a l r e g i o n o f a s t a c k o f d i c t y o s c m e c i s t e r n a e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 F i g u r e 1 9 . P e r i p h e r a l r e g i o n o f d i c t y o s o m e c i s t e r n a e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 F i g u r e 2 0 . D i c t y o s o m e i n s u r f a c e s e c t i o n . 68 F i g u r e 2 1 . C y t o p l a s m i c d e t a i l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 P l a t e X V I I 70 F i g u r e 2 2 . A p i c a l c y t o p l a s m i n c e l l o f e x p a n s i o n z o n e . . . . , , , , , , , , , , , , , , . . , . . . . , . , , . , , , , . , . , . , . , , . , . 7 0 F i g u r e 2 3 . T h e a p i c a l c y t o p l a s m . 70 F i g u r e 2 4 . A n i n t e r c e l l u l a r s p a c e a t a n a n t i c l i n a l w a l l j u n c t i o n . 70 P l a t e X V I I I 72 F i g u r e 2 5 . T h e c h l o r o p l a s t e n v e l o p e a n d E E . . . . . . . . . 7 2 F i g u r e 2 6 . A p y r e n o i d - l i k e s t r u c t u r e . . . . . . . . . 72 F i g u r e 2 7 . A c u p s h a p e d m i t o c h o n d r i o n . . . . . . . . . . . . . . 72 C H A P T E R I F I G D E E S , YOUNGEST S O E I 80 P l a t e X I X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 F i g u r e 1 . TBO s t a i n e d m e r i s t o d e r m c e l l s a d j a c e n t t o t h e y o u n g e s t s o r u s * 81 F i g u r e 2 . A B / S O s t a i n e d c e l l s a d j a c e n t t o t h e y o u n g e s t s o r u s . , , . , , , , . , , . , . , , , , , . 8 1 F i g u r e 3 . A B B / P A S s t a i n e d c e l l s a d j a c e n t t o t h e y o u n g e s t s o r u s 81 P l a t e XX 84 F i g u r e 4 . T h r e e m e r i s t o d e r m c e l l s o v e r 1 a s i n g l e c o r t i c a l c e l l . 84 F i g u r e 5 . A n t i c l i n a l a n d o u t e r c e l l w a i l s . 84 F i g u r e 6 . N u c l e a r d e t a i l 84 P l a t e X X I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 F i g u r e 7 . H a l f o f a c h l o r o p l a s t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 F i g u r e 8 . T h e g c l g i a p p a r a t u s o f a c e l l . . . . . . . . . . . . 86 F i g u r e 9 . A p i c a l c y t o p l a s m . 86 F i g u r e 1 0 . A m e m b r a n e c o n f i g u r a t i o n w i t h i n t h e c h l o r o p l a s t E E . . . . 8 6 F i g u r e 1 1 . O b l i g u e s e c t i o n o f a c h l o r o p l a s t . . . . . * , , , 87 P l a t e X X I I . . , 89 F i g u r e 1 2 . V a c u o l a r r e g i o n i n a m e r i s t o d e r m c e l l . , . . . . 8 9 F i g u r e 1 3 . V a c u o l a r r e g i o n . 89 P l a t e X X I I I 91 F i g u r e 1 4 . B a s a l c y t o p l a s m . . . . . . . . . . . . . . 91 P l a t e X X I V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3 F i g u r e 1 5 . B a s a l c y t o p l a s m v a c u o l a r r e g i o n . . 9 3 C H A P T E R I F I G U R E S , O L D E S T S O R I . . . . 1 0 3 P l a t e XXV . . . , , , , , , , , , , , . , . , . . , , , . . , . . , , , . , , . , . , , . , , , , , 1 0 4 F i g u r e 1 . TBO s t a i n e d c e l l s a d j a c e n t t o t h e o l d e s t s o r u s . 104 F i g u r e 2 . . A B / S 0 s t a i n e d c e l l s a d j a c e n t t o o l d e s t s o r u s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 F i g u r e 3 . A B B / P A S s t a i n e d c e l l s a d j a c e n t t o o l d e s t s o r u s . . , , » , , » . . , , , , , , , 1 0 4 F i g u r e 4 . O s m i c a t e d a n d TBO s t a i n e d c e l l s a d j a c e n t t o t h e o l d e s t s o r u s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 P l a t e X X V I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 6 F i g u r e 5 . O u t e r c e l l w a l l a n d a p i c a l c y t o p l a s m o f T y p e I c e l l s . . . . . 1 0 6 F i g u r e 6 . O u t e r c e l l w a l l a n d some a p i c a l c y t o p l a s m o f T y p e I I c e l l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 0 6 P l a t e X X V I I . . 1 0 8 F i g u r e 7 . N u c l e a r f e a t u r e s c c m m o n t o T y p e s I a n d I I c e l l s . 108 F i g u r e 8 . C h l o r o p l a s t f r o m T y p e I c e l l . 1 0 8 F i g u r e 9 . C h l o r o p l a s t f r o m T y p e I I c e l l s . . . . . . . . . . . 108 P l a t e X X V I I I 110 F i g u r e 1 0 . A d i c t y o s c m e o n t h e b a s a l h e m i s p h e r e o f a T y p e I c e l l n u c l e u s . , . 1 1 0 F i g u r e 1 1 . G o l g i v e s i c l e s a n d v a c u o l a r r e g i o n o f a T y p e I c e l l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 0 F i g u r e 1 2 . D i c t y o s o m e f r o m T y p e I I c e l l . . . . . . . . . . . . 110 P l a t e X X I X . . . . . . . . . . . . . 1 1 2 F i g u r e 1 3 . A p i c a l c y t o p l a s m o f a t y p e I I c e l l . . , , . . 1 1 2 F i g u r e 1 4 . A g r a n u l a r / l a m e l l a r s t r u c t u r e f r o m a T y p e I I c e l l b a s a l c y t o p l a s m . . . . . . . . . . . . . . . . . . • 112 F i g u r e 1 5 . T y p e I c e l l m i t o c h o n d r i a a n d m i c r o b o d y . . 1 1 2 P l a t e XXX . . . . . . . . . . 1 1 4 F i g u r e 1 6 . A p i c a l c y t o p l a s m o f a T y p e I c e l l 114 F i g u r e 1 7 . A p i c a l c y t o p l a s m o f T y p e I I c e l l . 114 F i g u r e 1 8 . A p i c a l c y t o p l a s m o f T y p e I I c e l l * . . . . . . . . 1 1 4 P l a t e X X X I . . . . . . . . . . . . . . 1 1 6 F i g u r e 1 9 . B a s a l c y t o p l a s m o f T y p e I c e l l s . . . . . . . . . 116 F i g u r e 2 0 . B a s a l c y t o p l a s m o f T y p e I I c e l l s . . . . . . . . 1 1 6 C H A P T E R 2 F I G U R E S , M U C I L A G E DUCT S Y S T E M , . . . . 1 7 6 P l a t e I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 F i g u r e 1 . One q u a d r a n t o f a l a m i n a c r o s s s e c t i o n ; . . . 177 F i g u r e 2 . M e r i s t o d e r m c e l l s f r o m i n c e p t i o n r e g i o n . . 1 7 7 F i g u r e 3 . E a r l i e s t r e c o g n i z e d m u c i l a g e d u c t s t a g e o f d e v e l o p m e n t * . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 8 F i g u r e 4 . S u b s e q u e n t p r o g e n y c e l l d i v i s i o n s . . , 178 F i g u r e 5 . C o n t i n u e d p r o g e n y c e l l d i v i s i o n s . . . . . . . . . 178 F i g u r e 6 . A f u l l m u c i l a g e d u c t . . . . . . . . . . . . . . . . 1 7 8 F i g u r e 7 . M u c i l a g e d u c t s t a i n e d w i t h ABB f o r p r o t e i n s . . . . . . . . . . , , . , , . , , , , , . . , . , 1 7 8 P l a t e I I . . . . i . . . . . . 180 F i g u r e 8 . S u r f a c e s e c t i o n o f l a m i n a c o r t e x . . . . . . . . . 180 F i g u r e 9 . O b l i g u e s u r f a c e s e c t i o n o f l a m i n a . . . . . . . . 180 F i g u r e 1 0 . M o s t s u p e r f i c i a l e x t e n s i o n s o f m u c i l a g e d u c t l u m e n . . . , , , , , , , , . . , . . , , , . , , , . , , , , , , . . . . , , , , 1 8 0 F i g u r e 1 1 . C u p o f s e c r e t o r y c e l l s . . . . , , , , . , , , . , , , , , 1 8 0 F i g u r e 1 2 . C r o s s s e c t i o n o f a n a p p a r e n t l y c o m p l e t e l y l i n e d m u c i l a g e d u c t . . . . , , , . , , , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 0 P l a t e I I I . . . . . . > 1 8 2 F i g u r e 1 3 . Y o u n g u n d i s t u r b e d s o r u s m a t e r i a l . . . . . . . . 1 8 2 F i g u r e 1 4 . M a t u r e u n d i s t u r b e d s o r u s m a t e r i a l . 1 8 2 F i g u r e 1 5 . C r o s s s e c t i o n o f p h y s i c a l l y a g i t a t e d y o u n g s o r u s . 182 F i g u r e 1 6 . B l i s t e r e d y o u n g a g i t a t e d s o r a l m a t e r i a l . 182 P l a t e I V . , . . . . , , , . , , . , , , , , , , , , , . , , , . , . , . , , , , , , , . . , , , , , 1 8 4 F i g u r e 1 7 . C r o s s s e c t i o n o f p h y s i c a l l y d i s t u r b e d y o u n g l a m i n a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 4 F i g u r e 1 8 . A g i t a t e d m a t u r e z o o s p o r a n g i a l m a t e r i a l . . . 1 8 4 F i g u r e 1 9 . O l d a b s c i s s e d s o r u s t i s s u e s . . . . 1 8 4 P l a t e V 186 F i g u r e 2 0 . S e c r e t o r y c e l l o f a m a t u r e m u c i l a g e d u c t s y s t e m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 6 P l a t e V I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - . 188 F i g u r e 2 1 . A d i a g r a m m a t i c s u m m a r y . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 8 F i g u r e 2 1 a . T h e m e r i s t o d e r m c e l l s o u r c e . . . . . . . . . . . . 188 F i g u r e 2 1 b . I m m e d i a t e p r o g e n y c e l l d i v i s i o n s . 1 8 8 F i g u r e 2 1 c . . S u b s e g u e n t d i v i s i o n s . . , . . , . , , , , . . , . , , , , 1 8 9 F i g u r e 2 1 d . M a t u r e r e l a t i o n s h i p o f s e c r e t o r y c e l i s , d u c t l u m e n a n d t h e m e r i s t o d e r m . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 F i g u r e 2 1 e . M u c i l a g e d u c t s y s t e m a n d s o r u s i n c e p t i o n . -. . , . . , t . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 8 9 F i g u r e 2 1 f . M u c i l a g e d u c t s y s t e m , m a t u r e s o r u s u n d i s t u r b e d r e l a t i o n s h i p . , , , , , , , , , . . , , , , , , 1 8 9 CHAPTER 3 F I G U R E S , SORUS AND P A R A P H Y S E S DEVELOPMENT 2 3 7 P l a t e I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3 8 F i g u r e l . a . D i a g r a m o f t h e w h o l e t h a l l u s . . . . . . . . . . . 2 3 8 F i g u r e 1 . b . C r o s s s e c t i o n o f t h e y o u n g e s t s o r u s o f a l a m i n a . . , , , . . , . , , , , , . . , . , . , , , . . , , . , , , . , , . , . . . , . , 2 3 8 F i g u r e 1 . c . C r o s s s e c t i o n o f a n i n t e r m e d i a t e a g e d s o r u s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • • • • • • • • . • • 2 3 8 F i g u r e 1 . d . T h e m a t u r e s o r u s . . . . . . . . . . , , . , , . . . . . . , . 2 3 8 P l a t e I I . . 2 4 0 F i g u r e 2 . T h e m a r g i n o f a y o u n g e s t s c r u s . . . 2 4 0 F i g u r e 3 . Y o u n g e s t s o r u s m a r g i n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 0 F i g u r e 4 . Y o u n g e s t s o r u s m a r g i n s t i l l c l o s e r t o t h e s c r u s . . . 2 4 0 P l a t e I I I . . . , . , , , , , , . , , . , , , . , , , , . . . , , . . . . , , . , , , . . , , , . , 2 42 F i g u r e 5 . T h e s u b t e n d i n g c e l l p r o d u c t s . . . . . . . . . . . . . 2 4 2 F i g u r e 6 . T h e y o u n g e s t v i s i b l e s o r u s . ; 2 4 2 F i g u r e 7 . A B / S O s t a i n i n g o f y o u n g e s t v i s i b l e s o r u s . 2 4 2 F i g u r e 8 . A B B / P A S s t a i n i n g o f y o u n g e s t v i s i b l e s o r u s . . . . 2 4 2 P l a t e I V . , , 2 4 5 F i g u r e 9 . P a r a p h y s e s o f a y o u n g e s t s o r u s . . . . . . . . . . . 2 4 5 x i v F i g u r e 1 0 . N u c l e u s o f p a r a p h y s e s o f y o u n g e s t s o r i . . 2 4 5 F i g u r e 1 1 . A d i c t y o s o m e a d j a c e n t t o t h e n u c l e u s . . . . . 2 4 5 F i g u r e 1 2 . Two d i c t y o s o m e s l o c a t e d b a s a l l y o n t h e n u c l e a r e n v e l o p e . . . . . 2 4 5 P l a t e V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , , . . . . . . , . 2 4 7 F i g u r e 1 3 . . A c h l o r o p l a s t f r o m y o u n g e s t p a r a p h y s e s . . 2 4 7 F i g u r e 1 4 . A p i c a l c y t o p l a s m o f a p a r a p h y s i s f r o m a y o u n g e s t s o r u s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 7 F i g u r e 1 5 . E x o c y t o t i c v e s i c l e o n a p i c a l r e g i o n o f t h e p a r a p h y s i s p l a s m a m e m b r a n e . 2 4 7 F i g u r e 1 6 . S e c r e t o r y p a r a p h y s i s a p i c a l c y t o p l a s m . . . . 2 4 7 P l a t e V I . . . . . . , . . . . , . . , , . . , . . , . . . . . 2 4 9 F i g u r e 1 7 . Z o o s p o r a n g i a f r o m a y o u n g e s t s o r u s * . . . . • 2 4 9 F i g u r e 1 8 . A B / S O s t a i n e d y o u n g e s t s o r u s z o o s p o r a n g i a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 9 F i g u r e 1 9 . B a s a l h e m i s p h e r e o f a z o o s p o r a n g i a l 1 i n i t i a l n u c l e u s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 9 F i g u r e 2 0 . G o l g i v e s i c l e s o f t h e s e z o o s p o r a n g i a l i n i t i a l s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4 9 P l a t e V I I . . . . 2 5 1 F i g u r e 2 1 . I n t e r m e d i a t e a g e d s o r u s a t m e i o s i s * . . . . . 2 5 1 F i g u r e 2 2 . I n t e r m e d i a t e a g e d s o r u s . 251 F i g u r e 2 3 . I n t e r m e d i a t e a g e d s o r u s d i s r u p t e d . . . , , , , 2 5 1 F i g u r e 2 4 . I n t e r m e d i a t e a g e d s o r u s TBO s t a i n e d . . . . . 2 5 1 F i g u r e 2 5 . A B / S O s t a i n e d i n t e r m e d i a t e a g e d s o r u s . . . 2 5 2 F i g u r e 2 6 . . A B B / P A S s t a i n i n g o f i n t e r m e d i a t e a g e d s o r u s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 2 P l a t e V I I I 2 5 4 F i g u r e 2 7 . I n t e r m e d i a t e a g e d s o r u s p a r a p h y s i s p r i o r t o m e i o s i s . . . 2 5 4 F i g u r e 2 8 . I n t e r m e d i a t e a g e d p o s t - m e i o t i c s o r u s p a r a p h y s i s . . , . . . . . . . . . . . . . , , , . , , , , , . . . . . . , , , 2 5 4 P l a t e I X . 2 5 6 F i g u r e 2 9 . C e l l w a l l a n d c y t o p l a s m o f a p r e - m e i o t i c s o r u s p a r a p y s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 6 F i g u r e 3 0 . O u t e r c e l l w a l l o v e r d e a d p a r a p h y s i s . . . . 2 5 6 F i g u r e 3 1 . P a r a p h y s i s o u t e r c e l l w a l l a n d a p i c a l c y t o p l a s m f r o m a p o s t - m e i o t i c s o r u s . . . . . . . . . . . . . 2 5 6 P l a t e X 2 5 8 F i g u r e 3 2 . G o l g i a p p a r a t u s a n d n u c l e u s o f a p r e m e i o t i c s o r u s p a r a p h y s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 8 F i g u r e 3 3 . D i c t y o s o m e s o f a p a r a p h y s i s f r o m a p o s t -m e i o t i c s o r u s . . . , , . , , , . , , , . , , , , , , . , , , , , , , , . . . , , , , 2 5 8 F i g u r e 3 4 . P a r a p h y s e s o f m e i o t i c s o r i * . , . , . , , , . , . , , 2 5 8 F i g u r e 3 5 . P a r a p h y s i s b a s a l c y t o p l a s m f r o m a m e i o t i c s o r u s . . , , , , . , , . . , , . , . , . , , . , . , , , , , , . , , , , . , , , , , , , , 2 5 8 F i g u r e 3 6 . P a r a p h y s i s b a s a l c y t o p l a s m , i n t e r m e d i a t e s c r u s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 9 F i g u r e 3 7 . P a r a p h y s i s b a s a l c y t o p l a s m , i n t e r m e d i a t e s o r u s . . . . . 2 5 9 XV P l a t e X I 2 6 1 F i g u r e 3 8 . , P a r a p h y s i s f r o m a m e i o t i c s o r u s . . , . . , , . 2 6 1 F i g u r e 3 9 . B a s a l p e r i c l i n a l w a l l s e p a r a t i n g ^ p a r a p h y s i s f r o m s u b t e n d i n g c e l l . 261 F i g u r e 4 0 . P a r a p h y s i s c y t o p l a s m , i n t e r m e d i a t e s o r u s . 261 P l a t e X I I . . 2 6 3 F i g u r e 4 1 . S e c t i o n f r o m a s o r u s w i t h z o o s p o r a n g i a i n c y t o k i n e s i s . • . • . . . . • • . . . • . . . . , , . , . . , , , , . , . . . , , . , 2 6 3 F i g u r e 4 2 . ABB s t a i n e d s o r u s . . . . . 2 6 3 F i g u r e 4 3 . P a r a p h y s e s a n d o u t e r c e l l w a l l o f a s o r u s i n c y t o k i n e s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 3 F i g u r e 4 4 . A r e g i o n o f a d v a n c e d p a r a p h y s i s , o u t e r w a l l d i s j u n c t i o n . . , , , , , , , . , , , , . . . , . , , . , , , . , , . , , , 2 6 4 P l a t e X I I I . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . , , . . , , . . , , , , , , . . . . , . , . 2 6 6 F i g u r e 4 5 . P a r a p h y s i s t i p a t s e p a r a t i o n f r o m t h e c u t e r w a l l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 6 P l a t e X I V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 8 F i g u r e 4 6 . P a r a p h y s i s a p i c a l c y t o p l a s m d u r i n g s o r u s c y t o k i n e s i s a n d e x u v i a t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6 8 F i g u r e 4 7 . P a r a p h y s i s c y t o p l a s m , m a t u r e s o r u s . . , , , , 2 6 8 F i g u r e 4 8 , P a r a p h y s i s c y t o p l a s m , m a t u r e s o r u s . . . . . . 2 6 8 F i g u r e 4 9 . P a r a p h y s i s c y t o p l a s m , m a t u r e s o r u s . . . . . . i 2 6 8 P l a t e XV . . . . . . . . . . . . 2 7 0 F i g u r e 5 0 . P a r a p h y s i s t i p a f t e r e x u v i a t i o n , b e f o r e z o o s p o r e r e l e a s e 2 7 0 P l a t e X V I , , , . , , . . , , , , , . , . . , . , . , . . 2 7 2 F i g u r e 5 1 . S o r u s a f t e r e x u v i a t i o n a n d d e h i s c e n c e o f m c s t z o o s p o r a n g i a . . . , , . , , , . . . . . . , , , , , , . , , , . . , , , , , 2 7 2 F i g u r e 5 2 . TBO s t a i n e d r e l e a s e d s o r u s , r e t r i e v e d f r o m a h o l d i n g t a n k . . . . . . , , , , , . . . . . . . . . . 2 7 2 F i g u r e 5 3 . A B B / P A S s t a i n e d , r e l e a s e d s o r u s r e t r i e v e d a s a b o v e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 2 F i g u r e 5 4 . . A B / S O s t a i n e d s o r u s a s a b o v e . . . . . . . . . . . . . 2 7 3 P l a t e X V I I . . . 2 7 5 F i g u r e 5 5 . M a t u r e , p o s t - e x u v i a t i o n s o r u s s u b s e q u e n t t o r e l e a s e o f m c s t z o o s p o r e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 5 P l a t e X V I I I . . . . . . . . . 2 7 7 F i g u r e 5 6 . P a r a p h y s i s a p i c a l c y t o p l a s m f r o m a r e l e a s e d s o r u s . . 2 7 7 P l a t e X I X . , . . , , , , , , , . , , , , , , , . , , . . , , . . . . , . , , . , . . , . , , . , , 2 7 9 F i g u r e 5 7 . L i v e y o u n g s o r u s t i s s u e c u t a n d f r e e z e -d r i e d . 2 7 9 F i g u r e 5 8 . C r i t i c a l p o i n t d r i e d i n t e r m e d i a t e a g e d s o r u s . 2 7 9 F i g u r e 5 9 . F r a c t u r e f a c e t h r o u g h S p u r r ' s e m b e d d e d i n t e r m e d i a t e a g e d s o r u s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 F i g u r e 6 0 . D e t a i l o f p a r a p h y s e s p r e p a r e d a s i n f i g u r e 5 9 . , 2 7 9 P l a t e XX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 x v i F i g u r e 6 1 . C r i t i c a l p o i n t d r i e d a l m o s t m a t u r e s o r u s . 2 8 1 F i g u r e 6 2 . F r e e z e d r i e d a l m o s t m a t u r e s o r u s . . . . . . . . 281 F i g u r e 6 3 . C r i t i c a l p o i n t d r i e d m a t u r e z o o s p o r a n g i a l s o r u s . . . . 2 8 1 F i g u r e 6 4 . M a t u r e s o r u s , f r e e z e d r i e d z o o s p o r a n g i a a n d p a r a p h y s e s t i p s c o a t e d w i t h m u c i l a g e . . . . . . . . 2 8 1 F i g u r e 6 5 . , T h e i n s i d e s u r f a c e o f t h e o u t e r w a l l o f a m a t u r e s o r u s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 F i g u r e 6 6 . T h e c u t e r s u r f a c e o f t h e o u t e r w a l l o f a m a t u r e s o r u s . 2 8 2 P l a t e X X I , , 2 8 4 F i g u r e 6 7 . Y o u n g s o r u s o f a h y b r i d t h a l l u s f r o m P e l a g o p h y c u s a n d M a c r o c y s t i s . . . . . . . . . . . . . , , , . . . . 2 8 4 F i g u r e 6 8 . M o r e m a t u r e s o r u s f r o m s a m e t h a l l u s a s f i g u r e 6 7 . 2 8 4 F i g u r e 6 9 . S o r u s m a t e r i a l o n o n e s i d e o f e x c i s e d l a m i n a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 4 F i g u r e 7 0 . S o r u s m a t e r i a l o n o t h e r s i d e o f e x c i s e d l a m i n a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 8 5 C H A P T E E 4 F I G U R E S , SOROS A B S C I S S I O N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 2 P l a t e I . . . . . . . . . . . . . 3 33 F i g u r e 1 . SEM o f a n i n t e r m e d i a t e s o r u s m a r g i n . . . . . . 3 3 3 F i g u r e 2 ; T h e m a r g i n o f a n a b s c i s s i n g m a t u r e s o r u s w i t h S E M . 3 3 3 F i g u r e 3 . M e t h a c r y l a t e s e c t i o n o f a y o u n g s o r u s m a r g i n TBO s t a i n e d . 3 3 3 F i g u r e 4 . T h e m a r g i n o f a n i n t e r m e d i a t e a g e d s o r u s . 3 3 3 F i g u r e 5 . T h e m a r g i n o f a m a t u r e s o r u s . . . . . . . . . . . . . 3 3 4 P l a t e I I 3 36 F i g u r e 6 . P a r a p h y s i s i n i t i a l f r o m a y o u n g e s t s o r u s m a r g i n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , , , . , . . , . , . , . , . , . , . 3 3 6 F i g u r e 7 . E l o n g a t i n g p a r a p h y s i s a p i c a l c y t o p l a s m f r o m a y o u n g e s t m a r g i n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 6 F i g u r e 8 . I n t e r m e d i a t e s o r u s m a r g i n p a r a p h y s e s . . . . . . 3 3 6 F i g u r e 9 . I n t e r m e d i a t e s o r u s m a r g i n p a r a p h y s i s a p i c a l c y t o p l a s m a n d c e l l w a l l . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 6 F i g u r e 1 0 . I n t e r m e d i a t e s o r u s m a r g i n p a r a p h y s i s a p i c a l c y t o p l a s m . . . . . . . . . . . . . 3 37 F i g u r e 1 1 . . E l e c t r o n d e n s e l i n i n g o f t h e i n n e r s u r f a c e o f t h e a n t i c l i n a l w a l l s . . . . . . 3 3 7 P l a t e I I I 339 F i g u r e 1 2 . M a t u r e s o r u s m a r g i n r e g i o n I i n m e t h a c r y l a t e , A B B / P A S s t a i n e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 9 F i g u r e 1 3 . M a t u r e s o r u s m a r g i n R e g i o n I I i n m e t h a c r y l a t e , A B B / P A S s t a i n e d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 9 F i g u r e 1 4 . M a t u r e s o r u s m a r g i n R e g i o n I I I i n m e t h a c r y l a t e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 9 F i g u r e 1 5 . M a t u r e s o r u s m a r g i n R e g i o n I m e r i s t o d e r m c e l l s . 3 39 F i g u r e 16. M a t u r e s o r u s m a r g i n E e g i o n I I p a r a p h y s e s . 3 4 0 F i g u r e 1 7 . E e g i o n I I I p a r a p h y s e s a n d a b o r t e d z o o s p o r a n g i a l i n i t i a l s . . . . . . . . . . , , 3 4 0 F i g u r e 1 8 . A p a r a p h y s i s i n i t i a l f r o m E e g i o n I , 3 4 0 F i g u r e 1 9 . P a r a p h y s e s o f E e g i o n I . . . . 3 4 0 P l a t e I V ..............................................343 F i g u r e 2 0 . M a t u r e s o r u s m a r g i n p a r a p h y s i s i n r e g i o n I I I . . . . 3 4 3 F i g u r e 2 1 . M a t u r e s o r u s m a r g i n p a r a p h y s i s i n E e g i o n I I I 3 4 3 P l a t e V . . , . . . , . , , , . , , , , . , , . . , , , . , . , , , . . . . , , . , , . , . , , , , , 3 4 5 F i g u r e 2 2 . S e p a r a t i o n o f i n t e r n a l t i s s u e s a t t h e m a t u r e s o r u s m a r g i n . 3 4 5 F i g u r e 2 3 . M a t u r e s o r u s m a r g i n s e p a r a t i o n i n t h e c o r t i c a l l a y e r . 3 4 5 F i g u r e 2 4 . M a r g i n o f a m a t u r e a b s c i s s e d s o r u s . . . . . . 3 4 5 P l a t e V I 3 4 8 F i g u r e 2 5 . T h e m a r g i n o f a h o l e l e f t i n a l a m i n a a f t e r s o r u s a b s c i s s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 8 F i g u r e 26. S e c t i o n i n l a m i n a p l a n e a t t h e i n n e r c o r t e x l e v e l i n v e g e t a t i v e t i s s u e s o f p o s t a b s c i s s i o n m a r g i n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 8 F i g u r e 2 7 . A b s c i s s i o n m a r g i n s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 8 P l a t e V I I . . 3 5 0 F i g u r e 2 8 . U n w o u n d e d l a m i n a r c o r t i c a l a n d m e d u l l a r y t i s s u e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...............m...... 350 F i g u r e 2 9 . A j u s t c u t e d g e o f a v e g e t a t i v e l a m i n a . . 3 5 0 F i g u r e 3 0 * A o n e w e e k o l d c u t e d g e o f l a m i n a . . . . . . . 3 5 0 P l a t e V I I I , , . . , , , , , , , , . , , . . , 3 5 2 F i g u r e 3 1 a . D i a g r a m o f t h e s o r u s m a r g i n p r i o r t o a b s c i s s i o n . . , , . , , . , , , . , , , . , , . , , , , . , , , , , , , . . . , . . . 3 5 2 F i g u r e 3 1 b . M e r i s t o d e r m e r o s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 2 F i g u r e 3 1 c . S o r t s e x u v i a t i o n a n d s e p a r a t i o n . . . . . . . . 3 5 3 A P P E N D I X 1 F I G U R E S , Z O C S P O B O G E N E S I S . . . . . . . 4 35 P l a t e I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3 6 F i g u r e 1 . P o s t - i n c e p t i o n z o o s p o r a n g i a l i n i t i a l . . . . . 4 3 6 F i g u r e 2 . A B B / P A S s t a i n e d y o u n g e s t s o r u s t i s s u e . . . . . 4 3 6 F i g u r e 3 . A d i c t y o s o m e o f t h e g o l g i a p p a r a t u s . . . . . . 4 3 6 F i g u r e 4 . A p a i r o f c e n t r i o l e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437 F i g u r e 5 . M i t o c h o n d r i a l m o r p h o l o g y s u g g e s t i v e o f d i v i s i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3 7 F i g u r e 6 . A c o a t e d v e s i c l e . 4 3 7 P l a t e I I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , , , , , . . . , , , , 4 3 9 F i g u r e 7 . Z o o s p o r a n g i u m a p p r o a c h i n g m e i o s i s . . . . . . . . 4 3 9 F i g u r e 8. . A B B / P A S s t a i n e d m e i o t i c s o r u s . 4 3 9 F i g u r e 9 . A d i c t y o s o m e n o t a d j a c e n t t o t h e n u c l e u s . 4 3 9 F i g u r e 1 0 . T h e p e r i n u c l e a r c y t o p l a s m * . . . . . . . . . . . . . . 4 4 0 F i g u r e 1 1 . The p e r i n u c l e a r c y t o p l a s m . . . . . . . . . . . . . . . 4 4 0 x v i i i F i g u r e 1 2 . A p a i r o f c e n t r i o l e s i n a n u c l e a r p o c k e t . 4 4 0 P l a t e I I I . . , 4 4 2 F i g u r e 1 3 . S p u r r ' s e m b e d d e d p o s t m e i o t i c z o o s p o r a n g i a l s o r u s . . . . . , , 4 4 2 F i g u r e 1 4 . S m a l l n u c l e i d i s t r i b u t e d t h r o u g h o u t t h e s p o r a n g i u m . . . , , , . , , . , , . . , . . . . . , . , , . , , , , , , . . , . . . . , 4 4 2 F i g u r e 1 5 . F a v o r a b l e s e c t i o n s h o w i n g t h e r e g u l a r c h l o r o p l a s t d i s t r i b u t i o n . 4 4 2 F i g u r e 1 6 . T h e p e r i p h e r a l c y t o p l a s m . . . . . • . . . . . . . . . . 4 4 2 F i g u r e 1 7 . T h e p e r i p h e r a l E H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4 3 P l a t e I V . . . . . 4 4 5 F i g u r e 1 8 . N u c l e u s d u r i n g t h e k a r y o k i n e s e s o r m e i o s i s . 4 4 5 F i g u r e 1 9 . D e t a i l c f n u c l e a r p o l e d u r i n g k a r y o k i n e s i s . . . . . . . . . - . , . , . . . . . , , . , , , , , , , . , , , , , , , 4 4 5 F i g u r e 2 0 . A p o s t k a r y o k i n e t i c z o o s p o r a n g i u m . . . . . . . 4 4 5 F i g u r e 2 1 . . M i c r c b o d y - l i k e s t r u c t u r e s . 4 4 5 F i g u r e 2 2 . A n o s m i o p h i l i c v e s i c l e . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4 5 F i g u r e 2 3 . A c l u s t e r o f o s m i o p h i l i c v e s i c l e s . . . . . . . 4 4 5 F i g u r e 2 4 . A p o s t - k a r y o k i n e t i c n u c l e u s . . . . . . . . 4 4 6 P l a t e V . . . . . , , . . . , . . . , , . . . . , , , 4 4 8 F i g u r e 2 5 . A B B / P A S s t a i n e d s o r u s m a t e r i a l a t c y t o k i n e s i s . . . , , , , , , . . . , , . , . . , . , , , , , , . , , , , . , , , , , 4 4 8 F i g u r e 2 6 . N o m a r s k i o p t i c s o f l i v e m a t u r e , r e l e a s i n g z o o s p o r a n g i a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4 8 F i g u r e 2 7 . P o s t - m e i o t i c - p r e - c y t o k i n e t i c z o o s p o r a n g i u m . . , . . . . . . 4 4 8 F i g u r e 2 8 . A n e a r l y s t a g e o f g o l g i v e s i c l e e x o c y t o s i s . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . , , . , . . , . , , , . . , , , , , 4 4 8 F i g u r e 2 9 . Z o o s p o r a n g i a l p r o t o p l a s t d u r i n g c y t o k i n e s i s . . . , . . , , , , , , , , . , . , , . , , , . , , , . , , . . , . , , , , 4 4 8 F i g u r e 3 0 . A d i c t y o s o m e d u r i n g z o o s p o r a n g i a l p r o t o p l a s t c y t o k i n e s i s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4 9 P l a t e V I . . . . . . , , , , , , , . , , , , , , . , , . . . . . , . . . , , , . , . , , . , , , , , 4 5 1 F i g u r e 3 1 . T y p i c a l o r g a n i z a t i o n o f a z o o s p o r e . . . . . . 4 5 1 F i g u r e 3 2 . A z o o s p o r e p r i o r t o r e l e a s e . 451 F i g u r e 3 3 . C r o s s s e c t i o n o f a n a k e d f l a g e l l u m . . . , . , 4 5 2 F i g u r e 3 4 . O b l i g u e s e c t i o n o f a f l a g e l l u m . . . . . . . . . . . 4 5 2 F i g u r e 3 5 . F l a g e l l a r i n s e r t i o n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 2 F i g u r e 3 6 . T r a n s v e r s e c r o s s s e c t i o n o f b o t h b a s a l b o d i e s , . . . . 4 5 2 P l a t e V I I 4 5 4 F i g u r e 3 7 . Z o o s p o r e e y e s p o t s t r u c t u r e . . . . . . . . . . . . . . 4 5 4 F i g u r e 3 8 . T h e z o o s p o r e u n i t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 4 F i g u r e 3 9 . G o l g i a p p a r a t u s o f t h e p o s t - c y t o k i n e t i c c o n t a i n e d z o o s p o r e . . . . , . . . . . . . , , , . , , , , , , , , . , . , , , 4 5 4 F i g u r e 4 0 . T h e d i c t y o s o m e f o r m a t i v e • f a c e * . . . . . . . . . . 4 5 4 F i g u r e 4 1 . A p r e - r e l e a s e z o o s p o r e . , 4 5 5 F i g u r e 4 2 . Z o o s p o r e c h l o r o p l a s t d u r i n g c y t o k i n e s i s . 4 5 5 x i x F i g u r e 4 3 . N u c l e a r e n v e l o p e / E E a s s o c i a t i o n . . . . . . . . . 4 5 5 F i g u r e 4 4 . A p i c a l t i p o f a m a t u r e z o o s p o r a n g i u m . . . . 4 5 5 P l a t e V I I I . . . . . . . . . , 4 5 7 F i g u r e 4 5 . R e c e n t l y r e l e a s e d l i v e z o o s p o r e s . . . . . . . . 4 5 7 F i g u r e 4 6 . T h e f r e e s w i m m i n g z o o s p o r e i s p y r i f o r m . . 4 5 7 F i g u r e 4 7 . P l a t i n u m s h a d o w e d z o o s p o r e . . . . . . . . . . . . . . 4 5 7 F i g u r e 4 8 . T h e t i p o f t h e a n t e r i o r f l a g e l l u m . . . . . . . 4 5 7 F i g u r e 4 9 . A p l a t i n u m s h a d o w e d m a s t i g o n e m e . . . . . . . . . 4 5 7 F i g u r e 5 0 . W h o l e f r e e s w i m m i n g z o o s p o r e . . , . . , , , , , , , 4 5 7 F i g u r e 5 1 . T h e e y e s p o t g r a n u l e s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 8 F i g u r e 5 2 . N e g a t i v e s t a i n e d f l a g e l l a r a p p a r a t u s . 4 5 8 F i g u r e 5 3 . A f r e e z o o s p o r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 8 F i g u r e 5 4 . A f r e e z o o s p o r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 8 F i g u r e 5 5 . . A f r e e z o o s p o r e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 5 8 P l a t e I X . . . . . . , , . , , , , . , . , . . , , . . . 4 6 0 F i g u r e 5 6 . Z o o s p o r e d e t a i n e d i n t h e z o o s p o r a n g i u m . . 4 6 0 F i g u r e 5 7 . A z o o s p o r a n g i u m w h i c h f a i l e d t o d e h i s c e . 4 6 0 F i g u r e 5 8 . P o r t i o n o f a s t i l l c o n t a i n e d z o o s p o r e . . , 4 6 0 F i g u r e 5 9 . A v e s i c l e c o n t a i n e d p l a q u e . 4 6 1 P l a t e X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 4 6 3 F i g u r e 6 0 . D i a g r a m m e d z o o s p o r e m o d e l . 4 6 3 X X ACKNOWLEDGEMENTS I w o u l d l i k e t o t h a n k my f a m i l y f o r t h e i r s u p p o r t , b a l a n c e a n d p a t i e n c e . I w o u l d l i k e t o t h a n k T h a n a B i s a l p u t r a f o r h i s s u p p o r t p a t i e n c e a n d f i n a n c i a l a s s i s t a n c e d u r i n g t h e c o u r s e o f t h i s s t u d y . I am a l s o i n d e b t e d t o M . N e u s h u l who s e t me o n t h i s r o a d a n d t o E.Y. C h i , T . M u m f o r d , M . J . D u n c a n a n d G. H e r m a n s o n who h a v e c o n t r i b u t e d i m m e a s u r a b l y a l o n g t h e w a y . I w o u l d l i k e t o a l s o t h a n k D r . F o r e m a n f o r h i s s u p p o r t a n d u s e o f r e s e a r c h f a c i l i t i e s o n s e v e r a l o c c a s i o n s a s w e l l . T h a n k s t o my c o m m i t t e e . D r . B e a m i s h , D r . . B i s a l p u t r a , D r . F o r e m a n , D r . H u g h e s , D r . S c a g e l a n d D r . . S t e i n f o r t h e i r c r i t i c i s m a n d s u p p o r t . T h a n k s a l s o t o L . V e t o a n d J . C l a p p i s s o n f o r t h e i r e x c e l l e n t t e c h n i c a l a s s i s t a n c e . T h i s w o r k h a s b e e n s u p p o r t e d b y N . B . C . G r a n t A 2 2 8 8 t o D r . T . B i s a l p u t r a . x x i F I G U R E C A P T I O N K E Y S AW A n t i c l i n a l W a l l Ax A x o neme a c - — a p i c a l c y t o p l a s m a m m — a p p r e s s e d m i t o c h o n d r i a l m e m b r a n e s A F l - - A n t e r i o r F l a g e l l u m E B l i s t e r b c - - - b a s a l c y t o p l a s m BP E a s a l P l a t e C C o r t e x Ce C e n t r i o l e C E C h l o r o p l a s t E n v e l o p e C E R — C h l o r o p l a s t E n d o p l a s m i c R e t i c u l u m C h C h l o r o p l a s t C I C o r t i c a l I n i t i a l C C e l l P l a t e c y c y t o p l a s m D D i c t y o s o m e DC D i c t y o s o m e C i s t e r n a e d c d e n s e c y t o p l a s m d f d i s o r g a n i z e d f i b r i l s E C - : — E p i d e r m a l C e l l Ep E p i p h y t e e r e n d o p l a s m i c r e t i c u l u m ES E y e S p o t EZ E x p a n s i o n Z o n e F F i b r i l l a r Z o n e f f f o r m a t i v e f a c e F l - — F l a g e l l u m G G r a n u l a r Z o n e Ge G e n o p h o r e G m — " G r a n u l a r m a t e r i a l GV G o l g i V e s i c l e H H o l d f a s t h e h y p e r t r o p h i e d C i s t e r n a e H c r - - H e t e r c c h r c m a t i n h e r - — h y p e r t r o p h i e d e n d o p l a s m i c r e t i c u l u m I P W - - I n n e r E e r i c l i n a l W a l l L L a m i n a M M i t o c h o n d r i a Ma M a r g i n Mb M i c r o b o d y MC M e m b r a n e C o n f i g u r a t i o n x x i i Hd M e d u l l a M D - - - M u c i l a g e D u c t S y s t e m M D W — M u c i l a g e D u c t W a l l M e - - - M e r i s t o d e r m mf m a t u r i n g f a c e ML M e m b r a n e L a y e r s MO Muc i l a g e N Nuc l e u s NE N u c l e a r E n v e l o p e NP N u c l e a r P o r e flu——Nuncleolus O M - - - O s m i o p h i l i c M a t e r i a l O V — — O s m i o p h i l i c V e s i c l e OW O u t e r W a l l P - - - - P a r a p h y s i s p c - - - p e r i p h e r a l c y t o p l a s m F F P r i m i t i v e F u r r o w E F l - - P o s t e r i o r F l a g e l l u m E I P a r a p h y s i s I n i t i a l EM P l a s m a M e m b r a n e P n - - - P n e u m a t o c y s t I V S — P r o - v a c u o l a r R e g i o n P y - - - P y r e n o i d S S o r u s S b C - - S u b t e n d i n g C e l l SC S e c r e t o r y C e l l S L S o r u s L u m e n S t S t i p e S V - - - S e c r e t o r y C e l l V a c u o l e T - a — T o n o p l a s t , T u b u l e s t e t u b u l a r e x t e n s i o n I h T h y l a k o i d s T Z - - - T r a n s i t i o n Z o n e v i v e s i c u l a r i n v a g i n a t i o n Z Z o o s p o r e Z S Z o o s p o r a n g i u m Z S I - - Z o o s p o r a n g i a l I n i t i a l Z S M — Z o o s p o r a n g i a l M o t h e r C e l l 1 I GENEEAL I N T B O D O C T I O N The g r o s s m o r p h o l o g i c a l e v e n t s o f s o r u s p r o d u c t i o n a n d r e l e a s e b y N e r e o c y s t i s l u e t k e a n a ( M e r t . ) P o s t , a n d B u p . a r e common k n o w l e d g e a m o n g s t p h y c o l o g i s t s t o t h e e x t e n t t h a t s o r u s r e l e a s e h a s b e e n c a l l e d a b s c i s s i o n ( B o l d a n d W y n n e 1 9 7 8 ) . Y e t b e f o r e t h i s s t u d y l i t t l e w a s k n o w n a b o u t t h e m e c h a n i s m s o f s o r u s r e l e a s e a n d l i t t l e m o r e o f t h e m e c h a n i s m s o f s o r u s d e v e l o p m e n t . I n l i g h t o f t h e p a u c i t y o f m o r p h o l o g i c a l i n f o r m a t i o n c o n c e r n i n g l a m i n a m e r i s t o d e r m d i f f e r e n t i a t i o n a n d t h e f e w u l t r a s t r u c t u r a l w o r k s d e a l i n g o n l y w i t h z o o s p o r a n g i a i t s e e m e d n e c e s s a r y t o h a v e s o m e c o n t e x t i n w h i c h t o c o n s i d e r t h e t i s s u e s t o e i t h e r s i d e o f t h e s o r a l m a r g i n s , v e g e t a t i v e m e r i s t o d e r m a n d s o r u s p r o p e r . I n t h e l o n g c o u r s e o f t h i s s t u d y i t a l s o b e c a m e e v i d e n t t h a t m u c i l a g i n o u s m a t e r i a l f r e g u e n t l y was i n v o l v e d m a k i n g i t i m p o s s i b l e t o i g n o r e t h e m u c i l a g e d u c t s y s t e m . F u r t h e r m o r e , when i t b e c a m e a p p a r e n t t h a t p r e - z o o s p o r a n g i a l s o r i w e r e d i f f i c u l t t o o b t a i n i t was n e c e s s a r y t o e x t e n d t h e i n v e s t i g a t i o n p r o x i m a l l y t o t h e s o u r c e , t h e i n t e r c a l a r y m e r i s t e m . A l t h o u g h a n a r r o w e r a p p r o a c h may h a v e b e e n s h o r t e r , i t i s b e l i e v e d t h a t t h i s b r o a d e r , a l b e i t l o n g e r , e f f o r t h a s t w o d i s t i n c t a d v a n t a g e s . F i r s t , i n l i g h t o f t h e p a u c i t y o f i n f o r m a t i o n a b o u t t h e l a m i n a r i a l e s m e r i s t o d e r m a n d i t s a c t i v i t i e s a r e s t r i c t e d c o n s i d e r a t i o n o f o n l y t h e e v e n t s o c c u r r i n g a t t h e s o r a l m a r g i n s s e e m s p r e m a t u r e . S e c o n d l y , I b e l i e v e t h i s t h e s i s o p e n s n u m e r o u s new v i s t a s i n t e r m s o f t h e 2 m o r p h o l o g y o f t h e L a m i n a r i a l e s a n d r a i s e s many i n t e r e s t i n g new p o s s i b i l i t i e s f o r s u b s e g u e n t i n v e s t i g a t i o n s . T h e o b s e r v a t i o n s made i n t h i s s t u d y a r e p r e s e n t e d i n f i v e u n i t s . The f i r s t r e p r e s e n t s a s u r v e y o f t h e m e r i s t o d e r m o f m o s t l y f e r t i l e l a m i n a e o f N e r e o c y s t i s f r o m t h e t r a n s i t i o n z o n e o f t h e i n t e r c a l a r y m e r i s t e m i n t o t h e r e g i o n o f l a m i n a e x p a n s i o n a n d t h e n a d j a c e n t t o y o u n g e s t a n d o l d e s t s o r i w i t h t h e a i m o f p r o v i d i n g a c y t o m o r p h o g e n e t i c c o n t e x t i n w h i c h t h e e v e n t s o f z o o s p o r e d i f f e r e n t i a t i o n o c c u r . T h e s e c o n d c h a p t e r c o n t a i n s c o n s i d e r a t i o n s o f t h e m u c i l a g e d u c t s y s t e m . I t i s p r e s e n t e d a h e a d o f a n y c o n s i d e r a t i o n s o f s o r i b e c a u s e m u c i l a g e d u c t s y s t e m i n c e p t i o n a n d d i f f e r e n t i a t i o n p h e n o m e n a w e r e l o n g a g o a s s o c i a t e d w i t h t h e m e r i s t o d e r m o f t h e i n t e r c a l a r y m e r i s t e m ( G u i g n a r d 1 8 8 2 , S k o t t s b e r g 1 9 0 7 ) . T h i s s e g u e n c e i s f u r t h e r j u s t i f i e d by t h e r e p o r t s t h a t t h e m u c i l a g e d u c t s y s t e m i s d e r i v e d f r o m t h e m e r i s t o d e r m p r i o r t o s o r u s p r o d u c t i o n ( G u i g n a r d 1 8 8 2 , O l i v e r 1 8 8 7 , M a c M i l l a n 1 8 9 9 , S k o t t s b e r g 1 9 0 7 ) . . The o b s e r v a t i o n t h a t t h e s o r i a r e l i k e w i s e d e r i v e d f r o m t h e m e r i s t o d e r m was made e v e n b e f o r e t h o s e : c o n c e r n i n g t h e m u c i l a g e d u c t s y s t e m ( T h u r e t 1 8 5 0 ) . T o c o m p l e m e n t t h e o b s e r v a t i o n s f r o m t h e v e g e t a t i v e s i d e o f t h e s o r u s m a r g i n ( C h a p t e r 1) t h e t h i r d c h a p t e r c o n s i s t s o f o b s e r v a t i o n s f r o m t h e s o r a l s i d e . I t i n c l u d e s c o n s i d e r a t i o n o f t h e m e c h a n i s m s o f s o r u s i n c e p t i o n a n d s u b s e g u e n t d e v e l o p m e n t e x t e n d i n g e v e n b e y o n d r e l e a s e f r o m t h e l a m i n a . I t ' s e m p h a s i s i s c e n t e r e d a r o u n d t h e p a r a p h y s e s a n d o t h e r s t r u c t u r a l e l e m e n t s p e r i p h e r a l 3 t o t h e z o o s p o r a n g i a t h e m s e l v e s . T h e . p r o c e s s o f z o o s p o r o g e n e s i s i n N e r e o c y s t i s h a d n o t r e c e i v e d u l t r a s t r u c t u r a l a t t e n t i o n a n d s i n c e t h e z o o s p o r a n g i a a r e t h e s t r u c t u r e s a b o u t w h i c h t h e p r o c e s s e s o f s o r u s m o r p h o g e n e s e s o c c u r t h e y r e g u i r e d c o n s i d e r a t i o n . H o w e v e r , s i n c e z o o s p o r o g e n e s i s i s n o t t h e c e n t r a l c o n c e r n o f t h i s s t u d y i t i s i n c l u d e d a s a n a p p e n d i x . F i n a l l y , w i t h t h e c o n t e x t o f t h e m e r i s t o d e r m , a c l e a r e r u n d e r s t a n d i n g o f t h e p r o c e s s e s o f m u c i l a g e d u c t a n d s o r u s i n c e p t i o n a n d a n o u t l i n e o f p a r a p h y s i s , s u b t e n d i n g c e l l a n d z o o s p o r a n g i a l c y t o m o r p h o g e n e s i s i t i s p o s s i b l e t o i n t e r p r e t e v e n t s o b s e r v e d i n t h e m a r g i n s o f y o u n g e s t , i n t e r m e d i a t e a n d o l d e s t s o r a l m a r g i n s o f N e r e p c y s t i s ( C h a p t e r 4 ) . I t i s p o s s i b l e t o i n t e g r a t e t h e s e s e p a r a t e b u t i n t e r r e l a t e d s e t s o f o b s e r v a t i o n s i n o r d e r t o d e f i n e t h e p r o b a b l e m o d e s o f N e r e o c y s t i s s p o r e d i s p e r s a l i n t h e w a t e r c o l u m n a s w e l l a s c o m p a r e t h e p r o c e s s o f s o r u s r e l e a s e t o s i m i l a r p h e n o m e n a e l s e w h e r e . i n t h e p l a n t k i n g d o m . 4 I I M A T E B I A L S AND METHODS 1. M a t e r i a l s T h a l l i o f N e r e o c y s t i s ( m e r t . ) P o s t , a n d H u p . u s e d f o r t h i s s t u d y w e r e c o l l e c t e d f r o m v a r i o u s p o i n t s i n S t a n l e y P a r k , V a n c o u v e r B . C . C o l l e c t i o n s w e r e a l s o made f r o m t h a l l i a t B a t h I s l a n d ( r e s e a r c h s t a t i o n o f R . . F o r e m a n ) ; C h e s t e r m a n B e a c h , V a n c o u v e r I s l a n d , B . C . ; t h e s o u t h e r n e d g e o f P a c h e n a B a y , V a n c o u v e r I s l a n d , B . C . ; a n d a t t h e s u b m e r g e d r e e f o u t f r o m t h e N a n a i m o F i s h e r i e s R e s e a r c h S t a t i o n . C o l l e c t i o n s a n d f i x a t i o n s w e r e b e g u n i n t h e s p r i n g w i t h t h e a p p e a r a n c e o f y o u n g s p o r o p h y t e s a n d c o n t i n u e d i n t o t h e w i n t e r a s l o n g a s u s a b l e t h a l l i p e r s i s t e d . M o s t o f t h e t i s s u e s u s e d i n t h i s s t u d y w e r e f i x e d i n t h e f i e l d r a t h e r t h a n a t t e m p t i n g t o . m a i n t a i n p o r t i o n s o f t h a l l i . A t t h e N a n a i m o F i s h e r i e s R e s e a r c h S t a t i o n i t was p o s s i b l e t c h o l d s e m e p l a n t s a n d e x c i s e d b l a d e s f o r a s h o r t p e r i o d i n a t a n k w h i c h w a s a t t a c h e d t o a f l o a t i n g d o c k . To o b t a i n s a m p l e s o f t h e m e r i s t o d e r m p r o x i m a l t o t h e s o r i , t i s s u e s w e r e e x c i s e d b y t a k i n g t r a n s v e r s e s l i c e s f r o m t h e n a r r o w t r a n s i t i o n z o n e a t t h e b a s e o f t h e l a m i n a ( F i g . 1 a n d 2) a n d t h e e x p a n s i o n z o n e ( F i g.1, 2 a n d 3 ) . T i s s u e s f r o m t h e s e a r e a s w e r e e m p l o y e d t o i n v e s t i g a t e t h e m e r i s t o d e r m a t i t s s o u r c e a n d t o o b s e r v e t h e m e c h a n i s m o f m u c i l a g e d u c t s y s t e m i n c e p t i o n . I n d i v i d u a l s o r i w e r e n o t f o l l o w e d t h r o u g h t h e i r 5 e n t i r e d e v e l o p m e n t a l s e q u e n c e b e c a u s e o f p r o b l e m s w i t h m a i n t a i n i n g l a r g e t h a l l i i n c u l t u r e a n d f r e q u e n t s a m p l i n g o f t h e s a m e s o r u s b y e x c i s i o n w o u l d d i s r u p t t h e i n t e g r i t y o f t h e s o r u s l u m e n . I t i s f o r t u n a t e t h a t f e r t i l e l a m i n a e u s u a l l y b e a r a n u m b e r c f s o r i ( F i g . 1 a n d 4 ) . I f a s a m p l e i s t a k e n o f e a c h s o r u s o n a n i n d i v i d u a l l a m i n a , i t i s t h e n p o s s i b l e t o e x a m i n e a n d r e c o n s t r u c t t h e d e v e l o p m e n t a l s e q u e n c e i n t h e c o r r e c t c h r o n o l o g i c a l o r d e r . F o r t h e e x a m i n a t i o n c f z o o s p o r a n g i a l s o r u s d e v e l o p m e n t l a m i n a e w i t h t h r e e v i s i b l e s o r i w e r e m o s t o f t e n u s e d . . A r e c t a n g u l a r p i e c e o f t i s s u e w a s c u t f r o m t h e l a t e r a l m a r g i n o f e a c h s o r u s ( F i g . 5 ) . T h i s r e c t a n g l e ( F i g . 6) w a s i m m e d i a t e l y i m m e r s e d i n f i x a t i v e a n d s l i c e d t r a n s v e r s e l y t o p r o d u c e t h i n n e r r e c t a n g l e s o f t i s s u e w h i c h i n c l u d e d s o r u s a n d v e g e t a t i v e t i s s u e s a t e i t h e r e n d a n d s o r u s m a r g i n i n t h e m i d d l e ( F i g . 7 ) » F o r l i g h t m i c r o s c o p y t h e s e p i e c e s w e r e s e c t i o n e d l e n g t h w i s e s o t h a t e a c h s e c t i o n w o u l d p a s s f r o m v e g e t a t i v e t i s s u e a t o n e e n d ( F i g . 8 ) , t h r o u g h t h e s o r u s m a r g i n ( F i g . 9 ) i n t o s o r u s t i s s u e ( F i g . 10) f a r e n o u g h t c b e r e p r e s e n t a t i v e o f t h a t s o r u s . T h i s was c h e c k e d b y a c o m p a r i s o n w i t h t i s s u e s f r o m t h e s o r u s c e n t e r . F o r e l e c t r o n m i c r o s c o p y , s e c t i o n s w e r e t a k e n f i r s t f r o m t h e v e g e t a t i v e e n d ( F i g . 7 a n d 11) a n d t h e n t h e s o r u s e n d ( F i g . 7 a n d 13) o f t h e b l o c k . N e x t t h e b l o c k was r e t r i m m e d t o a l l o w s e c t i o n i n g o f t h e s o r u s m a r g i n ( F i g . 7 a n d 1 2 ) . I n t h i s m a n n e r i t was p o s s i b l e t o d e s c r i b e t h e p r o c e s s e s o f s o r u s d i f f e r e n t i a t i o n a n d s o r u s a b s c i s s i o n f o r N e r e o c y s t i s . 6 An i n t e g r a t i o n of data from t h i s mode of sorus sampling and data from the t r a n s i t i o n and expansion zones has provided the ob s e r v a t i o n s f o r t h i s t h e s i s . 2. L i g h t Microscopy Some t i s s u e s were f i x e d i n a s o l u t i o n of 5% f o r m a l i n i n sea water. However, most were f i x e d as d e s c r i b e d below f o r e l e c t r o n microscopy with e i t h e r a g l u t a r a l d e h y d e or a paraformaldehyde/glutaraldehyde s o l u t i o n . . I n any case, a f t e r washing a l l were dehydrated i n an ethanol s e r i e s and then i n f i l t r a t e d with g l y c o l m e t h a c r y l a t e (Poly s c i e n c e s JB - 4 Embedding K i t ) . A f t e r p o l y m e r i z a t i o n s e c t i o n s were c u t on a S o r v a l J E - 4 microtome at 2.5 um and mounted on g l a s s s l i d e s f o r subseguent s t a i n i n g and viewing. 3. Transmission E l e c t r o n Microscopy T i s s u e pieces obtained as i n the f i r s t s e c t i o n were immersed i n the f i x a t i v e s o l u t i o n i n a p e t r i d i s h . Most f i x a t i o n s are a modified Karnovski's f i x a t i v e , a mix of 1% paraformaldehyde and 4% g l u t a r a l d e h y d e i n a 0.1 M sodium c a c o d y l a t e b u f f e r a t pH 7 . 4 . F i x a t i o n was f o r a d u r a t i o n of two t o f o u r hours. T h i s was followed by three 30 min washes i n the. same b u f f e r . Post f i x a t i o n was c a r r i e d out i n 1% 7 o s m i u m t e t r o x i d e f o r f o u r h o u r s a t r o o m t e m p e r a t u r e o r o v e r n i g h t a t 4 C . T h i s w a s f o l l o w e d b y d e h y d r a t i o n i n a n a c e t o n e s e r i e s , a n d s u b s e g u e n t i n f i l t r a t i o n w i t h S p u r r ' s ( 1 9 6 6 ) r e s i n . S e c t i o n s w e r e c u t w i t h a d i a m o n d f o r TEM o n a R e i c h e r t CMO 3 u l t r a m i c r o t o m e , s t a i n e d i n u r a n y l a c e t a t e a n d S a t o ' s ( 1 9 6 7 ) l e a d . I n s e m e c a s e s 1 um s e c t i o n s w e r e t a k e n o f t h i s t i s s u e f o r l i g h t m i c r o s c o p y . . 4 . S c a n n i n g E l e c t r o n M i c r o s c o p y F r e s h m a t e r i a l was q u e n c h e d i n l i q u i d F r e c n 2 2 , c o o l e d i n l i q u i d n i t r o g e n a n d t h e n f r o z e n i n l i g u i d n i t r o g e n . F r e e z i n g w a s f o l l o w e d b y d r y i n g i n a n E d w a r d ' s S p e e d i v a c t i s s u e d r y e r . O t h e r m a t e r i a l was t a k e n a f t e r a l d e h y d e a n d p o s t f i x a t i o n f r o m a c e t o n e i n t o a m y l a c e t a t e a n d t h e n c r i t i c a l p o i n t d r i e d i n a P a r r I n s t . C o . p r e s s u r e b o m b . T i s s u e s w e r e g o l d o r g o l d -p a l a d i u m c o a t e d i n e i t h e r a M i k r o s V E - 1 0 v a c u u m e v a p o r a t o r o r a P o l a r o n S p u t t e r C o a t i n g D e v i c e . A l l t i s s u e s w e r e v i e w e d i n a C a m b r i d g e s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p e . I n c e r t a i n c a s e s p l a s t i c e m b e d d e d s p e c i m e n s w e r e f r a c t u r e d a n d t h e n c o a t e d a s a b o v e f o r v i e w i n g i n t h e S E M . 5 . . H i s t o l o g y T i s s u e s p r o c e s s e d w i t h t h e J B - 4 m i c r o t o m e i n m e t h a c r y l a t e 8 w e r e s u b j e c t e d t c a v a r i e t y o f s t a i n i n g p r o c e e d u r e s . . T h e T o l u i d i n e B l u e 0 t e c h n i g u e a s o u t l i n e d b y F e d e r a n d O ' B r i e n ( 1 S 6 8 ) w a s u s e d t o l o c a l i z e p r e s u m e d a c i d a n d / o r s u l f a t e d p o l y s a c c h a r i d e s t h r o u g h i t s p u r p l e t o r e d m e t a c h r o m a s i a a s e m p l o y e d b y M c C u l l y ( 1 9 6 6 , 1 9 6 8 a b , 1 9 7 0 ) . I n o r d e r t o d i f f e r e n t i a t e a c i d f r o m s u l f a t e d p o l y s a c c h a r i d e s t h e A l c i a n B l u e / S a f r a n i n 0 ( A B / S O ) m e t h o d a d a p t e d f r o m S p i c e r ( 1 9 6 0 , 1 9 6 2 ) was u s e d . H e r e t h e b l u e s t a i n i n g o f a l c i a n b l u e i n d i c a t e d a c i d p o l y s a c c h a r i d e s w h i l e r e d t h e p r e s e n c e o f s u l f a t e d p o l y s a c c h a r i d e s . A s a c h e c k t h i s t e c h n i g u e w a s t r i e d o n F u c u s a n d l o c a l i z a t i o n o f a c i d a n d s u l f a t e d p o l y s a c c h a r i d e s a g r e e d w i t h t h o s e o f M c C u l l y ( 1 9 6 6 , 1 9 6 8 a b ) . A n a l i n B l u e B l a c k (ABB) was u s e d a c c o r d i n g t o F i s h e r ( 1 9 6 8 ) a s a g e n e r a l p r o t e i n s t a i n f o r t h e c y t o p l a s m b y i t s e l f a n d f o l l o w i n g t h e P e r i o d i c A c i d S c h i f f ' s t e c h n i g u e ( J e n s e n 1962) f o r n e u t r a l p o l y s a c c h a r i d e s . To e n s u r e t h a t a l d e h y d e s o f t h e f i x a t i v e s w e r e n o t i n t e r f e r i n g w i t h t h i s t e c h n i q u e a n a l d e h y d e b l o c k was p e r f o r m e d a c c o r d i n g t o K a s t e n a n d L a l a ( 1 9 7 5 ) . . T h i s s i g n i f i c a n t l y e n h a n c e d s p e c i f i c i t y . 6 . N e g a t i v e S t a i n i n g a n d S h a d o w i n g N e g a t i v e s t a i n i n g w a s p e r f o r m e d w i t h p h o s p h o t u n g s t i c a c i d a c c o r d i n g t o H y a t t ( 1 9 7 5 ) . . S h a d o w i n g w a s d o n e w i t h p l a t i n u m i n a B a l z e r s F r e e z e - e t c h a p p a r a t u s . 9 MATEEIALS AND METHODS FIGURES, THALLUS AND TISSUE SAMPLING 10 P l a t e I F i g u r e 1. The whole t h a l l u s . The t h a l l u s of N e r e o c y s t i s i s anchored to the s u b s t r a t e by a h o l d f a s t c o n s i s t i n g of branched haptera. The s t i p e bears a hollow swollen pneumatocyst at i t s upper extent. The numerous laminae are a t t a c h e d to the a p i c a l dome o f the pneumatocyst by t h e i r t r a n s i t i o n zones of the i n t e r c a l a r y meristems. Laminae which are f e r t i l e u s u a l l y bear from one to s e v e r a l s o r i i n a l i n e a r seguence with the youngest s o r i most p r o x i m a l l y located,. Holes remain where most d i s t a l mature s o r i are r e l e a s e d from the laminae. 12 P l a t e I I F i g u r e 2 . . I n t e r c a l a r y m e r i s t e m o f a y o u n g N e r e o c y s t i s t h a l l u s . T h e . t r a n s i t i o n z o n e i s a t t h e j u n c t i o n o f l a m i n a a n d p n e u m a t o c y s t s e e n h e r e a s t h e t i s s u e b e t w e e n t h e . a r r o w h e a d s . L a m i n a t i s s u e d i s t a l t o t h e t r a n s i t i o n z o n e t i s s u e i s s t i l l i n c r e a s i n g i n w i d t h a n d t h e d i s t a l e x t e n t s o f l a m i n a s p l i t t i n g a r e s e e n ( h e a v y a r r o w s ) . U s u a l l y a v i s i b l e s h a l l o w f u r r o w ( f i n e a r r o w s ) d i s t a l l y p r e c e d e s t h e a d v a n c i n g p o i n t o f l a m i n a s p l i t t i n g . . S c a l e e q u a l s 0 . 5 c m . F i g u r e 3 . , P r o x i m a l p o r t i o n o f a n e x c i s e d f e r t i l e l a m i n a . The t i s s u e f r c m t h e t r a n s i t i o n z o n e d i s t a l l y t o t h e p o i n t o f p a r a l l e l l a m i n a e d g e s m a r k s t h e e x t e n t o f t h e e x p a n s i o n z o n e . A s o r u s i s v i s i b l e i n t h e m a t u r e v e g e t a t i v e t i s s u e s . . S c a l e e q u a l s 2 . 5 c m . F i g u r e 4 . M i d r e g i o n o f a n e x c i s e d f e r t i l e l a m i n a . T h r e e s o r i a r e v i s i b l e ( A , B a n d C) . T h e y o u n g e s t (A) i s c l o s e s t t c t h e m e r i s t e m a n d p n e u m a t o c y s t . T h e o l d e s t (C) i s l o c a t e d m o s t d i s t a l l y f r o m t h e m e r i s t e m a n d i s d e l i m i t e d b y a c l e a r m a r g i n . T h e D m a r k s t h e h o l e l e f t b y a p r e v i o u s l y r e l e a s e d s o r u s . S o r u s B i s i n a n i n t e r m e d i a t e s t a g e o f d e v e l o p m e n t . S c a l e e q u a l s 2 . 5 c m . 13 14 P l a t e I I I F i g u r e 5 . Y o u n g s o r u s i n m a t u r e t i s s u e s o f a l a m i n a . F o r a l l f i x a t i o n s a r e c t a n g u l a r p i e c e o f t i s s u e i s e x c i s e d a l o n g t h e m a r g i n o f t h e s o r u s ( d a s h e d l i n e s ) . S c a l e e g u a l s 2 . 5 c m . F i g u r e 6 . S c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o g r a p h o f a p i e c e o f t i s s u e e x c i s e d a s a b o v e . T h e s o r a l t i s s u e i s c l e a r l y s e p a r a t e d f r o m v e g e t a t i v e by t h e s o r u s m a r g i n . T h e s e r e c t a n g l e s w e r e s l i c e d t r a n s v e r s e l y i n t o t h i n s t r i p s ( a s i n c l u d e d i n t h e d a s h e d l i n e s ) . T h i n s t r i p s w e r e p r o c e s s e d f o r t r a n s m i s s i o n e l e c t r o n m i c r o s c o p y w h i l e w i d e o n e s w e r e p r o c e s s e d f o r l i g h t m i c r o s c o p y . S c a l e e g u a l s 0 . 5 mm. F i g u r e 7 . A t h i n s t r i p o f t i s s u e . T h e d o t t e d l i n e s r e p r e s e n t p l a n e s i n w h i c h t h i n s e c t i o n s w e r e t a k e n f o r t r a n s m i s s i o n e l e c t r o n m i c r o s c o p y a c r o s s t h e s o r u s m a r g i n , v e g e t a t i v e a n d s o r a l t i s s u e s . F o r l i g h t m i c r o s c o p y s e c t i o n s o f w i d e r b l o c k s o f t i s s u e w e r e t a k e n a l o n g t h e i r w h o l e l e n g t h . . S c a l e e q u a l s 1 mm. F i g u r e 8 . V e g e t a t i v e e n d o f a l i g h t m i c r o s c o p e s e c t i o n . H i s t o l o g i c a l l y t h e v e g e t a t i v e t i s s u e s c o n s i s t o f t w o o u t e r l a y e r s o f m e r i s t o d e r m c e l l s , t w o i n n e r l a y e r s o f c o r t i c a l c e l l s a n d t h e c e n t r a l l a y e r o f m e d u l l a . S c a l e e q u a l s 100 um. . 15 F i g u r e 9,. S o r u s m a r g i n a r e a o f a n LM s e c t i o n . B o t e d i s j u n c t i o n o f t h e o u t e r w a l l ( a r r o w h e a d s ) , e r o s i o n o f m e r i s t o d e r m c o n s t i t u e n t s , a n d t h i n n i n g o f t h e c e n t r a l m e d u l l a l a y e r . . S c a l e e q u a l s 100 u m . . F i g u r e 10 . . S o r a l e n d o f an LM s e c t i o n . H i s t o l o g i c a l l y t h e m e r i s t o d e r m h a s d i f f e r e n t i a t e d i n t o z o o s p o r a n g i a , p a r a p h y s e s a n d s u b t e n d i n g c e l l s . T h e o u t e r w a l l i s l o o s e n e d ( a r r o w h e a d ) . . S c a l e e q u a l s 100 u m . F i g u r e 1 1 . S e c t i o n f r o m v e g e t a t i v e e n d o f a t h i n t i s s u e s t r i p f o r E M . N o t e m e r i s t o d e r m a n d c o r t e x c e l l s t y p i c a l o f v e g e t a t i v e t i s s u e s a d j a c e n t t o t h e s o r i . S c a l e e q u a l s 10 um. F i g u r e 1 2 . . S e c t i o n a c r o s s s o r u s m a r g i n r e g i o n o f a t h i n t i s s u e s t r i p f o r E M . N o t e t h e z o o s p o r a n g i a l a n d p a r a p h y s i s i n i t i a l s a n d t h e i r s u b t e n d i n g c e l l s . . S c a l e e q u a l s 10 u m . F i g u r e 13. S e c t i o n f r o m t h e s o r a l e n d o f a t h i n s t r i p . C o m p o n e n t s o f t h e s o r u s a r e v i s i b l e ; z o o s p o r a n g i a , p a r a p h y s e s , o u t e r c e l l w a l l , e x t r a c e l l u l a r s p a c e a n d s u b t e n d i n g c e l l s . . S c a l e e q u a l s 10 um. 17 I I I CHAPTER 1 . . MERISTODERM D I F F E R E N T I A T I O N 1 . I n t r o d u c t i o n The t e r m m e r i s t o d e r m w a s a p p l i e d t o s u p e r f i c i a l c e l l s i n t h e L a m i n a r i a l e s b y S a u v a g e a u ( 1 9 1 8 ) . T h i s m e r i s t o d e r m d i r e c t l y g e n e r a t e s m o r e m e r i s t o d e r m a n d new c o r t i c a l t i s s u e s t h r o u g h a n t i c l i n a l a n d p e r i c i n a l d i v i s i o n s ( F r i t s c h 1 9 4 5 ) . T h i s m e r i s t o d e r m i s a l s o t h e s o u r c e o f t h e z o o s p o r a n g i a l s o r i i n t h i s o r d e r ( F r i t s c h 1 9 4 5 ) . K n o w l e d g e o f a m e r i s t o d e r m r o l e i n b c t h m u c i l a g e d u c t a n d m u c i l a g e g l a n d c e l l i n c e p t i o n i n t h e L a m i n a r i a l e s i s l o n g s t a n d i n g ( G u i g n a r d 1 8 9 2 , O l i v e r 1 8 8 7 , S k o t t s b e r g 1 9 0 7 , Y e n d o 1 9 0 9 ) . . I n a d d i t i o n e v i d e n c e f o r a m o r e d i r e c t i n v o l v e m e n t t h a n p r e v i o u s l y i n d i c a t e d h a s b e e n p r e s e n t e d r e c e n t l y ( K a s a h a r a 1 9 6 7 , 1 9 7 3 , W a l k e r a n d B i s a l p u t r a 1 9 7 7 ) . A l t h o u g h s o m e w h a t v a r i a b l e t h e m e r i s t o d e r m may p l a y a r o l e i n t h a l l u s f i s s u r i n g c r s p l i t t i n g ( W e l l s 1 9 1 0 ) , a p r o c e s s r e s p o n s i b l e f o r much o f t h e d i v e r s i t y w i t h i n t h i s o r d e r ( F r i t s c h 1 9 4 5 ) . A l t h o u g h t h e r e i s i n t e r e s t i n t h e g r o w t h o f t h e L a m i n a r i a l e s t h e f o c u s c f i n t e r e s t h a s n o t b e e n a n a t o m i c a l ( R u s s e l l 1 S 7 3 ) . T h e r e a r e o n l y a f e w u l t r a s t r u c t u r a l s t u d i e s w h i c h h a v e d e a l t w i t h a n y p o r t i o n o f t h e m e r i s t o d e r m o f m e m b e r s o f t h i s o r d e r ( C h i a n d N e u s h u l 1 9 7 2 , s p o r o p h y l l s o f M a c r o c y s t i s ; D a v i e s , F e r r i e r a n d J o h n s t o n 1 9 . 7 3 , h a p t e r a o f L a m i n a r i a 18 E v a n s , S i m p s o n a n d C a l l o w 1 9 7 3 , s u l f a t e m e t a b o l i s m o f m e r i s t o d e r m c e l l s o f L a m i n a r i a ) . . A l t h o u g h G h e r a r d i n i a n d N o r t h ( 1 9 7 2 ) h a v e l o o k e d a t e m b r y o n i c s p o r o p h y t e s o f M a c r o c y s t i s w i t h t h e E M , d e v e l o p m e n t was n o t f o l l o w e d t o i n t e r c a l a r y m e r i s t e m d i f f e r e n t i a t i o n . R e c e n t l y P e n n y ( P e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n ) h a s d e s c r i b e d m i t o s i s i n t h e i n n e r c o r t e x o f L a m i n a r i a i n t e r c a l a r y m e r i s t e m s . . I n l i g h t o f t h i s p a u c i t y o f i n f o r m a t i o n c o n c e r n i n g s u b c e l l u l a r a s p e c t s o f t h e m e r i s t o d e r m i t h a s b e e n n e c e s s a r y t o u n d e r t a k e a s u r v e y o f t h e m e r i s t o d e r m o f f e r t i l e l a m i n a e o f N e r e o c y s t i s . O b s e r v a t i o n s f r c m t h e b a s a l t r a n s i t i o n z o n e o f t h e l a m i n a , t h e r e g i o n o f l a m i n a e x p a n s i o n , t h e r e g i o n a d j a c e n t t o y o u n g e s t s o r i a n d t h e r e g i o n a d j a c e n t t o m o s t m a t u r e s o r i a r e r e p o r t e d h e r e . T h e s e r e g i o n s o f m e r i s t o d e r m a r e m o r p h o l o g i c a l l y c h a r a c t e r i z e d b y c o m p a r i s o n w i t h s i m i l a r o b s e r v a t i o n s i n e t h e r b r o w n a l g a e . T h e s t r u c t u r a l a s p e c t s o f t h e f o u r t i s s u e r e g i o n s a r e c o m p a r e d a n d c y t o m o r p h o g e n e s e s a r e d i s c u s s e d i n l i g h t o f s i m i l a r m o r p h o l o g i c a l s t u d i e s ( F a g e r b e r g a n d D a w e s 1 9 7 7 , O l i v e i r a a n d B i s a l p u t r a 1 9 7 3 a n d 1 9 7 7 a - d ) . 2 . . O b s e r v a t i o n s 2 . 1 . T r a n s i t i o n Z o n e M e r i s t o d e r m C e l l s 19 T h e . t r a n s i t i o n z o n e o f N e r e p c y s t i s i s c o n s i d e r e d h e r e t o l i e a t t h e j u n c t i o n b e t w e e n p n e u m a t o c y s t a n d l a m i n a ( F i g . 1 a ) . T h i s i s t h e n a r r o w e s t p o i n t o f t h e l a m i n a a n d t h e s u p e r f i c i a l l a y e r o f m e r i s t o d e r m c e l l s f o u n d h e r e c o n t r i b u t e t o t h e t i s s u e s o f t h e l a m i n a b y a n t i c l i n a l a n d p e r i c l i n a l d i v i s i o n s ( F r i t s c h 1 9 4 5 ) . T h e t r a n s i t i o n z o n e i s a l l t h a t a n c h o r s t h e l a m i n a t o t h e p n e u m a t o c y s t . I t w a s s u r p r i s i n g t o d i s c o v e r t h a t t h i s t i s s u e i n y o u n g e r t h a l l i r e q u i r e d t h e g r e a t e s t c a r e i n s e l e c t i o n a n d p r e s e r v a t i o n . J u v e n i l e t h a l l i e x p o s e d t o a i r d i s i n t e g r a t e d u r i n g f i x a t i o n a t t h i s p o i n t , 2 . 1 . 1 . A n a t o m y M e r i s t o d e r m c e l l s o f t h i s z o n e a r e l o o s e l y a s s o c i a t e d . T h e o u t e r l a y e r o f w a l l m a t e r i a l i s o f t e n l o o s e n e d a n d p a r t i a l l y i f n o t c o m p l e t e l y d i s l o d g e d ( F i g . 2 a n d 3 ) . T h e i n n e r m o s t l a y e r o f t h e o u t e r c e l l w a l l r e m a i n s a n d i s c o n t i n u o u s w i t h t h e a n t i c l i n a l c e l l w a l l s ( F i g . 4 ) . . T h e i n t e r n a l p e r i c l i n a l w a l l s , a l s o c o n t i n u o u s w i t h t h e a n t i c l i n a l w a l l s ( F i g . 4 ) , r e m a i n i n t a c t b e t w e e n m e r i s t o d e r m c e l l s a n d c o r t i c a l i n i t i a l s a s w e l l a s b e t w e e n c o r t i c a l c e l l s ( F i g . 2 a n d 4 - 6 ) . A n t i c l i n a l w a l l s o f a d j a c e n t m e r i s t o d e r m a n d c o r t i c a l c e l l s a r e d i s s o c i a t e d ( F i g . 2 a n d 5 ) . T h u s t h e m e r i s t o d e r m c e l l s a p p e a r a s a p i c a l m e r i s t e m c e l l s o f c l o s e l y a s s o c i a t e d f i l a m e n t s r a t h e r t h a n a s c e l l s o f a u n i f i e d t i s s u e ( F i g . 2 a n d 6 ) . . M e r i s t o d e r m c e l l s w h i c h h a v e j u s t c o m p l e t e d a n a n t i c l i n a l d i v i s i o n a r e c l o s e l y a s s o c i a t e d ( F i g . 5 ) . O t h e r w i s e t h e r e a r e 20 f a i r l y l a r g e spaces between a n t i c l i n a l w a l l s (Fig.2 and 7). In s e c t i o n these meristoderm c e l l s are g e n e r a l l y a t l e a s t twice as long as they are wide (Fig.6 and 7). In most cases, the new c o r t i c a l c e l l s are no wider than the meristoderm c e l l s they subtend which r e i n f o r c e s the f i l a m e n t o u s appearance (Fig.6 and 7) . 2 . 1.2. H i s t o l o g y With T o l u i d i n e Blue 0 (TBO) s t a i n i n g f o r a c i d and s u l f a t e d p o l y s a c c h a r i d e s the continuous c u t e r l a y e r of c e l l w a l l m a t e r i a l s t a i n s metachromatically p o s i t i v e . The c e l l w a l l m a t e r i a l immediately surrounding each meristoderm c e l l i s even more metachromatic. T h i s l a y e r i s very t h i n over the a p i c a l s u r f a c e of the c e l l ( F i g . 3 ) . N u c l e i (Fig.6 and 7) s t a i n t u r q u o i s e and o f t e n are accompanied by densely s t a i n i n g reddish-metachromatic m a t e r i a l on t h e i r b a s a l or l a t e r a l margins ( F i g . 3 ) . Most of the r e l a t i v e l y s m a l l w h i t i s h - g r e e n c h l o r o p l a s t s are i n the a p i c a l cytoplasm (Fig.3 and 4) with a mixture of blue-green granules and some v e s i c u l a t i o n ( F i g . 3 ~ 5 ) . The ground cytoplasm i s a l i g h t t u r q u o i s e - b l u e with TBO s t a i n i n g . With A n a l i n Blue-Black (ABB) s t a i n i n g f o r p r o t e i n s the f i l a m e n t o u s appearance of t h i s t i s s u e i s accentuated ( F i g . 6 ) . The n u c l e i and c h l o r o p l a s t s are the dominant f e a t u r e s of the cytoplasm as they s t a i n densely (Fig.6 and 7) i n c o n t r a s t to the cytoplasm. C h l o r o p l a s t s i n the a p i c a l cytoplasm of these c e l l s are c l e a r l y seen (Fig.7 ) . Small 21 densely s t a i n i n g , polymorphic granules are also seen throughout the cytoplasm (Fig, 7). 2.1.3. Ultrastructure Morphological and histochemical observations which revealed the d e l i c a t e and somewhat loose nature of the c e l l walls of these t r a n s i t i o n zone meristoderm c e l l s are confirmed by observations at the u l t r a s t r u c t u r a l l e v e l . In tissues used for electron microscope (EM) f i x a t i o n s the outermost layer of continuous p e r i c l i n a l wall material has been l o s t during preparation (Fig.8). A l l that remains of the outer wall over the a p i c a l surfaces of the c e l l s are sparse cloud-like masses of f i b r i l l a r material (Fig.8 and 15) and a thin layer of f i b r i l l a r wall around the plasma membrane (Fig.15). . This thin wall of the a p i c a l surface of the protoplast i s continuous around the entire c e l l . I t thickens b a s i p e t a l l y along the a n t i c l i n a l walls (Fig.8, 11 and 12). There are frequently l a t e r a l spaces between meristoderm c e l l s which are usually f i l l e d with less dense c e l l wall material (Fig. 8,9 and 10). The v a r i a b i l i t y seen i n a n t i c l i n a l c e l l wall thickness i s probably the r e s u l t of time elapsed since the completion of the l a s t a n t i c l i n a l d i v i s i o n (Fig. 9). Although i n median transverse section the basal p e r i c l i n a l walls may show variations i n thickness, they nevertheless remain densely stained (Fig.8-11). Newly formed a n t i c l i n a l c e l l walls are frequently observed between c e l l s on the edges of apparent 22 m e r i s t o d e r m i n f o l d i n g s ( F i g . 9 a n d 10) p r e v i o u s l y i d e n t i f i e d b y M a c M i l l a n ( 1 8 9 9 ) a s p r i m i t i v e f u r r o w s . P i t f i e l d s o f t y p i c a l p l a s m o d e s m a t a ( B i s a l p u t r a 1 9 6 6 ) a r e f o u n d i n t h e a n t i c l i n a l c e l l w a l l s ( F i g . 1 1 ) b u t m o s t l y i n t h e b a s a l p e r i c l i n a l w a l l s ( F i g . 8 a n d 1 0 ) . P r o m i n e n t a n d s l i g h t l y b a s a l n u c l e i e f f e c t i v e l y d i v i d e t h e p r o t o p l a s t s i n t o a l a r g e r a p i c a l a n d s m a l l e r b a s a l c y t o p l a s m ( F i g . 9 a n d 1 0 ) . N u c l e a r s h a p e i s v a r i a b l e ( F i g . 8 - 1 0 a n d 1 2 ) . I n v a r i a b l y a n u c l e o l u s i s p r e s e n t c o n s i s t i n g o f t h r e e v e r y d i s t i n c t r e g i o n s ( F i g . 1 2 a n d 1 9 ) . T h e r e i s a n i n t e r n a l p o c k e t d e l i m i t e d b y a d e n s e l y s t a i n i n g f i b r i l l o - g r a n u l a r r e g i o n ( F i g . 12 a n d 1 9 ) . . T h i s p a r s f i b r o s a i s s u r r o u n d e d b y a l a y e r o f p r e s u m p t i v e g r a n u l a r r i b o n u c l e c p r o t e i n s , t h e p a r s g r a n u l o s a ( F i g . 1 2 a n d 1 9 ) . T h e r e a r e s m a l l m a s s e s o f h e t e r o c h r o m a t i n t h r o u g h o u t t h e n u c l e u s a n d a l o n g t h e n u c l e a r e n v e l o p e ( F i g . 1 2 ) . T h e n u c l e a r e n v e l o p e i s i n t e r r u p t e d f r e g u e n t l y b y p o r e s . A t p o i n t s t h e p e r i n u c l e a r s p a c e i s c o n f l u e n t w i t h t h e i n t r a c i s t e r n a l s p a c e o f t h e c h l o r o p l a s t e n d o p l a s m i c r e t i c u l u m (CEE) ( F i g . 1 2 , a r r o w h e a d 1 ) . . T h e CEE may a l s o s h o w l u m i n a l c o n f l u e n c e w i t h t h e EE o f t h e c e l l ( F i g . 1 2 , a r r o w h e a d 2 ) . T h e r e i s c o n t i u i t y , t h e r e f o r e , b e t w e e n t h e n u c l e a r e n v e l o p e , CEE a n d EE m e m b r a n e s . . The c h l o r o p l a s t s w h i c h o c c u r p r i m a r i l y i n t h e a p i c a l c y t o p l a s m a r e d e l i m i t e d b y C E E a n d a c h l o r o p l a s t e n v e l o p e ( F i g . 1 3 ) . O f t e n i n s e c t i o n t h e r e a r e r e g i o n s b e t w e e n t h e CEE a n d t h e c h l o r o p l a s t e n v e l o p e w h i c h c o n t a i n s o m e s m a l l v e s i c l e s 23 ( F i g , 13) . T h e c h l o r o p l a s t m a t r i x s t a i n s l i g h t l y a n d c o n t a i n s t h e t y p i c a l p e r i p h e r a l t h y l a k o i d s , r i n g g e n o p h o r e a n d t w o t o f o u r c e n t r a l s t a c k s o f t h r e e t h y l a k o i d s ( F i g , 1 3 ) . . F r o m t h e v a r i e t y c f m o r p h o l o g i e s s e e n i n t h e a p i c a l c y t o p l a s m i t w o u l d a p p e a r t h a t many c h l o r o p l a s t s a r e i n t h e p r o c e s s o f d i v i s i o n ( F i g . 8 - 1 0 a n d B i s a l p u t r a a n d B i s a l p u t r a 1 9 7 0 ) , T h e d i c t y o s o m e s a r e u s u a l l y l o c a t e d o n t h e b a s a l a n d l a t e r a l s u r f a c e s o f n u c l e i ( F i g . 8 - 1 0 a n d 1 2 ) . B y m e a n s o f s e r i a l s e c t i o n i n g , t h r e e r e g i o n s o f t h e m e m b r a n e o r g a n i z a t i o n o f t h e d i c t y o s o m e s a r e d i s t i n g u i s h a b l e s i m i l a r t o t h o s e d e s c r i b e d e l s e w h e r e ( W h a l e y 1 9 7 5 ) . I n t h e c e n t r a l r e g i o n o f t h e c i s t e r n a l m e m b r a n e s a r e c l o s e l y a s s o c i a t e d ( F i g . 1 4 ) . M o v i n g r a d i a l l y t h e m e m b r a n e s o f t h e c i s t e r n a e d i s s o c i a t e , p r o d u c i n g a l a r g e r i r r e g u l a r l u m e n a n d i n s e c t i o n s h o w d i s c o n t i n u i t i e s ( F i g . 1 4 ) . T h e s e r e p r e s e n t t h e r e t i c u l a t e o r f e n e s t r a t e a r e a s o f t h e c i s t e r n a e a n d t h u s a r e n o t a c t u a l d i s j u n c t i o n s ( M o r r e , M o l l e n h a u e r a n d B r a c k e r 1 9 7 1 ) . . T h e d i s t a l m o s t p o r t i o n s a r e h y p e r t r o p h i e d a n d c o n t a i n w h a t a p p e a r s t o b e c e l l w a l l p r e c u r s o r s ( F i g . 1 4 ) . . I t i s t h e s e h y p e r t r o p h i e d p o r t i o n s o r l a r g e v e s i c l e s w h i c h d o m i n a t e t h e g o l g i a p p a r a t u s o f t h e s e c e l l s ( F i g . 1 2 ) . . S c a t t e r e d a b o u t t h e i n d i v i d u a l d i c t y o s o m e s a r e s m a l l v e s i c l e s ( F i g . 1 4 ) . Some o f t h e s e v e s i c l e s a p p e a r e d t o o r i g i n a t e f r o m t h e . n u c l e a r e n v e l o p e a n d p r e s u m a b l y a r e i n c o r p o r a t e d i n t o t h e f o r m a t i v e f a c e o f t h e d i c t y o s o m e ( F i g . 1 4 ) . T u b u l a r e x t e n s i o n s o f h y p e r t r o p h i e d p o r t i o n s o f t h e c i s t e r n a e a n d c o a t e d v e s i c l e s a r e r o u t i n e l y 24 o b s e r v e d . D l t r a s t r u c t u r a l l y t h e a p i c a l c y t o p l a s m i s m o s t o f t e n c h a r a c t e r i z e d b y c h l o r o p l a s t s , a m o r e o r l e s s c o m p l e x s y s t e m o f m e m b r a n e b o u n d v e s i c l e s , a n u m b e r o f m i t o c h o n d r i a l p r o f i l e s , t h e o c c a s i o n a l m i c r o b o d y - l i k e s t r u c t u r e , a n d t u b u l e s o f r o u g h ER ( F i g . 1 5 ) . T h e p l a s m a m e m b r a n e i n t h i s a r e a s h o w s s h a l l o w i n v a g i n a t i o n s a n d c c n v o l u t i o n s ( F i g . 1 5 , l a r g e a r r o w h e a d s ) . T h e m e m b r a n e s o f t h e v e s i c l e s a r e h e a v i l y s t a i n e d a n d c o m p a r a b l e t o t h o s e f o u n d a r o u n d t h e g o l g i a p p a r a t u s ( c o m p a r e F i g . 1 5 , 16 a n d 17 w i t h F i g . 1 4 ) . T h e i r c o n t e n t s , when v i s i b l e , a r e n o t i d e n t i c a l t o t h e f i b r i l l a r m a t e r i a l f o u n d i n h y p e r t r o p h i e d r e g i o n s o f t h e d i c t y o s o m e c i s t e r n a e ( F i g . 1 6 a n d 1 7 ) . T h e y a p p e a r t c b e l a r g e r a n d i n some c e l l s p r e s e n t e x t r e m e l y c o m p l e x c o n f i g u r a t i o n s ( F i g . 1 7 ) . „ W h e r e t h e y h a v e n o t b e c o m e s o c o m p l e x t h e r e a r e a r e a s w h e r e t h e v e s i c l e s a p p e a r c o l l a p s e d ( F i g . 1 5 , s m a l l a r r o w h e a d s a n d " V " ) , w i t h a n a s s o c i a t i o n o f t h e m e m b r a n e s . I n many a r e a s t h e r e a r e b o t h s i n g l e a n d d o u b l e m e m b r a n e b o u n d i n c l u s i o n s ( F i g . 1 6 ) . T h e s i n g l e m e m b r a n e b o u n d i n c l u s i o n s a r e i n v a g i n a t i o n s o f t h e v e s i c l e s s e e n i n c r o s s s e c t i o n ( F i g . 1 6 , v i ) , a n d t h e d o u b l e m e m b r a n e b o u n d i n c l u s i o n s a r e p r o d u c e d b y i n t e r d i g i t a t i o n o f n e i g h b o r i n g v e s i c l e s ( F i g . 1 6 , * ) . The b a s a l c y t o p l a s m i s c h a r a c t e r i z e d by f e w c h l o r o p l a s t s , a n u m b e r o f m i t o c h o n d r i a l p r o f i l e s , some r o u g h E R , t h e o c c a s i o n a l ' g o l g i v e s i c l e a n d o f t e n i n t h e l o n g e r c e l l s a r e g i o n o f l i g h t e r h o m o g e n o u s c y t o p l a s m ( F i g . 2 0 ) . M i c r o b o d y - l i k e 25 s t r u c t u r e s a r e o f t e n f o u n d i n t h e b a s a l c y t o p l a s m ( F i g . 2 0 ) . C a r e f u l e x a m i n a t i o n o f t h e m a r g i n s o f t h e c l e a r , h o m o g e n o u s a r e a s o f b a s a l c y t o p l a s m r e v e a l s p r o f i l e s o f EE s u r r o u n d i n g t h e e n t i r e a r e a ( F i g . 2 0 ) a n d h a v i n g o n l y s m a l l a p p a r e n t d i s j u n c t i o n s ( F i g . 2 0 , l a r g e a r r o w h e a d s ) . I n F i g u r e 20 a g o l g i v e s i c l e w i t h s e m e m e m b r a n e b o u n d i n c l u s i o n s a p p e a r s t o h a v e b e e n a d m i t t e d t o o r i n c l u d e d i n t h i s r e g i o n . C l u s t e r s o f f r e e r i b o s o m e s a r e d i s t r i b u t e d f a i r l y e v e n l y t h r o u g h o u t t h e c y t o p l a s m o f t h e s e c e l l s a n d s e r i a l s e c t i o n s r e v e a l t h a t many o f t h e m i t o c h o n d r i a l p r o f i l e s a r e i n r e a l i t y j u s t p o r t i o n s o f t h e s a m e o r g a n e l l e . , T h e y a r e t y p i c a l i n t h a t t h e y h a v e t u b u l a r c r i s t a e ( F i g . 2 0 ) . CHAPTER I F I G O R E S , T R A N S I T I O N ZONE 27 Plate I Figure/!.. Diagram of a whole t h a l l u s . Representative transverse sections through each of the regions examined follow. a.. Whole thallus of Nerepcystis. The t r a n s i t i o n region i s at the junction of the pneumatocyst and laminae. The expansion zone i s that portion of lamina d i s t a l to the t r a n s i t i o n zone but proximal to the pcint where the lamina margins become approximately p a r a l l e l . The youngest sorus i s that closest to the pneumatocyst while the oldest i s mcst d i s t a l . b. H i s t o l o g i c a l diagram of through the t r a n s i t i o n zone, single c e l l layer of epidermal represents the medulla and the the cortex. In t h i s region a oval tc c i r c u l a r . a transverse section Outer dark l i n e equals the c e l l s . Central black core intervening white region transverse cross section i s c. H i s t o l o g i c a l diagram of the expansion zone of a young lamina where blade s p l i t t i n g i s incomplete. Black outer l i n e equals single c e l l layered epidermis. Black central layer i s the medulla and the intervening white i s cortex. The two c o n s t r i c t i o n s in the lamina represent f u t u r e r e g i o n s c f l a m i n a s p l i t t i n g . d . H i s t o l o g i c a l d i a g r a m o f a t r a n s v e r s e s e c t i o n t h r o u g h a y o u n g e s t s o r u s . R a i s e d s u r f a c e w i t h p e r p e n d i c u l a r l i n e s i s s o r u s p r e s e n t o n b o t h s u r f a c e s . O u t e r l i n e c f s o r u s r e p r e s e n t s t h e o u t e r c e l l w a l l w h i i s c o n t i n u o u s o v e r t h e j u v e n i l e s o r u s , n o t a l a y e r o f c e l l s . O u t e r b l a c k l i n e a d j a c e n t t o t h e s o r u s d o e s r e p r e s e n t t h e e p i d e r m i s . T h e r e i s n o e v i d e n c e o f t h e i m p e n d i n g s o r u s a b s c i s s i o n . T h e s i n g l e c e l l l a y e r e d e p i d e r m i s a d j a c e n t t o t h e s o r u s w a s e x a m i n e d . e . H i s t o l o g i c a l d i a g r a m o f a t r a n s v e r s e s e c t i o n t h r o u g h t h e m o s t m a t u r e s o r u s . E r o s i o n o f t h e s o r u s i t s m a r g i n s i s c o m p l e t e a n d s e p a r a t i o n may b e g i n . S a m p l i n g w a s d o n e b e t w e e n s o r u s m a r g i n s a n d l a m i n a m a r g i n s , c l o s e r t o t h e s o r u s . 30 P l a t e I I F i g u r e 2 . M e r i s t o d e r m o f t h e t r a n s i t i o n z o n e . M i d d l e l a m e l l a r d i s s o c i a t i o n i s e v i d e n t f o r a n t i c l i n a l w a l l s . N o t e c u t e r l a y e r o f TBO d e n s e l y s t a i n e d m a t e r i a l . M e r i s t o d e r m c e l l s a p p e a r a s a p i c a l c e l l s . S c a l e e q u a l s 25 u m . F i g u r e 3 . S i n g l e TBO s t a i n e d t r a n s i t i o n z o n e m e r i s t o d e r m c e l l . . N o t e o u t e r w a l l c o n s i s t i n g o f o u t e r d e n s e l a y e r , i n t e r m e d i a t e l i g h t m a t e r i a l a n d i n n e r m o s t l a y e r c o n t i n u o u s w i t h a n t i c l i n a l w a l l s . S e e a l s o l i g h t c h l o r o p l a s t s a n d n u c l e u s w i t h a s s o c i a t e d p u r p l e m e t a c h r o m a t i c m a t e r i a l ( a r r o w h e a d ) . S c a l e e q u a l s 5 u m . F i g u r e 4 . . S i n g l e TBO s t a i n e d t r a n s i t i o n m e r i s t o d e r m c e l l . The i n n e r m o s t l a y e r o f o u t e r w a l l i s a l l t h a t r e m a i n s . P o i n t s o f p l a s m o d e s m a t a l c o n t i n u i t y w i t h s u b t e n d i n g c o r t i c a l c e l l s a r e v i s i b l e . . S c a l e e q u a l s 5 um. F i g u r e 5 . S i n g l e TBO s t a i n e d t r a n s i t i o n z o n e m e r i s t o d e r m c e l l . E v e n when b r o a d e n o u g h t o d i v i d e ; a n t i c l i n a l l y t h e y a r e s t i l l l o n g e r t h a n w i d e . S c a l e e q u a l s 5 um. F i g u r e 6 . AEB s t a i n e d t r a n s i t i o n z o n e m e r i s t o d e r m c e l l . C y t o p l a s m s t a i n s l i g h t l y . A p i c a l m a s s e s a r e c h l o r o p l a s t s . . S m a l l d e n s e m a s s e s i n c y t o p l a s m a r e p r e s u m e d m i t o c h o n d r i a . . C e n t r a l n u c l e u s w i t h n u c l e o l u s i s c l e a r l y v i s i b l e ( a r r o w h e a d ) . . S c a l e e q u a l s 5 um. 3 1 Figure 7 . ABB stained t r a n s i t i o n zone meristoderm c e l l s . After an a n t i c l i n a l d i v i s i o n progeny c e l l at far right has divided p e r i c l i n a l l y to produce a c o r t i c a l i n i t i a l . Scale equals 5 um. 33 P l a t e I I I F i g u r e 8 . T r a n s m i s s i o n e l e c t r o n m i c r o g r a p h o f t r a n s i t i o n z o n e m e r i s t o d e r m c e l l s . N o t e t y p i c a l c o m p l e m e n t o f o r g a n e l l e s , c e n t r a l n u c l e u s w i t h e l e c t r o n d e n s e h e t e r o c h r c m a t i c m a s s e s a n d p r o m i n e n t n u c l e o l u s , a d j a c e n t d i c t y o s o m e s o f t h e g o l g i a p p a r a t u s , m i t o c h o n d r i a a n d c h l o r o p l a s t s . A n t i c l i n a l c e l l w a l l s may b e c o m p a c t a n d e l e c t r o n d e n s e ( a r r o w h e a d s ) o r t h i n n e d i n a r e a s ( * ) . O u t e r c e l l w a l l c o n s i s t s o f d i s c r e t e l a y e r s o f f i b r i l s ( a r r o w ) p a r a l l e l t o t h e p l a s m a m e m b r a n e , l a y e r 1 a n d d i s o r g a n i z e d l o o s e f i b r i l s o u t s i d e o f t h a t . S c a l e e q u a l s 1 u m. F i g u r e 9 . L i p o f a p r i m i t i v e f u r r o w . C e l l s o f r e c e n t a n t i c l i n a l d i v i s i o n s s h o w c l o s e a p p o s i t i o n a l o n g t h e i r new a n t i c l i n a l w a l l s ( o p p o s i n g a r r o w h e a d s ) . . T h e r e a r e l o o s e r e g i o n s w h e r e t h i n n i n g a n d t r a n s i e n t s c h i z o g e n i e s a r e o b s e r v e d ( a r r o w s ) . T h e f u r r o w ( * » s ) i s b o r d e r e d b y t h e f r e e s u r f a c e s o f t h e m e r i s t o d e r m c e l l s . . S c a l e e q u a l s 1 um. 34-35 P l a t e I V F i g u r e 1 0 . B o t t o m o f a p r i m i t i v e f u r r o w . O u t e r c e l l w a l l c o n s t i t u e n t s a r e r e t a i n e d i n t h e f u r r o w l u m e n ( * ) . N o t e t h e a p i c a l c y t o p l a s m m e m b r a n e c o n f i g u r a t i o n s , c h l o r o p l a s t s , a n d s o m e w h a t c e n t r a l l y l o c a t e d n u c l e i . B a s a l c y t o p l a s m v a r i e s w i t h t h e t i m e s i n c e l a s t p e r i c l i n a l d i v i s i o n . L i t t l e b a s a l c y t o p l a s m e x i s t s f o l l o w i n g c o r t i c a l c e l l i n i t i a l s e p a r a t i o n . E l e c t r o n t r a n s l u c e n t r e g i o n s ( s m a l l * ) c h a r a c t e r i z e t h e b a s a l c y t o p l a s m . P l a s m o d e s m a t a l c o n t i n u i t i e s e x i s t b e t w e e n a d j a c e n t m e r i s t o d e r m c e l l s a n d c o r t i c a l i n i t i a l s ( a r r o w h e a d s ) . S c a l e e g u a l s 1 um. F i g u r e 1 1 . I n t e r n a l p e r c l i n a l c e l l w a l l . N o t e t h e t w o p i t f i e l d s ( b r a c k e t s ) o f s e v e r a l p l a s m o d e s m a t a i n t h e p e r i c l i n a l w a l l . T h e r e i s n o w a l l t h i c k e n i n g a m o n g s t p l a s m o d e s m a t a . S c a l e e g u a l s 1 u m . 37 Plate V Figure 1 2. The c e n t r a l l y located nucleus. Nucleoli of the 4 to 5 um nuclei consist of a c e n t r a l cavity (*), granular and f i b r i l l a r zones. The nucleoplasm contains electron opague masses of heterochromatin and i s delimited by a double membrane envelope, interrupted by pores. Note luminal c o n t i n u i t i e s between the nuclear envelope and chloroplast ER(arrowhead 1). Dictyosomes usually l i e at the basal hemisphere of the nucleus where i t s outer membrane vesiculates (arrows) • The maturing face cisternae and vesicles show hypertrophy. Chloroplasts and mitochondria are around the nucleus.. Peripheral elements of the ER may show c o n t i n u i t i e s with the chloroplast ER (arrowhead 2). Scale equals 1 um. 3© 39 P l a t e VI F i g u r e 1 3 . A meristoderm c e l l c h l o r o p l a s t . The c h l o r o p l a s t e n v e lope and EE d e l i m i t i t . Note v e s i c u l a t i o n between the c h l o r o p l a s t EE and c h l o r o p l a s t envelope ( s m a l l arrowheads) • The genophore w i t h i n g i r d l e l a m e l l a e i s v i s i b l e . Note the DNA ( l a r g e arrowhead). T h y l a k o i d s may c r o s s o v er between a d j a c e n t s t a c k s ( a r r o w s ) . . See t h e p r e s u m p t i v e s m a l l f e n e s t r a e o f t h y l a k o i d s ( s m a l l a r r o w h e a d s ) . . S c a l e e q u a l s 0.5 um. F i g u r e 1 4 . A dictyosome of the g o l g i a p p a r a t u s . The f o r m a t i v e f a c e l i e s a d j a c e n t t o t h e n u c l e a r e n v e l o p e , which v e s i c u l a t e s ( s m a l l arrowhead t o r i g h t ) . Note c e n t r a l r e g i o n of c l o s e c i s t e r n a l a s s o c i a t i o n (between l a r g e r a r r o w h e a d s ) , surrounded by a r e a s o f s l i g h t h y p e r t r o p h y which are f e n e s t r a t e ( a r r o w s ) . P e r i m e t e r s of the c i s t e r n a e a t t h e m a turing f a c e a r e h y p e r t r o p h i e d (*) and c o n t a i n a r e t i c u l u m of e l e c t r o n dense f i b r i l l a r m a t e r i a l . S c a l e e g u a l s 0.5 um. 40 41 P l a t e V I I F i g u r e 1 5 . A p i c a l c y t o p l a s m of a meristoderm c e l l . Most c h l o r o p l a s t s a r e h e r e . They p o s s e s s an e l e c t r o n t r a n s l u c e n t m a t r i x w i t h i n few t h y l a k o i d s , s c a t t e r e d g r a n u l e s and no p l a s t c g l o b u l i . Note the p e r i p h e r a l ER, s e v e r a l m i t o c h o n d r i a l p r o f i l e s and t h e o c c a s i o n a l m i c r o b o d y - l i k e s t r u c t u r e s ( * ) . V e s i c l e s w i t h e l e c t r o n dense membranes which show v a r i o u s m o r p h o l o g i e s , some c o l l a p s e d ( s m a l l a r rowheads)., I n v a g i n a t i o n s of plasma membrane at t h e f r e e s u r f a c e c o n t a i n membranous c o n f i g u r a t i o n s . Note t h i n i n n e r m o s t l a y e r 1 of c e l l w a l l f i b r i l s c o n t i n u o u s over t h e s e r e g i o n s ( l a r g e a r r o w h e a d s ) . E x t e r n a l t o t h i s i s a l a y e r o f a p p a r e n t l y d i s o r g a n i z e d f i b r i l s . T h i n i n n e r l a y e r o f f i b r i l s i s c o n t i n u o u s w i t h the a n t i c l i n a l w a l l s which t h i c k e n b a s i p e t a l l y . S c a l e e g u a l s 1 um. . 42 43 P l a t e V I I I F i g u r e 1 6 . S i m p l e v e s i c u l a t i o n o f t h e a p i c a l c y t o p l a s m . I n t r a v e s i c u l a r c o n s t i t u e n t s a r e a t t r i b u t e d t o v e s i c u l a r i n v a g i n a t i o n s ( V I ) a n d v e s i c u l a r i n t e r d i g i t a t i o n s e e n h e r e i n t w o p l a n e s o f s e c t i o n ( * ' s ) . P l a s m a m e m b r a n e i n v a g i n a t i o n s a t u p p e r l e f t . S c a l e e g u a l s 0 . 5 u m . F i g u r e 1 7 . C o m p l e x a p i c a l c y t o p l a s m v e s i c u l a t i o n . N o t e t u b u l a r c o n s t i t u e n t s p o s s i b l y f r o m e x t r e m e i n v a g i n a t i o n ( a r r o w h e a d s ) a n d m e m b r a n e l a y e r i n g . S c a l e e q u a l s 0 . 5 u m . F i g u r e 1 8 . A p r e s u m p t i v e l i p i d d r o p l e t . N o t e t h e l a c k o f c l e a r d e l i m i t i n g m e m b r a n e a n d t h e a s s o c i a t e d EE c i s t e r n a e . S c a l e e g u a l s 0 . 5 u m . F i g u r e 1 9 . A n u c l e o l u s a n d a s s o c i a t e d h o m o g e n e o u s r e g i o n . N u c l e o l i s h o w d i s t i n c t g r a n u l a r a n d f i b r i l l a r r e g i o n s a n d a r e d i s t i n c t f r o m h e t e r o c h r o m a t i n . The h o m o g e n e o u s r e g i o n ( a r r o w h e a d s ) c o n t a i n s a r e t i c u l u m o f h o m o g e n e o u s f i l a m e n t o u s m a t e r i a l . . S c a l e e g u a l s 0 . 5 um. 45 P l a t e I X F i g u r e 20 . B a s a l c y t o p l a s m o f a m e r i s t o d e r m c e l l . N u c l e u s a n d d i c t y o s o m e a r e a t u p p e r l e f t . P r o v a c u o l a r r e g i o n i s d e l i m i t e d b y d i s j u n c t c i s t e r n a e o f e n d o p l a s m i c r e t i c u l u m ( a r r o w h e a d s ) . N o t e i n c l u d e d g o l g i v e s i c l e i n t e r d i g i t a t e d ( s m a l l a r r o w ) w i t h c i s t e r n a e . C h l o r o p l a s t s c o n t a i n p r e s u m e d p l a s t o g l o b u l i i n i t i a l s ( s m a l l a r r o w h e a d s ) . M i c r o b o d y - l i k e s t r u c t u r e s a n d m i t o c h o n d r i a a r e p r e s e n t . „ S c a l e e g u a l s 0.5 u m . 47 2 . 2 . E x p a n s i o n Z o n e M e r i s t o d e r m C e l l s O b s e r v a t i o n s f o r t h i s p o r t i o n o f t h e m e r i s t o d e r m a r e p r i m a r i l y made o n t h o s e t i s s u e s d i s t a l t o t h e t r a n s i t i o n z o n e w h e r e t h e l a m i n a i s s t i l l e x p a n d i n g l a t e r a l l y a s i s o b v i o u s f r c m t h e l a c k o f p a r a l l e l m a r g i n s ( M . a n d M. . , F i g . 2 ) . Some o b s e r v a t i o n s h a v e a l s o b e e n made w i t h t h e l i g h t m i c r o s c o p e o n t h e t i s s u e s b e t w e e n t h e y o u n g e s t s o r u s v i s i b l e a n d t h e p o i n t w h e r e l a t e r a l e x p a n s i o n o f t h e l a m i n a a p p e a r s t o c e a s e , a s e v i d e n c e d b y p a r a l l e l m a r g i n s ( m a t e r i a l s a n d m e t h o d s , M a n d M , F i g . 3 a n d 4). U n l e s s i t i s o t h e r w i s e i n d i c a t e d o b s e r v a t i o n s r e p o r t e d h e r e a r e f r o m t h e f o r m e r r e g i o n . T h i s e m p h a s i s was b a s e d o n t w o o b s e r v a t i o n s . F i r s t , f r o m l i g h t m i c r o s c o p y i t i s e v i d e n t t h a t t h e r e i s n o t a g r e a t d i f f e r e n c e b e t w e e n m e r i s t o d e r m c e l l s j u s t a b o v e t h e y o u n g e s t s o r u s a n d t h o s e a d j a c e n t t o i t . . S e c o n d l y , m u c i l a g e d u c t s y s t e m i n c e p t i o n , w h i c h a l s o i s a p r o d u c t o f t h e m e r i s t o d e r m o c c u r s i n t h e t i s s u e s j u s t d i s t a l t o t h e t r a n s i t i o n z o n e w h e r e l a m i n a e x p a n s i o n i s s t i l l o c c u r i n g . . 2 . 2 . 1 . A n a t o m y A l t h o u g h m e r i s t o d e r m c e l l s s t i l l a p p e a r a s a p i c a l c e l l s o f f i l a m e n t s . I t i s e a s y t o t r a c e t h e l i n e a g e o f c o r t i c a l c e l l s p r o d u c e d b y e a c h e x t a n t m e r i s t o d e r m c e l l b a c k i n t o t h e c o r t e x ( F i g . 1a- e ) . T h i s i s made p o s s i b l e b y t h e a p p a r e n t l a c k o f 48 l a t e r a l e x p a n s i o n o f t h e y o u n g c o r t i c a l c e l l s , e v e n t h o u g h t h e y h a v e c e r t a i n l y i n c r e a s e d t h e l e n g t h s o f t h e i r a n t i c l i n a l c e l l w a l l s ( F i g . 1 ) . I m m e d i a t e p r o d u c t s o f p e r i c l i n a l d i v i s i o n s a r e n o w i d e r t h a n t h e i r p a r e n t m e r i s t o d e r m c e l l s , e x c e p t w h e r e a n a n t i c l i n a l d i v i s i o n h a s i n t e r v e n e d ( F i g . 5 ) o r i n t h e c a s e w h e r e t h e i m m e d i a t e p r o d u c t i s a s e c r e t o r y i n i t i a l c e l l o f t h e d i f f e r e n t i a t i n g m u c i l a g e d u c t s y s t e m ( F i g . 6 , * a n d C h a p t e r I I F i g . 3 ) . T h i s a p p e a r a n c e o f a f i l a m e n t o u s l i n e a g e i s a c c e n t u a t e d b y ABB p r o t e i n s t a i n i n g w h i c h l e a v e s c e l l w a l l s e s s e n t i a l l y u n s t a i n e d ( F i g . 5 a n d 6 ) . . T h e m o r e s u b s t a n t i a l c e l l w a l l s o f t h i s r e g i o n , a n d t h e o u t e r c e l l w a l l o f t h e m e r i s t o d e r m c e l l s e m p h a s i z e s t h e c o h e s i v e a p p e a r a n c e o f t h i s t i s s u e ( F i g . 1 , 2 a n d 3 ) . O c c a s i o n a l l y s h e e t s o f t h e o u t e r l a y e r o f t h e c u t e r w a l l may b e l o s t a s i n m e r i s t o d e r m c e l l s o f t h e t r a n s i t i o n z c n e . E x c e p t f o r t h o s e m e r i s t o d e r m c e l l s w h i c h h a v e j u s t d i v i d e d a n t i c l i n a l l y t h e r e i s u s u a l l y a o n e t o o n e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n m e r i s t o d e r m c e l l s a n d t h e i m m e d i a t e l y s u b t e n d i n g c o r t i c a l c e l l s ( F i g . 1 - 3 , 5 a n d 6 ) . A t t h e o t h e r e n d o f t h i s r e g i o n o f m e r i s t o d e r m j u s t a b o v e t h e y o u n g e s t v i s i b l e s o r u s a n d a f t e r l a t e r a l b l a d e e x p a n s i o n h a s s l o w e d d o w n t h e m e r i s t o d e r m c e l l s a r e m o r e u n i f o r m i n t h e i r a n t i c l i n a l c e l l w a l l l e n g t h s ( F i g . 4 ) . F u r t h e r m o r e , i n s e c t i o n e a c h c o r t i c a l c e l l u s u a l l y s u b t e n d s a t l e a s t t w o m e r i s t o d e r m c e l l s a n d a p p e a r s l e s s e l o n g a t e a n d s l i g h t l y m o r e c u b o i d a l ( F i g . 6 ) . . 49 2.2.2. H i s t o l o g y With TEO a l l of the c e l l w a l l s s t a i n h e a v i l y (Fig.1,2 and 3). A t h i n e x t e r n a l l a y e r of the continuous outer c e l l w a l l which shows red metachromasia f o r s u l f a t e d p o l y s a c c h a r i d e s i s v i s i b l e only when c u r l e d up during p r e p a r a t i o n s (Fig.1 next s e c t i o n and Chapter I I ) . The remaining l a y e r s o f t h i s outer c e l l w a l l and the other d e l i m i t i n g c e l l w a l l s show a r e d d i s h -p u r p l e metachromasia f o r a c i d and s u l f a t e d p o l y s a c c h a r i d e s . The c e n t r a l l y l o c a t e d nucleus s t a i n s a blue-gray with TBO and co n t a i n s a n u c l e o l u s (F i g . 2). . More r e g u l a r l y than f o r the t r a n s i t i o n zone, these n u c l e i have a b a s a l l y l o c a t e d cap of densely s t a i n e d metachromatic m a t e r i a l (Fig.2 and 3 ) . Granules of the same metachromasia appear i n the a p i c a l cytoplasm as w e l l , and the l i g h t e r blue-gray c h l o r o p l a s t s s t i l l occupy a p e r i p h e r a l p o s i t i o n (Fig.2 and 3). In t h i s part of the cytoplasm dense blue-green granules are o f t e n seen with TBO s t a i n i n g i n d i c a t i v e of p h e n o l i c s ( F i g . 2 ) . The b a s a l cytoplasm may c o n t a i n the metachromatic m a t e r i a l mentioned above, a couple c h l o r o p l a s t s and o f t e n shows c l e a r unstained areas (Fig.2 and 3). In s e c t i o n a l l meristoderm c e l l w a l l s s t a i n blue f o r a c i d p o l y s a c c h a r i d e s with AB/SO (Fig.4) and i t s outermost l a y e r i s s t a i n e d red i n d i c a t i n g a c o n c e n t r a t i o n o f s u l f a t e d p o l y s a c c h a r i d e s . T h i s c o i n c i d e s with TBO metachromasia of the same m a t e r i a l . O c c a s i o n a l l y , blue s t a i n i n g m a t e r i a l , a c i d p o l y s a c c h a r i d e s are v i s i b l e i n the 50 a p i c a l c y t o p l a s m o f t h e s e c e l l s . I n s e c t i o n s o f ABB s t a i n e d m a t e r i a l t h e a p i c a l c y t o p l a s m a p p e a r s a s a c l e a r a n d d e n s e l y s t a i n i n g m o s a i c o f g r a n u l e s d e l i m i t e d b y m o d e r a t e l y s t a i n e d c h l o r o p l a s t s t o t h e s i d e s a n d t h e c e n t r a l n u c l e u s b e l o w ( F i g . 5 a n d 6 ) . V a r i a t i o n s i n t h i s p a t t e r n a r e d u e t o t h e p l a n e o f s e c t i o n i n g . T h e b a s a l c y t o p l a s m i s c h a r a c t e r i z e d by c l e a r a r e a s , i n d i c a t i n g t h e b e g i n n i n g s o f v a c u o l a t i o n , s u r r o u n d e d b y d e n s e l y s t a i n i n g p e r i p h e r a l c y t o p l a s m a n d t h e o c c a s i o n a l c h l o r o p l a s t . T h e b a s a l c y t o p l a s m a d j a c e n t t o t h e n u c l e u s may s h o w c l e a r v e s i c u l a t e a r e a s c o r r e s p o n d i n g t o t h e d e n s e m e t a c h r o m a t i c m a t e r i a l s e e n w i t h TBO s t a i n i n g . 2 . 2 . 3 . U l t r a s t r u c t u r e T h e r e i s a s t r o n g s i m i l a r i t y b e t w e e n t h e s e m e r i s t o d e r m c e l l s ( F i g . 7 a n d 8) a n d t h o s e o f t h e t r a n s i t i o n z o n e . H o w e v e r , t h e r e a r e a n u m b e r o f n o t a b l e d i f f e r e n c e s . Due t o t h e g r e a t e r m i t o t i c f r e g u e n c y n u c l e a r s h a p e i s much m o r e i r r e g u l a r ( F i g . 7 , 9 a n d 1 0 ) . . A l s o i n d i c a t i v e o f t h e i r f r e q u e n t m i t o t i c a c t i v i t y a r e t h e n u m e r o u s t h i n b a s a l p e r i c l i n a l c e l l w a l l s a n d s m a l l c o r t i c a l i n i t i a l s t h e y d e l i m i t ( F i g . 1 1 , 14 a n d 1 5 ) . , F r e q u e n t l y v a r i o u s s t a g e s o f c y t o k i n e s i s may b e o b s e r v e d . „ O n l y s m a l l g o l g i v e s i c l e s o c c u r a t s i t e s o f c y t o k i n e s i s ( F i g . 1 3 , s m a l l a r r o w h e a d ) . I f f u r r o w i n g i s o c c u r i n g i t i s a p p a r e n t l y a s y m m e t r i c ( F i g . 1 3 ) . The g u a n t i t y a n d d i s t r i b u t i o n o f o r g a n e l l e s v a r i e s w i t h 51 t h e t i m e e l a p s e d s i n c e t h e l a s t p e r i c l i n a l d i v i s i o n . D i c t y o s o m e s a r e u s u a l l y l o c a t e d o n t h e b a s a l p e r i m e t e r o f t h e n u c l e u s ( F i g . 8 ) . H o w e v e r , t h e y may a l s o c o v e r t h e a p i c a l p o r t i o n a s w e l l ( F i g.S). I n a g r e e m e n t w i t h l i g h t m i c r o s c o p e o b s e r v a t i o n s t h e c e l l w a l l s i n t h i s r e g i o n a r e m o r e s u b s t a n t i a l ( F i g , 1 2 a n d 2 2 ) . F r e q u e n t l y , t h e o u t e r p e r i c l i n a l c e l l w a l l i s a l m o s t c o m p l e t e l y p r e s e r v e d ( F i g . 1 2 a n d 2 2 ) . T h i s w a l l i s c o m p o s e d o f f o u r a r c h i t e c t u r a l l y d i f f e r e n t l a y e r s , I n t h e i n n e r m o s t l a y e r , m i c r o f i b r i l s a r e o r i e n t e d p r i m a r i l y t a n g e n t i a l t o t h e m e m b r a n e ( F i g , 12 a n d 2 2 ) . L a y e r t w o i s a r e g i o n o f m i x e d f i b r i l l a r o r i e n t a t i o n w h i l e t h o s e o f t h e t h i r d l a y e r a r e m o s t l y o r i e n t e d p e r p e n d i c u l a r t o t h e p l a s m a l e m m a a n d a r e c o n s i d e r a b l y l e s s e l e c t r o n o p a q u e ( F i g . 1 2 a n d 2 2 ) . . T h e o u t e r m o s t l a y e r c o n s i s t s c f a r e t i c u l u m o f e l e c t r o n d e n s e i r r e g u l a r l y t h i c k e n e d f i b r i l s ( F i g . 2 2 ) . The n u c l e o p l a s m ( F i g . 7 - 9 a n d 11) a n d n u c l e o l i a r e e s s e n t i a l l y i d e n t i c a l t o t h o s e o f t h e . t r a n s i t i o n z o n e m e r i s t o d e r m c e l l s ( c o m p a r e F i g u r e 11 w i t h F i g u r e 12 o f t h e p r e v i o u s s e c t i o n ) . T h e . h o m o g e n e o u s l y f i b r i l l a r r e g i o n s r e p o r t e d i n c e l l s c f t h e t r a n s i t i o n z o n e o c c u r h e r e a s w e l l ( F i g . 1 0 ) . L u m i n a l c o n t i n u i t i e s b e t w e e n t h e EE a n d n u c l e a r e n v e l o p e a r e o b s e r v e d ( F i g . 2 3 ) . P r i o r t o o r a f t e r t h e c o m p l e t i o n o f c y t o k i n e s i s d i c t y o s o m e s b e c o m e l o c a t e d a t t h e m o s t d i s t a n t p o l e s o f t h e t w o n u c l e i ( F i g . 1 1 , 14 a n d 1 5 ) . T h e r e i s m o r e m o r p h o l o g i c a l v a r i a t i o n i n t h e i n d i v i d u a l d i c t y o s o m e s c f t h e s e m e r i s t o d e r m c e l l s . I n m e d i a n s e c t i o n s 52 m o s t d i c t y o s o m e s r e v e a l a r e g i o n o f c e n t r a l p l a t e s w h e r e t h e m e m b r a n e s o f i n d i v i d u a l c i s t e r n a e a r e c l o s e l y a s s o c i a t e d ( F i g , 1 7 h e r e ) a s d e s c r i b e d i n t h e p r e v i o u s s e c t i o n ( F i g . 1 4 ) . . T h i s c e n t r a l r e g i o n i s a g a i n s u r r o u n d e d b y o n l y s l i g h t l y h y p e r t r o p h i e d r e g i o n s w h e r e t h e c i s t e r n a e b e c o m e b r a n c h e d , f e n e s t r a t e o r r e t i c u l a t e d ( F i g . 2 0 ) . I n c o n t r a s t t o t h e p r e v i o u s s e c t i o n , s o m e d i c t y o s o m e s a r e o b s e r v e d w h e r e c i s t e r n a e o f t h e m a t u r i n g f a c e a r e n o t p e r i p h e r a l l y h y p e r t r o p h i e d ( F i g . 1 6 ) . H o w e v e r , s m a l l v e s i c l e s a r e a l s o p r e s e n t i n t h e v i c i n i t y o f t h e m a t u r i n g f a c e s o f d i c t y o s o m e s n o t s h o w i n g h y p e r t r o p h i e d c i s t e r n a e ( F i g . 1 6 ) . I n p e r i p h e r a l e x t e n s i o n s o f c i s t e r n a e o f t h e f o r m a t i v e f a c e s t h e c i s t e r n a l m e m b r a n e s may b e a s s o c i a t e d w i t h s m a l l d e n s e l y o s m i o p h i l i c m e m b r a n e w h o r l s ( F i g . 1 8 a n d 1 9 ) . F i n a l l y , i n t h e r e g i o n o f t h e n u c l e u s a n d m o s t o f t e n i n p r o x i m i t y t o t h e g o l g i a p p a r a t u s o n e f i n d s m u l t i v e s i c u l a t e v e s i c l e s ( F i g . 2 1 ) . W i t h t h e e x c e p t i o n o f a f e w f e a t u r e s t h e c h l o r o p l a s t s o f t h e s e c e l l s a r e t h e same a s t h o s e o f t h e t a n s i t i o n z o n e ( F i g . 7 a n d 2 1 ) . . H o w e v e r , i n f r e g u e n t l y t h e y may h a v e p y r e n o i d l i k e s t r u c t u r e s ( F i g . 2 6 ) a n d s m a l l w h o r l s o f m e m b r a n e a p p a r e n t l y o r i g i n a t e d f r o m b o t h c h l c r c p l a s t ER a n d c h l o r o p l a s t e n v e l o p e m e m b r a n e s ( F i g . 2 5 ) . C a r e f u l e x a m i n a t i o n r e v e a l s s m a l l o s m i o p h i l i c s p h e r e s i n t h e c h l o r o p l a s t m a t r i x ( F i g . 2 1 ) . . T h e a p i c a l c y t o p l a s m o f t h e s e c e l l s i s l i t t l e d i f f e r e n t f r o m t h a t o f t h e t r a n s i t i o n z o n e m e r i s t o d e r m c e l l s ( F i g . 2 2 c o m p a r e d w i t h F i g u r e 1 5 p r e v i o u s s e c t i o n ) . H o w e v e r , t h e p e r i p h e r a l r o u g h ER 53 o f t h i s r e g i o n may a p p e a r t o b e m o r e p r o m i n e n t by v i r t u e o f s l i g h t s w e l l i n g c o n t a i n i n g a l i g h t l y o s m i o p h i l i c m a t e r i a l ( F i g . 22) . A t t h e a p i c a l e x t e n t o f a n t i c l i n a l c e l l w a l l s t h e p l a s m a m e m b r a n e a p p a r e n t l y may e v i d e n c e t u b u l a r e x t e n s i o n s i n t o o r t h r o u g h l a y e r 1 o f t h e o u t e r w a l l ( F i g . 2 4 ) . T h r o u g h o u t t h e s e c e l l s , p a r t i c u l a r l y i n t h e b a s a l c y t o p l a s m t h e r e a r e n u m e r o u s p r o f i l e s o f m i t o c h o n d r i a a n d o c c a s i o n a l l y o f m i c r o b o d y - l i k e s t r u c t u r e s i n s e c t i o n . Many m i t o c h o n d r i a s h o w r e g i o n s w h e r e t h e r e i s l i t t l e o r n o m a t r i x a n d a r e d e v o i d c f c r i s t a e ( F i g . 2 7 ) . F r o m d i f f e r e n t p l a n e s o f s e c t i o n i t i s a p p a r e n t t h a t t h e y h a v e b e c o m e c u p s h a p e d a n d o n l y t h e r i m s c o n t a i n t h e m a t r i x a n d c r i s t a e . F u r t h e r m o r e , t h e c o n c a v e a r e a o f t h e c u p o f t e n c o n t a i n s a v o l u m e o f l i g h t l y , h o m o g e n e o u s c y t o p l a s m d e l i m i t e d b y f e n e s t r a t e ER ( F i g . 1 3 , 2 1 a n d 2 7 ) , r e m i n i s c e n t o f p r o v a c u o l a r r e g i o n s i n t h e b a s a l c y t o p l a s m a l r e a d y i l l u s t r a t e d ( F i g . 2 0 , p r e v i o u s s e c t i o n ) . CHAPTER I FIGURES, EXPANSION ZONE 55 P l a t e X F i g u r e 1 . Y o u n g t h a l l u s e x p a n s i o n z o n e m e r i s t o d e r m a n d c o r t e x . T h e l i n e a g e o f m e r i s t o d e r m c e l l p r o d u c t s may b e t r a c e d i n t o t h e c o r t e x ( a t o e ) . F o u r p e r i c l i n a l d i v i s i o n s ( b e t w e e n a a n d b r b a n d c , c a n d d f a n d d a n d e) h a v e o c c u r e d t o t h e o n e a n t i c l i n a l d i v i s i o n ( b e t w e e n c a n d c ) . N o t e r e c e n t m e r i s t o d e r m a n t i c l i n a l d i v i s i o n ( a r r o w h e a d ) „ S e e r e c e n t l y p r o d u c e d c o r t i c a l i n i t i a l s ( b a n d b ) . S c a l e e g u a l s 10 um. F i g u r e 2 . TBO s t a i n e d e x p a n s i o n z o n e m e r i s t o d e r m c e l l s . N o t e t h e l i g h t l y s t a i n i n g c h l o r o p l a s t s , t h e c e n t r a l l y l o c a t e d n u c l e i a n d t h e b a s a l m a s s o f m e t a c h r o m a t i c m a t e r i a l ( a r r o w h e a d s ) . S c a l e e q u a l s 10 um. F i g u r e 3 . TBO s t a i n e d e x p a n s i o n z o n e m e r i s t o d e r m c e l l s . M o d e s t b a s a l v a c u o l a t i o n o c c u r s i n some c e l l s . A n t i c l i n a l w a l l s c u t i n s u r f a c e s e c t i o n s h o w i n g l i g h t e r s t a i n i n g p i t f i e l d s ( a r r o w s ) . S a c a l e e q u a l s 10 um. F i g u r e U . M o r e d i s t a l e x p a n s i o n z o n e m e r i s t o d e r m . N o t e b r o a d e r s u b t e n d i n g c o r t i c a l c e l l s . W a l l s t a i n i n g i s t h e AB o f t h e A B / S O . O u t e r l a y e r s h o w s s l i g h t SO s t a i n i n g . N o t e o u t e r c o n t i n u o u s l a y e r , s p a c e , t h e n i n n e r l a y e r s p e c i f i c t o e a c h c e l l . S c a l e e g u a l s 10 um. 56 F i g u r e 5. ABB s t a i n e d expansion zone meristoderm c e l l s . C e l l s reach about 10 um. Across (*) before d i v i d i n g a n t i c l i n a l l y (arrow). Basal v a c u o l a t i o n i s seen i n some. Sc a l e eguals 10 um. Figure 6.. Cytoplasmic c o n t i n u i t i e s v i s i b l e with ABB s t a i n i n g . Presumptive s e c r e t o r y c e l l i n i t i a l maintains c y t o p l a s m i c d e n s i t y and e n l a r g e s i n c o n t r a s t to n e i g h b o r i n g v a c u o l a t e c o r t i c a l i n i t i a l s . . Cytoplasmic c o n t i n u i t i e s are seen a t arrowheads. Note densely s t a i n i n g g r a n u l e s , c h l o r o p a s t s and c l e a r r e g i o n s of a p i c a l cytoplasm. Scale equals 10 um. . 58 P l a t e XI ure 7. Meristoderm c e l l s of the expansion zone. C e n t r a l l y l o c a t e d n u c l e i dominate the cytoplasm. C h l o r o p l a s t s and mitochondria are d i s t r i b u t e d throughout the.cytoplasm. The a p i c a l cytoplasm shows v e s i c u l a t i o n . The outer w a l l i s more s u b s t a n t i a l . P i t f i e l d s of plasmodesmata i n t e r c o n n e c t meristoderm c e l l s to meristoderm and c o r t i c a l c e l l s . Vacuolar i n i t i a l r e g i o n s are prominent i n c o r t i c a l i n i t i a l s . S c a l e . e q u a l s 1 um. 60 Plate XII Figure 8 . G c l g i apparati of expansion zone meristoderm c e l l s . Dictyosomes usually l i e on the basal hemisphere of the nucleus (arrowheads). Note the p i t f i e l d between meristoderm c e l l and c o r t i c a l i n i t i a l (arrow). Loose areas occur i n a n t i c l i n a l walls (*) . Scale equals 5 um. Figure 9 . Polymorphic nucleus in an expansion zone meristoderm c e l l . Nucleus i s c e n t r a l l y constricted and dictyosomes are not confined to the basal hemisphere. Note nuclear envelope vesiculation at formative face of i n d i v i d u a l dictyosome (arrowhead). Nucleolus i s prominent.. Scale equals 1 um. Figure 10. Another polymorphic nucleus . Note the pear shape and associated dictyosomes. J See the persistent homogeneous region (arrowheads). Scale equals 1 um. 62 Plate XIII Figure 1 1 . Post mitotic expansion zone meristoderm c e l l s . The new c e l l plate contains very l i t t l e c e l l wall material.. A p i t f i e l d i s already v i s i b l e (arrowhead). The dictyosomes are at the ap i c a l hemisphere of the nucleus. C e l l to the r i g h t i s bi-^nucleate and there i s no c e l l plate yet. An electron dense granule l i e s adjacent to the apical nucleus. Basal and apical n u c l e i both have n u c l e o l i . Scale eguals 1 um. Figure 1 2 . Detail of i n t a c t outer c e l l wall. Four morphologically d i s t i n c t layers occur. The f i r s t (between arrowheads numbered 1) consists of f i b r i l s oriented p a r a l l e l to the plasma membrane and i s continuous with those of the a n t i c l i n a l walls. The second (between arrowheads numbered 2) consists of f i b r i l s oriented from p a r a l l e l to perpendicular. The t h i r d layer (between arrowheads numbered 3) consists of loose f i b r i l s primarily perpendicular tc the plasma membrane. The fourth layer (arrowheads numbered 4) consists of an electron dense material of a disorganized nature.. Scale eguals 0.5 um. 63 6 4 P l a t e XIV F i g u r e 1 3 . . C y t o k i n e s i s o f a meristoderm c e l l . Note t h e a n t i c l i n a l w a l l o r i g i n and c y t o p l a s m i c e x t r e m i t y of the c y t o k i n e t i c f u r r c w ( b o r d e r e d arrowheads). P i t f i e l d s a r e a l r e a d y p r e s e n t ( p l a i n a r r o w h e a d s ) . Note t h e ER c i s t e r n a e p a r a l l e l the p l a t e and a dense mass of c y t o p l a s m l i e s i n advance of the f u r r o w (*). . S c a l e e q u a l s 1 um. F i g u r e 1 4 . ; New c e l l p l a t e and c o r t i c a l i n i t i a l . P i t f i e l d s a r e p r e s e n t i n a n t i c l i n a l w a l l w i t h c l e a r plasmodesmata (arrowheads). I n i t i a l f i b r i l s o f t h e new p e r i c l i n a l w a l l a r e v i s i b l e i n p i t f i e l d s ( a r r o w ) . A n t i c l i n a l / p e r i c l i n a l w a l l a re v i s i b l e i n p i t f i e l d s ( a r r o w ) . A n t i c l i n a l w a l l j u n c t i o n s a r e i n d i c a t e d (bordered arrowheads). C i s t e r n a e of ER p a r a l l e l new c e l l w a l l on both f a c e s . C o r t i c a l i n i t i a l n u c l e u s c o n t a i n s a l a r g e n u c l e o l u s w i t h g r a n u l a r and f i b r i l l a r zones. Dictyosomes and c e n t r i o l e s a r e a l l a t t h e b a s a l hemisphere a d j a c e n t t o the f o r m e r i n n e r p e r i c l i n a l c e l l w a l l of t h e p a r e n t meristoderm c e l l . See membrane c o n f i g u r a t i o n between c h l o r o p l a s t s (*)., S c a l e . e q u a l s 1 um. 65 66 P l a t e XV F i g u r e 15. B i n u c l e a t e / p r e - c y t o k i n e t i c m e r i s t o d e r m c e l l . A p i c a l c y t o p l a s m o f m e r i s t o d e r m h a l f i s i n d i c a t e d . N o t e d i c t y o s o m e s a r e a t t h e p o l a r e n d s o f t h e t w o n u c l e i . S c a l e e q u a l s 1 um. F i g u r e 16. A d i c t y o s o m e o f t h e g o l g i a p p a r a t u s . T h e f o r m a t i v e f a c e l i e s a d j a c e n t t o t h e n u c l e u s w i t h t h e u s u a l i n t e r v e n i n g v e s i c l e s . N o t e t h e s m a l l a m o u n t o f c i s t e r n a l h y p e r t r o p h y a t t h e m a t u r i n g f a c e a n d t h e n u m e r o u s s m a l l v e s i c l e s . Seme o f t h e s e v e s i c l e s (*) may b e a s s o c i a t e d w i t h c i s t e r n a e a t t h e m a t u r i n g f a c e ( a r r o w h e a d ) . S c a l e e g u a l s 0.1 u m . F i g u r e 17. A d i c t y o s o m e o f a n o t h e r m o r p h o l o g y . T h e f o r m a t i v e f a c e a s a b o v e i s a d j a c e n t t o t h e n u c l e u s a n d s m a l l v e s i c l e s l i e b e t w e e n . N o t e t h e h y p e r t r o p h y o f c i s t e r n a e a t t h e m a t u r i n g f a c e a n d g c l g i v e s i c l e s . S e g i c n s o f c i s t e r n a l h y p e r t r o p h y c l o s e s t t o t h e c i s t e r n a l s t a c k c o n t a i n a n e v e n r e t i c u l u m o f e l e c t r o n d e n s e m a t e r i a l (*) w h i l e m o r e d i s t a l r e g i o n s (hC) a n d g o l g i v e s i c l e s c o n t a i n a s t r e t c h e d f i b r i l l a r m a t e r i a l . L u m i n a l c o n t i n u i t i e s e x i s t b e t w e e n e x t r e m e a n d m o r e p r o x i m a l r e g i o n s o f h y p e r t r o p h y ( a r r o w h e a d s ) . S c a l e e q u a l s 0 .1 um. 67 68 P l a t e X V I F i g u r e 1 8 . T h e p e r i p h e r a l r e g i o n o f a s t a c k o f d i c t y o s o m e c i s t e r n a e . N o t e t h e c i s t e r n a l i n t e r d i g i t a t i o n ( l a r g e a r r o w h e a d s ) a n d s m a l l c o n f i g u r a t i o n o f m e m b r a n e s (*) . T h e n u c l e a r e n v e l o p e , f o r m a t i v e f a c e a n d i n t e r v e n i n g v e s i c l e s ( s m a l l a r r o w h e a d s ) a r e i n d i c a t e d . S c a l e e q u a l s 0 . 1 um. F i g u r e 1 9 . P e r i p h e r a l r e g i o n o f d i c t y o s o m e c i s t e r n a e . N u c l e a r e n v e l o p e , f o r m a t i v e f a c e , a n d i n t e r v e n i n g v e s i c l e s ( a r r o w h e a d s ) a r e a t f i g u r e b o t t o m . A d e n s e m e m b r a n e c o n f i g u r a t i o n o c c u r s a m o n g s t t h e c i s t e r n a e ( * ) . . S c a l e e g u a l s 0 . 1 um. F i g u r e 2 0 . D i c t y o s c m e i n s u r f a c e s e c t i o n . C i s t e r n a l c e n t e r s a r e f e n e s t r a t e (*) a n d f u r t h e r o u t a r e t u b u l a r e x t e n s i o n s w h i c h may h y p e r t r o p h y . S c a l e e q u a l s 0 . 5 u m . F i g u r e 2 1 . C y t o p l a s m i c d e t a i l . M u l t i - v e s i c u l a t e v e s i c l e s (*) o c c u r f r e g u e n t l y . . C h l o r o p l a s t s c o n t a i n s m a l l o s m i o p h i l i c m a s s e s ( a r r o w h e a d ) a n d g e n o p h o r e s . N u m e r o u s m i t o c h o n d r i a a r e c u p s h a p e d w i t h t h e c u p b o t t o m made o f a p p r e s s e d m i t o c h o n d r i a m e m b r a n e s a n d d e l i m i t i n g a n e l e c t r o n t r a n s l u c e n t r e g i o n o f c y t o p l a s m a n d E R . . S c a l e e q u a l s 0 . 5 u m . 70 Plate X V I I Figure 2 2. Apical cytoplasm i n c e l l of expansion zone. The chloroplasts, vesicles and peripheral sheath of EE are the most outstanding features. The plasma lemma s t i l l shows invaginations over the a p i c a l dome and there may be f a i r l y large spaces at some a n t i c l i n a l junctions between c e l l s (small * ) . Vesicles may be simple or occasionally contain whorls of membrane (large * ) . Mitochondria are ever present.. The four layers of the outer c e l l wall are p a r t i c u l a r l y clear here.. The outermost layer, number 4, i s electron dense and disorganized. . Scale equals 1 um. Figure 23. The ap i c a l cytoplasm. Note es p e c i a l l y the luminal continuity between the EE system of the apical cytoplasm and the nuclear envelope (arrow).,, Scale equals 1 um. Figure 24. An i n t e r c e l l u l a r space at an a n t i c l i n a l wall junction. Apparent microvillous extensions of plasma membrane (arrowheads) extend through the c e l l walls.. Scale equals 0. 1 um. 72 Plate XVIII Figure 25. The chloroplast envelope and EE. Small vesicles occur between chloroplast EE and chloroplast envelope (arrowheads). Vesicles appear to be of chloroplast EE o r i g i n (tcp arrowhead). A mass of concentric membranes occurs within the chloroplast EE (*). Scale equals 0.1 um, , Figure 26. A pyrencid-like structure. Note the narrow neck (arrowhead), lacking thylakoids and surrounded by chloroplast envelope and chloroplast EE., Scale equals 0.1 um. Figure 27. A cup shaped mitochondrion. The cup consists of appressed mitochcndrial membranes where cisternae (arrow head) and matrix are excluded. The cup defines an electron translucent region of cytoplasm (*) surrounded by an apparently fenestrate EE c i s t e r n a . Scale equals 0.1 um. . 74 2 .3 . Meristoderm c e l l s adjacent to youngest s o r i From f i e l d observations i t i s apparent that there i s some v a r i a b i l i t y as to the distance from the t r a n s i t i o n zone at which the s o r i f i r s t appear. Except for some cases observed at the end of the growing season, however, the s o r i do not seem to appear closer to the t r a n s i t i o n zone than the point where l a t e r a l expansion of the lamina has slowed, as indicated by ess e n t i a l l y p a r a l l e l margins.. 2.3.1. Anatomy The meristoderm c e l l s i n t h i s region form a layer quite d i s t i n c t from the cortex (Fig.1). S u p e r f i c i a l l y , i t i s d i f f i c u l t to determine the rel a t i o n s h i p between the meristoderm c e l l s and the derived cortex c e l l s . In sections, i t i s not uncommon to find four meristoderm c e l l s subtended by one large c o r t i c a l c e l l (Fig.2). This would imply approximatly 16 meristoderm c e l l s overlying each of the c o r t i c a l c e l l s . . I t i s apparent at a glance that the a n t i c l i n a l walls of these meristoderm c e l l s are shorter than those of either of the previous sections. The c e l l s are s t i l l mostly longer than wide accept those shewing a more recent p e r i c l i n a l d i v i s i o n (Fig. 1 and 3) . 7 5 2. 3. 2. Histology The c e l l walls of these meristoderm c e l l s stained with TBO show a dense (Fig- 1) red-purple metachromasia for acid and sulfated polysaccharides as did those i n the expansion zone. There i s also a thin red metachromatic external layer of the outer continuous p e r i c l i n a l c e l l wall (Fig.1, arrow) probably a sulfated polysaccharide. The denser blue-gray nuclei are often surrounded or masked by the r e l a t i v e l y large gray chloroplasts (Fig. 1, * ) . Nucleoli are not e a s i l y seen in these n u c l e i . The area of the apical cytoplasm stains moderately and freguently contains densely staining granules (Fig.1).. Densely stained masses of material are also seen inside vacuoles of the basal cytoplasm although they need not be metachromatic (Fig.1). The metachromatic material on the basal face of the nucleus as shown previously i s observed. The staining pattern with AB/SO i s es s e n t i a l l y the same as that described i n the previous section (Fig,2) except that blue staining material, acid polysaccharides, i n the apical cytoplasm i s more d i s t i n c t (Fig. 2). In sections of ABB/PAS stained material the nuclei, c l o r o p l a s t s and cytoplasm stain densely f o r proteins with the ABB (Fig.3) except for small clear vesiculations i n the apical-most part of the cytoplasm and si m i l a r but larger clear areas in the basal cytoplasm (Fig.3).. The outermost layer of the continuous outer p e r i c l i n a l c e l l wall i s PAS positive for neutral polysaccharides, and there are f a i n t extensions of t h i s 76 m a t e r i a l down t h e m i d d l e l a m e l l a e o f t h e a n t i c l i n a l c e l l w a l l s ( F i g . 3 ) . . 2 . 3 . 3 . U l t r a s t r u c t u r e T h e s e m e r i s t o d e r m c e l l s a r e c h a r a c t e r i s e d b y t h e p r o m i n e n t l a r g e c h l o r o p l a s t s w i t h t h e i r w e l l d e v e l o p e d t h y l a k o i d s , t h e r e l a t i v e l y s m a l l e r , l a r g e l y h o m o g e n o u s n u c l e i a n d p r o m i n e n t v a c u o l a r r e g i o n s ( F i g . 4 ) . A l t h o u g h c e l l w a l l s s h o w c o m p a r a t i v e l y l e s s c s m i o p h i l i a t h a n c y t o p l a s m t h e y a r e m o r e s u b s t a n t i a l a n d b e t t e r w i t h s t a n d t i s s u e p r o c e s s i n g ( F i g . 4 a n d 5 ) - . T h e n u c l e i a r e d e l i m i t e d b y a t y p i c a l n u c l e a r e n v e l o p e i n t e r r u p t e d i n s e c t i o n b y o c c a s i o n a l p o r e s ( F i g . 6 ) . . T h e h o m o g e n e o u s l y f i b r i l l a r r e g i o n s a n d s m a l l n u c l e o l i a r e p r e s e n t i n t h e n u c l e o p l a s m ( F i g . 6 , a r r o w h e a d s ) . A l t h o u g h t h e r e i s a t h i n l a y e r o f c h r o m a t i c m a t e r i a l l i n i n g t h e i n n e r m e m b r a n e o f t h e n u c l e a r e n v e l o p e , t h e r e a r e no l a r g e m a s s e s o f h e t e r o c h r c m a t i n . , H o w e v e r , t h e r e a r e s m a l l , u n i f o r m c l u m p s o r c h a i n s o f h e t e r o c h r o m a t i n d i s t r i b u t e d t h r o u g h o u t t h e n u c l e o p l a s m ( F i g . 6 ) . T h i s g i v e s t h e n u c l e u s . a d e n s e r b u t m o r e e v e n e l e c t r o n d e n s i t y ( F i g . 6 ) . T h e n u c l e u s i s u s u a l l y c r o w d e d b y o t h e r o r g a n e l l e s . W i t h t h e e x c e p t i o n o f a s m a l l c o l u m n o f a p i c a l c y t o p l a s m , t h e a p i c a l s u r f a c e s o f t h e n u c l e u s may b e b o r d e r e d by c h l o r o p l a s t s ( F i g . 4 a n d 6 ) . T h i s i s o f t e n t r u e o f l a t e r a l s u r f a c e s a s w e l l . T h e b a s a l s u r f a c e o f t h e n u c l e u s 77 h a s a t l e a s t o n e c l o s e l y a s s o c i a t e d d i c t y o s o m e ( F i g . 4 , 8, 12 a n d 1 4 ) . , C h l o r o p l a s t o r g a n i z a t i o n i s n o r m a l , w i t h c h l o r o p l a s t E R , c h l o r o p l a s t e n v e l o p e , p e r i p h e r a l t h y l a k o i d s a n d r i n g g e n o p h o r e ( F i g . 7 ) . H o w e v e r , i n c o n t r a s t t o t h e c h l o r o p l a s t s o f t h e p r e v i o u s s e c t i o n ( 3 . 2 . M e r i s t o d e r m E x p a n s i o n Z o n e ) t h e r e a r e a t l e a s t t w i c e a s many s t a c k s o f i n t e r n a l t h y l a k o i d s a n d w e l l d e v e l o p e d p l a s t o g l o b u l i ( F i g . 4 , 7 a n d 1 4 ) . F u r t h e r m o r e , w h o r l s o f m e m b r a n e s a s s o c i a t e d w i t h t h e c h l o r o p l a s t s a r e s t i l l p r e s e n t a n d t h e y may b e c o m e q u i t e e l a b o r a t e ( F i g . 9 , 10 a n d 1 1 ) . . W i t h t h e i n c r e a s e i n d e n s i t y o f t h e c y t o p l a s m a n d c r o w d i n g o f o r g a n e l l e s i t b e c o m e s d i f f i c u l t t o o b s e r v e d i r e c t l u m i n a l c o n t i n u i t i e s b e t w e e n CER a n d E R , CER a n d n u c l e a r e n v e l o p e o r n u c l e a r e n v e l o p e a n d E R . . T h e d i c t y o s o m e s a r e now a l m o s t i n v a r i a b l y l o c a t e d o n t h e b a s a l s u r f a c e o f t h e n u c l e i ( F i g . 4 ) » T h e r e i s a m a r k e d r e d u c t i o n i n h y p e r t r o p h y o f t h e i r c i s t e r n a e a l t h o u g h s o m e may p e r s i s t ( F i g . 4 , 8 a n d 1 4 ) . T h e a s s o c i a t i o n b e t w e e n f o r m a t i v e f a c e a n d n u c l e a r e n v e l o p e i s c l e a r ( F i g . 8 ) ) . V e s i c l e s o f a p p a r e n t g o l g i o r i g i n a r e o b s e r v e d t h r o u g h o u t t h e c y t o p l a s m ( F i g . 8 a n d 9 ) • B e c a u s e o f t h e c r o w d i n g i n t h e s e m e r i s t o d e r m c e l l s , a n a s s o c i a t i o n o f m e m b r a n e w h o r l s w i t h d i c t y o s o m e s i s n o t a s c l e a r c u t a s t h a t d e s c r i b e d , i n t h e l a s t s e c t i o n ( 3 . 2 . E x p a n s i o n Z o n e ) . The . a p i c a l c y t o p l a s m h a s b e c o m e c o m p a c t a n d r e s t r i c t e d . T h e r e i s u s u a l l y a t h i n l a y e r o f a p i c a l c y t o p l a s m b e t w e e n t h e a p i c a l p e r i c l i n a l c e l l w a l l a n d c h l o r o p l a s t s ( F i g . 4 ) . T h e 7 8 c y t o p l a s m i c m a t r i x i s d e n s e m a k i n g i t d i f f i c u l t t o d i s t i n g u i s h p r o f i l e s o f p e r i p h e r a l EE ( F i g . 9 ) . . G o l g i v e s i c l e s d i s t i n g u i s h e d b y t h e i r c o n t e n t s a n d n u m e r o u s c h l o r o p a s t d e r i v e d m e m b r a n e w h o r l s c o n t r i b u t e t o a c o m p l e x m o r p h o l o g y ( F i g . 9 a n d 13) . T h i s a p i c a l c y t o p l a s m may e x t e n d b e t w e e n t h e c h l o r o p l a s t s t o t h e n u c l e u s ( F i g . 1 3 ) o r t h e n u c l e u s may be s q u e e z e d b e t w e e n t h e s e a p i c a l c h l o r o p l a s t s a n d f u r t h e r r e s t r i c t t h e a p i c a l c y t o p l a s m ( F i g . 1 2 ) . T h e a p i c a l c y t o p l a s m v a r i e s c o n s i d e r a b l y b e t w e e n c e l l s . I n s o m e c a s e s , i t may a p p e a r a s a n e x t e n s i o n o f t h e c o m p r e s s e d a p i c a l l a y e r o f c y t o p l a s m d e s c r i b e d a b o v e c o n t a i n i n g d i c t y o s o m e v e s i c l e s a n d v a r i o u s m e m b r a n e w h o r l s ( F i g . 9 ) . Y e t i n c a s e s i t may a p p e a r v a c u o l a t e d t h r o u g h a n a p p a r e n t h y p e r t r o p h y o f EE a n d l o s s o f c o n t e n t s ( F i g . 1 3 ) , w h i l e i n o t h e r s t h i s h y p e r t r o p h i e d ER i s f i l l e d w i t h a h o m o g e n o u s m a t e r i a l ( F i g . 1 2 ) . The b a s a l c y t o p l a s m b e c o m e s d o m i n a t e d b y c h l o r o p l a s t s , m i t o c h o n d r i a a n d v a r i o u s p a t t e r n s o f v a c u o l a t i o n ( F i g . 1 4 ) . T h e c h l o r o p l a s t s h e r e a r e i d e n t i c a l t o t h o s e o f t h e a p i c a l c y t o p l a s m a n d t h e m i t o c h o n d r i a a p p e a r t o b e o r t h o d o x a n d s h o w n o n e o f t h e c u p m o r p h o l o g y o f t h e p r e v i o u s s e c t i o n ( 2 . 2 . E x p a n s i o n Z o n e ) . . T h e s e m i t o c h o n d r i a r e p r e s e n t e l o n g a t e s p h e r i c a l m o r p h o l o g i e s i n s e c t i o n i n d i c a t i n g t h a t t h e y a r e i n f a c t t u b u l a r ( F i g . 1 4 ) . I n c o n t r a s t t o t h e t w o p r e v i o u s s e c t i o n s ( 2 . 1 . A n d 2 . 2 . ) t h e r e i s i n v a r i a b l y s o m e d e g r e e o f v e s i c u l a t i o n i n t h e b a s a l c y t o p l a s m ( F i g . 1 4 ) . V a c u o l a t i o n s e e m s t o o c c u r i n a n 79 h o m o g e n e o u s r e g i o n o f b a s a l c y t o p l a s m d e l i m i t e d b y s h e e t s o f a p p a r e n t l y f e n e s t r a t e ER ( F i g . 1 2 a n d 1 4 ) . T h i s a g r e e s w i t h t h e f i r s t i n d i c a t i o n s o f v a c u o l a t i o n a l r e a d y c o n s i d e r e d ( F i g . 2 0 , s e c t i o n 2 . 1 . ) . Some o f t h e s t r u c t u r e s c o m m o n l y f o u n d i n c l u d e d i n o r d o m i n a t i n g t h i s a r e a a r e h y p e r t r o p h i e d g o l g i v e s i c l e s ; m e m b r a n e w h o r l s o f v a r i o u s s i z e s a n d o s m i o p h i l i a ; o s m i o p h i l i c g r a n u l e s ; a n d v a r i o u s s i n g l e a n d d o u b l e m e m b r a n e b o u n d v e s i c l e s ( F i g . 1 4 a n d 1 5 ) . T h e l a r g e m e m b r a n e w h o r l o f F i g u r e s 14 a n d 15 i s a p p a r e n t l y c o n t a i n e d w i t h i n a h y p e r t r o p h i e d c i s t e r n a o f t h e ER d e l i m i t i n g t h i s r e g i o n ( F i g . 15 s m a l l a r r o w h e a d s ) . T h e o b v i o u s h y p e r t r o p h i e d g o l g i v e s i c l e i s a p p a r e n t l y j u s t i n c l u d e d w i t h i n o r h a s b e e n a l l o w e d t o p a s s t h e m e m b r a n e s d e l i m i t i n g t h i s r e g i o n ( F i g . 1 4 ) . C o n t e n t s o f t h e v a r i o u s s i n g l e a n d d o u b l e m e m b r a n e b o u n d i n c l u s i o n s v a r y i n t e x t u r e a n d c s m i o p h i l i a ( F i g . 1 4 a n d 1 5 ) . A l t h o u g h n o t i l l u s t r a t e d h e r e , n u m e r o u s m i c r o b o d y - l i k e s t r u c t u r e s w e r e o b s e r v e d i n t h e s e m e r i s t o d e r m c e l l s . 80 C H A P T E E I F I G U R E S , Y O U N G E S T S O R I 81 P l a t e X I X F i g u r e 1. TBO s t a i n e d m e r i s t o d e r m c e l l s a d j a c e n t t o t h e y o u n g e s t s o r u s . . C e l l w a l l s a r e a m e t a c h r o m a t i c p u r p l e a n d an o u t e r r e d l a y e r h a s c o m e o f f ( a r r o w ) . W h e r e n u c l e i a r e v i s i b l e t h e a p i c a l a n d b a s a l c y t o p l a s m a r e d i l i m i t e d . C h l o r o p l a s t s ( * ) o c c u r i n t h e a p i c a l a n d b a s a l c y t o p l a s m . A p i c a l a n d b a s a l c y t o p l a s m may c o n t a i n d e n s e l y s t a i n i n g g r a n u l e s ( s m a l l a r r o w h e a d s ) a n d t h e b a s a l c y t o p l a s m i s v a c u o l a r ( l a r g e r a r r o w h e a d ) . S c a l e e q u a l s 10 u m . N o t e s i z e d i f f e r e n c e b e t w e e n m e r i s t o d e r m c e l l s a n d i m m e d i a t e l y s u b t e n d i n g c o r t e x c e l l s . S c a l e e q u a l s 10 um. F i g u r e 2. A B / S O s t a i n e d c e l l s a d j a c e n t t o t h e y o u n g e s t s o r u s . A l l w a l l s s t a i n e d f o r a l c i a n b l u e . N o t e e s p e c i a l l y t h e h e a v y a l c i a n o p h i l i a o f