A c t i o n d e s r a y o n s X sur Chara vulgaris L.

V. L e s m o d i f i c a t i o n s d e s , p l a s t e s a p r ~ s i r r a d i a t i o n

Par

Claude Gillet 1

A,zec 7 Figures

(Recu le 40ctobre 1962)

I. Introduct ion

Le t ra i tement des plantes par des rayons X ou y d6termine souvent des modifications dans les pigments photosynth~tiques. De nombreux auteurs (cf. revue in G u n c k e 1 et S p a r r o w 1961) ont d6j~ signal4 ] 'appar i t ion de plages chlorotiques dans les feuilles des v6g6taux irradi4s. L ' i r radia t ion affecte aussi la forme des chloroplastes et d6termine l ' induction de types chloroplasfiques anormaux.

Nous avons observ6 cet effet dans les cellules n4oform4es apr~s l ' i r radia- tion d 'une algue d 'eau douce :Chara ~ulgaris L. La description des dif- f4rents types aberrants de chloroplastes apparus apr~s le t ra i tement fair l 'objef de cette note. Cette 4rude 4fair int4ressante h ent reprendre car, si comme l 'admet D a n ge a r d (1947) l '4volufion dn plast idome dans les organes est conditionn4 pa r l '4tat physiologique des cellules, les modifica- tions observ4es apparaissent alors comme le r4sultat des possibilit4s d ' adapta t ion des chloroplastes aux nouvelles conditions de milieu intra- cellulaire induites par ]e rayonnement .

II. Mat4riel e t m 4 t h o d e

1Nos observations ont port6 sur Chara tmlgaris L. cultiv6 au ]aboratoire en conditions normalis6es. Les cellules apicales des t61omes sont seules irradi6es, le reste de la p lante 6rant alors recouvert pa r nne p]aque de plomb. Le g6n6rateur de rayons X est un tube Machlett O E G 6 0 ~ fen~tre de b6ryllium, fonct ionnant avec localisateur sous une tension de 40 K u et une intensit6 de 25 mA. Son d6bit mesur6 clans ]'air est d 'environ 14.009 r/

1 Institut de Morphologie u et Laboratoire de Recherches pour ]a pro- tectiou des populations eiviles, Universit4 de Liege.

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minutes ~ 12eros. du foyer. Au cours de l ' irradiation, les ptantes sont dispos4es sous une touche de 1 ram. du milieu de euhure. Les doses administr6es aux s4ries des plantes trait4es (49 plantes par s6rie) aug- menten~ de i,560 r jusqu'~ i00.0O0 r. Apr~s le traitement, tes plantes sont remises en culture au laboratoire. Les moclifieations ehloroplastiques des eellules vivantes sont not6es ehaque semaine apr~s l ' irradiation.

llI. Observations

i. L e s c h l o r o p i a s i e s c h e z t e s p l a n t e s t ~ m o i n s

Avant d 'aborder l 'dtude des chloroplastes anormaux apparus dans !e matgriel irradid, iI est n6cessaire de donner une brgve description du type ehloroplasiique que l'on rencontre normalement ehez Chara. L'diude eyto-

Fig. 1. Chloroplastes ,~ longs et fins, dates une cellule pr6sentant une anomatie externe de strneture. Aspect g~n6ral en laniSre. Agr. XS00 ; 12.500 r.

Fig. 2. Chloroplastes ,longs et fins,, : d6tail de la structure interne. On note difffirentes granulations. Agr. X1.700 ; t2.500 r.

N. B. Les taches sombres qui apparaissent sur les photos sont dues /~ des cristaux de calcite incrust6s sur la membrane eellulaire.

logique du plastidome de Chara a d~j/~ fait l'ob~et de t ravaux ant6rieurs (M i r a n d e t919, M a n g e n o t 1922, O a n g e a r d I9k7). Nous nous borne- rolls darts eette note ~ pr6eiser la structure habituelle des ehloroplastes dans les cellules internodales du t61ome, cellules o/i les chloroplastes sont les plus abortdants et les pIus rgguliers.

Action des rayons X sur Chara vulgaris L. 639

Dans les cellules internodales, le cytoplasme forme une couche relative- xnent mince entourant une grande vacuole centrale. La par t ie la plus externe de cette couche (ectoplasme) situ4e le long des parois de la cellule est immobile et contient les chloroplastes. Leur morphologie varie avec l'~ge de ta cellule. Dans 1~ cellules jeunes (Fig. 7, 1), les chloroplastes sont de forme ettipso~de et imbriqu6s les uns dans les autres, d 'une mani~re dense. Dans les cellu,les ag6es (Fig. 7, 2) les chloroplastes sont beaucoup plus grands, oblongs, cont iennent de gros grains d 'amidon et sont plus espae4s les uns par r appor t aux autres. Leurs di- mensions sont de l 'o rdre de 4 # 5 de large sur 5 # de long. Alors que pour une m~me surface cel lulaire, on compte, en moyenne 37 chloroplastes chez une cellule ieune, on n 'en d4nombre plus que 8 chez une cellule ~g6e.

2. T y p e s c h l o r o p l a s t i q u e s a n o r m a u x a p p a r u s a p r 6 s

l ' i r r a d i a t i o n

Apr~s avoir 4t~ irradi~es, les cellules apicales de nom- b r eux t41omes ont con t inu6 / l se diviser et 5 donner nais- sanee fi de nouvel les eellules nodales et in ternodales . Cer- taines de ees derniSres ont leur stock de ehloroplastes eompl~tement modifi4. La forme, la s t ructure de ceux-ei ei leur densit4 s'41oignent des earaet4ristiques habituelles du plas}idome de Chara. Ces eellules ~ plastes anormaux sont apparues apr~s diff6rents temps de latence et sont distribu4es au hasard/~ Cravers le t41ome sans qu 'aucune r4part i t ion syst4matique ne puisse 6tre 4tablie. Elles peuvent en outre pr6senter une anomalie de croissance qui les t ransforme en un cyl indre globuleux (ano- malie fl, G i 11 e t 1963). Plusieurs types chloroplastiques aberrants ont 4t4 relev4s, mais un seul de ces types est exclusivement pr4sent par cellule. Les p r inc ipaux types sont les suivants :

a) Type long et fin

Les chloroplastes de ee type sont fort allongSs et tr~s souvent effil4s aux extr4mitgs. Leur ]onguenr pent af teindre 1?1 # soit 59 fois environ celle du type chloroplasfique normal. Leur largeur n'exc~de pas 4,tt et descend jusqu'5 1/~ 1 ~ leurs terminaisons. Le contour du chloroplaste pr4sente parfois des ondu]ations et peut parfois m~me ~tre brusquement ineurv4.

Fig. 3. Aspect chlorotique d'une cetlule inter- nodale poss~dant des chloroplastes -longs et fins,, d'un type particuli~rement aceus6. Restauration de la structure normal d'un t~lome

apr~s une dose de 5.125 r. Agr. XS0.

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Los chloroplastes appa ra i s sen t donc sous forme de longue [ani~re ettroite plus ou moins flexueuse (Fig. 1). Ils sont de eouleur vert pfile eL on peut 5" dist inguer ,des granulat ions de faille et .de eouleur diff6rentes : (Fig. 2 ; Fig. 7, 5).

/brunes ou rouge~tres de 0 # 7 ~ 1 ,u4 (lipophan6rose?) Granula t ions .~verd~tres de 1 ~ 8 /t 2 ~ 5 ,~

blanchfitres de 2/z 5 ~ 3 # ) La coloration au lugol ne r~v~le que quelques grains d ' amidon (environ

en moyenne) dont le diam~fre oscille autour de 2 #.

Fig. 4. Chloroplastes ,< fort allongds ,,. A noter : le contour << festonn6 ,, de ceux-ci. Agr. )41.700 ; 12.500r.

Fig. 5. Chloroplastes , 5 allongemertt rdduit,,. Ceux-ei sont dispos6s en cou&e pavimenteuse et contiennent de nombreux grains d'amidon. Agr. X1.700 ; 12.500 r.

Ces chloroplasfes mani fes ten t une certaine aetivitd divisionnelle. Ils se f ragmenten t aprbs avoir 6~ir6 entre eux un t ractus incolore. Une cassure t ransversa le peu t aussi s6parer un chloroplaste en deux fragments . La denslt4 de ces chloroplastes pa r cellule est re la t ivement faible.

Chez certaines ccllules, ces plastes peuven t devenir tel lement t~nus qu'ils appara i s sen t sous forme de longs filaments monil i formes : des grains plus r6fringents jaune pale sont r6unis entre eux par des zones incolores. Co lor ' s au lugol ces grains se teintent en b run fonc6.

Le plas t idome de ces cellules 6volue donc vers des formes mitoplast iques souvent si t6nues qu'elles ressemblent "~ des chondriosomes f i tamenteux. De telles eellules sont ehlorotiques (Fig. 3). Ires &loroplastes - longs et fins ,, ont surtout 6t6 observ6s ehez les plantes irradi6es & la dose .de 12.500 r. lls sont plus ra rement pr6sents ~ des doses inf~rieures.

Action des rayons X sur Chara oulgaris L. 641

b) Type ,< fort allong~ ,,

Ce type chloroplastique est assez proche du pr6c6dent mats ses dimen- sions sont moins longues et plus larges. Sa taille n'exc~de pas 120,u de long mats il at teint 7/~5 de large. Le,s contours de ces &loroplastes sont f,ort s inueux et p rennent souvent un aspect festonn6. Ils apparaissenf donc comme des bandes assez larges, plus ou moins lob6es disposdes paral l~lement dans la cellule (Fig. 4). Ils ont une teinte uniforme vert clair et poss~dent de pet i tes masses d 'un ve r t plus sombre, de forme assez i r r6guh~re . Celles-ci sont for t nombreuses et l eur dia- m~tre moyen est compris en t re 2# et 5#7 {Fig. 7, 4). Colo%es au lugol, elles se t e in ten t tr~s l en tement et d 'une mani~re homogSne en viole t notre, ire. Ce type de chloroplaste est pr incipale- ment appa ru chez les plan- tes i r radi6es h la dose de 12.500 r.

c) Type << ~ allongement r~duit >>

Ce 3 ~me type de s t ruc ture anormale chloroplast ique est caract6ris6e par son as- Fig. 6. Chloroplastes ,~ arrondis ~ tr~s pauvres en pect d 'ell ipse for t allong6e, inclusions internes. Agr. X1.700 ; 25.00'0 r. aux extr6mit~s ar rondies et par ses dimensions toujours sup~rieures h celles des chloroplaste,s t~moins. Son grand axe ne d6passe pas 27# mats, n'est pas inf~rieur ~ 14#. Sa largeur moyenne est de 5~u 5. Ce type de chloroplaste anormal est donc beaucoup moths 6ti% que les p%c6dents. Ses contours sont rarement d~form6s. Leur densit6 par cellule est 61ev6e : ils sont encast%s les uns dans les autres cn couche ,pavimenteuse (Fig. 5). De teinte vert sombre, fort proche de la coloration habituelle du plast idome de Chara, ces plastes contiennent de nombreux grains d 'amidon de forme arrondie ou ovale, dont le diam~tre moyen oscille entre 2/~S et 4 # 5 (Fig. 7, 5). Ce type d 'anomalie chloroplastique a 6t6 rencont% dans les s~ries de plantes trait~es par 6.250 r et 12.500 r.

d) Type ~ arrondi ~,

Ce dernier t ype de chloroplasfe anormal est arrondi, quasi isodiam6tri- que, de peti te faille ne d~passant pas 6 # de diam~tre. Ils sont g~n6ralement peu nombreux pa r cellule. Ils sont colo%s en vert p~le et confiennent dans la %gion centrale un ou deux granules de teinte b lancMire (Fig. 6). On les observe dans les cellules issues du materiel irradi~ par 25.000 r et 50.000 r.

Chez certaines cellules n6oform6es apr~s des doses plus faibles (6.250r

Protoplasma, Bd. LVI/4 42

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et 12.500 r) est parfois prSsent un type ehloroplastique arrondi scrub]able ~ ee dernier mais de diam~tre plus grand (environ 10/z). A l ' int6rieur de ees plastes sont visibles de nombreux grains d ' amidon (faille moyenne : 5.~8).

Conclusions

1. Plusieurs types de chloroplastes a n o r m a u x sont a p p a r u s dans certaines eellules internodales issues de la eellule apieale irradige sans qu 'on puisse d~finir une rdpart i t ion syst~mat ique de ces anomalies h t ravers le t~lome.

i I

3 4 5 Fig. 7. 1, Aspect et densit~ des chloroplastes normaux de cellule jeune. 2, Aspect et densit~ des ehloroplastes normaux de eellule ~gde. 3, D6tail de la structure d'un ehloroplaste aberrant du type ~t , allongement r~duit *. 4, D6tail de la structure d'un ehloroplaste aberrant du type *, fort allong$ ~,. 5, D6tail de la structure d'un ehloroplaste aberrant du type , long et fin ,,. - - 1 et 2 : Agr. X1.000, 3 et 4 : Agr.

X1.700 et 5 : Agr. X2.000.

2. D e u x types de modifications diff:~rentes se d@agent de la morphologie des ehloroplastes anormaux . Ce sont : d 'une pa r t un dgve loppement isodia- mgtr ique des plastes s ' a eeompagnan t d 'une r6duetion de faille "~ mesure que la dose a ~td plus forte ; d ' au t re par t , un al longement et un aff inement paral lble des plastes dg te rminant une r@ression de eeux-ei vers un aspect mi toplas t iqne parfois tr~s aeeus6. .Ces deux t ransformat ions vont de pa i r avee une rargfaef ion des 6ldments figures du plasfidome.

V. Discussion Des mal fo rmat ions chloroplasfiques assez proches de celles observdes

chez Chara ont d6jh 6t6 d6crites chez les mousses et les foug~res issues de

Action des rayons X sur Chara vulgaris L. 643

spores irradiSes ( K n u d s o n 1940, M a l y 1951, M o u t s c h e n - D a h l n e n 1957). L 'appar i t ion de chloroplastes allong6s ou de chloroplastes arrondis selnble done 6tre le r6sultat d 'un effet fr6quent des rayons X sur le d6velop- pelnent du plastidolne du 1noins chez les Cryptogalnes.

La localisation sectoriale aldatoire de certaines de ces aberrat ions chloro- plastiques telle qu'elle a 6t~ ddcrite dans les organes d 'autres plantes se re t rouvent dans cette 6rude au niveau cellulaire. I1 est ainsi surprenant d 'observer que certaines cellules possbdent des chloroplastes aberrants alors que d 'autres issues au 1n51ne moment de la m51ne initiale contiennent un syst~1ne chloroplastique normal. Pour A n d e r s s o n - K o t t 5 (1927) et M o u t s c h e n - D a h l n e n (1957) on se t rouverai t en pr6sence d 'une mutat ion d 'un faeteur plasln,ag6nique encore que ces caract~res anormaux disparaissent chez les mousses et les foug~res pendan t la phase sporophyt i - que.

I1 est probable que les propri6tds du cytoplaslne lui-1n61ne soient 1nodi- fi6es dans les cellules n6oform6es apr~s l ' i r radiat ion et que ces nouvelles propri6t6s entra inent un changement de polari t6 dans la croissance des 6161nents cellulaires (cf. aussi anomalies affectant la s t ructure externe des cellules 6galelnent r6parties au hasard ~t t ravers le t61olne, G i l 1 e t 1963). Des facteurs cytoplaslniques peuvent , aussi bien que des facteurs nucldaires, influencer le ddveloppement des chloroplastes (v o n W e t t s t e i n 1959) et il n'est pas exclu que les uns agissent conjointelnent avec les autres.

Zusammenfassung Verschiedene T y p e n yon regelwidrigen Chloroplasten in den neugebilde-

ten internodialen nach der Ausstrahlung der Scheitelzelle der Chara ,ulgaris erschienenen Zellen sind behandel t worden.

Die aleatorische Eintei lung der Zellen 1nit ~ihnlicher Regelwidrigkei t ist unterstr ichen und kurz besprochen.

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Anschrift des Verfassers: Dr. Claude G i l l e t, Inst i tut de Morphologie V6g6tale et Laboratoire de Re&erches pour la protection des populations eiviles, Uni~;ersit6 de Li6ge, 5, rue Fusch, Liege (Be]gique).