Etudes du cours des hyphes de Fomes fomentarius dans le bois d'Aesculus hippocastanum au microscope Clectronique a balayage

STEFAN PLANK' ET FRANZ WOLKINGER~ Lrrdwig Bo1tztnrinr~-it~stit~rt~fiir. Unz~veltwi.sset~scl~~~ften rrnd Notrrrscllrrtz, Grtrz, et Institrrt f7ir Anatomie

rrt~d Pllysiologie der PJanzen, Ut~i~~ersirii't G r ~ z , A-8010 Grrrz, Arrtricl~e

R e ~ u le 22 decembre 1975

PLANK, S. , et F. WOLKINCER. 1976. Etudes du cours des hyphes de Fomes fotnentrrrirrs dans le bois d'Aescrrlrrs l~ippoc~starlrlm au microscope Clectronique h balayage. Can. J . Bot. 54: 223 1-2238.

Les hyphes perforatrices de Fotnes fomrtltrrrirrs (L.ex Fr.) Kickx furent examinees dans un Cchantillon d'Aescrrlrrs hippocrrstrrnrrm L. au microscope Clectronique a balayage. Les hyphes p6nCtrent toutes les cellules du bois d'Ae~crr111~ et percent les parois cellulaires en de nombreux endroits. Les ponctuations sont occasionnellement des lieux de passage, mais cependant la paroi cellulaire, absente de ponctuations, est enfoncee en plusieurs emplacements par ies hyphes. La secretion d'enzymes h la partie apicale de I'hyphe perforatrice joue une r61e Cminent. Une fois crCCes, les perforations s'elargissent lateralement sous I'action enzymatique. Le cours des hyphes peut i'tre suivi exactement sur des photographies i effet h trois dimensions obtenues au microscope electronique h balayage.

PLANK, S. , and F . WOLKINCER. 1976. Etudes du cours des hyphes de FomesJbtnet~trrrirrs dans le bois d'Aescrrlrrs l~ippocrrstrrt~rrt)~ au microscope ilectronique a balayage. Can. J . Bot. 54: 223 1-2238.

In a scanning electron microscope (SEMI study, the passage of penetrating hyphae of Fomes fonientrrrirrs (L.ex Fr.)Kickx was observed in a representative specimen of Aescrrlrrs lrippocrrs- trrtlrrm L. The fungus hyphae appear in all cells of the wood and break through in numerous areas of the cell walls. It was noted that many pits serving as passageways were found; however. the cell wall was observed to be penetrated in many areas devoid of such pits. Apically secreted enzymes probably played a primary role in the process. The primary bore passages are widened by means of lateral enzyme secretion. The depth and sharpness of the SEM photographs are remarkable in that they allow one to follow the passage of the hyphae quite well.

Introduction Fomes fornentarius (L. ex Fr.) Kickx = Un-

gulina fomentaria (L. ex Fr.) Pat. = Polyporus fonzentnrius Fr. vit en parasite ou en saprophyte dans le bois de diffkrents feuillus. Sa &partition s'Ctend sur I'hCmisphere nord de l'ancien et du nouveau rnonde. Dans l'arbre rnort il dCcompose le bois de cceur et l'aubier simultanCment en provoquant une pourriture blanche, dans le bois vivant il attaque davantage le bois de cceur (Weir 1914; Hilborn 1942; Kreisel 1961).

Une Ctude approfondie sur Fomes fomentariw fut publike par Hilborn (1942). Lohwag (1955) donne des valeurs sur l'intensitC de dCcomposi- tion dans diffirents bois infect& par ce basidio- mycete.

'Adresse actueIle: Ludwig Boltzrnann-Institut, Hein- richstraBe 51111, A-8010 Graz, Autriche.

'Adresse actuelle: Universitat Graz, SchubertstraBe 51, A-8010 Graz, Autriche.

Dans le prCsent travail les hyphes de Fonzes fonzentarius sont photographites dans le bois d'Aesculus hippocastanllm en rnicroscopie Clec- tronique a balayage. Au cours de cette Ctude la question primordiale fut la percCe des parois cellulaires de la plante hate sous l'action enzymatique des hyphes du champignon. La technique de la rnicroscopie Clectronique B balayage permet I'obtention de vues A eEet A trois dimensions sur lesquelles on peut suivre avec exactitude le trajet des hyphes.

Une partie du tronc du rnarronnier infect6 par Fomes fumen~arirrs originaire du parc municipal de Graz en Styrie, Autriche, servit de base pour nos Btudes. Sur le tronc on rernarqua la prisence de trois carpophores. La partie transversale du tronc est parcourue par de larges bandes de rnycklium.

Les Cchantillons furent prClevCs au niveau des bandes de mycBliurn dans I'aubier. On prBpara de petits blocs de bois de forrne prismatique (5 x 3 x 1 mm) que l'on

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introduisit dans le porte-bloc spCcialement fabriquC pour cette n~anipulation (Brunegger et 01. 1976).

La fixation des Cchantillons fut CxecutCe dans I'azote fondante a -210 "C. Une fois dans I'azote liquide, on rabota la surface du bois a l'aide de lanles en verre(LKB- Knifemaker). Cette manipulation fut rCalisee au micro- tome Leitz nioclifiC pour nos travaux. I~itervalle de coupe: 1 pm.

Le sCchage des prtparations sous congClation fut effectue dans I'EPA 100 (appareil a preparation univer- selle) sous un vide de 10-"orr (Aldrian ct 01. 1972). Toujours so~ls vide on vaporisa les Cchantillons de char- bon et d'or (Grasenick 1962; Geymayer 1967).

Pour toutes les Ctudes ultrastructurales et pour la photographie on se servit d'un Cambridge Stereoscan Mark 11. Tension: 30 kV.

Tous les travaux au n~icroscope Clectronique 2 balayage furent effect~ies en Ctroite collaboration avec le Centre de Microscopie Electronique de Graz, Autriche.

Histologie du bois de I'h6te

sont dispersis dans tout le cerne. Entre les fibres mortes et les vaisseaux on note de faibles con- tacts de ponctuations. Les rayons sont unisiriis, de composition homogine et sur les parois on reinarque de non~breuses ponctuations. Le parenchyme axial est rencontri en fines lignes terminales, contigiies aux vaisseaux (Braun et Wolkinger 1970; Jacquiot et 01. 1973).

Le cours des hyphes La figure 1 montre un peloton d'hyphes des

bandes de mycilium. Les hyphes ont un dia- metre d'environ l pm et forment un plecten- chyme l2che A partir duquel les hyphes pinitrent le bois. D'aprks Miinch (1 9 10) les fentes reinplies de mycilium sont h l'origine de l'infection de l'arbre tout entier. Sous l'action de l'infection

Le bois d'descuhrs hipyoccrstanunz fournit un primaire l'arbre perd en consistance, des fentes des prototypes des 17 'types d'idification histo- longitudinales apparaissent. Les hyphes du logiques' donnie par Braun (1970). La plus champignon gagnent assez rapidement les autres grande partie du tissu est formie de fibres libri- parties du bois. forines mortes. Les vaisseaux ont des perfora- La figure 2 montre une coupe radiale du bois tions simples. De petit diamktre (+60 pnl), ils infecti. On voit pricisiment la structure hoino-

FIG. 1. Extrait d'un peloton d'hyphes dans des bandes de mycClium. Les hyphes forment ici un plectenchyme liche.

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stade avancC de dtcomposition du bois ou les perforations sont en gCn6ral bien Clargies et envahies par plusieurs hyphes (Fig. 4).

Les figures 5 et 6 reproduisent dans les fibres libriformes mortes un stade similaire de dCcom- position avancCe avec de grandes perckes. Sur la figure 6 on peut meme constater des emplace- ments oh les hyphes ont essay6 d'enfoncer la paroi cellulaire sans la pCnCtrer.

La figure 7 prCsente une situation uniquement visible en microscope Clectronique B balayage. Une jeune hyphe perfore la paroi d'une fibre libriforme morte. Dans ce cas prCsent la percCe a le m&me diametre que l'hyphe perforatrice. Lors d'une rCcente percCe on constate nettement une reduction de diamctre de l'hyphe (Hubert 1924; Cartwright 1930). NCanmoins l'hyphe se distingue B peine par son diametre des hyphes plus anciennes ou des hyphes du plectenchyme citCes ci-dessus. Le diametre est environ de 2 pm. Sur cette figure 7 on voit tres bien l'action enzymatique de la partie apicale des hyphes.

Un peloton dense d'hyphes se rencontre en gtnCral dans les vaisseaux, dans lesquels les hyphes ont une ripartition principalement axiale.

FIG. 2. Coupe radiale du bois dlAescrtlus hhippocastancon. ~ e s parois des viisseaux sont tgalernent percies On observe un rayon homogene (R), le tissu fibreux mart dans les domaines des ponctuations (Figs. 8 et (F) et un vaisseau (V). Le tissu du bois est envahi par de 9). pourtant on remarque en accord avec les nombreuses hyphes (H) de F o t ~ e s fotr1e1~1ni.h~.

auteurs prCcCdents (Proctor 1941 ; Hilborn 1942) que les -pores des ponctuations arColCes inter-

gene des rayons. Toutes les cellules sont envahies vasculaires ne sent pas des lieux de passage Par les h ~ ~ h e s filamenteuses. On constate gCnCralement usitCs. Dans certains cas les hyphes les parois cellulaires de nombreuses p e r c h percent le margo des ponctuations (Fig. 8) et diies au champignon. Les figures 3 et 4 prCsentent souvent les parois sans ponctuation. les agrandissements des cellules des rayons. Ces cellules sont mortes et vides. Sur les ~ a r o i s Discussion radiales on note de nombreuses perforations, elles ont des bords nets de forme Cliptique ou cyclique plus prCcisCment on peut comparer leur forme a un 'verre de montre' d'apres Hubert (1924), mais on constate aussi que des per- forations Clargies ont une forme irreguliere (Figs. 4 et 6). Le diametre des perforations oscille entre 5 et 10 pm. Dans le cas present i l s'agit d'un

Fornes fornentarius est un champignon sapro- gene qui dtcompose par la formation d'enzymes spCcifiques (voir Nobles 1958) simultanement la cellulose et le lignine d'ou rCsulte une pourriture blanche du bois. Les problemes de la dCcomposi- tion du bois par Fornes forne/ztarilts et par d'autres champignons lignivores firent l'objet de nombreuses investigations depuis les recherches

Frc. 3. Coupe radiale d'un rayon. Les cellules des rayons sont sillonnees en direction radiale par les hyphes (fl6hes).

FIG. 4. Cellule de rayon touchte par les hyphes. Les parois radiales montrent de grandes percees (fl6hes) a travers lesquelles les hyphes se propagent. Au voisinage de celles-ci, on constate des ponc- tuations simples encore intactes (PI.

FIG. 5. Point de contact entre les bandes de myctlium et le tissu fibreux. Les parois des fibres libri- formes sont perfortes par de nombreuses hyphes.

FIG. 6 Hyphes dans les fibres libriformes. On reconnait les emplacements, oh les hyphes per- foratrices se sont implanttes, mais n'ont pas p tnt t r t la parois cellulaire (fl&che).

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FIG. 9. Les hyphes percent une ponctuation ariolte intervasculaire au niveau des pores.

fondamentales d'Hartig (1878). Les questions sur la perforation par les hyphes des parois cellulaires sont dlinttr&t particulier. La perfora- tion de la paroi cellulaire sous action enzyma- tique est prouvte pour les basidiomyc6tes ligni- vores provoquant des pourritures blanches ou brunes (Proctor 1941; Chou et Levi 1971). I1 reste a demontrer comment les enzymes pCnC- trent les couches intirieures de la paroi cellu- laire. D'aprks Liese et Schmid (1962) les enzymes diffusent par la lamelle ternlinale (s,) de la paroi secondaire et dCcomposent ensuite la couche intirieure. Par contre Chou et Levi (1971) ont travail16 sur la pourriture brune et affirment que les enzymes pCnCtrent 1atCralement les diffC- rentes couches de la paroi cellulaire par les perforations.

Lors de nos propres Ctudes nous n'avons pas trouvC de preuve, que les enzymes de Fomes fol~~el~tm.iiis diffuseilt par la lainelle terminale. En cas de diffusion on remarque une zone de lysis assez distincte a la surface de la paroi cellulaire. Nous avons rencontrC ce lvsis chez d'autres champignons provoquant des pourri- tures brunes coinme Piptoi~or~is betiiliniis (Plank et Wolkinger 1976) ou Met.~ili~is lrrcrj)l?~al~s (non ~ubl ike) reconnaissables tres nettement sur les photos obtenues au microscope Clectronique B balayage. D'un autre c6tC les percCes s'klargissant B la suite de la dCcomposition avancie sont une preuve pour la diffusion latCrale des enzymes.

I1 reste nkaninoins B discuter dans ce prisent travail dans quelles niesures la microscopie tlectronique B balayage permet l'obtention de

FIG. 7. Une hyphe perforatrice perce la paroi cellulaire d'une fibre libriforme. On remarque I'effet lytique des enzymes stcrCtees la partie apicale de I'hyphe.

FIG. 8. Hyphes perforatrices dans les vaisseaux. Les parois cellulaires sont perctes a des endroits differents, souvent au niveau des ponctuations areolees intervasculaires ( I ) , occasionnellement dans la region du margo (2) et aussi aux emplacements sans ponctuation (3).

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vues nouvelles dans la morphologie et la cyto- logie des champignons lignivores et quels sont les avantages de cette mtthode vis-8-vis des autres dtjh appliqutes. La prtparation des hyphes est souvent trks difficile et frtquem~nent il rtsulte lors des manipulations un resserement ou un tclaternent de I'hyphe. Les risques d'ap- parition d'artefacts sont diffkrents non seule- ment selon la mtthode de preparation choisie mais aussi et surtout selon I'espice du cham- pignon et de son t ta t physiologique (Brunegger et al. 1976).

La technique de la microscopie tlectronique 8 balayage n'est pas approprike pour permettre des interprttations sur des proctdks de dtcom- position quantitatifs et qualitatifs, mais de tous les travaux anatomiques et cytologiques de ce genre, cette mtthode est indispensable pour reconnaitre les relations de dimensions entre les hyphes du champignon et les parois cellulaires ainsi que pour la dttermination de certaines textures de dtcomposition sptcifiques.

Remerciements Les auteurs adressent leurs remerciements

Monsieur le Hofrat, Dipl.-lng. Dr. F. Grasenick, Directeur du Centre de Microscopie Electronique de Graz, pour le geste gracieux qui nous fut accord6 de pouvoir effectuer nos recherches dans son institut, a Monsieur l'lng. A. Brunegger du Centre de Microscopie Electronique de Graz pour les nombreux conseils et indications, ainsi qu'a Madame D. Plank pour la rtvision du texte fran~ais.

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