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RESEARCH PRODUCT

The Loss of Structural Integrity in Damaged Spruce Needles from Locations Exposed to Air Pollution I. Mesophyll and Central Cylinder

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In connection with the new type of forest damage, the individual disease situation of two-year-old spruce (Picea abies) needles was analyzed histopathologically in forest areas exposed to different levels of O3-, SO2- and NO3- pollution. Early damage results from losses of chlorophyll in the mesophyll cells. The bleaching is more intensive towards the apex in severely damaged needles. The cytoplasm is aggregated at the cell wall and the chloroplasts show definite structural damage as well. The mesophyll cells below the epidermis, or the cells adjacent to the vascular bundle sheath, appear to be particularly susceptible. Collapsed cells (bone cells), which increase in number with damage, can lead to tissue death in certain needle areas, (brown tips, transverse bands). Necrotic spots are manifested as groups of dissociated cells in which hypertrophic and collapsed cells as well as abnormal proliferations can be observed. Hypertrophy and cell collapse appear in the central cylinder in addition to severe phenol deposits. Bone cells and chlorophyll losses can already be detected in the green needles of damaged trees, indicating latent damage, which becomes macroscopically visible only after more extensive damage. Our results indicate that no biotic stress factors take part in the damage of the spruce needles investigated here. Anthropogenic air pollutants in addition to abiotic stress factors must be regarded as a main cause of damage. ZusammenfassungVerlust der strukturellen Resistenz in Nadeln geschadigter Fichten immissionsbelasteter Standorte 1. Mesophyll und Zentralzylinder Nadeln zweijahriger Fichten (Picea abies) von immissionsbelasteten Freilandstandoten wurden im Zusammenhang mit dem Auftreten neuartiger Waldschaden histopathologisch untersucht. Ein fruhes Schadsymptom stellt der Chlorophyllverlust von Mesophyllzellen dar. Bei starker geschadigten Nadeln last sich ein Ausbleichungsgradient von der Nadelspitze zur Nadelbasis hin feststellen. Das Cytoplasma ist entlang der Zellwand aggregiert und die Chloroplasten weisen deutliche strukturelle Aberrationen auf. Sowohl die der Epidermis als auch die der Leitbundelscheide benachbarten Mesophyllzellen erwiesen sich als besonders schadigungsanfallig. Schon in gruncn Nadeln lassen sich in diesen Mesophyllbereichen kollabierte Zellen (Knochenzellen) feststellen. Dies indiziert eine latente Schadigung bereits griuner Nadeln. Ein tlachcnhafter Zellkoilaps fuhrt zu nekrotischen Arealen in der Nadel, die sich makroskopisch als braune Nadelspitze oder braune Banderung manifestieren. Die histologische Basis von punktformigen Nekrosen besteht in einer Ansammlung hypertropher, kollabierter und proliferierender Zellen. Auch im Zentralzylinder lassen sich hypertrophe und kollabierte Zellen im Verein mit auffalligen phenolischen Einlagerungen nachweisen.