Systematische Holzanatomie einiger Rubiaceen

Im allgemeinen sind zwei Merkmalkomplexe charakteristisch im Holz der Rubiaceen, wobei eine gute Übereinstimmung zutrifft mit Genera, Triben und sogar Unterfamilien, wie diese nach Ansichten neuerer Autoren (bremekamp, verdcourt) aufgrund morphologischer Merkmale umgrenzt werden. Bei Ausnahmen handelt es sich fast immer um Gattungen, deren systematische Stellung unklar ist, wie z. B. Henriquezia. Auch Cinchona, von vielen Autoren als gattungsgleich mit Ladenbergia betrachtet, unterscheidet sich nach holzanatomischen Merkmalen von dieser Gattung und nimmt aus diesen Gründen eine Sonderstellung innerhalb der Tribus Cinchoneae ein. Rubia fruticosa sowie andere holzige Vertreter der vorwiegend krautigen Rubieae zeigen eine Struktur des Xylems, die so verschieden ist von denen der anderen Vertreter der Rubiaceen, daß eine Sonderstellung dieser Gruppe innerhalb der Familie vorgeschlagen wird. Für ihre Bereitwilligkeit, die Korrektur der deutschen Fassung zu versorgen, möchte ich an dieser Stelle Herrn P. R. H. Noorman herzlich danken, besonders bin ich auch Herrn Dr. H. R. Höster (Technische Universität Hannover) in dieser Hinsicht sowie für seine sorgfältige Beratung sehr großen Dank schuldig. Frau Dr. A. M. W. Mennega sei für die endgültige Fertigstellung des Manuskripts herzlichst gedankt. Bei der Fertigstellung der Abbildungen haben die Herren A. Kuiper und W. Scheepmaker mir wertvolle Hilfe geleistet.     

Glykosidasen und saure Phosphatase in isolierten Vakuolen aus Wurzelspitzen von Zea mays L

Aus Maiswurzelspitzen werden mechanisch meristematische Vakuolen isoliert, die nur geringfügig kontaminiert sind. Mit optimierten Testverfahren werden drei Glykosidasen und die saure Phosphatase untersucht. Die β-Glucosidase- und die β-Galaktosidase-Aktivitäten sind im zur Vakuolenreinigung benutzten Gradienten nahezu völlig übereinstimmend verteilt (ein Enzym oder identische Kompartimentierung beider Enzyme?). Nur minimale Aktivitäten (Kontamination?) liegen in der Vakuolenfraktion vor, hohe dagegen im Gradientensediment, was auf eine vorwiegende Assoziation dieser Enzyme mit der Zellwand und/oder daran haftenden Plasmalemmaresten hinweist. In der Vakuolenfraktion sind die α-Glucosidase und die saure Phosphatase angereichert. Diese Enzyme sind also zumindest partiell in der Vakuole lokalisiert. Die α-Glucosidase ist zusätzlich (ähnlich den β-Glykosidasen) im Gradientensediment angereichert. Die α-Glucosidase- und β-Glykosidase-Aktivitäten gehen wohl auf verschiedene Enzyme zurück. Die Verwendung der sauren Phosphatase als Vakuolenmarker ist zweifelhaft und die Notwendigkeit eines allgemeinen, spezifischen Vakuolenmarkers offensichtlich. Die Untersuchungen wurden im Labor von Professor Dr. R. Wiermann an der Universität Münster durchgeführt und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützt. Frau Dr. U. Dohrmann danke ich für die kritische Durchsicht des Manuskriptes und Frau M. Boldt für die hervorragende technische Assistenz bei der Optimierung der enzymatischen Testverfahren.     

Phytosoziologie, Ökologie und Systematik bei Flechten

In den letzten Jahren bemühte sich die systematische Forschung verstärkt, die oft sehr schematisch begrenzten Einheiten der Flechten mit modernen Methoden unter Berücksichtigung möglichst vieler Merkmale zu überprüfen und neu zu gliedern, Ökologische Merkmale wurden aber bei der Definition supraspezifischer taxonomischer Einheiten bei Flechten bisher kaum herangezogen. Eine Analyse der revidierten und neu gefaßten Taxa, z. B. innerhalb der Familie Lecideaceae, zeigt aber, daß diese Einheiten oft deutliche Parallelen und Schwerpunkte im ökologischen Bereich besitzen und sich somit ökologische Merkmale als zusätzliches Kriterium bei der Begründung von natürlichen Verwandtschaftsgruppen verwenden lassen. Andererseits kann eine stark abweichende Ökologie als Hinweis auf eine mögliche taxonomische Sonderstellung gelten (Beispiel: Ausgliederung von T. caradocensis als einziger Holzbewohner der Gattung Toninia aus diesem Genus), d. h., möglicherweise künstliche Taxa können für taxonomische Zwecke auf ökologisch und soziologisch auffallende Zäsuren hin untersucht werden. Derartige Querverbindungen zwischen Systematik und Ökologie finden sich besonders auf Gattungsniveau, lassen sich aber öfter auch in Familien hinein verfolgen. Somit können Fragen der Flechtentaxonomie niederer und mittlerer Kategorien durch Einbeziehung ökologischer Kriterien besser behandelt werden, als dies bei nur morphologischtypologischer Arbeitsweise der Fall ist. Um eine ökologische Affinität oder Zäsur zwischen Flechtentaxa aufzuzeigen, ist eine genauere Definition ihrer Ökologie nicht unbedingt notwendig. Eine ökologische Ähnlichkeit kann mit Hilfe pflanzensoziologischer Methoden nachgewiesen werden. Die Fruchtbarkeit der ökologisch-synökologischen Frageweise für die Flechtensystematik und die Bedeutung ökologischer Differenzierungen für die Evolution der Flechten werden diskutiert. Für wertvolle Diskussionen und Anregungen danke ich den Herren Dr. G. Kost (Tübingen), H. Oberhollenzer , Prof. Dr. J. Poelt (Graz), Dr. H. Schmalfuss und Dr. G. von Wahlert (alle Ludwigsburg) ganz herzlich.     

42. P. Apel: Rhythmische Änderungen der Stomataapertur und der CO2-Aufnahme bei Keimblättern von Gerste; (Aus dem Institut für Kulturpflanzenforschung,Gatersleben);

Bei Photosynthesemessungen an Keimblättern intakter Gerstenpflanzen wurden rhythmische Änderungen in der CO₂-Aufnahme beobachtet, die auf Spaltöffnungsbewegungen zurückgeführt werden konnten. Voraussetzung, Induzierbarkeit und Modifikation der Schwingungen durch verschiedene Faktoren wurden untersucht. Als entscheidende Voraussetzung müssen ein gewisses Wasserdefizit und eine hohe Evaporation während der Messung angesehen werden. Bei Vorhandensein eines schwingungsfähigen Systems kann die Induktion durch verschiedene Faktoren erfolgen. Die Schwingung kann gedämpft oder ungedämpft verlaufen. Frau Prof. Dr. H. Sagromsky danke ich für anregende Diskussionen.     

28. U. Kull: Zum physiologischen Verhalten der Sedoheptulose im Rahmen des Kohlenhydrathaushaltes einiger Crassulaceen

• 1 . Sedoheptulose weist in Sempervivum tectorum deutliche jahresperiodische Gehaltsveränderungen auf. Sie ist am winterlichen Zuckermaximum führend beteiligt. Der Gehalt an Oligosacchariden zeigt ebenfalls ein Maximum im Winter. Dagegen erreicht die Menge der Stärke im Sommer die höchsten Werte.
• 2 . Durch Temperaturerniedrigung im Sommer kann bei Sempervivum und Bryophyllum eine Zunahme der Mengen an Sedoheptulose und anderen Zuckern erreicht werden. An dieser Zunahme ist der Photosynthesegewinn während der Kältebehandlung beteiligt. Temperaturerhöhung im Winter führt zu einer Abnahme der Zuckergehalte. Die Stärke verhält sich jeweils umgekehrt.
• 3 . In Phyllodien von Bryophyllum tubiflorum treten nennenswerte tagesperiodische Veränderungen der Sedoheptulosegehalte nicht auf.
• 4 . Es ist wahrscheinlich, daß die Sedoheptulose — und ebenso die in den Stengeln gefundenen Raffinosezucker — bei Bryophyllum als Transportkohlenhydrate fungieren.
• 5 . Bei Verdunkelung von Bryophyllum-Pflanzen beteiligt sich die Sedoheptulose an der fortlaufenden Abnahme des Kohlenhydratgehaltes nicht.
• 6 . Die Befunde werden in Zusammenhang mit der physiologischen Bedeutung und den möglichen Bildungswegen der Sedoheptulose diskutiert.

Herrn Prof. Dr. A. Arnold sowie Herrn Priv.-Doz. Dr. K. Jeremias danke ich herzlich für Anregungen, die sich aus verschiedenen Diskussionen ergaben. Für die Untersuchungen auf Zuckeralkohole danke ich Herrn S. Seybold . Der Deutschen Forschungsgemeinschaft sowie der Vereinigung von Freunden der TH Stuttgart bin ich für Sachbeihilfen zu Dank verpflichtet.     

Regulation des photosynthetischen Elektronentransports zwischen Photosystem II und Photosystem I

Synchronkulturen einzelliger Grünalgen stellen ein ausgezeichnetes Untersuchungsmaterial zum Studium von Änderungen im Photosyntheseapparat ohne Anwendung externer Einflüsse dar. Vorausgegangene Untersuchungen legen es nahe, den begrenzenden Faktor für die Photosynthesekapazität im Elektronentransport zwischen PS II und PS I zu suchen. Die Regulation des Elektronentransportes zwischen PS'II und PS I während der Entwicklungszyklen von Scenedesmus und Chlamydomonas ist Gegenstand der vorliegenden Untersuchungen. Messungen der Poolgrößen des Plastochinons und der Cytochrome ergaben während der Entwicklungszyklen größere Differenzen für Chlamydomonas als für Scenedesmus. Jedoch waren die Differenzen nicht groß genug, um die Schwankungen in der Photosynthesekapazität zu erklären. Aus den Messungen konnte indirekt geschlossen werden, daß die Poolgröße des Quenchers Q während der Entwicklungszyklen konstant bleibt. Experimente mit den Photosynthesehemmstoffen DCMU und DBMIB an ganzen Zellen und photosynthetisch aktiven Partikeln führten zu dem Schluß, daß die Reoxidationskapazität von Plastochinon den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt und somit die Regulation des nichtzyklischen Elektronentransports darstellt. Die Möglichkeit, daß während der Abnahme des nichtzyklischen Elektronentransports die Kapazität von PS I für zusätzliche zyklische Photophosphorylierung genutzt wird, wird diskutiert. Wir danken Herrn Prof. Dr. A. Trebst für die freundliche Überlassung von DBMIB und der Deutschen Forschungsgemeinschaft für apparative Unterstützung.     

15. Hartmut K. Lichtenthaler: Verbreitung und Konzentration des α-Tocopherols in Chloroplasten

Das lipophile Redoxsystem α-Tocopherol/Tocochinon ist Bestandteil des Photosyntheseapparates bei Grünalgen, Moosen, Farnen und höheren Pflanzen. Beide Verbindungen kommen in Chloro- und Chromoplasten und in den Pro-plastiden etiolierter Pflanzen vor, jedoch nicht in plastidenfreiem Gewebe. Der α-Tocopherol-Gehalt ist um das 1- bis l, 5 fache höher als jener des Plasto-chinons 45. Der Gehalt an α-Tocochinon beträgt dagegen nur 2 bis 10% des α-Tocopherol-Gehaltes. Auf Grund der Ergebnisse mit etiolierten und abgedunkelten grünen Pflanzen wird im Chloroplasten die Existenz eines ?pools” für den Benzochinonring angenommen, von dem aus die Synthese je nach den physiologischen Bedingungen vorzugsweise zu α-Tocopherol (im Dunkeln) oder zu Plastochinon 45 bzw. Plastochinon 45 und α-Tocopherol (im Licht) führt. Die Beschränkung des lipophilen α-Tocopherol/Tocochinon-Systems auf die Plastiden läßt eine spezifische Funktion bei der Photosynthese vermuten. Da das in den photochemisch aktiven Thylakoiden lokalisierte α-Tocopherol/Tocochinon-System als Redoxkatalyst und als Lipidantioxydans fungieren kann, dürfte seine Hauptfunktion in der Kontrolle und Stabilisierung der lamellaren Chloroplastenstruktur liegen. Der Deutschen Forschungsgemeinschaft danke ich für die Gewährung von Sachbeihilfen und Fräulein GERTRUD BRUNN für fleißige technische Mitarbeit.     

Terpenoide,insbesondere diterpenoide Farbstoffe

Ich habe versucht, einen Überblick über Strukturen und Vorkommen von terpenoiden Farbstoffen in Pflanzen zu geben. Dabei sind Isolierungsverfahren und die Argumentation der Strukturherleitung nicht erwähnt worden, da sie für den Botaniker von geringem Interesse sein dürften. Der Chemiker ist aber gerade dafür zuständig, während er für alle sich anschließenden Fragen nach der Bedeutung der isolierten Stoffe für die Pflanze eigentlich keine Antwort geben kann. Es ist nur möglich, sich abzeichnende Zusammenhänge herauszuarbeiten. Aus dem Überblick ergibt sich, daß die strukturell einheitlichste Gruppe von den Diterpenen abstammt (Carotinoide nicht behandelt). Alle isolierten Verbindungen gehören biogenetisch zum Abietan-Typus, Totarol inbegriffen. Man darf deshalb aus dem Stoffspektrum eine ungefähre Sequenz der Stoffumwandlung bzw. des Stoffabbaus aufstellen, besonders wenn man auch die hier nicht erwähnten farblosen Nebenverbindungen berücksichtigt. Die Besprechung ist dieser Linie gefolgt. Die allgemeine Erfahrung zeigt, daß höher dehydrierte und oxy-genierte Verbindungen aus späteren Biogeneseschritten stammen. Selbstverständlich wäre die Sequenz zwingender, wenn sie sich auf Stoffe aus ein und demselben Organismus stützen könnte. Dafür könnten z.B. die Tanshinone dienen. Sie befinden sich jedoch auf sehr ähnlichen Oxydationsstufen. Eine Ausnahme bietet der Plectranthus aus Abessinien, dessen Royleanone einen deutlich weiteren Bereich in Oxydationsstufen anbieten. Sonst können Pflanzen offensichtlich nur ein bis zwei Verbindungen mit ähnlicher Oxydationsstufe (Dehydrierungen und Oxygenierungen) in hoher Konzentration speichern. Die einzelne Pflanze bietet dann gewissermaßen eine Momentaufnahme aus einem Film, dessen Sinn sich erst durch richtige Aneinanderreihung möglichst vieler Teilbilder ergibt. Es sind auch heute noch verhältnismäßig erst wenige Labiaten in das Labor genommen und auf terpenoide Farbstoffe genau untersucht worden. Wir dürfen deshalb annehmen, daß noch viel mehr Ergebnisse bei der Untersuchung von Co-leus, Plectranthus, Salvia und verwandten Genera anfallen werden, so daß der Sinn des Films deutlicher wird. Die instabilsten Verbindungen stammen aus Blattdrüsen. Daß zu ihrem Überleben ganz bestimmte Forderungen an die Begleitsubstanzen erfüllt sein müssen (pH, Redoxmilieu, Elektrophile, Nucleophile), wurde bereits betont. Drüseninhaltsstoffe besitzen oft eine ganz eigentümliche Chemie, vgl. [23], [24], [25]! Die Stoffumwandlung beginnt durch Oxydation von Ring C. Man kann das von der Biogenese des Abietangerüstes her verstehen: Die Bildung der Iso-propylgruppe führt zu einem reaktiven Zwischenprodukt, das vermutlich Ausgangsort für Dehydrierungen und Oxygenierungen ist. Viele Abietanabkömm-linge besitzen deshalb Doppelbindungen und Hydroxylgruppen im Ring C oder sind phenolisch. Dann ist eine ausgeprägte Tendenz zur Dehydrierung und Oxy-genierung an den Ringen B und A ersichtlich. Die treibende Kraft dieser Stoffumwandlung ist unbekannt. Einzelne Verbindungen befinden sich hart an der Grenze des farblosen aromatischen Zustandes. Solche Substanzen sind noch nicht isoliert worden, vermutlich deshalb, weil man nicht danach gesucht hat. Das Interesse an hochoxydierten, ab-und umgebauten und umgelagerten Diterpenen ist mindestens seit der Entdeckung der Gibberelline (umgewandelte Kauranderivate) gewachsen. Über eine mögliche Funktion der hier beschriebenen Verbindungen ist noch nichts bekannt geworden. Unsere Arbeiten an Coleus- und Plectranthus-Farbstofien sind vom Schweizerischen Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung und durch Kredite des Kantons Zürich finanziell unterstützt worden. An der Beschaffung der Pflanzen haben Dr. h. c. P. R. O. BALLY, Dr. G. A. CLASSEN, Dr. P. J. GREENWAY (alle Nairobi), Dr. A. D. Q. AGNEV (Aberystwyth) maßgeblichen Anteil. Die an den chemischen Untersuchungen beteiligten Mitarbeiter sind in den Ref. [13—15] [17] ‘genannt. Besonders hervorgehoben sei die langjährige und erfolgreiche Mitarbeit von Dr. PETER RÜEDI. Ihnen allen gebührt Dank für die Zusammenarbeit.     

Die photoperiodische Regulation von Förderung und Hemmung der Blütenbildung

Bei Lang- wie Kurztagpflanzen wird die für die photoperiodische Regulation der Blütenbildung maßgebende Lichtenergie durch das in den Blättern lokalisierte Phytochrom absorbiert. Im Gefolge der Einwirkung der jeweiligen induktiven Tageslänge entsteht bei beiden Reaktionstypen ein hormonartiger Faktor (”Florigen”), welcher zu den Sproßscheiteln geleitet wird und diese zum Übergang vom vegetativen Wachstum zur Anlegung von Blüten veranlaßt. Florigen ist auch in tagneutralen Pflanzen vorhanden und läßt sich im Pfropfversuch in jeder Richtung, zwischen Pflanzen derselben Art, verschiedener Arten derselben Gattung und Arten verschiedener Gattungen sowie zwischen allen photoperiodischen Reaktionstypen austauschen; die einzige Beschränkung scheint Pfropfverträglichkeit zu sein. Florigen ist also unspezifisch sowohl im systematischen als auch im physiologischen Sinne und sehr wahrscheinlich identisch bei allen Pflanzen. Zum mindesten bei einigen Langtagpflanzen wird außerdem unter Kurztagbedingungen ein hormonartiger Faktor mit stark blühhemmender Wirksamkeit (”Antiflorigen”) gebildet. Antiflorigen wird ebenfalls in den Blättern gebildet, zu den Sproßscheiteln geleiret, und ist weder für Art oder Gattung, noch für einen bestimmten physiologischen Reaktionstyp spezifisch. Somit sind sowohl das erste Ereignis der photoperiodischen Induktion der Blütenbildung, die Absorption der notwendigen Lichtenergie, als auch die hormonartigen Faktoren, welche die Reaktion von den Blättern weitergeben, bei den verschiedenen photoperiodischen Reaktionstypen die gleichen; jedoch resultiert die vom Phycochrom absorbierte Lichtenergie bei Lang- und Kurztagpflanzen in entgegengesetzten Effekten: jene produzieren in Langtag Florigen und können in Kurztag Antiflorigen produzieren; diese produzieren Florigen in Kurztag. Eine Erklärung für dieses anscheinende Paradoxon nimmt an, daß die physiclogisch aktive, dunkelrot-absorbierende Form des Phytochroms, P_fr im Laufe des täglichen Licht-Dunkel-Zyklus hinsichtlich der Blütenbildung zwischen Förderung und Hemmung alterniert und daß diese Aktivitatsphasen bei Langund Kurztagpflanzen derart gegen einander verschoben sind, daß Licht — welches einen hohen P_fr-Spiegel im Gewebe herstellt — im späteren Teil des Tageszyklus bei Langtagpflanzen die Blütenbildung fördert, bei Kurztagpflanzen aber hemmt. Eine alternative Erklärung, die hier vorgeschlagen wird, nimmt an, daß der Phytochrom und Blütenbildung verbindende ”Stromkreis” zwei parallele Leitungen besitzt, welche durch ”Doppelschalter” reguliert werden, wobei der eine (Kurz- oder Langtagcharakter) genetisch festgelegt ist, der andere (Phytochrom) durch die Tageslänge betärigr wird. Bei Kurztagpflanzen kann Blütenbildung nur stattfinden, wenn der Phytochromschalter auf der hellrotabsorbierenden Form des Pigmentes (P_r) steht, so daß der Stromkreis über die eine der parallelen Leitungen geschlossen ist; bei Langtagpflanzen findet sie nur dann start, wenn der Schalter auf P_fr steht und der Stromkreis über die andere Leitung geschlossen ist The author would like to acknowledge support of his work by the U. S. Department of Energy (Contract EY-76-C-02–1338) and the National Science Foundation (Grant No. PCM-7910791) as well the excellent cooperation of Dr. R. K. CHAPMAN, SHARON MOHRLOCK, TERENCE SAVORY and Dr. MARIA TANIS     

Zur Induktion der Phytoalexinsynthese bei Soja und ihre Bedeutung für die Resistenz gegenüber Phytophtkora megasperma f. sp. glycinea

Die Induktion der Glyceollinakkumulation in Sojakotyledonen und Hypokotylen durch Infektion mit Phytophthora megasperma f. sp. glycinea oder Elicitoren beruht auf einer drastischen Steigerung der Syntheserate des Phytoalexins. Der Metabolismus des Glyceollins spielt hierbei nur eine untergeordnete Rolle. Gesunde Keimlinge enthalten nur sehr geringe Mengen an Phytoalexinen, die durch Verwundung unter sterilen Bedingungen nicht erhöht werden. Zwischen der Wirkung von biotischen Elicitoren (z. B. Glucan aus der Zellwand von P. megasperma) und abiotischen Elicitoren (z. B. HgCl₂) existieren nur quantitative Unterschiede. Beide Typen von Elicitoren könnten über die Freisetzung von endogenen Elicitoren in der Pflanze (z. B. pektischen Oligosacchariden) ihre Wirkung entfalten. Rassenspezifische Unterschiede in der Akkumulation von Phytoalexinen sind u. a. stark abhängig von der jeweils verwendeten Infektionsmethode. Für den Unterschied zwischen inkompatibler (Pflanze resistent) und kompatibler (Pflanze anfällig) Interaktion von Pilz und Pflanze ist nicht die Gesamtmenge der gebildeten Phytoalexine enscheidend, sondern ihre Verteilung im Gewebe. Bei der inkompatiblen Reaktion tritt eine eng lokalisierte hohe Glyceollinkonzentration an der Infektstelle auf und die Pilzhyphen bleiben auf wenige Zellschichten beschränkt. Im Falle der kompatiblen Reaktion verteilt sich das Glyceollin über ein größeres Areal und die lokale Konzentration ist bedeutend niedriger. Die Pilzhyphen durchwachsen das Hypokotyl. Mit Hilfe der Laserinduzierten Mikroproben-Massenanalyse (LAMMA) läßt sich die Glyceollinkonzentration in einzelnen Zellen bestimmen und eine eng lokalisierte Phytoalexinakkumulation bei der inkompatiblen Reaktion bestätigen. Das systemische Fungizid Ridomil bewirkt in niedrigen, zunächst als subtoxisch angesehenen Konzentrationen (20 ppm), nach Infektion mit der kompatiblen Rasse von P. megasperma eine inkompatible Reaktion mit typischer hoher lokaler Glyceollinkonzentration. Die Induktion der Phytoalexinsynthese nach Infektion läßt sich auch auf enzymatischer Ebene nachweisen. Enzyme, die an der Biosynthese des Glyceollins beteiligt sind, steigen in ihrer Aktivität drastisch an. Mit Rasse 1 (inkompatibel) von P. megasperma wird ein höheres PAL-Maximum erreicht als mit Rasse 3 (kompatibel). Die Induktion der PAL ist durch eine de novo-Synthese bedingt. Auch nicht an der Biosynthese des Glyceollins beteiligte Enzyme (Glucose-6-phosphat-Dehydrogenase und Glutamat-Dehydrogenase) erfahren eine Aktivitätssteigerung nach Infektion. Hieraus kann geschlossen werden, daß der Stoffwechsel der Pflanze an der Infektstelle tiefgreifenden Veränderungen unterliegt. Durch Gabe des PAL-Inhibitors L-2-Aminooxy-3-phenylpropionsäure (L-AOPP) kann unter geeigneten Bedingungen die Glyceollinakkumulation in infizierten Sojakeimlingen fast vollständig unterdrückt werden. Bei Infektion mit Rasse 1 von P. megasperma geht in Gegenwart von 1 mM L-AOPP die inkompatible Reaktion in eine kompatible Reaktion über. Aus diesen Ergebnissen kann auf eine wichtige Rolle des Glyceollins für die Resistenz geschlossen werden. Die Signalkette, die, ausgehend von der Pilz-Pflanze-Wechselwirkung, letztlich zur de novo-Enzymsynthese führt, ist bisher unbekannt. Die zukünftige Forschung über die Biochemie dieses Vorganges wird sich daher mit Fragen nach dem möglichen Rezeptor(en) für Elicitoren und der Signalwandlung befassen. Hierbei wird auch der Einsatz von Sojazellkulturen, die von Dr. J. Ebel in Freiburg als Modellsystem verwendet werden, von erheblicher Bedeutung sein. Unsere Arbeiten wurden gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 46), den Fonds der Chemischen Industrie und die BASF. Frau Gudrun schatz danken wir für ausgezeichnete Mitarbeit.     

Kofaktor- und Enzymabhängigkeit photosynthetischer Reaktionen in verschiedenen Typen fragmentierter Chloroplasten

Die hochtourig abzentrifugierten Partikel P₂₀₀ einer Digitoninfragmentierung und Heptan-fragmentierte Chloroplasten zeigen in Abhängigkeit verschiedener Enzyme und Kofaktoren folgende Reaktionen:

• 1 . Auf Kosten künstlicher Elektronendonatoren kann über Ferredoxin und Oxidoreduktase NADP reduziert werden, wenn Plastocyanin oder Cytochrom₅₅₂ zugesetzt wird. Als Elektronenakzeptor nach Lichtreaktion I kann an Stelle von Ferredoxin auch ein anderer Akzeptor mit negativem Redoxpotential dienen.
• 2 . NADPH oder an seiner Stelle auch reduziertes Ferredoxin können über eine Oxidoreduktase und Cytochrom₅₅₂ oder Plastocyanin photooxidiert werden, wenn für Lichtreaktion I ein geeigneter Elektronenakzeptor zur Verfügung steht, der nicht (wie z. B. Anthrachinon) mit der Oxidoreduktase in einer Dunkelreaktion reagieren kann. Eine geeignete Substanz ist 1,1′ Trimethylen, 2,2′ bipyridylium-dibromid mit einem Redoxpotential von —550 mV. Heptan-fragmentierte Chloroplasten benötigen zur NADP-Reduktion den Zusatz von Plastocyanin oder Cytochrom₅₂₂, dagegen benötigen sie zur NADPH-Photooxidation keine Zusätze von Oxidoreduktase oder Cytochrom₅₂₂. Diesen Befund könnte man als Argument für die parallele Funktion von Cytochrom f und Plastocyanin als Donatoren für Lichtreaktion I werten.

Die NADP-Photoreduktion auf Kosten künstlicher Elektronendonatoren kann man als ein Teilstück des offenkettigen Elektronentransportes betrachten. Da Ferredoxin als Kofaktor einer zyklischen Photophosphorylierung in vivo betrachtet wird und für die Beteiligung von Cytochrom f und Oxidoreduktase (G. Forti 1968) in einem zyklischen Elektronentransport ebenfalls Hinweise vorliegen, könnte man die Reaktionen der NADPH- und Wasserstoffphotooxidation als Untersuchungs- und Meßmethode für die Enzym- und Kofaktorabhängigkeiten einer zyklischen Photophosphorylierung verwenden.     

Plastiden-Metamorphose und Pigmentgehalt in Kalluskulturen von Ruta graveolens L.

Die Ultrastruktur der Piastiden und der Pigmentgehalt in Kalluskulturen von Ruta graveolens L. wurden unter verschiedenen Kulturbedingungen untersucht. Die Entwicklung der Piastiden in Dauerlichtkulturen und in acht Wochen im Licht gewachsenen und dann verdunkelten Kalli entspricht einer Amyloplasten-Chloroplasten-Chromoplasten-Metamorphose. Dabei zeichnen sich die Chloroplasten grüner Kalli durch eine ungewöhnlich langgestreckte, äußere Form aus. In den Dauerdunkelkulturen werden keine Etioplasten, sondern zunächst wie in den Lichtkulturen Amyloplasten gebildet, aus denen sich verschieden gestaltete Leukoplasten entwickeln. Bei Belichtung der Dunkelkulturen findet eine Leukoplasten-Chloroplasten-Metamorphose statt. In bestimmten Entwicklungsstadien treten in den Piastiden kristallähnliche Körper auf. Grüne Kalli aus Lichtkulturen besitzen die typischen Pigmente grüner Blätter, allerdings in sehr geringer Menge. Kalli der Dauerdunkelkulturen bilden keine Chlorophylle und nur wenig Carotinoide, vor allem Neoxanthin und Violaxanthin. Während des Ergrünens belichteter Kalli aus ursprünglichen Dunkelkulturen nehmen der Chlorophyll- und Carotinoidgehalt der Kalli stark zu. Dabei bildete sich im Laufe mehrerer Wochen nach unterschiedlich intensiver Synthese der einzelnen Pigmente die Gesamtpigmentgarnitur der Lichtkulturen aus. Während der Alterung der Kalli im Licht und im Dunkeln nehmen die Chlorophyll- und Carotinoidgehalte der Kalli stark ab. Unser Dank gilt für anregende Diskussion und für Mithilfe bei der Untersuchung am Elektronenmikroskop Herrn Dr. O. Grundler sowie für ausgezeichnete technische Mitarbeit Frau A. Peschke , Frau M. Nöth und Frau A. Krüger. Der Deutschen Forschungsgemeinschaft sind wir für Sachbeihilfen und der Universität Würzburg für ein Forschungsstipendium (an R. K.) zu Dank verpflichtet.     

Social Dominance in the Golden-Mantled Ground Squirrel,Citellus lateralis chrysodeirus (Merriam)

Erwachsene Citellus lateralis zeigen eine soziale, aber nicht lineare Rangordnung, die sich leicht und abhängig vom Verhalten der gerade zusammen am gleichen Ort befindlichen Individuen ändert. Es wurde nur ein Tier beobachtet, das von keinem Artgenossen verjagt wurde; es war das kampflustigste, das sogar einmal einen Tamiasciurus douglasi vertrieb. Soziale Begegnungen waren meist kurz und führten nur zu kurzen Verfolgungen. Gelegentliche Kämpfe waren kurz und nicht besonders ernst. Ein verfolgtes Tier hielt zuweilen an, und legte das Kinn auf den Boden und erhob entweder den Körper oder legte sich flach auf den Bauch. Beide bisher unbeschriebene Stellungen beendeten die Auseinandersetzung sofort; sie werden deshalb Befriedungsgesten genannt. Kam ein Tier einem anderen oder einem Fremdkörper nahe, so konnte es auch sein Kinn am Boden reiben und mit den Vorderbeinen aufstampfen. Das wird als Übersprungverhalten gedeutet. Was zur Überlegenheit führt, ist noch nicht klar. Ein überlegenes Tier kann gleich darauf in anderer Situation unterlegen sein. Das Körpergewicht scheint dafür ohne Bedeutung, doch spielen Revierverteidigung, körperliche Gesundheit und Sättigungsgrad eine Rolle.     

Die Rolle von Ascorbinsäure und Cytokininen in Pflanzen unter Streßeinwirkungen

Sowohl nach verschiedenen Salzstressen als auch nach einem Wasserstreß oder nach exogener ABA-Behandlung läuft in den Pflanzen (zumindest in Pennisetum typhoides und Phaseolus aconitifolius) ein sehr sinnvoller, gleichartiger Mechanismus ab, der es den Pflanzen ermöglicht, den für sie wertvollen Stickstoff zunächst festzuhalten. Die durch die gehemmte Proteinsynthese oder die geförderte Proteinhydrolyse vermehrt anfallenden Aminosäuren werden zunächst zu Glutaminsäure umgebildet. Von hier aus wird dann Prolin synthetisiert. Für die Prolinakkumulation scheint letztlich dann die gehemmte Prolinoxidation verantwortlich zu sein. Verschiedene Ionen können auf die Prolinsynthese unterschiedlich wirken. Daraus geht hervor, daß neben der endogen gebildeten ABA in gestreßten Pflanzen auch noch spezifische Ionen einen zusätzlichen Effekt ausüben können. Die dargestellten Vorgänge laufen in gestreßten Pflanzen ab. In ungestreßten Pflanzen kann der Mechanismus in der geschilderten Weise nicht stattfinden, da das Verhältnis von Cytokininen zu ABA so ist, daß die durch ABA hervorgerufenen Stoffwechselveränderungen durch die Cytokinine wieder rückgängig gemacht werden. Erst wenn der Cytokininspiegel unter Streßeinfluß absinkt, wird der durch ABA gesteuerte Mechanismus wirksam. Der durch ABA gesteuerte Prolinanstieg führt allem Anschein nach zu einer erhöhten Resistenz von Pflanzen gegenüber einem Streß. Es konnte verschiedentlich gezeigt werden, daß die Resistenz von Pflanzen mit ihrem Prolingehalt korreliert ist (Barnett und Naylor 1966, Hubac und Guerrier 1972). Da nach unseren Ergebnissen die Prolinbildung streng mit dem Abscisinsäuregehalt in gestreßten Pflanzen korreliert ist, und weiterhin gezeigt werden konnte, daß die Trockentoleranz von zwei Maisvarietäten von deren endogenem ABA-Gehalt abhängig ist (larque-saavedra und Wain 1974) — eine trockenresistente Art enthielt viermal soviel ABA wie eine intolerante Art —, ist offensichtlich die ABA in gestreßten Pflanzen für eine erhöhte Resistenz der Pflanzen gegen ungünstige Umweltbedingungen verantwortlich zu machen (siehe auch Boussiba et al. 1975). Ein interessanter Aspekt für zukünftige Arbeiten ergibt sich aus der Tatsache, daß vor allem Kaliumionen die Prolinakkumulation fördern können. Es ist schon lange bekannt, daß Kaliumionen positive Wirkungen auf die Trockentoleranz von Pflanzen haben (cf. Huber und Schmidt 1978). Da Prolin ähnliche Wirkungen hat (siehe oben) und die Prolinbildung wiederum vom ABA-Gehalt der Pflanzen abhängig zu sein scheint, bietet sich mit den erwähnten Maisvarietäten ein System an, bei dem es möglich sein sollte zu prüfen, ob Zusammenhänge zwischen ABA-, Kalium- und Prolingehalt und der Trockentoleranz des Maises bestehen. Die vermehrte Prolinbildung als Reaktion auf Streßeinwirkungen wird auch dadurch begünstigt, daß der Kohlenhydratstoffwechsel, und zwar speziell die Saccharosesynthese, durch ABA oder NaCl gleichermaßen positiv beeinflußt werden. Diese Verflechtung des Kohlenhydratstoffwechsels mit der Prolinakkumulation soll in Zukunft auch in bezug auf die Salze überprüft werden, die schon beim Aminosäurestoffwechsel als Streßfaktoren verwendet wurden. Gleiches gilt für die Photosynthese, bei der ebenfalls weitgehend übereinstimmende Wirkungen von ABA und NaCl festgestellt werden konnten. Gerade die Veränderung des CO₂-Fixierungsvermögens durch Phytohormone oder Streßeinwirkungen vom C₃-Mechanismus zum C₄- oder CAM-Mechanismus ist von erheblichem Interesse. Die Bedeutung liegt vor allem darin, daß solche Umstimmungen eventuell zu Ertragssteigerungen führen könnten. Abschließend soll noch einmal festgestellt werden, daß Phytohormonen — speziell ABA oder Cytokinine — eine wichtige Funktion bei der Ausbildung von Resistenzmechanismen gegenüber Streßeinwirkungen auf Pflanzen zukommt. Dabei erstrecken sich die Wirkungen der Phytohorrnone offensichtlich nicht nur auf die Stornata oder die Wasseraufnahme (siehe oben), sondern es werden auch direkt wichtige Stoffwechselwege über die Regulierung von Enzymen beeinflußt. Die hier genannte Funktion der Phytohorrnone soll in Zukunft vor allem an Pflanzen an natürlichen Standorten überprüft werden, wodurch die Beziehungen zwischen der Ökologie und den biochemischen Untersuchungen im Labor geknüpft werden sollen.     

Wirkungen von Außenfaktoren auf die Rhythmik der synchronen Zellvermehrung von Chlorella fusca Shihara et Krauss

Ein Wechsel der Wachstumsbedingungen kann bei Synchronkulturen von Chlorella fusca (Stamm 21 1–8b) adaptive Phasenverschiebungen der Entwicklungsrhythmik hervorrufen. Diese Übergangsreaktionen klingen meist nach einem Entwicklungscyclus ab. Nach vollzogener Adaptation stellt sich entweder der Normalrhythmus wieder ein oder eine konstante Abweichung vom Normal-rhythmus, d.h. eine konstante Phasenverschiebung in bezug auf den synchronisierenden Licht-Dunkel-Wechsel. Bestrahlt man die Synchronkulturen während der Dunkelphase des Licht-Dunkel-Wechsels kontinuierlich oder fraktioniert mit schwachem Rotlicht, so sinkt die Wachstumsleistung im anschließenden Licht-Dunkel-Wechsel bis auf die Hälfte des Normalwertes ab. An dieser Störlichtreaktion scheint das Phytochromsystem beteiligt zu sein. Fräulein Gudrun Schulze und Fräulein Dorothea thiele danke ich für gewissenhafte Mitarbeit, der Deutschen Forschungsgemeinschaft für eine Sachbeihilfe.     

Die Populationsverteilung von Chlorophyllfluoreszenz und Zellvolumen während des Entwicklungszyklus von Scenedesmus obliquus

An synchronen Kulturen von Scenedesmus obliquus wurden die Änderungen der Zellvolumina und der relativen Chlorophyllfluoreszenz sowie die Streuung dieser Parameter während des Entwicklungszyklus untersucht. Die Zunahme des Zellvolumens ging mit einer theoretisch zu erwartenden Zunahme der Streuung einher. Die Streuung der relativen Fluoreszenz zeigte jedoch keine direkte Korrelation zur Änderung der Mittelwerte. Aus dem ungleichen Verhalten der Parameter wird geschlossen, daß Änderungen von Zellvolumen und Photosyntheseapparat, gemessen als Chlorophyllfluoreszenz, trotz ihrer Kopplung an den Entwicklungszyklus, unabhängig voneinander gesteuert werden. Die Streuung der relativen Fluoreszenz scheint eher auf Änderungen in der variablen als der Grundfluoreszenz zurückzuführen zu sein. Anmerkungen. Wir danken der Firma Phywe, Göttingen, für die Leihgabe des Pulszytophotometers, Frau I. Krieger für ihre Hilfe bei der Erstellung des Manuskripts und der Deutschen Forschungsgemeinschaft für finanzielle Unterstützung.     

Studien an Valerianaceae III: Valeriana merxmuelleri,eine neue Baldrianart aus den peruanischen Anden nebst weiteren Ergebnissen1)

Aus den südamerikanischen Anden (Zentralperu) wird von der Vegetationsgrenze eine neue Baldrianart, Valeriana merxmuelleri, nachgewiesen und beschrieben. In einer Spezies aus Mittelamerika, V. mexicana, werden vier Hauptvalepotriate (I–IV) festgestellt. Insgesamt zeigen die bisher vorliegenden cytologischen und chemischen Studien an Valerianaceae, daß noch eine erhebliche Anzahl weiterer Untersuchungsdaten vonnöten ist, um eine verwandtschaftliche Klärung dieser nicht nur systematisch interessanten Familie aufzuzeigen. Der Universität des Saarlandes danke ich für eine Forschungsbeihilfe; für wertvolle organisatorische bzw. fachliche Unterstützung möchte ich Fräulein cand. phil. A. Bischoff (Saarbrücken), Frau Dr. F.-Seipt (Gehrlicher KG, Wolfratshausen), den Herren M. Redelberger , Dr. W. Schild , Prof. Dr. H. Sitte (alle Saarbrücken) sowie meinem Reisebegleiter in den Anden, Herrn Ch . Stark (Saarbrücken-Köllerbach), herzlich danken. Herrn Prof. Dr. G. Wagenitz (Göttingen) schulde ich Dank für die Ausleihe des Typusmaterials von V. cephalantha.     

Fichtenerkrankungen in den Hochlagen der Bayerischen Mittelgebirge

Aufgrund unserer Analysedaten sind wir der Ansicht, daß Fichten durch verschiedene abiotische Faktoren, wie durch SO₂ im Fichtelgebirge, oder durch Photooxidantien (Ozon) in sog. Reinluftgebieten, bzw. in Kombination mit saurem Nebel, primär geschädigt werden, wobei ungünstige Standortbedingungen (Podsole Böden, Urgestein) verstärkend wirken können. Die mögliche chronische Belastung äußert sich als Pigmentoxidation und Membranzerstörung innerhalb der Zelle, was als Vergilbung der Nadeln nach außen sichtbar wird. Gleichzeitig kommt es zu einem teilweisen Abbau der strukturellen Resistenz, wodurch die Nadeln für verschiedene pilzliche Pathogene sekundär leichter zugänglich werden. Es ist denkbar, daß bereits im Inneren der Nadeln siedelnde Pathogene (?Endophyten”) in gelben Nadeln bessere Wachstumsbedingungen vorfinden, in die nekrotrophe Wachstumsphase übergehen und die Nadel bzw. Nadelabschnitte abtöten. Nekrotisierte Nadeln sind abgestorben und werden abgeworfen. Inwieweit die fungitoxische Substanz p-Hydroxyacetophenon für das Pilzwachstum, bzw. für die Vergilbung der Nadeln von Bedeutung ist, müssen weitere Versuche zeigen.     

Beiträge zur Morphologie der Rubiaceen-Infloreszenzen

Als Zentraltypus der Rubiaceen-Infloreszenzen kann ein endständiger und von einer Terminalblüte begrenzter Thyrsus oder Pleiothyrsus angesehen werden, der an seiner Basis oft noch laubige Blätter trägt, die distalwärts jedoch gewöhnlich an Größe abnehmen bzw. durch Brakteen ersetzt werden. Die Ausbildung der Brakteen kann schon an der Blütenstandsachse und mehr noch an ihren Verzweigungen früher oder später völlig unterdrückt sein. Die cymösen Partialinfloreszenzen können schließlich in mehr oder minder blütenreichen Wickeln oder Schraubein endigen. Der Entwicklung zahlreicher Blüten in den Infloreszenzen vieler Rubiaceen steht bei anderen eine starke Verarmung gegenüber. Bei nicht wenigen Rubiaceen (Arten von Gardenia, Hillia, Nertera u. a.) gelangt nur noch die Terminalblüte des Thyrsus zur Ausbildung. Hinsichtlich der Förderung oder Hemmung der Infloreszenzäste finden sich alle Übergänge von basiton bzw. basimesoton geförderten Verzweigungssystemen bis zu solchen mit extrem akrotoner Förderung (Callipeltis, Sipanea, Limnosipanea). Verschiedentlich führt die Einschränkung der Verzweigung der cymösen Parakladien zu botryoiden oder spicoiden Blütenstandsformen. Geschlechtsdimorphismus, Calycophyllie und Kongestion der Blüten zu köpfchenförmigen Aggregaten sind innerhalb verschiedener Tribus der Familie als parallele Erscheinungen zu beobachten. Über die Zusammendrängung der Blüten durch Stauchung der Haupt- und Seitenachsen hinaus kommt es nicht selten zu einer Verschmelzung der Achsenabschnitte und der Ovarien der Einzelblüten (Naucleeae, Morindeae). Bei Pomax umbellata sind die Ovarien der jeweils zwei bis drei Blüten umfassenden endständigen oder wicklig angeordneten Teilblütenstände miteinander verschmolzen und ihre Blütenkronen von einem Involucrum aus Deck- und Vorblättern umgeben. Die Rubiaceen-Infloreszenzen stellen zumeist monotele Systeme dar. Bei Lianen und pollakanthen Rosetten- oder Polsterpflanzen ist gewöhnlich festzustellen, daß Primärachsen oder sekundäre Hauptachsen im vegetativen Wuchs verharren, während die Bildung der thyrsischen Blütenstände auf die Achseln laubiger Blätter beschränkt bleibt. Aber auch bei nicht lianenförmig wachsenden Holzgewächsen kommt es nicht selten zur Prolifikation. Als Beispiele dafür werden Rondeletia pilosa, Exostema caribaeum, Guettarda uruguensis, Chiococca racemosa und Hoffmannia-Arten behandelt. Mehrfach sind in der Familie Übergänge von der monotelen zur polytelen Organisation der Blütenstände zu beobachten, und zwar sowohl bei Holzgewächsen (Gonzalagunia, Petunga u. a.) als auch innerhalb verschiedener krautiger Verwandtschaftsgruppen (Perama-Arten, Crucianella, Relbunium, Cruciata, Valantia, Meionandra).     

Biochemical methods and reasoning in systematics

Biochemische Methoden und Beweisführung in der Systematik Jene Systematik, welche in der Arbeit als “genetische” bezeichnet wird, kann mit einem biologischen System arbeiten, in welchem die übereinstimmung zwischen Genen und ihren phaenotypischen Auswirkungen (Nukleinsäuren, Eiweiβe) gröβer ist als bei anderen Methoden, denen phaenotypische Gestaltungen wie Metaboliten, morphologische, anatomische, Verhaltens- oder andere Merkmale zugrunde liegen. Grundsätzlich eröffnet diese geringe Differenz im Niveau der Beziehungen zwischen Genen und ihren phaenotypischen Auswirkungen die Möglichkeit, Schwierigkeiten bei der Festlegung bedeutsamer “taxonomischer Merkmale” auszuweichen, und es wird auβerdem möglich, Definitionen zu klären und den “genetkchen Abstand” zu messen. Die Biochemie der Nukleinsäuren und der Eiweiβe ermöglicht eine systematische Vorstellungswelt, welche verschieden ist von jener Systematik, die auf Anatomie und Morphologie aufgebaut ist. Es ergeben sich daher wertvolle Erweiterungen und Hilfen für Systematiker und Evolutionsforscher, welche sich urn Klassifikationen und die Erarbeitung von Stammbäumen mühen.