Energy Sources for the Absorption of Rubidium by Chlorella

Die aktive (stoffwechselabängige) Aufnahme von Radiorubidium aus 8.10^?5 molarer Lösung durch Chlorella pyrenoidosa wurde in Langzeitversuchen (1–2 Tage) untersucht. Die Annahinc ist, daβ die dafür notwendige Energie in Form von ATP bereitgestellt werden muβ. Es wurde gefunden, daβ Gegenwart von Na- Oder Cl-Ionen für die aktive Rb-Aufnahme nicht notwendig ist; die Rb-Pumpe ist also nicht an eine Na- Oder Cl-Pumpe gekoppelt. Vorbeladene Chlorella gibt Rb über längere Zeiten langsam an das Medium ab. Durch Experimente im Licht bzw. Dunkel und in Gegenwart bzw. Abwesenheit von Luft wurde gezeigt, daβ bei 9000 lux die Beleuchtung mehr Energie für die aktive Aufnahme erbringt als die Atmung. Der Ersatz von Luft durch Sauerstoff hat keine Auswirkung. Die Versorgung mit ATP durch Atmung—nicht aber durch (zyklische) Photophosphorylierung—wird durch 5.10^?4 M DNP weitgehend unterdrückt. Die aktive Aufnahme ist klein, wenn sie sich nur auf Glykolyse stützt. Gleichzeitige Einwirkung von Licht, Luft (Sauerstoff) und DNP auf Chlorella führt zu irreversibler Schädigung und Ausbleichung der Algen. Sie hören auf, Rb aufzunehmen und verlieren vorher absorbiertes Rb wieder. Gründe für diesen Effekt werden diskutiert. Die aktive Aufnahme von Rb wird durch 5.10^?2 M Glukose gefördert, u.z.w. im Licht und im Dunkel, in Luft- und in Stickstoffatmosphäre. In dieser Beziehung unterscheidet sich die aktive Rb- von der aktiven Bromid-Aufnahme. Die Förderung durth Glukose wird durch DNP gehemmt, ausgenommen im Dunkel in Stickstoffatmosphäre. In Gegenwart von DNP wird die Rb-Aufnahme durch 1% CO₂ sowohl im Licht als auch im Dunkel stark herabgedrückt.     

Synthese von Pigmenten und Entwicklung des Photosyntheseapparates in einigen Höheren Pflanzen

Die Synthese von Pigmenten und die Entwicklung des Photosyntheseapparates wurde an Keimlingen von Ephedra distachya und Welwitschia mirabilis untersucht, die im Dunkeln bzw. im Licht angezogen wurden. Zum Vergleich wurden Keimlinge der “typischen” Gymnosperme Pinus silvestris untersucht. Die Chlorophyllbildung bei Keimlingen von Welwitschia gleicht derjenigen der Angiospermen, sie synthetisieren Chlorophyll nur im Licht und entwickeln parallel dazu einen funktionsfähigen Photosyntheseapparat. Ephedra bildet ebenso wie die Gymnosperme Pinus Chlorophyll auch im Dunkeln. Die Dunkelsynthese von Chlorophyllen bei Pinus und Ephedra wird nach Überführung ins Licht (nach einer eintägigen lag-Phase) erhöht fortgesetzt. Dunkelangezogene Keimlinge zeigen keine Photosynthesekapazität. Erst nach 5 bis 10 Minuten Dauerlicht beginnt die Sauerstoffentwicklung. Wird die photosynthetische O₂-Entwicklung während der weiteren Ergrünung auf gleichen Chlorophyllgehalt bezogen, zeigt sich während der ersten beiden Tage im Licht ein steiler Anstieg, gefolgt von einem kontinuierlichen Abfall. Dieser wird hervorgerufen durch bevorzugte Synthese von Antennenchlorophyll, welches für eine bessere Ausnutzung von Licht geringerer Intensität sorgt. In der Chlorophyllbiosynthese und der Entwicklung des Photosyntheseapparates folgt Welwitschia den Charakteristika der Angiospermen, während Ephedra ausgesprochene Gymnospermenmerkmale zeigt. Wir danken Prof. Dr. C. H. Bornman und der Staatsdarre Wolfgang (Hanau) für die Überlassung von Samen von Welwitschia mirabilis bzw. Pinus silvestris und Frau I. Krieger und Herrn H. Becker für wertvolle Hilfe bei der Anfertigung des Manuskriptes.     

Zur Zeitgeberfunktion des Lichtbeginne in Synchronkulturen von Chlorella1

Der Beginn der Lichtphase ist unter stabilen Kulturbedingungen der einzige Zeitgeber der synchronen Entwicklung von Chlorella im Licht-Dunkel-Wechsel. Nur im unmittelbaren Anschluß an eine Veränderung des Verhältnisses Lichtphase: Dunkelphase hat auch der Beginn der Dunkelphase einen gewissen Einfluß auf die Rhythmik. Bei der Fortsetzung der Versuche mit hellrotem Störlicht stellte sich heraus, daß hierdurch auch der Zeitpunkt des Einsetzens der DNS-Synthese beeinflußt wird. Diese Arbeit wurde durch Mittel finanziert, die das Land Nordrhein-Westfalen über das Landesamt für Forschung dankenswerterweise zur Verfügung stellte. Frau Dipl.-Chem. I. Rolle , Fräulein B. Civis und Fräulein G. Wehmeier danken wir für ihre Mitarbeit.     

Lichtabhängige Insektizidwirkungen auf einzellige Algen

Bei der Einwirkung der Insektizide Sevin (Carbaryl) sowie Lindan und Dieldrin in Konzentrationen von 0,1 bis 100 ppm wurden eine Reihe von Schädigungen auf das Wachstum und den Stoffwechsel von Ankistrodesmus braunii und Anacystis nidulans beobachtet Alle drei Insektizide stören die Synchronisation von Ankistrodesmus-Kuturen und erniedrigen Chlorophyllgehalt, Trockengewicht, Photosynthese und Autosporenbildung. Die Autosporenbildung wird aber auch im Dunkeln direkt durch Sevin und Dieldrin gehemmt. Lindan erniedrigt Pigmentgehalt, Trockengewicht und Zellzahl ab 10 ppm, wenn es im Licht gegeben wird. Nach der Dunkelphase, bei der alle bisher untersuchten Größen konstant bleiben, verstärkt sich besonders die Hemmwirkung von 10 ppm Lindan auffällig im Licht. Die Photosyntheseaktivität und die Dunkelatmung zeigen bei niedrigen Lindan-Konzentrationen Förderungen, bei höheren Konzentrationen wachsende Hemmwirkungen. Hemmwirkungen entstehen und verstärken sich nur im Licht. Lindan wird bei Ankistrodesmus gegenüber dem Gehalt in der Nährlösung erheblich akkumuliert. Die Lindan-Konzentrationen sind bei den Lichtkulturen deutlich höher als bei den Dunkelkulturen. Die vorliegenden Untersuchungen wurden durch die finanzielle Unterstützung des Bundesministeriums für Forschung und Technologie ermöglicht. Für die methodischen Hinweise zur Vorreinigung und Extraktion des Lindan aus den Alpen danken wir Frau Dr. D. URBACH sowie Frau E. KAISER für gediegene technische Assistenz.     

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.     

Lichtabhängige DDT-Wirkung bei Mikroalgen

In sieben Tage laufenden Kulturversuchen wurde das “Wachstum, gemessen in mg Trockensubstanz/100 ml Algensuspension, von Microcystis aeruginosa und von Coelastrum proboscideum unter dem Einfluß von DDT im Nährmedium und unter der zusätzlichen Wirkung von einem zu Versuchsbeginn gegebenen Starklichtschock verschiedener Stärke geprüft Bei Microcystis aeruginosa, die auch auf die Starklichtbestrahlung allein mit erheblichen Zuwachsdepressionen reagierte, stieg auch die DDT-Empfindlichkeit mit steigender Intensität der Starklichtbestrahlung stark an Coelastrum proboscideum hingegen erwies sich als weitgehend unempfindlich sowohl gegen Starklichtbestrahlung allein wie auch in Kombination mit DDT-Zusätzen Es wird darauf hingewiesen, daß absolute Angaben über die DDT-Empfindlichkeit oder die DDT-Toleranz einer Alge nur sehr bedingt möglich sind, da zusätzliche Faktoren diese Reaktionen entscheidend beeinflussen können. Den Tedmischen Assistentinnen Fräulein E. KONZ und Fräulein W. HILSCHER danken wir für stets zuverlässige Mitarbeit bei der Durdiführung der Versudie, der Deutschen Forsdiungsgemeinsdiaft und dem Bunde der Freunde der Tedinisdien Universität Mündien für wesentliche Förderung durch wertvolle Sadibeihilfen.     

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.     

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.     

Glykogen-StoffWechsel bei Anacysíis nidulans. In vivo- und in vitro-Versuche zur Regulation durch Licht

Glykogen wird im Licht in Gegenwart von CO₂ synthetisiert und im Dunkeln abgebaut. Es ist ein Reservestoff, dessen physiologische Funktion offenbar darin besteht, im Dunkeln den Zell- und Energiestoffwechsel der Zelle mit Kohlenhydrat zu speisen, in Analogie vielleicht zur Kohlenstoffquelle bei einem heterotrophen Organismus. Die Ergebnisse des pulse chase-labelling-Experiments weisen darauf hin, daß die Geschwindigkeit von Synthese und Abbau von Glykogen sehr fein reguliert werden kann. Die an der Synthese beteiligten Enzyme und die Regulationsstelle waren bekannt; wir haben eine Enzymsequenz vorgeschlagen, die widerspruchsfrei den vollständigen Abbau von Glykogen erklären kann. Glykogen-Phosphorylase aus Anacystis nidulans liegt im Licht in einer wenig aktiven = reduzierten Form vor und wird im Dunkeln aktiviert = oxydiert. Damit haben wir ein neues Prinzip regulatorischer Kontrolle einer Phosphorylase entdeckt. Außerdem ist damit erstmals bei einem photosynthetisierenden Organismus die Regulation des Polysaccharidabbaues auf enzymatischer Ebene gezeigt worden. Man darf hoffen, daß ein ähnlicher Vorgang auch beim Abbau von Stärke in Chloroplasten grüner Pflanzen verwirklicht ist.     

Die Wirkung von SO2 und Bisulfitverbindungen auf Photosynthese,Ionentransport und Spaltöffnungsregulation bei Blättern von höheren Pflanzen

Das als Verbrennungsprodukt entstehende Schwefeldioxid belastet unsere Atmosphäre als Schadgas in zunehmendem Maße. Begasung von Blättern höherer Pflanzen mit SO₂ führt zu akuten (Wasseraustritt aus den Zellen in die Interzellularräume) und chronischen (Chlorophyllabbau, Nekrosen) Schädigungen. SO₂ hemmt die Photosynthese und beeinträchtigt den Mechanismus der Spaltöffnungsregulation: die Rate der Wasserdampfabgabe, CO₂-Aufnahme und SO₂-Aufnahme verläuft nach SO₂-Beimischung zur Atmosphäre in Form einer gedämpften Schwingung Bisulfitverbindungen (Bildung bei Lösung von SO₂ in Waser) wirken schon in geringen Konzentrationen (ab 0,5 mM) auf 0,5 mm dicke Blattstreifen, bevor äußerlich sichtbare Schädigungen auftreten: Die Wirkung der Bisulfitverbindungen wird als unspezifischer Membraneffekt diskutiert, dem bei höheren Konzentrationen spezifischere Enzymeffekte überlagert sein können

• a ) Hemmung der ¹⁴CO₂-Fixierung bei C₃- und C₄-Pflanzen;
• b ) Hemmung des ¹⁴C-Einbaus in die CO₂-Kurzzeit-Fixierungsprodukte, d. h. Hemmung der Synthese von 3-Phosphoglycerinsäure (3-PGS) bei C₃-Pflanzen und von Malat und Aspartat bei C₄-Pflanzen;
• c ) Steigerung der Synthese von 3-PGS bei Amaranthus durch 5 mM Glyoxal-Na-bisulfit, da CO₂ wohl direkt — nach Hemmung der Phosphoenolpyruvat-Carboxylase im Mesophyll — in den Leitbündelscheiden fixiert wird;
• d ) Verminderung des ATP-Spiegels im Licht und im Dunkeln;
• e ) Hemmung der lichtinduzierten pH-Änderungen von Blattgewebe in ungepuffertem Medium;
• f ) Hemmung der Chloridaufnahme bei C₃- und C₄-Pflanzen im Licht wie im Dunkeln

Die Wirkung der Bisulfitverbindungen wird als unspzifischer Membraneffket diskutiert, dem bei höheren Konzentrationen spzifischere Enzymeffekte überlagert sein können.     

Pigmentmerkmale,Organisationsstufen und systematische Gruppen bei Höheren Pilzen

Die vorliegende Arbeit kann als vorläufige Orientierung zur Frage betrachtet werden, ob Pigmentmerkmale für die Abgrenzung systematischer Gruppen innerhalb der Höheren Pilze Bedeutung haben Im Gattungsrahmen ist Suillus ein Beleg für eine positive Beantwortung der Frage, weil eine befriedigende Korrelation zwischen Gruppen von Subsektionen und Pigmentmerkmalen festzustellen ist. Für Hydnellum wird eine Einteilung nach Pigmentmerkmalen entworfen, die der Bestätigung durch das Studium von anderen Merkmalsbereichen bedarf Für höherrangige systematische Einheiten führte der Vergleich von Boletales und Thelephoraceen zu dem Ergebnis, daß jede der beiden Gruppen durch spezifische Pigmentmerkmale ausgezeichnet ist, die Boletales durch Pulvinsäurederivate, die Thelephoraceen durch bestimmte Benzochinone, insbesondere durch Thelephorsäure. Diese Pigmentmerkmale bleiben über die verschiedensten Organisationsstufen innerhalb jeder der beiden untersuchten Gruppen erhalten, während sie in analogen Fruchtkörpertypen weiterer Ordnungen und Familien fehlen (ausgenommen Bankeraceae). Die Bewertung der Thelephorsäure als taxonomisch relevantes Pigmentmerkmal wird eingeschränkt durch weitere Nachweise in anderen Taxa, etwa in der Askolichene Lobaria oder in den Basidiomyzeten Coriolus (Tramtes) versicolor und Punctularia (Phlebia) strigoso-zo-nata. Diese und nicht auszuschließende weitere Meldungen machen vielleicht eine Erweiterung des systematischen Umfanges, für welchen die Charakterisierung durch Thelephorsäure gilt, auf die Ordnung der Poriales s. str. (excl. Meruliaceae, Echinodontiaceae, Hydnaceae, Auriscalpiaceae, Hericiaceae, Corticiaceae — incl. Coriolaceae, Punctulariaceae) notwendig. Jedoch dürften größere Anteile von Thelephorsäure nur in den Basidiokarpien der Thelephoraceen und Bankeraceen gebildet werden, nachdem die Verbindung aus Fruchtkörpern von Coriolus versicolor nur mit harten Extraktionsmethoden zu gewinnen ist und ausschließlich in der Deckschicht lokalisiert ist. Der Grad der Verschiedenheit der Pigmentmerkmale muß wegen unserer vorläufigen Unkenntnis der biogenetischen Zusammenhänge als unbekannt angesehen werden. Auffallend ist das Vorkommen von Atromentin sowohl in Boletales als auch in Poriales und Agaricales; der Grundkörper dieser Verbindung ist Bestandteil der Thelephorsäure. Die taxonomischen Bewertungsmöglichkeiten werden mit der zunehmenden Kenntnis über die chemische Struktur von Pilzpigmenten, deren Biognese und Verbreitung steigen. Einen Beitrag zum letzten Punkt möge diese Studie geliefert haben     

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.     

Einfluß von DEAE-Dextran auf den Elektronentransport in Chloroplasten von Dunaliella marina

Die lytische Wirkung des polykationischen Makromoleküls DEAE-Dextran (Mol.-Gew. 500 000) auf Membranen wurde zur Isolierung von Chloroplasten aus der zellwandlosen, einzelligen Grünalge Dunaliella marina ausgenutzt. Derartig isolierte Chloroplasten waren morphologisch (Phasenkontrastmikroskopie) und biochemisch (Enzymausstattung) intakt. Es zeigte sich jedoch, das Kriterien funktioneller Intaktheit, wie photochemische Reduktion von 3-Phosphatglycerat oder CO₂-abhängige O₂-Entwicklung (CO₂-Fixierung) nicht erfüllt waren. Zur Klärung dieses scheinbaren Widerspruchs wurde der Einfluß von DEAE-Dextran auf Chloroplasten untersucht; von anderen Polykationen (Histone, Polylysin) war bekannt, daß sie mit Funktionen von biologischen Membranen interferieren und den Elektronentransport in Chloroplasten beeinträchtigen. DEAE-Dextran inhibierte in Konzentrationen, die zur Lysis der Zelle nicht ausreichten, die Photosyntheseaktivität ganzer Zellen vollständig. Die Inhibition wurde durch Magnesiumionen effektiv verhindert. Mit artifiziellen Elektronendonatoren und -akzeptoren ließ sich die Stelle der Inhibition in der Elektronentransportkette lokalisieren. Während die Photoreduktion von Ferri-cyanid an Photosystem II durch DEAE-Dextran nicht beeinträchtigt war, wurde der Elektronentransfer auf Methylviologen über beide Photosysteme inhibiert. Nach Ausschalten von Photosystem II mit 3-(3′, 4′-Dichlorphenyl)-1, 1-dimethylharnstoff erfuhr die Photoreduktion von Methylviologen mit 2, 6-Dichlorphenol-indophenol als unspezifischem Elektronendonator für Photosystem I zwar eine Steigerung durch DEAE-Dextran, aber die Reaktion mit dem spezifischen Elektronendonator N,N,N',N'-Tetramethyl-p-phenylendiamin wurde gehemmt. Die Ergebnisse zeigen, daß DEAE-Dextran nicht nur eine offensichtliche Schädigung der äußeren Membran der Chloroplasten hervorruft, sondern auch, wie andere Polykationen, selektiv die Aktivität von Photosystem I im Bereich des Plastocyanins inhibiert. Die Untersuchungen wurden durch ein Stipendium des Deutschen Akademischen Austauschdienstes (DAAD) für E. K., von der Adolf-Haeuser-Stiftung und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (SFB 103/A5) gefördert.     

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.     

Wachstum und Bildung extrazellulärer Polysaccharide in Batch-Kulturen von Porphyridium aerugineum,Rhodophyceae

An batch-Kulturen von P. aerugineum im Algen-Lichtthermostaten und in 5-Liter-Rohren mit Innenbeleuchtung wurde der Einfluß einzelner Nährlösungskomponenten (SO₄-, Mg- und Mn-Gehalt, Tricin- und Tris-Puffer, pH-Wert), sowie von Beleuchtungsstärke und Durchlüftungsintensität auf das Wachstum und auf die Bildung extrazellulärer Polysaccharide untersucht. Beide Prozesse werden durch diese Faktoren verschieden und teils gegensinnig beeinflußt. Als Maß für die Produktion extrazellulärer Polysaccharide diente die Viskosität der Algensuspensionen, für die Wuchsleistung das Trockengewicht. Die für die Bildung extrazellulärer Polysaccharide optimale Sulfatkonzentration der Nährlösung ist doppelt so hoch als die für optimales Wachstum benötigte. Sehr viskose Suspensionen ergeben sich, wenn die molare Mg-Konzentration nur die Hälfte der SO₄-Konzentration des Mediums beträgt. Einseitige Erhöhung der Mg-Konzentration fördert das Wachstum, mindert aber die Bildung extrazellulärer Polysaccharide erheblich. Stark viskositätssenkend bei unverminderter Wuchsleistung wirkt eine Erhöhung des Mn-Gehaltes der Nährlösung. Eine spezifisch viskositätsfördernde Wirkung über die pH-Wirkung hinaus kommt dem Tricingehalt des Mediums zu. Bemerkenswert ist auch das hohe Beleuchtungsoptimum von P. aerugineum. Besonders hohe Wuchsleistungen bei intensiver Produktion extrazellulärer Polysaccharide wurden in den stark belüfteten 5-Liter-Rohren mit Innenbeleuchtung erzielt. Die Ergebnisse werden auch in Hinblick auf eine Möglichkeit zur Gewinnung von gallertigen Wandsubstanzen für industrielle Zwecke diskutiert.     

Photoakkumulation bei Halobacíerium halobium1

Die photophobischen Reaktionen von Halobacterium halobium wurden mit Hilfe einer Populationsmethode untersucht. Step-down-Reaktionen führen zu Photoakkumulationen, während step-up-Reaktionen Entleerungen der Lichtfelder zur Folge haben. Im Weißlicht treten Photoakkumulationen bei niedrigeren und Fallenentleerungen bei höheren Beleuchtungsstärken (> 10 000 lx) auf, und zwar in Abhängigkeit von der Betriebsspannung und damit der Farbtemperatur der Quarz-Jodid-Lampen. Die Aktionsspektren der step-down- und der step-up-Reaktionen stimmen recht gut mit den von Hildebrand und Dencher (1974, 1975) ermittelten überein. Sie bestätigen die Existenz von zwei Photosystemen, PS 370 und PS 565. Doppelbelichtungsexperimente, in denen verschiedene Wellenlängen als trap- und background-Licht benutzt wurden, haben ergeben, daß die Photoakkumulationen in einer Lichtfalle von 565 nm durch eine background-Bestrah-lung von 392 nm völlig unterdrückt werden, sofern dessen Intensität den Schwellenwert der step-up-Reaktion überschreitet. Andererseits beeinflußt ein background von 565 nm die step-up-Reaktion überhaupt nicht. Triphenyl-methyl-phosphonium (TPMP+), ein Inhibitor membrangebundener Protonenpumpen, hemmt sowohl die step-up-als auch die step-down-Reaktion bei etwa den gleichen Konzentrationen, bei welchen es einen Abfall des Membranpotentials bewirkt (> 10—³ mol). Die step-down-Reaktion ist etwas empfindlicher gegen TPMP+ als die step-up-Reaktion. Diese Befunde lassen darauf schließen, daß die photophobische Reaktion von Halobacterium durch plötzliche Änderungen im steady state des Protonentransportes durch die Cytoplasmamembran verursacht werden, die ihrerseits Änderungen im Membranpotential zur Folge haben, die zum Bewegungsapparat, d. h. zu den Geißeln, geleitet werden.     

12. Horst Engel und Hans-Peter Koops: Die Rhythmik des Sporenabschusses von Sordaria macrospora Auerswald

• 1 . Im periodischen Licht-Dunkel-Wechsel läßt der Sporenabschuß von Sor-daria macrospora einen ausgesprochenen Rhythmus erkennen mit hoher Abschußtätigkeit im Licht, geringer Aktivität im Dunkeln.
• 2 . Der Rhythmus scheint keine endogene Komponente zu besitzen. Er entsteht durch Beschleunigung des Spritzmechanismus im Licht. Vermutlich ist auch eine Sensibilisierung durch Dunkelheit beteiligt.
• 3 . Die stimulierende Wirkung des Lichts macht sich besonders im blauen Spektralbereich bemerkbar. Rotlicht hat keine Wirkung.
• 4 . Blaues Licht ist auch für die positiv phototropische Krümmung der Peri-thecienmündungen bevorzugt verantwortlich, ebenso für die Bildung der Carotinoide. Diese oder Vorstufen scheinen sich in geringer Menge auch im Dunkeln zu bilden.
• 5 . Das Absorptionsspektrum der Carotinoide zeigt eine gute übereinstimmung mit der spektralen Empfindlichkeit des Sporenabschusses und der Ostiolen-orientierung.
• 6 . über die Natur der Carotinoide können noch keine Angaben gemacht werden.
• 7 . Die Sporenabgabe wird auch durch Temperaturerhöhung erheblich gefördert.

     

Quantitative Bestimmung der wachstumsbedingten Veränderungen in der Ultrastruktur von frei suspendierten Kalluszellen der Petersilie (Petroselinum crispum [Mill.] A. W. Hill)1)

Mittels morphometrischer Methoden wurden die ultrastrukturellen Veränderungen, die in Petersilien-Kalluszellen in Suspensionskultur während des Kulturzyklus ablaufen, quantitativ erfaßt. Stichproben wurden in Abständen von fünf Tagen zu Beginn und zum Ende der logarithmischen Phase und in der stationären Phase der Kultur genommen Embryogenese, Zelldifferenzierungen und Chloroplastenentwicklung finden in den Kulturen nicht statt Nach Beginn der logarithmischen Phase haben die Zellen den höchsten durchschnittlichen Cytoplasmagehalt (55 Volumen-% gegen 40 Volumen-% Vakuolenanteil); das Cytoplasma weist die höchste Ribosomendichte auf, der Nucleolus erreicht seine maximale Ausdehnung Bis zum Ende der logarithmischen Phase erreichen Kern, Plastiden, Mitochondrien und der Golgi-Apparat ihre höchsten Volumenanteile bezogen auf das Cytoplasmavolumen. Die Zellen deponieren Stärke und ätherische Öle In der stationären Phase kommt es zur Vakuolisierung der Zellen (durchschnittlicher Vakuolenanteil 68 Volumen-% gegen 24 Volumen-% Cytoplasmaanteil). Die deponierte Stärke wird bereits zu Beginn der stationären Phase wieder mobilisiert Vom Beginn der logarithmischen Phase bis zum Ende der Kulturzeit kommt es nahezu zu einer Verdoppelung der Wandstärken. Die größte Zunahmerate fällt in die stationäre Phase Wir danken Herrn Prof. Dr. F. MAYER (Göttingen) und Herrn Dr. U. SEITZ (Tübingen) für anregende Diskussionen, Herrn Dr. W. ALFERMANN (Tübingen) für die Gaschromatographie, Fräulein I. HEIMES und Fräulein B. SCHÄFER für technisdie Assistenz. Der Deutschen Forschungsgemeinsdiaft (U.S.) und der Stiftung Volkswagenwerk wird für Sachmittelunterstützung gedankt.     

Das Photosynthesevermögen einiger Immergrüner während des Winters und seine Reaktivierungsgeschwindigkeit nach scharfen Frösten

Das Photosynthesevermögen von Pinus cembra und Rhododendron ferrugineum sowie von Pinus contorta, Picea glauca und Pseudotsuga menziesii wurden kurz nach Entnahme der Zweigproben und nach Verwöhnung wiederholt gemessen. Erstere Pflanzen stammten vom Patscherkofel bei Innsbruck, 2 000 ü. NN und wurden bei 16 °C Lufttemperatur und 30 000 Lux gemessen; die letzteren drei Baumarten von Kananaskis, 1 400 m ü. NN, Alberta, Kanada, bei Bedingungen von 15 °C und 5 500 Lux. Tiefe Temperaturen reduzieren bei allen fünf Arten das Photosynthesevermögen ganz erheblich. Nach scharfen Frösten tritt bei allen Arten trotz optimaler Umweltsbedingungen im Licht kurz nach Entnahme Respiration auf. Die Reaktivierungsgeschwindigkeit des Photosyntheseapparates ist aber je nach Art verschieden. Pinus cembra und Pinus contorta sind erst nach längerer Zeit aus ihrer tiefen Winterruhe zu aktivieren (3 bzw. 10 Tage bis zu 50% CO₂-Aufnahme der Hochleistungsperiode). Rhododendron ferrugineum, Picea glauca und Pseudotsuga menziesii können zu allen Meßterminen nach weniger als eintägiger Verwöhnung CO₂ binden. Nach längerer Verwöhnung können sie alle — auch im Winter — sommerliche Photosynthesewerte erreichen. Die verschiedene Reaktion von Pinus cembra und Rhododendron ferrugineum läßt sich mit dem verschiedenen Resistenzverhalten und den unterschiedlichen Wuchsorten deuten. Das verschiedene Verhalten der drei Baumarten der Rocky Mountains weist keine Parallelen mit der Temperaturresistenz oder Knospenöffnung auf. Umfärbung, Wassergehalt und Chlorophyllaktivierung geben Anhaltspunkte zur Klärung der unterschiedlichen Reaktivierungsgeschwindigkeiten des Photosyntheseapparates nach Frösten. Warmwetterperioden während des Winters können daher von Pinus contorta zur Stoffproduktion nicht genutzt werden, während dies bei Picea und Pseudotsuga, sofern Bodenwasser verfügbar ist, möglich wäre. Diese Ergebnisse könnten eine unter vielen Ursachen für die natürliche Vegetationsfolge sein     

Dilatierte ER-Zisternen,ein mikromorphologisches Merkmal der Capparales?

In den zu den Capparales (s. l.) gestellten glucosinolathaltigen Arten Gyrostemon ramulosus (Gyrostemonaceae) und Drypetes roxburghii (Putranjivaceae; Euphorbiaceae) werden ER-abhängige Vakuolen mit Proteininhalt beschrieben. Ihr Vorkommen im Phloem, die Entstehung aus dem ER und ihr Inhalt aus Proteinfilamenten weisen auf eine Verwandtschaft mit den dilatierten Zisternen der Brassicaceen und Capparaceen hin, deren Feinbau zum Vergleich herangezogen wird. Als quantitative Variationen eines gemeinsamen mikromorphologischen Merkmals werden diese Strukturen als weiterer Hinweis für eine Zuordnung dieser Taxa zu den Capparales (s. l.) gedeutet. Ein Zusammenhang der proteinhaltigen Zisternen und Vakuolen mit der Lokalisation der Glucosinolate und der Glucosidasen wird diskutiert, läßt sich aber nicht nachweisen. Für zuverlässige Mitarbeit danke ich Frau D. Laupp und Fräulein B. Schmitt. Mit Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.