Der Einfluß von Phosphat- und Nitratmangel auf die Synthese der Phospho- und Glykolipide bei Impatiens balsamina

Phosphatmangel wirkt sich besonders stark auf den Phospholipidgehalt von Impatiens-Pflanzen aus. Je nach Bezug auf Frischgewicht, Trockengewicht, Chlorophyllgehalt oder Blattfläche liegt der Phospholipidgehalt bei P-Mangel zwischen 20 bis 50% des Gehaltes im Vergleich zu vollernährten Pflanzen. Von den einzelnen Phospholipiden werden GPC, GPG und GPE am stärksten, GPI am wenigsten in der Höhe ihres Gehaltes beeinflußt. Die Bildung der Chlorophylle und Galaktolipide wird unter P-Mangel nur wenig oder gar nicht gehemmt. Auch in isolierten Chloroplasten aus P-Mangel-Pflanzen, in denen die Phospholipide GPG, GPC und GPI und möglicherweise GPE vorhanden sind, bestätigen sich die bereits im Blatt gefundenen Tendenzen. So bleiben auch die funktionellen Relationen der Pigmente und lipophilen Plastidenchinone nahezu erhalten. Dieses spricht dafür, daß durch P-Mangel die Thylakoiddifferenzierung nicht wesentlich behindert wird, und daß die Phospholipide offenbar bei der Formation der Thylakoide keine wesentliche Rolle spielen. Die Möglichkeit, daß die im P-Mangel offensichtlich im Überschuß vorhandenen Galaktolipide in Plastoglobuli gespeichert werden, wird diskutiert Nitratmangel wirkt sich im Gegensatz zum Phosphatmangel besonders stark auf die Synthese der Chlorophylle und Glykolipide aus. Bei Bezug auf Frischgewicht und Blattfläche liegt der Chlorophyllgehalt bei rund 25%, der Galaktolipidgehalt bei rund 50% des Gehaltes von voll mit Nitrat versorgten Pflanzen. Der Gesamtphospholipidgehalt wird dagegen um 35 bis 40% beeinträchtigt. Von den Glykolipiden ist Monogalaktosyldiglycerid, von den Phospholipiden GPC und GPE durch N-Mangel am stärksten in der Höhe ihres Gehaltes beeinflußt. Die Synthese des Sulfolipids und der Phospholipide GPI und GPS wird offenbar durch Nitratmangel gefördert. Von den ausschließlich in Plastiden lokalisierten photosynthetischen Pigmenten und Lipochinonen werden β-Carotin sowie Plastohydrochinon und α-Tocopherol in ihrem Gehalt am wenigsten beeinträchtigt, so daß sich die funktionellen Relationen normal ausgebildeter Chloroplasten unter N-Mangel erheblich verändern. β-Carotin und die reduzierten Lipochinone PQ?H₂ und α-Tocopherol liegen im N-Mangelchloroplasten offenbar infolge gestörter Thylakoidformation im Überschuß vor und werden in den Plastoglobuli des Stroma abgelagert Frau Gertrud Willmann danke ich für zuverlässige technische Mitarbeit, der Deutschen Forschungsgemeinschaft für die Bereitstellung von Sachmittelnz     

Zellwandaufbau in Wurzelhaaren von Triticum monococcum

Die Schleimschicht, die Wurzelhaare und haarlose Epidermiszellen überzieht, hat bei den Wurzelhaaren eine geringere Dicke. Das Zellulosegerüst der primären Zellwand besteht aus einem Geflecht von regellos durcheinander liegenden Mikrofibrillen. Diese Streuungstextur ist an der äußersten Spitze des Haares vollkommen gleich wie an der der lateralen Wand. Man kann daher annehmen, daß Wurzelhaare sich nur an der Spitze verlängern. An der Innenseite der lateralen Wand befinden sich axial orientierte Mikrofibrillen einer sekundären Wand. Der Anteil an nichtzellulosischen Bestandteilen ist in dieser sekundären Wand äußerst klein. Andeutungen liegen vor, daß die sekundäre Wand aus verschiedenen Lamellen zusammengesetzt ist. Die Theorie des MultiNetz-Wachstums wird im Zusammenhang mit dem Spitzenwachstum diskutiert. Ich danke Dr. M. M. A. Sassen für die Unterstützung meiner Arbeiten und wertvolle Diskussionen. Dr. M. Kroh danke ich für die kritische Durchsicht und Korrektur des Manuskriptes.     

Kälteresistenz der Fichte

Fichtenchloroplasten durchlaufen während eines Jahres saisonbedingte charakteristische Struktur- und Funktionswechsel: Frühjahrschloroplasten, die in den alten Nadeln kurz vor und während des Knospenaustriebes gefunden werden, sind sehr groß und so sehr mit Stärke erfüllt, daß man sie als Amyloplasten bezeichnen kann. Beim Aufbau der neuen Nadelgeneration wird diese Stärke verbraucht, und es entwickeln sich aus den Amyloplasten wieder die photosynthetisch aktiven Sommerpiastiden mit einem gut entwickelten Membransystem. Während der Frosthärtung und insbesondere während der Frostperiode treten die Chloroplasten in ihrer Winterform auf: amöboide, an einer Stelle der Zelle konzentrierte, stark aufgequollene Plastiden mit einem aufgelockerten und zum Teil reduzierten Thylakoidsystem. Der Strukturwandel der Chloroplasten wird — wie die Frostresistenz selbst — durch exogene Faktoren (Tageslänge, Temperatur) ausgelöst und kann auch durch artifiziell veränderte Umgebung zu unnatürlichen Zeitpunkten ausgelöst werden. Begleitet wird der Strukturwandel von einer Veränderung der CO₂-Fixierungsrate der Fichtennadeln, die ihrerseits auf Veränderungen der photochemischen Aktivität der Chloroplasten zurückzuführen ist. In Frostexperimenten konnte gezeigt werden, daß die Frosthärtung Reaktionen auf zwei verschiedenen Ebenen auslöst: 1. Produktion von kolligativ wirksamen Membranschutzstoffen sowie 2. einer Veränderung der chemischen Zusammensetzung der Chloroplastenmembranen; zumindest letztere führt offensichtlich zu einer Verringerung der Photosyntheseleistung. Frostschädigung der Chloroplasten tritt bei nicht entsprechend stark gehärteten Nadeln auf, jedoch nicht durch direkten Einfluß der tiefen Temperatur auf das Thylakoidsystem als vielmehr durch Freisetzung membranschädigender Substanzen durch Permeabilitätsverlust plasmatischer Membranen. Wir danken Herrn Prof. Dr. O. Kandler für anregende Diskussionen und für die kritische Durchsicht des Manuskriptes. Der Deutschen Forschungsgemeinschaft wird für die finanzielle Unterstützung dieser Arbeit gedankt.     

Zur Struktur von Reaktionszentren in phototrophen Bakterien: eine Standortbestimmung

Es ist gelungen, bakterielle Reaktionszentren-Komplexe (RC) ohne Lichtsammlerpigmente zu isolieren. Unsere Gruppe bearbeitet zur Zeit die Isolierung und Charakterisierung von Reaktionszentren aus Rhodospirillaceen. Bei phototrophen Bakterien sind 2 bis 4% des Bacteriochlorophylls mit einem Proteinkomplex assoziiert, in welchem sie durch aktinisches Licht oxidierbar sind und sich im Dunkeln wieder zurückreduzieren (P₈₇₀). Am besten untersucht sind RC-Komplexe von Rhodopseudomonas spheroides, R-26. Diese Mutante weist einen geringen Gehalt an Karotinoiden auf. Die RC-Komplexe werden mittels mild wirkender Detergenzien aus der Chromatophorenmembran solubilisiert. Sie enthalten je Mol RC 2 Mole BPhäo a, 4 Mole Bchl a, 1 Mol nichthämartig gebundenes Fe und 1 bis 2 Mole Ubichinon, die mit einem hydrophoben Trägerprotein assoziiert sind. Der Proteinanteil hat ein MW von etwa 7,5 10⁴ Dalton und ist aus drei verschiedenen Untereinheiten aufgebaut. Die größte der drei Untereinheiten kann vom Komplex wegdissoziieren, während die Pigmente an die beiden leichteren Untereinheiten gebunden bleiben und teilweise photochemische Aktivität bewahren. Die primäre, photochemische Reaktion ist ein lichtinduzierter Ladungstrennungsvorgang bei dem die RC-Bchl-Moleküle ein Elektron an einen Elektronenakzeptor abgeben. Als primäre Elektronenakzeptoren werden heute drei Möglichkeiten in Erwägung gezogen: Nichthäm-Eisen, Chinone und Ferrochinon-Komplexe. Es scheint, daß verschiedene Mikroorganismen ungleiche primäre Elektronenakzeptoren aufweisen. Energieübertragung in photosynthetischen Bakterienmembranen ist sehr wirkungsvoll. Weniger als 5% der absorbierten Photonen gehen als Fluoreszenzenergie verloren; der Rest führt zu Ladungstrennungen und Elektronentransport. Der hohe Wirkungsgrad muß durch charakteristische Strukturen, Umgebungsbedingungen und Interaktionen erklärt werden können. Interaktionen der Pigmentmoleküle untereinander, mit der Umgebung in der Chromatophorenmembran und mit den Trägerproteinen werden diskutiert als Standortbestimmung zur Beantwortung der Frage: Was macht die Bchl-Mole-küle des Reaktionszentrums geeignet, als Zentren des photochemischen Ladungstrennungsprozesses zu wirken? Ich danke den Mitarbeitern der Photosynthesegruppe Zürich für die kritischen Diskussionsbeiträge während des Kolloquiums über “Photosynthetische Membranen” an unserem Institut. Unsere Arbeit wird unterstützt durch den Schweizerischen Nationalfonds, NF-3.156-0.73, und die Fritz Hoffmann-La Roche-Stiftung.     

Untersuchungen zum Entstehen der Brutpflegebereitschaft des Kleinen Maulbrüters Pseudocrenilabrus multicolor (Cichlidae,Pisces)

Beim maulbrütenden Cichliden Pseudocrenilabrus multicolor übernimmt ausschließlich das ♀ die Brutpflege. Es laicht die Eier portionsweise ab und nimmt sie sofort in das Maul auf. Die Brutpflegebereitschaft entsteht während der der Eiabgabe vorausgehenden Initiallaichphase in mehreren Schritten: Zunächst werden angebotene Eier gefressen, dann ausgespuckt und schließlich im Maul behalten. Versuche mit Unterbrechung des Laichaktes zu verschiedenen Zeitpunkten der Initiallaichphase zeigten, daß die Umstimmung nicht spontan eintritt, sondern vom Ablaichverhalten abhängt. Weitere Versuche lassen vermuten, daß die Umstimmung an die Ausführung von Laichbewegungen des ♀ gebunden ist. Die Laichbewegungen wiederum unterliegen in ihrer zeitlichen Organisation einer endogenen Steuerung durch das ♀ selbst. Die Funktion des ♂ beschränkt sich in diesem Zusammenhang auf die Bereitstellung der Auslösereize für die Bewegungen des ♀. Der Mechanismus der Umstimmung wird erörtert und mit Ergebnissen bei anderen Tieren verglichen.     

54. G. Bosian: Zum Gaswechselproblem: Beweisführung zur gravierenden Bedeutung der Temperatur für Transpiration und Respiration1

Für die indirekte Beweisführung zur nicht gravierenden Bedeutung der Stomatabewegung und zur gravierenden Bedeutung der Temperatur für den Gaswechsel wurden folgende unerläßliche methodische Voraussetzungen beachtet 1. Die Versuche wurden an intakten Blättern im natürlichen Verband mit der Pflanze verbleibend durchgeführt 2. Wurden die vom natürlichen, kontinuierlichen Luftstrom durchflossenen Pflanzenkammern vollautomatisch zur Dynamik des Standortklimas klimatisiert 3. Wurden zur Sicherstellung einer exakten Interpretierung Assimilations- und Transpirations- und Blattemperaturbestimmungen in der gleichen Küvette, am gleichen Blatt, unter gleichen, dem Standortklima entsprechenden Bedingungen synchron mit den Klimabestimmungen des Standortes durchgeführt und vollautomatisch registriert 4. Durch das natürliche Verhalten der Versuchsblätter in den Küvetten — weitgehendst garantiert durch die angewandte Methodik — dürfte auch die natürliche Reaktion des Stomataapparates auf Licht, Dunkelheit und Hydratur während der Versuche als gesichert gelten 5. Die an Vitis in Hell-Dunkel-Versuchen und in Trocken-Feuchte-Versuchen gewonnenen Erkenntnisse (BOSIAN 8, 13, 14) konnten auch für Prunus laurocerasus, Calceolaria integrifolia, Zantedeschia aethiopica, Hydrangea Hortensia f. mutabilis und Acer platanoides in vollem Umfange in reproduzierbaren Versuchen bestätigt werden Die Bedeutung der Stomatabewegung ist — entgegen der bisherigen Anschauung — für die Dynamik und Intensität des Gaswechsels nicht gravierend im Gegensatz zur gravierenden Bedeutung der Temperatur für die Transpiration und Respiration. Die Assimilation wird ausschlaggebend vom Licht bestimmt     

Der Einfluss der Phosphatversorgung sowie die Wirkung von ionogenem und chelatisiertem Zink auf die Zink- und Phosphataufnahme einiger Schwermetallpflanzen

In physiologischen Untersuchungen an Schwermetallpflanzen wurde die hohe Zinkverträglichkeit für Silene cucubalus var. humilis bestätigt und für Thlaspi alpestre ssp. calaminare neu festgestellt. In Wasserkulturversuchen mit Silene cucubalus var. humilis wirkte Zinksulfat bereits bei einer Gabe von 100 mg Zn/1 im Verlauf einer Vegetationsperiode toxisch. Hingegen wurde Zink-Chelat noch bei einer Konzentration von 600 mg Zn/I ertragen. Durch Chelatgaben kann demnach die Zinkverträglichkeit der Schwermetallpflanzen wesentlich erhöht werden. Die untersuchten Schwermetallpflanzen Silene cucubalus var. humilis, Armeria maritima ssp. halleri und Cardaminopsis halleri nahmen wesentlich mehr Zink aus einer zinksulfathaltigen als aus einer zinkchelathaltigen Nährlösung auf. Dabei dürfte die toxische Grenze durch die in den Sproß gelangte Zinkmenge bestimmt werden. Die Toxizitat scheint dann erreicht zu sein, wennsich bei hoher Gesamtaufnahme über 80% des Zinks im Sproß befinden. Zwischen dem Zink- und dem Phosphatgehalt der Sprosse ergab sich in den Zink-sulfatreihen eine negative Korrelation, die jedoch für die Zink-Chelatreihen nicht bestatigt werden konnte.     

Ökologie und Mikroklima in der alpinen Stufe des afghanischen Hindukusch

Die alpine Stufe des afghanischen Hindukusch weist trotz hoher Niederschläge im Winterhalbjahr eine an Trockenheit angepaßte Vegetation auf. Auch noch in Höhenlagen über 4000 m sind geschlossene Rasenformationen an alloch-thone Wasserzufuhr gebunden, da gerade während der Hauptvegetationszeit im Sommer ein Niederschlagsminimum herrscht. Der Einfluß des Monsuns ist dabei in den alpinen Regionen zu vernachlässigen, außer im Safed Koh und im südlichsten Nuristan. Die Flora ist in erster Linie durch Arten der zentral-asiatischen Gebirge geprägt, daneben bestehen Beziehungen zum west-himalayischen Raum. Der Endemismus ist nicht groß, im Gegensatz zu dem in tieferen Stufen. Die Baumgrenze liegt im Mittel für das betreffende Gebiet bei etwa 3300 m, die Schneegrenze bei etwa 5000 m. Es werden Beispiele für die Temperatur- und Wasserverhältnisse angeführt. Das Mikroklima und dementsprechend die ökologischen Bedingungen sind sehr extrem. Die hohe Strahlung schafft große tägliche Temperaturschwankungen. Tagesgänge des potentiellen osmotischen Drucks des Zellsafts einiger alpiner Arten sind gut nachweisbar. Beobachtungen und Messungen aus dem Kohe Khrebek-Massiv in Ost-Afghanistan werden beispielhaft mit solchen aus dem Pamir, Kohe Baba und andern Gebirgsregionen verglichen. Insgesamt ist die Erforschung des afghanischen Hindukusch noch sehr lückenhaft, es wird daher der Appell an alle zukünftigen bergsteigerischen Expeditionen ausgesprochen, bei Planung und Durchführung Naturwissenschaftler noch weit mehr als bisher mit heranzuziehen.     

Theoretische Betrachtung der Achtertour,ein bei kokonspinnenden Insektenlarven häufiges Bewegungsmuster

Zahlreiche Insektenlarven, die sich zur Verpuppung einen Gespinstkokon herstellen, führen beim Verspinnen des Fadens eine charakteristische Instinktbewegung aus, welche die Figur einer quer zum Körper liegenden “8” nachzeichnet. Diese Bewegungsfolge wird als Achtertour bezeichnet. Es wird darauf hingewiesen, daß es nicht gleichgültig ist, in welchem Umlaufsinn die Achtertour beim Spinnvorgang durchlaufen wird. Für die beiden je nach Umlaufsinn verschiedenen Formen der Achtertour werden die Begriffe ‘positiv’ und ‘negativ’ vorgeschlagen. Die Unterschiede zwischen positiver und negativer Achtertour werden mit Hilfe einer Großrechenanlage demonstriert. Die positive Tour führt zu mehr und zu gleichmäßigeren Maschen. Zum Verschließen einer Lücke oder eines Spaltes wird eine gleiche Fadenmenge mit der positiven Tour wirkungsvoller eingesetzt als mit der negativen. Die Ergebnisse weisen darauf hin, daß die positive Achtertour gegenüber der negativen von einem höheren selektiven Wert ist.     

Erfahrungen bei der Massenkultur und Aufarbeitung methodisch schwieriger Algen

Die Anzucht mancher einzelliger Algen in belüfteten Kulturen und die Feststellung der Wachstumsraten wird vielfach durch die Neigung dieser Arten zum Hochschäumen und zum Absetzen der Zellen an den Wänden der Kulturrohre erschwert Es wird eine Methodik beschrieben, durch intermittierende Belüftung diese Schwierigkeit praktisch ganz zu beheben. Anschließend werden Ernte- und Aufarbeitungsmethoden geschildert, die es gestatten, auch die Inhaltsstoffe schwer aufschließbarer und schlecht extrahierbarer Formen mit genügender Genauigkeit zu erfassen Eingehender wird vor allem über Untersuchungen zur Bestimmung des Fettgehaltes und des Kohlenhydratanteiles der Algen und zum schonenden Aufschluß des Erntegutes im Glasperlenhomogenisator, z. B. für nachfolgende Pigmentgehaltsbestimmungen, berichtet Abschließend wird die Überlegenheit der intermittierenden Belüftung an einigen Versuchsergebnisn demonstriert und eine gewisse Möglichkeit zu einer differenzierteren Erfassung des Kohlenhydratanteiles durch Bestimmung mit der Phenol-H₂SO₄-Methode und im enzymatisch-optischen Test gezeigt     

Jahreszeitliche Veränderungen des Pollengehalts der Luft auf dem Schauinsland (Schwarzwald) 1967 bis 1973

Mit einer Burkard-Falle wurde in den Jahren 1967 bis 1973 von Februar bis Oktober der Pollengehalt der Luft auf dem Schauinsland registriert. Die mittleren jahreszeitlichen Veränderungen wurden in zwei Pollenkalendern dargestellt, von denen einer die häufigen und ein zweiter die seltenen Pollentypen der Luft am Sammelort enthält. Insgesamt wurden mindestens 52 Taxa festgestellt. 69% dieser Pollenkörner konnten fünf Taxa zugeordnet werden, nämlich den Gräsern, der Brennessel, dem Ampfer, den Eichen und Birken. Pollen aus dem Weitflugbereich sind wegen der Topographie der weiteren Umgebung des Probenahmeortes stärker vertreten als an anderen Meßstellen. Der Deutschen Forschungsgemeinschaft danke ich für finanzielle Unterstützung, allen Mitarbeitern der Auswertestelle Aerobiologie München und der Meßstelle Schauinsland für zuverlässige Zusammenarbeit.     

Kern- und Chloroplastenteilung sowie Photosyntheseleistung synchron kultivierter Bumilleriopsis (Xanthophyceae)

1. Durch Licht-Schwachlicht-Temperatur-Wechsel (LS-T 33:15 h/15000: 3000 Lux/24: 19 C) wird Bumilleriopsis zu 96 bis 98% synchronisiert. 2. Die Kernzahl je Zelle wurde während der Zellentwicklung im LS-T verfolgt. Während des größten Teils des Zyklus sind die Zellen mehrkernig; Zellwandbildungen treten erst nach Abschluß der Kernteilungen auf. Der Anteil der Zellen mit zwei Kernen ist 12 bis 14 Stunden, derjenige mit vier Kernen 20 bis 21, derjenige mit acht Kernen 23 bis 27 Stunden nach Zyklusbeginn maximal. Es wurden keine Zellen mit drei, fünf, sechs oder sieben Kernen gefunden, so daß die Teilungen innerhalb einer Zelle sehr synchron zu sein scheinen. 3. Chloroplasten werden während der gesamten ersten Phase der synchronisierenden Bedingungen gebildet; ein Zusammenhang mit der Zellteilung besteht nicht. 4. Die Photosyntheserate nimmt gegen Ende der ersten Phase des LS-T stark ab und durchläuft etwa 35 bis 36 Stunden nach Zyklusbeginn (also während der Zellwandbildung) ein Minimum. Im anschließenden Bereich, in den die vollständige Zellteilung fällt, steigt die Rate auf den zwei- bis dreifachen Wert rasch an. Gleiche Verhältnisse liegen bei Temperaturwechseln in Dauerlicht (33: 15 h/15 000 Lux/24: 19 C) vor. Herrn Prof. Dr. P. Böger danke ich für sein stetes Interesse an diesen Untersuchungen, Herrn P. Bley für sorgfältige technische Assistenz. Die Arbeit wurde durch den Sonderforschungsbereich 138 unterstützt.     

Entwicklungsstadien- und sippenspezifische Zellwand-Autolysine bei der Freisetzung von Fortpflanzungszellen in der Gattung Chlamydomonas

Zellwand-Autolyse ist nach vorliegender Untersuchung in der Gattung Chlamydomonas ein normaler und streng stadienspezifischer Vorgang in der Ontogenese Zum Nachweis der beteiligten lyrischen Faktoren (?Autolysine”) wurden einfache biologische Tests entwickelt Eine Freisetzung von Zoosporen aus den Sporangien mittels enzymatischer Sporangienwand-Autolyse ließ sich bei 52 Stämmen unterschiedlicher Herkunft von 42 Arten nachweisen und ist für die Gattung als generelles Prinzip anzusehen Sekretion wie auch Wirksamkeit der Sporangienwand-Autolysine sind entwicklungsstadien-spezifisch: nur junge Zellen können das Autolysin sezernieren; mit dem Autolysin läßt sich nur die Sporangienwand lysieren, nicht aber die Wand von Zoosporen, vegetativen Zellen oder Gameten Mit Sporangienwand-Autolysinen von Arten, bei denen sowohl vegetative Zellen wie Sporangien von einer gallertigen ?Kapsel” umgeben sind, ließ sich diese Gallerte in jedem Entwicklungsstadium kurzfristig auflösen, ohne jedoch auch hier die eigentliche Zellwand vegetativer Zellen zu lysieren Hinsichtlich der Wirksamkeit der Sporangienwand-Autolysine auf Sporangien anderer Chlamydomonas-Arten ergab sich eine Sippen-Spezifität, d. h. sie wirkten in der Regel nur innerhalb einer Gruppe morphologisch meist ähnlicher Arten, in einigen Fällen nur auf Sporangien des Erzeugerstammes. Nach der Wirkungsspezifität ihrer Autolysine ließen sich die 52 aktiven Chlamydomonas-Stämme 15 Gruppen zuordnen Eine Autolysinwirksamkeit zwischen diesen Gruppen war in mehreren Fällen nachweisbar: die Autolysine von vier Gruppen wirkten im Biotest einseitig auch auf Sporangien der Stämme jeweils einer anderen Gruppe Arten mit gemeinsamem Sporangienwand-Autolysin stimmten auch in weiteren physiologischen und morphologischen Merkmalen überein; offensichtlich handelt es sich um Gruppierungen natürlich verwandter Formen Es werden vier Modi der autolytischen Sporenfreisetzung beschrieben entsprechend dem unterschiedlichen Verhalten der Sporangienwände (totale oder partielle Lysis) und der Gallerten im Sporangieninneren Es wurden Methoden zur Isolierung und Reinigung von Sporangienwand-Präparaten für 14 Chlamydomonas-Arten mit jeweils spezifischem Autolysin ausgearbeitet. Nach dünnschicht-chromatographischen Analysen von Hydrolysaten dieser Wandpräparate sind die Haupt-Zuckerkomponenten fast immer Galaktose und Arabinose, dazu kommen in geringerer Menge je nach Art in wechselnden Verhältnissen Xylose, Fucose, Rhamnose, Uronsäuren und eine nicht identifizierte Pentose; Glucose — und damit Cellulose — fehlt in der Regel oder ist nur in Spuren nachweisbar. Eine Ausnahme macht nur C. ulvaensis. Haupt-Zuckerkomponenten sind hier Xylose und Glucose; Galaktose und Arabinose sind nur in geringen Anteilen enthalten In Bestätigung einer früheren Beobachtung von Claes (1971) wird die Wirksamkeit eines zweiten Autolysins im Entwicklungszyklus von Chlamydomonas nachgewiesen: Gameten der diözischen C. reinhardii sezernieren bei Geißelkontakt der Kreuzungspartner ein ?Gametenwand-Autolysin”, das zum Abwurf der Gametenwände bei beiden Kreuzungstypen führt. Es wurde eine verbesserte Methodik zur Gewinnung des Gametenwand-Autolysins erarbeitet Mit dem Gametenwand-Autolysin ließen sich die Wände aller Zellstadien der Art (Gameten, Zoosporen, vegetative Zellen, Sporangien), mit Ausnahme der Zygoten, total auflösen. Entsprechend dieser Eigenschaft des Gametenwand-Autolysins wurde — erstmals bei einzelligen Grünalgen — ein schonendes Verfahren zur Isolierung von Protoplasten für Zellanalysen entwickelt Mit dem Gametenwand-Autolysin ließen sich nur bei den Stämmen Protoplastenbildung und Sporangiolysis erzeugen, die ein gemeinsames Sporangienwand-Autolysin mit C. reinhardii besitzen; beide Autolysine stimmen also in der Sippenspezifität ihrer Wirkung überein Sporangienwand- und Gametenwand-Autolysine gleichen sich in den bisher geprüften Eigenschaften: sie sind fällbar mit (NH₄)₂SO₄, nicht dialysierbar, temperaturlabil (inaktiviert nach 10 Min. 70 C), inaktivierbar mit 5 × 10^?4 M HgCl₂, mit der Proteinase Papain und meistens mit dem Komplexbildner Äthylendiamin-tetraessigsäure In der Diskussion wird im Zusammenhang mit den Resultaten vorliegender Arbeit über die Zusammensetzung der Zellwände bei den Volvocales, über die Beteiligung von Autolysinen bei der Freisetzung von Fortpflanzungszellen aus Sporangien und Gametangien bei Pilzen und Algen sowie über eine mögliche Berücksichtigung der Sippenspezifität von Autolysinen für ein natürliches System der Chlamydomonaden referiert     

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.     

Quantitative Differences in the Courtship of two Populations of Three-spined Sticklebacks,Gasterosteus aculeatus

Die männliche Balz einer amerikanischen Population des Dreistacheligen Stichlings wurde mit der der europäischen Variation verglichen. Die amerikanischen ♂ ♂ erreichen die Schwelle für die meisten sexuellen Verhaltensweisen viel langsamer; sie zeigen während der Balz mehr Nestaktivitäten und Stachelreizungen. Da es Anzeichen gibt, daß sie auch weit angriffslustiger sind, werden diese Handlungen (nach Wilz 1970 b) als bedeutsam für die Umstellung des ♂ auf sexuelles Verhalten aufgefaßt.     

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.     

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.     

Buchbesprechungen

Die Baumwolle ist eine der ältesten Kulturpflanzen. Sie gehört zur Familie Malvaceae und wächst hauptsächlich in den tropischen und gemäßigten Klimazonen. Weltweit kann die Baumwolle als die wichtigste Faserpflanze betrachtet werden. Das Compendium über Baumwollkrankheiten stellt einen Teil einer von der American Phytopathological Society herausgegebenen Serie dar, innerhalb welcher bisher 35 Abhandlungen zu Krankheiten der verschiedensten Kulturpflanzen erschienen sind. Es ist sowohl für Pflanzenpathologen und Mitarbeiter des Pflanzenschutzdienstes als auch f¨r Fach- und Hochschullehrer, Wissenschaftler und Studenten gedacht, die sich mit dem Studium oder der Erforschung, der Diagnose und Bekämpfung von Baumwollkrankheiten befassen. Diese zweite Auflage liefert aktuelle und praktische Informationen zur Diagnose und Kontrolle der Baumwollkrankheiten weltweit. Sie beginnt mit einer Übersicht über die Herkunft der kultivierten Baumwollpflanzen bzw. -arten. Das Wachstum und die Entwicklung der Pflanze für eine grundlegende Diagnose der Krankheiten und ihrer Bekämpfung werden beschrieben. Der Hauptteil dieses Compendiums befasst sich mit der Pathologie der wichtigsten Kulturformen der Baumwolle. Es werden Infektionskrankheiten, die durch Pilze, Bakterien, Viren oder Mycoplasmen verursacht werden, durch Nematoden hervorgerufene Schäden sowie nicht parasitäre Erkrankungen, die auf Nährstoffmangel, Schadstoffe aus der Umwelt, Pestizide bzw. Herbizide u.a. zurückzuführen sind, behandelt. Jede Beschreibung einer Krankheit wird durch einen kurzen Überblick zur wirtschaftlichen Bedeutung und weltweiten Verbreitung eingeleitet. Es folgen Beschreibungen der Symptome, die Charakterisierung des Erregers bzw. der Schadursache, Hinweise zur Epidemiologie und Empfehlungen für Bekämpfungsmaßnahmen. Abschließende Literaturverzeichnisse ermöglichen weitergehende Studien. Außer den genannten Autoren wirkten weitere 52 namhafte Wissenschaftler des Fachgebietes aus den USA, Australien und Großbritannien mit. Die auf das Wesentliche konzentrierten Texte werden durch ausgezeichnete Abbildungen ergänzt, so dass der Leser einen schnellen und umfassenden Überblick gewinnt. Das Compendium ist eine wertvolle Hilfe für jeden, der sich in die Vielfalt der Krankheiten der Baumwolle einarbeiten oder sich über spezielle Sachverhalte sachkundig informieren will. Ismail A. Al Hussein, Halle (Saale)     

Tropische Hochgebirge: Hotspots der Biodiversitätsentwicklung

Tropische Hochgebirge stellen für Pflanzen und Tiere einzigartige Habitate dar. Diese Regionen oberhalb von 3500 Meter Meereshöhe sind ungewöhnlich harten Umweltbedingungen unterworfen, die mit „summer every day and winter every night”︁ treffend gekennzeichnet werden können. Dazu kommen starkes Bodenfließen, hohe Lichtintensitäten, geringer Luftdruck (verminderte CO2‐ und O2‐ Konzentration), Trockenheit oder Nässe und immer wiederkehrende Brände. Die große Bandbreite an unterschiedlichsten Mikrostandorten führt zu einer Bildung von Ökorassen und Arten — Entwicklungen, die noch zusätzlich durch begrenzten Genaustausch als Folge der isolierten Lage gefördert werden. Hybridbildung ist ein weiterer Mechanismus, der die Entwicklung der Pflanzendiversität in den tropisch‐alpinen Regionen beschleunigt. Die scheinbare Monotonie der tropisch‐alpinen Vegetation im Hinblick auf die Wechselwirkungen von Biodiversität und Stabilität der Ökosysteme ist ebenfalls Thema des Artikels. Am Beispiel des Afrikanischen Bambus wird dargestellt, wie der regelmäßige Wechsel des in seiner Entwicklung synchronisierten Bambus mit einem gänzlich anderen, vom afrikanischen Holunder dominierten Vegetationstyp das Auftreten ökologischer Kalamitäten, wie beispielsweise Schädlingsplagen, verhindert. Temporäre Diversität durch einen regelmäßigen Wechsel verschiedener Vegetationstypen kann so eine geringe α‐Diversität kompensieren. Trotzdem sind tropisch‐alpine Ökosysteme in höchstem Maße anfällig für anthropogene Störungen. Touristische Aktivitäten verändern die Räuber‐Beute‐Beziehungen zugunsten der Herbivoren, deren Populationen enorm anwachsen und zu einer nachhaltigen Zerstörung der einzigartigen tropisch‐alpinen Vegetation führen.     

Turgoränderungen in Blasenzellen von Mesembryanthemaceen

Die epidermalen Blasenzellen von verschiedenen Mesembryanthemaceen Arten können bei mangelnder Wasserversorgung offenbar kurzfristig als Wasserspeicher für das photosynthetisch aktive Gewebe genutzt werden. Durch die bei der teilweisen Entleerung auftretende Abflachung der Blasenzellen werden bei Mesembryanthemum crystallinum die Abstände zwischen den Blasenzellen verringert, so daB die Flache, die fiir den Gasaustausch der Stomata mit der umgebenden Luft zur Verfiigung steht, 24 h nach Abbruch der Wasserversorgung auf 1/3, reduziert wird. Damit bilden die Blasenzellen beinahe eine “zweite Epidermis”, die bei Drosanthemum-Blättern durch eng aneinandergepreßte Blasenzellen erreicht wird und die die Wasserverluste durch Transpiration verringern könnte. Der Turgor in den Blasenzellen von Drosanthemum ändert sich am natürlichen Standort (südliche Namib) im Tagesverlauf: in der Morgendämmerung sinkt der Turgor urn 2 bar und steigt erst während der Nacht wieder an. Der Turgorabfall läuft parallel zu einer lichtbedingten Malatsynthese im grünen Gewebe, dessen osmotische Aktivität für den Wasserverlust der Blasenzellen verantwortlich sein könnte. Die absolute Höhe des Turgordruckes ist in den Blasenzellen der jüngsten Blätter 5 bis 10 mal größer als in den alteren Blattern.