Enzymatische Differenzierung der Symbiose von Glycine max und Rhizobium japonicum mit effektiven und ineffektiven Stämmen

Die Symbioseentwicklung von Glycine max und Rhizobium japonicum 61-A-101 in Nitrogenaseaktiven Wurzelknöllchen wird anhand des Knöllchenwachstums, der Nitrogenaseaktivität und einiger Enzyme des N-Stoffwechsels verfolgt: Aspartat-Aminotransferase = AST (E.C. 2.6.1.1.), Alanin-Amino-transferase = ALT (E.C. 2.6.1.2.), Glutamat-Dehydrogenase = GDH (E.C. 1.4.1.2.), Glutamat-Synthase = GOGAT (E.C. 1.4.1.13.), Glutamin-Synthe-tase = GS (E.C. 6.3.1.2.) und Alanin-Dehydrogenase = ADH (E.C. 1.4.1.1.). Die spezifischen Aktivitäten der AST, ALT und GDH aus dem pflanzlichen Cytoplasma durchlaufen ähnlich wie die bakterielle Nitrogenase ein frühes Maximum während der Knöllchenentwicklung, während sie in den Bakteroiden niedriger sind (20 bis 40 %) und sich geringfügiger verändern als in der pflanzlichen Fraktion. Die GS aus den Bakteroiden zeigt konstant niedrige Werte (um 350 mUnits), während in der pflanzlichen Fraktion ein Aktivitätsanstieg von etwa 1,2 Units am 19. Tag auf über 6 Units am 50. Tag meßbar ist. Die bakterielle ADH weist in demselben Zeitraum einen ähnlichen Anstieg (bis 300 mUnits) auf. Die GOGAT-Aktivitäten liegen in den Bakteroiden zweibis dreimal höher als im pflanzlichen Cytoplasma und steigen leicht an. Die Ergebnisse bei verschiedenen Soja-Sorten werden dargestellt. Die Auswirkungen der Infektion mit einem ineffektiven Stamm von Rhizobium japonicum (61-A-24) auf die Enzymaktivitäten werden untersucht. Sowohl die bakteriellen als auch die pflanzlichen Enzyme AST, ALT und GDH weisen eine ähnliche Entwicklung ihrer Aktivitäten wie in effektiven Knöllchen auf. Die pflanzlichen GOGAT- und GS-Aktivitäten und die der bakteriellen ADH liegen allerdings viel niedriger. Die GS-Aktivitäten aus den Bakteroiden übertreffen die spezifischen Aktivitäten aus effektiven Zellen um das Drei- bis Vierfache. Der ineffektive Rhizobienstamm unterscheidet sich auch vom effektiven dadurch, daß er bei den infizierten Pflanzen zu einer Erhöhung der Knöllchenzahl mindestens bis zum 50. Tag führt, im Gegensatz zu den N₂-fixierenden Pflanzen, die ihre Knöllchenzahl ab dem 15. Tag nicht mehr steigern. Ein Vergleich der Enzym-Aktivitäten aus Bakteroiden mit den Aktivitäten von Nitrogenaserepremierten und -derepremierten freilebenden Zellen von Rhizobium japonicum ergibt mehr Übereinstimmung mit letzteren. Wir danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft für die gewährte Unterstützung im SFB 103 ?Zellenergetik und Zelldifferenzierung”.     

Jahresgang der Temperaturresistenz junger Holzpflanzen im Zusammenhang mit ihrer jahreszeitlichen Entwicklung1

An fünfjährigen Tannen (Abies alba Mill.) und ebenso alten Bergahornpflanzen (Acer pseudoplatanus L.) wurde vergleichend der Jahresgang der Hitzeund Kälteresistenz des Kambiums mehrjähriger Sproßachsen und Wurzeln untersucht. Die Meßergebnisse werden in Zusammenhang mit den Standorttemperaturen und der jahreszeitlichen Entwicklung der Pflanzen gebracht Dabei ergab sich, daß Hitze- und Kälteresistenz nur dann parallel verliefen, wenn die Höhe der Resistenz gegen beide Noxen ausschließlich vom Aktivitätszustand des entsprechenden Gewebes abhing. Zu Abweichungen kam es immer dann, wenn eine der beiden Resistenzarten temperaturbedingten Abhärtungs- oder Enthärtungsvorgängen unterworfen war: So blieb längere Kälte, die zu all den Änderungen im Zellbereich führt, die das Protoplasma frosthart machen, auf die Hitzeresistenz der Sproßachsen wirkungslos, da deren kambiale Teilungstätigkeit im Herbst schon eingestellt wurde, bevor tiefe Temperaturen einwirken konnten. Die starke Temperaturabhängigkeit des Wurzelwachstums könnte eine Erklärung dafür sein, daß jahreszeitliche Änderungen der Hitzeresistenz der Wurzeln parallel zu den Minimumtemperaturen im Boden verliefen. Da weiters das Wachstum der Wurzeln erst durch Temperaturen blockiert wurde, die bei der Tanne auch einen reaktiven Anstieg in der Kälteresistenz auslösten, änderten sich Hitze- und Kälteresistenz der Wurzeln während des Jahres weitgehend synchron. Ein unterschiedliches Verhalten von Hitze- und Kälteresistenz wäre auch dann zu erwarten, wenn die Hitzeresistenz im Sommer durch eine auf die Kälteresistenz stets wirkungslos bleibende Hitzehärtung adaptiv anstiege, wozu es aber in den von uns untersuchten Pflanzen nicht kam. Die Hitzeresistenz dürfte bei Tanne und Ahorn in ihrem Jahresverlauf nur auf Änderungen im Aktivitätszustand reagieren     

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.     

Kationenaufnahme und Säurestoffwechsel in Wurzeln einer calcicolen (Vicia faba) und einer calcifugen (Lupinus luteus) Pflanze bei unterschiedlichen K/Ca-Verhältnissen

Vicia faba (calcicol) und Lupinus luteus (calcifug) wurden in Nährlösungen mit abgestuften K/Ca-Verhältnissen (Lösung I: 4,9/0,1; II: 4,0/1,0; III: 2,5/2,5; IV: 0,5/4,5 K/Ca mval ± 1^?1) in Wasserkultur und Aeroponik herangezogen. Obwohl als calcicol bzw. calcifug beschrieben, war im Ca-Gehalt der Wurzeln der beiden Pflanzen kein wesentlicher Unterschied festzustellen, die Summe der aufgenommenen Kationen wurde aber in Lupinus deutlicher vom K/Ca-Verhältnis beeinflußt. Mit Ausnahme des Versuches Vicia Aeroponik zeigte sich eine markante Übereinstimmung zwischen der Kationensumme und den Konzentrationen von Malat und Citrat mit Maximalwerten in Lösung II Bei Lupinus nahmen die Aktivitäten von MDH, PEPC, PEPCK, ICDH und malic enzyme einen damit weitgehend parallelen Verlauf, während sich bei Vicia keine so einheitliche Tendenz ergab. Unterschiede traten auch zwischen den beiden Kulturmethcden auf. Bei gleichem Ionenangebot wie in der Aeroponik enthielten die Wurzeln in Wasserkultur etwas weniger Kationen und deutlich reduzierte Malatmengen, was bei Lupinus durch die starke Abnahme der Aktivitäten von PEPC und PEPCK zu erklären ist, während bei Vicia sowohl PEPC als auch PEPCK und überdies das malic enzyme in ihrer Aktivität anstiegen. Der Säurestoffwechsel in den Wurzeln der beiden Pflanzen wird also nicht nur durch die Kationenverhältnisse, sondern auch durch andere Faktoren des Wurzelmilieus, die für ihre ökologische Anpassung von Bedeutung sein könnten, beeinflußt.     

Ureolytic activity,physico-chemical properties of soil and maize yield as affected by slurry

Während eines 3jährigen Kleinfeldversuchs wurde der Einfluß der systematischen Düngung mit Rinder-, Schweine- und Schafgülle auf die Menge der Harnstoffbakterien und auf Ureaseaktivitäten in den mit Mais angebauten Böden untersucht.Der beobachtete stimulierende Einfluß der Gülledüngung auf die Entwicklung der untersuchten Bakterien und die Aktivität des Enzyms war von der Gülleart, ihrer Dosis und von der Applikationsfolge abhängig.Die statistische Analyse der Ergebnisse zeigte eine signifikante Abhängigkeit zwischen der Menge und der Enzymaktivität der Harnstoffbakterien im Boden und dem Maisertrag sowie einiger physikalisch-chemischer Eigenschaften des Bodens.     

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.     

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.     

Der Einfluß von Seehöhe und Länge der Vegetationszeit auf das cuticuläre Transpirationsvermögen von Fichtensämlingen im Winter

In Fortführung einer Arbeit über die cuticuläre Transpiration von Fichten und Zirben aus verschiedenen Höhenlagen am Patscherkofel wurden dreijährige Fichten ein Jahr vor Versuchsbeginn in 700 m (Niederung), 1950 m (Waldgrenze) und 2150 m (Krüppelgrenze) ausgesetzt. Zusätzlich verkürzten wir bei einem Teil der Pflanzen an der Waldgrenze die Vegetationszeit an deren Beginn künstlich um fünf Wochen, um für sie besonders ungünstige Entwicklungsbedingungen zu schaffen. Entwicklung und Ausreifung der Neutriebe wurden um so mehr verzögert, in je höherer Lage die Pflanzen standen und je kürzer die Vegetationszeit war. Der unterschiedliche Reifungsgrad der Triebe zu Beginn des Winters bewirkte deutliche Unterschiede in der Höhe der Cuticulartranspiration. Die Triebe, die sich in der Niederung (700 m) während der dort langen Vegetationszeit entwickelt hatten, gaben bei 15 °C und 43% rel. Luftfeuchte nach Spaltenschluß sowohl im Oktober als auch im Februar am wenigsten Wasser ab (3,8 bis 4,5 mg/g TG bzw. 3,9 bis 4,6 mg/dm² h), jene, deren Vegetationszeit wir verkürzt hatten, transpirierten am meisten (10,6 bis 13,9 mg/g TG bzw. 7,4 bis 9,7 mg/dm² h). Dementsprechend nahm auch der Wassergehalt der abgeschnittenen Triebe in der Klimakammer verschieden schnell ab. Trockenschäden traten um so schneller auf, je weniger ausgereift die Triebe waren. Im Februar z. B. hielten die abgeschnittenen Zweige aus 700 m bei den Versuchsbedingungen doppelt so lange aus (123 Stunden) als die mangelhaft entwickelten Triebe mit verkürzter Vegetationszeit (57 Stunden). Die unterschiedliche Höhe der cuticulären Transpiration beruht nur zum Teil auf einer verschiedenen Oberflächenentwicklung der Zweige; vorwiegend ist sie eine Folge verschiedener Transpirationswiderstände. Inwieweit die Dicke und Ausbildung der cuticulären Schichten hierfür entscheidend sind, bleibt noch zu untersuchen. Je kürzer und kühler die Vegetationszeit, die den Pflanzen zur Verfügung steht, desto schlechter können sie also die Wasserabgabe einschränken. Das ist der Hauptgrund dafür, daß bei der winterlichen Belastung des Wasserhaushaltes der Bäume oberhalb der Waldgrenze die Frosttrocknisschäden mit zunehmender Seehöhe rasch stärker werden und nach ungünstigen Sommern besonders stark in Erscheinung treten. Für das Überleben von Fichten an der Waldgrenze dürften drei Monate uneingeschränkter Aktivität der Pflanzen erforderlich sein. Die Experimente haben eine von Michaelis 1934 aufgestellte Hypothese über die physiologischen Ursachen der Wald- und Baumgrenze bestätigt.     

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.     

24. Momcilo Kojic: Über die Wasserbilanz und Stoffproduktion bei Frühjahrsgeophyten

Die Arbeit bringt Angaben über den Wasserhaushalt der Frühjahrsgeophy-ten Leucojum vernum, Galanthus nivalis und Allium ursinum. Es wurden die Dynamik des Wassergehaltes in den einzelnen Organen während der Vegetationsperiode und die Besonderheit der einzelnen Pflanzen in dieser Hinsicht untersucht. Es wurde festgestellt, daß der Wassergehalt bei den untersuchten Pflanzen bis zu 30% höher ist als bei vielen Pflanzen, die anderen Lebensformen angehören. Es werden Angaben über den Transpirationsverlauf und seine Abhängigkeit von meteorologischen Bedingungen, in erster Linie von Temperatur und Luftfeuchtigkeit, mitgeteilt. Die Trockensubstanz der Zwiebelpflanzen zeigt in der ersten Periode eine Tendenz zur Stagnation oder Abnahme, wie aus den Angaben über die Trockensubstanzdynamik der einzelnen Organe im Verlaufe der Vegetation hervorgeht. Im Gegensatz zu den meisten anderen Pflanzen ist das Verhältnis zwischen oberirdischer und unterirdischer Stoffproduktion stets kleiner als 1.     

Pflanzenleben unter anaeroben Umweltbedingungen,die physikalischen Grundlagen und anatomischen Voraussetzungen

Die Sauerstoffversorgung bei Pflanzen, deren Wurzeln und Rhizome im anaeroben Sediment der Gewässer oder in den überschwemmten, O₂-armen Böden des Bruchwaldes wachsen, erfordern besondere anatomische Anpassungen. Die Auflockerung der Wurzelgewebe bei Schwarzerlen oder die Ausdifferenzierung eines Aerenchyms bei Wasserpflanzen ist eine wichtige Voraussetzung, durch erleichterte Gaswegigkeit im Innern der Pflanze die Zufuhr von O₂ von den luftexponierten Organen her zu ermöglichen. Eine Unterdruckbildung im Bereich der atmenden Gewebe, die auf der gegenüber O₂ höheren Löslichkeit des CO₂ in Wasser beruht, kann einen Massenstrom von Luft durch das Pflanzeninnere erzeugen, der die reine diffusive O₂-Zufuhr überlagert. Wasserpflanzen des Schwimmblattgürtels wie Nuphar lutea und N. advenum (Nymphaeaceae), Nelumbo nucifera (Nelumbonaceae) und Nymphoides peltata (Menyanthaceae), aber auch Alnus glutinosa als Leitform des Bruchwaldes, bei denen der Sauerstoff große Distanzen zurücklegen muß, um zum Ort des Verbrauchs zu gelangen, verstärken diesen Luftstrom durch Überdruckbildung in den luftexponierten Organen. Die Ausdifferenzierung einer Gewebeschicht mit Interzellularendurchmessern in der Größenordnung der ?mittleren freien Weglänge” der O₂-Moleküle befähigt sie, bei Ausbildung einer Temperaturdifferenz zwischen dem Pflanzeninnern und der Atmosphäre, zur Thermoosmose. Dabei tritt Luft entlang eines ansteigenden Temperaturgradienten in die Pflanze ein, um anschließend aufgrund eines entstehenden Überdrucks durch die Pflanze hindurchgedrückt zu werden. Dieser Luftstrom hält an, solange die Pflanze durch Aufnahme von Licht- oder Wärmeenergie die Temperaturdifferenz zwischen ihrem Innern mit höherer Temperatur und der umgebenden Luft aufrecht erhalten kann. Durch Ausnutzung dieses, als Knudseneffekt bekannten physikalischen Vorgangs, wird die O₂-Versorgung der heterotrophen, submers wachsenden Organe beträchtlich verbessert. Die Fähigkeit zur thermoosmotischen O₂-Versorgung ist in systematisch sehr wenig verwandten Pflanzenfamilien entwickelt worden. Der Erwerb dieser Fähigkeit muß deshalb als Anpassung an die durch Sauerstoffmangel im Boden charakterisierten Biotope angesehen werden und besitzt große ökologische Bedeutung. Diese Pflanzen haben sich mit der Fähigkeit zum thermoosmotischen Gastransport die Möglichkeit geschaffen, ökologische Nischen, wie sie anaerobe Böden darstellen, auf Dauer zu besiedeln. Es kann deshalb erwartet werden, daß noch weitere Pflanzenarten, die diese oder ähnliche Biotope besiedeln, mit Hilfe von thermoosmotischen Gastransport die O₂-Versorgung ihrer, in anaerobem Milieu wachsenden Organe verbessern.     

18. W. S. Iljin: Biochemische Vorgänge während der Kalkchlorose der weißen Lupine

Auf die Trockengewichtseinheit bezogen, enthalten chlorotische Pflanzen mehr Wasser als gesunde. Ber. der Deutschen Bot. Gesellsch. LXI. Erkrankte Lupinen haben einen erhöhten Salzgehalt im Zellsaft; dieser bezieht sich besonders auf Calcium und Mg, in vielen Fällen auch auf Kalium. In den Anfangsstadien der Chlorose ist der Unterschied zwischen gesunden und eben erkrankten sehr gering. Wir wissen jedoch, daß der Salzbestand in der Pflanze kein beständiger ist und erheblichen Schwankungen unterliegt, ohne den äußeren Zustand zu beeinflussen. Wir scheinen daher nicht berechtigt zu behaupten, der Salzüberschuß rufe die Erkrankung an der Chlorose hervor. Diese Theorie gewänne nur dann Grund und Boden, wenn man annähme, daß bei den von mir untersuchten Pflanzen der Salzgehalt sein Höchstmaß erreicht habe, worüber hinaus jede Steigerung der Pflanze schaden und den normalen Gang der physiologischen Vorgänge unterbrechen müsse. Man kann aber auch gerade umgekehrt annehmen, daß ein verstärkter Salzgehalt in der Pflanze durch ihre Erkrankung hervorgerufen werde, die ihrerseits die regulatorische Tätigkeit der Wurzeln beeinträchtigt und den Salzen freieren Zutritt in die Pflanze gestattet. Zugunsten dieser Theorie spricht der Umstand, daß chlorotische Pflanzen bei gleichen Bodenbedingungen mehr Salze absorbieren und daß anfangs der Unterschied zwischen ihnen und grünen Pflanzen unbedeutend ist und erst späterhin größer wird. Die Kurve der grünen Blätter beharrt während der Entwicklung auf gleicher Höhe, während sie bei kranken Blättern rasch ansteigt. Zur endgültigen Lösung dieser Frage bedarf es noch weiterer Untersuchungen. Die Erkrankung der weißen Lupine an Chlorose war in meinen Versuchen von einem stark erhöhten Gehalt an organischen Säuren begleitet, unter denen Apfelsäure die erste Stelle einnahm. Besonders deutlich ließ sich das an jungen Pflanzen beobachten. Bei der Erkrankung trägt auch der Stickstoffwechsel einen ganz eigenen Charakter. Gewöhnlich führen die chlorotischen Pflanzen prozentuell auf das Trockengewicht bezogen anfangs mehr Gesamtstickstoff als die gesunden, späterhin nimmt jedoch seine Menge in jenen ab. Trotz des erhöhten Gehaltes an Gesamtstickstoff führen kranke Pflanzen weniger unlöslichen Stickstoff oder Eiweiß; mit der Zeit wird dieser Unterschied immer größer, so daß die kranken fast zweimal weniger Eiweiß enthalten können als die gesunden. Die beschriebenen Veränderungen in der Beschaffenheit des Stickstoffes sind begleitet von einer Anreicherung des Saftes an Eiweißspaltungsprodukten, wie Aminosäuren, Basenamiden, löslichem Eiweiß und Ammoniak.     

Ergebnisse zu entomologischen erhebungen und zur unkrautbekämpfung bei miscanthus und anderen c4‐pflanzen 1)

In zweijährigen Erhebungen zur Entomofauna an Miscanthus sinensis, Panicwn virgatum und Andropogon gerardii auf Flächen in Grcßbeeren und Güterfelde konnten erste Ergebnisse erzielt werden. Am Standort Güterfelde erfolgten gleichfalls mehrjährige Prüfungen der herbiziden Wirkung bei diesen C₄‐Pflanzen.

Die Besiedlung der Arthropoden mit 0,5 und 1,4 Individuen/Halm bzw. Horstpflanze erweist sich als sehr gering. Die Dominanz der Schad‐ und Nutzorganismen war im allgenmeinen ausgeglichen. Nur auf den Flächen mit P. virgatum und A. gerardii 1995 in Güterfelde lag der Schädlingsanteil durch die Blasenfüße (Thysanoptera) bei>90%, bedingt auch durch die trockene und warme Witterung im Juli/August. Das Schädlingsspektrum umfaßte Arten von Getreide u.a. Gramineen. Im gleichen Jahr 1995 verursachte die Gemeine Spinnmilbe (Tetranychus urticae) auf der Miscanthusfläche in Großbeeren bemerkenswerte Saugschäden. Das Nützlingsauftreten wurde von euryöken Arten bestimmt und war auf allen untersuchten Flächen gering.

Die Untersuchungen zur Unkrautbekämpfung im 1. bzw. 2. Standjahr zeigen, daß Präparate, die erfolgreich bei Mais und teilweise Getreide angewandt werden, auch auf Miscanthusflächen sowie bei Panicum und Andropogon vorrangig in der Nachpflanzanwendung zum Einsatz kommen können. Bedeutung erlangt auch die Anwendung der mechanischen Pflege. Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Effektivität der Unkrautbekämpfung im Anpflanzjahr und der Pflanzenentwicklung im Anpflanzjahr und den folgenden Etablierungsjahren. Bei unzureichender Unkrautbeseitigung im 1. Standjahr muß auch im 1. Folgejahr eine Unkrautbekämpfung erfolgen.     

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.     

9. H. Kugler: UV-Male auf Blüten

Auf Grund des bisher untersuchten Materials läßt sich folgendes Bild über die UV-Musterung von Blüten entwerfen: Die Blütenmusterungen beruhen auf Pigmenten, deren Reflexionsspektren nur im kurzwelligen (UV-Male) oder nur im langwelligen oder in beiden Bereichen (sichtbare Male) liegen. Bei radiär entwickelten Scheiben-, Trichter-, Glocken- und Stieltellerblumen treten auch im UV-Bereich nur radiäre Zeichnungen, Strich- und Fleckenmale, ferner bei Sternfiguren auch radiale Musterungen, wenn der Stern aus verschieden stark reflektierenden Kelch- und mit ihnen alternierenden Kronblättern zusammengesetzt ist (z.B. Acer platanoides), auf. Bei den genannten Formen komomen Nur-UV-Male in 26%, sichtbare in 30% der Fälle, also fast ebenso oft vor, so daß bei ihnen die Blütenmusterungen unter Einschluß des UV gewaltig erhöht werden. Dies gilt besonders für die Stieltellerblumen mit ihrem engen und sicherlich nicht leicht aufzufindenden Röhreneingang. Köpfchenblumen zeigen ihrer radiären Struktur entsprechend ein ungefähr gleich häufiges Auftreten von UV-freien Malen wie die genannten radiären Einzelblüten. Bei ihren Pseudanthien entsteht der Kontrast dadurch, daß die zentralen Blüten UV nicht, die peripheren dagegen ± stark reflektieren. Bei Tubifloren mit zungenförmigen Randblüten können deren Petalen in ganzer Erstreckung oder nur apikal UV reflektieren. Bei den dorsiventralen Lippen- und Schmetterlingsblumen sind auch die UV-freien Zeichnungen dorsiventral entwickelt. Bei den Lippenblumen finden sie sich vornehmlich in Form eines UV-freien Flecks auf der Unterlippe, dem Anflugplatz der Insekten. Doch treten reine UV-Male bei ihnen selten auf, in nur 9% der Fälle, während sichtbare bei 61% der untersuchten Arten vorkommen. Offensichtlich werden bei diesen Verwandtschaftskreisen bei der Malbildung hauptsächlich Farbstoffe verwendet, deren Spektrum in den sichtbaren Bereich reicht. Bei Schmetterlingsblumen tritt das UV-freie Mal zunächst als Basalfleck auf der Fahne auf, von dem Linien (Adern) ausstrahlen können. Doch kann es auch auf die Flügel und die Schiffchenspitze übergreifen. Gelegentlich sind Flügel und Schiffchen in ganzer Ausdehnung UV-frei. Hinsichtlich der Häufigkeit von UV- und sichtbaren Malen lassen sich drei Gruppen unterscheiden: die Scheiben-, Trichter- und Glockenblumen mit etwa 50%, die Stielteller-, Köpfchen- und Lippenblumen mit etwa 70% und die Schmetterlingsblumen mit dem höchsten Prozentsatz an Malträgern (88%). Es besteht so eine Beziehung zwischen Blütengestalt und Malbäufigkeit im Sinne der SPRENGELschen Theorie, indem die Häufigkeit der Male mit der Kompliziertheit der Blütenausbeutung zunimmt. Unter den untersuchten Pinselblumen spielen auffällige Kontrastfärbungen keine Rolle. Wohl aber sind bei den zehn untersuchten Fallenblumen Zeichnungen verbreitet. Allerdings wurde ein reines UV-Mal nur bei Ceropegia fusca gefunden. Da auch hier die Male an Stellen liegen, die für das Eindringen in die Falle wesentlich sind, dürften sie ökologisch von Bedeutung sein, soweit hier beim Anflug überhaupt optische Faktoren eine Rolle spielen. Dagegen ist der Anteil von UV-Musterungen bei den 15 untersuchten Ornithogamen recht gering, was mit dem Farbensinn der Vögel in Einklang stehen mag. Tüpfelmale, die nur im UV auftreten, konnten auch unter dem neuen Material nicht gefunden werden. Die untersuchten Pflanzen sind größtenteils an natürlichen Standorten, der Rest im Botanischen Garten München gewachsen. Herrn Prof. Dr. BRAUNER bin ich für die freundliche überlassung dieser Formen zu bestem Dank verbunden.     

Tagesperiodik,Revierverhalten und Beutefang der Geißelspinne Admetus pumilio C. L. Koch im Freiland*

Auf einer Fläche von ca. 40 × 60 m eines Regenwaldes bei Manaus/Amazonas wurden über 30 Admetus pumilio untersucht, sowie Temperatur, Feuchte und Helligkeit im Biotop registriert. Man findet immer nur ein Tier in einer Höhle am Fuß großer Bäume; nahezu jedes derartige Versteck ist besetzt. Der Aktivitätsverlauf zeigt im Freiland 3 Aktivitätsschübe: der abendliche dient der Nahrungsaufnahme, der nachmitternächtliche dem Verlassen des engeren Reviers zu Partnersuche oder zum Höhlenwechsel, der morgendliche zur Rückkehr ins Versteck. Der Aktivitätsbeginn gegen 16 Uhr ist endogen, das Aktivitätsende gegen 6.30 Uhr weitgehend exogen bestimmt. Der Rückzug in die Höhle am Morgen erfolgt bei 10fach niedrigerer Helligkeit als der Auszug aus dieser am Abend. Adulte Geißelspinnen behalten über mehrere Wochen die gleiche Höhle bei; beobachtet wurde bis zu 65 Tagen. Innerhalb eines untersuchten Umkreises von 7—10 m können sie sich hervorragend orientieren — vermutlich olfaktorisch. Die Beutefanghandlung wird beschrieben und die Orientierung hierbei analysiert. Zwei mechanorezeptorische Systeme werden nach- oder nebeneinander wirksam: Trichobothrien auf den Schreitbeinen leisten die Fernorientierung und dirigieren die Annäherung an die Beute bis in den Wirkungsbereich der Tastbeine, die die Orientierung im Nahbereich übernehmen, vor allem beim Packen der Beute. Die kutikularen Haarsensillen auf den Beinen werden kurz beschrieben.     

Blei und seine Auswirkung auf Aktivität und multiple Formen der Alpha-Naphthyl-Esterase in belichteten und verdunkelten Pflanzen1

Allium cepa und Tradescantia fluminensis wurden verbleit und unverbleit im Licht und im Dunkeln gezogen. Es ergab sich im Vergleich zu den Kontrollen:

• 1 . Unterschiede im Bleigehalt in den Wurzeln wie auch in den Blättern. Allium im Dunkeln hat gegenüber belichteten Pflanzen weniger Blei in den Wurzeln, dafür mehr in den Blättern.
• 2 . Veränderungen im Muster der multiplen Esteraseformen und z. T. in der relativen Esteraseaktivität. Die Enzymaktivität in den Wurzeln ist in den verbleiten, aber belichteten Zwiebeln eingeschränkt, sie ist in den verdunkelten Pflanzen den Kontrollen annähernd gleich. In beiden Fällen ist auch das Muster der multiplen Formen verändert. In den Blättern ist die relative Esteraseaktivität in den verbleiten Allium- und Tradescantia-Pflanzen sowohl im Licht wie auch im Dunkeln erhöht. Das Muster der multiplen Esteraseformen ist im Blatt weniger auffällig verändert als in der Wurzel.
• 3 . 3. Keine signifikante Änderung ist im Wassergehalt verbleiter und unverbleiter, wie auch belichteter und verdunkelter Pflanzen nachzuweisen.

     

Versuche zur Protoplastenregeneration dikotyler Pflanzen unterschiedlicher systematischer Zugehörigkeit

Die beschriebenen Experimente, die bisher mit 63 Pflanzenarten durchgeführt wurden, erbrachten Protoplastenteilungen bei 42 Arten, Bildung von wüchsigem Kallus bei 22 Arten, von Wurzeln als einzigen Organen bei vier Arten und von Sprossen bei zwölf weiteren Arten. Bei acht dieser Arten gelang bereits die Aufzucht von Pflanzen. Mit den gesammelten Informationen scheinen erste Fortschritte auf dem Weg zur Standardisierung der Protoplastenregeneration dikotyler Pflanzen möglich zu sein. So erwiesen sich Sproßspitzen als leicht verfügbares Material, aus dem Protoplasten geeigneter Differenzierung gewonnen werden konnten. Unter Gewebekulturbedingungen herangezogene Sprosse waren, vor allem auf Grund des Fehlens von Kontaminationen, Pflanzen von Erdkulturen vorzuziehen. Protoplastenteilungen der diversen Taxa angehörenden Pflanzen wurden durch das Kulturmedium V-KM ermöglicht, insbesondere bei Verwendung von Sproßspitzen als Ausgangsmaterial. Anfänglich hohe Zelldichten, schrittweise Verdünnung der Suspensionen und Übertragung auf V-KM-Bodenagar einige Tage vor der Erhöhung der Turgeszenz erwiesen sich in der Regel als vorteilhaft. Wir danken Frau J. Finger und Fräulein G. Mordhorst für ihre technische Mitarbeit. Die Experimente wurden durch eine Beihilfe der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.     

Verringerung von frostschaden an obstblüten und maispflanzen durch bakterizide

Blüten von Pfirsich, Pflaume, Sauerkirsche, Apfel und Birne sowie im Freiland herangezogene Maispflanzen wurden nach Inokulation mit Ice ⁺ Pseudomonas fluorescens, Isolat 533, mit Antinukleationsagenzien unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung tropfnaß besprüht und künstlichen Frostbelastungen bis ‐3,5 °C ausgesetzt. Der Anteil der überlebenden Blüten bzw. Maisblätter von jeder Variante wurde ausgezählt und in Prozent von der gesamten Zahl getesteter Blüten bzw. Maisblätter als Frostschaden dargestellt.

Die Antinukleationsagenzien verringerten an Maispflanzen den Frostschaden signifikant im Vergleich zu den inokulierten Pflanzen. Kocide 101 sowie das quartäre Ammoniumsalz 6151 zeigten sogar einen geringeren Schaden gegenüber der unbehandelten Kontrolle.

An den Obstblüten ergaben die Mittelapplikationen widersprüchliche Resultate. Der Anteil erfrorener Blüten variierte sowohl innerhalb der Versuchsvarianten als auch zwischen den Obstarten.

Die Annahme vieler Autoren, daß die primäre Quelle der Eisbildung in Obstgehölzen, einschließlich der anhaftenden Blüten, innere mit dem Holz assoziierte, jedoch abiotische Eiskeime sind, wurde diskutiert. An krautigen Pflanzen, wie Mais, kann dagegen der Frostschaden durch die Anwendung von Bakeriziden verringert werden.     

Untersuchungen zur Autonomie des Chloroplasten in bezug auf seine Terpenoidbiosynthese

Isolierte Spinatchloroplasten mit einer photosynthetischen Aktivität von 280 μmol Sauerstoff je mg Chlorophyll und h und einer Intaktheit von 85 % wurden mit¹⁴C-markiertem CO₂, Phosphoglycerat, Phosphoenolpyruvat, Pyruvat, Acetat und Mevalonat für 60 min inkubiert und die Inkorporation von Radioaktivität in die Chlorophylle und Carotinoide untersucht. Alle verwendeten Substrate wurden vom Chloroplasten aufgenommen und Radioaktivität in die Chlorophylle inkorporiert. Auch die Carotinoide nehmen mit Ausnahme von Phosphoenolpyruvat Radioaktivität von den einzelnen Substraten auf. Aus den Inkorporationsexperimenten wird geschlossen, daß Chloroplasten in bezug auf ihre Terpenoidbiosynthese autonom sind. Chloroplasten sind somit in der Lage, aus im Calvin-Zyklus fixiertem CO₂ über Phosphoglycerinsäure und Pyruvat Acetyl-Coenzym-A zu synthetisieren. Acetyl-Coenzym-A kann dann einerseits direkt zur Biosynthese von Fettsäuren verwendet werden, andererseits aber auch zur Biosynthese von Carotinoiden und den isoprenoiden Seitenketten der Chinone und Chlorophylle. Die Untersuchungen wurden durch eine Sachbeihilfe der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützt.