Zur mixotrophen Kultivation von Chlorella vulgaris in homokontinuerlicher Chemostatkultur

Cells of Chlorella vulgaris, BEIJ. Greifswald 9, were grown on autotrophic and mixotrophic conditions using glucose and acetate as organic substrates. It was shown that these C-sources applicated in a suitable range of concentrations increase the growth rate and the productivity of the algal cultures. The cells grown on mixotrophic conditions have a higher total pigment content and exhibit variations in the ratio chlorophyll a/chlorophyll b. In addition the contents of proteins, lipids, carbohydrates, and nucleic acids of the biomass were shown to be dependent on the kind of the organic substrate used.     

Die Ultrastruktur der Zellwand und des Chloroplasten von Chlorella

Zusammenfassung Verschiedene Chlorella-Stämme wurden mit der Gefrierätzungsmethode untersucht.Die Zellwand von Chlorella vulgaris ist aus drei Schichten aufgebaut. Die äußerste Lage besteht aus verfestigter Matrixsubstanz. Sie wird bei alten Zellen aufgelöst. In der breiteren, mittleren Zone liegen Zellulosefibrillen und 80 Å-Teilchen in einer amorphen Grundmasse. Eine dünne, fibrillenfreie Matrixschicht bildet die innere Zellwandlage. Das Plasmalemma ist mit verschieden tief eingelagerten 80 Å-Partikeln in statistischer Verteilung besetzt.Zellwandentwicklung: Die Matrixsubstanz entsteht in den Golgi-Vesikeln. Diese werden mit ihrer Umgrenzungsmembran in den Raum zwischen Plasmalemma und Zellwand befördert. Während sich die Plasmamembran einschnürt, platzen die Bläschen und geben ihren Inhalt frei. Von der dabei entstehenden Matrix verfestigt sich die äußerste Lage unter der alten Zellwand und zwischen den Tochterzellen. Darunter sammeln sich ausgeschiedene, 80 Å große Plasmalemmapartikel an. Die Zellulosefibrillen erscheinen zuerst in dieser partikelreichen Zone, kurz darauf in der ganzen mittleren Zellwandschicht. Es wird angenommen, daß die ausgestoßenen Plasmalemmapartikel Enzymkomplexe darstellen, die die Fähigkeit besitzen, in der Matrix Zellulosefibrillen zu synthetisieren.Von den andern Zellbestandteilen wurde besonders der Chloroplast näher untersucht. Die Thylakoidmembran besteht aus einer zentralen Trägerschicht, die beidseitig mit Proteinpartikeln bedeckt ist. Die in der Membran-Außenseite eingelassenen Partikel haben in der Aufsicht einen Durchmesser von 120 Å. Sie scheinen aus vier oder mehr Untereinheiten in quadratischer Anordnung zu bestehen und besitzen eine zentrale Vertiefung. Ihre Dichte ist starken Änderungen unterworfen. Nach den vorliegenden Befunden sind die 120 Å-Teilchen nicht adsorbierte Partikel aus dem Chloroplastenstroma, sondern membraneigene Bestandteile. Auf der Innenseite der Thylakoide liegen 60 Å-Teilchen in dichter Packung. Die innere Plastidenmembran besitzt den gleichen Aufbau wie die Thylakoidmembranen, doch ist die Zahl der Å 120-Partikel sehr gering. Neue Thylakoide entstehen durch Einstülpungen der innern Chloroplastenmembran oder durch Gabelung oder Zurückfaltung schon vorhandener Lamellen. Dabei erfolgt die Synthese der drei Membrankomponenten (Trägerschicht, 120 Å- und 60 Å-Partikel) synchron.In Dunkelzellen der Chlorella-Mutante 5/520 weist die Chloroplasten-Doppelmembran keine Veränderungen auf, während Zahl und Größe der Thylakoide stark abnehmen. Die verbleibenden Lamellen sind blasenförmig erweitert. Bei der Wiederbelichtung der Zellen entstehen neue Thylakoide wie in normalen Chloroplasten.Begast man Dunkelzellen während der Belichtung mit reinem Stickstoff, so bilden die 60 Å-Partikel auf der Außenseite der innern Plastidenmembran wie im Innern der Thylakoide ein polygonales Netzwerk. Im Grundplasma können zahlreiche Verzweigungen des endoplasmatischen Reticulums und eine starke Zunahme der Fetttröpfchen beobachtet werden.

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Summary Different Chlorella strains were investigated with the freeze-etching method. The cell wall of Chlorella vulgaris is composed of three layers. The outermost layer consists of thickened matrix material, which becomes dissolved in older cells. In the broader, middle zone cellulose fibrils, and particles with a diameter of 80 Å, can be seen in an amorphous ground substance. Finally, a thin layer of matrix material forms the inner side of the wall. The particles that cover the plasmalemma are randomly distributed and have a diameter of 80 Å.Cell wall development: The matrix material is formed in the Golgi vesicles which pass through the cell membrane into the space between the plasmalemma and the cell wall. During the constriction of the cell membrane the vesicles burst and their contents are liberated. The outermost layer of the matrix thus formed becomes thickened under the old cell wall and between the daughter cells. Beneath this layer, the secreted 80 Å-plasmalemma particles accumulate. Cellulose fibrils can first be detected in this zone and shortly later, in the whole middle cell wall layer. It is assumed that the secreted plasmalemma particles are enzyme complexes, which posess the capability to synthesize cellulose fibrils in the matrix.The thylakoid membranes consist of a central layer covered on both sides with protein particles. On the outer side the embedded particles have a diameter of 120 Å and a thickness of 60 Å. They appear to be built up of four or more subunits in a quadratic arrangement with a central pore. The number of these particles, per unit area, differs greatly from one thylakoid to the other. From the data presented the 120 Å-particles belong to the thylakoid membrane and are not adsorbed particles of the chloroplast stroma. The inner side of the thylakoid membrane is densely covered with particles having a diameter of 60 Å. The inner layer of the chloroplast membrane has the game structure as the thylakoid membranes. New lamellae arise from the inner layer of the chloroplast membrane by invagination, or by bifurcation or folding back of already existing thylakoids. The synthesis of the three membrane components (central layer, 120 Å- and 60 Å-particles) occurs synchronously.In dark-grown cells of the Chlorella mutant 5/520, the plastid membrane shows the normal structure. The few remaining thylakoids, however, exhibit an irregular blown up structure. On re-illumination of the cells new thylakoids are formed as in normal chloroplasts. If dark cells are illuminated in a N₂ atmosphere the 60 Å-particles on the outside of the inner chloroplast membrane, and in the thylakoids, form a polygonal network. The endoplasmic reticulum shows extensive development and lipid droplets appear in the groundplasm.

     

Zur spektralen Empfindlichkeit des Komplexauges von Calliphora

Zusammenfassung Mit einer neuen Methode wird die spektrale Empfindlichkeit des Komplexauges von Calliphora erythrocephala im Spektralbereich zwischen 429 und 631 m bei extrem niedrigen Reizlichtstärken untersucht. Sie hat ein Maximum bei 480 m und fällt nach beiden Seiten gleichmäßig ab. Bei 631 m ist die relative Empfindlichkeit nur noch sehr gering (Abb. 5).Bei den minimalen Lichtstärken dieser Versuche wird die spektrale Empfindlichkeit des Calliphora-Auges von einem seiner beiden Rezeptorentypen allein bestimmt, nämlich vom Rezeptor des Dämmerungssehens, der im untersuchten Spektralbereich die niedrigsten Schwellen hat.Mit einer neuen Methode wird beim Calliphora-Auge die Abhängigkeit der Sehschärfe von der Wellenlänge der Reizlichter untersucht. Dazu werden diejenigen Strahlungsstärken monochromatischer Lichter gemessen, bei denen das Eintreten einer Verhaltensreaktion anzeigt, daß die Sehschärfe eine bestimmte Höhe jeweils gerade erreicht hat. Die Kehrwerte dieser Strahlungsstärken bilden die Kurve der spektralen Sehschärfe.Die spektrale Sehschärfe ist bei 631 m sechsmal höher als die spektrale Empfindlichkeit des Rezeptors für das Dämmerungssehen; sonst besteht zwischen den beiden Kurven kein gesicherter Unterschied (Abb. 8). Daraus wird geschlossen, daß der zweite, weniger empfindliche Rezeptor des Calliphora-Auges bei den höheren Lichtstärken, die zur Bestimmung der spektralen Sehschärfe nötig waren, im roten Spektralgebiet bereits tätig ist.Bei denselben Reizlichtstärken, bei denen zuvor im Verhaltensversuch jeweils die gleiche Sehschärfe festgestellt worden ist, werden die Potentialhöhen des Elektroretinogramms ausgemessen. Im Spektralbereich zwischen 449 und 590 m haben die Potentiale für alle untersuchten Wellenlängen etwa dieselbe Höhe. Bei 631 m ist das Potential erheblich höher als bei den übrigen Wellenlängen (Tabelle 1).Dieser Befund läßt sich mit der Hypothese (Autrum 1955) erklären, die Schutzpigmente des Calliphora-Auges seien für rotes Spektrallicht teilweise durchlässig: Dadurch muß bei rotem Licht die Sehschärfe geringer und das Elektroretinogramm höher werden, als es in einem Auge mit vollständig gegeneinander abgeschirmten Ommatidien der Fall wäre.Durch diesen Befund wird also gleichzeitig die von Autrum auf Grund früherer, elektrophysiologischer Ergebnisse aufgestellte Hypothese einer Rot-Durchlässigkeit der Schutzpigmente gestützt.Für die Ausführung der elektrophysiologischen Versuche und für fruchtbare Diskussion danke ich Frau I. Autrum. Die Experimente sind zum Teil mit Apparaten durchgeführt worden, die die Deutsche Forschungsgemeinschaft Herrn Prof. Autrum zur Verfügung gestellt hat.     

Zur circadianen Rhythmik des Sauerstoffverbrauches von Drosophila

Ohne Zusammenfassung     

Zur Kenntnis des osmotischen Verhaltens von Getreidewurzeln

Zusammenfassung Zur Feststellung der plasmolytischen Schädigung der die Nährstoffaufnahme durchführenden Wurzelepidermiszellen, eine Große, welche im Mitscherlichschen Ertragsgesetz als Schädigungsfaktor hervortritt, wurden die GPW mit Lösungsreihen von Mannit, KNO₃ und Ca(NO₃)₂ der vier Hauptgetreidearten (Hafer, Roggen, Gerste, Weizen) während der Vegetationsperiode gemessen. Am besten bewährte sich Mannit als Plasmolytikum. Es zeigte sich, daß die osmotischen Werte der jungen Wurzeln etwa bei der Konzentration von 0,15 mol. Mannit, d. i. bei etwa 3,65 at, also bei relativ niedrigen Werten liegen. Im Laufe der Entwicklung ändern sich die plasmolytischen Grenzwerte wie in den Tabellen und Kurven dargestellt. Die Diskussion der Ergebnisse zeigt, daß bereits plasmolytische Schädigungen bei Salzkonzentration in der Bodenlösung von über 3%. eintreten können. Es ist aber offenbar, daß bei einer Stickstoff-Stoßdüngung die GPW erreicht werden und so zu einer Schädigung der Wurzeln führen können. Bei der Stadiendüngung wird diese Gefahr vermieden.Für die Anregung der vorliegenden Untersuchungen bin ich Herrn Doz. Dr. Hans Linser sehr zu Dank verpflichtet. Herrn Prof. Dr. Karl Höfler danke ich für wertvolle Hinweise.     

Zur Frage des Wiederholten Auftretens von Defekterscheinungen

Ohne Zusammenfassung     

Zur Arbeit von Rittner,Wichmann: Zur Genetik des Lp-Systems

Ohne Zusammenfassung     

Zur Frage des Aufbaus von Thylakoiden aus Vesikeln

Zusammenfassung In dem Oenotherenbastard Oe. (lamarckiana x hookeri) velans· ^h hookeri mit lamarckiana-Plastiden kommt es infolge einer Disharmonie zwischen Genom und Plastom in den Chloroplasten zu Störungen in der Differenzierung des Thylakoidsystems. Neben langen Thylakoiden und Thylakoidstapeln (Grana) können in ihnen noch Prolamellarkörper, Plastoglobuli und in großer Zahl rundliche Vesikel vorkommen. Die Vesikel können z.T. völlig voneinander isoliert und ungeordnet im Plastidenstroma liegen, z.T. sind mehrere von ihnen deutlich durch Fäden oder Kanäle verbunden.Häufig sind die Vesikel auf Einzelschnitten auch in Reihen angeordnet. Schnittserien zeigen, daß es sich dabei oft um ein unregelmäßiges, flächiges Netzwerk aus zusammenhängenden Vesikeln handelt. Zu solchen netzartigen Flächen können Thylakoidränder, aber anscheinend auch ganze Thylakoide umgestaltet sein. Dies wird auf eine Fixationslabilität von Thylakoiden oder von Thylakoidteilen, bedingt durch die Disharmonie zwischen Genom und Plastom, zurückgeführt.Das Auftreten von in Reihen oder Ebenen angeordneten Vesikeln zu bestimmten Zeiten auch der normalen Chloroplastendifferenzierung wurde schon verschiedentlich festgestellt, und es ist eine weitverbreitete Ansicht, daß dort die großflächigen Thylakoide durch Verschmelzung solcher Bläschen entstehen. Unsere Beobachtungen deuten aber darauf hin, daß auch diese bei der normalen Chloroplastendifferenzierung auftretenden Vesikelreihen aus großflächigen Thylakoiden hervorgehen könnten, die in bestimmten Entwicklungsstadien fixationslabil sind.

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On the formation of thylakoids from vesicles

Summary The Oenothera hybrid Oe. (lamarckiana x hookeri) velans· ^h hookeri with lamarckiana plastids is characterized by a disharmony between genom and plastom. This disharmony results in a disorder of the differentiation of the thylakoid system in the chloroplasts. Besides long single thylakoids and thylakoid stacks the chloroplasts may contain prolamellar bodies, plastoglobuli and many spherical vesicles. Some of these vesicles may be completely separated from one another and may show no recognizable arrangement in the plastid stroma whereas some are sometimes connected by thin fibrils or channels.In single sections the vesicles are frequently lined up in rows. Serial sections show that these rows of vesicles often belong to an irregular flat network of vesicles, all of which are connected with one another. The margins of the thylakoids, and apparently also whole thylakoids, may be transformed into such networks. Such a transformation can be attributed to an instability of the thylakoids as a whole or of parts of them during the fixation process. This instability may be caused or increased by the disharmony between genom and plastom.The occurrence of vesicles lined up in rows or planes in certain stages, even during the differentiation of the normal chloroplasts, was repeatedly observed, and it is a widespread opinion that there the expanded thylakoids are formed by the fusion of such vesicles. However, our observations indicate that during the normal differentiation of chloroplasts the thylakoids may also be temporarily unstable and may then be transformed into planes or rows of vesicles under the influence of the fixation agents.

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Herrn Prof. Dr. Leo Brauner zum 70. Geburtstag gewidmet.     

Zur Feinstruktur der Muskelzellen des Pharynx-Bulbus von Tardigraden

Zusammenfassung Die Muskelzellen des Pharynx-Bulbus der Tardigraden Macrobiotus hufelandi und Milnesium tardigradum sind bis zu 15 m lang und bilden zwischen Basalmembran und cuticularer Intima des Lumens ein einschichtiges Epithel. Die Grenzen zwischen den Nachbarzellen zeigen einen geschwungenen Verlauf. Das Sarcolemm stülpt sich tief zwischen die Myofribrillen ein und bildet ein ausgeprägtes E-System, mit dem das sarcoplasmatische Reticulum unter Bildung von Diaden und Triaden korrespondiert. Die Myofibrillen verlaufen radial. Die dünnen Filamente entspringen am inneren und äußeren Sarcolemm aus hemidesmosomenartigen Strukturen in Form dichter Bündel, die sich im mittleren Teil der Fibrille, der dicke und dünne Filamente enthält, erweitern. Maximal 11 dünne Filamente konnten um die nicht immer streng hexagonal angeordneten dicken Filamente herum gezählt werden. Wie polarisationsmikroskopisch bestätigt werden konnte, besitzt jede Myofibrille eine breite A-Zone in der Mitte und an ihren Enden je eine schmalere I-Zone. Eine H-Zone ist undeutlich. Jeder Myofibrille kann der funktionelle und morphologische Wert einer Sarcomere zugeschrieben werden. Die Bedeutung dieser Befunde für die Evolution der Tardigraden wird diskutiert.

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The fine structure of muscle cells of the pharyngeal bulb of tardigrada

Summary The muscle cells of the pharyngeal bulb of tardigrades Macrobiotus hufelandi and Milnesium tardigradum are up to 15 m long and form a single layer between the basal lamina and the cuticle-coated lumen. The boundaries between adjacent cells are sinuous. The sarcolemma invaginates between the myofibrils whereby a marked E-system is formed. The sarcoplasmic reticulum is associated to the latter, constituting diads and triads. The myofibrils run radially. Thin filaments originate from hemidesmosome-like structures at the inner and outer sarcolemma in dense bundles which widen in the middle part of the fibrils. Each fibril contains thick and thin filaments in this region. As many as 11 thin filaments could be counted around a thick filament. The latter are not always arranged hexagonally. As it is confirmed by polarisation microscopy each myofibril has a wide A-Zone in the middle which is flanked by shorter I-zones. An H-zone is marked but indistinctly. Each myofibril is interpreted to have the functional and morphological equivalent to one sarcomere. The relevance of these findings in the evolution of Tardigrada is discussed.

Herrn Prof. Dr. E. Schnepf danke ich für Unterstützung und die Durchsicht des Manuskripts, HerrnProf. Dr. H. W. Ludwig und Herrn Dr. H. G. Heumann für hilfreiche Diskussion.     

Zur Charakterisierung von Heterozygoten des Phagen T4

Ohne Zusammenfassung     

Zur Analyse des CO2-Austausches von Bryophyllum

Summary Starch consumption during the dark period in detached phyllodia of Bryophyllum tubiflorum is inhibited, when the phyllodia are held in an atmosphere free from carbon dioxide during the night. This is true also in other succulent plants with Crassulacean acid metabolism=CAM (examined were Bryophyllum calycinum and Sedum morganianum). This effect seems to indicate that the role of starch in CAM is production of CO₂ acceptors rather than production of carbon dioxide by respiration. If the CO₂ acceptors are not used, starch consumption comes to an end.This hypothesis could also explain results of experiments in which phyllodia were held at different temperatures during the dark period, and net CO₂ fixation, starch loss and malate gain were determined. At 10° CO₂ uptake was at a maximum (the necessary supply of CO₂ acceptors must have therefore been at a maximum, too). Under these conditions there was the greatest amount of starch consumption. At 23° C, CO₂ uptake was clearly lowered, and this was also true for starch consumption. At 35° C net CO₂ uptake was balanced by net CO₂, output (no CO₂ acceptors were needed in CO₂ dark fixation). At this temperature no starch loss could be measured.     

Zur Genese des Dottersystems in der Oocyte von Brachydanio rerio

Zusammenfassung Am Zebrafisch Brachydanio rerio wurde nach Injektion tritiierter Aminosäuren autoradiographisch untersucht, ob die Dotterproteine endogen oder exogen synthetisiert werden. Um die Verfügungszeit der markierten Aminosäuren zu bestimmen, wurde deren Einbau in Gewebe mit hohem Proteinmetabolismus, nämlich Leberparenchym und Darmepithel, erfaßt. Dort wird das Maximum der Markierung nach 3 h überschritten, d. h. nach dieser Zeit sind freie markierte Aminosäuren praktisch nicht mehr vorhanden. Die Oocyten enthalten zwei morphologisch unterscheidbare Dottersysteme, die intravesikulären und die an Anzahl und Größe überwiegenden extravesikulären Dotterkugeln. In die ersteren wird der Tracer während der Verfügungszeit eingebaut. Das spricht für eine Synthese in loco. Markierte extravesikuläre Dotterschollen erscheinen in der Peripherie der Oocyte erst am Ende der Verfügungszeit und reichern sich noch nach 24 h und später an. Diese Dotterkugeln werden demnach unter wesentlicher Beteiligung einer exogenen Proteinkomponente gebildet. Das Markierungsmaximum des Blutes folgt dem der Leber und liegt vor dem Oocytenmaximum. Dies spricht in Übereinstimmung mit elektronenmikroskopischen Untersuchungen für eine pinocytäre Aufnahme von Blutproteinen in das extravesikuläre Dottersystem. Trypanblau reichert sich in der Zona radiata an. Es stört den Einbau von Aminosäuren in das Ooplasma nicht, verhindert aber die Markierung extravesikulärer Dotterschollen, vermutlich durch Blockierung der Pinocytose an der Oocytenoberfläche.

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Summary After injection of tritiated amino acids the zebrafish oocytes were investigated by means of radioautography to see whether the yolk proteins are synthetized endogenous or exogenous. To estimate how long the labeled amino acids are available their incorporation in tissues with high protein metabolism like liver parenchym and intestine epithelium was investigated. There the maximum of labeling is exceeded after 3 h. That shows that after this time practically no free labeled amino acids are available any longer. The oocytes contain two morphological different yolk systems: intravesicular yolk spheres and extravesicular ones which dominate in size and number. In the former the tracer is incorporated within 3 h of incubation time, that means a synthesis in loco. Labeled yolk spheres appear in the periphery of the oocytes only at the end of the time the tracer is available and accumulate even after 24 h and more. According to this the extravesicular yolk spheres are formed under essential participation of an exogenous protein component. The maximum of radioactivity in the blood follows that of the liver and precedes that of the oocytes. In agreement with electron microscopic observations these results indicate the pinocytotic uptake of blood proteins into the extravesicular yolk system. Trypan blue accumulates in the zona radiata. It does not inhibit the incorporation of amino acids into the ooplasma but prevents the labeling of extravesicular yolk probably by blocking the pinocytotic activity on the surface of oocytes.

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Herrn Prof. Dr. K. Bier danke ich für die Überlassung des Themas, sein ständiges Interesse an der Arbeit und seine Unterstützung bei der Durchführung der Untersuchungen, die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wurden.     

Zur morphologie des porphyrins in dem hautmuskelschlauch von lumbricus terrestris

Zusammenfassung Das Porphyrin liegt in dem Hautmuskelschlauch des Regenwurmes in Gestalt doppelbrechender krystalliner Granula vor, die sich in verzweigten Pigmentzellen finden, welche zwischen den Muskelelementen der Körperwand, und zwar vornehmlich in der Ringmuskellage eingelagert sind. Die krystalline Natur der Granula macht verständlich, daß die charakteristische Porphyrinfluorescenz nicht ohne weiters, sondern erst nach Behandlung der Granula mit Lösungsmitteln auftritt; denn es ist bekannt, daß krystallines Porphyrin nicht fluoresciert.