Synthese von Pigmenten und Entwicklung des Photosyntheseapparates in einigen Höheren Pflanzen

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

58. A. Hager und T. Meyer-Bertenrath: Beziehungen zwischen Absorptionsspektrum und Konstitution bei Carotinoiden von Algen und Höheren Pflanzen

Die Absorptionsspektren der hauptsächlichsten Carotinoide höherer Pflanzen und grüner Algen, welche unter einheitlichen Bedingungen und in gleichen Lösungsmitteln aufgenommen worden sind, wurden einschließlich ihrer cis-Gipfelregionen abgebildet und die % III/II-Werte dieser Absorptionskurven bestimmt. Zusammenhänge zwischen der Form der Absorptionskurven und der Molekülstruktur werden im Hinblick auf eine Erleichterung bei der Bestimmung und Identifizierung der Carotinoide aufgezeigt.     

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

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

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

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

Wirt-Parasit-Beziehungen: Untersuchungen zur Induktion der Äthylenbildung in Höheren Pflanzen und zur Rolle des Äthylens bei der Ausprägung von Krankheitssymptomen und der Einleitung von Abwehrreaktionen

Die gegen Phytophthora magasperma var. soyae (Pms) resistente Soya-Sorte Glycine max L. cv. Harosoy 63 reichert nach Infektion mit Pms u. a. das fungitoxische Pterocarpan ?Glyceollin” an. Zeitlich vor der Synthese dieses ?Phytoalexins” wurde nach Behandlung von Kotyledonen mit Zellwandpräparaten (?Elicitoren der Phytoalexinsynthese”) aus Pms eine Induktion der Phenylalanin Ammonium-Lyase (PAL) gemessen (Zähringer, Ebel und Grisebach, Arch. Biochem. Biophys. 188, 450, 1978). Wir zeigten kürzlich, daß in Bohnenblättern (Phaseolus vulgaris) nach Infektion mit Uromyces phaseoli eine sortenabhängige Äthylenbildung einsetzt, wobei hypersensitive Sorten eine stärkere ?thylenbildung zeigen als tolerante Sorten. In Hypokotylsegmenten von Bohnen gelang es die infektionsbedingte, sortenspezifische Äthylenreaktion durch Zellwandpräparate (Elicitoren) aus U. phaseoli zu ersetzen (Paradies et al., Planta, 146, 193, 1979). Aus diesen Befunden und aus Literaturberichten hatten wir eine mögliche Funktion des ?Pflanzenhormons” ?thylen bei der hypersensitiven Reaktion und der Nekrosenbildung abgeleitet. Am Beispiel des Pms-Soya-Systems zeigen wir jetzt, daß a) Kotyledonen ?thylen, PAL und Glyceollin nach 1,5, 3 und 6 h nach der Inkubation mit Pms-Elicitor synthetisieren, b) 1-Aminocyclopropan-1-carbonsäure als direkter ?thylenvorläufer genau wie der Pms-Elicitor die ?tylenbildung, aber nicht die PAL- oder Glyceollin Synthese stimuliert und c) AVG, ein spezifischer Inhibitor der ?thylenbildung zwar die Synthese des Äthylens, aber nicht die von PAL oder Glyceollin beeinflußt. Man kann also die Äthylenbildung von der Phytoalexininduktion entkoppeln; demnach ist Äthylen nicht ein Auslöser, sondern nur eine Begleiterscheinung der elicitorbedingten Phytoalexinsynthese in Soya.     

Der cytochemische Nachweis von Cytochromoxydase und Peroxydasen bei Pilzen

Zusammenfassung Verschiedene Nachweisverfahren für Cytochromoxydase und Peroxydase wurden an den Pilzen Neurospora crassa, Oospora lactis und Saccharomyces cerevisiae getestet und die jeweils beste zur Zeit verfügbare Methode ermittelt.Zur cytochemischen Lokalisation der Cytochromoxydase (E.C. 1.9.3.1) ist das Amin-Amin-Verfahren von Burstone (1960) mit den Reaktionspartnern p-Aminodiphenylamin und Variaminblau B (p-Methoxy-p-aminodiphenylamin) zu empfehlen, wobei die optimale Inkubationszeit bei allen Pilzen 30 min beträgt. Die braunroten Reaktionsprodukte sind im Cytoplasma aller Pilze gleichmäßig verteilt. Eine Nachbehandlung der Präparate in Cobaltacetat-Lösung (Burstone, 1960) sowie die Zwischenschaltung einer Behandlung mit Lugolscher Lösung (Butcher u. Mitarb., 1964) verbesserten das Reaktionsbild nur unwesentlich. Eine in vitro und in vivo nachgewiesene geringe Fettlöslichkeit des Reaktionsproduktes erlaubt keine exakte Lokalisation der Enzymaktivität. Kontrolluntersuchungen bestätigen die Spezifität der Nachweisreaktion.Bei Einsatz von Aminen, Phenolen und der Zink-Leuko-Methode zum Nachweis der Peroxydase erwies sich lediglich 3-Amino-9-äthylcarbazol (Graham u. Mitarb., 1965) als brauchbar. Nach der optimalen Inkubationszeit von 60 min enthalten alle Zellen distinkte, kleine, runde Granula, die im Cytoplasma gleichmäßig verteilt sind. Auch hier erschwert eine gewisse Fettlöslichkeit des Reaktionsproduktes eine exakte intrazelluläre Enzymlokalisation. Da N. crassa und S. cerevisiae gleichzeitig eine Peroxydase (E.C. 1.11.1.7) und eine Cytochrom c-Peroxydase (E.C. 1.11.1.5) besitzen, kann nicht gesagt werden, ob nur eines der beiden Enzyme oder ob beide gleichzeitig mit vorliegender Methode nachgewiesen werden.

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Summary Different methods for the detection of cytochrome oxidase and peroxidase were tested in the fungi Neurospora crassa, Oospora lactis and Saccharomyces cerevisiae in order to find out the best technique.The two-amine-method of Burstone (1960) (p-aminodiphenylamine + p-methoxy-p-aminodiphenylamine) is recommended for the localization of cytochrome oxidase (E.C. 1.9.3.1) whereby the optimal incubation period in all fungi is 30 minutes. The reaction products are always round-shaped and equally distributed in the cytoplasm. A postincubation of the preparations in a cobalt acetate solution (Burstone, 1960) or a treatment in Lugol's iodine (Butcher et al., 1964) give no remarkably better results. A low solubility of the reaction product in lipid substances, as detected in vitro and in vivo, however does not allow any exact intracellular localization of the enzyme activity.Testing amines, phenols and the zinc-leuco method for the detection of peroxidase, only the method of Graham et al. (1965) proves to be useful. After an optimal incubation period of 60 minutes all cells show distinct, small, round-shaped deposits that are equally distributed throughout the cytoplasm of all fungi. A certain lipid solubility of the reaction product makes an exact enzyme localization difficult. As N. crassa and S. cerevisiae simultaneously possess a normal peroxidase (E.C. 1.11.1.7) and a cytochrome c-peroxidase (E.C. 1.11.1.5) it cannot be decided whether the technique evaluates only one enzyme or both types of peroxidase.

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Frau Prof. Dr. B. Haccius danke ich für die Anregung zu diesen Untersuchungen sowie für die stete Unterstützung und Anteilnahme am Fortgang der Arbeit. Der Firma Grahamhaus Studt KG, Bad Kreuznach, bin ich für die großzügige Bereitstellung eines Arbeitsplatzes zu Dank verpflichtet.     

Phytosoziologie, Ökologie und Systematik bei Flechten

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

Einbau von Glycin und Serin in Sideramine vom Ferrichrom-Typ bei Pilzen der Gattung Aspergillus in vivo und in vitro

Zusammenfassung Markiertes Glycin und Serin wurde in Ferrichrom, Ferricrocin und Ferrichrysin von vier Stämmen der Gattung Aspergillus zu 1,6–11,8% in vivo eingebaut. Von Aspergillus fumigatus und A. quadricinctus wurden zellfreie Extrakte hergestellt, die Cyclohexapeptide synthetisieren können.

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Incorporation of glycine and serine in sideramines of the ferrichrome type with fungi of the genus Aspergillus in vivo and in vitro

A 1.6–11.8% incorporation of labelled glycine and serine into ferrichrome, ferricrocin and ferrichrysin has been achieved with four strains of Aspergillus in vivo. Cell-free extracts of Aspergillus fumigatus and A. quadricinctus capable of cyclohexapeptide biosynthesis have been prepared.

     

Über die Genese und die Struktur der Chloroplasten bei den höheren Pflanzen

Ohne ZusammenfassungStipendiat des Instituto para a Alta Cultura.Herrn Prof. Weber danke ich für die liebenswürdige Aufforderung, meine Ansicht über die Struktur der Chloroplasten in dieser Zeitschrift darzulegell.