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”.     

50. F. Wolkinger: Zytologische Untersuchungen an Pulmonaria stiriaca Kern.;

In der Natur konnten bisher zwei aneuploide Formen von P. stiriaca gefunden werden; P. stiriaca von einem jugoslawischen Fundort an der südlichen Arealgrenze besaß 2n = 20 Chromosomen (vermutlich 2n = 3x ? 1), während alle zytologisch untersuchten Pflanzen aus dem nördlichsten Teil des Areals, aus der Steiermark, einheitlich 2n = 18 Chromosomen (vermutlich 2n = 3x ? 3) aufwiesen. Es ist sehr wahrscheinlich, daß P. stiriaca ein zur Art gewordener Bastard ist und aus der diploiden P. maculosa (2n = 14) und der tetraploiden P. mollissima (2n = 28) hervorgegangen ist, wie schon Gams 1927 annahm. Als Ergebnis solcher Kreuzungen entstehen sehr häufig Aneuploide. Durch ?non-disjunction” in der ersten meiotischen Teilung kommt es bei P. stiriaca nicht nur zur Bildung von Kernen mit neun und zehn Chromosomen, sondern auch zu Kernen mit acht, elf und zwölf Chromosomen. Ob außer den zwei bisher festgestellten vermutlich hypotriploiden Formen auch andere lebensfähig sind, ist noch zu prüfen. Die Meiose verläuft bei ungefähr 80 bis 90 % der Pollenmutterzellen normal; 10 bis 20% der Pollenmutterzellen lassen auf Grund ihrer Struktur Hybridisierung vermuten. Häufig treten Brücken- und Fragmentbildungen auf. Die Fragmente werden jedoch nicht immer in der Anaphase I frei. Bisweilen bleiben sie mit einem Chromosom verbunden und werden erst in der Anaphase II frei. In seltenen Fällen werden sie in einen Tetradenkern eingeschlossen. In der frühen Telophase I bilden die Fragmente neben den normalen Tetradenkernen Mikronuklei. Nach der simultanen Wandbildung liegen sie als zusätzliche Fragmentzellen in wechselnder Zahl in der Tetrade. Auf dem Wege der Fragmentzellenbildung werden Chromosomenbruchstücke eliminiert, die am Ende der Reduktionsteilung als kleine Körner zwischen den durchwegs fertilen Pollenkörnern zu finden sind. Translokationsringe hingegen, die auf Translokations-Hybridität deuten, sind nur selten zu beobachten.     

Ökologische Einflüsse auf die Geschlechtsverteilung bei Silene vulgaris (Moench) Garcke (Caryophyllaceae)

Silene vulgaris ssp. vulgaris ist eine stark variable, im Schweizer Mittelland und in den Alpentälern häufige Art, die sich vor allem an neu entstandenen Standorten ansiedelt. Wie Untersuchungen an 40 natürlichen Populationen ergaben, treten in der Schweiz drei Geschlechtsformen auf: (i) zwittrige, (ii) weibliche und (iii) gynomonoezische (gemischtgeschlechtig: zwittrig und weibliche) Pflanzen. Die prozentuelle Zusammensetzung der einzelnen Populationen variiert stark. Dabei schwankt der Anteil zwittriger Pflanzen zwischen 15 und 100%. Bei den weiblichen liegt er etwas darunter, und die gynomonoezischen Pflanzen sind in den meisten Populationen mit höchstens ein bis zwei Exemplaren (bis zu etwa 15%) vertreten. Bei einer Aufschlüsselung der Standorte nach ökologischen Gesichtspunkten zeigt sich eine höhere Dichte (durchschnittlich 71 %) weiblicher Pflanzen auf Wiesen gegenüber nur durchschnittlich 21 % an Standorten, die nicht gemäht werden (vorwiegend Wald). Die Unterschiede sind statistisch gesichert. Eine mögliche Erklärung hierfür ist in dem häufigen und frühen Mähen der Wiesen zu sehen. Hierdurch werden die weiblichen Pflanzen selektiv bevorzugt, da sie im Durchschnitt etwas früher blühen als die zwittrigen. In einer solchen Population manifestiert sich das Überwiegen der weiblichen Pflanzen durch die Vererbung des Geschlechts, das bei den meisten Pflanzen dem der Mutterpflanze entspricht. Als weitere Ursache kommt die Düngung der Wiesen in Betracht, denn eine Beeinflussung der Geschlechtsausbildung durch die erhöhte Mineralstoffzufuhr kann nicht ausgeschlossen werden. Für die Unterstützung dieser Arbeit möchten wir der Forschungskommission und der Verwaltung der ETH Zürich sowie Herrn Professor Heinz Kern , Leiter des Institutes für Spezielle Botanik der ETH, unseren Dank aussprechen.     

Mooruntersuchungen im oberen Gurgltal, Ötztaler Alpen

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der geobotanischen und paläogeobotanischen Bearbeitung einiger Moore im oberen Gurgltal, Ötztaler Alpen—Österreich. Der phytozönologische Teil bringt die Beschreibung und synökologische Charakteristik der Moorgesellschaften und deutet ihre syndynamischen Beziehungen an. Der paläogeobotanische Teil stellt die Ergebnisse der Pollenanalyse des Zirbenwaldmoores und ihre Interpretation vor. Ferner wird eine Rekonstruktion der Entwicklung und Sukzession der torfbildenden Gesellschaften im Zirbenwaldmoor und Rotmoos versucht. Diese Untersuchung stützt sich auf die Pflanzengrossrestanalyse. Ebenfalls bringt diese Arbeit eine Übersicht der untersuchten Lokalitäten und ihre Vegetationscharakteristik. Besondere Aufmerksamkeit wurde bei den Untersuchungen dem Rotmoos gewidmet, von dem ausser der Situationskarte auch noch eine detaillierte Vegetations- und Torfmächtigkeitskarte veröffentlicht wird.     

Beiträge zur Flora Ionica

Die Arten der Stachys swainsonii-Gruppe (Labiatae sensu Hayek in Griechenland werden kritisch untersucht. Neben der ionischen Art St. ionica, die durch konstante Merkmale sowie ihr eigenes Areal von den anderen Arten St. swainsonii, St. scyronica und St. argolica geschieden ist, lassen sich die übrigen genannten drei Arten, die vom Parnass über Korinth bis auf den nordöstlichen Peloponnes und die Insel Hydra verbreitet sind, als Unterarten zu St. swainsonii stellen: ssp. swainsonii, ssp. argolica (Boiss.) Phitos et Damboldt, ssp. scyronica (Boiss.) Phitos et Damboldt. Die unterschiedenen Sippen werden geschlüsselt, kritische Bemerkungen zu den einzelnen Sippen gemacht und die untersuchten Herbarbelege zitiert. Für St. swainsonii ssp. swainsonii wird die Chromosomenzahl von 2n = 34 erstmals mitgeteilt. Eine Punktkarte der Verbreitung aller Sippen, eine Chromosomenzeichnung und Zeichnungen von Kelchen (Ausschnitte) und Blättern ergänzen den Text.     

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.     

34. K. H. von Wangenheim: Entwicklungsphysiologische Untersuchungen über die Beteiligung nukleärer und extranukleärer Erbträger an der Phänogenese

Die Ursache für die unterschiedliche Entwicklung des Endosperms in reziproken Kreuzungen zwischen Diploiden und Autotetraploiden beruht auf der Konstitution des Endosperms selbst. Es wurden Bestimmungen des Cytoplasmavolumens in unbefruchteten Samenanlagen und Endospermen von Oenothera hookeri durchgeführt. Sekundäre Embryosackkerne von tetraploiden Pflanzen sind von etwa doppelt so viel Cytoplasma umgeben wie solche von diploiden. Die triploiden Endosperme aus den reziproken Kreuzungen zwischen Diploiden und Autotetraploiden unterscheiden sich nach der vierten, fünften und sechsten Kernteilungsfolge noch immer in ihrem Verhältnis zwischen Cytoplasma und Kern wie 1:2, und es ist dem Kern nicht möglich, die abweichenden Verhältnisse, welche durch die unterschiedliche Ausgangsmenge an Cytoplasma in den Samenanlagen aus diploiden und tetraploiden Pflanzen entstehen, zu normalisieren. Die ermittelten Werte entsprechen einer von der Ploidie des Zellkerns unabhängigen Vermehrung der cytoplasmatischen Bestandteile um etwa 120% je Interphase. Hierdurch erreichen die einzelnen Kreuzungen bestimmte Verhältnisse zwischen Cytoplasmavolumen und Zahl der Chromosomensätze zu verschiedenen Zeiten bzw. Kernteilungsfolgen, und es läßt sich entwicklungsphysiologisch der unterschiedliche Zeitpunkt der Zellwandbildung und der Beendigung der Mitosetätigkeit sowie die unterschiedliche Samengröße erklären.     

Embryoide Differenzierungsmuster im Kallus der Gattungen Iris und Asparagus

Die verschiedenen Differenzierungsmuster im Kallus der Gattungen Iris und Asparagus wurden histologisch untersucht. Es konnte im Kallus aus explantierten Sproßscheiteln von Iris-Sektionshybriden auf einem Medium nach Linsmaier/skoog (L/S) mit 2,4-D-Zusatz die Entstehung einer großen Zahl nichtzygotischer Embryoide nachgewiesen werden. Die bipolare Struktur entwickelte sich verhältnismäßig spät aus kleinzelligen, rundlichen oder länglichen Arealen, die sich mit einem Protoderm allmählich gegen den übrigen Kallus abgrenzten. Nach Abschluß der embryoiden Organisation wiesen die kallusbürtigen Embryonen das typische Strukturmuster eines monokotylen Embryos auf und keimten wie zygotische Embryonen ohne Zusatz von Wachstums-regulatoren auf nährstoffarmen Medien. Aus Sproßsegmenten von xx-, xy- und yy-Stämmen von Asparagus officinalis wurde auf L/S durch Zusatz von NES und Kinetin ein üppiger Kallus induziert. Auf IES - und BAP-haltigen Medien im Verhältnis 1: 1 oder 10: 1 haben sich neben Sprossen und Wurzeln auch embryoide Formen entwickelt. Die Sproßanlagen entstanden einzeln oder in Dreiergruppen am Kallusrand, die Wurzelanlagen wurden im Innern des Kallusgewebes aufgefunden. Der embryogene Charakter globulärer Formen, bestehend aus plasmareichen Zellen im peripheren Kallusbereich, wurde beschrieben. Bipolare Gebilde mit Sproß-und Wurzelpol, Prokambiumstrang und Kotyledoanlage wichen mehr oder weniger stark vom Bau zygotischer Embryonen ab. In der Weiterkultur auf wuchsstoffarmen Medien keimten diese Embryoide wie zygotische Embryonen. Die Mehrzahl der in Büscheln aus älteren Kalluskulturen herauswachsenden 3 bis 4 mm großen und äußerlich von Embryoiden nicht zu unterscheidenden weißen Gebilde sind hypertrophierte Phyllocladienhomologe. Sie gehören entweder zu einem breiten Scheitelmeristem und stellen somit einen aberranten Vegetationskegel dar oder sie verwachsen unter Aussparung eines zentralen Hohlraumes. In dieser Höhle mit einer basalen Öffnung befinden sich ein bis drei normal strukturierte Sproßknospen.     

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.     

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.     

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     

Chemosystematik heute

• 1 Basierend auf dünnschichtchromatographischen Methoden wird über einige neuere chemosystematische bzw. -taxonomische Ergebnisse mehrerer, quer durch das System reichender Angiospermenfamilien anhand von Beispielen berichtet. Bei der relativ “primitiven” Gattung Aconitum (Ranunculaceae) wird auf das Vorkommen des hochgiftigen Diterpen-Alkaloides Aconitin in fast sämtlichen europäischen Sippen hingewiesen; nur in A. lycoctonum L. ssp. ranunculifolium (Rchb.) Sch. und Keller aus den Alpes Maritimes (Südfrankreich) und der Sierra Nevada (Spanien) fehlt dieses.
• 2 Auch bei einer zweiten, phylogenetisch ursprünglichen Familie mit ebenfalls zentripetaler Staubblattentwicklung, den Onagraceae, wird anhand von über 20 Arten südamerikanischer Vertreter der Gattung Oenothera aus den Series Renneria, Allochroa und Clelandia gezeigt, daß nur sehr geringfügige chemische Unterschiede der Sippen vorliegen. Unter anderem treten intraspezifische Abweichungen auf, etwa bei Oe. picensis Phil. ssp. picensis und Oe. picensis ssp. cordobiensis Dietr., bei der Quercetin-3-0-Rhamnosid fehlt.
• 3 Im Gegensatz dazu wird bei den hochentwickelten, eine zentrifugale Andrözeumentwicklung besitzenden Valerianaceae festgehalten, daß in allen bisher untersuchten Sippen der Unterfamilie Valerianeae (neu u. a. in Valeriana thalictroides Graebn. und V. micropterina Wedd.) hochspezialisierte Inhaltsstoffe, sogenannte Valepotriate, vorkommen, während diese in der Subfamilie Nardineae fehlen.
• 4 Aber auch in Familien, die ein niederes Evolutionsniveau aufweisen, liegen signifikante, chemische Unterschiede vor — so bei den naheverwandten Flechtenarten Lecanora varia (Ehrh.) Ach. und L. conizaeoides Nyl. ex Cromb. (Lecanoraceae), die hauptsächlich Psoromsäure bzw. Fumarprotocetrarsäure und Protocetrarsäure besitzen.

Den Herren Dr. W. Dietrich (Düsseldorf; Oenothera), Prof Dr. C. Leuckert (Berlin; Lichenes), Prof. Dr. J. Poelt (Graz; Lichenes) und Dr. W. Schild (Saarbrücken; Valerianaceae) möchte ich für ihre Unterstützung herzlich danken.     

Mikromorphologische Merkmale der Siebelement-Plastiden als ein Beitrag der Transmissionselektronenmikroskopie zur Systematik der Samenpflanzen

Der submikroskopische Bau der Siebelementplastiden läßt sich als zuverlässiges Merkmal in der Systematik der Samenpflanzen benutzen. Dabei ist die Unterscheidung zwischen Protein akkumulierenden P-Typ- und Stärke speichernden S-Typ-Plastiden hilfreich. Bei den P-Typ-Plastiden lassen sich spezifische Modifikationen herauslösen, die durch charakteristische Formen der Proteineinschlüsse definiert werden In einem Dendrogramm (nach Takhtajan 1973) wird die Verteilung der bisher untersuchten etwa 500 Arten mit P- und S-Typ-Plastiden auf die 93 Ordnungen der Angiospermen angegeben. Die Untersuchungen an den Siebelementplastiden wurden zum Teil mit Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft durchgeführt.     

Gegenseitige Beeinflussung von Gerste (Hordeum vulgare L.) und Hafer (Avena sativa L.) in Wasserkulturen bei ergänzter Ernährung

Wir verfolgten die gegenseitige Beeinflussung von in Wasserkultur gezogenen Hafers und Gerste. In den Experimenten wurde die mögliche Konkurrenz um Wachstumsfaktoren entfernt und es wurde die Rolle der Wurzelausscheidungen bei der gegenseitigen Beeinflussung des Wachstums und der NPK-Anhäufung in den Versuchspflanzen geprüft. In einer Variante wurde periodisch stets jeden zweiten Tag auf die Dauer von 6 Stunden die Nährlösung aus den Kultivierungsgefässen geschöpft. Nach 43tägigem Kultivieren wurde eine signifikante Wachstumsinhibition des Hafers und Stimulation der Gerste festgestellt. Im Einklang mit den Wachstumsveränderungen war der N- und K-Gehalt auf 1 g Trockensubstanz erhöht bzw. herabgesetzt. Dagegen war der Gehalt des gesamten P, hauptsächlich in den Wurzeln, beim inhibierten Hafor aus der Mischung höher und bei der stimulierten Gerste niedriger. Wir setzen voraus, dass die Veränderungen durch die Wurzelausscheidungen der mitgezogenen Pflanzen verursacht wurden.     

Der Einfluß des Kalium-Ernährungszustandes der höheren Pflanzen auf die Assimilation von anorganischem Stickstoff

Die Assimilation von markiertem Stickstoff zeigt, daß die gut mit Kalium versorgten Pflanzen wesentlich mehr anorganischen Nitratstickstoff assimilieren als die Pflanzen mit geringerer Kaliumversorgung. Es ist deshalb auch nicht verwunderlich, daß in den höheren Stickstoffversorgungsstufen beachtliche Unterschiede in der Stickstoffassimilationsmenge zwischen reichlicher und unzureichender Kaliumversorgung vorliegen Es zeigt sich weiterhin, daß bei den gut mit Kalium versorgten Pflanzen der Nitratstickstoff mit erhöhter Rate für den Aminosäureaufbau verwendet wird. Kalium begünstigt demnach den Eintritt von markiertem anorganischen Stickstoff in die organische Fraktion Außerdem hat sich die Vermutung bestätigt, daß die vielfach bei unzureichender Kaliumernährung erhöhten Gehalte an löslichen Aminoverbindungen tatsächlich auf einen verminderten Umsatz, besonders auf einen verminderten Stickstofftransfer aus der löslichen Aminofraktion in die Proteinfraktion zurückzuführen ist     

Transport in Markstrahlen

Es wird über Ergebnisse und Probleme beim Transport in Markstrahlen, insbesondere beim Siebelement-Baststrahl-Übergang, beim eigentlichen Radialtransport in den Markstrahlen und beim Stoffaustausch mit den Gefäßen berichtet. Zahlreiche Resultate über die Stoffwechselaktivität, die Feinstruktur und den DNA/RNA-Gehalt von Strasburger Zellen weisen auf deren besondere Rolle beim Stoffübertritt zwischen Siebzellen und Baststrahlzellen hin. Die Entstehung der Saccharose in den Strasburger Zellen, das Beladen in Vesikel und die möglichen Transportwege werden anhand eines Modells diskutiert. Aufgrund von Messungen der Stärkedeposition im Holzstrahlgewebe (etwa 5,2 mg/mg TG/Monat) und der zur Verfügung stehenden tangentialen Lumenfläche wird eine radiale Fluxrate von minimal 2,1 bis 4,2 nmol cm^?2 min^?1 (in Glucoseeinheiten) erhalten, die deutlich über den bekannten Membran-fluxraten liegt und damit für das Vorliegen eines symplastischen Transportes in den Holzstrahlen spricht. Cytochemische Befunde und eine deutlich polare Phosphatanreicherung in den Holzstrahlzellen zur Zeit intensiven Radialtransportes führen zu einem hypothetischen Modell, in dem eine polar erfolgende Beladung von Vesikel mit Saccharose aus dem Cytosol als Antrieb eines symplastischen Transportes in die Nachbarzelle erörtert wird. Den Stoffaustausch zwischen Holzstrahlen und Gefäßen beleuchten Ergebnisse über den Eintritt von Zuckern und Aminosäuren in das Gefäßwasser und Experimente über die Zuckeraufnahme aus dem Gefäßwasser sowie bei Gewebsschnitten in vitro. Beide lassen auf eine Trägervermittelte Glucoseaufnahme nach extraplasmatischer Spaltung der Saccharose schließen. Den Kontakttüpfeln als Orte stark erhöhter Nucleosidtriphosphatspaltung kommt dabei möglicherweise eine besondere Rolle zu. Frau Patrizia schekahn danke ich herzlich für wertvolle technische Assistenz bei der Durchführung der Untersuchungen, Frau A. Gabriel und Frau P. Zimmerma nn für die Assistenz bei der Benutzung des Zucker- und Aminosäureanalysators.     

Beiträge zur Kenntnis südosteuropäischer und anatolischer Bart-Iris-Arten (Iridaceae)

In der vorliegenden Arbeit werden die Ergebnisse von Karyotypanalysen an Bart-Iris-Arten (Subgenus Iris) aus der Türkei und aus Jugoslawien mitgeteilt. Die untersuchten Pflanzen gehören zwei Series der Sect. Pogiris Tausch/ Subsect. Pogoniris (Spach) Benth. an. Zur Ser. Pumilae Lawr. zählen Lattica Boiss. & Heldr. (2n = 16) sowie I. mellita Janka, I. glockiana Schwarz und I. reichenbachii Heuffel (jede mit 2n = 24), während I. illyrica Tommas. (2n = 24) und Iris spec. (2n = 46, 48) die Ser. Elatae vertreten. I. glockiana wird dem Vorschlag von O. Schwarz (1934) folgend auf Grund morphologischer und karyologischer Eigentümlichkeiten wieder als eigene, jedoch näher mit I. mellita verwandte Art behandelt. Die nach einer modifizierten C-banding-Technik gefärbten Kerne enthalten 3,5 bis 4,3% Heterochromatin, das entweder in Form von NO-Bandenkomplexen ausschließlich auf die SAT-Chromosomen beschränkt ist (I. attica, I. reichenbachii, I. illyrica, Iris spec.) oder aber auch in parazentrischen bzw. telomerischen Banden sowohl von SAT- als auch von Nicht-SAT-Chromosomen in Erscheinung tritt (I. mellita, I. glockiana). Die zuletzt erwähnten Banden zeichnen sich häufig durch schwächere Färbung aus; in den meisten Fällen verschwindet die Farbe innerhalb von Wochen vollständig aus den Präparaten. Mögliche Gründe werden diskutiert. Gestützt auf die Bänderungsmethode ließen sich die bereits früher in konventionell gefärbten Präparaten gefundenen (ungeraden) SAT-Zahlen bestätigen; überdies konnte der Verdacht auf “verborgene” Satelliten an Chromosomen mit anderen sekundären Konstriktionen ausgeräumt werden. Im Gegensatz zu Feulgen-gefärbten Kernen tendieren die Chromosomen nach Giemsa-Behandlung im allgemeinen zu stärkerer Quellung, welche in den meisten Sippen (ausgenommen I. reichenbachii!) eine Längenzunahme des gesamten Chromosomensatzes zur Folge hat; ferner werden die Unterschiede zwischen den extremen Chromosomenlängen eines Komplements herabgesetzt und die Ausbildung stärker symmetrischer Karyotypen begünstigt. Diese Befunde wurden an Hand umfangreicher statistischer Erhebungen belegt. Für mannigfache Hilfe während eines Türkei-Aufenthalts des einen von uns (W.S.) wie auch für die Beschaffung von Lebendmaterial seltener Iris-Sippen danken wir insbesondere Frau Prof. Dr. A. Baytop und Herrn Prof. Dr. T. Baytop , Istanbul, sowie Herrn Dr. H. J. Leep , Wuppertal. Die Kultur des Materials hat uns Herr Prof. Dr. H. Merxmüller im Botanischen Garten München-Nymphenburg ermöglicht, wofür wir ihm bestens danken. Unser Dank gilt ferner Herrn Pfrof. Dr. G. Röbbelen und Herrn Dr. T. Attla , Göttingen, für wertvolle methodische Anregungen. Vor allem möchten wir Herrn Dr. H. Formanek , München, dafür danken, daß er uns in schwierigen Fragen der Makromolekular-Chemie stets bereitwilligst beraten hat. Die Arbeit wurde von Seiten der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert, wofür wir der Deutschen Forschungsgemeinschaft unseren besonderen Dank aussprechen.     

Cytosystematische Studien an Onosma (Boraginaceae) Die Formenkreise von O. echioides,O. helveticum und O. arenarium

In einem Überblick über die mitteleuropäischen Onosma-Arten werden auf Grund karyologischer Daten einerseits O. echioides agg., andererseits haplotriche Sippen mit 2n = 12 als Basisgruppen angesehen. O. helveticum wird als Allo-tetraploide gedeutet, während O. arenarium aus einer Rückkreuzung eines Vertreters des O. belveticum-Formenkreises mit einer ?Zwölfer”-Sippe entstanden sein dürfte. Die polarisierte Verteilung der univalenten kleinen Chromosomen in den EMZ des permanent anorthoploiden O. arenarium wird erstmals nachgewiesen.     

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.