Dichroismus und Doppelbrechung Vergoldeter Chloroplasten

Zusammenfassung Es wird versucht, die von pflanzlichen Objekten mit Erfolg bisher nur an der Zellwand durchgeführten dichroitischen Edelmetallfärbungen für die Erforschung des Feinbaues der Chloroplasten zu verwerten. Die Analyse von Dichroismus und Doppelbrechung goldgefärbter Chloroplasten macht eine zweidimensional periodische Anordnung der submikroskopischen Goldkristalle wahrscheinlich, und aus dieser kann weiterhin ein lamellarer Bau der Chloroplasten gefolgert werden, der auch auf Grund anderer Befunde naheliegt. Diebisher vorliegenden Beobachtungen an lebenden Chloroplasten lassen sich mit der Annahme eines optisch aktiven, dichroitischen, negativ einachsig doppelbrechenden Systems mit Austritt der optischen Achse normal zur Frontalansicht physikalisch erklären, womit die hier entwickelten Vorstellungen gut vereinbar sind.Herrn Professor Dr. Kurt Noack danken wir für die Förderung dieser Untersuchungen und dafür, daß er Instrumente aus den Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft zur Verfügung stellte.     

Über das Vorkommen von Nucleinsäuren in isolierten Chloroplasten

Zusammenfassung Zum Nachweis von Nucleinsäuren (NS) in isolierten Chloroplasten wurden die während der Homogenisation und im Homogenat auftretenden störenden Faktoren berücksichtigt. Es wurde Wert auf einen optimalen Erhaltungszustand der Plastiden und vollständige Entfernung NS-haltiger Zellbestandteile — besonders Zellkerne und Kernbruchstücke — gelegt. Zur Vermeidung störender Adsorptionen wurde das Homogenat mit einem Adsorptionsmittel (Aktivkohle) behandelt und dabei wurden für die Plastidenisolierung günstige Wirkungen erzielt: Es ließ sich mit biochemischen und cytochemischen Methoden eine Verschiebung des Verhältnisses von Chloroplasten zu Zellkernmaterial zugunsten der Chloroplasten, eine einheitlichere Sedimentation des Zellkernmaterials und eine Adsorption sedimentierbarer und gelöster Eiweißkörper an die Kohle feststellen.Die nach dem beschriebenen Verfahren isolierten Plastiden wurden nach der NS-Extraktionsmethode von Ogur und Rosen aufgearbeitet. Die Anwendung dieser Methode erwies sich aus spektroskopischen Gründen als unbefriedigend. Durch papierchromatographische und spektroskopische Untersuchungen wurden nach Hydrolyse mit konz. HClO₄ Purine und Pyrimidine nachgewiesen, die das Vorkommen von RNS in den isolierten Chloroplasten vonCichorium endivia wahrscheinlich machen.Auszug aus einer Dissertationsarbeit (Münster 1956).     

Isolierung des Himbeerringfleckenvirus (raspberry ringspot virus) aus Roter Johannisbeere (Ribes rubrumL.)

Inhalt: 1. Einleitung.—2. Material und Methoden.—3, Ergebnisse: a) Reaktion von Obstgehölzen; b) Reaktion von krautlgen Testpflanzen; c) Physikalische Eigenschaften; d) Prämumtätsversuche; e) Serologische Untersuchungen.—4. Diskussion.—Zusammen-fassung.—Summary.—Literaturverzeichnis.     

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.     

Über die Lagerung der Chromoplasten (Beobachtungen an pflanzlichen Haaren)

Zusammenfassung Im Gegensatz zu den Chloroplasten können die Chromoplasten (Untersuchungen an den Haaren vonCucurbita undGaillardia) nicht zu phototaktischen Orientierungsbewegungen veranlaßt werden. Wie die Chloroplasten oder andere zur Assimilation befähigte Plastiden lassen sich indessen die Chromoplasten vonGaillardia durch Behandlung mit wasserentziehenden Mitteln zu Bewegungen veranlassen: sie suchen Gürtelstellung an den Längswänden der Haare auf. Die Häufung der Chromoplasten am Zellkern und ihre Abwanderung von den wandständigen Plasmabelägen zu den Plasmasträngen sowie ihre Häufung an den Querwänden, insbesondere an ihren Mittelfeldern lassen sich vorläufig nicht durch Außenweltsfaktoren experimentell hervorrufen. — Die Chromoplasten vonCucurbita ließen sich durch Behandlung mit wasserentziehenden Mitteln nicht zur Verlagerung bringen.     

Untersuchungen zur Identifizierung und Differenzierung des Blattrollvirus der Kirsche (cherry leaf roll virus)

Inhalt: A. Symptomatologie.—B. Identifizierung. 1. Material und Methoden; 2. Ergeb-nisse; a) Reaktion von Obstsorten oder -arten, b) Reaktion von krautigen Testpflanzen, c) Eigenschaften des Virus in vitro, d) Partielle Reinigung des Virus, e) Serologische Untersuchungen, f) Partikelgestalt.—C. Differenzierung durch Testpflanzen.—D. Diskussion.—Zusammenfassung.—Summary.—Literaturverzeichnis.     

Über den Teilungsverlauf des Chloroplasten beiChlamydomonas

Zusammenfassung Die Teilung des Chloroplasten wurde bei zweiChlamydomonas-Arten mit topfförmigem Chloroplasten,Chlamydomonas parallestriata Korschikoff undChlamydomonas cribrum Ettl, an lebenden Zellen laufend verfolgt. Im Unterschied zu den Angaben anderer Autoren kommt der Teilungsbeginn des Chloroplasten der Kernteilung deutlich zuvor. Bei den teilungsbereiten Zellen werden am Vorderrand des Chloroplasten zwei Teilungsfurchen angelegt, die einander gegenüberliegen und den Chloroplasten vom Vorderrand aus zur Basis teilen. In der ersten Phase wird der Randbereich geteilt, wobei sich der Zellkern noch in der Interphase befindet. Erst nach der Teilung des Randbereiches setzt die Mitose ein, und die Teilung des Chloroplasten wird am Basalstück vollendet. Der Chloroplast wächst während der Entwicklung des Tochterprotoplasten erneut zu seiner topfförmigen Gestalt heran. Der beschriebene Teilungsmodus des Chloroplasten wurde auch bei anderenChlamydomonas-Arten beobachtet. Das Vorausgehen des Teilungsbeginns des Chloroplasten vor der Mitose wird diskutiert. Es wird für möglich gehalten, daß die Chloroplastenteilung während der Zellteilung semiautonom verläuft. Der Widerspruch zwischen meinen Untersuchungen und denen anderer Autoren wird geklärt, und es wird betont, daß die morphologische Untersuchung des ganzen Chloroplasten für diese Zwecke nötig ist.

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About the progress of chloroplast division inChlamydomonas

Summary The progress of chloroplast division in twoChlamydomonas species with cup-shaped chloroplasts—Chlamydomonas parallestriata Korschikoff andChlamydomonas cribrum Ettl—is continuously followed with the light microscope in living cells. In contradistinction to the results given by other authors the chloroplast division is starting sooner than the mitosis. Two dividing furrows face each other and appear on the frontal margin of the chloroplast dividing it in direction towards its basal part. During the first stage the lateral part of the chloroplast is divided while the nucleus stays in interphase. Afterwards the mitosis is starting and the division of the basal part of the chloroplast together with the pyrenoid will be finished. The new cup-shaped chloroplast is formed during the development of the young daughter protoplast. The mode of chloroplast division described here has been observed also in otherChlamydomonas species. The preceding of the beginning of chloroplast division with regard to the mitosis is discussed. It is considered that the chloroplast division may be a semiautonomous act in the course of cell division. The differences in my studies and those of other authors are explained and the necessity of the morphological study of the whole chloroplast is stressed.

     

Vergleichende elektronenmikroskopische Untersuchungen im Vegetationskegel von Selaginella martensii Entwicklungsstadien der Chloroplasten in Meristemen

Die elektronenmikroskopischen Untersuchungen an Selaginella martensii erbringen den Nachweis, daß sich die Chloroplasten in der Sproßspitze und den jüngsten Blättern unterschiedlich entwickeln:

• 1 . Die Proplastidenform ist einheitlich.
• 2 . In der Sproßspitze und dem jüngsten Stamm entstehen von der Höhe des dritten Blattansatzes abwärts eiförmige Chloroplasten (6 μ) mit Thylakoidstapeln ohne Zwischenstadien. Das Gebiet hat die geringste Belichtung im gesamten Beobachtungsraum.
• 3 . Im gleichen Gebiet wird im Problattspurmeristem die Entwicklung der Chloroplasten zurückgehalten: Das wird erkennbar in der Größe der Proplastiden (2 μ) und in einer geringen Membranausbildung.
• 4 . Die Entwicklung der becherförmigen Chloroplasten in den jüngsten Blättern weist ein Etioplasten-Zwischenstadium (16 μ) auf. Im fünften und sechsten Blatt sind zahlreiche Prolamellarkörper in den Chloroplasten vorhanden. Diese jungen Blätter erhalten eine höhere Lichtmenge als die Sproßspitze, aber eine niedrigere als die Außenblätter.

Daraus ergibt sich die Feststellung, daß ein Lichtmangel für das Auftreten von Prolamellarkörpern in Selaginella martensii nur bei einem Chloroplastentyp wirksam wird. Die determinierende Steuerung der Entwicklung erfolgt durch den Gewebezustand. Die Formenvielfalt der Merkmale der Selaginellaceae wird diskutiert. Für das stete Entgegenkommen und die Bereitstellung der Mikroskope im Institut für Elektronenmikroskopie am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft danken wir Herrn Prof. Dr. Ing. E. Wiesenberger und für Vergleichsaufnahmen am Elmiskop 102 Frau Dr. C. Weichan . Das Pflanzenmaterial erhielten wir aus dem Berliner Botanischen Garten von Prof. Dr. Th . Eckardt .     

Einfluß von DEAE-Dextran auf den Elektronentransport in Chloroplasten von Dunaliella marina

Die lytische Wirkung des polykationischen Makromoleküls DEAE-Dextran (Mol.-Gew. 500 000) auf Membranen wurde zur Isolierung von Chloroplasten aus der zellwandlosen, einzelligen Grünalge Dunaliella marina ausgenutzt. Derartig isolierte Chloroplasten waren morphologisch (Phasenkontrastmikroskopie) und biochemisch (Enzymausstattung) intakt. Es zeigte sich jedoch, das Kriterien funktioneller Intaktheit, wie photochemische Reduktion von 3-Phosphatglycerat oder CO₂-abhängige O₂-Entwicklung (CO₂-Fixierung) nicht erfüllt waren. Zur Klärung dieses scheinbaren Widerspruchs wurde der Einfluß von DEAE-Dextran auf Chloroplasten untersucht; von anderen Polykationen (Histone, Polylysin) war bekannt, daß sie mit Funktionen von biologischen Membranen interferieren und den Elektronentransport in Chloroplasten beeinträchtigen. DEAE-Dextran inhibierte in Konzentrationen, die zur Lysis der Zelle nicht ausreichten, die Photosyntheseaktivität ganzer Zellen vollständig. Die Inhibition wurde durch Magnesiumionen effektiv verhindert. Mit artifiziellen Elektronendonatoren und -akzeptoren ließ sich die Stelle der Inhibition in der Elektronentransportkette lokalisieren. Während die Photoreduktion von Ferri-cyanid an Photosystem II durch DEAE-Dextran nicht beeinträchtigt war, wurde der Elektronentransfer auf Methylviologen über beide Photosysteme inhibiert. Nach Ausschalten von Photosystem II mit 3-(3′, 4′-Dichlorphenyl)-1, 1-dimethylharnstoff erfuhr die Photoreduktion von Methylviologen mit 2, 6-Dichlorphenol-indophenol als unspezifischem Elektronendonator für Photosystem I zwar eine Steigerung durch DEAE-Dextran, aber die Reaktion mit dem spezifischen Elektronendonator N,N,N',N'-Tetramethyl-p-phenylendiamin wurde gehemmt. Die Ergebnisse zeigen, daß DEAE-Dextran nicht nur eine offensichtliche Schädigung der äußeren Membran der Chloroplasten hervorruft, sondern auch, wie andere Polykationen, selektiv die Aktivität von Photosystem I im Bereich des Plastocyanins inhibiert. Die Untersuchungen wurden durch ein Stipendium des Deutschen Akademischen Austauschdienstes (DAAD) für E. K., von der Adolf-Haeuser-Stiftung und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (SFB 103/A5) gefördert.     

Untersuchungen zur intraplastidären Kompartimentierung der Chloroplastenlipide

In der vorliegenden Arbeit wurde die intraplastidäre Verteilung der Chlorophylle und Carotinoide mit Hilfe der radioaktiven Doppelmarkierung untersucht. Es wurde nachgewiesen, daß für Chlorophyll a und β-Carotin zwei verschiedene Pools im Chloroplasten existieren. Chlorophyll b wie α-Carotin und die Xanthophylle sind in nur einem Pool im Chloroplasten enthalten. Die Ergebnisse zeigen außerdem, daß beide β-Carotin-Pools über zwei voneinander getrennte Biosynthesewege gebildet werden. Es wird vermutet, daß der eine β-Carotin-Pool, wie von Junge et al. (1977) nachgewiesen, im Photosystem-I enthalten ist und dort die Photooxidation des Chlorophylls verhindert. Der zweite, kleinere β-Carotin-Pool fungiert als Biosynthesepool für die Bildung der β-Ionon-Xanthophylle. Chlorophyll a ist in beiden Photosystemen kompartimentiert, während Chlorophyll b nur im Light-Harvesting-Complex und nicht in den Photosystemen enthalten sein könnte. Die Untersuchungen wurden durch eine Sachbeihilfe der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützt.     

Beiträge zur Physiologie und Pathologie der Chloroplasten

Zusammenfassung Die Chloroplasten derSpirogyra-Zellen sind imstande sich zu verzweigen. Es wird wahrscheinlich gemacht, daß die konvexe Flanke gekrümmter Chloroplasten zur Bildung von Seitenästen besonders befähigt ist.Die Chloroplasten vonBryopsis können unter normalen Bedingungen zu langen Bändern heranwachsen. Verbogene Chloroplasten bilden an den konvexen Flanken Seitenäste (dreischenkelige Chloroplastenformen).Die Chloroplasten vonSpirogyra sind auch in lebenden Zellen imstande zu fusionieren; beiBryopsis wurden niemals Fusionen wahrgenommen. Fältelungen und Wulstbildungen, die an den letzteren oft wahrgenommen wurden, lassen annehmen, daß sie auch in lebenden Zellen einen hohen Grad von Viskosität erreichen können.     

Wirkungen von PS-II-Herbiziden auf das endogene Hormonsystem von Hordeum-Keimlingen

Bestimmungen endogener Cytokiningehalte in Hordeum-Keimlingen zeigten eine starke Erhöhung in fünf und sieben Tage alten Pflanzen nach Applikation von Simazin. Im Zusammenhang mit früheren Untersuchungen scheint es denkbar, daß Simazin den Stoffwechsel der Prenyllipide (Chlorophylle, Carotinoide, Benzochinone) in Chloroplasten über eine Erhöhung des Cytokininspiegels in Richtung auf eine Sonnentypadaptation umstellt. Mögliche Bedeutungen der Wirkung von Simazin auf die Gehalte endogener Abscisine, Gibberelline und Indol-3-essigsäure in Hordeum-Keimlingen verschiedenen Alters werden erörtert.     

Unterschiedliche genetische Konstitution von Chloroplast und Mitochondrien bei antibiotikaabhÄngigen Mutanten vonChlamydomonas reinhardii

Zusammenfassung In vorhergehenden Untersuchungen konnte gezeigt werden, da\ geringe Dosen (1–4 g/ml) von Neamin und Streptomycin bereits nach 2 Tagen auffallende Anomalien an der Chloroplasten- und Mitochondrienstruktur auslösen. Die durch diese Antibiotika induzierte Hemmung der plastidÄren und mitochondrialen Proteinsynthese gibt sich also an beiden Organellen durch StrukturverÄnderungen zu erkennen.In den hier vorliegenden Untersuchungen wurde versucht, selektiv die Proteinsynthese des Chloroplasten und der Mitochondrien durch Entzug der Antibiotika zu hemmen. Es wurden auch hier die erwarteten Strukturanomalien an den Organellen beobachtet, jedoch verhielten sich Chloroplasten und Mitochondrien unterschiedlich, indem sie unabhÄngig voneinander auf die Inhibierung der Proteinsynthesen reagierten.Bei der neaminabhÄngigen Mutante wurde nach Neaminentzug zuerst das Thylakoidsystem des Chloroplasten gestört, wÄhrend die Mitochondrien noch einige Tage normale Strukturen zeigten. Bei der streptomycinabhÄngigen Mutante traten nach Streptomycinentzug dagegen zunÄchst VerÄnderungen an den Cristae der Mitochondrien auf, wÄhrend der Chloroplast strukturell zunÄchst unverÄndert blieb.Daraus wurde geschlossen, da\ die neaminabhÄngige Mutante einen neaminabhÄngigen Chloroplasten, aber neaminresistente Mitochondrien besitzt. Die streptomycinabhÄngige Mutante hat dagegen einen streptomycinresistenten Chloroplasten, aber streptomycinabhÄngige Mitochondrien.Diese Versuche bestÄtigen die früheren Ergebnisse vonSchimmer undArnold (1970 a, b, c) undBehn undArnold (1972), die auf Grund des Segregationsverhaltens antibiotikasensibler Revertanten gewonnen wurden.

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On the different genetic constitution of the chloroplast and mitochondria in antibiotic dependent mutants ofChlamydomonas reinhardii

Summary It was shown in preceding investigations that small doses (1–4 g/ml) of neamine and streptomycin initiate remarkable anomalies in the structure of chloroplast and mitochondria already after two days. Induced by these antibiotics, the inhibition of the proteinsynthesis of plastid and mitochondria is obvious in both organelles through changes in their structure. By the present studies we tried to inhibit selectively the proteinsynthesis of the chloroplast and the mitochondria by withdrawal of the antibiotics.Here, too, we observed the expected anomalies of the organelles; however chloroplast and mitochondria behaved differently by reacting independently of each other concerning the inhibition of the proteinsynthesis.The neamin dependent mutant displayed first a disturbed thylakoid-system in the chloroplast, whereas the mitochondria showed the normal structure for a few days.On the contrary, the streptomycin dependent mutant was found to show changes in the cristae of the mitochondria while the chloroplast remained unchanged in his structure.Therefore, we concluded that the neamin dependent mutant possesses a neamin dependent chloroplast however, hold neamin resistent mitochondria.On the contrary, the streptomycin dependent mutant possesses a streptomycin resistent chloroplast, whereas the mitochondria are streptomycin dependent.These investigations confirm the preceding results bySchimmer andArnold (1970 a, b, c) andBehn andArnold (1972) which were based on the behaviour of the segregation of antibiotic sensitive revertnts.

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Mit Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft.     

Probleme der quantitativen Untersuchung der endogenen Photophosphorylierung in isolierten intakten Chloroplasten

Die Raten der lichtabhängigen ³²P-Einlagerung in isolierten intakten Chloroplasten sind wesentlich kleiner (0,2 bis 5 μMol Pi/mg Chlorophyll × h) als für die Raten der endogenen Photophosphorylierung auf Grund der CO₂-Fixierungsraten (10 bis 50 μMol CO₂/mg Chlorophyll × h) zu erwarten ist. Für diese Beobachtung ergeben sich aus unseren Experimenten folgende Erklärungen: 1. Bei niedrigen Phosphatkonzentrationen im Medium (≦ 0,1 mM) wird die Rate durch einen zu langsamen Phosphattransport in die Chlbroplasten und/oder durch eine Verdünnung der spezifischen Aktivität des zugegpbenen Phosphats durch endogenes Phosphat in den Chloroplasten verfälscht. Dieses kann durch Verwendung hoher Konzentrationen an Trägerphosphat vermieden werden, wenn gleichzeitig durch Zugabe von PGS in niedrigen Konzentrationen dafür Sorge getragen wird, daß keine Hemmung des Calvin-Cyclus durch Phosphat eintreten kann. Unter diesen Bedingungen wird die Rate der ³²P-Einlagerung in intakten Chloroplasten um das drei- bis sechsfache bis auf maximal 22 μMol/mg Chlorophyll × h gesteigert. 2. Während der Photosynthese findet in intakten Chloroplasten ein äußerst schneller Phosphatumsatz statt, durch welchen fixiertes Phosphat schnell wieder freigesetzt wird. Durch Zugabe geeigneter Phosphatakzeptoren (R-5-P, Ru-5-P) kann die Rate der ³²P-Einlagerung in intakten Chloroplasten um das drei- bis fünffache gesteigert werden (max. 30 μMol Pi/mg Chlbrophyll × h). Dieses zeigt, daß die Raten der ³²P-Einlagerung in intakten Chloroplasten vor allem davon bestimmt werden, inwieweit durch den Calvin-Cyclus das Angebot an Ru-5-P bzw. die Geschwindigkeit des Phosphat-Umsatzes reguliert wird, und erst in zweiter Linie durch die tatsächliche Rate der endogenen ATP-Bildung. Auf Grund der niedrigen Raten der ³²P-Einlagerung sind somit keine Rückschlüsse auf eine geringe Leistungsfähigkeit der einzelnen Photophosphorylierungsprozesse (cyclische, nicht-cyclische, pseudo-cyclische Photophosphorylierung) zu ziehen.     

Schließzellen-Chloroplasten vergilben nicht

Zusammenfassung Die vergilbten Blätter einer Reihe daraufhin untersuchter Pflanzen enthalten in den Schließzellen unverändert grüne Chloroplasten. Es geht demnach in den Stomazellen die (herbstliche) Metamorphose der Chloroplasten in Chromoplasten nicht vonstatten. Auf Grund dieser und anderer Beobachtungen wird angenommen, daß die Plastiden der Schließzellen nicht befähigt sind, Chromoplasten-Karotinoide zu bilden.     

Das Pyrenoid als Ort der Chlorophyllbildung im Algenchloroplasten

Zusammenfassung In der Pyrenoidstärke von Mesotaenium caldariorum konnte durch Messung der Doppelbrechungsdispersion Chlorophyll nachgewiesen werden. Das Chlorophyll, bei dem es sich wahrscheinlich um Chlorophyll a handelt, ist in der Pyrenoidstärke in ähnlicher Weise geordnet eingelagert wie im Chloroplasten. Das am Pyrenoid gebildete Chlorophyll gelangt mit der Pyrenoidstärke in das Stroma des Chloroplasten, die Pyrenoidstärke wird dadurch zur Stromastärke. Die Stärke kommt im Stroma allmählich zur Auflösung, wodurch das Chlorophyll an den Ort seiner Wirkung gelangt.Meinem Vater und Lehrer Hans Wartenberg zum 65. Geburstag gewidmet.     

Incorporation von [D-4,5-3H]-Ieucine und [2-14C]-Acetat in die photosynthetischen Pigmente und Chinone von Chlorella pyrenoidosa

Der Metabolismus der photosynthetischen Pigmente und Chinone von Chlorella wurde mit Hilfe von ¹⁴CO₂, [2-¹⁴C]-Acetat und [D-4,5-³H]-Leucin als Vorstufen der Isoprenoidsynthese untersucht. Auch wurde untersucht, ob Leucin als Vorstufe in der Biosynthese der Terpenoide fungiert. Die Verwendung der Doppelmarkierung sollte bestehende Unterschiede in der Regulation und Biosynthese der Isoprenoide der Chloroplasten, Mitochondrien und des Zytoplasmas aufdecken. Neben der Verwendung von Radioisotopen wurde die Inkorporation von Deuterium in die Carotinoide verwendet, um den turnover der Prenyl-Lipide direkt nachzuweisen. In tracer-kinetischen Untersuchungen mit ¹⁴CO₂ konnte gezeigt werden, daß ¹⁴-C-α-Carotin zu ¹⁴C-Lutein und ¹⁴C-ß-Carotin zu ¹⁴C-Zeaxanthin umgesetzt wird. Eine Vorstufenfunktion läßt sich auch für Plastohydrochinon-9 nachweisen, das in Plastochinon-9 umgesetzt wird. Die Markierungskinetik der einzelnen Prenyl-Lipide deutet auf einen schnellen turnover hin. Anhand der ¹⁴C-Inkorporationskinetik wurden Halbwertszeiten im Bereich von 30 min bis 220 min ermittelt, während sich aus den Dekorporationskinetiken Zeiten von 9 bis 113 h ergeben. Prenyl-Lipide wie die Carotine, Chlorophyll a und Plastochinon-9, die einerseits Vorstufenfunktion besitzen, andererseits aber auch direkt an der Photosynthese beteiligt sind, werden schneller umgesetzt als ihre Folgeprodukte. Somit scheint ein direkter Zusammenhang zwischen der Funktion des Prenyl-Lipides im Chloroplasten und seinem Umsatz zu bestehen. Sowohl Acetat wie auch Leucin werden von Chlorella als Vorstufen in der Terpenoidbiosynthese verwendet. Acetat wird aber wesentlich schneller inkorporiert als Leucin, was vielleicht darauf zurückzuführen ist, daß Leucin im Zytoplasma zu Acetat oder Mevalonsäure metabolisiert wird und dann in den Chloroplasten gelangt. Auch im tracer-kinetischen Experiment mit ¹⁴C-Acetat und ³H-Leucin läßt sich eine Vorstufen-Produkt-Beziehung für die Chlorophylle, Carotinoide und Chinone zeigen. Im Vergleich zu den Experimenten mit ¹⁴CO₂ zeigen die tracer-kinetischen Experimente mit ¹⁴C-Acetat und ³H-Leucin, daß die Chloroplasten-Isoprenoide wesentlich langsamer metabolisiert werden und ihre Umsatzraten mehr jenen entsprechen, die aus den ¹⁴C-Dekorporationskinetiken des ¹⁴CO₂-Experimentes resultieren. Es zeigt sich aber auch hier, daß jene Prenyl-Lipide, die direkt an der Photosynthese beteiligt sind, schneller metabolisiert werden. Daß die Chloroplasten-Isoprenoide in autotroph kultivierten Chlorellen einem ständigen turnover unterliegen, läßt sich auch sehr eindrucksvoll mit Hilfe der Deuterium-Inkorporation für die Carotine zeigen. Die aus der Deuterium-Inkorporation erhaltenen Umsätze der Carotine entsprechen in etwa denen, die sich aus ihrer Dekorporationskinetik im tracer-kinetischen Experiment mit [2-¹⁴C]-Acetat und [D-4,5-³H]-Leucin ergeben, zeigen allerdings, daß a-Carotin wesentlich schneller umgesetzt wird als ß-Carotin. Die Untersuchungen wurden durch ein Stipendium der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Austausch mit der British Royal Society an K.H.G. unterstützt, wofür wir uns bedanken.     

The effect of air ions on light-induced swelling and dark-induced shrinking of isolated chloroplasts

Experiments were conducted to determine the effects of gaseous ions on isolated chloroplasts maintained in a physiologically active state. Chloroplasts shrink when stored in the dark for 48 hr at 4°C and swell again when illuminated. The rates of swelling and shrinking (s-s) determined by the light-scattering method are increased by exposure to air ions of either charge. If chloroplasts are preilluminated for 30 min, the rate of shrinking of air-ion-treated chloroplasts is increased. When the chloroplasts are illuminated again, the rate of swelling of airion-treated chloroplasts is lower than that of controls. If 2.5 mM of ATP is added to the system upon the reillumination,the swelling rate of ion-treated chloroplasts is markedly increased. However, ADP,p-nitrophenyl phosphate and inorganic phosphates are shown without effect. Prolonged illumination (5,000 ft-c for 48 hr) or the addition of NaF inhibits the s-s phenomenon. Exposure of the chloroplasts in the presence of ATP to unipolar ionized air of either charge at 4°C in the dark increases their s-s and ATPase activities. These data suggest that air ions stimulate ATP metabolism of isolated chloroplasts.

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Zusammenfassung Es wurden Versuche durchgeführt,um die Wirkungen von Gasionen auf isolierte Chloroplasten zu bestimmen,die in einem physiologisch aktiven Zustand gehalten wurden. Chloroplasten schrumpfen, wenn sie für 48 Std.bei 4°C im Dunkeln gehalten werden, und schwellen bei Belichtung wieder an. Das Ausmass des Schwellens und Schrumpfens (s-s), das durch die unterschiedliche Belichtung bestimmt wurde, nimmt unter der Einwirkung von Luftionen beider Ladungen zu.Wenn Chloroplasten 30 Min. lang vorher beleuchtet werden, wächst das Ausmass des Schrumpfens der mit Luftionen behandelten Chloroplasten an. Wenn die Chloroplasten dann wieder beleuchtet werden, ist das Ausmass des Schwellens der mit Luftionen behandelten Chloroplasten geringer als das der Kontrollgruppe.Wenn 2,5 mM ATP dem System zusätzlich zur Wiederbelichtung verabfolgt werden, nimmt das Ausmass des Schwellens der mit Ionen behandelten Chloroplasten stark ab. ADP, p-nitrophenyl-Phosphate und anorganische Phosphate zeigen keine Wirkung. Eine verlängerte Belichtung (50.000 1x für 48 hr)oder der Zusatz von NaF hemmen das s-s-Phänomen.Setzt man Chloroplasten mit ATP bei 4°C im Dunkeln unipolar ionisierter Luft aus, so wächst das s-s und die ATPase-Aktivität.Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass Luftionen den ATP-Stoffwechsel isolierter Chloroplasten anregen.

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Resume On a effectué des essais tendant à déterminer les effets d'ions gazeux sur des chloroplastes isolés, mais maintenus dans un état physiologique actif.Les chloroplastes se ratatinent après avoir été maintenus 48 hr dans l'obscurité par 4°C et gonflent à nouveau après avoir été remis à la lumière. L'importance du ratatinement et du gonflement (s-s) déterminée par les fluctuations de l'éclairement augmente sous l'influence d'ions de l'air des deux signes. Si les chloroplastes sont éclairés durant 30 min auparavant,l'importance du ratatinement de ceux qui sont traités par des ions augmente. Lorsque les chloroplastes sont à nouveau éclairés, l'ampleur du gonflement de ceux qui sont traités est moindre que celle du groupe de contrôle.Si l'on ajoute au système, en plus de l'éclairement, 2,5 mM ATP l'importance du gonflement des chloroplastes traités à l'air ionisé diminue fortement. ADP, des p-nitrophénylphosphates et des phosphates inorganiques ne montrent aucun effet. Un éclairement prolongé (50.000 1x pour 48 hr) ou l'adjonction de NaF ralentissent le phénomène. Expose-t-on des chloroplastes avec de l'ATP dans l'obscurité par 4°C à de l'air ionisé unipolairement, on constate une augmentation des activités s-s et ATP.Ces constatations laissent supposer que les ions de l'air activent le métabolisme ATP de chloroplastes isolés.

     

Einfluß der Unterbrechung langjähriger Getreide-Fruchtfolgen durch zweijährigen Luzerne-Anbau auf den Kornertrag sowie auf den Befall des Winterweizens durch Pseudocercosporella herpotrichoides (Fron) Deighton

Die herbizide Wirksamkeit von Bromoxynil und Phenmedipham wird in starkem Maße von der Lösungsmittelkomponente der Herbizidformulierung beeinflußt. Es zeigt sich, daß die Photosynthesehemmung — als Maß für die Herbizidwirkung — mit zunehmender Hydrophilie der verwendeten Lösungsmittel sinkt, was insbesondere anhand der untersuchten Essigsäurealkylesterreihe nachweisbar ist. Zwischen der Wirkstoffapplikation auf Ganzblättern und isolierten Chloroplasten treten beträchtliche Wirkungsunterschiede auf. Demnach ist der wirkungsbegrenzende Schritt nicht innerhalb der Thylakoidmembran selbst zu suchen sondern findet auf dem Wege von der Blattoberfläche zum Chloroplasten statt.     

Die praktische Ermittlung des Ploidiegrads von Zuckerrüben durch Zählen der Schließzellen-Chloroplasten

Zusammenfassung Die vonMochizuki undSueoka (1955) mitgeteilte Tatsache, daß sich diploide, triploide und tetraploide Zuckerrüben in der Zahl ihrer Chloroplasten in den Schließzellen der Spaltöffnungen unterscheiden, läßt sich dazu verwenden, die Ploidiegrade schneller zu bestimmen als auf andere Weise.Die Chloroplasten müssen zum Zählen stärker hervorgehoben werden. Dies geschieht in der Praxis durch Einlegen der frisch abgezogenen Epidermisstückchen in Silbernitratlösung (Molisch-Reaktion;Mochizuki undSueoka 1955) oder Jod-Jodkalium-Lösung auf dem Objektträger. Ein Zusatz von Rapidnetzer BASF oder Marlon-Paste, oder zur Jod-Jod-kalium-Lösung auch von Pril, erhöht die Benetzung der Cuticula.Ein Gemisch diploider, triploider und tetraploider Zuckerrüben kann man durch Auszählen der Chloroplasten von 10 Schließzellenpaaren auf einem Epidermisstück soweit trennen, daß zunächst höchstens 10% der Pflanzen unsicher bleiben, von denen man noch je ein zweites Blatt untersucht. Etwa 2% der Pflanzen bleiben auch dann noch unsicher, während 1–2% dem falschen Ploidiegrad zugeordnet worden sind. Die Genauigkeit reicht für viele Zwecke vollkommen aus.Ein Gemisch aus nur diploiden und tetraploiden Pflanzen kann durch kurzes Durchmustern jedes Präparats leicht und mit Sicherheit richtig getrennt werden.Eine pentaploide Pflanze wurde durch ihre auffallend hohe und eine haploide Pflanze durch ihre auffallend niedrige Chloroplastenzahl entdeckt.Das beschriebene Verfahren, den Ploidiegrad durch Zählen der Chloroplasten in den Schließzellen zu ermitteln, stellt nur geringe Ansprüche an die untersuchende Person und den Zustand des Materials.Mit 4 Abbildungen