Photocontrol of anthocyanin synthesis in turnip seedlings

Summary Separation of hypocotyls and cotyledons of turnip seedlings (Brassica rapa) reduced the yield of anthocyanin from the former. Feeding with a combination of phenylalanine, acetate and glucose (PAG) considerably increased anthocyanin synthesis in these excised hypocotyls. In blue light the yield equalled that of the controls with cotyledons attached but, in far-red, the maximum obtained was never more than 55% of the controls.A long pre-treatment with red light markedly reduced anthocyanin formation in far-red. In young seedlings (presumed to be still capable of de novo phytochrome synthesis) this effect could largely be overcome by feeding with the same phenylalanine-acetate-glucose medium used with isolated hypocotyls but, in older seedlings, feeding did not prevent the effect of pre-irradiation with red light. It is concluded that red light not only destroys phytochrome but also leads to substrate disappearance.Without feeding pre-irradiation with red did not materially affect the yield from blue light; the addition of the phenylalanine-acetate-glucose mixture caused a significant increase compared with treatments without pre-red in both older and younger seedlings, particularly in the hypocotyl. The blue sensitive system thus appears to be independent of phytochrome destruction.Feeding also increased yields in red light. In water 72 hours red was no more effective than 24 hours: with PAG the longer irradiation period resulted in a considerably increased yield, especially in younger seedlings. The low yields in red light thus appear to result partly from substrate deficiency.

---

Zusammenfassung Durch Entfernung der Kotyledonen wird die Anthocyansynthese in den Hypokotylen von Rübenkeimlingen (Brassica rapa) stark herabgesetzt. Mit einem Stoffgemisch aus Phenylalanin, Acetat und Glucose (PAG) können solche isolierten Hypokotyle jedoch eine beträchtliche Menge Anthocyan synthetisieren. In Blaulicht wurden damit Werte in Höhe der Kontrollen (Kotyledonen nicht entfernt) erzielt, aber in Dunkelrot betrug das Maximum nie mehr als etwa 55% der Kontrollen.Eine lange Vorbestrahlung mit Rot reduzierte die Anthocyanbildung in Dunkelrot. In jungen Keimlingen (die vermutlich noch zu einer Neusynthese von Phytochrom befähigt sind) konnte dieser Effekt weitgehend aufgehoben werden, wenn Phenylalanin, Glucose und Acetat zugesetzt wurden. In älteren Keimlingen gelang dies jedoch nicht mehr. Daraus wird geschlossen, daß Rotlicht nicht nur eine Destruktion von Phytochrom, sondern auch ein Verschwinden von Substrat bewirkt.Bei in Wasser belassenen Keimlingen war eine Vorbestrahlung mit Rot praktisch ohne Einfluß auf die Anthocyansynthese in Blaulicht. Der Zusatz der Phenylalanin-Glucose-Acetat-Mischung bewirkte jedoch, besonders im Hypokotyl, einen signifikanten Anstieg des Anthocyangehaltes im Vergleich mit nicht vorbestrahlten Kontrollen, und zwar in jungen und älteren Keimlingen. Das Blau-sensitive System erscheint daher unabhängig von der Destruktion des Phytochroms zu sein. Auch in Rotlicht konnten die Erträge durch Stoffzufuhr gesteigert werden. In Wasser waren 72 Std Rot nicht wirksamer als 24 Std. Zusatz von PAG erhöhte aber den Effekt der langen Bestrahlungsdauer, besonders in jungen Keimlingen. Die niedrigen Erträge in Rotlicht scheinen daher teilweise aus einem Substratmangel zu resultieren.

     

Photocontrol of anthocyanin formation in turnip seedlings

Summary The participation of the red/far-red reversible reaction of phytochrome in the control of anthocyanin formation in turnip seedlings has been demonstrated. A brief exposure to red light following a preliminary irradiation period in blue, increased anthocyanin content compared with blue alone; this effect was reversed by a subsequent short exposure to far-red. The sensitivity to red light was largely restricted to 24 hours old seedlings when grown in water at 25°C. Sensitivity was restored in older seedlings when they were grown in phenylalanine and kept in high temperature (35°C) for several hours before light was given; under these conditions, the phytochrome effect was greater in 48 hours old than in 24 hours old seedlings. In the youngest seedlings the largest increase occurred when red followed a preliminary blue exposure of at least 12 hours; in older seedlings the maximum response to red was almost attained after only 4 hours of blue light. Hypocotyl elongation was shown to be hardly affected by the reversible reaction of phytochrome. Possible reasons for these changes in sensitivity to phytochrome are discussed.

---

Zusammenfassung Die Beteiligung des reversiblen Hellrot-Dunkelrot-Pigmentsystems Phytochrom wurde bei der Kontrolle der Anthocyansynthese in Keimlingen von Brassica rapa nachgewiesen. Durch kurze Hellrotbestrahlung wird der Anthocyangehalt gegenüber dem der vorausgehenden Bestrahlung mit Blaulicht erhöht. Dieser Effekt wird durch eine nachfolgende kurze Bestrahlung mit Dunkelrot wieder mehr oder weniger aufgehoben. Die Empfindlichkeit gegen Rotlicht ist weitgehend auf 24 Std alte, in Wasser gewachsene Keimlinge beschränkt. Die Empfindlichkeit konnte in älteren Keimlingen wieder hergestellt werden, wenn diese in Phenylalanin aufgezogen und mehrere Stunden vor der Bestrahlung bei hoher Temperatur (35°C) gehalten wurden. Unter diesen Bedingungen war der Phytochrom-Effekt in 48 Std alten Keimlingen größer als in 24 Std alten Keimlingen. In den jüngsten Keimpflanzen wurde die größte Zunahme durch Hellrot erzielt, wenn wenigstens 12 Std mit Blaulicht vorbestrahlt worden war. In älteren Keimlingen wurde die maximale Hellrotwirkung schon nach etwa vierstündiger Vorbelichtung erreicht. Das Hypokotylwachstum war durch das Phytochromsystem kaum beeinflußbar. Mögliche Gründe für die Veränderungen in der Phytochrom-Empfindlichkeit werden diskutiert.

     

Vergleichende Untersuchungen an haploiden und durch Colchicineinwirkung diploid gewordenen Stämmen vonOedogonium cardiacum

Zusammenfassung Durch die Behandlung gut teilungsfähiger Fäden vonOedogonium cardiacum mit einer 1%igen Colchicinlösung während 36 Stunden läßt sich Polyploidie auslösen.Die Bestimmung des Zuwachses von je 65 fünfzelligen haploiden und diploiden Keimlingen nach 1, 2 und 3 Wochen ergibt für haploide und diploide Zellen eine weitgehend übereinstimmende Vermehrungsrate.Die haploiden Keimlinge reagieren auf eine leichte Veränderung der Außenbedingungen im Zuge der Überimpfung mit einer höheren Absterberate als die diploiden (31 gegenüber 9).Die Bestimmung der Zellzahl von 500 beliebigen Keimlingen aus Massenkulturen in Abständen von 10, 20 und 30 Tagen nach dem Überimpfen ergibt nach den ersten beiden Zeiträumen eine höhere Zahl für die haploiden, nach 30 Tagen aber eine merkbar höhere für die diploiden Keimlinge. Dabei ist nach 10 und 20 Tagen der Anteil Einzelliger bei den diploiden Keimlingen viel höher als bei den haploiden; ob dies auf verzögerter oder wiederholter Schwärmerbildung beruht oder an einem Keimverzug liegt, ist fraglich. Jedenfalls wird das anfängliche Nachhinken der diploiden Keimlinge nach 20–30 Tagen völlig ausgeglichen.Im Konkurrenzversuch erweist sich unter den gegebenen Kulturbedingungen die diploide der haploiden Sippe hinsichtlich der Vermehrungsrate überlegen; denn bei Beimpfung der Kulturgefäße mit je zehn haploiden und zehn diploiden 40zelligen Fäden (vier Parallelversuche) finden sich in 35 Tage nachher entnommenen Proben ungefähr 2/3 diploide und 1/3 haploide Zellen.Die Mittelwerte des Zellvolumens von haploiden und diploiden Keimlingen verhalten sich wie 14,6, die des Kernvolumens wie 14,0.Die Anzahl der Pyrenoide ist bei den diploiden Zellen erhöht (100 haploide Zellen enthielten 306, 100 diploide 584 Pyrenoide), das einzelne Pyrenoid ist etwas vergrößert.Hinsichtlich der Breite der Chromatophorenlamellen ergeben sich zwischen haploiden und diploiden Zellen keine wesentlichen Unterschiede.Die Chromosomenzahl vonOedogonium cardiacum beträgt n=19. Im haploiden Satz liegen drei verschiedene, charakteristisch gestaltete SAT-Chromosomen vor.Mit Hilfe der Colchicin-Behandlung lassen sich auch tetraploide Zellen und kurze Fadenstücke erzielen, doch zeigt sich bei diesen eine verminderte Vitalität.     

Der DNS-Gehalt von Kotyledonen und Hypokotyl des Senfkeimlings (Sinapis alba L.) bei der phytochromgesteuerten Photomorphogenese

Zusammenfassung Der DNS-Gehalt und somit auch die Zellzahl von Kotyledonen und Hypokotyl des Senfkeimlings sind zwischen 36 und 60 Std nach Aussaat sowohl im Dunkel als auch im Dunkelrot weitgehend konstant. Die durch Phytochrom bewirkte Zunahme des RNS-und Proteingehaltes (Weidner u. Mitarb., 1965) muß deshalb als eine RNS-bzw. ProteinZunahme pro Zelle aufgefaßt werden. Dieser Befund stützt die Vorstellung einer differentiellen Genaktivierung durch P₇₃₀ (z.B. Mohr, 1966).—Die weitgehend konstante Zellzahl von Hypokotyl und Kotyledonen während des von uns verwendeten Experimentierzeitraumes ist eine wichtige Voraussetzung für die Vergleichbarkeit biochemischer Daten, z.B. bei kinetischen Studien (vgl. Mohr, 1966).

---

The DNA contents of cotyledons and hypocotyl of the mustard seedling (Sinapis alba L.) during phytochrome-mediated photomorphogenesis

Summary DNA contents and accordingly cell numbers of cotyledons and hypocotyl of the mustard seedling were virtually constant during the experimental period (between 36–60 hours after sowing) in the dark as well as under the influence of P₇₃₀, the active phytochrome (Table).—Therefore the phytochromemediated increase of the RNA and protein contents (Weidner et al., 1965) must be understood as an increase of RNA and protein per cell. This fact is in agreement with the conception of differential gene activation mediated by P₇₃₀ (Mohr, 1966). The virtually constant DNA contents during the period of time which is regularly used for experimentation on photomorphogenesis in our laboratory (36–60 hours after sowing; Mohr, 1966) is an important prerequisite for comparing biochemical data under the point of view of differential gene activation, e.g. in kinetical studies in the dark and under continuous far-red light.

     

Die Steigerung der durch Phytochrom bewirkten Anthocyansynthese des Senfkeimlings (Sinapis alba L.) durch Chloramphenicol

Zusammenfassung Chloramphenicol (CAP) steigert in einem gewissen Konzentrationsbereich (etwa 20–40 g/ml) die durch Dunkelrot (DR) ausgelöste Anthocyansynthese des Senfkeimlings. Die lag-Phase sowie der Zeitpunkt der Beendigung der Anthocyansynthese werden durch das Antibioticum nicht beeinflußt. Mit und ohne CAP beobachtet man bei allen untersuchten DR-Intensitäten eine konstante Akkumulationsrate an Anthocyan über einen Zeitraum von mindestens 24 Std. —Die Steigerung der Akkumulationsrate durch CAP (20 g/ml) liegt stets im Bereich von 25%, auch wenn die DR-Intensität auf die Hälfte oder ein Viertel gesenkt wird (Wirkung des CAP=25% · Wirkung des DR). Man kann daraus formal schließen, daß CAP und DR unabhängig voneinander die Anthocyansynthese beeinflussen. Molekular läßt sich der Sachverhalt folgendermaßen deuten: CAP hemmt bei einer Konzentration von 20 g/ml die Proteinsynthese der Plastiden. Dadurch wird der Phenylalanin-pool in den Kotyledonen erhöht. Da diese geringe CAP-Konzentration die cytoplasmatische Proteinsynthese noch nicht hemmt, kann die Anthocyansynthese ungestört ablaufen. Da Phenylalanin als eine Vorstufe der Flavonoidsynthese fungiert, führt das erhöhte Angebot an dieser Substanz zu einer Steigerung der Anthocyansynthese.

---

The increase of phytochrome-mediated anthocyanin synthesis in the mustard seedling (Sinapis alba L.) by chloramphenicol

Summary Chloramphenicol (CAP) within a certain range of concentration (about 20–30g/ml) increases the rate of far-red mediated anthocyanin accumulation in the mustard seedling (Sinapis alba L.) (Fig. 1). The lag-phase after the onset of far-red and the time of termination of anthocyanin synthesis are not influenced by the presence of the antibiotic (Fig. 2). With and without CAP we observe a constant rate of anthocyanin accumulation over a period of at least 24 hours after the lag-phase at all far-red intensities investigated (Fig. 2). The percentage increase of the rate of anthocyanin accumulation which is due to CAP (20 g/ml) is independent of the far-red intensity applied and always amounts to about 25% (Table). Formally one can conclude that CAP and far-red seem to act as two independent factors in a multiplicative system. On the molecular level the observations can possibly be explained as follows: CAP at a concentration of 20 g/ml inhibits protein synthesis of the plastids. This inhibition leads to an increase of the pool of phenylalanine in the cotyledons. Because the small concentration of CAP does not interfere with protein synthesis (enzyme synthesis) in the cytoplasm, far-red mediated anthocyanin synthesis can proceed normally. Since phenylalanine acts as a precursor of flavonoids the increased pool of this substance will lead to an increase in the rate of anthocyanin accumulation.

     

Über die Wirkung einer Begasung mit verschiedenen Gasgemischen während der Keimung auf die Vitamin C-Bildung in Getreide-Keimlingen

Zusammenfassung Keimlinge von Hafer, Roggen und Weizen wurden kontinuierlich während der Keimung über 10–12 Tage mit gewöhnlicher, CO₂-freier oder CO₂-reicher Luft begast. Nach Versuchsende wurden die Primärblätter auf ihren Ascorbinsäure- und Vitamin C-Gehalt analysiert. Die Ergebnisse beweisen, daß das in den Keimlingen auftretende Vitamin C nicht auf Translokalisation einer mutamaßlichen Reserve von einer gebundenen Form der Ascorbinsäure in den Getreidefrüchten während der Keimung zurückzuführen ist, sondern durch Biosynthese während der Keimung und Entwicklung zustande kommt. Sie bestätigen andere Befunde, wonach die Bildung des Vitamins C sauerstoffabhängig ist und nicht in direkter Beziehung zur Photosynthese steht.     

“Primäre” und “Sekundäre” Differenzierung im Zusammenhang mit der Photomorphogenese von Keimpflanzen (Sinapis alba L.)

Zusammenfassung Die Anthocynsyanthese des Senfkeimlings ist phytochromabhängig. Lediglich zwei Gewebe, die Epidermis der Cotyledonen und die Subepidermis des Hypocotyls sind zu dieser Anthocyansynthese fähig. Erst 24 Std nach Aussaat ist Anthocyansynthese möglich und bereits etwa 60 Std nach Aussaat (25° C; Standardbedingungen vgl. Methoden) erlischt dei Fähigkeit zur Anthocyansynthese weitgehend und zwar unabhängig von der Menge des synthetisierten Anthocyans. Die höchste Empfindlichkeit für Licht besitzt das Anthocyan bildende System etwa 36 Std nach Aussaat. — Teilt man den Keimling unmittelbar vor der Anthocyanmessung in 4 Segmente auf (Abb. 9) und mißt den Anthocyangehalt der Segmente getrennt, so stellt sich heraus, daß die Fähigkeit zur Anthocyansynthese im mittleren und basalen Bereich des Hypocotyls rapide verloren geht. Im oberen Hypocotylabschnitt hingegen und in den Cotyledonen nimmt diese Fähigkeit erst zu, und die Abnahme ist langsamer. —Es werden Argumente für die Auffassung entwickelt, daß das spezifische und dynamische Zellmuster, das man hinsichtlich der P₇₃₀-abhängigen Anthocyansynthese vorfindet, ein Ausdruck der primären Differenzeierung sei (vgl. Abb. 4). P₇₃₀ hingegen, so stellen wir uns vor, wirkt unspezifisch im Rahmen einer sekundären Differenzierung, indem es potentiell aktive Gene (P₇₃₀) in Funktion setzt. Welche Gene in den einzelnen Zellen des Dunkelkeimlings potentiell aktiv sind, legt die primäre Differenzierung fest. — Diese Vorstellungen werden durch den Befund gestützt, daß eine Applikation von Actinomycin D zu einer zeitlich sehr viel ausgedehnteren Anthocyansynthese führt; offenbar deshalb, weil die genetisch kontrollierte Entwicklung des primären Differenzie-rungsmusters gebremst wird. Eine Folge wäre, daß die Inaktivierung der zur Anthocyansynthese benötigten Gene, die normalerweise etwa 60 Std nach Aussaat erfolgt, weit hinausgezögert wird.

---

Primary and secondary differentiation in connection with photomorphogenesis of seedlings (Sinapis alba L.)

Summary Anthocyanin synthesis of the mustard seedling (Sinapis alba L.), a typical phytochrome-dependent photoresponse has been further investigated. — It has been found that only two types of tissue can synthesize anthocyanin under the influence of active phytochrome (=P₇₃₀), namely, the epidermis of the votyledons and the subepidermal layer in the hypocotyl (Fig. 2, 3). — Under our standard conditions (25° C; cf. methods) phytochrome-potentiated anthocyanin synthesis is only possible 24 hours after sowing and it ceases about 60 hours after sowing, independent of the amount of anthocyanin which has been accumulated (Fig. 5, 6). On the basis of the whole seedling the highest sensitivity of the anthocyanin producing system to light is around 36 hours after sowing (Fig. 8). Within the tissues which are capable of forming anthocyanin there is a characteristic shift of the ability to respond to P₇₃₀ as the seedling ages. If we devide the seedling into 4 segments (Fig. 9) it turns out that in the basal and middle part of the hypocotyl the ability to form anthocyanin is rapidly lost whereas in the upper part of the hypocotyl and in the cotyledons this ability even increases at first. The following decrease is slower than in the basal parts (Fig. 10, 11).It is argued that this specific and dynamic cellular pattern of responsiveness to P₇₃₀ can be regarded as a manifestation of a primary differentiation in the course of which the genotype of each individual cell in the dark-grownt seedling is devided into 3 functional types of genes: active, inactive, and potentially active genes (P₇₃₀) (Fig. 4). — In connection with anthocyanin synthesis P₇₃₀ is thought to act exclusively at the level of secondary differentiation, i.e., it is thought to initiate the action of potentially active genes via a signal-chain. The action of P₇₃₀ is non-specific. The specificity of the photoresponse of an individual cell is determined by the status of its primary differentiation (Fig. 4).If the process of differentiation is slowed down (e.g. by the application of low doses of Actiomycin D) anthocaynin synthesis can continue much longer than under our standard conditions where it ceases around 60 hours after sowing (Fig. 12). This fact seems to indicate that the loss of the ability to form anthocyanin is due to an inactivation of pertinent genes by the process of primary differentiation, which is itself, as one would expect, under the control of genes.

     

Photocontrol of anthocyanin formation in turnip seedlings

Summary The substitution of far-red for the first six hours of a prolonged irradiation with red light resulted in a large increase in anthocyanin yield, which was greater than the combined yields from far-red and red when the two treatments were given separately. When intermittent far-red irradiation was followed by a single short exposure to red, a considerable amount of anthocyanin was formed, although each treatment given separately had little effect. Four hours continuous far-red alone yielded some anthocyanin and also resulted in a further large increase in the effect of a short red treatment; this terminal red effect was fully reversible by a subsequent brief exposure to far-red. It is concluded that at least two photochemical reactions are involved in the responses to red and far-red, the first leading to the formation of substrate(s) used in the second reaction.When red light preceded exposure to the far-red/red irradiation sequence, the far-red enhancement effect was almost entirely lost and the anthocyanin yield approached that in red light. The effect of the red pre-irradiation treatment is attributed to destruction of phytochrome and it is suggested that phytochrome is the only pigment mediating anthocyanin synthesis in red and far-red. A possible interpretation is that the high-energy reaction in far-red and the low energy red/far-red reversible reaction are mediated by different forms of phytochrome.The substitution of blue for the first six hours of a prolonged irradiation with red light also resulted in a synergistic increase in anthocyanin yield; the enhancement effect of blue light was, however, not prevented by prior exposure to red. It is concluded that phytochrome is not the only pigment mediating the reactions occurring in blue light. The synergism between blue and red suggests that the high-energy reaction in blue light may lead to the production of substrates for phytochrome action.

---

Zusammenfassung Die Substitution der ersten 6 Std einer Hellrot-Dauerbestrahlung durch Dunkelrot führte zu einem starken Anstieg im Anthocyangehalt, der höher war als die Summe aus Dunkelrot und Hellrot, wenn beide Bestrahlungen getrennt gegeben wurden. Folgte auf intermittierende Dunkelrot-Bestrahlung eine einmalige Dosis Hellrot, bildete sich eine beträchtliche Menge Anthocyan, obwohl jede Bestrahlung für sich kaum wirksam war. 4 Std Dauerdunkelrot induzierten bereits meßbare Anthocyanbildung, die durch kurze Hellrot-Bestrahlung weiter gesteigert werden konnte; der Effekt dieser terminalen Dosis Hellrot konnte durch nachfolgende kurze Dunkelrot-Bestrahlung wieder rückgängig gemacht werden. Daraus wird geschlossen, daß wenigstens zwei photochemische Reaktionen bei Bestrahlung mit Hellrot und Dunkelrot ablaufen, wobei die erste Substrat(e) für die zweite produziert.Wurde vor einer Dunkelrot-Hellrot-Sequenz mit Hellrot bestrahlt, ging die fördernde Wirkung von Dunkelrot fast vollständig verloren und der Anthocyangehalt entsprach annähernd dem in Hellrot. Der Effekt der Hellrot-Vorbestrahlung wird auf die Destruktion von Phytochrom zurückgeführt und es wird vermutet, daß Phytochrom das einzige Pigment ist, das bei der Anthocyansynthese in Hellrot und Dunkelrot beteiligt ist. Eine mögliche Interpretation wäre, daß die Hochenergiereaktion in Dunkelrot und die Hellrot-Dunkelrot reversible Niederenergiereaktion durch verschiedene Formen von Phytochrom vermittelt werden.Die Substitution der ersten 6 Std einer Dauerbelichtung mit Hellrot durch Blau ergab ebenfalls eine synergistische Zunahme im Anthocyangehalt. Der fördernde Effekt von Blaulicht konnte jedoch durch Vorbestrahlung mit Hellrot nicht verhindert werden. Daraus wird geschlossen, daß Phytochrom nicht das einzige Pigment sein kann, das die Reaktionen in Blaulicht vermittelt. Der Synergismus zwischen Blau und Hellrot läßt vermuten, daß die Hochenergiereaktion in Blau zur Produktion von Substrat führt, mit dem Phytochrom reagieren kann.

     

UBER DIE WIRKUNG DES GIBBERELLINS AUF DIE BLUTENBILDUNG VON PHARBITIS NILCHOIS

Die Blütenbildung der Pharbitis-Pñanzenwird durchBehandlung der Keimlingen mit Gibberellin vor der Dunkelperiodegefördert, und die Zufuhr auf dem Vegetationspunkt istebenso wirksam wie die auf Kotyledonen. Die Wirkung tritt bei der Zufuhr unmittelbar vor der Dunkelperiodebis zu 2 Stunden nach Anfang derselben am stärksten auf,ist aber sogar bei der Zufuhr unmittelbar nach der Dunkelperiodedeutlich bemerkbar. Die Blütenanlage kann in ununterbrochener Beleuchtung mitschwachem Licht ausgebildet werden; die kritische Intensitätwird durch Gibberellin deutlich gesteigert. Die Blühhemmung von Indolylessigsäure wird durch Gibberellinteilweise aufgehoben. Die Wirkungsreihe der einzelnen Gibberelline in der Strek-kungsförderungist A_s = A₁> A₄ = A₂. In derselben Reihe steht die Blühförderungdurch niedrige Konzentration (1 mg/l), bei höherer Konzentration(100mg/l)ist sie in der Reihe A₂=A₄>A₃ = A3. Mittlere Konzentration(100mg/l)zeigt eine Übergangsreihe zwischen den beiden. (Received April 21, 1961; )     

Photocontrol of anthocyanin formation in turnip seedlings

Summary The substitution of red or blue light for the first six hours of prolonged irradiation with far-red light reduced anthocyanin formation by about 60%; red or far-red light similarly substituted for blue light had little effect. It is concluded that the effects of prolonged irradiation with blue and far-red depend, in part at least, on different photoreceptors.The effects of pre-treatment with red or blue light also occurred when only short exposures to light were given, and were reversed by immediate brief exposures to far-red. The depressing effect of a short pre-irradiation treatment was largely prevented if seedlings were kept at low temperature or in an atmosphere of nitrogen in the dark period before transfer to the prolonged far-red treatment. The effect of the pre-irradiation treatment is attributed to enzymatic destruction of phytochrome following conversion to the P _FR form, and it is suggested that anthocyanin synthesis in far-red light largely depends on phytochrome, possibly due to the maintenance of a low level of P _FR in the tissue by the absorption tail of P _R in the far-red.A pre-irradiation treatment with red also decreased the inhibitory effect of far-red on hypocotyl elongation but did not change the response to blue light.

---

Zusammenfassung Die Anthocyanbildung war im langfristig gegebenen Dunkelrot bis zu etwa 60% reduziert, wenn die ersten 6 Std durch hellrote oder blaue Bestrahlung ersetzt wurden; Hellrot oder Dunkelrot in gleicher Weise im Dauerblaulicht substituiert waren praktisch wirkungslos. Daraus wird geschlossen, daß der Effekt einer Dauerbestrahlung mit Blau und Dunkelrot zum Teil jedenfalls, auf verschiedene Photorezeptoren zurückzuführen ist.Der Effekt einer Vorbehandlung mit hellrotem oder blauem Licht trat auch dann auf, wenn nur kurzfristige Bestrahlungen gegeben wurden und konnte durch unmittelbar nachfolgende kurze Dunkelrot-Belichtung wieder aufgehoben werden. Die Hemmung durch kurzfristige Vorbestrahlung konnte weitgehend verhindert werden, wenn die Keimlinge während der Dunkelperiode, vor der Übertragung in Dauerdunkelrot, bei tiefer Temperatur oder unter Stickstoff gehalten wurden. Der Vorbelichtungseffekt wird auf die enzymatische Destruktion von Phytochrom, nach der Umwandlung in die P _FR -Form, zurückgeführt und es wird vermutet, daß die Anthocyansynthese im Dauerdunkelrot weitgehend phytochromabhängig ist, wahrscheinlich durch die Aufrechterhaltung eines niedrigen P _FR Niveaus im Gewebe infolge der schwachen Absorption von P _R im Dunkelrot.Eine Vorbelichtung mit Hellrot verringerte ebenfalls die hemmende Wirkung von Dunkelrot auf das Hypokotylwachstum, war jedoch ohne Einfluß im Blaulicht.

     

Kinetische Studien zur Phytochrominduzierten Proteinsynthese

Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit wurde geprüft, wie P₇₃₀, das aktive Phytochrom, den Proteinstoffwechsel in den Kotyledonen des Senfkeimlings (Sinapis alba L.) beeinflußt. Die Daten zur Kinetik des Proteingehalts im Dunkeln und im Dunkelrot, die Daten über die Inkorporation von Radioaktivität in die Proteinfraktion nach Applikation von ¹⁴C-Leucin (U) und die histochemischen Befunde von Häcker (1966) erlauben den Schluß, daß P₇₃₀ eine starke Proteinsynthese (Enzymund Strukturprotein) in den Kotyledonen bewirkt. Dies wird als eine Stütze für die Auffassung angesehen, daß P₇₃₀ in den Kotyledonen in erster Linie über eine differentielle Genaktivierung wirksam wird.

---

Kinetical studies on phytochrome-induced protein synthesis

Summary Phytochrome control of protein metabolism has been analyzed in the cotyledons of the mustard seedling (Sinapis alba L.) which can be regarded as being representative of dicotyledonous seedlings. A mustard seedling is a closed system for nitrogen under our experimental conditions. Fig. 2 shows the kinetics of protein content in the cotyledons of the mustard seedling in darkness and under the influence of continuous far-red irradiation, i.e. under the influence of a low but virtually constant concentration of phytochrome 730. —In order to understand these two curves it must be realized that the cotyledons of the mustard seedling contain much storage protein which will be degraded during the development of the seedling. The resulting amino acids are either translocated to other parts of the seedling or used within the cotyledons for the synthesis of enzymes and structural protein. —Histochemical studies have shown (Häcker, 1966) that under the influence of far-red light the degradation of storage protein in the cotyledons is enhanced; at the same time, however, phytochrome 730 stimulates a strong de novo synthesis of structural and enzyme protein in the cotyledons. —This interpretation of the data on protein content is supported by evidence of the phytochrome-enhanced incorporation of ¹⁴C into the protein fraction after an application of ¹⁴C-Leucine (U) (Figs. 5, 6). — All present findings on phytochrome-controlled protein synthesis agree with the hypothesis that phytochrome 730 exerts its function through a differential gene activation (Mohr, 1966b).

     

Aufbau der Forstpflanzenzüchtung in Hessen

Zusammenfassung Die züchterischen Arbeiten in Hessen haben das Nahziel, durch Erstellen von Samenplantagen die Versorgung der Praxis mit Saatgut sicherer zu gestalten. Begründet werden sie mit Klonen von Plusbäumen, die aus den im vorigen Jahrhundert entstandenen beständen ausgelesen wurden. Bei der Auslese entscheidet in erster Linie die Zugehörigkeit des Stammes zu einem in dem betreffenden Wuchsgebiet bewährten Ökotyp. Die als Mischungen der verschiedensten Formenkreise anzusehenden Bestände werden also als im 19. Jahrhundert angelegter Großversuch betrachtet. Es ist zu erwarten, daß das in den Plantagen erzeugte Saatgut dem aus anerkannten Beständen mindestens gleichwertig, wahrscheinlich aber überlegen ist, weil in den Plantagen die wünschenswerten Ökotypen angereichert und die ganz ungeeigneten Formen ausgeschlossen sind. Das Saatgut ist nur für das Wuchsgebiet bestimmt, aus dem die Plusbäume stammen. Es werden demnach nicht ökologische Universalsorten, sondern den einzelnen Standorten besonders angepaßte Spezialsorten angestrebt.Die Samenerträge aus den Plantagen dürften im Vergleich zu denen aus Althölzern höher liegen, weil der Blütenansatz stimuliert werden kann, die Erfassung von Sprengmasten wirtschaftlich möglich ist und Schädlinge (Megastigmus) bekämpft werden können; auch bereitet bei geringen Erntekosten das rechtzeitige Ernten der Zapfen (Douglasie, Strobe) keine Schwierigkeiten.Da trotz der besonderen Gegebenheiten die Auslese nur nach dem Phänotyp unsicher bleibt, sollen Klonabsaaten und auch Keimlinge getestet werden, damit möglichst schnell Anhaltspunkte für die genetische Beschaffenheit der Plusbäume erlangt werden. Die Versagersollen durch wertvollere Klone ersetzt werden.Mit 6 TextabbildungenNach einem Vortrag, gehalten auf der Arbeitstagung für forstliche Samen-Plantagen vom 24.–26. Okt. 1955 in Waldsieversdorf.     

Die Peroxydase- und Polyphenoloxydase-Aktivität in gesunden und fußkranken Erbsenkeimlingen unterschiedlich anfälliger Sorten

Zusammenfassung In Wurzeln, Sprossen und Kotyledonen von 7 Tage alten Erbsenkeimlingen wurde eine beträchtliche Peroxydase-, aber nur eine minimale Polyphenoloxydase-Aktivität gefunden. Zwischen den Sortenunterschieden und der Fußkrankheitsresistenz besteht kein Zusammenhang. In den Organen von gleichalten, mit Ascochyta pinodella infizierten Keimlingen sind die Enzymaktivitäten erhöht. Zwischen der postinfektionellen, sortenverschiedenen Fermentaktivierung und dem Resistenzgrad besteht ebenfalls keine eindeutige Beziehung. Der Peroxydase-Test ist zur Selektion Ascochyta-resistenter Erbsenstämme nicht anwendbar.Weiterhin wurde die Veränderung der Peroxydase-Aktivität und die postinfektionelle Entwicklung der Aktivitätssteigerung im Verlaufe der Keimung bei einer hochanfälligen Sorte (Bördi) und bei einem relativ widerstandsfähigen Stamm (SE) untersucht. Die Veränderung der Aktivität in gesunden Keimlingen erfolgt bei Bördi und SE im wesentlichen übereinstimmend. Beide unterscheiden sich jedoch deutlich in der Entwicklung der parasitogen gesteigerten Aktivität.

---

Peroxidase and polyphenol oxidase activity in healthy and food-infected pea seedlings of differently susceptible varieties

Summary In roots, sprouts and cotyledons of seven day old pea seedlings considerable peroxidase activity but only minimal polyphenol oxidase activity was found. There was no relationship between the enzyme activities of different pea varieties and their footrot resistance. In Ascochyta pinodella-infected seedlings of the same age the enzyme activities are increased, but there is no clear correlation between the degree of resistance and the increase of enzyme activity after infection. The peroxidase test cannot be used for selecting Ascochyta footrot resistant pea varieties.Changes of peroxidase activity in healthy and infected seedlings of a very susceptible variety (Bördi) and a relatively resistant one (SE) were tested during germination. The change of activity in healthy seedlings of Bördi and SE is alike, however, the two varieties differ distinctly in the course of activity change caused by infections.

---

---

Quedlinburger Beiträge zur Züchtungsforschung Nr. 80.     

Genbedingte Rotlicht-Empfindlichkeit der Chloroplastendifferenzierung bei Arabidopsis

Zusammenfassung Bei Arabidopsis verursacht das rezessive Gen im im homozygoten Zustand eine Grün-Weiß-Scheckung an Blättern und Stengeln. Bereits die Kotyledonen enthalten, je nach den Umweltbedingungen während der Keimung, einen wechselnden Anteil weißer und grüner Zellen. In weißen Zellen kommen nur kleinere albicate Plastiden ohne regulär differenzierte Thylakoide vor; grüne Zellen enthalten ausschließlich normale Chloroplasten. Dieses Verteilungsmuster läßt erkennen, daß die genkontrollierte Hemmung der Plastidendifferenzierung nur in bestimmten empfindlichen Zellen manifest wird. — Die vorliegenden Ergebnisse zeigen einen dominierenden Einfluß des sichtbaren Lichtes auf die Penetranz von im. Bei höherer Lichtintensität (mehr als 2000 Lux) werden die Kotyledonen vollständig weiß; niedere Lichtintensität und eine zusätzliche Aufteilung der täglichen Lichtphase (500 Lux in Pulsen von 2 min mit Intervallen von 10 min Dunkelheit) macht sie ganz grün. Setzt man die Keimlinge in verschiedenen Altersstadien aus hoher in niedere Lichtintensität und umgekehrt um, so erkennt man, daß die Lichtempfindlichkeit der Kotyledonen auf eine kurze Zeit zwischen 40 und 60 Std nach der Keimungsinduktion beschränkt ist. Während dieser kritischen Phase wird die Chloroplastendifferenzierung in im/im-Pflanzen irreversibel determiniert. Für eine phänotypische Ausprägung der Mutante ist energiegleiches Licht im roten Spektralbereich mindestens 10fach wirksamer als im blauen. Auch darin weichen die Bedingungen, die in der Mutante zu einer Entstehung von grünen Chloroplasten führen, vom Normalfall ab; denn etiolierte Blätter der Wildform können auch im Rotlicht ergrünen. Die Plastiden der Mutante ähneln vielmehr typischen Leukoplasten, deren Metamorphose zu Chloroplasten gleichfalls nur im Blaulicht geschieht.

---

Gene controlled sensitivity toward red light in chloroplast differentiation of Arabidopsis

Summary In Arabidopsis thaliana the recessive gene im in homozygous condition causes variegation of the plant colour. The cotyledons contain white and green cells in variable proportions depending on the environmental conditions during germination. In the white cells all plastids are albicate, i.e., of reduced size and without regularly differentiated thylakoids; green cells contain exclusively normal chloroplasts. This pattern indicates that the gene-controlled blockade of plastid differentiation is manifested only in certain sensitive cells. — The present results demonstrate a dominating effect of visible light on the expression of im. With higher light intensity (more than 200 ft. candles) the cotyledons turn all white; low intensity and additional fractionation of the daily light period (40 ft. candles in pulses of 2 min and breaks of 10 min darkness in between) make them all green. Transfers of seedlings between these two light regimes during different stages of germination showed that this light sensitivity is limited for the cotyledons to a short period in between 40 and 60 hrs. after the induction of germination. During this critical phase the chloroplast differentiation in im/im-plants is irreversibly determined. For a manifestation of the mutant phenotype light of the same energy (3100 erg/cm² sec) is more than 10-fold effective in the red (658 nm) than in the blue (445 nm) part of the spectrum. Thus the conditions which secure the development of green chloroplasts in the mutant im deviate from the normal conditions, since in the wild type the greening of etiolated leaves can also be induced by red light. The chloroplast morphogenesis in the mutant rather resembles the metamorphosis of leucoplasts into chloroplasts, which similarly can be induced only by blue light.

     

Zur Entwicklungsgeschichte und Chromatophorenbewegung von Coleochaeten

Zusammenfassung BeiColeochaete soluta undC. nitellarum oszilliert der Chromatophor außer in den jungen primären und sekundären Sporangien auch in den einzelligen, wachsenden Keimlingen, und zwar — im Gegensatz zu dem Verhalten in Sporangien — an der Dorsalseite. Bei beiden Arten oszilliert er auch in den Oogonien eines bestimmten frühen Altersstadiums, aber, wie in den Sporangien, meist an der Ventralseite. Die Art der Plasmabewegung ist in allen Fällen die gleiche. Reversibles Streifigwerden des Chromatophors beeinträchtigt sie nicht.Die Zoosporen sind dorsiventral gebaut, die Geißeln sind ventral inseriert und entspringen etwas voneinander entfernt. Die Zoosporen enthalten zahlreiche kontraktile Vakuolen, die auch seitlich und im Hinterende liegen. In einem Fall konnte vorzeitige Entleerung der Zoosporen (am Abend, statt am Morgen) durch 0,5 mol Traubenzucker ausgelöst werden.BeiC. soluta erfolgt der Aufbau des jungen Thallus unter den gegebenen Bedingungen in zwei Etappen: Es wird zunächst eine dicke Membran gebildet, innerhalb der die ersten Teilungen±endogen stattfinden, doch wird die Membran auch teilweise gesprengt. Erst nach Erreichung der Vier- oder Fünfzelligkeit erfolgt eine Art von Erstarkungswachstum unter Verlängerung und Vergrößerung der Zellen.Das Pyrenoid wird bei der Teilung des Chromatophors oft nicht mitgeteilt, sondern in einer Tochterzelle neu gebildet.     

Die Wärmebildung von Reinkulturen im Hinblick auf die Ätiologie der Selbsterhitzung pflanzlicher Stoffe

Zusammenfassung Es wurde die Selbsterhitzung von Reinkulturen geprüft.Sterile Keimlinge der Sonnenrose zeigen nur eine sehr schwache Selbsterwärmung.Reinkulturen von Pilzen erhitzen ihr Substrat rasch bis nahe an die ihnen eigentümliche thermische Lebensgrenze.Auch Bakterien erhitzen ihr Substrat, doch ist ihre Leistung geringer als die der Pilze.Aus den mitgeteilten Tatsachen und anderen früher festgestellten wird der Schluß gezogen, daß die Selbsterhitzung feuchter und poröser Pflanzenstoffe, soweit es sich um eine Erhitzung bis etwa 75° handelt, nicht von dem Stoff selbst bewirkt wird, sondern von den Mikroorganismen, die auf ihm wachsen. Dabei spielen bis etwa 65° die Pilze eine größere Rolle als die Bakterien. Doch sind thermophile Bakterien für den letzten bis etwa 75° reichenden Anstieg entscheidend.     

Histologische Studien Über den Zusammenhang der verschiedenen Alterserscheinungen bei Schnecken

Zusammenfassung In der Mitteldarmdrüse von Agriolimax agrestis wird die Gliederung der Lobuli mit fortschreitendem Lebensalter immer größer und zwischen den Lobuli finden sich immer mehr und mehr Bindegewebeszellen.Unter den atrophischen Erscheinungen ist das Verschwinden des Protoplasmas am auffallendsten.In der Körperwand fällt eine Reduktion der Drüsen und Muskelzellen auf.In der Zwitterdrüse ist die auffallendste Altersveränderung eine Verminderung der Zellen und parallel mit dieser Verminderung geht eine Verkleinerung der Lobuli.Beim Altern ohne Gewichtsabnahme ist die markanteste Altersveränderung, nach unseren bisherigen Untersuchungen, die Zunahme der Bindegewebszellen.Beim Altern mit Gewichtsverlust ist die stärkste Altersveränderung die Rückbildung der Parenchymzellen und die Zunahme der Bindegewebszellen.Die histologischen Untersuchungen über die verschiedenartig ablaufenden Altersveränderungen geben uns die Möglichkeit, den Zusammenhang zwischen den einzelnen Veränderungen festzustellen.Die Vermehrung der Bindegewebszellen allein ist keine zureichende Ursache für das Auftreten der Atrophie. Doch könnten durch das Auftreten von Bindegewebszellen in großer Menge atrophische Erscheinungen hervorgerufen werden.     

Untersuchungen über die Natur der „Phytagglutinine” in chemischer,immunochemischer und pflanzenphysiologischer Sicht

Zusammenfassung Es werden Untersuchungen über die Lokalisation der Phytagglutinine, hauptsächlich der blutgruppenspezifischen, in 15 Samenpflanzen mitgeteilt. Dabei konnte festgestellt werden, daß die Agglutininproteine sowohl in den Samen als auch in sämtlichen vegetativen Pflanzenteilen wie Wurzeln, Stengeln und Blättern vorkommen können. Innerhalb des Embryos der Samen — die Schalen und das Endosperm waren agglutininfrei — wechselt die Agglutininverteilung bei den einzelnen Pflanzen zwischen den beiden Extremen: Kotyledonen agglutininhaltig, Radicula so gut wie frei (Beispiel:Dolichos biflorus) und Radicula agglutininhaltig, Kotyledonen fast frei (Beispiel:Laburnum alpinum) mit allen Übergängen. Die aus allen Teilen der Pflanze erhaltenen blutgruppenspezifischen Agglutinine waren nicht kochbeständig. Ob diese leicht charakterisierbaren Proteine eine besondere physiologische Bedeutung für die Pflanze haben, wird offen gelassen.Herrn Prof. Dr.Hans Schmidt in Verehrung zum 75. Geburtstag.Die Arbeit wurde mit Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft durchgeführt.     

Das Wachstum infiltrierter Keimlinge

Zusammenfassung Werden Keimlinge vonHelianthus annuus undVicia faba mittels einer Wasserstrahlpumpe mit Wasser infiltriert, so führt dies sofort in allen Organen der Pflanze zu einer sehr starken und mitunter völligen Hemmung des Wachstums. Wirkt der Unterdruck in Luft ein, so daß es hernach zu keiner Wasserfüllung der Interzellularen kommt, so unterbleibt jede Wachstumshemmung.Die Frage nach der Kausalbeziehung zwischen Infiltration und Wachstumshemmung konnte nicht geklärt werden, da die nächstiliegende Annahme, Infiltration führe zu einer Atmungshemmung, durch das Experiment nicht bestätigt werden konnte.Es wird darauf hingewiesen, daß die Zufuhr von Wirk- oder Nährstoffen durch Infiltration eine Methode ist, die in wachsenden Organen nur mit großem Vorbehalt angewendet werden darf, da eine im Wachstum weitgehend gehemmte Pflanze sich in einem anomalen Zustand befindet.Mit 8 Textabbildungen.     

Über die Aktivierung des Hemmstoffsystems vonHelianthus durch kurzfristige Belichtung

Zusammenfassung Hypokotylzylinder vonHelianthus annuus wurden mit Hilfe der Agar-Abfangmethode auf ihren Wirkstoffgehalt geprüft. Aus dunkel kultivierten Keimlingen wurde Wuchsstoff während 2–3 Std in Agar abgefangen, teils im Dunkeln, teils bei Belichtung mit etwa 600 Lux. Es konnten aber nur sehr geringe Wuchsstoffmengen erhalten werden, und zwar fast nur in den Dunkelversuchen. Wurde den Agarwürfeln aber eine IES-Vorlage gegeben, so erhöhte das im Dunkeln erhaltene Diffusat die Wuchsstoffkrümmungen im Hafertest, während das im Licht erhaltene sie herabsetzte.Aus diesen Versuchen kann auf eine Bildung oder Aktivierung eines Hemmstoffes oder aber auf eine Steigerung seiner Wanderungsfähigkeit geschlossen werden. Zur Auslösung dieses Effektes genügt bereits eine 2–3stündige Belichtung mit etwa 600 Lux.Mit 1 TextabbildungTeil einer Dissertation der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Hamburg.