Entwicklungsstadien- und sippenspezifische Zellwand-Autolysine bei der Freisetzung von Fortpflanzungszellen in der Gattung Chlamydomonas

Zellwand-Autolyse ist nach vorliegender Untersuchung in der Gattung Chlamydomonas ein normaler und streng stadienspezifischer Vorgang in der Ontogenese Zum Nachweis der beteiligten lyrischen Faktoren (?Autolysine”) wurden einfache biologische Tests entwickelt Eine Freisetzung von Zoosporen aus den Sporangien mittels enzymatischer Sporangienwand-Autolyse ließ sich bei 52 Stämmen unterschiedlicher Herkunft von 42 Arten nachweisen und ist für die Gattung als generelles Prinzip anzusehen Sekretion wie auch Wirksamkeit der Sporangienwand-Autolysine sind entwicklungsstadien-spezifisch: nur junge Zellen können das Autolysin sezernieren; mit dem Autolysin läßt sich nur die Sporangienwand lysieren, nicht aber die Wand von Zoosporen, vegetativen Zellen oder Gameten Mit Sporangienwand-Autolysinen von Arten, bei denen sowohl vegetative Zellen wie Sporangien von einer gallertigen ?Kapsel” umgeben sind, ließ sich diese Gallerte in jedem Entwicklungsstadium kurzfristig auflösen, ohne jedoch auch hier die eigentliche Zellwand vegetativer Zellen zu lysieren Hinsichtlich der Wirksamkeit der Sporangienwand-Autolysine auf Sporangien anderer Chlamydomonas-Arten ergab sich eine Sippen-Spezifität, d. h. sie wirkten in der Regel nur innerhalb einer Gruppe morphologisch meist ähnlicher Arten, in einigen Fällen nur auf Sporangien des Erzeugerstammes. Nach der Wirkungsspezifität ihrer Autolysine ließen sich die 52 aktiven Chlamydomonas-Stämme 15 Gruppen zuordnen Eine Autolysinwirksamkeit zwischen diesen Gruppen war in mehreren Fällen nachweisbar: die Autolysine von vier Gruppen wirkten im Biotest einseitig auch auf Sporangien der Stämme jeweils einer anderen Gruppe Arten mit gemeinsamem Sporangienwand-Autolysin stimmten auch in weiteren physiologischen und morphologischen Merkmalen überein; offensichtlich handelt es sich um Gruppierungen natürlich verwandter Formen Es werden vier Modi der autolytischen Sporenfreisetzung beschrieben entsprechend dem unterschiedlichen Verhalten der Sporangienwände (totale oder partielle Lysis) und der Gallerten im Sporangieninneren Es wurden Methoden zur Isolierung und Reinigung von Sporangienwand-Präparaten für 14 Chlamydomonas-Arten mit jeweils spezifischem Autolysin ausgearbeitet. Nach dünnschicht-chromatographischen Analysen von Hydrolysaten dieser Wandpräparate sind die Haupt-Zuckerkomponenten fast immer Galaktose und Arabinose, dazu kommen in geringerer Menge je nach Art in wechselnden Verhältnissen Xylose, Fucose, Rhamnose, Uronsäuren und eine nicht identifizierte Pentose; Glucose — und damit Cellulose — fehlt in der Regel oder ist nur in Spuren nachweisbar. Eine Ausnahme macht nur C. ulvaensis. Haupt-Zuckerkomponenten sind hier Xylose und Glucose; Galaktose und Arabinose sind nur in geringen Anteilen enthalten In Bestätigung einer früheren Beobachtung von Claes (1971) wird die Wirksamkeit eines zweiten Autolysins im Entwicklungszyklus von Chlamydomonas nachgewiesen: Gameten der diözischen C. reinhardii sezernieren bei Geißelkontakt der Kreuzungspartner ein ?Gametenwand-Autolysin”, das zum Abwurf der Gametenwände bei beiden Kreuzungstypen führt. Es wurde eine verbesserte Methodik zur Gewinnung des Gametenwand-Autolysins erarbeitet Mit dem Gametenwand-Autolysin ließen sich die Wände aller Zellstadien der Art (Gameten, Zoosporen, vegetative Zellen, Sporangien), mit Ausnahme der Zygoten, total auflösen. Entsprechend dieser Eigenschaft des Gametenwand-Autolysins wurde — erstmals bei einzelligen Grünalgen — ein schonendes Verfahren zur Isolierung von Protoplasten für Zellanalysen entwickelt Mit dem Gametenwand-Autolysin ließen sich nur bei den Stämmen Protoplastenbildung und Sporangiolysis erzeugen, die ein gemeinsames Sporangienwand-Autolysin mit C. reinhardii besitzen; beide Autolysine stimmen also in der Sippenspezifität ihrer Wirkung überein Sporangienwand- und Gametenwand-Autolysine gleichen sich in den bisher geprüften Eigenschaften: sie sind fällbar mit (NH₄)₂SO₄, nicht dialysierbar, temperaturlabil (inaktiviert nach 10 Min. 70 C), inaktivierbar mit 5 × 10^?4 M HgCl₂, mit der Proteinase Papain und meistens mit dem Komplexbildner Äthylendiamin-tetraessigsäure In der Diskussion wird im Zusammenhang mit den Resultaten vorliegender Arbeit über die Zusammensetzung der Zellwände bei den Volvocales, über die Beteiligung von Autolysinen bei der Freisetzung von Fortpflanzungszellen aus Sporangien und Gametangien bei Pilzen und Algen sowie über eine mögliche Berücksichtigung der Sippenspezifität von Autolysinen für ein natürliches System der Chlamydomonaden referiert     

Wachstum und Bildung extrazellulärer Polysaccharide in Batch-Kulturen von Porphyridium aerugineum,Rhodophyceae

An batch-Kulturen von P. aerugineum im Algen-Lichtthermostaten und in 5-Liter-Rohren mit Innenbeleuchtung wurde der Einfluß einzelner Nährlösungskomponenten (SO₄-, Mg- und Mn-Gehalt, Tricin- und Tris-Puffer, pH-Wert), sowie von Beleuchtungsstärke und Durchlüftungsintensität auf das Wachstum und auf die Bildung extrazellulärer Polysaccharide untersucht. Beide Prozesse werden durch diese Faktoren verschieden und teils gegensinnig beeinflußt. Als Maß für die Produktion extrazellulärer Polysaccharide diente die Viskosität der Algensuspensionen, für die Wuchsleistung das Trockengewicht. Die für die Bildung extrazellulärer Polysaccharide optimale Sulfatkonzentration der Nährlösung ist doppelt so hoch als die für optimales Wachstum benötigte. Sehr viskose Suspensionen ergeben sich, wenn die molare Mg-Konzentration nur die Hälfte der SO₄-Konzentration des Mediums beträgt. Einseitige Erhöhung der Mg-Konzentration fördert das Wachstum, mindert aber die Bildung extrazellulärer Polysaccharide erheblich. Stark viskositätssenkend bei unverminderter Wuchsleistung wirkt eine Erhöhung des Mn-Gehaltes der Nährlösung. Eine spezifisch viskositätsfördernde Wirkung über die pH-Wirkung hinaus kommt dem Tricingehalt des Mediums zu. Bemerkenswert ist auch das hohe Beleuchtungsoptimum von P. aerugineum. Besonders hohe Wuchsleistungen bei intensiver Produktion extrazellulärer Polysaccharide wurden in den stark belüfteten 5-Liter-Rohren mit Innenbeleuchtung erzielt. Die Ergebnisse werden auch in Hinblick auf eine Möglichkeit zur Gewinnung von gallertigen Wandsubstanzen für industrielle Zwecke diskutiert.     

Lichtabhängige DDT-Wirkung bei Mikroalgen

In sieben Tage laufenden Kulturversuchen wurde das “Wachstum, gemessen in mg Trockensubstanz/100 ml Algensuspension, von Microcystis aeruginosa und von Coelastrum proboscideum unter dem Einfluß von DDT im Nährmedium und unter der zusätzlichen Wirkung von einem zu Versuchsbeginn gegebenen Starklichtschock verschiedener Stärke geprüft Bei Microcystis aeruginosa, die auch auf die Starklichtbestrahlung allein mit erheblichen Zuwachsdepressionen reagierte, stieg auch die DDT-Empfindlichkeit mit steigender Intensität der Starklichtbestrahlung stark an Coelastrum proboscideum hingegen erwies sich als weitgehend unempfindlich sowohl gegen Starklichtbestrahlung allein wie auch in Kombination mit DDT-Zusätzen Es wird darauf hingewiesen, daß absolute Angaben über die DDT-Empfindlichkeit oder die DDT-Toleranz einer Alge nur sehr bedingt möglich sind, da zusätzliche Faktoren diese Reaktionen entscheidend beeinflussen können. Den Tedmischen Assistentinnen Fräulein E. KONZ und Fräulein W. HILSCHER danken wir für stets zuverlässige Mitarbeit bei der Durdiführung der Versudie, der Deutschen Forsdiungsgemeinsdiaft und dem Bunde der Freunde der Tedinisdien Universität Mündien für wesentliche Förderung durch wertvolle Sadibeihilfen.     

Kationenaufnahme und Säurestoffwechsel in Wurzeln einer calcicolen (Vicia faba) und einer calcifugen (Lupinus luteus) Pflanze bei unterschiedlichen K/Ca-Verhältnissen

Vicia faba (calcicol) und Lupinus luteus (calcifug) wurden in Nährlösungen mit abgestuften K/Ca-Verhältnissen (Lösung I: 4,9/0,1; II: 4,0/1,0; III: 2,5/2,5; IV: 0,5/4,5 K/Ca mval ± 1^?1) in Wasserkultur und Aeroponik herangezogen. Obwohl als calcicol bzw. calcifug beschrieben, war im Ca-Gehalt der Wurzeln der beiden Pflanzen kein wesentlicher Unterschied festzustellen, die Summe der aufgenommenen Kationen wurde aber in Lupinus deutlicher vom K/Ca-Verhältnis beeinflußt. Mit Ausnahme des Versuches Vicia Aeroponik zeigte sich eine markante Übereinstimmung zwischen der Kationensumme und den Konzentrationen von Malat und Citrat mit Maximalwerten in Lösung II Bei Lupinus nahmen die Aktivitäten von MDH, PEPC, PEPCK, ICDH und malic enzyme einen damit weitgehend parallelen Verlauf, während sich bei Vicia keine so einheitliche Tendenz ergab. Unterschiede traten auch zwischen den beiden Kulturmethcden auf. Bei gleichem Ionenangebot wie in der Aeroponik enthielten die Wurzeln in Wasserkultur etwas weniger Kationen und deutlich reduzierte Malatmengen, was bei Lupinus durch die starke Abnahme der Aktivitäten von PEPC und PEPCK zu erklären ist, während bei Vicia sowohl PEPC als auch PEPCK und überdies das malic enzyme in ihrer Aktivität anstiegen. Der Säurestoffwechsel in den Wurzeln der beiden Pflanzen wird also nicht nur durch die Kationenverhältnisse, sondern auch durch andere Faktoren des Wurzelmilieus, die für ihre ökologische Anpassung von Bedeutung sein könnten, beeinflußt.     

Lichtabhängige Insektizidwirkungen auf einzellige Algen

Bei der Einwirkung der Insektizide Sevin (Carbaryl) sowie Lindan und Dieldrin in Konzentrationen von 0,1 bis 100 ppm wurden eine Reihe von Schädigungen auf das Wachstum und den Stoffwechsel von Ankistrodesmus braunii und Anacystis nidulans beobachtet Alle drei Insektizide stören die Synchronisation von Ankistrodesmus-Kuturen und erniedrigen Chlorophyllgehalt, Trockengewicht, Photosynthese und Autosporenbildung. Die Autosporenbildung wird aber auch im Dunkeln direkt durch Sevin und Dieldrin gehemmt. Lindan erniedrigt Pigmentgehalt, Trockengewicht und Zellzahl ab 10 ppm, wenn es im Licht gegeben wird. Nach der Dunkelphase, bei der alle bisher untersuchten Größen konstant bleiben, verstärkt sich besonders die Hemmwirkung von 10 ppm Lindan auffällig im Licht. Die Photosyntheseaktivität und die Dunkelatmung zeigen bei niedrigen Lindan-Konzentrationen Förderungen, bei höheren Konzentrationen wachsende Hemmwirkungen. Hemmwirkungen entstehen und verstärken sich nur im Licht. Lindan wird bei Ankistrodesmus gegenüber dem Gehalt in der Nährlösung erheblich akkumuliert. Die Lindan-Konzentrationen sind bei den Lichtkulturen deutlich höher als bei den Dunkelkulturen. Die vorliegenden Untersuchungen wurden durch die finanzielle Unterstützung des Bundesministeriums für Forschung und Technologie ermöglicht. Für die methodischen Hinweise zur Vorreinigung und Extraktion des Lindan aus den Alpen danken wir Frau Dr. D. URBACH sowie Frau E. KAISER für gediegene technische Assistenz.     

Aktivität TTC- reduzierender Enzyme in Boden und Pflanze unter dem Einfluß von Blei im Boden

Vicia faba und Zea mays wurden auf Böden mit unterschiedlichem Bleigehalt gezogen. Die Aktivität TTC-reduzierender Enzyme im Boden und in den Pflanzen wurde untersucht. Als Folge der Bleibelastung kann die Aktivität TTC-reduzierender Enzyme in Boden und Pflanze im Vergleich zur Kontrolle gehemmt oder stimuliert sein. Diese Enzymreaktionen werden als Überlagerung von enzymhemmenden Kontakteffekten mit Blei und sekundären, stimulierend wirkenden Bleieffekten erklärt. Die unterschiedlichen Ergebnisse bei Vicia und Zea sind auf die unterschiedliche Bleiempfindlichkeit der beiden Pflanzen zurückzuführen, dürften aber auch als Reaktion auf die Auswirkung von Blei auf das Substrat Boden zu verstehen sein.     

Versuche zum Herbizideinsatz in gesäten Kohlarten

In den Jahren 1987 bis 1989 wurden die Auswirkungen und Effekte eines kombinierten Befalls des Winterweizens mit Sitobion avenae (Fabr.) und Puccinia recondita Rob.ex Desm. f.sp.tritici Erikss. untersucht. Dabei wurde das Verhalten der Schaderregerpopulationen und die Einflußnahme auf das Ertragsgeschehen bei separatem und simultanem Befall erfaßt. Während bei starkem Befall der oberen Blattetagen mit P.recondita eine Förderung der Aphidenpopulation an den Ähren der befallenen Pflanzen registriert werden konnte, war bei schwachem Braunrostbefall keine Einflußnahme auf die Blattläuse nachweisbar. Durch das kombinierte Auftreten beider Schaderreger kann es zu Reduktionen bei der Kornmasse/Ähre und bei der Tausendkornmasse kommen, die größer sind, als die Summe der Verluste bei Einzelbefall. Ähren stark braunrostbefallener Winterweizenpflanzen wurden zeitiger von S.avenae angeflogen und schneller besiedelt als diese von gesunden Kontrollpflanzen. Als Ursache für die Förderung der Populationsentwicklung von S.avenae werden durch P.recondita induzierte Veränderungen im Angebot an freien Aminosäuren in der Wirtspflanze diskutiert.     

Versuche zur Auslösung und Umstellung der Brutpflegephasen bei ♀♀ von Nannacara anomala (Cichlidae)

Brutpflegenden Nannacara anomala-♀♀ wurde die eigene Brut weggenommen und gegen jüngere oder ältere Nannacara-Brut bzw. entsprechende Ersatzobjekte ausgetauscht. Auch ohne vorangegangenes Ablaichen läßt sich Brutpflegeverhalten bei Nannacara-♀♀ durch Brutobjekte auslösen und aufrecht erhalten. Die auftretenden Verhaltensweisen passen zum jeweiligen Entwicklungsstadium der Brut. An der Synchronisation des Brutpflegeverhaltens sind sowohl endogene als auch exogene Faktoren beteiligt. Beim Fächeln zeigte sich eine stärkere Beteiligung endogener Faktoren als beim Kopfzucken. Das spricht dafür, daß zunächst die endogenen, später die exogenen Faktoren überwiegen. Auf das Fächeln wirken endogene Faktoren zunächst fördernd, später im Sinne einer Hemmung ein.     

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.     

Isolierung und Charakterisierung von Reaktionszentren aus Rhodospirillum rubrum

Chromatophoren wurden aus der grünen Mutante von R. rubrum (G 9+), die nur wenig Carotinoide enthält, hergestellt. Reaktionszentren (RC) wurden durch Behandlung mit dem zwitterionischen Detergens LDAO aus der Membran herausgelöst. Die Reinigung erfolgte durch Gelfiltration (Sepharose 6 B) und Ionenaustauschchromatographie (DEAE-Cellulose). Die gereinigten RCs zeigen bei der SDS-Polyacrylamidgelelektrophorese drei Proteinuntereinheiten mit den Molekulargewichten von 21 000, 24 000 und 29 000. Die photochemische Aktivität des Protein-Pigment-Komplexes konnte durch das reversible Ausbleichen der Absorptionsbande bei 865 nm bei seitlicher Beleuchtung mit Licht der Wellenlänge 368 nm verfolgt werden. Die “Außenseite” der Chromatophorenmembran wurde mit Jod 131 markiert. Anschließend wurden die RC herausgelöst. Die Resultate nach der Gelelektrophorese zeigen, daß nur die größte Untereinheit von der Chromatophorenaußenseite her zugänglich ist. Unterstützt durch SNF, Projekt 3.1560.73. Das Spektrophotometer DW-2 konnte dank der Unterstützung durch die Fritz Hoffmann-La Roche-Stiftung angeschafft werden.     

Die Eiablagehandlung der Mittelmeerfruchtfliege Ceratitis capitata Wied. Ihre Abhängigkeit von Größe und Dichte der Früchte

• 1 In Zweifachwahlen bevorzugten unbeeinflußte Mittelmeerfruchtfliegen die größere Attrappe für die Eiablage, sofern Größen zwischen 1 cm und 6 cm angeboten wurden. In Einfachwahlen wurden Kugeln von 3 cm und 6 cm φ gleich gut belegt, solche von 1–2 cm φ dagegen gemieden.
• 2 Die Bevorzugung der größeren Attrappe war unabhängig von der Attrappenfarbe und bei 1500 Lux auch von der Licht- oder Schattenlage der Einstichöffnungen.
• 3 Behaarte Oberflächen und klaffende Spalten störten die Legetätigkeit auch an Früchten optimaler Größe. In Einfachwahlen wurde die Eiablage durch stark behaarte Oberflächen aber nicht verhindert, sondern nur verzögert.
• 4 Äpfel von 4–6 cm φ regten gleich stark zum Bohren an, für die Eiablage bevorzugten die ♀ ♀ jedoch die leichter anstechbaren. Äpfel von 2 cm φ wurden immer nur schwach belegt.
• 5 Attrappengruppen wurden Einzelattrappen stets vorgezogen, sofern alle Kugeln gleich groß waren. Dagegen enthielten beide Anordnungen die gleiche Eimenge, wenn nur die Einzelattrappe stark nach Cox Orange duftete. War die Einzelattrappe größer als die Attrappen der Gruppe, wurde die Gruppe vernachlässigt. Die Legeleistung war von der Anzahl der Attrappen unabhängig.
• 6 Der Beginn der Bohrtätigkeit und die Aufenthaltsdauer an den Attrappen waren abhängig von der Oberflächenkrümmung.
• 7 Attrappen von 2–6 cm φ wurden auch in Umwegversuchen recht unterschiedlich belegt. Bezogen auf das jeweilige Volumen enthielten dagegen alle ungefähr die gleiche Eimenge.
• 8 Die Anzahl der Besucher und die relative Flugaktivität waren abhängig von der Größe und Dichte der Früchte oder Attrappen, die Bohr- und Legetätigkeit dagegen nur von der Oberflächenstruktur und -krümmung der einzelnen Körper.
• 9 Die ♀♀ bevorzugten in Zweifachwahlen die größere Attrappe, unabhängig davon, ob sie beide Körper gleichzeitig nebeneinander oder nur zeitlich nacheinander wahrnehmen konnten. Die Größere wurde nicht nur ihrer optischen, sondern auch ihrer taktilen Merkmale wegen stärker belegt.

     

Das Lernen von Sequenzen visueller Zweifachwahlen mit Hilfe auditiver Rückmeldungen1

• 1 Mit der Methodik der instrumentellen Konditionierung nach Skinner wurde bei Haustauben (Columba livia) die Wirkung von auditiven Rück-meldungen auf das Erlernen (Akquisition) und Wiedererlernen (Retention) einer Folge von visuellen Zweifachwahlen untersucht. Diese Zweifachwahlen werden durch gezielte Schnabelhiebe auf eines der beiden zur Wahl stehenden Fensterchen getroffen.
• 2 Ein Programm, welches Folgen von bis zu 4 vorausbestimmten Zweifachwahlen umfaßt, wurde schneller erlernt, wenn jede der beiden Antworten des Versuchstieres durch einen gut hörbaren Ton unterschiedlicher Höhe quittiert wird. Der Unterschied gegenüber den Kontrolltieren war dabei urn so größer, je mehr Antworten die verlangte Sequenz umfaßte.
• 3 Der Retentionstest ergab die größte Ersparnis, wenn die Akquisition mit akustischer Rückmeldung erfolgte, wobei es keine Rolle spielte, ob das Wiederlernen mit oder ohne Ton durchgeführt wurde. Erfolgte die Akquisition dagegen ohne Ton, so war das Wiederlernen mit Tonhilfe schneller als ohne.
• 4 Die Ergebnisse wurden dahin interpretiert, daß die Nachbilder der akustischen Rückmeldungen jene der Proprioceptoren entscheidend verstärken und so die Engrammbildung erleichtern.

     

Vergleichende Untersuchungen zur Phänologie landwirtschaftlich bedeutsamer Schadinsekten

Bei der Virusresistenzforschung und ‐prüfung hat die postinfektionelle Bestimmung der Viruskonzentration in der Wirtspflanze zunehmende Beachtung gefunden. Hierzu hat der ELISA wesentlich beigetragen, da mit seiner Hilfe das Resistenzmerkmal “verringerte Viruskonzentration” orientierend quantitativ routinemäßig erfaßt werden kann. Eine wichtige Voraussetzung für ein Resistenzscreening ist, daß dieses Merkmal mit anderen Merkmalen der quantitativen Virusresistent, insbesondere mit der Symptomstärke, dem Wachstum und dem Ertrag, korreliert, um anhand der schnell bestimmbaren Viruskonzentration eine Vorselektion virusresistenten Ausgangsmaterials durchführen zu können. Bisher nachgewiesene diesbezügliche Korrelationen bei verschiedenen Wirt‐Virus‐Systemen wurden zusammengestellt. Dabei müssen bei jedem System Besonderheiten beachtet werden. Zwischen der Viruskonzentration und anderen Resistenzmerkmalen bestehen nicht notwendig lineare Korrelationen. Dies betrifft vor allem die Symptomstärke und die Ertragsminderungen, weshalb die Viruskonzentration nicht alleiniges Indiz für das Resistenzniveau eines Genotyps ist. Für die Messung der Viruskonzentration sind in Abhängigkeit vom Wirt‐Virus‐System nur bestimmte Pflanzenorgane geeignet.

Bei Laubblättern können sogar deren Insertion für die Differenzierung anfälliger von resistenten Genotypen sowie das Entwicklungsstadium der Pflanzen entscheidend sein.

Darüber hinaus beeinflussen eine Reihe von Faktoren wesentlich die Viruskonzentration. Zu ihnen zählen die Virulenz der Virusstämme, die Infektionsdosis, das Alter und das genetisch fixierte Resistenzniveau der Wirtspflanze sowie Temperatur.

Im Hinblick auf verschiedene Einflußfaktoren müssen optimale Bedingungen gegeben sein sowie das am besten geeignete Pflanzenorgan verwendet werden. Abschließend werden Beispiele für die Nutzung des Resistenzmerkmals “verringerte Viruskonzentration” bei der Resistenzprüfung und ‐Züchtung angeführt.     

Das Photosynthesevermögen einiger Immergrüner während des Winters und seine Reaktivierungsgeschwindigkeit nach scharfen Frösten

Das Photosynthesevermögen von Pinus cembra und Rhododendron ferrugineum sowie von Pinus contorta, Picea glauca und Pseudotsuga menziesii wurden kurz nach Entnahme der Zweigproben und nach Verwöhnung wiederholt gemessen. Erstere Pflanzen stammten vom Patscherkofel bei Innsbruck, 2 000 ü. NN und wurden bei 16 °C Lufttemperatur und 30 000 Lux gemessen; die letzteren drei Baumarten von Kananaskis, 1 400 m ü. NN, Alberta, Kanada, bei Bedingungen von 15 °C und 5 500 Lux. Tiefe Temperaturen reduzieren bei allen fünf Arten das Photosynthesevermögen ganz erheblich. Nach scharfen Frösten tritt bei allen Arten trotz optimaler Umweltsbedingungen im Licht kurz nach Entnahme Respiration auf. Die Reaktivierungsgeschwindigkeit des Photosyntheseapparates ist aber je nach Art verschieden. Pinus cembra und Pinus contorta sind erst nach längerer Zeit aus ihrer tiefen Winterruhe zu aktivieren (3 bzw. 10 Tage bis zu 50% CO₂-Aufnahme der Hochleistungsperiode). Rhododendron ferrugineum, Picea glauca und Pseudotsuga menziesii können zu allen Meßterminen nach weniger als eintägiger Verwöhnung CO₂ binden. Nach längerer Verwöhnung können sie alle — auch im Winter — sommerliche Photosynthesewerte erreichen. Die verschiedene Reaktion von Pinus cembra und Rhododendron ferrugineum läßt sich mit dem verschiedenen Resistenzverhalten und den unterschiedlichen Wuchsorten deuten. Das verschiedene Verhalten der drei Baumarten der Rocky Mountains weist keine Parallelen mit der Temperaturresistenz oder Knospenöffnung auf. Umfärbung, Wassergehalt und Chlorophyllaktivierung geben Anhaltspunkte zur Klärung der unterschiedlichen Reaktivierungsgeschwindigkeiten des Photosyntheseapparates nach Frösten. Warmwetterperioden während des Winters können daher von Pinus contorta zur Stoffproduktion nicht genutzt werden, während dies bei Picea und Pseudotsuga, sofern Bodenwasser verfügbar ist, möglich wäre. Diese Ergebnisse könnten eine unter vielen Ursachen für die natürliche Vegetationsfolge sein     

THE MECHANISM OF MALATHION-RESISTANCE IN THE BLOWFLY CHRYSOMYA PUTORIA

DER MECHANISMUS DER MALATHION-RESISTENZ BEI DER SCHMEISSFLIEGE CHRYSOMYA PUTORIA 1. Der zu dieser Untersuchung benutzte resistente Stamm von Chrysomya putoria stammt aus dem Kongo, wurde aber vorher etwa 6 Jahre lang im Labor gezüchtet. Frühere Untersuchungen ergaben, daß (1.) seine Resistenz hochspezifisch gegen Malathion und Malaoxon gerichtet ist, (2.) diese Resistenz durch nichtgiftige, dreifach substituierte Phosphor-Verbindungen überwunden werden kann, die als Malathion-Synergisten wirken, und (3.) diese Resistenz durch ein einzelnes, dominantes autosomales Gen vererbt wird. 2. Wenn der Stamm zu Homozygotie selektiert wurde, war er beträchtlich weniger fruchtbar als ein empfindlicher Schmeißfliegen-Stamm. Vergleichende Messung der Lebensdauer, Eiproduktion, Schlüpf-, Verpuppungs- und Puppenschlupfraten zeigte, daß der einzig deutliche Unterschied darin bestand, daß die Anzahl der täglich pro Weibchen produzierten Eier bei dem resistenten Stamm nur etwa halb so groß war wie die des anfälligen. 3. Durch Vergleich der entsprechenden LD 50-Werte der beiden Stämme wurde ein Resistenzspektrum für Malathion-Analoge erhalten und mit ähnlichen Spektren für Stubenfliegen und Mücken verglichen. Wie bei anderen Insekten wurde festgestellt, daß für die Resistenz die Alkyloxy-Gruppe im Malathion-Molekül entscheidend ist (höchste Resistenz mit Methoxy). Die Natur des Carboxy-Alkyl-Restes war relativ unwichtig. 4. Die Kutikula-Durchdringungsrate des Malathion war in den beiden Stämmen etwa die gleiche. 5. Der Malathion-Abbau durch den larvalen Fettkörper in vitro wurde gaschromatogra-phisch gemessen und im resistenten Stamm größer befunden. Dieses Verfahren war jedoch nicht ideal und alle weiteren Versuche wurden daher mit ¹⁴C-markiertem Malathion durchgeführt. 6. Abbauprodukte des Malathion, die von larvalem Fettgewebe in vitro entstanden, wurden durch Dünnschichtchromatographie getrennt. Die einzige festgestellte Verbindung entsprach dem Rf-Wert von Malathion-Monoacid. Die Anreicherung desselben entsprach dem Verlust an Malathion und war bei dem resistenten Stamm durchgehend größer. 7. Die symmetrischen, dreifach substituierten Phosphor-Verbindungen, welche sich in früheren Untersuchungen vorzugsweise in resistenten Stämmen als Synergisten von Malathion erwiesen hatten, wurden auf ihre Wirkung beim in vitro-Abbau von Malathion geprüft. Der Abbau wurde in beiden Stämmen bis auf einen Rest verhindert, der geringer war als der des nichtverhinderten empfindlichen Stammes. Andere Synergisten wurden ebenfalls, aber mit unterschiedlichen Ergebnissen erprobt; jedoch war keiner ebenso wirksam wie die der ursprünglichen Serien, die für Carboxyesterase-Hemmer gehalten werden. 8. Larvale Fettkörper wurden homogenisiert und durch Zentrifugieren in verschiedene Fraktionen getrennt. Maximaler Malathion-Abbau war nachweislich mit der Mikrosomen-Fraktion verbunden. 9. Eindringen und Abbau des Malathion wurden in vivo an erwachsenen Schmeißfliegen untersucht. Das Eindringen verlief beim resistenten Stamm etwas schneller, während dann im Inneren Malathion-Monoacid immer doppelt so hoch war wie Malathion. Das Umgekehrte galt für den empfindlichen Stamm. 10. Gewebe adulter Schmeißfliegen wurden homogenisiert und zentrifugiert (wie die larvalen Fettkörper) und wieder fand sich die maximale Aktivität in der Mikrosomen-Fraktion. 11. Die Eigenschaften der Esterasen beider Stämme wurden untersucht. Die Cholinesterase-Niveaus waren etwa gleich, aber die Ali-Esterase-Aktivität betrug in dem resistenten Stamm nur 10–20% der im empfindlichen gefundenen. 12. Homogenisierung und Zentrifugierung der Gewebe zeigten, daß die Ali-Esterase-Aktivität in der Mikrosomen-Fraktion lokalisiert ist. 13. Beide Stämme wurden gekreuzt. Die auf Resistenz ausgelesene Hybridnachkommenschaft hatte niedrigere Ali-Esterase-Spiegel. Paarungen innerhalb eines auf niedrigen Ali-Esterase-Gehalt ausgelesenen Hybridstammes ergaben eine hochresistente Nachkommenschaft.     

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.     

Synthese von Pigmenten und Entwicklung des Photosyntheseapparates in einigen Höheren Pflanzen

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

Änderungen im Wirkungsgrad der Photosynthese als Basis erhöhter Produktivität

Am Beispiel von Phaseolus vulgaris var. nanus L. wird gezeigt, wie die einzelnen ökologischen Parameter den photosynthetischen Prozeß der Energiekonversion und Speicherung beeinflussen. Einzig eine kontinuierliche Erhöhung der Temperatur bewirkt einen simultanen Anstieg der Nettophotosynthese sowie des CO₂- und des Lichtwirkungsgrades der Photosynthese. Wegen des vergleichsweise niederen Temperaturoptimums von C3-Pflanzen bleiben die Nettophotosyntheseraten gering und ihr Wirkungsgrad bei Starklicht ist schlecht, obwohl C3-Pflanzen grundsätzlich mit einem höheren Wirkungsgrad arbeiten könnten als C4-Pflanzen. Soll das Gesamtenergieangebot an Licht und Temperatur durch C3-Pflanzen besser genutzt werden können, muß das Temperaturoptimum angehoben werden. Dies geschieht am besten durch eine Erhöhung der CO₂-Konzentration. Wie nun die ökologischen Parameter Licht, CO₂ und Temperatur in den verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten auf die Effizienz der Photosynthese einwirken, wurde an Hand einer durch Meßwerte kontrollierten Modellvorstellung erarbeitet. Mit dieser Methode läßt sich auch die phorosynthetische Nutzung einer Erhöhung der Lichtintensität oder CO₂-Konzentration bestimmen. So sollen hohe CO₂-Konzentrationen immer nur bei hohen Lichtintensitäten und hohen Temperaturen (? 35 C) geboten werden. Die erhöhte CO₂-Tension muß daher immer gut auf das aktuelle Gesamtenergieniveau abgestimmt werden: Bei 35 C sollten CO₂-Konzentration (Y) und Lichtintensitär (X) der Funktion y = 1,5+60 angepaßt sein. Für Phaseolus ließe sich unter Glas durch entsprechende Manipulation der Kulturbedingungen die in trockenen Bohnen zu speichernde Sonnenenergie von 0.17 % auf 0,32 % der Globalstrahlung erhöhen. Dies bedeutet einen möglichen Ertragsgewinn von fast 100 %. Leider kann dieser Erfolg die an sich stark negative Energiebilanz der gärtnerischen und landwirtschaftlichen Kulturen nur geringfügig verbessern, da die Änderung der Kulturbedingungen im Glashaus relativ hohe zusätzliche Energieinvestitionen nach sich zieht und in vom Energieaufwand her günstigeren Freilandkulturen eine Erhöhung der CO₂-Konzentration nur schwer verwirklichbar ist.     

Tagesperiodik,Revierverhalten und Beutefang der Geißelspinne Admetus pumilio C. L. Koch im Freiland*

Auf einer Fläche von ca. 40 × 60 m eines Regenwaldes bei Manaus/Amazonas wurden über 30 Admetus pumilio untersucht, sowie Temperatur, Feuchte und Helligkeit im Biotop registriert. Man findet immer nur ein Tier in einer Höhle am Fuß großer Bäume; nahezu jedes derartige Versteck ist besetzt. Der Aktivitätsverlauf zeigt im Freiland 3 Aktivitätsschübe: der abendliche dient der Nahrungsaufnahme, der nachmitternächtliche dem Verlassen des engeren Reviers zu Partnersuche oder zum Höhlenwechsel, der morgendliche zur Rückkehr ins Versteck. Der Aktivitätsbeginn gegen 16 Uhr ist endogen, das Aktivitätsende gegen 6.30 Uhr weitgehend exogen bestimmt. Der Rückzug in die Höhle am Morgen erfolgt bei 10fach niedrigerer Helligkeit als der Auszug aus dieser am Abend. Adulte Geißelspinnen behalten über mehrere Wochen die gleiche Höhle bei; beobachtet wurde bis zu 65 Tagen. Innerhalb eines untersuchten Umkreises von 7—10 m können sie sich hervorragend orientieren — vermutlich olfaktorisch. Die Beutefanghandlung wird beschrieben und die Orientierung hierbei analysiert. Zwei mechanorezeptorische Systeme werden nach- oder nebeneinander wirksam: Trichobothrien auf den Schreitbeinen leisten die Fernorientierung und dirigieren die Annäherung an die Beute bis in den Wirkungsbereich der Tastbeine, die die Orientierung im Nahbereich übernehmen, vor allem beim Packen der Beute. Die kutikularen Haarsensillen auf den Beinen werden kurz beschrieben.     

Propriorezeptive Kontrolle der Erregungsmuster eines Schaben-Motoneurons

Bei der Schabe Periplaneta americana L. wurde untersucht, welche Korrelationen zwischen propriorezeptiven Afferenzen und der Efferenz von Bein-Motoneuronen bestehen. Die Afferenzen wurden durch mechanische Reizung einzelner oder mehrerer Sensillen eines Borstenfeldes am Coxa-Trochanter-Gelenk ausgelöst. Die Efferenzen wurden an einem einzelnen, identifizierbaren Motoneuron des Mesothorax-Beinnerv 5 beobachtet. Die Aktivität dieses Motoneurons am unbeeinflußten Präparat wird Grundaktivität genannt. Ihre Frequenz liegt zwischen ≥ 0 und ≤ 15 Spikes/sec (Tab. 1). Nach Abtrennen der Coxa (distal vom Ableitort) oder der Abdominalkonnektive sinkt die Grundaktivität des Motoneurons ab, steigt dann im Verlauf von einigen Minuten wieder an; ihre Frequenz erreicht aber nicht so hohe Werte wie vorher (Abb. 2). Wenn die Unterschlund-Prothoraxkonnektive durchtrennt werden, nimmt die Spike-Aktivität im Beinnerv zu und bleibt über Stunden erhöht. Bei Reizung von Borsten am Coxa-Trochanter-Gelenk treten im Beinnerv 5 sensorische Spikes auf. Bei einmaligem Abbiegen einer einzelnen Borste schnellt ihre Frequenz maximal auf 600—700 Spikes/sec und klingt dann sehr rasch ab. Bei vibratorischer Reizung einzelner Borsten ist die Spikefrequenz im Bereich zwischen 100 und 500 (gelegentlich 700) Hz annähernd gleich der Reizfrequenz (Abb. 3, 4). In dem Beinnerv-Motoneuron steigt kurz (etwa 35—90 msec) nach Beginn eines Vibrationsreizes auf eine einzelne Borste die Spike-Aktivität sprungartig auf eine höhere, konstantbleibende Frequenz (je nach Präparat 24—59 Spikes/sec) an (Abb. 6). Nach Reizende fällt sie sogleich (≤ 500 msec) auf den Wert der Grundaktivität oder tiefer ab. Dasselbe gilt bei gleichzeitiger Reizung mehrerer Borsten (Tab. 2). Die ganglionäre Überleitungszeit der Borstenfaser-Erregungen auf das Beinnerv-Motoneuron beträgt im Minimum 2—3 msec. Die Grundaktivität der Bein-Motoneurone beruht auf Erregungszuflüssen von sensorischen Fasern im Beinnerv, von Interneuronen des Bauchmarks (damit wohl indirekt von Cercal-Sensillen) und wahrscheinlich von anderen, unbekannten Neuronen, die in der Peripherie oder im Zentrum liegen. Die Afferenzen von den Borstenfeldern am Coxa-Trochanter-Gelenk enthalten Angaben über die Bewegungen und wahrscheinlich auch über die jeweilige Stellung dieses Gelenks. Die Erregungen von den Coxa-Trochanter-Borstenfeldern werden im zugehörigen Thoraxganglion mit einer Verzögerungszeit von 1—2 msec monosynaptisch auf das Bein-Motoneuron übertragen.