Die Wechselwirkung von Hellrot,Dunkelrot und Blaulicht bei der Photomorphogenese von Farngametophyten [Dryopteris filix-mas (L.) Schott]

Summary In Fig. 1 we have reproduced the action spectrum of photomorphogenesis in fern gametophytes (Dryopteris filix-mas (L.) Schott). The morphogenetic index L/W is shown as a function of wavelength (L=length, W=maximal width of the protonema). In experiments in which simultaneous irradiation with red and far-red was applied it has been shown (Fig. 2) that the effect of red light (lowering of the L/W-index) can be nullified by a simultaneous application of a suitable quantum flux density of far-red light. This fact means that the effects of red and far-red light on morphogenesis as measured by the L/W-index (Fig. 1) can be attributed exclusively to phytochrome.The strong morphogenetic effect of short wavelenth visible (=blue) light (strong lowering of the L/W-index) cannot be influenced by simultaneously applied far-red light (Fig. 4), whereas red light cancels the effect of blue light to a certain extent as measured by the L/W-index (Fig. 5). It has been concluded that the effect of blue light is due to a photoreceptor other than phytochrome, probably a flavoprotein. The antagonism between blue and red can be understood if we assume that the phytochrome-mediated growth at the tip of the apical cell of the protonema (e.g. Etzold, 1965) is fully promoted by P₇₃₀ only at a high relative concentration of P₇₃₀. The low relative concentration of P₇₃₀ under far-red light is too low to counteract significantly the blue light dependent response. Blue light initiates isodiametric growth of the apical cell instead of tip growth (Mohr, 1965). Under far-red light (a low level of P₇₃₀) growth of the apical cell seems to be restricted to the extreme tip of the apical cell. Slender protonemas with a high L/W-index are the result. Under red light (a high level of P₇₃₀) the growing zone of the apical cell is somewhat broader. As a consequence the protonemas are broader and the L/W-index is lowered.     

Die Steuerung der Proteinsynthese und der Morphogenese bei Farnvorkeimen durch Licht

Ohne ZusammenfassungMit 5 Textabbildungen     

Physiologisch polarisierter Massenaustausch und Photosynthese bei submersen Wasserpflanzen. I

Ohne Zusammenfassung     

Ein Vergleich der Photomorphogenese der Gametophyten vonAlsophila australis (BR) undDryopteris filix-mas (L) Schott

Ohne ZusammenfassungMit 14 Textabbildungen     

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).

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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.

     

Kinetische studien zur Interpretation der Wirkung von Sukzedanbestrahlungen mit Hellrot und Dunkelrot bei der Photomorphogenese (Anthocyansynthese bei Sinapis alba L.)

Zusammenfassung In einer früheren Arbeit (Bertsch und Mohr, 1965) haben wir bei der lichtinduzierten Anthocyansynthese des Senfkeimlings gefunden, daß eine Vorbestrahlung mit Dunkelrot die Wirkung einer nachfolgenden Bestrahlung mit Hellrot steigert. Eine Vorbestrahlung mit Hellrot hingegen reduziert die Wirksamkeit einer nachfolgenden Bestrahlung mit Dunkelrot (Tabelle 1). Die 48 St nach Beginn des Bestrahlungsprogramms vorhandene Menge an Anthocyan wurde als ein Maß für die Wirksamkeit der Sukzedanbestrahlungen angesehen. — In der vorliegenden Arbeit wurde mit Hilfe kinetischer Studien gezeigt, daß ein spezifischer Effekt der Dunkelrot-Vorbestrahlung nicht existiert. Der apparente Effekt ist darauf zurückzuführen, daß das zuerst gegebene Dunkelrot die lag-Phase für das nachfolgende Hellrot eliminiert. — Der Effekt, daß eine Hellrot-Vorbestrahlung die Wirkung von nachfolgendem Dunkelrot stark reduziert, ist hingegen real. Dieser Effekt muß auf einen Verlust an Phytochrom zurückgeführt werden.

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Kinetical studies to interpret the effects of succedaneous irradiations with red and far-red on photomorphogenesis (anthocyanin synthesis in mustard seedlings, Sinapis alba L.)

Summary In a previous paper (Bertsch and Mohr, 1965) we reported that in light-induced anthocyanin synthesis of the mustard seedling (Sinapis alba L.) a preirradiation with far-red light increases the effectiveness of a following irradiation with red light, whereas a preirradiation with red reduces the effectiveness of a following irradiation with far-red (Table 1). The amount of anthocyanin present 48 hours after the onset of the irradiation programme was taken as a gauge for the effectiveness of the irradiation with succedaneous red and far-red (and vice versa).In the present paper it is shown—using detailed kinetical studies (Fig. 1 and 2) —that a specific potentiating effect of the preceding far-red is not involved. The apparent effect is due to the fact that the preceding far-red eliminates the lag-phase for the following red (Fig. 1). — On the other hand, the depressing effect of red light preceding far-red is very real. This latter effect must be attributed to a loss of phytochrome.We demonstrate in the present paper that the effects of succedaneous red and far-red irradiations can be attributed altogether to phytochrome if several assumptions concerning the stability of phytochrome 730 (Hartmann, 1966; Wagner and Mohr, 1966) are made. These assumptions seem to be well justified. — In any case our kinetical studies have revealed no data which indicate that in red or far-red light we have to deal with anything else except phytochrome.

     

10. P. Hoffmann und R. Irmler: Vitamin K1-Gehalt und Photosynthese bei höheren Pflanzen

Vitamin K1 wird nach der quantitativen Methode von EGGER (1965) bei Arabidopsis thaliana, Phaseolus vulgaris und Triticum aestivum innerhalb charakteristischer Entwicklungsstadien bestimmt und der Vitamingehalt mit der gleichzeitig analysierten Chlorophyllkonzentration sowie der Photosyntheseintensität verglichen. Alle drei Versuchsobjekte besitzen innerhalb der jüngsten Stadien den niedrigsten Vitamingehalt, der im Laufe der Entwicklung bis zum letzten Stadium ansteigt, die Photosyntheseintensität zeigt ein gegensinniges Verhalten. Die an den drei Versuchsobjekten übereinstimmend erhaltenen Ergebnisse erlauben den Schluß, daß Vitamin K1 in der Pflanze im überschuß synthetisiert wird und so-mit keinen begrenzenden Faktor für die Photosyntheseintensität darstellt. Herrn Doz. Dr. K. EGGER (Heidelberg) danken wir für die freundliche überlassung von Testsubstanzen.     

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

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

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

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

Zur Regulation der RNS-Synthese durch Phytochrom bei der Photomorphogenese des Senfkeimlings (Sinapis alba L.)

Summary P₇₃₀, the active phytochrome, increases the rate of RNA synthesis (Table) and the RNA contents in the cotyledons of the mustard seedling (Sinapis alba L.) (Fig. 1) whereas the RNA contents in the hypocotyl is decreased under the influence of P₇₃₀ (Fig. 2).—It takes about 6 hours until changes in the RNA contents-which must be attributed to the formation of P₇₃₀—can be measured after the onset of light (continuous far-red). Since the lag-phases of positive photoresponses in the cotyledons and negative photoresponses in the hypocotyl (Mohr, 1966) are in general much shorter than 6 hours, the changes of the RNA contents of the organs cannot be regarded as being directly connected with the formation of characteristic positive photoresponses such as anthocyanin synthesis, induced enzyme synthesis, ascorbic acid synthesis, etc., or negative photoresponses such as inhibition of hypocotyl lengthening.We have rather to conclude that the changes of RNA contents are secondary adaptations of the organs which lead to an increase (cotyledons) or decrease (hypocotyl) of protein synthesizing capacity of the cells and tissues. The P₇₃₀-dependent increase of bulk RNA in the cotyledons is probably due to a differential gene activation and the P₇₃₀-dependent decrease of bulk RNA in the hypocotyl is due to a differential gene repression. The causalities of these processes are possibly complex.The hypothesis of differential gene activation or repression by P₇₃₀ (Mohr, 1966; Schopfer, 1967a, b) is not disproved by these results. We have rather to reach a conclusion which has already been suggested by other data (e.g. Karow and Mohr, 1966), namely, that positive as well as negative photoresponses are due to changes in the activity of a limited (possibly small) number of enzymes. Correspondingly changes in only a minute amount of the total RNA are directly involved in the formation of photoresponses. These changes cannot be detected by following RNA contents.—It seems to be of great interest, however, that P₇₃₀ eventually brings about strong tissue specific changes in the RNA contents per cell as described in the present paper.     

Die Wirkung von Rotlicht und Blaulicht auf die Photosynthese von Acetabularia mediterranea

Zusammenfassung Die Photosynthese-Rate von Acetabularia mediterranea stellt sich in blauer Strahlung (350–500 nm) auf ein bestimmtes Niveau ein, in roter Strahlung (600–700 nm) fällt sie dagegen innerhalb von 2–3 Wochen bis ungefähr auf den Kompensationspunkt ab (Abb. 1). Der Photosyntheseapparat wird jedoch durch Rotlicht nicht irreversibel geschädigt, denn nach Bestrahlung mit Blaulicht steigt die Photosynthese-Rate in ca. 3 Tagen wieder auf den Ausgangswert an (Abb. 5). Dem Anstieg geht eine lag-Phase von mehreren Stunden voraus (Abb. 10). Photosynthese kann auch induziert werden, wenn die Bestrahlung mit Rotlicht kurzfristig täglich durch Blaulicht unterbrochen wird. Die erreichte Photosynthese-Rate hängt von der täglichen Blaulichtmenge ab und ist wahrscheinlich proportional dem Logarithmus der Blaulichtmenge.Die Wirkung roter und blauer Strahlung und zusätzlicher blauer Strahlung zum Rotlicht auf das Zellwachstum und die Substanzproduktion läßt sich zwanglos durch den Einfluß der Strahlung auf die Photosynthese-Rate der Zelle erklären.

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The influence of red light and blue light on the photosynthetic activity of Acetabularia mediterranea

Summary In blue light (350–500 nm) the rate of photosynthesis (oxygen evolution) of Acetabularia is almost constant after a short period of transition (Fig. 1). In red light (600–700 nm), however, it decreases within 2–3 weeks almost to zero (compensation point). The photosynthetic apparatus is not damaged irreversibly by red light, because transfering the cell from continuous red light (2 weeks) to continous blue light results in an increase of the rate of photosynthesis within 3 days up to the level in blue light (Fig. 5). Photosynthesis can also be stimulated if continuous red light is interrupted daily by short breaks of blue light. The rate of photosynthesis at the end of the induction period depends upon the amount of blue light per day (Fig. 5 and 6) and is probably proportional to the logarithm of this amount.Cell growth (Figs. 2, 7, 8) and formation of dry matter (Figs. 3, 9) in continuous red light, in blue light and in continuous red light supplemented by blue light is controlled by the rate of photosynthesis under these light condition.

     

Satellitenassoziationen bei autosomalen und gonosomalen Chromosomenanomalien und bei Hypothyreosen

Zusammenfassung In den Gruppen der Kinder mit Down-Syndrom (23), deren Eltern (9), der Kinder mit Turner-Syndrom (5) und behandelter Hypothyreose (9) wurden im Vergleich zu Kontrollen (25) erhöhte Satellitenassoziationswerte gefunden. Daß die Gruppe der Kinder mit Down-Syndrom und einige von deren Eltern vermehrt Assoziationen aufweisen, könnte mit einer mit erhöhter Satellitenassoziation einhergehenden Tendenz zu Chromosomenanomalien in Zusammenhang stehen. Die erhöhten Werte bei den behandelten Hypothyreosen könnten mit der Wirkung des Thyroxins erklärt werden.

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Satellite associations in patients with chromosome anomalies and with hypothyreosis

Summary As compared with controls (25) an increased frequency of satellite association was observed in groups of mongoloid children (23), their parents (9) and in cases of Turner's syndrom (5) and treated hypothyreosis (9). The high incidence of associations in the group of mongoloids and in some of their parents may be explained with a possible simultaneous tendency to satellite association and nondisjunction. The high values in treated hypothyreosis could be the consequence of thyroxin action.

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Mit Unterstützung der Schweizerischen Akademie der medizinischen Wissenschaften     

Trehalose, Respiration und Photosynthese in dem Farn Ophioglossum, Ein neuer Schattenblattypus

Trehalose, Resipration and Photosynthesis in the Fern Ophioglossum. A new Type of Shade-Leaves.—Trehalose has been identified in the leaf-blades, sporehouses, stems and rhizomes of the fern Ophioglossum vulgatum by paper chromatography. The leaf-blades represent a hitherto undescribed type of shade-leaf. Just like normal shade-leaves, they have a low respiratory activity ～0.2–0.3 mg CO₂ per 50 cm² leaf-blade (one side only) and hour at 20°C and low maximal photosynthesis: 2–2.7 mg CO₂ per 50 cm² leaf-blade (one side only) and hour at 20°C and a CO₂-pressure of 0.25 mm Hg and a light intensity of 20,000 lux. But in contrast to the hitherto described type of shade-leaves, the area per 1 g fresh weight is that of typical sun-leaves which is 35–50 cm² (one side only) per 1 g fresh weight. The large area weight is connected with particularly low dry matter content ～10–11 per cent in the leaf-blades; this indicates that the material is a kind of semisucculent shade-leaf.