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.

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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).

     

Experimente zur Wirkung von Actinomycin D auf die durch Phytochrom bewirkte Anthocyansynthese

Summary Phytochrome-mediated anthocyanin synthesis of the mustard seedling can be blocked by moderate concentrations of Actinomycin D (10 g/ml in the solution around the seedling) if the substance is applied before the onset of far-red light (Fig. 1). If, however, the seedlings are irradiated with far-red for 6 hours, transferred to the dark for one hour, incubated with Act. D for 3 hours (in the dark) and then re-irradiated with continuous far-red, anthocyanin synthesis can only partially be inhibited (Fig. 2). — There are good arguments that the physiological action of the small stationary concentration of P₇₃₀ which is left in the plant after we turn off the far-red light will virtually stop at the moment when the light is turned off (Wagner and Mohr, 1966a). Furthermore the P₇₃₀-dependent mRNAs which are involved in anthocyanin synthesis seem to be shortlived (Lange and Mohr, 1965; Mohr and Senf, 1966; Durst and Mohr, 1966). Considering these arguments and the results of the present paper we cannot but conclude that genes which have once been activated by P₇₃₀ will not return to the original state—at least with respect to Act. D sensitivity—even when the activating (or de-repressing) agent (P₇₃₀ in our case) has disappeared.

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Experimente zur Wirkung von Actinomycin D auf die durch Phytochrom bewirkte Anthocyansynthese

     

Vom Einfluß des Phytochroms auf die Xylemdifferenzierung im Hypokotyl des Senfkeimlings (Sinapis alba L.)

Zusammenfassung P₇₃₀, das aktive Phytochrom, bewirkt eine vermehrte Bildung von Gefäßen (Tracheen und Tracheiden) im Hypokotyl des Senfkeimlings. Das Differenzierungsmuster der Leitbündel und der Verlauf der Leitbahnen sind im belichteten und im etiolierten Keimling gleich. Es wird geschlossen, daß auch bezüglich der Ausbildung der Leitbahnen das P₇₃₀ lediglich im Rahmen einer sekundären Differenzierung als Auslöser wirkt. Die primäre Differenzierung (vgl. Wagner und Mohr, 1966 b) wird durch P₇₃₀ offenbar nicht beeinflußt.

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Phytochrome-mediated control of xylem differentiation in the hypocotyl of the mustard seedling (Sinapis alba L.)

Summary P₇₃₀, the active phytochrome, causes an increased formation of xylem elements (tracheids and vessel elements) in the hypocotyl of the mustard seedling (Figs. 3,4). On the other hand, the pattern of differentiation of the bundles and the course of the bundles within the hypocotyl (Figs. 1,2) are the same in etiolated as well as in illuminated seedlings.—It has been concluded that in connection with bundle differentiation P₇₃₀ acts only as a trigger at the level of secondary differentiation. The pattern of differentiation is laid down in the course of primary differentiation which apparently is not influenced by P₇₃₀. The same problem has been dealt with more in detail in a foregoing paper (Wagner and Mohr, 1966b).

     

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.     

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.

     

Protein- und RNS-Gehalt des Hypokotyls beim stationären Wachstum im Dunkeln und unter dem Einfluß von Phytochrom (Keimlinge von Sinapis alba L.)

Zusammenfassung Das Wachstum des Hypokotyls wurde an Restkeimlingen ohne Kotyledonen (Abb. 1) untersucht. Die Wachstumsgeschwindigkeit ist in dem von uns untersuchten Zeitraum sowohl im Dunkeln als auch unter dem Einfluß von P₇₃₀ (Dauer-Dunkelrot) praktisch konstant. Obgleich sich die Wachstumsgeschwindigkeiten im Dunkeln und im Dauer-Dunkelrot um den Faktor 4 unterscheiden, hat das Dunkelrot keinen signifikanten Einfluß auf den Gesamt-Proteingehalt des Hypokotyls (bzw. der durchschnittlichen Hypokotylzelle). Der Proteingehalt nimmt im Dunkeln und im Licht kontinuierlich ab. Auch der Gesamt-RNS-Gehalt zeigt innerhalb des Versuchszeitraums eine Abnahme, die unter dem Einfluß von Dunkelrot früher einsetzt als im Dunkeln. — Man kann aus den Daten der vorliegenden Arbeit schließen, daß nur ein kleiner Teil des Gesamt-Proteins und der Gesamt-RNS einer Zelle mit dem Zellwachstum unmittelbar in Verbindung gebracht werden kann.

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Protein and RNA contents of the hypocotyl during steady state growth lengthening in the dark and under the influence of phytochrome (seedlings of sinapis alba L.)

Summary Inhibition of hypocotyl lengthening by phytochrome can be regarded as a prototype of a negative photoresponse. The hypothesis has been advanced (Schopfer, 1967) that negative photoresponses are the consequence of a differential gene repression which is exerted by P₇₃₀, the active phytochrome. This hypothesis is mainly based on experiments with specific inhibitors of RNA- and protein synthesis. —The present paper is part of an experimental program which has been designed to check this hypothesis.—Continuous irradiation with standard far-red has been used to establish a virtually stationary concentration of P₇₃₀ over the whole period of experimentation (36–60 hours after sowing). To correlate more strictly the growth response of the hypocotyl with molecular changes in this organ the axis system without cotyledons has been used (Fig. 1). Even under these conditions the growth rate of the hypocotyl is nearly constant in light (continuous far-red) and dark during the whole period of experimentation (36–60 hours after sowing) (Fig. 2, 3). It is known from earlier experiments that cell division in the hypocotyl are very rare during this period and that there is virtually no increase in the DNA contents of the organ during the period of our experimentation (Weidner, 1967). Obviously the number of cells per hypocotyl is virtually constant between 36 and 60 hours after sowing. Organ (i.e. hypocotyl) lengthening is nearly exclusively due to cellular lengthening.—If we follow the protein contents of the hypocotyl we find (Fig. 4) that the total protein of the organ decreases steadily in spite of the fact that the organ grows at a constant rate. There is no significant difference in protein contents between dark-grown and far-red grown systems although the growth rates differ by a factor of 4 (Fig. 2, 3).—The situation is some-what different with respect to total RNA (Fig. 5). The RNA contents eventually decrease in far-red as well as in dark-grown systems but the decrease is significantly faster in the far-red treated systems than in the dark controls.—It is concluded that only a very small part of the total RNA and total protein of a cell can be related to the control of cellular growth. Changes in bulk RNA and bulk protein obviously do not necessarily reflect changes in the growth rate or growth capacity of an organ or a cell.

     

Anthocyanin formation in turnip seedlings (Brassica rapa L.): Evidence for two light steps in the biosynthetic pathway

Summary In turnip seedlings, anthocyanin synthesis can be induced with light as soon as water uptake enables the seed coat to be removed. In very young seedlings the main site of production is in the cotyledons but this moves to the hypocotyl when the period of dark growth, before transfer to the light, is increased. The total amount of anthocyanin formed decreases as the seedlings become older. It is suggested that a substance stored in the cotyledons is needed for anthocyanin synthesis and that this substance disappears during growth in the dark. It cannot be replaced by known anthocyanin precursors such as phenylalanine, acetate, shikimic acid and sugars.Anthocyanin synthesis in the hypocotyl is almost completely prevented when the cotyledons are excised, or covered: no anthocyanin is formed in the hypocotyl when the cotyledons alone are irradiated. Cotyledons that have been excised from the hypocotyl synthesize about as much anthocyanin as is formed in the whole intact seedling, but covering the hypocotyl does not increase the amount formed in the cotyledons. These results suggest that pigment synthesis begins in the cotyledons, where a light reaction is needed for the formation of a precursor; the precursor is translocated to the hypocotyl where a second photochemical reaction is required for anthocyanin synthesis. If translocation to the hypocotyl is prevented, anthocyanin is formed in the cotyledons. The nature of the transported precursor is not yet known.

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Zusammenfassung In Keimlingen vonBrassica rapa kann Anthocyansynthese durch Licht induziert werden, sobald es möglich ist, die Samenschale zu entfernen. In den jüngsten Keimlingen sind die Kotyledonen der Ort stärkster Anthocyanbildung, in älteren Keimlingen das Hypokotyl. Die Gesamtmenge an gebildetem Anthocyan nimmt mit zunehmendem Alter der Keimlinge ab. Es wird vermutet, daß eine für Anthocyansynthese notwendige Substanz in den Kotyledonen gespeichert ist und während des Wachstums im Dunkeln abnimmt. Diese Substanz konnte durch bekannte Anthocyanvorstufen wie Phenylalanin, Acetat, Shikimisäure und Zucker nicht ersetzt werden.Anthocyansynthese ist im Hypokotyl fast vollständig unterdrückt, wenn die Kotyledonen entfernt oder verdunkelt werden: Kein Anthocyan wird im Hypokotyl gebildet, wenn die Kotyledonen allein belichtet werden. Isolierte Kotyledonen synthetisieren ungefähr die gleiche Menge Anthocyan wie intakte Keimlinge, aber eine Verdunkelung des Hypokotyls bewirkt keine Steigerung der Anthocyanbildung in den Kotyledonen. Diese Ergebnisse lassen vermuten, daß die Synthese von Anthocyan in den Kotyledonen beginnt, wo eine lichtabhängige Reaktion zur Bildung einer Zwischenstufe notwendig ist; diese Zwischenstufe wird in das Hypokotyl transportiert, wo eine zweite photochemische Reaktion für Anthocyansynthese erforderlich ist. Wird der Transport in das Hypokotyl verhindert, findet Anthocyansynthese in den Kotyledonen statt. Über die Natur dieser Zwischenstufe ist jedoch noch nichts bekannt.

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With 9 Figures in the Text     

Phytochrom-induzierte Enzymbildung (Phenylalanindesaminase), ein schnell ablaufender Prozeß

Zusammenfassung Bei Erstbelichtung des Senfkeimlings mit Dauer-Dunkelrot tritt der P₇₃₀-abhängige Anstieg der Phenylalanindesaminase-Aktivität erst mit einer lag-Phase von 1,5 Std ein (Abb. 3, 4 unten). Bei einer Zweitbelichtung (Programm: Erstbelichtung — längere Dunkelperiode — Zweitbelichtung) fehlt die lag-Phase (Abb. 4, oben). Die Enzymaktivität steigt sofort linear an. Da der Anstieg der Enzymaktivität wahrscheinlich auf eine de novo Synthese von RNS und Enzymprotein zurückzuführen ist (Tabelle), so erscheint der Schluß berechtigt, daß P₇₃₀ sehr rasch eine differentielle Genaktivierung mit anschließender Enzymsynthese bewirken kann, falls die Gene der Aktivierung durch P₇₃₀ zugänglich sind. Die relativ lange lag-Phase nach Einsetzen der Erstbelichtung benötigt das P₇₃₀ offenbar dazu, die potentiell aktiven Gene (P₇₃₀) für das P₇₃₀ zugänglich zu machen. Das Problem der primären lag-Phase ist in einer vorangegangenen Arbeit zur P₇₃₀-abhängigen Anthocyansynthese ausführlich diskutiert worden (vgl. Lange, Bienger und Mohr, 1967).

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Phytochrome-mediated enzyme formation (Phenylalanine deaminase) as a rapid process

Summary In previous papers we have reported (Mohr and Durst, 1966a, b) that synthesis of phenylalanine deaminase (EC 4.3.1.5), an important enzyme of phenolic metabolism, can be stimulated by the physiologically active phytochrome (=P₇₃₀) in the mustard seedling. The data of the present paper suggest that induction of this enzyme is a rapid process if the gene in question is easily accessible for the activating action of P₇₃₀.The seedlings were irradiated with continuous standard far-red light. Longtime irradiation with far-red will maintain a low but virtually constant level of P₇₃₀ in the seedling over an extended period of time. At the moment when the far-red light is turned off the action of P₇₃₀ will virtually cease. — Fig. 3 and Fig. 4, lower part, show the kinetics of enzyme induction by P₇₃₀ in an etiolated seedling. The initial (or primary) lag-phase after the onset of far-red is 1.5 hours. If, however, a seedling which has been pre-irradiated with 12 hours of far-red is kept in darkness for 6 hours and is then re-irradiated with far-red no lag-phase for the action of the second irradiation can be found. Enzyme activity increases immediately after the onset of far-red. Since the action of the second irradiation as measured by increase of enzyme activity can be inhibited by relatively low doses of Puromycin and Cycloheximide (table) we conclude that the re-appearance of P₇₃₀ leads to de novo synthesis of enzyme protein. — Application of Actinomycin D (10 g/ml) only partially inhibits the action of the second irradiation as measured by increase of enzyme activity. This finding was to be expected. In preceding papers (e.g. Mohr and Bienger, 1967) it has been concluded that genes which have once been activated by P₇₃₀ remain less sensitive towards Actinomycin D even when P₇₃₀ has disappeared. Taking into account all available data the conclusion seems to be justified that the induction of enzyme synthesis by P₇₃₀ (i.e. differential gene activation followed by enzyme synthesis) is a rapid process if the genes are accessible for the action of P₇₃₀. The relatively long initial lag-phase (1.5 hours) is needed to make the potentially active genes (P₇₃₀) accessible for the action of P₇₃₀. The problem of how the initial lag-phase can be understood has been dealt with more in detail in a previous paper on phytochrome-mediated anthocyanin synthesis (Lange, Bienger and Mohr, 1967).

     

An inexpensive bioassay aimed at the agricultural disposal of waste waters

Zusammenfassung Es wird einfache Methode beschrieben, die von S. Prát (1947) vorgeschlagen wurde. In Petri-Schalen werden Samen des Senfes (Sinapsis alba) auf Silongewebe aufgelegt und mit dem zu untersuchenden Wasser bewässert. Das Keimen der Samen, das Wachstum der Würzelchen sowie das Läangenvehältnis von Würzelchen zu dem Hypokotyl sind als Indikatoren der wasserbeschaffenheit anzusehen. Nicht nur die toxische Einwirkung, sondern auch Wasstumsförderung kann durch diese Testmethode ermittelt werden. Es wird vorgeschlagen, diese Methode besonders bei der Beurteilung des landwirtschaftlichen Zwecken dienenden Wassers und Abwasser anzuwenden, z. B. bei der Berieselung der Felder mit Abwasser, das nicht toxisch sein darf.     

Die Wirkung von Phytochrom und Actinomycin D auf die Chlorophyll a-Synthese von Senfkeimlingen (Sinapis alba L.)

Zusammenfassung Eine Vorbestrahlung der etiolierten Senfkeimlinge mit 4 Std Dunkelrot bewirkt eine Steigerung der Chlorophyll a-Synthese im Weißlicht. — Andererseits wird die Chlorophyll a-Synthese bereits durch relativ niedrige Actinomycin D-Konzentrationen gehemmt oder verzögert. — Die hemmende Wirkung von Actinomycin D ist — ausgedrückt in Prozent Hemmung — mit und ohne Vorbelichtung genau dieselbe. Auch die übrigen Daten deuten darauf hin, daß Actinomycin D nicht auf die Protochlorophyllsynthese als solche wirkt, sondern vielmehr die Synthese bestimmter Strukturproteine in den Plastiden beeinträchtigt. —Die Daten der Arbeit werden genphysiologisch gedeutet. Der wesentliche Punkt dabei ist, daß aktive Gene (z.B. jene, welche die Enzyme der bekanntlich auch im Dunkeln ablaufenden Protochlorophyllsynthese codieren) relativ unempfindlich gegenüber Actinomycin D sind; potentiell aktive Gene hingegen (z.B. jene, die einige nur im Licht entstehende spezifische Strukturproteine der Plastiden codieren) scheinen sehr viel empfindlicher gegenüber Actinomycin D zu sein. Diese Schlüsse stehen im Einklang mit einer früher geäußerten Hypothese (Lange und Mohr, 1965) und mit den Daten von Schopfer (1966) über die Regulation der Ascorbatsynthese im Senfkeimling durch Phytochrom und Actinomycin D.

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The action of phytochrome and actinomycin D on chlorophyll a formation in mustard seedlings (Sinapis alba L.)

Summary In the mustard seedling chlorophyll a synthesis under white light is enhanced by a pretreatment with far-red which maintains a low but virtually stationary concentration of active phytochrome (=P₇₃₀) (Fig. 1) during the period of irradiation (4 hours). — On the other hand chlorophyll a synthesis is inhibited or delayed by relatively low concentrations of Actinomycin D(=Act) (Fig. 2)The inhibitory action of Act (on a percent basis) is exactly the same with and without a far-red pre-irradiation (Fig. 3). Act in relatively low doses (5 or 10 g/ml) greatly extends the lag-phase of chlorophyll synthesis; however, these doses do not influence the effect of the far-red pretreatment on the rate of chlorophyll synthesis when it finally takes place (Fig.4,5,6). The data presented in this paper indicate that Act does not inhibit protochlorophyll synthesis as such; we have rather to conclude that Act inhibits the de novo synthesis of some specific structural proteins which are prerequisites of chlorophyll accumulation and maintenance in the plastids (Table 1). Synthesis of these structural proteins seems to be under the control of phytochrome too.It is concluded that those genes which are already in function are relatively resistant to Act (e. g. those genes which are needed for protochlorophyll synthesis) whereas potentially active genes (e. g. those which code some specific structural proteins of the plastids) are very sensitive to Act. —A similar conclusion has been reached in an earlier paper in connection with phytochrome-induced antocyanin synthesis (Lange and Mohr, 1965). Our argumentation is further supported by Schopfer's data on control of ascorbate synthesis in the mustard seedling by phytochrome and Act (Schopfer, 1966).

     

Über den Tagesrhythmus des Staren (Sturnus vulgaris) am Schlafplatz

Zusammenfassung An Massenschlafplätzen des Staren in Schleswig-Holstein wurden 1966 und 1967 die Erwach- und Schlafzeiten durch direkte Beobachtung bestimmt. Das Zur-Ruhe-Gehen und das Erwachen gehen im großen und ganzen den Zeiten für Sonnenaufgang und Sonnenuntergang parallel, deutliche Differenzen sind aber (wie bei den Untersuchungen von Haarhaus, 1968) zu konstatieren: Im Frühjahr ist die Aktivität länger als bei gleicher Tageslänge im Herbst.

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Roosting time of starlings

Summary Roosting times of starlings in Schleswig-Holstein (Northern Germany) are closely correlated with sunrise and sunset. A close examination reveals that in autumn the activity time is shorter than under identical photoperiods in spring. Similar results were published by Haarhaus, who studied starlings during their nesting time.

     

Die Wirkung von Actinomycin D auf die phytochromabhängigen Veränderungen des RNS-Gehaltes im Senfkeimling (Sinapis alba L.)

Summary Actinomycin D (10 g/ml) cancels completely the phytochrome-mediated RNA net synthesis in the cotyledons of the mustard seedling whereas RNA net synthesis in the cotyledons of the dark-grown seedling is only partially inhibited (Fig. 1). — In the hypocotyl Actinomycin D of the same concentration lowers the RNA contents in the light (i.e. far-red)-grown seedling as well as in the dark-grown seedling down to the same level (Fig. 2). In the presence of Actinomycin D phytochrome has no significant influence on the RNA contents neither in the cotyledons nor in the hypocotyl (Fig. 1,2).The data support the view that P₇₃₀, the active phytochrome, acts through differential gene activation in the cotyledons and predominantly through differential gene repression in the hypocotyl (cf. Mohr, 1966; Schopfer, 1967a, b). —The data further support the conception that active genes (as defined by Mohr, 1966 and Schopfer, 1967a, b) are much less sensitive towards Actinomycin D than potentially active and repressible genes (cf. Schopfer, 1967a; Mohr and Bienger, 1967).     

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.

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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.

     

Aktivitätsänderungen der Isocitritase (E C 4. 1. 3. 1.) Während der Photomorphogenese beim Senfkeimling (Sinapis alba L.)

Zusammenfassung In einer vorangegangenen Arbeit (Hock, Kühnert und Mohr, 1965) haben wir festgestellt, daß der Fettabbau im Senfkeimling über das aktive Phytochrom (= P₇₃₀) in einem bestimmten Ausmaß reguliert werden kann. Die Annahme lag nahe, daß die Regulation über die Isocitritase erfolge.In der vorliegenden Arbeit haben wir festgestellt, daß P₇₃₀ keinen Einfluß auf die Isocitritase-Aktivität des Senfkeimlings ausübt, obgleich sich die Isocitritase-Aktivität in dem von uns untersuchten Zeitraum (24–96 Std nach der Aussaat) stark verändert. Um diesen Nachweis zu führen, war es notwendig, störende phenolische Substanzen im Rohextrakt an Divergan zu adsorbieren und die Enzymaktivität auf die biologische Einheit Keimling zu beziehen.Puromycin hemmt die Isocitritase-Synthese stark; Actinomycin D hingegen hat kaum einen Einfluß. — Vielleicht liegt eine langlebige mRNS vor, und die Regulation erfolgt auf der Ebene der Translation. Auch andere Interpretationen sind jedoch möglich.

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Changes of activity of isocitritase (E C 4. 1. 3. 1.) during photomorphogenesis in mustard seedlings (Sinapis alba L.)

Summary In a previous paper (Hock, Kühnert and Mohr, 1965) we have shown that fat degradation in the cotyledons of the mustard seedling (Sinapis alba L). is under the control of active phytochrome (=P₇₃₀), at least to a certain extent. One could imagine that P₇₃₀ might exert this control over fat consumption through isocitritase (E C 4. 1. 3. 1). In the present paper we demonstrate that P₇₃₀ does not have any influence on the activity of isocitritase in the mustard seedling, although the enzyme activity does show a strong increase and a following decline during the time of our experimentation (Fig. 8, 9). — Isocitritase could be assayed in a satisfactory manner in the raw extract only after the adsorption of phenolic compounds on Divergan (Fig. 1, 3). Furthermore the biological unit of the seedling turned out to be the only reliable system of reference for the enzyme activity determined in the extract. Puromycin strongly inhibits isocitritase synthesis whereas Actinomycin D is hardly effective (Fig. 10). It has been concluded that there might exist a relatively stable m-RNA which has been formed during the early stage of germination. Regulation of enzyme synthesis might occur on the level of translation. The evidence for this conclusion is not convincing, however; other interpretations are not excluded.

     

Histochemische Calcium-Lokalisation in der Skelettmuskulatur des Frosches

Zusammenfassung Im Bauchmuskel des Frosches kann durch Fixation mit Oxalathaltiger Glutaraldehydlösung nach der Methode von Carasso und Farvard (1966) Calcium gefällt werden. Die Niederschläge liegen im Longitudinalsystem und zeigen daher einen höheren Calciumgehalt dieser Struktur an. Dieser Befund steht im Einklang mit der Auffassung, daß die Calciumpumpe auf das Longitudinalsystem beschränkt ist.

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Histochemical localization of calcium in frog skeletal muscle

Summary In the abdominal muscle of the frog calcium was precipitated by fixation with an oxalate containing glutaraldehyde solution after the method of Carasso and Favard (1966). The precipitates are located within the longitudinal system and indicate a high calcium concentration of this structure. This finding is consistent with the view that the calcium pump is confined to the longitudinal system.

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Der Herr Kultusminister des Landes Nordrhein-Westfalen unterstützte die Untersuchung durch eine Sachbeihilfe aus Überschußmitteln des WDR.

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Zum Teil vorgetragen auf der 13. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Elektronenmikroskopie e.V. vom 17.–21. 9. 1967 in Marburg im Rahmen eines Referates über Ionenlokalisation.     

Embryologische und histogenetische Studien an „monokotylen Dikotylen“ II.Pinguicula vulgaris L. undPinguicula alpinah L.

Zusammenfassung Die Embryoentwicklung und Keimlingsanatomie der beiden monokotylenPinguicula-ArtenP. vulgaris undP. alpina wurde untersucht. P. alpina unterscheidet sich von P. vulgaris dadurch, daß die Abkömmlinge der Etagem des vierzelligen Embryos am Aufbau des Hypokotyls beteiligt sind. Infolgedessen muß, entsprechend der vonSouèges vorgeschlagenen Klassifizierung,P. vulgaris dem Megarchetyp IV undP. alpina dem Megarchetyp III zugeordnet werden.Die Anlegung des einzigen Keimblattes erfolgt durch Aufwölbung eines Teiles des Terminalsegmentesl, unter Beteiligung vonl beiP. alpina. Die übrigen Zellen des Terminalsegmentes bilden den Sproßvegetationspunkt.Normalerweise wird von vornherein nur ein Keimblatt angelegt und von einem zweiten fehlt jede Spur. Nur beiP. alpina wurde in einem Fall ein anomal ausgebildeter, deutlich dikotyl-anisokotyler Embryo gefunden.Bei den Keimpflanzen vonP. vulgaris werden Hypokotyl und Primärwurzel von einem weitgehend reduzierten, monarchen Zentralzylinder durchzogen, der nach einer für die Übergangszone typischen Umordnung der Leitelemente als Medianus in den Kotyledo einzieht. Die Keimwurzel bleibt kurz und unverzweigt.Der Deutschen Forschungsgemeinschaft danken wir für Unterstützung der Untersuchungen.     

Die hemmung der Phytochrom-induzierten Anthocyansynthese durch puromycin und 2-thiouracil

Zusammenfassung Die durch Phytochrom 730 bewirkte Anthocyansynthese des Senfkeimlings kann durch Puromycin und 2-Thiouracil gehemmt werden. Im Gegensatz zu Actinomycin D (Lange u Mohr, 1965) hemmen diese Substanzen die Anthocyansynthese auch dann fast völlig, wenn sie erst längere Zeit, z. B. 12 Std. nach Lichtbeginn appliziert werden. Der Effekt von 2-Thiouracil kann aufgehoben werden, wenn man die Keimlinge in ein Medium mit Uracil oder Wasser bringt. Auch die gleichzeitige Applikation von Uracil und 2-Thiouracil führt zu einer zumindest partiellen Aufhebung des Hemmeffektes von 2-Thiouracil. Aus den Kinetiken kann man folgern, daß die Lebensdauer des kurzlebigsten Enzyms, das an der Anthocyansynthese beteiligt ist, in der Größenordnung von 6 Std liegt. Der Schluß erscheint aufgrund der Abb. 1. u. 2 berechtigt, daß die Synthese dieses Enzyms über P₇₃₀ reguliert wird. — Die Wirkung von 2-Thiouracil kann in unserem Fall offensichtlich nicht nur damit gedeutet werden daß 2-Thiouracil in RNS engebaut wird und dadurch falsche RNS entsteht. Man muß vielmehr annehmen, daß das 2-Thiouracil auch eine direkte, kompetitive Enzymhemmung verursacht.

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The inhibitory effect of puromycin and 2-thiouracil on the phytochrome-mediated synthesis of anthocyanin

Summary The phytochrome-mediated anthocyanin synthesis of the mustard seelding, Sinapis alba L., can be stopped by the application of relatively low concentrations of puromycin and 2-thiouracil. While actinomycin D, which has been investigated in a previous paper (Lange and Mohr, 1965), will block phytochrome-induced anthocyanin synthesis only if it is applied before or at the onset of light, puromycin and 2-thiouracil will stop anthocyanin synthesis even if they are applied at a later stage, e.g., 12 hours after the onset of light. — The effect of 2-thiouracil can be reversed if the seedlings are transferred to a medium containing uracil or to blank water. The simultaneous application of 2-thiouracil and uracil also leads to at least a partial reversal of the 2-thiouracil effect. — The kinetics of the puromycin inhibition (Fig. 2) indicate that the enzyme with the shortest life-time among those enzymes which are involved in anthocyanin production has a life-time in the order of 6 hours. One may reasonably conclude on the basis of Fig. 1 and 2 that synthesis of this particular enzyme is controlled by phytochrome 730. — The effect of 2-thiouracil (Fig. 3) cannot — in our case at least — be understood by only assuming that 2-thiouracil will be incorporated into RNA and thus will lead to the formation of wrong RNA. Inhibition by 2-thiouracil is much faster than inhibition by puromycin (Fig. 2,3). We have rather to conclude that 2-thiouracil may exert its effect mainly through a direct competitive enzyme inhibition.

     

Chemische und mikroskopische Untersuchungen über die Ursache des Kotyledonenbruches bei Samen vonPhaseolus vulgaris L.

Zusammenfassung Ausgehend von den Befunden früherer Versuche, nach denen bei Bohnenkotyledonen ein Zusammenhang zwischen geringer Quellungsgeschwindigkeit ihres Zellinhaltes und BruchhÄufigkeit besteht, wurden die Ursachen dieser verlangsamten Wasseraufnahme brechender Kotyledonen untersucht und auf deren Bedeutung bei der Entstehung der zum Kotyledonenbruch führenden Spannungen geschlossen.In den brechenden Kotyledonen treten grö\ere Lipidmengen auf als in den nichtbrechenden. Die geringere Quellungsgeschwindigkeit der lufttrockenen brechenden Kotyledonen beruht wahrscheinlich auf einer Abschirmung der normalerweise stark quellfÄhigen Aleuronkörner gegenüber dem eindringenden Wasser. Für die Abschirmung sind Lipidsubstanzen verantwortlich, die dem Tonoplasten unmittelbar aufliegen. Mit zunehmendem Wassergehalt der Kotyledonen wird diese Lipidbarriere durch EntmischungsvorgÄnge aufgehoben. Die sich daraus ergebende unterschiedliche Quellungsgeschwindigkeit von durchfeuchteten und trockenen Gewebebereichen führt wÄhrend des Quellvorganges zu Spannungen im Kotyledonengewebe. Die Spannungen sind bei den zu Quellbrüchen neigenden B-Kotyledonen mit einem Anfangswassergehalt von 11% auf Grund der sich durch vorübergehende Abschirmung der Eiwei\-substanzen stÄrker Ändernden Quellungsgeschwindigkeit erheblich grö\er als bei den nichtbrechenden F-Kotyledonen. In den B-Kotyledonen wird dabei die Gewebefestigkeit überwunden, und es entstehen Querrisse im Keimblatt.

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Chemical and microscopical investigations of the causes for cotyledonar ruptures in seeds ofPhaseolus vulgaris L.

Summary Results of previous investigations indicated a connection between slow swelling of cell contents and frequency of ruptures in bean cotyledons. This prompted an analysis of delayed water uptake in breaking cotyledons, which led to an evaluation of its role in the bildup of tensions resulting in cotyledonar ruptures.Breaking cotyledons contain higher amounts of lipids than non-breaking cotyledons. The delay in swelling of air-dry breaking cotyledons is likely to be due to masking of the aleuron grains, which are normally capable of pronounced swelling, against penetrating water. Lipid substances immediately apposed to the tonoplast are responsible for this masking. Increasing water content of the cotyledons leads to removal of the lipid barrier through phase separation. A difference in swelling velocities of wet and dry tissue regions results in tensions in the cotyledonar tissue during the swelling process. These tensions are strikingly more pronounced in B-cotyledons with an initial water content of 11%, which are disposed for breaking, because swelling velocities are changing more rapidly here due to transient masking of proteins than in non-breaking F-cotyledons. Tissue strength is thereby overcome, and transverse ruptures in the cotyledon arise.

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Diese Arbeit ist Teil einer Dissertation der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen FakultÄt der UniversitÄt Hamburg.

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Meinem verehrten Lehrer, Herrn Prof. Dr. U.Rüge, möchte ich an dieser Stelle für die zahlreichen RatschlÄge und wertvollen Anregungen herzlich danken.

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FrÄulein R.Timm bin ich für die gewissenhafte Ausführung der elektronenmikroskopischen Arbeiten zu au\erordentlichem Dank verpflichtet.

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Herrn Dr. D.Düvel danke ich ebenfalls für seine Unterstützung bei der Durchführung der elektronenmikroskopischen Untersuchungen.     

Vergleichende Untersuchungen an der Niere des Siebenschläfers (Glis glis L.) im Winterschlaf und im sommerlichen Wachzustand

Zusammenfassung Substrathistochemische Untersuchungen an der Niere des Siebenschläfers (Glis glis L.) haben gezeigt, daß die von Petry, Amon, Herzog und Kühnel (1964) beschriebene Proteinnephrose in der Hibernation durch eine zusätzliche Lipoid- und Pigmentspeicherung zu einem komplexen nephrotischen Bild ergänzt wird. Im Gegensatz zur siderotischen Pigmentablagerung sind Eiweiß- und Lipoidspeicherung reversibel und weitgehend auf den Winterschlaf beschränkt. Die enzymhistochemischen Ergebnisse zeigen, daß es sich bei der Pigment- und Eiweißphanerose zum Teil um intramitochondriale Einlagerungen handelt, wodurch die Succinodehydrogenase einen Aktivitätsverlust erleidet. Bei den Pigmenten handelt es sich um vorwiegend eisenhaltige Sideringranula, deren Ablagerung in der Niere auf die erhöhte glomeruläre Permeabilität zurückgeführt wird. Die abgelagerten Proteine werden substrat- und enzymhistochemisch charakterisiert. Die zur Speicherung führende Rückresorption aus dem Tubuluslumen dürfte auch im Winterschlaf voll erhalten bleiben, wie Vergleichsuntersuchungen an der Rattenniere im hypothermen Milieu (+3°C) gezeigt haben. Dagegen sind unter den gleichen Bedingungen die zur Energiebereitstellung erforderlichen Enzymsysteme — repräsentiert durch die Succinodehydrogenase und die Adenosintriphosphatase — in der Tubuluszelle und in intertubulären Kapillaren in ihrer aktuellen Aktivität herabgesetzt, so daß die ernergiefordernden Prozesse des Abbaues und transzellulären Transportes durch einen distinkten thermischen Fermentblock stark reduziert sind. Die Stoffspeicherung in der Niere des Siebenschläfers beruht somit auf einer im Winterschlaf bestehenden Hemmung des funktioneilen Stoffwechsels, die im Sommer weitgehend aufgehoben ist.Herrn Prof. Dr. med., Dr. phil. nat., Dr. med. h. c. A. Dabelow zum 65. Geburtstag.Mit dankenswerter Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Ein Beitrag zur Interpretation der Dunkelrotbande der Hochenergiereaktion bei der Photomorphogenese (Lichtabhängige Anthocyansynthese bei Senfkeimlingen,Sinapis alba L.)

Zusammenfassung Die Anthocyansynthese des Senfkeimlings (Sinapis alba L.) wird über das Phytochrom und eine hypothetische Hochenergiereaktion (=HER) reguliert (Mohr 1957). Das Wirkungsspektrum der HER zeigt Gipfel im Dunkelrot und im Blau.Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der Frage, ob wenigstens die dunkelrote Wirkungsbande der HER auf der Basis des Phytochroms zu deuten sei. Die Resultate (Wirkungsspektrum der HER mit Hellrot-Hintergrund, Intensitäts-Effekt-Kurven, Zeit-Effekt-Kurven) schließen eine befriedigende Deutung auf der Basis der momentan akzeptierten Theorie des Phytochroms aus.Eine längere Vorbestrahlung mit Dunkelrot erhöht die Wirksamkeit einer kurzen Hellrot-Bestrahlung. Eine Vorbestrahlung mit Hellrot hingegen erniedrigt die Empfindlichkeit des Systems für Dunkelrot. Auch die Deutung dieser Daten erfordert eine Modifikation der Theorie des Phytochroms. Im Anschluß an eine diesbezügliche Hypothese von Hartmann (1965) für die HER des Lactuca sativa-Keimlings wird die Annahme gemacht, daß zumindest die dunkelrote Wirkungsbande der HER auf der Basis des Phytochromsystems gedeutet werden kann, falls die in vivo-Destruktion von P₇₃₀ in die Theorie einbezogen wird. Für eine befriedigende quantitative Theorie der HER des Senfkeimlings auf der Basis einer modifizierten Phytochromtheorie sind aber weitere Daten und Überlegungen erforderlich.

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A contribution to interpret the far-red action band of the high energy reaction of photomorphogenesis (light dependent synthesis of anthocyanin in mustard seedlings, Sinapis alba L.)

Summary Anthocyanin synthesis in mustard seedlings is known to be controlled by phytochrome and by a hypothetical high energy reaction (Mohr 1957). This high energy reaction (=HER) is characterized by an action spectrum with peaks in the far-red and in the blue range of the visible spectrum (Fig. 2). Photosynthesis is not involved (Bertsch and Mohr 1965).The present paper is concerned with the problem of whether at least the far-red action band of the HER could be explained on the basis of phytochrome. It is evident, however, that the action spectrum of the HER elaborated with simultaneous red background irradiation (Fig. 2), the irradiance-response curves (Fig.3) and the timeresponse curves (Fig. 4) are hardly to be explained on the basis of the presently accepted phytochrome theory (e. g. Hendricks 1964).Red light is only slightly effective in anthocyanin synthesis of mustard seedlings when brief exposures to red are used in order to once saturate the photostationary state of phytochrome (Fig.5). If, however, brief exposures to red are preceded by long exposures to far-red, the red is much more effective (Fig.6). Long exposures to far-red increase the sensitivity of the system to red (Table 1). — On the other hand, a pretreatment with long exposures to red will decrease considerably the sensitivity of the system to far-red (Fig. 7, Table 1). These data, too, cannot be understood solely on the basis of the conventional phytochrome theory.It is assumed, following a recent hypothesis by Hartmann (1965) for hypocotyl lengthening in lettuce seedlings (Table 2), that at least the far-red band of action of the HER can eventually be understood on the basis of phytochrome if the in-vivo destruction of phytochrome 730 (Butler 1964) is taken into account. This assumption is supported by recent experiments in which anthocyanin synthesis in the mustard seedling was studied under steady state conditions of irradiation (Mohr, Wagner and Hartmann 1965), but more data and more reasoning will be required before the explanation of the HER on the basis of phytochrome will be satisfactorily established.