Der Einfluß chemischer und physikalischer Faktoren auf die protoplasmatischen Eigenschaften isolierterElodea-Blätter unter besonderer Berücksichtigung der Zusammenhänge zwischen

Der EinfluG chemischer und physikalischer Faktoren auf die protoplasmatischen Eigenschaften isolierter E1odea-Bl~itter unter besonderer Beriicksichtigung der Zusammenh~inge

zwischen Wachstumsphase und Plasmaviskosit~it

Voil

Elisabeth Giinther Aus dem Botanischen Institut der Ernst-Moritz-Arndt-Universit~it Greifswald

Mit 16 Textabbildungen

(Eingegangen ant 7. Februar 1956)

I. Einlei tung

Zu den fiir zellphysiologische Untersuchungen bevorzugten Objekten z~ihlen die Blhtter der Elodea-Arten. Es liegen daher fiber die protoplas- mafische Anatomie bzw. die Physiologie der Zelle des normalen Elodea- Btattes ( P e k a r e k und F t i r t h 1931, M o d e r 1932, S t r u g g e r 1934, E s t e r a k i935, G a h l e n 1935, M a r k l u n d 1936, D r a w e r t 1937, B o r - r i s s 1938, R u g e 1940, F i s c h e r 1948) und fiber die Wirkungen der ver- schiedensten physikalischen und chemischen Faktoren zahlreiehe Arbeiten vor. Yon physikalischen Faktoren wurde der Einflufl der Temperatur ( B h c h e r 1920, B 6 1 e h r ~ d e k und M e t i c h a r 1930, G a m m a 1932, M o d e r 1932, E s t e r a k 1935) und des Lichtes ( B a c h e r 1920, L e p e s c h - k i n 1930, G a m m a 1932, M e i n d l 1934, $ t ~ l f e l t 19~6, V i r g i n 1948, ~949a, 1951, 1952, 1954), yon chemischen die Wirkung des destillierten Wassers (M o d e r 1932, E s t e r a k 1935), mehrerer Narkotika (S e i f r i z ~923, C o l l i n s 1931, M o d e r 1932, E s t e r a k 1935), verschiedener Salz- Risungen ( M i s s b a c h 1928, C o l l i n s 1 9 3 ! , M o d e r 1932, M e i n d l 1934, E s t e r a k t935, M a c k e 1959, N o r f h e n 1946), yon Pflanzenextrakten, Bodensubstanzen, Heferoauxin und Colchicin (S t ~ 1 f e l t 1948, t949 a, b) und des pH-Wertes (D r a w e r t 1952) auf den Plasmazustand yon Elodea gepriift.

In der vorliegenden Arbeit interessierte besonders die Wirkung yon Kalium- und Caleiumionen auf die Profoplasten yon Elodea-Bliittern. [Jber die Bedeu~ung dieser Ionen fiir den Kolloidzustand des Plasmas liegen Er~ gebnisse vor, die sieh z. T. widerspreehen, tmal lgemeinen sehreibt man dem

Protoplasma, Bd. XLVIII/1 1

2 Elisabeth Giinther

K-Ion quellende, dem Ca-Ion entquellende Eigenschaften zu. Derartige Vorstelhmgen kniipfen an Ergebnisse aus der Kolloidchemie an und iiber- tragen die dort gewonnenen Erkenntnisse auf das lebende Plasma. Zu- odor Abnahme des Hydratationsgrades ~iufert sieh in Yergnderungen der ViskositM. Durch Behandlung des Plasmas mif diesen Ionen miifte man, wenn die ans der Kolloidchemie abgeleiteten Erkenntnisse aueh fiir das Plasma zutreffen, die Konsistenz antagonisiisch beeinflul~en kbnnen. Einige mi fde r Plasmolyseform- und Plasmolysezeitmethode gewonnene Ergebnisse scheinen auf eine solche Mtiglichkeit hinzuweisen. Won C h o l o d n y und S a n k e w i t s c h (1933) an Epidermishiiutchen yon Zwiebelschuppen nach Yorbehandlung mit hypotonischen Kalium- odor CalcimnsalzlSsungen be- obachfete Plasmolyseformen werden als Beweise fiir die verfestigende, viskosifiitserhShende Wirkung des Calcimnions im Gegensatz zur verfliis- sigenden, viskositiitsminderndefl Wirkung des Kalimnions angesehen. T a- k a m i n e (1939) stellte nach u mit KaliumchloridlSsungen ebenfalls Konvexplasmolyse test, nach Calciumchloridvorbehandlung Kon- kavplasmolyse (vgl. auch S t r u g g e r 1949). C h o l o d n y und S a n k e - w i t s c h selbst wiesen aber sdmn darauf bin, daft nut bet bestimmter u behandlung (20--48 Std.) an Al l i um cepa solehe Untersehiede zu finden sind, d a f dagegen bet Rhoeo discolor die Differenzen zwisehen der Wirkung mono- und bivalenter Kationen nach u mit verdiinnten Salz- 16sungen (m/40 his m/60) verschwinden. Von anderer Seite ]iegen Yersuehs- ergebnisse vor, die einfaehe antagonistische Quellungsfunktionen des K + und Ca++ ausschliefen (Lit. bet H e i l b r u n n 1928). Entsprechende Unter- suchungen an Kalium- und Calcium-Mangelpflanzen fiihrten ebenfalls zu keinen einheitlichen Ergebnissen (K a 1 c h h o f e r 1956, S e h m i d t, D i- w a l d u n d S t o e k e r 1940, P i r s o n und S e i d e l 1950),

Fiir die vorliegenden Untersuehungen wnrden Elodea-Blgt ter dutch Ab- 15sen yore Spro[~ (Isolation) den korrelativen Einfliissen des Sprosses ent- zogen und den Einwirkungen der u unmittelbar ausgesetzt. Die isolierten Bl~itter wurden in m/50, m/100 und m/150 LSsungen der Alkali- bzw. Erdalkaliehloride und -nitrate eingelcgt und die u ~inderungen einiger protoplasmatischer ZustandsgrSfen unter dem Einfluf der ]onen verfolgt. Neben ausgewachsenen Blhttern dienten auch junge wachsende Bl~ttter als Versuchsmaterial. Ant diese Weise war es mbglich, die Frage nach den Zusammenh~ingen zwischen Wachstumsphase und Plasmaviskosifiit (vgl. S t r u g g e r 1934, B o r r i s s 1938) unter 11euen Ge- sichtspunkten zu erfrtern.

II. Versuchsmater ia l

Das fiir die Arbeit verwendete Material Y'on EIodea densa (Planch.) Casp. wurde im Beeken des Versuehsgew~ichshauses des Botanischen Instituts angezogen. Obwohl alle dort waehsenden Pflanzen als ein Klon zu betrachten sind, konntell vereinzelt Pflanzen beobaehtet werden, die sieh in der Gestalt der B1/itter yon den iibrigen untersehieden (sehr sehmale Bliitter). Pflanzen dieses morphologisch und physiologisch abweiehenden Typus blieben unberiieksiehtigt; zu den u suehen wurden nur yon Pflanzen mit normalem Habitus Bl/itter entnommen.

Der Einflul~ chemiscber nnd phys.ikalischer Faktoren 3

Die u wurden a) mit ausgewad~senen Bliitiern, b) mit jungen waehsenden B1/ittern durchgefiihrt. Da sidl die Bl~itter aueh naeh tier Beendignng des Stred~ungswad~stums je nad~ dem Alter in ihrem Plasmazustand umers&eiden, ~anden im Sommer uncl Herbst nur BlOtter, die 5--15 era, ~-on Dezember his MSrz nur solehe, die 4--10era unterhalb der Knospe inseriert waren, als ,ans- gewachsene" BlOtter Verwendung. Yon den jungen Bliittern wurden drei Alters- stufen zu den Versuehen verwendet, um etwaige Zuf~illigkeiten dureh das Heran- ziehen nur eines Altersstadiums yon vornherein auszus&alten. Diese Stadien waren folgendermal~en dmrakter is ier t : 1. 5--I0 mm L~inge, 2. 11--15 mm L~inge, ~. 16--20 mm L~inge.

Das Elodea-Bla t t besteht im wesentlichen aus der grol~zelligen Epidermis der Oberseite und der kleinzelligen Epidermis der Unterseite. In der L/ingsrichtnng wird es w-on der mehrsc'hiehtigen Mittelr ippe dur&zogen, die st& aus sehmalen, laqggestre&ten Zellen zusammensetzt. Von den nntereinander ann~ihernd gleich gestalteten Feldzellen unterscheiden st& die der Mittelr ippe unmit te lbar benad> barren Zellreihem die Randzellen und die Blattz~ihne. Wenn es bet den Versuehs- ergebnissen n i&t anders vermerkt ist, beziehen st& die angegebenen Werte auf die Feldzellen der Blattoberseite.

Zu jedem Versneh wurde eine grol~e Anzahl yon Bl~ittern gebraueht; es war daher unmiigli&, eine Versuchsreihe m i t einem einzigen Spro~ dur&zufi ihren. Um denno& individuelle Unters('hiede zwisdmn den verwendeten Sprossen auszu- sdmlten und mit weitgehend identischem Material arbeiten zu kSnnen, wurden (lie Bl~itter der sersdiiedenen Sprosse miigliehst regelm~i~ig auf die versehiedenen Versuchsgef~ge verteilt. Vor dem Abtrennen wurden die Bl~itter griindlich in filtriertem Standortwasser abgespiilt , um sie weitgehend yore Algenbewuehs zu befreien, und dann in doppelt destil l iertem Wasser nachgespiilt, um das anhaftende Standortwasser zu entfernen.

AIs Versudlsgefii~e dienten anfangs quaderfiJrmige 1000-em3-Kiivetien, spiiter 250-ema-Be&ergli/ser aus Jenaer Glas. Versuehsreihen, die nur zum Vergleieh des ginflusses yon Leitungswasser, Standortwasser und doppel{ destil l iertem Wasser angesetzt waren, wnrden im Versnchsgew~ichshaus des Botanisehen Insti tuts aufgestellt und waren den dortigen Temperatur- nnd Li&tintensit / i tssehwankungen ausgesetzt. Die Versuehsreihen, in denen die Wirknng yon Einsalzl~isungen ge- prtiD wurde, befanden sidl in Lidl t- bzw. Dunkelthermostaten, deren Temperatur zwisdmn t8 o und 19 ~ C sdlwankte.

Ftir die Bestimmung des osmotischen Wertes fand Glucose (C,H~206.H20) DAB 6 Yerwendung, fiir die Bestimmung der Plasmolyseform und -zeit KC1 und CaCle pro analyst. Die EinsalzlSsungen stellte ieh aus folgen.den Chemikalien her: NaC1, NaNO~, KC1, KNOa, CaCI~, BaCI~, Ba(NOa) ~ pro analyst, Ca(NOa)= reinst, Mg(NOa)~ rein. Zur Bestimmung der Harnstoffpermeabili tf i t diente Harnstoff ffir wissenschaftli&e Zwe&e. Alle Liisungen wurden volumenmolar hergestellt. Das doppelt destill ierte Wasser wurde in einem Dest i l la t ionsappara t naeh F i t t i n g (1928) nnd einem Wasserdest i l la t ionsapparat mit Birnenkiihler n a & F e m e 1 gewonnen. Die Messung der pH-Werte erfolgte mit einem ,pH-Ionenmeter" ha& L a u t e n s e h 1 ii g e r (Firma Pusl, Miinchen) und Chinhydron-Elektroden-Kette .

IIl. Plasmatische Ver/inderungen

Vm'~inderungen d e r E i g e n s e h a f t e n des P r o t o p l a s m a s l i n d e n zu e i n e m er- hebl ichen Te l l A u s d r u c k in V e r s c h i e b u n g e n d e r P l a s m a v i s k o s i t ~ t . D i e Mes-

1"

4 Elisabeth Gtinther

sung dieser Grbflen ist daher ftir die Erfassung wesentlicher Zustands- ~inderungen des Plasmas yon Bedeutung.

Einen t~berblick tiber die Methoden der Viskosit~itsbestimmung an lebenden Objekten gibt W e b e r (1924 a). Yon den dort aufgefiihrten Methoden scheidet die Magnetmethode wegen Schwierigkeiten in der technischen Durchfiihrung aus, d~e Fallmethode ist nur ftir bestimmte Objekte geeignet, die Mikrodissektions- methode, Kataphoresemethode, die Bestimmun.g odor Klebrigkeit und des Haft- vermti,gens lassen wie die -con F r e d e r i k s e (1934) angegebene Methode der Lichtbrechung und die yon E r b r i n g (1936) besdlriebene Beurteilung der Spinn- barkeit des Protoplasten nur eine sch~itzungsweise Erfassung des Viskosittits- grades zu und sind nur in Verbindung mit anderen Methoden zu ~-erwenden. Die yon P e k a r e k (1930) ausgearbeitete Methode tier Viskosit~itsbestimmung an bio- logischen Objekten mit Hilfe der Brownschen Molekutarbewegung ermtiglicht die Bestimmung' absoluter Viskosit~itsgri~l~en, ist abet nur bet Objekten ohne Plasma- str~mung anwendbar. Da an behandelten Bliittern h~iufig Plasmastri~mung beobachtet werden konnte, scheidet diese Methode ebenfalls aus.

In der ~orl iegenden Arbei t wurde die Plasmaviskosi ta t 1. nach der Plas- molyseform- und Plasmolysezei tmethode und 2. nach der Zentrifugierungs- methode bestimmt. Da sich die erste Methode mehr auf die Verh~iltnisse in der Plasmagrenzschicht bezieht, die zweite einen Einblick in die Beschaffen- heir des Binnenplasmas ermtiglicht, wi rd angenommen, daf~ die Kombina- tion beider Methoden ein ann~ihernd ridlfiges Bild der u die sich an den Plasmakolloiden absplelen, vermittel t .

Mit diesen Methoden erhal tene Resultate geben selbstversthndlich nu t Relat ivzahlen, die keine absolute Best immung der Viskositht erlauben. Es ist zu beriicksiehtigen, daft das P l a sma keine Newtonsche Fltisslgkeit mit einer best immten Viskosit~it oder Reibungskoeff izienten ist. Die Inhomo- genitat des Plasmas wird bedingt dutch seine verschiedenarfigen Ein- schl~isse, dural1 den abweichenden Bau in den Grenzschichten und durch S t ruk tu ren im mikroskopis&en und submikroskopischen Bereich. Man wird also die Viskositat des Protoplasmas nur bedingt der yon Fltissigkeiten gleiehsetzen kgnnen. Wei terh in ist zu beaehten, dal~ aufier der Viskositiit aueh andere Plasmaeigensehaften die Ergebnisse beeinflussen. Eine kritische Beriieksiehtigung aller Fehlermi~gliehkeiten ist deshalb erforderlieh, um den- neeh aus den gewonnenen Resul ta ten Riieksehliisse auf den Zustand der Plasmakolloide ziehen zu ktinnen.

A. P l - a s m o l y s e f o r m u n d P l a s m o l y s e z e i t

W c b e r (1921, 1929 a) zog aus dem Plasmolyseablanf Riickschliisse auf die P]asmaviskosit~t. Dureh Festlegen der Plasmolysezei t (ira folgenden a]s Plz bezeichnet) als der Zeit yore Einlegen in das P lasmoly t iknm bis zum Eint re ten der Konvexplasmolyse (diese Definit ion liegt auch den Angaben der vorl iegenden Arbei t zugrunde), wurde es mSglieh, mit vergleichbaren Zahienwer ten zur Kennzeichnung der u zu arbeiten. Wei terhin zog W e b e r die Plasmolyseform (ira folgenden als Pl f bezeidmet) fiir die Be- s t immung der Plasma'ciskosit~t heran (1924b, 1925). Die P l f wurde nach g]eich !angem Verweilen im Plasmoly t ikum bestimmt. Bet konvexer Pi t ist

Der Einfluf chemischer und physikalischer Faktoren 5

die Viskositht geringer als bei konkaver Plf, bei Krampfplasmolyse wird auf hohe Viskositht geschlossen. Inzwischen wurde yon zahlreichen Autoren immer wieder auf die Fehlerm~gliehkeiten, die sich bei der Anwendung die- set Methoden ergeben, hingewiesen. Auf eine Aufzhhlung kann verzichtet werden, da ausfiihrliche Diskussionen yon P r u d ' h o m in e v a n R e i n e (1935), B o r r i s s (193S) und R u g e (1940) vorliegen. Es sollen hier nut" speziell ftir Elodea in Frage kommende Faktoren besproehen werden, die icb in dutch das Objek t selbst bedingte und andere Faktoren (nicht iiberein- st immend mit den ~,hu~eren Faktoren" R u g e s) einteilen mi%hte.

Um bei der Fiille der Fehlerm@lichkeiten mit der Plf- und Plz-Methode reelle Yiskosit~tsver~nderungen zu erfassen, ist es notwendig, die Fehler- quellen weitgehend einzuschrhnken. Die Fehler, die durch Verschieden- heiten innerhalb des Objektes "~-erursacht werden, sind dutch Variationen der Versuchsbedingungen zmneist nicht zu vermeiden. Ftir die richtige Aus- wer tung der Ergebnisse ist es abet wichtig, diese Fehlerm~glichkeiten zu erkennen und ihre Bedeutung nach Mi~glichkeit abzuschhtzen.

Auf den Einflufi der Yerschiedenen Durehl~ssigkeit der Zelhnembran wies be- senders B o r r i s s (193S) bin. Nach Plasmolyse mit hypertonischen Li~sungen hoch- molekularer Stoffe, wie Rohr- und Traubenzucker, konnte er an wachsenden Blatt- teilen yon Elodea dense cytorrhyseartige Erscheinungen beobaehten. Die Mem- branen blieben ouch nach Eintritt der Plasmaabhebung geschrmnpft und gef~iltelt, ein Zeichen daftir, da~ fiir das Plasmolytikum Schwierigkeiten in der Durch- dringung der Zellwand bestehen (vgl. audl D i e h l 1936, D r a w e r t 1937, R u g e ~_9~_0, weiterhin B r a u a e r 1932 und K r e s s i n 1935 fiir Mooszellen).

Daft Unterschiede in der Porengr~fle zwischen atten und jungen B1/~ttern bestehen, geht auch aus der Eintrittsgesehwindigkeit der Plasmolyse hervor (vgl. B o r r i s s 1938 and F i s c h e r 194~S). Im Gegensatz zu ausffewachsenen Bl~ittern bzw. ausgewachsenen Blattzenen, in denen die Plasmolyse nach wenigen Sekun- den eingetreten ist, bleiben Teile der Wachstumszone etwa 5 Minuten long un- plasmolysiert. In unserem Falle wurde Yersudm diese Differenzen durch sp~iteres Einlegen der ausgewachsenen Bl~itter und durch Plasmolysieren yon Blattstiick- allen auszugleidlen. D a e s sich aber bei den Plzen stets um gr~51~ere Unterschiede handelt, spielt der wenig sp~itere Plasmolyseeintritt keine entseheidende Rolle.

Aufer der Yerschiedenen Durchl~issigkeit der Zellwand sind Permeabilit~it und lntrabilit~it yon Bedeutung'. Me de r (19~2) konnte ftir Elodea canadensis nach- weisen, daft innerhalb eines Blattes Unterschiede in der Permeabilit/it bestehen: Die Basis und die Mittelrippe sind ftir Harnstoff durdfl~issiger als die Blattspitze, was durch eigene Versuche an Elodea densa best~itigt werden konnte. M a r k 1 u n d (1936) studierte die Permeabilit~it junger, ausgewad~sener and alter Bl~itter und konnte fiir junge Bl~itter geringe Permeabilit~t, fiir ausgewachsene Bl~itter erhi~hte Permeabilit~it und fiir alte Bl~itter erneutes Abnehmen der Permeabilit~it feststellen.

Plz und Plf sind weiterhin yon der Dicke des Waadbelages abh~ingig. Die rela- tive Plasmamenge junger Bl~itter ist grafter als die der alten. Die Protoplasten junger B1/itter k~innten sich demnach ouch bei gleicher Plasmaviskosit~t sp~iter abrunden als die der alten. Man nimmt an, daft das Plasma wachsender Zellen mit der Zell- wand Yerwaehsen ist. Es wird also der Losli~sung Yon der Zellwand einen griSferen Widerstand entgegensetzen als das ausgewachsener Zellen. Auch dadurch k~nnen Verz~gerungen in der Abrundung hervorgerufe~ und krampfartige Plfen erzeugt "~gerdell.

6 E]isabeth Giinther

N e b e n d i e sen n ieht zu b e s e i t i g e n d e n F e h l e r q u e l l e n dureh i n n e r e F a k - t o ren is t es wieh t ig , d ie d u t c h ~iul~ere F a k t o r e n v e r u r s a e h t e n Fehle rmiSgl ieh- k e i t e n w e i t g e h e n d e inzusehr~inken.

t. Die Tempera tur wurde in allen Versu&en mit Einsalzl6sungen konstant auf 18--19 o C gehalten. Nur in den Versuehsserien, in denen Standortwasser, Leitungs- wasser und Aq. bidest, mifeinander vergliehen wurden, waren die B1/itter grtil]eren Temperaturschwankungen ausgesetzt.

2. Die Art des Plasmolyt ikums. Fi ir die vorliegende Arbei t wurde im Yorver- such zun/ichst ein geeignetes P lasmolyt ikum ausgew/ihlt. Anfangs b enutzte ich zu den Plasmolyseversuehen GlucoseI6sung. Dabei ergab sich, dal] die Plz selbst in I tool. LiJsung zu kurz war, um irgendwelche Unterschiede erkennen zu lassen, die tiber die Fehlergrenze hinausgingen. Stfirkere Konzentrat ionen ~ermied ieh, um nieht dutch zu starken Wasserentzug giskositi i tsuntersehiede vorzut/iusdlen. In 1 tool. KC1- und I tool. KNO~-Ltisung war es mir ebenfalls nieht mSglieh, l~ngere Plzen bei abgetrennten Blhttern zu erzielen, und die Plf, die zwar sofort naeh dem Einlegen Unterschie.de yon konvex his schwa& konkav aufwies, war nieht charak- teristiseh genug, um daraus Sehltisse zu ziehen. Die Plasmolyse mit 0,8 tool. CaCI2- LSsung erwies sieh ebenfalls als ungiinstig, da Krampfplasmolyse eintrat. Schliefi- lieh wurde in Anlehnung an das Vorgehen yon B o r r i s s (1938) ein Gemisd~ yon KC1- und CaCt.a-LSsungen im YerMiltnis 4 : 1 als Plasmolyt iemn gew~ihlt, das bei allen weiteren Versuchen Verwendung land.

3. Die Konzentrat ion des Plasmolyt ikums. Auf die Bedeutung, die die Konzen 2 t rat ion des Plasmolyt ikums fiir die Plf und Plz hat, wies besonders B o r r ' i s s (1938) hin. Auf Grund verschiedener Hyper toniegrade k6nnen verschiedene Plasma- viskosit~iten vorget~useht werden. Das Studium des osmotisehen Wertes ist demnach vor Plasmolyseversuehen unert~il]lieh. W/ihrend bei zu sch,~.adl hypertonisdlen Ltisungen gleiehe Plz trotz versehiedener giskosit/ i t festgestellt werden kann, fiihren zu hohe Konzentrat ionen zu irreversiblen Yer~nderungen. Da sehon bei Versnehsbeginn Unterschiede im osmotisehen Weft zwischen ausgewa&senen und jungen Bliittern bestehen und der OG (= osmotiseher Weft bei Grenzplasmolyse) aul3erdem im Laufe des gersuehs grol~en Ver/in,derungen unterliegt, ist es s&wierig, das P lasmolyt ikum im riehtigen Hyper toniegrad anznwenden. Es wurden daher alle Versuehe i. bei gleicher Konzentrat ion des Plasmolyt ikums (Konz. 1) und 2. in LSsungen ausgefiihrt, die den ger/ inderungen des osmotisdlen Wertes angepal]..t waren (Konz. 2 und 3). Nach ihrem isoslnotis&en K oeffizienten verh/ilt sich die zur Bestimmung des osmotischen Wertes verwendete Glueosel6sung zu dem als P lasmolyt ikum verwende ten KC1-CaC12-Gemiseh wie 62:100, es entsprieht also eine 0,4mol. Glncosel6sung einer 0,25mol. KCI-CaC1.2-L6sung. Da ein gewisser Hyper toniegrad zur Messung der Plz und Plf niStig ist, wurde dre i fa&e Hypertonie gew/ihlt. Im Laufe der Versuel~e konnten nut selten s&rumpfplasmolysef ihnl i&e Formen ( B o r r i s s 1938) oder das Absterben yon Zellbezirken du r& den plasmolyt isdlen Eingriff beobaehtet werden. Ks ist demnaeh nicht anzunehmen, dal] die Konzentrat ion des Plasmolyt ikums so s tarke sekund~re Ver/inderungen am Plasma- geriist verursacht, daf~ die Versuehsresultate dadureh entseheidend beeintr~chtigt werden kiJnnten. Als Konzentrat ion :t des Plasmolyt ikmns wurde eine 0,75 mol. KC1-CaCl~-L/Jsung verwendet, ats Konzentrat ion 2 eine in bezug auf den gemessenen OG dreifach hypertonische LSsung. Es ist mSglieh, die Konzentration des Plasmolyt iknms aueh noeh in anderer Weise dem OG anzupassen. Die Grund- konzentrat ion des Plasmolyt icmns (0,75 mot. KC1-CaCl~-Gemisch ftir ausgewaehsene, 0,48m01. fiir waehsende Bliitter) wurde um einen dem absoluten Anstieg des OG der Bl~itter entsprechenden Betrag erh6ht (Konz. 3). Spiiter wurde diese Ltisung

D er Einflu[~ chemiseher nnd phys~ikaliseher Faktoren

nicht mehr ~erwendet, da bet geringen Ver~nderungen des OG die Unters&iede zwlsehen Konzentration 2 und 5 verh~ltnism~flig klein sind und sieh in der Plf uud Plz kaum answirken. Bet gr~ifleren Abweiebungen des OG vom normalen Weft bedeut.et die Konzentration 5 im u zur Konzentration 1 (= 0,75 mol.) uur eine geringe Erhbhung der Konzentration des Plasmolytikmns. Steigt der OG z. B. auf 0,6 tool, Glucose an, so wird als Konzentration 3 des Plasmolytikums eine 0,88 tool. KC1-CaC12-Li~sung ~'erwendet, als Konzentration 2 eine 1,1.2 mol. L~isung. Es bestelit also bet Konzentration 3 nur noeh 2,Sfaebe Hypertonie. Ob es riehtiger ist, den Hypertoniegrad absolut oder relati~- zu steigern, kann dureh die vorliegenden Ergebnisse nieht entschieden werden.

t. Osmotische Ver~nderungel~

a) Methode

FiJ~r die Messung osmotiseher Zustandsgr6fien yon pflanzliehen Zellen und Geweben sind im Laufe der Zeit die versehiedensten Methoden aus- gearbeitet worden (ausfiihrliehe Angaben bet U r s p r u n g 1959). Davon erfreuen sieh n u r ' d r e i einer weiteren Verbrei tung: Die kr.u die plasmometrisehe und die grenzplasmolytische Methode. Vor- und Naehteile dieser Methoden wurden eingehend yon B 1 a g o w e s t s c h e n s k i (1928), W a l t e r (1931), O p p e n h e i m e r (1952), B u h m a n n (1955) und U r - s p r u n g (1939) diskutiert.

Ffir die vorliegenden Untersuchungen kam nur die grenzplasmolytisehe Me- rhode in Frage, da man nut auf diese Weise ~erh~Itnismfi~ig sdmell einen ~berblick fiber die einzelnen Blattzellen gewinnt und die Miiglidlkeit ha~, osmotisehe Gradienten zu erkennen. Als grenzplasmolytischer Weft (OG) wird die Konzen- tration des Plasmolytikums angegeben, in der 50% der Zellen eine eben sichtbare Abli3sung des Protoplasten zeigen. Obwohl Rohrzueker im atlgemeinen als giinstigtes Plasmolytikum gilt, wurde hier Glucose gew~ihlt, da sic wie dieser als Niehtelektrolyt kaum Einflul~ auf die Plasmak0lloide ausiibt nnd der Molektil- gr61~e wegen kaum permeiert, ant der anderen Seite abet kein so grol~es Molekfil wie der Rohrzueker besitzt, so da~ die Zelhnembran kein zu gro~es Hindernis bildet, was sieh besonders bet jungen Bl'~ttern st6reud bemerkbar maehen wfirde. Die Kontrolle erfolgte bet ausgewaehsenen Bl~ttern 50 Minuten naeh dem Einlegen in das Plasmolytikum, bet jungen Bl~ttern siellte sieh das 0smotisehe Gleich- gewieht erst naeh 12 Stunden ein.

b) Osmotisehe Yerhiiltnisse normaler unbehandel ter Bliitter

Da Elodea sehon hiiufig zu zellphysiologisehen Studien verwendet wurde, liegen tiber die osmotisehen Verhhltnisse zahlreiehe Angaben vor ( W a l t er t931, G a m m a 1952, C o l l i n s 1951, K r e s s i n 1935, B o r r i s s 1938, R u g e 1940, F is e h e r 194~8). Aul3er C o 1 li n s (1931) konnien abe Autoren in ausgewachse- hen Bl~ttern ein Gef~lle x~on der Spitze zur Basis bin beobaehten nnd feststellen, daft waehsende Blfitter einen geringeren osmotisehen Wert aufweisen als ausgewaehsene.

Eigene Untersuehungen konnten die erv)iihnten Angaben bestiitigen: In ausgewaehsenen Bliittern besteht ein Gradient yon der Spitze zur Basis, in jungen Bliittern ist der O C geringer als in alten. Bet der Untersuehung yon drei versehiedenen Altersstufen ,iunger waehsender Bliitter (8, t.2, 16ram)


wurde an diesen ein anders geriehteter Gradient beobachtet als an den ausgewaehsenen Bl~ittern. Naehdem die Bl~itter 30 Minuten lang in Glucose- lSsung gelegen hatten, konnten nur in ausgewachsenen Zonen Abhebnngen beobaehtet werden, im Meristem und in der Streekungszone dagegen nieht. Erst naeh 12 Stunden hatte das Plasmolytikum aueh in den Wachsfumszonen Abhebungen bewirkt. In den Bl~ittern 1 und 2 fiillt die Blattmitte, in Blatt 3 die Blattbasis dutch den geringsten osmotischen Weft ant'. Die Werte der Spitzenzone ]iegen etwas hiJher, erreichen abet nut in der Spitze des ~lte- sten Blattes den OG eines v6llig ausgewaehsenen Blattes. Zur meristemati-

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A b b . 1. V e r g l e i c h der G r a d i e n t e n d er Ze l l / inge u n d des o s m o f i s c h e n W e r t e s .

�9 .o a u s g e w a c h s e n e s B l a t t o o 1 6 - - 2 0 m m l a n g e s B l a t t X X 1 1 - - 1 5 m m . . . . o -0 5 - - t 0 m m . . . .

schen Zone der Bl~ifter I und 2 hin steigt der osmotische Weft ebenfalls an. Die Versuche wurden mit KC1-Lt~sung als Plasmolytikum wiederholt. Auch hier war nach 30 Minuten das osmotische Gleichgewicht in den Wachstums- zonen noch nicht erreieht, sondern etwa erst nach 2 Stunden. Bet Berticksich- tigung des isosmotischen Koeffizienten konnten die Glucosewerte bestgtigt werden.

Versucht man, Zusammenh~inge zwischen Zellsaftkonzentration und den Wachstumsvorg/ingen festzustellen (Abb. 1), so ergibt sieh, daft in allen Bliittern die geringsten osmotischen Werte am Ende der Streckungszone und in der angrenzenden Blattzone, die bereits ausgewachsen ist, sieh aber yon der Spitzenzone dureh ihre blal~griine Farbe unterseheidef, gemessen wurden. Wenn in Blatt 3 die geringsfen osmotischen Werte an der Basis zu beobachten sind, so stimint das, wie einem Yergleich der Zellgngen zn entnehmen ist, mit den Verhiiltnissen in Blatt 1 und 2 iiberein, denn die Zellen an der Basis yon Blatf 3 haben ihre grSl]te Streekung schon vollendet. Im

D er Einflufi d~emisd~er und phys4kalisd~er Faktoren

waehsenden Elodea-Blatt weisen also die basalen meristematis&en Zellen einen relativ hohen osmotisehen Weft auf. Mit dem Beginn der Zellstreekung sinkt die Zellsaftkonzen~ration ab und erreicht am Ende der Streekungszone ihr Minhnum, das aueh in der ansehlieflenden blaflgriinen Zone erhalten Meibt. Ein Anstieg ist erst in der tiefgriinen Spitzenzone des Blattes zu beobaehten.

c) Ver~inderungen des osmotischen Wertes ausgewaehsener isolierter Bliitter

In der Literatur finden sich hiiufig Angaben fiber jahreszeitlieh bedingte Schwankungen der Zellsaftkonzentration. W a 1 t e r (1931) gibt den maxi- nlalen Wert fiir Elodea im Winter mit 12,7 atm., im Sommer mit nut

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Abb. 2. Yer~inderungen des osmotischen Wertes ausgewachsener Bl~itter nach u behandlung mit m/150 NaCI-, KC1-, CaC12-LOsung, Standortwasser und Aq. bidest.

in dunkel gehaltenen und beliehteten Sommerversuehen.

10,8 atm. an. G a h 1 e n (1935) land bet fast gleiehbleibenden Werten den htiehsten Wert im Juni. In eigenen Versuehen schwankten die Werte ausgewaehsener Bliitter in der Zeit yon Mat his November zwisehen 0,57 und 0,4 tool. Glucose, yon November his Miirz zwisehen 0,52 und 0,55 tool. Der Maximalwert wurde im Juli erreieht.

Schon einen Tag naeh dem Abtrennen der Bliitter ist bet beliehteten Versuehsserien ein allgemeiner Anstieg des osmotisehen Wertes zu Yerzeicl~- hen (Abb. 2), der sieh am deutliehsten bet den in Kaliumsalzli~sungen liegenden Bliitfern auspriigt und bier aueh in den folgenden Tagen am stiirksten bleibt, w~ihrend in den anderen Ltisungen der Anstieg etwas geringer ist. Wie Abb. 2 zeigt, handelt es sieh in den ersten Tagen nur mn einen Untersehied yon 0,05mol. Glucose zwisehen der Zellsaftkonzentration yon Bliittern in KCI- und in NaC1- bzw. CaCl~-Ltisungen. Naeh 5 Tagen ver- grbf~ert sieh diese Differenz, da der OG der in CaC12-Lbsungen eingelegten Bliitter ziemlieh konstant bleibt, in KC1-Liisungen abet ein weiterer Anstieg zu beobaehten ist, der bet Sonunerversuehen naeh 14 Tagen fast das Dop- pelte des Ausgangswertes erreieht und sieh dann nieht wetter erhSht. In

l0 Elisabeth Giinther

Na-Salzliisungen steigt der osmotisehe Wert sehneller und starker an als in Ca-Salzltisungen, erreieht aber die Kaliumwerte nieht.

Da in KC1- und KNO.~-Ltisungen dieser Anstieg gleiehtaufend erfolgt (Abb. 3), muff man in diesem Falle den Kationen die entseheidende Rolle zusehreiben. Aueh ein Vergleieh zwisehen NaC1 und NaNOa und zwischen CaCI~ und Ca(NO:,)~ liillt erkennen, daft keine wesentliehen Untersehiede zwisehen den u die dureh Chlorid- oder NitratRisungen hervorgerufen werden, bestehen und daft die aussehlaggebende Wirkung den

Kationen zukommt. Unter- 0 ~ m 6 t I . K H 0 ~ sehiede in der Kalium- und

05~ ~ Natriumwirkung weisen darauf hin, d al3 es sich bet

0,~. dem starken Anstieg des _...,,-~. . . . . . . . . . . . . ~aS03 0,~ /_.----~ - -~/ , . ' - ~ ~ a C ~ l ~ OG nieht um einen allge-

- meinen Effekt einwertiger 0,35 ~ ~ ~ Kationen handelt, sondern

-- um einen spezifischen Ka- 1~50, liumeffekt.

Als zweiwertige Kat- e / / . . . . . . . . . . . . . . ~4~tt ionen wurden aufierdem

~ / ,----_r_--= . . . . . . . . . . ca~' Barium und Magnesimu in 0,~0- <~y- ~- -~ ~ ihrer Wirkung auf den I~5- "~ -..~B~C~ OG untersueht. In BaCI~-

LiSsung sterben die Bl~itter 0,3a in m/lO0 Liisung sehon nach

' ~ ~ ; ~ ; ~ ~ T~ 3--5 Tagen ab, in m/1000 Abb. 3. Ver~nderungen des osmotisehen Wertes LSsung naeh etwa 10 Ta- ausgewaehsener Bl~ttter naeh Vorbehandlung mit gem Im Gegensafz zu al- m/100 SalzlSsungen in belidateten Winterversuehen. len anderen verwendeten.

Lbsungen ist yon Anfang an keiu Anstieg des OG zu bemerken, sondern naeh etwa zweitiigi- gem Gleiehbleiben ist in der subletalen Phase ein Absinken des osmotisehen Wertes zu beobaehten, das sieh in m/100 LiSsung sehneller vollzieht als Jn m/lO00 Ltisung. In Mg(NO3)2-Lbsung entsprechen die Veriinderungen ungefiihr den in Ca(NO,~)~-Ltisung beobachteten. Die yon anderen Einsalz- tiisungen abweiehende Wirkung des BaC12 diirfte auf der Giftwirkung des Bariums beruhen.

Derartige Verschiebungen des osmotisehen Wertes werden nicht nut dureh EinsalzlSsungen hervorgerufen. Kultiviert man isolierte Elodea-Bliit- ter in Standort- oder Leitungswasser, so steigt der OG ebenfalls stark an, so dal~ Werte erreieht werden, die nut etwas unter den durch Kalium- einwirkung bedingten Werten liegen. Da im Standort- und Leitungswasser Ca-Ionen weir iiberwiegen, hiitte man eher eiu Verhalten erwartet, das dem der in Ca-Liisung kulfivierten Bliitter entsprieht. In Aq. bidest, dagegen ist nur ein geringer Anstieg zu verzeiehnen. Die Abb. 2 ermi3glicht einen u gleieh der Veriinderungen des osmotisehen Wertes von Btiittern in KC]-,

Der Einflu{] &emiseher lind phys,ikalischer Faktoren 11

NaC1-, CaCl~-Ltisungen, Standortwasser (St) und Aq. bidest. (B) in beti&- teten und dunkel gehaltenen Solnmerversuehen.

Yerfolgt man die Versuehe tiber liingere Zeit, so ist in der ersten SVoehe starkes Ansteigen zu bemerken, in der zweiten Woe]le weitere Zunahme des OG und bis zur vierten Woehe Gleichbleiben bzw. leidltes Absinken. Ans dem Verhalten der in Standortwasser gehaltenen Bl~itter ist zu ersehen, da[~ der OG sehon allein infotge der Isolation ansteigt, was dutch die in den Bl~ittern an der Basis und in der Mittelrippe vorhandene t{eservestiirke, die in osmotiseh wirksame Substanzen iiberfiihrt wird, verursacht wird. Der Anstieg der Zellsaftkonzentration der dunkel gehaltenen Bliitter ist sieher haupts~iehlieh darau[ zuriiekzufiihren, wie verdunkelte isolierte Bl~itter in Standortwasser beweisen. Um den Einflul~ der Reservest~irke auszusehalten, wnrden Sprosse 2 Tage vor dem Abtrennen der Bliitter verdunkelt. Dadurd~ wurde der grbl3.te Toil der Stiirke abgeleitet, so da[~ die Zunahme des osmo- ~isehen Wertes auf Grund der Stiirkehydrol,~,se wegfiel. Bei dann aueh wiihrend des Versu&es dunkel gehaltenen Serien konnte nut ein ganz geringer Anstieg" (0,05tool. Glueose) beobaehtet werden, bei hell gehaltenen Ver- suehen dagegen fiel zwar der starke Anstieg in den ersten Tagen weg, doeh blieb eine langsame ErhShung erhalten. Man mul~ also die Mitwirkung der Assimilation und die Bildung yon osmotiseh wirksamen Assimilations- produkten annehmen. Da bei der Vorverdunklung viele kamn kontrollier- bare Faktoren (Erw~rmung, sehleehier Gasaustauseh usw.) die ~?ersuehs- ergebnisse stSren kbnnen, wurde ,con ihrer allgemeinen Anwendung abgesehen. Im Vergleieh zu beliehteten Yersuehsserien ver~indert sieh der OG in dunkel gehaltenen Serien bedeutend weniger und erreieht schon naeh wenigen Tagen sein Maximum. Selbst in KC1-LSsung und Standortwasser wurde ein Weft yon 0,Stool. Glucose nieht iibersehritten. Ein Absinken unter den Anfangswert konnte auch bei vorverdunkelten Bliittern nur in BaCl~-LSsung beobaehtet werden. Das Verhiiltnis, in dem die Lbsungen au[ den OG einwirken, entsprieht dem in beliehteten Versuehen beobadlteten. Die I/eihenfolge des Anstiegs ist wie in hell gehaltenen Versuehen: Ba ( Aq. 5idest. ( Mg < Na ( St = L < K.

Wie die Zellsaftkonzentration selbst sind auch ihre ger~inderungen jahreszeitliehen Sehwanknngen unterworfen. Eine Gegeniiberstellung yon Sommer- und Winferkurven (Abb. 5 und 2) ergibt, da~ beide gemeinsame eharakteristisehe Ziige besitzen, so z. B. den siarken Ansiieg des OG der mit Kalinmsalzlbsungen behandelten Bliitter im Gegensatz zu den mit Caleium- salzl5sungen behandelten, hn Sommer kann naeh einer Woehe Yersuehs- dauer bei einem 0,4 mol. Glucose entsprechenden Ausgangswert in K-Salz- i5sungen und in Staudortwasser ein Anstieg auf einen OG, der 0,6tool. Glucose entspricht, gemessen werden, in Ca-SalzlSsungen und Aq. bidest. auf 0,5mol. hn MTinter werden bei einem Kontrollwert am Sprofi ,~-on 0,35 tool. Glucose in K-SalzlSsungen 0,52 mol. Glucose erreieht, in Ca-Salz- ~isungen nur 0,41 tool Die geringe Vertinderung des OG in dunkel gehaltenen Versuehen ist sowohl in Sommer- als aueh in Winterversuehen zu beobaehten.

1"2 Elisabeth Giinther

d) Verhnderungeu des osmotischen Wertes isolierter junger waehsender Bl~itter

Wie Abb. I zeigte, besteht ein Zusammenhang zwisehen osmotisehem Wef t und St reekungswaehstum in dem Sinne, daft d e r osmotisehe Wer t naeh der m a x i m a l e n Streekung auf sein Min imum absinkt . Dieser Grad ien t gleieht sieh sehon in den ersten Tagen nach dem Abt rennen aus. Die hSeh- sten Zel l sa f tkonzent ra t ionen sind dann an der Blat tbasis zu linden; naeh den Bla t t sp i tzen bin ist ein geringes Absinken zu verzeiehnen. Der O G der Streekungszone ist yon 0,22 mol. au f 0,25 mol. Glucose angestiegen.

Durch das Abli~sen vom Sprol3 selbst wi rd bet den waehsenden Bi t / i tem zumeis t kein a l lgemeiner Anst ieg des osmotisehen W e r t e s bewirkt . Bet dunkel gehal tenen Versuehsserien wurden keine Nnderungen des O G dutch versehiedene Behand lung festgestellt . In den beliehteten jungen Bliittern steigt der O G in der ersten Versuehswoehe wie bet den dunkel gehal tenen k a u m an. Erst e twa 8 Tage nach Versuehsbeginn kann in K-SalzlSsungen, S tandor twasser und Lei tungswasser eine ErhShung der Zel lsaf tkonzentra- tion festgestel l t werden, wie sic sehon bet ausgewaehsenen Bl~ittern besehrie- ben wurde. Im Durehsehnit t entspreehen die osmotisehen Werte beliehteter junger Bliitter in der zwei ten Versuehswoche ether 0,55 tool. GlueoselSsung, in K-Salzlbsungen, S tandor twasser und Lei tungswasser his zu 0,45mol. Glucose. Stiirkeres Abs inken der Zel l saf tkonzent ra t ion t r i t t nur in Einsalz- li3sungen auf, in denen sieh die Bl~itter im subletalen Zustand befinden, wie z. B. in BaCl~-LSsung.

2. Plasmolyseform- (Plf-) und Plasmolysezeit- (Plz-) Versudte

Da Elodea eines der beliebtesten Objekte fiir zellphysiologische Untersuchungen ist, fehlt es nicht an Angaben tiber Plasmolysezeit und -form. Ich filbchte nur die ftir die x~orliegenden Untersuchungen wichfigen Arbeiten tlerausgreifen. S t r u g,g e r (1934~ und B o r r i s s (I938) untersuchten vergleichend ausgewachsene und wachsende B1/ifter, B o r r i s s (~958) und 1t u g e (1940) ger/inderungen, die bet der Entwicklung der Blattz~ihne auftraten. F i s e h e r (1948) zog aueh alternde B1/itIer mit in den Kreis der Betrachtung. Mit der protoplasmatischen Anatomie des Elodea-Blattes besch~iftigfen sich besonders M o d e r (1932) und E s t e r a k (1935). M o d e r mal~ die kiirzesten Plasmolysezeiten in Harnstoff]6sungen an der Bla/fbasis, zur Spitze hin verl~ingerte sich die Plz. E s t e r a k dagegen beobachIete nacb Plasmolyse mit verschiedenen Plasmolytika d~e ersten Konvexplasmolysen kurz unterhalb der Blattspitze.

Eigene Untersuchungen ergaben, daft die ersten konvexen P lasmolysen in der Bla t t sp i tze auf t ra ten . In einem Klon mi t schmalen, langen Bl~itteru lag das P lz -Min imum etwas unfe rha lb der Spifze, bet dem zu allen tibrigen u ve rwende ten brei tbl t i t t r igen Klon wurden zur Spitze bin nur selten liingere Plzen gemessen. I m al lgemeinen runde ten sieh die Proto- p las ten der Zellen an der Bla t t sp i tze in der Niihe der Mi t te l r ippe zuerst ab. Yon dort aus brei te te sieh die Kon-~explasmolyse zum Bla t t r and und zur Blat tbasis hin aus. Abgesehen yon den ersten drei basalen Zellreihen (Wundwirkung) , konnten die am stiirksten konkaven Pro top las ten an der Blat tbasis ge funden werden, wo aueh das P l z - M a x i m m n zu beobaehten war.

Der Einflu~ dlemischer und physika!iseher Faktoren 13

Wie s&on ein]eitend bemerkt, wurden nur BlOtter aus der Region 4--15 em umerhalb der Knospe Ms ausgewaehsene Bl~itter verwendet. Die basalen alternden und die apikalen jungen Bl~itter blieben unberiieksiehtigt. Trotz- dem war es nietlt mi~glich, v511ig gleiche Plz zu erzielen. Selbst Bl5tter, die demselben Wirtel entnommen waren, untersehieden sieh in der Pit und Ptz. Die Werte fiir die Bla{tbasis sehwankten zwischen 35 und 45 Minuten, fiir die Blattspitze zwisehen 20 und 30 Minuten. Die PIt unbehandelter Bliitter war zu Anfang der Plasmolyse stark konkav. Die Abrundung begann naeh etwa 20 his 25 Minuten yon der Spitzenzone her.

Die Kontrolle der Plf und Plz erfolg'te sofort naeh der Bestimmung des osmotisehen Wertes, abet an anderen Bl~ttern. Zur Plasmolyse wurden die Blfitter in Esmarchsch~lehen mit je 10ml Plasmolytikmn eingelegt und diesen nur zu den Kontrollen mit viel Fliissigkeit entnommen.

a) u der Plf und Plz ausgewaehsener isolierter Bliitter unter der Einwirkung yon Einsalzl5sungen

Da sich bet der u yon Li~sungen verschiedener Salze als Plas- molytikum Untersehiede in der Plf und Plz ergeben, war zu erwarten, da~ aueh hypotonisehe Salzl5sungen iihnliehe Wirkungen hervorzorufen ver- mSgen.

Friseh yore Spro~ abgetrennte Elodea-Bl'fitter wurden in m/50, m/100 oder m/150 Lbsungen der Alkali- und Erdalkalichloride und -nitrate eingelegt und in Licht- und Dunkelthermostaten aufgestellt, so dal~ neben der Beobaehtung der Salzwirkung aueh der Einflul~ der Beliehtung YerfoIgt werden konnte.

In den Abb. 4 a und b sind die Plzen yon B]iittern, die ill Standort- wasser (St), Aq. bidest. (Bid.), m/50 NaC1-, KC1- und CaCl~-L5sungen e i n - gelegt waren, dargestellt. Die Plasmolyse erfolgte mit einem dem OG relativ angepal~ten Plasmolytikum (dreifache Hypertonie). Auch bet isoiierten Bl~ttern rundeten sich die Protoplasten der Spitzenregion friiher ab als die Prctoplasten der basalen Blatthiilfte. Die in der Abbildung eingetragenen Werte stellen Mittelwerte beider Zonen dar. Vergleieht man die Werte mit der Plz yon normalen unbehandelten, friseh vom Sprol3 abgetrennten Bl~t- ~ern, die 2~--45 Minuten befriigt, so ist am ersten Versuchstag kaum eine Veriinderung festzustellen. Doeh sehon am zweiten Versuehstag sind eharakteristisehe Untersehiede zwisehen den versehiedenen Behandlungsarten zu bemerken. Die in CaC12-L~isung oder Standortwasser eingelegten B!~_tter YoIlenden ihre Konvexplasmotyse naeh kiirzerer Zeit als die mit Aq. bidest., NaC1- und KCI-LSsung behandelten Blhtter. Diese Unterschiede b]eiben bet zweiwbdliger u bestehen, so da]] man zwei Gruppen unter- se}leiden kann: 1. Bl~.tter aus Standortwasser nnd CaC|2-Lasung mit kurzer Plz und 2. Bl~itter aus Aq. bidest., NaCi- und KC1-Ltisungen, in denen l~n- gere Plzen auftreten. Innerhalb dieser beiden Gruppen konnten nur geringe Untersehiede beobaehtet werden. In der ersten Gruppe waren die Werte der Standortwasser- bzw. Leitungswasserbl~tter fast immer, besonders yore vierten Versuehstag an, niedriger als die Werte der cac12-Bl~itter, in der


zweiten Gruppe zeichnen sich die KC1-Bl~itter dutch besonders lange Plz aus, doch kommt es in den ersten Versuchstagen haufiger vor, da~ die NaC1- Werte hSher liegen als die KCl-Werte. Nach &--5 Tagen besteht zumeist die Reihenfolge: KC1, NaC1, Aq. bidest., CaC12, St = L. Gegeniiber der Plz un-

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Abb. 4. Ver/inderm~gen der Plz ausgewachsener B1/itter nach Vorbehandlung mit m/50 NaCI-, KCI-, CaCl~-L6sung, Standortwasser und Aq. bidest, in belichteten (a) und dunkel gehaltenen (b) Versuchsserien. Plasmolytikum mit relativem Hypertonie-

grad.

behandelter Kontrollblhtter ist die Plz behandelter Bl~itter etwa yore zweiten Yersuchstage ab herabgesetzt.

Zum Yergleich seien im folgenden die Kurven der Plzen mit konstanfer Konzentrafion des Plasmolyfikums angefiihrt, die sich bel oben beschrie- bener Vorbehandlung der Bl~itter nach Plasmolyse in 0,75 tool. KC1-CaC12- LSsung ergeben (Abb. 5 a und b). Wie in Abb. 4 ist ein allgemeiner Abfall

Der Einflu[~, &emischer und phys,ikalisel~er Faktoren t5

der Plzen festzustellen, der in beliehtefen Serien sehneller und stiirker erfolgt als in dunke] gehaltenen. In verdunkel ten Versuehen werden 24 Stun- den nadl der Isolation noeh Plzen gemessen, die etwa den Zeiten normaler Bliitter entsprechen, in beliehteten Serien dagegen ist schon naeh 24 Stunden und besonders naeh 48 Stunden eine starke Verkiirzm~g der Plzen zu be-

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Abb. 5. Verhnderungen der Plz ausgewaehsener Blhtter nach Vorbehandlung mit m/50 NaCI-, KC1-, CaCt2-LSsung, Sfandortwasser und Aq. bidest, in belidlteten (a) und dunke] gehaltenen (b) Versuchsserien. Plasmolyse in 0,75 tool. KCI-CaCI~-

Gemisch.

merken. Da die osmotischen Werte ansteigen, wie aus Abb. 2 zu ersehen ist, kann eine Verkiirzung der Plz nieht ausbleiben, denn das 0,75 tool. Plasmo- ly t ikum wird im Laufe des Versuchs immer weniger hypertoniseh. Die bei Plasmolyse mit clem O G angepafi ten Lbsungen beobaehteten eharakteristi- sehen Untersehiede naeh den versehiedenen Behandlungen sind bier erst naeh 5 Tagen und nieht so deutlich ausgepriigt zu bemerken. Durch die Yer- ~nderungen des O G werden die Plz-Untersehiede Yerde&t. Da gerade bei


KCl-Behandlung die Zellsaftkonzentration stark ansteigt, ist das 0,75 tool, Plasmolytikum fiir die mit CaC12-LSsung vorbehandelten Bliitter sf~irker hypertoniseh als fiir mit KC1-Lbsung behandelte Bl~itter.

Die Ergebnisse der Behandlungen mit m/100 Salzlbsungen entspreehen den mif m/50 L5sungen erhaltenen Resultaten. In diesen Yersuehsreihen

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Abb. 6. Ver/~nderungen der Plz ausgewachsener Bi~tter nach Vorbehandlung mit m/100 NaCI-, NaNO3-, KCI-, KNQ-, CaC12-, Ca(NO~)2-LSsung, Standortwasser und Leitungswasser in belichteten (a) und dunkel gehaltenen (b) Versuchsserien. Plas-

molytikum mit relativem Hypertoniegrad.

wurden zum Vergleich auch die Nitrate yon Na, K und Ca herangezogen, um zu priifen, ob es sich bet den beschriebenen Verhnderungen um spez~- ~ische KCI- bzw. CaCl~-Wirkungen handelt oder ob auch KNO~- bzw,. Ca(NO3)2-LSsung in Elodea-Blhttern gleiche Effekte hervorzurufen ver- mSgen. In Abb. 6 a und b sind die Ergebnisse der Versuche mit m/100 Salz- 15sungen dargestellt. Wie scho~ bet den lnif m/50 SalzlSsungen behandelten B]~tiern b emerk~, war auch bier in den ersfen Versuchstagen keine be- ~

Der Einflu~ chemischer und physikalischer Faktoren 17

stimmte Richtung der Ver~nderungen zu erkennen. Am dritten Versuchstag dagegen besteht schon ein deutlicher Unterschied zwischen KCI- und KNO~- Bl~ittern einerseits und CaC12-, Ca(NO3)2-, St- und L-Bl~ittern andererseits~ Die in K-LSsungen eingelegten Bl~itter zeichnen sich wieder durch besonders lange Plzen aus, die mit Ca-LSsungen, St und L behandelten dutch kurze Plzen. Zwischen der dutch NitratlSsungen oder dutch ChloridlSsungen bewirkten u der Plzen bestehen keine nennenswerten Unter- schiede.

L~fit man aui~er acht, ob Nitrat- oder ChloridlSsungen angewendet wurden, ob die Versuche belichtet oder dunkel gehalten wurden, so ergeben sich fiir die in den verschiedenen Salzl5sungen kultivierten Bliitter folgende Plz-Werte:

Na-SalzlSsungen 30 Minuten K-Salzlbsungen . 53 Minuten Ca-SalzlSsungen 20 Minuien Aq. bidest . . . . . 26 Minuten Leitungswasser Standortwasser J 20 Minuten

Die Zahlen stellen Durehsehnittswerte der Plzen dar, die bei zehntiigiger. Versuehsdauer fiir die versehiedenen Behandlungsarten ermittelt wurden. Das Ergebnis sprieht eilldeutig dafiir, dal~ die mit Na- und K-SalzlSsungen behandelten Bliiffer wesentlieh l~ngere Zeit bis zur Abrundung benSiigen als mit Ca-LSsungen behandelte Bl~itter.

Ahnlieh wie mit der Plz-Methode sind aueh mit der Plf-Meihode deuf- fiche Untersehiede im Verhalten der Bliitter naeh der Behandlung mit Ein- salzlbsungen festzustellen. Kurz naeh dem Einlegen in das Plasmolytikum ist in den ersten Versuehstagen an mit KC1- und KNOa-LSsungen behandelten Bl~ttern Krampfplasmolyse zu beobaehten, an mit Ca-LSsungen behandelten Bl~ttern Konkavplasmolyse. Im folgenden soil der 5. Versuehstag herausgegriffen werden, um die Plf der versehieden behandelten Bliitter vergleiehend zu betraehten. In bezug auf die Plz sind am 5. Versuehstag sehon deutlieh zwei Gruppen zu unterseheiden:

1. CaClz-, Ca(NOa)2-, Leitungswasser- und Standortwasserblhtter mit 15--20 Minuten Plz und

2. NaC1-, NaNO3-, KC1-, KNOa- und Aq. bidest.-Bl~itter mit 25--30 Mi- nuten Plz.

Vergleicht man 10 Minuten nadl Plasmolysebeginn die Plf, so stellt man: fest, daft in den Bliittern, die in KC1-LSsung eingelegt waren, die Proto- plasten abgelSst, abet nicht vollstiindig gerundet sind, sondern konkave Eindellungen und lang ausgezogene Plasmafortsiitze zeigen, die hiiufig durch Heehtsehe Fiiden mit den Zellw~inden ,r sin& In mit KNO~- LSsungen behandelten Bl~ittern ist ghnliehe Plf zu beobaehten. Die Plf der mit NaC1- und NaNO~-LSsungen behandelien Bliitter unterscheidet sich kamn yon derjenigen, die mit K-SalzlSsungen behandelte BlOtter zeigen. Wie bei der Verwendung ,:on KC1- oder KNO3-Lbsungen besteht aueh bet

Protoplasma, Bd. XLu 2


der Behandlung mit NaC1- oder NaNO~-LSsungen kein wesentlicher Unter- schied in der Plf der mit Nitrat- oder ChloridlSsungen behandelten BlOtter. Nach Einwirkung yon NaNO3-LSsung ist die Plf in den ersten Yersuchs- tagen etwas starker konkav.

Ein vSllig anderes Bild bietet sich bet der Betrachtung mit Ca-Salz- 15sungen behandelter Bl~itter. Schon nach 10 Minuten Plasmolysedauer ist ein grol~er Teil der Zellen vSllig konvex plasmolysiert. Es ist ein einheit- ]icher, konvexer Protoplast zu beobachten, yon dem kaum Hechtsche Fhden ausgehen. Bet dunkel gehaltenen Versuchsserien ergibt sieh das gleiche Bild. Die aus Ca(NOs)2-LSsung entnommenen Bl~itter runden sich etwas sphter ab als die in CaC12-LSsung kultivierten. Die Plf der Ca(NO3)2-Bl~tter ist nach 10 Minufen erst an der Blattspitze konvex, an der Blattbasis sind hhufig konkave Formen zu beobachten, die aber nie in lange Plasmafort- s~itze auslaufen und aueh nieht in Hechtsehe Fttden ausgezogen sind wie bet den mit K- und Na-SalzlSsungen behandelten Blgttern. u zu gleich- m~fligen konvexen Plasmolyseformen abgerundet sind die Protoplasten der mit Leitungswasser oder Standortwasser behandelten BlOtter.

Die durch Aq. bidest, ohne Salzzusatz bewirkte Plf ist dagegen der durch K- oder Na-LSsungen bewirkten Plf sehr hhnlich. Es tritt Konkavplas- molyse ein und der Protoplast ist zu langen Plasmaforts~tzen ausgezogen.

Diese Unterschiede in der Plf, die mit den Plz-Resultaten iibereinsfim- men, sind nicht nut nach 5 oder 10 Tagen u in so ausgepr~igter Form zu finden, wie aus der Abb. 6 fiir die Plz zu ersehen ist, sondern auch noch nach 15 Tagen. Bet Behandlung mit K- und Na-SalzlSsungen ergibt sich l0 Minuten nach dem Einlegen ins Plasxnolytlkum etwa folgendes Bild: Der -con der Zellwand weitgehend abgelSste Protoplast ist leieht konkav eingewSlbt. Zu den antiklinen Zellwiinden hin sind Plasmaforts~itze aus- gestreekt, die nur in wenige Heehtsehe Fiiden auslaufen. In 15 Tage mit CaC12-LSsung behandelten Bliittern sind die Protoplasten sehon naeh wenigen Minuten ,r abgerundet. Aueh die mit Ca(NOa)2-LSsung behandelten BlOtter weisen naeh 10 Minuten Plasmolyse konvexe Plf ant, die Protoplasten sind aber nieht so vollst~indig abgerundet wie bet CaClz- Behandlung. In Leitungswasser oder Standortwasser eingelegte Bl~itter plasmolysieren konvex, obwohl sie mit verhiiltnismgflig konzentriertem Plas- molytikum (1,03 tool. KC1-CaC12-LSsung) behandelt werden miissen, da der OG dieser Gruppe besonders stark ansteigt. Sehon 5 Minuten naeh Plas- molysebeginn liegen die Protoplasten vSllig abgerundet in der Mitre der Zelle.

Obwohl sieh naeh l~ingerer Yersuehsdauer die Plz allgemein stark ~'er- kiirzt, bleiben Untersehiede in der Plf zwisehen KC1-, KNOB-, NaC1-, NaNOz- und Aq. bidest.-Bl~ittern einerseits und CaCL-, Ca(NOa)~-, Stand- ortwasser- und Leitungswasser-Bl~ittern andererseits bestehen.

Im allgemeinen plasmolysieren die dunkel gehaltenen Bliitter konkaver als die hell gehaltenen, die Plz ist dementspreehend l~nger. Bet Plasmolyse mit gleieh konzentriertem Plasmolgtikum (0,75 tool.) ist bier ein Untersehied durchaus zu erwarten, da die osmotisehen Werte der hell gehaltenen u

Der Einflufl &emis&er und physikaliseher Faktoren 19

suehe stark ansteigen, die der dunkel gehaltenen nut sehr wenig. Das Plasmolytikum ist ffir die beliehteten Serien bedeutend weniger hypertoniseh als fiir die dunkel gehaltenen, und demzufolge miissen sieh die Protoplasten der hell gehaltenen Bliitter eher abrunden als die der Dunkel- varianten. Wenn diese Untersehiede im Hypertoniegrad aber durch eine versehiedene Konzentrafion der ]?lasmolytika ausgegliehen ~-erden, ist anzunehmen, dab es sieh bet den so ermittelten Werten um reale Plasmaunter- sehiede handelt.

Bet Behandlung mit sehwiieher konzentrierfen SalzlSsungen, z. B. m/150, bleiben die eharakterisfisehen Unterschiede bestehen (Abb. 7). Die beidea

50-

~D

30

20

10

H H H H H ) ]] ~ ]~ :D H H H H H ]) ]) I) ]) I)

Abb. 7. Durchschnitfiiche Plz ausgewachsener Bl~ttter nach Vorbehandlung mit m/150 NaCI-, XC1-, CaCl~-Li3sung, Standortwasser und Aq. bidest, nach Plasmolyse in relativ hypertonischem KC1-CaCls-Gemisch. H = hell, D = dunkel gehaltene

Blatter.

ersten Diagramme stellen Durehsehnittswerte der Plzen der ersten 6 Tage dar, die folgenden Durchsehnittswerte 14tiigiger u W~ihrend bet beliehteten Versuchsserien sehon aus dem Durehsehnitt der ersteI1 seehs u suehstage Mar zu ersehen ist, dal~ die in CaC12-Ltisung und Standortwasser kulfivierten Bl~itter gegeniiber KC1-LSsung und Aq. bidest, herabgesetzt sind, werden diese Untersehiede iil dunkel gehaltenen Versuehen erst aus dem 14t~igigen Durehsehnitt deutlieh. Nach Behandlung mit sehwiieher konzentrierten Salzlbsungen ergeben sieh also gleiehe Verhiiltnisse wie bet Yer- suchen mif m/50 und m/100 Salzlbsungen.

Abs&liel~erLd soll noeh kurz die Plf und Plz ~Ton Bl~ttern, die mit Ba- und Mg-Ltisungen behandelt xvurden, erwghnt werden. Da sieh in BaC12-LSsung der OG verringert, ist 0,75 mol. KC1-CaC12-LSsung sehon ziemlich stark hypertonisch und bewirkt unendlich lange Plz. Im angepaflten Plasmolytieum entsprieht die Plz der wenigen iiberlebenden Zellen etwa der yon Na-Salzltisungen. Naeh Be- handlung mit Ba(NO~).~-LSsungen ist in den lebenden Zellen sehr schnelle

2*

20 Elisabefh Giinfher

Abrundung des Protoplasfen zu beobachten. Aus Mg(NO3)~-LSsungen entnommene B1/itter fallen durch lange Plz auf. Basal ist hiiufig Krampfplasmolyse festzu- siellen, w~hrend an den Blattspitzen Schrumpfplasmolysen den Profoplasten irreversibel veriindern, so daft eine Giffwirkung des Mg(NO3)~ angenommen werden muff (vgl. B r e n n e r 1920, W i s c h m a n n 1910 und B e n e c k e t907).

Alle bisher angefiihrfen Bestimmungen der Plz und Plf wurden an Bliit- tern durchgefiihrt, die im Dunkel- bzw. Liehtthermosfaten mif Leuchtsfoff- rShrenbeleuchfung kultiviert wurden. In diesen Versuchsreihen konnte der Einflufi verschiedener Milieufaktoren auf das Plasma ermiftelt werden. Der physikalische Faktor ,,Licht" wirkie grSflienteils verkiirzend auf die Plz ein. Wesenflich deuflicher war dieser Einflufl des Lichtes in Versuchen zu beobachten, die dem direkfen Sonnenlicht ausgesetzt waren. Die Dunkelkon- trollen wurden dutch Dunkelstiirze vor Lichteinfall geschiitzt.

Um ein Bild yon den versehiedenen Plzen der basalen und apikalen Blatfhiilften zu vermitieln, sollen die Ergebnisse entsprechender Versuche in Form yon Tabellen angefiihrt werden. In Tab. i sind die Werte des 5, Versuchsfages angegeben.

Tab. i. Plz ausgeroachsener BlOtter 5 Tage nach der Isolation und Behandlung mit Standortroasser (STH), Leitungsmasser (LH) und Aq. bidest. (BH) in belichteten Versuchen, Standortroasser (STD), Leitungsroasser (LD) und Aq. bidest. (BD) in

dunkel gehaltenen Versuchen. Plz i ~-- in gleichkonzentriertem Plasmolytikum plasmolysiert. Plz 2 = Kon- zentration des Plasmolytikums dem OG relativ angepaflt. B ---= Blattbasis, Sp = Blattspitze, M = Mittelwert des Gesamtblattes. K ~ frisch vom Sprofl ab-

gefrenntes Kontrollblatt.

:Behandlung

STI-I . . . . LI:[ . . . . .

BI-I . . . . .

8 T D . . . .

L D . . . . .

:BD . . . . .

K . . . . .

OG

0,55

0,55

0,5

0,45

0,5

0,45

0,4

Konz. 1 des Plasmo-

ly~ikums

0,75

0,75

0,75

0,75

0,75

0,75

0,75

Plz 1

B Sp

8 5 6

9 4 7

35 16 26

20 15 18

17 13 15

27 19 23

32 19 26

Konz. 2 des Plasmo-

M ly t ikums

1,03

1,03

0,93

0,84

0,93

0,81

0,75

Plz 2

B Sp M

15 11 13

17 10 14

36 24 30

38 28 33

32 24 28

49 20 35

31 19 25

Die Protoplasten der in Standortwasser und Leitungswasser gehalienen belich/eten Bl~iifer runden sich wesentlich schneller ab als die iibrigen. Gegeniiber dem Kontrollwert ist die Plz in gleichkonzentriertem Plasmoly- t ikum auf ein Drittel abgesunken, in einem dem OG angepaflien Ylasmoly- t ikum auf die Hiilfte. En/sprechend verh~ilt sich die Plf. Schon nach 2 Mi- nuien, bzw. in Konz. 2 nach 5 Minuten, slnd einige Zellen der Spiizenh~lfte v511ig abgerundet, wiihrend die anderen wenig eingedellt und nur noch nach einer aniiklinen Wand hin etwas zugespitzt sin& Ganz andere Plf weisen die in Aq. bidesfl eingelegten belichteten Blhiter auf. Das Plasma ist sfark eingedellt und Heehisehe Fiiden ziehen zu den Zellw~inden, die Chloro-

D er Einflufl chemischer u n d phys ika l i s ehe r F a k t o r e n 21

plasten sind in Kernn~he stark gehliuft und in Form eines breiten griinen Bandes angeordnet, das sich quer dutch die Zelle erstreckt. Die Protoplasten beginnen sieh erst abzurunden, wenn die Konfrollbliitier bereits konvex sind. Aueh dann, wenn die Konvexform erreieht ist, unterseheiden sie sich yon den beliehteten Leitungswasserbliiitern dadurch, daft die Chloroplasten an einer periklinen Wand systrophiert sind. In Leiiungs- und Standori- wasser weisen die dunkel gehaltenen Bl~ifter liingere Plzen auf als in den Lichtversuehen.

Bis zum 7. Tag verkiirzt sich die Plz der beliehteten LeKungs- und Stand- ortwasserbliitter weiterhin. Die Plz-Werte der dunkel gehalienen Bliitter bleiben efwa konstant.

Tab . 2. Plasmolysezeit ausgeroachsener isolierter BlOtter, die 7 Tage mit STH, LH, BH, STD, LD und BD behandelt rourden. Die Plf rourde 5 Minuten nach dem Ein-

legen ins Plasmolytikum festgestellt. O ~ K o n v e x p l a s m o l y s e , X = K o n k a v p l a s m o l y s e , K = K r a m p f p l a s m o l y s e .

Sons t ige A b k i i r z u n g e n wie in Tab . 1.

~handlung

STt t . . . . LJcI . . . . . B I t . . . . . STD . . . . LD . . . . . BD . . . . . K . . . . .

o c

0,55 0,6 0,55 0,45 0,55 0,45 0,4

Konz. 1

d. :Plasmo- lyt ikums

Plz 1

B Sp

[

Konz. 2 d. Plasmo -I

IV[ ]ytikums

I Plz 2

B Sp

0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75

4 5 2 3

11 15 13 16

7 8 15 18 21 26

7 4

19 18 i0 21 30

1,03 1,12 1,03 0,84 1,03 0,84 0,75

14 10 55 33 35 77 30

10 12 X 9 10 X

31 43 ] K i

20 26 X 15 25 X 50 64 K 21 26 i42

Plf 2

7 M B I Sp

X - - O X - - O

X X X X X

I n d e r z w e i t e n Y e r s u e h s w o e h e m a e h t s ich g a n z a l l g e m e i n e i n e u

k i i r z u n g d e r P l z b e m e r k b a r . I n d e r T a b . 5 s i n d d i e P l z - u n d P l f - W e r t e f i i r

2 W o c h e n l a n g b e h a n d e l t e , i s o l i e r t e B l i i t t e r a n g e g e b e n .

Tab . 3. Plasmolysezeit ausgemachsener isolierter BlOtter, die 14 Tage mit STH, LH, BH, STD, LD und BD behandelt rourden.

Behandlung OG

STiff .... 0,6

LH . . . . . 0,7 BH . . . . . , 0 , 5 5 STD . . . . . 0,45 LD . . . . . 0,55 BiD . . . . . 0,45 X . . . . . ! 0,4

A b k i i r z u n g e n wie in Tab . 1 u n d 2.

Konz. 1 d. Plasmo-

I lyt ikums

0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75

B

5 3

14 8 5

21 33

Plz 1

Sp

4 2

12 4 3

14 24

Konz. 2 d. Plasmo- ly t ikums

4 1,12 I 2 1,20

13 1,02 6 0,84 4 1,02

18 0,84 29 0,75

PIz 2 [ Ylf i

B Sp M I 1

I 7 4 5 5 4 4

38 28 33 15 8 11

6 2 34 41 19 :5 33 24 29

B Sp

X 0 X 0 K X X X X 0 K X K X

9,9 Elisabeth Giinther

Im 0,75 tool. Plasmolytikum tritt bet allen Bliittern verh~ltnismiiflig sehnell perfekte Plasmolyse ein. u man dem osmotisehen Weft angepal~te Plasmolyfika, so entspreehen Plz und Plf Yon mit Aq. bidest. behandelten Bliittern etwa unbehandelten Kontrollbl~ttern. Auffallend ist die sehr kurze Plz Yon STH- und STD-Bliittern, die nut ein Fiinftel bis ein Drittel des Wertes unbehandelter Bliitter betriigt.

Bet den oben angefiihrten Yersuehen maehte sieh die starke Yeriinderung des osmotisehen Wertes sttirend bemerkbar. Wie aus den Versuehen zur Er- mittlung des osmotisehen Wertes ersehen werden kann, war es mtiglieh, dureh zweit~igige Vorverdunklung der Bliitter am Sprofl den osmotisehen Wert naeh der Isolation fast konstant zu halten. Es ersehien daher ange- braeht, die oben angegebenen tlesultate mit den naeh u erhaltenen zu vergleiehen.

Ganz allgemein werden in den ersten u l~ngere Zeiten his zur Konvexplasmolyse bentitigt als in den Yersuehsreihen ohne Yorver- dunklung. Sehr stark Yerkrampfte Plf in der Basalzone der Aq. bidest.- Versuehe und besonders lange Plzen fallen in allen Versuehsreihen auf. In Aq. bidest, dauert es in einigen Blgttern his zu 5 Stunden, ehe sieh alle Protoplasten abgerundet haben. Trotz der verliingerten Plf kommt deutlieh zum Ausdruek, daft die Plz der LH- und LD-Bliitter kiirzer ist als die der BH- und BD-Bl~itter.

Naeh 14 Tagen sfimmen die Ergebnisse mit denen, die ohne Vorver- dunklung erhalten wurden, fast -ebllig iiberein, so dal~ anzunehlneI1 ist, dai~ die Verkiirzung der Plz bet den mit Leitungswasser und Standortwasser behandelten Bliittern gegeniiber den in Aq. bidest, eingelegten ebenso wie die bet den Liehtversuehen gegeniiber den Dunkelversuehen beobaehtete nieht dureh die Veriinderung des OG ~erursaeht wird.

b) Plasmolyseform (Plf) und Plasmolysezeit (Plz) isolierter junger waehsender Bl~itter

Parallel zu den Untersuchungen an ausgewachsenen Bl~ittern w u r d e n die Plzen junger wachsender Bl~itter bestimmt. Es hat sich als sehr un- gtinstig erwiesen, fiir die jungen wachsenden Bl~itter ebenfalls 0,75mol. KC1-CaCI~-LSsung als Plasmolytikum zu verwenden, da sich die Plz dadurch zum Tell atff unendlich Yerl~ingert und diese Konzentration auch keineswegs dem osmotischen Wert entspricht. Beim Vergleich der Plz junger Bl~itter mif der alter Bl~itter in gleichkonzentriertem Plasmolytikum sind stets die Zeiten der jungen Bliitter wesentlich l~inger. Zum Yergleich der jungen BlOtter untereinander wurde als Plasmolytikum (Konz. 1) 0,4S mol. KC1-CaC12-Ltisung gew~ihlt. Um aueh dem osmotisehen Gradienten innerhalb eines Blattes gerecht zu w erden, whre es erforderlich, jedes Blair mit zwei his drei Yersehieden konzentrierten LSsungen zu plasmolysieren, damit durch verschiedenen tIypertoniegrad vorgefiiuschte Plz-Untersehiede ver- mieden werden. Ein Teil der BlOtter wurde in 0,48 mol. KC1-CaClz-Ltisung (gegen 0,25mol. Glucose-Ltisung dreifach hypertonisch) eingelegf, andere

D er Einflu[~ chemlscher nnd physikaliseher Faktoren 23

in 0,41 tool. KC1-CaCl2-LSsung (gegen 0,22mol. GlucoselSsung dreifach h-~pertonisch, was dem O G der Mitfelzone yon Blatt 1 und 2 entspricht).

Aus der Tab. 4 geht hervor, da~ die plasmatischen Gradienfen durdl die geringen osmotischen Gradienten innerhalb des jnngen Elodea-Blattes nur wenig beeinflul~t werden. Im folgenden wurden daher die osmotischen Unterschiede innerhalb eines Blatfes nicht dnrch verschiedene Konzen-

Tab. 4. Plasmolysezeit junger machsender, frisch yore Sprofi abgetrennter Bl~tter.

Blurt 1 : 8ram

Blatt 2 : 14 ram

Blatt 3 : 20ram

Plasmolytikum

0,41 tool. 0,48 tool. 0,41 mol. 0,48 tool. 0,41 tool. 0.48 tool.

Basis

9

10 7 9

2,25 2,75

Plz in Stunden

Mitre 8pitze

2,75 2,5 4 3,5 2,25 1 2,75 1,25 1,5 [ 0,75 1,5 i 1

t rat ion des Plasmolyt ikums beriicksichtigf, sondern es wurde einheitlich mit O,4Smol. KCI-CaCl~-LSsung plasmolysiert . Bet isolierten Blgttern, deren O G sich im Lanf'e der Versnche ver~inderte, wurde das Plasraolyf ikum dem Durehschnif ls-OG des Blattes angepal~t.

Den Plz-Zonen des Blattes entspreehend kbnnen auch drei Pl/-Zonen am jungen Elodea-Blatf untersehieden werden. Die basale Zone yon Blaff 1 und 2, das Merisfem und die Streekungszone, plasmolysiert napf fSrmig (B o r r i s s 1938) mit ausgepr~igten Plasmolyseorten. Der Haupt te i l des Plasmas ist ant die basale Zellhglfte besehr~inkt, yon wo ans Plasmastrgnge und ~eine Hechtsehe Fgden die apikale Zellhglfte durehziehen.

An der Blattbasis sind auf ether Strecke yon 1--2 mm negative PlasmoI3Tseorte zur Blattbasis bin zu beobachten, die in der Streckungszone plgtzlieh in der ganzen Breite des Blattes nmschlagen. Naeh W e b e r (1929 e) bezeiehnet man als positiven Plasmolyseort die Stelle der Membran, an der sieh der Plasmasehlauch abhebt, als negativen Plasmolyseort die Stelle, an der keine Abhebung erfolgt. Beim Plasmolyseeintritt heben sich in der meristematisehen Zone zuerst die Protoplasten der basalen Zellen ab, es ist demnach anzunehmen, dab das Plasmo- lytikum yon der basalen Schnittflgche her eindringt, was aber keineswegs die Ausbildung Y-on positiven Plasmolyseorten zur Basis hin zur Folge hat, im Gegenteil, der Plasmasehlauch liegt gerade der basalen Zellwand an. Auf diese schmale plasmolysierie Zone folgt ein kleiner Blattbezirk, der 2--5 Minnten lang lmverg~dert bleibt. Dieser unplasmolysierte Streifen engt sieh YOre Ende der Streckungszone und vom Blattrand her ein, yon der Mittelrippe nur sehr wenig. Die negativen Plasmolyseorte treten in diesem Falle stets an der Zellwand auf, yon der das Plasmolytikum eindringt. Es scheint also nieht immer so zu sein, dab sieh der positive Plasmolyseort an der Sielle bildet, an der das Plasmolytikum zuersfl in die Zelle eigdringt (vgl. aueh S t r u g g e r 1949). Nut wenn nekrofisch bedingte Herde in Form yon abgestorbenen Zellen vorhanden sind, treten auch bet jungen Elodea-Blgttern positive Plasmolyseorte znr Wundstelle hin auf.


Die Plf der Streckungszone ist basal napffiSrmig, apikal verkrampft. Die Krampfplasmolyse ist bis welt in die blaftgriin gef~irbte, fast ausgewachsene Zone hinein zu verfolgen. Die ausgewachsene Spitzenzone plasmolysiert konkav. Das Auftreten derartiger Gradienten in jungen wachsenden Bliiitern veranlafte S t r u g g e r (1934), weitgehende Schliisse auf den Me- chanismus des Streckungswachstums zu ziehen, die yon verschiedenen Au- toren nicht bestatigt werden konnten. Bei eingehenden Untersuchungen an Elodea crispa (B o r r i s s 1938) ergab sich, daft an diesem Objekt gerade die Protoplasten der Zellen der Streckungszone schneller perfekt konvex

Z+t,t~,nq+ ~u. 200

20

80

o m St~

8 fi

2 0

Abb. 8. Vergleich der Zellangen und der Plz. Bezeichnungen wie

~-~

�9 = ,.~---:o-. = t tuo , -~ . - - . - o ~ ' - - ~ - ~ �9

, t t ' 0/ I I i t I 0

m A b b . 1.

plasmolysieren als die ausgewachsener Zellen. Ahnliche plasmatische Ver- h~ltnisse wurden an Fontinalis antipyretica gefunden (B o r r i s s und G ii n t h e r 1952). R u g e (1937) konnte an ttelianthus annuus, einem der S t r u g g e r schen Versuchsobjekte, zeigen, ,,daft die Steigerung der Plasmo- lysedauer zeitlich und somit auch entwicklungsphysiologisch dem Beginn des Streckungswachstums folgt, also nicht dessen Ursache darstellen kann." P i r s o n und S e i d e 1 (1950) stellten fest, daft bei Lemna-Wurzeln das Plz-Maximum in der bereits ausgewachsenen Zone liegt.

Vergleicht man die an jungen Bl~ttern ermittelten Plz-Werte mit den entsprechenden Zellhngen (Abb. 8), so scheint der Kurvenverlauf auf einen Zusammenhang zwischen Wachstum und Plz hinzudeuten. Das Plz-Maxi- mum liegt in der meristematischen Zone, mit zunehmender Zell~nge verkiirzt sich die Plz. Bei der Beobadltung der Plf der verschiedenen Blat t ' abschnitte kSnnte bei Hellfeldbeobachtung der Anschein erweckt werden, daft das Plasma der Zellen der blafgriinen Zone viskoser sei als das der Zellen des Basalteils der Streckungszone. W~ihrend letztgenannte Zellen Napfplasmolyse zeigen, also eine der Konkavplasmolyse ~ihnliche Plf, plasmolysieren erstere krampfartig. Untersucht man abet die Napfplas-

Der Einflul~ ehemiseher und physikaliseher Faktoren 25

mol?'se im Dunkelfeld (Abb. 9), so erkennt man, dal~ auch dabei stark zer- kliiftefe, feine Plasmaforfsiiize auftreten, die in zahlreiehe Hechtsehe Fii- den auslaufen.

Im folgenden soll wie bei ausgewaehsenen Bliiftern dee Einflufl yon Lieht, Dunkelheif, NaC1-, NaNO~-, KC1-, KNO~-, CaCI~-, Ca(NOa)2-Lbsung, Aq. bidest., Standortwasser und Leitui1gswasser auf junge waehsende Bliit- ter geschildert werdei1. Zu den u wurden wie bei der Besfimlnung des OG Bliitter yon drei versehiedenen Altersstufen unfersueht: 8, i2 und 18 nnn lange Bliitter. u jedem Blair wurde die Plz und Plf der merisie-

Abb. 9. Napfplasmolyse im basalen Teil der Streckungszone bei Dunkelfeld- beobachtung.

matischen Zone, der Stre&ungszone, der blal~griii1ei1 Zoi1e nnd der ausgewaehsenen dunkelgriii1en Spitze besfimmt.

W e n n man die Bliitter yon friseh dem Kulfurbe&en enfnommenen Sprossen abfrennt, so ist, wie aus Tab. 4 zu ersehen, die meristemafische Zone in einem 0,48 mol. Plasmol3Ttikum naeh etwa 10 Stunden konvex plas- imoPy-siert, die Blattmiffe naeh 2--4 Sfunden und die ausgewaehsene Spifzen- zone naeh etwa 1--2 Stunden. Am 1. Versuehtsfag sfeigen die Werfe fiir die merisfematische ui1d Stre&ungszone an, so daft die Zeit his zum Abrunden des Profoplasten mehr als 10 Stunden befriigf, die Napfform der Plasmolyse bleibt im Meristem und in der basalen Streckui1gszone erhalfen. Aueh in der fast ausgewaehsenen blal3.griinen Zone und in der ausgewaehsenen Spitzenzone veriindert sieh die Plf niehf. Die Plz der blal3griinen Zone betriigt etwa 4 Stunden, die der ausgewaehsenen Zone 1--2 Stunden. Spezi- fisehe Unterschiede zwisehen den verschiedei1en Behandlungsweisen sind noeh niehf festzusfellei1.

Am 2. u ver~indert sich die Plf gegeniiber ui1behandelfen Blhtfern niche, die Plz dagegen ist etwas verkiirzt. Nur bei wei1igen Bl~if-

Protol)lasma, Bd. XI3u 3


tern erfolgt I1ach 10stiindiger Plasmolyse keine Abrui1dung. Besoi1ders bei den kleinsten Bl~ittern (S ram) sind kiirzere Zeiten yon 4--6 Stunden zu beobachten. In der Streckungszoi1e ist in hell gehaltenen Versuchsserien nut I1och selten eine Plz yon mehr als 10 Stunden zu verzeichnen, bei dunkel gehaltenen Bl~ittern dagegen ist die Plz etwas liinger. Durchschnittlich betr~igt die Plz der Streekungszone etwa 6 Stundei1. Aul~er dem eben erwhhi1- ten Lieht- und Dunkeleffekt sind keine Einfliisse der versehiedenen Be- handlungen zu bemerken. In der blal~griinei1 Zone ~erkiirz• sich die Zeit his zur Abrundung der Protoplastei1 wesentlich. Wiihrend am 1. Versuehstag durehschnittlieh 4 Stunden bis zur Abrundui1g ben5tigt wurdei1, ist die Plz jetzt auf 1--2 Stunden herabgeseizt. Fiir die ausgewaehsene Zone ist die Plz ebenfalls verkiirzt, wenn aueh nieht auf die tI~ilfte wie iI~ der blal~- griinen Zone. Bei der Plasmolyse der dunkel kultivierten BlOtter wurden l~ingere Zeiten his zur perfekten Plasmolyse benStigt als bei den hell gehaltenen. In Leitungswasser I1nd Standortwasser eii1gelegte Bl~tter weisen sowohl im Licht als auch im Dunkeln gegeniiber den anderen Behandlungs- arten verkiirzte Plz auf.

Drei Tage I1aeh Versuchsbeginn ist die fiir die versehiedenei1 Zonen charakteristisehe Plf immer noeh erhalten: Napfplasmolyse in der meriste- matisehei1 Zone, in der Streekungszone Napf- and Krampfplasmolyse, in der blal]griinen Zone Konkavplaslnolyse, in der ausgewachsei1en Zone nur noeh sehwaeh konkave Formen. Die Plz des Merisienis ui1d der Streekungs- zone ver~indert sieh gegeniiber dem Vortag kaum, eine weKere Verkiirzung ist aber fiir die blaflgriine I111d die ausgewaehsene Zone zu verzeiehnen. Hell und dunkel gehaltene Blhtter unterseheiden sieh ganz deutlieh, dagegen sind noeh keine Differenzen zwisehen den I(- und Ca-Werfen zu linden.

Erst naeh 5 Versuehstagen kSnnen ai1eh an jungen Blhtteri1 deutliche Untersehiede zwisehei1 Na-, K- und Aq. bidest.-Behandlung einerseits und Ca-, Leiti111gswasser- und Stai1dortwasserbehandlung andererseits festgestellt werden, wenn ai1eh I1ur in der blal~griinen mid der ausgewaehsenen Zone. Die Abhebui1g der Protoplasten erfolgt jetzt in der merisfemafisehen Zone nur I1oeh selten in Napfform, sondern wie in der Streekungszone in konkaver Form. Krampfplasmnolysen sind nur noch gelegei1tlich zu beob- aehtei1.

Die Plasmolyseformen der versehieden behandelten Bliitter unterseheiden sieh in der Streekui1gszone kamn voi1einander. Fiir die ausgewaehsene und blaflgriine Zone dagegei1 bestehen Untersehiede in der Plf, und zwar in dem Sini1e, daft mit CaC12-, Ca(NOa)2-LSsui1g und Leitui1gswasser behandelte BlOtter sehon I1ach 30 Minutei1 Konvexplasmolyse aufweisei1, InK NaCI-, NaNO~-, KC1- und KNOs-LSsi1ng behandelte Bl~itter dagegen noeh Konkavplasmolyse. Auffallei1d ist, dal~ in allen Bliittern aueh 5 Tage nach dem Abtrennen volt1 Sprol~ noeh deutliehe plasmafisehe Gradienten bestehen, indeln die Streekungszone stark koi1kav bis krampfartig plasmolysiert, die ausgewaehsene Zone dagegen konvex bis leiehf konkav.

Erst in der zweiten Versuehswoehe sinkt die Plz rapid ab. In hell ge- haltenei1 Versuehei1 plasmolysierei1 die ausgewaehsenei1 Zellen sehon naeh

D er Einflufi chemisdler und physikalisdler Faktoren 27

10--20 Minuten konvex, die Zellen der Streckungszone nach 30--45 Minuterx. Die dunkel gehaltenen Blgtter weisen lgl~gere Plz auf. Fiir (tie ausgewa&- senen Zellen befragen die Werte 30--60 Minuten, fiir die Zellen tier Streckungszone 1--5 Siunden. Im GegensaIz znr 1. Versuclaswoche sind nun an& Unterschiede in der Plf der Sfreekungszone zwisehen den mit K-, Na-

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Ahh. tO. Veriinderungen der PIz der ausgewachsenen Zone junger wachseaadbr- Bl~itter nach Vorbehandlung mit NaCI-, KC1-, CaCl~-Lgsung, Aq. bidest, und Stand/-

ortwasser in belichteten (a) und dtmkel gehalienen (b) Yersuchsserien.

Salzlbsungen und mit Aq. bidest, behandelten Bl~ttern eine~seits und den mK Ca-Salzliisnngen, Leitungswasser und Siandortwasser behandelten t~liittern andererseits festzustellen. Jetzt ist aueh in der Waehstumszone die Plz de~ Na-, K- und Aq. hiclest,-Gruppe liinger als die der Ca-, LeKungswasser- und Standortwassergruppe. Bemerkenswert ist, daft noeh nach so langet" Versuehsdauer geringe Gradienten in der Plz und Plf zwisehen Streekungs- und ausgewachsener Zone bestehen.

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28 Elisabefh Gtinther

Wie die ausgewachsenen Bl~itter wurden auch die jungen wachsenden Bl~ifter nieht nur mit m/100, sondern aueh mit m/50 und m/150 L~isung 1)e- handelt. Da keine wesentlichen Abweichungen yon den eben besproehe~len

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Abb. 1i. Yer~derung~n der Plz der Streekungszone "con jungen wachsenden Bl~ittern nach Yorbehandlunff mit Einsalzl6sunffen, Aq. bidest, und Standortwasser

in beliehteten (a) und dunkel gehaltenen (b) Yersuehsserien.

Ergebnissen bestehen, m6ehte ieh diese Yersuehsreihen nieht gesondert be- sehreiben.

Da vor allem die Gegeniiberstellung der plasmatischen Yerhsltnisse ausgewaehsener und wachsender Zellen yon Interesse ist, habe ich die Plz-Er- gebnisse der ausgewaehsenen Zone aller wachsenden Bl~itter in den Abb. 10 a und b dargestellt.

Der Einflul~ ehemischer und physikalischer Faktoren 29

In der ausgewaehsenen Spitzenzone der Bl~itter erfolgt im Laufe des Versuchs eine langsame Verkiirzung der Plz, die sieh bet hell gehaltenen Serien schneller vollzieht als bet dunkel gehaltenen. In belichteten Serien sind die Plzen schon naeh 24 S~unden erheblich ~r und liegen nach 5 Tagen unter 40 Minuten, in den dunkel gehal tenen Versuchen dagegen werden in den ersten Tagen noeh ziemlich lange Plzen gemessen, und in den folgenden Tagen schwanken die Wer te e twa um 60 Minuten. Die Proto- plasten der in KC1-Lbsung und Aq. bidest, eingelegten Bl~itter benStigen l~ingere Zeit bis zur Abrundung als mit CaC12-L6sung oder Standortwasser behandelte.

In den Abb 11 a und b sind die Werte fiir die Plzen der Streekungs- zone eingetragen. Wie schon aus Abb. 10 fiir die ausgewachsenen Zellen zu ersehen war und wie fiir die ausgewachsenen Bliitter allgemein gilt, wird auch in wachsenden Zellen dureh das Licht die Plz verktirzt . Die im Ver- suchsverlauf al lgemein beobachtete Tendenz des Protoplasmas, sich nach liingerer Isolation der Bl~itter in ki irzerer Zeit abzurunden, wi rk t sich unter dem Einflufl des Lichtes schneller aus als im Dunkeln. Der Eintlul~ der Be- handlung mit den verschiedenen SalzRisnngen pr~igt sich in den wachsenden Zellen erst sp~iter in der Plz aus, was besonders bet den dunkel gehaltene~ Blhttern zu bemerken ist. Der Durchschnitt aus 10 Versuchsreihen ergibt, dal~ auch in der Streckungszone die mit KC1-Lbsung und mit Aq. bidest. behandel ten Bl~itter l~ingere Plz aufweisen als in CaC12-LSsung und Stand- ortwasser kul t iv ier te Bl~itter. Die Verki irzung der Plz, die im Laufe des Versuches bet allen Behandlungen eintritt , setzt bet CaCI=- und Standort- wasserblht tern sehneller ein, w~ihrend KC1-Lbsung und Aq. bidest, das Plasma noch etwas l~inger in seinem normalen zhhfliissigen Zustand erhalten.

B. B e s t i m m u n g d e r Z e n t r i f u g i e r u n g s z e i t

Das Pr inzip der Zentr i fugierungsmethode beruht auf der Verlagerung best immter Zellbestandteile dureh die Zentr i fugalkraf t . Die Zeit, in der eine best immte Kra f t e inwirken mul~, um die Teilehen zu verlagern, ist ab- hhngig ,:on der Viskosit~it der Protoplasmas.

Da die Plasmaviskositat nicht mit der Zahigkeit reinviskoser Fliissigkeiten iiber- einstimmt, fehlt es nieht an Stimmen, die eine Yiskosit~tsbestimmung des Proto- plasmas mit der Zentrifugierungsmethode ablehnen. S e a r t h (1927) weist aus- drtiddieh darauf hin, daft die gerlagerung ~:on K6rpern im Plasma kein Kriterium darstellt, um zwischen wahrer giskosit~it und strukturellem Hindernis zu unterscheiden. Auch F r e y - W y s s l i n g (1948) sieht es als groben Fehler an, die PIasmaviskositfit der Zahigkeit yon Fliissigkeiten gleiehzusetzen und den Wider- stand des elastischen Molekulargeriistes zu vernaehlhssigen. Andere Autoren dagegen sind der Meinung, dal~ kurze Zentrifugierungszeiten bet sehwaehen Zentri- fugalkrhften ein riehtiges Bild yon der Viskosit/it vermitteln (H e i 113 r u n n 1925, K e s s l e r und R u h t a n d 1938, S e h m i d t , D i w a l d und S t o e k e r 1940, S t ~ 1 f e 1 t 1946). Plasmolyseform- und Plasmolysezeif-Messungen -con W e b e r (1929 d) an Elodea canadensis v o r u n d naeh kurzfristigem (30 Minuten) Zentri- fugieren mit sehwachen Umdrehungen (etwa 2000/Minute) stimmten vifllig tiberein,


so dal~ anzunehmen ist. daft dieses Objekt keine Sch~digungen durch die Zentri- fugierung erleidet.

-Ausfiihrliche Bespreehungen der Zentrifugierungsmethode liegen -con H e l l - b r u n n (1925, 1928), R u g e (1940) und V i r g i n (1951) vor, so daft an dieser Stelle ant eine eingehende Diskussion verziehtet werden kann. D e l l i n g - h a u s e n (1936) h~ilt die Zentrifugi, erungsmethode nur fiir anwend:bar, wenn die zu vergleiehenden Objekte in folgenden Punkten iibereinstimmen:

1. Der Weg, der den Teilchen zur Yerfiigung steht, muff gleieh sein (d. h. die Zellen miissen gleich lang sein).

2. Gleiehes spezifisehes Gewieht und gleiehes Wolumen der Teilehen. 3. Gleiehe Lage in den Zellen. 4. Ungefiihr gleiehe Anzahl yon Teildlen in den Zellen.

An Elodea densa kann man die Z~hfliissigkeit des Plasmas feststellen, indem man die Verlagerungsfhhigkei t der Chloroplas ten im Cytop lasma r~il~t. Soweit es sich um den Vergleich ausgewachsener Blht ter unter- .einander handelt , sind die Zellen als ungefi ihr gleieh lang zu betrachten. In jungen Bl~ttern dagegen haben die Chloroplas ten einen ki irzeren Weg zuriickzulegen. Wenn dieser Fak to r das Ergebnis wirklieh entscheidend beeinflussen wiirde, mtif i te man beim Vergleich die al ten Bliitter schon als , ,verlagert" angeben, wenn sich die Chloroplas ten nur wenig verschoben haben. Es hande l t sich bet den Wer ten fiir ausgewa&sene Zellen und nicht ausgewachsene Zellen stets um grSflere Differenzen, so daft man Unter- schiede im Weg, den die Teilchen zuriiekzulegen haben, vernachlhssigen kann.

Schwieriger ist es, Teilchen yon gleicher Grifl~e und gleichem spezifischen Gewicht zu verwenden. Das Volumen der Chloroplaste n wurde nach L~ingen- messungen geschiitzt, wobei s tarke Ver~tnderungen im Laufe des Versuchs festgestellt wurden, die nicht ohne Einflufi auf die Ergebnisse blieben. Da diese Yer~inderungen in al ien u etwa gleiehsinnig verl iefen, wi rd ein Vergleich der ,:erschieden behandel ten Bl~itter dennoch miJglich seth. Das spezifische Gewicht der Chloroplas ten ist yore St~irkegehalt ab- hhngig. Es war daher ntitig, para l le l zu den Zentr i fugierungsversuchen die Best immung des Stiirkegehaltes durchzufiihren. Ver~tnderungen im St~trke- gehalf f anden bet der Auswer tung der Versuche Beriieksichtigung.

Die zu untersuehenden B1/itter kamen zum Zentrifugieren zwischen zwei fiir die Zentrifugenglaschen passend zurechtgeschnittene Objekttrager, die dutch ein Gummi- band zusammengehatten wurden, um eine Verschiebung der Bliitter zu verhindern. Die Zentrifugengl~isehen wurden mit den entsprechenden Salzltisungen, Leitungs- wasser oder Aq. bidest, beschickt. Nach Vorversuchen mit htiheren Geschwindig- keiten hat es sieh als gtinstig erwiesen, eine Umdrehnngszahl yon 2000 in der Minute anzuwenden.

a) Zentrifugenzeit normaler unbehandelter BlOtter

Bevor ich mich den Zentr i fugierungsversnchen mit behandel ten Bliittern zuwende, sollen einlei tend die an normalen, frisch ~r Sprol~ abget rennten Bliittern gewonnenen Ergebnisse besprochen werden.

Yon M o d e r (1932) liegen Versuehe fiber ausgewachsene Blhtter vor. Bet ether Tourenzahl yon 2600 Umdrehungen/Minute xTerlagerteu sieh naeh ether Minute die

Der Einflult chemischer und physikalischer Faktor,en 3i

Chloroplasten der Zellen der Blattbasis und der Mittelrippe, die tier tibrigen Zellen erst sp/iter. Eigene u konnten best/itigen, daft die Chloroplasten der Mittelrippen- und Basalzellen stets zuerst verschoben waren. Friihzeitige Chloroplastenbewegung kurz unterhalb der Spitze (E s t e r a k 1955) wurden nur ~-ereinzelt beobachtet. Daten fiber Verlagerungszeiten aller erkennbaren Plasma- einschliisse in jungen Blattztihnen gibt t{u g e (1940) an, der selbsf naeh 30 Mi- nuten bet 2000 Umdrehungen in den jiingsten Stadien keine Umlagerung erzielen konnte. Die fiir die wetter entwiekelien Stadien angegebene Kurve /ihnelt in ihrem u unserer fiir 16 mm lange Elodea-Bl~tter ermittelten Kurve.

Durch eingehende Zenfrifugierungsversuche konnte S t ~1 f e 1 t (I966) feststellen, daft die bet Elodea-Bl~ttern mit der Zz-Mdhode gemessenen u

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Abb. 12. u der Gradienten der Zelliinge und der Zz. Bezeiehnungen siehe Abb. i.

im Laufe des Tages in bestimmtem Rhythmus schwankten (vgl. auch W e b e r 1925). Gleiehbleibende Ergebnisse waren erst zu erzielen, wenn die B1/itter drei Tage lang dunkel gehalten wurden. Kurzfristige Liehtblitze wirkten sieh sofor't wieder in Ver/inderungen der Viskosit~it aus. Diese Resultate konnten yon u i r g i n (196S, 1951, I952) best/itigt werden, der aueh an an deren Objekten ~ihnliche Beziehungen feststellte (1969 b).

Bet ausgewaehsenen Bliittern betrug in eigenen u die Zz bet I500 Umdrehungen 2,5--6 Minuten, die Chloroplasten der Mittelr ippen- zellen verlagerten sieh stets sehon naeh 2 Minuten.

Die Zz-Werte junger Bl~itter stehen im krassen Gegensatz zu den Plf- und Plz-Befunden. Wiihrend man naeh den Plasmolyseversuehen auf hghere u der jungen Bl~itter schliel]en konnte, ist aus der Zz das Gegenteil zu entnehmen. In Abb. 12 sind die Zzen und die entsprechenden Zell~ingen aufgefiihrt . Im kleinsten Btatt waren sowohl im Meristem als aueh in der Streekungszone die Chloroplasten sehon naeh 20 Sekunden vbllig verlagert, naeh 30 Sekunden aueh die Chloroplasten der Blattspitze. Im mittelgrol~en Blatt dauerte es im Meristem und in der Stre&ungszone 30 Sekunden und

32 Elisabeth Gtillther

in der Spi tze 1 Minute, bis die Chloroplas ten in die zent r i fugale Zellhiilfie gesehleudert waren. I m grbtqten Blat t f anden sieh naeh 30 Sekunden nur die Chlorop las ten der basa len Sfreekungszone zen t r i fuga l verlagert . U m d i e Chlorop las ten der Bla t tmi t t e zu versehieben, mult te eine Minute zentr i- fugier t werden, ftir die Chloroplas ten der Bla t t sp i tze 2�89 Minuten. Diese Wer te wurden mi t n u t sehr ger ingen Differenzen zu jeder Tageszei t gefunden. Aueh u i r g i n (1951) konnte bet seinen Zentr i fugierungsversuehen an jungen Elodea-Bliittern kiirzere Zeiten als bet iilteren messen.

Um zu untersuehen, in welehem Ausmafi dutch das Lieht bedingte Yiskosit~its- sehwankungen die Versuchsergebnisse beeintrachtigen, wurden eine Wo&e lang wiihrend des Tages alle 2 Stunden Messungen der Verlagerungszeiten dureh- gefiihrt. Dabei kam ieh zu den in der Tabelle 5 angegebenen Werten:

Tabelle 5

A u s g e w a c h s e n e BlOtter J u n g e BlOtter

Zei t B la t tobe r se i t e B l a t t u n t e r s e i t e

7 oo

9 ~

11 oo

13 ~176 15 ~176 17 oo

19 ~176

:B]att- B la t t - oberse i te un t e r se i t e

2,5 Min. 7 Min.

3,0 Min. 8 Min.

3,5 Min. 8 Min.

3,0 Min. 8 Min.

3,0 Min. 9 Min.

2,5 Min. 7 Min.

2,5 Mira 6 Min.

Bas i s

30 Sek. 30 Sek.

30 Sek.

30 Sek.

30 Sek.

20 Sek.

20 Sek.

Spi tze

3,0 Min.

4,0 Mi'n.

4,0 Min.

3,5 Min.

3,0 Min. 2,5 N[in.

2,5 Min.

Bas i s

45 Sek.

45 Sek, 45 Sek.

30 Sek.

30 Sek.

30 Sek.

30 Sek.

Spi tze

7,0 Min.

8,0 Min. 8,5 Min.

5,5 Mira

4,5 Min.

3,0 Min.

4,0 Min.

Aus Tab. 5 ist zu ersehen, daft mit Ausnahme tier sonst zu den Yersuehen nicht verwendeten Blattunterseite nur geringe t@liche Sehwankungen an den Yersuehsbliittern festzustellen sind. Im allgemeinen sind morg'ens kurze Zzen zur Verlagerung der Chloroplasten ngtig, im Laufe des Vormiitags erfolgt ein Anstieg, naehmittags stimmen die Zeiten wieder mit den morgens gemessenen Zz-Werten iiberein. In den folgenden Versuehen ist kaum mit Versuehsfehlern zu reehnen, die dutch eine autonome Rhythmik bedingt sind, da die an isolierten Bl/ittern beobachteten Zz-Ver~illderungen wesentlich grSltoer sin& Aul~erdem wurde der grblqte Tell der Yersuehsbl~iiter st~indig belichtet bzw. vbllig dunkel gehalten, so daft nach wenigen Tagen jede Rhythmik ausgesehaltet sein mti~te.

b) Zentrifugenzeiten oon ausgema&senen behandelten Bliittern

Wie bei den Plasmolyseversuchen ergaben sich auch bei der Messung der Zz Unterschiede bei verschiedener Behandtung der BlOtter. Aus Abb. 13 sind die Zz-Werte bei 1500 Umdrehungen /Minu te im Laufe yon 4 Versuchs- wochen bei g o r b e h a n d l u n g mit Lei tungswasser und Aq. bidest, zu ersehen.

In den ersten 3 Tagen nach der Isolat ion entsprechen (tie Verlagerungs- zeiten e twa denen n o r m a l e r Blgtter. Allein die Chloroplas ten der dunkel gehal tenen Bl~tfer sind etwas schwerer zu verlagern. Erst gegen Ende der 1. Woche ist sowohl bet den beliehteten als aueh bet den dunkel gehal tenen Bliittern ein st i i rkerer Ans t i eg der Zz auf das Zwei- his Drei fache gegen-

Der Einflufl chemischer und physikMiseher Faktoren 33

fiber der Zz normaler Bliitter zu bemerken. Naeh wei teren 8 Tagen wird die sehleehte Verlagerungsfi ihigkeit der Chloroplas ten in dunkel gehalfener~ Zellen immer deutlieher, und n a & dreiwiichiger Dunke lbehand lung Rat sieh die Zz verfi inffaeht. Naeh 5 Woehen kann keine u der Chloro- plastenlage mehr erreieht werden. Untersehiede bestehen nur zwisehen hell und dunkel gehaltenen Versuehen, die Behandlung mit Leitungswasser oder Aq. bidest, wi rk t sieh kaum auf die Zz aus.

7 d 21 2~ Tage

Abb. 13. Ver/inderungen der Zz ausgewachsener Bl/itter nach Vorbehandhmg mit Leitungswasser und Aq. bidest., beliehtet und dunkel gehalten.

Wieweit haben St~rkegehalf und Chloroplas tengr i~e Einfiu~ auf diese Ergebnisse?

~ber die Yerteilung .des St~irkegehaltes im normalen Elodea-Blatt macht M o d e r (1932) genaue Angaben, die wir dutch eigene Versuche best~itigen konnten. Dana& sind die basalen und Mittelrippenzellen am sthrkereichsten, zur Spitze bin nimmt der St~rkegehalt ab, Die Bestimmung erfolgte, wie b el M o d e r angegeben, dutch Einlegen ganzer Bl~itter in Jod-Chloralhydraf. u man nun Zz und St~irkegehalt, so ergibf sich, daft die ~iuf]ersten Basal- und Mittel- rippenzellen, die am st~irkereichsten s~nd, kiirzere Zz aufweisen als die iibrigen Laminazellen. Deshalb wurden bei den vergleichenden Untersuchungen auch stets nur die Feldzellen beriicksichtigt. St/~rkekonfrollen der behandelten B1/~tter zeigten gleicbsinniges Verhalten aller Versuchsreihen. Sdmn nach 3 Tagen sind die Feld- zellen st/irkefrei, und nur die Mittelrippenzellen und wenige benachbarte Zell- reiben (nebst einer sehmalen basalen Zone) f~rben sich beim St~rkenachweis kr~ftig blau. Der verschiedene St~irkegehalf kann demnach nur in den ersten drei Tagen einen Einflufl auf die Verlagerungszeiten ausfiben, da in der Folgezeit alle Feldzellen gleichm~if~ig si/~rkefrei sin&

Anders ist es mit der Chloroplastengrbfle. Die Chloroplasfen der behandel ten Bl~itter werden im Versuchsverlauf sehr viel kleiner. Zu Beginn des Yersuchs betr~ig[ die ChloroplastengrSl~e basal 6 - - 7 # und n immt zur Blat tspi tze auf 5,u ab. In der ersfen Versuchswoche ver~indern si& die


Chioroplas ten kaum, nach 7 Tagen werden an der Basis immer noch 6 # f i i r die Chloroplastenl~inge gemessen, an der Blai tspi tze etwas kleinere Wer te

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4 s g To,. Abb. 14. Veranderungen der Zz ausgewachsener Blgtter had1 Vorbehandlung mit Einsalzltisungen, Aq. bidest., Leitungswasser und Standortwasser bei Sommer-

versuchen.

(4#). Nach der 2. u sind die Chloroplas ten an der Blattbasis n u t noch 4--5 # grol], nach 3 Wochen nu t noch 2,5--3,5 #,

1 8

2

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Abb. 15. Yer/inderungen der Zz ausgewachsener Bl~itter nach Vorbehandlung mit Einsalzl6sungen, Aq. bidest., Standortwasser und Leitungswasser bei Winter-

versuchen.

Alle Faktoren, die die Zentr i fugierungsversuche sttirend beeinf/ussen ki~nnten, vert indern sich also bei den verschiedenen Behandlungen gleichsinnig, so daiq man die Resultate als vergleichbar befrachten kann. Die u

Der Einfluf] &emischer und phys'ikalischer Faktoren 35

suche haben ergeben, daft die Chloroplasten der mit NaCI-, NaNOr , KC1- und KNOrLSsungen behandelten Blatter etwa die gleiche Zeif zur Ver- lagerung benStigen. Nach Behandlung nxit diesen vier Salzl5sungen konnte die kiirzeste Zz gemessen werden. Die Chloroplasten der mit CaCI~- und Ca(NO:~)2-Lt~sung behandelten Blatter verlagern sich �89 Minute sp~tter, und die in Leitungswasser, Standortwasser und Aq. bidest, kultivierten Bl~itter weisen die langste Zz auf, unterscheiden sich aber ira Gegensatz zu dem Verhalten bet den Plz-Versuchen nicht untereinander. Wie schon bet den Yersuehen mit Leitungswasser und Aq. bidest, angeftihrt war, miissen die Chloroplasten der dunkel gehaltenen Blatter langer zentrifugiert werden, um eine Verlagerung zu bewirken.

Die im Laufe yon 10 Tagen beobachteten Verhnderungen geben die Abb. 14 und 15 an. Beiden Abbildungen gemeinsam isf der langsame An- stieg der Zz im Versuchsverlauf. In der Sommerkurve (Abb. 14) entspridlt die Zz in den ersten u den Werten unbehandelter nomnaler Bl~ttter. Bet Winterversuchen dagegen mul~ schon in den ersten Versuchs- tagen langer zentrifugiert werden, um die Chloroplasten zu verlagern. Da NaCI-, NaNO,-, KC1- und KNOrL5sungen gleichsinnig" auf die Zz einwirken, wurden die entsprechenden Werte zu einer Kurve zusammengefal~f. Ebenso wurde ftir Leitungswasser, Standorfwasser und Aq. bidest, nut eine Kurve eing'etragen.

Die Zz-Knrven dieser drei Gruppen liegen eng beieinander. Der Eiufluf~ des Milieus wirkt sich also nut wenig auf die Zz aus. Dem Lichf kommt dagegen eine wesentliche Bedeutung zu. Die Chloroplasten belichteter Blatter sind stets nach kiirzerer Zeit ~erlagert als die Chloroplasten der dunkel gehaltenen Blhtter.

c) Zen~rifugierungszeiten junger roachsender BlOtter

Wie schon mitgeteilt, unterscheidet sich die Zz junger wachsender Blhtter ganz wesentlich yon der Zz ausgewachsener Blfitter: Sie betrggt etwa nur 20% der letzten. Nach der Isolation ~ergndert sich auch bet jungen wachsenden Blhftern die Zz, indem im Laufe des Versuchs immer l~ingere Zeiten nStig sind, um die Chloroplasten zur Verlagerung zu bringen. In den ersten 5 Versuchstagen bleiben die charakteristischen Gradienten zwischen Strek- kungs- und Dauerzone erhalten. Durch die verschiedene Behandlung der BlOtter werden die Zz-t~esultate der jungen Bl~itter noch weniger beeinflufif als die ausgewachsener BlOtter. Die Chloroplastengrtil~e in den Wachstums- zonen betr~igt 4--5 ~, l0 Tage nach der Isolation 3--4 #, hndert sich also im Laufe des u nut wenig.

IV. Ver~inderungen der Chloroplasten und der Blatffarbe

Neben den Ver~inderungen des osmotischen und protoplasmafischen Zu- standes ~ndert sial1 makroskopisch sichtbar die Farbe und Beschaffenheit der Bltitter und mikroskopisch nachweisbar die Anordnung der Chloro- plasten.


Am Sprofi sind alle Bliitter frisch griin und mit der Spitze leicht na& unten gewblbt. Die Chloroplasten sind den Protoplasmasfriingen folgend fiber die Zelle verteilt. Der der Wand anliegende Plasmasehlaueh ist ebenfalls reich an Chloroplasten, die abet kaum geh~iuft, sondern weitgehend verteilt liegen. Allein um den Kern herren, der meist als helle Blase deutlieh siehtbar ist, befinden sieh mehrere Chloroplasten.

Sehon naetl einem Tage iindert sich dieses vielstriingige Plasmagefiige. In aus Aq. bidest, hell entnommenen Bliittern ballen sieh die Chloroplasten so stark zusammen, dal3 nur noeh ein diehtes dunkelgriines Kniiuel, das den Zellkern in sieh verbirgt, aus der sonst transparenten Zelle aufleuehtet. In den dunkel gehaltenen Bliittern entsprieht die Chloroplastenanordnung zumeist noeh der normaler Bliitter.

Abb. 16. Rotierende Systrophe in einem 3 Tage mit Standortwasser vorbehandelten Blatt, 30 Minuten mit 0,4 tool. Glucose plasmolysiert.

Am 2. Versuchstag besitzen alle Bliitier wie am Sprol] frischgriine Farbe und zeigen iiuflerlich keine u nur die Anordnung der Chloro- plasten weist kleine Unterschiede gegeniiber der des u auf. Die Chloroplasiensystrophe der mit Aq. bidest, behandelten Bliitter in beIich- tefen u priigt sick noch siiirker aus. Die Chloroplastenkniiuel liegen wie Halbkugeln den periklinen Zellwiinden an, und zwar hiiufig da, wo die antiklinen Zellwi/nde angrenzen. ~hnliche Systrophen sind auch in Bl~ittern, die mit NaCI-, NaNO3-LSsung behandelt wurden, und vereinzelt auch in KC1- und KNO3-Bl~ittern zu beobachfen.

Die Chloroplasten der in Leitungswasser, CaCI~- und Ca(NO3)~-L5sung kultivlerten belichteten Bliitter sind nicht mehr in der Zellmitte zentriert wie am ersten Tag, sondern ziehen als breiter Strang schriig durch die Zelle ~:on einer periklinen Wand zur anderen. Die Chloroplasten der ,,Dunkel- bliitter, haben inzwischen in allen LSsungen typische Dunkelstellung (Apostrophe) angenommen.

Der Einflu13 chemischer und physikalischer Faktoren 37

In den folgenden Tagen kann bei der Bestimmung der Grenzplasmolyse oft die yon K iis t e r (t910, 1929) als ,,rotierende Systrophe" beschriebene Bewegung der Chloroplasten beobachtet werden. An einem Pol des abge- hobenen Protoplasten gehiiuft, rotiert das ganze Chloroplastenbiindel (Abb. 16).

Von der zweiten u ab bis zum Absterben der Bliitter, das 3--4 Woehen naeh der Isolation beginnt, liegen die Chloroplasten der beliehteten Bl~itter in Parastrophe, die der dunkel gehaltenen in Apostrophe. Der Absterbevorgang beginnt entweder yon der Blattspitze oder yon der Blattbasis aus, zumeist sind aueh die Blattriinder stark besehiidigt. In der N~ihe der Mitielrippe sind die Zellen am liingsten lebensfahig. Die Chloro- ptasten verfgrben sieh in den beliehteten Versuehen gelblieh, in dunkel gehaltenen gelbbraun, ein Zeiehen daffir, daft Chlorophyll abgebaut wird, die Carotinoide abet erhalten bleiben.

;~hnliche Ver~inderungen gehen an den jungen Bliittern vor sieh. Trennt man die Bliitter ab, so kann man sehon makroskopiseh die blaflgriine Waehs- tumszone yon der ausgewachsenen kriiftig grtinen Spitze unterseheiden. Die Chloroplasten der Basalzone liegen fiber die ganze Zelle verteilt, die der Streekungszone dagegen auf wenige Stellen konzentriert, die der ausgewaehsenen Spitze sind wie im ausgewaehsenen Blatt gelagert. Das Meristem stirbt naeh der Isolation bald ab, die Chloroplasten der Streckungszone und Spitze sind in Liehtversuehen ~om 2.--5. Versnehstag leieht systrophiert, zmn Teil nngeordnet fiber die Zelle verteilt. D ie Chloroplasten der Dnnkel- blatter befinden sieh in Apostrophe. Innerhalb der ersten 14 Tage veriindert sieh die Chloroplastenlage der dunkel gehaltenen Bl';itter nieht mehr, bet den beliehteten tritt allgemein Parastrophe ein. In alien hell gehaltenen Bl~itiern versehwinden die farblosen Zonen fast viillig, so dal~ das ganze Blatt fast gleiehmiif~ig griin gefiirbt ist. Die Dunkelbliitter dagegen ver- blassen mehr und mehr. Junge Bl~itter sind naeh der Isolation weniger resistent als alte Bliitter. Besonders die jiingsten Bliitter zeigen sehon naeh 8 Tagen Seh~digungen.

V. Besprecbung der Ergebnisse

Zustandsiinderungen der Plasmakolloide linden zu einem wesentliehen Teil Ausdruek in Versehiebungen der Plasmaviskositiit. Den bisher bekann- ten Methoden zu ihrer Messung haften zahlreiehe Fehlermiigliehkeiten an, so daft nur bet iiul~erst kritiseher Beurteilung der Ergebnisse auf die Z~ihigkeit gesehlossen werden kann. Auf Grund der vorliegenden tlesultate er- seheint es sehr zweifelhaft, ob man aus den mit einer Methode gewonnenen Werten iiberhaupt auf die Konsistenz des Gesamtplasmas sehlieflen dart.

Bet Durehsieht der Literatur begegnet man nieht selten Arbeiten, in denen die Plz- und Plf-Methode neben der Zentrifugierungsmethode angewendet worden ist. Die Mehrzahl der Autoren (W e b e r 1924, 1925, W e i s 1926, M o d e r t932, E s t e r a k 1955, P r u d ' h o m m e v a n R e i n e t935, v. D e l l i n g h a u s e n t936, K e s s l e r und t l u h l a n d 1938, S e h m i d t , D i w a 1 d nnd S t o e k e r I940, zum Teil t{ u g e 1940) gibt an, dat3 die mit

38 Elisabefh Giinther

den beiden Methoden gewonnenen Resultate iibereinstimmen. Sehr sp~irlich sind die Arbeiten mit abweichenden Resulfaten (z. B. K e s s 1 e r 1935, fiir Hedera helix und Saxi[raga cordifolia). F i s c h e r (194S) gibt an, daft er in Zentrifugierungsversuchen keine bestimmte l~ichtung hinsichtlich der u feststellen konnte.

Wenn man beriicksichiigt, daft die Plasmolysemethode im wesentlichen einen Einblick in die Beschaffenheit des Ektoplasmas vermiftelt, die Zenfri- fugierungsmethode aber hauptshchlich die Yerhhltnisse im Binnenplasma widerspiegelt, wird man nicht unbedingt eine ~bereinstimmung zwischen den naeh beiden Methoden gewonnenen Resultaten erwarten. Im Gegenteil, es ist wahrscheinlich, daft Ekto- und Endoplasma yon verschiedener Kon- sistenz sind.

Vergleichende Plasmolyse- und Zentrifugierungsmessungen an Eiodea liegen bereits yon anderen Autoren vor, und zwar fiir ausgewachsene Blh~- ter yon Elodea canadensis yon M o d e r (1932) und E s t e r a k (1955). Beide konnten t2bereinstimmung zwischen den mit beiden Methoden gewonnenen Werten feststellen, fanden abet gerade entgegengesetzte Gradienten. M od e r beobachtete in HarnstofflSsung die ersten perfekten Plasmolysen an der Basis und ein Fortschreifen zur Spitze. Die ersten Chloroplasten- verlagerungen fanden bei ihren Zentrifugierungsversuchen ebenfalls an der Basis stair. E s t e r a k dagegen bemerkte die ersten Konvexplasmolysen kurz unterhalb der Spitze und beschrieb parallel dazu auch die ktirzesten Zentrifugierungszeiten fiir die Spitze. Die eigenen Ergebnisse an Elodea densa zeigten die dritte MSglichkeit: Plz und Zz verhielten sich verschieden, die ersten Konvexplasmolysen konnten an der Spitze beobachtet werden (wie bei E s t e r a k), die ersten Chloroplastenverlagerungen dagegen an der Blattbasis (wie bei M o d e r). Die Abweiehung yon den Resultaten M o d e r s ist wahrscheinlich durch das Plasmolyiikum bedingt. Da M o d e r Harnstoff verwendete, sind die kurzen Plzen an der Basis durdl die hShere Per- meabilit~t dieses Zellteils verursacht. In ausgewachsenen, normalen Elodea- Bl~ittern unterscheiden sich delnnach Ekto- und Endoplasma in ihrer u sit,it. Wenn die Z~ihigkeit des Plasmas durch den Hydratationsgrad der Plasmakolloide bestimmt wird, so werden die Faktoren, yon denen die Quellung abh~ingt, auf die Konsisfenz einwirken. Quellungssteuernde Be- deutung schreibt man ,~or allem den Kalium- und Calcium-Ionen zu. Man wird also erwarten ktinnen, daft das u dieser Ionen in der Kulturfliissigkeit sich auf die u auswirkt. Wie schon einleitend er- w~ihnt, liegen auf diesem Gebiet bereits zahlreiche Arbeiten vor, deren Ergebnisse abet bisher keine Aufstellung einer allgemeingiiliigen Theorie der Ionenwirkung erlauben. Diese Widerspriiche sind teilweise dadurch bedingf, daft die mit den verschiedenen Methoden der Yiskosittitsbestim- mung gewonnenen Resultate direkt verglichen wurden. Es sollen bier nur die mit der Zz- und mit der Plf- und Plz-Methode bestimmten Werte diskutiert werden. Sicherlich sind bei unbehandelten EIodea-Bl~ttern Ekto- und Endoplasma yon verschiedener Konsistenz. Die Untersuchungen haben weiterhin ergeben, daft Ekto- und Endoplasma ganz verschieden auf Ein-

lDer Einflufi chemischer und physJkalischer Faktoren 39

salzlSsungen der bier verwendeten Konzentrationen ansprechen. In allen Versuchsserien waren in bezug auf Plz und Plf deuilich zwei Gruppen zu nnierscheiden: Vorbehandhng mit CaCl~-, Ca(NO3)2-LSsung, Siandort- wasser und Leitungswasser hatie kurze Plz und wenig konkave Plf zur Folge, Vorbehandlung mit NaCI-, NaNOs-, KCI-, KNO~-LSsung und Aq. bidest., dagegen lgngere Plz und st~irker konkave Plf. In den jungen wachsenden Blgttern prggten sich dutch die verschiedenen u her- vorgerufene Ver~nderungen der Plasmaviskosit~it zuerst in der ausgewachsenen Blattspitze aus, erst sparer aueh in der Streckungszone. In NaCI-, NaNO3-, KCI-, KNO~-LSsung und Aq. bidest, blieben (besonders in de~ Dunkelversuchen) verhiiltnismiil~ig lange (etwa 20 Tage) deutliche plasmatische Gradienten zwischen der Plz und Plf der Streckungszone und der ausgewachsenen Spitzenzone erhalten, in CaCI~-, Ca(NO3)2-LSsung, Leitungs- und Standortwasser waren nach dieser Zeit nut noch geringe Unterschiede im plasmatischen Verhalten der Basal- und Spitzenzone zu verzeichnen.

F i s c h e r (1948, 1949) konnte beim Altern eine Verschiebung des K/Ca- Verh~iltnisses zum Ca feststellen. Seine Plf-Untersuchungen an ether grofien Zahl yon Land- und Wasserpflanzen ergaben mit nut ether Ansnahme (Ranunculus ficaria) u mit zunehmendem Alter. Es ist mSglich, daft diese w~ihrend des Alterungsprozesses auftretende Viskositats- abnahme mit dem zunehmenden Ca-Gehalt im Zusammenhang steht, viel- leicht sogar dutch die Verschiebung des K/Ca-Verhiiltnisses zum Ca bedingt wird. Die in unseren Versuchen mit Ca-LSsuxagen, Leitungswasser und Standortwasser beobachtete ,,u seheini eine ver- frfihte Alterserscheinung zu sein, die dutch eine StSrung des K/Ca-Gleich- gewichtes hervorgerufen wird. Wahrscheinlich ist auch die nach l~ingerer Isolation auftretende Abnahme der CZCtoplasmaviskositat durch Alterungs- prozesse bedingt. Die Verkiirzung der Plz nach l~ingerer Versuchsdauer wurde ebenfalls zuerst in den Ca enthaltenden Flfissigkeiten gemessen, was darauf schlieften laft, dal~ Ca-Ionen eine Rolle bet diesen Vorgangen spie- len. Es kann sich dabei aber auch um zufallige ~bereinstimmung handeln, da man das Vorhandensein yon Ca-Ionen in der AufienlSsung nicht direkt mit dem Ca-Gehalt der Pflanzen gleichsetzen kann.

Die mit der Plf- und Plz-Methode gewonnenen Ergebnisse fiber die Wir- kung yon EinsalzlSsungen konnten keine Best~itigung dutch die Zentrifu- gierungsmethode linden. Gerade Varianten, die sich nach den Plf- und Plz- Befunden stark unterschieden, stimmten nach den Zz-Messungen iiberein. Im Gegensatz zu den Plasmolysezeitbestimmungen, nach denen dutch Ca- LSsungen die u herabgesetzt erschien, wirkt, nach der Zz-Methode zu urteilen, Ca den anderen SalzlSsungen gegenfiber etwas viskosit~its- steigernd. In jungen Bl~ittern sind in der ersten Versuchswoche nach Behand- lung mit verschiedenen SalzlSsungen keine Unterschiede festzustellen. Erst nach 10 Tagen kann man nach den Zz-Ergebnissen Viskositatssteigerung in der Reihenfolge Na ~ K (Ca unterscheiden. Die mit den Plasmolysemetho- den gemessene Verringerung der Viskositht durch Behandlung der isolierten Blatter mit Leitungswasser oder Standortwasser konnte ebenfalls mit der


Zentrifugierungsmethode nicht reproduziert werden, hn Gegenteih In den so behandelten Blattern hatte sich die Viskositat am starksten erhbht.

Wahrend in den Plasmolyseversuchen Obereinstimmung in der Kon- sistenzanderung nach Vorbehandlung mit calciumhaltigen Lbsungen zu verzeichnen war (Einsalzlbsungen aus CaCI~ und Ca(NO.~)~ wirkten ahnlich wie Leitungswasser und Standortwasser), konnte mit der Zentrifugierungs- methode keine gleichsinnige Wirkung festgestellt werden. Die Chloroplasten der in EinsalzliSsungen kultivierten Bliitter verlagerten sich bereits in kiirzerer Zeit als die Plastiden der mit Aq. bidest, oder Leitungswasser uud Standortwasser vorbehandelten Blatter. Es wurden also mit den verschiedenen Methoden ganz andere Viskositatsanderungen gemessen. Wahrend nach der Plasmolysemethode auf eine einwandfreie Verminderung der Ziihigkeit nach Ca-Einwirkung zu schlieften ware, ergaben die Zentrifugie- rungsversuche nur geringe Unterschiede nach Vorbehandlung mit den ver- ~chiedenen Kulturfliissigkeiten.

Die ver kiirzte Plz nach liingerer Isolation wurde als Viskositiitserniedri- gung betrachtet, die der im normalen Alterungsprozefl auftreteuden entspricht. Fiir diesen Vorgang wurden yon F i s c h e r (1948) mit beiden Methoden verschiedene Werte gewonnen. Er halt die Zentrifugierungs- methode fiir ungeeignet, well sie die Plf-Befunde nicht zu bestiitigen ver- mochte.

Mit zunehmender Versuchsdauer konnte in eigenen Versuchen abneh- mende Verlagerungsfahigkeit der Chloroplasten beobachtet werden, was im Gegensatz zu den Plz- und PIf-Versuchen auf zunehmende u schliefien liefte. Es konnte festgestellt werden, daft die Chloroplasten in~ Versuchsverlauf wesentlich kleiner werden. Ich mbchte daher die bet allen Behandlungsweisen auftretende sdleinbare ViskositiitserhShung grSfltenteils dem Kleinerwerden der Chloroplasten zuschreiben.

Wenu man der Berechnung der Viskositat die Stokessche Formel zugrunde legt

2" ( D - - d ) " K " r 2, V

9rj

wobei V die Geschwindigkeit, D das spezifische Gewiclit der Teilchen, d das spezifische Gewicht des Mediums, K die bewegende Kraft, r der Radius des Teilchens und ~ die Plasmaviskositat ist, geht der Radius der Teilchen zum Q u a d r a t erhoben in die Formel ein. Es kbnnte also die Zz innerhalb yon 3 Wochen ant das Vierfaehe ansteigen, wenn anfangs r 2 ~ 9/2 und am Ende 1 e = 2,25 # ist.

Wenn sctlon am gleichen Objekt zwei Methoden der Viskositatsbestim- mung zu verschiedenen Resultaten in bezug auf die K-Ca-Wirkung ftihren, so erscheint es durchaus wahrscheinlich, daft die Anwendung dieser Metho- den auf verschiedene Versuchsobjekte nicht zu iibereiustimmenden Werten fiihrt. H e i 1 b r u n n (192S) schreibt: ,,It should be remembered that our statement regarding the effect of sodium, calcium, and other similar ions on the protoplasm is only true for the protoplasm of the interior of the cell." Er konnte im ZentrifugierungsverSuch zeigen, daft die Viskositat des

D er Einflul~ chemischer und physikalischer Faktoren 4~

Plasmas yon Seeigeleiern und Stentor dutch Ca-ionen herabgesetzt wurde. Auch H. T. und R. T. N o r t h e n (1939), die sich allein der Zz-Methode bedienteD, fanden bet 1--2 Std. lang mit verschiedenen Salz]5sungen behandelten Spirogyra-Fgden in Ca eine Herabsetzung der Viskosit~i• in K- und Na-L5sungen entgegengesetzte Wirkung. Es handelt sich dabei abet um keinen allgemeingiiltigen Egekt ein- oder zweiwertiger Ionen, da sich andere Alkali- und Erdalkaliionen anders u Am gleichen Objekt konnte W e b e r (1924) in vergleichenden Plasmolyse- und Zz-Versuchen iibereinstimlnend feststellen, dal~ Ca-LSsungen die Viskosit~it erniedrigten, Na-Ionen sie erhShteu. T i m m e 1 (1927) dagegen marl an Monarda abneh- mende Yerlagerungsf~ihigkeit in der Reihenfolge K, Na, Li, Mg, Ba, Ca. Vergleichende Plasmolyse-Zentrifugierungsversuche yon W e i s (1926) an Allium ergaben iibereinstimmend, dal~ NH~, K, Na veri]iissigend, Mg, Sr und Ca verfestigend auf (]as Plasma einwirken. Nach Untersuchungen yon G e n k e 1 und T s v e t k o v a (1950) ist die Plz sukkulenter Pflanzen erhSht, wenn sle mit hypotonischen CaC12-LSsungen vorbehandelt wurden.

Einen nicht zu untersch~itzenden Faktor bet der Ionenwirkung stellt die, Konzentration der verwendeteu SalzlSsungen dar. Plasmolysierend wir- kende EinsalzlSsungen, in denen neben dem Salzeffekt der osmotische Wasserentzug auf die Plasmabeschaffenheit einwirkt, sind nicht mit hypotonischen LSsnngen zu vergleichen. Bei Plasmolyse in hypertonischen Cal- ciumlSsungen war die Plf meist stark konkav bis krampfig und die Plz im Yergleich zu Kaliuml5sungen stark verl~ingert. In welcher Weise sich die Konzentraiion und die Vorbehandlungsdauer auf die Viskosit~itsergebnisse auswirkea, zeigte besonders deutlich die Arbeit yon C h o l o d n y und S a n k e w i t s c h (1933). Wiihrend m/20 bzw. m/30 LSsungen noch deutliche Unterschiede in der Plf yon Rhoeo-Zellen bewirkten, waren nach Vor- behandlung mit m/40 bzw. m/60 SalzlSsungen die Plasmolyseformen gleich. Fiir Allium.-Zellen war die Dauer der Vorbehandlung entscheidend. Diese Daten weisen darauf bin, da~ die Beziehungen des Kaliums und Calciums zur Viskosit~it komplizierter sind, als yon vielen Autoren angenommen wurde.

gersuehe mit P}lanzen, die unter K- oder Ca-Mangel angezogen wurdeu, ergaben ebenfalls Viskositiitsuntersehiede. K a l e h h o f e r (1936) kam zu dem Sehlufi, dal~ Kaliummangel, also relativer Ca-Ubers&ul~, die Viskosiiiit gegeniiber Ca-armen Pflanzen erhSht, S e h m i d t, D i w a 1 d und S t o e k e r (1940) beschrieben entgegengesetzte Resultate. P i r s o n und S e i d e l (1950) fanden, dal~ K- und Ca-Mangel gleiehsinnig auf die Viskosit~it einwirkten und dal~ man yon keinem spezifisehen Ioneneffekt spreehen kann. Sir be- tonten, dalt ,,in keinem einzigen Fall eine ErhShung dee Plasmolysezeit, die man etwa bet dem dureh Kalimnlnangel herbeigefiihrten relativen Caleium- iiberschul~ nach Erfahrung anderer Autoren erwarten k5nnte, auch nut an- gedeutet ist". Die Uniersuchungen F i s c h e r s (1948) an aliernden Pf]an- zen, deren relativer Ca-Gehalt erhSht ist, widersprechen ebenfalls der allgemeinen Meinung, dal~ Calcium die u erhSht. Die Befunde der vorliegenden Arbeit siehen also durchaus nicht vereinzelt da.

P r o t o p l a s m a , Bd. X L V I I I / 1 4=

42 Etisabeth Gtinther

Die bier angefiihrten "Tatsachen sprechen dafiir, dal~ die heute bestehen- den Vorstellungen yon der Wirkung des Kaliums und Calciums auf das Protoplasma dringend einer Revision bediirfen. Selbst wenn man das Plasma einem einfachen Quellkbrper gleichsetzL wird man nlcht erwarten kbnnen, dal~ Kalium immer quellend, Calcium stets entquellend wirkt, da schon an Modellkolloiden je ha& ihrer Ladung die Wirkung der Ionen eine andere ist. Es fehlt nicht an Stimmen, die auf diese Probleme hinweisen (P i r s o n und S e i d e 1 1950, F i s c h e r 1949, 1950). Eine endgiiltige KiWi- rung dieses Fragenkomplexes wird erst miSgllch sein, wenn weitere Yer- suchsergebnisse vorliegen.

~bereinstimmende Resultate konnten mit beiden Methoden allein in bezug auf die Lichtwirkung erzielt werden: Dunkelheit wirkte stets viskosi- tatserhiihend. Daft die Teilchengriifie (also die ChloroplastengrSi~e) sehr dazn beitragen kann, die Zz-Werte zu verfiilsehen, wurde sehon erwahnt. Vergleidlen wir die Zz unter Beriieksiehtigung der Chloroplastengrbl3e, so finden wir in der ersten Yersuehswoehe bei gleieher Chloroplastengri~i~e im Lieht eine Verliingerung der Zz um das Doppelte, im Dunkeln mn das Drei- lathe. Der erste Anstieg kann auf das Leichterwerden der Chloroplasten durch den Stiirkeabbau zuriiekgefiihrt werden, denn bei gersuchen mit ent- stiirkten Bliittern war sehon am ersten Versuehstag die Zz verliingert. Als reell ist dagegen die erhiShte Plasmaviskosit~t der ,,Dunkelblatter" gegeniiber den ,,Hellbl~ittern" zu betraehten.

Naeh den Ergebnissen der umfangreiehen Arbeiten yon S t ~ 1 f e 1 t (1946) und u r g i n (1948, 1949 a, 195t, t952, 1954) mit Elodea mul~ das Plasma dieser Pflanze gegen Liehteinwirkung sehr empfindlich sein und mit u antworten (vg!. aueh W e b e r 1929 b, P e k a r e k t933, F i s c h e r 1949), die mit der Zentrifugierungsmethode mel~bar sin& In den Versuchen dieser Autoren wurden Pflanzen verwendef, deren t@- lieher liehtbedingter Viskositiitsrhythmus (S t ~ 1 f e 1 t 1946, u i r g i n 1948, 1949 b) dureh 72stiindiges Yerdunkeln ausgegliehen wurde. In so vorbehandelten Pflanzen konnte bei Anwendung hoher und niedriger Lichtinfensit~i- ten ein Anstieg der u naeh Einwirken mittlerer Liehtsfhrken eine Abnahme der u festgestellt werden. Fiir diese Plasmaveriinderun- gen sind die Strahlen des blauen Spektralbereiehes verantwortlieh (u i r g i n 1952, 1954). Setbst innerhalb einer Zelle konnten dutch Beliehtung Unter- sehlede in der u verursaeht werden. Im belichteten Zellfeil erfolgte eine sehnellere Yerlagerung der Chloroplasten als im dunkel gehaltenen.

Bei den Untersuehungen S t ~ 1 f e 1 t s und u i r g i n s wurde nur die Zentrifugenmethode angewendeL Da Liehf die Permeabilif~t veriinderf (L e p e s e h k i n 1930, M e i n d 1 1934), ktinnen bei Plasmolyseversuehen dureh die permeabilitiitserhiShende Wirkung des Liehtes Fehler verursaeht werden. Die gute i3bereinstimmung in bezug auf die Liehtwirkung zwisehen Zz-Ergebnissen und Plf-Plz-Resulfaten bei den vorliegenden Unfersuehun- gen l~il~t darauf sehliel~en, daft aueh die Plasmolysewerte reale Viskosit~ts- ;~ anzeigen.

Dem pH-Wert seheint innerhalb des verwendeten pH-Bereiehes keine

Der Einflufi &emischer und physikalischer Faktoren 43

wesentliche Bedeutung zuzukommen. In fast allen L6sungen ~nderte sieh der pH-Wert w~hrend der u nur wenig, w~hrend sieh die naeh der Zentrifugierungsmethode gefundenen Werte nach mehreren Tagen ganz wesentlich yon ihren Ausgangsgr61~en untersehieden. Fiir Leitungswasser und Standortwasser lag der pH-Wert bei Beginn des Versuehs bei 7,5, nach dem Einlegen der Bliitter erfolgte schon am zweiten Yersnehstag ein Ansfieg auf pH 8. Der pH-Werf der Caleiuml6sungen betr~igt etwa 6,0, fiir die an- dei'en L6sungen konnfe ein Weft ,con 6,5 gemessen werden. Da die mi{ der Plf- und Plz-Meth0de gemessene Wirkung" des Caleiums mehr den Leitungs- wasser- und Standortwasserwerten gtieh, der pH-Wert der Caleiuml6snngen aber mit den anderen Einsalzl~Ssungen iibereinsfimmte, ist anzunehmen, daft dem pH-Werf der LiSsungen kein merklieher ]~inf[uf auf die Ergebnisse zukommt. Die naeh der Zentrifngierungsmethode gewonnenen l:[esultate zeigten ebenfalls keinen Einflul~ der Wassersfoffionenkonzenfrafion, da sieh die BlOtter in Standortwasser und AR. bidest, fast gleich "r obwohI die Medien einen anderen pH-Wert hatten. Zu Rhnliehen Resultaten kam V i r g i n (1951), der ebenfalls keine Abh~ingigkeit der m i f d e r Zentrifugie- rungsmethode gewonnenen Viskositiitswerte *con geringen pH-Differenzen messen konnte. D r a w e r t (1952) wies fiir Elodea naeh, daf~ zwisehen pH 4,1--7,2 kein Einflul~ der eH auf die Deplasmolysegesehwindigkeit besteht.

Am vorliegenden Objekf interessierte dariiber hinaus der Zusammen- hang zwisehen ~fiskosithf nnd Waehstmnsphase. S t r u g g e r (1934) sfellie an Elodea densa lest, daf~ sieh die Zellen der Streekungszone yon den Zellen ausgewaehsener Blatteile und Blatter dureh wesenflieh verlRngerte Plz und konka-eere Plf unterseheiden. Es sind ,,protoplasmatisehe Gradienten" im Blair yorhanden, die mi{ den Waehstmnszonen znsammenfallen. Diese Beob- aehtung veranlal~te ihn, kausale Zusammenh~inge zwisehen Streeknngs- wachstum und Plasmaviskosit~it anzunehmen. ~hnliehe mit dem. ~;aehstum x-erkniipfte Gradienten konnten B o r r i s s (193g), K r e s s i n (1935), 1R u g e (1937, t940) nnd F i s e h e r (1948) naehweisen. 1938 wurden yon B o r r i s s auf Grund seiner vergleiehenden Untersuehungen an Elodea densa nnd Elodea erispa Bedenken gegen die Struggerschen u ge~iufert. R u g e (1937, 1940) fand zwar Longitudinalgradienten der u und best~tigte die Ansicht S ~ r u g g e r s, daft junge waehsende Zellen im allgemeinen viski~ser sind als ausgewaehsene, lehnte abet ebenfalls eine kansale Veykniipfung des u mif dem Streckungswachstum ab, da die ErhShung der Plasmakonsistenz nieht vor der Streckung erfolgte. Zu ahnlichen Resultaten kamen P i r s o n nnd S ei d e l (1950) an Lemna- wnrzeln. Sie konnten die l~ngsten Plasmolysezeiten Joei den Zellen messen, die bereJ~s als ausgewaehsen zu betraeh~en sind. In den Bliittehen yon Fon- tinalis antipyretica sind gerade die Zellen der Streckungszone friiher konvex plasmolysiert als die ausgewachsenen Zellen (B o l" r i s s und G ii it t h e r ~952). Die bisher gegen die besagte Hypothese vorgebrachten Argumenie wurden zum Tell dutch Heranziehung neuer Objekke erbraeht. Es ersehien daher wesentlieh, an dens yon S t r u g g e r gewiihlten Objekt die Zusam-

4*


menh~nge zwisehen Streekungswachstum und Plasmazustand erneut zu analysieren.

Um zur Ltisung dieser Frage beizutragen, wurde 1. die Plz und Plf waehsender und ausgewachsener Zellen unter Beriick-

siehtigung des Hypertoniegrades bestimmt, 2. eine weitere Methode der u (Zz-Messungen) zu

den vergleichenden Untersuehungen herangezogen und 3. dutch physikalische und ehemisehe Faktoren die Plasmaviskositiit be-

einflul~t, um experimentell protoplasmatisehe Yer~nderungen zu erzeugen. Znn~ichst konnten die Angaben S t r u g g e r s fiber konkave Plf der

wachsenden Zellen und Konvexplasmolyse bet Zelten der ausgewadlsenen Zone bestiitigt werden. Auch bet Verwendung yon Plasmolytika, die den verschiedenen Konzentrafionen des Zellsaftes angepaftt waren, konnten grofte Unterschiede in der Plf und Plz zwischen Streckungszone und ausgewachsener Spitze nachgewiesen werden. Beim Vergleich zwischen Plz und Zelliinge (Abb. 8) war ein klarer Zusammenhang zwischen beiden Grtiften im Sinne S t r u g g e r s festzustellen. Wenn diese protoplasmatischen Yer- h~iltnisse wirklich kausal mit dem Streckungswachstum verkniipft wiiren, sollte man erwarten, daft in dem Augenblick, in dem das Wachstum eingestellt wird, auch die protoplasmatischen Gradienten verschwinden. Wie Blattliingenmessungen ergeben haben, wuchsen die abgetrennten jungen Bliitter nach der Isolation nicht mehr, es diirften also nach der Isolation auch keine Viskositiitsunterschiede vorhanden sein.

Die Bliitter wurden in Petrischalen mit den verschiedenen LSsungen fiber Millimeterpapier gemessen. Bet mikroskopischen Liingemnessungen konnte ebenfalls kein Zuwachs festgestetlt werden. Da die Bliitter beim wiederholten Auflegen ant den Objekttrager stark litten, wurde diese Me- rhode aufgegeben. Die in der Tab. 6 angefiihrten Werte steIlen das MitfeI ans je 20 Messungen dar, se gibt den mittleren Fehler an.

Obwohl das Wachstum nach der Isolation eingestellt wurde, unterschie- .den sich auch nach fiinftiigiger Isolation die Zellen der Streckungszone ~zon denen der ausgewachsenen Zone dutch wesentlich l~ingere Plz und krampfartige und konkave Plf. Selbst nach 10 Tagen waren noch deutliche giskosi- tiitsgradienten vorhanden. Diese Befunde sprechen keineswegs fiir Kausal- zusammenhiinge. Es ist anznnehmen, daft im Zusammenhang nfit dem Wachstum Konsistenziinderungen des Plasmas vor sich gehen, die mit der Plf- und Plz-Methode mefibar sind, doch ist es wenig wahrscheinlich, daft diese die primiire Wachstumsursache darstellen.

Aus den Plasmolyseuntersuchungen war zu schliefien, daft das Plasma wachsender Elodea-Bliitter in der Streckungszone wesentlich zghfliissiger ist als im ausgewachsenen Blatteil. Ein vSllig anderes Bild vermitteln dagegen die Zenirifugen,eersuche, nach denen man das Gegenteil annehmen miiftte. Neben der giskositgt haben ChtoroptastengrSfte und Stiirkegehalt einen entscheidenden Einltuft auf die Zenfrifugenwerte. Da die Chloroplasten der Streckungszone nur halb so grofl sind wie die der ausgewachsenen Zone, miiftte man bier selbst bet gleicher Viskositiit eher liingere Zzen erwarten.

D er Einflu[~ chemischer und physikalischer Faktoren 45

Wie die Abb. 12 zeigt, waren aber gerade fiir die Streckungszone nut kurze Zeiten zur u der Chloroplasten nStig. Durch die Chloroplasten- grSfie kann also die kurze Yerlagerungszeit der Chloroplasten in der Streekungszone nicht bedingt sein. Eine weitere FehlermSglichkeit ist dutch den ~Terschiedenen St~irkegehalt gegeben. Da aber nur im basalen Blatteil viel St~irke vorhanden war, kSnnen die ]~esultate nicht d urch den St~irke- g'ehalt verf~ilseht seth, so daf~ wirklich mit geringerer Plasmaviskosit~it in den wachsenden Zellen zu rechnen ist. Die sehr schnell erfolgende Riick- verlagerung der Chloroplasten wirkte bet der Auswertung sehr stSrend. Dutch sofortige Beobachtung und durch AbtSten der Bl~itter in Carnoyschem Gemisch wurden mSgliche Fehler ausgesehaitet. DiG mit der Zentrifugen- methode ermittelten Ergebnisse widersprechen also ebenfalls den S t r u g- g e r schen Vorstellungen. Vi r g i n (1951) konnte mit der Zz-Methode an Elodea-Bl'fittern ebenfalls die geringste Yiskosit~it bet j u n g e n Blhttern feststellen. Zunahme der u beim Altern wurde mit der gleiehen Methode yon M a x i m o w und M o s h a e v a (1944) an Vicia Faba gemessen.

Naeh der Isolation blieben die in jungen waehsenden Bl?ittern bet Ver- suehsbeginn gemessenen Gradienten in den ersten flint Yersuehstagen bestehen. Dann gliehen sieh die Werte der ehemaligen Wachstumszonen den Werten der ausgewaehsenen Spitzenzone an. ]~s liel~en sieh also aueh mif der Zz-Methode plasmatisehe Untersehiede zwischen Waehstumszone und ausgewa&senem Blatteil ermitteln. Obwohl das Wachstum eingestellt wurde, blieben diese Gradienten etwa 5 Tage bestehen. Wenn die nach der Zz-Methode gemessenen Werte auch im Gegensatz zu dell naeh der Plf-Plz-Methode ermittelten stehen, indem naeh der ersten Methode wachsende Zellen geringere u als ausgewaehsene, naeh der Zz-Methode wachsende Zellen aber hShere giskosit~it haben sollten, stimmen die naeh den versehiedenen Methoden gewonnenen Resultate doch in folgenden drei Punkten iiberein:

1. Wiihrend des Wachstums bestehen plasmatisehe Untersehiede zwisehen Wachstumszone und ausgewaehsener Zone.

2. In den ersten Tagen nach dem Waehstumssfillstand bleiben diese Gradienten bestehen.

5. Etwa 5 Tage naeh der Isolation beginnt t in Ausgleich der plasmati- sehen Gradienfen.

Eine Beeinflussung des Streckungswachstums durch -r Ionen, wie es yon B o r o w i k o w (1916), B o r r i s s (1937, 1939), W u h r m a n u (1938) und L i b b e r t (1953) nachgewiesen wurde, konnte an noch waehs- tumsf~ihigen, isolierten Elodea-Bliittern nach dem Einlegen in ~r NeutralsalzlSsungen nieht gemessen werden. Obwohl in den Bl~ittern giskosit~tshnderungen zu beobaehten waren, blieb eine ionale Waehstumsbeein- flussung aus.

Es verhielt sieh also selbst in unbehandelten Bliittern nur das Ektoplasma in der yon S t r u g g e r angegebenen Weise, das Endoplasma reagierte grundlegend anders. Auf Grund der Versuchsergebnisse ist es niehf mSgli&, die Plasmaviskositht als ursa&li& mit dem Streekungswachstum verkniipfI


Behandlung

NaC1 I)

NaNOa D

Datum

1. 3.

2,3. 3.3. 4.3. 5.3.

1. 3*

2.3. 3.3.

Tab. 6. Blattl~ngenmessungen Blat~l~inge

in ram s$

7,6 0,235 7,7 0,241 7,6 7,5 7,7

7,7 7,4 7,3 7,3 0,166 7,3 0,197

--0,290 0,229 0,232 0,239 0,260

0,180 0,189 0,178 0,185 0,197

0,262 0,241[ 0,254 0,247

0,174 0,194 0,180 0,185 0,162

7,8 !

Blattl~nge

12,3 12,2

0,263 11,6 0,254 12,1 0,262 11,8

Blattl~nge

i n 1TI n-i 8~

15,7 0,221 15,5 0,264 15,8 0,272 15,6 0,264 15,3 0,289

15,6 0,310 15,4 0,346 15,4 0,320

KC1 D

KNO a D

CaC]~ D

Ca(NO~)2 D

Aq. bidest. D

4. 3.

5.3.

1. 3. 7,0 2. 3. 7,5 3. 3. 7,4 4. 3. 7,4 5. 3. 7,3

1.3. ~ 8 , 8 - - 2. 3. ' 7,6 3. 3. 7,4 4. 3. 7,4 5. 3. 7,1 __

1. 3. 7,6 2. 3. 7,6 3. 3. I 7,4

7,4 7,3

4.3. 5.3.

2.3. 3.3. 4. 3. 7,7 I

5. 3. 7,8 I

1. 3.

ilq ITI ri1 8~

0,194 0,190 0,254 0,190 0,178

0,178 0,170 0,168

11,7 0,183 11,7 0,168

i - - 11,7 0,185

11,7 0,251 11,6 0,228 11,7 0,207 11,5 0,160

12,0 0,216 11,7 0,249 11,8 0,215 11,5 0,243 11,5 0,253

I - - 11,7 0,180 11,7 0,189 11,6 0,180 11,6 0,180

0,147 11,5

0,197 11,9 0,204 11,7 0,205 11,7 0,227 11,6 0,185

15,3 15,3 15,3 15,1

15,8 15,5 15,5 15,3 15,3

15,8 15,6 15,7 15,7 15,4

15,6 15,5 15;3 15,5 15,2

15,4 0,352 15,5 0,320

15,5 0,240 0,252 0,266 0,250 0,281

0,311 0,369 0,301 0,349 0,349

0,289 0,303 0,398 0,420 0,403

0,339 0,323 0,359 0,321 0,308

2.

3. 4. 5.

Leitungs- 1. wasser D 2.

3.3. 4.3. 5.3.

Standort- 1. 3. wasser D 2. 3.

3.3. 4.3. 5.3.

3.

3. 3. 3.

3. 3.

7,3 7,5 7,3 7,6

7,6 7,5 7,8 7,4 7,4

8,0 7,7 7,8 7,3 7,0

0,229 116,o o,21o 0,189 11,8 0,235 15,7 0,185 11,9 0,229 15,8 0,211 11,8 0,228 15,8 0,245 11,3 0,231 15,9

12,2 0 ,197 12,0 0,275 16,5 0,202 12,1 0,254 16,5 0,207 12,0 0,271 16,4 0,222 11,6 0,308 16,3

~ ~ 0,212 16,6 0,239 ' 11,6 0,204 16,5 0,235 11,6 0,250 11,4 0,200 16,5 I

0,243 16,3 i 0o200 i 11,1 i 0,287 15,6

0,235 0,202 0,229 0,207

0,264 0,287 0,313 0,306 0,316

0,279 0,271 0,249 0,245

i 0,345

Der Einflul~ chemischer und physikalischer Faktoren 47

Behaladlung

NaCI H

NAN03 H

KCI H

KNO 3 H

CaC12 H

Ca(NO3)2 H

Aq. bidest. H

Datum Blattlhnge

in rrmm s~

Blattl~nge

1. 3. 7,8 0,259 2. 3. 7,7 9,270 3. 3. 7,7 0,264 4. 3. 7,6 0,246 5. 3. 7,5 0,218

1. 3. 7,6 0,222 11,8 2. 3. 7,6 0,236 11,7 3. 3. 7,3 0,212 11,7 4.3. I 7,4 0 ,208 1 1 , 6 ! 5 3. 7,3 0,225 _ . , 7

~ - 7 ~ . j~T- ,~ i 0 , - ~ 12,0 I 2. 3. 7,4 / o,17o 11,7 I ; I

3 3. 7,2 I 0,200 11,8 / 12,0 ! 4. 3. 7,4 0,178

5. 3. 7,5 0,173 ~ 1 1 ' 9

1. 3. 7,6 0,197 1 1 , 5 2. 3. / 7,5 I 0,215 11,4 3. 3. 7,5 0,290 11,5 [ 4. 3. 7,5 0,225 11,3 5. 3. 7,5

1, 3.

2.3. 3. 3i 4.3. 5.3.

1. 3.

2.3. 3.3. 4.3. 5.3.

7,9 7,5 7,3 7,5 7,6

8,0 7,8 7,6 7,5 7,8

7,8 7,6 7,6 7,6 7,6

7,5 7,2 7,2 7,1 7,3

7,3 7,3 7,0 6,2

0,250 11,3 0,231 11,9 0,249 11,9 0,247 11,9

0,231 [ 11,9 0,377 I 11,8 I 0,255 i 11,8 0,239 11,8 0,259 11,7

0,178 i 12,0 0,160 11,8 0,160 I 11,7 0,210 11,5 0,224 11,7

0,215 ] 12,1 0,219 [ 12,0 0,207 11,9 0,221 11,8 0,229 11,9

0,239 11,7 0,236 11,6 0,254 11,6 0,227 11,0 1 0,154 10,9 ]

1. 3.

2.3. 3.3. 4.3. 5.3.

Leitungs- - ~ - . ~ wasser H 2. 3.

3.3. 4.3. 5.3.

Standor~- 1. 3. wasser ~ 2. 3.

3.3. 4.3. 5.3.

in mm sy

11,5 0,231 11,6 0,253 11,5 0,269 11,5 0,275 11,3 0,265

0,208 0,225 15,9 0,242 15,9 0,199 15,8 0,221 16,1

0,200 16,9 0,192 15,7 0,199 15,9 ] 0,156 16,1 0,185 15,7

i 0,158 16,4 0,162 15,7 0,176 15,5 0,180 16,3 0,152 16,3

[ 0,t72 16,0 0,226 15,9 0,189 15,8 i 0,215 15,9 I 0,185 15,8

0,210 ~ 6 , , 5 - - / 0,239 15,5 ! 0,239 16,2 0,270 16,2 0,213 16,1

-- 0,224 I6,4 0,228 16,2

[ 0,238 16,2 I L 0 267 16,3 I i 0,269 16,3

_ ] _ _

0,243 ~ - - 0,229 16,0 0,227 16,0 0,219 15,2 0,251 16,2

i 0,221 15,9 0,213 I 15,6 0,207 15,6 0,251 15,6

I 0,265 15,4

Blatt]hnge

16,5 0,247 16,4 0,287 16,5 0,273 16,3 0,287 16,4 0,281

16,2 0,294 0,295 0,318 0,302 9,342

0,370 0,311 0,300 0,275 0,345

0,291 0,328 0,331 0,301 0,318

0,259 0,260 0,305 0,262 0,270

0,275 0,352 0,301 0,305 0,302

0,254 0,210 0,264 0,259 0,302

0,242 0,241 0,258 0,390 0,301

0,254 0,265 0,253 0,279 0,318


anzusehen. Es ist vielmeh.r wahrscheinlich, daft als Folge zahlreicher physio- logischer Prozesse, die in der Zelle beim Streckungswachstum ablaufen, audl u in der Hydratation der Plasmakolloide auftreten. Fiir die Richtung der u (Erhbhung oder Erniedrigung) scheinen keine allgemeingiiltigen Gesetzmiifligkeiten zu bestehen.

VI. Zusammentassung

1. Ver~inderungen des osmotischen Wertes: Naeh dem Abtrennen der Bl~itter yore Sprol~ (Isolation und Einlegen i n

verschiedene LSsungen) steigt der OG (osmotisehe Wert) im allgemeinen (Ansnahme Ba") in folgender Reihenfolge an: Ba (Kontrolle (Aq. bidest. (Mg ~-~ Ca (Na ( Standortwasser ~ Leitungswasser (K. Chloride und Nitrate unterscheiden sich in ihrer Wirkung auf den OG nieht wesentlich. Beliehtete Bl~itter haben hShere osmotisehe Werte als dunkel gehaltene.

In waehsenden Bl~ttern nimmt die Zellsaftkonzentration innerhalb der Streekungszone ab nnd steigt zur Blattspitze an. Dieser Gradient ist nach Einstellung des Waehstums nicht mehr festzustellen.

2. u der Protoplasma~viskosif~tt. Es werden die FehlermSgliehkeiten der Methoden zur Viskosit~itsbestim-

mung diskutiert. Um dureh Ver~inderungen des OG bewirkte Fehler der Plf- und Plz- (Plasmolyseform und -zeit-) Mefhode attszuschalten, wird neben einem Plasmolytikum konstanter Konzentration ein dem OG ange- pafltes Plasmolytikum verwendet.

Durch Beliehtung und Einlegen isolierter BlOtter in EinsalzliSsungen, Leitungswasser , Standortwasser oder Aq. bidest, kann die Viskosit~t des Plasmas ver~indert werden. Dabei ergeben sieh je naeh der zur u bestimmung verwendeten Methode untersehiedliche Resultate. Zur Erkl~i- rung dieser Diskrepanz wird angenommen, daft die Zz- (Zentrifugierungs-) Mefhode Einblick in den Zustand des Binnenplasnlas ermSglicht, die Plz- und Plf-Methode dagegen ein Bild ,con der Konsistenz des Ektoplasmas gibt.

Der Einflufl der versehiedenen Salzl6sungen pr~igt sich vor allem im Yerhalten des Auf~enplasmas aus. Im Gegensatz zu den Befunden anderer Autoren konnte keine verfestigende Wirkung hypotonischer Calciumsalz- 15sungen festgestellt werden. Fiir den Anstieg der Viskosit~it im Ektoplasma kann folgende Reihe aufgestellt werden:

Leitungswasser = Standortwasser ( CaC12 ( Ca(NOa)2 ( Aq. bidest. ( NaC1 < NaNO~ < KC1 ( KNO~.

Auf das Binnenplasma hat die Art der v erwendeten Kulturfliissigkeit wenig Einflufl. Durch Einsalzli~sungen wurde die u gegeniiber dem Plasma yon ,Leitungswasser-, Standortwasser- und Aq. bidest.-Bl~ittern" efwas herabgesetzf.

Dem Licht kommt in bezug auf das Gesamtplasma viskosit~tsmindernde Wirkung zu.

In jungen waehsenden Elodea-Bl'~ttern unterseheidet sich die Streckungs- zone yon der ausgewachsenen Spitzenzone dureh konkavere Plf und l~ngere

Der Einflufl chemischer und physikalischer Faktoren 4~9

Plz , so daft a u f h b h e r e Viskosi t~i t des E k t o p l a s m a s d e r S t r e & u n g s z o n e zu sehl ief len ist. D a s B i n n e n p l a s m a w a e h s e n d e r B l i i t t e r ze ig t e n t g e g e n g e s e t z t ge r i ch te t e G r a d i e n t e n : D i e Yiskos i t i i t in d e r S t r e e k u n g s z o n e is t g e r i n g e r a ls in d e r a u s g e w a e h s e n e n Zone. Naeh de r I s o l a t i o n d e r Bl i i [ t e r w i r d das W a e h s t u m e inges te l l t , d i e u zwisehen a u s g e w a e h s e n e n u n d noeh w a e h s t u m s f i i h i g e n Ze l l en b l e i b e n a b e r noeh m e h r e r e T a g e be- s tehen.

M e i n e m v e r e h r t e n L e h r e r , H e r r n P r o f . Dr . B o r r i s s , mSehte ieh a n d i e se r S te l l e f i i r d ie l ~ b e r t a s s u n g des T h e m a s , f i i r I t a t s eh lgge u n d s t i ind iges In t e r e s se m e i n e n D a n k aus sp rechen .

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Der Einfluß chemischer und physikalischer Faktoren auf die protoplasmatischen Eigenschaften isolierterElodea-Blätter unter besonderer Berücksichtigung der Zusammenhänge zwischen