Untersuchungen über den Membraneffekt des Absorptionsgewebes und Über die Farbstoffaufnahme in die Lebende Zelle

UNTERSUCHUNGEN I~BEIr DEN MEMBRANEFFEKT DES AB- SORPTIONSGEWEBES UND ~ B E R DIE FARBSTOFFAUFNAHME

IN DIE LEBENDE ZELLE.

Von A. Tm CZAJA

(Berlin).

(Eingegangen am 12. September 1936.)

I. Einleitung. Kommt dem ffiiher (CzAJA 1934) definierten Membran- oder Poren-

effekt der pflanzliehen Zellw~nde tats~chlich eine Bedeutung zu bei dem Stoffaustausch der Zelle, so werden diejenigen Zellen erhShtes Interesse beanspruchen miissen, welche der unmittelbaren Stoffaufnahme aus der Umgebung dienen, d. h. s~mtliche Zellen des Absorptionssystems. Typische Absorptionszellen zeichnen sich durch das Fehlen yon Inkrusten in den Zellw~nden aus, so vor allem die Zellen der Rhizodermis und die Wurzel- haare. Aber auch die Zellen der untergetaucht lebenden und mit der ganzen oder doch wenigstens mit Teilen der Oberfl~che ihrer verschiedenen Organe absorbierenden niederen und hSheren Pflanzen zeigen an den typischen Absorptionszellen keine oder nur sehr sehwache In- krustierung.

Die Gesamtheit der nichtinkrustierten Zellw~nde wurde als ,,Zel- linw~nde" bezeichnet. Sie zeichnen sich dadurch aus, dab sie sieh in den LSsungen von basisehen Farbstoffen mit gfinstig gelegenem Umschlags- punkt mit der Farbe der Farbbase anfarben, also den alkalischen Mem- bran- oder Poreneffekt geben. Es wurde in einer frfiheren Arbeit (CzAJA 1934) sehon mitgeteilt, dab die Zellw~nde yon Riibenparenchym in geniigender Menge eine bestimmt konzentrierte FarbstofflSsung vSllig zu erschSpfen verm6gen, so dab eine klare Fliissigkeit fibrig bleibt. Der gesamte Farbstoff sitzt nun in der Farbe der ionisierten Base in den Zell- wanden. Analysen der iiberstehenden erschSpften LSsung ergaben, dab zwar das gefiirbte Kation an die Zellwande gebunden worden ist, dab ferner aber das anorganische Anion fast quantitativ in der urspriing- lichen LSsung zuriickgeblieben ist. Es wurde ferner gezeigt, dab die Aufnahme der Farbstoffkationen durch die Zellinwande bedingt ist durch ihren Gehalt an einer unlSslichen Kalziumverbindung. In Modell- versuchen konnte naehgewiesen werden, dab alle diejenigen sehr schwer 15slichen chemisehen KSrper, welche an ihrer Oberfl~che infolge yon Hydrolyse (Gitteraufloekerung) Hydroxylionen in grSBerer Menge in der ~uBeren Ionenbelegung der elektrischen Doppelschichte um die einzelnen Teilchen enthalten, den gleiehen Farbungseffekt geben wie die niehtinkrustierten Zellw~nde.

Untersuehungen fiber den Membraneffekt des Absorptionsgewebes. 91

I m ers ten Teil der Unte r suchungen soll bei einer Zahl yon mSglichst verschiedenen niederen und hSheren Pf lanzen der Membranef fek t der Absorpt ionsze l len geprt i f t werden. I m zweiten Teil wird der Vorgang der Fa rbs to f f au fnahme in die lebende Zelle in Abh~ngigkei t von den e rmi t t e l t en Eigenschaf ten der Zellw/mde n/iher untersucht .

Methodisches. Die F/~rbungen wurden zumeist so ausgeffihrL daft zu einer Menge dest. oder

Leitungswassers im mikfoskopischen oder makroskopischen Pr~parat eine kleine Menge einer 0,01% Farbstoffl6sung zugefiigt wurde. Seltener wurden die Objekte in eine 0,01% )'arbstoffl6sung eingetragen. Die :F~rbezeit z/~hlt meist nur nach wenigen Minuten, selten 1/tnger.

Zur einwandfreien Darstellung der Fi~rbung der Zellw/~nde der absorbierenden Zellen ist es notwendig, dab nicht nur diese Zellen, sondern auch das ganze Organ bzw. die ganze Pflanze unverletzt zur Anf~rbung gelangen, damit sich nieht eine Beeinflussung der F/~rbung durch austretende Stoffe, oder auf Umwegen yon der Wundstelle aus, einschleichen kann.

Um bei mikroskopischer Untersuchung der F/~rbungen den l~arbton besser hervortreten zu lassen, empfiehlt es sich, bestimmt gef/~rbte Substanzen bzw. Gewebe gleichzeitig mit in das mikroskopische Bild einzubringen (Mikrokolorimeter). So lassen z.B. gef~rbte schmale radiale L~ngsschnitte durch Kiefernholz neben den Wurzeln und \Vurzelhaaren usw. die alkalische F~rbung der Zel[w/tnde besonders sinnfMlig hervortreten.

I I . Der Membranef fek t der Zellw~inde des Absorpt ionssystems.

I n dieser ~ b e r s i c h t soll zun/~chst nur das F/ i rbeergebnis an den verschiedensten Pf lanzen mi tge te i l t werden, wetehes sich zeigt, wenn die absorb ierenden Zellen den Fa rbs to f f in den Zellw/~nden speichern. Beson- deres Verhal ten, Verlauf der F~rbung und Verha l ten un te r verschiedenen Bedingungen werden wei ter un ten besproehen. Die Fi~rbeergebnisse s ind hier in ers ter Linie ffir das Tolu id inblau angegeben, da sich dieser Fa rbs to f f durch seine kon t ras t re ichen F/~rbungen und durch die Lage seines Um- sehlagsgebietes (oberhalb yon PH 9,6) besonders zu diesen Unte r suchungen eignet. AuBer dem noch besonders erw~hnten Neu t r a l ro t und den fibrigen besprochenen Farbs to f fen wurden si~mtliehe in meiner fr i iheren Arbe i t fiber die basischen Farbs tof fe (1934) durchun te r sueh ten gepri if t . D a sich dabei keine Abweichungen gegeniiber Tolu id inblau ergaben, konnte auf eine Sehi lderung der Versuche verz ichte t werden.

Algen. Oscillatoria spee. Graugrtine F~den auf Erde yon Blument(ipfen im Gewgchs-

haus, besonders groBe Form; in doppelt dest. Wasser gewaschen. Gibt man zu den Algen in dest. Wasser nur eine Spur einer 0,01% ToluidinblaulSsung, so f~trben sich die Zellw~nde sofort rotviolett.

Diatom~n. Untersucht wurden folgende Grund- und Siiflwasserplanktonformen: Pinnularia cardinalis, Navicula (mehrere Arten), Cocconeis spec., Nitzschia (mehrere Arten), Diatoma spec. und AsterioneUa spec. Eine Spur einer 0,01% LSsung yon Toluidinblau zum mikroskopischen Prgparat hinzugegeben zeigt fast augenblicklich rotvio]ette F~rbung der Schalen (vgl. S. 96).

92 A. Th. Czaja: Untersuchungen fiber den Membraneffekt

Ctosterium Ehrenbergii. Die ZelIen aus einer Rohkuttur wurden im mikroskopischen Praparat mehrfach mit doppelt dest. Wasser gewaschen. Gibt man eine Spur einer 0,01% ToluidinblaulSsung hinzu, so f~rben sich die Zellw~nde fast augenblicklich intensiv rotviolett an. Im Inneren der Zellen ist aueh nach l~ngerer Zeit kein Farbstoff zu bemerken.

Spirogyra spec. Gibt man zu Spirogyraf~den (verschiedenste Arten !) im mikroskopisehen Pr~parat, welche vorher mit doppelt dest. Wasser gewaschen wurden und in solchem liegen, eine geringe Menge einer 0,01% ToluidinblaulSsung in dest. Wasser, so f~rben sich die Zellwi~nde der F/i~len fast augenblicklich rotviolett an. Der gleiehe Farbeerfolg t r i t t ein, wenn man die Spirogyren in Leitungs- wasser (kalkhaltig pu 7,3) halt und die FarblSsung auch mit Leitungswasser hergestellt hat. Da verdiinnte FarblSsungen durch die intensive Farbstoffaufnahme der ZeUen sehr bald erschSpft sind, entsteht um die Faden bald eine farblose Zone, wenn die FarblGsung nieht kfinstlich bewegt wird. Man stellt bei derartiger ErschSpfung des Farbbades lest, dab das Toluidinblau in dunkelblauen Partikeln im Plasma auftritt , dagegen in der Zellwand wieder mehr und mehr verarmt, bis diese ganz entf~rbt ist. F~rbt man nicht unter mikroskopischer Kontrolle, sondern lal3t die F~den eine bestimmte Zeit im Farbbad, so kann es daher vorkommen, dal3 man die Zellw~nde vollkommen ungef~rbt vorfindet. I)er Farbstoff erseheint darm nur im Plasma bzw. in der Vakuole in Form yon blauen Partikeln.

Nimmt man zu den F~rbeversuchen 1%utralrot, so ist d i e Membranf~rbung nur in dest. Wasser mSglich, da im kalkhaltigen, schwach alkalischen Leitungs- wasser der Farbstoff sofort nach gelbbraun umschl/~gt und in Form der nichtdissoziierten Farbbase nach einiger Zeit in braunen Nadeln auskristallisiert. - - Die Anf~trbung der Zellw~nde erfotgt genau so rasch wie in Toluidinblau und zwar gelbrot (!), aber die Zellw~nde werden in verdfinnten LSsungen fast ebenso schnell wieder farblos. Der Farbstoff t r i t t dann unmittelbar nach dem Entstehen der gelbbraunen Membranf~rbung in karminroten Partikeln im Plasma und in der Zel[saft- vakuole auf.

Chlorella vulgaris. Zu einer Reinkultur yon CMorella in verdfinnter N~rhrlGsung eine Spur yon 0,01% ToluidinblaulSsung hinzugeffigt, 1/~Bt die Zellw~nde fast augenblicklich rotviolett gef~trbt erscheinen.

Volvox aureus. Die Kolonien wurden ]m mikroskopisehen Pr/~parat mit doppe]t dest. Wasser mehrfaeh gewaschen. Hinzuffigen einer Spur einer 0,01% Toluidin- blaulGsung zeigt die gesamte Gallertkugel augenblieklieh intensiv rotviolett gef~rbt.

Eudorina elegans. Die ZeUkolonien zeigen bei gleicher Behandlungsweise das gleiche Verhalten wie Volvox.

Oedogoniu~n capillare. Das fitrberische Yerhalten der Zellf~tden wurde in Leitungs- wasser und in doppelt dest. Wasser untersucht. Die Zellfaden wurden im mikro- skopisclmn Pr/~parat bei direkter Beobaehtung und in grSBerer :Flfissigkeitsmenge gef~rbt, und zwar wurde dem Wasser jeweils nur eine Spur einer 0,01% Tolui- dinblaulSsung in dem entsprechenden Wasser gelfst zugesetzt. ])as f~rberische Yer- halten der Oedogonien war immer dasselbe. Die Zellwitnde nehmen den Farbstoff begierig und augenblicklieh auf und f~rben sieh dabei rotviolett an. ])as Auftreten yon gef~rbten Partikeln im Innern der Zellen konnte nicht beobachtet werden; der Farbstoff bleibt in der Zellwand.

Cladophora #acta. Zur Verwendung kamen Zellfaden yon groBen lebhaft griinen Watten, welehe sich leicht in V~asserbecken ansiedeln. Die Farbung wurde wie bei Oedogoni~r.r in doppe l t dest. Wasser und in Leitungswasser vorge- nommen, dem eine Spur einer 0,01% Toluidinblaul6sung zugesetzt war. Das Ver- halten der ZeUwand war d~s gleiche wie bei Oedogoniurn. Die Zellw~nde farbten sieh in beiden LGsungen augenblicklieh leuchtend rotviolett (fast rot)-an. Der Farbstoff blieb auch bei Clado~hora in den Zellw~nden, ganz im Gegensatz zu den zuf~llig mitgef~rbten Spirogyren, bei denen der Farbstoff aus den fast rotgef~rbten

des Absorptionsgewebes und fiber die Farbstoffaufnahme in die lebende Zel~e. 93

Zellw~nden sehr sehnell ins :plasma und in die Vakuole f ibertr i t t und dort in Form yon blauen Par t ikeln ausfAllt.

.Rhizoclonium spec. Das Verhalten dieser relat iv zarten Zellf~den entspr icht ganz dem yon Cladophora bei F~rbung mit Toluidinblau in Leitungs- und in dest. Wasser.

Vaucheria sessilis. F&den mit grSBter Vorsicht in ein mikroskopisches Pri~parat eingebracht, um Verletzungen zu vermeiden und dann ausgewaschen, ergeben mit Spuren einer 0,01% ToluidinblaulSsung sowohl in doppelt destilliertem wie auch in Leitungswasser sofort rotviolet te Fi~rbung der Zellw~nde.

Pilze. Phycomyces blakesleeanus (~- u~cl - - ) . Hyphen mi t Sporangientr~gern im

mikroskopisehen Pri~parat in dest. Wasser. Auf Zuffigen einer Spur einer 0,01% Tolui- dinblaulSsung fi~rben sich die Zellw~tnde der Hyphen sofort intensiv rotviolet t an, wiihrend die Zellw~tnde der Sporangientriiger kurz oberhalb ihrer Ursprungstelle ungefi~rbt bleiben.

Absidia coerulea (-+- und --) . Die Zellw~tnde der Myzelhyphen f~rben sich in dest. Wasser mit einer Spur einer 0,01% ToluidinblaulSsung intensiv rotviolett , w~thrend die W~nde der Sporangientr~ger keinen Farbstoff annehmen.

Rhizopus nigricana. Die Zellw~tnde der Hyphen f~rben sich in dest. Wasser mit einer Spur ToluidinblaulSsung sofort und leuchtend rotviolet t .

Penicillium glaucum - - Aspergillus niger - - Aspergillns oryzae. Die Zellw~tnde der Myzelhyphen f~rben sich in dest. Wasser mi t einer Spur einer 0,01% Toluidin- blaulSsung sofort in tensiv rotviolet t .

Saccharomyces cerevisiae (Bdckerhe]e). Hefezellen im mikroskopisehen Pr~para t in dest. Wasser suspendiert f~trben ihre Zellw~nde bei Zugabe einer Spur einer 0,01% ToluidinblaulSsung sofort rotviolett . Der Farbstoff erscheint auch bald im Innern der Zellen als blaue Granula, besonders auffallend in den jungen SproBzellen.

Saccharomyces Ludwigii. Da~ 'Verhalten der Zellen gegenfiber ~uBerst verdfinnten ToluidinblaulSsungen ist das gleiche wie bei der B~ekerhefe. Die Zellw~nde fi~rben sich sofort rotviolett . Der bald in die Zellen eindringende Farbstoff erscheint zun~ehst im :Plasma als feine blaue Granula.

Mycena spec. Die Zellw~nde siimtlicher Hyphen, sowohl der Subst ra thyphen, wie auch derjenigen, welche im FruchtkSrper zum Plectenchym verwachsen sind, f~rben sich mit einer Spur von Toluidinblau sofort intensiv rotviolet t an.

Mehrere andere Pilze, Boletus, Russula, Clitocybe u. a. zeigten genau das gleiche Yerhalten.

Moose. Riccia natans (Schwimm/orm). Die dichotom wrzweig ten Thalli fi~rben in

dest. Wasser mit einer Spur einer 0,01% ToluidinblaulSsung die Zellwitnde aller Zellen intensiv rotviolet t an. Die Zellwi~nde der ji ingsten Zellen an den Yegetations- punkten fi~rben sieh zwar nur schwach, aber deutl ich rotviolet t .

Pellia Neesiana. In dest. Wasser mit einer Spur einer 0,01% ToluidinblaulSsung fiirben sich die Zellwiinde der Rbizoiden sofort leuehtend rotviolett . Diese Farbe geht naeh der Ansatzstelle der Rhizoiden zu mehr nach blauviolet t fiber. Der Thallus bleibt im jfingsten Teil ungefarbt, nur die Sehleimpapillen f~rben sich an der Spitze rotviolett . I m ~lteren Teil des Thallus nehmen die Zellw~nde der Randzellen den F~rbstoff rotviolet t an.

Marchantia polymorpha. Die beiden Sorten von Rhizoiden f~trben ihre Zell- w~nde mit einer Spur Toluidinb]au sofort intensiv rotviolett , gegen die Basis zu mehr blauviolett bis blau! Die Thalluszellen bleiben ungef~rbt.

Protonema von Leptobryum piri/orme. Verzweigte :protonemar~schen in. dest. Wasser f~rben ihre Zellw~nde bei Zugabe einer Spur von 0,01% ToluidinblaulSsung augenblicklich leuchtend rotviolett an. Bebli~tterte Pfli~nzehen jeden Alters zeigen

94 A. Th. Czaja: Untersuchungen fiber den ~Iembraneffekt

im Gegensatz zum Verhalten des Protonemas weder an den Bl~ttern noch am St~mm. chen eine Spur yon F~rbung. - - Junge Brutk6rper sowohl am Protonema wie an den bebl~tterten Pfl~nzchen f~rben ihre Membranen, solange sie noch farblos sind, lebhaft rotviolett an. Sp~ter, wenn die Braunf~rbung beginnt, nehmen auch diese keinen !~arbstoff mehr an.

Hoo~ria lucens. In dest. Wasser mit einer Spur Toluidinblau f~rben sich die Auflenw~nde der Blattzellen violett, gegen die Spitzen des Blattes zu sogar rot. violett wie bei typischen Absorptionszellen (vgl. auch S. 97).

Fontinalis antipyretica. In Leitungswasser mit einer Spur einer 0,01% Toluidin- blaul6sung faxben sich besonders die Auflenw~nde der Blattzellen fast augenblieklich intensiv rotviolett an, genau wie bei Hookeria l~cens (vgl. auch S. 97).

Funaria hygrometr(z~a. Bl~itter und Stengelteile der Pfl~nzchen bleiben in dest. Wasser mit einer Spur einer 0,01% Toluidinblaul6sung vollkommen ungef~rbt. Rhiz0id~n und das Protonema verhalten sich wie be i Leptobryum.

Fisside~s adiantoides. Verhalten genau wie bei Funaria.

/ V a r ~ o

ProthaUien yon Cerato1~teris t~alictroides. In dest. Wasser ,nit einer Spur einer 0,01% Toluidinblaulasung farben sich die Zellw~nde der Rhizoiden fast augenblicklich intensiv rotviolett an. Es ist bemerkenswert, daft die F~rbung der Rhizoidzell- wande an der Ursprungsstelle der Rhizoiden pl6tzlich aufh6rt. Die Zellw~nde noch nieht ge6ffneter Antheridien und die Spermatidzellen farben sich intensiv rotviolett an. Ffihrt man die Farbung unter fortw~hrender mikroskopischer Kontrolle dureh, so kann man feststellen, dab die Zellw~nde samtlicher grfinen Prothalliumzellen - - in erster Linie wird das ~n den inneren Zellwanden sichtbar - - das Toluidinblau mit rotvioletter Farbe aufnehmen. Am deutliehsten gef~rbt sind die W~ade der ~lteren Zellen, wenn sie aueh im Yerh~ltnis zu denen der Rhizoiden nur wenig l~arbstoff entha]ten. Die jfingsten Zellen an der Meristembucht haben ebenfalls rotviolette Zellw~nde, aber noch blasser als die ~lteren Zellen. Sehr bald nachdem der Farbstoff in den Zellwanden erscheint, treten in den Zellen blaue Farbstoff- partikel auf. ~berlal3t man die Prothallien im sehr verdfinnten Farbbad sieh selbst, so bildet sich nach kurzer Zeit, wie es oben ffir Sl~irogyra beschrieben wurde, um diese eine vollkommen entf~rbte (ersch6pfte) Zone, der Farbstoff in den Zellw~nden geht restlos in die Zellen fiber und wird dort als blaue Partikel ausgef~llt. BRAU~R (1933) hat diesen Abschnitt des l~arbevorganges in seinen Untersuchungen erfal3t, wenn er nach einer Stunde in den LSsungen yon Chrysoidin, Methylenblau, l~eutral- rot und Janusgrfin keine Farbung der ZeUwand der lebenden Zelle findet, obwohl der l~arbstoff im Innern der Zelle in Mengen ausgefallen ist.

Salvinia natant. Die Zellw~nde der ~Haare auf der Blattunterseite f~rben sich i n dest. Wasser mit einer Spur einer 0,01% Toluidinblaul6sung fast augenblieklich intensiv rotviolett an.

Salvinia auriculata. Bei gleicher Behandlung f~rben sich die W~nde der Haare auf der Blattunterseite und die Aul3enw~nde der hier vorhandenen Hydropoten- zellen (H~.RZOe 1934) sofort intensiv rotviolett an. Die haarf6rmigen Zellf~len der zerteilten Unterwasserbl~tter nehmen den ~arbstoff augenblicklich und begierig rotviolett in die Wande auf. Bei vielen IIaaren ist die Spitzenzelle gelblichbraun gef~rbt, bei anderen nicht. Die Membranen der ungef~rbten Spitzenzellen nehmen den Farbstoff ebenfalls begierig rotviolett auf, diejenigen der natfirlich gef~rbten nicht. Entsprechende Erfahrungen hat BR~UN~R (1933) znit solehen Closterien gemacht, deren Zellw~nde eine natfirliche Eisenf~rbung aufwiesen. ,:Nach etwa einer halben Stunde treten im Innern der Haarzellen blaue Farbstoffpartikel "auf (wie bei Spirogyra). l~aeh einiger Zeit kSnnen die Zellw~nde wieder vSllig entf~rbt sein.

des Absorptionsgewebes und fiber die Farbs toffaufnahme in die lebende Zelle. 95

AzoUa caroliniana. In dest. Wasser mi t einer Spur Toluidinblau f~rben sich die Zellw/~nde der Wurzelzellen und besonders der Haare an den Wurzeln fast augenblicklich rotviolett . In den Haarzellen t re ten dann schon nach wenigen Minuten blaue Farbstoffpart ikel auf.

Bli~ten p/lanzen. a) Wurzeln und Wurzelhaare (Keimp/lanzen). Avena sativa. Im mikroskopischen Pr~para t nehmen sowohl in doppelt dest.

Wasser, wie auch in Leitungswasser die Wurzelhaare und Epidermiszellen Spuren yon Tohfidinblau augenblicklich und begierig in die Zellw~nde mit rotviolet ter Farbe a n f ,

Hordeum satiwam. ])as Verhal ten ist das gleiche wie bei Avena. Hdianthus annuus. Die Zellw~nde der Wurzelhaare und Epidermiszellen f~rben

sich schnell und deutlich violett in dest. Wasser mit einer Spur einer 0,01% Toluidin- blaulSsung. Die ~tlteren Wurzelhaare f~rben sich deutl ich rotviolett .

Lepidium sativum. Unte r den gleichen Bedingungen f~rben sich die Zellw~i~de der Wurzelhaare und Epidermiszellen intensiv rotviolet t .

Lupinus albus. ]:)as Yerhal ten ist das gleiche wie bei Lepidium. Sinapis alba. In dest. Wasser mi t einer Spur einer 0,01% ToluidinblaulSsung

fi~rben sich die Membranen der Wurzelha~re und Epidermiszellen augenblicklich intensiv rotviolet t an.

b) Wasserp/lanzen ohne Hydropoten. Lemna trisulca. Die Pfl~nzchen sind unterge taucht in einer Schale mit Leitungs-

wasser, welches eine Spur einer 0,01% ToluidinblaulSsung enth~lt . Nach kurzer Zeit sind die Zellw~nde aller Blattzellen in Berfihrung mit dem learbwasser in tensiv rotviolet t gef~rbt. Die F~rbung der BlOtter beginnt yore Rande her. Die ~uBersten Randzellen sind zuerst gef/irbt. Am raschesten nehmen die Zellw/inde der Bla t t - zahnchen den l~arbstoff auf. Vom l ~ n d e aus brei te t sich der Farbstoff gegen das Blat t innere aus. Andererseits erfolgt die Farbstoffaufnahme auch dureh alle an die umgebende LSsung angrenzenden Zellen. Nach einiger Zeit t r i t t der Farbstoff aueh gel6st in der u auf und zwar in den grfinen Zellen mit blauer Farbe, in den Raphidenze]len dagegen leuchtend rotviolet t . Diese Rotf/~rbung des Zellinhaltes l~Bt zweifellos auf alkalische Reakt ion in den Raphidenzellen schlieBen.

Lemna gibba. Unte r den gleichen Bedingungen f~rben sich die Oberhautzellen der Wurzeln rotviolet t an, w~hrend die Zellen der Wurzeltasche nur an der Spitze ein wenig Farbstoff rotviolet t aufnehmen. Die Blattzellen bleiben ungefi~rbt.

Ranunculus aquatilis. An den Unterwasserbl~tttern fi~rben sich in Leitungswasser mit einer Spur einer 0,01% ToluidinblaulSsung yon s~mtlichen Oberfl~chenzellen der Blattzipfel besonders die/~uBeren Zellw~nde fast augenblicklich leuchtend rotviolett an. Nach kurzer Zeit t r i t t der Farbstoff im Zellsaft blau gel6st auf.

Limnophila heterophylla. Die zahlreichen kleinen 2--4zelligen K6pfchendriisen auf den submersen Bl~t tern und auf der Oberfl~iche der submersen Stengel f~rben sich unter den gleichen Bedingungen wie bei Ranunculu.s fast augenblicklich leuchtend rotviolet t an.

c) Wasserp/lanzen mit Hydropoten. Aponogeton ulvaceus. Die zahlreichen Hydropoten der beiden l~l~chen unter-

getauchter ausgewachsener Fo]gebliitter nehmen in Leitungswasser mi t einer Spur Toluidinblau den Farbstoff sehr leicht und begierig auf. Die Zellw/inde der Hydro- potenzellen fi~rben sich dabei intensiv rotviolet t an. Schon nach etwa einer ha lben Stunde erscheint der Farbstoff ebenfalls rotviolet t im Zellsaft. Die iibrigen Bla t t - zellen zeigen wahrenddessen noch keine Spur von Anfarbung. Ers t nach einem Auf- en tha l t yon mehreren Stunden in der Farbl0sung breitet sich der Farbstoff auch auf die benachbar ten Blattzellen aus und erscheint dann rotviolet t im Zellsaft.

96 A. Th. Czaja: Untersuchungen fiber den Membrancffekt

SchlieBlich ist der Farbstoff in den Wasserleitungsbahnen zu linden, deren W~tnde sich blau anf~trben, da sie den sauren Membraneffekt ergeben.

Limnanthemum nymphaeoides. In der gleichen, sehr verdiinnten Toluidinblau- 16sung in Leitungswasser f~rben sich die an der Unterseite der Sehwimmbl~ttter in kleinen Gruben liegenden Hydropotenzellen schnell und intensiv an. Die Zellw~nde enthalten den Farbstoff leuchtend rotviolett.

Potamogeton densus. Tr~gt man die submersen BlOtter in Leitungswasser ein, welches eine Spur yon Toluidinblau enth~lt, so f~rben sich die beiden Zellreihen des Randes rings um das ganze Blatt sehr leicht und intensiv an (Randhydropoten, M~.YR 1915). :Die Zellw~nde nehmen dabei den Farbstoff rotviolett an, w~hrend er im Zellinnern blau erscheint. Nur die Blattz~hne bleiben zun~chst ganz frei yon Farbstoff, zeigen ihre Zellw~nde sparer abet leieht blau gef~rbt (saurer l~Iembran- effekt).

Potamogeton crispus. Aueh diese Art zeigt die typischen Randhydropoten an den untergetauchten Bl~ttern. :Die Zellw~nde der beiden Zellreihen des Blatt- randes fitrben sich fast augenblicklich rotviolett an.

Trapanatans. Werden die B]atter in Leitungswasser mit einer Spur To]uidinblau eingelegt, so f~rben sich die zahlreichen Hydropoten der Blattunterseite sehr schnell und intensiv an und zwar die Zellw~nde rotviolett, "der Zellsaft rein blau.

FaBt man das Ergebnis aller mitgeteilten F~rbeversuche zusammen, so l~Bt sich sagen, dab s~mtliche Zellen bzw. Gewebe, welche der Absorp- tion aus dem umgebenden Medium dienen, bei Fi~rbung mit geeigneten basischen Farbstoffen in sehr v'erdiinnten wi~l~rigen L6sungen den alkalischen Membran- oder Poreneffekt geben. Auf einige Besonderheiten der verschiedenen Objekte soll hier zun~chst noch kurz eingegangen werden.

Im Zusammenhang mit seinen Membranf~rbungen zeigt MAHGIN (1908), dam sich die Diatomeenzelle nach dem Ausfall der Fiirbungen mit basischen Farbstoffen grundss dem oben gegebenen Schema der fibrigen Zellen einfiigt. In bezug auf die n~heren Einzelheiten des Baues aber fanden schon SMITH (1851) und einige andere Autoren eine zarte Lamelle den Kieselschalen innen angelagert, deren Existenz wohl erst LIEBISC~ (1928 und 1929) bei den Centrales und Pennales sicher nachgewiesen hat. Entsprechend der yon MANC~IH angegebenen F~rbungen, welche den Nachweis yon Pektin erbringen sollen, bezeichnet LIEBISC~ diese Membran auch als Pektinmembran. Besonders bezeichnend ist hier die orangegelbe F~rbung mit Safranin gegenfiber der kirschroten yon Zellkern und Plasma. Nach den Untersuchungen yon F. EHRLIC~ (1932) k6nnen aber die F~rbungen mit basischen Farbstoffen nicht als Reaktionen auf Pektin angesprochen werden. Nach meinen eigenen Untersuchungen (1934) zeigen Anf~rbung mit basischen Farbstoffen und besonders charakteristischer Farbwechsel bestimmter Farbstoffe nach der alkalischen Seite (Metachromasie) die Anwesenheit unl6slicher Verbin- dungen an, welche oberfl~chlich hydrolysieren und dabei Hydroxylionen in der Innenbelegung der Doppelschichte anreichern. Da in den Zellw~tnden der Pflanzenzelle in erster Linie das Kalzium nachgewiesen werden kann, so enth~lt nach den vorliegenden Ergebnissen die den Kieselschalen

des Absorptionsgewebes und fiber die Farbstoffaufnahme in die lebende Zelle. 97

innen anliegende , ,Pektinmembran" h6chstwahrseheinlich auch jene unlSsliche Kalziumverbindung, welche wie in der Mittellamelle und in den Zellinw/~nden die Ursache des alkalisehen Membraneffektes ist. Ohne das Verh/fltnis yon Kieselschale und Pekt inmembran hier irgendwie kritisch w/irdigen zu wollen, 1/~Bt sich somit sagen, dab sich die Diato- meenzelle in bezug, auf den alkalischen Membraneffekt ihrer Zellhiille den iibrigen Algenzellen und den Zellen der h6heren Pflanzen zwanglos anreiht ~

W/~hrend bei den untergetaucht lebenden Algen sicher die ganze Ober- fl/~che des mehr oder weniger stark zusammengesetzten Thallus der Stoff- aufnahme dient und daher an seiner gesamten Oberfl/~che den alkalischen Membraneffekt der Zellw/~nde ergibt, sieht man bei st/~rker differenzierten Thallis nur noch best immte Teile der Stoffaufnahme dienen. Und es ist sicher kein Zufall, dab an einem derart differenzierten Thallus gerade nur diese aufnehmenden Teile in ihren Zellw/~nden den alkalischen Membraneffekt zeigen, w/~hrend z. B. die sich an die Luft erhebenden Teile in ihren Zellw/~nden entweder keinen oder den sauren Effekt zeigen. Schon bei Phycomyces f/~llt auf, dab die Myzelhyphen den alkalischen Membraneffekt ergeben, nicht aber die Zellw/~nde der Sporangientr/~ger. Diese Feststellung gilt weiter fiir die Lebermoose. W/~hrend der Thallus der Schwimmform yon Riccia natans noeh in seiner ganzen Ausdehnung den alkalischen Effekt zeigt, ist dieser bei Marchantia wieder nut auf die Rhizoiden beschr/inkt. Besonders augenf/~llig wird diese Differenzierung bei den Laubmoosen. Das Protonema zeigt wiederum den alkalischen Membraneffekt der Zellw/~nde s/~mtlicher Zellen, w/~hrend die sich an die Luft erhebende bebl/~tterte Pflanze iiberhaupt keine Farbstoffaufnahme in die Zellen und in die Zellw/~nde erkennen 1/~Bt. DaB dieses Prinzip auch durchbrochen werden kann, erhellt am Beispiel der Hookeria lucens und Von Fontinalis. Bei der stark feuchtigkeitsliebenden Hookeria ergeben die Zellw/~nde s/~mtlicher Blattzellen ebenfalls den alkalischen Membraneffekt, sicher ein Zeichen dafiir, dab bei dieser Pflanze auch die B1/~tter der Stoffaufnahme dienen. Den Beweis fiir die hohe Durch- l/~ssigkeit der Blattzellen von Hookeria hat Fr/iulein BO~TE (1934) er- bracht, indem sie zeigen konnte, dab das Verhalten ihrer Blattzellen yon dem sonst fiir die Laubmoose bekannten abweicht. Das gleiche Verhalten gilt auch fiir die Blattzellen von Fontinalis, einem ausgesprochenen Wasser- moos, bei welchem die Stoffaufnahme sicher auch durch die B1/~tter er- fo]gen wird. Beim Prothallium der F a m e ist die sehr starke Farbstoff- adsorption der Zellw/~nde der Rhizoiden bemerkenswert, obwohl auch die iibrigen griinen Zellen den Farbstoff in der gleichen Weise, wenn aucb in geringerem Umfang aufnehmen k6nnen.

Wenn man die untersuchten Wasserfarne und die Bliitenpflanzen im Zusammenhang betrachtet, so kann man auch hier die Feststellung

1 CHOLNOKY (1935) macht fiber Membranfi~rbung keine Angaben.

Planta Bd. 26. 7

98 A. Th. Czaja: Untersuehungen fiber den Membraneffekt

treffen, dab iiberall da, wo typische absorbierende Zellen oder Gewebe vorliegen, sich ihre Zellw~nde begierig mi t~dem basischen Farbstoff an- f~rben, z. B. mit Toluidinblau, und dabei~aber zu allermeist sehr ausgesprochen den alkalischen Membraneffekt zeigen. Das gilt besonders fiir die Wurzelhaare oder fleren Stellvertreter. W~hrend bei der wurzellosen Lemna trisulca, welche zweifellos mit der gesamten Blattfl~che fiir gel6ste Stoffe aufnahmef~hig ist, die W~nde sgmtlicher Blattzellen den alkalischen Membraneffekt ergeben, vermSgen bei der wurzeltragenden Lemna gibba nur die W~nde der Wurzetzellen den Farbstoff aufzunehmen und zeigen dabei den alkalischen Membraneffekt. Sehr bezeichnend ist schlieBlich das Verhalten der Schwimm- und Unterwasserbl~tter mit den eigenartigen Hydropotdn:(MAYR 1915; FR. J. MEYER 1935; HERZOO 1934). Fiir die Zellws dieser morphologisch sehr verschiedenartigen Organe ist das starke SpeicherungsvermSgen fiir basische Farbstoffe schon mehrfach gezeigt worden. Aus den mitgeteilten Versuchen geht hervor, da~ diese Zellw~nde sehr ausgesprochen den alkalischen Membraneffekt wie typische Absorptionszel!en zeigen. Es geht aus den Versuchen welter hervor, dab die Hydropotenzellen den gelSsten Farbstoff auch in das Zell-Lumen aufnehmen und yon da an das iibrige Blattgewebe weitergeben. Es diirfte dadurch ein weiterer Beweis zur Kennzeichnung der Hydropoten als Absorptionsorgane zu den kiirzlich yon J. MEYER (1935) gelieferten beigebracht worden sein.

IlI. Die Farbstoffaufnahme in die lebende Zelle. Nachdem an einer groBen Zahl yon absorbierenden Zellen und Ge-

weben festgestellt wurde, d~B alle diese Zellen den alkalischen Membran- oder Poreneffekt geben, erhebt sich sofort die Frage nach der Bedeutung dieser Tatsache fiir die Stoffaufnahme in die lebende Zelle. In diesem Zusammenhang soll diese Frage zun~chst nur fiir die basischen Farbstoffe n/iher gepriift werden. Sie bieten den groBen Vorteil, dab die ionogene Form gef~rbt, in vielen F~llen vom undissoziierten Molekiil noch durch die Farbe deutlich unterschieden ist, so da~ sich der Weg seiner Aufn~hme sichtbar verfolgen l~Bt. Das Anion ist meist anorganisch. An einem besonders sinnf~lligen Beispiel soll zun~chst einmal der Verlauf der Farb- stoffaufnahme in die lebende Zelle untersucht und in seinen Einzelheiten genau verfolgt werden, Die lebende Spirogyra-Zelle ist besonders geeignet, um die verschiedenen Stadien der Farbstoffaufnahme zu erfassen. Die beiden folgenden Protokolle geben die Aufnahme yon Toluidinblau und yon Neutralrot wieder.

Spirogyra spee. in doppelt dest. Wasser mit einer Spur einer 0,01% Toluidin- blaul6sung (mikroskopisches Pr~parat).

11 ~176 Uhr. F/~den in die L6sung gelegt. 11 ~ Uhr. Die Zellw~nde rotviolett gef/~rbL die AuBenw~nde beginnen. 11 ~~ Uhr. Im Protoplasmawandbelag unmittelbar in Bertihrung mit der Zell-

wand treten winzige blaue Partikel auf.

des Absorpuonsgewebes und fiber die Farbsmffaufnahme in die lebende Zelle. 99

l145 Uhr. Die blauen Partikel haben an GrSl]e und Menge zugenommen, fiber das ganze Plasma verteilt, die Aul3enlSsung an Farbstoff erschSpft.

1200 Uhr. Die Zellw~nde nur noch schwach rotviolett gef~rbt, starkes Zunehmen der blauen Partikel.

1300 Uhr. :Fast s~tmtliche Zellw~nde farblos, im Zellinnern zahlreiche blaue Partikel.

13 a~ Uhr. Zellw~nde vollkommen farblos, in der Vakuole besonders zablreiche Partikel.

Spirogyra spec. in doppelt desb. Wasser mi$ einer Spur einer 0,01% Neutral- rotlSsung.

Unmittelbar nach der Zugabe der sehr verdfinnten l%rblSsung f~rben sich die Zellw~nde gelbbraun. Die alleinige Membranf~rbung ist aber nur einen Augenblick zu sehen, da unmittelbar darauf ganz analog zum Yerhalten in ToluidinblaulSsung im Plasma an der Grenze gegen die Zellwand karminrote Partikel auftreten, deren Gr6Be und Menge so schnell zunimmt, dab die Zellen fast augenblicklich karminrot gef~rbt erscheinen. Die Zellwandf~trbung verschwindet sehr rasch wieder, besonders in kleinen Mengen sehr verdfinnter FarbstofflSsung, welche vollst~ndig erschSpft ~vird.

Der s ich tbare Ablauf der Toluidinblau- und der Neu t r a l ro t au fnahme in die lebende Spirogyra-Zelle ergibt das Bi ld einer tempori~ren Meta- chromasie. Der als dissoziiertes blaues Fa rnsa lz gelSste Farbs to f f (Tolui- d inblau) d r ing t mi~ tier F a r b e der ro tv io l e t t en (fast roten) F a r b b a s e (baso-Verbindung) in die Zel lwand ein und t r i t t aus dieser wieder in F o r m yon blauen Pa r t i ke ln (Farbsalz) zunachs t u n m i t t e l b a r ins P ro top l a sma und von da in den Zellsaft fiber. Un te r geeigneten Bedingungen (nicht zu hohe Konzen t r a t i on der umgebenden Farb l5sung) kann m a n den gesamten Fa rbs to f f der umgebenden LSsung in der geschi lder ten Weise durch die Zel lwand in die Zelle e indr ingen sehen. Das gleiche gil t ffir Neu t r a l ro t und seine ge lbbraune Fa rbbase . Auf den verschieden schnellen Ablauf der beiden Vorgange wird wei ter un ten noch besonders eingegangen werden. Der s ich tbare Ablauf der Fa rbs to f f au fnahme in die lebende Spirogyra-Zelle, die hier nur als sehr b rauchbares Objek t un te r anderen herausgegriffen worden ist, zeigt nach dem f~rberischen Verha l ten der Zellw~nde gro2e Ahnl iehke i t mi t den F/i, rbeversuchen von to t en Zell- wandmassen , welche frfiher (CzAJA 1934, S. 556) beschrieben wurden. Bei den Versuchen mi t Zel lwandmassen (z. B. Rf ibenparenchym) i n Kr i s t a l l - v io le t t bzw. Ni lb lau A (Sulfat) ergab sich, dal~ im vSllig ers 'chSpften F a r b b a d ein groBer Teil (z. B. bis zu 96 % ) der minera l isehen Anionen des Farbs tof fes zurfickgeblieben - - Ionenaus tausch - - , w~hrend die Farbs tof f - ka t ionen (besser baso-Verbindung) von den Zel lw~nden rest los adsorb ie r t worden waren. Da die n ich t~quiva len te Ionenaufnahme lebender Pf lan- zenzellen eine bekann te Ta t sache ist, wurden en tsprechende Versuehe mi t geeigneten lebenden Zellen in Farb lSsung ausgeffihrt . Aueh zu diesen Versuchen wurde Tolu id inblau (pro analysi , Dr . G. G~t~BLE~, Leipz ig : C15HleN3SC1) verwendet .

7*


Die CI-Best immung erfolgte nach dem Verfahren yon Mom~, T i t ra t ion mi t 0,01 n AgNO3-LSsung unter Benu tzung yon Chromat (K2Cr04) als Ind ika tor .

A r e n a sa t iva . Haferkeimlinge von etwa 6--7 cm Wurzell~nge auf feuchtem Filtrierl~pier

angezogen, wurden verwendet.

1. Vers~ch. 200ccm 0,005% Toluidinblaulfsung in doppelt dest. Wasser. 131 Keimlinge wurden bis zum Wurzelansatz eingetaucht. Als Kontrolle wurde die gleiche Anzahl yon Keimlingen in dest. Wasser eingestellt. - - Nach 20 Stunden war die FarblSsung noch nicht erschSpft.

2. Versuch. 200cem 0,0025%ToluidinblaulSsung in doppelt dest. Wasser. 140 Keimlinge wurden bis zum Wurzelansatz eingestellt. Zur Kontrolle die gleiehe Anzahl von Keimlingen in doppelt dest. Wasser. - - Die l~arblSsung war nach 20 Stunden erschfpft. Es wurden 0,787 mg Chlor in der entf~rbten LSsung gefunden.

In der gleichen Zeit hatten die Kontrollkeimlinge 0,3603 mg Chlor an das dest. Wasser abgegeben.

In der entf~rbten LSsung wurde also ein ~bersehuB yon 0,424 mg Chlor gefunden, welche aus der FarblSsung stammen miissen. Da diese 0,5795 mg Chlor bei vollst~ndiger Abtrennung des Chlors h~tte ergeben miissen, so wurden rund 70% des Chlors wieder gefunden.

3. Fersuch. 200 cem 0,00125% ToluidinblaulTsung in doppelt dest. Wasser. 140 Haferkeimlinge wurden bis zum Wurzelansatz eingestellt, die gleiche Anzahl in 200 cem dest. Wasser. - - Die l~arblSsung war nach 20 Stunden farblos. In dieser LSsung wurden 0,4817 mg Chlor gefunden. Die Kontrollpflanzen batten 0,2454 mg Chlor an das doppelt dest. Wasser in der gleichen Zeit abgegeben. In der entfarbten LSsung wurde also ein ~berschuB yon 0,2363 mg Chlor gefunden, welche aus der FarblSsung stammen miissen. Da diese 0,2897 mg Chor enthalten hatte, sind rund 80 % des Chlors aus dem Farbstoff wieder gefunden worden.

$ p i r o g y r a spec. Aus dem Freiland geholte umfangreiche Watte wurde wiederholte Male mit

filtriertem Standortswasser gewasehen, da~ Wasser abgelassen, die Algenf~den in zwei 50 ecru fassende Beehergl~ser bis zur bestimmten Marke eingefiillt, das Wasser vorsiehtig abgedriickt. Auf diese Weise wurden zwei etwa gleiche Portionen m~flig feuehte Algen gewonnen. Diese wurden in flachen Schalen eingetragen in

a) 100 ccm ToluidinblaulSsung 0,01% ~ 100 ccm 2real filtriertes Standortswasser. b) 100 ccm doppelt dest. Wasser ~- 100 ccm 2real filtriertes Standortswasser.

Die Farbl~sung war nach 5 Min. vollkommen entf~rbt! Die Chlorbestimmung in den LSsungen ergab folgendes:

In der FarblSsung mit sp~rocjyra wurden gefunden . . . . . . . 4,7228 mg C1. Im Wa~ser mit Spirogyra wurden gefunden . . . . . . . . . . . 2,7231 mg C1. In der Farbl5sung mit Spirogyra ergab sich also ein ~berschuB yon 1,9997 nag C1.

Da die 200 ccm FarblTsung 1,159 mg Chlor enthalten, wurden in diesem Ansatz 172% Chlor gefunden! Da die Algen aus einem Becken entnommen waren, welches mit gechlorten Leitungswasser gespeist wird, wurde ein neuer Ansatz mit vorherigem 24stfindigem Waschen der Spirogyren in doppelt dest. Wasser gemaeht. Die gleichen Mengen Algen wurden eingetragen in

a) 200 ccm 0,005% ToluidinblaulSsung in doppelt dest. Wasser. b) 200 ccm doppelt dest. Wasser. Die FarblTsung war nach 5 Min. ebenfails vollkommen entfarbt. Die Chlor-

bestimmung in den L6sungen ergab folgendes:

des Absorptionsgewebes und fiber die l~arbstoffaufnahme in die lebende Zelle. 101

In der FarblSsung mit Spiroyyra wurden gefunden . . . . . . . 2,6947 mg CI. Im dest. Wasser mit Spirogyra wurden gefunden . . . . . . . . 1,6384 nag Cl. In der FarblSsung mit Spiroffyra ergab sich also ein l~berschul3 yon 1,0563 mg C1.

Es wurden mithin 91% des Chlors aus dem aufgenommenen Farbstoff wiedergefunden.

Cladophora fraeta. Die Vorbehandlung der Algenwatte war die gleiche wie bei Spirogyra. Es wurden

ebenfalls je zweimal 50 ccm mal~ig feuchte Algenf~den in kleinen Beehergli~sern abgemessen und eingetragen in

a) 100 ccm 0,01% Toluidinblau in doppelt dest. Wasser ~- 100 ccm zweimal filtriertes Standortswasser.

b) 100 ccm doppelt dest. Wasser + 100 ccm zweimal filtriertes Standortswasser. Die :Farb]Ssung war nach 4 Min. vollkommen entf~rbt. Die Chlorbestimmung in den LSsungen ergab folgendes: In der FarblSsung mit Cladophora wurden gefunden . . . . . . . 5,1483 mg C1 Im Wasser mit Cladophora wurden gefunden . . . . . . . . . . 3,1911 mg C1 In der FarblSsung ergab sieh also ein ~berschufl yon . . . . . . 1,9572 mg C1

Das beiflt also, in diesem Ansatz wurden 163 % Chlor gefunden. Aus derh gleichen Grunde wie bei den Spirogyren wurden die Algen 24 Stunden

vor dem u nach der fiblichen Reinigung in doppelt dest. Wa~ser ausgewaschen. Mit wiederum zwei gleicb groflen Algenmengen von je 50 cem wurden die beiden folgenden Ans~tze gemacht.

a) 200 ccm 0,005% Toluidinblau in doppelt dest. Wasser. b) 200 ccm doppelt dest. Wasser. - - Die ~arblSsung war wiederum nach 4 Min.

entf~rbt. Die Chlorbestimmung ergab folgendes: In der FarblSsung mit Cladophora wurden gefunden . . . . . . . 3,2752 mg C1 Im Wasser mit Cladophora wurden gefunden . . . . . . . . . . 2,1934 mg Cl In der Farbl6sung mit Cladophora ergab sich also ein l~bersehuB von 1,0818 mg CI

Es wurden mithin in diesem Ansatz also rund 93 % des Chlors aus dem absorbierten Farbstoff wiedergefunden.

Aspergillus niger. Es wurden 10 Reinkulturen in Erlenmeyerkolben angesetzt, welche je 200 ccm

2% MalzextraktlSsung enthielten. ~ach 4 Wochen war soviel Myzel gewachsen, dab dieses aus je 5 Kulturen nach griindlichem Waschen in do2pelt dest. Wasser zu den beiden folgenden Ans~tzen verwendet werden konnte.

a) 200 ccm 0,00125% ToluidinblaulSsung in doppelt dest. Wasser. b) 200 ccm doppelt dest. Wasser. - - Nach 1 Stunde war die FarblSsung prak-

tisch erschSpft. Die Chlorbestimmung ergab folgendes: In der FarblSsung mit Myzel wurden gefunden . . . . . . . . . 0,3543 mg C1 Im Wasser mit Myzel wurden gefunden . . . . . . . . . . . . 0,2362 mg C1 In der entf~rbten LSsung ergab sich also ein l~berschuB von . . . . 0,1181 mg C1

Es wurden also fund 44% des Chlors aus dem absorbierten F~rbstoff wieder gefunden.

Durch die geschilderten Versuche ist gezeigt worden, dab die lebenden Zellen aus der verd i innten LSsung von Toluidinblau s~mtliche Farbstoff- kat ionen absorbieren kSnnen, ohne dabei auch die anorganischen Anionen in gleicher Menge aufzunehmen. Bei den Haferwurzeln wurden 80 % bzw. 70% der Anionen, bei Spirogyra und Cladophora unte r entsprechenden Bedingungen 81% bzw. 93 %, beiAsgergillus 44 % in der entf~trbten L5sung wieder gefunden. Die e rmi t te l ten Chlormengen stellen selbstverst~ndlich keine absoluten Mengen dar , da die zu den Absorpt ionsversuchen

102 A. Th. Czaja: Untersuchungen iiber den ~embraneffekt

verwendeten Pflanzenmengen nicht genau gleich dosiert werden konnten. Bei den Haferversuchen wurden nur gleiche Mengen gleich alter und etwa gleich groBer Haferkeimlinge verwendet, yon den Algen und dem Pilz- myzel wurden gleiehe Raumtei le der f~digen Masse benutzt, yon .denen die Kultur- bzw. Waschfliissigkeit leicht abgedriickt worden war. Es mul~te ferner auch der Fehler begangen werden, dal~ die von den Algen an dest. Wasser abgegebene Chlormenge und die aus der FarblSsung nieht aufgenommene Chlormenge nieht am gleichen Zellmaterial ermittelt werden konnte. Wenn somit den ermittel ten Werten ein erheblieher Fehler anhaften wird, so geht doeh aus ihnen mit Sicherheit hervor, dab die Aufnahme des anorganischen Anions betr~ehtlieh hinter derjenigen des Farbkations zuriickbleibt. Es geht weiter aus der Zellwandf/~rbung w~hrend der Farbstoffaufnahme hervor, dal3 sieher ein sehr groBer Teil der Farbstoffkationen - - wenn nicht alle - - in Form der freien Farbbase yon den lebenden Zellen absorbiert werden. Endlich geht aber aus den Versuchen auch hervor, dab die Farbstoffk~tionen erst yon de~ Ze]lwand adsorbiert werden, bevor sLe in der lebenden Zelle in das Protoplasma bzw. den Zellsaft fibergehen.

Ob die Pilzhyphen von Aspergillus niger gegenfiber den Wurzeln vom Haler und S1~irogyra und Cladophora quant i ta t iv ein besonderes Verhalten bei der Farbstoffaufnahme zeigen, da in tier entf/~rbten LSsung nur 44% des Chlors wiedergefunden wurden, l~I~t sich noch nieht ent- scheiden, da infolge der sehwierigen Verarbeitung der lebenden Myzel- wat ten nur ein Versueh durchgefiihrt wurde.

Die Rolle der Zellwand, welche in den geschilderten Versuchen schon zum Ausdruck kommt, 1/iBt sich in einigen weiteren Versuchen an der lebenden Zelle und in Modellversuchen noch deutlicher maehen. Sz~3cs (1910) und B~AUN~ (1933) haben gezeigt, dab vollkommen ungesch~digte Spirogyra-Zellen basisehe Farbstoffe (Methylenblau, :Neutralrot, Janus- gr/in, Methylviolett 6B und Chrysoidin) nieht in die Zellwand oder in das Zellinnere aufnehmen, wenn CaCl~ oder AiC13 sich in geeigneter Konzen- t rat ion (0,5 n bzw. 0,1 n) in der FarblSsung befinden. PF~F~E~ (1886, S. 185 ; 278) hat die Entf~rbung yon Zellw~nden, welehe in Methylenblau- 16sung gef/~rbt waren, dureh KNO3-L6sung (0,3--1%) als Adsorptions- verdrgngung angesehen, und als solche faBt BRAUN]~ auch die mitgeteilte Nichtanf/~rbung der Zellw~,nde auf. Die Nachpriifung dieser Versuche ergab den gleiehen Erfolg.

Spirogyra spec. (verschiedene Arten). Eingeleg~ in ,,blockierte" Toluidinblau- 16sung (50 ccm 0,5 n CaCl~-LSsung, dazu 20 Tropfen einer 1% Toluidinblaul/~sung). Selbst nach mehreren Stunden ist keine Anf~rbung der Zellw/~nde und keine Farb- stoffaufnahme in die Zelle zu bemerken.

WurzelhaarevonAvenasativa. Eintragen der Keimwurzelnin das gleiche L6sungs- gemisch l~13t anfangs iiberhaupt keine Farbstoffaufnahme erkennon. Nach 30 Min. zeigcn die Zellw~nde der Wurzelhaarzellen und der Epidermiszellen einen leichten r6tlichen Schimmer.


Da der erste Schritt der Farbstoffaufnahme in die lebende Zelle nach den oben geschilderten Versuchen in der adsorptiven Farbstoffaufnahme durch die Zellwand besteht, so ist die Verhinderung der Anfi~rbung intak- ter Zellen in Gegenwart yon SalzlSsungen (z. B. CaC12) nur so zu erkl~ren, dab durch die Ca-Ionen die Adsorption der Farbstoffkationen durch die Zellwand verhindert wird und damit auch jede Farbstoffaufnahme in die lebende Zelle. Somit mul3 diesem ersten Schritt der Farbstoffaufnahme in die lebende Zelle: Adsorption der Farbstoffkationen durch die Zell- wand, fundamentale Bedeutung zukommen fiir den ganzen Vorgang fiberhaupt.

Die Rolle der Ca-Ionen in den Fs soll nun in ihrer physi, kalisch-chemischen Auswirkung an den schon friiher (CzAJA 1934, S. 560) geschilderten Modellversuchen etwas n~her erls werden.

Der Ein/lufl yon CaCl~-L6sung au/ den Suspendierungse//ekt von Ca-Citrat. a) Kolorimetrisch. 1. Suspendiert man 1 g Ca-Citrat in 50 ccm dest. Wasser -+- 20 Tropfen

einer 1% ToluidinblaulSsung in weitem Reagensglas und schfittelt gut durch, so erscheint die geschfittelte Suspension violett. Nach dem Ab- sitzen dagegen ist das Dispersionsmittel rein blau, der Bodenk5rper (Ca-Citrat) dagegen rotviolett gef~rbt.

2. Suspendiert man 1 g Ca-Citrat in 50 ccm 0,025 n CaC12-LSsung -+-20 Tropfen einer 1% ToluidinblaulSsung in weitem Reagensglas, so ist nach dem Absitzen der geschfittelten Suspension der BodenkSrper nur leicht rStlich gef~rbt, das Dispersionsmittel wieder blau.

3. Wird die gleiche Suspension mit 0,05 n CaC12-L5sung hergestellt, so zeigt der BodenkSrper nach dem Absitzen auch der feinsten Partikel- chen nur einen sehr schwachen rStlichen Schimmer.

4. Besteht das Dispersionsmittel endlich in 50 ccm 0,1 n CaC12-LSsung -+ 20 Tropfen 1% Toluidinblaul5sung, so bleibt der Bodenk6rper rein well3.

Das gleiche Ergebnis tr i t t nattirlich auch mit 0,5 n CaCl2-LSsung auf.

b) Elektrometrisch. 1. 1 g Ca-Citrat wird in 50 ccm dest. Wasser suspendiert und gut

durchgeschfittelt. Eine kleine Menge der Suspension wird mit Chin- hydron versetzt und darin mit der Platinelektrode die Aziditat gemessen. E s ergaben sich z. B. folgende Werte:

Suspension, geschiittelt . . . . . . . . PIt 9,10 Dispersionsmittel, abzentrifugiert . . . . PH 8,64

2. 1 g Ca-Citrat wird in 50 ccm 0,25 n CaC12-LSsung suspendiert und gut durchgeschfittelt. Die gleichen Azidits mit der Chinhydronelektrode ergaben folgende Werte:

Suspension geschfittelt . . . . . . . . PH 8,56 Oispersionsmittel, abzentrifugiert . . . . PH 8,51

104 A. Th. Czaja: Untersuchungen tiber den Membraneffekt

Aus diesen Modellversuchen zur Ermittelung des Suspendierungs- effektes an dem sehr schwer 15slichen Ca-Citrat geht die vSllige Parallelit~tt im Verhalten dieses Modelles mit der Zellwand der l~benden Zelle des Absorptionsgewebes hervor. Genau wie die nichtinkrustierte Zellwand ergib t das Modell die rotviolette F~rbung in ToluidinblaulSsung auf Grund des bei beiden Objekten vorhandenen alkalischen Effektes. In beiden F~llen vermag eine LSsung von CaC12 in geeigneter Konzentration die Farbstoffaufnahme zu verhindern. Im Falle von Ca-Citrat - - und das gilt ebenso fiir die anderen Modelle - - l~Bt sich nun zeigen, daft durch den Zutri t t der SalzlSsung der alkalische Effekt (also hier der Suspen- dierungseffekt, bei der Zellwand der Membraneffekt) versehwindet. Mit dem Verschwinden dieses Effektes geht gleichzeitig auch die elektrostatische Ladung der Oberfl~che der Teilchen verloren, die Teilchen sind entladen. Diese Tatsache l~Bt sich an ein paar weiteren Versuchen mit den Modellen veranschaulichen.

a) Elektrosmotisch. 1. Ca-Citrat in dest. Wasser suspendiert (2 g Citrat in 250 cem Wasser)

und im Elektrosmometer (vgl. CzAJA 1934, S. 573) als Diaphragma verwendet, zeigt deutlich negative elektrische Ladung durch den Wasser- transport in der Stromrichtung (31 mm pro 30 Sek. bei 8,5 Volt/cm Spannungsabfall).

2. Wird das Ca-Citrat dagegen in 0,04 n CaC12-LSsung (2 g Ca-Citrat in 250 ecru LSsung) suspendiert, so t r i t t bei gleichem Spannungsabfall praktisch kein Flfissigkeitstransport mehr auf (abgesehen yon unbedeu- tenden Schwankungen des Meniskus), mit ToluidinblaulSsung ergab sich noch sehr schwache rStliche F~rbung des BodenkSrpers.

3. Ca-Citrat in 0,1 n CaCl~-LSsung (2 g Ca-Citrat in 250 ccm LSsung) suspendiert, gibt im Elektrosmometer beigleiehem Spannungsabfallkeinen Fliissigkeitstransport mehr (mit ToluidinblaulSsung auch keine Anfs des BodenkSrpers).

b) Kolloidchemisch. 1. 1 g Ca-Citrat in 50 ccm Wasser suspendiert und kr~ftig geschiittelt

ergibt eine milchige Suspension, welehe nach 3 Stunden noch das gleiche Aussehen hat (nur yon der Oberfl~che her sinkt sie etwas ab).

2. 1 g Ca-Citrat in 50 ccm 0,04n CaC12-LSsung suspendiert u n d geschiittelt ist nach 1 Stunde schon wesentlich aufgehellt, nur die feinsten Teilchen schweben noch und bilden einen hellen Schleier.

3. 1 g Ca-Citrat in 50 ccm 0,1 n CaCl~-LSsung suspendiert und geschiittelt ist nach 30 Min. praktisch eine klare Flfissigkeit, s~mtliche Citratteilchen haben sich abgesetzt.

Wird in den Elektrosmoseversuchen durch das Ausbleiben der Fliissig- keitsbewegung in bestimmt konzentrierten CaC12-LSsungen durch das Ca-Citrat-Diaphragma die Entladung der Citratteilchen angezeigt, so

des Absorptionsgewebes und fiber die :Farbstoffaufnahme in die lebende ZeUe. 105

geht sie aus der Sinkgesehwindigkeit der Citrat~eilchen, welche in CaCl~- LSsungen suspendiert Sind, ebenfalls hervor. Die Citratsuspension in dest. Wasser ist sehr stabil. Naeh 6 Stunden sind die feineren Teilchen noch fiber die ganze Suspension verteilt, welche also vollkommen milchig erscheint. Die CaC12-haltigen Suspensionen dagegen sind von bestimmten Konzentrationen ab schon kurze Zeit nach dem Schfitteln fast wasserklar, das gesamte Citrat hat sich zu Boden gesetzt. Wenn es sich bei diesem Vorgang nur um ein Schweben der Citratteilchen handeln wiirde, dann miiBten gerade die CaCl~-haltigen stabiler sein, denn hier hat das Disper- sionsmittel die grSBere Dichte. Aber in diesem Falle sind die Citratteilchen entladen, w~hrend sie in dest. Wasser dispergiert von den Gegenionen im Dispersionsmittel schwebend gehalten werden.

Um dem Einwand zu entgehen, dab die Anf~rbung der Zellw~nde sowie der McdellkSrper in den w~Brigen ToluidinblaulSsungen, sowie in denjenigen der anderen Farbstoffe, welche CaC12 oder andere Salze enthalten, deshalb unterbleibt, weil diese Farbstoffe durch das Salz ver~ndert worden sind, insofern, dab die Abspaltung der Farbbase er- schwert oder verhindert ist, wurden solche LSsungsgemische mit Benzol ausgeschfiitelt. Es zeigte sich, dab z. B. aus einer blauen LSsung,: welehe 50 ccm 0,5 n CaC12-LSsung -~ 20 Tropfen einer 1% LSsung von Toluidin- blau enth~lt, die rote Farbbase genau so leicht zu extrahieren ist, wie aus der rein ws FarblSsung. Die Hemmung der Anf~rbung kann also nieht durch die Ver~nderung der Farbl5sung bedingt sein.

In den angefiihrten Versuchen werden'die Calzium-Ionen zweifellos an der Oberfls der praktisch unlSslichen Calcium-Citratteilchen adsorbiert. Es wurde zwar nicht das LSslichkeitsprodukt bestimmt, aber die Analogie zu anderen Versuch~n (vgl. H. FREUNDLICH 1932, 2. Bd.) ist sehr eng. Diese Adsorption ist ein Austauschvorgang, bei dem sicher Wasserstoffionen ausgetauscht werden, obwohl die Hydroxylionen in den Schws tiberwiegen, entsprechend dem Verhalten von Ca:Permutit in CaCl2-LSsung (WIEGNER 1930). Daffir spricht die wenn auch geringe Verminderung der Alkaliti~t des Dispersionsmittels. Ist der Austausch schlieBlich vollst~ndig bei geniigender Konzentration der Ca-Ionen in der AuBenschicht, so wlrd, da bei der hohen Konzentration der Hydroxyl- ionen in den Schw~rmen - - elektronegative Ladung und alkalischer Sus- pendierungseffekt - - die negative Aufladung in der Innenbelegung sicher zum grSBten Teil wenn nicht vollst~ndig von OH-Ionen verursacht wird, der kritische Punkt der Potentialerniedrigung der Teilchen durch die zweiwertigen Ca-Ionen sehr bald untersehritten, Entladung und Flockung miissen eintreten. Diese Forderung ist unter Beweis gestellt durch die Flockung des Ca-Citrats in CaC12-LSsung, ferner durch 'die Vernichtung des Fliissigkeitstransportes im Elektrosmometer, durch die Vernichtung des alkalischen Suspendierungseffektes an der Pt-Elektrode und durch die Adsorptionsverdr~ngung der Farbstoffbase von der Ca-Citratoberfl~che

106 A. Th. Czaja: Untersuchungen tiber den 1VIembraneffekt

(und den anderen Modellen) durch CaCl~-LSsung. Diese Erscheinungen sind s/~mtlich reversibel, werden also durch Auswaschen des CaCI~ rfick- g/~ngig gemacht. Da die Analogie im Verhalten der Zellw/~nde des Absorptionssystems mit den ModellkSrpern (z. B. dem Ca-Citrat) vollst~ndig ist, so daft wohl angenommen werden, dab aueh durch Zugabe der CaCl2-LSsung in geeigneter Konzentration zu den Zellw/~nden (lebender Zellen) ihr elektrostatisches Potential vernichtet wird, obwohl darfiber noch keine direkten Messungen vorliegen.

Nach dem Ergebnis der Farbstoffversuche lag es nahe, die Aufnahme einiger anderer chemischer KSrper in die Zellwand zu untersuchen, welche in dieser F/~rbungen hervorrufen und unter natfirlichen Bedingungen an- getroffen werden. Es handelt sich um die Mangan- und Eisenspeicherung in den Zellw/~nden yon Wasserpflanzen. Es sollen hier also nicht die loka- lisierten Speicherungen betrachtet werden, welche unter dem Einflul~ des polarisierten Massenaustausches bei der Photosynthese entstehen, welche K. A~E~S (1933) aufgekl~rt hat. Schon die Manganspeicherung in den Zellw~nden der Hydropoten- und entsprechenden Zellen nach GICKL- ~ORN (1927) zeigt die Parallele mit den Farbstoffversuchen. In alien Untersuchungen fiber die lokalisierte Manganspeicherung wird der lokalen Alkaliabscheidung infolge der Photosynthese ausschlaggebende Bedeu- tung ffir die Manganablagerung zugewiesen. Ffir die homogene Mangan- einlagerung in die Zellwiinde absorbierender Zellen kommt diese Alkali- abscheidung nicht in Frage. Aus den oben mitgeteilten und den frfiheren Untersuchungen (CzAJA 1934) wird aber die innere Ionenbelegung der Membranporen (Zellinw&nde) vornehmlich yon Hydroxylionen gebildet, deren Menge ausreicht, um einen Indikator zum Umschlag zu bringen, dessen Umschlagsgebiet erst bei etwa PH9,6 beginnt. Ganz analog den Versuchen fiber die Zellwandfi~rbung mit basisehen Farbstoffen und mit den Modellversuehen lassen sich solche fiber die Speicherung von Mangan, Eisen und auch von Silber ausftihren. Voraussetzung ffir die Speicherung dieser Stoffe ist ihre Anwesenheit in gelSster ionisierter Form in dem mit den Zellw&nden und den Modellen in Berfihrung kommenden Wasser.

Modellversuche. 1. In 50 ccm n/100 KMnO4-LSsung in weitem Reagensglas wird 1 g

Ca-Citrat suspendiert. Nach einigem Schiitteln zeigt sich der Boden- kSrper he]lbraun gef~rbt. (Die alkalische LSsung dr~ngt die Ionisierung des Mangans zurfick, daher die geringe Adsorption.)

2. Der gleiche Versuch, aber mit 1 g BeO angesetzt, zeigt die Mangan- speicherung an der Oberf!~che der suspendierten Teilchen noch besser. Diese sind dunkler braun gefiirbt.

3. In 50 cem n/50 MnC12-LSsung in weitem Reagensglas wird 1 g Lanthanoxyd suspendiert. Nach wiederholtem Schfitteln zeigen sich die Lanthanoxyd-Teilchen (Bodenk5rper) sehwach braun gef~rbt.

des Absorptionsgewebes und tiber die l~arbstoffauf-nahme in die lebende Zelle. 107

4. In 50 ccm n/100 FeC13-LSsung wird 1 g BeO suspendiert. Nach kr~ftigem Schfitteln setzen sich die BeO-Teilchen braun gef~rbt ab.

5. In 50 ccm n/50 (CsHe07) Fe.3H20-LSsung (Ferricitrat) wird 1 g Calcium-Citrat suspendiert und geschtittelt. Die suspendierten Teilchen f~rben sieh sofort intensiv braun ab.

6. In 50 ccm n/50 AgNOa-LSsung wird in weitem Reagensglas 1 g Calcium-Citrat suspendiert. /qach mehrmaligem Sehiitteln sind die Teilchen braun gef~rbt und nehmen nach einiger Zeit schwarze Farbe an.

Der Ausfall der Modellversuche l~Bt erkennen, dab sich die suspendierten Teilchen mit starkem alkalischen Suspendierungseffekt b e i Be- rfihrung mit den LSsungen der Mn-, Fe- oder Ag-Salze an ihrer Oberfl~che zun~chst mit einer adsorbierten Hydroxydschicht bedecken. Dicse geht naehtrs meist noch weitere chemisehe ~nderungen ein (Oxydation, Reduktion), wodurch sie in unlSsliche Verbindungen iibergefiihrt wird.

Die Speicherung yon Eisen- und Mangansalzen in den Zellw~nden der lebenden Zellen ls sich nicht so leicht in kurzdauernden Versuchen er- zielen.

1. Die Zellw~nde der Wurzclhaare von Haferkeimlingen zeigen nach mehrstiindigem Liegen in verdiinnter MnCl2-LSsung leicht gelbliche Fi~rbung.

2. Spirogyra-Zellen zeigen nach 24stiindigem Aufenthalt in der gleichen LSsung die Zellws vieler F~den ebenfa]ls blab gelb gef~rbt.

3. Cladophora. Auch bei dieser Alge lassen nach 24stiindigem Liegen in der gleichen LSsung viele F~den die Zellw~nde gelblich-braun gef~rbt erscheinen.

Speicherung yon Eisen in den Ze]lws konnte in derartigen Ver- suchen nicht beobachtet werden. Andererseits ist aber ein natfirlicher Gehalt an Eisen in den Zellwi~nden verschiedener Organismen bekannt, welcher in mehr oder weniger starker gelblich-brauner Fs zum Aus- druck kommt, z. B. bei Closterium (vgl. auch BRAUNEIr 1933), Con/erva u.a. (vgl. auch vA~WIssELL~G~I1925). Nach OLSEN (1934) wird das Man- Ban yon der Pflanze aller Wahrscheinlichkeit nach als Ion aufgcnommen. Da die Mangansalze nur in saurer LSsung haltbar (und dissoziiert) sind (wie auch die Eisensalze), in neutraler oder alkalischer dagegen zu dem unlSs- lichen Mangandioxyd oxydiert werden, so wird ohne weiteres versts lich, dab das Mangan unter durchschnittlichen Bedingungen Imr in sauren BBden in hinlgnglicher Menge aufgenommen wird, nicht dagegen in neutralen oder alkalischen. Da ftir die Manganaufnahme durch die Pflanzen- zelle das Vorhandensein von Manganioncn in der umgebenden Boden- 15sung Voraussetzung ist, so scheint auch die Manganaufnahme von dem Adsorptionsmechanismus durch ein elektronegatives Adsorbens abhi~ngig zu sein. Die hgufig anzutreffenden Manganspeicherungen durch die Zellwgnde sprechen jedenfalls daftir, dab die Manganioncn zun~chst einmal v o n d e r Zellwand adsorbiert werden.

108 A. Th. Czaja: Untersuchungen tiber den lYiembraneffekt

Neuerdings schreibt auch STRUGGER (1935) der Zellwand erhShte Bedeutung zu. Er finder, dab sich die Zellw~nde lebender Wurzelhaare von Trianea bogotensis in sehr verdfinnten NeutralrotlSsungen anf~rben, welche saurer sind als p~ 6,4. Bei PH 6,4 selbst f~rbt sich nur die ,,Wurzel- haarmittelpart ie". Die Membranf~rbung bleibt aus in NeutralrotlSsungen fiber PH 6,4 gegen den Neutra lpunkt und fiber diesen hinaus. Der Farb- stoff wird dann sofort in der Vakuole gespeichert. In kurz erw~hnten weiteren Versuchen land STRUGGER, ,,dab nicht nut die Wurzelhaare, sondern auch die stoffaufnehmenden Zellen submerser Wasserbl~tter (Salvinia, Helodea) und die Thalli von Grfinalgen (Cladophora und Enteromorpha) dasselbe Verhalten beziiglich der Membranf~rbung an den Tag legen". ST~UGGER unterl~Bt es vorl~ufig, eine n~here Erkl~rung dieser Erscheinungen zu geben. Er ist aber der Meinung, ,,dab wir ffir diese Membranf~rbung die yon KELL]~R und GICKLHO~N (1925, 1928) aufgefundenen bioelektrostatischen Verh~ltnisse heranziehen mfissen". Die Erkl~rung ffir das Verhalten der Zellw~nde ist ohne weiteres in dem, was ich frfiher (CzAJA 1934) fiber das Verhalten der Ze]lw~nde gesagt habe, enthalten. Die Versuche STRUGGleRs sind nur mit einem Farbstoff ausgeffihrt worden, seine Eigensehaften aber unberficksichtigt geblieben. Neutralrot ist ein bekannter Indikator aus der Gruppe der Azinfarb- stoffe (Diamido-Phenazin). Sein Umschlagsbereich liegt bei PH 6,8--8,0. Nach der durch die HANrzsehe Auffassung modifizierten OSTWALDschen Definition Sind die S~ure-Basenindikatoren ,,(scheinbar) schwache S~uren oder Basen, deren ionogene oder aci- (bzw. baso-) Form eine andere Farbe und Konsti tut ion besitzt als 4i~ pseudo- oder normale Verbindung" (KoLTHOFF 1932). Je mehr sich also die Reaktion zum alkalischen Gebiet zu verschiebt, um so grSBer wird die Konzentrat ion der nichtdissoziierten Farbbase (Pseudoform), und um so weniger kann folglich yon der elektronegativen Zellwand an Farbstoff fiberhaupt adsorbiert werden. Schon t, nterhalb des Neutralpunktes beginnt sich das Gleichgewicht nach der Seite der gelbbraunen Anhydrobase (Phenazinderivat) zu verschieben, welche beim Stehen der neutralen und schwach alkalischen L5sung in feinen braunen Nadeln auskristallisiert. Sie wird yon der elektronegativen Zellwand nicht adsorbiert. Folglich kSnnen sich die Zellw~nde oberhalb einer bestimmten Reaktion (Umschlagsgebiet, Umschlagspunkt) nicht mehr mit Neutralrot anf~rben.

Die yon ST~UGGER ffir dieses Verhalten ermittelte Reaktion yon PH = 6,4 (in PufferlSsung) liegt dem Umschlagsgebiet yon Neutralrot sehr nahe. Diese Reaktion (pH 6,4) ist keine GrSl}e, welche ffir die Zell- wand irgendwie charakteristisch w~re, sondern sie kennzeichnet nur den Indikatorfarbstoff Neutralrot. Bei diesem Farbstoff ist der Umschlags- punkt so gfinstig gelegen, dab schon etwa im Neutralpunkt - - also in einem ffir die Pflanzenwurzel sehr angemessenen Gebiet - - der Farbstoff zum Teil als undissoziierte Base in der wiiBrigen L6sung enthalten ist.


Ein e lekt ronegat ives Adsorbens ve rmag aus einer solchen LSsung keinen Fa rbs to f f zu adsorbieren. Die F a r b b a s e kann aber zweifellos die Zell- wand durchdr ingen (wie viele unelektr ische organische KSrpe r mi t grol~em Molekfil, vgl. auch RUHLAND 1909). K o m m t sie dann jensei ts der Zel lwand mi t dem P lasma und dessen K o m p o n e n t e n (H-Ionen usw.) in Beri ihrung, so t r i t t sofort wieder Salzbi ldung (Rotf~rbung) ein.

Ganz entsprechendes Verha l ten gegenfiber den Zellw~nden habe ich noch bei folgenden basischen Fa rbs to f fen gefunden.

Azinfarbstoff . . . . . . Neutralviolett. Oxazinfarbstoff . . . . . Nilblau B (Chlorhydrat). Triphenylmethanfarbstoffe Brillantgrfin (Dii~thylderivat des Di-p-Amidotri-

phenylearbinols), Malachitgrfin (Dimethylderivat des Di-p-Amido- triphenylearbinols), )Sethylgriin (Verwandter des Methylvioletts, chlor- methyliert), Jodgrtin (desgl. jodmethyliert).

Al le diese Farbs tof fe b i lden in schwach a lkal i schem Lei tungswasser (PH 7,3) keine s tabi len LSsungen.

Neutraiviolett in dest. Wasser gel6st: violett, in Leitungswasser kalt gel6st: purpurn (Mischfarbe aus violett und gelbbraun). Nach einigem Stehen wird die LSsung gelbbraun, in Leitungswasser gekocht: sofort gelbbraun (CO 2 ausgetrieben!)

Nilblau B in dest. Wasser gelSst: Blau, (Chlorhydrat) in Leitungswasser kalt gel6st: 15st sich nur sehr schwer mit schmutziger

Farbe, da die rote Nilblaubase sehr schwer 15slich ist, in Leitungswasser ge]cocht: sofort rote LSsung, die dann in kolloide LSsung der Base fibergeht. Nilblau B und BB sind als ~uBerst alkaliempfindlich bekannt und werden deshalb zum Nachweis der Alkaliabgabe yon Glasger~ten verwendet.

Brillantgriin in dest. Wasser yelSst: grfin, in Leitungswasser ]~alt gelSst: grfin, trfibt sich nach kurzer Zeit und hellt sich dabei schlieBlich vollst~ndig auf unter Bildung der farb- losen Carbinolbase, in Leitungswasser gelcocht: entf~rbt sich aus dem gleichen Grunde so fort.

Malachitgriin verh~lt sich genau wie Brillantgrfin.

Methylgriin SF in dest. Wasser yel6st: grfin, in Leitungswasser kalt gel6st: grtin, die LSsung entfarbt sieh beim Stehen nach einiger Zeit, in Leitungswasser gekocht: entf~rbt sich sofort.

JodgrUn verh~lt sich genau wie das ,nahe verwandte Methylgriin.

Der Unterschied, welcher zwischen Tolu id inb lau und N e u t r a l r o t (und al len entsprechenden anderen basischen Farbs tof fen) in bezug auf die Membranf~rbung , , lebender" und to te r e lek t ronega t iver Adsorben t i en


besteht, ls sich wiederum an dem ModellkSrper Calcium-Citrat zeigen. Suspendiert man in zwei weiten Reagensgl~sern je ] g Ca-Citrat in 50 ccm. dest. Wasser und gibt zu der einen Suspension 20 Tropfen einer 1% ToluidinblaulSsung, zur anderen gleichviel einer 1% NeutralrotlSsung~ so zeigt sich nach dem Absitzen der geschiittelten Suspensionen folgendes.

Toluidinblau: Dispersionsmittel blau BodenkSrper rotviolett.

Neutralrot: Dispersionsmittel gelbbraun (kristallisiert aus) BodenkSrper rein weifl (farblos).

Als Erkl/~rung fiir diesen Versuchsausfall, der vollkommen dem Ver- halten der Zellw/~nde entspricht, ist folgendes zu sagen. Die Reaktion des Dispersionsmittels der Ca-Citratsuspension ist alkalisch (etwa p~ 8,6). Bei dieser Reaktion ist das Neutralrot schon vollst/indig umgesehlagen. Der gesamte Indikator ist in der Form der nichtdossoziierten Farbbase vorhanden. Diese wird also yon einem elektronegativen Adsorbens nicht adsorbiert. Toluidinblau dagegen wird yon dieser Reaktion noch nicht beeinflul~t (Farbumschlag erst oberhalb yon PH 9,6), und folglich kSnnen noch reichlich Farbstoffkationen (rotviolett) yon den Citrat- teilchen adsorbiert werden. Das Ergebnis wird immer das gleiche sein mit Suspensionen anderer ModellkSrper, deren Dispersionsmittel eine Re- aktion his herunter zum Neutralpunkt, bzw. his etwa PH 6,5--6,8 zeigen. Die Zellw/~nde verhalten sieh ebenso! In einer soeben (nach Abschlul3 des Manuskriptes) erschienenen Arbeit dehnt STRU~GF~ seine Erfah- rungen mit Neutralrot auf die Epidermis der Schuppen yon All ium ceTa aus und findet hier den Umschlagspunkt bei PH 7,1. Aus dieser Differenz der Lage der beiden Umschlagspunkte schliel~t er allerdings, ,,dal~ fiir die Lage des Umschlagspunktes nicht etwa eine physikalische Konstante des Farbstoffes, sondern dab bestimmte Eigenschaften der Zellen ffir den Umkehrpunkt verantwortlich sind. Jeder Zelle kommt wohl unter bestimmten physiologischen Voraussetzungen ein versehiedener Um- sehlagspunkt zu" (der letzte Satz beim Autor gesperrt). Die Differenz der individuellen Umschlagspunkte wird man sicher mit STRUGG~R den jeweiligen besonderen Eigenschaften der einzelnen Zellw/~nde zuschreiben miissen. Daft bei Neutralrot die Erscheinung aber iiberhaupt auftritt , wird man nach dem oben Gesagten in den Eigensehaften des Farbstoffes suchen miissen.

IV. Diskussion und Literaturbesprechung.

Das in den frfiher beschriebenen (1934) und in den vorangehend ge- sehilderten Versuehen an lebenden Zellen beobachtete Verhalten der basischen Farbstoffe an den Ze]lw~nden stellt ohne Zweifel eine Adsorp- tionserseheinung dar. ' Die grol3e Adsorptionsf~higkeit der organisehen Farbstoffionen ist eine bekannte Tatsaehe. Es liegen dariiber zahlreiehe

des Absorptionsgewebes und fiber die Farbstoffaufnahme in die lebende Zelle. ] 11

Untersuchungen auf rein physikalisch-chemischem und f/~rbereichemi- sehem Gebiet vor, andererseits aueh einige an Pflanzenzellen gewonnene Ergebnisse (z. B. P~'EFrER 1886; RUItLAND 1909; Szt2cs 1910; RED- FERN 1922).

Von Wichtigkeit f fir das Verst/s der Vorgiinge der Farbstoffauf- nahme in die Zellwand ist es nun, die erw/~hnten Adsorptionsvorg/~nge begTifflieh n/~her festzulegen, da man bekanntlich in der physikalischen Chemie verschiedene Arten yon ,,Adsorption" unterscheidet. Nach der K1/~rung der Begriffe durch KOLT~OFr" (1934), besonders aber durch E. J. W. VEI~W]~Y (1935) handelt es sich dabei um einen sog. Gegenionen- austausch. ,,Die Gegenionen einer Doppelschicht werden von anderen gleichartig geladenen Ionen in ~iquivalenter Menge freigesetzt." Dieser Ionenaustausch wird best immt yon dem Konzentrationsverh/~ltnis der beiden beteiligten Ionenarten im Gleichgewichtszustand und ist infolge- dessen unabh/~ngig yon der Verdiinnung. Bekanntlich erfolgt die Farb- stoffaufnahme (Farbstoffspeicherung) aueh aus sehr verdiinnten LSsungen. Hinzu kommt noch, dab die organischen Farbstoffionen im allgemeinen eine sehr grol3e Austauschf/~higkeit besitzen u n d die zur Verfiigung stehenden Gegenionen in hoher Vollst~ndigkeit verdr/~ngen. In gewissem Umfang besteht also hier eine Parallele zum Mechanismus der Adsorp- tionsindikatoren. In meiner frfiheren Arbeit fiber die basischen Farbstoffe konnte an toten Geweben das fast vollst/~ndige Zurfickbleiben des anorganischen Anions bei der Anf~rbung nachgewiesen werden, in den voranstehenden Untersuchungen auch bei lebenden Zellen.

NaehVERwEY hat der HAH~sche Satz (HAt[N und IMRE 1929) : ,,Ioneil- adsorption gesehieht nur an entgegengesetzt geladenen K6rpern" nur dann Gfiltigkeit, wenn es sich um reinen Gegenionenaustauseh handelt. Da die Anf/~rbung der Zellwandsubstanz - - und im vorliegenden Fall besonders der Oberfl/ichenw/inde der absorbierenden Zellen - - aber streng ladungs- bedingt ist, so geht daraus hervor, dab es sich bei der Farbstoffaufnahme der Zellinw/inde und der anorganischen ModellkSrper tats/~chlich um einen solchen Gegenionenaustauseh handelt. Hierbei ist aber immer fest- zuhalten, dab die eingetauschten Farbstoffkationen im ionisierten Zustand bleiben - - als ionisierte Farbbase - - und zwar ifi der Wirkungssphiire des negativelektriseh geladenen KSrpers. Dieser Umstand wird besonders dadurch unter Beweis gestellt und die elektrische Natur der Vorg/mge dadurch klar gekennzeichnet, dab die schw/ieher positiven Farbionen (z. B. Methylviolett, Kristallviolett und andere (1. Klasse basiseher Farb- stoffe nach HANTZSCH 1899), welche bei Zutri t t yon Hydroxylionen sehr rasch entionisiert werden unter Bildung ~ler Carbinolbase, an der Ober- fl/tehe sowohl der Zellwandporen, wie aueh an derjenigen der Modelle noch tagelang im ionisierten Zustand verharren. Auch FAJANS und ERDEY- GRfiZ (1931) betonen ganz ausdrficklich, dab auch bei der Adsorption der groBen Farbstoffionen genau wie im Fall von kleinen Atomionen polare

112 A. Th. Czaja: Untersuehungen fiber den l~Iembraneffek$

Kr~fte dominierenden EinfluB ausfiben, d .h . elektrostatische Kr~,fte zwischen Ionenladungen.

Mit der Begriffsbestimmung des Gegenionenaustausches ist zun~chst noch nichts gesagt fiber das Zustandekommen der elektrischen Doppel- schichte, welche an der Oberfl~che der Zellwandporen vorhanden ist. Durch die ma6gebliche Beteiligung einer unlSslichen Calciumverbindung am Aufbau der Zellwand bzw. der Mittellamelle findet bei Berfihrung mit Wasser unmittelbar durch Gitterauflockerung die Adsorption der Hydro- xylionen an der Oberfl~che der Membranporen und die Verteilung der Wasserstoffionen als Gegenionen statt. Es konnte schon friiher (1934) gezeigt werden, daft die Zellmembranen in wasserfreiem Zustand ein grundsittzlich anderes Verhalten an den Tag legen.

Da h~ufig an festen Grenzfl~chen nicht nur eine Art der Adsorption allein stattfindet, sondern neben dem Gegenionenaustausch auch Adsorp- tion potentialbestimmender Ionen und reine Adsorption yon Elektrolyten mSglich sind, so ist besonders bei derart heterogenen und komplizierten Gebilden, wie sie die Zellw~nde lebender Zellen darstellen, sicher auch mit deren Auftreten zu rechnen. Wahrscheinlich sind aber diese beiden Typen der Adsorptionsersclleinungen yon untergeordneter Bedeutung ffir die lebende Zelle.

Das Zustandekommen des alkalischen Membran- oder Poreneffektes ist dann so zu verstehen, dab die Gegenionen (Wasserstoffionen) gegen Farbstoffkationen ausgetauscht werden. Da sie nun elektrostatisch an die Hydroxylionen der Innenbelegung gebunden sind, kann die ionisierte Farbbase entstehen (Farbwechsel vom Kation zur Farbbase). Diese Basoform des Farbstoffes ist bei den schw~cher elektropositiven Farb- stoffionen aber nur an der Grenzfl~che der Membranporen existenzf~hig deshalb, weil die Hydroxylionen der Innenbelegung an der Oberfl~che adsorbiert sind und nicht in das Farbstoffion einbezogen werden kSnnen zur Bildung der Pseudobase unter ~nderung der Konstitution und h~ufig auch der Farbe. Bei vielen basischen Farbstoffen ist es dadurch mSglich, die in w~Briger LSsung normalerweise nicht haltbare freie Base lange Zeit ionisiert zu erhalten. Einen derartigen Typus der Adsorption kSnnte man mit KO:SrHOFF (1934) auch als ,,aktivierte Adsorption" bezeichnen.

Es erhellt aus den vorgetragenen Gedankeng~ngen, daI3 die durch den alkalischen Membraneffekt dargestellten und fiir die Pflanzenzelle relativ hohen Alkalinit~ten yon etwa PH = 10 (oder poh = 4) nicht im Sinne yon freiem Alkali im Imbibitionswasser der Zellwandporen zu verstehen sind - noch weniger auBerhalb der Zellwand --, sondern nur im Sinne einer elektrostatischen Wirkungssph~re der Porenoberfl~che. Wenn auch gezeigt werden kann, dab diese hohen Alkalinit~ten an der Platinelektrode als entsprechend hohe Potentiale realisiert werden kSnnen (wenn z .B. die Membran pulverisiert und das Pulver in Wasser suspendiert wird, entsprechend dem Verhalten der ModellkSrper), so gilt das eben immer

des Absorptionsgewebes und tiber die Farbstoffaufnahme in die lebende Zelle. 113

nur ffir die direkte Beriihrung mit der Porenoberfl~che, Andererseits kann nach LXPICQUF~ und KERGOMARD (1922)die Alkalinit~t in der n~ehsten Umgebung der untergetauchten Pflanze infolge der Photosyn- these bis auf PH 10 und ebenfalls nach ARENS (1933) sehr hohe Werte annehmen.

Es mul~ natfirlich die Frage aufgeworfen werden, welcher Art die ausgetauschten Gegenionen sind. Besondere Untersuchungen wurden zun~chst zu dieser Frage nicht angestellt. Aus der Natur der Farbstoffe geht schon hervor, dab nur elektropositive Ionen in Frage kommen. Ferner geht aus dem oben Gesagten fiber das Zustandekommen der elektrischen Doppelschichte hervor, dab in erster Linie Wasserstoff- ionen im AuBenschwarm vorhanden sein mfissen. Da wir es aber in der Ze]lwand mit einem recht komplexen Gebilde zu tun haben, ist es nieht vSllig ausgeschlossen, dab aueh andere positive Ionen daran teilnehmen. Ohne besondere Untersuchungen l~Bt sich dartiber zun~chst nicht viel positives sagen. Aber die weiter unten zu besprechenden Tatsachen fiber die Wirkung der Salze machen es doch reeht wahrscheinlich, dab im Falle der Farbstoffaufnahme haupts~chlich Wasserstoffionen ausgetauseht werden. Aueh F~]~Y-WYssLI~G (1935) ist der Meinung, dab die Kationen dureh die Zellwand der Wurzelhaare hindurch gegen Wasserstoffionen ausgetauscht werden, bezeichnet diesen Vorgang allerdings als ,,Diffu- sionswanderung", w~hrend LUNDEG~DH (1935) die Meinung vertritt , dab es sich bei der Salzaufnahme um Kr~fte von ganz anderer Gr6Ben- ordnung handelt, als bei der Diffusion. Nach diesem Autor werden neben Wasserstoffionen auch metallische Kationen ausgetauscht.

Es soll hier zuns noch kurz auf das unterschiedliche Verhalten einiger Farbstoffe eingegangen werden. Man k6nnte sich wundern, dab der oben beschriebene Vorgang der tempors Metachromasie bei der Farbstoffaufnahme in die lebende Zelle nicht schon ls beobachtet worden ist. Sehr zahlreiche Versuche fiber die Aufnahme basischer Farb- stoffe durch die lebende Zelle sind mit Methylenblau angestellt worden. AUein diesem Umstand und der Tatsache, dal] die Farbbase dieses Farb- stoffes keine andere Fs hat als das Farbkation, ist es zuzuschreiben, dab die Adsorption der Farbbase dureh die Zellwand den zahlreichen Untersuchern nicht schon l~ngst aufgefallen ist. Durch einen ebenfalls besonderen Umstand konnte sich diese Tatsache auch beim viel benutzten Neutralrot der Erkenntnis entziehen. Das Farbkation ist karminrot gefgrbt, die ionisierte Base gelbrot; da aber der Umschlagspunkt des Farbstoffes sehr niedrig gelegen ist und die ionisierte Base als solche in der L6sung nicht best~ndig ist, sondern sofort ausf~llt, so ist die Zeit- dauer der tempor~ren Metachromasie so kurz, dab sie ~uBerst le~cht fibersehen werden kann.

Der betrgchtliche Unterschied in der Geschwindigkeit der Aufnahme yon Toluidinblau und Neutralrot z. B. in die Spirogyra-Zelle und ihr

P l a n t a B d . 26. 8


unterschiedliches Verhalten in der Zellwand, ist sicher auf verschiedene Eigenschaften der Farbstoffe zuriickzufiihren und nieht in der Zellwand zu suchen. Die St~rke des Haftens in der Zellwand und damit die langsame Aufnahme in die lebende Zelle ist sieher auf die GrSBe der Elektropositi- vit~t des Farbions zurtickzuffihren. Je geringer die Positivit~t, um so schw~eher die Adsorption am negativen Adsorbens, um so leichter die LSsung aus der adsorptiven Bindung. Hiermit in Zusammenhang steht die verschiedene Lage des Umschlagsgebietes, das bei Neutralrot sehon bei p~ 6,8 beginnt, bei Toluidinblau aber erst bei PH 9,6. Wie schon weiter oben erw~hnt (S. 110) hat die Zellwand selbst keinen Einflul~ darauf.

Wenn B ~ v ~ E ~ (1933) angibt, dab es ihm gelungen ws im Methyl- violett 5B einen Farbstoff ausfindig zu machen, der in reinen LSsungen nach 15 Min. die Protoplasten der Spirogyra-Zellen tier violett anf~rbt, dagegen nicht in die Zellw~nde aufgenommen wird, so beruht das nur darauf, dab die Beobachtung erst nach 15 Min. erfolgte. Verfolgt man aber das Verhalten der Zellen yore Einlegen in die FarblSsung ab ununter- brochen, so sieht man, dab dieser Farbstoff genau so unter Anf~rbung der Zellw~nde in die Zellen gelangt, wie die anderen untersuchten, aber die F~rbedauer der Zellw~nde ist sehr kurz. Das Niehtaafs der Zell- w~nde w~re aus theoretischen Griinden unmSglich. Das gleiche gilt auch ffir die Ausftihrungen tiber das Verhalten der Zellwiinde zerschnittener Farnprothallien zu Neutralrot.

F~. J. M ~ R (1936) hat in letzter Zeit das Eindringen des Trypan- blaues in die Hydropotenzellen von Wasserpflanzen festgestellt. Da es sich bei diesen Zellen um typische absorbierende Organe handelt, soll hier kurz einiges tiber den Farbstoff und die Natur der Anf~rbung ausgeffihrt werden. Trypanbtau (---- Diaminblau 3B) ist ein substantiver Farbstoff, ftir den die f~rberischen Eigenschaften gelten, welche ich (1930) ftir diese Gruppe mitgeteilt habe. Dem F~rbecharakter yon Pflanzengeweben nach ist Trypanblau in w~Briger LSsung ein kolloider Farbstoff yon ziemlich einheithchem und recht hohem Dispersit~tsgrad, da er Kutin- und Suberin- w~nde nicht, wohl aber Ligninw~nde anf~rbt. Kollenchymw~nde werden gut, Zellinwiinde dagegen schlechter angef~rbt. Die in der wKBrigen LSsung vorhandenen Farbstoffteilchen sind nicht grob genug, um auch die Zellinw~nde starker anzuf~rben, sie sind andererseits aber zu grog, um in die KutinwKnde einzudringen. Metachromasie tr i t t nieht auf, da der Farbstoff nicht polydispers ist.

Obwohl man sich bislang mit der Frage der Adsorption der Salze an der Zellwand kaum besch~ftigt hat, liegen ffir das Vorkommen dieser Erscheinung schon Beweise vor, wenn diese auch nicht immer in dieser Richtung gedeutet worden sind. PmscnLE und M_E~o])~ (1931) halten die Adsorption der Ionen der Salze durch die Zellwand ftir einen Faktor ,


der nicht zu vernachls ist. AsPR~Y (1933) fiihrt bei Absorptions- versuchen in den reinen LSsungen der Chloride des Calciums und Ammo- niums durch Gewebscheiben aus der Kartoffelknolle den anf~nglichen raschen Anstieg der Absorptionskurve auf Adsorption der Kationen an den i~ufteren Zellwi~nden zuriick, in denen er mit N~SSLE~s Reagens das adsorbierte Ammonium nachgewiesen hat. In der gleichen Riehtung soll nach diesem Autor auch die Erkl~rung fiir die Ergebnisse REDFERNs (1922) ZU suchen sein. Dem Naehweis viel leiehter zuganglieh ist die Beein- flussung der Zellwandf~rbung. Der Einfluft yon Elektrolyten auf die Farb- stoffaufnahme der lebenden Zelle ist schon von PFEFFER in seinen um- fassenden Untersuchungen (1886) bemerkt worden. Er land, daft die Zellwiinde lebender Zellen, wenn sie Methylenblau gespeichert hatten, dieses wieder an die umgebende LSsung abgeben, wenn sie mit verdiinnten SalzlSsungen behandelt werden. PFEYFE~ deutete diese Er- scheinung im Sinne yon Adsorptionsverdr~ngung. Auch BENECKE (1907) hat beobachtet, daft Ferrosulfat in wi~ftriger LSsung, welcher CaSO4 zugesetzt ist, nicht in die Spirogyra-Zelle eindringt (Ausbleiben der Eisen- gerbstoffreaktion), und meint, daft die Anwesenheit des Calciums in der LSsung dem Eisen den Eintri t t in das Zellinnere verwehrt. BENECKE bringt zwar nicht zum Ausdruek, wie er sich diese Hinderung denkt, aber Szt~cs (1910) hat diese Beobachtungen nicht nur best~tigt, sondern sowohl auf andere Elektrolyte erweitert, wie auch auf die Hemmung der Farbstoffaufnahme ausgedehnt. Er findet, daft die Hemmung der Elek- trolyte stark ansteigt mit zunehmender Wertigkeit des Kations. Er findet ferner, daft innerhalb bestimmter Konzentrationsgrenzen die hemmende Wirkung der Elektrolyte der Exponentialgleichung der Adsorp- tion folgt. Szt~cs ersieht aus seinen Versuchen ferner, dab die Hemmung der Farbstoffaufnahme dutch die Elektrolyte so erfolgen muft, dab dabei die Aufnahme durch das Plasma nicht beeinfluBt wird, wenn er schreibt: ,,so muI~ die Wirkung der Elektrolyte auf einer solchen Funktion beruhen, die praktisch momentan abl~uft und die dureh sie verursachte )[nderung des Plasmas auf den relativen Ablauf der Diffusionsprozesse keinen Ein- fluft hat ." Er ist zwar der Meinung, daft die Wirkung der Elektrolyte ihren Hauptangriffspunkt im Plasma hat, daft sie aber teilweise schon an der Oberfl~tche des Plasmas erfolgen miisse. Er best~tigt auch die Er- fahrung I~Ug~ANDs (1909), daft die Farbstoffaufnahme in die lebende Zelle gehemmt wird dureh Speieherung innerhalb der Zellwand. I~UHLA~D hatte gezeigt, daft man die Neutralrotspeieherung in der Zellwand lebender Zellen verhindern kann, wenn man die FarblSsung alkalisch macht, wenn man also mit einer LSsung der Farbbase arbeitet. Wird auf diese Weise die Speicherung (Adsorption) in der Zellwand verhindert, so findet Szi)cs, daft dann das Neutralrot etwas schneller in die Zelle aufgenommen wird, ,,weil bei Gegenwart yon OH-Ionen die Plasmahaut fiir basisehe Farbstoffe mehr permeabel ist als im normalen Zustand", obwohl

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RUttLAND gefunden hat te , dal3 das Hydrochlorid und die Base des Ncutralrots mit gleicher Geschwindigkeit aufgenommen werden.

Von besonderem Interesse ffir die Beurteilung der Beziehungen zwischen Zellwand und Farbstoff ist der Versuch RurmA•Ds (1909) mit Wurzel- haaren yon Trianea bogotensis. In einer L6sung yon Neutralrothydro- chlorid 1 : 5000000 sind die Zellw/~nde tiefrot gef/~rbt, aber es ist keine Farbstoffspeicherung im Zellinnern erfolgt. ,,l~bertr/~gt man nach Aus- waschen die Wurzelhaare in reines destilliertes Wasser, dem man etwas OH-Ionen beigemischt hat, auf dem Objekttr/~ger, so dringt unter schneller Aufspaltung des Farbsalzes, d. h. Entf/~rbung der Membran, die in Freiheit gesetzte Base unter den Augen des Beobachters in die noch lebende Zelle ein, wo dann die Anf/~rbung alsbald stattf indet."

Von PrEFrER wird der entgegengesetzte Versuch angegeben. In LSsungen von 0,01% Zitronens/~ure, die gleichzeitig 0,00001% Methylen- blau enthielten, unterblieb die Farbstoffspeicherung durch die Wurzeln yon Lemna minor, Trianea, Azolla, Zygnema und Spirogyra, bzw. es fand rasche Exomose des Farbstoffes statt. Die F/~rbung der Zellwand ist hierbei nicht besonders betont worden.

Diese Erfahrungen hat ST~UGGER offenbar ohne deren Kenntnis wieder gemacht, denn sie geben ja die Grundlage ffir seine Versuche.

Der Umstand allein, dab die Aufnahme basischer Farbstoffe durch die Anwesenheit bestimmter Salze im AuBenmedium in die lebende Zelle und damit vorerst in die Zellwand gehemmt bzw. ganz unterbunden wird, muB schon als Beweis daffir gelten, dab Adsorption der Salze, d. h. ihrer Kationen an der Zellwand stattfindet. Diese Tatsaehe wird noch unterstrichen durch den Umstand, dab die Wertigkeit der Kationen dabei yon Bedeutung ist (Szi3cs).

Wenn man die Untersuchungen fiber die Salzaufnahme durch verschiedene lebende Pflanzen durchsieht , so st6f~t man auf zahlreiche Angaben darfiber, daB die Aufnahme nach den Gesetzen der Adsorption verI/iuft. Es sollen hier nur einige Beispiele dafiir angefiihrt werden.

So findet BROWN (1932), dab die Aufnahme von Salzen durch die Weizenk6rner ein Adsorptionsvorgang ist. STILES und KIDD (1919) fanden fiir die Elektrolytaufnahme dureh Stficke yon Wurzeln verschiedener Pflanzen eine Exponcntialgleichung, welche auf Adsorptions- vorg~nge schlieBen 1/~Bt, und nach STEWARD (1932) ist die Salzaufnahme durch Gewebescheiben aus der Kartoffelknolle ein Adsorptionsvorgang. Naeh LAINE (1934) besteht bei abgeschnittenen Wurzeln yon Phaseolus multiflorus vat. coccineus zwischen der Konzentration des Blutungs- saftes und derjenigen dcr Aul3enl6sung in bestimmten F/~llen bei Aufnahme yon Kalium, Calcium und Mangan als Chloride in reinen L6sungen eine Exponentialgleichung, welche nichts anderes als die ~]~UNDI~CHsche Adsorptionsisotherme darstellt. W ~ N {1933) erkl~rt den Antagonismus

des Absorptionsgewebes und fiber die Farbsr in die lebende Zelle. 117

yon Calcium und Mangan an den lebenden Micrasteriaszellen als Adsorp- tionsverdr&ngung. Endlich sprechen nach LVND~G)~RDH (1935) alle Er- fahrungen dafiir, dab die Kationen mit Hilfe eines Adsorptionsmechanis- mus zun~chst yon einem elektronegativen Kolloid fixiert werden. W~hrend die meisten Autoren keine bestimmten Angaben fiber die Natur dieses Adsorbens machen, sieht LUND~.G)~RDH dieses im Protoplasma lokalisiert. D~s kann weiter nicht fiberraschen bei der hervorragenden Rolle, welche dieses in allen Diskussionen fiber die Stoffaufnahme spielt und bei den noch geringen Kenntnissen, welche wir yon den Funktionen der Zellwand haben. Den Mechanismus der LSsung der adsorptiven Bindung ha t LVNDEG~DH aufgezeigt, indem nach seiner Meinung die hohe Wasser- stoffionenkonzentration, welehe am Innenniveau der Zelle herrschen muB, die adsorbierten Kationen befreit. Und endlich herrscht fiber den Mechanismus der Kationenexomose der Wurzeln verschiedener Pflanzen nach K/tEYzi (1936) in den Ansichten zahlreicher Autoren ~bereinstim- mung dahingehend, dab es sich dabei um Ionenaustausch handelt (also Gegenionenaustausch !). Dieser soll nach KREYZI bei den yon ibm untersuchten Haferpflanzen ffir K- und Ca-Ionen durch Wasserstoffionen in saurer LSsung vor sich gehen (,,Verdr/~ngung").

Die Frage der Salzadsorption an lebenden Zellen ist weitgehend vor- bereitet durch zahlreiche Untersuchungen an den verschiedensten Ad- sorbentien.

Ein Schiller H. F){ETbTNDLICH8, GREGO~ LOSEV, hat sehon 1907 die Frage behandelt, warum es bei der Adsorption an Kohle, Wolle, Seide, Ton, As2Sa, St/~rke, Eiwei6 und anderen in Wasser negativ geladenen K6rpern zur Adsorption der Base aus gelSsten Elektrolyten kommt. Seine Darlegungen stimmen mit den oben entwickelten Anschauungen fiir die Zellw/~nde fiberein. Von besonderem Interesse filr die Verh&ltnisse an der ]ebenden Pflanze ist die Tatsache, dal~ z. B. yon der Kohle und anderen elektronegativen Adsorbentien auch die Neutralsalze gespalten werden, da[~ also aus derartigen SalzlSsungen ebenfalls die Base adsorbiert wird, w/ihrend das Anion durch Gegenionenaustausch in der umgebenden LSsung bleibt. Ohne hier ~ auf die zahlreichen Beispiele in dieser Hinsicht einzugehen, soll hier nur noch auf den in der Bodenkunde lang bekannten und oft untersuchten Fall der Neutralsalzzersetzung dutch Torf und Humusstoffe hingewiesen werden. Obzwar diese Erscheinung nach den neueren Untersuchungen yon TR~NEL und HARADX (1933) komplexer Natur ist, so sind diese Autoren doch zu der ~berzeugung gekommen, dab ein Tell davon zustande kommt ,,durch Adsorption der Base aus dem Neutralsalz unter Freiwerden entsprechender Mengen yon Minerals~ure im Sinne yon K A e P ~ " .

Man wird sich natfirlich die Frage vorlegen, wie sich denn die Neutral- salze bei der Beriihrung mit" der Wurzeloberfl/iche verhalten. Es besteht aach allen bisherigen Erfahrungen ein hoher Grad yon Wahrscheinlich-


keit, daft es in diesem Falle ebenso zur Adsorption des Kations (Base) an der inneren Oberfliiche der Zellwand der absorbierenden Zellen kommen muB, wie bei der Aufnahme der Farbstoffe.

Mit der Feststellung, dab die Zellwand der aufnehmenden Zellen mitbeteiligt ist an der Aufnahme der basisehen Farbstoffe in die Zelle u n d m6glicherweise auch an der Aufnahme der Salze, soll natiirlieh nichts ausgesagt sein fiber die Rolle, welche das Protoplasma bei dem Absorp- tionsvorgang spielt. Bei der Mitwirkung der Zellwand handelt es sich aller Wahrscheinlichkeit nach um einleitende, aber sicher nicht unwesent- liche Vorg~nge.

V. Z u s a m m e n f a s s u n g einiger Ergebnisse .

1. Die Zellw~nde der absorbierenden Zellen der verschiedensten Absorptionsorgane niederer und h6herer Pflanzen zeigen mit geeigneten basischen Farbstoffen den alkalischen Membran- oder Poreneffekt.

2. Der erste Schritt der Aufnahme eines basischen Farbstoffes in die lebende Spirogyra-Zelle (bzw. in die Pflanzenzelle fiberhaupt) ist die Adsorption des Farbkations (bzw. der ionisierten Farbbase) aus der LSsung des Farbsalzes durch die Zellwand. Von hier geht die Farbbase wieder als Farbsalz in das Cytoplasma bzw. den Zellsaft.

3. Bei der Aufnahme des Kations eines basischen Farbstoffes aus verdfinnter w~Briger L6sung in die lebende Zelle (Wurzelhaare, Spirogyra, Cladophora) bleibt fast die gesamte Menge der anorganischen Ionen in dem umgebenden v611ig ersch6pften Farbbad zurfick.

4. Zusatz geeigneter Mengen yon Salzen zur L6sung eines basischen Farbstoffes hindert dessen Adsorption an der Zellwand und damit seine Aufnahme in die lebende Zelle ( Spirogyra, Wurzelhaare).

5. An den ModellkSrpern (z. B. Ca-Citrat) l~Bt sich zeigen, dab dutch solche Salzzus~tze das negative Adsorbens elektrisch entladen wird, der Suspendierungseffekt verschwindet, die F~higkeit zur Adsorption der Farbbase aufgehoben wird, ohne daB dabei die FarbstofflSsung selbst irgendwie beeinfluBt wird.

Der Deutschen Forschungsgemeinschaft bin ich ffir die Unterstfitzung der Untersuchungen sehr zu Danke verpflichtet.

Literatur.

Arens, K.: Planta (BerL) 20, 621 (1933). - - Asprey, G.F.: Proc. roy. Soc. Lond. B 112, 451 (1933); 113, 71 (1933). - - Beneeke, W.: Ber. dtsch, bot. Ges. 25, 322 (1907). - - Brauner, L.: Flora (Jena) N.F. 27, 190 (1933). - - Cholnoky, B. v.: 0sterr. bot. Z. 84, 91 (1935). - - Czaja, A. Th.: Planta (Berl.) 11, 582 (1930); 21, 531 (1934); 24, 527 (1935). - - Fajans, K.u.T. Erdey-Grdz: Z. physik. Chemie. A 158, 97 (1931). - - Freundlich, H.: Kapillarchemie, Bd. 1, Bd. 2. Leipzig 1930,1932. --Frey-Wyssling, A.: Die Stoffausseheidung der h6heren Pflanzen. Berlin 1935. - - Gieklhorn, J.: Proto-


plasma (Berlin) 1, 372 (1927). - - Hahn, 0. u. L. Imre: Z. physik. Chem. A 144, 161 (1929). - - Hantzseh, A. u. Kalb: Bet. dtsch, chem. Ges. 32, 3109 (1899). - - Herzog, R.: P lan ta (Berl.) 22, 490 (1934). - - Johnson, H. V.: Amer. J . Bot. 11, 250 (1915). - - Kolthoff, J . M.: S~ure-Basen-Indikatoren. Berlin 1932. - - KolthoI| , J . M.: Kolloid.-Z. 68, 190 (1934). - - Kreyzi, R.: Z. Pf lanzenemahrung, Dfingung u. Bodenkde 43, 281 {1936). - - Kiister, E.: Z. Mikxosk. 40, 299 (1923). - - Laine, T.: Acta bot. fennica 16, 1 (1934). - - Lapieque, L. et Kergomard: Compt. r. Soc. biol. Paris. 87 (1922). - - Liebiseh, W.: Z. Bot. 20, 225 (1928); $2, 1 (1929). - - Loser, G.: Inaug.-Diss. Leipzig 1907. - - Lundeg~rdh, H.: Naturwiss. 23, 313 (1935). - - Mangin: Ann. des Sci. uatur . 9. s 8 (1908). - - Mayr, Fr.: Beih. Bot. Zbl. 32, 278 (1915). - - Meurer, R.: Jb . wiss. Bot. 46, 503 (1909). - - Meyer, Fr.: Bet. dtsch, bot. Ges. 53, 542 (1935). - - Flora (Jena) N.F. 30, 291 (1936). - - Moliseh, H.: Sitzgsber. Akad. Wiss. Wien, Math.-naturwiss. K1. Abt. 1119, 959 (1910) ; 118,1427 (1909). - - Nathansohn, A.: Jb . Bot. 38, 249 (1903); 39, 607 (1904). - - 01sen, C.: C. r. t ray. Laborat . Carlsberg K0penhagen 20, Nr 2 (1934). Pantanelli, E.: Jb . Bot. 56, 689 (1915). - - Bull. 01~o Bot. Reale Univ. Napoli 5, 1 {1915); 6, 1 ( 1 9 1 8 ) . - Peru~ek, M.: Sitzgsber. Akad. Wiss. Wicn, Math.-naturwiss. K1. Abt. 1 128 (1919). - - PteIIer, W.: Unters. hot. Inst . Ttibingen 2, 199 (1886). - - Pirsehle, K. u. H. Mengdehl: Jb . Bot. 74, 297 (1931). - - Redfern, G. M.: Ann. of Bvt. 36, 167 (1922); 36, 510 ( 1 9 2 2 ) . - Ruhland, W.: Ber. dtsch, bot. Ges. 26a, 772 {1908). - - Z. Bot. 1, 747 (1909). - - Jb . Bot. 46, 1 (1909). - - Stiles, W. and J. Jorgen- sen: Ann. of Bot. 29, 349 (1915). - - Stiles, W. and F. Kidd: Proc. roy. Soc. Lond. B 90, 448 (1919). - - Strugger, S.: Protoplasma (Berl.) 23,108 (1935); 26, 56 (1936). - - Sziies, J . : Sitzgsber. Akad. Wiss. Wien, Math.-naturw. K1. Ab. 1,119, 737 (1912). - - Tr~nel, M., u. M. Harada: Z. Pflanzenern~hrung, Dfingung und Bodenkde Teil A 28, 298 (1933). - - Verwey, E. J. W.: Dubbellaag en stabil i tei t v a n lyophobe kolloiden. Proefschrii t Ut recht (Groningen) 1934. - - Chem. Weekblad 31, 789 (1934). - - Rec. Tray. chim. Pays-Bas et Belg. (Amsterd.) 53, 933 (1934). - - Kolloid-Z. 72, 187 (1935). - - Wiegner, G.: Kolloid-Z. 51, 49 (1930). - - Wlssellngh, C. van: Handbuch der Pflanzenan~tomie, Bd. 3/2. 1925. �9

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Untersuchungen über den Membraneffekt des Absorptionsgewebes und Über die Farbstoffaufnahme in die Lebende Zelle