Untersuchungen über metachromatische Färbungen von Pflanzengeweben

582 A. Th. Czaja:

zwischen den beiden Gebie ten is t die groBe Oberfl~che. Bei den phys iko- chemischen Modellen als duflere Oberfli~che ges ta l te t , wi rd sie beim pf lanzl ichen Ob jek t zur hochentwicke l ten inneren Oberfl~che der Zel lwand, fiir die ganz en t sprechende Gesetzm~Bigkei ten Gfi l t igkei t haben. Diese k6nnen ffir den Ablau f vieler Tei lvorgi inge an den Pf lanzenzel len n ich t ohne EinfluB sein.

I I . Die untersuehten Farbstoffe . Schon die Vorprf i fung mehrere r basischer Fa rbs to f fe ha t t e Ver-

sch iedenhei ten im f~rberischen Verhal~en gegeni iber d e n Zel lw~nden ergeben. D a h e r wurden die Versuche m i t e iner m6gl ichs t groBen Zahl yon insgesamt 56 basischen Fa rbs to f f en durchgef i ihr t , welche in de r Tabel le 1 zusammenges te l l t sind.

Tabellel . L i s t e de r v e r w e n d e t e n F a r b s t o f f e . I. Thiazol/arbsto//e

1 Thioflavin T ( = Methylengelb H)

I I . Azo/arbsto//e 2 Chrysoidin 3 Janusgriin 4 Janusgelb 6 B 5 Janusrot B 6 Bismarckbraun 7 Vesuvin 8 Janusbraun B

111. Carbonium/arbsto//e a) A u r a m i n e

9 Auramin

b) T r i p h e n y l m e t h a n f a r b - s t o f f e

I0 ~r 11 Brillantgriin 12 Fuchsin 13 Rosanflin 14 Gentianaviolett (Gemisch) 15 Parafuchsin 16 Neufuchsin 17 Fuchsin essigsauer 18 Dahlia 19 Krystallviolett 20 Methylviolett 6 B 21 _~thylviolett 22 Methylgriin 23 Jodgrtin 24 Viktoriablau 25 Nachtblau

c) X a n t h o n f a r b s t o f f e 26 Pyronin 27 Acridinrot 28 Rhodamin G

29 Anisoliu 3 B ( = l~hodamin 3 ]3)

IV. Azin]arbsto/]e 30 Neutralviolett 31 Neutralrot ( = Toluylenrot) 32 )leu~ralblau 33 Basler Blau R 34 Safranin 0 35 Methylengrau 36 Methylenviolett 37 Mauvein 38 Indazin ~I 39 Magdalarot 40 Ech~neublau

V. Oxazinfarbsto]]e 41 Capriblau 42 Brfllantcresylblau 43 Cresylechtviolett 44 Neublau R ( = Naphthylen-

blau R) 45 Nilblau A ( = ~ilblausulfat) 46 Nilblau B ( = Nilblauchlor-

hydrat)

VI. Thiazin~arbstoHe 47 Methylenblau 48 Meghylengriin 49 Thionin 50 Thioninblau 51 Toluidinblau

VII. Acridin/arbsto]/e 52 Acridingelb 53 Acridinorange 54 Benzoflavin 55 Chrysanilin S 56 Diamantphosphin R

U N T E R S U C H U N G E N U B E R METACHROMATISCHE FAI~BUNGEN VON P F L A N Z E N G E W E B E N .

II. BASISCHE FARBSTOFFE. (Zugleich ein Beitrag zur Kenntnis der physikochemischen Eigenschaften der

pflanzlichen Zellwand.)

Von A. TH. CZAJA (Borlin-Dahlem).

Mit 7 Textabbildungen.

(Eingegangen am 17. D~zember 1933.)

I. Einleitung. Konnte in meiner ersten Abhandlung fiber Metachromasie die Analyse

der Erscheinungen ffir substantive Farbstoffe durchgeffihrt werden, so wurde damals schon darauf hingewiesen, dab auch basische Farbstoffe die gleiche Eigentfimlichkeit zeigen. Verschiedene Anfi~rbung von verschiedenen Gewebepartien mit einem einheitlichen basisehen Farbstoff ist ffir eine Reihe yon Farbstoffen schon bekannt. L. MICHAELIS (1903) hat sich eingehender mit der Metachromasie einiger Triphenylmethan- farbstot/e (Dahlia, Gentianaviolett), Thiazine (Thionin, Toluidinblau) und Oxazine (Oxonin, Cresylviolett) besehaftigt. Ffir Methylviolett, Thionin, Toluidinblau, Neutralrot und Safranin liegen Untersuchungen yon Fm C. C. HA~sE~ (1908) vo rund f fir das Toluidinbtau yon H. SCHWA•Z und E. HE~RMA~N (1922), ohne dai~ man bis heute zu einer befriedigenden Erklarung dieser h6chst merkwfirdigen Erscheinung gelangt wi~re. Die im folgenden beschriebenen Versuehe sind an den gleiehen Objekten aus- geifihrt worden, wie diejenigen mit den substantiven Farbstoffen meiner frfiheren VerSffentliehung. Es handelt sieh also auch ffir die basisehen Farbstoffe um F~rbungen fixierter oder toter Gewebe. An fixierten Ge- weben sind aueh von den obengenannten Forsehern Versuche ausgeffihrt worden, alle jedoch an tierischen Objekten. Sie werden sparer im einzelnen noeh zu besprechen sein. Von anderer Seite ist fernerhin fiber zahlreiche Versuche auch mit basischen Farbstoffen beriehtet worden, so vor allem in mehreren Arbeiten von. R. KELLEP~ U. a., die aber alie am lebenden Gewebe angestellt wurden. Da sieh die Versuche von R. KELLER in erster Linie auf die F~rbung des Zellinhaltes beziehen und ffir diese ganz andere Verh~ltnisse vorliegen als fiir die yon mir untersuchten Zellwi~nde, so werde ich in diesem Zusammenhange nieht auf die Ergebnisse R. KELLE~s U. a. eingehen.

Obwohl es sich bei den im folgenden behandelten Untersuehungen in erster Linie um rein physikochemisehe Fragen handelt, n~mlich um die Kinetik der Adsorption yon kfinstliehen organischen Farbstoffen an K6rpern mit hochentwickelter Oberfl~che, so diirfen sie dennoch das Interesse des Pflanzenphysiologen beanspruchen. Das verbindende Glied

Untersuchungen. fiber metachromatische F~rbungen von Pflanzengeweben. 533

Der Zustand der w~]3rigen Farbl6sungen.

A u s d e m Be i sp i e l d e r s u b s t a n t i v e n F a r b s t o f f e g e h t z u r Gen i ige

h e r v o r , y o n w e l c h e r B e d e u t u n g die K e n n t n i s d e r p h y s i k a l i s c h - c h e m i s e h e n E i g e n s e h a f t e n d e r F a r b ! S s u n g e n ffir d ie A n a l y s e des F i ~ r b e v o r g a n g e s

se in k a n n . I n m e i n e r U n t e r s u c h u n g d e r H a a r m e m b r a n e n (1930) h a t t e

i eh f e r n e r geze ig t , d a b a u c h b a s i s c h e F a r b s t o f f e in d e s t i l l i e r t e m W a s s e r

s e h r w o h l ko] lo ide L S s u n g e n zu b i l d e n v e r m S g e n . E s w u r d e n d a h e r die

w/~13rigen L 6 s u n g e n s i~mt l icher v e r w e n d e t e n F a r b s t o f f e a u f i h r e n Dis-

pe r s i t /~ t sg rad u n t e r s u c h t . D ie T a b e l l e 2 b r i n g t d a h e r z u n / i c h s t e i n m a l

d a s E r g e b n i s d e r U l t r a f i l t r a t i o n s i~mtl icher g e p r f i f t e n F a r b s t o f f e in

0 , 0 1 % i g e n w/il3rigen L 6 s u n g e n .

Tabelle 2. U l t r a f i l t r a $ i o n s a n a l y s e d e r v e r w e n d e t e n b a s i s c h e n F a r b s t o f f e .

Ultra - Farbstoff

I. ThiazolfarbstoHe 1 Thioflavin T . . . . . . . .

II. Azo[arbsto]]e 2 Chrysoidin . . . . . . . . . 3 Janusgrf in . . . . . . . . .

4 Janusgelb 6 B

5 Janus ro t B . . . . . . . . 6 Bismarckbraun . . . . . . . 7 Vesuvin . . . . . . . . . . 8 J anusb raun B . . . . . . .

l l I . Carbonium/arbsto]/e a) A u r a m i n e

9 Auramin (Chlorhydrat) . . . .

b) T r i p h e n y l m e t h a n f a r b s t o f f e 10 Malachitgrfin . . . . . . . . l l Brfllantgrfin . . . . . . . . 12 Fuchsin . . . . . . . . . . 13 Rosanilin . . . . . . . . . 14 Gent ianaviolet t . . . . . . . 15 Parafuchsin . . . . . . . . 16 Iqeufuchsin . . . . . . . . . 17 Fuchsin essigsauer . . . . . 18 Dahlia . . . . . . . . . . .

19 Krystal lviolet t . . . . . . . 20 Methylviolet t 6 B 21 Athylviole t t . . . . . . . . 22 Methylgrtin . . . . . . . . 23 Jodgrfin . . . . . . . . . .

Pianta Bd. 21.

feinfilter Minuten

260

260 225 160 117 200 117 250 200 200 130

160

260 20O 260 260 230 260 250 230 230 160 250 260 230 260 260 230

Bemerkungen

Glat t h indurch

Glat t h indurch Nicht Nicht Gut hindurch Nicht MABig gut h indurch MABig gut hindurch M~Big gut h indurch Glat t h indurch Gla t t h indurch

Glat t hindurch

Glat t h indurch Glat t h indurch Gla t t h indurch Gla t t h indurch Spurenweise Gla t t h indurch Gla t t h indurch Gla t t h indurch Spurenweise Mal~ig gut M ~ i g gut M~flig gut Gla t t h indurch Gla t t h indurch Mi~Big gut M ~ i g gut

36

5 3 4 A. Th . Czaja :

T a b e 11 e 2. (Fo r t se t zung . )

F a r b s t o f f

24 Vik to r iab lau . . . . . . . .

25 N a c h t b l a u . . . . . . . . .

c) X a n t h o n f a r b s t o f f e 26 P y r o n i n . . . . . . . . . . 27 Acr id in ro t . . . . . . . . . 28 R h o d a m i n G . . . . . . . . 29 Aniso l in 3 B ( - - R h o d a m i n 3B)

IV. Azin/arbsto//e 30 Neu t r a l v i o l e t t . . . . . . . 31 N e u t r a l r o t ( = Toluy lenro t ) 32 N e u t r a l b l a u . . . . . . . . 33 Bas le r B lau R . . . . . . . 34 Sa f ran in O . . . . . . . . . 35 M e t h y l e n g r a u . . . . . . .

36 Methy lenv io l e t t . . . . . . . 37 Mauve i n . . . . . . . . . .

38 I n d a z i n M . . . . . . . . .

39 Magda la ro t . . . . . . . . . 40 E c h t n e u b l a u . . . . . . . .

V. Oxazin/arbsto]]e 41 Capr ib lau . . . . . . . . . 42 Br i l l an tc resy lb lau . . . . . . 43 Cresy lech tv io le t t . . . . . . 44 N e u b l a u R ( N a p h t h y l e n b l a u R ) 45 Ni lb lau A (Sulfat) . . . . . 46 Ni lb lau B (Chlorhydra t ) . . .

VI. Thiazin]arbsto/]e 47 Me thy l enb l au . . . . . . . . 48 Methy lengr i in . . . . . . . 49 Th ion in . . . . . . . . . . 50 T h i o n i n b l a u . . . . . . . . 51 To lu id inb lau . . . . . . . .

VII. Acridin/arbsto//e 52 Acr id ingelb . . . . . . . . 53 Acr id inorange . . . . . . . 54 Benzof lav in . . . . . . . .

55 Chrysan i l in S . . . . . . . . 56 D i a m a n t p h o s p h i n . . . . . .

U l t r feinfi] M i n u

10~

13( 11(

23( 23( 25( 26s

20C 26(~ 20(~ 160 230 100

80 260 110

70 200 130 260 200

200 200 260 200 260 260 130 l l 0

260 250 230 250 200

230 260 260 200 260 250

~er ,ell

B e m e r k u n g e n

Ul t r a f i l t r a t hellrot , sp~te r bl~ulich

N i c h t N i c h t

Spurenwelse G la t t h i n d u r c h G la t t h i n d u r c h Gla t t h i n d u r c h

G l a t t h i n d u r c h G la t t h i n d u r c h (gelb!) M ~ i g g u t M~Sig g u t G la t t h i n d u r c h Spurenweise M~13ig g u t G la t t h i n d u r c h N i c h t M ~ i g g u t Spurenweise MiiBig g u t G l a t t h i n d u r c h M a ] i g g u t

G la t t h i n d u r c h G l a t t h i n d u r c h Mal~ig g u t G la t t h i n d u r c h Ma~ig g u t N ich t N i c h t G u t h i n d u r c h

Ma$ig g u t G l a t t h i n d u r c h M~Big g u t G la t t h i n d u r c h MMlig g u t

G la t t h i n d u r c h G la t t h i n d u r c h Spurenweise Ma~ig g u t G la t t h i n d u r c h G la t t h i n d u r c h

D i e V e r s u c h e w u r d e n m i t d e n U l t r a f e i n f i l t e r n n a c h R . ZSIGMONDY

v o n g l e i c h e r P r o v e n i e n z w i e i n m e i n e n f r i i h e r e n F a r b s t o f f v e r s u c h e n

d u r c h g e f i i h r t b e i 0 - - 5 m m H g - D r u c k . D i e L 6 s u n g e n w u r d e n d a z u m i t

Untersuchungen fiber metachromatische F/~rbungen von Pflanzengeweben. 585

gewShnlichem destilliertem Wasser bei Zimmertemperatur angesetzt, nur Mauvein wurde dutch Kochen gelSst. Das Wasser enthielt also Luft und damit auch COs gel6st. Die Ultrafiltration der Farbstoffl5sungen, siehe Tabelle 2, bringt im grol~en und ganzen keine Uberraschung. Bemerkens- weft ist die Tatsache, dab weitaus die Mehrzahl der frisehen LSsungen der basischen Farbstoffe einen sehr hohen Zerteilungsgrad zeigen, aueh wenn sie nur bei Zimmertemperatur gelSst werden. Nur wenige Ver- treter zeigen merkliche Kolloidit~t ihrer LSsungen. Es sind das die FarbstofIe Viktoriablau, Nachtblau, Methylengrau und Mauvein. Da der Kolloidzustand der L5sungen ganz allgemein fiir die Permeabilit~t bzw. fiir die Anf~rbung der Zellw~nde yon Bedeutung sein kann, wie fffiher gezeigt wurde (CzAJA 1930), so muB auf diese Farbstoffe besonders eingegangen werden.

Viktoriablau. Unter den wenigen in w~Briger L5sung stark kolloiden basisehen Farbstoffen nimmt das Viktoriablau insofern eine besondere Stellung ein, als es stark polydispers ist. Diese Polydispersie aber gleicht derjenigen der substantiven Farbstoffe: die hSehstdisperse Phase zeigt Hypsochromie, erscheint also rot. Bei Ultrafiltration mit einem 105-Minuten-Filter geht ein hellrotes Ultrafiltrat hindureh, das bei l~ngerer Filtrationsdauer mehr und mehr nach Blau umsehl~gt; die verschiedenen Fraktionen sind also durch kontinuierlichen ~bergang der TeilchengrSBe miteinander verbunden. \

Hier mifl3te natiirlieh die Frage aufgeworfen~werden, weshalb dieser polydisperse basisehe Farbstoff nicht naeh dem Prinzip der friiher untersuchten substantiven metachromatisch zu fs imstande ist, obwohl er seinem Kolloidzustande entsprechend dieselben Bedingungen erfiillt. Die Antwort auf diese Frage ergibt sieh aus der ermittelten relativen TeilehengrS~e der Farbstoffe. Die diehteren Lignin-, Kutin- (und Suberin-)W~nde werden mit der Farbe derjenigen Partikeln an- gefs die durch ein 100- und mehr Minuten-Filter hindurchgehen. Da nun beim Viktoriablau aul3er den roten auch geniigend blaue Teil- chen vorhanden sind, welehe dieser Bedingung geniigen, so mfissen sich auch die diehteren Zellw~tnde blau f~rben. Das Prinzip der elek- riven Ultrafiltration finder ffir das Viktoriablau also keine Anwendung. Wenn nur die TeilchengrSBe andere Verteilung zeigen wfirde, wenn die roten Teilehen kleiner und die blauen grSl3er w~ren, so mii~te dieser Farbstoff sich sowohl wie die substantiven als aueh wie die basisehen verhalten, also auf doppelte Weise metachromatisch f~rben. Welche von beiden MSgliehkeiten hierbei ausschaltet (n~mlieh die der substantiven Farbstoffe), ergibt sich aus den sp~teren ErSrterungen.

Nachtblau, Methylenblau, Mauve~n. Diese drei kolloiden Farbstoffe zeigen bei der Ultrafiltration keine Besonderheiten. Sie gehen nur durch Filter mit grSl3eren Poren hindurch, zeigen aber keine Farbverschieden- heiten ihrer Kolloidteilehen, was auf nur geringe GrSBendifferenzen der

36*

536 A. Th. Czaja:

Teilchen schlieflen liiBt. I m F~rbevorgang macht sich die Kolloidit~t dieser Farbstoffe auch durch lange F/~rbezeit bemerkbar.

Neutralrot. Aueh bei der Vakuum-Ultrafi l trat ion Yon Neutralrot macht man die Beobachtung, dab der Farbstoff mit einer anderen Farbe dureh das Ultrafilter hindurchgeht, als sie die wiiBrige LSsung zeigt. Das Ultrafi l trat ist gelb, w/~hrend die zu filtrierende L6sung die bekarmte himbeerrote Farbe hat und sich das Filter ebenfalls rot anf~rbt. L/~Bt man das Ultrafi l trat im Filtergeriit stehen, so sehli~gt nach einiger Zeit die Farbe nach Rot urn. Den gleichen Farbweehsel Yon Rot nach Gelb erzielt man dureh ls Kochen der w~Brigen LSsung, welehe beim Stehen an der Luft wieder naeh Rot umschl~gt. Die Umfi~rbung beim Koehen beruht auf dem Austreiben der LuIt-CO~., mit deren l~fiekdiffundieren in die L6sung auch die rote Farbe wieder- kehrt. Auf der C02-Empfindlichkeit der w/~l]rigen Neutralrotl6sung beruht aueh der Farbweehsel der LSsung, welche unter stark vermindertem Luftdruck dureh das Ultrafilter hindurchl~uft. Mit erneutem C02-Zutritt kehrt aueh die rote Farbe wieder.

HI. Die metachromatische F~irbung der Zellwiinde in wiiflrigen L~sungen basischer Farbstoffe.

Um der Frage nach der Ursache der Metachromasie mit basischen Farbstoffen nachzugehen, war es zungchst notwendig, die Erscheinung als solche festzulegen und ihre Verbreitung unter den basischen Farb- stoffen zu ermitte]n. Es wurden daher Fi~rbungen mit einer gr6Beren Reihe yon Farbstoffen (Tabelle 3) ausgeffihrt. Wie im ersten Tell meiner Untersuchung fiber Metachromasie babe ich auch hier die yon FRANK SCHW~Z (1924) eingeffihrten Bezeichnungen der Zellw~nde als nicht- inkrustierte oder Zellinwdnde (Parenchym- und Kollenchymwgnde) und als inkrustierte (verholzte oder Ligninw~nde, kutinisierte oder Kutinw~nde, verkorkte oder Suberinws Zellwgnde verwendet. Die verkorkten oder Suberinw~nde wurden im allgemeinen nicht besonders untersucht; sie schlieBen sich in ihrem Verbalten den Kutinwgnden meist eng an.

Die Fiirbemethode muBte gegen die friiher angewendete erheblich abgei~ndert werden. Legt man Gewebesehnitte in eine 0,01%ige w~Brige LSsung eines basischen Farbstoffes einige Stunden ein, so zeigt sich, dab die Schnitte vollkommen iiberfgrbt sind. Nach Einlagen in destilliertes Wasser ,,bluten" sie zwar stark aus, jedoch yon Metachromasie ist bei dem hohen Farbstoffgehalt der Membranen nichts oder nur wenig zu sehen. Die F~rbungen gelingen dagegen ganz vorziiglich, wenn man die Gewebe- schnitte nur eine bis mehrere Minuten in sehr verdiinnte L6sungen einlegt und darauf in destilliertem Wasser liegenls Charakteristisch fiir alle F~rbungen mit basischen Farbstoffen ist zum Unterschied z. B. gegen die frfiher verwendeten substantiven Farbstoffe die groBe Geschwindigkeit der Anfgrbungen. Unter den 56 untersuchten Farbstoffen fanden sich nur

Untersuchungen fiber metachromatische F~rbunsen yon Pflanzengeweben. 537

Tabelle 3. F~ rbung der einji~hrigen Sprol~q ue r sehn i t t e yon Ilex aqui/olium mit bas i schen F a r b s t o f f e n in wagr ige r L6sung.

Nr.

10

11

12

13

14

Farbe der [ F~rbung der Farbstoff w~iA~rigen I L6sung I Zellinw~nd e , Lignin-witnde Kutin-w~nde

Thioflavin T sehwefel- gelb

i Chrysoidin gelbbraun

Janusgrfin grfinlichblau

Janusgelb 6B rein gelb

Janusrot B karminrot

Bismarckbraun rotbraun

Vesuvin gelbbraun

Janusbraun B gelbbraun

Auramin

Malachitgrfin

Brillantgriin

Fuehsin

Rosanilin

Gentianaviolett

rein gelb

blau

blaugrfin

karminrot

karminrot

Kollenchym: gelb Parenchym: gelb gelb gelb Siebteil: gelb Kollenchym: rein gelb Parenchym: rein gelb rotbraun rotbraun Siebteil: rein gelb Kollenchym: grfinlichblau [ Parenchym: griinlichblau rein blau rein blau Siebteil: grfinlichblau I Kollenchym: rotgelb ! Parenchym: rotgelb re in gelb rein gelb Siebteil: rotgelb

i

Kollenchym: br/~unlichrot karmin- karmin- Parenehym: br~unlichrot rot rot Siebteil: br~unliehrot

i

Kollenchym: gelb Parenchym : gelb rotbraun gelbbraun Siebteil: gelb

i Kollenehym: braunliehgelb Parenehym: br~unlichge]b rotbraun rotbraun Siebteil: br~unlichgelb, heller

J

Kollenchym: rotbraun r6tlich- r6tlich- Parenchym: rotbraun gelb gelb Siebtefl: rotbraun

i

Kollenchym: rein gelb Parenchym: rein gelb rein gelb rein gelb Siebteil: blaBgelb

i

Kollenchym: blau Parenchym: heller blau blaugriin blaugrfin Siebteil: fast farblos i Kollenchym: blau Parenchym: heller blau blaugrfin blaugrfin Siebteil: sehr bla~blau Kollenchym: karminrot gelb-

lich blau- blau- Parenchym: karminrot gelb- stiehig stiehig

lich karmin- karmin- Siebteil: karminrot gelblich rot rot

(blaB) I

Kollenchym: gelbtichrot blau- blau- Parenchym: gelbliehrot stichig stichig

karmin- karmin- Siebteil: gelblichrot (Nag) rot rot

Kollenehym: rotviolett Parenchym: hellrotviolett Siebtefl: farblos

violett

538 A. Th. Czaja:

15

16

21

Farbstoff

Parafuchsin

Neufuehsin

i Fuehsin essig- 17 sauer

- - - - r

1

18 Dahlia

19 Krystallviolett

20 Methylviolett 6B

22

23

24

25

T a b e 11 e 3. (Fortsetzung.)

Nachtblau

26

27

Farbe tier wfil3rigen

F~rbung der

_~thylviolett rotviolett

Methylgrfin

Jodgriin

Viktoriablau

Pyronin

Acridinrot

L6sung Zellinw~nde Lignin - wiinde

Kollenchym: karminrot gelb- blau- karmin- lich stichig

Parenchym: karminrot gelb- karmin- rot lich

Siebteih karminrot gelblich rot

Kollenchym: karminrot gelblich blau-

karmin- Parenchym: karminrot gelb- stichig rot lich karmin-

Siebteih karminrot gelblich rot schwach gef~irbt

~ - - . . - - _ - _ . . _ . _ !

Kollenchym : karminrot gelb- blan- lieh stichig

karmin-rot Parenchym: karminrot gelb- karmin- l i e h

Siebtefl: karminrot gelb!ich rot

~ ' Kollenchym: rotviolett Parenchym: rotviolett violett Siebteih rotviolett, heller

- - ! . . . . . .

Kollenchym: rotviolett rotviolett Parenchym: rotviolett

Siebtefl: rotviolett, belier " - - !

Kollenchym: rotviolett rotviolett Parenchym: rotviolett

Siebtefl: rotviolett, belier - - x

Kollenchym: rotviolett Parenchym: rotviolett Siebteih rotviolett, heller

Kollenchym: blau blau Parenchym: hellblau

Siebteil: fast farblos

Kollenchym: blaugriin, hell blau Parenchym: blaugriin, hell

Siebtefl: fast farblos

blau- Kollenchym: rotviolett Parenchym: rotviolett

violett Siebteil: rotviolett

Kollenchym: r6tIichblau rein blau Parenchym: r6tlichblau

Siebteih r6tlichblau

karminrot Kollenchym: karminrot, hell karmin-

mit rosa Parenchym: karminrot, hell rot Fluores- Siebteih farblos

zenz

karminro mit gelb- Kollenchym: gelbrot

roter Parenchym: gelbrot Fluores- Siebteih sehr sehwaeh gelb-

rot

Kutin - w~nde

blau- stiehig

karminrot

blau- stiehig karmin-

rot

blau- stiehig

karminrot

violett

violett violett

r6tlich- r6tlich- blau blau

blau blau violett- violett- stichig stichig

blaugrfin blaugrtin

blaugriin blaugrfin

blau- blau- violett violett

rein blau rein blau

karminrot

karminrot

Untersuchungen fiber metachromatische Farbungen yon Pflanzengeweben. 539

T a b e l l e 3. (Fortsetzung.)

Nr. [ Farbstoff

28 Rhodamin G

Anisolin 3B 29 ( =Rhodamin

3B)

30 Neutralviolett

Farbe der wKBrigen L5sung

karminrot

karminrot mit roter Fluores-

z e n z

rotviolett

an der

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

Neutralrot Luft (=Toluylenrot) karmin-

rot

Neutralblau violett

rStlich- Basler Blau R blau

Safranin O karminrot

Methylengrtin blaugrau

Methylenviolett rotviolett

Mauvein karminrot

Indazin M

Magdalarot (eeht)

Echtneublau

violett

karminrot

F~rbung der Zellinw~nde Lignin-

wfinde Kutin - wande

karminrot

karminrot

rotviolett

karminrot

Kollenchym: karminrot karmin- Parenchym: karminrot Siebteil: karminrot rot

Kollenchym: karminrot Parenchym: karminrot karmin- Siebtefl: karminrot rot

Kollenchym: braunrot Parenchym: braunrot rot- Siebteil: gelbrot violett

Kollenchym: gelbrot (starker] karminrot!)

Parenehym: gelbrot Siebteih gelbrot

rot

Kollenehym: schmutzig rot-l violett

Parenchym: schmutzig rotviolett

Siebtefl: sehmutzig rotviolett

blau- blau- violett violett

Kollenchym: violett Parenchym: rotvioiett Siebteil: rotviolett

] Kollenchym: hellkarminrot

Kollenchym: rSthchblau Parenchym: rStlichblau Siebteil: fast farblos \

Kollenchym: r6tliehblau rein blau Irein blau Parenchym: r6thchblau (hell) (hell) Siebteil: r6tliehblau

Kollenehym: gelbrot karmin- karmin- Parenchym: gelbrot Siebteil: gelbrot rot rot

Kollenehym: graubraun Parenchym: graubraun Siebteih graubraun, mehr glaublau graublau

gelblieh

Kollenchym: rotviolett rotviolett rotviolett Parenehym: rotviolett (leieht (leieht Siebteil: rotviolett (schwaeh blau- blau-

gefiirbt) stiehig) stichig)

Kollenchym: schmutzig kar- blau- blau- minrot stiehig stiehig

Parenchym: sehmutzig kar- karmin- karmin- minrot

Siebteih sehmutzig karminrot rot rot

ii rein blau rein blau

Parenchyra: hellkarminrot karmin- karmin- Siebteil: sehr blal~karminrot rot rot

rein blau

540 A. Th. Czaja:

Nr, u

41

42

43

44

45

46

47

48

49

5O

51

52

53

54

Farbstoff

Capriblau

Brillantcresyl- blau

Cresylechtviolett

Neublau R (=Naphthylen-

blau R)

~ilblau A (Sulfat)

Niblau B (Chlorhydrat)

Methylenblau

Methylengriin

Thionin

Thioninblau

Toluidinblau

Acridingelb

Acridinorange

Benzoflavin

T a b e l l e 3. (Fortsetzung.)

F~rbung der Zellinw/~nde ] w~ilrigen

LSsung ]

rein btan

rein blau

rotviolett mit roter Fluores-

zenz

violett, stark

verdfinnt blau

rein blau

rein blau

rein blau

blaugrfin

rein blau

violett

rein blau

rein gelb mit griinel Fluores-

zenz

gelb rot

rein gel[ aitgriine Floures-

zenz

Kollenchym: hellblau Parenchym: fast farblos Siebtefl: farblos

Lignin- Kutin- w~nde w~ncle

rein blau rein blau

Kollenchym: violett Parenchym: violett rein blau rein blau Siebteil: violett

Kollenchym: schmutzig rot rotviolett, Parenchym: schmutzig rot blau sparer Siebteil: schmutzig rot blau

Kollenchym: schmutzig rot- blau- violett violett violett

Parenchym: schmutzig rot Siebteil: schmutzig rot (heller !)

] Kollenchym: blauviolett Parenchym: rStlichblau rein blau rein blau Siebteil: rotviolett

Kollenchym: blauviolett Parenchym: rStlichblau rein blau rein blau Siebteil: rotviolett

Kollenchym: blau Parenchym: hellblau rein blau rein blau Siebtefl: fast farblos

Kollenehym : blau Parenchym: blau Siebteil: blau

Kollenchym: blaurot Parenehym: rot (bli~ulich) Siebtefl: rot (bl/~ulieh)

Kollenehym: rotviolett (blKu- lich)

Parenchym: rotviolett Siebteil: rotviolett

Kollenchym: rStliehblau Parenehym: bl/~ulichrot Siebteil: bl/~ulichrot

Kollenchym: rftlichgelb Parenchym: r6tliehgelb Siebtefl: rStliehgelb

Kollenehym: rStlichgelb Parenehym: rein gelb Siebtefl: rein gelb

Kollenchym: gelb Parenchym: gelb Siebtefl: gelb

blaugrfin blaugriin

rein blau rein blau

rein blau rein blau

rein blau rein blau

rein gelb rein gelb

gelbrot gelbrot

gelb


Nr.

55

56

Tabe l l e 3. (Fortsetzung.)

F a rbe der Farbs tof f w~Brigen

L6sung

gelb- Chrysanilin S [ braun ! [gelbbraun

Diamantphos- ] (stark phin R ] verdfinnt

gelb)

F i r b u n g der

Zellinw/~nde

Kollenchym: braun Parenchym: braun Siebteil: braun

Kollenchym- =t= gelbbraun Parenchym: gelb Siebteil: gelb

Lignin- w~nde

gelb - braun

Kut in - wfinde

gelbbraun

gelbbraun

wenige Ausnahmen von dieser Regel, die welter oben (S. 535) besonders behandelt wurden.

Die Fs wurden in kleinen ESMARcH-Doppelschalen mit 0,01%iger Farbl6sung vorgenommen, aus denen sich die Gewebeschnitte leicht wieder entnehmen lieBen. Nach etwa 10--15 Min. wurde die F~rbung abgebrochen, um ~berfi~rbung zu vermeiden.

Die Untersuehung bzw. Vergleiehung der Firbungen bereitete einige Schwierigkeiten, da bei gew6hnlichen Lichtquellen der Farbwert sehr verschieden ausfallen kann. Andererseits wird aber auch durch die Benutzung yon Tageslicht diese Schwierigkeit nicht beseitigt, denn schon der Wechsel zwisehen der Beleuchtung durch eine weiBe Wolke und den blauen Himmet macht die Beurteilung vieler Firbungen vollkommen unm6glich. Stellt man den Mikroskopspiegel zur Untersuchung von Parenehymwi~nden, welehe z. B. mit Gentianaviolett gefi~rbt sind, auf eine weiBe Wolke ein, so erscheint die Fi rbung rotviolett, verwendet man dagegen vom blauen Himmel reflektiertes Licht, so erscheint sie blauviolett. Da bei weiteren Untersuchungen hiufig Fi~rbungen miteinander verglichen werden miissen, welche vielfach nur um Nuancen voneinander verschieden sind, so wurden ss Fiirbungen auf folgende Weise ermittelt. In einem abgedunkelten Teil des Laboratoriums fiel das Licht einer 100kerzigen Tagesliehtlampe (Orsam) auf eine nur wenig geneigt stehende groBe Milchglasscheibe. Auf diese stets gleiehmiBig beleuehtete Fliche wurde der Mikroskopspiegel eingestellt.

Zu den Firbeversuchen wurden die auch schon zu den friiheren F~r- bungen verwendeten Querschnitte durch den noch grtinen Teil des Sprosses yon Ilex aqui/olium gebraueht. Daneben fanden zur Sicherstellung der Ergebnisse eine groBe Zahl anderer Objekte Verwendung, alle nach Fixierung mit 70%igem ~thylalkohol. Um festzustellen, wieweit die Fi~rbungen der fixierten Gewebe mit denen der lebenden fibereinstimmen, wurden yon den Objekten auch lebende Gewebe gef~rbt. Es kann hier aber vorgreifend bemerkt werden, dab Untersehiede der Fs der Zellwinde lebender Zellen und solcher, die mit 70%igem ~thylalkohol fixiert sind, nicht festzustellen sind.

Das Ergebnis dieser F~rbungen ist in Tabelle 3 zusammengestellt.

542 A. Th. Cz~j~:

~= ~ ~o "~~ ~ ~

.4

Untersuchungen iiber metachromatische F~rbungen von Pflanzengeweben. 543

~ - o

~ :4 : 4 . . 4 : 4 4 - : ~ ~ ~ ~ .~ .~ .~ o ~ o o o ~

t ~ dr

4 ~"< ~ ' 4 ~ ~ ~ ~ o

t

~ 0

� 9

o o ~ ~ ~

~ ~ 0 ~ 0 ~ ~ eq

-~ 0

m r

o5

o ~ = ~

4

544 A. Th. Czaja:

b~ b~

�9

Un~ersuehungen fiber metachromat i s che F~rbungen y o n Pf lanzengeweben . 5 4 5

, blO bO bid , blO bl~ bO

~.~ ~ ~ ~ ~:~ ~ ~

o ~ ,= bO~

~ . = | ~ ~ % ~0 = ~-~.~ ~ . . . . o ~ ~0

~o t ~ t ~ :~

- ~ 0 ~ ~ :~ , . ~ .o ~ ~ ~ ~ "~

'~ ~ ~ '~ ~ t | 1 7 6 ~ t ~ ~ .=

bo

.o ~

0 0 ~ -.,-,

O0

e~

0

�9 e~

e-

546 A. Th. Czaja:

IV. Das Ergebnis der F~irbung in wiillrigen Liisungen. Zur Beurteilung der F/~rbungen in Tabelle 3 sind in der weiteren

Tabelle 4 si~mtliche geprfiften Farbstoffe in ihrem Verhalten gegen Alkali [NaOH, NH4OH , Ba(OH)2 ] und gegen Ss (HC1 und CH3COOH) zusammengestellt.

~berbl ickt man das Ergebnis der Gewebef~rbungen mit den verschiedensten basischen Farbstoffen der Tabelle 3 unter gleichzeitiger Prfifung der Farbstof{e bei ~berschul~ an Wasserstoff- bzw. Hydroxyl- ionen in Tabelle 4, so sieht man, dab die inkrustierten Zellw~nde (Lignin-, Kutin- und Suberinw~nde) sich mit der Farbe der mehr oder weniger stark anges~uerten L6sung anfiirben, w~hrend die Zellinw~nde dagegen die Farbe der mehr alkalischen FarblSsung annehmen. Voraus- gesetzt ist dabei, daI~ die entsprechenden Farbstoffe ss oder alkali- empfindlich oder beides sind. Gibt ein Farbstoff dagegen mit Ss oder Alkali keinen Farbumschlag, sondern beh/~lt er die Farbe der ws LSsung, so f/~rben sich die entsprechenden Zellwitnde eben auch mit der Farbe der w~Brigen LSsung an. Entsprechend diesem Verhalten sind die Farbstoffe in den Tabellen 5- -8 angeordnet.

Tabelle5. Basische Fa rbs to f fe , welche die ink rus t i e r t en und die Zellinw~nde me tach romat i sch f~rben.

~ r .

Chrysoidin Bismarckbraun Vesuvin Janusbraun B Malachitgriin Fuchsin

2 6 7 8

10 12

Nr.

13 15 16 17 23

Rosanilin Parafuchsin Neufuchsin Fuchsin essigsauer Jodgrfin

Nr.

32 Neutralblau 37 Mauve~n 38 Indazin 43 Cresylechtviolett 50 Thioninblau

Man kann nun aus diesem f~rberischen Verhalten der Zellwi~nde zu der Annahme gefiihrt werden, dab durch die Metachromasie eine eigene aktuelle Aziditgt der Zellw~nde angezeigt wird, dergestalt, dab die inkrustierten W~nde (Lignin-, Kutin- und Suberinw~nde) saure Reaktion angeben, wi~hrend die Zellinw~nde mehr alkalisch reagieren. Zu diesem Sehlul~ ist z. B. SMALL in seinem Buche ,Hydrogen-ion concentration in plant cells and tissues" (1929) gekommen, der mit den Indikatoren Methyl- rot und Di~thylrot (sauren Farbstoffcn) kolorimetrisch die Azidit~tt der Ligninwgnde zu PH 4,4 4,0, der Kutinw~nde zwischen PH 5,2 4,0, der Suberinw~nde zu PH 3,4 angegeben hat. Die Zellulosew~tnde nehmen die sauren Farbstoffe im allgemeinen nicht an, erweisen sich abet naeh SMALL als relativ alkaliseh. Fiir eine gr6Bere Zahl von h6heren Fett- s~uren hat dann ARMSTRONG (1930) in diesem Zusammenhang in vitro gezeigt, dab sie mit den gleiehen Indikatoren saure I~eaktion ergeben. Damit glaubt ARMSTRONG naeh der F~rbung die saute Re~ktion der

Untersuchungen fiber metachromatische F~rbungen yon Pflanzengeweben. 547

Tabelle6. Bas i s che F a r b s t o f f e , welche nur d ie Z e l l i n w a n d e m e t a - e h r o m a t i s e h f a r b e n , d ie i n k r u s t i e r t e n d a g e g e n mi t de r F a r b e de r

Nr.

4 Janusgelb 5 Janusrot

I 1 Brfllantgriin 24 Viktoriablau 25 Nachtblau 27 Acridinrot 30 Neutralviolett 31 Neutralrot 1

w~Brigen L6sung.

Nr.

34 35 40 41 42 44 45 46

Safranin 0 Methy]engrau Echtneublau Capriblau Brillantcresylblau Neublau R Nflblau A Nilblau B

48 Methylengriin 49 Thionin 51 Toluidinblau 52 Aeridingelb 53 Acridinorange 55 Chrysanflin S 56 Diamantphosphin

inkrus t i e r t en Zellw/~nde h inre ichend gekl/~rt zu haben. Nach den oben angef i ihr ten f / i rberischen Ergebnissen an den Zellw/~nden g laubte ich anfangs auch, dab die Metachromasie eine eigene aktuel le Azidit/~t der W/inde anzeigt (CzAJA 1930).

W e n n m a n aber versucht , auf Grund yon PH'Messungen der L6sungen basischer Fa rbs to f fe die yon den Zellw/~nden angezeigten Fa rbe nnua nc e n

TabelleT. B a s i s c h e F a r b s t o f f e , welche nur d ie i n k r u s t i e r t e n Zel l - w/~nde m e t a c h r o m a t i s e h f~ rben , d ie Z e l l i n w ~ n d e da ge ge n in de r

F a r b e de r wi~l~rigen L6sung.

Nr. Nr. ~ Nr.

3 Janusgrtin 19 Krystallviolett ] 22 Methylgriin 14 Gentianaviolett 20 .M. ethylviolett 6B ] 33 Basler Blau 18 Dahlia 21 Athylviolett 36 Methylenviolett

zur PH-Bes t immung der W/tnde zu benutzen, so erh/~lt m a n s t a rk diver- gierende Wer te . Diese Ta t sache b rach te mich zun/~chst zu der ~ b e r - zeugung, dal~ mi t Hilfe der basischen Farbs tof fe eine E igenreak t ion der Zellwitnde n ich t e rmi t t e l t werden kann. Das gleiche gi l t auch fiir die sauren Fa rbs to f fe als Ind ika to ren . I m Laufe der wei teren Unte rsuchungen mul~te ich mich aber davon i iberzeugen, dab die Zellw/~nde keine be- s t immte eigene l % a k t i o n besi tzen k6nnen. F i i r ihr f/~rberisches Verha l ten

Tabelle 8. B a s i s c h e F a r b s t o f f e , welehe d ie Ze l l i nw~nde und d ie i n k r u s t i e r t e n

Ze l lw~nde nur in de r F a r b e de r w~Brigen L6sung anf/~rben.

Nr. Nr. Nr.

1 Thioflavin 28 Rhodanin G 47 Methylenblau 9 Auramin 29 Anisolin 3B 54 t~enzoflavin

26 Pyronin 39 Magdalarot

1 Neutralrot k6nnte auch in Tabelle 7 aufgefiihrt werden.

548 A. Th. Czaja:

muBte daher eine andere Erkl~irung gesucht werden. Es ist beim An- fiirben yon Objekten, die wie die Zellw~nde kolloide Systeme darstellen, mit • hoeh entwickeIter innerer Oberfl~che zu bedenken, dab Absorptions- erseheinungen die Farbe des Indikators ver~ndern k6nnen, ohne dal~ gleichzeitig entspreehende J~nderungen der aktuellen Azidit~t eintreten miissen, dab die kolorimetrische Messung der Wasserstoffionenkonzentra- tion fiir w~rige LSsungen also nieht einfaeh iibertragen werden kann auf kolloide Gebilde. In diesem Zusammenbang sind vor allem die Untersuchungen yon D. DEUTSCH zu nennen fiber ,,Umkehrbare und nieht- umkehrbare chemische Reaktionen an Grenzfl~tchen" (1928), auf die weiter unten eingegangen werden sell.

V. Die Theorie des F/irbevorganges und die F~irbung der pflanzliehen Zellw~nde.

Bevor auf die Ursache der Metaehromasie der Zellw~nde eingegangen werden kann, ist der Fiirbevorgang der Zellw/~nde grunds~tzlich zu kl~ren. Voraussetzung hierfiir ist aber wiederum die Kenntnis des F~rbevor- ganges (iberhaupt. Es er/ibrigt sieh jedoch bier auf das Gebiet des Fiirbens in seinem gesamten Umfang einzugehen, zumal dieses der Einheitlichkeit entbehrt. ,,Es gibt keine allgemeine Theorie des F~rbens, sondern bei jedem F~rbevorgang fiberlagern sich mehrere Vorg~nge, die je nach der Art der Faser und der FarbstofflSsung verschieden sein k6nnen" (FREUNDLIGH). Fiir die Farbung mit den basisehen Farb- stoffen, um die es sich hier handelt -- ffir die sauren gilt das Ent- spreehende --, herrseht heute wohl lJbereinstimmung darin, dal~ die Aufnahme der Farbstoffe durch die Fasern und andere K6rper ein Adsorptionsvorgang ist. Die Adsorption dieser Farbstoffe dureh Fasern und andere K6rper ist zu wiederholten Malen untersucht worden, so dal~ ein Hinweis auf die Arbeiten z. B. yon F~EUNDLICH und LOSEr (1908), LosEr (1907), PELET und GRAND (1907/08), PELET und ANDERS~.~ ~ (1907/08), W. BILTZ (1905) U. a. m. und FR]~UI~DLICIIs Kapillarehemie (4. Aufl., 1930/32) gegniigen muB. Fiir das in Frage stehende Problem der Metachromasie yon besonderer Wiehtigkeit ist jedoch das Zustande- kommen und der Ablauf des F~rbevorg~nges.

1. Theorie der Fdirbung nach PELET-JoLIVET. Sehon PELET-JoHvET (1910) kommt auf Grund seiner Untersuehungen

an w~Brigen LSsungen basischer und saurer Farbstoffe zu dem Ergebnis: da9 diese vollst~ndig den gew6hnlichen Elektrolyten gleichgestelIt werden k6nnen, und da~ sie im Farbebad wie Elektrolyte wirken. Seine Leitfahigkeitsuntersuchungen an Fuchsin, Methylenblau, Krystallviolett und Tolusafraninchlorid zeigen, dal~ diese in verdfinnten wal]rigen L6sungen sich wie bin~tre Elektrolyte (Salze) verhalten, die in Farb- kation und organisehes Anion dissoziieren. Nicht unerw~hnt sell hier

Untersuchungen fiber metaehromatische Farbungen von Pflanzengeweben. 549

bleiben, da~ die neue Chromophortheorie DILTHEYs gerade die Salz- natur der Farbstoffe besonders betont (s. R. WIZINGER 1933). Anderer- seits haben sich in den Untersuchungen yon P~LET-JoLIVET (1910) keine Anhaltspunkte fiir hydrolytische Dissoziation ergeben. Ganz allgemein ist die Frage der hydrolytischen Dissoziation vieler basischer Farbstoffe in w~l~riger LSsung noeh umstri t ten (vgl. aueh FREUNDLICHs Kapillarchemie), wenn auch einzelne zweifellos bis zu einem bestimmten Grad der Hydrolyse unterliegen 1. Auf das vermeintliche Eintreten von hydrolytischer Dissoziation in den ws LSsungen der basischen Farbstoffe ohne deren Nachweis und Kenntnis ihres Einflusses auf den F~irbevorgang griindete F. C. C. HANSE~ (1908) eine Theorie der Meta- chromasie.

PELET-JoLIVET sttitzt seine Theorie auf das Vorhandensein der negativen Ladung der Faser in Wasser. ,,Um auf eine befriedigende Weise die Fixierung der basischen Farbstoffe zu erkl~ren, bei der man konstatiert, da9 das saure Radikal im Bade bleibt, sind wir gezwungen, da keine Hydrolyse stattfindet, die doppelte Schicht von Wasserstoff- und Hydroxylionen dazwischentreten zu ]assen . . ." ,,Bei den basischen Farbstoffen . . . wiirde also das anorganische Anion der Faser eine grSl~ere negative Ladung als die natiirliehe geben, welche die Faser besitzt, wenn man sie in destilliertes Wasser taucht. Diese Ladung ruft die Fixierung des Kations hervor, welches sich mit der Schicht von OH'-Ionen vereinigt, um die Farbbase zu bilden, die auf der Faser fixiert bleibt, w~hrend das Anion Cl sich mit dem Wasserstoffion der doppelten Sehicht verbindet, um die entsprechende S~ure zu bilden, die man im Bade wiederfindet." PELET-JoLIVET meint also, da die Ladung der Faser der des organischen Kations entgegengesetzt ist, ,,so zieht die Faser das Farbstoffion an und besehleunigt die Fixierung durch eine Art kolloider Flockenbfldung. Die Flockenbfldung ware dann, zum Teil wenigstens, durch die Faser hervorgerufen".

2. Theorie der Fdrbung nach H. FREUNDLICH (FREUNDLICH und LosEv).

Ein sehr klares Bfld des Vorganges der Farbung gibt H. FREUNDLICH (FR]~UNDLICH und LOSEr 1907 und Fl~]~VNDLIC~ und NEUMANN 1909) fiir die sauren und basischen Farbstoffe. Ausgehend vonde r Beobachtung PEm~INs (1904), dal~ bei der elektrischen Endosmose Sauren ein Dia- phragma positiv aufladen, Basen dagegen negativ, n immt er an der Oberflache der yon ibm verwendeten Adsorption Kohle und Fasern eine Hydroxylionenschicht an, der gegeniiber in der LSsung eine H'-Ionen- schieht die andere Seite" der Doppelbelegung (HEL~aon*rzsche Doppel- schichte) ausmaeht. Unter der weiteren Voraussetzung, dal~ die Ionen

1 Vgl. dazu S. 566 den Naehweis der Hydrolyse yon Neutralrot usw., ferner auch R. ZSIGMOI~Dy- Z. physik. Chem. 111, 228; und LOTT~R~IOER Melliands Textilber. 7, 416 (1926); und KRAIS: Melliands Textilber. ebendort.

P l a n t a B d . 21. 37

550 A. Th. Czaja:

wie selbstKndige Stoffe ihren spezifischen Adsorptionskoeffizienten haben, wird zwar eine endliehe Trennung der beiden Ionen eines Farb- stoffes nicht m6glieh sein, aber das sti~rker adsorbierbare Ion wird vorauseilen. Durch sein entschiedenes Vordringen kann dieses unter Umst~nden an der Obeffl~che eine P.D. erzeugen, ~hnlich wie sie bei der Diffusion an Grenzschichten entsteht. ,,Von den Farbsalzen, dem Krystallviolett z. B., l~Bt sich mit Sicherheit sagen, dab das Anion, das CI', sehr schwach adsorbiert wird, stark dagegen das Farbstoff- kation. Dies eilt also voraus, trifft an der Oberfl~che das Hydroxyl- ion, vereinigt sich mit ihm zur Base oder zu den unlSsliehen Konden- sationsprodukten derselben, w~hrend das die andere Seite der Doppel- belegung bildende I t ' - Ion mit dem Cl'-Ion in LSsung bleibt 1. Es ist also ein Dreifaehes zu unterscheiden. Zuni~ehst wird das Farbstoffkation adsorbiert, dann t r i t t die chemische Reaktion zwischen ibm und dem Hydroxylion ein, die zur Bildung der Base ffihrt, und sehlieBlieh wird dieser neue Stoff an der Oberfl~che durch Adsorption festgehalten. Durch diese Betraehtungsweise wfirde einmal die Basenbildung erkls obne gezwungene Annahmen fiber die Hydrolyse iu der LSsung machen zu mfissen." ,,Es k6nnte merkwiirdig erscheinen, daB, trotzdem ein anderer Stoff adsorbiert wird als in der L6sung vorhanden ist, die Adsorptionsgesetze gelten bleiben. Handelt es sieh aber um die Adsorption des Farbstoffkations, das nachtr~glich an der Oberfl~che mit OH' reagiert, so ist die Konzentration des Stoffes, der adsorbiert wird, bei der praktiseh vollst~ndigen Dissoziation des Farbsatzes gleich deren analytisehen Konzentration, und es ist einleuchtend, dab die ffir diese Konzentration berechneten Verteilungen naeh den gleichen Gesetzen erfolgen, wie die Adsorption im allgemeinen." Durch S~urezugabe wird das an der Obeffl~che des Adsorbens gebildete Hydroxyd in Farbstoffkation zurfiekverwandelt.

Durch die hier gezeichneten Anschauungen, welehe auf experimentell ermittelten Tatsaehen aufgebaut sind, wird eine Salzbfldung zwischen Farbstoff und Adsorbens, die vielfach angenommen wird (z. B. WIZI~GER 1933 und SUIDA 1907 u.v.a.) und die in manchen Fi~llen wohl auch stattfinden wird (z. B. K. H. M E Y ~ und H. FIKENTSCHER 1926 ffir Wolle und Seide u.a . ) zum grSBten Tell ausgesehlossen. Weitere Aus- fiihrungen zu den Arbeiten yon Fm~V~I)LICH und LOSEV (1907) und FREUNDLICH und NEUMA~ (1909) auf den S. 557 und 562.

3. Der Fdrbevorgang der Zellw~inde. Fiir das Verst~ndnis der F~rbung der Zellw~nde mit w~Brigen

L6sungen organischer Farbstoffe sehr wichtig ist die Tatsaehe, dab eine Anf~rbung mit den basischen Farbstoffen sehr leicht, sehr rasch und intensiv erfolgt, w~hrend mit den sauren Farbstoffen im allgemeinen

1 Dieser Satz vom Autor gesperrt.


in ws LSsung fiberhaupt keine Anfs eintritt (d. h. zwar eine Durchtr~nkung mit der FarblSsung, aber kein ,,Aufziehen" auf den W~nden, denn im Wasser wird die geringe Farbstoffmenge sehr rasch wieder aus der/ W~nden entfernt). Die basisehen Farbstoffe sind dadurch gekennzeiehnet, dab sie ein ]arbiges Kation enthalten und ein meist anorganisehes Anion lz. B. C1 'oder SO~'; seltener Oxalat, Azetat usw.), w~ihrend die sauren Farbstoffe umgekehrt ein ]arbiges Anion enthalten, w~hrend als Kation meist Na', seltener K" oder NH~ usw. eingefiihrt ist. Da diese Farbstoffe sich wie gewShnliehe binare Elektrolyte verhalten, so liegt auf Grund der oben gemachten Ausfiihrungen die Vermutung nahe, dab die elektrisehe Ladung der zu fs Zellw~nde in der w~iBrigen L6sung von entscheidender Bedeutung ist. Nun ist bekannt, daB das Wasser in Beriihrung mit den allermeisten festen K6rpern sich positiv aufladet, die Oberfl~che der K6rper also negative Ladung annimmt. Seit den Versuehen yon PERRIN (1904) U. a. ist diese Tatsache ffir sehr viele K6rper ermittelt worden. ~BETHE und TOI~OPOFF (1915) haben ffir Holz ebenfalls negative Ladung ermittelt, ferner STA~M (1926). Geprfift wurde nun die elektrisehe Ladung ffir verholzte und Zellinwande (fiber diese Versuche und die verwendete Apparatur vgl. S. 573). Es zeigte sich in l~bereinstimmung mit dem FarbevermSgen negative Ladung der beiderlei Sorten yon Zellwanden. Andererseits ist sehon dureh PERRIN (1903), FREUlVDLICtt und Los]~v (1908), LOSEV (1907) u .a . bekannt, dab viele KSrper in absolutem ~thylalkohol positive Ladung annehmen. Prfift man nun in geeigneter Weise (vgl. S. 574) die elektrisehe Ladung der verholzten und Zellinw~inde im absoluten Alkohol, so lassen diese deutlich positive Ladung erkennen. Im Alkohol werden also die Zellwande umgeladen. Auf Grund dieser Tatsachen ist weiter zu priifen: wie verhalten sich Zellw~inde, die in Wasser mit einem basischen Farbstoff gefarbt sind, im Alkohol. Der Versuch zeigt, dab fast augenblicklich der gesamte Farbstoff aus den Zellwanden verschwindet und in den Alkohol fibergeht. Der Grund hierffir ist in der Tatsache zu suchen, dab die in Wasser negativ getadene Zellwand das Farbstoffkation adsorbiert hatte. Im Alkohol wird die Zellwand umgeladen, folglich stSBt die nunmehr positiv geladene Ze]lwand das mit positiver Ladung versehene Farbstoff- kation ab, Entfs t r i t t ein. Hiermit in Einldang steht die weitere Tatsache, dab die Zellwiinde in den alkoholischen LSsungen basischer Farbstoffe sich nieht anfarben. Ist tatsachlich die Ladung der Zell- wand ausschlaggebend fiir die Anfarbung, dann mug sieh die in absolutem Alkohol positiv geladene Zellwand mit den alkoholischen LSsungen saurer Farbstoffe (also mit dem farbigen Anion) anfarben. Der Versuch bestatigt diese Forderung, und es ist dem Histologen eine bekannte Methode, seine Gewebeschnitte mit alkoholischen LSsungen saurer Farbstoffe zu behandeln, um Membranfiirbungen zu erhalten. Werden alkoholisch

37*

552 A. Th. Gzaja:

gef/~rbte Zellw/~nde in Wasser gebracht, so laden sie sich nat(irlich augen- blicklieh um (negativ), damit ist aber auch eine sofortige Entfi~rbung tier Zellwande zu beobaehten, der Farbstoff geht in alas Wasser fiber. Der Grund der Entfi~rbung ist der entspreehende wie oben ffir die basisehen Farbstoffe angegeben. Die im vorstehenden mitg.eteilten Ver- suehe gelten in gleieher Weise ffir s/~mtliche gepriiften basisehen Farb- stoffe sowie die sog. sauren Farbstoffe, so dab eine Bezugnahme auf einzelne spezielle F/irbeversuche fiberflfissig ist. Dureh diese Versuche allein mul~ sehon entspreehend der oben skizzierten Theorie die kapfllarelektrisehe Natur der F/irbevorg/~nge der Zellw/~nde als bewiesen gelten. Aber der Beweis 1/iBt sieh noeh wesentlich weiter fiihren.

4. Der Einflu[3 yon Sgure und Alkali au/ den Fdirbevorgang. Schon PELET-JOLTVET (1910) hat beobaehtet, dab die F/irbung der

Faser und anderer KSrper mit basischen Farbstoffen intensiver wird, dab mehr Farbstoff aus dem Bad an die Faser geht, wenn in alkalischem Bade gefs wird. In saurem Bade basischer Farbstoffe verhalten sich die zu f/~rbenden KSrper gerade umgekehrt. Ffir die sauren Farbstoffe erh6ht Ans/s des Farbbades das Aufziehen des Farbstoffes auI die Faser und Alkali hemmt dieses. ,,Die aktiven Ionen mit entgegen- gesetztem Zeichen vermehren die Adsorption, w/~hrend aktive Ionen mit demselben Zeichen sie vermindern. Diese Wirkung ist der KorLzen- trat ion der betrachteten Ionen proportional." [PELET llnd GRAND (1907/08) ffihren den EinfluB tier Wasserstoff- und Hydroxylionen im Farbbad auf Verminderung bzw. Erh6hung der elektrischen Ladung, im Falle der Wolle (EiweiBk6rper) auf vollst/indige Umladung der Faser zurfick.

Bei den untersuchten Zellw/inden lieB sich ein EinfluB von S/~ure und Alkali auf das Ergebnis der Anf/s mit den L6sungen der basischen Farbstoffe sehr wohl beobaehten. Dieser EinfluB wurde in Reihenversuchen an fast s/~mtlichen Farbstoffen geprfift. Es mag genfigen, hier zwei solcher Beispiele anzuffihren. In Tabelle 9 ist ein solcher Reihenversueh mit Methylviolett, in Tabelle 10 ffir Neutralrot, wiedergegeben. Die F/irbungen wurden in EsM~cH-Sch~lchen vorgenommen, das Ergebnis nach 1--2 Stunden ermittelt. Aus diesem Reihenversuch geht einmal hervor, dab am sauren Ende die F/~rbung entweder iiberhaupt ganz unterbleibt oder aber nur/~uBerst schwach ist. Eine deutliche F/irbung kommt bei den Lignin- und Kutinw/mden erst bei etwa PH 2 zustande, bei den Zeilinw/~nden erst zwisehen PH 2 und PH 3. Am alkalischen Ende der Reihe hingegen sind die Fi~rbungen intensiv. Die kapfllarelektrische Theorie der F/irbung fordert in den sauren L6sungen Verminderung, in den atkalischen aber Verst/irkung tier elektrisehen Ladung der Membranen. Wie im n/~chsten Abschnitt fiber die physikalisch-chemischen Eigenschaften (S. 574) bewiesen wird, nimmt die


elektrische Ladung der Zellwande mit steigemder Wasserstoffionen- konzentration ab. Bei PH 2 ist im Elektrosmometer keine Ladung mehr nachzuweisen, mit fallender Wasserstoffionenkonzentration dagegen erhSht sich die Ladung. Diese Befunde stehen also in bester ~bereinstimmung mit der Theorie.

AuBer den It ' - und OH'-Ionen wirken andere Ionen mit entspre- chender Ladung in gleicher Weise auf die Anfarbung ein, wie mannig- fach bestatigt wurde. Versuche hierzu wurden nicht ausgefiihrt.

Eine genaue Durchsicht der Tabellen 9 und 10 zeigt aber welter, dab die inkrustierten Zellwande in den sauren LSsungen, s0weit sie sich iiberhaupt anfarben, bis zu einer gewissen Stufe die Farbe einer weniger s~uren LSsung annehmen. In den alkalischen LSsungen ist das Umgekehrte der Fall, die Wande farben sich weniger alkalisch. Fiir die Zellinwande gilt das gleiche, jedoch weniger ausgesprochen. An dieser Stelle soll zunachst diese Tat- sache festgestellt werden. Weiter unten (S. 579) wird sich auf Grund weiterer experimenteller Tatsachen Gelegenheit zur Erklarung dieses Verhaltens geben.

Behandelt man mit einem basischen Farbstoff gefarbte Schnitte, bei denen die Zellinwande metachromatisch gefarbt sind (z. B. mit BriUantcresylblau ; inkrustierte Ws blau, Zellinwande violett) mit verdiinnter Salz- oder Schwefel- saure, so wird der F.arbstoff aus den Zellinwanden zum gr52ten Tell ausgezogen, schlagt in die Saureform um und farbt zunachst

554 A. Th. Czaja:

besonders die Mittellamellen der Kollenchymw/mde mit der Farbe der S~ureform - - also blau - - schwach an. Diese F/~rbung verliert sich bald, und dann sind die Zellinwande s~mtlieh entf~rbt. Wird die S/~urekonzentration gering genug gew~hlt, so bleibt die blaue F/~rbung der Zellinw/~nde erhalten. Die inkrustierten Zellw/~nde behalten dagegen ihre F/~rbung bei, worm die S/~ure nicht zu stark war. Behandelt man die gleich gef/~rbten Gewebeschnitte mit verdiinnter Natron- lauge, so fi~rben sieh die verholzten und die Zellinw/~nde momentan urn, und zwar mit der Farbe der Alkaliform, doch ungleich. Die verholzten Zellw/~nde f~rben sich in dem Beispiel des Brillantcresylblaues karminrot, die ZeUinw/~nde gelbrot, die Kutinw/~nde erst nach einiger Zeit gelbrot. Entsprechend der in w/~Brigor LSsung erfolgten unter- schiedlichen F/~rbung besteht nach der Alkalieinwirkung immer noch

Tabelle 10. Neut ra l ro t .

4,90 6,8--7,0 7,7--8,0 PH 0,40 0,78 (w/iBrig)

Farbe

Ligninw. Kutinw.

Zellinw.

AI(OHh

Si(OHh

rotviolett

karminrot ungef/~rbt

farblos

sehr schwach r o t

rotviolett hell

violett

karminrot ungef~rbt

farblos

sehr schwacl0 rot

violett hell

rot (karmin)

karminrot karminrot

gelbrot

karminrot

schmutzig hellrot

rotgelb

karminrot rot

(gelblieh) gelbrot

karminrot

schmutzig hellrot

gelb (geflockt) gelbrot gelbrot

schwach gelbrot,

fast farblos karminrot

schwach hellrot

eine gleichgerichtete Differenz der Fiirbung, indem die ZeIlinw/~nde die sti~rker alkalische Form des Farbstoffes enthalten. Es finder kein Ausziehen des Farbstoffes aus den Membranen durch das Alkali s tar t (gem~B der weiter unten - - S. 574 - - ermittelten Erh6hung der negativen Ladung der Zellw~nde !). W/~hrend es nicht mSglich ist, in derart alkalischen L6sungen die entsprechenden Zellw/~nde anzuf/~rben - - sie nehmen den Farbstoff dann nicht an - - , wird durch die eben geschilderten Versuche bcwiesen, dab es grunds/~tzlich mSglich ist, den Farbstoff unter den relativ stark alkalischen Bedingungen an die Grenzfl/ichen der Zell- w/~nde zu bringen (durch den an gefi~rbten Schnitten erzeugten Farb- umschlag). (Vgl. dazu auch S. 583.) Alle hier geschilderten Umfiirbungen sind beliebig oft umkehrbar.

Dem Verhalten der inkrustierten Zellw/~ndo in don w/iBrigen Farb- stoffl6sungen schlieBt sich ihr Verhalten in den L6sungen der Carbinol- base einiger basischer Farbstoffe eng an. Aus den Untersuchungen yon

Untersuchungen fiber metachromatisehe Farbungen von Pflanzengeweben. 555

HANTZSCH und OSSWALD (1900), SIDGWICK und MOORE (1907) ist bekannt, dag z. B. Salze der Triphenylmethanfarbstoffe in w/~Briger LSsung bei Alkalizugabe im UberschuB zun~ichst dig Farbbase (echte Ammonium- base) ergeben. Diese blagt langsam mehr und mehr ab, bis sie vollkommen farblos ist. Wahrend des Abblassens hat eine Umtagerung im Molekfil der Farbbase stattgefunden, indem das Hydroxyl vom Ammonstickstoff an ein C-Atom gewa~dert ist unter L6sung einer mehr- fachen oder Ringbildung. DiG dabei entstandene farblose Substanz wird als Pseudoammoniumhydrat bezeichnet und stellt die Carbinolbase dar. Gibt man Saure zur Carbinoll6sung, so entstebt wiederum das farbige Farbsalz. Sprogquersehnitte yon I lex und anderen Pflanzen zeigen in den farblosen Carbinoll6sungen s/imtliehe inkrustierten Zellw/inde mit der Farbe des betreffenden Farbsalzes (Farbkation!) angef/irbt, w/~hrend die Zellinwande ungefiirbt bleiben. In der farblosen Carbinoll6sung yon Fuchsin farben sich die inkrustierten Zellwande z .B. karminrot, yon Brillantgrfin blaugrfin usw. Das gleiche gilt auch ffir andere K6rper. Nach PFEIFFER und WITTKA (1916) fi~rben sigh Wolle und Seide in der farblosen Carbinoll6sung yon Fuchsin rot an.

5. Ionenaustausch bei der Farbsto]/adsorption durch die Zellwiinde. Eine weitere Best/~tigung der kapillarelektrischen Theorie der F~r-

bungen mit basischen Farbstoffen bildet die Beobachtung, daI~ sich im Farbbade das anorganische Anion anreichert. Da die meisten basisehen Farbstoffe als Chlorhydrate, seltener Ms Sulfate, verwendet werden, l~l~t sigh meist nach dem Fs das angereicherte Chlor (Sulfat) bzw. die Ans~uerung des Bades nachweisen. Diese yon K~ECI~T (1888 und 1893) gefundene Tatsache wurde frfiher zur Begrtindung der chemischen Natur dieser F/irbevorgs herangezogen, die aber durch zahlreiche beweiskr~ftige Versuche ffir die basischen Farbstoffe endgfiltig widerlegt ist (z. B. FREUNDLICII und LOSEV 1908, LOSEV 1907, FI~EUNDLICH und NEUMAN~ 1909, BA~CI~OFT 1914). Abspaltung des anorganischen Anions bei der Adsorption durch Fasern (Wolle) beobachteten R. WILLSTiTTER (1904) bei Alkaloiden, VIG~ON (1893) bei der Adsorption yon HgCI 2 durch Baumwolle, v. GEORCIEVICS (1894/95) bei der Adsorption yon basischen Farbstoffen durch Ton, Glas, Asbest usw., STJIDA (1907) durch Wolle und Seide, Kartoffelsts und Kaolin.

Um auch nach dieser Richtung eine Sicherstellung der Ergebnisse fiber die F~rbung der pflanzlichen Zellw~nde zu erreichen, wurden ffir zwei Farbstoffe wenigstens analytisehe Versuche zum quantitativen Naehweis des anorganisehen Anions im Farbbade unternommen. Diese Versuche wurden mit: Krystallviolett (CesH30N~CI ~- 9 H20 ; Triphenyl- methanfarbstoff) und Nilblau A (C20H20_N3SO4H; Oxazinfarbstoff), also einem Chlorhydrat und einem Sulfat sowohl ffir verholzte (Fichten. holz) wie auch ffir Zellinw~inde (Rfibenparenchym) ausgeffihrt, und

556 A. Th. Czaja:

zwar dergestalt, dab in eine best immte Menge der FarblSsung soviel der zu fgrbenden Zellws eingetragen wurden, dab naeh einiger Zeit (etwa 24 Stunden) das Farbbad votlkommen entfi~rbt, also si~mtlicher Farbstoff von der Faser adsorbiert worden war. Die entfgrbte LSsung wurde dann auf Chlor bzw. Sulfat verarbeitet. Es zeigte sieh jedoeh, dab sowohl Holz wie auch das Rfibenparenchym selbst Chlor bzw. Sulfat an das Farbbad abgaben. Es muBten daher Parallelbestimmungen ohne Farbstoff ausgefiihrt werden, um die abgegebene Menge zu ermitteln.

Krystallviolett. Zellinwdnde. 1000 ccm 0,02 % ige FarbstofflSsung ~alrden mi t 40 g je zweimal 24 Stunden gut ausgewaschenen und getroekneten Sehnitzein der Futterrfibe angesetzt. Nach 24 Stunden wurde das v611ig erschSpfte Farbbad abfiltriert und 400 ccm des Filtrates eingedampft. Das eingedampfte Fil trat reagierte gegen Lackmus deutlich sauer. Nun wurde das Chlor mit AgNO a gef~llt und analytisch bestimmt. Es ergaben sich nach dem Gliihen pro 100 ccm Filtrat 0,002138 g C1. Die Parallelbestimmung mit Rfibenschnitzeln in destflliertem Wasser ohne Farbstoff ergab pro 100 ccm Filtrat 0,001087 g C1, d .h . diese Chlor- menge wurde vom Rfibenparenchym an desti]liertes Wasser abgegeben. Zieht man diese yon der im Farbstoffversuch gefundenen Chlormenge ab, so bleiben noch 0,001051 g Chlor. Diese mfissen aus dem vom l~fiben- gewebe adsorbierten Krystallviolett stammen. Da die theoretische C1- Menge in 100 cem 0,002%iger KrystallviolettlSsung 0,001230 g betr/~gt, wurden mithin 85% der theoretischen Menge C1 im v611ig entfitrbten Farbbad wiedergefunden.

Ligninwgnde. Ein entspreehender Versuch wurde mit Fichtenholz- raspein in gleicher Weise unternommen. Es ergaben sich pro 100 ccm Fil t rat der v611ig ersch6pften FarblSsung 0,001579 g C1. Die Parallel- best immung ohne Farbstoff lieferte pro 100 ccm Filtrat 0,000572 g C1, d .h . abet, es wurden 81,87% der theoretischen C1-Menge des Farb- stoffes im entf~rbten Farbbad gefunden.

Nilblau A (Sullat). Zellinwdnde. 1000 ccm 0,01%ige NflblaulSsung wurden wie oben mit 40 g je zweimal 24 Stunden mit mehrmals ge- wechseltem destilliertem Wasser gewaschen, abgepreBten und getrockneten Rtibensehnitzein angesetzt. Nach 24 Stunden wurden 600 ccm der vSltig entfi~rbten Farbl6sung abfiltriert und eingedampft. Das eingeengte Fil trat reagierte gegen Lackmus deutlich sauer. Nach Ans/~uern mit HC1 wurde das SO 4 heiB mit BaC12 gefi~llt. Aus zwei Ans/~tzen wurden im Mittel 0,002914 g SO 4 pro 100 ccm Ffltrat, d. h. FarblSsung, gefunden. Aus zwei entsprechenden Ans/~tzen mit Rfibenschnitzeln in destilliertem Wasser ohne Farbstoff wurden im Mittel 0,000695 g SO 4 aus 100 g Wasser ermittelt , welche das Gewebe abgegeben hatte. Zieht man diese yon der im Farbstoffversuch gefundenen Sulfatmenge ab, so bleiben 0,002219 g Sulfat, die aus dem yore Riibengewebe adsorbierten Farbstoff s tammen

Untersuehungen fiber metachromar F~rbungen yon Pflanzengeweben. 557

mfissen. Da die theoretische Sulfatmenge in 100 ccm 0,01%iger Nilblau A- LSsung 0,002310 g betr~gt, wurden mithin 96,06 % Sulfat des adsorbierten Farbstoffes in dem vSllig entf~rbten Farbbad wiedergefunden.

Ligninw~inde. Zwei entsprechende Ans~tze wurden mit Fiehtenholz- raspeln in gleicher Weise vorgenommen. Es ergaben sich pro 100 ccm Ffltrat der vSllig ersehSpften FarbstofflSsung 0,002336 g Sulfat. In der Parallelbestimmung ohne Farbstoff nur mit destilliertem Wasser hatten die Holzraspeln an je 100 ccm Wasser 0,00057 g Sulfat abgegeben. Mithin wurden im vSllig erschSpften Farbbad 76,40% des Sulfates aus dem Farbstoff wiedergefunden.

Die Versuche zeigen, dab zwar • groBe Mengen CI'- bzw. SO~-Ion in der entf~rbten LSsung zuriiekbleiben, und dab diese beim Eindampfen deutlich sauer reagiert. Aber weder das Cl'- noeh das SO~-Ion entspricht quantitativ der theoretisehen Menge. Es sind ferner keineswegs ~quivalente H'-Ionenmengen eingetauseht worden. Das ist besonders nach den kritisehen Versuehen yon F~UN])LIC~ und N~UMAN~ (1909) auch nicht zu erwarten. Diese Autoren ermittelten, dab bei F~rbung mit basischen Farbstoffen das anorganische Anion nur dann quantitativ im vSllig erschSpften Farbbad zurfickb]eibt, wenn die Oberfl~ehe des Adsorbens vollkommen frei von Verunreinigungen ist. Auch nur unter diesen Bedingungen tr i t t eine der Cl'-Menge ~quivalente Menge H'-Ionen in die LSsung fiber. Ist dagegen die Grenzfli~ehe verunreinigt - - und das ist meist der Fall in ~= hohem Grade - - , so wird weder die theoretische Menge des abgespaltenen Anions (z. B. Cl' oder SO~') quantitativ er- reicht, noch ist dieser die Menge der ausgetausehten H'-Ionen aueh nur einigermal3en ~quivalent. Start der H'-Ionen nehmen verschiedene Ionen am Umtausch teil. Es wurde infolgedessen auch nicht der Versuch gemacht, die Qualit~t der auBer den H'-Ionen beim Umtausch fiber- getretenen Ionen zu ermitteln. Da die biologischen Membranen sehr komplexe Gebilde sind, werden es versehiedenartige Ionen sein. An einer besonderen Reinigung der Membranen als biologischem Objekt bestand kein Interesse, ganz abgesehen davon, da~ die zu entfernenden Ionen nur durch andere ersetzt worden wi~ren. Jedenfalls haben die wenigen Versuehe gezeigt, dab im Fs prinzipiell kein Unterschied besteht zwischen den pflanzlichen Zellw~nden und denjenigen elektronegativen Adsorbentien, an denen die Gesetze der Adsorption ermittelt worden sind.

6. Die Ursache der Metachromasie. In den vorhergehenden Auseinandersetzungen wurde das Zustande-

kommen der Fiirbung fiberhaupt behandelt und ihre kapillarelektrische Natur bewiesen. Dabei blieb einstweilen die Frage vollkommen un- beriihrt, in welcher Form der Farbstoff an der Oberfli~che der Membran- poren vorhanden ist. Wie oben ausgeffihrt wurde, hat schon H. F~EUND- LICH (1907) diese Frage beantwortet fiir den Fall der Kohle, Wolle und

558 A. Th. Czaja:

Seide als Adsorbens. Die Zellw~nde der Pflanzenzellen gestat ten indes - - wie gezeigt werden soll - - ein etwas umfassenderes Bild vom Zustand des Farbstoffes an der Grenzfl~che zu erhalten.

Betrachtet man zuni~chst den kapillarelektrischen Zustand der Zell- wand. Unmit te lbar an der Oberfl~che der Poren sind in Wasser oder w~13riger L6sung neben anderen Anionen im wesentlichen Hydroxyl- ionen lest adsorbiert (welche die elektrische Eigenladung der Membran bestimmen) unter Beibehaltung ihrer elektrischen Ladung. Ihnen gegeniiber befinden sich als Elektro~quivalent in einer Schicht yon wahrscheinlich wechselnder Dicke (als diffuser Ionensehwarm im Sinne yon G o c v 1909, 1910, 1917; O. S T ~ 1924; DEBYE and HffCX~L 1923, GYEMA~T 1923 und H. Mt)LLE~ 1928) neben anderen Kat - ionen im wesentlichen Wasserstoffionen in relativ lockerer Bindung, allein durch ihre positive elektrische Ladung und unter Beibehaltung dieser. Es hat sich gezeigt, dab die Zusammensetzung dieser beiden Ionenbelegungen beeinflu]3bar ist dutch zwei Faktoren: 1. durch die chemische Natur der umgebenden Flfissigkeit, die ja auch bis in die Poren eindringt; 2. durch die chemische Natur der Membransubstanz. Handel t es sich um eine vollkommen indifferente Membransubstanz, wie z. B. um eine Membran aus absolut reiner Tierkohle, so ist der zweite Fak tor ausgeschaltet, die Ionenbelegungen sind nur abhs yore umgebenden Medium.

Die Kenntnis der weehselnden Zusammensetzung des ~uBeren Ionen- schwarmes der Doppelschichte ist nun nicht an Membranen mit ultra- mikroskopischen Poren gewonnen, sondern an Suspensionen, deren unl6sliche Teilchen mikroskopisehe bis submikroskopische GrSBe haben. Von einer derartigen Suspension mit relativ groBem Teilchenabstand zum sedimentierten BodenkSrper mit gegenseitiger Beriihrung der Teilchen (wie er als Diaphragma in den sp~teren Elektrosmoseversuchen verwendet wird, s. S. 573) und endlich zur festen Membran mit feinsten Poren ffihrt ein allmi~hlicher (~bergang.

Die genauere Kenntnis der Zusammensetzung der ~onenschw~rme an der Oberfl~che yon in Wasser suspendierten Teilchen und ihres Ein- flusses auf die umgebende LSsung verdanken wir G. WIEGNER und seinen Mitarbeitern. I m folgenden sollen einige wesentliche Punkte aus diesen Untersuchungen (1930) wSrtlich wiedergegeben werden.

,,Enth~lt ein suspendiertes oder dispergiertes Teilchen (eine Mizelle) in den Ionenschw~rmen fiberwiegend wirksame Wasserstoffionen, sei es in der inneren Ionenbelegung oder im ~ul3eren Ionenschwarm, so erh6ht diese Mizelle beim Suspendieren oder Dispergieren die Wasser- stoffionenkonzentration des Dispersionsmittels." ,,Dieser saure Dis- pergierungs- oder Suspendierungseffekt kann auf elektrischem oder inversometrischem Wege fiir die verschiedenen Systeme nachgewiesen werden." ,,Das Dispersionsmittel hat nach Entfernung der dispergierten


Phase stets eine konstante Wasserstoffionenkonzentration." ,,Der gleiche Effekt der ErhShung der Konzentration des Dispersionsmittels beim Hineinbringen der dispersen Phase tr i t t fiir Hydroxylionen auf, wenn die Teflchen oder Mizellen iiberwiegend wirksame Hydroxylionen im Innen- oder Au~ensehwarm der Mizellen enthalten, was auch an verschiedenen Systemen allgemein gezeigt werden kann." ,,An ein und derselben Zerteilung l~Bt sich der ~bergang vom sauren zum alkalischen Dispergierungs- oder Suspendierungseffekt nachweisen."

Die schon yon mehreren Autoren durchgeffihrten Versuche fiber die Farbstotfadsorption an Adsorbentien wie Porzellan, Ton, Kiesel- s~ure usw. legten den Gedanken nahe, die Anf~rbung derartiger wohl- definierter KSrper zu untersuchen, die vor allem in Suspensionen der Untersuchung ihres s Ionenschwarmes, im Elektrosmometer der der inneren Ionenbelegung der elektrisehen Doppelschichte zugs sind. Es zeigte sieh sehr bald, da~ man auf diesem Wege die metachromatischen Fs der Zellws im Modellversueh sehr wohl nachahmen kann. Es gibt einerseits Substanzen, welche sich wie die inkrustierten Zellw~nde mit der S~ure~orm der ss Farbstoffe anf~rben, und andererseits solche, welche sich mit der Alkali- ~orm der alkaliempfindliehen Farbstoffe tingieren (Tabelle 11). Die Zahl der letzteren ist ungemein viel grSl]er als die der ersteren.

In Tabelle 11 sind einige derartige Modellversuehe im Reagensglas zusammengestellt. Prfift man die Eigenschaften dieser Substanzen, auf denen ihre besondere Fi~rbbarkeit beruht, so ergibt sieh ffir alle eine sehr geringe LSslichkeit in Wasser (s. Tabelle 11). Andererseits darf diese nicht zu gering sein, wie z. B. im Fall der Oxalate (bzw. die St~rke der Ss nieht zu gro~ sein, s. weiter unten), die sich nieht oder kaum metachromatisch anf~rben (Ca- oder Ba-Oxalate). In w~r ige r Suspension sind diese Substanzen si~mtlich negativ elektrisch geladen, wie der Elektrosmoseversuch leieht zeigt (mit Diaphragmen aus diesen Substanzen). Daher rtihrt bei allen diesen Substanzen die Anf~rbbarkeit (Adsorption) mit basischen Farbstoffen. Die vorhandene geringe LSslieh- keit jedoeh ist in der Lage, den iiu2eren Ionenschwarm der elektrischen Doppelschichte um die Teilchen in eharakteristischer Weise zu beeinflussen.

Bei den praktiseh unlSslichen S~uren und anderen KSrpern enth~lt er eine relativ grol~e Menge yon Wasserstoffionen. Diese Tatsaehe kommt darin zum Ausdruck, daI~ die w~l~rigen Suspensionen den sauren Suspendierungseffekt ergeben.

Die praktisch unlSsliehen Basen dissoziieren Hydroxylionen ab, die im KuBeren Ionensehwarm angereichert sind. Die ebenfalls praktisch un- 15slichen Salze zeichnen sich ss dadurch aus, dab sie, soweit sie fiberhaupt in LSsung gehen, durch hydrotytische Dissoziation alkaliseh reagieren. Es sind alles Salze starker Basen und schwacher Sguren.

560 A. Th. Czaja:

Tabel le 11.

LSslichkeit Farbe der I Substanz t ~ C in 100 ccm H~O LSsung des Bodenk6rpers

I . Mit der S~iure/arm /drben sich a~ in wdflriger L6sung yon Krystallviolett.

Palmitinsaure -- violett blau Casein -- violett blau

I I . Mit der Alkali/arm /drben sich an in w~flriger Lb'sung yon Toluidinblau. Ca-Citrat CaHP04

(Hydr. m. 2 aq.) CaF~

CaC03 Ca-Malonat

(ttydr. m. 4 aq.)

Ba-Citrat (Hydr. m. 7 aq.)

u~PO, AIP04

ZnC03 BeO

Al20~

La2Os

180 24,50

180 180 19,10

180

?

250

0,08496 g 0,020 g

1,63.10-a% 1,3 �9 10 -a %

0,36 g

0,0406 g

0,04 g

4,6.10 -0 Mol/l=0,000058 g

blau blau

sofort rotviolett sofoi-~ rotviolett

blau blau blau

blau

blau blau blau blau blau blau

leicht rotviolett leicht violett

Salz yon gelblicher Farbe, Oberfl~che deutlich rotviolett

sofort rotviolett

sofort rotviolett sofort rotviolett sofort rotviolett sofort rotviolett sofort rotviolett sofort rotviolett

Auch bei ihnen enths der AuBenschwarm der elektrischen Doppelschichte Hydroxyl ionen in gro~er Zahl. Sowoh] die genannten Basen wie auch die unlSslichen Salze zeigen daher ss in ws LSsung den alkalischen Suspendierungseffekt an der EIektrode.

Andererseits aber zeigen diejenigen Substanzen, welche an der Elek- t rode den sauren Suspendierungseffekt ergeben, in der Indikator- 15sung die S~urefarbe an der Oberfls und diejenigen K6rper, welche an der Elektrode den alkalischen Suspendierungseffekt erkennen lassen, f~rben sich in der Indikator lSsung mit der Alkalifarbe an, vorausgesetzt , dab ein Ind ika to r yon geeignetem Umschlagsbereich gew~hlt wurde.

Nun haben zwar gewShnliche heterogene Systeme bei der kolorimetrischen Bes t immung der Wasserstoff ionenkonzentrat ion gezeigt, dal~ diese unabh~ngig vom gegenseitigen Mischungsverhs der beiden Phasen ist, wie nach den Gesetzen der chemischen Gleichgewichte auch zu erwarten ist. Das wurde fiir die kolorimetrischen Aziditiits- bes t immungen von Bodensuspensionen z. B. durch SEAR~ und HOAGLAND (1916), CHRISTENSEN (1923) und UTESCHER (1932) best~tigt. Nach den eben geschilderten Modellversuchen muI~ man aber sagen, dab entweder

Untersuehungen fiber metachromatisehe F~rbungen von Pflanzengeweben. 561

die besondere Natur des Objektes (+ gefis Bodenteilchen) oder un- giinstige Wahl der Indikatoren (saure Indikatoren bei elektronegativen Bodenteilchen) oder schlie$lich beide Umstande das tats~chliche Vor- liegen der gleichen Abweichungen vom chemischen Gleichgewichte sowohl bei elektrometrischen wie auch bei kolorimetrischen Messungen der aktuellen Azidits yon Suspensionen bei den letzteren verdecken. Bei den Suspensionen sind sie aber nur unter giinstigen Bedingungen kolorimetrisch zu erfassen, w~hrend sie sich dem elektrometrischen Naehweis nicht entziehen kSnnen.

Eine wesentliche Bedingung fiir die MSglichkeit zur kolorimetrischen Bestimmung des Suspendierungseffektes ist, da$ die suspendierten Teil- ehen wei$ (d. h. also farblos) sind, damit ihre Anf/~rbung erkannt werden kann.

Tabelle 12. Der S u s p e n d i e r u n g s e f f e k t e in ige r Model le ( s~mtl ich nega$ iv geladen).

Suspendierter K6rper in H~O destilliert.

Silikagel . . . . . . . . . . CaHPO 4 . . . . . . . . . .

P~

der Suspension (gesehiittelt)

4,65 7,84

des Suspensions- mittels

(abzentrifugiert)

4,71 7,55

In Tabelle 12 ist das Verhalten yon einigen der untersuchten KSrper an der Elekt~ode zusammengestellt.

Aus dem Verhalten der hier verwendeten ModellkSrper ergibt sich der F/s nach ein Analogon zu dem Verhalten der zwei verschiedenen Sorten von Zellw/inden. Wenn man diese suspendierten KSrper zu porSsen Membranen zusammenprel~t, dann f~llt die MSglichkeit zum elektrometrischen Nachweis der Zusammensetzung ihres ~ui~eren Ionen- schwarmes fort, und es bleibt nur noch der kolorimetrische Nach- weis fibrig. Man kann natiirlich auch nicht mehr yon einem Suspen- dierungseffekt sprechen. Dieser ist nun iibergegangen in einen Membran. oder Porene]/ekt, der prinzipiell das gleiche bedeutet wie der Suspen- dierungseffekt. Es gibt demnach einen sauren und einen alkalischen Membran- oder Poreneffekt. Dieser ist kolorimetrisch zu erfassen. Pulver- isiert man die oben angenommenen porSsen Membranen wieder, so kann man diesen Effekt auch an der Elektrode messen, eben als den Suspendierungseffekt.

Aufgabe der weiteren Untersuchungen muBte es nun sein zu zeigen, da$ die Analogie zwischen den ModellkSrpern und den Zellw~nden nicht nut auSerlich besteht, sondern da$ auch die entsprechenden Eigenschaften bei beiden vorhanden sind, die zu den analogen sichtbaren Reaktionen fiihren. Diese waren auf zweierlei Weise zu ermitteln.

562 A. Th. Czaja:

1. Es mul]te die chemische Substanz in der Zellwand (in Frage kommen hierfiir nur die ZellLaw~nde) bestimmt werden, welche das gleiche f~rberische Verhalten zeigt (vgl. den ni~chsten Abschnitt); 2. muBte das physikochemische Verhalten der Zellw~nde ermittelt werden (vgl. das n~chste Kapitel).

7. Der Sitz der adsorbierten Farbsto//ionen in der elektrischen Doppelschichte der Membranporen und ihre chemische Natur.

H. F~Etr~DLICH (FREu~DLICH und LosEv 1907) ist der Ansicht, daft in der wi~Brigen LSsung eLaes basischen Farbstoffes die Farbstoff- ionen an der Oberfl~che des elektronegativen Adsorbens auf die die Ladung bedingenden Hydroxylionen der Innenbelegung treffen und sich mit ihnen zur Base oder zu deren unlSslichen Kondensationsprodukten vereLaigen. Zu dieser Ansicht wurde FREUNDLIC~ haupts~chlich geffihrt durch die Oberfls des gefi~rbten Kohlepulvers und durch die Farbe des mit organischen LSsungsmitteln yon der Kohle verdr~ngten Farbstoffes. Aus den oben mitgeteilten Fs geht Lades hervor, dab das Farbstoffion nicht an die in w~l]riger LSsung negativen Ladungs- trs der Innenbelegung (also die Hydroxylionen) gebunden seLa kann. Die Innenbelegung der Oberfl~che des Adsorbens bleibt frei yore Farbstoff, dieser ist vielmehr an die Ionen des Aul3enschwarmes gebunden. Zwischen Adsorbens und Farbstoff mull vielmehr eine monoionale Schicht - - die Eigenladung bedingende - - vorhanden seLa. Diese Auffassung l~13t sieh durch folgende Tatsachen beweisen.

1. Die Lakrustierten Zellw~nde und die Zellinw~nde tragen beide negative Ladung, also Hydroxylionen im Innenschwarm, in eLaer w~13rigen basischen FarblSsung zeigen sie aber verschiedene Fi~rbung. Bei .den Zellinw~nden ist das Farbstoffion zwar an Hydroxylionen gebunden, zeigt also die Farbe der Base, bei den inkrustierten Zellws dagegen erscheint die Farbe des Kations. Bei dieser F~rbung werden in bestimmtem Umfange Wasserstoffionen der ~ul]eren Ionenbelegung gegen Farbstoffionen ausgetauscht, die dann in dem Farbbad nachweisbar sind. - - 2. In der Aul~enbelegung der Innenschwi~rme der inkrustierten Zellwi~nde mfissen sieh H'-Ionen befLaden. Diese lassen sich z .B. an der Chinhydronelektrode bei w~r ige r Suspension yon Holzpulver als sog. saurer Suspendierungseffekt nachweisen (s. S. 581). Im Aul~enschwarm der]enigen ModellkSrper, welche ]~i~rbung mit der Farbe der Farbbase ergeben, lassen sich die t tydroxylionen nachweisen im sog. alkalischen Suspendierungseffekt. - - 3. Die Ionen (H'- oder OH'-) des Aul~enschwarmes sLad austauschf~hig (s. S. 592). - - 4. Die negative Ladung (also Lanere Hydroxylionenbelegung) bleibt erhalten, wenn der Umtausch der Ionen des Aul]enschwarmes gegen Farbstoffionen stattgefunden hat. I)iaphragmen aus gef~rbter Zellwandsubstanz zeigen bei der elektrischen Endosmose ebenfalls negative elektrische Ladung.

Untersuehungen fiber metachromatische F~rbungen yon Pflanzengeweben. 563

Durch den hs beobachteten Ionenumtausch (H'- und OH'-Um- tausch) ist ganz allgemein anerkannt, dal3 Ionen des ~uBeren Ionenschwar- mes durch andere ersetzt werden k6nnen. Dieser Umtausch erstreckt sich auch auf die Farbstoffionen.

Durch die metachromatischen Membranf~rbungen ist also bewiesen, dab die basischen Farbstoffe sich sowohl als Farbbase wie auch als Farb- kation am Adsorbens befinden k6nnen. Es ist heute leider noch nicht m6glich, ffir alle untersuchten Farbstoffe sich auch rein chemisch eine best immte VorsteUung vom Zustand des Farbstoffes an der Oberfl~che des Adsorbens zu machen. ,,Gerade in Hinsicht auf das histologische Fs bemerkt man es sehr, dab wir fiber die verschiedenen Farbstoff- 15sungen so wenig Bescheid wissen. Es fehlt a n einer Arbeit, aus der man fiir eine gr6Bere Anzahl gut gekennzeichneter Farbstoffe Sicheres fiber ihre chemische Natur, insbesondere die Isomerieverh~ltnisse, fiber ihre kolloiden Eigenschaften usw. erfahren kSnnte" (FR]~UNDLIC]I 1932). An Hand des eingehend untersuchten Krystallvioletts (N-hexa-methyl-p- trianilino-methylchlorid) (ADAMS und ROSENST~,I~ 1914; BIDDLE 1914; LUND 1931) soll wenigstens ffir einen Farbstoff gezeigt werden, welche Form man sich an der Oberfl~che der Zellw~nde vorzustellen hat.

Bemerkenswert ffir den alkalischen Bereich ist die Tatsache, dab das Krystal lviolet t als Triphenylmethanfarbstoff die farblose Carbinol- base bildet. Jede alkalische LSsung wird nach einiger Zeit vollkommen farblos. Das t r i t t nicht ein, wenn die alkalische Form an den Membran- poren der Zellinw~nde adsorbiert ist. Hier bleibt die Base gef~rbt erhalten. Daraus geht also hervor, dal~ die Base im ionisierten Zustand im Ionenschwarm der Poren vorhanden sein muB und die innere Um- lagerung zur Carbinolbase nicht effolgen kann.

DaB die adsorbierte Farbbase sich im ionisierten Zustand befindet und in diesem an der Porenobeffl/iche auch beharrt , geht auch aus dem Verhalten des Capriblaus hervor. In der w~l~rigen L6sung dieses Farbstoffes f~rben sich die Zellinw~nde genau so blau an wie die inkrustierten Zellw~nde. Nun bildet aber das Capriblau mit Alkali in der K/~lte die blaue ionisierte Farbbase (nach WIZr~CER 1933 ein I)iphenyl- hydroxylaminderivat) , w~hrend die nichtionisierte rotbraun ist. DaB der Farbstoff als Kat ion bzw. als ionisierte Base an der Oberfl~che der Poren adsorbiert sein mul3, geht natfirlich auch hervor aus der Struktur der Ionenschalen und dem Ionenaustausch bei der Adsorption. An der Porenoberfl~che der inkrustierten Zellw/~nde mul~ das Farbkat ion adsorbiert sein. Dieses ist beim Krystal lviolet t yon violetter Farbe, mit der sich die inkrustierten Zellw~nde auch anf~rben. Das Krystal lviolet t besitzt die Eigentfimlichkeit, in saurer L6sung mehrwertige Kat ionen zu bilden, die mit fortschreitender Zunahme der Wertigkeit Farb~nderung nach Grfin, Gelbgrfin und Orange zeigen. Da das einwertige Kat ion violett ist und sich die inkrustierten W~nde mit dieser Farbe anf~rben,

564 A. Th. Czaja:

so mu~ also der Farbstoff als solches Kation an der Porenobeffl~che adsorbiert sein. In der Sehreibweise yon DILTHEY-WIzINGER hat das Krystallviolett die Formel

(CHs)~NC6H4,. ] + (C~)~C~H,~C'] C~- (CHa)~NC~H4/ J

und die mSglichen Kationen

(CH~)~NC6H4\ ] + + H (CH3hNC6H4\ ] + (CH~)~NC6H4--~C'| ~- H ~ (CHa)2NC6H4--~C" 1 -k ]~ -~ (CH3)~C~H4 / J (CH3hNC6H4 /

violett griin

+ H (CHs)2NCeH4\ ] + + H(CH3)~NCeH~\ ] + _> + H (CHs)~NC~H~--:~C" | ~ H -~ + H(CHa)~NC~H4-~C" |

(CHs)~NC~H~/ J + H(CH~)~NC~H~/ J gelbgriin orange

und die ionisierte Farbbase (CH3hNC6H4\ ] + (CIt3)~NC~Ha• / OH- (CH3)~NC~Ha/ J

8. Welcher chemische K~rTer bedingt den alkalischen Membrane]/e]ct der Zellwdnde ?

Die Frage, welcher chemische KSrper der Parenchym- und Kollen- chymw~nde einschlieBlich der zugehSrigen prim~ren Membranen (Mittel- lamelle) verantwor~lich zu machen is~ fiir das Auftreten des alkalischen Membran- oder Poreneffektes, l~13t sich heute noch nicht im vollen Umfang beantworten. Auf jeden Fall kommt fiir die Farbreaktion kein Pektinstoff in Frage. Damit sind die schon mehrfach ffir Pektin- stoffe als unspezifisch erkls Farbreaktionen mit basischen Farb- s t o f f en - - die Reaktion mit Rutheniumrot wurde in diesem Zusammenhang yon mir nieht untersueht - - [z. B. von vA~ WISSELI~GH (1925), zuletzt wohl von F. EH~LIC~ (1932)] aUS der pflanzlichen Histochemie endgfiltig gestriehen. Wie schon F. E~RL~CH mitteilte, geben samtliehe isolierten Pektinstoffe die Farbreaktion nieht. Diese Befunde babe ich selbst nachgepriift sowohl am Hydratopekt in der Futterriibe (nach EHRLICH pr~parativ gewonnen)sowie am wasserlSslichen Ca-Mg-Salz der Pektin- s~ure, welches mir Herr Professor EHRLICH freundlichst fiberlassen hat, und kann sie in vollem Umfang best~tigen. Von besonderem Interesse ist welter, daI3 die Parenchymgewebe der Riibe, welche auf Pektin verarbeitet wurden, und zwar lange, besonders auf die sehwerlSsliehen Fraktionen, welche erst bei l~ngerer Extrakt ion bei 100 ~ C in LSsung gehen, den alkalisehen Membraneffekt immer noch, und zwar meist sogar intensiver, zeigen. Die Extraktion der Parenchymgewebe wurde nun tagelang fortgesetzt, ohne dab der alkalische Membraneffekt naeh- gelassen h~tte. Wenn man nun das in Scheiben geschnittene und naeh

Untersuchungen fiber metaehromatische F~rbungen yon Pflanzengeweben. 565

dieser langen Extrakt ion schon sehr welch gewordene Rfibengewebe vorsichtig verascht, so kann man das Aschebild des Gewebes erhalten, bei dem die Zellwandzfige noch recht deutlich erkennbar sind. Priift man nun diese Aschenbilder wiederum sehr vorsichtig auf Ca mit H2S04, so schiel~en fast momentan ungeheure Mengen kleinster Gipsnadeln aus der ganzen Masse der Gewebeasche an. Dabei liegen die Krystallisations- zentren der Krystal lnadeln in zahlreichen langen Reihen, oft biindelfSrmig zusammengefaBt mit Querverbindungen, so daft dadurch oft bei un- gestSrter Lagerung der Aschenfragmente wiederum der Eindruck eines Gewebes hervorgerufen wird. Bei dieser Reaktion gewinnt man den Ein- druck, als ob die ganze Masse der Asche nur aus Ca bestehen kSnnte. Wenn man andererseits die Gewebeasche mit verdiinnter LSsung yon Ammonmolybda t auf Phosphor untersucht und zum Ans~uern H2SO 4 verwendet, so erh~lt man fast momentan ungeheure Mengen yon Am- moniumphosphormolybdat wiederum in langen ]~eihen angeordnet mit Querverbindungen, so dal~ man also wieder den Eindruck eines Gewebes erhs Gleichzeitig schiel~en aber auch zahllose Gipsnadeln in Bfindeln an. Priift man die tagelang bei 100 ~ extrahierten Gewebe vor dem Veraschen auf Ca und P, so ist keines der beiden Elemente nachzuweisen.

Da in den Geweben noch Plasmareste vorgefunden wurden (z. B. durch Jodf~rbung und MILLONs Reaktion), wurden sie der Trypsin- verdauung bei p~8 ,5 2 - -5 Tage unterworfen, darauf mehrfach aus- gewaschen und abgeprel]t. An diesem Material fielen Jod- und M~Lo~s l~eaktion negativ aus, der Nachweis yon Ca und P blieb jedoch un- ver~ndert stark.

LSst man nach der Methode yon MARGIN (1893) die Pektinstoffe aus den Zellw~nden heraus durch 1/2stfindiges Kochen der Gewebe mit 2 % tIC1, Auswaschen mit H20 destilliert und darauffolgendes 2- bis 3stiindiges Kochen mi t 2 % NaOH, so verlieren die Zellw~nde ihre F~rbbarkeit mi t basischen Farbstof~en, wie schon MA~cI~ angibt. Dieser Autor fo]gert daraus, dal~ die Pektinstoffe die Trs der Anf~rbung in den Zellw~nden sein miissen. Wie schon oben gezeigt wurde, kommen die Pektinstoffe der Zellw~nde fiir die Anfs nicht in Frage. Ver- ascht man die nach MARGIN entpektinisierten Gewebe, so ist auch kein Ca und P in der Asche mehr nachzuweisen, die ja oben ffir die Anf~rbung verantwortlich gemacht wurden. Es kann somit als gesichert gelten, dal~ die so behandelten Zellws durch den Verlust des Ca und P auch die F~rbbarkeit verloren haben.

Aus diesem mikrochemischen Befund geht unzweifelhaft hervor, dab die nach der Pekt inextrakt ion in der Mittellamelle verbliebene Masse eine unlSsliche organische Ca- (und P-? )Verb indung sein muB, die verantwortlich zu machen ist ffir den alkalischen Membraneffekt. In Analogie mit den verwendeten Modellen kann es sich dabei nur um eine sehr schwer 15sliche Ca-Verbindung handeln, vielleicht um

Plant,% Bd . 21. 38

566 A. Th. Czaj~:

das unl6sliehe Salz einer schwachen organischen S~ure. Die friiher sog. Pektinreaktion mit basischen Farbstoffen zeigt somit nu t die Anwesenheit yon unlSslichem Ca in bestimmter chemischer Bindung in den Zellwi~nden an. Trotzdem stel]t sie keine Reaktion auf Ca dar, do aueh andere unl6sliche Verbindungen die gleiche Farbreaktion geben k6nnen (s. Tabelle 11, S. 560).

9. Der Ein]lufl der hydrolytischen Dissoziation. Da F. C. C. HANS~ (1908) die durch etwaige hydrolytisehe Dissozia-

tion der FarblSsung gebildete ffeie Farbbase verantwortlieh maeht fiir die Fiirbungen bestimmter Gewebetefie in der Farbe der freien Farbbase, mul~te der Erscheinung der hydrolytischen Dissoziation der FarblSsungen naehgegangen werden. Ihre Kenntnis ist bis auf wenige Bemerkungen in der Literatur sehr gering. PEL~T-JoLIV~T (1910) be- streitet sie fiir die yon ihm untersuehten FarbstofflSsungen vollkommen (Fuchsin, Methylenblau und Safranin nach der Methode yon BI~EDIG mit Diazoessigester). Nach ZSlGMO~D:Z (1924), ~erner KR~S (LOTT]~RMOSE~ 1926) unterliegen bestimmte FarblSsungen immerhin der Hydrolyse in w~l~riger L5sung. Nach MIOLATI (1893) ist die hydrolytische Dissoziation des salzsauren Pararosanilins ~zon ganz untergeordneter Bedeutung. H. F~]~vN])LIC~ (Kapillarehemie 1930/32) und FR~v~)~cI~ und Los~v (1908) sehen yon der Hydrolyse ganz ab und verneinen ihren EinfluB auf die F~rbung. Ganz im Gegensatz zu aller~ diesen Angaben nennt H. BECHHOLD (1929) die w~l~rige LSsung der basischen Farbstoffe ,,hydrolytisch stark dissoziiert". Es wurde darum fiir die untersuchten Farbstoffe ganz allgemein wenigstens qualitativ das Vor- handensein der Hydrolyse und ihre Bedeutung fiir die metachromatisehen F~rbungen untersucht. Die wi~Brigen LSsungen der basischen Farbstoffe erleichtera den Nachweis der Hydrolyse sehr, da yon den allermeisten Farbstoffen nur die freie Base, nicht aber das Farbsalz in Benzol bzw. in anderen organischen LSsungsmitteln 16slich ist. Schiittelt man ws mit Alkali versetzte L6sung, z. B. von Neutralrot, mit Benzol, so geht die durch das Alkali freigemaehte Base mit gelber Farbe ins Benzol. Das gleiehe ereignet sich aber aueh sehon, wenn man eine gew6hnliehe mit destilliertem Wasser hergestellte Neutralrotl6sung mit Benzol sehiittelt. Es mul~ also sehon in der witl~rigen L6sung ein Tefl des Farbstoffes als freie Base vorhanden sein. Damit ist der Nachweis der hydrolytisehen Dissoziation erbraeht. Dieser Nachweis einer etwa vorhandenen Hydrolyse mittels der Benzolmethode ist natiirlich nut mit denjenigen Farbstoffen m6glieh, die als Salz nicht oder nur in Spuren im Benzol 15slich sind.

DaB es sich dabei tats~chlich um den Nachweis der hydrolytisehen Dissoziation handelt, l~l~t sich leicht beweisen, z. B. fiir das Neutralrot. LSst man mit dem Benzol nur die bei der Hydrolyse gebildete freie Base heraus, so mul~ die Farbl6sung zusehends saurer werden, es mui~

Untersuchungen fiber metaehromatische ~rbungen yon Pflanzengeweben. 567

daher die L6sung mehr und mehr die Farbe der S~ureform annehmen, und da die hydrolytische Dissoziation durch die Ans~uerung zurfickgedr~ngt wird, mul~ die FarblSsung an benzoll6slicher Base immer mehr verarmen, die Benzoll6sung ist nach dem Ausschfitteln immer weniger gef~rbt. 50 cem einer 0,01%igen Neutralrotl6sung (pro analysi Griibler) Pt~ 5,5 wurden 10real mit je 100 ccm Benzol (pro analysi Kahlbaum) ausgesehfittelt. Die Farbe der L6sung ging dabei yon einem gelblichen Karminrot fiber in ein bl~uliches Karminrot, und der PH stieg an auf 3,4. Die Farbe des Benzols nach dem Sehfitteln wurde immer blasser gelb. Das gleiehe Verfahren wurde auch auf folgende Farb- stoffe angewendet.

Nilblau B (HC1). 50 ccm einer 0,01%igen L6sung wurde 10mal mit je 100 ccm Benzol ausgeschfittelt. Dieses f~rbte sich bei den ersten Malen i stark rot, sp/~ter immer sehw/~cher. Dabei hellte sieh die I~sung auf (heller blau !). Der PH ging yon 5,36 auf 4,56 herunter.

Brillantcresylblau. 50 ecru einer 0,01%igen L6sung wurden 5mal mit je 100 ecru Benzol geschiittelt. Beim 5. Male f~rbte sich das Benzol praktisch nicht mehr rot. Die Farbl6sung hatte sich dabei ein wenig aufgehellt, der p~ war von 5,9 auf 5,2 heruntergegangen.

Im Gegensatz dazu Krystallviolett. 50 ccm einer 0,01%igen L6sung wurden 6real mit je 100 eem Benzol ausgeschfittelt. Dieses blieb jedesmal vollkommen farb]os. PH zu Beginn des Versuehes 5,64, nach dem Aus- schiitteln 5,52.

Es zeigte sich mit der Benzolmethode, dab die Mehrzahl der verwendeten basischen Farbstoffe in w~Briger LSsung merklich hydrolytisch dissoziiert ist.

Die Frage nach der Bedeutung der hydrolytischen Dissoziation der FarbstofflSsungen ffir das Zustandekommen der metachromatischen F~rbungen erstreckt sich allein auf die F/~rbungen der Zellinw~nde, da nur diese sich mit der Farbe der Base anfs Nach den bislang vor- liegenden Ergebnissen ist es nicht gerade wahrscheinlich, dal~ die Hydro- lyse in verdfinnter ws L6sung den Ausfall der Fs merklich beeinflussen kann. Jeder Zweifet liel~e sich jedoch aussehalten, wenn es gels solche Farbstoffe auszufinden, welehe nieht merklich hydrolytisch gespalten sind und trotzdem metachromatisch f~rben. Ein solcher Farbstoff ist z. B. das Fuchsin. Die w~l]rige L6sung des reinen Prgparates gibt an Benzol direkt keinen gefgrbten Anteil ab, wohl aber geht aus alkalischer L6sung die echte Farbbase mit gelber Farbe ins Benzol fiber, trotzdem f~rben sich die Zellinw~tnde mit gelbroter Farbe an. Entspreehend verhalten sich das t~osanelin und das Krystall- violett. Auch den gegenteiligen Fall gibt es. Capriblau gibt an Benzol die rote Farbbase ab, die Zellinw~nde f~rben sich jedoch nur blau an. Es l~Bt sieh hiernach feststel!en, daG 1. Farbstoffe, welche nicht

38*

568 A. Th. Czaja:

nachweisbar hydrolytisch dissozfiert sind, die Zellinw~nde trotzdem metachromatisch anfi~rben.

Ferner lassen sich folgende Gegenbeweise beibringen: 2. In gewissem Umfange anges~tuerte FarblOsungen (z. B. mit CHaCOOH ) fitrben genau so wie w/il]rige LSsungen, obwohl die hydrolytisehe Dissoziation zuriick- gedr/~ngt ist. - - 3. Sehr verdiinnte FarbstofflSsungen, die sicher ganz der elektrolytischen Dissoziation unterliegen und in denen infolgedessen die hydrolytische Dissoziation wohl vollst/~ndig zuriickgedri~ngt ist (was schon an der Farbe der LSsungen zu erkennen ist, z. B. blau start violett), f/irben genau so metachromatisch wie konzentr ier tere . - - 4. Das Ausf~rben (vSlliges ErsehSpfen) der Farbstoffl5sungen (s. S. 556). Bringt man in eine FarbstofflSsung sehr viel Gewebe, welches nur Zellinw~nde enth~lt, so wird bei genfigender Menge schliel31ich s~mtlicher Farbstoff yon den Zellw~nden adsorbiert in der Farbe der Farbbase. Das kSnnte nicht der Fall sein, wenn nur die durch die hydrolytische Dissoziation gebildete Menge Base die F/~rbung bewirkt. Es w~re niemals mSglieh, dab durch Adsorption der gebildeten Base s~mtlicher Farbstoff der LSsung naeh und nach der hydrolytischen Dissoziation unterliegen kSnnte, da die dabei freiwerdende S/~ure mit zunehmender Konzentration die hydrolytische Dissoziation automatisch zuriickdr~ngen bzw. vollkommen unterbinden wiirde. Als Beweis der Versuch mit Neutralrot usw. und Benzol. Das ist der exakte Modellversuch fiir diesen Fall. - - 5. Beweis, z. B. ferner dutch F~]~v~I)LIc~r und Los]~v (1907), dal3 die Adsorptionsgesetze Giiltigkeit haben. - - 6. Die verwendeten anorganischen Modelle zeigen das gleiche Verhalten wie die Zellinw~nde : sie fKrben sieh oberfl~chlich mit der Farbe der freien Farbbase an. Werden sie nur in geniigender Menge der Farb- 15sung zugegeben, so adsorbieren sic den gesamten Farbstoff der LSsung in der Farbe der Farbbase, ein Beweis da~fir, dal3 die Ursaehe zur Anf~rbung in der Farbe der Base nicht in den Eigenschaften der Farb- 15sung, sondern in der Beschaffenheit der adsorbierenden Oberfl~iche zu suchen ist.

Durch dieses beigebrachte experimentelle Beweismaterial diirfte geniigend sichergestellt sein, daf~ der hydrolytischen Dissoziation der basisehen Farbstoffe in L6sung sowohl bei der F~rbung iiberhaupt, wie besonders bei der Metachromasie der Zellw~nde kein Einflul~ zuzu- schreiben ist.

10. Die Fdrbungen in Benzoll6sungen. Von Interesse ist das Verhalten der Gewebeschnitte in benzolischen

Farbl6sungen. Es sind schon gelegentlich in der Literatur F/irbeversuche mit derartigen L6sungen besonders yon basischen Farbstoffen beschrieben worden, so z. B. yon MICItAELIS (1903), F. C. C. HANSE~ ~ (1908), ferner Versuche von FREUNDLICtI bei D~VTSCI~ (1928). Die benzolischen LSsungen der basischen Farbstoffe zeichnen sich dadurch aus, dab sie fast durchweg etwa die Farbe der Farbbase tragen, denn die Farbsalze sind im

Untersuehungen fiber metachromatische Farbungen yon Pflanzengeweben. 569

allgemeinen in Benzol nieht 16slieh, sondern nur ihre Basen. Um diese in L6sung zu bringen, mug sie bei den meisten Farbstoffen erst durch Alkali in Freiheit gesetzt werden und kann dann leicht dureh Ausschfitteln ins Benzol fibergeffihrt werden. Bei Neutralrot genfigt es, die rein wgBrige FarblSsung mit Benzol zu schfitteln, um die Base in genfigender 1Vfenge ins Benzol iiberzufiihren. Diese Tatsache ffihre ich darauf zurfick, dab die Base schon in der w/~Brigen L6sung mindestens zum Tell frei vorhanden ist, dab also der FarbstofI in w/~Briger L6sung hydrolytisch dissoziiert ist. Schfittelt man eine Farbl6sung mehrmals mit frischem Benzol aus, so verarmt die Neutralrotl6sung an der ausschiittelbaren Base, es geht immer weniger ins Benzol fiber. Daher wird die wis FarbISsung saurer (s. S. 566). Die Fi~rbungen der Gewebeschnitte, welche sorg- faltig in Alkohol entw/~ssert und in Benzol fibergeffihrt wurden, fiber- raschen einigermaBen. Die inkrustierten und die Zellinw/~nde zeigen die gleiche F/~rbung, und zwar in der Farbe der sauren Form des Farb- stoffes. Genau so farben sich alle m6glichen K5rper an, welche in lufttrockenem Zustande in die BenzollSsung gebracht werden: Filtrier- und Zeitungspapier, Kieselsaure, AI~O a -6 H20, Ca-Citrat, Zinns/~ure usw. Die F/~rbung von Filtrierpapier mit Krystallviolett hat schon FREUNDLICH beobachtet.

Bemerkenswert ist die einheitliche Farbung der heterogenen Gewebe, die einheitliche Fs yon Kiesels/~ure und AI20 a -6 HeO, La~O 2 usw., die ja sonst die saure bzw. alkalisehe Farbung zeigen. Noeh bemerkens- wetter, besonders vom kapillarchemischen Standpunkt aus, ist jedoch die F/~rbung dieser KSrper fiberhaupt. Darauf ist bislang noch yon keiner Seite hingewiesen worden. Der Farbung mit basischen Farb- stoffen in Benzoll6sung anzureihen ist diejenige mit sauren Farbstoffen im gleichen L6sungsmittel.

Auch mit sauren Farbstoffen ergeben sich ganz einheitliche Fi~rbungen der heterogenen Gewebearten und sonstigen K6rper. Gehorchen die F/~rbungen in wiiBrigen und nichtw/~Brigen LSsungsmitteln kapillarelektrischen GesetzmaBigkeiten, so ist es zum mindesten erstaunlich, dab in den benzolischen FarblSsungen iiberhaupt eine Farbung erfolgt, obwohl im Elektrosmometer keine Flfissigkeitsbewegung und damit auch jede Auf]adung unterbleibt, andererseits finder in Benzol auch kein Stromtransport statt. Benzol ist weder sauer noeh basiseh (siehe BRSNSTEDT 1928). Die theoretische Folgerung aus dem Ausbleiben der Aufladung ist die naeh dem Ausbleiben jeglieher Anfarbung in benzolischen L6sungen saurer und basischer Farbstoffe. Dieser Widersprueh zwischen Theorie und Praxis 1/s sich einigermaBen aufkl/iren durch folgende Tatsaehen.

Die Anf/~rbung lufttrockenen Papieres und lufttroekener K6rper wie Ca-Citrat, A1203, ALP04, La20 a usw. in den BenzollSsungen erfolgt meist langsam. Trocknet man das Papier scharf fiber der F]amme oder

570 A. Th. Czaja:

gliiht man die chemischen Substanzen frisch und lange aus, so wird dadurch die Anf~rbung in Benzol noch erschwert, ebenfalls dadurch, dab man zu den F~rbungen lufttrockene Gewebeschnitte verwendet. Andererseits erleichtert man das Anf~rben z. B. yon Papier, wenn man es vorher und zwischendurch anhaucht. Das gilt ffir die L6sungen der Farbbase in Benzol, aber aueh ffir evtl. L6sungen des Farbsalzes, z .B . von Neutralrot. Dieser Farbstoff 1/~l]t sieh in siedendem Benzol mit hellroter Farbe (himbeerrot) 16sen (wahrseheinlieh kolloid!). Es lassen sich nun mit lufttrockenem Papier direkte rote F/~rbungen in der siedenden L6sung erzielen. Wie auBerordentlich feuehtigkeits- empfindtieh gerade diese benzolische NeutralrotlSsung ist, geht aus folgendem Versueh hervor. Bringt man in die siedende hellrote L6sung ein angehauchtes Stfiek Zeitungspapier (ohne Druckersehw~rze) z .B. , so schl~gt sehr rasch die Farbe naeh Gelbbraun um, d. h. durch die Spuren yon Feuchtigkeit des Papieres ist die Abspaltung der Base erfotgt, die nun auch nach dem Erkal ten in L6sung bleibt, ws sich die roten LSsungen beim Erkal ten entfs ihr Farbstoff ~s wieder aus. Aus dem bisher Gesagten geht schon hervor, dab die Anf/~rbung der Gewebe und der anderen K6rper wahrscheinlich nur infolge eines grSBeren minimalen Wassergehaltes erfolgt. Gelingt es diesen noch zu beseitigen, so m u ] auch die Anf~rbung unterbleiben. Es ist aber ganz aulterordentlich schwer, die genannten Gewebe und Substanzen yon letzten Spuren yon Wasser zu befreien. Auch DEUTSCH hat schon die Frage des Wasser- einflusses bei diesen benzolischen F~rbungen erSrtert. Da er aber den gleichen Ausfall der F~rbungen ,,auch an der vollst~tndig wasserfreien Grenzfl/~che des gegltihten Quarzpulvers" beobaehtet, ist seiner Meinung nach j ede Mitwirkung yon Wasser beim Zustandekommen dieser Fs ausgeschlossen. Es ist aber relativ leieht, die Behauptung von DEVTSCH zu widerlegen durch die Untersuehungen yon B. N ] ~ A N N (1930) : ,,l]ber die Entw/isserung von Kiesels~ure". Naeh MIEI~, KOCH und K~OrZE~T betr~gt der Wassergehalt yon Kiesels~ure nach lstfindigem Glfihen bei 1000 ~ 0,5%, bei 1100 ~ 0,2%, bei 12000 0,0%. N]~UMA~N unter- suchte die Farbstoffaufnahme yon Kiesels/~ure aus einer Indanthren- Bordeaux R-L6sung in Xylol in Abh~ngigkeit vom Wassergehalt und vom Glfihen, und finder, dab bei seinem Pr/~parat die Farbstoffaufnahme vollst/~ndig unterbleibt, wenn die Kiesels~ure 1 Stunde lang bei 1000 ~ gegliiht worden ist. Wurde sie dagegen nur bei 500 ~ geglfiht, so land noch eine 29%ige Faxbstoffadsorption statt . Was fiir die Xyloll6sung gilt, ist aber ohne weiteres auf die BenzollSsung zu fibertragen. So beobachteten auch LAMER und Dow~]~s (1931), dab Indikatoren in Benzol- 16sungen sebr sicher umschlagen, wenn das Benzol wasserhaltig ist (0,57 Teile auf 1000), dab der Umschlag aber ausbleibt, wenn das Benzol absolut troeken ist (fiber metallischem Na). Es ist so gut wie sicher, dab das yon DEUTSCI~ verwendete geglfihte Quarzpulver keineswegs


,,vollst~ndig wasserfreie Grenzfl~ehe" hatte und damit seine daraus gezogenen Schliisse nicht den tats~chlichen Verh~ltnissen entsprechen. Fiir die Verantwortlichkeit von Wasserspuren am Zustandekommen der F~rbungen in den benzolischen L6sungen basischer und saurer Farb- stoffe spricht endlich noeh die Tatsache, dab s~mtliehe Anfiirbungen in der Farbe der w~Brigen LSsung erfolgen, ganz gleiehgiiltig, ob es sieh um eine sehr schwer 15sliche S~ure handelt oder um eine Base.

Wenn auch die F~rbungen in benzolischen LSsungen prinzipiell nichts Neues gebracht, sondern nur nach kritischer Behandlung ihre ~bereinstimmung mit der kapillarelektrischen I~atur der w/iBrigen und alkoholisehen F~rbungen gezeigt haben, so muBte sie bier doch kurz behandelt werden, weft gelegentlich weittragende, aber abwegige Sehliisse aus ihnen gezogen worden sind.

VI. Physikaliseh-chemisehe Eigenschaften der Zellw~inde. Nachdem gezeigt werden konnte, dab die Fiirbung der pilanzlichen

Ze]lw~nde naeh den Gesetzm~Bigkeiten erfolgt, welche die kapillar- elektrisehe Theorie der F~rbung mit basischen und sauren Farbstoffen voraussetzt, muB es unsere Aufgabe sein, die yon der F~rbetheorie ge- forderten Eigenschaften der Zellmembran etwas genauer zu untersuehen.

1. Die elel~trische Laclung der Zellwgnde.

Die fiir die Fghigkeit zur Adsorption der basischen Farbstoffe in ws L6sung wesentliehe Eigenschaft der Zellw~nde ist ihre negative elektrische Ladung. Diese ist schon gelegentlich erkannt und im allgemeinen physikalisch und in der Fs ausgewertet worden. P~RRI~ (1904), FREUNI)LIOH und LosEv (1907), MICHAELIS (1920), GYE~ANT (1921) U.a. haben z .B. die negative Ladung der Zellulosefaser ermittelt. PERRIN (1904), BETHE und TO~OPOFF (1905) und STAM• (1926) stellten die negative Ladung von Holz lest. Im Zusammenhang mit dem f~rberisehen Verhalten und ganz besonders zur Ermittlung der elektrisehen Eigensehaften der inkrustierten und der Zellinw/~nde wurde die elektrische Ladung der Zellwgnde, und zwar aus rein praktisehen Griinden nur yon verholzten und Parenehymw~nden untersucht, in Abh~ngigkeit yon der Reaktion des umgebenden Mediums. Da es nicht m6glieh war, yon den zu den F/~rbeversuehen verwendeten SproBquerschnitten gr6Bere Mengen Lignin-, Kutin- und Zellinw~nde zu erhalten, muBten die entspreehenden Zellwandmassen yon anderen Pftanzen und Organen gewonnen werden, welche sich fiirberisch genau so verhalten. Als Ligninw~nde wurde zuns Fichtenholz verwendet, welches in Form von Holzraspeln oder als Pulver ohne weitere Preparation in beliebigen Mengen erreichbar ist. Als Zellinw~nde wurde das Parenehym der Futterriibe (gelegentlieh auch der Zuckerriibe) benutzt, welches fast

57g A. Th. Czaja:

nur aus Parenehymzellen besteht. Nur ganz wenige Gef~Bgruppen sind im Parenehym verstreut anzutreffen. Da aus dem Riibenk6rper auf~erdem nur die gef~Barmen Teile gegen das Wurzelende zu verwendet wurden, handelt es sich hier um fast reines Parenchym.

Das Riibenparenehym wurde folgendermal~en vorbehandelt. Aus- gesuehte Stiicke des Riibenk6rpers wurden in Seheiben gehobelt und mindestens 24 Stunden in mehrfach geweehseltem destilliertem Wasser gewaschen und darauf auf FlieBpapier bei etwa 50--600 C getrocknet. Darauf wurden sie abermals 24 Stunden mehrfach durchgewaschen und zum zweiten Male getrocknet. Die getrockneten Schnitzel wurden entweder als Ganzes oder zu Pulver gemahlen verwendet. Als Kutin- w~nde wurden die ~uBeren stark kutinisierten Zellwandschichten der sukkulenten BlOtter von Aloe vera verwendet. Die BlOtter wurden mit einem scharfen Skalpell iiugerst diinn abgeschs Auf diese Weise wurden diinne Zellwandsehichten erhalten, die aus 2 - -3 Zellenlagen bestanden, deren i~uBerste die Epidermiszellen waren. ])as Chlorophy]l wurde mit Alkohol, Schleim und ein Teit der Inhaltstoffe durch langes Ws in destiIliertem Wasser extrahiert. Das auf diese Weise erhaltene ZelL wandmaterial besteht leider nur zum geringsten Tell aus Kutin. Ver- suche, die Kut ikula isoliert zu den Versuehen zu verwenden, seheiterten bislang an der UnmSglichkeit, aus der dutch konzentrierte Sehwefel- s~ure isolierten Kut ikula diese vollst~ndig wieder auszuwaschen, ohne die feinen H~utchen zu einer unbrauchbaren Masse zusammensintern zu lassen.

Die Bestimmung der elektrischen Ladung. Die Best immung der elektrischen Ladung der Zellw~nde und anderer

Substanzen in verschiedenen L6sungsmitteln wurde in zwei einander ~hnlichen Elektrosmometern vorgenommen. Diese Apparate sind beide nach dem Prinzip gebaut, welches P ~ I N (1904) verwandt hat, sie vermeiden aber offensichtliche Migstande (z. B. das Eintreten yon Gas- entwieklung dureh Elektrolyse), welche dem PE~RI~schen Appara t an- haften. Andererseits sind fiir die Apparate die Vorteile des Osmometers nach GY~MANT (1921) nutzbar gemacht worden, ohne dessen Unbe quemlich- keiten zu fibernehmen. Die beiden Apparate unterseheiden sich nur durch die Art der Stromzufiihrung, die ns bei der Verwendung von w ~ r i g e n und niehtw~Brigen Fliissigkeiten im Osmometer verschieden sein mu~. In Abb. lb ist das Elektrosmometer fiir w~Brige L6sungen im L~tngsschnitt dargestellt. Der Appara t besteht aus einem U-Rohr von 24 m m Dureh- messer, dessen einer Schenkel S mit der Versuehsflfissigkeit gefiillt ist. Der andere Schenkel besteht aus den drei mit Schliff zusammerdfigbaren Teilen A, B und C. Die beiden Abschnitte A und B tragen je einen seitlichen Tubus, in den mit Sehliff die beiden gl~tsernen Stromzufiihrungen Z 1 und Z~ eingepaftt sind. I)iese bestehen aus einem entsprechend geformten

Untersuchungen fiber metaehromatisehe F~rbungen yon Pflanzengeweben. 573

Stiick Glasrohr mit Schliff, welches an beiden Enden aufw/~rts gebogen ist. Das gugere Ende ist noch mit einer Glocke umgeben. Diese Strom- zufiihrungen sind mit gesgttigtem KC1-Agar gefiillt, die Glocke zum Teil mit gesgttigter KC1-L6sung, in die je eine gesgttigte Kalomel- elektrode eintaucht. Tefl B trggt am unteren Ende eine Einziehung und ist plan geschliffen. Diese 0ffnung wird nach den Angaben yon Gu (1921) mit einer Fil- trierpapierscheibe verschlossen (mit Kollodiuml6sung am Rande ~ ) / / angeklebt). Um diesen Dia- phragmatr/~ger widerstandsf~hi- R /( ger zu gestalten, binde ich ein ~ ~ S~fickchen loekerenVerbandmull dariiber. In den q- zylindrischen Teil yon B wird dann die zu untersuehende Substanz in Pul- Z 1 verform mit der entsprechenden L6sung hineingeschl~mmt, die ~ f ' ~ sieh dann auf dem Filtrierpapier- i ~ . ~ ~ scheibchen zum Diaphragma ab- setzt. Die Eigenladung des Fil- trierpapiers spielt gegeniiber .... - 1 derjenigen des sehr viel dickeren z Ze Diaphragmas keine Rolle. Der ~ - - ~ - - ~ - - " Tell C tr/~gt den seitlichen Ansatz R, an den mit einer kurzen Sehlauehverbindung die Kapil- ~ lare direkt (Glas an Glas!) angesetzt wird. Der Hahn H ge- a starter die luftblaseIffreie Fiil- b lung des zusammengesetzten Abb. 1. a Ninzelne Elek t rode m i t SchliffstSpsel Sehenkels dureh Hochsaugen z~m E]ektrosmometer ffir nichtwhl~rige Flfissig-

keiten, b E l e k t r o s m o m e t e r fiir w~grige L6sungen; der Fliissigkeit. Der geeignete Erklarung im Text. Stand des Meniskus in der ]eicht ansteigenden Kapillare (yon etwa 50 cm L/~nge) wird durch Aus- gleich des Meniskus im freien Schenkel S erreieht. Die Kapfllare trggt eine MeBskala mit einem Nullpunkt in der Mitte. Fiir nichtw/tBrige Flfissigkeiten wird der gleiche Apparat verwendet, der aber statt der beiden Stromzuleitungen Z 1 und Zg. die in Abb. la dargestellte Platinelcktrode enth~lt. Die Elektroden bestehen aus einem Glasst6psel zum VersehlieBen des seitlichen Tubus yon A und B, der innen ein eingeschmolzenes Platin- blech und augen eine Klemmschraube tr~gt. Die beiden Apparate werden in der besehriebenen Ausfiihrung von der Glasbl/~serei Cart Geyer, Berlin NW 6, KarlstraBe 11, hergestellt.

574 A. Th. Czaja :

Die zu den Messungen an den Elektroden angelegte Spannung be- t rug in allen Versuehen 135 Volt, der Spannungsabiall zwischen den Elektroden 17 Volt pro Zentimeter. Vor der Ablesung des Fliissigkeits- transportes in der Kapfllare wurde der Strom mehrere Male in ver- sehiedener Richtung dureh das Diaphragma hindurchgeschiekt, bis die Wanderung der Fliissigkeit etwa gleichm/~gig naeh beiden Riehtungen

erfolgte. Dieses Einspielen- r ~ �9 lassen wurde naeh dem Vor-

20~ ~ - ~ ' ~ - ! -~ gang von GLIXI~LLT (1917) und GY~MA~T (1921) ange-

Z wendet. Der Flfissigkeits- I I I 1 I

z 3 ~ 5 ~ 7 8 ~ z z lz]~ z transport erfolgte stets im A b b . 2. E l e k t r o s m o s e k u r v e f t i r F i c h t e n h o l z . gleichen Sttick der Kapfllare.

Die zurtickgelegte Streeke wurde an einer Millimeterteilung abgelesen. In Abb. 2 und 3 sind die in 30 Sek. vom Nullpunkt der Kapillare aus vom Meniskus zurtick- gelegten Streeken in Abh/~ngigkeit von der Wasserstoffionenkonzentration fiir Fichtenholzraspeln und gepulvertes Rfibenparenchym kurvenm~Big dargestellt. Der Flfissigkeitstransport erfolgt bei dem Zellwandpulver

/0 L I r r,,. 2 3 ~ 5 6" 7 8 3 ~ 11 /2/~/t

A b b . 3. E l e k t r o s m o s e k u r v e f f i r R i i b e n p a r e n c h y m ,

stets mit dem Strom, das Diaphragma ist also negativ geladen. Bei Fichtenholz ist die Ladung bei PH ~ 2 vernichtet. Mit abnehmender Wasserstoffionenkonzentra-

tion steigt sie kontinuierlieh an. Bei Rtibenparenehym be-

ginnt merklieher Fltissigkeitstransport erst bei PH---= 3. Dieser nimmt bei abnehmender Azidit/~t raseh zu.

Die auf diese Weise ermittelte Ladung der beiden Zellwandkategorien in Abh~ngigkeit v o n d e r Wasserstoffionenkonzentration, gemessen am elektrosmotisehen Fliissigkeitstransport, stimmt gut iiberein mi~ dem f~rberisehen Verhalten der Zellw~nde entspreehend der kapiUarelektrisehen Theorie der F~rbung.

Im absoluten s/~urefreien ~thylalkohol zeigten Fiehtenholzraspeln und gepulvertes Rtibenparenehym als Diaphragma stets positive Ladung. Bei 135 Volt Spannung und einem Spannungsabfall yon 19 Volt pro Zentimeter wanderte bei Fichtenholz der Meniskus 3,5 mm in 30 Sek., bei Rtibenparenehym 9 mm in der gleichen Zeit. Ftir Ca-Citrat wurde bei positiver Ladung unter den gleichen Versuehsbedingungen in 30 Sek. 12 mm Fliissigkeitstransport ermittelt.

2. Der iiu[3ere Ionenschwarm der eleldrischen Doppelschichte. Die Ursaehe der elektrisehen Aufladung an der Phasengrenzfls

ist in der Ionenadsorption zu suehen. Da die H'- und OH'-Ionen die

Unr fiber metaehroma~ische ]?~rbungen yon Pflanzengeweben. 575

am st/~rksten adsorbierbaren, andererseits in wi~Brigen LSsungen stets vorhanden sind, so sind die elektrischen Aufladungen (das gilt ffir die biologischen Objekte besonders) in erster Linie auf die Adsorption dieser Ionen zurfickzufiihren. Da aber die an der Phasengrenzfl/~che adsorbierten Ionen yon gleicher Ladung nicht ohne entsprechende Kompensation (Elektro/~quivalent) durch entgegengesetzt geladene Ionen verharren k6nnen, hat sehon Qtri~CKV, (1861) die Bildung der elektrischen Doppel- schicht an der Phasengrenzfl~che angenommen. Die innere Ionen- belegung dieser Doppelschichte wurde oben dureh die Charakterisierung der elektrischen Ladung der Membranporen n/~her beleuchtet. Die /s mit der Membranoberfl/s weniger lest verbundene Ionen- belegung soil nun etwas n/~her betrachtet werden.

Die Eigenscha/ten der Zellwdnde, erldiutert am Beispiel der Kohle als Adsorbsns.

Die Versehiebungen der Anf/irbung der Zellw/inde in sauren und weniger sauren bis neutralen oder schwach alkalischen LSsungen basiseher Farbstoffe nach der weniger sauren oder weniger alkalischen Seite lieB die Vermutung aufkommen, dab die Zellw/~nde in gewissem Umfang ein entsprechendes Verhalten zeigon wie die Kohle. ,Eine LSsung, welche aus beliebig viel Ionenarten besteht nnd sauer reagiert, kann durch Schfitteln mit Kohle niemals sauer, sondern immer nut weniger sauer werden; umgekehrt kann eine alkalische LSsung durch Kohle immer nur weniger alkalisch werden. Jede LSsung n~hert sich also bei Behandlung mit Kohle der 1%utralit~t, und eine neutral re- agierende L5sung kann durch Kohle niemals deutlich sauer oder alkalisch werden" (MIc~AELIS 1922). Diese zuerst yon LSFFL]~I~ und SPIRO (1918/19) experimentell ermittelte Tatsache bezeichnet MICHAELIS als den Ncutralisationse/]ekt der Kohle. Naeh der i~lteren Definition yon S/~ure und Base ist ,,die Kohle ein nicht molekulardisperser, absolut un- 16slicher Ampholyt, der H'- und OH'-Ionen /ast gleich starlc binder; dessen isoelektriseher Punkt also bei anni~hernd neutraler Reaktion liegt" (MIcHAELIS 1922). In Tabelle 13 ist ein derartiger Adsorptionsversuch mit Tierkohle wiedergegeben, und zwar einmal mit Phosphatpuffern nach SS~ENSEN (1909 und 1912) modifiziert nach KROETZ (1924), der die Reihe erweitert hat. Die Tabelle 13 enth~lt ferner den gleichen Versuch noch mit ungepufferten LSsungen, also mit HC1 anges~uertem und mit NaOH alkalisch gemachtem Wasser. In beiden F~]len ergibt sich ein isoelektriseher Punkt bei etwa PH ~ 7.

Die Versuehe mit der Tierkohle zeigen eine auffallende Diskrepanz insofern, als sich zwar im Adsorptionsversueh ein isoelektrischer Punkt (oder vielleieht besser mit BETHE und TOROPOrF ,,Indif]erenzpunkt") bei etwa PH 7 ergibt, aber die elektrische Ladung im Elektrosmose- versuch keineswegs umgekehrt wird. Wenn aueh der isoelektrisehe

576 A. Th. Czaja:

Tabelle 13. Versuch mi~ Carbo animalis sicc. pro analysi Merck bei Zimmertemperatur.

In Phosphatpnffergemisehen nach S6RENSEN -~ROETZ

v o r h e r

1,94 2,70 3,46 4,14 5,44 5,80 6,70 7,46 8,40

PH

2,00 3,24 4,94 5,30 5,72 5,94 6,70 7,44 8,30

ptt-Differenz

- - 0,06 - - 0,54 - - 1,48

- - 1,16 - - 0,28 - - 0,10

0,00 + 0,02 § 0 , i 0

In ungepufforten L6sungen HG1- tt~O -- NaOH

PH l nach 20 Std.

2,03 2,44 3,03 6,10 3,82 6,00 4,16 6,36 5,04 6,74 5,56 6,72 6,36 6,92 7,00 6,96 7,28 7,22 8,04 7,36

p~- Differeaz

- - 0,41 - - 3,07 - - 2,18 - - 2,20 - - 1,70 - - 1,16 - - 0,56 + 0,04 + 0,06 + 0,68

Punkt und der Indifferenzpunkt wie BETHE und TOROPOFF (1915) gezeigt haben, meist nicht genau zusammenfallen, so ]iegen sie doch in einem engen PH-Bereich beieinander. Die beiden Autoren konnten bei der von ihnen verwendeten Retortenkohle keine Umkehrung der elektrischen Ladung (--) beobachten, sondern nur deren Vernichtung bei etwa pH2, wahrend GYEMANT (1921) die Richtungsumkehrung der Elektrosmose mit HC1 bei PH 4,2, mit H2SO a bei PIt 3,4 erhielt. Bei der yon mir verwendeten Kohle (Carbo animalis sicc. pro analysi, Merck) erfolgte die Umkehrung der Elektrosmoserichtung bei etwa p• 2,5, obwohl der Indiffercnzpunkt bei neutraler Reaktion gelegen war. Auf diese Dis- krepanzen ist meines Wissens noch nie hingewiesen worden.

Das Verhalten der welter oben beschriebenen Zellwandmassen sowohl in ungepufferten L6sungen wie auch in den Phosphatpuffergemischen (nach S6~SEN-K~O~TZ) ist dargestellt in den Kutwen Abb. 4--7. Diese Membran-Adsorptionsversuche wurden so ausgefiihrt, dal~ in einem Reihenversuch yon meist 10 Stufen in E~LE~M~YER.K61bchen aus Jenaer Geri~teglas (100 ccm Inhalt) je 0,5 g Membransubstanz auf 25 ccm LSsung eingetragen wurden. Meist nach etwa 20 Stunden bei Zimmer- temperatur wurde dann die Reaktion der iiberstehenden L6sung elektrometrisch gemessen. Ein Blindversuch zeigte, dal~ weder die Berfihrung mit dem Glas noch die Luftkohlens~iure in der Lage war, die Reaktion der verwendeten L6sungen in den verst6pselten K61bchen innerhalb der Versuchszeit merkbar zu verschieben.

Die Kurven der inkrustierten Membranen (Holz und Kork, Abb. 4 und 5) zeigen in den g~nzlich ungepufferten L6sungen auf der sauren Seite bis etwa PH 4,5 bzw. 4,8 (Indiiferenzpunkt) geringe Adsorption yon H'-Ionen, d. h. aber , dab sich besonders im Auflenschwarm der Ionen- doppelbelegung H'-Ionen in genfigender Menge (dutch Abdissoziation) befinden, so daft nur geringe Aufnahmef~higkeit ftir diese besteht. In weit st~rkerem MaBe kommt dieses Verhalten in den Phosphat-

Un~ersuchungen fiber metachromatisehe F~rbungen von Pflanzengeweben. 577

puffergemischen zum Ausdruck. Die entsprechenden Kurven zeigen fiir Holz keine p n - ~ d e r u n g , fiir Kork nur ganz geringe. Auf der alkalischen Seite des Indifferenzpunktes findet ffir Holz und ffir Kork ganz erhebliche Verschiebung der Reaktion der ungepufferten LSsung gegen den In- differenzpunkt hin statt, d .h . die LSsungen werden weniger alkalisch.

o o

~" Wa3ser yon ver,,.'~/~'d. Reak~an o'a,& _

0,5 %

A b b . 4. A d s o r p t i o n s v e r s u c h m i t F i c h t e n h o l z p u l v e r i n ~Vasse r y o n v e r s c h i e d e n e r R e a k t i o n u n d i n P h o s p h a t p u f f e r .

Diese Adsorption von OH'-Ionen kommt ebenfalls in den PufferlSsungen zustande, jedoch in geringerem MaBe. Auffallenderweise finder gegen pg 7 zu in beiden Kurven eine Verringerung der Adsorption statt. In diesem Verhalten kommt zum Ausdruck, dab die Membranen bei negativer Ladung in w~i]riger LSsung an der Oberflgche ihrer Poren im gu6eren

~_~ ~ I

S 8 7 O/a,/ I I . _ o - I I ~'

\ Wa3ser yon verseb/bd. 2eaktlb/1 ~_ Ph~photpuf~p ~

A b b . 5. Ad~sorp t ionsve r such : m i t K o r k r a s p e l n . E r k l g r u n g w i e z u A b b . 4.

Ionenschwarm vorwiegend H'-Ionen besitzen, die unter Beibehaltung ihrer Ladung die OH'-Ionen des Innenschwarmes kompensieren. Aus den Fgrbeversuchen geht hervor, dab die Menge der adsorbierten H'-Ionen im AuBenschwarm einem gewissen Gleichgewicht zustrebt, denn bei Verschiebung der Ionenkonzentration in der umgebenden LSsung strebt die Fgrbung der Membran immer einer bestimmten Farbe zu, ngmlich einer solchen, die einem PH yon etwa 3 entspricht. Dieses Gleichgewicht bleibt, wie die Fgrbungen zeigen, bis fiber den Indifferenzpunk~ erhalten. Darfiber hinaus aber nimmt die F~rbung einen weniger sauren Charakter an, was sich in einem leichten Farbwechsel

575 A. Th. Czaja:

zu erkennen gibt. In diesem Bereieh nimmt die Menge der H'-Ionen im AuBensehwarm merklich ab.

Naeh dem adsorptiven Verhalten in den LSsungsreihen und in den Ft~rbeversuchen entspricht der Menge der H'-Ionen im Au$ensehwarm der Membranporen die im Innenschwarm vorhandene Menge von OH'- Ionen nach den Versuchen fiber die elektrische Ladung.

Mit der Zunahme der Wasserstoffionenkonzentration auf der sauren Seite des Indifferenzpunktes nimmt die elektrisehe Ladung ab, bis sie bei PH 2,0 v511ig vernichtet ist. In diesem Punkte ist die Ladung der OH'-Ionen in der Innenbelegung abgesattigt. Mit abnehmender Wasserstoffionenkonzentration nimmt die Adsorption der OH'-Ionen

1/

g ~ ~,o �9

A

+ + + . . . . . + ,

m g5

- - Wasser yen v~rsch/ed. ReaM~on o 1,5 --- PhosphatpufPer

. . . . . . ~'l~fpuf~r Abb+ 6. A d s o r p t i o n s v e i ' s u c h m i t g e t r o c k n e t e m R i i b e n p a r e n c h y m in W a s s e r y o n ve r s ch i edene r

R e a k t i o n , in P h o s p h a t - u n d C i t r a tpu f f e r .

stetig zu, die Ladung vergr61~ert sich. Damit t~ndert sich auch die Zu- sammensetzung des AuBenschwarmes, bis im Indifferenzpunkt weder It ' - noch OH'-Ionen adsorbiert werden. Unterhalb dieses singult~ren Punktes mfissen sich vornehmlich H'-Ionen im AuBenschwarm befinden, oberhalb dieses Punktes nimmt die Zahl der Hydroxylionen mehr und mehr zu.

Aus dem geschflderten Verhalten der inkrustierten Membranen geht hervor, da$ es sich bei ihnen um saure Ampholytoide handeln muG, im Gegensatz zu der Anschauung yon A. WI~L]~R (1912), der allen Zellwanden einen sauren Charakter abspricht. Bei den inkrustierten Zellwt~nden kann zwar durch Steigerung der Wasserstoffionenkonzen- tration die negative Ladung vernichtet werden, doch gelang es bisher nicht, eine positive Aufladung zu erzielen.

Die Kurven der Zellinwdnde (Abb. 6) unterscheiden sieh charakteristisch von denen der inkrustierten Membranen. Zunt~chst liegt der Indifferenzpunkt mehr naeh der alkalischen Seite zu versehoben, in

Untersuchungen ~iber metachromatische F~rbungen von Pflanzengeweben. 579

den ungepufferten L6sungen etwa bei PH 5,5. In diesen L6sungen fs die starke Adsorption yon Wasserstoffionen auf im sauren Bereieh, bei der es sich zweifellos nicht um bloBe Adsorption, sondern um Ab- dissoziation von OH'-Ionen handeln muB, wie ja aus den FiLrbeversuehen zu entnehmen ist. I m starker sauren Bereich aber kommt es zweifellos zu einer Abs~ttigung dutch Hydroxylionen im AuBenschwarm, denn es finder hier im allgemeinen keine Anf~rbung start. Bei negativer Ladung der Membran ~ also Uberwiegen von OH'-Ionen in der Innen- belegung - - beginnt in den Phosphatpuffern sehon bei PH 4,7, in den

z,5

2,o I-

o j 1 / -

~ ~ve~er yon ~eesc~ed. Read/on

~ 1,0 ] - - - PiTos#lTato~/t)~r

Abb. 7. : kdso rp t ionsve r such m i t s l~i ibenschnitzeln in VCa,~ser yon ve r sch iedene r R e a k t i o n u n d in P h o s p h a t p u f f e r .

ungepufferten L6sungen erst bei pH 5,5 eine merkliche Adsorption von OH'-lonen, und damit steigert sich die negative Ladung der Membran. andererseits n immt auch die Menge tier OH'-Ionen im AuBenschwarm zu. Diese hat schon in sehr schwach sauren L6sungen auf der sauren Seite vom Indifferenzpunkt zugenommen, so dab die OH'-Ionen im AuBen- schwarm an Menge fiberwiegen, wie der Ausfall der F~rbungen in ge- eigneten Farbstoffen zeigt.

Aus dem Verhalten der Zellinw~nde geht hervor, dal~ es sich um basische Ampholytoide handeln muB. Sie werden sich also nicht nur im Zustande der Neutrali ts befinden, wie SvE~ OD~X (I916) meinte, sondern darfiber hinaus im alkalischen Gebiet wirksam sein. Auch bei den Zellinw~nden wird zwar die negative Ladung durch steigende Wasserstoffionenkonzentration bei etwa PH 1,5 vernichtet, eine positive Aufladung konnte abet bislang noch nicht erzielt werden.

I n Abb. 7 ist der Kurvenverlauf gegeben, wie er mit lebendfrischem Rfibengewebe unter sonst gleichen Bedingungen erzielt wird. Es zeigt sieh, dab die Kurven im Prinzip denen an den getrockneten Membranen

580 A. Th. Czaja:

gewonnenen sehr/s sind, wenn auch ihr Verlauf noch ausgepr/~gter ist. Der Indifferenzpunkt liegt zwisehen PH 6 und 7 (vgl. dazu aueh S. 591).

In den oben mitgeteilten Resultaten ist das Vorhandensein eines Indifferenzpunktes ftir Tierkohle naeh friiheren Angaben wieder best~tigt worden, andererseits wurde die Existenz derartiger singul~rer Punkte flit verholzte und Zellinwi~nde nachgewiesen. Es wurde ferner betont, da~ die adsorptiven Eigenschaften der Tierkohle und der Zellwand- massen lokalisiert sind in dem i~uBeren diffusen Ionenschwarm der HEL~OLTzsehen Doppelschichte. Nach den Untersuehungen yon

Tabelle 14. Der Suspendierungseffekt yon Blutkohle bei verschiedener Reakt ion des Dispers ionsmit te ls (nach G. W~O~EI~ 1930).

Y e r -

such

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

Zngesetzte Natronlauge

Mflli- gquivalente

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,60

der Suspension

4,12 4,42 4,75 5,11 5,32 5,67 5,88 6,05 6,40 8,77

Pn

des Disper- sionsmittels

6,30 6,31 6,63 6,81 6,84 7,03 7,13 7,30 7,37 8,03

WIEGNER und seinen Mit- arbeitern finder die ionale

Zusammensetzung des s Ionenschwarmes ihren Ausdruck in der Art des Ansprechens auf eine geeignete Elektrode im Suspendierungseffekt bei Suspensionen. In Tab. 14 (Versuch 1--5 z. B.) ist der Suspendierungseffekt der Blutkohle nach einem Versueh vonWIEGNSRwie- dergegeben. Bestehenwirk- lieh die oben fiir die Ad- sorptionsverh~ltnisse yon

Kohle und den inkrustierten und Zellinwi~nden geltend gemachten ~ber- einstimmungen, so miiBte sich auch bei den Zellwandmassen in geeigneter Verteilung der Suspendierungseffekt nachweisen lassen. Fichtenholzpulver und gepulvertes Riibenparenchym wurden in destilliertem Wasser auf- geschwemmt und nach h~ufigem Waschen mit destilliertem Wasser an der Chinhydronelektrode auf den Suspendierungseffekt geprfift. In Tabelle 15 sind einige Ergebnisse dieser Messungen zusammengestellt, die fox jede Membrankategorie je zwei Messungen enthi~lt, welche an der gleiehen Probe unmittelbar nacheinander ausgefiihrt wurden. Dadureh ist die Existenz eines Suspendierungseffektes fiir das Membranpulver bewiesen_ Es kann keinem Zweifel unterliegen, da~ die durch das Pulveri- sieren hergestellte i~uBere Oberflgche der Zellwandmassen im entferntesten nicht vergleichbar ist mit der natiirlicherweise vorhandenen inneren Oberfls der Zellw~nde. Da diese letztere aber nicht irgendwie zum Ansprechen auf eine :Elektrode gebracht werden kann, so stel|t das Pulvern einen wenn auch unzul~nglichen Ersatz dar.

Die schon weiter oben gezeichnete (~bereinstimmung im Verhalten der Substanzen, welche den sauren Suspendierungseffekt (und saure

Untersuchungen' fiber metachromatische F~rbungen von Pflanzengeweben. 581

F~rbungen) ergeben, mit den inkrustierten Zellw~nden und denjenigen KSrpern, welche den alkalischen Suspendierungseffekt (und alkalische F~rbungen) zeigen, mit den Zellin- (und Kollenehym-) W~nden scheint nicht durchfiihrbar zu sein, da die Zellinwi~nde nach Tabelle 15 den sauren Suspendierungseffekt ergeben und nicht, wie zu erwarten w~re, den alkalischen, obwohl sie regelmi~Big wie jene ModellkSrper alkalische F~rbungen annehmen. Offenbar liegt hier ein Widerspruch vor, da ein und dieselbe Membransubstanz an der Elektrode den sauren, f~rberisch aber den alkalischen Effekt zeigt. Nach der heutigen Kenntnis kann aber ein suspendiertes Teilchen nieht gleichzeitig den sauren und den alkalischen Suspendie-

rungseffekt ergeben. Die Aufkl~rung dieses

seheinbaren Wider- spruehs ls sich dutch folgende Oberlegungen geben.

1. Die Fs zeigen aufs Deutlichste, dab die Zellinwand ein heterogenes Gebilde ist.

Tabelie 15. Suspendierungseffekt yon Zell- wandpulver in des t i l l ie r tem Wasser.

Z e l l w a n d p u l v e r

F ichtenholz If ~ Parenchym der

Futterrfibe { I ~

PH

tier Suspens ion

4,45 4,44 4,81 4,82

des Zen t r i - f uga t e s

4,57 4,55 5,00 5,00

Sie besteht aus der Mittellamelle und den angelagerten Sekund~rlamellen aus Zellutose (und Begleitstoffen). Tr~gerin der F~rbung ist jedoch fast nur die Mittellamelle, die Sekunds nicht. Zu Beginn der Fi~rbungen sieht man zwar, dab auch die Sekund~r- lamellen etwas yore Farbstoff der Mittellamelle tragen, dal] dieser Farbanteil aber sehr bald verschwindet. Es ist bekannt, dal3 die Zellulose keine Affinits zu don basischen und sauren Farbstoffen in w~l~riger L6sung hat. Andererseits tri~gt die Zellulose inWasser negative Ladung. - - 2. Die zu den elektrometrischen Messungen verwendeten Zellinwi~nde sind also yon dieser heterogenen Zusammensetzung. Es handelt sich dabei um Membranbruchstiicke, die im allgemeinen nur im Innern ein Sttick Mittellamelle enthalten. Mengenmitl3ig ist aber der Anteil der Mittel- lamelle sehr gering gegeniiber der Zetlulose der Sekund~rlamellen.

Wenn also die Bruchstficke dieses Membranpulvers gegen die Elek- trode prallen, dann kommt sicher in 99% der F~lle gar nicht die Sub- stanz der Mittellamelle mit der Platinelektrode in Beriihrung, sondern die Zellulose. Diese zeigt abet gar nicht den alkalischen Effekt. Um diesen also aueh elektrometrisch zu effassen, w~re es notwendig, mit der Substanz der Mittellamelle allein zu arbeiten. Das ist aber aus rein technischen Grtinden nicht m6glich. Wohl l~13t sich im Modellversuch zeigen, dal] Substanzen mit ithnlichem Suspendierungs- bzw. Membran- effekt und s chemischer Zusammensetzung wie die der Mittel- ]amelle den alkalischen Suspendierungseffekt an der Elektrode zeigen (vgl. das Verhalten der Ca-Verbindungen in Tabelle l l , S. 560, und den

P l a n t a Bd . 21. 3 9

582 A. Th. Czaja:

Naehweis des Ca in der Zellwand, S. 565). Andererseits gelingt aber auch der Naehweis, dab Zellulose den sauren Suspendierungseffekt an der Elektrode gibt. Zu dieser Feststellung wurde entfettete Verbandwatte rein verteilt , in destilliertem Wasser suspendiert und w/~hrend 24 Stunden oftmals mi t destilliertem Wasser gewaschen. Verwende~ man nicht zu diehte Suspensionen (mit Chinhydron ges/~ttigt) zu den Messungen, so ist ein Zusammenballen der Zelluloseteilehen nicht zu befiirehten, das Absitzen bzw. Zur-Ruhe-kommen erfolgt raseh. Man braueht nur durch Heben und Senken der Platinelektrode die Suspension aufzurfihren.

In Tabelle 16 sind mehrere in weni- Tabelle 16. Suspendierungseffek~

von Zel lulosepulver .

Suspension (aufgeriihrt) . . Dispersionsmittel . . . . . Suspension (aufgeriihrt) . . Dispersionsmittel . . . . .

P~

6,40 6,80 6,45 6,80 USW,

gen Minuten aufeinanderfolgende Werte zusammengestellt.

Durch den Nachweis des sauren Suspendierungseffektes des Zellu- losepulvers ist es nach den oben gegebenen ~berlegungen doch reeht wahrscheinlich, dab dieser saure Effekt den alkalisehen Effekt der

Substanz der Mittellamelle an der Elektrode iiberdeckt, der ja f/~rberisch vorhanden ist.

Der /~ul~ere Ionenschwarm der Zellw/inde gestat tet in einigen Ver- suchen noch einen weiteren Einblick in seine Zusammensetzung. BETHW~ und TOROPOFF hat ten n~mlich gezeigt, daB der Indifferenzpunkt einer Diaphragmensubstanz durchaus nicht zusammenfallen muB mit dem isoelektrischen Punkt , d. h. mi t dem Punkt , in dem die innere relativ feste Ionenbelegung auf einen /~uBeren EinfluB hin das Vorzeichen wechselt. I m allgemeinen liegen diese Punkte • nahe beieinander. Das Beispiel der Kohle aber lieB schon erkennen, dab bei manchen Substanzen wahrscheinlich zwischen beiden Punkten ein grSBerer Absband liegen kann. Der Indifferenzpunkt ist nun dadurch charakterisiert, daB mindestens innerhalb des /~uBeren Ionensehwarmes Gleichgewieht besteht zwischen H ' - und OH'-Ionen, dab also weder die einen noeh die anderen adsorbiert werden. Zu beiden Seiten dieses Punktes iiberwiegt aber je eine dieser beiden Ionenarten, also auf der sauren die H -Ionen, auf der alkalischen die OH'-Ionen. Die Folge davon und die Konsequenz aus den Untersuchungen yon WIEGNER (1930) ist die, daft die Tierkohle und damit jede andere Substanz yon entspreehendem Verhalten, auf der sauren Seite des Indiffererizpunktes den sauren und auf der alkalisehen Seite den alkalischen Suspendierungseffekt zeigen muB. Der einzige Versuch, der bislang in dieser Richtung unternommen worden ist, s t ammt von WIEGlqER (1930) (obwohl n i ch t unter diesem Gesichtspunkt angestellt) und ist schon oben in Tabelle 14 (Versuch 1--10) wiedergegeben. Die Blutkohle zeigt tats/~chlich das geforderte Verhalten. Es wurde nun der Versuch gemacht, aueh fiir die Membranpulver an der Elektrode

Untersuchungen fiber metachromatische Fiirbungen yon Pflanzengeweben. 583

das gleiche nachzuweisen, aber die Messungen scheiterten bislang daran, dab in sauren und alkalischen LSsungen das Membranpulver angegriffen wird und dann mit dem Chinhydron reagiert, so dab keine konstante und reproduzierbare Potentialeinstellung erhalten werden konnte. Da- gegen lie~en aber F~rbe- und Umf~rbeversuche erkennen, da~ tat- s~chlich bei beiden Membranen bei gleichbleibender elektrischer Ladung (negativ) ein Wechsel im Vorzeichen des Membraneffektes hervorgerufen werden kann. Zur Erls soll auf den Versuch yon S. 553 mit Brillantcresylblau zurfickgegriffen werden. Die inkrustierten W~nde sind blau gef~rbt, die Zellinwi~nde violett, also metachromatisch. ErhSht man im AuBenschwarm die Menge der OH'-Ionen (Zugabe yon/qaOH), so wird die negative Ladung der Zellw~nde erhSht. Gleichzeitig mul~ aber auch eine Vermehrung der Ott '-Ionen im Au~enschwarm der Oberfls der Membranporen auftreten. In diesem Falle ergab die Blutkohle in Versuch 10 der Tabelle 14 den alkalischen Suspendierungseffekt. Bei den inkrustierten Zellw~nden tr i t t das gleiche ein (alkalischer Poren- effekt), n~mlich Umf~rbung yon der S~urefarbe zur Alkalifarbe, Farb- wechsel yon Blau fiber Violett nach Karminrot. Dieser Farbumschlag ist vollkommen reversibel und beliebig oft reproduzierbar, durch Aus- waschen oder Ans~uern. Mit der Alkalizugabe zum gefi~rbten Gewebe- schnitt steigert sich bei den Zellinwi~nden der alkalische Membran- effekt, indem die Farbe yon Violett nach Rot und Getbrot fibergeht. Auch diese Umf~rbung ist vollkommen reversibel. Bemerkenswert ist das feste Haften des Farbstoffes an den Membranen (ErhShung der negativen elektrischen Ladung im alkalischen Gebiet). Gibt man umgekehrt zu den mit Brfllantcresylblau in wi~6riger LSsung gef~rbten Schnitten Salz- oder Schwefets~ure zu, so verlieren die Zellinw~nde rasch • grol~e Mengen des Farbstoffes (Abnahme der elektrisehen Ladung!), der sich sofort nach Blau umf~rbt und bei geeigneter geringer S~urekonzentration die Mittellamellen blau f~rbt, d. h. die W~nde-der Parenchymzellen mit der S~ureform, d. h. es t r i t t der saure Porene]/ekt auf. Auch diese Um- f~rbung ist durch Auswaschen oder Alkalizugabe vollkommen reversibel. Die inkrustierten Zellw~nde verlieren bei geringer Ans~uerung zuns nur wenig Farbstoff. Da sie in Brillantcresylblau nicht metachromatisch gefs sind, t r i t t hierbei auch kein Farbwechsel ein. In st~trker sauren L5sungen wird auch ihnen der Farbstoff starker entzogen infolge Ver- minderung der elektrischen Ladung. Sind die inkrustierten Zellw~nde mit Krystallviolett gefi~rbt, das sie in wi~I3riger LSsung (rotviolett) ebenfalls metachromatisch (violett) anf~rbt, so t r i t t bei diesen bei Anss ebenfalls ein Farbwechsel auf, eine Umf~rbung yon violett nach blau, also Verschiebung des sauren Membraneffektes in das mehr saure Gebiet. Versuche, die GrSBe des sauren und alkalischen Membraneffektes kolorimetrisch quantitativ zu bestimmen, wurden bisher nicht ausgefiihrt. Sie sollen sp~terer Arbeit vorbehalten bleiben.

39*

584 A. Th. Czaja:

VII. Literaturbesprechung und Schlul~bemerkungen. I m experimentellen Teil glaube ieh den gesicherten Naehweis er-

braeht zu haben, dab die Metaehromasie der pflanzlichen Zellw~nde im lebenden wie im toten Zustande auf dem Vorhandensein eines sauren (bei den inkrustierten Zellw~nden) und eines alkalischen (bei den Paren- chym- und Kollenchymw~nden) Membran- oder Poreneffektes beruht. Dieser wird hervorgerufen dadurch, dab bei minimaler LSslichkeit der Wandsubstanz eine oberfl~tchliehe Aufloekerung des Gitters der Wand- substanz erfolgt. In dieser AuflSsungszone wird ein stetiger Ubergang yon festgebundenen Gitterionen fiber halbgelSste bewegliehere Ionen zu den vSllig ffeien Ionen des L6sungsmittels vorhanden sein. Eine solche Zone um den wenig 16sliehen KSrper beeinflut~t durch die Zonenionen und die des LSsungsmittels den physikalisch-chemisehen Zustand der als heterogenes System aufzufassenden Zellwand. Ein typischer Ionen- effekt besteht in der Bestimmung der Gr6•e des Potentialsprunges einer auf sie ansprechenden Elektrode, wenn die zusammenh~ngende Wand vorher gepulvert wurde. Ein entspreehender Effekt t r i t t siehtbar auf auch an der zusammenh~ngenden, also nichtgepulverten Zellwand, wenn S~ure-Basenindikatoren in w ~ r i g e r LSsung in diese AuflSsungszone gelangen. In diesem Falle tr i t t der Zoneneffekt als Metachromasie siehtbar in Erseheinung.

Nachdem die Erseheinung der Metachromasie soweit erkl~rt werden konnte, soll zun~chst noch kurz die Literatur zu diesem Problem kritisch beleuchtet werden.

L. MICttAELIS (1903) war versueht, die Metachromasie der Mast- zellen seiner tierisehen Gewebe so zu deuten, dal~ die Granula dieser Zellen stark alkalisehe Reaktion haben und dadurch in der Lage sein sollten, aus den Farbsalzen die anders gef~rbte Farbbase in Freiheit zu setzen. Das konnte seiner Meinung nach aber aus dem folgenden experimentellen Grunde nicht richtig sein. Wenn man n~mlieh die atkalisehe Reaktion dieser Zellen durch Zugabe yon S~ure neutralisiert, so mfil]te damit die in die Zellen eingedrungene Farbbase mit der zu- geffigten S~ure sofort wieder die anders gef~rbten Farbsalze ergeben. Das t ra t aber in den Versuchen yon MICgA~LIS nieht ein. Die Ursache des Ausbleibens hat MIeHA~LIS nicht n~her untersucht. Damit ist aber auch die Erkl/~rung der Metachromasie durch verschiedene l%eaktion des zu f~rbenden Substrates ffir MICHAELIS erledigt, u n d e r stellt die experimentell nicht gestfitzte Tautomeriehypothese der Metachromasie der basisehen Farbstoffe auL Die Ursache soll danach nieht im Gewebe, sondern allein in der FarblSsung zu suchen sein. Die FarblSsungen sollten ein Gemisch aus zwei Formen desselben Stoffes darstellen, die beide die gleiche summarische Formel (Bruttoformel) haben, aber in ihrer Konstitutionsformel irgendeinen kleinen Untersehied aufweisen sollten, dergestalt, dad beide Formen leieht ineinander fibergehen k6nnten.


Infolgedessen sollte es auch nicht m6glich sein, die Molekfile der einen Konsti tut ion v o n d e r anderen zu trennen.

Diese sehr gekiinstelte Erkli~rung verwirft F. C. C. HA.wsE~ (1908) zwar, n immt jedoch andererseits auch die yon MICHAELIS negierte Um- f/irbung der metaehromatisch angef/irbten Gewebezellen dureh S/s zugabe als de facto bestehend und riehtig an. Er sueht einen anderen Ausweg zur Erkl~rung und glaubt ihn in der hydrolytischen Spaltung der rein w/~13rigen FarblOsungen gefunden zu haben. Jede meta- ehromatiseh fs w/~Brige FarblSsung soll seiner Meinung naeh ,,aul3er den undissoziierten Farbsalzmolekiilen und den ionisierten Farbsalzmolekiilen zugleieh Molekiile der ]reien hydrolytisch gebildeten Farbbase in undissoziiertem Zustande (und natfirlich eine entspreehende Anzahl der Mo]ekfile der freien S/s oder deren Ionen)" enthalten. Die metachromatische F/~rbung soll nun darauf beruhen, ,,daf3 gewisse histologisehe Bestandteile die .in den w/~ftrigen FarblSsungen also schon vorhandenen, hydrolytiseh gebildeten Molekiile tier freien Farbbase in besonderem Grade aufspeichern und sich daher im Ton der freien Farb- base besonders stark f/~rben". Die genannte Aufspeieherung sollte eine Assoziation zwischen der Farbbase und den Gewebesubstanzen, also eine ,,chemische, obwohl in der l%egel ziemlieh lockere Bindung (aber keine Salzbindung)" sein. Weder die Assoziation zwisehen der Farbbase und den betreffenden Gewebesubstanzen, noeh das Vorkommen von hydro- lytiseher Spaltung neben der e]ektrolytischen Dissoziation der w/~13rigen FarblSsungen, noch endlich gar die Anteilnahme der hydrolytischen Dissoziation der FarblSsungen am Fi~rbeprozef3 ist yon HA.WSE~ T je bewiesen worden, so dal3 seine Erkl/~rung nicht minder hypothetisch zu nennen ist, als die yon ihm verworfene v o n MICI{AELIS. - - E s wurde weiter oben (S. 566) bewiesen, da~ die bei vielen FarbstofflSsungen tat- s/~chlich vorhandene hydrolytische Dissoziation nieht verantwortlich zu machen ist ffir das Auftreten der Metaehromasie. Obwohl ieh selbst an den yon MICttAELIS u n d HANSEN verwendeten tierisehen Geweben keine Untersuehungen ausgefiihrt habe, halte ich es nicht fiir zweifelhaft, dal3 die Erseheinung der Metachromasie auch bier auf die oben an- gegebene Weise erkl/irt werden kann. --- ScEwAuz und HERRMANN (1922) fiihrten zur Erkl~rung der Metachromasie des Toluidinblaus bei tierischen Geweben eine Reihe yon Modellf~rbungen aus mit nach ihren Angaben grSber und feiner dispersen Gelen und pulverfSrmigen Adsorbentien. Da sich nach ihren Angaben einige der feiner dispersen KSrper blau, der grSberen aber rot fi~rbten, so schlieBen sie, dal3 fiir das Auftreten der Metaehromasie in erster Linie der verschiedene Dispersit/~tsgrad des Adsorbens verantwortlich zu machen ist, in zweiter Linie der durch Ionenadsorption bestimmte Ladungszustand der Oberfl/~che. Von den Verfassern wurde weder der Dispersit/~tszustand des blauen noch des roten Toluidinblaus untersueht, noch ,,der durch Ionenadsorption bestimmto

586 A. Th. Czaja:

Ladungszustand der Oberfls der verwendeten Adsorbentien, so dab ihren SchluBfoIgerungen Beweiskraft ~ehlt.

Wenn sich die beiden Autoren bei der Beurteflung des Kolloid- zustandes yon Toluidinblau und seiner Farbbase auf die Verh~ltnisse berufen, welche Wo. OSTW~D (1919) beim Kongorubin fand, so ist dem nur entgegenzuhalten, dab es sich bei diesem um einen Vertreter der Salzfarben, also einer ganz anderen, vornehmlich hochkolloiden KSrperklasse handeIt (s. auch CzAJA 1930), und die frfiher yon Wo. OST- WALD (1912) zur Begriindung des Farbweehsels der Indikatoren heran- gezogenen Xnderungen des Kolloidzustandes haben sich ffir die basisehen und sauren Indikatorfarbstoffe als nicht zutreffend erwiesen [s. HANTZSCH (1914) und KRVrT und KOLTHOFF (1917)].

Wie schon auf S. 553 gezeigt wurde, laBt sich bei geeigneter Reaktion grundsi~tzlich in der Membran jedes Gewebeelementes der Farbstoff sowohl in der sauren wie auch in der a]kalischen Form erhalten. Das gilt auch fiir das Toluidinblau. Die blaue (saure) Form und die rote (alkalisehe) Form, welehe gegen die blaue starker kolloid ist, lassen sieh sowohl in den nach meiner Erfahrung (1930) diehtesten Kutinw~nden, den weniger dichten Ligninw~nden und den Zellinw~nden mit dem locker- sten Gefiige erhalten. Ein EinfluB verschiedener kolloider Struktur der Gewebselemente, sowie ein solcher verschiedener Dispersiti~t der beiden Formen des Toluidinblaus und damit aueh der anderen verwendeten Farbstoffe kann ftir die Metachromasie der pflanzlichen Gewebe somit nicht geltend gemacht werden.

Die Metachromasie, welehe bei den ModellkSrpern gefunden wurde, kormte oben (S. 559) im Prinzip erkl~rt werden und als kolorimetrischer Nachweis des sauren bzw. alkalisehen Suspendierungseffektes eharakteri- siert werden. Obwohl damit erstmalig der Nachweis fiir die kolorimetrisehe Erfassung des Suspendierungseffektes gegeben wurde, im Gegensatz zu den Erfahrungen bei bodenkundlichen Untersuchungen (SH~P und HOAGLAND 1916; CHRZSTENSE~ 1923; UTESCHER 1932), SO liegen doch in der Literatur einige Beobachtungen vor, welche ohne weiteres in diesem l~ahmen verst~ndlieh werden.

Das streng lokalisierte Auftreten einer bestimmten Azidit~t auf engstem Raume, welche yon derjenigen der w~Grigen Umgebung betrs abweicht, ist in zwei analogen Fi~llen ffir die saure Seite der pH-Skala beobachtet worden. Eine Caseinsuspension in destilliertem neutralem Wasser (BRAILSFORD ROBERTSON T. 1906/07) rStet Lackmus- papier, wenn die Caseinteflchen naeh dem Schfitteln das Lackmuspapier beriihren. Haben sich die Teilehen aber abgesetzt, so ist im Suspensions- wasser kein Casein nachzuweisen und dieses zeigt sich neutral gegen Lackmus. Die Caseinteilchen ergeben also zweifellos den sauren Suspen- dierungseffekt. Einen ganz ~hnliehen Effekt beobachtete JARISCH (1923). Neutralrot nimmt in einer beliebigen alkalischen SeifenlSsung, die

Untersuchungen fiber metachromatisehe ~rbungen von Pflanzengeweben. 587

deutlich alkalisch gegen Phenolphthalein reagiert (Umschlagspunkt PH 8,3) nicht gelbe, sondern rote Farbe an. Die in einer stark verdiinnten L6sung yon sekund~rem Natriumphosphor (PH 8,5) suspendierten Tr6pfchen einer h6heren Fetts~ure f~rben sich mit Neutralrot deutlich rot, oder mit Nflblau A (Sulfat) deutlich blau. Emulsionen des Handelslecithins rufen den gleichen Effekt hervor.

Das Verhalten der geprfiften Farbstoffe in den Modellversuchen ist nicht auf die basischen Farbstoffe beschr~nkt, sondern auch bei den sauren zu finden. So beschreibt I. N[. KOLTHOFF in seinem Buche 1 das Verhalten yon Thymolphthalein in der w~l~rigen Suspension yon Lanthanhydroxyd. Diese in Wasser schwer 16sliche starke Base gibt dem Wasser eine Reaktion yon etwa pH 9. Bei diesem PH ist tier saure Indikator farblos. Die Suspension erscheint jedoch dunkelblau. Setzt sie sich ab, so ist der Bodenk6rper dunkelblau, die dariiberstehende L6sung aber farblos. Thymolphthalein ist erst von PH 10,5 ab blau. Nach KOL~OFF bfldet das Lanthanhydroxyd an seiner Oberfl~che ein gef~rbtes Salz mit der Indikators~ure. Nach der oben gegebenen Erkls jedoch ergeben die La-Teilchen bei negativer Ladung den alkalisehen Suspendierungs- effekt, dessen kolorimetrischer Nachweis yon KOLT~OFF geffihrt wurde. Phenolphthalein, Thymolblau und andere Indikatorsi~uren verhalten sich nach KOLTtIOFF entsprechend.

Die Erfahrungen fiber die Metachromasie der Modellk6rper ver- m6gen noch in einer anderen Richtung AufschluB zu geben, n~mlich fiber die kolorimetrische PH-Bestimmung in kolloiden Gebilden. Zwar hat D. DEUTSCH. (1928) schon versucht, auf Grund seiner Beobachtungen fiber die Farb~nderungen yon Indikatorl6sungen in Wasser-Benzol- emulsionen Anhaltspunkte in dieser Richtung zu geben, aber schon A. THI]~L (1929) hat auf unrichtige Schlul3folgerungen in seinen Ge- dankeng~ngen hingewiesen. Ich selbst habe zahlreiche Versuche zu diesem Problem ausgefiihrt und werde meine abweichenden Ergebrdsse sps mitteflen. Die Versuche an den heterogenen Zellwi~nden und suspendierten Teflchen zeigen jedenfalls zur Genfige, dal~ unmittelbar an der Oberfl~che (L6sungszone) fester Teilchen ganz andere Azidit~tsverh~iltnisse herrschen k6nnen als in der L6sung der unmittelbarsten Nachbarschaft dieser Teilchen. Was aber fiir Suspensionen gilt, das hat sicher auch Gfiltigkeit ffir Emulsionen (Versuche nach DEUTSCH) und Emulsionskolloide, so dab bei der kolorimetrischen pE-Bestimmung in kolloiden K6rpern gr6~te Vorsicht geboten ist.

Im Zusammenhang mit dem sauren und alkalischen Membran- effekt ist noch kurz einzugehen auf die chemische ~Tatur der Zellw~nde, um die Frage zu beantworten, welche Substanzen in den jeweiligen Zell- ws die Membraneffekte hervorrufen.

1 KOLTHOYF, I. )/[.: Si~ure-Basenindikatoren, 4. Aufl., S. 359. 1932.

588 A. Th. Czaja:

Im Falle der Zellinwiinde konnte oben schon festgestellt werden, daft eine unlSsliche Ca-Verbindung in der Mittellamelle den alkalischen Membraneffekt bedingt. Dabei kann es sich aber sicher nicht um das Ca-Salz der Pektins~ure handeln. In allen Untersuchungen fiber das Pektin konnte bislang zwar nicht das Verhalten des genuinen Pektins in der Zellwand studiert welden. Soweit es sich um die besonders yon F. EHRLICH untersuchten 15slich gemachten PektinkSrper und ihre Salze handelt, muft jedenfalls gesagt werden, dab sie alle lSslich sind und keines den besagten alkalischen Membraneffekt hervorruft. Der dafiir verantwortliche KSrper bleibt zudem ungelSst in der Mittellamelle zuriick. Wie oben schon auseinandergesetzt, ist in dieser wahrscheinlich organiseh gebundenes Ca in groften Mengen vorhanden. Daneben kommt aber wahrscheinlich auch gebundener Phosphor in ziemlich betr~chtliehen Mengen in der Mittel]amelle vor. Ob das Calcium allein oder mit Phosphor gebunden unlSslich in der Mittellamelle anwesend ist, ist noch fraglich. Auf jeden Fall tr~gt es die Verantwortung ffir das Auftreten des alkalischen Membraneffektes. ~NIGHTI2~GALE, ADDOMS, ROBBINS und SCHE:RMERttOR~- (1931) fanden ffir Solanum lycopersicum bei Ca-Mangel, daft fast der gesamte Ca-Vorrat der Pflanze in unlSslicher Form vorliegt, also in den Zellwgnden ~lVlittellamellen) untergebracht sein muft. Aus diesem Befund dfirfte erhellen, wie wichtig das unlSsliche Zellwandkalzium fiir die Pf]anze sein muft, sicher nicht allein ffir die StabilitAt der Zellwand! ALLEY (1901) hat sich schon gegen die Auffassung der Mittellamelle als blofter Kittsubstanz ausgesprochen.

Uber die Verursachung des sauren Membraneffektes der inkrustierten Zellwgnde wurden keine eigenen Untersuehungen angestel!t. ])as war um so weniger notwendig, als aus einer Reihe experimenteller Unter- suchungen die Herkunft yon minimalen Mengen H -Ionen ohne weiteres verstgndlieh 'ist.

Ffir Holz konnten SCHOI~GER (1917), MAHOOD und CABLE (1922) und RITTm~ und FLECK (1922) zeigen, daft kaltes Wasser nicht ganz ohne Einfluft ist. Es gehen geringe Subst~nzmengen aus dem Holz in LSsung. Von den versehiedenen 15slichen Stoffen, welche hier am meisten interessieren, sind Essigs~ure und AmeisensAure zu nelmen. Obwohl betrs Mengen erst dureh Behandeln mit heiftem Wasser und dutch Kochen unter Druek in LSsung gehen, so ist doch auch bei Berfihrung mit kaltem Wasser eine minimale S~uerung der verholzten Zellw~nde nachweisbar. Tr~gt man z .B. rein gepulvertes Fichtenholz in blaue Lackmusl6sung ein, so schl~gt diese nach Rot urn. Der Naehweis der Essigs~ure gelingt nicht ohne weiteres. Behandlung m i t Ferri- ehloridlSsung gibt in der K~lte keine Braunf~rbung dureh basisches Eisenazetat, sondern erst nach dem Koehen tr i t t sie schwaeh auf. Das Ausbleiben der Reaktion ist verst~ndlich, da es sieh unter diesen Be- dingungen eben nur um minimale Mengen handelt. Das zeigt ja aueh der

Untersuchungen fiber metachromatische Fi~rbungen von Pflanzengeweben. 589

Ausfall der Adsorptionsversuche in den gepufferten und ungepufferten LSsungen, in denen ein Zunehmen der Azidit/it der LSsungen erst oberhalb PH 5 auftrat. Naeh HXGGLUND (1928) wird allgemein angenommen, dab die Essigs/~ure durch Abspalten von Azetylresten aus dem Lignin entsteht. Dagegen ist es nach FR:EUI)ENBERG (1933) noch nicht bewiesen, ob die esterartig gebundene Essigs/~ure der Ligninkomponente angehSrt. Es scheint kein Zweifel zu bestehen, dab die abgespaltene Essigs/~ure entweder allein oder doch mit verantwortlich zu machen ist fiir das Auf- treten des sauren Membraneffektes der verholzten Zellw/inde. Da dieser bei allen bisher untersuehten verholzten Zellw/~nden der versehiedensten Pflanzen auftritt , so ist zu folgern, dal~ die verantwortliche S/s wenn nicht im Lignin selbst, so doeh in einem regelm/~i~igen Lignin- begleiter zu suchen ist.

Etwas klarer liegen die Verh/iltnisse ftir Kork und Kutin. Da die Aufkl/~rung des Suberins heute schon wesentlich welter getrieben worden ist als die des Kutins, soll auch dessen Behandlung hier vorweggenommen werden.

Die fiir den Kork von Quercus suber und anderen Pflanzen charakte- ristische Substanz, das Suberin, stellt nach den Untersuchungen von SOND]EREGG]~R (1929) und ZETZSC~E und BXHLER (1931) ein Gemisch dar aus den ges/~ttigten Oxyfetts/~uren Phellonsdiure (~ Oxybehens/iure C22H4~O3) - - dazu als Begleiter in geringer Menge die n-Eikosan-dicarbon- s/~ure (C22H4aOa) - - Phloionsiiure (ClsH3406) , Phloionols/iure (ClsHa6Os) und den unges/ittigten Oxyfetts/~uren Suberinsiiure (C26H4sO6) und Suberol- s~ure (C26HsoOs) und wahrscheinlich noch weiteren unges/~ttigten Fett- s/~uren. Nach ROSENTHAL (1926) sind die Korkfetts/iuremolekiile als Makromolekiile (STAuDI~GER) im Suberin enthalten, und CHOLATNIKOW (1927) konnte dann unter Beweis stellen, dal~ sich das Suberin aus Estoliden (Verbindungen zweier oder mehrerer Oxys/iuren miteinander durch Esterbildung: Strepto- und CycloestoIide) der ges/ittigten und ungesiittigten Oxyfetts/iuren, vielleicht zum Teil auch aus freien unges/ittigten S/~uren zusammensetzt. Die Estolide und die freien Fet t - s/iuren sind infolge ihres unges/~ttigten Charakters polymerisiert. - - Die Phloionolss zeichnet sich vor den anderen Korkfetts/~uren durch ihre WasserlSsliehkeit aus (0,16 Teile in 100 Teilen siedenden Wassers).

Weit weniger eingehend bekannt ist das Kutin. Bis jetzt liegt eine wenn auch nicht erschSpfende, so doch grundlegende Analyse ffir eine einzige Pflanze vor, und zwar yon L]~GG und WHEEL]~ (1925) fiir Agave americana. Die beiden Autoren isolierten aus dem Agave-Kutin zwei halbfliissige hochmolekulare Fetts~uren, die Kutins/~ure (C26H5008), welche in grSl~ter Menge vorhanden ist, und die Kutinins/iure (CI~He~O~). Da- neben wurden zwei weitere Fetts/~uren in geringer Menge gefunden, sowie eine feste Fetts~ure, welche der Phellons/~ure nahestehen soll. Z~TZSC~IE und B/4~ER (1931) halten die letztere nicht ffir identisch

590 A. Th. Czaja:

mit der Phellons~ure, sondern mit der Trioxy-stearins~ure: Phloionol- ss SONDEREGGER (1929) h~lt die Kutins~ure fiir identisch mit der Suberolss und die Kutinins~ure fiir identisch mit der Suberins~wre. Schon FOURCROY (1801) hat auf die nahe Verwandtschaft zwischen Korksubstanzen und Kut in hingewiesen, die auch nach anderen Unter- suchungen besteht. ~qach SO~DEREGGE~ (1929) herrschen im Kork die ges~ttigten Oxyfettss bei weitem vor, die im Kut in nur in ver- Schwindender Menge vorkommen, l~ber die Art des Vorkommens dieser Si~uren im Kut in der Zellw~nde ist nichts Sicheres bekannt. Sehr un- wahrscheinlich ist wohl eine Esterbildung mit der Zellulose.

Es scheint mir nicht zweifelhaft, dab sowohl im Kork wie in kutinisierten Zellw~nden die aufgefundenen, in Wasser meist un16slichen Fett- si~uren fiir das Auftreten des sauren Membraneffektes in den entsprechenden Zellw~nden verantwortlich zu maehen sind.

Die summarische Art und Weise, wie A. WIEL]~R (1912) s~mtlichen Zellw~nden (mit EinschluB der Zellinw~nde!) und sogar der Zellulose saute Reaktion zuschreiben will, allein auf Grund yon Ionenadsorption, h~lt der Krit ik nicht stand. Schon S. O D ~ (1916) hat gezeigt, dab die ,,sauren" Zellw~nde tats~chlich schwer 15sliche SKuren enthalten, die ihre saute Reaktion hervorrufen.

In den Adsorptionsversuchen konnte gezeigt werden, dab Zellwand- material , welches • frei yon Resten des lebenden Inhaltes ist, die C H yon PufferlSsungen und yon Wasser yon verschiedener Reaktion in charakteristischer Weise ver~ndert. Im Vergleich mit dem verschiedenen Verhalten yon Tierkohle als Ampholytoid wurden die inkrustierten Zellw~nde als saure und die Zellinw~nde als basische Am- pholytoide bezeichnet. Wie bei der Tierkohle l~Bt sich auch bei den Zell- w~nden ein Indifferenzpunkt ermitteln, in welchem keine Verschiebung der Azidit~t der umgebenden L6sung erfolgt. Dieser Indifferenzpunkt wird bei der Tierkohle auch als isoelektrischer Punkt bezeichnet (etwa bei PHT), obwohl in diesem Punkt keineswegs Umladung erfolgt! Eine solche wurde yon GYEMANT bei seinem Kohlepr~parat bei etwa PH ~ 4,2 (resp. 3,4) gefunden. Bei der oben verwende~en Kohle t ra t Um- ladung (also -b- Ladung) sogar erst bei PH ~ 2,5 auf, und BETHE und To~oPoFF konnten bei der Retortenkohle iiberhaupt keine Umladung erzielen. Es wurde schon oben auf die eigentliche Bedeutung dieses Indifferenzpunktes hingewiesen durch das Verhalten der Kohleteflchen an tier Elektrode. Zum mixadesten finder im Indifferenzpunkt, der bei guten Kohlepri~paraten mit dem Neutralpunkt zusammenfi~llt, eine Scheidung start zwischen dem sauren Gebiet, in welchem der saure Suspendierungs- effekt nachweisbar ist, und dem alkalischen mit dem alkalischen Sus- pendierungseffekt. Der Indifferenzpunkt scheidet damit die Reaktions- gebiete, in denen die It '- oder OH'-Ionen der Teilchen oder Poren im ~uBeren Ionenschwarm fiberwiegen, wobei der innere Ionenschwarm abet


noch keine grundsatzliche Veranderung erfahren haben mul3 (also noch keine d--Ladung) . Die Zeltwgnde zeigen das gleiehe Verhalten und damit ~lbereinstimmung mit anderen Substanzen. Nacb E. {JMAN (1925 und 1927) ist auch der Sulfitzellstoff ein Ampholytoid im Sinne von MICHAELIS (1922), ohne dab es diesem Autor gelungen ware, diesen positiv aufzuladen. In g!eicher Riehtung liegen die Erfahrungen v0n H. REIN (1924) mit fiberlebender menschlieher Haut . Auch fiir dieses Objekt konnte Ampholytoidnatur festgestellt werden, ohne dab es aber gelungen ware, selbst bei hoher Wasserstoffionenkonzentration die negativ elektrische Ladung umzukehren. Es kam aueh hier nur bis zur Ver- nichtung derselben.

In einer l%eihe yon Untersuehungen ist fiber den isoelektrischen Punkt yon ganzen ]ebenden Pflanzengeweben verschiedener Herkunft beriehtet worden, der in gepufferten und ungepufferten Salzl6sungen ermittelt wurde. So ist z. B. von ROBBI~S (1923--1926) der isoelektrische Punkt von Elodea, Kartoffelknolle und anderen h6heren Pflanzen und von Pilzmyzelien gefunden worden. Dieser Autor glaubt das Verhalten seiner Gewebe zurfickffihren zu mfissen auf die Wirksamkeit von Proteinen mit entsprechendem isoelektrischem Punkt. Auch RUDOLFS (1922, 1925) beriehtet fiber einen isoelektrisehen Punkt yon Samen. Wenn Samen ver- sehiedener Pflanzen in LSsungen yon Neutralsalzen gebraeht werden, so werden die L6sungen stets saurer, bei manehen Samen und L6sungen sparer wieder alkalischer. Aueh I%UDOLFS glaubt Proteine der Samen an diesem Verhalten beteiligt. Die Ergebnisse beider Autoren. sind von vielen Seiten anerkannt worden, von anderen abgelehnt. Ablehnende Krit ik haben sie z. B. erfahren yon YOUD]~r und DENNY (1926) und DENlvY und YOUDEh " (1927), DEMIDENKO (1930). Nur auf die kritischen Arbeiten sell hier eingegangen werden, da sie allein yon Interesse sind. Die Gleichsetzung des Verhaltens der lebenden Pflanzengewebe mit dem seiner Proteine, welehe ROBBIZ~S iibt, ist zweifellos unriehtig. Am Zustandekommen seiner experimentellen Ergebnisse ist sicher der Membrankomplex stark beteiligt, aber wie z. B. auf S. 579 aus dem Versuch mit lebendem Riibengewebe hervorgeht, keineswegs ausschliel31ich. Hier spielen bei Versuehen mit lebenden Geweben yon ldingerer Dauer besonders die sekundaren Einflfisse der Endo- und Exosmose keine unwesentliehe Rolle. Aber allein durch diese Faktoren kSnnen YOUDS, ZV und DENZ~Y die Ergebnisse von RoB]3XZ~S nieht restlos erklaren. Es kommt ein weiterer wichtiger Punkt hinzu, der bei den Versuehen yon RUDOLFS die Hauptrolle spielt, namlieh der Ionenumtausch in unbalancierten Salzl6sungen. Von besonderem Interesse sind die Versuche dieses Autors, da sie zeigen, dal~ tatsachlich ei~m Oberflacbenwirkung vortiegt. Sehon 30 Sek. naeh dem Eintragen der trockenen Samen in eine LSsung ist eine _~ erhebliche Aziditats- anderung festzustellen. Ich kann diese Tatsache nur bestatigen. Die Ergebnisse RUDOLFS' witren anders ausgefallen in gepufferten und

592 A. Th. Czaja:

ungepufferten LSsungen ohne unbalancierte Salzzugaben. Das Er- gebnis ist dann n/imhch ganz entsprechend denen, wie sie oben ffir die Zellwandmassen erhalten wurden. Sowie aber ein Salz noch zugegeben wird, /~ndern sich die Verhis grunds/~tzlich. In diesem Zusammen- hange sind yon den Kritikern die Untersuchungen yon HAYNES (1921) hervorgehoben worden. So interessant ihre Befunde sind, so spielen sie doch keine direkte Rolle bei den Reaktions/inderungen durch die Gewebe usw. Sie fand, da$ die Wasserstoffionenkonzentration einer Pufferl6sung erhSht wird durch Zugabe eines Neutralsalzes und erniedrigt wird durch ~Nichtelektrolyte. AuSer diesem EinfluB ]/~ftt sich aber durch Hinzuftigen von adsorbierbaren K6rpern ein weiterer Einflul~ bemerken und den hat RUDOLFS gemessen. Er tri t t an sehr verschiedenen KSrpern

auf. So fand ihn WIEG- ~abelle 17. Wassers toffumtausch. 0,5 g I-Iolz- raspeln (Fichte) auf 25ccm L0sung in destil-

liertem Wasser yon PH = 6,2, dazu NaC1 in steigenden 1Vfengen.

"Wasser yon PH 6,2 -t- Milli~ ~quivalente

NaC1

0 5

10 20 40

PH der L6sung ohne Holz

6,20 6,11 6,04 6,00 5,91

DH der L6suns nach

20 Stunden mit Holz

4,62 4,20 4,04 4,00 3,82

p~ - Differenz

1,58 1,91 2,00 2,00 2,09

~ (1930) bei elektronegativen Tonsuspen- sionen. Die folgende Tabelle 17 bringt noch einen Versuch mit Fichtenholzraspeln in schwach saurem Was- ser mit steigendem Zu- satz yon NaC1. Gelan- gen an die adsorbierenden Oberfl/~chen aul3er H'-Ionen noch andere

Kationen, so werden auch diese zum Teil adsorbiert, nach Mal~gabe ihrer Adsorptionsf/~higkeit und ihrer Konzentration. F fir jedes adsorbierte Kation wird aber ein H ' - Ion frei, d .h . aus dem Ionenschwarm ausgetauscht. Als Folge davon mul~ das Dispersionsmittel saurer werden, und zwar mit steigenden Mengen yon Kationen. Die Tabelle 17 zeigt diese Tatsache fiir verholzte Zellw/s DaB man aus derartigen Versuchen keine Schliisse ziehen kann fiber die Lage des Indifferenzpunktes, wie das RUDOLFS getan hat, ist selbstverst/indlich. In der zweiten Kolumne der Tabelle ist der Einflu]~ des Neutralsalzes auf die Cg der LSsung sehr deutlich (Effekt nach HAYNES) natiirlich vor der Zugabe der Holz- raspeln gemessen. ULE~LA (1928) hat in den oben erw/~hnten Adsorptions- versuchen mit lebendem Riibenparenchym analogen Versuchen mi~ Scheiben yon lebendem Opuntiagewebe in ungepufferten LSsungen ganz entsprechende Resultate erzielt. Den ,,Regulationsmechanismus" der Azidit/~t der AuBenl6sung schreibt er den Zelloberfl/~chen zu, aller- dings ohne den Beweis zu liefern.

Der saure Membraneffekt der verholzten Zellw/~nde im kompakten Holzk6rper der St/~mme, dem der alkalische der Parenchymw~nde der Rinde gegeniibersteht, muB zweifellos mit in Rechnung gesetzt werden,


wenn man die Entstehung der Potentialdifferenzen untersucht, die nach E. g. LUND (1929, 1930, 1931) den HolzkSrper immer positiv gegen die Rinde zeigen. Nun haben auch I)EA.RSALL und I~IESTLEY (1923) (bei ihren intrazellul~ren Azidit~tsmessungen) die Rindenzellen als relativ alkalisch und die Zellen des Holzes als relativ sauer erkannt. Aus ihren Untersuchungen geht zwar nicht hervor, wieweit es sich um Werte nut des Zellinhaltes handelt und wieweit auch Ze l lwande in f l f i s se - wohl unbeabsichtigt - - mit in die Werte einbezogen wurden. Da aber der HolzkSrper zum allergrSl]ten Teil aus toten Zellen besteht, so ist sicher in den Versuchen von P ~ m s M , L u n d PRIESTLEY wie auch yon Lv~I) der saure Merabraneffekt der toten Holzzellen yon bestimmendem Einflul~ gewesen.

Zum Schlul~ soll nun noch der Versueh gemacht werden, die oben experimentell ermittelten physikochemischen Eigenschaften der Zell- w~nde in Zusammenhang zu bringen mit entsprechenden Stoffwechsel- vorg~ngen an der lebenden Zelle. Es besteht kein Zweifel, dal~ diese Eigenschaften eine RoUe spielen mtissen im Stoffaustauseh jeder Zelle. DiG Ergebnisse der Untersuchungen an toten Membranen haben gezeigt, da~ man es mit elektronegativen Adsorbentien mit verschiedener Zu- sammensetzung des Ionenaul~enschwarmes zu tun hat. Da die Farbstoff- adsorption der Zellw~nde an lebenden Zellen genau so verl~uft wie an toten, so kann tiber deren Elektronega~ivit~t und entspreehende Zu- sammensetzung der Ionensehw/~rme kein Zweifel bestehen. Verwendet man z .B. eine dichte lebende Chladophora-Watte als Diaphragma im Elektrosmometer, so ist fiir diese negative Ladung leicht festzustellen. Was ffir die Adsorption von Farbstoffionen grit, muB wenigstens in best immtem Umfange auch ffir andere Ionen Giiltigkeit haben. Jeder lebende Protoplast ist umgeben von einer mehr oder weniger dieken Schicht ( ~ Zel]wand) eines elektronegativen Adsorbens in Membranform, welches Ampholytoidnatur besitzt. Dieses Adsorbens ist jedoch keine v611ig indifferente Substanz wie etwa Tierkohle, sondern ein mehr saurer oder mehr alkalischer K6rper. Diese verschiedene chemische Natur des Ad- sorbens bewirkt, dab an der Oberfl~che der Membranporen der toten wie auch der lebenden Zellwand (d. h. der Zellwand der lebenden Zelle) der lockere Ionensehwarm entweder mehr Wasserstoffionen oder mehr Hydroxylionen neben anderen entsprechend geladenen Ionen enth~lt. Die Zellwandporen sind demnach entsprechend der Zellkategorie aus- gekleidet oder angeffillt mit den Ionenschw~rmen von ganz bestimrater Zusammensetzung. Sie wirken entweder mehr sauer oder mehr alkalisch. Die gesamte Stoffaufnahme der lebenden Pflanzenzelle steht also unter der Kontrolle dieses elektronegativen Adsorbens mit saurem bzw. alkalischem Membraneffekt. Jeder in die Zelle gelangende gel6ste Stoff mug diese Pforte passieren, bevor er in die Protoplasmagrenzschiehte gelangt. Aus den oben ermittelten Befunden fiber die Zellwand erhellt

594 A. Th. Czaja:

aber, 1. dab infolgedessen Elektrolyte n u r als Ionen die Membran passieren k6nnen, und 2. dab sicher die Zellwand in einem bestimmten Umfang schon darfiber entseheidet, welehen Ionen und in welchen relativen Konzen- trationen der Durchtri t t gestattet wird. Es wird andererseits gerade die Zellwand mit bestimmtem Membraneffekt und Eigenladung darfiber waehen, dab die Reaktion im Inneren der Zelle in gewissem Um- fang unabh~ngig bleiben kann von der Reaktion in der Umgebung der Zelle. ])iese Kontrolle der Zellwand mut~ erfolgen, ganz gleich, welche besonderen elektrostatischen Verh~ltnisse der lebende Plasma- wandbelag zeigt. VIRTANE~ (1928, 1929, 1932),und KEYSSNE~ (1930) fanden, dab der PreBsaft der Wurzein verschiedener Pflanzen, welche in N~hrlSsung mit versehiedenem, aber konstantem p~ aufgezogen waren, die gleiche pH-Abhs yon der N~hrl6sung zeigt, wie in den oben beschriebenen Zellwandadsorptionsversuchen das Dispersionsmittel nach 20 Stunden v o n d e r ursprfinglichen LSsung. Da es sich in den Ver- suchen beider Autoren um abgeprel~ten Salt handelt, der also im Sinne der genannten Adsorptionsversuehe yon den Zellwi~nden beeinflu~t worden sein kann, so ist nicht sichergestellt, ob in ihren Versuchen der Zellsaft der lebenden Wurzelzellen primer v o n d e r Reaktion der umgebenden N~hrl6sung abgewiehen ist, oder ob die p~-~nderung erst w~hrend des Pressens durch Berfihrung mit den Zellws erfolgte. Die Verh~ltnisse des Protoplasten sind im Experiment nur ~u~erst schwer zugi~nglich, so dal~ sie heute trotz zahlloser Spezialuntersuchungen noch nicht als bestimmter Faktor in Rechnung gesetzt werden kSnnen. Durch die Ermittelung des Membraneffektes bzw. dureh Bestimmung des Membranpotentials dfirfte immerhin ein Schritt vorw~rts getan werden kSnnen auf dem Wege zur Aufkl~rung der Mineralstoffaufnahme in die Zelle.

Eine gro~e Anzahl von Experimentaluntersuchungen ist dureh- gefiihrt worden fiber die Aufnahme yon Elektrolyten durch die Pflanze. Die Ergebnisse und die ~uf diesen aufgebauten Anschauungen sind grundversehieden. Im wesentlichen unterscheiden sie sich darin, da~ die Pflanze diese Stoffe entweder als ganze Molekfile, also undissozfiert aufnehmen soll, oder aber nach der anderen Meinung nur als Ionen, wobei noch unentschieden bleibt, ob die Aufnahme als Ionenpaare oder im Wege des Ionenaustausches erfolgt. Da jede Elektrotytaufnahme nur dureh die ZeUwand erfolgen kann, so dfirfte nach dem oben fiber die Zellwand Dargelegten die Aufnahme ganzer undissoziierter Molekfile noeh mehr an Wahrscheinliehkeit verlieren, wenn nach den Arbeiten von NATKA~SOHN (1904), M]~V~]~R (1909), PA~TAN~LLI (1915, 1928, 1929), PIRSCHL]~ (1931, 1932, 1933), PmSCHLE und MENGDEHL (1931), RABER {1923), RUHLAND, ULLRICH und YAMAHA (1932) U. V. a. noch Zweifel daran bestehen. PANTA:NELLI und SEVE~I~I (1911) fanden gerade, dal~ ein Salz um so rascher aufgenommen wird, je starker es dissoziiert


ist. Obwohl aueh nach diesen Untersuchungen der Vorgang der Mineral- stoffaufnahme noch keineswegs gekl~rt ist, so sprechen die Zellwand- versuche doch dafiir, da6 zum Teil Ionenaustausch stattfinden kann. Zu einer allgemeineren Beurteilung der Frage fehlen heute jedoch die n6tigen experimentellen Unterlagen, die erst in weiteren Untersuchungen geschaffen werden sollen. Es ist immerhin m6glieh, schon jetzt auf einige strittige Punkte hinzuweisen, welche unter dem EinfluB der Mitwirkung der Zellwand weniger paradox erscheinen.

1. N~chtdquivalente Au/nahme (PANTA:NELLI, ~:~IRSCB~LE) von Ionen durch die Pflanze kSnnte wenigstens zum Tell dutch die Wirkung der Zellwand bedingt bzw. vorgetiiuscht sein, wie die Farbstoffversuche oben gezeigt haben. Andererseits wurde z. B. yon RIPPnL (1926) an ab- gesehnittenen Zweigen, yon HOAGLA~D (1923) und yon NI~:LEWSKI, KRAVSE und LEMANCZYK (1928) an hSheren Pflanzen befriedigende ~bereinstimmung in der Ionenbilanz gefunden. - - 2. Die Tatsache, dal~ schwache Ss leiehter in die Zellen eindringen als starke, hat man dahin ausgelegt, dal~ ganze Molekiile leichter aufgenommen werden als Ionen. ~ach den Erfahrungen an der Zellwand kl~rt sich dieser Befund folgenderma~en auf. Durch eine starke Si~ure wurde die Zellwand sehr leicht vollkommen entladen, dutch die schwache S~ure dagegen nicht. Ist aber die elektrisehe Ladung der Zellwand vernichtet, so ist damit auch ihre Adsorptionsf~higkeit verschwunden. Das gefundene Verhalten der S~uren wfirde schon allein aus den Eigensehaften der Zellwand verst~ndlich werden. - - 3. Es ist ferner festgestellt worden, da~ die Aufnahme yon Anionen durch saure Reaktion (H'-Ionen) gefSrdert wird, die Auf- nahme yon Kationen dagegen durch alkalische Reaktion (OH'-Ionen). PIRSC~LE und ME~GDE~ (1932) bemerken dazu: ,,Man muB die Erkl~- rung nicht unbedingt darin suchen, dab die Dissoziation zurfickgedr~ngt wird, wodurch die Menge der undissoziierten Molekiile und infolgedessen die Aufnahme steigt." Wie richtig die beiden Autoren die allgemeine Mil~deutung dieser Befunde beurteilen, geht aus den oben gekennzeichneten Fi~rbeversuchen mit Zellmembranen (und anderen KSrpern aus der Lite- ratur) hervor. Im sauren Medium wird n~mlich die Adsorption yon Anionen erhSht dadurch, da~ die positive Ladung des Adsorbens ver- grSBert bzw. die negative verringert wird. Umgekehrt wird durch Er- hShung der alkalischen Reaktion die negative Ladung vergrSi~ert bzw. die positive verringert und dadurch die Adsorption der Kationen ver- gr6Bert.

Im augenblicklichen Stadium der Untersuchungen ist es natiirlich noch nicht m6glieh, den Anteil der Zellwand an der Mineralstoffaufnahme in die Zelle fester zu umreil~en. ])as mul~ kiirfftigen Experimental- untersuchungen vorbehalten bleiben. Es soll hier auch noch darauf verziehtet werden, die sich in grol3er Zahl aufdr~ngenden Konsequenzen aufzuz~hlen und durchzusprechen. Nur auf einige allgemeine Folgerungen

596 A. Th. Czaja:

soll noch hingewiesen werden, welche einige grundss Anwendungs- mSglichkeiten fiir die Priifung der Membraneigenschaften enthalten.

Nimmt die Zellwand auf Grund der oben ngher untersuchten Eigen- schaften Anteil an der Mineralstoffaufnahme in die Zellen, so ist zu erwarten, da[3 ernAhrungsphysiologisch voneinander abweichende Pflanzen- typen besonders in den Zellen ihrer Absorptionsgewebe auch verschiedenes Verhalten ihrer Zellws zeigen, z. B. verschiedene GrSBe und verschieden gerichteten Membraneffekt. Es wird weiter zu erwarten sein, dab bei vergnderten oder abnormen VerhAltnissen in der Umgebung der ab- sorbierenden Zellen, z .B. der Wurzelzellen, entsprechende Reaktions- weisen der Zellen (bzw. Gewebe) allein schon durch die Mitwirkung der Zellwand bedingt werden. Treten aber ~= weitgehende Ver~nderungen der Zellen und Gewebe auf, so wird man auch auf ver~nderte Beschaffen- heit der Zellw~nde schlieBen miissen, die sich in erster Linie in ver- ~ndertem Membraneffekt gul3ern werden. Und findet man schlieBlich in zwei Pflanzen derselben Art in den Zellen gleicher Gewebe verschiedenen Membraneffekt, so ist wiederum auf St6rungen bestimmter Stoffwechsel- vorggnge zu schliel3en.

Es diirfte aus den wenigen Ausblicken hervorgehen, dal3 sich zahlreiche Konsequenzen aus den oben mitgeteflten Ergebnissen ziehen lassen. BloBe Skizzierung muB einstweilen geniigen. Versuche sind in den verschiedensten Richtungen schon angestellt, zum Teil liegen die Ergebnisse schon vor. Nach AbschluB der Experimente soll jeweils dariiber berichtet werden.

Riickbliclc au] die Fdirbzengen mit substantiven Farbsto]/en. Riickblickend l~Bt sich aus den mitgeteilten Befunden eine Be-

st~tigung meiner frfiher (1930) fiir die substantiven Farbstoffe ermittelten Tatsachen ableiten. Ich hatte damals die Behauptung aufgestellt, dab die Zellw~nde den Farbstoffen gegeniiber sich vollkommen indifferent verhalten und Iceinen EinfluB auf ihren Zerteilungsgrad in w~Briger LSsung und damit auch auf die Farbe der L6sung (und der Anf~rbung) ausiiben, dab sie vielmehr vollkommell passiv, wie ein ganzer Satz yon Ultrafiltern verschiedener Porenweite, die scholl in der LSsung vorhandenen verschieden grol3en und daher auch verschieden gef~rbten Farbstoffmizellen aufnehmen. Es war andererseits gezeigt worden, dab die Ultrafiltrate mit den kleinsten und daher am hellsten gef~rbten (z. B. gelben) Farbstoffpartikeln durch S~ure aggregiert werden und damit die dunkleren F/~rbungen (z. B. blaue) annehmen. Alkalizugabe bewirkt dagegen Peptisation der blauen Farbstoffl5sungen, wobei rote bzw. gelbe LSsungen mit den kleinsten Teflchen entstehen. Wenr~ nun entsprechend dem in dieser Abhandlung ermittelten Befunde die inkrustierten und nichtinkrustierten Membranen auf die substantiven Farbstoffe tats~chlich einwirken wiirden, so miiBten die friiher unter-

Untersuchungen fiber metachromatische Firbungen yon Pflanzengeweben. 597

suchten F/irbungen mit den substantiven Farbstoffen gerade umgekehrt ausfallen als man beobachtet: die Zellinw/~nde mfil~ten sich rot bzw. gelb f/irben, infolge des alkalischen Membran- oder Poreneffektes, die inkrustierten Zellw~nde dagegen mfi6ten sich blau f/irben infolge des sauren Membraneffektes. Die zu beobachtenden F/~rbungen fallen aber gerade entgegengesetzt aus, jedoch so, wie es nach der relativen Teilchen- gr61~e und dem relativen Porendurchmesser der Membranen zu er- warren ist.

VII. Zusammenfassung einiger Ergebnisse. A. Die kapillarelektrische Natur der Membran]drbungen.

1. Die Zellw/inde (inkrustierte und Zellinw/inde) zeigen im EIektros- moseversuch in reinem Wasser, in :f: sauren und alkalischen L6sungen negative elektrische Ladung. - - 2. Die Zellwinde adsorbieren die Farbstoff- kationen (~--Ladung) der basischen Farbstoffe in hohem MaBe. Diese Adsorptionsf/ihigkeit wird noch erhSht im alkalischen, vermindert im sauren Farbbad. - - 3. Die ZeUw/~nde adsorbieren die Farbstoffanionen ( - - -Ladung) der sauren Farbstoffe nicht. - - 4. Die Zellw/inde, welche mit einem beliebigen basischen Farbstoff angef~rbt sind, werden momentan vollst/indig ent]dirbt, wenn man sie in absoluten Athylalkohol iibertri~gt. - - 5. Die Zeltw~nde zeigen in absolutem Xthylalkohol im Elektrosmose- versuch positive Ladung. - - 6. Die Zellw/~nde sind nicht f/irbbar mit /~thylalkoholischen L6sungen basischer Farbstoffe, wohl aber mit alkoholischen LOsungen saurer Farbstoffe. - - 7. Die Zellw/~nde, welche mit einem beliebigen sauren Farbstoff in alkoholischer LSsung (absolut!) gef/~rbt sind, werden momentan vollsti~ndig ent]dirbt, wenn man sie in reines Wasser iibertrigt. - - 8. Die Umladungsf/ihigkeit der Zellw/inde durch absoluten Alkohol (-f- - Ladung gegen Wasser - - - Ladung) erkl/~rt das verschiedene fiirberische Verhalten mit basischen und sauren Farb- stoffen. - - 9. Bei der F~rbung der Zellw/~nde durch basische Farbstoffe in w/~l~riger LSsung finder Ionenaustausch start: das Farbstoffkation ~ r d yon den Membranen adsorbiert, das anorganische Anion bleibt im Farbbad zuriick. - - 10. In den farblosen Carbinoll6sungen der Di- und Triphenylmethanfarbstoffe fiirben sich die inkrustierten Zellw/mde mit der Farbe des Farbkations an, die Zellinw/s bleiben farblos. - - 11. An der Oberfl/~che der inkrustierten Zellw/~nde befindet sich der Farbstoff aIs Kation, an derjenigen der Zellinw/~nde als freie Base.

B. Physilcalisch-chemische Eigenscha#en der Zellwdnde. 12. Die negative elektrische Ladung der Zellw~nde vergrSl3ert sich

mit Zunahme der Coi~ und vermindert sich mit Zunahme der Ctt. - - 13. Die Zellw~inde sind in der Lage, in Wasser yon verschiedener Reaktion H'- bzw. OH'-Ionen zu adsorbieren. - - 14. Die F~higkeit der Ionen- adsorption finder ihren Ausdruek in einem Pufferungsverm6gen der

Plan~a Bd. 21. 40

598 A. Th. Czaja:

Zellw~nde. - - 15. Das Pufferungsverm6gen der Zellw/~nde • in ver- schiedenem p~-Bereich verschieden, je nachdem es sich um inkrustierte oder um Zellinw~nde handelt. Es kommt zum Ausdruck in gepufferten und in ungepufferten LSsungen. - - 16. Die inkrustierten Zellw~nde besitzen geringes bis kein Pufferverm6gen in sauren L6sungen, grSBeres in weniger sauren bis alkalischen L6sungen. Die Zellinw/~nde zeigen sti~rkeres PufferungsvermSgen in den relativ sauren und alkalischen L6sungen. - - 17. S~mtliche Zellwi~nde lassen einen Indffferenzpunkt erkennen, in dem weder H'- noch OH'-Ionen adsorbiert werden. - - 18. S~mtliche Zellwi~nde ergeben in gepulvertem Zustande in re• Wasser an der Elektrode geschfittelt den sauren Suspendierungseffekt (WIv, G~R) .

C. Die Metachromasie in den w~iflrigen L6sungen basischsr Farbsto//e. 19. Es wird der Membran- oder Porene/]ekt definiert, in welchen

der Suspendierungseffekt fibergeht, wenn der Bodenk6rper einer Sus- pension zu einem porSsen Diaphragma zusammengeprel~t wird. - - 20. Metachromasie • der sichtbare Ausdruck (bzw. die kolorimetrisch erfa]bare Gr613e) des sauren oder alkalischen Suspendierungseffektes be• pulveff5rmigen Substanzen bzw. des Membran- oder Poreneffektes bei durchsichtigen (weil~en) por5sen K5rpern oder Membranen. - - 21. Bei der Wahl geeigneter basischer Indikatoren (deren Umschlagspunkt im sauren Gebiet ]iegt) ergeben die inkrustierten Zellw~nde (Lignin-, Kutin- und Suberinw~tnde) an der Oberfl~che ihrer Membranporen (innere Ober- fl~che) den Si~ureumschlag des Indikators (saurer Membran- oder Poren- effekt). - - 22. Mit basischen Indikatoren, deren Umschlagspunkt in der IN,he des Neutralpunktes oder im • schwach alkalischen Gebiet liegt (z. B. Neutralrot PH 6,8--8,0; Toluidinblau PH9,8 usw.) ergeben die Zellinw~nde an der Obeffl~che der Poren besonders in der Mittellamelle • starken Alkaliumschlag des Indikators (alkalischer Membran- oder Poreneffekt). - - 23. Bedingung fiir das Auftreten yon Metachromasie best• KSrper • 1. rain• L6slichkeit, 2. Abdissoziation yon minimalen Mengen yon H ' - bzw. OH'-Ionen in der AuflSsungszone (in/olge hydrolytischer Dissoziation be• salzartigen K6rpern oder infolge einfacher Gitterauflockerung be• praktisch unlSslichen S~uren oder Basen). Soweit diese Ionen in die LSsung fibergehen, diirfen sie noch nicht den Farb- umschlag des basischen Indikators hervorrufen. Der Farbumschlag des betreffenden Indikators t r i t t nur an der Oberfl~che des praktisch un- 16slichen K6rpers auf (in der ~ul~eren Ionenbelegung). - - 24. Die inkrustierten Zellw~nde ergeben elektrometrisch und kolorimetrisch den sauren Membran- oder Poreneffekt. Be• den Zellinw&nden wird elektrometrisch der saute, kolorimetrisch der alkalische Membraneffekt gemessen. Diese Diskrepanz wird so erkl~rt, dal~ die Sekund~rlamellen aus Zellulose den sauren, die Substanz der Mittellamelle dagegen den alkalischen Membraneffekt ergeben. Be• der Messung an der Elektrode wird aber die

Untersuchungen fiber metaehromatische Fi~rbungen yon Pflanzengeweben. 599

P r im/~r l ame l l e v o n d e r Ze l lu lose e ingeh t i l l t , so d a $ n u r d e r e n s a u r e r

E f f e k t i n d ie E r s c h e i n u n g t r i t t . - - 25. D u r c h v o r s i c h t i g e A l k a l i s i e r u n g

d e r i n k r u s t i e r t e n Zel lw/s u n d e n t s p r e c h e n d b A n s / i u e r u n g d e r Ze l l in -

w i n d e k a n n m a n be i d a u e r n d n e g a t i v e r e l e k t r i s c h e r L a d u n g d e n s a u r e n M e m b r a n e f f e k t d e r i n k r u s t i e r t e n Z e l l w i n d e i n d e n a l k a l i s c h e n u n d d e n

a l k a l i s c h e n d e r Z e l l i n w / i n d e i n d e n s a u r e n r e v e r s i b e l u n d be l i cb ig o f t

f i b e r f i i h r e n . Diese U m k e h r u n g g e l a n g bis j e t z t n u r k o l o r i m e t r i s c h . - -

26. Die U r s a c h e de s s a u r e n M e m b r a n e f f e k t e s d e r i n k r u s t i e r t e n Zellw/i, n d e

i s t i n d e r A n w e s e n h e i t y o n un lOs l i chen S g u r e n o d e r s a u r e n K S r p e r n

in d e n Z e l l w / i n d e n zu s u c h e n . D e r a l k a l i s c h e M e m b r a n e f f e k t d e r Ze l l in -

w / i n d e w i r d d u r c h e ine n o c h n i c h t n i i h e r b e k a n n t e u n l 6 s l i c h e Ca-Ver - b i n d u n g ( w a h r s c h e i n t i c h k e i n e P e k t i n v e r b i n d u n g ! ) in d e r M i t t e l l a m e l l e h e r v o r g e r u f e n .

D e r N o t g e m e i n s c h a f t d e r D e u t s c h e n W i s s e n s c h a f t b i n i ch f t i r d ie

G e w / t h r u n g e ines grol~en Tei tes d e r M i t t e l z u d e n U n t e r s u c h u n g e n s e h r z u D a n k e v e r p f l i c h t e t .

Literaturverzeichnis. Adams, Q. and L. Rosenstein: J. amer. chem. Soc. 36, 1452 (1914). - - Allen,

Ch. E.: Bot. Gaz. 32, 1 (1901). - - Armstrong, J . L : Protoplasma (Berl.) 8, 508 (1930). - - Banero[t, W. D.: J . physic. Chem. 18, 1, 118, 385 (1914); 19, 50, 145 (1915). - - Bechho|d, H.: Die Kolloide in Biologic und Medizin, 5. Auf]. 1929. - - Bethe~ A. u. Th. Toropoff: Z. physik. Chem.~88, 686 (1914); 89, 597 (1915). - - Biddle, H. C.: J . freer, chem. Soc. 36, 84 (191~t,). - - Biltz, W.: Ber. dtsch, chem. Ges 87, 1766 (1905). - - Bohn, H.: Bioche>m. Z~178, 119 (1926). - - Brailsford Robertson, T.: J . of biol. Chem. 2, 317 (1906~7). - - Briinsted, V. N.: Z. anorg. allg. Chem. 43, 229 (1930). - - Cholatnikow, Ch.: Inaug.-Diss. Bern 1927. - - Christensen, H. R.: In terna t . Mitt. Bodenkde 13, 12\(1923). - - Czaja, A. Th.: P lan ta (Berl.) 1O, 424; I I , 582 (1930). - - Ber. dtsch, bot. Ges. 48, I00 (1930). - - Czapek, F.: Biochemie der Pflanzen. J ena 1913--21. - - Debye, P. u. E. Hiickel: Physik. Z. 24, 185 (1924). - - Demidenko, T.: J . landw. Wiss. 6, 643 (1929) (russ.). Ref. Z. Pflanzenerni~hrg usw, 17, 305 (1930). - - Denny, F. E. and W. J. Youden: Amer. J. Bot. 14, 395 (1927). - - Deutsch, D.: Z. physik. Chem. 136, 353 (1928). - - Ehrlich, F.: Forsehg u. Fortschr. 5, 320 (1929). - - Ber. Hauptverslg Vet. Zellstoff- u. Papier-Chemiker und -Ingenieure, 6. u. 7. Dez. 1929. - - Ber. dtsch, chem. Ges. 63, 352 (1932). - - Pektin. Handbuch der Pflanzenanalyse yon Klein, Bd. 3, S. 79. Berlin 1932. - - Ehrlich, F. u. A. Kosmahly: Biochem. Z. 212, 162 (1929). - - Ehr- lich, F. u. Fr. Schubert: Ber. dtsch, chem. Ges. 62, 1974 (1929). - - Fierz-David, H. F.: Kiinstliche organische Farbstoffe. Technologic der Textilfasern, Bd. 3. Berlin 1926. - - Fourcroy: Syst6me des connaissances chimiques, Tome 8. 1801. - - Frcudenberg, K.: Tannin, Cellulose, Lignin. Berlin 1933. - - Freundlich, H.: Kapillar- chemic. Eine Darstellung der Chemie der Kolloide und verwandter Gebiete, 4. Aufl. Leipzig 1930 u. 1932. - - Frenndlich, H. u. Gr. Loser: Z. physik. Chem. 57, 284 (1907). - - Freundlich, H. u. W. Neumann: Z. physik. Chem. 67, 538 (1909). - - Glixelli, St.: Bull. in ternat . Acad. Sci. Cracovie 1917, 102. - - Gouy: C. r. Acad. Sci. Paris 149, 654 (1909). - - J . Physique 9, 475 (1910). - - Ann. Physique (9) 7, 129 (1917). - - Gyemant, A.: Kolloid-Z. 28, 103 (1921). - - Z. Physik. 17, 190 (1923). - - H~gglund, E.: t{olzchemie. Leipzig 1928. - - H~gglund, E. u. H. Urban: Bioehem. Z. 207, 1--7 (1929). - - Hailer, R. u. K. Eckards: Kolloidchem. Beih.

40*

600 A. Th. Czaja:

30, 1 (1929). - - Hansen, F. C. C.: Anatom. Hef te 27, H. 83 (1905). - - Z. Mikrosk. 25, 145 (1908). - - Hantzseh, A.: Kolloid-Z. 15, 79 (1914). m Hantzseh, A, u. G. 0sswald: Ber. dtsch, chem. Ges. 33, 278 (1900). - - Haynes, Dorothy: Biochemic. J . 15, 440 (1921). - - Hehnholtz, H. v.: Ann. Physik. 7, 337 (1879). - - Hoagland, D. R.: Soil Sci. 16, 225 (1923). - - Iljin, W. S.: Protoplasma (Ber].) 3, 558 (1928). - - Jarisch, A.: Biochem. Z. 184, 177 (1923). - - KeySner, E.: P l a n t a (Berl.) 12, 545 ( 1 9 3 1 ) . - Kneeht, E.: Ber. dtsch, chem. Ges. 21, 1556 (1888). - - Koltholf, I. M.: Der Gebrauch yon Farbenindikatoren . Berlin 1921. - - S~ure-Basenindikatoren, 4. Aufl. Berlin 1932. - - Kroetz, Chr.: Biochem. Z. 153, 173 (1924). -=- Kruyt, H. R. u. I. M. Kolthoff: Kolloid-Z. 21, 22 (1917). - - La Mer, Y. K. and H. C. Downes: J . amer. chem. Soc. 53, 888 (1931). - - Lee, B. u. I. H. Priestley: Ann. of Bot. 38, 525 (1924). - - Liifiler, W. u. K. Spiro: Helvet. chim. Acta 2, 417 (1919). - - Loser, Cr.: Inaug.-Diss. Leipzig 1907. - - Lullies: Pfliigers Arch. 207, 8 (1925). - - Lund, E. J . : Publ. Puge t Sound Biol. Stat . 7, 1; 29 (1929); 7, 259 (1930). - - P l an t Physiology 6, 631 (1931). - - Lund, H.: Kgl. Danske Videnskab. Selskab. m.-f. Medd. 11, 6 (1931). - - Lundeg~trdh, H.: Die N~hrstoffaufnahme tier Pf lanze. J e n a 1932. - - Mahood, S. A. and D. E. Cable: J . Ind. a. Engng. Chem. 14, 933 (1922). - - Mangin, M. L.: C. r. Acad. Sci. Paris 111, 120 (1890). - - J . de Bot. 7, 1 (1893). - - Marker, R. E. and N. E. Gordon: J . Indian a. Engng. Chem. 16, 1186 (1924). - - Martin, S. H.: Protoplasma (Berl.) 1, 497 (1927). - - Meurer, R.: Jb . Bot. 46, 503 (1909). - - Meyer, K. H.: Melliands Textilber. 8, 781 (1927). - - Miehaelis, L.: Metachromasie. Enzyclop~die der mikroskopischen Technik, Bd. 2, S. 797. Berlin u. Wien 1903. - - Die Wasserstoff ionenkonzentrat ion I. Monographien aus dem Gesamtgebiet der Physiologic der Pflanzen und dcr Tiere, 2. Aufl., Bd. 1. Berl in 1922. - - J . gen. Physiol. 8, 33 ( 1 9 2 5 ) . - Miehaelis, L. u. P. Rona: Bio- chem. Z. 94, 225 (1920); 97, 57; 102, 268. - - Miolati, A.: Ber. dtsch, chem. Ges. 26, 1788 (1893); 28, 1696 (1895). - - Miiller, H.: Kolloidchem. Beih. 26, 1 (1928). Nathansohn, A.: Jb . Bot. 39, 607 (1904). - - Neumann, B.: Z. angew. Chem. 43, 882 (1930). - - Nightingale, G. T., R. M. Addoms, W. R. Robbins, and L. G. Sehermerhorn: Plan t Physiol. 6, 605 (1931). - - Niklewski, Br., A. Krause u. K. Lemanczyk: Jb . Bot. 69, 101 (1928). - - 0d~n, Sven: Ber. dtsch, bet . Ges. 34, 648 (1916). - - Oman, Erik: Teknisk. Tidskr. 55, 176 (1925). - - Papier fabr ikant 25, 503 (1927). - - 0stwald, Wo.: Kolloid-Z. 10, 97, 132 (1912); 24, 67 (1919). - - Kolloid- chem. Beih. 10, 179 (1919). - - Pal lmann, H.: Ko]loidchem. Beih. 30, 334 (1930). Pantanelli , E.: Jb . Bot. 56, 689 (1915). - - Arch. Sci. biol. 12, 163 (1928). Ref. Pro toplasma (Berl.) 7, 292 (1929). - - Pantanelli , E. u. M. Sella: Protoplasma (Berl.) 7, 129 (1929). - - Pantanelli , E. e Severini: Staz. spcr. agrieult. 44, 873 (1911). Pearsall, W. H. and J. H. Priestley: New Phytologist 22, 185 (1923). - - Pelet, L.: Z. Chem. u. Ind. Kolloide. 2, 216 (1907/08). - - Pelet-Jolivet, L.: Die Theorie des F~rbeprozesses. Dresden 1910. - - Pelet, L. u. N. Andersen: Z. Chem. u. Ind. Kolloide 2, 225 (1907/08). - - Pelet, L. u. L. Grand: Z. Chem. u. Ind. Koll. 2, 41, 83 (1907/08). - - Pleiffer, P. u. F. Wit tka: Chemik.-Ztg. 40, 357 (1916). - - Pirsehle, K.: Ber. dtsch, bot. Ges. 50a (Festschrift), 42 (1932). - - Fortschr. Bot. 2, 159 (1933). Pirsehle, K. u. H. Mengdehl: Jb . Bot. 74, 297 (1931). - - Priestley, L H.: New Phytologis t 20, 27 (1921). - - Quincke, G.: Ann. Physik 113, 513 (1861). - - Raber, 0 . : Bot. Gaz. 75, 298 (1923). - - Rea, M. W. u. J. Small: Protoplasma (Berl.) 1, 334 {1926) ; 2, 45 (1927). - - Rein, H.: Z. Biol. 81, 126 (1924). - - Reinders, W.: Kolloid-Z. 13, 96 (1913). - - Rippel, A.: Jb . Bot. 65, 819 (1926). - - Ritter, G. J. and L. C. Fleck: J . Ind. a. Engng. Chem. 14, 1050 (1922); 15, 1055 (1923); 18, 608 (1926). - - Robbins, W. J . : Ann. of Bot. 1O, 412 (1923). - - J . gen. Physiol. 6, 259 (1924). - - Univ. Missouri Stud. 1, 3 (1926). - - Robbins, W. J. and Irl. T. Scott: J . agricult. Res. 31, 385 (1925). - - Rona, P. u. L. Miehaelis: Biochem. Z. 103, 19 (1920). - - Rosen- thai , G.: Inaug.-Diss. Bern 1926. - - Rudolfs, W.: Bot. Gaz. 74, 215 (1922). - - Rudolfs, W.: J . agricult. Res. 30, 1021 (1925). - - Soil Sci. 20, 249 (1925). - - Ruh-

Untersuchungen fiber metachromatische Fiirbungen yon Pflanzengeweben. 601

land, W.: Z. Bot. 1, 747 (1909). - - guh land , W., H. Ullrieh u. G. Yamaha: P lan ta (Berl.) 18, 339 (1932). - - Sehorger, A. W.: J . Ind. a. Engng. Chem. 9, 556 (1917). Schuhbauer, Franz: Biochem. Z. 108, 304 (1920). - - Schultz, G.: Farbstoff- tabellen, 4. Aufl. Berlin 1902. - - Farbstofftabellen, 5. Aufl. Berlin 1914. - - Farb- stofftabellen, 6. Aufl. Berlin 1923. - - Sehwarz, Fr.: Ber. dtseh, bot. Ges. 42, (21), (28) (1924). - - Sehwarz, R. n. E. Her rmann: Kolloid-Z. 30, 91 (1922). - - Sharp, L. T. and D. R. Hoagland: J. agrieult. Res. 7, 123 (1916). - - Sidgwick, N. V. u. T. S. Moore: Z. physik. Chem. 58, 395 (1907). - - Small, J . : Protoplasma (Berl.) 1, 324 (1926). - - Protoplasma-Monographien, Bd. 2. Berlin 1929. - - S~rensen, S. P. L.: Biochem. Z. 21, 131 (1909). - - Erg. Physiol. 12, 393 (1912). - - Sonderegger, G.: Inaug.-Diss. Bern 1929. - - Stamm~ A. J. : Colloid Symposion monograph. 4, 246 (1926). - - Stern, 0. : Z. Elektrochem. 30, 508 (1924). - - Suida, W.: Z. Farben- Indus t r . 6, 41 (1907). - - Thiel, A.: Der S tand der Indikatorenfrage. Zugleich ein Beitrag zur chemischen Theorie der Farbe. S tu t tga r t 1911. - - Z. Elektro- chem. 35, 266 (1929). - - Tiiplen-Carer, R. M.: Proc. roy. Soc. Lond. B. 95, 109 (1923), - - Ulehla, Yl. : Protoplasma (Berl.) 3, 469 (1928). - - Uteseher, K.: Z. Pflanzenern~hrg A. 23, 381 (1932). - - Yirtanen, A. J . : Biochem. Z. 193, 300 (1928). - - Mitt. aus Valios Laborat . (1928) ( f i n n i s e h ) . - Beretning fra N. J . F. s. Kongress (1929). - - P lan ta (Berl.) 15, 645 (1932). - - Wiegner, (L: Kolloid-Z. 51, 49 (1930). - - Wiegner, G. u. It . Pa]lmann: Erg. Agrikult. chem. 2, 1--37. - - Z. Pflanzenern~hrg A 16, 1--57 (1930). - - Wieler, A.: Ber. dtsch, bot. Ges. 80, 39~ 406 (1912). - - Wisselingh, C. van: Handbueh der Pflanzenanatomie, Bd. 3, S, 2. 1925. - - Wizinger, R.: Organische Farbstoffe. Anlei tung zum schrit tweisen Eindr ingen in die Farbenchemie auf koordinationstheoretischer Grundlage. Berlin u. Bonn 1933. - - Youden, W. J. and F. E. Denny: Amer. J. Bot. 13, 743 (1926). Zetzsehe, Ft. u. M. B~hler: Helvet. chim. Acta 14, 642, 846, 852 (1931). - - Zetzsehe, Fr u. G. Sonderegger: Helvet. chim. Acta 14, 632 (1931). - - Zsigmondy, R.: Z. physik. Chem. 111, 211 (1924).

Documents

Untersuchungen über metachromatische Färbungen von Pflanzengeweben