This work has been digitalized and published in 2013 by Verlag Zeitschrift für Naturforschung in cooperation with the Max Planck Society for the Advancement of Science under a Creative Commons Attribution4.0 International License.

Dieses Werk wurde im Jahr 2013 vom Verlag Zeitschrift für Naturforschungin Zusammenarbeit mit der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung derWissenschaften e.V. digitalisiert und unter folgender Lizenz veröffentlicht:Creative Commons Namensnennung 4.0 Lizenz.

Weitere Untersuchungen über Phosphathaushalt und Photosynthese

V o n W I L H E L M SIMONIS u n d K A R L H E I N Z G R U B E

Aus dem Botanischen Institut der Tierärztlichen Hochschule Hannover (Z. Naturforschg. 8 b, 312 317 [1953]; eingegangen am 27. April 1953)

Es wurde der Einfluß einer Glucose-Vorbehandlung auf die 32P-Aufnahme von Helodea-Blättem bei Belichtung und Dunkelheit sowie die Bedeutung der Vorbelichtung für die nadi-folgende Dunkelaufnahme von 32P geprüft. Es trat eine Erhöhung der 32P-Aufnahme in die anorganische Orthophosphatfraktion sowie in die TES-lösliche organische Phosphatfraktion einerseits nach Glucosegaben im Lidit und andererseits nach Vorbelichtung auf. Die gefundene Erhöhung der 32P-Aufnahme in die TES-lösliche organische Phosphatfraktion nadi Glucose-gaben läßt sich am besten mit der Annahme erklären, daß die in den primären Photosynthese-produkten gespeicherte Energie teilweise wieder freigesetzt werden kann und so die für die festgestellte zusätzliche Phosphorylierung notwendige Energie zur Verfügung stellt. Ein er-höhter Abbau der Glucose im Licht sowie ein verstärkter Abbau von Photosynthese-End-produkten bei Belichtung und dadurch verursachte Bildung von energiereichen Phosphat-verbindungen wird für weniger wahrscheinlich angesehen. Andere Deutungsmöglichkeiten werden diskutiert.

In früheren Untersuchungen1—5 hatte sich ein enger

Zusammenhang zwischen Phosphathaushalt und Photosynthese ergeben. Nimmt man an, daß im Ver-lauf der Photosynthese energiereiche Phosphatver-bindungen entstehen, die für weitere Phosphorylie-rungsprozesse bzw. energiezehrende Vorgänge ver-wendet werden können, dann muß es bei gleichzeiti-ger Phosphatzugabe möglich sein, die Bildung von energiereichen Phosphatverbindungen dadurch zu er-höhen, daß während der Photosynthese ein geeig-neter Phosphatacceptor in die assimilierenden Zellen eingeführt wird. Auf diese Weise müßte die Einlage-rung von 32P in organische Verbindungen im Licht gegenüber Dunkelheit wesentlich gesteigert werden können. Ferner liegt es nahe zu untersuchen, ob die während der Photosynthese gebildeten Photoprodukte auch noch in unmittelbarem Anschluß an die voran-gegangene Photosynthese bei Verdunkelung und nun erfolgender kurzfristiger Einlagerung von 32P noch zu einer erhöhten Phosphorylierung fähig sind.

I. W i r k u n g v o n G l u c o s e g a b e n a u f d i e 32P - E i n l a g e r u n g

Zur Untersuchung wurden wie früher1 Blätter von Helodea densa benutzt, die am Abend vor den Versuchen abgeschnitten und auf eine Anzahl von Versuchsgefäßen gleichmäßig verteilt wurden (etwa 30 Blättchen in einem

1 W. S i m o n i s u. K. H. G r u b e , Z .Naturforschg. 7b. 144 [1952]; K . H . G r u b e , Planta 42 [1953], im Druck.

2 O. K a n d i e r , Z. Naturforschg. 5b. 423 [1950],

Gefäß). Sie blieben über Nacht im Dunkeln. Am nächsten Morgen wurden die Blätter aus dem einen Teil der Ge-fäße im Dunkeln in 0,08-mol. Glucoselösung überführt. Die Blätter der übrigen Versuchsgefäße dienten als Kon-trolle und erhielten keinen Glucosezusatz. Die Dauer der Einlagerung betrug genau 10 Minuten. Anschließend wur-den die Blätter nach Entfernung der Glucoselösung bei vollständiger Dunkelheit in dest. Wasser gewaschen und genau 5 Min. darin belassen. Nunmehr wurde den Blät-tern aus allen Versuchsgefäßen für 10 Min. 32P als „trä-gerfreie" Orthophosphorsäure (etwa 0,2 Mikro-Curie/ml) geboten. Die Hälfte der Gefäße wurde belichtet (Mikro-skopierlampen 6 V, 5 A), die anderen blieben während der 32P-Einlagerung verdunkelt. Die Pause von 5 Min. zwisdien der Glucose-Versorgung und der 32P-Einlage-rung hatte sich zur Erzielung gleichmäßiger Versuchs-ergebnisse als notwendig erwiesen. Dann wurden die Blätter in 10-proz. kalter Trichloressigsäure (TES) rasch abgetötet und die Einlagerung von 32P in drei aus den Blättern gewonnenen Fraktionen untersucht: es erfolgte eine Auftrennung in „anorg. Orthophosphat", in eine „TES-lösl. org. Phosphatfraktion" und in das „TES-un-lösl. org. Phosphat". Weitere Einzelheiten über die all-gemeine Versuchsanordnung und den vorgenommenen Trennungsgang sind der Arbeit von G r u b e 1 zu ent-nehmen.

3 M. D. K a m e n u. S. S p i e g e l m a n n , Cold Spring Harbor. Sympos. Quantität. Biol. 13, 151 [1948]; E. C. W a s s i n k , I. E. W i n t e r m an s u. I. J. T j i a , Kon. Akad. Wetensch. Amsterdam, Proc. C 54, 416 [1951]; J. F. W i n t e r m a n s u. J. E. T j i a , Kon. Akad. We-tensch. Amsterdam, Proc. C 55, 34 [1952],

4 M . C a l v i n u. A . A . B e n s o n , Science [NewYork] 107, 476 [1948]; A. A. B e n s o n , ]. A. B . B a s s h a m , M . C a l v i n u. Mitarb., J. biol. Chemistry 116, 703 [1952],

5 H. G a f f r o n , E. W. F a g e r u. J . L . R o s e n b e r g , Sympos. Soc. exp. Biol. 5, 262 [1951].

Tab. 1. Einlagerung von 32P bei Lieht und Dunkelheit in die TES-lösl. org. Phosphatfraktion von mit Glucose vor-behandelten Helodea-Blättern. Die Ziffern bedeuten Imp./Min. / 10 cm- Blattfläche. 0,08-mol. Glucose, Einlage-rungsdauer 10 Min.; 32P Einlagerungsdauer 10 Min.; CO,2-Gehalt der 32P-Lösung während der Photosynthese im

Gleichgewidrt mit dem CO^-Gehalt der Luft.

Dunkelheit Licht

Versuch Nr. — Glucose + Glucose — Glucose + Glucose

Imp./Min. % Imp./Min. / o Imp./Min. 0/ / 0 Imp./Min. 0/ / 0

1 2 3 4

106 111 92

120

100 100 100 100

132 122 101 110

124 110 110 92

197 194 174 236

100 100 100 100

323 440 246 430

164 227 141 183

Mittel: 107 100 116 109 200 100 360 180

Dunkelheit Licht

Vor-behand-

lung

Anzahl der Ver-

suche

Anorg. Ortho-

phosphat

TES-lösl. org.

Phosphat

TES-unlösl.

org. Phosphat

Gesamt-phosphat

Anzahl der Ver-

suche

Anorg. Ortho-

phosphat

TES-lösl. org.

Phosphat

TES-unlösl.

org. Phosphat

Gesamt-phosphat

— Glu-cose 4 481 107 7 595 4 443 200 8 651

+ Glu-cose 4 480 116 10 606 4 635 360 11 1006

Tab. 2. Einlagerung von 32P in mit Glucose vorbehandelte Helodea-Blätter. Die Ziffern geben die Anzahl der Im-pulse/Min. /10 cm2 Blattfläche an. Einlagerungsdauer der Glucose 10 Min., Einlagerungsdauer von 32P 10 Min.

Die Ergebnisse derartiger Versuche sind aus Tab. 1 und 2 ersichtlich. Tab. 1 zeigt zunächst die vor allem interessierende Einlagerung von 32P in die TES-lösl. org. Phosphatfraktion, in die auf Grund unserer frü-heren Versuche 32P bei Belichtung und Dunkelheit besonders unterschiedlich eingelagert wird. Bei Dun-kelheit ergibt sich kein großer Unterschied in der 32P-Einlagerung nach vorheriger Glucosegabe gegen-über der Kontrolle, es tritt nur eine kaum 10-proz. Erhöhung ein. Ganz anders im Licht. Hier zeigt sich ein sehr eindeutiger Anstieg in allen Versuchen. Der durchschnittliche Anstieg betrug unter den hier ge-wählten Versuchsbedingungen 8 0 % .

Tab. 2 zeigt die Einlagerung von 32P in die übrigen Fraktionen. Die Einlagerung in die TES-unlösl. org. Phosphatfraktion ist wegen der relativ kurzen Ein-lagerungszeit nur gering. Die Einlagerung in das anorg. Orthophosphat ist ohne Glucose-Zugabe, wie in den früheren Versuchen, im Licht erniedrigt. Glucosezugabe erhöht dagegen die Einlagerung in das anorg. Orthophosphat im Licht beträchtlich, wäh-

rend bei Dunkelheit praktisch kaum ein Unterschied in der Höhe der Einlagerung vorhanden ist (aus den Einzelversuchen ergibt sich, daß die aufgetretenen Unterschiede innerhalb der Fehlerbreite liegen). Da-mit kommen wir also zu dem Ergebnis, daß durch vorherige Glucosegaben die 32P-Einlagerung im Licht, und nur dort, in die TES-lösl. organ. Phosphatfrak-tion und in das anorg. Orthophosphat wesentlich erhöht wird.

Untersucht man zur Kontrolle die Höhe der Photo-synthese (02-Abgabe) der Helodea-Blätter im War-burg-Apparat, so zeigt sich (Tab. 3) in Übereinstim-mung mit früheren Messungen K a n d l e r s 2 an Chlorella, daß bei Glucosegaben in der von uns ge-wählten Versuchsanordnung die 0 2 -Abgabe erniedrigt wird. In unseren Versuchen beträgt sie etwa 15 %. Nach Bestimmung der 0 2 -Abgabe ohne Glucose wurde während der Belichtung aus der Ansatzbirne der Reaktionsgefäße die Glucose (Endkonzentration 0,2-mol.) zugegeben und anschließend die Assimila-tion erneut gemessen. Messungen der Atmung, vor

1. Assimila-tionsperiode

2. Assimilationsperiode 1. Assimila-tionsperiode — Glucose + Glucose

Oj-Abgabe 100 (9) 105,2 (5) 84.9 (9)

Tab. 3. Oi>-Abgabe von Heloclea-Blättern bei Gegenwart und Fehlen von Glucose. Dauer jeder Assimilationsperiode: 30 Min., Ablesung alle 5 Min. Nach 30 Min. Belichtung aus der Ansatzbirne Glucose zugegeben. Endkonzentra-tion 0,2-mo/. Glucose. Eingeklammerte Zahlen: Anzahl der Versuche. Höhe der Oa-Abgabe in relativen Einheiten an-

gegeben.

und nach der Photosynthese besrmum, ergaben bei Glucosegaben im Vergleich zu entsprechenden Kon-trollen bei der relativ sehr geringen Atmung der Heloclea-Blätter keine eindeutigen Unterschiede der Oo-Aufnahme.

Zu diesen Messungen wurde die für Photosynthese-zwecke umgebaute Warburg-Apparatur Modell V von Braun-Melsungen benutzt. Die als Wasserbad dienende Wanne ist mit einem Plexiglasboden versehen worden, so daß die Beleuchtung der Reaktionsgefäße von unten erfolgen kann. Die als Lichtquellen dienenden Osram-birnen (6 V, 5 A), je eine unter jedem Reaktions- und Kontrollgefäß, sind zum Zwecke der Regulierung der Lichtintensität zentrierbar angebracht. Während des Schütteins der Reaktionsgefäße und Differentialmano-meter bewegen sich die Lichtquellen genau konform mit den Reaktionsgefäßen, so daß für konstante Beleuchtung gesorgt ist.

II. D e r E i n f l u ß d e r V o r b e l i c h t u n g a u f d i e a n s c h l i e ß e n d e D u n k e l -

a u f n a h m e v o n 32P

Um den Einfluß der Vorbelichtung auf die nach-folgende Dunkelaufnahme von 32P zu untersuchen, wurden Helodea-Blätter zunächst 10 Min. belichtet und anschließend nach Verdunklung für 10 Min. in 32p _ Lösung überführt. Entsprechende Kontrollen wurden nicht vorbelichtet. Das Ergebnis dieser Ver-suchsreihe war recht bemerkenswert; denn es kam in der Tat nach vorheriger Belichtung zu einer erhöhten Einlagerung von 32P in die TES-lösl. organ. Phos-phatfraktion, die gegenüber den Dunkelkontrollen statistisch gut zu sichern war (Tab. 4). Auch eine er-höhte 32P-Gesamtaufnahme war festzustellen. Die aufgetretene Erhöhung des anorg. Orthophosphats war statistisch nicht zu sichern, sie stimmt aber mit

e S. R u b e n , J. Amer. chem. Soc. 65. 279 [1943]. i H . M . K a l c k a r , Chem. Rev. 28, 71 [1941]; F . L i p -

m a n n , Advances in Enzymology 1, 99 [1941|.

der von K a n d i e r 2 angegebenen Erhöhung des anorg. Phosphatspiegels nach Belichtung überein. Da die Dauer der 32P-Einlagerung (10 Min.) nach einer Vorbelichtung von 10 Min. noch verhältnismäßig lang ist, und die Möglichkeit besteht, daß die erhöhte Einlagerung nur in den ersten Minuten nach erfolg-ter Belichtung auftritt, wurde die Einlagerungszeit von 32P auf 3 Min. verkürzt. Es zeigte sich (Tab. 5), daß die Unterschiede völlig die gleichen sind wie bei einer Einlagerungszeit von 10 Minuten.

Für die Erklärung dieser erhöhten Einlagerung ist es natürlich von Bedeutung festzustellen, ob die im Anschluß an die Vorbelichtung verstärkte 32P-Auf-nahme nach 3 Min. Verdunklung völlig abgeklungen ist oder nicht. Es wurde deshalb der Versuch so ab-geändert, daß den Helodea-Blättern 32P nicht sofort nach Beendigung der Belichtung geboten wurde, sondern erst nach einer dazwischengesehalteten Dunkelperiode von 3 Minuten. Hier zeigte sich nun, daß die Tendenz zur erhöhten Einlagerung in die TES-lösl. organ. Phosphatfraktion nach der Ver-dunkelung noch relativ lange anhält (Tab. 5); denn die Aufnahme ist bei einer etwas vergrößerten Ge-samtaufnahme an 32P weiter deutlich erhöht. Es konnte sogar noch etwa die gleiche Gesamtaufnahme und die gleiche Einlagerung von 32P in die TES-lösl. organ. Phosphatfraktion beobachtet werden, wie bei sofortiger 32P-Einlagerung nach Verdunkelung.

D i s k u s s i o n

Der Zusammenhang von Phosphatstoffwechsel und Photosynthese ist aus verschiedenen Gründen und nach verschiedenen Seiten hin erörtert worden. Zu-nächst hat sich gezeigt, daß die ersten isolierten stabileren Intermediärprodukte der Photosynthese phosphorylierte Verbindungen darstellen4 ,5 , wie sie z. Tl. auch beim Abbau der Kohlenhydrate auftreten. Ferner ist zuerst von R u b e n 6 darauf hingewiesen worden, daß energiereiche Phosphatverbindungen auf Grund ihrer Eigenschaften zur Energieübertragung7

eine energetische Hilfestellung bei der Photosynthese leisten könnten, um zwei thermodynamisch schwierige Teilschritte, die Carboxylierung eines COo-Acceptors und die Reduktion einer Carboxyl- zu einer Carbonyl-gruppe zu ermöglichen. Die weitergehende ursprüng-liche Annahme E m e r s o n s und Mitarbeiter8, daß die photochemisch bei der Photosynthese gewonnene Energie in ihrer Gesamtheit in Form energiereicher

8 R. E m e r s o n , J .G. S t a u f f e r u. W. W. U m b r e i t, Amer. J. Bot. 31, 107 [1944].

Vorbehandlung Anzahl der Versuche

Anorg. Orthophosphat

TES-lösl. organ. Phosphat

TES-unlösl. organ. Phosphat

Gesamt-phosphat

10 Min. Vorbelichtung Keine Vorbeliditung

9 9

558 516

2211

1471

24 17

8032

6802

Tab. 4. Einfluß einer Vorbelichtung von 10 Min. auf die 32P-Aufnahme durch Helodea-Blätter in einer nachfolgen-den Dunkelperiode von 10 Min. Statistische Sicherung: 1. t = 4,9; P = 0,00015; 2. t = 3,7; P = 0,006. Die Zif-

fern geben die Anzahl der Impulse pro Minute, beredinet auf 10 cm2 Blattfläche, an.

Vorbehandlung 3'-'P-Aufnahme Anorg. Orthophosphat

TES-lösl. organ. Phosphat

TES-unlösl. organ. Phosphat

Gesamt-Einlagerung

Dunkel 10 Min. Licht 10 Min. Licht 3 Min. Dunkel

3 Min. Dunkel 3 Min. Dunkel

3 Min. Dunkel

468 (100) 518 (110)

523 (111)

126 (100) 175 (139)

191 (152)

7 (100) 7 (100)

8 (114)

601 (100) 700 (116)

722 (120)

Tab. 5. 32P-Aufnahme durch Helodea-BYätter nach Vorbelichtung und nach darauffolgender Dunkelperiode. Dauer der 32P-Aufnahme 3 Minuten. Die Ziffern geben Imp./Min., berechnet auf 10 cm2 Blattfläche, an. Mittel-

werte aus je 3 übereinstimmenden Versuchen mit vergleichbarem Blattmaterial.

Phosphate transportiert wird, kann hier als wenig wahrscheinlich beiseite gelassen werden9.

Wenn die Beteiligung des Phosphatstoffwechsels an der COo-Assimilation durch die Untersuchungen der letzten Jahre auch schon gut gesichert ist1 5, so ist über die Herkunft der energiereichen Phosphatver-bindungen bei der Photosynthese, wodurch die eben genannten Fragen entschieden werden könnten, noch recht wenig bekannt. Sie könnten einmal ohne Hilfe des Lichtes, durch nicht-photochemische Oxydations-prozesse, also im Verlauf des Abbaus der Photo-synthese-Endprodukte gewonnen werden9. Sie könn-ten aber auch im Verlauf der Photosynthese selbst entstehen, und zwar entweder durch den Übergang eines an einen H-Acceptor gebundenen Wasserstoff-atoms, das durch die Lichtenergie auf ein hohes Aus-gangspotential gehoben wurde, auf ein niederes Potential (vgl. K a n d i e r 2 ) , oder nach K o k 1 0 durch Rekombination eines Teils der an einen, auf mittlerem Potential befindlichen Acceptor gebundenen H-Atome mit Sauerstoff. Die Rekombination könnte dabei über ein der Atmungsfermentkette entsprechendes System vor sich gehen 11. Modellversuche von V i s h n i a c und O c h o a 1 2 haben kürzlich an Chloroplastenfragmen-

9 E . J . R a b i n o w i t c h , Photosynthesis and Related Processes. Bd. I. Interscience Publ. New York 1945.

if B. K o k , Enzymologia 13, 1 [1948|. 11 H. H o l z e r , Z. Naturforschg. 6b, 424 [19511. 12 W. V is hn i a c u. S. O c h o a, J. biol. Chemistry 19S.

501 [1952],

ten unter Zugabe von geeignetem Substrat, Enzymen und einer weitere notwendige Enzyme enthaltenden Mitochondrienfraktion die Möglichkeit zur Bildung von energiereichem Phosphat (Adenosintriphosphat), sehr wahrscheinlich auf dem letztgenannten Wege, bewiesen. Ob ein solches Modell dem Vorgang bei der Photosynthese wirklich entspricht, ist aber einst-weilen noch unbekannt. Die Dinitrophenolhemmung der Photosynthese1 1 , 1 3 ist ebenfalls ein Argument für diese Anschauung, da Dinitrophenol die Atmungs-fermentkettenphosphorylierung hemmt. Auch läßt sich die Rekombinationstheorie K o k s gut mit den Befunden W a r b u r g s und Mitarb.1 4 über eine Rückreaktion bei der Photosynthese unter 0 2 -Ver-brauch vereinigen.

Die aus den Tab. 1 und 2 hervorgehende, wesent-lich erhöhte Aufnahme von 32P in die TES-lösl. organ. Phosphatfraktion nach Glucosegaben im Licht zeigt, daß die Phosphorylierungsmöglichkeiten in den Helodea-Blättern bei Belichtung erhöht sind. Dieses Ergebnis läßt sich am einfachsten durch die Annahme deuten, daß die bei Belichtung durch die Primär-prozesse der Photosynthese entstandene photo-chemische Energie auch dazu verwendet werden kann, auf dem einen oder anderen der beiden oben genannten Wege energiereiche Phosphatverbindun-

13 H. G a f f r o n , J. gen. Physiol. 26, 195 [1942], ii O. W a r b u r g , Z. Elektrochem. 55, 447 [1951|;

O. W a r b u r g , M . G e l e i c k u. K . B r i e s e , Z. Natur-forsdig. 6 b, 417 [19511.

gen zu bilden, die in der Lage sind, nicht nur zur Phosphorylierung von Photosynthesezwischenproduk-ten selbst beizutragen, sondern die auch die zu-gesetzte Glucose noch zu phosphorylieren vermögen. Hinweise dafür, daß Glucose als Phosphatacceptor dienen kann, sind u. a. der zusammenfassenden Dar-stellung der oxydativen Phosphorylierung von H u n -t e r 1 5 oder auch der Arbeit von L a r d y und W e l l -m a n 15 zu entnehmen. Die Erniedrigung der 0 2 -Abgabe während der Photosynthese bei Glucose-gaben, wie wir sie für Helodea gefunden haben, und die für Chlorella auch von K a n d i e r 2 angegeben worden ist, — andere Untersucher fanden allerdings keine einheitlichen Unterschiede9 '10 —, könnte dann als ein erhöhter 0 2 -Bedarf für diese Phosphorylie-rungen angesehen werden.

Eine andere Deutung bestände nun allerdings darin, daß Glucose im Licht stärker als im Dunkeln abgebaut wird, wodurch ebenfalls eine erhöhte Phos-phorylierung möglich wäre. Die Erniedrigung der 0 2 -Abgabe würde auch damit übereinstimmen. Diese Annahme wäre jedoch gleichbedeutend mit einer er-höhten „Lichtatmung" (oxydativer Abbau von Photo-synthese-Endprodukten). Demgegenüber ist aber auf Versuche von K o k 1 0 - 1 6 ' 1 7 und v a n d e r V e e n 1 8

hinzuweisen, in denen die Oo-Abgabe bei der Photo-synthese bei verschiedenen, niedrigen Lichtintensitä-ten verfolgt wurde. Aus den erhaltenen, unterhalb und oberhalb des Kompensationspunktes unterschied-lichen Kurven wurde geschlossen, daß der Sauerstoff-verbrauch der benutzten Algen während der Be-leuchtung herabgesetzt und die normale Dunkel-atmung im Licht durch einen anderen energieliefern-den Mechanismus ersetzt werden könne. Vor allem sind Ergebnisse von C a l v i n und Mitarb.19 hier an-zuführen, die den Verbleib von 1 4C nach voran-gehender Photosynthese mit 1 4 C 0 2 bei anschließen-der Belichtung ohne C0 2-Zufuhr untersuchten. Hier war das Auftreten von 14C in Produkten des Tri-carbonsäurezyklus während der Belichtung wesent-lich herabgesetzt. Auch damit wird also eine Ernie-drigung des Energiegewinns auf dem normalen Atmungsweg während der Belichtung nahe gelegt. Die genannten Befunde sprechen jedenfalls nicht für eine erhöhte „Lichtatmung". Unsere Ergebnisse und ihre Deutung als eine durch die photochemische Energie ermöglichte zusätzliche Phosphorylierung

15 F. E. H u n t e r , in: Phosphorus Metabolism S. 297. D. Hopkins Press, Baltimore 1951; H. A. L a r d y u. H. W e l l m a n . J. biol. Chemistry 195, 215 [1952],

16 B. K o k , Biochim. biophysica Acta 3. 625 [1949],

stimmen mit den angeführten Versuchen jedoch recht gut überein.

In unseren Versuchen erhöht die Glucosegabe nun aber auch die Aufnahme von 32P in die anorganische Orthophosphatfraktion bei Belichtung wesentlich: ohne Glucosegabe ist sie bei Belichtung sonst immer erniedrigt. Hierfür können einstweilen folgende Gründe angeführt werden: Entweder ist bei Belich-tung und Glucose-Gegenwart auch die Dephosphorv-lierung erhöht oder der energieverbrauchende Auf-nahmemechanismus für Phosphat arbeitet bei er-höhter Glucose-Gegenwart in den Zellen im Licht besser, oder aber, was wir auf Grund der voran-gegangenen Überlegungen für das wahrscheinlichste halten, die Phosphateinlagerung geht bei Glucose-Gegenwart im Licht verstärkt in eine relativ labile Verbindung, z. B- bereits Glucose-1-phosphat, vor sich, die aber durch die von uns in diesen Versuchen noch angewendete Fraktionierungsmethode (teil-weise) wieder zerstört wurde.

Über Veränderungen des TES-lösl. anorg. Ortho-phosphatspiegels von Chlorella bei Glucosegaben in länger dauernden Versuchen berichteten übrigens auch W a s s i n k und Mitarb.3 . Sie erhielten bei Glucose-Gegenwart eine Verringerung der sonst vor-handenen Abnahme des TES-lösl. anorgan. Ortho-phosphatspiegels, von ihnen als TES-lösliches Phos-phat bezeichnet. Da sich dieser Anteil aber wegen der während der Versuchszeit vorhandenen Phos-phorylierungen vermindert und wegen der Dephos-phorylierungen erhöht, sind diese Versuche mit unse-ren Ergebnissen nicht unmittelbar zu vergleichen. Immerhin ist auch auf Grund unserer Versuche bei Glucose-Gegenwart die Einlagerung von 32P in das anorg. Orthophosphat erhöht.

Da die Rekombinationstheorie von K o k 1 0 und die Rüdereaktion nach W a r b u r g 1 4 die Wiedervereini-gung eines Teils der im Verlauf der Photosynthese gebildeten Wasserstoffatome mit dem entstandenen Sauerstoff, evtl. unter Bildung energiereicher Phos-phate, postuliert, lag uns daran, die Einlagerung von 32P unmittelbar nach Belichtung zu prüfen. Die Rück-reaktion müßte etwa 3 Min. nach Belichtung be-endet sein. In Tab. 3—5 zeigte sich, daß im Anschluß an eine kurzzeitige Belichtung im Dunkeln in der Tat noch eine Erhöhung der 32P-Aufnahme in die

» B. K o k , Svmpos. Soc. exp. Biol. 5, 211 [1951], is R. van d e r V e e n , Physiol. Plant. 2, 217 u. 287

[1949]. is M. C a l v i n , J. A. B a s s h a m , A. A. B e n s o n u.

Mitarb., Symp. Soc. exp. Biol. 5, 284 [1951],

TES-lösl- organ. Phosphatfraktion vorhanden ist. Es wird also während der vorhergehenden Photosynthese im Licht entweder ein Photoprodukt auf relativ hohem Energiepotential gebildet, das eine längere Lebensdauer besitzt, und dessen Energie noch an-schließend im Dunkeln zur Bildung von energie-reichen Phosphatverbindungen benutzt werden kann, sei es durch Absinken auf ein niederes Potential oder durch Rekombination mit CL. Oder aber es werden im Verlauf der vorhergehenden Belichtung ver-atmungsfähige Substanzen (Photosynthese-Endpro-dukte) gebildet, die im Dunkeln abgebaut werden, wobei ebenfalls energiereiche Phosphatverbindungen entstehen können. Da sowohl bei der Rekombination der primären Photoprodukte mit 0 2 als auch bei der Veratmung von Photosynthese-Endprodukten Sauer-stoff benötigt wird, ist es schon aus diesen Gründen verständlich, daß v a n d e r P a a u w 2 0 , E m e r s o n und L e w i s 2 1 sowie K a n d i e r 2 , vgl. auch v a n d e r V e e n 1 8 , im Anschluß an die Belichtung von grünen Pflanzen eine erhöhte Sauerstoffaufnahme festgestellt haben. Die Versuche zeigten nun aber weiter, daß

-0 F. van d e r P a a u w , Ree. Trav. bot. neerl. 29, 497 [1932].

die erhöhte 32P-Aufnahme in die TES-lösl. organ. Phosphatfraktion nicht nur in den ersten 3 Min. nach Aufhören der Belichtung vorhanden ist, sondern mindestens 6 Min. nach Belichtung mit relativ glei-cher Stärke anhält. Entweder sind also die während der vorhergehenden Belichtung entstandenen Photo-produkte recht stabil, oder die nach Belichtung sehr intensiv wieder einsetzende Veratmung von Photo-synthese-Endprodukten summiert sich mit der er-warteten Rückreaktion, so daß die 32P-Aufnahme nach Beendigung der Belichtung noch längere Zeit hin-durch erhöht ist. Hier sind also weitere Versuche er-forderlich, wenngleich ein Einfluß der Vorbelichtung auf den Phosphatstoffwechsel bei anschließender Dunkelheit durch die vorliegenden Versuche in Über-einstimmung mit K a n d l e r s 2 Phosphatspiegel-schwankungen nach Belichtung sicher nachgewie-sen ist.

Die Versuche wurden durch die D e u t s c h e F o r -s c h u n g s g e m e i n s c h a f t wesentlich unterstützt. Auch an dieser Stelle danken wir verbindlichst für die zur Ver-fügung gestellten Mittel.

21 R. E m e r s o n u. C . M . L e w i s , Amer. J. Bot. 30, 105 [1943].

Untersuchungen über die Wirkung von Trichloracetaten

und anderen Halogenacetaten auf pflanzliches Gewebe

V o n HEINZ Z Ö T T L

Aus der Biologischen Abteilung der Lech-Chemie, Gersthofen * (Z. Naturforschg. 8 b, 317—323 [1953]; eingegangen am 5. Mai 1953)

Die als Wirkstoffe in Unkrautvemichtungsmitteln verwendeten Trichloracetate und weitere Halogenacetate werden auf in vitro kultivierte Maiswurzeln in verschiedenen Konzentrationen zur Anwendung gebracht.

Die untersuchten Halogenacetate verhalten sich dabei in ihrer Wirkung grundsätzlich gleich-sinnig. Mit zunehmender Wirkstoffkonzentration wird das Längenwachstum bis zum vollstän-digen Stillstand gehemmt; die Trockengewichtszunahme geht ebenso wie der Stickstoffeinbau bis zum völligen Aufhören zurück. Es kann sogar Stoffverlust eintreten. Die Atmungsintensität nimmt mit dem Moment des Zusatzes genügend konz. Wirkstofflösungen stetig ab und wird im Extremfall gleich Null. Die Syntheseleistung wird zunehmend verringert, so daß nur noch eine gewisse Atmung, aber kein Stoffeinbau mehr erfolgt. Der Kohlenhydratstoffwechsel wird im Vergleich zum Stickstoffeinbau deutlich intensiver gehemmt.

In der Wirksamkeit der untersuchten Stoffe bestehen graduelle Untersdiiede. Sie lassen vermuten, daß monohalogensubstituierte Essigsäuren stärker hemmen als mehrfachsubstituierte und daß die einzelnen Halogene mit steigendem Atomgewicht wirksamere Substituenten dar-stellen. Insgesamt sind die Halogenessigsäuren als Atmungsgifte mit einer der Jodessigsäure ähnlichen Wirkungsweise anzusehen.

Der Gebrauch chemischer Substanzen zur Ver-nichtung unerwünschten Pflanzenwuchses ist seit

langem allgemein bekannt; durch die erfolgreiche Verwendung synthetischer Wuchsstoffe (z. B. 2.4-Di-

chlorphenoxy-essigsäure) wurde insbesondere die Un-krautbekämpfung in den letzten Jahren stark inten-siviert. Neben solchen auf hormonartig wirkenden

* Fußnote siehe nächste Seite.