Zur wirkung einiger morpholinoverbindungen auf die vermehrung von RNA-viren
Transcript of Zur wirkung einiger morpholinoverbindungen auf die vermehrung von RNA-viren
Zbl. Bakt. Abt. II, Bd. 133, S. 180-187 (1978)
[Sektion Biowissenschaften der Karl-Marx-Universitat Leipzig, Wissenschaftsbereich Pflanzenphysiologie und Mikrobiologie]
Zur Wirkung einiger Morpholinoverbindungen auf die Vermehrungvon RNA-Viren
On the Effect of some Morpholinium Compounds on the Multiplicationof RNA Viruses
Siegfried Kluge, Gisela Menzel und Monika Moschke
Summary
In the present paper the authors report about the effect of N,N-dimethylmorpholinium chloride(DMMC), N,N-dimethyl-2-oxomorpholinium chloride (DMOMC), and N,N-diethyl-2-oxomorpholinium chloride (DEOMC) on the multiplication of tobacco mosaic virus (TMV), potato virus X (PVX),and cucumber mosaic virus (CMV) as well as the plaque formation by the RNA phages M 12, f 2, andQI3.
The used morpholinium compounds do not influence strikingly the multiplication of phytoviruses.The results found by serological procedure and by bio-assay are indicated concordantly by the twomethods. The plaque formation by bacteriophages is not influenced by DMMC, but enhanced significantly by DMOMC and DEOMC. These effects might be caused by the different hydrolytical behaviour of the morpholinium compounds tested.
Zusammenfassung
In der vorliegenden Arbeit wird liber den Einflu13 von N,N-Dimethylmorpholino-chlorid (DMMC),N ,N-Dimethyl-2-oxo-morpholino.chlorid (DMOMC) und N ,N-Diathyl·2.oxo-morpholino-chlorid(DEOMC) auf die Vermehrung von Tabakmosaikvirus (TMV), Kartoffel-X-Virus (PVX) und Gurkenmosaikvirus (CMV) sowie auf die Plaquebildung durch die RNA-Phagen M 12, f2 und QI3 berichtet.
Die genannten Morpholinoverbindungen liben auf die Vermehrung der Phytoviren keinen deutlichen Einflul3 aus. Dabei stimmen die mit den serologischen Verfahren und mit dem Biotest erhaltenen Ergebnisse weitgehend iiberein. Die Plaquebildung durch die Bakteriophagen wird durch DMMCnicht beeinflul3t, durch DMOMC und DEOMC hingegen signifikant gefordert. Als Ursache dafUrkonnte das unterschiedliche hydrolytische Verhalten der gepriiften Morpholinoverbindungen inBetracht gezogen werden.
Aus der Gruppe der Morpholinoverbindungen sind in den letzten Jahren einigePraparate mit auffallender biologischer Wirkung bekannt geworden. So wird NTridecyl-2,6-dimethyl-morpholin (Tridemorph) als systemisches Fungizid insbesonderegegen Erysiphe graminis eingesetzt (FEHRMANN 1976). Dber fungizide Wirkungenweiterer Morpholinoverbindungen berichteten u. a. GORALSKI (1973a), SHEMA et al.(1973), POMMER et al. (1975) und SvrSHCHU"K et al. (1975). Gelegentlich wurden auchbakterizide oder bakteriostatische Effekte beobachtet (SHEMA et al. 1973, GORALSKI1973 b). Von N-Methyl-N-(morpholinomercapto).N'-(3,4-dichlorphenyl)-harnstoff undnahe verwandten Verbindungen ist eine herbizide Wirkung nachgewiesen worden
Zur Wirkung einiger Morpholinoverbindungen 181
(HAINAUT et al. 1976). Weitere Morpholinoverbindungen wirken als Insektizide(OKADA u. NAKANISHI 1970) oder Wachstumsregulatoren (JUNG u. SCHOLZ 1968,OKADA U. NAKANISHI 1970, HAYASHI et al. 1976). Uber eine Steigerung des Masseertrages bei Kulturpflanzen durch Morpholinoverbindungen und einige wachstumsretardierende Eigenschaften berichteten WITEK et al. (1973), KNYPL et al. (1976) undKNYPL (1977). Solche Erscheinungen werden u. a. durch N,N-Dimethyl-morpholinochlorid, N,N-Dimethyl-2-oxo-morpholino-chlorid und N,N-Diathyl-2-oxo-morpholino-chlorid verursacht.
Auf Grund der unterschiedlichen und vielseitigen biologischen Aktivitat war esvon besonderem Interesse zu priifen, inwieweit derartige Verbindungen bestimmtePhytoviren beeinflussen konnen, da deren Vermehrung in starkem MaGe von Wachstumsregulatoren abhangig sein kann (z. B. CHEO 1971, SCHUSTER 1971, SETH U.
RAYCHAUDHURI 1975). Um einige weiterfiihrende Hinweise zur Wirkung dieser Substanzen und eventuell einige Anhaltspunkte fur deren Wirkungsmechanismus zu erhalten, wurden in die Untersuchungen auch RNA-Bakteriophagen einbezogen.
Material und Methoden
Viren und ihre WirteDie in den Untersuchungen verwendeten Viren und ihre Wirte sind in der Tabelle I aufgefUhrt.
Tabelle 1. Ubersicht uber die verwendeten Viren und deren Wirte
Virus Stammbe- Herkunftzeichnung
Wirt
Systemischer Wirt Lokallasionswirt
Tabakmosaikvirus(TMV)
Kartoffel-X-Virus(PVX)
Gurkenmosaikvirus(CMV)
Bakteriophage M 12
Bakteriophage f2
Bakteriophage QE
Grunstamm Sektion Biowissen- Nicotiana tabacum Nicotiana glutinosaschaften,' KMU, L. "Samsun" L.Leipzig
H 19 Biologische Bundes- N icotiana tabacum Gomphrena globosaanstalt, Braun- L. "Samsun" L.schweig
GM-FrJSU lnstitut Phyto- Nicotiana glutinosa Chenopodium ama-pathologie, L. ranticolor Coste etAschersleben Reyn.
Zentralinstitut fUr Escherichia coli W 1665 F+Mikrobiol. u. exper.Therapie der AdWder DDR, Jena
Dr. REGOS, Basel Escherichia coli K 1046
Max-Planck-lnst. Escherichia coli AB 301fUr Biochemie,Munchen
Fur die Uberlassung der genannten Stamme sprechen die Autoren ihren verbindlichen Dank aus.
Testsubstanzen
Folgende Morpholinoverbindungen wurden von uns auf ihren EinfluE auf die VirusvermehrunggeprUft: N ,N-Dimethyl-morpholino-chlorid (DMMC), N ,N-Dimethyl-2-oxo-morpholino-chlorid(DMOMC) und N,N-Diathyl-2-oxo-morpholino.chlorid (DEOMC)l).
I) Fur das Uberlassen der Substanzproben danken wir Dr. J. S. KNYPL, lnstytut Fizjologiii Cytologii Universytetu Lodzkiego, Pracownia Regulatorow, Wzrostu Roslin.
182 S. KLUGE, G. MENZEL und M. MOSCHKE
Substanztestung mit Phytoviren
Den EinfluJ3 del' drei Morpholinoverbindungen auf die Vermehrung von Phytoviren priiften wirim Ganzpflanzentest. Als Wirte fiir diese Viren wurden die in del' Tabelle 1 genannten Pflanzen kultiviert. Die Kulturbedingungen wurden bereits friiher beschrieben (KLUGE 1976). Beim Ganzpflanzen test erfolgte eine dreimalige Behandlung mit verschieden konzentrierten Losungen (10-2 M, 10-3
M, 10-4 M, 10-5 M) del' Morpholinoverbindungen jeweils 2 Tage VOl' und 2 Tage nach del' Inokulationmit virushaltigem Pref3saft. Die Versuchspflanzen wurden jeweils bis zur Tropfnasse bespriiht. Inokuliert wurden stets das erste und zweite noch vollig intakte Blatt von unten. Fiir die Untersuchungenwurde das obere del' beiden inokulierten Blatter und von den sekundar infizierten Blattern das zweiteauf das obere primal' infizierte Blatt folgende ausgewahlt. Die inokulierten Blatter del' TMV-infizierten Pflanzen entnahmen wir 7 Tage, die del' PVX- und CMV-infizierten Tabakplanzen 5 Tage nachdel' Inokulation. Die sekundar infizierten Blatter TMV-kranker Pflanzen wurden 17-19 Tage, diePVX-kranker Pflanzen 13-14 Tage und die CMV-kranker Pflanzen 8- 9 Tage nach del' Inokulationgeerntet.
Del' Virusgehalt wurde bei allen verwendeten Viren sowohl auf serologischem Wege als auch mittels des Biotestes bestimmt. Zur Bestimmung des Gehaltes an TMV und PYX bedienten wir uns desserologischen Tropfentestes (Prazipitationstest). Sowohl TMV- als auch PVX-haltiger Pref3saft wurde10 Min. bei 4100x g (~6000 U/min) in einer Zentrifuge yom Typ '1'23 zentrifugiert. Nach del' Zentrifugation wurden yom Pref3saft Verdiinnungsreihen in geometrischer Folge hergestellt. Del' Pref3saftwurde mit 1/15 M Phosphatpuffer (pH 7,0) verdiinnt. Von den verschiedenen Stufen des verdiinntenPref3saftes wurde je 1 Tropfen von 20,u1 auf eine Glasplatte gebracht und mit 20,u1 Antiserum gegendas jeweilige Virus vermischt. Durch mikroskopische Betrachtung im Dunkelfeld wurde die Vel'diinnungsstufe ermittelt, bei del' gerade noch ein Prazipitat sichtbar war (Endverdiinnung). ZurKontrolle auf unspezifische Reaktionen, d. h. Reaktionen mit natiirlichem pflanzlichen Protein,wurde del' Tropfentest mit Normalserum wiederholt. Proben mit unspezifischen Reaktionen wurdenausgesondert. Del' Gehalt an CMV wurde mittels des Radialimmundiffusionstestes (RIDT) in Anlehnung an das von RICHTER et al. (1975) ausgearbeitete Verfahren bestimmt.
Auf3er dem serologischen Virusnachweis, del' auf del' Reaktion des Antiserums mit dem Virusprotein beruht, wurden Bioteste zur Kennzeichnung des Gehaltes an aktiven Viruspartikelndurchgefiihrt. Die fur die verschiedenen Viren verwendeten Lokallasionswirte sind aus del' Tabelle 1ersichtlich. Del' virushaltige Pref3saft muf3te in Abhangigkeit Yom zu testenden Virusstamm und denspezifischen Versuchsbedingungen in unterschiedlichem Maf3e verdiinnt werden, um zu garantieren,daf3 Virusgehalt und LokalUisionenanzahl im Proportionalitatsbereich lagen. In del' Regel envies sichfiir TMV eine Verdiinnung auf 10-3 , fUr PYX und CMV auf 10-2 als giinstig. Del' virushaltige Pref3·saft wurde im Faile del' TMV- und PVX-Testung mit 1/15 1\1 Phosphatpuffer (pH 7,0) und im Falledel' CMV-Testung mit dem zur Serologie verwendeten Standardpuffer verdiinnt. Fiir den Biotestwurden gut ausgebildete, nicht zu alte Blatter (1 Blatt bis 3 Blatter an jeder Pflanze) ausgewahlt,mit Karborundpuder (Korngrol3e 500, VEB Stickstoffwerk Piesteritz) bestaubt und auf ihnen del'virushaltige, verdiinnte Prel3saft abgerieben. Urn einen Einfluf3 des Blattalters auf die Ausbildungvon Lasionen weitgehend auszuschlief3en, wurde auf der einen Blatthalfte verdiinnter Pref3saft del'Kontrolle, auf del' anderen verdiinnter Prel3saft einer iibrigen Versuchsvariante abgerieben. 1m Falledel' C1\1V-Bestimmung wurde del' Pref3saft einer jeden Probe auf die gesamte Blattflache aufgetragen.Wir verwendeten dabei nahezu gleich inserierte Blatter. Die Lasionen wurden nach 3-5 Tagen ausgezahlt.
Substanztestung mit Bakteriophagen
Die Morpholinoverbindungen wurden im Agrardiffusionslochtest und im Gul3plattentest auf ihreWirksamkeit in den in del' Tabelle 1 genannten Virus/Wirt-Kombinationen gepriift.
Fiir den Lochtest wurden Doppelschichtplatten (Durchmesser = 15 em) mit Nahragar verwendet. Die Grundschicht bestand aus
PeptonWalfleischextrakt1/15 M Phosphatpuffernac h SORENSE.·Agar
1 %0,1%
25 %
1,5%
Zur Wirkung einiger Morpholinoverbindungen 183
in Aqua dest. End-pH = 7,2;die Deeksehieht war zusammengesetzt ausBaeto Tryptone (Difeo) 0,8 %NaCl 0,5%Agar 0,6%in Aqua dest. End-pH = 7,0-7,2.
Bakterien einer 16-Std.-Kultur wurden mit physiologiseher NaCl-Losung von Sehragagar abgesehwemmt, mit Phagen in einem geeigneten Verhaltnis gemiseht und dem noch fliissigen Decksehiehtagar zugegeben. Nach dem Erstarren des Agars }Vurden Locher von 1 em Durchmesser gestanzt undin diese 0,1 M Losungen der Morpholinoverbindungen eingefiillt, so daB sich im Agar ein Diffusionsgradient ausbilden konnte. AuBerdem wurden Lochtestplatten ohne Phagen angesetzt. Die Inkubation samtlicher Platten erfolgte 20 Std. bei 37°C. Auswertekriterien waren die Beeinflussung derPlaquebildung und die Veranderung der'Bakteriendiehte urn die jeweiligen Stanzlocher.
Zur quantitativen Erfassung einer Wirkung auf die Plaquebildung wurde der GuBplattentestverwendet. Hierbei wurden dem fliissigen Deeksehiehtagar Bakterien, Phagen und die Losung derTestsubstanz zugefiigt. Die Auswertung erfolgte naeh 20stiindiger Bebriitung dureh Auszahlen derPlaques.
Ergebnisse und Diskussion
Die Ergebnisse iiber die Wirkung der gepriiften Morpholinoverbindungen sind inden Tabellen 2, 3 und 4 aufgefiihrt. Sowohl die bei der serologischen Testung als auchdie im Biotest erhaltenen Befunde zeigen iibereinstimmend, daB die Verbindungenauf die Vermehrung von TMV, PYX und CMV kaum einen EinfluB haben. Mituntertreten schwache F6rderungen oder Hemmungen der Virusvermehrung auf. So fiihrtz. B. DMMC in einer Konzentration von 10-2 M in inokulierten BliLttern zu einer
Tabelle 2_ EinfluB von DMMC auf die Vermehrung von pflanzenviren
Virus Konzentrationder Substanz
Virusgehalt
Durehschnittliehe Endver·diinnung (Tropfentest)
Anzahl LokallasionenlBlatthalfte bzw. Blatt!)
pro info Blatter sek. info Blatter pro info Blatter sek. inf. Blatter
TMV (K) 4,0 4,1 15 ± 4 25 ± 210-2 M 4,5 3,5 14 ± 5 25 ± 210-3 M 4,0 3,6 18 ± 4 24 ± 21O-~ M 3,8 3,4 25 ± 4 26 ± 210-5 M 4,0 3,8 16 ± 2 24 ± 1
PYX (K) 2,7 3,9 23 ± 3 26 ± 210-2 M 2,6 3,9 23 ± 3 20 ± 210-3 M 2,6 4,1 19 ± 2 22 ± 41O-~ M 2,0 3,9 19 ± 4 21 ± 210-5 M 2,1 4,0 22 ± 4 21 ± 2
Triibungsring (mm)
CMV (K) keine mit dem 1,0 ± 0,0 14 ± 3 18 ± 310-2 M RIDT naeh- 1,0 ± 0,2 12 ± 2 23 ± 21O-3 M weisbare 0,7 ± 0,1 8±5 16 ± 310-,1 M Viruskonz. 0,8 ± 0,1 6 ± 1 23 ± 410-5 M 1,0 ± 0,1 12 ± 1 23 ± 2
1) Vgl. Methode; pro info Blatter = primar infizierte Blatter, sek. inf. Blatter = sekundar infi·zierte Blatter, K = unbehandelte Kontrolle, RIDT = Radialimmundiffusionstest.
184 S. KLUGE, G. MENZEL und M. MOSCHKE
Tabelle 3. EinfluB von DMOMC auf die Vermehrung von Pflanzenviren
Virus Konzentration Virusgehaltder Substanz
Durchschnittliche Endver- Anzahl Lokallasionenjdiinnung (Tropfentest) BlatthiUfte bzw. Blattl)
pro info Blatter sek. in£. Blatter pr. info Blatter sek. in£. Blatter
TMV (K) 4,0 3,1 16 ± 1 11 ± 210-2 M 4,7 3,7 16 ± 1 15 ± 110-3 M 4,1 3,2 . 17 ± 1 10 ± 310-4 M 3,9 2,3 12 ± 1 5 ± 110-5 M 3,4 3,5 12 ± 1 7 ± 2
PYX (K) 2,5 3,4 24 ± 3 25 ± 410-2 M 2,4 3,5 26 ± 3 29 ± 310-3 M 2,7 3,3 27 ± 5 25 ± 410-4 M 3,0 3,3 23 ± 3 23 ± 410-5 M 2,5 2,8 18 ± 3 22 ± 2
Triibungsring (mm)
CMV (K) keine mit dem 0,9 ± 0,1 19 ± 3 12 ± 210-2 M RIDT nach- 1,0 ± 0,1 18 ± 2 22 ± 610-3 M weisbare 1,0 ± 0,1 14 ± 2 13 ± 410-4 M Viruskonz. 0,7 ± 0,1 20 ± 2 17 ± 210-5 M 1,0 ± 0,1 12 ± 1 19 ± 4
1) Anmerkungen S. Tabelle 2.
Tabelle 4. EinfluB von DEOMC auf die Vermehrung von Pflanzenviren
Virus Konzentration Virusgehaltder Substanz
Durchschnittliche Endver- Anzahl Lokallii.sionenjdiinnung (Tropfentest) BlatthiUfte bzw. Blattl )
pro info Blatter sek. info Blatter pro info Blatter sek. in£. Blatter
TMV (K) 3,7 3,7 20 ± 1 15 ± 210-2 M 3,7 3,6 15 ± 1 14 ± 210-3 M 4,1 3,9 16 ± 1 15 ± 210-4 M 3,4 4,1 23 ± 1 15 ± 210-5 M 3,6 3,3 17 ± 1 5 ± 1
PYX (K) 2,3 2,6 24 ± 3 22 ± 210-2 M 2,9 2,8 25 ± 3 31 ± 310-3 M 2,9 2,6 19 ± 4 27 ± 210-4 M 2,9 2,4 18 ± 3 23 ± 310-5 M 3,3 2,6 19 ± 1 17 ± 3
Triibungsring (mm)
CMV (K) 0,7 ± 0,1 0,8 ± 0,1 9±2 26 ± 410-2 M 0,3 ± 0,1 0,8 ± 0,1 12 ± 3 21 ± 310-3 M 0,5 ± 0,1 1,2 ± 0,1 14 ± 3 20 ± 310-4 M 0,5 ± 0,1 0,8 ± 0,1 15 ± 2 25 ± 210-5 M 0,6 ± 0,1 0,7 ± 0,1 14 ± 1 32 ± 4
1) Anmerkungen S. Tabelle 2.
Zur Wirkung einiger Morpholinoverbindungen 185
geringen Erhohung des serologisch nachweisbaren TMV-Gehaltes. Niedrige Konzentrationen der gleichen Substanz verursachen eine Verminderung des Gehaltes an PYX.Auf Grund der vereinzelten und dann nur schwachen Wirkungen der drei chemisch engverwandten Morpholinoverbindungen auf die Vermehrung der verschiedenen Phytoviren kann man den diesbezuglichen Wirkungsgrad der Substanzen als relativ geringeinschatzen.
Die mit RNA-Bakteriophagen durchgeftihrten Untersuchungen erbrachten folgendeErgebnisse:
Von den Morpholinoverbindungen zeigten DMOMC und DEOMC einen deutlichenEinfluB auf die Plaquebildung durch Bakteriophagen. DMMC hatte im Lochtest wederauf die Phagen M 12 und f 2 noch auf den Phagen QB einen EinfluB. Auf die E. coliStamme, die als Phagenwirte verwendet wurden, konnte keine substanzbedingteWirkungfestgestellt werden (Tabelle 5).
Tabelle 5. EinfluB einiger Morpholinoverbindungen auf die Plaquebildung durch Bakteriophagenund auf die Vermehrung von E. coli (Lochtest)
Bakteriophagen E. coli
Substanz
DMMC
DMOMC
DEOMC
M12 f2 Q13 W1665 F+ KI046 AB301
t = Erhohung der Plaqueanzahl, - = ohne Einflu13.
Tabelle 6. EinfluB einiger Morpholinoverbindungen (10-2 M) auf die Plaqueanzahl im System M12JE. coli W 1665 F+ (Gu13plattentest)
Substanz Plaqueanzahl in % Statistische Sicherung der Differenzzur Kontrolle
DMMCDMOMCDEOMCKontrolle
108,7 ± 11,8147,5 ± 9,3173,4 ± 7,6100,0 ± 5,2
+++++
Irrtumswahrscheinlichkeit: +++ ~ 0,1%; ++ ~ 1,0%; + ~ 5,0%;· > 5,0%.
Um den EinfluB der Morpholinoverbindungen auch quantitativ zu erfassen, wurdeder GuBplattentest mit der VirusjWirt-Kombination M 12jE. coli W 1665 F+ eingesetzt. Die Ergebnisse, die unter Verwendung einer Konzentration von 10-2 M erhaltenwurden, sind in Tabelle 6 dargestellt. Durch DMOMC und DEOMC ist die Anzahlder Plaques signifikant erhoht, womit einerseits eine gute Ubereinstimmung mit denErgebnissen des Lochtestes und andererseits eine graduelle Abstufung in der Wirkungder Substanzen nachgewiesen wird. Wahrend diese fur einen Wirkstoff ziemlich hoheKonzentration deutliche Effekte zeigt, verursachen geringere Substanzkonzentrationen keine Veranderung der Plaqueanzahl.
186 S. KLUGE, G. MENZEL und M. MaSCHKE
Obwohl sich DMMC und DMOMC nur durch den Austausch der CH2-Gruppe inPosition 2 am Morpholinoring gegen eine Carbonylgruppe unterscheiden, tritt durchDMOMC bei allen gepriiften Phagen eine Erhohung der Plaqueanzahl auf. In gleicherWeise wie DMOMC wirkt auch DEOMC, womit gezeigt wird, daB die Struktur derAlkylreste (Methyl oder Athyl) hinsichtlich der Plaquebildung relativ unbedeutendist.
Ursachen flir die unterschiedliche Wirkung von DMMC auf der einen Seite undDMOMC sowie DEOMC auf der anderen Seite liegen moglicherweise darin, daB sichder heterozyklische Ring der letztgenannten Verbindungen in Wasser Offnet undsich somit entsprechende Betain-Derivate bilden (KNYPL u. JANAS 1977). DMMC hingegen ist in Wasser stabil. Demzufolge konnten die Betain-Derivate die eigentlichenwirksamen Verbindungen bei der Erhohung der Plaqueanzahl sein.
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Zur Wirkung einiger Morpholinoverbindungen 187
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Anschrift der Verfasser:
Dr. SIEGFRIED KLUGE und Dr. GISELA MENZEL, Karl-Marx-Universitat Leipzig, Sektion Biowissen.schaften Wissenschaftsbereich Pflanzenphysiologie und Mikrobiologie, 701 Leipzig, Talstra13e 33.