Walter Eschrich

Physiologie der Siebröhrencallose

SummaryIn a comprehensive survey the results of callose research are reported which contribute to an explanation of the function of sieve-tube callose. The observations lead to the assumption that callose takes up water from the symplast by nonosmotic imbibition and releases it into the the apoplast. Thus a deficit in the sugar balance occurring in osmotically regulated transport systems can be compensated within a short time.ZusammenfassungIn einer zusammenfassenden Darstellung wird über Ergebnisse der Calloseforschung berichtet, die zu einer Erklärung der Funktion der Siebröhrencallose beitragen.Die Befunde führen zu der Annahme, daß Callose auf nichtosmotischem Wege Wasser aus dem Symplasten aufnimmt und an den Apoplasten abgibt. Auf diese Weise wereden Zuckerdefizite, die in osmotisch regulierten Transportsystemen auftreten, kurzfristig ausgeglichen.

Autoradiographische Untersuchungen zum Stofftransport bei Polytrichum commune

SummaryAfter application of 2 μc bicarbonate-14C on a single leaf of the gametophyte of Polytrichum commune L., labeled organic material moves upward with a velocity of at least 32 cm per hour. Historadiographs of transsections showed that radioactivity occurs in the leptoids of the stem and in certain cells of the leaf bundle, mainly the so called Socii. Hydroids and ground tissue of the stem remain unlabeled. One of several labeled organic substances found in the extract of leaves could be identified as sucrose. Gross autoradiographs of fresh plants were obscured by 14C-contaminated capillary water, which had spread on the surface of the plant. This effect could be prevented by drying off the surface water. In Polytrichum, there seems to exist a special conducting system for assimilates, composed of leptoids and certain Socii. Both cell-types agree in shape and content. They have relatively dense protoplasts containing chloroplasts; the transverse end walls are commonly covered by a thin layer of callose. A cytologic and ultrastructural study is in preparation.Zusammenfassung1.Einzelne Blätter des Gametophyten von Polytrichum commune wurden mit Bicarbonat-14C-Lösung versorgt. Die markierten Assimilate (hauptsächlich Saccharose) wanderten im Stämmchen mit einer Geschwindigkeit von mindestens 32 cm/Std (14°C, 6000 Lux, 65% rel. Feuchte) bevorzugt zur Sproßspitze.2.Aus Historadiographien der wasserlöslichen und eingebauten Aktivität war ersichtlich, daß die Assimilate im Leptoidenmantel des Zentralstranges transportiert wurden. Die Hydroiden des Zentralstranges und das Grundgewebe blieben stets frei von Aktivität.3.Historadiographien von Blattquerschnitten zeigten Aktivität ausschließlich über den Socii und den Zentralzellen. Anscheinend wurden die Blätter über die Blattspuren mit markierten Assimilaten versorgt. Die zum Hydrosystem gehörenden Zentralzellen wurden wahrscheinlich beim Passieren des Leptoidenmantels mit Aktivität beladen.4.Die offensichtlich zum Stofftransport dienenden Leptoiden und Socii enthalten — entgegen älteren Angaben — Callose an den Querwänden; sie führen aber auch Chloroplasten.5.Für autoradiographische Untersuchungen über den Assimilattransport erwiesen sich frische Pflanzen, die bei 90–95% rel. Feuchte inkubiert wurden, als ungeeignet, da die applizierte Aktivität mit der capillaren, äußeren Wasserleitung verschleppt wurde. Pflanzen, deren capillare Wasserleitung ausgeschaltet war (angetrocknete Pflanzen, welche bei 65% rel. Feuchte inkubiert wurden), waren in ihrer Assimilationsund Transporttätigkeit offensichtlich nicht behindert.After application of 2 μc bicarbonate-(14)C on a single leaf of the gametophyte of Polytrichum commune L., labeled organic material moves upward with a velocity of at least 32 cm per hour. Historadiographs of transsections showed that radioactivity occurs in the leptoids of the stem and in certain cells of the leaf bundle, mainly the so called Socii. Hydroids and ground tissue of the stem remain unlabeled. One of several labeled organic substances found in the extract of leaves could be identified as sucrose. Gross autoradiographs of fresh plants were obscured by (14)C-contaminated capillary water, which had spread on the surface of the plant. This effect could be prevented by drying off the surface water. In Polytrichum, there seems to exist a special conducting system for assimilates, composed of leptoids and certain Socii. Both cell-types agree in shape and content. They have relatively dense protoplasts containing chloroplasts; the transverse end walls are commonly covered by a thin layer of callose. A cytologic and ultrastructural study is in preparation.

Beziehungen zwischen dem Auftreten von Callose und der Feinstruktur des primären Phloems beiCucurbita ficifolia

Zusammenfassung1.Durch Fixierung “in situ”, d. h. durch Injektion des Fixiermittels in die Zentralhöhle vonCucurbita ficifolia-Blattstielen, läßt sich der Wundeffekt weigehend ausschalten.2.Bei Verwendung eines OsO4-Chromsäuregemisches, PH 7,3, das mit NaCl und CaCl2 auf Isotonie gebracht wurde, treten im internen Metaphloem Siebröhren auf, die weder im Fluorescenzmikroskop noch im Elektronenmikroskop Calloseablagerungen zeigen. Wird die Blattspreite jedoch mindestens 16 Std verdunkelt, so ist stels Callose zu finden.3.Die elektronenmikroskopische Struktur der callosefreien Siebröhren zeichnet sich durch besondere Armut an Zellorganellen aus. Der sichtbare Siebröhreninhalt besteht zur Hauptsache aus einem Lipoproteinnetz, das ohne Verdichtung in den Siebporen die einzelnen Siebröhrenelemente verbindet. Den Abschluß gegen die Siebröhrenwand bildet ein einheitliches Plasmalemma.4.Durch Kontrastierung mit Bleiacetat ließ sich das Auftreten von großen Mengen organischer Phosphorverbindungen wahrscheinlich machen.5.Die papierchromatographische Analyse des Phloemsaftes ergab als Hauptbestandteile ein Hexose-Phosphat, Asparaginsäure und Citrullin. Saccharose war nur in geringen Mengen vorhanden. Bei verdunkelten Blättern treten qualitative Veränderungen auf.

Translokation radioaktiv markierter Indolyl-3-essigsäure in Siebröhren von Vicia faba

SummaryYoung plants of Vicia faba fed through the first primary leaf with a 510-3 mol solution of indolylacetic acid (IAA) show a bending of the stem above the treated leaf after a certain amount of time. The movement of the growth substance is several times faster than it is in the parenchyma. Some hours later, the stem growths upright again.When labeled IAA [indolyl-3-(acetic acid-2-14C)] is used, the autoradiographs of the plants show labeled material in the stem, in roots, and in the youngest leaves; older leaves do not incorporate labeled material. The distribution pattern is similar when the tracer is applied to the third primary leaf.The extract of the stem contains labeled IAA and 2 water-soluble derivates of IAA. Upon hydrolysis with HCl the latter yield labeled IAA. One of these substances seems to be indolylacetyl-aspartic acid.Aphids (Acyrthosiphon pisum; Neomyzus circumflexus) feeding on the stem of a plant treated with labeled IAA on the 1. primary leaf produce honey dew which contains IAA as the only labeled substance; neither of the other labeled substances found in the extract occurs in the honey dew. The possibility that the IAA of the honey dew is produced by the splitting of one or both of the unknown labeled substances of the extract could be excluded by artificial feeding of aphids on a diet solution containing those substances. Honey dew from aphids fed in this way contained both substances unchanged.These findings indicate that applied IAA moves in the sieve tubes. The other labeled IAA-derivatives of the extract are phloem-immobile; they obviously are formed in parenchyma cells.Zusammenfassung1.Vicia faba-Pflanzen, die über das 1. Primärblatt mit Indolylessigsäure (IES) versorgt werden, reagieren mit einer Krümmung des Stengels, die offensichtlich durch einseitige Verlagerung des Wuchsstoffes verursacht wird.2.Die Geschwindigkeit des Wuchsstofftransportes zum Ort der Krümmung liegt in der Größenordnung des Siebröhrentransportes.3.Radioaktiv markierte IES-2-14C wandert in der Pflanze akropetal und basipetal; ausgewachsene Blätter importieren kein radioaktives Material.4.Im Extrakt von Stengel und Wurzeln der mit einem Gemisch aus IES-2-14C und anderen markierten Indolderivaten behandelten Pflanzen sind markierte IES und zwei weitere markierte Substanzen vorhanden, die in der Originallösung nicht enthalten waren. Von diesen ist eine wahrscheinlich mit N-(Indolyl-3-acetyl) asparaginsäure identisch. Beide Stoffe sind wasserlöslich und liefern bei der Hydrolyse markierte IES.5.Blattläuse, die am Stengel einer mit IES-2-14C behandelten Pflanze saugen, produzieren Honigtau, in dem IES als einzige markierte Substanz enthalten ist.6.Die beiden anderen Extraktstoffe werden im Darmkanal der Blattläuse nicht gespalten. Dies konnte durch den Diättest, bei dem die Blattläuse künstlich ernährt werden, nachgewiesen werden. Es zeigte sich ferner, daß die beiden markierten Extraktstoffe immobil sind und nicht in die Siebröhren aufgenommen werden.7.Die Versuche zeigen, daß von den angebotenen Indolderivaten nur IES in die Siebröhren aufgenommen und transportiert wird. Der Transport erfolgt basipetal und akropetal.Young plants of Vicia faba fed through the first primary leaf with a 510(-3) mol solution of indolylacetic acid (IAA) show a bending of the stem above the treated leaf after a certain amount of time. The movement of the growth substance is several times faster than it is in the parenchyma. Some hours later, the stem growths upright again.When labeled IAA [indolyl-3-(acetic acid-2-(14)C)] is used, the autoradiographs of the plants show labeled material in the stem, in roots, and in the youngest leaves; older leaves do not incorporate labeled material. The distribution pattern is similar when the tracer is applied to the third primary leaf.The extract of the stem contains labeled IAA and 2 water-soluble derivates of IAA. Upon hydrolysis with HCl the latter yield labeled IAA. One of these substances seems to be indolylacetyl-aspartic acid.Aphids (Acyrthosiphon pisum; Neomyzus circumflexus) feeding on the stem of a plant treated with labeled IAA on the 1. primary leaf produce honey dew which contains IAA as the only labeled substance; neither of the other labeled substances found in the extract occurs in the honey dew. The possibility that the IAA of the honey dew is produced by the splitting of one or both of the unknown labeled substances of the extract could be excluded by artificial feeding of aphids on a diet solution containing those substances. Honey dew from aphids fed in this way contained both substances unchanged.These findings indicate that applied IAA moves in the sieve tubes. The other labeled IAA-derivatives of the extract are phloem-immobile; they obviously are formed in parenchyma cells.

Ein Beitrag zur Kenntnis der Kallose

ZusammenfassungDie Cystolithen vonFicus elastica undFicus triangularis wurden isoliert. Sie enthalten 3,2% Kallose. Die Kallose läßt sich mit 2%iger Schwefelsäure bei 120°C hydrolysieren. Dabei entsteht d-Glucose.Die Cystolithenkallose ist in Wasser nicht löslich, kann aber durch Mikroorganismen in wasserlösliche Produkte umgewandelt werden. Resorcinblau ruft an beiden „Kallosen” Blaufärbung hervor. Die Cystolithenkallose ist ein aus d-Glucose aufgebautes Polysaccharid.

Bidirektionelle Translokation in Siebröhren

SummaryThe honey dew of aphids feeding on the horizontally fixed stem of a Vicia faba plant was collected on a turning table. When the leaf below the pierced stem was provided with fluorescein, and the leaf above with a 14C-compound, the honey dew mostly contained both tracers. It could be shown that the attractive force of a single aphid is not strong enough to change the direction of transport. The tracers must have moved bidirectional in the same bundle and joined each other in the sieve tube before it was pierced by the aphid. There exists either a bidirectional movement in the single sieve tube, or the tracers move side by side in a “homodromous loop-path”.

Der Phloemsaft vonCucurbita ficifolia

Zusammenfassung1.Der Phloemsaft vonCucurbita ficifolia läßt sich in drei Fraktionen auftrennen,a)ein im Elektronenmikroskop sichtbares Lipoproteinnetz, das nur passiv bewegt wirdb)eine in Methanol unlösliche Eiweißfraktionc)eine in Methanol lösliche Fraktion, die Aminosäuren und Zucker enthält.Die beiden letzten Fraktionen werden von der Pflanze aus angeschnittenen Phloembündeln aktiv als Phloemsaft ausgeschieden. Die Sekretion ist vom Licht und von der Hydratur der Pllanze abhängig.2.Auf Grund der strukturellen Gleichheit von Siebröhreninhalt und apikalen Safttropfen im Elektronenmikroskop, sowie der gleichen chemischen Zusammensetzung von Apikalsaft und Basalsaft ist anzunehmen, daß beide Saftarten aus den Siebröhren ausgeschieden werden.

Translokation und biochemisches Verhalten von D- und L-Phenylalanin bei Vicia faba

SummaryD,L-Phenylalanine (phe) applied to the first primary leaf of a young Vicia faba plant moves into the sieve tubes and appears in the honey dew of aphids feeding on the third primary leaf. Ethanol extracts of the treated leaf contain labeled phe and an acidic compound which could be identified as N-malonyl-D-phe.D-phe-l-14C was obtained pure by enzymatic decarboxylation of the L-isomer of commercially available D,L-phe-l-14C, using an enzyme from red algae (Hartmann, 1967). The uptake of the D-isomer of phe by the sieve tubes is independent of the age of the treated leaf. L-phe applied to a young leaf is completely incorporated into protein; L-phe taken up by an older leaf is translocated in considerable amounts.Pulse-labeling with the two isomers shows that D-phe entering the sieve tube system is quickly removed to the parenchyma where it is acylated with malonic acid to the phloem immobile N-malonyl-D-phe. L-phe does not react with malonic acid at all. It is translocated to the centers of protein synthesis.

Kallosebildung in Plasmolysierten Allium Cepa-Epidermen

ZusammenfassungEs wird festgestellt, daßAllium cepa-Epidermiszellen bei Plasmolyse mit Zuckerlösungen eine extraplasmatische Hülle von Kallose ausbilden können. Bei Plasmolyse mit Ca-Salzlösungen tritt an Stelle der festen Kallose ein Kallosesol im Plasmolysevorhof auf. Alkalimetallsalze und Harnstofflösungen verursachen keine Kallosebildung. Der früheste Zeitpunkt der Kallosebildung wurde nach 1 1/2 stündiger Plasmolyse mit schwach karamelisierter Fructose beobachtet.

Historadiographischer Nachweis von Calcium-45 im Phloem vonCucurbita maxima

Zusammenfassung1.Über die Wurzeln gebotenes Calcium-45 wird inCucurbita maxima über die ganze Pflanze verteilt. Der Transport ist auf den Apoplastenweg beschränkt.2.An Historadiogrammen wurde festgestellt, daß frisch abgelagerte Siebröhrencallose45Ca aufnimmt. Das Isotop wird dort in eine schwer lösliche Verbindung eingebaut.3.Siebröhrenpräparate, die durch Einfrieren der unverletzten Pflanze gewonnen wurden, zeigten keine Aktivität über den Siebplatten.45Ca wird demnach nur in frischer Callose festgehalten, die bei der Verletzung der Siebröhren abgelagert wird.4.Es wird angenommen, daß organische Phosphatverbindungen, die bei der Callosebildung frei werden, mit Calcium schwer lösliche Salze bilden.Summary1.Calcium-45, taken up by the roots ofCucurbita maxima, is distributed throughout the entire plant, moving only in the apoplast.2.Historadiographs showed that newly deposited sieve tube callose takes up45Ca. The isotope is bound there in a poorly soluble compound.3.Sieve tubes, prepared by freezing the entire plant, showed no callose activity. Only the newly deposited sieve tube-callose, which occurs after cutting the vascular bundle, takes up45Ca.4.It is concluded that organic phosphorus compounds, liberated during callose deposition, combine with Calcium to form a less soluble salt.