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  • 1
    ISSN: 1432-2048
    Schlagwort(e): ATPase ; Crassulacean acid metabolism ; Mesembryanthemum ; Polypeptide induction ; Pyrophosphatase ; Salt stress ; Tonoplast
    Quelle: Springer Online Journal Archives 1860-2000
    Thema: Biologie
    Notizen: Abstract In plants of Mesembryanthemum crystallinum the activities of the two proton pumps on the tonoplast, i.e. the ATPase and the pyrophosphatase, and the gelelectrophoretic pattern of the total tonoplast proteins were analyzed during the transition of the metabolic state from C3 photosynthesis to Crassulacean acid metabolism (CAM). In one series, CAM was induced by watering the plants with NaCl. In another series, the change of the metabolic state to CAM was a consequence of the aging of the plants. No significant differences in the specific activities of ATP hydrolysis were found in plants performing C3 photosynthesis and CAM, respectively. However, with both series the protein content of tonoplast preparations and, in parallel, the total ATP hydrolytic activity of the tonoplast ATPase were higher after the change to CAM. In contrast, the specific activity of pyrophosphate hydrolysis was maximum in the preparations of young plants and diminished after the induction of CAM in both series. Therefore the tonoplast ATPase seems to be the main enzyme responsible for the energization of malate accumulation in CAM. The tonoplast pyrophosphatase is important in the early stages of plant growth and plays a minor role in CAM. With M. crystallinum the change from C3 photosynthesis to CAM is accompanied by de-novo synthesis of tonoplast proteins. Several polypeptides with relative molecular masses (Mrs) of 55, 41, and 36 kDa were clearly more pronounced in the gel-electrophoretic pattern of the total tonoplast protein after CAM induction. These changes were independent of the CAM-inducing salt treatment or aging. Moreover, two subunits of the tonoplast ATPase with Mrs of about 27 and 31 kDa showed particularly high intensities only in the CAM state. It is assumed that the subunit composition of the tonoplast ATPase differs in the two metabolic states and that the two subunits induced modify the regulation of the ATPase in CAM. In addition, the reaction of the plants to the NaCl treatment per se was the induction at the tonoplast of a polypeptide with an Mr of 24 kDa.
    Materialart: Digitale Medien
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  • 2
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    Springer
    Planta 74 (1967), S. 1-17 
    ISSN: 1432-2048
    Quelle: Springer Online Journal Archives 1860-2000
    Thema: Biologie
    Beschreibung / Inhaltsverzeichnis: Zusammenfassung Durch eine Kombination von mikroautoradiographischem Chloridnachweis und elektronenoptischer Lokalisierung von Silberfällungen wurde versucht, die intracelluläre Verteilung des Chlorids und den Weg des Ions im Blatt zu verfolgen. Dabei ergaben sich unter anderem folgende Ergebnisse: 1. Es konnte ein Auftreten des Chlorids in Chloroplasten sichergestellt, im Zellkern wahrscheinlich gemacht werden. 2. Es ergaben sich Hinweise für einen apoplastischen und eine symplastischen Chloridtransport. 3. Für einen Konzentrationshub des Ions zwischen dem Plasma der Parenchymzellen und dem der Drüsenzellen konnten keine Anhaltspunkte erhalten werden.
    Notizen: Summary Using a combination of microautoradiographic detection of chloride and an electronmicroscopic localisation of silver precipitation an attempt was made to elaborate the intracellular distribution of chloride and the pathway of this ion in the leaf. The main results were as follows: 1. It was shown that chloride occurs in the chloroplasts and probably also in the nuclei. 2. There are indications for an apoplastic and a symplastic transport of the chloride. 3. The findings do not suggest a rise of the chloride concentration in the cytoplasm between the parenchyma and the gland cells.
    Materialart: Digitale Medien
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  • 3
    ISSN: 1432-2048
    Quelle: Springer Online Journal Archives 1860-2000
    Thema: Biologie
    Beschreibung / Inhaltsverzeichnis: Zusammenfassung Die Ionenaufnahme durch intakte Wurzeln, isolierte Rinde und isolierte Zentralzylinder und der Ferntransport durch intakte und entrind ete Wurzeln wurden verglichen, und zwar kurz nach der Isolierung und nach Altern der Gewebe. Frisch isolierte Zentralzylinder akkumulieren Io nen nur in ganz geringem Maße oder überhaupt nicht. Von den beiden Systemen der metabolischen Ionenaufnahme, die in einem niedrigen (System 1: bis 0,5 meq/l) und in einem hohen Konzentrationsbereich (System 2: 1-50 meq/l) die Geschwindigkeit der Ionenaufnahme durch intakte Wurzeln und isolierte Wurzelrinde bestimmen, entwickelt sich während des Alterungsprozesses in isolierten Zentralzylindern System 1, nicht aber System 2. In Übereinstimmung mit diesem Befund zeigt die Analyse der Einzelfluxe am Plasmalemma und am Tonoplasten, daß nur der Influx aus der Außenlösung in das Cytoplasma beim Altern der Zentralzylinder beträchtlich ansteigt. Veränderungen beim Altern von abgeschnittenen, intakten Wurzeln und isolierter Rinde sind viel weniger ausgeprägt. Obwohl die Ionenaufnahme beim Altern isolierter Zentralzylinder steigt, verringert sich der Ferntransport, der bei frisch isolierten Zentralzylindern rein passiv ist. Die mitgeteilten Ergebnisse zeigen die ausgeprägte Permeabilität frisch isolierter Zentralzylinder und demonstrieren die Bedeutung der Wurzelrinde als ein Gewebe, das Ionen für den Ferntransport “sammelt”. Auf diese Weise werden neue Anhaltspunkte für die Theorie des symplasmatischen Transportes der Ionen in die Gefäße gewonnen.
    Notizen: Summary Ion absorption and transport by intact roots, isolated cortex and isolated stele were compared shortly after tissue isolation and after aging. Absorption isotherms in the low and in the high concentration range show that in stripped-stele, which absorbs at a very low rate immediately after isolation, the capacity of system 1 but not system 2 is built up with aging. In agreement with this result analysis of individual fluxes across plasmamembrane and tonoplast reveals that only the influx from the medium into the cytoplasm increases considerably with aging of stele. Changes observed in aging excised roots and in isolated cortex are much less significant. In spite of the increase of absorption with aging by isolated stele, long distance transport, which is essentially passive through freshly stripped stele, decreases with aging. The reported results reflect the marked permeability of the plasmamembrane of fresh isolated stele, and demonstrate the importance of the cortex as a tissue “collecting” ions for long distance transport. New evidence for the theory of symplasmatic transport of ions into the xylem vessels is thus provided.
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  • 4
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    Springer
    Planta 188 (1992), S. 28-38 
    ISSN: 1432-2048
    Schlagwort(e): Beat oscillator ; Chaos ; Crassulacean acid metabolism ; Endogenous rhythm ; Kalanchoë (CO2 fixation, rhythm) ; Simulation
    Quelle: Springer Online Journal Archives 1860-2000
    Thema: Biologie
    Notizen: Abstract Endogenous free-running regular circadian oscillations of net CO2 exchange in the crassulacean-acidmetabolism (CAM) plantKalanchoë daigremontiana Hamet et Perrier de la Bâthie under constant external conditions in continuous light have been shown to change to irregular non-predictable (chaotic) time behaviour as irradiance or temperature are raised above a critical level. A model of CAM has been constructed with pools of major metabolites of varying concentrations, flows of metabolites leading to exchange between pools, metabolite transformations determined by chemical reactions, and feedback regulations. The model is described by a system of coupled non-linear differential equations. It shows stable rhythmicity in normal dark-light cycles and in continuous light and, like theK. daigremontiana leaves in the experiments, a change to chaos as irradiance is increased. The maintenance of endogenous oscillations in the model is brought about by a hysteresis switch or beat oscillator between two stable oscillation modes. In CAM these stable modes are vacuolar malate accumulation and remobilization. The model shows that the physical nature of the beat oscillator in the leaves can be explained by the balance between active and passive transport at the tonoplast.
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  • 5
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    Springer
    Planta 68 (1966), S. 269-285 
    ISSN: 1432-2048
    Quelle: Springer Online Journal Archives 1860-2000
    Thema: Biologie
    Beschreibung / Inhaltsverzeichnis: Zusammenfassung Die Sekretion von 36Cl- durch Gewebescheiben, die aus dem drüsentragenden Teil von Nepenthes-Kannen ausgestanzt worden waren, wurde mikroautoradiographisch untersucht. Nach der Applikation von 1–10 mM Chloridlösungen von der der Kannenaußenseite entsprechenden Fläche her waren die Drüsenzellen, die Zellgrenzen im Mesophyll (also die Zellwände einschließlich des dünnen Plasmabelags), Plasmaansammlungen und die Leitbündel besonders stark markiert. Die Drüsenzellen sind dicht mit Plasma erfüllt und wenig vacuolisiert. Die Kornzählungen zeigen, daß die Radioaktivität der verschiedenen plasmareichen Bereiche (der Drüsenzellen, der Zellgrenzen und der Plasmaansammlungen) nicht statistisch signifikant verschieden ist, während die Vacuolen viel weniger markiert sind. Diese Befunde werden im Lichte von Arisz' Theorie des symplasmatischen Transportes diskutiert. Eine artefizielle Übertragung der in den großen Vacuolen der Mesophyllzellen enthaltenen Radioaktivität auf das Cytoplasma während der Präparation kann allerdings nicht völlig ausgeschlossen werden.
    Notizen: Summary The secretion of 36Cl- by tissue isolated from Nepenthes pitchers was investigated with microautoradiographic techniques. The tissue was transferred into ether at-30°C or embedded in the vacuum, following procedures described earlier (Lüttge and Weigl, 1965). The microautoradiographs which we obtained after application of 1–10 mM chloride solutions to the surface corresponding to the outside of the pitchers showed a high labelling of the gland cells, the cell borders in the mesophyll (i.e. the cell walls including the thin plasmatic layers), plasmatic particles and the conductive tissue. The gland cells have only very small vacuoles and are densely filled with cytoplasm. The grain counts show that the radioactivity in the parts of the tissue which are rich in cytoplasm (glands, cell borders, plasmatic particles) did not differ within the statistical error. The activity of the vacuoles, however, was much less. These findings are discussed in the light of Arisz' theory of symplasmatic transport. However, an artificial transfer of the radioactivity contained in the large vacuoles of the mesophyll cells to the cytoplasm during the preparation can not be entirely excluded.
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  • 6
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    Springer
    Planta 68 (1966), S. 44-56 
    ISSN: 1432-2048
    Quelle: Springer Online Journal Archives 1860-2000
    Thema: Biologie
    Beschreibung / Inhaltsverzeichnis: Zusammenfassung Der Cl--Transport durch isolierte Gewebescheiben aus dem die überdachten Drüsen tragenden Teil von Nepenthes-Kannen wurde untersucht. An der der Kannenaußenseite entsprechenden Fläche, deren cutinisierte Epidermis durch oberflächliches Anschneiden mit einer Rasierklinge entfernt wurde, nehmen die Gewebescheiben aus den Versuchslösungen Cl- durch metabolischen Trägertransport auf, während die Cl--Abgabe passiv ist. Die Cl--Sekretion durch die drüsentragende Oberfläche hängt von der Bereitstellung energiereicher Phosphate durch den Stoffwechsel ab. Zwischen dem Chloridgehalt und der caseinspaltenden Aktivität des Kannensekretes konnte eine Korrelation nachgewiesen werden.
    Notizen: Summary The transport of chloride in isolated tissue from Nepenthes pitchers was investigated using 36Cl-, an Aminco-Cotlove chloride-titrator for the determinations of Cl- concentrations, and KCN and AsO 4 - -as metabolic inhibitors. The tissue was brought in contact with different experimental solutions (=medium). The surface corresponding to the outside of the pitchers was cut with a razor blade to remove the cutinized epidermal layer. At this surface the Cl- uptake from the medium is a metabolic process which depends on the Cl--concentration of the medium in a manner that corresponds to the Michaelis-Menten kinetics. The Michaelis-constant of this transport step was 3×10-2M. The Cl--efflux into the medium, however, is a passive process. The opposite surface of the tissue slices (corresponding to the inside of the pitchers) carries the glands. The chloride secretion taking place here is also dependent on metabolism. In vitro it occurs even when a high gradient of chloride concentration has been set up between the medium and the solution which is in contact with the glands. In vivo the Cl--concentration of the pitcher fluid and the amount of Cl- per gram of tissue water are almost equal. The rôle of chloride in the physiology of Nepenthes is still under investigation, A correlation between the chloride content of the pitcher fluid and its enzymatic activity (Casein-test), however, could already be demonstrated.
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  • 7
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    Springer
    Planta 80 (1968), S. 52-64 
    ISSN: 1432-2048
    Quelle: Springer Online Journal Archives 1860-2000
    Thema: Biologie
    Beschreibung / Inhaltsverzeichnis: Zusammenfassung Mit Hilfe der von Pitman (1963) beschriebenen Methode wurde die Abhängigkeit der einzelnen Ionenfluxe am Plasmalemma und am Tonoplasten und des Ionengehaltes im Plasma und in der Vacuole von der Außenkonzentration untersucht. Die erhaltenen Kurven wurden mit Ionenaufnahmeisothermen aus der Literatur verglichen. Dabei zeigte sich, daß der Flux aus der Außenlösung in das Cytoplasma dem sogenannten System 1 und der Flux aus dem Cytoplasma in die Vacuole dem System 2 der Isothermenkinetik entspricht. Dies ist ein weiterer Beleg für die Richtigkeit der Theorie von Torii und Laties (1966a) über die Lokalisierung von System 1 und System 2 innerhalb der Zelle. Die Veränderung der im Cytoplasma und in der Vacuole enthaltenen Ionenmenge mit steigender Außenkonzentration läßt deutlich werden, daß das Plasmalemma seine Barrierenfunktion bei Konzentrationen über 1 mM verliert. Es wird diskutiert, welche Aussagen über Transportprozesse mit den beiden Methoden der Isothermenkinetik und der Effluxanalyse gemacht werden können.
    Notizen: Summary The dependence of individual ion fluxes at the plasmalemma and at the tonoplast and of the amounts of ions in the cytoplasmic and vacuolar phases on external concentration was investigated using the method outlined by Pitman (1963). The results are compared with ion uptake isotherms from the literature. It is concluded that flux from the solution into the cytoplasm corresponds to system 1 and flux from the cytoplasm to the vacuole is congruent with system 2. The hypothesis of Torii and Laties (1966a) regarding the location of system 1 and system 2 within the cell is thus reemphazised. The changes of the amounts of internal ions with external concentration clearly demonstrate that the plasmalemma loses its function as a barrier at concentrations above 1 mM. The conclusions which can be drawn from investigations of isotherm kinetics and flux analysis are examined.
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  • 8
    ISSN: 1432-2048
    Quelle: Springer Online Journal Archives 1860-2000
    Thema: Biologie
    Notizen: Summary Inhibition of internodial growth of pea seedlings by light is compensated for by increased growth of leaves. At a given time the sum of fresh weight of internodes plus the product of fresh weight of leaves times a certain factor is constant in darkness or with different periods of light. This correlation may reflect a competition of internodes and leaves for materials delivered at a lightindependent rate from the cotyledons. This hypothesis was tested by immersing roots of pea seedlings into 86Rb labelled K-solutions for one day in darkness, removing the plants from the solutions, exposing the seedlings to near or far red light and measuring the radioactivity and fresh weights of leaves and internodes separately. Radioactivity and fresh-weight were both dependent on phytochrome; i.e. inhibition of ion uptake and of growth in internodes and promotion of both processes in leaves by near red light as compared to dark or far red controls are mediated by phytochrome. Short time experiments of ion uptake by the roots show that K transport into the shoot organs is promoted by light after a lag phase of somewhat more than one hour. This interval corresponds well to the lag phase of the light induced growth inhibition of internodes. Seedlings deprived of cotyledons and roots grow well in water but exhibit no difference in growth rate of leaves and internodes in light and darkness. Light dependence is restored if the seedlings are submersed in approximately 3% sucrose solutions. This result seems to indicate that the influence of light on growth rates of leaves and internodes is dependent on the uptake of material by the cell. It seems possible that in the etiolated pea seedling light promotes growth of leaves by promoting uptake and hampers growth of internodes by inhibiting uptake of essential growth material delivered from the cotyledons.
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  • 9
    ISSN: 1432-2048
    Quelle: Springer Online Journal Archives 1860-2000
    Thema: Biologie
    Beschreibung / Inhaltsverzeichnis: Zusammenfassung Methoden der quantitativen Auswertung von Mikroautoradiogrammen werden beschrieben. Die Kinetik der Ionenaufnahme in das Cytoplasma (einschließlich der Plastiden und anderer Organelle) wurde mit Hilfe der Mikroautoradiographie und der Röntgen-Mikrosonde untersucht. Die autoradiographischen Ergebnisse zeigen, daß unter den Versuchsbedingungen am Ende der Experimente das Cytoplasma sehr viel mehr Radioaktivität pro Volumeneiheit enthielt als die Vacuolen. Die Kinetik dieses “Auffüllens” des Cytoplasmas entspricht der System-1-Isotherme der Ionenaufnahme. Da die System-1-Isotherme den auffüllenden Vorgang (=Plasmalemmatransport) widerspiegelt, die in der vorliegenden Arbeit mitgeteilten Ergebnisse aber die damit nicht notwendigerweise identische Kinetik des Sich-Füllens der cytoplasmatischen Phase zeigen, ist diese Übereinstimmung von Bedeutung für die Theorie der Ionenaufnahme in die Zellen höherer Pflanzen. Der zeitliche Verlauf der Auffüllung des Cytoplasmas hängt von der Außenkonzentration ab. Messungen mit der Röntgen-Mikrosonde führen zu übereinstimmenden kinetischen Ergebnissen. Die experimentellen Möglichkeiten des parallelen Einsatzes der Mikroautoradiographie und der Röntgen-Mikrosonde bei kinetischen Transportuntersuchungen werden diskutiert.
    Notizen: Summary Methods of quantitative microautoradiography are described. The kinetics of ion uptake into the cytoplasm (including the plastids and other organelles) were investigated by means of microautoradiography and electron probe X-ray microanalyser. The results of microautoradiography show that under our experimental conditions at the end of the experiments the cytoplasm contains much more label per unit of volume than the vacuoles. The kinetics of this filling — up of the cytoplasm correspond to the system-1 isotherm of ion uptake. It must be concluded from the literature that system-1 reflects the process filling up the cytoplasm (=transport through the plasmalemma). The kinetic data reported here describe directly the actual filling — up of the cytoplasmic phase. For this reason the coincidence of kinetic features such as the hyperbolic shape of the rate versus concentration curves in both instances is of interest for the general model of ion uptake into cells of higher plants. The time course of the filling of the cytoplasm is dependent on the external concentration. Similar kinetic data are obtained with the electron probe X-ray microanalyser. The usefulness of a parallel application of microautoradiographic and electron probe X-ray microanalyser techniques in kinetic studies of transport is discussed.
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  • 10
    Digitale Medien
    Digitale Medien
    Springer
    Planta 188 (1992), S. 28-38 
    ISSN: 1432-2048
    Schlagwort(e): Beat oscillator ; Chaos ; Crassulacean acid metabolism ; Endogenous rhythm ; Kalanchoë (CO2 fixation, rhythm) ; Simulation
    Quelle: Springer Online Journal Archives 1860-2000
    Thema: Biologie
    Notizen: Abstract Endogenous free-running regular circadian oscillations of net CO2 exchange in the crassulacean-acidmetabolism (CAM) plant Kalanchoë daigremontiana Hamet et Perrier de la Bâthie under constant external conditions in continuous light have been shown to change to irregular non-predictable (chaotic) time behaviour as irradiance or temperature are raised above a critical level. A model of CAM has been constructed with pools of major metabolites of varying concentrations, flows of metabolites leading to exchange between pools, metabolite transformations determined by chemical reactions, and feedback regulations. The model is described by a system of coupled non-linear differential equations. It shows stable rhythmicity in normal dark-light cycles and in continuous light and, like the K. daigremontiana leaves in the experiments, a change to chaos as irradiance is increased. The maintenance of endogenous oscillations in the model is brought about by a hysteresis switch or beat oscillator between two stable oscillation modes. In CAM these stable modes are vacuolar malate accumulation and remobilization. The model shows that the physical nature of the beat oscillator in the leaves can be explained by the balance between active and passive transport at the tonoplast.
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