Beiträge zur Entwicklungsphysiologie und Biochemie der Samen

Beiträge zur Entwicklungsphysiologie und Biochemie der Samen

Flora, Bd. 156, Abt. A, S. 76-100 (1965) Aus dem Institut fiir Forstwissenschaften Eberswalde der Deutschen Akademie der Landwirtsehaftswissenschaften...

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Flora, Bd. 156, Abt. A, S. 76-100 (1965) Aus dem Institut fiir Forstwissenschaften Eberswalde der Deutschen Akademie der Landwirtsehaftswissenschaften zu Berlin, Bereich Waldbau, Abteilung Waldsamenkunde

Beitrage zur Entwicklungsphysiologie und Biochemie der Samen 2. Mitteilung: Der Siiurestoffwechsel der Friichte von Tilia cordata Mill. wiihrend der Reifung, Stratifikation und Keimung 1 )

Von HANS-RuDOLF RADECKE Mit 7 Abbildungen im Text (Eingegangen am 25. Januar 1965)

1. Einleitung und Zielsetzung

Die bei Forstsaatgut weitverbreitete "physiologische Keimhemmung" kann durch eine KaltnaBvorbehandlung, Stratifikation, behoben werden (SCHUBERT 1956). Die Ursachen der verschiedenen Arten der physiologischen Keimhemmung sind ebenso wie die kausalen Zusammenhange zwischen der Vorbehandlungsmethode und der dadurch erzielten Aufhebung der Hemmung unbekannt. Der Vorgang der Stratifikation ist wegen seiner keimungsstimulierenden Wirkung, die durch keine andere physiologische oder chemische Methode2 ) iibertroffen wird, besonders interessant. Die wahrend der Stratifikation ablaufenden Stoffwechselvorgange, die methodisch einfach zu erfassen sind, sind wiederholt an den verschiedensten Samenarten untersucht worden (lOslicher und un16slicher Stickstoff, Rohfett, Fettkennzahlen usw.). Es ist jedoch noch nicht m6glich, die dabei gewonnenen Erkenntnisse zu einer allgemeingiiltigen Theorie zusammenzufassen (Literatur: CROCKER u. BARTON 1953, BUNNING 1953, SCHUBERT 1956, 1962, KOZLOWSKI in KRAMER u. KOZLOWSKI 1960, LUNDEGARDH 1960). Deshalb untersuchten wir Samen bzw. Friichte von Tilia cordata Mill. in verschiedenen Entwicklungsperioden (Reifung, Stratifikation, beginnende Keimung). Die vorliegende Arbeit, die ein Teil eines gr6Beren Programms ist, befaBt sich nur mit der Veranderung des Gehaltes an stoffwechselphysiologisch wichtigen Carbonsauren wahrend der genannten Entwicklungsperioden.

1) Herm Professor Dr. MOTHES und den Herren Dozenten Dr. SCHUTTE und Dr. REINBOTHE danke ich herzlich fiir die Unterstiitzung bei dieser Arbeit, Herm Dr. SCHUBERT (Leiter der Abteilung Waldsamenkunde) fiir die Einfiihrung in die Keimungsphysiologie und fiir zahl· reiche Anregungen und Frau USTERREICH und Frau SCHUBEL fiir die Durchfiihrung der Analysen. 2) Bei einigen Samenarten ist festgestellt worden, daB exogen gebotene Gibberellinsaure die Stratifikation und (oder) photoperiodische Bediirfnisse ersetzen kann (VILLIERS 1961).

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2. Methoden1 )

2.1 Die physiologischen Versuchsbedingungen 1961/62 wurden im wesentlichen Friichte von 2 Baumen (Baum 3 und 5) systematisch untersucht.2) Soweit nicht anders vermerkt, wurden die unten dargestellten Ergebnisse durch weitere Arbeiten im vorangehenden oder nachfolgenden Jahr gestiitzt. Die Probenahme (meist 300 Friichte) erfolgte in zeitlichen Intervallen entsprechend dem Entwicklungstempo der Friichte bzw. Keimlinge (meist gegen 8.00 Uhr; Beriicksichtigung diurnaler Rhythmik). Die Kontrollproben wurden unter folgenden Bedingungen gelagert: 1. In mit Zellstoffpropfen lose verschlossenen Flasehen bei Zimmertemperatur (mit wt bezeichnet: warm und trocken). 2. In mit Zellstoffpropfen lose verschlossenen Flaschen bei 25°C im Brutschrank iiber wassergesattigter Atmosphare (mit wf bezeichnet: warm und feucht; der Wassergehalt der Samen war trotzdem gering-i. 3. In fest verschlossenen Flaschen bei 4°C (mit kt bezeichnet: kiihl und trocken; flir Sauerstoff wurde durch haufiges kurzfristiges Beliiften gesorgt). Die Stratifikation wurde nach Reinigung der Friichte im Windsichter im Dunkeln bei + 4°C (Kiihltruhe) in nahrstoffarmen Sand mit 60 % der wasserhaltenden Kraft (flache Holzkisten von 5-7 cm Hohe) durchgefiihrt. Es erfolgte keine Priifung der im Verlaufe der Stratifikation zunehmenden Keimfahigkeit. Die Mindeststratifikationsdauer wurde unter Zugrundelegung friiherer Erfahrungen (JAHNEL, SCHUBERT 1956) knapp iiberschritten, urn miiglichst viele Friichte zum Keimen zu bringen. Die Friichte keimten in den Holzkisten bei Erhohung der Temperatur auf 16 bis 18°C.

2.2 Die biochemischen Untersuchungsmethodell Das biologische Material wurde in einer Mischung von 40 m! 96 %igem Athanol, 5 m! Ather und 5 m! Chloroform homogenisiert und das Homogenat an der Luft, danach im Vakuum iiber P 20 5 getrocknet (Trocknungsdauer ca. 3 Stunden). Das so stabilisierte Material unterwarfen wir einem Trennungsgang (s. Abb. 1), der verschiedene Substanzgruppen in gereinigter, flir die Papierchromatographie gut geeigneter Form lieferte. Der Riickstand der Atherextraktion wurde in 3 Teile geteilt, ein Drittel mit H 2S0 4 angesauert, mit Na 2 S0 4 gut getrocknet und mit Diathylather (Carbonsaurefraktion) extrahiert, ein anderes Drittel mit Athanol (80 %ig) (Zucker- und Aminosaurefraktion) extrahiert. Eine weitere Auftrennung der Fraktionen, z. B. durch Ionenaustauscher, ist miiglich. Nach der o. g. Ansauerung des Materials mit on-H 2S0 4 konnen auch die Siiuren extrahiert werden, die in Form wasserunliislicher Salze vorliegen. Eine Bestimmung fliichtiger Sauren ist durchfiihrbar, wenn der Atherextrakt mit Ammoniak versetzt und vorsichtig eingeengt wird. Zur chromatographischen Trennung auf Papier von Schleicher und Schiill 2043 bm wurden ein- und zweidimensionale Verfahren3 ) mit folgenden FlieBmitteln angewandt (s. Abb. 2): System I: Diathylather-Ameisensaure(85 %ig)-Wasser = 18: 5: 9 (obere Phase) (nach BERNHARDT 1960) System II: Athanol-Ammoniak(25 %ig)-Wasser = 16: 1: 3 (nach NORDMANN u. a. 1904). 1) Einzelheiten s. RADECKE 1963a und b. 2) Ergebnisse von Baum 5 s. RADECKE 1963a. In Anhang-Tabelle IIa ist nur ein Teil enthalten. 3) Siehe RADECKE 1963a und b.

7S

H.\Ns-RUDOLF R\DECKE

Abb.1. Trennungsgang zur Isolierung und Reinigung einiger Stoffgruppen aus einer Untersuchungsprobe. 300 Friichte

r--- -----

bestiindiges Trockenpulver (Fermente z. T. irreversibel. z. T. reversibel inaktiviert)

I

I_n_ak_t_i_v_ie_r_u_n_g_ _--.J +----

L-_ _

- - - - - -_ _ _ _ _ _ 1

Extraktion mit Petroliither (PA)

Fette -- - - - - - - - - - + FarbstoHe (Chlorophyll a)

1

I - -_ _ _ _ _~-~--

t _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ --+

Extraktion mit Diiithyliither

"gebundene" Carbonsiiuren (frei von Lipoiden und Farbstoffen)

Ansauerung, Trocknung mit Na 2 S0 4 und Extraktion mit Diiithyliither1)

1/3 -------+

1/3

"freie" Carbonsiiuren Lipoide (mengenmiiBig gegeniiber PA gering) Farbstoffe (Chlorophyll b)

Reserve

----+

__ -1/3 ~~I

Extraktion mit Athanol (80 %ig) L - - ._ _ _

- - - - - -+

Mono- und Oligosaccharide Aminosiiuren

~-,~~_~

1/61

11/6

~------,

Extraktion mit H 20

,-~------,

1

AufschluB mit H 2 S0 4

1

1_ _ _ -+

L.......------TI'----;_----' _______L----=-~-----' -+

t Erhitzung mit Siiuren oder Laugen L -________ ____ ~

1_ _ _ _ _ _ _ _ - - - - - - - - +

~

1) Nach PUCHER, WAKE~L\N u.

VICKERY

(1941).

Protein bzw. "unloslicher Stickstoff" wasserlosliche Polysaccharide Rohfaser

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Der Nachweis erfolgte mit dem Glucose-Anilin-Reagens nach SCHWEPPE (s. LINSKENS 1959, RADECKE 1963a u. b). Die Ketocarbonsauren wurden in Anlehnung an die Methode von ISHERWOOD und NIAVIS (1956) bestimmt (Schwierigkeiten der Methode s. NEISH 1957) (Extraktion aus einer gesonderten, tiefgekiihlten Probe des biologischen Materials mit HPO a, Darstellung der 2,4-Dinitrophenylhydrazone). Die Trennung der 2,4-Dinitrophenylhydrazone gelang am besten mit n-Butanol, gesattigt mit Ammoniak (3%ig) nach CAVALLINI, FRONTALI, TOSCH! (1949). (Papier Schleicher und Schiill 2043 bm). Die Quantitaten der nachgewiesenen Sauren schatzten wir durch visuellen Vergleich der Extraktchromatogramme mit einer Standards erie (eindimensionale Chromatogramme).

s. 120, s. a.

3. Das biologische Material Die Friichte der Winterlinde, Tilia cordata (s. Abb. 3), gehOren zu den SchlieBfriichten (ausfiihrliche morphologische Beschreibung s. EISENHUT 1957). Das Pericarp der Niisse entwickelt sich aus den Fruchtblattern der hypogynen Bliiten, ist bis zur Erreichung der Friihreife (vollstandig ausgebildete Samen) griin und wird in der Endphase des Reifeprozesses bei Erreichung der Vollreife braun und trocken, erlangt aber nicht die Festigkeit der Pericarpien der Sommerlinde. Der Same ist in folgende Teile differenziert: a) Diinne braune Samenschale (Testa), die aus den Integumenten ensteht. b) Nahrgewebe; das diir Angiospermen charakteristische triploide Endosperm bildet sich infolge der doppelten Befruchtung aus dem sekundaren Embryosackkern und einer generativen Zelle. c) Embryo (diploid), der aus der Zygote hervorgeht. Die Veranderungen dieser Teile der Frucht wahrend der Entwicklung werden in der Tabelle im Anhang beschrieben. Die schleimige Konsistenz des reifenden Endosperms ist nach STENAR (1925) darauf zuriickzufiihren, daB die Zellwandbildung im nuklearen Endosperm erst sehr spat erfolgt (Nachweis freier Zellkerne in den Embryosacken). Tilia cordata gehOrt zu den epigaischkeimenden Species, die das Peri carp und die Testa abwerfen, sobald die Kotyledonen des Embryos die Nahrstoffreserven des Endosperms aufgesaugt und zum Aufbau des Keimlings verwendet haben. Hauptreservestoffe sind Fett (ca. 15-20 % des Trockengewichtes) und EiweiB (ca. 18 bis 25%) (s. a. SCHUBERT 1961) (ca. 10% des EiweiBes sind im Peri carp enthalten). Starke konnten wir nicht nachweisen.

4. Ergebnisse

Die in Tilia-Samen nachgcwiesenen Sauren liegen in Form ihrer Salze vor. Eine Ausnahme macht das Vorkommen freier Shikimisaure in parthenokarpen Friichten. 4.1 Die qualitativen Bestimmungen Die Carbonsauren (ohne Carbonylgruppe) wurden zweidimensional papierchromatographisch mit zwei sehr wirksamen Verte!lungsmitteln getrennt. Je nach Wahl der Versuchsbedingungen waren 15 und mehr Sauren auf einem Chromatogramm differenzierbar (Abb. 2). Die Lokalisierung erfolgte mit Reagenzien, die mit allen sauer reagierenden Substanzen einheitliche Farbungen ergaben.

80

I-h:'\s-RuDOLF R~DECKE

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Abb. 2. Trennung der Carbonsauren auf kleinen, zweidimensionalen Chromatogrammen (14 X 14 cm). I. Richtung (3 X

II. Richtung (1 x)

)

1 fil = 10 fig. Verteilungssysteme s. Abschnitt 2.2. Oxalsaure bleibt am Startpunkt zuriick. M6glichkeiten zur weiteren Verbesserung der Trennscharfe: 1. Auftragung geringerer Substanzmengen; 2. Variierung der Laufzeiten; 3. VergroBerung der Chromatogramme in Richtung II oder II und I.

Pericarp in tier EntwicKlung luriklrgedrringte Somenanlagen

--:.~~~~~~'"

ouOeres Integument

Per/carp

inneres Inleguml?fJ/

Ifalilruum Testa fndosperm

von au/Jen fladi

Embryo

Innen forlschrel!ende Zellblldung

im Endosperm

b.}

a.)

Radicu/a mli Hypokolyl

/(olyledonen Plumula I mit Epika/yl)

lfypMotyl

liolyledonen WurzellJals

Rodicula

1

1cm

Abb.3

Beitrage zur Entwicklungsphysiologie und Biochemie der Sam en.

81

Aus der Position zunachst nicht bestimmbarer Sauren auf dem Chromatogramm konnte durch Untersuchung homologer Reihen auf die Struktur der schwieriger identifizierbaren Substanzen geschlossen werden (RADECKE 1963b). Zur Sicherung der Ergebnisse sind Differentialfarbreaktionen auf zweidimensionalen Chromatogrammen nach POHLOUDEK-FABINI und WOLLMANN (1961) (kritische Einschatzung der Methoden) mit p-Dimethylaminobenzaldehyd durchgeflihrt worden. Die Extraktchromatogramme zeigten in den analogen Positionen dieselben Farbungen wie die Testchromatogramme (Citronensaure: rot, Apfelsaure und Oxalsaure: gelb). Fiir Oxalsaure und ihr Ammoniumsalz waren ferner die durch unvollstandige Dissoziation im ameisensauren Medium verursachten Fleckenformen sehr charakteristisch. Der Nachweis von Skikimisaure wurde durch Mischschmelzpunkt gesichert (Fp der authentischen Substanz: 187°, Misch-Fp: 187°).

Durch Positionsvergleich mit authentischen Substanzen und spezifische Farbreaktionen wurden papierchromatographisch im Verlauf der untersuchten Entwicklungsprozesse in den Frtichten von Tilia cordata die Salze folgender Sauren ermittelt: Apfel-, Citronen-1 ), Oxal-, Shikimi-, Bernstein- und Pyrrolid(2) on(5)carbonsaure. Die Anwesenheit von China-, Glykol- und Glycerinsaure ist nicht sicher erwiesen. Ferner waren Spuren einiger nicht identifizierter Sauren nachweisbar, zu denen moglicherweise auch Hydroxymalonsaure (Tartronsaure) gehort. Pyrrolid-2on-5-carbonsaure ist ein Artefakt, das wahrend der Extraktion durch innere Kondensation des Glutamins unter HN3-Abspaltung entsteht:

i CH-COOH '"NH2 NH2 I

CH 2-CH 2 I O=C CH-COOH

""'N/ H

In Modellversuchen wurde reinem Zellulosepulver Glutamin bzw. Asparagin zugemischt, in Analogie zu unseren Extraktionsbedingungen mit 5n-H 2S0 4 angeteigt, mit wasserfreiem Na 2S0 4 getrocknet und mit Ather extrahiert. Aus Glutamin entstand Pyrrolidoncarbonsaure2), wahrend Asparagin keine analoge, zum Ketoderivat der Azetidincarbonsaure ftihrende Reaktion ergab. Glutaminsaure und Asparaginsaure erwiesen sich ebenfalls als nicht reaktionsfahig. Die Ketocarbonsauren wurden in Form ihrer 2,4-DinitrophenylhydrazinDerivate eindimensional an 65 cm langen Papierstreifen getrennt und waren an der gelben Eigenfarbung, der braun en Fluoreszenz im UV und der verschiedenartigen Farbung (rot bis braun) beim Besprtihen mit 1n-Kalium- oder Natriumhydroxydlosung (methanolisch) erkennbar:

6

1) Citronen- und Isocitronensaure wurden nicht getrennt. 2) Entsprechende Befunde haben bereits KATZ u. CHAIKOFF (1954) erhalten. Flora, Ed. 156 Aht. A

H~~"s-RLDOLF

82

RI.DECKE

1.

2. Isomeres 1)

(gelb) 2) (gelb) gelb gelb (gelb)

2- Ketoglutarsaure Oxalessigsaure Glyoxalsaure Brenztraubensaure 2- Ketobuttersaure

grau grau-rot rot rotbraun rot-grau

I'

rotbraun

Eine weitere Sicherung der Ergebnisse erfolgte durch papierelektrophoretische Trennung. - Es wurden 2-Ketoglutar-, Brenztrauben-, Glyoxal-, Oxalessig- und eine nicht einwandfrei identifizierbare, als X k bezeichnete Ketocarbonsaure nachgewiesen. n-Butanol ges.m/~

t.;Penlanoi A/hanoi

NH.OH(]%lg) Wasser 5: I:"

o.OSm NaHCO]

nOO? Zoppi

relall",?

II (s.u.i

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sehe/niJare lonenbeweglic/!J(ei/en

I''''

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Brl Olyl

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Oxl JD

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Gly2 Br/'6lul

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I

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Jcis I Bulonol-il/iJI701-/t?O

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41:9:50

Olul

T

Star! L -_ _ _- ' -_ _ _---L_ __ Erlauterung zu Abb. 4. 1 Oxalbernsteinsaure 2 Mesoxalsaure 3 Oxalessigsaure 4 2-Ketoglutarsaure 5 2-Ketoadipinsaure 6 2-Ketogulonsaure 7 Glyoxylsaure (Gly 2) 8 Brenztraubensaure (Br 2) 9 Uronsaure (?)

I

't-:"-J(S.u.! (W/iJlmJI7 Nr.!)

R

Brl

Gly 1

trons-Isomere

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(Scll/eic/Jeru.Sc/iu// ZO?J 0)

10 11 12 13 14 15 16 17

Glyoxylsaure (Gly 1) Brenztraubensaure (Br 1) 2-Ketobuttersaure (Bu 1) Acetessigsaure 2- Ketoisovaleriansaure p-Hydroxyphenylbrenztraubensaure Bernsteinsauresemialdehyd Lavulinsaure D = Ketodicarbonsauren

1) Nach ISHERWOOD und JONES (19;",5) besitzt das 1. Isomere mit hoherem RF- Wert ciskonfiguration, das 2. Isomere trans-konfiguration. 2) Die durch Klammern gekennzeichneten Farbflecken der 1. Isomere entstehen nicht, wenn die 24-Dinitrophenylhydrazone bei 20°C dargestellt werden.

I;

I;

"

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Aus ihrem papierehromatographisehen und papierelektrophoretisehen Verhalt en (Abb. 4) wurde gefolgert, da.B X k eine2-Ketoearbonsaure mit 4-7 C-Atomen ist und einige Hydroxygruppen enthalt (Naheres RADECKE 1963a). 4.2 Die Verteilung der Sauren in Periearpien und Samen der Winterlindcnfriiehte Die Fruchtbildung war erst im September so weit fortgeschritten, da.B eine Abtrennung der Pericarpien von den Samen erfolgen konnte. Aus diesem Grunde wurden in der Vegetationsperiode 1961 nur die vollstandigen Friichte, 1962 Samen und Fruehtwande getrennt untersueht (ab September). In den Samen fanden wir im Verlaufe der Entwicklung stets nur die Salze der Apfcl-, Citronen-, 2-Ketoglutar-, Brenztrauben-, Glyoxalsaure und der nieht einwandfrei identifizierbaren, als X k bezeiehneten Ketoearbonsl1ure (Tabelle 1). In den P e ricarp ie n waren au.Ber diesen Sauren noch Oxal-, Spuren Shikimi-, Oxalessig- und wahrseheinlieh Spuren China-, Glyeerin- und Glykolsaure in Form ihrer Salze vorhanden. Urn den Sauregehalt der Fruchtwande in den Friihstadien der Reifung zu erfassen, wurden parthenoearpe Friiehte von Baumen untersueht, die keine normal entwiekelten Niisse bildeten1 ). In der qualitativen Zusammensetzung stimmen sie iiberein mit Periearpien normaler, reiferer Friiehte. Hervorsteehendes Merkmal war das sehr reiehliehe Vorkommen freier, nieht salzartig gebundener Shikimisaure in parthenoearpen Friiehten. In den vollig trockenen Fruehtwanden vollreifer Friiehte konnte aueh wahrend der Stratifikation und Keimung au.Ber gro.Ben Quantitaten Oxalat kcine andere Saure in vergleiehbaren Mengen nachgewiesen werden. Die in den Friichten ermittelten quantitativen Veranderungen im Malat- und Citratgehalt (siehe 4.3) wahrend der Keimung sind demzufolge nur den Samen zuzusehreiben. 4.3 Die quantitativen Veranderungen des Sauregehaltes In den Anhang-Tabellen la, Ib, IIa sind die Ergebnisse zusammenfassend dargestellt worden 2 ). Zur Kennzeichnung der Stoffweehselsituation dienten Bestimmungen des Friseh- und Troekengewichtes, des Fettgehaltes und der Saurezahl (des Fettes). Als Bezugsgro.Be wurde - wenn nieht anders vermerkt - die Samenzahl verwendet, da die "individuellen" Veranderungen interessiertcn. Bei der Wahl deg 1) Diese Biiume scheinen Bastarde zu sein. 2) Die Ergebnisse von Baum 5 sind im folgenden mit besprochen worden. Das Za.hlenmaterial ist jedoch nur z. T. in Anhang-Tabelle IIa enthalten (Niiheres s. RADECKE 1963a). 6*

00 ~

Tabelle 1 Vergleich des Sauregehaltes von Blattern, Pericarpien, Samen und parthenokarpen Friichten griine Blatter erwachsener Baume z. Z. der Fruchtreife Malat Citrat -Ketoglut. Glyoxalat Pyruvat Oxalat Oxalacetat

+ + +

+ + ++

Xk

n. s. u. Sp (n. s. u.)

Shikimat China TartratI)

+ + +

n. s. u. n. i. b. St.

= nicht systematisch untersucht = nur in bestimmten Stadien vorhanden

1) Versuche noch nicht abgeschlossen.

griine Pericarpien

Samen

parthenocarpe Friichte

+ + + + + ++ + (n. i. b. St.) + (n. i. b. St.) +

+ + + + +

+

-- (Sp) (Sp. n. i. b. St.)

..L

n. s. u. n. s. u. sehr viel freie Sh

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OJ (")

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Sp (?) + (?)

+ (?) += -

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+ + + ++

=

papierchromatographisch nachgewiesen nicht nachgewiesen

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Trockengewichtes als Bezugselement konnten keine wesentlichen, neuen Aspekte erkannt werden, so daB auf die Mitteilung des Zahlenmaterials verzichtet wurde. Die Saurequantitaten werden in ,U Mol/l00 Frtichte oder Keimlinge angegeben. Die in dieser Arbeit als frtihreif bezeichneten Frtichte weisen folgende Charakteristika auf: 1. Gleiche oder bessere Keimqualitaten als vollreife Frtichte bei analoger Vorbehandlung (Stratifikation). Tilia-Frtichte optimalen Reifegrades (Definition: SCHUBERT 1962) sind meist etwas weniger stark keimgehemmt. 2. Grtines Pericarp und hoher Quellungsgrad der gesamten Frucht (tiber 40% Wasser gegentiber weniger als 10 % der vollreifen, trockenen Frtichte, deren Endosperm sehr zahe und fest ist). Die Entwicklungsperiode zwischen Frtih- und Vollreife wird von uns als Endphase des Reifeprozesses bezeichnet. 4.3.1 Die Veranderungen wahrend der Reifung der Frtichte Der Malat- und Citratgehaltl) erreichte ein Maximum im V. Entwicklungsstadium kurz vor Erreichen der Frtihreife (Anhang-Tabelle Ia). Malat dominierte gegentiber Citrat bis zur Frtihreife (Stadium VI). Yom nachfolgenden VII. Stadium ab wurde jedoch Citrat akkumuliert, wahrend Malat verschwand. Die Ergebnisse erscheinen wesentlich klarer, wenn das Verhiiltnis der in,uMolfl00 Frtichte ausgedrtickten Konzentrationen von Malat zu Citrat (im folgenden auch MfC-Wert genannt) betrachtet wird (Abb. 5). Es zeigte yom I. Reifestadium bis zur Frtihreife (VI. Stadium) eine allmahliche Abnahme auf den halben oder dritten Teil, danach ein sprunghaftes Absinken auf etwa den zwanzigsten Teil (bezogen auf Stadium I). Der Verlauf der MfC-Wert-Kurve (Abb. 5) ist fUr Baum 3 (Vegetationsperiode 1961) durch mehrfache Wiederholung der papierchromatographischen Bestimmungen gesichert worden. Die Extraktherstellung konnte aus Substanzmangel nicht wiederholt werden. Ob das Maximum, das wahrend der Vergilbung der Pericarpien und der Austrocknung der Frtichte nachgewiesen wurde (VI. Stadium), allgemeine Gtiltigkeit hat und durch endogene Faktoren bedingt ist, konnte noch nicht bewiesen werden. Der Zeitpunkt, zu dem die Frtichte das Maximum des MfCWertes zeigten, ist bei Baum 3 (1961) mit dem Zeitpunkt der maximalen Akkumulation der noch nicht identifizierten Ketosaure X k identisch (Anhang-Tabelle Ia). Dieses, an morphologischen Merkmalen erkennbare (wenn auch schwer erkennbare) Entwicklungsstadium wurde bei der Wiederholung der Versuche tiber die gesamte Reifeentwicklung an einem anderen Baum (Baum 7, 1962) verpaBt. Es bleibt also offen, ob in der Endphase des Reifeprozesses das MalatfCitrat-Verhiiltnis sich analog 1) Citratgehalt entspricht der Summe von Citrat und Isocitrat.

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HANS-RuDOLF R",DEOKE

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Troc/fengewicli!

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Fellsdurezolil

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Abb.5. Erkliirung zur graphischen Darstellung: Die Kurvenziige fiir Trockengewicht und den Fettgehalt sind idealisiert, da die Schwankungen nur durch die Probenahme verursacht sind. Dem unteren Teil der graphischen Darstellung liegen Verhiiltniszahlen zugrunde.

wie X k verhalten, also ein Maximum zeigen muJ3, oder ob diese Erscheinung nur unter bestimmten auJ3eren klimatischen Einflussen zu beobachten ist. DasMalatjCitrat-Verhiiltniswies--abgesehen vondem o.g. Maximum -- wahrend der Reifung der Fruchte wie der Wassergehalt und die Fettsaurezahl eine fallen de Tendenz auf und war gegenuber dem Verlauf des Trockengewichtes und des Fettgehaltes zeitlich verzogert (Anhang-Tabelle Ia; Abb. 5). In der Vegetationsperiode 19t12 wurden noch zusatzlich Fruchtknoten kurz nach der Befruchtung untersucht (Griffel noch vorhanden, vor der Untersuchung entfernt, Blutenblatter abgeworfen). Sie zeichneten sich durch ein sehr niedriges MalatjCitrat-Verhiiltnis aus; Reservesubstanzbildung war in diesem Stadium noch nicht bemerkbar. Die durch intensiven Stoffwechsel gekennzeichneten Entwicklungsstadien sind offensichtlich durch einen hohen MjC-Wert, die weniger aktiven Stadien durch ein niedriges MalatjCitrat- Verhaltnis und die Ruhestadien auJ3erdem durch einen niedrigen Wassergehalt charakterisiert. Voraussetzung fUr eine hohe Stoffwechselintensitat ist ein hoher Quellungsgrad. Analoge Tendenzen waren auch bei der Verfolgung der Stratifikation, der Lagerung und der beginnenden Keimung erkennbar. Die Betrachtung des Malat-Citrat-Verhiiltnisses hat weiterhin folgende Vorteile: 1. Die durch Materialverluste bedingten Fehler wirken sich nicht auf den M/C Wert aus.

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2. Die in der Literatur angegebenen, haufig auf verschiedenen Bezugselementen beruhenden Werte lassen sich stets durch einfache Umrechnung auf den MjC-Wert vergleichen. Das ist besonders bei Untersuchungen von Organ- oder Gewebeteilen von Vorteil.

Die fiir das Malat-Citrat-Verhaltnis in reifenden Friichten gefundene Tendenz gilt in den wesentlichsten Ziigen sehr wahrscheinlich auch flir Samen. Dies wird z. Z. durch Untersuchung parthenocarper Friichte friiher Entwicklungsstadien und durch Trennung normaler Friichte mit hoherem Reifegrad in Pericarp und Samen gepriift (s. a. Abschnitt 4.2). Oxalat war bereits nach der Befruchtung in relativ groBen Mengen vorhanden, nahm bis zur Vollreife zu und war nur in den Pericarpien lokalisiert, wo es als schwerlosliches Salz vorlag. Dies geht daraus hervor, daB in einem Wasserextrakt Oxalsaure im Gegensatz zu Citronen- und Apfelsaure nicht nachweisbar war und erst nach A~sauerung der Pericarpien mit 5n-Schwefelsaure gefunden werden konnte. Die Salze der Shikimi- und der wahrscheinlich ebenfalls vorhandenen China-, Glycerinund Glykolsaure konnten nur etwa bis zur Friihreife vorhanden sein und waren vermutlich ebenfalls in den Fruchtwanden voriibergehend abgelagert. Von den Ketocarbonsauren nahm 2-Ketoglutarat bis zur Friihreife langsam, danach sehr schnell ab und war in vollreifen Friichten nur noch in Spuren nachweisbar. Glyoxalat und Pyruvat wurden aus technischen Griinden nicht quantitativ bestimmt. Sie waren jedoch vorhanden (bis zur Friihreife und - wie Versuche 1962 ergaben - sowohl in Pericarpien wie in Samen). Oxalacetat war in der Endphase des Reifeprozesses in Fruchtwanden nachweisbar (Sicherung der Ergebnisse durch absteigende papierchromatographische Trennung und durch Zugabe von Testsubstanz zum Extraktchromatogramm). Interessant erscheint das Verhalten der noch nicht identifizierten Ketocarbonsaure X k. In normal sich entwickelnden Friichten (Abb. 6) war sie bereits im Stadium I in geringen Mengen vorhanden und stieg 2 bis 3 Wochen vor der Friihreife auf fiir Ketosauren auBerordentlich groBe Quantitaten an. Innerhalb von 8 Tagen (durch zusatzliche Versuche ermittelt; in den Tabellen ist nur ein 20-Tage-Intervall angefiihrt) nahm ihre Konzentration schnell abo Die Saure war 14 Tage spater nur noch in Spuren nachweisbar. Das Maximum des Gehaltes an X k fiel mit der beginnenden Braunfarbung des bis dahin griinen Pericarpes zusammen. X k war vorwiegend in der Fruchtwand lokalisiert, jedoch auch im Endosperm in vergleichsweise sehr gering en Mengen vorhanden, im Embryo dagegen nicht nachweisbar. (Abb. 6 zeigt die Ergebnisse Yo()n Friichten, deren Xk-Gehalt noch nicht sein Maximum erreicht hatte.) Es konnte femer spurenweise in Blattem nachgewiesen werden. Diese Ergebnisse zeigen, daB der Ubergang zur Endphase der Reifung mit bedeutenden Veranderungen im Sauregehalt verbunden ist.

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]-IDis-RL'DOLF R_\DECKE

Abb.6. Verteilung der Ketocarbonsauren in Pericarp, Endosperm und Embryo reifender Friichtc. (Papierchromatographie der 2,4-Dinitrophenylhydrazone: 2.2)

2,4-Dinitrophen ylhydrazin

Brenztraubensaure 1 Glyoxylsaure 1

Brenztraubensaure 2 Glyoxalsaure 2

Oxalessigsaure 2 Ketoglutarsaure 2

(Testsubstanzen je 40,ug)

Extrakt von:

48 Peri carpi en

192 Embryonen

48 Endospermen Baum 7 O. 10. 1962 Pericarp: griin (Vergilbung gerade bemerkbar) Testa: braun Anmerkung: Oxalessigsaure-2,4-Dinitrophenylhydrazon zerfallt in die isomeren Derivate der Brenztraubensaure (Br. 1 und Br 2). Aus der Photographie geht nicht deutlich hervor, daB Glyoxalsaure und Brenztraubensaure gut zu trennen sind.

Beitrage zur Entwicklungsphysiologie und Biochemie der Samen

89

4.3.2 Veranderungen wahrend der Stratifikation und Lagerung Die in der Endphase des Reifeprozesses, also zwischen Friih- und Vollreife erfolgenden stofflichen Veranderungen der am Baum reifenden Friichte wiesen u. a. folgende Charakteristika auf: Abnahme des Malatgehaltes und MjC- W ertes, Entstehung geringer Mengen Oxalacetat und sprunghafter Abbau von X k . Analoge Ergebnisse wurden besonders fiir den MjC-Wert, X k und die freien Fettsauren bei der Stratifikation und Lagerung friih geernteter Friichte erhalten. Das laBt vermuten, daB in den am Baum zur Vollreife sich entwickelnden und den friihgeernteten, unter Stratifikationsbedingungen lagernden Friichten ahnliche Stoffwechselvorgange verlaufen. Diese SchluBfolgerung kann sich natiirlich nicht auf Reaktionen mit gering em Stoffumsatz, wie z. B. die Hemmstoffbildung, beziehen. Der Oxalacetatgehalt war bei friihgeernteten, stratifizierten Friichten jedoch hoher, vermutlich infolge der geringeren Sauerstoffzufuhr in den mit Sand gefiillten Stratifikationskasten bzw. den LagerungsgefaBen und als Folge der gleichmaBig niedrigen Temperatur (+ 4°C) und des konstanten Feuchtigkeitsgehaltes. Die kiihl und trocken gelagerten, friihgeernteten Friichte waren keine "echten" Kontrollen, da sie vor der Lagerung keinem langeren Wasserentzug an der trockenen Luft unterzogen wurden und die Eigenfeuchtigkeit zumindest zu einer "Teilstratifikation" ausreichte. Das Endosperm war weiB und gequollen (bei vollig trockenen Friichten dagegen gelb und hart). X k konnte in diesen Proben nicht nachgewiesen werden, wohl aber in Friichten, die vor der Lagerung bei 20°C an der Luft getrocknet worden waren (Anhang-Tabelle Ib). Nach Monaten waren in diesen Kontrollen noch betrachtliche Mengen an X k enthalten, was auf eine relativ hohe Bestandigkeit dieser Ketocarbonsaure schlieBen laBt. Der Fettgehalt blieb wahrend der Endphase des Reifeprozesses und wahrend der Stratifikation im Rahmen der durch die Probenahme bedingten Schwankungen unverandert. Die beginnende Stratifikation der vollreif geernteten Friichte war von einer starken Quellung begleitet (Zunahme des Wassergehaltes von unter 10 % auf 50 %), der Gehalt an Sauren hatte sich wie auch bei den Kontrollen nicht verandert. Quellungsgrad, MjC-Wert (unter 0,5), 2-Ketoglutarat- und Oxalat-Gehalt zeigten auch wahrend des weiteren Stratifikationsverlaufes nur geringfiigige Veranderungen (s. Abb. 7). Der Fettgehalt blieb ebenfalls konstant, die Fettsaurezahl nahm jedoch betrachtlich zu (auf das Doppelte bis Vierfache). Dies wurde auch bei fast aUen 6 Kontrollen spatgeernteter Friichte von Baum 3 beobachtet. Die einzige Kontrolle von Baum 5 lag dagegen sehr niedrig. Dasselbe galt fiir die Kontrollen friihgeernteter Friichte von Baum 3 und 5. Eine zufriedenstellende Erklarung konnen wir nicht geben. Eine Beziehung zum Wassergehalt war nicht nachweisbar.

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H~\""s-RuDOLF R~\DEGKE

Abb.7. Keimung friihreif geernteter Friichte (Baum 3, 1961/62) Yeranderungen des Carbonsauregehaltes Lange von Radicula und SproB in cm:

11. 4. 11. 4. 16. 4. 24. 4. 1-2 6 14 16

14. 5. 1962 (Kontrolle)

Pyrrolid-2-on-5-carbonsaure Bernsteinsaure Apfelsaure

Citronensaure

Oxalsaure

oberhalb des Startpunktes gelbbraun gefarbte Verunreinigungen, die nur bei der photographischen Aufnahme st6ren. Citronensaure ist nur in geringen Mengen, Oxalsaure uberhaupt nicht vorhanden.

16.4. 24.4. 24. 4. 1700 800

Anmerkung: Die beim Vergleich des Chromatogrammfotos mit den Werten der Anhangstabelle I b festzustellenden Diskrepanzen sind darauf zuruckzufiihren, daB die Beziehung zwischen Farbintensitat und Saurekonzentration nicht linear und die photographische Wiedergabe nicht v611ig naturgetreu ist (z. T. st6ren Farbstoffe, die auf dem Originalchromatogramm visuell gut von den "Saureflecken" unterscheidbar waren).

Beitriige zur Entwicklungsphysiologie und Biochemie der Samen

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Forts. Abb. 7 Stratifikation friihgeernteter Friichte (Baum 3)

Apfelsiiure

Citronensiiure Oxalsaure (am Startpunkt) 7. 11. 20.11. 18.12. 6. 2.

o. 3.

26.3.

4.3.3 Die Veranderungen wahrend der beginnenden Keimung Die Keimung ist die Zeitspanne der intensivsten stofflichen Umwandlungen, die in den bedeutenden anatomisch-morphologischen Veranderungen der Keimlingsbildung sichtbar werden. Es wurden daher besonders die Stadien untersucht, in den en der Embryo bzw. Keimling sich noch nicht autotroph, sondern auf Kosten des Endosperms ernahrte. Wenn nicht anders erwahnt, handelt es sich urn etiolierte Keimlinge. Die gekeimten Fruchte mit 1-2 cm langer Radicula zeigten im Vergleich zu den stratifizierten Fruchten und den Kontrollen einen noch wenig oder gar nicht veranderten Citratgehalt und deutlich erhOhte Malatmengen, so daB der MjC- Wert etwa 1 betrug. Lediglich bei gekeimten, vollreif geernteten Fruchten von Baum 3 war das MalatjCitrat-Verhaltnis infolge eines geringfUgigen Ruckstandes im Entwicklungszustand erst auf wenig uber 0,5 angestiegen. In diesem Stadium mit einem Wassergehalt von etwa 70 % war bei allen Proben - wie der wenig veranderte Fett- und Fettsauregehalt beweisen - noch nicht die hochste metabolische Aktivitat erreicht, sondern wurde gerade eingeleitet. Da in den Pericarpien der stratifizierten und gekeimten Fruchte nur Oxalat in schwerloslicher Form nachgewiesen werden konnte (qualitative Untersuchungen), waren die Veranderungen des Gehaltes an anderen Sauren auf Veranderungen im Samrn zuruckzufuhren. Die Werte fUr Glyoxalat und Pyruvat sind sehr un zuverlassig. Der sprunghafte Ubergang zur hochsten Stoffwechselaktivitat war auBerlich durch das intensive Hypocotyl- und Wurzelwachstum, den Verbrauch der Endospermreserven und den Abwurf des Pericarps einschlie13lich Testa gekennzeichnet (II. Krimlingsstadium yom 16. 4. 1962). Damit waren ein hoher Fettverbrauch, die weiter fortschreitende Quellung (Wassergehalt von 90 %) und eine eindeutige Zu-

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H.IXS-RFDOLF RADEChE

nahme der Fettsaurezahl verbunden. 1m Sauremetabolismus war der Aktivitatswechsel am hohen MalatjCitrat-Verhaltnis und dem hohen 2-Ketoglutarat-Gehalt zu erkennen. Die Vorbereitung der intensiven Stoffumwandlungen war in den gekeimten Fruchten (1. Keimstadium) durch das kurzfristige Erscheinen relativ groBer Quantitaten Succinat und Glutamin charakterisiert. Aus Glutamin entstand bei der Durchfiihrung des Trennungsganges das Artefakt Pyrrolidoncarbonsaure. Ein Vergleich des Malat-, Succinat- und Glutamingehaltes lehrt, daB die Akkumulation dieser 3 Substanzen etwa zur gleichen Zeit, dem Erscheinen der Radicula, einsetzte. Der Verbrauch des Citrates erfolgte spater (s. auch Abb. 7). Die weiteren Keimstadien sind in dies em Zusammenhang von geringem Interesse, da infolge mangelnder Ernahrungsmoglichkeiten kein normales Wachstum erfolgen konnte. Die weitere Entwicklung der Keimlinge war von einer Summe auBerer Faktoren abhangig. Von dies en wurden tagesrhythmische und durch Belichtung bzw. Etiolement verursachte Veranderungen untersucht. Es konnten jedoch keine signifikanten Unterschiede im Sauregehalt festgestellt werden. Dieser unterlag im Gegenteil unregelmaBigen Schwankungen, die nur durch die anormale Entwicklung und Krankheitserscheinungen erklarbar sind. Die tiber 4 Wochen alten Pflanzchen fielen urn.

Da es wegen des hohen Arbeitsaufwandes nicht moglich war, die einzelnen Organe der bei 150 DC gekeimten Fruchte im Zuge der Serien zu untersuchen, wurde ein Teil der Fruchte in der Entwicklung gehemmt, indem er wieder den Stratifikationsbedingungen ausgesetzt wurde (Abkuhlung auf + 4 DC). Nach 25 Tagen Verweilzeit erfolgte die Trennung in Pericarp, Endosperm und Keimling (Radicula = 0,5 cm). Der Embryo enthielt reichlich Fettsauren und prozentual und absolut fast doppelt soviel Fett wie das Endosperm, beide zeigten einen Wassergehalt von 82 % (Anhang-Tabelle II a). Der pro gekeimte Frucht berechnete Fettgehalt entsprach etwa dem Gehalt der in der Keimung nicht behinderten Keimlinge. Es hatte also groBenordnungsmaBig derselbe betrachtliche Verbrauch stattgefunden. Die noch vorhandenen Fettquantitaten waren vermutlich zum Zell- und Gewebeaufbau notwendige Lipoide. - Trotz des intensiven Stoffaustansches zwischen Endosperm und Embryo waren die Sauregehalte nicht gleich. Der Embryo, in dem intensive anabolische Prozesse eingeleitet wurden, zeichnete sich gegenuber dem durch Abbauvorgange gekennzeichneten Endosperm durch ein wesentlich hoheres MalatjCitratVerhaltnis (1,4 gegentiber 0,48) und durch eindeutig hohere 2-Ketoglutarat-Konzentrationen aus (8,2,uMol gegentiber 2,0). Diese Ergebnisse fiihren zu der SchluBfolgerung, daB das MalatjCitrat-Verhaltnis von der an abo Ii s c hen Stoffwechselaktivitat abhangig ist. Zusammenhange mit den verschiedenen Phasen des Wachsturns (Plasma-, Streckungs- und Differenzierungswachstum) erscheinen recht kompliziert und sollen nicht naher erortert werden. Es ist lediglich zu erwahnen, daB von den Organteilen der Keimlinge die durch intensives Streckungswachstum gekennzeichneten Hypokotyle und Radiculae die hochsten MjC-Werte aufwiesen (AnhangTabelle IIa).

Beitriige zur Entwicklungsphysiologie und Biochemie der Samen

93

5. Diskussiun der Ergebnisse!)

5.1 Die Besonderheiten des Saurestoffweehsels der Periearpien In allen Entwieklungsstadien der Fruehtwande von Tilia waren Sauren naehweisbar, die nieht (zumindest nicht in vergleiehbaren Mengen) im Samen zu finden waren (Tabelle 1). Das standige Vorhandensein gro13er Mengen Oxalat in sieh entwiekelnden und in abgestorbenen Periearpien und die vortibergehende Akkumulation der Salze der Shikimisaure, einiger nieht sieher naehgewiesener Sauren (China-, Glyeerin- und Glykolsaure) sowie der noch nieht identifizierten Ketoearbonsaure X k spiegeln die vollig andersartige Entwicklung von Samen und Periearpien mit ihren grundsatzlieh versehiedenen physiologisehen Funktionen wider. Zu analogen Sehlu13folgerungen kommt man beim Vergleieh der zusammenfassenden Arbeiten von FOWDEN und MOSES (1960) tiber Samen sowie von WOLF (1960) tiber Frtichte. Die Siiurezusammensetzung der grtinen Periearpien der Winterlinde ahnelt dem Sauregehalt der Blatter (s. a. Absehn. 4.3.1). Der Stoffweehsel der C2-Carbonsauren (Oxalat, Glykolat, Glyoxalat) und der Phenylpropanderivat-Vorstufen (Skikimisaure; Chinasaure befindet sieh im "Nebensehlu13" der Reaktionskette, die zu den Aromaten ftihrt) ist offensiehtlieh fUr das Periearp von besonderer Bedeutung. Es ist uns jedoeh nicht bekannt, ob und in welehem Ma13e die Fruehtwande dureh eigene assimilatorische Leistungen oder durch Umwandlung zugeleiteter Substanzen zum Aufbau der Sameninhaltsstoffe beitragen. Auffallend ist das vortibergehende massenhafte Vorkommen f rei e r, nicht salzartig gebundener Shikimisaure in parthenoearpen Frtiehten. Periearpien normaler Frtiehte enthalten qualitativ dieselben Sauren wie Blatter. Bei.de sind frei von ungebundener Shikimisaure. Die Salze der Shikimisaure do minier en in den Blattern gegentiber den Salzen anderer Sauren. In Pericarpien normaler Frtichte ist dieses Verhaltnis ausgegliehener. Diese Befunde lassen die Erklarung zu, da13 die grUnen Pericarpien ahnliche synthetische Leistungen vollbringen wie die Blatter und zur Versorgung der Samen mit Phenylpropanderivat-Vorstufen mit beitragen. Fehlt das schleimige Endosperm, wie es bei den parthenocarpen FrUchten der Fall ist, so wird offensichtlich die Reaktionssequenz Shikimisaure-Phenylpropanderivate unterbrochen und freie Shikimisaure akkumuliert. Moglieherweise entsteht das System von Struktur-, Regulator- und Operator-Genen, das fUr die Synthese der shikimisaure-umwandelnden Enzyme verantwortlich ist, bei der Bildung der triploiden Endospermkerne. Ob ein Transport von Shikimisiiure aus den Bliittern in andere Pflanzenteile erfolgen kann, miiBte u. a. durch Untersuchung von Phloemsiiften gepriift werden. 1m allgemeinen wird vermutet, daB die Glucoside Coniferin und Syringin als Speicher- und Translocationsformen der 1) Allgemeines iiber den Siiurestoffwechsel der Samen siehe

RADECKE

1965.

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H.\NS-RrDOLF R.IDECKE

Phenylpropanderivate dienen (Ubersichtsreferate von 1'i'EISH 1960, SCHE:"!K 1961). Die Tatsache, daB Shikimisaure in verschiedenen Pflanzenteilen und besonders haufig und in sehr reichlichen Mengen in Blattern gefunden wurde (HATTORI, YOSHIDA, HASEG.\W.\ 1964; HASEG.\W.I, NAKAGAWA, YOSHIDA 1967; HILLIS 1967; ANET, BmcH, IVIASSY- WESTROP 1957; M.IXSK.\J.\, KODlNA 1959; PLOUVIER 1961), spricht dafiir, daB Shikimisaure oder (un d) ihr biogenetisch nachfolgende Verbindungen, wie z. B. Glycoside, als Transportformen fungieren. Die massenhafte Synthese der Phenylprr~",nderivate an ihrem Entstehungsort (z. B. des Lignins im Holz) erfolgt also wahrscheinlich ni c h t n ur aus herantransportierter Saccharose und Oligosacchariden, sondern wenigstens z. T. aus cyclischen Vorstufen, die in den Blattern gebildet und zum Verbrauchsort transportiert werden!).

X K ist nach den Ergebnissen der papierchromatographischen Analyse sehr wahrscheinlich eine hydroxylhaltige Ketocarbonsaure und moglicherweise als Ketohexonsaure mit dem Kohlenhydrat- bzw. Ascorbinsaure-Metabolismus oder als 2-Keto-3-desoxy-glucoheptonsaure mit der Phenylpropan-Biogenese in Verbindung zu bringen. Befunde an parthenocarpen und normalen Fruchten kurz nach der Befruchtung2) lassen vermuten, da13 Samen und Pericarp neben den genannten Unterschieden zwei gemeinsame Merkmale des Saurestoffwechsels haben: das hohe MalatjCitrat-Verhaltnis und den hohen Ketoglutarat-Gehalt, die fUr stoffwechselaktive Organe von Tilia-Fruchten bzw. Keimlingen charakteristisch sind. 5.2 Die stofflichen Veranderungen wahrend des Aktivitatswechsels Die im Verlaufe der Reifung von Tilia-Fruchten erfolgende Anderung der metabolischen Aktivitat vollzieht sich wesentlich langsamer als bei der beginnenden Keimung. Dies ist am Trockengewicht, dem Fett- und Wassergehalt erkennbar. Das Abklingen gro13er stofflicher Veranderungen vor Abschlu13 des Reifeprozesses und die Einleitung eines intensiven Metabolismus vor Keimungsbeginn kommen bereits im Verhaltnis hohermolekularer Verbindungen (Fett, Eiwei13) zu den entsprechenden Hydrolyseprodukten (Fettsauren, Aminosauren) zum Ausdruck (uber den N-Stoffwechsel von Tilia hat SCHUBERT 1961 berichtet). Diese hydrolytischen Vorgange bzw. ihre Umkehrreaktionen folgen in groben Zugen dem Verlauf des Quellungsgrades: Wahrend der Reifung sinkt das Verhaltnis der Hydrolyseprodukte zu den hohermolekularen Verbindungen; bei der Keimung steigt es wahrend der Imbibitionsphase stark an. Die diesen Reaktionen bei der ReHung zeitlich vorangehenden und bei der Keimung nachfolgenden tiefgreifenden Veranderungen durch anabolische und katabolische Vorgane werden bei Tilia-Fruchten durch die Entwicklung des Malatj 1) N ach einer Privatmitteilung von Herrn Prof. H. ZIEGLER, Darmstadt, konnten in Phloemsaften hisher keine Shihimsaure, kein Coniferin und kein Syringin nachgewiesen werden, so daB diese Substanzen wahrscheinlich nur fUr den Transport tiber kurze Strecken von Bedeutung sind. 2) Trennung in Peri carp und Samen zu diesem Zeitpunkt nicht moglich.

Beitrage zur Entwicklungsphysiologie und Biochernie der Sarnen

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Citrat-Verhaltnisses und des 2-Ketoglutarat-Gehaltes widergespiegelt, die wahrend des Reifeprozesses allmahlich absinken und wahrend der Keimung sprunghaft ansteigen. Stark ausgepragt ist das Maximum von X k wahrend der ReHung. Das plOtzliche Absinken der X k - Konzentration fallt zeitlich zusammen mit der einsetzenden Vergilbung des Pericarps, der Abnahme der Fettsaurezahl und des Wassergehaltes in der Frucht sowie dem intensiven Abfall des MalatjCitrat~ Verhaltnisses. Der Ubergang yom aktiven Metabolismus (Aufbau von Geriist- und Reservestoffen; Photosynthese im Pericarp) zum Ruhestoffwechsel des Samens bzw. zur Alterung des Pericarps spiegelt sich also im Gehalt einzelner Sauren wider und kann sich durch ein zeitlich begrenztes Maximum zu erkennen geben. Vermutlich nahern sich die stationaren Konzentrationen einiger Intermediarprodukte "pendelfiirmig" (in unserem FaIle nicht nachgewiesen) einem Maximalwert, urn dann schnell abzusinken (iiber biologische Regulationen s. HOLZER 1963). Wahrend der Stratifikation von spatgeernteten Tilia-Friichten verandern sich der MjC- Wert und der Fettgehalt nicht wesentlich. Nach den anfiinglichen Veranderungen wahrend der Stratifikation friihgeernteter Friichte (Ahnlichkeit mit der Endphase der Reifung spatgeernteter Friichte) sind MjC- Werte und Fettgehalt ebenfalls konstant. Der G.ehalt an liislichem und unliislichem Stickstoff verhielt sich analog (SCHUBERT 1961). Aus der Konstanz der Hauptreservestoffe kann man folgern, daB wahrend der Stratifikation keine intensiven stofflichen Umwandlungen erfolgen. Dies kommt q,uch in den unveranderten MjC- Werten zum Ausdruck. Die wahrend der Stratifikation erfolgende Beseitigung der Keimhemmung ist demzufolge auf Vorgange zuriickzufiihren, die mit relativ gering em Stoffumsatz verbunden sind. Es kommen vor allem in Betracht der Auf- und Abbau von Keimungsstimulantien und -inhibitoren, die Synthese von Fermentsystemen, Veranderungen der Permeabilitat, Aufbau komplex organisierter Strukturen, die wichtige metabolische Funktionen haben oder dem Stofftransport dienen. Die geringe Eigenfeuchtigkeit der als Kontrollen bei + 4°C trocken gelagerten Friichte reichte wahrscheinlich zu einer Teilstratifikation aus (Keimversuche nicht durchgefiihrt). Das Endosperm dieser Samen hatte eine ahnliche Konsistenz wie das stratifizierter Samen. Offensichtlich rufen die tiefen Temperaturen wichtige strukturelle Veranderungen hervor (vielleicht Anderungen der Tertiarstruktur der Proteine). Die Ubertragung der "physikalischen Reize" in den Bereich biochemischer und biologischer Umwandlungen stellt ein ungelOstes Kernproblem der Keimungsphysiologie dar. Die ersten feststellbaren Veranderungen nach Radiculadurchtritt waren die Zunahme des Malates (bei konstantem Citratgehalt) und die voriibergehende Succinat(und Glutamin-)akkumulation, die wir ebenfalls zu den Folgeerscheinungen biologischer Regulationen zahlen. Das sprunghafte Erscheinen und das allmahliche Absinken einer Saure in hiiheren Pflanzen, z. B. Lactatakkumulation bei Radiculadurchtritt von Mais, Phaseolus, Ricinus, Vicia faba (SCHNEIDER 1960), Malonat und

HANS-RuDOLF RADECKE

96

Chinasaure in Weizen wahrend der Bildung des erst en Blattes, Chinasaure zur Zeit, wo der Stengel sich zu festigen beginnt, Malonat in Lupine wahrend der Bildung des erst en Blattes (CARLES und LATTEs 1959), ist oft verbunden mit einer Einleitung bzw. Intensivierung neuer Stoffwechselwege und wird haufig in bedeutenden morphologischen Veranderungen sichtbar. Die Rohe des Malat/Citrat-Verhaltnisses und seine Entwicklungstendenz sind anscheinend von der Natur der im Samen gespeicherten Reservestoffe abhangig (s. RADECKE 19(4). Sie sind durch die zentrale SteHung der Siiuren erklarbar, die als Intermediarprodukte Fett-, Kohlenhydrat- und Proteinmetabolismus sowie andere wichtige Stoffgruppen miteinander verbinden. Derartige Untersuchungen des Sauregehaltes im Zusammenhang mit demAktivitatswechsel und der Reservestoffnatur sind in diesem Umfange unseres Wissens an fett- bzw. iilhaltigen Samen noch nicht durchgefiihrt worden. Friichte von Tilia cordata Mill. enthalten etwa 18-23 % Protein (s. SCHUBERT 1961) und etwa 15-20% Fett (Samen von Baum 3, 1961 vollreif: 23% Fett, 29% Protein; Pericarpien: fast kein Fett, 10% des Gesamtproteins der Frucht). TXUFEL und POHLOUDEK-FABINI (1955) untersuchten nur den Citratgehalt landwirtschaftlicher Samen wahrend der Keimung. CROMBIE (1954) beriicksichtigte - infolge anderer Problemstellung - nur ruhende Samen und 3 W ochen alte, bereits autotroph sich ernahrende Keimlinge von Begonia semperflorens. Sie erfaBt also nicht unmittelbar die mit demAktivitatswechsel verbundenenAnderungen im Carbonsauregehalt. Ihre Ergebnisse beziiglich der Veranderungen des Malat- und Citratgeha!tes stimmen mit unseren Befunden iiberein. Bei einigen, von anderen Autoren untersuchten Samenarten wurde die Zusammensetzung der Reservestoffe nicht angegeben (s. RADECKE 1964). Vermutlich haben Pinus thunbergii und Pinus densiflora eine ahnliche Reserv€stoffzusammensetzung wie Tilia cordata·. Die an Samen dieser Arten erhaltenen Ergebnisse von HATANO (1961) und HASEGAWA und HIROKAWA (1955) stimmen ebenfalls mit unseren Befunden iiberein. Diese Autoren haben jedoch nur 2 Stadien untersucht. Dasselbe gilt fiir die Arbeit BOKUCHAVAS und SOBOLEVAS an (1958) Teesamen.

Diese und die eigenen Ergebnisse fiihrten zu einem vorIaufigen Schema tiber die hypothetischen Zusammenhange zwischen Sauregehalt und metabolischer Aktivitat von Fett-Samen (RADECKE 19(5):

FettSamen

unreife Samen vollreife Samen Keimlinge

Citrat

Malat

2-Ketoglutarat

wenig vie! wenig

viel wenig sehr viel

viel wenig viel

Aconitat

Acetat

Malonat

Vorversuche deuten darauf hin, daB die starke Malatakkumulation (nicht notwendigerweise eine erhohte Malatsynthese) in den durch intensive anabolische Prozesse gekennzeichneten Embryonen ablauft. Dies wtirde auch mit den Ergebnissen an EiweiB-Samen (Phaseolus vulgaris) tibereinstimmen (DUPERON 19(1). Die an Samen beobachteten Beziehungen zwischen Sauregehalt (besonders Malat und Citrat) und Stoffwechselaktivitat treffen nach noch nicht abgeschlossenen Literaturstudien auch

Beitrage zur Entwicklungsphysiologie und Biochemie der Samen

97

fiir andere Pflanzenteile zu, die sich durch einen plOtzlichen Wechsel von latentem zu aktivem Leben auszeichnen (z. B. Knollen, Speicherwurzeln, Blattknospen) (u. a. JOLIVET 1959, BERNJUnDT 1960, JOLIVET u. NICOL 1962). Uber die biochemischen Ursachen der yom Aktivitatszustand abhangigen Akkumulation einzelner Sauren konnen wegen der vielfaltigen Reaktionsmoglichkeiten nur Spekulationen angestellt werden. Dabei muB man beriicksichtigen, daB nach den bisherigen Erfahrungen einige Reaktionsketten bzw. -cyclen nur in bestimmten Organen ablaufen konnen (z. B. Glyoxalatcydus nur in fettspeichernden und -mobilisierenden Geweben) (Naheres s. RADECKE 1963a).

6. Zusammenfassung 1. Die Untersuchung der physiologisch wichtigen, nichtfliichtigen, atherloslichen aliphathischen (und alicyclischen) Carbonsauren in reifenden und keimenden Friichten von Tilia cordata Mill. erfolgte mit Hilfe der papierchromatographischen Methodik qualitativ und semiquantitativ. Zur Kennzeichnung der Stoffwechselsituation dienten Bestimmungen des Rohfettes, der Fettsaurezahl, des Trockengewichtes und des Wassergehaltes. 2. Zur mikroanalytischen Bestimmung moglichst vieler Stoffgruppen aus einer Untersuchungsprobe wurde ein Trennungsgang ausgearbeitet. 3. In den Tilia-Samen wurden in verschiedenen Stadien der Reifung und Keimung die Salze folgender, nicht immer vorhandener Sauren gefunden: Apfelsaure, Citronensaure, 2- Ketoglutarsaure, Brenztraubensaure, Glyoxalsaure und relativ geringe Mengen der nicht einwandfrei identifizierten Ketocarbonsaure Xk . Die Pericarpien unreifer Friichte zeichneten sich vor den Samen durch den zusatzlichen Gehalt an wasserunlOslichem Oxalat (sehr groBe Quantitaten), Spuren Shikimisaure (als Salz), relativ groBe Mengen XK und Oxalacetat aus. Nicht sicher erwiesen war die Anwesenheit der Salze von China-, Glycerin- und Glykolsaure. Pericarpien vollreifer Friichte enthielten nur Oxalat, das bei der Keimung nicht wieder in den Stoffwechsel einbezogen wird. Die Saurezusammensetzung der Pericarpien und der Blatter von Tilia war qualitativ sehr ahnlich. 4. Parthenocarpe Friichte enthielten kurz nach der Befruchtung auffallend viel freie Shikimisaure. 5. Die noch nicht identifizierte Ketocarbonsaure XK wurde in den Peri carpi en bei gerade einsetzender Vergilbung in fiir Ketosauren sehr groBen Mengen voriibergehend akkumuliert. Nach den Ergebnissen der papierchromatographischen und -elektrophoretischen Untersuchungen gehort sie vermutlich zur Gruppe der Hydroxy-monoxo-carbonsauren mit 4-7 C-Atomen. 6. Das Verhaltnis der in 11 Mol/100 Friichte ausgedriickten Quantitaten von Malat zu Citrat (M/C-Wert) zeigte wahrend der Reifung eine fallende Tendenz, blieb im Verlaufe der Lagerung und Stratifikation (Ausnahme: I. Phase der Stratifikation friihgeernteter Friichte) konstant und stieg mit einsetzender Keimung sehr stark an. Der Gehalt an 2-Ketoglutarat verhielt sich ahnlich. Nach Radiculadurchtritt war eine kurzfristige Succinatakkumulation beobachtet worden. Von den Organteilen der Keimlinge wiesen die durch intensives Streckungswachstum ausgezeichneten Hypokotyle und Radiculae im Vergleich zu den Kotyledonen hOhere M/C- Werte auf. Das Malat/Citrat-Verhaltnis war auch in den Embryonen gerade keimender Samen (Kotyledonen noch im Endosperm eingebettet) hOher als in den Endospermen. - Die stationaren Konzentrationen der in Samen verschiedenen Entwicklungszustandes gefundenen Sauren (bzw. ihre Salze) spiegeln die Veranderungen der FlieBgleichgewichte wichtiger, mit hohem Stoffumsatz verbundener biochemischer Reaktionen wider. 7. Die Ergebnisse der Carbon- und Reservestoffbilanz zeigen, daB wahrend der Stratifikation keine Vorgange mit hohem Stoffumsatz ablaufen. 7 Flora, Bd. 156 Abt. A

HANS-RuDOLF RADECKE

98 Erlauterung zu den Tabellen

Wenn in einer Spalte nichts eingetragen ist, ist keine Untersuchung bzw. quantitative Bestimmung durchgefiihrt worden. Sp F

Spuren Fehlwert ("AusreiBer") = unterhalb der Nachweisgrenze lie gender Wert --+ 0 und ~ 00 gelten nur fiir das Verhaltnis der in ,uMo1J100 Friichte berechneten Konzentrationen von Malat zu Citrat ~ 0 sehr kleiner, nicht bestimmbarer Wert, da die Malatkonzentra.tion unterhalb der Nachweisgrenze lag --+ 00 sehr groBer, nicht bestimmbarer Wert, da die Citratkonzentration unterhalb der Nachweisgrenze lag wt = warm und trocken gelagerte Kontrollen wf = warm und feucht gelagerte Kontrollen kt =- kiihl und trocken gelagerte Kontrollen =

=

KonzentrationsmaB fiir Sauren: ,uMo1J100 Friichte bzw. Samen oder Keimlinge. Spalte 6: Citrat und Isocitrat wurden nicht getrennt, so daB die angegebenen Werte die Summe beider Sauren darstellen. Spalte 7: Es ist unter den Succinat-Werten durch (+) angegeben, wenn Pyrrolidoncarbonsaure (Artefakt aus Glutamin) nachweisbar war. Spalte 10, 11 und 12: + bedeutet, daB die betreffenden Teile der Frucht noch vorhanden waren und mit untersucht wurden (- bedeutet nicht vorhanden). S p al te 17: 1) Bei der Schatzung der Quantitaten der nicht eindeutigidentifizierbaren Ketocarbonsaure Xk wurde angenommen, daB l,.g Xk-2,4-dinitrophenylhydrazon etwa dieselbe Farbintensitat aufweist wie l'lg 2-Ketoglutarsaure-dinitrophenylhydrazon, daB Xk mit einer Monoxotetrahydroxy-hexan-monocarbonsaure identisch ist, und dementsprechend seine molare Konzentration berechnet.

Literatur ANET, E. F. L. J., BIRCH, A. J., MASSy-WESTROP, R. A., 1957. Shikimisaure aus Eucalyptus citriodora Hook. Aust. J. Chern. 10, 1,.93-94. BERNHARDT, D., 1960. Untersuchungen iiber den Saure-, Kohlenhydrat- und Saponinstoffwechsel der Brutknollchen von Ficaria verna im Zusammenhang mit ihrem keimungs- und entwicklungsphysiologischen Verhalten. Diss. Greifswald (Math.-Nat. Fak.). BOKUCHAVA, M. A., SOBOLEVA, G. A., 1958. Bildung und Umwandlung organischer Siiuren in Teekeimlingen. Fiziol. Rastenij 5, 70-74. BUNNING, E., 1953. Entwicklungs- und Bewegungsphysiologie der Pflanze. Lehrbuch d. Pflanzenphysiologie 2. u. 3. Bd., 3. Aufl., Berlin-Gottingen-Heidelberg. CARLES, J., U. LATTES, 1959. L'acide malonique et l'acide quinique au cours de la germination du grain de Ble et du grain de Lupin. C. R. hebd. Acad. Sci. 249, 447-449. 1960. Le metabolism des acides organiques dans l'ensemble de la plante; in: W. RUHL.\ND (1960) XII, 663-700.

Flora, Band 156, Abt. A,

zu Seite 98

Anhang-Tabelle Ia Reifeentwicklung von Baum 3: Lagerung, Stratifikation und Keimung vollreif geernteter Friichte von Baum 3 Entw.phase

Entw.- Probenahme stadium Datum

1

2

3

I 11 III

Menge der Sauren in .uMol/100 Friichte

Verh. d. molaren Quant.

Entwicklungszustand d. bioI. Objektes

Oxalat Malat

Citrat

Succinat (Pyrr.)

Malat Citrat

Durchmesser in mm

4

6

7

8

9

10

11

2 4 5-li

griin griin griin griin

fliissig fl iissig schleimig fest, weiB

griin

8. 1961 8. 1961 8. 1961 9 1961

170 170

IV

1. 1. 13. 4.

V

21. 9.1961

VI

4. 10. 1961

VII VIII

24. 10. 1961 7. 11. 1961

IX

17.11. 1961

5

220

51 67 105 194

8 16 33 94

6,6 4,3 3.2 2,1

450

275

125

2,2

560

90

26

3,4

22 45

63 94

0,36 0,48

30

73

0,41

F

700

Friihreife

Vollreife

Peri carp

Endosperm

Mengen der Ketosauren in pMol/100 Friichte

Embryo

2-Ketoglutarat

Oxalacetat

Glyoxylat

Pyruvat

12

13

14

15

16

4,1 6,9

Wahrscheinlich immer in geringen Mengen vorhanden, aus techno Griinden jedoch nicht immer nachweisbar

SZ

% H 20 yom Frischgewicht

20

21

Trockengewicht g/100 Samen

g/100 Sam.

18

19

0,8 0,8 Sp Sp

0,70 1,46 2,03 3,25

0,02 0,04 0,13 0,41

> 12 > 19

3,22

0,46

11,46

60

3,88

0,60

11,90

43

19 18

17

Fett

78 82,5 79 66

fest, weiB

Sp endgiilt. GroBe griin gelb

3,4

braun z. T. griin

fest

gelb

1,4

braun braun

glasig, gelb glasig, gelb

gelb gelb

Sp Sp

Sp Sp

0,5 3,57 Sp? 3,28

0,62 0,48

3,73 4,11

braun

glasig, gelb

{!:elb

(0,5) Sp

Sp

Sp? 3,58

0,53

3,49

7,7

3,79 3,53 3,48 3,57 3,44 3,59

0,57 0,54 0,51 0,53 0,57

14,19 11,88 8,53 ? 10,41 6,69? 10,89

6,0

3,55 3,36 3,37 3,66

0,58 0,51 0,43 0,52

5,85 11,55 14,06

F

50 49 51 44

3,13 3,17 1,72 1,99

0,55 0,43 0,15 0,07

15,50 22,69 57,89 52,60

49 70 89 90

1,54

F

70,93

2,17 1,82

0,09 0,09

87 90 89

4,1

Untersuchungen an vollreif geernteten Friichten: wt wf kt wt wf kt

12. 12. 12. 14. 14. 14.

1. 191)2 1. 1962 1. 19G2 5. 19G2 5.1962 5.1962

II 1II

3. 6. 5. 26.

1. 1962 2. 1962 3. 1962 3. 1962

IV

880

890 890 780 560

31i 24 15 15 24 30

84 63 42 52 84 li3

0,43 0,38 0,36 0,29 0,29 0,48

30 15 45 Sp

102 84 125 31

0,29 0,18 0,31i -..0

glasig, gelb glasig, gelb weiB glasig, gelb glasig, gelb weiB

O,(i Sp Sp 0,27 0,27 0,8

weiB gequollen

2,7 0,82 0,55 0,55

gequollen

?

F

8,8 9,2 3,8 8,2 5,0

Wurzel u. SproB in cm ungek. 14. 4. 1962 I 11. 4.1962 II 16. 4. 1962 III 24. 4. 1962

II III III

1) Siehe Seite 98.

1G. 4. 1962 24. 4. 1962 24. 4. 1962 17.00

< 15 440

63 84

45 89 149

< 21

45 21 Sf!

Sp Sp Sp

-..0 27(+)

21

-..054

> 4,3

7,2

> 17 > 17

-.. 00 -.. DC

-.. 00

+ +

+ Sp

1 8 18

2,7 27,5 13,7

8,1 2,7 8,1

0,46 4,6 3,4

6 15 15

20,5 20,5 13,7

2,7 11 16

4,6 4,6 6,8

- - ~ft,·;,/-;;, -

f

/r.

E

" .\

:!

ftF//

t. A.

zu Seite 98

Ib

tion und Keimung friihreif geernteter Friichte von Baum 3

Probenahme m Datum

3 4.10.1961

Menge der Sauren in !~Molj100 Friichte

Verh. d. molaren Quant.

Oxalat Malat

Malatj Citrat

4 560

29. 11. 19li1 18. 12. 1961 14. 5.1962

5 90

Citrat

6

Succinat (Pyrr.)

7 21i

Entwicklungszustand d. bioI. Objektes

Peri carp

8 3,4

Embryo

9

10

11

12

Friihreife

braun z. T. griin

gequollen, weiB

gelb

Sp

780 F F 780 670 780

24 30 24 30 24 30

13

trocken, glasig, gelb

0,29 0,29

14

1,4 21 0,55 1,4 1,4 0,55 0,27 0,27 1,4

1

0, 29 0,36 0,29 \ 0,36 I

Oxalacetat

Glyoxylat

15

Pyruvat

16

1,4

f 1,4

56

84 12[l 84 125 85 102

2-Ketoglutarat

t

gequollen, weiB (Baum 6)

7. 11. 19(il 20. 11. 19fH 18. 12. l!Hil G. 2.19li2 fl. 3. 19fi2 2fi. 3. 1962

Endosperm

Menge der Ketosauren in p, Mol/100 Friichte

I!equollen, weill

J

Trockengewicht gj100 Samen

Fett

SZ

%H 2 0 vom Frischgewicht

gj100 Sam.

17

18

19

20

21

19

3,88

0,60

11,90

43

2,41

0,53

6,56

43

3,79 3,63 3,80 3,61 3,63 3,48

0,54 0,60 0,54 0,55 0,44 0,54

3,59 6,72 7,85 6,38 13,14 12,71

59 56 59 60 60 60

3,32

0,52

22,50

73

4,5 4,5

Ii 4,5

3

Wurzel u. SproB in em - ------

11. 4. 1!Hi2

104

R4

11. 4. 1!)(;2

134

84

1(;' 4.1962 24. 4. 1962

149 179

< 21

16. 4.1962 24. 4. 1962 7.00 24. 4.1962 17.00

179 149

< 21 52

149

31

31

85 (+ ) 102 (+)

.1,2

+

+

1-2

1,(;

+

8p

(i

21

22

9,1

3,53

0,38

28,07

80

14 16

27 21

2,7 ?

4,5 4,5

1,53 1,97

0,13 0,06

106,59 52,83

91 91

2,9

10 13

> 21 > 21

2,7 16

6,8 4,5

1,46 2,22

0,14 0,09

90 90

4,8

13

14

16

6,8

1,61

0,08

92

3,4 3,4

2,33 8,86

0,03 0,02

> 7,1 5,8

>9

II a

9. 5. 1962 do otyl

------

Untersuehung der Organteile der Frueht bzw. des Keimlings von Baum 5

30 45

21 21

1,4 2,1

8

5,5 5,5

8,1 8,1

46,60

87 93

T I

Beitriige zur Entwicklungsphysiologie und Biochemie der Samen

99

CAVALLINI, D., FRONTALI, N., TOSCHI, G., 1949, Nature (London) 163, 568, zit. von LINSKENS (1959), 128. CROCKER, W., BARTON, L. V., 1953. Physiology of seeds. Massachusetts (USA). CROMBIE, W. M. L., 1954. Oxalic acid metabolism in Begonia semperflorens. J. Exp. Bot. 5, 173-183.' DUPERON, R., 1961. (Veriinderungen der nichtfliichtigen, wasserloslichen organischen Siiuren in den Kotyledonen und "Achsenpartien" von Phaseolus vulgaris im Zuge der Dunkelkeimung). C. R. hebd. Acad. Sci. 252, 1195-1197. EISENHUT, G., 1957. Bliihen, Fruchten und Keimen in der Gattung Tilia. Diss. Miinchen. FOWDEN, L., MOSES, V., 1960. The acid metabolism and seed germination; in: W. RUHLAND XII. 2,701-719. HASEGAWA, K., u. HIROKAWA, H., 1955. Organic acids in the seeds of Pinus densiflora (I). Journ. Jap. For. Soc. 37, 530-532. HASEGAWA, M., NAKAGAWA, T., YOSHIDA, S., 1957. J. Jap. For. Soc. 39, 5, 159-163. HATANO, K., 1961. tiber einige Enzyme des oxydativen Abbaues in verschiedenen Teilen der Samen von Pinus densiflora und Pinus Thunbergii. Flora (Jena) 151, 231-242. HATTORI, S., YOSHIDA, S., u. HASEGAWA, M., 1954. Occurrence of shikimic acid in the leaves of gymnosperms. Physiol. Plant. (Copenh.) 7, 283-289. HILLIS, W. E., 1957. J. expo Bot. 10, 87-89; ref. in Ber. Wiss. Bio!. 140, 152 (1960). HOLZER, H., 1963. Intrazelluliire Regulation des Stoffwechsels. Naturwiss. 50, 260-269. ISHERWOOD, F. A., JONES, R. L., 1955. Structure of the isomeric 2,4-Dinitrophenylhydrazones of some 2-Ketoacids in Relation to their Infra-red-Spektra. Nature (London) 175, 419-421. - NIAVIS, C. A., 1956. Biochem. J. 64, 549-558. JAHNEL, H., SCHUBERT, J., 1956. Zur Vorbehandlung von keimgehemmtem Forstsaatgut fiir die Aussaat. Forst u. Jagd. 6, 3, 101-104. JOLIVET, E., 1959. Variation des acides organiques dans Ie tubercule de semence de pomme de terre au cours de sa conservation hivernale et apres plantation. C. R. hebd. Acad. Sci. (Paris) 248,3208-3210. - NICOL, M. Z., 1962. Evolution des acides organiques dans Ie tubercule de topinambour (Helianthus tuberosus L.) au cours d'un cycle annue!. Comparaison avec Ie tubercule de pomme de terre. C. R. hebd. Acad. Sci. 255, 721-723. KATz, J., CHAIKOFF, J. L., 1954. J. bio!. Chemistry 206, 887; zit. v. NORDMANN u. a. (1954). KRAMER, P. J., KOZLOWSKI, T. T., 1960. Physiology of Tress. New York-Toronto-London. LINSKENS, H. F., 1959. Papierchromatographie in der Botanik. 2. Aufl., Berlin-Gottingen-Heidelberg. LUNDEGARDH, H., 1960. Pflanzenphysiologie. 1. Aufl., 498-503, Jena. MANSKAJA, S. M., u. KODINA, L. A., 1959. Isolierung von China- und Shikimisiiure aus Pflanzen und ihre Bestimmung. Z. prikl. Chim. 32, 2711-2716 (russ.); ref. in Ber. Wiss. Bio!. (1960) 149,2,140. NEISH, W. J. P., 1957. 2-Keto Acid Determination; in: D. GLICK: :Methods of Biochemical Analyses, Bd. V. (New York), 136-158. NEISH, A. C., 1960. Biosynthetic pathways of aromatic compounds. Ann. Rev. Plant Physiol. 11, 55-80. NORDMANN, R., GAUCHERY, 0., DU RUISSEAU, J. P., THOMAS, Y, NORDMANN, J., 1954. Chromatographie sur papier des acides organiques non volatils des liquides biologiques. II. Le chromatogramme qualitatif de l'urine humaine normale. Bull. soc. chim. bioI. 36, 1641. PLOUVIER, V., 1961. Sur la recherche des acides quinique et shikimique, de la bergenine et des Mterosides chez quelques Hamamelidacees. C. R. Acad. Sci. 252, 599-601. 7'

100

HANS-RI'DOLF RADECKE

POHLOUDEK-FABINI, R, WOLLMANX, H., 1961. Uber Verfahren zum ~achweis organischer Sauren auf Papierchromatogrammen. Pharmazie 16, 57-63. _ _ 1961. Uber die quantitative Auswertung papierchromatographisch getrennter organischer Sauren. Pharma~ie 16, 198-207. PUCHER, G. W., WAKEMAN, A. J., VICKERY, H. B., 1941. Organic Acids in Plant Tissues. Ind. and Eng. Chem 13, 244-248. RADECKE, H.-R., 1963a. Untersuchungen zum Saurestoffwechsel der Friichte von Tilia cordata Mill. im Verlaufe der Reifung, der Stratifikation und der beginnenden Keimung. Diss. HalleWittenberg. _ 1963b. Empirische Darstellung der Beziehungen zwischen papierchromatographischem Verhalten und Struktur einiger physiologisch wichtiger, nichtflilchtiger aliphatischer Carbonsauren. Pharmazie 18, 402-405. 1963 c. Zusammenhange zwischen Saureakkumulation in Samen und stoffwechselphysiologischer Aktivitat (Vortrag). Internationales Symposium iiber Physiologie, Okologie und Biochemie der Keimung. Greifswald (im Druck, VEB Gustav-Fischer-Verlag, Jena). _ 1965. Beitrage zur Entwicklungsphysiologie und Biochemie der Samen. 1. Mitt.: Saurestoffwechsel. Pharmazie 20, 1-11. RUHLAND, W., 1960. Handbuch der Pflanzenphysiologie. Bd. XII Pflanzenatmung einschlieBlich Garungen und Saurestoffwechsel. Springer-Verlag, Berlin- Gottingen-Heidelberg. SCHENK, W., 1961. Die Biosynthese des Lignins. Pharmazie 16, 585-594. SCHNEIDER, A., 1960. Milchsaure in hiiheren Pflanzen; in: W. RUHLAND XII 1,1009-1022. SCHUBERT, J., 1956. Allgemeines und Grundlegendes zur Vorbehandlung von Forstsaatgut fiir die Aussaat. Sonderbeilage zur Zs. Forst u. Jagd H. 7, 3-8. _ 1961. Veranderungen im Stickstoffhaushalt wahrend der Entwicklung der Friichte von Tilia cordata Mill. Archiv f. Forstwesen 10, 662-679. _ 1962. Gewinnung, Behandlung und Aussaat von Tilia-Friichten. Sozialist. Forstwirtsch. 12, 80-81. STENAR, H., 1925. Zur Embryologie einiger Columniferen. Akad. Abh. Upsala; zit. nach EISENHUT, S. 57. TXUFEL, K., POHLOUDEK-FABINI, R., 1955. Das Verhalten der Citronensaure bei der Keimung von Cerealien-, Leguminosen- und Olsamen. Biochem. Z. 326, 280-287. VILLIERS, T. A., 1961. Dormancy in Tree Seeds. Comptes rendus de l'Association. International d'Essais de Semences 26, 516-36. WOLF., J., 1960. Der Saurestoffwechsel fleischiger Friichte; in: W. RUHLAND XII, 2,720-808. ZAPPJ, F., 1953. Chromatografie bidimensionale dei chetoacidi. La Ricerca Scientifica 23, 2,1432. Anschrift des Verfassers: Dr. HANS-RuDOLF RADECKE, Institut fiir Forstwissenschaften Eberswalde, Bereich Waldbau, Abteilung Waldsamenkunde, 13 Eberswalde bei Berlin.