Neue vergleichende Permeabilitätsmessungen zur Kenntnis

Neue vergleichende Permeabilitätsmessungen
zur Kenntnis der osmotischen Verhältnisse der Pflanzenzelle
im kranken Zustande.
Von
K. IIUUSSRR.
(AIs Manuskript eingegangen am 4. November 1916.)
Einleitung.
Durch die Erörterungen über die Zellenindividualität - ob
Elementarorgan oder Elementarorganismus oder beides zngleich
(s. Haberlandt, Physiolog. Pflanzenanatomie) — trat die Physiologie
in ein frnchtbares Forschnngsgebiet. Sie veranlassten nnd förderten
das eingehende Stndinm der Zelle unter der allgemeinen Arbeitshypothese : Aus den Lebensvorgängen der Zelle die Lebensäusserungen
des Gesamtorganismus abzuleiten.
Das Hanptinteresse richtet sich hierbei auf den Stoffwechsel
der Zelle, denn jede Veränderung am Organismus ist mit einer stofflichen Umsetzung verbunden, die in den Zellen stattfindet oder mindestens vorbereitet wird. Die chemische Arbeit einer Zelle muss
somit verantwortlich gemacht werden für alle Funktionen des Körpers bei den einzelligen, für bestimmte Funktionen des Körpers bei
den mehrzelligen Lebewesen. Die Probleme der Physiologie sind in
letzter Linie Probleme des Stoffwechsels der Zelle.
Die Erforschung des Stoffwechsels der Zelle kann prinzipiell
nach zwei Richtungen geführt werden :
1. Durch die direkte chemische Bestimmung der Stoffwechselprodukte und ihrer Komponenten. So einfach diese Methode erscheint,
versagt sie dech meistens — die Mikrochemie steht noch ganz in
ihren Anfängen —; man muss sich häufig damit begnügen, das
chemische Verhalten dieser Körper gegen Farbstoffe festznstellen,
ohne aber genaneren Anfschluss über ihre Zusammensetzung zu erhalten.
2. Ein teilweiser Einblick in den Stoffwechsel der Zelle gewährt
nns die Kenntnis ihrer osmotischen Verhältnisse. Jede Zelle stellt
ein für sich durch die Plasmahaut allseitig abgeschlossenes LaboraVierteljahrssohrift d. Naturf. Ges. Zürich. Jahrg. 62. 1917.
37
566
K. Heusser.
torium dar. Die chemischen Prozesse, die daselbst stattfinden, werden,
abgesehen von den physikalischen Faktoren, von den anwesenden
Stoffen abhängig sein. Für die Auswahl dieser Stoffe in Art nnd
Menge ist die Eingangspforte der Zelle, die Plasmahaut, verantwortlich. Das Wahlvermögen der Zelle, genauer ausgedrückt die Durchlässigkeit der Plasmahaut für die einzelnen Stoffe, kann für die Art
der chemischen Arbeit der Zelle in hohem, vielleicht in vollem Masse
bestimmend sein. Die genaue Kenntnis der Permeabilität der Plasmahaut mnss uns somit Anhaltspunkte über den Stoffwechsel der
Zelle geben.
Darnach müssen Zellen, an die verschiedene Anforderungen
gestellt werden, also Zellen verschiedener Gewebe, infolge ihres
verschiedenen Stoffwechsels verschiedenartige Stoffzufuhr besitzen.
Die Auswahl der Stoffe aber wird bedingt durch die verschiedenartige
Permeabilität der Plasmamembranen.
Zellen verschiedener Gewebe unterscheiden sich in ihrer Permeabilität. Der Differenziernng eines Gewebes mnss notwendig eine
Änderung der Permeabilität der betreffenden Zellmembranen vorangehen. Es ist beispielsweise zu erwarten, dass die Zellen des Blütenbodens einer Apfelblüte nach der Befrnchtung andere Permeabilitätsverhältnisse aufweisen als die Zellen der Kelchblattzipfel.
Die Möglichkeit der Beeinflussnng der Lebensvorgänge dnrch
die diosmotischen Verhältnisse der Plasmahäute ist eine alte, von
Pfeffer ausgesprochene Vermutnng. Neuerdings vertritt besonders
Zangger in seinem Aufsatz „Über Membranen", pag. 432, den
Znsammenhang von Permeabilität und Stoffwechsel. „Die normale
typische . Permeabilität ist Voraussetznng normaler Lebensfunktionen.
Dauernd veränderte Permeabilität der Membranen bedentet Pathologie,
pathologischen Stoffwechsel."
Wie die Beobachtnngen zahlreicher Forscher bezeugen, kann
die Durchlässigkeit einer Membran durch äussere Einflüsse verändert
werden. Zum Beispiel erwähnt H. de Vries, II, pag. 589, dass die
Permeabilität in Zellen von Tradescantia erhöht wnrde, nachdem
sie einige Zeit in 0,0425 °/o Ammoniak gelegen hatten. Erhöhung
der Permeabilität für Zncker bei Zygnema vermntet Klebs, pag. 186,
durch die Wirkung von Eisenweinstein (0,05 bis 0,1°/o). A. Fischer
beobachtet bei Rnf Agar gewachsenen Cholerafibrionen bei .Znsatz
von 1,17% Kochsalz zum Nährboden, Veränderung der Permeabilität.
Sehr schöne Resultate ergaben die Versuche Fluri's. Flnri stellte
die enorme Permeabilitätszunahme der Plasmahant für eine grosse
Zahl von Stoffen fest nach der Einwirkung von Alnminiumsalzen
(auch Yttrium- und Lanthannitrat). Neben diesen chemischen Reizen
Neue vergl. Permeabilitätsmessungen zur Kenntnis der osmot. Verhältnisse etc. 567
haben Krabbe und van Rysselberghe die Abhängigkeit der
Permeabilität von der Temperatnr, Lepeschkin und Troendlel)
die vom Lichte festzustellen versucht. Selbst mechanischen Reizen
wird die Möglichkeit eingeräumt, die Permeabilität zn ändern. Zur
Bewegnngsmechanik der Staubfäden der Cynareen äussert sich
Pfeffer, pag. 342: „Sofern die Reizbewegnng nicht von einer exosmotischen Stoffausgabe abhängt, mnss die plötzliche Turgosenkung
durch entsprechende vorübergehende Bildung von Stoffen geringerer
osmotischer Leistnng in der Zelle erzielt werden". Lepeschkin,
III, sucht den Beweis zu erbringen, dass die dnrch Stossreiz ausgelöste Variationsbewegung der Sinnespflanze ihre Ursache in veränderter endosmotischer Permeabilität der einen Gelenkhälfte hat.
Wenn auch die absoluten Resultate dieser Angaben nicht einwandfrei sind, so lassen sie immerhin die Veränderlichkeit der Permeabilität bestimmt annehmen. Sie räumen damit die Möglichkeit ein,
dass unter äussern Einflüssen mittels Permeabilitätsändernng der
Plasmahant eine Modifikation der Lebensfnnktionen eintreten kann.
Die unzweifelhaft grosse Bedentung, welche die Permeabilität
für den Stoffwechsel der Zelle besitzt, veranlasste auf pathologischem
Gebiete die Fragestellung der vorliegenden Arbeit e): Wie verändern
sich die osmotischen Verhältnisse der Pflanzenzelle im kranken Zustande?
Als Krankheitsznstand wurde die Erscheinung der Gallenbildnng,
speziell die der Pilzgallen vorgeschlagen. Die Gallenbildungen sind
bei den parasitären Pflanzenkrankheiten häufige Begleiterscheinungen.
Thomas definiert sie Bildnngsabweichnngen von P fl anzen, durch einen
Parasiten veranlasst. Kuester, I, formnliert die Definition genauer
als: „alle diejenigen, durch einen fremden Organismns veranlassten
Bildungsabweichungen, welche eine Wachstumsreaktion der Pflanze,
auf die vom fremden Organismns ausgehendcn Reize darstellen und
zu welcher die fremden Organismen in irgendwelcher ernährungsphysiologischer Beziehung stehen". In seiner pathologischen Pflanzenanatomie, pag. 150, II. Au fl ., führt er weiter .aus: „die Gallen sind
somit Bildungsabweichungen der Pflanze, die der Entwicklung des
Parasiten Vorschub leisten und insofern „zweckmässig" für diese sind".
Die Agenzien, mit denen die Parasiten diese merkwürdigen Erscheinungen hervorrufen, sind als solche nicht bekannt. WahrI) Die absoluten Resultate der Tro endle'schen Untersuchungen werden angefochten. Renner kritlsiert die Herstellung der Versuchslösung (Gewichtsnormal - Volumnormal). Fitting verneint mit Recht die von Lepeschkin und Troendle
angewandte Methode.
2) Die Arbeit wurde dur ch eine Preisaufgabe der. naturwissenschaftl. Abteilung
der Eidgen. Techn. Hochschule auf den Vorschlag von Prof. H. C. Schellenberg
veranlasst.
568
R. Heusser.
scheinlich handelt es sich um chemotaktische Einwirkungen anf die
Zelle, eine Vermntung, die schon Malpighi hegte (s. Knester, I,
pag. 256). Sei dies so oder andersl): der sichtbare Effekt der Beeinflussung, nämlich die Entstehung der Galle, lässt sich auf eine Änderung des Stoffwechsels der infiszierten Zellen znrückführen, der seinerseits in Abhängigkeit der Permeabilität der betreffenden Zellen steht.
Untersuchungen über die osmotischen Verhältnisse erkrankter
Zellen sind in der Literatur nicht zn finden. Bei den Gallen begnügte
man sich mit der Feststellung des hohen Turgordruckes nnd des
hohen Wassergehaltes. Beide werden erklärt durch die hohe Permeabilität der infiszierten Zellen für Wasser, was natürlich das • Vorhandensein von osmotisch wirksameren Körpern in den Zellen voraussetzt. Der so erzielte gesteigerte Turgordruck in diesen hyperhydrischen
Geweben soll nach Kuester, II, pag. 356, die Bildungsursache abnormer Gewebe (Osmomerphosen 2 )) sein.
Unserer Arbeitshypothese folgend, ist es naheliegend, dass das
Hauptgewicht der nachfolgenden osmotischen Untersuchungen auf
vergleichende Messungen der Permeabilität der Plasmahäute gesnnder
und erkrankter Zellen verlegt wurde.
Als Untersuchungsobjekt wurde die Pilzgalle von Exoascus
deformans Berk. anf den Blättern von Prunus Persica Stokes (Kräuselkrankheit des Pfirsichbaumes) gewählt.
Die Permeabilität wurde nur für eine beschränkte Zahl von
Stoffen bestimmt, die sich (oder deren Ionen) vermutlich an den
Lebensprozessen der Pflanzen wesentlich beteiligen : Dextrose, Saccharose, Ammoninmnitrat, Kaliumnitrat und als Vertreter der Amide
Harnstoff. Vorgesehen war, an Stelle des Harnstoffes Asparagin zu
verwenden, das aber wegen seiner geringen Löslichkeit in Wasser
ungünstig erschien. Nachdem sich, wie die Versuche zeigten, Saccharose als impermeable erwiesen hat, hätte es leicht mit diesem Stoff
kombiniert werden können. Schwierigkeiten boten anfänglich die
Permeabilitäts-Bestimmungen, denn es mangelte an einer befriedigenden Methode. Erst im Frühjahr 1915 gelang es (nach meinem
jetzigen Dafürhalten), nach einer im Prinzip einwandfreien Methode,
Messungen auszuführen.
1) Wie Ruester, H, pag. 259, ausführt, sind wohl mechanische Reize (Verwundungsreize etc.) des Parasiten nicht ohne Bedeutueg für die Entwicklung der
Gallen. Rothert erwägt eine mechanische Entstehungsursache der durch den
Rotator Notommata Werneckii auf Vancheria Walzi erzeugten Galle.
. 2) Nach unsern Darlegungen muss die hier von Ruester angewandte Bezeichnung Osmomorphose in sehr engem Sinne aufgefasst werden, denn in letzter Linie
ist jede Gewebedifferenzierung eine Osmomorphose.
Neue vergl. Permeabilitätsmessungen zur Kenntnis der osmot. Verhältnisse etc. 569
Methode zur Bestimmung der Permeabilität.
Die Bestimmung der Permeabilität wurde auf plasmolytischem
Wege mittels Grenzkonzentrations-Bestimmungen 1) ausgeführt.
Legen wir Schnitte in eine Salzlösung, so kann, falls die Plasmamembran für dieses Salz durchlässig ist, nach einiger Zeit eine
Erhöhnng der Grenzkonzentration festgestellt werden infolge des
Stoffeintrittes in den Zelleib.
Die Verschiebung der Grenzkontration während eines Zeitabschnittes wird dadurch zu einer Fnnktion der Permeabilität und
kann als relatives Mass derselben dienen. Dieses Prinzip verfolgt
Fitting in seinen inzwischen veröffentlichten neuen Permeabilitätsmessungen. In der Ansführung des Prinzips aber bin ich mit Fitting
geteilter Meinung; ich erachte die physikalische Grundlage seiner
Versuchsanordnung als unrichtig und bin somit veranlasst, meine
Arbeitsweise ausführlich zu behandeln.
Zur Kritik der Fitting'schen Versuchsanordnung greife ich in
kurzen Zügen vor: Schnitte werden mit Beginn des Versnches in
eine beispielsweise 2-molige Salpeterlösung gebracht. Wollen wir
nach einer halben Stunde die Grenzkonzentration bestimmen, so werden
Schnitte ans der 2-moligen Salpeterversuchslösung in Gefässe mit
Salpeterlösnngen steigender Konzentrationen übergeführt. Nach kurzer
Zeit ( 1 /4- 1/2 Stnnde), während welcher sich die Deplasmolyse vollzieht, kann die eben noch plasmolysierende Lösung, die dem Zellsaft isotonische Grenzlösnng festgestellt werden.2)
Die folgenden Bestimmungen nach 1, 2, 3 oder 4 Stunden werden
wiederum so ausgeführt: Im betreffenden Zeitpunkt werden Schnitte,
die von Anfangs des Versuchs in der 2-moligen Versuchslösung gelegen haben, in die Konzentrationsskala 3 ) verfügt und nach zirka
15 Minuten die Grenzlösung bestimmt.
Fitting versetzt die Schnitte, nachdem sie einige Zeit im Wasser
gelegen haben, direkt in die Lösungen einer Konzentrationsskala,
um dann in gewissen Zeitabschnitten die Grenzlösnng zn bestimmen.
Es ist klar, dass dieses Verfahren nicht allen Zellen die gleichen
1) Grenzkonzentration = plasmolytische Grenzlösung im Sinne von H. de Fries,
l, pag. 445 = Lösung, die eben noch Plasmolyse bewirkt.
2) Ein Eindringen des Stoffes während der Zeit der Deplasmolyse kommt für
die Zellen, die sich im Gefäss der Grenzlôsung befinden, nicht in Betracht; denn
der Druck von Zellsaft und Stofflösung sind hier gleich. Elne Fehlerquelle von
Bedeutung kann nur für sehr leicht permeable Stoffe entstehen und ist berechnungsbar.
3) Konzentrationsskala nenne ich die Zusammenstellung von Lösungen steigender Konzentration in konstanten Stufen. Zum Beispiel 0,15; 0,175; 0, 2; 0,225;
0,25; 0,275; 0,3; 0,325; 0,35; 0,375; 0,4 etc. Mol.
570
K. Heusser.
Bedingnngen setzt; es ist nicht gleich, ob ich auf eine Zelle eine
Stunde eine 1-molige Lösung oder nur eine 0, 2-molige Lösung einwirken lasse; die Zellmembranen werden der erstem eine quantitativ
grössere Permeabilität gewähren als der letztem.
Man könnte sich sogar den Fall ausdenken, dass bei einem leicht
permeierenden Stoff verschiedene Konzentrationen in einem längeren
Zeitabschnitt miteinander Deplasmolyse bewirken, dass jede Lösung
assymtotisch Grenzlösnng wird.
Legt man aber alle Schnitte von Anfang des Versuches in
Lösungen mit derselben Konzentration, so ist das Potential zwischen
Versnchslösung und Zellsaft für alle Zellen dasselbe. Erst nach der
zeitlichen Beeinflussung durch eine gleich-konzentrierte Versuchslösung kann eine Messung der Grenzkonzentrationsverschiebnng stattfinden.
Die Missachtnng dicser wichtigen physikalischen Grnndlage wird
neben Fitting auch von Troendle und andern begangen.
Die Anwendung der Methode von Lepeschkin und Troendle
wurde zudem noch ansgeschlossen, weil Rohrzucker nicht von vornherein als impermeabel angenommen werden durfte.
Beziehungen zwischen Grenzkonzentration
nnd Permeabilität.
Die im Zeitpunkt t des Versuches beobachtete Grenzkonzentration k ist abhängig:
'1. Vom natürlichen osmotischen Druck der Zelle,
2. von der in die Zelle während der Zeit t eingedrungenen Stoffmenge M. Die Stoffmenge, welche in den Zelleib eindringt, ist
ihrerseits abhängig:
von der Permeabilität der Plasmahaut P,
von der Oberfläche des Zelleibes f und
von der Versuchszeit t,
denn unter der Permeabilität einer Membran wollen wir die
Anzahl der Grammoleküle verstehen, die pro Zeit- und pro
Flächeneinheit durch die Membran permeieren 1).
.
1) Die Definition der Permeabilitlit in Lepeschkin, H, pag. 207, ist nicht
vorteilhaft.
Neue vergl. Permeabilitätsmessungen zur Kenntnis der osmot. Verhältnisse etc. 571
3. Von dem Volumen der Zelle. Das Volumen der Zelle wird die
Grösse der Grenzkonzentration beeinflnssen. Je kleiner der Ranm
ist, in den der Stoff eintritt, um so grösser wird die Grenzkonzentration ausfallen.
Wenn wir demnach die Permeabilität einer Zelle mit Hilfe der
Grenzkonzentrationen bestimmen wollen, so müssen wir vorerst den
von der Permeabilität unabhängigen Bestandteil der Grenzkonzentration k, nämlich die dem anfänglichen osmotischen Drnck entspechende Konzentration k e von k subtrahieren; denn nur auf die
Differenz k — ka übt die Permeabilität ihren Einfluss aus.
k=ko -F- ;.
Setzen wir für M = f .t . P; so ist
k — ke = V = V • t • P
P -
(k — k o) V
f
t
Es bedeutet: k = Grenzkonzentration im Zeitpunkt t des Versuches.
ko Konzentration, , die dem osmotischen Druck der Zelle zu Beginn des Versuches entspricht = Konzentration des Zellsaftes. t = VeIsuchszeit. M = eingedrungene Stoffmenge. V = Volumen der Zelle. f = Oberfläche der Zelle.
P = Permeabilität.
In gleicher Weise kann die Permeabilität in jedem andern Zeitabschnitt des Versuches berechnet werden. Statt den Zeitabschnitt
von 0 — t zu wählen, kann er von t, — t 2 angenommen werden.
Es gilt dann:
P t, = (k, — ke)
V
f;
P t2 = (k 2 — ke)
V
f
P t2 — P t1 = (k 2 — ke) f — (k, — ke) f
1) V
la
(t2 t1) f
k 1 = Grenzkonzentration im Zeitpunkt t l . k, = ist Grenzkonzentration im
Zeitpunkt t 2 . k, — k 1 = Grenzkonzentrationserhöhung im Zeitabschnitt t 2 — t1.
P — (k2 — k
Die mittlere Permeabilität einer Membran während des
Zeitabschnittes (t2 — t1 ) ist gleich Grenzkonzentrationserhöhung (k2.— k 1 ), multipliziert mit dem Verhältnis des
Volumens der Zelle zu ihrer Oberfläche, dividiert durch die
Zeitdauer des Versuches.
Häufig ist es zweckmässig, die Permeabilität von Anfang des
Versuches zu verfolgen. Um aber nach Formel I zu rechnen, ist es
nötig, den natürlichen osmotischen Druck, resp. dessen Konzentration
572
K. Heüsser.
zu kennen. Verfolgen wir zu diesem Zwecke die Ändernngen der
Grenzkonzentrationen im zeitlichen Verlauf der Untersnchnng:
Im Moment des Eintauchens der Zelle in die Versuchslösung
wird die Grenzlösung nnendlich gross sein. Erst wenn die dem
Zusammensinken des Zelleibes entgegenwirkenden mechanischen Kräfte
überwnnden 'sind, und die Exosmose des Wassers begonnen hat, sinkt
die Grenzkonzentration rasch und erreicht in kurzer Zeit ein Minimum,
nämlich in dem Moment, wo die einsetzende Endosmose der Versuchslösung gleich ist der Exosmose des Wassers t). IH den darauffolgenden
Zeitabschnitten wird die Grenzkonzentration allmählig zunehmen,
voransgesetzt, die Membran sei für die Versuchslösung permeabel.
Fig. 1 zeigt die graphische Darstellung der Grenzkonzentrationen
während eines 3 1/2stündigen Versuches vom 10. Juni 1915. Schnitte
eines von Exoascus deformans Berk. befallenen Pfirsichblattes wurden
5h 35 a. m. in eine 2-molige KNO 3 -Lösung gebracht. 5h 55 betrug die
Grenzkonzentration 0,65 Mol.; 6h 55 0,725; 7 h 55 0,825 Mol.; 81155
0,925 Mol.. Die Grenzkonzentration ist von 5 h 45-8h 55 infolge Permeabilität in steter Steigung_ begriffen. Verlängern wir diesen aufsteigenden
Ast der Kurve nach rückwärts bis zum Zeitpunkt 5h 25, dem Beginn
des Versnches, so wird in diesem Moment die Konzentrationserhöhung
durch den permeierenden Stoff Nnll sein und diese Konzentration
somit dem natürlichen osmotischen Drucke entsprechen.
Damit lernen wir zugleich eine Methode kennen, um auch mit
permeablen Stoffen den osmotischen Druck zu bestimmen.
Rechnerisch kann diese Konzentration k e aus den beobachteten
Grenzkonzentrationen in Funktion der Zeit nach der Lagrange'schen
Interpollationsformel 2) berechnet werden, zum Beispiel:
1) Mit dem Wasser können natürlich auch Stoffe in geringer Menge aus der
Zelle treten. Um diese Fehlerquelle zu beseitigen, lässt Fitting die Schnitte vor
der Untersuchung mehrere Stunden im Wasser liegen.
2)
(X
Y ' yl (x 1
Y2
X2)
(x — x1)
( X2 -
(X
YS
®
— x2)
X1)
® X1)
(X3 -
X 1)
(X - X 3)
(x 1 —
x3 )
(x — x1)
(X2_
X 3)
(X - X2)
(X 3 -
X 2)
(X -
X 4)
( X - X5)
(x1 -- x5 )
( x ,--
(x — x4)
(x — X5)
(X2 -
X 4)
(X 2 - X5)
X 4)
( X - X5)
X 4)
( X3
-
//(X
( X3 -
x5)
X5)
Neue vergl. Permeahilitätsmessungen zur Kenntnis der osmot. Verhältnisse etc. ko = 0, 65
+0,725
ko
(0 — 3)
(0 — 5)
(0 — 7)
(1
-3)
(1-5)
(1-7)
(0-1,)
(0 —5)
(0-7)
(3 — 1)
(3 — 5)
(3 — 7)
+ 0,825
(0-1)
(0-3)
(0-7)
(5 — 1)
(5 — 3)
(5 — 7)
+ 0, 925
(0 — 1)
(0 — 3)
(0 — 5)
(7 — 1)
(7 — 3)
(7 — 5)
= 0,65
10
0,725
1b
+ 0,825 2116
—
0,925
573•
15
46
ko-0,63.
SZS F'
637
7"
p rf
Fig. 1. Verlauf der Grenzkonzentrationen im kräuselkranken Pfirsichblatt während'
einer 3 1/ 2 stündigen Einwlrkung von 2 Mol Kalisalpeter.
Zeit
•
(-Dauer)
5 h 25 a. m. (0) Std.
(1/2)
5 55 „
(11/2)
6 55 „
(21/2)
7 55 „
(3'/2)
8 55 „
Grenzkonzentrat. in Mol.
ko
0, 65
0, 725
0, 825
0, 925
574
K. Heusser.
Berechnen wir die Permeabilität nach Formel Ia, so ist die
Interpollation von k o nicht nötig; der Versuch vereinfacht sich
wesentlich. Ein Vorversuch nach vorigem Beispiel znr Kenntnis
der Grenzkonzentrationskurve ist aber dcnnoch angezeigt, damit das
Zeitintervall t2 — t, nach dem Zeitpunkt der kritischen Grenzlösung
(= minimale Grenzlösung) gewählt werden kann. S. Fig. 1.
Das Permeabilitätsverhältnis. Am übersichtlichsten wird der Ver-
gleich zwischen kranken und gesunden Zellen durch Aufstellen eines
Permeabilitätsverhältnisses. Das Permeabilitätsverhältnis • zweier
Zellen lässt sich berechnen als:
Q
P'
= I, =
k2 — k; V'
t2 — t'1 f'
k2—kl V
t2 — tl
•
f
Diskussion der Formel: 1. Sind die verglichenen Zellen einander ähnlich, so verhalten sich ihre Volumen zu ihren Oberflächen
wie entsprechende lineare Ausdehnungen der Zellen; bei polyedrischen Zellen beispielsweise wie entsprechende Durchmesser:
1
`T
f' ' f
= d': d.
2. Führen wir den Vergleich für beide Zellen im gleichen Zeitabschnitt ans, so ist:
t2 — t^
t2—ti
= 1.
3. Folgt die Permeabilität physikalischen Gesetzen, so wird sie
abhängig sein von der Häufigkeit der Moleküle, also von der Konzentration derVersuchslösung,fernervom Konzentrationsgefälles)
zwischen Versuchslösung und Zellsaft und endlich vomP ermeab ilitä tsfaktor. Dieser letztere ist bestimmt durch die spezifische Beschaffenheit der Membran, die sich, wie schon erwähnt, unter dem Einfluss
des Lichtes, der Temperatur etc..verändern kann. Auch der Einfluss von andern physikalischen Umständen (Elektrizität, Feuchtigkeit,
Druck des Mediums etc.) sind nicht ausgeschlossen. Führen wir die
1) Konzentrationsgefälle Differenz zwischen der Konzentration der Versuchslösung und der Konzentration der mittleren Grenzlösung. In Wirklichkeit wird im
Zustand der vollständigen Plasmolyse ein solches Gefälle nicht existieren, denn der
2ellsaft wird der Versuchslösung isotonisch sein. Die treibende Kraft zur Deplasmolyse, d. i. also zur Permeabilität, wird die Spannung des Protoplasmakörpers sein.
Diese Expansionskraft aber ist um so grösser, je stärker die Plasmolyse ist, je
grösser das Konzentrationsgefälle war.
Neue vergl. Permeabilitätsmessungen zur Kenntnis der osmot. Verhältnisse etc. 575
zu einem Vergleich dienenden Versnche gleichzeitig ans, damit die
äussern Umstände für beide Zellarten gleich sind, so wird eine allfällige, anf die Durchlässigkeit differierende Wirkung dieser Faktoren
rein auf das Konto des Krankheitsznstandes fallen.
Die Abhängigkeit von der Konzentration wird anfgehoben, wenn
auch die diesbezüglichen Bedingungen gleich gewählt werden. Das•
selbe gilt für das Konzentrationsgefälle. Beide Bedingungen (gleiche
Konzentration und gleiches Konzentrationsgefälle) können aber nicht
gleichzeitig erfüllt werden, wenn die Zellen verschieden permeabel oder
gar von Anfang verschiedenen osmotischen Druck besitzen. (In kranken
Pfirsichblättern znm Beispiel ist der Druck maximal 5,5 Atmosphären
höher als in gesnnden.) Behandeln wir die Permeabilität als einen rein.
physikalischen Vorgang, so ist ihr das Konzentrationsgefälle proportional.
Ein doppelt so grosses Gefälle wird die Permeabilität verdoppeln und
auch die Zunahme der Grenzlösung verzweifachen. Die Konzentrationszunahme einer der Vergleichszellen ist demnach mit einer Korrektur zu
versehen, die gleich ist dem Verhältnis des mittleren Konzentrationsgefälles der andern Vergleichszelle zum eigenen mittleren Gefälle.
Halten wir uns ans vorige Beispiel: Die dem osmotischen Druck
entsprechende Konzentration wurde bei gesunden Zellen k o = 0,575
berechnet; die Grenzkonzentration betrug nach 3 1 /sstündigem Verfahren
k = 0, 75. Für die Zellen des erkrankten Blattes war kö = 0,63;
k = 0,925. Das Konzentrationsgefälle betrug bei den Gesunden am
Anfang. des Versuches 1,425, am Ende 1,25 Mol., wenn die Versuchslösung 2-molig war; das mittlere Gefälle beträgt somit 1,3375 Mol.
Für die kranke Zelle ergab sich: 1,37 Mol. am Anfang 1,075 am
Ende, im Mittel 1, 2225 Mol. Das mittlere Gefälle der kranken gelle
ist also um 0,115 Mol. geringer als das der gesunden. Der Koni' 3375
zentrationsunterschied k' —14 ist demnach mit dem Verhältni> 1 2225
zu mnltiplizieren, damit die kranke Zelle mit der normalen vergleichbar wird. Die Formel für das Permeabilitätsverhältns ist zu
berichtigen zu:
_
Q
a
t2 — tl k2 — d'
tz — ti ki—k, d
ha + k1
2
+ ki
a
1
Il
(,
II
2
wobei a die Konzentration der Versuchslösung bedeutet.
Wird die Permeabilität mit Beginn des Versnches gemessen
nach Formel I, so ist:
t k'--kö d'
k
d
a
a-
k + k0
2
k'+ko
2
IIa
K. $eusser.
576
Bei Stoffen mit grosser Permeabilität ist das Arbeiten nach
dieser 'Formel erschwert, wenn man, mit Rücksicht auf eine mögliche Giftwirkung nicht sehr stark konzentrierte Versuchslösungen
anwenden will. So beim Harnstoff. In solchen Fällen wurde die Versuchsanordnung so gewählt, dass wir, statt die Erhöhung der Grenzkonzentration in einem bestimmten Zeitintervall zu messen, die Zeit_
bestimmen, die zu einer gewissen Grenzkonzentrationserhöhung nötig
ist; mit andern Worten : Wir bestimmen die Zeitdauer der Deplasa
molyse in der Versuchslösung mit der Konzentration a; wir lassen
die Versuchslösung so lange anf die Vergleichszellen einwirken, big
a jeweils Grenzlösung geworden ist. a =A — k'. Die Formel Ha.
schreibt sich sodann:
Q
t a — kö d'
t a—k, d
a
a
t d'
t' d '
a + k,
2
a +k
2
IIi
Bestimmen wir die Zeiten für verschiedene Konzentrationen der
Versuchslösnng, lassen wir a variieren, so können wir zwischen a
und t dieselben Beziehnngen anfstellen wie zwischen k. und t (S. 573),
aus der sich für t
o die osmotische Konzentration ao ergibt.
Zur praktischen Anwendung der
Methode ist anszuführen
Die Lösungen sind nach Morse (cit. Renner, pag. 490 und 503)
„Gewichtsnormal" hergestellt. Unter einer 1-moligen Lösung eines
Stoffes wird verstanden : das Grammolekül desselben in einem Liter
Wasser gelöst.
Niedere Konzentrationen werden in gleicher Weise direkt bereitet
oder durch Verdünnung von Stammlösungen hergestellt. Dabei müssen
natürlich entsprechende Volumverhältnisse gewählt werden. Nimmt
die mit einem Liter Wasser hergestellte 1-molige Lösung das Volumen
1000 + V cm' ein und wollen wir aus dieser Lösung eine 1/a-molige
1000 -1- V
herstellen, so werden a cm 3 Wasser mit a 1000 cm' Stammlösung
versetzt.
Die Kontraktion der Lösungen wurde vernachlässigt O.
1) Es muss überhaupt darauf aufmerksam gemacht werden, dass die Beobachtungen bei gegebenem Objekt nicht immer mit der Genauigkeit ausgeführt.
werden können, wie sie Fitting an dem klassischen Material der Tradescantia
discolor durchführte, so dass Fehlerquellen obiger Art ganz ohne Belang sind im
Vergleich zu individuellen Beobachtungs-Ungenauigkeiten.
Neue vergl. Permeabilitätsmessungen zur I{enntnis der osmot. Verhältnisse etc. 577
Die Schnitte der zu untersuchenden Objekte werden gleich nach
,lem Schneiden in die Versuchslösnng verfügt, welch letztere in zirka
10 cm3-Tuben eingefüllt ist. Bequemlichkeitshalber werden die Schnitte
des normalen Pflanzenteils von denen des erkrankten getrennt anfbewahrt. Die Konzentration der Versnchslösnng richtet sich mehr
oder weniger nach dem osmotischen Drnck des Materials. Für die
Pfirsichblätter mit Exoascns wurde eine 2-molige Lösung angewendet;
für die Versnche an Orchideenwurzeln genügte eine 1-molige Lösnng.
Die erste Bestimmung der Grenzkonzentration erfolgt frühestens eine
halbe Stunde nach Versnchsbeginn. Nach stündlichen Zwischenränmen erfolgten gewöhnlich drei weitere Bestimmungen. So haben
-die Zellen der ersten Bestimmnng 1/2 Stunde, die der zweiten 11/2
Stunde, die der dritten 2 1/2 Stnnden, die der vierten 3 1/2 Stunden
in der Versuchslösung gelegen.
Die Beobachtung der Plasmolyse erfolgt nnter dem Mikroskop.
Sind die Zellen gross, die Plasmolyse also leicht zu beobachten, so
werden die Schnitte aus der Versuchslösung in die Tuben einer Konzentrationsskala gebracht (in nnsern Versuchen mit 1/40 Mol.- Teilung).
Nach 1/2- 1/4 Stunde wird dann die eben noch plasmolysierende
Zösung, die Grenzlösung festgestellt.
Bei Material mit kleinen Zellen ist die direkte Bestimmung
unter dem Mikroskop zu empfehlen: Eine Zellgrnppe wird ins Auge
gefasst, hieranf nacheinander verschiedene Konzentrationen (mit den
höhern beginnend) in reichlicher Menge unter dem Deckglas durchgesogen, bis die Grenzkonzentration erreicht ist. Durch diese Beebachtung entgeht man der Gefahr, tote, zusammengeschrumpfte Zellleiber zn beobachten; denn bei kleinzelligem Material ist ihre Unterscheidung von plasmolysierten Zellen erschwert. Es ist überhanpt
angezeigt, nach jeder Bestimmnng die Lebensfähigkeit zu prüfen
dnrch völlige Deplasmolyse mit reinem Wasser. Zur Herstellung
der Lösungen für die Konzentrationsskala wurde der Stoff der betreffenden Versuchslösung verwendet. (Die Zulässigkeit der einheitlichen
Einführnng einer Saccharose-Skala für alle Versuche muss noch näher
geprüft werden.) Die Lösungen wurden für jeden Versuch erneuert.
Zur Ausführung der modifizierten Methode nach Formel III,
wie sie zum Teil für Harnstoff angewandt wnrde, ist des weiteren
zu bemerken : Die Plasmolyse wird durch eine 2-molige Saccharoselösung erzeugt; Saccharose hat sich im Laufe der Untersuchungen
für beide Zellarten als impermeabel erwiesen. Nach zirka 20 Minuten
werden die Schnitte unter dem Mikroskop mit der 2-moligen Harnstofflösung behandelt und dabei für beide Zellarten die Daner der
Deplasmolyse bestimmt.
K. Heusser,
578
Die Methode taugt nur für die Messung
endosmotischer Permeabilität. Dabei wird vorausgesetzt, dass ` die
Exosmose des Zellsaftes während der Beobachtungszeit so gering ist,
dass sie vernachlässigt werden darf. Vorausgesetzt wird ferner, dass
während des Versuches in der Zelle keine osmotiscli veränderte
Körper entstehen.
Ein Vorteil bietet die Methode in der knrzen Zeitdauer des
Versuches, während welcher angenommen werden darf, dass die
Zellen ihre natürlichen osmotischen Verhältnisse und Fähigkeiten
noch besitzen.
Als Nachteil der Methode :könnte die durch die Versuchslösnng
hervorgerufene starke Plasmolyse geltend gemacht werden. Wenn
niedere Pflanzen (Spirogyren, Schimmelpilze, wie Pantanelli zeigte)
nach solchen Eingriffen auch unbeschädigt weiter gedeihen, so darf
nicht ohne weiteres angenommen werden, dass die Zellen höherer
Pflanzen ebenso anpassungsfähig sind: Theoretisch ist diesem berechtigten Einwand nicht zu begegnen, kann aber durch die Wahl einer
möglichst niederen Konzentration der Versuchslösung praktisch geschwächt werden.
Eine weitere Fehlerquelle ergäbe die Konsequenz ans den Vermutungen Tschirch's über das Verhalten der Zellmembran. Nach
Tschirch ist die Zellmembran der Sitz chemischer Arbeit; sie soll
unter anderem der Ort sein, wo die Salze des Kaliums, Magnesiums,
Calziums zum Anfbau der Membranine verwendet werden. Hans teen,
der in seinen vorzüglichen Untersuchungen: „Über das Verhalten
der Bodensalze zn den Kulturpflanzen", die Wirkungen des Kalkes
auf die Membranbildung studierte, lässt die Frage bewusst offen
(pag. 372) : „Eine tiefgehende Erklärnng des ganzen Verhaltens des
Kalkes zur Wandbildung — ob es sich um besondcre Einflüsse für
die Wandbildung notwendige Enzymwirknng, ob es sich um Bildung
oder Nichtbildung (bei Kalkmangel) von notwendigen Verbindungen,
oder ob es sich nm besondere fällende oder verflüssigende (bei Kalkmangel) Wirkungen mit Bezng auf die kolloidalen Baustoffe der
Zellwand handelt — muss aber vorlänfig unterbleiben". Nehmen
wir an, die Tschirch'sche Auffassnng könnte sich bestätigen, so ist
klar, dass ein reaktionsfähiger Körper, der die Zellmembran passiert
in chemisch veränderter Form, also anch mit osmotisch anderem
Wert auf die Plasmahaut einwirkt. Die Differenz zwischen dem
theoretischen 'und dem praktisch ermittelten isotonischen Koeffizient
dürfte darnach nicht rein zugunsten oder ungunsten der Permeabilität
verwendet werden, wie es in der Lepeschkin-Troendle'schen
Methode geschieht, die Tschirch'sche Zellmembran hätte gleich.Diskussion der Methode.
Neue vergl. Permeabilitätsmessungen zur Keuntnis der osmot. Verhältnisse etc. 579
falls ihren Anteil. Es ist aber hervorzuheben, dass das Verhältnis
der Diffusionsgeschwindigkeit des Versuchsstoffes zur Reaktionsgeschwindigkeit dieser mntmasslichen Prozesse jedenfalls in einem
so kleinen Verhältnisse stehen, dass die Fehlerquelle sehr klein
wäre, dass doch die Hauptmenge des Stoffes als solcher auf, die
Plasmahaut einwirkt.
Auf jeden Fall aber werden sich durch das Aufstellen des
Permeabilitätsverhältnisses, dieser relativen Grösse, die Fehler zum
grossen Teil kompensieren, die Resultate immerhin eine deutliche
Skizze der osmotischen Verhältnisse der kranken Zelle ergeben.
Die Blattgalle von Exoascus deformans Berk. auf Prunus
Persica Stokes.
Die durch Exoascus deformans hervorgerufene Galle schliesst
sich in ihrer morphologischen Entwicklung der Bildung der Narrenzwetschge an, wie sie von De Bary (pag..33) beschrieben wnrde.
A.
Entwicklungsstadien.
Die Versuche wurden an drei gnt zn unterscheidenden Entwicklungsstadien ausgeführt:
I. Entwicklungsstadium. Das erste sichtbare Anftreten der
Pilzwirknng am Blattwerk ist an den soeben der Knospe entsprungenen, kaum 5 cm langen Blättchen wahrzunehmen. Sie sind
meist noch gefaltet, fettglänzend, hellgrün, bisweilen mit roten
Flecken und rotangelaufenem Blattrand versehen. Hellgrün sind sie,
weil ihre Zellen merklich weniger Chlorophyll enthalten als die der
normalen Blätter. Das Mesophyll ist bei beiden ohne, oder doch
nur mit wenigen Interzellularen. Vom Pilze sind hier und da knrze,
interzellulär gelagerte Mycelstücke zu bemerken. Die Grösse der
Zellen ist in erkrankten und gesunden Blättchen gleich. d = d'.
II. Entwicklungsstadium. Die Blätter haben eine mittlere
Grösse erreicht. Die Lokalisation des Pilzes ist deutlich begrenzt;
häufig hat er aber das ganze Blatt inne. Die erkrankte Stelle beginnt
sich zu kräuseln (Ausstülpungen nach oben und unten), ist fettglänzend und hell- bis weisslichgrün, letzteres durch den kaum halbnormalen Chlorophyllgehalt verursacht. Die Mesophyllzellen gegen
die Blattoberseite (selten gegen die Unterseite) besitzen überhaupt
nur ungefärbte Chloroplasten. Häufig machen sich in diesem Stadium
beträchtliche Stärkeansammlungen geltend. Die Zellen der erkrankten
:580
K. Heusser.
Blattstellen sind polyedrisch nnd ohne oder mit sehr kleinen Inter..
zellularen gefügt; das Gewebe der gleichaltrigen gesunden Blätter
ist locker und aus länglichen Gewebeelementen bestehend. Das
Grössenverhältnis d : d wurde im Mittel als 1,4 bestimmt. Im Mesophyll, besonders im chlorophyllosen Teil bereitet sich das kurzästige
Mycellium aus. Zwischen dem Mesophyll und der Epidermis (meistens
auf der Blattoberseite) beginnt sich ein dichtes Hyphengewebe anszubreiten. Hin nnd wieder das Austreten einer Hyphe an die Blattoberfläche, wo sich (bei wenig älteren Stadien zu beobachten) der
Pilz unter Bildung kleiner Anschwellungen (Ascianlagen) ähnlich
_ans breitet.
III. Entwicklnngsstadium. Die Blätter sind ausgewachsen;
der Fettglanz der erkrankten Blattzellen ist verschwnnden, sie sind
matt graulichweiss, ein Zeichen der Ausbildung des Asci-Rasens.
Die befallenen Partien sind noch fleischiger geworden, bis 1 1/2 mm
dick, während das normale Blatt kaum 1/4 mm Dicke hat. Stärke
ist in den Zellen spärlich, fast selten vorhanden. Das Grössenverhältnis der erkrankten Zellen zu den normalen beträgt wieder 1, 4.
An der Oberfläche hat der Pilz achtsporige Asci gebildet, die zum
Teil schon geborsten sind. Knrze Zeit hierauf welken die kranken
Blätter nnd fallen ab.
Alle drei Stadien können von Mitte Mai bis Mitte Juni gesammelt werden. Was die zeitliche Daner der Entwicklung anbetrifft,
so konnte 1915 das erste Anftreten von Stadium I am 2. Mai,
Stadium II am 10. Mai und Stadium III am 16. Mai beobachtet
werden; Dauer der Entwicklung somit rnnd 14 Tage.
B. Versuche über Exoascus deformans auf Pfirsich:
1. Versnch vom 5. Juni 1915, 7 11 45 a. m.
Stadium I, Versuchslösung 2 Mol. KNO3.
I{rank
Normal
t
k
7h45
t'
k'
ka
71145
8 45
0,6
8 45
0, 6
9 45
0, 7
9 45
0, 7
10 45
0, 8
10 45
0, 8
=0,5
k —
ko
= 0, 3
k1=0,5
li
—kö=0,3
Q
=1.
Neue vergl. Permeabilitätsmessungen zur Keuntnis der osmot. Verhältnisse etc. 581 •
2. Versuch vorn 6. Juni 1915, 9" 00 a. m. _
Stadium I., Versuchslösung 2 Mol, N I-I4 NO3.
Normal
Krank
t
k
t'
k'
9h 00
-
91100
-
k0=0,6;
9 30
0, 65
9 30
0, 7
k0 =0,65; k'-ko=0,25
10 30
0, 75
10 30
0, 8
11 30
0, 85
11 30
0, 9
k -k0=0,25
Corr.') = 0, 26
_
1, 0.
0
, 25 =
_ 0,26
Q
3. Versuch vom 3. Juni 1915, 7" 30 a. m.
Stadinm I, Versuchslösung 2 Mol. Saccharose.
Normal
Krank
t
k
t'
7 1'50
-
71150
8 20
0, 6
8 20 0, 675
9 20
0, 6
9 20
10 20
0, 6
k'
k0 =k =0,6
0, 675
10 20 0, 675
= k = 0, 675
Perm. = Perm. = 0
= unbestimmt.
Q
4. Versnch vom 2. Juni 1915, 7" 35 a. in.
Stadium I, Versuchslösung 2 Mol. Dextrose.
Normal
t
Krank
k
7 1'35
t'
k'
71135
ke =0,475; k -ke=0,175
8 05
0, 5
8 05
0. 55
9 05
0,55
9 05
0,6
10 05
0, 6
10 05
0, 65
11 05
0, 65
11 05
0, 7
kö=0,525; k'-kä=0, 175
Corr. = 0, 181
0 181
Q=0,
17
=1,0.
1) Corrigiert.
VierteIjahrsschrift d. Naturf. Ges. Zierich. Jahrg. 62. 1917.
38
582
K. Heusser.
5. Versuch vom 7. Juni 1915 p. m.
Stadium I, Versuchslösung 2 Mol. Harnstoff.
Deplasmolyse normal : 4 h 55-5 h 20 t = 25
krank :
5 h 25-5 h 51 t' = 26
2s =0,96.
Q
6. Versuch vom 29. Mai 1915, 1'' 30 p. m.
Stadium II, Versuchslösung 2 Mol. KNOB.
Krank
Normal
t
k
t'
k'
1 h30
—
1h30
2 00 0, 55
2 00
0, 95
3 00 0, 625
3 00
1, 2
ko=0,52; k —ko=0,23
4 00 0,7
4 00
l,325
5 00
5 00
l,4
0,75
kö= 0,76; k'—k,=0,64
_
Corr. = 0, 9
0,9
Q — o ,
as
1,4 =5,7.
7. Versuch vom 30. Mai 1915, 9 h 30 a. m.
Stadium II, Versuchslösnng 2 Mol. NH4 NO3.
Normal
Krank
k
®
k'
ko=0,62; k —ko=0,68
9 h 30 —
9h30
10 00 0, 75
10 00
1, 3
1100
1100
1,6
1,0
12 00 1,2
1 00
1,3
12 00
1,8
1 00
2,0
kö=l,08; k'—kö=0,92
Corr.
2, 09
= 2, 08
'1,4=4,28
Q= o
, ss
Neue vergl. Permeabilitätsmessungen zur Kenntnis der osmot. Verhältnisse etc. 583
8. Versuch vom 31. Mai 1915, 12"45 p. m.
Stadium II, Versuchslösung 2 Mol. Saccharose.
Normal
Krank
k
t
121145
k
t'
k =k0=0,65
121145
1 15
0, 65
1 15
0, 9
k'=ka=0,9
2 15
0, 65
2 15
0, 9
Perm. = 0
3 15
0,65
3 15
0,9
Q
4 15 . 0, 65
4 15
0, 9
= unbestimmt.
9. Versuch vom 1. Juni 1915, 8 4 00 a. m.
Stadium II, Versuchslösung 2 Mol. Dextrose.
Krank
Normal
t
t'
k
81100
k'
I
ko
81100
8 30
0, 7
8 30
1, 0
9 30
0, 75
9 30
1, 0
10 30
0, 8
10 30
l, 1
11 30
0, 85
11 30
1, 2
= 0, 675;
ko =0,85;
k — k'
= 0,175
k'—kö=0,35
Corr. = 0, 45
Q =3, 5.
10. Versuch vom B. Juni 1915, p. m.
Stadium II, Versuchslösung 2 . Mol. Harnstoff.
Deplasmolyse normal: 12" 43-12" 53 t = 10
krank : 12 11 7 —12 11 20 t' = 13.
Q
=
.
1, 4
= 1, 08.
584
K. Heusser.
11. Versuch vom 10. Juni 1915, 5li 25 a. in.
Stadium III, Versuchslösung 2 Mol. KNO3.
Krank
Normal
t
t'
k'
ko = 0,575; k - ko = 0,175
5li25
-
5h25
5 55
0, 6
5 55
0, 65
6 55
0, 65
6 55
0, 775
7 55
0, 7
7 55
0, 875
8 55
0, 75
8 55
0, 925
kö=0,63;
k'-kö=0,293
Corr. = 0, 322
Q
= 2, 58.
12. Versuch vom 12. Juni 1915, 5'' 45 a. in.
Stadium III., Versuchslösung 2 Mol. NH, NO3.
Krank
Normal
k
t
5h4,5
t'
k'
5h45
ko=0,725; k -ko=0,175
6.15
0, 75
6 15
0, 85
7 15
0, 8
7 15
0, 975
8 15
0, 85
8 15
l, 1
9 15
0, 09
9 15
1, 175
ko =0,08;
k'-kö=0,375
Corr. = 0, 44
Q = 3,5.
13. Versuch vom 10. Juni 1915, 5" 25 a. m.
Versuch III, Versuchslösung 2 Mol. Saccharose.
Krank
Normal
t
lc
t'
5"25
-
5h25
6 25
. 0,7
6 25
0, 8
ko
=0,8
7 25
0,7
7 25
0, 8
Perm.
=0
8 25
0, 7
8 25
0, 8
Q
= nnbestimmt.
9 25
0,7
9 25
0, 8
k'
ko =k =0,7
Neue vergl. Permeabilitätsmessungen zur Kenntnis der osmot. Verhältnisse etc. 585
14. Versuch vom 13. Juni 1915, 7 1'55 a. in.
Stadium III, Versuchslösung 2 Mol Dextrose.
Normal
t
Krank
k
t'
k'
7 1 '55
7h55
lc0 =0,7; k --ko=0,175
855 0,75
855 0,9
kö=0,86; k' --kö=0,29
9 55 0, 8
9 55 1, 0
10 55 0, 85
10 55 1, 1
11 55 0, 9
11 55
Corr. = 0, 349
Q =2,78.
l, 15
15. Versuch vom 9. Juni 1915, a. in.
Stadium III, Versuchslösung 2 Mol. Harnstoff.
Deplasmolyse normal: 9 h 38-9 h 54 t = 16
krank: 9 h 38-9 h 33 t' = 55
Q — 55 '1,4=0,41.
Zusammenstellung der Resultate.
Stadium
H.
I.
Konz.
in
Mol.
Druck
in
Atm.
Konz.
in
Mol.
Druck
in
Atm.
0,65
0, 6
Konz.
in
Mol.
Druck
in
Atm.
0, 7
Normal
0, 65
15, 68
14, 56
13, 44
0, 8
0, 9
Krank
14, 56
20, 16
17, 92
Tabelle I. Das Verhalten des osmotischen Drnckes resp. dessen Konzentration
während der Entwicklung der Galle. Nach den Versuchen 3, 8, 13.
K. Heusser.
586
Fig. 2. Graphische Darstellung der Änderung des osmotischen Druckes resp. dessen
Konzentration während der Entwicklung der Galle nach den Versuchen mit
Saccharose 3, 8, 13.
Entwi cklungs-Stadium
H
HI
KN 03
l, 0
5, 7
2, 58
NH4
1, 0
4, 28
3, 5
Saccharose
unbest.
unbest.
unbest.
Dextrose .
1, 0
3; 5
2, 75
Harnstoff .
0, 96
l, 08
0,41
NO 3 .
Tab. II. Das Permeabilitätsverhitltnis zwischen normalen
und Exoascus deformans erkrankten Zellen für die Stoffe
KNO3 ; NH4 NO 3; C 12 H 22 O i 1 ; CO H 12 06; CO (NH2)2.
k
4,0
or
b
z
Ma;
9O
Mai
16/77ai
Fig. 3. Graphische Darstellung der Änderung des Permeabilitätsverhältnisses von
Exoascus deformans auf Prunus Persica.
f
Neue vergl. Permeabilitätsmessungen zur Kenntnis der osmot. Verhältnisse etc. 587
D. Zusammenfassung.
Ans den Versuchen 1-5 mit Stadium I geht hervor, dass die
Unterschiede in den osmotischen Verhältnissen zwischen normalen
und Exoascus deformans erkrankten Pfirsichblattzellen im Anfang
sehr gering ist. Die Permeabilität ist beiderseits annähernd gleich;
das Permeabilitätsverhältnis schwankt um 1. Saccharose ist für beide
Zellarten impermeable; Q deshalb nnbestimmt. Eine leichte Erhöhung
des osmotischen Druckes (besonders bei dem Material für den Versuch 3 mit Saccharose) ist auf um weniges vorgeschrittenere Stadium I
zurückzuführen. Es ist zu schliessen, dass am Anfang der Gallenbildnng in allen Blättchen dieselben osmotischen Verhältnisse vorhanden sind.
Eine gewaltige Ändernng erfahren die osmotischen Eigenschaften
der kranken Zelle bis zur zweiten Entwicklungsstufe. Schon das
Kräuseln der erkrankten Blattstellen lässt einen höhere Turgor®
drnck venmuten. So ist zum Beispiel in dem zn Versuch 8 verwendeten Material eine osmotische Druckerhöhnng von 5, 5 Atmosphären eingetreten (Tab. I, Fig. 2). Das Permeabilitätsverhältnis
hat sich erstannlich . geändert (Tab. II, Fig. 3), KN O, passiert die
pilzbeeinflusste Plasmahaut 5,7 mal leichter als die normale; Ammoninm-Nitrat 4, 28mal und Dextrose 3, 5mal. Saccharose gegenüber
verhalten sich die Membranen der Galle impermeabel wie gegen
normale Plasmahänte. Merkwürdig ist das unveränderte Verhalten
gegen Harnstoff Q = 1, 08.
Im dritten Stadinm, im Stadium der Sporenbildung scheint sich
die Aktivität des Pilzes zu vermindern. Während in den gesunden
Blättern der osmotische Druck mit ihrer Entwicklung stetig steigt
(Fig. 2, Tab. I), ist er in den Gallen, nach dem Maximum in Stadium II,
wieder im Abnehmen begriffen. Dies hat auch eine Verkleinerung
des Permeabilitätsverhältnisses znr Folge (Fig. 3, Tab. II). Für
Kaliumnitrat beträgt die Abnahme von Q mehr als die Hälfte; für
Ammoniumnitrat und Dextrose je nm zirka 1/s. Saccharose bleibt
impermeabel. Eine schädigende Wirkung des Pilzes auf die Permeabilität des Harnstoffes zeigt sich im Sinken des osmotischen Druckes
noch ausgeprägter: Q = 0, 48.
Die Resultate lassen sich zusammenfassen in: Exoascus deformans vermag bei seinem' Wirt (Prnnus Persica) die Perme-
abilität der Plasmahaut zu ändern; die Beeinflussung ist am
grössten zur Zeit des grössten Wachstums des Pilzes (Stadium II, Vorbereitung zur Fruchtbildung); sie nimmt ab zur
588
• K. ,Heusser.
Zeit der Fruktifikation der Parasiten. Im gleichen Sinne
findet eine anfängliche Erhöhung mit darauffolgendem Sinken des osmotischen Druckes in den kranken Zellen statt.
Die Arbeit entstand als Preisaufgabe, gestellt von der naturwissenschaftlichen Abtcilung der Eidgen. Techn. Hochschule in Zürich.
Dem Verfasser der Aufgabe, Prof. Dr. H. C. Schellenberg, bin ich für
seine mannigfachen Anregungen und Ratschläge zn grossem Danke
verpflichtet.
Die Vorbereitungen der Untersuchungen wurden im Sommer 1914
im pflanzenphysiologischen Laboratorium der Eidgen. Techn. Hochschule in Zürich begonnen nnd während der dienstfreien Zeit zn Hause
fortgesetzt. Dem Vorstand des Laboratorinms, Prof. Dr. P. Jaccard,
danke ich an dieser Stelle für seine Unterstützungen.
Glattfelden, Jnli 1916.
Neue vergl. Permeabilitätsmessungen zur Kenntnis der osmot. Verhältnisse etc. 589
Zitierte Literatur.
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Fischer, A. Vorlesungen über Bacterien. 1903.
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Jahrbuch für wissenschaftliche Botanik, Bd. LVI.
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Bd. 99. 1908.
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I. und H. Jahrbuch für wissenschaftliche Botanik. Bd. XLVII, Heft 3.
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lebender Zellen. Jahrbuch für wissenschaftliche Botanik. Bd. XXIX. 1895.
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Kuester II. Pathologische Pflanzenanatomie. II. Auflage, 1916.
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Pantanelli, E. Zur Kenntnis der Turgorregulationen bei Schimmelpilzen. Jahrbuch für wissenschaftliche Botanik. Bd. XL, Heft 3.
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Bd. XVI. 1891.
Renner. Über die Berechnung des osmotischen Druckes. Biolog. Centralblatt,
Bd. 32. 1912.
Rothert. Über die Gallen der Rotatorie Notommata Werneckii auf Vancheria
Walzi n. sp. Jahrbuch für wissenscnaftliche Botanik, Bd. 29. 1896.
Van Rysselberge, F. Influence de la temperature sur la perméabilite du protoplasma vivant. Recueil de l'Institut bot., Universite de Bruxelles. Bd. 5.
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1914. H. Teil, S. 178.
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Zangger, Hc h. Über Membranen. Vierteljahrsschrift der naturwissenschaftlichen
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