Zellsaftgewinnung, AFS (apparent free space) und Vakuolenkonzentration der osmotisch wichtigsten mineralischen Bestandteile einiger Helgoländer Meeresalgen

Helgoland Marine Research, May 2019

1. Es wird ein einfaches Verfahren zur Gewinnung größerer, für chemisch-analytische Untersuchungen ausreichender Zellsaftmengen auch von kleinzelligen Meeresalgen beschrieben. 2. Eine neue Methode zur Bestimmung des AFS von Meeresalgen mit Hilfe seewasserisotonischer LiCl-Lösungen wird am Beispiel vonChaetomorpha linum kritisch untersucht. 3. Unter Berücksichtigung der an einigen Helgoländer Meeresalgen bestimmten Li-AFS-Werte werden aus den Ergebnissen der chemischen Analysen die Zellsaftkonzentrationen der nachgewiesenen Ionen berechnet. 4. Die Voraussetzungen für die Zuverlässigkeit der erzielten Ergebnisse werden im Zusammenhang mit Befunden anderer Autoren diskutiert.

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Zellsaftgewinnung, AFS (apparent free space) und Vakuolenkonzentration der osmotisch wichtigsten mineralischen Bestandteile einiger Helgoländer Meeresalgen

Zellsaffgewinnung, AFS (apparent free space) und Vakuolenkonzentration der osmotisch wichtigsten mineralischen Bestandteile einiger HelgolSnder Meeresalgen' KESSELER 0 0 Biologische Anstalt Helgoland , Meeresstadon,Helgoland Collection of cell sap, AFS (apparent free space) and vacuole concentration of the osmotically most important mineral components of some Helgoland marine algae. Samples of cell sap in amounts suitable for chemical analysis of mineral compounds were obtained by high speed centrifugation of several frost-killed (-200 C) He!goland algae under paraffin oil. In order to calculate the vacuole concentration of the mineral salts determined in these liquids, the extravacuolar solving space of the algae was measured as Lithium apparent free space (Li-AFS) after rinsing the algae for severaI minutes in balanced LiCI solutions. The Li-AFS was calculated from the results gained by flamephotometric determination of the Li-concentrations in the sap and in the bathing fluid. To avoid errors caused by interaction of Donnan-effects, the Li-AFS of Chaetomorpbalinum kept in diluted sea water of different concentrations was measured. By plotting the results against the medium concentration, evidence was obtained to show that in 100 ?/0 Li-solution (corresponding osmotically to natural sea water of about 30 %), the Donnan effect was negligible. In the more diluted solutions, however, higher Li-AFS values were obtained. This would indicate that the differences in the distribution of Li-cations between medium and AFS, whi& are effected by the negative charges of indiffusible anions in the cytoplasm and of fixed acidic groups (e. g. R-COO-) of phycocolloids in the wall material, will cause considerable errors if Li-concentrations are too low. Taking these experiences into account, AFS-values of several algae from Helgoland were measured by the same te&nique and the vacuole concentrations of the analysed mineral compounds calculated. KESSELER E I N L E I T U N G Die Gewinnung gr~Sgerer, fiir chemisch-analytische Untersuchungen ausreichender Zellsat%mengen aus Meeresalgen stietg b i s h e r - abgesehen yon ganz wenigen Ausnahmef~llen - au? uniiberwindliche Schwierigkeiten. Bel den Ausnahmen handelte es si& um einige extrem grot~zelllge Formen, von denen sich der Zellsa~ verh~iltnism{it~ig leicht in geniigender Quantifiit gewinnen lief~ (Literatur bei COLLANI)EI~1930, 1939). Die an diesen Objekten gewonnenen Ergebnisse durf~en jedoch nicht ohne weiteres verall Zellsai~gewinnung etc. bei Meeresalgen gemeinert werden. Gerade ihre morphologische Sonderstellung lieg vermuten, daf~ sie au& in bezug auf ihren Stoffwe&sel yon der , N o r m " abweichen wiirden, denn Struktur und Funktion sind untrennbar miteinander verkniipt~ und nur vers&iedene Aspekte ein und derselben Gegebenheit: des lebendigen Organismus. Inzwischen ist es gelungen, eine Methodik zu entwi&eln, mit deren Hilfe es m6gli& ist, au& yon kleinzelligen Meeresalgen SaPc in Mengen zu gewinnen, wel&e die Dur&fiihrung yon chemischen Analysen mit den iibli&en Makrobestimmungsverfahren gestatten. Die Anwendung des neuen Ver?ahrens (siehe unter Methodik) hat den einzigen Na&teil, daig es dabei zu einer Vermischung des Vakuolensa~es mit dem Hatt- bzw. Imbibitionswasser der Zellw~nde, der Interzellularr~ume und des Protoplasmas kommt. Zur Eliminierung des dadur& bedingten Verdiinnungsfehlers mug also diese Wassermenge oder, was praktis& das glei&e bedeutet, die Gr6ge des extravakuolaren L6sungsraumes bekannt sein. Sie l~gt sich unter Berii&si&tigung der besonderen, objektbedingten Gegebenheiten als ,,a p p a r e n t f r e e sp a c e" (A F S) bestimmen. ALLGEMEINES Seiner urspriinglichen, yon Hoi,l~ & STrvrNs (1952) gegebenen Definition gem~ig sollte der AFS einer Zelle derjenige Raum sein, in den eine gegebene Augenl6sung und zwar sowoht die Molekeln des L/Ssungsmittels als au& die der geRisten Substanz passiv und reversibel dur& Diffusion eindringt. Das Hauptanliegen der auf dieser Begriffsbestimmung basierenden Untersu&ungsmethoden war zun~i&st, zu ergranden, wo das ents&eidende Hindernis ?iir die ?reie Diffusion gel/Sster Substanzen zu su&en sei: im Plasmalemma oder im Tonoplasten. Eingehende Untersuchungen dieser Frage (Literatur bei COLLANDEI~1956, KRAMI~Rt956) fiihrten zu dem Ergebnis, dag fiir den AFS ein und desselben Objektes, je nach Art und Konzentration der verwendeten Testsubstanz, unterschiedti&e Werte gemessen wurden (Hove 1953, BUTLER 1953) . Bei Verwendung relativ grogmolekularer A n e t e k t r o t y t e (z. B. Rohrzu&er) wurde in erster Linie der extraplasmatis&e 16sende Raum der Zellw~nde und Interzellularr~iume als AFS bestimmt. Demgegeniiber liefl die deutliche Konzentrationsabh~ingigkeit der mit Hilfe yon El e kt r o 1y t e n ermittelten AFS-Werte die Auswirkungen DONNANs&er Ionenverteilungen si&tbar werden. In diesen F~illen war offenbar au& der Zytoplasmaraum - oder zumindest ein Teil desselben - miterfaf~t worden. Dieser Umstand liet~ die Bestimmung des bier interessierenden extravakuolaren L~Ssungsraumes mit Hilfe eines geeigneten Elektrolyten unter Bea&tung der dur& den DoNNAN-Effekt bedingten Fehlerm6gli&keiten aussichtsrei& erscheinen. Die Verwendung eines Elektrolyten zur Bestimmung des AFS yon Meeresatgen war schon deshalb der Benutzung yon Anelektrolyten vorzuziehen, weit diese Pflanzengruppe ja auch unter natiirli&en Bedingungen in einem Medium hoher Elektrolytkonzentration lebt. Der als Testsubstanz zu verwendende Elektrolyt muf~te jedoch fotgende Bedingungen erfiillen: 1. Er muflte rasch in den gesamten extravakuolaren L6sungsraum, vor allem auch in das Zytoplasma, eindringen k6nnen, ohne gleichzeitig auch die Vakuolen zu iiberschwemmen. 2. Zur Ausschaltung des Dol,rNAN-Effektes mugte er in so hoher Konzentration in die extravakuolaren Zellbereiche gelangen kSnnen, dag demgegenabet die Konzentration der indiffusiblen Ionen des Protoplasmas bzw. der fixierten Ladungen des Zellwandmaterials ni&t mehr ins Gewicht fiel. 3. Er muf~te mit den iibli&en Na&weismethoden gut erfagbar und quantitativ bestimmbar sein. Bei ErfiJllung dieser Voraussetzungen l~iigt sich aus der gemessenen Elektrolytkonzentration der gewonnenen S~iPce ([Els]) bei bekannter Mediumkonzentration ([Elm]) der als AFS definierte extravakuolare LSsungsraum, der im vorliegenden Falle natiirli& auch noch die besonders bei feinf~digen Meeresalgen ni&t unbetr~i&tli&e Menge des Haflcwassers mitumfaflt, in einfa&er Weise berechnen. Da si& n~/mli& der AFS zum Gesamtzdlvolumen (Vz) offenbar ebenso verh~ilt, wie die Elektrotytkonzentration des SalVeszu derjenigen des Augenmediums, so folgt: AFS [EI~] [Eld -Vz = [Elm] ; AFS----=Vz [Elm] Setzt man in dieser Glei&ung Vz = 100, so erh~ilt man den AFS in Prozenten des Zellvolumens. Das Vakuolenvolumen ist dann (2) Vvae?/0 -= 100 - - AFS ?/0 und der Korrektionsfaktor f zur Umrechnung der Analysenergebnisse auf Vakuolenkonzentration Diese Gleichungen gelten allerdings nur dann in Strenge, wenn die in den Zells~it~en nachgewiesenen Substanzen - mit Ausnahme des Testelektrolyten natiirlich - tatsa&li& nur aus dem Vakuolenraum stammen. Bei zellsaftreichen Meeresalgen ist diese Bedingung, wie noch zu zeigen sein wird, nach der Elektrolytvorbehandlung weitgehend erfallt. Ein Testelektrolyt, der die drei vorgenannten Bedingungen in nahezu idealer Weise erflJIlte, wurde im Lithiumchlorid gefunden. Wie EvvLrY (i959) an Porpbyra perforata zeigen konnte, dringt das Li-Ion gut in das Protoplasma ein. In der Vakuole ist es dagegen erst nach l~ingeren Versuchszeiten nachzuweisen, wie schon CoovzR et al. (1929 ) an Valonia macrophysaund COI~LANDtn~(1939) an Chara ceratophylla fanden. Wegen seiner nahen Verwandtschai~ zum Na" l~ii~t es sich gut als Hauptkation filr seewasserisotonische L&ungen verwenden und damit in der zur Ausschattung des DoNNAN-Effektes erw[inschten hohen Konzentration zur Anwendung bringen. Darfiber hinaus ist es flammenphotometrisch gut nachweisbar und damit quantitativ leicht zu bestimmen. METHODIK Das fiir die Untersuchungen verwandte Material wurde bis zum Versuchsbeginn in fliei~endemSeewasser bei zw~lfstiindiger kiinstlicher Beleuchtung durch Fluoreszenzlampen aufbewahrt. Materialportionen yon 10 bis 20 g Frischgewicht wurden nach Entfernung der Hauptmenge des Haf~wassers durch Schleudern in einem Tuch in einer ZellsaRgewinnung etc. bei Meeresalgen 261 seewasserisotonischen ( ~ 30 ?/oo Salzgehalt), balancierten LiC1-L6sung ?olgender Zusammensetzung abgespiilt: LiC1 = 20 g/1 (~= 4,71 ? 10-1 tool) S r C 1 2 . 6 H 2 0 = 5 g/1 (_~ 1,87 ? 10-2 mol) N a H C O .... 200 mg/I ( ~ 2,38 ? 10-3 moI) Die Spiilzeiten betrugen, je na& der Beschaffenheit der zu untersuchenden Atgen, 1 bis 5 Minuten. Nach dem Spiilen wurde zun~ichst wieder das Hattwasser in der beschriebenen Weise entfernt. Dana& wurden gleiche Materialportionen eingewogen und in 150ml-Zentrifugengliiser iibertragen, die mit einem Siebeinsatz aus Kunststoff versehen waren (Abb. 1). Die so vorbereiteten Gt~iser wurden mit ParaffinS51gefiillt, gut vers&lossen und zum AbtSten der Algen iiber Nacht in einer Tiefktihltruhe bei -200 C aufbewahrt. In einigen F~illen wurden die Algen auch dutch Ubergiegen mit heigem Paraffin61 (950 C) abgetStet und dann ebenfalls bis zur Weiterverarbeitung kiihl gestellt. Zur Gewinnung des ZellsaRes wurden die Proben aufgetaut und anschliegend auf einer Kiihizentrifuge (Cm{is, ,,Universal Junior III KS") bei + 50C und 4500 U. p. M. ( ~ 4800 gm~x)eine Stunde lang zentrifugiert. Auf diese Weise wurde yon allen bisher untersuchten Algen klarer, dutch die wasserlgslichen Chromatophorenfarbstoffe aller Abb. i: Zentrifugenglas mit Siebeinsatz zur Zellsat~gewinnung dings ieicht braun bis rot gef~irbter Zellsai~ gewonnen, der sich unterhalb des Siebeinsatzes sammelte. Nach Enffernung des Siebeinsatzes mit dem Riickstand des Materials wurde der Zellsaflc in Zelluloser6hrchen dekantiert und auf der Ultrazentri?uge (BECKMAN,,Spinco L") bei + 5o C und 25 000 U. p.M. ( ~ 90 000 gmax)1/2 Stunde lang nachzentrifugiert. Von den so behandetten Proben wurden aliquote Teile abpipettiert und je na& Konzentration der nachzuweisenden Ionen mit destilliertem Wasser verdtinnt. In diesen LSsungen wurde die Bestimmung der wichtigsten anorganischen Ionen vorgenommen. Li', Na" und K" wurden flammenphotometrisch (B~cKMAN Spektratphotometer Modell DU mit Flammenzusatz) mit Hilfe verschiedener, auf die Ionenverh~iltnisse der einzelnen Algengruppen abgestimmter Eichreihen gemessen. Ca" plus Mg'" wurden komplexometrisch mit AeDTE und MEr,CK-Indikatorpuffertabletten bei ptt 10 bestimmt, dann Ca" allein ebenfalls mit AeDTE unter Verwendung yon Calconcarbons~ure als Indikator bei PH 13. CI' wurde argentometris& mit n/20 A g N Q nach MOHR titriert, SO4" nach F~Ilung als BaSO4 gravimetrisch ermittelt und P04"' kolorimetrisch mit Hilfe der Molybd~nblaureaktion un_ter Verwendung eines ZEISS ,Elko II" gemessen. ERGEBNISSE Zun~ichst wurde an Chaetomorpha Iinum der Einflufl des DoNNAN-Effektes auf die GrSi~e des Li-AFS studiert. Dazu wurden Materialproben yon 10 g Frischgewicht in Kunststoffschalen mit 1 1 Seewasser verschiedener Konzentrationen (100 %, 80 %, 60 %, 40 %, 20 %; 100 % ~= 30%o Salzgehatt) unter Zusatz yon je 10 ml Erdabkochung, 1 ml NaNO~-LSsung (i0 %) und 1 ml NaHePO4 - 12 H20-L6sung (2%) iibertragen. In diesen LSsungen wurden die Algen bei t~iglichem Wasserwechsel 3 Tage lang zur Anpassung belassen. Nach dieser Zeit wurden sie in der beschriebenen Weise verarbeitet. Zur Spiilung (2 Minuten) wurden LiC1-LSsungen entsprechender Konzentrationen verwandt. Je 5 g Frischmaterial der einzelnen Verd~innungsstufen wurden bei -200 C abgetStet, die restlichen 5 g bei + 950 C. Im iibrigen wurden die Proben gleich behandelt. Die Ergebnisse beider Versuchsserien sind in Tabelle 1 wiedergegeben und in Abbildung 2 graphisch dargestellt. Sie zeigen, dai~ bei Anwendung yon LiC1-Konzen Tabelle 1 Li-AFS yon Chaetomorpha Iinum in Abh~ngigkeit vonder Li-Konzentration im Au~enmedium. SW: Salzgehalt des Seewassers, in welchem sich die Algen vor Versuchsbeginn 3 Tage lang bei t~iglichem Wasserwechsel befunden hatten Li-Konzentration relativ mol/1 100 % 0,475 80 % 0,380 60 % 0,285 40 % 0,190 20 % 0,095 trationen unterhalb etwa 0,4 mol (-~ ca. 80 ?/o relative Li-Konzentration, ~ ca. 25 ?/oo Seewasser) dur& den Einflug des DoNNAN-Effektes bereits merkli&e, reproduzierbare Fehler hinsichtlich der GrS~e des Li-AFS verursa&t werden. Oberhalb der gew~ihlten 100 ?/o-Konzentration bleiben die AFS-Werte dagegen praktisch konstant, ein Beweis daftir, daft die dur& den DONNAN-Effekt verursachten Li-Konzentrationsunterschiede zwischen AFS und Augenmedium nicht mehr ins Gewicht fallen. Unter diesen Bedingungen herrscht also nicht nur Aktivit~its- sondern praktisch auch Konzentrationsgleichgewicht zwischen beiden R~iumen. A F S % 4 0 3 0 2 0 o J 2 0 ? +95?G. o - 2 0 ? 0 . (?) ! I 6 0 ! J 1 0 0 % retat. Li- Konz. Abb. 2: ScheinbareAnderung der Gr6f~edes Lithium-AFS (,,apparent free space") von Chaetomorpha linum als Folge des Donnan-Effektes Uber die Reproduzierbarkeit der Li-AFS-Werte gleicher Materialproben yon Chaetomorpha linum bzw. tiber die mSglichen Unterschiede bei glei&artigem Material, das zu verschiedenen Zeiten gesammelt wurde, unterrichtet Tabelle 2: Tabelle 2 Li-AFS-Werte verschiedener Materialproben yon Chaetomorpha Iinum Sammeldatum 21. 7. 1964 27. 8. 1964 Herkunft List/Sylt List/Sylt List/Sylt List/Sylt List/Sylt List/Sylt AFS ?/0 21,5 2 1 , 1 21,6 25,3 25,3 25,9 Vorbehandlung Materialproben 2 Min. in 100 ?/0-LiC1-L6sung gespiilt und bei -200 C abgetStet In Tabelle 3 sind die Li-AFS-Werte einiger Helgol~inder Meeresalgen zusammengestellt. Sie zeigen, dal~ auch die Methode der Zellsa~gewinnung ftir die Bestirmnung H. KESSELER Tabelle 3 A F S ( A p p a r e n t Free Space) einiger HeIgol~inder MeeresaIgen aus Seewasser ,, ,, ,, " " " Species . . . . ,, Bryopsls hypnoides . . . . Desmarestia vlridis ,, . . . . ,, ,, . . . . , ,, Ceramium rubrum . . . . . . . . Polysiphonia urceol. . . . . . . . . ,, b a r e n E r g e b n i s s e n . O f f e n b a r k o n n t e in d i e s e n F~.llen w e g e n d e r U l t r a f i l t e r w i r k u n g des n o & lebenden Protoplasmas nur verdiinnter Zellsaft gewonnen werden, in welchem Die geringfiigigen Abweichungen des Verh~lmisses Kationen : Anionen yore Quotienten 1 spre&en dafi~r, daI~ dur& die Analysen die osmotisch wichtigsten Ionen des Zellsa~es nahezu quantitativ erfaflt wurden. Die etwas grSgeren Differenzen bei Bryopsis hypnoides und Polysiphonia urceolata dfiriten in erster Linie auf die geringe Anzahl der bisher untersuchten Proben zuriickzuf~ihren sein. Die Indizes i ( = intern) bzw. e ( = extern) bezeichnen die Konzentrationen im Innen- bzw. im Aul3enmedium. Untersuchte Arten Anzahl der Proben o~ "~ O "~ < O "~ o~ H" Na" K" Mg'" Ca" Z Kationen (Val/1) 2 Anionen (Val/i) C1' SO4" PO4'" Z Kationen 2; Anionen Nai : Nae Ki : Ke CIi : Cle SO4i: SO4e 10 0,044 0,743 0,033 0,008 0,828 0,815 0,762 0,045 0,008 t,016 0,107 84,7 1,575 0,985 5 0,483 0,015 0,081 0,068 0,647 0,653 0,551 0,100 0,002 0,991 1,180 1,71 1,14 2,18 2 0,345 0,280 0,004 0,002 0,631 0,738 0,705 0,028 0,005 0,855 0,842 31,9 1,46 0,61 5 0,383 0,111 0,279 0,099 0,057 0,929 0,968 0,089 0,872 0,007 0,960 0,270 31,75 0,184 19,2 6 0,031 0,515 0,150 0,015 0,711 0,667 0,575 0,088 0,004 ,065 0,076 58,6 1,19 1,925 3 0,096 0,644 0,095 0,058 0,893 0,784 0,583 0,198 0,003 1,139 0,234 73,3 1,21 4,32 H. K~SS~LER DISKUSSION DER ERGEBNISSE Bisher wurden erst an wenigen Meeresalgen AFS-Bestimmungen durchgeftihrt (Literatur bei EVVLEY1962). Sie hatten in erster Linie die Erfassung der extraplasmatischen ZelIr~iume zum Ziel. Dazu arbeitete man zumeist mit RohrzuckerlSsungen, einer Testsubstanz also, ftir die das Plasmalemma alIgemein als undurchi~issig gilt (ScoTT & HAYWARD1954, EVPLEY& BLINKS1957, FOLLMANN& FOLLMANN-ScHRAG 1959) . Die zuletzt genannten Autoren fanden jedoch, dag diese Methode offenbar nicht in allen F~itIen si&ere Aussagen tiber die GrSi~e des AFS yon Meeresalgen gestattet. An Cladophora gracilisbestimmten sie n~miich einen AFS-Wert yon 21,4 %, w~,ihrend die Berechnung der ,,Zellwandmasse" nach mikrophotographischen Schichtenaufnahmen nur 14% ergab. Eine Beeinflussung des Quellungszustandes der Zellw~inde, wie sie unter anderem yon KOTTr (1914) und HOFFMANN(1932) beim Arbeiten mit Rohrzucker- und Rohrzucker-Seewasser-L~Ssungen beobachtet worden war, konnten die Aut0ren bei ihrem Objekt nicht feststellen. Sie ziehen daraus den Schlui~, daf~ in den AFS auch Partien des Protoplasmas einbezogen sind. Vielleicht handelte es sich hierbei aber weniger um ein Eindringen des Zuckers in das Protoplasma - das Gleichgewicht zwischen AFS und Aui~enmedium hatte sich niimlich bereits nach 2 Minuten eingestelltals vielmehr um eine reversible Adsorption der polar gebauten Rohrzuckermolektile an polare Gruppen des Zetlwandmaterials und des Plasmalemmas. An Porphyra pe#orata wurde der AFS sowohl mit Rohrzucker (EPPLEY1958, Tab. II) als auch mit radioaktivem Sulfat (EvvLEY& CYRUS1960) bestimmt. Im letzteren Falle beobachteten die Autoren in scheinbarem Widerspruch zu unseren, an Chaetomorpha linum gewonnenen Ergebnissen eine Zunahme des AFS mit steigender Seewasserkonzentration. Die yon den Autoren selbst gegebene Deutung dieses Befundes, der AFS der Versuchspflanzen aus den Ansiitzen mit verdiinntem Seewasser sei infolge der Quellung des Materials in diesen Medien kleiner geworden, scheint mir jedoch nicht vertretbar zu sein. Eine sichtbare Quetlung hat n~imlich immer eine Volumzunahme zur Folge und diirt~e daher kaum auf Kosten des AFS erfolgen. W~ire das der Fall, dann h~tte auch bei unserem Objekt in den verdtinnten SeewasserltSsungen eine Abnahme des AFS zu beobachten sein miissen. Statt dessen wurden grSf~ere Werte gemessen. Die einzige Erkliirung, die diesen scheinbaren Widerspruch zu beseitigen vermag, dtir~e auch in diesem Falle in einer slchtbaren Auswirkung des DonNAn-Effektes zu suchen sein. Da die Autoren jedoch die Konzentration eines A n i o n s als Grundlage fiir die Berechnung der AFS-Werte benutzten, mui~ten sie im Gegensatz zu unserem Befund mit abnehmender Mediumkonzentration kleinere AFS-Werte messen. In verdilnnten LSsungen wird n~imlich die Konzentratlon der Anionen wegen der negativen Ladungen der ProtopIasma- und Zellwandkotloide dutch den DONNAN-Effekt n e g at i v beeinflut~t. Der maximate AFS-Wert, den die Autoren mit der Radio-Sutfatmethode ermittelten, stimmt tibrigens recht gut mit dem dutch die Rohrzuckermethode gemessenen Weft tiberein, ein Beweis daftir, daf~ auch das SO4-Ion offenbar nur in den extraplasmatischen Raum genfigend rasch einzudringen vermag. Bei der Umrechnung der chemischen Analysenergebnisse wurde, wie bereits erZeltsai~gewinnung etc. bei Meeresalgen w~ihnt, vorausgesetzt, dab die nachgewiesenen Substanzen in der Hauptsache aus den Vakuolen stammten. Fiir die osmotisch wichtigsten Ionen K', Na" und CI' diirf~e diese Annahrne - vor allem auch im Hinblick auf die Tatsache, dab es sich bei den untersuchten Formen urn zeIlsaf~reiche Algen handelte - aus folgenden Griinden gerechtfertigt sein: Abgesehen yon der unbedeutenden Menge an Bicarbonat enthielt die Li-TestlSsung nur CI' als Anion, N a & der Spiilung des Versuchsmaterials war demna& au& im extravakuolaren L/Ssungsraum der Algen praktisch nut CI' als frei bewegliches Anion vorhanden. Dieses CI' muBte natiirli& zusammen mit Li" als Gegenion in den zentrifugierten S~i~en enthalten sein. Zur Erre&nung des Cl'-Gehattes der Vakuolen brau&te daher nur das Cl'-B2quivalent des flammenphotometrisch bestimmten Lithiums von den Titrationsergebnissen der S~iflcesubtrahiert zu werden. Alle iibrigen Ionen, die vor der Spiilung des Materials in dessen AFS in frei beweglicher Form vorhanden gewesen waren, muBten durch das Auswaschen daraus entfernt beziehungsweise durch Li" und CI' substituiert worden seln. Tats~ichlich betrug der SO4"-Gehalt des Saties yon Chaetomorpha linum nach der Splilung nur noch etwa 35 % seiner Konzentration im Sa~ yon ungespiiltem Material. Der Phosphatspiegel, der osmotisch jedoch bedeutungslos ist, blieb dagegen nahezu konstant. Auch fiir das Na" wurde bei LiCi-behandeltem Material ein um etwa 65?/0 niedrigerer Wert gemessen. Die Summe aus Na" plus Li'-Konzentration stimmte dagegen recht gut mit der Na'-Konzentration des Sa~es ungespiilter Algen iiberein. Demnach wurde der gr~Sgte Tell des extravakuolaren Natriums - wenn nicht gar alles - durch Li" substituiert. Eine Konzentrationsabnahme durch die LiCi-Spiilung wurde auch beim Mg'" (urn etwa 20%) und beim Ca" (urn etwa 500/0) festgestellt. Beide Kationen sind allerdings osmotisch kaum yon Bedeutung. Es ist daher in diesem Zusammenhang unwesentli&, ob sie aus dem AFS oder aus dem Zellsattraum stammten. Das einzige Ion, dessen Konzentration im Sa~ yon gespiiltem wie yon ungespiiltern Material praktisch unver~indert blieb, war das K'. Demnach kann seine A k t i v it ~it im AFS der untersuchten Algen nicht grog gewesen sein. Auf Grund der Untersuchungsbefunde vMer Autoren (DAINTY 1960, DIAMOND & SOLOMON1959, EVVLEY 1958, 1959, EVVLEY& CYrus 1960, HOL~,I-JENS~Net al. 1944, MAcRom3IE 1962, 1964, MAcROBBIE & DAINTY 1958) muB 5edoch geschlossen werden, dab es im Zytoplasma dennoch in recht erheblicher K o n z e n t r a t i o n vorliegt. Dieser Sachverhalt l~igt sich nur durch die Annahme erkl~iren, dag das extravakuolare K" an Bestandteile des Protoplasmas gebunden oder adsorbiert ist. Da das K" in den Vakuolen ebenfalls in hoher Konzentration - allerdings frei beweglich - vortiegt, diiri~e das extravakuolar fixierte Kalium mit Riicksicht auf die schonende Abt/Stung des Materials dutch Einfrieren bei der Zellsai~gewinnung kaum aus dem Protoplasma ausgewaschen worden sein. Auf Grund dieser Uberlegungen darf, vor allem auch im Hinblick auf den Zellsa~rei&tum der untersu&ten Algen, ges&lossen werden, dab die mitgeteilten Analysenergebnisse weitgehend den Ionenverh~iltnissen der osmotisch wichtigsten anorganischen Substanzen im Zellsa~ entspre&en. bes&rieben. untersucht. H. KessELm~ Z U S A M M E N F A S S U N G 1. Es wird ein ein?aches Verfahren zur Gewinnung gd513erer, fiir &emisch-analytische Untersu&ungen ausrei&ender Zellsat~mengen auch yon kleinzelligen Meeresalgen 2. Eine neue Methode zur Bestimmung des AFS yon Meeresalgen mit Hilfe seewasserisotonis&er LiC1-L6sungen wird am Beispiel y o n Chaetomorpha linum kritisch 3. Unter Berii&si&tigung der an einigen Helgol~inder Meeresatgen bestimmten Li-AFS-Werte werden aus den Ergebnissen der chemis&en Analysen die Zellsaflckonzentrationen der nachgewiesenen Ionen berechnet. 4. Die Voraussetzungen fiir die Zuverl~issigkeit der erzielten Ergebnisse werden im Zusammenhang mit Befunden anderer Autoren diskutiert. Meinen Mitarbeitern, Herrn J. K. HOLTMA~Nund Fr~iulein K. VOLT, danke ida fiir die Durdaflihrung der &emischen Analysen und far die Anfertigung der Zeidanungen. Z I T I E R T E L I T E R A T U R BUTLER , G. W. , 1953 . Ion uptake by young wheat plants. 2. The apparant free space of wheat roots . Physiol. Plant . 6 , 617 - 635 . COLLAND~I~ , R. , 1930 . Permeabilit~itsstudien an Chara ceratophylla. 1. Die normale Zusammensetung des ZellsaPces . Acta hot. fenn. 6 , 1 - 20 . - - 1939 . Permeabilitiitsstudien an Charazeen. 3. Die Aufnahme und Abgabe yon Kationen . Protoptasma 33 , 215 - 257 . - - 1956 . Der Ort des Penetrationswiderstandes . In: Handbuda d. Pflanzenphysiologie. Hrsg. yon W. ROHLANI) .Springer, Berlin, Bd. 2 , 218 - 229 . Coov~R , W. C., DorcAs , M. J. & OSTE ~OVT, W. J. v. , 1929 . The penetration of strong electrolytes . J. gen. Physiol . 12 , 427 - 433 . DAINTX , J. , 1960 . Ion transport across plant cell . membranes. Proc. R. Soc. Edinb. (B) 28 , 3 - 14 . DIAMOND , J. M. & SOLOMON , A. K. , 1959 . Intracellular potassium compartments in NitelIa axilaris . J. gen. Physiol . 42 , 1105 - 1121 . EVVLEY , R. W. , 1958 . Sodium exclusion and potassium retention by the red marine alga, Porphyra perforata , f. gen. Physiol . 41 , 901 - 911 . - - 1959 . Potassium accumulation and sodium efflux by Porphyra perforata tissues in lithium and magnesium sea water . J. gen. Physiol . 43 , 29 - 38 . - - 1962 . Major cations . In: Physiology and bio&emistry of algae . Ed. by R. A. L~WIN ,Acad. pr., New York, p. 255 - 266 . - - & BLINKS , L. R. , 1957 . Cell space and apparent free space in the red alga, Porphyra perforata . Plant . Physiol. 32 , 63 - 64 . - - & CxRlJs , C. C. , 1960 . Cation regulation and survival of the red alga, Porphyra perforata, in diluted and concentrated sea water . Biol. Bull. mar. biol. Lab ., Woods Hole 118 , 55 - 65 . FOLLMANN , G . & FOLL~ANN-ScHRA%I. A ., 1959 . Die Wasserfiihrung plasmolysierter Protoplasten yon Cladophora gracilis unter dem Einflug yon Atmungsgiflcen . Z. Nature , 14 b, 181 - 187 . HOFW ~ANZ'~, C. , 1932 . Zur Bestimmung des osmotisdaen Druckes an Meeresalgen . Ptanta 16 , 413 - 432 . HOL~-JENs~N , I. , KRoc~, A. & WA~TIOVAARA , V. , 1944 . Some experiments on the exchange of potassium and sodium between single cells of Characeae and the bathing fluid . Acta bot. fenn. 36 , 1 - 22 . HovE , A. B. , 1953 . Salt uptake by root tissue cyptoptasm: The relation between uptake and external concentration . Aust. J. biol. Sci. 6 , 396 - 409 . - - & STEVENS , P. G. , 1952 . Electrical potential differences in bean roots and their relation to salt uptake . Aust. J. sci. ent. Res. (B) 5 , 335 - 343 . KOTTE , H. , 1914 . Turgor und Membranquellung bei Meeresalgen . Wiss. Meeresunters. dht. K i d 17 , 119 - 167 . KRAM~I~ , P. J. , 1956 . The uptake of salts by plant cells . In: Handbuch d. Pflanzenphysiologie . Hrsg. yon W. RUHLAND.Springer, Berlin, Bd. 2 , 290 - 315 . MAcRo~I~ , E. A. C. , 1962 . Ionic relations of Nitelta transtucens . J. gen. Physiol . 45 , 861 - 878 . - - 1964 . Factors affecting the fluxes of potassium and chloride ions in NitelIa translucens . J. gen. Physiol . 47 , 859 - 877 . - - & DAINWV , J. , 1958 . Ion transport in Nitellopsis obtusa . J. gen. Physiol . 42 , 335 - 353 . SCOTT , G. T. & HAYWAt ~D,H. R., 1954 . Evidence for the presence of separate mechanisms regulating potassium and sodium distribution in Ulva lactuca . J. gen. Physiol . 87 , 601 - 620 .


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Hanswerner Kesseler. Zellsaftgewinnung, AFS (apparent free space) und Vakuolenkonzentration der osmotisch wichtigsten mineralischen Bestandteile einiger Helgoländer Meeresalgen, Helgoland Marine Research, 258, DOI: 10.1007/BF01612374