Genetische Grundlagen Physiologischer Vorgänge · Konstitution der Pflanzenzelle / Genetic Control of Physiological Processes · The Constitution of the Plant Cell, Softcover reprint of the original 1st ed. 1955 Coll. Handbuch der Pflanzenphysiologie Encyclopedia of Plant Physiology, Vol. 1

Dem Handbuch der gesamten Pflanzenphysiologie, das mit dem vorliegenden ersten Band zu erscheinen beginnt, ist als einziger Vorläufer die klassische "Pflan­ zenphysiologie" WILHELM PFEFFERS vorausgegangen. In deren zwei Bänden "Stoffwechsel" und "Kraftwechsel", die 1897 und 1904 in Leipzig erschienen, bewältigte der Altmeister auf 1600 Seiten die gesamte Literatur, welche schon damals in großer Fülle vorlag. Diese Leistung muß selbst dann noch bewunderns­ wert erscheinen, wenn man absehen will von dem hohen Niveau kritischer Durch­ dringung und der Vielfalt eigener, neuer und fruchtbarer Gedanken, von welchen jede Seite des Werkes zeugt. Seither hat die Physiologie alle anderen Zweige der Botanik in immer wach­ sendem Tempo überflügelt und immer größere Anziehungskraft auf die Forscher ausgeübt. Ihr Streben, hinter die äußere, symptomatische Erscheinung der Dinge vorzudringen und die bewegenden Zusammenhänge zu suchen, hat ebensosehr unser allgemeines Verständnis für das pflanzliche Lebewesen erstaunlich vergrö­ ßert, wie es die Grundlage für erfolgreiches Voranschreiten der Land- und Forst­ wirtschaft, Pharmakologie, Pharmakognosie, Pathologie und anderer Zweige der angewandten Botanik gefestigt hat. Zur Entwicklung der physiologischen For­ schung haben freilich auch Chemie und Physik entscheidend beigetragen, indem sie neue Gesichtspunkte und Methoden zur vertieften Behandlung alter Probleme und zum Angriff auf immer neue Ziele darboten. Als zwangsläufige Folge dieser stürmischen Entwicklung mußte indessen auch eine ständig wachsende Spezialisierung der physiologischen Arbeitsbereiche in Kauf genommen werden. Heute vermag der einzelne Forscher kaum noch die Nachbargebiete des eigenen Betätigungsfeldes zu überschauen, niemand aber mehr das Ganze.

— Contents.- I. Genetische Grundlagen physiologischer Vorgänge Seite.- A. The physiology of gene action.- The nature of the gene.- Time and place of gene action: Differentiation.- Interaction of genes.- Dominance.- Interaction.- Dosage relations.- Gene products.- Primary.- Secondary.- Biochemical genetics of Neurospora.- Literature.- B. Interaction of genie and non-genic hereditary units and the physiology of nongenic inheritance.- I. Introduction.- II. Particulate cytoplasmic inheritance.- A. Plastid mutations.- B. Cytoplasmic inheritance in Paramecium.- C. Mitochondria.- D. Cytoplasmic inheritance in Neurospora.- E. Inheritance of C02 sensitivity in Drosophila.- III. Non-particulate cytoplasmic heredity.- A. Cytoplasmic inheritance of male sterility in maize.- B. The plasmon of Oenothera.- C. The plasmon of Epilobium.- D. Plasmon heterozygosity.- E. Physiological differences in plasmons.- IV. Dauermodifications.- A. Inheritance of serotype specificity in Paramecium.- B. The barrage phenomenon in Podospora.- C. Adaptive enzyme formation in yeast.- Literature.- C. Physiological variability in connection with experimental procedures and reproducibility.- Literature.- D. Variabilität und statistische Behandlung physiologischer Experimente.- A. Einleitung.- Die Variabilität physiologischer Beobachtungen.- B. Voraussetzungen der statistischen Bearbeitung physiologischer Versuche.- I. Voraussetzungen von Seiten der Statistik.- a) Statistische Ma?zahlen.- b) Die statistischen Prüffunktionen.- II. Voraussetzungen von Seiten des biologischen Materials.- a) Grundfragen.- b) Ursachen der Variabilität und die Forderung nach Einheitlichkeit des Materials.- III. Die Variabilitätsfaktoren.- a) Zufällige und systematische Einflüsse.- b) Die qualitativen und quantitativen Me?ergebnisse.- c) Einteilung der Veränderlichen.- d) Erwünschte und unerwünschte Veränderliche und ihre Berücksichtigung — Contents. bei der Planung.- C. Das Korrelationsproblem in der Biologie.- I. Korrelationsrechnung.- a) Die Grundlagen für ihre Anwendung.- b) Der Regressionskoeffizient.- c) Der Korrelationskoeffizient.- d) Rangkorrelationen.- e) Mehrfachkorrelationen.- f) Mittlerer Fehler von Regressions- und Korrelationskoeffizient.- g) Diskriminanzanalyse.- h) Anwendung der Korrelationsmethoden.- II. Auswertung von Korrelationen ohne Berechnung der Koeffizienten.- a) Grundfragen.- b) Varianzanalyse.- ?) Bei quantitativen Merkmalen.- ?) Varianzanalyse mit Verhältniszahlen.- ?) Kombinationsversuche.- ?) Confounding.- ?) Covarianzanalyse.- c) X2-Test bei qualitativen Variablen.- III. Relative Werte.- a) Berechnung in Prozent der Kontrolle.- b) Berechnung durch Bezug auf eine andere Messungsreihe.- ?) Veränderungen des Mittelwertes.- ?) Veränderungen der Streuung.- ?) Folgen der Verwendung relativer Werte.- c) Richtige Auswertungsmethoden.- d) Versuche mit Milligramm-Prozent (mg-%).- IV. Zeitreihen.- D. Versuchsplanung.- I. Grundlagen.- a) Bestimmung des Sicherheitsfaktors.- b) Bestimmung der Zufallsstreuung, Blankoversuch.- c) Blindversuche.- d) Vorversuche.- II. Versuchsumfang und Sicherheitsfaktor.- a) Bestimmung des Umfangs der Teilversuche bei festgelegtem Sicherheitsfaktor.- b) Bestimmung des Sicherheitsfaktors bei festgelegtem Umfang der Teilversuche.- c) Sequenzanalyse.- III. Bestimmung der Anzahl von Einzelversuchen.- IV. Rationelle Planung.- V. Versuchsschema und Versuchsplan.- VI. Versuche mit unvollständiger Planung.- E. Schlu?.- I. Arbeitshypothese und statistische Prüfhypothese.- II. Auswertung und Deutung der statistischen Zahlen.- Literatur.- II. Die Strukturen der Zelle und ihre chemische und physikalische Konstitution.- A. Normale und pathologische Anatomie der Zelle.- I. Übersicht.- II. Cyanophyceen, Bakterien, Spirochäten.- III. Zelle und Energide.- IV. Die Zelle als Ganzes.- 1. Grö?e.- 2. Gestalt.- V. Die Bestandteile des in Kern und Cytoplasma differenzierten Protoplasten.- 1. Allgemeines.- 2. Cytoplasma.- 3. Die Plasten.- a) Einleitung; Mikrosomen.- b) Mitochondrien.- c) Piastiden; Pyrenoide; Augenflecke.- d) Centrosom (Cytozentrum); Basalkörner der Gei?eln; Blepharoplasten.- 4. Zellkern.- a) Allgemeines.- b) Kernstruktur.- c) Grö?e, Gestalt, Lage in der Zelle.- d) Mitose und Chromosomen.- VI. Die Zellmembran.- Beschlu?.- Literatur.- B. Das Wasser, seine physikalischen und chemischen Eigenschaften unter besonderer Berücksichtigung seiner physiologischen Bedeutung.- Wasser und Eis als Stoffe im Bezug zur Umwelt.- Die Anomalien des Wassers im Vergleich mit normalen Substanzen.- Aufbau des Wassermoleküls.- Die Wasserstoffbrücke als lockere Bindungsart.- Das Eis, seine Entstehung und Struktur in Abhängigkeit von Temperatur und Druck.- Das Schmelzen des Eises.- Die Struktur und das Verhalten des flüssigen Wassers.- Durch Bindungskräfte bedingte stoffliche Eigenschaften des flüssigen Wassers.- Die Dissoziation des Wassers.- Lösungen von Fremdionen in Wasser.- Wä?rige Lösungen von Nichtelektrolyten.- Normales und schweres Wasser.- Schlu?bemerkungen.- Literatur.- C. Der Zustand des Wassers in der Zelle.- a) Water content and water turnover in plant cells.- The water content of plant cells.- Forces holding water in cells.- Where water ist held in cells.- Water in the cell wall.- Water in the protoplasm.- Water in the vacuole.- Vacuolar versus protoplasmatic sap.- Water balance within the cell.- Changes in total water content of cells and tissues.- Age of tissue.- Growing versus dormant tissue.- Diurnal variations in water content.- Autonomic changes in water content.- Water content and physiological processes.- Water movement into and out of cells.- Cell membranes.- Factors affecting permeability to water.- Permeability measurements.- Hydration.- Solutes.- Gases.- Temperature.- Radiation effects.- Toxic substances.- Osmotic movement of water.- The water balance.- Active or nonosmotic absorption of water.- Discrepancies between cryoscopic and plasmolytic measurements.- Respiration and water intake.- Effects of auxin on water intake.- Electroosmosis.- Relative importance of osmotic and nonosmotic absorption of water.- Literature.- b) Bound water.- Definitions of bound water.- The measurement of bound water.- Amounts of bound water in plant tissue.- Physiological significance of bound water.- Summary.- Literature.- D. Das Cytoplasma.- a) The chemistry of plant cytoplasm.- I. The localization of cytoplasmic constituents.- A. The heterogeneity of submicroscopic cytoplasm.- B. Criteria for the in situ localization of substances.- C. The intracellular detection of chemical elements in the cytoplasm.- D. The localization of low molecular weight organic compounds in cytoplasm.- E. Cytoplasmic proteins: in situ cytochemistry.- F. Cytoplasmic proteins: fractionation of homogenates.- The cytology of the submicroscopic cytoplasm.- Problems associated with the preparation of tobacco leaf cytoplasmic proteins by homogenization.- The preparation of tobacco leaf cytoplasmic proteins.- The isolation of Fraction I protein.- Fraction I protein as a possible cytological entity.- The chemical properties of Fraction I protein.- Evidence that Fraction I protein is not derived from larger structures.- Proteins other than Fraction I protein in cytoplasm.- The composition of the soluble proteins obtained from various leaves.- The soluble proteins of plant tissues other than leaves.- “Microsomes” isolated from homogenates of plant tissues.- G. Conclusions.- Literature.- II. The chemical composition of constituents found in plant cells.- A. The elements.- B. The structural diversity of phytochemicals.- Literature.- b) Microscopic and submicroscopic structure of cytoplasm.- 1. Form.- 2. Spirality.- 3. Cellular plan.- 4. The fine structure of protoplasm.- The protoplasmic emulsion.- The alveolar structure.- The emulsion hypothesis.- The fibrillar hypothesis.- The reticular hypothesis.- Natural cellulose.- Proteins.- Micels.- Elasticity.- Coacervates.- Rubber.- Protoplasm.- Protoplasmic inclusions.- Particles.- Chloroplasts.- Mitochondria.- Gene.- Protoplasmic threads.- Myelin processes.- Organization.- Literature.- c) The physical chemistry of cytoplasm.- 1. Viscosity.- Definitions.- Non-Newtonian behavior.- Methods and values.- Osmosis.- Plasmolysis.- Gravity.- Centrifugal force.- Microdissection.- Streaming.- Brownian movement.- Electromagnetism.- Electrophoresis.- Changes in protoplasmic consistency.- Normal changes.- Mitosis.- Reproduction.- Induced changes.- Temperature.- Hydration.- Electrolytes.- Anesthetic agents.- Electricity.- Radiation.- Mechanical disturbances.- 2. Gel properties of protoplasm.- Elasticity.- Torsion.- Thixotropy.- Swelling and shrinking.- Contractility.- 3. Surfaces.- Surface tension films.- Monolayers.- Multilayers.- The protoplasmic membrane.- Permeability.- 4. Adsorption.- 5. Optical properties.- Double refraction in non-living protoplasmic products.- Polarity.- Color.- X-rays.- Fluoromicroscopy.- 6. Salts.- 7 Electrical forces.- Phase-boundary potentials.- Electrophoresis.- Literature.- d) Pathology.- Gross morphology.- Plasmolysis.- Amoeboid movement.- Surface phenomena.- Permeability changes.- Visual surface changes.- Cortical changes.- Internal changes.- Viscosity.- Gelatinization.- Coagulation.- Fragmentation.- Dissolution.- Wound barriers.- Islands of injury.- Cell inclusions.- Protoplasmic streaming.- Fusion.- Pathological chemistry.- Inorganic salts.- Organic substances.- Literature.- e) Einschlüsse.- 1. Feste Proteine.- a) Aleuronkörner.- b) Eiwei?kristalloide.- c) Eiwei?spindeln.- 2. Polysaccharide.- a) Paramylon.- b) Florideenstärke.- c) Glykogen.- 3. Volutin (Polymetaphosphat).- 4. Lipoid- und Fetttropfen.- 5. Calciumoxalat.- 6. Kieselkörper.- Literatur.- E. Der Zellkern.- a) Chemistry of the nucleus.- A. Nucleus-cytoplasm relations.- B. Methods and their limitations.- a) Isolation and extraction procedures.- b) Histochemical methods.- C. Chemical composition of the nucleus.- a) The nucleus as a whole.- Inorganic constituents.- Nucleic acids.- Proteins.- Lipids.- Enzymes.- Other compounds.- Some old “chemical concepts” about the nucleus.- b) Metabolism of nuclear constituents.- c) The separate nuclear constituents.- Nuclear membrane.- Nucleoplasm.- Chromosomes and genes.- Nucleolus.- Achromatic spindle.- d) Changes during mitosis.- b) Fine structure of the nucleus.- A. Microscopic morphology of the nucleus.- Higher plants.- Cyanophyceae, Fungi and Bacteria.- B. Fine structure of the nucleus.- a) Structural components.- b) Nuclear membrane.- c) Nucleoplasm.- d) Chromosomes and genes.- e) Nucleolus.- C. Spindle structure.- c) Physical chemistry of the nucleus.- A. Non-mitotic nucleus.- a) Physical properties.- b) Physico-chemical and colloidal properties.- c) Structural properties.- Radiation effects.- Effects of chemicals.- Heat and cold.- B. Mitosis and meiosis.- a) Chromosome derangements.- Effects of radiations.- Heat and cold.- Chemical agents.- b) Aberrations of the spindle and other mitotic derangements.- c) Mitotic movements and theories of mitosis.- Conditions of spindle formation,.- Anaphasic movements.- Theories of mitosis.- Endomitosis.- d) Mei otic phenomena.- Literature.- F. Die Plastiden und Chondriosomen.- a) Plastid structure, development and inheritance.- I. Introduction.- 1. Classification of plastids.- 2. Photosynthetically active chromoplasts.- 3. Chromoplasts devoid of photosynthetic activity.- 4. Leucoplasts.- II. General aspects of chloroplast structure.- 1. Organization of cells in the mesophytic leaf.- 2. Chloroplasts of the mesophyll cells.- 3. Effects of light on chloroplasts of mesophyll cells.- 4. Epidermal cells.- 5. Guard cells.- 6. Chloroplasts in algae.- 7. Summary.- III. Details of chloroplast structure.- 1. Chloroplast structure as revealed by the light microscope.- 2. Chloroplast structure and composition as revealed by the polarizing microscope.- 3. Electron microscope studies.- 4. Chlorophyll localization in chloroplasts.- 5. Pyrenoids.- 6. Eye-spot or stigma.- 7. Summary.- IV. Origin and development of chloroplasts.- 1. The division and continuity of the chloroplasts in the lower plants.- 2. Origin and development of the chloroplast of seed plants.- 3. Origin of the grana and the development of the lamellae or disks.- 4. Constancy of plastids per cell.- 5. Maternal inheritance of cytoplasm and plastids.- 6. Summary.- V. External and internal heritable factors that influence chloroplast development.- 1. External factors.- 2. Factors of tissue differentiation.- 3. Genom factors.- 4. Plasmon factors or plasmogenes.- 5. Plastidom factors.- 6. Summary.- VI. Agents that bring about plastid “mutations”.- 1. Action of nuclear gene in affecting plastogenes.- 2. Action of chemical and physical agents on chloroplast inheritance.- 3. Summary.- VII. Nucleic acids of the chloroplasts.- 1. Analytical techniques and results.- 2. Histochemical techniques and results.- 3. Summary.- Literature.- b) Die Farbstoffe.- Literatur.- c) Chondriosomen und Mikrosomen (Sphärosomen).- Terminologie.- Chondriosomen.- Mikrosomen (Sphärosomen).- Differentialdiagnose.- Supravitalfärbung mit Janusgrün B.- Intraplasmatische Reduktion von Tetrazoliumsalzen.- Nadi-Reagens.- Chondriosomen.- 1. Morphologie der Chondriosomen.- a) Vorkommen.- Bakterien.- Cyanophyceen.- b) Grö?e der Chondriosomen.- c) Fragmentation und Teilung.- d) Zahl.- e) Bewegung.- f) Beziehung zum Kern und zur Kernteilung.- g) Verhalten beim Sexualakt und Beziehung zur plasmatischen Vererbung.- h) Verhalten gegenüber physikalischen und chemischen Einflüssen.- i) Degradationsformen.- k) Beziehung zwischen Chondriosomen und Piastiden.- 2. Chemische und biochemische Analyse mit Hilfe der Differentialzentrifugierung.- a) Das Verfahren.- b) Identifizierung der gereinigten Fraktionen.- c) Chemische und biochemische Analyse der Mitochondrien- und Mikrosomenfraktion.- d) Biochemische Korrelation von Mikrosomen und Chondriosomen.- e) Funktion der Chondriosomen.- ?) Energiegewinnung.- ?) Energieübertragung.- ?) Energienutzung.- ?) Physiologische Leistung normaler und spezialisierter Chondriosomen.- 3. Feinstruktur der Chondriosomen.- a) Die Chondriosomenmembran.- b) Cristae mitochondriales.- c) Die Matrix.- d) Beziehung der Feinstruktur zum Fermentsystem.- Mikrosomen (Sphärosomen).- Literatur.- G. Der Zellsaft (die Vacuole).- a) Chemie des Zellsaftes.- I. Der Vacuoleninhalt und seine Bedeutung im allgemeinen.- II. DE VRIES’ grundlegende Analysen.- III. Schwankungen in der Konzentration und Zusammensetzung des Zellsaftes.- IV. Wichtigste Lösungskomponenten.- 1. Zucker und Salze. Ihr Anteil am osmotischen Gesamtwert.- 2. Anorganische Kationen und Anionen.- 3. Organische Säuren.- 4. Gerbstoffe.- 5. Glykoside, Farbstoffe.- 6. Alkaloide.- Literatur.- b) Der pH-Wert des Zellsaftes.- I. Einleitung.- II. Methodik und Ergebnisse.- A. Kolorimetrische Methoden.- 1. Zelleigene Indikatoren.- 2. Vitalfärbung mit synthetischen Indikatoren.- a) Immersionsverfahren.- b) Injektionsverfahren.- 3. Kolorimetrische Bestimmungen an Pre?säften.- B. Elektrometrische Methoden.- III. Abhängigkeit der Zellsaftreaktion von inneren und äu?eren Faktoren.- A. Innere Faktoren.- 1. Alter der Organe.- 2. Aktivitätswechsel.- 3. Vegetative und generative Phase.- 4. Diöcische Pflanzen.- B. Äu?ere Faktoren.- 1. Acidität des umgebenden Mediums.- 2. Temperatur.- 3. Licht.- a) Tagesperiodizität.- b) Etiolement.- 4. Parasiten.- IV. Schlu?betrachtung.- Literatur.- c) Physical chemistry of the vacuoles.- Origin of vacuoles.- The vacuolar membrane.- The content of vacuoles.- Vital staining.- Functions of vacuolar contents.- Accumulation of ions in vacuoles.- Osmotic pressure.- Sap pH.- Vacuolar sap in relation to cold and drought resistance.- General remarks.- Literature.- d) Die Entstehung der Vacuolen.- Literatur.- H. Die Zellwand.- a) Die Chemie der Zellwand.- I. Die Kohlenhydrate.- 1. Einleitung.- Zucker und zuckerähnliche Polysaccharide.- Zuckerunähnliche Polysaccharide.- 2. Die Cellulose.- a) Molekülgrö?e.- b) Abweichungen von der idealen Formel.- c) Kristallstruktur.- d) Das Cellulosemicell.- e) Feinbau der Mikrofibrille.- f) Die Textur der gewachsenen Cellulose.- g) Bildung und Wachstum der Cellulose.- 3. Hemicellulosen.- 4. Pektine.- 5. Pflanzengummi und Schleime.- 6. Besondere Zellwandstoffe — Chitin.- II. Die Chemie der übrigen Wandsubstanzen.- 1. Einleitung.- 2. Rindenstoffe. — Das Suberin.- 3. Wachse und Cutin.- 4. Das Lignin.- 5. Anorganische Ausscheidungsstoffe der Pflanzen. Mineralisierung der Zellwand.- Literatur.- b) Microscopic structures ol plant cell walls.- Cell size and shape.- The primary cell wall.- The secondary wall.- a) Layering.- b) Striations.- c) Pitting and other wall sculpturing.- d) Other secondary and tertiary wall patterns.- e) Sieve tubes and sieve plates.- c) The submicroscopic structure of plant cell walls.- The chemical components of cell wall.- Skeletal substances.- Cellulose.- Chitin.- The incrusting substances.- The crystalline/non-crystalline ratio in cell walls.- Sub-microscopic structure of thick cell walls.- Methods.- Cell walls of algae.- Cell walls of fungi.- Cell walls of higher plants.- Analytical methods for thick cell walls.- a) Valonia.- b) The Cladophorales.- c) Elongated cells of higher plants.- 1. Sisal.- 2. Conifer tracheids.- Bamboo fibres.- The primary wall.- Literature.- d) Mechanical properties of the cell wall.- Simple unidirectional tensile stress.- Young’S modulus and extensibility of cellulose fibres.- Breaking strength.- Tensions in the walls of living cells.- Literature.- Namenverzeichnis · Author-Index.- Sachverzeichnis (deutsch-englisch).- Subject Index (english-german).